JP2018055779A - 駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電流値制御をエネルギー効率よく行うことができる駆動回路を提供する。【解決手段】駆動回路１は、直流の電源Ｖ１と、電源Ｖ１と負荷である発光ダイオードＬＥＤとの間に直列に挿入されるインダクタＬ１と、発光ダイオードＬＥＤと並列に接続されるスイッチＳＷ１と、制御回路２０とを備える。制御回路２０は、インダクタＬ１と発光ダイオードＬＥＤとの間にあるインダクタＬ１の出力端の電位を第１の電位として取得する第１の電位取得部２１と、第１の電位に基づいて、前記スイッチＳＷ１のオン／オフを制御するスイッチ制御部２４とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動回路に関する。

例えば発光ダイオードといった電流制御型のデバイスのための駆動回路が知られている。例えば特許文献１には、インダクタを用いた昇圧チョッパ回路と降圧チョッパ回路とを含む、発光ダイオードのための駆動回路に係る技術が開示されている。このような回路において、フィードバック制御を行うために、電流値を取得する必要がある。

特開２０１５−４１５１２号公報

一般に、上述のような回路において電流値を取得するためには、発光ダイオードと直列に挿入された抵抗素子の両端の電圧が計測される。しかしながら、この抵抗素子で消費される電力は発光素子を点灯させる電力には寄与しないため、このような抵抗素子の挿入は、回路のエネルギー効率を悪化させる。

本発明は、電流値制御をエネルギー効率よく行うことができる駆動回路を提供することを目的とする。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、駆動回路は、直流電源と、前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるインダクタと、前記インダクタと前記負荷との間に前記負荷と並列に接続されるスイッチング素子と、前記インダクタと前記負荷との間の電位を第１の電位として取得する第１の電位取得部、及び前記第１の電位のみに基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部を有する制御回路とを備える。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、駆動回路は、直流電源と、前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子と入力端で接続し前記負荷と出力端で接続するインダクタと、前記インダクタの前記入力端とカソードが接続するように前記インダクタ及び前記負荷と並列に接続されるダイオードと、前記インダクタの前記入力端の電位を第１の電位として取得する第１の電位取得部、前記インダクタの前記出力端の電位を第２の電位として取得する第２の電位取得部、及び前記第１の電位及び前記第２の電位に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部とを有する制御回路とを備える。

前記目的を果たすため、本発明の一態様によれば、駆動回路は、直流電源と、前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるインダクタと、前記インダクタにエネルギーが蓄積されるように、オン／オフを切り換えるスイッチング素子と、制御回路とを備える駆動回路であって、前記制御回路は、前記インダクタに蓄積されたエネルギーによって前記インダクタに電流が流れる期間を放出期間として取得する放出期間取得部と、前記負荷に流れる電流に係る値が所望の値となるように、前記放出期間に基づいて前記スイッチング素子をオンにする期間である蓄積期間を決定する蓄積期間決定部と、前記蓄積期間に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部とを有する。

本発明によれば、電流値制御をエネルギー効率よく行うことができる駆動回路を提供できる。

図１は、第１の実施形態に係る駆動回路の構成例の概略を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る駆動回路の動作について説明するためのタイミングチャートである。 図３は、第１の実施形態に係る駆動回路の制御回路の動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、第１の実施形態の第１の変形例に係る駆動回路の構成例の概略を示す図である。 図５は、第１の実施形態の第２の変形例に係る駆動回路の構成例の概略を示す図である。 図６は、第２の実施形態に係る駆動回路の構成例の概略を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る駆動回路の動作について説明するためのタイミングチャートである。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る駆動回路は、例えば発光ダイオードといった、電流値を制御する必要があるデバイスを駆動するための駆動回路である。

〈回路構成〉
図１は、本実施形態に係る発光ダイオード（ＬＥＤ）の駆動回路１の構成を示す。駆動回路１は、直流の定電圧源である電源Ｖ１を用いて、発光ダイオードＬＥＤを駆動するための回路である。駆動回路１は、回路部１０と、制御回路２０とを備える。

回路部１０は、昇圧チョッパ回路を含む以下の構成を有する。すなわち、直流の電源Ｖ１のマイナス極は接地され、プラス極は、インダクタＬ１の入力端に接続されている。また、インダクタＬ１に供給される電圧の安定化のため、インダクタＬ１の入力端には、第１のキャパシタＣ１の一端が接続され、第１のキャパシタＣ１の他端は接地されている。インダクタＬ１に供給される電圧の安定性を犠牲にするならば、第１のキャパシタＣ１は、省略することもできる。

