(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機から出力された交流電圧の一方の相の電圧を負荷に供給し、前記交流電圧を整流してＬＥＤの点灯を制御する制御装置であって、
前記発電機の出力部と前記ＬＥＤとの間に接続され、前記交流電圧の他方の相の電圧を前記ＬＥＤに供給する第１のスイッチと、
前記第１のスイッチの前記ＬＥＤと接続されている端子とグランドとの間に、前記ＬＥＤと並列に接続され、前記交流電圧の他方の相の電圧が供給されるコンデンサと、
前記第１のスイッチと前記ＬＥＤの間に接続され、前記ＬＥＤを定電流駆動する駆動部と、
前記交流電圧の周期が短いほど前記整流された電圧を前記ＬＥＤに供給する期間を短くするように前記第１のスイッチを制御するスイッチ制御部と、を備え、
前記ＬＥＤと前記駆動部とが、前記コンデンサと並列に接続され、
前記ＬＥＤは、前記第１のスイッチとグランドとの間に、複数個、直列に接続されている
ことを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記スイッチ制御部は、
前記第１のスイッチにより半波整流された電圧を分圧し、前記分圧された電圧の実効値を表す実効値電圧に変換し、前記負荷に供給する目標電圧と前記実効値電圧との差分電圧を発生させ、前記発生させた差分電圧を増幅し、前記発電機から出力された交流電圧の各周期に対応したピーク電圧一定の三角波電圧を生成し、前記生成した三角波電圧と前記増幅された差分電圧とを比較した結果に基づいて、前記第１のスイッチの制御信号を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記スイッチ制御部は、
前記交流電圧の前記他方の相の電圧を前記ＬＥＤと前記コンデンサとに供給するように前記第１のスイッチを制御する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の制御装置。
【請求項４】
前記発電機の出力部と負荷との間に接続され、前記交流電圧の一方の相の電圧を前記負荷に供給する第２のスイッチ、
を備え、
前記スイッチ制御部は、
前記交流電圧の前記一方の相の電圧を前記負荷に供給するように前記第２のスイッチを制御する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項５】
発電機の出力部とＬＥＤとの間に接続されている第１のスイッチと、前記発電機の出力部と負荷との間に接続されている第２のスイッチと、前記第１のスイッチの前記ＬＥＤと接続されている端子とグランドとの間に前記ＬＥＤと並列に接続されているコンデンサと、前記第１のスイッチと前記ＬＥＤの間に接続され、前記ＬＥＤを定電流駆動する駆動部と、前記発電機から出力された交流電圧の周期が短いほど整流された電圧を前記ＬＥＤに供給する期間を短くするように前記第１のスイッチを制御するスイッチ制御部と、を有し、前記ＬＥＤと前記駆動部とが、前記コンデンサと並列に接続され、前記ＬＥＤは、前記第１のスイッチとグランドとの間に、複数個、直列に接続され、前記発電機から出力された交流電圧を整流して前記ＬＥＤの点灯を制御する制御装置の制御方法であって、
スイッチ制御部が、
前記交流電圧の一方の相の電圧を前記負荷に供給するように前記第２のスイッチを制御する手順と、
前記交流電圧の他方の相の電圧を前記ＬＥＤと前記コンデンサとに供給するように前記第１のスイッチを制御する手順と、
を含むことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などにおいて、エンジンに連動して回転する発電機により交流発電を行い、発電された交流電圧でランプを点灯すると共に、バッテリを充電する装置（以下、ランプ点灯・バッテリ充電装置という）がある。図１２は、従来技術に係るランプ点灯・バッテリ充電装置９００の回路図である。図１２に示すランプ点灯・バッテリ充電装置９００の制御回路９２０において、発電機９１０で発電された交流電圧は、サイリスタ９２１により半波整流され、半波整流された電圧はヒューズ９５０を介して負荷及びバッテリに供給されている。また、サイリスタ９２１は、ゲート制御回路９２２により制御されている。（例えば、特許文献１参照）。
このような制御回路９２０をＬＥＤ９４０の点灯に用いる場合、ＬＥＤ９４０は、直流で駆動する必要があるため、制御回路９２０の出力側に接続される。このような場合、制御回路９２０の出力側に接続されている負荷による変動のリップル電流を除去した電流をＬＥＤ９４０に供給するために、ＬＥＤ９４０と並列にコンデンサ９３０が接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２６８４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術をＬＥＤ９４０の駆動に用いた制御回路９２０では、制御回路９２０の出力側の負荷による電流の変動やバッテリが外れた場合を考慮して、制御回路９２０の出力電流のリップルを除去するためのコンデンサ９３０の容量を大きくする必要があった。