JP2018183008A - Voltage output device and power supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電圧出力装置及び電源システムに関する。 The present invention relates to a voltage output device and a power supply system.
車両に搭載される電源システムとして、バッテリが発光ダイオードに電圧を出力する電源システムがある。この電源システムでは、発光ダイオードのカソードが抵抗を介して接地され、バッテリが出力した電圧は発光ダイオードのアノードに印加される。 As a power supply system mounted on a vehicle, there is a power supply system in which a battery outputs a voltage to a light emitting diode. In this power supply system, the cathode of the light emitting diode is grounded via a resistor, and the voltage output from the battery is applied to the anode of the light emitting diode.
バッテリはスタータにも電力を供給すると仮定する。この場合、スタータが作動している間、大きい電流がバッテリからスタータに供給される。バッテリでは、バッテリ本体から内部抵抗を介して電流が出力される。このため、バッテリから出力される電流が大きい場合、内部抵抗で生じる電圧降下の幅が大きい。従って、スタータが作動している間、バッテリの出力電圧は低い。スタータが動作を停止している場合、バッテリから出力される電流が小さいため、内部抵抗で生じる電圧降下の幅が小さく、バッテリの出力電圧は高い。 It is assumed that the battery also supplies power to the starter. In this case, a large current is supplied from the battery to the starter while the starter is operating. In the battery, current is output from the battery main body via an internal resistance. Therefore, when the current output from the battery is large, the width of the voltage drop generated by the internal resistance is large. Thus, while the starter is operating, the output voltage of the battery is low. When the starter has stopped operating, the amount of voltage drop caused by the internal resistance is small because the current output from the battery is small, and the output voltage of the battery is high.
発光ダイオードは、照明灯、又は、種々の情報を報知する報知器等として機能し、人が感知する光の強度は、発光ダイオードが発する光の強度の平均値に相当する。発光ダイオードが発する光の強度の平均値は、発光ダイオードに流れる電流の平均値が大きい程、大きい。発光ダイオードに流れる電流の平均値は発光ダイオードのアノードに印加される電圧の平均値が高い程、大きい。従って、人が感知する光の強度は、発光ダイオードのアノードに印加される電圧の平均値、即ち、バッテリの出力電圧が高い程、大きい。 The light emitting diode functions as a lamp, or an alarm for notifying various information, and the intensity of light sensed by a person corresponds to the average value of the intensity of light emitted from the light emitting diode. The average value of the light intensity emitted by the light emitting diode is larger as the average value of the current flowing through the light emitting diode is larger. The average value of the current flowing to the light emitting diode is larger as the average value of the voltage applied to the anode of the light emitting diode is higher. Therefore, the intensity of light sensed by a person is larger as the average value of the voltage applied to the anode of the light emitting diode, ie, the higher the output voltage of the battery.
スタータが作動しているか否かに応じてバッテリの出力電圧は異なるため、スタータが作動しているか否かに応じて人が感知する光の強度が異なる。このため、スタータが作動した場合、及び、スタータが動作を停止した場合に、発光ダイオードが発する光がちらつく。 Since the output voltage of the battery differs depending on whether or not the starter is operating, the intensity of light sensed by a person differs depending on whether or not the starter is operating. For this reason, when the starter operates or when the starter stops operating, the light emitted from the light emitting diode flickers.
特許文献1には、スイッチを介して電圧を出力する技術が開示されている。この技術では、スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返し、スイッチのオン及びオフに係るデューティを調整することによって、スイッチを介して出力される電圧の平均値を調整する。スイッチのオン及びオフに係るデューティは、一定期間において、スイッチがオンである期間が占める割合である。
特許文献1に記載されている技術を用いて、発光ダイオードが発する光のちらつきが防止される電源システムを構成することができる。具体的には、バッテリと発光ダイオードのアノードとの間にスイッチを設け、このスイッチのオン及びオフの切替えを交互に繰り返す。スイッチのオン及びオフに係るデューティを調整することによって、発光ダイオードのアノードに印加される電圧の平均値を一定に保つことができる。
By using the technology described in
スタータが作動している間、バッテリの出力電圧は9Vであり、スタータが動作を停止している間、バッテリの出力電圧は12Vであると仮定する。この場合において、バッテリの出力電圧が9Vであるとき、スイッチのオン及びオフに係るデューティを100%に調整し、バッテリの出力電圧が12Vであるとき、スイッチのオン及びオフに係るデューティを75%に調整する。このようにスイッチのオン及びオフに係るデューティを調整した場合、発光ダイオードに印加される電圧の平均値は常に9Vに維持されるので、発光ダイオードが発する光のちらつきが防止される。 It is assumed that while the starter is operating, the output voltage of the battery is 9V, and while the starter is not operating, the output voltage of the battery is 12V. In this case, when the output voltage of the battery is 9 V, the duty related to the on and off of the switch is adjusted to 100%, and when the output voltage of the battery is 12 V, the duty related to the on and off of the switch is 75% Adjust to As described above, when the duty related to the on and off of the switch is adjusted, the average value of the voltage applied to the light emitting diode is always maintained at 9 V, so that the flicker of the light emitted from the light emitting diode is prevented.
