(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源装置及び負荷間に介装したスイッチング素子を、該負荷に通流させる電流を制御する為にＰＷＭ制御する制御部を備える電流制御装置において、
前記スイッチング素子と同一パルスでＰＷＭ制御される第２スイッチング素子及び抵抗が直列に接続され、前記スイッチング素子及び負荷の直列回路に並列に接続された直列回路と、前記第２スイッチング素子及び抵抗間に介装されオン抵抗が可変であるオン抵抗可変回路、並びに前記スイッチング素子の負荷側端子の電位及び前記第２スイッチング素子の抵抗側端子の電位の差を検出する電位差検出回路を有し、該電位差検出回路が検出した電位差に基づき前記オン抵抗可変回路のオン抵抗を増減制御することにより、前記負荷側端子の電位に前記抵抗側端子の電位を一致させる一致化回路と、前記抵抗の両端電圧を検出する手段とを備え、該手段が検出した両端電圧に基づき、前記制御部が、前記スイッチング素子及び第２スイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする電流制御装置。
【請求項２】
前記第２スイッチング素子は、オン抵抗が前記スイッチング素子のオン抵抗より大きく、オン抵抗の温度依存特性が前記スイッチング素子と略等しい請求項１記載の電流制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の電流制御装置を備え、該電流制御装置が、負荷であるランプに通流させる電流を制御することを特徴とする照明制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及び負荷間に介装したスイッチング素子をＰＷＭ制御することにより、負荷に通流させる電流を制御する電流制御装置及び照明制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されたランプでは、ＨＩＤ（High Intensity Discharge）ランプのように電源回路を内蔵したものを除き、ランプへ車載発電機の出力電圧がそのまま供給されているが、車載発電機の出力電圧は１３〜１４Ｖ程度であり、定格１２Ｖのランプへは過剰に電力が供給されることになる。その為、ランプへ供給する電力をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御して、適正化することが考えられている。
【０００３】
特許文献１には、ランプに直列接続した抵抗の両端電圧により、ランプ電流を検出し、照度センサによりランプの光量を検出して、検出したランプ電流及び光量に基づき、ランプへの供給電力をＰＷＭ制御する照明制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１０５６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、ランプへの供給電力をＰＷＭ制御する為に、ランプ電流を検出する必要があるが、従来は、ランプに直列にシャント抵抗を接続し、シャント抵抗の両端電圧により、ランプ電流を検出していた。その為、シャント抵抗に大電流が通流することになり、シャント抵抗による消費電力が大きいという問題がある。また、シャント抵抗に温度依存性がある為、周囲温度及び大電流により、シャント抵抗が大きく変化し、電流検出精度のバラツキが大きいという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、負荷の周囲温度による影響が小さく、負荷制御による消費電力を抑制できる電流制御装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、ランプの周囲温度による影響が小さく、照明制御による消費電力を抑制できる照明制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１発明に係る電流制御装置は、電源装置及び負荷間に介装したスイッチング素子を、該負荷に通流させる電流を制御する為にＰＷＭ制御する制御部を備える電流制御装置において、前記スイッチング素子と同一パルスでＰＷＭ制御される第２スイッチング素子及び抵抗が直列に接続され、前記スイッチング素子及び負荷の直列回路に並列に接続された直列回路と、前記第２スイッチング素子及び抵抗間に介装されオン抵抗が可変であるオン抵抗可変回路、並びに前記スイッチング素子の負荷側端子の電位及び前記第２スイッチング素子の抵抗側端子の電位の差を検出する電位差検出回路を有し、該電位差検出回路が検出した電位差に基づき前記オン抵抗可変回路のオン抵抗を増減制御することにより、前記負荷側端子の電位に前記抵抗側端子の電位を一致させる一致化回路と、前記抵抗の両端電圧を検出する手段とを備え、該手段が検出した両端電圧に基づき、前記制御部が、前記スイッチング素子及び第２スイッチング素子をＰＷＭ制御するように構成してあることを特徴とする。
