JP2010176853A - 発光素子点灯制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型、低コストで、かつ立ち上がり、立下り速度の速い点灯パルス電流を発光素子に供給することができて色ずれやちらつきを抑制できる発光素子点灯制御装置を提供する。
【解決手段】制御回路１０は、ＬＥＤ３のオン指令期間に含まれる最初の期間Ｔ１は、スイッチング電源回路４のスイッチング素子４１を駆動する駆動信号Ｓｇのデューティ比を最大とし、点灯パルス電流Ｉｏｕｔが所定の電流閾値Ｉｓｈに達した後の期間Ｔ２は、点灯パルス電流Ｉｏｕｔが所定の目標電流値Ｉｏになるように電流フィードバック制御を行い、ＬＥＤ３のオフ指令期間Ｔ３には、駆動信号Ｓｇのデューティ比がゼロとなるように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子を点灯させるための発光素子点灯制御装置に関し、特には、車両用前照灯などにおいて点灯パルス制御により発光素子の減光点灯を行う場合に好適な発光素子点灯制御装置に関する。

一般に、発光素子としてのＬＥＤは、電気から光への変換効率が高く、消費電力が少なく、また長寿命で信頼性が高いという特長があり、そのため、近年、各種の照明装置の光源としての需要が高まっている。特に、このようなＬＥＤをヘッドライトの光源として用い、いわゆるＤＲＬ（Ｄａｙｌｉｇｈｔ Ｒｕｎｎｉｎｇ Ｌｉｇｈｔｓ： 昼間点灯走行）を行う場合、ＬＥＤを減光点灯させる必要がある。

ところで、ＬＥＤは電流値によって色度が変化（色ずれ）する特性を有している。したがって、減光点灯させるために、ＬＥＤへ供給する直流の電流値を単純に低下させると色ずれが発生するので、このような色ずれを抑制するためには、電流を一定としてパルス幅で輝度を調整する点灯パルス制御を行うことが望ましい。

そこで、色ずれを抑制しつつＬＥＤを減光点灯させる方法として、従来技術では、ＬＥＤに直列に接続されたＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子をオン／オフ制御することによりＬＥＤに矩形波の点灯パルス電流を流すことで点灯パルス制御を行う方法が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

特開２００８−１８１９６９号公報

ところで、特許文献１記載の従来技術のように、減光点灯を行うためにＬＥＤに対して矩形波の点灯パルス電流を流すためのＭＯＳＦＥＴ等の専用のスイッチング素子を設ける場合には、部品点数が多くなり、大型化するともに、コストが高くなるという問題がある。

また、ＬＥＤに直列にＭＯＳＦＥＴ等のスイッチング素子を接続するのではなく、例えばＬＥＤに電流を供給するスイッチング電源回路において、当該回路を構成するスイッチング素子をオン／オフ制御することによりＬＥＤに点灯パルス電流を流す方法もある。しかし、その場合にはＬＥＤに供給する点灯パルス電流の立ち上がりや立ち下がりの速度が遅く、波形にダレが生じて短いパルス幅の矩形波が出せなかったり、点灯パルス電流波形が台形状になったりするという問題があった。そして、このようにＬＥＤを点灯パルス制御する際、点灯パルス電流の波形が矩形波から外れてしまうと、点灯パルス制御を行っているにもかかわらず色ずれを起こすという不具合を生じる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、小型、低コストで、かつ立ち上がり、立下り速度の速い点灯パルス電流を発光素子に供給することができて色ずれの発生やちらつきの発生を抑制することが可能な発光素子点灯制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明にあっては、発光素子に対するオン指令とオフ指令とを周期的に繰り返す点灯パルス制御信号に基づいて上記発光素子に点灯パルス電流を流して当該発光素子を減光点灯する発光素子点灯制御装置において、次の構成を採用している。

すなわち、本発明では、スイッチング素子を駆動する駆動信号のデューティ比または１周期中の導通時間によって点灯パルス電流が制御されるスイッチング電源回路と、このスイッチング電源回路から出力される点灯パルス電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段による電流検出値に応じて上記点灯パルス制御信号のオン指令の期間中に上記スイッチング素子に加わる上記駆動信号のデューティ比または上記導通時間を変化させて上記点灯パルス電流を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記点灯パルス制御信号がオフ指令からオン指令の状態になってから上記電流検出手段による電流検出値が所定の電流閾値を超えるまでの第１の期間Ｔ１は、上記駆動信号の上記デューティ比または上記導通時間を最大値とし、上記第１の期間Ｔ１の経過後、上記点灯パルス制御信号がオフ指令の状態になるまでの第２の期間Ｔ２は、上記電流検出値が所定の目標電流値に漸近するように上記駆動信号のデューティ比または上記導通時間をフィードバック制御し、上記点灯パルス制御信号がオフ指令の状態である第３の期間Ｔ３は、上記駆動信号の上記デューティ比または上記導通時間をゼロとするものである、ことを特徴としている。

