JP2009117121A - Ｌｅｄ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤをＰＷＭ駆動する際に電源電圧変動時間にかかわらずＬＥＤの発光輝度を一定化できるＬＥＤ駆動回路を提供する。
【解決手段】デューティ比設定部２０は、デジタル変換値Ｄａに基づいて電圧ＶBATに応じたデューティ比Ｄonを設定する。変動時間計測部１６は、デジタル変換値Ｄａに基づいて電圧ＶBATの最大値と最小値との間の時間ΔＴを計測する。周期設定部２１は、設定したＰＷＭ周期Ｔｄが変動時間ΔＴと一致する場合にはＰＷＭ周期Ｔｄの値を変更する。駆動信号生成部２２は、デューティ比ＤonおよびＰＷＭ周期Ｔｄを持つ駆動信号Ｓｄを生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、直流電源の電源電圧に応じたデューティ比でＬＥＤをＰＷＭ駆動するＬＥＤ駆動回路に関する。

特許文献１には、携帯電話機のイルミネーション用ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の駆動制御方法が記載されており、特許文献２には、液晶ディスプレイ内のＬＥＤのＰＷＭ駆動方法が記載されている。これらの構成においては、電源電圧が変動した場合、その電圧変動に応じて駆動電流も変動してＬＥＤの発光輝度が変化してしまう問題がある。この対策として、変動する可能性のある電源電圧を定電圧回路により変動の小さい定電圧に変換し、この定電圧を印加してＬＥＤに駆動電流を供給するということが行われている。しかし、この場合、定電圧回路を設ける必要があるため、回路規模が増大してしまう。

そこで、駆動電流の供給経路に直列に挿入されたスイッチング素子をＰＷＭ駆動し、電源電圧変動による駆動電流の変動を抑制する構成が考えられている。図７は、このような構成のＬＥＤ駆動回路の一例を示している。図７に示すＬＥＤ駆動回路１は、トランジスタＴ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ６および半導体集積回路２から構成されており、バッテリなどの直流電源３から電源線５およびグランド線６を介してＬＥＤ４に駆動電流Ｉｄを供給するようになっている。電源線５とグランド線６との間には、抵抗Ｒ１、ＬＥＤ４およびトランジスタＴ１が直列に接続されている。トランジスタＴ１のベース・エミッタ間には抵抗Ｒ２が接続されている。

半導体集積回路２は、Ａ／Ｄ変換機能およびトランジスタＴ１をＰＷＭ駆動するための駆動信号を生成する機能を備えている。半導体集積回路２のＡ／Ｄ入力端子には、直流電源３の電圧ＶBATを抵抗Ｒ３、Ｒ４により分圧した電圧Ｖdetが抵抗Ｒ５を介して入力される。半導体集積回路２は、電圧ＶdetをＡ／Ｄ変換して得られるデジタル変換値に基づいて電圧ＶBATに応じたデューティ比を持つ駆動信号Ｓｄを生成する。

この駆動信号Ｓｄは、ＰＷＭ出力端子から抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴ１のベースに与えられる。駆動信号Ｓｄのデューティ比は、電圧ＶBATが高い場合には小さく設定され、電圧ＶBATが低い場合には大きく設定される。これにより、電圧ＶBATが変動した場合でも駆動電流Ｉｄの変動が抑制され、ＬＥＤ４の発光輝度が一定に保たれるようになっている。
特開２００４−０７２２１２号公報 特開２００５−１７３５２３号公報

ところで、電圧ＶBATは、直流電源３に接続されている他の回路の負荷状況に応じて様々な周期で変動する。このため、電圧ＶBATの最大値と最小値との間の時間（変動時間）が駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期と近似することも考えられる。図８は、上記変動時間と駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期とが一致した場合の電圧ＶBATおよび駆動信号Ｓｄの波形例を示している。なお、図８における上向きの矢印は、半導体集積回路２においてＡ／Ｄ変換を行うタイミングを示している。また、電圧ＶBATの電圧値は、Ｖtypを中心値として最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの間で周期的に変動するようになっている。

半導体集積回路２は、図８の時刻ｔ０〜ｔ５、…のそれぞれにおいて矢印のタイミングでＡ／Ｄ変換を行い電圧ＶBATの電圧値を検出している。これに対し、駆動信号Ｓｄを出力するタイミング、つまり駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期の開始点は、時刻ｔ１、ｔ３、ｔ５、…となっている。従って、電圧ＶBATの変動に応じて駆動信号Ｓｄのデューティ比を変更する場合、このデューティ比の変更が反映された駆動信号Ｓｄが出力されるタイミングは、電圧ＶBATの電圧値を検出したタイミングよりも遅れることになる。

