(57)【要約】      （修正有）【課題】複数のＬＥＤ素子を並列接続したＬＥＤ装置において、各ＬＥＤ素子に接続されたスイッチング素子のオン期間の長さが異なる条件とした場合においても、ＬＥＤ素子へ電力を供給する供給電源の最大電流を抑制することができるＬＥＤ装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ装置は、並列に接続された複数のＬＥＤ素子１１−１〜１１−Ｎおよび複数のＬＥＤ素子のそれぞれに直列に接続された複数の負荷スイッチング素子１２−１〜１２−Ｎ、を有する負荷モジュール部４と、複数の負荷スイッチング素子をオンまたはオフに制御する制御部１５と、を備える。制御部は、負荷スイッチング素子が、異なる負荷スイッチング素子をオフに制御するタイミングに対応させてオンに制御するように、オン期間を決定する。【選択図】図１
2019194992.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが並列に接続された複数のＬＥＤ素子、および前記複数のＬＥＤ素子のそれぞれに直列に接続された複数の負荷スイッチング素子、を有する負荷モジュール部と、
電源からの入力電力を電力変換して前記負荷モジュール部に出力する電力変換部と、
前記負荷スイッチング素子の制御周期のうちの前記ＬＥＤ素子に電流を流す期間の割合を示す点灯制御指令値に基づいて前記複数の負荷スイッチング素子のオン期間を決定し、前記複数の負荷スイッチング素子をオンまたはオフに制御する制御部と、
を備えたＬＥＤ装置であって、
前記制御部は、前記複数の負荷スイッチング素子のうち少なくとも１つの負荷スイッチング素子のオン期間を前記制御周期内において複数のオン期間に分割し、分割した前記複数のオン期間のうち少なくとも１回を異なる前記負荷スイッチング素子がオフとなるタイミングに対応させて開始するようにオン期間を決定すること、
を特徴とするＬＥＤ装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記複数のオン期間のうちの１回を前記制御周期の開始タイミングに対応させて開始するようにオン期間を決定すること、
を特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ装置。
【請求項３】
Ｎを２以上の整数とし、ｎを１〜Ｎ−１の整数とした場合、
前記負荷モジュール部は、第１〜第ＮのＬＥＤ素子と第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子とを有するとともに、前記第１〜第ＮのＬＥＤ素子および前記第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子はそれぞれ直列に接続されており、
前記制御部は、
前記第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子をこの順番でオン期間を決定し、
前記第１の負荷スイッチング素子のオン期間を、前記制御周期の開始タイミングに対応させて開始させるとともに、前記第１の負荷スイッチング素子に対応する前記点灯制御指令値分だけオン期間が継続するように決定し、
前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子のオン期間の開始するタイミングを、前記第ｎの負荷スイッチング素子をオフに制御するタイミングに対応させて決定し、決定した前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子のオン期間を開始するタイミングから前記制御周期の終了タイミングまでの期間が前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子に関する点灯制御指令値以下であった場合、前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子のオン期間を前記制御周期内において複数に分割し、前記複数のオン期間のうちの１回を前記制御周期の開始タイミングに対応させてオン期間を開始させ、他の１回を前記第ｎの負荷スイッチング素子がオフとなるタイミングに対応させてオン期間が開始するように決定すること、
を特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のＬＥＤ装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子のオン期間を、前記第ｎの負荷スイッチング素子をオフにするタイミングと同時に開始するように決定すること、
を特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子のオン期間を、前記第ｎの負荷スイッチング素子をオフにするタイミングから予め定められた期間経過後に開始するように決定すること、
を特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ装置。
【請求項６】
前記制御部は、連続する複数の制御周期で負荷スイッチング素子のオン期間を決定する場合において、
１周期目は、前記第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子をこの順番でオン期間を決定し、
２周期目以降は、１つ前の制御周期において当該制御周期の終了タイミングにオンとなっている前記負荷スイッチング素子を起点に設定し、前記起点に設定された負荷スイッチング素子から順にオン期間を設定すること、
を特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ装置。
【請求項７】
前記電力変換部は、昇圧チョッパ回路、フライバックコンバータ、Ｈ型昇降圧コンバータ、ＳＥＰＩＣによって構成されること、