しかしながら、特許文献1に記載の技術を用いて構成された電源システムでは、スイッチを介して出力する電圧の平均値は、スイッチに入力される電圧の下限値以下に制限される。このため、発光ダイオードが発する光の強度の平均値は、発光ダイオードのアノードに印加される電圧の平均値がスイッチに入力される電圧の下限値である場合に発光ダイオードが発する光の強度の平均値以下に制限される。結果、特許文献1に記載の技術を用いて構成された電源システムには、発光ダイオードが発する光の強度の平均値が小さいという問題がある。
However, in the power supply system configured using the technology described in
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スイッチを介して出力する電圧の平均値が制限されない電圧出力装置、及び、該電圧出力装置を備える電源システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is a voltage output device in which the average value of voltages output via switches is not limited, and a power supply system including the voltage output device. It is to provide.
本発明の一態様に係る電圧出力装置は、変動する入力電圧を、該入力電圧の変動範囲の上限値以上である電圧に昇圧する昇圧回路と、スイッチと、該スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す切替え部とを備え、前記昇圧回路は、昇圧した電圧を、前記スイッチを介して出力する。 In a voltage output device according to one aspect of the present invention, a booster circuit that boosts a fluctuating input voltage to a voltage equal to or higher than an upper limit value of a fluctuation range of the input voltage, a switch, and switching the switch on and off And a switching unit that repeats alternately, and the booster circuit outputs a boosted voltage via the switch.
本発明の一態様に係る電源システムは、前述した電圧出力装置と、該電圧出力装置が出力した電圧が印加される発光ダイオードとを備える。 A power supply system according to an aspect of the present invention includes the voltage output device described above and a light emitting diode to which a voltage output from the voltage output device is applied.
上記の態様によれば、スイッチを介して出力する電圧の平均値が制限されない。 According to the above aspect, the average value of the voltage output through the switch is not limited.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列挙して説明する。以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
Description of the embodiment of the present invention
First, the embodiments of the present invention will be listed and described. At least a part of the embodiments described below may be arbitrarily combined.
(1)本発明の一態様に係る電圧出力装置は、変動する入力電圧を、該入力電圧の変動範囲の上限値以上である電圧に昇圧する昇圧回路と、スイッチと、該スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す切替え部とを備え、前記昇圧回路は、昇圧した電圧を、前記スイッチを介して出力する。 (1) A voltage output device according to one aspect of the present invention includes a booster circuit that boosts a fluctuating input voltage to a voltage that is equal to or higher than an upper limit value of the fluctuation range of the input voltage; a switch; And a switching unit that alternately switches to the switching unit, and the booster circuit outputs a boosted voltage via the switch.
上記の一態様にあっては、昇圧回路は、入力電圧を、入力電圧の変動範囲の上限値以上である電圧に昇圧し、昇圧した電圧を、スイッチを介して出力する。このため、スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返すことによって、スイッチを介して出力する電圧の平均値を、入力電圧の変動範囲の下限値よりも高い電圧に調整することが可能である。結果、スイッチを介して出力される電圧の平均値が入力電圧の変動範囲の下限値以下に制限されることはない。 In the above aspect, the booster circuit boosts the input voltage to a voltage equal to or higher than the upper limit value of the variation range of the input voltage, and outputs the boosted voltage via the switch. For this reason, it is possible to adjust the average value of the voltage output via the switch to a voltage higher than the lower limit value of the fluctuation range of the input voltage by alternately repeating switching on and off of the switch . As a result, the average value of the voltage output through the switch is not limited to the lower limit value or less of the fluctuation range of the input voltage.
(2)本発明の一態様に係る電圧出力装置では、前記昇圧回路は、前記入力電圧を、前記上限値以上である一定の目標電圧に昇圧する。 (2) In the voltage output device according to one aspect of the present invention, the booster circuit boosts the input voltage to a predetermined target voltage which is equal to or higher than the upper limit value.
上記の一態様にあっては、昇圧回路は一定の目標電圧を出力する。従って、スイッチを介して出力する電圧の平均値を一定値に固定する場合、スイッチのオン及びオフに係るデューティを変動させる必要はない。 In the above aspect, the booster circuit outputs a constant target voltage. Therefore, when the average value of the voltage output through the switch is fixed to a constant value, it is not necessary to change the duty related to the on and off of the switch.
(3)本発明の一態様に係る電源システムは、前述した電圧出力装置と、該電圧出力装置が出力した電圧が印加される発光ダイオードとを備える。 (3) A power supply system according to an aspect of the present invention includes the voltage output device described above and a light emitting diode to which the voltage output from the voltage output device is applied.
