(57)【要約】【課題】  精度の高いオン・オフスイッチングを行うことができる車両用点灯制御装置を提供すること。【解決手段】  半導体光源に供給される駆動電流をオン・オフ制御するＮＭＯＳトランジスタ２と、調光制御信号Ｓ２に応じてＮＭＯＳトランジスタ２を制御する制御手段とを有する。制御手段は、ＮＭＯＳトランジスタ２のオン・オフに対応する電圧信号を三角波電圧信号に変化させる三角波発生回路４と、三角波電圧信号を受けて、該三角波電圧信号の電圧値と予め定められた閾値を比較し、その比較結果に基づいて三角波の形状を維持したまま三角波状電圧を振幅方向に移動させて、ＮＭＯＳトランジスタ２をオン制御するための三角波のオンデューティの大きさを一定の大きさに保持するように三角波発生回路４の入力値を制御するオペアンプ１４を含むオペアンプユニットとを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光源に並列に接続され該半導体光源に供給される駆動電流をオン・オフ制御するスイッチング手段と、調光制御信号に応じて前記スイッチング手段を制御する制御手段とを有する車両用点灯制御装置において、
前記制御手段は、
前記スイッチング手段のオン・オフに対応する電圧信号を三角波電圧信号に変化させる三角波生成部と、
前記スイッチング手段のオン・オフに対応する電圧信号と予め定められた閾値を比較し、その比較結果に基づいて前記三角波電圧信号の形状を維持したまま該三角波電圧信号を振幅方向に移動させて、前記スイッチング手段をオン制御するための前記三角波電圧信号のオンデューティの大きさを一定の大きさに保持するように制御する三角波制御部とを有する
ことを特徴とする車両用点灯制御装置。
【請求項２】
前記三角波生成部は、
電源を所定の電圧値に保持している差動増幅部を備え、
前記所定の電圧値を保持したまま前記三角波電圧信号を振幅方向に平行移動させるように前記差動増幅部の入力電圧値が制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用点灯制御装置。
【請求項３】
前記三角波生成部の電源電圧の値が前記スイッチング手段のオン・オフの閾値電圧の値よりも高い
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用点灯制御装置。
【請求項４】
前記三角波制御部は、前記スイッチング手段の出力信号電圧をアナログ電圧に変換するディジタル−アナログ変換部を有する
ことを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載の車両用点灯制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用点灯制御装置に関し、特に半導体発光素子で構成された半導体光源の点灯を制御する車両用点灯制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数個が直列に接続されたＬＥＤ（発光ダイオード：Light Emitting Diode）の内の一部をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）調光制御する車両用点灯制御装置が知られている。
【０００３】
上記した車両用点灯制御装置は、前記複数個のＬＥＤの内の一部のＬＥＤ（以下、「バイパスＬＥＤ」と呼ぶ。）に並列に接続されたスイッチング素子として機能するＮＭＯＳ（Negative Channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ、ＰＷＭ信号発生回路及び調光開始信号生成回路を含んで構成されている。
【０００４】
上記した車両用点灯制御装置にあっては、バイパスＬＥＤにＮＭＯＳトランジスタを並列に接続させ、バイパスＬＥＤに供給されるバイパスＬＥＤ電流をＮＭＯＳトランジスタのオンスイッチングによりバイパスさせている。
【０００５】
ここで、ＮＭＯＳトランジスタがゲートにオン信号を受けてオフ状態からオン状態に変化するか、もしくは、オフ信号を受けてオン状態からオフ状態に変化した場合に、ＮＭＯＳトランジスタのドレインからバイパスＬＥＤに供給されるバイパスＬＥＤ電流はオン信号もしくはオフ信号と同期して変動する。
【０００６】
例えば、ＮＭＯＳトランジスタがオン状態になるとバイパスＬＥＤにはバイパスＬＥＤ電流が供給されないため、バイパスＬＥＤ電流に対応する駆動電圧分の負荷が低下する。
