(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷とバッテリとを接続及び遮断するスイッチをオンオフ制御し、前記負荷への電力の供給と遮断とを一定の周期で繰り返した後、前記負荷を駆動する駆動方法において、
前記負荷に流れる突入電流が流れ始めてから抑制目標値の電流となるまでの時間を予め前記周期毎に取得して記憶しておき、
記憶した時間を記憶順に、各周期における前記負荷へ電力を供給するオン時間として、前記スイッチをオンオフ制御すること
を特徴とする駆動方法。
【請求項２】
所定期間だけ前記スイッチをオンオフ制御することを特徴とする請求項１に記載の駆動方法。
【請求項３】
負荷とバッテリとを接続及び遮断するスイッチをオンオフ制御し、前記負荷への電力の供給と遮断とを一定の周期で繰り返した後、前記負荷を駆動する駆動装置において、
前記負荷に流れる突入電流が流れ始めてから抑制目標値の電流となるまでの時間を予め前記周期毎に取得して記憶する記憶手段と、
該記憶手段が記憶した時間を記憶順に、各周期における前記負荷へ電力を供給するオン時間として、前記スイッチをオンオフ制御する制御手段と
を備えることを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷の駆動開始時に、負荷に流れる突入電流を抑制する駆動方法及び駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のヘッドランプ及びフォグランプ等のランプは、通電したフィラメントがある程度発熱することで発光する。このため、ランプの照度はフィラメントの温度に関係する。図６は、ランプへの給電時間又はフィラメント温度と共に変化するランプへの電流量及びランプ照度との関係を示した図である。点灯開始時はフィラメントが冷たいため、ランプは、図６に示すように、所定時間は照度が略ゼロ、即ち発光せず、フィラメントの温度上昇と共に照度が高くなる。その後、ランプは定常点灯となる。また、一般的にフィラメントは、温度が低いときの抵抗値（以下、冷抵抗値と言う）が定常点灯時の抵抗値の数分の一から十数分の一程度となっている。このため、点灯開始時はフィラメントの抵抗値が小さく、フィラメントに流れる電流の立ち上がりが速く、大電流（以下、突入電流と言う）が流れる。その後、フィラメントの温度が上昇することでフィラメントの抵抗値が増大し、ランプへ流れる電流が定常状態へと移行する。
【０００３】
ランプに突入電流が流れた場合、急激な発熱によるフィラメントの劣化、電源スイッチ接点の溶着及びヒューズの溶断等の問題が発生する。また、点灯開始時に流す電流を制限し、突入電流を抑制した場合、ランプのフィラメントの温度を上昇させることができず、ランプを定常点灯させるまでに時間を要する。そこで、特許文献１には、突入電流を抑制しながらフィラメントの温度及び抵抗値を速やかに上昇させる制御装置が提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載されている制御装置は、ランプ点灯開始時、ランプを定格電力負荷で点灯させる定常点灯制御に先立って、ランプのフィラメントの温度及び抵抗値の速やかに上昇させる初期点灯制御を行っている。初期点灯制御では、ランプへの給電時間が、定常点灯制御の給電時間よりも小さく、給電周波数が定常点灯制御の給電周波数よりも大きく設定されている。これにより、特許文献１に記載されている制御装置は、突入電流を抑制しながらランプのフィラメントの温度及び抵抗値を速やかに上昇させることができる。そして、初期点灯制御を定常点灯制御に切り替えたときには、突入電流が発生しない状態で所定の明るさを確保することが可能となっている。
【特許文献１】特開２００４−３５５８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の制御装置では、初期点灯制御においてランプへの給電時間を短くすることで突入電流が流れ続けることがないようにするものであり、突入電流のピーク値を抑制することができない。即ち、特許文献１では、突入電流が長時間流れないように抑制することはできても突入電流のピーク値を抑制することができず、結果として突入電流は流れる。このため、特許文献１では、上述したような急激な発熱によるフィラメントの劣化等の問題点を確実に解決することができない。