上記の一態様にあっては、電圧出力装置が出力した電圧が発光ダイオードに印加され、発光ダイオードが発光する。 In the above aspect, the voltage output from the voltage output device is applied to the light emitting diode, and the light emitting diode emits light.
[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る電源システムの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Details of the Embodiment of the Present Invention
A specific example of a power supply system according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention is not limited to these exemplifications, but is shown by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
図1は、本実施形態における電源システム1の要部構成を示すブロック図である。電源システム1は、好適に車両に搭載され、電圧出力装置2、発電機31、バッテリ32、スタータ33及びLEDユニット41,42を有する。電圧出力装置2は、昇圧回路21、出力スイッチ22、信号出力部23及び切替え部24を有する。
FIG. 1 is a block diagram showing an essential configuration of a
発電機31及びスタータ33の一端と、バッテリ32の正極とは、電圧出力装置2の昇圧回路21の入力端に接続されている。発電機31及びスタータ33の他端と、バッテリ32の負極とは接地されている。昇圧回路21の出力端は、出力スイッチ22の一端に接続されている。出力スイッチ22の他端は、LEDユニット41,42の一端に接続されている。LEDユニット41,42の他端は接地されている。電圧出力装置2内では、信号出力部23は切替え部24に接続されている。
One end of the
LEDユニット41は、ダイオードD1、発光ダイオードE1及び抵抗R1を有し、これらは直列に接続されている。具体的には、ダイオードD1のカソードが発光ダイオードE1のアノードに接続され、発光ダイオードE1のカソードが抵抗R1の一端に接続されている。ダイオードD1のアノードは出力スイッチ22の他端に接続され、抵抗R1の他端は接地されている。
なお、ダイオードD1、発光ダイオードE1及び抵抗R1は直列に接続されていればよいので、接続順序は、ダイオードD1、発光ダイオードE1及び抵抗R1の順に限定されない。
The
The connection order is not limited to the order of the diode D1, the light emitting diode E1, and the resistor R1 because the diode D1, the light emitting diode E1, and the resistor R1 may be connected in series.
LEDユニット42は、ダイオードD2、2つの発光ダイオードE2,E2及び抵抗R2を有し、これらも直列に接続されている。具体的には、ダイオードD2のカソードが一方の発光ダイオードE2のアノードに接続され、一方の発光ダイオードE2のカソードは、他方の発光ダイオードE2のアノードに接続されている。他方の発光ダイオードE2のカソードは抵抗R2の一端に接続されている。ダイオードD2のアノードは出力スイッチ22の他端に接続され、抵抗R2の他端は接地されている。
なお、ダイオードD2、2つの発光ダイオードE2,E2及び抵抗R2も直列に接続されていればよいので、接続順序は、ダイオードD2、発光ダイオードE2,E2及び抵抗R2の順に限定されない。
The
The connection order is not limited to the order of the diode D2, the light emitting diodes E2 and E2, and the resistor R2 as long as the diode D2, the two light emitting diodes E2 and E2, and the resistor R2 may be connected in series.
発電機31は、車両の図示しないエンジンに連動して交流電力を発生し、発生した交流電力を直流電力に整流する。発電機31は、整流した直流電力に係る直流の発電電圧Vgを昇圧回路21の入力端とバッテリ32の正極とに出力する。
The
発電機31が交流電力を発生している場合、発電機31は、昇圧回路21の入力端に発電電圧Vgを出力し、バッテリ32が電圧を出力することはない。このため、発電機31が交流電力を発生している場合、昇圧回路21の入力端に入力される入力電圧は発電電圧Vgである。また、発電機31が交流電力を発生している場合、発電電圧Vgがバッテリ32の正極に印加され、バッテリ32が充電される。
When the
スタータ33は、車両の図示しないエンジンを始動するためのモータである。エンジンが動作を停止している場合、発電機31も動作を停止している。このため、スタータ33は、発電機31が動作を停止している状態で作動する。スタータ33には、バッテリ32から電力が供給される。
The
発電機31及びスタータ33が動作を停止している場合、バッテリ32は、昇圧回路21の入力端に第1バッテリ電圧Vb1を出力する。発電機31が動作を停止している場合において、スタータ33が作動しているとき、バッテリ32は、昇圧回路21の入力端に第2バッテリ電圧Vb2を出力する。第1バッテリ電圧Vb1及び第2バッテリ電圧Vb2夫々は発電電圧Vgよりも低い。
When the
