(57)【要約】【課題】負荷駆動装置の回路規模を小さくする。【解決手段】電源よりエネルギーが充電され、エネルギーを負荷に放電する複数の容量素子と、複数の容量素子の充電時に、電源と複数の容量素子の各々との間を導通して、予め定められた電流値以下に制限された電流を各々に供給し、複数の容量素子の放電時に、複数の容量素子を直列に接続して負荷を駆動するスイッチ部と、を備える負荷駆動装置、並びに、当該装置に係る負荷駆動方法を提供する。【選択図】図３
2014166098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源よりエネルギーが充電され、前記エネルギーを負荷に放電する複数の容量素子と、
前記複数の容量素子の充電時に、前記電源と前記複数の容量素子の各々との間を導通して、予め定められた電流値以下に制限された電流を前記複数の容量素子の各々に供給し、前記複数の容量素子の放電時に、前記複数の容量素子を直列に接続して前記負荷を駆動するスイッチ部と、
を備える負荷駆動装置。
【請求項２】
前記スイッチ部は、
前記充電時に、前記電源と前記複数の容量素子の各々との間を導通して、前記制限された電流を前記複数の容量素子の各々に供給し、前記放電時に、前記電源と前記複数の容量素子の各々との間を遮断する少なくとも１つの電流制限スイッチを備える請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記スイッチ部は、複数の前記電流制限スイッチを備え、
前記電流制限スイッチは、前記複数の容量素子の各々に対応して設けられ、
前記充電時に、各々の容量素子の容量値に応じた電流を、対応する容量素子に供給する請求項２に記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記電流制限スイッチは、
前記充電時に、前記制限された電流を流すようにゲートがバイアスされ、前記放電時に、オフするように前記ゲートがバイアスされるＭＯＳトランジスタを含む請求項２または３に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記ＭＯＳトランジスタは、前記充電時において、
前記複数の容量素子の各々の電圧が予め定められた基準電圧よりも低いときに、前記制限された電流に応じた電圧がゲートにバイアスされ、前記複数の容量素子の各々の電圧が前記基準電圧以上であるときに、フルオンとなる電圧がゲートにバイアスされる請求項４に記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記電流制限スイッチは、
前記充電時に、前記制限された電流を流すようにベースがバイアスされ、前記放電時に、オフするように前記ベースがバイアスされるバイポーラトランジスタを含む請求項２または３に記載の負荷駆動装置。
【請求項７】
前記バイポーラトランジスタは、前記充電時において、
前記複数の容量素子の各々の電圧が予め定められた基準電圧よりも低いときに、前記制限された電流に応じた電圧がベースにバイアスされ、前記複数の容量素子の各々の電圧が前記基準電圧以上であるときに、フルオンとなる電圧が前記バイポーラトランジスタのベースにバイアスされる請求項６に記載の負荷駆動装置。
【請求項８】
前記電流制限スイッチは、
前記充電時に、オンし、前記放電時に、オフするスイッチと、
前記スイッチに直列接続され、前記制限された電流を流す電流源と、
を含む請求項２または３に記載の負荷駆動装置。
【請求項９】
前記電流制限スイッチは、
前記充電時に、オンし、前記放電時に、オフするスイッチと、
前記スイッチに直列接続され、前記制限された電流が流れる抵抗値を有する抵抗素子と、
を含む請求項２に記載の負荷駆動装置。
【請求項１０】
前記スイッチ部は、
前記複数の容量素子の各々の電圧が予め定められた基準電圧よりも低いときに、前記電源と前記複数の容量素子との間の電流パスの抵抗値を前記制限された電流が流れる制限抵抗値にし、前記複数の容量素子の各々の電圧が前記基準電圧よりも高いときに、前記電流パスの抵抗値を前記制限抵抗値よりも低い抵抗値にする電流制限スイッチを備える請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項１１】
前記電流制限スイッチは、
前記電源と前記複数の容量素子との間に接続され、前記制限抵抗値を有する抵抗素子と、
前記電源と前記複数の容量素子との間に接続され、前記複数の容量素子の各々の電圧が前記基準電圧よりも低いときに、オフするようにゲートがバイアスされ、前記複数の容量素子の各々の電圧が前記基準電圧よりも高いときに、フルオンするようにゲートがバイアスされるＭＯＳトランジスタと、
を含む請求項１０に記載の負荷駆動装置。
【請求項１２】
前記電流制限スイッチは、
前記電源と前記複数の容量素子との間に接続され、前記制限抵抗値を有する抵抗素子と、
前記電源と前記複数の容量素子との間に接続され、前記複数の容量素子の各々の電圧が前記基準電圧よりも低いときに、オフするようにベースがバイアスされ、前記複数の容量素子の各々の電圧が前記基準電圧よりも高いときに、フルオンするようにベースがバイアスされるバイポーラトランジスタと、
を含む請求項１０に記載の負荷駆動装置。
【請求項１３】
前記複数の容量素子の各々は、リチウムイオンキャパシタである請求項１から１２のいずれか一項に記載の負荷駆動装置。
【請求項１４】
前記負荷は、ＬＥＤである請求項１から１３のいずれか一項に記載の負荷駆動装置。
【請求項１５】
予め定められた電流値以下に制限された電流を電源から複数の容量素子の各々に供給するステップと、
前記複数の容量素子を直列に接続して負荷を駆動するステップと、
を備える負荷駆動方法。
【請求項１６】
前記複数の容量素子の各々は、リチウムイオンキャパシタである請求項１５に記載の負荷駆動方法。
【請求項１７】
前記負荷は、ＬＥＤである請求項１５または１６に記載の負荷駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷駆動装置および負荷駆動方法に関する。より詳細には、電源から容量素子にエネルギーを充電し、充電されたエネルギーによって負荷を駆動する負荷駆動装置および負荷駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のＬＥＤ点灯装置３００の概略を示す。ＬＥＤ点灯装置３００は、スマートフォン、携帯電話等に設けられたカメラに搭載されて、フラッシュを生成する（例えば特許文献１参照）。ＬＥＤ点灯装置３００は、入力電圧Ｖｉｎを出力する電源１０、降圧回路２０、容量素子３０、昇圧回路４０およびＬＥＤ６０を備える。
【０００３】
電源１０は、例えば、入力電圧Ｖｉｎを出力する電池である。降圧回路２０は、電源１０からのエネルギーを降圧して、容量素子３０に出力する。容量素子３０は、例えば、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）等の大容量コンデンサであり、充電されたエネルギーを昇圧回路４０に出力する。昇圧回路４０は、充電されたエネルギーを高い出力電圧Ｖｏｕｔに昇圧してＬＥＤ６０に供給する。このような構成により、ＬＥＤ点灯装置３００は、昇圧されたエネルギーをＬＥＤ６０に供給して、ＬＥＤ６０を高輝度で点灯させる。
【０００４】
なお、回路規模を低減するために、降圧回路２０および容量素子３０を省略して、昇圧回路４０で直接昇圧することも考えられる。しかし、このような方法では、電源１０の出力電流が、電源１０の最大電流供給量を超えてしまい、ＬＥＤ６０が高輝度で点灯できるだけの電流量を供給できなくなる場合がある。このため、降圧回路２０により容量素子３０にエネルギーを一旦充電してから、昇圧回路４０により充電したエネルギーを昇圧してＬＥＤ６０に放電している。