すなわち、図８の時刻ｔ０において、Ａ／Ｄ変換により検出された電圧ＶBATの電圧値は最大値Ｖmaxである。半導体集積回路２は、これに応じて駆動信号Ｓｄのデューティ比を小さく変更する。このデューティ比の変更は、駆動信号Ｓｄにおいて時刻ｔ１を開始とするＰＷＭ周期で反映される。しかし、このデューティ比を小さく変更した駆動信号Ｓｄが出力される期間（時刻ｔ１〜ｔ３）の電圧ＶBATは、中心値Ｖtypより低くなっている。つまり、電圧ＶBATが低下しているにもかかわらず、トランジスタＴ１の通電時間を短くしているため、この期間（時刻ｔ１〜ｔ３）におけるＬＥＤ４の発光輝度は通常よりも低くなってしまう。

また、時刻ｔ２において、Ａ／Ｄ変換により検出された電圧ＶBATの電圧値は最小値Ｖminであるため、半導体集積回路２は、駆動信号Ｓｄのデューティ比を大きく変更する。しかし、このデューティ比を大きく変更した駆動信号Ｓｄが出力される期間（時刻ｔ３〜ｔ５）の電圧ＶBATは、中心値Ｖtypより高くなっている。つまり、電圧ＶBATが上昇しているにもかかわらず、トランジスタＴ１の通電時間を長くしているため、この期間（時刻ｔ３〜ｔ５）におけるＬＥＤ４の発光輝度は通常よりも高くなってしまう。

このように、半導体集積回路２において、電圧ＶBATの検出タイミングに対し、駆動信号Ｓｄのデューティ比の変更タイミングが遅れる。このため、直流電源３の電圧ＶBATの変動時間と駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期とが一致した場合にはＬＥＤ４の発光輝度を調整するためのＰＷＭ駆動が逆効果となる。その結果、ＬＥＤ４のちらつきや明滅動作といった問題が生じてしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤをＰＷＭ駆動する際に電源電圧変動時間にかかわらずＬＥＤの発光輝度を一定化できるＬＥＤ駆動回路を提供することにある。

請求項１記載の手段によれば、電圧検出回路が直流電源の電源電圧をＡ／Ｄ変換して検出し、ＰＷＭ駆動回路が電圧検出回路から出力されるデジタル変換値に基づいて電源電圧に応じたデューティ比を持つ駆動信号を生成する。このため、電源電圧の変動に応じて駆動信号のデューティ比を変更する場合には、従来技術と同様にデューティ比の変更タイミングの遅れが生じる場合がある。しかし、変動時間計測手段が電源電圧の最大値と最小値との間の時間である電源電圧変動時間を計測し、ＰＷＭ駆動回路が電源電圧変動時間と駆動信号の周期（ＰＷＭ周期）とが一致する場合には駆動信号のＰＷＭ周期を変更する。従って、ＰＷＭ駆動回路は、電源電圧の変動時間とは異なるＰＷＭ周期の駆動信号によりスイッチング素子をオンオフし、ＬＥＤに供給される駆動電流の通断電を行う。このため、電源電圧の変動に基づく駆動電流の変動を抑えることができ、ＬＥＤの発光輝度の変動を抑制できる。

請求項２記載の手段によれば、ＰＷＭ駆動回路は、駆動信号のＰＷＭ周期の開始直近におけるデジタル変換値に基づいて駆動信号のデューティ比を設定する。これにより、電源電圧の検出タイミングに対するデューティ比の変更タイミングの遅れを最小限にとどめることができ、電源電圧の変動に素早く追従してスイッチング素子の通断電を制御することが可能となる。従って、電源電圧の変動によるＬＥＤの発光輝度の変動を一層抑制できる。

請求項３記載の手段によれば、ＰＷＭ駆動回路は、電源電圧変動時間が駆動信号の周期と一致する場合には駆動信号の周期を電源電圧変動時間より短い周期に設定する。これにより、ＬＥＤのフリッカの発生を防止することができる。

請求項４記載の手段によれば、変動時間計測手段は、電源電圧の平均値に対応するデジタル変換値よりも大きい第１のしきい値および小さい第２のしきい値を設定し、これらしきい値に基づいて最大値と最小値を求める。この場合、平均値を算出する間隔に対応する周波数よりも低い周波数成分の電源電圧については、その都度の第１および第２のしきい値を適正に設定できる。従って、電源電圧の低域成分（または直流成分）の電圧値が、例えばＬＥＤ駆動回路を起動する度に大きく異なるような場合でも、その都度、電源電圧の平均値を求めることにより、確実に電源電圧変動時間を計測できる。