【０００８】
この電流制御装置では、制御部が、電源装置及び負荷間に介装したスイッチング素子を、負荷に通流させる電流を制御する為にＰＷＭ制御する。スイッチング素子と同一パルスでＰＷＭ制御される第２スイッチング素子及び抵抗が直列に接続された直列回路が、スイッチング素子及び負荷の直列回路に並列に接続されている。一致化回路が、第２スイッチング素子及び抵抗間に介装されオン抵抗が可変であるオン抵抗可変回路、並びにスイッチング素子の負荷側端子の電位及び第２スイッチング素子の抵抗側端子の電位の差を検出する電位差検出回路を有している。一致化回路は、電位差検出回路が検出した電位差に基づきオン抵抗可変回路のオン抵抗を増減制御することにより、負荷側端子の電位に抵抗側端子の電位を一致させる。検出する手段が、抵抗の両端電圧を検出し、検出する手段が検出したその両端電圧に基づき、制御部が、スイッチング素子及び第２スイッチング素子をＰＷＭ制御する。
【０００９】
第２発明に係る電流制御装置は、前記第２スイッチング素子は、オン抵抗が前記スイッチング素子のオン抵抗より大きく、オン抵抗の温度依存特性が前記スイッチング素子と略等しいことを特徴とする。
【００１０】
この電流制御装置では、第２スイッチング素子は、オン抵抗がスイッチング素子のオン抵抗より大きく、オン抵抗の温度依存特性がスイッチング素子と略等しい。これにより、小さい消費電力で高精度に、負荷に通流させる電流を制御することが可能となる。
【００１１】
第３発明に係る照明制御装置は、請求項１又は２記載の電流制御装置を備え、該電流制御装置が、負荷であるランプに通流させる電流を制御することを特徴とする。
【００１２】
この照明制御装置では、本発明に係る電流制御装置を備え、その電流制御装置が、負荷であるランプに通流させる電流を制御する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る電流制御装置によれば、負荷の周囲温度による影響が小さく、負荷制御による消費電力を抑制できる電流制御装置を実現することができる。
【００１４】
本発明に係る照明制御装置によれば、ランプの周囲温度による影響が小さく、照明制御による消費電力を抑制できる照明制御装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る電流制御装置及び照明制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電流制御装置及び照明制御装置の制御部の動作例を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る電流制御装置及び照明制御装置の動作例を模式的に示すタイミングチャートである。
【図４】本発明に係る電流制御装置及び照明制御装置の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づき説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る電流制御装置及び照明制御装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
この照明制御装置は、例えば車両のヘッドランプを点灯制御するものであり、バッテリ１、及び整流回路を内蔵したオルタネータ（交流発電機）２の各出力が与えられる電源ライン（プラス側）及び接地ライン（マイナス側）間に、マイクロコンピュータからなる制御部３が接続されている。
【００１７】
