JP2018006105A - 電流制御装置、照明装置及び電流制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力効率を向上させながら適切に電力供給を行うことが出来る電流制御装置、照明装置及び電流制御方法を提供する。【解決手段】電流制御装置（２）は、入力電圧よりも高い電圧を含む複数の異なる出力電圧のうち何れかを選択的に出力してＬＥＤ（５０）の動作電圧を供給するチャージポンプ回路（３０）と、ＬＥＤ（５０）に流す電流を調整する電流調整回路（４０）と、電流調整回路（４０）により調整されたＬＥＤ（５０）に流す電流の電流値に応じた動作電圧に基づいて選択される出力電圧をチャージポンプ回路（３０）から出力させ、複数の出力電圧ごとにそれぞれ異なる基準で、ＬＥＤ（５０）に流す電流に応じたパルス変調制御を行って、ＬＥＤ（５０）に電力供給を行う制御部（１０）と、を備える。【選択図】図１

Description

この発明は、電流制御装置、照明装置及び電流制御方法に関する。

従来、発光素子などのアナログ素子に電力、特に、所望の電流を供給して動作させる電流制御装置がある。電池などの電源を用いてこの電流制御装置がアナログ素子を動作させる場合、当該アナログ素子の動作状況に応じて必要な電圧が電源の供給電圧より高くなったり低くなったりする場合があり、このような場合に、必要に応じてチャージポンプ回路により電源電圧を昇圧して電力の供給を行う技術が知られている（特許文献１）。

特開２００９−２１３１４号公報

しかしながら、このような限られた電源を用いる電流制御装置において、アナログ素子の動作に必要な電圧よりも高い電圧を生成して電力の供給を行っている間、アナログ素子の動作に係る消費電力に比して電流制御装置の消費電力が増大し、電力効率が低下するという課題がある。

この発明の目的は、より電力効率を向上させながら適切に電力供給を行うことが出来る電流制御装置、照明装置及び電流制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、
入力電圧よりも高い電圧を含む複数の異なる出力電圧のうち何れかを選択的に出力してアナログ素子の動作電圧を供給するチャージポンプ回路と、
前記アナログ素子に流す電流を調整する電流調整回路と、
前記電流調整回路により調整された前記アナログ素子に流す電流の電流値に応じた前記動作電圧に基づいて選択される前記出力電圧を前記チャージポンプ回路から出力させ、複数の前記出力電圧ごとにそれぞれ異なる基準で、前記アナログ素子に流す電流に応じたパルス変調制御を行って、当該アナログ素子に電力供給を行う制御部と、
を備えることを特徴とする電流制御装置である。

本発明に従うと、電流制御装置においてより電力効率を向上させながら適切に電力供給を行うことが出来るという効果がある。

本発明の実施形態の照明装置の機能構成を示すブロック図である。 ＬＥＤの輝度（電流値）と電圧との関係の例を示す図である。 照明動作制御処理の制御手順を示すフローチャートである。 温度変化に応じたＬＥＤの電流値（輝度）と電圧との関係の例を示す図である。 照明動作制御処理の制御手順の変形例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の照明装置１の機能構成を示すブロック図である。

この照明装置１は、制御部１０と、調光回路２０と、チャージポンプ回路３０と、電流調整回路４０と、ＬＥＤ５０（発光ダイオード、発光部、アナログ素子）と、温度計測部６０（温度計測手段）などを備える。

制御部１０は、照明装置１の全体動作を統括制御する。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）や記憶部を備える。これらは、ＩＣチップやマイコン上に一体配置されても良い。制御部１０は、電力供給部から電力供給を受け、発振回路や分周回路などの信号生成部から入力されたクロック信号に基づいて動作制御を行う。制御部１０は、外部から取得される輝度設定情報、及び電流調整回路４０から取得される調整電圧の大きさ情報や、温度計測部６０により計測される周辺温度データなどに基づいて、チャージポンプ回路３０におけるチャージポンプ動作の有無の切り替えを行い、また、電流調整回路４０におけるＰＷＭ制御の有無及びＰＷＭ制御時のデューティ比の設定を行うことで、ＬＥＤ５０に対して適切な電力供給（特に電流）を行う。

制御部１０は、記憶部に動作テーブル１１を有する。動作テーブル１１は、チャージポンプ回路３０におけるチャージポンプ動作の切り替え条件を温度計測部６０の温度データ、ＬＥＤ５０の点灯時間や入力電圧Ｖｉｎの大きさなどの各パラメータと各々及びこれらの組み合わせに対応付けて記憶保持する。

