JP2016091727A - 車両用灯具システム - Google Patents
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Abstract
Description
LEDの発光の度合いすなわち明るさはLEDに流す電流の大きさに依存するので、LEDを光源として利用する場合にはLEDに流れる電流を調節する発光駆動回路が必要となる。またヘッドライト等の車両用灯具として調光機能を設ける場合、例えばLEDへの発光駆動電流をオン/オフさせて減光する手法などが知られている。
上記特許文献1には、LED光源の輝度の設定可能範囲が広い減光を実現しつつ半導体光源の輝度をより滑らかに変化させる技術が開示されている。
しかしPWM信号を調光電圧に変換する際に、その変換回路の素子定数のばらつきにより調光電圧が目的の調光率に応じた電圧とならず、PWM調光信号に応じた調光率が得られない場合がある。
そこで本発明では、目的の調光率に応じた調光電圧が得られるようにし、もってPWM調光信号によって目的とする調光動作を適切に制御できるようにすることを目的とする。
調光電圧生成部での回路素子や電源電圧のばらつきを想定して、PWM信号である調光信号を補正することで、目的の調光率に応じた調光電圧を駆動制御部に与えるようにする。
なお調光率は、発光部の発光量(平均発光量を含む)の調整率であり、発光量が最大(最大と設定した目標値)となる場合を100%とし、0%が消灯状態とする。
これにより目標の調光率が100%であるときに、十分な電圧値の調光電圧が駆動制御部の調光端子に印加されるようにする。
目標の調光率が100%のときに、調光端子に所定電圧を越える調光電圧を与える回路構成とすることで、調光電圧生成部での回路素子や電源電圧のばらつきがあったとしても、調光率100%に対応して所定電圧を越える調光電圧を印加でき、調光率100%での発光駆動を確実に実現できるようにする。
これにより、各発光ユニット毎に調光を行うことができる構成となり、各発光ユニット毎の調光により車両用灯具としての多様な発光態様を実現する。
実施の形態の車両用灯具1は、例えば車両の前照灯であって、特にハイビームを照射するための灯具の例とする。
ここでは3つの発光ユニット20A,20B,20Cを示しているが、発光ユニット20は1つあるいは2つ、或いは4つ以上でも良い。複数の発光ユニット20が設けられるのは、ハイビーム用光源として各発光ユニット20の発光部7が配置されるとともに、各発光部7が100%発光、減光、或いは消灯制御されることで、ハイビームとしての照射方向や光量を細かく制御したり、ハイビームを徐々に点灯させたり消光させたりする多様な発光動作を可能とするためである。
スイッチ61は車両のハイビームスイッチに応じた信号Shbによってオン/オフされる。つまりハイビームオンとされたときに、車両用灯具1に電源電圧供給が行われる構成である。
電源インターフェース5には、スイッチ62、端子T3を介してバッテリ電圧が供給される。電源インターフェース5はバッテリ電圧をマイクロコンピュータの動作電圧に変換し、動作電圧をコントローラ4に供給する。スイッチ62はイグニッション信号がオン(エンジン始動状態)となったときにオンとされる。従ってコントローラ4には、車両のエンジンがかかっているときに動作電圧が供給される。
コントローラ4は、ECU63から指示された目標の調光率に応じて各発光ユニット20A,20B,20Cのそれぞれに対する調光信号Svを生成し、端子41,42,43から出力する。各調光信号Svは、各発光ユニット20A,20B,20Cの調光電圧生成部6に供給される。
また、コンデンサC1は正極ライン20と負極ライン21の間に接続される。
コンデンサC2は平滑コンデンサとして機能するため、整流ダイオードD1のカソード側と端子T5の間に接続されている。端子T5は正極ライン20に接続されている。
DC/DCコンバータ2のスイッチング動作としては、20〜200KHz程度のオン/オフチョッパ動作を行っており、発光部7のLEDに流れる電流はDCである。発光部7の減光を行う場合は、駆動制御部3はDC/DCコンバータ2からの発光駆動電流としての直流電流値を制御する。
例えば調光率100%の場合に、発光駆動電流を直流0.8Aとする場合に、調光率50%に減光させる場合は、発光駆動電流を直流0.4Aとするように、駆動制御部3はDC/DCコンバータ2の動作を制御する。
一方、駆動制御部3は、調光端子3aに与えられる調光電圧が1.225V未満となると、その調光電圧が下がる発光駆動電流の目標の電流値を低下させ、低下させた目標電流値となるようにスイッチング動作を制御することで発光量を減少させる。例えば調光電圧=0.6125Vのときは、調光率50%(1.225×0.5=0.6125)となる減光、調光電圧=0.245Vのときは調光率20%となる減光(1.225×0.2=0.245)となるように発光駆動電流値を制御する。
