JP7193529B2

JP7193529B2 - 点灯回路および車両用灯具

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Publication number: JP7193529B2
Application number: JP2020509836A
Authority: JP
Inventors: 真司太田
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-03-28
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2022-12-20
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: US20210014945A1; WO2019188217A1; JPWO2019188217A1; CN111903193A; US11382194B2; CN111903193B

Description

本発明は、自動車などに用いられる灯具に関する。

図１は、車両用灯具のブロック図である。車両用灯具１００Ｒは、光源１０２と、点灯回路２００Ｒを備える。光源１０２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）、有機ＥＬなどの半導体発光素子である。点灯回路２００Ｒは、光源１０２に駆動電流Ｉ_ＬＥＤを供給し、光源１０２を所望の輝度で発光させる。

点灯回路２００Ｒは、駆動回路２１０および制御回路２２０を備える。駆動回路２１０は、光源１０２に駆動電流Ｉ_ＬＥＤを供給する。制御回路２２０は、光源１０２の点消灯を指示する制御信号Ｓ１を生成する。たとえば制御信号Ｓ１のハイは光源１０２の点灯に、制御信号Ｓ１のローは光源１０２の消灯に対応する。

駆動回路２１０は、制御信号Ｓ１に応じて、駆動電流Ｉ_ＬＥＤの供給（オン）、遮断（オフ）を切り替える。

制御回路２２０は、光源１０２が正常に点灯しているか否かを判定する異常検出機能を備える。この異常検出には、光源１０２のＩ－Ｖ（電流電圧特性）が利用される。具体的には、光源１０２の点灯状態において、光源１０２に駆動電流Ｉ_ＬＥＤが流れると、その両端間には、物性値として決まる電圧降下（順方向電圧）Ｖ_Ｆが発生する。駆動電流Ｉ_ＬＥＤがゼロになると、光源１０２の両端間の電圧はゼロとなる。したがって、順方向電圧Ｖ_Ｆより低いしきい値Ｖ_ＴＨを規定し、光源１０２の両端間電圧をしきい値Ｖ_ＴＨと比較することにより、光源１０２の点消灯状態を判定できる。制御回路２２０は、自らが指示した点消灯状態（制御信号Ｓ１）と、判定した点消灯状態と比較し、それらが不一致の場合には、異常状態と判定できる。具体的には、光源１０２の点灯を指示しているにもかかわらず、光源１０２の両端間電圧Ｖ_ＬＥＤがしきい値Ｖ_ＴＨより低いときには、異常状態と判定する。

特開２００５－３０２３１１号公報

本発明者は、図１の車両用灯具１００Ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。光源１０２の消灯状態において、光源１０２に強い光が入射すると、光源１０２がフォトダイオードのように振る舞い、光電効果によって起電力が発生する。この起電力がしきい値電圧Ｖ_ＴＨを超えると、実際には消灯状態であるにもかかわらず、制御回路２２０は、点灯状態と誤判定し、ひいては異常状態と誤判定されてしまう。

なお、このような問題は、光源１０２と並列なバイパススイッチを備え、バイパススイッチのオン、オフに応じて光源１０２の点消灯を制御するバイパス方式の点灯回路では生じない。なぜならバイパス方式では、光源１０２を消灯させるときにバイパススイッチがオンとなり、バイパススイッチにより光源１０２の両端間がショートされるため、光源に強い光が入射したとしても、バイパススイッチによって両端間電圧がクランプされるからである。

本発明は係る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、光源の点消灯の誤判定を抑制可能な点灯回路の提供にある。

本発明のある態様は、光源の点灯回路に関する。点灯回路は、光源に流れる駆動電流をオン、オフすることにより光源の点灯、消灯を制御する駆動回路と、光源の両端間電圧をしきい値と比較し、比較結果に応じて光源の点消灯を判定する判定回路と、光源と並列に設けられた第１抵抗と、を備える。

本発明の別の態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、光源と、光源を駆動す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、光源の点消灯状態の誤判定を防止できる。

車両用灯具のブロック図である。実施の形態に係る点灯回路を備える車両用灯具のブロック図である。フォトダイオードのＩ－Ｖ特性を示す図である。図４（ａ）～（ｃ）は、判定回路の構成例を示す回路図である。図５（ａ）、（ｂ）は、駆動回路の構成例を示すブロック図である。

（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、光源の点灯回路に関する。点灯回路は、光源に流れる駆動電流をオン、オフすることにより光源の点灯、消灯を制御する駆動回路と、光源の両端間電圧をしきい値と比較し、比較結果に応じて光源の点消灯を判定する判定回路と、光源と並列に設けられた第１抵抗と、を備える。

