JP2013101804A

JP2013101804A - 点灯制御装置

Info

Publication number: JP2013101804A
Application number: JP2011244256A
Authority: JP
Inventors: Yoriyoshi Yokoyama; 頼美横山
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2013-05-23

Abstract

【課題】複数の発光部をそれぞれＰＷＭ制御する場合において各発光部へ供給する電流全体の変動幅を抑制し、かつ当該電流の最大値を低くする。
【解決手段】複数の発光部をそれぞれパルス幅変調方式によって駆動する点灯制御装置であって、外部入力を受けて、複数の発光部のうちから駆動電力を供給すべきｍ個（ｍは二つ以上の整数）の発光部１〜Ｎを選択する選択部、選択されたｍ個の発光部１〜Ｎの各々に対応づけたｍ個のＰＷＭ信号を、当該ｍ個のＰＷＭ信号の各々のＰＷＭ周期の開始時期が相互に異なるようにして生成するＰＷＭ信号生成部１１、及び、ＰＷＭ信号生成部１１によって生成されるｍ個のＰＷＭ信号の各々に対応して変調された駆動電力を選択されたｍ個の発光部１〜Ｎの各々に対して供給するドライバ１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子の点灯状態を制御する技術に関する。

近年では省エネルギー、省資源などのために電気自動車やハイブリッド自動車の普及が進んでいる。特に電気自動車は、搭載したバッテリの状態が走行可能距離に直接的に影響を与えるため、車両用前照灯などの灯体ユニットにおいてもより一層の高効率化、省エネルギー化が要望されている。

このような車両用前照灯などの灯体ユニットとして複数のＬＥＤ（発光ダイオード）を用いて構成されたものが普及し始めている。複数のＬＥＤを用いた灯体ユニットでは、例えば車両のバッテリから直接的または間接的に電力供給を受けて各ＬＥＤを点灯させるために必要な駆動電流を作り出すドライバ回路が備わっている。このドライバ回路としては、定電流出力型のＤＣ−ＤＣコンバータが多く用いられる。定電流出力が好まれる理由としては、ＬＥＤの明るさが電流に正比例する特性であるため、一定の電流を流すことで灯体ユニットによる光の強度（明るさ）の安定性が確保されるということが挙げられる。

例えば、灯体ユニットがスモールライトとデイライトを共用するものである場合や、ハイビームとロービームを一体で構成されるものである場合などにおいては、その点灯目的に応じて灯体ユニットによる光の強度を変える必要がある。これを実現する好適な手段の１つとしてＰＷＭ制御方式が用いられる（例えば特許文献１参照）。しかしながら、複数のＬＥＤをＰＷＭ制御方式によって点灯させる場合には、必要数のＬＥＤを一斉に点灯／消灯させる動作が繰り返されることから、ＬＥＤの数に比例した大きな電流が必要となる。このため、電流の変動幅が大きくなり、また電流の最大値も大きくなってしまうという不都合を生じる。すなわち、電流の変動幅や最大値が大きくなると、車両のバッテリやその他回路部品への負担が増加するのでそれらバッテリ等の劣化を早めることになり、また電磁放射ノイズが増加させることにもなるため望ましくない。

特開２０１１−１００６６７号公報

本発明に係る具体的態様は、複数の発光部をそれぞれＰＷＭ制御する場合において各発光部へ供給する電流全体の変動幅を抑制し、かつ当該電流の最大値を低くすることが可能な点灯制御技術を提供することを目的の１つとする。

本発明に係る一態様の点灯制御装置は、複数の発光部をそれぞれパルス幅変調方式によって駆動する点灯制御装置であって、（ａ）外部入力を受けて、複数の発光部のうちから駆動電力を供給すべきｍ個（ｍは二つ以上の整数）の発光部を選択する選択部と、（ｂ）選択されたｍ個の発光部の各々に対応づけたｍ個のＰＷＭ信号を、当該ｍ個のＰＷＭ信号の各々のＰＷＭ周期の開始時期が相互に異なるようにして生成するＰＷＭ信号生成部と、（ｃ）ＰＷＭ信号生成部によって生成されるｍ個のＰＷＭ信号の各々に対応して変調された駆動電力を選択されたｍ個の発光部の各々に対して供給するドライバを備えることを特徴とする。ここで、複数の発光部は、例えばそれぞれが１つ以上の発光ダイオードを含んで構成されている。

