JP5599031B2

JP5599031B2 - 昇降圧型コンバータ

Info

Publication number: JP5599031B2
Application number: JP2009285259A
Authority: JP
Inventors: 文規塩津
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2009-12-16
Filing date: 2009-12-16
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2029-12-16
Also published as: JP2011130557A; EP2337207A3; EP2337207A2; EP2337207B1

Description

本発明は、入力された直流電圧を昇圧または降圧し、入力された直流電圧を所定の出力電圧に変換する昇降圧型コンバータに関する。

従来、電子機器等のＤＣ−ＤＣコンバータとして、入力電圧が変動しても出力電圧を一定の範囲に保持することができるチョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータが用いられている。

この種のＤＣ−ＤＣコンバータとしては、例えば、降圧用チョッパトランジスタと昇圧用チョッパトランジスタを共通のチョークコイルを介して接続し、入力電圧が出力電圧よりも高いときには、昇圧用チョッパトランジスタをオフとし、降圧用チョッパトランジスタをオンオフ制御して入力電圧を降圧し、入力電圧が出力電圧よりも低いときには、降圧用チョッパトランジスタをオンとし、昇圧用チョッパトランジスタをオンオフ制御して入力電圧を昇圧するようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

このＤＣ−ＤＣコンバータは、降圧型チョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータと昇圧型チョッパ方式のＤＣ−ＤＣコンバータとが同一の回路で構成されている。

特開昭６２−１８９７０号公報

上記した従来技術では、入力電圧に応じて降圧用チョッパトランジスタと昇圧用チョッパトランジスタを選択的に動作させるようにしているが、降圧と昇圧の切替時に降圧用チョッパトランジスタと昇圧用チョッパトランジスタの動作が円滑に切り替わらないので出力電圧を一定に保持することができない。

すなわち、降圧用チョッパトランジスタや昇圧用チョッパトランジスタに用いるトランジスタには、ターンオン時やターンオフ時にディレイタイムがあるので、降圧と昇圧の切替時に、入力電圧に応じて降圧用チョッパトランジスタと昇圧用チョッパトランジスタを選択的に動作させても、降圧用チョッパトランジスタがオンを維持し、昇圧用チョッパトランジスタがオフを維持してしまうことがある。このため降圧と昇圧の切替時における入力電圧の変動に対する出力電流を一定に保持して出力することができない。

そこで、本発明は、入力電圧の変動に対して出力電流を一定に保持するように制御することを課題とする。

本発明の一態様による昇降圧型コンバータは、直流電源から直流電圧を入力する降圧スイッチと前記降圧スイッチに接続されたチョークコイルとを有し入力電圧より低い出力電圧を光源に出力する降圧部と、前記チョークコイルを介して前記降圧スイッチに接続された昇圧スイッチを有し入力電圧より高い出力電圧を前記光源に出力する昇圧部と、前記光源に接続されたクランプ素子と、前記光源に流れる光源駆動電流に応じて前記降圧スイッチと前記昇圧スイッチと前記クランプ素子を制御する制御部とを備え、前記降圧スイッチがスイッチングし前記昇圧スイッチがオフを維持する降圧モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチがオフを維持する導通モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチが所要の値のオンデューティに固定された状態でスイッチングする第１昇圧モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチが前記所要の値よりも大きな値のオンデューティでスイッチングする第２昇圧モードとを有すると共に、前記制御部は、前記導通モードと前記第１昇圧モードにおいて、前記光源にかかる電圧の一部がドロップされるように前記クランプ素子を制御するものである。

これにより、光源に流れる光源駆動電流を一定に制限するようにクランプ素子の制限動作を行うことが可能である。

本発明昇降圧型コンバータは、直流電源から直流電圧を入力する降圧スイッチと前記降圧スイッチに接続されたチョークコイルとを有し入力電圧より低い出力電圧を光源に出力する降圧部と、前記チョークコイルを介して前記降圧スイッチに接続された昇圧スイッチを有し入力電圧より高い出力電圧を前記光源に出力する昇圧部と、前記光源に接続されたクランプ素子と、前記光源に流れる光源駆動電流に応じて前記降圧スイッチと前記昇圧スイッチと前記クランプ素子を制御する制御部とを備え、前記降圧スイッチがスイッチングし前記昇圧スイッチがオフを維持する降圧モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチがオフを維持する導通モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチが所要の値のオンデューティに固定された状態でスイッチングする第１昇圧モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチが前記所要の値よりも大きな値のオンデューティでスイッチングする第２昇圧モードとを有すると共に、前記制御部は、前記導通モードと前記第１昇圧モードにおいて、前記光源にかかる電圧の一部がドロップされるように前記クランプ素子を制御することを特徴とする。