請求項５記載の手段によれば、変動時間計測手段は、第１のしきい値より大きいデジタル変換値が連続する場合、これら連続するデジタル変換値のうち最も大きい値を最大値とする。また、第２のしきい値より小さいデジタル変換値が連続する場合にも、最大値の場合と同様にして最小値を求める。これにより、電源電圧の変動幅が一定でない場合でも、確実に最大値と最小値とを求め、電源電圧変動時間を計測できる。

請求項６記載の手段によれば、ＰＷＭ駆動回路は、最大値と最小値との差が所定値以上であることを条件として駆動信号の周期の変更制御を実行する。ＬＥＤは、その種類に応じて駆動電流の変動に対する発光輝度の変動量が異なる。従って、駆動対象とするＬＥＤの種類に合わせて、発光輝度の変動が問題となる場合にのみ駆動信号の周期の変更制御を実行するように上記所定値を設定すれば、問題となるレベルの発光輝度の変動を確実に抑制できる。また、問題とならないレベルの発光輝度の変動に対しては、上記周期の変更制御を実行しないので、その分ＰＷＭ駆動回路の動作内容を簡単化することができる。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図６を参照しながら説明する。
図１は、ＬＥＤ駆動回路の構成図であり、従来技術における図７と同一部分には同一符号を付している。図１に示すＬＥＤ駆動回路１１は、車載用のＥＣＵ（図示せず）に搭載されるものであり、半導体集積回路１２、ＮＰＮ形のトランジスタＴ１（スイッチング素子に相当）および抵抗Ｒ１〜Ｒ６から構成されている。

直流電源３は、例えば車載用のバッテリであり、その両端は電源線５およびグランド線６に接続されている。電源線５とグランド線６との間には、抵抗Ｒ１、ＬＥＤ４およびトランジスタＴ１が直列に接続されている。トランジスタＴ１のベース・エミッタ間には、抵抗Ｒ２が接続されている。直流電源３は、ＬＥＤ駆動回路１１が搭載されるＥＣＵに設けられた他の負荷回路１３や上記ＥＣＵとは別のＥＣＵ１４などへの電源供給も行うようになっている。

半導体集積回路１２は、Ａ／Ｄ変換器１５、変動時間計測部１６、ＰＷＭ駆動回路１７、入力端子１８および出力端子１９を備えている。Ａ／Ｄ変換器１５のアナログ入力端子には、直流電源３の電圧ＶBAT（電源電圧）を抵抗Ｒ３、Ｒ４により分圧した電圧Ｖdetが抵抗Ｒ５および入力端子１８を介して入力される。Ａ／Ｄ変換器１５は、電圧ＶdetをＡ／Ｄ変換し、そのデジタル変換値Ｄａを電圧ＶBATの検出値として出力する。なお、本実施形態では、抵抗Ｒ３、Ｒ４およびＡ／Ｄ変換器１５が電圧検出回路として機能する。

変動時間計測部１６（変動時間計測手段に相当）は、タイマおよびメモリ（何れも図示せず）を備えている。変動時間計測部１６は、Ａ／Ｄ変換器１５から与えられるデジタル変換値Ｄａを、タイマにより測定した時間を示すデータＤｔ（カウント値）と対応付けてメモリに保存することが可能となっている。変動時間計測部１６には、図示しない制御回路から変動基準幅Ｖαおよび変動基準幅Ｖβが与えられている。

変動基準幅ＶαおよびＶβは、後述する電圧ＶBATの最大値Ｖmaxおよび最小値Ｖminを求めるために用いられるものであり、駆動対象とするＬＥＤ４の特性に応じた値に設定されている。変動時間計測部１６は、メモリに保存されたデジタル変換値Ｄａに基づいて電圧ＶBATの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの間の時間ΔＴ（電源電圧変動時間）を計測し、その変動時間ΔＴをＰＷＭ駆動回路１７に出力する。

ＰＷＭ駆動回路１７は、駆動信号ＳｄによりトランジスタＴ１をＰＷＭ駆動するものであり、デューティ比設定部２０、周期設定部２１および駆動信号生成部２２から構成されている。デューティ比設定部２０は、Ａ／Ｄ変換器１５から出力されるデジタル変換値Ｄａに基づいて電圧ＶBATに応じた駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄon（本実施形態におけるデューティ比Ｄonは、トランジスタＴ１をオンさせる期間を示す）を以下のとおり設定する。すなわち、電圧ＶBATが高い場合にはデューティ比Ｄonを小さく設定し、電圧ＶBATが低い場合にはデューティ比Ｄonを大きく設定する。

