(57)【要約】【課題】フィラメントタイプのランプの照度が一定範囲内となるようにし、ランプのちらつきを防止する。【解決手段】バッテリ１の電圧Ｖに対するデューティ比の関係を示す曲線について直線近似を行い、その近似した直線の特性が得られるしきい値電圧Ｖｃがしきい値回路６にて設定されるようにする。このとき、直線近似するときの一次直線の傾きをデューティ比とランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2との関係に基づいて算出する。これにより、より正確にランプ３の照度を一定にできる直線近似を行うことが可能となる。したがって、フィラメントタイプのランプ３の照度が一定範囲内となるようにでき、ランプ３のちらつきを防止することができるランプ制御回路とすることが可能となる。【選択図】図１
2011119236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源（１）からの電源供給に基づいて負荷（３、１０）への電圧印加を制御するスイッチ（２）と、
前記スイッチ（２）のオンオフを制御するドライバ回路（８）と、
前記ドライバ回路（８）に対して前記スイッチ（２）をオンさせるデューティ比を設定し、前記ドライバ回路（８）に対して出力する回路部（４〜７、２０〜２２）とを備え、
前記デューティ比に応じて前記スイッチ（２）をオンさせ、前記負荷（３、１０）への電圧印加を制御するように構成された負荷制御回路であって、
前記回路部（４〜７、２０〜２２）は、電源電圧の上昇に伴ってデューティ比が徐々に低下しつつ、電源電圧の上昇に伴うデューティ比の低下量が徐々に少なくなるデューティ比特性曲線に基づいて、前記デューティ比を設定することを特徴とする負荷制御回路。
【請求項２】
前記負荷駆動回路は、前記回路部として、
周期波形の電圧波を発生させる周期波形発生装置（５）と、
前記周期波形の電圧波との比較対象となるしきい値電圧（Ｖｃ）を形成するしきい値回路（６）と、
前記周期波形の電圧波と前記しきい値電圧（Ｖｃ）とを大小比較することにより、その比較結果に基づいて前記ドライバ回路（８）に対して前記スイッチ（２）をオンさせるデューティ比を設定し、前記ドライバ回路（８）に対して出力する比較器（７）とを備え、
前記比較器（７）から前記ドライバ回路（８）に対して出力された前記デューティ比に応じて前記スイッチ（２）をオンさせ、電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプ（３）への電圧印加を制御するように構成されたランプ制御回路であり、
前記しきい値回路（６）は、
前記電源（１）の電圧が増加しても前記ランプ（３）の照度が一定となる前記デューティ比の特性曲線について、前記デューティ比をＤＵＴＹ、前記ランプ（３）への印加電圧をＶとして、該印加電圧Ｖの実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2の式を用いて一次直線に直線近似したときの前記印加電圧に対する前記デューティ比の関係を満たす前記しきい値電圧（Ｖｃ）を出力することを特徴とするランプ制御回路。
【請求項３】
前記しきい値回路（６）は、前記電源（１）の電圧を第１抵抗（Ｒ１）および第２抵抗（Ｒ２）を含む分圧抵抗にて分圧することにより、前記一次直線に直線近似された前記印加電圧に対する前記デューティ比の関係を満たす前記しきい値電圧（Ｖｃ）を発生させることを特徴とする請求項２に記載のランプ制御回路。
【請求項４】
前記しきい値回路（６）は、前記第１抵抗（Ｒ１）および前記第２抵抗（Ｒ２）のハイサイド側に第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）を備え、該第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）のツェナー降伏電圧以上に前記電源（１）の電圧が高くなると、前記第１抵抗（Ｒ１）および前記第２抵抗（Ｒ２）を含む分圧抵抗による分圧が行われることで、前記デューティ比が設定されることを特徴とする請求項３に記載のランプ制御回路。
【請求項５】
前記しきい値回路（６）は、
前記電源（１）の電圧の変動幅を二つに分割し、その分割された各部において前記直線近似を行うことによって、二本の一次直線に直線近似しており、
前記デューティ制御の制御開始点となる電圧から分割点までは、前記第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）と前記第１、第２抵抗（Ｒ１、Ｒ２）にて前記しきい値電圧（Ｖｃ）を発生させ、
前記分割点から前記電源（１）の電圧が前記変動幅の最大値となる点までは、前記第１、第２抵抗（Ｒ１、Ｒ２）の中間点において、第２ツェナーダイオード（ＺＤ２）と第３抵抗（Ｒ３）とが直列接続された回路が前記第２抵抗（Ｒ２）に対して並列接続されることで、第１、第２ツェナーダイオード（ＺＤ１、ＺＤ２）および第１〜第３抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）にて前記しきい値電圧（Ｖｃ）が発生させることを特徴とする請求項４に記載のランプ制御回路。
【請求項６】
前記負荷駆動回路は、前記回路部として、
周期波形の電圧波を発生させる周期波形発生装置（５）と、
前記周期波形の電圧波との比較対象となるしきい値電圧（Ｖｃ）を形成するしきい値回路（６）と、
前記周期波形の電圧波と前記しきい値電圧（Ｖｃ）とを大小比較することにより、その比較結果に基づいて前記ドライバ回路（８）に対して前記スイッチ（２）をオンさせるデューティ比を設定し、前記ドライバ回路（８）に対して出力する比較器（７）とを備え、
前記比較器（７）から前記ドライバ回路（８）に対して出力された前記デューティ比に応じて前記スイッチ（２）をオンさせ、リレーコイル（１０）に流すコイル電流を制御してリレースイッチをオンするように構成されたリレー制御回路であり、
前記しきい値回路（６）は、
