JP5334372B2

JP5334372B2 - 発光装置

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Publication number: JP5334372B2
Application number: JP2007034700A
Authority: JP
Inventors: 文規塩津; 高範難波; 昌康伊藤
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-02-15
Filing date: 2007-02-15
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2027-02-15
Also published as: CN101247687A; US7902773B2; US20080197789A1; JP2008198915A; CN101247687B; DE102008008836A1

Description

本発明は、発光装置に係り、特に、車両用灯具として用いるように構成された発光装置に関する。

従来、車両用灯具として、ＬＥＤ(ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ)などの半導体発光素子を光源に用いたものが知られている。ＬＥＤを光源として車両用灯具を構成した場合、灯具は車両の目であり、意匠面が重要視されるので、その仕様は多くの種類に分けられる。例えば、車両（車種）によって、用いるＬＥＤの数が異なったり、灯具自身の形状や大きさが異なったり、各ＬＥＤの点・消灯や明るさを制御するための車両用灯具の点灯制御回路の回路構成が異なったりし、様々なバリエーションが有り得る。

様々なバリエーションに対して一品一様な回路開発を行うと、膨大な開発費を投入することが余儀なくされる。例えば、複数のＬＥＤに対して１つの回路を対応させるシステムを構成するに際しては、ＬＥＤの種類に応じて駆動回路を構成したり、車種に応じて駆動回路を構成したりしなければならず、回路開発費の増加に伴って製品のコストアップとなる。

そこで、ＬＥＤとスイッチングレギュレータおよび制御回路を含む光源ユニットを複数個用意するとともに、バッテリからの直流電力を各光源ユニットに供給するための入力回路と各光源ユニットを制御するためのマイコン及び周辺回路を含む制御ユニットを用意し、制御ユニットと各光源ユニットとを給電ライン及び通信ラインを介して接続する構成を採用し、標準化・開発費低減・コストダウンを達成するようにしたものが提案された（特許文献１参照）。

特開２００６−７３４００号公報（第５頁から第１０頁、図１参照）

特許文献１に記載されたものは、制御ユニットと各光源ユニットとが給電ラインの他に、通信ラインを介して接続されているため、光源ユニットが増える程、給電ラインと通信ラインを配線するための作業が煩雑となり、その分コストアップや組付け工数の増大を招くことになる。この場合、通信ラインの配線をシンプルにするために、ＬＩＮ（ＬｏｃａｌＩｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔＮｅｔｗｏｒｋ）などのシリアル通信方式を採用することも考えられるが、この種のシリアル通信方式を採用すると、各光源ユニットに対して番地付けが必要となり、標準化が阻害される。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、給電ラインを通信ラインとしても使用し、システム全体の標準化・組付け工数の低減・コストダウンを図ることにある。

前記課題を解決するために、請求項１に係る発光装置は、半導体光源と、前記半導体光源への電流の供給を制御する電流供給制御手段と、を含む複数の光源ユニットと、制御信号を生成して出力する制御信号生成手段と、前記光源ユニットに対応して配置されて、前記制御信号に応答して直流電源から前記各光源ユニットへの給電を制御する複数の第１のスイッチ手段と、を含む制御ユニットと、を備え、前記各第１のスイッチ手段と前記各光源ユニットは互いに給電ラインを介して接続されてなり、前記各光源ユニットは、前記半導体光源と直列に接続された第２のスイッチ手段と、前記各第１のスイッチ手段のスイッチ動作により前記給電ラインからの給電が停止されたときに、給電停止期間中、前記第２のスイッチ手段をオフ状態にするスイッチ制御手段とを備え、前記電流供給制御手段は、給電停止期間中、給電に伴う電荷を蓄積する構成とした。

（作用）給電ラインからの給電が停止されたときに、電流供給制御手段による半導体光源への給電を第２のスイッチ手段のスイッチ動作により遮断して、給電に伴う電荷を給電停止期間中蓄積することで、給電停止期間中に電荷の放電に伴って損失が増大したり、給電終了時に制御動作の時間遅れに伴って光量に対するリニアリティが低下したりするのを防止することができる。

請求項２に係る発光装置は、半導体光源と、スイッチング動作をするトランジスタを有するスイッチングレギュレータを有し前記半導体光源への電流の供給を制御する電流供給制御手段と、を含む複数の光源ユニットを備えるとともに、前記各光源ユニットに対応する複数の制御信号を生成して出力する制御信号生成手段と、前記光源ユニットに対応して直流電源と前記各光源ユニットとの間に配置されて、前記制御信号に応答して前記直流電源から前記各光源ユニットへの給電を制御する複数の第１のスイッチ手段と、前記各第１のスイッチ手段に流れる電流の値から前記各光源ユニットの異常の有無を判定する異常判定手段と、を含む制御ユニットと、を備え、前記各第１のスイッチ手段と前記各光源ユニットは互いに給電ラインを介して接続され、前記各第１のスイッチ手段は、オン動作の時には前記接続された光源ユニットの半導体光源を点灯し、オフ動作の時には前記接続された光源ユニットの半導体光源を消灯してなり、前記複数の光源ユニットは、それぞれ前記半導体光源に流れる電流を電圧に変換するシャント抵抗を有し、変換された電圧を前記電流供給制御手段にフィードバックして前記半導体光源に流れる電流が一定となるように制御され、前記異常判定手段は、各光源ユニットとそれぞれ第１のスイッチ手段を介して直列に接続された抵抗を有し、これら各抵抗の電圧降下に基づいて対応する各光源ユニットの電流を求め、当該電流値が正常電流値の上限を超えたとき、または正常電流値の下限より小さいときに、異常と判定する構成とした。

