JP7454574B2 - 車両用灯具システムおよび点灯回路 - Google Patents

Description

本発明は、自動車などに用いられる灯具に関する。

車両用灯具に用いられる光源として、従来は電球が多く用いられてきたが、近年では、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの半導体光源が広く採用されるようになっている。ＬＥＤの輝度は、それに流れる駆動電流に応じて制御することができる。そのため従来では、定電流シリーズレギュレータあるいは定電流出力のスイッチングコンバータによって、駆動電流を目標輝度に応じた目標量に安定化する定電流制御が行われる。

車両には、照射位置や機能が異なる複数の灯具が設けられており、各灯具が半導体光源を有している。ここで複数の半導体光源それぞれに対して、個別の駆動回路を設けるとコストが高くなる。従来では、同一筐体内において物理的に近接した位置に配置される複数の光源を、単一の駆動回路で駆動する場合があった。

特開２０１８－１３４９８１号公報

同じ筐体内において物理的に近接して配置される複数の半導体光源は、同一の温度環境に存在するものと考えられ、したがって単一の駆動回路による制御が可能である。ところが、異なる２個の筐体内に設けられる複数の半導体光源、あるいは同一筐体内であっても熱的に遮断された箇所に設けられる複数の半導体光源を、単一の駆動回路によって駆動することは容易ではない。

本発明は係る状況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、温度環境が異なる箇所に配置される複数の半導体光源を備える車両用灯具システムの提供にある。

本発明のある態様は車両用灯具システムに関する。車両用灯具システムは、温度環境が異なる箇所に設けられ、電気的に直列に接続される第１半導体光源および第２半導体光源と、第１半導体光源の温度を検出可能に設けられる第１温感素子と、第２半導体光源の温度を検出可能に設けられる第２温感素子と、第１半導体光源および第２半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、第１温感素子が示す温度および第２温感素子が示す温度の少なくとも一方が正常範囲から逸脱すると、駆動電流が減少するように駆動回路に作用する温度ディレーティング回路と、を備える。

この態様によると、温度環境が異なる箇所に設けられる２個の半導体光源に対して、駆動回路および温度ディレーティング回路を共通化することで低コスト化を図ることができる。また２個の半導体光源それぞれに専用の温感素子を設け、温度ディレーティング回路によってそれらの温度を監視し、少なくとも一方において温度異常が発生した場合には、駆動電流を減少させることで、回路を保護することができる。

駆動回路は、定電流出力のスイッチングコンバータを含んでもよい。

第１半導体光源と第２半導体光源は、異なる２個の筐体に内蔵されてもよい。駆動回路は、車室内に内蔵されてもよいし、２個の筐体のいずれかに内蔵されてもよい。

第１半導体光源および第２半導体光源は、左のドアミラーと右のドアミラーに内蔵されてもよい。

本発明の別の態様は、点灯回路である。この点灯回路は、温度環境が異なる箇所に設けられ、電気的に直列に接続される第１半導体光源および第２半導体光源を制御する。点灯回路は、第１半導体光源および第２半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、第１半導体光源の近傍に設けられる第１温感素子からの第１温度検出信号を受ける第１温度検出端子と、第２半導体光源の近傍に設けられる第２温感素子からの第２温度検出信号を受ける第１温度検出端子と、第１温度検出信号が示す温度および第２温度検出信号が示す温度の少なくとも一方が正常範囲から逸脱すると、駆動電流が減少するように駆動回路に作用する温度ディレーティング回路と、を備える。

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、温度環境が異なる箇所に配置される複数の半導体光源を適切に駆動できる。

実施の形態に係る灯具システムのブロック図である。 灯具システムの動作を説明する図である。 一実施例に係る灯具システムの回路図である。 温度ディレーティング回路の構成例を示す回路図である。 灯具システムを備える車両を示す図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、リアターンランプを備える自動車の外観図である。

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に接続された状態」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。

図１は、実施の形態に係る灯具システム１００のブロック図である。灯具システム１００は、第１半導体光源１０２、第２半導体光源１０４、第１温感素子１０６、第２温感素子１０８および点灯回路２００を備える。

