JP2017034970A - Lightning circuit and lighting fixture for vehicle using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車などに用いられる車両用灯具に関し、特にその故障検出に関する。 The present invention relates to a vehicular lamp used in an automobile or the like, and more particularly to its failure detection.
従来、車両用灯具、特に前照灯の光源としては、ハロゲンランプやHID(High Intensity Discharge)ランプが主流であったが、近年それらに代えて、LED(発光ダイオード)やレーザダイオードなどの半導体光源を用いた車両用灯具の開発が進められている。 Conventionally, halogen lamps and HID (High Intensity Discharge) lamps have been mainstream as light sources for vehicle lamps, particularly headlamps, but in recent years, instead of these, semiconductor light sources such as LEDs (light emitting diodes) and laser diodes have been used. Development of vehicular lamps that use lanterns is underway.
半導体光源を用いた車両用灯具には、半導体光源のオープン破壊、ハーネス外れ、配線の断線などに起因するオープン異常を検出し、車両側に通知する機能が求められる。図1(a)、(b)は、オープン異常検出機能を有する点灯回路を備える車両用灯具の回路図である。なおこれらは本発明者が事前に検討した回路であり、公知技術として認定してはならない。図1(a)の点灯回路10rは、降圧コンバータ(Buckコンバータ)20およびオープン検出回路30rを備える。点灯回路10rには、スイッチ6を介してバッテリ4からの電圧VBATが供給される。降圧コンバータ20は、電圧VBATを降圧し、光源2に出力電圧VOUTを供給する。降圧コンバータ20は、図示しないコンバータコントローラにより、光源2に流れる駆動電流IDRVが、光源2の目標光量を規定する目標値IREFに近づくようにフィードバック制御される。
A vehicular lamp using a semiconductor light source is required to have a function of detecting an open abnormality caused by open break of a semiconductor light source, disconnection of a harness, disconnection of wiring, and the like and notifying the vehicle side. FIGS. 1A and 1B are circuit diagrams of a vehicular lamp including a lighting circuit having an open abnormality detection function. Note that these are circuits that have been studied in advance by the present inventor and should not be recognized as a known technique. The
図1(a)のオープン検出回路30rは、電流検出用のセンス抵抗RSと、コンパレータ32rを備える。センス抵抗RSは、駆動電流IDRVの経路上に挿入され、その両端間には駆動電流IDRVに比例した電圧降下(電流検出信号)VISが発生する。コンパレータ32rは、電流検出信号VISを所定のしきい値電圧VTHと比較する。図1(a)の車両用灯具1rが正常であるとき、センス抵抗RSには正常な駆動電流IDRVが流れ、しきい値電圧VTHを超す電圧降下VISが発生する。反対に、オープン異常が発生すると、駆動電流IDRVが流れなくなるため、電圧降下VISが実質的にゼロとなり、しきい値電圧VTHより低くなる。したがってコンパレータ32rの出力信号は、VIS>VTHのとき正常を示す第1レベル(たとえばハイレベル)をとり、VIS<VTHのときオープン異常を示す第2レベル(ローレベル)をとる。
The
図1(b)のオープン検出回路30sは、抵抗R11,R12と、コンパレータ32sを備える。抵抗R11,R12は、降圧コンバータ20の出力電圧VOUTを分圧する。コンパレータ32sは、分圧後の出力電圧(電圧検出信号)VVSを、しきい値電圧VTHと比較する。
The
図1(b)の車両用灯具1sが正常であるとき、出力電圧VOUTは、光源2に目標電流IREFが供給されるのに最適な電圧レベルにフィードバック制御される。オープン異常が発生すると、駆動電流IDRVが流れなくなるが、降圧コンバータ20のコントローラは、駆動電流IDRVを目標値IREFに近づけるべく、スイッチングのデューティ比を増加させ、これにより出力電圧VOUTが上昇する。その結果、電圧検出信号VVSがしきい値電圧VTHを超える。
When the
したがってコンパレータ32sの出力信号は、VVS<VTHのとき正常を示す第1レベル(たとえばハイレベル)をとり、VVS>VTHのときオープン異常を示す第2レベル(ローレベル)をとる。
Therefore, the output signal of the
1. 本発明者は、図1(a)、(b)の点灯回路10r,10sについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。
1. As a result of studying the
レーザダイオードが光源2である車両用灯具では、メンテナンスやテストのために、光源2を低輝度で発光させる低輝度モード(テストモード)が要求されうる。この場合、図1(a)の点灯回路10rでは、しきい値電圧VTHを低輝度モードにおける電圧検出信号VISよりも低く設定する必要があるが、低輝度モードで光源2に流す駆動電流IDRVは微弱であり電圧検出信号VISはきわめて小さいため、しきい値電圧VTHを非常に低く設定しなければならず、誤差の影響を受けやすくなる。
In the vehicular lamp in which the laser diode is the
光源2を直列に接続された複数のLEDと、いくつかのLEDと並列に設けられたいくつかのバイパススイッチで構成する場合がある。この光源2を用いると、バイパススイッチのオンオフに応じて、それと並列なLEDの点灯、消灯を制御することが可能となる。ここで降圧コンバータ20の出力電圧VOUTは、点灯しているLEDの個数をNとするとき、
VOUT≒VF×N
で与えられるため、出力電圧VOUTは点灯数Nに応じてダイナミックに変動する。図1(b)の点灯回路10sでは、出力電圧VOUTがダイナミックに変動する場合に、しきい値電圧VTHを適切に定めることが難しい。
The
V OUT ≒ V F × N
Therefore , the output voltage VOUT varies dynamically according to the number N of lighting. In the
2. またオープン故障に関連して、本発明者は以下の課題を認識するに至った。
半導体光源は、過電流に弱く、特にレーザダイオードでは、過電流がCOD(Catastrophic optical damage)の故障を引き起こす可能性があるため、瞬時たりとも絶対最大定格を超える電流が流れるのを防止する必要があり、他の光源よりもシビアな過電流保護が求められる。
2. In connection with the open failure, the inventor has recognized the following problems.
Semiconductor light sources are vulnerable to overcurrents, especially in laser diodes. Overcurrents can cause catastrophic optical damage (COD) failure, so it is necessary to prevent currents that exceed the absolute maximum ratings from flowing instantaneously. There is a need for more severe overcurrent protection than other light sources.
