(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のランプ及び他の負荷の電力供給源が同一とされる場合に、前記電力供給源からの電源電圧を用いて、所定のＰＷＭ信号に基づくＰＷＭ制御により前記ランプを点灯駆動する際に、前記電力供給源からの前記電源電圧の変動に応じて、前記ランプの明るさを均一に維持するように前記ＰＷＭ信号のデューティー比を変更するランプ点灯回路であって、
前記電力供給源からの電源電圧を高速にオンオフして前記ランプを点灯駆動する高速スイッチと、
前記高速スイッチにＰＷＭ信号を与えて当該高速スイッチを高速にオンオフさせる駆動回路と、
前記ＰＷＭ信号のデューティー比及び周波数を変更する制御部と
を備え、
前記制御部は、当該他の負荷の駆動が開始する前に、当該他の負荷の起動を指示する信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号の前記周波数を、定常時の前記ＰＷＭ信号の第１の周波数より高い所定の第２の周波数に設定することを特徴とするランプ点灯回路。
【請求項２】
請求項１に記載のランプ点灯回路であって、
前記第１の周波数が５０Ｈｚより大きく設定されることを特徴とするランプ点灯回路。
【請求項３】
請求項１に記載のランプ点灯回路であって、
前記第１の周波数が８０Ｈｚ以上であることを特徴とするランプ点灯回路。
【請求項４】
請求項１に記載のランプ点灯回路であって、
前記第１の周波数が１００Ｈｚ以上であることを特徴とするランプ点灯回路。
【請求項５】
所定のランプ及び他の負荷の電力供給源が同一とされる場合に、前記電力供給源からの電源電圧を用いて、所定のＰＷＭ信号に基づくＰＷＭ制御により前記ランプを点灯駆動する際に、前記電力供給源からの前記電源電圧の変動に応じて、前記ランプの明るさを均一に維持するように前記ＰＷＭ信号のデューティー比を変更するランプ点灯方法であって、
当該他の負荷の駆動が開始する前に、当該他の負荷の起動を指示する信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号の前記周波数を、定常時の前記ＰＷＭ信号の第１の周波数より高い所定の第２の周波数に設定することを特徴とするランプ点灯方法。
【請求項６】
請求項５に記載のランプ点灯方法であって、
前記第１の周波数が５０Ｈｚより大きく設定されることを特徴とするランプ点灯方法。
【請求項７】
請求項５に記載のランプ点灯方法であって、
前記第１の周波数が８０Ｈｚ以上であることを特徴とするランプ点灯方法。
【請求項８】
請求項５に記載のランプ点灯方法であって、
前記第１の周波数が１００Ｈｚ以上であることを特徴とするランプ点灯方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、所定のランプ及び他の負荷の電力供給源が同一とされる場合に、この電力供給源からの電源電圧を用いて、所定のＰＷＭ信号に基づくＰＷＭ制御によりランプを点灯駆動するランプ点灯回路及びそれに関連する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車は、定格１２Ｖのバッテリを電源として、定格電圧が１２Ｖ（エンジンオン時の自動車電圧は１４Ｖ）であるランプやモーターを駆動していた。ところで、近年、空気調和機（エアコンディショナー）、ナビゲーションシステム及びオーディオシステムなどの種々の電装品の増加に加えて、将来技術として注目されているスタート＆ストップシステムに対応するには、今まで以上に大電流供給が必要となる。この対策として、自動車電源電圧の３６Ｖ化（エンジン回転時は４２Ｖ）が進められている。このように高電圧化することによって、モーター系のエネルギー効率が向上し、消費電力の大きなファン関係の省エネが期待されている。
【０００３】
