JP2016197711A - 駆動回路、車両用灯具 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、バッテリ電圧は種々の条件により変動し得るものであり、場合によっては5V〜6V程度まで低下し得る。
車両用灯具としては、このような極端なバッテリ電圧の低下に対しても発光状態を維持することが要請されるため、現状では、駆動回路に昇降圧機能を持たせている。
但し、昇降圧型のコンバータは降圧型のコンバータと比較して回路部品点数が多く、コスト高となる問題がある。
これにより、バッテリからの供給電圧が低下し発光素子1、2の双方を発光状態で維持させることができない場合に対応して、発光素子2をショートさせ、発光素子1のみを発光状態で維持させることで、車両用灯具が発光状態を維持できるように図っている。
このような構成によれば、バッテリ電圧の低下に対し車両用灯具の発光状態を維持させるにあたり、駆動回路に昇降圧機能を持たせることを不要とすることが可能になる。
順方向電圧が上昇するということは、それに応じて半導体発光素子を発光させるために発光部に印加すべき電圧値を上昇させることが要求されるため、結果として、順方向電圧の上昇としても、発光部を発光状態で維持できなる一つの要因となる。
これにより、定電流制御系において駆動電流値と基準値との差を求めるための差分演算回路を、入力電圧と順方向電圧との差を求めるための差分演算回路として併用することが可能とされる。
これにより、バイパススイッチにより半導体発光素子がショートされた場合に対応して、駆動電流の電流値を上昇させることが可能とされる。
シリーズレギュレータは、例えばスイッチングコンバータを用いたレギュレータ等と比較して回路規模を小さくできる。
上記のシュミットトリガ回路によれば、ヒステリシスコンパレータを用いたシュミットトリガ回路とする場合よりも回路構成の簡略化が図られる。
この場合、第1光源部と第2光源部としての半導体発光素子の直列接続回路に対して、第1光源部と第2光源部の両方への駆動電流の供給と、第2光源部への駆動電流の供給という手法で、バッテリ電圧の変動に対応する。
図1は、第1実施形態としての車両用灯具1の回路構成を示した図である。
車両用灯具1は、駆動回路2と発光部3とを備えている。駆動回路2は、入力側正極端子Ti1及び入力側グランド(GND)端子Ti2と、DC/DCコンバータ4と、電流検出抵抗Rsと、制御回路5と、バイパススイッチSWbと、バイパス制御部6と、出力側正極端子To1及び出力側グランド端子To2と、バイパス用端子Tbとを備えている。
図示は省略したが、入力側正極端子Ti1は、スイッチを介して車両に設けられたバッテリBTの正極端子と接続されており、当該スイッチのオン/オフにより車両用灯具1の発光/非発光(点灯/消灯)が制御される。入力側グランド端子Ti2は、接地点を介してバッテリBTの負極端子に接続されている。本例において、バッテリBTの出力電圧は約12Vとされている。
また、半導体発光素子3a1と半導体発光素子3a2の接続点は、駆動回路2におけるバイパス用端子Tbに接続されている。
本例において、半導体発光素子3a1、半導体発光素子3a2それぞれの順方向電圧は約3.5Vであり、これら半導体発光素子3a1と半導体発光素子3a2とが直列接続された直列接続回路の順方向電圧VFは約7Vである。
スイッチSWcは、本例ではn型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が用いられ、ドレインが入力側正極端子Ti1に、ソースがインダクタLcの一端にそれぞれ接続されている。スイッチSWcのゲートは制御回路5が出力するスイッチング制御信号SSのラインに接続されている。
ショットキーダイオードDcは、カソードが上記したスイッチSWcのソースとインダクタLcの一端との接続点に接続され、アノードが入力側グランド端子Ti2と接続された接地ラインに対して接続されている。平滑コンデンサCoは、正極端子がインダクタの他端に接続され、負極端子が上記接地ラインに接続されている。
DC/DCコンバータ4による出力電圧Voutは、該平滑コンデンサCoの両端電圧差に相当し、出力電圧Voutが発光部3に印加されることで半導体発光素子3a1及び半導体発光素子3a2に駆動電流Idが流れ、半導体発光素子3a1及び半導体発光素子3a2が発光する。
