JP7106966B2 - 車両用灯具 - Google Patents

Description

本発明は、車両用灯具に関する。

高い発光効率及び優れた意匠性を備えることから、ＬＥＤ等の半導体素子を光源として用いた車両用灯具が提案されている。この類の車両用灯具においては、直列に接続された複数の発光素子からなる光源回路を複数並列に接続した構成を採用した光源部が知られている。

例えば特許文献１には、定電流回路から出力される定電流により、内蔵する発光素子を発光させる電流駆動回路が開示されている。この電流駆動回路は、複数の発光素子を直列に接続した直列発光回路を、複数並列接続した発光部と、複数の直列発光回路のうちの１の直列発光回路を流れる電流を、残余の直列発光回路に入力するカレントミラー回路とを備えている。

また、例えば特許文献２には、光源ユニットが複数並列に設けられた光源ユニット群を入力部から入力される点灯指示信号により点灯させる光源ユニット群点灯装置が開示されている。この光源ユニット群点灯装置は、光源ユニット群への通電を制御する点灯スイッチ部と、各光源ユニットの断線の有無を検出する断線検出部と、断線の有無の情報に基づいて点灯スイッチ部を制御するスイッチ制御部とを備えている。

特開２０１７－５１８５号公報 特開２００８－１６８７０６号公報

しかしながら、特許文献１に開示された手法によれば、断線を検出する機能がなく、光源回路（直列発光回路）が断線したことを認識することができないという問題ある。また、断線しても回路が停止せず、光源回路が点灯し続けるため、異常時に消灯するという要求がある場合に、これに応えることができない。さらに、断線した系統分の電流が他の光源回路に流れるため、光量が変動するが、その変動に対応することができない。

一方、特許文献２に開示された手法には、各光源回路（光源ユニット）の断線を検出する機能が開示されている。しかしながら、この手法によれば、各光源回路に対して電子部品及び信号配線を設ける必要があり、光源回路の数に応じてコストが増加してしまうという不都合がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、互いに並列接続された複数の光源回路の断線を簡素な構成で検出することができる車両用灯具を提供することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、定電流回路から出力される電流により駆動される車両用灯具を提供する。この車両用灯具は、直列に接続された複数の発光素子からなる光源回路が複数並列に接続され、一の光源回路をマスター光源回路として備えるとともに残余の光源回路を一つ以上のスレーブ光源回路として備える光源ユニットと、マスター光源回路に流れる電流に応じて、一つ以上のスレーブ光源回路のそれぞれに電流を流す第１カレントミラー回路と、光源回路のそれぞれについて断線を検出する断線検出部と、を有している。そして、断線検出部は、マスター光源回路に流れる電流に応じて、マスター光源回路及び一つ以上のスレーブ光源回路に並列接続され前記マスター光源回路及び前記一つ以上のスレーブ光源回路の断線を検出するための単一の断線検出ラインに検出用電流を流す第２カレントミラー回路と、検出用電流の変動に基づいて断線を判断する判断部と、を有している。

ここで、本発明は、一つ以上のスレーブ回路のいずれかが断線した場合、検出用電流は当該断線したスレーブ回路に流れていた電流に応じて増加し、マスター光源回路が断線した場合、検出用電流は停止することが好ましい。

また、本発明において、断線検出ラインは、検出用電流の変動を検出電圧の変動に変換する抵抗を備え、判断部は、検出電圧の変動に基づいて断線を判断することが好ましい。

本発明に係る車両用灯具によれば、互いに並列接続された複数の光源回路の断線を簡素な構成で検出することができる。

本実施形態に係る車両用灯具を模式的に示す構成図 検出電圧の電圧変動を示すタイミングチャート

以下、本実施形態に係る車両用灯具１について説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る車両用灯具１を模式的に示す構成図である。

車両用灯具１は、光源ユニット１０と、電源回路２０と、第１カレントミラー回路３０と、断線検出部４０とを主体に構成されている。この車両用灯具１は、電源回路２０からの電流を光源ユニット１０へと供給することで点灯する。

光源ユニット１０は、互いに並列接続された複数の光源回路、本実施形態では４つの光源回路１１を備えている。個々の光源回路１１は、それぞれ直列接続された複数の発光素子、例えばＬＥＤから構成されている。各光源回路１１のアノード側は、電源ラインＬｐに共通接続され、そのカソード側は、第１カレントミラー回路３０にそれぞれ接続されている。本実施形態において、これらの４つの光源回路１１のうち、一の光源回路１１をマスター光源回路１２といい、残余の光源回路１１をそれぞれスレーブ光源回路１３という。

