ＬＥＤ駆動装置及びそれを用いた照明装置
【課題】回路を複雑化することなくＬＥＤの色の変化を抑えて調光することのできるＬＥＤ駆動装置及びそれを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】直流電源ＤＣ１に接続されて中間電圧ＶＣ１を出力する昇圧回路１と、複数のＬＥＤ３０から成る光源部３に接続されて中間電圧ＶＣ１を降圧して負荷電圧Ｖ２を光源部３に出力する降圧回路２と、昇圧回路１及び降圧回路２を制御する主制御回路４と、外部から設定される光源部３の調光率に基づいて主制御回路４に光源部３を調光させる調光制御回路５とを備え、降圧回路２は、スイッチング素子Ｑ２を有し、主制御回路４は、降圧回路３のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、且つ入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合と、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合とで昇圧回路１又は降圧回路２の動作を切り替えることで光源部３を調光する。
【解決手段】直流電源ＤＣ１に接続されて中間電圧ＶＣ１を出力する昇圧回路１と、複数のＬＥＤ３０から成る光源部３に接続されて中間電圧ＶＣ１を降圧して負荷電圧Ｖ２を光源部３に出力する降圧回路２と、昇圧回路１及び降圧回路２を制御する主制御回路４と、外部から設定される光源部３の調光率に基づいて主制御回路４に光源部３を調光させる調光制御回路５とを備え、降圧回路２は、スイッチング素子Ｑ２を有し、主制御回路４は、降圧回路３のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、且つ入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合と、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合とで昇圧回路１又は降圧回路２の動作を切り替えることで光源部３を調光する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを光源としたＬＥＤ駆動装置及びそれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と呼ぶ）が盛んに照明分野で使用され、その用途も多様化している。例えば、車両の分野では、白色ＬＥＤが車室内の照明に使用され、また、高輝度のヘッドライトやデイタイムランニングランプにも白色ＬＥＤが使用されている。
【０００３】
ＬＥＤは、白熱電球と比べて長寿命で応答性が速く構造上コンパクトに実装でき、また、用途に応じてフィルタなしで各種の色が簡単に実現でき、調光による点灯制御も容易である。そして、灯具などの照明器具が薄く、立体的に実装できることにより、車のデザインなど形状に制限を与えない自由な設計が可能などの利点がある。
【０００４】
このようなＬＥＤを光源とした負荷に印加する出力電圧を一定に保つ電源装置が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の電源装置は、同一のチョークコイルにそれぞれ接続される降圧用チョッパトランジスタ及び昇圧用チョッパトランジスタと、入力電圧と所望の出力電圧との大小を比較判別する入力電圧判別回路とを備える。また、この電源装置は、入力電圧判別回路からの出力に応じて降圧用及び昇圧用チョッパトランジスタを択一的に動作させる切替回路を備えており、自動的に入力電圧に応じて降圧型電源、昇圧型電源として切替え動作するものである。
【０００５】
また、入力電圧の変動に対して出力電圧を一定に保持するように制御するＤＣ−ＤＣコンバータが例えば特許文献２に開示されている。特許文献２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータは、入力電圧より低い出力電圧を出力する降圧部と、入力電圧より高い出力電圧を出力する昇圧部と、降圧部と昇圧部とを制御する制御部とを備える。そして、このＤＣ−ＤＣコンバータでは、降圧部の降圧スイッチと昇圧部の昇圧スイッチとを同時にスイッチングすることにより降圧と昇圧が同時に行われるので、降圧と昇圧の切替という動作を行わずに出力電圧を連続的に出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−０１８９７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６８５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、例えばＬＥＤを用いた車載用の光源に使用される電源電圧は通常１２Ｖ程度であり、電源電圧の変動を考慮すると９〜１６Ｖとなる。更に、電源電圧の過渡的な変動を含めれば、６〜２０Ｖの範囲の電源電圧を想定して光源を点灯させる場合もある。近年では、ＬＥＤの発光効率の向上などにより、光源として使用するＬＥＤの数が少ない場合でも必要な光束が得られるように改善が図られてきている。光束は、ＬＥＤを流れる順電流に比例して変化するため、複数のＬＥＤを使用する場合には、ＬＥＤを直列に接続し、同一の電流を流して各ＬＥＤを均一に発光させる方法が一般的である。
【０００８】
ＬＥＤを用いた車載用の光源（例えば、ロービーム）では、使用するＬＥＤの数は４〜１２個程度である。１つのＬＥＤの順電圧は、素子の構成や材料、使用温度、動作電流などで変動はあるが、順電流が数百ｍＡの場合には３〜３．５Ｖ程度である。したがって、ＬＥＤの数が４個の場合には、ＬＥＤの両端に印加される負荷電圧が１２〜１４Ｖ、５個の場合には、負荷電圧が１５〜１７．５Ｖとなる。
【０００９】
ここで、電源電圧Ｖ１の範囲と負荷電圧Ｖ２の変動幅との相関を図１２（ａ）に示す。同図において、Ｖ１＝Ｖ２の線を境界線として、上側の領域がＶ１＜Ｖ２の領域、下側の領域がＶ１＞Ｖ２の領域となっている。また、同図において、実線で囲まれている２つの領域は、何れも実際に使用される電源電圧Ｖ１と負荷電圧Ｖ２とのばらつきの範囲を示しており、当該範囲を想定してＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動装置を動作させる。
【００１０】
上記の範囲で使用するＬＥＤ駆動装置の回路方式としては、従来例でも挙げたように、降圧回路と昇圧回路とを組み合わせた昇降圧チョッパ回路方式がある。この昇降圧チョッパ回路を採用したＬＥＤ駆動装置の従来の基本的な構成を図１２（ｂ）に示す。このＬＥＤ駆動装置は、直流電源ＤＣ１と、降圧回路１００と、昇圧回路１０１と、複数のＬＥＤから成る光源部１０２とで構成される。この直流電源ＤＣ１の電源電圧（入力電圧）Ｖ１を降圧及び昇圧することにより、光源部１０２に負荷電圧（出力電圧）Ｖ２を出力する。
【００１１】
しかしながら、上記の基本構成及び従来例のように、電源側に降圧回路１００、負荷側に昇圧回路１０１を接続する構成では、以下のような問題があった。すなわち、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合に、負荷側が昇圧回路１０１で構成されていることから、光源部１０２を調光する際の制御は昇圧回路１０１の出力電圧の振幅を制御することとなる。このため、昇圧回路１０１の出力電圧の振幅の制御により順電流を大幅に低下させると、ＬＥＤの色の変化が大きくなる虞がある。特に、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤでは、その傾向が強い。
【００１２】
なお、電源側の降圧回路１００の有するスイッチング素子を低周波でオンオフすることでも光源部１０２を調光することは可能である。しかしながら、この場合には、昇圧回路１０１が低周波数で動作することとなって負荷電圧Ｖ２の変動が大きくなり、ＬＥＤに過電流が流れてストレスが増大する虞がある。
【００１３】
上記のような振幅制御による光源部１０２の調光を避けるために、図１３に示すように、昇圧回路１０１と光源部１０２との間にスイッチング素子１０３を追加し、スイッチング素子１０３のオンオフによるＰＷＭ調光を行うことも考えられる。しかしながら、この場合には、スイッチング素子１０３を新たに追加する必要があり、また、当該スイッチング素子１０３を制御する必要があることから回路が複雑化するという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、回路を複雑化することなくＬＥＤの色の変化を抑えて調光することのできるＬＥＤ駆動装置及びそれを用いた照明装置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】
【００１５】
本発明のＬＥＤ駆動装置は、直流電源に接続されて前記直流電源の電源電圧を昇圧して中間電圧を出力する昇圧回路と、複数の発光ダイオードから成る光源部に接続されて前記昇圧回路の前記中間電圧を降圧して負荷電圧を前記光源部に出力する降圧回路と、前記昇圧回路及び前記降圧回路を制御する主制御回路と、外部から設定される前記光源部の調光率に基づいて前記主制御回路に前記光源部を調光させる調光制御回路とを備え、前記降圧回路は、少なくともスイッチング素子を有し、前記主制御回路は、前記降圧回路の前記スイッチング素子を所定の周波数でＰＷＭ制御し、且つ前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合と、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合とで前記昇圧回路又は前記降圧回路の動作を切り替えることで前記光源部を調光することを特徴とする。
【００１６】
このＬＥＤ駆動装置において、前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフし、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフすることが好ましい。
【００１７】
このＬＥＤ駆動装置において、前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフすることが好ましい。
【００１８】
このＬＥＤ駆動装置において、前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧を振幅制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でオン／オフし且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でオン／オフし且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することが好ましい。
【００１９】
このＬＥＤ駆動装置において、前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することが好ましい。
【００２０】
本発明の照明装置は、上記何れかのＬＥＤ駆動装置と、前記光源部と、前記光源部及び前記ＬＥＤ駆動装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、回路を複雑化することなくＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の基本形態を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ），（ｃ）は入力電圧、中間電圧、出力電流の波形図である。
