(57)【要約】【課題】  コンデンサを電源と発光ダイオードに交互に切り替え接続し、コンデンサの充電電荷を発光ダイオード側に放電する形でこれを駆動するようにした発光ダイオード駆動装置において、接続されるコンデンサの合計静電容量を可変とし、ひいては発光駆動制御の自由度をより高める。【解決手段】  発光ダイオード２を駆動するためのコンデンサＣ１，Ｃ２として、充放電ライン４からみて互いに並列に配置され、かつ、静電容量切り替えスイッチＰ１，Ｐ２により充放電ライン４に対しそれぞれ接続／切り離しの切り替えが可能な複数のコンデンサＣ１，Ｃ２を使用し、該静電容量切り替えスイッチＰ１，Ｐ２の切り替えに基づいて、充放電ライン４に接続されるコンデンサＣ１，Ｃ２の合計静電容量を調整する。【選択図】    図３
2007173697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードを駆動するための駆動ラインと、
各々前記発光ダイオードの駆動電流源を構成するコンデンサと、
前記コンデンサの充放電経路を構成する充放電ラインと、
前記充放電ラインを、駆動電源側に接続された第一状態と前記駆動ライン側に接続された第二状態との間で交互に切り替えることにより、前記第一状態では前記充放電ラインに接続された前記コンデンサを充電する一方、前記第二状態では該コンデンサを前記駆動ライン側に放電し、該コンデンサの充電電荷に応じた放電電流にて前記発光ダイオードをパルス発光させる駆動スイッチとを備え、
前記コンデンサとして、複数のコンデンサが前記充放電ラインからみて互いに並列に配置されるとともに、前記充放電ラインに前記複数のコンデンサをそれぞれ接続／切り離しの切り替え可能に接続する静電容量切り替えスイッチが設けられ、該静電容量切り替えスイッチの切り替えに基づいて、前記充放電ラインに接続されるコンデンサの合計静電容量を調整するようにしたことを特徴とする発光ダイオード駆動装置。
【請求項２】
前記複数のコンデンサは、静電容量の互いに異なるものが使用される請求項１記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項３】
前記静電容量切り替えスイッチの切り替えに基づいて、前記複数のコンデンサのいずれかを前記充放電ラインに対し択一的に接続するようにした請求項２記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項４】
前記静電容量切り替えスイッチの切り替えに基づいて、並列配置された前記複数のコンデンサの２以上のものを前記充放電ラインに対し組み合わせて接続するようにした請求項１又は請求項２に記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項５】
前記静電容量切り替えスイッチの切り替えに基づいて、並列配置された前記複数のコンデンサの２以上のものを前記充放電ラインに対し組み合わせて接続するとともに、前記複数のコンデンサは、２以上のものの静電容量が互いに同じに設定されている請求項１載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項６】
前記充放電ラインに接続されるコンデンサの前記合計静電容量の調整に基づいて、該コンデンサからの合計放電電荷量を変化させることにより、前記発光ダイオードの１パルス当たりの発光量を調整する請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項７】
前記駆動スイッチを予め定められた周波数にて前記第一状態と前記第二状態との間で切り替え駆動するととともに、前記周波数の変更により単位時間当たりの発光パルス数を変化させる第一の調光制御手段と、
前記周波数にて連続的に出力される複数の発光パルスの各発光量を、前記静電容量切り替えスイッチの切り替えにより一律に変化させる第二の調光制御手段とを有する請求項６記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項８】