光源駆動電流を一定に制限するようにクランプ素子を制御することが可能とされるので、入力電圧の変動に対して出力電流（光源駆動電流）を一定に保持することができる。

請求項２に記載した発明にあっては、前記降圧スイッチのオンデューティの最大値と前記昇圧スイッチのオンデューティの最小値とが予め設定され、前記制御部は、前記降圧スイッチのオンデューティが前記最大値になったとき又は前記昇圧スイッチのオンデューティが前記最小値になったときに、前記クランプ素子に対する前記制御を開始し、前記降圧スイッチのオンデューティが前記最大値より小さくなったとき又は前記昇圧スイッチのオンデューティが前記最小値より大きくなったときに、前記クランプ素子に対する前記制御を停止することを特徴とする。

従って、入力電圧と出力電圧が近い場合であってもクランプ素子の動作が開始する導通モードと第１昇圧モードに切り替えることにより、入力電圧の変動に対して出力電流（光源駆動電流）を一定に保持するように制御することができる。

請求項３に記載した発明にあっては、前記制御部は、前記クランプ素子にかかる電圧が所定の閾値以上になったときに、前記第１昇圧モードである場合には前記導通モードに切り替え、前記導通モードである場合には前記降圧モードに切り替え、前記光源に流れる前記光源駆動電流が所定の閾値未満になったときに、前記降圧モードである場合には前記導通モードに切り替え、前記導通モードである場合には前記第１昇圧モードに切り替えることを特徴とする。

従って、入力電圧と出力電圧がどんな値であっても（どちらかが高くても低くても、また入力電圧値と出力電圧値が近くても）入力電圧の変動に対して出力電流（光源駆動電流）を一定に保持するように確実に制御することができる。

請求項４に記載した発明にあっては、前記光源に対する減光がパルス幅変調方式により行われて前記降圧スイッチ及び前記昇圧スイッチのスイッチング動作において実行と停止が繰り返し行われ、前記降圧スイッチ及び前記昇圧スイッチが停止しているときに前記クランプ素子の動作を停止させ前記光源駆動電流を遮断することを特徴とする。

従って、パルス幅変調における減光の対象である光源に流れる光源駆動電流の立上りと立下りを減光信号の立上りと立下りに一致させることができ、パルス幅変調における減光のリニアリティ（追従性）を向上させることができる。

請求項５に記載した発明にあっては、車両用灯具に組み込まれ、前記光源として半導体光源が用いられ、該半導体光源に前記光源駆動電流を供給することを特徴とする。

従って、光源駆動電流の供給対象が車両用灯具の半導体光源であるので、車両用灯具の半導体光源へ供給する光源駆動電流を一定に保持することができ、半導体光源の発光時におけるちらつきを防止することができる。

以下に、本発明昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの実施の形態について説明する。昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、例えば、車両用灯具を構成する光源を駆動させるための駆動電流／電圧制御回路等に用いられる。光源としては発光ダイオード（半導体光源）が用いられている。

昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、図１に示すように、入力電圧Ｖinより低い出力電圧Ｖoutを出力する降圧部２と、入力電圧Ｖinより高い出力電圧Ｖoutを出力する昇圧部３と、電流検出部４と、定電流クランプ回路としての定電流クランプスイッチ５と、降圧部２と昇圧部３と定電流クランプスイッチ５を制御する制御部６とを備えている。昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１は半導体光源としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode）４０、４０に駆動電流を供給するための電流供給手段として機能している。