第１半導体光源１０２および第２半導体光源１０４は、温度環境が異なる箇所に設けられる。「温度環境が異なる箇所」とは、（i）熱的に遮断されている箇所、（ii）相互に熱的な影響が及びにくい箇所、（iii）異なる熱源と近接する箇所などをいう。

第１半導体光源１０２および第２半導体光源１０４は、共通の駆動電流Ｉ_ＬＥＤによって駆動できるように、電気的に直列に接続されている。第１半導体光源１０２および第２半導体光源１０４は、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）、有機ＥＬ素子などである。

第１温感素子１０６は、第１半導体光源１０２の近傍に設けられ、第１半導体光源１０２の温度Ｔ１を検出可能である。同様に第２温感素子１０８は、第２半導体光源１０４の近傍に設けられ、第２半導体光源１０４の温度Ｔ２を検出可能である。第１温感素子１０６および第２温感素子１０８は、サーミスタや熱電対などを用いることができる。たとえば第１半導体光源１０２と第１温感素子１０６は同じ第１筐体３０２に収容されており、第２半導体光源１０４と第２温感素子１０８は同じ第２筐体３０４に収容される。

点灯回路２００は、第１半導体光源１０２および第２半導体光源１０４の直列接続回路に共通の駆動電流Ｉ_ＬＥＤを供給し、それらを点灯させる。

点灯回路２００は、駆動回路２１０および温度ディレーティング回路２２０を備える。駆動回路２１０は、第１半導体光源１０２および第２半導体光源１０４に駆動電流Ｉ_ＬＥＤを供給する。駆動回路２１０は、定電流出力のスイッチングコンバータあるいはリニアレギュレータであり、駆動電流Ｉ_ＬＥＤは所定の目標量に安定化されている。

点灯回路２００は、第１温感素子１０６および第２温感素子１０８と接続されている。図１では、第１温感素子１０６と点灯回路２００の間（第２温感素子１０８と点灯回路２００の間）の配線を１本で示すが、複数の配線で接続されてもよい。

温度ディレーティング回路２２０は、第１温感素子１０６が示す温度Ｔ１および第２温感素子１０８が示す温度Ｔ２の少なくとも一方が正常範囲から逸脱すると、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが減少するように駆動回路２１０に作用する。

以上が灯具システム１００の構成である。続いてその動作を説明する。図２は、灯具システム１００の動作を説明する図である。時刻ｔ_０より前において、駆動電流Ｉ_ＬＥＤは定格の目標値Ｉ_ＲＥＦに安定化されている。この例において、しきい値Ｔ_ＴＨは正常温度範囲の上限を表しており、したがって温度Ｔ１，Ｔ２がしきい値Ｔ_ＴＨを超えた状態において、温度ディレーティングが有効となる。しきい値Ｔ_ＴＨは９０℃付近に定めてもよい。

時刻ｔ_０に第１半導体光源１０２の温度Ｔ１がしきい値Ｔ_ＴＨを超えると、温度ディレーティングが働き、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが減少する。時刻ｔ_０～ｔ_３の間は、温度Ｔ１，Ｔ２の少なくとも一方がしきい値Ｔ_ＴＨを超えているため、温度ディレーティングが働いており、駆動電流Ｉ_ＬＥＤは小さい状態が維持される。具体的には、時刻ｔ_０～ｔ_１の間は、温度Ｔ１のみがしきい値Ｔ_ＴＨを超えており、時刻ｔ_１～ｔ_２の間は、温度Ｔ１とＴ２の両方がしきい値Ｔ_ＴＨを超えており、時刻ｔ_２～ｔ_３の間は、温度Ｔ２のみがしきい値Ｔ_ＴＨを超えている。

時刻ｔ_３以降、温度Ｔ１，Ｔ２は両方ともしきい値Ｔ_ＴＨより低いため、温度ディレーティングが解除され、駆動電流Ｉ_ＬＥＤは定格の目標電流Ｉ_ＲＥＦに戻る。その後、温度Ｔ２が上昇し、時刻ｔ_４にしきい値Ｔ_ＴＨを超えると、再び温度ディレーティングがかかり、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが減少する。

