JP6775189B2 - 点灯装置及び車両 - Google Patents

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Description

本発明は、点灯装置及び車両に関し、より詳細には、複数の光源を選択的に点灯可能な点灯装置、及び当該点灯装置を搭載した車両に関する。
点灯装置の従来例として特許文献1記載の点灯制御装置を例示する。特許文献1記載の点灯制御装置(以下、従来例という)は、複数のLEDの直列回路に駆動電流を供給するスイッチングレギュレータと、個々のLEDと各別かつ電気的に並列接続された複数のスイッチ部とを備えている。スイッチングレギュレータは、個々のスイッチ部と各別かつ電気的に並列接続された複数の平滑用のコンデンサを有している。複数のスイッチ部はそれぞれ、ゲート駆動制御回路から各スイッチ部に個別に出力される駆動パルスを受けてオン・オフする。すなわち、それぞれのLEDは、電気的に並列接続されているスイッチ部がオフしているときに点灯し、オンしているときに消灯する。そして、スイッチ部がオフからオンに切り替わったとき、当該スイッチ部と電気的に並列接続されているコンデンサの充電電荷は、オン状態の当該スイッチ部を介して放電される。そのため、コンデンサの充電電荷が、当該コンデンサに電気的に並列接続されていない他のLEDを介して放電されないので、LEDに流れる過電流を抑制することができる。
特開2011−192865号公報
ところで、上記従来例は、複数のLEDと同じ個数の平滑用のコンデンサを必要とするため、回路基板の大型化を招くといった問題がある。また、各コンデンサの充電電荷がスイッチ部を介して放電されるため、個々のスイッチ部に用いる半導体スイッチング素子には、電流耐量の高い半導体スイッチング素子が必要になる。
本発明の目的は、スイッチ素子に必要な電流耐量を下げつつ光源に流れる過電流の抑制を図ることのできる点灯装置及び車両を提供することである。
本発明の一態様に係る点灯装置は、第1出力端子と第2出力端子を有し、前記第1出力端子から前記第2出力端子へ直流の負荷電流を出力する電源回路と、前記第1出力端子と前記第2出力端子の間に電気的に直列接続された複数のスイッチ素子とを備える。前記点灯装置は、前記複数のスイッチ素子を個別にオン・オフする駆動回路と、前記第1出力端子から前記第2出力端子に至る電流経路のインピーダンスを調整するインピーダンス調整回路とを備える。前記点灯装置は、前記駆動回路及び前記インピーダンス調整回路を制御する制御回路を備える。前記複数のスイッチ素子の各々は、前記負荷電流が流れることで点灯する1つ又は複数の光源と電気的に並列接続されている。前記インピーダンス調整回路は、前記電流経路に挿入されるインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子のインピーダンスを最大値から最小値の範囲内で変化させるインピーダンス素子駆動回路とを有している。前記インピーダンス調整回路は、前記インピーダンス素子のインピーダンスを変化させることで前記電流経路のインピーダンスを調整している。前記制御回路は、前記駆動回路を制御して前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも1つのスイッチ素子をオン又はオフさせる。かつ、前記制御回路は、前記少なくとも1つのスイッチ素子をオン又はオフさせるタイミングを、前記インピーダンス調整回路によって前記電流経路のインピーダンスが増加している期間に一致させる。前記インピーダンス調整回路は、前記電流経路のインピーダンスを増加させる期間を、前記少なくとも1つのスイッチ素子がオフからオン又はオンからオフに切り替わるために必要な時間よりも長くする。かつ、前記インピーダンス調整回路は、前記期間の終了後に前記電流経路のインピーダンスを前記最小値に調整する。さらに、前記インピーダンス調整回路は、更に、前記駆動回路が前記少なくとも1つのスイッチ素子をオフからオン又はオンからオフに切り替えた後、前記電流経路のインピーダンスを漸減させながら前記最小値に調整する。
本発明の一態様に係る車両は、前記点灯装置と、前記点灯装置が搭載される車体とを有する。
本発明の点灯装置及び車両は、スイッチ素子に必要な電流耐量を下げつつ光源に流れる過電流の抑制を図ることのできる点灯装置及び車両を提供することができるという効果がある。
図1は、本発明の実施形態1に係る点灯装置の回路構成図である。 図2は、同上の点灯装置におけるトランジスタの特性を示す特性図である。 図3は、同上の点灯装置の動作説明用のタイムチャートである。 図4は、同上の点灯装置の動作説明用のタイムチャートである。 図5は、同上の点灯装置の変形例1におけるインピーダンス調整回路を示す回路構成図である。 図6は、同上の点灯装置の変形例2を示す回路構成図である。 図7は、同上の点灯装置の変形例3におけるインピーダンス調整回路を示す回路構成図である。 図8は、同上の点灯装置の変形例4におけるインピーダンス調整回路を示す回路構成図である。 図9は、同上の点灯装置の変形例5を示す回路構成図である。 図10は、本発明の実施形態2に係る点灯装置の回路構成図である。 図11は、本発明の実施形態3に係る車両の斜視図である。
以下、本実施形態に係る点灯装置1、及び本実施形態に係る点灯装置1を搭載した車両7について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態の点灯装置1は、自動車などの車両の前照灯を点灯するように構成されるが、実施形態の点灯装置1は、前照灯以外の光源を点灯するように構成されてもかまわない。また、以下の実施形態で説明する構成は本発明の一例にすぎない。本発明は、以下の実施形態に限定されず、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。
(実施形態1)
実施形態1の点灯装置1は、図1に示すように、電源回路2と、複数(図示例では6つ)のスイッチ素子3と、駆動回路4と、インピーダンス調整回路5と、制御回路6とを備えている。点灯装置1は、複数のスイッチ素子3のそれぞれと電気的に並列接続された光源10を点灯するように構成されている。
複数(図示例では6つ)の光源10は、例えば、発光ダイオード(LED)である。ただし、光源10は、LEDに限定されず、ハロゲンランプや有機エレクトロルミネッセンス素子などでもかまわない。また、光源10の個数は6つに限定されず、2つ〜5つあるいは7つ以上でもかまわない。なお、以下の説明において、複数のスイッチ素子3、駆動回路4並びに複数の光源10で構成される回路を光源モジュール11と呼ぶ。また、以下の説明において、複数のスイッチ素子3はそれぞれ、第1スイッチ素子3A、第2スイッチ素子3B、第3スイッチ素子3C、第4スイッチ素子3D、第5スイッチ素子3E、第6スイッチ素子3Fと呼ばれる場合がある。同様に、複数の光源10はそれぞれ、第1光源10A、第2光源10B、第3光源10C、第4光源10D、第5光源10E、第6光源10Fと呼ばれる場合がある。第1光源10Aは、第1スイッチ素子3Aと電気的に並列接続される。第2光源10Bは、第2スイッチ素子3Bと電気的に並列接続される。第3光源10Cは、第3スイッチ素子3Cと電気的に並列接続される。第4光源10Dは、第4スイッチ素子3Dと電気的に並列接続される。第5光源10Eは、第5スイッチ素子3Eと電気的に並列接続される。第6光源10Fは、第6スイッチ素子3Fと電気的に並列接続される。なお、これらのスイッチ素子3は、例えば、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタなどの半導体スイッチング素子で構成されることが好ましい。また、1つのスイッチ素子3に対して、複数の光源10が電気的に並列接続されてもかまわない。
光源モジュール11は、第1端子110と第2端子111を有し、第1端子110から第2端子111に向かって負荷電流ILが供給される。第1端子110は、第1光源10Aのアノード及び第1スイッチ素子3Aの一端と電気的に接続される。第1光源10Aのカソード及び第1スイッチ素子3Aの他端は、第2光源10Bのアノード及び第2スイッチ素子3Bの一端と電気的に接続される。第2光源10Bのカソード及び第2スイッチ素子3Bの他端は、第3光源10Cのアノード及び第3スイッチ素子3Cの一端と電気的に接続される。第3光源10Cのカソード及び第3スイッチ素子3Cの他端は、第4光源10Dのアノード及び第4スイッチ素子3Dの一端と電気的に接続される。第4光源10Dのカソード及び第4スイッチ素子3Dの他端は、第5光源10Eのアノード及び第5スイッチ素子3Eの一端と電気的に接続される。第5光源10Eのカソード及び第5スイッチ素子3Eの他端は、第6光源10Fのアノード及び第6スイッチ素子3Fの一端と電気的に接続される。第6光源10Fのカソード及び第6スイッチ素子3Fの他端は、第2端子111と電気的に接続される。駆動回路4は、6つのスイッチ素子3のそれぞれを個別にオン・オフするように構成される。ただし、6つのスイッチ素子3のそれぞれを駆動するための駆動信号の基準電位が異なっているので、駆動回路4は、それらの駆動信号の基準電位を段階的に上昇(シフト)させるためのレベルシフト回路を有することが好ましい。なお、スイッチ素子3の個数は6つに限定されず、光源10の個数に応じて2つ〜5つあるいは7つ以上であってもよい。