前記デューティ比特性曲線に基づき、該デューティ比特性曲線上における電源電圧が所定電圧のときと対応するデューティ比と比較して、前記所定電圧のときに対応するデューティ比が高くなる一次直線を近似し、該一次直線を用いて前記デューティ比を設定し、このデューティ比とする前記しきい値電圧（Ｖｃ）を出力することを特徴とするリレー制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷に対して電力供給を行うことにより負荷を制御する負荷制御回路に関するものであり、例えば、フィラメントタイプのように電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプの照度を一定にすることができるランプ制御を行う負荷制御回路に適用すると好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、通電のデューティ比を調整することにより、電源電圧が変動しても、制御対象となる負荷が変動することを防止できる負荷制御装置が開示されている。具体的には、負荷の実効電力の増加を抑えるように、実効電力が大きくなるほどデューティ比が小さくなるように、通電を行うようにしている。
【０００３】
また、コイルへの通電を制御することにより、リレースイッチのオンオフを制御するリレー制御回路では、電源電圧が変動した時に、デューティ制御によってコイルへの通電時間を制御し、一定電力がコイルに供給されるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−６５２４６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、負荷がフィラメントタイプのランプの場合、ワット数（実効電力）と照度とが比例しないことから、特許文献１に示される負荷駆動装置をフィラメントタイプのランプが負荷とされるランプ制御回路に適用すると、照度が一定にならない。このため、ランプの照度が変動してちらついて見えるなどの問題を生じさせる。
【０００６】
また、リレー制御回路では、デューティ制御によって通電時間を制御しているが、時定数によりコイルに流されるコイル電流の立ち上がりが遅れるため、電源電圧の変動に応じて通電時間を設定しても、コイル電流が不十分になることがある。このような場合には、供給される電力が不十分になり、コイルによる磁力が変動し、リレーが駆動できなくなったり、リレーをオンした状態を維持できなくなるという問題がある。
【０００７】
図１２は、電源電圧が変動したときのコイル通電スイッチのオンオフ波形およびコイル電流波形を示した図である。この図に示されるように、電源電圧が通常電圧の場合には、コイル電流が所望値に到達し、コイルに所定電力を供給することができるが、電源電圧が上昇してディーティ比制御による通電時間が短くなると、コイル電流が所望値に到達する前に通電時間が終了してしまい、コイル電流が不十分となって、所望の電力を供給できなくなるのである。
【０００８】
なお、ここでは負荷としてコイルへの通電を行う回路の一例にリレー制御回路を挙げたが、リレー制御回路に限らず、負荷となるコイルへの通電をディーティ比制御によってオンオフする負荷制御回路に対して、同様の問題がある。
【０００９】
このように、ランプ制御回路でのランプ照度の変動によるちらつきや、リレー制御回路でのコイルの磁力変動など、様々な負荷制御回路において所望する状態を保てなくなることから、無駄な電力消費を発生させる原因となっている。近年、ガソリン自動車などからハイブリッドカーへの代替、さらには電気自動車への代替が進められているが、これらの車両では使用電力が多大であることから、無駄な電力消費は極力無くすことが望まれている。したがって、上記のような負荷制御回路における無駄な電力消費を低減することも重要である。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、フィラメントタイプのように電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプの照度が一定範囲内となるようにし、ランプのちらつきを防止することができるランプ制御を行う負荷制御回路を提供することを目的とする。
【００１１】
また、電源電圧が変動してもコイルへの供給電力を一定にすることができる負荷制御回路を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電源（１）からの電源供給に基づいて負荷（３、１０）への電圧印加を制御するスイッチ（２）と、スイッチ（２）のオンオフを制御するドライバ回路（８）と、ドライバ回路（８）に対してスイッチ（２）をオンさせるデューティ比を設定し、ドライバ回路（８）に対して出力する回路部（４〜７、２０〜２２）とを備え、デューティ比に応じてスイッチ（２）をオンさせ、負荷（３、１０）への電圧印加を制御するように構成された負荷制御回路であって、回路部（４〜７、２０〜２２）は、電源電圧の上昇に伴ってデューティ比が徐々に低下しつつ、電源電圧の上昇に伴うデューティ比の低下量が徐々に少なくなるデューティ比特性曲線に基づいて、デューティ比を設定することを特徴としている。
【００１３】
このように、電源電圧の上昇に伴ってデューティ比が徐々に低下しつつ、電源電圧の上昇に伴うデューティ比の低下量が徐々に少なくなるデューティ比特性曲線に基づいて、しきい値が設定されるようにしている。これにより、フィラメントタイプのように電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプ（３）を負荷とする場合には、ランプ（３）の照度が一定範囲内となるようにでき、ランプ（３）のちらつきを防止することが可能となる。また、リレーコイル（１０）を負荷とする場合には、電源電圧が変動してもリレーコイル（１０へ）の供給電力を一定にすることができ、不要な電力消費を極力抑えることが可能となる。
【００１４】
具体的には、請求項２に記載したように、負荷制御回路は、回路部として、周期波形の電圧波を発生させる周期波形発生装置（５）と、周期波形の電圧波との比較対象となるしきい値電圧（Ｖｃ）を形成するしきい値回路（６）と、周期波形の電圧波としきい値電圧（Ｖｃ）とを大小比較することにより、その比較結果に基づいてドライバ回路（８）に対してスイッチ（２）をオンさせるデューティ比を設定し、ドライバ回路（８）に対して出力する比較器（７）とを備え、比較器（７）からドライバ回路（８）に対して出力されたデューティ比に応じてスイッチ（２）をオンさせ、電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプ（３）への電圧印加を制御するように構成されたランプ制御回路である場合において、しきい値回路（６）は、電源（１）の電圧が増加しても電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプ（３）の照度が一定となるデューティ比の特性曲線について、デューティ比をＤＵＴＹ、ランプ（３）への印加電圧をＶとして該印加電圧Ｖの実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2の式を用いて一次直線に直線近似したときの印加電圧に対するデューティ比の関係を満たすしきい値電圧（Ｖｃ）を出力することができる。