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、突入電流が抑制目標値を超えて流れないようランプ等の負荷を駆動することができる駆動方法及び駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る駆動方法は、負荷とバッテリとを接続及び遮断するスイッチをオンオフ制御し、前記負荷への電力の供給と遮断とを一定の周期で繰り返した後、前記負荷を駆動する駆動方法において、前記負荷に流れる突入電流が流れ始めてから抑制目標値の電流となるまでの時間を予め前記周期毎に取得して記憶しておき、記憶した時間を記憶順に、各周期における前記負荷へ電力を供給するオン時間として、前記スイッチをオンオフ制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る駆動方法は、所定期間だけ前記スイッチをオンオフ制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る駆動装置は、負荷とバッテリとを接続及び遮断するスイッチをオンオフ制御し、前記負荷への電力の供給と遮断とを一定の周期で繰り返した後、前記負荷を駆動する駆動装置において、前記負荷に流れる突入電流が流れ始めてから抑制目標値の電流となるまでの時間を予め前記周期毎に取得して記憶する記憶手段と、該記憶手段が記憶した時間を記憶順に、各周期における前記負荷へ電力を供給するオン時間として、前記スイッチをオンオフ制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明では、負荷に流れる突入電流が流れ始めてから抑制目標値の電流となるまでの時間を負荷へ電力を供給するオン時間とし、負荷への電力の供給と遮断とを繰り返す周期をオン時間より長く設定する。そして、負荷へ電力を供給するオン時間及び設定した周期に基づいて、スイッチのオンオフ制御を行う。これにより、抑制目標値以上の突入電流が負荷へ流れることはない。抑制目標値、オン時間及び周期を負荷の種類に応じて設定することで、負荷の駆動開始時に突入電流が流れないようにすることができる。
また、本発明では、負荷に流れる突入電流が流れ始めてから抑制目標値の電流となるまでの時間が負荷の抵抗値の上昇に伴い長くなるのに応じて、デューティ比を徐々に大きくすることで、負荷の温度及び抵抗値の上昇を早めるように制御できる。
【００１３】
本発明では、突入電流を抑制するためにスイッチのオンオフ制御を行うことで、オンオフ制御を行う期間だけ負荷の駆動開始が遅延する。このため、オンオフ制御を行う期間を適切に設定することで、負荷の駆動開始が遅延し過ぎることを防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、負荷に流れる突入電流が流れ始めてから抑制目標値の電流となるまでの時間を負荷へ電力を供給するオン時間とし、負荷への電力の供給と遮断とを繰り返す周期をオン時間より長く設定する。そして、負荷へ電力を供給するオン時間及び設定した周期に基づいて、スイッチのオンオフ制御を行う。これにより、抑制目標値以上の突入電流が負荷へ流れることはない。抑制目標値、オン時間及び周期を負荷の種類に応じて設定することで、負荷の駆動開始時に突入電流が流れないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００１８】
（実施形態１）
本発明に係る実施形態１について説明する。図１は、実施形態１に係る制御装置を用いたランプ駆動システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００１９】
ランプ駆動システムは、制御装置１の他に、バッテリ２、スイッチング素子３、ランプ４及び電源スイッチ５等を備えている。バッテリ２は、例えば１２Ｖ又は４２Ｖの車両用バッテリである。ランプ４は、通電したフィラメントがある程度発熱することで発光するバルブランプであり、例えばヘッドランプ又はフォグランプ等の前照灯である。ランプ４は、運転者により電源スイッチ５がオン又はオフされることで点灯又は消灯する。スイッチング素子３は、バッテリ２及びランプ４の間に配設されており、バッテリ２及びランプ４を電気的に接続し又は遮断する。スイッチング素子３は、制御装置１によりＰＷＭ（Pulse Wide Modulation）制御が行われる。
【００２０】
制御装置１は、制御部１０、記憶部１１、入力部１２、及び出力部１３等を備えている。制御部１０は、内部バスにより接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるマイクロコンピュータである。制御部１０は、図示しない電力線によりバッテリ２から電力が供給されて駆動し、ＲＯＭに記憶された制御プログラムに従うＣＰＵ又はＭＰＵの動作により各種制御を行う。実施形態１では、制御部１０は、電源スイッチ５がオンにされた場合、スイッチング素子３をＰＷＭ制御し、スイッチング素子３のオン，オフを繰り返す初期点灯制御を所定期間行う。その後、制御部１０は、スイッチング素子３をオンにし続け、ランプ４へＤＣ（Direct Current）通電を行う定常点灯制御を行う。