［特許文献１］   特開２００７−１２１７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＬＥＤ点灯装置３００における降圧回路２０および昇圧回路４０は、インダクタ等を含むＤＣ−ＤＣコンバータで構成される。したがって、従来のＬＥＤ点灯装置３００は、回路規模が大きいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様においては、電源よりエネルギーが充電され、エネルギーを負荷に放電する複数の容量素子と、複数の容量素子の充電時に、電源と複数の容量素子の各々との間を導通して、予め定められた電流値以下に制限された電流を各々に供給し、複数の容量素子の放電時に、複数の容量素子を直列に接続して負荷を駆動するスイッチ部と、を備える負荷駆動装置、並びに、当該装置に係る負荷駆動方法を提供する。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】従来のＬＥＤ点灯装置３００の概要を示す。
【図２】ＬＥＤ点灯装置２００の概要を示す。
【図３】電流制限スイッチを複数備えた負荷駆動装置１００を示す。
【図４】電流制限スイッチを１つ備えた負荷駆動装置１００を示す。
【図５】図３に係る負荷駆動装置１００の実施形態１を示す。
【図６】図４に係る負荷駆動装置１００の実施形態２を示す。
【図７】図３に係る負荷駆動装置１００の実施形態３を示す。
【図８】図４に係る負荷駆動装置１００の実施形態４を示す。
【図９】図４に係る負荷駆動装置１００の実施形態５を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図２は、ＬＥＤ点灯装置２００の概要を示す。ＬＥＤ点灯装置２００は、負荷駆動装置１００、ＬＥＤ６０および電流源６１を備える。負荷駆動装置１００は、電源１０、複数の容量素子（３１、３２）およびスイッチ部５０を備える。負荷駆動装置１００は、スイッチ部５０の切り替え動作によって、複数の容量素子（３１、３２）を並列に接続して電源１０により充電するか、または、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続してＬＥＤ６０にエネルギーを放電するかを切り替える。
【００１１】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、複数の容量素子（３１、３２）を並列に接続して、予め定められた電流値に制限されたエネルギーを、電源１０から複数の容量素子（３１、３２）に出力する。充電時における負荷駆動装置１００の具体的な動作を以下に示す。
【００１２】
電源１０は、スイッチ部５０に入力電圧Ｖｉｎのエネルギーを出力する。スイッチ部５０は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）の各一端との間を導通する。また、スイッチ部５０は、電源１０が供給できる最大供給電流を超えない予め定められた電流値以下に制限された電流を、複数の容量素子（３１、３２）の各々に供給する。このとき、複数の容量素子（３１、３２）の他端は、それぞれグランドに接続される。
【００１３】
本例において電源１０の最大供給電流は、電源１０の仕様等により定められてよい。また、電源１０の最大供給電流は、電源１０の出力電流が最大供給電流を超えると、電源１０の電圧が所定の最小電圧を下回ってしまう電流であってもよい。電源１０が容量素子（３１、３２）以外の電子機器に電力を供給する場合、電源１０の電圧が所定の電圧以下となると、電子機器が動作できない場合がある。一例として、上述の所定の最小電圧は、当該電子機器の動作が維持できる電圧に設定される。
【００１４】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続して、昇圧したエネルギーをＬＥＤ６０に出力する。放電時における負荷駆動装置１００の具体的な動作を以下に示す。
【００１５】
スイッチ部５０は、複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）の各一端との間を遮断する。また、スイッチ部５０は、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続する。負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）それぞれに充電されたエネルギーを、出力電圧Ｖｏｕｔを高くしてＬＥＤ６０に放電する。
【００１６】
このとき、容量素子３１は、負側端子をグランドに接地し、正側端子を容量素子３２の負側端子に接続する。容量素子３２は、正側端子を、電流源６１を介してＬＥＤ６０に接続する。これにより、出力電圧Ｖｏｕｔは、容量素子３１の両極間電圧と、容量素子３２の両極間電圧とを加算した電圧となる。
【００１７】
複数の容量素子（３１、３２）は、それぞれに蓄積されたエネルギーを、高い出力電圧Ｖｏｕｔのエネルギーとして電流源６１に出力する。電流源６１は、出力電圧Ｖｏｕｔのエネルギーから定電流を生成してＬＥＤ６０に出力する。
【００１８】
ＬＥＤ６０は、高い出力電圧Ｖｏｕｔのエネルギーが入力されるので、高輝度に発光する。また、ＬＥＤ６０は、電流源６１から定電流にされたエネルギーが入力されるので、輝度を一定にすることができる。なお、ＬＥＤ点灯装置２００がＬＥＤ６０を一瞬だけ点灯させるフラッシュシステムである場合、電流源６１は省略されてよい。
【００１９】
本例の負荷駆動装置１００は、インダクタを用いないスイッチ部５０により電源１０の最大電流供給能力を超えないように複数の容量素子（３１、３２）にエネルギーを充電する。また、スイッチ部５０により、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続して、高い出力電圧Ｖｏｕｔのエネルギーを放電する。つまり、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、降圧機能と昇圧機能を一体化しているので回路規模が小さい。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、小さい回路規模で、電源１０から過大な電流が流れることを防ぎつつ、負荷に高圧のエネルギーを供給することができる。
【００２０】
なお、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、電源１０からのエネルギーを予め定められた電流値に制限して、複数の容量素子（３１、３２）に出力する。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）が、電流電圧のバイアス条件に制限のあるＬＩＣ（リチウムイオンキャパシタ）である場合に好適である。
【００２１】
本実施形態では、負荷の一例としてＬＥＤ６０を挙げた。しかし、負荷駆動装置１００が駆動する負荷は、ＬＥＤ６０に限定されない。例えば、負荷は、パルス駆動されるモーターが接続されたモータードライバのようなモーター駆動回路等であってよい。
【００２２】
図３は、電流制限スイッチを複数備えた負荷駆動装置１００を示す。但し、ＬＥＤ６０および電流源６１は、負荷駆動装置１００の構成には含まれない。本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、図２に示したスイッチ部５０の構成例を示す。スイッチ部５０を除く他の構成は、図２に示した負荷駆動装置１００と同一である。
【００２３】
