WO2018047915A1

WO2018047915A1 - 点灯回路、車両用灯具および光源の駆動方法

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Publication number: WO2018047915A1
Application number: PCT/JP2017/032341
Authority: WO
Inventors: 雄太丸山; 村上　健太郎; 隆雄村松
Original assignee: 株式会社小糸製作所
Priority date: 2016-09-09
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2018-03-15
Also published as: JPWO2018047915A1; CN109691235A; JP6975155B2; EP3512308A1; CN109691235B; US20190202344A1; EP3512308A4; US10807516B2

Abstract

点灯回路（４００）は、直列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子（３１２）を含む光源（３１０）を駆動する。バイパススイッチ回路（４５０）は、複数Ｎ個のバイパススイッチ（４５２）を含み、各バイパススイッチ（４５２）は、複数の発光素子（３１２）の対応するひとつと並列に接続されている。定電流駆動回路（４４０）は、目標電流に安定化された駆動電流を光源（３１０）に供給する。配光コントローラ（４７０）は、バイパススイッチ回路（４５０）を制御する。ある配光パターンにおいて、複数Ｎ個の発光素子それぞれのデューティ比Ｄｉ（％）が規定される。デューティ比の和が１００％以下となる複数の発光素子が制御単位を構成する。配光コントローラ（４７０）は、同一の制御単位に含まれる複数の発光素子が同時点灯しないように、複数のバイパススイッチ（４５２）を制御する。

Description

点灯回路、車両用灯具および光源の駆動方法

　本発明は、自動車などに用いられる灯具に関する。

　車両用灯具は、一般にロービームとハイビームとを切りかえることが可能である。ロービームは、近方を所定の照度で照明するものであって、対向車や先行車にグレアを与えないよう配光規定が定められており、主に市街地を走行する場合に用いられる。一方、ハイビームは、前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明するものであり、主に対向車や先行車が少ない道路を高速走行する場合に用いられる。したがって、ハイビームはロービームと比較してより運転者による視認性に優れているが、車両前方に存在する車両の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。

　近年、車両の周囲の状態にもとづいて、ハイビームの配光パターンを動的、適応的に制御するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）制御が提案されている。ＡＤＢ制御によれば、車両の前方の先行車、対向車や歩行者の有無を検出し、車両あるいは歩行者に対応する領域を減光するなどして、車両あるいは歩行者に与えるグレアを低減したり、右カーブや左カーブ時に進行方向を明るく照射したりすることが可能となる。

　ＡＤＢ機能を有する車両用灯具について説明する。図１は、比較技術に係るＡＤＢ機能を有する車両用灯具のブロック図である。なおこの比較技術を公知技術として認定してはならない。

　車両用灯具１Ｒは、光源２および点灯回路２０Ｒを備える。ＡＤＢ制御においては、ハイビーム照射領域は、複数Ｎ個（Ｎは２以上の自然数）のサブ領域に分割される。光源２は、Ｎ個のサブ領域に対応づけられる複数の発光素子３＿１～３＿Ｎを含む。各発光素子３は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの半導体デバイスであり、それぞれが対応するサブ領域を照射するよう配置される。

　点灯回路２０Ｒは、バッテリ４からの電源電圧Ｖ_ＢＡＴを受け、複数の発光素子３＿１～３＿Ｎそれぞれのオン（点灯）、オフ（消灯）を制御することで、ハイビームの配向を変化させる。あるいは点灯回路２０Ｒは、高い周波数で発光素子３に流れる電流Ｉ_ＬＡＭＰをＰＷＭ（パルス幅変調）制御することで、実効的な輝度を調節する。

　点灯回路２０Ｒは、定電流コンバータ２２、バイパススイッチ回路２４、配光コントローラ２６を備える。定電流コンバータ２２は、目標値Ｉ_ＲＥＦに安定化された出力電流Ｉ_ＬＡＭＰを生成して光源２に供給する。