第1端子110から入力する負荷電流ILは、6つの光源10のうちで電気的に並列接続されているスイッチ素子3がオフしている光源10に流れる。つまり、6つの光源10のうちで電気的に並列接続されているスイッチ素子3がオフしている光源10が発光し、電気的に並列接続されているスイッチ素子3がオンしている光源10が消灯する。また、負荷電流ILは、消灯している光源10を流れずに、当該消灯している光源10と電気的に並列接続され、かつ、オンしているスイッチ素子3を流れる。
電源回路2は、第1入力端子20A及び第2入力端子20Bと、第1出力端子21A及び第2出力端子21Bと、スイッチング素子22と、トランス23と、入力コンデンサ24と、ダイオード25と、出力コンデンサ26とを有している。第1入力端子20Aは、外部電源8の正極と電気的に接続される。第2入力端子20Bは、外部電源8の負極と電気的に接続される。外部電源8は、例えば、車両7に搭載される自動車用のバッテリである。つまり、第1入力端子20Aと第2入力端子20Bの間には、12[V]又は24[V]の直流電圧が入力される。ただし、外部電源8は自動車用のバッテリに限定されない。また、外部電源8の電源電圧も12[V]及び24[V]に限定されない。
第1入力端子20Aは、トランス23の1次巻線231の一端(巻き終わり側の端)と入力コンデンサ24の一端にそれぞれ電気的に接続されている。1次巻線231の他端(巻き始め側の端)は、スイッチング素子22の一端(ドレイン)に電気的に接続されている。スイッチング素子22は、nチャネル・エンハンスメント形のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。スイッチング素子22のソースは第2入力端子20Bと入力コンデンサ24の他端にそれぞれ電気的に接続されている。トランス23の2次巻線232の一端(巻き始め側の端)がダイオード25のアノードと電気的に接続されている。2次巻線232の他端(巻き終わり側の端)が第2出力端子21Bと電気的に接続されている。ダイオード25のカソードが第1出力端子21Aと出力コンデンサ26の一端に電気的に接続されている。出力コンデンサ26の他端は、第2出力端子21Bと電気的に接続されている。すなわち、電源回路2は、絶縁型のフライバックコンバータからなるスイッチング電源回路で構成され、第1入力端子20Aと第2入力端子20Bから入力される直流電圧を昇圧又は降圧して第1出力端子21A及び第2出力端子21Bから出力する。第1出力端子21Aは、光源モジュール11の第1端子110に電気的に接続されている。第2出力端子21Bは、光源モジュール11の第2端子111及びグランドと電気的に接続されている。ただし、電源回路2は絶縁型のフライバックコンバータからなるスイッチング電源回路に限定されない。電源回路2は、昇圧チョッパ回路、昇降圧チョッパ回路、フォワードコンバータなどで構成されてもよい。
電源回路2は、制御回路6に含まれる第1制御回路60によってスイッチング素子22がスイッチングされることにより、外部電源8から入力される入力電圧(直流電圧)を昇圧又は降圧して出力する。さらに、電源回路2は、第1制御回路60によってスイッチング素子22のオン時間のデューティ比がPWM(パルス幅変調)制御されることで出力電流(負荷電流IL)を目標値に一致させるように動作する。あるいは、電源回路2は、第1制御回路60によってスイッチング素子22のスイッチング周波数が制御されることで出力電流(負荷電流IL)を目標値に一致させるように動作してもかまわない。ここで、出力電流(負荷電流IL)の目標値は、例えば、光源モジュール11に含まれる光源10の定格電流にほぼ等しいことが好ましい。
インピーダンス調整回路5は、インピーダンス素子であるトランジスタ50と、トランジスタ50を駆動するトランジスタ駆動回路51とを有している。トランジスタ50は、nチャネル・エンハンスメント形のMOSFETが好ましい。トランジスタ50のドレインが光源モジュール11の第2端子111と電気的に接続されている。トランジスタ50のソースが電源回路2の第2出力端子21B及びグランドと電気的に接続されている。すなわち、インピーダンス素子であるトランジスタ50は、負荷電流ILが流れる電流経路(電源回路2の第1出力端子21Aから第2出力端子21Bに至る経路)に挿入されている。トランジスタ駆動回路51は、オペアンプ510、2つの抵抗511、512を有している。オペアンプ510の出力端子がトランジスタ50のゲートに電気的に接続されている。オペアンプ510の非反転入力端子(プラス端子)が抵抗511を介してトランジスタ50のドレインと電気的に接続されている。また、オペアンプ510のプラス端子は、抵抗512を介してトランジスタ50のソースと電気的に接続されている。ゆえに、オペアンプ510のプラス端子には、トランジスタ50のドレイン・ソース間電圧(以下、調整電圧Vsという)を2つの抵抗511、512で分圧した電圧が入力される。そして、オペアンプ510の反転入力端子(マイナス端子)には、制御回路6に含まれる第2制御回路61から、直流の電圧信号である制御信号Vcが入力される。トランジスタ駆動回路51は、制御信号Vcの信号電圧と、調整電圧Vsに比例した電圧との差分を増幅して出力することによって、調整電圧Vsを制御信号Vcに対応した電圧値に一致させるように、トランジスタ50のインピーダンスを調整している。ここで、トランジスタ駆動回路51は、トランジスタ50のインピーダンスを最大値から最小値の範囲内で変化させるように構成されている。MOSFETは、図2に示すように、ゲート・ソース間電圧が一定の条件下でドレイン・ソース間電圧に対してドレイン電流が比例する線形領域、ドレイン・ソース間電圧に対してドレイン電流がほぼ一定となる飽和領域の2つの動作領域で動作する。図2において、曲線W1〜W6は、任意のゲート・ソース間電圧におけるドレイン・ソース間電圧とドレイン電流との関係を表している。ただし、曲線W1から曲線W6に向けてゲート・ソース間電圧が段階的に大きくなっている。また、図2における破線αは、線形領域と飽和領域の境界を表している。
MOSFETは、線形領域において、ドレイン電流が一定の条件下ではゲート・ソース間電圧が低くなるほど、ドレイン・ソース間電圧が高くなる特性を有している(図2参照)。MOSFETからなるトランジスタ50は、線形領域においては、ゲート・ソース間電圧が増加するとインピーダンス(抵抗)が減少し、ドレイン・ソース間電圧(調整電圧Vs)が低下する。また、トランジスタ50は、ドレイン・ソース間電圧がゲート・ソース間電圧(実際はゲート・ソース間電圧からしきい値電圧を引いた電圧)を超えると、線形領域から飽和領域に移行する。一方、トランジスタ50は、ゲート・ソース間電圧がしきい値電圧を下回ると不導通(オフ状態)となってインピーダンス(抵抗)をほぼ無限大とする。つまり、トランジスタ50のインピーダンスは、最大値から最小値(飽和領域における値)の範囲内で変化する。
制御回路6は、第1制御回路60と、第2制御回路61と、アンドゲート62とを有している。第1制御回路60は、負荷電流ILを検出している。第1制御回路60は、検出した負荷電流ILの電流値を目標値に一致させるように電源回路2(のスイッチング素子22のデューティ比やスイッチング周波数)をフィードバック制御している。第1制御回路60は、例えば、検出した負荷電流ILの電流値と目標値との差分に応じたPWM信号を出力する。このPWM信号は、アンドゲート62の一方の入力端子に入力され、アンドゲート62の出力端子からスイッチング素子22のゲートに印加される。また、第1制御回路60は、電源回路2の出力電圧(出力コンデンサ26の両端電圧)Voを検出しており、当該出力電圧Voが上限値を超えないように電源回路2をフィードバック制御している。この上限値は、光源モジュール11及びインピーダンス調整回路5の耐電圧よりも低い値であることが好ましい。
第2制御回路61は、駆動回路4に切替信号を出力する第1制御動作と、インピーダンス調整回路5に制御信号Vcを出力する第2制御動作とを行うように構成されている。また、第2制御回路61は、電源回路2の動作をオン・オフする第3制御動作を行うように構成されてもよい。第2制御回路61は、例えば、車両7に搭載されているECU(electronic control unit)から指令(コマンド)を受け取り、受け取った指令に応じて、第1制御動作、第2制御動作及び第3制御動作を行う。
第2制御回路61は、光源モジュール11を消灯する指令を受け取ると、アンドゲート62の他方の入力端子の入力電圧をローレベルとする第3制御動作を行う。アンドゲート62の他方の入力端子の入力電圧がローレベルになれば、第1制御回路60から出力されるPWM信号に関わらず、アンドゲート62の出力が常にローレベルとなってスイッチング素子22がオフ状態に維持される。その結果、電源回路2が停止(オフ)して光源モジュール11が消灯する。