ところが、負荷としてのランプを駆動する場合、定格４２Ｖといった高電圧に対応するためには、フィラメントを細くするか長くするかして抵抗値を増大させる必要があるが、そのためには今まで以上にランプのフィラメントを細径化または長線化する必要がある。しかしながら、これ以上のフィラメントの細径化、長線化は、自動車の発進時／停止時の加速度変化でフィラメントが折れやすくなり、信頼性に問題が生じると考えられる。
【０００４】
そこで現状有力なのが、ランプをパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することが検討されている。このように、ＰＷＭ制御でランプを点灯駆動する場合、ＰＷＭ信号のデューティー比を調整することで、ランプの調光も可能となる利点がある。
【０００５】
ランプをＰＷＭ制御する場合、例えば図４の如く、電界効果型トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ：高速スイッチ）などの高速スイッチ１を用いて、例えば３６Ｖの電力供給部（電力供給源）２から与えられる電源電圧を数十〜数百ヘルツで高速にオンオフスイッチングをさせ、これによりランプ３を駆動する。ここで、高速スイッチ１は所定の駆動回路４からのＰＷＭ信号Ｓに従って高速オンオフ動作を行う。
【０００６】
自動車の電力供給部２は、エンジン回転を利用した発電器５とその発電器出力と並列に接続された蓄電池６とからなる。電力供給部２からの大電流で負荷がオンし、その消費電流が発電器５の出力を上回った場合でも、蓄電池６がその不足分を補い、この負荷の動きに支障がでないように考慮されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ランプとその他の負荷とが同一の電力供給部２から電力供給を受ける場合、ランプ３に印加される電源電圧が変動してしまう。そうすると、このわずかな電源電圧の変動がランプ３のちらつきとなって現れる。特に他の負荷が大電流消費型の場合には、電源電圧の変動が大きく、ランプ３のちらつきが顕著となる。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、ちらつきを容易に防止し得るランプ点灯回路及びそれに関連する技術を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、所定のランプ及び他の負荷の電力供給源が同一とされる場合に、前記電力供給源からの電源電圧を用いて、所定のＰＷＭ信号に基づくＰＷＭ制御により前記ランプを点灯駆動する際に、前記電力供給源からの前記電源電圧の変動に応じて、前記ランプの明るさを均一に維持するように前記ＰＷＭ信号のデューティー比を変更するランプ点灯回路であって、前記電力供給源からの電源電圧を高速にオンオフして前記ランプを点灯駆動する高速スイッチと、前記高速スイッチにＰＷＭ信号を与えて当該高速スイッチを高速にオンオフさせる駆動回路と、前記ＰＷＭ信号のデューティー比及び周波数を変更する制御部とを備え、前記制御部は、当該他の負荷の駆動が開始する前に、当該他の負荷の起動を指示する信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号の前記周波数を、定常時の前記ＰＷＭ信号の第１の周波数より高い所定の第２の周波数に設定するものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のランプ点灯回路であって、前記第１の周波数が５０Ｈｚより大きく設定されるものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のランプ点灯回路であって、前記第１の周波数が８０Ｈｚ以上である。