【００２１】
入力部１２は、電源スイッチ５が接続されており、制御部１０に電源スイッチ５のオン又はオフの検出信号を出力する。出力部１３は、スイッチング素子３が接続されており、スイッチング素子３をオン又はオフに切り替えるパルス信号をスイッチング素子３へ出力する。
【００２２】
記憶部１１は、制御部１０がスイッチング素子３をＰＷＭ制御する際に用いる制御パラメータを記憶している。制御パラメータは、初期点灯制御を行う期間Ｌ、初期点灯制御におけるＰＷＭ制御の周期Ｔ及びデューティ比Ｄ等である。
【００２３】
周期Ｔは、ＰＷＭ制御においてスイッチング素子３をオン及びオフする期間である。デューティ比Ｄは、周期Ｔに占めるスイッチング素子３をオンにする時間（以下、時間ｔと言う）の割合である。時間ｔは、換言すれば、ランプ４にバッテリ２からの電流を供給する給電時間である。実施形態１では、時間ｔは、図６に示したランプ４の点灯開始時における電流の立ち上がりにおいて、目標値に達するまで時間、即ち、ランプ４の点灯開始時に流れる突入電流が目標値となるまでの時間である。目標値は、急激な発熱によるフィラメントの劣化等の問題を起こりうる電流値である。これら時間ｔ、周期Ｔ及びデューティ比Ｄは、時間ｔ＝周期Ｔ×デューティ比Ｄの関係となる。時間ｔは、図６により求められ、周期Ｔ及びデューティ比Ｄは、上述の関係を満たすように最適な値が選定される。
【００２４】
期間Ｌは、初期点灯制御を行う時間である。後述するが、実施形態１では、初期点灯制御においてスイッチング素子３をオン，オフすることで、スイッチング素子３をオン，オフしない場合（図６参照）との対比において、ランプ４の照度が立ち上がるタイミングは遅延する。従って、運転者が電源スイッチ５をオンに切り替えてからランプ４が発光するまでに時間差が発生する。このため、期間Ｌは、電源スイッチ５がオンとなってランプ４が点灯するまでの遅延が許容される範囲内で設定される。
【００２５】
なお、時間ｔ、周期Ｔ、デューティ比Ｄ及び期間Ｌは、ランプ４の種類に応じて異なる。例えば、ランプ４へ流れる７９．１Ａ［１２．５Ｖ］の突入電流を４５［Ａ］以下に制限し、ランプ４の発光時間（期間Ｌ）を２５０［ｍｓ］にする場合、時間ｔ＝周期Ｔ×デューティ比Ｄ＜６０［μｓｅｃ］を満たすように各パラメータを決定する。
【００２６】
上述のように構成される制御装置１において、電源スイッチ５がオンにされた場合に制御部１０が行う初期点灯制御及び定常点灯制御について説明する。図２は、スイッチング素子３へ出力するパルス信号に対する、ランプ４へ流れる電流及びランプ４の照度の変化を模式的に示す図である。図２の点線及び一点鎖線は、図６で説明したものと同じであり、実施形態１に係る制御装置１で制御した場合との対比のために図示している。
【００２７】
初期点灯制御は、制御部１０が入力部１２を介して検出した電源スイッチ５のオンを検出したときに開始される。初期点灯制御では、制御部１０は、制御パラメータに係る期間Ｌの間、周期Ｔ及びデューティ比Ｄでスイッチング素子３をＰＷＭ制御する。具体的には、制御部１０は、図２に示すように、周期Ｔ及びデューティ比Ｄのパルス信号をスイッチング素子３へ出力する。この場合、スイッチング素子３は、時間ｔの間オンとなった後、時間「Ｔ−ｔ」の間オフとなる動作を期間Ｌの間繰り返す。時間ｔは、ランプ４の点灯開始時に流れる突入電流が目標値となるまでの時間である。このため、ランプ４のフィラメントの抵抗値が最も小さいランプ４の点灯開始時に時間ｔスイッチング素子３をオンにしても、目標値を超えて電流がランプ４へ流れることがない。これにより、ランプ４へ流れる突入電流をピーク値から目標値まで抑制することができる。
【００２８】
また、ランプ４へ電流を流すことで、ランプ４のフィラメントは電流により温められる。フィラメントの一般的な特性として、短時間に急激に温度が低下することがなく、ランプ４への電流を短時間（実施形態１では時間「Ｔ−ｔ」）遮断した場合であっても、ランプ４へ電流が流れている間（実施形態１では時間ｔ）に暖められたフィラメントの温度が低下することがない。このため、初期点灯制御において、ランプ４へ繰り返し電流が流れることで、ランプ４のフィラメントの温度が徐々に上昇し、フィラメントの抵抗値も徐々に大きくなる。抵抗値が大きくなることで、流れる電流も徐々に抑制される。その結果、図２に示すように、スイッチング素子３のオン時に流れる電流の立ち上りが徐々に緩やかになる。このため、図２に示すように、ランプ４へ流れる電流量は、時間の経過と共に目標値から徐々に小さくなる。
