特許 6262557 車両用灯具およびその駆動装置、その制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6262557

(24)【登録日】2017年12月22日

(45)【発行日】2018年1月17日

(54)【発明の名称】車両用灯具およびその駆動装置、その制御方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 37/02 20060101AFI20180104BHJP

【ＦＩ】

   H05B37/02 J

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-24759(P2014-24759)

(22)【出願日】2014年2月12日

(65)【公開番号】特開2015-153526(P2015-153526A)

(43)【公開日】2015年8月24日

【審査請求日】2017年1月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001133

【氏名又は名称】株式会社小糸製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100109047

【弁理士】

【氏名又は名称】村田 雄祐

(74)【代理人】

【識別番号】100109081

【弁理士】

【氏名又は名称】三木 友由

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 昌康

(72)【発明者】

【氏名】村松 隆雄

(72)【発明者】

【氏名】柳津 翔平

【審査官】 松本 泰典

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１１／０４３０１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−２２４０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２２５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９９０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１７２００６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−１２６０４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源とともに使用され、車両用灯具を構成する駆動装置であって、
入力電圧を受け、前記光源に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラと、
を備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｃｕｋ、Ｓｅｐｉｃ、Ｚｅｔａコンバータのいずれかであり、
入力端子、出力端子および接地ラインと、
前記入力端子と前記接地ラインの間に直列に設けられたスイッチングトランジスタおよび入力インダクタと、
出力インダクタと、
を備え、
前記コントローラは、
前記出力インダクタに流れる第１コイル電流を第１上側しきい値および第１下側しきい値と比較する電流コントローラと、
前記入力インダクタに流れる第２コイル電流を第２上側しきい値および第２下側しきい値と比較する電流リミッタと、
（i）前記第２コイル電流が前記第２上側しきい値を超えるより先に、前記第１コイル電流が前記第１上側しきい値を超えるサイクルにおいて、(i-a)前記第１コイル電流が前記第１上側しきい値を超えたことを契機として前記スイッチングトランジスタをオフし、(i-b)前記第１コイル電流が前記第１下側しきい値を下回ったことを契機として前記スイッチングトランジスタをオンし、（ii）前記第１コイル電流が前記第１上側しきい値を超えるより先に、前記第２コイル電流が前記第２上側しきい値を超えるサイクルにおいて、(ii-a)前記第２コイル電流が前記第２上側しきい値を超えたことを契機として前記スイッチングトランジスタをオフし、(ii-b)前記第２コイル電流が前記第２下側しきい値を下回ったことを契機として前記スイッチングトランジスタをオンするデューティコントローラと、
を備えることを特徴とする駆動装置。

【請求項2】

前記電流コントローラは、
前記第１コイル電流に応じた第１検出電圧を、前記第１上側しきい値および前記第１下側しきい値それぞれに応じた２つの電圧レベルで遷移する第１しきい値電圧と比較し、前記第１検出電圧が前記第１しきい値電圧より低い間アサートされる制御信号を生成する第１ヒステリシスコンパレータを含み、
前記電流リミッタは、
前記第２コイル電流に応じた第２検出電圧を、前記第２上側しきい値および前記第２下側しきい値それぞれに応じた２つの電圧レベルで遷移する第２しきい値電圧と比較し、前記第２検出電圧が前記第２しきい値電圧より低い間アサートされる制限信号を生成する第２ヒステリシスコンパレータを含み、
前記デューティコントローラは、前記制御信号および前記制限信号がともにアサートされる間、アサートされ、前記制御信号および前記制限信号の少なくともひとつがネゲートされる間、ネゲートされるパルス信号を生成するロジック回路を含むことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。

【請求項3】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力をＰ_ＯＵＴ、前記入力電圧をＶ_ＩＮとするとき、Ｐ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮが増大するにしたがって、前記第２上側しきい値および前記第２下側しきい値は増大することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。

【請求項4】

前記電流リミッタは、
前記入力電圧に応じた第１電流を生成する第１Ｖ／Ｉ変換器と、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じた第２電流を生成する第２Ｖ／Ｉ変換器と、
をさらに備え、
前記第１電流および前記第２電流に応じて、前記第２ヒステリシスコンパレータをオフセット可能に構成されることを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。

【請求項5】

前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記入力端子と前記出力端子の間に設けられた直列キャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の駆動装置。

【請求項6】

直列に接続された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５のいずれかに記載の駆動装置と、
前記複数の発光素子の少なくともひとつに対応づけられ、それぞれが対応する発光素子と並列に設けられる、少なくともひとつのバイパススイッチと、
を備えることを特徴とする車両用灯具。