調光回路２０は、制御部１０からの制御信号に基づいて、設定される発光量に応じた電流量を得るための定電流回路４１の調整動作を行う。

チャージポンプ回路３０は、制御部１０の制御に応じて電力供給部から入力電圧Ｖｉｎで供給された電力をそのまま又はチャージポンプにより昇圧した（昇圧動作）何れかの電圧を選択的に出力電圧ＶｏｕｔとしてＬＥＤ５０に出力する。チャージポンプ回路３０としては、各種周知の回路を利用可能である。
ここでは、電力供給部から供給する電力に係る電源には、乾電池や充電池などが用いられるが、交流１００Ｖなどの商用電源から取得され、電力供給部で所定の直流電圧に変換されて入力電圧Ｖｉｎとして入力されても良い。

電流調整回路４０は、制御部１０及び調光回路２０からの入力信号に基づいて、ＬＥＤ５０の設定光量に応じて調整した電流を当該ＬＥＤ５０に流す。電流調整回路４０は、定電流回路４１と、スイッチング素子４２などを備える。定電流回路４１には、各種周知の回路が用いられ、当該定電流回路４１を流す電流、即ち、ＬＥＤ５０を流れる電流量を変化（調整）させる。また、スイッチング素子４２のオンオフを所定の周波数及びデューティ比で切り替えることでＰＷＭ（Pulse Width Modulation）動作（パルス変調制御）を行う。

ＬＥＤ５０は、チャージポンプ回路３０から入力される供給電圧と電流調整回路４０により定められた電流とにより発光して光を出射する。ＬＥＤ５０としては、発光量や発光色に応じて適切な周知のものが選択される。温度などの条件に変化がなければ、ＬＥＤ５０は、流れる電流量にほぼ比例した輝度（放射光束）で発光する。

温度計測部６０は、照明装置１の動作環境の温度、ここでは周辺温度を計測して所定のサンプリング周波数で制御部１０に制御結果をデジタル出力する。
これらの構成のうち、アナログ素子としてのＬＥＤ５０を除く各構成要素により電流制御装置２が構成される。
また、温度計測部６０及び制御部１０により動作環境情報取得手段が構成される。

次に、本実施形態の照明装置１における輝度の制御動作について説明する。
本実施形態の照明装置１では、電流調整回路４０の定電流回路４１が流す電流量の調整と、スイッチング素子４２のオンオフ動作及びデューティ比の調整によるＰＷＭ制御とにより、ＬＥＤ５０の輝度を調整する。

図２は、ＬＥＤ５０の輝度（電流値）と電圧との関係の例を示す図である。
ＬＥＤ５０は、材料などによって異なるが、所定の閾値電圧Ｖｆ０（障壁電圧）以上の印加電圧Ｖｆにより、当該印加電圧Ｖｆの上昇に従って増加する出力電流Ｉｆ、即ち、輝度で発光する。図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ５０では、輝度が上昇するにつれて印加電圧Ｖｆが上昇する。チャージポンプ回路３０は、この印加電圧Ｖｆと、定電流回路４１やスイッチング素子４２など電流調整回路４０の動作に係る最低限の調整電圧（最低調整電圧Ｖｃｍｉｎ）との和である動作電圧Ｖａ以上の出力電圧Ｖｏｕｔを出力供給する必要がある。最低調整電圧Ｖｃｍｉｎは、電流量（輝度）の上昇に従って大きく変化しない。電流量（輝度）の上昇に伴って、チャージポンプを動作させない状況でのチャージポンプ回路３０の第１出力電圧Ｖｏｕｔ１（第１の電圧）よりも動作電圧Ｖａが高くなる場合には、チャージポンプを動作させて第２出力電圧Ｖｏｕｔ２（第２の電圧）を出力させる必要が生じる。

このとき、出力電圧Ｖｏｕｔが動作電圧Ｖａより大きい場合、この電圧差に応じた電力を定電流回路４１の抵抗素子などで熱として消費させると、照明装置１の供給電力、即ち、動作電圧Ｖａと出力電流Ｉｆとの積に対するＬＥＤ５０の消費電力、即ち、印加電圧Ｖｆと出力電流Ｉｆとの積の割合を示す電力効率が低下する。本実施形態の照明装置１では、出力電圧Ｖｏｕｔ及びこれに対応する出力電流Ｉｏｕｔを電力効率の高い値に固定して、輝度に応じてその出力時間のＰＷＭ制御を行うことで、ＬＥＤ５０に流れる電流の平均電流値を予め定められた電流範囲内で変化させる。