【００１５】
このように、フィラメントタイプのように電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプ（３）の照度を一定範囲にするために、電源（１）の電圧が変化したときにでもランプ（３）の照度が一定となるデューティ制御のデューティ比を求めている。そして、この電源（１）の電圧（Ｖ）に対するデューティ比の関係を示す曲線について直線近似を行い、その近似した直線の特性が得られるしきい値電圧（Ｖｃ）がしきい値回路（６）にて設定されるようにしている。このとき、直線近似するときの一次直線の傾きがデューティ比とランプ（３）への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2との関係に基づいて算出されることから、より正確にランプ（３）の照度を一定にできる直線近似を行うことが可能となる。これにより、電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプ（３）の照度が一定範囲内となるようにでき、ランプ（３）のちらつきを防止することができるランプ制御回路とすることが可能となる。
【００１６】
具体的には、請求項３に記載したように、しきい値回路（６）は、電源（１）の電圧を第１抵抗（Ｒ１）および第２抵抗（Ｒ２）を含む分圧抵抗にて分圧することで一次直線に直線近似された印加電圧に対するデューティ比の関係を満たすしきい値電圧（Ｖｃ）を発生させることができる。
【００１７】
また、請求項４に記載したように、しきい値回路（６）は、第１抵抗（Ｒ１）および第２抵抗（Ｒ２）のハイサイド側に第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）を備え、該第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）のツェナー降伏電圧以上に電源（１）の電圧が高くなると、第１抵抗（Ｒ１）および第２抵抗（Ｒ２）を含む分圧抵抗による分圧が行われることで、デューティ比が設定されるようにすることもできる。
【００１８】
さらに、請求項５に記載の発明では、しきい値回路（６）は、電源（１）の電圧の変動幅を二つに分割し、その分割された各部において直線近似を行うことによって、二本の一次直線に直線近似しており、デューティ制御の制御開始点となる電圧から分割点までは、第１ツェナーダイオード（ＺＤ１）と第１、第２抵抗（Ｒ１、Ｒ２）にてしきい値電圧（Ｖｃ）を発生させ、分割点から電源（１）の電圧が変動幅の最大値となる点までは、第１、第２抵抗（Ｒ１、Ｒ２）の中間点において、第２ツェナーダイオード（ＺＤ２）と第３抵抗（Ｒ３）とが直列接続された回路が第２抵抗（Ｒ２）に対して並列接続されることで、第１、第２ツェナーダイオード（ＺＤ１、ＺＤ２）および第１〜第３抵抗（Ｒ１〜Ｒ３）にてしきい値電圧（Ｖｃ）が発生させることを特徴としている。
【００１９】
このように、ニ本の直線近似を行うこともできる。このように、二本の直線近似を行う場合、一本の直線近似を行った場合と比較して、実際のデューティ特性曲線と近似した一次直線とのズレを小さくすることが可能となる。したがって、より正確にランプ（３）の照度を一定にできる直線近似を行うことが可能となる。これにより、さらにフィラメントタイプのように電圧−照度の関係が非線形の特性を持ったランプ（３）の照度を一定に近づけることができ、よりランプ（３）のちらつきを防止することができるランプ制御回路とすることが可能となる。
【００２０】
また、請求項６に示すように、負荷駆動回路は、回路部として、周期波形の電圧波を発生させる周期波形発生装置（５）と、周期波形の電圧波との比較対象となるしきい値電圧（Ｖｃ）を形成するしきい値回路（６）と、周期波形の電圧波としきい値電圧（Ｖｃ）とを大小比較することにより、その比較結果に基づいてドライバ回路（８）に対してスイッチ（２）をオンさせるデューティ比を設定し、ドライバ回路（８）に対して出力する比較器（７）とを備え、比較器（７）からドライバ回路（８）に対して出力されたデューティ比に応じてスイッチ（２）をオンさせ、リレーコイル（１０）に流すコイル電流を制御してリレースイッチをオンするように構成されたリレー制御回路である場合において、しきい値回路（６）は、デューティ比特性曲線に基づき、該デューティ比特性曲線上における電源電圧が所定電圧のときと対応するデューティ比と比較して、所定電圧のときに対応するデューティ比が高くなる一次直線を近似し、該一次直線を用いてデューティ比を設定し、このデューティ比とするしきい値電圧（Ｖｃ）を出力することができる。
【００２１】
これにより、電源電圧が変動してもリレーコイル（１０）への供給電力を一定にすることができ、不要な電力消費を極力抑えることが可能となる。
【００２２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるランプ制御回路の回路図である。
【図２】ランプ３が例えば５５Ｗ一定とされた時の電圧−実効値の関係を求めた結果を示した図表である。
【図３】バッテリ１の電圧が変化して、例えば８Ｖ以上に昇圧したときに、照度を一定にするために必要なデューティ比の関係を調べたグラフである。
【図４】一本での直線近似の方法を説明するための模式図である。
【図５】バッテリ１の電圧とデューティ比との関係を２本の一次式に直線近似した場合しきい値回路６の回路構成の一例を示した回路図である。
【図６】三角波としきい値電圧Ｖｃの関係および比較器７の出力するデューティ比に応じた出力を示したタイミングチャートである。
【図７】ニ本での直線近似の方法を説明するための模式図である。
【図８】バッテリ１の電圧とデューティ比との関係を２本の一次式に直線近似した場合しきい値回路６の回路構成の一例を示した回路図である。
