特開 2024-62291 点灯回路および車両用灯具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024062291

(43)【公開日】2024-05-09

(54)【発明の名称】点灯回路および車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   H05B 45/18 20200101AFI20240430BHJP

   H05B 45/37 20200101ALI20240430BHJP

【ＦＩ】

H05B45/18

H05B45/37

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022170185

(22)【出願日】2022-10-24

(71)【出願人】

【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】百瀬 和也

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273AA02

3K273BA30

3K273BA35

3K273CA01

3K273CA02

3K273CA03

3K273DA08

3K273EA07

3K273EA17

3K273EA24

3K273EA25

3K273EA35

3K273EA36

3K273FA03

3K273FA07

3K273FA14

3K273FA22

3K273FA26

3K273GA06

(57)【要約】

【課題】温度ディレーティング特性を柔軟に変更可能な点灯回路を提供する。
【解決手段】第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２およびサーミスタＴＨ１は、電源ラインと接地ラインの間に直列に接続される。非反転アンプ２３２は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続ノードの電圧を増幅する。第３抵抗Ｒ３は、電源ラインとアナログ調光端子の間に接続される。第４抵抗Ｒ４は、アナログ調光端子ＡＤＩＭと接地ラインの間に接続される。電圧クランプ回路２３４は、アナログ調光端子ＡＤＩＭに生ずる調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭを、非反転アンプ２３２の出力電圧Ｖ_Ａに応じたクランプレベルを超えないように制限する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体発光素子に駆動電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
アナログ調光端子を有し、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが生成する前記駆動電流が、前記アナログ調光端子に生ずる調光電圧にもとづく目標量に近づくように、前記ＤＣ／ＤＣコンバータをフィードバック制御するコントローラと、
温度に応じた電圧レベルを有する前記調光電圧を生成する温度ディレーティング回路と、
を備え、
前記温度ディレーティング回路は、
電源ラインと接地ラインの間に直列に接続された第１抵抗、第２抵抗およびサーミスタと、
前記第１抵抗と第２抵抗の接続ノードの電圧を増幅する非反転アンプと、
前記電源ラインと前記アナログ調光端子の間に接続された第３抵抗と、
前記アナログ調光端子と前記接地ラインの間に接続された第４抵抗と、
入力に前記非反転アンプの出力電圧を受け、出力が前記アナログ調光端子と接続され、前記アナログ調光端子に生ずる前記調光電圧を、前記非反転アンプの前記出力電圧に応じたクランプレベルを超えないように制限するクランプ回路と、
を備えることを特徴とする点灯回路。

【請求項2】

前記クランプ回路は、
非反転入力端子が前記非反転アンプの出力と接続され、反転入力端子が前記アナログ調光端子と接続された第１オペアンプと、
アノードが前記アナログ調光端子と接続され、カソードが前記第１オペアンプの出力と接続されたダイオードと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の点灯回路。

【請求項3】

前記温度ディレーティング回路は、前記非反転アンプの入力と前記接地ラインの間に接続された第１キャパシタをさらに備え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。

【請求項4】

前記温度ディレーティング回路は、前記アナログ調光端子と前記接地ラインの間に接続された第２キャパシタをさらに備え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。

【請求項5】

半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を駆動する請求項１または２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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、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】

近年、ハイビームやロービーム、リアコンビネーションランプなどの車両用灯具の光源として、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）をはじめとする半導体光源の採用が進められている。半導体光源は、そのエネルギー効率、メンテナンスの容易性、デザインの多様性などの観点から、従来のＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプやハロゲンランプ等の光源に対して利点を有する。

【0003】

半導体光源には、その信頼性を保つために許容しうる定格温度が定められおり、半導体光源の駆動する点灯回路は、半導体光源の温度が定格温度を超えないように、ジャンクション温度、デバイス温度あるいは周囲温度が上昇すると駆動電流を減少させて、つまり光量を低下させて、さらなる温度上昇を抑制する機能（温度ディレーティング機能）を具備する。温度ディレーティング制御は、サーミスタをアナログ回路に組み込み、アナログ回路により、半導体光源に供給する駆動電流の目標値を変化させるものが一般的である。

