(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷の通常駆動電圧よりも高い出力電圧を有する電源を用いて、前記負荷を駆動させる負荷駆動装置において、
メインスイッチを有し、該メインスイッチをオン、オフ動作させることにより、前記電源より出力される直流電圧を、所望のデューティー比となるパルス電圧に変換する電圧変換手段と、
前記電圧変換手段と前記負荷との間に設置され、前記負荷を駆動させるべくスイッチ入力が与えられたときにオンとなるスイッチング手段と、
前記電圧変換手段のメインスイッチ、及び前記スイッチング手段のオン、オフ動作を制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする負荷駆動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記電圧変換手段から出力されるパルス電圧がオフとされているときに、前記スイッチング手段をオンとするべく制御することを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記負荷を駆動させないときには、前記電圧変換手段を停止させるべく制御することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の負荷駆動装置。
【請求項４】
前記メインスイッチに対して、並列的に補助スイッチと抵抗体との直列接続回路を配設し、前記制御手段は、前記メインスイッチがオフからオンに切り替わる直前に前記補助スイッチをオンとし、前記メインスイッチがオンからオフに切り替わった直後に前記補助スイッチをオフとするべく制御することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項５】
前記電源は、車両に搭載されるバッテリであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【請求項６】
前記負荷は、車両に搭載されるランプであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷の通常駆動電圧よりも高い出力電圧を有する電源を用いて該負荷を駆動させる負荷駆動装置に係り、特に、回路構成を簡素化し、且つ、発熱量を低減させることのできる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、乗用車やトラック等の車両に搭載されるバッテリ電源の電圧は、１２ボルト、或いは２４ボルトとされているのが一般的である。また、昨今の趨勢では、車両に搭載される各種の回路或いは負荷に流れる電流値を小さく押さえるために、バッテリ電源の電圧をより高い電圧（例えば、５２ボルト）にしようとする試みがなされている。ところが、車両に搭載されるランプ等の負荷は、１２ボルト或いは２４ボルトの、従来のバッテリ電圧に対応するように設計されているため、これらの負荷を直接５２ボルト直流電源に接続して駆動させることはできない。
【０００３】
従って、車両に搭載される負荷を５２ボルトの電圧の仕様のものに交換して、５２ボルトのバッテリ電圧に対応させる必要がある。しかし、車両に搭載されているヘッドランプ、テールランプ、ブレーキランプ、ルームランプ等の各種ランプは、駆動電圧を高くすると（即ち、５２ボルト仕様とすると）、機器の大型化、コスト高を招いてしまい、実用的ではない。
【０００４】
そこで、従来より、通常駆動電圧よりも高い電圧で、無理なく負荷を駆動させるための、負荷駆動装置が種々提案され、実用に供されている。このような負荷駆動装置の従来例として、例えば、特開平５−１６８１６４号公報（以下、従来例という）に記載されたものが知られている。
【０００５】
図４は、従来例に記載された負荷駆動装置の回路図である。同図に示すように、この負荷駆動装置は、直流電源１０１と、負荷としてのランプ１０２に直列接続されたＦＥＴ１０６と、を具備している。更に、電圧変動検出回路１０４、可変デューティＰＷＭ制御回路１０５、及びスイッチ１０３を有している。
【０００６】
そして、可変デューティＰＷＭ制御回路１０５より出力されるパルス信号によりＦＥＴ１０６をオン、オフ動作させて、ランプ１０２に供給される電圧の実効値が、直流電源１０１の出力電圧よりも小さくなるように制御し、ランプ１０２を無理なく点灯させている。
【０００７】
ところが、上記従来例に係る負荷駆動装置では、ＰＷＭ信号でＦＥＴ１０６をスイッチング動作させるため、スイッチング損出が発生し、素子の発熱量が多くなり、放熱板が大型化するという問題が発生する。
【０００８】
また、他の方法として、図５に示す如くのＤＣ／ＤＣコンバータを用いて、直流電源より供給される電圧を降圧する方法が提案されている。即ち、同図に示すように、このＤＣ／ＤＣコンバータは、メインスイッチ１１０、及び補助スイッチ１１１を所望するデューティー比にてスイッチング動作させることにより、直流電源より供給される入力電圧Ｖinをパルス波形状の電圧に変換し、更に、ダイオードＤ１０１、コイルＬ１０１、及びコンデンサＣ１０１にて、パルス電圧を整流、平滑化し、出力電圧Ｖoutとしている。
【０００９】