前記複数のコンデンサは第一のコンデンサと該第一のコンデンサよりも静電容量が小さい第二のコンデンサとを含み、前記第一の調光制御手段による前記駆動スイッチの切り替えには下限周波数が予め定められてなり、前記第二の調光制御手段と前記前記第一の調光制御手段とは、前記第一のコンデンサを用いて前記下限周波数により前記発光ダイオードを発光駆動した場合に得られる平均発光輝度よりも小さい発光輝度の出力を、前記第二のコンデンサを用いて前記発光ダイオードを前記下限周波数よりも高い周波数にて駆動することにより協働制御する請求項７記載の発光ダイオード駆動装置。
【請求項９】
前記駆動電源の電圧を検出する電圧検出手段を有し、該検出された電圧が高くなるほど、前記充放電ラインに接続される前記コンデンサの静電容量が低くなるように、前記静電容量切り替えスイッチを切り替える請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の発光ダイオード駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開平９−９７９２５号公報
【０００３】
近年、発光ダイオード（Light
Emitting Diode：以下、ＬＥＤともいう）はインジケータの他、照明などにも広範囲に用いられるようになっている。従来のＬＥＤ駆動回路例を図１０に示す。＋Ｖは電源電圧、ＳｉｇはＬＥＤのＯＮ，ＯＦＦ及び調光制御のための信号である。Ｓｉｇに電圧が加わると抵抗Ｒ１を通じてトランジスタＴｒのベース電流が流れトランジスタＴｒがＯＮする。ＬＥＤには電流制限抵抗Ｒ２を介して電流が流れて発光する。ＬＥＤの輝度は流れる電流ｉにほぼ比例するので、ＬＥＤの順方向電圧をＶＦ、トランジスタＯＮ時のコレクタ−エミッタ間電圧をＶｃｅとするとＬＥＤの発光輝度Ｉは以下のように表すことができる。
Ｉ≒Ａｉ＝Ａ（＋Ｖ−ＶＦ−Ｖｃｅ）／Ｒ２  ‥（１）
通常、発光輝度Ｉは、電源電圧＋Ｖと電流制限抵抗Ｒ２の電気抵抗値とを設定することで決定される。このような駆動回路では必ず電流制限抵抗Ｒ２により電力が消費されるため効率は良くない。特に、多数のＬＥＤを用いる場合は放熱量が大きくなり、回路基板や筐体の設計上問題となる。電流制限抵抗Ｒ２を小さくして該電流制限抵抗Ｒ２による電圧降下量を減少させれば、ＬＥＤの駆動効率自体は改善されるが、ＬＥＤの製造上不可避的に生ずる特性値のバラツキ、特に順方向電圧Ｖｆのバラツキや変動の影響を大きく受けることになるので、電流制限抵抗Ｒ２を小さくするには限界がある。
【０００４】
そこで、特許文献１には、発光ダイオードと駆動電源との間にスイッチ付きのコンデンサを接続し、該スイッチによりコンデンサに駆動電源を接続した状態と発光ダイオードを接続した状態とを交互に切り替えて発光駆動を行なう構成が開示されている。コンデンサは駆動電源に接続された状態では充電モードとなり、電源電圧と自身の静電容量に応じた一定の電荷を蓄積する。この状態から発光ダイオード側に接続を切り替えると、発光ダイオードが負荷となってコンデンサが放電し、蓄積された電荷量に対応した電流が発光ダイオードに流れ発光する。発光ダイオードに流れる瞬時電流値は１回に放電されるコンデンサの蓄積電荷量により決定される。従って、この瞬時電流値が発光ダイオードに通電可能な最大電流値を超えないよう、電源電圧（自動車の場合は、例えばバッテリー電圧）に応じて使用するコンデンサの静電容量を適切に選択することにより、電流制限抵抗を用いないか、用いても電気抵抗値が大幅に小さいもので済むようになり、発光駆動効率を向上することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、電源あるいは発光ダイオードに接続されるコンデンサの合計静電容量が一定であり、発光駆動制御の自由度に欠ける問題がある。例えば、発特許文献１には、コンデンサの電源／発光ダイオード間での接続切り替えの回数Ｎを制御することで、発光輝度を調整（調光）できる旨が開示されている。しかし、この接続切り替えの周波数には、発光ダイオードのちらつきを防止する観点から下限値に制約があり、他方、コンデンサの充電時定数から周波数の上限値にも制限があり、調光のための周波数帯域は思ったほど広く取ることができない。そして、電源電圧が安定している状態で考えれば、コンデンサの合計静電容量が一定の場合、１回当たりのコンデンサの放電電荷量ひいては発光ダイオードの１パルス当たりの発光量もほぼ一定になるので、接続切り替えの周波数制御だけでは、発光輝度の調光レンジそのものをあまり広く取ることができなくなってしまうのである。