電源ラインにはＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ７のソースが接続され、ＦＥＴ７のドレイン及び接地ライン間にはランプ８が接続されている。制御部３には、図示しないランプスイッチから、ランプ８の点灯又は消灯要求を示す信号が与えられる。制御部３は、ランプ８に流すべき所定のランプ電流値Ｉ０を記憶している。
電源ラインには、また、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ５のソースが接続され、ＦＥＴ５のドレインには、ＰチャンネルＭＯＳ型ＦＥＴ６のソースが接続され、ＦＥＴ６のドレイン及び接地ライン間に抵抗Ｒ１が接続されている。
【００１８】
ＦＥＴ６のゲートには、オペアンプ４の出力端子が接続され、オペアンプ４の反転入力端子にはＦＥＴ５のドレインが、非反転入力端子にはＦＥＴ７のドレインがそれぞれ接続されている。オペアンプ４は、図示しない電源回路により電源が供給されている。
抵抗Ｒ１の両端子が制御部３の電圧検出用の入力端子にそれぞれ接続され、制御部３のＰＷＭ制御用の出力端子が、ＦＥＴ５，７の各ゲートに接続されている。制御部３は、ＰＷＭ制御の所定の周期Ｔ０を記憶している。
ＦＥＴ５、ＦＥＴ６、オペアンプ４及び抵抗Ｒ１は、負荷であるランプ８に流れる電流を検出する為の電流検出回路９を構成している。
【００１９】
オペアンプ４及びＦＥＴ６は一致化回路を構成している。ＦＥＴ６は、オン抵抗が線形に変化するオーム領域を利用する為のオン抵抗可変回路である。
オペアンプ４は、ＦＥＴ５，７の各ドレインの電位差を検出し、その電位差に応じた出力信号をＦＥＴ６のゲートへ与える。オペアンプ４は、ＦＥＴ５，７の各ドレインの電位差が０のときの出力が、ＦＥＴ６のオーム領域の中間のゲート電圧に対応するように設定されており、ＦＥＴ５のドレインの電位の方が高いときは、その電位差に応じた出力によりＦＥＴ６のオン抵抗を減少させる。その結果、ＦＥＴ５、ＦＥＴ６及び抵抗Ｒ１に流れる電流が増加して、ＦＥＴ５の電圧降下により、ＦＥＴ５のドレインの電位の方が低くなる。
【００２０】
オペアンプ４は、ＦＥＴ５のドレインの電位の方が低いときは、その電位差に応じた出力によりＦＥＴ６のオン抵抗を増加させる。その結果、ＦＥＴ５、ＦＥＴ６及び抵抗Ｒ１に流れる電流が減少して、ＦＥＴ５の電圧降下により、ＦＥＴ５のドレインの電位の方が高くなる。
オペアンプ４がこの一連の動作を高速に繰返して収斂させることにより、ＦＥＴ５のドレインの電位は、ＦＥＴ７のドレインの電位に瞬時に略一致させられる。このとき、ＦＥＴ５のオン抵抗値と、ＦＥＴ６のオン抵抗値及び抵抗Ｒ１の抵抗値の和との比は、ＦＥＴ７のオン抵抗値とランプ８の抵抗値との比と一致している。
【００２１】
また、オペアンプ４の出力は、このときのＦＥＴ５のオン抵抗値に対応するゲート電圧となっている。即ち、ＦＥＴ５及びＦＥＴ７の各ドレインの電位差は、このゲート電圧に応じたズレを生じているが、無視できる範囲（数ｍＶ）である。
尚、本実施の形態では、オン抵抗可変回路としてＦＥＴ６を使用しているが、オン抵抗可変回路としてはＦＥＴに限らず、オン抵抗を可変制御できる他のトランジタ素子又は電子回路等を使用することも可能である。
【００２２】
ＦＥＴ５，７のオン抵抗ｒ５、ｒ７は、温度変化に対して略同じ割合で増減する温度依存特性を備えている。また、抵抗値は、Ａ×ｒ５＝ｒ７（０＜Ａ＜１）の関係がある。
ここで、ランプ８に流れる電流値がＩであるとき、ＦＥＴ７のオン抵抗ｒ７による電圧降下Ｖｄｓは、
Ｖｄｓ＝ｒ７×Ｉ      （１）
である。
【００２３】
このとき、ＦＥＴ５のオン抵抗ｒ５による電圧降下は、オペアンプ４及びＦＥＴ６の動作により、ＦＥＴ７の電圧降下Ｖｄｓと一致するから、ＦＥＴ５に流れる電流値Ｉｓは、
Ｉｓ＝Ｖｄｓ／ｒ５      （２）
である。
式（１）（２）より、
Ｉｓ＝（ｒ７×Ｉ）／ｒ５      （３）
【００２４】
抵抗Ｒ１の両端電圧値ＶＲは、
ＶＲ＝Ｉｓ×Ｒ１＝（（ｒ７×Ｉ）／ｒ５）×Ｒ１      （４）
Ａ×ｒ５＝ｒ７の関係より、式（４）は、
ＶＲ＝Ｉｓ×Ｒ１＝Ａ×Ｉ×Ｒ１      （５）
となり、抵抗Ｒ１の両端電圧値ＶＲを計測することにより、ランプ８に流れる電流値Ｉを算出することができる。
【００２５】
以下に、このような構成の電流制御装置及び照明制御装置の制御部３の動作例を、それを示す図２のフローチャートを参照しながら説明する。