さらに、制御回路９２０の出力電流によりＬＥＤ９４０を点灯させているため、負荷側に接続されているバッテリ充電に使用できる電流は、ＬＥＤ９４０が接続されていない場合と比較して減少してしまうという課題があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、ＬＥＤへ供給する電流のリップルを除去するコンデンサの容量を小さくできる制御装置、制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の制御装置は、発電機から出力された交流電圧の一方の相の電圧を負荷に供給し、前記交流電圧を整流してＬＥＤの点灯を制御する制御装置であって、前記発電機の出力部と前記ＬＥＤとの間に接続され、前記交流電圧の他方の相の電圧を前記ＬＥＤに供給する第１のスイッチと、前記第１のスイッチの前記ＬＥＤと接続されている端子とグランドとの間に、前記ＬＥＤと並列に接続され、前記交流電圧の他方の相の電圧が供給されるコンデンサと、前記第１のスイッチと前記ＬＥＤの間に接続され、前記ＬＥＤを定電流駆動する駆動部（ＬＥＤドライバ３０、抵抗４０１）と、前記交流電圧の周期が短いほど前記整流された電圧を前記ＬＥＤに供給する期間を短くするように前記第１のスイッチを制御するスイッチ制御部と、を備え、前記ＬＥＤと前記駆動部とが、前記コンデンサと並列に接続され、前記ＬＥＤは、前記第１のスイッチとグランドとの間に、複数個、直列に接続されていることを特徴としている。
また、本発明の制御装置において、前記スイッチ制御部は、前記第１のスイッチにより半波整流された電圧を分圧し、前記分圧された電圧の実効値を表す実効値電圧に変換し、前記負荷に供給する目標電圧と前記実効値電圧との差分電圧を発生させ、前記発生させた差分電圧を増幅し、前記発電機から出力された交流電圧の各周期に対応したピーク電圧一定の三角波電圧を生成し、前記生成した三角波電圧と前記増幅された差分電圧とを比較した結果に基づいて、前記第１のスイッチの制御信号を生成するようにしてもよい。
【０００７】
また、本発明の制御装置において、前記スイッチ制御部は、前記交流電圧の前記他方の相の電圧を前記ＬＥＤと前記コンデンサとに供給するように前記第１のスイッチを制御するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明の制御装置において、前記発電機の出力部と負荷との間に接続され、前記交流電圧の一方の相の電圧を前記負荷に供給する第２のスイッチ、を備え、前記スイッチ制御部は、前記交流電圧の前記一方の相の電圧を前記負荷に供給するように前記第２のスイッチを制御するようにしてもよい。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の制御方法は、発電機の出力部とＬＥＤとの間に接続されている第１のスイッチと、前記発電機の出力部と負荷との間に接続されている第２のスイッチと、前記第１のスイッチの前記ＬＥＤと接続されている端子とグランドとの間に前記ＬＥＤと並列に接続されているコンデンサと、前記第１のスイッチと前記ＬＥＤの間に接続され、前記ＬＥＤを定電流駆動する駆動部と、前記発電機から出力された交流電圧の周期が短いほど整流された電圧を前記ＬＥＤに供給する期間を短くするように前記第１のスイッチを制御するスイッチ制御部と、を有し、前記ＬＥＤと前記駆動部とが、前記コンデンサと並列に接続され、前記ＬＥＤは、前記第１のスイッチとグランドとの間に、複数個、直列に接続され、前記発電機から出力された交流電圧を整流して前記ＬＥＤの点灯を制御する制御装置の制御方法であって、スイッチ制御部が、前記交流電圧の一方の相の電圧を前記負荷に供給するように前記第２のスイッチを制御する手順と、前記交流電圧の他方の相の電圧を前記ＬＥＤと前記コンデンサとに供給するように前記第１のスイッチを制御する手順と、を含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、制御装置において、発電機が発電した交流電圧の一方の相が負荷に供給し、発電機の出力部とＬＥＤとの間に接続された第１のスイッチにより、発電機が発電した交流電圧の他方の相の電圧をＬＥＤと、ＬＥＤと並列に接続されているコンデンサに供給する。
このように、交流電圧の一方の相を負荷に供給し、交流電圧の他方の相をＬＥＤに供給するようにしたので、ＬＥＤには、負荷による電流の影響を受けない電流が供給される。この場合、ＬＥＤによる消費電流は、負荷による消費電流より小さいので、ＬＥＤに流れるリップル電流も小さくなる。この結果、ＬＥＤと並列に接続されているコンデンサの容量を小さくできる。
また、負荷に供給する交流電圧の相と異なる相の電圧をＬＥＤに供給するようにしたので、負荷として接続されているバッテリへの充電電流の減少を防ぐことができる。さらに、コンデンサがＬＥＤと並列に接続されているので、ＬＥＤドライバを備えなくても、コンデンサに充電されている電圧によりＬＥＤを定電圧駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係るＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１の回路図である。
【図２】同実施形態に係るゲート制御回路２３のブロック図である。
【図３】同実施形態に係る増幅回路２１５の増幅度である倍率係数Ｍを「１」とした場合の三角波電圧ＶＢ２と差分電圧ＶＤ２’（＝ＶＤ２）との相対的な関係を説明する図である。
【図４】同実施形態に係る増幅回路２１５の増幅度である倍率係数Ｍを「２」に設定した場合の三角波電圧ＶＢ２と差分電圧ＶＤ２’（＝２×ＶＤ２）との相対的な関係を示している。
