JP2014050112A - 直流電源回路およびｌｅｄ点灯回路 - Google Patents

Abstract

【課題】直流電圧の昇圧と降圧の両方が可能で、電圧変換効率が高く、発熱が小さな直流電源回路を備えた低コストなＬＥＤ点灯回路を提供する。
【解決手段】直流電源回路は、車載バッテリ１２と負荷である光源ブロック１３および抵抗Ｒとの間に、車載バッテリ１２の直流電圧を降圧する降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ａと、前記直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂとが直列接続され、前記直流電圧を昇圧または降圧して生成した出力電圧Ｖoを負荷へ供給する昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１を備える。そして、前記直流電圧の昇圧時には、昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ｂのみを動作させ、トランジスタＱ１をオン状態に保持させることにより、降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１ａの動作を停止させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は直流電源回路およびＬＥＤ点灯回路に係り、詳しくは、昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータを備えた直流電源回路と、その直流電源回路を用いたＬＥＤ点灯回路とに関するものである。

自動車の前照灯（ヘッドランプ ）は、走行用前照灯であるハイビームと、すれ違い用前照灯であるロービームとを切替可能にし、ロービームよりもハイビームを明るくする必要がある。
また、自動車のテールランプ（尾灯）をブレーキランプ（ストップランプ）と兼用した場合には、テールランプよりもブレーキランプを明るくする必要がある。
そこで、ＬＥＤを用いた前照灯または尾灯では、ロービーム時またはテールランプ時に点灯させるＬＥＤの個数を、ハイビーム時またはブレーキランプ時に比べて少なくするように制御するＬＥＤ点灯回路を備えたものがある。

そして、特許文献１，２に開示されるように、複数個のＬＥＤを直列接続しておき、ハイビーム時には全てのＬＥＤを点灯させ、ロービーム時には所定個数のＬＥＤを短絡させて残りのＬＥＤのみを点灯させるように制御するＬＥＤ点灯回路が知られている。
特許文献１には、ＬＥＤ点灯回路の電源として、高周波トランスを用いた絶縁型フライバック式ＤＣ−ＤＣコンバータ（スイッチングレギュレータ）を用い、車載バッテリの直流電圧を昇圧した後に、直列接続された複数個のＬＥＤへ供給する技術が開示されている。
特許文献２には、ＬＥＤ点灯回路の電源としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いる技術が開示されているが、ＤＣ−ＤＣコンバータの回路形式については記載されておらず、ＤＣ−ＤＣコンバータが昇圧を行うのか又は降圧を行うのかについても記載されていない。

特開２００８−１２６９５８号公報 特開２０１０−１４３４４７号公報

近年、ＬＥＤの発光効率の向上に伴い、複数個のＬＥＤが直列接続されたＬＥＤ点灯回路では、直列接続するＬＥＤの個数が少なくても十分な光量が得られるようになってきた。
そのため、ＬＥＤ点灯回路には、車載バッテリの直流電圧を昇圧するだけでなく、降圧することも要求されている。

すなわち、前照灯のハイビーム時や、テールランプをブレーキランプと兼用した場合におけるブレーキランプ時には、直列接続されたＬＥＤの個数が多いため、直列接続された複数個のＬＥＤの順方向電圧の合計値が車載バッテリの直流電圧よりも高くなることから、車載バッテリの直流電圧を昇圧してＬＥＤに供給する必要がある。
一方、前照灯のロービーム時や、テールランプをブレーキランプと兼用した場合におけるテールランプ時には、直列接続されたＬＥＤの個数が少なくなるため、直列接続された複数個のＬＥＤの順方向電圧の合計値が車載バッテリの直流電圧よりも低くなることから、車載バッテリの直流電圧を降圧してＬＥＤに供給する必要がある。

そこで、昇圧と降圧の両方を行うことが可能な昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータをＬＥＤ点灯回路の電源に用いることが考えられる。
昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータには、高周波トランスを用いる方式と、チョークコイルを用いる方式とがある。

高周波トランスを用いる方式のＤＣ−ＤＣコンバータには種々の形式（絶縁型フライバック式、絶縁型フォワード式、ハーフブリッジ式、フルブリッジ式など）があるが、いずれの形式でも高周波トランスに起因する欠点がある（高周波トランスの電力損失が大きい。高周波トランスの外形が大きい。高周波トランスが高価など）。

チョークコイルを用いる方式のＤＣ−ＤＣコンバータは、チョッパ方式（チョークコンバータ方式）と呼ばれる。
昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータは、降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧チョッパ回路）と昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧チョッパ回路）とが直列接続されて構成され、降圧チョッパ回路と昇圧チョッパ回路とを同期動作させてパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）制御することにより昇圧または降圧を行う。

そのため、昇圧時には、昇圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子およびダイオードが動作するだけでなく、降圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子およびダイオードも動作する。
その結果、降圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子およびダイオードの電力損失により、ＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換効率が低下することに加え、そのスイッチング素子およびダイオードの発熱による故障を防止するために、大型の放熱器が必要となることから、コストが増大するという問題がある。