本発明によれば、発光素子を点灯するための点灯パルス制御信号のオン指令状態の期間の最初の段階でスイッチング電源回路を構成するスイッチング素子を駆動する駆動信号のデューティ比または導通時間を最大にするので、スイッチング電源回路から出力される点灯パルス電流の立ち上がりを急峻にすることができる。また、点灯パルス制御信号のオフ指令状態の期間では駆動信号のデューティ比または導通時間をゼロとするので、点灯パルス電流の立ち下がりを急峻にすることができる。これにより、矩形波に近いパルス電流を発光素子に供給することができる。したがって、点灯パルス電流の立ち上がり、立ち下がりの間の平坦部分の割合が大きいので、より定電流に近い状態で発光素子を発光させることができることになり、発光素子の色ずれを抑制することができる。

また、点灯パルス電流の立ち上がり、立ち下りを急峻にできることから、より幅の狭いパルス波形電流を供給することが可能となり、点灯パルス電流の繰返し周波数を一定とした場合には、発光素子の輝度の調整範囲を広くとることができる。また、点灯パルス電流のパルス幅制御を行う際の繰り返し周波数を高く設定することも可能になるので、発光素子のちらつきを少なくすることができる。しかも、このような特性を得るために、従来のように発光素子のオン／オフ制御用の専用のスイッチング素子を余分に用いる必要が無いので、装置を小型、低コストで実現することが可能となる。

本発明の実施の形態１における発光素子点灯制御装置の回路構成図である。 同発光素子点灯制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２における発光素子点灯制御装置の回路構成図である。 同発光素子点灯制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３における発光素子点灯制御装置の回路構成図である。 同発光素子点灯制御装置の動作を示すタイミングチャートである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における発光素子点灯制御装置の回路構成図である。
この実施の形態１の発光素子点灯制御装置１は、直流電源２と発光素子としてのＬＥＤ３との間にスイッチング電源回路４が設けられている。

スイッチング電源回路４は、本例ではいわゆる降圧チョッパ型のもので、ＦＥＴやＩＧＢＴなどのスイッチング素子４１、ダイオード等の整流素子４２、およびリアクトル４３を備える。そして、このスイッチング電源回路４は、後述の制御回路１０からスイッチング素子４１のゲートに加えられる駆動信号Ｓｇによって、当該スイッチング素子４１が周期的にオン／オフを繰り返し、そのデューティ比によって出力電気量、すなわち出力電圧値や出力電流値が制御される。

なお、スイッチング電源回路４としては、本例のような降圧チョッパ型のものに限定されるものではなく、他のスイッチング電源回路方式、例えば昇圧チョッパや、フライバックコンバータ、フォワードコンバータなどの回路方式のものを適用することが可能である。

さらに、この発光素子点灯制御装置１は、電流検出器５と、制御回路１０とを有する。電流検出器５は、特許請求の範囲における電流検出手段に対応し、スイッチング電源回路４の出力端に接続されて負荷であるＬＥＤ３に流れる点灯パルス電流Ｉｏｕｔを検出する。この場合の電流検出器５としては、シャント抵抗やホール素子などを用いた一般的な電流検出回路を適用することができる。

制御回路１０は、特許請求の範囲における制御手段に対応し、電流検出器５による電流検出値Ｉｄと点灯パルス制御信号Ｓｃとに基づいて、点灯パルス制御信号Ｓｃのオン状態の期間中に、スイッチング素子４１に加わる駆動信号Ｓｇのデューティ比を変化させて点灯パルス電流Ｉｏｕｔを制御するものである。

この場合の点灯パルス制御信号Ｓｃは、ＬＥＤ３のオン（点灯）指令とオフ（非点灯）指令とを周期的に繰り返すことでＬＥＤ３を減光点灯するためのデジタル信号であって、本例では当該信号ＳｃがハイレベルでＬＥＤ３のオン指令の状態、ローレベルでＬＥＤ３のオフ指令の状態としている。なお、この点灯パルス制御信号Ｓｃは、ここでは図１に示すように外部から与えられるようにしているが、これに限らず、例えば制御回路１０の内部で生成することも可能である。また、この場合の点灯パルス制御信号Ｓｃのオン指令とオフ指令のデューティ比は、例えば外部のボリューム等によって任意に調整可能になっている。

