JP6826381B2 - 車両用灯具および光源の点灯回路 - Google Patents

Description

本発明は、半導体光源の点灯回路に関する。

車両用灯具は、一般にロービームとハイビームとを切りかえることが可能である。ロービームは、近方を所定の照度で照明するものであって、対向車や先行車にグレアを与えないよう配光規定が定められており、主に市街地を走行する場合に用いられる。一方、ハイビームは、前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明するものであり、主に対向車や先行車が少ない道路を高速走行する場合に用いられる。したがって、ハイビームはロービームと比較してより運転者による視認性に優れているが、車両前方に存在する車両の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。

近年、車両の周囲の状態にもとづいて、ハイビームの配光パターンを動的、適応的に制御するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）技術が提案されている。ＡＤＢ技術は、車両の前方の先行車、対向車や歩行者の有無を検出し、車両あるいは歩行者に対応する領域を減光あるいは消灯するなどして、車両あるいは歩行者に与えるグレアを低減するものである。

車両灯具の光源の点灯には、スイッチングコンバータが利用される場合が多いが、ＡＤＢ制御では、光源の点消灯や光量を高速に変化させる必要がある。そこで本発明者は、高速応答性に優れるBang-Bang制御（リップル制御ともいう）を採用することを検討した。図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明者らが検討したBang-Bang制御の点灯回路２０ｒ〜２０ｔのブロック図である。なおこの比較技術を公知技術として認定してはならない。

スイッチングトランジスタＭ１、ダイオードＤ１、インダクタＬ１は、降圧コンバータ（Ｂｕｃｋコンバータ）を構成する。半導体光源１０はＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子などであり、点灯回路２０が供給する駆動電流（ランプ電流）Ｉ_ＬＡＭＰに応じた輝度で発光する。

点灯回路２０ｒ〜２０ｔは、必要な輝度が得られるようにランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰを制御する。電流センス抵抗（以下、単にセンス抵抗ともいう）Ｒ_ＣＳは、インダクタＬ１に流れるコイル電流Ｉ_Ｌの経路上に設けられる。センス抵抗Ｒ_ＣＳには、コイル電流Ｉ_Ｌに比例する電圧降下が発生する。電流センスアンプ２２は、センス抵抗Ｒ_ＣＳの電圧降下を増幅し、コイル電流Ｉ_Ｌひいてはランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰを示す電流検出信号Ｖ_ＣＳを生成する。この電流検出信号Ｖ_ＣＳには、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングに応じたリップルが重畳している。

図１（ａ）の点灯回路２０ｒは、ヒステリシスウィンドウ方式の制御回路を含む。ヒステリシスコンパレータ２４は、電流検出信号Ｖ_ＣＳを、コイル電流Ｉ_Ｌのピークを規定する上側しきい値Ｖ_ＴＨＨおよびコイル電流Ｉ_Ｌのボトムを規定する下側しきい値Ｖ_ＴＨＬと比較し、比較結果を示す制御パルスＳ_ＣＮＴを生成する。ドライバ２６は、制御パルスＳ_ＣＮＴに応じてスイッチングトランジスタＭ１を駆動する。

図１（ｂ）の点灯回路２０ｓは、アッパー検出・オフ時間設定方式（固定方式ともいう）の制御回路を含む。コンパレータ２８は、電流検出信号Ｖ_ＣＳを、コイル電流Ｉ_Ｌのピークを規定する上側しきい値Ｖ_ＴＨＨと比較し、電流検出信号Ｖ_ＣＳが上側しきい値Ｖ_ＴＨＨに達すると、アッパー検出信号Ｓ_Ｕをアサート（たとえばハイレベル）する。単安定回路３０は、アッパー検出信号Ｓ_Ｕにもとづいて制御パルスＳ_ＣＮＴを発生する。単安定回路３０は、アッパー検出信号Ｓ_Ｕがアサートされると、制御パルスＳ_ＣＮＴをオフレベルに遷移させる。制御パルスＳ_ＣＮＴは、所定のオフ時間Ｔ_ＯＦＦの間、オフレベルをとった後に、オンレベルに遷移する。

図１（ｃ）の点灯回路２０ｔは、ボトム検出・オン時間設定方式の制御回路を含む。コンパレータ３２は、電流検出信号Ｖ_ＣＳを、コイル電流Ｉ_Ｌのボトムを規定する下側しきい値Ｖ_ＴＨＬと比較し、電流検出信号Ｖ_ＣＳが下側しきい値Ｖ_ＴＨＬまで低下すると、ボトム検出信号Ｓ_Ｂをアサート（たとえばハイレベル）する。単安定回路３０は、ボトム検出信号Ｓ_Ｂがアサートされると、制御パルスＳ_ＣＮＴをオンレベルに遷移させる。制御パルスＳ_ＣＮＴは、所定のオン時間Ｔ_ＯＮの間、オンレベルをとった後に、オフレベルに遷移する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）〜（ｃ）の点灯回路の動作波形図である。図２（ａ）に示すように、ヒステリシスウィンドウ方式では、コイル電流Ｉ_Ｌは２つの電流（アッパー電流とボトム電流）Ｉ_ＴＨＨとＩ_ＴＨＬの間に安定化される。アッパー検出・オフ時間設定方式では、図２（ｂ）に示すようにコイル電流Ｉ_Ｌのピーク値が安定化され、ボトム検出・オン時間設定方式では、図２（ｃ）に示すようにコイル電流Ｉ_Ｌのボトム値が安定化される。