【0004】

また環境温度が高くなると、光源の発熱により点灯回路内の電子部品の温度が定格温度を超えたり、光源の近傍の樹脂部品が軟化点に近づき、変形してしまう恐れがある。上述の温度ディレーティングは、こうした問題の抑制にも役に立つ。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１３４９８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

半導体光源の定格温度はデバイスごとに異なる。またヒートシンクや基板、筐体の形状が異なれば、ある半導体光源を同じ光量で点灯させたときの半導体光源の温度も異なることとなる。したがって温度と駆動電流の目標値の関係（温度ディレーティング特性という）は、灯具ごとに最適化する必要がある。

【0007】

本開示は係る状況におい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、温度ディレーティング特性を柔軟に変更可能な点灯回路の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示のある態様は点灯回路に関する。点灯回路は、半導体発光素子に駆動電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、アナログ調光端子を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータが生成する駆動電流が、アナログ調光端子に生ずる調光電圧にもとづく目標量に近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータをフィードバック制御するコントローラと、温度に応じた電圧レベルを有する調光電圧を生成する温度ディレーティング回路と、を備える。温度ディレーティング回路は、電源ラインと接地ラインの間に直列に接続された第１抵抗、第２抵抗およびサーミスタと、第１抵抗と第２抵抗の接続ノードの電圧を増幅する非反転アンプと、電源ラインとアナログ調光端子の間に接続された第３抵抗と、アナログ調光端子と接地ラインの間に接続された第４抵抗と、入力に非反転アンプの出力電圧を受け、出力がアナログ調光端子と接続され、アナログ調光端子に生ずる調光電圧を、非反転アンプの出力電圧に応じたクランプレベルを超えないように制限するクランプ回路と、を備える。

【0009】

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、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、本発明あるいは本開示の態様として有効である。さらに、この項目（課題を解決するための手段）の記載は、本発明の欠くべからざるすべての特徴を説明するものではなく、したがって、記載されるこれらの特徴のサブコンビネーションも、本発明たり得る。

【発明の効果】

【0010】

本開示のある態様によれば、温度ディレーティング特性を柔軟に設定できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る車両用灯具のブロック図である。

【図2】実施形態に係る温度ディレーティング回路の回路図である。

【図3】図２の温度ディレーティング回路のディレーティング特性を示す図である。

【図4】温度ディレーティング回路のディレーティング開始温度Ｔｓの調節を説明する図である。

【図5】温度ディレーティング回路のディレーティングの傾きの調節を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0013】

一実施形態に係る点灯回路は、半導体発光素子に駆動電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、アナログ調光端子を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータが生成する駆動電流が、アナログ調光端子に生ずる調光電圧にもとづく目標量に近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータをフィードバック制御するコントローラと、温度に応じた電圧レベルを有する調光電圧を生成する温度ディレーティング回路と、を備える。温度ディレーティング回路は、電源ラインと接地ラインの間に直列に接続された第１抵抗、第２抵抗およびサーミスタと、第１抵抗と第２抵抗の接続ノードの電圧を増幅する非反転アンプと、電源ラインとアナログ調光端子の間に接続された第３抵抗と、アナログ調光端子と接地ラインの間に接続された第４抵抗と、入力に非反転アンプの出力電圧を受け、出力がアナログ調光端子と接続され、アナログ調光端子に生ずる調光電圧を、非反転アンプの出力電圧に応じたクランプレベルを超えないように制限するクランプ回路と、を備える。

