JP2018156913A - 点灯回路および車両用灯具 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーの劣化を抑制可能な点灯回路を提供する。【解決手段】駆動回路４１４は、第２光源３０４に駆動電流を供給する。ダミー負荷回路４５０は、第２光源３０４のオン、オフを指示する点灯制御信号が入力される制御ライン４３４に接続され、温度が高くなると減少するダミー負荷電流ＩＤＵＭＭＹＬＯＡＤをシンクする。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車などに用いられる灯具に関する。

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ＬＤ（半導体レーザ）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。

車両用灯具には、個別に点消灯が制御される複数の光源が搭載される。たとえば、車両用灯具には、ロービーム用の光源と、ハイビーム用の光源が搭載される場合がある。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明者らが検討した複数の光源を備える車両用灯具の回路図である。各図において、第１光源３０２はロービームに対応し、第２光源３０４はハイビームに対応している。

図１（ａ）の車両用灯具３００Ｒの点灯回路４００Ｒは、第１光源３０２、第２光源３０４それぞれに対応する第１駆動回路４１０、第２駆動回路４１２を備える。各駆動回路４１０，４１２は、（i）定電流出力のコンバータ、もしくは（ii）定電圧出力のコンバータと定電流回路の組み合わせで構成される。

ＬＯ端子には、メカリレーＲＹ１を介して電源電圧Ｖ_ＬＯが入力される。第１駆動回路４１０は、メカリレーＲＹ１がオンし、ＬＯ端子に電源電圧Ｖ_ＬＯが供給されると、第１光源３０２に駆動電流（ランプ電流）Ｉ_{ＬＡＭＰ１}を供給する。ＨＩ端子には、メカリレーＲＹ２を介して電源電圧Ｖ_ＨＩが入力される。第２駆動回路４１２は、メカリレーＲＹ２がオンし、ＨＩ端子に電源電圧Ｖ_ＨＩが供給されると、第２光源３０４に駆動電流Ｉ_{ＬＡＭＰ２}を供給する。

図１（ｂ）の車両用灯具３００Ｓにおいて、２個の光源３０２，３０４が直列に接続されている。共通の駆動回路４１４は、光源３０２，３０４の直列接続回路に、共通の駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰを供給する。バイパススイッチ４３０は第２光源３０４と並列に設けられており、スイッチドライバ４３２は、ＨＩ端子にハイレベルが入力されるとき、バイパススイッチ４３０をオフする。このとき第２光源３０４には、駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰが供給され、点灯状態となる。スイッチドライバ４３２は、ＨＩ端子がローレベルのとき、バイパススイッチ４３０をオンする。このとき駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰは、バイパススイッチ４３０に流れ、第２光源３０４は消灯する。

なお、ここではハイビームとロービームの組み合わせを説明したが、同様の問題は他の光源の組み合わせにおいても生じうる。

特開２０１６−８２６９１号公報

リレーには、オフ状態で接点の表面に酸化膜が形成されるため最低通電電流（最低保証電流）が規定されており、オン状態（導通状態）において最低通電電流より大きい電流を供給しないと接点が酸化し、導通不良が発生するおそれがある。図１（ａ）の車両用灯具３００Ｒにおいては、リレーＲＹ１，ＲＹ２はいずれも、ある程度大きな電流が流れる電源ライン上に設けられているため、各リレーには最低通電電流より大きな電流が流れることが保証される。

一方、図１（ｂ）の車両用灯具３００Ｓでは、ＨＩ端子から点灯回路４００Ｓの内部を見たインピーダンスが高い。すなわちリレーＲＹ２は、電源ライン上ではなく、信号ライン上に配置されている。そのため、ハイビームの点灯期間にリレーＲＹ２をオンしたときに、リレーＲＹ２に流れる電流が最低通電電流を下回るおそれがある。

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、リレーの劣化を抑制可能な点灯回路の提供にある。

本発明のある態様は、光源を駆動する点灯回路に関する。点灯回路は、光源に駆動電流を供給する駆動回路と、光源のオン、オフを指示する点灯制御信号が入力される制御ラインに接続され、温度が高くなると減少するダミー負荷電流をシンクするダミー負荷回路と、を備える。

