(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のランプをＰＷＭ制御により点灯駆動するランプ点灯回路であって、
前記各ランプに与える電源電圧をそれぞれ高速にオンオフ切替えしてＰＷＭ駆動する複数の高速スイッチと、
前記各ランプに対応して設けられ前記各高速スイッチに対してそれぞれ別々の信号としてＰＷＭ信号を与える複数の駆動回路と
を備え、
前記各ＰＷＭ信号のオンの状態が時系列的に連続して重複しないように、当該両ＰＷＭ信号の各周波数が異なる値に設定されたことを特徴とするランプ点灯回路。
【請求項２】
複数のランプをＰＷＭ制御により点灯駆動するランプ点灯回路であって、
前記各ランプに与える電源電圧をそれぞれ高速にオンオフ切替えしてＰＷＭ駆動する複数の高速スイッチと、
前記各高速スイッチに対してそれぞれＰＷＭ信号を与える複数の駆動回路と
を備え、
前記各ＰＷＭ信号のオンの状態が時系列的に連続して重複しないように、当該両ＰＷＭ信号の各周波数が設定され、
複数の前記駆動回路のうちの一の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号の各パルスの立ち下がりタイミングから当該ＰＷＭ信号の次のパルスの立ち上がりタイミングまでの時間よりも、他の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号の各パルスの立ち上がりタイミングから当該ＰＷＭ信号の次のパルスの立ち下がりタイミングまでの時間の方が短くなるよう、前記各駆動回路から出力される前記各ＰＷＭ信号の周波数が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または請求項２に記載のランプ点灯回路であって、
前記一の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号の周波数をｆ１、当該一の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティー比をｄ１、前記他の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号の周波数をｆ２、当該他の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティー比をｄ２とした場合に次式が成立するよう前記各周波数ｆ１，ｆ２が設定されることを特徴とするランプ点灯回路。
(１−ｄ１)/ｆ１ ＞ (１＋ｄ２)/ｆ２
【請求項４】
請求項３に記載のランプ点灯回路であって、次式が成立するよう前記各周波数ｆ１，ｆ２が設定されることを特徴とするランプ点灯回路。
１．２ｆ１＜ｆ２＜１．８ｆ１
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数のランプをＰＷＭ制御により点灯駆動するランプ点灯回路に関する。
【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、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やオーディオシステムなどの電装品が増加する一方で、環境や省エネに対する意識の高まりから、燃費が自動車の価値を決める重要なファクターとなってきている。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、高電圧対応するためには、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、これ以上のフィラメントの細径化、長線化は、大きな加速度変化がかかる自動車には不適であると考えられている。
【０００４】
そこで現状有力なのが、定格１２Ｖの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。
【０００５】
