JP7131054B2

JP7131054B2 - 車両用灯具

Info

Publication number: JP7131054B2
Application number: JP2018083708A
Authority: JP
Inventors: 友宏丸山
Original assignee: Ichikoh Industries Ltd
Current assignee: Ichikoh Industries Ltd
Priority date: 2018-04-25
Filing date: 2018-04-25
Publication date: 2022-09-06
Anticipated expiration: 2038-04-25
Also published as: JP2019192478A

Description

本発明は、車両用灯具に関する。

近年、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）等の発光素子を光源とするランプユニットが車両用灯具に採用されている（例えば特許文献１，２参照）。

特開２０１４－２１３６６３号公報特開２０１５－１１０３５７号公報

しかし、特許文献１，２に記載のような従来技術は、発光素子がオープン故障等した場合であっても、バイパス回路に電流が流れる。よって、入力電流が故障閾値以下にならないため、故障検出を確実に行うことができない恐れがある。

本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、故障検出を確実に行うことができるようにするものである。

本開示の一側面である車両用灯具は、直列接続された複数の発光素子と、前記複数の発光素子に入力電流を供給する電源部と、前記複数の発光素子の少なくとも一部の発光素子に並列に接続され、前記入力電流のバイパス経路をオン状態及びオフ状態の何れか一方に形成するバイパス回路と、前記バイパス回路により形成される前記バイパス経路をオン状態及びオフ状態の何れか一方に制御するバイパス駆動回路と、前記複数の発光素子のうち前記バイパス回路と並列に接続された発光素子の何れかがオフ状態であるか否かに応じて、前記バイパス駆動回路により前記バイパス経路をオン状態に維持する制御を停止させるフェールセーフ回路と、を備え、前記バイパス回路は、前記フェールセーフ回路により前記バイパス経路をオン状態に維持する制御が停止する場合、前記バイパス経路をオフ状態に形成する。

また、本開示の一側面である車両用灯具においては、前記フェールセーフ回路は、前記複数の発光素子のうち前記バイパス回路と並列に接続されている発光素子がオープン状態であるか否かを検出するオープン検出回路と、前記オープン検出回路により前記オープン状態であると検出された場合、前記バイパス駆動回路が前記バイパス経路をオン状態に維持する制御を停止させるバイパス停止回路と、を備える、ことが好ましい。

本開示の一側面によれば、故障検出を確実に行うことができる。

本開示を適用した実施形態に係る車両用灯具のブロック図である。本開示を適用した実施形態に係る車両用灯具の回路図である。本開示を適用した実施形態に係る電圧波形のタイミングチャートである。

以下、本開示を適用した車両用灯具の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではない。

（概略構成）
図１は、本開示を適用した実施形態に係る車両用灯具のブロック図である。車両用灯具は、例えば前照灯（ヘッドランプ）であって、ヘッドランプユニットが車両の前部の左右両端部に搭載されている。車両用灯具は、バイパス回路２１、バイパス駆動回路２２、フェールセーフ回路２３、電流制御回路２４、及び発光素子３１Ａ～３１Ｃを備えている。なお、図１においては、ダイオードＤ１、電源部１１、点灯スイッチ２、車載バッテリー１、制御部３、及びＥＣＵ４も併せて示している。また、発光素子３１Ａ～３１Ｃについては、特に個々を区別する必要がない場合、発光素子３１と称する。発光素子３１は、例えば、ＬＥＤ又はＯＥＬ（有機ＥＬ）を用いたＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）等の自発光半導体光源である。

車両用灯具では、発光素子３１として、ＬＥＤが直列接続されている。車両用灯具は、点灯スイッチ２がオン状態に操作された場合、車載バッテリー１から印加される直流電圧を用いて電源部１１が発光素子３１に入力電流Ｉ＿ｉｎを流し、発光素子３１を発光させる。電源部１１は、例えば不図示のスイッチングレギュレータとして、ＤＣ－ＤＣコンバータにより構成されている。電源部１１は、制御部３から供給されるオン／オフ制御信号により、コンバータ動作時にスイッチングレギュレータのスイッチング制御が行われる。なお、制御部３はＥＣＵ４からの制御指令により動作する。電源部１１の入力側は端子１１ａ，１１ｂを介して車載バッテリー１の正極と負極（グランド）に接続されている。電源部１１の出力側は端子１１ｃ，１１ｄを介して光源を構成する発光素子３１Ａ～３１Ｃと接続されている。つまり、電源部１１は、端子１１ａ，１１ｂ間の直流電圧を昇圧又は降圧して発光素子３１Ａ～３１Ｃの発光駆動のための入力電圧Ｖ＿ｉｎを生成し、端子１１ｃ，１１ｄから出力する。よって、電源部１１が複数の発光素子３１に入力電流Ｉ＿ｉｎを供給する。