【請求項7】

光源と、入力電圧を受け前記光源に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、を有する車両用灯具の制御方法であって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｃｕｋ、Ｓｅｐｉｃ、Ｚｅｔａコンバータのいずれかであって
入力端子、出力端子および接地ラインと、
前記入力端子と前記接地ラインの間に直列に設けられたスイッチングトランジスタおよび入力インダクタと、
前記出力端子と前記接地ラインの間に設けられた出力インダクタと、
を備えるものであり、
前記制御方法は、
前記出力インダクタに流れる第１コイル電流を第１上側しきい値および第１下側しきい値と比較するステップと、
前記入力インダクタに流れる第２コイル電流を第２上側しきい値および第２下側しきい値と比較するステップと、
（i）前記第２コイル電流が前記第２上側しきい値を超えるより先に、前記第１コイル電流が前記第１上側しきい値を超えるサイクルにおいて、(i-a)前記第１コイル電流が前記第１上側しきい値を超えたことを契機として前記スイッチングトランジスタをオフし、(i-b)前記第１コイル電流が前記第１下側しきい値を下回ったことを契機として前記スイッチングトランジスタをオンするステップと、
（ii）前記第１コイル電流が前記第１上側しきい値を超えるより先に、前記第２コイル電流が前記第２上側しきい値を超えるサイクルにおいて、(ii-a)前記第２コイル電流が前記第２上側しきい値を超えたことを契機として前記スイッチングトランジスタをオフし、(ii-b)前記第２コイル電流が前記第２下側しきい値を下回ったことを契機として前記スイッチングトランジスタをオンするステップと、
を備えることを特徴とする制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車などに用いられる車両用灯具に関する。

【背景技術】

【0002】

車両用灯具の光源として、従来のハロゲンランプや高輝度放電ランプから、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への置き換えが進んでいる。このような半導体光源（以下、単に光源と称する）を駆動する駆動回路は、電池電圧などの入力電圧を昇圧もしくは降圧し、光源に供給するコンバータと、コンバータを制御するコントローラを備える。コントローラは、コンバータの出力電流を検出し、出力電流が、目標輝度に応じた電流値に近づくように、コンバータのスイッチングをフィードバック制御する。

【0003】

図１は、従来の車両用灯具の構成を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）は、車両用灯具１ｒの動作波形図である。図１を参照すると、車両用灯具１ｒは、光源１０および駆動装置２０ｒを備える。車両用灯具１ｒには、電池２の電圧Ｖ_ＢＡＴがスイッチ４を介して入力される。

【0004】

駆動装置２０ｒは、コンバータ３０およびコントローラ４０ｒを備える。コンバータ３０は、たとえば降圧コンバータであり、入力電圧Ｖ_ＩＮを降圧し、負荷である光源１０に供給する。コンバータ３０は、主として入力キャパシタＣ１１、スイッチングトランジスタＭ１１、整流ダイオードＤ１１、インダクタＬ１１、出力キャパシタＣ１２を備える。

【0005】

コントローラ４０ｒは、光源１０に流れる出力電流Ｉ_ＯＵＴを検出し、出力電流Ｉ_ＯＵＴが輝度に応じた目標量に近づくように、スイッチングトランジスタＭ１１のスイッチングのデューティ比を制御する。電流センス抵抗Ｒ１１は、出力電流Ｉ_ＯＵＴに応じたコイル電流Ｉ_Ｌ１１を検出するために、コイル電流Ｉ_Ｌ１１の経路上に設けられる。電流センス抵抗（以下、単にセンス抵抗ともいう）Ｒ１１には、コイル電流Ｉ_Ｌ１１に比例した電圧降下（以下、センス電圧という）Ｖ_Ｒ１１が生ずる。

【0006】

コイル電流Ｉ_Ｌ１１は、スイッチングトランジスタＭ１１のスイッチングに応じて脈流しており、出力電流Ｉ_ＯＵＴは、コイル電流Ｉ_Ｌ１１を平滑化した電流となる。コントローラ４０ｒは、いわゆるヒステリシス制御により、コイル電流Ｉ_Ｌ１１を目標範囲に安定化させる。コントローラ４０ｒは、センス電圧Ｖ_Ｒ１１が、目標範囲の上側しきい値Ｉ_ＲＥＦＨに達すると、スイッチングトランジスタＭ１１をオフし、センス電圧Ｖ_Ｒ１１が、目標範囲の下側しきい値Ｉ_ＲＥＦＬまで低下すると、スイッチングトランジスタＭ１１をオンする。図２（ａ）には、コイル電流Ｉ_Ｌ１１が目標範囲内に安定化される様子が示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−１２６０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

駆動装置２０ｒの信頼性を高めるために、過電流保護が要求される。そこでコントローラ４０ｒは、スイッチングトランジスタＭ１１に流れる入力電流Ｉ_Ｍ１１を所定のしきい値（電流制限値ともいう）Ｉ_ＰＥＡＫと比較し、電流Ｉ_Ｍ１１がしきい値Ｉ_ＰＥＡＫに達すると、スイッチングトランジスタＭ１１をオフし、入力電流を制限する。具体的にはセンス抵抗Ｒ１２は、スイッチングトランジスタＭ１１に流れる電流Ｉ_Ｍ１１の経路上に設けられる。センス抵抗Ｒ１２には、電流Ｉ_Ｍ１１に比例した電圧降下（センス電圧）Ｖ_Ｒ１２が生ずる。コントローラ４０ｒは、センス電圧Ｖ_Ｒ１２を所定のしきい値Ｉ_ＰＥＡＫに応じたしきい値電圧Ｖ_ＰＥＡＫと比較し、Ｖ_Ｒ１２＞Ｖ_ＰＥＡＫとなると、スイッチングトランジスタＭ１１をオフする。