周期設定部２１は、図示しない制御回路から与えられる指令値Ｓｔに基づいて駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄの初期値を設定する。ＰＷＭ周期Ｔｄは、ＬＥＤ４の点滅が人の目に見えてしまう値（例えば１０ｍｓを超える値）にはできない。また、ＬＥＤ４の動作がトランジスタＴ１のスイッチング動作に追従できないような値（例えば２ｍｓ未満）にもできない。本実施形態におけるＰＷＭ周期Ｔｄの初期値は、上記理由により制限される範囲内の値、例えば４ｍｓ（２５０Ｈｚ）に設定されている。また、周期設定部２１は、設定したＰＷＭ周期Ｔｄが変動時間計測部１６から出力される変動時間ΔＴと一致する場合には、駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄの値を上記した制限範囲（１０ｍｓ（１００Ｈｚ）〜２ｍｓ（５００Ｈｚ））内で変更する制御を行う。

駆動信号生成部２２は、デューティ比設定部２０により設定されたデューティ比Ｄonおよび周期設定部２１により設定されたＰＷＭ周期Ｔｄを持つ駆動信号Ｓｄを生成する。なお、本実施形態では、ＰＷＭ周期Ｔｄの開始点の直近における電圧ＶBATを検出したデジタル変換値Ｄａに基づいて設定されたデューティ比Ｄonを用いる。この駆動信号Ｓｄは、駆動信号生成部２２のＰＷＭ出力端子から出力端子１９および抵抗Ｒ６を介してトランジスタＴ１のベースに与えられる。

上記した構成により、直流電源３の電圧ＶBATに応じたデューティ比Ｄonを持つ駆動信号Ｓｄに従ってトランジスタＴ１がオンオフされ、直流電源３からＬＥＤ４に供給される駆動電流Ｉｄの通断電が行われる。従って、電圧ＶBATが高い場合には通電時間が短くなり、電圧ＶBATが低い場合には通電時間が長くなる。これにより、電圧ＶBATが変動した場合でも駆動電流Ｉｄの変動が抑制されるため、ＬＥＤ４の発光輝度が一定に保たれる。

次に、本実施形態の作用について図２〜図６も参照して説明する。変動時間計測部１６は、予め定められた所定時間毎に電圧ＶBATの変動時間ΔＴを計測する。図２は、変動時間計測部１６による変動時間ΔＴの計測にかかわる制御内容を示すフローチャートである。図３は、電圧ＶBATの波形の一例を示している。なお、波形に重ねて表された黒丸は、Ａ／Ｄ変換器１５によるＡ／Ｄ変換のタイミングを示している。

例えば、図３における時刻ｔ８の時点で変動時間ΔＴの計測が実行される場合について、図２のフローチャートに従って説明する。変動時間計測部１６は、メモリに保存された時刻ｔ０〜ｔ８までの時間データＤｔおよびデジタル変換値Ｄａを読み出す（ステップＳ１）。そして、読み出したデジタル変換値Ｄａからその平均値Ｖaveを算出する（ステップＳ２）。算出した平均値Ｖaveと変動基準幅ＶαおよびＶβとから下記（１）および（２）式に示すような第１のしきい値ＶTHおよび第２のしきい値ＶTLを設定する（ステップＳ３）。
第１のしきい値ＶTH＝Ｖave＋Ｖα …（１）
第２のしきい値ＶTL＝Ｖave−Ｖβ …（２）

ステップＳ１にて読み出したデジタル変換値Ｄａから第１のしきい値ＶTHを超える値を抽出し（ステップＳ４）、以下のように最大値を求める。図３（ａ）のようにＶTHを超える値が複数あり（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、且つ連続する場合（ステップＳ６で「ＹＥＳ」）には、それらのうち、最も大きい値を最大値Ｖmaxとする（ステップＳ７）。図３（ｂ）のようにＶTHを超える値が１つしかない場合（ステップＳ５で「ＮＯ」）には、ＶTHを超える値を最大値Ｖmaxとする（ステップＳ８）。また、図示しないが、ＶTHを超える値が複数あっても連続しない場合（ステップＳ５で「ＹＥＳ」、ステップＳ６で「ＮＯ」）もステップＳ８に進む。

ステップＳ１にて読み出したデジタル変換値Ｄａから第２のしきい値ＶTL未満の値を抽出し（ステップＳ９）、以下のように最小値を求める。図３（ａ）のようにＶTL未満の値が複数あり（ステップＳ１０で「ＹＥＳ」）、且つ連続する場合（ステップＳ１１で「ＹＥＳ」）には、それらのうち、最も小さい値を最小値Ｖminとする（ステップＳ１２）。図３（ｂ）のようにＶTL未満の値が１つしかない場合（ステップＳ１０で「ＮＯ」）には、ＶTL未満の値を最小値Ｖminとする（ステップＳ１３）。また、図示しないが、ＶTL未満の値が複数あっても連続しない場合（ステップＳ１４で「ＹＥＳ」、ステップＳ１１で「ＮＯ」）もステップＳ１３に進む。