（作用）制御ユニットは、複数の給電ラインを介して複数の光源ユニットに接続され、各給電ラインには、制御信号に応答して直流電源から各光源ユニットへの給電を実行又は停止すべくオン動作又はオフ動作する第１のスイッチ手段が配置されているので、給電ラインの他に通信ラインを設けなくても、各第１のスイッチ手段のスイッチ動作により、各光源ユニットの半導体光源に対する点灯・消灯・調光（減光）を制御することができ、システム全体の標準化・組付け工数の低減・コストダウンを図ることができるとともに、各第１のスイッチに流れる電流の値から各光源ユニットの異常の有無を判定する異常判定手段を設けることで、制御ユニットと各光源ユニットとを通信ラインで接続することなく、制御ユニットにおいて、各光源ユニットの異常の有無を判定することができる。

請求項３に係る発光装置は、請求項２に記載の発光装置において、前記各光源ユニットの電流供給制御手段は、前記各第１のスイッチ手段のスイッチ動作により前記給電ラインからの給電が停止されたときには、その制御動作を停止して、給電に伴う電荷を給電停止期間中蓄積する構成とした。

（作用）給電ラインからの給電が停止されたときに、電流供給制御手段による制御動作を停止して、給電に伴う電荷を給電停止期間中蓄積することで、給電停止期間中に電荷の放電に伴って損失が増大したり、給電開始時に制御動作の時間遅れに伴って光量に対するリニアリティが低下したりするのを防止することができる。

請求項４に係る発光装置は、請求項１または３に記載の発光装置において、前記各光源ユニットの電流供給制御手段は、前記給電ラインからのスイッチングノイズを除去するノイズフィルタ用コイルを備え、前記ノイズフィルタ用コイルの印加電圧の変化から前記各第１のスイッチ手段のスイッチ動作により前記給電ラインからの給電が停止されたことを検出してなる構成とした。

（作用）給電ラインから半導体光源への給電が停止されると、ノイズフィルタ用コイルの定電流動作に伴ってコイル両端の電圧が急激に変化するので、各光源ユニットの電流供給制御手段において、コイルの印加電圧の変化を監視することで、給電ラインから半導体光源への給電が停止されたことを検出することができる。

請求項５に係る発光装置は、請求項１または４に記載の発光装置において、前記制御ユニットは、前記各第１のスイッチ手段に流れる電流の値から前記各光源ユニットの異常の有無を判定する異常判定手を備えてなる構成とした。

（作用）制御ユニットに、各第１のスイッチ手段に流れる電流の値から各光源ユニットの異常の有無を判定する異常判定手段を設けることで、制御ユニットと各光源ユニットとを通信ラインで接続することなく、制御ユニットにおいて、各光源ユニットの異常の有無を判定することができる。

以上の説明から明らかなように、請求項１によれば、給電停止期間中に電荷の放電に伴って損失が増大したり、給電終了時に制御動作の時間遅れに伴って光量に対するリニアリティが低下したりするのを防止することができる。

請求項２によれば、システム全体の標準化・組付け工数の低減・コストダウンを図ることができるとともに、制御ユニットにおいて、各光源ユニットの異常の有無を判定することができる。

請求項３によれば、給電停止期間中に電荷の放電に伴って損失が増大したり、給電開始時に制御動作の時間遅れに伴って光量に対するリニアリティが低下したりするのを防止することができる。

請求項４によれば、コイルの印加電圧の変化を監視することで、給電ラインから半導体光源への給電が停止されたことを検出することができる。

請求項５によれば、制御ユニットにおいて、各光源ユニットの異常の有無を判定することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施例を示す発光装置のブロック構成図、図２は、入力回路の回路構成図、図３は、本発明の第１実施例を示すスイッチングレギュレータと制御回路の回路構成図、図４は、ＰＷＭ信号とスイッチングレギュレータの出力電流との関係を説明するための波形図、図５は、ＰＷＭ信号のオンデューティと光量との関係を説明するための特性図、図６は、本発明の第２実施例を示すスイッチングレギュレータと制御回路の回路構成図、図７は、本発明の第３実施例を示すスイッチングレギュレータと制御回路の回路構成図、図８は、本発明の第４実施例を示す制御ユニットの回路構成図である。

図１において、発光装置１０は、制御ユニット１２と、複数の光源ユニット１４、１６、１８を備え、制御ユニット１２と各光源ユニット１４、１６、１８が給電ライン２０、２２、２４、２６を介して接続されている。

制御ユニット１２は、入力回路２８と、マイコン及びその周辺回路を含むコントローラ３０と、スイッチ素子３２、３４、３６を備えて構成されている。

入力回路２８は、例えば、図２に示すように、サージ電圧保護素子としてのツェナーダイオードＺＤ１と、入力フィルタとしてのコンデンサＣ１、Ｃ２およびコイルＬ１と、逆接続保護素子としてのＮＭＯＳトランジスタＱ１およびその寄生ダイオードＤ１を備えて構成されており、入力端子３８がスイッチ４０を介してバッテリ（直流電源）４２のプラス端子に接続され、入力端子４４がバッテリ４２のマイナス端子に接続され、出力端子４６がスイッチ素子３２、３４、３６を介して直流電圧（高圧側）の給電ライン２０、２２、２４に接続され、出力端子４８がＧＮＤ（低圧側）の給電ライン２６に接続されている。

コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するマイコン（マイクロプロセッサ）とその周辺回路（入出力インタフェース回路）を備えて構成されており、入出力端子５０から車両通信に関する情報を入力するとともに、入力回路２８の状態に関する情報（出力電圧）を入力回路２８から取り込み、入力した情報に基づいて各光源ユニット１４、１６、１８に関する送信情報として、点灯・消灯・調光（減光）に対応した制御信号を生成し、生成した制御信号をスイッチ素子３２、３４、３６に出力する制御信号生成手段として構成されている。

点灯・消灯についての制御信号は、スイッチ素子３２、３４、３６を点灯時にオンさせる信号または消灯時にオフさせる信号として生成される。調光（減光）についての制御信号は、スイッチ素子３２、３４、３６を高速でオンオフさせて、各光源ユニット１４、１６、１８への給電・給電停止を繰り返し、各光源ユニット１４、１６、１８内のＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３を高速で点滅させる必要があるところから、例えば、ＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号として生成される。ＰＷＭ信号を用いてＰＷＭ調光を行う場合、ＰＷＭ信号の周波数としては、視覚的なチラツキ（点滅）の認識の防止やデューティと光量のリニアリティとの関係やエネルギー損失およびラジオノイズに対する影響を考慮すると、数百Ｈｚ〜数ｋＨｚの範囲が望ましい。

スイッチ素子３２、３４、３６は、光源ユニット１４、１６、１８に対応して配置されて、入力回路２８と給電ライン２０、２２、２４に接続され、コントローラ３０からの制御信号に応答して、スイッチ動作（オンオフ動作）により給電ライン２０、２２、２４を開閉し、バッテリ４２から光源ユニット１４、１６、１８への給電を制御する第１のスイッチ手段として構成されている。スイッチ素子３２、３４、３６としては、例えば、ＰＭＯＳまたはＮＭＯＳトランジスタ、あるいはバイポーラトランジスタなどの半導体素子を用いることができる。

光源ユニット１４、１６、１８は、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６、制御回路５８、６０、６２、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３を備えて構成されており、スイッチングレギュレータ５２の入力端子６４が給電ライン２０に接続され、入力端子６６が給電ライン２６に接続され、スイッチングレギュレータ５４の入力端子６８が給電ライン２２に接続され、入力端子７０が給電ライン２６に接続され、スイッチングレギュレータ５６の入力端子７２が給電ライン２４に接続され、入力端子７４が給電ライン２６に接続されている。給電ライン２０、２２、２４、２６は、それぞれ制御ユニット１２の出力端子７６、７８、８０、８２に接続されている。

スイッチングレギュレータ５２、５４、５６は、給電ライン２０〜２６から直流電力の供給を受け、制御回路５８、６０、６２とともに、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３への電流の供給を制御する電流供給制御手段として構成されている。

具体的には、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６は、図３に示すように、フライバック型のスイッチングレギュレータとして、コイルＬ２、コンデンサＣ３、Ｃ４、ＮＭＯＳトランジスタＱ２、トランスＴ１、ダイオードＤ２、コンデンサＣ５、シャント抵抗Ｒ１、制御回路５８（６０、６２）を備えて構成されており、シャント抵抗Ｒ１と発光ダイオードＬＥＤ１（ＬＥＤ２、ＬＥＤ３）との接続点が制御回路５８（６０、６２）の電流検出端子（図示せず）に接続され、シャント抵抗Ｒ１の一端側が給電ライン２６を介して接地されている。シャント抵抗Ｒ１は、発光ダイオードＬＥＤ１（ＬＥＤ２、ＬＥＤ３）に流れる電流Ｉｆを電圧に変換し、変換した電圧を制御回路５８（６０、６２）の電流検出端子にフィードバックするようになっている。ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）で構成された制御回路５８（６０、６２）は、演算器としての機能を有し、プログラムに従ってスイッチング信号（パルス信号）を生成し、生成したスイッチング信号（パルス信号）を制御信号としてＮＭＯＳトランジスタＱ２に印加し、例えば、電流検出端子の電圧が一定電圧になるように、すなわち、発光ダイオードＬＥＤ１（ＬＥＤ２、ＬＥＤ３）に流れる電流Ｉｆが一定となるように、ＮＭＯＳトランジスタＱ２のスイッチング動作を制御するようになっている。

コイルＬ２、コンデンサＣ３、Ｃ４は、給電ライン２０〜２６のスイッチングノイズを除去するπ型ノイズフィルタを構成し、入力回路２８からの直流電圧を平滑し、平滑した直流電圧をトランスＴ１の一次側に印加するようになっている。トランスＴ１に直流電圧が印加されたときに、ＮＭＯＳトランジスタＱ２がスイッチング信号に従ってスイッチング動作し、例えば、ＮＭＯＳトランジスタＱ２がオンになると、平滑された直流電圧が電磁エネルギーとしてトランスＴ１の一次巻線に蓄積され、次に、ＮＭＯＳトランジスタＱ２がオフになると、蓄積された電磁エネルギーがトランスＴ１の二次巻線から放出される。放出された電磁エネルギーは、ダイオードＤ２で整流されるとともに、コンデンサＣ５で平滑され、直流電圧に変換される。すなわち、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６に入力された直流電力は電磁エネルギーに変換された後、直流電力に変換されて、発光ダイオードＬＥＤ１（ＬＥＤ２、ＬＥＤ３）に供給される。なお、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６としては、フライバック型のスイッチングレギュレータの他に、ブートアップ型やブートダウン型のものを用いることができる。