インダクタＬ１の出力端には、例えばｎチャネル型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）で構成されるスイッチＳＷ１のドレイン端子が接続され、スイッチＳＷ１のＦＥＴのソース端子は接地されている。このスイッチＳＷ１のＦＥＴのゲート端子は、制御回路２０に接続されている。以上のように回路部１０は、インダクタＬ１とスイッチＳＷ１とを含む昇圧回路を有する。すなわち、回路部１０において、スイッチＳＷ１のオン／オフが切り換えられることにより、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積される。

スイッチＳＷ１のオン／オフは、制御回路２０により制御される。制御回路２０は、例えば集積回路である。制御回路２０は、ＦＥＴのゲート端子の電位を制御する。スイッチＳＷ１のゲート端子と等電位の点を第１の点Ｐ１と称することにする。インダクタＬ１の出力端と等電位の点を第２の点Ｐ２と称することにする。制御回路２０は、第２の点Ｐ２の電位に基づいて、第１の点Ｐ１の電位を制御するため、第２の点Ｐ２は、制御回路２０の入力端子に接続されている。

本実施形態において駆動回路１の負荷であり、駆動回路１によって駆動するデバイスである発光ダイオードＬＥＤのアノードは、インダクタＬ１の出力端に接続され、発光ダイオードＬＥＤのカソードは接地されている。

なお、整流のため、インダクタＬ１の出力端と発光ダイオードＬＥＤのアノードとの間に順方向にダイオードが挿入されてもよい。

〈制御回路の構成〉
本実施形態に係る制御回路２０は、図１に示すように、第１の電位取得部２１、放出期間取得部２２、蓄積期間決定部２３、及びスイッチ制御部２４としての機能を有する。第１の電位取得部２１は、第２の点Ｐ２、すなわち、インダクタＬ１と負荷である発光ダイオードＬＥＤのアノードとの間にあるインダクタＬ１の出力端の電位を第１の電位として取得する。放出期間取得部２２は、第２の点Ｐ２の電位、すなわち第１の電位に基づいて、負荷である発光ダイオードＬＥＤに電流が流れることによって起こるインダクタＬ１による昇圧力の減少に係る期間を放出期間として取得する。蓄積期間決定部２３は、スイッチＳＷ１のオン／オフの周期についての発光ダイオードＬＥＤに流れる電流の平均値が所望の値となるように、放出期間に基づいて、スイッチＳＷ１をオンにする期間である蓄積期間を決定する。スイッチ制御部２４は、蓄積期間に基づいて、スイッチＳＷ１のオン／オフを制御する。

〈駆動回路の動作〉
図２は、本実施形態に係る駆動回路１の動作について説明するためのタイミングチャートである。図２において、１段目の（ａ）は、第１の点Ｐ１の電位、すなわち、スイッチＳＷ１のＦＥＴのゲート電位の変化を示す。２段目の（ｂ）は、第２の点Ｐ２の電位、すなわち、インダクタＬ１の出力端及び発光ダイオードＬＥＤのアノードの電位の変化を示す。３段目の（ｃ）は、スイッチＳＷ１を流れる電流の変化を示す。４段目の（ｄ）は、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流の変化を示す。

制御回路２０は、第１の点Ｐ１の電位を、ハイレベルＨとローレベルＬとに周期的に切り換える。図２に示す例では、第１の点Ｐ１の電位は、時刻ｔ１にローレベルからハイレベルに切り換えられ、時刻ｔ２にハイレベルからローレベルに切り換えられ、時刻ｔ４に再びローレベルからハイレベルに切り換えられている。この第１の点Ｐ１の電位がハイレベルに切り換えられる周期を、周期Ｔとする。また、第１の点Ｐ１の電位がハイレベルである期間は、スイッチＳＷ１がオンになっている期間であり、インダクタＬ１にエネルギーが蓄積されている期間であり、この期間を蓄積期間ｔsonとする。また、第１の点Ｐ１の電位がローレベルである期間は、スイッチＳＷ１がオフになっている期間であり、この期間を期間ｔsoffとする。

上述のように第１の点Ｐ１の電位、すなわち、スイッチＳＷ１のＦＥＴのゲート電位が切り換えられたとき、スイッチＳＷ１を流れる電流は、図２の（ｃ）のようになる。すなわち、第１の点Ｐ１の電位がローレベルである期間ｔsoffにおいて、スイッチＳＷ１を電流は流れない。このときの電流をＩoffとする。第１の点Ｐ１の電位がローレベルからハイレベルに切り換えられると、その後スイッチＳＷ１を流れる電流は徐々に増加する。図２に示す例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までスイッチＳＷ１を流れる電流は徐々に増加し、時刻ｔ２において最大電流Ｉpkとなっている。

一方、このとき、第２の点Ｐ２の電位、すなわち、インダクタＬ１の出力端の電位は、図２の（ｂ）に示すように変化する。すなわち、第１の点Ｐ１の電位がハイレベルである間、スイッチＳＷ１を電流が流れるので、第２の点Ｐ２の電位は極めて低い第３の出力電位Ｖｏ３となる。このとき、図２の（ｄ）に示すように、発光ダイオードＬＥＤを電流は流れない。