出力電圧Ｖｏｕｔには、上述のように、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１と第２出力電圧Ｖｏｕｔ２の２種類があり、動作電圧Ｖａが第１出力電圧Ｖｏｕｔ１以下の場合には、当該第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力電圧Ｖｏｕｔとして固定してＰＷＭ制御を行い、動作電圧Ｖａが第１出力電圧Ｖｏｕｔ１より大きい場合（第２出力電圧Ｖｏｕｔ２以下）には、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力電圧Ｖｏｕｔとして固定してＰＷＭ制御を行う。これにより、図２（ｂ）に示すように、必要以上に出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させず、また、出力電圧Ｖｏｕｔと動作電圧Ｖａの差分が小さい状態に限定する。従って、照明装置１では、平均電流値の低下に伴って出力電圧Ｖｏｕｔと動作電圧Ｖａとの電圧差を発熱消費させる必要がない。
即ち、ＬＥＤ５０の輝度（平均輝度）は、チャージポンプを動作させない状況では、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１に応じた出力電流Ｉｏｕｔである閾値電流Ｉｔｈ（第１の電流値）での輝度とＰＷＭ制御に係るデューティ比とにより定まり、チャージポンプを動作させた状況では、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２に応じた出力電流Ｉｏｕｔである電流値Ｉｍａｘ（第２の電流値）での輝度とＰＷＭ制御に係るデューティ比とにより定まる。
このように、２段階の出力電圧について、チャージポンプ動作を行わない低電圧側のＬＥＤ５０の動作において最も電力効率の良い動作電圧Ｖａ（＝第１出力電圧Ｖｏｕｔ１）及び閾値電流Ｉｔｈの位置が、当該２段階のＰＷＭ制御の基準（即ち、デューティ比を算出する対象の電流量など）切り替え位置となる。

電流値Ｉｍａｘとしては、例えば、ＬＥＤ５０の順方向電流（絶対最大定格）が用いられるが、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２に比してＬＥＤ５０の輝度制御範囲をこの順方向電流に応じた輝度よりも十分に低い範囲に限る場合には、パルス順方向電流の絶対最大定格であっても良い。或いは、これよりも輝度制御範囲の上限に応じたこれら絶対最大規格に係る値よりも小さい電流値とされても良いが、動作電圧Ｖａと第２出力電圧Ｖｏｕｔ２との電圧差が大きくならないことが好ましい。
ここでは、照明装置１により出力可能な電流範囲の最小電流値はゼロとして、当該最小電流値まで所定の間隔又は連続的に輝度を調節することが出来る。

図３は、本実施形態の照明装置１において実行される照明動作制御処理の制御部１０による制御手順を示すフローチャートである。
照明動作制御処理が開始されると、制御部１０（ＣＰＵ）は、外部から輝度設定信号を取得する（ステップＳ１１１）。この信号は、外部機器からの制御信号であっても良いし、ユーザの入力操作による操作受付信号であっても良い。制御部１０は、取得された輝度設定（光量）に応じたＬＥＤ５０の出力電流Ｉｆ（ＰＷＭによる平均電流値）及び印加電圧Ｖｆに換算する（ステップＳ１１２）。この換算は、特には限られないが、動作テーブル１１を参照して行われれば良い。

制御部１０は、電流調整回路４０から調整電圧Ｖｃを取得し、印加電圧Ｖｆと合わせて動作電圧Ｖａを算出する（ステップＳ１１３）。制御部１０は、動作電圧Ｖａがチャージポンプ回路３０の第１出力電圧Ｖｏｕｔ１以下であるか否かを判別する（ステップＳ１１４）。

動作電圧Ｖａが第１出力電圧Ｖｏｕｔ１以下である判別された場合には（ステップＳ１１４で“ＹＥＳ”）、制御部１０は、チャージポンプ動作をオフ設定してチャージポンプ回路３０に制御信号を出力し、出力電圧Ｖｏｕｔを第１出力電圧Ｖｏｕｔ１、出力電流Ｉｏｕｔを閾値電流Ｉｔｈに定める（ステップＳ１１５）。それから、制御部１０の処理は、ステップＳ１１７に移行する。

動作電圧Ｖａが第１出力電圧Ｖｏｕｔ１以下ではない（第１出力電圧Ｖｏｕｔ１より大きい）と判別された場合には（ステップＳ１１４で“ＮＯ”）、制御部１０は、チャージポンプ動作をオン設定してチャージポンプ回路３０に制御信号を出力し、出力電圧Ｖｏｕｔを第２出力電圧Ｖｏｕｔ２、出力電流Ｉｏｕｔを電流値Ｉｍａｘに定める（ステップＳ１１６）。それから、制御部１０の処理は、ステップＳ１１７に移行する。
ステップＳ１１３〜Ｓ１１６の処理が電圧設定ステップを構成する。