また、降圧時には、降圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子およびダイオードが動作するだけでなく、昇圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子およびダイオードも動作する。
その結果、昇圧チョッパ回路を構成するスイッチング素子およびダイオードの電力損失により、ＤＣ−ＤＣコンバータの電圧変換効率が低下することに加え、そのスイッチング素子およびダイオードの発熱による故障を防止するために、大型の放熱器が必要となることから、コストが増大するという問題がある。

この問題は、直列接続された複数個のＬＥＤを負荷とし、各ＬＥＤに直流電圧を供給する直流電源回路としての昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータであれば、どのような負荷に直流電圧を供給する場合であっても、同じく問題となる。

本発明は、前記問題を解決するためになされたものであって、以下の目的を有するものである。
（１）直流電圧の昇圧と降圧の両方が可能で、電圧変換効率が高く、発熱が小さな直流電源回路を低コストに提供する。
（２）前記（１）の直流電源回路を用いることにより、前記（１）の利点を備えたＬＥＤ点灯回路を提供する。

本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。

＜第１の局面＞
第１の局面は、直流電圧源と負荷との間に、前記直流電圧源の直流電圧を降圧する降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータとが直列接続され、前記直流電圧を昇圧または降圧して生成した出力電圧を前記負荷へ供給する昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータを備えた直流電源回路であって、前記直流電圧の昇圧時には、前記昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータのみを動作させ、前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる直流電源回路である。

第１の局面によれば、直流電圧の昇圧時には、降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させるため、降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの電力損失分を低減することが可能であり、電圧変換効率が高く発熱が小さな直流電源回路を提供できる。
そして、第１の局面によれば、直流電圧の昇圧時には、降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの電力損失による発熱が低減されるため、その熱を放熱するための放熱器を小型化可能であり、低コスト化を図ることができる。

＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、
前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記直流電圧源から供給された電流をスイッチングする第１スイッチング素子と、
前記直流電圧源から供給された電流の変化を妨げるように誘導電流を発生させるチョークコイルと、
前記スイッチング素子のオフ時に前記チョークコイルに還流電流を流す第１ダイオードとを備え、
前記直流電圧の昇圧時には、前記第１スイッチング素子をオン状態に保持させることにより、前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる。

第２の局面によれば、第１スイッチング素子をオン状態に保持させることにより（全オン状態）、降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させるため、第１スイッチング素子の電力損失を低減可能であり、第１の局面の作用・効果が確実に得られる。
また、第２の局面によれば、第１スイッチング素子をオン状態に保持させるため、第１スイッチング素子のスイッチングノイズがゼロになってノイズ発生源が減ることから、そのスイッチングノイズが伝導ノイズまたは放射ノイズとなるのを防止するために設けるノイズフィルタの構成を簡素化することが可能であり、更なる低コスト化を図ることができる。

＜第３の局面＞
第３の局面は、第１の局面において、
前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記直流電圧源から供給された電流をスイッチングする第１スイッチング素子と、
前記直流電圧源から供給された電流の変化を妨げるように誘導電流を発生させるチョークコイルと、
前記スイッチング素子のオフ時に前記チョークコイルに還流電流を流す第１ダイオードと、
前記第１スイッチング素子に並列接続された第１スイッチとを備え、
前記直流電圧の昇圧時には、前記第１スイッチを閉じて前記第１スイッチング素子を短絡させることにより、前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる。

第３の局面によれば、第１スイッチを閉じて第１スイッチング素子を短絡させることにより、降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させるため、第１スイッチング素子の電力損失をゼロにすることが可能であり、第２の局面よりも更に電力損失が低減されることから、第１の局面の作用・効果が更に確実に得られる。

＜第４の局面＞
第４の局面は、第２の局面または第３の局面において、前記第１ダイオードに直列接続された第２スイッチを備え、前記直流電圧の昇圧時には、前記第２スイッチを開くことにより、前記第１ダイオードに電流が流れないようにする。

第４の局面によれば、第１ダイオードに電流が流れないようにするため、第１ダイオードの電力損失をゼロにすることが可能であり、第２の局面または第３の局面の作用・効果を高めることができる。

＜第５の局面＞
第５の局面は、第１〜第４の局面において、前記直流電圧の降圧時には、前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータのみを動作させ、前記昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる。

第５の局面によれば、直流電圧の降圧時には、昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させるため、昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの電力損失分を低減することが可能であり、電圧変換効率が高く発熱が小さな直流電源回路を提供できる。
そして、第５の局面によれば、直流電圧の降圧時には、昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの電力損失による発熱が低減されるため、その熱を放熱するための放熱器を小型化可能であり、低コスト化を図ることができる。

＜第６の局面＞
第６の局面は、第５の局面において、
前記昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの前記チョークコイルを共用し、
前記直流電圧源から供給された電流をスイッチングする第２スイッチング素子と、
前記直流電圧源に前記誘導電流が逆流するのを防止する第２ダイオードとを備え、
前記直流電圧の降圧時には、前記第２スイッチング素子をオフ状態に保持させることにより、前記昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる。

