半導體光源控制裝置制造方法【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半導體光源控制裝置，其能夠?qū)崿F(xiàn)半導體光源的亮度可設(shè)定范圍較寬的PWM減光，其使得半導體光源的亮度變化更加平滑。本發(fā)明的半導體光源控制裝置（100）具有：生成流經(jīng)LED（40）的驅(qū)動電流（ILED）的開關(guān)調(diào)節(jié)器（104），和控制開關(guān)調(diào)節(jié)器（104）以使得驅(qū)動電流（ILED）的大小趨近目標值的驅(qū)動控制部（102）。通過在對驅(qū)動電流（ILED）的大小進行控制以使其接近目標值的第一狀態(tài)，和驅(qū)動電流（ILED）小于第一狀態(tài)的第二狀態(tài)之間反復切換，來調(diào)節(jié)LED（40）的亮度。在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間反復切換時的占空比以及驅(qū)動控制部（102）的目標值這兩者均根據(jù)LED（40）的亮度的設(shè)定值而變化。目標值或占空比中的任一方被設(shè)定為使得另一方與LED（40）的亮度的設(shè)定值呈一對一的關(guān)系。【專利說明】半導體光源控制裝置【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種用于對LED(LightEmittingDiode:發(fā)光二極管)等半導體光源進行控制的半導體光源控制裝置?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]近年來，在前照燈等車輛用燈具上，采用壽命更長、耗電更低的LED以取代傳統(tǒng)的具有燈絲的鹵素燈。由于LED的發(fā)光強度，即亮度極大依賴于流經(jīng)LED的電流的大小，因此，在將LED用作光源時，需要一個用于對流經(jīng)LED的電流進行調(diào)節(jié)的點燈電路。這樣的點燈電路通常具有誤差放大器，對流經(jīng)LED的電流進行反饋控制，使電流恒定。[0003]例如，前照燈存在遠光狀態(tài)和近光狀態(tài)兩種狀態(tài)，且為了易于符合規(guī)格，也希望LED的亮度可調(diào)。作為改變LED的亮度的一個方法，已知有使電流導通/斷開，以改變其占空比的PWM(PulseWidthModulation:脈寬調(diào)制)減光法。[0004]本申請人:在專利文獻I中提出了采用PWM減光的點燈控制裝置。[0005]通常的PWM減光法中，是基于導通/斷開電流的開關(guān)元件的響應速度來限制可實現(xiàn)的調(diào)光率的下限。作為其措施，提出了基于不同于對開關(guān)元件進行PWM驅(qū)動的控制信號的其它控制信號，改變流向LED的電流的目標值來進行調(diào)光的方法(例如，參照專利文獻2)。[0006]在先技術(shù)文獻[0007]專利文獻[0008]專利文獻1:日本特開2010-170704號公報[0009]專利文獻2:日本特開2005-332586號公報【
發(fā)明內(nèi)容】[0010]發(fā)明要解決的課題[0011]但是，在專利文獻2所記載的方法中，作為提供給光源的電流，使用兩個不同的值:在相對亮度較高時，使用較大的電流值；在相對亮度較低時，使用較小的電流值。此時，由于電流的設(shè)定值為兩個值，因此，電流切換時的電流變化值將變得較大。一旦相對亮度逐漸變化從而通過電流的切換點，此時，電流峰值將發(fā)生較大變動，LED的發(fā)光性能也將產(chǎn)生較大波動。[0012]本發(fā)明即是鑒于上述情況而做出，其目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)半導體光源的亮度可設(shè)定范圍較寬的PWM減光，且使得半導體光源的亮度隨之更平滑地變化的半導體光源控制裝置。[0013]解決課題的手段[0014]本發(fā)明的一個實施方式涉及一種半導體光源控制裝置。