【図５】同実施形態に係る増幅回路２１５の増幅度である倍率係数Ｍを「１」とした場合の三角波電圧ＶＢ２／２と差分電圧ＶＤ２’（＝ＶＤ２）との相対的な開係を説明する図である。
【図６】同実施形態に係る三角波発生回路２１６における三角波の発生メカニズム（スロープ部分の生成過程）を説明するための交流電圧ＶＡと方形波Ｓの波形図である。
【図７】同実施形態に係る三角波発生回路２１６における三角波電圧ＶＢ２の生成を説明する図である。
【図８】同実施形態に係る発電機の回転数が低い場合のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１の動作を説明するための波形図である。
【図９】同実施形態に係る発電機の回転数が高い場合のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１の動作を説明するための波形図である。
【図１０】同実施形態に係る複数のＬＥＤを接続した場合のＬＥＤ駆動に関する概略回路図である。
【図１１】同実施形態に係るＬＥＤを接続した場合の抵抗を用いたＬＥＤ駆動に関する概略回路図である。
【図１２】従来技術に係るランプ点灯・バッテリ充電装置９００の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１の回路図である。
図１に示すように、ＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１は、発電機１０、制御回路２０により構成されている。また、制御回路２０は、ＬＥＤドライバ３０、ヒューズ５０、負荷６０、バッテリ７０に接続されている。また、制御回路２０は、第１サイリスタ２１、第２サイリスタ２２、ゲート制御回路２３、コンデンサ２４、入力端子Ａ、出力端子Ｂを備えている。
【００１６】
発電機１０は、交流発電機であり、車両等のエンジンに連動して回転することにより、交流で発電を行う。発電機１０の一方端１０−１は、制御回路２０の入力端子Ａに接続され、他方端１０−２は、接地されている。発電機１０は、発電した交流電圧を制御回路２０に出力する。
ヒューズ５０は、負荷６０とバッテリ７０の保護をする。ヒューズ５０の一方端は、制御回路２０の出力端子Ｂに接続され、他方端は、負荷６０の一方端とバッテリ７０の正極端子に接続されている。
負荷６０は、車両の各種電装回路である。負荷６０の一方端は、ヒューズ５０の他方端に接続され、他方端は、接地されている。
バッテリ７０は、充電式の電池である。バッテリ７０の正極端子は、ヒューズ５０の他方端に接続され、負極端子は、接地されている。
【００１７】
第１サイリスタ２１（第２のスイッチ）のゲート端子は、ゲート制御回路２３の出力端子ｏｕｔ１に接続されている。第１サイリスタ２１のアノード端子は、ゲート制御回路２３の入力端子ｉｎ２、及び制御回路２０の入力端子Ａに接続されている。また、第１サイリスタ２１のカソード端子は、ゲート制御回路２３の入力端子ｉｎ１、及び制御回路２０の出力端子Ｂに接続されている。
これにより、第１サイリスタ２１は発電機１０が出力する交流電圧ＶＡの正相成分をゲート制御回路２３の制御に基づき半波整流し、半波整流した出力電圧Ｖｏを負荷６０、ヒューズ７０に供給する。正相成分の半波整流された電流は、一点鎖線１０１に示すように、制御回路２０の入力端子Ａから出力端子Ｂに向けて流れる。
【００１８】
第２サイリスタ２２（第１のスイッチ）のゲート端子は、ゲート制御回路２３の出力端子ｏｕｔ２に接続されている。第２サイリスタ２２のカソード端子は、制御回路２０の入力端子Ａに接続されている。また、第２サイリスタ２２のアノード端子は、ＬＥＤドライバ３０の入力端子、コンデンサ２４の負極端子、及びゲート制御回路２３の入力端子ｉｎ３に接続されている。
これにより、第２サイリスタ２２は、発電機１０が出力する交流電圧ＶＡの負相成分をゲート制御回路２３の制御に基づき半波整流し、半波整流した出力電圧をＬＥＤドライバ３０に供給する。負相成分の半波整流された電流は、一点鎖線１０２に示すように、ＬＥＤ４０のアノード端子から第２サイリスタ２２のアノード端子に向かって流れる。
【００１９】
ゲート制御回路２３の入力端子ｉｎ１は、第１サイリスタ２１のカソード端子に接続されている。ゲート制御回路２３の入力端子ｉｎ２は、第１サイリスタ２１のアノード端子に接続されている。また、ゲート制御回路２３の出力端子ｏｕｔ１は、第１サイリスタ２１のゲート端子に接続されている。これにより、ゲート制御回路２３は、発電機１０の交流電圧ＶＡの極性を検出し、負荷６０とバッテリ７０へ交流電圧ＶＡの正相成分を半波整流した電圧Ｖｏを供給するように第１サイリスタ２１のオン状態とオフ状態を制御する。
ゲート制御回路２３の入力端子ｉｎ３は、第２サイリスタ２２のアノード端子に接続されている。また、ゲート制御回路２３の出力端子ｏｕｔ２は、第２サイリスタ２２のゲート端子に接続されている。これにより、ゲート制御回路２３は、発電機１０の交流電圧ＶＡの極性を検出し、ＬＥＤドライバ３０へ交流電圧ＶＡの負相成分を半波整流した電圧ＶＬを供給するように第２サイリスタ２２のオン状態とオフ状態を制御する。
【００２０】
ＬＥＤドライバ３０の入力端子は、第２サイリスタ２２のアノード端子、及びコンデンサ２４の負極端子に接続されている。また、ＬＥＤドライバ３０の出力端子は、ＬＥＤ（発光ダイオード；Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）４０のカソード端子に接続されている。また、ＬＥＤドライバ３０は、ＬＥＤ４０を定電流駆動する。