ランプをＰＷＭ制御する場合、例えば図２の如く、パワー素子である電界効果型トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：高速スイッチ）Ｍ１，Ｍ２などの高速スイッチを用いて、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ＬＰ１，ＬＰ２を駆動する。図２中の符号３は３６Ｖ電源を示している。ここで、各電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２の各ソースはそれぞれＡ点及びＢ点で３６Ｖ電源３に接続され、また、各電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２の各ドレインは各ランプＬＰ１，ＬＰ２にそれぞれ接続され、各電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２の各ゲートには、第１及び第２駆動回路５ａ，５ｂからそれぞれ出力されたＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２が入力される。尚、図２の例では、第１のランプＬＰ１の消費電力が２１Ｗ、第２のランプＬＰ２の消費電力が５Ｗとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２がオンした瞬間には、瞬間的に定格値の３倍の電流が流れるので、その際の負荷としてのランプＬＰ１，ＬＰ２における電圧降下も３倍になる。そして、上述のように、両ランプＬＰ１，ＬＰ２を駆動するための電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２に与える各ＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２の周波数（ＰＷＭ周波数）が異なる場合、複数のランプＬＰ１，ＬＰがオンするタイミングが一致する場合と不一致の場合とで、両ランプＬＰ１，ＬＰ２の電圧降下値のレベルが大きく異なってしまう。そして、このランプＬＰ１，ＬＰ２における電圧降下値が大きく異なると、ランプのちらつきとなって現れてしまう。
【０００７】
例えば図２において、消費電力が２１Ｗの第１のランプＬＰ１と消費電力が５Ｗの第２のランプＬＰ２のデューティは、微調整の結果、異なるデューティ比となることがある。このため、各電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２に対するＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２は、別々の信号として別々の第１及び第２駆動回路５ａ，５ｂからそれぞれ与えられることになる。具体的には、両電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２に与えるＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２の周波数の目標値として１０８Ｈｚを設定しても、各駆動回路５ａ，５ｂを制御するマイクロコンピュータ（図示省略）の信号分解能等の要因により、第１の電界効果型トランジスタＭ１に与えるＰＷＭ信号Ｓ１の周波数が１０７．５Ｈｚであるのに対して、第２の電界効果型トランジスタＭ２に与えるＰＷＭ信号Ｓ２の周波数が１０８．２Ｈｚにばらついてしまう場合がある。尚、この場合、第１の電界効果型トランジスタＭ１に与えるＰＷＭ信号Ｓ１のデューティ比が例えば９．３％であり、第２の電界効果型トランジスタＭ２に与えるＰＷＭ信号Ｓ２のデューティ比が例えば８．３％であるものとする。
【０００８】
ところで、バッテリのマイナス端子の電位は、一般に、駆動する負荷（ここではランプＬＰ１，ＬＰ２）の駆動電圧によって変化する。図３は両電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２のオンオフ動作とバッテリのマイナス端子の電位変化との関係を示すタイミングチャートであり、図３中の（ａ）は第１の電界効果型トランジスタＭ１のオンオフ動作、（ｂ）は第２の電界効果型トランジスタＭ２のオンオフ動作、（ｃ）は図２中のバッテリのマイナス端子（Ｃ点）における電位をそれぞれ示している。図３の如く、各電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２がそれぞれオンする場合、消費電力が相対的に大きい（＝２１Ｗ）第１のランプＬＰ１の方が通電電流が大きくなるため、バッテリのマイナス端子（Ｃ点）を基準電位（０Ｖ）とした場合の通電による基準電位は図３（ｃ）のように変化する。
【０００９】