バッテリ32では、図示しないバッテリ本体から図示しない内部抵抗を介して電流が出力され、内部抵抗で電圧降下が生じる。スタータ33が作動していない場合、バッテリ32からスタータ33に電流が流れることはないため、内部抵抗を流れる電流の値は小さく、内部抵抗値で生じる電圧降下の幅は小さい。スタータ33が作動している場合、バッテリ32からスタータ33に大きい電流が流れ、内部抵抗で生じる電圧降下の幅は大きい。従って、第1バッテリ電圧Vb1は第2バッテリ電圧Vb2よりも高い。
In the
以上のように、昇圧回路21の入力端には、発電電圧Vg、第1バッテリ電圧Vb1及び第2バッテリ電圧Vb2の1つが入力され、昇圧回路21の入力端に入力される入力電圧は変動する。
As described above, one of the generated voltage Vg, the first battery voltage Vb1, and the second battery voltage Vb2 is input to the input terminal of the
昇圧回路21は、入力電圧を、発電電圧Vg以上である一定の目標電圧Vmに昇圧し、昇圧した昇圧電圧を、出力スイッチ22を介して、LEDユニット41,42に出力する。
The
信号出力部23は、ハイレベル電圧及びローレベル電圧によって構成される第1PWM(Pulse Width Modulation)信号を切替え部24に出力する。第1PWM信号において、ローレベル電圧からハイレベル電圧への切替え、又は、ハイレベル電圧からローレベル電圧への切替えが周期的に行われる。第1PWM信号のデューティ、即ち、1周期において、第1PWM信号が示す電圧がハイレベル電圧である期間が占める割合は固定されている。デューティの単位はパーセントである。
The
切替え部24は、第1PWM信号が示す電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わった場合、出力スイッチ22をオフからオンに切替え、第1PWM信号が示す電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わった場合、出力スイッチ22をオンからオフに切替える。切替え部24は、第1PWM信号が示す電圧に従って、出力スイッチ22のオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す。
When the voltage indicated by the first PWM signal is switched from the low level voltage to the high level voltage, the switching
前述したように、第1PWM信号において、ローレベル電圧からハイレベル電圧への切替え、又は、ハイレベル電圧からローレベル電圧への切替えが周期的に行われる。従って、切替え部24は、出力スイッチ22のオフからオンへの切替え、又は、出力スイッチ22のオンからオフへの切替えを周期的に行う。出力スイッチ22のオン及びオフに係るデューティ、即ち、1周期において、出力スイッチ22がオンである期間が占める割合は、第1PWM信号のデューティと略一致している。このため、出力スイッチ22のオン及びオフに係るデューティも固定されている。
なお、出力スイッチ22は、FET(Field Effect Transistor)又はバイポーラトランジスタ等によって構成される。
As described above, in the first PWM signal, switching from the low level voltage to the high level voltage or switching from the high level voltage to the low level voltage is periodically performed. Therefore, the switching
The
電圧出力装置2が出力スイッチ22を介して出力した電圧は、LEDユニット41内において、ダイオードD1を介して発光ダイオードE1に印加される。電圧出力装置2が出力スイッチ22を介して電圧を出力した場合、電流がダイオードD1、発光ダイオードE1及び抵抗R1の順に流れ、発光ダイオードE1は光を発する。発光ダイオードE1は、照明灯、又は、種々の情報を報知する報知器等として機能する。
The voltage output from the
出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値が高い程、発光ダイオードE1を流れる電流の平均値は大きい。また、発光ダイオードE1に流れる電流の平均値が大きい程、発光ダイオードE1が発する光の強度の平均値、即ち、人が感知する光の強度は大きい。従って、出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値が高い程、人が感知する光の強度は大きい。
As the average value of the voltage output through the
同様に、電圧出力装置2が出力スイッチ22を介して出力した電圧は、LEDユニット42内において、ダイオードD2を介して、発光ダイオードE2,E2に印加される。電圧出力装置2が出力スイッチ22を介して電圧を出力した場合、電流がダイオードD2、2つの発光ダイオードE2,E2及び抵抗R2の順に流れ、発光ダイオードE2,E2は光を発する。発光ダイオードE2も、照明灯、又は、種々の情報を報知するための報知具等として機能する。
Similarly, the voltage output by the
出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値が高い程、発光ダイオードE2を流れる電流の平均値は大きい。また、発光ダイオードE2に流れる電流の平均値が大きい程、発光ダイオードE2が発する光の強度の平均値、即ち、人が感知する光の強度は大きい。従って、出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値が高い程、人が感知する光の強度は大きい。
As the average value of the voltage output through the
図2は電圧出力装置2の動作の説明図である。図2には、昇圧回路21の入力端に入力される入力電圧の推移と、昇圧回路21が昇圧した昇圧電圧の推移と、出力スイッチ22を介して出力される出力電圧の推移とが示されている。各推移について、横軸には時間が示されており、縦軸には電圧が示されている。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the