点灯回路は、光源と並列に設けられたバイパススイッチをさらに備えてもよい。点灯制御信号は、バイパススイッチを制御する信号であってもよい。

点灯回路は、光源と直列に設けられた定電流源をさらに備えてもよい。点灯制御信号は、定電流源を制御する信号であってもよい。

本発明の別の態様は、直列に接続される第１光源および第２光源を駆動する点灯回路に関する。点灯回路は、第２光源と並列に設けられるバイパススイッチと、第１光源および第２光源を含む直列接続回路に駆動電流を供給する駆動回路と、第２光源のオン、オフを指示する点灯制御信号が入力される制御ラインに接続され、温度が高くなると減少するダミー負荷電流をシンクするダミー負荷回路と、を備える。

これらの態様によると、制御ラインに接続される外部のリレーには、その導通状態においてダミー負荷電流より大きな電流が流れることが保証されるため、リレーの接点の劣化を抑制できる。またダミー負荷回路は点灯回路において熱源とみなせるところ、温度が高い状態ではダミー負荷電流を減少させて発熱量を低下させることにより、点灯回路自体の熱設計が容易となるとともに、ダミー負荷回路の構成素子の部品の選定の自由度が高まる。

ダミー負荷回路は、制御ラインと接地の間に順に直列に設けられたトランジスタおよび抵抗と、トランジスタの制御端子に、第１温度範囲において実質的に一定であり、第１温度範囲より高い第２温度範囲において、温度ともに低下するバイアス電圧を印加するバイアス回路と、を含んでもよい。

バイアス回路は、制御ラインとトランジスタの制御端子の間に設けられた正温特を有するサーミスタと、トランジスタの制御端子と接地の間に設けられたツェナーダイオードと、を含んでもよい。この構成によれば、常温およびそれより低い温度領域においては、ダミー負荷電流を一定に保ちつつ、常温より高い温度領域では、温度が高くなるほどダミー負荷電流を減少させることができる。

トランジスタはバイポーラトランジスタであり、バイアス回路は、トランジスタの制御端子と接地の間に、ツェナーダイオードと直列に設けられたダイオードをさらに含んでもよい。ダイオードの順方向電圧とトランジスタのベースエミッタ間電圧の温度による影響を相殺することができため、常温領域ではツェナー電圧に比例したダミー負荷電流を生成できる。

本発明の別の態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、直列に接続される第１光源および第２光源と、第１光源および第２光源を駆動する上述のいずれかの点灯回路と、を備えてもよい。第２光源はハイビームであってもよい。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、リレーの劣化を抑制できる。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明者らが検討した複数の光源を備える車両用灯具の回路図である。 実施の形態に係る点灯回路を備える車両用灯具のブロック図である。 一実施例に係るダミー負荷回路の回路図である。 図３のダミー負荷回路の動作を説明する図である。 変形例１に係る点灯回路を備える車両用灯具のブロック図である。

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。

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。

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。

図２は、実施の形態に係る点灯回路４００を備える車両用灯具３００のブロック図である。車両用灯具３００は、第１光源３０２、第２光源３０４および点灯回路４００を備える。第１光源３０２および第２光源３０４はそれぞれ、ひとつ、あるいは直列に接続された複数のＬＥＤを含む。第１光源３０２と第２光源３０４は直列に接続されており、点灯回路４００は、直列に接続される第１光源３０２および第２光源３０４を駆動する。

それに限定されないが、本実施の形態において第１光源３０２はロービーム用の光源であり、第２光源３０４はハイビーム用の光源である。点灯回路４００は、ＬＯ端子に電源電圧Ｖ_ＬＯ（たとえば図示しないバッテリの電圧Ｖ_ＢＡＴ）が供給されると、第１光源３０２を点灯させる。また点灯回路４００は、ＨＩ端子にハイレベルが入力されると、第２光源３０４を点灯させ、ＨＩ端子にローレベルが入力されると、第２光源３０４を消灯する。ＬＯ端子への電源電圧Ｖ_ＬＯの供給とは別に、第１光源３０２の点消灯を指示する制御信号が入力されてもよい。