【０００７】
前記負荷の低下により、ＬＥＤを駆動制御するスイッチングレギュレータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）を構成している出力平滑コンデンサに蓄えられていた電荷（Ｑ＝ＣＶ）分が突入電流として流れバイパスＬＥＤ以外のＬＥＤ電流にオーバーシュートが発生してしまう。
【０００８】
一方、ＮＭＯＳトランジスタがオフ状態になるとバイパスＬＥＤが負荷として機能するため、オフスイッチング制御にスイッチングレギュレータの制御が瞬時に応答できずアンダーシュートが発生してしまう
したがって、従来の車両用点灯制御装置は、ＮＭＯＳトランジスタのゲート側に遅延回路として機能するＣＲ回路を設けることにより前記オーバーシュート及び前記アンダーシュートの発生を防止している。
【０００９】
なお、上記従来技術と関連する先行技術文献として以下の特許文献１を参照されたい。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１３４１４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記した従来技術では、ＮＭＯＳトランジスタのゲート信号のスレッシュホールド電圧が上下（振幅方向）にバラツキを生じた場合には、ゲート信号のスレッシュ電圧を超える範囲、すなわち、オンデューティの大きさに相違が生じるため、例えば、オンデューティの幅が大きすぎたり小さすぎたりするとハイレベル信号を受けたＮＭＯＳトランジスタのオン・オフスイッチング動作が不能になる確率が高くなり、オン・オフスイッチング動作の精度が低下する。
【００１２】
そこで、本発明は精度の高いオン・オフスイッチングを行うことができる車両用点灯制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様による車両用点灯制御装置は、半導体光源に並列に接続され該半導体光源に供給される駆動電流をオン・オフ制御するスイッチング手段と、調光制御信号に応じて前記スイッチング手段を制御する制御手段とを有する車両用点灯制御装置において、
前記制御手段は、
前記スイッチング手段のオン・オフに対応する電圧信号を三角波電圧信号に変化させる三角波生成部と、
前記スイッチング手段のオン・オフに対応する電圧信号と予め定められた閾値を比較し、その比較結果に基づいて前記三角波電圧信号の形状を維持したまま該三角波電圧信号を振幅方向に移動させて、前記スイッチング手段をオン制御するための前記三角波電圧信号のオンデューティの大きさを一定の大きさに保持するように制御する三角波制御部とを有するようにしたものである。
【００１４】
したがって、半導体光源に供給される駆動電流のオン・オフに対応する電圧信号を三角波電圧信号に変化させ、前記三角波電圧信号を受けて、該三角波電圧信号の電圧値と予め定められた閾値を比較し、その比較結果に基づいて前記三角波電圧信号の形状を維持したまま三角波電圧信号を振幅方向に平行移動させる。オン制御するための前記三角波電圧信号のオンデューティの大きさが一定の大きさに保持されるように該三角波電圧信号を生成する生成部の入力値が制御される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明車両用点灯制御装置は、半導体光源に並列に接続され該半導体光源に供給される駆動電流をオン・オフ制御するスイッチング手段と、調光制御信号に応じて前記スイッチング手段を制御する制御手段とを有する車両用点灯制御装置において、
前記制御手段は、
前記スイッチング手段のオン・オフに対応する電圧信号を三角波電圧信号に変化させる三角波生成部と、
前記スイッチング手段のオン・オフに対応する電圧信号と予め定められた閾値を比較し、その比較結果に基づいて前記三角波電圧信号の形状を維持したまま該三角波電圧信号を振幅方向に移動させて、前記スイッチング手段をオン制御するための前記三角波電圧信号のオンデューティの大きさを一定の大きさに保持するように制御する三角波制御部とを有することを特徴とする。
【００１６】
したがって、半導体光源の一部をオン・オフ制御するスイッチング手段のスレッシュホールド電圧のバラツキが生じた場合でもオンデューティの幅を一定に保持することができ、精度の高いオン・オフスイッチングを行うことができる。
【００１７】