該半導體光源控制裝置具有:生成流經(jīng)半導體光源的驅(qū)動電流的調(diào)節(jié)器(regulator)和控制調(diào)節(jié)器以使得驅(qū)動電流的大小趨近目標值的驅(qū)動控制部。通過反復切換如下的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)來調(diào)節(jié)半導體光源的亮度，其中，第一狀態(tài)是對流經(jīng)半導體光源的驅(qū)動電流的大小進行控制以使其接近目標值的狀態(tài)，第二狀態(tài)是驅(qū)動電流小于第一狀態(tài)的狀態(tài)。在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間反復切換時的占空比以及驅(qū)動控制部的目標值這兩者均根據(jù)半導體光源的亮度的設(shè)定值而變化。目標值或占空比中的任一方被設(shè)定為使得另一方與半導體光源的亮度的設(shè)定值呈一對一的關(guān)系。[0015]根據(jù)該實施方式，目標值與半導體光源的亮度的設(shè)定值或占空比與半導體光源的亮度的設(shè)定值呈一對一的關(guān)系。[0016]需要說明的是，上述構(gòu)成要件的任意組合，或者將本發(fā)明的構(gòu)成要件和/或表現(xiàn)在裝置、方法、系統(tǒng)等之間相互置換而得的形態(tài)作為本發(fā)明的實施方式也是有效的。[0017]發(fā)明的效果[0018]根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)半導體光源的亮度可設(shè)定范圍較寬的PWM減光，且使得半導體光源的亮度變化更加平滑?！緦＠綀D】【附圖說明】[0019]圖1為具備本發(fā)明實施方式的半導體光源控制裝置的車載電路的結(jié)構(gòu)的電路示意圖。[0020]圖2為漸變控制中的圖1的半導體光源控制裝置的動作狀態(tài)的時序示意圖。[0021]圖3為表示微機的中斷控制的說明圖。[0022]符號說明[0023]10車載電路[0024]20電子控制單元[0025]30車載電池[0026]40LED[0027]100半導體光源控制裝置[0028]102驅(qū)動控制部[0029]104開關(guān)調(diào)節(jié)器[0030]106低通濾波器[0031]108開/關(guān)燈調(diào)光控制部[0032]110調(diào)光開關(guān)元件[0033]112電流檢測部【具體實施方式】[0034]以下，對于各圖所示的相同或等同的構(gòu)成要件、部件、信號標注相同的符號，適當省略重復的說明。此外，對于各圖中在說明上不重要的部分部件省略其圖示。此外，賦予電壓、電流或電阻等的符號，根據(jù)需要，有時示出了各自的電壓值、電流值或電阻值。[0035]本說明書中，所謂“部件A與部件B連接的狀態(tài)”除了部件A與部件B直接連接的物理性連接的情況之外，還包括借助對電連接狀態(tài)沒有影響的其它部件實現(xiàn)間接連接的情況。同樣，所謂“部件C設(shè)置在部件A和部件B之間的狀態(tài)”除了部件A與部件C或者部件B與部件C直接連接的情況之外，還包括借助對電連接狀態(tài)沒有影響的其它部件實現(xiàn)間接連接的情況。[0036]本發(fā)明實施方式的半導體光源控制裝置具有:開關(guān)調(diào)節(jié)器，其使用開關(guān)元件，生成流經(jīng)LED的驅(qū)動電流；和驅(qū)動控制部，其對開關(guān)元件的導通/斷開進行反饋控制，以使得開關(guān)元件的驅(qū)動電流的大小接近目標值。而且還在半導體光源控制裝置中進行PWM減光。即，通過反復切換為將驅(qū)動電流的大小控制為接近目標值的電流控制狀態(tài)和驅(qū)動電流小于電流控制狀態(tài)的電流抑制狀態(tài)，來調(diào)節(jié)LED的發(fā)光強度，即亮度。更具體而言，半導體光源控制裝置通過使設(shè)置在LED和開關(guān)調(diào)節(jié)器之間的驅(qū)動電流路徑上的調(diào)光開關(guān)元件在預定的減光頻率fl下導通/斷開，對LED的亮度進行調(diào)節(jié)。