第１の点Ｐ１の電位がハイレベルからローレベルに切り換えられると、第２の点Ｐ２の電位は、電源Ｖ１の電圧とスイッチＳＷ１がオンである間にインダクタＬ１に蓄積されたエネルギーによる電圧変化とを合わせた高い第１の出力電位Ｖｏ１となる。このとき、図２の（ｄ）に示すように、発光ダイオードＬＥＤを電流が流れる。発光ダイオードＬＥＤを流れる電流は、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーに係る電流であり、時間経過とともに徐々に小さくなる。すなわち、第１の点Ｐ１の電位がハイレベルからローレベルに切り換えられた時刻ｔ２において、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流は最大電流Ｉpkとなり、この電流は徐々に減少して最終的に発光ダイオードＬＥＤに電流は流れなくなる。このときの電流をＩoffとする。このように、発光ダイオードＬＥＤに電流が流れることによって、インダクタＬ１の昇圧力は徐々に減少する。発光ダイオードＬＥＤに電流が流れなくなる時刻を時刻ｔ３とする。発光ダイオードＬＥＤに電流が流れている期間、すなわち、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間を放出期間ｔlonとする。

図２の（ｂ）に示すように、時刻ｔ３において、第２の点Ｐ２の電位は、第１の出力電位Ｖｏ１と第３の出力電位Ｖｏ３との間の電位であり、電源Ｖ１の出力電圧であるＶinに係る第２の出力電位Ｖｏ２となる。第２の点Ｐ２の電位が第２の出力電位Ｖｏ２になってから、第１の点Ｐ１の電位がハイレベルに切り換えられて第２の点Ｐ２の電位が第３の出力電位Ｖｏ３になるまでの期間、すなわち、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間を待ち時間ｔdとする。

第１の点Ｐ１の電位が周期的に切り換えられることで、上述の動作が繰り返される。

〈駆動回路の動作制御〉
本実施形態に係る制御回路２０は、以下のようにして、発光ダイオードＬＥＤに流れる電流を制御する。

電源Ｖ１の出力電圧をＶinとし、インダクタＬ１のインダクタンスをＬとしたときに、インダクタＬ１に流れる最大電流は、下記式（１）で表される。
Ｉpk＝（Ｖin／Ｌ）×ｔson （１）

このとき、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流の平均値Ｉledは、下記式（２）で表される。
Ｉled＝１／２×（ｔlon／Ｔ）×Ｉpk
＝１／２×（ｔlon／Ｔ）×（Ｖin／Ｌ）×ｔson （２）

周期ＴとスイッチＳＷ１がオンである蓄積期間ｔsonとスイッチＳＷ１がオフである期間ｔsoffとの間には、
Ｔ＝ｔson＋ｔsoff
の関係がある。

また、第１の点Ｐ１の電位をローレベルとしている期間ｔsoffと、発光ダイオードＬＥＤに電流が流れている放出期間ｔlonと、第２の点Ｐ２の電位が第２の出力電位Ｖｏ２になってから第１の点Ｐ１の電位をハイレベルに切り換えるまでの待ち時間ｔdとの間には、
ｔsoff＝ｔlon＋ｔd
の関係がある。したがって、上記式（２）は、下記式（３）のように表される。
Ｉled＝１／２×（ｔlon／（ｔlon＋ｔson＋ｔd））×（Ｖin／Ｌ）×ｔson
（３）

ここで、電源Ｖ１の出力電圧Ｖinは電源Ｖ１の設定によって予め決められており、インダクタＬ１のインダクタンスＬは素子の特性として予め取得されている。また、第２の点Ｐ２の電位が第２の出力電位Ｖｏ２になってから第１の点Ｐ１の電位をハイレベルに切り換えるまでの待ち時間ｔdは、制御回路２０の応答性に応じて予め所定の値に設定される。すなわち、待ち時間ｔdは、制御回路２０がフィードバック制御の処理を行うのに十分な時間として設定される。また、放出期間ｔlonは、第２の点Ｐ２の電位を計測することで取得される。すなわち、第２の点Ｐ２の電位が第１の出力電位Ｖｏ１となっている期間が放出期間ｔlonである。

以上から、スイッチＳＷ１をオンにする蓄積期間ｔsonを調整することで、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流の平均値Ｉledを所望の値とすることができる。ここで、制御回路２０は、第２の点Ｐ２の電位のみに基づいて、スイッチＳＷ１の動作を制御することができる。