これによると、光源の消灯状態において、日光などの強い光が入射した際に、光電効果によって光源に逆向きに流れる電流を第１抵抗に逃がすことができる。これにより、光源の消灯状態では光源の両端間電圧をしきい値より低く維持でき、点消灯の誤判定、ひいては異常の誤検出を防止できる。

判定回路は、光源の両端間電圧を分圧する第２抵抗および第３抵抗を含み、分圧後の電圧にもとづいて光源の点消灯を判定してもよい。第１抵抗の抵抗値は、第２抵抗と第３抵抗の抵抗値の合計よりも低くてもよい。

第１抵抗は、第２抵抗要素と第３抵抗要素の直列接続であってもよい。判定回路は、第２抵抗要素と第３抵抗要素の接続ノードの電圧にもとづいて光源の点消灯を判定してもよい。第２抵抗要素と第３抵抗要素からなる分圧回路の抵抗値を十分に低く設定することにより、分圧回路を第１抵抗として機能させることができる。

第１抵抗の抵抗値は、光源の消灯状態において光源に日光が入射したときに、光源の両端間電圧がしきい値の１／２倍より低く、より好ましくは１／５倍より低くなるように定められてもよい。

（実施の形態）
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。

本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。

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。

図２は、実施の形態に係る点灯回路２００を備える車両用灯具１００のブロック図である。車両用灯具１００は、光源１０２と、光源１０２の点消灯および輝度を制御する点灯回路２００と、を備える。光源１０２は典型的にはＬＥＤであるが、ＬＤや有機ＥＬなどのその他の半導体発光デバイスであってもよい。

点灯回路２００は、駆動回路２１０および制御回路２２０を備える。駆動回路２１０は、制御回路２２０から供給される制御信号Ｓ１に応じて光源１０２に流れる駆動電流Ｉ_ＬＥＤをオン、オフすることにより光源１０２の点灯、消灯を制御する。また駆動回路２１０は、駆動電流Ｉ_ＬＥＤをアナログ的に変化することにより、光源１０２の輝度を制御可能であってもよい。制御信号Ｓ１にもとづく光源１０２のオン、オフの切替は、長い時間スケールで発生してもよいし、ＰＷＭ調光のように短い周期で発生してもよい。

制御回路２２０は、コントローラ２２２および判定回路２２４を含む。コントローラ２２２は、駆動回路２１０に対して制御信号Ｓ１を供給する。判定回路２２４は、光源１０２の両端間電圧Ｖ_ＬＥＤをしきい値Ｖ_ＴＨと比較し、比較結果に応じて光源１０２の点消灯を判定する。具体的には判定回路２２４は、Ｖ_ＬＥＤ＞Ｖ_ＴＨのとき点灯、Ｖ_ＬＥＤ＜Ｖ_ＴＨのとき消灯と判定する。

第１抵抗Ｒ１は、光源１０２と並列に設けられる。第１抵抗Ｒ１の抵抗値は、光源１０２の消灯状態において、光源１０２に強い光が入射したときに光源１０２の両端間電圧Ｖ_ＬＥＤ’がしきい値Ｖ_ＴＨより低くなるように定められる。たとえば光源１０２の点灯状態における両端間電圧Ｖ_ＬＥＤがＶ_Ｆ＝３Ｖ、しきい値Ｖ_ＴＨはＶ_Ｆ／２＝１．５Ｖであるとする。光源１０２に強い光が入射したときに光源１０２の両端間電圧Ｖ_ＬＥＤ’は、１．５Ｖより低くなるように、第１抵抗Ｒ１の抵抗値が定められる。

ここでは、強い光が入射した光源１０２の特性が、フォトダイオードと同じであるとする。図３は、フォトダイオードのＩ－Ｖ特性を示す図である。入射強度がゼロの状態では、フォトダイオードのＩ－Ｖ特性は実線に示すようにＬＥＤのそれと同様である。フォトダイオードに光が入射すると、Ｉ－Ｖ特性が負側にシフトし、シフト量は光量に依存する。光入射時にフォトダイオードの両端間が開放されているとき、その両端間には、開放電圧Ｖ_ＯＣが生ずる。光入射時にフォトダイオードの両端間が低インピーダンスで短絡されているとき、フォトダイオードは電流源として振る舞い、逆方向に電流Ｉ_ＳＣが流れる。電流Ｉ_ＳＣは入射光量に実質的に比例する。

