JP2012109453A - パルス駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容量性の負荷デバイスをパルス駆動させた際のパルスの立下り時に生じる残留電圧を簡易な回路構成で効果的に減衰させることによって、負荷デバイスの発熱を抑えると共に、パルスのオン時における駆動能力をさらに高めることができるパルス駆動装置を提供することである。
【解決手段】 出力部１６に接続されるＬＥＤ１０を所定のオン／オフ周期によるパルス信号によって駆動するパルス駆動装置１１において、前記パルス信号がオフした際に、前記ＬＥＤ１０に寄生するキャパシタンスに伴う残留電圧を前記出力部１６と定電流パルス駆動部１４との間に設けた出力制御部１５を通して減衰させることによって、前記パルス信号のオフ期間におけるＬＥＤ１０の消費電力量を低減させた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、発光ダイオードなどの容量性の負荷デバイスをパルス駆動させるためのパルス駆動装置に関するものである。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）の駆動装置は、一又は複数のＬＥＤが接続される出力部と、この出力部に対して直列に接続されるコイル及びこのコイルに生じた逆起電力を前記ＬＥＤに供給するために、前記出力側に並列に接続されるダイオードからなる駆動回路と、この駆動回路をオン／オフにスイッチング駆動するスイッチング回路とを備えて構成されている。

このようなＬＥＤ駆動装置にあっては、ＬＥＤに流れる電流が過渡的に変動するのを防止するための保護回路が設けられる。例えば、特許文献１に記載のＬＥＤ駆動装置では、ＬＥＤが接続される出力部の両端子間に容量素子を設けることで、駆動回路を通してＬＥＤに過大な電流が過渡的に流れるのを防止するように構成されている。

また、特許文献２には、ＬＥＤ駆動用の第１の差動スイッチング回路と誘導負荷を接続した第２の差動スイッチング回路とを備え、双方の差動スイッチング回路をコンデンサによって交流結合した駆動回路が開示されている。このような駆動回路によって、ＬＥＤのオン／オフによる出力電流の立上りや立下りを急峻にすることで高速化を図っている。

特開２００８−２３５５３０号公報 特開２００５−２６８２７６号公報

ところで、負荷となるＬＥＤには静電容量が存在するため、図７（ｂ）に示すように、所定のオン／オフ周期によってパルス駆動させた際に、特にパルスの立下り時における電圧波形及び電流波形の立下り特性に遅れが生じるといった現象がある。一方、同じパルス駆動であっても、抵抗性の負荷であれば、図７（ａ）に示すように、電圧波形及び電流波形には遅れが生じることがない。

このような容量性の負荷をパルス駆動させた際の電圧波形及び電流波形の立下り特性の遅れは、図７（ｂ）に示したように、パルスのピーク値から時間の経過と共に徐々に減衰する電圧波となっており、ここで発生する電圧（残留電圧）はＬＥＤで消費されていることとなる。

このような残留電圧が存在することによって、パルスのオフ期間であっても、ＬＥＤが発熱した状態となっているため、消費電力の低減効果が十分に図られないといった問題があった。また、パルスの立下りの遅れに伴って、立上りのタイミングにも遅れが生じるため、発光のオン／オフ周期が乱れ、発光輝度の低下やちらつきが生じるといった問題もあった。

上記特許文献１に開示されているような容量素子による保護回路を備えた駆動装置にあっては、容量素子自体の静電容量が重畳されるため、パルスの立下りの遅れがさらに大きくなるおそれがある。また、特許文献２に開示されているような２つの差動スイッチング回路を備えるとなると、回路構成が複雑になると共にコストアップともなり、駆動に要する消費電力が増大するため、ＬＥＤの発熱量が高くなるといった問題がある。

