JP2008131839A

JP2008131839A - 電源装置

Info

Publication number: JP2008131839A
Application number: JP2006317440A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Murata; 茂村田
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】従来のＬＥＤを光源とする灯具では光量が不足する場合、別に電源を形成し点灯できるＬＥＤの数を追加して必要とされる明るさを確保していたので、明るさの増加に伴い電源の数も増えコストアップは避けられなかった。
【解決手段】本発明により、１つの昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２と、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力から正電位電圧を取り出す少なくとも２段重ねとされた正電源部３と、同じ昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータから負位電圧を取り出す少なくとも２段重ねとされた負電源部４とから成り、最上段の正電源部の出力と、最下段の負電源部の出力との間に負荷を接続することで、１つのコンバータで任意の数の負荷を駆動できることが可能な電源装置とて課題を解決する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、自動車など電源電圧に制限がある環境で、多数のＬＥＤランプを点灯し、照明用など大量の光量を得たいときに適する電源装置の構成に関する関するものであり、従来からこの種の電源装置に用いられている１つの昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを基本として使用し、異常状態の保護、検出などの構成の簡素化を図ることを目的とするものである。

従来のこの種の電源装置９０の構成の例を示すものが図３であり、電源（Ｖ２）から供給された電圧を制御回路８１、コイル８２、ＦＥＴ８３で構成される昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８０で断続を行い、その出力をダイオード８４とコンデンサ８５で構成される整流回路で整流する。

このときにには、抵抗器８６ａと抵抗器８６ｂとでコンデンサ８５に充電される電圧を分圧し、駆動するＬＥＤ６０の直列に接続された数に対応する電圧が出力されるように制御回路８１にフィードバックを行い、所望の明るさが得られる電流が前記ＬＥＤ６０に流れるように、前記ＦＥＴ８３の駆動が行われている。

以上に説明したのが、旧来の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８０による点灯方法であるが、近来では、例えば、ヘッドライトなど照明用にも使用可能とするように、ＬＥＤ６０からの発光に更に大光量が要求されるものとなってきているので、前記昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８０から出力される電圧を、チャージポンプ回路７０のより反転させ、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ８０の出力と、電圧の反転が行われた前記チャージポンプ回路７０との出力の間に、より多数のＬＥＤ６０を直列接続し、より一層の明るさ（約２倍）が得られる回路が提案されている。尚、図中に符号６１で示すものは定電流回路である。
特開２００５−１３６１５７号公報

しかしながら、上記に説明した電源装置９０は、確かに出力電圧は約２倍となり、直列に接続できるＬＥＤの数も約２倍となって、光量も約２倍得られるものとなるが、自動車の電源においては、負荷による電圧の変動も、例えば、１０〜１５Ｖ程度は範囲は予測しておかなければ成らず、よって、１台の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８０に直列に接続できるＬＥＤ６０の数には自ずと限界を生じ、結果として、複数の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８０を用意せざるを得なくなり、光量を増やすほど、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ８０の数も増やさざるを得なくなり、コストアップするという問題点を生じていた。また、チャージポンプ式なので、出力電流を大きくとることができず、出力電圧も限りがあるものとなる。

本発明は、上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、１つの昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータと、該昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力から正電位電圧を取り出す少なくとも２段重ねとされた正電源部と、同じ昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータから負位電圧を取り出す少なくとも２段重ねとされた負電源部とから成り、前記正電源部の出力と、前記負電源部の出力に負荷を接続することで、前記負荷を駆動することを特徴とする電源装置を提供することで、課題を解決するものである。

本発明により、電源装置を１つの昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータと、任意の段数として積み上げられた複数の正電源部、および、任意の段数として積み上げられた負電源部とから成る電源装置として構成したことで、電源に対する効率が低く、かつ、コストアップの要因となるトランスを使用することなく、自由な電圧出力が得られる電源装置の実現を可能として、効率の向上、装置の小型化、コストダウンを可能として課題を解決するものである。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１および図２に符号１で示すものは本発明に係る電源装置であり、図１は構成をブロック図で示し、図２は本発明に要旨の部分を回路図として示すものである。そして、この電源装置１は、大別して１つの昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ部２と、すくなくとも１段の段数として積み上げられた正電源部３、および、負電源部４とから構成されている。

尚、図１、および、図２では、前記正電源部３は、第一正電源部３１と、第二正電源部３２との二段積みとされており、前記負電源部４は、第一負電源部４１と、第二負電源部４２とのそれぞれ２段積みで構成されているものとして示してあるが、本発明は、この積み上げられる段数を限定するものではない。

そして、前記昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２のＧＮＤを基準とした場合、本発明に係る電源装置１においては、正圧方向には正電源部３の第二正電源部３２からの出力と、負方向には負電源部４の第二負電源４２からの出力の間に電圧が出力されるものとなり、この間に負荷部５であるＬＥＤ５ａの適宜数を接続する。

尚、この実施形態では第一正電源部３１は電源Ｖｃｃを基準電圧としているので、第一正電源部３１の出力はスイッチング昇圧電圧（Ｖｏ）＋電源電圧（Ｖｃｃ）とすることができ、電源電圧（Ｖｃｃ）の有効利用ができるとなると共に、スイッチング回路の負担を減らす。また、仮に、負荷５（ＬＥＤ５ａ）に定電流駆動が要求されるときなどには、従来通りにＧＮＤを基準電圧としても良いものである。

尚、本発明の電源装置１においては、正電源部３が少なくとも２段、負電源部４も少なくとも２段が積み重ねられているものであるので、出力される電圧は少なくとも４倍となり、従来の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２に整流回路を負荷したものに比較して、約４倍の電圧の出力が期待できるものとなる。

