JP6591814B2 - 点灯回路およびそれを用いた車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などに用いられる車両用灯具に関し、特にその過電流保護回路に関する。

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）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。

さらなる視認性の向上のため、ＬＥＤに代えて、レーザダイオード（半導体レーザとも称する）と蛍光体とを備えた車両用灯具が開示されている（たとえば特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術では、レーザダイオードから出射された励起光である紫外光が蛍光体に照射される。蛍光体は、紫外光を受けて白色光を生成する。蛍光体により生成された白色光は灯具前方に照射され、これにより所定の配光パターンが形成される。

図１は、本発明者らが検討した車両用灯具１ｒの回路図である。光源２は、レーザダイオード３を含む。点灯回路１０ｒは、バッテリからの電源電圧Ｖ_ＢＡＴを受け、それを昇圧するブーストコンバータ（昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ）２０ｒを備える。駆動回路２０ｒはインダクタＬ２１、スイッチングトランジスタＭ２１、整流ダイオードＤ２１、出力キャパシタＣ２１を含む。コントローラ２２は、レーザダイオード３に流れる電流Ｉ_ＬＤが目標電流と一致するようにスイッチングトランジスタＭ２１のデューティ比をフィードバック制御する。

レーザダイオード３は過電流に対する耐性が低く、過電流が供給されるとその信頼性が低下するおそれがある。車両用灯具では、たとえば以下の状況において過電流が生じうる。

メンテナンス性を考慮して、レーザダイオード３は点灯回路１０ｒに対して交換可能に接続される場合がある。具体的にはレーザダイオード３は、コネクタを介して点灯回路１０ｒと接続され得る。ここでコネクタの接点が、接触・非接触状態を往来すると（チャタリング）、接点が復帰した瞬間に駆動回路２０ｒの出力キャパシタＣ２１に蓄えられた電荷が、レーザダイオード３に流れ込み、過電流が発生するおそれがある。

また駆動回路２０ｒは、外乱がない定常状態では、とある一定のデューティ比でスイッチング動作する。ここで電源電圧Ｖ_ＢＡＴが急激に上昇したときに、レーザダイオード３に流れる駆動電流（ランプ電流）Ｉ_ＬＤを一定に保つためには、デューティ比を直ちに低下させる必要があるが、フィードバックループの遅れにより、電源電圧変動の直前の大きなデューティ比でスイッチングすることとなり、過大なエネルギーがインダクタに蓄えられ、そのエネルギーが過電流としてレーザダイオード３に供給されるおそれがある。

このような問題は、ブーストコンバータに限らず、バックコンバータ（降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ）、Ｃｕｋコンバータ、Ｚｅｔａコンバータ、フライバックコンバータやフォワードコンバータなど、インダクタやトランスと、出力キャパシタを含むトポロジーを有する電源を用いてレーザダイオード３を駆動する回路システムにおいて生じうる。さらには、リニアレギュレータを用いてレーザダイオード３を駆動する回路システムにおいても同様の問題が生じうる。また光源２としてレーザダイオード３ではなくＬＥＤを用いた場合にも、過電流保護は重要である。

特開２００４−１４０８８５号公報 特開２００８−２０５３５７号公報 特開２００７−１２６０４１号公報

本発明者は、駆動回路２０ｒとレーザダイオード３の間に過電流保護（ＯＣＰ：Over Current Protection）回路を挿入し、過電流を抑制することを検討した。図２（ａ）、（ｂ）は、本発明者が検討したＯＣＰ回路の回路図である。図２（ａ）、（ｂ）のＯＣＰ回路は、ランプ電流Ｉ_ＬＤの経路上にトランジスタ１８０を設け、ランプ電流Ｉ_ＬＤの増大にともないトランジスタ１８０の抵抗値を連続的に増大させるものである。つまりトランジスタ１８０が可変抵抗素子として振る舞う。

図２（ａ）のＯＣＰ回路３０ｒは、ランプ電流Ｉ_ＬＤの経路上に設けられたトランジスタ１８０およびセンス抵抗Ｒ３１、エラーアンプ１８２を含む。電圧源１８４は、しきい値電圧Ｖ_ＴＨを生成する。エラーアンプ１８２は、センス抵抗Ｒ３１に生ずる電圧降下Ｖ_Ｓとしきい値電圧Ｖ_ＴＨの誤差を増幅し、トランジスタ１８０のゲートに出力する。このＯＣＰ回路３０ｒにおいて、Ｖ_Ｓ＜Ｖ_ＴＨの状態では、エラーアンプ１８２の出力電圧（トランジスタ１８０のゲート電圧）Ｖ_Ｇは、接地電圧（０Ｖ）付近に低下しており、したがってトランジスタ１８０はフルオンする。

過電流状態においてランプ電流Ｉ_ＬＤが増大し、Ｖ_Ｓ＞Ｖ_ＴＨとなると、エラーアンプ１８２の出力電圧Ｖ_Ｇが上昇し、トランジスタ１８０のゲートソース間電圧がゼロに近づき、その抵抗値が増大して、ランプ電流Ｉ_ＬＤが抑制される。

ところが制御系を安定化するための位相補償により、エラーアンプ１８２には無視できない応答遅延が導入される。したがって正常点灯状態（Ｖ_Ｓ＜Ｖ_ＴＨ）から過電流状態（Ｖ_Ｓ＞Ｖ_ＴＨ）に急激に変化したときに、トランジスタ１８０のゲート電圧Ｖ_Ｇをターンオンレベル（０Ｖ）から、ターンオフレベルまで瞬時に上昇させることができず、過電流が流れてしまう。

図２（ｂ）のＯＣＰ回路３０ｓでは、バイポーラトランジスタ１８６のベースエミッタ間にセンス抵抗Ｒ３１の電圧降下Ｖ_Ｓが入力される。トランジスタ１８０のゲートには、トランジスタ１８６と抵抗１８８の接続点の電位Ｖ_Ｇが入力される。正常点灯状態では、トランジスタ１８６はオフであり、抵抗１８８に電流が流れないため、トランジスタ１８０のゲート電圧Ｖ_Ｇは低くなり、トランジスタ１８０がフルオンとなる。過電流状態では、トランジスタ１８６がオンとなり、抵抗１８８に電流が流れ、トランジスタ１８０のゲート電圧Ｖ_Ｇが上昇し、トランジスタ１８０の抵抗値が増大し、過電流を抑制できる。

ところが車両用灯具では、正常点灯状態におけるランプ電流Ｉ_ＬＤとレーザダイオード３の最大定格電流（つまり過電流保護のためのしきい値）の差が大きくない。そのため正常点灯状態におけるセンス抵抗Ｒ３１の電圧降下Ｖ_Ｓが大きくなり、電力損失が大きいという問題がある。またバイポーラトランジスタ１８６のベースエミッタ間電圧は温度依存性を有するため、温度によって過電流しきい値が変動するという問題もある。

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、光源に供給される過電流を抑制可能な点灯回路の提供にある。

１． 本発明のある態様は、光源の点灯回路に関する。点灯回路は、光源に電力を供給する駆動回路と、駆動回路と光源の間に挿入され、光源に流れるランプ電流を過電流しきい値を超えないように制限する過電流保護回路と、を備える。過電流保護回路は、Ｔ字型に配置されたトランジスタ、インダクタ、整流素子と、ランプ電流に応じた電流検出信号を生成する電流センサと、電流検出信号と過電流しきい値とにもとづいてトランジスタのオン、オフを制御する過電流保護コントローラと、を備える。

この過電流保護回路では、ランプ電流が過電流しきい値より小さな正常点灯状態では、トランジスタをオンさせ、ランプ電流が過電流しきい値より大きな過電流状態では、トランジスタをオフし、駆動回路から光源への電流経路を遮断する。つまりトランジスタが可変抵抗素子ではなく、スイッチとして利用されため、高速な過電流保護が実現でき、また正常点灯状態における電力損失も小さくできる。またインダクタを設けることで、ランプ電流の変動を抑制できるため、トランジスタのターンオフに遅延が生じた場合でも、過電流を抑制できる。さらに整流素子により、トランジスタをオフしたときの逆起電力をクランプすることができる。

過電流保護コントローラは、過電流しきい値に応じて定められた上側しきい値を超えるとトランジスタをオフし、電流検出信号が、過電流しきい値に応じて定められた下側しきい値を下回るとトランジスタをオンしてもよい。

過電流保護コントローラは、第１入力端子に電流検出信号を受け、第２入力端子に所定のしきい値電圧を受け、比較結果を示す保護信号を生成するヒステリシスコンパレータと、保護信号に応じてトランジスタを制御するドライバと、を含んでもよい。