【図２】同上のＬＥＤ駆動装置における昇圧回路及び降圧回路の動作例を示す図である。
【図３】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態１を示す回路概略図である。
【図４】同上のＬＥＤ駆動装置における各制御回路を示す回路概略図で、（ａ）は昇圧制御回路の図で、（ｂ）は降圧制御回路の図で、（ｃ）は調光制御回路の図である。
【図５】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態２を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は降圧制御回路及び調光制御回路の図である。
【図６】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態３における昇圧制御回路の一部省略した回路概略図である。
【図７】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態４における降圧制御回路及び調光制御回路の回路概略図である。
【図８】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態５を示す回路概略図で、（ａ）は降圧制御回路の図で、（ｂ）は降圧制御回路の他の構成の図である。
【図９】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態６における降圧制御回路及び調光制御回路の回路概略図である。
【図１０】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態７を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は検出抵抗の配置例を示す図で、（ｃ）は検出抵抗を流れる電流波形図である。
【図１１】本発明に係る照明装置の実施形態を示す全体概略図である。
【図１２】（ａ）は車載用のＬＥＤに使用される電源電圧の範囲と負荷電圧の変動幅との相関図で、（ｂ）は従来のＬＥＤ駆動装置の基本的な構成を示す回路概略図である。
【図１３】同上の従来のＬＥＤ駆動装置の他の構成を示す回路概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（基本形態）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の基本形態について図面を用いて説明する。本基本形態は、図１（ａ）に示すように、直流電源ＤＣ１に接続される昇圧回路１と、複数のＬＥＤ３０を直列に接続して成る光源部３に接続される降圧回路２と、主制御回路４と、調光制御回路５とで構成される。
【００２４】
昇圧回路１は、チョークコイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、コンデンサＣ１から成る。昇圧回路１は、後述する主制御回路４によってスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを高周波数（数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）で切り替えられることにより、直流電源ＤＣ１の電源電圧（入力電圧）Ｖ１を昇圧して中間電圧ＶＣ１をコンデンサＣ１の両端電圧として出力する。
【００２５】
降圧回路２は、チョークコイルＬ２、ダイオードＤ２、スイッチング素子Ｑ２から成る。降圧回路２は、後述する主制御回路４によってスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを低周波数（１００〜５００Ｈｚ）で切り替えられることにより、中間電圧ＶＣ１を降圧して負荷電圧（出力電圧）Ｖ２を出力し、光源部３に印加する。
【００２６】
主制御回路４は、昇圧回路１及び降圧回路２の各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフを制御することで、中間電圧ＶＣ１及び出力電圧Ｖ２を制御する。調光制御回路５は、外部からの調光信号に基づいて主制御回路４を制御することで、光源部３に印加される出力電圧Ｖ２及び光源部３を流れる負荷電流（出力電流）Ｉ１を変化させて光源部３を調光する。なお、主制御回路４及び調光制御回路５の具体的な構成については以下の各実施形態で後述する。
【００２７】
ここで、本基本形態では、図１（ｂ）に示すように、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を周期Ｔ１の低周波でオン／オフさせ、そのオンデューティ比を変化させる、すなわち低周波のＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行うことで光源部３を調光する。または、本基本形態では、図１（ｃ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０において、スイッチング素子Ｑ２を高周波数（数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）でオン／オフさせ、そのオンデューティ比を変化させている。すなわち、降圧回路２は、周期Ｔ１の低周波でＰＷＭ制御を行い、且つスイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０においては、高周波のＰＷＭ制御を行うことで光源部３を調光する。
【００２８】
以下、本基本形態における昇圧回路１及び降圧回路２の動作例について説明する。なお、各動作を実現する具体的な回路については後述の各実施形態で説明する。先ず、昇圧回路１の動作例について説明する。昇圧回路１は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、中間電圧ＶＣ１を所定の電圧値で一定となるように制御する（図２の（１）参照）。他に、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、昇圧回路１は、調光制御回路５からの調光信号を受けて中間電圧ＶＣ１を変化させることで、出力電流Ｉ１を変化させて光源部３を調光する（図２の（２）参照）。また、昇圧回路１は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、その動作を停止させることで入力電圧Ｖ１の昇圧を行わないようにする（図２の（３）参照）。
【００２９】
次に、降圧回路２の動作例について説明する。降圧回路２は、既に述べたように、スイッチング素子Ｑ２を周期Ｔ１の低周波でＰＷＭ制御することにより、光源部３を調光する（図２のＢ参照）。ここで、降圧回路２の制御としては、スイッチング素子２のオンデューティ比を一定値（例えば、５０％）に固定することも考えられる（図２のＡ参照）。この場合には、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を変化させる制御と組み合わせることで、光源部３を調光する。
【００３０】
また、降圧回路２は、既に述べたように、スイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、且つオン期間Ｔ１０において高周波でＰＷＭ制御することにより、光源部３を調光する（図２のＥ参照）。ここで、降圧回路２の制御としては、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比を一定値に固定して低周波でオン／オフし、且つオン期間Ｔ１０において高周波でＰＷＭ制御することも考えられる（図２のＣ参照）。また、降圧回路２の制御としては、スイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、オン期間Ｔ１０においては、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比を一定値に固定して高周波でオンオフすることも考えられる（図２のＤ参照）。
【００３１】
上記の昇圧回路１及び降圧回路２の動作の組み合わせを図２に示す。そして、以下の各実施形態では、各組み合わせにおける昇圧回路１及び降圧回路２の具体的な構成及び動作について説明する。
【００３２】
上述のように、本基本形態では、昇圧回路１を直流電源ＤＣ１に接続するとともに降圧回路２を光源部３に接続し、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御することで光源部３を調光している。これにより、本基本形態では、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。なお、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０において、出力電流Ｉ１が光源部３の定格電流値の７０〜８０％以上を維持していれば、ＬＥＤ３０の色の変化を抑えることができる。また、本基本形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。更に、本基本形態では、入力電圧（電源電圧）Ｖ１と出力電圧（負荷電圧）Ｖ２との大小に応じて主制御回路４が昇圧回路１又は降圧回路２の動作を切り替えるので、安定した調光制御を行うことができる。
【００３３】
（実施形態１）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態１について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は基本形態と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図３に示すように、直流電源ＤＣ１に接続される昇圧回路１と、光源部３に接続される降圧回路２と、主制御回路４と、調光制御回路５とで構成される。
【００３４】
昇圧回路１には、その出力端のコンデンサＣ１の両端と並列に抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路が接続されている。この直列回路における抵抗Ｒ２の両端電圧は、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を検出するための検出電圧ＶＤ１として後述する昇圧制御回路４０に入力されている。
【００３５】
主制御回路４は、昇圧回路１のスイッチング素子Ｑ１を制御する昇圧制御回路４０と、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を制御する降圧制御回路４１とを備える。昇圧制御回路４０は、図４（ａ）に示すように、誤差増幅器４００と、鋸波発生回路４０２及びコンパレータ４０３から成るＰＷＭ制御回路４０１と、スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路４０４とで構成される。
【００３６】
誤差増幅器４００の各入力端子には、検出電圧ＶＤ１と、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１の目標値に基づく基準電圧ＶＲ１とが入力され、その誤差を増幅した出力電圧をコンパレータ４０３に入力している。鋸波発生回路４０２は、高周波数の鋸波を発生してコンパレータ４０３に入力している。コンパレータ４０３は、誤差増幅器４００の出力電圧と高周波数の鋸波とを比較することで、高周波のパルス電圧を出力する。