第６の局面によれば、第２スイッチング素子をオフ状態に保持させることにより（全オフ状態）、昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させるため、第２スイッチング素子の電力損失をゼロにすることが可能であり、第５の局面の作用・効果が確実に得られる。
また、第６の局面によれば、第２スイッチング素子をオフ状態に保持させるため、第２スイッチング素子のスイッチングノイズがゼロになってノイズ発生源が減ることから、そのスイッチングノイズが伝導ノイズまたは放射ノイズとなるのを防止するために設けるノイズフィルタの構成を簡素化することが可能であり、更なる低コスト化を図ることができる。

＜第７の局面＞
第７の局面は、第６の局面において、前記第２ダイオードに並列接続された第３スイッチを備え、前記直流電圧の降圧時には、前記第３スイッチを閉じて前記第２ダイオードを短絡させることにより、前記第２ダイオードに電流が流れないようにする。

第７の局面によれば、第２ダイオードに電流が流れないようにするため、第２ダイオードの電力損失をゼロにすることが可能であり、第６の局面の作用・効果を高めることができる。

＜第８の局面＞
第８の局面は、第１〜第７の局面の直流電源回路を備えるＬＥＤ点灯回路であって、前記負荷は、直列接続された複数個のＬＥＤであり、前記直流電圧の降圧時には、前記複数個のＬＥＤのうち所定のＬＥＤを短絡させる短絡回路を備えるＬＥＤ点灯回路である。

第８の局面によれば、第１〜第７の局面の直流電源回路を用いることにより、第１〜第７の局面の前記利点を備えたＬＥＤ点灯回路を提供できる。
そして、第８の局面のＬＥＤ点灯回路を前照灯に適用するには、直流電圧の降圧時をロービーム時に相当させ、直流電圧の昇圧時をハイビーム時に相当させればよい。
また、第８の局面のＬＥＤ点灯回路を、テールランプをブレーキランプと兼用した照明装置に適用するには、直流電圧の降圧時をテールランプ時に相当させ、直流電圧の昇圧時をブレーキランプ時に相当させればよい。

本発明を具体化した第１実施形態の直流電源回路である昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１を備えたＬＥＤ点灯回路１０の回路図。 図２（Ａ）は、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０の動作を説明するためのタイミングチャート。図２（Ｂ）は、従来のＬＥＤ点灯回路１００の動作を説明するためのタイミングチャート。 従来の直流電源回路である昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１を備えたＬＥＤ点灯回路１００の回路図。 本発明を具体化した第２実施形態の直流電源回路である昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ３１を備えたＬＥＤ点灯回路３０の回路図。 第２実施形態のＬＥＤ点灯回路３０の動作を説明するためのタイミングチャート。 第２実施形態の変形例におけるＬＥＤ点灯回路３０の動作を説明するためのタイミングチャート。 本発明を具体化した第３実施形態の直流電源回路である昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ４１を備えたＬＥＤ点灯回路４０の回路図。 図８（Ａ）は、第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０の動作を説明するためのタイミングチャート。図８（Ｂ）は、従来のＬＥＤ点灯回路１００の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図２（Ｂ）と同じ図面である。

以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０は、昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１、車載バッテリ１２、光源ブロック１３、第１光源ブロック１４、第２光源ブロック１５、ＬＥＤ１６、ノイズフィルタ１７，１８、ＮＭＯＳトランジスタＱ３、抵抗Ｒを備えており、自動車の前照灯に用いられる。

昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧チョッパ回路）１１ａと、昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧チョッパ回路）１１ｂとを備える。
降圧チョッパ回路１１ａは、コンデンサＣ１，Ｃ２、ＮＭＯＳトランジスタＱ１、ダイオードＤ１、チョークコイルＬ、スイッチＳ１、制御回路１９を備える。
スイッチＳ１は機械式の開閉スイッチであり、ダイオードＤ１に直列接続され、ダイオードＤ１のアノードと車載バッテリ１２のマイナス端子との間に接続されている。
車載バッテリ１２のマイナス端子は、アースに接続されている。
昇圧チョッパ回路１１ｂは、コンデンサＣ１，Ｃ２、ＮＭＯＳトランジスタＱ２、ダイオードＤ２、チョークコイルＬ、制御回路１９を備える。
両チョッパ回路１１ａ，１１ｂは、コンデンサＣ１，Ｃ２、チョークコイルＬ、制御回路１９を共用している。

トランジスタＱ１，Ｑ２は、車載バッテリ１２から供給された電流をスイッチングする。
チョークコイルＬは、車載バッテリ１２から供給された電流の変化を妨げるように誘導電流を発生させる。
ダイオードＤ１は、トランジスタＱ１のオフ時にチョークコイルＬに還流電流を流す。
ダイオードＤ２は、チョークコイルＬが発生させた誘導電流が車載バッテリ１２に逆流するのを防止する。
尚、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の構成および動作は公知であるため、詳細な説明は省略する。

