(57)【要約】【課題】スイッチング周波数の安定性を改善する。【解決手段】ヒステリシスコンパレータ３１０は、スイッチングコンバータ２１０が生成する駆動電流ＩＯＵＴに応じた電流検出信号ＶＣＳを上側しきい値ＶＵＰＰＥＲおよび下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭと交互に比較し、比較結果に応じた制御パルスＳＣＮＴを生成する。周波数検出回路３０６は、制御パルスＳＣＮＴの周波数を示す周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴを生成する。ヒステリシス幅調節回路３４０は、周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴが制御パルスＳＣＮＴの目標周波数にもとづく基準値に近づくように、上側しきい値ＶＵＰＰＥＲおよび下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭの電位差を変化させる。フィードフォワード回路３６０は、光源１０２の両端間の負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動を検出または予測すると、制御パルスＳＣＮＴの周波数が目標周波数に急速に近づくように一時的に、周波数検出回路３０６およびヒステリシス幅調節回路３４０が形成する周波数フィードバックループ３０８に作用する。【選択図】図３
2018102053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源に電力を供給するスイッチングコンバータを制御するコンバータコントローラであって、
前記スイッチングコンバータが生成する駆動電流に応じた電流検出信号を上側しきい値および下側しきい値と交互に比較し、比較結果に応じた制御パルスを生成するヒステリシスコンパレータと、
前記制御パルスに応じて前記スイッチングコンバータのスイッチングトランジスタを駆動するドライバと、
前記制御パルスの周波数を示す周波数検出信号を生成する周波数検出回路と、
前記周波数検出信号が前記制御パルスの目標周波数にもとづく基準値に近づくように、前記上側しきい値および前記下側しきい値の電位差を変化させるヒステリシス幅調節回路と、
前記光源の両端間の負荷電圧の変動を検出または予測すると、前記制御パルスの周波数が前記目標周波数に急速に近づくように一時的に、前記周波数検出回路および前記ヒステリシス幅調節回路が形成する周波数フィードバックループに作用するフィードフォワード回路と、
を備えることを特徴とするコンバータコントローラ。
【請求項２】
前記フィードフォワード回路が前記周波数フィードバックループに作用する程度は、前記負荷電圧の変動幅に応じていることを特徴とする請求項１に記載のコンバータコントローラ。
【請求項３】
前記フィードフォワード回路が前記周波数フィードバックループに作用する極性は、前記負荷電圧の電圧範囲に応じていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンバータコントローラ。
【請求項４】
前記フィードフォワード回路は、前記負荷電圧の変動を検出または予測すると、前記周波数検出信号と前記基準値の誤差に応じた信号を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコンバータコントローラ。
【請求項５】
前記フィードフォワード回路は、前記負荷電圧の変動を検出または予測すると、前記周波数検出信号を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコンバータコントローラ。
【請求項６】
前記フィードフォワード回路は、前記負荷電圧の変動を検出または予測すると、前記基準値を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコンバータコントローラ。
【請求項７】
前記ヒステリシス幅調節回路は、
前記周波数検出信号と前記基準値の誤差に応じた周波数誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、
上側電圧および下側電圧を生成し、前記周波数誤差信号に応じて、前記上側電圧と前記下側電圧の電位差を変化させる電圧源と、
を含み、
前記ヒステリシスコンパレータは、
前記上側電圧および前記下側電圧を受け、前記制御パルスに応じた一方を選択するセレクタと、
前記電流検出信号を前記セレクタの出力に応じたしきい値電圧と比較する第１コンパレータと、
を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のコンバータコントローラ。
【請求項８】
前記負荷電圧の変動は、実測値にもとづくことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のコンバータコントローラ。
【請求項９】
前記光源は直列に接続された複数の発光素子を含み、
少なくともひとつのバイパススイッチが、それぞれ前記複数の発光素子の対応するひとつと並列に接続されており、
前記負荷電圧の変動は、前記少なくともひとつのバイパススイッチへの制御指令にもとづいて検出されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のコンバータコントローラ。
【請求項１０】
光源と、
前記光源に電力を供給するスイッチングコンバータと、
前記スイッチングコンバータを制御する請求項１から９のいずれかに記載のコンバータコントローラと、