【０００６】
さらに、特許文献１には、電圧変動の激しい車載バッテリー電圧などに対しても安定に使用できる旨を謳っているが、電圧安定化回路を設けない前提では、コンデンサを充電するバッテリー電圧が大きく変動したとき、コンデンサの静電容量が一定では、発光ダイオードへの１パルス当たりの放電電荷量も大きく変動することになる。これは、発光輝度の変動につながるばかりでなく、例えばオルタネーター電圧の重畳などによりバッテリー電圧が高い側にシフトしたとき、過剰な電流が発光ダイオードに流れ、寿命低下につながる惧れもある。なお、特許文献１には、図５において２つのコンデンサ９，９の静電容量を互いに異ならせてもよいとする記載があるが、この回路では２つのコンデンサが直列接続されており、これらの静電容量が仮に異なっていたとしても、充放電ラインに挿入されたコンデンサの合成静電容量が一定であることに何ら変わりはない。また、図６のごとく、のこぎり波発生回路からの電圧を重畳して駆動することで、発光パルスの電流レベルを一定にできる、との記載もあるが、これはあくまで１パルスの放電期間中の瞬時電流値を平坦化するためのものであって、電源電圧変動に対する発光駆動電流値の安定化を目的とするものではない（当然、スイッチ駆動と同期を取ったのこぎり波発生回路が余分に必要であり、回路構造上の複雑化とコストアップにつながることはいうまでもない）。
【０００７】
本発明の課題は、コンデンサを電源と発光ダイオードに交互に切り替え接続し、コンデンサの充電電荷を発光ダイオード側に放電する形でこれを駆動するようにした発光ダイオード駆動装置において、接続されるコンデンサの合計静電容量を可変とし、ひいては発光駆動制御の自由度をより高めることにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の発光ダイオード駆動装置は、
発光ダイオードを駆動するための駆動ラインと、
各々発光ダイオードの駆動電流源を構成するコンデンサと、
コンデンサの充放電経路を構成する充放電ラインと、
充放電ラインを、駆動電源側に接続された第一状態と駆動ライン側に接続された第二状態との間で交互に切り替えることにより、第一状態では充放電ラインに接続されたコンデンサを充電する一方、第二状態では該コンデンサを駆動ライン側に放電し、該コンデンサの充電電荷に応じた放電電流にて発光ダイオードをパルス発光させる駆動スイッチとを備え、
コンデンサとして、複数のコンデンサが充放電ラインからみて互いに並列に配置されるとともに、充放電ラインに複数のコンデンサをそれぞれ接続／切り離しの切り替え可能に接続する静電容量切り替えスイッチが設けられ、該静電容量切り替えスイッチの切り替えに基づいて、充放電ラインに接続されるコンデンサの合計静電容量を調整するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
上記本発明によると、発光ダイオードを駆動するためのコンデンサとして、充放電ラインからみて互いに並列に配置され、かつ、静電容量切り替えスイッチにより充放電ラインに対しそれぞれ接続／切り離しの切り替えが可能な複数のコンデンサを使用し、該静電容量切り替えスイッチの切り替えに基づいて、充放電ラインに接続されるコンデンサの合計静電容量を調整するようにした。これにより、接続されるコンデンサの合計静電容量を可変とする構成が簡便に実現でき、発光駆動制御の自由度をより高めることができる。
【００１０】
上記複数のコンデンサは、静電容量の互いに異なるものを使用することができる。これにより、複数のコンデンサのいずれを使用するかに応じて、充放電ラインに接続されるコンデンサの合計静電容量を簡便に変更することができる。特に、静電容量切り替えスイッチの切り替えに基づいて、複数のコンデンサのいずれかを充放電ラインに対し択一的に接続する構成にすれば、コンデンサ毎に固有の静電容量を、そのまま合計静電容量の設定値として採用することができる。
【００１１】
他方、静電容量切り替えスイッチの切り替えに基づいて、並列配置された複数のコンデンサの２以上のものを充放電ラインに対し組み合わせて接続することも可能である。このようにすると、限られた数のコンデンサを組み合わせることで合計静電容量の多様な設定が可能となる。この場合、複数のコンデンサは、２以上のものの静電容量を互いに同じに設定することもできる。静電容量の同じ複数のコンデンサを組み合わせて接続することにより、該コンデンサの静電容量を単位としてきめ細かい合計静電容量設定が可能になる。
