JP7271554B2 - 点灯回路および車両用灯具 - 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。

図１は、従来の車両用灯具１のブロック図である。車両用灯具１には、スイッチ４を介してバッテリ２からの直流電圧（入力電圧Ｖ_ＩＮ）を受ける。光源１０は、直列に接続される複数ｎ個のＬＥＤ１２を含む。光源１０の輝度は、それに流れる駆動電流Ｉ_ＬＥＤに応じて制御される。点灯回路２０は、駆動電流Ｉ_ＬＥＤを目標輝度に応じた目標量Ｉ_ＲＥＦに安定化するＬＥＤドライバ２２を含む。

ＬＥＤ１２に、目標量Ｉ_ＲＥＦに安定化された駆動電流Ｉ_ＬＥＤが流れているときの順方向電圧をＶｆ_０とすると、光源１０の両端間電圧（最低点灯電圧という）Ｖ_ＭＩＮは、Ｖｆ_０×ｎとなる。ｎ＝３とすると、白色ＬＥＤではＶ_ＭＩＮ≒１１Ｖであり、赤色ＬＥＤではＶ_ＭＩＮ≒９Ｖである。言い換えると、ＬＥＤドライバ２２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴが、この最低点灯電圧Ｖ_ＭＩＮを下回ると、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが目標量Ｉ_ＲＥＦを維持できなくなり、複数のＬＥＤ１２が消灯する。

低コスト化が求められる点灯回路２０では、ＬＥＤドライバ２２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で構成される。この場合、ＬＥＤドライバ２２の出力電圧Ｖ_ＯＵＴは、入力電圧Ｖ_ＩＮより低くなる。入力電圧Ｖ_ＩＮは、バッテリの満充電状態で１３Ｖであるが、放電が進むと、１０Ｖ以下まで低下することも珍しくない。したがって、バッテリ電圧が低下すると（低電圧状態という）、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが最低点灯電圧Ｖ_ＭＩＮを下回る状況が生じ、ＬＥＤ１２が消灯する。

低電圧状態における光源１０の消灯を防止するためにバイパススイッチ２４およびバイパス制御回路２６が設けられる。バイパススイッチ２４は、１個のＬＥＤ１２＿ｎと並列に接続される。バイパス制御回路２６は、入力電圧Ｖ_ＩＮがあるしきい値Ｖ_ＴＨより低くなると低電圧状態と判定し、バイパススイッチ２４をオンする。この状態では、最低点灯電圧Ｖ_ＭＩＮ＝Ｖｆ_０×（ｎ－１）となり、Ｖ_ＩＮ＞Ｖ_ＭＩＮが保たれる。つまり、ＬＥＤ１２＿ｎの消灯と引き換えに、残りのＬＥＤ１２＿１～１２＿（ｎ－１）の点灯を維持することができる。

特開２０１６－１９７７１１号公報

本発明者らは図１の点灯回路２０について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

図１の点灯回路２０では、低電圧状態において常に同じＬＥＤ１２＿ｎが消灯する。通常、複数のＬＥＤ１２＿１～１２＿ｎは、同一平面上に並べて配置されるため、同じＬＥＤ１２＿ｎが常に消灯していると、そのＬＥＤ１２＿ｎに対応する箇所だけが暗くなる。車両用灯具１が前照灯である場合、配光パターンにむらが現れ、運転者が車両前方を見にくくなるおそれがある。また車両用灯具１がストップランプやテールランプである場合、美観を損ねるおそれがある。

本発明はかか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、低電圧状態における半導体光源の輝度ムラ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、直列に接続される複数の発光素子を含む半導体光源のための点灯回路に関する。点灯回路は、入力電圧を受け、半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、それぞれが複数の発光素子の対応する一部と並列に接続される複数ｍ個（ｍ≧２）のバイパススイッチと、入力電圧に応じたデューティ比を有し、位相シフトしているｍ相のゲートパルス信号を生成し、ｍ相のゲートパルス信号に応じてｍ個のバイパススイッチを制御するバイパス制御部と、を備える。