上記の点灯制御装置によれば、複数の発光部をＰＷＭ制御する場合において、各発光部へ供給されるＰＷＭ信号の開始時期をずらして設定することにより、各発光部の点灯時期をずらすことができる。したがって、ドライバにより供給すべき駆動電力の変動幅を抑制することが可能となり、概ねデューティの大きさに対応して電流の最大値が変化するようになるため多くのデューティで電流の最大値を低くすることが可能となる。したがって、突入電流を低減してバッテリやその他回路部品への負担を抑えるとともに、電磁放射ノイズを低減する効果が得られる。

上記の点灯制御装置において、ＰＷＭ周期にはｎ個（ｎは２以上の整数）のＰＷＭ制御単位が含まれてもよい。この場合にＰＷＭ信号生成部は、例えば、ｎ／ｍの商を求めて、当該商に相当する数のＰＷＭ制御単位を合計した期間ずつ、ｍ個のＰＷＭ信号の各々のＰＷＭ周期の開始時期を相互にずらして設定することができる。

これにより、選択される発光部の数ｍの変動に拘わらずＰＷＭ周期内において各ＰＷＭ信号の開始時期を均等またはそれに近い状態でずらして設定できるので、ドライバによって供給すべき駆動電力の大きさを平滑化し、かつ最大値を抑えることが可能となる。

上記の点灯制御装置においては、ｍ個のＰＷＭ信号のうち、ＰＷＭ周期の開始時期が最も離れた二つのＰＷＭ信号の間における開始時期の差が１０ミリ秒間以下であることが好ましい。

これにより、ｍ個の発光部の点灯タイミングのずれに起因する光のちらつきが人間により認識されにくくすることができる。

一実施形態の点灯制御装置の構成を示すブロック図である。ＰＷＭ制御における基本的な制御タイミングを示す波形図である。ＰＷＭ生成回路により生成されるＰＷＭ信号を詳細に示す波形図である。本実施形態の点灯制御装置におけるＰＷＭ制御図である。比較例の点灯制御装置におけるＰＷＭ制御図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の点灯制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示す点灯制御装置は、車両用の前照灯を構成するＬＥＤ（発光素子）１〜Ｎの点灯状態をパルス変調制御方式（ＰＷＭ；Pulse Width Modulation）によって制御するものであり、前照灯制御回路１０、ＰＷＭ生成回路１１およびＬＥＤドライバ回路１２を含んで構成されている。本実施形態における前照灯とは、ハイビームまたはロービームのいずれか又は両方に対応するものであり、複数のＬＥＤ１〜Ｎを含んで構成されている。このように複数のＬＥＤを個別に点灯制御可能な前照灯は、例えば、車両の前方認識カメラシステムと組み合わせて、運転者の視認性確保に必要な照射エリアが明るくなり、かつ対向車などにグレアを与える照射エリアが暗くなるように選択的な光照射を行う光照射システムを構成する用途に用いられる。なお、前照灯はスモールライトとデイライトの組み合わせであってもよく、その場合には用途に応じて各ＬＥＤを選択的に点灯することにより全体的な明るさを可変に制御することができる。

前照灯制御回路１０は、車両の前照灯スイッチのオン／オフ状態を示す信号（ON/OFF信号）、ハイビーム／ロービームの選択状態を示す信号（High/Low信号）などを車両から取得し、複数のＬＥＤ１〜Ｎのうちからｍ個のＬＥＤを選択的に点灯または消灯させるための制御信号を生成してＰＷＭ生成回路１１へ出力するとともに、選択されたＬＥＤへ供給すべき電流値を指示する信号（CURR信号）を生成してＬＥＤドライバ回路１２へ出力する。なお、この前照灯制御回路１０が「選択部」に相当する。

ＰＷＭ生成回路１１は、前照灯制御回路１０から与えられる制御信号に基づいて各ＬＥＤをＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号を生成してＬＥＤドライバ回路１２へ出力する。本実施形態のＰＷＭ生成回路１１は、各ＬＥＤに対してそれぞれ個別にＰＷＭ信号（図中、ＰＷＭ１〜ＰＷＭＮと表記）を生成して供給することが可能である。すなわち、複数のＰＷＭ信号は各ＬＥＤ１〜Ｎのいずれかと対をなしている。これにより、各ＬＥＤ１〜Ｎに対してそれぞれ個別に制御された駆動電流が供給される。なお、このＰＷＭ生成回路１１が「ＰＷＭ信号生成部」に相当する。