在此情況下，電流控制狀態(tài)對應于調(diào)光開關(guān)元件的導通狀態(tài)，電流抑制狀態(tài)對應于調(diào)光開關(guān)元件的斷開狀態(tài)，流經(jīng)LED的驅(qū)動電流實質(zhì)上為零。[0037]半導體光源控制裝置使得在電流控制狀態(tài)與電流抑制狀態(tài)之間反復切換時的占空比，即調(diào)光開關(guān)元件的導通/斷開的占空比根據(jù)LED的亮度的設(shè)定值(下文中將其表達為調(diào)光率，即LED的亮度相對于最大亮度的百分率)變化。半導體光源控制裝置使得驅(qū)動電流的目標值根據(jù)調(diào)光率的設(shè)定值進行變化。特別是當占空比以及目標值分別在調(diào)光率可取值范圍內(nèi)，S卩1%?100%的范圍內(nèi)時，兩者相對于調(diào)光率的設(shè)定值單調(diào)變化。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)相對較寬范圍的調(diào)光控制，同時能夠抑制調(diào)光時的驅(qū)動電流及占空比的急劇變化。結(jié)果就能夠抑制LED的發(fā)光性能的急劇變動。[0038]圖1為車載電路10的結(jié)構(gòu)的電路示意圖。車載電路10具有:本實施方式的半導體光源控制裝置100;電子控制單元(ElectronicControlUnit)20;車載電池30;由三個車載用LED串聯(lián)連接而成的LED40;和開關(guān)SW。[0039]電子控制單元20是用于對汽車等車輛進行綜合電氣控制的微機。電子控制單元20通過開關(guān)SW與車載電池30連接，通過使開關(guān)SW導通，從車載電池30接受電池電壓Vbat。電子控制單元20向半導體光源控制裝置100供給直流的電池電壓Vbat作為輸入電壓Vin。電子控制單元20向半導體光源控制裝置100供給固定電壓，即接地電位VeND(=0V)。電子控制單元20生成PWM減光信號SI并供給到半導體光源控制裝置100。[0040]PWM減光信號SI是高速點滅LED40，例如以數(shù)百Hz至數(shù)kHz的減光頻率Π點滅LED40的信號。更具體而言，PWM減光信號SI是減光頻率為f1、電壓呈矩形波狀變化的信號。電子控制單元20基于LED40應能實現(xiàn)的調(diào)光率的設(shè)定值對PWM減光信號SI的占空比進行設(shè)定。在其中一例中，PWM減光信號SI的占空比與調(diào)光率的設(shè)定值相對應。[0041]半導體光源控制裝置100包括驅(qū)動控制部102、開關(guān)調(diào)節(jié)器104、低通濾波器106、開/關(guān)燈調(diào)光控制部108、調(diào)光開關(guān)元件110和電流檢測部112。[0042]開關(guān)調(diào)節(jié)器104使用開關(guān)元件122，也可以使用MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor:金屬氧化物半導體場效應晶體管)等晶體管,將從電子控制單元20輸入的輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為與LED40的正向下降電壓Vf相對應的輸出電壓Vout。開關(guān)調(diào)節(jié)器104通過調(diào)光開關(guān)元件110將輸出電壓Vout施加到LED40的陽極。從電流的角度看，開關(guān)調(diào)節(jié)器104生成驅(qū)動電流1_，通過調(diào)光開關(guān)元件110供給到LED40。開關(guān)調(diào)節(jié)器104的接地電位由電子控制單元20供給。[0043]電流檢測部112對驅(qū)動電流Imi的大小進行檢測。電流檢測部112例如為驅(qū)動電流Imi流經(jīng)的電流檢測電阻，生成對應于驅(qū)動電流Imi的大小的檢測電壓Vd并供給到驅(qū)動控制部102。[0044]驅(qū)動控制部102控制開關(guān)元件122的導通/斷開，以使驅(qū)動電流Im的大小接近目標值。驅(qū)動控制部102基于檢測電壓Vd以及目標值設(shè)定信號S3生成元件控制信號S4，輸出到開關(guān)元件122的控制端子，即柵極(gate)。