点灯回路10r(あるいは10s)と光源2のコネクタ接点には、接触(正常状態)、非接触(オープン状態)を反復するチャタリングが生ずる場合がある。オープン状態では、点灯回路10r(10s)の電流検出信号VISがゼロとなるため、目標値に近づくようにデューティ比が増加する。その結果、出力キャパシタの電圧が増加する。その後、コネクタ接点が接触状態に復帰すると、出力キャパシタに余剰に蓄えられた電荷が光源2に流れ込み、過電流が発生してしまう。
Chattering that repeats contact (normal state) and non-contact (open state) may occur between the
本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、オープン異常を適切に検出可能な点灯回路の提供にある。また本発明のある態様の例示的な目的のひとつは、過電流を抑制可能な点灯回路の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of exemplary purposes of an embodiment thereof is to provide a lighting circuit capable of appropriately detecting an open abnormality. One of the exemplary purposes of an embodiment of the present invention is to provide a lighting circuit capable of suppressing overcurrent.
1. 本発明のある態様は点灯回路に関する。点灯回路は、光源に駆動電流を供給し、駆動電流が目標電流に近づくようフィードバック制御される降圧コンバータと、降圧コンバータの入力電圧と出力電圧の電位差を所定のしきい値電圧と比較するオープン検出回路と、を備える。 1. One embodiment of the present invention relates to a lighting circuit. The lighting circuit supplies a drive current to the light source, and a buck converter that is feedback-controlled so that the drive current approaches the target current, and an open detection that compares the potential difference between the input voltage and the output voltage of the buck converter with a predetermined threshold voltage A circuit.
降圧コンバータの負荷がオープン異常となると駆動電流がゼロとなり、駆動電流を増加させるために出力電圧が上昇する方向にフィードバックがかかり、オープン異常が発生すると、降圧コンバータの入出力間の電位差がゼロに近づく。この態様によれば、降圧コンバータの入出力間の電位差にもとづいてオープン異常を検出できる。 When the load of the step-down converter becomes open abnormal, the drive current becomes zero, and feedback is applied in the direction of increasing the output voltage to increase the drive current, and when an open abnormality occurs, the potential difference between the input and output of the step-down converter becomes zero. Get closer. According to this aspect, the open abnormality can be detected based on the potential difference between the input and output of the step-down converter.
オープン検出回路は、エミッタが降圧コンバータの入力端子と接続され、ベースが降圧コンバータの出力端子と接続されるPNP型バイポーラトランジスタを含んでもよい。バイポーラトランジスタのオン、オフが、異常検出の結果に対応し、電圧コンパレータが不要となるため、コストを下げることができる。 The open detection circuit may include a PNP bipolar transistor whose emitter is connected to the input terminal of the step-down converter and whose base is connected to the output terminal of the step-down converter. The on / off state of the bipolar transistor corresponds to the result of abnormality detection, and the voltage comparator is not necessary, so that the cost can be reduced.
オープン検出回路は、バイポーラトランジスタのコレクタと接地の間に設けられた第1抵抗をさらに含んでもよい。 The open detection circuit may further include a first resistor provided between the collector of the bipolar transistor and the ground.
オープン検出回路は、ソースが降圧コンバータの入力端子と接続され、ゲートが降圧コンバータの出力端子と接続されるPチャンネルFET(Field Effect Transistor)を含んでもよい。この場合、FETのオン、オフが、異常検出の結果に対応し、電圧コンパレータが不要となるため、コストを下げることができる。 The open detection circuit may include a P-channel FET (Field Effect Transistor) whose source is connected to the input terminal of the step-down converter and whose gate is connected to the output terminal of the step-down converter. In this case, the on / off state of the FET corresponds to the result of the abnormality detection, and the voltage comparator becomes unnecessary, so that the cost can be reduced.
オープン検出回路は、FETのゲートソース間に設けられたクランプ素子をさらに含んでもよい。これによりゲートソース間電圧を、耐圧より小さく抑えることができる。 The open detection circuit may further include a clamp element provided between the gate and the source of the FET. As a result, the gate-source voltage can be kept smaller than the breakdown voltage.
オープン検出回路は、FETのドレインと接地の間に設けられた第2抵抗をさらに備えてもよい。 The open detection circuit may further include a second resistor provided between the drain of the FET and the ground.
2. 本発明の別の態様も、点灯回路に関する。点灯回路は、出力インダクタを有し、出力インダクタを介して光源に駆動電流を供給し、駆動電流が目標電流に近づくようフィードバック制御されるコンバータと、コンバータの出力端子がオープン状態から正常状態に復帰したことを検出すると、停止時間の間、コンバータのスイッチングを停止する保護回路と、を備える。
オープン状態となると、駆動電流の検出値がゼロとなるためコンバータのデューティ比が増加し、出力電圧が上昇する。そして正常状態に復帰すると、出力キャパシタに蓄えられた過剰な電荷は、出力インダクタを介して光源に供給される。出力インダクタは出力キャパシタとともに共振回路を形成しており、制限された共振電流が光源に流れることとなるため、過電流が抑制される。
この共振電流が、フィードバック制御により生成される駆動電流に重畳されると、過電流となりうるところ、オープン状態から正常状態への復帰時に、スイッチングコンバータのスイッチング動作の再開を遅延させることにより、共振回路の電流が小さくなった後に、駆動電流が発生するため、過電流を抑制できる。
2. Another aspect of the present invention also relates to a lighting circuit. The lighting circuit has an output inductor, supplies the drive current to the light source via the output inductor, and the converter is feedback controlled so that the drive current approaches the target current, and the output terminal of the converter returns from the open state to the normal state And a protection circuit that stops switching of the converter during the stop time.