本発明の別の態様もまた、点灯回路である。この点灯回路は、入力電圧を受け、半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、それぞれが複数の発光素子の対応する一部と並列に接続される複数ｍ個（ｍ≧２）のバイパススイッチと、入力電圧に応じて、同時にオン状態とすべきバイパススイッチの個数ｋを決定し、オン状態のバイパススイッチを所定の周期で変化させるバイパス制御部と、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、半導体光源の輝度ムラを抑制できる。

従来の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。 点灯回路における入力電圧Ｖ_ＩＮとゲートパルス信号Ｓｇのデューティ比の関係を示す図である。 図４（ａ）～（ｄ）は、点灯回路の動作波形図である。 入力電圧Ｖ_ＩＮと半導体光源の光量の関係を示す図である。 点灯回路における入力電圧Ｖ_ＩＮとゲートパルス信号Ｓｇのデューティ比の関係の別の一例を示す図である。 バイパス制御部の構成例を示すブロック図である。 図７のバイパス制御部の動作波形図である。 駆動回路の構成例を示すブロック図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、変形例１に係る点灯回路における入力電圧Ｖ_ＩＮとゲートパルス信号Ｓｇのデューティ比の関係を示す図である。 変形例５に係る車両用灯具の回路図である。 図１１の車両用灯具の動作のタイムチャートである。 図１１の車両用灯具の動作波形図である。

本明細書に開示される一実施の形態は、直列に接続される複数の発光素子を含む半導体光源のための点灯回路に関する。点灯回路は、入力電圧を受け、半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、それぞれが複数の発光素子の対応する一部と並列に接続される複数ｍ個（ｍ≧２）のバイパススイッチと、入力電圧に応じたデューティ比を有し、位相が３６０°／ｍずつシフトしているｍ相のゲートパルス信号を生成し、ｍ相のゲートパルス信号に応じてｍ個のバイパススイッチを制御するバイパス制御部と、を備える。

デューティ比が角度換算で３６０°／ｍとなると、常に１個のバイパススイッチがオン状態となり、発光素子の一部が消灯した状態となる。そしてオン状態となるバイパススイッチは順に入れ替わるため、消灯する発光素子も順に入れ替わり、半導体光源の輝度ムラを抑制できる。

ｍ相のゲートパルス信号のデューティ比は、入力信号に応じて連続的に変化してもよい。これにより、入力電圧の低下にともなって、半導体光源の光量を連続的に低下させることができ、ハロゲンランプのような自然な減光な電源電圧特性を再現できる。また、デューティ比を不連続に変化させると、あるしきい値近傍で入力電圧が変動するときに、半導体光源の輝度が不連続に変化するチャタリングが発生しうるが、デューティ比を連続的に変化させることで、チャタリングを抑制できる。

駆動回路は、降圧コンバータと、駆動電流が目標量に近づくように降圧コンバータをフィードバック制御するコンバータコントローラと、を含んでもよい。負荷変動に対する追従性の高いリップル制御方式を採用してもよい。これによりバイパススイッチのターンオンに起因する駆動電流の増大を抑制できる。

駆動回路は、降圧コンバータの出力と接続される電流平滑化フィルタをさらに含んでもよい。電流平滑化フィルタによって、負荷変動に起因する駆動電流の変動を抑制できる。

コンバータコントローラは、バイパススイッチのターンオンと同期したスタートタイミングから停止期間の間、降圧コンバータの駆動を停止してもよい。電流平滑化フィルタの放電電流と、降圧コンバータの出力電流の減少が相殺することにより、オーバーシュートや過電流を抑制できる。

（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。

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６００を備える車両用灯具５００のブロック図である。車両用灯具５００には、スイッチ４を介してバッテリ２からの直流電圧（入力電圧）Ｖ_ＩＮが供給される。車両用灯具５００は、半導体光源５０２および点灯回路６００を備える。半導体光源５０２は、直列に接続される複数ｎ個（ｎ≧２）の発光素子５０４＿１，５０４＿２，…５０４＿ｎを含む。図２にはｎ＝３の場合が示される。発光素子５０４はたとえばＬＥＤが好適であるが、その限りでなく、ＬＤ（レーザダイオード）や有機ＥＬ素子などを採用してもよい。車両用灯具５００は、たとえばヘッドランプであり、半導体光源５０２は白色ＬＥＤであってもよい。