驅(qū)動控制部10調(diào)節(jié)元件控制信號S4的占空比，以使對應于檢測電壓Vd的驅(qū)動電流Imi的大小接近對應于目標值設(shè)定信號S3的電平的目標值。[0045]調(diào)光開關(guān)元件110設(shè)置在驅(qū)動電流Imi的路徑上。特別是，調(diào)光開關(guān)元件110設(shè)置在開關(guān)調(diào)節(jié)器104的輸出端子和LED40的陽極之間。調(diào)光開關(guān)元件110的導通/斷開由PWM控制信號S2控制。PWM控制信號S2有效(assert)時，即處于高電平時，調(diào)光開關(guān)元件110呈導通狀態(tài)。此時，由驅(qū)動控制部102控制流經(jīng)LED40的驅(qū)動電流Im的大小，使其接近目標值。因此，調(diào)光開關(guān)元件Iio的導通狀態(tài)與電流控制狀態(tài)相對應。PWM控制信號S2無效(negate)時，即處于低電平時，調(diào)光開關(guān)元件110呈斷開狀態(tài)。此時，由于LED40中實質(zhì)上沒有驅(qū)動電流流動，因此，調(diào)光開關(guān)元件110的斷開狀態(tài)與電流抑制狀態(tài)相對應。[0046]開/關(guān)燈調(diào)光控制部108基于PWM減光信號SI生成經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制的PWM控制信號S2。開/關(guān)燈調(diào)光控制部108為微機。PWM控制信號S2從其微機的同一端子分別輸出到調(diào)光開關(guān)元件110和低通濾波器106。[0047]開/關(guān)燈調(diào)光控制部108具有將PWM減光信號SI所表示的調(diào)光率的設(shè)定值與調(diào)光開關(guān)元件110的占空比建立對應關(guān)系的第一查找表(look-uptable)。開/關(guān)燈調(diào)光控制部108從PWM減光信號SI中提取調(diào)光率的設(shè)定值。開/關(guān)燈調(diào)光控制部108參照第一查找表將提取出的調(diào)光率的設(shè)定值轉(zhuǎn)換為占空比。開/關(guān)燈調(diào)光控制部108生成用于實現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果所得的調(diào)光開關(guān)元件HO的占空比的PWM控制信號S2。特別是開/關(guān)燈調(diào)光控制部108將PWM控制信號S2的占空比作為轉(zhuǎn)換結(jié)果所得的調(diào)光開關(guān)元件110的占空比。[0048]PWM控制信號S2的占空比為PWM控制信號S2為高電平的高電平期間在PWM控制信號S2的一個周期中所占的比例。在高電平期間內(nèi)，調(diào)光開關(guān)元件110為導通狀態(tài)，所以，高電平期間的長度實質(zhì)上等同于電流控制狀態(tài)的持續(xù)期間的長度。因此，如果PWM控制信號S2的占空比增加，則電流抑制狀態(tài)的持續(xù)期間相對于電流控制狀態(tài)的持續(xù)期間的比例減少，如果PWM控制信號S2的占空比減少，則該比例增大。[0049]PWM控制信號S2被輸入低通濾波器106。低通濾波器106對PWM控制信號S2進行低通濾波，以減光頻率fl的時標(timescale)觀察，實質(zhì)上生成了具有直流電壓的目標值設(shè)定信號S3，并被輸出到驅(qū)動控制部102。目標值設(shè)定信號S3的電平與PWM控制信號S2的占空比相對應。PWM控制信號S2的占空比越大，則目標值設(shè)定信號S3的電平越高；占空比越小，則目標值設(shè)定信號S3的電平越低。[0050]低通濾波器106構(gòu)成為低通濾波器106的截止頻率低于減光頻率H。[0051]驅(qū)動控制部102具有將目標值設(shè)定信號S3的電平與目標值建立對應關(guān)系的第二查找表。驅(qū)動控制部102參照第二查找表，將目標值設(shè)定信號S3的電平轉(zhuǎn)換為目標值?