In the open state, the detected value of the drive current becomes zero, so the duty ratio of the converter increases and the output voltage rises. When the normal state is restored, excess charge stored in the output capacitor is supplied to the light source via the output inductor. The output inductor forms a resonance circuit together with the output capacitor, and a limited resonance current flows to the light source, so that overcurrent is suppressed.
When this resonance current is superimposed on the drive current generated by feedback control, it can become an overcurrent, but by resuming the switching operation of the switching converter when returning from the open state to the normal state, the resonance circuit Since the drive current is generated after the current becomes small, overcurrent can be suppressed.
保護回路は、コンバータの出力電圧が急激に低下したときに、正常状態への復帰と判定してもよい。「出力電圧が急激に低下したこと」は、出力電圧の傾きが所定のしきい値を超えたこと、所定時間の出力電圧の変化幅が所定のしきい値を超えたこと、出力電圧が所定幅変化するのに要した時間が所定のしきい値より短いこと、などを含む。これにより、オープン状態から正常状態の復帰を検出できる。 The protection circuit may determine that the converter has returned to the normal state when the output voltage of the converter has suddenly decreased. “A sudden drop in output voltage” means that the slope of the output voltage has exceeded a predetermined threshold, that the output voltage change width for a predetermined time has exceeded a predetermined threshold, and that the output voltage has This includes that the time required to change the width is shorter than a predetermined threshold. Thereby, the return from the open state to the normal state can be detected.
保護回路は、停止時間の経過後、コンバータのスイッチングのデューティ比を緩やかに上昇させてもよい。これによりスイッチングの再開後に、駆動電流が緩やかに増加するため、より一層、過電流を抑制できる。 The protection circuit may gradually increase the switching duty ratio of the converter after the stop time has elapsed. As a result, the drive current gradually increases after switching is restarted, so that the overcurrent can be further suppressed.
保護回路は、停止時間の間、目標電流をゼロとし、停止時間の経過後、目標電流を緩やかに上昇させてもよい。 The protection circuit may set the target current to zero during the stop time and gradually increase the target current after the stop time has elapsed.
保護回路は、コンバータの出力端子がショート状態から正常状態に復帰したことを検出すると、停止時間の間、コンバータのスイッチングを停止してもよい。
これにより、ショート状態から正常状態への復帰時に、スイッチングコンバータのスイッチング動作の再開を遅延させることにより、共振回路の電流が小さくなった後に、駆動電流が発生するため、過電流を抑制できる。
When the protection circuit detects that the output terminal of the converter has returned from the short state to the normal state, the protection circuit may stop the switching of the converter during the stop time.
Accordingly, when the return from the short-circuit state to the normal state is delayed, the restart of the switching operation of the switching converter is delayed, so that the drive current is generated after the current of the resonance circuit is reduced, so that the overcurrent can be suppressed.
保護回路は、コンバータの出力電圧が急激に上昇したときに、ショート状態から正常状態への復帰と判定してもよい。これにより、ショート状態から正常状態の復帰を検出できる。 The protection circuit may determine that the short-circuit state is restored to the normal state when the output voltage of the converter rapidly increases. Thereby, the return from the short state to the normal state can be detected.
保護回路は、出力電圧を受ける微分回路またはハイパスフィルタを含んでもよい。保護回路は、微分回路またはハイパスフィルタの出力信号が所定値を超えると、正常状態への復帰と判定してもよい。 The protection circuit may include a differentiation circuit that receives the output voltage or a high-pass filter. The protection circuit may determine that the output is returned to the normal state when the output signal of the differentiation circuit or the high-pass filter exceeds a predetermined value.
保護回路は、一端が接地されたキャパシタと、キャパシタの他端と接続され、正常状態における前記目標電流を規定する目標電圧を印加する充電抵抗と、キャパシタと並列に設けられた放電スイッチと、を含んでもよい。正常状態への復帰が検出されると、放電スイッチはオンしてもよい。 The protection circuit includes a capacitor having one end grounded, a charge resistor that is connected to the other end of the capacitor, applies a target voltage that defines the target current in a normal state, and a discharge switch provided in parallel with the capacitor. May be included. When the return to the normal state is detected, the discharge switch may be turned on.
コンバータは降圧型であってもよい。点灯回路は、コンバータの入力電圧と出力電圧の電位差を所定のしきい値電圧と比較するオープン検出回路をさらに備えてもよい。 The converter may be a step-down type. The lighting circuit may further include an open detection circuit that compares the potential difference between the input voltage and the output voltage of the converter with a predetermined threshold voltage.
本発明の別の態様は車両用灯具に関する。車両用灯具は、光源と、光源を駆動する上述のいずれかの点灯回路と、を備える。 Another aspect of the present invention relates to a vehicular lamp. The vehicular lamp includes a light source and any one of the lighting circuits described above that drives the light source.
本発明のある態様によれば、オープン異常を適切に検出できる。また本発明のある態様によれば、過電流を抑制できる。 According to an aspect of the present invention, an open abnormality can be detected appropriately. Moreover, according to an aspect of the present invention, overcurrent can be suppressed.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are electrically connected to each other in addition to the case where the member A and the member B are physically directly connected. It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as their electric It includes cases where the connection is indirectly made through other members that do not substantially affect the general connection state, or that do not impair the functions and effects achieved by their combination.