以上が灯具システム１００の動作である。この灯具システム１００によれば、温度環境が異なる箇所に設けられる２個の半導体光源１０２，１０４に対して、駆動回路２１０および温度ディレーティング回路２２０を共通化することで低コスト化を図ることができる。また２個の半導体光源１０２，１０４それぞれに専用の温感素子１０６，１０８を設け、温度ディレーティング回路２１０によってそれらの温度Ｔ１，Ｔ２を監視し、少なくとも一方において温度異常が発生した場合には、駆動電流Ｉ_ＬＥＤを減少させることで、回路を保護することができる。

図３は、一実施例に係る灯具システム１００の回路図である。この実施例において第１半導体光源１０２および第２半導体光源１０４はＬＥＤであり、第１温感素子１０６および第２温感素子１０８はサーミスタである。

点灯回路２００は、入力（ＩＮ）ピン、ＬＥＤ接続ピンＬＥＤ１＋，ＬＥＤ１－，ＬＥＤ２＋，ＬＥＤ２－、サーミスタ接続ピンＴＨ１＋，ＴＨ１－，ＴＨ２＋，ＴＨ２－を有する。ＬＥＤ１－ピンとＬＥＤ２＋ピンの間は結線されている。

駆動回路２１０は、スイッチングコンバータ（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２１２およびコントローラ２１４を備える。スイッチングコンバータ２１２は昇圧（Boost）コンバータであり、入力ピンＩＮの電圧Ｖ_ＩＮを昇圧し、ＬＥＤ１＋ピンに、入力電圧Ｖ_ＩＮより高い出力電圧Ｖ_ＯＵＴを発生させる。スイッチングコンバータ２１２は、インダクタＬ１、スイッチングトランジスタＭ１、電流センス抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２および整流素子Ｄ１を備える。スイッチングコンバータ２１２の出力には、駆動電流Ｉ_ＬＥＤを平滑化するためのフィルタを挿入してもよい。整流素子Ｄ１は、ショットキーダイオードであってもよいし、同期整流トランジスタであってもよい。電流センス抵抗Ｒｓ１にはスイッチングトランジスタＭ１に流れる電流に応じた電圧降下が発生する。コントローラ２１４のＣＳ端子には、抵抗Ｒｓ１の電圧降下に応じた検出信号が入力され、過電流保護などに利用される。

また電流センス抵抗Ｒｓ２には、駆動電流Ｉ_ＬＥＤに応じた電圧降下（電流検出信号）Ｖ_ＣＳが発生する。この電流検出信号Ｖ_ＣＳは、コントローラ２１４のＩＳＥＮＳＥ＋，ＩＳＥＮＳＥ－端子に入力される。コントローラ２１４は、電流検出信号Ｖ_ＣＳが目標電圧Ｖ_ＲＥＦに近づくようにデューティ比（あるいは周波数など）が調節されるパルス信号を生成し、このパルス信号を、ＯＵＴ端子に接続されるスイッチングトランジスタＭ１のゲートに印加し、スイッチングトランジスタＭ１をスイッチングさせる。これにより、駆動電流Ｉ_ＬＥＤは目標電圧Ｖ_ＲＥＦに応じた目標量Ｉ_ＲＥＦに安定化される。

たとえばコントローラ２１４は電流制御端子ＩＣＴＲＬを備え、電流制御端子ＩＣＴＲＬに入力される電圧Ｖ_ＣＴＲＬに応じて、目標電圧Ｖ_ＲＥＦすなわち駆動電流Ｉ_ＬＥＤの目標値Ｉ_ＲＥＦを調節可能に構成される。制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬは、温度ディレーティング回路２２０による温度ディレーティングが働いていないときには、所定の電圧レベルに維持されている。たとえばＣＴＲＬ端子には、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２が接続されており、通常状態では、電源電圧Ｖ_ＣＣを分圧した所定電圧が印加されている。

温度ディレーティング回路２２０は、サーミスタである第１温感素子１０６、第２温感素子１０８の状態にもとづいて、温度Ｔ１，Ｔ２を検出し、少なくとも一方がしきい値Ｔ_ＴＨを超えると、コントローラ２１４のＩＣＴＲＬ端子の電圧Ｖ_ＣＴＲＬを低下させる。