【００３７】
このパルス電圧のパルス幅は、検出電圧ＶＤ１が大きくなると狭くなり、検出電圧ＶＤ１が小さくなると広くなる。すなわち、検出電圧ＶＤ１の大小に基づいてパルス電圧のパルス幅が変化し、このパルス電圧に基づいて駆動回路４０４はスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する。
【００３８】
したがって、昇圧制御回路４０は、検出電圧ＶＤ１が基準電圧ＶＲ１と等しくなるようにスイッチング素子Ｑ１を高周波でＰＷＭ制御することにより、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を目標値で一定となるように制御する。
【００３９】
降圧制御回路４１は、図４（ｂ）に示すように、鋸波発生回路４１２及びコンパレータ４１３から成る高周波制御回路４１１と、ＡＮＤ素子４１４と、スイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動回路４１５とで構成される。鋸波発生回路４１２は、高周波数の鋸波を発生してコンパレータ４１３に入力している。コンパレータ４１３は、降圧回路２の出力電流Ｉ１の目標値に基づく基準電圧ＶＲ２と高周波数の鋸波とを比較することで、高周波のパルス電圧を出力してＡＮＤ素子４１４に入力している。
【００４０】
ＡＮＤ素子４１４には、コンパレータ４１３の出力電圧と、後述する調光制御回路５からの周期Ｔ１の低周波のパルス電圧とが入力され、その積を駆動回路４１５に入力している。駆動回路４１５は、ＡＮＤ素子４１４の出力電圧に基づいてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御する。したがって、スイッチング素子Ｑ２は、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧により低周波でＰＷＭ制御され、且つ高周波制御回路４１１からの高周波のパルス電圧により、オン期間Ｔ１０においては高周波でオン／オフされる。なお、鋸波と比較する基準電圧ＶＲ２は固定値であるため、オン期間Ｔ１０におけるスイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比は一定値に固定される。
【００４１】
また、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧のパルス幅は、外部からの調光信号に基づいて変化する。例えば、調光率が大きくなればパルス幅が広くなり、調光率が小さくなればパルス幅が狭くなる。したがって、降圧制御回路４１は、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧によりスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御することで、目標とする調光率で光源部３を調光する。
【００４２】
調光制御回路５は、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、調光率に基づく調光電圧ＶＤ３を発生する調光電圧発生回路５０と、調光電圧ＶＤ３に基づくパルス電圧を発生するパルス電圧発生回路５１とで構成される。調光電圧発生回路５０は、直流電源ＤＣ１の電源電圧を分圧する可変抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５の直列回路から成り、抵抗Ｒ５の両端電圧を調光電圧ＶＤ３としてパルス電圧発生回路５１に入力している。
【００４３】
可変抵抗Ｒ４は、例えば利用者が調光つまみ（図示せず）を回すことでその抵抗値が変化する。これにより調光率に基づいた調光電圧ＶＤ３がパルス電圧発生回路５１に入力されるようになっている。勿論、可変抵抗Ｒ４の抵抗値を変化させる手段は調光つまみに限定されるものではなく、例えば外部のリモコン（図示せず）から調光率を含む赤外線信号を受信し、この調光率に基づいて可変抵抗Ｒ４の抵抗値を変化させるようにしてもよい。
【００４４】
パルス電圧発生回路５１は、調光電圧の電圧レベルに基づいてパルス電圧のパルス幅を変化させる。例えば、調光率が大きくなる、すなわち調光電圧が大きくなればパルス電圧のパルス幅を広くし、調光率が小さくなる、すなわち調光電圧が小さくなればパルス電圧のパルス幅を狭くする。
【００４５】
以下、本実施形態の動作について説明する。先ず、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合について説明する。この場合、降圧制御回路４１は、調光率に基づいてスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、且つオン期間Ｔ１０においては、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比を固定して高周波でオン／オフする。すなわち、本実施形態は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、図２の（Ｄ−１）に示す動作を行う。
【００４６】
次に、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合について説明する。この場合、昇圧制御回路４０において検出電圧ＶＤ１が基準電圧ＶＲ１を上回るため、ＰＷＭ制御回路４０１が高周波のパルス電圧を出力せず、昇圧制御回路４０は昇圧回路１の動作を停止させる。降圧制御回路４１では、上記の入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合と同様にスイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する。すなわち、本実施形態は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、図２の（Ｄ−３）に示す動作を行う。
【００４７】
上述のように、本実施形態では、昇圧回路１を直流電源ＤＣ１に接続するとともに降圧回路２を光源部３に接続している。そして、本実施形態では、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、且つスイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０においては、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比を固定して高周波でオン／オフすることで光源部３を調光している。これにより、本実施形態では、出力電流Ｉ１を光源部３の定格電流値付近に維持しつつ光源部３を調光できるので、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００４８】
（実施形態２）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。実施形態１では、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合、入力電圧Ｖ１が低下すると出力電流Ｉ１も低下する虞がある。そこで、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２とグラウンドとの間に抵抗Ｒ３を直列に接続し、この抵抗Ｒ３の両端電圧を、降圧回路２の出力電圧Ｖ２を検出するための検出電圧ＶＤ２として降圧制御回路４１に入力している。これにより、出力電流Ｉ１が一定値となるように降圧制御回路４１がフィードバック制御を行えるようにしている。
【００４９】
以下、本実施形態において実施形態１と相違する降圧制御回路４１について図面を用いて説明する。降圧制御回路４１は、図５（ｂ）に示すように、誤差増幅器４１０を新たに備える。誤差増幅器４１０の各入力端子には、検出電圧ＶＤ２と基準電圧ＶＲ２とが入力され、その誤差を増幅した出力電圧をコンパレータ４１３に入力している。コンパレータ４１３は、誤差増幅器４１０の出力電圧と高周波数の鋸波とを比較することで、高周波のパルス電圧を出力してＡＮＤ素子４１４に入力している。
【００５０】
ここで、ＰＷＭ制御回路４１１からの高周波のパルス電圧のパルス幅は、検出電圧ＶＤ２が大きくなると狭くなり、検出電圧ＶＤ２が小さくなると広くなる。したがって、降圧制御回路４１は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０において、検出電圧ＶＤ２が基準電圧ＶＲ２と等しくなるようにスイッチング素子Ｑ２を高周波でＰＷＭ制御することにより、出力電流Ｉ１が目標値で一定となるように制御する。なお、本実施形態では、出力電流Ｉ１の目標値は、光源部３の定格電流値に設定される。すなわち、本実施形態の降圧制御回路４１は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には図２の（Ｅ−１）に示す動作を行い、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には図２の（Ｅ−３）に示す動作を行う。
【００５１】
上述のように、本実施形態では、特に入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合にも、出力電流Ｉ１を光源部３の定格電流値付近に維持しつつ光源部３を調光できる。これにより、本実施形態では、実施形態１と同様に、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００５２】
（実施形態３）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１，２の何れかと共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、光源部３の調光率が所定値（例えば７０％）を下回るまでは、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を振幅制御することにより光源部３を調光している。なお、降圧制御回路４１は、実施形態１，２と同様に、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御することにより光源部３を調光する。
【００５３】
以下、本実施形態において実施形態１，２と相違する昇圧制御回路４０及び調光制御回路５の調光電圧発生回路５０について図面を用いて説明する。昇圧制御回路４０は、図６に示すように、誤差増幅器４００の一方の入力端子には、抵抗Ｒ６，ダイオードＤ３を介して基準電圧ＶＲ１が入力され、且つダイオードＤ４，抵抗Ｒ７を介して調光電圧ＶＤ３が入力されている。基準電圧ＶＲ１は、所定値の調光率における昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１に基づく値に設定される。
【００５４】
したがって、調光電圧ＶＤ３が基準電圧ＶＲ１を下回るまで、すなわち、調光率が所定値に達するまでは、誤差増幅器４００では、検出電圧ＶＤ１と調光電圧ＶＤ３とを比較し、その誤差を増幅した出力電圧をコンパレータ４０３に入力する。つまり、昇圧制御回路４０は、調光率が所定値に達するまでは、検出電圧ＶＤ１が調光電圧ＶＤ３と等しくなるようにスイッチング素子Ｑ１を高周波でＰＷＭ制御することにより、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を調光率に連動して変化させる。これにより、調光率に連動して昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１が振幅制御される。すなわち、本実施形態の昇圧制御回路４０は、調光率が所定値に達するまでは図２の（２）に示す動作を行う。
