JP4773599B2

JP4773599B2 - 電圧調整装置

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Publication number: JP4773599B2
Application number: JP2000082477A
Authority: JP
Inventors: ルルヴジョエル; シャルルジャン・ポール; アルブーピエール
Original assignee: Valeo Vision SAS
Current assignee: Valeo Vision SAS
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-23
Also published as: EP1039785B1; JP2000284837A; DE60004591D1; DE60004591T2; US6204652B1; FR2791443B1; ES2204462T3; FR2791443A1; EP1039785A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車に取り付けられた電子機器等に電圧を印加する電圧調整装置に関する。本発明は、白熱ランプ、発光ダイオード、または供給電圧の変動に影響されやすい電子機器を含む、照灯装置のための電圧発生装置に適用しうるものであるが、これらに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
照灯装置には、自動車に搭載された電力源、通常はバッテリから電力が供給される。従来、自動車のバッテリは、一般に１２ボルトの基準電圧を供給している。通常、バッテリからの電力が供給される電子機器は、過電圧となる。過電圧は短時間だけ発生し、過電圧の時間間隔が短くならない限り、照灯装置の動作を妨害することはない。
【０００３】
しかし、電源系統における過電圧は、容量性要素の放電のために、または交流調整器が不完全なために、長引くことがある。照灯装置の端子に、付加的な電圧調整手段を直接用いないと、その動作が不具合になることがある。
【０００４】
ヘッドライトの場合、この長引く過電圧は、通常、１８ボルトにまでなり、これにより、照射される光度が高まる。これは、光度規制に違反し、対向車線を走行するドライバーを幻惑し、危険な状態を招くこととなる。
【０００５】
製造業者は、電気式パワーステアリング、電気式サスペンション装置等の、自動車に取り付けられた電子機器の増加による電圧消費を補償するために、自動車内の供給電力を増加させている。そのため、過電圧は自然に発生してしまう。このような状況において、ヘッドライトでは、上述したように、高光度の光を照射して、対向車線のドライバーを幻惑させたり、ヘッドライト内にあるランプのフィラメントの可使用時間を短くしたりする。
【０００６】
上述した問題を解決するために、取り付けられた電子機器による消費電力に対応して、自動車のバッテリからの基準供給電圧を増加させる必要がある。そのため、一部の自動車では、例えば２４ボルト、または４２ボルトのバッテリが用いられている。
【０００７】
照灯装置の端子に供給されるこの電圧は、通常の基準電圧、つまり１２ボルトとは異なるので、電圧調整手段を備えていない照灯装置では、用いられていなかった。
【０００８】
ヘッドライトに用いられる白熱ランプは、自動車のバッテリ電圧、例えば２４ボルトや４２ボルトの供給電圧に対応することができるようになっている。しかし、フィラメントの設計及び製造の制限（光を発生し、かつ供給電圧で破損しないような強度を有する、かなり細い二重コイルを備える必要がある）により、白熱ランプは、高価で脆いものとなってしまう。また、このような白熱ランプのフィラメントは、いわゆる「自由表面」リフレクタに必要な光度の光を発生できない。
【０００９】
他の解決策は、照灯装置用の第２の電源を用いたり、電圧降圧器を介して、自動車のバッテリに接続された、照灯のための特別な電気的系統を用いたりすることである。
【００１０】
しかし、これらの解決策は、複雑で面倒であり、かつ、配線が長くなり、コスト高となる。そのため、製造業者は、このような解決策を極力避けるようにしていた。
【００１１】
継続的、または永久的な過電圧や、自動車のバッテリにより供給される基準電圧の増加に関連する、上述した欠点に対する解決策の１つは、ヘッドライトの各ランプや方向指示器を、電圧調整装置に接続することである。この電圧調整装置は、まず、自動車の定格電圧よりも高い電圧を供給する場合、電圧を、ヘッドライトや方向指示器の定格電圧または基準電圧に降下させ、次に、電圧を調整し、ランプで発生する電圧の変動を最小とするようになっている。
【００１２】