　バイパススイッチ回路２４は、複数の発光素子３＿１～３＿Ｎに対応する複数のバイパススイッチ２８＿１～２８＿Ｎおよび駆動回路３０を備える。各バイパススイッチ２８＿ｉは、対応する発光素子３＿ｉと並列に接続される。あるバイパススイッチ２８＿ｉがオフのとき、駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰは発光素子３＿ｉに流れて点灯状態となり、バイパススイッチ２８＿ｉがオンのとき、駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰはバイパススイッチ２８＿ｉに流れるため、発光素子３＿ｉは消灯状態となる。

　配光コントローラ２６は、配光パターンにもとづいて、複数のバイパススイッチ２８＿１～２８＿Ｎのオン、オフを指示する制御信号ＣＮＴ_１～ＣＮＴ_２８生成する。駆動回路３０は、制御信号ＣＮＴ_ｉにもとづいてバイパススイッチ２８＿ｉを駆動する。配光コントローラ２６は、複数のバイパススイッチ２８＿１～２８＿ＮそれぞれをＰＷＭ制御することにより、複数の発光素子３＿１～３＿ＮをＰＷＭ調光する。

　複数の発光素子３＿１～３＿Ｎのうち、駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰが流れている個数をｋ個（０≦ｋ≦Ｎ）とすると光源２の両端間の電圧、すなわち定電流コンバータ２２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、ｋ×Ｖ_Ｆとなる。ここでは理解の容易化のため、発光素子３の順方向電圧Ｖ_Ｆが均一であるものとする。したがって、定電流コンバータ２２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、複数のバイパススイッチ２８＿１～２８＿Ｎのオン、オフの組み合わせによって時々刻々と変化する。

特開２０１５－１５３６５７号公報

　一般に、発光素子３の順方向電圧Ｖ_Ｆは４Ｖ程度である。したがって、Ｎ＝１２個の光源２において、定電流コンバータ２２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは最大で１２×４＝４８Ｖとなる。このことはバイパススイッチ回路２４の上側のライン２５に最大４８Ｖの電圧が印加されることを意味する。駆動回路３０が接地電圧を基準とする制御信号ＣＮＴ_１～ＣＮＴ_Ｎを受信するために、バイパススイッチ回路２４は接地ピンを有する。したがってバイパススイッチ回路２４には、ライン２５の最大電圧よりも高い耐圧が要求される。一例としてＶ_{ＯＵＴ（ＭＡＸ）}＝４８Ｖの場合、バイパススイッチ回路２４として、６０Ｖ耐圧のＩＣ（Integrated Circuit）が用いられる。

　近年、ＡＤＢ制御の高分解能化が進んでおり、発光素子３の個数（チャンネル数）Ｎは増加傾向にある。たとえばＮ＝２４の車両用灯具１Ｒを、図１のアーキテクチャで実現しようとすると、Ｖ_{ＯＵＴ（ＭＡＸ）}＝４×２４＝９６Ｖとなり、バイパススイッチ回路２４には１００Ｖ以上の耐圧が必要となるが、１００Ｖ以上の高耐圧のＩＣは高コストとなる。また定電流コンバータ２２についても、Ｖ_{ＯＵＴ（ＭＡＸ）}＝９６Ｖに耐えうる設計が必要となり、高コストとなる。特に図１の点灯回路２０Ｒでは、ＰＷＭ調光を行う際に、定電流コンバータ２２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴが０～９６Ｖの範囲でダイナミックに変動することとなる。このような広い出力電圧範囲について、安定動作可能なスイッチングコンバータの設計は容易ではない。

　図２は、チャンネル数の多い光源を点灯可能な点灯回路２０Ｓのブロック図である。この点灯回路２０Ｓは、図１の点灯回路２０Ｒを２系統Ａ，Ｂ、並列に接続して構成される。これにより、図１と同じ耐圧の回路を用いて、多くの個数Ｎに対応できる。しかしながら図２の点灯回路２０Ｓでは、定電流コンバータ２２が２個必要であるため、コストが高くなる。