次に、制御回路１０の構成の詳細について説明する。
この制御回路１０は、電流検出器５で点灯パルス電流Ｉｏｕｔを検出して得られる電流検出値Ｉｄと予め設定された目標電流値Ｉｏとを比較して両者の差を電流誤差信号として出力する減算器１０１、この減算器１０１から出力される電流誤差信号を比例積分する比例積分手段としてのＰＩ（比例積分）制御器１０２、このＰＩ制御器１０２の出力と予め設定される最大デューティ比のいずれか一方を選択してデューティ比指令信号Ｓｄｒとして出力するレセクタ１０３、このレセクタ１０３から与えられるデューティ比指令信号Ｓｄｒに基づいて所定のデューティ比を有するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号発生器１０４、点灯パルス制御信号Ｓｃのオン指令（ハイレベル）の期間にＰＷＭ信号発生器１０４のＰＷＭ信号の通過を許容するアンドゲート１０５、およびこのアンドゲート１０５の出力を増幅して駆動信号Ｓｇとしてスイッチング素子４１のゲートに加えてスイッチング動作させるゲート駆動回路１０６を備える。

そして、上記の電流検出器５、減算器１０１、ＰＩ制御器１０２、セレクタ１０３によって、駆動信号Ｓｇのデューティ比を制御することでスイッチング電源回路４から出力される点灯パルス電流Ｉｏｕｔをフィードバック制御するフィードバック経路が構成されている。なお、ＰＷＭ信号発生器１０４としては、例えば、三角波発生器を備え、この三角波発生器から生成される三角波のスライスレベルがセレクタ１０３から与えられるデューティ比指令信号Ｓｄｒによって設定される。

さらに、この制御回路１０は、点灯パルス制御信号Ｓｃの立ち上がりエッジを検出するエッジ検出器１０７、電流検出器５で検出された点灯パルス電流Ｉｏｕｔの電流検出値Ｉｄと予め設定された電流閾値Ｉｓｈとを比較して電流検出値Ｉｄが電流閾値Ｉｓｈを越えた場合（Ｉｄ≧Ｉｓｈ）にハイレベルの信号を出力する比較器１０８、エッジ検出器１０７の出力によりセットされ、比較器１０８の出力によりリセットされるフリップフロップ１０９、点灯パルス制御信号Ｓｃのレベルを反転するインバータ１１０、およびインバータ１１０のハイレベル出力とフリップフロップ１０９のハイレベル出力をＰＩ制御器１０２に対してその積分項を保持するホールド信号Ｓｈｏとして出力するオアゲート１１１を備える。

そして、上記のセレクタ１０３は、フリップフリップ１０９がセットされてその出力Ｓｆがハイレベルとなった場合には予め設定された最大デューティ比の値を選択してこれをデューティ比指令信号Ｓｄｒとして出力し、また、フリップフリップ１０９がリセットされてその出力Ｓｆがローレベルとなった場合には、ＰＩ制御器１０２の出力を選択してこれをデューティ比指令信号Ｓｄｒとして出力するように構成されている。また、この実施の形態１において、比較器１０８における電流閾値Ｉｓｈは、電流フィードバック制御における目標電流値Ｉｏと同じ値（Ｉｓｈ＝Ｉｏ）になるように予め設定されている。

次に、上記構成を有する発光素子点灯制御回路１の動作について、図２（ａ），（ｂ）に示すタイミングチャートを参照して説明する。

制御回路１０に対して外部から与えられる点灯パルス制御信号Ｓｃは、前述のように、本例ではハイレベルでＬＥＤ３のオン（点灯）指令、ローレベルでＬＥＤ３のオフ（非点灯）指令を行うデジタル信号であって、このときの点灯パルス制御信号Ｓｃのオン／オフ周波数は、ちらつきを感じさせないために少なくとも視覚の臨界融合周波数（５０Ｈｚ〜１００Ｈｚ）以上に設定されている。

ここで、時刻ｔ１において点灯パルス制御信号Ｓｃがローレベルからハイレベルに立ち上がると、エッジ検出器１０７によってその立ち上がりエッジが検出され、そのエッジ検出に基づくトリガ信号によりフリップフロップ１０９がセットされる。これにより、フリップフロップ１０９の出力Ｓｆはハイレベルとなる。これに応じて、セレクタ１０３は、予め設定されたデューティ比の最大値を選択する。ここで、セレクタ１０３により選択されるデューティ比の最大値としては、デューティ比を１、つまりスイッチング素子４１が導通状態のままとしてもよいが、そうするとリアクトル４３の電流が増大しすぎてリアクトル４３が飽和してしまう恐れがある。これを防止するために、本例ではデューティ比の最大値を例えば０．９に制限している。なお、デューティ比の最大値は、必ずしもこの値に限定されるものではない。