バイパス回路２１は、複数の発光素子３１の少なくとも一部の発光素子３１に並列に接続され、入力電流Ｉ＿ｉｎのバイパス経路をオン状態及びオフ状態の何れか一方に形成する。図１の一例においては、バイパス回路２１は、複数の発光素子３１のうち発光素子３１Ａに並列に接続されている。つまり、バイパス回路２１は、発光素子３１Ｂ，３１Ｃに直列に接続されている。バイパス駆動回路２２は、バイパス回路２１により形成されるバイパス経路をオン状態及びオフ状態の何れか一方に制御する。フェールセーフ回路２３は、オープン検出回路２３１及びバイパス停止回路２３２を備え、複数の発光素子３１の何れかがオフ状態であるか否かに応じて、バイパス駆動回路２２によりバイパス経路をオン状態に維持する制御を停止させる。

オープン検出回路２３１は、複数の発光素子３１のうちバイパス回路２１と並列に接続されている発光素子３１Ａがオープン状態であるか否かを検出する。発光素子３１は、ショート（短絡）状態又はオープン（断線）状態である場合、異常状態である。よって、オープン検出回路２３１は、発光素子３１Ａがオープン状態であるか否かを検出することで、発光素子３１Ａの故障検出を行う。バイパス停止回路２３２は、オープン検出回路２３１により発光素子３１Ａがオープン状態であると検出された場合、バイパス駆動回路２２によりバイパス経路をオン状態に維持する制御を停止させる。電流制御回路２４は、入力電流Ｉ＿ｉｎのような直流電流を限流制御するものである。

ところで、車両用灯具を点灯させる場合、車両側で入力電流Ｉ＿ｉｎをモニターし、入力電流Ｉ＿ｉｎが故障閾値以下と判定された場合、ドライバーに故障を報知する。図１に示すように、発光素子３１を３個直列に接続した状態で、制御部３が定電流駆動で電源部１１を制御する場合、入力電流Ｉ＿ｉｎは、入力電圧Ｖ＿ｉｎが低いときには発光素子３１の順方向電圧Ｖｆに大きく依存する。周囲温度が通常温度であれば車両用灯具に使用される発光素子３１の順方向電圧Ｖｆは約３．０Ｖである。しかし、周囲温度が低温であれば発光素子３１の順方向電圧Ｖｆは約３．３Ｖである。よって、発光素子３１が３個直列に接続されている場合、入力電圧Ｖ＿ｉｎが故障検出の動作電圧範囲内である１０Ｖ以上になっても、入力電流Ｉ＿ｉｎは発光素子３１のそれぞれにほとんど流れない。したがって、発光素子３１のそれぞれが正常であるにもかかわらず、入力電流Ｉ＿ｉｎが故障閾値以下となるため、発光素子３１の何れかが故障であると検出する。つまり、故障検出が誤作動する。

そこで、入力電圧Ｖ＿ｉｎが低いときには、１個以上の発光素子３１をバイパスさせる回路構成により、直列接続されている発光素子３１を２個以下とする。このような接続構成により、発光素子３１のトータルの順方向電圧Ｖｆを下げることができるので、故障検出の最低動作電圧であっても、入力電流Ｉ＿ｉｎが故障閾値を超えることができる。よって、故障検出が誤作動する状況を回避することができる。

なお、バイパスさせる回路構成でなければ、複数の発光素子３１の何れかがオープン故障したときには、直列接続された発光素子３１がオープンしているため入力電流Ｉ＿ｉｎが流れることがない。よって、入力電流Ｉ＿ｉｎが故障閾値以下と判定され、故障検出される。しかし、バイパスさせる回路構成であれば、複数の発光素子３１の何れかがオープン故障したときには、入力電圧Ｖ＿ｉｎが後述するブレークダウン電圧ＶＢのようなバイパス切替電圧になるまではバイパスさせる回路構成に入力電流Ｉ＿ｉｎが流れる。この結果、入力電圧Ｖ＿ｉｎが故障検出の動作電圧範囲内であっても入力電流Ｉ＿ｉｎが故障閾値以下にならないため、入力電流Ｉ＿ｉｎが故障閾値以下と判定されることがない。したがって、故障検出が作動しない恐れがある。そこで、バイパスさせる回路構成と並列に接続されている発光素子３１がオープン故障したときには、バイパスさせる回路構成をキャンセルさせる。このような制御により、発光素子３１がオープン故障時であっても入力電流Ｉ＿ｉｎが故障閾値を確実に下回る。具体的には、バイパス回路２１は、フェールセーフ回路２３によりバイパス経路をオン状態に維持する制御が停止する場合、バイパス経路をオフ状態に形成する。