温度ディレーティング回路２２０の構成や動作は特に限定されないが、たとえば温度ディレーティング回路２２０は温度異常を検出すると、その出力ＴＤＲから電流Ｉ_ＴＤＲをシンクする。これにより、抵抗Ｒ１１の電圧降下が大きくなり、制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬが正常状態の電圧レベルより低くなる。あるいは温度ディレーティング回路２２０は、抵抗Ｒ１２と並列な可変インピーダンス素子を含み、温度異常を検出すると、この可変インピーダンス素子のインピーダンスを低下させてもよい。これにより、分圧回路Ｒ１１，Ｒ１２の実効的な分圧比が小さくなり、制御電圧Ｖ_ＣＴＲＬが正常状態の電圧レベルより低くなる。

図４は、温度ディレーティング回路２２０の構成例を示す回路図である。ＴＨ１－ピン、ＴＨ２－ピンは接地されている。サーミスタである第１温感素子１０６は、抵抗Ｒ２１とともに分圧回路を構成している。第１温感素子１０６の抵抗値をＲｔｈ１と書くとき、ＴＨ１＋ピンには、温度Ｔ１に応じた温度検出信号Ｖ１＝Ｖ_ＣＣ×Ｒｔｈ１／（Ｒ２１＋Ｒｔｈ１）が発生する。第１温感素子１０６がＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）であるとき、温度が上昇するほど、抵抗値Ｒｔｈ１は低下するから、温度検出信号Ｖ１は、温度に対して負の相関を有する。

電圧Ｖ１はソースフォロア回路２２２に入力される。ソースフォロア回路２２２の出力は、トランジスタＱ１のベースに入力される。温度検出信号Ｖ１があるしきい値電圧より低くなると、言い換えると温度Ｔ１がしきい値Ｔ_ＴＨを超えると、トランジスタＱ１がオンとなり、ＴＤＲ端子から電流がシンクされる。あるいはトランジスタＱ１は、温度Ｔ１がしきい値Ｔ_ＴＨより低い状態では、非常に高いインピーダンスを有し、温度Ｔ１がしきい値Ｔ_ＴＨより高い状態では、インピーダンスが低下する可変インピーダンス素子と把握することもできる。第２温感素子１０８側についても、抵抗Ｒ２２，ソースフォロア２２４、トランジスタＱ２が設けられており、第１温感素子１０６側と同様に動作する。

続いて灯具システム１００の用途を説明する。

（用途１）
図５は、灯具システム１００を備える車両３００を示す図である。車両３００は、左ドアミラー３０２、右ドアミラー３０４を備える。上述の第１半導体光源１０２および第１温感素子１０６は、左ドアミラー３０２に収容され、第２半導体光源１０４および第２温感素子１０８は、右ドアミラー３０４に収容されている。

たとえば、左ドアミラー３０２、右ドアミラー３０４には、パーキングアシストのための撮像素子が内蔵される。第１半導体光源１０２および第２半導体光源１０４は、撮像素子による撮像エリアを照射する赤外線光源であってもよい。点灯回路２００は、車室内あるいはボンネット内に設けることができる。

第１半導体光源１０２および第２半導体光源１０４は、ターンランプであってもよい。この場合、左右独立に点灯することが求められる。この場合、第１半導体光源１０２、第２半導体光源１０４それぞれと並列にバイパススイッチを設け、点灯したい光源と並列なバイパススイッチをオフ、消灯した光源と配列なバイパススイッチをオンとする制御を追加すればよい。

（用途２）
自動車の後部に設けられる車両用灯具（コンビネーションランプあるいは単にリアランプという）には、トランクリッドやリアハッチなどの可動部分と車両本体側とに跨がるものがある。このようなリアランプは、可動部分側の筐体と、車両本体側の筐体に分割して形成される。実施の形態に係る灯具システム１００は、このようなランプにも適用できる。

