JP6096004B2 - 負荷駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子が直列に接続された負荷を駆動する負荷駆動装置に関する。

少なくとも１つ以上の発光素子が直列に接続された負荷を駆動する負荷駆動装置に於いて、いずれかの発光素子に短絡が発生すると、負荷には過電流が流れる。なお、発光素子は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザダイオードなどである。負荷内のいずれかの発光素子に短絡が発生した場合、負荷に流れる過電流を迅速に抑制し、負荷を保護する技術が開示されている（特許文献１参照）。
特許文献１の要約には、課題として、「ＬＥＤユニットに短絡が発生した際にＬＥＤを保護できる安価なＬＥＤ駆動装置」と記載され、解決手段として、「交番電流を出力する電力供給手段１０、電力供給手段１０の出力に接続され第１整流素子と第１平滑素子とを有する整流平滑回路Ｃ１，Ｃ１１，Ｄ１，Ｄ１１の出力側に接続され複数のＬＥＤ１ａ〜１ｅを直列接続した第１ＬＥＤ群、整流平滑回路Ｃ１，Ｃ１１，Ｄ１，Ｄ１１の入力側の電圧が整流平滑回路Ｃ１，Ｃ１１，Ｄ１，Ｄ１１の出力側の電圧よりも大きくなったときに動作することで第１ＬＥＤ群の短絡を検出する短絡検出部Ｄ４，Ｔｒ，Ｒ１を有する。」と記載されている。

特開２０１１−２２８５８４号公報

特許文献１に記載の駆動装置は、負荷内のいずれかの発光素子の短絡状態を検出した場合、過電流を抑制するために、負荷の駆動を停止する。しかし、この駆動装置は、駆動を停止した後に、負荷を安全に駆動し続けることができないという問題がある。
そこで、本発明は、少なくとも１つ以上の発光素子が直列に接続された負荷内のいずれかの発光素子に短絡が発生した場合、負荷を安全に駆動し続けることができる負荷駆動装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、少なくとも１つ以上の発光素子が直列に接続された負荷に、直流電力を供給する電力変換回路と、前記負荷に印加されている出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記負荷に流れる出力電流を検出する出力電流検出回路と、前記負荷の動作期間は、前記出力電流に基づき定電流制御を行う制御回路部と、を備え、前記制御回路部は、前記負荷の動作期間中に、前記出力電流検出回路によって、前記負荷に含まれる発光素子の短絡状態を検出した場合、前記電力変換回路から前記負荷への直流電力の供給を停止し、その後、この直流電力の供給停止による、前記負荷に印加されている前記出力電圧の低下が規定値以上になったならば、前記負荷への直流電力の供給を再開する、ことを特徴とする負荷駆動装置とした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、少なくとも１つ以上の発光素子が直列に接続された負荷内のいずれかの発光素子に短絡が発生した場合、負荷を安全に駆動し続けることができる負荷駆動装置を提供することが可能である。

第１の実施形態に於ける負荷駆動装置を示す概略の構成図である。 第１の実施形態に於ける制御回路部の処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に於ける負荷内の素子の１つが短絡破壊された時のタイミングチャートである。 第１の実施形態に於ける負荷内の素子の１つが短絡破壊された時のタイミングチャートの部分拡大図である。 第２の実施形態に於ける負荷駆動装置を示す概略の構成図である。 第２の実施形態に於ける制御回路部の処理を示すフローチャート（その１）である。 第２の実施形態に於ける制御回路部の処理を示すフローチャート（その２）である。 第２の実施形態に於ける負荷が全短絡破壊された時のタイミングチャートである。

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に於ける負荷駆動装置１を示す概略の構成図である。
図１に示すように、負荷駆動装置１は、負荷８０に直流電力を供給する電力変換回路２と、電力変換回路２が備えた図示しないスイッチ素子に駆動信号を出力するスイッチ素子駆動回路３と、スイッチ素子駆動回路３にＰＷＭ信号Ｐａを出力して動作を制御する制御回路部（マイクロコンピュータ）４と、負荷８０に流れる出力電流Ｉｏを検出する出力電流検出回路５と、負荷８０に印加される出力電圧Ｖｏを検出する出力電圧検出回路６と、電力変換回路２と負荷８０との間の開放と投入とを切り替える出力段スイッチ部７とを備えている。

負荷８０は、少なくとも１つ以上の発光素子８１が直列に接続されたものである。図１に示す負荷８０は６個の発光素子８１が直列に接続されたものであるが、発光素子８１の数は、少なくとも１つ以上であればよい。なお、発光素子８１は、光を出力するレーザダイオード素子である。発光素子８１は、供給された電力を光信号に変換するものである。発光素子８１のレーザダイオード素子は、当該素子が導通する向きに電圧を印加したとき、所定の電圧降下が発生する。
負荷駆動装置１は、電力を供給する直流電源Ｖｄｃ（電源の一例）と、直流電力によって駆動される負荷８０とに接続されている。負荷駆動装置１は、直流電源Ｖｄｃから供給された電力を直流電力に変換し、負荷８０に供給するか否かを切り替えるものである。