【００１２】
電源電圧の変動がそれ程急激でない場合は、充放電ラインに接続されるコンデンサの合計静電容量の調整に基づいて、該コンデンサからの合計放電電荷量を変化させることにより、発光ダイオードの１パルス当たりの発光量を調整することができる。すなわち、コンデンサの合計静電容量の調整により、発光ダイオードの発光輝度を調光することができる。
【００１３】
具体的には、駆動スイッチを予め定められた周波数にて第一状態と第二状態との間で切り替え駆動するととともに、周波数の変更により単位時間当たりの発光パルス数を変化させる第一の調光制御手段と、周波数にて連続的に出力される複数の発光パルスの各発光量を、静電容量切り替えスイッチの切り替えにより一律に変化させる第二の調光制御手段とを設けることができる。このように構成すると、コンデンサの電源／発光ダイオード間（第一状態／第二状態）の切り替え周波数と、コンデンサの静電容量変更による発光パルス光量との双方に基づいて、よりきめ細かい調光が可能となる。
【００１４】
例えば、複数のコンデンサが第一のコンデンサと該第一のコンデンサよりも静電容量が小さい第二のコンデンサとを含み、かつ、第一の調光制御手段による駆動スイッチの切り替えに、前述のちらつき防止等の観点から下限周波数が予め定められている場合、第二の調光制御手段と第一の調光制御手段とは、第一のコンデンサを用いて下限周波数により発光ダイオードを発光駆動した場合に得られる平均発光輝度よりも小さい発光輝度の出力を、第二のコンデンサを用いて発光ダイオードを下限周波数よりも高い周波数にて駆動することにより協働制御するものとすることができる。すなわち、静電容量の大きい第一のコンデンサだけでは、ちらつき防止の観点から下限周波数で駆動したときの平均発光輝度が限界発光輝度となるのに対し、それよりも静電容量の小さい第二のコンデンサに切り替えることで、上記第一のコンデンサの限界発光輝度よりもさらに小さい平均発光輝度を、下限周波数よりも高い周波数による駆動にて達成できる。その結果、発光輝度の調光レンジを、ちらつきを防止しつつ大幅に拡張することができる。なお、複数のコンデンサは、静電容量の異なる３つ以上のコンデンサを含むものであってもよく、この場合、大小関係の特定できる任意の２つのコンデンサを上記第一のコンデンサ及び第二のコンデンサとみなすことができる。また、第一のコンデンサと第二のコンデンサの概念は、それぞれ複数の並列コンデンサの組み合わせとなっている場合を含む。この場合、それら並列コンデンサの組み合わせのおける合計静電容量が互いに異なっていればよく、第一のコンデンサと第二のコンデンサとにそれぞれ対応する各並列コンデンサの組み合わせに、共通の（つまり同一の）コンデンサが含まれていてもよい（例えば、第一のコンデンサが単位コンデンサＡ，Ｂ，Ｃの並列接続からなり、第二のコンデンサが単位コンデンサＡ，Ｄの並列接続からなるような場合である）。
【００１５】
一方、本発明の発光ダイオード駆動装置においては、駆動電源の電圧を検出する電圧検出手段を設けることができ、該検出された電圧が高くなるほど、充放電ラインに接続されるコンデンサの静電容量が低くなるように、静電容量切り替えスイッチを切り替えるように構成することができる。このようにすると、供給される駆動電源電圧が高くなるほど充電に使用するコンデンサの静電容量が低く設定され、例えば駆動電源電圧が急上昇した場合でもコンデンサの静電容量が低くなることで、発光ダイオード側への放電電荷量が急増することを抑制でき、発光ダイオードに過剰な瞬時電流が流れることを防止できる。また、コンデンサの静電容量変更により通電電荷量自体を削減する形になるので、電流制限抵抗を用いた電圧降下により電流制限する構成と比較してジュール熱損失も少なく、発光駆動効率を落とす心配がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の発光ダイオード駆動装置の一例を概念的に示すものである。該発光ダイオード駆動装置１は、  発光ダイオード２を駆動するための駆動ライン３と、各々発光ダイオード２の駆動電流源を構成するコンデンサＣ１，Ｃ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２の充放電経路を構成する充放電ライン４とが設けられている（符号「Ｃ１，Ｃ２」は、コンデンサの静電容量を表すものともする）。