JP2015168305A - 車両用灯具およびその駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オープン故障を確実に検出可能な駆動装置を提供する。【解決手段】異常検出回路６０は、バイパス回路４０および発光素子１２と並列に設けられ、検出電圧Ｖｓがオープン故障のしきい値を超えたか否かを判定するオープン検出回路６２を含む。充電回路６４は、検出電圧Ｖｓがオープン故障のしきい値に応じた第１しきい値を超えたときに、検出電圧Ｖｓに応じた電圧によってキャパシタＣ１を充電する。キャパシタＣ１の電荷の放電経路６６の時定数は、ＰＷＭ調光の周期よりも長く構成される。【選択図】図７

Description

本発明は、自動車などに用いられる車両用灯具に関する。

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。

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両、対向車両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。

ＡＤＢ機能を有する車両用灯具について説明する。図１は、比較技術に係るＡＤＢ機能を有する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。

車両用灯具１ｒは、光源１０および駆動装置２０ｒを備える。ＡＤＢにおいては、ハイビーム照射領域は、複数Ｎ個（Ｎは自然数）のサブ領域に分割される。光源１０は、Ｎ個のサブ領域に対応づけられる複数の発光素子１２＿１〜１２＿Ｎを含む。各発光素子１２は、ＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）などの半導体デバイスであり、それぞれが対応するサブ領域を照射するよう配置される。駆動装置２０ｒは、複数の発光素子１２＿１〜１２＿Ｎそれぞれのオン（点灯）、オフ（消灯）を制御することで、ハイビームの配光を変化させる。あるいは駆動装置２０ｒは、高い周波数で発光素子１２をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することで、実効的な輝度を調節する。

駆動装置２０ｒは、電流源３０、複数のバイパス回路４０＿１〜４０＿Ｎ、コントローラ５０を備える。電流源３０は、バッテリ２からスイッチ４を介してバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴ（入力電圧Ｖ_ＩＮともいう）を受け、光源１０に流れる駆動電流Ｉ_ＤＲＶを、ある目標量に安定化する。

複数のバイパス回路４０＿１〜４０＿Ｎは、複数の発光素子１２＿１〜１２＿Ｎに対応づけられる。バイパス回路４０はオン、オフが切りかえ可能に構成される。ｉ番目のバイパス回路４０＿ｉがオン状態となると、駆動電流Ｉ_ＤＲＶが、発光素子１２＿ｉではなくバイパス回路４０＿ｉに流れ、発光素子１２＿ｉが消灯し、バイパス回路４０＿ｉがオフ状態となると、駆動電流Ｉ_ＤＲＶが発光素子１２＿ｉに流れて点灯する。

車両用灯具１ｒを制御する上流のプロセッサ（たとえば電子制御ユニットＥＣＵ）６は、車両前方の状態にもとづいて、ハイビームにより照射すべきサブ領域を判定し、駆動装置２０ｒのコントローラ５０に指示する。コントローラ５０は、プロセッサ６からの制御指令にもとづいてバイパス回路４０＿１〜４０＿Ｎの状態を制御する。具体的には、照射すべきサブ領域に対応する発光素子１２を選択し、選択された発光素子１２と並列なバイパス回路４０をオフ状態とし、残りの発光素子１２と並列なバイパス回路４０をオン状態とする。

光源１０と駆動装置２０ｒの間は、配線を介して接続される。この配線が切断（オープン故障）すると発光素子１２が点灯できなくなり、あるいは発光素子１２を積極的に消灯状態に制御することができなくなる。そこで駆動装置２０ｒには、配線のショート故障やオープン故障などの異常を検出する手段が実装される。

あるバイパス回路４０＿ｉがオフであり、対応する発光素子１２＿ｉに駆動電流Ｉ_ＤＲＶが流れ、正常に点灯しているとき、発光素子１２＿ｉの電圧降下（順方向電圧）は、所定の電圧範囲（正常電圧範囲という）に含まれる。反対にオープン故障あるいはショート故障が生ずると、電圧降下は正常電圧範囲から逸脱する。したがって発光素子１２それぞれの両端間の検出電圧Ｖｓ（つまり発光素子１２の順方向電圧Ｖｆ）を監視することにより、異常を検出することが可能である。

具体的には発光素子１２＿ｉのカソードとノードＮＤ＿ｉを結ぶ配線、あるいは発光素子１２＿ｉのアノードとノードＮＤ＿（ｉ−１）を結ぶ配線が断線するオープン故障が発生すると、バイパス回路４０＿ｉの両端間の電圧は正常電圧範囲より高くなる。反対に、発光素子１２＿ｉのカソードとアノード間がショートするショート故障が発生すると、バイパス回路４０＿ｉの両端間の電圧は正常電圧範囲より低くなる。なお、オープン故障、ショート故障は、発光素子そのものがオープン状態、ショート状態となる場合も含む。

たとえば、所定の駆動電流Ｉ_ＤＲＶが流れるときの発光素子１２の順方向電圧Ｖｆの典型値が４Ｖであるとき、正常電圧範囲の上限Ｖ_ＴＨＨを５．５Ｖ、下限Ｖ_ＴＨＬは１．５Ｖ程度とすることで、ショート故障とオープン故障を検出することができる。