光源ブロック（ＬＥＤモジュール回路）１３は、直列接続された第１光源ブロック１４および第２光源ブロック１５から構成されている。
各光源ブロック１４，１５はそれぞれ、直列接続された５個のＬＥＤ１６から構成されている。
すなわち、光源ブロック１３は直列接続された１０個のＬＥＤ１６から構成されている。

光源ブロック１５の短絡回路を構成するトランジスタＱ３は、光源ブロック１５に並列接続されている。
光源ブロック１３に流れる各ＬＥＤ１６の駆動電流の検出用の抵抗Ｒは、光源ブロック１３に直列接続されている。
光源ブロック１３のカソード側およびトランジスタＱ３のソース端子は、抵抗Ｒを介して車載バッテリ１２のマイナス側端子に接続されている。
直列接続された光源ブロック１３および抵抗Ｒは、直流電源回路であるＤＣ−ＤＣコンバータ１１の負荷である。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、入力側の降圧チョッパ回路１１ａと、出力側の昇圧チョッパ回路１１ｂとが、車載バッテリ１２と負荷（光源ブロック１３および抵抗Ｒ）との間に直列接続されて構成され、両チョッパ回路１１ａ，１１ｂをＰＷＭ制御することにより昇圧または降圧を行う。
すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、車載バッテリ１２の直流電圧Ｖinを入力電圧Ｖinとしてノイズフィルタ１７を介して入力し、その入力電圧Ｖinを昇圧または降圧して直流電圧である出力電圧Ｖoを生成し、その出力電圧Ｖoをノイズフィルタ１８を介して光源ブロック１３および抵抗Ｒへ供給する。

ノイズフィルタ１７は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の入力側と車載バッテリ１２との間に挿入されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１が発生するスイッチングノイズが、車載バッテリ１２に伝導されて伝導ノイズとなるのを防止する。
ノイズフィルタ１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力側と光源ブロック１３との間に挿入されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１が発生するスイッチングノイズが、光源ブロック１３のＬＥＤ１６に伝導されて放射ノイズとなるのを防止する。
尚、ノイズフィルタ１７，１８は、どのような回路構成によって具体化してもよい。

コンデンサＣ１は、ノイズフィルタ１７を介して車載バッテリ１２に並列接続されており、ノイズフィルタ１７と同様の作用・効果を奏する。尚、ノイズフィルタ１７とコンデンサＣ１とは、いずれか一方を省いてもよい。
コンデンサＣ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖoを平滑する平滑コンデンサである。

制御回路１９は、抵抗Ｒの両端間電圧Ｖｒを検出し、その両端間電圧Ｖｒに基づいて、光源ブロック１３に流れる各ＬＥＤ１６の駆動電流を検出し、その駆動電流を一定値に保持して各ＬＥＤ１６が定電流駆動されるように、各トランジスタＱ１〜Ｑ３をＰＷＭ制御するための制御信号（ゲート信号）Ｇ１〜Ｇ３を生成する。
各トランジスタＱ１〜Ｑ３のゲートにはそれぞれ制御信号Ｇ１〜Ｇ３が印加される。

［第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０の動作］
スイッチＳ１は、運転者が操作するロービームとハイビームの切替スイッチ（図示略）と連動して開閉が切り替えられる。

図２（Ａ）に示すように、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０において、前照灯のロービーム（Ｌｏ）時には、スイッチＳ１が閉じられ、制御回路１９は、制御信号Ｇ３をハイレベルにしてトランジスタＱ３をオン状態にさせると共に、方形波である各制御信号Ｇ１，Ｇ２のオンオフ状態を同時に切り替え、各トランジスタＱ１，Ｑ２を同期スイッチング動作させてＰＷＭ制御する。
すると、第２光源ブロック１５の両端間がオン状態のトランジスタＱ３によって短絡され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖoは、直列接続された第１光源ブロック１４および抵抗Ｒに印加され、第１光源ブロック１４のＬＥＤ１６のみが点灯する。

ここで、各制御信号Ｇ１，Ｇ２のデューティ比Ｍは、数式１に示すように、各制御信号Ｇ１，Ｇ２のパルス幅τを周期Ｔで除算した値となる。

Ｍ＝τ／Ｔ ………（数式１）

そして、前照灯のロービーム時において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖoは、数式２に示すように、入力電圧Ｖinおよびデューティ比Ｍから算出され、入力電圧Ｖinよりも低い値となる（Ｖo＜Ｖin）。

Ｖｏ＝Ｖin×Ｍ／（１−Ｍ） ………（数式２）

すなわち、前照灯のロービーム時には、第１光源ブロック１４の５個のＬＥＤ１６の順方向電圧の合計値が車載バッテリ１２の直流電圧Ｖinよりも低くなる。
そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、車載バッテリ１２の直流電圧Ｖinを降圧した出力電圧Ｖoを生成して光源ブロック１３（第１光源ブロック１４）に供給している。