また、充放電ライン４を、駆動電源５側に接続された第一状態と駆動ライン３側に接続された第二状態との間で交互に切り替えることにより、第一状態では充放電ラインに接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２を充電する一方、第二状態では該コンデンサＣ１，Ｃ２を駆動ライン３側に放電し、該コンデンサＣ１，Ｃ２の充電電荷に応じた放電電流にて発光ダイオード２をパルス発光させる駆動スイッチＳ１，Ｓ２が設けられている（図１では、駆動スイッチＳ１，Ｓ２は、該駆動スイッチＳ１，Ｓ２の組と機能的に等価な、１個のＳＰＤＴスイッチにより描いているが、電気的構成はこれに限られるものではない）。駆動ライン３は第一端が正極性の電源５に接続される形となり、第二端側は接地されている。発光ダイオード２はアノード側が接地されるように駆動ライン３上に接続されている（電源５の極性は反転することもでき、この場合は発光ダイオード２の駆動ライン３への挿入方向も逆となる）。
【００１７】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２として、複数のコンデンサＣ１，Ｃ２が充放電ライン４からみて互いに並列に配置される形で設けられている。さらに、充放電ライン４に複数のコンデンサＣ１，Ｃ２をそれぞれ接続／切り離しの切り替え可能に接続する静電容量切り替えスイッチＰ１，Ｐ２が設けられている。コンデンサＣ１，Ｃ２のスイッチＰ１，Ｐ２につながるのと反対側の端子はそれぞれ接地されている。
【００１８】
該静電容量切り替えスイッチＰ１，Ｐ２の切り替えに基づいて、充放電ライン４に接続されるコンデンサＣ１，Ｃ２の合計静電容量を調整することができる。以下、詳しく説明する。上記複数のコンデンサＣ１，Ｃ２は、静電容量の互いに異なるものが使用されている。ここでは、Ｃ１＞Ｃ２とする。静電容量切り替えスイッチＰ１，Ｐ２の切り替えに基づいて、複数のコンデンサＣ１，Ｃ２のいずれかが充放電ライン４に対し択一的に接続される。これにより、使用するコンデンサがいずれであるかに応じて、充電電荷量ひいては発光ダイオード２の駆動電荷量が変化し、１発光パルス当たりの発光光量も変化する。
【００１９】
駆動スイッチＳ１，Ｓ２は、予め定められた周波数にて第一状態と第二状態との間で切り替え駆動され、周波数の変更により単位時間当たりの発光パルス数を変化させる（第一の調光制御手段）。そして、静電容量切り替えスイッチＰ１，Ｐ２の切り替えにより、上記周波数にて連続的に出力される複数の発光パルスの各発光量は一律に変化させることができる（第二の調光制御手段）。
【００２０】
上記のごとく、複数のコンデンサＣ１，Ｃ２の静電容量はＣ１＞Ｃ２に設定されている。例えばコンデンサＣ１が充放電ライン４に接続されている状態を考えると、図２に示すように、スイッチＳ１がＯＮした時、コンデンサＣは電源電圧＋ＶＢまで充電される。次にスイッチＳ２がＯＮするとコンデンサＣ１に充電された電荷は発光ダイオード２を通じて放電する。発光ダイオード２の順方向電圧降下をＶＦとすると、スイッチＳ２がＯＮして放電する電荷量Ｑは以下のようになる。
Ｑ＝（＋ＶＢ−ＶＦ）Ｃ１  ‥（２）
発光ダイオード２の発光強度は流れる電流によりほぼ決定される。スイッチＳ２が１回ＯＮした時、発光ダイオード２の発光強度は流れる電流の積分値、つまりコンデンサＣ１が放電する電荷量Ｑに比例する。スイッチＳ１，Ｓ２の切り替え周波数をｆとするとＬＥＤの輝度Ｉは以下のようになる。
Ｉ≒ＡｆＱ＝Ａｆ（＋ＶＢ−ＶＦ）Ｃ１  ：Ａは定数  ‥（３）
従って、ＬＥＤの輝度は繰り返し周波数ｆ、電源電圧＋Ｖ、コンデンサ容量Ｃで制御できることがわかる。コンデンサＣ２を用いた場合も全く同様に、
Ｉ≒ＡｆＱ＝Ａｆ（＋ＶＢ−ＶＦ）Ｃ２  ：Ａは定数  ‥（４）
となり、周波数ｆが同じであれば、輝度Ｉはコンデンサの静電容量にほぼ比例して変化させることができる。なお、図１において電源側のラインと駆動ラインとには保護抵抗Ｒ１，Ｒ２が設けられているが、該保護抵抗Ｒ１，Ｒ２は駆動原理的には省略することも十分に可能である（特に、スイッチＳ１，Ｓ２のＯＮ抵抗が十分高い場合）。