特開２０１４−０１７４６３号公報

上述のように、調光を目的として、各バイパス回路４０に対する制御信号Ｓ１を、目標輝度に応じたデューティ比となるようにパルス幅変調する場合がある。図２（ａ）〜（ｄ）は、ＰＷＭ調光するときの車両用灯具１ｒの動作波形図である。図２（ａ）にはパルス幅変調された制御信号Ｓ１が示され、図２（ｂ）〜（ｄ）にはそれぞれ、正常時、オープン故障時、ショート故障時の検出電圧Ｖｓの波形が示される。

バイパス回路４０＿ｉのオン時間Ｔ_ＯＮの間（発光素子１２＿ｉの消灯期間）は、正常、異常にかかわらず検出電圧Ｖｓはほとんどゼロとなる。したがってＰＷＭ調光をともなう駆動装置２０ｒにおける異常判定は、（i）検出期間をバイパス回路４０のオフ時間Ｔ_ＯＦＦ内に限定するか、（ii）異常が長時間持続したときのみ異常判定するか、のいずれかとしなければならない。

ここで、前者（i）の方式では、タイミング制御のための信号線やトランジスタが必要となる。またトランジスタをオン、オフするためには、そのゲート（ベース）に適切な制御電圧を印加すべきところ、図１の車両用灯具１ｒでは、バイパス回路４０および異常検出回路は、接地に対してフローティングで動作するため、バイパス回路４０ごとに、制御電圧を適切な電圧レベルにレベルシフトさせる必要があり、回路規模が大きくなってしまう。

そこで本発明者らは、（ii）の方式を採用した異常検出回路について検討した。図３は、本発明者らが検討した比較技術に係る異常検出回路６０ｒ＿ｉの回路図である。

異常検出回路６０ｒ＿ｉは、比較回路６１ｒと、フィルタ回路８０ｒを含む。比較回路６１ｒは、検出電圧Ｖｓｉを、２つのしきい値電圧Ｖ_ＴＨＨ、Ｖ_ＴＨＬと比較する。比較回路６１ｒは、トランジスタＱ１１を含むオープンコレクタ形式の出力段を有し、Ｖ_ＴＨＬ＜Ｖｓｉ＜Ｖ_ＴＨＨにおいてトランジスタＱ１１がオン、Ｖｓｉ＜Ｖ_ＴＨＬもしくはＶ_ＴＨＨ＜ＶｓｉにおいてトランジスタＱ１１がオフするよう構成される。

したがって比較回路６１ｒの出力Ｓ３は正常状態においてローレベル電圧となり、オープン故障、ショート故障またはバイパス回路４０＿ｉのオン時間Ｔ_ＯＮ内においてハイインピーダンスとなる。

フィルタ回路８０ｒは、Ｖ_ＴＨＬ＜Ｖｓｉ＜Ｖ_ＴＨＨにおいてローレベル電圧Ｖ_Ｌとなり、Ｖｓｉ＜Ｖ_ＴＨＬもしくはＶ_ＴＨＨ＜Ｖｓｉにおいてハイレベル電圧Ｖ_ＣＣとなる異常検出信号Ｓ２＿ｉを生成する。フィルタ回路８０ｒは、（i）比較回路６１ｒの出力Ｓ３がローレベル電圧Ｖ_Ｌに遷移するとその出力Ｓ２＿ｉが直ちにローレベルに遷移し、（ii）比較回路６１ｒの出力Ｓ３がハイインピーダンスに遷移すると、その出力Ｓ２＿ｉが緩やかにハイレベルに遷移するよう構成される。

図４（ａ）、（ｂ）は、正常状態および異常状態における図３の異常検出回路６０ｒの動作波形図である。図４（ａ）に示すように、正常状態であれば、ＰＷＭ調光の周期（ＰＷＭ周期）ごとに比較回路６１ｒの出力Ｓ３がローレベル電圧となり、フィルタ回路８０ｒの出力Ｓ２はローレベルにリセットされる。したがって、フィルタ回路８０ｒの出力Ｓ２は、ローレベルＬの領域に収まっており、異常状態を示すハイレベルＨの領域に入ることはない。

図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ０に異常状態（ここではショート故障）が生じたとする。このとき比較回路６１ｒの出力Ｓ３はハイインピーダンス状態を維持することとなり、フィルタ回路８０ｒの出力Ｓ２はローレベルにリセットされることなく上昇し続ける。異常状態が持続し、時刻ｔ１にフィルタ回路８０ｒの出力Ｓ２が異常状態を示すハイレベルＨの領域に入ると、異常状態と判定される。