ＬＯ端子には、メカリレーＲＹ１を介して電源電圧Ｖ_ＬＯが入力される。ＨＩ端子には、メカリレーＲＹ２を介して第２光源３０４のオン、オフを指示する点灯制御信号Ｖ_ＨＩが入力される。点灯回路４００は、駆動回路４１４、バイパススイッチ４３０、スイッチドライバ４３２、ダミー負荷回路４５０を備える。バイパススイッチ４３０は、第２光源３０４と並列に設けられる。駆動回路４１４は、第１光源３０２および第２光源３０４を含む直列接続回路に、駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰを供給する。駆動回路４１４は、定電流コンバータで構成することができる。スイッチドライバ４３２は、点灯制御信号Ｖ_ＨＩがハイレベルのときバイパススイッチ４３０をオフし、ローレベルのときバイパススイッチ４３０をオンする。

ダミー負荷回路４５０は、点灯制御信号Ｖ_ＨＩが入力される制御ライン４３４に接続され、ダミー負荷電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}を制御ライン４３４からシンクする。ダミー負荷回路４５０は、温度が高くなるとダミー負荷電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}が減少するように構成されている。したがってダミー負荷回路４５０は温度検出素子４５２を含みうる。

図３は、一実施例に係るダミー負荷回路４５０の回路図である。トランジスタＴＲ１０１および抵抗Ｒ１０３は、制御ライン４３４と接地の間に順に直列に設けられる。バイアス回路４５４は、トランジスタＴＲ１０１の制御端子に、第１温度範囲において実質的に一定であり、第１温度範囲より高い第２温度範囲において、温度ともに低下するバイアス電圧Ｖｂを印加する。たとえばトランジスタＴＲ１０１はＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、そのエミッタ電圧はＶｂ−Ｖｂｅとなる。Ｖｂｅは、トランジスタＴＲ１０１のベースエミッタ間電圧である。このエミッタ電圧が抵抗Ｒ１０３に印加されると、トランジスタＴＲ１０１および抵抗Ｒ１０３の直列接続回路には、式（１）のダミー負荷電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}が流れる。
Ｉ_{ＤＵＭＭＬＯＡＤ}＝（Ｖｂ−Ｖｂｅ）／Ｒ１０３ …（１）

制御ライン４３４とトランジスタＴＲ１０１のコレクタの間には、適切なインピーダンスを有する素子が挿入される。本実施の形態では、ダイオードＤ１０１および抵抗Ｒ１０１が挿入されているがその限りではない。ダイオードＤ１０１は、ダミー負荷電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}が逆向きに流れるのを防止する。

バイアス回路４５４は、温度検出素子４５２であるサーミスタＴＨ１０１を含む。サーミスタＴＨ１０１は、ＰＴＣ（Positive Thermal Coefficient）サーミスタであり、その抵抗値は、室温およびそれより低い温度領域において一定の抵抗値を示し、ある一定の温度を超えると、温度とともに増大する。サーミスタＴＨ１０１は、制御ライン４３４とトランジスタＴＲ１０１の制御端子（ベース）の間に、抵抗Ｒ１０２と直列に設けられる。サーミスタＴＨ１０１の抵抗値によっては、抵抗Ｒ１０２は省略可能である。

ツェナーダイオードＺＤ１０１は、定電圧ダイオードである。トランジスタＴＲ１０１の制御端子（ベース）と接地の間には、ダイオードＤ１０２とツェナーダイオードＺＤ１０１が直列に設けられる。

以上が車両用灯具３００の構成である。続いてその動作を説明する。図４は、図３のダミー負荷回路４５０の動作を説明する図である。Ｒ．Ｔ．は室温を示す。周囲温度Ｔａがとある一定値Ｔ_ＴＨより低く、サーミスタＴＨ１０１の抵抗値が一定である第１温度範囲Ａにおいて、バイアス電圧Ｖｂは式（２）で与えられる。
Ｖｂ＝Ｖ_Ｆ＋Ｖ_ＺＤ …（２）
Ｖ_ＦはダイオードＤ１０２の順方向電圧、Ｖ_ＺＤはツェナーダイオードＺＤ１０１のツェナー電圧である。