本実施形態に係るスイッチ部５０は、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２を備える。複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）に対応して設けられる。スイッチＳＷ１は、容量素子３１の正側端子と容量素子３２の負側端子とを接続するか否かを切り替える。スイッチＳＷ２は、容量素子の負側端子を接地電位に接続するか否かを切り替える。スイッチ部５０は、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２の切り替え動作によって、複数の容量素子（３１、３２）の充放電を切り替える。
【００２４】
複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）の各一端との間を導通する。複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、電源１０が出力する電流が、電源１０が供給できる最大供給電流を超えないように、予め定められた電流値以下に制限された電流を複数の容量素子（３１、３２）に供給する。
【００２５】
複数の容量素子（３１、３２）の充電時における負荷駆動装置１００の具体的な動作を以下に示す。スイッチ部５０は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、スイッチＳＷ１をオフに、スイッチＳＷ２をオンにする。つまり、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２は、複数の容量素子（３１、３２）を並列に接続する。また、スイッチ部５０は、並列に接続した複数の容量素子（３１、３２）を複数の電流制限スイッチ（７０、８０）とグランドとの間に接続する。
【００２６】
電源１０は、並列に接続された複数の電流制限スイッチ（７０、８０）に入力電圧Ｖｉｎのエネルギーを出力する。電流制限スイッチ７０は、予め定められた電流値に制限されたエネルギーを容量素子３１の正側端子に出力する。容量素子３１の負側端子は、グランドに接地される。
【００２７】
電流制限スイッチ８０は、予め定められた電流値に制限されたエネルギーを容量素子３２の正側端子に出力する。容量素子３２の負側端子は、スイッチＳＷ２を介してグランドに接地される。また、容量素子３２の負側端子は、スイッチＳＷ１を介して、容量素子３１の正側端子に接続される。これにより、負荷駆動装置１００は、予め定められた電流値に制限された電流で、複数の容量素子（３１、３２）を充電する。
【００２８】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）の各一端との間を遮断する。また、負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続して、昇圧したエネルギーをＬＥＤ６０に出力する。
【００２９】
複数の容量素子（３１、３２）の放電時における負荷駆動装置１００の具体的な動作を以下に示す。スイッチ部５０は、スイッチＳＷ１をオンに、スイッチＳＷ２をオフにして、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続する。つまり、スイッチ部５０は、容量素子３１の負側端子のみをグランドに接地し、容量素子３２の正側端子を、電流源６１を介してＬＥＤ６０に接続する。また、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）との接続を遮断する。
【００３０】
このような構成により、直列に接続された複数の容量素子（３１、３２）は、高い出力電圧Ｖｏｕｔのエネルギーを、電流源６１に出力する。また、ＬＥＤ６０は、電流源６１から、一定の電流とされたエネルギーが入力される。したがって、ＬＥＤ６０は、高輝度、かつ、一定の輝度で発光する。
【００３１】
本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、インダクタを含む降圧回路２０および昇圧回路４０を用いずに、降圧機能と昇圧機能を一体化している。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、回路規模が小さい。
【００３２】
また、複数の容量素子（３１、３２）の各々に対応して電流制限スイッチ部（７０、８０）が設けられた本例では、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、複数の容量素子（３１、３２）の各々の容量値に応じた電流を、対応する複数の容量素子（３１、３２）の各々に供給すれば、複数の容量素子（３１、３２）をバランス充電、つまりそれぞれの両極間電圧が等しくなるように充電を行うことができる。この場合、容量値が代表値（Ｔｙｐ値）よりも大きければ、電流制限スイッチ部の電流値を大きく設定すればよく、容量値が代表値よりも小さければ、電流制限スイッチ部の電流値を小さく設定すればよい。
【００３３】
図４は、電流制限スイッチを１つ備えた負荷駆動装置１００を示す。但し、ＬＥＤ６０および電流源６１は、負荷駆動装置１００の構成には含まれない。本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、図２に示したスイッチ部５０の他の構成例を示している。
【００３４】
本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、図３の負荷駆動装置１００に対して、電流制限スイッチ８０に替えてスイッチＳＷ３を有する点で異なる。本実施形態に係るスイッチ部５０は、電流制限スイッチ７０、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３を備える。電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の各一端と、電源１０との間を導通する。電流制限スイッチ７０は、電源１０が出力する電流が、電源１０が供給できる最大供給電流を超えないように、複数の容量素子（３１、３２）に供給される電流を制限する。スイッチＳＷ３は、容量素子３２の正側端子を、電流制限スイッチ７０に接続するか否かを切り替える。スイッチ部５０は、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３によって、複数の容量素子（３１、３２）の充放電を切り替える。
【００３５】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、複数の容量素子（３１、３２）を並列に接続して、予め定められた電流値に制限されたエネルギーを、複数の容量素子（３１、３２）に出力する。充電時における負荷駆動装置１００の具体的な動作を以下に示す。
【００３６】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、スイッチＳＷ１をオフに、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３をオンにする。つまり、スイッチ部５０は、複数の容量素子（３１、３２）を並列に接続する。また、スイッチ部５０は、並列に接続した複数の容量素子（３１、３２）を電流制限スイッチ７０とグランドとの間に接続する。
【００３７】
電源１０は、電流制限スイッチ７０に入力電圧Ｖｉｎのエネルギーを出力する。電流制限スイッチ７０は、容量素子３１の正側端子に接続され、予め定められた電流値に制限されたエネルギーを出力する。容量素子３１の負側端子は、グランドに接地される。
【００３８】
