JP6724166B2 - 自動車両用照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、直列接続された２つ以上の光源ユニットを含む少なくとも１つの半導体光源枝路を有する自動車両用照明装置であって、各光源ユニットには夫々１つの当該光源ユニットを橋絡（バイパス）するＭＯＳＦＥＴスイッチが割り当てられており、少なくとも１つの枝路はアースに対するＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧によって給電され、各ＭＯＳＦＥＴスイッチには当該スイッチの制御のために夫々１つの制御回路が割り当てられている自動車両用照明装置に関する。

このタイプの自動車両用照明装置の場合、例えばヘッドランプの場合、例えばマトリックスライト又はカーブライトのような複雑なライト機能の実現のために個別にオンオフ切り替えされる或いは更に減光（ないし調光）という意味で周期的にクロック制御される複数の光源ユニットが設けられている。光源としては、大抵は、ＬＥＤ又はレーザダイオードが使用されるが、後者はしばしば光変換手段を備える。ここで使用される概念「光源ユニット」は、個々の直列接続及び／又は並列接続された複数の個別光源、例えばＬＥＤ、の複数のコンビネーションの直列回路（直列接続）も含まれていることを意味するものとする。なお、そのような（１つの）コンビネーションは１つの光源ユニットを形成する。

原理的に、現行の回路コンセプトはすべて、活性化（アクティブ化）／非活性化（非アクティブ化）可能な光源ユニット、例えばＬＥＤ、が半導体スイッチによって、電流がＬＥＤを流れる代わりにスイッチを流れるよう、橋絡（バイパス）される（ueberbrueckt）ことを基本とする。半導体スイッチとしては、通常、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、更には完全集積化（voll integriert）ＩＣソルーションが使用される。

ＷＯ ２０１４／０９５１７３ Ａ１ ＵＳ ２００６／０３８８０３ Ａ１

具体的な自動車両用照明装置では、通常、ＬＥＤの個数が変化され、それに伴って一連のＬＥＤの電圧（LED Strang Spannung）が変化する場合、入力電圧よりもより大きい及びより小さい電圧に制御可能なＤＣ／ＤＣコンバータ、例えばチュックコンバータ又はＳＥＰＩＣコンバータしか使用することができないという問題が付加的に存在する。

この場合に生じる問題の１つは、ＬＥＤの可能なすべての組み合わせの全範囲の機能を利用可能にするために、スイッチ（複数）のために必要な電圧値（複数）を生成（供給）し、個々のスイッチの動的に変化するスイッチング閾値に適合させることにある。現行の解決策は、変換（切り換え）の際に大きな電力損を引き起こすことがあり、或いは、機能範囲が制限されているか又は特殊な応用のためにはコスト及びコンポーネント数に関し複雑化されざるを得ない。例えば、しばしば使用されるｎチャネル型ＭＯＳＦＥＴの制御は相対的に大きな電力損を伴い、そのため、しばしば、チャージポンプが必要となる。変圧器又はオプトカプラを用いる原理的に可能な解決策は高価でありかつ自動車分野では実装が困難である。これについては完全集積化ソルーションにも当て嵌まる。

ＷＯ ２０１４／０９５１７３ Ａ１には、ＬＥＤに並列接続された電界効果トランジスタのための制御回路が記載されている。高速動作し、擾乱（ノイズ）及び電圧変動に反応しない（影響を受けない）制御を可能にするために、独自の電圧源から給電されるカレントミラーと制御信号のためのレベルコンバータが設けられている。直列接続された２つ以上のＬＥＤを使用する場合における本発明の背景をなす問題点は、この文献には記載されていないか又は解決されていない。

文献ＵＳ ２００６／０３８８０３ Ａ１は、複数のＬＥＤを有する枝路のための制御回路であって、各ＬＥＤに夫々１つのＦＥＴスイッチが並列接続されているものに関する。ＬＥＤ枝路を流れる電流は制御によって一定に維持されるが、各ＬＥＤないしそれに割り当てられたＦＥＴスイッチは別々にマイクロコントローラによって制御されることができる。しかしながら、ＤＣ／ＤＣコンバータからＬＥＤの制御回路のための直流電圧を供給するための解決策は、この文献から見出すことはできない。