スイッチングトランジスタＭ１のオン期間におけるコイル電流Ｉ_Ｌの上りスロープの傾きは、
ｄＩ_Ｌ／ｄｔ＝（Ｖ_ＩＮ−Ｖ_ＯＮ−Ｖ_ＯＵＴ）／Ｌ …（１）
で与えられる。Ｖ_ＯＮはスイッチングトランジスタＭ１の両端間電圧、ＬはインダクタＬ１のインダクタンスである。またスイッチングトランジスタＭ１のオフ期間におけるコイル電流Ｉ_Ｌの下りスロープの傾きは、
ｄＩ_Ｌ／ｄｔ＝−（Ｖ_Ｆ＋Ｖ_ＯＵＴ）／Ｌ …（２）
で与えられる。Ｖ_ＦはダイオードＤ１の順方向電圧である。

特開２０１４−２１６６００号公報

図１（ａ）の点灯回路２０ｒでは、コイル電流Ｉ_Ｌは、２つのしきい値Ｖ_ＴＨＨ，Ｖ_ＴＨＬで規定されるアッパー電流Ｉ_ＴＨＨ、ボトム電流Ｉ_ＴＨＬの間に安定化されることから、ランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰの安定性の観点からは有利である。しかしながら出力電圧Ｖ_ＯＵＴの変動、あるいはインダクタンスＬのばらつきに応じて、コイル電流Ｉ_Ｌの傾きが変化するため、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチング周波数が変動しやすい。スイッチング周波数の変動幅が大きいと、ノイズ対策が難しくなる。

図１（ｂ）、（ｃ）の点灯回路２０ｓ，２０ｔでは、オフ時間Ｔ_ＯＦＦ、オン時間Ｔ_ＯＮの一方が固定されているため、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの変動あるいはインダクタンスＬのばらつきに対して、図１（ａ）の点灯回路２０ｒよりもスイッチング周波数が安定である。したがってノイズ対策の観点において有利である。ところが、図１（ｂ）、（ｃ）の点灯回路２０ｓ，２０ｔでは、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの変動、あるいはインダクタンスＬのばらつきに応じて、コイル電流Ｉ_Ｌ（ランプ電流Ｉ_Ｌ）の平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}がばらつき、半導体光源１０の輝度が変動するという問題が生ずる。

図３は、アッパー検出・オフ時間設定方式におけるコイル電流Ｉ_Ｌの出力電圧Ｖ_ＯＵＴ依存性を説明する図である。時刻ｔ０に出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低下したとする。

コイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}は、以下の式（３）で表される。
Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}＝Ｉ_ＴＨＨ−ΔＩ／２ …（３）
Ｉ_ＴＨＨはアッパー電流である。ΔＩはコイル電流Ｉ_Ｌの変動幅であり、式（４）で表される。
ΔＩ＝Ｔ_ＯＦＦ×（Ｖ_Ｆ＋Ｖ_ＯＵＴ）／Ｌ …（４）

出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低くなると、式（２）の下りスロープの傾きが緩くなるため、オフ時間Ｔ_ＯＦＦにおけるコイル電流Ｉ_Ｌの減少量ΔＩが小さくなる。その結果、一点鎖線で示すコイル電流Ｉ_Ｌ（ランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰ）の平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低下すると上昇する。つまり半導体光源１０の輝度が、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの変動の影響を受けやすい。

図４（ａ）、（ｂ）は、アッパー検出・オフ時間設定方式におけるコイル電流Ｉ_Ｌの、インダクタンスＬの依存性を説明する図である。図４（ａ）は、インダクタンスＬが大きい場合、図４（ｂ）は、インダクタンスＬが小さい場合を示す。

コイル電流Ｉ_Ｌの傾きは、インダクタンスＬに反比例する。オフ時間Ｔ_ＯＦＦは一定であるため、コイル電流Ｉ_Ｌの変化幅ΔＩは、インダクタンスＬに反比例する。つまりインダクタンスＬがばらつくと、コイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}がばらつくこととなる。

ボトム検出・オン時間設定方式においても同様に、半導体光源１０の輝度が、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの変動やインダクタンスＬのばらつきの影響を受けやすい。

本発明はこれらの課題に鑑み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、コイル電流ひいては駆動電流の安定性を高めた点灯回路の提供にある。