【図９】本発明の第３実施形態にかかるリレー制御回路の回路図である。
【図１０】バッテリ１の電圧が変化して、例えば８Ｖ以上に昇圧したときに、コイル電流を一定にするために必要なデューティ比の関係を調べたグラフである。
【図１１】本発明の第４実施形態にかかるランプ制御回路をロジック回路によって構成した場合を示した図である。
【図１２】電源電圧が変動したときのコイル通電スイッチのオンオフ波形およびコイル電流波形を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００２５】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態にかかる負荷制御装置としてのランプ制御回路の回路図である。以下、この図を参照してランプ制御回路の詳細について説明する。
【００２６】
図１に示すランプ制御回路は、車両のヘッドライトやブレーキランプなどのフィラメントタイプのランプ制御に用いられる。図１に示されるように、ランプ制御回路は、電源となるバッテリ１からの電源供給を受けて作動させられる。具体的には、ユーザが図示しない起動スイッチをオフからオンに切替えるとバッテリからの電源供給に基づいて、スイッチに相当するＭＯＳトランジスタなどで構成される半導体スイッチング素子２を通じてランプ３に対して電圧を印加することで、ランプ３を点灯させる。
【００２７】
ランプ制御回路には、さらに、定電圧回路４、三角波発生装置５、しきい値回路６、比較器７およびドライバ回路８が備えられている。
【００２８】
定電圧回路４は、バッテリ１の電圧に基づいて定電圧を形成し、三角波発生装置５に対して定電圧を印加する。
【００２９】
三角波発生装置５は、周期波形発生装置に相当するものであり、デューティ制御のデューティ比（もしくはＰＷＭ制御におけるパルス幅）を設定するために用いる基本波形である三角波の電圧波形を形成する。なお、ここでは三角波を周期波形の基本波形として用いているが、矩歯状波やサイン（ｓｉｎ）波等を基本波形として用いても良い。
【００３０】
しきい値回路６は、三角波発生装置５で形成された三角波と比較されるしきい値電圧Ｖｃを設定する。このしきい値回路６では、ランプ３にちらつきが発生しないように、照度が一定範囲内となるようなデューティ比を設定できるしきい値電圧Ｖｃを設定する。このしきい値電圧Ｖｃの設定手法については、後で詳細に説明する。
【００３１】
比較器７は、三角波発生装置５で発生させた三角波としきい値回路６で設定したしきい値電圧Ｖｃとの大小比較を行い、その比較結果に応じた出力信号を発生させる。具体的には、比較器７は、コンパレータにて構成されており、三角波の電圧がしきい値電圧Ｖｃよりも大きければハイレベルを出力し、三角波の電圧がしきい値電圧Ｖｃよりも小さければローレベルを出力する。このため、しきい値回路６で設定されたしきい値電圧Ｖｃが高い程、ハイレベルが出力される期間が短くなって半導体スイッチング素子２をオンさせるデューティ比が小さくなり、しきい値電圧Ｖｃが低い程、ハイレベルが出力される期間が長くなってデューティ比が大きくなる。
【００３２】
ドライバ回路８は、比較器７の出力信号に基づいて半導体スイッチング素子２のオンオフを制御し、ランプ３に対して電圧が印加される期間を調整する。基本的には、ドライバ回路８は、比較器７がハイレベルを出力しているときに半導体スイッチング素子２をオンし、比較器７がローレベルを出力しているときに半導体スイッチング素子２をオフする。ただし、ドライバ回路８には、過電圧保護機能等も備えられているため、ランプ３への電源供給ラインに過電圧が発生したことが検出されると、それに基づいて半導体スイッチング素子２をオフするなどの制御も行うようになっている。
【００３３】
続いて、ランプ３の照度を一定にするためのしきい値電圧Ｖｃの設定手法について説明する。まず、図２に、ランプ３が例えば５５Ｗ一定とされた時の電圧−実効値の関係を求めた結果を示す。なお、ここでいう実効値とは、ランプ３に対して印加される電圧をＶ、ランプ３に対する電圧印加のデューティ比をＤＵＴＹとしたときに、（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2で示される値である。
【００３４】
図２に示されるように、バッテリ１の電圧が１４〜１８［Ｖ］で変化した場合に照度を７９２［ＬＸ］で一定となるようにするためには、従来のようにワット数［実効電力］を一定にするのではなく、ランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2を一定にする必要がある。つまり、フィラメントタイプのランプ３の場合、ワット数（実効電力）と照度とが比例しないためであり、ワット数を一定にしても照度は一定にはならない。これに対して、図２より、ランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2は、照度と比例関係になることが判る。具体的には、照度が７９２［ＬＸ］で一定の時の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2は、ほぼ１３．６で一定となっており、照度と実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2が比例していることが確認できる。
【００３５】
図３は、バッテリ１の電圧が変化して、例えば１３Ｖ以上に昇圧したときに、照度を一定にするために必要なデューティ比の関係を調べたグラフである。バッテリ１の電圧増加に伴ってランプ３の照度が指数関数的に増加するため、バッテリ１の電圧が低下した場合にはランプ３の照度の変動はあまり大きくないが、バッテリ１の電圧が増加した場合にはランプ３の照度が大きく変動することになる。
【００３６】
このため、バッテリ１の電圧が１３Ｖを超えると、ランプ３のちらつきを抑制するためにデューティ制御を開始して照度を一定に保つようにしている。照度を一定にできるデューティ比は、上述したようにワット数［実効電力］に比例しているのではなく、ランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2に比例していることから、図２のように導き出されたランプ特性に合せたデューティ比は、図３のように表されることになる。
【００３７】