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のＬＥＤ装置。
【請求項８】
それぞれが並列に接続された複数のＬＥＤ素子および前記複数のＬＥＤ素子のそれぞれに直列に接続された複数の負荷スイッチング素子を有する負荷モジュール部と、
電源からの入力電力を電力変換して前記負荷モジュール部に出力する電力変換部と、
前記複数の負荷スイッチング素子をオンまたはオフに制御することにより前記複数の負荷スイッチング素子のオン期間を制御する制御部と、
を備えたＬＥＤ装置の制御方法であって、
前記制御部が、各制御周期における前記複数のＬＥＤ素子の電流を流す期間の割合を示す点灯制御指令値を取込む第１ステップと、
前記制御部が、前記複数の負荷スイッチング素子についてオン期間を決定する順番を設定する第２ステップと、
前記制御部が、前記第２ステップにおいて起点に設定した負荷スイッチング素子のオン期間を、制御期間の開始タイミングから、当該負荷スイッチング素子に対応する前記点灯制御指令値分だけオン期間に決定する第３ステップと、
前記制御部が、前記起点に設定した負荷スイッチング素子以外の負荷スイッチング素子のオン期間を、当該負荷スイッチング素子の前にオン期間を決定した前記負荷スイッチング素子をオフに制御するタイミングに対応させてオンに制御するように決定する第４ステップと、
を備えることを特徴とするＬＥＤ装置の制御方法。
【請求項９】
Ｎを２以上の整数とし、ｎを１〜Ｎ−１の整数とした場合、
前記負荷モジュール部は、第１〜第ＮのＬＥＤ素子と第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子とを有するとともに、前記第１〜第ＮのＬＥＤ素子および第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子はそれぞれ直列に接続されており、
前記第２ステップにおいて、前記制御部は、前記第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子をこの順番でオン期間を決定し、
前記第３ステップにおいて、前記制御部は、前記第１の負荷スイッチング素子のオン期間を決定し、
前記第４ステップにおいて、前記制御部は、前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子のオン期間の開始するタイミングを、前記第ｎの負荷スイッチング素子をオフに制御するタイミングに対応させて決定し、決定した前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子のオン期間を開始するタイミングから前記制御周期の終了タイミングまでの期間が前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子に関する点灯制御指令値以下であった場合、前記第ｎ＋１の負荷スイッチング素子のオン期間を前記制御周期内において複数に分割し、前記複数のオン期間のうちの１回を前記制御周期の開始タイミングに対応させてオン期間を開始させ、他の１回を前記第ｎの負荷スイッチング素子がオフとなるタイミングに対応させてオン期間が開始するように決定すること、
を特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）素子を並列に接続して同じ電源電圧を印加するように構成されたＬＥＤ装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーの観点からさまざま光源に関してＬＥＤ（発光ダイオード）の採用が加速している。例えば、自動車のヘッドライトにも複数のＬＥＤを用いた光源が用いられている。ＬＥＤは効率がよいだけでなく、光源が小さく点灯エリアを限定することができることから、複数のＬＥＤを使って、必要なエリアだけを点灯するＡＤＢ（Adaptive Driving Beam）が搭載されている。ＡＤＢは、照射範囲ごとにＬＥＤを割り当て、対向車等を検知した際には、検知部分に対応したＬＥＤを点灯／消灯／調光制御する。
【０００３】
このようなＡＤＢに用いられるＬＥＤ装置として、直列に接続された複数のＬＥＤ素子からなるＬＥＤグループを複数個並列に接続してＬＥＤ駆動の電源に接続されたＬＥＤ装置がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示されたＬＥＤ装置では、ＬＥＤグループごとにスイッチング素子が接続されており、各スイッチング素子の駆動タイミングを、パルス通電の１周期をＬＥＤグループの数で除した周期ずつ、すなわち、ＬＥＤグループが５個並列に接続されている場合には、１／５周期ずつずらして制御することを特徴としている。このような構成とすることで、各ＬＥＤに電流を供給する電源の急激な立ち上がりを防止することができ、ノイズの発生を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、各ＬＥＤグループに対して同一パルス幅でパルス通電を行うＬＥＤ装置について開示されているが、近年のＬＥＤ装置の制御の高度化に伴い、ＬＥＤグループのＬＥＤ点灯パルス幅が異なるような制御を行うことが想定されている。例えば、上述のＡＤＢに用いられるＬＥＤ装置の場合、道路のカーブに沿って点灯させることが想定され、道が続いていく方向を積極的に明るく照らすように各ＬＥＤグループの点灯パルス幅を変更する場合がある。特許文献１に示すようなパルス通電の１周期をＬＥＤグループの数で除した周期ずつずらしたタイミングに固定して制御する方式に、各ＬＥＤグループのＬＥＤ点灯パルスのオン時間幅が異なる条件を適用した場合に、ＬＥＤに電流を供給する電源の最大電流が大きくなる場合があるという課題がある。