降圧部２は降圧スイッチＳＷ１とコンデンサＣ１とダイオードＤ１とチョークコイル（インダクタ）Ｌを備えている。降圧スイッチＳＷ１はスッチング素子、例えば、ＮＭＯＳトランジスタ（図示せず）で構成されている。この場合には、ドレインが入力端子７に接続され、ソースがダイオードＤ１を介して接地されているとともにチョークコイルＬの一端に接続され、ゲートが制御部６に接続される。コンデンサＣ１は、一端が入力端子７に接続され、他端が接地されるとともに入力端子８に接続されている。

入力端子７は電源スイッチＳＷ３を介して直流電源である車載バッテリ（＋Ｂ）のプラス端子に接続され、入力端子８は車載バッテリのマイナス端子に接続されている。

降圧スイッチＳＷ１は制御部６からの降圧スイッチ駆動信号（オンオフ信号）を受けてオンオフ（スイッチング）する。

昇圧部３は降圧部２と共通のチョークコイルＬを備えるとともに昇圧スイッチＳＷ２とコンデンサＣ２とダイオードＤ２を備えている。昇圧スイッチＳＷ２はスッチング素子、例えば、ＮＭＯＳトランジスタ（図示せず）で構成されている。この場合には、ドレインがチョークコイルＬの他端に接続されているとともにダイオードＤ２及びシャント抵抗Ｒ_ＳＨを介して出力端子２７に接続され、ソースが接地され、ゲートが制御部６に接続される。コンデンサＣ２は、一端がダイオードＤ２に接続され、他端が接地されるとともに定電流クランプスイッチ５に接続されている。

出力端子２７はＬＥＤ４０、４０に接続されている。

昇圧スイッチＳＷ２は制御部６からの昇圧スイッチ駆動信号（オンオフ信号）を受けてオンオフ（スイッチング）する。

電流検出部４はシャント抵抗Ｒ_ＳＨと電流検出アンプ１５を備え、光源駆動電流Ｉoutを検出する。シャント抵抗Ｒ_ＳＨは一端がダイオードＤ２に接続され他端が出力端子２７を介してＬＥＤ４０、４０のアノードに接続されている。

定電流クランプスイッチ５はＬＥＤ４０、４０のカソード側に接続され、ＬＥＤ４０、４０に流れる光源駆動電流Ｉoutを一定電流にするようにＬＥＤ４０、４０にかかる電圧の内の余分な電圧Ｖｃをドロップする機能を有している。定電流クランプスイッチ５は、例えば、ＦＥＴで構成され、このＦＥＴのドレインソース間電圧（Ｖ_ｄｓ）をアナログ的に制御することにより光源に流れる電流（光源駆動電流）を一定に制限する。

制御部６は、ＰＷＭ（パルス幅変調）制御回路１１と、比較波発生回路１２と、モード切換制御部としてのモード切換回路１３と、定電流クランプ制御回路１４を備えている。

ＰＷＭ制御回路１１は、入力側が比較波発生回路１２とモード切換回路１３と電流検出アンプ１５に接続され、出力側が降圧スイッチＳＷ１と昇圧スイッチＳＷ２に接続されている。

比較波発生回路１２は比較波として、例えば、三角波を生成しＰＷＭ制御回路１１に送出している。尚、三角波は１周期における山から谷までの間の時間と谷から山までの間の時間とが等しくなるようなものが望ましいが、これに限定されるものではない。

モード切替回路１３は、入力側が電流検出アンプ１５と定電流クランプスイッチ５の一端に接続され、出力側がＰＷＭ制御回路１１と定電流クランプ制御回路１４に接続されている。モード切替回路１３は、昇圧スイッチＳＷ２をオフに維持し降圧スイッチＳＷ１をスイッチングする降圧モードに切り替える降圧モード信号Ｓｍ１と、昇圧スイッチＳＷ２をオフに維持し降圧スイッチＳＷ１をオンに維持する導通モードに切り替える導通モード信号Ｓｍ２と、降圧スイッチＳＷ１をオンに維持し昇圧スイッチＳＷ２をスイッチングする昇圧モードに切り替える昇圧モード信号Ｓｍ３とをＰＷＭ制御回路１１と定電流クランプ制御回路１４に送出する。