図2に示すように、発電機31及びスタータ33が動作を停止している場合、昇圧回路21の入力端には第1バッテリ電圧Vb1が入力される。スタータ33が作動している場合、昇圧回路21の入力端には第2バッテリ電圧Vb2が入力される。発電機31が作動している場合、即ち、発電機31が交流電力を発生している場合、昇圧回路21の入力端には、発電電圧Vgが入力される。以上のように、発電機31及びスタータ33の作動状況に応じて、昇圧回路21の入力端に入力される入力電圧は変動する。入力電圧の変動範囲の下限値は第2バッテリ電圧Vb2であり、入力電圧の変動範囲の上限値は発電電圧Vgである。
As shown in FIG. 2, when the
昇圧回路21は、入力電圧を、発電電圧Vg以上である一定の目標電圧Vmに昇圧する。発電機31及びスタータ33が動作を停止している場合、昇圧回路21は、第1バッテリ電圧Vb1を目標電圧Vmに昇圧する。スタータ33が作動している場合、昇圧回路21は、第2バッテリ電圧Vb2を目標電圧Vmに昇圧する。発電機31が作動している場合、発電電圧Vgを目標電圧Vmに昇圧する。昇圧回路21は、昇圧電圧が目標電圧Vmとなるように、昇圧幅を適宜調整する。
The
なお、発電電圧Vgが目標電圧Vmに一致している場合においては、発電機31が作動しているとき、昇圧回路21は、昇圧を行わず、発電電圧Vgをそのまま目標電圧Vmとして出力スイッチ22を介して出力する。
When the generated voltage Vg matches the target voltage Vm, when the
出力スイッチ22がオンである場合、LEDユニット41,42に電圧が出力され、出力スイッチ22を介して出力される出力電圧は目標電圧Vmと略一致する。出力スイッチ22がオフである場合、LEDユニット41,42への電圧の出力が停止し、出力電圧はゼロVである。前述したように、切替え部24は、出力スイッチ22のオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す。
When the
出力スイッチ22のオン及びオフに係るデューティをDと記載した場合、出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値Vaは、(Vm・D/100)で表される。「・」は積を表す。図2の例では、デューティDは(100・2/3)であるため、平均値Vaは、(Vm・2/3)である。前述したように、デューティDは固定されており、出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値Vaは、第2バッテリ電圧Vb2よりも高く、発電電圧Vgよりも低い電圧、即ち、入力電圧の変動範囲内の電圧に調整される。目標電圧Vm及びデューティDは固定されているため、平均値Vaは一定である。
When a duty relating to on and off of the
図3は昇圧回路21の回路図である。昇圧回路21は、昇圧スイッチ51、切替え部52、コンパレータ53、差動増幅器54及び三角波発生器55、キャパシタC1,C2、ダイオードD3、インダクタL1及び抵抗R1,R2を有する。コンパレータ53及び差動増幅器54夫々は、プラス端子、マイナス端子及び出力端子を有する。
FIG. 3 is a circuit diagram of the
キャパシタC1及びインダクタL1の一端は、発電機31及びスタータ33の一端と、バッテリ32の正極とに接続されている。キャパシタC1の他端は接地されている。インダクタL1の他端は、昇圧スイッチ51の一端と、ダイオードD3のアノードとに接続されている。昇圧スイッチ51の他端は接地されている。ダイオードD3のカソードは、出力スイッチ22、キャパシタC2及び抵抗R1の一端に接続されている。抵抗R1の他端は抵抗R2の一端に接続されている。抵抗R2の他端は接地されている。
One end of the
切替え部52は、コンパレータ53の出力端子に接続されている。コンパレータ53のプラス端子には、差動増幅器54の出力端子が接続されている。コンパレータ53のマイナス端子には、三角波発生器55が接続されている。差動増幅器54のプラス端子には、一定の基準電圧Vrが印加されている。差動増幅器54のマイナス端子には、抵抗R1,R2間の接続ノードに接続されている。
The switching
昇圧回路21の入力端に入力された入力電圧は、キャパシタC1によって平滑される。切替え部52は、昇圧スイッチ51のオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す。これにより、キャパシタC1によって平滑された入力電圧が昇圧される。昇圧スイッチ51も、FET又はバイポーラトランジスタ等によって構成される。以下に、入力電圧の昇圧について説明する。
切替え部52は、昇圧スイッチ51のオフからオンへの切替え、又は、昇圧スイッチ51のオンからオフへの切替えを周期的に行い、昇圧スイッチ51のオン及びオフに係るデューティを調整する。このデューティも、1周期において、昇圧スイッチ51がオンである期間が占める割合である。
The input voltage input to the input terminal of the
The switching
昇圧スイッチ51がオンである場合、電流がインダクタL1及び昇圧スイッチ51の順に流れる。インダクタL1を流れる電流の値は、時間の経過と共に一定の傾きで上昇する。昇圧スイッチ51がオンである間、インダクタL1にエネルギーが蓄積される。昇圧スイッチ51がオンである場合、ダイオードD3を介してゼロVが出力される。
When the
昇圧スイッチ51がオンからオフに切替わった場合、電流がインダクタL1及びダイオードD3の順に流れ、インダクタL1を流れる電流の値は低下する。昇圧スイッチ51がオフである場合、インダクタL1を流れる電流の値は、時間の経過と共に、一定の傾きで低下する。
When the
昇圧スイッチ51がオフである間、インダクタL1は、キャパシタC1の両端間に印加されている入力電圧よりも高い電圧を、ダイオードD3を介して出力する。昇圧スイッチ51がオフである間、インダクタL1は一定の電圧を出力する。インダクタL1が出力する電圧と入力電圧との差分値は、時間の経過と共に低下する電流の値の傾きの絶対値が大きい程大きい。