本発明者らは、図３の異常検出回路６０ｒについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。

（第１の課題）
駆動装置２０の負荷電力が急峻に切りかわった場合に、光源１０に流れる電流がオーバーシュート、アンダーシュートするのを防止するため、あるいはラジオノイズを抑制するために、バイパス回路４０のターンオン、ターンオフを緩やかに行う場合がある（ソフトスイッチともいう）。図５（ａ）は、異常状態においてバイパス回路４０をソフトスイッチさせたときの、異常検出回路６０ｒの動作波形図である。バイパス回路４０をソフトスイッチさせると、異常状態（ここではオープン故障）が生じたときに、バイパス回路４０のターンオン期間（ライズタイムＴｒ）およびターンオフ期間（フォールタイムＴｆ）において、検出電圧Ｖｓｉが、正常電圧範囲に含まれることとなる。その結果、ライズタイムＴｒとフォールタイムＴｆにおいて、比較回路６１ｒの出力Ｓ３がローレベルとなり、フィルタ回路８０ｒの出力はローレベルにリセットされる。これにより、異常状態であっても異常検出信号Ｓ２がハイレベル領域Ｈに入らず、異常状態と判定することができない。

（第２の課題）
図３において、配線Ｌ２が断線する故障モードについて検討する。
バイパス回路４０＿ｉがオフ、４０＿（ｉ＋１）がオンの状態において、配線Ｌ２が断線していると、バイパス回路４０＿（ｉ＋１）のオンにかかわらず、発光素子１２＿（ｉ＋１）に流れる電流をバイパスすることはできず、発光素子１２＿ｉ、１２＿（ｉ＋１）に駆動電流Ｉ_ＤＲＶが流れる。したがって、発光素子１２＿ｉ、１２＿（ｉ＋１）の両端間の電圧は２×Ｖｆとなる。そしてバイパス回路４０＿（ｉ＋１）がオンのとき、Ｖｓｉ≒２×Ｖｆ、Ｖｓ（ｉ＋１）≒０となる。

バイパス回路４０＿ｉ、４０＿（ｉ＋１）が同時にオフの状態を考える。このとき、異常検出回路６０ｒ＿ｉ、６０ｒ＿（ｉ＋１）のインピーダンスをＺｉ、Ｚ（ｉ＋１）とすると、以下の式が成り立つ。
Ｖｓｉ＝２×Ｖｆ×Ｚｉ／｛Ｚｉ＋Ｚ（ｉ＋１）｝
Ｖｓ（ｉ＋１）＝２×Ｖｆ×Ｚ（ｉ＋１）／｛Ｚｉ＋Ｚ（ｉ＋１）｝

したがってＺｉ≒Ｚ（ｉ＋１）であれば、Ｖｓｉ≒Ｖｓ（ｉ＋１）≒Ｖｆとなる。

図５（ｂ）は、配線Ｌ２が断線したときの異常検出回路６０ｒの動作波形図である。隣接するバイパス回路４０＿ｉ、４０＿（ｉ＋１）が異なるデューティ比でスイッチングしており、それらのオフ時間がオーバーラップしていると、オフのオーバーラップ時間において、検出電圧Ｖｓｉ、Ｖｓ（ｉ＋１）が正常電圧範囲に含まれることとなり、異常判定ができなくなる。

なおこの問題は、ＡＤＢ制御を行う場合のみでなく、図１の車両用灯具１ｒを輝度制御に利用した場合などにも同様に発生する。

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、上述の課題の少なくともひとつを解決可能な車両用灯具およびその駆動装置の提供にある。

本発明のある態様は、直列接続された複数の発光素子を含む光源とともに使用され、車両用灯具を構成する駆動装置に関する。駆動装置は、光源に駆動電流を供給する電流源と、複数の発光素子のうちＮ個（Ｎは自然数）の発光素子に対応づけられ、それぞれが対応する発光素子と並列に設けられ、所定の周期でスイッチングすることにより、対応する発光素子を調光可能に構成されたＮ個のバイパス回路と、Ｎ個の発光素子に対応づけられ、それぞれが対応するバイパス回路の両端間の検出電圧にもとづいて異常を検出可能に構成されたＮ個の異常検出回路と、を備える。異常検出回路は、対応する検出電圧がオープン故障のしきい値を超えたか否かを判定するオープン検出回路を含む。オープン検出回路は、キャパシタと、対応する検出電圧がオープン故障のしきい値に応じた第１しきい値を超えたときに、検出電圧に応じた電圧によってキャパシタを充電する充電回路と、を含み、キャパシタの電荷の放電経路の時定数が、所定の周期よりも長く構成される。

この態様によると、オープン故障が生じているときに、ＰＷＭ調光の周期内で検出電圧Ｖｓが正常電圧範囲に戻る事象が生じた場合であっても、オープン故障を確実に検出できる。

キャパシタの第１電極は、対応するバイパス回路の第１端と共通に接続されてもよい。充電回路は、キャパシタの第２電極と対応するバイパス回路の第２端の間に設けられており、キャパシタから流れ出る第１方向には導通せず、かつ対応する検出電圧が第１しきい値を超えたときに、キャパシタに流れ込む第２方向に導通するよう構成されてもよい。

充電回路は、キャパシタの第２電極と対応するバイパス回路の第２端の間に直列に設けられたツェナーダイオードおよび第１ダイオードを含んでもよい。

異常検出回路は、キャパシタの電圧を所定の第２しきい値と比較し、比較結果に応じて出力状態が遷移する出力段をさらに含んでもよい。

出力段は、バイポーラトランジスタと、バイポーラトランジスタのベースとキャパシタの第１電極の間に設けられた第１抵抗と、を含んでもよい。第１抵抗およびバイポーラトランジスタのベースエミッタが、放電経路を形成し、バイポーラトランジスタのオン、オフが、比較結果に対応づけられてもよい。