上述したように、ＬＥＤを所定のオン／オフ周期によるパルス信号で駆動させることは一般には行われているが、パルス信号がオフした場合であっても、ＬＥＤに寄生する残留電圧の影響で立下りが遅くなるため、前記パルスのオン期間の中でさらに細かくスイッチングさせるような２重パルスを用いた駆動方式を採用することは困難であった。このような２重パルスによる高速駆動が実現できれば、消費電力量を最小限に抑えつつ、ＬＥＤの駆動能力の限界値に近いピーク電流値の近傍で駆動させることが可能となる。しかしながら、従来の回路構成では残留電圧を急激に低減させることは難しく、また、スイッチングを高速化させるには、回路構成が複雑になるといった問題があり、実際に使用できるレベルでの製品化が困難となっていた。

そこで、本発明の目的は、容量性の負荷デバイスをパルス駆動させた際のパルスの立下り時に生じる残留電圧を簡易な回路構成で効果的に減衰させることによって、負荷デバイスの発熱を抑えると共に、パルスのオン時における駆動能力をさらに高めることができるパルス駆動装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、容量性の負荷デバイスを所定のオン／オフ周期によるパルス信号によって駆動するパルス駆動装置において、前記パルス信号がオフした際に、前記負荷デバイスに寄生するキャパシタンスに伴う残留電圧を減衰させることによって、前記負荷デバイスが消費する電力を低減させることを特徴とする。

前記負荷デバイスに対して、所定の電圧値以下に減衰させる整形部を備える。

前記整形部は、前記負荷デバイスに寄生するキャパシタンスを吸収あるいは打ち消すように調整可能なインダクタンスを有する電磁誘導部材を備える。

また、本発明は、容量性の負荷デバイスが接続される出力部と、この出力部に接続された負荷デバイスの定格電圧値に基づき、この負荷デバイスを定常駆動させるための定格電流値及びこの定格電流値から該負荷デバイスに固有の絶対最大定格電流値を算出し、この絶対最大定格電流値を超えない範囲で該負荷デバイスに流し得るピーク電流値の算出及び設定を行い、前記ピーク電流値に基づいてパルス幅変調することで、前記負荷デバイスのオン期間を規定した第１のオン／オフ周期による方形状の第１駆動パルスを生成するとともに、この第１駆動パルスのオン期間の中でさらにスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第２駆動パルスを生成する定電流パルス駆動部とを備えたパルス駆動装置であって、前記定電流パルス駆動部と出力部との間に、前記駆動パルスがオフした際、前記負荷デバイスに寄生するキャパシタンスに伴う残留電圧を減衰させる整形部を有した出力制御部を設けたことを特徴とする。

本発明に係るパルス駆動装置によれば、駆動パルス信号がオフした際に、負荷デバイスに寄生しているキャパシタンスを吸収あるいは打ち消すように作用させることで、前記負荷デバイスで消費される残留電圧を減衰することができる。これによって、負荷デバイスを駆動させるパルス信号を高速化できると共に、負荷デバイスの発熱量を抑えることが可能となる。

また、前記パルスのオン期間の中でさらに細かくスイッチングさせた場合であっても、寄生キャパシタンス及び残留電圧に伴う立下り特性に遅れが生じないので、ピーク電流値を維持した状態で、且つ、安定した状態で負荷デバイスを駆動させることができる。

本発明に係るパルス駆動装置のブロック図である。 上記パルス駆動装置の全体回路図である。 出力制御部の回路図である。 上記パルス駆動装置における駆動パルス及び発光駆動波形図である。 上記パルス駆動装置における発光周期波形図である。 上記パルス駆動装置によって実際にＬＥＤを駆動させたときの出力波形図である。 従来のパルス駆動装置の出力波形図である。

以下、添付図面に基づいて本発明に係るパルス駆動装置の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明のパルス駆動装置を含むシステムのブロック図、図２はパルス駆動装置の回路図である。