このような電圧調整装置は、ヴァレオビジョン(Valeo Vision)社出願のフランス国特許第2707021号明細書に記載されている。その電圧調整装置では、電子回路は、照灯機器のランプに、周期的な矩形パルスのバッテリ電圧を印加している。また、供給電圧のパルス周期の平均電圧値は、白熱ランプの基準電圧に対応する所定の定格電圧値に調整されるようになっている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、改善された電圧調整装置を提供することにある。この電圧調整装置では、負荷、特に白熱ランプに流れる電流が一定で、その可使用時間を長くできるようになっている。
【００１４】
本発明の他の目的は、安価で簡単な構成の開閉要素及び電圧調整段を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、矩形波の制御信号を発生し、そのデューティ比を、印加された電源電圧が、閾値電圧よりも高い時に、電源電圧の値によって変化させる発振回路と、前記制御信号により制御され、電源電圧に対して、負荷と並列接続された開閉器とを備え、変動する電源電圧が一方向で印加され、負荷に対する基準供給電圧を調整する電圧調整装置において、負荷と直列接続されたコイルと、一方向に導通し、直列接続された負荷とコイルとに並列接続された素子とを、さらに備えていることを特徴とする電圧調整装置が提供される。
【００１６】
一方向に導通する素子は、第２の開閉器であるのが好ましい。
【００１７】
２つの開閉器には、同じ制御信号が供給され、ＮチャンネルとＰチャンネルのＣＭＯＳトランジスタからなるのが好ましい。また、２つの開閉器は、供給電圧と直列接続されるのが好ましい。
【００１８】
本発明の第２の態様によれば、関連する負荷に対する供給電圧を調整する、前記第１の態様に記載の電圧調整装置を少なくとも含む、自動車に取り付けられた負荷に対する電圧を発生する電圧発生装置が提供される。
【００１９】
この電圧発生装置は、各電圧調整装置に対する供給電圧を選択的に制御する制御モジュールを、さらに含むのが好ましい。
【００２０】
この電圧発生装置は、動作信号または非動作信号で、電圧調整装置を調整することにより、各負荷に対する供給電圧を選択的に制御する制御モジュールを、さらに含んでいるのが好ましい。
【００２１】
制御モジュールは、バスで送られてきた信号を、動作状態または非動作信号にデコードするデコーダからなるのが好ましい。
【００２２】
デコーダ及び電圧調整装置を、１つの電子ユニット内に設けるのが好ましい。
【００２３】
本発明の他の特徴は、次に非限定的な実施例及び図面を用いて行う説明により、明らかになると思う。
【実施態様】
図１は、一定電圧Ｖ０及びＶ１（Ｖ１＞Ｖ０）の電源電圧Ｖｓが供給される電圧調整装置（１０）の回路図である。電圧調整装置（１０）には、導線（１０１）（１０２）を介して、電源電圧Ｖｓが供給されているとともに、導線（１０３）（１０４）を介して、負荷、例えば自動車のヘッドライトや信号燈の白熱ランプ（２０）が接続されている。
【００２４】
一定電圧Ｖ０及びＶ１は、自動車の電源電圧、例えばバッテリの端子から供給される。その場合、一定電圧Ｖ０は接地電位であり、通常、バッテリから供給される電源電圧Ｖｓは、１２ボルトである。また、電源電圧Ｖｓは、自動車が多くの電子機器を有する場合には、供給電流や導線の煩雑さを低減させるために、２４ボルトや４２ボルトの場合もある。
【００２５】
電圧調整装置（１０）は、各導線（１０５）（１０６）を介して、一定電圧Ｖ０及びＶ１が供給される制御モジュール（１１０）を備えている。制御モジュール（１１０）には、一定電圧Ｖ０を基準として、基準電圧Ｖｒ＝Ｖ２ーＶ０をなす供給電圧Ｖ２が供給される。制御モジュール（１１０）は、出力端子（１１１）から制御信号Ｃを出力する。
【００２６】
制御モジュール（１１０）は、比較回路と、次の原理によって動作する発振回路とを備えている。
【００２７】
電源電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒ以下の場合、制御モジュール（１１０）は、電源電圧Ｖｓの電圧値に近い固定電圧、つまり高レベルの制御信号Ｃを出力する。電源電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒよりも高い場合、制御モジュール（１１０）は、図３ａに示すように、一定周期Ｔ＝（Ｔ０＋Ｔ１）で、方形波（矩形波）の制御信号Ｃを出力端子（１１１）から出力する。
【００２８】
１周期Ｔは、制御信号Ｃが電源電圧Ｖｓ（つまり高レベル）である期間Ｔ１と、０ボルト（つまり低レベル）である期間Ｔ０とからなっている。
【００２９】