図２（Ａ）に示すように、前照灯のハイビーム（Ｈｉ）時には、スイッチＳ１が開かれ、制御回路１９は、制御信号Ｇ３をローレベルにしてトランジスタＱ３をオフ状態にさせると共に、制御信号Ｇ１をハイレベルに固定してトランジスタＱ１をオン状態に保持させ、方形波である制御信号Ｇ２によってトランジスタＱ２のみをスイッチング動作させてＰＷＭ制御する。
すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖoは、直列接続された光源ブロック１３および抵抗Ｒに印加され、光源ブロック１３の全てのＬＥＤ１６が点灯する。

そして、前照灯のハイビーム時において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖoは、数式３に示すように、入力電圧Ｖinおよびデューティ比Ｍから算出され、入力電圧Ｖinよりも高い値となる（Ｖo＞Ｖin）。

Ｖｏ＝Ｖin／（１−Ｍ） ………（数式３）

すなわち、前照灯のハイビーム時には、光源ブロック１３の１０個のＬＥＤ１６の順方向電圧の合計値が車載バッテリ１２の直流電圧Ｖinよりも高くなる。
そのため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１は、車載バッテリ１２の直流電圧Ｖinを昇圧した出力電圧Ｖoを生成して光源ブロック１３（第１光源ブロック１４および第２光源ブロック１５）に供給している。

［従来のＬＥＤ点灯回路１００の動作］
図３に示すように、従来のＬＥＤ点灯回路１００において、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０と異なるのは、昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１が昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１に置き換えられている点だけである。
昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１は、降圧チョッパ回路１０１ａと昇圧チョッパ回路１１ｂとを備える。
降圧チョッパ回路１０１ａにおいて、第１実施形態の降圧チョッパ回路１１ａの構成と異なるのは、スイッチＳ１が省かれている点だけである。

図２（Ｂ）に示すように、従来のＬＥＤ点灯回路１００において、前照灯のロービーム（Ｌｏ）時における動作は、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０と同じである。
しかし、従来のＬＥＤ点灯回路１００において、前照灯のハイビーム（Ｈｉ）時における制御回路１９は、制御信号Ｇ３をローレベルにしてトランジスタＱ３をオフ状態にさせると共に、方形波である各制御信号Ｇ１，Ｇ２のオンオフ状態を同時に切り替え、各トランジスタＱ１，Ｑ２を同期スイッチング動作させてＰＷＭ制御する。
すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖoは、直列接続された光源ブロック１３および抵抗Ｒに印加され、光源ブロック１３の全てのＬＥＤ１６が点灯する。

［第１実施形態の作用・効果］
第１実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［１］図２（Ｂ）に示すように、従来のＬＥＤ点灯回路１００では、前照灯のハイビーム時にも、ロービーム時と同様に、降圧チョッパ回路１０１ａと昇圧チョッパ回路１１ｂとを同期動作させる。
そのため、前照灯のハイビーム時（昇圧時）には、昇圧チョッパ回路１１ｂのトランジスタＱ２およびダイオードＤ２が動作するだけでなく、降圧チョッパ回路１０１ａのトランジスタＱ１およびダイオードＤ１も動作する。

その結果、降圧チョッパ回路１０１ａのトランジスタＱ１およびダイオードＤ１の電力損失により、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１の電圧変換効率が低下することに加え、トランジスタＱ１およびダイオードＤ１の発熱による故障を防止するために、大型の放熱器が必要となることから、コストが増大するという問題がある。

［２］図２（Ａ）に示すように、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０では、前照灯のハイビーム時に、スイッチＳ１を開いてダイオードＤ１に電流が流れなくすると共に、トランジスタＱ１をオン状態に保持させることにより（全オン状態）、降圧チョッパ回路１１ａの動作を停止させ、昇圧チョッパ回路１１ｂのみを動作させる。

従って、第１実施形態では、前照灯のハイビーム時（昇圧時）において、降圧チョッパ回路１１ａにおけるトランジスタＱ１の電力損失を低減すると共に、ダイオードＤ１の電力損失をゼロにすることが可能であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の電圧変換効率を向上させることができる。
加えて、トランジスタＱ１の発熱が低減されると共に、ダイオードＤ１の発熱がゼロになるため、トランジスタＱ１およびダイオードＤ１の発熱による故障を防止するために設ける放熱器（図示略）を小型化できる。
その結果、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０によれば、従来のＬＥＤ点灯回路１００に比べて低コスト化を図ることができる。

［３］第１実施形態では、前照灯のハイビーム時（昇圧時）において、トランジスタＱ１をオン状態に保持させるため、トランジスタＱ１のスイッチングノイズがゼロになってノイズ発生源が減ることから、ノイズフィルタ１７，１８の構成を簡素化することが可能であり、低コスト化を図ることができる。

＜第２実施形態＞
図４に示すように、第２実施形態のＬＥＤ点灯回路３０において、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０と異なるのは、昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１が昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ３１に置き換えられている点だけである。

昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ３１は、降圧チョッパ回路３１ａと昇圧チョッパ回路１１ｂとを備える。
降圧チョッパ回路３１ａにおいて、第１実施形態の降圧チョッパ回路１１ａの構成と異なるのは、スイッチＳ２がトランジスタＱ１に並列接続されている点だけである。
スイッチＳ２は機械式の開閉スイッチであり、スイッチＳ１と連動して開閉が切り替えられる。