【０００６】
例えば、ＬＥＤグループが５並列であり、各ＬＥＤグループに制御周期内で電流を流す期間をそれぞれ９０％、７０％、５０％、３０％、１０％とし、各ＬＥＤグループに１Ａを流すことを想定した場合において、特許文献１の特徴である駆動開始タイミングを１／５周期ずつずらして点灯パルス幅を決定すると、電源の出力電流は０Ａ〜５Ａまで変化することとなる。この例のようにＬＥＤ素子への供給電源の最大電流が大きくなると、ノイズの発生が大きくなるだけでなく、ＬＥＤ素子に電流を供給する電源の損失が大きくなる、という課題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数のＬＥＤ素子を並列接続したＬＥＤ装置において、各ＬＥＤ素子に直列に接続されたスイッチング素子のうち少なくとも１つのスイッチング素子のオン期間の長さが他のスイッチング素子のオン期間の長さと異なる条件とした場合においても、ＬＥＤ素子へ電力を供給する供給電源の最大電流を抑制することができるＬＥＤ装置におよびその制御方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るＬＥＤ装置は、それぞれが並列に接続された複数のＬＥＤ素子、および複数のＬＥＤ素子のそれぞれに直列に接続された複数の負荷スイッチング素子、を有する負荷モジュール部と、電源からの入力電力を電力変換して負荷モジュール部に出力する電力変換部と、負荷スイッチング素子の制御周期のうちのＬＥＤ素子に電流を流す期間の割合を示す点灯制御指令値に基づいて複数のスイッチング素子のオン期間を決定し、複数の負荷スイッチング素子をオンまたはオフに制御する制御部と、を備えたＬＥＤ装置であって、制御部は、複数の負荷スイッチング素子のうち少なくとも１つの負荷スイッチング素子のオン期間を制御周期内において複数のオン期間に分割し、分割した複数のオン期間のうち少なくとも１回を異なる負荷スイッチング素子がオフとなるタイミングに対応させて開始するようにオン期間を決定すること、を特徴とする。
【０００９】
また、この発明に係るＬＥＤ装置の制御方法は、それぞれが並列に接続された複数のＬＥＤ素子および複数のＬＥＤ素子のそれぞれに直列に接続された複数の負荷スイッチング素子を有する負荷モジュール部と、電源からの入力電力を電力変換して負荷モジュール部に出力する電力変換部と、複数の負荷スイッチング素子をオンまたはオフに制御することにより複数の負荷スイッチング素子のオン期間を制御する制御部と、を備えたＬＥＤ装置の制御方法であって、制御部が、各制御周期における複数のＬＥＤ素子の電流を流す期間の割合を示す点灯制御指令値を取込む第１ステップと、制御部が、複数の負荷スイッチング素子についてオン期間を決定する順番を設定する第２ステップと、制御部が、第２ステップにおいて起点に設定した負荷スイッチング素子のオン期間を、制御期間の開始タイミングから、当該負荷スイッチング素子に対応する点灯制御指令値分だけオン期間に決定する第３ステップと、制御部が、起点に設定した負荷スイッチング素子以外の負荷スイッチング素子のオン期間を、当該負荷スイッチング素子の前にオン期間を決定した負荷スイッチング素子をオフに制御するタイミングに対応させてオンに制御するように決定する第４ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、複数のＬＥＤ素子を並列接続したＬＥＤ装置において、各ＬＥＤ素子に直列に接続されたスイッチング素子のうち少なくとも１つのスイッチング素子のオン期間の長さが他のスイッチング素子のオン期間の長さと異なる条件とした場合においても、ＬＥＤ素子へ電力を供給する供給電源の最大電流を抑制することができ、供給電源の損失を小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ装置の制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ装置の点灯パターン生成方法の説明図の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ装置の制御方法を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ装置の点灯パターン生成方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ装置について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ装置の構成を示すブロック図である。図面または以下の説明において、同一または同様の構成要素を示す場合には同一の符号を付すものとする。また、負荷スイッチング素子のように、同一または同様の構成要素が複数存在する場合には、負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎのように「−」および数字・記号を付して区別する。なお、複数存在する同一または同様の構成要素の各構成要素を区別しない場合、または総称する場合には、例えば、負荷スイッチング素子１２のように、「−」および数字・記号を省略して説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態１に示すＬＥＤ装置は、電源主回路部１、この電源主回路部１を制御する電源制御部２、電源主回路部１に電力を供給する直流電源５から構成されている。電源主回路部１は、電力変換部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ３および複数のＬＥＤ素子を有する負荷モジュール部４を備えており、直流電源５はＤＣ／ＤＣコンバータ３の一方の端子（ここでは、便宜的に入力端子とする）に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の他方の端子（ここでは、便宜的に出力端子とする）に負荷モジュール部４が接続されている。