電源回路２０は、定電流を出力する回路であり、出力電圧を変化させることができる。電源回路２０には、例えば定電流出力型ＤＣ／ＤＣコンバータ等を用いることができる。電源回路２０には、車両に搭載されたバッテリー等の直流電源（図示せず）が接続されている。また、電源回路２０には、光源ユニット１０に入力電流を供給するための電源ラインＬｐが接続されている。

第１カレントミラー回路３０は、各光源回路１１を流れる電流が等しくなるように、各光源回路１１に対して電源回路２０から供給される電流を分配する。具体的には、第１カレントミラー回路３０は、マスター光源回路１２に流れる電流に応じて、３つのスレーブ光源回路１３のそれぞれに電流を流す機能を備えている。第１カレントミラー回路３０は、各光源回路１１に直列に接続されたトランジスタＱ１～Ｑ４を備えている。

トランジスタＱ１～Ｑ４は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、マスター光源回路１２及び３つのスレーブ光源回路１３のそれぞれに直列接続されている。具体的には、トランジスタＱ１は、マスター光源回路１２に接続されている。残余のトランジスタＱ２～Ｑ４は、３つのスレーブ光源回路１３にそれぞれ接続されている。

トランジスタＱ１～Ｑ４のコレクタ端子は、マスター光源回路１２及びスレーブ光源回路１３のカソード側に接続されている。

トランジスタＱ１～Ｑ４のエミッタ端子は、抵抗Ｒ１～Ｒ４を介して接地ラインＬｇに接続されている。抵抗Ｒ１～Ｒ４は、エミッタ抵抗として機能する。抵抗Ｒ１～Ｒ４は、その両端電圧が所定の電圧となるように抵抗値が選定されている。抵抗Ｒ１～Ｒ４を設けることで、抵抗Ｒ１～Ｒ４に流れる電流により電位差が生じる。これにより、トランジスタＱ１～Ｑ４のベース－エミッタ間電圧のばらつきを吸収し、各光源回路１１に流れる電流を安定させることができる。

トランジスタＱ１～Ｑ４のベース端子は、共通接続されている。

また、第１カレントミラー回路３０には、トランジスタＱ５が接続されている。トランジスタＱ５は、電源ラインＬｐと、トランジスタＱ１～Ｑ４との間に接続されており、個々のトランジスタＱ１～Ｑ４に対してダーリントン接続されている。トランジスタＱ５のコレクタ端子は、電源ラインＬｐに接続され、そのエミッタ端子は、個々のトランジスタＱ１～Ｑ４のベース端子に共通接続されている。また、トランジスタＱ５のベース端子は、後述するトランジスタＱ６のエミッタ端子とトランジスタＱ１のコレクタ端子との接続点Ａに接続されている。

断線検出部４０は、光源回路１１のそれぞれについて断線を検出する。この断線検出部４０は、第２カレントミラー回路４１と、判断部４２とで構成されている。

第２カレントミラー回路４１は、マスター光源回路１２に流れる電流に応じて、マスター光源回路１２に並列接続された断線検出ラインＬｄに検出用電流を流す機能を備えている。第２カレントミラー回路４１は、トランジスタＱ６，Ｑ７を備えている。トランジスタＱ６，Ｑ７は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタである。

トランジスタＱ６のコレクタ端子は、マスター光源回路１２のカソード側に接続され、そのエミッタ端子は、トランジスタＱ１のコレクタ端子に接続されている。トランジスタＱ６のベース端子は、トランジスタＱ７のベース端子と共通接続されている。

トランジスタＱ７のコレクタ端子は、電源ラインＬｐに接続され、そのエミッタ端子は、抵抗Ｒ５を介して接地ラインＬｇに接続されている。電源ラインＬｐとの接続点から、トランジスタＱ７のコレクタ端子、トランジスタＱ７のエミッタ端子及び抵抗Ｒ５を介して、接地ラインＬｇへと至る経路により、断線検出ラインＬｄが構成される。