即ち、図３（ｃ）の如く、消費電力が２１Ｗの第１のランプＬＰ１のオン時のＣ点における電位変動は、消費電力が５Ｗの第２のランプＬＰ２の単独での点灯時より大きい。このため、図３（ｃ）に示したように、第２のランプＬＰ２が単独でオンする場合のＣ点の電位αと、この第２のランプＬＰ２が第１のランプＬＰ１と重複してオンする場合のＣ点の電位βとでは異なる。このことは、３６Ｖ電源３からの同一の電源電圧を第２のランプＬＰ２に印加した場合に、この第２のランプＬＰ２の両端子間の電位差（即ち、第２のランプＬＰ２の駆動電圧値）が変化することを意味しており、具体的には、第２のランプＬＰ２が第１のランプＬＰ１と重複してオンする場合の駆動電圧値が、単独でオンする場合の駆動電圧値よりも小さくなることを意味する。
【００１０】
また、上述のように、第１のランプＬＰ１と第２のランプＬＰ２の両ＰＷＭ周波数の差が小さく、デューティ差もさほど大きく異ならない場合は、一旦、両ランプＬＰ１，ＬＰ２が重複してオンし始めると、何回か連続してこれらが重複してオンすることになる。例えば、上述のように、第１の電界効果型トランジスタＭ１のＰＷＭ制御について、そのデューティ比が９．３％、ＰＷＭ周波数が１０７．５Ｈｚであり、第２の電界効果型トランジスタＭ２のＰＷＭ制御について、そのデューティ比が８．３％、ＰＷＭ周波数が１０８．２Ｈｚである場合に、両電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２が同時にオンしてスタートすると、その後１１回に亘って重複することになり、その時間は約０．１秒にもなる。またこの重複は１．３秒周期で発生する。このことが原因となって、両ランプＬＰ１，ＬＰ２に目障りなちらつきが発生し、特に、このちらつきが、駆動電圧の変動が大きい第２のランプＬＰ２に顕著に現れる。
【００１１】
かかる問題点に対する対策として、配線材の径を大きくしたり、コネクタの導体径を大きくしたり、あるいは電子回路基板のパターン幅を大きくしたりして、電圧降下の影響を少なくするといった方法も可能である。しかしながら、これらの場合はスペースやコストの増大を招き、好ましくない。特に自動車の場合は、省スペースのため、電線径やコネクタ、基板のパターン幅は極力小さくすることが望ましいとされており、できるだけ導体径やパターン幅を大きくしないで、電圧降下の影響を少なくしたいという要請があった。
【００１２】
そこで、この発明の課題は、複数のＰＷＭ信号に基づいてＰＷＭ制御により複数のランプを点灯駆動する場合に、各ランプのちらつきを容易に且つ低コストで防止し得るランプ点灯回路を提供することにある。
【００１３】
【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、複数のランプをＰＷＭ制御により点灯駆動するランプ点灯回路であって、前記各ランプに与える電源電圧をそれぞれ高速にオンオフ切替えしてＰＷＭ駆動する複数の高速スイッチと、前記各ランプに対応して設けられ前記各高速スイッチに対してそれぞれ別々の信号としてＰＷＭ信号を与える複数の駆動回路とを備え、前記各ＰＷＭ信号のオンの状態が時系列的に連続して重複しないように、当該両ＰＷＭ信号の各周波数が異なる値に設定されたものである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、複数のランプをＰＷＭ制御により点灯駆動するランプ点灯回路であって、前記各ランプに与える電源電圧をそれぞれ高速にオンオフ切替えしてＰＷＭ駆動する複数の高速スイッチと、前記各高速スイッチに対してそれぞれＰＷＭ信号を与える複数の駆動回路とを備え、前記各ＰＷＭ信号のオンの状態が時系列的に連続して重複しないように、当該両ＰＷＭ信号の各周波数が設定されたものであり、複数の前記駆動回路のうちの一の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号の各パルスの立ち下がりタイミングから当該ＰＷＭ信号の次のパルスの立ち上がりタイミングまでの時間よりも、他の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号の各パルスの立ち上がりタイミングから当該ＰＷＭ信号の次のパルスの立ち下がりタイミングまでの時間の方が短くなるよう、前記各駆動回路から出力される前記各ＰＷＭ信号の周波数が設定されるものである。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のランプ点灯回路であって、前記一の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号の周波数をｆ１、当該一の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティー比をｄ１、前記他の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号の周波数をｆ２、当該他の駆動回路から出力されるＰＷＭ信号のデューティー比をｄ２とした場合に次式が成立するよう前記各周波数ｆ１，ｆ２が設定されるものである。