発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３は、半導体光源として、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の出力ループ中に挿入されている。なお、半導体光源を構成する発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３としては、単一のものに限らず、複数個のものを用いることもできるとともに、直列接続された複数個のＬＥＤを光源ブロックとし、光源ブロックを複数個並列接続したものを用いることもできる。また、発光ダイオードＬＥＤ１〜ＬＥＤ３は、ヘッドランプ、ストップ＆テールランプ、フォグランプ、ターンシグナルランプなど各種車両用灯具の光源として構成することができる。

本実施例において、コントローラ３０から各スイッチ素子３２、３４、３６にオンデューティ１００％の制御信号（パルス信号）を印加することで、各光源ユニット１４、１６、１８の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３を点灯させることができ、コントローラ３０から各スイッチ素子３２、３４、３６にオンデューティ０％の制御信号（パルス信号）を印加することで、各光源ユニット１４、１６、１８の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３を消灯させることができる。一方、コントローラ３０から各スイッチ素子３２、３４、３６に、例えば、オンデューティ５０％のＰＷＭ信号を制御信号として印加することで、各光源ユニット１４、１６、１８の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３を調光（減光）点灯させることができる。

すなわち、制御ユニット１２と各光源ユニット１４、１６、１８に給電ライン２０〜２６の他に、通信ラインで接続しなくても、また、各光源ユニット１４、１６、１８に番地付けを行わなくても、コントローラ３０から各スイッチ素子３２、３４、３６に制御信号を印加して、各スイッチ素子３２、３４、３６のオンオフ動作を制御することで、各光源ユニット１４、１６、１８の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に対する点灯・消灯・調光（減光）を制御することができる。

ここで、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６が常時動作可能状態にあるときに、ＰＷＭ信号を用いて各光源ユニット１４、１６、１８の発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に対する調光（減光）を行うと、図４（ａ）に示すように、ＰＷＭ信号に従って制御ユニット１２のスイッチ素子３２、３４、３６がタイミングｔ０でオフからオン（給電ライン２０、２２、２４がローレベルからハイレベル）に移行すると、図４（ｂ）に示すように、光源ユニット１４、１６、１８における制御回路５８、６０、６２がタイミングｔ１で起動し、制御回路５８、６０、６２が起動するまでに時間遅れｔｕが生じる。しかも、その後、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６から発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に電流を供給する過程では、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の出力電流Ｉは、過渡状態ｔｓが存在した状態で徐々に増加する。
一方、ＰＷＭ信号に従って制御ユニット１２のスイッチ素子３２、３４、３６がタイミングｔ２でオンからオフ（給電ライン２０、２２、２４がハイレベルからローレベル）に移行すると、図４（ｂ）に示すように、光源ユニット１４、１６、１８における制御回路５８、６０、６２がタイミングｔ３で動作を停止し、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３への電流供給が無くなるまで（スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の出力電流Ｉが０になるまで）に時間遅れｔｆが生じる。

すなわち、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に対する調光（減光）を行うに際して、ＰＷＭ信号に対して、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の出力電流Ｉに応答遅れがあるので、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の出力電流Ｉの立ち上がり時には、ハッチングで示す面積Ｓ１の分だけ光量が減少し、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の出力電流Ｉの立ち下がり時には、ハッチングで示す面積Ｓ２の分だけ光量が増加し、面積Ｓ１と面積Ｓ２との差が大きい程、光量に対するリニアリティが低下する。特に、ＰＷＭ信号の周波数が高くなる程、面積Ｓ１と面積Ｓ２との差による影響が大きくなり、光量に対するリニアリティが低下する。例えば、図５に示すように、理想の特性に対して、ＰＷＭ信号の周波数を２００Ｈｚとしたときよりも、１ｋＨｚとしたときの方が、光量に対するリニアリティが低下することが分かる。

ここで、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の回路構成を考慮すると、光量に対するリニアリティを高めるには、面積Ｓ１と面積Ｓ２との差が小さくなるように、両者の大きさを合わせる工夫を実行するよりも、各面積自体を小さくする方が容易である。

具体的には、調光（減光）時のデューティと光量のリニアリティの低下に関しては、主に、時間遅れｔｕと過渡状態ｔｓ及び時間遅れｔｆに起因している。時間遅れｔｕは、スイッチング素子３２、３４、３６のオフからオンへの移行時に、コンデンサＣ４の電荷の一部が放電されていて、コンデンサＣ４が満充電状態になるまでに時間を要することに起因している。過渡状態ｔｓは、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６からエネルギーを放出するときに、コンデンサＣ５の電荷の一部が放電されていて、コンデンサＣ５が満充電状態になるまでに時間を要することに起因している（図３中の実線矢印）。時間遅れｔｆは、スイッチング素子３２、３４、３６のオンからオフへの移行時に、コンデンサＣ４の電荷の一部がスイッチングレギュレータ５２、５４、５６の動作に基づきトランスＴ１へ放電されるとともに、コンデンサＣ５の電荷の一部が発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３へ放電される（図３中の点線矢印）までに時間を要することに起因している。