本実施形態のパルス駆動装置は、接続される負荷デバイスとして、定格電圧値及び定格電流値等の既定の電気的特性を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を対象として構成されている。図１及び図２に示すように、パルス駆動装置１１は、外部電力供給源１００からの直流電圧Ｖ０を印加する入力端１２ａ，１２ｂを有する入力部１２と、直流電圧Ｖ０を所定の電圧値に昇圧あるいは降圧させるための昇降圧制御部１３と、この昇降圧制御部１３によって制御された電圧ＶＦによって、定電流のパルス信号を生成する定電流パルス駆動部１４と、この定電流パルス駆動部１４で生成されたパルス信号を整形する出力制御部１５と、この出力制御部１５によって整形されたパルス信号をＬＥＤ１０に出力する出力端１６ａ，１６ｂを有する出力部１６とを備えて構成されている。

前記ＬＥＤ１０は、１ｗ，２ｗ，３ｗ，・・・など照明用途に応じて消費電力や数量が適宜設定される。例えば、白熱電球３０ｗ相当用であれば、４ｗ前後のＬＥＤが１個、あるいは１ｗのＬＥＤが４乃至５個が直列に接続される。

前記外部電力供給源１００は、用途に応じて商用交流電圧（１００Ｖ系、２００Ｖ系）、直流電圧（３Ｖ〜４８Ｖ系など）、あるいは、電池（１．５Ｖ〜３Ｖ系など）から選択された電源装置を用いることができる。ＬＥＤ１０は直流駆動であるため、商用交流電圧を用いる場合は、前記外部電力供給源１００側に設けられた整流回路１０１を介して交流から直流に変換した後、パルス駆動装置１１の入力端１２ａ，１２ｂに供給される。なお、直流電圧電源や電池を使用する場合には、整流回路１０１を介さずそのまま直流電圧Ｖ０が入力端１２ａ，１２ｂに供給される。

前記昇降圧制御部１３は、ＬＥＤ１０に流れる電流Ｉ１が設定電流ＩＦとなるように、定電流パルス駆動部１４に供給する電圧を制御する。前記電流Ｉ１が設定電流ＩＦより低い場合は、昇圧コンバータとして動作し、ＩＦと等しくなるようにＩ１を制御する。逆に、Ｉ１がＩＦより高い場合は、降圧コンバータとして動作し、ＩＦと等しくなるようにＩ１を制御する。このようにして制御された電圧ＶＦが定電流パルス駆動部１４へ供給される。

前記定電流パルス駆動部１４は、予め規定されているＬＥＤ１０の定格電流値ＩＦと、このＬＥＤ１０が破壊しない範囲で流し得る絶対最大定格電流値Ｉｍａｘとの間で、絶対最大定格電流値Ｉｍａｘを超えないでより絶対最大電流値に近い値としてのピーク電流値Ｉｐで駆動される駆動パルスを出力制御部１５に供給する。

前記出力制御部１５は、後述する充放電部１７と整形部１８を備え、図４に示すように、前記ピーク電流値Ｉｐを最大振幅とする発光駆動波形Ｗ２による電流を生成し、この電流を出力部１６の出力端１６ａ，１６ｂに出力する。これによって、前記出力端１６ａ，１６ｂに接続されているＬＥＤ１０を正確なパルス信号によって、連続的に安定した状態で発光駆動させることができる。

次に、図２に基づいて、パルス駆動装置１１の詳細な回路構成について説明する。定電流パルス駆動部１４は、定電流制御部２１と、第１のスイッチング素子Ｑ１と、第２のスイッチング素子Ｑ２とを備え、出力制御部１５に流す電流値Ｉ１を常時監視して常に一定供給するように制御される。前記昇降圧制御部１３では、出力部１６に接続されているＬＥＤ１０に流れる電流値Ｉ１の増減分を補うように外部電力供給源１００から電流レベルを増減させる。これによって、一定の電流レベルを維持している。第１のスイッチング素子Ｑ１は、図４に示したように、第１のオン／オフ周期Ｔ１からなる第１駆動パルスＰ１を生成するためのもので、前記昇降圧制御部１３によって増減された電流信号を第１のドライブ回路２３を介して所定のタイミングでスイッチングさせることで、オン期間とオフ期間の比率（デューティ）を設定する。前記第１のオン／オフ周期Ｔ１は、２００Ｈｚ程度となるように制御される。また、デューティは、前記ＬＥＤ１０が有する定格輝度となるように制御されるが、オン期間を５０％程度又はそれ以下となるように設定することで、発熱量や消費電力を低減させることができる。本実施形態では、オン期間を１０％、オフ期間を９０％となるようにデューティを設定した。

