(57)【要約】【課題】  部品点数が少なく、かつ、電磁ノイズの発生が少ない昇圧回路を備えたＬＥＤ調光回路を提供する。【解決手段】  ＬＥＤ調光回路は、バッテリと、ＬＥＤ点灯回路と、コンデンサを含みバッテリとＬＥＤ点灯回路の間に設けられる昇圧回路と、パルス信号を発して昇圧回路を制御する制御装置と、を備える。制御装置からのパルス信号がオフのとき、昇圧回路はコンデンサの充電を行うとともにバッテリとＬＥＤ点灯回路の間の接続を切り、制御装置からのパルス信号がオンのとき、昇圧回路はコンデンサに充電された電力をＬＥＤ点灯回路に供給するとともにバッテリとＬＥＤ点灯回路の間の接続を成す。【選択図】  図１
2018018651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリと、
ＬＥＤ点灯回路と、
コンデンサを含み前記バッテリと前記ＬＥＤ点灯回路の間に設けられる昇圧回路と、
パルス信号を発して前記昇圧回路を制御する制御装置と、を備えるＬＥＤ調光回路であって、
前記制御装置からの前記パルス信号がオフのとき、前記昇圧回路は前記コンデンサの充電を行うとともに前記バッテリと前記ＬＥＤ点灯回路の間の接続を切り、前記制御装置からの前記パルス信号がオンのとき、前記昇圧回路は前記コンデンサに充電された電力を前記ＬＥＤ点灯回路に供給するとともに前記バッテリと前記ＬＥＤ点灯回路の間の接続を成す、ＬＥＤ調光回路。
【請求項２】
前記ＬＥＤ点灯回路はスイッチを備え、
前記スイッチは、前記制御装置からの前記パルス信号のオン／オフに応じてオン／オフする、請求項１に記載のＬＥＤ調光回路。
【請求項３】
前記ＬＥＤ点灯回路は定電流回路を備える、請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ調光回路。
【請求項４】
前記パルス信号の周波数は５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲内である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤ調光回路。
【請求項５】
前記昇圧回路は、チャージポンプ昇圧回路の電圧平滑化コンデンサを非動作状態としたものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬＥＤ調光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＬＥＤ調光回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等の車両の車載照明としてＬＥＤが多用されるようになってきている。ＬＥＤを点灯させるためのＬＥＤ点灯回路は、バッテリ電圧（１４Ｖ前後）にて駆動される必要がある。一方、同じく自動車等の車両においては、近年、燃費の向上や排気エミッションの低減を図るべく、アイドリングストップが実用化されている。アイドリングストップとは、車速が所定値以下に低下すると、自動的にエンジンを停止させる仕組みのことである。
【０００３】
アイドリングストップが実行されている間はエンジンが停止するため、エンジンにより駆動されるオルタネータから供給される電力が０になり、かつ、バッテリからの放電がなされる。そのため、バッテリ電圧が一時的に７Ｖ前後まで低下する場合がある。特に、アイドリングストップの状態からエンジンを再始動する際にはセルモータに大電流が流れるため、バッテリ電圧は大幅に低下する。ＬＥＤの接続灯数が２灯以上の場合、上述したようなバッテリ電圧の一時的な低下によってＬＥＤがちらつく（明滅する）可能性がある。ＬＥＤの調光を行う場合には特に、ＬＥＤのちらつきが車載照明の見た目や明るさに与える影響が大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０７６７５３号
【特許文献２】特開２００２−３５９０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば特許文献１（国際公開第２０１３／０７６７５３号）に記載されているように、ＤＣ／ＤＣコンバータを用いて電源から供給される電圧を昇圧して、光源としてのＬＥＤに供給することで、上述のようなＬＥＤのちらつきの問題に対応できる可能性がある。しかしながら、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いる場合には、部品点数が多くなるといった問題や、スイッチング周波数が高く（１００ｋＨｚ以上）、電磁ノイズが他の装置に影響するといった問題がある。