ＬＥＤドライバ回路１２は、車両のバッテリから直接的または間接的に電力供給を受け、各ＬＥＤ１〜Ｎを点灯させるための定電流を生成して各ＬＥＤ１〜Ｎへ供給するものである。具体的には、ＬＥＤドライバ回路１２は、前照灯制御回路１０から与えられるCURR信号に応じた電流値、かつＰＷＭ生成回路１１から与えられるＰＷＭ信号に応じたデューティで各ＬＥＤ１〜Ｎへ駆動電流を供給する。このＬＥＤドライバ回路１２としては、例えば定電流出力型のＤＣ−ＣＤコンバータを用いることができる。これにより、バッテリ電圧の変動による影響を抑えながらＬＥＤ駆動に適した駆動電流を生成することができる。なお、このＬＥＤドライバ回路１２が「ドライバ」に相当する。

本実施形態の点灯制御装置はこのような構成を備えており、次にその動作について詳細に説明する。

図２は、ＰＷＭ制御における基本的な制御タイミングを示す波形図である。ここで、ＰＷＭ制御とは、一定の周期の中で、パルス幅のデューティ（パルス幅のＯＮとＯＦＦの比）を変えて、電圧出力や電流出力を可変する制御をいう。本実施形態では、前照灯を点灯させる期間（前照灯ＯＮ期間；図２上段の波形）においてＰＷＭ制御が有効となってＰＷＭ信号がＰＷＭ生成回路１１からＬＥＤドライバ回路１２へ供給され（図２中段の波形）、このＰＷＭ信号に応じた駆動信号が例えばＬＥＤ１へ供給される（図２下段の波形）。このとき、図２に示すようにＰＷＭ信号のオンオフの１サイクルがＰＷＭ周期であり、さらにこのＰＷＭ周期が複数（本例では１０個）のＰＷＭ制御単位（分解能）に区分けされている。

図３は、ＰＷＭ生成回路により生成されるＰＷＭ信号を詳細に示す波形図である。各波形は、上段から順に、ＰＷＭ周期を決める「ＰＷＭ基本波形」、各ＬＥＤ１〜Ｎ（ここでは一例としてＮ＝４）の点灯タイミングと点灯時間を決める「ＰＷＭ１：ＯＮ／ＯＦＦ」〜「ＰＷＭ４：ＯＮ／ＯＦＦ」、各ＬＥＤごとの任意のデューティによる「ＰＷＭ１基本波形」〜「ＰＷＭ４基本波形」、タイミング調整された最終的なＰＷＭ信号である「ＰＷＭ１」〜「ＰＷＭ４」である。なお、図３に示す例では、ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４が全て同じデューティ（５０％）で示されているが、それぞれ異なるデューティでもよい。

次に、ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４の各チャンネル間のずらし量について説明する。ＰＷＭ１〜４のデューティはそれぞれ０〜９０％程度までであり、固定することはできないが、駆動電流が均等になるようにするために、各ずらし量も均等となるように設定する。具体的には、選択されたＬＥＤの数ｍに対応するＰＷＭのチャンネル数をｍ（２以上の整数）とし、ＰＷＭ周期内のＰＷＭ制御単位数（分解能数）をｎ（ｎ＞ｍの自然数）とすると、ずらし量ｐは、ｎ／ｍの商とすることができる。一例を挙げると、チャンネル数ｍ＝４、ＰＷＭ制御単位数ｎ＝１０とすれば、ｐ（＝ｎ／ｍ）の商は２となる。したがって、この場合にはＰＷＭ制御単位数で２つ分に相当する期間をずらし量として設定すればよい。また、各ＰＷＭ信号のうち、ＰＷＭ周期の開始時期が最も離れた２つのＰＷＭ信号間における開始時期の差、すなわち全体のずらし量（全体ＰＷＭずらし時間）ｑは、ｐ×（ｍ−１）を求めることで得られ、上記した例示の場合にはｑ＝６となる。