前記第２のスイッチング素子Ｑ２は、第２のオン／オフ周期Ｔ２からなる第２駆動パルスＰ２を生成するためのもので、前記第１のスイッチング素子Ｑ１がオンしている間で動作可能となっている。このスイッチングによって、第２のオン／オフ周期Ｔ２は約３００ＫＨｚで、デューティ比はオン期間が１（１０％）、オフ期間が９（９０％）となるように制御される。

負荷電流検出部１９は、電流検出素子Ｒ２、ＲＣ積分回路２７、差動増幅器２８を備える。電流検出素子Ｒ２は、高精度のシャント抵抗が用いられ、前記第２のスイッチング素子Ｑ２のスイッチングによってＬＥＤ１０に流れる電流を検出する。ＲＣ積分回路２７では、前記電流検出素子Ｒ２によって検出された検出電流を第２のスイッチング素子Ｑ２のオン／オフ周期によって積分する。差動増幅器２８は、前記ＲＣ積分回路２７によって積分された信号と基準電圧源３２との差分をとって増幅した検出電圧Ｖ１を出力する。この検出電圧Ｖ１は定電流制御部２１に送られる。

前記定電流パルス駆動部１４に接続される出力制御部１５は、充放電部１７と整形部１８とを備える。図３に示すように、前記充放電部１７は、出力端１６ａ，１６ｂに生じる電圧を充電するコンデンサＣ１と、このコンデンサＣ１に充電された電流を制限するための抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１から放電される電流をバイパスするためのダイオードＤ１を備える。この充放電部１７では、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２がオンする度にＬＥＤ１０に流れる電流が抵抗Ｒ１を通してコンデンサＣ１にも充電される。そして、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２がオフになっている間にコンデンサＣ１に充電された電荷が放電してＬＥＤ１０に電流が流れる。これによって、第１のスイッチング素子Ｑ１及び第２のスイッチング素子Ｑ２のスイッチングによるそれぞれのオン期間だけでなく、オフ期間においてもＬＥＤ１０には電流を一定量供給し続けることができる。このため、駆動電流は間欠的な方形波状のパルスでありながらＬＥＤ１０には一定の電流が連続して流れるため、発光輝度を一定に維持することができると共に、消費電力を低減させることが可能となる。なお、コイルＬ１とダイオードＤ１は、第２のスイッチング素子Ｑ２がオンすることによって、ＬＥＤ１０に流れるピーク電流値Ｉｐを平滑化する。ダイオードＤ２は、バックコンバータとなり、第２のスイッチング素子Ｑ２がオフの期間、ＬＥＤ１０に流れた電流をＩ１に回生させる機能を有している。

図３に示したように、整形部１８は、一方の出力端１６ｂと前記充放電部１７の間に設けられる電磁誘導部材（コイル）Ｌ２によって構成される。このコイルＬ２は、所定のインダクタンスＨｘを有し、前記出力端１６ａ，１６ｂに接続されるＬＥＤ１０に寄生するキャパシタンスＦｘとによってＬＣ回路を構成している。