【0009】

本発明者は、図１の車両用灯具１ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

【0010】

図２（ｂ）には、電流制限がかかった状態における動作波形が示される。時刻ｔ０に、コイル電流Ｉ_Ｌ１１が下側しきい値Ｉ_ＲＥＦＬまで低下し、スイッチングトランジスタＭ１１がオンする。その直後の時刻ｔ１に、入力電流Ｉ_Ｍ１１がピーク値Ｉ_ＰＥＡＫに達すると、スイッチングトランジスタＭ１１はオフする。このサイクルが持続すると、図２（ａ）と比べてスイッチング周波数が高くなる。車両用灯具１が車両に搭載されることに鑑みると、数ＭＨｚのスイッチングノイズは、車両に搭載されるその他のデバイスに干渉する（ＥＭＩ：Electro-magnetic Interference）。加えて、スイッチング周波数が増大すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０におけるスイッチング損失が増大することとなり、効率が低下し、あるいは回路素子の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。

【0011】

この問題を解決するために、入力電流Ｉ_Ｍ１１がピーク値Ｉ_ＰＥＡＫに達すると、所定のオフ時間、スイッチングトランジスタＭ１１のオフ状態を持続するといった制御も考えられる。しかしながらこの場合、専用の回路が必要となる。加えて、オフ時間を長くすると、電流制限状態でのスイッチング周波数の上昇は抑制できるが、出力電流Ｉ_ＯＵＴを目標範囲に安定化することが困難となる。

【0012】

本発明はこうした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、出力電流を安定化しつつ、電流制限が可能な車両用灯具およびその駆動装置の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明のある態様は、光源とともに使用され、車両用灯具を構成する駆動装置に関する。駆動装置は、入力電圧を受け、光源に駆動電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するコントローラと、を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子、出力端子および接地ラインと、入力端子と接地ラインの間に直列に設けられたスイッチングトランジスタおよび入力インダクタと、出力インダクタと、を備える。コントローラは、出力インダクタに流れる第１コイル電流を第１上側しきい値および第１下側しきい値と比較する電流コントローラと、入力インダクタに流れる第２コイル電流を第２上側しきい値および第２下側しきい値と比較する電流リミッタと、（i）第２コイル電流が第２上側しきい値を超えるより先に、第１コイル電流が第１上側しきい値を超えるサイクルにおいて、(i-a)第１コイル電流が第１上側しきい値を超えたことを契機としてスイッチングトランジスタをオフし、(i-b)第１コイル電流が第１下側しきい値を下回ったことを契機としてスイッチングトランジスタをオンし、（ii）第１コイル電流が第１上側しきい値を超えるより先に、第２コイル電流が第２上側しきい値を超えるサイクルにおいて、(ii-a)第２コイル電流が第２上側しきい値を超えたことを契機としてスイッチングトランジスタをオフし、(ii-b)第２コイル電流が第２下側しきい値を下回ったことを契機としてスイッチングトランジスタをオンするデューティコントローラと、を備える。

【0014】

この態様によると、第１コイル電流が第１上側しきい値に達してスイッチングトランジスタがオフした直後に、第２コイル電流が第２下側しきい値まで低下したとしても、直ちにスイッチングトランジスタはオンせず、第１コイル電流が第１下側しきい値に低下するまで、スイッチングトランジスタのオフを持続する。反対に、第２コイル電流が第２上側しきい値に達してスイッチングトランジスタがオフした直後に、第１コイル電流が第１下側しきい値まで低下したとしても、直ちにスイッチングトランジスタはオンせず、第２コイル電流が第２下側しきい値に低下するまで、スイッチングトランジスタのオフを持続する。これにより、スイッチング周波数の上昇を抑制することができる。

【0015】

電流コントローラは、第１コイル電流に応じた第１検出電圧を、第１上側しきい値および第１下側しきい値それぞれに応じた２つの電圧レベルで遷移する第１しきい値電圧と比較し、第１検出電圧が第１しきい値電圧より低い間アサートされる制御信号を生成する第１ヒステリシスコンパレータを含んでもよい。電流リミッタは、第２コイル電流に応じた第２検出電圧を、第２上側しきい値および第２下側しきい値それぞれに応じた２つの電圧レベルで遷移する第２しきい値電圧と比較し、第２検出電圧が第２しきい値電圧より低い間アサートされる制限信号を生成する第２ヒステリシスコンパレータを含んでもよい。デューティコントローラは、制御信号および制限信号がともにアサートされる間、アサートされ、制御信号および制限信号の少なくともひとつがネゲートされる間、ネゲートされるパルス信号を生成するロジック回路を含んでもよい。
この構成によれば、簡易な構成で、スイッチングトランジスタを好適に制御できる。

【0016】

ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力をＰ_ＯＵＴ、入力電圧をＶ_ＩＮとするとき、Ｐ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮが増大するにしたがって、第２上側しきい値および第２下側しきい値は増大してもよい。
この態様によれば、出力電流を安定化するＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、電流コントローラによる制御状態と、電流リミッタによる制限状態と、を交互に頻繁に遷移する発振状態を抑制することができる。

【0017】

電流リミッタは、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じた第１電流を生成する第１Ｖ／Ｉ（電圧／電流）変換器と、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_ＯＵＴに応じた第２電流を生成する第２Ｖ／Ｉ変換器と、をさらに備えてもよい。第１電流および第２電流に応じて、第１ヒステリシスコンパレータをオフセット可能に構成されてもよい。
この場合、入力電圧Ｖ_ＩＮおよび出力電圧Ｖ_ＯＵＴに応じて、電流制御と電流制限の優先度を制御することができる。