セレクタ１０３により選択されたデューティ比の最大値は、デューティ比指令信号ＳｄｒとしてＰＷＭ信号発生器１０４に与えられる。したがって、ＰＷＭ信号発生器１０４から出力されるＰＷＭ信号は、図２（ｂ）の上側の図に示すように、そのデューティ比（＝Ｔｂ／Ｔａ）が最大値（本例では０．９）となる。そして、この最大デューティ比のＰＷＭ信号がアンドゲート１０５に加わるが、その際、アンドゲート１０５にはハイレベルの点灯パルス制御信号Ｓｃが与えられているので、この最大デューティ比のＰＷＭ信号がゲート駆動回路１０６を経由してスイッチング素子４１のゲートに駆動信号Ｓｇとして加えられる。このため、スイッチング電源回路４から出力さる点灯パルス電流Ｉｏｕｔは急速に増大する。

次に、期間Ｔ１が経過した後の時刻ｔ２において、電流検出器６で検出される点灯パルス電流Ｉｏｕｔの電流検出値Ｉｄが予め定められた電流閾値Ｉｓｈ（＝Ｉｏ）を超えると、比較器１８によってフリップフロップ１０９がリセットされてその出力Ｓｆがローレベルとなるので、これに応じて、セレクタ１０３は、ＰＩ制御器１０２の出力を選択し、これがデューティ比指令信号ＳｄｒとしてＰＷＭ信号発生器１０２に与えられる。したがって、ＰＷＭ信号発生器１０４から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比（＝Ｔｂ／Ｔａ）は、図２（ｂ）の下側の図に示すように、ＰＩ制御器１０２の出力に基づいて制御される。

すなわち、時刻ｔ２以降は、本来のフィードバック経路により、スイッチング電源回路４から出力さる点灯パルス電流Ｉｏｕｔが目標電流値Ｉｏに漸近させるようにフィードバック制御される。なお、この場合、電流閾値Ｉｓｈは、フィードバック制御における目標電流値Ｉｏと同じ値に予め設定しているので、電流検出値Ｉｄが次第に増大して目標電流値Ｉｏに達した時点でそのまま目標電流値Ｉｏを維持できるようになる。

次に、期間Ｔ２が経過した後の時刻ｔ３に達すると、点灯パルス制御信号Ｓｃがローレベル（オフ指令）の状態となる。すると、アンドゲート１０５によりＰＷＭ信号の出力が強制的に遮断されるため、スイッチング素子４１に加わる駆動信号Ｓｇのデューティ比はゼロとなる。これにより、スイッチング電源回路４から出力される点灯パルス電流Ｉｏｕｔは急速に減少してやがてゼロになる。そして、この状態は、点灯パルス制御信号Ｓｃが次にローレベルからハイレベルに立ち上がる時刻ｔ４になるまで継続される。

それ以降、時刻ｔ４〜ｔ５までの期間は時刻ｔ１〜ｔ２までの期間Ｔ１（以下、デューティ比最大期間という）と同様であり、時刻ｔ５〜ｔ６までの期間は時刻ｔ２〜ｔ３までの期間Ｔ２（以下、電流フィードバック制御期間という）と同様であり、時刻ｔ６〜ｔ７までの期間は時刻ｔ３〜ｔ４までの期間Ｔ３（以下、デューティ比ゼロ期間という）と同様であり、それぞれ同じ動作を繰り返す。このように、デューティ比最大期間Ｔ１、電流フィードバック制御期間Ｔ２、およびデューティ比ゼロ期間Ｔ３の全期間（＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３）を点灯パルス制御信号Ｓｃと同じ１周期とし、点灯パルス制御信号Ｓｃに同期してこれを繰り返すことにより、ＬＥＤ３に点灯パルス電流Ｉｏｕｔを流して減光点灯させることができる。なお、特許請求の範囲における第１の期間がデューティ比最大期間Ｔ１に、第２の期間が電流フィードバック制御期間Ｔ２に、第３の期間がデューティ比ゼロ期間Ｔ３に、それぞれ対応している。