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のランプ点灯回路であって、前記第１の周波数が１００Ｈｚ以上である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、所定のランプ及び他の負荷の電力供給源が同一とされる場合に、前記電力供給源からの電源電圧を用いて、所定のＰＷＭ信号に基づくＰＷＭ制御により前記ランプを点灯駆動する際に、前記電力供給源からの前記電源電圧の変動に応じて、前記ランプの明るさを均一に維持するように前記ＰＷＭ信号のデューティー比を変更するランプ点灯方法であって、当該他の負荷の駆動が開始する前に、当該他の負荷の起動を指示する信号に基づいて、前記ＰＷＭ信号の前記周波数を、定常時の前記ＰＷＭ信号の第１の周波数より高い所定の第２の周波数に設定する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のランプ点灯方法であって、前記第１の周波数が５０Ｈｚより大きく設定される。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、請求項５に記載のランプ点灯方法であって、前記第１の周波数が８０Ｈｚ以上である。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、請求項５に記載のランプ点灯方法であって、前記第１の周波数が１００Ｈｚ以上である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一の実施の形態に係るランプ点灯回路を示すブロック図である。尚、この実施の形態では、図４に示したランプ点灯回路内のものと同様の機能を奏する要素について同一符号を用いている。このランプ点灯回路は、図１の如く、自動車のランプ３及び他の負荷１１の電力供給源が同一の電力供給部２であり、この電力供給部２から供給される電源電圧Ｖｉｎ（例えば４２Ｖ）が、ランプ３の定格電圧（１２Ｖ）よりも大きく設定されている場合に、電源電圧Ｖｉｎを用いたＰＷＭ制御によりランプ３を点灯駆動するものであり、特に、他の負荷１１が駆動を開始するなどの原因で電源電圧Ｖｉｎに変動を来す際に、ランプ３のＰＷＭ制御のためのＰＷＭ信号Ｓの周波数を、定常状態より高くすることで、ランプ３の視認上のちらつきを防止する。
【００１８】
具体的に、このランプ点灯回路は、図１の如く、電力供給部（電力供給源）２から出力される電源電圧Ｖｉｎを制御部（マイクロコンピュータ）８で検出し、この制御部８において、検出された電源電圧Ｖｉｎに適したデューティー比を計算し、この計算されたデューティー比でＰＷＭ信号Ｓのデューティー補正を行いながら、駆動回路４からＰＷＭ信号Ｓの次のパルスを出力する。これにより、ランプ３のちらつきを軽減できる。
【００１９】
ところで上述したように、自動車には、ランプ３以外に、空気調和機（エアコンディショナー）、ナビゲーションシステム及びオーディオシステムなどの種々の負荷１１が搭載されており、これらの負荷１１とランプ３に対して、共に同一の電力供給部２から電力が供給される。したがって、種々の負荷１１の稼動状態によって電力供給部２から与えられる電源電圧Ｖｉｎが変動することがある。特に、空気調和機やエンジン始動時のクランキング運転など、瞬間的に消費電流が大きくなる負荷の影響から、電力供給部２からランプ３に与えられる電源電圧Ｖｉｎが一時的に大きく変動することがある。
【００２０】
このような場合において、駆動回路４から高速スイッチ１に出力されるＰＷＭ信号Ｓの周波数が小さすぎる（即ち、周期が長すぎる）と、電源電圧Ｖｉｎの一時的な変動により制御部８がＰＷＭ信号Ｓのデューティー比を変更（デューティー補正）した後、即座に電源電圧Ｖｉｎの変動が終了しても、既に変更されたデューティー比のままＰＷＭ信号Ｓが出力されることになる。この場合、計算されたデューティー比に補正したパルスが出力された時点で、既に最適なデューティー比が替わっている可能性があり、ランプ３の明るさが不均一になるとともに、ＰＷＭ信号Ｓの周期が長いことから、ＰＷＭ信号Ｓがオン状態となってランプ３が点灯する時間も長くなり、人が肉眼で視認した場合に、却ってランプ３のちらつきを増大させる原因となる。したがって、このような電源電圧Ｖｉｎの変動に対しては、ランプ３をＰＷＭ制御するためのＰＷＭ信号Ｓの周波数を大きく設定することで、デューティー比の補正を素早く実行し、デューティー比の不安定状態を可及的に素早く解消すると同時に、人が肉眼で視認した場合にちらつきと感じる度合いを低減することが望ましい。