点灯回路６００は、駆動回路６１０、複数のバイパススイッチＳＷ１～ＳＷ３、バイパス制御部６５０を備える。

駆動回路６１０は入力電圧Ｖ_ＩＮを受け、半導体光源５０２に目標量Ｉ_ＲＥＦに安定化された駆動電流Ｉ_ＬＥＤを供給する。駆動回路６１０を昇圧コンバータで構成するとコストが高くなることから、駆動回路６１０は、（i）定電流リニアレギュレータ、（ii）定電流出力の降圧スイッチングコンバータあるいは、（iii）定電圧出力の降圧スイッチングコンバータと定電流回路の組み合わせ、のいずれかで構成することができる。コストと消費電力の観点からは、定電流出力の降圧スイッチングコンバータを用いるとよい。

複数ｍ個のバイパススイッチＳＷ１～ＳＷｍはそれぞれ、複数の発光素子５０４＿１～５０４＿ｎの対応する一部と並列に接続される。本実施の形態では、発光素子５０４の個数ｎはバイパススイッチＳＷの個数ｍと同じであり、１個のバイパススイッチＳＷは、１個の発光素子５０４に対応付けられる。バイパススイッチＳＷｉ（ｉ＝１，２，３）がオン状態となると、駆動電流Ｉ_ＬＥＤはバイパススイッチＳＷｉ側に引き込まれ、対応する発光素子５０４＿ｉは消灯する。

バイパス制御部６５０は、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じたデューティ比、より正確には入力電圧Ｖ_ＩＮと負の相関を有するデューティ比を有し、位相が（３６０／ｍ）°（ｍ＝３のとき１２０°）ずつシフトしているｍ相のゲートパルス信号Ｓｇ１～Ｓｇ３を生成し、ｍ相のゲートパルス信号Ｓｇ１～Ｓｇ３に応じてｍ個のバイパススイッチＳＷ１～ＳＷ３を制御する。本実施の形態ではゲートパルス信号Ｓｇ＃がハイのときに、対応するバイパススイッチＳＷ＃はオンであり、対応する発光素子５０４＿＃は消灯する。ゲートパルス信号Ｓｇ１～Ｓｇ３の周波数は等しく、６０Ｈｚより高く規定され、好ましくは１００～４００Ｈｚ程度としてもよい。これにより、発光素子５０４の点滅は人間の目によって知覚できなくなる。

以上が点灯回路６００の基本的な構成である。続いてその動作を説明する。図３は、点灯回路６００における入力電圧Ｖ_ＩＮとゲートパルス信号のデューティ比の関係を示す図である。本実施の形態では、同時にオン状態となるバイパススイッチの個数ｋを、入力電圧Ｖ_ＩＮの低下に応じて、０個、１個、２個と変化させるものとし、したがって同時点灯する発光素子５０４の個数は、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じて、３個、２個、１個と変化する。

ゲートパルス信号Ｓｇのデューティ比は、入力電圧Ｖ_ＩＮの低下とともに、０％から、（ｋ_ＭＡＸ×１００／ｍ）％まで増大する。ｋ_ＭＡＸは同時にオン状態となるバイパススイッチの最大個数、言い換えれば同時に消灯する発光素子５０４の最大個数である。ｍ＝３、ｋ_ＭＡＸ＝２のとき、デューティ比は０％から６６％の範囲で変化する。

図４（ａ）～（ｄ）は、点灯回路６００の動作波形図である。図４（ａ）～（ｄ）は、入力電圧Ｖ_ＩＮが異なる４つの状態を示している。各状態は、図３の動作点（i）～（iv）に対応する。