図６（ａ）は、リアターンランプ１００を備える自動車５００の外観図である。リアターンランプ５１０Ｌ，５１０Ｒはそれぞれ、自動車５００の左右の後方に取り付けられる。自動車５００は、固定部分５０２および可動部分５０４を有する。可動部分５０４は、図６（ａ）に示すようなトランクリッドであってもよい。あるいは別の実施例において、可動部分５０４はリアハッチゲートであり得る。リアターンランプ５１０は、固定部分５０２側と可動部分５０４側とに分割して設けられる。

図６（ｂ）は、左側のリアターンランプ５１０Ｌを示す図である。なお、リアターンランプ５１０Ｒは、リアターンランプ５１０Ｌと左右対称に構成される。

リアターンランプ５１０Ｌは、第１灯具ユニット５１２と第２灯具ユニット５１４に分割される。第１灯具ユニット５１２と第２灯具ユニット５１４は、別個の筐体を有している。第１灯具ユニット５１２は、固定部分５０２側に固定され、第２灯具ユニット５１４は可動部分５０４側に、固定部分５０２と隣接して固定されている。第１灯具ユニット５１２を外側灯具ユニット、第２灯具ユニット５１４を内側灯具ユニットと称してもよい。

第１灯具ユニット５１２には、上述の第１半導体光源１０２および第１温感素子１０６が内蔵され、第２灯具ユニット５１４には上述の第２半導体光源１０４および第２温感素子１０８が内蔵される。リアターンランプ５１０Ｌは、いわゆるシーケンシャルターンランプであってもよい。点灯回路２００は、灯具ユニット５１２，５１４とは別の、車両側に設けてもよい。

あるいは、灯具ユニット５１２，５１４のいずれか一方に設けてもよい。灯具ユニット５１４は、可動部５０４の開け閉めにともなって衝撃が加わりやすいことから、より静的な灯具ユニット５１２側に、点灯回路２００を内蔵するとよい。

本発明は、自動車などに用いられる灯具に関する。

１００ 灯具システム
１０２ 第１半導体光源
１０４ 第２半導体光源
１０６ 第１温感素子
１０８ 第２温感素子
２００ 点灯回路
２１０ 駆動回路
２１２ スイッチングコンバータ
２１４ コントローラ
２２０ 温度ディレーティング回路
３００ 車両
３０２ 左ドアミラー
３０４ 右ドアミラー

Claims (4)

1. 温度環境が異なる箇所に設けられ、電気的に直列に接続される第１半導体光源および第２半導体光源と、
   前記第１半導体光源の温度を検出可能に設けられる第１温感素子と、
   前記第２半導体光源の温度を検出可能に設けられる第２温感素子と、
   前記第１半導体光源および前記第２半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、
   前記第１温感素子が示す温度および前記第２温感素子が示す温度の少なくとも一方が正常範囲から逸脱すると、前記駆動電流が減少するように前記駆動回路に作用する温度ディレーティング回路と、
   を備え、
   前記第１半導体光源および前記第２半導体光源は、左のドアミラーと右のドアミラーに内蔵されることを特徴とする車両用灯具システム。
2. 前記駆動回路は、定電流出力のスイッチングコンバータを含むことを特徴とする請求項１に記載の車両用灯具システム。
3. 温度環境が異なる箇所に設けられ、電気的に直列に接続される第１半導体光源および第２半導体光源を制御する点灯回路であって、
   前記第１半導体光源および前記第２半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、
   前記第１半導体光源の近傍に設けられる第１温感素子からの第１温度検出信号を受ける第１温度検出端子と、
   前記第２半導体光源の近傍に設けられる第２温感素子からの第２温度検出信号を受ける第１温度検出端子と、
   前記第１温度検出信号が示す温度および前記第２温度検出信号が示す温度の少なくとも一方が正常範囲から逸脱すると、前記駆動電流が減少するように前記駆動回路に作用する温度ディレーティング回路と、
   を備え、
   前記第１半導体光源および前記第２半導体光源は、左のドアミラーと右のドアミラーに内蔵されることを特徴とする点灯回路。
4. 前記駆動回路は、定電流出力のスイッチングコンバータを含むことを特徴とする請求項３に記載の点灯回路。

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