ＬＥＤ４０のアノード端子は接地されている。コンデンサ２４の正極端子は、接地されている。
【００２１】
次に、ゲート制御回路２３について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係るゲート制御回路２３のブロック図である。
【００２２】
図２に示すように、ゲート制御回路２３は、分圧回路２０１、電圧変換回路２０２、基準電圧発生回路２０３、差動回路２０４、増幅回路２０５、三角波発生回路２０６、比較回路２０７、分圧回路２１１、電圧変換回路２１２、基準電圧発生回路２１３、差動回路２１４、増幅回路２１５、三角波発生回路２１６、比較回路２１７を備えている。
【００２３】
分圧回路２０１は、第１サイリスタ２１により半波整流された電圧を分圧し、分圧した電圧ＶＲ１を電圧変換回路２０２に出力する。
電圧変換回路２０２は、分圧回路２０１で分圧された電圧ＶＲ１を、その実効値を表す電圧ＶＲ１’に変換し、変換した電圧ＶＲ１’を差動回路２０４の一方の入力端子に出力する。この電圧ＶＲ１’は、負荷６０とバッテリ７０に供給される電圧Ｖｏの検出値として取り扱われる。
基準電圧発生回路２０３は、負荷６０とバッテリ７０に電力を供給するための目標電圧ＶＴ１を発生させ、発生させた目標電圧ＶＴ１を差動回路２０４の他方の入力端子に出力する。
差動回路２０４は、電圧ＶＲ１’と目標電圧ＶＴ１との差分電圧ＶＤ１（＝ＶＲ１’−ＶＴ１）を生成し、生成した差分電圧ＶＤ１を増幅回路２０５に出力する。
増幅回路２０５は、差分電圧ＶＤ１を増幅した差分電圧ＶＤ１’を比較回路２０７の一方の端子に出力する。
三角波発生回路２０６は、発電機１０から出力された交流電圧ＶＡの各周期に対応したピーク電圧一定の三角波電圧ＶＢ１を生成し、生成した三角波電圧ＶＢ１を比較回路２０７の他方の端子に出力する。
比較回路２０７は、差分電圧ＶＤ１’と三角波電圧ＶＢ１とを比較し、この比較の結果に基づき第１サイリスタ２１の導通タイミングを規定する制御信号ａを生成する。
【００２４】
分圧回路２１１は、第２サイリスタ２２により半波整流された電圧を分圧し、分圧した電圧ＶＲ２を電圧変換回路２１２に出力する。
電圧変換回路２１２は、分圧回路２１１で分圧された電圧ＶＲ２を、その実効値を表す電圧ＶＲ２’に変換し、変換した電圧ＶＲ２’を差動回路２１４の一方の入力端子に出力する。この電圧ＶＲ２’は、ＬＥＤドライバ３０に供給される電圧の検出値として取り扱われる。
基準電圧発生回路２１３は、ＬＥＤドライバ３０に電力を供給するための目標電圧ＶＴ２を発生させ、発生させた目標電圧ＶＴ２を差動回路２１４の他方の入力端子に出力する。
差動回路２１４は、電圧ＶＲ２’と目標電圧ＶＴ２との差分電圧ＶＤ２（＝ＶＲ２’−ＶＴ２）を生成し、生成した差分電圧ＶＤ２を増幅回路２１５に出力する。
増幅回路２１５は、差分電圧ＶＤ２を増幅した差分電圧ＶＤ２’を比較回路２１７の一方の端子に出力する。
三角波発生回路２１６は、発電機１０から出力された交流電圧ＶＡの各周期に対応したピーク電圧一定の三角波電圧ＶＢ２を生成し、生成した三角波電圧ＶＢ２を比較回路２１７の他方の端子に出力する。
比較回路２１７は、差分電圧ＶＤ２’と三角波電圧ＶＢ２とを比較し、この比較の結果に基づき第２サイリスタ２２の導通タイミングを規定する制御信号ｂを生成する。
【００２５】
次に、図３〜図５を参照して、増幅回路２１５を導入することの技術的意味を説明する。以下の説明において、上述した三角波発生回路２１６には、交流電圧ＶＡの負相成分が入力される。このため、三角波発生回路２１６は、入力された交流電圧ＶＡを反転した後、三角波電圧ＶＢ２を生成する。同様に、分圧回路２１１は、入力された電圧ＶＬを反転した後、分圧された電圧ＶＲ２を生成する。
図３は、増幅回路２１５の増幅度である倍率係数Ｍを「１」とした場合の三角波電圧ＶＢ２と差分電圧ＶＤ２’（＝ＶＤ２）との相対的な関係を説明する図である。図３において、倍率係数Ｍを「１」に設定した場合、区間Ｗ１は、三角波電圧ＶＢ２が差分電圧ＶＤ２’を上回る期間、すなわち第２サイリスタ２２がオン状態に制御される期間を示す。また、図４は、増幅回路２１５の増幅度である倍率係数Ｍを「２」に設定した場合の三角波電圧ＶＢ２と差分電圧ＶＤ２’（＝２×ＶＤ２）との相対的な関係を示している。図４に示すように倍率係数Ｍを「２」に設定して差分電圧ＶＤ２を２倍に増幅すると、図３に示す区間Ｗ１と比較して、第２サイリスタ２２のオン状態に対応する区間Ｗ２の変動量（ＶＤ２’の変動量）が２倍になり、これにより、ＬＥＤドライバ３０に供給される電圧ＶＬの変動量に対して制御信号ｂの応答量（感度）が２倍になる。
【００２６】
このことは、図５に示すように、倍率係数Ｍが「１」のときの差分電圧ＶＤ２’（＝ＶＤ２）に対して三角波電圧のピーク電圧が相対的に半分（ＶＢ２／２）になることと等価であり、ＬＥＤドライバ３０に供給される電圧の制御幅Ｗ（後述）が半分になることを意味している。図５は、本実施形態に係る増幅回路２１５の増幅度である倍率係数Ｍを「１」とした場合の三角波電圧ＶＢ２／２と差分電圧ＶＤ２’（＝ＶＤ２）との相対的な開係を説明する図である。従って、増幅回路２１５を導入して、差分電圧ＶＤ２をＭ倍に増幅することにより、ＬＥＤドライバ３０に供給される電圧ＶＬの制御幅Ｗが相対的にＭ分の１に小さくなるため、ＬＥＤドライバ３０に供給される電圧ＶＬを精度よく目標電圧ＶＴ２に制御できるようになる。
【００２７】