ステップＳ１１７の処理に移行すると、制御部１０は、チャージポンプ回路３０の出力と、輝度に応じた設定とに基づいて、電流調整回路４０のスイッチング素子４２によるＰＷＭ動作のデューティ比を算出する（ステップＳ１１７）。制御部１０は、調光回路２０に出力電流Ｉｏｕｔを設定して、当該出力電流が得られるように定電流回路４１を設定動作させる（ステップＳ１１８）。また、制御部１０は、算出されたデューティ比でスイッチング素子４２のオンオフを切り替えることで、電流調整回路４０のＰＷＭ制御を行う（ステップＳ１１９）。
ステップＳ１１７〜Ｓ１１９の処理が電流制御ステップを構成する。
それから、制御部１０の処理は、ステップＳ１１１に戻る。なお、輝度設定信号の内容に変化が無い場合でも、ＬＥＤ５０や電流調整回路４０の動作状態、例えば、連続動作時間やその際の発光量などに応じた温度変化などに従って印加電圧Ｖｆと出力電流Ｉｆとの関係が補正され得るものであり、また、調整電圧Ｖｃが随時変更されて帰還されるので、ステップＳ１１１からの各処理は、定期的に繰り返し行われる。

なお、上述の動作電圧Ｖａと比較される第１出力電圧Ｖｏｕｔ１は、厳密にこの値とされるのではなく、多少のマージンを含めた低めの電圧値であっても良い。後述の変形例で示すように、ＬＥＤ５０に流れる電流値に対する印加電圧Ｖｆは変動し得るものであり、また、入力電圧Ｖｉｎの変動によって第１出力電圧Ｖｏｕｔ１も変化し得る。従って、一時的にこれらの変動が生じた場合でも動作電圧Ｖａが照明装置１の信頼度などに応じて十分な確率で第１出力電圧Ｖｏｕｔ１以下となるように低めの電圧値が設定され、当該低めの電圧値に応じて閾値電流Ｉｔｈより小さい電流値がＰＷＭ制御で断続的にＬＥＤ５０に流される。言い換えると、チャージポンプ動作を行わない場合の出力電流（ＰＷＭ制御による平均電流値）は、閾値電流Ｉｔｈよりも小さい範囲で予め適宜定めておくことが出来る。

［変形例］
次に、照明装置１の輝度制御動作の変形例について説明する。
ＬＥＤ５０を流れる電流値（即ち輝度）と印加電圧Ｖｆとの関係は、ＬＥＤ５０の素子ごとにばらつきが大きく、また、更に周辺温度などの周辺環境の状態に応じて変化する。
図４は、温度変化に応じたＬＥＤ５０の電流値（輝度）と電圧との関係の例を示す図である。

周辺温度Ｔが所定の標準温度Ｔ０からこれより高い温度Ｔ１に上昇すると、所定の電流値に対応する印加電圧Ｖｆ（順方向電圧）が低下し、これに伴って、動作電圧もＶａ（Ｔ０）からＶａ（Ｔ１）に低下する。従って、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１と動作電圧Ｖａとが等しくなるときの電流、即ち、閾値電流Ｉｔｈが上昇する。

また、乾電池や充電池などのバッテリからの入力電圧Ｖｉｎは、バッテリ残量に応じて低下するので、この入力電圧Ｖｉｎの低下（変化）に伴ってチャージポンプ回路３０の出力電圧Ｖｏｕｔも変化する。従って、この出力電圧Ｖｏｕｔの変化もチャージポンプ動作の有無の切り替え基準を変化させる要因となり得る。

本実施形態の照明装置１では、チャージポンプ動作の有無を切り替える基準として閾値電流Ｉｔｈを温度条件などのパラメータなどと対応付けて動作テーブル１１に記憶させる。パラメータ（動作環境情報）としては、温度計測部６０が計測する周辺温度や入力電圧Ｖｉｎの他、照明動作を開始してからの継続時間なども含まれ得る。そして、これらパラメータの一部又は全部を適切な頻度で取得し、取得されたデータ（取得データ）に応じて閾値電流Ｉｔｈの設定を変化（変更）させながらチャージポンプ動作の有無及びＰＷＭ制御の基準の切り替えが行われる。

図５は、本実施形態の照明装置１において実行される照明動作制御処理の制御部１０による制御手順の変形例を示すフローチャートである。
この変形例の照明動作制御処理は、図３に示した照明動作制御処理と比較して、ステップＳ１１３の処理の代わりにステップＳ１２１、Ｓ１２２の処理が追加され、また、ステップＳ１１２、Ｓ１１４〜Ｓ１１６の処理がそれぞれステップＳ１１２ａ、Ｓ１１４ａ〜Ｓ１１６ａの処理に置き換えられている。その他の処理については同一であり、同一の処理内容には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

ステップＳ１１１の処理で輝度設定が取得されると、制御部１０は、輝度に応じた出力電流Ｉｆ（ＰＷＭによる平均電流値）に換算する（ステップＳ１１２ａ）。制御部１０は、電流調整回路４０から調整電圧Ｖｃを取得し、また、パラメータとして、温度計測部６０から周辺温度を取得し、入力電圧Ｖｉｎを計測して取得する（ステップＳ１２１）。

制御部１０は、動作テーブル１１を参照してこれら取得された調整電圧Ｖｃ、入力電圧Ｖｉｎや周辺温度Ｔなどのパラメータに応じた閾値電流Ｉｔｈを取得して設定する（ステップＳ１２２）。