【００１４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、電力変換部であり、直流電源５からの入力電力を電力変換して負荷モジュール部４に出力している。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、スイッチング素子６、ダイオード７、リアクトル８、コンデンサ９により構成されており、スイッチング素子６は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。図１に示す例ではＤＣ／ＤＣコンバータ３の正側の入力端子に接続された正側母線に、スイッチング素子６およびリアクトル８が設けられている。ダイオード７は、カソード側がスイッチング素子とリアクトルとの接続点に接続され、アノード側がＤＣ／ＤＣコンバータ３の負側の入力端子に接続された負側母線とに接続されている。また、コンデンサ９は、一方の端子がリアクトル８と正側の出力端子との間の正側母線に接続され、コンデンサ９のもう一方の端子は負側母線に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、電源制御部２から出力される制御信号に応じてスイッチング素子６のオンオフを制御することで、負荷モジュール部４に供給する電流量を所望の値に調整し、負荷であるＬＥＤ素子を備える負荷モジュール部４に対して電力を供給する。なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、図１に示した構成に限るものではないことは言うまでもなく、電力変換を行い所望の電流量を出力する回路であればどのようなものであってもよい。例えば、昇圧チョッパ回路、フライバックコンバータ、Ｈ型昇降圧コンバータ、ＳＥＰＩＣ（Single-Ended Primary-Inductance Converter）であってもよい。
【００１５】
負荷モジュール部４は、複数のＬＥＤ素子１１が並列に接続されており、図１に示す例では、ＬＥＤ装置は、Ｎ個（Ｎは２以上の整数）のＬＥＤ素子１１−１〜Ｎ（第１〜第ＮのＬＥＤ素子）を備えている。各ＬＥＤ素子１１は、複数のＬＥＤ素子が直列に接続されたものとして説明するが、ＬＥＤ素子数は必ずしも複数である必要はなく、１つの場合であっても本発明を適用可能である。また、各ＬＥＤ素子１１には、それぞれ負荷スイッチング素子１２が、各ＬＥＤ素子１１に対して直列に接続されており、図１に示す例では、ＬＥＤ素子１１−１〜Ｎのそれぞれに負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎ（第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子）が直列に接続されている。ここで、負荷スイッチング素子１２はどのようなものでもよいが、例えば、ＭＯＳＦＥＴを用いることができる。
【００１６】
ここで、ＬＥＤ素子１１とこのＬＥＤ素子１１に接続された負荷スイッチング素子１２とを合わせて、ＬＥＤ駆動ストリングと称することとする。すなわち、負荷モジュール部４は複数のＬＥＤ駆動ストリングが並列に接続された構成となっている。ＬＥＤ駆動ストリングにおいて、電源制御部２から出力される各負荷スイッチ信号１３−１〜Ｎに応じて各負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎがオンまたはオフに制御される。負荷スイッチング素子１２がオンのときは、対応する各ＬＥＤ素子１１−１〜Ｎが電気的に導通状態となり電力が供給され、負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎがオフのときは負荷モジュール部４内の各負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎに対応する各ＬＥＤ素子１１−１〜Ｎが電気的に非導通状態となり電力供給が停止される。
【００１７】
また、電源主回路部１は、リアクトル８や負荷モジュール部４等に流れる回路電流を検出する電流検出部１０を備えており、例えば、回路電流を抵抗やオペアンプ等を用いて電圧値として検出する。図１に示す例では、負荷モジュール部４の内部に電流検出部１０を設けており、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の負側の出力端子に電流検出部１０が接続されている。
【００１８】
直流電源５は、直流電力を出力する電源であり、例えば、バッテリである。なお、直流電力を出力する電源であればどのようなものであってもよいことはいうまでもない。
【００１９】
電源制御部２は、電流制御部１８と指令値生成部１９を備えており、電源主回路部１の電流検出部１０による検出結果および外部から入力される点灯制御指令１４に基づいて電源主回路部１の制御を行う。すなわち、スイッチング素子６および負荷スイッチング素子１２に対して、負荷スイッチ信号１３およびスイッチ信号１７を出力し、スイッチング素子６および負荷スイッチング素子１２のオンまたはオフに制御することにより、電源主回路部１の制御を行う。また、制御部１５は、例えばマイコンであり、後述する制御方法にしたがって、負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎを制御するための負荷スイッチ信号１３−１〜Ｎと、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子６を制御するスイッチ信号１７を演算する。
【００２０】