ここで、三角波電圧ＶＢ２の高さH（＝ピーク電圧ＶＰ）と、倍率係数Ｍと、目標電圧ＶＴ２と、ＬＥＤドライバ３０に供給される電圧ＶＬの制御幅Ｗとの間には、制御幅Ｗが、目標電圧ＶＴ２からＶＴ２＋（Ｈ／Ｍ）の範囲の値となる関係が存在する。従って、本制御回路２０を実施する場合、所望の制御幅Ｗと目標電圧ＶＴ２とに応じて、上記関係を満足するように三角波電圧ＶＢ２の高さHと倍率係数Ｍとを適切に設定すればよい。
【００２８】
同様に、増幅回路２０５において、三角波電圧ＶＢ１の高さH（＝ピーク電圧ＶＰ）と、倍率係数Ｍと、目標電圧ＶＴ１と、負荷６０に供給される電圧Ｖｏの制御幅Ｗとの間には、制御幅Ｗが、目標電圧ＶＴ１からＶＴ１＋（Ｈ／Ｍ）の範囲の値となる関係が存在する。従って、本制御回路２０を実施する場合、所望の制御幅Ｗと目標電圧ＶＴ１とに応じて、上記関係を満足するように三角波電圧ＶＢ１の高さHと倍率係数Ｍとを適切に設定すればよい。また、三角波発生回路２０６には、交流電圧ＶＡの正相成分が入力される。このため、三角波発生回路２０６は、入力された交流電圧ＶＡを反転せず、三角波電圧ＶＢ１を生成する。同様に、分圧回路２０１は、入力された電圧ＶＬを反転せず、分圧された電圧ＶＲ１を生成する。これにより、負荷６０に供給される電圧Ｖｏを精度よく目標電圧ＶＴ１に制御できる。
【００２９】
次に、図６と図７を参照して、三角波発生回路２１６における三角波電圧ＶＢ２の発生メカニズムを説明する。図６は、本実施形態に係る三角波発生回路２１６における三角波の発生メカニズム（スロープ部分の生成過程）を説明するための交流電圧ＶＡと方形波Ｓの波形図である。図７は、本実施形態に係る三角波発生回路２１６における三角波電圧ＶＢ２の生成を説明する図である。
一般には発電機１０が出力する交流電圧の周波数は急激に変化しないので、１サイクル前の波形と現在のサイクルの波形はほとんど同じと考えることができる。例えば、図６において、時刻ｓ３〜ｓ５の波形２が現在のサイクルの波形だとすれば、時刻ｓ３〜ｓ５の波形２の半周期Ｔ２と、その１サイクル前の時刻ｓ１〜ｓ３の波形１の半周期Ｔ１とはほとんど同じである。
【００３０】
上述の特性を利用して、次の手順により三角波電圧ＶＢ２を生成する。
（手順１）図６に示すように、時刻ｓ１〜ｓ３の波形１のサイクルにおいて、三角波発生回路２１６は、発電機１０が出力する交流電圧ＶＡから方形波Ｓを生成する。この波形１に対応する方形波Ｓの半周期は、波形１のサイクルにおける交流電圧ＶＡの時刻ｓ１〜ｓ２の半周期Ｔ１と一致する。
（手順２）続いて、三角波発生回路２１６は、方形波Ｓの半周期Ｔ１の時間をカウントする。
（手順３）続いて、三角波発生回路２１６は、半周期Ｔ１の時間のカウント数を所定の分解能ｎで除算して、時間ｔ１（＝Ｔ１／ｎ）を得る。ここで、分解能ｎは、三角波電圧ＶＢ２のスロープの滑らかさを規定する量であり、分解能ｎが高い程、三角波電圧ＶＢ２のスロープが滑らかになる。
（手順４）続いて、三角波発生回路２１６は、三角波電圧ＶＢ２のピーク電圧Ｖｐを所定の分解能ｎで除算して、電圧ｖ１（＝Ｖｐ／ｎ）を得る。
（手順５）続いて、図７に示すように、三角波発生回路２１６は、次のサイクルの波形２（時刻ｓ３〜ｓ５）の立ち上がりタイミング（Ｔ２をカウントし始めるタイミング）で、上記電圧ｖ１だけ三角波電圧ＶＢ２を上昇させ、この三角波電圧ＶＢ２を上記時間ｔ１の間だけ維持する。
【００３１】
（手順６）同じ波形２のサイクルにおいて、三角波発生回路２１６は、上記時間ｔ１が経過したタイミングで上記電圧ｖ１だけ三角波電圧ＶＢ２を更に上昇させ、これを全都でｎ回繰り返すと、図７に示すような階段状の波形が得られ、波形２のサイクルに対応する三角波電圧のスロープ部分に相当する階段状の波形が得られる。分解能ｎの値を大きくすれば、階段状の波形が滑らかになり、一層良好な三角波を得ることができる。
以上の手順により、三角波発生回路２１６は、１サイクル前の交流電圧ＶＡの波形を用いて、交流電圧ＶＡの各周期に対応した三角波電圧であって、ピーク電圧Ｖｐが一定の電圧波形を生成する。
【００３２】
上述の三角波電圧の発生メカニズムを利用した三角波発生回路２１６は、制御回路２０において第２サイリスタ２２の導通タイミングを制御するための三角波電圧ＶＢ２を生成するものであって、例えば、カウンタ部と、除算部と、波形生成部とから構成することができる。ここで、カウンタ部は、発電機１０が出力する第１サイクルの交流電圧波形の半周期の時間（図６の例えば波形１のサイクルにおける時間Ｔ１）をカウントするものである。除算部は、上記カウンタ部によるカウント数を所定の分解能ｎ（所定値）で除算するものである。波形生成部は、第１サイクル後の第２サイクル（図７の例えば波形２のサイクル）において上記第１サイクルでの除算部の除算結果で示される時間ｔ１の経過ごとに所定電圧ｖ１だけ上昇する階段状の電圧波形を生成するものである。この階段状の電圧波形は上記三角波電圧の波形として出力される。
【００３３】
同様に、三角波発生回路２０６は、図６に示した交流電圧ＶＡの正相成分の期間（時刻ｓ２〜ｓ３、ｓ４〜ｓ５、ｓ６〜ｓ７）、上述した三角波発生回路２１６と同様に三角波電圧ＶＢ１を発生させる。
【００３４】
次に、図８と図９を参照して、第２サイリスタ２２とゲート制御回路２３の動作を説明する。