（回路構成）
図２は、本開示を適用した実施形態に係る車両用灯具の回路図である。電源部１１から供給される電流は、アノード側が端子１１ｃに接続されているダイオードＤ１により一方向に制御され、端子１１ｃと端子１１ｄとの間に並列に接続されているコンデンサＣ１，Ｃ２により高調波等のノイズ成分が除去される。発光素子３１Ａ～３１Ｃに流れる入力電流Ｉ＿ｉｎは、発光素子３１Ａ～３１Ｃと並列に接続されたコンデンサＣ３によりノイズ成分が除去される。また、端子１１ｃと端子１１ｄとの間には、過渡電圧抑制ダイオードＴＶＳ１が並列に接続され、車両用灯具の各種素子が保護されている。バイパス回路２１は、スイッチング素子Ｑ４を備えている。スイッチング素子Ｑ４は、ＰＮＰ型のトランジスタである。スイッチング素子Ｑ４は、コレクタ側が発光素子３１Ａのカソード側と発光素子３１Ｂのアノード側との間の接続点に接続され、エミッタ側が端子１１ｃ側に接続されている。つまり、バイパス経路は、スイッチング素子Ｑ４を含む経路であり、且つ発光素子３１Ａと並列に接続されている経路となる。

オープン検出回路２３１は、スイッチング素子Ｑ５及び抵抗Ｒ８，Ｒ１０を備えている。バイパス停止回路２３２は、スイッチング素子Ｑ６及び抵抗Ｒ９を備えている。バイパス駆動回路２２は、スイッチング素子Ｑ３、抵抗Ｒ６，Ｒ７、及びツェナーダイオードＺＤ１を備えている。スイッチング素子Ｑ５は、ＮＰＮ型のトランジスタである。スイッチング素子Ｑ５は、コレクタ側がスイッチング素子Ｑ６のベース側に接続され、エミッタ側がグランドに接続され、ベース側が抵抗Ｒ８の一端と抵抗Ｒ１０の一端との接続点に接続されている。抵抗Ｒ８の他端は発光素子３１Ａのカソード側と発光素子３１Ｂのアノード側との間に接続されている。なお、抵抗Ｒ１０の他端はグランドに接続されている。スイッチング素子Ｑ６は、ＮＰＮ型のトランジスタである。スイッチング素子Ｑ６は、コレクタ側が抵抗Ｒ６の一端とツェナーダイオードＺＤ１のカソード側との接続点に接続され、エミッタ側がグランドに接続され、ベース側がスイッチング素子Ｑ５のコレクタ側に接続されている。なお、抵抗Ｒ９は、一端が端子１１ｃ側に接続され、他端がスイッチング素子Ｑ６のベース側に接続されている。

スイッチング素子Ｑ３は、ＰＮＰ型のトランジスタである。スイッチング素子Ｑ３は、コレクタ側がスイッチング素子Ｑ４のベース側と抵抗Ｒ７の一端との接続点に接続され、エミッタ側が端子１１ｃ側に接続され、ベース側が抵抗Ｒ６の他端と接続されている。ツェナーダイオードＺＤ１は、ブレークダウン電圧ＶＢが、発光素子３１Ａの順方向電圧Ｖｆよりも大きいものが使用され、例えば約１２Ｖである。なお、ツェナーダイオードＺＤ１のアノード側及び抵抗Ｒ７の他端はグランドに接続されている。

電流制御回路２４は、抵抗Ｒ１～Ｒ５及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備えている。スイッチング素子Ｑ１は、ＮＰＮ型のトランジスタである。スイッチング素子Ｑ２は、ＮチャネルのＭＯＳ－ＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ－ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。スイッチング素子Ｑ１は、コレクタ側が抵抗Ｒ１の一端に接続され、エミッタ側がグランドに接続され、ベース側がスイッチング素子Ｑ２のソース側に接続されている。抵抗Ｒ１の他端は端子１１ｃ側に接続されている。スイッチング素子Ｑ２は、ゲート側がスイッチング素子Ｑ１のコレクタ側に接続され、ドレイン側が発光素子３１Ｃのカソード側に接続され、ソース側がスイッチング素子Ｑ１のベース側及び抵抗Ｒ３～Ｒ５の一端に接続されている。抵抗Ｒ３～Ｒ５は並列に接続され、一端がスイッチング素子Ｑ２のソース側に接続され、他端がグランドに接続されている。抵抗Ｒ２は、一端がスイッチング素子Ｑ２のゲート側に接続され、他端がグランドに接続されている。