過電流保護コントローラは、電流検出信号が前記過電流しきい値に応じて定められたしきい値レベルを超えるとトランジスタを直ちにオフし、電流検出信号がしきい値レベルを下回ると、所定の遅延時間の経過後に前記トランジスタをオンしてもよい。

過電流保護コントローラは、第１入力端子に前記電流検出信号を受け、第２入力端子に所定のしきい値電圧を受け、電流検出信号がしきい値電圧を超えるとアサートされる保護信号を生成するコンパレータと、保護信号の、アサートレベルからネゲートレベルへの遷移に対応するエッジを、遅延時間、遅延させる第１タイマー回路と、を含んでもよい。

トランジスタおよびインダクタは、駆動回路の正極出力と光源の正極の間に直列に設けられ、整流素子は、トランジスタとインダクタの接続点と、駆動回路の負極出力と光源の負極の間を結ぶ電源ラインとの間に設けられてもよい。

トランジスタは、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであってもよい。過電流保護コントローラは、駆動回路からの電圧を受け、それを所定幅、低電位側にシフトした電圧を生成し、ドライバの下側電源端子に供給する電圧源をさらに含んでもよい。

トランジスタおよびインダクタは、駆動回路の負極出力と前記光源の負極の間に直列に設けられてもよい。整流素子は、トランジスタとインダクタの接続点と、駆動回路の正極出力と光源の正極の間を結ぶ電源ラインとの間に設けられてもよい。

過電流保護コントローラは、トランジスタがオン、オフを繰り返す状態が、所定時間持続すると、トランジスタを固定的にオフするオフラッチ回路を含んでもよい。

駆動回路がスイッチングコンバータである場合にスイッチングトランジスタがショート故障したり、駆動回路がリニアレギュレータである場合に出力トランジスタがショート故障したり、あるいは駆動回路のフィードバック回路が故障すると、光源に供給される駆動電流が制御不能となり、過電流状態が持続することとなる。この態様によれば、長時間の過電流状態が持続した場合には回路の故障と推定し、過電流保護回路のトランジスタをオフに固定することで、光源を消灯し、安全性を高めることができる。

オフラッチ回路は、トランジスタのオン、オフを指示する信号を監視してもよい。

オフラッチ回路は、トランジスタが定常的にオンのときに第１状態、トランジスタがオン、オフを繰り返すときに第２状態となるスイッチング検出信号を生成するスイッチング検出部と、スイッチング検出信号の第２状態が所定時間持続すると、停止信号をアサートする第２タイマー回路と、停止信号がアサートされると、トランジスタを強制的にオフする強制オフ回路と、を含んでもよい。

点灯回路は、光源を光学的に監視し、光源を通常より小さい光量で点灯させる低輝度モードにおいて、光源の光量が許容レベルを超えるときに異常検出信号をアサートする異常検出器をさらに備えてもよい。異常検出信号がアサートされると、トランジスタはオフしてもよい。

２． 本発明の別の態様も点灯回路に関する。点灯回路は、光源に電力を供給する駆動回路と、光源を光学的に監視し、光源を通常より小さい光量で点灯させる低輝度モードにおいて、光源の光量が許容レベルを超えるときに異常検出信号をアサートする異常検出器と、異常検出信号がアサートされると、駆動回路から光源への電力供給を制限する保護回路と、を備える。
この態様によれば、光量を絞るべき条件や使用状況において、強い光が照射されるのを防止できる。

たとえば低輝度モードは、光軸調整やテスト、メンテナンスを目的として光源を微弱に発光させるテストモードであってもよい。これによりメンテナンス時の作業者の安全性を高めることができる。

点灯回路は、光源が正常点灯しているか否かを光学的に検出する発光検出器をさらに備えてもよい。異常検出器は、低輝度モードにおいて発光検出器が正常点灯を示すときに、異常検出信号をアサートしてもよい。
半導体光源のうちレーザダイオードなどは、電気的特性が正常であっても、発光しなくなる故障モード（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）がある。したがってレーザダイオードを用いた車両用灯具には、レーザダイオードの発光を光学的に検出する発光検出器が用いられる場合がある。この発光検出器の検出しきい値を、低輝度モードで許容されるレベルより高く定めておくことで、発光検出器の出力を、異常検出器による異常検出にも利用でき、回路面積の増加を抑制できる。

本発明の別の態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、光源と、光源を駆動する上述のいずれかの点灯回路と、を備えてもよい。

光源は、励起光を出射するレーザダイオードと、励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体と、を備え、励起光と蛍光のスペクトルを含む白色の出力光を生成するよう構成されてもよい。

本発明のある態様によれば、急峻な過電流から回路を保護できる。

図１は、本発明者らが検討した光源の点灯回路の回路図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、本発明者が検討したＯＣＰ回路の回路図である。 第１の実施の形態に係る車両用灯具の回路図である。 ＯＣＰ回路の具体的な構成例を示す回路図である。 図４のＯＣＰ回路の具体的な構成例を示す回路図である。 図６（ａ）は、図１の点灯回路の動作波形図であり、図６（ｂ）は、図３〜図５の点灯回路の動作波形図である。 第２の実施の形態に係るＯＣＰ回路の回路図である。 図７の点灯回路のコネクタの接点復活時の動作波形図である。 図７のＯＣＰ回路の具体的な構成例を示す回路図である。 第３の実施の形態に係るＯＣＰ回路を備える点灯回路の回路図である。 図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０のＯＣＰ回路の構成例を示す回路図である。 第４の実施の形態に係るＯＣＰ回路を備える点灯回路の回路図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、オフラッチ回路のブロック図である。 オフラッチ回路の回路図である。 図１５（ａ）、（ｂ）はオフラッチ回路の動作を説明する図である。 第５の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。 第５の実施の形態の点灯回路の具体的な構成例を示す回路図である。 実施の形態に係る車両用灯具を備えるランプユニットの斜視図である。

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。

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。

（第１の実施の形態）
図３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と、光源２を駆動する点灯回路１０と、を備える。
光源２はたとえば、励起光を出射するレーザダイオード３と、励起光により励起されて蛍光を発する蛍光体（不図示）と、を備え、励起光と蛍光のスペクトルを含む白色の出力光を生成するよう構成されてもよい。あるいは光源２は、白色ＬＥＤを含んでもよいし、ＲＧＢのＬＥＤの組み合わせであってもよい。スイッチ６をオフからオンにすると、点灯回路１０はバッテリ４からの電圧Ｖ_ＢＡＴを受け、それを昇圧して光源２に供給する。

点灯回路１０は、駆動回路２０およびＯＣＰ回路３０を備える。駆動回路２０は、光源２に供給する電力をフィードバック制御する。本実施の形態において駆動回路２０は、電流制御型の昇圧コンバータ（ブーストコンバータ）であり、インダクタＬ２１、スイッチングトランジスタＭ２１、整流ダイオードＤ２１、出力キャパシタＣ２１、コントローラ２２を含む。コントローラ２２は、光源２に供給されるランプ電流Ｉ_ＬＤを検出し、光源２の目標輝度に応じて与えられる目標電流Ｉ_ＲＥＦに近づくようにデューティ比が調節されるゲートパルスを生成し、スイッチングトランジスタＭ２１を駆動する。出力キャパシタＣ２１に生ずる出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、ＯＣＰ回路３０を介して光源２に供給される。

ＯＣＰ回路３０は、駆動回路２０と光源２の間に挿入され、光源２に流れる電流Ｉ_ＬＤを過電流しきい値Ｉ_ＴＨを超えないように制限する。過電流しきい値Ｉ_ＴＨは、目標電流Ｉ_ＲＥＦの最大値よりも大きく、またレーザダイオード３の最大定格電流よりも小さく定められる。

ＯＣＰ回路３０は、トランジスタＭ３１、インダクタＬ３１、整流素子Ｄ３１、電流センサ３２、ＯＣＰコントローラ３４を備える。トランジスタＭ３１、インダクタＬ３１、整流素子Ｄ３１は、Ｔ字型に配置される。本実施の形態において、トランジスタＭ３１およびインダクタＬ３１は、駆動回路２０の正極出力ＯＵＴＰと光源２の正極（アノード）の間を結ぶ電源ラインＬ_Ｐの経路上に、直列に設けられる。整流素子Ｄ３１は、トランジスタＭ３１とインダクタＬ３１の接続点Ｎ１と、駆動回路２０の負極出力ＯＵＴＮと光源２の負極（カソード）の間を結ぶ電源ラインＬ_Ｎとの間に設けられる。整流素子Ｄ３１は、ダイオードが好適であるが、ダイオードに代えて、ＦＥＴを用い、このＦＥＴをトランジスタＭ３１と相補的にスイッチングさせてもよい。

