JP7340383B2 - 調光回路 - Google Patents

Description

本明細書に開示されている発明は、調光回路に関する。

従来、発光素子の輝度を調節する調光回路が種々提案されている。

なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献１を挙げることができる。

特開２０１５－７４３０９号公報

しかしながら、従来の調光回路では、その精度について、更なる改善の余地があった。

本明細書に開示されている発明は、本願の発明者により見出された上記課題に鑑み、高精度の調光回路を提供することを目的とする。

本明細書中に開示されている調光回路は、非反転入力端にそれぞれ異なる調光入力電圧が入力されて反転入力端に共通の調光出力電圧が入力される複数のアンプを備えた入力段と、前記複数のアンプそれぞれの出力端と前記調光出力電圧の出力ノードとの間に接続されており前記複数のアンプそれぞれに入力される複数の調光入力電圧のうち最も低い電圧を前記調光出力電圧として出力する出力段とを有する構成（第１の構成）とされている。

なお、上記第１の構成から成る調光回路において、前記入力段は、前記複数の調光入力電圧として、少なくとも２系統の外部調光入力電圧と、前記調光出力電圧の上限値に相当する内部調光入力電圧と、の入力を受け付ける構成（第２の構成）にするとよい。

また、上記第２の構成から成る調光回路において、前記外部調光入力電圧は、発光素子の光束ランク、マイコンの制御信号、抵抗回路の分圧比、若しくは、温度のいずれかに応じたアナログ電圧である構成（第３の構成）にするとよい。

また、上記第１～第３いずれかの構成から成る調光回路において、前記出力段は、制御端が前記複数のアンプそれぞれの出力端に接続されて第１端が接地端に接続された複数の入力トランジスタと、制御端が前記複数の入力トランジスタそれぞれの第２端に接続されて第１端が電源端に接続されて第２端が前記調光出力電圧の出力ノードに接続された出力トランジスタと、を含む構成（第４の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示されている発光素子駆動制御回路は、上記第１～第４いずれかの構成から成る調光回路と、発光素子に流れる出力電流に応じたセンス電圧を生成するセンスアンプと、前記センス電圧と前記調光出力電圧との誤差電圧を生成するエラーアンプと、前記誤差電圧に応じて前記出力電流の出力帰還制御を行う出力帰還制御部と、を有する構成（第５の構成）とされている。

なお、上記第５の構成から成る発光素子駆動制御回路は、前記センス電圧または前記調光出力電圧にオフセット電圧を付与するオフセット付与部をさらに有する構成（第６の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示されている発光素子駆動装置は、前記発光素子に前記出力電流を供給するスイッチ出力段と、上記第５または第６の構成から成り前記スイッチ出力段を駆動する発光素子駆動制御装置と、を有する構成（第７の構成）とされている。

また、本明細書中に開示されている発光装置は、上記第７の構成から成る発光素子駆動装置と、前記発光素子駆動装置から前記出力電流の供給を受ける発光素子と、を有する構成（第８の構成）とされている。

なお、上記した第８の構成から成る発光装置において、前記発光素子は、例えば、ＬＥＤ［light emitting diode］若しくは有機ＥＬ［electro-luminescence］素子である構成（第９の構成）にするとよい。

また、本明細書中に開示されている車両は、上記第８または第９の構成から成る発光装置を有する構成（第１０の構成）とされている。

なお、上記第１０の構成から成る車両において、前記発光装置は、ヘッドランプ、昼間走行用ランプ、テールランプ、ストップランプ、及び、ターンランプの少なくとも一つである構成（第１１の構成）にするとよい。

本明細書に開示されている発明によれば、高精度の調光回路を提供することができる。

ＬＥＤ発光装置の全体構成を示す図 ＤＣ調光回路の比較例を示す図 比較例におけるＤＣ調光特性を示す図 比較例におけるランク判別と温度ディレーティングの両立を示す図 ＤＣ調光回路の実施形態を示す図 本実施形態におけるＤＣ調光特性を示す図 本実施形態におけるランク判別と温度ディレーティングの両立を示す図 ＬＥＤ発光装置が搭載される車両の外観図（前面） ＬＥＤ発光装置が搭載される車両の外観図（背面） ＬＥＤヘッドランプモジュールの外観図 ＬＥＤターンランプモジュールの外観図 ＬＥＤリアランプモジュールの外観図

＜ＬＥＤ発光装置＞
図１は、ＬＥＤ発光装置の全体構成を示す図である。本構成例のＬＥＤ発光装置１は、ＬＥＤ駆動装置１０と、ＬＥＤ駆動装置１０によって駆動されるＬＥＤ発光部２０（本図では複数のＬＥＤ２１を直列に接続して成るＬＥＤストリング）と、を有する。

＜ＬＥＤ駆動装置＞
引き続き、図１を参照しながら、ＬＥＤ駆動装置１０についての説明を行う。本構成例のＬＥＤ駆動装置１０は、ＬＥＤ駆動制御装置１００と、これに外付けされる種々のディスクリート部品（キャパシタＣ１～Ｃ３、ダイオードＤ１（例えばショットキーバリアダイオード）、インダクタＬ１、Ｎチャネル型ＭＯＳ［metal oxide semiconductor］電界効果トランジスタＮ１、Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＰ１、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタＱ１、及び、抵抗Ｒ１～Ｒ１１）を制御基板上に実装して成り、ＬＥＤ発光部２０に一定の出力電流ＩＬＥＤを供給する。