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】
本発明は、スイッチングコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用灯具は、一般にロービームとハイビームとを切りかえることが可能である。ロービームは、近方を所定の照度で照明するものであって、対向車や先行車にグレアを与えないよう配光規定が定められており、主に市街地を走行する場合に用いられる。一方、ハイビームは、前方の広範囲および遠方を比較的高い照度で照明するものであり、主に対向車や先行車が少ない道路を高速走行する場合に用いられる。したがって、ハイビームはロービームと比較してより運転者による視認性に優れているが、車両前方に存在する車両の運転者や歩行者にグレアを与えてしまうという問題がある。
【０００３】
近年、車両の周囲の状態にもとづいて、ハイビームの配光パターンを動的、適応的に制御するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）技術が提案されている。ＡＤＢ技術は、車両の前方の先行車、対向車や歩行者の有無を検出し、車両あるいは歩行者に対応する領域を減光あるいは消灯するなどして、車両あるいは歩行者に与えるグレアを低減するものである。
【０００４】
車両灯具の光源の点灯には、スイッチングコンバータが利用される場合が多いが、ＡＤＢ制御では、光源の点消灯や光量を高速に変化させる必要がある。そこで本発明者は、高速応答性に優れるヒステリシス制御（Bang-Bang制御）を採用することを検討した。図１は、本発明者らが検討したヒステリシス制御の車両用灯具のブロック図である。なおこの比較技術を公知技術として認定してはならない。
【０００５】
車両用灯具１ｒは、光源１０および点灯回路２０ｒを備える。光源１０は、ＬＥＤ（発光ダイオード）あるいはＬＤ（レーザダイオード）などの半導体光源を含む。点灯回路２０ｒは、スイッチングコンバータ３０ｒおよびコンバータコントローラ３２ｒを含む。
【０００６】
スイッチングコンバータ３０ｒは、バッテリ２からスイッチ４を介してバッテリ電圧ＶＢＡＴ（入力電圧ＶＩＮともいう）を受け、光源１０に駆動電流ＩＤＲＶを供給する。たとえばスイッチングコンバータ３０ｒは、降圧コンバータ（Ｂｕｃｋコンバータ）であり、入力キャパシタＣ１、スイッチングトランジスタＭ１、整流ダイオードＤ１、インダクタＬ１を含む。
【０００７】
コンバータコントローラ３２ｒは、スイッチングコンバータの出力電流ＩＯＵＴあるいはコイル電流ＩＬを、目標電流ＩＲＥＦを挟むように定められる上側しきい値ＩＵＰＰＥＲと下側しきい値ＩＢＯＴＴＯＭの間に安定化する。コンバータコントローラ３２ｒは、電流検出回路３４、ヒステリシスコンパレータ３６、ドライバ３８を備える。スイッチングコンバータ３０ｒの出力電流ＩＯＵＴの経路上には、電流検出抵抗（以下、センス抵抗という）ＲＣＳが挿入される。センス抵抗ＲＣＳには、出力電流ＩＯＵＴに比例した電圧降下が発生する。電流検出回路３４は、センス抵抗ＲＣＳの電圧降下にもとづいて現在の出力電流ＩＯＵＴを示す電流検出信号ＶＣＳを生成する。
【０００８】
ヒステリシスコンパレータ３６は、電流検出信号ＶＣＳを、上側しきい値ＩＵＰＰＥＲを規定する上側しきい値ＶＵＰＰＥＲおよび下側しきい値ＩＢＯＴＴＯＭを規定する下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭと交互に比較し、比較結果に応じた制御パルスＳＣＮＴを生成する。ドライバ３８は、制御パルスＳＣＮＴにもとづいてスイッチングトランジスタＭ１を駆動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１６１２１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図２は、図１の点灯回路２０ｒの動作波形図である。制御パルスＳＣＮＴがハイレベルの区間、スイッチングトランジスタＭ１はオンであり、ローレベルの区間、スイッチングトランジスタＭ１はオフである。スイッチングトランジスタＭ１がオンのとき、インダクタＬ１の左端にはＶＩＮが、右端にはＶＯＵＴが印加されるから、その両端間電圧はＶＩＮ−ＶＯＵＴとなる。したがってインダクタＬ１に流れるコイル電流ＩＬ（つまり駆動電流ＩＤＲＶ）は、（ＶＩＮ−ＶＯＵＴ）／Ｌの傾きで増大する。ＬはインダクタＬ１のインダクタンスである。スイッチングトランジスタＭ１がオフのとき、インダクタＬ１の左端は実質的に接地電位０Ｖ（厳密には−ＶＦ）であり、右端にはＶＯＵＴが印加されるから、その両端間電圧は−ＶＯＵＴとなる。したがってコイル電流ＩＬ（つまり駆動電流ＩＤＲＶ）は、−ＶＯＵＴ／Ｌの傾きで減少する。
【００１１】
スイッチングトランジスタＭ１のオン時間ＴＯＮ、オフ時間ＴＯＦＦは式（１）、（２）で与えられる。
ＴＯＮ＝ΔＩ／｛（ＶＩＮ−ＶＯＵＴ）／Ｌ｝    …（１）
ＴＯＦＦ＝ΔＩ／（ＶＯＵＴ／Ｌ）    …（２）
ΔＩは、コイル電流ＩＬのヒステリシス幅、すなわちピーク値ＩＵＰＰＥＲとボトム値ＩＢＯＴＴＯＭの差分であり、以下の式で表されるように上側しきい値ＶＵＰＰＥＲと下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭの差分ΔＶに比例する。
ΔＩ＝ΔＶ／ＲＣＳ
したがって入力電圧ＶＩＮ（すなわち電池電圧ＶＢＡＴ）や出力電圧ＶＯＵＴが変動すると、スイッチングトランジスタＭ１のスイッチング周期ＴＯＮ＋ＴＯＦＦ、言い換えればスイッチング周波数が変動することとなり、電磁ノイズの対策が難しくなる。
【００１２】