ここで、バッテリ１の電圧が１３Ｖ以上のときにのみデューティ制御を開始してデューティ比を設定することになるため、１３Ｖ以上のときのデューティ比特性曲線に基づいてしきい値電圧Ｖｃが設定されれば良い。具体的には、図３に示されるように、デューティ比特性曲線は、バッテリ１の電圧の上昇に伴ってデューティ比が徐々に低下しつつ、バッテリ１の電圧の上昇に伴うデューティ比の低下量が徐々に少なくなっていることが判る。このデューティ比特性曲線に基づいて、しきい値電圧Ｖｃが設定されれば良い。
【００３８】
したがって、ここでは、１３Ｖ以上のときのデューティ比特性曲線について直線近似を行い、近似された一次直線の特性となるようにしきい値回路６でしきい値電圧Ｖｃが設定されるようにすることで、バッテリ１の電圧に応じた所望のデューティ比を得るようにする。このため、本実施形態では、以下のようにしてランプ３の照度を一定にするときのバッテリ１の電圧に対するデューティ比の関係を求めている。なお、直線近似については、１本の直線に近似しても、２本以上の直線に近似しても、いずれであっても構わないが、本実施形態では、１本の直線に近似する場合を例に挙げて説明する。
【００３９】
図４は、直線近似の方法を説明するための模式図である。ここでは、デューティ制御の制御開始点（Ｖ’）をバッテリ１の電圧が１３Ｖ、バッテリ１の電圧変動の最大値を制御電圧幅（Ｚ）として加味した電圧の最大値（Ｖ’＋Ｚ）が１６Ｖである場合を想定して直線近似を行う。
【００４０】
まず、バッテリ１の電圧が１３Ｖ〜１６Ｖで変動すると想定したとき、その電圧範囲を制御電圧幅Ｚとして、制御電圧幅Ｚを２等分にして０．５Ｚの範囲に分割し、１３Ｖから０．５Ｚの位置をＡ点とおく。そして、Ａ点の接線を１３Ｖ〜１６Ｖまでの間における１本の近似直線とする。
【００４１】
具体的には、ランプ３の照度をＸとし、αを定数とすると、照度Ｘとランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2およびＤＵＴＹに関しては、次式が成り立つ。
【００４２】
（数１）
Ｘ＝α×（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2
この式をＤＵＴＹの式に変換すると、数式２のようになる。これが、図３中のＤＵＴＹを表す関数式となる。また、数式２において（Ｘ／α）2は固有値なので、（Ｘ／α）2＝γとすると、数式３を導き出すことができる。
【００４３】
（数２）
ＤＵＴＹ＝（Ｘ／α）2×（１／Ｖ2）
（数３）
ＤＵＴＹ＝γ×（１／Ｖ2）
そして、制御開始電圧Ｖ’では、ＤＵＴＹ＝１であり、γ＝Ｖ’2であることから、数式３に基づき次式が成り立つ。
【００４４】
（数４）
ＤＵＴＹ＝Ｖ’2×（１／Ｖ2）
これをＶについて微分すると数式５を導出でき、数式５についてＡ点における電圧をＶに代入すれば、数式６に示すようにＡ点での接線の傾きａを求めることができる。
【００４５】
（数５）
ｄＤＵＴＹ＝−２Ｖ’2／Ｖ3
（数６）
ａ＝−２Ｖ’2／（Ｖ’＋０．５Ｚ）3
そして、近似される一次式がＤＵＴＹ＝ａＶ＋ｂで表されると想定して、この一次式に例えばＡ点における電圧やデューティ比をＶやＤＵＴＹに代入すれば、切片ｂを求めることができるため、Ａ点の接線を規定する一次式を得ることができる。
【００４６】
なお、バッテリ１の電圧が１３Ｖ〜１６Ｖの範囲で変動するときのすべての範囲を１本の一次直線に近似する場合、変動幅が広範囲にわたる場合には、実際のデューティ特性曲線と近似した一次直線との間のズレが大きくなる。しかしながら、ランプ３のちらつきはそのランプ３の照度のズレが一定範囲を超える場合に確認されるものであり、上記ズレが一定範囲以内であれば人の目ではちらつきを認識できない。このため、上記のような一次近似を行ったとしても、ランプ３の照度を一定範囲内に保つことが可能となる。
【００４７】
このようにして、バッテリ１の電圧とデューティ比との関係を直線近似した一次式が求められると、しきい値回路６にて、直線近似された一次式に対応するデューティ比が設定されるように、その一次式を記憶しておき、しきい値電圧Ｖｃが設定されるようにする。
【００４８】
図５は、バッテリ１の電圧とデューティ比との関係を一本の一次式に直線近似した場合しきい値回路６の回路構成の一例を示した回路図である。
【００４９】
この図に示されるように、ツェナー降伏電圧がＶ’である第１ツェナーダイオードＺＤ１と、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２にて構成される分圧抵抗が備えられている。第１ツェナーダイオードＺＤ１が第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２のハイサイド側に配置されることで分圧抵抗にて分圧が行われる電圧を制限し、所定電圧以上になると分圧がなされるようにすることで、近似した一次式に対応するしきい値電圧Ｖｃを形成している。
【００５０】
すなわち、バッテリ１の電圧がデューティ制御の制御開始点の電圧Ｖ’（＝１３Ｖ）から制御電圧幅Ｚを考慮した電圧Ｖ’＋Ｚ（＝１６Ｖ）の間において、しきい値回路６における第１ツェナーダイオードＺＤ１が導通し、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２による分圧抵抗にてバッテリ１の電圧を分圧したときの中間点の電圧値により、しきい値電圧Ｖｃが形成される。このときのしきい値電圧Ｖｃは、バッテリ１の電圧に応じて変化する第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２に流れる電流ｉ１に対して第２抵抗Ｒ２の抵抗値を掛けた値となるため、高くなったバッテリ１の電圧に対応した値となる。そして、このしきい値電圧Ｖｃは、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値によって一義的に決まる値となるため、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を適宜選択することにより、しきい値電圧Ｖｃを近似した一次直線に対応する値とすることができる。
【００５１】