電流センサ３２は、光源２に流れるランプ電流Ｉ_ＬＤに応じた電流検出信号Ｉ_Ｓを生成する。ＯＣＰコントローラ３４は、電流検出信号Ｉ_Ｓと過電流しきい値Ｉ_ＴＨとにもとづいて、トランジスタＭ３１のオン、オフを制御する。

より詳しくは、ＯＣＰコントローラ３４は、電流検出信号Ｉ_Ｓが過電流しきい値Ｉ_ＴＨに応じて定められた上側しきい値Ｉ_ＴＨＨを超えるとトランジスタＭ３１をオフし、電流検出信号Ｉ_Ｓが過電流しきい値Ｉ_ＴＨに応じて定められた下側しきい値Ｉ_ＴＨＬを下回るとトランジスタＭ３１をオンする。

以上が車両用灯具１の基本構成である。
図４は、ＯＣＰ回路３０の具体的な構成例を示す回路図である。電流センサ３２は、前段の駆動回路２０から出力電圧Ｖ_ＯＵＴが供給される電源ラインＬ_Ｐの経路上に設けられた電流検出用のセンス抵抗Ｒ３１と、センス抵抗Ｒ３１の電圧降下Ｖ_Ｓを増幅するアンプ３６を含む。アンプ３６の出力は、ランプ電流Ｉ_ＬＤに対して線形に変化する電流検出信号Ｉ_Ｓとなる。なお図４あるいは図５において、アンプ３６は省略してもよい。またセンス抵抗Ｒ３１は、電源ラインＬ_Ｐ上ではなく、電源ラインＬ_Ｎ上に配置してもよい。センス抵抗Ｒ３１は、正常点灯状態においてランプ電流Ｉ_ＬＤをフィードバック制御する際に、ランプ電流Ｉ_ＬＤを検出するための電流検出用抵抗として利用してもよい。

ＯＣＰコントローラ３４は、主としてヒステリシスコンパレータ３８およびレベルシフタ４０を含む。ヒステリシスコンパレータ３８は、第１入力端子（＋）に電流検出信号Ｉ_Ｓを受け、第２入力端子（−）に所定のしきい値電圧Ｖ_ＴＨを受ける。レベルシフタ４０は、ヒステリシスコンパレータ３８の出力信号（保護信号ともいう）Ｓ_ＯＣＰを適切にレベルシフトし、トランジスタＭ３１のオン、オフを制御する。ヒステリシスコンパレータ３８には、しきい値電圧Ｖ_ＴＨに応じた上側しきい値Ｉ_ＴＨＨと下側しきい値Ｉ_ＴＨＬとが設定される。ヒステリシスコンパレータ３８は、Ｉ_Ｓ＞Ｉ_ＴＨＨとなるとその出力Ｓ_ＯＣＰをハイレベルとし、Ｉ_Ｓ＜Ｉ_ＴＨＬとなるとその出力Ｓ_ＯＣＰをローレベルとする。レベルシフタ４０は、保護信号Ｓ_ＯＣＰがハイレベルのときトランジスタＭ３１をオフし、ローレベルのときトランジスタＭ３１をオンする。

たとえばトランジスタＭ３１は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴである。レベルシフタ４０は、保護信号Ｓ_ＯＣＰがローレベルのときに、トランジスタＭ３１のゲート電圧Ｖ_ＧをローレベルとしてトランジスタＭ３１をオンし、保護信号Ｓ_ＯＣＰがハイレベルのときに、トランジスタＭ３１のゲート電圧Ｖ_ＧをハイレベルとしてトランジスタＭ３１をオフする。

ここでトランジスタＭ３１のゲートにローレベル電圧を印加したときに、ゲートソース間電圧がその耐圧を超えると信頼性が損なわれる。そこでレベルシフタ４０は、ドライバ４２および電圧源４４を含む。電圧源４４は、駆動回路２０からの電圧Ｖ_ＯＵＴを受け、電圧Ｖ_ＯＵＴを下側に所定幅シフトさせた電圧Ｖ_Ｌを生成し、ドライバ４２の下側電源端子に供給する。ドライバ４２のローレベル出力は、電圧Ｖ_Ｌとなる。

図５は、図４のＯＣＰ回路３０の具体的な構成例を示す回路図である。ヒステリシスコンパレータ３８は、オペアンプＯＡ４１、抵抗Ｒ４１〜Ｒ４３を含む。このヒステリシスコンパレータ３８は、トランジスタＱ４１および抵抗Ｒ４４を経由して、ドライバ４２に入力される。キャパシタＣ４１および抵抗Ｒ４５は、トランジスタＱ４１のスイッチングの高速化のために挿入される。

電圧源４４は、ツェナーダイオードＺＤ１、キャパシタＣ４２、トランジスタＱ４２、抵抗Ｒ４６を含む。電圧源４４により、Ｖ_Ｌ＝Ｖ_ＯＵＴ−Ｖ_Ｚ＋Ｖ_Ｆが生成される。Ｖｚはツェナー電圧、Ｖ_ＦはトランジスタＱ４２のベースエミッタ間電圧である。

ドライバ４２は、トランジスタＱ４３〜Ｑ４５、ダイオードＤ４１、抵抗Ｒ４７を含む。ドライバ４２の下側電源端子には、電圧源４４からの電圧Ｖ_Ｌが供給される。ダイオードＤ４１のショットキークランプにより、トランジスタＱ４３のスイッチングを高速化できる。またトランジスタＱ４５およびＱ４２による電流増幅により、トランジスタＭ３１のスイッチングが高速化される。

なお、レベルシフタ４０、電流センサ３２、ヒステリシスコンパレータ３８それぞれの構成は、図５の実施例には限定されず、当業者によればさまざまな変形例が存在すること、また変形例も本発明の範囲に含まれることが理解されよう。

以上がＯＣＰ回路３０およびそれを用いた点灯回路１０および車両用灯具１の構成である。続いてその動作を説明する。
図６（ｂ）は、点灯回路１０の動作波形図である。ＯＣＰ回路３０の効果を明確とするために、図６（ａ）には、ＯＣＰ回路３０を備えない図１の点灯回路１０ｒの動作波形を示す。図６（ａ）、（ｂ）それぞれにおいて、上段には、点灯回路１０と光源２の間のコネクタの外れからの復帰時の波形が示され、下段には、電源電圧Ｖ_ＢＡＴが９Ｖから１６Ｖに急変したときの波形が示される。

図６（ａ）、（ｂ）の上段を参照する。図６（ａ）に示すように、ＯＣＰ回路３０が設けられない場合、コネクタの非接触状態から接触状態に復帰すると、ランプ電流Ｉ_ＬＤは、最大で８Ａもの過電流となる。これに対してＯＣＰ回路３０を設けることにより、図６（ｂ）に示すように、ランプ電流Ｉ_ＬＤは、上側しきい値Ｉ_ＴＨＨと下側しきい値Ｉ_ＴＨＬの間に維持され、過電流を抑制できる。

続いて図６（ａ）、（ｂ）の下段を参照する。図６（ａ）に示すように、ＯＣＰ回路３０が設けられない場合、電源電圧Ｖ_ＢＡＴが９Ｖから１６Ｖへと急激に上昇すると、ランプ電流Ｉ_ＬＤは、最大で５Ａもの過電流となる。これに対してＯＣＰ回路３０を設けることにより、図６（ｂ）に示すように、ランプ電流Ｉ_ＬＤは、上側しきい値Ｉ_ＴＨＨと下側しきい値Ｉ_ＴＨＬの間に維持され、過電流を抑制できる。

以上が点灯回路１０の動作である。
このように点灯回路１０によれば、ランプ電流Ｉ_ＬＤが過電流しきい値Ｉ_ＴＨより小さな正常点灯状態では、トランジスタＭ３１をオンさせ、ランプ電流Ｉ_ＬＤが過電流しきい値Ｉ_ＴＨより大きな過電流状態では、トランジスタＭ３１をオフし、駆動回路２０から光源２への電流経路を遮断する。つまりトランジスタＭ３１が可変抵抗素子ではなく、スイッチとして利用されため、高速な過電流保護が実現できる。また正常点灯状態においては、トランジスタＭ３１をフルオンさせることができるため、電力損失も小さくできる。

またインダクタＬ３１を設けることで、ランプ電流Ｉ_ＬＤの変動を抑制できるため、トランジスタＭ３１のターンオフに遅延が生じた場合でも、過電流を抑制できる。さらに整流素子Ｄ３１により、トランジスタＭ３１をオフしたときの逆起電力をクランプすることができる。

また、ランプ電流Ｉ_ＬＤに応じた電流検出信号Ｉ_Ｓを、ヒステリシスを有する２個のしきい値Ｉ_ＴＨＨ、Ｉ_ＴＨＬと比較し、比較結果に応じてトランジスタＭ３１をスイッチングすることとした。これにより安定した過電流保護が可能となる。