【０００６】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、部品点数が少なく、かつ、電磁ノイズの発生が少ない昇圧回路を備えたＬＥＤ調光回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
すなわち、本発明の第１の局面によるＬＥＤ調光回路は、バッテリと、ＬＥＤ点灯回路と、コンデンサを含みバッテリとＬＥＤ点灯回路の間に設けられる昇圧回路と、パルス信号を発して昇圧回路を制御する制御装置と、を備えるＬＥＤ調光回路であって、制御装置からのパルス信号がオフのとき、昇圧回路はコンデンサの充電を行うとともにバッテリとＬＥＤ点灯回路の間の接続を切り、制御装置からのパルス信号がオンのとき、昇圧回路はコンデンサに充電された電力をＬＥＤ点灯回路に供給するとともにバッテリとＬＥＤ点灯回路の間の接続を成す。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成を有するＬＥＤ調光回路によれば、コンデンサを含む昇圧回路を用いることから、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータを用いる場合に比べて部品点数を削減できるとともに、電磁ノイズの発生を大幅に抑制することができる。更には、制御装置からのパルス信号がオフのとき昇圧回路はバッテリとＬＥＤ点灯回路の間の接続を切るため、昇圧回路による昇圧電圧を平滑化する必要がなく、これによって更に部品点数を削減することができる。また、このように、昇圧回路の動作とＬＥＤ点灯回路の調光制御とを同期させることができる。
【０００９】
また、本発明の第２の局面によれば、上記のＬＥＤ調光回路において、ＬＥＤ点灯回路はスイッチを備え、スイッチは、制御装置からのパルス信号のオン／オフに応じてオン／オフする。このように、制御装置からのパルス信号を昇圧回路とＬＥＤ調光回路のスイッチの両方に対して用いることができるため、ＬＥＤ点灯回路用のパルス発生装置と昇圧回路用のパルス発生装置とを個別に設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ調光回路の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１のＬＥＤ調光回路の第１状態を示すブロック図である。
【図３】図３は、図１のＬＥＤ調光回路の第２状態を示すブロック図である。
【図４】図４は、図１のＬＥＤ調光回路の動作例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ調光回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図６は、図５のＬＥＤ調光回路の第１状態を示すブロック図である。
【図７】図７は、図５のＬＥＤ調光回路の第２状態を示すブロック図である。
【図８】図８は、本発明の比較例に係るＬＥＤ調光回路の構成を示すブロック図である。
【図９】図９は、図８のＬＥＤ調光回路の第１状態を示すブロック図である。
【図１０】図１０は、図８のＬＥＤ調光回路の第２状態を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、図８のＬＥＤ調光回路の動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の複数の実施形態に係るＬＥＤ調光回路について、図面を参照しながら説明する。
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係るＬＥＤ調光回路１の構成を示すブロック図である。図示するように、ＬＥＤ調光回路１は、ＬＥＤ点灯回路１０と、バッテリ２０と、昇圧回路３０と、制御装置４０（マイクロコンピュータ）を含む。破線１０で囲んで示すＬＥＤ点灯回路１０は直列に接続された２つのＬＥＤ１１と、それらのうちの下流側のＬＥＤ１１のカソード側に接続された定電流回路１２と、その下流側に接続されたスイッチ素子Ｑ１（例えば、ＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタ。図例ではＭＯＳＦＥＴとする）からなる。
