特開 2025-2222 点灯制御装置

(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】P2025002222

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】点灯制御装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 47/25 20200101AFI20241226BHJP

   H05B 47/105 20200101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

H05B47/25

H05B47/105

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023102248

(22)【出願日】2023-06-22

(71)【出願人】

【識別番号】324003048

【氏名又は名称】三菱電機モビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088672

【弁理士】

【氏名又は名称】吉竹 英俊

(74)【代理人】

【識別番号】100088845

【弁理士】

【氏名又は名称】有田 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】梅田 雄介

(72)【発明者】

【氏名】的場 祥幸

【テーマコード（参考）】

3K273

【Ｆターム（参考）】

3K273AA02

3K273BA34

3K273CA25

3K273DA08

3K273EA07

3K273EA24

3K273EA44

3K273FA06

3K273FA13

3K273FA30

3K273GA06

3K273GA14

(57)【要約】

【課題】点灯制御装置の主制御回路とバックアップ回路との切り替えを簡易な回路構成で実現する。
【解決手段】点灯制御装置１０は、半導体スイッチ１１を制御する主制御回路１２およびバックアップ回路１３を備える。バックアップ回路１３は、電源に接続した第１のスイッチ素子１３１と、第１のスイッチ素子１３１と主制御回路１２の出力端子との間に接続した第１の抵抗素子１３２と、主制御回路１２の出力端子と基準電位端子との間に接続した第２の抵抗素子１３３とを備える。主制御回路１２がバックアップ回路１３よりも優先的に半導体スイッチ１１のオン・オフを切り替えるように、第１の抵抗素子１３２および第２の抵抗素子１３３の抵抗値が設定される。主制御回路１２に異常が生じると、主制御回路１２の出力インピーダンスが高くなり、半導体スイッチ１１のオン・オフがバックアップ回路１３によって切り替えられる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源に電力を供給する半導体スイッチと、
第１の入力信号に基づいて前記半導体スイッチの制御端子の電圧を制御する主制御回路と、
第２の入力信号に基づいて前記半導体スイッチの前記制御端子の電圧を制御するバックアップ回路と、
を備え、
前記バックアップ回路は、
電源に接続し、前記第２の入力信号に基づいて制御される第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子と前記主制御回路の出力端子との間に接続した第１の抵抗素子と、
前記主制御回路の前記出力端子と基準電位端子との間に接続した第２の抵抗素子と、
を備え、
前記主制御回路が前記バックアップ回路よりも優先的に前記半導体スイッチのオン・オフを切り替えるように、前記第１の抵抗素子および前記第２の抵抗素子の抵抗値が設定されており、
前記主制御回路に異常が生じると、前記主制御回路の出力インピーダンスが高くなり、前記半導体スイッチのオン・オフが前記バックアップ回路によって切り替えられるようになる、
点灯制御装置。

【請求項2】

前記バックアップ回路は、
前記第１のスイッチ素子の制御端子と前記基準電位端子との間に接続された第２のスイッチ素子と、
前記第２の入力信号を予め定められた電圧の信号に変換して前記第２の入力信号の制御端子に入力する電圧変換回路と、
をさらに備える、
請求項１に記載の点灯制御装置。

【請求項3】

前記主制御回路は、前記半導体スイッチまたは当該半導体スイッチを含む回路の過電流が検出されると、前記半導体スイッチをオフ状態に維持させるように前記半導体スイッチの前記制御端子の電圧を制御する、
請求項１または請求項２に記載の点灯制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光源の点灯制御を行う点灯制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば車両のヘッドライトなどの負荷に電力を供給する半導体スイッチのオン・オフ制御を、正常系の制御回路としてのマイコンと冗長系の制御回路としてのバックアップ回路とで行うシステムが知られている（例えば下記の特許文献１）。

【0003】

特許文献１のシステムにおいて、マイコンは、負荷に過電流が生じたときに半導体スイッチをオフにする過電流保護機能を有している。また、マイコンの過電流保護機能が働いているときは、バックアップ回路によって半導体スイッチがオンされることが禁止される。それにより、バックアップ回路によって過電流保護機能が無効化されることが防止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２００９／１２８５２５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のシステムでは、上記の動作を実現するために、マイコンの出力信号とバックアップ回路の出力信号との論理和（ＯＲ）によって半導体スイッチを制御すると共に、バックアップ回路には、半導体スイッチの制御信号とマイコンの異常検出信号との論理積（ＡＮＤ）が入力される。このように、特許文献１のシステムには論理回路（ＯＲ回路およびＡＮＤ回路）が必要であるため、回路が複雑化し、製造コストの上昇などの問題が生じる。