ここで、ＰＷＭ１〜ＰＷＭ４のチャンネルごとに波形の１周期の開始時期をずらすことにより、各ＬＥＤ１〜４に点消灯の時間差が発生するが、その時間が人間にちらつきとして認識されてしまうかどうかを検証する。一般的に、ＰＷＭ制御単位の周波数（ＰＷＭ周波数）は１ｋＨｚ（周期１ｍｓ）から１０ｋＨｚ（周期１００μｓ）程度であるが、電子部品の小型化には高い周波数が有利とされている。一方、点滅を繰り返す光の点滅周波数が１００Ｈｚ（周期１０ｍｓ）程度以上であれば、人間の目には点滅していることが認識できず、連続点灯状態として認識される。すなわち、ちらつきとして認識されない。したがって、上記した全体ＰＷＭずらし時間（本例ではＰＷＭ１とＰＷＭ４の時間差）が１０ｍｓ以下であれば、ＰＷＭ１〜４のチャンネルごとに時間差によるＬＥＤ１〜４の点消灯差がちらつきとして視認されないことが簡易的に判断できる。そこで、本実施形態において、ＰＷＭのずらし量による、ちらつきを考慮した成立性について具体例で述べる。なお、回路の遅延時間は各ＰＷＭとも同じであり相対的に同じ遅延時間となり、かつ各ＬＥＤの応答時間は非常に短いため、ここではこれらを無視する。いま、ＰＷＭ制御単位（分解能）を１０段階とし、ＰＷＭ周波数ｆを１ｋＨｚとすると、ＰＷＭ周期ｔ（＝１／ｆ）は１ｍｓとなる。上記した例では、ＰＷＭチャンネル数ｍ＝４、ずらし周波数ｐ＝２であるから、全体ＰＷＭずらし時間は以下に示すように６ｍｓとなり、これは１０ｍｓより小さい値であるため、人間にはちらつきが認識されないことがわかる。
全体ＰＷＭずらし時間＝ｔ×（ｍ−１）×ｐ
＝１ｍｓ×（４−１）×２
＝６ｍｓ

図４は、本実施形態の点灯制御装置におけるＰＷＭ制御図である。詳細には、図４（Ａ）はデューティを１０％に設定した場合のＰＷＭ制御図であり、図４（Ｂ）はデューティを６０％に設定した場合のＰＷＭ制御図であり、図４（Ｃ）はデューティを９０％に設定した場合のＰＷＭ制御図である。ここでは、ＰＷＭ数とＬＥＤ数を同じとして、ＬＥＤ数を４としている。また、ＰＷＭの１周期内に含まれるＰＷＭ制御単位数を１０としており、各図ではＰＷＭの２周期分が示されている。これらのＰＷＭ制御図では、デューティが１０％、６０％、９０％のそれぞれにおいて、各ＬＥＤ１〜４のＯＮ（点灯）／ＯＦＦ（消灯）状態の経時変化が上段に示され、ＬＥＤドライバ回路１２により供給される全電流の大きさの経時変化を概略的に示し電流状態図が下段に示されている。具体的には、各ＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦ状態図では、各ＰＷＭ制御単位に相当する区間が四角形で示されており、各ＬＥＤが点灯している場合にはその区間を塗りつぶして表示されている。また、電流状態図では、ＬＥＤドライバ回路１２により各ＬＥＤ１〜４に供給されるべき電流の合計値（しいてはバッテリに求められる電流値）の相対的な大きさが折線グラフにより示されている。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）から分かるように、いずれのデューティの値においても始めにＬＥＤ１の１つだけが点灯し、その後、順を追ってＬＥＤ２、ＬＥＤ３、ＬＥＤ４が点灯する。したがって、いずれのデューティにおいても、隣接するＰＷＭ制御単位間における電流の最大変化は「１」に抑えられる。また、図４（Ａ）に示すように、デューティが１０％の場合には電流の最大値が「１」に抑えられる。また、図４（Ｂ）から示すように、デューティが６０％の場合までは電流の最大値が「３」に抑えられる。図４（Ｃ）に示すように、デューティが９０％の場合は電流の最大値が「４」となる。このように、同じ時期に点灯するＬＥＤの数を減らすことができるので、多くのデューティにおいて電流の最大値を低減することができる。また、隣接するＰＷＭ制御単位間における電流の最大変化が「１」に抑えられることから、電流の急激な変化を避けることができる。さらに、本例では、ＰＷＭ周期の変わり目でデューティが変わった場合に、前回のデューティによるＬＥＤのＯＮ状態と今回のデューティによるＬＥＤのＯＮ状態が連続してつながり、制御外のデューティとなることを防止するように最適化してある。この最適化したパターンは、前照灯制御回路１０もしくはＰＷＭ生成回路１１にて演算処理してタイミング生成するか、または予め組み込まれている固定パターンにより作り出すことができる。