図８は、本実施形態に係る発電機の回転数が低い場合のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１の動作を説明するための波形図である。図９は、本実施形態に係る発電機の回転数が高い場合のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１の動作を説明するための波形図である。図８と図９において、横方向に時間の経過を示し、縦方向に、交流電圧ＶＡ、三角波電圧ＶＢ２、差分電圧ＶＤ２’、第２サイリスタ２２のゲート端子への制御信号ｂ、及び第２サイリスタ２２のアノード端子の電圧ＶＬのそれぞれを並べて示したものである。
【００３５】
まず、初期状態で発電機１０の回転が停止した状態にあるものとし、この初期状態から順に説明する。
発電機１０の回転が停止状態にあれば、発電機１０のコイルには電力が誘起されないので、交流電圧ＶＡは０Ｖであり、ＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１は無給電状態である。このとき、分圧回路２１１で分圧された電圧ＶＲ２も０Ｖとなるから、差動電圧ＶＤ２および差分電圧ＶＤ２’は負の値である。従って、初期状態では、三角波電圧ＶＢ２は差分電圧ＶＤ２’より高い状態となり、比較回路２１７は、制御信号ｂをハイレベルとして第２サイリスタ２２のゲート端子に出力する。第２サイリスタ２２は、ゲート端子にハイレベルの制御信号ｂが入力された場合、オン状態になる。
【００３６】
この初期状態から発電機１０が発電を開始すると、オン状態にある第２サイリスタ２２を介して、発電機１０から出力された交流電圧ＶＡが電圧ＶＬとしてＬＥＤドライバ３０に供給される。また、発電機１０から交流電圧ＶＡが出力されると、三角波発生回路２１６は、交流電圧ＶＡの各周期に対応した三角波電圧ＶＢ２を発生する。
【００３７】
その後、電圧ＶＬの上昇に伴い、分圧回路２１１で分圧された電圧ＶＲ２も上昇する。この電圧ＶＲ２の上昇に伴い、電圧変換回路２１２が出力する電圧ＶＲ２’（実効値の検出電圧）も上昇する。差動回路２１４は、基準電圧発生回路２１３が発生させた目標電圧ＶＴ２と、電圧変換回路２１２が出力した電圧ＶＲ２’とが入力され、これらの差分電圧ＶＤ２を生成して出力する。増幅回路２１５は、差分電圧ＶＤ２をＭ倍に増幅して、比較回路２１７に電圧ＶＤ２’（＝Ｍ×ＶＤ２）を出力する。
【００３８】
ここで、電圧ＶＲ２’が目標電圧ＶＴ２を超えると、差動回路２１７が出力する差分電圧ＶＤ２は正の値に転じ、この差分電圧ＶＤ２を入力する増幅回路２１５の出力電圧（増幅された差分電圧）ＶＤ２’も正の値に転じる。
【００３９】
比較回路２１７は、差分電圧ＶＤ２’と三角波電圧ＶＢ２とを比較し、三角波電圧ＶＢ２が差分電圧ＶＤ２’よりも高い区間で制御信号ｂをハイレベルにし、三角波電圧ＶＢ２が差分電圧ＶＤ２’よりも低い区間で制御信号ｂをローレベルにする。
【００４０】
この結果、第２サイリスタ２２は、制御信号ｂがハイレベルになった時点でターンオンする。この後、制御信号ｂがローレベルになると共に交流電圧ＶＡが負電圧に移行すると、第２サイリスタ２２は逆バイアス状態とされてターンオフする。すなわち、第２サイリスタ２２は、三角波電圧ＶＢ２が差分電圧ＶＤ２’よりも高い区間においてオン状態となり、それ以外の区間ではオフ状態となる。このように、ゲート制御回路２３は、三角波発生回路２１６で発生された三角波電圧ＶＢ２と、増幅回路２１５から出力された差分電圧ＶＤ２’とに基づき第２サイリスタ２２の導通状態を制御する。
【００４１】
ここで、第２サイリスタ２２のオン状態の区間、即ち三角波電圧ＶＢ２が差分電圧ＶＤ２’よりも高い期間は差分電圧ＶＤ２’のレベルに依存し、この差分電圧ＶＤ２’のレベルは、目標電圧ＶＴ２に対する電圧ＶＬ（実効値）のレベルに依存する。従って、電圧ＶＬ（実効値）が高ければ、電圧ＶＤ２’のレベルも高くなり、三角波電圧ＶＢ２が差分電圧ＶＤ２’より高くなる期間が減少し、第２サイリスタ２２がオン状態となる期間が減少する。この結果、電圧ＶＬ（実効値）が目標電圧ＶＴ２に向けて低下する。
【００４２】
逆に、電圧ＶＬが低ければ、差分電圧ＶＤ２’のレベルも低くなり、この結果、三角波電圧ＶＢ２が差分電圧ＶＤ２’よりも高い期間が増加し、第２サイリスタ２２がオン状態となる期間が増加する。この結果、電圧ＶＬ（実効値）が目標電圧ＶＴ２に向けて上昇する。このように、発電機１０の交流電圧ＶＡの各周期において、ゲート制御回路２３は、電圧ＶＬ（実効値）が目標電圧ＶＴ２に安定するように第２サイリスタ２２の導通期間を制御する。
【００４３】
発電機１０の回転数が低い場合を説明したが、発電機１０の回転数が高い場合には、図９に示すように、発電機１０が出力する交流電圧ＶＡの振幅が大きくなると共に、その周波数も高くなるので、三角波ＶＢ２の上昇レートが大きくなるが、その他の点では、上述の図８に示す発電機１０の回転数が低い場合と同様であり、ゲート制御回路２３は、電圧ＶＬ（実効値）が目標電圧ＶＴ２に安定するように第２サイリスタ２２のゲート端子のオン状態とオフ状態の制御をする。
【００４４】
なお、第１サイリスタ２１とゲート制御回路２３の動作は、交流電圧ＶＡが正側の期間、すなわち、図６において時刻ｓ２〜ｓ３、ｓ４〜ｓ５の期間、三角波発生回路２０６が、三角波を生成する。そして、ゲート制御回路２３は、出力電圧Ｖｏ（実効値）が目標電圧ＶＴ１に安定するように、制御信号ａを生成して第１サイリスタ２１の導通期間を制御する。
【００４５】
次に、本実施形態に係るコンデンサ２４の容量について説明する。