差分信号Vxは、ヒステリシスコンパレータ14の負極入力端子に入力される。ヒステリシスコンパレータ14は、正極入力端子に基準電圧信号Vref2が入力され、出力端子はバイパススイッチSWbのゲートに接続されている。
このため、ヒステリシスコンパレータ14においては、差分信号Vxの値が基準電圧信号Vref2の値よりも小さくなった際には、出力信号がHレベルに立ち上がり、その後に差分信号Vxの値が基準電圧信号Vref2の値+αよりも大きくなった際には出力信号がLレベルに立ち下がる。
このようなヒステリシス特性により、バイパススイッチSWbがノイズ等の影響でオン/オフを繰り返してしまうチャタリングの防止が図られる。
従って、上記のように入力側正極端子Ti1の電位と出力側正極端子To1の電位との差(差分信号Vx)に基づきバイパススイッチSWbを制御するバイパス制御部6は、「入力電圧Vinと順方向電圧VFとの差」に基づきバイパススイッチSWbを制御するものであると換言できる。
第2実施形態としての車両用灯具1Aは、駆動電流Idの電流値と定電流制御系で用いる基準値との差に基づきバイパススイッチSWbを制御するものである。
なお、以下の説明において、既に説明済みとなった部分と同様となる部分については同一符号を付して説明を省略する。
また、順方向電圧VFが上昇した場合には、DC/DCコンバータ4の負荷の増大に伴い、エラー信号Veの値が低下する。このとき、順方向電圧VFの上昇度合いが比較的大きく(例えば7V→12V程度)、エラー信号Veの値が基準電圧信号Vref2’の値よりも小さくなると、ヒステリシスコンパレータ14の出力信号がLレベルからHレベルに立ち上がり、バイパススイッチSWbがオンとされて半導体発光素子3a2がショートされる。
従って、上記のようにエラー信号Veに基づきバイパススイッチSWbを制御するバイパス制御部6Aは、「入力電圧Vinと順方向電圧VFとの差」に基づきバイパススイッチSWbを制御するものであると換言できる。
車両用灯具1Bは、バイパススイッチSWbがオフとされたことに応じて、定電流制御に用いられる基準値を変化させるものである。
トランジスタQ1のコレクタと抵抗R2との接続点は、例えばNPN型のバイポーラトランジスタとされたトランジスタQ2のベースに接続されている。トランジスタQ2のコレクタは抵抗R3と抵抗R4との直列接続回路を介して基準電圧Vref1’と接続されている。
この場合における制御回路5のエラーアンプ11には、基準電圧信号Vref1に代えて、抵抗R3と抵抗R4との接続点における電位が基準電圧信号として入力される。
一方、バイパススイッチSWbがオンの状態、すなわちヒステリシスコンパレータ14の出力信号がHレベルの状態では、トランジスタQ1がオンとされるため、トランジスタQ2がオフとされる。これにより、制御回路5のエラーアンプ11には、基準電圧Vref1’の電圧値と抵抗R3の抵抗値とで定まる値による基準電圧信号が入力される。すなわち、抵抗R3と抵抗R4による分圧値よりも高い値による基準電圧信号が入力される。
車両用灯具1Cは、駆動回路にシリーズレギュレータを用いるものである。
車両用灯具1Cは、図1に示した車両用灯具1と比較して、駆動回路2に代えて駆動回路2Cが設けられた点が異なる。駆動回路2Cは、駆動回路2との比較で、DC/DCコンバータ4及び制御回路5に代えてシリーズレギュレータ8が設けられ、バイパス制御部6に代えてバイパス制御部6Bが設けられた点が異なる。なお、駆動回路2Bにおいては、電流検出抵抗Rsは接地ラインに挿入されている。
コンデンサC1は、正極端子がトランジスタQ3のコレクタと出力側正極端子To1との接続点に接続され、負極端子が接地ラインに対して接続されることで、半導体発光素子3a1と半導体発光素子3a2による直列接続回路に対して並列に接続される。
エラーアンプ8bは、電流検出抵抗Rsと出力側グランド端子To2との接続点における電位と基準電圧信号Vref3との差分をとり、エラー信号Ve’を得る。エラー信号Ve’は、トランジスタQ3のベースに供給される。