；蛘撸?qū)動控制部102也可以對目標值設(shè)定信號S3的電壓適當定標(scaling)后，施加到誤差放大器的基準輸入側(cè)。[0052]PWM控制信號S2的占空比、驅(qū)動電流Imi的目標值以及調(diào)光率的設(shè)定值之間的關(guān)系不于下表I。[0053]表1[0054]S2的占空比~Iled的目標值^~Iun)的平均值~調(diào)光率的設(shè)定值_(%)__(mA)__CmA)__(%)_1001500150010080120096064507503752530450135910I150I15I[0055]在表1中，PWM控制信號S2的占空比與調(diào)光率的設(shè)定值之間的對應關(guān)系存儲在開/關(guān)燈調(diào)光控制部108的第一查找表中。PWM控制信號S2的占空比與驅(qū)動電流Im的目標值之間的對應關(guān)系，以對應于PWM控制信號S2的占空比的目標值設(shè)定信號S3的電平與目標值之間的對應關(guān)系的形式存儲在驅(qū)動控制部102的第二查找表中。[0056]參照表1可知:降低調(diào)光率時，半導體光源控制裝置100使得PWM控制信號S2的占空比減少，同時降低了驅(qū)動電流Im的目標值；增大調(diào)光率時，半導體光源控制裝置100使得PWM控制信號S2的占空比增大，同時增大了驅(qū)動電流Im的目標值。[0057]此外，調(diào)光率的設(shè)定值與PWM控制信號S2的占空比的平方大致成正比。[0058]下面對由上述結(jié)構(gòu)形成的半導體光源控制裝置100的動作進行說明。[0059]圖2為漸變控制中的半導體光源控制裝置100的動作狀態(tài)的時序示意圖。在圖2中，從上至下依次表示:PWM控制信號S2的電壓、驅(qū)動控制部102所使用的驅(qū)動電流Imi的目標值、依據(jù)PWM減光信號SI所表示的調(diào)光率的設(shè)定值。漸變控制是在數(shù)秒內(nèi)使調(diào)光率緩慢變化的控制，圖2中特別表示出了使調(diào)光率降低的情況。[0060]在調(diào)光率設(shè)定為100%的第一期間TPl內(nèi)，PWM控制信號S2的占空比設(shè)定為100%。即，PWM控制信號S2被固定在高電平，調(diào)光開關(guān)元件110維持導通狀態(tài)。驅(qū)動電流Im的目標值被設(shè)定為最大值1500mA。[0061]在調(diào)光率設(shè)定為64%的第二期間TP2內(nèi)，PWM控制信號S2的占空比設(shè)定為80%。驅(qū)動電流Imi的目標值設(shè)定為1200mA。[0062]在調(diào)光率設(shè)定為25%的第三期間TP3內(nèi)，PWM控制信號S2的占空比設(shè)定為50%。驅(qū)動電流Imi的目標值設(shè)定為750mA。[0063]在調(diào)光率設(shè)定為9%的第四期間TP4內(nèi)，PWM控制信號S2的占空比設(shè)定為30%。驅(qū)動電流的目標值設(shè)定為450mA。[0064]在調(diào)光率設(shè)定為1%的第五期間TP5內(nèi)，PWM控制信號S2的占空比設(shè)定為10%。驅(qū)動電流的目標值設(shè)定為150mA。[0065]各期間的占空比與調(diào)光率的設(shè)定值間存在以下的關(guān)系。[0066]【公式I】:[0067]y(調(diào)光率的"δ?δΤ(占空比I[0068]本實施方式的半導體光源控制裝置100通過改變驅(qū)動電流Im的目標值以及調(diào)光開關(guān)元件Iio的導通/斷開的占空比這兩者來改變LED的調(diào)光率。因此，可實現(xiàn)更寬范圍的調(diào)光控制。特別是當調(diào)光率的設(shè)定值較低時，不必使得占空比相當小，因而能夠減少調(diào)光開關(guān)元件110的導通/斷開的上升/下降所導致的對調(diào)光率的影響，能夠提高調(diào)光率的精度。