定電流クランプ制御回路１４は、入力側がＰＷＭ制御回路１１とモード切替回路１３と電流検出アンプ１５に接続され、出力側が定電流クランプスイッチ５に接続されている。また、定電流クランプ制御回路１４はＰＷＭ制御回路１１のスイッチ駆動部（図示せず）を監視し降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティを検出する。

降圧スイッチＳＷ１のオンデューティの最大値と昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティの最小値は、定電流クランプ制御回路１４に内蔵されたメモリに予め記憶されている。前記最大値と前記最小値は定電流クランプスイッチ５の後述する制限動作の開始条件と停止条件となる。

以下に、昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１の動作について６パターンのモード切換制御に分けて説明する。尚、図２は降圧モードと導通モードと昇圧モード（第１昇圧モードと第２昇圧モード）におけるＰＷＭ制御回路１１の制御（降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２の制御）及び定電流クランプ制御回路１４の制御（定電流クランプスイッチの動作開始の制御）内容を示している。

６パターンのモード切換制御は、降圧モードから導通モードへの切り替え制御（以下、「降圧−導通モード制御」と呼ぶ。）、導通モードから第１昇圧モードへの切り替え制御（以下、「導通−第１昇圧モード制御」と呼ぶ。）、第１昇圧モードから第２昇圧モードへの切り替え制御（以下、「第１昇圧−第２昇圧モード制御」と呼ぶ。）、第２昇圧モードから第１昇圧モードへの切り替え制御（以下、「第２昇圧−第１昇圧モード制御」と呼ぶ。）、第１昇圧モード制御から導通モード制御への切り替え制御（以下、「第１昇圧−導通モード制御」と呼ぶ。）及び導通モード制御から降圧モード制御への切り替え制御（以下、「導通−降圧モード制御」と呼ぶ。）である。

尚、降圧モードから第２昇圧モードまでは入力電圧Ｖinが徐々に減少し、第２昇圧モードから降圧モードまでは入力電圧Ｖinが徐々に増加していく。

また、上記したように、昇圧モードには第１昇圧モードと第２昇圧モードがある。第１昇圧モードでは降圧スイッチＳＷ１がオンに維持され昇圧スイッチＳＷ２がオンデューティ１０％に固定された状態でスイッチングされ、定電流クランプスイッチ５の制限動作が行われている。第２昇圧モードでは降圧スイッチＳＷ１がオンに維持され昇圧スイッチＳＷ２がオンデューティ１０％より大きな値でスイッチングされ、定電流クランプスイッチ５の制限動作が停止している。

最初に、降圧−導通モード制御について説明する。

電源スイッチＳＷ３がオンすると、モード切替回路１３から降圧モード信号Ｓｍ１がＰＷＭ制御回路１１及び定電流クランプ制御回路１４に送出される。

ＰＷＭ制御回路１１は降圧モード信号Ｓｍ１を受けて降圧スイッチＳＷ１をスイッチングし昇圧スイッチＳＷ２をオフに維持するように降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２を制御する（図２参照）。

その後、入力電圧Ｖinが減少すると降圧スイッチＳＷ１のオンデューティが増加する。降圧スイッチＳＷ１のオンデューティが９０％（降圧スイッチＳＷ１のオンデューティの最大値）になると降圧スイッチＳＷ１がその特性上スイッチングできなくなるため、必要な出力電圧Ｖoutが出力されず光源駆動電流Ｉoutが減少する。

モード切替回路１３は、光源駆動電流Ｉoutと予め設定された光源駆動電流（以下、「閾値電流」と呼ぶ）Ｉthとを比較し、光源駆動電流Ｉoutが閾値電流Ｉth未満になったときに導通モード信号Ｓｍ２をＰＷＭ制御回路１１及び定電流クランプ制御回路１４に送出する。尚、閾値電流ＩthはＬＥＤ４０、４０の定電流制御において目標とする光源駆動電流Ｉoutよりも小さい値が予め設定される。

モード切替回路１３において現在のモードが降圧モードであると認識され、かつ、光源駆動電流Ｉoutが閾値電流Ｉth未満になったときに降圧モードから導通モードに切り替わる。