電流制限スイッチ７０は、スイッチＳＷ３を介して容量素子３２の正側端子に接続され、予め定められた電流値に制限されたエネルギーを出力する。容量素子３２の負側端子は、スイッチＳＷ２を介してグランドに接地される。容量素子３２の負側端子は、スイッチＳＷ１を介して、容量素子３１の正側端子に接続される。
【００３９】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）の各々との間を遮断する。本例では、電流制限スイッチ７０が、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）との接続を遮断する。また、負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続して、昇圧したエネルギーをＬＥＤ６０に出力する。放電時における負荷駆動装置１００の具体的な動作を以下に示す。
【００４０】
スイッチ部５０は、スイッチＳＷ１をオンに、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３をオフにする。これにより、複数の容量素子（３１、３２）が直列に接続される。容量素子３１は、負側端子がグランドに接地し、正側端子が容量素子３２の負側端子に接続される。容量素子３２は、正側端子が、電流源６１を介してＬＥＤ６０に接続される。
【００４１】
本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、インダクタを含む降圧回路２０および昇圧回路４０を用いずに、降圧機能と昇圧機能を一体化している。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、回路規模が小さい。
【００４２】
本願発明に係る負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の個数にかかわらず、電流制限スイッチ７０を１つ備えればよい。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は回路規模がさらに小さくなる。
【００４３】
［実施形態１］
図５は、図３に係る負荷駆動装置１００の実施形態１を示す。但し、ＬＥＤ６０および電流源６１は、負荷駆動装置１００の構成には含まれない。本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、図３に示した複数の電流制限スイッチ（７０、８０）の構成例を示し、かつ、制御回路９０を加えている。複数の電流制限スイッチ（７０、８０）および制御回路９０を除く他の構成は、図３に示した負荷駆動装置１００の構成と同じである。
【００４４】
そして、本実施形態に係る複数の電流制限スイッチ（７０、８０）および制御回路９０を除く他の構成は、複数の容量素子（３１、３２）の充放電時に、図３の実施形態に係る構成と基本的には同様に動作する。ここでは、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）および制御回路９０の動作について説明し、図３と共通する構成および動作の説明を適宜省略する。
【００４５】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、複数の容量素子（３１、３２）を並列に接続して、予め定められた電流値に制限されたエネルギーを、複数の容量素子（３１、３２）に出力する。充電時における負荷駆動装置１００の具体的な動作を以下に示す。
【００４６】
複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、電源１０および容量素子３１との間、および、電源１０および容量素子３２との間に設けられる。複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、電流源７１およびスイッチＳＷ４をそれぞれ備える。
【００４７】
それぞれの電流源７１は、電源１０および対応する容量素子（３１、３２）の間に接続される。電流源７１は、電源１０および容量素子（３１、３２）の間に流れる電流を所定の電流値に制限する。スイッチＳＷ４は、電源１０および対応する容量素子（３１、３２）の間において電流源７１と直列に接続される。スイッチＳＷ４は、電源１０から容量素子（３１、３２）への電流を遮断するか否かを切り替える。
【００４８】
本例において、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）のスイッチＳＷ４は、対応するそれぞれの複数の容量素子（３１、３２）の正側端子に接続される。つまり、電流制限スイッチ７０のスイッチＳＷ４は、容量素子３１の正側端子に接続されて、電流制限スイッチ８０のスイッチＳＷ４は、容量素子３２の正側端子に接続される。
【００４９】
スイッチＳＷ４は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時にオンされ、放電時にオフされる。なお、複数の容量素子（３１、３２）、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、電流源６１およびＬＥＤ６０の構成および動作は、図３に示された負荷駆動装置１００のそれぞれの構成および動作と同じである。
【００５０】
制御回路９０は、検出した複数の容量素子（３１、３２）の電圧に応じて、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ４をオンオフ制御する。具体的には、制御回路９０は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が予め定められた充電基準電圧より低い場合に、スイッチＳＷ１をオフして、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ４をオンする制御信号を各スイッチに出力する。これにより、複数の容量素子（３１、３２）を充電する。また、制御回路９０は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が予め定められた放電基準電圧より高いことを条件として、使用者等からＬＥＤ６０を点灯させる指示を受け取った場合に、スイッチＳＷ１をオンして、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ４をオフする制御信号を各スイッチに出力する。これにより、複数の容量素子（３１、３２）を放電する。
【００５１】
このような構成により、複数の容量素子（３１、３２）は、電圧が低い場合に並列に接続されて、予め定められた電流値に制限されたエネルギーで充電される。また、複数の容量素子（３１、３２）は、電圧が高いことを条件として直列に接続されて、出力電圧Ｖｏｕｔを高くして、ＬＥＤ６０を高輝度に点灯させる。
【００５２】
本実施形態に係る複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、電流源７１を用いて、エネルギーを予め定められた電流値に制限した。しかし、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）において電流値を制限する構成は、電流源７１に限定されない。電流値を制限する構成は、抵抗素子であってよい。複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、抵抗素子の有する抵抗値によって、複数の容量素子（３１、３２）に流れる電流を制限する。
【００５３】