ＬＥＤ駆動制御装置１００は、ＬＥＤ駆動装置１０の制御主体となるシリコンモノリシック集積回路（いわゆるＬＥＤドライバコントローラＩＣ）であり、ＩＣ外部との電気的な接続を確立するための手段として、複数本の外部端子（ＶＩＮ、ＶＤＲＶ５、ＥＮ、ＶＲＥＦ３、ＲＴ、ＳＳＦＭ＿Ｂ、ＣＯＭＰ、ＤＣＤＩＭ１、ＤＣＤＩＭ２、ＤＳＥＴ、ＤＲＬ／ＰＷＭＩ、ＦＡＵＬＴ＿Ｂ、ＧＮＤ、ＧＬ、ＣＳ、ＰＧＮＤ、ＯＰＵＤ、ＳＮＳＰ、ＳＮＳＮ、及び、ＰＤＲＶ）を備えている。

ＶＩＮピンは、電源入力端子である。ＶＤＲＶ５ピンは、駆動電圧出力端子である。ＥＮピンは、イネーブル入力端子である。ＶＲＥＦ３ピンは、基準電圧出力端子である。ＲＴピンは、スイッチング周波数設定端子である。ＳＳＦＭ＿Ｂピンは、スペクトラム拡散周波数変調設定端子である。ＣＯＭＰピンは、周波数安定化用の位相補償回路接続端子である。ＤＣＤＩＭ１ピン及びＤＣＤＩＭ２ピンは、ＤＣ調光入力端子である。ＤＳＥＴピンは、ＰＷＭ［pulse width modulation］調光用のデューティ設定端子である。ＤＲＬ／ＰＷＭＩピンは、ＤＲＬ［Daytime running lamps］／ＰＷＭ調光入力端子である。ＦＡＵＬＴ＿Ｂピンは、異常フラグ出力用のオープンドレイン端子である。ＧＮＤピンは、信号系の接地端子である。ＧＬピンは、出力スイッチのゲート駆動出力端子である。ＣＳピンは、スイッチ電流検出端子である。ＰＧＮＤピンは、パワー系の接地端子である。ＯＰＵＤピンは、ＯＶＰ［over voltage protection］／ＵＶＤ［under voltage detection］用の出力電圧検出端子である。ＳＮＳＰピンは、出力電流検出端子（＋）である。ＳＮＳＮピンは、出力電流検出入力端子（－）である。ＰＤＲＶピンは、ＰＷＭ調光スイッチのゲート駆動出力端子である。

なお、ＬＥＤ駆動制御装置１００のパッケージとしては、例えば、裏面放熱パッドを備えたＨＴＳＳＯＰ［heat-sink thin shrink small outline package］ないしはＶＱＦＮ［very thin quad flat non-leaded］パッケージを用いるとよい。

次に、ＬＥＤ駆動制御装置１００の外部接続について説明する。ＶＩＮピンは、入力電圧ＶＩＮ（例えば５～６５Ｖ）の印加端に接続されている。キャパシタＣ１は、ＶＤＲＶ５ピンと接地端との間に接続されている。抵抗Ｒ１及びＲ２は、入力電圧ＶＩＮの印加端と接地端との間に接続されており、相互間の接続ノードがＥＮピンに接続されている。抵抗Ｒ３及びＲ４は、ＶＲＥＦ３ピンと接地端との間に接続されており、相互間の接続ノードがＤＳＥＴピンに接続されている。抵抗Ｒ５は、ＲＴピンと接地端との間に接続されている。抵抗Ｒ６及びキャパシタＣ２は、ＣＯＭＰピンと接地端との間に接続されている。抵抗Ｒ７は、ＦＡＵＬＴ＿ＢピンとＶＤＲＶ５ピンとの間に接続されている。ＤＣＤＩＭ１ピンとＤＣＤＩＭ２ピンは、いずれもＶＲＥＦ３ピンに接続されている。ＧＮＤピンは、接地端に接続されている。

インダクタＬ１の第１端は、入力電圧ＶＩＮの印加端に接続されている。インダクタＬ１の第２端は、トランジスタＮ１のドレインとダイオードＤ１のアノードに接続されている。トランジスタＮ１のゲートは、ＧＬピンに接続されている。トランジスタＮ１のソースと抵抗Ｒ８の第１端は、ＣＳピンに接続されている。抵抗Ｒ８の第２端とＰＧＮＤピンは、接地端に接続されている。ダイオードＤ１のカソードは、出力電圧ＶＬＥＤ（例えば～６５Ｖ）の印加端に接続されている。抵抗Ｒ９及びＲ１０は、出力電圧ＶＬＥＤの印加端と接地端との間に接続されており、相互間の接続ノードがＯＰＵＤピンに接続されている。キャパシタＣ３は、出力電圧ＶＬＥＤの印加端と接地端との間に接続されている。

抵抗Ｒ１１の第１端とＳＮＳＰピンは、出力電圧ＶＬＥＤの印加端に接続されている。抵抗Ｒ１１の第２端とＳＮＳＮピンは、トランジスタＰ１のソースに接続されている。トランジスタＰ１のゲートは、ＰＤＲＶピンに接続されている。トランジスタＰ１のドレインは、ＬＥＤ発光部２０のアノード（＝最上流に位置するＬＥＤ２１のアノード）に接続されている。ＬＥＤ発光部２０のカソード（＝最下流に位置するＬＥＤ２１のカソード）は、入力電圧ＶＩＮの印加端に接続されている。トランジスタＱ１のエミッタは、ＳＮＳＰピンに接続されている。トランジスタＱ１のコレクタは、ＰＤＲＶピンに接続されている。トランジスタＱ１のベースは、トランジスタＰ１のソースに接続されている。

上記のように接続されたディスクリート部品のうち、トランジスタＮ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ１、及び、キャパシタＣ３は、入力電圧ＶＩＮを昇圧して出力電圧ＶＬＥＤを生成し、ＬＥＤ発光部２０に出力電流ＩＬＥＤを供給する昇圧型のスイッチ出力段として機能する。