また、順方向電圧VFが上昇した場合にも、トランジスタQ3のコレクタ−エミッタ間の電位差は小さくなり、差分信号Vx’の値も小さくなる。このとき、順方向電圧VFの上昇度合いが比較的大きく(例えば7V→12V程度)、差分信号Vx’の値が基準電圧信号Vref2''の値よりも小さくなると、ヒステリシスコンパレータ14の出力信号がLレベルからHレベルに立ち上がり、バイパススイッチSWbがオンとされて半導体発光素子3a2がショートされる。
従って、電力制御素子8aの入/出力端子間の電位差に基づきバイパススイッチSWbを制御するバイパス制御部6Bとしても、「入力電圧Vinと順方向電圧VFとの差」に基づきバイパススイッチSWbを制御するものであると換言できる。
車両用灯具1Dは、図1に示した車両用灯具1と比較して、駆動回路2に代えて駆動回路2Dが設けられた点が異なる。駆動回路2Dは、駆動回路2との比較で、DC/DCコンバータ4及び制御回路5に代えて電流制限抵抗Rdが設けられ、バイパス制御部6に代えてバイパス制御部6Cが設けられた点が異なる。
バイパス制御部6Cは、トランジスタQ4、トランジスタQ5、抵抗R4、抵抗R5、抵抗R6、抵抗R7、抵抗R8、及び抵抗R9を備えている。本例では、トランジスタQ4及びトランジスタQ5にはPNP型のバイポーラトランジスタが用いられている。
抵抗R5は、入力側正極端子Ti1とトランジスタQ5のベースとの間に挿入され、抵抗R6は、トランジスタQ5のベースと抵抗R5との接続点とトランジスタQ4のコレクタと抵抗R9との接続点との間に挿入されている。
トランジスタQ4がオン状態であると、トランジスタQ5のベース−エミッタ間電圧が低くされるため、トランジスタQ5はオフとされる。トランジスタQ5がオフであると、トランジスタQ5のコレクタと抵抗R8との接続点に得られるバイパス制御部6Cの出力信号の値は、バイパス制御部6Cの電源電圧(負極性電圧)と略一致する。すなわち、バイパス制御部6Cの出力信号はLレベルとされる。従って、バイパススイッチSWbはオフ状態とされ、通常時において半導体発光素子3a2はショートされていない。
トランジスタQ5がオンとされると、トランジスタQ5のコレクタと抵抗R8との接続点に得られるバイパス制御部6Cの出力信号の値は、バイパス制御部6Cの電源電圧(負極性電圧)を抵抗R8と抵抗R7とで分圧した値となり、バイパス制御部6Cの出力信号はHレベルとなる。従って、バイパススイッチSWbがオンされて、半導体発光素子3a2がショートされる。
この第6実施形態は、これまでの実施形態のようにバイパス経路により半導体発光素子の一部を消灯させることで対応するものではなく、半導体発光素子の直列接続回路に対しての駆動電流の供給経路を切り替えるという手法で、バッテリ電圧の低下に対応する例である。
入力側正極端子Ti1は、スイッチを介して車両に設けられたバッテリBTの正極端子と接続されており、当該スイッチのオン/オフにより車両用灯具1の発光/非発光(点灯/消灯)が制御される。入力側グランド端子Ti2は、接地点を介してバッテリBTの負極端子に接続されている。
本例では、入力側正極端子Ti1と入力側グランド端子Ti2に印加されるバッテリBTからの入力電圧Vinは、例えば9V〜16Vで変動することを想定するが、例えば9V以下となっても、ある程度の電圧(例えば6V程度)までは発光部3Aが不点灯とはならないようにしている。
半導体発光素子3a4は、アノードが駆動回路2Eにおける出力側正極端子To3に接続され、カソードが半導体発光素子3a5のアノードと接続されている。半導体発光素子3a5のカソードは、駆動回路2Eにおける出力側グランド端子To2に接続されている。つまり第2光源部は出力側正極端子To3−出力側グランド端子To2間に接続される。
なお、本例では第1光源部を1つの半導体発光素子3a3、第2光源部を2つの半導体発光素子3a4,3a5としているが、第1,第2光源部はいずれも、少なくとも1以上の半導体発光素子を有するものであればよい。
電流制御部21は、第1駆動部として、バッテリVTからの入力電圧に基づいて駆動電流Id1を出力側正極端子To1から発光部3Aの半導体発光素子3a3、3a4、3a5に供給する。つまり電流制御部21は第1光源部及び第2光源部に駆動電流Id1を供給する。
また入力電圧Vinが低下した場合、順方向電圧VF2に対応できる範囲であれば、電流制御部22からの駆動電流Id2を半導体発光素子3a4,3a5に流すことができる。