(１−ｄ１)/ｆ１ ＞ (１＋ｄ２)/ｆ２
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のランプ点灯回路であって、次式が成立するよう前記各周波数ｆ１，ｆ２が設定されるものである。
１．２ｆ１＜ｆ２＜１．８ｆ１
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の一の実施の形態に係るランプ点灯回路は、例えば自動車に搭載される複数のランプＬＰ１，ＬＰ２を駆動するに当たって、当該各ランプＬＰ１，ＬＰ２の定格電圧（１２Ｖ）よりも大きなバッテリーからの電源電圧（３６Ｖ）を用いてＰＷＭ制御するものであり、図２に示した回路と同様に構成される。ただし、各電界効果型トランジスタ（高速スイッチ）Ｍ１，Ｍ２のゲートに与えられるＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２の周波数が、従来とは異なって設定される。したがって、この実施の形態では、図２に示した回路内の各要素について同一符号を用いて説明する。
【００１８】
従来において、デューティー比の異なる複数のＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２に基づいて複数のランプＬＰ１，ＬＰ２をそれぞれＰＷＭ制御する場合に、ランプＬＰ１，ＬＰ２のちらつきは、複数のランプＬＰ１，ＬＰ２が重複してオンする現象が複数回連続して生じることが原因となっていた。このことは、複数のランプＬＰ１，ＬＰ２が重複してオンする現象が単発的であり、これが複数回連続して生じることがなければ、人間の肉眼ではちらつきを認識できないことを意味する。そこで、この発明の一の実施の形態においては、複数のランプＬＰ１，ＬＰ２が重複してオンする現象が連続して発生しないよう、両ＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２のデューティー比及び周波数を設定することで、配線径等を変更せずに容易にランプＬＰ１，ＬＰ２のちらつきを防止する。
【００１９】
ここで、各ランプＬＰ１，ＬＰ２の明るさは、ＰＷＭ周波数が大きく変わらない場合は、主としてＰＷＭ信号Ｓ１，Ｓ２のデューティ比で決定される。したがって、各ランプＬＰ１，ＬＰ２の明るさを変更せずにちらつきを防止するために、ここではデューティー比を従来のまま維持するとともに、ＰＷＭ周波数のみを従来から変更する。
【００２０】
今、第１の電界効果型トランジスタＭ１のゲートに与える第１のＰＷＭ信号Ｓ１の周波数をｆ１（Ｈｚ）、同じく第１のＰＷＭ信号Ｓ１のデューティー比をｄ１、第２の電界効果型トランジスタＭ２のゲートに与える第２のＰＷＭ信号Ｓ２の周波数をｆ２（Ｈｚ）、同じく第２のＰＷＭ信号Ｓ２のデューティー比をｄ２とする。これを図１に図示する。図１中の（ａ）は第１のＰＷＭ信号Ｓ１、同じく（ｂ）は第２のＰＷＭ信号Ｓ２をそれぞれ示している。尚、０＜ｄ１＜１、０＜ｄ２＜１である。また、図３に示したように、第１のＰＷＭ信号Ｓ１の周波数ｆ１が第２のＰＷＭ信号Ｓ２の周波数ｆ２より小さくなる（即ち、周期が長くなる）ことを前提とする。
【００２１】
第１のＰＷＭ信号Ｓ１の周波数ｆ１及びそのデューティー比ｄ１を所与の値とした場合に、両ランプＬＰ１，ＬＰ２の重複したオンの機会が連続しないような第２のＰＷＭ信号Ｓ２の周波数ｆ２及びそのデューティー比ｄ２の設定条件を考える。
【００２２】
図１のように、第１のＰＷＭ信号Ｓ１のオンのタイミングＡ１の立ち下がりタイミングの付近で、第２のＰＷＭ信号Ｓ２のオンのタイミングＡ２が時間Δｔだけ重複するものとする。この例では、上述のように、第１のＰＷＭ信号Ｓ１の周波数ｆ１が第２のＰＷＭ信号Ｓ２の周波数ｆ２より小さくなる（即ち、周期が長くなる）ことを前提としているため、このことを考慮すると、次の第１のＰＷＭ信号Ｓ１のオンのタイミングＢ１と、次の第２のＰＷＭ信号Ｓ２のオンのタイミングＢ２とが重複しないためには、Ａ１の立ち下がりタイミングからＢ１の立ち上がりタイミングまでの時間Ｔ１よりも、Ａ２の立ち上がりタイミングからＢ２の立ち下がりタイミングまでの時間Ｔ２の方が短くなる必要がある。これを式に表すと、次の（１）式のようになる。