第2制御回路61は、光源モジュール11を点灯する指令を受け取ると、アンドゲート62の他方の入力端子の入力電圧をハイレベルとする第3制御動作を行う。アンドゲート62の他方の入力端子の入力電圧がハイレベルになれば、第1制御回路60から出力されるPWM信号がアンドゲート62の出力端子から出力されてスイッチング素子22がスイッチングされる。その結果、電源回路2が動作(オン)して光源モジュール11が点灯する。
第2制御回路61は、光源モジュール11の点灯状態を切り替える指令(以下、切替指令と呼ぶ)を受け取ると、受け取った切替指令に基づいた第1制御動作を行う。切替指令は、光源モジュール11に含まれる複数の光源10のうちで状態を切り替える対象の光源10と、切替後の状態とを含むことが好ましい。例えば、第1光源10Aと第2光源10Bを点灯から消灯に切り替えるように指示する切替指令を受け取った場合、第2制御回路61は、第1スイッチ素子3A及び第2スイッチ素子3Bをオフからオンに切り替えさせるための切替信号を駆動回路4に出力する。ここで、第2制御回路61と駆動回路4とは、駆動回路4が駆動するスイッチ素子3の個数(図示例では6個)と同一本数(6本)の信号線及び共通のグランド線(1本)の合計7本の電線で電気的に接続されている。これら6本の信号線は、6つのスイッチ素子3と一対一に対応付けられている。したがって、第2制御回路61は、第1スイッチ素子3Aに対応した第1の信号線とグランド線の線間電圧をハイレベルとし、第2スイッチ素子3Bに対応した第2の信号線とグランド線の線間電圧をハイレベルとする。駆動回路4は、第1の信号線とグランド線の線間電圧がハイレベルになると、第1スイッチ素子3Aに駆動信号を出力して第1スイッチ素子3Aをオンする。さらに、駆動回路4は、第2の信号線とグランド線の線間電圧がハイレベルになると、第2スイッチ素子3Bに駆動信号を出力して第2スイッチ素子3Bをオンする。第1スイッチ素子3A及び第2スイッチ素子3Bがオンすることにより、第1光源10A及び第2光源10Bが点灯から消灯に切り替わる。
第2制御回路61は、第2制御動作を行う場合、制御信号Vcの信号電圧を増減することでインピーダンス調整回路5を制御し、調整電圧Vsを略ゼロから上限値(電源回路2の出力電圧Voの上限値よりも高い電圧値)の範囲で変化させる。第2制御回路61が制御信号Vcの信号電圧を0[V]にすると、トランジスタ駆動回路51がトランジスタ50のインピーダンスを最小値に調整して調整電圧Vsを略0[V]とする。また、第2制御回路61が制御信号Vcの信号電圧を最大値Vm[V]にすると、トランジスタ駆動回路51がトランジスタ50のインピーダンスを最大値に調整して調整電圧Vsを上限値とする。さらに、第2制御回路61が制御信号Vcの信号電圧を0〜Vm[V]の範囲内で変化させると、トランジスタ駆動回路51がトランジスタ50のインピーダンスを最小値から最大値の範囲内で調整して調整電圧Vsを略0から上限値までの任意の電圧値とする。
ここで、第2制御回路61は、第1制御動作を行ってスイッチ素子3のオン・オフを切り替える際に第2制御動作を行っている。第2制御回路61は、駆動回路4に切替信号を出力する前に制御信号Vcの信号電圧を最大値Vm[V]とし、駆動回路4に切替信号を出力した後に制御信号Vcの信号電圧を0[V]とする。つまり、第2制御回路61は、駆動回路4に切替信号を出力する前にインピーダンス調整回路5を制御して調整電圧Vsを上限値とし、駆動回路4に切替信号を出力した後にインピーダンス調整回路5を制御して調整電圧Vsを略0[V]とする。ゆえに、駆動回路4がスイッチ素子3をオンからオフ又はオフからオンに切り替えた直後においては、調整電圧Vsが上限値であるために光源モジュール11の第1端子110と第2端子111の間の電圧が大幅に低下する。その結果、電源回路2から光源モジュール11に供給される負荷電流ILが減少する。そして、スイッチ素子3の切替が完了した後は、調整電圧Vsが略0[V]に変化するので、電源回路2から光源モジュール11に定格の負荷電流ILが供給される。ただし、電源回路2が動作している状態で調整電圧Vsが上限値になって負荷電流ILが減少すると、電源回路2の出力電圧Voが過度に上昇する可能性がある。そこで、第2制御回路61は、第2制御動作を行って調整電圧Vsを上限値とする際、アンドゲート62の他方の入力端子の入力電圧をローレベルとすることで電源回路2を停止させることが好ましい。
次に、図3のタイムチャートを参照して、点灯装置1の詳細な動作を説明する。図3における第1期間T1は、全ての光源10が点灯している期間であり、第2期間T2は、第5光源10Eのみが点灯して第1〜第4光源10A〜10D及び第6光源10Fが消灯している期間である。また、第3期間T3は、第4〜第6光源10D〜10Fが点灯し、第1〜第3光源10A〜10Cが消灯している期間である。第4期間T4は、第2光源10B、第5光源10E及び第6光源10Fが点灯し、第1光源10A、第3光源10C及び第4光源10Dが消灯している期間である。第5期間T5は、第1光源10A及び第3〜第5光源10C〜10Eが点灯し、第2光源10B及び第6光源10Fが消灯している期間である。第6期間T6は、第1光源10A及び第3〜第6光源10C〜10Fが点灯し、第2光源10Bが消灯している期間である。
まず、第1期間T1では、駆動回路4が全てのスイッチ素子3をオフすることにより、全ての光源10が点灯している。また、電源回路2は、目標値に一致した負荷電流ILを光源モジュール11に供給している。さらに、全ての光源10が点灯しているので、電源回路2の出力電圧Voは、負荷電流ILによる光源10の電圧降下(順方向電圧)に光源10の個数(6個)を乗じた電圧値に等しい。
そして、第2制御回路61が第5光源10Eを点灯させ、かつ第1〜第4光源10A〜10D及び第6光源10Fを消灯させる切替指令を受け取ると、始めに第2制御動作を行う。つまり、第2制御回路61は、制御信号Vcの信号電圧を最大値Vm[V]とし、インピーダンス調整回路5(のトランジスタ50)のインピーダンスを最大値に調整して調整電圧Vsを上限値とする(図3における切替期間Toff参照)。その結果、電源回路2から光源モジュール11に供給される負荷電流ILがほぼゼロとなる。第2制御回路61は、第2制御動作と並行して、切替指令に基づいた第1制御動作を行い、駆動回路4を制御して第1スイッチ素子3A〜第4スイッチ素子3D及び第6スイッチ素子3Fをオンさせる。ここで、スイッチ素子3がオンすることによって光源モジュール11の内部インピーダンスが減少する。しかも、電源回路2の出力電圧Voは、出力コンデンサ26によってスイッチ素子3がオンする直前の値に維持されている。しかしながら、インピーダンス調整回路5のインピーダンスが最大値に調整されているため、光源モジュール11に過大な電流が流れることが抑制される。また、第2制御回路61は、第2制御動作と並行して第3制御動作を行い、スイッチ素子3をオンする前に電源回路2を停止させることが好ましい。
第2制御回路61は、切替指令に基づいた第1制御動作を完了した後、制御信号Vcの信号電圧を最大値Vmから一定の減少率で0[V]まで減少させることにより、インピーダンス調整回路5のインピーダンスを最大値から最小値まで漸減させることが好ましい。インピーダンス調整回路5のインピーダンスが漸減することにより、出力コンデンサ26の充電電荷が徐々に放電されるので、電源回路2の出力電圧Voが徐々に低下し、かつ、負荷電流ILが徐々に増加する(図3における移行期間Ttr参照)。なお、第2制御回路61は、移行期間Ttrに光源モジュール11に流れる負荷電流ILの大きさが光源10及びトランジスタ50に許容される最大の電流値を超えないような減少率で制御信号Vcの信号電圧を減少させることが好ましい。第2制御回路61が上述のように制御信号Vcを出力すれば、光源モジュール11に流れる負荷電流ILが急激に増加することを防ぐことができる。そして、第2制御回路61が制御信号Vcの信号電圧を0[V]とすることにより、第1期間T1から第2期間T2への移行が完了する。
続いて、第2期間T2から第3期間T3へ移行する際の第2制御回路61の制御動作を説明する。第2制御回路61は、第4光源10D〜第6光源10Fを点灯させ、かつ第1光源10A〜第3光源10Cを消灯させる切替指令を受け取ると、第1期間T1から第2期間T2への移行時と同様に、第2制御動作を行いつつ、第1制御動作を並行して行う。ここで、第2期間T2から第3期間T3への移行時、第2制御回路61は、第4スイッチ素子3D及び第6スイッチ素子3Fをオンからオフに切り替え、第1スイッチ素子3A〜第3スイッチ素子3C及び第5スイッチ素子3Eを切り替えない。このとき、オフからオンに切り替えられるスイッチ素子3が1つもないので、電源回路2の出力電圧Voは、第2期間T2における電圧値から第3期間T3における電圧値に上昇する。ゆえに、第2期間T2から第3期間T3への切替時には、過大な負荷電流ILが流れない。そのため、第2制御回路61は、第2制御動作及び第3制御動作を行わずに第1制御動作のみを行ってもかまわない。