このようなＤＣ／ＤＣコンバータでは、補助スイッチ１１１、及びこれと接続された抵抗体Ｒ１０１を使用しているので、単にＰＷＭ制御を行う場合と比較して、スイッチング損出が小さくなるという利点がある。しかし、他方において、該ＤＣ／ＤＣコンバータは、低電圧を常時出力し、且つ、フィルタとして用いられるコイルＬ１０１、及びコンデンサＣ１０１が必要になるので、回路構成が複雑になるという欠点がある。更には、コイルＬ１０１、及びコンデンサＣ１０１による発熱が発生するという問題が発生する。
【００１０】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する各要素として、面実装部品を使用することができない場合には、これらの各部品にて発生する熱は、該部品を収納する筐体内部に放熱されることになり、筐体内部全体の温度が上昇してしまうという問題が発生する。
【００１１】
更に、メインスイッチ１１０がオフの間にも、電力を供給するため、該メインスイッチ１１０の動作周波数を低くすることができないという問題があった。
【００１２】
また、負荷を駆動させる全てのスイッチング素子（図４に示すＦＥＴ１０６）に、図５に示す補助スイッチ１１１と同様の補助スイッチを設けることにより、スイッチング損出を低減する方法も考えられるが、スイッチング素子の個数が多くなるので、全体としてコスト高となってしまい、実用的ではないという問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、図４に示した従来の負荷駆動装置では、多くのスイッチング損出が発生するという欠点がある。また、図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータでは、各構成部品からの発熱量が大きくなり、更に、動作周波数を低くすることができないという問題があった。
【００１４】
この発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、スイッチング手段における損出を低減し、且つ、発熱量を低減することのできる負荷駆動装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、負荷の通常駆動電圧よりも高い出力電圧を有する電源を用いて、前記負荷を駆動させる負荷駆動装置において、メインスイッチを有し、該メインスイッチをオン、オフ動作させることにより、前記電源より出力される直流電圧を、所望のデューティー比となるパルス電圧に変換する電圧変換手段と、前記電圧変換手段と前記負荷との間に設置され、前記負荷を駆動させるべくスイッチ入力が与えられたときにオンとなるスイッチング手段と、前記電圧変換手段のメインスイッチ、及び前記スイッチング手段のオン、オフ動作を制御する制御手段と、を具備したことが特徴である。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記電圧変換手段から出力されるパルス電圧がオフとされているときに、前記スイッチング手段をオンとするべく制御することを特徴とする。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記負荷を駆動させないときには、前記電圧変換手段を停止させるべく制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、前記メインスイッチに対して、並列的に補助スイッチと抵抗体との直列接続回路を配設し、前記制御手段は、前記メインスイッチがオフからオンに切り替わる直前に前記補助スイッチをオンとし、前記メインスイッチがオンからオフに切り替わった直後に前記補助スイッチをオフとするべく制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記電源は、車両に搭載されるバッテリであることを特徴とする。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記負荷は、車両に搭載されるランプであることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された負荷駆動装置の一実施形態の構成を示す回路図である。同図に示すように、該負荷駆動装置１は、車両に搭載されるヘッドランプ、テールランプ、ブレーキランプ、ルームランプ等の各種ランプ（負荷）４を、当該ランプの通常駆動時の電圧よりも高い電圧を用いて点灯させるための装置であり、当該負荷駆動装置１を総括的に制御するマイコン（制御手段）２と、直流電源Ｅ１より出力される直流電圧を所望するデューティー比となる矩形波パルス状の電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換手段）３と、複数（図では３個）のランプ４毎に設置される半導体リレー（スイッチング手段）５と、を具備している。
【００２２】
直流電源Ｅ１は、車両に搭載されるバッテリであり、例えば５２ボルトの直流電圧を出力する。また、ランプ４は、例えば１２ボルト（従来より用いられるバッテリ電圧）で点灯する仕様とされている。
【００２３】