したがって、このように直線近似により設定したしきい値電圧Ｖｃと三角波発生装置５が発生させる三角波の電圧とを大小比較することで、ランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2がほぼ一定、つまりランプ３の照度がほぼ一定となるようにできるデューティ比を設定できる。具体的には、図６に示す三角波としきい値電圧Ｖｃの関係および比較器７の出力するデューティ比に応じた出力信号（オン信号およびオフ信号）を示したタイミングチャートに表されるように、しきい値電圧Ｖｃに応じたデューティ比の出力信号が比較器７から出力される。このときのデューティ比は、バッテリ１の電圧に応じてしきい値電圧Ｖｃが変動することから、バッテリ１の電圧に対応した大きさになる。そして、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値がランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2が一定範囲内となるように選択されているため、ランプ３の照度が一定範囲内となるようにすることができる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態では、バッテリ１の電圧の上昇に伴ってデューティ比が徐々に低下しつつ、バッテリ１の電圧の上昇に伴うデューティ比の低下量が徐々に少なくなるデューティ比特性曲線に基づいて、しきい値が設定されるようにしている。
【００５３】
具体的には、フィラメントタイプのランプ３の照度を一定範囲にするために、バッテリ１の電圧が変化したときにでもランプ３の照度が一定となるデューティ制御のデューティ比を求めている。そして、このバッテリ１の電圧Ｖに対するデューティ比の関係を示す曲線について直線近似を行い、その近似した直線の特性が得られるしきい値電圧Ｖｃがしきい値回路６にて設定されるようにしている。このとき、直線近似するときの一次直線がデューティ比とランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2との関係に基づいて算出されることから、より正確にランプ３の照度を一定にできる直線近似を行うことが可能となる。これにより、フィラメントタイプのランプ３の照度が一定範囲内となるようにでき、ランプ３のちらつきを防止することができるランプ制御回路とすることが可能となる。
【００５４】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、１３Ｖ以上のときのデューティ比特性曲線について一本の一次直線にて直線近似を行う場合について説明したが、本実施形態では、ニ本の一次直線にて直線近似を行う場合について説明する。なお、本実施形態のランプ制御回路の構成については第１実施形態とほぼ同様であり、ランプ制御回路におけるしきい値回路６の構成を変更しただけであるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５５】
まず、本実施形態では、ランプ３の照度を一定にするときのバッテリ１の電圧に対するデューティ比の関係を以下のようにして求めている。
【００５６】
図７は、本実施形態の直線近似の方法を説明するための模式図である。最初に、バッテリ１の電圧が１３Ｖ〜１６Ｖで変動すると想定したとき、その電圧範囲を制御電圧幅Ｚとして、制御電圧幅Ｚを４等分にして０．２５Ｚの範囲に分割し、１３Ｖから０．２５Ｚの間隔で１６Ｖに到達するまでの各点をＡ点〜Ｅ点とおく。そして、Ａ点〜Ｃ点までの間において１本の直線に近似し、Ｃ点を近似直線の傾きの補正ポイントとして、さらにＣ点〜Ｅ点までの間においてもう一本の直線に近似する。
【００５７】
具体的には、Ａ点〜Ｃ点までの間の部分については、Ａ点〜Ｃ点までの間における中心であるＢ点の接線を求めることにより、直線近似を行う。また、Ｃ点〜Ｅ点までの間の部分については、Ｃ点〜Ｅ点までの間における中心であるＤ点の接線を求めることにより、直線近似を行う。
【００５８】
このとき、Ｂ点やＤ点それぞれでの直線近似方法は、第１実施形態で説明した手法と同様であり、第１実施形態で説明した数式５について例えばＢ点やＤ点における電圧をＶに代入すれば、数式７に示すようにＢ点での接線の傾きａ１が求められると共に、数式８に示すようにＤ点での接線の傾きａ２を求めることができる。
【００５９】
（数７）
ｄＤＵＴＹ＝ａ１＝−２Ｖ’2／（Ｖ＋０．２５Ｚ）3
（数８）
ｄＤＵＴＹ＝ａ２＝−２Ｖ’2／（Ｖ＋０．７５Ｚ）3
そして、Ｂ点において近似される一次式がＤＵＴＹ＝ａ１Ｖ＋ｂ１で表されると想定して、この一次式にＢ点における電圧やデューティ比をＶやＤＵＴＹに代入すれば、切片ｂ１を求めることができるため、Ｂ点の接線を規定する一次式を得ることができる。同様に、Ｄ点において近似される一次式がＤＵＴＹ＝ａ２Ｖ＋ｂ２で表されると想定して、この一次式にＤ点における電圧やデューティ比をＶやＤＵＴＹに代入すれば、切片ｂ２を求めることができるため、Ｄ点の接線を規定する一次式を得ることができる。
【００６０】
なお、第１実施形態で説明したように、バッテリ１の電圧が１３Ｖ〜１６Ｖの範囲で変動するときのすべての範囲を１本の一次直線に近似しても良い。しかしながら、変動幅が広範囲にわたる場合には、実際のデューティ特性曲線と近似した一次直線と間のズレが大きくなるため、本実施形態のようにＣ点を一次直線の傾きの補正ポイントとして、二本の一次直線に近似する方がより実際のデューティ特性曲線と近似した一次直線との間のズレが少なくなり、好ましい。
【００６１】
このようにして、バッテリ１の電圧とデューティ比との関係を直線近似した一次式が求められると、しきい値回路６にて、直線近似された一次式に対応するデューティ比が設定されるように、しきい値電圧Ｖｃが設定されるようにする。
【００６２】
図８は、バッテリ１の電圧とデューティ比との関係を二本の一次式に直線近似した場合しきい値回路６の回路構成の一例を示した回路図である。
【００６３】
この図に示されるように、ツェナー降伏電圧がＶ’である第１ツェナーダイオードＺＤ１と、第１抵抗Ｒ１および第２抵抗Ｒ２にて構成される分圧抵抗にて一本目に近似した１次式に対応するしきい値電圧Ｖｃが形成されると共に、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の中間点に接続されたツェナー降伏電圧が０．５Ｚである第２ツェナーダイオードＺＤ２と第３抵抗Ｒ３とを含めた回路構成により二本目に近似した一次式に対応するしきい値電圧Ｖｃが形成されるようにしている。
【００６４】