　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、点灯回路の低コスト化にある。

　本発明のある態様は、直列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子を含む光源を駆動する点灯回路に関する。点灯回路は、複数Ｎ個のバイパススイッチを含み、各バイパススイッチは、複数の発光素子の対応するひとつと並列に接続されているバイパススイッチ回路と、目標電流に安定化された駆動電流を光源に供給する定電流駆動回路と、バイパススイッチ回路を制御する配光コントローラと、を備える。ある配光パターンに関して、複数Ｎ個の発光素子それぞれのデューティ比Ｄ_ｉ（％）が規定され、デューティ比の和が１００％以下となる複数の発光素子を制御単位とする。配光コントローラは、同一の制御単位に含まれる複数の発光素子が同時点灯しないように、複数のバイパススイッチをスイッチングする。

　この態様によると、同一の制御単位の発光素子は同時点灯せず、したがって同一の制御単位の複数の発光素子の電圧降下の合計は、発光素子一段分の電圧降下より小さくなる。これにより、光源全体の両端間電圧を抑制でき、バイパススイッチ回路等に必要な耐圧を下げることができ、また定電流駆動回路の出力電圧範囲を小さくできるため、点灯回路のコストを下げることができる。

　配光コントローラは、同一の制御単位に含まれる複数の発光素子に対応する複数のバイパススイッチを制御単位とし、同一の制御単位に含まれる複数のバイパススイッチをオフ時間が重ならないようにシフトして制御してもよい。

　ひとつの制御単位には、２個の発光素子が含まれてもよい。

　制御単位のデューティ比の和は均一化されていてもよい。これにより発熱を均一化することができる。

　複数の発光素子は、デューティ比が大きい順に、第１、第２、第３グループに分類されており、第１グループに属する発光素子と第３グループに属する発光素子がペアを形成し、第２グループに属する２個の発光素子がペアを形成してもよい。

　第１グループのｉ番目にデューティ比が大きい発光素子は、第３グループのｉ番目にデューティ比が小さい発光素子とペアを形成し、第２グループのｉ番目にデューティ比が大きい発光素子は、第２グループのｉ番目にデューティ比が小さい発光素子とペアを形成してもよい。

　複数の発光素子は水平方向に配置され、端から順に第１、第２、第３、第４グループに分類されており、第１グループに含まれるひとつの発光素子は第３グループに含まれるひとつの発光素子とペアを形成し、第２グループに含まれるひとつの発光素子は、第４グループに含まれるひとつの発光素子とペアを形成してもよい。発光素子のペアに対応する２個のバイパススイッチがペアを形成してもよい。

　複数の発光素子は、上下二段に分けて水平方向に配置され、下段の中央に位置する複数の発光素子が第１グループに分類され、下段の両サイドに位置する複数の発光素子が第２グループに分類され、上段の複数の発光素子が第３グループに分類されてもよい。第１グループに含まれるひとつの発光素子と第３グループに含まれるひとつの発光素子はペアを形成し、第２グループに含まれるひとつの発光素子と同じ第２グループに含まれる別の発光素子はペアを形成してもよい。そして発光素子のペアに対応する２個のバイパススイッチがペアを形成してもよい。

　バイパススイッチ回路は、集積回路化されており、発光素子の順方向電圧をＶ_Ｆ、複数の発光素子の個数をＮとするとき、バイパススイッチ回路の耐圧が、Ｖ_Ｆ×Ｎより低くてもよい。

　複数の配光パターンが切りかえ可能であり、すべての配光パターンにおけるｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の発光素子の最大デューティ比（％）をＤ_ＭＡＸｉとするとき、最大デューティ比の和が１００％以下となる２つの発光素子が制御単位を形成してもよい。

　複数の配光パターンが切りかえ可能であり、配光パターンごとに制御単位を構成する複数の発光素子を組み替えてもよい。

　本発明の別の態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、直列に接続される複数の発光素子を含む光源と、光源を駆動する点灯回路と、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、点灯回路を低コスト化できる。

比較技術に係るＡＤＢ機能を有する車両用灯具のブロック図である。チャンネル数の多い光源を点灯可能な点灯回路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。制御ペアのスイッチング動作を説明する図である。４個のバイパススイッチをペアリングせずに独立制御したときの波形図である。複数の発光素子のペアリングの一例を説明する図である。別の配光パターンにおけるデューティ比を示す図である。図８（ａ）～（ｃ）は、複数の発光素子のペアリングの一例を説明する図である。図９（ａ）、（ｂ）は、複数の発光素子のペアリングの一例を説明する図である。第１変形例に係る点灯回路のブロック図である。