制御部３は、外部からランプ点灯要求を示す信号を与えられると（Ｓ１）、ＦＥＴ５，７をオンにする（Ｓ３）。これにより、ＦＥＴ５，７のドレインに電位差が生じるが、オペアンプ４及びＦＥＴ６が上述したように作動し、ＦＥＴ５，７の各ドレインの電位はＦＥＴ６のオン抵抗により一致する。
【００２６】
制御部３は、次に、抵抗Ｒ１の両端電圧値ＶＲを読取り、ＶＲ／Ｒ１を計算することにより、ＦＥＴ５，６に流れる電流値Ｉｓを計測する（Ｓ５）。この際、制御部３は、ＰＷＭ制御の１周期Ｔ０分、電流値を計測し、その最大値を計測した電流値Ｉｓとする（Ｓ５）。
制御部３は、次に、計測した電流値Ｉｓに基づき、式（５）によりランプ８に流れる電流値Ｉを算出する（Ｓ７）。
制御部３は、次に、算出したランプ電流値Ｉ、記憶してあるランプ電流値Ｉ０に基づき、Ｔ０×Ｉ０／Ｉ、により、ＰＷＭ制御のオン時間を算出し（Ｓ９）、算出したオン時間により、ＦＥＴ５，７のＰＷＭ制御を開始する（Ｓ１１）。但し、オン時間≦Ｔ０である。
【００２７】
制御部３は、次に、ランプ消灯要求を示す信号が与えられているか否かを判定し（Ｓ１３）、ランプ消灯要求を示す信号が与えられていなければ、抵抗Ｒ１の両端電圧値ＶＲを読取り、ＶＲ／Ｒ１を計算することにより、電流値Ｉｓを計測する（Ｓ５）。
制御部３は、ランプ消灯要求を示す信号が与えられていれば（Ｓ１３）、ＦＥＴ５，７をオフにした（Ｓ１５）後、外部からランプ点灯要求を示す信号を与えられる迄待機する（Ｓ１）。
【００２８】
図３は、上述した電流制御装置及び照明制御装置の動作例を模式的に示すタイミングチャートである。
この電流制御装置及び照明制御装置では、バッテリ１及びオルタネータ２からの電源電圧値がＶＡであるとき（区間１）、ランプ電流は、電流値Ｉ１がオン時間Ｔ１でＰＷＭ制御されている。ここで、定格電流値をＩ０とすると、電流値Ｉ１の実効電流値Ｉ１×（Ｔ１／Ｔ０）＝Ｉ０となるように、ランプ電流はＰＷＭ制御されている。
【００２９】
電源電圧値がＶＡからＶＢに上昇したとき（区間２）、当初は、ランプ電流は電流値Ｉ２が計測され、その結果、電流値Ｉ２がオン時間Ｔ２でＰＷＭ制御されるようになる。ここで、電流値Ｉ２の実効電流値Ｉ２×（Ｔ２／Ｔ０）＝Ｉ０となるように、ランプ電流はＰＷＭ制御される。
電源電圧値がＶＢからＶＣに低下したとき（区間３）、当初は、ランプ電流は電流値Ｉ３が計測され、その結果、電流値Ｉ３がオン時間Ｔ３でＰＷＭ制御されるようになる。ここで、電流値Ｉ３の実効電流値Ｉ３×（Ｔ３／Ｔ０）＝Ｉ０となるように、ランプ電流はＰＷＭ制御される。
【００３０】
（実施の形態２）
図４は、本発明に係る電流制御装置及び照明制御装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
この照明制御装置は、実施の形態１で説明した照明制御装置に、ＦＥＴ７及び電流検出回路９と同様のＦＥＴ７ａ及び電流検出回路９ａを更に加え、１つの制御部３ａにより、ランプ８，８ａに流れる電流を個別に制御するように構成して、車両のヘッドランプの実際に合わせたものである。
【００３１】
このような構成の照明制御装置では、実施の形態１で説明した制御部３のＦＥＴ７及び電流検出回路９への制御動作を、制御部３ａが、ＦＥＴ７及び電流検出回路９とＦＥＴ７ａ及び電流検出回路９ａとに個別に実行する。具体的な動作は、実施の形態１で説明してあるので、説明を省略する。
尚、上述した実施の形態１，２では、車両のヘッドランプを負荷とする電流制御装置及び照明制御装置について説明しているが、本発明に係る電流制御装置及び照明制御装置は、車両用に限られることはなく、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明等、直流電力を使用する負荷に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  バッテリ（電源装置）
２  オルタネータ（電源装置）
３，３ａ  制御部
４  オペアンプ（電位差検出回路）
５  ＦＥＴ（第２スイッチング素子）
６  ＦＥＴ（オン抵抗可変回路）
７，７ａ  ＦＥＴ（スイッチング素子）
８，８ａ  ランプ（負荷）
９，９ａ  電流検出回路
Ｒ１  抵抗
【図１】
0005605306.tif 000002
【図２】
0005605306.tif 000003
【図３】
0005605306.tif 000004
【図４】
0005605306.tif 000005