（回路動作）
図３は、本開示を適用した実施形態に係る電圧波形のタイミングチャートである。図３（Ａ）は、正常時の入力電圧Ｖ＿ｉｎの電圧波形である。図３（Ｂ）は、発光素子３１Ａがオープン故障時の入力電圧Ｖ＿ｉｎの電圧波形である。点灯スイッチ２が操作され、車載バッテリー１の電圧が電源部１１を介してバイパス回路２１、バイパス駆動回路２２、フェールセーフ回路２３、発光素子３１、及び電流制御回路２４に印加されるような電源投入時、スイッチング素子Ｑ６がオン状態になり、同時にスイッチング素子Ｑ３もオン状態になる。このとき、スイッチング素子Ｑ４はオフ状態となるため、電源投入直後は、発光素子３１が３個直列接続されている回路構成となる。発光素子３１Ａが正常時であれば、入力電圧Ｖ＿ｉｎが上昇し、発光素子３１Ａのカソード側の電圧がスイッチング素子Ｑ５の飽和領域になるようなベース電流を流すと、スイッチング素子Ｑ５がオン状態になる。スイッチング素子Ｑ５がオン状態になると、スイッチング素子Ｑ６はオフ状態になる。スイッチング素子Ｑ６がオフ状態になると、ツェナーダイオードＺＤ１のカソード側に係る電圧がブレークダウン電圧ＶＢに到達してツェナー電流がツェナーダイオードＺＤ１に流れるまではスイッチング素子Ｑ３はオフ状態である。スイッチング素子Ｑ３がオフ状態になると、スイッチング素子Ｑ４はオン状態になる。スイッチング素子Ｑ４がオン状態になると、発光素子３１Ａはバイパスされるので、発光素子３１Ｂ及び発光素子３１Ｃが２個直列接続される回路構成となる。入力電圧Ｖ＿ｉｎが約１２Ｖになると、ツェナーダイオードＺＤ１のカソード側に係る電圧がブレークダウン電圧ＶＢに十分に到達するので、ツェナー電流がツェナーダイオードＺＤ１に十分に流れ、スイッチング素子Ｑ３が完全にオン状態になる。スイッチング素子Ｑ３が完全にオン状態になると、スイッチング素子Ｑ４はオフ状態となるので、発光素子３１が再度３個直列接続される回路構成となる。

しかし、発光素子３１Ａがオープン故障を起こした場合は上記とは異なる回路動作となる。電源投入直後は、上記と同様に、スイッチング素子Ｑ６がオン状態になり、同時にスイッチング素子Ｑ３もオン状態になる。このとき、スイッチング素子Ｑ４はオフ状態となる。発光素子３１Ａはオープン故障しているため、入力電圧Ｖ＿ｉｎが上昇しても、発光素子３１Ａのカソード側の電圧は上昇しない。よって、発光素子３１Ａのカソード側の電圧がスイッチング素子Ｑ５の飽和領域になるようなベース電流を流すことはないため、スイッチング素子Ｑ５はオン状態にはならない。よって、スイッチング素子Ｑ６はオン状態を維持するため、バイパス回路２１が作動しない。この結果、電流は、スイッチング素子Ｑ６に流れ、発光素子３１Ａ～３１Ｃには流れないため、入力電流Ｉ＿ｉｎは大幅に減少する。したがって、入力電流Ｉ＿ｉｎは、故障閾値以下となり、確実に故障検出される。

換言すれば、従来の回路構成であれば、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６、抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０が設けられていないため、入力電圧Ｖ＿ｉｎがブレークダウン電圧ＶＢに到達するまでは、バイパス回路２１に電流が流れるため、正常時の入力電流Ｉ＿ｉｎと同様の電流が流れてしまうが、本実施形態のように、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６、抵抗Ｒ８，Ｒ９，Ｒ１０が設けられていれば、発光素子３１Ａがオープン故障した際、スイッチング素子Ｑ４を含むバイパス回路２１の作動がキャンセルされ、故障検出の動作範囲例えば１０Ｖ～１６Ｖでは、入力電流Ｉ＿ｉｎを故障閾値以下とすることが可能である。