ただし、スイッチ出力段の整流方式は、必ずしもダイオード整流方式に限らず、同期整流方式を採用しても構わない。その場合には、ダイオードＤ１を同期整流トランジスタに置き換えればよい。

＜ＬＥＤ駆動制御装置（全体構成）＞
引き続き、図１を参照しながら、ＬＥＤ駆動制御装置１００の内部構成について説明する。本構成例のＬＥＤ駆動制御装置１００は、駆動電圧生成部１０１と、イネーブル制御部１０２と、基準電圧生成部１０３と、オシレータ１０４と、センスアンプ１０５と、オフセット付与部１０６と、ＤＣ調光回路１０７と、エラーアンプ１０８と、スロープ電圧生成部１０９と、コンパレータ１１０と、駆動コントローラ１１１と、ＰＷＭ調光回路１１２と、ドライバ１１３と、ＵＶＬＯ［under voltage locked-out］部１１４と、ＴＳＤ［thermal shut down］部１１５と、ＯＣＰ［over current protection］部１１６と、ＯＶＰ／ＵＶＤ部１１７と、ＳＣＰ［short circuit protection］部１１８と、異常フラグ出力部１１９と、を集積化して成る。

駆動電圧生成部１０１は、入力電圧ＶＩＮから駆動電圧ＶＤＲＶ５（例えば５Ｖ）を生成してＶＤＲＶ５ピンに出力する。駆動電圧ＶＤＲＶ５は、ＬＥＤ駆動制御装置１００の内部電源電圧として用いられる。ＶＤＲＶ５ピンには、駆動電圧ＶＤＲＶ５の発振を防止するために、位相補償用のキャパシタＣ１を外付けすることが望ましい。

イネーブル制御部１０２は、ＥＮピンの論理レベル（本図では、入力電圧ＶＩＮの投入有無）に応じて、ＬＥＤ駆動制御装置１００のイネーブル／ディセーブルを切り替える。

基準電圧生成部１０３は、入力電圧ＶＩＮから基準電圧ＶＲＥＦ３（例えば３Ｖ）を生成してＶＲＥＦ３ピンに出力する。

オシレータ１０４は、スイッチング周波数Ｆｓｗのセット信号ＳＥＴを生成して駆動コントローラ１１１に出力する。なお、スイッチング周波数Ｆｓｗは、ＲＴピンに外付けされる抵抗Ｒ５の抵抗値に応じた可変値（例えば２００ｋＨｚ～２．２ＭＨｚ）である。また、スイッチング周波数Ｆｓｗのスペクトラム拡散周波数変調を行うか否かについては、ＳＳＦＭ＿Ｂピンの論理レベルに応じて任意に切り替えることが可能である。

センスアンプ１０５は、ＳＮＳＰピンとＳＮＳＮピンとの端子間電圧（＝ＳＮＳＰ－ＳＮＳＮ）をゲインα（例えばα＝１２）で増幅することにより、ＬＥＤ発光部２０に流れる出力電流ＩＬＥＤに応じたセンス電圧Ｖ１（＝α×ＩＬＥＤ×Ｒ１１）を生成する。

オフセット付与部１０６は、センス電圧Ｖ１に正のオフセット電圧ＶＬ（例えば０．２Ｖ）を付与することにより、オフセット済みのセンス電圧Ｖ２（＝Ｖ１＋ＶＬ）を生成する。なお、オフセット付与部１０６は、調光出力電圧Ｖ３に負のオフセット電圧－ＶＬを付与する構成としてもよい。

ＤＣ調光回路１０７は、複数の調光入力電圧（ＤＣＤＩＭ１／ＤＣＤＩＭ２／ＶＨ）のうち最も低い電圧を調光出力電圧Ｖ３として出力する。なお、本図では、図示の便宜上、ＤＣ調光回路１０７が３系統の非反転入力端（＋）を備えた単一のバッファアンプであるかのように簡易に描写したが、ＤＣ調光の精度を高めるためには、ＤＣ調光回路１０７の回路構成を工夫する必要がある。この点については、新規な実施形態として、後ほど詳細に説明する。なお、ＤＣ調光回路１０７を使用しない場合には、例えば、本図で示したように、ＤＣＤＩＭ１ピン及びＤＣＤＩＭ２ピンをＶＲＥＦ３ピンにショートすればよい。

エラーアンプ１０８は、反転入力端（－）に入力されるオフセット済みのセンス電圧Ｖ２と、非反転入力端（＋）に入力される調光出力電圧Ｖ３との差分値に応じた誤差電流を出力することにより、ＣＯＭＰピンに誤差電圧Ｖ４を生成する。誤差電圧Ｖ４は、Ｖ２＞Ｖ３であるときに低下し、Ｖ２＜Ｖ３であるときに上昇する。なお、ＣＯＭＰピンには、誤差電圧Ｖ４の発振を防止するために、位相補償用の抵抗Ｒ６とキャパシタＣ２を外付けすることが望ましい。

スロープ電圧生成部１０９は、トランジスタＮ１のオン時に流れるスイッチ電流ＩＳＷの電流情報を持つスロープ電圧Ｖ５を生成する。

コンパレータ１１０は、非反転入力端（＋）に入力される誤差電圧Ｖ４と、反転入力端（－）に入力されるスロープ電圧Ｖ５とを比較して、リセット信号ＲＳＴを生成する。リセット信号ＲＳＴは、Ｖ４＞Ｖ５であるときにハイレベルとなり、Ｖ４＜Ｖ５であるときにローレベルとなる。