その後、最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの差が所定値Ｖａ以上であるか否かを確認し（ステップＳ１４）、所定値Ｖａ以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１５に進む。所定値Ｖａ未満である場合（ステップＳ１４で「ＮＯ」）には、ΔＴ＝０とし（ステップＳ１６）、処理を終了する。

このように、最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの差（電圧ＶBATの変動幅）を確認する理由は以下のとおりである。すなわち、ＬＥＤ４は、その種類に応じて発光輝度変動が問題となり得る印加電圧の変動幅が異なる。従って、本実施形態における所定値Ｖａは、駆動対象のＬＥＤ４の発光輝度変動が問題となり得る場合の電圧ＶBATの変動幅に相当する値に設定されている。ステップＳ１６においてΔＴ＝０とするのは、電圧ＶBATの変動幅が問題ない値（所定値Ｖａ未満）である場合に、後述するＰＷＭ周期Ｔｄの変更制御が実行されないようにするためである。

ステップＳ１５では、電圧ＶBATの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとに対応付けられた各時間データＤｔの差から、最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの間（時刻ｔ２〜ｔ６の間）の変動時間ΔＴを求める。なお、上記した変動時間ΔＴの計測は、ＬＥＤ駆動回路１１の起動毎に実行したり、直流電源３に接続される負荷回路１３やＥＣＵ１４の状態が大きく変化した場合に実行したりするように構成してもよい。
なお、変動時間計測部１６は、図３に示すような電圧ＶBATの変動が周期的な場合だけでなく、電圧ＶBATが不規則に変動する場合であっても、図２に示すフローチャートに従い変動時間ΔＴを計測することができる。

続いて、ＬＥＤ駆動回路１１によるＬＥＤ４の駆動についてＰＷＭ駆動回路１７の動作を主体に説明する。図４は、ＰＷＭ駆動回路１７の周期設定部２１の制御内容を示すフローチャートである。まず、変動時間ΔＴ（電圧ＶBATの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの間の時間）が、駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄと一致する場合について説明する。図５は、このような場合の一例を示しており、電圧ＶBATおよび駆動信号Ｓｄの波形図である。なお、図５における黒丸は、Ａ／Ｄ変換器１５によるＡ／Ｄ変換のタイミングを示している。

ＰＷＭ周期Ｔｄの変更制御が実行される前の期間（図５の時刻ｔ５以前）において、トランジスタＴ１は、ＰＷＭ駆動回路１７により以下のように駆動される。時刻ｔ１を開始とするＰＷＭ周期Ｔｄにおける駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonは、その直近の検出値である時刻ｔ０の電圧値（ＶmaxとＶaveとの間の値）に応じて例えば「０．３」に設定される。時刻ｔ３を開始とするＰＷＭ周期Ｔｄにおける駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonは、その直近の検出値である時刻ｔ２の電圧値（ＶaveとＶminとの間の値）に応じて例えば「０．７」に設定される。

このように設定されたデューティ比Ｄonを持つ駆動信号Ｓｄが出力される期間のうち、時刻ｔ１〜ｔ３の間の電圧ＶBATの電圧値は、常に平均値Ｖaveよりも低い値である。しかし、このときのデューティ比Ｄonは「０．３」と小さくなっているため、電圧ＶBATの低下による駆動電流Ｉｄの低下は抑えられない。また、時刻ｔ３〜ｔ５の間の電圧ＶBATの電圧値は、常に平均値Ｖaveよりも高い値である。しかし、このときのデューティ比Ｄonは「０．７」と大きくなっているため、電圧ＶBATの上昇による駆動電流Ｉｄの上昇は抑えられない。

この場合における周期設定部２１の動作を図４のフローチャートに従って説明する。図５の時刻ｔ５の時点で変動時間ΔＴの計測が実行されると、周期設定部２１は、変動時間計測部１６から出力される変動時間ΔＴと、その時点で設定されているＰＷＭ周期Ｔｄとを比較する（図４のステップＵ１）。この場合、変動時間ΔＴは４ｍｓ（２５０Ｈｚ）であり、ＰＷＭ周期Ｔｄの初期値（４ｍｓ）と一致する（ＹＥＳ）ので、ステップＵ２に進む。そして、ＰＷＭ周期Ｔｄの値を、２／３倍した値（つまり周波数を１．５倍した値）である約２．６７ｍｓ（３７５Ｈｚ）に変更し（図４のステップＵ２）、処理を終了する。なお、変更後のＰＷＭ周期Ｔｄの値が２ｍｓ以上になるのであれば、ステップＵ２における倍率を例えば１／２倍に変更してもよい。