【００１２】
昇圧回路３０はＬＥＤ点灯回路１０とバッテリ２０の間に接続され、バッテリ２０の電圧ＶＢ（通常約１４Ｖ）を昇圧してＬＥＤ点灯回路１０に提供するための回路である。破線３０により囲んで示すように、昇圧回路３０はコンデンサＣ１と、４つのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を有する。例えば、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４はＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタからなる。より詳細に構成を説明すると、バッテリ２０のプラス端子側には抵抗器Ｒが接続され、抵抗器Ｒの下流側にはスイッチＳＷ１とスイッチＳＷ２が並列に接続される。スイッチＳＷ１の下流側にはスイッチＳＷ３が接続され、スイッチＳＷ２の下流側にはスイッチＳＷ４が接続される。スイッチＳＷ１、ＳＷ３間の接続点にはコンデンサＣ１の一方の電極が接続され、スイッチＳＷ２、ＳＷ４間の接続点にはコンデンサＣ１の他方の電極が接続される。スイッチＳＷ３の下流側はＬＥＤ点灯回路１０内の上流側のＬＥＤ１１のアノード側に接続される。スイッチＳＷ４の下流側は接地されている。
【００１３】
制御装置４０はバッテリ２０から電力の供給を受けて連続的なパルス信号を発する。パルス信号は所定の繰り返し周波数により、高位Ｈと低位Ｌの間で変化する（ＯＮ／ＯＦＦする）電気的な信号である。パルス信号は制御装置４０から延びる信号線５１、５２を介して昇圧回路３０、ＬＥＤ点灯回路１０にそれぞれ送られる。
信号線５１は、非反転信号線５１１と反転信号線５１２の２本に分岐する。非反転信号線５１１は更に２本に分岐してスイッチＳＷ２、ＳＷ３に接続し、それぞれに対して制御装置４０からのパルス信号を送る。
【００１４】
反転信号線５１２には反転演算素子５３が設けられる。反転演算素子５３は、上流側から受け取ったパルス信号のＯＮ／ＯＦＦを反転させて下流側へ出力する装置であり、適宜の素子または装置を用いることができる。反転信号線５１２は反転演算素子５３の下流で更に２本に分岐してスイッチＳＷ１、ＳＷ４に接続し、それぞれに対して制御装置４０からのパルス信号を反転した信号を送る。
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は受け取った信号が高位Ｈの間は閉じ（ＯＮ）、低位Ｌの間は開く（ＯＦＦ）。
【００１５】
制御装置４０が発したパルス信号は信号線５２を介してＬＥＤ点灯回路１０のスイッチ素子Ｑ１にも送られる。スイッチ素子Ｑ１は、受け取った信号が高位Ｈの間は閉じ（ＯＮ）、低位Ｌの間は開く（ＯＦＦ）。
【００１６】
次に、図１のＬＥＤ調光回路１の動作例を図２、３に基づき説明する。制御装置４０からのパルス信号が低位Ｌのとき、上述の構成では、図２に示す様に、昇圧回路３０のスイッチＳＷ１、ＳＷ４はＯＮとなり、スイッチＳＷ２、ＳＷ３はＯＦＦとなる。また、ＬＥＤ点灯回路１０のスイッチ素子Ｑ１はＯＦＦとなる。この状態においては、コンデンサＣ１の一方の電極がスイッチＳＷ１を介してバッテリ２０のプラス端子と接続され、コンデンサＣ１の他方の電極がスイッチＳＷ４を介して接地され、コンデンサＣ１はバッテリ２０の電圧ＶＢまで充電される。この状態を状態１（または第１状態）と呼ぶこととすると、状態１では昇圧回路３０とＬＥＤ点灯回路１０とがスイッチＳＷ３により切断されており、かつ、スイッチ素子Ｑ１がＯＦＦであるため、ＬＥＤ１１は消灯する。
【００１７】
一方、制御装置４０からのパルス信号が高位Ｈのとき、上述の構成では、図３に示す様に、昇圧回路３０のスイッチＳＷ１、ＳＷ４はＯＦＦとなり、スイッチＳＷ２、ＳＷ３はＯＮとなる。また、ＬＥＤ点灯回路１０のスイッチ素子Ｑ１はＯＮとなる。この状態においては、コンデンサＣ１の他方の電極がスイッチＳＷ２を介してバッテリ２０のプラス端子と接続され、コンデンサＣ１の一方の電極がスイッチＳＷ３を介してＬＥＤ点灯回路１０内の上流側のＬＥＤ１１のアノード側と接続されるという状態に切り替わる。これにより、バッテリ２０の電圧ＶＢと、コンデンサＣ１に充電されていた電力による電圧ＶＢとが加算されたバッテリ電圧ＶＢの２倍の電圧２ＶＢがＬＥＤ点灯回路１０内の上流側のＬＥＤ１１のアノード側に印加されることとなる。この状態を状態２（または第２状態）と呼ぶこととすると、状態２では昇圧回路３０がＬＥＤ点灯回路１０に電圧２ＶＢを提供し、かつ、スイッチ素子Ｑ１がＯＮであるため、ＬＥＤ１１は点灯する。このように、バッテリ電圧ＶＢの２倍の電圧２ＶＢがＬＥＤ点灯回路１０に提供されるため、アイドリングストップ中に一時的にバッテリ電圧ＶＢが７Ｖ程度に低下したとしても、ＬＥＤ１１を確実に点灯させることができる。