特に車載機器では、電源電圧ＶＢＡＴすなわちスイッチングコンバータの入力電圧の変動が大きく見込まれるため、ノイズ対策にコストがかかってしまう。入力電圧ＶＩＮや出力電圧ＶＯＵＴをモニターし、それらにもとづいて周波数を補正することも可能であるが、インダクタンスのばらつき、温度変動までは補正することができない。
【００１３】
本発明は係る課題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、スイッチング周波数の安定性が改善された点灯回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明のある態様は、光源に電力を供給するスイッチングコンバータを制御するコンバータコントローラに関する。コンバータコントローラは、スイッチングコンバータが生成する駆動電流に応じた電流検出信号を上側しきい値および下側しきい値と交互に比較し、比較結果に応じた制御パルスを生成するヒステリシスコンパレータと、制御パルスに応じてスイッチングコンバータのスイッチングトランジスタを駆動するドライバと、制御パルスの周波数を示す周波数検出信号を生成する周波数検出回路と、周波数検出信号が制御パルスの目標周波数にもとづく基準値に近づくように、上側しきい値および下側しきい値の電位差を変化させるヒステリシス幅調節回路と、光源の両端間の負荷電圧の変動を検出または予測すると、制御パルスの周波数が目標周波数に近づくように一時的に、周波数検出回路およびヒステリシス幅調節回路が形成する周波数フィードバックループに作用するフィードフォワード回路と、を備える。
【００１５】
この態様によると、入力電圧や出力電圧、インダクタンスのばらつきにかかわらず、スイッチング周波数を目標周波数に安定化することができる。出力電圧が急峻に変動（過渡変動）した場合、フィードフォワード回路によって、周波数フィードバックループの応答速度より速く、周波数フィードバックループの動作点を変化させることができ、スイッチング周波数の変動を抑制できる。
【００１６】
フィードフォワード回路が周波数フィードバックループに作用する程度は、負荷電圧の変動幅に応じていてもよい。「周波数フィードバックループに作用する程度」とは、たとえば、周波数フィードバックループの動作点の変化幅（フィードフォワード量）、変化速度、動作点を変化させる時間（作用時間）の少なくともひとつを含んでもよい。
【００１７】
フィードフォワード回路が周波数フィードバックループに作用する極性は、負荷電圧の電圧範囲に応じていてもよい。
これにより、幅広い負荷電圧の範囲において、周波数フィードバックループの動作点を適切に変化させることができる。
【００１８】
フィードフォワード回路は、負荷電圧の変動を検出または予測すると、周波数検出信号と基準値の誤差に応じた信号を変化させてもよい。
【００１９】
フィードフォワード回路は、負荷電圧の変動を検出または予測すると、基準値を変化させてもよい。
【００２０】
フィードフォワード回路は、負荷電圧の変動を検出または予測すると、周波数検出信号を変化させてもよい。
【００２１】
ヒステリシス幅調節回路は、周波数検出信号と基準値の誤差に応じた周波数誤差信号を生成する誤差信号生成回路と、上側電圧および下側電圧を生成し、周波数誤差信号に応じて、上側電圧と下側電圧の電位差を変化させる電圧源と、を含んでもよい。ヒステリシスコンパレータは、上側電圧および下側電圧を受け、制御パルスに応じた一方を選択するセレクタと、電流検出信号をセレクタの出力に応じたしきい値電圧と比較する第１コンパレータと、を含んでもよい。
【００２２】
負荷電圧の変動は、実測値にもとづいてもよい。
【００２３】
光源は直列に接続された複数の発光素子を含んでもよい。少なくともひとつのバイパススイッチが、それぞれ複数の発光素子の対応するひとつと並列に接続されてもよい。光源の両端間電圧の変動は、少なくともひとつのバイパススイッチへの制御指令にもとづいて検出されてもよい。これにより、少ない応答遅延で、周波数フィードバックループの動作点を変化させることができる。
【００２４】
本発明の別の態様は車両用灯具に関する。車両用灯具は、光源と、光源に電力を供給するスイッチングコンバータと、スイッチングコンバータを制御する上述のいずれかのコンバータコントローラと、を備える。
【００２５】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明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、本発明の態様として有効である。
【００２６】
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】
【００２７】
本発明のある態様によれば、スイッチング周波数を安定化できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明者らが検討したヒステリシス制御の車両用灯具のブロック図である。
【図２】図１の点灯回路の動作波形図である。
【図３】実施の形態に係る車両用灯具の回路図である。
【図４】一実施例に係るコンバータコントローラの回路図である。
【図５】ヒステリシスコンパレータの構成例を示す回路図である。
【図６】スイッチングコンバータの出力電圧ＶＯＵＴとスイッチング周波数ｆＳＷの関係を示す図である。
【図７】フィードフォワード回路の構成例を示す回路図である。
【図８】図７のフィードフォワード回路の動作波形図である。
【図９】フィードフォワード回路の構成例を示す回路図である。
【図１０】図９のフィードフォワード回路の動作波形図である。