【００２１】
このことを考慮して、この実施の形態のランプ点灯回路では、ランプ３に与える電源電圧Ｖｉｎに応じてＰＷＭ信号Ｓのデューティー比を変化させる場合に、ＰＷＭ信号Ｓの周波数の制御を、他の負荷１１の駆動タイミングを考慮して変化させている。即ち、電源電圧Ｖｉｎの変化に対応してＰＷＭ信号Ｓのデューティー比を制御する場合、ＰＷＭ信号Ｓの周波数を大きくすればするほど、電源電圧Ｖｉｎの変化に即応して最適なデューティー比でランプ３のＰＷＭ制御を行うことができるが、常にＰＷＭ信号Ｓの周波数を大きく設定すると、高速スイッチ１の発熱が大きくなり、且つノイズ増大の原因となるので、他の負荷１１の起動時に限ってＰＷＭ信号Ｓの周波数を大きくするよう制御する。これにより、他の負荷１１の起動時に一瞬だけ電源電圧Ｖｉｎが大きく変化した後に安定状態に復帰する場合に、ＰＷＭ制御のデューティー比を高速で変化させて最適なランプ３のＰＷＭ制御を行う一方、電源電圧Ｖｉｎの安定状態では、ＰＷＭ信号Ｓの周波数を比較的小さくすることで、高速スイッチ１の発熱等の弊害を防止している。
【００２２】
具体的に、本出願人は、電源電圧Ｖｉｎを一定とした状態で、ＰＷＭ信号Ｓの周波数を徐々に変更して、肉眼視した場合のランプのちらつき具合を調査した。ここで用いたＰＷＭ信号Ｓの波形は、図２の如く、一周期において１つのパルスを有しており、そのデューティー比は１１％に設定されている。図２中のＴはＰＷＭ信号Ｓの周期を意味している。
【００２３】
尚、ＰＷＭ信号Ｓのデューティー比が１１％に設定される根拠は次の通りである。
【００２４】
まず、ランプ３の明るさが一定であると言うことは、その内部のランプフィラメントの温度が同じことであると言い換えることができる。ここで、ランプフィラメントの電力消費量Ｐは、フィラメントにかかる電圧をＶ、フィラメント抵抗をＲｆとすると、次の（１）式で表すことができる。
【００２５】
Ｐ ＝ Ｖ2／Ｒｆ  …（１）
ただし、ＰＷＭ制御の場合、フィラメントでの平均消費電力Ｐavは、デューティー比をｄ（ただし、０＜デューティー＜１）とすると、次の（２）式で表される。
【００２６】
Ｐav ＝ ｄ×Ｐ ＝ ｄ×Ｖ2／Ｒｆ  …（２）
ここで、１４Ｖの電源を用いてランプ３をＤＣ駆動する場合と、電力供給部２からの４２Ｖの電源電圧Ｖｉｎを用いてランプ３をＰＷＭ駆動する場合とで、ランプ３内のフィラメント温度を同じにするためには、平均消費電力（供給電力量）Ｐavが同じでなければならない。１４ＶでのＤＣ駆動時と４２ＶでのＰＷＭ駆動時の供給電力が同じである旨を数式化すると、次の（３）式のようになる。
【００２７】
１４2／Ｒｆ ＝ ｄ×４２2／Ｒｆ  …（３）
この（３）式より、次の（４）式が得られ、これによりデューティー比ｄは０．１１と計算できる。
【００２８】
ｄ ＝ １４2／ ４２2 ＝ ０．１１（＝１１％）  …（４）
かかるデューティー比ｄを適用して、上記の調査を行った結果、周波数が５０Ｈｚを下回ると、ランプ３を見てちらつきが判る人が現れ始め、４０Ｈｚ以下では、多くの人がちらつきを感じることがわかった。この調査結果から、人が肉眼視した場合、５０Ｈｚより小さい周期数のパルスに関しては視認者が１つ１つのパルスを認識するおそれが高いと考えられる。
【００２９】
このことから、電源電圧Ｖｉｎが種々の要因により変動する場合のＰＷＭ制御（ＰＷＭ補正）においては、ＰＷＭ信号Ｓの周波数を少なくとも４０Ｈｚを越えた値に設定すれば、仮にランプ３の明るさが変動したとしても、これを人が肉眼で視認した場合にちらつきを感じる人が比較的少なく、５０Ｈｚを越えた値に設定すれば、ほとんどの人がちらつきを感じることがないことになる。