【００５５】
そして、調光率が所定値を下回ると、基準電圧ＶＲ１が調光電圧ＶＤ３を上回るため、誤差増幅器４００には基準電圧ＶＲ１が入力されるようになる。したがって、昇圧制御回路４０は、調光率が所定値を下回ると、検出電圧ＶＤ１が基準電圧ＶＲ１と等しくなるようにスイッチング素子Ｑ１を高周波でＰＷＭ制御することにより、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を目標値で一定となるように制御する。これにより、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１は、調光率に依らず一定に保たれる。
【００５６】
上述のように、本実施形態では、調光率が所定値に達するまでは、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を振幅制御することにより光源部３を調光している。また、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御することでも光源部３を調光している。これにより、本実施形態では、出力電流Ｉ１を光源部３の定格電流値の７０〜８０％以上に維持しつつ光源部３を調光できるので、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００５７】
（実施形態４）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態４について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態２，３の何れかと共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図７に示すように、新たにパルス電圧発生回路５２を設け、当該パルス電圧発生回路５２から与えられるパルス電圧に基づいて、すなわち調光率に基づいて鋸波発生回路４１２から発生する鋸波の周波数を変化させている。これにより、例えば調光率の低下に伴って鋸波の周波数を高くすることで出力電流Ｉ１を低下させることができるので、調光率に基づいて光源部３を調光することができる。すなわち、本実施形態の降圧制御回路４１は、図２のＥに示す動作を行う。
【００５８】
上述のように、本実施形態では、実施形態２と同様に、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００５９】
（実施形態５）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態５について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１，３の何れかと共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図８（ａ）に示すように、降圧制御回路４１においてＰＷＭ制御回路４１１及びＡＮＤ素子４１４を除き、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧により、スイッチング素子Ｑ２を低周波のみでＰＷＭ制御している。すなわち、この場合の降圧制御回路４１は、図２のＢに示す動作を行う。
【００６０】
若しくは、本実施形態は、図８（ｂ）に示すように、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧ではなく、低周波発振回路５３からのオンデューティ比を固定した低周波のパルス電圧により、スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御している。すなわち、この場合の降圧制御回路４１は、図２のＡに示す動作を行う。
【００６１】
上述のように、本実施形態では、実施形態１，３と同様に、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００６２】
（実施形態６）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態６について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態４と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図９に示すように、降圧制御回路４１において調光制御回路５からの低周波のパルス電圧ではなく、低周波発振回路５３からのオンデューティ比を固定した低周波のパルス電圧をＡＮＤ素子４１４に入力している。すなわち、本実施形態の降圧制御回路４１は、図２のＣに示す動作を行う。
【００６３】
上述のように、本実施形態では、実施形態４と同様に、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００６４】
（実施形態７）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態７について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は実施形態１〜６の何れかと共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図１０（ａ）に示すように、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２をグラウンドに接続するのではなく、高圧側に接続している。なお、図１０（ａ）においては、主制御回路４及び調光制御回路５の図示を省略している。
【００６５】
これにより、光源部３の一端がグラウンドに接続されるため、図１０（ｂ）に示すように、出力電流Ｉ１を検出するための抵抗Ｒ３を目的に応じて配置することができる。例えば、抵抗Ｒ３を図１０（ｂ）の（１）に示す位置に配置した場合、抵抗Ｒ３を流れる電流波形は、図１０（ｃ）の（１）に示す波形となる。また、抵抗Ｒ３を図１０（ｂ）の（２）に示す位置に配置した場合、抵抗Ｒ３を流れる電流波形は、図１０（ｃ）の（２）に示す波形となる。また、抵抗Ｒ３を図１０（ｂ）の（３）に示す位置に配置した場合、抵抗Ｒ３を流れる電流波形は、図１０（ｃ）の（３）に示す波形となる。
【００６６】
なお、上記各実施形態では、入力電圧（電源電圧）Ｖ１と出力電圧（負荷電圧）Ｖ２との大小に応じて主制御回路４が昇圧回路１又は降圧回路２の動作を切り替えるので、電源電圧の変動に依らず安定した調光制御を行うことができる。
【００６７】
なお、上記各実施形態では、鋸波を用いて昇圧回路１及び降圧回路２におけるＰＷＭ制御を実現しているが、周波数を変化させることによるデューティ制御であってもよい。また、主制御部４をマイコンで構成し、マイコンにより上記各実施形態と同様の制御を行うようにしてもよい。
【００６８】
また、上記各実施形態では、光束を１００％〜数％まで変化させることで光源部３を調光しているが、例えば光束を１１０〜１２０％まで上昇させるように光源部３を調光してもよい。
【００６９】
更に、上記各実施形態では、光源部３を構成するＬＥＤ３０の数には特に制限はない。例えば、５個のＬＥＤ３０から成る光源部３に対して上記各実施形態を用いているとして、ＬＥＤ３０の数を５個から２個に変更した場合でも同一の回路構成を使用することができる。すなわち、上記各実施形態は、光源部３のＬＥＤ３０の素子数の変動に依らず共用することができるので、ＬＥＤ３０の素子数に応じて複数種類のＬＥＤ駆動装置を用意する必要がないという利点がある。
【００７０】
以下、本発明に係る照明装置の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態はヘッドランプ（前照灯）であって、図１１に示すように、器具本体Ａ１と、光源部３を有する光源ユニットＡ２と、光源部３から照射される光を配光する光学ユニットＡ３とを備える。また、本実施形態は、光源部３が取付固定されて光源部３が発する熱を放熱する放熱板Ａ４と、光源ユニットＡ２及び放熱板Ａ４を器具本体Ａ１に固定するための固定用治具Ａ５とを備える。そして、光源部３には、上記何れかの実施形態のＬＥＤ駆動装置Ｂ１が出力線Ｂ２を介して接続されている。また、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１は、入力線Ｂ３を介して直流電源ＤＣ１と接続されている。本実施形態では、直流電源ＤＣ１として車載用のバッテリを用いている。
【００７１】
本実施形態は、上記何れかの実施形態のＬＥＤ駆動装置Ｂ１を備えているので、上記何れかの実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７２】
なお、照明装置としては上記実施形態のヘッドランプには限定されず、例えばルームランプのような車室内用照明装置や、テールランプ、車幅灯、ブレーキランプのような車外灯照明装置に広く用いることができる。勿論、車両用以外の一般的な照明用途の照明器具に用いても構わない。
【００７３】
例えば、上記何れかの実施形態のＬＥＤ駆動装置Ｂ１をルームランプのような車室内用照明装置に用いる場合には、光源部３の前面に配置される光学ユニットＡ３の配光特性は、遠方への照明に適する特性から車室内の照明に適する特性に変更すべきである。また、この場合には、器具本体Ａ１の形状も車室内での配置に適する形状に変更すべきであるのは言うまでもない。また、車両用以外の一般的な照明用途の照明器具に用いる場合には、直流電源ＤＣ１として、車載用のバッテリに代えて商用交流電源を整流平滑する直流電源回路などを用いるのが望ましい。
【符号の説明】
【００７４】
１ 昇圧回路
２ 降圧回路
３ 光源部
３０ ＬＥＤ（発光ダイオード）
４ 主制御回路
５ 調光制御回路
ＤＣ１ 直流電源
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｖ１ 電源電圧（入力電圧）
Ｖ２ 負荷電圧（出力電圧）
ＶＣ１ 中間電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを光源としたＬＥＤ駆動装置及びそれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と呼ぶ）が盛んに照明分野で使用され、その用途も多様化している。例えば、車両の分野では、白色ＬＥＤが車室内の照明に使用され、また、高輝度のヘッドライトやデイタイムランニングランプにも白色ＬＥＤが使用されている。
【０００３】
ＬＥＤは、白熱電球と比べて長寿命で応答性が速く構造上コンパクトに実装でき、また、用途に応じてフィルタなしで各種の色が簡単に実現でき、調光による点灯制御も容易である。そして、灯具などの照明器具が薄く、立体的に実装できることにより、車のデザインなど形状に制限を与えない自由な設計が可能などの利点がある。
【０００４】
このようなＬＥＤを光源とした負荷に印加する出力電圧を一定に保つ電源装置が例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の電源装置は、同一のチョークコイルにそれぞれ接続される降圧用チョッパトランジスタ及び昇圧用チョッパトランジスタと、入力電圧と所望の出力電圧との大小を比較判別する入力電圧判別回路とを備える。また、この電源装置は、入力電圧判別回路からの出力に応じて降圧用及び昇圧用チョッパトランジスタを択一的に動作させる切替回路を備えており、自動的に入力電圧に応じて降圧型電源、昇圧型電源として切替え動作するものである。