【0014】

この構成によると、第１抵抗の抵抗値に応じて、ディレーティングの開始温度を設定できる。また非反転アンプの利得に応じて、ディレーティング特性の傾きを設定できる。

【0015】

一実施形態において、クランプ回路は、非反転入力端子が非反転アンプの出力と接続され、反転入力端子がアナログ調光端子と接続された第１オペアンプと、アノードがアナログ調光端子と接続され、カソードが第１オペアンプの出力と接続されたダイオードと、を含んでもよい。

【0016】

一実施形態において、温度ディレーティング回路は、非反転アンプの入力と接地ラインの間に接続された第１キャパシタをさらに備えてもよい。

【0017】

一実施形態において、温度ディレーティング回路は、アナログ調光端子と接地ラインの間に接続された第２キャパシタをさらに備えてもよい。

【0018】

一実施形態に係る車両用灯具は、半導体発光素子と、半導体発光素子を駆動する上述のいずれかの点灯回路と、を備えてもよい。

【0019】

（実施形態）
以下、好適な実施形態について、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、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。

【0020】

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。

【0021】

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に接続された（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。

【0022】

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、インダク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、あるいは回路定数（抵抗値、容量値、インダクタンス）を表すものとする。

【0023】

図１は、実施形態に係る車両用灯具１００のブロック図である。車両用灯具１００は、半導体光源１１０と、点灯回路２００と、を備える。半導体光源１１０は、ひとつ、または直列に接続された複数の半導体発光素子１１２を含む。本実施形態において、半導体発光素子１１２はＬＥＤ（発光ダイオード）であるが、ＬＤ（レーザダイオード）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子であってもよい。

【0024】

点灯回路２００は、ＬＤＭ（LED Driving Module）とも称され、半導体光源１１０に目標輝度に応じた駆動電流Ｉ_ＤＲＶを供給する。点灯回路２００は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０、コントローラ回路２２０、温度ディレーティング回路２３０を備える。

【0025】

点灯回路２００の入力端子には、バッテリ２の電圧Ｖ_ＢＡＴ（＋Ｂとも称する）がヘッドライトスイッチ３を介して供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、半導体光源１１０に駆動電流Ｉ_ＤＲＶを供給する。

【0026】

コントローラ回路２２０は、フィードバック端子ＦＢとアナログ調光端子ＡＤＩＭを有する。フィードバック端子ＦＢには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０が生成する駆動電流Ｉ_ＤＲＶを示すフィードバック信号Ｖ_ＦＢが入力される。コントローラ回路２２０は、フィードバック電圧Ｖ_ＦＢが、アナログ調光端子ＡＤＩＭに生ずる調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭにもとづく電圧Ｖ_ＲＥＦに近づくように、したがって、駆動電流Ｉ_ＤＲＶが、調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭにもとづく目標量Ｉ_ＲＥＦに近づくように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０をフィードバック制御する。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、駆動電流Ｉ_ＤＲＶが目標量Ｉ_ＲＥＦに近づくようにデューティサイクルおよび／または周波数が変化するパルス変調信号を生成し、パルス変調信号にもとづくゲート駆動信号をＤＣ／ＤＣコンバータ２１０のスイッチングトランジスタに供給し、スイッチングトランジスタをスイッチングさせる。コントローラ回路２２０は市販のＩＣ（Integrated Circuit）を用いればよいため、その具体的な構成の説明は省略する。

【0027】

温度ディレーティング回路２３０は、半導体光源１１０の温度Ｔ（もしくは点灯回路２００の周囲温度）に応じた電圧レベルを有する調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭを、コントローラ回路２２０のアナログ調光端子ＡＤＩＭに発生する。温度ディレーティング回路２３０は、温度Ｔが、ディレーティング開始温度より低い範囲では、調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭを一定に保ち、温度Ｔが開始温度を超えると、温度上昇にともなって調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭを低下させる。

【0028】

図２は、実施形態に係る温度ディレーティング回路２３０の回路図である。温度ディレーティング回路２３０は、サーミスタＴＨ１、第１抵抗Ｒ１～第４抵抗Ｒ４、非反転アンプ２３２、電圧クランプ回路２３４、第１キャパシタＣ１、第２キャパシタＣ２を備える。