【００２９】
以上のように、初期点灯制御では、制御部１０は、ランプ４の点灯開始時に流れる突入電流を抑制しつつ、ランプ４のフィラメントの温度及び抵抗値を上昇させるようスイッチング素子３を制御する。
【００３０】
定常点灯制御は、制御部１０が、期間Ｌの間、初期点灯制御を行った後に開始される。定常点灯制御では、制御部１０は、電源スイッチ５がオフに切り替えられるまでスイッチング素子３をオンにし、ランプ４へＤＣ通電を行う。初期点灯制御においてランプ４のフィラメントの温度及び抵抗値は上昇しているため、定常点灯制御に切り替えランプ４へＤＣ通電を行っても急激な突入電流が流れることはない。そして、ランプ４へのＤＣ通電を行い、ランプ４のフィラメントの温度及び抵抗値が十分に大きくなった後、ランプ４へ流れる電流は一定値に落ち着くようになる。また、ランプ４のフィラメントの温度及び抵抗値は上昇して十分に大きくなった後、ランプ４の照度が立ち上がり、一定の照度となる。なお、上述したように、ランプ４の照度が立ち上がりは、スイッチング素子３をオン，オフしない場合（図中一点鎖線）との対比において、遅延する。
【００３１】
次に、制御装置１の動作について説明する。図３は、制御装置１が実行する処理を示すフローチャートである。図３に示す処理は、例えばイグニッションスイッチがオンされたときに制御装置１の制御部１０により開始される。
【００３２】
制御部１０は、ＲＡＭの記憶内容のリセット等の初期処理を行う（Ｓ１）。次に、制御部１０は、電源スイッチ５がオンに切り替えられたか否かを判定する（Ｓ２）。電源スイッチ５がオンに切り替えられなければ（Ｓ２:ＮＯ）、制御部１０は、処理をＳ９に移す。電源スイッチ５がオンに切り替えられた場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御部１０は、記憶部１１から制御パラメータを取得する（Ｓ３）。
【００３３】
次に、制御部１０は、取得した制御パラメータに基づきスイッチング素子３のＰＷＭ制御を行う（Ｓ４）。即ち、制御部１０は、初期点灯制御を行い、図２で説明したように、パルス信号をスイッチング素子３へ出力し、スイッチング素子３のオン，オフを繰り返す。これにより、ランプ４のフィラメントの温度及び抵抗値を上昇させることができる。
【００３４】
次に、制御部１０は、初期点灯制御を開始してから期間Ｌ経過したか否かを判定する（Ｓ５）。期間Ｌ経過していなければ（Ｓ５：ＮＯ）、制御部１０はＰＷＭ制御を続行する。期間Ｌ経過した場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、制御部１０は、初期点灯制御から定常点灯制御に切り替え、スイッチング素子３を常時オンに切り替える（Ｓ６）。これにより、ランプ４へＤＣ通電がなされる。その後、制御部１０は、電源スイッチ５がオフに切り替えられたか否かを判定する（Ｓ７）。電源スイッチ５がオフに切り替えられなければ（Ｓ７：ＮＯ）、制御部１０は、電源スイッチ５がオフに切り替えられるまで待機する。ランプ４は、制御部１０がスイッチング素子３のＰＷＭ制御を開始してから徐々に照度が上昇していき、その後一定の照度となる。
【００３５】
電源スイッチ５がオフに切り替えられた場合（Ｓ７：ＹＥＳ）、制御部１０は、スイッチング素子３をオフに切り替える（Ｓ８）。これにより、ランプ４は、消灯する。その後、制御部１０は、制御装置１の動作を終了するか否かを判定する（Ｓ９）。例えば、イグニッションスイッチがオフにされたときに制御装置１の動作は終了する。制御装置１の動作を終了しない場合（Ｓ９：ＮＯ）、制御部１０は、処理をＳ２に移す。制御装置１の動作を終了する場合（Ｓ９：ＹＥＳ）、制御部１０は本処理を終了する。
【００３６】
なお、図３の処理において、電源スイッチ５をオフとした直後はランプ４のフィラメントの温度及び抵抗値は上昇しているため、所定時間内に再びオンとした場合、制御部１０は、初期点灯制御を行わないようにしてもよい。
【００３７】
以上説明したように、実施形態１では、ランプ４の点灯開始時に流れる突入電流が目標値となるまでの時間から、ＰＷＭ制御における周期及び一定値のデューティ比等の制御パラメータを予め設定する。そして、ランプ４の点灯開始時にスイッチング素子３を予め設定した制御パラメータに基づいてオンオフ制御することで、流れる突入電流を抑制しつつ、ランプ４のフィラメントの温度及び抵抗値を上昇させることができる。
【００３８】
（実施形態２）
次に、本発明に係る実施形態２について説明する。実施形態１では、一定のデューティ比を用いてＰＷＭ制御を行っているが、実施形態２では、デューティ比を変化させる点で実施形態１と相違する。以下、相違点についてのみ説明し、実施形態１と同じ部材については同じ符号を参照し説明は省略する。
