(57)【要約】【課題】簡易な構成で、最適な出力電圧の昇圧、降圧を実現できる直流電源回路を提供する。【解決手段】直流電源回路の正極側の入力端子間に配置され、自己インダク、コンデンサ、第１のインダクタ、整流用ダイオードを含む第１の直列回路と、自己インダクタを導通状態あるいは非導通状態に交互に切り換えるスイッチング素子と、一端が前記コンデンサの一端に接続されているとともに第１のインダクタと磁気結合され、他端が直流電源回路の負極側に接続された第２のインダクタと、を備え、第１のインダクタと第２のインダクタとの巻線比を例えば、１：１とすると、バッテリ電圧Ｅと出力電圧Ｖｏとの関係は、デューティ比をＤとして、Ｖｏ＝２ＤＥ／（１−Ｄ）となる。これにより、従来より、広い範囲で、出力電圧Ｖｏの昇圧および降圧を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷へ給電する直流回路において、
前記直流電源回路の正極側の入力端子間に配置され、自己インダク、コンデンサ、第１のインダクタ、整流用ダイオードを含む第１の直列回路と、
前記自己インダクタを導通状態あるいは非導通状態に交互に切り換えるスイッチング素子と、
一端が前記コンデンサの一端に接続されているとともに前記第一のインダクタと磁気結合され、他端が前記直流電源回路の負極側に接続された第２のインダクタと、
を備えたことを特徴とする直流電源回路。
【請求項２】
前記負荷が少なくとも1つのＬＥＤで構成してあることを特徴とする請求項１に記載の直流電源回路。
【請求項３】
前記第２のインダクタと前記第１のインダクタとの巻線比が、１：ｎであることを特徴とする請求項１または２に記載の直流電源回路。
【請求項４】
前記出力端子側に抵抗を設け、該抵抗に流れる電流値が一定になるよう前記スイッチング素子の切り替えタイミングを制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の直流電源回路。
【請求項５】
前記負荷のショートモードを検出し、前記負荷への電圧の供給を降圧するショートモード検出手段を設けたことを特徴とする請求項４に記載の直流電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電源回路に関し、特に、自動車等の照明用ＬＥＤの駆動に好適な直流電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、表示装置や照明装置の光源として発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）が使用されるケースが増えている。特に、ＬＥＤには、低電力、高輝度、高寿命という特徴があり、低消費電力、高品質がすべての製品において求められる中、注目の照明装置の一つといえる。こうしたことから、最近では、品質への要求が大変厳しい自動車のヘッドランプ等にも採用されている。
【０００３】
従来から、ＬＥＤを光源として利用する場合、その発光量や輝度等を一定にするために、ＬＥＤへの供給電流を安定化することが要求される。また、自動車等の車両に用いる場合には、供給電源が車載用のバッテリとなるが、バッテリの電圧値は例えば、６Ｖから２４Ｖと、その値の幅が大きく、また、用いられるＬＥＤの個数も車種等や用途により異なる。
【０００４】
そのため、従来は、例えば、特許文献１に示すような、昇圧型電源が用いられていた。ここでは、説明のために、同様の昇圧型電源を図３に例示して説明する。図３において、電源回路の入力端子には、バッテリの正極、負極（＋Ｂ、-Ｂ）がそれぞれ接続されており、＋Ｂには、直列にインダクタＬ１０と、ダイオードＤ１０が接続され、ダイオードＤ１０のカソードとＧＮＤ間にコンデンサＣ１０とＬＥＤ  ＬＡＭＰが接続されている。また、インダクタを導通状態あるいは非導通状態に交互に切り換えるスイッチング素子の一端がインダクタＬ１０とダイオードＤ１０のアノードの間に、他端がＧＮＤに接続され、制御部によりコントロールされている。
【０００５】
前述のように、自動車等の車両に用いる場合、バッテリの想定電圧範囲は、例えば、約６Ｖから２４Ｖと広い一方で、例えば、出力電圧が１００Ｖというような仕様の場合には、最低のバッテリ電圧６Ｖを想定し、これに対して、出力電圧を１００Ｖまで昇圧する回路が必要となる。しかしながら、図３の回路では、バッテリ電圧をＥ、出力電圧をＶｏ、スイッチング素子のデューティ比をＤ（Ｄ＝ＴＯＮ／（ＴＯＦＦ＋ＴＯＮ）、ＴＯＮ：ＯＮ時間、ＴＯＦＦ：ＯＦＦ時間）とすると、バッテリ電圧Ｅと出力電圧Ｖｏの関係は、Ｖｏ＝Ｅ／（１−Ｄ）となる。ここで、一般的に、デューティ比ＤのＭＡＸ値を０．９とすれば、Ｖｏ＝１０Ｅとなる。したがって、図３の回路、すなわち、従来のような昇圧型回路では、上記の仕様を満足できない。
【０００６】
一方で、バッテリ電圧が２４Ｖの場合に、出力電圧を、例えば、１５Ｖにする仕様の場合、図３の回路では、上記の関係式からデューティ比ＤのＭＩＮ値は、０であるから、Ｖｏ＝Ｅが最も小さな出力電圧となり、こうした要求を満足することができない。そのため、こうした要求に対して、従来は、図４のように、図３の回路に、スイッチング素子Ｑ２０とダイオードＤ２０とを追加して、昇降圧回路を構成することで、出力電圧を入力電圧以下に絞り込むことを行っていた。