すなわち、バッテリ１の電圧がデューティ制御の開始点の電圧Ｖ’（＝１３Ｖ）以上かつ傾き補正ポイントとなるＣ点の電圧（＝Ｖ’＋０．５Ｚ）の間においては、しきい値回路６における第１ツェナーダイオードＺＤ１が導通し、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２による分圧抵抗により、これらの中間点においてバッテリ１の電圧を分圧した電圧により、しきい値電圧Ｖｃが形成される。このときのしきい値電圧Ｖｃは、高くなったバッテリ１の電圧に対応した値となり、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値によって一義的に決まる値となる。このため、第１、第２抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値を適宜選択することにより、一本目に近似した一次直線に対応するしきい値電圧Ｖｃを得ることができる。なお、このときには、まだしきい値電圧Ｖｃが第２ツェナーダイオードＺＤ２のツェナー降伏電圧（＝０．５Ｚ）に達していないため、第２ツェナーダイオードＺＤ２は導通しない。
【００６５】
続いて、バッテリ１の電圧が傾き補正ポイントとなるＣ点の電圧（＝Ｖ’＋０．５Ｚ）以上になると、さらに第２ツェナーダイオードＺＤ２も導通し、並列接続された第２抵抗Ｒ２と第３抵抗Ｒ３の合成抵抗と第１抵抗Ｒ１による分圧抵抗により、しきい値電Ｖｃが形成される。このときのしきい値電圧Ｖｃも、高くなったバッテリ１の電圧に対応した値となり、第１〜第３抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値によって一義的に決まる値となる。このため、第１〜第３抵抗Ｒ１〜Ｒ３の抵抗値を適宜選択することにより、二本目に近似した一次直線に対応するしきい値電圧Ｖｃを得ることができる。
【００６６】
したがって、このように直線近似により設定したしきい値電圧Ｖｃと三角波発生装置５が発生させる三角波の電圧とを大小比較することで、ランプ３への印加電圧の実効値（Ｖ2×ＤＵＴＹ）1/2がほぼ一定、つまりランプ３の照度がほぼ一定となるようにできるデューティ比を設定できる。
【００６７】
以上説明したように、直線近似を行う場合、ランプ３の照度を一定にできる電圧とデューティ比の関係を示す特性曲線と近似直線との間に若干のズレが発生する。しかしながら、第１実施形態のように一本の直線近似を行った場合と比較して、本実施形態のようにニ本の直線近似を行った場合の方がそのズレを小さくすることが可能となる。特に、第１実施形態のような一本の直線近似だと制御開始点Ｖ’やバッテリ１の電圧変動の最大値（Ｖ’＋Ｚ）となるＡ点やＥ点においてズレが大きくなるが、本実施形態のように二本の直線近似によれば、Ａ点やＥ点におけるズレを十分に抑制することが可能となる。
【００６８】
したがって、より正確にランプ３の照度を一定にできる直線近似を行うことが可能となる。これにより、さらにフィラメントタイプのランプ３の照度を一定に近づけることができ、よりランプ３のちらつきを防止することができるランプ制御回路とすることが可能となる。
【００６９】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、負荷制御回路としてリレー制御回路に対して本発明の一実施形態を適用した場合について説明する。
【００７０】
図９は、本実施形態にかかるリレー制御回路の回路図である。この図に示すリレー制御回路の構成要素は、ほぼ上述したランプ制御回路の構成要素と共通しているため、ランプ制御回路と共通している部分については同じ符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図９に示すように、リレー制御回路では、ドライバ回路８の出力に基づいて半導体スイッチング素子２をオンオフすることで、リレーコイル１０に流すコイル電流をオンオフ制御する。そして、リレーコイル１０への通電をオンさせたときに図示しないリレースイッチをオンさせ、リレーに対して接続されている負荷への通電を行い、リレーコイル１０への通電をオフしたときにリレースイッチをオフにし、リレーに対して接続されている負荷への通電を遮断する。リレー制御回路には、保護素子として半導体スイッチング素子２の上流側に直列接続されたダイオード１１とリレーコイル１０に対して並列接続されたダイオード１２が備えられているが、これらの接続は任意であり、備えられていなくても良い。
【００７２】
このように構成されるリレー制御回路では、デューティ制御のデューティ比を電源となるバッテリ１の電圧に応じて可変とすることで、コイル電流を一定となるようにしている。ただし、上述したように、時定数によりリレーコイル１０に流されるコイル電流の立ち上がりが遅れるため、バッテリ１の電圧の変動に比例して通電時間を設定しても、コイル電流が不十分になることがある。このため、本実施形態のリレー制御回路では、以下のようにしてデューティ比を設定している。これについて、図１０を参照して説明する。
【００７３】
図１０は、バッテリ１の電圧が変化して、例えば８Ｖ以上に昇圧したときに、コイル電流を一定にするために必要なデューティ比の関係を調べたグラフである。
【００７４】
この図に示されるように、バッテリ１の電圧が上昇すると、それに伴ってコイル電流を一定にするために必要なデューティ比は、バッテリ１の電圧の変動に比例した関係とならない。具体的には、バッテリ１の電圧の変動に比例したデューティ比の関係を比例直線で示した場合に、その比例直線に対して徐々にデューティ比が高くなる関係になる。これは、図１２にて説明したように、バッテリ１の電圧が上昇してデューティ制御による通電時間が短くなると、コイル電流が所望値に到達する前に通電時間が終了してしまい、コイル電流が不十分となって、所望の電力を供給できなくなるのためである。
【００７５】
したがって、本実施形態のリレー制御回路では、しきい値回路６にて、図１０で示したようなバッテリ１の電圧の上昇に伴ってデューティ比が徐々に低下するものの、バッテリ１の電圧の上昇に伴うデューティ比の低下量が徐々に少なくなるデューティ比特性曲線に基づいて、しきい値が設定されるようにしている。
【００７６】