【００３９】
実施形態２では、初期点灯制御を行う期間Ｌ、初期点灯制御におけるＰＷＭ制御の周期Ｔ、及び一周期でスイッチ素子３をオンにする時間ｔ（ｎ）を含む制御パラメータが記憶部１１に記憶されている。ｎは、スイッチング素子３のオンの回数、即ち給電を繰り返す回数である。時間ｔ（ｎ）は、時間経過と共に（ｎが多くなるに従い）、長くなるよう設定されており、ｔ（１）＜ｔ（２）＜ｔ（３）＜ｔ（４）となる。なお、周期Ｔは不変であるため、デューティ比Ｄ（ｎ）は、時間ｔ＝周期Ｔ×デューティ比Ｄの関係から、時間経過と共に徐々に大きくなり、Ｄ（１）＜Ｄ（２），，，＜Ｄ（ｎ）となる。
【００４０】
図４は、時間の経過と共にランプ４へ流れる電流量を模式的に示す図である。図５は、ＰＷＭ制御した結果、ランプ４へ流れる電流の変化を模式的に示す図である。なお、図４では、スイッチング素子３をｎ回目にオンにしたときに流れる電流Ｉ（ｎ）を示している。また、図５では、ランプ４の照度の変化は図２と略同じであるため省略している。
【００４１】
実施形態１で説明したように、初期点灯制御においてランプ４への給電を繰り返し行った場合、ランプ４のフィラメントの抵抗値は徐々に上昇する。このため、図４に示すように、給電を繰り返す回数（スイッチング素子３をオンにする回数ｎ）が多くなるにつれ、ランプ４へ流れる電流Ｉ（ｎ）の立ち上りが徐々に緩やかとなる。立ち上りが緩やかとなることで、給電を繰り返す毎に同じ時間内に流れる電流量は徐々に小さくなり、電流が目標値に達するまでの時間も長くなる。
【００４２】
記憶部１１に記憶される制御パラメータの時間ｔ（ｎ）は、時間経過と共に徐々に長くなる。このため、図５に示すように、実施形態２に係る初期点灯制御では、スイッチング素子３をオンにする時間ｔ（ｎ）は、給電を繰り返す毎に長くなっている。また、給電を繰り返す毎に、電流の立ち上がりが徐々に緩やかとなり、給電時に流れる電流量も徐々に小さくなっている。このように、初期点灯制御においてランプ４のフィラメントの温度及び抵抗値を上昇することができる。このため、定常点灯制御に切り替えランプ４へＤＣ通電を行っても急激な突入電流が流れることがない。
【００４３】
以上説明したように、実施形態２では、給電を繰り返す毎に、時間ｔ（ｎ）及びデューティ比Ｄ（ｎ）が大きくなるよう制御パラメータが設定されている。この制御パラメータに基づいて制御部１０が初期点灯制御を行うことで、実施形態１と同様に、ランプ４へ流れる突入電流をピーク値から目標値まで抑制することができる。なお、実施形態２に係る制御装置１の動作は実施形態１と同じであるため説明は省略する。
【００４４】
なお、実施形態１及び２では、予め決定した制御パラメータを記憶し、ランプ４の駆動制御を行っているが、ランプ４の駆動制御の開始時に制御パラメータを決定するようにしてもよい。具体的には、制御装置１の記憶部１１に、目標値に達するまで時間を記憶する。制御部１０は、ランプ４の駆動開始時に、記憶部１１に記憶された時間から周期Ｔ、時間ｔ（ｎ）及びデューティ比Ｄを決定する。そして、決定した周期Ｔ、時間ｔ（ｎ）及びデューティ比Ｄに基づいて、スイッチ素子３のＰＷＭ制御を行う。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について、具体的に説明したが、各構成及び処理動作等は適宜変更可能であって、上述の実施の形態に限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態１に係る制御装置を用いたランプ駆動システムの構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】ＰＷＭ制御した結果、ランプへ流れる電流及びランプの照度の変化を模式的に示す図である。
【図３】制御装置が実行する処理を示すフローチャートである。
【図４】時間の経過と共にランプへ流れる電流の変化を模式的に示す図である。
【図５】ＰＷＭ制御した結果、ランプへ流れる電流の変化を模式的に示す図である。
【図６】ランプへの給電時間又はフィラメント温度と共に変化するランプへの電流量及びランプ照度との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  制御装置
２  バッテリ
３  スイッチング素子
４  ランプ
５  電源スイッチ
１０  制御部
１１  記憶部
【図１】
0005446142.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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