例えば、電流制限スイッチ７０は、抵抗値がＲである抵抗素子を用いて電流値を制限する場合、（Ｖｉｎ−ＶＣ１）／Ｒに制限された電流を容量素子３１に出力する。電流制限スイッチ８０は、抵抗値がＲである抵抗素子を用いて電流値を制限する場合、（Ｖｉｎ−ＶＣ２）／Ｒに制限された電流を容量素子３２に出力する。ここで、電圧ＶＣ１は、容量素子３１の正側端子における電圧であり、電圧ＶＣ２は、容量素子３２の正側端子における電圧である。
【００５４】
本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、インダクタを含む降圧回路２０および昇圧回路４０を用いずに、降圧機能と昇圧機能を一体化している。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、回路規模が小さい。
【００５５】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧に基づいて、充電するか否かを切り替える。また、複数の容量素子（３１、３２）のそれぞれに対して、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）のそれぞれの電流源７１の電流値を独立に設定できる。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）のそれぞれに最適な電流値のエネルギーを充電することができる。
【００５６】
例えば、複数の容量素子（３１、３２）のそれぞれの容量値にばらつきがある場合、これらの容量値に応じて電流源７１の電流値を設定すれば、複数の容量素子（３１、３２）をバランス充電、つまりそれぞれの両極間電圧が等しくなるように充電を行うことができる。この場合、容量値が代表値（Ｔｙｐ値）よりも大きければ、電流源７１の電流値を大きく設定すればよく、容量値が代表値よりも小さければ、電流源７１の電流値を小さく設定すればよい。
【００５７】
［実施形態２］
図６は、図４に係る負荷駆動装置１００の実施形態２を示す。但し、ＬＥＤ６０および電流源６１は、負荷駆動装置１００の構成には含まれない。本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、図４に示した電流制限スイッチ７０の構成例を示し、かつ、制御回路９０を加えている。電流制限スイッチ７０および制御回路９０を除く他の構成は、図４に示した負荷駆動装置１００と共通である。
【００５８】
そして、本実施形態に係る電流制限スイッチ７０および制御回路９０を除く他の構成は、複数の容量素子（３１、３２）の充放電時に、図４に係る実施形態と同様に動作する。ここでは、電流制限スイッチ７０および制御回路９０の動作について説明して、図４と共通する構成および動作の説明を適宜省略する。
【００５９】
本実施形態に係る電流制限スイッチ７０は、図５に示した電流制限スイッチ７０と同様の構成を有する。ただし、図４においては、各電流源７１の電流の和が電源１０の最大電流供給能力を超えないように設定されるのに対して、図５の例では、一つの電流源７１の電流が、電源１０の最大電流供給能力を超えないように設定される。
【００６０】
電流源７１は、電源１０および複数の容量素子（３１、３２）の間に接続される。電流源７１は、電源１０および複数の容量素子（３１、３２）の間に流れる電流を所定の電流値に制限する。スイッチＳＷ４は、電源１０および複数の容量素子（３１、３２）の間において電流源７１と直列に接続される。スイッチＳＷ４は、電源１０から複数の容量素子（３１、３２）への電流を遮断するか否かを切り替える。本例においてスイッチＳＷ４は、複数の容量素子（３１、３２）のそれぞれの正側端子に接続される。ただし、スイッチＳＷ４および容量素子３２の間には、スイッチＳＷ３が設けられる。
【００６１】
制御回路９０は、図５に示した制御回路９０と同様に動作する。つまり、制御回路９０は、検出した複数の容量素子（３１、３２）の電圧に応じて、各スイッチＳＷ１〜４をオンオフ制御する。
【００６２】
このような構成により、複数の容量素子（３１、３２）は、電圧が低い場合に並列に接続されて、予め定められた電流値に制限されたエネルギーで充電される。また、複数の容量素子（３１、３２）は、電圧が高いことを条件として直列に接続されて、出力電圧Ｖｏｕｔを高くして、ＬＥＤ６０を高輝度に点灯させる。
【００６３】
［実施形態３］
図７は、図３に係る負荷駆動装置１００の実施形態３を示す。但し、ＬＥＤ６０および電流源６１は、負荷駆動装置１００の構成には含まれない。本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、図３に示した負荷駆動装置１００の複数の電流制限スイッチ（７０、８０）の他の構成例である。複数の電流制限スイッチ（７０、８０）を除く他の構成は、図３、図５に示した負荷駆動装置１００の構成と同じである。なお、本例の負荷駆動装置１００も、各スイッチを駆動する制御回路９０を有するが、図では省略している。
【００６４】
そして、本実施形態に係る複数の電流制限スイッチ（７０、８０）を除く他の構成は、複数の容量素子（３１、３２）の充放電時に、図３、図５に係る実施形態と同様に動作する。ここでは、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）の動作について説明して、図３、図５と共通する構成および動作の説明を適宜省略する。また、電流制限スイッチ７０および８０は同一の構成を有するので、以下においては電流制限スイッチ７０の構成を説明する。
【００６５】
複数の電流制限スイッチ７０は、電源１０および容量素子３１との間、および、電源１０および容量素子３２との間に設けられる。複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、電流源７１、電流遮断用スイッチ７２、ＰＭＯＳ７３、ＰＭＯＳ７４、コンパレータ７５、参照電源７６およびセレクタ７７を備える。本明細書では、ＰＭＯＳとは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタを意味する。
【００６６】
ＰＭＯＳ７３のゲートとＰＭＯＳ７４のゲートとは、互いに接続される。つまり、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４のゲートは、共通電位である。当該共通電位であるゲートは、セレクタ７７の出力端子に接続される。また、各トランジスタのゲートは、電流遮断用スイッチ７２を介して、各トランジスタのソースに接続される。なお、ＰＭＯＳ７４のチャネル幅Ｗをチャネル長Ｌで除した値は、ＰＭＯＳ７３のチャネル幅Ｗをチャネル長Ｌで除した値よりも大きい。本例では、ＰＭＯＳ７４におけるＷ／Ｌの値は、ＰＭＯＳ７３のＷ／Ｌの値のｎ倍（ｎは１よりも大きな実数）である。
【００６７】
ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４のそれぞれのソースは、ともに電源１０に接続される。また、ＰＭＯＳ７４におけるドレインは、電流制限スイッチ７０と容量素子３１に接続される。また、ＰＭＯＳ７３におけるドレインは、定電流源７１に接続される。
【００６８】
セレクタ７７には、グランド電圧および定電流源７１の電圧が入力される。セレクタ７７は、コンパレータ７５の出力信号に応じて、グランド電圧または定電流源７１の電圧を選択して出力する。
【００６９】
電流遮断用スイッチ７２は、容量素子３１を充電する場合にオフとなる。これにより、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４のゲート電圧は、セレクタ７７により制御される。また、電流遮断用スイッチ７２は、容量素子３１を放電する場合にオンとなる。これにより、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４のゲート電圧がソース電圧と等しくなり、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４がオフ状態となる。これにより、容量素子３１から電源１０に電流が流れることを防止する。