【０００５】
また、入力電圧の変動に対して出力電圧を一定に保持するように制御するＤＣ−ＤＣコンバータが例えば特許文献２に開示されている。特許文献２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータは、入力電圧より低い出力電圧を出力する降圧部と、入力電圧より高い出力電圧を出力する昇圧部と、降圧部と昇圧部とを制御する制御部とを備える。そして、このＤＣ−ＤＣコンバータでは、降圧部の降圧スイッチと昇圧部の昇圧スイッチとを同時にスイッチングすることにより降圧と昇圧が同時に行われるので、降圧と昇圧の切替という動作を行わずに出力電圧を連続的に出力することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−０１８９７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−２６８５９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、例えばＬＥＤを用いた車載用の光源に使用される電源電圧は通常１２Ｖ程度であり、電源電圧の変動を考慮すると９〜１６Ｖとなる。更に、電源電圧の過渡的な変動を含めれば、６〜２０Ｖの範囲の電源電圧を想定して光源を点灯させる場合もある。近年では、ＬＥＤの発光効率の向上などにより、光源として使用するＬＥＤの数が少ない場合でも必要な光束が得られるように改善が図られてきている。光束は、ＬＥＤを流れる順電流に比例して変化するため、複数のＬＥＤを使用する場合には、ＬＥＤを直列に接続し、同一の電流を流して各ＬＥＤを均一に発光させる方法が一般的である。
【０００８】
ＬＥＤを用いた車載用の光源（例えば、ロービーム）では、使用するＬＥＤの数は４〜１２個程度である。１つのＬＥＤの順電圧は、素子の構成や材料、使用温度、動作電流などで変動はあるが、順電流が数百ｍＡの場合には３〜３．５Ｖ程度である。したがって、ＬＥＤの数が４個の場合には、ＬＥＤの両端に印加される負荷電圧が１２〜１４Ｖ、５個の場合には、負荷電圧が１５〜１７．５Ｖとなる。
【０００９】
ここで、電源電圧Ｖ１の範囲と負荷電圧Ｖ２の変動幅との相関を図１２（ａ）に示す。同図において、Ｖ１＝Ｖ２の線を境界線として、上側の領域がＶ１＜Ｖ２の領域、下側の領域がＶ１＞Ｖ２の領域となっている。また、同図において、実線で囲まれている２つの領域は、何れも実際に使用される電源電圧Ｖ１と負荷電圧Ｖ２とのばらつきの範囲を示しており、当該範囲を想定してＬＥＤを駆動するＬＥＤ駆動装置を動作させる。
【００１０】
上記の範囲で使用するＬＥＤ駆動装置の回路方式としては、従来例でも挙げたように、降圧回路と昇圧回路とを組み合わせた昇降圧チョッパ回路方式がある。この昇降圧チョッパ回路を採用したＬＥＤ駆動装置の従来の基本的な構成を図１２（ｂ）に示す。このＬＥＤ駆動装置は、直流電源ＤＣ１と、降圧回路１００と、昇圧回路１０１と、複数のＬＥＤから成る光源部１０２とで構成される。この直流電源ＤＣ１の電源電圧（入力電圧）Ｖ１を降圧及び昇圧することにより、光源部１０２に負荷電圧（出力電圧）Ｖ２を出力する。
【００１１】
しかしながら、上記の基本構成及び従来例のように、電源側に降圧回路１００、負荷側に昇圧回路１０１を接続する構成では、以下のような問題があった。すなわち、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合に、負荷側が昇圧回路１０１で構成されていることから、光源部１０２を調光する際の制御は昇圧回路１０１の出力電圧の振幅を制御することとなる。このため、昇圧回路１０１の出力電圧の振幅の制御により順電流を大幅に低下させると、ＬＥＤの色の変化が大きくなる虞がある。特に、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤでは、その傾向が強い。
【００１２】
なお、電源側の降圧回路１００の有するスイッチング素子を低周波でオンオフすることでも光源部１０２を調光することは可能である。しかしながら、この場合には、昇圧回路１０１が低周波数で動作することとなって負荷電圧Ｖ２の変動が大きくなり、ＬＥＤに過電流が流れてストレスが増大する虞がある。
【００１３】
上記のような振幅制御による光源部１０２の調光を避けるために、図１３に示すように、昇圧回路１０１と光源部１０２との間にスイッチング素子１０３を追加し、スイッチング素子１０３のオンオフによるＰＷＭ調光を行うことも考えられる。しかしながら、この場合には、スイッチング素子１０３を新たに追加する必要があり、また、当該スイッチング素子１０３を制御する必要があることから回路が複雑化するという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、回路を複雑化することなくＬＥＤの色の変化を抑えて調光することのできるＬＥＤ駆動装置及びそれを用いた照明装置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】
【００１５】
本発明のＬＥＤ駆動装置は、直流電源に接続されて前記直流電源の電源電圧を昇圧して中間電圧を出力する昇圧回路と、複数の発光ダイオードから成る光源部に接続されて前記昇圧回路の前記中間電圧を降圧して負荷電圧を前記光源部に出力する降圧回路と、前記昇圧回路及び前記降圧回路を制御する主制御回路と、外部から設定される前記光源部の調光率に基づいて前記主制御回路に前記光源部を調光させる調光制御回路とを備え、前記降圧回路は、少なくともスイッチング素子を有し、前記主制御回路は、前記降圧回路の前記スイッチング素子を所定の周波数でＰＷＭ制御し、且つ前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合と、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合とで前記昇圧回路又は前記降圧回路の動作を切り替えることで前記光源部を調光することを特徴とする。
【００１６】
このＬＥＤ駆動装置において、前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフし、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフすることが好ましい。
【００１７】
このＬＥＤ駆動装置において、前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフすることが好ましい。
【００１８】
このＬＥＤ駆動装置において、前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧を振幅制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でオン／オフし且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でオン／オフし且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することが好ましい。
【００１９】
このＬＥＤ駆動装置において、前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することが好ましい。
【００２０】
本発明の照明装置は、上記何れかのＬＥＤ駆動装置と、前記光源部と、前記光源部及び前記ＬＥＤ駆動装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、回路を複雑化することなくＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の基本形態を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ），（ｃ）は入力電圧、中間電圧、出力電流の波形図である。
【図２】同上のＬＥＤ駆動装置における昇圧回路及び降圧回路の動作例を示す図である。
【図３】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態１を示す回路概略図である。
【図４】同上のＬＥＤ駆動装置における各制御回路を示す回路概略図で、（ａ）は昇圧制御回路の図で、（ｂ）は降圧制御回路の図で、（ｃ）は調光制御回路の図である。
【図５】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態２を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は降圧制御回路及び調光制御回路の図である。
【図６】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態３における昇圧制御回路の一部省略した回路概略図である。
【図７】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態４における降圧制御回路及び調光制御回路の回路概略図である。
【図８】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態５を示す回路概略図で、（ａ）は降圧制御回路の図で、（ｂ）は降圧制御回路の他の構成の図である。
【図９】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態６における降圧制御回路及び調光制御回路の回路概略図である。
【図１０】本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態７を示す図で、（ａ）は回路概略図で、（ｂ）は検出抵抗の配置例を示す図で、（ｃ）は検出抵抗を流れる電流波形図である。
【図１１】本発明に係る照明装置の実施形態を示す全体概略図である。
【図１２】（ａ）は車載用のＬＥＤに使用される電源電圧の範囲と負荷電圧の変動幅との相関図で、（ｂ）は従来のＬＥＤ駆動装置の基本的な構成を示す回路概略図である。
【図１３】同上の従来のＬＥＤ駆動装置の他の構成を示す回路概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（基本形態）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の基本形態について図面を用いて説明する。本基本形態は、図１（ａ）に示すように、直流電源ＤＣ１に接続される昇圧回路１と、複数のＬＥＤ３０を直列に接続して成る光源部３に接続される降圧回路２と、主制御回路４と、調光制御回路５とで構成される。
【００２４】
昇圧回路１は、チョークコイルＬ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ１、コンデンサＣ１から成る。昇圧回路１は、後述する主制御回路４によってスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを高周波数（数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）で切り替えられることにより、直流電源ＤＣ１の電源電圧（入力電圧）Ｖ１を昇圧して中間電圧ＶＣ１をコンデンサＣ１の両端電圧として出力する。
【００２５】