駆動コントローラ１１１は、セット信号ＳＥＴとリセット信号ＲＳＴに応じて、スイッチ出力段（特にＧＬピンに外付けされたトランジスタＮ１）の駆動制御を行う。また、駆動コントローラ１１１は、各種保護回路（ＵＶＬＯ、ＴＳＤ、ＯＣＰ、ＯＰＵＤ、及び、ＳＣＰ）の検出結果に応じて、スイッチ出力段を強制的に停止する機能も備えている。

なお、上記した機能ブロックのうち、オシレータ１０４、スロープ電圧生成部１０９、コンパレータ１１０、及び、駆動コントローラ１１１は、誤差電圧Ｖ４に応じて出力電流ＩＬＥＤの出力帰還制御を行う出力帰還制御部として機能する。

ＰＷＭ調光回路１１２は、ＤＳＥＴピンの端子電圧に応じたオンデューティのパルス幅変調信号ＰＷＭを生成してドライバ１１３に出力する。また、ＰＷＭ調光回路１１２は、ＤＲＬ／ＰＷＭＩピンに外部入力されるパルス幅変調信号ＰＷＭをそのままドライバ１１３にスルー出力する機能も備えている。

ドライバ１１３は、パルス幅変調信号ＰＷＭに応じてＰＤＲＶピンに外付けされたトランジスタＰ１を周期的にオン／オフする。このようなトランジスタＰ１のオン／オフに伴い、出力電流ＩＬＥＤの供給経路が導通／遮断されるので、ＬＥＤ発光部２０が周期的に点灯と消灯を繰り返す。なお、パルス幅変調信号ＰＷＭのオンデューティが高いほど、単位時間当たりの点灯時間が長くなり、逆に、パルス幅変調信号ＰＷＭのオンデューティが低いほど、単位時間当たりの点灯時間が短くなる。従って、パルス幅変調信号ＰＷＭのオンデューティに応じて、ＬＥＤ発光部２０の輝度を調節することが可能となる。

このように、ＬＥＤ駆動制御装置１００には、ＬＥＤ発光部２０の輝度を調節する手段として、ＤＣ調光回路１０７とＰＷＭ調光回路１１２の２種類が内蔵されている。

ＵＶＬＯ部１１４は、入力電圧ＶＩＮを監視して電源投入時や電源瞬断時のＩＣ誤動作を防止するための低電圧誤動作防止回路である。ＵＶＬＯ部１１４は、入力電圧ＶＩＮの低電圧異常検出時にスイッチ出力段の駆動を停止するように、駆動コントローラ１１１に検出結果を出力する。

ＴＳＤ部１１５は、入力電圧ＶＩＮの供給を受けて動作し、ＬＥＤ駆動制御装置１００のジャンクション温度Ｔｊを監視して、異常発熱によるＩＣ破壊を防止するための温度保護回路である。ＴＳＤ部１１５は、例えば、Ｔｊ＝１７５℃でスイッチ出力段の駆動を停止し、Ｔｊ＝１５０℃でスイッチ出力段の駆動を再開するように、駆動コントローラ１１１に検出結果を出力する。

ＯＣＰ部１１６は、抵抗Ｒ８の両端間電圧（＝ＩＳＷ×Ｒ８）を監視して、トランジスタＮ１のオン時に流れるスイッチ電流ＩＳＷを所定の上限値以下に制限するように、駆動コントローラ１１１に検出結果を出力する。なお、過電流保護動作としては、例えば、まず最初にパルスバイパルス方式の過電流保護動作（いわゆるヒカップ動作）を行い、それでも過電流状態が続くようならタイマラッチ方式の過電流保護動作に移行するとよい。

ＯＶＰ／ＵＶＤ部１１７は、ＯＰＵＤピンの端子電圧（＝ＶＬＥＤ×｛Ｒ１０／（Ｒ９＋Ｒ１０）｝）を監視して、出力電圧ＶＬＥＤの過電圧異常及び減電圧異常を検出し、その検出結果を駆動コントローラ１１１及び異常フラグ出力部１１９に出力する。

ＳＣＰ部１１８は、オフセット済みのセンス電圧Ｖ２を監視して、ＬＥＤ発光部２０のショート異常及びオープン異常を検出し、その検出結果を駆動コントローラ１１１、ドライバ１１３及び異常フラグ出力部１１９に出力する。

異常フラグ出力部１１９は、ＬＥＤ駆動制御装置１００各部の異常検出結果に基づいてオープンドレイントランジスタを駆動することにより、ＦＡＵＬＴ＿Ｂピンから異常フラグを出力する。例えば、異常フラグ出力部１１９は、ＯＶＰ／ＵＶＤ部１１７及びＳＣＰ部１１８のいずれかで異常が検出されたときには、ＦＡＵＬＴ＿ＢピンをローレベルとしてＩＣ外部に異常を報知する一方、上記いずれの異常も検出されないときには、ＦＡＵＬＴ＿ＢピンをハイレベルとしてＩＣ外部に異常が検出されていないこと（または異常が解消されたこと）を報知する。

＜ＤＣ調光回路（比較例）＞
以下では、ＤＣ調光回路１０７の新規な実施形態の説明に先立ち、これと対比される比較例について簡単に説明する。図２は、ＤＣ調光回路１０７及びその周辺回路の比較例を示す図である。

本比較例のＤＣ調光回路１０７は、２系統の非反転入力端（＋）を備えた単一のアンプＡＭＰｘを含む。アンプＡＭＰｘの第１非反転入力端（＋）は、ＤＣＤＩＭピンに接続されており、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭが入力されている。アンプＡＭＰｘの第２非反転入力端（＋）には、調光出力電圧Ｖ３の上限値に相当する内部調光入力電圧ＶＨ（例えば２．２Ｖ）が入力されている。アンプＡＭＰｘの反転入力端（－）と出力端は、いずれも調光出力電圧Ｖ３の出力ノードに接続されている。このように接続されたアンプＡＭＰｘは、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ及び内部調光入力電圧ＶＨの低い方と調光出力電圧Ｖ３がイマジナリショートするように動作する。