［第２実施形態のＬＥＤ点灯回路３０の動作］
図５に示すように、前照灯のロービーム（Ｌｏ）時には、スイッチＳ２が開かれるため、第２実施形態のＬＥＤ点灯回路３０は、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０と同一構成になり、ＬＥＤ点灯回路３０の動作はＬＥＤ点灯回路１０と同じになる。

前照灯のハイビーム（Ｈｉ）時には、スイッチＳ１が開かれると共に、スイッチＳ２が閉じられ、制御回路１９は、制御信号Ｇ３をローレベルにしてトランジスタＱ３をオフ状態にさせると共に、方形波である各制御信号Ｇ１，Ｇ２のオンオフ状態を同時に切り替え、各トランジスタＱ１，Ｑ２を同期スイッチング動作させてＰＷＭ制御する。
すると、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖoは、直列接続された光源ブロック１３および抵抗Ｒに印加され、光源ブロック１３の全てのＬＥＤ１６が点灯する。

［第２実施形態の作用・効果］
第２実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［４］図５に示すように、第２実施形態のＬＥＤ点灯回路３０では、前照灯のハイビーム時に、スイッチＳ１を開いてダイオードＤ１に電流が流れなくすると共に、スイッチＳ２を閉じてトランジスタＱ１のソース・ドレイン間を短絡させることにより、降圧チョッパ回路１１ａの動作を停止させ、前照灯のハイビーム時には昇圧チョッパ回路１１ｂのみを動作させる。

従って、第２実施形態では、前照灯のハイビーム時（昇圧時）において、降圧チョッパ回路１１ａにおけるトランジスタＱ１の電力損失をゼロにすると共に、ダイオードＤ１の電力損失をゼロにすることが可能であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の電圧変換効率を第１実施形態よりも更に向上させることができる。

例えば、前照灯のハイビーム時において、トランジスタＱ１の電力損失が１．５Ｗ、ダイオードＤ１，Ｄ２の電力損失がそれぞれ０．８Ｗ、トランジスタＱ２の電力損失が２．１Ｗの場合、図３に示す従来のＬＥＤ点灯回路１００のＤＣ−ＤＣコンバータ１０１の電力損失は５．２Ｗになるのに対して、第２実施形態のＬＥＤ点灯回路３０のＤＣ−ＤＣコンバータ３１の電力損失は２．９Ｗとなり、第２実施形態の電力損失は従来技術の３／５になる。

加えて、第２実施形態では、トランジスタＱ１の発熱がゼロになると共に、ダイオードＤ１の発熱がゼロになるため、トランジスタＱ１およびダイオードＤ１の発熱による故障を防止するために設ける放熱器（図示略）を、第１実施形態よりも更に小型化できる。
但し、第２実施形態では、スイッチＳ２の設置スペース分だけ装置全体が大型化することに加え、スイッチＳ２の部品コスト分だけＬＥＤ点灯回路３０が高コストになるという欠点がある。

［５］第２実施形態では、前照灯のハイビーム時（昇圧時）において、方形波である制御信号Ｇ１に従ってトランジスタＱ１がオンオフ動作するが、スイッチＳ２を閉じてトランジスタＱ１のソース・ドレイン間が短絡されているため、トランジスタＱ１はオン状態に保持されているのと同じ状態になり実際のスイッチング動作は行わない。
そのため、トランジスタＱ１のスイッチングノイズがゼロになってノイズ発生源が減ることから、ノイズフィルタ１７，１８の構成を簡素化することが可能であり、低コスト化を図ることができる。

［６］第２実施形態では、前照灯のハイビーム時（昇圧時）において、方形波である制御信号Ｇ１に従ってトランジスタＱ１をオンオフ動作させている。
しかし、前照灯のハイビーム時には、スイッチＳ２を閉じてトランジスタＱ１のソース・ドレイン間が短絡されている。
そこで、図６に示すように、制御回路１９は、制御信号Ｇ１をローレベルに固定してトランジスタＱ１をオフ状態に保持させるようにしてもよく、その場合でも前記［４］［５］と同様の作用・効果が得られる。

＜第３実施形態＞
図７に示すように、第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０において、第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０と異なるのは、昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ１１が昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ４１に置き換えられている点だけである。

昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ４１は、降圧チョッパ回路１０１ａと昇圧チョッパ回路４１ｂとを備える。
降圧チョッパ回路１０１ａは、図３に示す従来のＬＥＤ点灯回路１００の降圧チョッパ回路１０１ａと同じである。
昇圧チョッパ回路４１ｂにおいて、第１実施形態の昇圧チョッパ回路１１ｂの構成と異なるのは、スイッチＳ３がダイオードＤ２に並列接続されている点だけである。
スイッチＳ３は機械式の開閉スイッチであり、運転者が操作するロービームとハイビームの切替スイッチ（図示略）と連動して開閉が切り替えられる。