ここで、いま時刻ｔ３からｔ５までの期間Ｔｘに着目すると、この期間Ｔｘにおいて、ＰＷＭ信号発生器１０４から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比は、強制的に最大値に制御されたり、ゼロに制御されたりするので、その期間Ｔｘ中、スイッチング電源回路４から出力される点灯パルス電流Ｉｏｕｔは目標電流値Ｉｏとは大きく異なる値となる。このため、これを放置しておくと減算器１０１の誤差信号が非常に大きくなってＰＩ制御器１０２における積分項は誤差信号を積分するため、例えば、時刻ｔ５においてセレクタ１０３でＰＩ制御器１１０２の出力が選択された際、そのデューティ比指令信号Ｓｄｒによって指令されるデューティ比は目標電流値Ｉｏに対応したデューティ比の値とは大きく異なってしまい、その結果、スイッチング電源回路４から出力される点灯パルス電流Ｉｏｕｔが大きくハンチングを起こす恐れがある。

そこで、ここでは、時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間Ｔｘ中は、オアゲート１１１の出力が立ち上がる際に、これをＰＩ制御器１０２に対するホールド信号Ｓｈｏとして与え、時刻ｔ３の時点でのＰＩ制御器１０２の積分項を時刻ｔ５に達するまでそのまま保つ（ホールドする）ようにしている。このようにすれば、時刻ｔ５においてフィードバック制御を再開するにあたり、ＰＩ制御器１０２の積分項の値を、スイッチング電源回路４からの点灯パルス電流Ｉｏｕｔが安定した状態である時刻ｔ３の状態と同一とすることができるので、点灯パルス電流Ｉｏｕｔを速やかに目標電流値Ｉｏに収束させることができ、点灯パルス電流Ｉｏｕｔのハンチングを抑制することができる。

この場合、ＰＩ制御器１０２の積分項をホールドするには、例えば、積分項の演算用の図示しないレジスタに対して時刻ｔ３〜ｔ５の期間Ｔｘ中は演算を行わないようにしたり、あるいはレジスタの積分項の値を時刻ｔ３で一旦メモリに退避させ、時刻ｔ５になったときに退避した積分項の値をレジスタから読み出すといった方法で実現することができる。

以上のように、この実施の形態１の発光素子点灯制御装置１は、ＬＥＤ３を点灯するための点灯パルス制御信号Ｓｃのオン指令状態の期間中の最初の段階でスイッチング素子４１を駆動する駆動信号Ｓｇのデューティ比を最大にするので、スイッチング電源回路４から出力される点灯パルス電流Ｉｏｕｔの立ち上がりを急峻にすることができる。また、点灯パルス制御信号Ｓｃのオフ指令状態の期間中は駆動信号Ｓｇのデューティ比をゼロにするので、点灯パルス電流Ｉｏｕｔの立ち下がりを急峻にすることができる。これにより、矩形波に近いパルス電流をＬＥＤ３に供給することができる。したがって、点灯パルス電流Ｉｏｕｔの立ち上がり、立ち下がりの間の平坦部分の割合が大きくなるので、より定電流に近い状態でＬＥＤ３を発光させることができることになり、ＬＥＤ３の色ずれを抑制することができる。

また、点灯パルス電流Ｉｏｕｔの立ち上がり、立ち下りを急峻にできることから、より幅の狭いパルス波形電流を供給することが可能となり、点灯パルス電流Ｉｏｕｔの繰返し周波数を一定とした場合には、ＬＥＤ３の輝度の調整範囲を広くとることができる。また、パルス幅制御を行う際の繰り返し周波数を高く設定することも可能になるので、ＬＥＤ３のちらつきを少なくすることができる。しかも、このような特性を得るために、従来のようにＬＥＤ３のオン／オフ制御用の専用のスイッチング素子を余分に用いる必要が無いので、装置を小型化できるとともに、低コストで実現することが可能となる。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２における発光素子点灯制御装置の回路構成図であり、図１に示した実施の形態１に対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

上記の実施の形態１では、デューティ比最大期間Ｔ１の終点を規定することになる電流閾値Ｉｓｈを、目標電流値Ｉｏと同一（Ｉｓｈ＝Ｉｏ）としている。しかし、スイッチング電源回路４の出力に、コンデンサなどの積分要素が挿入される場合には、デューティ比最大期間Ｔ１から次の電流フィードバック制御期間Ｔ２に移行しても、コンデンサの積分効果によって電流の増大が止まらず、スイッチング電源回路４から出力される点灯パルス電流Ｉｏｕｔにオーバーシュートが生じてしまうことがある。そこで、この実施の形態２では、オーバーシュートの発生を短期間の内に抑制できるようにするため、電流閾値Ｉｓｈをフィードバック制御するようにしたものである。

すなわち、この実施の形態２の発光素子点灯制御装置１では、スイッチング電源回路４の出力側に、スイッチング素子４１のスイッチング動作に起因して点灯パルス電流Ｉｏｕｔに含まれる電流リップルを除くための出力コンデンサ７１からなるローパスフィルタ７が挿入されており、このローパスフィルタ７の出力側に電流検出器６が設けられている。