この点灯回路１０では、しきい値Ｉ_ＴＨ（Ｉ_ＴＨＨ、Ｉ_ＴＨＬ）を、目標電流Ｉ_ＲＥＦよりも高く設定しておくことにより、正常点灯状態においてはＯＣＰ回路３０は動作しないため、駆動回路２０による電流制御のフィードバックループが優先されることが保証される。

（第２の実施の形態）
図７は、第２の実施の形態に係るＯＣＰ回路の回路図である。ＯＣＰ回路６０は、トランジスタＭ６１、インダクタＬ６１、整流素子Ｄ６１、電流センサ６２、ＯＣＰコントローラ６４を備える。トランジスタＭ６１、インダクタＬ５１、整流素子Ｄ６１は、第１の実施の形態と同様にＴ字型に配置される。第２の実施の形態では、トランジスタＭ６１およびインダクタＬ６１は、電源ラインＬ_Ｎの経路上に直列に設けられる。整流素子Ｄ６１に代えて、トランジスタＭ６１と相補的にオン、オフが制御されるトランジスタを用いてもよい。

電流センサ６２は、ランプ電流Ｉ_ＬＤを検出し、ランプ電流Ｉ_ＬＤに応じた電流検出信号Ｉ_Ｓを生成する。ＯＣＰコントローラ６４は、電流検出信号Ｉ_Ｓと過電流しきい値Ｉ_ＴＨとにもとづいて、トランジスタＭ６１のオン、オフを制御する。

より詳しくは、本実施の形態において、ＯＣＰコントローラ６４は、電流検出信号Ｉ_Ｓが過電流しきい値Ｉ_ＴＨを超えるとトランジスタＭ６１を直ちにオフし、電流検出信号Ｉ_Ｓが過電流しきい値Ｉ_ＴＨを下回ると、ある遅延時間τの経過後に、トランジスタＭ６１をオンする。

ＯＣＰコントローラ６４は、コンパレータ６６、第１タイマー回路６８を含む。コンパレータ６６は、電流検出信号Ｉ_Ｓを過電流しきい値Ｉ_ＴＨと比較し、Ｉ_Ｓ＞Ｉ_ＴＨとなるとアサート（たとえばハイレベル）される保護信号Ｓ_ＯＣＰを生成する。

第１タイマー回路６８は、保護信号Ｓ_ＯＣＰがネゲートレベルからアサートレベルに遷移するときには、遅延させずに直ちにトランジスタＭ６１をオフさせる。反対に第１タイマー回路６８は、保護信号Ｓ_ＯＣＰがアサートレベルからネゲートレベルに遷移するときには、遅延時間τの遅延後に、トランジスタＭ６１をオンさせる。第１タイマー回路６８は、保護信号Ｓ_ＯＣＰのポジティブエッジとネガティブエッジの一方に対して有効であり、他方に対して無効な遅延回路と把握することができる。

図８は、図７の点灯回路１０のコネクタの接点復活時の動作波形図である。時刻ｔ０に接点が復活する。これにより駆動回路２０の出力キャパシタＣ１に蓄えられた電荷が光源２に流れ込み、ランプ電流Ｉ_ＬＤが急峻に増大する。

ランプ電流Ｉ_ＬＤがしきい値レベルＩ_ＴＨを超えると、保護信号Ｓ_ＯＣＰがアサート（ここではハイレベル）され、直ちにトランジスタＭ６１がオフする。トランジスタＭ６１がオフすると、ランプ電流Ｉ_ＬＤはインダクタＬ６１とダイオードＤ６１を経由して減少に転じ、すぐにしきい値レベルＩ_ＴＨより小さくなって、保護信号Ｓ_ＯＣＰはネゲートされる。保護信号Ｓ_ＯＣＰのアサートからネゲートへの遷移に対応するエッジ（ネガティブエッジ）は、第１タイマー回路６８によって遅延され、遅延時間τ経過後に、トランジスタＭ６１が再びオンする。トランジスタＭ６１がオンすると、ランプ電流Ｉ_ＬＤが増大に転ずる。ＯＣＰ回路６０はこの動作を繰り返すことにより、ランプ電流Ｉ_ＬＤを過電流しきい値Ｉ_ＴＨより低く制限することができる。

ここで、遅延時間τの間のランプ電流Ｉ_ＬＤの減少の傾きは、インダクタＬ６１とレーザダイオード３の電圧Ｖ_ＬＤに応じて、Ｖ_ＬＤ／Ｌ６１で与えられる。したがって遅延時間τにおけるランプ電流Ｉ_ＬＤの減少量は、τ×Ｖ_ＬＤ／Ｌ６１となる。したがってＩ_ＬＯＷ＝Ｉ_ＴＨ−τ×Ｖ_ＬＤ／Ｌ６１＞Ｉ_ＲＥＦを満たすように遅延時間τを定めることにより、正常点灯状態において、過電流保護が動作し、トランジスタＭ６１がスイッチングするのを防止できる。

このように、第２の実施の形態によれば、ＯＣＰコントローラ６４より、トランジスタＭ６１のターンオンを遅延させることにより、ランプ電流Ｉ_ＬＤを、しきい値Ｉ_ＴＨとＩ_ＬＯＷの間に制限することができる。

図９は、図７のＯＣＰ回路６０の具体的な構成例を示す回路図である。電流センサ６２は、ランプ電流Ｉ_ＬＤの経路上に設けられた電流検出用の抵抗Ｒ６２を含み、抵抗Ｒ６２の電圧降下が、電流検出信号Ｉ_Ｓとなる。第１の実施の形態と同様に、抵抗Ｒ６２の電圧降下を増幅するアンプを追加してもよい。抵抗Ｒ６２は、前段の駆動回路２０の負極出力ＯＵＴＮと光源２の負極端子（カソード）を結ぶ電源ラインＬ_Ｎ上に設けられる。なお抵抗Ｒ６２は、第１の実施の形態と同様に、電源ラインＬ_Ｐ上に設けてもよい。

抵抗Ｒ６３〜Ｒ６７、演算増幅器ＯＡ６１は、ヒステリシスコンパレータを構成し、図７のコンパレータ６６に対応する。なおこのヒステリシスは、チャタリングの防止を目的としたものであり、第１の実施の形態におけるヒステリシスとは意味が異なることに留意されたい。

第１タイマー回路６８は、抵抗Ｒ６８、トランジスタＭ６２、キャパシタＣ６１を含む。キャパシタＣ６１は、トランジスタＭ６１のゲート容量を利用してもよい。保護信号Ｓ_ＯＣＰがアサート（ハイレベル）されると、トランジスタＭ６２がオンとなり、キャパシタＣ６１が直ちに放電されて、トランジスタＭ６１のゲートソース間電圧がゼロとなり、トランジスタＭ５１がオフし、過電流保護がかかる。

保護信号Ｓ_ＯＣＰがネゲート（ローレベル）されると、トランジスタＭ６２がオフとなる。キャパシタＣ６１は、抵抗Ｒ６８を介してある時定数で充電され、時定数に応じた遅延時間τの経過後に、トランジスタＭ６１のゲートソース間電圧がＦＥＴのしきい値電圧を超えて、トランジスタＭ６１がオンし、過電流保護が解除される。

ダイオードＤ６２は、点灯回路１０と光源２の間の接続線、特にコネクタが断線状態となったときに、インダクタＬ６１の逆起電力をクランプするために設けられる。

第２の実施の形態は、第１の実施の形態と比べて以下の利点を有する。
第２の実施の形態は、ランプ電流Ｉ_ＬＤがあるしきい値Ｉ_ＴＨを超えるとトランジスタＭ６１をオフし、その後ランプ電流Ｉ_ＬＤがしきい値Ｉ_ＴＨより低いレベルＩ_ＬＯＷまで低下すると、トランジスタＭ６１をオンするものでり、第１の実施の形態と近似する。それらの相違点は、第１の実施の形態では、下側のレベルＩ_ＬＯＷを、ヒステリシスコンパレータの下側しきい値Ｉ_ＴＨＬを用いて設定するのに対して、第２の実施の形態では、遅延時間τを用いる点である。

図４のＯＣＰ回路３０では、トランジスタＭ３１がオフの状態において、ヒステリシスコンパレータ３８により、ランプ電流Ｉ_ＬＤを下側しきい値Ｉ_ＴＨＬと比較する必要があるため、センス抵抗Ｒ３１は、トランジスタＭ３１よりも接地端子（ＯＵＴＮ）側に設けることができない。このため、ヒステリシスコンパレータ３８によって、接地電圧を基準とした電圧比較を行なうためには、アンプ３６によって電圧降下Ｖ_Ｓを、接地電圧を基準とした電流検出信号Ｉ_Ｓに変換する必要がある。ところが一般に高速なアンプ３６は高価であるから、図４のＯＣＰ回路３０では、コストが高くなる場合がある。