このことは、負荷５であるＬＥＤ５ａの直列接続数も約４倍の数が接続されるものとなるので、例えば、ジャンクション間で短絡を生じるものなどを生じる確率も高くなるので、例えば、短絡検出回路６の設置が望ましいが、全てのＬＥＤ５ａが直列に接続されている本発明の電源装置１においては、電流は一回路として流れるので、前記短絡検出回路６も１箇所に設ければ良いものとなる。

なお、過電流の検出は、出力に直列接続した抵抗で行う。また、この抵抗を流れる電流を利用して、電流を電圧に変換し定電流制御部７ｂを介して制御回路２にフィードバックし、定電流駆動としている。

上記を図２により更に詳細に説明を行うと、まず、前記昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、電源電圧Ｖｃｃが印加されているコイルＬ１と、スイッチング素子Ｑ１と、前記スイッチング素子Ｑ１を駆動し、必要に応じては保護回路７ａからの信号によりスイッチＳＷを開放し電源電圧Ｖｃｃを遮断する制御回路２１とからで構成されている。

そして、通常の状態では前記スイッチング素子Ｑ１は所定の速度で電源電圧Ｖｃｃを開閉し、インダクタンスＬ１により、前記電源電圧（Ｖｃｃ）よりも高圧となるスイッチング昇圧電圧（Ｖｏ）を発生させる。

このように構成したことで、スイッチングが行われたことによりコイルＬ１に発生するエネルギーは、カップリングコンデンサＣ１を通して、ダイオードポンプ回路を構成するダイオードＤ１、および、ダイオードＤ２を介し、整流用コンデンサＣ２に正電圧を生成する。

ここで、前記でも説明したように本発明では、昇圧効果を高めるために、従来はＧＮＤに接続されていた前記カップリングコンデンサＣ１、ダイオードＤ２、整流用コンデンサＣ２など第一正電源部３１に関する部品は、電源電圧Ｖｃｃを基準電圧とするように、電源電圧Ｖｃｃ側に接続されている。

つぎに、第二正電源部３２の説明を行う。スイッチングされたエネルギーを、カップリングコンデンサＣ５を通して、ダイオードポンプ回路を構成するダイオードＤ５、ダイオードＤ６、および、整流用コンデンサＣ６により正電圧を発生させる。尚、このときには、ダイオードＤ６、および、コンデンサＣ６は、前記第一正電源部３１の出力に接続する。これにより、前記第二正電源部３２の出力電圧は、前記第一正電源部３１の出力を基準とした出力電圧が得られるものとなる。

続いて、負電源部４の説明を行う。スイッチング素子Ｑ１でスイッチングが行われ、発生したエネルギーを、第一負電源部４１である、カップリングコンデンサＣ３を通して、ダイオードポンプ回路を構成するダイオードＤ３、ダイオードＤ４、および、整流用コンデンサＣ４にて負電圧を生成する。

続いて、第二負電源部４２は、スイッチングにより得られたエネルギーを、カップリングコンデンサＣ７を通して、ダイオードポンプ回路を構成するダイオードＤ７，ダイオードＤ８、および、整流用コンデンサＣ８により負電圧を発生させる。そして、正電源部２のときと同様に、ダイオードＤ８と、コンデンサＣ８とを第一負電源部４１の出力に接続する。このようにすることで、第二負電源部４２は、第一負電源部４１を基準とした出力電圧となる。

上記のように構成した正電源部３（第二正電源部３２）と、負電源部４（第二負電源部４２）との間に、例えばＬＥＤ５ａである負荷５を接続することで、正電源部３と負電源部４との差分の電圧を加えることができるものとなり、負荷５である例えば、複数のＬＥＤ５ａを点灯させることが可能となり、ＬＥＤヘッドライトなどの実現が可能となる。

そして、本発明では、このときには電源装置１として１つの昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータと、必要な電圧が得られる数だけ積み重ねた、正電源部３と負電源部４とで構成可能であり、また、正電源部３、負電源部４はコンデンサとダイオードのみで構成可能であるので、それぞれの負荷５（ＬＥＤ５ａ）毎に昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２を取付ける構成に比較して安価に形成可能である。

また、断線検出、短絡検出など負荷５の不具合の検出、および、前記した不具合に対応させる出力電流の調整なども１つの回路で済むものとなり、この面からもコストダウンが可能となる。更には、例えば、複数の昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ２が使用されたことで、各々の制御回路の動作に差異を生じ、フリッカー（チラツキ）を生じるなども防止することができる。

なお、本実施形態では、ヘッドランプ、リアコンビネーションランプ、フォグランプ、ＤＲＬなどの車両用灯具の電源として用いた例で説明を行ったが、これに限らずＬＥＤ街路灯用光源、ＬＥＤ照明灯用光源など様々な電源装置として利用が可能である。

本発明に係る電源装置の構成を示すブロック図である。同じく本発明に係る電源装置の一部を除き構成を示す配線図である。従来例を示す回路図である。

符号の説明

１…電源装置
２…昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ
２１…制御回路
３…正電源部
３１…第一正電源部
３２…第二世電源部
４…負電源部
４１…第一負電源部
４２…第二負電源部
５…負荷
５ａ…ＬＥＤ
６…短絡検出回路
７ａ…保護回路
７ｂ…定電流制御部

Claims

１つの昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータと、該昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力から正電位電圧を取り出す少なくとも２段重ねとされた正電源部と、同じ昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータから負位電圧を取り出す少なくとも２段重ねとされた負電源部とから成り、前記正電源部の出力と、前記負電源部の出力に負荷を接続することで、前記負荷を駆動することを特徴とする電源装置。
負荷に対する断線検出、短絡検出、電流検出は、上記１つとした前記昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータの制御部により行われることを特徴とする請求項１記載の電源装置。