出力段スイッチ部７は、図示しないＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのスイッチ素子である。出力段スイッチ部７の一端は、負荷８０の負極に接続され、出力段スイッチ部７の他端は、電力変換回路２の負極に接続され、出力段スイッチ部７の制御端子は、制御回路部４に接続されている。出力段スイッチ部７は、制御回路部４から制御端子に入力された出力段スイッチ制御信号Ｓｖに基づいて、電力変換回路２と負荷８０との間の開放と投入とを切り替えるものである。出力段スイッチ部７は、出力段スイッチ制御信号ＳｖがＨレベルである場合、電力変換回路２と負荷８０との間を投入し、出力段スイッチ制御信号ＳｖがＬレベルである場合、電力変換回路２と負荷８０との間を開放する。

電力変換回路２は、例えば昇圧回路や降圧回路などであり、図示しないスイッチ素子を備えている。電力変換回路２は、入力側の正極が負荷８０の正極に接続され、入力側の負極が出力段スイッチ部７の一端に接続され、更に制御入力側がスイッチ素子駆動回路３に接続されている。電力変換回路２は、スイッチ素子駆動回路３から入力された制御信号に基づいて、直流電源Ｖｄｃから供給された電力を、所定の直流電力に変換し、負荷８０に供給するものである。
スイッチ素子駆動回路３は、例えば、電圧レベル変換回路である。スイッチ素子駆動回路３は、入力側が制御回路部４に接続され、出力側が電力変換回路２に接続されている。スイッチ素子駆動回路３は、制御回路部４が出力した駆動信号の電圧レベルを変換し、電力変換回路２が有するＦＥＴなどのスイッチ素子のゲートに印加したときに、当該スイッチ素子を駆動可能な電圧レベルの駆動信号を出力するものである。スイッチ素子駆動回路３および電力変換回路２は、入力されたＰＷＭ信号Ｐａのオンデューティの値に応じた出力電圧Ｖｏを負荷８０に印加する。

制御回路部４は、例えば、ワンチップのマイクロコンピュータである。制御回路部４は、第１のＡ／Ｄ（Analog to Digital）入力端子が出力電流検出回路５に接続され、第２のＡ／Ｄ入力端子が出力電圧検出回路６に接続され、更に第１の出力端子にはスイッチ素子駆動回路３が接続され、第２の出力端子に出力段スイッチ部７が接続されている。制御回路部４は、出力段スイッチ部７に、パルス信号である出力段スイッチ制御信号Ｓｖを出力することにより、電力変換回路２と負荷８０との間の開放と投入を切り替える。制御回路部４は、出力電流検出回路５が検出した出力電流Ｉｏ、および出力電圧検出回路６が検出した出力電圧Ｖｏに基づいて、スイッチ素子駆動回路３にパルス信号であるＰＷＭ信号Ｐａを出力し、負荷８０を駆動するか否かを切り替えるものである。制御回路部４は、負荷８０を駆動する（定常動作させる）動作期間では、負荷８０に流れる出力電流Ｉｏが基準電流値になるようにフィードバック制御する。制御回路部４は、負荷８０に流れる出力電流Ｉｏを、ＰＷＭ信号Ｐａのオンデューティによって制御する。本実施形態に於いて、動作期間とは、負荷８０を定電流制御する期間である。なお、動作期間は、負荷８０がレーザダイオードであればレーザを出射する期間である。
制御回路部４を構成する各部の詳細は、後記する。

出力電流検出回路５は、例えばシャント抵抗、ホールセンサ、抵抗とオペアンプの組合せなどである。出力電流検出回路５は、負荷８０の負極と電力変換回路２の出力側の負極との間に接続され、出力側が制御回路部４の第１のＡ／Ｄ入力端子に接続されている。出力電流検出回路５は、負荷８０に流す出力電流Ｉｏを電圧値に変換することにより、出力電流Ｉｏを検出して、変換した電圧値を出力信号として出力するものである。
出力電圧検出回路６は、例えば分圧抵抗などである。出力電圧検出回路６は、負荷８０の正極側に接続され、出力側が制御回路部４の第２のＡ／Ｄ入力端子に接続されている。出力電圧検出回路６は、負荷８０に印加される出力電圧Ｖｏを分圧して検出して、分圧した出力電圧Ｖｏを出力信号として出力するものである。