本発明の課題は、ここで問題となっているタイプの自動車両用照明装置についての上記の問題点を、完全に機能が保証される上にコスト的に有利な解決策を獲得することにある。

この課題は冒頭に記載したタイプの自動車両用照明装置によって解決される。この照明装置においては、本発明に応じ、各ＭＯＳＦＥＴスイッチはｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、ＤＣ／ＤＣコンバータには整流回路が割り当てられて（配されて）おり、整流回路の入力部は、アースに対し負の電圧パルスが生成するＤＣ／ＤＣコンバータの（エネルギ）蓄積インダクタンスの１つの極（Pol）に接続されており、整流回路は、負のパルスを整流し、その結果生じる負の直流電圧を制御回路に各自のＭＯＳＦＥＴスイッチのスイッチングのために供給する。

本発明は、複数のＬＥＤの同時の橋絡（バイパス）をも可能にするコスト的に有利な方策を提供するが、これは例えば集積化（integriert）コンセプトの場合には可能ではない。更に、そのソースがアース電位にあるＭＯＳＦＥＴも問題なく制御可能である。

好都合な変形形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータはチュックコンバータ又はＳＥＰＩＣコンバータである。

コスト的に有利な一方策では、整流回路は直流電圧を生成するための整流ダイオードを含む。

更に、整流回路は付加的に直流電圧のためのフィルタ手段を有すると、有利である。

更に、整流回路が直流電圧のための安定化手段を有することは、極めて望ましい。

実用的な一実施形態では、各制御回路は、コレクタ回路において駆動されるｎｐｎトランジスタを有し、該ｎｐｎトランジスタのコレクタはそれに割り当てられたＭＯＳＦＥＴスイッチのゲートに接続されている。

この場合、更に、ｎｐｎトランジスタにはｐｎｐ前段トランジスタが前置接続されていることが望ましい。

マイクロコントローラが設けられ、その出力部（複数）がＭＯＳＦＥＴスイッチ（複数）のための制御回路（複数）に導かれている（接続されている）場合、全体の制御のための出発点として好都合である。

本発明は、更なる利点と共に、以下において、図面に示されている例示的な実施例に基づき詳細に説明される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものであり、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。

本発明の原理的構造の単純化したブロック回路図の一例。 本発明の一実施例の更なる個別要素のより詳細な説明図。

図１のブロック回路図は、本発明の自動車両用照明装置の一例の制御の本質的要素を模式的にかつ単純化して示す。図示の枝路（ないし分枝路）１は、この例では直列接続された４つの半導体光源ユニットＬＥＤ１…ＬＥＤ４を備えており、各光源ユニットには、当該各光源ユニットを橋絡する夫々１つのＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１…２−４が割り当てられている。枝路１は、アース（グランド）に対するＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧Ｕ_Ａによって給電され、各ＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１…２−４には、当該各ＭＯＳＦＥＴスイッチの制御のために、夫々１つの制御回路４−１…４−４が割り当てられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の入力電圧Ｕ_Ｅは、通常、自動車両の配線システムから取り出される。制御回路４−１…４−４は、例えば＋５Ｖの供給電圧Ｖ_ＣＣを得る。以下において更に詳細に説明するように、制御回路４−１…４−４には、スイッチ信号ｓ１…ｓ４が供給される。

半導体光源ユニットとしては、これについてはすでに冒頭で説明したが、好ましくはＬＥＤ又はレーザダイオードが使用されるが、後者はしばしば光変換手段と一緒に使用される。ここで使用する概念「光源ユニット」は、基本的に、複数の光源ユニットＬＥＤ１…ＬＥＤ４の各々が、個々の直列接続及び／又は並列接続された複数の個別光源、例えばＬＥＤ（複数）、の（１つの）コンビネーションも含むことができることを意味するものとする。ここで枝路１には４つの光源ユニットＬＥＤ１…ＬＥＤ４が図示されているが、この数は変更可能であり、従って、照明装置はより多くのそのような枝路を含むことも可能である。

各ＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１…２−４は、本発明に応じ、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。ＤＣ／ＤＣコンバータ３には整流回路５が割り当てられているが、その入力部は、更に詳細に説明するコンバータの（エネルギ）蓄積インダクタンス（Speicherinduktivitaet）Ｌ２の１つの極（ポール：Pol）に接続されており、そこにはアースに対する負の電圧パルス（複数）が生成する。整流回路５は、負のパルスを整流し、その結果生じる負の直流電圧Ｕ_Ｓを制御回路に、ＭＯＳＦＥＴ２−１…２−４の夫々のスイッチングのためのスイッチング電圧として供給するよう構成されている。各ＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１…２−４は、各自の光源ユニットＬＥＤ１…ＬＥＤ４に流れる電流を橋絡（バイパス）することができ、その結果、当該光源ユニットをスイッチオフするか又はパルス幅の変調により（pulsweitenmoduliert）その明るさを低減することができるものである。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、有利な態様で、出力電圧Ｕ_Ａを、入力電圧Ｕ_Ｅよりもより高くにもより低くにも設定することができ、この場合、出力電圧Ｕ_Ａは、光源ユニットＬＥＤ１…ＬＥＤ４が所望の供給電流Ｉ_Ｇの必須の動作点において駆動されるよう制御される。例えば、当業界で既知のコンバータであるＳＥＰＩＣコンバータ又はチュックコンバータが問題となる場合、これらでは、そのトポロジー（Topologie）に基づいて、本発明の具現化のために重要な、（エネルギ）蓄積チョーク（コイル）に負の電圧が生じる。チュックコンバータは、変圧器（Uebertrager）と共に孤立的に（独立ユニットとして）構成されることも可能である。

図２は、本発明に応じた制御の一例を詳細に説明する図である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、この場合、既知の態様で３つのエネルギ蓄積器−２つのインダクタンスＬ１、Ｌ２と１つのコンデンサＣ１−を有するＳＥＰＩＣコンバータとして構成されている。これらのインダクタンスは、共通のボビン（コイルボディ）に配されてもよい。入力電圧Ｕ_Ｅで充電されるコンデンサＣ１は、そのエネルギを、半導体スイッチＴ１がスイッチオフされているフェーズ（状態）において、インダクタンスＬ２に移し替える。このフェーズでは阻止（非導通）方向に動作するダイオードＤ１と、コンデンサＣ１ないしインダクタンスＬ２との間には、整流回路５に供給される負電圧が生じる。

整流回路５は、入力側に、（上記の供給される）負電圧を取り込んで（abgreifen）整流するダイオード・コンデンサ・回路ユニットＤ２、Ｃ３を有する。ダイオードＤ２は、それに後置されたコンデンサＣ３がダイオードＤ１の導通動作時に正電圧で充電される可能性を阻止し、従って、整流ダイオードとして動作する。出力側では、ツェナーダイオードＤ３が電圧安定化のために使用されるが、その際、このツェナーダイオードＤ３の降伏電圧を上回る電圧は降下される。抵抗Ｒ１及びＲ２は電流制限のために使用される。整流回路５の出力部にあるコンデンサＣ４は、安定化作用を増強し、（残留）リップル（Restwelligkeiten）を低減する。かくしてツェナーダイオードＤ３の降伏電圧に依存する出力電圧Ｕ_Ｓは、ＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１…２−４のスイッチング（切替）のためのスイッチング電圧として制御回路４−１…４−４に供給されることができる。

これらの制御回路４−１…４−４の各々は、図２では制御回路４−１について図示されているように、例えば、コレクタ回路のｎｐｎトランジスタＴ３と、トランジスタＴ３のベースを正電圧と整流回路５から供給される負電圧Ｕ_Ｓとの間でスイッチングするために、前段トランジスタとしてマイクロコントローラ６によって制御される前置トランジスタＴ２とから構成される。トランジスタＴ３のコレクタは、制御回路４−１の出力部であり、従って、それに属するＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１のゲートに接続されている。