　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３は、実施の形態に係る点灯回路４００を備える車両用灯具３００のブロック図である。車両用灯具３００は、バッテリ２０２および車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０４とともに灯具システム２００を構成する。バッテリ２０２は、１２Ｖあるいは２４Ｖのバッテリ電圧（電源電圧）Ｖ_ＢＡＴを生成する。点灯回路４００は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴを電源として受け、光源３１０を点灯する。点灯回路４００と車両ＥＣＵ２０４は、ＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）などのバス２０６を介して接続されている。車両用灯具３００は、ＡＤＢ機能を有しており、車両ＥＣＵ２０４からの情報あるいは指令値にもとづいて配光パターンを動的に変化させる。

　車両用灯具３００は、光源３１０および点灯回路４００を備える。光源３１０は、直列に接続される複数チャンネル（Ｎ個）の発光素子３１２＿１～３１２＿Ｎを含む。発光素子３１２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）であり、駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰに応じた輝度で発光する。なお発光素子はＬＥＤに限定されず、ＬＤ（レーザダイオード）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）などを用いてもよい。発光素子３１２の個数Ｎは、配光パターンの制御の分解能に対応しており、たとえばＮ＝８，１２，１６，２４，３６などが例示されるがこの限りでない。本実施の形態では説明の簡潔化のために、Ｎ＝２４とする。

　点灯回路４００はワイヤハーネス３２０を介して光源３１０と接続されている。点灯回路４００は、定電流駆動回路４４０、バイパススイッチ回路４５０、配光コントローラ４７０を備える。

　定電流駆動回路４４０は、バッテリ２０２からの電源電圧Ｖ_ＢＡＴを受け、目標電流Ｉ_ＲＥＦに安定化された駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰを生成する。定電流駆動回路４４０は、電源電圧Ｖ_ＢＡＴを、所定の電圧レベル（たとえば６０Ｖ）に昇圧し、安定化する昇圧コンバータと、昇圧コンバータの出力電圧を受け、駆動電流Ｉ_ＬＡＭＰを生成する降圧コンバータの組み合わせで構成してもよい。

　バイパススイッチ回路４５０は、複数のバイパススイッチ４５２＿１～４５２＿Ｎおよび駆動回路４５４を備える。ｉ番目のバイパススイッチ４５２＿ｉは、複数の発光素子の対応するひとつ３１２＿ｉと並列に接続されている。駆動回路４５４は、配光コントローラ４７０からの制御信号ＣＮＴ_１～ＣＮＴ_Ｎにもとづいて、複数のバイパススイッチ４５２＿１～４５２＿Ｎを駆動する。たとえば駆動回路４５４は、ｉ番目の制御信号ＣＮＴ_ｉがハイレベルのとき、対応する駆動回路４５４＿ｉをオンし、ローレベルのときオフする。

　配光コントローラ４７０は、車両ＥＣＵ２０４からの情報や制御指令にもとづく所望の配光パターンが得られるように、制御信号ＣＮＴ_１～ＣＮＴ_Ｎを生成する。

　以上が点灯回路４００の基本構成である。続いて、配光コントローラ４７０によるバイパススイッチ回路４５０の特徴的な制御を説明する。

　ある配光パターンにおけるｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の発光素子３１２＿ｉのデューティ比（％）をＤ_ｉとするとき、デューティ比の和が１００％以下となる複数の発光素子３１２を制御単位とする。
　Ｄ_ｉ＝Ｔ_ＯＮｉ／Ｔ_ＰＷＭ
　Ｔ_ＯＮｉは発光素子３１２＿ｉの点灯時間であり、Ｔ_ＰＷＭはＰＷＭ周期である。
　ひとつの制御単位は、２個、３個、４個もしくはそれより多い発光素子３１２を含みうるが、本実施の形態では、ひとつの制御単位は２個の発光素子３１２を含み、したがって以下の説明では、制御単位を制御ペアと称する。