降圧回路２は、チョークコイルＬ２、ダイオードＤ２、スイッチング素子Ｑ２から成る。降圧回路２は、後述する主制御回路４によってスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを低周波数（１００〜５００Ｈｚ）で切り替えられることにより、中間電圧ＶＣ１を降圧して負荷電圧（出力電圧）Ｖ２を出力し、光源部３に印加する。
【００２６】
主制御回路４は、昇圧回路１及び降圧回路２の各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のオン／オフを制御することで、中間電圧ＶＣ１及び出力電圧Ｖ２を制御する。調光制御回路５は、外部からの調光信号に基づいて主制御回路４を制御することで、光源部３に印加される出力電圧Ｖ２及び光源部３を流れる負荷電流（出力電流）Ｉ１を変化させて光源部３を調光する。なお、主制御回路４及び調光制御回路５の具体的な構成については以下の各実施形態で後述する。
【００２７】
ここで、本基本形態では、図１（ｂ）に示すように、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を周期Ｔ１の低周波でオン／オフさせ、そのオンデューティ比を変化させる、すなわち低周波のＰＷＭ（パルス幅変調）制御を行うことで光源部３を調光する。または、本基本形態では、図１（ｃ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０において、スイッチング素子Ｑ２を高周波数（数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚ）でオン／オフさせ、そのオンデューティ比を変化させている。すなわち、降圧回路２は、周期Ｔ１の低周波でＰＷＭ制御を行い、且つスイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０においては、高周波のＰＷＭ制御を行うことで光源部３を調光する。
【００２８】
以下、本基本形態における昇圧回路１及び降圧回路２の動作例について説明する。なお、各動作を実現する具体的な回路については後述の各実施形態で説明する。先ず、昇圧回路１の動作例について説明する。昇圧回路１は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、中間電圧ＶＣ１を所定の電圧値で一定となるように制御する（図２の（１）参照）。他に、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、昇圧回路１は、調光制御回路５からの調光信号を受けて中間電圧ＶＣ１を変化させることで、出力電流Ｉ１を変化させて光源部３を調光する（図２の（２）参照）。また、昇圧回路１は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、その動作を停止させることで入力電圧Ｖ１の昇圧を行わないようにする（図２の（３）参照）。
【００２９】
次に、降圧回路２の動作例について説明する。降圧回路２は、既に述べたように、スイッチング素子Ｑ２を周期Ｔ１の低周波でＰＷＭ制御することにより、光源部３を調光する（図２のＢ参照）。ここで、降圧回路２の制御としては、スイッチング素子２のオンデューティ比を一定値（例えば、５０％）に固定することも考えられる（図２のＡ参照）。この場合には、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を変化させる制御と組み合わせることで、光源部３を調光する。
【００３０】
また、降圧回路２は、既に述べたように、スイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、且つオン期間Ｔ１０において高周波でＰＷＭ制御することにより、光源部３を調光する（図２のＥ参照）。ここで、降圧回路２の制御としては、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比を一定値に固定して低周波でオン／オフし、且つオン期間Ｔ１０において高周波でＰＷＭ制御することも考えられる（図２のＣ参照）。また、降圧回路２の制御としては、スイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、オン期間Ｔ１０においては、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比を一定値に固定して高周波でオンオフすることも考えられる（図２のＤ参照）。
【００３１】
上記の昇圧回路１及び降圧回路２の動作の組み合わせを図２に示す。そして、以下の各実施形態では、各組み合わせにおける昇圧回路１及び降圧回路２の具体的な構成及び動作について説明する。
【００３２】
上述のように、本基本形態では、昇圧回路１を直流電源ＤＣ１に接続するとともに降圧回路２を光源部３に接続し、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御することで光源部３を調光している。これにより、本基本形態では、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。なお、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０において、出力電流Ｉ１が光源部３の定格電流値の７０〜８０％以上を維持していれば、ＬＥＤ３０の色の変化を抑えることができる。また、本基本形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。更に、本基本形態では、入力電圧（電源電圧）Ｖ１と出力電圧（負荷電圧）Ｖ２との大小に応じて主制御回路４が昇圧回路１又は降圧回路２の動作を切り替えるので、安定した調光制御を行うことができる。
【００３３】
（実施形態１）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態１について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は基本形態と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図３に示すように、直流電源ＤＣ１に接続される昇圧回路１と、光源部３に接続される降圧回路２と、主制御回路４と、調光制御回路５とで構成される。
【００３４】
昇圧回路１には、その出力端のコンデンサＣ１の両端と並列に抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路が接続されている。この直列回路における抵抗Ｒ２の両端電圧は、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を検出するための検出電圧ＶＤ１として後述する昇圧制御回路４０に入力されている。
【００３５】
主制御回路４は、昇圧回路１のスイッチング素子Ｑ１を制御する昇圧制御回路４０と、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を制御する降圧制御回路４１とを備える。昇圧制御回路４０は、図４（ａ）に示すように、誤差増幅器４００と、鋸波発生回路４０２及びコンパレータ４０３から成るＰＷＭ制御回路４０１と、スイッチング素子Ｑ１を駆動する駆動回路４０４とで構成される。
【００３６】
誤差増幅器４００の各入力端子には、検出電圧ＶＤ１と、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１の目標値に基づく基準電圧ＶＲ１とが入力され、その誤差を増幅した出力電圧をコンパレータ４０３に入力している。鋸波発生回路４０２は、高周波数の鋸波を発生してコンパレータ４０３に入力している。コンパレータ４０３は、誤差増幅器４００の出力電圧と高周波数の鋸波とを比較することで、高周波のパルス電圧を出力する。
【００３７】
このパルス電圧のパルス幅は、検出電圧ＶＤ１が大きくなると狭くなり、検出電圧ＶＤ１が小さくなると広くなる。すなわち、検出電圧ＶＤ１の大小に基づいてパルス電圧のパルス幅が変化し、このパルス電圧に基づいて駆動回路４０４はスイッチング素子Ｑ１のオン／オフを制御する。
【００３８】
したがって、昇圧制御回路４０は、検出電圧ＶＤ１が基準電圧ＶＲ１と等しくなるようにスイッチング素子Ｑ１を高周波でＰＷＭ制御することにより、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を目標値で一定となるように制御する。
【００３９】
降圧制御回路４１は、図４（ｂ）に示すように、鋸波発生回路４１２及びコンパレータ４１３から成る高周波制御回路４１１と、ＡＮＤ素子４１４と、スイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動回路４１５とで構成される。鋸波発生回路４１２は、高周波数の鋸波を発生してコンパレータ４１３に入力している。コンパレータ４１３は、降圧回路２の出力電流Ｉ１の目標値に基づく基準電圧ＶＲ２と高周波数の鋸波とを比較することで、高周波のパルス電圧を出力してＡＮＤ素子４１４に入力している。
【００４０】
ＡＮＤ素子４１４には、コンパレータ４１３の出力電圧と、後述する調光制御回路５からの周期Ｔ１の低周波のパルス電圧とが入力され、その積を駆動回路４１５に入力している。駆動回路４１５は、ＡＮＤ素子４１４の出力電圧に基づいてスイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御する。したがって、スイッチング素子Ｑ２は、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧により低周波でＰＷＭ制御され、且つ高周波制御回路４１１からの高周波のパルス電圧により、オン期間Ｔ１０においては高周波でオン／オフされる。なお、鋸波と比較する基準電圧ＶＲ２は固定値であるため、オン期間Ｔ１０におけるスイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比は一定値に固定される。
【００４１】
また、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧のパルス幅は、外部からの調光信号に基づいて変化する。例えば、調光率が大きくなればパルス幅が広くなり、調光率が小さくなればパルス幅が狭くなる。したがって、降圧制御回路４１は、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧によりスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御することで、目標とする調光率で光源部３を調光する。
【００４２】
調光制御回路５は、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、調光率に基づく調光電圧ＶＤ３を発生する調光電圧発生回路５０と、調光電圧ＶＤ３に基づくパルス電圧を発生するパルス電圧発生回路５１とで構成される。調光電圧発生回路５０は、直流電源ＤＣ１の電源電圧を分圧する可変抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５の直列回路から成り、抵抗Ｒ５の両端電圧を調光電圧ＶＤ３としてパルス電圧発生回路５１に入力している。
【００４３】
可変抵抗Ｒ４は、例えば利用者が調光つまみ（図示せず）を回すことでその抵抗値が変化する。これにより調光率に基づいた調光電圧ＶＤ３がパルス電圧発生回路５１に入力されるようになっている。勿論、可変抵抗Ｒ４の抵抗値を変化させる手段は調光つまみに限定されるものではなく、例えば外部のリモコン（図示せず）から調光率を含む赤外線信号を受信し、この調光率に基づいて可変抵抗Ｒ４の抵抗値を変化させるようにしてもよい。