【特許文献１】特開２００５−８０３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図４の回路は、出力電圧を入力電圧以下に絞り込むことができたとしても、昇圧回路の構成は、図３と同様であるため、上記の昇圧要件、降圧要件の双方を同時に満足することができないといった問題があった。また、回路構成が複雑であるといった問題もあった。
【０００８】
そこで、本発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、最適な出力電圧の昇圧、降圧を実現できる直流電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明は、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、負荷へ給電する直流電源回路において、前記直流電源回路の正極側の入出力端子間に配置され、自己インダク（（例えば、図１のインダクタＬ１に相当）、コンデンサ（例えば、図１のコンデンサＣ２に相当）、第１のインダクタ（例えば、図１のインダクタＬ３に相当）、整流用ダイオード（例えば、図１のダイオードＤ１に相当）を含む第１の直列回路と、前記自己インダクタを導通状態あるいは非導通状態に交互に切り換えるスイッチング素子（例えば、図１のスイッチング素子Ｑ１に相当）と、一端が前記コンデンサの一端に接続されているとともに前記第一のインダクタと磁気結合され、他端が前記直流電源回路の負極側接続された第２のインダクタ（例えば、図１のインダクタＬ２に相当）と、を備えたことを特徴とする直流電源回路を提案している。
【００１０】
この発明によれば、第１のインダクタと第２のインダクタとを備えたことから、これらの巻線比を例えば、１：１とすれば、バッテリ電圧Ｅと出力電圧Ｖｏとの関係は、デューティ比をＤとして、Ｖｏ＝２ＤＥ／（１−Ｄ）となる。したがって、Ｄ＝０．９の場合には、出力電圧Ｖｏをバッテリ電圧Ｅの１８倍まで昇圧でき、Ｄ＝０．１の場合には、出力電圧Ｖｏをバッテリ電圧Ｅの０．２２倍まで降圧できる。
【００１１】
（２）本発明は、（１）の直流電源回路について、前記負荷が少なくとも1つのＬＥＤで構成してあることを特徴とする直流電源回路を提案している。
【００１２】
この発明によれば、負荷が少なくとも1つのＬＥＤで構成されているため、仕様に応じて柔軟な電源を構成することができる。
【００１３】
（３）本発明は、（１）の直流電源回路において、前記第２のインダクタと前記第１のインダクタとの巻線比が、１：ｎであることを特徴とする直流電源回路を提案している。
【００１４】
この発明によれば、第２のインダクタと第１のインダクタとの巻線比が、１：ｎであることから、昇圧、降圧ともにさらに自由度を設けることが可能となる。
【００１５】
（４）本発明は、（１）から（３）の直流電源回路において、前記出力端子側に抵抗（例えば、図１の制御部に相当）を設け、該抵抗に流れる電流値が一定になるよう前記スイッチング素子の切り替えタイミングを制御する制御部を備えたことを特徴とする直流電源回路を提案している。
【００１６】
この発明によれば、出力端子側に抵抗を設け、抵抗に流れる電流値が一定になるようスイッチング素子の切り替えタイミングを制御することから、適切な電圧を負荷に供給しつつ、定電流駆動を行うことができる。
【００１７】
（５）本発明は、（４）の直流電源回路において、前記負荷のショートモードを検出し、前記負荷への電圧の供給を降圧するショートモード検出手段（例えば、図１の制御部に相当）を設けたことを特徴とする直流電源回路を提案している。
【００１８】
この発明によれば、負荷のショートモードを検出し、負荷への電流の供給を停止することから、通常時は、適切な電流を供給しつつ、負荷に不具合が発生し、ショートモードになった場合には、負荷への電流の供給を停止することにより、装置の発熱やバッテリの放電を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、昇圧率が従来よりも非常に高いため、例えば、負荷がＬＥＤである場合に、ＬＥＤを高輝度に発光させることができる電源を供給することができるという効果がある。また、入力のバッテリ電圧よりも負荷への印加電圧である出力電圧を低く設定することができるため、例えば、負荷がＬＥＤである場合に、必要に応じて明るさを調節することができるという効果がある。さらに、通常は、適切な電圧を供給しつつ、負荷がショートモードになったときには、負荷への電圧を降圧することから、装置の発熱やバッテリの放電を防止することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。  なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。
【００２１】
＜回路構成＞
図１は、本発明の実施形態の直流電源回路の回路構成を示すものである。
図１において、入力端子には、バッテリＥが接続されている。また、バッテリＥの正極ライン（＋Ｂ）には、直列に自己インダクタＬ１、コンデンサＣ２、第一のインダクタＬ３、ダイオードＤ１が接続されている。
【００２２】