上記の例において、正電圧は、供給電圧Ｖ_ＣＣ、例えば＋５Ｖ、からＲ３及びＴ２における電圧降下を差し引いた結果として得られる電圧であるものとし、負電圧Ｕ_Ｓは−５Ｖであるものとする。マイクロコントローラ６が論理的に「ハイ（High）」（５Ｖ）にスイッチすると、トランジスタＴ２は遮断され、トランジスタＴ３のベース電圧は抵抗Ｒ５を介して−５Ｖになる。このとき、ＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１は、電流が流れず、従って、抵抗Ｒ４において電圧降下が生じないため、活性化されない。これに対し、マイクロコントローラがトランジスタＴ２のベース電圧を論理的に「ロー（Low）」（０V）にスイッチすると、抵抗Ｒ６を備えた分枝路に一定の電流が流れ、これに応じて、抵抗Ｒ４において一定の電圧が降下するが、これ（一定電圧）は、トランジスタＴ３のコレクタに、従ってｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１のゲート入力部に、そのソース電極におけるよりもより低い電位を有する。この場合、ＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１は閉じ、光源ユニットＬＥＤ１を橋絡（バイパス）する。

この場合、整流回路５における電圧Ｕ_Ｓの安定化はツェナーダイオードＤ３によって行われるが、本発明はこれに限定されないことは明らかであろう。寧ろ、電圧安定化は、例えば演算増幅器（オペアンプ）を用いた、リニアレギュレータによって行うことも可能である。

既に指摘したように、複数の半導体光源ユニットＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は必ずしもただ１つの枝路に配置される必要はない。半導体光源ユニット（複数）は、例えば、２つの枝路に分けて配することも可能であろう。更に、マイクロコントローラ６の出力部は、複数の制御回路４−１…４−４のうちの２つ以上を同時に制御することができる。半導体光源ユニットの個数は、任意に選択可能であることは明らかであり、実施例で説明されているような、４つに限定されるものではない。

本発明にとって重要なことは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３において負電圧を取り込んで、そこから、ＭＯＳＦＥＴスイッチ２−１…２−４の制御のために使用可能な安定な負電圧を獲得することである。負電圧の調製及び安定化のための図示の要素は、例示的な具体的構成例に過ぎないが、これは図示の実施例においては何れにせよコスト的に有利であると同時に効率的な解決策であり、従って、説明した発明との関連において格別な利点を有する。

更に、補充的な更なるスイッチ要素の選択はそれを行う当業者の意のままであり、例えば更なるフィルタ要素や保護要素も可能であるが、これらは見易さの観点から図示されていない。
以下に本発明の態様を付記する。
（付記１）直列接続された２つ以上の光源ユニットを含む、少なくとも１つの半導体光源枝路を有する自動車両用照明装置。該自動車両用照明装置において、
個々の光源ユニットには夫々１つの当該光源ユニットを橋絡するＭＯＳＦＥＴスイッチが割り当てられており、少なくとも１つの枝路はアースに対するＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧によって給電され、各ＭＯＳＦＥＴスイッチには当該スイッチの制御のために夫々１つの制御回路が割り当てられている；
各ＭＯＳＦＥＴスイッチはｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴである；
ＤＣ／ＤＣコンバータには整流回路が割り当てられており、整流回路の入力部は、アースに対し負の電圧パルスが生成するＤＣ／ＤＣコンバータの蓄積インダクタンスの１つの極に接続されている；
整流回路は、負のパルスを整流し、その結果生じる負の直流電圧を制御回路に各自のＭＯＳＦＥＴスイッチのスイッチングのために供給する。
（付記２）上記の自動車両用照明装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータはチュックコンバータである。
（付記３）上記の自動車両用照明装置において、ＤＣ／ＤＣコンバータはＳＥＰＩＣコンバータである。
（付記４）上記の自動車両用照明装置において、整流回路は、直流電圧を生成するための整流ダイオードを含む。
（付記５）上記の自動車両用照明装置において、整流回路は、付加的に、直流電圧のためのフィルタ手段を有する。
（付記６）上記の自動車両用照明装置において、整流回路は、直流電圧のための安定化手段を有する。
（付記７）上記の自動車両用照明装置において、各制御回路は、コレクタ回路において駆動されるｎｐｎトランジスタを有し、該ｎｐｎトランジスタのコレクタはそれに割り当てられたＭＯＳＦＥＴスイッチのゲートに接続されている。
（付記８）上記の自動車両用照明装置において、ｎｐｎトランジスタには、ｐｎｐ前段トランジスタが前置接続されている。
（付記９）上記の自動車両用照明装置において、マイクロコントローラが設けられており、その出力部はＭＯＳＦＥＴスイッチのための制御回路に導かれている。