制御部１０は、電流調整回路４０の制御によりＬＥＤ５０に流す出力電流Ｉｆ（平均電流値）が得られた閾値電流Ｉｔｈ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１１４ａ）。出力電流Ｉｆが閾値電流Ｉｔｈ以下であると判別された場合には（ステップＳ１１４ａで“ＹＥＳ”）、制御部１０は、チャージポンプ回路３０によるチャージポンプ動作をオフに設定し、電流調整回路４０によるＰＷＭ制御により電流が流れる期間における出力電流Ｉｏｕｔの電流値を閾値電流Ｉｔｈに設定する（ステップＳ１１５ａ）。それから、制御部１０の処理は、ステップＳ１１７に移行する。

出力電流Ｉｆが閾値電流Ｉｔｈ以下ではないと判別された場合には（ステップＳ１１４ａで“ＮＯ”）、制御部１０は、チャージポンプ回路３０によるチャージポンプ動作をオンに設定し、出力電流Ｉｏｕｔの電流値を電流値Ｉｍａｘに設定する（ステップＳ１１６ａ）。それから、制御部１０の処理は、ステップＳ１１７に移行する。

以上のように、本実施形態の照明装置１のアナログ素子であるＬＥＤ５０の電流を制御する電流制御装置２は、入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧を含む複数の異なる出力電圧Ｖｏｕｔのうち何れかを選択的に出力してＬＥＤ５０の動作電圧Ｖａを供給するチャージポンプ回路３０と、ＬＥＤ５０に流す出力電流Ｉｆ（平均電流値）を調整する電流調整回路４０と、ＬＥＤ５０に流す出力電流Ｉｏｕｔの電流値に応じた動作電圧Ｖａに基づいて選択される出力電圧Ｖｏｕｔをチャージポンプ回路３０から出力させ、複数の出力電圧Ｖｏｕｔ（Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２）ごとにそれぞれ異なる基準で、ＬＥＤ５０に流す出力電流Ｉｆに応じたＰＷＭ制御を行って、当該ＬＥＤ５０に電力供給を行う制御部１０と、を備える。このように、チャージポンプ回路３０における複数の出力電圧に対して電力効率の良い動作電圧Ｖａとなる閾値電流Ｉｔｈや電流値Ｉｍａｘをそれぞれ基準として各々ＰＷＭ制御を行うことで、電力効率を下げずに広い出力電流範囲で少ない無駄で適切な電流の出力を行うことが出来る。また、これにより、最大出力電圧に応じた電圧を常に出力する必要がなく、乾電池や充電池など出力電圧が限られるバッテリを有効に利用して幅広い電流供給を行うことが出来る。

また、制御部１０は、複数の出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２ごとに、ＬＥＤ５０への電力供給に係る供給電力に対するＬＥＤ５０の消費電力の割合を示す電力効率が、出力電圧ＶｏｕｔによりＬＥＤ５０に流すと定められた電流範囲内で最大となる第１の電流値（閾値電流Ｉｔｈ、電流値Ｉｍａｘ）を一つの基準として、それぞれ、ＰＷＭ制御を行う。このように、電力効率が最大の電流及び電圧を基準としてＰＷＭ制御を行うことで、これより小さい電流をＬＥＤ５０に流す場合でも広い範囲で電力効率を大きく低下させないので、電力効率の高い状態を広い範囲に亘って維持することが出来る。

また、複数の出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２ごとに定められる電流範囲は、当該電流範囲における最大の電流値で電力効率がそれぞれ最高となるように定められ、制御部１０は、当該最大の電流値を複数の出力電圧各々における基準として、ＬＥＤ５０に流す電流に応じたＰＷＭ制御を行うことによりＬＥＤ５０への電力供給を行う。
これにより、各電流範囲で最大の電流値を基準としてこの電流を絞るＰＷＭ制御により電流範囲全体で高い電力効率を保ちながら電流出力を行うことが出来るので、電流出力対象範囲全体について容易に適切な制御を効率良く行うことが出来る。