エラーアンプ１０８は、ｇｍアンプＡＭＰと、スイッチＳＷと、を含む。ｇｍアンプＡＭＰは、センスアンプ１０５から非反転入力端（＋）に入力されるセンス電圧Ｖ１と、ＤＣ調光回路１０７から反転入力端（－）に入力される調光出力電圧Ｖ３との差分値に応じた誤差電流を出力することにより、ＣＯＭＰピンに誤差電圧Ｖ４を生成する。なお、スイッチＳＷは、ｇｍアンプＡＭＰの出力端とＣＯＭＰピンとの間に接続されており、パルス幅変調信号ＰＷＭに応じてオン／オフされる。

図３は、比較例におけるＤＣ調光特性を示す図である。なお、横軸は外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭを示しており、縦軸は調光率を示している。

比較例では、アンプＡＭＰｘの入力側で外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭと内部調光入力電圧ＶＨの低い方を選択する構成が採用されている。このような回路構成では、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭが上限値（＝内部調光入力電圧ＶＨ）に近付いてくると、アンプＡＭＰｘのゲインが不十分となり、ＤＣ調光特性のリニアリティを維持することができなくなるので、結果としてＤＣ調光開始電圧がばらついてしまう（図中の一点鎖線枠Ａを参照）。

一方、上記と逆に、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭが０Ｖに近付いてくると、アンプＡＭＰｘのオフセットばらつきが無視できなくなる。例えば、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭを０Ｖに設定しても調光出力電圧Ｖ３が０Ｖまで下がらない場合には、ＬＥＤ発光部２０を完全消灯状態（調光率０％）にすることができなくなる（図中の一点鎖線枠Ｂを参照）。

上記の理由から、比較例では、ＬＥＤ発光部２０の調光率をフルレンジ（０％～１００％）で設定することが難しく、実際のＤＣ調光範囲はより狭くなってしまう。

また、比較例では、１系統の外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭしか受け付けることができない。そのため、例えば、光束ランク判別機能と温度ディレーティング機能を両立するためには、多数のディスクリート部品が必要となる。以下、図面を参照しながら説明する。

図４は、比較例（シングルＤＣ調光）で光束ランク判別機能と温度ディレーティング機能を両立するために必要なディスクリート部品を示す図である。

ＬＥＤ発光部２０は、複数のＬＥＤ２１に加えて、ＢＩＮ抵抗２２とＮＴＣ［negative temperature coefficient］サーミスタ２３をＬＥＤ基板上に実装して成る。

ＢＩＮ抵抗２２は、ＬＥＤ２１の光束ランク毎に設定された抵抗値を持つ。より具体的に述べると、ＢＩＮ抵抗２２の抵抗値ＲＢＩＮは、ＬＥＤ２１が高ランク品（高輝度品）であるほど低く設定され、低ランク品（低輝度品）であるほど高く設定される。このように、ＬＥＤ基板にＢＩＮ抵抗２２を実装しておけば、ＬＥＤ２１の光束ランク毎に制御基板側の抵抗値を変更する必要がなくなる。

ＮＴＣサーミスタ２３は、ＬＥＤ基板の温度に応じて負特性で抵抗値が変化する。より具体的に述べると、ＮＴＣサーミスタ２３の抵抗値ＲＮＴＣは、ＬＥＤ基板の温度が高いほど低くなり、ＬＥＤ基板の温度が低いほど高くなる。このように、ＮＴＣサーミスタ２３を用いて温度ディレーティングを行うことにより、ＬＥＤ２１の劣化を抑えて高い信頼性を実現することが可能となる。

一方、ＬＥＤ駆動装置１０の制御基板には、ＬＥＤ駆動制御装置１００やスイッチ出力段を形成するディスクリート部品（トランジスタＮ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ１など）に加えて、ｐｎｐ型バイポーラトランジスタＱｘ１及びＱｘ２と、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱｘ３及びＱｘ４と、抵抗Ｒｘ１～Ｒｘ６が実装されている。

抵抗Ｒｘ１、Ｒｘ４及びＲｘ６それぞれの第１端、並びに、トランジスタＱｘ３及びＱｘ４それぞれのコレクタは、いずれもＬＥＤ駆動制御装置１００のＶＲＥＦ３ピンに接続されている。抵抗Ｒｘ１の第２端、抵抗Ｒｘ２の第１端、並びに、トランジスタＱｘ１及びＱｘ２それぞれのエミッタは、いずれもＬＥＤ駆動制御装置１００のＤＣＤＩＭピンに接続されている。トランジスタＱｘ１及びＱｘ２それぞれのコレクタと抵抗Ｒｘ２の第２端は、いずれも接地端に接続されている。トランジスタＱｘ１のベースとトランジスタＱｘ３のエミッタは、いずれも抵抗Ｒｘ３の第１端に接続されている。トランジスタＱｘ２のベースとトランジスタＱｘ４のエミッタは、いずれも抵抗Ｒｘ５の第１端に接続されている。抵抗Ｒｘ３及びＲｘ５それぞれの第２端は、いずれも接地端に接続されている。トランジスタＱｘ３のベースと抵抗Ｒｘ４の第２端は、いずれもＮＴＣサーミスタ２３の第１端に接続されている。トランジスタＱｘ４のベースと抵抗Ｒｘ６の第２端は、いずれもＢＩＮ抵抗２２の第１端に接続されている。ＢＩＮ抵抗２２及びＮＴＣサーミスタ２３それぞれの第２端は、いずれも接地端に接続されている。