一方、損失の増加に関しては、主に、スイッチング素子３２、３４、３６のオフからオンへの移行時に、コンデンサＣ４の電荷の一部が放電されていて、コンデンサＣ４を満充電するとともに、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６からエネルギーを放出するときに、コンデンサＣ５の電荷の一部が放電されていて、コンデンサＣ５を満充電することに起因している。すなわち、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６における損失の増加は、コンデンサＣ４、Ｃ５に蓄積された電荷がＰＷＭ信号のＯＦＦ期間中に放電されることに起因している。

これらを防止するために、本実施例では、各スイッチ素子３２、３４、３６のスイッチ動作（オンオフ動作）により給電ライン２０〜２６からの給電が停止されたときには、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６と制御回路５８、６０、６２による制御動作（電流供給制御動作）を停止して、給電に伴う電荷を給電停止期間中蓄積する構成とした。

具体的には、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止（ＰＷＭ信号がハイレベルからローレベルに移行したとき）を制御回路５８、６０、６２で検出し、この検出時に、制御回路５８、６０、６２から各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６のＮＭＯＳトランジスタＱ２にオフ信号を出力して、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の動作を強制的に停止することとしている。

例えば、制御回路５８、６０、６２において、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間を検出するために、コイルＬ２とコンデンサＣ４との接続点における電圧を監視し、この電圧が給電時の電圧から設定電圧まで低下したとき、入力回路２８から各光源ユニット１４、１６、１８への給電が停止されたとして、制御回路５８、６０、６２から各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６のＮＭＯＳトランジスタＱ２にオフ信号を出力して、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６の動作を強制的に停止する。各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間中、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６のＮＭＯＳトランジスタＱ２を強制的にオフにすると、コンデンサＣ４に蓄積された電荷の放電を防止することができる。

このため、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間中は、略満充電状態にあるコンデンサＣ４の電圧が制御回路５８、６０、６２に印加されるので、制御回路５８、６０、６２をスタンバイ状態に保つことができる。この結果、制御回路５８、６０、６２は、タイミングｔ０から即座に起動することができ、時間遅れｔｕを０に近づけることができる。

各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間中、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６のＮＭＯＳトランジスタＱ２を強制的にオフにして、コンデンサＣ４に蓄積された電荷の放電を防止することで、コンデンサＣ４の電荷放電に伴う損失の増大と時間遅れｔｕに伴うリニアリティの低下を防止することができる。

本実施例によれば、給電ライン２０〜２６にスイッチ素子３２、３４、３６を設け、スイッチ素子３２、３４、３６のオンオフ動作により、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に対する点灯・消灯・調光（減光）を制御するようにしたため、給電ライン２０〜２６の他に通信ラインを設ける必要がなくなり、システム全体の標準化・組付け工数の低減・コストダウンを図ることができる。

また、本実施例によれば、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間中、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６のＮＭＯＳトランジスタＱ２を強制的にオフにするようにしたため、コンデンサＣ４の電荷放電に伴う損失の増大と時間遅れｔｕに伴う、光量に対するリニアリティの低下を防止することができる。

次に、本発明の第２実施例を図６に従って説明する。本実施例は、発光ダイオードＬＥＤ１（ＬＥＤ２、ＬＥＤ３）と直列にＮＭＯＳトランジスタＱ３を接続し、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間中、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６のＮＭＯＳトランジスタＱ２と、発光ダイオードＬＥＤ１（ＬＥＤ２、ＬＥＤ３）に直列接続された第２のスイッチ手段としてのＮＭＯＳトランジスタＱ３を強制的にオフにするようにしたものであり、他の構成は第１実施例と同様である。

すなわち、本実施例では、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６と制御回路５８、６０、６２は、給電ライン２０〜２６からの給電が停止されたときに、スイッチングレギュレータ５２、５４、５６による発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３への給電をＮＭＯＳトランジスタＱ３のオフ動作（スイッチ動作）により遮断して、給電に伴う電荷を給電停止期間中蓄積することとしている。

具体的には、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間の開始と終了を迅速に検出する給電停止期間検出手段およびＮＭＯＳトランジスタＱ３のオンオフ動作（スイッチ動作）を制御するスイッチ制御手段として、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６には、抵抗素子としての抵抗Ｒ３〜Ｒ１２、コンデンサＣ６、ＰＮＰトランジスタＱ４、ＮＰＮトランジスタＱ５、ＰＮＰトランジスタＱ６、ＮＰＮトランジスタＱ７が設けられているとともに、ＮＭＯＳトランジスタＱ２の動作を制御するためのスイッチング素子として、ＮＰＮトランジスタＱ８、ＰＮＰトランジスタＱ９が設けられ、制御回路５８、６０、６２には、ＮＭＯＳトランジスタＱ３のゲート信号とスイッチング信号（パルス信号）との論理積に従ったスイッチング信号（パルス信号）をＮＰＮトランジスタＱ８とＰＮＰトランジスタＱ９のベースに出力するＡＮＤゲートＧ１が設けられている。ＮＰＮトランジスタＱ８とＰＮＰトランジスタＱ９は、トーテムポールトランジスタとして、エミッタがそれぞれＮＭＯＳトランジスタＱ２のゲートに接続され、ベースがそれぞれＡＮＤゲートＧ１に接続されている。