従来技術では、図１２に示したように、制御回路９２０の出力端子側にコンデンサ９３０が接続されていた。制御回路９２０の出力端子側には、負荷とバッテリが接続されているため、消費電流が大きく、例えば数［Ａ］程度のリップル電流が発生していた。ＬＥＤ９４０に供給する電流からリップル成分を除去するためには、大きな容量のコンデンサ９３０が必要であった。
一方、本実施形態のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１では、図１に示したように、ＬＥＤ４０は、ＬＥＤドライバ３０を介して制御回路２０の入力端子Ａに接続されている。この場合、制御回路２０の入力端子Ａに接続されている負荷は、ＬＥＤドライバ３０とＬＥＤ４０のみであるので、消費電流が少なく、例えば数百［ｍＡ］程度である。この結果、ＬＥＤ４０に供給する電流からリップル成分を除去するコンデンサ２４の容量は、従来技術と比較して小さくて済む。コンデンサ２４の容量を小さくできるため、コンデンサ２４の体積も小さくて済み、ＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１の基板面積や、トータルコストを下げる効果もある。
このように制御回路２０の入力端子Ａ側の消費電流が少ないため、第２サイリスタ２２の定格電流値なども低くて済むため、サイズが小さいサイリスタを利用できる効果もある。例えば、第１サイリスタ２１には数［Ａ］程度のものが使用され、第２サイリスタ２２には数百［ｍＡ］〜１［Ａ］程度のものが使用できる。
なお、コンデンサ２４の容量は、ＬＥＤ４０に流す電流と、発電機１０の出力に基づきＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１の設計者が算出する。
【００４６】
次に、本実施形態に係る負荷６０とバッテリ７０に供給される電流について説明する。
従来技術では、図１２に示したように、制御回路９２０の出力端子側に負荷、バッテリ、ＬＥＤ９４０が接続されていた。また、サイリスタ９２１により半波整流されて利用される交流電圧は、正相成分の電流のみであった。こさらに、負荷、バッテリ、ＬＥＤ９４０は、この半波整流された電流を利用していたので、バッテリや負荷に供給される電流の一部がＬＥＤ９４０で消費されてしまっていた。
一方、本実施形態のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１では、図１に示したように、ＬＥＤ４０は、ＬＥＤドライバ３０を介して制御回路２０の入力端子Ａに接続され、負相成分の交流電圧を使用している。このため、従来技術では使用していなかった負相成分の交流電圧でＬＥＤ４０を駆動することができるため、従来技術と比較して発電効率を高くできる効果がある。また、負荷６０とバッテリ７０に供給される正相成分の交流電圧は、ＬＥＤ４０により消費されていないため、本実施形態のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１は従来技術と比較して、より多くの電流を負荷６０とバッテリ７０に供給できる効果がある。
【００４７】
なお、図１では、１つのＬＥＤのみを駆動する例を説明したが、ＬＥＤは複数でもよい。図１０は、本実施形態に係る複数のＬＥＤを接続した場合のＬＥＤ駆動に関する概略回路図である。図１０に示すように、複数のＬＥＤ４０（４０−１〜４０−ｎ（ｎは２以上の自然数））を直列に接続した場合、ＬＥＤ４０の個数分の順電圧ＶＦ（Ｆｏｒｗｏｒｄ  Ｖｏｌｔａｇｅ）が発生する。例えば、青色、白色、緑色などの順電圧ＶＦは、３．２［Ｖ］〜３．４［Ｖ］程度である。図１２に示した従来技術において、バッテリが接続されている制御回路９２０の出力端子側に、仮に複数のＬＥＤを接続した場合、バッテリの電圧が１２［Ｖ］であれば、ＬＥＤは、３個程度しか直列に接続できなかった。
一方、本実施形態のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１では、発電機１０の電圧がバッテリ７０の電圧より高い（例えば２５［Ｖ］）ので、従来技術と比べ、より多くのＬＥＤ４０を直列に接続して駆動することが可能になる効果がある。図１０に示したようにＬＥＤ４０を直列にｎ個接続した場合、各ＬＥＤ４０の順電圧ＶＦにばらつきがあっても、ＬＥＤドライバ３０により電流制御でＬＥＤ４０を制御することができる。また、図１１に示すように、コンデンサ２４を定電圧源とみなせるため、ＬＥＤドライバ３０は、例えば電流制御を行うための抵抗４０１であってもよい。図１１は、本実施形態に係るＬＥＤを接続した場合の抵抗を用いたＬＥＤ駆動に関する概略回路図である。
【００４８】
また、図１において、仮にバッテリ７０が外れた場合（バッテリ・オープン状態ともいう）、制御回路２０の出力端子Ｂ側の電圧が変動する。このような場合、従来技術のようの制御回路９２０の出力端子側にＬＥＤ９４０を接続していると、電圧の変動に応じてＬＥＤ９４０の輝度も変動していた。
一方、本実施形態のＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１では、図１に示したように、ＬＥＤ４０を制御回路２０の入力端子Ａ側にコンデンサ２４と並列に接続するようにしたので、仮にバッテリ７０が外れても、制御回路２０の出力端子Ｂ側の電圧変動を受けない。この結果、仮にバッテリ７０が外れても、ＬＥＤ４０は変圧変動による輝度の変動を防ぐことができる。
【００４９】