【0018】

ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力端子と出力端子の間に設けられた直列キャパシタを備えてもよい。ＤＣ／ＤＣコンバータは、Ｃｕｋコンバータ、ＳｅｐｉｃコンバータまたはＺｅｔａコンバータであってもよい。

【0019】

本発明の別の態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、直列に接続された複数の発光素子を含む光源と、光源を駆動する上述のいずれかの態様の駆動装置と、複数の発光素子の少なくともひとつに対応づけられ、それぞれが対応する発光素子と並列に設けられる、少なくともひとつのバイパススイッチと、を備えてもよい。
この場合、バイパススイッチのオン、オフに応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータの負荷変動が生じ、電流制限がかかる頻度が多くなる。この場合に、上述の駆動装置を用いることで、安定的な電流制御および電流制限を両立できる。

【発明の効果】

【0020】

本発明のある態様によれば、出力電流を安定化しつつ、電流制限をかけることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】従来の車両用灯具の構成を示す図である。

【図2】図２（ａ）、（ｂ）は、車両用灯具の動作波形図である。

【図3】実施の形態に係る駆動装置を備える車両用灯具のブロック図である。

【図4】図４（ａ）、（ｂ）は、図３の駆動装置の動作波形図である。

【図5】コントローラの構成例を示すブロック図である。

【図6】図６（ａ）、（ｂ）は、電流制限値を説明する図である。

【図7】電流リミッタの構成例を示す回路図である。

【図8】車両用灯具の構成例を示す回路図である。

【図9】図８の車両用灯具を備えるランプユニット（ランプアッシー）の斜視図である。

【図10】図１０（ａ）、（ｂ）は、Ｓｅｐｉｃコンバータ、Ｚｅｔａコンバータの回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

図３は、実施の形態に係る駆動装置２０を備える車両用灯具１のブロック図である。駆動装置２０は、図１と同様に、光源１０とともに使用され、全体として車両用灯具１を構成する。

【0026】

駆動装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０およびコントローラ４０を備える。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、入力電圧Ｖ_ＩＮを受け、光源１０に駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを供給する。コントローラ４０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を制御する。

【0027】

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、入力電圧Ｖ_ＩＮを受ける入力端子Ｐ１、負荷である光源１０が接続される出力端子Ｐ２および接地される接地ラインＧＮＤを備える。接地ラインＧＮＤは、入力側の接地端子と、出力側の接地端子の間を結ぶ。本発明において、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０のトポロジーは特に限定されないが、スイッチングトランジスタＭ１、入力インダクタＬ２、出力インダクタＬ１を有する構成であることが条件となる。この条件を満たすトポロジーとしては、図３に示すＣｕｋコンバータが例示される。
Ｃｕｋコンバータは、スイッチングトランジスタＭ１、出力インダクタＬ１、入力インダクタＬ２に加えて、入力キャパシタＣ１、出力キャパシタＣ２、直列キャパシタＣ３、整流ダイオードＤ１を備える。

【0028】

入力キャパシタＣ１は、入力端子Ｐ１と接地ラインＧＮＤの間に設けられ、入力電圧Ｖ_ＩＮを安定化する。入力インダクタＬ２およびスイッチングトランジスタＭ１は、入力端子Ｐ１と接地ラインＧＮＤの間に直列に設けられる。出力キャパシタＣ２は、出力端子Ｐ２と接地ラインＧＮＤの間に設けられ、出力電圧Ｖ_ＯＵＴを安定化する。入力キャパシタＣ１や出力キャパシタＣ２は省略してもよい。

【0029】

整流ダイオードＤ１は、そのカソードが接地ラインＧＮＤと接続される。直列キャパシタＣ３の一端は、整流ダイオードＤ１のアノードと接続され、その他端は、スイッチングトランジスタＭ１と入力インダクタＬ２の接続ノードＮ１と接続される。出力インダクタＬ１の一端は整流ダイオードＤ１のアノードと接続され、その他端は出力端子Ｐ２と接続される。

【0030】

以上がＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成である。続いてコントローラ４０について説明する。コントローラ４０は、電流コントローラ４２、電流リミッタ４４、デューティコントローラ４６、ドライバ４８を備える。

【0031】

電流コントローラ４２は、出力インダクタＬ１に流れる第１コイル電流Ｉ_Ｌ１を、光源１０の目標輝度に応じた目標範囲内に安定化するために設けられる。具体的には、電流コントローラ４２は、出力インダクタＬ１に流れる第１コイル電流Ｉ_Ｌ１を第１上側しきい値Ｉ_ＲＥＦＨおよび第１下側しきい値Ｉ_ＲＥＦＬと比較し、比較結果を示す制御信号Ｓ１を生成する。

【0032】

電流リミッタ４４は、入力インダクタＬ２に流れる第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が、回路の信頼性の観点から定められる電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫを超えないよう電流制限するために設けられる。電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫは、通常状態の第２コイル電流Ｉ_{Ｌ２＿ＮＯＲＭ}よりも高く、第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が流れる経路上の素子の最大定格電流Ｉ_ＭＡＸよりも低く設定される。電流リミッタ４４は、入力インダクタＬ２に流れる第２コイル電流Ｉ_Ｌ２を第２上側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＨ}および第２下側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＬ}と比較し、比較結果を示す制限信号Ｓ２を生成する。