【００１８】
制御装置４０が所定の繰り返し周波数でパルス信号を発することにより、状態１と状態２が繰り返される。このときの昇圧回路３０の出力電圧の変化と制御装置４０のパルス信号（すなわち調光信号、または、昇圧回路切り替え信号）の変化を、横軸を時間軸として図４に示す。図４において「消灯」、「点灯」とはそれぞれＬＥＤ１１が消灯している状態、および、点灯している状態を示す。このように、本実施形態のＬＥＤ調光回路１は、ＬＥＤ１１の消灯と点灯とを短い周期で繰り返すものである。よって、パルス信号のＯＮ時間の比（デューティ比）を調整することにより、ＬＥＤ１１の点灯継続時間の割合を調整することができ、これによってＬＥＤ１１の平均的な輝度を調整することができる。すなわち、本実施形態のＬＥＤ調光回路１は、ＬＥＤ１１のＰＷＭ調光を行うことができる。パルス信号の繰り返し周波数は例えば５０〜２００Ｈｚの範囲内であることが好ましく、特に１００Ｈｚ近辺とすることが好ましい。パルス信号の繰り返し周波数が５０Ｈｚより低くなり過ぎるとＬＥＤ１１の明滅が目立つようになり、一方、繰り返し周波数が２００Ｈｚを越えて高くなり過ぎると、周辺機器に対する電磁ノイズの影響が発生する可能性があるためである。
【００１９】
図４に示すように、昇圧回路３０からの出力電圧は状態２ではバッテリ電圧ＶＢの２倍の電圧２ＶＢまで昇圧されているが、状態１では０（Ｖ）となっている。本実施形態では、ＬＥＤ１１のＰＷＭ調光のためのパルス信号の周期と、昇圧回路３０のスイッチングの周期とを同期させている。特に本実施例においては、ＰＷＭ調光のためのパルス信号と、昇圧回路３０のスイッチング動作のためのパルス信号を同一のパルス信号としている。こうすることで、ＬＥＤ１１が点灯状態となる状態２においては昇圧回路３０からの出力電圧として電圧２ＶＢを確保でき、一方、状態１においてはＬＥＤ１１が消灯状態であるため、昇圧回路３０からの出力電圧が０となっていても何ら問題がない。
【００２０】
上記構成とすることによる利点を、図８の比較例に示す構成との比較により説明する。図８に示すＬＥＤ調光回路１”は、図１の構成の昇圧回路３０に代えて、従来用いられるチャージポンプ昇圧回路３０”を用いたものである。チャージポンプ昇圧回路３０”は例えば特許文献２（特開２００２−３５９０９０号公報）の明細書の段落［００１５］および図２に「チャージポンプ回路３０」として記載されているものと同じ原理の回路である。図８のチャージポンプ昇圧回路３０”は、図１の昇圧回路３０の構成に加えてコンデンサＣ２を有しており、コンデンサＣ２の一方の電極はスイッチＳＷ３の下流側に接続され、他方の電極が接地されている。
【００２１】
図９は、図８のＬＥＤ調光回路１”において制御装置４０からのパルス信号が低位Ｌの状態（状態１）を示す図であり、図１０は、同じ構成において制御装置４０からのパルス信号が高位Ｈの状態（状態２）を示す図である。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４およびスイッチ素子Ｑ１の動作は第１実施形態と同じであるため説明は省略する。
図９の状態１においては、コンデンサＣ１の一方の電極がスイッチＳＷ１を介してバッテリ２０のプラス端子と接続され、コンデンサＣ１の他方の電極がスイッチＳＷ４を介して接地される。これによりコンデンサＣ１は電圧ＶＢまで充電される。コンデンサＣ２は後述するように前回の状態２でバッテリ電圧ＶＢの２倍の電圧２ＶＢまで充電されており、状態１ではＬＥＤ点灯回路１０に対して電圧２ＶＢを提供する。
【００２２】