充電回路において、ツェナーダイオードがバイパス回路の第２端に近い側に配置されており、バイパス回路は、対応する発光素子と並列に設けられたバイパストランジスタと、バイパストランジスタの制御端子と接続されたカソードと、ツェナーダイオードのアノードと接続されたアノードと、を有する第２ダイオードと、を含んでもよい。

異常検出回路は、対応する検出電圧がショート故障のしきい値を下回ったか否かを判定するショート検出回路をさらに備えてもよい。

異常検出回路は、異常検出回路の出力をフィルタリングするフィルタ回路であって、その出力である異常検出信号を、正常を示すレベルには相対的に高速に遷移せしめ、異常を示すレベルには相対的に低速で遷移せしめるフィルタ回路をさらに含んでもよい。

本発明の別の態様は、車両用灯具に関する。車両用灯具は、直列に接続された複数の発光素子を含む光源と、光源を駆動する上述のいずれかの態様の駆動装置と、を備える。

本発明のある態様によれば、オープン故障を確実に検出できる。

比較技術に係るＡＤＢ機能を有する車両用灯具のブロック図である。 図２（ａ）〜（ｄ）は、ＰＷＭ調光するときの車両用灯具の動作波形図である。 本発明者らが検討した比較技術に係る異常検出回路の回路図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、正常状態および異常状態における図３の異常検出回路の動作波形図である。 図５（ａ）は、異常状態においてバイパス回路をソフトスイッチさせたときの、図５（ｂ）は隣接する発光素子を異なるデューティ比で点灯させたときの異常検出回路の動作波形図である。 第１の実施の形態に係る車両用灯具のブロック図である。 第１の実施の形態に係る異常検出回路の基本構成を示す回路図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、図７の異常検出回路のオープン故障時の動作波形図である。 配線ＬＡが断線したときの異常検出回路の動作波形図である。 第２の実施の形態に係る異常検出回路の回路図である。 異常検出回路を備える駆動装置の回路図である。 図６の車両用灯具を備えるランプユニット（ランプアッシー）の斜視図である。 第１変形例に係る異常検出回路の回路図である。 第２変形例に係る異常検出回路の回路図である。 図１５（ａ）、（ｂ）は、充電回路の変形例の回路図である。

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。

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。
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。

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。

（第１の実施の形態）
図６は、第１の実施の形態に係る車両用灯具１のブロック図である。車両用灯具１は、光源１０および駆動装置２０を備える。光源１０は、直列接続された複数の発光素子１２＿１〜１２＿Ｎを含む。駆動装置２０は光源１０とともに使用され、車両用灯具１を構成する。発光素子１２はたとえばＬＥＤ（発光ダイオード）である。

駆動装置２０は、電流源３０、Ｎ個（Ｎは自然数）のバイパス回路４０＿１〜４０＿Ｎ、コントローラ５０、Ｎ個の異常検出回路６０＿１〜６０＿Ｎを備える。

電流源３０は、光源１０に対して、目標輝度に応じた駆動電流Ｉ_ＤＲＶを供給する。たとえば電流源３０は、昇圧型あるいは降圧型のコンバータおよびその制御回路を含む。制御回路は、駆動電流Ｉ_ＤＲＶを検出し、検出された駆動電流Ｉ_ＤＲＶが目標量に近づくように、コンバータのスイッチング状態をフィードバック制御してもよい。コンバータの形式および電流制御の方式は特に限定されず、公知技術を用いればよい。

Ｎ個のバイパス回路４０＿１〜４０＿Ｎは、複数の発光素子１２のうちＮ個の発光素子１２に対応づけられる。本実施の形態では、すべての発光素子１２に対して、バイパス回路４０が設けられる場合を説明する。バイパス回路４０＿ｉは、対応する発光素子１２＿ｉと並列に設けられる。バイパス回路４０＿ｉは、制御信号Ｓ１＿ｉに応じてオン状態とオフ状態が切りかえ可能であり、オン状態において発光素子１２＿ｉと並列なバイパス経路を形成するよう構成される。

異常検出回路６０＿１〜６０＿Ｎは、Ｎ個の発光素子に対応づけられる。ｉ番目の異常検出回路６０＿ｉは、対応するバイパス回路４０＿ｉ（すなわち対応する発光素子１２＿ｉ）の両端間の検出電圧Ｖｓｉにもとづいて異常を検出可能に構成される。

コントローラ５０は、通常の点灯制御期間において、Ｎ個のバイパス回路４０＿１〜４０＿Ｎを、Ｎ個の発光素子１２＿１〜１２＿Ｎそれぞれの点灯・消灯の指示にもとづいてオン、オフ制御する。より具体的にはコントローラ５０は、制御信号Ｓ１＿ｉを発光素子１２＿ｉの目標輝度に応じてパルス幅変調し、バイパス回路４０＿ｉをＰＷＭ周期でスイッチングすることにより、発光素子１２＿ｉを調光する。