第２カレントミラー回路４１には、トランジスタＱ８が接続されている。トランジスタＱ８は、電源ラインＬｐと、トランジスタＱ６，Ｑ７との間に接続されており、個々のトランジスタＱ６，Ｑ７に対してダーリントン接続されている。トランジスタＱ８のコレクタ端子は、電源ラインＬｐに接続され、そのエミッタ端子は、トランジスタＱ６，Ｑ７のベース端子に共通接続されている。また、トランジスタＱ８のベース端子は、マスター光源回路１２のカソード側とトランジスタＱ６のコレクタ端子との接続点Ｂに接続されている。

判断部４２は、検出用電流の変動による断線検出ラインＬｄの電圧変動、すなわち、検出電圧Ｖａの変動に基づいて、光源ユニット１０の断線を判断する。判断部４２は、抵抗Ｒ５と、第１コンパレータ４３と、第２コンパレータ４４とで構成されている。

抵抗Ｒ５は、光源ユニット１０の非断線時に、その両端電圧が所定の電圧となるように抵抗値が選定されている。抵抗Ｒ５を設けることで、断線検出ラインＬｄを流れる電流（検出用電流）により電位差（検出電圧Ｖａ）が生じる。この際、検出用電流の電流変化は、検出電圧Ｖａの電圧変化として現れる。抵抗Ｒ５は、検出用電流の電流変化を、検出電圧Ｖａの電圧変化へと変換する機能を備えている。この電位差（検出電圧Ｖａ）を通じて、断線検出ラインＬｄの電圧変化を認識することができる。

第１コンパレータ４３の非反転入力端（＋）、及び第２コンパレータ４４の反転入力端子（－）は、トランジスタＱ７のエミッタ端子と抵抗Ｒ５との接続点にそれぞれ接続されている。

第１コンパレータ４３は、非反転入力端（＋）に入力される検出電圧Ｖａと、反転入力端（－）に入力される第１判定電圧Ｖｒｅｆ１とを比較することにより、第１断線検出信号Ｓ１を生成する。第１断線検出信号Ｓ１は、検出電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｒｅｆ１よりも高ければハイレベルとなり、検出電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｒｅｆ１よりも低ければローレベルとなる。

第２コンパレータ４４は、非反転入力端（＋）に入力される第２判定電圧Ｖｒｅｆ２と、反転入力端（－）に入力される検出電圧Ｖａとを比較することにより、第２断線検出信号Ｓ２を生成する。第２断線検出信号Ｓ２は、第２判定電圧Ｖｒｅｆ２が検出電圧Ｖａよりも高ければハイレベルとなり、第２判定電圧Ｖｒｅｆ２が検出電圧Ｖａよりも低ければローレベルとなる。

判断部４２による判断結果、すなわち、第１断線検出信号Ｓ１及び第２断線検出信号Ｓ２は、電源回路２０の出力電流を設定したり、光源ユニット１０の状況を報知したりする上位の制御部（図示せず）に対して出力される。

以下、本実施形態に係る車両用灯具１における断線検出処理について説明する。ここで、図２は、検出電圧Ｖａの電圧変動を示すタイミングチャートである。同図において、（ａ）は光源回路１１のいずれにも断線が発生していない状態を示すタイミングチャートである。（ｂ）はスレーブ光源回路１３のいずれかに断線が発生した状態を示すタイミングチャートであり、（ｃ）はマスター光源回路１２に断線が発生した状態を示すタイミングチャートである。

まず、光源回路１１のいずれにも断線が発生していない状態について説明する。電源回路２０から供給される定電流は、第１カレントミラー回路３０及び第２カレントミラー回路４１によって均等に分配され、各光源回路１１及び断線検出ラインＬｄをそれぞれ流れる。これにより、マスター光源回路１２及び３つのスレーブ光源回路１３のそれぞれが点灯する。電源回路２０からの定電流は、断線検出ラインＬｄ、マスター光源回路１２及び３つのスレーブ光源回路１３において均等に分流され、個々の回路に流れる電流ＩＬＥＤは、電源回路２０から出力される定電流の等分値（定電流の２０％値）になる。

ここで、トランジスタＱ５のコレクタ端子へと入力される電流Ｉｃ５は、電流ＩＬＥＤをトランジスタＱ５の増幅率ｈｆｅ５で除算した値（ＩＬＥＤ／ｈｆｅ５）となる。本実施形態において、トランジスタＱ５の増幅率ｈｆｅ５は、十分に大きなものが選択されており、トランジスタＱ５のコレクタ端子へと入力される電流Ｉｃ５は十分に小さいものとなっている。