以上の説明から、本実施形態において、バイパス経路をオフ状態に維持させる制御が停止する場合、バイパス経路がオフ状態に形成される。よって、複数の発光素子３１の何れかがオフ状態であれば、複数の発光素子３１のそれぞれに流れる入力電流Ｉ＿ｉｎは大幅に減少する。したがって、複数の発光素子３１の何れかがオフ状態であれば、入力電流Ｉ＿ｉｎが故障閾値以下となるため、故障検出を確実に行うことができる。

また、本実施形態において、複数の発光素子３１のうちバイパス回路２１と並列に接続されている発光素子３１がオープン状態であると検出された場合、バイパス経路をオン状態に維持する制御が停止される。よって、発光素子３１がオープン故障している場合にはバイパス回路２１には入力電流Ｉ＿ｉｎが流れず、且つ複数の発光素子３１のそれぞれにも入力電流Ｉ＿ｉｎが流れない。したがって、入力電流Ｉ＿ｉｎが増加する回路要素がないため、入力電流Ｉ＿ｉｎを確実に故障閾値以下とすることができる。

以上、本開示を適用した車両用灯具を実施形態に基づいて説明したが、本開示はこれに限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよい。

例えば、オープン検出回路２３１はトランジスタをバイパススイッチとして機能させる回路構成の一例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、オープン検出回路２３１はＭＯＳ－ＦＥＴをバイパススイッチとして機能させる回路構成であってもよい。

また、例えば、車両用灯具が前照灯として組み込まれている一例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、車両用灯具が尾灯として組み込まれるものであってもよい。

また、例えば、発光素子３１が、ＬＥＤからなる一例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、発光素子３１が半導体レーザーからなるものであってもよい。この場合、ヘッドランプユニットは、擬似白色を形成するために、例えば、青色レーザーダイオードと、黄色蛍光体と、が設けられ、青色光と、黄色光とを凸レンズで集光し、集光させた光を凹レンズで拡散して出射させればよい。

また、例えば、３個の発光素子３１が直列に接続され、３個の発光素子３１のうち発光素子３１Ａにバイパス回路２１が並列に接続されている一例について説明したが、特にこれに限定されるものではない。例えば、４個以上の複数の発光素子３１が直列に接続され、４個以上の複数の発光素子３１のうち２個の発光素子３１にバイパス回路２１が並列に接続されていてもよい。つまり、バイパス回路２１は、複数の発光素子３１の少なくとも一部の発光素子３１に並列に接続されていればよい。

１車載バッテリー
２点灯スイッチ
３制御部
４ＥＣＵ
１１電源部
１１ａ～１１ｄ端子
２１バイパス回路
２２バイパス駆動回路
２３フェールセーフ回路、２３１オープン検出回路、２３２バイパス停止回路
２４電流制御回路
３１，３１Ａ～３１Ｃ発光素子
Ｉ＿ｉｎ入力電流
Ｖ＿ｉｎ入力電圧
Ｖｆ順方向電圧
ＶＢブレークダウン電圧
Ｄ１ダイオード
ＴＶＳ１過渡電圧抑制ダイオード
ＺＤ１ツェナーダイオード
Ｑ１～Ｑ６スイッチング素子
Ｃ１～Ｃ３コンデンサ
Ｒ１～Ｒ１０抵抗

Claims

直列接続された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子に入力電流を供給する電源部と、
前記複数の発光素子の少なくとも一部の発光素子に並列に接続され、前記入力電流のバイパス経路をオン状態及びオフ状態の何れか一方に形成するバイパス回路と、
前記バイパス回路により形成される前記バイパス経路をオン状態及びオフ状態の何れか一方に制御するバイパス駆動回路と、
前記複数の発光素子のうち前記バイパス回路と並列に接続された発光素子の何れかがオフ状態であるか否かに応じて、前記バイパス駆動回路により前記バイパス経路をオン状態に維持する制御を停止させるフェールセーフ回路と、
を備え、
前記バイパス回路は、
前記フェールセーフ回路により前記バイパス経路をオン状態に維持する制御が停止する場合、前記バイパス経路をオフ状態に形成する、
車両用灯具。
前記フェールセーフ回路は、
前記複数の発光素子のうち前記バイパス回路と並列に接続されている発光素子がオープン状態であるか否かを検出するオープン検出回路と、
前記オープン検出回路により前記オープン状態であると検出された場合、前記バイパス駆動回路が前記バイパス経路をオン状態に維持する制御を停止させるバイパス停止回路と、
を備える、
請求項１に記載の車両用灯具。