本発明のある態様は、点灯回路に関する。点灯回路は、半導体光源に電力を供給するスイッチングコンバータと、スイッチングコンバータを制御するコンバータコントローラと、を備える。コンバータコントローラは、スイッチングコンバータのコイル電流、入力電流、出力電流のいずれかの直流成分に応じた第１電流検出信号と半導体光源への駆動電流を指示するアナログ信号との誤差を増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、コイル電流、入力電流、出力電流のいずれかに応じた第２電流検出信号を、誤差信号に応じて定まるしきい値信号と比較するコンパレータと、コンパレータの出力信号にもとづき、第２電流検出信号がしきい値信号と一致してから所定時間の間、第１レベルをとり、次に第２電流検出信号がしきい値信号と一致するまでの間、第２レベルをとる制御パルスを生成するパルス発生器と、制御パルスに応じてスイッチングコンバータのスイッチングトランジスタを駆動するドライバと、を備える。

この態様によると、ヒステリシス制御の高速応答性と、エラーアンプのフィードバック制御による高精度な電流制御性とを両立できる。これにより駆動電流の安定性を高めることができる。

しきい値信号は、第２電流検出信号のピークを規定し、所定時間は、スイッチングトランジスタのオフ時間を規定してもよい。

しきい値信号は、第２電流検出信号のボトムを規定し、所定時間は、スイッチングトランジスタのオン時間を規定してもよい。

コンバータコントローラは、スイッチングコンバータのコイル電流または出力電流に応じた第２電流検出信号を生成する電流検出回路と、第２電流検出信号を平滑化し、第１電流検出信号を生成するローパスフィルタと、をさらに備えてもよい。
この場合、電流経路上に挿入されるセンス抵抗が１個でよいため、損失を低減できる。

点灯回路は、スイッチングコンバータの出力電流を平滑化して駆動電流を生成する出力フィルタをさらに備えてもよい。第１電流検出信号は、駆動電流に応じていてもよい。
これにより半導体光源への供給電流の検出精度を高めることができる。

コンパレータ、パルス発生器およびドライバは、ひとつのパッケージに収容されており、パッケージは、しきい値信号を調節するための設定ピンを有してもよい。誤差信号が設定ピンに入力されてもよい。

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

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、ランプ電流の制御性を高めることができる。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明者らが検討したBang-Bang制御の点灯回路のブロック図である。 図２（ａ）〜（ｃ）は、図１（ａ）〜（ｃ）の点灯回路の動作波形図である。 アッパー検出・オフ時間設定方式におけるコイル電流Ｉ_Ｌの出力電圧Ｖ_ＯＵＴ依存性を説明する図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、アッパー検出・オフ時間設定方式におけるコイル電流Ｉ_Ｌの、インダクタンスＬの依存性を説明する図である。 第１の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。 出力電圧Ｖ_ＯＵＴが変動したときの図５の点灯回路の動作波形図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、インダクタンスＬがばらついたときの、図５の点灯回路によるコイル電流Ｉ_Ｌの補正を説明する図である。 第２の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。 第３の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。 第４の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。 図９の点灯回路の具体的な構成例を示す回路図である。 前照灯の回路図である。 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。

（第１の実施の形態）
図５は、第１の実施の形態に係る車両用灯具１ａのブロック図である。車両用灯具１ａは、バッテリ２、スイッチ４、半導体光源１０および点灯回路１００ａを備える。

半導体光源１０は、ＬＥＤやＬＤ、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）などが例示されるが、特に限定されない。点灯回路１００ａは、スイッチングコンバータ１０２およびコンバータコントローラ２００ａを備える。スイッチングコンバータ１０２は降圧コンバータであり、コンバータコントローラ２００ａは、スイッチングコンバータ１０２から半導体光源１０に供給されるランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰを、所定の目標電流Ｉ_ＲＥＦに安定化する。スイッチングコンバータ１０２は入力キャパシタＣ１を含んでもよい。

コンバータコントローラ２００ａは、パルス変調器２１０、ドライバ２０２、電流検出回路２０４を備える。電流検出回路２０４は、スイッチングコンバータ１０２のコイル電流Ｉ_Ｌに応じた電流検出信号（第２電流検出信号という）Ｖ_ＣＳ２を生成する。降圧コンバータにおいて、コイル電流Ｉ_Ｌは出力電流Ｉ_ＯＵＴと等価である。第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２には、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチングと同期したリップル成分が重畳される。

たとえば電流検出回路２０４は、半導体光源１０のカソード側に挿入されるセンス抵抗Ｒ_ＣＳと、センス抵抗Ｒ_ＣＳの電圧降下を増幅して第２電流検出信号Ｖ_ＣＳを生成するセンスアンプ２０６を含んでもよい。なお電流検出回路２０４の構成は特に限定されない。