【図１１】図３の車両用灯具を備えるランプユニットの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
本明細書において参照する波形図やタイムチャートの縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化され、あるいは誇張もしくは強調されている。
【００３４】
図３は、実施の形態に係る車両用灯具１００の回路図である。車両用灯具１００は、光源１０２および点灯回路２００を備える。たとえば光源１０２は直列に接続された複数の発光素子１０４＿１〜１０４＿Ｎを含む。発光素子１０４はたとえばＬＥＤであり、光源１０２をＬＥＤバーあるいはＬＥＤストリングとも称する。なお発光素子１０４は、ＬＤや有機ＥＬ素子であってもよい。たとえば複数の発光素子１０４＿１〜１０４＿Ｎはそれぞれ、図示しない光学系を経て、異なる領域を照射する。
【００３５】
点灯回路２００は、光源１０２に駆動電流ＩＤＲＶを供給して発光させるとともに、複数の発光素子１０４それぞれを個別にオン、オフ制御する。点灯回路２００には、図示しないプロセッサ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）から、配光パターンを指示する制御指令ＳＰＴＮを受け、この制御指令ＳＰＴＮに応じて、複数の発光素子１０４のオン、オフを制御する。
【００３６】
点灯回路２００は、昇圧コンバータ２０２、スイッチングコンバータ２１０、バイパス回路２２０およびコンバータコントローラ３００を備える。
昇圧コンバータ２０２は、図示しないバッテリからの電圧ＶＢＡＴを昇圧し、所定の電圧レベルに安定化された直流電圧ＶＩＮを生成する。発光素子１０４の点灯時の順方向電圧をＶＦとするとき、直流電圧ＶＩＮの目標値は、ＶＩＮ＞ＶＦ×Ｎとなるように規定される。発光素子１０４の個数Ｎが少なく、ＶＢＡＴ＞ＶＦ×Ｎが成り立つ場合、昇圧コンバータ２０２は省略することができる。
【００３７】
スイッチングコンバータ２１０は、スイッチングトランジスタＭ１、整流ダイオードＤ１、インダクタＬ１を含む降圧（Buck）コンバータである。スイッチングコンバータ２１０はコンバータコントローラ３００によって制御され、直流電圧ＶＩＮを降圧し、所定の目標量ＩＲＥＦに安定化された出力電流ＩＯＵＴを生成する。出力電流ＩＯＵＴは、駆動電流ＩＤＲＶとして光源１０２に供給される。
【００３８】
バイパス回路２２０は、複数の発光素子１０４＿１〜１０４＿Ｎそれぞれのオン、オフを個別に制御する。バイパス回路２２０は、複数のバイパススイッチ２２２＿１〜２２２＿Ｎおよびバイパスコントローラ２２４含む。各バイパススイッチ２２２＿ｉ（ｉ＝１，２…Ｎ）は、複数の発光素子１０４＿１〜１０４＿Ｎの対応するひとつと並列に接続される。バイパスコントローラ２２４は、図示しないマイコンなどからの指令信号ＳＰＴＮにもとづいて、複数のバイパススイッチ２２２＿１〜２２２＿Ｎそれぞれのオン、オフを制御する。
【００３９】
バイパススイッチ２２２＿ｉがオフのとき、スイッチングコンバータ２１０が生成する出力電流ＩＯＵＴ（駆動電流ＩＤＲＶ）は、対応する発光素子１０４＿ｉに流れ、したがって発光素子１０４＿ｉは点灯する。バイパススイッチ２２２＿ｉがオンのとき、駆動電流ＩＤＲＶは、対応する発光素子１０４＿ｉを迂回してバイパススイッチ２２２＿ｉに流れるため、発光素子１０４＿ｉは消灯する。
【００４０】
点灯する発光素子１０４の個数、言い換えれば、オフであるバイパススイッチ２２２の個数をＫ（０≦Ｋ≦Ｎ）とする。このとき、負荷電圧ＶＬＯＡＤは、
ＶＬＯＡＤ＝Ｋ×ＶＦ
となる。すなわち配光パターンを変化させ、点灯する発光素子１０４の個数Ｋが変化すると、負荷電圧ＶＬＯＡＤは変化する。
【００４１】
ヒステリシス制御（Bang-Bang制御）方式のコンバータコントローラ３００は、スイッチングコンバータ２１０の出力電流ＩＯＵＴ（コイル電流ＩＬ）を、目標電流ＩＲＥＦの近傍に安定化する。より詳しくはコンバータコントローラ３００は、スイッチングコンバータ２１０の出力電流ＩＯＵＴあるいはコイル電流ＩＬを、目標電流ＩＲＥＦを挟むように定められる上側しきい値ＩＵＰＰＥＲと下側しきい値ＩＢＯＴＴＯＭの間に安定化する。
【００４２】
コンバータコントローラ３００は、電流検出回路３０２、ドライバ３０４、周波数検出回路３０６、ヒステリシスコンパレータ３１０、ヒステリシス幅調節回路３４０、フィードフォワード回路３６０を備える。
【００４３】
電流検出回路３０２は、スイッチングコンバータ２１０が生成する出力電流ＩＯＵＴもしくはコイル電流ＩＬ応じた電流検出信号ＶＣＳを生成する。電流検出回路３０２は、検出対象の電流の経路上に設けられた電流センス抵抗を含み、電流センス抵抗の電圧降下に応じた電流検出信号ＶＣＳを生成してもよい。あるいは電流検出回路３０２は、トランスカレントなど別形式の電流センサであってもよい。
【００４４】
ヒステリシスコンパレータ３１０は、電流検出信号ＶＣＳを、２つの電流しきい値ＩＵＰＰＥＲおよびＩＢＯＴＴＯＭを規定する２つのしきい値ＶＵＰＰＥＲおよびＶＢＯＴＴＯＭと交互に比較し、比較結果に応じた制御パルスＳＣＮＴを生成する。制御パルスＳＣＮＴは、電流検出信号ＶＣＳが上側しきい値ＶＵＰＰＥＲに達すると第１レベル（たとえばローレベル）に変化し、電流検出信号ＶＣＳが下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭに達すると第２レベル（たとえばハイレベル）に変化する。
【００４５】
ドライバ３０４は、制御パルスＳＣＮＴに応じてスイッチングコンバータ２１０のスイッチングトランジスタを駆動する。
【００４６】