While the
昇圧スイッチ51がオフである場合において時間と共に低下する電流の値の傾きの絶対値は、インダクタL1に蓄えられるエネルギーが大きい程、即ち、昇圧スイッチがオンである期間が長い程大きい。従って、昇圧スイッチ51がオフである間にインダクタL1が出力する電圧は、昇圧スイッチ51のオン及びオフに係るデューティが大きい程高い。
The absolute value of the slope of the current value decreasing with time when the
昇圧スイッチ51がオフからオンに切替わった場合、電流がインダクタL1及び昇圧スイッチ51の順に流れ、インダクタL1を流れる電流の値は、時間の経過と共に再び上昇する。昇圧スイッチ51がオンである間、前述したように、ダイオードD3を介してゼロVが出力される。
When the
キャパシタC2はダイオードD3から出力される電圧を平滑し、キャパシタC2によって平滑された電圧は出力スイッチ22に出力される。キャパシタC2によって平滑された電圧は、昇圧回路21が昇圧した昇圧電圧である。昇圧電圧も、昇圧スイッチ51のオン及びオフに係るデューティが大きい程高い。昇圧電圧は、キャパシタC1によって平滑された入力電圧よりも高い。
The capacitor C2 smoothes the voltage output from the diode D3, and the voltage smoothed by the capacitor C2 is output to the
抵抗R1,R2は、昇圧電圧を分圧し、分圧した分圧電圧を差動増幅器54のマイナス端子に出力する。抵抗R1,R2夫々の抵抗値をr1,r2と記載した場合、分圧電圧は、昇圧電圧と、(r2/(r1+r2))との積によって表される。抵抗値r1,r2夫々は一定である。このため、抵抗R1,R2が出力する電圧は、昇圧電圧に比例し、昇圧電圧が高い程高い。
The resistors R1 and R2 divide the boosted voltage and output the divided voltage divided to the negative terminal of the
差動増幅器54は、所謂エラーアンプであり、基準電圧Vrと、抵抗R1,R2によって分圧された分圧電圧との差分に応じた電圧を、閾値電圧Vthとして、コンパレータ53のプラス端子に出力する。具体的には、基準電圧Vrから分圧電圧を減算することによって算出される電圧が高い程、閾値電圧Vthは高い。
The
三角波発生器55は三角波を出力する。コンパレータ53は、三角波発生器55が出力した三角波と、差動増幅器54が出力した電圧との関係に応じた第2PWM信号を出力する。
The
図4はコンパレータ53の動作の説明図である。図4には、三角波発生器55が出力した三角波の波形と、第2PWM信号の波形とが示されている。三角波及び第2PWM信号の波形について、縦軸には電圧が示されており、横軸には時間が示されている。図4では、ハイレベル電圧を「H」で示し、ローレベル電圧を「L」で示している。
FIG. 4 is an explanatory view of the operation of the
コンパレータ53が出力する三角波では、図4に示すように、緩やかな電圧の上昇と急速な電圧の低下とを周期的に繰り返す。コンパレータ53が出力する三角波は、所謂のこぎり波である。閾値電圧Vthが三角波の電圧以上である間、第2PWM信号はハイレベルの電圧を示し、閾値電圧Vthが三角波の電圧未満である間、第2PWM信号はローレベル電圧を示す。
In the triangular wave output by the
コンパレータ53が出力する第2PWM信号のデューティは、閾値Vthが高い程大きく、閾値電圧Vthが低い程小さい。第2PWM信号のデューティも、1周期において、第2PWM信号がハイレベル電圧を示す期間が占める割合である。
The duty of the second PWM signal output from the
第2PWM信号が示す電圧がローレベル電圧からハイレベル電圧に切替わった場合、切替え部52は昇圧スイッチ51をオフからオンに切替える。また、第2PWM信号が示す電圧がハイレベル電圧からローレベル電圧に切替わった場合、切替え部52は昇圧スイッチ51をオンからオフに切替える。第2PWM信号のデューティは、昇圧スイッチ51のオン及びオフに係るデューティと略一致する。従って、第2PWM信号のデューティが大きい程、昇圧電圧は高い。
When the voltage indicated by the second PWM signal is switched from the low level voltage to the high level voltage, the switching
昇圧回路21が昇圧した昇圧電圧は、昇圧回路21の入力端に入力される入力電圧が変動した場合、一時的に変動し、即時に目標電圧Vmに戻る。
昇圧電圧が上昇した場合、抵抗R1,R2が分圧した分圧電圧も上昇するので、基準電圧Vrから分圧電圧を減算することによって算出される電圧は低下する。このため、閾値電圧Vthは低下し、第2PWM信号のデューティが低下する。結果、昇圧電圧が低下し、分圧電圧も低下する。
The boosted voltage boosted by the
When the boosted voltage rises, the divided voltage obtained by dividing the resistors R1 and R2 also rises, so the voltage calculated by subtracting the divided voltage from the reference voltage Vr decreases. As a result, the threshold voltage Vth decreases and the duty of the second PWM signal decreases. As a result, the boosted voltage decreases and the divided voltage also decreases.