パルス変調器２１０は、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２にもとづいて、制御パルスＳ_ＣＮＴを生成する。本実施の形態においてパルス変調器２１０は、Bang-Bang制御（リップル制御）方式のコントローラである。パルス変調器２１０は、主としてエラーアンプ２１２、コンパレータ２１４、パルス発生器２１６を備える。

エラーアンプ２１２は、コイル電流Ｉ_Ｌ（出力電流Ｉ_ＯＵＴ）の直流成分、言い換えれば半導体光源１０へのランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰの直流成分に応じた第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１と、ランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰ（ひいては輝度）を指示するアナログ信号（以下、アナログ調光信号という）Ｖ_ＡＤＩＭとの誤差を増幅し、誤差信号Ｖ_ＥＲＲを生成する。アナログ調光信号Ｖ_ＡＤＩＭは基準電圧Ｖ_ＲＥＦを分圧することにより生成してもよいし、外部からコンバータコントローラ２００ａに入力してもよい。

第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１は、コイル電流Ｉ_Ｌからリップル成分を除去した電流成分を表す。より具体的にはローパスフィルタ２１８は、エラーアンプ２１２の前段に設けられ、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２を平滑化することにより、第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１を生成する。たとえばローパスフィルタ２１８は、抵抗Ｒ１１およびキャパシタＣ１１を含むＲＣフィルタで構成することができる。エラーアンプ２１２は、ローパスフィルタ２１８の出力である第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１とアナログ調光信号Ｖ_ADIMとの誤差を増幅する。

コンパレータ２１４は、コイル電流Ｉ_Ｌ（出力電流Ｉ_ＯＵＴ）に応じた第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２を、誤差信号Ｖ_ＥＲＲに応じて定まるしきい値信号Ｖ_ＴＨと比較する。しきい値信号Ｖ_ＴＨは、誤差信号Ｖ_ＥＲＲそのものであってもよいし、誤差信号Ｖ_ＥＲＲを分圧した信号、あるいは誤差信号Ｖ_ＥＲＲをレベルシフトした信号であってもよい。

パルス発生器２１６は、コンパレータ２１４の出力信号Ｓ_ＣＭＰにもとづき、制御パルスＳ_ＣＮＴを生成する。制御パルスＳ_ＣＮＴは、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２がしきい値信号Ｖ_ＴＨと一致してから所定時間τの間、第１レベルをとり、次に第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２がしきい値信号Ｖ_ＴＨと一致するまでの間、第２レベルをとる。

パルス変調器２１０は、アッパー検出・オフ時間設定モードであってもよい。この場合、しきい値信号Ｖ_ＴＨは、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２のピークを規定し、所定時間τは、スイッチングトランジスタＭ１のオフ時間Ｔ_ＯＦＦを規定する。

あるいはパルス変調器２１０は、ボトム検出オン時間設定モードであってもよい。この場合、しきい値信号Ｖ_ＴＨは、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２のボトムを規定し、所定時間τは、スイッチングトランジスタＭ１のオン時間Ｔ_ＯＮを規定する。

以下の説明では、パルス変調器２１０はアッパー検出オフ時間設定モードとする。

パルス発生器２１６は、単安定回路（単安定マルチバイブレータ、ワンショットマルチバイブレータともいう）で構成してもよいし、アナログあるいはデジタルの、タイマー回路あるいはカウンタ回路で構成してもよい。

パルス発生器２１６は、制御パルスＳ_ＣＮＴに応じてスイッチングトランジスタＭ１を駆動する。本実施の形態において、制御パルスＳ_ＣＮＴのハイレベルがスイッチングトランジスタＭ１のオンに、ローレベルがスイッチングトランジスタＭ１のオフに対応する。スイッチングトランジスタＭ１はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、ドライバ２０２は、制御パルスＳ_ＣＮＴがハイレベルのとき、スイッチングトランジスタＭ１のゲートにローレベル電圧（たとえば接地電圧）を印加し、制御パルスＳ_ＣＮＴがローレベルのとき、スイッチングトランジスタＭ１のゲートにハイレベル電圧（たとえば入力電圧Ｖ_ＩＮ）を印加する。なおスイッチングトランジスタＭ１はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴでもよい。

以上が車両用灯具１ａの構成である。続いてその動作を説明する。

図６は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが変動したときの図５の点灯回路１００ａの動作波形図である。時刻ｔ０より前において、出力電圧Ｖ_ＯＵＴはとある電圧レベルに安定化されている。この状態で、コイル電流Ｉ_Ｌ（ランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰ）の直流成分（平均値）Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}を表す第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１がアナログ調光信号Ｖ_ＡＤＩＭと一致するようにフィードバックによりしきい値信号Ｖ_ＴＨが調節される。コイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}は、アナログ調光信号Ｖ_ＡＤＩＭに応じた目標電流Ｉ_ＲＥＦに安定化される。