　たとえばある配光パターンにおいて、デューティ比が２０％と７０％である２個の発光素子は制御ペアを形成することができ（２０％＋９０％≦１００％）、デューティ比が５０％と４０％である２個の発光素子は制御ペアを形成することができる（５０％＋４０％≦１００％）。

　配光コントローラ４７０は、同一の制御単位に含まれる複数の発光素子３１２が同時点灯しないように、同一の制御単位に含まれる複数の発光素子に対応する複数のバイパススイッチ４５２をスイッチングする。すなわち、発光素子３１２の制御単位に対応して、バイパススイッチ４５２の制御単位が形成され、各制御単位は、オフ時間のデューティ比Ｄの和が１００％以下となる複数のバイパススイッチ４５２を含む。同一の制御単位に含まれる複数のバイパススイッチ４５２は同時オフしないように制御される。

　Ｎ（＝２４）個すべての発光素子（ひいてはバイパススイッチ）をペアにすることが好ましく、この場合、Ｎ／２（＝１２）個の制御ペアが形成される。

　以上が点灯回路４００の構成である。続いてその動作を説明する。
　図４は、制御ペアのスイッチング動作を説明する図である。ここでは説明の簡潔化のためＮ＝４チャンネルとしてる。また各波形ＣＨ１～ＣＨ４はハイレベルが点灯を、ローレベルが消灯を示す。各チャンネルに割り当てられたバイパススイッチは、点灯区間においてオフ、消灯区間においてオフとなる。

　点灯区間のデューティ比が５０％と４０％である２チャンネルＣＨ１，ＣＨ２が第１ペア５００を形成し、デューティ比が２０％、７０％である２チャンネルＣＨ３，ＣＨ４が第２ペア５０２を形成しているとする。第１ペア５００に着目すると、ＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭの前半において、チャンネルＣＨ１が点灯する。配光コントローラ４７０は、チャンネルＣＨ１が消灯した後に、チャンネルＣＨ２を点灯する。

　同様に第２ペア５０２に着目すると、ＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭの前半において、チャンネルＣＨ３が点灯する。配光コントローラ４７０は、チャンネルＣＨ３が消灯した後に、チャンネルＣＨ４を点灯する。

　図４には４チャンネルの発光素子の両端間電圧、すなわち定電流駆動回路４４０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴが示される。この例では、ＰＷＭ周期の間に、１個または２個のバイパススイッチがオンとなり、１個または２個の発光素子が点灯状態となる。したがって、出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、２×Ｖ_ＦまたはＶ_Ｆの２値で変動する。

　以上が点灯回路４００の構成である。続いてその利点を説明する。この利点は図５との対比によって明確となる。図５は、４個のバイパススイッチをペアリングせずに独立制御したときの波形図である。この制御では、４チャンネルの発光素子が同時点灯する区間が存在するため、出力電圧Ｖ_ＯＵＴは最大４×Ｖ_Ｆまで上昇する。

　図５と図４を対比すると、図４の制御によれば、同じ制御ペアに対応する２チャンネルの発光素子は同時に発光することはないため、各制御ペアの電圧降下は、Ｖ_Ｆまたはゼロとなる。したがって制御ペアの個数がＫ個であるとき、光源３１０の両端間電圧、言い換えれば定電流駆動回路４４０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴの最大値Ｖ_{ＯＵＴ（ＭＡＸ）}を、Ｋ×Ｖ_Ｆに低下させることができる。

　Ｎ＝２４個すべての発光素子３１２（バイパススイッチ４５２）がペアリングされているとすると、Ｋ＝１２個の制御ペアが存在することとなる。この場合、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの最大値Ｖ_{ＯＵＴ（ＭＡＸ）}は、１２×４＝４８Ｖである。これは、従来において２４個の発光素子を点灯させる場合の出力電圧Ｖ_ＯＵＴの最大値Ｖ_{ＯＵＴ（ＭＡＸ）}＝２４×４＝９６Ｖの半分である。これにより、図２に示すように、コンバータを２系統設ける必要がなくなり、コストを下げ、また回路面積を小さくできる。