このようにＰＷＭ周期Ｔｄが変更されたことにより、図５の時刻ｔ５以降においては、ＰＷＭ周期Ｔｄの方が変動時間ΔＴよりも短くなる。このため、トランジスタＴ１は、ＰＷＭ駆動回路１７により以下のように駆動される。時刻ｔ５を開始とするＰＷＭ周期Ｔｄにおける駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonは、その直近の検出値である時刻ｔ４の電圧値（ＶmaxとＶaveとの間の値）に応じて例えば「０．３」に設定される。時刻ｔ７を開始とするＰＷＭ周期Ｔｄにおける駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonは、その直近の検出値である時刻ｔ６の電圧値（Ｖmin）に応じて例えば「０．９」に設定される。時刻ｔ１０を開始とするＰＷＭ周期Ｔｄにおける駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonは、その直近の検出値である時刻ｔ９の電圧値（ＶmaxとＶaveとの間の値）に応じて例えば「０．３」に設定される。

このように設定されたデューティ比Ｄonを持つ駆動信号Ｓｄが出力される期間のうち、時刻ｔ５〜ｔ８の間の電圧ＶBATの電圧値は、常に平均値Ｖaveよりも低い値である。この電圧ＶBATが低下する期間のうち、時刻ｔ５〜ｔ７のデューティ比は「０．３」と小さくなっているが、時刻ｔ７〜ｔ８のデューティ比Ｄonは「０．９」と大きくなっている。このため、時刻ｔ５〜ｔ８の期間全体として見れば、ＰＷＭ周期Ｔｄを変更する前（時刻ｔ１〜ｔ３）に比べ、電圧ＶBATの低下による駆動電流Ｉｄの低下は抑制される。

また、時刻ｔ８〜ｔ１１の間の電圧ＶBATの電圧値は、常に平均値Ｖaveよりも高い値である。この電圧ＶBATが上昇する期間のうち、時刻ｔ８〜ｔ１０のデューティ比Ｄonは「０．９」と大きくなっているが、時刻ｔ１０〜ｔ１１のデューティ比Ｄonは「０．３」と小さくなっている。このため、時刻ｔ８〜ｔ１１の期間全体として見れば、ＰＷＭ周期Ｔｄを変更する前（時刻ｔ５以前）に比べ、電圧ＶBATの上昇による駆動電流Ｉｄの上昇は抑制される。

続いて、電圧ＶBATの変動時間ΔＴが駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄと一致しない場合について説明する。図６は、このような場合の一例を示す図５相当図であり、（ａ）はＰＷＭ周期Ｔｄよりも変動時間ΔＴの方が長い場合、（ｂ）はＰＷＭ周期Ｔｄよりも変動時間ΔＴの方が短い場合を示している。図６の場合においても、図５の場合と同様に変動時間ΔＴとＰＷＭ周期Ｔｄとが比較される（図４のステップＵ１）。図６（ａ）の場合、変動時間ΔＴは８ｍｓ（１２５Ｈｚ）であり、ＰＷＭ周期Ｔｄは初期値の４ｍｓ（２５０Ｈｚ）である。このようにＰＷＭ周期Ｔｄの方が変動時間ΔＴよりも短く、これらは一致しない（ステップＵ１で「ＮＯ」）ので、ＰＷＭ周期Ｔｄの値を変更することなく処理を終了する。

上記のとおり、変動時間ΔＴとＰＷＭ周期Ｔｄとが一致しない場合、ＰＷＭ周期Ｔｄの変更制御（図４のステップＵ２）は実行されない。しかし、図６（ａ）の場合にはＰＷＭ周期Ｔｄの方が変動時間ΔＴよりも短いため、図５におけるＰＷＭ周期Ｔｄの変更制御実行後の状態と同様の状態である。従って、電圧ＶBATの検出値（デジタル変換値Ｄａ）に応じて駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonが変更されることで、電圧ＶBATの変動による駆動電流Ｉｄの変動は抑制される。