周波数検出回路３０６は、制御パルスＳＣＮＴの周波数（スイッチング周波数）ｆＳＷを示す周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴを生成する。周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴの信号形式は限定されず、アナログ信号、デジタル信号であってもよい。あるいは、周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴはランプ信号であり、その振幅が周波数を表してもよいし、パルス信号であり、そのデューティ比（オン時間）が周波数を表してもよい。
【００４７】
ヒステリシス幅調節回路３４０は、周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴが制御パルスＳＣＮＴの目標周波数ｆＲＥＦにもとづく基準値Ｖｆ＿ＲＥＦに近づくように、上側しきい値ＶＵＰＰＥＲおよび下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭの電位差すなわちヒステリシス幅ΔＶを変化させる。
【００４８】
ヒステリシスコンパレータ３１０、周波数検出回路３０６およびヒステリシス幅調節回路３４０は、スイッチング周波数ｆＳＷを安定化するフィードバックループ（周波数フィードバックループ）３０８を形成している。このフィードバックループによって、スイッチング周波数ｆＳＷが目標周波数ｆＲＥＦより高くなると、ヒステリシス幅ΔＶが大きくなり、スイッチング周波数ｆＳＷが低くなる方向にフィードバックがかかり、反対にスイッチング周波数ｆＳＷが目標周波数ｆＲＥＦより低くなると、ヒステリシス幅ΔＶが小さくなり、スイッチング周波数ｆＳＷが高まる方向にフィードバックがかかる。
【００４９】
フィードフォワード回路３６０は、光源１０２の両端間の電圧（負荷電圧）ＶＬＯＡＤの変動を検出または予測すると、制御パルスＳＣＮＴの周波数ｆＳＷが目標周波数ｆＲＥＦに急速に近づくように一時的に周波数フィードバックループ３０８に作用する。具体的にはフィードフォワード回路３６０は、周波数フィードバックループの動作点を、変動後の負荷電圧ＶＬＯＡＤに対応する新たな動作点に向かって強制的に変化させる。
【００５０】
以上が点灯回路２００の基本構成である。本発明は、図３のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例や変形例を説明する。
【００５１】
図４は、一実施例に係るコンバータコントローラ３００の回路図である。ヒステリシス幅調節回路３４０はエラーアンプ３４２を含む。エラーアンプ３４２は、周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴと基準値Ｖｆ＿ＲＥＦの誤差に応じたヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳを生成する。
【００５２】
ヒステリシスコンパレータ３１０は、しきい値発生回路３１２およびコンパレータ３１４を生成する。しきい値発生回路３１２は、上側しきい値ＶＵＰＰＥＲおよび下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭを生成し、制御パルスＳＣＮＴのレベルに応じた一方を出力する。コンパレータ３１４は、電流検出信号ＶＣＳを、しきい値発生回路３１２が交互に出力する上側しきい値ＶＵＰＰＥＲおよび下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭと比較し、制御パルスＳＣＮＴを出力する。
【００５３】
しきい値発生回路３１２は、上側しきい値ＶＵＰＰＥＲおよび下側しきい値ＶＢＯＴＴＯＭの平均値が基準電圧ＶＲＥＦに応じており、かつそれらの差分ΔＶ＝ＶＵＰＰＥＲ−ＶＢＯＴＴＯＭが、ヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳに応じるように構成される。本実施の形態では、ヒステリシス幅ΔＶは、ヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳに対して負の相関を有するものとする。
【００５４】
上述のように、フィードフォワード回路３６０は、周波数フィードバックループ３０８に作用する。フィードフォワード先のノードは特に限定されないが、たとえば、ヒステリシス幅調節回路３４０の出力ノードＮ１を選ぶことができる。フィードフォワード回路３６０は、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動を検出すると、周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴと基準値Ｖｆ＿ＲＥＦの誤差に応じた信号、すなわちヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳを一時的に強制的に変化させる。
【００５５】
図５は、ヒステリシスコンパレータ３１０の構成例を示す回路図である。
オペアンプ３２０、トランジスタＭ１１、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２は、２つの電圧ＶＨ，ＶＬを生成する。Ｒ１１＝Ｒ１２であるとき、
ＶＨ＝ＶＲＥＦ−ＶＨＹＳ×Ｒ１１／Ｒ１２＝ＶＲＥＦ−ＶＨＹＳ
ＶＬ＝ＶＨＹＳ
が成り立つ。２つの電圧の平均値（ＶＨ＋ＶＬ）／２＝ＶＲＥＦ／２であり、基準電圧ＶＲＥＦに応じている。また２つの電圧の差分（ヒステリシス幅）ΔＶは、ΔＶ＝ＶＨ−ＶＬ＝ＶＲＥＦ−２ＶＨＹＳであり、ヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳに対して負の相関を有する。