各パラメータの一例を示す。例えば、電源Ｖ１の出力電圧Ｖinが3.8 Vであり、発光ダイオードＬＥＤの駆動電圧が6 Vであり、インダクタＬ１のインダクタンスが220μHである場合を考える。待ち時間ｔdを100 nsとしたとき、スイッチＳＷ１をオンにする蓄積期間ｔsonを5μsとすることで、最大電流Ｉpkは、86.36 mAとなり、スイッチＳＷ１をオフにする期間ｔsoffは4.026μsとなる。すなわち、周期Ｔは9.026μsとなる。このとき、調光周波数は約110 kHzとなり、発光ダイオードＬＥＤに流れる平均電流は18.8 mAとなる。人にちらつきを感じさせない調光周波数は、一般的な照明器具で200 Hz以上と言われており、発光ダイオードＬＥＤの応答性が100 ns（1 MHz）であることを考慮すると、上述の値は発光ダイオードＬＥＤの制御において適切な値であるといえる。

〈制御回路による制御〉
本実施形態に係る制御回路２０による制御の一例を図３に示すフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１において、制御回路２０の第１の電位取得部２１は、第２の点Ｐ２の電位を第１の電位として取得する。ステップＳ２において、制御回路２０の放出期間取得部２２は、第１の電位に基づいて、インダクタＬ１に蓄えられたエネルギーが放出されることによって発光ダイオードＬＥＤに電流が流れている放出期間ｔlonを取得する。ステップＳ３において、制御回路２０の蓄積期間決定部２３は、放出期間ｔlonと上記式（３）とを用いて、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流の平均値Ｉledを所望の値とするように、スイッチＳＷ１をオンにする期間である蓄積期間ｔsonを決定する。ステップＳ４において、制御回路２０のスイッチ制御部２４は、蓄積期間に基づいて、スイッチＳＷ１のオン／オフを制御する。ステップＳ５において、制御回路２０は、本処理を終了するか否かを判定する。終了するまで、ステップＳ１乃至ステップＳ５の処理が繰り返される。例えば駆動回路１の電源が切られたとき、本処理は終了する。

〈本駆動回路の特長〉
本実施形態によれば、駆動回路１は、第２の点Ｐ２の電位を取得し、この値のみに基づく演算を行うのみで、発光ダイオードＬＥＤに流れる電流を制御することができる。一般に、電流を制御する場合、電流値を取得することが行われる。ここで、電流値は、一般に、回路中に直列に挿入された抵抗の両端の電位差を取得することで取得される。しかしながら、このように回路中に抵抗が直列に挿入されると、この抵抗で電力が消費される。すなわち、エネルギー損失が生じる。これに対して本実施形態に係る駆動回路１は、エネルギー損失が生じる抵抗が回路中に挿入されていないにも関わらず、電流値の制御を行うことができる。すなわち、この駆動回路１は、省エネルギーでエネルギー効率がよい。

なお、ここでは、駆動回路１が駆動する対象である負荷が発光ダイオードＬＥＤである場合を例に挙げて説明したが、駆動対象はこれに限らない。例えばヒーターなど、流れる電流の平均値等によって電流制御がなされる種々のデバイスを、本実施形態に係る駆動回路１は駆動することができる。

［第１の実施形態の第１の変形例］
第１の実施形態の第１の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本変形例に係る駆動回路１の構成例の概略を図４に示す。この図に示すように、本変形例に係る制御回路２０は、第２の電位取得部２５を有する。第２の電位取得部２５は、電源Ｖ１の出力端の電位であり、インダクタＬ１の入力端の電位である第２の電位を取得する。本変形例では、蓄積期間決定部２３は、上記式（３）のＶinに第２の電位取得部２５が取得した第２の電位を用いて、スイッチＳＷ１をオンにする期間である蓄積期間ｔsonを決定する。

本変形例によれば、インダクタＬ１の入力端の電位であるＶinを用いるので、第１の実施形態の場合よりも精度よく回路の動作を制御することができる。

［第１の実施形態の第２の変形例］
第１の実施形態の第２の変形例について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本変形例に係る駆動回路１の構成例の概略を図５に示す。この図に示すように、本変形例に回路部１０は、第２の点Ｐ２と発光ダイオードＬＥＤのアノードとの間に、第２の点Ｐ２から発光ダイオードＬＥＤのアノードへ向かう方向が順方向となるようにダイオードＤ１が挿入されている。また、ダイオードＤ１のカソードには、第２のキャパシタＣ２の一端が接続され、第２のキャパシタＣ２の他端は接地されている。

本変形例によれば、第２のキャパシタＣ２により、発光ダイオードＬＥＤに供給される電圧が平均化される。本変形例の場合、第２のキャパシタＣ２からインダクタＬ１へと向かう電流が流れないように、ダイオードＤ１が必須となる。また、インダクタＬ１の出力端の電位を計測する必要があるため、第２の点Ｐ２は、ダイオードＤ１のアノード側に設けられる。