【0033】

電流コントローラ４２、電流リミッタ４４の電流検出方法は特に限定されないが、本実施の形態では、出力インダクタＬ１に流れる電流（第１コイル電流Ｉ_Ｌ１）、入力インダクタＬ２に流れる電流（第２コイル電流Ｉ_Ｌ２）を検出するために、検出対象のコイル電流の経路上に第１センス抵抗Ｒ１、第２センス抵抗Ｒ２が設けられる。第１センス抵抗Ｒ１、第２センス抵抗Ｒ２には、検出対象のコイル電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２に比例した電圧降下（検出電圧）Ｖ_Ｒ１、Ｖ_Ｒ２が発生する。電流コントローラ４２は、第１検出電圧Ｖ_Ｒ１を、Ｉ_ＲＥＦＨ、Ｉ_ＲＥＦＬに応じたしきい値電圧Ｖ_ＲＥＦＨ、Ｖ_ＲＥＦＬと比較する。同様に、電流リミッタ４４は、第２検出電圧Ｖ_Ｒ２を、Ｉ_{ＰＥＡＫＨ}、Ｉ_{ＰＥＡＫＬ}に応じたしきい値電圧Ｖ_{ＰＥＡＫＨ}、Ｖ_{ＰＥＡＫＬ}と比較する。

【0034】

デューティコントローラ４６は、（i）第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が第２上側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＨ}を超えるより先に、第１コイル電流Ｉ_Ｌ１が第１上側しきい値Ｉ_ＲＥＦＨを超えるサイクルにおいて、(i-a)第１コイル電流Ｉ_Ｌ１が第１上側しきい値Ｉ_ＲＥＦＨを超えたことを契機としてスイッチングトランジスタＭ１をオフし、(i-b)第１コイル電流Ｉ_Ｌ１が第１下側しきい値Ｉ_ＲＥＦＬを下回ったことを契機としてスイッチングトランジスタＭ１をオンする。
またデューティコントローラ４６は、（ii）第１コイル電流Ｉ_Ｌ１が第１上側しきい値Ｉ_ＲＥＦＨを超えるより先に、第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が第２上側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＨ}を超えるサイクルにおいて、(ii-a)第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が第２上側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＨ}を超えたことを契機としてスイッチングトランジスタをオフし、(ii-b)第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が第２下側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＬ}を下回ったことを契機としてスイッチングトランジスタＭ１をオンする。

【0035】

デューティコントローラ４６は、スイッチングトランジスタＭ１のオン、オフを指示するパルス信号Ｓ３を出力する。ドライバ４８は、パルス信号Ｓ３にもとづいてスイッチングトランジスタＭ１をスイッチングする。

【0036】

以上が駆動装置２０の構成である。続いてその動作を説明する。
図４（ａ）、（ｂ）は、図３の駆動装置２０の動作波形図である。
図４（ａ）を参照する。あるサイクルＴｓに着目すると、初期状態でスイッチングトランジスタＭ１がオンしており、コイル電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２は増大している。
時刻ｔ０に、Ｉ_Ｌ２がＩ_{ＰＥＡＫＨ}に達するよりも早く、Ｉ_Ｌ１がＩ_ＲＥＦＨに達する。したがって、時刻ｔ０にスイッチングトランジスタＭ１がオフする。スイッチングトランジスタＭ１がオフすると、コイル電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２が減少し始める。時刻ｔ１にＩ_Ｌ２がＩ_{ＰＥＡＫＬ}まで低下し、その後、時刻ｔ２に、Ｉ_Ｌ１がＩ_ＲＥＦＬまで低下する。この場合、スイッチングトランジスタＭ１は、時刻ｔ１ではなく（一点鎖線）、時刻ｔ２（実線）でオンする。つまり、図４（ａ）では、電流コントローラ４２によって、出力電流Ｉ_ＯＵＴが目標範囲に安定化される（電流制御）。

【0037】

図４（ｂ）を参照する。あるサイクルＴｓに着目すると、初期状態でスイッチングトランジスタＭ１がオンしており、コイル電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２は増大している。
時刻ｔ０に、Ｉ_Ｌ１がＩ_ＲＥＦＨに達するよりも早く、Ｉ_Ｌ２がＩ_{ＰＥＡＫＨ}に達する。したがって、時刻ｔ０にスイッチングトランジスタＭ１がオフする。スイッチングトランジスタＭ１がオフすると、コイル電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２が減少し始める。時刻ｔ１にＩ_Ｌ１がＩ_ＲＥＦＬまで低下し、その後、時刻ｔ２に、Ｉ_Ｌ２がＩ_{ＰＥＡＫＬ}まで低下する。この場合、スイッチングトランジスタＭ１は、時刻ｔ１ではなく（一点鎖線）、時刻ｔ２（実線）でオンする。つまり、図４（ｂ）では、電流リミッタ４４によって、入力電流Ｉ_Ｌ１が制限される。