これに対して第２の実施の形態では、第１タイマー回路６８によりトランジスタＭ６１のターンオンのタイミングを決定するため、トランジスタＭ６１がオフの期間に、ランプ電流Ｉ_ＬＤを検出する必要がない。つまりランプ電流Ｉ_ＬＤを検出するための抵抗Ｒ６２を、図９に示すように、接地端子（ＯＵＴＮ）側に配置できる。これにより、図４のアンプ３６を用いずとも、接地電圧を基準とした電流検出信号Ｉ_Ｓを生成することができ、コストを下げることができる。

（第３の実施の形態）
図１０は、第３の実施の形態に係るＯＣＰ回路を備える点灯回路１０の回路図である。第３の実施の形態においても、ＯＣＰ回路５０は、駆動回路２０とレーザダイオード３の間に挿入される。

ＯＣＰ回路５０は、電流センサ５２、コンパレータ５４、タイマー回路５６、バイパストランジスタＭ５１、電流制限抵抗Ｒ５１を含む。
電流センサ５２は、ランプ電流Ｉ_ＬＤを検出し、ランプ電流Ｉ_ＬＤに応じた電流検出信号Ｉ_Ｓを生成する。コンパレータ５４は、電流検出信号Ｉ_Ｓを過電流しきい値Ｉ_ＴＨと比較し、Ｉ_Ｓ＞Ｉ_ＴＨとなるとアサート（たとえばハイレベル）される保護信号Ｓ_ＯＣＰを生成する。コンパレータ５４は、ヒステリシスコンパレータであることが望ましい。

電流制限抵抗Ｒ５１は、ランプ電流Ｉ_ＬＤの経路上に設けられる。バイパストランジスタＭ５１は、電流制限抵抗Ｒ５１と並列に設けられる。バイパストランジスタＭ５１は、保護信号Ｓ_ＯＣＰがネゲートされる間、オンとなり、保護信号Ｓ_ＯＣＰがアサートされるとオフとなる。

バイパストランジスタＭ５１とコンパレータ５４の間にはタイマー回路５６が挿入される。タイマー回路５６は、保護信号Ｓ_ＯＣＰがネゲートレベルからアサートレベルに遷移するときには、遅延させずに直ちにバイパストランジスタＭ５１をオフさせる。反対にタイマー回路５６は、保護信号Ｓ_ＯＣＰがアサートレベルからネゲートレベルに遷移するときには、所定時間の遅延後に、バイパストランジスタＭ５１をオンさせる。タイマー回路５６は、保護信号Ｓ_ＯＣＰのポジティブエッジとネガティブエッジの一方に対して有効であり、他方に対して無効な遅延回路と把握することができる。

第３の実施の形態に係るＯＣＰ回路によれば、Ｉ_ＬＤ＞Ｉ_ＴＨの過電流状態が検出されると、トランジスタＭ５１が直ちにオフして過電流を抑制できる。反対にＩ_ＬＤ＜Ｉ_ＴＨの正常点灯状態に戻ると、遅延時間の経過後にバイパストランジスタＭ５１がオンとなり、電流制限抵抗Ｒ５１がバイパスされ、低損失で光源２を駆動できる。

点灯回路１０と光源２のコネクタが非接触（開放）となると、駆動回路２０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、予め設定された電圧Ｖ_ＯＣＶとなる。正常点灯時の駆動回路２０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴをＶ_Ｌとすると、コネクタの接点が復活したときに光源２に流れる最大電流Ｉ_ＭＡＸは、（Ｖ_ＯＣＶ−Ｖ_Ｌ）／Ｒ５１となる。したがって、この最大電流Ｉ_ＭＡＸが、レーザダイオード３の最大定格電流（許容電流）を超えないように、抵抗Ｒ５１の抵抗値を決定することで、レーザダイオード３を好適に保護できる。

図１１（ａ）、（ｂ）は、図１０のＯＣＰ回路の構成例を示す回路図である。
図１１（ａ）のＯＣＰ回路５０について説明する。電流センサ５２は、ランプ電流Ｉ_ＬＤの経路上に設けられた電流検出用の抵抗Ｒ５２を含み、抵抗Ｒ５２の電圧降下が、電流検出信号Ｉ_Ｓとなる。第１の実施の形態と同様に、抵抗Ｒ５２の電圧降下を増幅するアンプを追加してもよい。抵抗Ｒ５２は、前段の駆動回路２０の負極出力ＯＵＴＮと光源２の負極端子（カソード）を結ぶ電源ラインＬ_Ｎ上に設けられる。なお抵抗Ｒ５２は、第１の実施の形態と同様に、電源ラインＬ_Ｐ上に設けてもよい。

演算増幅器ＯＡ５１、抵抗Ｒ５３〜Ｒ５６、トランジスタＭ５２は、ヒステリシスコンパレータを形成しており、図１０のコンパレータ５４に対応する。図１１（ａ）において保護信号Ｓ_ＯＣＰのアサートレベルはローレベルである。

タイマー回路５６は、抵抗Ｒ５７、トランジスタＱ５１、キャパシタＣ５１を含む。保護信号Ｓ_ＯＣＰがアサート（ローレベル）されると、トランジスタＱ５１がオンとなり、キャパシタＣ５１が直ちに放電されて、バイパストランジスタＭ５１のゲートソース間電圧がゼロとなり、バイパストランジスタＭ５１がオフし、過電流保護がかかる。

保護信号Ｓ_ＯＣＰがネゲート（ハイレベル）されると、トランジスタＱ５１がオフとなる。キャパシタＣ５１は、抵抗Ｒ５７を介してある時定数で充電され、時定数に応じた遅延時間の経過後に、バイパストランジスタＭ５１のゲートソース間電圧がＦＥＴのしきい値電圧を超えて、バイパストランジスタＭ５１がオンし、過電流保護が解除される。

図１１（ａ）のＯＣＰ回路によれば、小型、少ない部品点数、低コストで、確実な電流制限をかけることができる。

図１１（ａ）のＯＣＰ回路５０は、過電流が検出されると直ちにバイパストランジスタＭ５１をオフするものであるが、遅延をゼロとすることは難しい。この遅延により、バイパストランジスタＭ５１がオフする前に、ランプ電流Ｉ_ＬＤがレーザダイオード３の最大定格電流（許容電流）を超えると問題である。

そこで図１１（ｂ）のＯＣＰ回路５０は、抵抗Ｒ５１と直列に設けられたインダクタＬ５１をさらに備える。これにより、ランプ電流Ｉ_ＬＤの急峻な変化が抑制される。またダイオードＤ５１は、インダクタＬ５１と並列に設けられる。このダイオードＤ５１により、インダクタＬ５１に生ずる逆起電力を吸収（クランプ）することができる。

（第４の実施の形態）
図１２は、第４の実施の形態に係るＯＣＰ回路を備える点灯回路の回路図である。図１２の点灯回路１０ａと図７の点灯回路１０の相違点を説明する。ＯＣＰ回路６０ａのＯＣＰコントローラ６４ａは、コンパレータ６６、第１タイマー回路６８に加えてオフラッチ回路７０をさらに備える。

上述のように、ＯＣＰ回路６０では、Ｉ_Ｓ＜Ｉ_ＴＨである正常状態において、トランジスタＭ６１がオンを持続し、Ｉ_ＳがＩ_ＴＨを超える過電流状態において、トランジスタＭ６１がオン、オフを繰り返す状態（スイッチング状態という）となる。

オフラッチ回路７０は、トランジスタＭ６１がオン、オフを繰り返すスイッチング状態が、所定時間τ２持続すると、トランジスタＭ６１のゲート信号をローレベルに固定して、オフ状態に固定（オフラッチ）する。たとえば所定時間τ２は、数百ｍｓ〜数秒、たとえば０．２秒としてもよい。

オフラッチ回路７０は、トランジスタＭ６１のオン、オフを指示する信号（以下、ゲート制御信号ともいう）Ｓ１０を監視することで、トランジスタＭ６１が固定的にオンの状態であるか、トランジスタＭ６１がスイッチングしているか否かを判定する。ゲート制御信号Ｓ１０は、保護信号Ｓ_ＯＣＰであってもよいし、トランジスタＭ６１のゲート信号、つまり第１タイマー回路６８の出力信号であってもよいし、第１タイマー回路６８の内部の信号であってもよい。