また、チャージポンプ回路３０は、入力電圧Ｖｉｎに対して昇圧動作を行わない第１出力電圧Ｖｏｕｔ１と、入力電圧Ｖｉｎから昇圧動作を行った第２出力電圧Ｖｏｕｔ２とを出力可能であり、電流調整回路４０は、第１出力電圧Ｖｏｕｔ１によりＬＥＤ５０に流す最小電流値（ゼロ）以上閾値電流Ｉｔｈ以下の電流範囲内の電流をＬＥＤ５０に流す場合には、チャージポンプ回路３０に第１出力電圧Ｖｏｕｔ１を出力させて、閾値電流ＩｔｈとＬＥＤ５０に流す出力電流Ｉｆ（平均電流値）とに基づくデューティ比で閾値電流Ｉｔｈの電流を流すＰＷＭ制御を行い、閾値電流Ｉｔｈより大きい電流をＬＥＤ５０に流す場合には、チャージポンプ回路３０に第２出力電圧Ｖｏｕｔ２を出力させて、第２出力電圧Ｖｏｕｔ２に応じて予め定められた電流値ＩｍａｘとＬＥＤ５０に流す電流とに基づくデューティ比で電流値Ｉｍａｘの電流を流すＰＷＭ制御を行う。
このように、チャージポンプ動作により出力電圧を二段階に切り替え、低電圧側の出力電圧Ｖｏｕｔに対して電力効率の良い閾値電流Ｉｔｈに応じた動作電圧Ｖａの位置で当該チャージポンプ動作の切り替えとＰＷＭ制御に係る基準電流の切り替えを行うので、容易な制御動作で効率の良い電流出力を行うことが出来る。

また、最小電流値はゼロである。このようにＰＷＭ制御を用いることで、微小電流まで幅広く安定して効率良く出力させることが出来る。

また、温度計測部６０を備え、また、制御部１０が入力電圧Ｖｉｎを計測する機能を備え、制御部１０は、これらの取得データに基づいて閾値電流Ｉｔｈに係る設定を変更する。電流出力対象のＬＥＤ５０は、特に、温度上昇などにより抵抗値が低下して電流が流れやすくなり、また、乾電池などのバッテリからの入力電圧は、当該バッテリの残量などに応じて変化し得る。従って、これらを考慮して適切な閾値電流Ｉｔｈを定めることで、より効率良く適切な電流の出力を行うことが出来る。

また、温度計測部６０を有するので、周辺温度などからＬＥＤ５０の温度による特性変化をより適切に反映することが出来る。

また、パルス変調制御はＰＷＭ制御である。クロック周波数を一定に保ったままデューティ比のみを切り替えて光量を制御することで、容易な処理で正確に光量変化の制御を行うことが可能になる。

また、アナログ素子としてＬＥＤ５０が用いられる。このようにとくに電流値に応じて光量が変化するアナログ素子に対して本実施形態の電流制御装置２を用いて電流を流すことで、より容易且つ正確な電流量を少ない損失で流すことが出来る。

また、本実施形態の照明装置１は、上述の電流制御装置２と、ＬＥＤ５０とを備える。
このような照明装置１により、幅広い輝度範囲に亘り低消費電力で正確な明るさでの照明動作を容易に行うことが出来る。また、特に、乾電池などのバッテリを用いても適切な光量が出力になるので、携帯型の照明装置などでのバッテリの利用可能時間を向上させつつ適切な輝度での出力を可能とすることが出来る。特に、輝度を低下させたときの消費電力を低下させることが出来るので、低輝度での利用時には、当該輝度に応じてより長時間の利用が可能になる。

また、上述の電流制御方法を用いることで、電力効率を下げずに広い出力電流範囲で無駄の少ない適切な電流出力を行うことが出来る。また、これにより、最大出力電圧に応じた電圧を常に出力する必要がなく、乾電池や充電池など出力電圧が限られるバッテリを有効に利用して効果的な電流供給を行うことが出来る。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、パルス変調制御としてパルス幅制御（ＰＷＭ制御）により消費電力の削減と安定した輝度の調整とを両立させているが、ＰＷＭ制御の他、パルス周波数（ＰＦＭ）の制御などが行われて又は組み合わされても良い。

また、上記実施の形態では、チャージポンプ回路３０は、入力電圧を一段階昇圧させるものとして示したが、これに限られるものではない。二段階以上に昇圧可能なチャージポンプ回路が用いられても良く、また、昇圧電圧の入力電圧に対する倍率などは適宜定められる。この場合には、当該二段階以上（Ｎ段階）の出力電圧Ｖｏｕｔ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ−１）の各々に応じた異なる閾値電流Ｉｔｈ（ｋ）を電力効率が良くなるようにそれぞれ定めれば良い。

また、上記実施の形態では、各出力電圧でそれぞれ流すことの可能な最大電流を基準として全てＰＷＭ制御で電流（平均電流値）の調整を行うこととしたが、これに限られるものではない。最大電流よりも若干低い電圧を基準として小さい電流が流れる場合にＰＷＭ制御により平均電流値を絞り、当該基準の電流と最大電流との間では、ＰＷＭ制御時よりも可変抵抗の値を小さくして発光させることとしても良い。反対に、輝度設定が非常に小さい場合には、パルス変調制御と抵抗値の上昇とを組み合わせてＬＥＤ５０に流す電流を低下させても良い。

また、上記実施の形態では、電流（光量）と電圧とが単調増加で変化する場合について示したが、電流増加に比して電圧のピークが途中にある場合、即ち、電力効率が最大になる位置が最大の電流値の位置ではない場合、当該ピーク位置の電流を基準電流として、これより小さい電流についてはＰＷＭ制御を行い、これより大きい電流については定電流回路４１の調整により電流及び電圧を得るといった切り替えを行っても良い。