ＰＷＭ制御回路１１は、導通モード信号Ｓｍ２を受けて降圧スイッチＳＷ１をオンに維持し昇圧スイッチＳＷ２をオフに維持するように降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２を制御する（図２参照）。

降圧スイッチＳＷ１のオンデューティが９０％となり導通モードへの切り替えを行った直後には、出力電圧Ｖoutが降圧スイッチＳＷ１のオンデューティ１００％相当の電圧になり光源駆動電流Ｉoutが増加しＬＥＤ４０、４０にはフォワード電圧（Ｖｆ）以上の電圧（Ｖf＋Ｖｃ）がかかってしまう。ＬＥＤ４０、４０に流れる光源駆動電流Ｉoutを一定の値に制御するには余分な電圧Ｖｃをドロップさせる必要がある。尚、この電圧Ｖｃは定電流クランプスイッチ５にかかる電圧である。

従って、定電流クランプ制御回路１４は降圧スイッチＳＷ１のオンデューティを検出しオンデューティ９０％を確認すると定電流クランプスイッチ５に対して制限動作を開始する制御信号Ｓｃ１を送出する。定電流クランプスイッチ５は制御信号Ｓｃ１を受けて制限動作を開始し電圧Ｖｃをドロップする（図２参照）。従って、ＬＥＤ４０、４０には一定のフォワード電圧Ｖｆのみがかかり光源駆動電流Ｉoutを一定に保持できる。

次に、導通−第１昇圧モード制御について説明する。

導通モードにおいて、定電流クランプスイッチ５にかかる電圧Ｖｃは入力電圧Ｖinの減少に伴い徐々に減少する（図３参照）。導通モード切換え直後に増加した光源駆動電流Ｉoutは入力電圧Ｖinの減少に伴い減少する。入力電圧Ｖinが出力電圧Ｖoutより小さくなると必要な出力電圧Ｖoutが出力されず光源駆動電流Ｉoutが減少する。

モード切替回路１３は、光源駆動電流Ｉoutと閾値電流Ｉthを比較し、光源駆動電流Ｉoutが閾値電流Ｉth未満になったときに昇圧モード信号Ｓｍ３をＰＷＭ制御回路１１及び定電流クランプ制御回路１４に送出する。

モード切替回路１３において現在のモードが導通モードであると認識され、かつ、光源駆動電流Ｉoutが閾値電流Ｉth未満になったときに導通モードから第１昇圧モードに切り替わる。

ＰＷＭ制御回路１１は昇圧モード信号Ｓｍ３を受けて降圧スイッチＳＷ１をオンに維持し昇圧スイッチＳＷ２をスイッチングするように降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２を制御する（図２参照）。

第１昇圧モードに切り替えた直後には、出力電圧Ｖoutが昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティ１０％相当の電圧になり光源駆動電流Ｉoutが増加しＬＥＤ４０、４０にはフォワード電圧（Ｖｆ）以上の電圧（Ｖf＋Ｖｃ）がかかってしまう。ＬＥＤ４０、４０に流れる光源駆動電流Ｉoutを一定の値に制御するには余分な電圧Ｖｃをドロップさせる必要がある。

そこで、導通モードから第１昇圧モードへ切り替わっても定電流クランプ制御回路１４は制限動作を開始する制御信号Ｓｃ１の送出を継続し、定電流クランプスイッチ５は制限動作を継続し、電圧Ｖｃをドロップする（図２参照）。従って、ＬＥＤ４０、４０には一定のフォワード電圧Ｖｆのみがかかり光源駆動電流Ｉoutを一定に保持できる。

次に、第１昇圧−第２昇圧モード制御について説明する。

第１昇圧モードにおいて、定電流クランプスイッチ５にかかる電圧Ｖｃは入力電圧Ｖinの減少に伴い徐々に減少する（図３参照）。

定電流クランプ制御回路１４は昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティを検出しオンデューティが１０％より大きくなったことを確認すると定電流クランプスイッチ５に対して制限動作を停止する制御信号Ｓｃ２を送出する。定電流クランプスイッチ５は制御信号Ｓｃ２を受けて制限動作を停止する。定電流クランプスイッチ５が制限動作を停止すると第１昇圧モードから第２昇圧モードに切り替わる。