オフラッチ回路７０を設けることで、以下の効果が得られる。
上述のように駆動回路２０がスイッチングコンバータ（特に降圧コンバータ）である場合にスイッチングトランジスタがショート故障したり、フィードバック回路が故障すると、レーザダイオード３に供給される駆動電流Ｉ_ＬＤが制御不能となり、過電流状態が持続することとなる。オフラッチ回路７０を設け、長時間の過電流状態が持続した場合には回路の故障と推定し、ＯＣＰ回路６０のトランジスタＭ６１をオフに固定することで、レーザダイオード３を消灯し、安全性を高めることができる。

図１３（ａ）は、オフラッチ回路７０のブロック図である。オフラッチ回路７０は、スイッチング検出部７２、第２タイマー回路７４、ラッチ回路７６、強制オフ回路７８を含む。

スイッチング検出部７２は、トランジスタＭ６１が定常的にオンのときに第１状態（たとえばハイレベル）、トランジスタＭ６１がオン、オフを繰り返すスイッチング状態において第２状態（たとえばローレベル）となる、スイッチング検出信号Ｓ１１を生成する。上述のように、スイッチング検出部７２は、保護信号Ｓ_ＯＣＰ、トランジスタＭ６１のゲート信号、第１タイマー回路６８の内部の信号のいずれかを監視すればよい。

第２タイマー回路７４は、スイッチング検出信号Ｓ１１が第２状態（ローレベル）となる状態が、所定時間τ２持続すると、停止信号Ｓ１２をアサートする。ラッチ回路７６は、停止信号Ｓ１２がアサートされると、その状態をラッチする。強制オフ回路７８は、停止信号Ｓ１２のアサートがラッチされると、トランジスタＭ６１を強制的にオフ状態に固定する。たとえば強制オフ回路７８は、トランジスタＭ６１のゲートと接地の間に設けられたスイッチを含んでもよい。ラッチ回路７６は、停止信号Ｓ１２のアサートがラッチされると、ハイレベルのオフ信号Ｓ１３を出力し、スイッチはオフ信号Ｓ１３がハイレベルのときオンしてもよい。

図１３（ｂ）には、強制オフ回路７８の変形例が示される。強制オフ回路７８は、トランジスタＭ６１のオン、オフを指示するゲート信号Ｓ_Ｇと、ラッチ回路７６の出力Ｓ１３を論理演算し、その出力Ｓ_Ｇ’をトランジスタＭ６１のゲートに出力する論理ゲートで構成してもよい。たとえばラッチ回路７６を、停止信号Ｓ１２のアサートがラッチされる間、ローレベルのオフ信号Ｓ１３を出力するように構成した場合、論理ゲートは負論理のＯＲゲートであってもよい。

図１４は、オフラッチ回路７０の回路図である。オフラッチ回路７０の入出力端子Ｉ／Ｏには、ゲート制御信号Ｓ_Ｇ（Ｓ１０）が入力される。たとえば図９のＯＣＰ回路６０に、オフラッチ回路７０を設ける場合、Ｉ／Ｏ端子には、トランジスタＭ６２のドレイン（トランジスタＭ６１のゲート）が接続される。

スイッチング検出部７２は、主として、ローパスフィルタ８０、出力段８２を含む。ローパスフィルタ８０は、ゲート制御信号Ｓ１０のスイッチングにともなう高周波成分を除去し、平滑化する。ローパスフィルタ８０は、キャパシタＣ３、充電回路８４、放電回路８６を含む。キャパシタＣ３の一端は接地され、他端は充電回路であるトランジスタＴｒ５と接続される。放電回路８６は、キャパシタＣ３の他端と接地の間に設けられる。

出力段８２は、２段インバータの直列構成であり、１段目のインバータは、トランジスタＴｒ６，抵抗Ｒ４を含み、２段目のインバータは、トランジスタＴｒ７、抵抗Ｒ５，Ｒ６を含む。

第２タイマー回路７４は、主としてキャパシタＣ４、コンパレータ８８、を含む。抵抗Ｒ７，Ｒ８、キャパシタＣ５は、電源電圧Ｖ_ＣＣを分圧し、基準電圧（しきい値電圧）Ｖ_ＴＨを生成する。スイッチング検出部７２の出力は、キャパシタＣ４と接続される。ダイオードＤ２は電圧クランパである。コンパレータ８８は、キャパシタＣ４の電圧Ｖ_Ｃ４を、基準電圧Ｖ_ＴＨと比較する。コンパレータ８８の出力には、抵抗Ｒ９、キャパシタＣ６を含むローパスフィルタが接続される。

ラッチ回路７６は、双安定マルチバイブレータ（フリップフロップ、ラッチともいう）９０で構成される。双安定マルチバイブレータ９０は、主としてトランジスタＴｒ９〜Ｔｒ１０、抵抗Ｒ１０〜Ｒ１１を含む。双安定マルチバイブレータ９０の構成、動作は公知であるため説明を省略する。双安定マルチバイブレータ９０の構成は特に限定されず、ＤフリップフロップやＤラッチなどを用いてもよい。双安定マルチバイブレータ９０の出力は、強制オフ回路７８に出力される。

ラッチ回路７６はさらにパワーオンリセット回路９２を含む。パワーオンリセット回路９２は、電源電圧Ｖ_ＣＣの投入時に、双安定マルチバイブレータ９０を初期状態にリセットする。パワーオンリセット回路９２は、たとえば抵抗Ｒ１２〜Ｒ１４、トランジスタＴｒ１１，Ｔｒ１２を含む。

強制オフ回路７８は、ゲート制御信号Ｓ１０が伝送するライン９４と、接地の間に設けられたトランジスタＴｒ１３を含む。ラッチ回路７６の出力Ｓ１３がハイレベルのときトランジスタＴｒ１３はオンし、ゲート制御信号Ｓ１０はローレベルに固定され、トランジスタＭ６１が強制オフされる。

続いてオフラッチ回路７０の動作を説明する。
図１５（ａ）、（ｂ）はオフラッチ回路７０の動作を説明する図である。図１５（ａ）には、過電流保護動作が示される。

時刻ｔ０より前は、通常状態であり、駆動電流Ｉ_ＬＤが目標電流量Ｉ_ＲＥＦに保たれている。このときゲート制御信号Ｓ１０は定常的にハイレベルであり、したがってトランジスタＴｒ５はオフであり、トランジスタＴｒ６がオフ、Ｔｒ７がオンとなる。これによりキャパシタＣ４の電荷がトランジスタＴｒ７を介して放電され、電圧Ｖ_Ｃ４は０Ｖに維持される。

時刻ｔ０に過電流状態に移行すると、駆動電流Ｉ_ＬＤが増大する。過電流状態では、トランジスタＭ６１のゲート制御信号Ｓ１０が振動し、トランジスタＭ６１がスイッチングする。これにより、駆動電流Ｉ_ＬＤがしきい値電流Ｉ_ＴＨを超えないように維持される。

ゲート制御信号Ｓ１０がスイッチングすると、トランジスタＴｒ５がスイッチングする。これによりキャパシタＣ３の電圧Ｖ_Ｃ３が上昇し、トランジスタＴｒ６がオン、Ｔｒ７がオフとなる。

トランジスタＴｒ７がオフすると、抵抗Ｒ５を介してキャパシタＣ４が充電され、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ４が時間とともに増大する。そして所定時間τ２経過後の時刻ｔ１に、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ４がしきい値電圧Ｖ_ＴＨを超えると、コンパレータ８８の出力がハイレベルとなり、トランジスタＴｒ８がオンする。これにより、双安定マルチバイブレータ９０は、トランジスタＴｒ１０がオフ、トランジスタＴｒ９がオンの状態にラッチされ、オフ信号Ｓ１３はハイレベルに固定される。これによりトランジスタＴｒ１３がオンとなり、ゲート制御信号Ｓ１０がローレベルとなり、トランジスタＭ６１が強制オフする。

続いて図１５（ｂ）を参照し、電源投入時のパワーオンリセット動作を説明する。時刻ｔ０に電源が投入されると、電源電圧Ｖ_ＣＣが上昇し始める。時刻ｔ０〜ｔ１の間、回路の動作は不定である。
トランジスタＴｒ１２のベースには、電源電圧Ｖ_ＣＣが抵抗Ｒ１３，Ｒ１４によって分圧した電圧が供給される。時刻ｔ１〜ｔ２の間、トランジスタＴ１２のベースエミッタ間電圧は、０．６Ｖよりも低く、したがってトランジスタＴｒ１２はオフである。このときトランジスタＴｒ１１のベースには、抵抗Ｒ１２を介して電源電圧Ｖ_ＣＣが供給され、そのベース電圧Ｓ１４は０．６Ｖ付近に維持され、トランジスタＴｒ１１がオンする。これによりオフ信号Ｓ１３はローレベルにリセットされる。