【００７０】
電流制限スイッチ７０は、降圧回路として機能して、容量素子３１を充電する。当該充電方法は二通りある。一つは、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４をミラー回路として動作させる場合である。もう一つは、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４のゲートをフルオンさせる場合である。なお、本明細書においてフルオンとは、ＰＭＯＳ７４が、最大の電流を流すことができる状態を意味する。
【００７１】
容量素子３１の電圧が、参照電源７６の電圧（Ｖｒｅｆ）よりも低い場合、コンパレータ７５はセレクタ７７にハイレベルの電圧信号を出力する。この場合、セレクタ７７は入力として定電流源７１の電圧を選択する。そして、セレクタ７７は、定電流源７１の電圧をＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４の共通のゲートに出力する。これにより、ＰＭＯＳ７３には、定電流源７１により定められた電流が流れる。
【００７２】
コンパレータ７５がセレクタ７７にハイレベルの電圧信号を出力する場合、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４はミラー回路を構成する。また、ＰＭＯＳ７４におけるＷ／Ｌは、ＰＭＯＳ７３のＷ／Ｌのｎ倍である。したがって、ＰＭＯＳ７４には、ＰＭＯＳ７３のｎ倍の電流が流れる。よって、ＰＭＯＳ７４には、定電流源７１により定められた電流のｎ倍に制限された電流が流れる。当該制限された電流が、ＰＭＯＳ７４および接点を経由して容量素子３１に流れる。これにより容量素子３１は充電される。
【００７３】
また、容量素子３１の電圧が、参照電源７６の電圧（Ｖｒｅｆ）以上の場合、コンパレータ７５はセレクタ７７にローレベルの電圧信号を出力する。この場合、セレクタ７７は入力としてグランド電圧を選択して、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４の共通のゲートにグランド電圧を出力する。そして、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４は、フルオンする。これにより、電源１０の電圧と容量素子３１の電圧との差分を、ＰＭＯＳ７４のオン抵抗で除した値の電流が流れる。
【００７４】
このように、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）の各々の電圧が予め定められた参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）との間の電流パスの抵抗値を制限された電流が流れる制限抵抗値にする。また、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）の各々の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、電流パスの抵抗値を制限抵抗値よりも低い抵抗値にする。このように、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧に応じて、制限する電流量を変化させる。ここで、参照電圧Ｖｒｅｆは、複数の容量素子（３１、３２）が満充電状態に近い場合における、複数の容量素子（３１、３２）の電圧であってよい。
【００７５】
具体的には、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、ＰＭＯＳ７４をフルオンにする。これにより、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、充電時間を短縮させることができる。
【００７６】
つまり、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、ＰＭＯＳ７４のソースドレイン間の電圧Ｖｄｓが低くなる。そのため、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、ＰＭＯＳ７４の動作領域が飽和領域から非飽和領域になり、所定の電流を流せなくなる。この場合の参照電圧Ｖｒｅｆは、ＰＭＯＳ７４の動作領域が非飽和領域になる場合の、複数の容量素子（３１、３２）の電圧であってよい。
【００７７】
本実施形態に係る複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、ＰＭＯＳ７４をフルオンする。よって、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、ＰＭＯＳ７４のＶｄｓに応じた最大の電流を流す。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時間を短縮できる。
【００７８】
本実施形態において、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４は、これに限定されず、ＰＮＰタイプのバイポーラトランジスタであってもよい。また、バイポーラトランジスタを用いる場合、バイポーラトランジスタは、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、制限された電流を流すようにベースがバイアスされ、放電時に、オフするようにベースがバイアスされる。
【００７９】
また、バイポーラトランジスタは、複数の容量素子（３１、３２）の充電時において、複数の容量素子（３１、３２）の各々の電圧が予め定められた参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合に、制限された電流に応じた電圧がベースにバイアスされ、複数の容量素子（３１、３２）の各々の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上である場合に、フルオンとなる電圧がバイポーラトランジスタのベースにバイアスされる。
【００８０】
本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合に、予め定められた電流値で充電し、参照電圧Ｖｒｅｆ以上である場合に、ＰＭＯＳ７４をフルオンさせることで、非飽和領域で最大の電流が流せる状態になるので、充電時間が短縮される。
【００８１】
［実施形態４］
図８は、図４に係る負荷駆動装置１００の実施形態４を示す。但し、ＬＥＤ６０および電流源６１は、負荷駆動装置１００の構成には含まれない。本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、図４、図６に示した負荷駆動装置１００の電流制限スイッチ７０の他の構成例である。電流制限スイッチ７０を除く他の構成は、図４、図６に示した負荷駆動装置１００における構成と共通する。なお、本例の負荷駆動装置１００も、各スイッチを駆動する制御回路９０を有するが、図では省略している。
【００８２】
そして、本実施形態に係る電流制限スイッチ７０を除く他の構成は、複数の容量素子（３１、３２）の充放電時に、図４に係る実施形態の構成と同様に動作する。また、本実施形態に係る電流制限スイッチ７０は、図７の実施形態３に係る電流制限スイッチ７０と同様に動作する。ここでは、本実施形態に係る電流制限スイッチ７０に特有の動作について説明し、図４の実施形態および図７の実施形態３と共通する動作を適宜省略する。