前記ＬＣ回路は、その共振周波数で振動する電力を蓄えることができ、ＬＥＤ１０に寄生するキャパシタンスＦｘは、出力端１６ａ，１６ｂにかかる電圧によって変化する。ここで、前記キャパシタンスＦｘとコイルＬ２のインダクタンスＨｘとが結合すると、キャパシタンスＦｘにかかる電圧がインダクタンスＨｘによって吸収され、あるいは、打ち消し合いながら徐々に減衰していき、最終的に、出力部１６に蓄積された電力がなくなるように放出させることができる。しかしながら、コイルＬ２が電流の変化を阻止するように働くため、電流は流れ続ける。この電流が流れている間の電圧は、前記ＬＥＤ１０の下限電圧値である定格電圧値ＶＦより低くなるように設定される。

前記コイルＬ２は、ＬＥＤ１０のキャパシタンスＦｘが既知であれば、このキャパシタンスＦｘとの共振点が設定可能なインダクタンスＨｘ値を有した部品が選択される。また、前記ＬＥＤ１０のキャパシタンスＦｘが不明であったり、発光状態において変動したりする場合は、コイルＬ２にインダクタンスＨｘ値が可変可能な部品を用いて構成することができる。なお、基本構成としては、Ｌ１＝Ｌ２を満たせばよい。

前記定格電圧値ＶＦを基準としたピーク電流値Ｉｐは、ＩＦ＜Ｉｐ＜Ｉｍａｘの関係を満たしていれば問題ないが、安全性を考慮しつつ、最大限の効果を引き出すためには、Ｉｐ＝ｋ×Ｉｍａｘ（ｋ＝０．９）に予め設定される。係数ｋは（０＜ｋ＜１）の範囲で任意に設定することができるが、（０．５＜ｋ＜１）あるいは（０．７＜ｋ＜１）で設定するのが好ましい。この結果から実際にＬＥＤを高効率で駆動させるためのピーク電流値Ｉｐを設定する。なお、係数ｋは、駆動制御部１０の外部端子（図示せず）に接続される可変抵抗、トリマーあるいはディップスイッチなどの調整デバイスによって外部から設定することができる。

また、上述したように、既定値として予めピーク電流値Ｉｐを設定する以外の手段として、パルス駆動装置１１に内蔵するＣＰＵのメモリ内に定格電流値参照テーブル（ＶＦ−ＩＦテーブル）や絶対最大定格電流値参照テーブル（ＩＦ−Ｉｍａｘテーブル）を記憶させておき、これらの参照テーブルを基にしたプログラム処理によって算出させることもできる。前記ＶＦ−ＩＦテーブルには、定格電圧値ＶＦ、定格電流値ＩＦが設定され、ＩＦ−Ｉｍａｘテーブルには、前記定格電流値ＩＦ、絶対最大定格電流値Ｉｍａｘが設定される。

ここで、定格電流値ＩＦとは、前記ＬＥＤ１０を安定した状態で一定の明るさに発光させることが可能な電流値であり、定格電圧値ＶＦはそのときにＬＥＤ１０にかかる電圧値である。また、絶対最大定格電流値Ｉｍａｘとは、ＬＥＤ１０の動作を一定の条件の下で保証し得る最大許容値であり、この値を超えれば素子の破壊につながるため、短時間であっても越えないように規定した値である。この絶対最大定格電流値Ｉｍａｘは、後述する第１駆動パルス及び第２駆動パルスにおける駆動条件において保証し得る最大許容値であり、ＬＥＤチップメーカー側で公開している仕様書やカタログなどに記載されている絶対最大定格電流値とは異なり、数倍程度の値を取り得る。したがって、本発明におけるピーク電流値Ｉｐとは、使用するＬＥＤ１０の第１及び第２駆動パルスにおける駆動条件下において予め求められた絶対最大定格電流値Ｉｍａｘに安全率としての係数を加味して決定された値である。