昇圧電圧が低下した場合、分圧電圧も低下するので、基準電圧Vrから分圧電圧を減算することによって算出される電圧は上昇する。このため、閾値電圧Vthは上昇し、第2PWM信号のデューティが上昇する。結果、昇圧電圧が上昇し、分圧電圧も上昇する。 When the boosted voltage decreases, the divided voltage also decreases, and the voltage calculated by subtracting the divided voltage from the reference voltage Vr increases. Therefore, the threshold voltage Vth rises, and the duty of the second PWM signal rises. As a result, the boosted voltage rises and the divided voltage also rises.
第2PWM信号のデューティは、分圧電圧が基準電圧Vrとなるように、即ち、昇圧電圧が、基準電圧Vrと((r1+r2)/r2)との積で表される電圧となるように調整される。目標電圧Vmは、基準電圧Vrと((r1+r2)/r2)との積と略一致する。 The duty of the second PWM signal is adjusted such that the divided voltage becomes the reference voltage Vr, that is, the boosted voltage becomes a voltage represented by the product of the reference voltage Vr and ((r1 + r2) / r2). Ru. The target voltage Vm substantially matches the product of the reference voltage Vr and ((r1 + r2) / r2).
前述したように、昇圧回路21の入力端に入力される入力電圧が変動した場合、昇圧回路21が昇圧した昇圧電圧も変動する。その後、昇圧回路21では、昇圧回路21の入力端に入力される入力電圧に応じて、第2PWM信号のデューティ、即ち、昇圧幅が調整され、昇圧電圧は即時に目標電圧Vmに戻る。
As described above, when the input voltage input to the input terminal of the
入力電圧を目標電圧Vmに昇圧する昇圧回路として、昇圧回路21において、コンパレータ53、差動増幅器54及び三角波発生器55をマイクロコンピュータ(以下、マイコンという)及びフィルタに置き換えた昇圧回路を用いることができる。この昇圧回路を用いた場合、フィルタは、抵抗R1,R2が分圧電圧した電圧からノイズを除去し、マイコンは、フィルタによってノイズが除去された電圧のアナログ値をデジタル値に変換し、変換したデジタル値に基づいて第2PWM信号を生成する。
Using a booster circuit in which the
このように第2PWM信号が生成される場合においては、マイコンの処理は遅く、フィルタでは遅延が発生する。このため、マイコン及びフィルタを含む昇圧回路に関しては、昇圧回路の入力端に入力される入力電圧が急速に変化して昇圧電圧が急速に変動した場合、昇圧電圧が変動してから目標電圧Vmに戻るまで時間が長い。 Thus, when the second PWM signal is generated, the processing of the microcomputer is slow, and a delay occurs in the filter. Therefore, for the booster circuit including a microcomputer and a filter, if the input voltage input to the input terminal of the booster circuit changes rapidly and the boosted voltage fluctuates rapidly, the boosted voltage fluctuates before reaching the target voltage Vm. It takes a long time to return.
出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値は、昇圧電圧が急速に変動すると共に平均値Vaから変動する。昇圧電圧が変動してから目標電圧Vmに戻るまで時間が長い場合、出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値は緩やかに平均値Vaに戻る。結果、発光ダイオードE1,E2,E2が発する光はちらつく。
The average value of the voltage output via the
一方で、昇圧回路21では、前述したマイコン及びフィルタが用いられていない。このため、昇圧回路の入力端に入力される入力電圧が急速に変化して昇圧電圧が急速に変動した場合であっても、昇圧電圧は即時に目標電圧Vmに戻る。このため、発光ダイオードE1,E2,E2が発する光がちらつくことはない。
On the other hand, in the
以上のように構成された電圧出力装置2では、前述したように、昇圧回路21は、入力電圧を、入力電圧の変動範囲の上限値以上である目標電圧Vmに昇圧する。このため、出力スイッチ22のオン及びオフに係るデューティを調整することによって、出力スイッチ22を介して出力する電圧の平均値Vaを、入力電圧の変動範囲の下限値、即ち、第2バッテリ電圧Vb2よりも高い平均値に調整することができる。結果、平均値Vaが入力電圧の変動範囲の下限値以下に制限されることはない。
In the
従って、LEDユニット41,42に印加すべき電圧の平均値がLEDユニット41,42の仕様によって決まっており、仕様によって決まっている平均値が、昇圧回路21の入力端に入力される入力電圧の変動範囲の下限値よりも高い電圧であると仮定する。この場合であっても、電圧出力装置2では、出力スイッチ22を介して出力される電圧の平均値Vaを、仕様によって決まっている平均値に調整することができる。結果、LEDユニット41,42が有する発光ダイオードE1,E2は、強度が適切である光を発する。LEDユニット41,42に印加すべき電圧の平均値は同じ又は略同じである。
Therefore, the average value of the voltages to be applied to the