式（２）を式（１）に代入すると、式（３）を得る。
Ｉ_{ＤＵＭＭＬＯＡＤ}＝（Ｖ_Ｆ＋Ｖ_ＺＤ−Ｖｂｅ）／Ｒ１０３ …（３）

Ｖ_Ｆ≒Ｖｂｅが成り立つとき、式（４）を得る。
Ｉ_{ＤＵＭＭＬＯＡＤ}＝Ｖ_ＺＤ／Ｒ１０３ …（４）
つまり第１温度範囲Ａにおいては、周囲温度Ｔａに依存しない一定のダミー負荷電流Ｉ_{０ＤＵＭＭＬＯＡＤ}を生成できる。この一定のダミー負荷電流Ｉ_{０ＤＵＭＭＬＯＡＤ}は、リレーＲＹ２の最低通電電流と同程度に設定することが望ましい。

周囲温度Ｔａがとある一定値Ｔ_ＴＨより高い第２温度範囲Ｂにおいて、温度上昇にともないサーミスタＴＨ１０１の抵抗値Ｒ_ＰＴＣは増大していく。このサーミスタＴＨ１０１の抵抗値Ｒ_ＰＴＣによって、トランジスタＴＲ１０１のベース電流Ｉｂが絞られていき、ダミー負荷電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}が減少する。

以上が車両用灯具３００の動作である。続いてその利点を説明する。
図２の点灯回路４００によれば、制御ライン４３４に接続される外部のリレーＲＹ２には、その導通状態においてダミー負荷電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}より大きな電流が流れることが保証される。したがってダミー負荷電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}の量を、最低通電電流と同程度あるいはそれより高く定めておくことにより、リレーＲＹ２の接点の劣化を抑制できる。

図２の点灯回路４００のさらなる利点は、比較技術との対比によって明確となる。比較技術では、ダミー負荷回路によって温度に依存しない一定のダミー負荷電流を生成する。この比較技術は、図３のサーミスタＴＨ１０１を省略した構成に対応する。ダミー負荷回路は点灯回路において熱源として動作するところ、周囲温度が高い状態においてダミー負荷回路がさらに発熱すると、点灯回路の温度を一層上昇させることとなる。したがって、点灯回路の放熱性を高める必要があり、ダミー負荷回路の構成部品も、高温領域での動作を想定して選定する必要がある。一般に、点灯開始からの時間の経過とともにダミー電流の消費を含む点灯回路４００の自己発熱により、点灯回路４００の温度は上昇する。

これに対して本実施の形態のダミー負荷回路４５０は、高温状態でダミー負荷電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}を減少させ、発熱量を低下させる。これは、点灯回路４００の温度を下げる方向に作用する。これにより点灯回路４００自体の熱設計が容易となるとともに、ダミー負荷回路４５０の構成素子の部品の選定の自由度が高まる。具体的にはダミー負荷回路４５０を図３の構成とした場合、抵抗Ｒ１０１，Ｒ１０３およびトランジスタＴＲ１０１を小型化可能であり、また安価な部品を選定できる。

なお第２光源３０４の点灯時は、点灯動作直後は点灯回路４００はダミー電流の消費にともなう自己発熱により高温状態となっており、その状態で一旦オフした後に、すぐ再点灯させる場合は、リレーの接点はまだ酸化膜が形成されていないので、再点灯時のメカリレーＲＹ２の通過電流が最低通過電流より小さくても、接点不良の発生は起こらない。