【００５６】
セレクタ３２２は、２つの電圧ＶＨ，ＶＬを受け、制御パルスＳＣＮＴに応じた一方を選択する。セレクタ３２２の出力電圧と基準電圧ＶＲＥＦが、抵抗ネットワークＲ２１〜Ｒ２３によって合成される。コンパレータ３１４の非反転入力端子には、制御パルスＳＣＮＴに応じて、２値で変化するしきい値電圧ＶＵＰＰＥＲ，ＶＢＯＴＴＯＭが発生する。
【００５７】
フィードフォワード回路３６０の動作を説明する。図６は、スイッチングコンバータの出力電圧ＶＯＵＴとスイッチング周波数ｆＳＷの関係を示す図である。スイッチング周波数ｆＳＷは式（３）で与えられる。
ｆＳＷ＝１／（ＴＯＮ＋ＴＯＦＦ）    …（３）
式（３）のＴＯＮおよびＴＯＦＦに、式（１）、（２）を代入すると、式（４）を得る。
ｆＳＷ＝｛ＶＯＵＴ−（ＶＯＵＴ２／ＶＩＮ）｝／Ｌ×ΔＩ    …（４）
つまりスイッチング周波数ｆＳＷは、ＶＯＵＴ＝ＶＩＮ／２を頂点とする上に凸の二次関数で表される。出力電圧ＶＯＵＴは負荷電圧ＶＬＯＡＤに他ならない。
【００５８】
つまり、出力電圧ＶＯＵＴがあるしきい値電圧（たとえばＶＩＮ／２）より高い範囲で変動するときと、しきい値電圧より低い範囲で変動するときとでは、スイッチング周波数ｆＳＷの変化する方向が反対向きとなる。したがって、出力電圧ＶＯＵＴが、しきい値ＶＩＮ／２より高い領域、低い領域の両方を取り得る場合、フィードフォワード回路３６０がヒステリシス幅調節回路３４０に作用する極性は、負荷電圧ＶＬＯＡＤ（ＶＯＵＴ）の電圧範囲に応じて変化する。
【００５９】
フィードフォワード回路３６０の動作は、以下の４つに場合に分けることができる。
（i）ＶＬＯＡＤ＜ＶＩＮ／２の範囲において、負荷電圧ＶＬＯＡＤが増加した場合
この場合、スイッチング周波数ｆＳＷが急激に上昇するため、それとは反対にスイッチング周波数ｆＳＷが低下するように、すなわちヒステリシス幅ΔＶが増加するようにフィードフォワードをかければよい。したがってヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳを低下させればよい。
【００６０】
（ii）ＶＬＯＡＤ＜ＶＩＮ／２の範囲において、負荷電圧ＶＬＯＡＤが減少した場合
この場合、スイッチング周波数ｆＳＷが急激に低下するため、それとは反対にスイッチング周波数ｆＳＷが上昇するように、すなわちヒステリシス幅ΔＶが低下するようにフィードフォワードをかければよい。したがってヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳを上昇させればよい。
【００６１】
（iii）ＶＩＮ／２＜ＶＬＯＡＤの範囲において、負荷電圧ＶＬＯＡＤが増加した場合
この場合、スイッチング周波数ｆＳＷが急激に低下するため、それとは反対にスイッチング周波数ｆＳＷが上昇するように、すなわちヒステリシス幅ΔＶが低下するようにフィードフォワードをかければよい。したがってヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳを上昇させればよい。
【００６２】
（iv）ＶＩＮ／２＜ＶＬＯＡＤの範囲において、負荷電圧ＶＬＯＡＤが減少した場合
この場合、スイッチング周波数ｆＳＷが急激に上昇するため、それとは反対にスイッチング周波数ｆＳＷが低下するように、すなわちヒステリシス幅ΔＶが増加するようにフィードフォワードをかければよい。したがってヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳを低下させればよい。
【００６３】
図６に示すように、スイッチング周波数の変動幅は、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動量に応じている。そこで、フィードフォワード回路３６０がヒステリシス幅調節回路３４０に作用する程度すなわちヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳの強制変化量（フィードフォワード量）は、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動幅に応じていることが好ましい。
【００６４】
図７は、フィードフォワード回路３６０の構成例を示す回路図である。アンプ３６２は、負荷電圧ＶＬＯＡＤに応じた検出信号ＶＤＥＴを生成する。コンパレータ３６４は、検出信号ＶＤＥＴをしきい値ＶＴＨと比較し、負荷電圧ＶＬＯＡＤが、ＶＩＮ／２より高いか低いかを示す範囲判定信号Ｓ１１を生成する。非反転アンプ３６６、反転アンプ３６８はそれぞれ、検出信号ＶＤＥＴを増幅する。セレクタ３７０は、非反転アンプ３６６、反転アンプ３６８それぞれの出力電圧Ｖ１２，Ｖ１３を受け、コンパレータ３６４の出力Ｓ１１に応じた一方を選択する。
【００６５】
セレクタ３７０の出力電圧Ｖ１４は、キャパシタＣ４を介して、ヒステリシス幅調節回路３４０の出力ノードＮ１に重畳される。キャパシタＣ４は、ハイパスフィルタあるいは微分器として作用する。
【００６６】
図８は、図７のフィードフォワード回路３６０の動作波形図である。
検出電圧ＶＤＥＴがしきい値ＶＴＨより低い（ＶＯＵＴ＜ＶＩＮ／２）とき、範囲判定信号Ｓ１１はハイレベルであり、反転アンプ３６８の出力が選択される。負荷電圧ＶＬＯＡＤが急峻に上昇すると、スイッチング周波数ｆＳＷは上昇しようとする。このとき、フィードフォワード回路３６０の出力ＶＦＦは負極性となり、ヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳが低下し、ヒステリシス幅が増加する。これによりスイッチング周波数ｆＳＷが速やかに低下する。比較のために図８には、フィードフォワードを行わない場合の、周波数フィードバックループの応答速度にもとづくヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳおよびスイッチング周波数ｆＳＷの緩やかな変動が一点鎖線で示される。