続いて、第3期間T3から第4期間T4へ移行する際の第2制御回路61の制御動作を説明する。第2制御回路61は、第2光源10B、第5光源10E及び第6光源10Fを点灯させ、かつ第1光源10A、第3光源10C及び第4光源10Dを消灯させる切替指令を受け取ると、第2制御動作を行いつつ第1制御動作を並行して行う。ここで、第3期間T3においてオンしているスイッチ素子3の個数及びオフしているスイッチ素子3の個数と、第4期間T4においてオンしているスイッチ素子3の個数及びオフしているスイッチ素子3の個数とは同じである。したがって、理想的には、電源回路2の出力電圧Voは、第3期間T3と第4期間T4とで変化しないはずである。しかしながら、各々光源10の電気的な特性のばらつきや温度特性などによって、オンしているスイッチ素子3の個数及びオフしているスイッチ素子3の個数が同じであっても出力電圧Voが異なる可能性がある。ゆえに、第2制御回路61は、第3期間T3から第4期間T4の移行時に第1制御動作だけでなく、第2制御動作(又は第2制御動作と第3制御動作)を並行して行うことが好ましい。
次に、第4期間T4から第5期間T5へ移行する際の第2制御回路61の制御動作を説明する。第2制御回路61は、第1光源10A、第3光源10C〜第5光源10Eを点灯させ、かつ第2光源10B及び第6光源10Fを消灯させる切替指令を受け取ると、第2制御動作を行いつつ第1制御動作を並行して行う。ここで、第5期間T5においてオンしているスイッチ素子3の個数は、第4期間T4においてオンしているスイッチ素子3の個数よりも1つ減っている。したがって、電源回路2の出力電圧Voは、第4期間T4に比べて第5期間T5で上昇するので、理想的には、第2制御回路61は第1制御動作のみを行えばよい。しかしながら、nチャネル・エンハンスメント形のMOSFETは、一般に、ターンオン時間に比べてターンオフ時間の方が長い。そのため、切替期間Toffにおいて、オンしているスイッチ素子3の個数がオフしているスイッチ素子3の個数よりも多くなって電源回路2の出力電圧Voが上昇し、光源モジュール11に過大な電流が流れる可能性がある。したがって、第2制御回路61は、第4期間T4から第5期間T5へ移行する際も、第2制御動作を行いつつ第1制御動作を並行して行うことが好ましい。
最後に、第5期間T5から第6期間T6へ移行する際の第2制御回路61の制御動作を説明する。第2制御回路61は、第1光源10A及び第3光源10C〜第6光源10Fを点灯させ、かつ第2光源10Bを消灯させる切替指令を受け取ると、第2制御動作を行いつつ第1制御動作を並行して行う。ここで、第5期間T5から第6期間T6への移行時、第2制御回路61は、第6スイッチ素子3Fをオンからオフに切り替え、第1スイッチ素子3A〜第5スイッチ素子3Eを切り替えない。このとき、オフからオンに切り替えられるスイッチ素子3が1つもないので、電源回路2の出力電圧Voは、第5期間T5における電圧値から第6期間T6における電圧値に上昇する。ゆえに、第5期間T5から第6期間T6への切替時には、過大な負荷電流ILが流れない。そのため、第2制御回路61は、第2制御動作及び第3制御動作を行わずに第1制御動作のみを行ってもかまわない。
上述のように点灯装置1は、インピーダンス調整回路5がトランジスタ50のインピーダンスを増加させている間に駆動回路4を制御して複数のスイッチ素子3のうちの少なくとも1つのスイッチ素子3をオン・オフさせる。また、インピーダンス調整回路5は、駆動回路4が少なくとも1つのスイッチ素子3をオンからオフ又はオフからオンに切り替えた後、トランジスタ50のインピーダンスを最小値に調整する。その結果、点灯装置1は、スイッチ素子3の切替時に光源10に流れる過電流の抑制を図ることができる。しかも、インピーダンス調整回路5は、スイッチ素子3の切替時点において、トランジスタ50のインピーダンスを最大値に調整してスイッチ素子3に印加される電圧を低下させている。そのため、点灯装置1は、従来例のように複数のスイッチ素子3のそれぞれにコンデンサを電気的に接続しなくても、スイッチ素子3に必要な電流耐量を下げることができる。
ここで、第2制御回路61は、第1制御動作によってオフからオンに切り替えるスイッチ素子3のグループと、第1制御動作によってオンからオフに切り替えるスイッチ素子3のグループとを別々に切り替えることが好ましい。すなわち、第2制御回路61は、オフからオンに切り替えるスイッチ素子3のグループについては、切替期間Toffに第2制御動作を第1制御動作に並行して行うことで過大な電流が光源モジュール11に流れることを防ぐことが好ましい。一方、第2制御回路61は、オンからオフに切り替えるスイッチ素子3のグループについては、過大な電流が流れる可能性が極めて低いので、切替期間Toffに第1制御動作のみを行うことが好ましい。
ところで、図3に示したタイムチャートにおいて、切替期間Toffと移行期間Ttrを合わせた期間においては、第n期間Tn(n=1、2、…、6)に比べて負荷電流ILが少ないために光源モジュール11の光束が減少する。そして、切替指令が制御回路6に入力される頻度が高い期間と低い期間が比較的短時間に交互に出現する場合、光源モジュール11の光束の増減が(人に)認識される可能性が高まる。
そこで、第2制御回路61は、切替指令を受け取るか否かに関わらず、一定の周期で第2制御動作を行うことが好ましい。第2制御回路61が一定の周期で第2制御動作を行うことにより、インピーダンス調整回路5は、トランジスタ50のインピーダンスを最大値まで増加させた後に最小値まで減少させる動作を一定の周期で繰り返す。これにより、光源モジュール11の光束が一定の周期で増減するため、切替指令が制御回路6に入力される頻度が高い期間と低い期間が比較的短時間に交互に出現する場合であっても、光源モジュール11の光束の増減が認識されにくくなる。
また、光源10が点灯状態から消灯状態に切り替わるとき、状況によっては、切り替わりの前後における光源モジュール11の光束の違いに(人が)違和感を覚える可能性がある。そこで、第2制御回路61は、切替指令に基づいて光源モジュール11の光束を減らす場合、インピーダンス調整回路5のインピーダンスを調整して負荷電流ILを徐々に減少させ、光源モジュール11の光束を徐々に減らすことが好ましい。例えば、第1光源10Aのみが点灯している状態から第1光源10Aを消灯する際の第2制御回路61の制御動作を、図4のタイムチャートを参照して説明する。
第2制御回路61は、図4に示すように、第1スイッチ素子3Aをオフからオンに切り替える際、第2制御動作を行ってインピーダンス調整回路5のインピーダンスを最大値に調整した後、第1スイッチ素子3Aをオンする。また、第2制御回路61は、第1スイッチ素子3Aをオンしたままで制御信号Vcを0[V]まで徐々に減少させ、制御信号Vcを0[V]とした後に第1スイッチ素子3Aをオフする。さらに、第2制御回路61は、一定の周期Tsで上述した動作を繰り返しながら、第1スイッチ素子3Aをオンする期間Tmi(i=1、2、…)を徐々に長くし、最終的に第1スイッチ素子3Aを常時オンとする。つまり、第2制御回路61は、第1スイッチ素子3Aのオン期間を徐々に長くしながら最終的に第1スイッチ素子3Aをオンからオフに切り替え、第1光源10Aから放射される光束を徐々に減少させながら消灯させる。その結果、光源10が点灯状態から消灯状態に切り替わるとき、切り替わりの前後における光源モジュール11の光束の違いに(人が)違和感を覚える可能性を低くすることができる。ただし、第2制御回路61は、光源10を点灯から消灯に切り替える場合だけでなく、消灯から点灯に切り替える場合も上述した制御動作を行ってもよい。また、第2制御回路61は、複数の光源10の状態を切り替える場合に上述した制御動作を行うようにしてもかまわない。
ここで、本実施形態の点灯装置1の変形例1におけるインピーダンス調整回路5の回路構成を図5に示す。この変形例1におけるトランジスタ駆動回路51は、第1トランジスタQ1及び第2トランジスタQ2と、第1抵抗R1〜第4抵抗R4の4つの抵抗と、ダイオードD1と、ツェナーダイオードZD1と有している。第1トランジスタQ1は、pnp型のバイポーラトランジスタである。また、第2トランジスタQ2は、npn型のバイポーラトランジスタである。第1トランジスタQ1のエミッタが第1抵抗R1を介して制御電源と電気的に接続されている。制御電源は、直流の制御電源電圧Vccを出力する。第1トランジスタQ1のコレクタは、第2抵抗R2を介してトランジスタ50のソースと電気的に接続されている。また、第1トランジスタQ1のコレクタは、トランジスタ50のゲートと電気的に接続されている。第2トランジスタQ2のコレクタが第1トランジスタQ1のベースと電気的に接続されている。また、第2トランジスタQ2のコレクタは、第3抵抗R3を介して制御電源と電気的に接続されている。第2トランジスタQ2のエミッタは第4抵抗R4を介してトランジスタ50のソースと電気的に接続されている。第2トランジスタQ2のベースに制御信号Vcが入力される。ダイオードD1のアノードが第1トランジスタQ1のエミッタと電気的に接続されている。ダイオードD1のカソードがツェナーダイオードZD1のカソードと電気的に接続されている。ツェナーダイオードZD1のアノードがトランジスタ50のドレインと電気的に接続されている。なお、第1トランジスタQ1、第1抵抗R1、第2抵抗R2及びダイオードD1は差動増幅回路を構成している。