上記構成において、ＰＷＭ信号がハイレベルにあって、各光源ユニット１４、１６、１８に給電が行われているときには、後述するように、ＮＭＯＳトランジスタＱ３はオン状態にある。この後、各光源ユニット１４、１６、１８への給電が停止（ＰＷＭ信号がハイレベルからローレベルに移行）されると、電流供給源が無くなるが、コイルＬ２は、定電流を流そうとするので、コイルＬ２の両端電圧のうちＡ点の電圧Ｖ_ＡはＢ点の電圧Ｖ_Ｂよりも急激に低下し、Ｖ_Ａ＜Ｖ_Ｂとなる。

この結果、ベース電位の低下に伴ってＰＮＰトランジスタＱ６がオンになり、コンデンサＣ６には、電荷が迅速に充電される。コンデンサＣ６の両端電圧が急激に上昇して、ＮＰＮトランジスタＱ７の閾値を超えると、ＮＰＮトランジスタＱ７がオンになり、ＮＭＯＳトランジスタＱ３のゲート信号が略０Ｖまで低下する。これにより、ＮＭＯＳトランジスタＱ３がオフになる。このとき、ＮＭＯＳトランジスタＱ３のゲート信号はローレベル（０Ｖ）になるので、ＡＮＤゲートＧ１に入力されるスイッチング信号（パルス信号）のレベルがローレベルになったことを条件に、ＡＮＤゲートＧ１からローレベルのスイッチング信号（パルス信号）が出力され、ＰＮＰトランジスタＱ９がオンになってＮＭＯＳトランジスタＱ２がオフになる。この際、抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ６を含む放電時定数を長くすることで、給電停止期間中、ＮＰＮトランジスタＱ７のオン状態を保持することができる。

次に、給電停止期間の終了に伴って、各光源ユニット１４、１６、１８への給電が開始（ＰＷＭ信号がローベルからハイレベルに移行）されると、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６には十分な電圧が印加されるので、Ｖ_Ａ＞Ｖ_Ｂとなる。これにより、ベース電位の上昇に伴ってＰＮＰトランジスタＱ６がオフに、ベース電位の低下に伴ってＰＮＰトランジスタＱ４がオンになる。ＰＮＰトランジスタＱ４がオンになると、ＮＰＮトランジスタＱ５がオンになり、コンデンサＣ６に蓄積されていた電荷が抵抗Ｒ８とＮＰＮトランジスタＱ５を介して迅速に放電される。コンデンサＣ６の両端電圧が急激に低下して、ＮＰＮトランジスタＱ７の閾値よりも低くなると、ＮＰＮトランジスタＱ７がオフになり、ＮＭＯＳトランジスタＱ３のゲート信号がローレベルからハイレベルに移行するので、ＮＭＯＳトランジスタＱ３がオンになる。

このとき、ＮＭＯＳトランジスタＱ３のゲート信号はハイレベルにあるので、ＡＮＤゲートＧ１に入力されるスイッチング信号（パルス信号）のレベルがハイレベルになったことを条件に、ＡＮＤゲートＧ１からハイレベルのスイッチング信号（パルス信号）が出力され、ＮＰＮトランジスタＱ８がオンになるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＱ２がオンになる。一方、ＡＮＤゲートＧ１に入力されるスイッチング信号（パルス信号）のレベルがローレベルになったときには、ＡＮＤゲートＧ１からローレベルのスイッチング信号（パルス信号）が出力され、ＮＰＮトランジスタＱ８がオフになるとともに、ＮＭＯＳトランジスタＱ２がオフになる。

すなわち、ＮＭＯＳトランジスタＱ３のゲート信号がハイレベルにある期間中、ＡＮＤゲートＧ１から出力されるスイッチング信号（パルス信号）に従ってＮＭＯＳトランジスタＱ２がオンオフ動作を繰り返すことで、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３が点灯する。

本実施例によれば、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間中、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６のＮＭＯＳトランジスタＱ２と発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に直列接続されたＮＭＯＳトランジスタＱ３を強制的にオフにするようにしたため、コンデンサＣ４およびコンデンサＣ５の電荷放電に伴う損失の増大と時間遅れｔｕ、ｔｓ、ｔｆに伴う、光量に対するリニアリティの低下を防止することができる。

次に、本発明の第３実施例を図７に従って説明する。本実施例は、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３の電流を検出し、検出電流が０になっている期間を、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間とし、この給電停止期間中、発光ダイオードＬＥＤ１（ＬＥＤ２、ＬＥＤ３）に直列接続されたＮＭＯＳトランジスタＱ３を強制的にオフにするようにしたものであり、他の構成は第２実施例と同様である。

具体的には、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６には、シャント抵抗Ｒ１と直列に接続された抵抗素子としての抵抗Ｒ１３が設けられているとともに、ＮＭＯＳトランジスタＱ２の動作を制御するためのトーテムポールトランジスタとしてのＮＰＮトランジスタＱ８、ＰＮＰトランジスタＱ９が設けられ、さらに、抵抗Ｒ１３の両端電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、抵抗Ｒ１３に電流が流れているとき（発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に電流が流れているとき）にハイレベルのゲート信号をＮＭＯＳトランジスタＱ３に出力し、抵抗Ｒ１３の電流（発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３の電流）が０になったときに、ローレベルのゲート信号をＮＭＯＳトランジスタＱ３に出力するオペアンプ８４が設けられている。