【００６７】
ＶＯＵＴ＜ＶＩＮ／２において、負荷電圧ＶＬＯＡＤが低下すると、フィードフォワード回路３６０の出力ＶＦＦは正極性となり、ヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳが上昇し、ヒステリシス幅が減少する。これによりスイッチング周波数ｆＳＷが速やかに上昇する。
【００６８】
検出電圧ＶＤＥＴがしきい値ＶＴＨより高い（ＶＩＮ／２＜ＶＯＵＴ）とき、範囲判定信号Ｓ１１はローレベルであり、非反転アンプ３６６の出力が選択される。負荷電圧ＶＬＯＡＤが上昇すると、フィードフォワード回路３６０の出力ＶＦＦは正極性となり、ヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳが上昇し、ヒステリシス幅が減少する。これによりスイッチング周波数ｆＳＷが速やかに上昇する。反対に負荷電圧ＶＬＯＡＤが低下すると、フィードフォワード回路３６０の出力ＶＦＦは負極性となり、ヒステリシス幅設定信号ＶＨＹＳが低下し、ヒステリシス幅が増加する。これによりスイッチング周波数ｆＳＷが速やかに低下する。
【００６９】
このフィードフォワード回路３６０によれば、上述の（i）〜（iv）の動作を実現できる。特に、フィードフォワード量を、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動幅に比例させることにより、複雑な演算が不要となり、アンプとセレクタの組み合わせで構成することができる。
【００７０】
図４に戻る。フィードフォワード回路３６０によるフィードフォワード先のノードは、ヒステリシス幅調節回路３４０の入力ノードＮ２であってもよい。すなわちフィードフォワード回路３６０は、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動を検出すると、周波数検出信号Ｖｆ＿ＤＥＴを変化させてもよい。入力ノードＮ２に作用する場合、フィードフォワードの極性は、ノードＮ１とは逆とすればよい。図７のフィードフォワード回路３６０を用いる場合、セレクタ３７０の制御論理を入れ替えればよい。
【００７１】
またフィードフォワード回路３６０によるフィードフォワード先のノードは、ヒステリシス幅調節回路３４０の基準ノードＮ３であってもよい。すなわちフィードフォワード回路３６０は、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動を検出すると、基準値Ｖｆ＿ＲＥＦを変化させてもよい。そのほか、フィードフォワード回路３６０は、エラーアンプ３４２の中間ノードの電圧あるいは電流を変化させてもよいし、周波数検出回路３０６の中間ノードに作用してもよい。
【００７２】
これまでの説明では、フィードフォワード回路３６０は、負荷電圧ＶＬＯＡＤの電圧を直接監視したが、その限りでない。上述のように、負荷電圧ＶＬＯＡＤは、点灯状態である発光素子１０４の個数Ｋに比例する。したがって、配光パターンの制御指令ＳＰＴＮを監視することにより、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動を予測することができる。
【００７３】
図９は、フィードフォワード回路３６０の構成例を示す回路図である。
マイクロコントローラ３８０は、バイパスコントローラ２２４の一部であり、配光パターンを指示する制御指令ＳＰＴＮを受ける。マイクロコントローラ３８０は、光源の点灯数Ｋの変化量ΔＫを示す第１信号Ｓ２１、点灯数Ｋが増加か減少かを示す第２信号Ｓ２２を生成する。たとえば第１信号Ｓ２１は、変化量ΔＫに比例した個数のパルス列を含む。第２信号Ｓ２２は、点灯数増加のときローレベル、点灯数減少のときハイレベルをとる２値デジタル信号である。第１論理ゲート３８２はＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲートであり、第１信号Ｓ２１と第２信号Ｓ２２の排他的論理和を示す第３信号Ｓ２３を生成する。点灯数が増加するとき、第３信号Ｓ２３は、第１信号Ｓ２１のパルス列と同じであり、点灯数が減少するとき、第３信号Ｓ２３は、第１信号Ｓ２１のパルス列の反転信号となる。
【００７４】
第２論理ゲート３８４はＥＸＯＲ（排他的論理和）ゲートであり、第３信号Ｓ２３と範囲判定信号Ｓ１１の排他的論理和を示す第４信号Ｓ２４を生成する。範囲判定信号Ｓ１１がローレベルのとき、第４信号Ｓ２４は、第３信号Ｓ２３と同じであり、範囲判定信号Ｓ１１がハイレベルのとき、第４信号Ｓ２４は、第３信号Ｓ２３の反転信号となる。
【００７５】
第４信号Ｓ２４は、キャパシタＣ４を介して、ヒステリシス幅調節回路３４０の出力ノードＮ１に重畳される。第４信号Ｓ２４の重畳先は、出力ノードＮ１以外に変更してもよく、フィードフォワードの極性が正しくなるように、範囲判定信号Ｓ１１や第２信号Ｓ２２の論理値を変更すればよい。
【００７６】
図１０は、図９のフィードフォワード回路３６０の動作波形図である。図中、(i)〜（iv）は、上述のこのフィードフォワード回路３６０の（i）〜（iv）の動作に対応する。図９のフィードフォワード回路３６０によれば、点灯数Ｋの変化量ΔＶにもとづいて、フィードフォワード量を変化させ、点灯数Ｋの変化の方向（増加・減少）および負荷電圧ＶＬＯＡＤの範囲にもとづいて、フィードフォワードの極性を変化させることができる。