請求項２に記載した発明にあっては、前記三角波生成部は、電源を所定の電圧値に保持している差動増幅部を備え、前記所定の電圧値を保持したまま前記三角波電圧信号を振幅方向に平行移動させるように前記差動増幅部の入力電圧値が制御されるので、該差動増幅部の入力電圧を変動させることができ、差動増幅部の電源電圧を一定に保持しながら三角波電圧信号を振幅方向に平行移動させることができる。
【００１８】
請求項３に記載した発明にあっては、前記三角波生成部の電源電圧の値が前記スイッチング手段のオン・オフの閾値電圧の値よりも高いので、三角波電圧信号を振幅方向に平行移動していくと前記三角波制御部の出力が飽和するまでの間に、必ず前記スイッチング手段の入力電圧が閾値であるゲートスレッシュホールド電圧を超えてスイッチング手段のオン制御を行うことができる。したがって、スイッチング手段のハイレベル信号のスレッシュホールド電圧のバラツキが生じた場合でも精度の高いオン・オフスイッチングを行うことができる。
【００１９】
請求項４に記載した発明にあっては、前記三角波制御部が前記スイッチング手段の出力信号電圧をアナログ電圧に変換するディジタル−アナログ変換部を有するので、三角波電圧信号の平行移動に必要となるアナログ信号を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態に係る車両用点灯制御装置について図１〜図３を参照して説明する。
【００２１】
車両用点灯制御装置１は、スイッチング手段として機能するＮＭＯＳトランジスタ２、ディジタル−アナログ変換部として機能するＰＷＭ-アナログ電圧変換回路３、三角波制御部として機能するオペアンプユニット及び三角波生成部として機能する三角波発生回路４を有して構成されている。
【００２２】
ＮＭＯＳトランジスタ２は、半導体光源としてのＬＥＤ６−１〜６−Ｎの一部であるＬＥＤ６−Ｎに並列に接続されている。ＬＥＤ６−１〜６−Ｎには出力端子７，９を介してスイッチングレギュレータ１０から駆動電流が供給される。
【００２３】
ＰＷＭ-アナログ電圧変換回路３はＮＰＮトランジスタ１２とＰＮＰトランジスタ１３とを含んで構成されている。ＮＰＮトランジスタ１２のエミッタはＮＰＮトランジスタ１１のコレクタに接続され、ベースは抵抗Ｒ４を介してＮＭＯＳトランジスタ２のドレインに接続され、コレクタは抵抗Ｒ５を介してＰＮＰトランジスタ１３のベースに接続されている。ＰＮＰトランジスタ１３のエミッタは第１の電源電圧Ｖccに接続されている。
【００２４】
オペアンプユニットはオペアンプ１４とバッファ１５を含んで構成されている。オペアンプ１４の非反転入力端子（正入力端子）は抵抗Ｒ７を介してＰＮＰトランジスタ１３のエミッタに接続され、反転入力端子（負入力端子）は抵抗Ｒ１０を介して基準電圧ＶREFに接続されている。オペアンプ１４の電源端子にはオペアンプ電源として機能する第２の電源電圧Ｖccが接続されている。オペアンプ１４の出力端子は抵抗Ｒ１１を介してバッファ１５の正入力端子に接続されている。
【００２５】
三角波発生回路４はオペアンプ１６を含んで構成されている。オペアンプ１６の正入力端子はＲ１５を介してバッファ１５の出力端子に接続されると共にオペアンプ１６の出力端子にＲ１６を介して接続され、負入力端子はコンデンサＣ３及び抵抗Ｒ１７を介してオペアンプ１６の出力端子に接続されている。オペアンプ１６の電源正入力端子と電源負入力端子はツェナーダイオードＺＤを介して接続されている。オペアンプ１６の出力端子は抵抗Ｒ１７を介してＮＭＯＳトランジスタ２のゲートに接続されている。
【００２６】
以下に、車両用点灯制御装置１の動作について図２及び図３のタイミングチャートを参照して説明する。
【００２７】
初めに、ＰＷＭ−アナログ電圧変換回路３及びオペアンプユニットの動作について説明する。なお、ＰＷＭ−アナログ電圧変換回路３はディジタル−アナログ変換部として機能するが、ディジタルとはスイッチング手段のオンオフによるドレイン電圧のハイ（Ｈ）／ロー（Ｌ）がディジタルであることを意味し、アナログとはオペアンプ１４への正入力電圧がアナログであることを意味する。
【００２８】
調光開始信号Ｓ１が入力端子５に入力されるとローレベル信号からハイレベル信号に変わり（図２（ａ）参照）、該ハイレベル信号はＮＰＮトランジスタ１１のベースに入力される。ＮＰＮトランジスタ１１はベースへのハイレベル信号の入力によってオン状態となる。なお、ＮＰＮトランジスタ１１が一度オン状態になった後は調光開始信号Ｓ１の供給が停止するまでオン状態が保持される。