本図で示したように、比較例（シングルＤＣ調光）で光束ランク判別機能と温度ディレーティング機能を両立するためには、多数のディスクリート部品（トランジスタ４個、抵抗６個）が必要となる。

＜ＤＣ調光回路（実施形態）＞
次に、ＤＣ調光回路１０７の新規な実施形態について詳細に説明する。図５は、ＤＣ調光回路１０７及びその周辺回路の実施形態を示す図である。本実施形態のＤＣ調光回路１０７は、入力段ＩＮと出力段ＯＵＴを有する。

入力段ＩＮは、非反転入力端（＋）にそれぞれ異なる調光入力電圧（ＤＣＤＩＭ１／ＤＣＤＩＭ２／ＶＨ）が入力されて、反転入力端（－）に共通の調光出力電圧Ｖ３が入力される３つのアンプＡＭＰ１～ＡＭＰ３を備えている。すなわち、入力段ＩＮには、２系統の外部調光入力電圧（ＤＣＤＩＭ１／ＤＣＤＩＭ２）と、１系統の内部調光入力電圧ＶＨ（＝調光出力電圧Ｖ３の上限値に相当）が入力されている。

なお、外部調光入力電圧（ＤＣＤＩＭ＊）は、１系統であってもよいし、３系統以上であってもよい。ただし、外部調光入力電圧（ＤＣＤＩＭ＊）を２系統以上としておけば、例えば、光束ランク判別機能と温度ディレーティング機能を両立するために必要なディスクリート部品を大幅に削減することが可能となる（詳細は後述）。

出力段ＯＵＴは、アンプＡＭＰ１～ＡＭＰ３それぞれの出力端と調光出力電圧Ｖ３の出力ノードとの間に接続された機能ブロックであり、Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＮ１１～Ｎ１５と、Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタＰ１１と、を含む。

トランジスタＮ１１～Ｎ１３それぞれのゲートは、アンプＡＭＰ１～ＡＭＰ３それぞれの出力端に接続されている。トランジスタＮ１１～Ｎ１３それぞれのソースは、いずれも接地端に接続されている。このように接続されたトランジスタＮ１１～Ｎ１３は、出力段ＯＵＴの入力トランジスタとして機能する。

トランジスタＮ１４のゲートは、トランジスタＮ１１～Ｎ１３それぞれのドレインに接続されている。トランジスタＮ１４のドレインは、電源端に接続されている。トランジスタＮ１４のソースは、調光出力電圧Ｖ３の出力ノードに接続されている。このように接続されたトランジスタＮ１４は、出力段ＯＵＴの出力トランジスタとして機能する。

トランジスタＮ１５のドレインは、調光出力電圧Ｖ３の出力ノードに接続されている。トランジスタＮ１５のソースは、接地端に接続されている。トランジスタＮ１５のゲートは、所定の電位端に接続されている。トランジスタＰ１１のソースは、電源端に接続されている。トランジスタＰ１１のドレインは、トランジスタＮ１４のゲートに接続されている。トランジスタＰ１１のゲートは、所定の電位端に接続されている。このように接続されたトランジスタＮ１５及びＰ１１は、能動負荷（電流源）として機能する。なお、トランジスタＮ１５及びＰ１１は、抵抗などの受動負荷に置き換えてもよい。

以下では、説明を簡単とすべく、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１及びＤＣＤＩＭ２のみに着目して出力段ＯＵＴの動作原理を説明する。アンプＡＭＰ１は、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１と調光出力電圧Ｖ３がイマジナリショートするように、トランジスタＮ１１のゲート制御を行う。同様に、アンプＡＭＰ２は、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ２と調光出力電圧Ｖ３がイマジナリショートするように、トランジスタＮ１２のゲート制御を行う。

まず、ＤＣＤＩＭ２＞ＤＣＤＩＭ１（＝Ｖ３）である場合を考える。この場合、アンプＡＭＰ２は、調光出力電圧Ｖ３を外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ２まで引き上げようとしてトランジスタＮ１２のゲート電圧を引き下げ続けるので、トランジスタＮ１２がフルオフ状態となる。その結果、出力段ＯＵＴでは、アンプＡＭＰ１及びトランジスタＮ１１による出力帰還制御が優勢となり、調光出力電圧Ｖ３は、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１及びＤＣＤＩＭ２のうち、より低い外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１に合わせ込まれる。

次に、ＤＣＤＩＭ１＞ＤＣＤＩＭ２（＝Ｖ３）である場合を考える。この場合、アンプＡＭＰ１は、調光出力電圧Ｖ３を外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１まで引き上げようとしてトランジスタＮ１１のゲート電圧を引き下げ続けるので、トランジスタＮ１１がフルオフ状態となる。その結果、出力段ＯＵＴでは、アンプＡＭＰ２及びトランジスタＮ１２による出力帰還制御が優勢となり、調光出力電圧Ｖ３は、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１及びＤＣＤＩＭ２のうち、より低い外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ２に合わせ込まれる。

なお、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１及びＤＣＤＩＭ２と内部調光入力電圧ＶＨとの関係についても、上記と同様である。

このような動作原理により、上記構成から成る出力段ＯＵＴは、アンプＡＭＰ１～ＡＭＰ３それぞれに入力される調光入力電圧（ＤＣＤＩＭ１／ＤＣＤＩＭ２／ＶＨ）のうち最も低い電圧を調光出力電圧Ｖ３として出力する。

図６は、本実施形態におけるＤＣ調光特性（実線）を示す図である。なお、横軸は外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ＊（ただし＊＝１または２）を示しており、縦軸は調光率を示している。また、図中の破線は、比較例におけるＤＣ調光特性を示している。