また、この実施の形態２では、出力コンデンサ７１の積分要素が挿入された場合の点灯パルス電流Ｉｏｕｔのオーバーシュートを抑制するため、実施の形態１の構成に加えて、電流検出器６で検出される電流検出値Ｉｄの最大値を検出、保持するピークホールド回路１１２、このピークホールド回路１１２で保持されている電流検出値Ｉｄの最大値をサンプルホールドするＳ／Ｈ（サンプルホールド）回路１１３、このＳ／Ｈ回路１１３の出力値と目標電流値Ｉｏとを比較して両者の差を閾値誤差信号として出力する減算器１１４、およびこの減算器１１４から出力される閾値誤差信号を比例積分し、この値を比較器１０８に対して電流閾値Ｉｓｈとして与えるＰＩ制御器１１５が新たに設けられている。そして、上記のピークホールド回路１１２が特許請求の範囲のピーク値検出手段に対応し、また、Ｓ／Ｈ回路１１３、減算器１１４、およびＰＩ制御器１１５によって特許請求の範囲における電流閾値制御手段が構成されている。

この場合、点灯パルス制御信号Ｓｃのオン指令の立ち上がりのタイミング、すなわち各周期の始めがエッジ検出器１０７で検出されるたびに、ピークホールド回路１１２がリセットされると同時に、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド）回路１１３がピークホールド回路１１２で保持されている電流検出値Ｉｄのピーク値をサンプルホールドする。

次に、上記構成を有する発光素子点灯制御装置の動作を、図４に示すタイミグチャートを参照して説明する。

点灯パルス制御が開始される初期の段階では、電流検出器６で検出されてピークホールド回路１１２でホールドされる電流検出値Ｉｄのピーク値が目標電流値Ｉｏよりも高くなりオーバーシュートが生じるが、その際、減算器１１４で得られる閾値誤差信号も大きくなるので、ＰＩ制御器１１５で得られる電流閾値Ｉｓｈも、点灯制御の初期段階では比較的高めに設定される。その結果、電流閾値Ｉｓｈが予め低い一定値に固定されている場合よりもフリップフロップ１０９がリセットされるタイミングが早まる。そして、フリップフロップ１０９がリセットされるタイミングが早まると、デューティ比最大期間Ｔ１の長さが短くなり、早いタイミングで電流フィードバック制御期間Ｔ２に切り替わる。このため、点灯パルス電流Ｉｏｕｔの増加が抑えられる。

上記のフィードバック制御が点灯パルス制御信号Ｓｃに同期して繰り返されると、ＰＩ制御器１１５で得られる電流閾値Ｉｓｈが時間経過に伴って次第に小さくなり、これに伴ってフリップフロップ１０９がリセットされるタイミングも次第に早くなる。その結果、時間経過に伴ってデューティ比最大期間Ｔ１の長さが次第に短くなって早いタイミングで電流フィードバック制御期間Ｔ２に切り替えられるようになる。すなわち、図４において、時刻ｔ１〜ｔ２のデューティ比最大期間をＴ１ａ、時刻ｔ４〜ｔ５のデューティ比最大期間をＴ１ｂ、時刻ｔ７〜ｔ８のデューティ比最大期間をＴ１ｃとすると、Ｔ１ａ＞Ｔ１ｂ＞Ｔ１ｃとなる。これにより、点灯パルス電流Ｉｏｕｔのオーバーシュートが短期間の内に抑制されるようになる。

以上のように、この実施の形態２では、スイッチング電源回路４の出力側に、コンデンサ７１などの積分要素を有するローパスフィルタ７を設けた場合でも、ＬＥＤ３に対して立ち上がり、立ち下がりが速くかつオーバーシュートの少ない、より矩形波に近い点灯パルス電流Ｉｏｕｔを供給することができる。また、ローパスフィルタ７の効果により、ＬＥＤ３に流れるリップル電流を抑制することができる。
その他の構成、および動作については、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３における発光素子点灯制御装置の回路構成図であり、図１に示した実施の形態１に対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３においても、実施の形態２と同様、スイッチング電源回路４の出力側に、出力コンデンサ７１などの積分要素を有するローパスフィルタ７を設けた場合でも、オーバーシュートが少なくより矩形波に近い点灯パルス電流Ｉｏｕｔが得られるようにしたものである。