以上が点灯回路６００および車両用灯具５００の動作である。この点灯回路６００によれば、入力電圧Ｖ_ＩＮの低下にともない、点灯する発光素子５０４の個数を徐々に減らすことができる。さらに消灯している発光素子５０４が、ゲートパルス信号Ｓｇの周期で順に入れ替わるため、常に同じ発光素子５０４が消灯する状況を回避でき、半導体光源５０２の輝度分布のムラを解消できる。車両用灯具５００がヘッドランプである場合、配光パターンのムラを低減できる。

車両用灯具５００のさらなる利点を説明する。図５は、入力電圧Ｖ_ＩＮと半導体光源５０２の光量の関係を示す図である。図５には、比較のために、従来のハロゲンランプの光量の電源電圧特性が示される。図示されるハロゲンランプおよび本実施の形態の特性はそれぞれ、電源電圧Ｖ_ＩＮが１３．５Ｖのときの光量を１００％として、電源電圧が変化したときの各光量の相対値を示す。２本の特性の比較からわかるように、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じて、デューティ比を徐々に変化させることにより、図５に示すように、発光量は入力電圧Ｖ_ＩＮの低下にともない、連続的に低下していく。これにより、電源電圧の低下にともなって光量が低下するハロゲンランプの特性を再現できる。

入力電圧Ｖ_ＩＮに対して、デューティ比を不連続に変化させると、不連続点の近傍で入力電圧Ｖ_ＩＮが変動したときに、半導体光源５０２の輝度が不連続に変化するチャタリングが発生しうるが、本実施の形態では、このようなチャタリングを抑制できるという利点もある。

図６は、点灯回路６００における入力電圧Ｖ_ＩＮとゲートパルス信号のデューティ比の関係の別の一例を示す図である。この例ではｋ_ＭＡＸ＝１であり、同時にオン状態となるバイパススイッチの個数ｋを、入力電圧Ｖ_ＩＮの低下に応じて０個、１個と変化させるものとし、したがって同時点灯する発光素子５０４の個数は、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じて、３個、２個と変化する。ゲートパルス信号Ｓｇのデューティ比は、入力電圧Ｖ_ＩＮの低下とともに、０％から３３％（＝ｋ_ＭＡＸ×１００／ｍ）まで増大する。

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７は、バイパス制御部６５０の構成例を示すブロック図である。複数（ｍ個）のランプ波発生器６５２＿１～６５２＿ｍは、位相差が３６０°／ｍであるランプ波Ｖｒａｍｐ１～Ｖｒａｍｐ３を生成する。

非反転アンプ６５４は、入力電圧Ｖ_ＩＮを増幅する。クランプ回路６５６は、非反転アンプ６５４のデューティ比指令電圧Ｖｃｎｔを、所定の下限電圧Ｖｃｌを下回らないようにクランプする。この下限電圧Ｖｃｌは、デューティ比が６６．６％となるように定められる。

電圧コンパレータ６５８＿＃（＃＝１，２，３）は、デューティ比指令電圧Ｖｃｎｔと対応するランプ波Ｖｒａｍｐ＃を比較し、矩形のパルス（ＰＷＭ信号）Ｓｐｗｍ＃を出力する。これらのパルスのデューティ比は等しく、それらの位相は３６０°／ｍずつシフトしている。

ドライバ６５９＿＃は、対応する電圧コンパレータ６５８＿＃から出力されるＰＷＭ信号Ｓｐｗｍ＃に応じたゲートパルス信号Ｓｇ＃を出力する。

図８は、図７のバイパス制御部６５０の動作波形図である。このように図７のバイパス制御部６５０によれば、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じたデューティ比を有し、位相がシフトした複数のゲートパルス信号Ｓｇ１～Ｓｇ３を生成できる。

なお図７において、非反転アンプ６５４を反転アンプで構成してもよい。クランプ回路６５６は、反転アンプの出力であるデューティ比指令電圧Ｖｃｎｔを、所定の上限レベルを超えないように制限してもよい。そして、電圧コンパレータ６５８の反転入力と非反転有力を入れ替えるか、あるいはドライバ６５９を反転型で構成することで、同じ動作を実現できる。