同様に、トランジスタＱ８のコレクタ端子へと入力される電流Ｉｃ８は、電流ＩＬＥＤをトランジスタＱ８の増幅率ｈｆｅ８で除算した値（ＩＬＥＤ／ｈｆｅ８）となる。本実施形態において、トランジスタＱ８の増幅率ｈｆｅ８は、十分に大きなものが選択されており、トランジスタＱ８のコレクタ端子へと入力される電流Ｉｃ８は十分に小さいものとなっている。

断線検出部４０の判断部４２において、第１コンパレータ４３の反転入力端（－）に入力される第１判定電圧Ｖｒｅｆ１は、非断線時の電流ＩＬＥＤと抵抗Ｒ５とを基準に、以下の条件１を満たすように設定されている。
＜条件１＞
Ｒ５×ＩＬＥＤ ＜ Ｖｒｅｆ１ ＜ Ｒ５×（ＩＬＥＤ＋ＩＬＥＤ／４）

また、第２コンパレータ４４の非反転入力端（＋）に入力される第２判定電圧Ｖｒｅｆ２は、非断線時の電流ＩＬＥＤと抵抗Ｒ５とを基準に、以下に示す条件２を満たすように設定されている。
＜条件２＞
Ｖｒｅｆ２ ＜ Ｒ５×ＩＬＥＤ

したがって、判断部４２は、検出電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｒｅｆ２よりも大きく、かつ、第１判定電圧Ｖｒｅｆ１よりも小さいことを条件に、マスター光源回路１２及び３つのスレーブ光源回路１３のいずれも断線していないと判断することができる。この場合、判断部４２から出力される第１断線検出信号Ｓ１及び第２断線検出信号Ｓ２は、それぞれローレベルとなる。判断部４２に接続する上位の制御部は、第１断線検出信号Ｓ１及び第２断線検出信号Ｓ２がそれぞれローレベルであることを条件に、マスター光源回路１２及び３つのスレーブ光源回路１３のいずれも断線していないと認識することができる。

一方、３つのスレーブ光源回路１３のうち、いずれかのスレーブ光源回路１３が断線したとする。この場合、断線したスレーブ光源回路１３に流れていた電流が、断線検出ラインＬｄ、マスター光源回路１２、残余の２つのスレーブ光源回路１３に分流される。

検出電圧Ｖａは、断線前と断線後とで次のように変化する。
＜断線前＞
Ｖａ＝Ｒ５×ＩＬＥＤ
＜断線後＞
Ｖａ＝Ｒ５×ＩＬＥＤ＋Ｒ５×ＩＬＥＤ／４

断線後の検出電圧Ｖａは、第１判定電圧Ｖｒｅｆ１よりも大きくなる。したがって、判断部４２は、検出電圧Ｖａが第１判定電圧Ｖｒｅｆ１よりも大きいことを条件に、３つのスレーブ光源回路１３のうちいずれかが断線したことを判断することができる。この場合、判断部４２から出力される第１断線検出信号Ｓ１はハイレベルとなり、第２断線検出信号Ｓ２はローレベルとなる。判断部４２に接続する上位の制御部は、第１断線検出信号Ｓ１がハイレベルで、第２断線検出信号Ｓ２がローレベルであることを条件に、３つのスレーブ光源回路１３のいずれかに断線が生じたことを認識することができる。

これに対して、マスター光源回路１２が断線したとする。この場合、マスター光源回路１２のカソード側に直列接続されたトランジスタＱ６のコレクタ電流が停止する。このため、第２カレントミラー回路４１の動作が停止する。そして、断線検出ラインＬｄの電流も停止する。

断線後の検出電圧Ｖａは、第２判定電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さくなる。したがって、判断部４２は、検出電圧Ｖａが第２判定電圧Ｖｒｅｆ２よりも小さいことを条件に、マスター光源回路１２が断線したことを判断することができる。この場合、判断部４２から出力される第１断線検出信号Ｓ１はローレベルとなり、第２断線検出信号Ｓ２はハイレベルとなる。判断部４２に接続する上位の制御部は、第１断線検出信号Ｓ１がローレベルで、第２断線検出信号Ｓ２がハイレベルであることを条件に、マスター光源回路１２に断線が生じたことを認識することができる。