［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態について説明する。ここでは、第１の実施形態との相違点について説明し、同一の部分については、同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態に係る駆動回路２は、インダクタを用いた降圧チョッパ回路を含む。

〈回路構成〉
図６は、本実施形態に係る発光ダイオードＬＥＤの駆動回路２の構成を示す。駆動回路２は、直流の電源Ｖ１の出力で、発光ダイオードＬＥＤを駆動するための駆動回路である。駆動回路２は、回路部３０と、制御回路４０とを備える。

回路部３０は、降圧チョッパ回路を含む以下の構成を有する。すなわち、直流の電源Ｖ１のマイナス極は接地され、プラス極は、ｐチャネル型のＦＥＴで構成されるスイッチＳＷ２を介してインダクタＬ２に接続されている。より詳細には、電源Ｖ１のプラス極は、スイッチＳＷ２のＦＥＴのソース端子に接続され、ＦＥＴのドレイン端子は、インダクタＬ２の入力端に接続されている。スイッチＳＷ２のＦＥＴのゲート端子は、制御回路４０に接続されており、スイッチＳＷ２のオン／オフは、制御回路４０によって制御される。

また、第１の実施形態に係る駆動回路１と同様に、インダクタＬ２に供給される電圧の安定化のため、スイッチＳＷ２のＦＥＴのソース端子には、第１のキャパシタＣ１の一端が接続され、第１のキャパシタＣ１の他端は接地されている。また、インダクタＬ２の入力端にはダイオードＤ２のカソードが接続されており、ダイオードＤ２のアノードは接地されている。

このように、回路部３０は、スイッチＳＷ２とダイオードＤ２とインダクタＬ２とを含む降圧回路を有する。この降圧回路においても、スイッチＳＷ２のオン／オフが切り換えられることにより、インダクタＬ２にはエネルギーが蓄積される。

インダクタＬ２の出力端には、駆動対象である発光ダイオードＬＥＤのアノードが接続されており、発光ダイオードＬＥＤのカソードは、接地されている。

スイッチＳＷ２のゲート端子と等電位の点を第１の点Ｐ１と称することにする。インダクタＬ２の入力端と等電位の点を第２の点Ｐ２と称することにする。インダクタＬ２の出力端と等電位の点を第３の点Ｐ３と称することにする。スイッチＳＷ２のソース端子と等電位の点を第４の点Ｐ４と称することにする。

制御回路４０は、第２の点Ｐ２、第３の点Ｐ３及び第４の点Ｐ４の電位に基づいて、第１の点Ｐ１の電位を制御するため、第２の点Ｐ２、第３の点Ｐ３及び第４の点Ｐ４は、制御回路４０の入力端子に接続されている。

〈制御回路の構成〉
本実施形態に係る制御回路４０は、図６に示すように、第１の電位取得部４１、第２の電位取得部４２、第３の電位取得部４３、放出期間取得部４４、蓄積期間決定部４５、及びスイッチ制御部４６としての機能を有する。第１の電位取得部４１は、第２の点Ｐ２、すなわち、インダクタＬ２の入力端の電位を第１の電位として取得する。第２の電位取得部４２は、インダクタＬ２の出力端の電位を第２の電位として取得する。第３の電位取得部４３は、電源Ｖ１とスイッチＳＷ２との間の電位を第３の電位として取得する。スイッチＳＷ２がオンであるとき、第３の電位は第１の電位とほぼ等電位になる。放出期間取得部４４は、第１の電位、第２の電位及び第３の電位に基づいて、ダイオードＤ２及びインダクタＬ２を電流が流れる期間を放出期間として取得する。蓄積期間決定部４５は、スイッチＳＷ２のオン／オフの周期についての発光ダイオードＬＥＤに流れる電流の平均値が所望の値となるように、放出期間に基づいて、スイッチＳＷ２をオンにする期間である蓄積期間を決定する。スイッチ制御部４６は、蓄積期間に基づいて、スイッチＳＷ２のオン／オフを制御する。なお、電源Ｖ１の出力電位が安定しているときは、第１の実施形態の場合と同様に第４の点Ｐ４に係る第３の電位を用いずに処理が行われてもよい。

〈駆動回路の動作〉
図７は、本実施形態に係る駆動回路２の動作について説明するためのタイミングチャートである。図７において、１段目の（ａ）は、第１の点Ｐ１の電位、すなわち、スイッチＳＷ２のＦＥＴのゲート電位の変化を示す。２段目の（ｂ）は、第２の点Ｐ２の電位、すなわち、インダクタＬ２の入力端の電位の変化を示す。３段目の（ｃ）は、スイッチＳＷ２を流れる電流の変化を示す。４段目の（ｄ）は、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流の変化を示す。