[0069]此外，在本實施方式的半導體光源控制裝置100中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)更寬范圍的調(diào)光控制，而且抑制了目標值相對于調(diào)光率設(shè)定值變動的變化，也抑制了占空比相對于調(diào)光率設(shè)定值變動的變化。因此，例如，即使在漸變控制中，也可以使得LED的亮度更加平滑地變化。結(jié)果就能夠?qū)崿F(xiàn)可靠性更高、商品價值更高的車輛用燈具。[0070]關(guān)于由微機生成的PWM控制信號S2的占空比的最小值，本發(fā)明人獨立進行了下述研究。[0071]PWM控制信號S2的占空比的最小值取決于軟件控制所使用的中斷處理的處理時間。[0072]【公式2】[0073]/【權(quán)利要求】1.一種半導體光源控制裝置，其特征在于，具有:調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器用于生成流經(jīng)半導體光源的驅(qū)動電流；和驅(qū)動控制部，所述驅(qū)動控制部用于控制所述調(diào)節(jié)器，以使得驅(qū)動電流的大小趨近目標值，通過反復切換第一狀態(tài)和第二狀態(tài)來調(diào)節(jié)所述半導體光源的亮度，其中，所述第一狀態(tài)是對流經(jīng)所述半導體光源的驅(qū)動電流的大小進行控制以使該驅(qū)動電流接近目標值的狀態(tài)，所述第二狀態(tài)是驅(qū)動電流小于第一狀態(tài)的狀態(tài)，在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)間反復切換時的占空比以及驅(qū)動控制部的目標值這兩者，均根據(jù)所述半導體光源的亮度的設(shè)定值而變化，所述目標值和占空比中的任一方被設(shè)定為使得另一方與所述半導體光源的亮度的設(shè)定值呈一對一的關(guān)系。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體光源控制裝置，其特征在于，所述半導體光源控制裝置呈所述半導體光源的亮度降低時，第二狀態(tài)的持續(xù)期間相對于第一狀態(tài)的持續(xù)期間的比例增加，同時目標值降低；而當所述半導體光源的亮度增大時，第二狀態(tài)的持續(xù)期間相對于第一狀態(tài)的持續(xù)期間的比例減小，同時目標值增大的結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體光源控制裝置，其特征在于，所述半導體光源的亮度的設(shè)定值與占空比的平方成正比。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導體光源控制裝置，其特征在于，所述半導體光源的亮度的設(shè)定值與占空比的平方成正比。5.根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項所述的半導體光源控制裝置，其特征在于，所述半導體光源控制裝置還具有:開/關(guān)燈控制部，所述開/關(guān)燈控制部生成經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制的控制信號；開關(guān)元件，所述開關(guān)元件基于由所述開/關(guān)燈控制部生成的控制信號，交替實現(xiàn)第一狀態(tài)和第二狀態(tài)；和低通濾波器，所述低通濾波器輸入由所述開/關(guān)燈控制部生成的控制信號，所述驅(qū)動控制部控制所述調(diào)節(jié)器，以使驅(qū)動電流的大小趨近與所述低通濾波器的輸出相對應的目標值。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導體光源控制裝置，其特征在于，所述開/關(guān)燈控制部為微機，所述控制信號從所述微機的同一端子被分別輸出到所述開關(guān)元件和所述低通濾波器?！疚臋n編號】H05B37/02GK103491670SQ201310226286【公開日】2014年1月1日申請日期:2013年6月7日優(yōu)先權(quán)日:2012年6月12日【發(fā)明者】村上健太郎,佐佐木勝申請人:株式會社小糸制作所