【0029】

第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２およびサーミスタＴＨ１は、電源ラインと接地ラインの間に直列に接続される。第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続ノードと、接地ラインの間には、第２キャパシタＣ２が接続される。

【0030】

非反転アンプ２３２は、第１抵抗Ｒ１と第２抵抗Ｒ２の接続ノードＢの電圧Ｖ_Ｂを増幅する。接続ノードＢの電圧Ｖ_Ｂは、式（１）で表される。
Ｖ_Ｂ＝Ｖ_ＣＣ×（Ｒ２＋Ｒ_ＴＨ）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ_ＴＨ） …（１）
Ｒ_ＴＨは、サーミスタＴＨ１の抵抗値であり、負の温度特性を有する。つまり温度が上昇するほど、電圧ＶＢが低下していく。

【0031】

非反転アンプ２３２は、第１オペアンプＯＡ１、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を含む。非反転アンプ２３２のゲインｇは、ｇ＝（Ｒ１１＋Ｒ１２）／Ｒ１２である。非反転アンプ２３２の出力電圧Ｖ_Ａは、式（２）で表される。
Ｖ_Ａ＝ｇ×Ｖ_Ｂ …（２）

【0032】

第３抵抗Ｒ３は、電源ラインと、コントローラ回路２２０のアナログ調光端子ＡＤＩＭの間に接続される。第４抵抗Ｒ４は、アナログ調光端子ＡＤＩＭと接地ラインの間に接続される。アナログ調光端子ＡＤＩＭと接地ラインの間には、第１キャパシタＣ１が接続される。

【0033】

電圧クランプ回路２３４は、入力に非反転アンプ２３２の出力電圧Ｖ_Ａを受け、出力がアナログ調光端子ＡＤＩＭと接続される。電圧クランプ回路２３４は、アナログ調光端子ＡＤＩＭに生ずる調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭを、非反転アンプ２３２の出力電圧Ｖ_Ａに応じたクランプレベルＶ_ＣＬを超えないように制限する。

【0034】

その限りでないが、電圧クランプ回路２３４は、第２オペアンプＯＡ２と、ダイオードＤ１を含む。ダイオードＤ１のアノードはアナログ調光端子ＡＤＩＭおよび第２オペアンプＯＡ２の反転入力端子と接続され、カソードは第２オペアンプＯＡ２の出力と接続される。

【0035】

電圧クランプ回路２３４は、電流ソース能力をもたない電流シンク型のバッファと把握することもできる。したがって、オープンドレイン形式あるいはオープンコレクタ形式の出力段を有するバッファ回路（ボルテージフォロア回路）を、電圧クランプ回路２３４として用いることができる。

【0036】

以上が温度ディレーティング回路２３０の構成である。続いてその動作を説明する。

【0037】

図３は、図２の温度ディレーティング回路２３０のディレーティング特性を示す図である。横軸は温度を、縦軸は、アナログ調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭすなわち駆動電流Ｉ_ＤＲＶの電流量を示す。

【0038】

温度Ｔが開始温度Ｔｓより低い領域では、電圧クランプ回路２３４はアナログ調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭに影響しない。したがって、Ｔ＜Ｔｓの範囲では、
Ｖ_{ＡＤＩＭ（ＮＯＲＭ）}＝Ｖ_ＣＣ×Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）
の一定レベルとなる。

【0039】

温度Ｔが上昇するに従って、サーミスタＴＨ１の抵抗値Ｒ_ＴＨは低下していくため、ノードＢの電圧Ｖ_Ｂが低下していき、したがって、クランプレベルを規定する電圧Ｖ_Ａが低下していく。電圧Ｖ_Ａは、温度Ｔｓにおいて電圧Ｖ_{ＡＤＩＭ（ＮＯＲＭ）}と交差し、Ｔ＞Ｔｓの範囲ではＶ_ＡＤＩＭ≒Ｖ_Ａとなる。