図２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の詳細な構成を示す回路図であり、図示のように、該ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、トランジスタで構成され該トランジスタのゲートに印加されるパルス信号に同期してオン、オフ動作するメインスイッチ６を有している。更に、トランジスタからなる補助スイッチ７と抵抗体Ｒ１との直列接続回路が、メインスイッチ６に対して並列的に設置されている。そして、メインスイッチ６、及び補助スイッチ７の各ゲート（または、ベース）に矩形波パルス信号を供給することにより、各スイッチ６，７をオン、オフ動作させ、直流電源Ｅ１より出力される電圧（Ｖin）を、所望のデューティー比となる矩形波パルス状の電圧（Ｖout）に変換する。
【００２４】
図１に示すマイコン２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３へ出力する矩形波パルス信号を生成して出力し、且つ、スイッチ入力（車内ＬＡＮを介して与えられるランプ４の点灯指令入力）を受けて、各半導体リレー５に駆動信号を出力する制御を行う。
【００２５】
次に、本実施形態に係る負荷駆動装置１の動作を、図３に示すタイミングチャートを参照しながら説明する。マイコン２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のメインスイッチ６に、所望のデューティー比となる矩形波パルス信号を出力する。この際、出力される矩形波電圧（Ｖout）の実効値が略１２ボルトとなるようにデューティー比を設定する。
【００２６】
また、補助スイッチ７には、メインスイッチ６がオフからオンに切り替わる直前にオンとなり、メインスイッチ６がオンからオフに切り替わった直後にオフとなるようにオン、オフが切り替わる矩形波パルスが出力される。これにより、メインスイッチ６がオフからオンに切り替わるとき、或いはオンからオフに切り替わるときには、補助スイッチ７がオンとされ、メインスイッチ６の両端の電位差を略０ボルトとすることができる。
【００２７】
そして、図３（ａ）に示す如くの、矩形波形状の電圧信号（実効値約１２ボルト）が、ＤＣ／ＤＣコンバータ３より出力される。
【００２８】
また、図３（ｂ）に示すように、車内ＬＡＮ（図示省略）を介して、マイコン２にランプ４を点灯させるべくスイッチ入力が与えられると、マイコン２の制御下にて、同図（ｃ）に示す如くの駆動信号が出力される。この際、駆動信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が０ボルト（出力オフの状態）となっているときにオンとなるように制御される。即ち、仮にＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力がオンとされているときにスイッチ入力が与えられた場合でも、その後ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力がオフとなるまで待って、駆動信号をオンとする。
【００２９】
そして、マイコン２より出力された駆動信号は、半導体リレー５に与えられるので、該半導体リレー５の両端に印加される電圧値（ＶCE）は、図３（ｄ）に示すように変化する。即ち、駆動信号（図３（ｃ））が出力されていないときには、電圧ＶCEはＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧に同期した電圧が発生し、駆動信号が出力された後には、電圧ＶCEは略０ボルトとなる。
【００３０】
また、これに伴い、駆動信号がオンとされた後には、半導体リレー５に流れる電流ＩCEは、図３（ｅ）に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧に同期した電流値となる。
【００３１】
従って、ランプ４には、駆動信号がオンとされた後、ＤＣ／ＤＣコンバータ３より出力される矩形波状の電圧信号（実効値約１２ボルト）が印加されるので、該ランプ４を安定に点灯させることができる。また、点灯状態とされているランプ４を消灯させる際には、マイコン２の制御下で駆動信号をオフとすれば良い。即ち、複数（図では３個）のランプ４毎にそれぞれ、駆動信号のオン、オフを制御すれば、各ランプ４の点灯、消灯を切り換えることができる。
【００３２】
このようにして、本実施形態に係る負荷駆動装置１では、各半導体リレー５に出力する駆動信号のオン、オフを切り換えることにより、容易にランプ４の点灯、消灯を制御することができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３のメインスイッチ６に対して並列的に補助スイッチ７、及び抵抗体Ｒ１を設置しており、メインスイッチ６のオン、オフ切り換え時において、補助スイッチ７がオンとなるように制御されるので、メインスイッチ６のスイッチング損出を低減することができる。
【００３３】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、図５に示したコイルＬ１０１、コンデンサＣ１０１、及びダイオードＤ１０１を設ける必要がない。即ち、該ＤＣ／ＤＣコンバータ３より出力される電圧（Ｖout）は、ランプ４に供給されるものであり、ランプ４は、定電力を必要とする負荷であり、定電圧を必要とするものではない。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ３で生成される矩形波パルス状の電圧を整流、平滑化する必要がないので、一般的なＤＣ／ＤＣコンバータで用いられるコイル、コンデンサ、ダイオードといった、整流、平滑化のための素子が不要になる。