また本明細書において、電圧信号、電流信号などの電気信号、あるいは抵抗、キャパシタなどの回路素子に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値、容量値を表すものとする。 Further, in this specification, electrical signals such as voltage signals and current signals, or symbols attached to circuit elements such as resistors and capacitors indicate the respective voltage values, current values, resistance values, and capacitance values as necessary. It shall represent.
また当業者によれば、バイポーラトランジスタ、MOSFET、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)の置換、トランジスタのPチャンネル(PNP型)とNチャンネル(NPN型)の入れかえ、電源と接地の天地反転が可能であることが理解される。 Also, those skilled in the art can replace bipolar transistors, MOSFETs, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), replace P-channel (PNP type) and N-channel (NPN type) transistors, and invert the power supply and ground. It is understood.
(第1の実施の形態)
図2は、第1の実施の形態に係る車両用灯具1の回路図である。車両用灯具1は、光源2および点灯回路10を備える。点灯回路10は、降圧コンバータ20、コントローラ22およびオープン検出回路40を備える。
(First embodiment)
FIG. 2 is a circuit diagram of the
点灯回路10には、スイッチ6を介してバッテリ4からの電圧VBATが供給される。降圧コンバータ20は、バッテリ電圧VBATに応じた入力電圧VINを降圧し、光源2に出力電圧VOUTを供給する。降圧コンバータ20は、コンバータコントローラ22により、光源2に流れる駆動電流IDRVが、光源2の目標光量を規定する目標値IREFに近づくようにフィードバック制御される。降圧コンバータ20は、入力キャパシタC1、出力キャパシタC2、スイッチングトランジスタM1、整流ダイオードD1、インダクタL1を含む。コントローラ22は、駆動電流IDRVが目標値IREFに近づくようにデューティ比が変化するパルス信号SPWMを生成し、スイッチングトランジスタM1を駆動する。コントローラ22の制御方式は特に限定されず、ヒステリシス制御(Bang-Bang制御)であってもよいし、エラーアンプを用いたフィードバック制御であってもよい。
A voltage V BAT from the battery 4 is supplied to the lighting circuit 10 via the switch 6. The step-
オープン検出回路40は、降圧コンバータ20の入力電圧VINと出力電圧VOUTの電位差ΔVを所定のしきい値電圧VTHと比較する。そして、ΔV>VTHのとき正常と判定し、異常検出信号S1を第1レベル(たとえばハイレベル)とし、ΔV<VTHのときオープン異常と判定し、異常検出信号S1を第2レベル(たとえばローレベル)とする。
The
以上が点灯回路10の基本構成である。続いてその動作を説明する。図3は、図2の点灯回路10の動作波形図である。時刻t0より前において車両用灯具1は正常であり、駆動電流IDRVは目標量IREFに安定化されている。このとき、出力電圧VOUTはとある電圧レベルに安定化されている。
The above is the basic configuration of the lighting circuit 10. Next, the operation will be described. FIG. 3 is an operation waveform diagram of the lighting circuit 10 of FIG. Prior to time t0, the
時刻t0にオープン異常が発生すると駆動電流IDRVが遮断されゼロとなる。コントローラ22は、駆動電流IDRVを目標値IREFに近づけるためにパルス信号SPWMのデューティ比を増加させる。これに応答して出力電圧VOUTは上昇し、やがて入力電圧VINに到達する。オープン検出回路40は、VINとVOUTとの電位差ΔV=VIN−VOUTを監視し、時刻t1にΔV<VTHとなると、異常検出信号S1をローレベルとする。
When an open abnormality occurs at time t0, the drive current I DRV is cut off and becomes zero. The
以上が点灯回路10の動作である。この点灯回路10によれば、降圧コンバータ20の入出力間の電位差ΔVにもとづいてオープン異常を検出できる。
The above is the operation of the lighting circuit 10. According to the lighting circuit 10, an open abnormality can be detected based on the potential difference ΔV between the input and output of the step-
この点灯回路10を、光源2がレーザダイオードである車両用灯具1に使用した場合に、点灯回路10を低輝度モードに設定し、駆動電流IDRVを微小とした場合であっても、オープン異常を適切に検出できる。あるいは点灯回路10を、光源2が直列接続された複数のLEDを含み、バイパススイッチにより点消灯を制御する車両用灯具に使用した場合にも、出力電圧VOUTのダイナミックな変動にかかわらず、オープン異常を適切に検出できる。
When the lighting circuit 10 is used in the
本発明は、図2のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。 The present invention is understood as the block diagram and circuit diagram of FIG. 2 or extends to various devices and circuits derived from the above description, and is not limited to a specific configuration. Hereinafter, more specific configuration examples will be described in order not to narrow the scope of the present invention but to help understanding and clarify the essence and circuit operation of the present invention.