すなわち、この実施の形態３の発光素子点灯制御装置１では、スイッチング電源回路４の出力側に、スイッチング素子４１のスイッチング動作に起因して点灯パルス電流Ｉｏｕｔに含まれる電流リップルを除くための出力コンデンサ７１からなるローパスフィルタ７が挿入されている。また、スイッチング電源回路４とローパスフィルタ７との間にスイッチング電源回路４から出力される点灯パルス電流を検出する電流検出器（ここでは第１の電流検出器と称する）５が設けられ、また、このローパスフィルタ７の出力側とＬＥＤ３との間にはローパスフィルタ７を通過した点灯パルス電流を検出する電流検出器（ここでは第２の電流検出器と称する）６が設けられている。そして、第１の電流検出器５の検出出力は比較器１０８に、また、第２の電流検出器６の検出出力は減算器１０１に、それぞれ与えられるようにしている。

次に、上記構成を有する発光素子点灯制御装置の動作を、図６に示すタイミグチャートを参照して説明する。

デューティ比最大期間Ｔ１において、ローパスフィルタ７の通過前の点灯パルス電流Ｉｏｕｔを直接検出する第１の電流検出器５による電流検出値Ｉｄ１は、ローパスフィルタ７を通過した後の点灯パルス電流Ｉｏｕｔを検出する第２の電流検出器６の電流検出値Ｉｄ２よりも速く立ち上がる。このため、第１の電流検出器５による電流検出値Ｉｄ１は、第２の電流検出器６の電流検出値Ｉｄ２よりも早く電流閾値Ｉｓｈに到達する。

そして、第１の電流検出器５による電流検出値Ｉｄ１が電流閾値Ｉｓｈ（＝Ｉｏ）を超えたときに（時刻ｔ２）、セレクタ１０３によってＰＩ制御器１０２側に接続が切り替えられるため、デューティ比を最大値にするデューティ比最大制御期間Ｔ１から点灯パルス電流をフィードバック制御する電流フィードバック制御期間Ｔ２に切り替わる。このとき、点灯パルス電流Ｉｏｕｔの値は未だ目標電流値Ｉｏに達していないが、制御回路１０は、この電流フィードバック制御期間Ｔ２中、第２の電流検出手段６による電流検出値Ｉｄ２が所定の目標電流値Ｉｏに漸近するようにフィードバック制御を行うので、その後、ローパスフィルタ７の積分効果によって遅れて点灯パルス電流Ｉｏｕｔは電流目標値Ｉｏに達する。その際、既に電流フィードバック制御に切り替えられていてスイッチング電源回路４のデューティ比は低下しているため、点灯パルス電流Ｉｏｕｔのオーバーシュートが抑制される。

以上のように、実施の形態３においては、スイッチング電源回路４とローパスフィルタ７との間に設けられた第１の電流検出器５の電流検出値Ｉｄ１が電流閾値Ｉｓｈを超えたことを検出して電流フィードバック制御に切り替えるので、スイッチング電源回路４の出力側に、コンデンサ７１などの積分要素を有するローパスフィルタ７を設けた場合でも、ＬＥＤ３に対して立ち上がり、立ち下がりが速くかつオーバーシュートの少ない、より矩形波に近い点灯パルス電流Ｉｏｕｔを供給することができる。また、ローパスフィルタ７の効果により、ＬＥＤ３に流れるリップル電流を抑制することができる。
その他の構成、および動作については、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

なお、上記の実施の形態１〜３では、点灯パルス制御信号Ｓｃがオン指令の状態においてＰＷＭ信号発生器１０４から出力されるＰＷＭ信号のデューティ比を制御することでスイッチング電源回路４の出力電気量を制御するようにしたが、一般的に準共振型と呼ばれるようなスイッチングコンバータ方式においては、繰返し周期中に共振期間を含み、導通・非導通の繰返し周期は入出力電圧など諸条件によって異なる。したがって、このようなものでは、デューティ比で出力電気量を制御するというよりも、スイッチング素子４１の導通時間で出力電気量を制御する、と考えた方が適切であり、このような場合にも本発明を適用することが可能である。その際には、デューティ比を最大にするとは、導通時間を最大にすると、またデューティ比をゼロにするとは導通時間をゼロにすると読み替えることができる。

また、上記の実施の形態１〜３において、ＰＩ制御器１０２をＤＳＰやロジック回路などのデジタル回路で構成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＰＩ制御器１０２として、演算増幅器を用いた比例積分器を用いるとともに、この比例積分器の入力側にアナログスイッチを設け、前の電流フィードバック制御期間Ｔ２から次の電流フィードバック制御期間Ｔ２に移行するまでの期間Ｔｘに与えられるホールド信号Ｓｈｏによってアナログスイッチをオフにする構成を採用することも可能である。その際、演算増幅器の入力インピーダンスが十分に高ければ、積分コンデンサの電荷は保持され、したがって、上記の期間Ｔｘにわたって積分項を保持することができる。