実施の形態１に係るＬＥＤ装置では、上述したように外部より点灯制御指令１４が入力される構成となっている。ここで、点灯制御指令１４は、各ＬＥＤ素子１１に対応した点灯制御指令値を含んでいる。点灯制御指令値は、各負荷スイッチング素子１２を制御周期のうちのオンにする期間の割合、すなわち、各ＬＥＤ素子１１に制御周期内で電流を流す期間の割合を示している。また、この点灯制御指令値は、負荷スイッチング素子１２ごと、および制御周期ごとに設定される。点灯制御指令値の設定方法はどのようなものであってもよいが、例えば、自動車のヘッドライトに用いられる場合において、自動車が道路のカーブに沿って道が続いていく方向を明るく照らすように、対応するＬＥＤ素子の電流を流す期間の割合を増やすような設定方法を行うことができる。
【００２１】
本実施の形態１に係るＬＥＤ装置の動作について説明する。まず、ＬＥＤ装置全体の動作について説明する。
直流電源５より出力された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に入力される。直流電力が入力されたＤＣ／ＤＣコンバータ３では、電源制御部２から出力されるスイッチ信号１７に応じて、スイッチング素子６のオンオフを制御することで、負荷モジュール部４に供給する電流量を所望の値に調整し、ＬＥＤ素子１１−１〜Ｎと負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎとにより構成される負荷モジュール部４に対して電力を供給する。負荷モジュール部４では、指令値生成部１９からの負荷スイッチ信号１３に基づいて負荷スイッチング素子１２をオンオフ制御する。電力を供給された負荷モジュール部４は、オンに設定された負荷スイッチング素子１２に接続されたＬＥＤ素子１１に電力供給され、電力供給されたＬＥＤ素子１１が点灯することとなる。
【００２２】
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３における制御動作について、図２を用いて説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３では、制御部１５において生成されるスイッチ信号１７に応じて、スイッチング素子６のオンオフを制御し、電流量を所望の値に制御する。制御部１５では、指令値生成部１９において算出したＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流の目標指令値を、後述する指令値生成部１９において設定される各負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎのオン数と、ＬＥＤ素子１１−１〜Ｎに流す電流値に基づいて決定する。すなわち、指令値生成部１９は、負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎのうちのオンに設定される負荷スイッチング素子１２の数と、ＬＥＤ素子１１に流す電流値との乗算値から出力電流の目標指令値を生成する。例えば、負荷スイッチング素子１２のオン数が３で、各ＬＥＤ素子１１に流す電流をそれぞれ１Ａとする場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流の目標指令値は、オン数３と１Ａの乗算で３Ａに設定する。指令値生成部１９は、設定した目標指令値を電流制御部１８に出力する。
【００２３】
電流制御部１８では、指令値生成部１９で設定された目標指令値と、電源主回路部１の電流検出部１０により検出した電流検出信号１６との減算を行うことで誤差を算出し、算出した誤差をＰＩ制御部２０に出力する。ＰＩ制御部２０では、ＰＩ演算等を行って、誤差が小さくなるよう制御量の演算を行う。演算された制御量とキャリア周波数出力部２１より出力されるキャリア周波数との比較を行って、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のスイッチング素子６のスイッチ信号１７を生成し、ＤＣ／ＤＣコンバータ３に出力する。電源制御部２から、スイッチ信号１７が入力されたＤＣ／ＤＣコンバータ３は、本信号に基づいてスイッチング素子６をオンオフさせ、負荷モジュール部４に出力する電流量の調整を行う。
【００２４】
ここで、上記では、マイコン等のデジタル演算処理での説明をしたがこれに限らず、アナログ制御でも実行できることは言うまでもない。また、制御量の演算を行う方法として、ＰＩ演算を例として説明したが、目標値に収束させるための制御であればどのような制御でもよく、例えば、ＰＩＤ制御やＨ∞制御でもよい。
【００２５】
次に、負荷モジュール部４の負荷スイッチング素子１２の制御動作について説明する。負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎは、指令値生成部１９において生成される負荷スイッチ信号１３に基づいて、各負荷スイッチング素子をオンオフ動作させ、所望のパターンにＬＥＤ素子１１のＬＥＤ素子を点灯させる。
【００２６】
指令値生成部１９での負荷スイッチ信号１３の生成方法について、図３を用いて説明を行う。図３に、本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ装置の点灯パターンの生成方法の説明図を示す。図３は、ＬＥＤ素子１１が５並列の場合、すなわち、図１においてＮを５とした場合の点灯パターン生成方法を示したものである。なお、ＬＥＤ素子１１が５並列の場合に限定されるものではないことはいうまでもなく、ＬＥＤ素子１１が５並列より少ない場合、または、５並列より多い場合であっても同様に点灯パターンを生成できる。
【００２７】