図4(a)、(b)は、車両用灯具1の具体的な構成例を示す回路図である。図4(a)のオープン検出回路40aは、PNP型のバイポーラトランジスタ42、第1抵抗R1、ベース抵抗R3を含む。バイポーラトランジスタ42のエミッタは降圧コンバータ20の入力端子と接続され、そのベースは、ベース抵抗R3を介して降圧コンバータ20の出力端子と接続される。第1抵抗R1は、バイポーラトランジスタ42のコレクタと接地の間に設けられる。なお、第1抵抗R1を省略し、オープンコレクタの出力としてもよい。またベース抵抗R3を省略してもよい。
4A and 4B are circuit diagrams illustrating a specific configuration example of the
バイポーラトランジスタ42のベースエミッタ間には、降圧コンバータ20の入出力間の電位差ΔVが入力される。正常時には電位差ΔVは十分に大きいため、バイポーラトランジスタ42はオン状態となり、異常検出信号S1は、ハイレベル(VIN)となる。オープン異常が発生し、入出力間の電位差ΔVが、バイポーラトランジスタ42のベースエミッタ間のしきい値電圧(0.6〜0.7V)より小さくなると、バイポーラトランジスタ42がオフとなり、異常検出信号S1はローレベルとなる。つまりバイポーラトランジスタ42のオン、オフが、異常検出の有無に対応する。図4(a)の車両用灯具1aによれば、電圧コンパレータが不要であるため、回路コストを下げることができる。
A potential difference ΔV between the input and output of the step-
図4(b)のオープン検出回路40bは、図4(a)のバイポーラトランジスタ42を、PチャンネルのFET44に置換した構成と把握される。FET44のソースは降圧コンバータ20の入力端子と接続され、そのゲートは、ゲート抵抗R4を介して降圧コンバータ20の出力端子と接続される。第2抵抗R2は、FET44のドレインと接地の間に設けられる。クランプ素子46は、FET44のゲートソース間に設けられ、所定値を超えないようにゲートソース間電圧をクランプする。たとえばクランプ素子46は、ツェナーダイオード、ショットキーダイオードなどで構成することができる。
The
FET44のゲートソース間には、降圧コンバータ20の入出力間の電位差ΔVが入力される。正常時には電位差ΔVは十分に大きいため、FET44はオン状態となり、異常検出信号S1は、ハイレベル(VIN)となる。オープン異常が発生し、入出力間の電位差ΔVが、FETのしきい値電圧VGS(TH)(たとえば1.5V)より小さくなると、FET44がオフとなり、異常検出信号S1はローレベルとなる。つまりFET44のオン、オフが、異常の有無に対応する。図4(b)の車両用灯具1bによれば、電圧コンパレータが不要であるため、回路コストを下げることができる。
A potential difference ΔV between the input and output of the step-
図5(a)、(b)は、別の構成例の車両用灯具1cを示す回路図である。図5(a)の車両用灯具1cにおいて、オープン検出回路40cは、電圧コンパレータ48を用いて構成される。電圧コンパレータ48は、入力電圧VINを低電位側にVTHシフトした電圧と、出力電圧VOUTを比較してもよい。電圧シフトVTHは、レベルシフタ49により導入される。図5(b)は、レベルシフタ49の構成例を示す回路図である。たとえばレベルシフタ49は、抵抗R5および電流源50を含む。抵抗R5の一端は降圧コンバータ20の入力端子と接続され、その他端に電流源50が接続される。電流源50は所定の定電流ICを生成する。抵抗R5と電流源50の接続点には、VIN−R5×ICの電圧が発生する。つまり、R5×ICがVTHとなる。図5(a)の車両用灯具1cによれば、電圧コンパレータを用いるため、コスト増と引き替えに、正確な電圧比較が可能となる。また複数の電圧コンパレータを含むコンパレータ回路を使用しており、電圧コンパレータが余っている場合には、コスト増加は発生しない。
FIGS. 5A and 5B are circuit diagrams showing a
(第2の実施の形態)
図6は、第2の実施の形態に係る車両用灯具1dの回路図である。たとえば光源2と点灯回路10dの間にはコネクタ12が設けられ、光源2と点灯回路10dは着脱可能に接続される。点灯回路10dは、降圧コンバータ20d、コントローラ22および保護回路60を備える。なお第2の実施の形態で説明する技術は、第1の実施の形態で説明した技術と組み合わせて用いることができ、したがって図6では省略されているが、点灯回路10dは、上述のオープン検出回路40をさらに備えることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a circuit diagram of the
点灯回路10dは、図2の点灯回路10に加えて、出力インダクタL2を備える。出力インダクタL2は、出力キャパシタC2と光源2の間に挿入される。保護回路60は、降圧コンバータ20dの出力端子がオープン状態から正常状態に復帰したことを検出すると、停止時間τ1の間、コンバータ20dのスイッチングを停止する。
The
たとえば保護回路60は、降圧コンバータ20dの出力電圧VOUTにもとづいて、オープン状態から正常状態への復帰を検出してもよい。保護回路60は、停止時間τ1の経過後、コンバータ20dのスイッチングのデューティ比をゼロから緩やかに上昇させてもよい(ソフトスタート)。
For example,
以上が点灯回路10dの基本構成である。続いてその動作を説明する。図7は、図6の点灯回路10dの動作波形図である。時刻t1より前においてコネクタ12はオープン状態である。オープン状態では駆動電流IDRVがゼロとなる。コントローラ22は、フィードバック制御により、ゼロの駆動電流IDRVを目標電流IREFに近づけるために、大きなデューティ比でスイッチングトランジスタM1を駆動する。その結果、インダクタL1の電流が出力キャパシタC2に流れ込み、出力電圧VOUTは正常時よりも高い電圧レベルをとる。
The above is the basic configuration of the
時刻t1に、コネクタ12の外れが解消され、接触状態(すなわち正常状態)に復帰する。これにより出力キャパシタC2に蓄えられた過剰な電荷が、出力インダクタL2を介して光源2に供給される。出力インダクタL2は出力キャパシタC2とともにLC共振回路14を形成しており、制限された共振電流IRESが光源2に流れることとなるため、過電流が抑制される。なお、出力インダクタL2が存在しない場合には、一点鎖線で示すように光源2に流れるランプ電流ILAMPは制限されずに上昇するため、過電流となることに留意されたい。
At time t1, the disconnection of the
ランプ電流ILAMPは、降圧コンバータ20dがフィードバック制御にもとづいて生成する駆動電流IDRVと、共振回路14に流れる共振電流IRESの合計である。共振電流IRESは、出力キャパシタC2および出力インダクタL2が形成するループに流れ、したがってコントローラ22への電流検出信号VISには、共振電流IRESは含まれない。したがってもし仮に、保護回路60が、オープン状態から正常状態への復帰時に、停止時間τ1を省略してスイッチングコンバータ20dのスイッチング動作を直ちに再開すると、共振電流IRESが、フィードバック制御により生成される駆動電流IDRVに重畳され、光源2に流れるランプ電流ILAMPは過電流となりうる。
The lamp current I LAMP is the sum of the drive current I DRV generated by the step-down
これに対して本実施の形態では、保護回路60は、オープン状態から正常状態への復帰時に、スイッチングコンバータ20dのスイッチング動作を、停止時間τ1の経過後に再開する。停止時間τ1は、共振電流IRESが十分に小さくなる緩和時間を考慮して定めればよい。これにより、共振回路14の共振電流IRESが小さくなった後に、駆動電流IDRVが発生するため、過電流を抑制できる。