第2トランジスタQ2は、制御信号Vcの信号電圧が所定値未満のときにベース電流が流れずにオフし、制御信号Vcの信号電圧が所定値を超えるとベース電流が流れてオンする。第2トランジスタQ2がオフであると第3抵抗R3に電流が流れないため、第1トランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧が0[V]となり、第1トランジスタQ1はオフしている。第1トランジスタQ1がオフしていれば、第2抵抗R2に電流が流れないため、トランジスタ50のゲートに電圧が印加されず、トランジスタ50がオフしている。第2トランジスタQ2がオンすると第3抵抗R3に電流が流れるため、第1トランジスタQ1のベース・エミッタ間電圧が上昇して第1トランジスタQ1がオンする。第1トランジスタQ1がオンすると第2抵抗R2に電流が流れるため、トランジスタ50のゲート電圧が上昇し、ゲート電圧がしきい値を超えるとトランジスタ50がオンする。ゲート電圧の上昇に伴ってトランジスタ50のインピーダンスが減少し、調整電圧Vsが低下する。そして、調整電圧VsがツェナーダイオードZD1のツェナー電圧と制御電源電圧Vccの合計値を下回ると、第1トランジスタQ1のエミッタ電圧が低下してコレクタ電流が減少する。その結果、トランジスタ50のゲート電圧が必要以上に上昇せず、調整電圧Vsが低下しすぎないようにフィードバック制御がかかる。
トランジスタ駆動回路51は、制御信号Vcの信号電圧が増大するにつれて、第2トランジスタQ2のコレクタ電流を増加させ、第1トランジスタQ1のコレクタ電流を増加させてトランジスタ50のゲート・ソース間電圧を上昇させる。例えば、制御信号Vcの信号電圧をvcとし、第3抵抗R3の抵抗値をr3とし、第4抵抗R4の抵抗値をr4とすれば、第2トランジスタQ2のコレクタ電圧はVcc−vc×(r3/r4)で表される。すなわち、変形例1のインピーダンス調整回路5は、制御信号Vc(の信号電圧vc)に応じてトランジスタ50のドレイン・ソース間電圧(調整電圧Vs)を調整することができる。ただし、変形例1のインピーダンス調整回路5は、制御信号Vcの信号電圧vcが増大するにつれ、トランジスタ50のインピーダンスを減少させて調整電圧Vsを低下させている。つまり、変形例1のインピーダンス調整回路5は、図1に示した実施形態のインピーダンス調整回路5と比較して、制御信号Vcの信号電圧vcの増減と調整電圧Vsの増減との関係が逆になる。なお、トランジスタ駆動回路51の各抵抗R1〜R4の抵抗値は、制御電源電圧Vccがトランジスタ50のしきい値とツェナー電圧の和よりも十分に高く、かつ、しきい値がツェナー電圧よりも低い場合において、以下の条件を満たすように設定される。その条件は、信号電圧の最大値Vmにおいて第2トランジスタQ2のコレクタ電圧及び第1トランジスタQ1のエミッタ電圧がしきい値よりも高くなることである。
さらに、本実施形態の点灯装置1の変形例2におけるインピーダンス調整回路5の回路構成を図6に示す。変形例2におけるトランジスタ50は、電源回路2の第1出力端子21Aと光源モジュール11の第1端子110の間に電気的に接続されている。変形例2におけるトランジスタ駆動回路51は、第3トランジスタQ3と、第5抵抗R5及び第6抵抗R6と、ダイオードD2と、制御電源回路513とを有している。第3トランジスタQ3は、npn型のバイポーラトランジスタである。制御電源回路513は、直流の制御電源電圧Vccを出力する。制御電源回路513の負極が電源回路2の第1出力端子21A及びトランジスタ50のドレインと電気的に接続されている。制御電源回路513の正極が第5抵抗R5を介して第3トランジスタQ3のコレクタ、トランジスタ50のゲート及びダイオードD2のカソードと電気的に接続されている。ダイオードD2のアノードはトランジスタ50のソースと電気的に接続されている。第3トランジスタQ3のエミッタが第6抵抗R6を介して電源回路2の第2出力端子21B及び光源モジュール11の第2端子111と電気的に接続されている。そして、第3トランジスタQ3のベースに制御信号Vcが入力される。
第3トランジスタQ3は、制御信号Vcの信号電圧が所定値未満のときにベース電流が流れずにオフし、制御信号Vcの信号電圧が所定値を超えるとベース電流が流れてオンする。第3トランジスタQ3がオフしている間、トランジスタ50のゲート電圧は、電源回路2の出力電圧Voに制御電源電圧Vccが加算された電圧と等しい。このとき、トランジスタ50のソース電圧は、ゲート電圧からトランジスタ50のしきい値を引いた電圧に等しい。したがって、制御電源電圧Vccがしきい値よりも十分に高ければ、トランジスタ50は飽和領域で動作してオン状態となる。制御信号Vcの信号電圧が上昇して第3トランジスタQ3にベース電流が流れ始めると、第3トランジスタQ3のコレクタ電流が増加してトランジスタ50のゲート電圧が低下する。ゲート電圧の低下に伴ってトランジスタ50のインピーダンスが増加し、調整電圧Vsが上昇することで光源モジュール11に印加される電圧が低下する。
トランジスタ駆動回路51は、制御信号Vcの信号電圧が増大するにつれて、第3トランジスタQ3のコレクタ電流を増加させてトランジスタ50のゲート電圧を低下させる。例えば、制御信号Vcの信号電圧をvcとし、第5抵抗R5の抵抗値をr5とし、第6抵抗R6の抵抗値をr6とすれば、第3トランジスタQ3のコレクタ電圧(トランジスタ50のゲート電圧)はVo+Vcc−vc×(r5/r6)で表される。トランジスタ50は、ソースフォロア接続されているので、トランジスタ50のソース電圧はゲート電圧からトランジスタ50のしきい値を引いた電圧となる。その結果、トランジスタ50のドレイン・ソース間電圧は、出力電圧Voからソース電圧を引いた電圧となる。すなわち、変形例2のインピーダンス調整回路5は、制御信号Vc(の信号電圧vc)に応じてトランジスタ50のドレイン・ソース間電圧(調整電圧Vs)を調整することができる。
ところで、実施形態及び変形例1におけるインピーダンス調整回路5は、変形例2におけるインピーダンス調整回路5と同様に、電源回路2の第1出力端子21Aと光源モジュール11の第1端子110との間に挿入されてもかまわない。
さらに、本実施形態の点灯装置1の変形例3におけるインピーダンス調整回路5の回路構成を図7に示す。変形例3におけるトランジスタ駆動回路51は、オペアンプ514と、検出抵抗R7とを有している。オペアンプ514の非反転入力端子(プラス端子)に制御信号Vcが入力される。オペアンプ514の反転入力端子(マイナス端子)にトランジスタ50のソースが電気的に接続されている。検出抵抗R7の一端がオペアンプ514のマイナス端子とトランジスタ50のソースに電気的に接続されている。検出抵抗R7の他端が電源回路2の第2出力端子21Bと電気的に接続されている。トランジスタ50のドレインは、光源モジュール11の第2端子111と電気的に接続されている。検出抵抗R7は、負荷電流ILの大きさに比例した検出電圧をオペアンプ514のマイナス端子に入力している。オペアンプ514は、検出電圧を制御信号Vcの信号電圧を一致させるように出力電圧をフィードバック制御している。つまり、変形例3におけるトランジスタ駆動回路51は、制御信号Vcの信号電圧が増大するにつれて、オペアンプ514の出力電圧(トランジスタ50のゲート電圧)を上昇させる。一方、変形例3におけるトランジスタ駆動回路51は、制御信号Vcの信号電圧が減少するにつれて、オペアンプ514の出力電圧(トランジスタ50のゲート電圧)を下降させる。したがって、変形例3におけるインピーダンス調整回路5は、制御信号Vc(の信号電圧vc)に応じてトランジスタ50のドレイン・ソース間電圧(調整電圧Vs)を調整することができる。
また、本実施形態の点灯装置1の変形例4におけるインピーダンス調整回路5の回路構成を図8に示す。変形例4のインピーダンス調整回路5は、インピーダンス素子として、MOSFETの代わりに、npn型のバイポーラトランジスタ(トランジスタ50)を備えている。変形例4におけるトランジスタ駆動回路51は、第4トランジスタQ4と、第8抵抗R8と、第9抵抗R9と、第10抵抗R10とを有している。第4トランジスタQ4は、トランジスタ50と同じnpn型のバイポーラトランジスタである。ただし、トランジスタ50と第4トランジスタQ4とは、電気的な特性(特にベース・エミッタ電圧とベース電流の特性)がほぼ等しいことが好ましい。第4トランジスタQ4のコレクタに、第9抵抗R9を介して制御信号Vcが入力される。第4トランジスタQ4のエミッタに第10抵抗R10を介して電源回路2の第2端子111及び第8抵抗R8の一端が電気的に接続されている。第4トランジスタQ4のベースがトランジスタ50のベース及び第4トランジスタQ4のコレクタと電気的に接続されている。第8抵抗R8の他端がトランジスタ50のエミッタと電気的に接続されている。すなわち、トランジスタ50とトランジスタ駆動回路51とでカレントミラー回路が構成されているので、トランジスタ50に流れる負荷電流ILの大きさは、第2制御回路61から供給される制御信号Vcの信号電流によって決定される。つまり、変形例4におけるインピーダンス調整回路5は、制御信号Vc(の信号電圧vc)に応じてトランジスタ50のドレイン・ソース間電圧(調整電圧Vs)を調整することができる。