このようなしきい値は、上記デューティ比特性曲線となるように設定されても良いが、少なくともこのデューティ比特性曲線よりもバッテリ１の電圧に対するディーティ比が大きな値となるように設定されれば良い。このため、本実施形態では、図１０に示すように、上記デューティ比特性曲線を１次直線で近似しつつ、この１次直線が特性曲線よりも図１０中の上に位置するようにしている。例えば、バッテリ１の電圧が８ＶのときをＦ点と所定電圧まで高く上昇したときとをＧ点とし、これらＦ点とＧ点を直線で結び、この直線をしきい値を決めるデューティ比特性曲線を近似した一次直線とすることができる。
【００７７】
そして、このような一次直線をしきい値回路６に記憶させておき、この一次直線に基づいてしきい値回路６でしきい値を設定することにより、コイル電流を十分にすることができ、かつ、コイル電流が必要以上に大きな値とならないようにすることができ、リレーコイル１０への供給電力がほぼ一定となるようにできる。
【００７８】
以上説明したように、本実施形態では、リレーコイル１０を負荷としてオンオフ制御を行うリレー制御回路において、バッテリ１の電圧の上昇に伴ってデューティ比が徐々に低下しつつ、バッテリ１の電圧の上昇に伴うデューティ比の低下量が徐々に少なくなるデューティ比特性曲線に基づいて、しきい値が設定されるようにしている。これにより、バッテリ１の電圧が変動してもリレーコイル１０への供給電力を一定にすることができ、不要な電力消費を極力抑えることが可能となる。
【００７９】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。上記実施形態では、アナログ回路によって負荷制御回路となるランプ制御回路やリレー制御回路を構成した場合について説明した。しかしながら、これらをロジック回路によって構成することもできる。
【００８０】
図１１は、第１実施形態で示したランプ制御回路をロジック回路によって構成した場合を示した図である。この図に示すように、ランプ制御回路は、デジタル変換回路２０、デューティ変換回路２１、出力論理回路２２を有するロジック制御部を備え、このロジック制御部の出力によってドライバ回路８の出力を制御し、半導体スイッチング素子２のオンオフを制御している。
【００８１】
デジタル変換回路２０は、電源電圧に相当するバッテリ１の電圧をデジタル変換するＡ／Ｄ変換回路にて構成される。デューティ変換回路２１は、上述した図４に示すデューティ比特性を一次近似したマップもしくはそれに対応する関数式を記憶しており、そのマップもしくは関数式に基づいて、デジタル変換回路２０から伝えられるバッテリ１の電圧をデジタル変換した値と対応するデューティ比を設定する。そして、デューティ変換回路２１は、そのデューティ比に対応するパルス幅を有する出力信号を発生させる。出力論理回路２２は、ＡＮＤゲートによって構成され、デューティ変換回路２１の出力信号とランプ入力信号、つまりランプをオンオフを指示する信号との論理和を出力する。このため、ランプ照射を行うためにランプ入力信号がオンされると、デューティ変換回路２１の出力信号、つまり設定されたデューティ比の信号が出力論理回路２２から出力され、これに基づいてドライバ回路８の出力が発生させられる。
【００８２】
このように、ロジック回路によってランプ制御回路を構成することもできる。このようなロジック回路によってランプ制御回路を構成しても、第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
（他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、一本もしくはニ本の直線近似によってバッテリ１の電圧の増加に伴うデューティ比特性曲線について近似したが、勿論三本以上の直線近似による近似を行うようにしても良い。その場合、直線近似を行う本数に対応したツェナーダイオードおよび抵抗を直列接続した回路をその前段のツェナーダイオードと抵抗との間に接続するようにすれば良い。
【００８４】
上記第３実施形態では、デューティ比特性曲線に対してＦ点とＧ点の二点を通る一次直線を求め、デューティ比特性曲線をこの一次直線に近似している。しかしながら、これは単なる一例を示したに過ぎず、デューティ比特性曲線上における電源電圧が所定電圧のときと対応するデューティ比と比較して、所定電圧のときに対応するデューティ比が高くなる一次直線を近似し、該一次直線を用いてデューティ比を設定し、このデューティ比とするしきい値電圧Ｖｃを出力するようにすれば良い。
【００８５】
上記第４実施形態では、ランプ制御回路をロジック回路によって構成する場合について説明したが、勿論、第３実施形態で説明したリレー制御回路についても、ロジック回路で構成することもできる。また、第４実施形態ではデジタル変換回路２０にてバッテリ１の電圧をデジタル変換したのち、デューティ変換回路２１でデューティ比を設定してそれに対応する出力信号を発生させるようにした。これに対して、デジタル変換回路２０に対して予め定められたテーブル、具体的には上述した図４に示すデューティ比特性を一次近似したマップもしくは関数式と対応するテーブルを記憶しておき、このテーブルからデューティ比を設定しても良い。
【符号の説明】
【００８６】
１              バッテリ
２              半導体スイッチング素子
３              ランプ
４              定電圧回路
５              三角波発生装置
６              しきい値回路
７              比較器
８              ドライバ回路
１０            リレーコイル
１１、１２      ダイオード
２０            デジタル変換回路
２１            デューティ変換回路
２２            出力論理回路
Ｒ１〜Ｒ３      第１〜第３抵抗
ＺＤ１、ＺＤ２  第１、第２ツェナーダイオード
【図１】
2011119236.tif 000003
【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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【図１０】
2011119236.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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