On the other hand, in the present embodiment,
また、停止時間τ1の経過後のスイッチング動作の再開時に、ソフトスタート制御を行わなければ、インダクタL1、出力キャパシタC2、出力インダクタL2の共振により、過電流が発生するおそれがある。これに対して本実施の形態では、ソフトスタートによってコンバータ20dの出力電流IDRVを緩やかに増加させることで、このような過電流を抑制することができる。
If soft start control is not performed when the switching operation is resumed after the lapse of the stop time τ1, overcurrent may occur due to resonance of the inductor L1, the output capacitor C2, and the output inductor L2. On the other hand, in the present embodiment, such an overcurrent can be suppressed by gently increasing the output current I DRV of the
続いて、図6の点灯回路10dの具体的な構成例を説明する。図8は、図6の点灯回路10dの具体的な回路図である。コントローラ22は、ヒステリシス制御(Bang-Bang制御)のコントローラであり、電流センスアンプ70、ヒステリシスコンパレータ72、ドライバ74を備える。たとえばコンバータ20dが生成する駆動電流IDRVの経路上に、検出抵抗RSが挿入される。電流センスアンプ70は、検出抵抗RSに生ずる電圧降下VISを増幅する。ヒステリシスコンパレータ72は、電圧降下VISを、自身の出力に応じて2値で変化するしきい値電圧VH,VLと比較し、変調された制御パルスを生成する。しきい値VH,VLは、駆動電流IDRVの目標値IREFを指示する基準電圧VREFにもとづいて規定される。ドライバ74は、ヒステリシスコンパレータ72が生成する制御パルスにもとづいてスイッチングトランジスタM1を駆動する。なおコントローラ22の制御方式は、エラーアンプを用いたフィードバック制御であってもよい。
Next, a specific configuration example of the
図7に示したように、時刻t1においてオープン状態から正常状態に復帰すると、出力電圧VOUTが瞬時に低下する。保護回路60は、この現象を利用して、正常状態の復帰を検出してもよい。すなわち保護回路60は、出力電圧VOUTが急激に低下したときに、オープン状態から正常状態への復帰と判定してもよい。
As shown in FIG. 7, when the open state is restored to the normal state at time t1, the output voltage VOUT decreases instantaneously. The
たとえば保護回路60は、第1微分回路62あるいはローパスフィルタを含むことができる。たとえば第1微分回路62の出力信号VAは、出力電圧VOUTの下りスロープの傾きが大きくなるほど増加する。その後、出力信号VAは、第1微分回路62の内部の時定数TC1に応じた傾きで0に戻る。この時定数TC1によって、上述の停止時間τ1が規定される。
For example, the
目標電流コントローラ64は、第1微分回路62の出力VAに応じて、駆動電流IDRVの目標値IREFを規定する基準電圧VREFを調節する。具体的には目標電流コントローラ64は、第1微分回路62の出力VAが所定のしきい値VBより低いとき、基準電圧VREFを通常値VNORMにセットする。目標電流コントローラ64は、第1微分回路62の出力VAがしきい値VBを超える状態では、基準電圧VREFすなわち目標電流IREFをゼロとする。これにより降圧コンバータ20dのスイッチングは停止する。
The target
目標電流コントローラ64は、第1微分回路62の出力VAがしきい値VBを下回ると、基準電圧VREFすなわち目標電流IREFを通常値VNORMに向かって緩やかに増加させる。これにより停止時間τ1の経過後のソフトスタート制御が可能となる。
The target
図9は、図8の点灯回路10dの動作波形図である。図9にはコネクタ12の接点の復帰時の動作が示される。時刻t1にコネクタ12の接点が復帰すると、出力電圧VOUTが急激に低下し、第1微分回路62の出力VAが上昇し、しきい値VBを超える。これにより基準電圧VREFが通常値VNORMからゼロに低下し、降圧コンバータ20dのスイッチングが停止する。
FIG. 9 is an operation waveform diagram of the
そして第1微分回路62の内部の時定数TC1にしたがって電圧VAが低下していき、時刻t2にしきい値VBより低くなる。そうすると目標電流コントローラ64は基準電圧VREFを緩やかに上昇させる。つまり時刻t1〜t2の遅延時間が、停止期間τ1となる。
Then gradually the voltage V A in accordance with constant TC1 time within the first differentiating
図10は、保護回路60の具体的な構成例を示す回路図である。第1微分回路62は、主として、バイポーラトランジスタQ11、キャパシタC21、抵抗R21を含む。この構成により、出力電圧VOUTの下りスロープの傾きに応じた信号VAが生成される。第1微分回路62の時定数TC1は、抵抗R21とキャパシタC21で規定される。この第1微分回路62は、ハイパスフィルタと把握することもできる。
FIG. 10 is a circuit diagram illustrating a specific configuration example of the
目標電流コントローラ64は、主としてキャパシタC22、充電抵抗R22、放電スイッチQ12を含む。キャパシタC22の一端は接地される。充電抵抗R22は、基準電圧VREFの通常値VNORMを規定する電圧VCNTを、キャパシタC22に印加する。放電スイッチQ12がオフのとき、キャパシタC22の電圧VC22は、電圧VCNTと等しい。キャパシタC22の電圧VC22は、バッファ66によって、分圧回路R23,R24に印加され、基準電圧VREFが生成される。
The target
第1微分回路62の出力信号VA’は、NPN型バイポーラトランジスタである放電スイッチQ12のベースに入力される。第1微分回路62におけるトランジスタQ11のベース電圧VAがトランジスタのオン/オフのしきい値電圧(上述のしきい値)VBを下回り、第1微分回路62の出力信号VA’が、ベースエミッタ間のしきい値VBEを超えると、放電スイッチQ12がオンとなり、キャパシタC22の電圧VC22がゼロ、つまり基準電圧VREFがゼロとなる。放電スイッチQ12は、電圧の比較手段であるとともに、基準電圧VREFをゼロリセットする機能を有する。
The output signal V A ′ of the