図３において、左側に示すパーセンテージ（％）は、各ＬＥＤ素子１１−１〜Ｎの点灯制御指令値（ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ５）、すなわち、各ＬＥＤ素子１１−１〜Ｎに制御周期内で電流を流す期間の割合を示している。例えば、点灯制御指令値が５０％とされたＬＥＤ素子１１−３は、１制御周期中の５０％の期間だけ負荷スイッチング素子１２−３をオンに設定し、電流を流すことを示す。また、図３において、矢印（⇒）の左側の数値は点灯制御指令値を、矢印（⇒）の右側の数値は指令値生成部１９において、負荷スイッチング素子１２を駆動するための負荷スイッチ信号１３の点灯パターン生成後の値を示している。負荷スイッチング素子１２−３のように、４０％＋１０％と２つの割合が記載されている負荷スイッチング素子１２は、オン期間を１制御周期中で２回に分けることを示す。図３に示す例では、負荷スイッチング素子１２−３は、制御周期開始タイミングと同時にオンに制御して、１制御期間の１０％の期間分オン期間を継続し、オン期間を設定した１つ前の順番の負荷スイッチング素子１２（図３に示す例では、負荷スイッチング素子１２−２）のオフに制御するタイミングと同時にオンに制御して１制御周期の４０％の期間だけオンに設定することを示す。
【００２８】
本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ装置では、負荷スイッチング素子１２の制御周期があらかじめ定められており、制御周期ごとに制御部１５が、各負荷スイッチング素子１２のオン期間を設定する。また、制御部１５は、負荷スイッチング素子１２−１〜Ｎをこの順番でオン期間を決定するように設定されており、まず、負荷スイッチング素子１２−１のオン期間を設定し、負荷スイッチング素子１２−１のオンに制御するタイミングを、制御周期の開始タイミングと同時にオンするようにオン期間を決定する。ここで、オン期間とはオンに制御したタイミングから次にオフに制御するタイミングまでの期間を指し、外部から入力される点灯制御指令値に基づいて設定される。
【００２９】
次に、負荷スイッチング素子１２−２のオン期間の決定を行う。制御部１５は、制御周期内において、負荷スイッチング素子１２を、異なる負荷スイッチング素子１２をオフさせるタイミングに対応させてオンするように制御する。すなわち、負荷スイッチング素子１２−１がオフに制御されるタイミングと同時に負荷スイッチング素子１２−２をオンするようにオン期間を設定する。このオン期間の設定を各負荷スイッチング素子１２に関して順番に繰り返し、負荷スイッチング素子１２−Ｎのオン期間の決定を行って終了する。すなわち、ｎを１〜Ｎ−１の整数とした場合に、制御部１５は、負荷スイッチング素子１２−ｎをオフにするタイミングに対応させて、負荷スイッチング素子１２−（ｎ+１）のスイッチング素子をオンに制御する。
【００３０】
また、負荷スイッチング素子１２−２をオフに制御するタイミングは、負荷スイッチング素子１２−２の負荷制御指令値に基づいて決定されるが、負荷スイッチング素子１２−２のオンに制御するタイミングから、制御周期の終了タイミングまでの期間が、負荷スイッチング素子１２−２に関する点灯制御指令値以下である場合、負荷スイッチング素子１２−２のオン期間を２回に分ける。この２回のオンに制御するタイミングのうちの１回を制御周期の開始タイミングに対応させてオンに制御し、１回を他の負荷スイッチング素子１２−１がオフとなるタイミングに対応させてスイッチング素子をオンに制御する。
以下に、制御方法の詳細について説明する。
【００３１】
図３に示す例を用いて、本実施の形態１に係るＬＥＤ装置の制御方法の詳細を説明する。図３に示す例では、各ＬＥＤ素子１１−１〜５の点灯制御指令値（ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ５）をそれぞれ９０％、７０％、５０％、３０％、１０％としている。これは、ＬＥＤ素子１１−１を１制御期間中の９０％、ＬＥＤ素子１１−２を１制御期間中の７０％、ＬＥＤ素子１１−３を１制御期間中の５０％、ＬＥＤ素子１１−４を１制御期間中の３０％、ＬＥＤ素子１１−５を１制御期間中の１０％分だけ電流を流すことを示す。また、図３の右側の図は、横軸に時間を、上から５段目までは、実際に負荷スイッチング素子１２−１〜５に与える負荷スイッチ信号１３−１〜５を示している。５段目以降の図は、各ＬＥＤに１Ａを流す想定をした場合の電流制御部１８に設定する出力電流の目標指令値であり、制御された結果として、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流となる。
【００３２】
図４に、点灯パターン生成方法を説明するフローチャートを示す。図４を参照して指令値生成部１９における点灯パターン指令生成方法を説明する。
（１）  予め定めたタイミングで外部より入力される点灯制御指令１４の点灯制御指令値を取込む（ステップＳ１０１）。ここで点灯制御指令は、並列接続されるＬＥＤ素子１１の数だけ必要となる。
（２）  任意の負荷スイッチング素子１２のうち起点となる負荷スイッチング素子１２を設定し、オン期間を決定する負荷スイッチング素子１２の順番を設定する（ステップＳ１０２）。なお、起点となる負荷スイッチング素子１２およびオン期間を設定する順番は、事前に設定しておいてもよい。
（３）  起点に設定した負荷スイッチング素子１２のオン期間、すなわち起点に設定した負荷スイッチング素子１２に接続されたＬＥＤ素子１１の点灯パターンを、制御周期の開始タイミングから点灯制御指令値の通りに決定する（ステップＳ１０３）。
（４）  ｎを１〜Ｎ−１の整数とし、負荷スイッチング素子１２−（ｎ＋１）のオン期間を設定する場合において、１００％と各負荷スイッチング素子１２−ｎの点灯制御指令値（ＩＬＥＤｎ）との差分をとり、差分値（Ｉｓｕｂｎ）を算出する（ステップＳ１０４）。