また、上記の実施の形態１〜３では、制御回路１０を論理回路を組み合わせたハードウェアによって構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば所定の制御プログラムをマイクロコンピュータにインストールするなどしてソフトウェアによって構成することも可能である。

上記の実施の形態１〜３の発光素子点灯制御装置１は、車両用前照灯などにおいて点灯パルス制御により発光素子としてのＬＥＤ３を減光点灯する場合を前提としているが、これに限らず、ＬＤ（レーザダイオード）を発光素子として表示装置に用いる場合に、このＬＤを調光点灯制御する場合にも本発明を適用することが可能である。

１ 発光素子点灯制御装置、３ ＬＥＤ（発光素子）、４ スイッチング電源回路、
４１ スイッチング素子、５ 電流検出器（第１の電流検出器）、
６ 電流検出器（第２の電流検出器）、７ ローパスフィルタ、
１０ 制御回路（制御手段）、１０２ ＰＩ制御器（比例積分手段）、
１１２ ピークホールド回路（最大値検出手段）、１１３ Ｓ／Ｈ回路、
１１４ 減算器、１１５ ＰＩ制御器、Ｉｏｕｔ 点灯パルス電流、
Ｉｄ，Ｉｄ１，Ｉｄ２ 電流検出値、Ｉｏ 目標電流値、Ｉｓｈ 電流閾値、
Ｓｃ 点灯パルス制御信号、Ｓｇ 駆動信号、
Ｔ１ デューティ比最大期間（第１の期間）、
Ｔ２ 電流フィードバック制御期間（第２の期間）、
Ｔ３ デューティ比ゼロ期間（第３の期間）。

Claims (5)

1. 発光素子に対するオン指令とオフ指令とを周期的に繰り返す点灯パルス制御信号に基づいて上記発光素子に点灯パルス電流を流して当該発光素子を減光点灯する発光素子点灯制御装置であって、
   スイッチング素子を駆動する駆動信号のデューティ比または１周期中の導通時間によって点灯パルス電流が制御されるスイッチング電源回路と、このスイッチング電源回路から出力される点灯パルス電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段による電流検出値に応じて上記点灯パルス制御信号のオン指令の期間中に上記スイッチング素子に加わる上記駆動信号のデューティ比または上記導通時間を変化させて上記点灯パルス電流を制御する制御手段とを備え、
   上記制御手段は、上記点灯パルス制御信号がオフ指令からオン指令の状態になってから上記電流検出手段による電流検出値が所定の電流閾値を超えるまでの第１の期間Ｔ１は、上記駆動信号の上記デューティ比または上記導通時間を最大値とし、上記第１の期間Ｔ１の経過後、上記点灯パルス制御信号がオフ指令の状態になるまでの第２の期間Ｔ２は、上記電流検出値が所定の目標電流値に漸近するように上記駆動信号のデューティ比または上記導通時間をフィードバック制御し、上記点灯パルス制御信号がオフ指令の状態である第３の期間Ｔ３は、上記駆動信号の上記デューティ比または上記導通時間をゼロとするものである、ことを特徴とする発光素子点灯制御装置。
2. 上記制御手段は、上記フィードバック制御のループ内に比例積分手段を含み、この比例積分手段は、上記第２の期間Ｔ２の最後の時点から次の周期における上記第２の期間Ｔ２の最初の時点まで積分項を保持するものである、ことを特徴とする請求項１記載の発光素子点灯装置。
3. 上記電流閾値と上記目標電流値は、予め定められた同一の値である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の発光素子点灯制御装置。
4. 上記制御手段は、上記電流検出値のピーク値を検出するピーク値検出手段と、当該ピーク値が上記目標電流値に漸近するように上記電流閾値をフィードバック制御する電流閾値制御手段と、を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光素子点灯制御装置。
5. 上記スイッチング電源回路の出力側と発光素子との間にはローパスフィルタが接続されるとともに、上記電流検出器を第１の電流検出器としたとき、これに加えて上記ローパスフィルタを通過した後の点灯パルス電流を検出する第２の電流検出手段を備え、かつ、上記制御手段は、上記第２の期間Ｔ２では、上記第１の電流検出器からの電流検出値に代えて、第２の電流検出手段による上記電流検出値が所定の目標電流値に漸近するように上記駆動信号のデューティ比または導通時間をフィードバック制御するものである、ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光素子点灯制御装置。

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