　またバイパススイッチ回路４５０を集積化する場合、バイパススイッチ回路４５０の耐圧は６０Ｖで足りるため、Ｖ_Ｆ×Ｎより低くすることができる。

　続いて、制御ペアの作り方について説明する。

　複数のバイパススイッチ４５２を、デューティ比Ｄが大きい順に、第１、第２、第３グループに分類する。そして、第１グループに属するバイパススイッチと第３グループに属するバイパススイッチをペアにする。また第２グループに属する２個のバイパススイッチをペアにする。

　複数の制御単位（制御）のデューティ比の和が均一化するように、ペアを形成することが好ましい。そこで第１グループのｉ番目にデューティ比が大きいバイパススイッチを、第３グループのｉ番目にデューティ比が小さいバイパススイッチとペアにしてもよい。また第２グループのｉ番目にデューティ比が大きいバイパススイッチを、第２グループのｉ番目にデューティ比が小さいバイパススイッチとペアにしてもよい。

　図６は、複数の発光素子のペアリングの一例を説明する図である。図６には、複数の発光素子のＰＷＭ駆動のデューティ比がバーグラフとして示される。複数（Ｎ＝２４）の発光素子は、上下二段に分けて水平方向に配置される。上段の８個の発光素子は、上段を照射するように、下段の１６個の発光素子は、下段を照射するように配置されている。上段の発光素子には、チャンネル番号ＣＨとして１～８が割り当てられ、下段の発光素子には、チャンネル番号ＣＨとして９～２４が割り当てられる。なおチャンネル番号ＣＨと、発光素子３１２の番号は無関係でよく、別の観点から見れば、発光素子の物理的な位置と、発光素子の電気的な位置は無関係でよい。

　下段の中央に位置する複数の発光素子（ＣＨ＝１３～２０）は第１グループＧ１に分類され、下段の両サイドに位置する複数の発光素子（ＣＨ＝９～１２、２１～２４）は第２グループＧ２に分類される。また上段の複数の発光素子（ＣＨ＝１～８）が第３グループＧ３に分類される。

　第１グループＧ１に含まれるひとつの発光素子は、第３グループＧ３に含まれるひとつの発光素子とペアを形成する。また第２グループＧ２に含まれるひとつの発光素子は、同じ第２グループＧ２に含まれる別の発光素子とペアを形成する。

　より詳しくは第１グループＧ１のｉ番目にデューティ比が大きい発光素子は、第３グループのｉ番目にデューティ比が小さい発光素子とペアを形成する。また第２グループのｉ番目にデューティ比が大きい発光素子は、第２グループのｉ番目にデューティ比が小さい発光素子とペアを形成する。

　図７は、別の配光パターンにおけるデューティ比を示す図である。図７の配光パターンは、左カーブを走行中に車両の左前方を明るく照射する電子スイブルに対応する。図６のようにペアを形成することにより、図７のように配光パターンを切りかえた場合にペアを変更する必要はない。なお、配光パターンごとのペアを変更してもよい。

　図８（ａ）～（ｃ）は、複数の発光素子のペアリングの一例を説明する図である。図８（ａ）は、通常のハイビームの配光パターンを示す。図８（ｂ）は、右カーブ走行時に使用される右スイブルの配光パターンを示す。右スイブルでは、配光のピークが車両の進行方向、即ち右側にシフトする。図８（ｃ）は、悪天候モードの配光パターンを示す。雨天時あるいは霧の濃い状況で、路面を強く照射すると、反射によって却って視界が悪化することから、悪天候モードでは、中央の輝度を低下させる一方、両サイドの輝度を上昇させて、区画線、歩行者や対向車を見やすくする。

　このように複数の配光パターンが切りかえ可能な灯具においては、すべての配光パターンにおけるｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の発光素子３１２の最大デューティ比（％）をＤ_ＭＡＸｉとするとき、最大デューティ比の和が１００％以下となる２つの発光素子がペアをなしている。