図９は、駆動回路６１０の構成例を示すブロック図である。駆動回路６１０は、降圧コンバータ（Ｂｕｃｋコンバータ）６１２と、コンバータコントローラ６１４、電流平滑化フィルタ６１６を備える。コンバータコントローラ６１４は、駆動電流Ｉ_ＬＥＤが目標量Ｉ_ＲＥＦに近づくように、フィードバックによりコンバータコントローラ６１４のスイッチング状態を制御する。

図４（ａ）や（ｂ）に示す動作モードでは、すべてのバイパススイッチがオフの状態とが１個のバイパススイッチのみがオンの状態と、が交互に現れる。すべてのバイパススイッチがオフであるとき、半導体光源５０２の両端間電圧の電圧（すなわち降圧コンバータ６１２の出力電圧）は３×Ｖｆ_０であり、１個のバイパススイッチがオンの状態では、半導体光源５０２の両端間電圧は２×Ｖｆ_０となり、不連続に変動する。このような不連続かつ急峻な負荷変動は、駆動電流Ｉ_ＬＥＤの過電流状態（あるいはリンギング）を引き起こすおそれがある。そこで急峻な負荷変動に追従するために、高速応答性に優れるリップル制御方式のコンバータコントローラ６１４を採用するとよい。リップル制御方式は、ヒステリシス制御（Bang-Bang制御）、ボトム検出オン時間固定制御、ピーク検出オフ時間固定制御などが例示される。

なお、コンバータコントローラ６１４にリップル制御方式でなく、エラーアンプを用いたフィードバック回路を採用する場合、あるいはリップル制御方式を採用したとしても、駆動電流Ｉ_ＬＥＤに過電流が生ずるおそれがあるため、降圧コンバータ６１２の出力に、電流平滑化フィルタ６１６を接続してもよい。電流平滑化フィルタ６１６は、リップル制御方式にともなう駆動電流Ｉ_ＬＥＤのリップルを除去するとともに、急峻な負荷変動にともなう駆動電流Ｉ_ＬＥＤの過電流を抑制できる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（変形例１）
実施の形態では、ゲートパルスＳｇのデューティ比を、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じて連続的に変化させたがその限りでない。図１０（ａ）、（ｂ）は、変形例１に係る点灯回路６００における入力電圧Ｖ_ＩＮとゲートパルス信号のデューティ比の関係を示す図である。図１０（ａ）はｍ＝３、ｋ_ＭＡＸ＝１の場合、図１０（ｂ）はｍ＝３、ｋ_ＭＡＸ＝２の場合である。この変形例によっても、入力電圧Ｖ_ＩＮが低下した状態において、特定の発光素子５０４が固定的にオフとなるのを防止でき、半導体光源５０２の輝度ムラを抑制できる。

なお、この変形例におけるバイパス制御部６５０の機能は、以下のように把握できる。すなわちバイパス制御部６５０は、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じて、同時にオン状態とすべきバイパススイッチＳＷ１～ＳＷ３の個数ｋを決定する。そしてバイパス制御部６５０は、所定の周期（１００～２００Ｈｚ程度）で、オン状態であるｋ個のバイパススイッチを入れ替える。

（変形例２）
図３や図６においてデューティ比を入力電圧Ｖ_ＩＮに対して一定の傾きで変化させたがその限りでない。たとえばデューティ比０％と３３％の途中、あるいは３３％と６６％ｍの途中に、デューティ比が入力電圧に依存しない平坦な部分があってもよい。あるいは、一定の傾きの直線（１次関数）でなく、傾きが異なる複数の１次関数の組み合わせ、あるいは２次関数やその他の曲線にしたがってデューティ比が変化してもよい。

（変形例３）
実施の形態では、ｍ相のゲートパルス信号の位相差を等しく３６０°／ｍとしたがその限りでなく、位相差は必ずしも均一でなくてもよい。

（変形例４）
実施の形態では、車両用灯具５００がヘッドランプである場合を説明したが、その限りでなく、ＤＲＬ（Daytime Running Lamps）であってもよいし、ターンシグナル用のアンバーＬＥＤにも適用できる。