【００７７】
（用途）
最後に、車両用灯具１００の用途を説明する。図１１は、図３の車両用灯具１００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１００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１０４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１００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１００は、指示された領域に対応する発光素子１０４を点灯させる。
【００７８】
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。
【００７９】
（第１変形例）
図７では、フィードフォワード回路３６０によるフィードフォワード量ＶＦＦを、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動幅に比例して変化させたがその限りではない。図６に示すように、スイッチング周波数ｆＳＷは、負荷電圧ＶＬＯＡＤに対して２次関数にしたがって変化するため、フィードフォワード量ＶＦＦを、負荷電圧ＶＬＯＡＤの２次関数にしたがって変化させてもよい。これにより、スイッチング周波数の変動量をさらに低減できる。
【００８０】
反対に、制御の簡素化の観点からは、フィードフォワード量を、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動幅にかかわらず固定してもよい。
【００８１】
（第２変形例）
図７のフィードフォワード回路３６０と同等の機能を、マイクロコントローラによってデジタル信号処理により実装してもよい。
【００８２】
（第３変形例）
図９のフィードフォワード回路３６０において、アンプ３６２およびコンパレータ３６４の機能は、マイクロコントローラ３８０に実装することができる。たとえば負荷電圧ＶＬＯＡＤをＡ／Ｄコンバータを利用してデジタル値としてマイクロコントローラ３８０に取り込み、負荷電圧ＶＬＯＡＤの範囲を判定してもよい。また、第１論理ゲート３８２の機能を、マイクロコントローラ３８０の内部に実装してもよい。
【００８３】
（第４変形例）
実施の形態では、負荷電圧ＶＬＯＡＤが、しきい値ＶＩＮ／２より高い範囲、低い範囲の両方で動作する場合を説明したがその限りではない。ＶＬＯＡＤ＞ＶＩＮ／２の範囲のみ、あるいはＶＬＯＡＤ＜ＶＩＮ／２の範囲のみで動作するアプリケーションにも本発明は有効であり、その場合、フィードフォワードの極性の切りかえが不要となる。具体的には図７のコンパレータ３６４、セレクタ３７０の処理が不要となり、アンプ３６６、３６８の一方を省略できる。
【００８４】
（第５変形例）
光源１０２としては、ＬＥＤの他にＬＤ（レーザダイオード）や有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）などの半導体光源を用いてもよい。
【００８５】
（第６変形例）
実施の形態では、バイパス制御方式にともなう負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動を説明したが、負荷電圧ＶＬＯＡＤの変動の要因は特に限定されない。
【００８６】
（第７変形例）
図１１のランプユニット５００では、ハイビームユニット５０４に車両用灯具１００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１００のアーキテクチャを用いてもよい。
【００８７】
（第８変形例）
スイッチングコンバータ２１０は昇圧コンバータ、昇降圧コンバータであってもよいし、トランスを用いたコンバータであってもよいし、Ｃｕｋコンバータなどその他のコンバータであってもよい。また、負電圧出力のスイッチングコンバータを用いてもよい。
【００８８】
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】
【００８９】
１００…車両用灯具、１０２…光源、１０４…発光素子、２００…点灯回路、２０２…昇圧コンバータ、２１０…スイッチングコンバータ、２２０…バイパス回路、２２２…バイパススイッチ、２２４…バイパスコントローラ、３００…コンバータコントローラ、３０２…電流検出回路、３０４…ドライバ、３０６…周波数検出回路、３０８…周波数フィードバックループ、３１０…ヒステリシスコンパレータ、３１２…しきい値発生回路、３１４…コンパレータ、３２０…オペアンプ、３２２…セレクタ、３４０…ヒステリシス幅調節回路、３４２…エラーアンプ、３６０…フィードフォワード回路、３６２…アンプ、３６４…コンパレータ、３６６…非反転アンプ、３６８…反転アンプ、３７０…セレクタ、３８０…マイクロコントローラ、３８２…第１論理ゲート、３８４…第２論理ゲート。
【図１】
2018102053.tif 000003
【図２】
2018102053.tif 000004
【図３】
2018102053.tif 000005
【図４】
2018102053.tif 000006
【図５】
2018102053.tif 000007
【図６】
2018102053.tif 000008
【図７】
2018102053.tif 000009
【図８】
2018102053.tif 000010
【図９】
2018102053.tif 000011
【図１０】
2018102053.tif 000012
【図１１】
2018102053.tif 000013