【００３０】
実際の自動車においては、上述のように、空気調和機やラジエータファンなどの大電流消費型の負荷１１を動作させることになるため、視認上のちらつきを完全に防止するためには、ＰＷＭ信号Ｓの周波数が８０Ｈｚ以上、さらに好ましくは１００Ｈｚ以上に設定するのが望ましいことが判明した。
【００３１】
また、エアコンやエンジン等（負荷１１）の始動時におけるクランキング運転など、特に瞬間的に消費電流が大きくなる負荷１１が接続されている場合には、このＰＷＭ信号Ｓの周波数を定常時の周波数と比べて更に大きくする。このことによって、デューティー補正をより早く実行することが可能となり、ランプ３のちらつきを確実に防止することが可能となる。
【００３２】
この場合、まず、図３中のＳｔｅｐ１のように、空気調和機やイグニション等の各種の負荷１１が始動する旨の信号を制御部８に入力する。例えば、負荷１１が空気調和機である場合、ブロアファンの起動スイッチ信号を制御部８のＡ／Ｄ入力端子に入力する。そして、Ｓｔｅｐ２で制御部８が即座にＰＷＭ信号Ｓの周波数を変更する。しかる後、Ｓｔｅｐ３で、ブロアファンの駆動を開始すればよい。
【００３３】
尚、このようにＰＷＭ信号Ｓの周波数を大きく設定することは、高速スイッチ１の発熱量を増加させることになるが、必要なときにのみ周波数を大きくすることで、高速スイッチ１の発熱量を最小限に抑制できる。
【００３４】
以上のように、４２Ｖ化した自動車で定格１２Ｖのランプ３を４２Ｖの電力供給部２でＰＷＭ制御し、かつ電源電圧Ｖｉｎの変動を制御部８で検出してデューティー比を制御してランプ照度の一定化を行う場合に、ＰＷＭ周波数を８０Ｈｚ以上、さらに好ましくは１００Ｈｚ以上に設定することで、視認上のランプ３のちらつきを防止できる。
【００３５】
さらに、エアコンブロアなどの大電流消費型の負荷１１がオンするときに、その直前にランプ駆動用のＰＷＭ信号Ｓの周波数を大きくすることで、急峻な電圧変動に対しても、定常時よりも頻繁にデューティー補正を行うことができ、確実に視認上のランプ３のちらつきを防止できる。
【００３６】
【発明の効果】
請求項１および請求項５に記載の発明によれば、当該他の負荷の駆動が開始する前に、当該他の負荷の起動を指示する信号に基づいて、ＰＷＭ信号の周波数を、定常時のＰＷＭ信号の第１の周波数より高い所定の第２の周波数に設定するので、他の負荷の起動によりランプに与える電源電圧が変動した時点で、既に変更したデューティー比を適用してランプのＰＷＭ制御による点灯駆動を行うことができ、確実にランプのちらつきを防止できる。
【００３７】
請求項２〜請求項４及び請求項６〜請求項８に記載の発明によれば、ＰＷＭ信号の周波数を一定の値以上に設定することで、人が肉眼で視認した場合に、定常時と他の負荷の起動時のいずれにおいても、ランプのちらつきが気にならなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一の実施の形態に係るランプ点灯回路を示すブロック図である。
【図２】この発明の一の実施の形態に係るランプ点灯回路においてランプをＰＷＭ制御により点灯駆動する場合のＰＷＭ信号を示す波形図である。
【図３】この発明の一の実施の形態に係るランプ点灯方法を示すフローチャートである。
【図４】一般的なランプ点灯回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  高速スイッチ
２  電力供給部
３  ランプ
４  駆動回路
８  制御部
１１  負荷
Ｓ  ＰＷＭ信号
Ｖｉｎ  電源電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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