【0006】

本開示は以上のような課題を解決するためになされたものであり、光源に電力を供給する半導体スイッチを主制御回路およびバックアップ回路で制御する点灯制御装置において、主制御回路とバックアップ回路との切り替えを簡易な回路構成で実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る点灯制御装置は、光源に電力を供給する半導体スイッチと、第１の入力信号に基づいて半導体スイッチの制御端子の電圧を制御する主制御回路と、第２の入力信号に基づいて半導体スイッチの制御端子の電圧を制御するバックアップ回路と、を備え、バックアップ回路は、電源に接続し、第２の入力信号に基づいて制御される第１のスイッチ素子と、第１のスイッチ素子と主制御回路の出力端子との間に接続した第１の抵抗素子と、主制御回路の出力端子と基準電位端子との間に接続した第２の抵抗素子と、を備え、主制御回路がバックアップ回路よりも優先的に半導体スイッチのオン・オフを切り替えるように、第１の抵抗素子および第２の抵抗素子の抵抗値が設定されており、主制御回路に異常が生じると、主制御回路の出力インピーダンスが高くなり、半導体スイッチのオン・オフがバックアップ回路によって切り替えられるようになる。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る点灯制御装置では、主制御回路とバックアップ回路との切り替えを、論理回路を必要としない簡易な回路構成で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る点灯制御システムの構成を示す図である。

【図2】実施の形態１に係る点灯制御装置の動作を説明するための図である。

【図3】実施の形態１に係る点灯制御装置の動作を説明するための図である。

【図4】実施の形態１に係る点灯制御装置の動作を説明するための図である。

【図5】実施の形態１に係る点灯制御装置の動作を説明するための図である。

【図6】実施の形態１に係る点灯制御装置の動作を説明するための図である。

【図7】実施の形態１に係る点灯制御装置の動作を説明するための図である。

【図8】実施の形態１に係る点灯制御装置の動作を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る点灯制御システムの構成を示す図である。図１のように、点灯制御システムは、点灯制御装置１０と、点灯制御装置１０によって制御されるランプ２０とを備える。

【0011】

実施の形態１では、点灯制御システムの例として、車両用の点灯制御システムを示す。車両用のランプ２０としては、例えば車両の前照灯、車幅灯、ブレーキランプなどがあるが、本実施の形態では、ランプ２０は前照灯であるものとする。ランプ２０は、発光素子である光源２１を備える。

【0012】

点灯制御装置１０は、光源２１に電力を供給する半導体スイッチ１１と、正常系の制御回路である主制御回路１２と、冗長系の制御回路であるバックアップ回路１３とを備える。

【0013】

主制御回路１２は、第１の入力信号に基づいて半導体スイッチ１１の制御端子の電圧を制御する。本実施の形態では、第１の入力信号は、ＣＡＮ（Controller Area Network）から入力される点灯要求信号であるものとする。

【0014】

主制御回路１２は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）１２１とＳＢＣ（System basis chip）１２２とから構成される。ＭＣＵ１２１およびＳＢＣ１２２はディスクリートで組み上げられてもよい。

【0015】

ＭＣＵ１２１は、点灯要求信号に基づいて半導体スイッチ１１の制御端子の電圧を制御する。また、ＭＣＵ１２１は、半導体スイッチ１１（または当該半導体スイッチ１１を含む回路）の過電流を検出する過電流検出機能と、過電流が検出されたときに、半導体スイッチ１１をオフ状態に維持させる過電流保護機能とを備える。具体的には、ＭＣＵ１２１は、半導体スイッチ１１を流れる電流を監視し、半導体スイッチ１１に過電流が生じたか否かを判断する。半導体スイッチ１１の過電流が検出された場合、ＭＣＵ１２１は、半導体スイッチ１１をオフ状態に維持させるように半導体スイッチ１１の制御端子の電圧を制御して、半導体スイッチ１１の過電流を遮断する。