時刻ｔ０に、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低下する。出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低下すると、コイル電流Ｉ_Ｌ（第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２）の下りスロープの傾きが緩くなる。オフ時間Ｔ_ＯＦＦは一定であるから、オフ時間Ｔ_ＯＦＦにわたるコイル電流Ｉ_Ｌの減少幅ΔＩは、時刻ｔ０より後で小さくなり、時刻ｔ０の直後に、コイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}が目標電流Ｉ_ＲＥＦよりも大きくなる。

コイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}が増大すると、第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１が大きくなり、アナログ調光信号Ｖ_ＡＤＩＭとの誤差ΔＶが大きくなる。そうすると、エラーアンプ２１２によってしきい値信号Ｖ_ＴＨが低下する方向にフィードバックがかかる。しきい値信号Ｖ_ＴＨすなわちアッパー電流Ｉ_ＴＨＨの低下にともなって、コイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}が低下していく。しきい値信号Ｖ_ＴＨは、第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１とアナログ調光信号Ｖ_ＡＤＩＭの誤差がゼロに近づくように調節され、やがてコイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}が目標電流Ｉ_ＲＥＦに安定化される。

このように図５の点灯回路１００ａによれば、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの変動に応じてしきい値信号Ｖ_ＴＨを変化させることにより、コイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}、言い換えれば半導体光源１０の輝度を安定化することができる。

図７（ａ）、（ｂ）は、インダクタンスＬがばらついたときの、図５の点灯回路１００ａによるコイル電流Ｉ_Ｌの補正を説明する図である。図７（ａ）は、インダクタンスＬが大きい場合、図７（ｂ）は、インダクタンスＬが小さい場合を示す。

インダクタンスＬが大きいと、図７（ａ）に示すようにコイル電流Ｉ_Ｌの変化幅ΔＩは小さくなり、インダクタンスＬが小さいと、図７（ｂ）に示すようにコイル電流Ｉ_Ｌの変化幅ΔＩは大きくなる。エラーアンプ２１２は、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２がアナログ調光信号Ｖ_ＡＤＩＭに近づくように、言い換えればコイル電流Ｉ_Ｌの平均値Ｉ_{Ｌ（ＡＶＥ）}が目標値Ｉ_ＲＥＦに近づくように、しきい値信号Ｖ_ＴＨをフィードバック制御する。これによりインダクタンスＬのばらつきに起因するコイル電流Ｉ_Ｌ（ひいてはランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰ）のばらつきを補正できる。

図５の点灯回路１００ａは、電流を検出するためのセンス抵抗Ｒ_ＣＳが１個でよいため、後述の第３の実施の形態よりも電力損失の観点で有利である。

（第２の実施の形態）
図８は、第２の実施の形態に係る車両用灯具１ｂのブロック図である。車両用灯具１ｂの点灯回路１００ｂについて説明する。点灯回路１００ｂは、図５の点灯回路１００ａに加えて、出力フィルタ１０４をさらに備える。出力フィルタ１０４は、スイッチングコンバータ１０２の出力電流Ｉ_ＯＵＴ、すなわちコイル電流Ｉ_Ｌを平滑化し、ランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰを半導体光源１０に供給する。センス抵抗Ｒ_ＣＳは、出力フィルタ１０４よりもスイッチングコンバータ１０２側、かつ低電位側（半導体光源１０のカソード側）に挿入される。センス抵抗Ｒ_ＣＳは、出力フィルタ１０４よりもスイッチングコンバータ１０２側であって、かつ高電位側（半導体光源１０のアノード側）に挿入してもよい。

第２の実施の形態によれば、ランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰのリップルを除去できるため、半導体光源１０の輝度のちらつきを低減できる。また第１の実施の形態と同様に、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの変動や、インダクタンスＬのばらつきの影響を低減できる。

（第３の実施の形態）
図９は、第３の実施の形態に係る車両用灯具１ｃのブロック図である。車両用灯具１ｃの点灯回路１００ｃについて説明する。

点灯回路１００ｃは、２個のセンス抵抗Ｒ_ＣＳ１，Ｒ_ＣＳ２を備える。第２センス抵抗Ｒ_ＣＳ２は、リップル成分を含む電流を検出するために設けられ、したがって出力フィルタ１０４よりもスイッチングコンバータ１０２側に挿入されている。電流検出回路２０４は、第２センス抵抗Ｒ_ＣＳ２の電圧降下にもとづいて、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２を生成する。

第１センス抵抗Ｒ_ＣＳ１は、リップル成分を含まない、コイル電流Ｉ_Ｌ（出力電流Ｉ_ＯＵＴ）の直流成分を検出するために設けられる。第１センス抵抗Ｒ_ＣＳ１は、出力フィルタ１０４よりも半導体光源１０側に挿入されている。第１センス抵抗Ｒ_ＣＳ１には、出力フィルタ１０４によって平滑化されるランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰに比例する電圧降下が発生する。第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１は、第１センス抵抗Ｒ_ＣＳ１の電圧降下に応じている。