また、図６（ｂ）の場合、変動時間ΔＴは２ｍｓ（５００Ｈｚ）であり、ＰＷＭ周期Ｔｄは４ｍｓ（２５０Ｈｚ）である。このように、これらは一致しない（ステップＵ１で「ＮＯ」）ので、ＰＷＭ周期Ｔｄの変更制御（図４のステップＵ２）は実行されない。さらに、この場合、電圧ＶBATの変動時間ΔＴよりも駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄの方が長いため、駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonの変更を行ったとしても、電圧ＶBATの時間ΔＴ（２ｍｓ）における変動による駆動電流Ｉｄの変動は抑制されない。しかし、このデューティ比Ｄonの変更制御（デューティ制御）は常に実行されており、ＰＷＭ周期Ｔｄよりも長い期間の変動に対しては有効に機能する。従って、電圧ＶBATが、２ｍｓで変動するとともにＰＷＭ周期Ｔｄ（４ｍｓ）よりも長い期間で変動している場合には、長い期間での変動による駆動電流Ｉｄの変動は抑制される。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を奏する。
ＰＷＭ駆動回路１７において、デューティ比設定部２０がデジタル変換値Ｄａに基づいて電圧ＶBATに応じたデューティ比Ｄonを設定し、変動時間計測部１６がデジタル変換値Ｄａに基づいて電圧ＶBATの最大値と最小値との間の変動時間ΔＴを計測する。また、周期設定部２１は、設定したＰＷＭ周期Ｔｄが変動時間ΔＴと一致する場合にはＰＷＭ周期Ｔｄの値を変更する。そして、駆動信号生成部２２は、デューティ比ＤonおよびＰＷＭ周期Ｔｄを持つ駆動信号Ｓｄを生成する。このように構成されたＰＷＭ駆動回路１７は、常に直流電源３における電圧ＶBATの最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの間の変動時間ΔＴとは異なるＰＷＭ周期Ｔｄを持つ駆動信号Ｓｄを出力する。このため、電圧ＶBATの変動に基づく駆動電流Ｉｄの変動が抑制され、ＬＥＤ４の発光輝度の変動を抑制できる。

デューティ比設定部２０は、ＰＷＭ周期Ｔｄの開始直近におけるデジタル変換値Ｄａに基づいて駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonを設定する。これにより、Ａ／Ｄ変換器１５による電圧ＶBATの検出タイミングに対するデューティ比Ｄonの変更タイミングの遅れを最小限にとどめることができ、電圧ＶBATの変動に素早く追従してトランジスタＴ１の通断電を制御できる。従って、電圧ＶBATの変動によるＬＥＤ４の発光輝度の変動を一層抑制できる。

周期設定部２１は、電圧ＶBATの変動時間ΔＴが駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄと一致する場合には駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄを２／３倍し（図４のステップＵ２）、変動時間ΔＴより短い周期に変更する。これにより、電圧ＶBATの変動に基づくＬＥＤ４のフリッカの発生を防止することができる。

変動時間計測部１６は、電圧ＶBATの所定時間における平均値Ｖaveを算出し、この平均値ＶaveとＬＥＤ４の特性に応じた変動基準幅ＶαおよびＶβとから第１のしきい値ＶTHおよび第２のしきい値ＶTLを設定する。そして、これらしきい値ＶTHおよびＶTLに基づいて電圧ＶBATの最大値Ｖmaxおよび最小値Ｖminを求める。この場合、平均値Ｖaveを算出する間隔（所定時間）に対応する周波数よりも低い周波数成分の電圧ＶBATについては、その都度のしきい値ＶTHおよびＶTLを適正に設定できる。従って、電圧ＶBATの低域成分（または直流成分）の電圧値が、例えばＬＥＤ駆動回路１１を起動する度に大きく異なるような場合でも、その都度、平均値Ｖaveを求めることにより、確実に変動時間ΔＴを計測できる。

変動時間計測部１６は、第１のしきい値ＶTHより大きいデジタル変換値Ｄａが連続する場合、これらのうち最も大きい値を最大値Ｖmaxとする。また、第２のしきい値ＶTLより小さいデジタル変換値Ｄａが連続する場合にも、最大値Ｖmaxの場合と同様にして最小値Ｖminを求める。これにより、電圧ＶBATの変動レベルが一定でない場合でも、確実に最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとを求め、変動時間ΔＴを計測できる。

周期設定部２１は、最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの差（電圧ＶBATの変動幅）が所定値Ｖａ以上であることを条件として駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄの変更制御を実行する。また、所定値Ｖａは、駆動対象のＬＥＤ４の発光輝度変動が問題となり得る場合の電圧ＶBATの変動幅に相当する値に設定されている。これにより、問題となるレベルのＬＥＤ４の発光輝度の変動を確実に抑制できる。また、問題とならないレベルの発光輝度の変動に対しては、上記ＰＷＭ周期Ｔｄの変更制御を実行しないので、その分ＰＷＭ駆動回路１７の動作内容を簡単化することができる。

なお、本発明は上記し且つ図面に記載した実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
変動時間計測部１６の制御において、図２のステップＳ１４およびＳ１６は省略してもよい。すなわち、電圧ＶBATの変動幅が小さい場合にも変動時間ΔＴを計測するようにしてもよい。また、変動時間計測部１６は、図２に示した制御内容を実行する構成でなくてもよく、最大値Ｖmaxと最小値Ｖminとの間の変動時間ΔＴを計測するように構成されていればよい。