【0016】

ＳＢＣ１２２は、ＭＣＵ１２１が正常に動作しているかどうかを監視するためのウォッチドッグタイマ（ＷＤＴ）、ＭＣＵ１２１の電源となる低ドロップアウトレギュレータ（ＬＤＯ）、点灯要求信号を受信してＭＣＵ１２１に伝達するＣＡＮトランシーバなどを備えている。また、ＳＢＣ１２２は、ＷＤＴによりＭＣＵ１２１の異常が検出されると、ＭＣＵ１２１を正常な状態に戻すために、ＭＣＵ１２１にリセットをかける機能を有している。

【0017】

バックアップ回路１３は、第２の入力信号に基づいて半導体スイッチ１１の制御端子の電圧を制御する。ここでは、第２の入力信号は、車両のイグニッションがオンになると一定の電圧値（例えば１２Ｖ）に維持されるイグニッション信号であるものとする。ただし、バックアップ回路１３の入力信号は、イグニッション信号に限られず、任意の制御信号でよい。例えば、第２の入力信号は第１の入力信号と同じ信号でもよい。

【0018】

バックアップ回路１３は、第１のスイッチ素子１３１、第１の抵抗素子１３２、第２の抵抗素子１３３、第２のスイッチ素子１３４および電圧変換回路１３５を備える。

【0019】

第１のスイッチ素子１３１は、電源に接続し、第２の入力信号に基づいて制御されるトランジスタである。第１の抵抗素子１３２は、第１のスイッチ素子１３１と主制御回路１２の出力端子との間に接続されている。第２の抵抗素子１３３は、主制御回路１２の出力端子と基準電位端子との間に接続されている。すなわち、第１のスイッチ素子１３１、第１の抵抗素子１３２および第２の抵抗素子１３３は、電源と基準電位端子との間に直列に接続しており、第１の抵抗素子１３２と第２の抵抗素子１３３との間の接続ノードが、主制御回路１２の出力端子および半導体スイッチ１１の制御端子と接続している。バックアップ回路１３の出力端子は、第１の抵抗素子１３２と第２の抵抗素子１３３との間の接続ノードであり、主制御回路１２の出力端子に直接結線されている。

【0020】

第２のスイッチ素子１３４は、第１の抵抗素子１３２の制御電極と基準電位端子との間に接続したトランジスタである。電圧変換回路１３５は、イグニッション信号の電圧（１２Ｖ）を予め定められた電圧（例えば５Ｖ）の信号に変換して、第２のスイッチ素子１３４の制御端子に入力する。

【0021】

ここで、第１の抵抗素子１３２および第２の抵抗素子１３３の抵抗値は、主制御回路１２がバックアップ回路１３よりも優先的に半導体スイッチ１１のオン・オフを切り替えることができる程度に高く設定されている。逆に言えば、主制御回路１２の出力インピーダンスは、主制御回路１２がバックアップ回路１３よりも優先的に半導体スイッチ１１のオン・オフを切り替えできる程度に低い。

【0022】

ただし、主制御回路１２においてＭＣＵ１２１の異常が検出されると、ＳＢＣ１２２がＭＣＵ１２１にリセットをかけ、このときＭＣＵ１２１は高インピーダンス状態となるので、主制御回路１２の出力インピーダンスは高くなる。主制御回路１２の出力インピーダンスが高くなると、主制御回路１２の出力端子の電圧はバックアップ回路１３の第１のスイッチ素子１３１のオン・オフに伴って大きく変化するようになる。よって、主制御回路１２に異常が生じた状態では、半導体スイッチ１１のオン・オフは、バックアップ回路１３によって切り替えられるようになる。

【0023】

車両の前照灯は故障によって消灯すると危険を招く可能性が高い。そのため本実施の形態では、前照灯である光源２１を制御する主制御回路１２に異常が生じても、車両のイグニッションがオン状態（イグニッション信号が１２Ｖの状態）であればバックアップ回路１３が主制御回路１２の代わりに半導体スイッチ１１をオンにして、光源２１（前照灯）を点灯させる仕組みとなっている。