上記構成において、ＰＷＭ信号がハイレベルにあって、各光源ユニット１４、１６、１８に給電が行われているときには、後述するように、ＮＭＯＳトランジスタＱ３はオン状態にある。この後、各光源ユニット１４、１６、１８への給電が停止（ＰＷＭ信号がハイレベルからローレベルに移行）されると、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３の電流が０になるに伴って抵抗Ｒ１３を流れる電流も０になる。これにより、オペアンプ８４からローレベルのゲート信号がＮＭＯＳトランジスタＱ３に出力され、ＮＭＯＳトランジスタＱ３がオフになる。

次に、給電停止期間の終了に伴って、各光源ユニット１４、１６、１８への給電が開始（ＰＷＭ信号がローベルからハイレベルに移行）されると、各スイッチングレギュレータ５２、５４、５６には十分な電圧が印加され、起動を開始する電流に伴ってオペアンプ８４の出力がローレベルからハイレベルに反転し、ＮＭＯＳトランジスタＱ３がオンになる。その後、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に電流が流れるに伴いＮＭＯＳトランジスタＱ３のオンが維持される。

本実施例によれば、各光源ユニット１４、１６、１８への給電停止期間中、発光ダイオードＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３に直列接続されたＮＭＯＳトランジスタＱ３を強制的にオフにするようにしたため、コンデンサＣ５の電荷放電に伴う損失の増大と時間遅れｔｓ、ｔｆに伴う、光量に対するリニアリティの低下を防止することができる。

次に、本発明の第４実施例を図８に従って説明する。本実施例は、各光源ユニット１４、１６、１８における異常情報を各光源ユニット１４、１６、１８から制御ユニット１２に送信するための通信ラインを設けることなく、制御ユニット１２において、各光源ユニット１４、１６、１８における異常の有無を判定するようにしたものであり、他の構成は第１実施例〜第３実施例のうちいずれかのものと同様である。

具体的には、スイッチ素子３２、３４、３６に流れる電流の値から各光源ユニット１４、１６、１８の異常の有無を判定する異常判定手段の一要素として、抵抗Ｒ２１〜Ｒ３１が制御ユニット１２に設けられている。抵抗Ｒ２１、Ｒ２２は、入力回路２８の出力電圧を分圧し、分圧によって得られた電圧Ｖａをコントローラ３０に出力するための抵抗素子として設けられている。抵抗Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ２５は、入力回路２８から各光源ユニット１４、１６、１８に供給される電流に応じた電圧降下を生じさせ、電圧降下された電圧をスイッチ素子３２、３４、３６に印加するための抵抗素子として設けられている。抵抗Ｒ２６、Ｒ２７は、抵抗Ｒ２３によって電圧降下した電圧を分圧し、分圧によって得られた電圧Ｖｂをコントローラ３０に出力するための抵抗素子として、抵抗Ｒ２８、Ｒ２９は、抵抗Ｒ２４によって電圧降下した電圧を分圧し、分圧によって得られた電圧Ｖｃをコントローラ３０に出力するための抵抗素子として、抵抗Ｒ３０、Ｒ３１は、抵抗Ｒ２５によって電圧降下した電圧を分圧し、分圧によって得られた電圧Ｖｄをコントローラ３０に出力するための抵抗素子として設けられている。

コントローラ３０は、電圧Ｖａを基準値として、正常電流値の上限と下限を設定し、電圧Ｖａ−電圧Ｖｂを差分演算して、光源ユニット１４の電流を求め、電圧Ｖａ−電圧Ｖｃを差分演算して、光源ユニット１６の電流を求め、電圧Ｖａ−電圧Ｖｄを差分演算して、光源ユニット１８の電流を求め、各光源ユニット１４、１６、１８の電流値が正常電流値の上限を超えたときには、給電ライン２０〜２６を含む光源ユニット１４、１６、１８におけるショートなどの異常と判定し、電圧Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄに対応した電流値が正常電流値の下限よりも小さいときには、給電ライン２０〜２６を含む光源ユニット１４、１６、１８におけるオープンなどの異常と判定し、各判定結果を異常情報として、入出力端子５０から表示装置（図示せず）などに出力するようになっている。

すなわち、コントローラ３０は、抵抗Ｒ２１〜抵抗Ｒ３１とともに、スイッチ素子３２、３４、３６に流れる電流の値から各光源ユニット１４、１６、１８の異常の有無を判定する異常判定手段として構成されている。

なお、各光源ユニット１４、１６、１８の電流を求める場合、抵抗の分圧によって得られた電圧Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄをコントローラ３０のマイコン内のＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、変換されたディジタル信号を基にマイコンで差分演算（Ｖａ−Ｖｂ、Ｖａ−Ｖｃ、Ｖａ−Ｖｄ）を行っている。この際、Ａ／Ｄ変換器の精度や分解能に高める必要があるときには、抵抗Ｒ２３、Ｒ２４、Ｒ２５による電圧降下を差動増幅器で検出し、この検出値をマイコン内のＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換する構成を採用することができる。

本実施例によれば、第１実施例〜第３実施例と同様に、給電ライン２０〜２６の他に通信ラインを設ける必要がなくなり、システム全体の標準化・組付け工数の低減・コストダウンを図ることができるとともに、各光源ユニット１４、１６、１８と制御ユニット１２とを通信ラインで接続することなく、給電ライン２０〜２６を流れる電流を検出することで、制御ユニット１２において、各光源ユニット１４、１６、１８の電流や各光源ユニット１４、１６、１８における異常の有無を判定することができる。