制御信号Ｃのデューティ比Ｔ０／Ｔ１は、電源電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒ以上の時には、０である。その場合、制御信号Ｃは、高レベルである。また、電源電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒよりも高い時には、デューティ比Ｔ０／Ｔ１は、図２に示すように、（Ｖｓ／Ｖｒ）^ー ¹である。制御モジュール（１１０）の詳細な動作に関しては、ヴァレオビジョン社出願のフランス国特許第2707021号を参照されたい。
【００３０】
図１を参照すると、制御信号Ｃは、一方がＮチャンネルで、他方がＰチャンネルであり、一定電圧Ｖ０及びＶ１と直列接続された２つのＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）（Ｑ２）のゲートに供給される。電界効果トランジスタである、２つのＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）（Ｑ２）のドレインは、コイル（２５）の一端に接続されている。白熱ランプ（２０）は、導線（１０３）を介して、一定電圧Ｖ１と、導線（１０４）を介してコイル（２５）の他端との間に接続されている。
【００３１】
電源電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒ以上の場合、制御信号Ｃの電圧レベルは高レベルであり、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）はオンし、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ２）はオフする。また、電圧調整装置（１０）は、図１ａに示すような回路と等価となる。
【００３２】
この等価回路では、白熱ランプ（２０）、コイル（２５）、及び閾値電圧値を有するＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）（ダイオードとして示してある）が直列接続されている。電源電圧Ｖｓは一定なので、コイル（２５）のインピーダンスは低く、白熱ランプ（２０）には、電源電圧Ｖｓと概ね等しい電圧が印加される。
【００３３】
また、電源電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒよりも高い場合、制御モジュール（１１０）から２つのＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）（Ｑ２）のゲートに印加される制御信号Ｃのパルスにより、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）（Ｑ２）は、交互に、かつ周期的にオンオフする。図３ａに示す動作周期は、次の２つのステップを有している。
【００３４】
期間Ｔ１（制御信号Ｃは高レベル）では、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）がオンし、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ２）がオフする。電圧調整装置（１０）は、期間Ｔ１において、図１ａに示す等価回路となり、白熱ランプ（２０）の電圧Ｖ_Lは、非線形に増加し、コイル（２５）のインピーダンスは低下する。
【００３５】
制御信号Ｃが低レベル（期間Ｔ０）になると、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ２）がオンし、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）がオフする。この時には、電圧調整装置（１０）は、図１ｂに示す回路と等価となる。この等価回路では、白熱ランプ（２０）、コイル（２５）、及びＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ２）（一方向に導通するダイオードと同じように動作するので、ダイオードで示してある）は、電流が殆んど流れない「フリーホイール」型の閉ループで、直列接続されている。白熱ランプ（２０）の電圧Ｖ_Lは、図３ｂに示すように、初期電圧値に戻るまで、非線形で降下する。
【００３６】
制御モジュール（１１０）により発生される制御信号Ｃのパルスの期間は、上述したように、電源電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒよりも高い時に、制御信号Ｃのデューティ比Ｔ０／Ｔ１が、概ね（Ｖｓ／Ｖｒ）^ー ¹となるように制御されている。
【００３７】