制御回路２０は、第１の点Ｐ１の電位を、ローレベルＬとハイレベルＨとに周期的に切り換える。図２に示す例では、第１の点Ｐ１の電位は、時刻ｔ１にハイレベルからローレベルに切り換えられ、時刻ｔ２にローレベルからハイレベルに切り換えられ、時刻ｔ４に再びローレベルからハイレベルに切り換えられている。この第１の点Ｐ１の電位がハイレベルに切り換えられる周期を、周期Ｔとする。また、第１の点Ｐ１の電位がローレベルである期間は、スイッチＳＷ２がオンになっている期間であり、インダクタＬ２にエネルギーが蓄積されている期間であり、この期間を蓄積期間ｔsonとする。また、第１の点Ｐ１の電位がハイレベルである期間は、スイッチＳＷ２がオフになっている期間であり、この期間を期間ｔsoffとする。

上述のように第１の点Ｐ１の電位、すなわち、スイッチＳＷ２のＦＥＴのゲート電位が切り換えられたとき、スイッチＳＷ２を流れる電流は、図７の（ｃ）のようになる。すなわち、第１の点Ｐ１の電位がハイレベルである期間ｔsoffにおいて、スイッチＳＷ２を電流は流れない。このときの電流をＩoffとする。第１の点Ｐ１の電位がハイレベルからローレベルに切り換えられると、その後スイッチＳＷ２を流れる電流は徐々に増加する。図７に示す例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２までスイッチＳＷ２を流れる電流は徐々に増加し、時刻ｔ２において最大電流Ｉpkとなっている。

一方、このとき、第２の点Ｐ２の電位、すなわち、インダクタＬ２の入力端の電位は、図７の（ｂ）に示すように変化する。すなわち、第１の点Ｐ１の電位がローレベルである間、スイッチＳＷ２を電流が流れるので、第２の点Ｐ２の電位は高い第１の出力電位Ｖｏ１となる。このとき、図７の（ｄ）に示すように、発光ダイオードＬＥＤに電流が流れ、この電流は時間経過とともに大きくなる。このとき、インダクタＬ２に電流が流れ、インダクタＬ２にはエネルギーが蓄積される。

第１の点Ｐ１の電位がローレベルからハイレベルに切り換えられると、スイッチＳＷ２はオフとなり、インダクタＬ２に蓄積されたエネルギーが放出され、ダイオードＤ２を通してＬＥＤに電流が流れる。このとき、第２の点Ｐ２の電位は、ダイオードＤ２の順電圧ＶＦ分だけマイナスの第３の出力電位Ｖｏ３になる。このとき、図２の（ｄ）に示すように、発光ダイオードＬＥＤを電流が流れる。発光ダイオードＬＥＤを流れる電流は、インダクタＬ２に蓄えられたエネルギーに係る電流であり、時間経過とともに徐々に小さくなる。すなわち、第１の点Ｐ１の電位がローレベルからハイレベルに切り換えられた時刻ｔ２において、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流は最大電流Ｉpkとなり、この電流は徐々に減少して最終的に発光ダイオードＬＥＤに電流は流れなくなる。このときの電流をＩoffとする。このように、発光ダイオードＬＥＤに電流が流れることによって、インダクタＬ２に蓄積されたエネルギーは徐々に減少する。発光ダイオードＬＥＤに電流が流れなくなる時刻を時刻ｔ３とする。発光ダイオードＬＥＤに電流が流れている期間、すなわち、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間を放出期間ｔlonとする。

インダクタＬ２に蓄積されたエネルギーの放出が終わると、第２の点Ｐ２の電位はマイナス電位からプラス電位に反転する。制御回路４０は第２の点Ｐ２の電位を監視し、第２の点Ｐ２の電位がマイナス電位からプラス電位に反転したことを検出することで、時刻ｔ３と特定する。制御回路４０は、第２の点Ｐ２の電位がマイナス電位からプラス電位に反転してから、待ち時間ｔｄ後に再び第１の点Ｐ１の電位をローレベルにしてスイッチＳＷ２をオンにし、次のサイクルを開始する。第１の点Ｐ１の電位が周期的に切り換えられることで、上述の動作が繰り返される。

〈駆動回路の動作制御〉
本実施形態に係る制御回路４０は、以下のようにして、発光ダイオードＬＥＤに流れる電流を制御する。

インダクタＬ２の入力端の電位をＶinとし、インダクタＬ２の出力端の電位をＶoutとし、インダクタＬ２のインダクタンスをＬとしたときに、インダクタＬ２に流れる最大電流は、下記式（４）で表される。
Ｉpk＝（（Ｖin−Ｖout）／Ｌ）×ｔson （４）