【００２１】
図３は、より具体化した回路を示すものであり、駆動スイッチＳ１，Ｓ２はいずれもＥＣＵからの制御信号ＳＣ１によりオン／オフされるアナログ半導体スイッチにて構成されている。制御信号ＳＣ１はＥＣＵのポートから出力されるデジタル方形波信号であり、その周波数ｆは周知の信号生成プログラムにより任意に変更可能とされている。該制御信号ＳＣ１は、スイッチＳ１には直接入力される一方、スイッチＳ２にはインバータ１０を介して反転入力されている。これにより、駆動スイッチＳ１，Ｓ２は互いに排他的にオン／オフされることになり、図１のＳＰＤＴスイッチと等価な動作をする。そして、方形波の一周期毎に、駆動スイッチＳ１，Ｓ２の排他的なオン／オフ動作が繰り返される。
【００２２】
また、静電容量切り替えスイッチＰ１，Ｐ２もＥＣＵからの制御信号ＳＣ２によりオン／オフされるアナログ半導体スイッチにて構成されている（ただし、機械的なリレー等のスイッチを用いることも可能である）。制御信号ＳＣ２は、スイッチＰ１には直接入力される一方、スイッチＰ２にはインバータ１０を介して反転入力されている。これにより、駆動スイッチＳ１，Ｓ２は互いに排他的にオン／オフされ、結果としてコンデンサＣ１とＣ２とは充放電ライン４に対し、駆動スイッチＳ１，Ｓ２のいずれがオンになっているかに応じて択一的に接続されることとなる。
【００２３】
図１の構成では、第一のコンデンサＣ１と該第一のコンデンサＣ２よりも静電容量が小さい第二のコンデンサＣ２とが設けられており、図４に示すごとく、駆動スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えに対し、ちらつき防止等の観点から下限周波数ｆｍが予め定められている。このとき、第一のコンデンサＣ１を用いて下限周波数ｆｍにより発光ダイオード２を発光駆動した場合に得られる平均発光輝度Ｉｍよりも小さい発光輝度の出力を、第二のコンデンサＣ２を用いて発光ダイオード２を下限周波数ｆｍよりも高い周波数にて駆動することにより得ることができる（この効果は、例えば、平均発光輝度Ｉｍに輝度が等しくなる周波数ｆｑまで享受することができる）。なお、発光輝度Ｉｍについては、第一のコンデンサＣ１を用いて発光ダイオード２を下限周波数ｆｍにて駆動する形で得るようにしてもよい。
【００２４】
スイッチＳ１，Ｓ２の切り替え周波数をｆとすると、通常はちらつきが視認されないようするため、下限周波数ｆｍは例えば５０Ｈｚ（望ましくは１００Ｈｚ）程度に設定することが望ましい。他方、切り替え周波数ｆの上限はコンデンサの充電時定数で決まる。例えば、コンデンサが十分充電されないうちに電源から切り離されたり、コンデンサが十分放電しないうちに発光ダイオード２から切り離されたりすると、１パルス当たりの放電電荷量ひいては発光輝度を十分に確保することができなくなり、所期の発光輝度が得られなくなるので、切り替え周波数はこのようなことが起きないように適度に長く定める必要があり、これに対応する周波数が上限周波数となる。
【００２５】
仮に該上限周波数を１ＫＨｚとすると、コンデンサを１個しか設けない場合は、調光できる輝度は１ＫＨｚのときを１００％とすると１００Ｈｚでは約１０％となり、最大輝度は最小輝度の１０倍しか取れない。しかし、静電容量の異なるコンデンサを２種類用意して、図４のごとく切り替えて使用すれば、調光レンジを大幅に拡張することができる。例えば、第二のコンデンサＣ２の静電容量を第一のコンデンサＣ１の１／１０とすれば、同じ周波数でも第一のコンデンサＣ１から第二のコンデンサＣ２に切り替えることで輝度を１／１０にできる。従って、第一のコンデンサＣ１で繰り返し周波数が１ＫＨｚの時の輝度を１００％とすると、繰り返し周波数を１００Ｈｚまで下げることで１０％まで減光できる。次に第二のコンデンサＣ２に切り替えて繰り返し周波数を１ＫＨｚとすると１０％の輝度となり、繰り返し周波数を１００Ｈｚまで下げることで１％まで減光でき、最大輝度を最小輝度の１００倍まで取ることができるようになる。このようにコンデンサＣを複数個設けて切り替えることで容易に輝度を変えることができるので、切り替え周波数ｆの制御と組み合わせることで広い調光範囲を実現できる。
【００２６】