また、本実施形態では、第２サイリスタ２２のゲート端子の制御信号ｂを、第１サイリスタ２１を制御する制御信号ａと同様に生成する例を説明した。第２サイリスタ２２のゲート端子の制御信号ｂは、例えば、発電機１０から出力された交流電圧ＶＡの負側の電圧を検出し、検出した負側の電圧の期間、例えばＨ（ハイ）レベルである第２サイリスタ２２の導通タイミングを規定する制御信号ｂを生成するようにしてもよい。
同様に、第１サイリスタ２１のゲート端子の制御信号ａは、例えば、発電機１０から出力された交流電圧ＶＡの正側の電圧を検出し、検出した正側の電圧の期間、例えばＨ（ハイ）レベルである第１サイリスタ２１の導通タイミングを規定する制御信号ａを生成するようにしてもよい。
【００５０】
以上のように、本発明によれば、ＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置１において、発電機１０の出力部とＬＥＤ４０との間に接続された第１のスイッチである第２サイリスタ２２により、発電機１０が発電した交流電圧の一方の相である正相成分の電圧をＬＥＤ４０と、ＬＥＤ４０と並列に接続されているコンデンサ２４に供給する。また、発電機１０の出力部と、制御回路２０の出力端子Ｂに接続されている負荷との間に接続された第２のスイッチである第１サイリスタ２１により、発電機１０が発電した交流電圧の他方の相である負相成分の電圧を負荷に供給する。
このように、発電機１０が発電した正相成分の電流を負荷６０及びバッテリ７０に供給し、発電機１０が発電した負相成分の電流をＬＥＤ４０に供給するようにしたので、ＬＥＤ４０には、負荷による電流の影響を受けない電流が供給される。この場合、ＬＥＤ４０による消費電流は、従来技術のようにＬＥＤ９４０を制御回路９２０の出力端子側に接続した場合の負荷側の消費電流より小さいので、ＬＥＤ４０に流れるリップル電流も小さくなる。この結果、ＬＥＤ４０と並列に接続されているコンデンサ２４の容量を小さくできる。
また、制御回路２０は、交流電圧の周期が短いほど整流された電圧をＬＥＤ４０に供給する期間を短くするように制御するようにしたので、ＬＥＤ４０に供給する電圧の実効値を安定させることができる。
【００５１】
また、本発明によれば、ＬＥＤ４０に負荷６０とバッテリ７０に供給する相とは異なる相側の電流を供給するようにしたので、バッテリ７０への充電電流の減少を防ぐことができる。さらに、コンデンサ２４がＬＥＤ４０と並列に接続されているので、ＬＥＤドライバ３０を備えなくても、コンデンサ２４に充電されている電圧によりＬＥＤ４０を定電圧駆動できる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変形可能である。
【００５３】
例えば、本実施形態では、制御回路２０を車両に用いる例を説明したが、ＬＥＤの点灯とバッテリの充電を行う装置であれば、車両以外に用いてもよい。
また、本実施形態では、発電機１０から出力される交流電力の正相成分についてのみ第１サイリスタ２１を介して負荷に電力を供給し、交流電力の負相成分についてのみ第２サイリスタ２３を介してＬＥＤドライバ３０及びＬＥＤ４０に供給するものとし、発電機１０の出力を半波整流する場合を説明した。しかしながら、これに限定されることなく、発電機１０から出力される交流電力の負相成分についてのみ第１サイリスタ２１を介して負荷に電力を供給し、交流電力の正相成分についてのみ第２サイリスタ２３を介してＬＥＤドライバ３０及びＬＥＤ４０に供給するものとし、発電機１０の出力を半波整流するようにしてもよい。また、本実施形態では、単相の交流電力を変換するものとしたが、多相の交流電力に対しても適用することができる。
【００５４】
また、例えば、本実施形態では、出力電圧Ｖｏまたは電圧ＶＬの実効値ＶＲ１’またはＶＲ２’を求める例について説明したが、本発明は、出力電圧Ｖｏまたは電圧ＶＬの平均値を算出する場合にも同様に適用できるものである。出力電圧Ｖｏまたは電圧ＶＬの平均値を生成するための構成としては公知技術を利用できる。
【００５５】
また、本実施形態では、図１に示したように、制御回路２０内にコンデンサ２４を備える例を説明したが、コンデンサ２４は、ＬＥＤドライバ３０とＬＥＤ４０に並列に接続されていれば、制御回路２４の外部に備えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・ＬＥＤ点灯・バッテリ充電装置、１０・・・発電機、２０・・・制御回路、
２１・・・第１サイリスタ、２２・・・ゲート制御回路、２３・・・第２サイリスタ、
２４・・・コンデンサ、３０・・・ＬＥＤドライバ、４０・・・ＬＥＤ、
５０・・・ヒューズ、６０・・・負荷、７０・・・バッテリ
【図１】
0005624952.tif 000002
【図２】
0005624952.tif 000003
【図３】
0005624952.tif 000004
【図４】
0005624952.tif 000005
【図５】
0005624952.tif 000006
【図６】
0005624952.tif 000007
【図７】
0005624952.tif 000008
【図８】
0005624952.tif 000009
【図９】
0005624952.tif 000010
【図１０】
0005624952.tif 000011
【図１１】
0005624952.tif 000012
【図１２】
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