【0038】

以上が駆動装置２０の動作である。

【0039】

図３の駆動装置２０によれば、第１コイル電流Ｉ_Ｌ１が第１上側しきい値Ｉ_ＲＥＦＨに達してスイッチングトランジスタＭ１がオフした直後に、第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が第２下側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＬ}まで低下したとしても、直ちにスイッチングトランジスタＭ１はオンせず、第１コイル電流Ｉ_Ｌ１が第１下側しきい値Ｉ_ＲＥＦＬに低下するまで、スイッチングトランジスタＭ１のオフを持続する。反対に、第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が第２上側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＨ}に達してスイッチングトランジスタＭ１がオフした直後に、第１コイル電流Ｉ_Ｌ１が第１下側しきい値Ｉ_ＲＥＦＬまで低下したとしても、直ちにスイッチングトランジスタＭ１はオンせず、第２コイル電流Ｉ_Ｌ２が第２下側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＬ}に低下するまで、スイッチングトランジスタＭ１のオフを持続する。この制御により、スイッチング周波数の上昇を抑制することができる。

【0040】

続いて、駆動装置２０の具体例を説明する。
図５は、コントローラ４０の構成例を示すブロック図である。電流コントローラ４２は、第１ヒステリシスコンパレータ５０を含む。
第１ヒステリシスコンパレータ５０は、第１コイル電流Ｉ_Ｌ１に応じた第１検出電圧Ｖ_Ｒ１を、第１しきい値電圧Ｖ_ＴＨ１と比較し、第１検出電圧Ｖ_Ｒ１が第１しきい値電圧Ｖ_ＴＨ１より低い間、制御信号Ｓ１をアサート（たとえばハイレベル）する。ヒステリシスコンパレータを用いることで、第１しきい値電圧Ｖ_ＴＨ１は、第１上側しきい値Ｉ_ＲＥＦＨおよび第１下側しきい値Ｉ_ＲＥＦＬそれぞれに応じた２つの電圧レベルＶ_ＴＨ１Ｈ、Ｖ_ＴＨ１Ｌを遷移し、その遷移は、第１ヒステリシスコンパレータ５０の出力である制御信号Ｓ１に応じることとなる。

【0041】

また電流リミッタ４４は、第２ヒステリシスコンパレータ５２を含む。第２ヒステリシスコンパレータ５２は、第２コイル電流Ｉ_Ｌ２に応じた第２検出電圧Ｖ_Ｒ２を、第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２と比較し、第２検出電圧Ｖ_Ｒ２が第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２より低い間、制限信号Ｓ２をアサート（たとえばハイレベル）する。ヒステリシスコンパレータを用いることで、第２しきい値電圧Ｖ_ＴＨ２は、第２上側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＨ}および第２下側しきい値Ｉ_{ＰＥＡＫＬ}それぞれに応じた２つの電圧レベルＶ_ＴＨ２Ｈ、Ｖ_ＴＨ２Ｌを遷移し、その遷移は、第２ヒステリシスコンパレータ５２の出力である制限信号Ｓ２に応じることとなる。

【0042】

デューティコントローラ４６は、ロジック回路５４を含む。
ロジック回路５４は、制御信号Ｓ１および制限信号Ｓ２にもとづいてパルス信号Ｓ３を生成する。ロジック回路５４は、制御信号Ｓ１および制限信号Ｓ２がともにアサート（ハイレベル）される間、パルス信号Ｓ３をアサート（ハイレベル）し、制御信号Ｓ１および制限信号Ｓ２の少なくともひとつがネゲートされる間、パルス信号Ｓ３をネゲートする。たとえばロジック回路５４は、ＡＮＤゲートである。当業者であれば、インバータ、ＯＲゲート、ＮＯＲゲート、ＸＯＲゲートなど、その他の論理ゲートを用いても、同等の機能を有するロジック回路５４を実現しうることが理解される。

【0043】

図５のコントローラ４０によれば、スイッチングトランジスタＭ１を好適に制御できる。

【0044】

続いて、電流リミッタ４４の電流制限の上限値について説明する。
これまでは電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫが一定である場合を説明したが、それらの値は、駆動装置２０の状態に応じて変化させることが好ましい。図６（ａ）、（ｂ）は、電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫを説明する図である。

【0045】

通常状態において入力インダクタＬ２に流れる第２コイル電流Ｉ_{Ｌ２＿ＮＯＲＭ}は、Ｉ_{Ｌ２＿ＮＯＲＭ}＝Ｐ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮで近似することができる。図６（ａ）に示すように、電流制限値を一定とした場合、Ｐ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮが小さくなるにしたがって、電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫと通常時の第２コイル電流Ｉ_{Ｌ２＿ＮＯＲＭ}の差ΔＩが大きくなる。
ΔＩが大きい場合、電源電圧、負荷変動によって、電流制御状態から電流制限状態に移行したときに、第２コイル電流Ｉ_Ｌ２の変動量が大きくなる。この変動量が大きいと、電流制御状態と電流制限状態を繰り返す発振状態に陥りやすくなり、また発振の度合いも大きくなる。

【0046】

この問題を解決するために、図６（ｂ）に一点鎖線（i）や（ii）で示すように、電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫを動的に変化させることが好ましい。より具体的には、通常時の第２コイル電流Ｉ_{Ｌ２＿ＮＯＲＭ}が大きくなるにしたがい、言い換えれば、Ｐ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮが大きくなるにしたがい、電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫを大きくすることが好ましい。これにより、図６（ａ）に比べて、電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫと通常時の第２コイル電流Ｉ_{Ｌ２＿ＮＯＲＭ}の差ΔＩを小さくでき、発振耐性を高めることができる。