切替制御部20は、p型のMOSFETによるスイッチSW1,SW2、NPN型のバイポーラトランジスタであるトランジスタQ20、n型のMOSFETであるFET_Q21、ツェナーダイオードZD、ダイオードD20、抵抗R21,R22,R23,R24を有する。
スイッチSW1は、電流制御部21に対して入力電圧Vinを与えるためのスイッチとされる。スイッチSW1がONとされることで、入力電圧Vinが電流制御部21に印加され、電流制御部21からの駆動電流Id1が発光部3Aの第1光源部及び第2光源部(半導体発光素子3a3,3a4,3a5)に供給される。スイッチSW1のゲート・ソース間にはバイアス抵抗R21が接続される。
スイッチSW2は、電流制御部22に対して入力電圧Vinを与えるためのスイッチとされる。スイッチSW2がONとされることで、入力電圧Vinが電流制御部22に印加され、電流制御部22からの駆動電流Id2が発光部3Aの第2光源部(半導体発光素子3a4,3a5)に供給される。スイッチSW2のゲート・ソース間にはバイアス抵抗R24が接続される。
ツェナーダイオードZD3と抵抗R23の接続点は、抵抗R22を介してトランジスタQ20のベースに接続されている。
トランジスタQ20のコレクタはスイッチSW1のゲート及びFET_Q21のゲートに接続され、さらに抵抗R21の一端に接続されている。トランジスタQ22のエミッタはグランドラインに接続されている。
FET_Q21のソースはグランドラインに接続され、ドレインがスイッチSW2のゲートに接続され、さらに抵抗R24の一端に接続されている。
入力電圧Vinが9Vを越えている場合、ツェナーダイオードZDに逆方向電流が流れ、これによりトランジスタQ20がONとなる。トランジスタQ20がONとなることでスイッチSW1がONとなり、これによって電流制御部21からの駆動電流Id1が発光部3Aに供給される。
またこのとき、FET_Q21はOFFとなっているため、スイッチSW2もOFFとなる。従って電流制御部22からの駆動電流Id2は流れない。
またこのとき、トランジスタQ20がOFFとなることで、FET_Q21がONになるため、スイッチSW2がONとなる。これによって電流制御部22からの駆動電流Id2が発光部3Aの半導体発光素子3a4,3a5に供給される。
なお、駆動電流Id1が流れるときと、駆動電流Id2が流れるときで、発光部3Aの光量が同程度となるように電流調整が行われることが望ましい。例えば駆動電流Id2の場合、2つの半導体発光素子3a4,3a5で、3つの半導体発光素子3a3,3a4,3a5の場合と同程度の光量とするため(もしくは光量低下を少なくするため)に、駆動電流Id1,Id2の電流値をId1<Id2とすることが考えられる。
また電流制御部21,22としては、降圧型コンバータを用いることも考えられるが、降圧型コンバータを用いずに、電流制限抵抗、定電流ダイオード等を実装する場合、電流制御部21,22の切替時の明るさの移行がスムースとなったり、コンバータのスイッチングノイズが発生しないという利点も得られる。
上記のように入力電圧と順方向電圧との差に基づきバイパススイッチを制御することで、バッテリ電圧の低下、及び半導体発光素子の順方向電圧の上昇の双方に対応して、少なくとも一つの半導体発光素子をショートさせることが可能となる。
従って、複数の半導体発光素子が直列接続された発光部を有する車両用灯具として、駆動回路に昇圧機能を持たせることを不要としてコスト削減を図りつつ、バッテリからの入力電圧の低下及び半導体発光素子の順方向電圧の上昇の双方に対して発光部の発光状態を維持することのできる車両用灯具の実現化を図ることができる。
これにより、定電流制御系において駆動電流値と基準値との差を求めるための差分演算回路(例えばエラーアンプ11又はエラーアンプ8b)を、入力電圧と順方向電圧との差を求めるための差分演算回路(例えば差動アンプ13)として併用することが可能とされる。
従って、差分演算回路の数を少なくでき、回路面積の縮小化、及び部品点数削減によるコスト削減が図られる。
これにより、バイパススイッチにより半導体発光素子がショートされた場合に対応して、駆動電流の電流値を上昇させることが可能とされる。
従って、半導体発光素子がショートされたことにより発光部の発光量が低下してしまうことの防止を図ることができる。