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。

（変形例１）
図５は、変形例１に係る点灯回路４００Ａを備える車両用灯具３００Ａのブロック図である。第１定電流源４６０は第１光源３０２と直列に接続され、第２定電流源４６２は第２光源３０４と直列に接続される。駆動回路４１４Ａは定電圧出力であり、並列な２本の経路に設けられた第１光源３０２と第２光源３０４に、共通の駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを供給する。制御ライン４３４は第２定電流源４６２と接続され、点灯制御信号Ｖ_ＨＩによって第２定電流源４６２のオン、オフが制御される。この変形例においても実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（変形例２）
トランジスタＴＲ１０１は、バイポーラトランジスタに代えてＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いてもよく、この場合、ベースをゲートに、エミッタをソースに、コレクタをドレインに読み替えればよい。さらにこの場合ダイオードＤ１０２は省略してもよく、代わりにゲートドレイン間を接続したＦＥＴを挿入してもよい。これによりＦＥＴのトランジスタＴＲ１０１のゲートソース間電圧の温度による影響を相殺できる。

（変形例３）
ダミー負荷回路４５０の構成は、図３のそれには限定されない。当業者によれば、図４に示すような温度依存性を有する電流Ｉ_{ＤＵＭＭＹＬＯＡＤ}を生成可能な電流源を、ＰＴＣサーミスタ、ＮＴＣサーミスタ、熱電対などを利用して設計することができる。

（変形例４）
光源３０２，３０４はＬＥＤに限らず、ＬＤや有機ＥＬ（Electro Luminescence）であってもよい。また駆動回路４１４は、スイッチングコンバータに限定されず、リニアレギュレータやその他の回路で構成してもよい。

（変形例５）
実施の形態では、ハイビームとロービームの組み合わせを説明したがその限りではなく、（i）メインロービームと追加ロービームの組み合わせ、（ii）クリアランスランプとフォグランプの組み合わせ、（iii）ターンランプとＤＲＬ（Daytime Running Lamps）の組み合わせなどにも適用可能である。

（変形例６）
実施の形態では、２個の光源３０２，３０４が直列に接続されたが、３個以上の光源を直列に接続してもよい。反対に、複数の光源は必須ではなく、単一の光源を駆動する点灯回路にも本技術は適用可能である。たとえば図２において第１光源３０２が省略された構成も許容され、図５において第１光源３０２および第１定電流源４６０が省略された構成も許容される。

すなわち本発明は、点灯制御信号がメカリレーを通過して入力され、かつメカリレーが大電流の流れるパワーラインではなく、微小な電流（数ｍＡ以下）が流れる制御ライン上に配置される構成に広く適用可能である。

３００…車両用灯具、３０２…第１光源、３０４…第２光源、４００…点灯回路、４１４…駆動回路、４３０…バイパススイッチ、４３２…スイッチドライバ、４３４…制御ライン、４５０…ダミー負荷回路、４５２…温度検出素子、４５４…バイアス回路。

Claims (7)

1. 光源を駆動する点灯回路であって、
   前記光源に駆動電流を供給する駆動回路と、
   前記光源のオン、オフを指示する点灯制御信号が入力される制御ラインに接続され、温度が高くなると減少するダミー負荷電流をシンクするダミー負荷回路と、
   を備えることを特徴とする点灯回路。
2. 前記光源と並列に設けられたバイパススイッチをさらに備え、
   前記点灯制御信号は、前記バイパススイッチを制御する信号であることを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
3. 前記光源と直列に設けられた定電流源をさらに備え、
   前記点灯制御信号は、前記定電流源を制御する信号であることを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
4. 前記ダミー負荷回路は、
   前記制御ラインと接地の間に順に直列に設けられたトランジスタおよび抵抗と、
   前記トランジスタの制御端子に、第１温度範囲において実質的に一定であり、前記第１温度範囲より高い第２温度範囲において、温度ともに低下するバイアス電圧を印加するバイアス回路と、
   を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の点灯回路。
5. 前記バイアス回路は、
   前記制御ラインと前記トランジスタの前記制御端子の間に設けられた正温特を有するサーミスタと、
   前記トランジスタの前記制御端子と接地の間に設けられたツェナーダイオードと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載の点灯回路。
6. 前記トランジスタはバイポーラトランジスタであり、
   前記バイアス回路は、前記トランジスタの前記制御端子と接地の間に、前記ツェナーダイオードと直列に設けられたダイオードをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の点灯回路。
7. 直列に接続される第１光源および第２光源と、
   前記第１光源および前記第２光源を駆動する請求項１から６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。

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