［第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０の動作］
図８（Ａ）に示すように、第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０において、前照灯のロービーム（Ｌｏ）時には、スイッチＳ３が閉じられ、制御回路１９は、制御信号Ｇ３をハイレベルにしてトランジスタＱ３をオン状態にさせると共に、制御信号Ｇ２をローレベルに固定してトランジスタＱ２をオフ状態に保持させ、方形波である制御信号Ｇ１によってトランジスタＱ１のみをスイッチング動作させてＰＷＭ制御する。
すると、第２光源ブロック１５の両端間がオン状態のトランジスタＱ３によって短絡され、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１の出力電圧Ｖoは、直列接続された第１光源ブロック１４および抵抗Ｒに印加され、第１光源ブロック１４のＬＥＤ１６のみが点灯する。

図８（Ａ）に示すように、第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０において、前照灯のハイビーム（Ｈｉ）時には、スイッチＳ３が開かれるため、第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０は、従来のＬＥＤ点灯回路１００と同一構成になり、ＬＥＤ点灯回路４０の動作はＬＥＤ点灯回路１００と同じになる。

［第３実施形態の作用・効果］
第３実施形態によれば、以下の作用・効果を得ることができる。

［７］図８（Ｂ）に示すように、従来のＬＥＤ点灯回路１００では、前照灯のロービーム時にも、ハイビーム時と同様に、降圧チョッパ回路１０１ａと昇圧チョッパ回路１１ｂとを同期動作させる。
そのため、前照灯のロービーム時（降圧時）には、降圧チョッパ回路１０１ａのトランジスタＱ１およびダイオードＤ１が動作するだけでなく、昇圧チョッパ回路１１ｂのトランジスタＱ２およびダイオードＤ２も動作する。

その結果、昇圧チョッパ回路１１ｂのトランジスタＱ２およびダイオードＤ２の電力損失により、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１の電圧変換効率が低下することに加え、トランジスタＱ２およびダイオードＤ２の発熱による故障を防止するために、大型の放熱器が必要となることから、コストが増大するという問題がある。

［８］図８（Ａ）に示すように、第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０では、前照灯のロービーム時に、スイッチＳ３を閉じてダイオードＤ２のアノード・カソード間を短絡し、ダイオードＤ２に電流が流れなくすると共に、トランジスタＱ２をオフ状態に保持させることにより（全オフ状態）、昇圧チョッパ回路４１ｂの動作を停止させ、降圧チョッパ回路１０１ａのみを動作させる。

従って、第３実施形態では、前照灯のロービーム時（降圧時）において、昇圧チョッパ回路４１ｂにおけるトランジスタＱ２の電力損失をゼロにすると共に、ダイオードＤ２の電力損失をゼロにすることが可能であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ４１の電圧変換効率を向上させることができる。
加えて、トランジスタＱ２の発熱がゼロになると共に、ダイオードＤ２の発熱がゼロになるため、トランジスタＱ２およびダイオードＤ２の発熱による故障を防止するために設ける放熱器（図示略）を小型化できる。
その結果、第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０によれば、従来のＬＥＤ点灯回路１００に比べて低コスト化を図ることができる。

［９］第３実施形態では、前照灯のロービーム時（降圧時）において、トランジスタＱ２をオフ状態に保持させるため、トランジスタＱ２のスイッチングノイズがゼロになってノイズ発生源が減ることから、ノイズフィルタ１７，１８の構成を簡素化することが可能であり、低コスト化を図ることができる。

＜別の実施形態＞
本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよく、その場合でも、前記各実施形態と同等もしくはそれ以上の作用・効果を得ることができる。

［Ａ］第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０および第２実施形態のＬＥＤ点灯回路３０において、スイッチＳ１をダイオードＤ１のカソード側に接続してもよい。

［Ｂ］第１実施形態のＬＥＤ点灯回路１０および第２実施形態のＬＥＤ点灯回路３０において、スイッチＳ１を省いてもよく、その場合でも前照灯のハイビーム時におけるトランジスタＱ１の電力損失を低減できる。

［Ｃ］第３実施形態のＬＥＤ点灯回路４０において、スイッチＳ３を省いてもよく、その場合でも前照灯のロービーム時におけるトランジスタＱ２の電力損失を低減できる。

［Ｄ］ＮＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ２を、ＰＭＯＳトランジスタに置き換えてもよく、その他のスイッチング素子（バイポーラトランジスタ、静電誘導型トランジスタ、サイリスタなど）に置き換えてもよい。

［Ｅ］第１光源ブロック１４および第２光源ブロック１５を構成するＬＥＤ１６の個数は、５個に限らず適宜な個数にしてもよい。
また、第１光源ブロック１４を構成するＬＥＤ１６の個数と、第２光源ブロック１５を構成するＬＥＤ１６の個数とを異ならせてもよい。