【００２３】
Ｔ１ ＞ Ｔ２
∴ １/ｆ１−(１/ｆ１)×ｄ１ ＞ １/ｆ２＋(１/ｆ２)×ｄ２
∴ (１−ｄ１)/ｆ１ ＞ (１＋ｄ２)/ｆ２  …（１）
この（１）式の条件が成立すれば、１回目に両ランプＬＰ１，ＬＰ２が重複してオンになっても（Δｔ）、その次に第１のＰＷＭ信号Ｓ１が立ち上がって第１のランプＬＰ１がオンし始めるときには、既に第２のＰＷＭ信号Ｓ２が立ち下がって第２のランプＬＰ２がオフの状態になっており、これらの両ランプＬＰ１，ＬＰ２が重複してオンすることがない。
【００２４】
ここで、駆動回路５ａ，５ｂ内には、マイクロコンピュータから与えられたＰＷＭ信号を増幅する増幅回路においてある程度の遅延が発生することがある。また、各電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２においても、これらの動作遅延や、パゲートに発生した容量成分による遅延が発生する。したがって、例えば、（１）式において仮にＴ１＝Ｔ２となるように理論的な値として各ＰＷＭ周波数ｆ１，ｆ２を設定するとすれば、上記したような各種の遅延により各ランプＬＰ１，ＬＰ２のオンタイミングに誤差が生じ、その結果、実際にはＢ１，Ｂ２が互いに重複する事態が生じ得る。
【００２５】
このため、ある程度の誤差を考慮して両電界効果型トランジスタＭ１，Ｍ２のＰＷＭ周波数ｆ１，ｆ２を設定する必要がある。本出願人による実験の結果、上記のような種々の遅延が発生しても、次の（２）式を満たすようにすればちらつき防止に効果的であることを見い出した。
【００２６】
１．２ｆ１＜ｆ２＜１．８ｆ１  …（２）
したがって、（１）式と（２）式を同時に満たすように両ＰＷＭ周波数ｆ１，ｆ２を設定することが望ましい。
【００２７】
尚、上記した実施の形態では、２個のランプＬＰ１，ＬＰ２を点灯駆動するランプ点灯装置を例に挙げて説明したが、３個以上のランプをＰＷＭ制御により点灯駆動するものであってもよい。この場合は、各ランプを点灯駆動するための各ＰＷＭ信号相互の関係に置いて、（１）式を共に満たすように設定すればよい。
【００２８】
また、上記実施の形態では、自動車に搭載されたランプＬＰ１，ＬＰ２を点灯駆動するランプ点灯装置を例に挙げて説明したが、複数のランプＬＰ１，ＬＰ２をＰＷＭ制御により点灯駆動するものであればどのようなものに適用してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、複数のランプをＰＷＭ制御により点灯駆動するためのＰＷＭ信号のオンの状態が時系列的に連続して重複しないように、両ＰＷＭ信号の周波数を設定しているので、両方のＰＷＭ信号が単発的に重複してオンすることになり、人間の肉眼ではちらつきが気にならないようになる。したがって、複数のランプが重複してオンすることによるランプの駆動電圧の影響が軽減され、肉眼視した場合のランプのちらつきを防止できる。特に、配線径を太くするなどして電圧降下の影響を軽減する方法に比べて、スペースやコストの上昇を招かないという利点がある。また、周波数を適正に設定することでちらつきを防止しているので、デューティー比を変更してちらつきを防止する場合に比べて、各ランプの明るさの変更をせずにちらつきを防止できる。
【００３０】
請求項４に記載の発明によれば、
１．２ｆ１＜ｆ２＜１．８ｆ１
となるよう各周波数ｆ１，ｆ２が設定されるので、駆動回路内や高速スイッチにおいて種々の遅延が生じても、各ランプのオンタイミングが重複することがなくなり、確実にランプのちらつきを防止できる。
【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が各ランプをＰＷＭ制御により点灯駆動する際のＰＷＭ信号を示すタイミングチャートである。
【図２】ランプ点灯回路を示す図である。
【図３】従来のランプ点灯回路が各ランプをＰＷＭ制御により点灯駆動する際のＰＷＭ信号を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
３  ３６Ｖ電源
５ａ，５ｂ  駆動回路
ＬＰ１，ＬＰ２  ランプ
Ｍ１，Ｍ２  両電界効果型トランジスタ（高速スイッチ）
Ｓ１，Ｓ２  ＰＷＭ信号
ｄ１，ｄ２  デューティー比
ｆ１，ｆ２  ＰＷＭ周波数
【図１】
0004146667.tif 000002
【図２】
0004146667.tif 000003
【図３】
0004146667.tif 000004