シリーズレギュレータは、例えばスイッチングコンバータを用いたレギュレータ等と比較して回路規模を小さくできる。
従って、回路面積の縮小化、及びコスト削減を図ることができる。
上記のシュミットトリガ回路によれば、ヒステリシスコンパレータを用いたシュミットトリガ回路とする場合よりも回路構成の簡略化が図られる。
従って、シュミットトリガ回路によりバイパススイッチについてのチャタリング防止を図った駆動回路として、回路面積の縮小化、及びコスト削減を図ることができる。
即ち第1の駆動部から、或いは第2の駆動部からという駆動電流供給経路を切り替えるという手法で、バッテリ電圧の低下に対応する。
これにより駆動回路に昇圧機能を持たせることを不要としてコスト削減を図りつつ、バッテリからの入力電圧の低下に対して発光部3Aの発光状態を維持することができる。
またバイパス方式ではなく駆動電流供給経路を切り替える構成であることから、2つの駆動部(電流制御部21,22)による駆動電流Id1,Id2の電流設定により、第1,第2光源部の両方に対する駆動電流の供給の場合と、第2光源部に対する駆動電流の供給の場合とで、発光部の光量の差を小さくしたり、同程度とすることも可能である。これによりバッテリ電圧低下によって発光駆動する半導体発光素子の数を減らしても目立った光量低下が生じないようにすることができる。
例えば、上記では、半導体発光素子としてLEDを用いる場合を例示したが、本発明は、例えば温度等の所定の条件により順方向電圧が変化し得る半導体発光素子が用いられる場合に広く好適に適用できるものである。
また、入力電圧と順方向電圧との差に応じてショートさせる半導体発光素子の数は一つに限定されず、二以上とすることもできる。
Claims (7)
- 複数の半導体発光素子が直列接続された直列接続回路を有する車両用灯具の発光部を駆動する駆動回路であって、
バッテリからの入力電圧に基づき、前記半導体発光素子を駆動するための駆動電圧を生成する駆動電圧生成部と、
前記入力電圧と前記直列接続回路の順方向電圧との差に基づき、少なくとも一つの前記半導体発光素子に並列接続されたバイパススイッチを制御するバイパス制御部と、を備える
駆動回路。 - 前記半導体発光素子に流れる駆動電流の電流値と所定の基準値との差に基づき前記駆動電流についての定電流制御を行う制御回路を備え、
前記バイパス制御部は、前記駆動電流の電流値と前記基準値との差に基づき前記バイパススイッチを制御する
請求項1に記載の駆動回路。 - 前記バイパス制御部により前記バイパススイッチがオンされたことに応じて、前記定電流制御に用いられる前記基準値を変化させる基準値制御部を備える
請求項2に記載の駆動回路。 - 前記駆動電圧生成部は、前記半導体発光素子に対して直列接続される電力制御素子を有するシリーズレギュレータとされ、
前記バイパス制御部は、前記電力制御素子の入/出力端子間の電位差に基づき前記バイパススイッチを制御する
請求項1乃至請求項3の何れかに記載の駆動回路。 - 前記バイパス制御部は、前記入力電圧と前記順方向電圧との差に相当する信号を入力信号とし、前記バイパススイッチの制御信号を出力信号とするシュミットトリガ回路を有しており、
前記シュミットトリガ回路が、トランジスタのオン電圧を前記出力信号の状態に応じて可変とすることにより前記入力信号の変化に対する前記出力信号の変化にヒステリシスを持たせる構成とされた
請求項1乃至請求項4の何れかに記載の駆動回路。 - 少なくとも1つの半導体発光素子を有する第1光源部と、少なくとも1つの半導体発光素子を有する第2光源部とを有し、前記第1光源部と前記第2光源部が直列に接続された車両用灯具の発光部を駆動する駆動回路であって、
バッテリからの入力電圧に基づき、前記第1光源部及び前記第2光源部に対する駆動電流を供給する第1の駆動部と、
バッテリからの入力電圧に基づき、前記第1光源部には駆動電流を供給しないで前記第2光源部に駆動電流を供給する第2の駆動部と、
前記入力電圧に基づき、前記第1の駆動部による駆動電流の供給と、前記第2の駆動部による駆動電流の供給を選択的に実行させる切替制御部と、を備える
駆動回路。 - 請求項1乃至請求項6の何れかに記載の駆動回路と前記発光部とを備えた
車両用灯具。
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