【００４４】
パルス電圧発生回路５１は、調光電圧の電圧レベルに基づいてパルス電圧のパルス幅を変化させる。例えば、調光率が大きくなる、すなわち調光電圧が大きくなればパルス電圧のパルス幅を広くし、調光率が小さくなる、すなわち調光電圧が小さくなればパルス電圧のパルス幅を狭くする。
【００４５】
以下、本実施形態の動作について説明する。先ず、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合について説明する。この場合、降圧制御回路４１は、調光率に基づいてスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、且つオン期間Ｔ１０においては、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比を固定して高周波でオン／オフする。すなわち、本実施形態は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には、図２の（Ｄ−１）に示す動作を行う。
【００４６】
次に、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合について説明する。この場合、昇圧制御回路４０において検出電圧ＶＤ１が基準電圧ＶＲ１を上回るため、ＰＷＭ制御回路４０１が高周波のパルス電圧を出力せず、昇圧制御回路４０は昇圧回路１の動作を停止させる。降圧制御回路４１では、上記の入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合と同様にスイッチング素子Ｑ２をＰＷＭ制御する。すなわち、本実施形態は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には、図２の（Ｄ−３）に示す動作を行う。
【００４７】
上述のように、本実施形態では、昇圧回路１を直流電源ＤＣ１に接続するとともに降圧回路２を光源部３に接続している。そして、本実施形態では、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御し、且つスイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０においては、スイッチング素子Ｑ２のオンデューティ比を固定して高周波でオン／オフすることで光源部３を調光している。これにより、本実施形態では、出力電流Ｉ１を光源部３の定格電流値付近に維持しつつ光源部３を調光できるので、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００４８】
（実施形態２）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態２について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。実施形態１では、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合、入力電圧Ｖ１が低下すると出力電流Ｉ１も低下する虞がある。そこで、本実施形態では、図５（ａ）に示すように、スイッチング素子Ｑ２とグラウンドとの間に抵抗Ｒ３を直列に接続し、この抵抗Ｒ３の両端電圧を、降圧回路２の出力電圧Ｖ２を検出するための検出電圧ＶＤ２として降圧制御回路４１に入力している。これにより、出力電流Ｉ１が一定値となるように降圧制御回路４１がフィードバック制御を行えるようにしている。
【００４９】
以下、本実施形態において実施形態１と相違する降圧制御回路４１について図面を用いて説明する。降圧制御回路４１は、図５（ｂ）に示すように、誤差増幅器４１０を新たに備える。誤差増幅器４１０の各入力端子には、検出電圧ＶＤ２と基準電圧ＶＲ２とが入力され、その誤差を増幅した出力電圧をコンパレータ４１３に入力している。コンパレータ４１３は、誤差増幅器４１０の出力電圧と高周波数の鋸波とを比較することで、高周波のパルス電圧を出力してＡＮＤ素子４１４に入力している。
【００５０】
ここで、ＰＷＭ制御回路４１１からの高周波のパルス電圧のパルス幅は、検出電圧ＶＤ２が大きくなると狭くなり、検出電圧ＶＤ２が小さくなると広くなる。したがって、降圧制御回路４１は、スイッチング素子Ｑ２のオン期間Ｔ１０において、検出電圧ＶＤ２が基準電圧ＶＲ２と等しくなるようにスイッチング素子Ｑ２を高周波でＰＷＭ制御することにより、出力電流Ｉ１が目標値で一定となるように制御する。なお、本実施形態では、出力電流Ｉ１の目標値は、光源部３の定格電流値に設定される。すなわち、本実施形態の降圧制御回路４１は、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも小さい場合には図２の（Ｅ−１）に示す動作を行い、入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合には図２の（Ｅ−３）に示す動作を行う。
【００５１】
上述のように、本実施形態では、特に入力電圧Ｖ１が出力電圧Ｖ２よりも大きい場合にも、出力電流Ｉ１を光源部３の定格電流値付近に維持しつつ光源部３を調光できる。これにより、本実施形態では、実施形態１と同様に、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００５２】
（実施形態３）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態３について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１，２の何れかと共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、光源部３の調光率が所定値（例えば７０％）を下回るまでは、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を振幅制御することにより光源部３を調光している。なお、降圧制御回路４１は、実施形態１，２と同様に、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御することにより光源部３を調光する。
【００５３】
以下、本実施形態において実施形態１，２と相違する昇圧制御回路４０及び調光制御回路５の調光電圧発生回路５０について図面を用いて説明する。昇圧制御回路４０は、図６に示すように、誤差増幅器４００の一方の入力端子には、抵抗Ｒ６，ダイオードＤ３を介して基準電圧ＶＲ１が入力され、且つダイオードＤ４，抵抗Ｒ７を介して調光電圧ＶＤ３が入力されている。基準電圧ＶＲ１は、所定値の調光率における昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１に基づく値に設定される。
【００５４】
したがって、調光電圧ＶＤ３が基準電圧ＶＲ１を下回るまで、すなわち、調光率が所定値に達するまでは、誤差増幅器４００では、検出電圧ＶＤ１と調光電圧ＶＤ３とを比較し、その誤差を増幅した出力電圧をコンパレータ４０３に入力する。つまり、昇圧制御回路４０は、調光率が所定値に達するまでは、検出電圧ＶＤ１が調光電圧ＶＤ３と等しくなるようにスイッチング素子Ｑ１を高周波でＰＷＭ制御することにより、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を調光率に連動して変化させる。これにより、調光率に連動して昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１が振幅制御される。すなわち、本実施形態の昇圧制御回路４０は、調光率が所定値に達するまでは図２の（２）に示す動作を行う。
【００５５】
そして、調光率が所定値を下回ると、基準電圧ＶＲ１が調光電圧ＶＤ３を上回るため、誤差増幅器４００には基準電圧ＶＲ１が入力されるようになる。したがって、昇圧制御回路４０は、調光率が所定値を下回ると、検出電圧ＶＤ１が基準電圧ＶＲ１と等しくなるようにスイッチング素子Ｑ１を高周波でＰＷＭ制御することにより、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を目標値で一定となるように制御する。これにより、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１は、調光率に依らず一定に保たれる。
【００５６】
上述のように、本実施形態では、調光率が所定値に達するまでは、昇圧回路１の中間電圧ＶＣ１を振幅制御することにより光源部３を調光している。また、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２を低周波でＰＷＭ制御することでも光源部３を調光している。これにより、本実施形態では、出力電流Ｉ１を光源部３の定格電流値の７０〜８０％以上に維持しつつ光源部３を調光できるので、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００５７】
（実施形態４）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態４について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態２，３の何れかと共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図７に示すように、新たにパルス電圧発生回路５２を設け、当該パルス電圧発生回路５２から与えられるパルス電圧に基づいて、すなわち調光率に基づいて鋸波発生回路４１２から発生する鋸波の周波数を変化させている。これにより、例えば調光率の低下に伴って鋸波の周波数を高くすることで出力電流Ｉ１を低下させることができるので、調光率に基づいて光源部３を調光することができる。すなわち、本実施形態の降圧制御回路４１は、図２のＥに示す動作を行う。
【００５８】
上述のように、本実施形態では、実施形態２と同様に、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００５９】
（実施形態５）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態５について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態１，３の何れかと共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図８（ａ）に示すように、降圧制御回路４１においてＰＷＭ制御回路４１１及びＡＮＤ素子４１４を除き、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧により、スイッチング素子Ｑ２を低周波のみでＰＷＭ制御している。すなわち、この場合の降圧制御回路４１は、図２のＢに示す動作を行う。
【００６０】
若しくは、本実施形態は、図８（ｂ）に示すように、調光制御回路５からの低周波のパルス電圧ではなく、低周波発振回路５３からのオンデューティ比を固定した低周波のパルス電圧により、スイッチング素子Ｑ２のオン／オフを制御している。すなわち、この場合の降圧制御回路４１は、図２のＡに示す動作を行う。
【００６１】
上述のように、本実施形態では、実施形態１，３と同様に、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００６２】