（５）  差分値（Ｉｓｕｂｎ）が、負荷スイッチング素子１２−（ｎ＋１）の点灯制御指令値（ＩＬＥＤｎ＋１）より大きい場合は（ステップＳ１０５：Yes）、負荷スイッチング素子１２−ｎのオフタイミングから負荷スイッチング素子１２−（ｎ＋１）の点灯制御指令値（ＩＬＥＤｎ＋１）の分のオン設定を行う。また、負荷スイッチング素子１２−（ｎ＋１）の点灯制御指令値（ＩＬＥＤｎ＋１）をＩＬＥＤｎ＋１+ＩＬＥＤｎの数値に変更して、次の負荷スイッチング素子１２のオン期間の設定に備える（ステップＳ１０６）。
（６）  差分値（Ｉｓｕｂｎ）が、負荷スイッチング素子１２−（ｎ＋１）の点灯制御指令値（ＩＬＥＤｎ＋１）より小さい場合は（ステップＳ１０５：No）、負荷スイッチング素子１２−ｎのオフタイミングから制御周期の終了タイミングまでオン期間の設定を行うとともに、ＩＬＥＤｎ＋１からＩｓｕｂｎを減算した値（ＩＬＥＤｎ＋１−Ｉｓｕｂ）の分だけ制御周期の開始タイミングからオン設定を行う。また、ＩＬＥＤｎ＋１をＩＬＥＤｎ＋１−Ｉｓｕｂの数値に変更して次のＬＥＤ点灯パターン生成に備える（ステップＳ１０７）。
上記のステップＳ１０４〜Ｓ１０７をＮ−１回実行して、すべての負荷スイッチング素子１２のオン期間を設定する。
【００３３】
ここで、図３の点灯制御指令値の条件を例に説明を行う。
（１）  予め定めたタイミングで、点灯制御指令１４の点灯制御指令値ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ５として、９０％、７０％、５０％、３０％、１０％を取込む（ステップＳ１０１）。
（２）  負荷スイッチング素子１２−１を起点に設定する（ステップＳ１０２）。また、負荷スイッチング素子１２−１〜５をこの順番でオン期間を決定するように設定する。
（３）  負荷スイッチング素子１２−１のオン期間を、制御周期の開始タイミングから点灯制御指令値の９０％として決定する（ステップＳ１０３）。
（４）  負荷スイッチング素子１２−２のオン期間を決定する。１００％とＩＬＥＤ１の差分をとった差分値Ｉｓｕｂ１は１０％となり（ステップＳ１０４）、Ｉｓｕｂ１はＩＬＥＤ２である７０％より小さくなるため、オン期間を２つに分割しそれぞれ設定を行う。１つめのオン期間は、負荷スイッチング素子１２−１のオフタイミングから制御周期の終了タイミングまでオン期間を設定する。また、２つ目のオン期間は、ＩＬＥＤ２からＩｓｕｂ１を減算した値ＩＬＥＤ２−Ｉｓｕｂ１＝７０％−１０％＝６０％の分だけ制御周期の開始タイミングからオン期間の設定を行う。さらに、ＩＬＥＤ２をＩＬＥＤ２−Ｉｓｕｂ１＝６０％に変更して次の負荷スイッチング素子１２のオン期間の決定に備える（ステップＳ１０７）。
（５）  負荷スイッチング素子１２−３のオン期間を決定する。１００％とＩＬＥＤ２の差分をとった値Ｉｓｕｂ２は４０％となり（ステップＳ１０４）、Ｉｓｕｂ２はＩＬＥＤ３より小さくなるため、負荷スイッチング素子１２−２のオフタイミングから制御周期の最後までオン設定を行い、ＩＬＥＤ３からＩｓｕｂ２を減算した値ＩＬＥＤ３−Ｉｓｕｂ１＝５０％−４０％＝１０％の分だけ制御周期の最初からオン設定を行い、ＩＬＥＤ３をＩＬＥＤ３−Ｉｓｕｂ２＝１０％に変更して次の負荷スイッチング素子１２のオン期間の決定に備える（ステップＳ１０７）。
（６）  負荷スイッチング素子１２−４のオン期間を決定する。１００％とＩＬＥＤ３の差分をとった差分値Ｉｓｕｂ３は９０％となり、Ｉｓｕｂ３はＩＬＥＤ４より大きくなるため、負荷スイッチング素子１２−３のオフタイミングからＩＬＥＤ４の３０％分のオン期間の設定を行い、ＩLED4をＩＬＥＤ４＋ＩＬＥＤ３＝３０％＋１０％＝４０％に値を変更して次の負荷スイッチング素子１２のオン期間の決定に備える（ステップＳ１０６）。
（７）  負荷スイッチング素子１２−５のオン期間を決定する。１００％とＩＬＥＤ４の差分をとった差分値Ｉｓｕｂ４は６０％となり、Ｉｓｕｂ４はＩＬＥＤ５より大きくなるため、負荷スイッチング素子１２−４のオフタイミングからＩＬＥＤ５の１０％分のオン設定を行う（ステップＳ１０６）。
ＬＥＤ素子の並列数が５つであるため、オン期間の設定はここで終了となる。
【００３４】
上記のように負荷スイッチング素子１２のオン期間を決定することで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電流は、３Aもしくは２Aで制御されることとなり、大きな電流変動がなく、最大電流を抑制できていることが分かる。
【００３５】
ここで、上記の点灯制御指令１４の指令値を取込む予め定めたタイミングとは、ＬＥＤの制御周期に対し、点灯制御指令から点灯パターン生成を行うために必要な時間だけ前に設定することが望ましい。また、上記の例では、点灯制御指令をパーセンテージの数値で示したが、アナログ信号等でも構わない。また、上記の例では、負荷スイッチング素子１２−１を起点とした場合について示したが、どれを起点にしても、どのような順番に点灯パターンを形成しても同じ効果が得られることは言うまでもない。
【００３６】
なお、ここでは負荷スイッチング素子１２のオンタイミングの設定を他の負荷スイッチング素子のオフタイミングと同時とする場合について説明したが、これに限ったものではない。例えば、負荷スイッチンス素子周辺回路のバラツキが原因で、負荷スイッチング素子のオンタイミングが重なってしまった場合、瞬時的に大きな電流を流す必要が生じる。これを防ぐために、オンおよびオフに制御するタイミングの誤差を考慮したデッドタイムを設けてもよい。すなわち、制御部１５は、負荷スイッチング素子１２−ｎをオフにするタイミングから予め定められた期間経過後に負荷スイッチング素子１２−（ｎ＋１）をオンに制御するようにしてもよい。このように、デッドタイムを設けることにより、負荷スイッチング素子のオンタイミングを確実にずらすことができる。
【００３７】