さらに、本実施形態の点灯装置1の変形例5におけるインピーダンス調整回路5の回路構成を図9に示す。変形例5のインピーダンス調整回路5は、インピーダンス素子52と、スイッチング回路53とを備えている。インピーダンス素子52は、第1スイッチング素子520と抵抗521の並列回路で構成されている。第1スイッチング素子520は、pチャネル・エンハンスメント形のMOSFETである。第1スイッチング素子520のソースが電源回路2の第1出力端子21A及び抵抗521の一端と電気的に接続されている。第1スイッチング素子520のドレインが光源モジュール11の第1端子110及び抵抗521の他端と電気的に接続されている。
スイッチング回路53は、第2スイッチング素子530と、第1分圧抵抗531と、第2分圧抵抗532と、ツェナーダイオード533とを有している。第2スイッチング素子530はnチャネル・エンハンスメント形のMOSFETである。第2スイッチング素子530のソースが電源回路2の第2出力端子21B及び光源モジュール11の第2端子111と電気的に接続されている。第2スイッチング素子530のドレインが第1分圧抵抗531の一端と電気的に接続されている。第1分圧抵抗531の他端が第2分圧抵抗532の一端とツェナーダイオード533のアノードと第1スイッチング素子520のゲートに電気的に接続されている。第2分圧抵抗532の他端及びツェナーダイオード533のカソードが電源回路2の第1出力端子21A及び第1スイッチング素子520のソースと電気的に接続されている。なお、第2制御回路61から出力される制御信号Vcが第2スイッチング素子530のゲートに印加(入力)される。
第2スイッチング素子530は、制御信号Vcの信号電圧が第2スイッチング素子530のしきい値電圧未満のときにオフし、制御信号Vcの信号電圧がしきい値以上のときにオンする。第2スイッチング素子530がオフしているとき、第1分圧抵抗531と第2分圧抵抗532に第2スイッチング素子530のドレイン電流が流れない。そのため、第1スイッチング素子520のゲート・ソース間電圧が第1スイッチング素子520のしきい値電圧未満となるので、第1スイッチング素子520はオフしている。インピーダンス素子52は、第1スイッチング素子520がオフしている場合、抵抗521に負荷電流ILを流すことにより、調整電圧Vsを増加させて負荷電流ILを減少させる。一方、第2スイッチング素子530がオンしているとき、第1分圧抵抗531と第2分圧抵抗532に第2スイッチング素子530のドレイン電流が流れる。そのため、第1スイッチング素子520のゲート・ソース間電圧が第1スイッチング素子520のしきい値電圧以上となるので、第1スイッチング素子520がオンする。インピーダンス素子52は、第1スイッチング素子520がオンしている場合、主として第1スイッチング素子520に負荷電流ILを流すことにより、調整電圧Vsを減少させて負荷電流ILを減少させない。なお、第1スイッチング素子520のゲート・ソース間電圧がツェナーダイオード533のツェナー電圧でクランプされるので、第1スイッチング素子520のゲートに過大な電圧が印加されることが防止される。
第2制御回路61は、第1制御動作と並行して第2制御動作を行うことにより、スイッチ素子3を切り替える際に第1スイッチング素子520をオフしてインピーダンス素子52のインピーダンスを増加させる。その結果、点灯装置1は、スイッチ素子3に必要な電流耐量を下げつつ、スイッチ素子3の切替時に光源10に流れる過電流の抑制を図ることができる。ここで、第2制御回路61が第2制御動作において第1スイッチング素子520をオフさせておく時間は、以下の条件を満たすように設定されることが好ましい。その条件は、スイッチ素子3をオフからオンに切り替えた場合において、第1スイッチング素子520がオンしても負荷電流ILが上限値を超えない程度まで電源回路2の出力電圧Voが低下することである。ただし、第2制御回路61は、スイッチ素子3の切替前後の出力電圧Voの電圧値に応じて第1スイッチング素子520をオフさせておく時間を変化させてもよい。なお、インピーダンス素子52を構成する抵抗521の抵抗値は、第1スイッチング素子520のオン抵抗よりも十分に大きい値であり、かつ、電源回路2の出力電圧Voの最大値を負荷電流ILの最大値で除算して算出される抵抗値以上の値であることが好ましい。また、インピーダンス素子52は、抵抗521の代わりに定電流素子(例えば、定電流ダイオード)、あるいは定電流回路(オペアンプを使った定電流回路など)であってもかまわない。
上述のように点灯装置1は、第1出力端子21Aと第2出力端子21Bを有し、第1出力端子21Aから第2出力端子21Bへ直流の負荷電流ILを出力する電源回路2とを備えている。点灯装置1は、第1出力端子21Aと第2出力端子21Bの間に電気的に直列接続された複数のスイッチ素子3と、複数のスイッチ素子3を個別にオン・オフする駆動回路4とを備えている。点灯装置1は、第1出力端子21Aから第2出力端子21Bに至る電流経路のインピーダンスを調整するインピーダンス調整回路5と、駆動回路4及びインピーダンス調整回路5を制御する制御回路6(第2制御回路61)とを備えている。複数のスイッチ素子3の各々は、負荷電流ILが流れることで点灯する1つ又は複数の光源10と電気的に並列接続されている。インピーダンス調整回路5は、電流経路に挿入されるインピーダンス素子(トランジスタ50)と、トランジスタ50のインピーダンスを最大値から最小値の範囲内で変化させるインピーダンス素子駆動回路(トランジスタ駆動回路51)とを有している。インピーダンス調整回路5は、トランジスタ50のインピーダンスを変化させることで電流経路のインピーダンスを調整している。制御回路6(第2制御回路61)は、駆動回路4を制御して複数のスイッチ素子3のうちの少なくとも1つのスイッチ素子3をオン・オフさせる。制御回路6(第2制御回路61)は、少なくとも1つのスイッチ素子3をオン又はオフさせるタイミングを、インピーダンス調整回路5によって電流経路のインピーダンスが増加している期間に一致させる。インピーダンス調整回路5は、電流経路のインピーダンスを増加させている期間を、少なくとも1つのスイッチ素子3がオフからオン又はオンからオフに切り替わるために必要な時間よりも長くする。さらに、インピーダンス調整回路5は、前記期間の終了後に電流経路のインピーダンスを最小値に調整する。
点灯装置1が上述のように構成されれば、スイッチ素子3の切替時点において、負荷電流ILの電流経路のインピーダンスが増加しているので、スイッチ素子3に必要な電流耐量を下げつつ光源10に流れる過電流の抑制を図ることができる。
また、点灯装置1において、制御回路6(第2制御回路61)は、駆動回路4を制御して少なくとも1つのスイッチ素子3をオン・オフさせる前にインピーダンス調整回路5を制御して電流経路のインピーダンスを増加させることが好ましい。また、制御回路6(第2制御回路61)は、駆動回路4が少なくとも1つのスイッチ素子3をオフからオン又はオンからオフに切り替えた後、インピーダンス調整回路5を制御して電流経路のインピーダンスを最小値に調整させることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、スイッチ素子3が切り替えられるときを除いて、電流経路のインピーダンスが最小値に調整されるので、スイッチ素子3の切替時以外におけるインピーダンス素子の電力消費を削減することができる。
さらに、点灯装置1において、インピーダンス調整回路5は、駆動回路4が少なくとも1つのスイッチ素子3をオフからオン又はオンからオフに切り替えた後、電流経路のインピーダンスを漸減させながら最小値に調整することが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、電流経路のインピーダンスを漸減することによって負荷電流ILを徐々に増加させるので、光源10に流れる過電流を確実に抑制することができる。
点灯装置1において、インピーダンス調整回路5は、トランジスタ50の両端電圧を検出する電圧検出回路(抵抗511及び抵抗512など)を有することが好ましい。トランジスタ駆動回路51は、電圧検出回路の検出値(抵抗511と抵抗512で分圧されたトランジスタ50のドレイン・ソース間電圧)を目標値に一致させるようにトランジスタ50のインピーダンスを変化させることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、トランジスタ50の両端電圧を目標値に一致させることでトランジスタ50のインピーダンスを簡単に調整することができる。