電源電圧Ｖｓが増加すると、制御モジュール（１１０）から供給される、高レベルの電圧パルスの期間は短くなり（つまり、期間Ｔ０が長くなり、期間Ｔ１が短くなる）、白熱ランプ（２０）の電圧の平均電圧は、基準電圧Ｖｒと概ね等しいままとなる。
【００３８】
図３ｂに示す負荷電圧Ｖ_Lは、図３ａに示したものとは異なっている。図３ｂは、電源電圧Ｖｓが減少し、かつ、基準電圧Ｖｒよりも高いままとなっている時の、電圧調整装置の動作を示す図である。図３ｂでは、期間Ｔ０及びＴ１は、概ね同じ期間となっている。
【００３９】
従って、白熱ランプ（２０）の電圧は、例えば半周期にわたって増加し、次の半周期で減少する。期間Ｔ１と供給電圧Ｖｓとの積Ｔ１・Ｖｓを、期間Ｔと基準電圧Ｖｒとの積Ｔ・Ｖｒと概ね等しく保つように、電源電圧Ｖｓが低下しても期間Ｔ１が増加するので、白熱ランプ（２０）の電圧Ｖｒの平均電圧値は、図３ａに示す負荷電圧Ｖ_Lとなる。
【００４０】
電源電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒよりも高くなると、白熱ランプ（２０）の電圧は、基準電圧Ｖｒの平均電圧値に近い値となる。この電圧値は、白熱ランプ（２０）に供給される基準供給電圧に基づいて調節される。電源電圧Ｖｓの値の関数として、白熱ランプ（２０）の平均電圧の変化を、図４に示す。
【００４１】
対向車線のドライバーの視界に、白熱ランプ（２０）を備えるヘッドライトが入った時に、白熱ランプ（２０）の光度変化を気付かせないようにするために、制御モジュール（１１０）からの制御信号Ｃの周期Ｔ＝Ｔ０＋Ｔ１は、網膜の残光の期間よりも短い値、例えば、0.03秒に調節されている。
【００４２】
また、コイル（２５）を設けることにより、電圧調整装置は、白熱ランプ（２０）の電圧変化を緩やかにでき、これにより、白熱ランプ（２０）で発生された光度を一定とすることができる。コイル（２５）は、ヘッドライトの動作中に、電圧を遅延しすぎないように徐々に増加させる値となっている。
【００４３】
電圧調整装置の変形例（図示しない）では、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ２）を、直列接続の白熱ランプ及びコイルに並列接続され、ＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）のドレインから電圧Ｖ１に電流を流すダイオードと置換することができる。
【００４４】
その場合、電圧調整装置の通常の動作は、図１に示したものと同じであるが、最終的な出力は、ダイオードの消費電力、つまり0.3Ｖ〜0.7Ｖの閾値電圧だけ低下する。なお、ＣＭＯＳトランジスタでは、閾値電圧は0.1Ｖである。
【００４５】
図５は、自動車の４つの負荷と１つの光電素子とを有するハウジング（５０）に含まれる電圧発生装置（Ｓ）のブロック図である。これらの負荷は、近距離用ヘッドライト、遠距離用ヘッドライト、フォグランプ、及び方向指示ランプの白熱ランプ（２６）（２７）（２８）（２９）からなっている。３つの白熱ランプ（２７）（２８）（２９）は、１２ボルトの電圧で動作する一般的なものである。
【００４６】
また、ハウジング（５０）は、多重デジタル制御信号を、公知のように伝送するバス（Ｂ）に接続されたデコーダ（Ｄ）を備えている。負荷に制御信号を伝送するために、このようなバスを、自動車の電子機器に近い場所に設けることにより、いろいろな種類の、精密な電子機器を使用できるようになる。
【００４７】
また、バス（Ｂ）は、自動車の電力供給源、例えば４２ボルトのバッテリの端子に接続されている。４２ボルトの電圧が供給される、図１に示したような電圧調整装置には、白熱ランプ（２７）（２８）（２９）が接続されている。白熱ランプ（２６）は、４２ボルトの電圧が直接供給される安定抵抗（２６０）に接続されている。ランプ（２７）（２８）（２９）は、各電圧調整装置（１７）（１８）（１９）の出力端子に接続されている。これらの電圧調整装置は、通常値が13.2Ｖまたは13.5Ｖの基準電圧である平均電圧を供給する。
【００４８】
電圧調整装置（１７）（１８）（１９）及び安定抵抗（２６０）は、例えばダイオード（３００）からなる保護回路（３０）を介して、４２ボルトの供給電圧が供給される導線（４０）と直列接続されている。
【００４９】
安定抵抗（２６０）及び調整回路（１７）（１８）（１９）は、供給電圧を制御するデコーダ（Ｄ）に接続されており、ドライバーは、バス（Ｂ）に送出するデジタル信号を制御することにより、ヘッドライトの４つの負荷の動作を制御できるようになっている。
【００５０】