【0047】

図７は、電流リミッタ４４の構成例を示す回路図である。出力電流Ｉ_ＯＵＴが一定であるとすれば、出力電力Ｐ_ＯＵＴは出力電圧Ｖ_ＯＵＴに比例する。したがって電流リミッタ４４は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが増大するにしたがって、電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫを増大させる。また、１／Ｖ_ＩＮが増大するにしたがって、言い換えればＶ_ＩＮが低下するにしたがって、電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫを増大させる。

【0048】

電流リミッタ４４は、第２ヒステリシスコンパレータ５２に加えて、第１Ｖ／Ｉ変換器６０、第２Ｖ／Ｉ変換器６２を備える。
第２ヒステリシスコンパレータ５２は、検出電圧Ｖ_Ｒ２をしきい値電圧Ｖ_ＴＨ’と比較する。この例では、Ｖ_Ｒ２は負電圧である。電圧コンパレータ７０は、Ｖ_ＴＨ’＋Ｖ_Ｒ２を０Ｖと比較することで、Ｖ_ＴＨ’を、Ｖ_Ｒ２の絶対値と比較する。抵抗Ｒ２１、Ｒ２２は、電圧加算（平均）のために設けられる。

【0049】

トランジスタＭ２１および抵抗Ｒ２３は、しきい値電圧Ｖ_ＴＨ’にヒステリシスを設定するために設けられる。トランジスタＭ２１は、電圧コンパレータ７０の出力がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフである。トランジスタＭ２１がオフのとき、Ｖ_ＴＨ’＝Ｖ_ＴＨであり、トランジスタＭ２１がオンのとき、Ｖ_ＴＨ’＝Ｖ_ＴＨ×Ｒ２３／（Ｒ２３＋Ｒ２４）となり、下側のしきい値に遷移する。なお第２ヒステリシスコンパレータ５２の構成は図７のそれには限定されず、公知のヒステリシスコンパレータを用いてもよい。

【0050】

第１Ｖ／Ｉ変換器６０は、入力電圧Ｖ_ＩＮに応じた第１電流Ｉ１を生成する。第２Ｖ／Ｉ変換器は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖ_ＯＵＴに応じた第２電流を生成する。たとえば第１Ｖ／Ｉ変換器６０および第２Ｖ／Ｉ変換器６２は、カレントミラー回路を用いて構成することができる。第１電流Ｉ１は、入力電圧Ｖ_ＩＮが大きくなるほど増大する。第２電流Ｉ２は、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが低くなるほど（絶対値が増大するほど）増大する。

【0051】

電流リミッタ４４は、第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２に応じて、第２ヒステリシスコンパレータ５２をオフセット可能に構成される。第１Ｖ／Ｉ変換器６０および第２Ｖ／Ｉ変換器６２は、第２ヒステリシスコンパレータ５２の内部の適切なノードＮ２に電流を供給し、あるいはそのノードから電流を引き抜く。

【0052】

これによって、しきい値電圧Ｖ_ＴＨ’が、入力電圧Ｖ_ＩＮ、出力電圧Ｖ_ＯＵＴに応じてオフセットされる。より具体的には、出力電圧Ｖ_ＯＵＴが増大するほど、しきい値電圧Ｖ_ＴＨ’が高くなり、入力電圧Ｖ_ＩＮが低下するほど、しきい値電圧Ｖ_ＴＨ’が高くなる。これにより、図６（ｂ）に示すように、Ｐ_ＯＵＴ／Ｖ_ＩＮに応じて、電流制限値Ｉ_ＰＥＡＫを変化させることができる。なお、電流Ｉ１、Ｉ２を作用させるノードＮ２は、図７のそれには限定されず、第２ヒステリシスコンパレータ５２にオフセットを与えることができればその位置は限定されない。たとえば電流Ｉ１、Ｉ２に応じて、電圧コンパレータ７０の内部のバイアス電流を変化させてもよい。

【0053】

続いて、車両用灯具１の具体的な構成例を説明する。
図８は、車両用灯具１の構成例を示す回路図である。光源１０は、直列に接続された複数（Ｎ個）の発光素子１２を含む。発光素子１２は、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード）である。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、光源１０のアノードカソード間に、駆動電圧Ｖ_ＯＵＴを供給する。出力インダクタＬ３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力キャパシタＣ２とともに、フィルタ３２を形成する。このフィルタ３２によって、光源１０に流れる電流Ｉ_ＯＵＴが平滑化される。

【0054】

駆動装置２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０およびコントローラ４０に加えて、複数のバイパススイッチＳＷ１〜ＳＷＮを備える。複数のバイパススイッチＳＷ１〜ＳＷＮは、複数の発光素子１２＿１〜１２＿Ｎに対応づけられ、それぞれが対応する発光素子と並列に設けられる。