このとき、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流の平均値Ｉledは、下記式（５）で表される。
Ｉled＝１／２×（（ｔson＋ｔlon）／Ｔ）×Ｉpk
＝１／２×（（ｔson＋ｔlon）／Ｔ）×（（Ｖin−Ｖout）／Ｌ）×ｔson
（５）
ここで、Ｔ＝ｔson＋ｔlon＋ｔdである。

インダクタＬ２のインダクタンスＬは素子の特性として予め取得されている。また、待ち時間ｔdは、制御回路４０の応答性に応じて予め所定の値に設定される。また、インダクタＬ２の入力端の電位であるＶinは第２の点Ｐ２又は第４の点Ｐ４の電位を第１の電位として計測することで取得される。インダクタＬ２の出力端の電位Ｖoutは、第３の点Ｐ３の電位を第２の電位として計測することで取得される。また、放出期間ｔlonは、第２の点Ｐ２の電位を計測することで取得される。

以上から、スイッチＳＷ２をオンにする蓄積期間ｔsonを調整することで、発光ダイオードＬＥＤを流れる電流の平均値Ｉledを所望の値とすることができる。

〈制御回路による制御〉
本実施形態においても図３を参照して説明した動作と同様に、制御回路４０は動作し得る。本実施形態では、少なくとも第２の点Ｐ２に係る第１の電位と第３の点Ｐ３に係る第２の電位とが取得され、用いられる。

なお、スイッチＳＷ２がオンであるとき第４の点Ｐ４の第３の電位と第２の点Ｐ２の第１の電位とは等電位であるので、スイッチＳＷ２がオンになった時の第２の点Ｐ２の電位が取得されれば、得られる第１の電位がインダクタＬ２の入力端の電位であるＶinとして用いられ得る。この場合、本制御において第４の点Ｐ４の電位の取得は不要となる。一方で、第４の点Ｐ４の電位は、スイッチＳＷ２のオン／オフに関わらず常に取得され得るので、第４の点Ｐ４の電位がインダクタＬ２の入力端の電位であるＶinとして用いられてもよい。

〈本駆動回路の特長〉
本実施形態によれば、駆動回路２は、第２の点Ｐ２の電位及び第３の点Ｐ３の電位、並びに必要に応じて第４の点Ｐ４の電位を取得し、これらの値に基づく演算を行うのみで、発光ダイオードＬＥＤに流れる電流を制御することができる。このように第１の実施形態に係る駆動回路１と同様に、本実施形態に係る駆動回路２は、エネルギー損失が生じる抵抗が回路中に挿入されていないにも関わらず、電流値の制御を行うことができ、この駆動回路２は、省エネルギーで効率がよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても、発明が解決しようとする課題の欄で述べられた課題が解決でき、かつ、発明の効果が得られる場合には、この構成要素が削除された構成も発明として抽出され得る。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
直流電源と、
前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるインダクタと、
前記インダクタと前記負荷との間に前記負荷と並列に接続されるスイッチング素子と、
前記インダクタと前記負荷との間の電位を第１の電位として取得する第１の電位取得部、及び前記第１の電位のみに基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部を有する制御回路と
を備える駆動回路。
［２］
前記制御回路は、
前記第１の電位に基づいて、前記負荷に電流が流れることによって起こる前記インダクタによる昇圧力の減少に係る期間を放出期間として取得する放出期間取得部と、
前記負荷に流れる電流に係る値が所望の値となるように、前記放出期間に基づいて、前記スイッチング素子をオンにする期間である蓄積期間を決定する蓄積期間決定部と
をさらに有し、
前記スイッチ制御部は、前記蓄積期間に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する、
［１］に記載の駆動回路。
［３］
前記制御回路は、前記直流電源と前記インダクタとの間にある前記インダクタの入力端の電位を第２の電位として取得する第２の電位取得部をさらに有し、
前記蓄積期間決定部は、さらに前記第２の電位を用いて前記蓄積期間を決定する、
［２］に記載の駆動回路。
［４］
前記放出期間取得部は、前記インダクタによる昇圧力がなくなるまでの期間を前記放出期間として取得する、［２］又は［３］に記載の駆動回路。
［５］
直流電源と、
前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子と入力端で接続し前記負荷と出力端で接続するインダクタと、
前記インダクタの前記入力端とカソードが接続するように前記インダクタ及び前記負荷と並列に接続されるダイオードと、
前記インダクタの前記入力端の電位を第１の電位として取得する第１の電位取得部、前記インダクタの前記出力端の電位を第２の電位として取得する第２の電位取得部、及び前記第１の電位及び前記第２の電位に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部とを有する制御回路と
を備える駆動回路。
［６］
前記制御回路は、
前記第１の電位及び第２の電位に基づいて、前記ダイオード及び前記インダクタを電流が流れる期間を放出期間として取得する放出期間取得部と、
前記負荷に流れる電流に係る値が所望の値となるように、前記放出期間に基づいて、前記スイッチング素子をオンにする期間である蓄積期間を決定する蓄積期間決定部と
をさらに有し、
前記スイッチ制御部は、前記蓄積期間に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する、
［５］に記載の駆動回路。
［７］
直流電源と、
前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるインダクタと、
前記インダクタにエネルギーが蓄積されるように、オン／オフを切り換えるスイッチング素子と、
制御回路と
を備える駆動回路であって、
前記制御回路は、
前記インダクタに蓄積されたエネルギーによって前記インダクタに電流が流れる期間を放出期間として取得する放出期間取得部と、
前記負荷に流れる電流に係る値が所望の値となるように、前記放出期間に基づいて前記スイッチング素子をオンにする期間である蓄積期間を決定する蓄積期間決定部と、
前記蓄積期間に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部とを有する、
駆動回路。