トランジスタQ11のベース電圧VAがしきい値VBを上回るとトランジスタQ11がオフし、放電スイッチQ12はオフとなる。そうすると、キャパシタC22は抵抗R22を介して充電される。このとき、キャパシタC22の電圧VC22は、CR時定数TC1で上昇していく。これにより上述のソフトスタートが実現できる。なお、トランジスタQ11はPNP型バイポーラトランジスタであり、そのエミッタに入力電圧VINが供給されるため、入力電圧VINを基準として動作する。したがって電圧VAがしきい値電圧VBを下回るとトランジスタQ11がオン、上回るとオフとなることに留意されたい。 When the base voltage V A of the transistor Q11 exceeds the threshold value V B transistor Q11 is turned off, the discharge switch Q12 is turned off. Then, the capacitor C22 is charged via the resistor R22. At this time, the voltage V C22 of the capacitor C22 is gradually increased in the CR time constant TC1. Thereby, the above-mentioned soft start can be realized. The transistor Q11 is a PNP bipolar transistor, and the input voltage VIN is supplied to the emitter of the transistor Q11. Therefore, the transistor Q11 operates on the basis of the input voltage VIN . Therefore, when the voltage V A falls below the threshold voltage V B wants transistor Q11 is turned on, be noted that the off exceeds.
バッファ66の応答遅延が大きい場合、トランジスタQ13が追加される。トランジスタQ13は、信号VAがしきい値VBE(=VB)を超えるとオンとなり、分圧回路R23,R24のノードに生ずる基準電圧VREFを直接ゼロにプルダウンする。なお、バッファ66が高速である場合、トランジスタQ13は省略することができ、さらには抵抗R23,R24を省略してもよい。
When the response delay of the
(第2の実施の形態の変形例)
(変形例2.1)
上述の説明では、オープン状態から正常状態への復帰における過電流を抑制する技術を説明したが、この技術は、ショート状態から正常状態の復帰時において生ずる過電流の抑制にも利用可能である。この場合、保護回路60は、降圧コンバータ20dの出力端子がショート状態から正常状態に復帰したことを検出すると、停止時間τ2の間、降圧コンバータ20dのスイッチングを停止すればよい。停止期間τ2は、停止期間τ1と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
(Modification of the second embodiment)
(Modification 2.1)
In the above description, the technique for suppressing the overcurrent in the return from the open state to the normal state has been described. However, this technique can also be used to suppress the overcurrent that occurs when the short state returns to the normal state. In this case, when the
図11は、ショート状態から正常状態への復帰を示す波形図である。ショート状態では、出力電圧VOUTはゼロ付近に固定される。降圧コンバータ20が生成する駆動電流IDRVは、ショート状態においても目標値IREFに安定化される。時刻t1にショート状態から正常状態に復帰すると、出力電圧VOUTは大きく跳ね上がる。そこで保護回路60は、降圧コンバータ20dの出力電圧VOUTが急激に上昇したときに、ショート状態から正常状態への復帰と判定すればよい。保護回路60は上述の第1微分回路62に代えて、第2微分回路62s(たとえば図12に図示)あるいはローパスフィルタを含むことができる。第2微分回路62sの出力信号は、出力電圧VOUTの上りスロープの傾きが大きくなるほど増加する。その後、この出力信号は、第2微分回路62sの内部の時定数TC2に応じた傾きで0に戻る。この変形例によれば、ショート状態からの復帰の際の過電流を抑制できる。
FIG. 11 is a waveform diagram showing the return from the short state to the normal state. In the short state, the output voltage VOUT is fixed near zero. The drive current I DRV generated by the step-
(変形例2.2)
さらにはオープン状態からの復帰と、ショート状態からの復帰の両方に対応するように回路を構成することができる。たとえばオープン用とショート用に、二系統の保護回路60を設けてもよい。あるいは、図8において、オープン用の第1微分回路62と、ショート用の第2微分回路62sを2系統設け、目標電流コントローラ64を共通化してもよい。
(Modification 2.2)
Furthermore, the circuit can be configured to cope with both the return from the open state and the return from the short state. For example, two
図12は、変形例2.2に係る保護回路60eの回路図である。保護回路60eは、図10の保護回路60に加えて、キャパシタC23をさらに備える。キャパシタC23は、トランジスタQ12のベース抵抗R12、トランジスタQ13のベース抵抗R13とともにショート用の第2微分回路62sを形成する。この第2微分回路62sは、出力電圧VOUTのポジティブエッジの傾きに応じた電圧VC1,VC2を生成する。トランジスタQ12、Q13は、第2微分回路62sの出力信号VC1,VC2が所定値VBを超えるとターンオンする。
FIG. 12 is a circuit diagram of a
第2微分回路62sの出力信号VC1,VC2は出力電圧VOUTの上りスロープの傾きが大きくなるほど増加する。その後、出力信号VC1,VC2は第2微分回路62sの内部の時定数TC2に応じた傾きで0に戻る。この時定数TC2によって、ショート復帰時の停止時間τ2が規定される。
The output signals V C1 and V C2 of the second differentiating
図12の保護回路60eによれば、オープン状態から正常状態の復帰、ショート状態から正常状態の復帰の両方において、過電流を抑制できる。図12から第1微分回路62を省略すれば、ショート状態から正常状態への復帰における過電流が抑制できる。
According to the
(用途)
最後に、車両用灯具1の用途を説明する。図13は、第1あるいは第2の実施の形態に係る車両用灯具1を備えるランプユニット(ランプアッシー)500の斜視図である。ランプユニット500は、透明のカバー502、ハイビームユニット504、ロービームユニット506、筐体508を備える。上述の車両用灯具1は、たとえばハイビームユニット504に用いることができる。ハイビームユニット504に代えて、あるいはそれに加えて、ロービームユニット506に車両用灯具1を用いてもよい。
(Use)
Finally, the use of the
実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms based on the embodiments, the embodiments only illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many variations and modifications of the arrangement are permitted without departing from the spirit of the present invention.