前記定電流パルス駆動部１４は、図４に示したように、ＬＥＤ１０をパルス駆動させるための方形状の発光周期信号（第１駆動パルス）Ｐ１を生成する。この第１駆動パルスＰ１は、定電流パルス駆動部１４の第１ドライブ回路２３によってパルス幅変調された連続した第１のオン／オフ周期Ｔ１からなっており、電流が流れる期間（オン期間）と、電流が流れない期間（オフ期間）を連続して繰り返す。前記第１のオン／オフ周期Ｔ１は、一例として、約２００Ｈｚ、デューティ比は、オン期間が１（１０％）に対してオフ期間が９（９０％）となるように設定される。なお、前記第１のオン／オフ周期Ｔ１は、ＬＥＤの駆動能力に応じて適宜設定される。

前記第１駆動パルスＰ１は、第１のオン期間の中で高速にスイッチングさせることで、さらに電流が流れる期間を細かく断続させた第２のオン／オフ周期Ｔ２からなる方形状の発光駆動信号（第２駆動パルス）Ｐ２が生成される。第２のオン／オフ周期Ｔ２は、前述したＴ１の条件の下では、一例として、約３００ｋＨｚ、デューティ比は第１駆動パルスＰ１と同様にオン期間が１に対してオフ期間が９となるように設定される。この第２駆動パルスＰ２は、前記第１駆動パルスＰ１と同様にＬＥＤ１０の種類や数量等の駆動能力に応じて設定されたピーク電流値Ｉｐによる振幅で制御出力される。また、第２駆動パルスＰ２は、ＲＣ積分回路２７を通すことによって、第２のオン／オフ周期Ｔ２で充放電を繰り返す三角波状の発光駆動波形Ｗ２となる。さらに、図５に示すように、この発光駆動波形Ｗ２によるパルスから第１のオン／オフ周期Ｔ１で充放電を繰り返す三角波状の発光周期波形Ｗ１による電流が出力される。このように、ピーク電流値Ｉｐを最大振幅とする発光周期波形Ｗ１による電流をＬＥＤに印加することによって、消費電力を抑えつつ、高効率でＬＥＤを連続的に安定した状態で発光駆動させることができる。

上記定電流パルス駆動部１４によって、ピーク電流値Ｉｐは、ＩＦ＜Ｉｐ＜Ｉｍａｘの関係を満たす範囲に制御され、このピーク電流値Ｉｐを所定のデューティ比でスイッチングさせるように構成されている。

図６は本発明のパルス駆動装置１１を用いて実際にＬＥＤを駆動したときの出力波形である。波形（ａ）は、定格２ｗのＬＥＤを用いて、駆動パルスのオンデューティを２０％に設定したときのものである。このときの電圧・電流値は以下の通りである。
ピーク電圧Ｖｐ＝１０．４０（Ｖ）
ピーク電流Ｉｐ＝１．２８（Ａ）
平均電圧Ｖｒｍｓ＝４．７２（Ｖ）
平均電流Ｉｒｍｓ＝０．４６８（Ａ）
平均電力Ｐｒｍｓ＝２．２１（Ｗ）

一方、比較のために、上記定格２ｗのＬＥＤをＤＣ駆動した場合の実験値は以下のようになる。
ピーク電圧Ｖｐ＝８．４２（Ｖ）
ピーク電流Ｉｐ＝０．２５３（Ａ）
平均電圧Ｖｒｍｓ＝８．４２（Ｖ）
平均電流Ｉｒｍｓ＝０．２５３（Ａ）
平均電力Ｐｒｍｓ＝２．１３（Ｗ）

また、このときの全光速は、パルス駆動で１１０（ｌｍ）、ＤＣ駆動で９４（ｌｍ）となり、パルス駆動の方が明るくなるといった結果が得られた。

温度変化に関しては、ＤＣ駆動の場合、最高温度Ｔｃ＝４４℃、周囲温度Ｔａ＝２８℃となり、その差ΔＴ＝１６℃であったのに対して、パルス駆動の場合、Ｔｃ＝４２℃、Ｔａ＝２８℃となり、その差ΔＴ＝１４℃となった。この結果、パルス駆動の場合では、ＬＥＤの温度が約２℃低下するといった効果が得られた。なお、Ｔｃの温度測定は、ＬＥＤ近傍のヒートシンク表面位置を固定して測定を行った。