第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、図８では、第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１が電流検出回路２０４の検出誤差の影響を受けるところ、図９では電流検出回路２０４を利用せずに第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１が生成されるため、電流検出回路２０４の検出誤差の影響を受けずにランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰを正確に検出できる。またフィルタ２１８が不要であるため、コストを下げ、また回路面積を小さくできる。

なお、第２の実施の形態において、第２センス抵抗Ｒ_ＣＳ２を図５のＲ_ＣＳと同様に接地側に挿入してもよい。また第１センス抵抗Ｒ_ＣＳ１を半導体光源１０のアノード側に挿入し、第１センス抵抗Ｒ_ＣＳ１の電圧降下を接地基準に変換する電流検出アンプを追加してもよい。

（第４の実施の形態）
図１０は、第４の実施の形態に係る車両用灯具１ｄのブロック図である。車両用灯具１ｄの点灯回路１００ｄについて説明する。

降圧コンバータでは、コイル電流Ｉ_Ｌのピークは、スイッチングコンバータ１０２の入力電流Ｉ_ＩＮのピークと一致する。そこで点灯回路１００ｄでは、入力電流Ｉ_ＩＮにもとづいて、コイル電流Ｉ_Ｌのアッパー電流Ｉ_ＴＨＨが検出される。具体的には第２センス抵抗Ｒ_ＣＳ２は、入力電流Ｉ_ＩＮの経路上にスイッチングトランジスタＭ１と直列に挿入されており、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２は入力電流Ｉ_ＩＮに応じている。

第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図１１は、図９の点灯回路１００ｃの具体的な構成例を示す回路図である。点灯回路１００ｃは、市販のＬＥＤドライバＩＣを利用して構成することができる。ここでは、ＬＥＤドライバＩＣとして米国TEXAS INSTRUMENTS社のLM3409等を例に説明する。

ドライバＩＣ３００は、図５のドライバ２０２、電流検出回路２０４、コンパレータ２１４、パルス発生器２１６に加えて、レベルシフタ３１０が集積化されたものと把握できる。

センス抵抗Ｒ_ＣＳは、入力電流Ｉ_ＩＮの経路上に、より具体的には、スイッチングコンバータ１０２の入力とスイッチングトランジスタＭ１の間に挿入されている。ドライバＩＣ３００のＣＳＰ端子とＣＳＮ端子は、センス抵抗Ｒ_ＣＳ２と接続され、それらの電位差は、入力電流Ｉ_ＩＮに応じた第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２となる。降圧コンバータでは、スイッチングトランジスタＭ１のオン期間における入力電流Ｉ_ＩＮは、コイル電流Ｉ_Ｌと一致する。レベルシフタ３１０は、ＣＳＰ端子の電位Ｖ_ＣＳＰを、しきい値信号Ｖ_ＴＨに相当する電圧幅、低電位側にレベルシフトする。コンパレータ２１４は、レベルシフトされたＶ_ＣＳＰ−Ｖ_ＴＨを、ＣＳＮ端子の電位Ｖ_ＣＳＮと比較する。コンパレータ２１４の出力信号Ｓ_ＣＭＰは、Ｖ_ＣＳＰ−Ｖ_ＴＨ＞Ｖ_ＣＳＮとなると、言い換えればＶ_ＣＳ２＝Ｖ_ＣＳＰ−Ｖ_ＣＳＮ＞Ｖ_ＴＨとなると、アサート（たとえばハイレベル）される。

レベルシフタ３１０は抵抗Ｒ２１，Ｒ２２およびＶ／Ｉ変換回路３１２を含む。Ｖ／Ｉ変換回路３１２は、ＩＡＤＪ端子に入力される電圧Ｖ_ＩＡＤＪに比例した電流Ｉ_ＡＤＪを生成する。抵抗Ｒ２１には、しきい値信号Ｖ_ＴＨに相当する電圧降下Ｉ_ＡＤＪ×Ｒ２１が発生し、その低電位側の一端には、Ｖ_ＣＳＰ−Ｉ_ＡＤＪ×Ｒ２１が発生する。抵抗Ｒ２２の電圧降下は実質的にゼロである。

つまりドライバＩＣ３００のＩＡＤＪ端子は、しきい値信号Ｖ_ＴＨを設定するための設定ピンである。ＩＡＤＪ端子には、エラーアンプ２１２が生成する誤差信号Ｖ_ＥＲＲが入力される。これによりしきい値信号Ｖ_ＴＨは、第１電流検出信号Ｖ_ＣＳ１がアナログ調光信号Ｖ_ＡＤＩＭと一致するように調節される。