上記の機能は、例えば図３のＥＣＵ（マイクロコンピュータで構成される）が、プログラムに従い、次のような信号出力処理を行なうことで実現できる。すなわち、発光輝度の指令値に対し、その発光輝度を実現するための切り替え周波数ｆの設定値と、使用するコンデンサの種別を特定する情報との対応関係を、図５のように予めＲＯＭ等に記憶しておく。そして、図６のフローチャートに示すごとく、Ｓ１では、発光輝度の指令値を外部から取得し、Ｓ２では図５の対応関係を参照して、発光輝度の指令値に対応する切り替え周波数ｆと使用するコンデンサを特定し、Ｓ３でスイッチ制御信号ＳＣ１及びＳＣ２を対応する状態に設定して出力する。
【００２７】
以下、本発明の他の実施形態について説明する。図７は、静電容量切り替えスイッチＰ１〜Ｐ５の切り替えに基づいて、並列配置された複数のコンデンサＣ０〜Ｃ５の２以上のものを充放電ライン４に対し組み合わせて接続できるようにした例を示すものである。ここでは、スイッチＰ１〜Ｐ５がいずれも独立にオン／オフ可能とされ、対応するコンデンサＣ０，Ｃ２〜Ｃ５を充放電ライン４に対し任意の組み合わせで並列接続できるようになっている。また、コンデンサＣ１は充放電ライン４に対しスイッチを介さず常時接続された状態となっている。
【００２８】
コンデンサＣ０はコンデンサＣ１〜Ｃ５よりも静電容量が大きく設定されている。具体的には、コンデンサＣ１〜Ｃ５は静電容量が互いに等しい値ＣＡに定められ、他方、コンデンサＣ０の静電容量は、コンデンサＣ１〜Ｃ５の合計静電容量に等しく設定されている（ここでは５ＣＡ）。ＥＣＵは、スイッチＰ１〜Ｐ５を、スイッチ数に対応したビットの制御信号（ＰＣ１〜ＰＣ５）により独立にオン／オフ制御する。その結果、図７の下表に示すように、スイッチＰ１〜Ｐ５への制御信号ビット入力に対応して、コンデンサＣ１〜Ｃ５の充放電ライン４への接続が任意の組み合わせで変更でき、その合計静電容量は、コンデンサＣ１〜Ｃ５の静電容量ＣＡを増減単位として設定が可能である。具体的には、全てのスイッチＰ１〜Ｐ５がオフになったとき、直結されたコンデンサＣ１により最小の静電容量値ＣＡが設定され、全てのスイッチＰ１〜Ｐ５がオンになったとき、最大の静電容量値１０ＣＡが設定される。つまり、静電容量の大きいコンデンサＣ０は桁上がりの役割を果たしている。スイッチＰ１〜Ｐ５の切り替えにより設定される各静電容量値に対して（第二の調光制御手段）、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替え周波数ｆに応じた調光制御が可能である（第一の調光制御手段）。
【００２９】
図８は、駆動電源５の電圧を検出する電圧検出手段を設け、該検出された電圧が高くなるほど、充放電ライン４に接続されるコンデンサ（Ｃ１〜Ｃ３のいずれか）の静電容量が低くなるように、静電容量切り替えスイッチＰ１〜Ｐ３を切り替えるように構成した例である。静電容量Ｃのコンデンサからの１パルス当たりの放電電荷Ｑは、（２）式より、（＋ＶＢ−ＶＦ）Ｃであるから、もし静電容量Ｃが一定であると、駆動電源５の電圧、すなわちバッテリー電圧＋ＶＢが非常に高くなった場合、発光ダイオード２の瞬時電流値は相当大きくなる。例えば、軽負荷状態にて高速走行している場合、オルタネーター電圧が重畳した消耗していないバッテリーの出力電圧は＋１８Ｖ前後まで上昇することがあり、ＶＦが２Ｖ前後であれば、バッテリー電圧＋ＶＢが標準電圧＋１２Ｖ付近になっている場合と比較して、発光ダイオード２の瞬時電流値は６０％近くも増大することになる。
【００３０】
この場合、バッテリー電圧＋ＶＢの最大値を基準に発光ダイオード２の瞬時電流値を、例えば図３のごとく保護抵抗Ｒ２によって規制しようとすると、バッテリー電圧＋ＶＢが標準電圧（＋１２Ｖ）あるいはそれ未満になっている場合は、発光ダイオード２の輝度が著しく低下することにつながるし、発光駆動効率の低下も免れ得ない。そこで、図８の構成では、図９に示すように、バッテリー電圧＋ＶＢの想定変動レンジを複数の区間（図９では、Ｖ１〜Ｖ２、Ｖ２〜Ｖ３、Ｖ３〜Ｖ４（Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４）の３つだが、２つでもよいし、４つ以上であってもよい；）に分割し、それぞれの区間に対応する静電容量値を有したコンデンサＣ１〜Ｃ３を、スイッチＰ１〜Ｐ３（制御信号はＰＣ１〜ＰＣ３）により択一的に切り替えて充放電ライン４に接続するようにしている。なお、バッテリー電圧＋ＶＢは、抵抗分圧回路を介してモニタ電圧ＶｍとしてＥＣＵに入力されている。ＥＣＵは、モニタ電圧Ｖｍが上記各区間のいずれに属しているかを比較判定し、対応するコンデンサのスイッチをオンにして充放電ライン４にこれを接続する処理を行なう。