あるいは車両用灯具５００は、ストップランプやテールランプであってもよく、半導体光源５０２と点灯回路６００とが１パッケージに収容されたＬＥＤソケットであってもよい。この場合、低電圧状態において、半導体光源５０２の輝度分布が均一化されることにより、美観が損なわれるのを防止できる。

（変形例５）
図９の車両用灯具５００では、駆動回路６１０の出力段に、過電流あるいはリンギングを抑制するための電流平滑化フィルタ６１６が設けられている。実装面積やコストなどの都合から、電流平滑化フィルタ６１６のインダクタとして、チップサイズの小さい、したがってインダクタンスの小さい部品を選択し、あるいはインダクタ自体を省略したい場合がある。インダクタンスが小さい（あるいはゼロである）と、バイパススイッチのターンオンにともなう半導体光源５０２の両端間電圧Ｖｏｕｔの変動によって電流平滑化フィルタ６１６のキャパシタから電荷が放電され、放電電流が降圧コンバータ６１２の出力電流に重畳される。これにより半導体光源５０２に供給される駆動電流Ｉ_ＬＥＤにオーバーシュートが発生し、あるいは過電流が流れるおそれがある。

図１１は、変形例５に係る車両用灯具５００Ａの回路図である。バイパス制御部６５０は、バイパススイッチＳＷ１～ＳＷ３それぞれがターンオンと同期したタイミング信号Ｓｔを発生する。このタイミング信号Ｓｔは、コンバータコントローラ６１４のイネーブルピン（反転論理）＼ＥＮ（＼は論理反転を表す）に供給される。コンバータコントローラ６１４は、タイミング信号Ｓｔにもとづいて、停止期間τの間、スイッチングトランジスタのゲートに供給する駆動信号Ｓｄをオフレベルに固定し、降圧コンバータ６１２のスイッチングを停止する。停止期間τの長さは、後述のように、バイパススイッチＳＷ１～ＳＷ３それぞれのターンオンに起因する駆動電流のオーバーシュートや過電流をキャンセルできるように定められる。

続いて車両用灯具５００の動作を、図１２，図１３を参照して説明する。図１２は、図１１の車両用灯具５００Ａの動作のタイムチャートである。タイミング信号Ｓｔは、バイパススイッチＳＷ１～ＳＷ３それぞれがターンオフするタイミングでアサート（ハイ）され、それから所定時間τの経過後にネゲート（ロー）される。タイミング信号Ｓｔがアサートの期間、駆動信号Ｓｄがロー（スイッチングトランジスタのオフレベル）に固定され、降圧コンバータ６１２のスイッチングが停止する。すべてバイパススイッチＳＷ１～ＳＷ３がオフの間、負荷の両端間の電圧Ｖｏｕｔは３×Ｖｆ、いずれかのバイパススイッチがオンの間、電圧Ｖｏｕｔは２×Ｖｆである。

図１３は、図１１の車両用灯具５００Ａの動作波形図である。この例では、コンバータコントローラ６１４は、Bang-Bang制御によって降圧コンバータ６１２の出力電流Ｉｏｕｔを安定化している。具体的にはコンバータコントローラ６１４は、タイミング信号Ｓｔがネゲートの期間、出力電流Ｉｏｕｔがピーク電流Ｉ_Ｈに達すると駆動信号Ｓｄをオフレベルに遷移させ、出力電流Ｉｏｕｔがボトム電流Ｉ_Ｌまで低下すると駆動信号Ｓｄをオンレベルに遷移させる。またタイミング信号Ｓｔがアサートの期間、駆動信号Ｓｄをオフレベルに固定する。

時刻ｔ_０にあるバイパススイッチＳＷ＃がターンオンすると、負荷の両端間電圧Ｖｏｕｔが低下する。このとき、電流平滑化フィルタ６１６のキャパシタＣ１が放電され、放電電流Ｉｄｉｓが半導体光源５０２に供給される。もしこのとき降圧コンバータ６１２の出力電流Ｉｏｕｔが一定レベルに維持されていれば、半導体光源５０２に供給される負荷電流Ｉ_ＬＥＤは、一点鎖線で示すようにオーバーシュートする。