【００８３】
本例の電流制限スイッチ７０は、図７に示した電流制限スイッチ７０と同様の構成を有する。ただし、本例のＰＭＯＳ７４のドレインは、複数の容量素子（３１、３２）に接続される。なお、容量素子３２については、スイッチＳＷ３を介してＰＭＯＳ７４のドレインに接続される。
【００８４】
また、図７に係る実施形態３において、電流制限スイッチ７０は、容量素子３１の電圧を参照電圧Ｖｒｅｆと比較し、電流制限スイッチ８０は、容量素子３２の電圧を参照電圧Ｖｒｅｆと比較した。
【００８５】
一方、本実施形態に係る電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）に対して共通に設けられている。よって、本実施形態の電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）に共通する電圧と参照電圧Ｖｒｅｆとを比較する点で実施形態３と異なる。
【００８６】
電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の各々の電圧が予め定められた参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合に、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）との間の電流パスの抵抗値を制限された電流が流れる制限抵抗値にする。また、電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の各々の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合に、電流パスの抵抗値を制限抵抗値よりも低い抵抗値にする。このように、複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧に応じて、制限する電流量を変化させる。
【００８７】
具体的には、電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、電流源７１の電流源電流のｎ倍で電流を制限して出力する。また、電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、ＰＭＯＳ７４をフルオンにする。
【００８８】
したがって、電流制限スイッチ７０には、ＰＭＯＳ７４のＶｄｓに応じた最大の電流が流れる。複数の電流制限スイッチ（７０、８０）は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、ＰＭＯＳ７４をフルオンにすることで、充電時間を短縮させることができる。
【００８９】
一方、電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４のゲートのバイアスを制御して、スイッチをオフする。電流制限スイッチ７０は、放電時に、実施形態３に係る複数の電流制限スイッチ（７０、８０）と同様の動作を行うので、ここでは説明を省略する。
【００９０】
このとき、複数の容量素子（３１、３２）、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３は、図４に示した場合と同様の回路が構成されて動作する。つまり、複数の容量素子（３１、３２）は、直列に接続されて、高い出力電圧Ｖｏｕｔのエネルギーを、電流源６１を介してＬＥＤ６０に出力する。
【００９１】
本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合に、予め定められた電流値で充電して、参照電圧Ｖｒｅｆ以上である場合に、ＰＭＯＳ７４をフルオンさせる。これにより、負荷駆動装置１００は、非飽和領域で最大の電流が流せる状態になるので、充電時間が短縮される。
【００９２】
本願発明に係る負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の個数にかかわらず、電流制限スイッチ７０を１つ備えればよい。したがって、本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、回路規模がさらに小さくなる。
【００９３】
本実施形態において、ＰＭＯＳ７３およびＰＭＯＳ７４は、これに限定されず、ＰＮＰタイプのバイポーラトランジスタであってもよい。バイポーラトランジスタは、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、制限された電流を流すようにベースがバイアスされ、放電時に、オフするようにベースがバイアスされる。
【００９４】
バイポーラトランジスタは、複数の容量素子（３１、３２）の充電時において、複数の容量素子（３１、３２）の各々の電圧が予め定められた参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合に、制限された電流に応じた電圧がベースにバイアスされ、複数の容量素子（３１、３２）の各々の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上である場合に、フルオンとなる電圧がバイポーラトランジスタのベースにバイアスされてもよい。
【００９５】
［実施形態５］
図９は、図４に係る負荷駆動装置１００の実施形態５を示す。但し、ＬＥＤ６０および電流源６１は、負荷駆動装置１００の構成には含まれない。本実施形態に係る負荷駆動装置１００は、図４に示した電流制限スイッチ７０の他の構成例である。電流制限スイッチ７０を除く他の構成は、図４、図６、図８に係る負荷駆動装置１００における構成と共通する。なお、本例の負荷駆動装置１００も、各スイッチを駆動する制御回路９０を有するが、図では省略している。
【００９６】
そして、本実施形態に係る電流制限スイッチ７０を除く他の構成は、複数の容量素子（３１、３２）の充放電時に、図４、図６、図８に係る実施形態と同様に動作する。ここでは、電流制限スイッチ７０の動作について説明し、図４、図６、図８と共通する動作を適宜省略する。
【００９７】
電流制限スイッチ７０は、電源１０と容量素子３１との間に設けられる。電流制限スイッチ７０は、コンパレータ７５、参照電源７６、セレクタ７７、ＰＭＯＳ７８および抵抗素子７９を備える。
【００９８】
電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、予め定められた電流値に制限された電流を複数の容量素子（３１、３２）に出力する。電流制限スイッチ７０は、放電時に、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）の接続を遮断する。
【００９９】
ＰＭＯＳ７８は、ソースに電源１０が接続されて、入力電圧Ｖｉｎのエネルギーが入力される。ＰＭＯＳ７８のドレインは、コンパレータ７５の正側端子および容量素子３１の正側端子に接続される。
【０１００】
参照電源７６は、コンパレータ７５の正側端子に接続されて、参照電圧Ｖｒｅｆを出力する。コンパレータ７５の負側端子は、ＰＭＯＳ７８のドレインおよび複数の容量素子（３１、３２）の正側端子に接続されて、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が入力される。コンパレータ７５は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧と参照電源７６の参照電圧Ｖｒｅｆに基づいて、出力信号をセレクタ７７の制御入力端子に出力する。
【０１０１】
セレクタ７７の入力端子は、グランドおよび電源１０に接続されて、グランド電圧および入力電圧Ｖｉｎが入力される。また、セレクタ７７の出力端子は、ＰＭＯＳ７８のゲートに接続されて、グランド電圧または入力電圧Ｖｉｎのいずれかを出力する。