図１０の状態２では、コンデンサＣ１の他方の電極がスイッチＳＷ２を介してバッテリ２０のプラス端子と接続され、コンデンサＣ１の一方の電極がスイッチＳＷ３を介してＬＥＤ点灯回路１０に接続される。そのため、バッテリ２０の電圧ＶＢと、コンデンサＣ１に充電されていた電力による電圧ＶＢとが加算されたバッテリ電圧ＶＢの２倍の電圧２ＶＢがＬＥＤ点灯回路１０に提供される。また、このとき、コンデンサＣ１の一方の電極がコンデンサＣ２の一方の電極に接続されているため、コンデンサＣ２はバッテリ電圧ＶＢの２倍の電圧２ＶＢまで充電される。そしてこれらの状態１と状態２が繰り返される。
【００２３】
図１１は図８のＬＥＤ調光回路１”の動作例を示すものである。第１実施形態と同じくＬＥＤ１１のＰＷＭ調光を行っているため、状態１においてＬＥＤ１１は消灯している。図８の比較例においては、上述したとおり、ＬＥＤ１１が消灯している状態１においてもチャージポンプ昇圧回路３０”によりＬＥＤ点灯回路１０に対して電圧２ＶＢが提供されており、それに関連して電力の無駄が生じる。また、図１の構成と比べて、ＬＥＤ１１が点灯するためにはＣ２をチャージする時間が必要となるため、電源投入から点灯するまでの時間が長くなる場合がある。
【００２４】
このことから、本発明の第１実施形態のようにＬＥＤ１１のＰＷＭ調光と昇圧回路３０のスイッチ制御とを同期させて行う構成においては、図８に示すチャージポンプ昇圧回路３０”のコンデンサＣ２は省略可能であることが分かる。第１実施形態の昇圧回路３０を構成するためには、ディスクリート素子を用いて昇圧回路３０を構築してもよく、あるいは、一般に入手可能なチャージポンプ昇圧回路の図８のコンデンサＣ２（すなわち、別のコンデンサから電荷の転送を受ける側の電圧平滑化コンデンサ）を不動作とすることで第１実施形態の昇圧回路３０としてもよい。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ調光回路１’につき、図面を参照して説明する。図５は本実施形態のＬＥＤ調光回路１’を示すブロック図である。図示するように、第１実施形態のＬＥＤ調光回路１のＬＥＤ点灯回路１０に含まれていたスイッチ素子Ｑ１が取り除かれ、制御装置４０とスイッチ素子Ｑ１を結ぶ信号線５２も取り除かれている。
【００２６】
図６は図５のＬＥＤ調光回路１’の状態１、すなわち、制御装置４０からのパルス信号が低位Ｌの状態を示す図である。図７は図５のＬＥＤ調光回路１’の状態２、すなわち、制御装置４０からのパルス信号が高位Ｈの状態を示す図である。状態１、２のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４のそれぞれの動作状態は第１実施形態の場合と同じである。
図６に示すように、状態１においてはスイッチＳＷ３がＯＦＦとなっており、昇圧回路３０からＬＥＤ点灯回路１０に対して電力が供給されない。よって、第１実施形態のスイッチ素子Ｑ１がなくても、状態１ではＬＥＤ１１には電力が供給されず、ＬＥＤ１１は消灯状態となる。一方、図７に示すように、状態２においては昇圧回路３０からの電力供給によってＬＥＤ１１は点灯する。
よって、第２実施形態のように、制御装置４０からＬＥＤ点灯回路１０’に対してパルス信号を直接送らなくても、パルス信号により調圧回路３０のスイッチング動作の制御を行えば、第１実施形態と同様にＬＥＤ１１のＰＷＭ調光を行い得る。このように、本実施形態では、更に部品点数を削減できる。
【００２７】
図４、１１において、コンデンサＣ１、Ｃ２の充放電による出力電圧の経時的な変化は図示を省略した。
本明細書の中で明示した公開特許公報、国際公開公報の内容は、その全ての内容をここに援用する。
【符号の説明】
【００２８】
１、１’、１”…ＬＥＤ調光回路
１０、１０’…ＬＥＤ点灯回路
１１…ＬＥＤ
１２…定電流回路
２０…バッテリ
３０…昇圧回路
３０”…チャージポンプ昇圧回路
４０…制御装置
Ｃ１、Ｃ２…コンデンサ
ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチ
Ｑ１…スイッチ素子
Ｒ…抵抗
５１、５２、５１１、５１２…信号線
５３…反転演算素子
【図１】
2018018651.tif 000003
【図２】
2018018651.tif 000004
【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】
2018018651.tif 000011
【図１０】
2018018651.tif 000012
【図１１】
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