時刻ｔ２以降、電源電圧Ｖ_ＣＣが高くなり、トランジスタＴｒ１２のベース電圧が０．６Ｖを超えると、トランジスタＴｒ１２がオンし、トランジスタＴｒ１１がオフする。これにより双安定マルチバイブレータ９０のリセットが解除される。このように，電源投入時のパワーオンリセットにより、強制オフが解除された状態から、レーザダイオード３の駆動を開始できる。

（第５の実施の形態）
図１６は、第５の実施の形態に係る車両用灯具１ｂのブロック図である。駆動回路２０は、定電流スイッチングコンバータであってもよい。本実施の形態において光源２は、レーザダイオード３および蛍光体を含むものとする。駆動回路２０は、いくつかのモードが選択可能であり、モードごとにレーザダイオード３を異なる光量で発光させる。たとえば駆動回路２０は、レーザダイオード３を通常の光量で発光させる第１モードと、通常より低い光量で発光させる第２モードが切りかえ可能である。たとえば第１モードは、光源２を通常の走行中に車両前方を照射するに足る光量で発光させる走行モードでありえる。一方第２モードは、光軸調整やテスト、メンテナンスを目的として光源２を微弱に発光させるテストモードでありえる。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８は、駆動回路２０に対して、現在のモードを指示するモード信号Ｓ_ＭＯＤＥを供給する。ＥＣＵ８は、車両側に搭載されてもよいし、車両用灯具１側に搭載されてもよい。

第２モードが低輝度で発光すべきテストモードである場合に、光源２が高輝度で発光すると、周囲の作業者等にグレアを与えてしまうおそれがある。あるいは第２モードが走行中において低輝度で発光すべきモードである場合に、光源２が高輝度で発光すると、対向車や歩行者にグレアを与えることとなる。つまり第２モードにおいて光源２が高輝度で発光することは異常状態といえる。このような問題を解決するために、車両用灯具１ｂには、異常検出器１００および保護回路１１０が設けられる。

異常検出器１００は、光源２を光学的に監視し、光源２を通常より小さい光量で点灯させる低輝度モードにおいて、光源２の光量が許容レベルを超えるときに異常検出信号Ｓ２０をアサートする。

車両用灯具１ｂには、光源２の不点灯を車両側ＥＣＵに通知する診断信号（ダイアグ信号）を生成する機能が要求される。ここでレーザダイオード３は、電気的特性が正常であっても、発光しなくなる故障モード（ＣＯＤ：Catastrophic Optical Damage）がある。したがってレーザダイオード３の故障を検出するためには、電気的特性を監視するだけでは不十分で有り、レーザダイオード３の発光を光学的に検出する発光検出器１０２が設けられる場合がある。発光検出器１０２は、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などを含み、光源２が正常に点灯しているか否かを判定する。

発光検出器１０２は、通常モードにおいて、光源２の非点灯を検出すると、Ｓ_ＣＯＤ信号をアサート（たとえはハイレベル）し、正常点灯時にＳ_ＣＯＤ信号をネゲート（ローレベル）する。Ｓ_ＣＯＤ信号は、診断信号として車両側に送信される。

好ましい態様において、発光検出器１０２を第２モードにおける異常状態の検出にも利用することができる。すなわちこの発光検出器１０２の検出しきい値を、低輝度モードで許容されるレベルより高く定め、発光検出器１０２の出力Ｓ_ＣＯＤを異常検出器１００において参照することで、発光検出器１０２の出力Ｓ_ＣＯＤを、異常検出器１００による異常検出に利用できる。具体的には、異常検出器１００は第２モードにおいてＳ_ＣＯＤ信号がネゲートであるとき、異常状態と判定すればよい。これにより、第２モード用の発光検出器が不要となるため、回路面積の増加を抑制できる。

ＣＯＤ検出用の発光検出器１０２の他に、第２モードにおける異常を検出するための別の発光検出器を設けてもよい。この場合、許容レベル（しきい値）を個別に設定することが可能となる。

保護回路１１０は、異常検出信号Ｓ２０がアサートされると、駆動回路２０から光源２への電力供給を制限する。電力供給の制限とは、電力供給を停止することの他、供給電力を低下させることなどを含む。たとえば保護回路１１０は、駆動電流Ｉ_ＬＤの経路上に設けられたスイッチ１１２を含み、このスイッチ１１２をオフすることで光源２への給電を停止してもよい。

以上が第５の実施の形態に係る車両用灯具１ｂの構成である。続いてその動作を説明する。モード信号Ｓ_ＭＯＤＥにより第２モードが指示されると、駆動回路２０は小さな駆動電流Ｉ_ＬＤを光源２に供給する。そうすると光源２は、小さな駆動電流Ｉ_ＬＤに応じた輝度で発光する。光源２が、レーザダイオード３と蛍光体の組み合わせである場合に、蛍光体が外れるなどの異常が生ずると、レーザダイオード３からの励起光がそのまま出射されてしまう。

光源２が正常であれば、第２モードにおいて発光検出器１０２は許容レベルより小さな微弱な光しか検出しないため、Ｓ_ＣＯＤ信号はアサートされるはずである。しかしながら光源２が異常であると、発光検出器１０２は、十分な光量の光を検出するため、Ｓ_ＣＯＤ信号をネゲートする。そこで異常検出器１００は、モード信号Ｓ_ＭＯＤＥが第２モードを示し、かつＳ_ＣＯＤ信号がネゲートされていると、異常検出信号Ｓ２０をアサートする。これにより保護回路１１０のスイッチ１１２がオフとなり、レーザダイオード３の発光が直ちに停止する。

このように図１６の点灯回路１０ｂによれば、蛍光体に異常が生じている状態において、テストモードでレーザダイオード３を点灯させたときに、励起光がそのまま漏れ、周囲の作業者などを照射するのを防止することができ、安全性を高めることができる。

図１７は、第５の実施の形態に係る点灯回路１０ｂの具体的な構成例を示す回路図である。異常検出器１００は論理ゲートの組み合わせで構成することができる。モード信号Ｓ_ＭＯＤＥのハイレベルが第２モードに対応するとき、異常検出器１００はインバータ１２０およびＡＮＤゲート１２２を含んでもよい。インバータ１２０は、Ｓ_ＣＯＤ信号を反転する。インバータ１２０の出力は、レーザダイオード３が許容レベルを超えて発光しているときにアサート（ハイレベル）される。ＡＮＤゲート１２２は、モード信号Ｓ_ＭＯＤＥとインバータ１２０の出力の論理積をとり、異常検出信号Ｓ２０として出力する。なお各信号のハイレベル・ローレベルの割り当ては変更することができ、その場合、インバータの追加、省略、あるいはＡＮＤゲートとＯＲゲートを入れ替えればよいことが理解される。

図１７の点灯回路１０ｃは、図１６の点灯回路１０ｂと図１２の点灯回路１０ａの組み合わせと把握することができる。保護回路１１０は、図１２のＯＣＰ回路６０ａに加えて、論理ゲート１１４を含む。トランジスタＭ６１は、図１６のスイッチ１１２に対応する。過電流検出器１１６は、図１６の電流センサ６２およびコンパレータ６６に対応する。論理ゲート１１４は、保護信号Ｓ_ＯＣＰがアサートされるか、もしくは異常検出信号Ｓ２０がアサートされると、第１タイマー回路６８にスタートトリガーを与える。たとえば論理ゲート１１４はＯＲゲートであってもよい。

なお保護回路１１０の構成は、図１７のそれには限定されない。たとえば保護回路１１０は、図２、あるいは図３〜図５のＯＣＰ回路３０を含んでもよいし、あるいは図７、図９のＯＣＰ回路６０を含んでもよいし、図１０、図１１のＯＣＰ回路５０を含んでもよい。あるいは過電流保護機能との併用は必須では無く、図１６に示すように保護回路１１０はシンプルにスイッチ１１２のみを含んでもよい。

最後に、車両用灯具１の用途を説明する。図１８は、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。車両用灯具１は、ひとつ、あるいは複数の光源２を備える。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。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１の変形例）
実施の形態では駆動回路２０がスイッチングコンバータである場合を説明したが、本発明はそれには限定されず、リニアレギュレータであってもよいし、スイッチングコンバータとリニアレギュレータの組み合わせであってもよく、これらにおいても、各実施の形態で説明した効果を得ることができる。

（第２の変形例）
第４の実施の形態で説明したオフラッチ回路７０は、図３、図５のＯＣＰ回路３０にも適用可能である。この場合、オフラッチ回路７０は、トランジスタＭ６１に代えて、トランジスタＭ３１のオン、オフ状態を繰り返す状態が所定時間Ｔ２持続すると、トランジスタＭ３１を固定的にオフすればよい。あるいはオフラッチ回路７０は、図１０、図１１（ａ）、（ｂ）のＯＣＰ回路５０と組み合わせてもよい。