第１昇圧モードから第２昇圧モードへの切り替えにおいてモード切換回路１３からＰＷＭ制御回路１１にはモード切換信号は送出されない。従って、第２昇圧モードでは、第1昇圧モードと同様に降圧スイッチＳＷ１をオンに維持し昇圧スイッチＳＷ２をスイッチングするように降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２が制御される（図２参照）。

次に、第２昇圧−第１昇圧モード制御について説明する。

第２昇圧モードでは入力電圧Ｖinが増加するにしたがって昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティが減少する。

定電流クランプ制御回路１４は昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティを検出しオンデューティ１０％を確認すると定電流クランプスイッチ５に対して制限動作を開始する制御信号Ｓｃ１を送出する。定電流クランプスイッチ５は制御信号Ｓｃ１を受けて制限動作を開始する。定電流クランプスイッチ５が制限動作を開始すると第２昇圧モードから第１昇圧モードに切り替わる。

第２昇圧モードから第１昇圧モードへの切り替えにおいてモード切換回路１３からＰＷＭ制御回路１１にはモード切換信号は送出されない。従って、第１昇圧モードでは第２昇圧モードと同様に降圧スイッチＳＷ１をオンに維持し昇圧スイッチＳＷ２をスイッチングするように降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２が制御される（図２参照）。

第１昇圧モードに切り替わると、昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティが１０％相当の電圧に固定されるため、ＬＥＤ４０、４０にはフォワード電圧（Ｖｆ）以上の電圧（Ｖf＋Ｖｃ）がかかってしまう。ＬＥＤ４０、４０に流れる光源駆動電流Ｉoutを一定の値に制御するには余分な電圧Ｖｃをドロップさせる必要がある。

上記したように、第１昇圧モードに切り替わると定電流クランプスイッチ５が制限動作を開始する（図２参照）ので、この余分な電圧Ｖｃはドロップされる。従って、ＬＥＤ４０、４０には一定のフォワード電圧Ｖｆのみがかかり光源駆動電流Ｉoutを一定に保持できる。

尚、第１昇圧モードでは、昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティが１０％に固定されるため定電流クランプスイッチ５にかかる電圧Ｖｃは入力電圧Ｖinの増加に伴い徐々に増加する（図３参照）。

次に、第１昇圧−導通モード制御について説明する。

第１昇圧モードにおいて、モード切替回路１３は、電圧Ｖｃと閾値電圧Ｖthを比較し、電圧Ｖｃが所定の閾値電圧Ｖth以上になったときに導通モード信号Ｓｍ２をＰＷＭ制御回路１１及び定電流クランプ制御回路１４に送出する。

閾値電圧Ｖthは閾値電圧設定回路３０（図４参照）によって予め設定されている。閾値電圧設定回路３０は定電流クランプ回路１４に設けられ、入力電圧Ｖinを抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２で分圧した電圧を閾値電圧Ｖthとして出力している。第１昇圧−導通モード制御に用いられる閾値電圧Ｖthは昇圧オンデューティ１０％時における入力電圧Ｖinに基づいて設定される。

モード切替回路１３において現在のモードが第１昇圧モードであると認識され、かつ、電圧Ｖｃが所定の閾値電圧Ｖth以上になったときに第１昇圧モードから導通モードに切り替わる。

ＰＷＭ制御回路１１は導通モード信号Ｓｍ２を受けて降圧スイッチＳＷ１がオンを維持し昇圧スイッチＳＷ２がオフを維持するように降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２を制御する（図２参照）。

定電流クランプ制御回路１４は昇圧スイッチＳＷ２のオンデューティを検出しオンデューティ１０％であることを確認すると定電流クランプスイッチ５に対して制限動作を開始する制御信号Ｓｃ１を送出する。

導通モードに切り替わると、出力電圧Ｖoutが降圧スイッチＳＷ１のオンデューティ１００％相当の電圧になり必要とする出力電圧Ｖoutとの差分である電圧（Ｖｃ）が徐々に大きくなってしまう。このため定電流クランプスイッチ５にかかる電圧Ｖｃは入力電圧Ｖinの増加に伴い徐々に増加する（図３参照）。ＬＥＤ４０、４０にはフォワード電圧（Ｖｆ）以上の電圧（Ｖf＋Ｖｃ）がかかってしまう。ＬＥＤ４０、４０に流れる光源駆動電流Ｉoutを一定の値に制御するには、この余分な電圧Ｖｃをドロップさせる必要がある。