（実施形態６）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態６について図面を用いて説明する。但し、本実施形態の基本的な構成は実施形態４と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図９に示すように、降圧制御回路４１において調光制御回路５からの低周波のパルス電圧ではなく、低周波発振回路５３からのオンデューティ比を固定した低周波のパルス電圧をＡＮＤ素子４１４に入力している。すなわち、本実施形態の降圧制御回路４１は、図２のＣに示す動作を行う。
【００６３】
上述のように、本実施形態では、実施形態４と同様に、ＬＥＤ３０、特に青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせて構成される白色ＬＥＤの色の変化を抑えて調光することができる。また、本実施形態では、従来例のように昇圧回路１０１に新たなスイッチング素子１０３を設ける必要がないので、回路が複雑化することがない。
【００６４】
（実施形態７）
以下、本発明に係るＬＥＤ駆動装置の実施形態７について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の基本的な構成は実施形態１〜６の何れかと共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図１０（ａ）に示すように、降圧回路２のスイッチング素子Ｑ２をグラウンドに接続するのではなく、高圧側に接続している。なお、図１０（ａ）においては、主制御回路４及び調光制御回路５の図示を省略している。
【００６５】
これにより、光源部３の一端がグラウンドに接続されるため、図１０（ｂ）に示すように、出力電流Ｉ１を検出するための抵抗Ｒ３を目的に応じて配置することができる。例えば、抵抗Ｒ３を図１０（ｂ）の（１）に示す位置に配置した場合、抵抗Ｒ３を流れる電流波形は、図１０（ｃ）の（１）に示す波形となる。また、抵抗Ｒ３を図１０（ｂ）の（２）に示す位置に配置した場合、抵抗Ｒ３を流れる電流波形は、図１０（ｃ）の（２）に示す波形となる。また、抵抗Ｒ３を図１０（ｂ）の（３）に示す位置に配置した場合、抵抗Ｒ３を流れる電流波形は、図１０（ｃ）の（３）に示す波形となる。
【００６６】
なお、上記各実施形態では、入力電圧（電源電圧）Ｖ１と出力電圧（負荷電圧）Ｖ２との大小に応じて主制御回路４が昇圧回路１又は降圧回路２の動作を切り替えるので、電源電圧の変動に依らず安定した調光制御を行うことができる。
【００６７】
なお、上記各実施形態では、鋸波を用いて昇圧回路１及び降圧回路２におけるＰＷＭ制御を実現しているが、周波数を変化させることによるデューティ制御であってもよい。また、主制御部４をマイコンで構成し、マイコンにより上記各実施形態と同様の制御を行うようにしてもよい。
【００６８】
また、上記各実施形態では、光束を１００％〜数％まで変化させることで光源部３を調光しているが、例えば光束を１１０〜１２０％まで上昇させるように光源部３を調光してもよい。
【００６９】
更に、上記各実施形態では、光源部３を構成するＬＥＤ３０の数には特に制限はない。例えば、５個のＬＥＤ３０から成る光源部３に対して上記各実施形態を用いているとして、ＬＥＤ３０の数を５個から２個に変更した場合でも同一の回路構成を使用することができる。すなわち、上記各実施形態は、光源部３のＬＥＤ３０の素子数の変動に依らず共用することができるので、ＬＥＤ３０の素子数に応じて複数種類のＬＥＤ駆動装置を用意する必要がないという利点がある。
【００７０】
以下、本発明に係る照明装置の実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態はヘッドランプ（前照灯）であって、図１１に示すように、器具本体Ａ１と、光源部３を有する光源ユニットＡ２と、光源部３から照射される光を配光する光学ユニットＡ３とを備える。また、本実施形態は、光源部３が取付固定されて光源部３が発する熱を放熱する放熱板Ａ４と、光源ユニットＡ２及び放熱板Ａ４を器具本体Ａ１に固定するための固定用治具Ａ５とを備える。そして、光源部３には、上記何れかの実施形態のＬＥＤ駆動装置Ｂ１が出力線Ｂ２を介して接続されている。また、ＬＥＤ駆動装置Ｂ１は、入力線Ｂ３を介して直流電源ＤＣ１と接続されている。本実施形態では、直流電源ＤＣ１として車載用のバッテリを用いている。
【００７１】
本実施形態は、上記何れかの実施形態のＬＥＤ駆動装置Ｂ１を備えているので、上記何れかの実施形態と同様の効果を奏することができる。
【００７２】
なお、照明装置としては上記実施形態のヘッドランプには限定されず、例えばルームランプのような車室内用照明装置や、テールランプ、車幅灯、ブレーキランプのような車外灯照明装置に広く用いることができる。勿論、車両用以外の一般的な照明用途の照明器具に用いても構わない。
【００７３】
例えば、上記何れかの実施形態のＬＥＤ駆動装置Ｂ１をルームランプのような車室内用照明装置に用いる場合には、光源部３の前面に配置される光学ユニットＡ３の配光特性は、遠方への照明に適する特性から車室内の照明に適する特性に変更すべきである。また、この場合には、器具本体Ａ１の形状も車室内での配置に適する形状に変更すべきであるのは言うまでもない。また、車両用以外の一般的な照明用途の照明器具に用いる場合には、直流電源ＤＣ１として、車載用のバッテリに代えて商用交流電源を整流平滑する直流電源回路などを用いるのが望ましい。
【符号の説明】
【００７４】
１ 昇圧回路
２ 降圧回路
３ 光源部
３０ ＬＥＤ（発光ダイオード）
４ 主制御回路
５ 調光制御回路
ＤＣ１ 直流電源
Ｑ１，Ｑ２ スイッチング素子
Ｖ１ 電源電圧（入力電圧）
Ｖ２ 負荷電圧（出力電圧）
ＶＣ１ 中間電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源に接続されて前記直流電源の電源電圧を昇圧して中間電圧を出力する昇圧回路と、複数の発光ダイオードから成る光源部に接続されて前記昇圧回路の前記中間電圧を降圧して負荷電圧を前記光源部に出力する降圧回路と、前記昇圧回路及び前記降圧回路を制御する主制御回路と、外部から設定される前記光源部の調光率に基づいて前記主制御回路に前記光源部を調光させる調光制御回路とを備え、前記降圧回路は、少なくともスイッチング素子を有し、前記主制御回路は、前記降圧回路の前記スイッチング素子を所定の周波数でＰＷＭ制御し、且つ前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合と、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合とで前記昇圧回路又は前記降圧回路の動作を切り替えることで前記光源部を調光することを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフし、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフすることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフすることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧を振幅制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でオン／オフし且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でオン／オフし且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項５】
前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のＬＥＤ駆動装置と、前記光源部と、前記光源部及び前記ＬＥＤ駆動装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
直流電源に接続されて前記直流電源の電源電圧を昇圧して中間電圧を出力する昇圧回路と、複数の発光ダイオードから成る光源部に接続されて前記昇圧回路の前記中間電圧を降圧して負荷電圧を前記光源部に出力する降圧回路と、前記昇圧回路及び前記降圧回路を制御する主制御回路と、外部から設定される前記光源部の調光率に基づいて前記主制御回路に前記光源部を調光させる調光制御回路とを備え、前記降圧回路は、少なくともスイッチング素子を有し、前記主制御回路は、前記降圧回路の前記スイッチング素子を所定の周波数でＰＷＭ制御し、且つ前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合と、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合とで前記昇圧回路又は前記降圧回路の動作を切り替えることで前記光源部を調光することを特徴とするＬＥＤ駆動装置。
【請求項２】
前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフし、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフすることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項３】
前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をオン／オフすることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項４】
前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧を振幅制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でオン／オフし且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でオン／オフし且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項５】
前記主制御回路は、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも小さい場合には、前記昇圧回路の前記中間電圧が一定値となるように制御するとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御し、前記電源電圧が前記負荷電圧よりも大きい場合には、前記昇圧回路の動作を停止させるとともに、前記降圧回路の前記スイッチング素子を前記所定の周波数でＰＷＭ制御し且つそのオン期間において前記所定の周波数よりも高い周波数で前記スイッチング素子をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のＬＥＤ駆動装置と、前記光源部と、前記光源部及び前記ＬＥＤ駆動装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−１１００６１（Ｐ２０１３−１１００６１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５９５６（Ｐ２０１１−２５５９５６）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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