異常検出回路６０＿ｉは、対応するバイパス回路４０＿ｉの両端間の検出電圧Ｖｓｉにもとづいて、異常の有無を判定可能に構成される。具体的には、検出電圧Ｖｓｉをオープン故障用のしきい値（上側しきい値電圧）Ｖ_ＴＨＨと比較することにより、オープン故障を検出する。

以上が駆動装置２０の全体構成である。続いて異常検出回路６０の構成を説明する。

図７は、第１の実施の形態に係る異常検出回路６０の基本構成を示す回路図である。図７には、ｉ番目の異常検出回路６０＿ｉのみが示されるが、Ｎ個の異常検出回路６０は同様に構成される。以下、説明に支障が無い限り、複数の異常検出回路６０を区別するための添え字は省略する。

異常検出回路６０は、オープン検出回路６２を備える。発光素子１２のカソードと接続される配線をカソードラインＬＫ、発光素子１２のアノードと接続されるラインをアノードラインＬＡと称する。ｉ番目のカソードラインＬＫは、（ｉ＋１）番目のアノードラインＬＡである。バイパス回路４０の第１端Ｅ１はカソードラインＬＫと接続され、その第２端Ｅ２はアノードラインＬＡと接続される。

オープン検出回路６２は、検出電圧Ｖｓを上側しきい値電圧Ｖ_ＴＨＨと比較し、検出電圧Ｖｓが上側しきい値電圧Ｖ_ＴＨＨを超えたか否かにもとづいて、オープン故障を検出する。

オープン検出回路６２は、キャパシタＣ１、充電回路６４、放電経路６６、出力段６８を備える。キャパシタＣ１の第１電極Ｅ１は、対応するバイパス回路４０の第１端Ｅ１とカソードラインＬＫを介して共通に接続される。放電経路６６は、検出電圧Ｖｓが上側しきい値電圧Ｖ_ＴＨＨに応じた第１しきい値Ｖ_ＴＨ１を超えたときに、検出電圧Ｖｓに応じた電圧によってキャパシタＣ１を充電する。

このオープン検出回路６２は、キャパシタＣ１の電荷の放電経路６６を有しており、放電経路６６の時定数が、ＰＷＭ周期よりも長く構成される。

たとえば充電回路６４は、キャパシタＣ１の第２電極Ｅ２とバイパス回路４０の第２端Ｅ２の間に設けられる。充電回路６４は、キャパシタＣ１から流れ出る第１方向には導通せず、かつ検出電圧Ｖｓが上側しきい値電圧Ｖ_ＴＨＨに応じた第１しきい値Ｖ_ＴＨ１を超えたときにはキャパシタＣ２に流れ込む第２方向に導通するよう構成される。

たとえば充電回路６４は、直列に接続されたツェナーダイオードＺＤ１および第１ダイオードＤ１を含む。第１ダイオードＤ１は、第１方向への逆流を防止するために設けられる。ツェナーダイオードＺＤ１と第１ダイオードＤ１は入れ替えてもよい。
この構成では、Ｖ_ＴＨ１≒Ｖｚ＋Ｖｆとなる。Ｖｚはツェナー電圧、Ｖｆはダイオードの順方向電圧である。そして、Ｖｓ＞Ｖ_ＴＨ１となると、充電回路６４が導通し、キャパシタＣ１が、検出電圧Ｖｓに応じた電圧Ｖｓ−（Ｖｚ＋Ｖｆ）で充電される。

出力段６８は、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ１を所定の第２しきい値と比較し、比較結果に応じてその出力状態が遷移する。具体的には出力段６８は、第１バイポーラトランジスタＱ１および第１抵抗Ｒ１を含み、第１バイポーラトランジスタＱ１のコレクタが出力となるオープンコレクタ形式となっている。キャパシタＣ１の電圧（キャパシタ電圧という）Ｖ_Ｃ１は、抵抗Ｒ１を介して第１バイポーラトランジスタＱ１のベースに入力される。第１バイポーラトランジスタＱ１は、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ１（＝Ｖｓ−（Ｖｚ＋Ｖｆ））が第２しきい値Ｖｂｅ（≒０．７Ｖ）を超えるとオンする。
このオープン検出回路６２のオープン故障用のしきい値Ｖ_ＴＨＨは以下の式で与えられ、比較結果がトランジスタＱ１のオン、オフ状態と対応づけられる。
Ｖ_ＴＨＨ＝Ｖｂｅ＋Ｖｚ＋Ｖｆ
第１バイポーラトランジスタＱ１のコレクタ電圧を信号Ｓ４とする。

第１抵抗Ｒ１および第１バイポーラトランジスタＱ１のベースエミッタが、キャパシタＣ１の電荷の放電経路６６を形成する。つまり放電経路６６の時定数は、第１抵抗Ｒ１の抵抗値および第１バイポーラトランジスタＱ１のトランジスタサイズに応じて設定される。