そこで、第１昇圧モードから導通モードへ切り替わっても定電流クランプ制御回路１４は制限動作を開始する制御信号Ｓｃ１の送出を継続し、定電流クランプスイッチ５は制限動作を継続し、電圧Ｖｃをドロップする（図２参照）。従って、ＬＥＤ４０、４０には一定のフォワード電圧Ｖｆのみがかかり光源駆動電流Ｉoutを一定に保持できる。

次に、導通−降圧モード制御について説明する。

導通モードにおいて、モード切替回路１３は、電圧Ｖｃと閾値電圧Ｖthを比較し、電圧Ｖｃが所定の閾値電圧Ｖth以上になったときに降圧モード信号Ｓｍ１をＰＷＭ制御回路１１及び定電流クランプ制御回路１４に送出する。尚、導通−降圧モード制御に用いられる閾値電圧Ｖthは降圧オンデューティ９０％時における入力電圧Ｖinに基づいて設定される。

ＰＷＭ制御回路１１は降圧モード信号Ｓｍ１を受けて昇圧スイッチＳＷ２がオフを維持し降圧スイッチＳＷ１がスイッチングするように降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２を制御する（図２参照）。

モード切替回路１３において現在のモードが導通モードであると認識され、かつ、電圧Ｖｃが所定の閾値電圧Ｖth以上になったときに導通モードから降圧モードに切り替わる。

定電流クランプ制御回路１４は降圧スイッチＳＷ１のオンデューティが９０％より小さくなったことを確認すると定電流クランプスイッチ５に対して制限動作を停止する制御信号Ｓｃ２を送出する。定電流クランプスイッチ５は制御信号Ｓｃ２を受けて制限動作を停止する。

従って、入力電圧Ｖinと出力電圧Ｖoutが近い場合であっても定電流クランプスイッチ５の動作が開始する導通モードと昇圧モード（第１昇圧モード）に切り替えることにより、降圧モードから導通モードを介して昇圧モードへ切替わるまでの間の入力電圧Ｖinの変動に対して出力電流（光源駆動電流Ｉout）を一定に保持するように制御することができる。

また、車両用灯具のＬＥＤ４０、４０に供給する光源駆動電流Ｉoutを一定に保持することができるので、ＬＥＤ４０、４０のちらつきを防止することができる。

尚、上記した実施の形態では降圧スイッチＳＷ１と昇圧スイッチＳＷ２の制御がＰＷＭ制御回路１１によって行われているが、降圧スイッチＳＷ１と昇圧スイッチＳＷ２の制御をＰＦＭ（パルス周波数変調）制御で行う場合であっても上記同様の効果が得られる。

次に、ＬＥＤ４０、４０に対してパルス幅変調方式による減光（以下、「ＰＷＭ減光」と呼ぶ。）を行う場合の昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ１の動作について説明する。

ＰＷＭ減光を行うには降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２のスイッチング（例えば、降圧モードであれば降圧スイッチＳＷ１のスイッチング）動作の実行と停止を繰り返し行わせることが必要である。

まず、ＰＷＭ減光信号Ｓｔ（オンオフ信号）がＰＷＭ制御回路１１及び定電流クランプ制御回路１４に送出される。

ＰＷＭ制御回路１１はＰＷＭ減光信号Ｓｔがハイレベルのときには降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２のスイッチング動作を実行し、ローレベルのときには降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２のスイッチング動作を停止する。

定電流クランプ制御回路１４はＰＷＭ減光信号Ｓｔがハイレベルのときには制限動作を開始する制御信号Ｓｃ１を定電流クランプスイッチ５に送出し、ローレベルのときには制限動作を停止する制御信号Ｓｃ２を定電流クランプスイッチ５に送出する。