【００２９】
調光開始信号Ｓ１のＮＰＮトランジスタ１１への供給開始時にはＮＭＯＳトランジスタ２のドレイン電圧（ＬＥＤ６−Ｎのアノード−カソード間の電圧）が検出されるため、ＮＰＮトランジスタ１２はオン状態である。
【００３０】
ＰＮＰトランジスタ１３は、ベースにローレベル信号が供給されオン状態となる。ＰＮＰトランジスタ１３がオン状態になると、コレクタを介して第１の電源電圧Ｖccからの電圧がオペアンプ１４の正入力端子に供給されオペアンプ１４の正入力電圧が抵抗Ｒ７とコンデンサＣ１の時定数にしたがって上昇する（図２（ｂ）参照）。オペアンプ１４の正入力電圧の上昇に伴ってオペアンプ１４の出力電圧も上昇し、該出力電圧はバッファ１５の正入力端子に供給される。
【００３１】
オペアンプ１４の正入力電圧が上昇すると、三角波発生回路４から出力される三角波電圧信号（以後、「三角波」とよぶ。）によりＮＭＯＳトランジスタ２がオン・オフ制御される。三角波によるオン制御によりＮＭＯＳトランジスタ２がオン状態となったときには、ＮＭＯＳトランジスタ２のドレイン電圧がＮＰＮトランジスタ１２のベースに供給され、ＮＰＮトランジスタ１２がオン状態となりＰＮＰトランジスタ１３もオン状態となってオペアンプ１４の正入力端子に正入力電圧が供給される。その後、三角波によるオフ制御によりＮＭＯＳトランジスタ２がオフ状態となったときには、ドレイン電圧が検出されないのでＮＰＮトランジスタ１２がオフ状態となる。したがって、ＰＮＰトランジスタ１３はオフ状態となる。その後、再びＰＮＰトランジスタ１３はオン状態となり第１の電源電圧Ｖccから出力された電圧がオペアンプ１４の正入力端子に供給される。以後はこの動作を繰り返す。なお、第１の電源電圧Ｖccから出力された電圧はコンデンサＣ１で充電されるため、オペアンプ１４の正入力端子における入力波形は図２（ｂ）に示すようになる。
【００３２】
オペアンプ１４の正入力端子に供給される正入力電圧が、オペアンプ１４の負入力端子に供給される基準電圧ＶREFの抵抗分圧（抵抗Ｒ１０及び抵抗Ｒ９で決まる分圧）を超えるまでオペアンプ１４の出力電圧は上昇し続ける。正入力端子に供給される電圧が前記抵抗分圧を超えるとオペアンプ１４の出力電圧は一定となる。オペアンプ１４の出力波形は図示しないがオペアンプ１４の入力波形と同様の波形となる。
【００３３】
次に、三角波発生回路４の動作について説明する。
【００３４】
バッファ１５から出力される出力電圧は、抵抗Ｒ１５を介してオペアンプ１６の正入力端子に供給されると共に電源正入力端子及び電源負入力端子に供給される。三角波発生回路４は、オペアンプ１６の出力電圧をフィードバック（正帰還）してオペアンプ１６の正入力端子に供給することによって三角波を発生させている。
【００３５】
ここで三角波の電圧（以下、「三角波電圧」と呼ぶ。）の大きさはオペアンプ１６の正入力端子に供給される電圧の大きさに比例する。したがって、オペアンプ１４の出力端子からバッファ１５を介して出力されるオペアンプ１４の出力電圧が大きくなると、出力電圧の上昇に伴い出力電圧の増加分だけ三角波電圧の最大値も増加し、三角波は振幅方向上方に平行移動する。
【００３６】
ここで、前記電源正入力端子及び前記電源負入力端子はツェナーダイオードＺＤを介して接続されているため、オペアンプ１６の電源正入力電圧及び電源負入力電圧は常に一定に保持される。三角波電圧の振幅の大きさは電源正入力電圧及び電源負入力電圧により決定されるので、三角波が上方に平行移動した場合でも三角波の形状をほぼ同一形状に維持したまま三角波電圧の振幅の大きさが一定に保持される（図２（ｃ）参照）。なお、上記した三角波の形状は三角波の傾き、振幅の大きさ（電圧の大きさ）及びデューティ比によって決定される。例えば対比する２つの三角波が同一形状であるということは、２つの三角波の傾き、振幅の大きさ及びデューティ比がほぼ同じであるということである。
【００３７】
三角波発生回路４から出力された三角波は調光制御信号Ｓ２としてＮＭＯＳトランジスタ２のゲートに供給される。ＮＭＯＳトランジスタ２のゲートに供給される三角波のデューティのイメージは図２（ｄ）に示されるとおりである。図２（ｄ）から明らかなように三角波のデューティ比は、立ち上がり時から定常状態になるまでに変化しているが、定常状態になった後は一定になる。
【００３８】
なお、調光開始信号Ｓ１の供給を停止しない限り図２（ｃ）に示される三角波は継続して出力され続ける。