　この例では複数の発光素子は水平方向に配置され、端から順に第１、第２、第３、第４グループＧ１～Ｇ４に分類されている。第１グループＧ１に含まれるひとつの発光素子は第３グループＧ３に含まれるひとつの発光素子とペアを形成する。また第２グループＧ２に含まれるひとつの発光素子は、第４グループＧ４に含まれるひとつの発光素子とペアを形成してもよい。そして、発光素子のペアに対応する２個のバイパススイッチをペアとしてもよい。

　このように発光素子をグループ分けしてペアを形成することにより、図８（ａ）～（ｃ）のすべての配光パターンに対して、同じペアを適用することが可能となる。

　図９（ａ）、（ｂ）は、複数の発光素子のペアリングの一例を説明する図である。この例では、Ｎ＝１６チャンネルの発光素子が、水平方向に一列に配置されている。発光素子は４個ずつ、４つのグループＧ１～Ｇ４に分割されている。この例では第８チャンネルと第９チャンネルの発光素子のデューティ比が１００％となっているため、これらはその他の発光素子とペアリングされることなく、単独で制御される。この例では以下のように制御ペアが形成される。
　・ＣＨ２＋ＣＨ１０
　・ＣＨ３＋ＣＨ１１
　・ＣＨ４＋ＣＨ１２
　・ＣＨ５＋ＣＨ１３
　・ＣＨ６＋ＣＨ１４
　・ＣＨ７＋ＣＨ１５
　残りのＣＨ１，ＣＨ８，ＣＨ９，ＣＨ１６は単独で制御される。したがって全部で１０個の制御単位が形成されている。図９（ｂ）には、ＰＷＭ周期の点灯状態が示される。

　従来のように全チャンネルを独立に制御する場合、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの最大値Ｖ_{ＯＵＴ（ＭＡＸ）}は１６×４＝６４Ｖであるため、６０Ｖ耐圧では不足する。これに対して図９（ａ）、（ｂ）の制御によれば、出力電圧Ｖ_ＯＵＴの最大値Ｖ_{ＯＵＴ（ＭＡＸ）}は、１０×４＝４０Ｖとなる。

　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。

（第１変形例）
　図１０は、第１変形例に係る点灯回路４００ａのブロック図である。この変形例では、バイパススイッチ回路４５０が複数（２個）のＩＣに分割して構成されている。たとえばＮ＝２４チャンネルの場合、１２個の発光素子３１２を備える光源３１０が２個設けられ、光源３１０ごとに、バイパススイッチ回路４５０が設けられる。配光コントローラ４７０は、バイパススイッチ回路４５０Ａ，４５０Ｂそれぞれに対して、制御信号ＣＮＴを供給する。この構成によっても、バイパススイッチ回路４５０として、Ｎ×Ｖ_Ｆよりも耐圧の低いＩＣを用いることができる。また定電流駆動回路４４０の出力電圧Ｖ_ＯＵＴの変動範囲を小さくできるため、設計上の制約を緩和できる。

（第２変形例）
　複数の配光パターンが切りかえ可能である場合に、配光パターンごと、ペアをなす２つのバイパススイッチを組み替えてもよい。

（第３変形例）
　定電流駆動回路４４０は、定電流制御の昇降圧コンバータで構成してもよい。あるいは定電流駆動回路４４０は、昇圧、降圧、あるいは昇降圧型のスイッチングコンバータと、定電流回路の組み合わせであってもよい。

（第４変形例）
　制御単位の形成にはさまざまな変形例が存在しうる。たとえばデューティ比が小さい発光素子を三個あるいは四個まとめてひとつの制御単位としてもよい。

２００…灯具システム、２０２…バッテリ、２０４…車両ＥＣＵ、３００…車両用灯具、３１０…光源、３１２…発光素子、４００…点灯回路、４４０…定電流駆動回路、４５０…バイパススイッチ回路、４５２…バイパススイッチ、４５４…駆動回路、４７０…配光コントローラ、５００…ペア。