また、上記実施の形態では、電流を流すアナログ素子として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることとして説明したが、その他の発光体（発光部）、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などが用いられても良い。また、発光体を発光させる装置は、照明装置に限られず、センサなどその他の用途に用いられても良い。また、この場合、発光体は可視光を出射するものに限られず、赤外光や紫外光が出射されるものであっても良い。また、電流制御装置２は、発光体以外のアナログ素子を動作させる電流を制御するものであっても良く、例えば、アナログ素子は、電熱ヒータ、モータや各種音声発生部などであっても良い。

また、上記実施の形態では、単一のＬＥＤに対して電力供給を行う場合を例に挙げて説明したが複数のＬＥＤなどが並列配置され、抵抗素子などを介して略均等に電流が流れるように設けられても良い。或いは、複数のＬＥＤに対して完全に個別に上記電流制御回路を用いて同一の電流が流れるように制御されても良い。
その他、上記実施の形態で示した構成、制御内容や手順などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。

［付記］
＜請求項１＞
入力電圧よりも高い電圧を含む複数の異なる出力電圧のうち何れかを選択的に出力してアナログ素子の動作電圧を供給するチャージポンプ回路と、
前記アナログ素子に流す電流を調整する電流調整回路と、
前記電流調整回路により調整された前記アナログ素子に流す電流の電流値に応じた前記動作電圧に基づいて選択される前記出力電圧を前記チャージポンプ回路から出力させ、複数の前記出力電圧ごとにそれぞれ異なる基準で、前記アナログ素子に流す電流に応じたパルス変調制御を行って、当該アナログ素子に電力供給を行う制御部と、
を備えることを特徴とする電流制御装置。
＜請求項２＞
前記制御部は、複数の前記出力電圧ごとに、前記アナログ素子への電力供給に係る供給電力に対する当該アナログ素子の消費電力の割合を示す電力効率が、前記出力電圧により前記アナログ素子に流すと定められた電流範囲内で最大となる第１の電流値を一つの基準として、それぞれ、前記パルス変調制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電流制御装置。
＜請求項３＞
複数の前記出力電圧ごとに定められる前記電流範囲は、当該電流範囲における最大の電流値で前記電力効率がそれぞれ最高となるように定められ、
前記制御部は、当該最大の電流値を前記複数の出力電圧各々における基準として、前記アナログ素子に流す電流に応じた前記パルス変調制御を行うことにより前記アナログ素子への電力供給を行う
ことを特徴とする請求項２記載の電流制御装置。
＜請求項４＞
前記チャージポンプ回路は、前記入力電圧に対して昇圧動作を行わない第１の電圧と、前記入力電圧から昇圧動作を行った第２の電圧とを出力可能であり、
前記制御部は、
前記第１の電圧により前記アナログ素子に流す最小電流値以上前記第１の電流値以下の電流範囲内の電流を前記アナログ素子に流す場合には、前記チャージポンプ回路に前記第１の電圧を出力させて、前記第１の電流値と前記アナログ素子に流す電流とに基づくデューティ比で前記第１の電流値の電流を流す前記パルス変調制御を行い、
前記第１の電流値より大きい電流を前記アナログ素子に流す場合には、前記チャージポンプ回路に前記第２の電圧を出力させて、前記第２の電圧に応じて予め定められた第２の電流値と前記アナログ素子に流す電流とに基づくデューティ比で前記第２の電流値の電流を流す前記パルス変調制御を行う
ことを特徴とする請求項３記載の電流制御装置。
＜請求項５＞
前記最小電流値はゼロであることを特徴とする請求項４記載の電流制御装置。
＜請求項６＞
動作環境情報取得手段を備え、
前記制御部は、前記動作環境情報取得手段の取得データに基づいて前記第１の電流値に係る設定を変更する
ことを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の電流制御装置。
＜請求項７＞
前記動作環境情報取得手段は、温度計測手段を有することを特徴とする請求項６記載の電流制御装置。
＜請求項８＞
前記パルス変調制御はＰＷＭ制御であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電流制御装置。
＜請求項９＞
前記アナログ素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電流制御装置。
＜請求項１０＞
請求項９記載の電流制御装置と、
前記出力電圧が供給されて電流が流れる発光部と、
を備えることを特徴とする照明装置。
＜請求項１１＞
アナログ素子に流す電流を調整する電流調整回路と、入力電圧よりも高い電圧を含む複数の異なる出力電圧のうち何れかを選択的に出力して前記アナログ素子の動作電圧を供給するチャージポンプ回路と、を備える電流制御装置の電流制御方法であって、
前記アナログ素子に流す電流の電流値に応じた動作電圧に基づいて選択される前記出力電圧を前記チャージポンプ回路から出力させる電圧設定ステップ、
複数の前記出力電圧ごとにそれぞれ異なる基準で、前記アナログ素子に流す電流に応じたパルス変調制御を行って、当該アナログ素子に電力供給を行う電流制御ステップ、
を含むことを特徴とする電流制御方法。