パルス発生器２１６は、ロジック回路３２０およびオフタイマー回路３２２を含む。ロジック回路３２０は、コンパレータ２１４の出力がアサートされると、制御パルスＳ_ＣＮＴをオフレベルに遷移させ、オフタイマー回路３２２にスタートトリガを与える。オフタイマー回路３２２はスタートトリガに応答して動作開始し、オフ時間Ｔ_ＯＦＦの経過後に、オン信号をアサートする。その限りではないが、たとえばオフタイマー回路３２２は、ＣＯＦＦ端子と接地間に外付けのキャパシタＣ_ｔｍと並列に設けられたスイッチと、ＣＯＦＦ端子の電圧Ｖ_ＣＯＦＦを所定の電圧Ｖ_ＯＦＦと比較するコンパレータと、を含む。またＣＯＦＦ端子には、抵抗Ｒｔｍを介して充電電圧Ｖ_Ｃが印加される。オフタイマー回路３２２のスイッチは、Ｖ_ＣＯＦＦ＞Ｖ_ＯＦＦとなるとターンオンし、キャパシタＣ_ｔｍを放電する。オフ時間は、キャパシタＣ_ｔｍの容量値、充電電圧Ｖ_Ｃ、抵抗値Ｒ_ｔｍ応じて設定可能となっている。

ロジック回路３２０は、オン信号のアサートに応答して制御パルスＳ_ＣＮＴをオンレベルに遷移させる。ドライバ２０２の出力は、ＰＧＡＴＥ端子を介してスイッチングトランジスタＭ１のゲートと接続される。

第１、第２、第４の実施の形態についても、図１１のドライバＩＣ３００を利用して構成してもよい。またドライバＩＣ３００の構成は、図１１のそれに限定されるものではなく、さまざまな市販のＩＣを用いることができる。

（用途）
図１２は、前照灯４００の回路図である。前照灯４００は、ハイビームあるいはロービームである。前照灯４００は、半導体光源１０、上述の点灯回路１００、複数のバイパススイッチ１４、昇圧コンバータ４０２、スイッチコントローラ４０４を備える。昇圧コンバータ４０２は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴを昇圧し、所定レベルに安定化された直流電圧Ｖ_ＤＣを生成する。直流電圧Ｖ_ＤＣは、点灯回路１００の入力電圧Ｖ_ＩＮに相当する。点灯回路１００は、半導体光源１０に、半導体光源１０の目標輝度に応じたランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰを供給する。

半導体光源１０は、直列に接続される複数の発光素子１２を含む。発光素子１２は、ＬＥＤ、ＬＤ、有機ＥＬ素子などである。バイパススイッチ１４は、発光素子１２と並列に設けられている。あるバイパススイッチ１４がオンすると、それと並列な発光素子１２がバイパスされ、消灯状態となる。スイッチコントローラ４０４は、複数のバイパススイッチ１４のオン、オフを個別に制御する。

たとえば複数の発光素子１２が実質的に同一の領域を照射するように前照灯４００を構成してもよい。この場合、オン状態（あるいはオフ状態）であるバイパススイッチ１４の個数に応じて、照射領域の光量を変化させることができる。

あるいは複数の発光素子１２が、異なる複数の領域を照射するように前照灯４００を構成してもよい。この場合、複数のバイパススイッチ１４それぞれのオン、オフに応じて、配光パターンを制御することができる。

半導体光源１０が、Ｎ個の発光素子１２を含み、各発光素子１２の点灯状態における電圧降下（順方向電圧）をＶ_Ｆとする。このとき昇圧コンバータ４０２の出力電圧Ｖ_ＤＣの目標値Ｖ_{ＤＣ（ＲＥＦ）}は、Ｖ_{ＤＣ（ＲＥＦ）}＞Ｎ×Ｖ_Ｆを満たすように規定すればよい。

上述のように、複数Ｎ個の発光素子１２それぞれの点消灯は、個別に切りかえられる。Ｎ個の発光素子１２のうち、Ｍ個の発光素子１２が点灯状態であるとき、半導体光源１０の両端間の電圧は、Ｍ×Ｖ_Ｆとなる。すなわちバイパススイッチ１４のオン、オフを切りかえると、点灯回路１００の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは変動することとなる。

このような前照灯４００に、上述の点灯回路１００を用いることにより、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが変動したとしても、ランプ電流Ｉ_ＬＡＭＰの変動を抑制することができる。

なお、前照灯４００は２系統（あるいは３系統以上）の半導体光源１０を備えてもよい。この場合、昇圧コンバータ４０２の出力に、２個（あるいは３個以上）の点灯回路１００を接続し、１個の点灯回路１００によって１個の半導体光源１０を駆動するようにすればよい。

図１３は、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。上述の点灯回路１００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。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に点灯回路１００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変形例）
実施の形態では、スイッチングコンバータ１０２を降圧コンバータとしたが、昇圧コンバータであってもよい。また実施の形態では、アッパー検出・オフ時間設定方式について説明したが、ボトム検出・オン時間設定方式にも本発明は適用可能である。