以上がオープン検出回路６２の構成である。異常検出回路６０は、第１バイポーラトランジスタＱ１のオン、オフに応じた異常検出信号Ｓ２を出力する。

続いて図７の異常検出回路６０の動作を説明する。図８（ａ）、（ｂ）は、図７の異常検出回路６０のオープン故障時の動作波形図である。図８（ａ）は、ソフトスイッチしない場合、図８（ｂ）はソフトスイッチした場合を示す。

図８（ａ）を参照する。時刻ｔ０より前は正常状態である。時刻ｔ０にオープン故障が発生する。時刻ｔ１にバイパス回路４０がオフすると、検出電圧Ｖｓがしきい値Ｖ_ＴＨＨを超える。このとき、検出電圧Ｖｓは、第１しきい値Ｖ_ＴＨ１を超えるため、充電回路６４が導通してキャパシタＣ１が充電される。

時刻ｔ２にバイパス回路４０がオンすると、検出電圧Ｖｓは０Ｖとなり、充電回路６４が遮断する。そうすると、キャパシタＣ１の電荷は、放電経路６６を介して放電され、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ１は時間とともに低下していく。このときの傾きは、放電経路６６の時定数に応じており、ＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭより長くなっている。言い換えれば、充電回路６４が導通してキャパシタＣ１が充電された後、最大でＰＷＭ周期Ｔ_ＰＷＭにわたる時間、放電経路６６による放電が行われたとしても、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ１がしきい値Ｖｂｅを下回らないように、時定数が定められている。

その結果、トランジスタＱ１のオンが持続し、オープン故障と判定することができる。

続いて図８（ｂ）を参照し、ソフトスイッチを行った場合を説明する。時刻ｔ１に検出電圧Ｖｓがしきい値Ｖ_ＴＨ１を超えると充電回路６４が導通してキャパシタ電圧Ｖ_Ｃ１が上昇し、第１バイポーラトランジスタＱ１がオンする。その後、ソフトスイッチの影響を受けずに、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ１はしきい値Ｖｂｅより高いレベルを維持し、第１バイポーラトランジスタＱ１はオンし続ける。

このように第１の実施の形態に係る異常検出回路６０によれば、ソフトスイッチを行った場合においても、オープン故障を検出できる。

続いて、図７の配線ＬＡもしくはＬＫが断線した場合のオープン故障検出について説明する。図９は、配線ＬＡが断線したときの異常検出回路６０の動作波形図である。制御信号Ｓ１および検出電圧Ｖｓの波形は図５（ｂ）のそれと同様である。

隣接するオフ時間のオーバーラップＴ_ＯＦＦの間、ｉ番目の異常検出回路６０において、検出電圧Ｖｓｉが正常電圧範囲に含まれることとなる。その結果、充電回路６４が遮断され、この間、キャパシタ電圧Ｖ_ｃ１ｉは低下する。しかしながらキャパシタ電圧Ｖ_Ｃ１ｉはしきい値Ｖｂｅを下回らないため、第１バイポーラトランジスタＱ１のオンが維持され、オープン故障を検出できる。

以上が異常検出回路６０の動作である。
この異常検出回路６０によれば、ソフトスイッチを行った場合でもオープン故障を確実に検出することができる。また、隣接する発光素子１２を異なるデューティ比で調光し、それらの点灯区間（バイパススイッチのオフ期間）がオーバーラップした場合であっても、アノード配線、カソード配線の断線故障を確実に検出できる。

言い換えればオープン故障が生じているときに、ＰＷＭ調光の周期内で検出電圧Ｖｓが正常電圧範囲に戻る事象が生じた場合であっても、オープン故障を確実に検出できる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、オープン故障検出のみを検出する異常検出回路６０について説明した。第２の実施の形態では、オープン故障に加えてショート故障も検出可能な異常検出回路６０を説明する。

図１０は、第２の実施の形態に係る異常検出回路６０の回路図である。
この異常検出回路６０は、検出電圧Ｖｓを上側しきい値Ｖ_ＴＨＨより低く設定されたショート故障用のしきい値（下側しきい値電圧）Ｖ_ＴＨＬと比較することにより、ショート故障を検出する。異常検出回路６０＿ｉは、ショート故障またはオープン故障が生じた異常状態と判定すると、異常検出信号Ｓ２＿ｉをアサート（たとえはハイレベル）する。異常検出回路６０は、オープン検出回路６２に加えてショート検出回路７０を備える。

ショート検出回路７０は、検出電圧Ｖｓがショート故障のしきい値Ｖ_ＴＨＬを下回ったか否かを判定する。たとえばショート検出回路７０は、第２バイポーラトランジスタＱ２、第２抵抗Ｒ２〜第４抵抗Ｒ４を含む。

第２バイポーラトランジスタＱ２のエミッタは、第４抵抗Ｒ４を介して発光素子１２のカソードと接続される。第２抵抗Ｒ２および第３抵抗Ｒ３は、検出電圧Ｖｓを分圧し、第２バイポーラトランジスタＱ２のベースに供給する。抵抗Ｒ２、Ｒ３の抵抗値は、以下の式を満たすように定められる。
Ｖ_ＴＨＬ×Ｒ３／（Ｒ２×Ｒ３）＝Ｖｂｅ
Ｖｂｅはバイポーラトランジスタのベースエミッタ間のしきい値電圧であり、たとえば０．７Ｖ付近の所定値を有する。