【０１０２】
抵抗素子７９は、電源１０と複数の容量素子（３１、３２）との間に接続されて、電源１０から入力電圧Ｖｉｎのエネルギーが入力される。抵抗素子７９は、予め定められた制限抵抗値を有しており、入力電圧Ｖｉｎのエネルギーを、電流値を制限して複数の容量素子（３１、３２）に出力する。なお、複数の容量素子（３１、３２）、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ３、電流源６１およびＬＥＤ６０の構成は、図４、図６、図８に示された負荷駆動装置１００のそれぞれの構成と同一である。
【０１０３】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の充電時に、複数の容量素子（３１、３２）を並列に接続して、予め定められた電流値に制限されたエネルギーを、複数の容量素子（３１、３２）に出力する。電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、ＰＭＯＳ７８がオフされて、抵抗素子７９を介して複数の容量素子（３１、３２）が充電される。
【０１０４】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が予め定められた電圧よりも低い場合に、予め定められた電流値で充電する。負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が予め定められた電圧以上である場合に、ＰＭＯＳをフルオンさせる。
【０１０５】
コンパレータ７５は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧と参照電圧Ｖｒｅｆを比較する。コンパレータ７５は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、セレクタ７７の制御入力端子にＨｉｇｈを出力する。セレクタ７７は、コンパレータ７５からＨｉｇｈが入力された場合、電源１０の入力電圧Ｖｉｎを、ＰＭＯＳ７８のゲートに出力する。
【０１０６】
ＰＭＯＳ７８は、ゲートに入力電圧Ｖｉｎがバイアスされてオフする。複数の容量素子（３１、３２）は、抵抗素子７９を経由して、予め定められた抵抗値によって制限されたエネルギーが充電される。具体的には、複数の容量素子（３１、３２）は、（Ｖｉｎ−ＶＣ１）／Ｒで制限された電流により充電される。
【０１０７】
電流制限スイッチ７０は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、ＰＭＯＳ７８をフルオンにする。すなわち、電流制限スイッチ７０は、抵抗素子７９に加えて、ＰＭＯＳ７８からも、複数の容量素子（３１、３２）にエネルギーを出力する。
【０１０８】
コンパレータ７５は、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以上の場合、セレクタ７７の制御入力端子にＬｏｗを出力する。セレクタ７７は、コンパレータ７５からＬｏｗが入力された場合、グランド電圧をＰＭＯＳ７８のゲートに出力する。
【０１０９】
ＰＭＯＳ７８は、ゲートにグランド電圧が入力されると、フルオンする。複数の容量素子（３１、３２）は、電源１０からＰＭＯＳ７８および抵抗素子７９を経由して、エネルギーが充電される。
【０１１０】
具体的には、複数の容量素子（３１、３２）は、（Ｖｉｎ−ＶＣ１）／Ｒ＋（Ｖｉｎ−ＶＣ１）／Ｒｏｎで制限された電流により充電される。ここで、電圧ＶＣ１は容量素子３１の電圧であり、抵抗Ｒｏｎは、ＰＭＯＳ７８のオン抵抗である。
【０１１１】
負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、容量素子３１を充電しながら、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続して、昇圧したエネルギーをＬＥＤ６０に出力する。電流制限スイッチ７０は、ＰＭＯＳ７８をオフして、抵抗素子７９を介して容量素子３１にエネルギーを出力する。
【０１１２】
具体的には、セレクタ７７は、複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、入力電圧Ｖｉｎを選択して、ＰＭＯＳ７８をオフする。複数の容量素子（３１、３２）と電源１０の間に抵抗素子７９が接続されているので、負荷駆動装置１００は、抵抗素子７９を介して容量素子３１を充電できる。
【０１１３】
複数の容量素子（３１、３２）、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３は、図４に示した場合と同様の回路が構成されて動作する。つまり、複数の容量素子（３１、３２）は、直列に接続されて、高い出力電圧Ｖｏｕｔのエネルギーを、電流源６１を介してＬＥＤ６０に出力する。
【０１１４】
これにより、負荷駆動装置１００は、複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、容量素子３１を充電しながら、複数の容量素子（３１、３２）を直列に接続して、昇圧したエネルギーをＬＥＤ６０に出力する。したがって、負荷駆動装置１００は、ＬＥＤ６０を長時間点灯させることができる。
【０１１５】
なお、複数の容量素子（３１、３２）は、放電終了後に、スイッチＳＷ３がオンとなり、容量素子３１正側端子から、スイッチＳＷ３を介して容量素子３２の正側端子に接続される。したがって、複数の容量素子（３１、３２）は、最終的には、容量素子３１および容量素子３２のそれぞれの電圧がバランス良く充電される。
【０１１６】
本実施形態において、ＰＭＯＳ７８は、これに限定されず、ＰＮＰタイプのバイポーラトランジスタであってもよい。また、バイポーラトランジスタを用いる場合、バイポーラトランジスタは、複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合、フルオンとなるようにベースがバイアスされる。バイポーラトランジスタは、充電時であって複数の容量素子（３１、３２）の電圧が参照電圧Ｖｒｅｆ以下の場合、若しくは複数の容量素子（３１、３２）の放電時に、オフするようにベースがバイアスされる。
【０１１７】
［発明の効果］
本発明によれば、負荷駆動装置は、インダクタ等を含む降圧回路及び昇圧回路を用いず、スイッチ部により、電源の最大電流供給能力を超えないように容量素子にエネルギーを充電し、充電された容量素子を直列に接続して、出力電圧を高くしてエネルギーを負荷に放電する構成としたので、回路規模が小さい。
【０１１８】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１１９】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１２０】
１０・・・電源、２０・・・降圧回路、３０・・・容量素子、３１・・・容量素子、３２・・・容量素子、４０・・・昇圧回路、６０・・・ＬＥＤ、６１・・・電流源、７０・・・電流制限スイッチ、７１・・・電流源、７２・・・電流遮断用スイッチ、７３・・・ＰＭＯＳ、７４・・・ＰＭＯＳ、７５・・・コンパレータ、７６・・・参照電源、７７・・・セレクタ、７８・・・ＰＭＯＳ、７９・・・抵抗素子、８０・・・電流制限スイッチ、９０・・・制御回路、１００・・・負荷駆動装置、２００、３００・・・ＬＥＤ点灯装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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