１ 照明装置
２ 電流制御装置
１０ 制御部
１１ 動作テーブル
２０ 調光回路
３０ チャージポンプ回路
４０ 電流調整回路
４１ 定電流回路
４２ スイッチング素子
５０ ＬＥＤ（発光ダイオード）
６０ 温度計測部
Ｉｔｈ 閾値電流
Ｖａ 動作電圧
Ｖｃ 調整電圧
Ｖｆ 印加電圧
Ｖｉｎ 入力電圧
Ｖｏｕｔ 出力電圧

Claims (11)

1. 入力電圧よりも高い電圧を含む複数の異なる出力電圧のうち何れかを選択的に出力してアナログ素子の動作電圧を供給するチャージポンプ回路と、
   前記アナログ素子に流す電流を調整する電流調整回路と、
   前記電流調整回路により調整された前記アナログ素子に流す電流の電流値に応じた前記動作電圧に基づいて選択される前記出力電圧を前記チャージポンプ回路から出力させ、複数の前記出力電圧ごとにそれぞれ異なる基準で、前記アナログ素子に流す電流に応じたパルス変調制御を行って、当該アナログ素子に電力供給を行う制御部と、
   を備えることを特徴とする電流制御装置。
2. 前記制御部は、複数の前記出力電圧ごとに、前記アナログ素子への電力供給に係る供給電力に対する当該アナログ素子の消費電力の割合を示す電力効率が、前記出力電圧により前記アナログ素子に流すと定められた電流範囲内で最大となる第１の電流値を一つの基準として、それぞれ、前記パルス変調制御を行うことを特徴とする請求項１記載の電流制御装置。
3. 複数の前記出力電圧ごとに定められる前記電流範囲は、当該電流範囲における最大の電流値で前記電力効率がそれぞれ最高となるように定められ、
   前記制御部は、当該最大の電流値を前記複数の出力電圧各々における基準として、前記アナログ素子に流す電流に応じた前記パルス変調制御を行うことにより前記アナログ素子への電力供給を行う
   ことを特徴とする請求項２記載の電流制御装置。
4. 前記チャージポンプ回路は、前記入力電圧に対して昇圧動作を行わない第１の電圧と、前記入力電圧から昇圧動作を行った第２の電圧とを出力可能であり、
   前記制御部は、
   前記第１の電圧により前記アナログ素子に流す最小電流値以上前記第１の電流値以下の電流範囲内の電流を前記アナログ素子に流す場合には、前記チャージポンプ回路に前記第１の電圧を出力させて、前記第１の電流値と前記アナログ素子に流す電流とに基づくデューティ比で前記第１の電流値の電流を流す前記パルス変調制御を行い、
   前記第１の電流値より大きい電流を前記アナログ素子に流す場合には、前記チャージポンプ回路に前記第２の電圧を出力させて、前記第２の電圧に応じて予め定められた第２の電流値と前記アナログ素子に流す電流とに基づくデューティ比で前記第２の電流値の電流を流す前記パルス変調制御を行う
   ことを特徴とする請求項３記載の電流制御装置。
5. 前記最小電流値はゼロであることを特徴とする請求項４記載の電流制御装置。
6. 動作環境情報取得手段を備え、
   前記制御部は、前記動作環境情報取得手段の取得データに基づいて前記第１の電流値に係る設定を変更する
   ことを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載の電流制御装置。
7. 前記動作環境情報取得手段は、温度計測手段を有することを特徴とする請求項６記載の電流制御装置。
8. 前記パルス変調制御はＰＷＭ制御であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電流制御装置。
9. 前記アナログ素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電流制御装置。
10. 請求項９記載の電流制御装置と、
    前記出力電圧が供給されて電流が流れる発光部と、
    を備えることを特徴とする照明装置。
11. アナログ素子に流す電流を調整する電流調整回路と、入力電圧よりも高い電圧を含む複数の異なる出力電圧のうち何れかを選択的に出力して前記アナログ素子の動作電圧を供給するチャージポンプ回路と、を備える電流制御装置の電流制御方法であって、
    前記電流調整回路により調整された前記アナログ素子に流す電流の電流値に応じた動作電圧に基づいて選択される前記出力電圧を前記チャージポンプ回路から出力させる電圧設定ステップ、
    複数の前記出力電圧ごとにそれぞれ異なる基準で、前記アナログ素子に流す電流に応じたパルス変調制御を行って、当該アナログ素子に電力供給を行う電流制御ステップ、
    を含むことを特徴とする電流制御方法。

Images