また、目標電圧Vmは一定値であるため、平均値Vaを一定値に固定する場合、出力スイッチ22のオン及びオフに係るデューティを変動させる必要はない。このため、信号出力部23を簡単に構成することができる。
Further, since the target voltage Vm is a constant value, when fixing the average value Va to a constant value, it is not necessary to change the duty relating to the on and off of the
なお、昇圧回路21が昇圧する昇圧電圧は、入力電圧の変動範囲の上限値以上であればよいので、目標電圧Vmは設定されていなくてもよい。この場合、信号出力部23は、昇圧電圧に応じて、第2PWM信号のデューティ、即ち、出力スイッチ22のオン及びオフに係るデューティを調整する。このように電圧出力装置2が構成された場合であっても、平均値Vaが入力電圧の変動範囲の下限値以下に制限されることはなく、平均値Vaを、仕様によって決まっている平均値に調整することができる。
The boosted voltage boosted by the
また、LEDユニット41は、ダイオードD1、発光ダイオードE1及び抵抗R1に直列に接続される駆動スイッチを有していてもよい。発光ダイオードE1に光を出射させる場合、駆動スイッチをオンに切替え、発光ダイオードE1に電流を供給し、発光ダイオードE1に光の出射を停止させる場合、駆動スイッチをオフに切替え、発光ダイオードE1への電流供給を停止する。
In addition, the
同様に、LEDユニット42は、ダイオードD2、2つの発光ダイオードE2,E2及び抵抗R2に直列に接続される駆動スイッチを有していてもよい。発光ダイオードE2,E2に光を出射させる場合、駆動スイッチをオンに切替え、発光ダイオードE2,E2に電流を供給し、発光ダイオードE2,E2に光の出射を停止させる場合、駆動スイッチをオフに切替え、発光ダイオードE2への電流供給を停止する。
Similarly, the
更に、LEDユニット41が有する発光ダイオードE1の数は、1に限定されず、2以上であってもよい。同様に、LEDユニット42が有する発光ダイオードE2の数は、2に限定されず、1又は3以上であってもよい。更に、電圧出力装置2に接続されるLEDユニットの数は、2に限定されず、1又は3以上であってもよい。LEDユニットの数が3以上である場合、これらは並列に接続される。
Furthermore, the number of light emitting diodes E1 included in the
また、昇圧回路21は、入力電圧を昇圧することができる回路であればよい。このため、ダイオードD3の代わりに、第2の昇圧スイッチが用いられてもよい。第2の昇圧スイッチの一端は昇圧スイッチ51の一端に接続され、第2の昇圧スイッチの他端は、キャパシタC2の一端に接続される。昇圧スイッチ51及び第2の昇圧スイッチは相補的にオン又はオフに切替えられる。即ち、昇圧スイッチ51がオンに切替えられた場合、第2の昇圧スイッチはオフに切替えられ、昇圧スイッチ51がオフに切替えられた場合、第2の昇圧スイッチはオンに切替えられる。このように、第2の昇圧スイッチを有する昇圧回路21は、ダイオードD3を有する昇圧回路21と同様に作用する。
Further, the
更に、三角波発生器55が出力する波形は、のこぎり波に限定されず、例えば、緩やかな電圧の上昇と緩やかな電圧の低下とを周期的に繰り返す三角波であってもよい。
Furthermore, the waveform output from the
開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The disclosed embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is indicated not by the meaning described above but by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.
1 電源システム
2 電圧出力装置
21 昇圧回路
22 出力スイッチ
23 信号出力部
24,52 切替え部
31 発電機
32 バッテリ
33 スタータ
41,42 LEDユニット
51 昇圧スイッチ
53 コンパレータ
54 差動増幅器
55 三角波発生器
C1,C2 キャパシタ
D1,D2,D3 ダイオード
E1,E2 発光ダイオード
L1 インダクタ
R1,R2 抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (3)
スイッチと、
該スイッチのオン及びオフへの切替えを交互に繰り返す切替え部と
を備え、
前記昇圧回路は、昇圧した電圧を、前記スイッチを介して出力する
電圧出力装置。 A booster circuit for boosting a fluctuating input voltage to a voltage equal to or higher than the upper limit value of the fluctuation range of the input voltage;
With the switch
And a switching unit that alternately switches on and off of the switch.
A voltage output device for outputting the boosted voltage via the switch;
請求項1に記載の電圧出力装置。 The voltage output device according to claim 1, wherein the booster circuit boosts the input voltage to a constant target voltage which is equal to or higher than the upper limit value.
該電圧出力装置が出力した電圧が印加される発光ダイオードと
を備える電源システム。 A voltage output device according to claim 1 or 2;
And a light emitting diode to which a voltage output from the voltage output device is applied.
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