【0040】

以上が温度ディレーティング回路２３０の動作である。温度ディレーティング回路２３０のディレーティング特性は、開始温度Ｔｓと、Ｔ＞Ｔｓの領域におけるアナログ調光電圧Ｖ_ＡＤＩＭの傾きの２つのパラメータで規定される。

【0041】

図２の温度ディレーティング回路２３０によれば、第１抵抗Ｒ１の抵抗値に応じて、ディレーティングの開始温度Ｔｓを設定できる。また非反転アンプ２３２の利得ｇに応じて、ディレーティング特性の傾きを設定できる。

【0042】

図４は、温度ディレーティング回路２３０のディレーティング開始温度Ｔｓの調節を説明する図である。図４の上段は、第１抵抗Ｒ１の抵抗値を１２ｋΩとした場合、下段は２４ｋΩとした場合である。その他のパラメータは以下の通りである。
Ｒ１＝１２ｋΩ、２４ｋΩ
Ｒ２＝１００Ω
Ｒ３＝１５ｋΩ
Ｒ４＝１５ｋΩ
Ｒ１１＝Ｒ１２＝１０ｋΩ （ｇ＝２）
Ｖ_ＣＣ＝５Ｖ

【0043】

Ｒ１＝１２ｋΩのとき、開始温度Ｔｓは１００℃、Ｒ１＝２４ｋΩのとき、開始温度Ｔｓは８０℃となる。

【0044】

図５は、温度ディレーティング回路２３０のディレーティングの傾きの調節を説明する図である。図５には、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２で決まる非反転アンプ２３２のゲインｇが、１，２，４．９のときの特性が示される。なお利得ｇを変化させると、開始温度Ｔｓもシフトするため、第１抵抗Ｒ１の抵抗値は、開始温度Ｔｓが変化しないように調節されている。

【0045】

ｇ＝１の場合は、非反転アンプ２３２を省略しており、その他の回路定数は以下の通りである。
Ｒ１＝１０ｋΩ
Ｒ２＝１００Ω
Ｒ３＝１５ｋΩ
Ｒ４＝１５ｋΩ
Ｖ_ＣＣ＝５Ｖ

【0046】

ｇ＝２の場合の回路定数は以下の通りである。
Ｒ１＝３０ｋΩ
Ｒ２＝１００Ω
Ｒ３＝１５ｋΩ
Ｒ４＝１５ｋΩ
Ｒ１１＝Ｒ１２＝１０ｋΩ （ｇ＝２）
Ｖ_ＣＣ＝５Ｖ

【0047】

ｇ＝４．９の場合の回路定数は以下の通りである。
Ｒ１＝９１ｋΩ
Ｒ２＝１００Ω
Ｒ３＝１５ｋΩ
Ｒ４＝１５ｋΩ
Ｒ１１＝３９ｋΩ、Ｒ１２＝１０ｋΩ （ｇ＝４．９）
Ｖ_ＣＣ＝５Ｖ

【0048】

このように、利得ｇを変化させることにより、Ｔ＞Ｔｓの領域における傾きを変化させることができる。

【0049】

本開示に係る実施形態について、具体的な用語を用いて説明したが、この説明は、理解を助けるための例示に過ぎず、本開示あるいは請求の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって規定されるものであり、したがって、ここでは説明しない実施形態、実施例、変形例も、本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１００…車両用灯具、１１０…半導体光源、１１２…半導体発光素子、２００…点灯回路、２１０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２０…コントローラ回路、２３０…温度ディレーティング回路、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、Ｒ３…第３抵抗、Ｒ４…第４抵抗、ＴＨ１…サーミスタ、Ｃ１…第１キャパシタ、Ｃ２…第２キャパシタ、２３２…非反転アンプ、２３４…電圧クランプ回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】