図２に戻る。光源１０２に光が入射したときの電流Ｉ_ＳＣが、抵抗Ｒ１に流れることにより電位差Ｖ_ＬＥＤ’が発生する。
Ｖ_ＬＥＤ’＝Ｉ_ＳＣ×Ｒ１

車両用灯具１００の使用において想定される最大入射光量が入射したときの電流をＩ_{ＳＣ（ＭＡＸ）}とする。このとき、第１抵抗Ｒ１の抵抗値は、以下の関係を満たすように規定すればよい。
Ｖ_ＬＥＤ’＝Ｒ１×Ｉ_{ＳＣ（ＭＡＸ）}＜Ｖ_ＴＨ
これを変形すると、
Ｒ１＜Ｖ_ＴＨ／Ｉ_{ＳＣ（ＭＡＸ）}
を得る。なお、素子ばらつきや光量のばらつきなどを考慮すると、Ｖ_ＬＥＤ’は、しきい値Ｖ_ＴＨの１／２より低いことが好ましく、より好ましくは１／５より低く、さらに好ましくは１／１０倍程度としてもよい。一例としてＶ_ＴＨ＝１．５Ｖに対して、Ｖ_ＬＥＤ’＝０．２Ｖ程度としてもよい。Ｉ_{ＳＣ（ＭＡＸ）}＝２００μＡとすると、Ｒ１＝１ｋΩとなる。

以上が車両用灯具１００の構成である。続いてその動作を説明する。

（点灯指示、正常状態、光入射なし）
駆動電流Ｉ_ＬＥＤは、光源１０２に供給され、Ｖ_ＬＥＤ＝Ｖ_Ｆ＞Ｖ_ＴＨとなる。判定回路２２４は、光源１０２を点灯状態と正しく判定できる。なおＶ_Ｆ＝３Ｖとすると、１ｋΩの第１抵抗Ｒ１には３ｍＡの電流が流れる。Ｉ_ＬＥＤ＝６００ｍＡとすると、０．５％が第１抵抗Ｒ１に流れ、消費される。

（消灯指示、正常状態、光入射なし）
駆動回路２１０は駆動電流Ｉ_ＬＥＤをゼロとする。このとき光源１０２の両端間電圧Ｖ_ＬＥＤはゼロとなり、Ｖ_ＬＥＤ＜Ｖ_ＴＨとなる。判定回路２２４は、光源１０２を消灯状態と正しく判定できる。

（点灯指示、異常状態、光入射なし）
光源１０２の両端間のショートが生ずると、光源１０２の両端間電圧Ｖ_ＬＥＤは実質的にゼロとなり、Ｖ_ＬＥＤ＜Ｖ_ＴＨとなる。したがって判定回路２２４は、光源１０２を消灯状態と正しく判定できる。なお、点灯指示であるにも関わらず、消灯状態と判定されているため、判定回路２２４は、異常状態を正しく検出できる。

（消灯指示、正常状態、光入射あり）
光入射によって光源１０２に逆方向の電流Ｉ_ＳＣが流れる。逆方向の電流Ｉ_ＳＣは、第１抵抗Ｒ１に流れ込み、光源１０２の両端間電圧Ｖ_ＬＥＤ’はＩ_ＳＣ×Ｒ１となる。このときの電圧Ｖ_ＬＥＤ’はしきい値Ｖ_ＴＨより低いことが保証されるから、判定回路２２４は、消灯状態と正しく判定できる。

以上が車両用灯具１００の動作である。車両用灯具１００によれば、点消灯の誤判定、ひいては異常の誤検出を防止できる。

本発明は、図２のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や実施例を説明する。

図４（ａ）～（ｃ）は、判定回路２２４の構成例を示す回路図である。駆動回路２１０は電流源として示す。判定回路２２４は、光源１０２の両端間電圧Ｖ_ＬＥＤを分圧する第２抵抗Ｒ２および第３抵抗Ｒ３を含み、分圧後の電圧Ｖ_ＤＥＴにもとづいて光源１０２の点消灯を判定する。Ｖ_ＤＥＴ＝Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｖ_ＬＥＤが成り立つ。電圧コンパレータ２２６は、検出電圧Ｖ_ＤＥＴを、分圧比Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）でスケーリングしたしきい値Ｖ_ＴＨ’（＝Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｖ_ＴＨ）と比較し、Ｖ_ＤＥＴ＜Ｖ_ＴＨ’のとき光源１０２を消灯状態と判定する。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の電圧コンパレータ２２６を、Ａ／Ｄコンバータ２２８とデジタルコンパレータ２３０に置換したものである。Ａ／Ｄコンバータ２２８は、分圧後の電圧Ｖ_ＤＥＴをデジタル値に変換する。デジタルコンパレータ２３０は、Ａ／Ｄコンバータ２２８の出力であるデジタル値Ｄ_ＤＥＴを、しきい値Ｖ_ＴＨ’に相当するデジタル値Ｄ_ＴＨ’と比較する。