【００３９】
以下に、三角波の平行移動の制御について説明する。
【００４０】
ＮＭＯＳトランジスタ２がハイレベル動作するためのゲート電圧の閾値（ゲートスレッシュホールド電圧ＶGTH）は調光制御開始直後には図２（ｃ）に示すように所定の値を有している。その後、ゲートスレッシュホールド電圧ＶGTHが振幅方向にバラツキを生じた場合、例えば、ゲートスレッシュホールド電圧ＶGTHが上昇した場合には、ゲートスレッシュホールド電圧ＶGTHに対する三角波の波形は図３の三角波（ｂ）のようになる。すなわち、精度の高いＰＷＭ調光制御を行うのに図３の三角波（ａ）に示すような波形（実線）が必要であるところ、三角波（ｂ）の状態ではデューティが小さすぎて（図３（ｂ）参照）精度の高いＰＷＭ調光制御を行うことはできない。
【００４１】
このとき図２（ｃ）に示すように三角波の振幅を変えずに三角波電圧の最大値を大きくするように平行移動させる。その結果、図３の三角波（ｂ）は三角波（ａ）に変化し、オンデューティの大きさはＰＷＭ調光制御開始直後の状態に戻る。
【００４２】
なお、上記したＰＷＭ調光制御を行うためには、オペアンプ１６の電源電圧の値がＮＭＯＳトランジスタ２のゲートスレッシュホールド電圧ＶGTH（閾値電圧）の値よりも高いことが条件となる。このような条件を満たす場合には、三角波を振幅方向に平行移動していくと、オペアンプ１４の出力が飽和するまでの間に必ずＮＭＯＳトランジスタ２のゲート電圧がゲートスレッシュホールド電圧ＶGTHを超えることとなる。したがって、ＮＭＯＳトランジスタ２のゲートスレッシュホールド電圧ＶGTHが振幅方向にバラツキを生じた場合でも精度の高い調光制御を行うことができる。
【００４３】
一方、ゲートスレッシュホールド電圧ＶGTHが下降した場合には、ゲートスレッシュホールド電圧ＶGTHに対する三角波の波形は図３の三角波（ｃ）のようになる。すなわち、精度の高いＰＷＭ調光制御を行うのに図３の三角波（ａ）に示すような波形（実線）が必要であるところ、三角波（ｃ）の状態ではデューティが大きすぎて（図３（ｃ）参照）精度の高いＰＷＭ調光制御を行うことはできない。
【００４４】
このとき三角波の振幅を変えずに三角波電圧の最大値を小さくするように平行移動させる（図示せず）。その結果、図３の三角波（ｃ）は三角波（ａ）に変化し、オンデューティの大きさはＰＷＭ調光制御開始直後の状態に戻る。
【００４５】
なお、図３に示された三角波が図２（ｃ）に示された三角波に比べて曲線形状となっているのは、三角波発生回路４を構成しているコンデンサ及び抵抗の影響であるためである。
【００４６】
上記した本実施の形態に係る車両用点灯制御装置１の構成によれば、ＮＭＯＳトランジスタ２のゲートスレッシュホールド電圧ＶGTHが振幅方向にバラツキを生じた場合でも、所望のスイッチング制御を高精度に行わせることができる適切なオンデューティの大きさになるまで三角波を振幅方向に平行移動させることによりオンデューティの大きさのバラツキによるスイッチング制御の精度の低下を防止することができる。
【００４７】
なお、三角波発生回路４の代わりにサイン波発生回路を設けて、サイン波発生回路から出力されたサイン波信号を調光制御信号Ｓ２としてＮＭＯＳトランジスタ２のゲートに供給するようにしても上記同様の作用、効果が得られる。
【００４８】
上記した実施の形態は、本発明を好適に実施した形態の一例に過ぎず、本発明は、その主旨を逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係る車両用点灯制御装置の構成を示した図である。
【図２】車両用点灯制御装置の動作を説明するためのタイミングチャート図である。
【図３】三角波を振幅方向に平行移動させる制御を説明するためのタイミングチャート図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…車両用点灯制御装置、２…ＮＭＯＳトランジスタ、３…ＰＷＭ-アナログ電圧変換回路、４…三角波発生回路、５…入力端子、６−１〜６−Ｎ…ＬＥＤ、７，８，９…出力端子、１０…スイッチングレギュレータ、１１，１２…ＮＰＮトランジスタ、１３…ＰＮＰトランジスタ、１４，１６…オペアンプ、１５…バッファ、１６…ＰＮＰトランジスタ
【図１】
2009199917.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009199917.tif 000005