調光電圧生成部6は、NPN型のトランジスタQ1,Q2、PNP型のトランジスタQ3、抵抗R11〜R19、コンデンサC11を有する。
トランジスタQ1のコレクタは抵抗R14を介して電圧V1のノードに接続され、エミッタは接地されている。
なお調光電圧生成部6の動作のための電圧V1としては、例えば駆動制御部3に基準動作電圧を用いることができるが、これに限られるものではない。
トランジスタQ3は、エミッタが電圧V1に接続され、エミッタ−ベース間に抵抗R18が接続されている。コレクタは抵抗R11に接続される。
抵抗R11、R12はトランジスタQ3のコレクタ−接地間に直列接続され、電圧V1を分圧する。
抵抗R15、コンデンサC11は抵抗R11、R12による分圧電圧に対する平滑回路6aを形成する。コンデンサC11で平滑された電圧が調光電圧となる。
コントローラ4からの調光信号Svは、所定の周波数で電圧がH(High)レベルとL(Low)レベルとされるPWM信号である。調光信号Sv(PWM信号)の周波数を1kHzとする場合、例えば平滑回路6aの時定数を10msとする。
トランジスタQ1は調光信号SvのHレベル期間にオンとなる。
調光信号SvのHレベル期間にトランジスタQ1がオンとなると、トランジスタQ2がオフとなり、トランジスタQ3もオフとなる。
調光信号SvのLレベル期間にトランジスタQ1がオフとなると、トランジスタQ2がオンとなり、トランジスタQ3もオンとなる。この期間、抵抗R11,R12による分圧電圧が平滑回路6aのコンデンサC11に充電される。
つまり、調光信号Svではオフデューティ(Lレベル期間比率)が大きいほど、調光電圧は高くなり、オフデューティが小さいほど調光電圧が低くなる。
従って調光電圧生成部6は、調光信号Svのオフデューティに応じた調光電圧を駆動制御部3の調光端子3aに与えることができる。
ところが抵抗R11,R12や電圧V1に生ずるばらつきを考慮すると、場合によっては調光信号Svのオフデューティが100%のときに、調光電圧が1.225V未満となってしまうことも想定される。すると、発光部7が調光率100%の発光量で発光駆動されなくなってしまうため好ましくない。
このようにすると、調光信号Svのオフデューティが100%のときに調光電圧が1.225V未満となってしまうことは避けられ、発光部7を調光率100%の発光量で発光駆動させることができる。
この場合の、オフデューティと調光電圧の関係を図3Bに示している。
図4にコントローラ4による調光信号出力処理の例を示す。なお、この処理は発光ユニット20A,20B,20Cのそれぞれに対して並行して行うことになる。
指示された調光率が100%であった場合は、コントローラ4はステップS102からS103に進み、図5Aのように継続的にLレベルとした調光信号Svを出力する。この場合、調光電圧生成部6で生成される調光電圧は1.4Vとなる。このため駆動制御部3はDC/DCコンバータ2が継続的に調光率100%の動作(例えば継続的な発光駆動電流の供給)を行うように制御し、発光部7に発光量100%の発光を実行させる。
例えば図5A、図5B、図5Cは、それぞれ90%調光、80%調光、50%調光の場合を例として、各上段にオフデューティ90%、80%、50%のPWM信号を示している。本実施の形態の場合、このようなPWM信号をそのまま調光信号Svとするものではなく、補正係数を乗算した調光率に対応するPWM信号とする。補正係数は例えば0.9127とする。従って、ステップS104で目標とした調光率に0.9127を乗算して目標調光率を補正する。例えば目標調光率90%の場合、オフデューティが82.143%のPWM信号が生成され、これが調光信号Svとなる。図5A、図5B、図5Cの各下段には、このように補正調光率に応じたオフデューティとされたPWM信号を示しているが、これが調光信号Svとして出力されることになる。
・R11=8.2kΩ
・R12=2kΩ
・電圧V1=6.95V
・トランジスタQ3のオン電圧=0.105V
・駆動制御部3が調光率100%制御を行う調光電圧=1.225V
とした場合、
(6.95−0.105)×(2/10.2)=1.342156
1.225/1.342156≒0.9127
として、補正係数=0.9127が求められる。もちろんこれは一例であり、設計される各定数が異なれば、補正係数の値は異なる。
回路素子や電源電圧のばらつきを想定して、100%調光時の調光電圧を、駆動制御部3の調光率100%制御時の調光電圧(例えば1.225V)よりも高くしていたとしても、調光信号Svを補正した目標調光率に応じたオフデューティとすることで、100%未満の調光率とさせる際に調光電圧生成部6で目的の調光率に応じた調光電圧を生成し、駆動制御部3に与えることができる。これにより目標の調光率に応じた調光動作を実現できる。