図５は、比較例の点灯制御装置におけるＰＷＭ制御図である。詳細には、図５（Ａ）はデューティを１０％に設定した場合のＰＷＭ制御図であり、図５（Ｂ）はデューティを６０％に設定した場合のＰＷＭ制御図であり、図５（Ｃ）はデューティを９０％に設定した場合のＰＷＭ制御図である。ここでは、上記した実施形態のように各ＬＥＤの点灯タイミングをずらすことなくＰＷＭ制御した場合を比較例として示した。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）から分かるように、デューティの大小に拘わらず各ＬＥＤ１〜４が同じ時期に点灯するので、電流の最大変化（変動幅）は「４」、電流の最大値も「４」、最小値は「０」、隣接するＰＷＭ制御単位間における電流の最大変化も「４」となっており、上記した実施形態の点灯制御装置にくらべて電流値の変動が大きいことが分かる。

このように本実施形態によれば、複数のＬＥＤをＰＷＭ制御する場合において、ＬＥＤドライバ回路により供給すべき電流の変動幅を抑制し、かつ、概ねデューティの大きさに対応して電流の最大値が変化するようになるため多くのデューティで電流の最大値を低くすることが可能となる。したがって、突入電流を低減してバッテリやその他回路部品への負担を抑えるとともに、電磁放射ノイズを低減する効果が得られる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記した実施形態は本発明を車両用前照灯の点灯制御に適用した場合について説明していたが本発明の適用範囲はこれに限定されるものではなく、本発明は発光素子の点灯制御一般に広く適用可能である。

また、上記した実施形態においては、複数の発光部の一例として、各々が１つのＬＥＤからなる発光部を示していたが、各発光部はそれぞれが２つ以上のＬＥＤ素子を組み合わせて構成されていてもよい。さらに、ＰＷＭ制御によって点灯制御可能である限りにおいて、各発光部を構成する素子はＬＥＤにのみ限定されない。

１、２、３、４、Ｎ：ＬＥＤ（発光素子）
１０：前照灯制御回路
１１：ＰＷＭ生成回路
１２：ＬＥＤドライバ回路

Claims

複数の発光部をそれぞれパルス幅変調方式によって駆動する点灯制御装置であって、
外部入力を受けて、前記複数の発光部のうちから駆動電力を供給すべきｍ個（ｍは二つ以上の整数）の発光部を選択する選択部と、
前記選択されたｍ個の発光部の各々に対応づけたｍ個のＰＷＭ信号を、当該ｍ個のＰＷＭ信号の各々のＰＷＭ周期の開始時期が相互に異なるようにして生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記ＰＷＭ信号生成部によって生成される前記ｍ個のＰＷＭ信号の各々に対応して変調された駆動電力を前記選択されたｍ個の発光部の各々に対して供給するドライバ、
を含む点灯制御装置。
前記ＰＷＭ周期にはｎ個（ｎは２以上の整数）のＰＷＭ制御単位が含まれ、
前記ＰＷＭ信号生成部は、ｎ／ｍの商を求めて、当該商に相当する数の前記ＰＷＭ制御単位を合計した期間ずつ、前記ｍ個のＰＷＭ信号の各々の前記ＰＷＭ周期の開始時期を相互にずらして設定する、請求項１に記載の点灯制御装置。
前記ｍ個のＰＷＭ信号のうち、前記ＰＷＭ周期の開始時期が最も離れた二つのＰＷＭ信号の間における前記開始時期の差が１０ミリ秒間以下である、請求項１又は２に記載の点灯制御装置。
前記複数の発光部の各々は、１つ以上の発光ダイオードを含んで構成される、請求項１〜３の何れか１項に記載の点灯制御装置。