このように、実施の形態１に係るＬＥＤ装置によれば、複数のＬＥＤ素子が並列に接続され、この複数のＬＥＤ素子と直列に接続された負荷スイッチング素子を制御するＬＥＤ装置において、外部から入力される点灯制御指令に基づいて、起点となる負荷スイッチング素子のオン期間を制御周期の開始タイミングから開始し、起点以外の負荷スイッチング素子のオン期間を、１つ前の順番の負荷スイッチング素子のオフタイミングと制御周期の終了タイミングとの関係から、点灯パターンを２つに分割する、しないを決定する。分割しない場合は１つ前の順番の負荷スイッチング素子のオフタイミングから点灯制御の分だけオン設定を行い、分割する場合は１つ前の順番の負荷スイッチング素子のオフタイミングから制御周期の終了タイミングまでと、制御周期の開始タイミングから残りのオン期間分継続するように設定する。
【００３８】
これにより、点灯制御指令がどのような場合においても、ＤＣ／ＤＣコンバータの最大電流を抑制することができ、ＤＣ／ＤＣコンバータの損失を抑制することが可能となる。なお、実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を降圧チョッパ回路としたが、ＬＥＤに所望の電流を供給するものであればこれに限らず、昇圧チョッパ回路やフライバックコンバータ等でもかまわない。
また、実施の形態１では、点灯パターンを生成する際、制御部１５に外部からの点灯制御指令１４を取込んで生成することとしたがこれに限らず、例えば、制御装置内部で予め定めた点灯制御指令を基に点灯パターンを生成しても構わない。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態１で示したＬＥＤ装置およびその制御方法では、制御周期を１周期分のみで考えた場合を示した。実施の形態２では、連続する複数の制御周期におけるＬＥＤ素子に直列に接続されたスイッチング素子のスイッチング損失を軽減する方法について示す。実施の形態２に係るＬＥＤ装置の構成は、図１に示した場合と同様であり、説明を省略する。実施の形態２に係るＬＥＤ装置では、連続する複数の制御周期のうち、１周期目は、第１〜第Ｎの負荷スイッチング素子をこの順番でオン期間を決定し、２周期目以降は、１つ前の制御周期において当該制御周期の終了タイミングにオンとなっている負荷スイッチング素子を起点に設定し、起点に設定された負荷スイッチング素子から順にオン期間を設定する。以下に、その詳細について説明する。
【００４０】
図４に、実施の形態２に係るＬＥＤ装置の各負荷スイッチング素子１２のオン期間の決定方法を用いた場合の点灯パターンを示す。図４は、上述した図３に示した負荷スイッチング素子１２のオン期間の制御周期を制御周期１として、新たに制御周期２を追加したものである。また、制御周期２の点灯制御指令値を図４の左側の右列に示しており、制御周期２における負荷スイッチング素子１２−１〜５の点灯制御指令値（ＩＬＥＤ１〜ＩＬＥＤ５をそれぞれ３０％、３０％、４０％、４０％、５０％としている。
【００４１】
実施の形態２に係るＬＥＤ装置の特徴は、起点となる負荷スイッチング素子１２のオン期間の設定方法にある。制御周期１は、実施の形態１で示した場合と同様に負荷スイッチング素子１２−１を起点として各負荷スイッチング素子１２のオン期間を決定する。一方、制御周期２では、制御周期１の終了タイミングにおいてオン設定となっている負荷スイッチング素子１２を起点として設定することを特徴とする。図４に示す例では、負荷スイッチング素子１２−３を制御周期２の起点とした場合について示している。負荷スイッチング素子１２−３のオン期間の設定方法は、実施の形態１に示した負荷スイッチング素子１２−１のオン期間の設定方法と同様であり説明を省略する。また、オン期間を設定する順番を負荷スイッチング素子１２−３，４，５，１，２の順番としている。負荷スイッチング素子１２−３以外のオン期間を設定方法は、実施の形態１と同様である。前制御周期の終了タイミングにおいてオン設定となっている負荷スイッチング素子１２を起点に設定することにより、負荷スイッチング素子１２におけるオンおよびオフの回数を減らすことができ、負荷スイッチング素子１２のスイッチング損失を軽減することができる。
【００４２】
このように、実施の形態２に係るＬＥＤ装置およびその制御方法によれば、制御周期が複数の場合での制御方法を示したものであり、１つ前の制御周期における終了タイミングでオン設定となっている負荷スイッチング素子を起点に設定して、実施の形態１での点灯パターン生成方法を適用することで、その起点にした点灯制御指令のオンオフ回数を減らすことができ、ＬＥＤに直列に接続したスイッチング素子のスイッチング損失を軽減することが可能となる。また、実施の形態１と同じように、オン期間がどのような場合においても、常にＤＣ／ＤＣコンバータの最大電流を抑制することができ、ＤＣＤＣコンバータの損失を抑制する効果を得ることが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１  電源主回路部、２  電源制御部、３  ＤＣ／ＤＣコンバータ、４  負荷モジュール部４、５  直流電源、６  スイッチング素子、７  ダイオード、８  リアクトル、９  コンデンサ、１０  電流検出部、１１  ＬＥＤ素子、１２  負荷スイッチング素子、１３  負荷スイッチ信号、１４  点灯制御指令、１５  制御部、１６  電流検出信号、１７  スイッチ信号、１８  電流制御部、１９  指令値生成部、２０  ＰＩ制御部、２１  キャリア周波数出力部
【図１】
2019194992.tif 000003
【図２】
2019194992.tif 000004
【図３】
2019194992.tif 000005
【図４】
2019194992.tif 000006
【図５】
2019194992.tif 000007