降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２のスイッチング動作が実行されているときには定電流クランプスイッチ５の動作が開始し、光源駆動電流Ｉoutが流れる。降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２のスイッチング動作が停止されているときには定電流クランプスイッチ５の動作が停止し、光源駆動電流Ｉoutが遮断される。

即ち、降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２のスイッチング動作が停止されているときには出力電圧Ｖout（電荷）がコンデンサＣ２に保持され、降圧スイッチＳＷ１及び昇圧スイッチＳＷ２のスイッチング動作が実行されているときにはコンデンサＣ２に保持された前記電荷が開放される。

従って、ＰＷＭ減光の対象であるＬＥＤ４０、４０に流れる光源駆動電流Ｉoutの立上りと立下りをＰＷＭ減光信号Ｓｔの立上りと立下りに一致させることができ、ＰＷＭ減光のリニアリティ（追従性）を向上させることができる。

上記した実施の形態は、本発明を好適に実施した形態の一例に過ぎず、本発明は、その主旨を逸脱しない限り、種々変形して実施することが可能なものである。

本発明の実施の形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ構成を示した図である。降圧モード時、導通モード時、第１昇圧モード時又は第２昇圧モード時における降圧スイッチと昇圧スイッチと定電流クランプスイッチの動作について説明する図である。導通モード及び第１昇圧モードにおける定電流クランプスイッチにかかる電圧の変化を示した図である。閾値電圧設定回路の構成を示した図である。

１…昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ、２…降圧部、３…昇圧部、５…定電流クランプスイッチ、６…制御部

Claims

直流電源から直流電圧を入力する降圧スイッチと前記降圧スイッチに接続されたチョークコイルとを有し入力電圧より低い出力電圧を光源に出力する降圧部と、
前記チョークコイルを介して前記降圧スイッチに接続された昇圧スイッチを有し入力電圧より高い出力電圧を前記光源に出力する昇圧部と、
前記光源に接続されたクランプ素子と、
前記光源に流れる光源駆動電流に応じて前記降圧スイッチと前記昇圧スイッチと前記クランプ素子を制御する制御部とを備え、
前記降圧スイッチがスイッチングし前記昇圧スイッチがオフを維持する降圧モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチがオフを維持する導通モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチが所要の値のオンデューティに固定された状態でスイッチングする第１昇圧モードと、前記降圧スイッチがオンを維持し前記昇圧スイッチが前記所要の値よりも大きな値のオンデューティでスイッチングする第２昇圧モードとを有すると共に、
前記制御部は、
前記導通モードと前記第１昇圧モードにおいて、前記光源にかかる電圧の一部がドロップされるように前記クランプ素子を制御する
昇降圧型コンバータ。
前記降圧スイッチのオンデューティの最大値と前記昇圧スイッチのオンデューティの最小値とが予め設定され、
前記制御部は、
前記降圧スイッチのオンデューティが前記最大値になったとき又は前記昇圧スイッチのオンデューティが前記最小値になったときに、前記クランプ素子に対する前記制御を開始し、
前記降圧スイッチのオンデューティが前記最大値より小さくなったとき又は前記昇圧スイッチのオンデューティが前記最小値より大きくなったときに、前記クランプ素子に対する前記制御を停止する
請求項１に記載の昇降圧型コンバータ。
前記制御部は、
前記クランプ素子にかかる電圧が所定の閾値以上になったときに、前記第１昇圧モードである場合には前記導通モードに切り替え、前記導通モードである場合には前記降圧モードに切り替え、
前記光源に流れる前記光源駆動電流が所定の閾値未満になったときに、前記降圧モードである場合には前記導通モードに切り替え、前記導通モードである場合には前記第１昇圧モードに切り替える
請求項１又は請求項２に記載の昇降圧型コンバータ。
前記光源に対する減光がパルス幅変調方式により行われて前記降圧スイッチ及び前記昇圧スイッチのスイッチング動作において実行と停止が繰り返し行われ、
前記降圧スイッチ及び前記昇圧スイッチが停止しているときに前記クランプ素子の動作を停止させ前記光源駆動電流を遮断する
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の昇降圧型コンバータ。
車両用灯具に組み込まれ、前記光源として半導体光源が用いられ、該半導体光源に前記光源駆動電流を供給する
請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の昇降圧型コンバータ。