Claims (9)

1. 直列接続された２つ以上の光源ユニット（ＬＥＤ１…ＬＥＤ４）を含む、少なくとも１つの半導体光源枝路（１）を有する自動車両用照明装置であって、
   個々の光源ユニットには夫々１つの当該光源ユニットを橋絡するＭＯＳＦＥＴスイッチ（２−１…２−４）が割り当てられており、少なくとも１つの枝路はアースに対するＤＣ／ＤＣコンバータ（３）の出力電圧（Ｕ_Ａ）によって給電され、各ＭＯＳＦＥＴスイッチには当該スイッチの制御のために夫々１つの制御回路（４−１…４−４）が割り当てられており、
   各ＭＯＳＦＥＴスイッチ（２−１…２−４）はｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、
   ＤＣ／ＤＣコンバータ（３）には整流回路（５）が割り当てられており、整流回路（５）の入力部は、アースに対し負の電圧パルスが生成するＤＣ／ＤＣコンバータ（３）の蓄積インダクタンス（Ｌ２）の１つの極に接続されており、
   整流回路（５）は、負のパルスを整流し、その結果生じる負の直流電圧（Ｕ_Ｓ）を制御回路（４−１…４−４）に各自のＭＯＳＦＥＴスイッチのスイッチングのために供給する、
   自動車両用照明装置。
2. 請求項１に記載の自動車両用照明装置において、
   ＤＣ／ＤＣコンバータ（３）はチュックコンバータである、
   自動車両用照明装置。
3. 請求項１に記載の自動車両用照明装置において、
   ＤＣ／ＤＣコンバータ（３）はＳＥＰＩＣコンバータである、
   自動車両用照明装置。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の自動車両用照明装置において、
   整流回路（５）は、直流電圧（Ｕ_Ｓ）を生成するための整流ダイオード（Ｄ２）を含む、
   自動車両用照明装置。
5. 請求項１〜４の何れかに記載の自動車両用照明装置において、
   整流回路（５）は、付加的に、直流電圧（Ｕ_Ｓ）のためのフィルタ手段（Ｃ３、Ｃ４）を有する、
   自動車両用照明装置。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の自動車両用照明装置において、
   整流回路（５）は、直流電圧（Ｕ_Ｓ）のための安定化手段（Ｄ３）を有する、
   自動車両用照明装置。
7. 請求項１〜６の何れかに記載の自動車両用照明装置において、
   各制御回路（４−１…４−４）は、コレクタ回路において駆動されるｎｐｎトランジスタ（Ｔ３）を有し、該ｎｐｎトランジスタ（Ｔ３）のコレクタはそれに割り当てられたＭＯＳＦＥＴスイッチ（２−１）のゲートに接続されている、
   自動車両用照明装置。
8. 請求項７に記載の自動車両用照明装置において、
   ｎｐｎトランジスタ（Ｔ３）には、ｐｎｐ前段トランジスタ（Ｔ２）が前置接続されている、
   自動車両用照明装置。
9. 請求項１〜８の何れかに記載の自動車両用照明装置において、
   マイクロコントローラ（６）が設けられており、その出力部はＭＯＳＦＥＴスイッチ（２−１…２−４）のための制御回路（４−１…４−４）に導かれている、
   自動車両用照明装置。

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