なお、各実施例においては、スイッチ素子３２、３４、３６を給電ライン２０、２２、２４に接続されるホットライン中に設けたが、給電ライン２０を各光源ユニット１４、１６、１８共通の給電ラインとし、給電ライン２２、２４、２６をＧＮＤ側給電ラインとして、各ＧＮＤ側給電ラインに接続されるＧＮＤライン中にそれぞれスイッチ素子３２、３４、３６を設けることもできる。

また、制御回路５８、６０、６２に設けられたＡＮＤゲートＧ１は、機能を意味するものであり、ロジックデバイスを用いる代わりに、制御回路５８、６０、６２の制御プログラムにＡＮＤゲートＧ１の機能を付加することもできる。

また、車両情報を入力する入出力端子５０から異常情報を出力するに際しては、異常表示用ランプ等を点滅させるための点滅信号として出力することもできる。

本発明の第１実施例を示す発光装置のブロック構成図である。入力回路の回路構成図である。本発明の第１実施例を示すスイッチングレギュレータと制御回路の回路構成図である。ＰＷＭ信号とスイッチングレギュレータの出力電流との関係を説明するための波形図である。ＰＷＭ信号のオンデューティと光量との関係を説明するための特性図である。本発明の第２実施例を示すスイッチングレギュレータと制御回路の回路構成図である。本発明の第３実施例を示すスイッチングレギュレータと制御回路の回路構成図である。本発明の第４実施例を示す制御ユニットの回路構成図である。

符号の説明

１０発光装置
１２制御ユニット
１４、１６、１８光源ユニット
２０、２２、２４、２６給電ライン
２８入力回路
３０コントローラ
３２、３４、３６スイッチ素子
５２、５４、５６スイッチングレギュレータ
５８、６０、６２制御回路
ＬＥＤ１、ＬＥＤ２、ＬＥＤ３発光ダイオード
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３ＮＭＯＳトランジスタ

Claims

半導体光源と、前記半導体光源への電流の供給を制御する電流供給制御手段と、を含む複数の光源ユニットと、
制御信号を生成して出力する制御信号生成手段と、前記光源ユニットに対応して配置されて、前記制御信号に応答して直流電源から前記各光源ユニットへの給電を制御する複数の第１のスイッチ手段と、を含む制御ユニットと、を備え、
前記各第１のスイッチ手段と前記各光源ユニットは互いに給電ラインを介して接続され、
前記各光源ユニットは、前記半導体光源と直列に接続された第２のスイッチ手段と、前記各第１のスイッチ手段のスイッチ動作により前記給電ラインからの給電が停止されたときに、給電停止期間中、前記第２のスイッチ手段をオフ状態にするスイッチ制御手段とを備え、前記電流供給制御手段は、給電停止期間中、給電に伴う電荷を蓄積することを特徴とする発光装置。
半導体光源と、スイッチング動作をするトランジスタを有するスイッチングレギュレータを有し前記半導体光源への電流の供給を制御する電流供給制御手段と、を含む複数の光源ユニットを備えるとともに、
前記各光源ユニットに対応する複数の制御信号を生成して出力する制御信号生成手段と、前記光源ユニットに対応して直流電源と前記各光源ユニットとの間に配置されて、前記制御信号に応答して前記直流電源から前記各光源ユニットへの給電を制御する複数の第１のスイッチ手段と、前記各第１のスイッチ手段に流れる電流の値から前記各光源ユニットの異常の有無を判定する異常判定手段と、を含む制御ユニットと、を備え、
前記各第１のスイッチ手段と前記各光源ユニットは互いに給電ラインを介して接続され、
前記各第１のスイッチ手段は、オン動作の時には前記接続された光源ユニットの半導体光源を点灯し、オフ動作の時には前記接続された光源ユニットの半導体光源を消灯してなり、
前記複数の光源ユニットは、それぞれ前記半導体光源に流れる電流を電圧に変換するシャント抵抗を有し、変換された電圧を前記電流供給制御手段にフィードバックして前記半導体光源に流れる電流が一定となるように制御され、
前記異常判定手段は、各光源ユニットとそれぞれ第１のスイッチ手段を介して直列に接続された抵抗を有し、これら各抵抗の電圧降下に基づいて対応する各光源ユニットの電流を求め、当該電流値が正常電流値の上限を超えたとき、または正常電流値の下限より小さいときに、異常と判定することを特徴とする発光装置。
請求項２に記載の発光装置において、前記各光源ユニットの電流供給制御手段は、前記各第１のスイッチ手段のスイッチ動作により前記給電ラインからの給電が停止されたときには、その制御動作を停止して、給電に伴う電荷を給電停止期間中蓄積することを特徴とする発光装置。
請求項１または３に記載の発光装置において、前記各光源ユニットの電流供給制御手段は、前記給電ラインからのスイッチングノイズを除去するノイズフィルタ用コイルを備え、前記ノイズフィルタ用コイルの印加電圧の変化から前記各第１のスイッチ手段のスイッチ動作により前記給電ラインからの給電が停止されたことを検出してなることを特徴とする発光装置。
請求項１または４に記載の発光装置において、前記制御ユニットは、前記各第１のスイッチ手段に流れる電流の値から前記各光源ユニットの異常の有無を判定する異常判定手段を備えてなることを特徴とする発光装置。