本実施形態では、アンプＡＭＰ１～ＡＭＰ３それぞれの出力側に設けられた出力段ＯＵＴにおいて、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１及びＤＣＤＩＭ２並びに内部調光入力電圧ＶＨのうち最も低い電圧を選択する構成が採用されている。このような回路構成であれば、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭが上限値（＝内部調光入力電圧ＶＨ）に近付いても、ＤＣ調光特性のリニアリティを維持することができるので、ＤＣ調光開始電圧のばらつきを抑制することが可能となる（図中の一点鎖線枠Ａを参照）。

また、本実施形態では、センス電圧Ｖ１に正のオフセット電圧ＶＬ（例えば０．２Ｖ）が付与されている。従って、ＤＣＤＩＭ＊＜ＶＬとなる電圧範囲では、アンプＡＭＰｘのオフセットばらつきにより調光出力電圧Ｖ３が多少ばらついても、ＬＥＤ発光部２０を完全消灯状態（調光率０％）にすることができる（図中の一点鎖線枠Ｂを参照）。

このように、本実施形態であれば、ＬＥＤ発光部２０の調光率をフルレンジ（０％～１００％）まで拡大することができるので、ＬＥＤ発光部２０の段階的点灯や完全消灯が可能となり、延いては、ＬＥＤ発光装置１を幅広い用途に適用することが可能となる。

また、本実施形態であれば、２系統の外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１及びＤＣＤＩＭ２を並列に受け付けることができる。そのため、例えば、光束ランク判別機能と温度ディレーティング機能を両立するために必要なディスクリート部品を大幅に削減することが可能となる。以下、図面を参照しながら説明する。

図７は、本実施形態（デュアルＤＣ調光）で光束ランク判別機能と温度ディレーティング機能を両立するために必要なディスクリート部品を示す図である。なお、ＬＥＤ発光部２０の構成については、先出の図４と同様であるので、重複した説明を割愛し、以下ではＬＥＤ駆動装置１０の制御基板に搭載されるディスクリート部品について説明する。

ＬＥＤ駆動装置１０の制御基板には、ＬＥＤ駆動制御装置１００やスイッチ出力段を形成するディスクリート部品（トランジスタＮ１、インダクタＬ１、ダイオードＤ１など）に加えて、抵抗Ｒ２１及びＲ２２が実装されている。

抵抗Ｒ２１は、ＬＥＤ駆動制御装置１００のＶＲＥＦ３ピンとＤＣＤＩＭ１ピンとの間に接続されている。なお、ＤＣＤＩＭ１ピンは、ＢＩＮ抵抗２２（抵抗値：ＲＢＩＮ）の第１端に接続されている。従って、ＤＣＤＩＭ１ピンには、基準電圧ＶＲＥＦ３の分圧電圧（＝ＶＲＥＦ３×｛ＲＢＩＮ／（Ｒ２１＋ＲＢＩＮ）｝）が入力される。すなわち、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ１は、ＬＥＤ２１が高ランク品（高輝度品）であるほど低くなり、低ランク品（低輝度品）であるほど高くなる。

抵抗Ｒ２２は、ＬＥＤ駆動制御装置１００のＶＲＥＦ３ピンとＤＣＤＩＭ２ピンとの間に接続されている。なお、ＤＣＤＩＭ２ピンは、ＮＴＣサーミスタ２３（抵抗値：ＲＮＴＣ）の第１端に接続されている。従って、ＤＣＤＩＭ２ピンには、基準電圧ＶＲＥＦ３の分圧電圧（＝ＶＲＥＦ３×｛ＲＮＴＣ／（Ｒ２２＋ＲＮＴＣ）｝）が入力される。すなわち、外部調光入力電圧ＤＣＤＩＭ２は、ＬＥＤ基板の温度が高いほど低くなり、ＬＥＤ基板の温度が低いほど高くなる。

本図で示したように、本実施形態（デュアルＤＣ調光）で光束ランク判別機能と温度ディレーティング機能を両立するために必要となるディスクリート部品は、抵抗２個だけであり、比較例（図４）と比べて、ディスクリート部品の点数（延いては制御基板の面積）を大幅に削減することが可能となる。

＜使用例＞
なお、上記では、ＬＥＤ２１の光束ランクに応じたアナログ電圧をＤＣＤＩＭ１ピンに入力すると共に、ＬＥＤ基板の温度に応じたアナログ電圧をＤＣＤＩＭ２ピンに入力し、光束ランク判別機能と温度ディレーティング機能を両立する例を挙げたが、ＤＣＤＩＭ１ピン及びＤＣＤＩＭ２ピンそれぞれの用途については、何らこれに限定されるものではなく、種々応用することが可能である。

例えば、マイコンの制御信号に応じたアナログ電圧をＤＣＤＩＭ１ピンに入力すると共に、ＬＥＤ基板の温度に応じたアナログ電圧をＤＣＤＩＭ２ピンに入力すれば、マイコン調光機能と温度ディレーティング機能を両立することが可能となる。

また、例えば、抵抗回路の分圧比に応じたアナログ電圧をＤＣＤＩＭ１ピンに入力すると共に、ＬＥＤ基板の温度に応じたアナログ電圧をＤＣＤＩＭ２ピンに入力すれば、抵抗回路によるアナログ調光機能と温度ディレーティング機能を両立することが可能となる。

このように、２系統のＤＣＤＩＭ１ピン及びＤＣＤＩＭ２ピンを用意しておけば、多様な調光アプリケーションを実現することが可能となる。

＜用途＞
ＬＥＤ発光装置１は、例えば、図８及び図９で示すように、車両Ｘ１０のヘッドランプ（ハイビーム／ロービーム／スモールランプ／フォグランプなどを適宜含む）Ｘ１１、昼間走行用ランプ（ＤＲＬ）Ｘ１２、テールランプ（スモールランプやバックランプなどを適宜含む）Ｘ１３、ストップランプＸ１４、及び、ターンランプＸ１５などとして好適に用いることができる。また、不図示のアニメ―ションランプとしても好適に用いることができる。