次に、定格２ｗのＬＥＤを用いて、駆動パルスのオンデューティを１０％に設定したときの実験データを以下に示す。
ピーク電圧Ｖｐ＝１２．６０（Ｖ）
ピーク電流Ｉｐ＝２．６８（Ａ）
平均電圧Ｖｒｍｓ＝４．０７（Ｖ）
平均電流Ｉｒｍｓ＝０．５２３（Ａ）
平均電力Ｐｒｍｓ＝２．１３（Ｗ）
このときの全光速は、１１４（ｌｍ）であった。また、上記条件における温度変化は、Ｔｃ＝４１℃、Ｔａ＝２８℃となり、その差ΔＴ＝１３℃となり、ＤＣ駆動に比べて約３℃低下することが確認できた。

上記実験結果から、ＬＥＤ１０がオフした際におけるキャパシタンスＦｘが整形部１８のインダクタンスＨｘと結合することによって、残留電圧を打ち消す方向に作用した結果、ＤＣ駆動時と略同じ電力が供給されたにも関わらず、ＬＥＤ１０で消費される電力が低減し、これによって発熱を抑えることができた。また、パルスのオンデューティを小さく設定するほど発熱量を抑えることが可能となる。これは、パルスのオフ期間が長くなることと、前記整形部１８によって、パルスがオフした際の残留電圧が急激に低減するため、ＬＥＤ１０の冷却効果が高まったためであると考えられる。

以上、説明したように、本発明のパルス駆動装置によれば、パルスがオフした際の電流波形及び電圧波形の立下り特性が改善されたことによって、発光周期波形及びこの発光周期波形の中でさらにオン／オフする発光駆動波形の立下り特性も急峻となるように改善された。これによって、オンパルスのＩｐが高まり、発光特性も大幅に改善することができた。

特に、出力端１６ａ，１６ｂに接続されるＬＥＤ１０の特性や個数に応じた定電流を出力部１６に対して連続的に供給するのではなく、ピーク電流値Ｉｐのオン／オフが変化するパルス信号を高速にスイッチングすることでＬＥＤ１０を発光制御する。このため、ＬＥＤ１０の発光レベルを一定に維持した状態で、発熱及びこの発熱に伴う消費電力の低減化が図られるといった有利な効果を奏する。

ＬＥＤの特性としては、順方向の定格電圧値ＶＦが温度の上昇によって低下する傾向にあるため、従来の一般的な定電流源からの出力電圧が一定であると、出力部１６に流れる電流が増し、それに伴って前記定格電圧値ＶＦがさらに低下するといった問題があったが、前述したように、定電流パルス駆動部１４によって、ＬＥＤ１０への通電時間を間欠的にスイッチングさせることで、温度上昇の低減とともに、ＶＦの変動を抑制する効果も得られる。

前記出力部１６に接続されるＬＥＤ１０は１個から駆動可能であり、複数接続される場合は、直列や並列あるいは直列並列が混在したものであってもよい。なお、本実施形態では、ＬＥＤを駆動対象としたが、ＬＥＤには限定されず、液晶やＥＬ等の容量性の負荷デバイス全般も駆動対象とすることが可能である。