【００３１】
コンデンサの静電容量はＣ１＞Ｃ２＞Ｃ３であり、バッテリー電圧＋ＶＢが区間Ｖ３〜Ｖ４の値を取る場合にはＣ１が、区間Ｖ２〜Ｖ３の値を取る場合にはＣ２が、区間Ｖ４〜Ｖ３の値を取る場合にはＣ３が使用される。Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の値は、例えばバッテリー電圧＋ＶＢが各区間の代表値（例えば中央値Ｖｎ１、Ｖｎ２、Ｖｎ３であるが、区間のいずれかの境界値を採用してもよい）に等しくなっているときに、前記（２）式による放電電荷量が互いにほぼ等しくなるように定めておくことができる。これにより、放電電荷量、つまり１パルス当たりの瞬時電流値は、電圧区間同士での差が縮小される（それぞれの代表値にて互いに等しくなる）。その結果、切り替え周波数ｆが一定のとき、バッテリー電圧＋ＶＢが高くなる側に変動しても、発光ダイオード２に過度の瞬時電流値が生ずることを防止でき、また、バッテリー電圧＋ＶＢが低くなる側に変動したときにも、発光輝度に大幅な低下を生ずることを防止できる。また、発光駆動効率の低下も生じにくい。なお、図８では、図３等で用いられていた保護抵抗を省略してある。
【００３２】
図１０の構成では、図３の構成において、第一のコンデンサＣ１と第二のコンデンサＣ２（Ｃ１＞Ｃ２）とを、１パルス毎に交互に切り替えて充放電ライン４に接続する構成としたものである。このようにすると、第一のコンデンサＣ１による高輝度パルスと、第二のコンデンサＣ２による低輝度パルスとが交互に出力される。例えば、低輝度側の調光を行なう際に、高輝度パルスの出力周期が長くなっても、その間に低輝度パルスが挿入される出力波形となるので、高輝度パルスに由来したチラツキを低輝度パルスにて補うことができる。なお、第一のコンデンサＣ１と第二のコンデンサＣ２とを切り替えるスイッチＰ１，Ｐ２へは、スイッチＳ１，Ｓ２の制御信号ＳＣ１（方形波）を分周回路１１に分配し、周波数を１／２にした制御信号ＳＣ１’としてスイッチＰ１，Ｐ２に出力することで、上記の作動を実現している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の発光ダイオード駆動装置の第一実施形態を示す概念図。
【図２】図１の発光ダイオード駆動装置の動作概念を示すタイミング図。
【図３】図１の発光ダイオード駆動装置をより詳細に示す回路図。
【図４】図３の回路における第一のコンデンサと第二のコンデンサの機能分担を概念的に説明するグラフ。
【図５】図３の発光ダイオード駆動装置の制御に示すテーブルの一例を示す模式図。
【図６】図５のテーブルを用いた制御フローの一例を示す図。
【図７】本発明の発光ダイオード駆動装置の第二実施形態をコンデンサ切り替えの動作表と共に示す回路図。
【図８】本発明の発光ダイオード駆動装置の第三実施形態を示す回路図。
【図９】図８の回路にて、電圧変動に応じたコンデンサ切り替えの概念を示す図。
【図１０】本発明の発光ダイオード駆動装置の第四実施形態を、動作を示すタイミング図と共に示す回路図。
【図１１】従来の発光ダイオード駆動装置の回路図。
【符号の説明】
【００３４】
１  発光ダイオード駆動装置
２  発光ダイオード
３  駆動ライン
４  充放電ライン
Ｃ１，Ｃ２  コンデンサ
Ｓ１，Ｓ２  駆動スイッチ
Ｐ１，Ｐ２  静電容量切り替えスイッチ
【図１】
2007173697.tif 000003
【図２】
2007173697.tif 000004
【図３】
2007173697.tif 000005
【図４】
2007173697.tif 000006
【図５】
2007173697.tif 000007
【図６】
2007173697.tif 000008
【図７】
2007173697.tif 000009
【図８】
2007173697.tif 000010
【図９】
2007173697.tif 000011
【図１０】
2007173697.tif 000012
【図１１】
2007173697.tif 000013