図４（ａ）、（ｂ）において、第２抵抗Ｒ２、第３抵抗Ｒ３は無駄な消費電力を生じさせないように、第１抵抗Ｒ１より十分に高く定められる。言い換えれば第１抵抗Ｒ１の抵抗値は、第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の抵抗値の合計よりも低い。典型的にはＲ２＋Ｒ３は、数十ｋΩから数百ｋΩのオーダーである。

図４（ｃ）では、分圧用の抵抗Ｒ２，Ｒ３が、第１抵抗Ｒ１と兼用される。具体的には、第１抵抗Ｒ１は、Ｒ２に対応する第２抵抗要素Ｒ１２と第３抵抗要素Ｒ１３の直列接続である。判定回路２２４は、第２抵抗要素Ｒ１２と第３抵抗要素Ｒ１３の接続ノードの電圧Ｖ_ＤＥＴにもとづいて光源１０２の点消灯を判定する。判定回路２２４は、図４（ａ）のように電圧コンパレータを含んでもよいし、図４（ｂ）のようにＡ／Ｄコンバータとデジタルコンパレータを含んでもよい。図４（ｃ）では、（Ｒ１２＋Ｒ１３）＜Ｖ_ＴＨ／Ｉ_{ＳＣ（ＭＡＸ）}を満たすように抵抗値が設計される。

図５（ａ）、（ｂ）は、駆動回路２１０の構成例を示すブロック図である。図５（ａ）の駆動回路２１０Ａは、スイッチングコンバータを含む。コントローラ２２２Ａは、点灯指示の状態において、光源１０２に流れる電流Ｉ_ＬＥＤが目標値Ｉ_ＲＥＦに近づくように、駆動回路２１０Ａを定電流制御する。

図５（ｂ）の駆動回路２１０Ｂは、スイッチングコンバータ２１２および定電流源２１４を含む。定電流源２１４は、点灯指示の状態において、光源１０２に流れる電流量を、目標量Ｉ_ＲＥＦに安定化する。コントローラ２２２は点灯指示の状態において、光源１０２と定電流源２１４の両端間に駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを発生する。コントローラ２２２Ｂは、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴが所定の目標値に近づくように、あるいは定電流源２１４の両端間電圧が所定の目標値に近づくように、あるいは定電流源２１４の両端間電圧が所定の下限電圧を下回らないように、スイッチングコンバータ２１２をフィードバック制御する。なお、図５（ｂ）では定電流源２１４が光源１０２のカソード側であるが、定電流源２１４をアノード側に設けてもよい。

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。

本発明は、自動車などに用いられる灯具に関する。

１００車両用灯具
１０２光源
２００点灯回路
２１０駆動回路
２１２スイッチングコンバータ
２１４定電流源
２２０制御回路
２２２コントローラ
２２４判定回路
２２６電圧コンパレータ
２２８Ａ／Ｄコンバータ
２３０デジタルコンパレータ
Ｒ１第１抵抗
Ｒ２第２抵抗
Ｒ３第３抵抗
Ｒ１２第２抵抗要素
Ｒ１３第３抵抗要素

Claims

半導体発光デバイスを含む光源の点灯回路であって、
前記光源に流れる駆動電流をオン、オフすることにより前記光源の点灯、消灯を制御する駆動回路と、
前記光源の両端間電圧をしきい値と比較し、前記光源の両端間電圧が所定のしきい値より低いときに消灯状態、前記光源の両端間電圧が前記しきい値より高いときに点灯状態と判定する判定回路と、
前記光源と並列に設けられた第１抵抗と、
を備えることを特徴とする点灯回路。
前記判定回路は、前記光源の両端間電圧を分圧する第２抵抗および第３抵抗を含み、分圧後の電圧にもとづいて前記光源の点消灯を判定し、
前記第１抵抗の抵抗値は、前記第２抵抗と前記第３抵抗の抵抗値の合計よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
前記第１抵抗は、第２抵抗要素と第３抵抗要素の直列接続であり、
前記判定回路は、前記第２抵抗要素と前記第３抵抗要素の接続ノードの電圧にもとづいて前記光源の点消灯を判定することを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
前記第１抵抗の抵抗値は、前記光源の消灯状態において前記光源に日光が入射したときに、前記光源の両端間電圧が前記しきい値の１／２倍より低くなるように定められ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。
光源と、
前記光源を駆動する請求項１から４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。