これに対して本変形例では、時刻ｔ_０～ｔ_１の停止期間τの間、降圧コンバータ６１２のスイッチング動作が停止し、その出力電流Ｉｏｕｔが減少する。出力電流Ｉｏｕｔの減少と放電電流Ｉｄｉｓが相殺することにより、実線で示すように負荷電流Ｉ_ＬＥＤのオーバーシュートを抑制することができる。停止期間τの長さは、オーバーシュートを抑制できるように最適化すればよい。この変形例によれば、電流平滑化フィルタ６１６のインダクタを省略することができ、あるいはインダクタンス値の小さい安価および／または小型のインダクタを用いることができる。

なお図１１はダイオード整流型のコンバータを示すが、図９のように同期整流型のコンバータにもこの変形は有効である。またここではBang-Bang制御を例としたが、ピーク検出オフ時間固定モードや、ボトム検出オン時間固定モードなど、別のリップル制御方式を採用してもよい。あるいは、エラーアンプを用いた制御方式を用いてもよい。

図１１では、コンバータコントローラ６１４のＥＮピンに、タイミング信号Ｓｔを入力したがその限りでない。タイミング信号Ｓｔは、停止期間τの開始タイミングを示す信号であってもよく、コンバータコントローラ６１４は、タイミング信号Ｓｔのアサートに応答して降圧コンバータ６１２の駆動を指定し、内部のタイマーで停止期間τを測定し、停止期間τの経過後に、降圧コンバータ６１２の駆動を再開してもよい。

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。

２ バッテリ
４ スイッチ
５００ 車両用灯具
５０２ 半導体光源
５０４ 発光素子
５０５ 被バイパス素子
６００ 点灯回路
６１０ 駆動回路
６１２ 降圧コンバータ
６１４ コンバータコントローラ
６１６ 電流平滑化フィルタ
６５０ バイパス制御部
６５２ ランプ波発生器
６５４ 反転アンプ
６５６ クランプ回路
６５８ 電圧コンパレータ
６５９ ドライバ

Claims (8)

1. 直列に接続される複数の発光素子を含む半導体光源のための点灯回路であって、
   入力電圧を受け、前記半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、
   それぞれが前記複数の発光素子の対応する一部と並列に接続される複数ｍ個（ｍ≧２）のバイパススイッチと、
   前記入力電圧に応じたデューティ比を有し、位相シフトしているｍ相のゲートパルス信号を生成し、前記ｍ相のゲートパルス信号に応じて前記ｍ個のバイパススイッチを制御するバイパス制御部と、
   を備えることを特徴とする点灯回路。
2. 前記ｍ相のゲートパルス信号のデューティ比は、前記入力電圧に応じて連続的に変化することを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。
3. 直列に接続される複数の発光素子を含む半導体光源のための点灯回路であって、
   入力電圧を受け、前記半導体光源に駆動電流を供給する駆動回路と、
   それぞれが前記複数の発光素子の対応する一部と並列に接続され、オン状態において前記駆動電流を迂回させる複数ｍ個（ｍ≧２）のバイパススイッチと、
   前記入力電圧に応じて、同時にオン状態とすべきバイパススイッチの個数ｋを決定し、所定の周期毎に、オン状態であるｋ個のバイパススイッチを変化させるバイパス制御部と、
   を備えることを特徴とする点灯回路。
4. 前記駆動回路は、
   降圧コンバータと、
   前記駆動電流が目標量に近づくように前記降圧コンバータをフィードバック制御するコンバータコントローラと、
   を含む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。
5. 前記駆動回路は、前記降圧コンバータの出力と接続される電流平滑化フィルタをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の点灯回路。
6. 前記コンバータコントローラは、前記バイパススイッチのターンオンと同期したスタートタイミングから停止期間の間、前記降圧コンバータの駆動を停止することを特徴とする請求項５に記載の点灯回路。
7. 前記コンバータコントローラはリップル制御方式であることを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の点灯回路。
8. 複数の発光素子を含む半導体光源と、
   前記半導体光源を駆動する請求項１から７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。

Images