周期設定部２１の制御において、図４のステップＵ１では、電圧ＶBATの変動時間ΔＴと駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄとが一致するか否かの判断を行うようにしたが、変動時間ΔＴとＰＷＭ周期Ｔｄとの差を求め、この差が所定値未満であれば変動時間ΔＴとＰＷＭ周期Ｔｄとが近似すると判断するようにしてもよい。周期設定部２１は、変動時間ΔＴとＰＷＭ周期Ｔｄとが一致する場合に、制限範囲（２ｍｓ〜１０ｍｓ）内でＰＷＭ周期Ｔｄを長くするように変更してもよい。また、電圧ＶBATの変動時間ΔＴよりも駆動信号ＳｄのＰＷＭ周期Ｔｄの方が長い場合に、制限範囲（２ｍｓ〜１０ｍｓ）内でＰＷＭ周期Ｔｄを変動時間ΔＴよりも短くなるように変更してもよい。

デューティ比設定部２０は、必ずしもＰＷＭ周期Ｔｄの開始直近のデジタル変換値Ｄａではなく、それ以前のデジタル変換値Ｄａに基づいて駆動信号Ｓｄのデューティ比Ｄonを設定するようにしてもよい。
本発明のＬＥＤ駆動回路は、車載用途に限らず、ＬＥＤを発光させるための駆動回路全般に適用可能である。

本発明の一実施形態を示すＬＥＤ駆動回路の構成図 変動時間計測部の制御内容を示すフローチャート 電源電圧の波形図 周期設定部の制御内容を示すフローチャート 電源電圧変動時間と駆動信号の周期とが一致する場合の電源電圧および駆動信号の波形図 電源電圧変動時間と駆動信号の周期とが一致しない場合の図５相当図 従来技術を示す図１相当図 図５相当図

符号の説明

図面中、３は直流電源、４はＬＥＤ、１１はＬＥＤ駆動回路、１５はＡ／Ｄ変換器（電圧検出回路）、１６は変動時間計測部（変動時間計測手段）、１７はＰＷＭ駆動回路、Ｒ３、Ｒ４は抵抗（電圧検出回路）、Ｔ１はトランジスタ（スイッチング素子）を示す。

Claims (6)

1. 直流電源からＬＥＤに供給される駆動電流の通断電を行うスイッチング素子と、
   前記直流電源の電源電圧をＡ／Ｄ変換して検出する電圧検出回路と、
   前記電圧検出回路から出力されるデジタル変換値に基づいて前記電源電圧に応じたデューティ比を持つ駆動信号を生成し、その駆動信号により前記スイッチング素子をオンオフするＰＷＭ駆動回路とを備えたＬＥＤ駆動回路において、
   前記電源電圧の最大値と最小値との間の時間である電源電圧変動時間を計測する変動時間計測手段を設け、
   前記ＰＷＭ駆動回路は、前記変動時間計測手段により計測された前記電源電圧変動時間が前記駆動信号の周期と一致する場合には前記駆動信号の周期を変更することを特徴とするＬＥＤ駆動回路。
2. 前記ＰＷＭ駆動回路は、前記駆動信号の周期の開始直近における前記デジタル変換値に基づいて前記電源電圧に応じたデューティ比を設定することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ駆動回路。
3. 前記ＰＷＭ駆動回路は、前記電源電圧変動時間が前記駆動信号の周期と一致する場合には前記駆動信号の周期を前記電源電圧変動時間より短い周期に変更することを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤ駆動回路。
4. 前記変動時間計測手段は、
   前記電源電圧の平均値に対応するデジタル変換値よりも大きい第１のしきい値および小さい第２のしきい値を設定し、
   前記電圧検出回路から出力されるデジタル変換値のうち、前記第１のしきい値より大きい値を最大値とし、前記第２のしきい値未満の値を最小値として前記電源電圧変動時間を計測することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ駆動回路。
5. 前記変動時間計測手段は、
   前記第１のしきい値より大きいデジタル変換値が連続する場合、これら連続するデジタル変換値のうち最も大きい値を最大値とし、
   前記第２のしきい値未満のデジタル変換値が連続する場合、これら連続するデジタル変換値のうち最も小さい値を最小値として前記電源電圧変動時間を計測することを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ駆動回路。
6. 前記ＰＷＭ駆動回路は、前記最大値と前記最小値との差が所定値以上であることを条件として、前記駆動信号の周期の変更制御を実行することを特徴とする請求項４または５記載のＬＥＤ駆動回路。

Images