【００３４】
これにより、回路規模を小型化することができ、コストダウンを図ることができる。また、素子が削減された分、発熱量が低減し、装置全体の温度上昇が小さくなり、放熱板を小さくすることができる。また、動作周波数を下げることができる。
【００３５】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３より出力される電圧自体が矩形波パルス状の電圧となっているので、該半導体リレー５は、駆動信号に応じた単純なオン、オフ操作を行えばよい。従って、各半導体リレー５毎のデューティー比制御が不要となり、デューティー比制御に要するハードウェア、ソフトウェアを省略することができる。
【００３６】
更に、各半導体リレー５に供給される駆動信号は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧がオフ（０ボルト）とされているときにオンとなるように制御されるので、半導体リレー５のスイッチング損出を低減することができる。
【００３７】
また、マイコン２の制御下で、全てのランプ４がオフとされたときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を停止させるようにすれば、消費電力を低減させることができ、省エネルギーに寄与することができる。
【００３８】
以上、本発明の負荷駆動装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。例えば、上記した実施形態では、負荷としてランプ４を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、定電力で動作する（即ち、定電圧を必要としない）他の負荷についても適用することができる。
【００３９】
また、上記した実施形態では、直流電源Ｅ１として車両に搭載されるバッテリを例に挙げ、負荷として、車両に搭載される各種ランプを例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、負荷の通常駆動電圧よりも高い電圧を用いて当該負荷を駆動させる場合について適用することができるものである。
【００４０】
更に、上記した実施形態では、３個のランプ（負荷）を駆動させる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１個以上の負荷を駆動させる場合について適用することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る負荷駆動装置では、矩形波パルス状の電圧を出力する電圧変換手段を具備し、且つ、この電圧変換手段の出力信号のオン、オフをスイッチング手段を用いて切り換えることにより、負荷に電圧を供給するように制御している。従って、電圧変換手段は、整流、平滑化のための素子が不要となり、構成を簡素化することができ、且つ、発熱量を低減することができる。
【００４２】
また、スイッチング手段は、駆動信号に応じて単にオン、オフ制御すれば良いので、ＰＷＭ制御が不要となり、制御手段による処理を簡素化することができる。更に、電圧変換手段のメインスイッチに対して並列的に設置した補助スイッチをオン、オフ動作させることにより、メインスイッチにおけるスイッチング損出を低減することができる。
【００４３】
また、スイッチング手段に供給する駆動信号は、電圧変換手段より出力されるパルス電圧がオフとされているときにオンとされるので、スイッチング手段におけるスイッチング損出を低減することができる。更に、全ての負荷が停止されているときには、電圧変換手段を停止させるように動作させることにより、消費電力を低減することができ、ひいては発熱量を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された負荷駆動装置の一実施形態の構成を示す回路図である。
【図２】ＤＣ／ＤＣコンバータの詳細な構成を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施形態の動作を示すフローチャートであり、（ａ）はＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧、（ｂ）はスイッチ信号、（ｃ）は駆動信号、（ｄ）は半導体リレーに印加される電圧（ＶCE）、（ｅ）は半導体リレーに流れる電流ＩCEを示す。
【図４】従来例に記載された負荷駆動装置の構成を示す回路図である。
【図５】一般的なＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  負荷駆動装置
２  マイコン（制御手段）
３  ＤＣ／ＤＣコンバータ（電圧変換手段）
４  ランプ（負荷）
５  半導体リレー（スイッチング手段）
６  メインスイッチ
７  補助スイッチ
Ｅ１  直流電源
Ｒ１  抵抗体
【図１】
0004002072.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004002072.tif 000006