このような構成により、電圧調整装置のＣＭＯＳトランジスタ（Ｑ１）（Ｑ２）は、ランプをオンオフするスイッチとして用いられ、他の制御用開閉要素を用いる必要がなくなる。また、デコーダ（Ｄ）から出力される各制御信号は、電圧調整装置（１７）（１８）（１９）に供給され、単純な組合せ論理に入力される。電圧調整装置（１７）（１８）（１９）は、選択的に制御信号を出力できるようになっている。
【００５１】
また、本実施例において、電圧調整装置（１７）（１８）（１９）は、通常、自動車の電子装置内に組み込まれているフィルタ手段や保護手段を備えている。改善された実施例では、電圧調整装置は、ランプの状態を監視する診断手段も備えている。
【００５２】
電圧調整装置（１７）（１８）（１９）の上流側に設けられ、電圧を低下させる保護回路（３０）により、上流側を流れる電流は、ダイオード（３００）を通過して、下流側に流れる電流よりも、概ね少ないものとなる。そのため、電圧調整装置の全体的な出力は改善され、かつ、ダイオードで消費される電力は、ジュール効果により低下する。
【００５３】
また、デコーダ（Ｄ）、電圧調整装置（１７）（１８）（１９）及びそれらに関連する補助的な回路（つまり、保護回路、フィルタ回路、診断回路等）を、１つの電子ユニットにグループ化することができる。その電子ユニットには、バッテリの電源及びバス（Ｂ）からの信号が供給され、かつ、電圧制御される電気的負荷と同数の出力端子を有するものである。
【００５４】
この電圧発生装置により、主電源から、変動が少ない供給電圧を必要とするランプやその他の電気的負荷に、定格電圧よりも高い電圧が印加されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気的負荷に印加する電圧を調整するための、本発明による電圧調整装置のブロック図であり、ａ及びｂは、周期的に動作する、電圧調整装置の等価回路である。
【図２】電源電圧と負荷の定格電圧との比率によって、負荷の電圧変化を示したグラフである。
【図３】ａ及びｂは、電圧調整装置により発生される制御信号と、負荷の電圧を示すグラフである。
【図４】入出力電圧の関係を示すグラフである。
【図５】本発明による電圧調整装置を、複数の光源を有する自動車のヘッドライトに用いた、電圧発生装置のブロック図である。
【符号の説明】
10 電圧調整装置
17、18、19 電圧調整装置
20 白熱ランプ
25 コイル
26、27、28、29 白熱ランプ
30 保護回路
50 ハウジング
101、102、103、104、105、106 導線
110 制御モジュール
111 出力端子
260 安定抵抗

Claims

公称電圧を有する負荷（２０）に供給される電圧を調整する電圧調整装置（１０）であって、前記電圧調整装置（１０）は、変動する単一方向電圧（Ｖｓ）の電源に接続され、前記電圧調整装置（１０）は、
矩形波の制御信号（Ｃ）を発生し、そのデューティ比（Ｔ０／Ｔ１）を、印加された電源電圧（Ｖｓ）が、閾値電圧（Ｖｒ）よりも高い時に、電源電圧（Ｖｓ）の値によって変化させる発振回路（１１０）と、
前記制御信号（Ｃ）により制御され、電源電圧（Ｖｓ）に対して、負荷（２０）と直列接続された第１の開閉器（Ｑ１）と
を備え、
前記電圧調整装置はさらに、負荷（２０）と直列接続されたコイル（２５）と、一方向に導通し、直列接続された負荷（２０）とコイル（２５）とに並列接続された素子（Ｑ２）とを備え、
前記素子（Ｑ２）は第２の開閉器であり、
前記第１の開閉器（Ｑ１）と前記第２の開閉器（Ｑ２）とに、同じ制御信号（Ｃ）を供給するようにしたことを特徴とする電圧調整装置。
前記第１の開閉器（Ｑ１）はＮチャンネルの、前記第２の開閉器（Ｑ２）はＰチャンネルの、それぞれＣＭＯＳトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の電圧調整装置。
前記第１の開閉器（Ｑ１）と前記第２の開閉器（Ｑ２）とが、電源電圧（Ｖｓ）に直列接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電圧調整装置。
公称電圧を有する負荷に供給される電圧を調整する電圧調整用の装置であって、前記装置は、変動する単一方向電圧の電源に接続され、
前記装置は、
矩形の制御信号を発生し、そのデューティ比を、前記単一方向電圧が所与の閾値を超えれば、前記単一方向電圧の値によって変化させる、発振器と、
前記発振器に接続されて前記制御信号により制御され、前記単一方向電圧の電源の両端子の間に、前記負荷と直列に接続された、第１の開閉制御器と
を備え、
前記装置はさらに、前記負荷と直列に接続されたインダクタンスと、前記直列接続された前記負荷と前記インダクタンスとに並列に接続された第２の開閉制御器とを備え、
前記発振器は、前記第１の開閉制御器及び第２の開閉制御器に接続され、共通の制御信号を前記第１の開閉制御器及び第２の開閉制御器に供給することを特徴とする装置。