なお、実施の形態では調光信号Svを補正した目標調光率に応じたオフデューティとしたが、調光信号Svを補正した目標調光率に応じたオンデューティとし、調光電圧生成部6が、オンデューティ期間に応じた調光電圧を生成するようにしてもよい。
また調光信号Svを、補正した目標調光率に応じたオフデューティとし、調光率100%の場合は、調光信号Svを継続してLレベルの信号としトランジスタQ1をオフの状態とすることは消費電流の低減に適している。
調光電圧生成部6を、目標の調光率が100%のときに、調光端子に所定電圧を越える調光電圧を与える回路構成とすることで、調光電圧生成部6での回路素子や電源電圧のばらつきがあったとしても、調光率100%に対応して所定電圧を越える調光電圧を印加でき、仮に定数ばらつきがあったとしても、調光率100%での発光駆動を確実に実現できる。また定数ばらつきがあっても正常に100%発光ができることで製品歩留まりも改善できる。
例えば各発光ユニット20の発光部7の配置により、ハイビーム照射方向を制御したり、各発光ユニット20の調光率を変化させて徐々に発光量を上げ下げすることができる。
またDC/DCコンバータ2や調光電圧生成部6としての回路構成は図2に例示したものに限られず、具体的構成は各種考えられる。
例えば発光部7の減光を行う場合は、DC/DCコンバータ2のスイッチング動作(スイッチSWのオン/オフ動作)を断続的に実行させることで、発光駆動電流の平均電流を減少させる。すなわちDC/DCコンバータ2のスイッチング動作を実行状態/非実行状態に交互に切り替える。スイッチング動作の実行状態のときには定電流の発光駆動電流が発光部7に流され、スイッチング動作の非実行状態では発光駆動電流の供給は停止される。この実行状態/非実行状態が交互に切り替えられることで、発光部7に発光駆動電流を間欠的に流して発光部7の平均発光量を減少させる。
従って調光端子3aの調光電圧に応じた調光率となるような減光を行う場合、調光電圧に応じて、DC/DCコンバータ2のスイッチング動作の実行状態/非実行状態の期間割合を変化させる。
一方、調光端子3aに与えられる調光電圧が1.225V未満となると、その調光電圧が下がるほど、非実行状態の期間割合が長くなるようにし、発光駆動電流の平均電流値を低下させ、平均発光量を減少させる。
このような制御によって調光を実行することもできる。
或いは車両側のECU63がコントローラ2の機能、即ち調光信号出力部としての機能を有するようにしたものでもよい。車両用灯具システムとしての各構成部位が車両本体側、灯具側のいずれに設けられるかは多様に考えられる。
Claims (4)
- 発光部と、
入力電圧を変換して出力電圧を生成し、前記発光部へ発光駆動電流を供給するコンバータ部と、
調光端子に与えられる調光電圧に応じて前記コンバータ部による発光駆動電流の出力を制御して前記発光部を調光制御する駆動制御部と、
前記発光部の調光率を指示する調光信号をPWM信号として出力する調光信号出力部と、
前記調光信号のパルスデューティに応じた調光電圧を前記調光端子に与える調光電圧生成部と、を備え、
前記調光信号出力部は、目標の調光率を所定の補正係数を用いた演算で補正し、補正した調光率に基づいたパルスデューティのPWM信号として、前記調光信号を出力する
車両用灯具システム。 - 前記調光信号出力部は、目標の調光率が100%であるときは、前記補正係数を用いた演算を行わずに、調光率100%に応じた前記調光信号を出力する
請求項1に記載の車両用灯具システム。 - 前記駆動制御部は、前記調光端子の調光電圧が所定電圧以上のときには、発光駆動電流が調光率100%に相当する電流値になるように制御し、前記調光端子の調光電圧が前記所定電圧未満のときには、発光駆動電流が前記調光端子の調光電圧に応じた調光率に相当する電流値になるように制御する構成とされており、
前記調光電圧生成部は、前記調光信号が調光率100%に応じた信号であるときは、前記調光端子に前記所定電圧を越える調光電圧を与える構成とされている
請求項1又は請求項2に記載の車両用灯具システム。 - 前記発光部、前記コンバータ部、前記駆動制御部、及び前記調光電圧生成部を備えた発光ユニットを複数備え、
前記調光信号出力部は、複数の前記発光ユニットのそれぞれの前記調光電圧生成部に対して前記調光信号を出力する
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の車両用灯具システム。
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