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。

１…車両用灯具、２…光源、３…レーザダイオード、４…バッテリ、６…スイッチ、８…ＥＣＵ、１０…点灯回路、２０…駆動回路、２２…コントローラ、３０…ＯＣＰ回路、３２…電流センサ、３４…ＯＣＰコントローラ、３６…アンプ、３８…ヒステリシスコンパレータ、４０…レベルシフタ、４２…ドライバ、４４…電圧源、６０…ＯＣＰ回路、６２…電流センサ、６４…ＯＣＰコントローラ、６６…コンパレータ、６８…第１タイマー回路、７０…オフラッチ回路、７２…スイッチング検出部、７４…第２タイマー回路、７６…ラッチ回路、７８…強制オフ回路、８０…ローパスフィルタ、８２…出力段、８４…充電回路、８６…放電回路、８８…コンパレータ、９０…双安定マルチバイブレータ、９２…パワーオンリセット回路、９４…ライン、１００…異常検出器、１０２…発光検出器、１１０…保護回路、１１２…スイッチ、１１４…論理ゲート、１１６…過電流検出器、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。

Claims (18)

1. 光源の点灯回路であって、
   目標電流に安定化されたランプ電流を前記光源に供給する定電流出力の駆動回路と、
   前記駆動回路と前記光源の間に挿入され、前記光源に供給される前記ランプ電流を、前記目標電流より大きく、前記光源の最大定格電流より小さく定められる過電流しきい値を超えないように制限する過電流保護回路と、
   を備え、
   前記過電流保護回路は、
   Ｔ字型に配置されたトランジスタ、インダクタ、整流素子と、
   前記ランプ電流に応じた電流検出信号を生成する電流センサと、
   前記電流検出信号と過電流しきい値とにもとづいて、前記トランジスタのオン、オフを制御する過電流保護コントローラと、
   を備え、前記トランジスタは、前記電流検出信号が前記過電流しきい値より低い正常状態においてオンに固定されていることを特徴とする点灯回路。
2. 前記過電流保護コントローラは、前記電流検出信号が前記過電流しきい値に応じて定められた上側しきい値を超えると前記トランジスタをオフし、前記電流検出信号が前記過電流しきい値に応じて定められた下側しきい値を下回ると前記トランジスタをオンすることを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
3. 前記過電流保護コントローラは、
   第１入力端子に前記電流検出信号を受け、第２入力端子に所定のしきい値電圧を受け、比較結果を示す保護信号を生成するヒステリシスコンパレータと、
   前記保護信号に応じて前記トランジスタを制御するドライバと、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の点灯回路。
4. 前記過電流保護コントローラは、前記電流検出信号が前記過電流しきい値に応じて定められたしきい値レベルを超えると前記トランジスタを直ちにオフし、前記電流検出信号が前記しきい値レベルを下回ると、所定の遅延時間の経過後に前記トランジスタをオンすることを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
5. 光源の点灯回路であって、
   前記光源に電力を供給する駆動回路と、
   前記駆動回路と前記光源の間に挿入され、前記光源に流れるランプ電流を過電流しきい値を超えないように制限する過電流保護回路と、
   を備え、
   前記過電流保護回路は、
   Ｔ字型に配置されたトランジスタ、インダクタ、整流素子と、
   前記ランプ電流に応じた電流検出信号を生成する電流センサと、
   前記電流検出信号と過電流しきい値とにもとづいて、前記トランジスタのオン、オフを制御する過電流保護コントローラと、
   を備え、
   前記過電流保護コントローラは、前記電流検出信号が前記過電流しきい値に応じて定められたしきい値レベルを超えると前記トランジスタを直ちにオフし、前記電流検出信号が前記しきい値レベルを下回ると、所定の遅延時間の経過後に前記トランジスタをオンすることを特徴とする点灯回路。
6. 前記過電流保護コントローラは、
   第１入力端子に前記電流検出信号を受け、第２入力端子に所定のしきい値電圧を受け、前記電流検出信号が前記しきい値電圧を超えるとアサートされる保護信号を生成するコンパレータと、
   前記保護信号の、アサートレベルからネゲートレベルへの遷移に対応するエッジを、前記遅延時間、遅延させる第１タイマー回路と、
   を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の点灯回路。
7. 前記トランジスタおよび前記インダクタは、前記駆動回路の正極出力と前記光源の正極の間に直列に設けられ、
   前記整流素子は、前記トランジスタと前記インダクタの接続点と、前記駆動回路の負極出力と前記光源の負極の間を結ぶ電源ラインとの間に設けられ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。
8. 前記トランジスタは、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、
   前記過電流保護コントローラは、前記駆動回路からの電圧を受け、それを所定幅、低電位側にシフトした電圧を生成し、前記ドライバの下側電源端子に供給する電圧源をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の点灯回路。
9. 前記トランジスタおよび前記インダクタは、前記駆動回路の負極出力と前記光源の負極の間に直列に設けられ、
   前記整流素子は、前記トランジスタと前記インダクタの接続点と、前記駆動回路の正極出力と前記光源の正極の間を結ぶ電源ラインとの間に設けられ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。
10. 前記過電流保護コントローラは、前記トランジスタがオン、オフを繰り返す状態が、所定時間持続すると、前記トランジスタを固定的にオフするオフラッチ回路を含む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。
11. 前記オフラッチ回路は、前記トランジスタのオン、オフを指示する信号を監視することを特徴とする請求項１０に記載の点灯回路。
12. 光源の点灯回路であって、
    前記光源に電力を供給する駆動回路と、
    前記駆動回路と前記光源の間に挿入され、前記光源に流れるランプ電流を過電流しきい値を超えないように制限する過電流保護回路と、
    を備え、
    前記過電流保護回路は、
    Ｔ字型に配置されたトランジスタ、インダクタ、整流素子と、
    前記ランプ電流に応じた電流検出信号を生成する電流センサと、
    前記電流検出信号と過電流しきい値とにもとづいて、前記トランジスタのオン、オフを制御する過電流保護コントローラと、
    を備え、
    前記過電流保護コントローラは、前記トランジスタがオン、オフを繰り返す状態が、所定時間持続すると、前記トランジスタを固定的にオフするオフラッチ回路を含み、
    前記オフラッチ回路は、前記トランジスタのオン、オフを指示する信号を監視することを特徴とする点灯回路。
13. 前記オフラッチ回路は、
    前記トランジスタが定常的にオンのときに第１状態、前記トランジスタがオン、オフを繰り返すときに第２状態となるスイッチング検出信号を生成するスイッチング検出部と、
    前記スイッチング検出信号の前記第２状態が前記所定時間持続すると、停止信号をアサートする第２タイマー回路と、
    前記停止信号がアサートされると、前記トランジスタを強制的にオフする強制オフ回路と、
    を含むことを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の点灯回路。
14. 前記光源を光学的に監視し、前記光源を通常より小さい光量で点灯させる低輝度モードにおいて、前記光源の光量が許容レベルを超えるときに異常検出信号をアサートする異常検出器をさらに備え、
    前記異常検出信号がアサートされると、前記トランジスタはオフすることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の点灯回路。
15. 光源の点灯回路であって、
    前記光源に電力を供給する駆動回路と、
    前記駆動回路と前記光源の間に挿入され、前記光源に流れるランプ電流を過電流しきい値を超えないように制限する過電流保護回路と、
    を備え、
    前記過電流保護回路は、
    Ｔ字型に配置されたトランジスタ、インダクタ、整流素子と、
    前記ランプ電流に応じた電流検出信号を生成する電流センサと、
    前記電流検出信号と過電流しきい値とにもとづいて、前記トランジスタのオン、オフを制御する過電流保護コントローラと、
    前記光源を光学的に監視し、前記光源を通常より小さい光量で点灯させる低輝度モードにおいて、前記光源の光量が許容レベルを超えるときに異常検出信号をアサートする異常検出器と、
    を備え、
    前記異常検出信号がアサートされると、前記トランジスタはオフすることを特徴とする点灯回路。
16. 光源の点灯回路であって、
    前記光源に電力を供給する駆動回路と、
    前記光源を光学的に監視し、前記光源を通常より小さい光量で点灯させる低輝度モードにおいて、前記光源の光量が許容レベルを超えるときに異常検出信号をアサートする異常検出器と、
    前記異常検出信号がアサートされると、前記駆動回路から前記光源への電力供給を制限する保護回路と、
    を備えることを特徴とする点灯回路。
17. 前記光源が正常点灯しているか否かを光学的に検出する発光検出器をさらに備え、
    前記異常検出器は、前記低輝度モードにおいて前記発光検出器が正常点灯を示すときに、前記異常検出信号をアサートすることを特徴とする請求項１６に記載の点灯回路。
18. 光源と、
    前記光源を駆動する請求項１から１７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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