　本発明は、点灯回路に利用できる。

Claims

　直列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子を含む光源を駆動する点灯回路であって、
　複数Ｎ個のバイパススイッチを含み、各バイパススイッチは、前記複数の発光素子の対応するひとつと並列に接続されているバイパススイッチ回路と、
　目標電流に安定化された駆動電流を前記光源に供給する定電流駆動回路と、
　前記バイパススイッチ回路を制御する配光コントローラと、
　を備え、
　ある配光パターンに対して複数Ｎ個の発光素子それぞれのデューティ比が規定されるとき、デューティ比の和が１００％以下となる複数の発光素子を制御単位とし、前記配光コントローラは、同一の制御単位に含まれる複数の発光素子が同時点灯しないように、前記複数のバイパススイッチをスイッチングすることを特徴とする点灯回路。
　前記配光コントローラは、前記同一の制御単位に含まれる複数の発光素子に対応する複数のバイパススイッチを制御単位とし、同一の制御単位に含まれる複数のバイパススイッチをオフ時間が重ならないようにシフトして制御することを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
　ひとつの制御単位には、２個のバイパススイッチが含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の点灯回路。
　前記制御単位のデューティ比の和は均一化されてい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。
　前記複数の発光素子は、デューティ比が大きい順に、第１、第２、第３グループに分類されており、
　前記第１グループに属する発光素子と前記第３グループに属する発光素子がペアを形成し、
　前記第２グループに属する２個の発光素子がペアを形成していることを特徴とする請求項３に記載の点灯回路。
　前記複数の発光素子は水平方向に配置され、端から順に第１、第２、第３、第４グループに分類されており、
　前記第１グループに含まれる発光素子は、前記第３グループに含まれる発光素子とペアを形成し、
　前記第２グループに含まれるひとつの発光素子は、前記第４グループに含まれるひとつの発光素子とペアを形成し、
　前記発光素子のペアに対応する２個のバイパススイッチがペアを形成することを特徴とする請求項３に記載の点灯回路。
　前記複数の発光素子は、上下二段に分けて水平方向に配置され、
　下段の中央に位置する複数の発光素子が第１グループに分類され、下段の両サイドに位置する複数の発光素子が第２グループに分類され、上段の前記複数の発光素子が第３グループに分類され、
　前記第１グループに含まれるひとつの発光素子は、前記第３グループに含まれるひとつの発光素子とペアを形成し、
　前記第２グループに含まれるひとつの発光素子は、同じ第２グループに含まれる別の発光素子とペアを形成し、
　前記発光素子のペアに対応する２個のバイパススイッチがペアを形成することを特徴とする請求項３に記載の点灯回路。
　前記バイパススイッチ回路は、集積回路化されており、前記発光素子の順方向電圧をＶ_Ｆ、前記複数の発光素子の個数をＮとするとき、
　前記バイパススイッチ回路の耐圧が、Ｖ_Ｆ×Ｎより低いことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の点灯回路。
　複数の配光パターンが切りかえ可能であり、すべての配光パターンにおけるｉ番目（１≦ｉ≦Ｎ）の発光素子の最大デューティ比（％）をＤ_ＭＡＸｉとするとき、最大デューティ比の和が１００％以下となる複数の発光素子が制御単位を構成していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の点灯回路。
　複数の配光パターンが切りかえ可能であり、配光パターンごとに前記制御単位を構成する複数の発光素子を組み替えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の点灯回路。
　直列に接続される複数の発光素子を含む光源と、
　前記光源を駆動する請求項１から１０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。
　直列に接続される複数Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の発光素子を含む光源の駆動方法であって、
　複数Ｎ個のバイパススイッチを含み、各バイパススイッチは、前記複数の発光素子の対応するひとつと並列に接続されているバイパススイッチ回路を設けるステップと、
　目標電流に安定化された駆動電流を前記光源に供給するステップと、
　ある配光パターンにおいて、複数Ｎ個の発光素子それぞれのデューティ比が規定され、デューティ比の和が１００％以下となる複数の発光素子を制御単位とするステップと、
　前記バイパススイッチ回路において、同一の制御単位に含まれる複数の発光素子に対応する複数のバイパススイッチを、同時オフしないようにスイッチングするステップと、
　を備えることを特徴とする駆動方法。