点灯装置1において、インピーダンス調整回路5は、トランジスタ50に流れる電流(負荷電流IL)を検出する電流検出回路(検出抵抗R7)を有することが好ましい。トランジスタ駆動回路51は、電流検出回路(検出抵抗R7)の検出値を目標値に一致させるようにトランジスタ50のインピーダンスを変化させることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、トランジスタ50に流れる負荷電流ILを目標値に一致させることでトランジスタ50のインピーダンスを簡単に調整することができる。
点灯装置1において、インピーダンス素子52は、スイッチ(第1スイッチング素子520)と、第1スイッチング素子520のオン抵抗よりも大きいインピーダンスを有する回路素子(抵抗521)との並列回路で構成されることが好ましい。インピーダンス素子駆動回路(スイッチング回路53)は、第1スイッチング素子520をオフすることで電流経路のインピーダンスを増加させ、第1スイッチング素子520をオンすることで電流経路のインピーダンスを減少させることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、負荷電流ILの流れる経路を第1スイッチング素子520と抵抗521の間で切り替えることによってインピーダンス素子52のインピーダンスを簡単に調整することができる。
点灯装置1において、抵抗521のインピーダンス(抵抗値)は、電源回路2の出力電圧Voの最大値を、負荷電流ILの最大値で除算して得られる値よりも大きい値であることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、第1スイッチング素子520に過大な電圧が印加されることを防ぐことができる。
点灯装置1において、回路素子は、定電流素子又は定電流回路であることが好ましい。制御回路6(第2制御回路61)は、駆動回路4を制御して少なくとも1つのスイッチ素子3をオン・オフさせる前にインピーダンス調整回路5を制御して第1スイッチング素子520をオフさせることが好ましい。また、第2制御回路61は、駆動回路4が少なくとも1つのスイッチ素子3をオフからオン又はオンからオフに切り替えた後、インピーダンス調整回路5を制御して第1スイッチング素子520をオンさせることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、負荷電流ILの流れる経路を第1スイッチング素子520と定電流素子又は定電流回路の間で切り替えることによってインピーダンス素子52のインピーダンスを簡単に調整することができる。
点灯装置1において、インピーダンス調整回路5は、電流経路のインピーダンスを所定値まで増加させた後に最小値まで減少させる動作を一定の周期で繰り返すことが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、光源10の光束が一定の周期で増減するため、スイッチ素子3の切替頻度が高い期間と低い期間が比較的短時間に交互に出現する場合であっても、光源10の光束の増減が認識されにくくなる。
点灯装置1において、第2制御回路61は、複数のスイッチ素子3のうちの少なくとも1つのスイッチ素子3をオンさせるタイミングを、インピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを増加させている期間に一致させることが好ましい。また、第2制御回路61は、インピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを調整している期間及び前記インピーダンスを調整していない期間の両方を含む任意のタイミングで、複数のスイッチ素子3のうちの少なくとも1つのスイッチ素子をオフさせることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、スイッチ素子3をオンからオフに切り替える際はインピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを調整する必要がないので、第2制御回路61による制御動作の簡略化を図ることができる。
(実施形態2)
実施形態2の点灯装置1は、図10に示すように、電源ユニット12と光源ユニット13を有することが好ましい。電源ユニット12は、電源回路2と、第1制御回路60と、インピーダンス調整回路5とを有している。光源ユニット13は、光源モジュール11と、第2制御回路61とを有している。なお、電源ユニット12は、1枚のプリント配線板に複数の回路素子が実装されることで電源回路2、第1制御回路60及びインピーダンス調整回路5を構成している。また、光源ユニット13は、電源ユニット12を構成するプリント配線板とは別のプリント配線板に光源10及び複数の回路素子が実装されることで光源モジュール11及び第2制御回路61を構成している。
実施形態2におけるインピーダンス調整回路5は、インピーダンス素子52と、スイッチング回路54とを備えている。インピーダンス素子52は、第1スイッチング素子520と抵抗521の並列回路で構成されている。第1スイッチング素子520は、例えば、pチャネル・エンハンスメント形のMOSFETである。
スイッチング回路54は、一定周期の方形パルスを発振する発振回路である。スイッチング回路54は、一定周期の方形パルスを第1スイッチング素子520(のゲート)に印加する。第1スイッチング素子520は、方形パルスの立ち下がりに同期してオンし、かつ、方形パルスの立ち上がりに同期してオフする。すなわち、インピーダンス調整回路5は、方形パルスの周期に同期して、電流経路のインピーダンスを最大値と最小値に周期的に切り替えている。
ここで、スイッチング回路54から出力される方形パルスは、第1制御回路60にも入力されている。第1制御回路60は、方形パルスの立ち下がりに同期して電源回路2を動作させ、かつ、方形パルスの立ち上がりに同期して電源回路2を停止する。
一方、光源ユニット13の第2制御回路61は、光源ユニット13に印加される電源ユニット12の出力電圧Voを検出している。第2制御回路61は、駆動回路4にスイッチ素子3を切り替えさせていないときに、出力電圧Voの検出値が所定の下限値を下回った場合にインピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを最大値に調整したと判断する。第2制御回路61は、切替指令を受け取った場合、インピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを最大値に調整したと判断したときに駆動回路4に切替信号を出力する。つまり、第2制御回路61は、インピーダンス調整回路5によって電流経路のインピーダンスが最大値に調整されているときにスイッチ素子3を切り替える。その結果、点灯装置1は、スイッチ素子3に必要な電流耐量を下げつつ、スイッチ素子3の切替時に光源10に流れる過電流の抑制を図ることができる。しかも、点灯装置1は、電流経路のインピーダンスの増減に同期して光源モジュール11の光束が一定の周期で増減するため、光源モジュール11の光束の増減が認識されにくくなる。なお、第2制御回路61は、複数のスイッチ素子3のうちでオフからオンに切り替えるスイッチ素子3については、電流経路のインピーダンスが最大値に調整されているときにオンすることが好ましい。一方、第2制御回路61は、複数のスイッチ素子3のうちでオンからオフに切り替えるスイッチ素子3については、電流経路のインピーダンスが最大値に調整されていないときにオフしてもかまわない。
第2制御回路61は、出力電圧Voの検出値の低下量が所定の限界値を上回った場合にインピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを最大値に調整したと判断してもよい。あるいは、第2制御回路61は、電源ユニット12から出力される負荷電流ILを検出し、負荷電流ILの電流値に基づいてインピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを最大値に調整したと判断してもよい。例えば、第2制御回路61は、負荷電流ILの電流値が下限値を下回った場合、若しくは負荷電流ILの電流値の減少量が所定の限界値を上回った場合にインピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを最大値に調整したと判断すればよい。
また、インピーダンス調整回路5は、実施形態1におけるインピーダンス調整回路5と同様に、トランジスタからなるインピーダンス素子と、トランジスタを駆動するトランジスタ駆動回路とで構成されてもよい。