これにより、Ｖｓ＞Ｖ_ＴＨＬのとき、第２バイポーラトランジスタＱ２のベース電圧Ｖｂ_２はしきい値Ｖｂｅより高くなりオンする。反対にＶｓ＜Ｖ_ＴＨＬのときには、Ｖｂ_２＜Ｖｂｅとなり、第２バイポーラトランジスタＱ２がオフする。この構成により、ＶｓとＶ_ＴＨＬが比較可能となる。

オープン検出回路６２の第１バイポーラトランジスタＱ１のコレクタは、第２バイポーラトランジスタＱ２のベースと接続される。
Ｖｓ＞Ｖ_ＴＨＨとなり第１バイポーラトランジスタＱ１がオンすると、第２バイポーラトランジスタＱ２のベースがプルダウンされ、第２バイポーラトランジスタＱ２がオフとなる。つまり、第２バイポーラトランジスタＱ２は、Ｖ_ＴＨＬ＜Ｖｓ＜Ｖ_ＴＨＨの正常状態においてオン、Ｖｓ＜Ｖ_ＴＨＬまたは、Ｖｓ＞Ｖ_ＴＨＨの異常状態においてオフとなる。

かくして第２バイポーラトランジスタＱ２のオン、オフが、異常検出回路６０による判定結果と対応づけられる。

異常検出回路６０は、その出力である異常検出信号Ｓ２をフィルタリングするフィルタ回路８０をさらに備えてもよい。フィルタ回路８０は、異常検出信号Ｓ２を、正常を示すレベル（ローレベル）には相対的に高速に遷移せしめ、異常を示すレベル（ハイレベル）には相対的に低速で遷移せしめる。たとえばフィルタ回路８０は、キャパシタＣ２、ダイオードＤ１１、Ｄ１２、抵抗Ｒ５を含む。キャパシタＣ２の一端はカソードラインＬＫと接続され、その他端は抵抗Ｒ５によりハイレベル電圧Ｖｃｃにプルアップされる。またキャパシタＣ２の他端は、ダイオードＤ１１を介して第２バイポーラトランジスタＱ２のコレクタと接続される。

検出電圧Ｖｓが正常電圧範囲に含まれるとき第２バイポーラトランジスタＱ２はオンする。したがってダイオードＤ１１および第２バイポーラトランジスタＱ２、抵抗Ｒ４を介してキャパシタＣ２が放電され、異常検出信号Ｓ２はローレベルに遷移する。この放電経路のインピーダンスを小さくすることで、異常検出信号Ｓ２を、正常を示すレベル（ローレベル）に相対的に高速に遷移させることができる。

検出電圧Ｖｓが正常電圧範囲から逸脱すると、第２バイポーラトランジスタＱ２はオフする。したがってキャパシタＣ２は、抵抗Ｒ５によりハイレベル電圧Ｖｃｃにプルアップされ、キャパシタ電圧Ｖ_Ｃ２が上昇する。上昇速度は、抵抗Ｒ５のインピーダンスに依存するため、抵抗Ｒ５のインピーダンスを大きくすることで、異常検出信号Ｓ２を、異常を示すレベル（ハイレベル）に相対的に低速に遷移させることができる。

フィルタ回路８０を設けることで、異常検出を安定化することができる。

続いて、実施の形態に係る異常検出回路６０を用いた駆動装置２０の好ましい構成を説明する。

図１１は、異常検出回路６０を備える駆動装置２０の回路図である。
バイパス回路４０は、発光素子１２と並列に設けられたバイパストランジスタＭ１と、第２ダイオードＤ２を含む。第２ダイオードＤ２のカソードはバイパストランジスタＭ１の制御端子（ゲート）と接続され、第２ダイオードＤ２のアノードは、ツェナーダイオードＺＤ１のアノードと接続される。

この構成では、ツェナーダイオードＺＤ１、第２ダイオードＤ２、バイパストランジスタＭ１のゲートソース間のダイオードが、クランプ回路として作用する。つまりオープン故障が生じた際に、検出電圧Ｖｓを、Ｖｚ＋Ｖｆ＋Ｖｔｈを超えないようにクランプすることができ、回路の信頼性を高めることができる。Ｖｔｈは、ＭＯＳＦＥＴのゲートソース間のしきい値電圧である。

最後に、車両用灯具１の用途を説明する。図１２は、図６の車両用灯具１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１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１２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１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１は、指示された領域に対応する光源１０（発光素子１２）を点灯させる。

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。

（第１変形例）
図１３は、第１変形例に係る異常検出回路６０の回路図である。この変形例において第１バイポーラトランジスタＱ１は、ＭＯＳＦＥＴに置換されている。そして第１バイポーラトランジスタＱ１のベースエミッタを利用した放電経路に代えて、キャパシタＣ１と並列に接続された抵抗Ｒ６が放電経路６６を形成する。時定数は、抵抗Ｒ６の抵抗値に応じて調節される。