1…車両用灯具、2…光源、4…バッテリ、6…スイッチ、10…点灯回路、12…コネクタ、14…共振回路、20…降圧コンバータ、22…コントローラ、30…オープン検出回路、32…コンパレータ、40…オープン検出回路、42…バイポーラトランジスタ、R1…第1抵抗、R2…第2抵抗、R3…ベース抵抗、R4…ゲート抵抗、44…FET、46…クランプ素子、48…電圧コンパレータ、500…ランプユニット、502…カバー、504…ハイビームユニット、506…ロービームユニット、508…筐体、M1…スイッチングトランジスタ、L2…出力インダクタ、C1…入力キャパシタ、C2…出力キャパシタ、60…保護回路、62…第1微分回路、64…目標電流コントローラ、66…バッファ、70…電流センスアンプ、72…ヒステリシスコンパレータ、74…ドライバ、Q12…放電スイッチ、C22…キャパシタ、R22…充電抵抗。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記コンバータの出力端子がオープン状態から正常状態に復帰したことを検出すると、停止時間の間、前記コンバータのスイッチングを停止する保護回路と、
を備えることを特徴とする点灯回路。 A converter having an output inductor, supplying a drive current to the light source via the output inductor, and feedback-controlled so that the drive current approaches a target current;
When detecting that the output terminal of the converter has returned from an open state to a normal state, a protection circuit that stops switching of the converter during a stop time;
A lighting circuit comprising:
前記コンバータの出力端子がショート状態から正常状態に復帰したことを検出すると、停止時間の間、前記コンバータのスイッチングを停止する保護回路と、
を備えることを特徴とする点灯回路。 A converter having an output inductor, supplying a drive current to the light source via the output inductor, and feedback-controlled so that the drive current approaches a target current;
When detecting that the output terminal of the converter has returned from a short state to a normal state, a protection circuit that stops switching of the converter during a stop time;
A lighting circuit comprising:
前記コンバータの出力電圧を受ける微分回路またはハイパスフィルタを含み、
前記微分回路またはハイパスフィルタの出力信号が所定値を超えると、前記正常状態への復帰と判定することを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の点灯回路。 The protection circuit is
Including a differentiating circuit or a high-pass filter that receives the output voltage of the converter,
The lighting circuit according to claim 1, wherein when the output signal of the differentiating circuit or the high-pass filter exceeds a predetermined value, it is determined that the normal state is restored.
一端が接地されたキャパシタと、
前記キャパシタの他端と接続され、前記正常状態における前記目標電流を規定する目標電圧を印加する充電抵抗と、
前記キャパシタと並列に設けられた放電スイッチと、
を含み、
前記正常状態への復帰が検出されると、前記放電スイッチがオンすることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の点灯回路。 The protection circuit is
A capacitor with one end grounded;
A charging resistor connected to the other end of the capacitor and applying a target voltage defining the target current in the normal state;
A discharge switch provided in parallel with the capacitor;
Including
The lighting circuit according to any one of claims 1 to 7, wherein when the return to the normal state is detected, the discharge switch is turned on.
前記コンバータの出力電圧が急激に変化したとき、停止時間の間、前記コンバータのスイッチングを停止する保護回路と、
を備えることを特徴とする点灯回路。 A converter having an output inductor, supplying a drive current to the light source via the output inductor, and feedback-controlled so that the drive current approaches a target current;
A protection circuit that stops switching of the converter during a stop time when the output voltage of the converter changes suddenly;
A lighting circuit comprising:
前記コンバータの入力電圧と出力電圧の電位差を所定のしきい値電圧と比較するオープン検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の点灯回路。 The converter is a step-down type,
The lighting circuit according to claim 1, further comprising an open detection circuit that compares a potential difference between an input voltage and an output voltage of the converter with a predetermined threshold voltage.
前記降圧コンバータの入力電圧と出力電圧の電位差を所定のしきい値電圧と比較するオープン検出回路と、
を備えることを特徴とする点灯回路。 A step-down converter that supplies a drive current to a light source and is feedback-controlled so that the drive current approaches a target current;
An open detection circuit for comparing a potential difference between an input voltage and an output voltage of the step-down converter with a predetermined threshold voltage;
A lighting circuit comprising:
前記PチャンネルFETのゲートソース間に設けられたクランプ素子と、
前記PチャンネルFETのドレインと接地の間に設けられた第2抵抗と、
をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載の点灯回路。 The open detection circuit includes:
A clamp element provided between the gate and source of the P-channel FET;
A second resistor provided between the drain of the P-channel FET and ground;
The lighting circuit according to claim 15, further comprising:
前記光源を駆動する請求項1から16のいずれかに記載の点灯回路と、
を備えることを特徴とする車両用灯具。 A light source;
The lighting circuit according to any one of claims 1 to 16, which drives the light source;
A vehicular lamp characterized by comprising:
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