【0024】

以下、点灯制御装置１０の動作の詳細を説明する。

【0025】

まず、主制御回路１２が正常に動作している状態における点灯制御装置１０の動作を説明する。主制御回路１２が正常に動作しているとき、ＭＣＵ１２１の出力インピーダンスは低いため、主制御回路１２がバックアップ回路１３よりも優先的に半導体スイッチ１１のオン・オフを切り替える。

【0026】

例えば、イグニッション信号がオフ（０Ｖ）のとき、バックアップ回路１３の第２のスイッチ素子１３４および第１のスイッチ素子１３１はオフ状態である。このとき、図２のように、点灯要求信号に応じて切り替わるＭＣＵ１２１の出力電圧がＨレベル（点灯指示）であれば、半導体スイッチ１１の制御端子の電圧もＨレベルとなり、半導体スイッチ１１がオンして光源２１が点灯する。また、図３のように、ＭＣＵ１２１の出力電圧がＬレベル（消灯指示）であれば、半導体スイッチ１１の制御端子の電圧もＬレベルとなり、半導体スイッチ１１がオフして光源２１が消灯する。

【0027】

また、イグニッション信号がオン（１２Ｖ）のとき、バックアップ回路１３の第２のスイッチ素子１３４および第１のスイッチ素子１３１はオン状態である。このとき、図４のように、ＭＣＵ１２１の出力電圧がＨレベル（点灯指示）であれば、半導体スイッチ１１の制御端子の電圧もＨレベルとなり、半導体スイッチ１１がオンして光源２１が点灯する。また、図５のように、ＭＣＵ１２１の出力電圧がＬレベル（消灯指示）であれば、半導体スイッチ１１の制御端子の電圧もＬレベルとなり、半導体スイッチ１１がオフして光源２１が消灯する。図５の状態では、第１のスイッチ素子１３１がオンしているが、ＭＣＵ１２１の出力インピーダンスが十分低いため、第１のスイッチ素子１３１を流れる電流はＭＣＵ１２１へ流れ込み、第２の抵抗素子１３３には電圧が生じないので、半導体スイッチ１１の制御端子の電圧がＭＣＵ１２１の出力電圧とほぼ等しくなる。

【0028】

なお、ＭＣＵ１２１が半導体スイッチ１１の過電流を検出した場合は、過電流保護機能が働き、図３または図５と同様の状態となる。すなわち、過電流保護機能によってＭＣＵ１２１の出力電圧がＬレベル（消灯指示）になると、バックアップ回路１３の状態にかかわらず、半導体スイッチ１１の制御端子の電圧がＬレベルとなり、半導体スイッチ１１はオフ状態になって過電流が遮断される。よって、バックアップ回路１３によって主制御回路１２の過電流保護機能が無効化されることは防止される。

【0029】

また、主制御回路１２が起動してから当該主制御回路１２の出力電圧が確定する前に、バックアップ回路１３によって半導体スイッチ１１がオンにされることを回避する必要がある場合は、電圧変換回路１３５に遅延回路を設け、第１のスイッチ素子１３１がオンするタイミングを遅らせてもよい。

【0030】

次に、主制御回路１２の異常が検出された状態における点灯制御装置１０の動作を説明する。主制御回路１２に異常が生じると、ＳＢＣ１２２によってＭＣＵ１２１がリセットされるため、主制御回路１２は高インピーダンス状態となる。よって、主制御回路１２の出力インピーダンスが高くなり、半導体スイッチ１１のオン・オフが、バックアップ回路１３によって切り替えられるようになる。

【0031】

例えば、イグニッション信号がオフ（０Ｖ）のとき、バックアップ回路１３の第２のスイッチ素子１３４および第１のスイッチ素子１３１はオフ状態、主制御回路１２は高インピーダンス状態であるため、ＭＣＵ１２１の出力端子の電圧は第２の抵抗素子１３３を通してプルダウンされ、図６のように、半導体スイッチ１１の制御端子の電圧がＬレベルとなり、半導体スイッチ１１がオフして光源２１は消灯する。

【0032】

また、イグニッション信号がオン（１２Ｖ）のとき、バックアップ回路１３の第２のスイッチ素子１３４および第１のスイッチ素子１３１はオン状態、主制御回路１２は高インピーダンス状態であるため、ＭＣＵ１２１の出力端子の電圧はＨレベル（電源電圧を第１の抵抗素子１３２と第２の抵抗素子１３３とで分圧した電圧）になり、図７のように、半導体スイッチ１１の制御端子の電圧もＨレベルとなって、半導体スイッチ１１がオンして光源２１は点灯する。