このように本実施形態の車両用灯具１によれば、第１カレントミラー回路３０を用いることで、複数の光源回路１１に対して電源回路２０からの定電流を均等に分配することができる。これにより、多数の光源回路１１を並列接続することができるので、個々の光源回路１１が備える発光素子の直列数を減らすことができ、個々の光源回路１１に作用する電圧を低下させることができる。その結果、定格電圧が低い電子部品で車両用灯具１を構成することができる。

また、本実施形態の車両用灯具１によれば、第２カレントミラー回路４１により、マスター光源回路１２の電流に応じて断線検出ラインＬｄに対して電流を分配している。これにより、マスター光源回路１２の断線、及び３つのスレーブ光源回路１３の断線により、断線検出ラインＬｄを流れる検出用電流が変動する。そのため、この断線検出ラインＬｄの検出用電流の変動を監視することで、マスター光源回路１２及び３つのスレーブ光源回路１３の断線をそれぞれ判断することができる。

また、本実施形態の車両用灯具１によれば、断線検出部４０を光源回路１１のそれぞれに配置せずに、マスター光源回路１２側に纏めることができる。これにより、部品点数の削減、及び回路構成の小型化を実現することができる。したがって、簡素な構成で断線検出を行うことができる。

また、本実施形態の車両用灯具１によれば、断線検出部４０を備えているので、その検出結果を有効に利用することができる。これにより、上位の制御部において、電源回路２０の出力電流を調整したり、光源ユニット１０の状況を報知したりすることができる。

また、本実施形態では、ダーリントン接続されたトランジスタＱ５及びトランジスタＱ８を備えている。これにより、電流値のばらつきを抑制することができる。

また、本実施形態において、断線検出ラインＬｄは、検出用電流の電流変化を検出電圧Ｖａの電圧変化へと切り替える抵抗Ｒ５を備えている。これにより、第１コンパレータ４３及び第２コンパレータ４４による電圧比較を通じて、断線を的確に検出することができる。

以上、本発明の実施形態に係る車両用灯具について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その発明の範囲内において種々の変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、本実施形態では、３系統のスレーブ光源回路を例示した。しかしながら、スレーブ光源回路は１系統以上であればよく、３系統に限定されるものではない。

１ 車両用灯具
１０ 光源ユニット
１１ 光源回路
１２ マスター光源回路
１３ スレーブ光源回路
２０ 電源回路
３０ 第１カレントミラー回路
４０ 断線検出部
４１ 第２カレントミラー回路
４２ 判断部
４３ 第１コンパレータ
４４ 第２コンパレータ
Ｌｄ 断線検出ライン
Ｌｇ 接地ライン
Ｌｐ 電源ライン
Ｑ１～Ｑ８ トランジスタ
Ｒ１～Ｒ５ 抵抗

Claims (3)

1. 定電流回路から出力される電流により駆動される車両用灯具において、
   直列に接続された複数の発光素子からなる光源回路が複数並列に接続され、一の光源回路をマスター光源回路として備えるとともに残余の光源回路を一つ以上のスレーブ光源回路として備える光源ユニットと、
   前記マスター光源回路に流れる電流に応じて、前記一つ以上のスレーブ光源回路のそれぞれに電流を流す第１カレントミラー回路と、
   前記光源回路のそれぞれについて断線を検出する断線検出部と、を有し、
   前記断線検出部は、
   前記マスター光源回路に流れる電流に応じて、前記マスター光源回路及び前記一つ以上のスレーブ光源回路に並列接続され前記マスター光源回路及び前記一つ以上のスレーブ光源回路の断線を検出するための単一の断線検出ラインに検出用電流を流す第２カレントミラー回路と、
   前記検出用電流の変動に基づいて断線を判断する判断部と、
   を有する車両用灯具。
2. 前記一つ以上のスレーブ回路のいずれかが断線した場合、前記検出用電流は当該断線したスレーブ回路に流れていた電流に応じて増加し、
   前記マスター光源回路が断線した場合、前記検出用電流は停止する
   請求項１記載の車両用灯具。
3. 前記断線検出ラインは、前記検出用電流の変動を検出電圧の変動に変換する抵抗を備え、
   前記判断部は、前記検出電圧の変動に基づいて断線を判断する
   請求項１又は２記載の車両用灯具。

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