ここで、第2制御回路61は、電源ユニット12の出力電圧Vo又は負荷電流ILに基づいてインピーダンス調整回路5のインピーダンス調整の状態を判断している。そのため、電源ユニット12から光源ユニット13の第2制御回路61に対して、インピーダンス調整回路5のインピーダンス調整の状態を通知するための線路が不要である。その結果、点灯装置1は、電源ユニット12と光源ユニット13とを電気的に接続する配線の本数を減らすことができる。
上述のように点灯装置1において、インピーダンス調整回路5は、電流経路のインピーダンスを所定値(最大値)まで増加させた後に最小値まで減少させる動作を一定の周期で繰り返すことが好ましい。制御回路6(第2制御回路61)は、インピーダンス調整回路5が電流経路のインピーダンスを最大値まで増加させるタイミングに合わせて、駆動回路4を制御して複数のスイッチ素子3をオン・オフさせることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、光源10の光束が一定の周期で増減するため、光源10の光束の増減が認識されにくくなる。
また、点灯装置1において、第2制御回路61は、電源回路2から出力される電圧Vo又は電流ILを検出することでインピーダンス調整回路5による電流経路のインピーダンス調整の状態を判定することが好ましい。さらに、第2制御回路61は、インピーダンスが増加させられていると判定したタイミングに合わせて、複数のスイッチ素子3をオン・オフさせることが好ましい。
点灯装置1が上述のように構成されれば、電源回路2から第2制御回路61に対して、インピーダンス調整回路5のインピーダンス調整の状態を通知するための線路が不要である。その結果、点灯装置1は、電気的な配線の本数を減らすことができる。
(実施形態3)
本実施形態に係る車両7は、例えば、セダンタイプの普通乗用車であることが好ましい(図11参照)。実施形態1及び2の点灯装置1は、例えば、前照灯(ヘッドライト)71として車両7の車体70に搭載されていることが好ましい。点灯装置1を搭載した車両7は、スイッチ素子3のオン・オフの切替に応じて前照灯71の照射範囲(配光)を変化させることができる。
上述のように本実施形態に係る車両7は、点灯装置1と、点灯装置1が搭載される車体70とを有する。
車両7が上述のように構成されれば、スイッチ素子3に必要な電流耐量を下げつつ光源10に流れる過電流の抑制を図ることができる点灯装置1が搭載されているので、過電流によって光源10が不点とならず、安全性の向上を図ることができる。
1 点灯装置
2 電源回路
3 スイッチ素子
4 駆動回路
5 インピーダンス調整回路
6 制御回路
7 車両
10 光源
21A 第1出力端子
21B 第2出力端子
50 トランジスタ(インピーダンス素子)
51 トランジスタ駆動回路(インピーダンス素子駆動回路)
52 インピーダンス素子
53 スイッチング回路(インピーダンス素子駆動回路)
54 スイッチング回路(インピーダンス素子駆動回路)
61 第2制御回路(制御回路)
70 車体
520 第1スイッチング素子(スイッチ)
521 抵抗(回路素子)
IL 負荷電流

Claims (12)

  1. 第1出力端子と第2出力端子を有し、前記第1出力端子から前記第2出力端子へ直流の負荷電流を出力する電源回路と、前記第1出力端子と前記第2出力端子の間に電気的に直列接続された複数のスイッチ素子と、前記複数のスイッチ素子を個別にオン・オフする駆動回路と、前記第1出力端子から前記第2出力端子に至る電流経路のインピーダンスを調整するインピーダンス調整回路と、前記駆動回路及び前記インピーダンス調整回路を制御する制御回路とを備え、
    前記複数のスイッチ素子の各々は、前記負荷電流が流れることで点灯する1つ又は複数の光源と電気的に並列接続されており、
    前記インピーダンス調整回路は、前記電流経路に挿入されるインピーダンス素子と、前記インピーダンス素子のインピーダンスを最大値から最小値の範囲内で変化させるインピーダンス素子駆動回路とを有し、前記インピーダンス素子のインピーダンスを変化させることで前記電流経路のインピーダンスを調整しており、
    前記制御回路は、前記駆動回路を制御して前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも1つのスイッチ素子をオン又はオフさせ、かつ、前記少なくとも1つのスイッチ素子をオン又はオフさせるタイミングを、前記インピーダンス調整回路によって前記電流経路のインピーダンスが増加している期間に一致させ、
    前記インピーダンス調整回路は、前記電流経路のインピーダンスを増加させる期間を、前記少なくとも1つのスイッチ素子がオフからオン又はオンからオフに切り替わるために必要な時間よりも長くし、かつ、前記期間の終了後に前記電流経路のインピーダンスを前記最小値に調整し、
    前記インピーダンス調整回路は、更に、前記駆動回路が前記少なくとも1つのスイッチ素子をオフからオン又はオンからオフに切り替えた後、前記電流経路のインピーダンスを漸減させながら前記最小値に調整する
    点灯装置。
  2. 前記制御回路は、前記駆動回路を制御して前記少なくとも1つのスイッチ素子をオン・オフさせる前に前記インピーダンス調整回路を制御して前記電流経路のインピーダンスを増加させ、前記駆動回路が前記少なくとも1つのスイッチ素子をオフからオン又はオンからオフに切り替えた後、前記インピーダンス調整回路を制御して前記電流経路のインピーダンスを前記最小値に調整させる
    請求項1記載の点灯装置。
  3. 前記インピーダンス調整回路は、前記インピーダンス素子の両端電圧を検出する電圧検出回路を有し、前記インピーダンス素子駆動回路は、前記電圧検出回路の検出値を目標値に一致させるように前記インピーダンス素子のインピーダンスを変化させる
    請求項1又は2記載の点灯装置。
  4. 前記インピーダンス調整回路は、前記インピーダンス素子に流れる電流を検出する電流検出回路を有し、前記インピーダンス素子駆動回路は、前記電流検出回路の検出値を目標値に一致させるように前記インピーダンス素子のインピーダンスを変化させる
    請求項1又は2記載の点灯装置。
  5. 前記インピーダンス素子は、スイッチと、前記スイッチのオン抵抗よりも大きいインピーダンスを有する回路素子との並列回路で構成され、
    前記インピーダンス素子駆動回路は、前記スイッチをオフすることで前記電流経路のインピーダンスを増加させ、前記スイッチをオンすることで前記電流経路のインピーダンス
    を減少させる
    請求項1〜4のいずれか1項に記載の点灯装置。
  6. 前記回路素子のインピーダンスは、前記電源回路の出力電圧の最大値を、前記負荷電流の最大値で除算して得られる値よりも大きい値である
    請求項5記載の点灯装置。
  7. 前記回路素子は、定電流素子又は定電流回路であり、
    前記制御回路は、前記駆動回路を制御して前記少なくとも1つのスイッチ素子をオン・オフさせる前に前記インピーダンス調整回路を制御して前記スイッチをオフさせ、前記駆動回路が前記少なくとも1つのスイッチ素子をオフからオン又はオンからオフに切り替えた後、前記インピーダンス調整回路を制御して前記スイッチをオンさせる
    請求項5又は6記載の点灯装置。
  8. 前記インピーダンス調整回路は、前記電流経路のインピーダンスを所定値まで増加させた後に前記最小値まで減少させる動作を一定の周期で繰り返す
    請求項1〜7のいずれか1項に記載の点灯装置。
  9. 前記制御回路は、前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも1つのスイッチ素子をオンさせるタイミングを、前記インピーダンス調整回路が前記電流経路のインピーダンスを増加させている期間に一致させ、
    前記制御回路は、前記インピーダンス調整回路が前記電流経路のインピーダンスを調整している期間及び前記インピーダンスを調整していない期間の両方を含む任意のタイミングで、前記複数のスイッチ素子のうちの少なくとも1つのスイッチ素子をオフさせる
    請求項1〜8のいずれか1項に記載の点灯装置。
  10. 前記インピーダンス調整回路は、前記電流経路のインピーダンスを所定値まで増加させた後に前記最小値まで減少させる動作を一定の周期で繰り返し、
    前記制御回路は、前記インピーダンス調整回路が前記電流経路のインピーダンスを前記所定値まで増加させるタイミングに合わせて、前記駆動回路を制御して前記複数のスイッチ素子をオン・オフさせる
    請求項1記載の点灯装置。
  11. 前記制御回路は、前記電源回路から出力される電圧又は電流を検出することで前記インピーダンス調整回路による前記電流経路のインピーダンス調整の状態を判定し、前記インピーダンスが増加させられていると判定したタイミングに合わせて、前記複数のスイッチ素子をオン・オフさせる
    請求項10記載の点灯装置。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項の点灯装置と、前記点灯装置が搭載される車体とを有する
    車両
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