［Ｆ］スイッチＳ１〜Ｓ３は機械式開閉スイッチではなく、半導体スイッチによって具体化してもよい。

［Ｇ］第１〜第３実施形態は自動車の前照灯に用いられるＬＥＤ点灯回路であるが、テールランプをブレーキランプと兼用した場合に用いられるＬＥＤ点灯回路に適用してもよく、その場合には、前照灯のハイビーム時がブレーキランプ時に相当し、前照灯のロービーム時がテールランプ時に相当する。

［Ｈ］本発明は、自動車に用いられるＬＥＤ点灯回路に限らず、点灯させるＬＥＤの個数を変えることによって明るさを変えるように制御するＬＥＤ点灯回路であればどのようなものに適用してもよい。

［Ｉ］本発明は、直列接続された複数個のＬＥＤを負荷とし、各ＬＥＤに直流電圧を供給する直流電源回路としての昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータに限らず、昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータであれば、どのような負荷に直流電圧を供給する場合にも適用可能である。

［Ｊ］前記各実施形態を適宜組み合わせて実施してもよく、その場合には組み合わせた実施形態の作用・効果を合わせもたせたり、相乗効果を得ることができる。

本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

１０，３０，４０，１００…ＬＥＤ点灯回路
１１…昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ（直流電源回路）
１１ａ，３１ａ，１０１ａ…降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧チョッパ回路）
１１ｂ，４１ｂ…昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータ（昇圧チョッパ回路）
１２…車載バッテリ（直流電圧源）
１３…光源ブロック（負荷）
１４…第１光源ブロック
１５…第２光源ブロック
１６…ＬＥＤ
１７，１８…ノイズフィルタ
１９…制御回路
Ｖin…直流電圧（入力電圧）
Ｖo…出力電圧
Ｒ…抵抗（負荷）
Ｑ１…ＮＭＯＳトランジスタ（第１スイッチング素子）
Ｑ２…ＮＭＯＳトランジスタ（第２スイッチング素子）
Ｑ３…ＮＭＯＳトランジスタ（短絡回路）
Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ
Ｄ１…第１ダイオード
Ｄ２…第２ダイオード
Ｌ…チョークコイル
Ｇ１〜Ｇ３…制御信号
Ｓ１…第２スイッチ
Ｓ２…第１スイッチ
Ｓ３…第３スイッチ

Claims (8)

1. 直流電圧源と負荷との間に、前記直流電圧源の直流電圧を降圧する降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータと、前記直流電圧を昇圧する昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータとが直列接続され、前記直流電圧を昇圧または降圧して生成した出力電圧を前記負荷へ供給する昇降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータを備えた直流電源回路であって、
   前記直流電圧の昇圧時には、前記昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータのみを動作させ、前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる直流電源回路。
2. 前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記直流電圧源から供給された電流をスイッチングする第１スイッチング素子と、
   前記直流電圧源から供給された電流の変化を妨げるように誘導電流を発生させるチョークコイルと、
   前記スイッチング素子のオフ時に前記チョークコイルに還流電流を流す第１ダイオードと
   を備え、
   前記直流電圧の昇圧時には、前記第１スイッチング素子をオン状態に保持させることにより、前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる、請求項１に記載の直流電源回路。
3. 前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記直流電圧源から供給された電流をスイッチングする第１スイッチング素子と、
   前記直流電圧源から供給された電流の変化を妨げるように誘導電流を発生させるチョークコイルと、
   前記スイッチング素子のオフ時に前記チョークコイルに還流電流を流す第１ダイオードと、
   前記第１スイッチング素子に並列接続された第１スイッチと
   を備え、
   前記直流電圧の昇圧時には、前記第１スイッチを閉じて前記第１スイッチング素子を短絡させることにより、前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる、請求項１に記載の直流電源回路。
4. 前記第１ダイオードに直列接続された第２スイッチを備え、
   前記直流電圧の昇圧時には、前記第２スイッチを開くことにより、前記第１ダイオードに電流が流れないようにする、請求項２または請求項３に記載の直流電源回路。
5. 前記直流電圧の降圧時には、前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータのみを動作させ、前記昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の直流電源回路。
6. 前記昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータは、
   前記降圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの前記チョークコイルを共用し、
   前記直流電圧源から供給された電流をスイッチングする第２スイッチング素子と、
   前記直流電圧源に前記誘導電流が逆流するのを防止する第２ダイオードと
   を備え、
   前記直流電圧の降圧時には、前記第２スイッチング素子をオフ状態に保持させることにより、前記昇圧チョッパ方式ＤＣ−ＤＣコンバータの動作を停止させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の直流電源回路。
7. 前記第２ダイオードに並列接続された第３スイッチを備え、
   前記直流電圧の降圧時には、前記第３スイッチを閉じて前記第２ダイオードを短絡させることにより、前記第２ダイオードに電流が流れないようにする、請求項６に記載の直流電源回路。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の直流電源回路を備えるＬＥＤ点灯回路であって、
   前記負荷は、直列接続された複数個のＬＥＤであり、
   前記直流電圧の降圧時には、前記複数個のＬＥＤのうち所定のＬＥＤを短絡させる短絡回路を備えるＬＥＤ点灯回路。

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