【0055】

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電流Ｉ_ＯＵＴは、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０およびコントローラ４０によって目標値に安定化される。すべてのバイパススイッチＳＷ１〜ＳＷＮをオフした状態では、出力電流Ｉ_ＯＵＴは、すべての発光素子１２に流れることとなり、輝度が最大とななる。任意のバイパススイッチＳＷｉをオフすると、出力電流Ｉ_ＯＵＴは、発光素子１２＿ｉではなくスイッチＳＷｉ側を流れることとなり、発光素子１２＿ｉが消灯する。コントローラ４０は、複数のバイパススイッチＳＷ１〜ＳＷＮのオン、オフ状態を制御することで、車両用灯具１全体としての輝度あるいは配光を制御する。

【0056】

図８の車両用灯具１では、バイパススイッチＳＷ１〜ＳＷＮのオン、オフに応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の負荷変動が生じ、電流制限がかかる頻度が多くなる。この場合に、上述の駆動装置２０を用いることで、安定的な電流制御および電流制限を両立できる。

【0057】

最後に、車両用灯具１の用途を説明する。図９は、図８の車両用灯具１を備えるランプユニット（ランプアッシー）５００の斜視図である。ランプユニット５００は、透明のカバー５０２、ハイビームユニット５０４、ロービームユニット５０６、筐体５０８を備える。上述の車両用灯具１は、たとえばハイビームユニット５０４に用いることができる。複数の発光素子１２は、それぞれが異なる領域を照射するように、たとえば横方向に一列に配置される。そして、車両の走行状態において、車両側のコントローラ、たとえばＥＣＵ（電子制御ユニット）により、照射すべき領域が適応的に選択される。車両用灯具１には、照射すべき領域を指示するデータが入力され、車両用灯具１は、指示された領域に対応する発光素子１２を点灯させる。

【0058】

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。

【0059】

（変形例１）
実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０としてＣｕｋコンバータを用いる場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、出力インダクタＬ１、入力インダクタＬ２およびスイッチングトランジスタＭ１を含むトポロジーを有していればよく、その観点では、ＳｅｐｉｃコンバータまたはＺｅｔａコンバータであってもよい。図１０（ａ）、（ｂ）は、Ｓｅｐｉｃコンバータ、Ｚｅｔａコンバータの回路図である。図１０（ａ）のＳｅｐｉｃコンバータは、Ｃｕｋコンバータの整流ダイオードＤ１と出力インダクタＬ１を入れ替えた構成である。図１０（ｂ）のＺｅｔａコンバータは、ＣｕｋコンバータのスイッチングトランジスタＭ１と入力インダクタＬ２を入れ替え、整流ダイオードＤ１の向きを入れ替えた構成である。

【0060】

Ｃｕｋ、Ｓｅｐｉｃ、Ｚｅｔａコンバータは、入力端子Ｐ１と出力端子Ｐ２の間に設けられた直列キャパシタＣ３を備える点で共通しており、直列キャパシタＣ３によってその他のトポロジーのコンバータと比べて発振が起こり易い。これらのコンバータの制御に、安定性に優れるコントローラ４０を組み合わせることは非常に有用であるといえる。

【0061】

（変形例２）
コイル電流Ｉ_Ｌ１、Ｉ_Ｌ２を検出する方法は、実施の形態のそれには限定されない。たとえばセンス抵抗Ｒ１、Ｒ２を、別の位置に挿入してもよい。あるいは、抵抗のかわりに、既知のトランジスタのインピーダンスを利用してもよい。

【0062】

（変形例３）
図８の車両用灯具１において、複数のバイパススイッチＳＷ１〜ＳＷＮが、すべての発光素子１２＿１〜１２＿Ｎに対応づけられる場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえば、バイパススイッチＳＷが設けられず、常時点灯する発光素子１２が存在してもよいし、ひとつのバイパススイッチＳＷと並列に、複数の発光素子の直列回路が接続されてもよい。
（変形例４）
光源１０としては、ＬＥＤの他に、ＬＤ（レーザダイオード）を用いてもよい。

【0063】

（変形例５）
図９のランプユニット５００では、ハイビームユニット５０４に図３の車両用灯具１を使用する場合を説明したが、それに代えて、あるいはそれに加えて、ロービームユニット５０６に車両用灯具１を用いてもよい。

【0064】

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。

【符号の説明】

【0065】

１…車両用灯具、２…電池、４…スイッチ、１０…光源、１２…発光素子、２０…駆動装置、３０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、Ｐ１…入力端子、Ｐ２…出力端子、Ｍ１…スイッチングトランジスタ、Ｃ１…入力キャパシタ、Ｃ２…出力キャパシタ、Ｃ３…直列キャパシタ、Ｌ１…出力インダクタ、Ｌ２…入力インダクタ、Ｄ１…整流ダイオード、Ｒ１…第１センス抵抗、Ｒ２…第２センス抵抗、４０…コントローラ、４２…電流コントローラ、４４…電流リミッタ、４６…デューティコントローラ、４８…ドライバ、５０…第１ヒステリシスコンパレータ、５２…第２ヒステリシスコンパレータ、５４…ロジック回路、６０…第１Ｖ／Ｉ変換器、６２…第２Ｖ／Ｉ変換器、７０…電圧コンパレータ、Ｓ１…制御信号、Ｓ２…制限信号、２００…駆動装置、２０２…駆動ユニット、２１０…コンバータ、２１２…コントローラ、２１４…異常検出回路、５００…ランプユニット、５０２…カバー、５０４…ハイビームユニット、５０６…ロービームユニット、５０８…筐体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】