なお、発光素子駆動装置１００は、駆動対象となるＬＥＤ発光部２０と共にモジュール（図１０のＬＥＤヘッドランプモジュールＹ１０、図１１のＬＥＤターンランプモジュールＹ２０、及び、図１２のＬＥＤリアランプモジュールＹ３０など）として提供されるものであってもよいし、ＬＥＤ発光部２０とは独立にＩＣ単体として提供されるものであってもよい。

＜その他の変形例＞
なお、上記の実施形態では、発光素子としてＬＥＤを用いた構成を例に挙げたが、本発明の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、発光素子として有機ＥＬ素子を用いることも可能である。

また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

本明細書中に開示されている発明は、例えば、車載エクステリアランプ（ＤＲＬ／ポジションランプ、ターンランプ、リアランプなど）に利用することが可能である。

１ ＬＥＤ発光装置
１０ ＬＥＤ駆動装置（＝発光素子駆動装置に相当）
２０ ＬＥＤ発光部
２１ ＬＥＤ（＝発光素子に相当）
２２ ＢＩＮ抵抗
２３ ＮＴＣサーミスタ
１００ ＬＥＤ駆動制御装置（＝発光素子駆動制御装置に相当）
１０１ 駆動電圧生成部
１０２ イネーブル制御部
１０３ 基準電圧生成部
１０４ オシレータ
１０５ センスアンプ
１０６ オフセット付与部
１０７ ＤＣ調光回路
１０８ エラーアンプ
１０９ スロープ電圧生成部
１１０ コンパレータ
１１１ 駆動コントローラ
１１２ ＰＷＭ調光回路
１１３ ドライバ
１１４ ＵＶＬＯ部
１１５ ＴＳＤ部
１１６ ＯＣＰ部
１１７ ＯＶＰ／ＵＶＤ部
１１８ ＳＣＰ部
１１９ 異常フラグ出力部
ＡＭＰ ｇｍアンプ
ＡＭＰ１～ＡＭＰ３ アンプ
Ｃ１～Ｃ３ キャパシタ
Ｄ１ ダイオード
ＩＮ 入力段
Ｌ１ インダクタ
Ｎ１、Ｎ１１～Ｎ１５ Ｎチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
ＯＵＴ 出力段
Ｐ１、Ｐ１１ Ｐチャネル型ＭＯＳ電界効果トランジスタ
Ｑ１ ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ
Ｒ１～Ｒ１１、Ｒ２１～Ｒ２２ 抵抗
ＳＷ スイッチ
Ｘ１０ 車両
Ｘ１１ ヘッドランプ
Ｘ１２ 昼間走行用ランプ
Ｘ１３ テールランプ
Ｘ１４ ストップランプ
Ｘ１５ ターンランプ
Ｙ１０ ＬＥＤヘッドランプモジュール
Ｙ２０ ＬＥＤターンランプモジュール
Ｙ３０ ＬＥＤリアランプモジュール

Claims (10)

1. 非反転入力端にそれぞれ異なる複数の調光入力電圧が入力されて反転入力端に共通の調光出力電圧が入力される複数のアンプを備えた入力段と、
   前記複数のアンプそれぞれの出力端と前記調光出力電圧の出力ノードとの間に接続されており前記複数のアンプそれぞれに入力される前記複数の調光入力電圧のうち最も低い電圧を前記調光出力電圧として出力する出力段と、
   を有し、
   前記入力段は、前記複数の調光入力電圧として、少なくとも２系統の外部調光入力電圧と、前記調光出力電圧の上限値に相当する内部調光入力電圧と、の入力を受け付ける、調光回路。
2. 前記外部調光入力電圧は、発光素子の光束ランク、マイコンの制御信号、抵抗回路の分圧比、若しくは、温度のいずれかに応じたアナログ電圧である、請求項１に記載の調光回路。
3. 前記出力段は、
   制御端が前記複数のアンプそれぞれの出力端に接続されて第１端が接地端に接続された複数の入力トランジスタと、
   制御端が前記複数の入力トランジスタそれぞれの第２端に接続されて第１端が電源端に接続されて第２端が前記調光出力電圧の出力ノードに接続された出力トランジスタと、
   を含む、請求項１又は２に記載の調光回路。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の調光回路と、
   発光素子に流れる出力電流に応じたセンス電圧を生成するセンスアンプと、
   前記センス電圧と前記調光出力電圧との誤差電圧を生成するエラーアンプと、
   前記誤差電圧に応じて前記出力電流の出力帰還制御を行う出力帰還制御部と、
   を有する、発光素子駆動制御装置。
5. 前記センス電圧または前記調光出力電圧にオフセット電圧を付与するオフセット付与部をさらに有する、請求項４に記載の発光素子駆動制御装置。
6. 前記発光素子に前記出力電流を供給するスイッチ出力段と、
   前記スイッチ出力段を駆動する請求項４又は５に記載の発光素子駆動制御装置と、
   を有する、発光素子駆動装置。
7. 請求項６に記載の発光素子駆動装置と、
   前記発光素子駆動装置から前記出力電流の供給を受ける発光素子と、
   を有する、発光装置。
8. 前記発光素子は、ＬＥＤまたは有機ＥＬ素子である、請求項７に記載の発光装置。
9. 請求項７又は８に記載の発光装置を有することを特徴とする車両。
10. 前記発光装置は、ヘッドランプ、昼間走行用ランプ、テールランプ、ストップランプ、及び、ターンランプの少なくとも一つである、請求項９に記載の車両。

Images