さらに、バッテリＥと並列にコンデンサＣ１が配置され、スイッチング素子Ｑ１の一端が自己インダクタＬ１とコンデンサＣ２間に、その他端が負極側に接続されている。また、第二のインダクタＬ２の一端がコンデンサＣ２の一端に接続されているとともに第一のインダクタＬ３と磁気結合され、その他端が負極側に接続されている。
【００２３】
ダイオードＤ１のカソードには、コンデンサＣ３が接続され、その他端は負極側に接続されている。コンデンサＣ３と並列に分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２が接続され、負極側ラインに直列に抵抗Ｒ３が接続されている。
【００２４】
また、スイッチング素子Ｑ１は、制御部により、デューティコントロールされ、抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧点およびＲ３の一端も制御部に接続されている。そして、出力端子には、ＬＥＤ  ＬＡＭＰが接続されている。なお、本実施形態では、抵抗Ｒ３を負極側に設けてあるが、正極側に設けてあってもよい。
【００２５】
ここで、バッテリＥは車載用のバッテリであり、その電圧値は、約６Ｖから２４Ｖを想定している。コンデンサＣ１は、バッテリＥの高周波ノイズ除去用である。インダクタＬ１は、スイッチング素子Ｑ１がＯＮすると図２に示すように、電流Ｉ１が流れ、電圧Ｖ１を発生する。
【００２６】
スイッチング素子Ｑ１は、制御部により、デューティコントロールされ、これによって、所望の出力電圧を発生する。コンデンサＣ２は、自己インダクタＬ１が発生した電圧Ｖ１をチャージし、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦになると、電流Ｉ２が図中Ｉ２の向きにインダクタＬ２、Ｌ３を流れ、図２に示すような電圧Ｖ２、Ｖ３が発生する。
【００２７】
したがって、いま、インダクタＬ２とインダクタＬ３との巻線比が１：１であるとした場合、バッテリ電圧Ｅと出力電圧Ｖｏとの関係は、デューティ比をＤとすれば、Ｖｏ＝２ＤＥ／（１−Ｄ）となる。これにより、Ｄ＝０．９の場合には、出力電圧Ｖｏをバッテリ電圧Ｅの１８倍まで昇圧でき、Ｄ＝０．１の場合には、出力電圧Ｖｏをバッテリ電圧Ｅの０．２２倍まで降圧できる。
【００２８】
また、インダクタＬ２とインダクタＬ３との巻線比を１：ｎであるとした場合には、バッテリ電圧Ｅと出力電圧Ｖｏとの関係は、Ｖｏ＝ＤＥ／（１−Ｄ）＋ｎＤＥ／（１−Ｄ）となる。したがって、インダクタＬ２とインダクタＬ３との巻線比を変えることにより、さらに柔軟に、昇圧値、降圧値を設定することができる。
【００２９】
ダイオードＤ１とコンデンサＣ３は、ＬＥＤ  ＬＡＭＰに供給する電圧を平滑化する。抵抗Ｒ３は、ＬＥＤ  ＬＡＭＰを介して負極側に流れる電流を電圧に変換して制御部に供給するものであり、制御部に供給された電圧値が所定値になるように、制御部は、スイッチング素子Ｑ１のデューティを微妙にコントロールして、ＬＥＤ  ＬＡＭＰを定電流駆動する。
【００３０】
抵抗Ｒ１、Ｒ２は、ＬＥＤ  ＬＡＭＰへの供給電圧Ｖｏの分圧値を生成して制御部に供給する。制御部は、抵抗Ｒ３がスイッチング素子Ｑ１の微妙なデューティコントロールによっても所定値よりも高く、また、抵抗Ｒ１、Ｒ２の分圧値が定常値よりも低い場合には、ＬＥＤ  ＬＡＭＰがショートモードであると判断して、スイッチング素子Ｑ１のデューティを０にし、ＬＥＤ  ＬＡＭＰへの供給を遮断して、ショートしたＬＥＤ  ＬＡＭＰへの電流の供給を停止する。
【００３１】
以上、本実施形態によれば、昇圧率が従来よりも非常に高いため、例えば、負荷がＬＥＤである場合に、ＬＥＤを高輝度に発光させることができる電源を供給することができる。また、入力のバッテリ電圧よりもＬＥＤへの印加電圧である出力電圧を低く設定することができるため、必要に応じて明るさを調節することができる。さらに、通常は、適切な電圧を供給しつつ、負荷がショートモードになったときには、負荷への電流の供給を停止することから、装置の発熱やバッテリの放電を防止することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態に係る直流電源回路の一例を示す接続図である。
【図２】図１に示す回路における主要電圧および電流のタイミングチャートである。
【図３】従来例に係る昇圧型電源の一例を示す接続図である。
【図４】従来例に係る昇降圧型電源の一例を示す接続図である。
【符号の説明】
【００３４】
Ｅ・・・バッテリ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ１０・・・コンデンサ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３Ｌ１０・・・インダクタ、Ｑ１、Ｑ１０、Ｑ２０・・・スイッチング素子、Ｄ１、Ｄ１０、Ｄ２０・・・ダイオード、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・抵抗、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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