（第２変形例）
降圧コンバータでは、コイル電流Ｉ_Ｌ（出力電流Ｉ_ＯＵＴ）にもとづいて、アッパー電流Ｉ_ＴＨＨ、ボトム電流Ｉ_ＴＨＬの両方を検出できる。また入力電流Ｉ_ＩＮにもとづいて、アッパー電流Ｉ_ＴＨＨを検出できる。したがって、降圧コンバータとアッパー検出・オフ時間設定方式を組み合わせる場合、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２は、コイル電流Ｉ_Ｌ、出力電流Ｉ_ＯＵＴ、入力電流Ｉ_ＩＮのいずれかに応じていればよい。降圧コンバータとボトム検出・オン時間設定方式を組み合わせる場合、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２は、コイル電流Ｉ_Ｌ、出力電流Ｉ_ＯＵＴのいずれか応じていればよい。

（第３変形例）
昇圧コンバータでは、コイル電流Ｉ_Ｌ（入力電流Ｉ_ＩＮ）にもとづいて、アッパー電流Ｉ_ＴＨＨ、ボトム電流Ｉ_ＴＨＬの両方を検出できる。また出力電流Ｉ_ＯＵＴにもとづいて、ボトム電流Ｉ_ＴＨＬを検出できる。したがって、昇圧コンバータとアッパー検出・オフ時間設定方式を組み合わせる場合、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２は、コイル電流Ｉ_Ｌ、入力電流Ｉ_ＩＮのいずれかに応じていればよい。昇圧コンバータとボトム検出・オン時間設定方式を組み合わせる場合、第２電流検出信号Ｖ_ＣＳ２は、コイル電流Ｉ_Ｌ、入力電流Ｉ_ＩＮ、出力電流Ｉ_ＯＵＴのいずれか応じていればよい。

（第４変形例）
図１１において、エラーアンプ２１２をドライバＩＣ３００に集積化してもよい。

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、応用の一側面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…バッテリ、４…スイッチ、１０…半導体光源、１２…発光素子、１４…バイパススイッチ、１００…点灯回路、１０２…スイッチングコンバータ、１０４…出力フィルタ、２００…コンバータコントローラ、２０２…ドライバ、２０４…電流検出回路、２１０…パルス変調器、２１２…エラーアンプ、２１４…コンパレータ、２１６…パルス発生器、２１８…フィルタ、３００…ドライバＩＣ、３１０…レベルシフタ、３２０…ロジック回路、３２２…オフタイマー回路、４００…前照灯、４０２…昇圧コンバータ、４０４…スイッチコントローラ、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｄ１…ダイオード、Ｌ１…インダクタ、Ｃ１…入力キャパシタ。

Claims (7)

1. 半導体光源に電力を供給するスイッチングコンバータと、
   前記スイッチングコンバータを制御するコンバータコントローラと、
   を備え、
   前記コンバータコントローラは、
   前記スイッチングコンバータのコイル電流、入力電流、出力電流のいずれかの直流成分に応じた第１電流検出信号と前記半導体光源への駆動電流を指示するアナログ信号との誤差を増幅し、誤差信号を生成するエラーアンプと、
   前記コイル電流、前記入力電流、前記出力電流のいずれかに応じた第２電流検出信号を、前記誤差信号に応じて定まるしきい値信号と比較するコンパレータと、
   前記コンパレータの出力信号にもとづき、前記第２電流検出信号が前記しきい値信号と一致してから所定時間の間、第１レベルをとり、次に前記第２電流検出信号が前記しきい値信号と一致するまでの間、第２レベルをとる制御パルスを生成するパルス発生器と、
   前記制御パルスに応じて前記スイッチングコンバータのスイッチングトランジスタを駆動するドライバと、
   を備え、前記制御パルスは、前記第１レベルである期間が一定であり、前記第２レベルである期間が可変であることを特徴とする点灯回路。
2. 前記しきい値信号は、前記第２電流検出信号のピークを規定し、
   前記所定時間は、前記スイッチングトランジスタのオフ時間を規定することを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
3. 前記しきい値信号は、前記第２電流検出信号のボトムを規定し、
   前記所定時間は、前記スイッチングトランジスタのオン時間を規定することを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
4. 前記コンバータコントローラは、
   前記スイッチングコンバータの前記コイル電流または前記出力電流に応じた前記第２電流検出信号を生成する電流検出回路と、
   前記第２電流検出信号を平滑化し、前記第１電流検出信号を生成するローパスフィルタと、
   をさらに備える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. 前記スイッチングコンバータの前記出力電流を平滑化して前記駆動電流を生成する出力フィルタをさらに備え、
   前記第１電流検出信号は、前記駆動電流に応じている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。
6. 前記コンパレータ、前記パルス発生器および前記ドライバは、ひとつのパッケージに収容されており、
   前記パッケージは、前記しきい値信号を調節するための設定ピンを有し、
   前記誤差信号が前記設定ピンに入力されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の点灯回路。
7. 半導体光源と、
   前記半導体光源を点灯させる請求項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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