【0033】

このように、実施の形態１に係る点灯制御装置１０では、主制御回路１２が正常なときは、主制御回路１２がバックアップ回路１３よりも優先的に半導体スイッチ１１のオン・オフを切り替え、主制御回路１２に異常が生じると、バックアップ回路１３が主制御回路１２に代わって半導体スイッチ１１のオン・オフを切り替える。また、主制御回路１２により半導体スイッチ１１の過電流が検出された場合は、バックアップ回路１３の動作にかかわらず、過電流保護機能により主制御回路１２が半導体スイッチ１１をオフ状態にできる。つまり、バックアップ回路１３によって主制御回路１２の過電流保護機能が無効化されることは防止される。

【0034】

さらに、バックアップ回路１３の出力端子（第１の抵抗素子１３２と第２の抵抗素子１３３との接続ノード）は、主制御回路１２の出力端子に直接結線されており、主制御回路１２とバックアップ回路１３との切り替えが論理回路を用いることなく実現されているため、回路が複雑化せず、製造コストの抑制にも寄与できる。

【0035】

また、本実施の形態では、バックアップ回路１３において、第１のスイッチ素子１３１の制御端子に電圧変換回路１３５を直接接続させておらず、第１のスイッチ素子１３１の制御端子と電圧変換回路１３５との間に第２のスイッチ素子１３４を介在させている。これは、図２の状態（第１のスイッチ素子１３１がオン状態、ＭＣＵ１２１の出力電圧がＨレベルのとき）において、ＭＣＵ１２１の出力端子から第１のスイッチ素子１３１に流れる還流電流（図８に示す破線の矢印）が、第２のスイッチ素子１３４を通して基準電位端子に放出されるようにし、当該還流電流が電圧変換回路１３５に流れ込むことを防止するためである。これにより、電圧変換回路１３５の故障を防ぐことができる。

【0036】

なお、上記の実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

【0037】

＜付記＞
以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

【0038】

（付記１）
光源に電力を供給する半導体スイッチと、
第１の入力信号に基づいて前記半導体スイッチの制御端子の電圧を制御する主制御回路と、
第２の入力信号に基づいて前記半導体スイッチの前記制御端子の電圧を制御するバックアップ回路と、
を備え、
前記バックアップ回路は、
電源に接続し、前記第２の入力信号に基づいて制御される第１のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子と前記主制御回路の出力端子との間に接続した第１の抵抗素子と、
前記主制御回路の前記出力端子と基準電位端子との間に接続した第２の抵抗素子と、
を備え、
前記主制御回路が前記バックアップ回路よりも優先的に前記半導体スイッチのオン・オフを切り替えるように、前記第１の抵抗素子および前記第２の抵抗素子の抵抗値が設定されており、
前記主制御回路に異常が生じると、前記主制御回路の出力インピーダンスが高くなり、前記半導体スイッチのオン・オフが前記バックアップ回路によって切り替えられるようになる、
点灯制御装置。

【0039】

（付記２）
前記バックアップ回路は、
前記第１のスイッチ素子の制御端子と前記基準電位端子との間に接続された第２のスイッチ素子と、
前記第２の入力信号を予め定められた電圧の信号に変換して前記第２の入力信号の制御端子に入力する電圧変換回路と、
をさらに備える、
付記１に記載の点灯制御装置。

【0040】

（付記３）
前記主制御回路は、前記半導体スイッチまたは当該半導体スイッチを含む回路の過電流が検出されると、前記半導体スイッチをオフ状態に維持させるように前記半導体スイッチの前記制御端子の電圧を制御する、
付記１または付記２に記載の点灯制御装置。

【符号の説明】

【0041】

１０ 点灯制御装置、１１ 半導体スイッチ、１２ 主制御回路、１２１ ＭＣＵ、１２２ ＳＢＣ、１３ バックアップ回路、１３１ 第１のスイッチ素子、１３２ 第１の抵抗素子、１３３ 第２の抵抗素子、１３４ 第２のスイッチ素子、１３５ 電圧変換回路、２０ ランプ、２１ 光源。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】