１０ ＬＥＤ（負荷デバイス）
１１ パルス駆動装置
１２ 入力部
１２ａ，１２ｂ 入力端
１３ 昇降圧制御部
１４ 定電流パルス駆動部
１５ 出力制御部
１６ 出力部
１６ａ，１６ｂ 出力端
１７ 充放電部
１８ 整形部
１９ 負荷電流検出部
２１ 定電流制御部
２３ 第１のドライブ回路
２４ 第２のドライブ回路
２７ ＲＣ積分回路
２８ 差動増幅器
３２ 基準電圧源
１００ 外部電力供給源
１０１ 整流回路
Ｑ１ 第１のスイッチング素子
Ｑ２ 第２のスイッチング素子
Ｒ１，Ｒ２ 抵抗
Ｃ１ コンデンサ
Ｌ１，Ｌ２ コイル
Ｄ１，Ｄ２ ダイオード
Ｐ１ 第１駆動パルス
Ｐ２ 第２駆動パルス
Ｔ１ 第１のオン／オフ周期
Ｔ２ 第２のオン／オフ周期
Ｗ１ 発光周期波形
Ｗ２ 発光駆動波形
Ｖ１ 検出電圧
ＶＦ 定格電圧値
Ｉｐ ピーク電流値
ＩＦ 定格電流値
Ｉｍａｘ 絶対最大定格電流値

Claims (11)

1. 容量性の負荷デバイスを所定のオン／オフ周期によるパルス信号によって駆動するパルス駆動装置において、
   前記パルス信号がオフした際に、前記負荷デバイスに寄生するキャパシタンスに伴う残留電圧を減衰させることによって、前記負荷デバイスが消費する電力を低減させることを特徴とするパルス駆動装置。
2. 前記負荷デバイスに対して、所定の電圧値以下に減衰させる整形部を備えた請求項１に記載のパルス駆動装置。
3. 前記整形部は、前記負荷デバイスに寄生するキャパシタンスを吸収あるいは打ち消すように調整可能なインダクタンスを有する電磁誘導部材を備える請求項２に記載のパルス駆動装置。
4. 前記電磁誘導部材は、前記負荷デバイスのキャパシタンスと共振するようにインダクタンスが調整される請求項３に記載のパルス駆動装置。
5. 前記キャパシタンスとインダクタンスとを共振させることによって、前記残留電圧を前記負荷デバイスが起動可能となる下限電圧値以下に減衰させる請求項１乃至４のいずれかに記載のパルス駆動装置。
6. 前記下限電圧値は、前記負荷デバイスの定格電圧値である請求項５に記載のパルス駆動装置。
7. 容量性の負荷デバイスが接続される出力部と、
   この出力部に接続された負荷デバイスの定格電圧値に基づき、この負荷デバイスを定常駆動させるための定格電流値及びこの定格電流値から該負荷デバイスに固有の絶対最大定格電流値を算出し、この絶対最大定格電流値を超えない範囲で該負荷デバイスに流し得るピーク電流値の算出及び設定を行い、
   前記ピーク電流値に基づいてパルス幅変調することで、前記負荷デバイスのオン期間を規定した第１のオン／オフ周期による方形状の第１駆動パルスを生成するとともに、
   この第１駆動パルスのオン期間の中でさらにスイッチングさせることで、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように、且つオン期間及びオフ期間のデューティ比を可変とした第２のオン／オフ周期による第２駆動パルスを生成する定電流パルス駆動部とを備えたパルス駆動装置であって、
   前記定電流パルス駆動部と出力部との間に、前記駆動パルスがオフした際、前記負荷デバイスに寄生するキャパシタンスに伴う残留電圧を減衰させる整形部を有した出力制御部を設けたことを特徴とするパルス駆動装置。
8. 前記整形部は、前記負荷デバイスがオフした際に寄生するキャパシタンスと共振するインダクタンスを有する電磁誘導部材を備える請求項７に記載のパルス駆動装置。
9. 前記整形部は、前記残留電圧を負荷デバイスの定格電圧値未満に減衰させる請求項８に記載のパルス駆動装置。
10. 前記出力制御部は、キャパシタンス及びインダクタンスからなる充放電回路を備え、パルスの最大振幅が前記ピーク電流値となるように駆動される第１駆動パルス及び第２駆動パルスのオン期間で充電してオフ期間で放電させることによって、前記出力部側に前記充放電によるパルス信号で駆動された電流を印加する請求項７に記載のパルス駆動装置。
11. 前記負荷デバイスは、一又は複数の発光素子である請求項１又は７に記載のパルス駆動装置。

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