（第２変形例）
図１４は、第２変形例に係る異常検出回路６０の回路図である。この変形例では、オープン検出回路６２の第１バイポーラトランジスタＱ１のコレクタが、ショート検出回路７０の第３バイポーラトランジスタＱ３のコレクタと接続される。第３バイポーラトランジスタＱ３のベースには、第２バイポーラトランジスタＱ２のコレクタが接続される。異常検出信号Ｓ２は、検出電圧Ｖｓが正常電圧範囲に含まれるときハイインピーダンスとなり、正常電圧範囲から逸脱するとローレベルとなる。

（第３変形例）
充電回路６４の構成は上述のそれには限定されず、当業者によれば、同等の機能を有するさまざまな変形例が存在しうることが理解される。図１５（ａ）、（ｂ）は、充電回路６４の変形例の回路図である。図１５（ａ）の充電回路６４は、ツェナーダイオードＺＤ１に代えて、あるいはそれに加えて、スタックされた複数のダイオードＤ３を含む。この構成では、ダイオードＤ３の段数に応じてしきい値Ｖ_ＴＨ１を調節できる。図１５（ｂ）の充電回路６４は、スイッチＳＷ１と比較手段６５を含む。比較手段６５は、検出電圧Ｖｓをしきい値Ｖ_ＴＨ１と比較し、Ｖｓ＞Ｖ_ＴＨ１のときスイッチＳＷ１を導通させる。

（第４変形例）
光源１０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。

（第５変形例）
図１２のランプユニット５００では、ハイビームユニット５０４に図３の車両用灯具１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１を用いてもよい。

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。

１…車両用灯具、２…電池、４…スイッチ、６…プロセッサ、１０…光源、１２…発光素子、２０…駆動装置、３０…電流源、４０…バイパス回路、４２…ゲート駆動回路、５０…コントローラ、６０…異常検出回路、６２…オープン検出回路、６４…充電回路、Ｃ１…キャパシタ、６６…放電経路、６８…出力段、Ｑ１…第１バイポーラトランジスタ、Ｒ１…第１抵抗、７０…ショート検出回路、Ｑ２…第２バイポーラトランジスタ、Ｒ２…第２抵抗、Ｒ３…第３抵抗、Ｒ４…第４抵抗、８０…フィルタ回路、５００…ランプユニット、５０２…カバー、５０４…ハイビームユニット、５０６…ロービームユニット、５０８…筐体。

Claims (7)

1. 直列接続された複数の発光素子を含む光源とともに使用され、車両用灯具を構成する駆動装置であって、
   前記光源に駆動電流を供給する電流源と、
   前記複数の発光素子のうちＮ個（Ｎは自然数）の発光素子に対応づけられ、それぞれが対応する発光素子と並列に設けられ、所定の周期でスイッチングすることにより、対応する発光素子を調光可能に構成されたＮ個のバイパス回路と、
   前記Ｎ個の発光素子に対応づけられ、それぞれが対応するバイパス回路の両端間の検出電圧にもとづいて異常を検出可能に構成されたＮ個の異常検出回路と、
   を備え、
   前記異常検出回路は、対応する前記検出電圧がオープン故障のしきい値を超えたか否かを判定するオープン検出回路を含み、
   前記オープン検出回路は、
   キャパシタと、
   対応する前記検出電圧が前記オープン故障のしきい値に応じた第１しきい値を超えたときに、前記検出電圧に応じた電圧によって前記キャパシタを充電する充電回路と、
   を含み、前記キャパシタの電荷の放電経路の時定数が、前記所定の周期よりも長く構成されることを特徴とする駆動装置。
2. 前記キャパシタの第１電極は、対応するバイパス回路の第１端と共通に接続され、
   前記充電回路は、前記キャパシタの第２電極と対応するバイパス回路の第２端の間に設けられており、前記キャパシタから流れ出る第１方向には導通せず、かつ対応する検出電圧が前記第１しきい値を超えたときに、前記キャパシタに流れ込む第２方向に導通するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記充電回路は、前記キャパシタの第２電極と対応するバイパス回路の第２端の間に直列に設けられたツェナーダイオードおよび第１ダイオードを含むことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記異常検出回路は、前記キャパシタの電圧を所定の第２しきい値と比較し、比較結果に応じて出力状態が遷移する出力段をさらに含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の駆動装置。
5. 前記出力段は、
   バイポーラトランジスタと、
   前記バイポーラトランジスタのベースと前記キャパシタの第１電極の間に設けられた第１抵抗と、
   を含み、
   前記第１抵抗および前記バイポーラトランジスタのベースエミッタが、前記放電経路を形成し、前記バイポーラトランジスタのオン、オフが、前記比較結果に対応づけられることを特徴とする請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記充電回路において、前記ツェナーダイオードが前記バイパス回路の前記第２端に近い側に配置されており、
   前記バイパス回路は、
   対応する発光素子と並列に設けられたバイパストランジスタと、
   前記バイパストランジスタの制御端子と接続されたカソードと、前記ツェナーダイオードのアノードと接続されたアノードと、を有する第２ダイオードと、
   を含むことを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
7. 直列に接続された複数の発光素子を含む光源と、
   前記光源を駆動する請求項１から６のいずれかに記載の駆動装置と、
   を備えることを特徴とする車両用灯具。

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