１…駆動回路、２…駆動回路、１０…回路部、２０…制御回路、２１…第１の電位取得部、２２…放出期間取得部、２３…蓄積期間決定部、２４…スイッチ制御部、２５…第２の電位取得部、３０…回路部、４０…制御回路、４１…第１の電位取得部、４２…第２の電位取得部、４３…第３の電位取得部、４４…放出期間取得部、４５…蓄積期間決定部、４６…スイッチ制御部、Ｃ１…第１のキャパシタ、Ｃ２…第２のキャパシタ、Ｄ１…ダイオード、Ｄ２…ダイオード、Ｌ１…インダクタ、Ｌ２…インダクタ、ＬＥＤ…発光ダイオード、ＳＷ１…スイッチ、ＳＷ２…スイッチ。

Claims (7)

1. 直流電源と、
   前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるインダクタと、
   前記インダクタと前記負荷との間に前記負荷と並列に接続されるスイッチング素子と、
   前記インダクタと前記負荷との間の電位を第１の電位として取得する第１の電位取得部、及び前記第１の電位のみに基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部を有する制御回路と
   を備える駆動回路。
2. 前記制御回路は、
   前記第１の電位に基づいて、前記負荷に電流が流れることによって起こる前記インダクタによる昇圧力の減少に係る期間を放出期間として取得する放出期間取得部と、
   前記負荷に流れる電流に係る値が所望の値となるように、前記放出期間に基づいて、前記スイッチング素子をオンにする期間である蓄積期間を決定する蓄積期間決定部と
   をさらに有し、
   前記スイッチ制御部は、前記蓄積期間に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する、
   請求項１に記載の駆動回路。
3. 前記制御回路は、前記直流電源と前記インダクタとの間にある前記インダクタの入力端の電位を第２の電位として取得する第２の電位取得部をさらに有し、
   前記蓄積期間決定部は、さらに前記第２の電位を用いて前記蓄積期間を決定する、
   請求項２に記載の駆動回路。
4. 前記放出期間取得部は、前記インダクタによる昇圧力がなくなるまでの期間を前記放出期間として取得する、請求項２又は３に記載の駆動回路。
5. 直流電源と、
   前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子と入力端で接続し前記負荷と出力端で接続するインダクタと、
   前記インダクタの前記入力端とカソードが接続するように前記インダクタ及び前記負荷と並列に接続されるダイオードと、
   前記インダクタの前記入力端の電位を第１の電位として取得する第１の電位取得部、前記インダクタの前記出力端の電位を第２の電位として取得する第２の電位取得部、及び前記第１の電位及び前記第２の電位に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部とを有する制御回路と
   を備える駆動回路。
6. 前記制御回路は、
   前記第１の電位及び第２の電位に基づいて、前記ダイオード及び前記インダクタを電流が流れる期間を放出期間として取得する放出期間取得部と、
   前記負荷に流れる電流に係る値が所望の値となるように、前記放出期間に基づいて、前記スイッチング素子をオンにする期間である蓄積期間を決定する蓄積期間決定部と
   をさらに有し、
   前記スイッチ制御部は、前記蓄積期間に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御する、
   請求項５に記載の駆動回路。
7. 直流電源と、
   前記直流電源と負荷との間に直列に挿入されるインダクタと、
   前記インダクタにエネルギーが蓄積されるように、オン／オフを切り換えるスイッチング素子と、
   制御回路と
   を備える駆動回路であって、
   前記制御回路は、
   前記インダクタに蓄積されたエネルギーによって前記インダクタに電流が流れる期間を放出期間として取得する放出期間取得部と、
   前記負荷に流れる電流に係る値が所望の値となるように、前記放出期間に基づいて前記スイッチング素子をオンにする期間である蓄積期間を決定する蓄積期間決定部と、
   前記蓄積期間に基づいて、前記スイッチング素子のオン／オフを制御するスイッチ制御部とを有する、
   駆動回路。