《制御回路部４の構成》
制御回路部４は、制御判定部４０と、Ａ／Ｄ変換部４１と、Ａ／Ｄ変換部４２と、出力電流演算部４３と、過電流判定部４４と、出力電圧判定部４５とを有する。
Ａ／Ｄ変換部４１は、入力側が第１のＡ／Ｄ入力端子に接続されており、出力側が出力電流演算部４３および過電流判定部４４に接続されている。Ａ／Ｄ変換部４１は、出力電流検出回路５が出力した出力信号を、Ａ／Ｄ変換し、デジタルデータである出力電流データを生成するものである。Ａ／Ｄ変換部４１は、生成した出力電流データを、出力電流演算部４３および過電流判定部４４に出力する。
Ａ／Ｄ変換部４２は、入力側が第２のＡ／Ｄ入力端子に接続されており、出力側が出力電圧判定部４５に接続されている。Ａ／Ｄ変換部４２は、出力電圧検出回路６が出力した出力信号を、Ａ／Ｄ変換し、デジタルデータである出力電圧データを生成するものである。Ａ／Ｄ変換部４２は、生成した出力電圧データを、出力電圧判定部４５に出力する。

出力電流演算部４３は、例えばＰＩＤ（Proportional Integral Derivative）演算などを行うものである。出力電流演算部４３の入力側は、Ａ／Ｄ変換部４１の出力端子に接続されている。出力電流演算部４３の出力側は、制御判定部４０に接続されている。出力電流演算部４３は、制御判定部４０に、出力電流検出回路５にて検出された出力電流Ｉｏを、基準電流にフィードバック制御するための信号である出力電流制御信号Ｓｉを出力するものである。
過電流判定部４４は、入力側がＡ／Ｄ変換部４１に接続され、出力側が制御判定部４０に接続されている。過電流判定部４４は、出力電流Ｉｏが閾値以上であったならば、出力電流Ｉｏが閾値以上である旨を示す過電流判定信号Ｓｃｐを出力するものである。なお、閾値は予め定められた値であり、過電流判定部４４に格納されている。

出力電圧判定部４５は、入力側がＡ／Ｄ変換部４２に接続され、出力側が制御判定部４０に接続されている。出力電圧判定部４５は、出力電圧Ｖｏと基準電圧とをもとに、出力電圧Ｖｏの低下を判定して、出力電圧Ｖｏが基準電圧から規定値ΔＶｏ（図３（ｃ）参照）以上低下した旨を示す出力電圧判定信号Ｓｆを出力するものである。なお、基準電圧は、直前の動作期間に於いて、負荷８０に基準電流を流した際に、負荷８０の両端に印加される電圧である。
制御判定部４０は、入力された過電流判定信号Ｓｃｐおよび出力電圧判定信号Ｓｆに基づいて、スイッチ素子駆動回路３にＰＷＭ信号Ｐａを出力し、さらに、出力段スイッチ部７に、出力段スイッチ制御信号Ｓｖを出力するものである。制御判定部４０は、出力電流Ｉｏを基準電流に定電流制御するときには、ＰＷＭ信号Ｐａをスイッチ素子駆動回路３に出力する。

図２は、第１の実施形態に於ける制御回路部４の処理を示すフローチャートである。
負荷駆動装置１が起動されると、制御回路部４は、ステップＳ１以降の処理を開始する。
ステップＳ１に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、出力段スイッチ部７にＨレベルの出力段スイッチ制御信号Ｓｖを出力し、電力変換回路２と負荷８０との間を投入する。
ステップＳ２に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、過電流停止フラグをクリアする。なお、過電流停止フラグは、クリアされている状態、およびセットされている状態のいずれか一方の状態を示す変数である。

ステップＳ６に於いて、制御回路部４は、Ａ／Ｄ変換部４１にて、出力電流検出回路５が出力した出力信号を、Ａ／Ｄ変換して、出力電流データとして出力電流演算部４３および過電流判定部４４に出力する。さらに、制御回路部４は、Ａ／Ｄ変換部４２にて、出力電圧検出回路６が出力した出力信号を、Ａ／Ｄ変換して、出力電圧データとして出力電圧判定部４５に出力する。
ステップＳ７に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、過電流停止フラグがセットされているか否かを判断する。制御回路部４は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１７の処理へ進み、当該判断条件が成立しないならば（Ｎｏ）、ステップＳ８の処理へ進む。

ステップＳ８に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、過電流判定部４４から過電流判定信号Ｓｃｐが入力されたか否かに基づいて、過電流を検出したか否かを判断する。
ステップＳ８に於いて、制御回路部４は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ９の処理へ進み、当該判断条件が成立しないならば（Ｎｏ）、ステップＳ２１の処理へ進む。

ステップＳ９に於いて、制御回路部４は、図示しない記憶部において、基準電圧を取得する。
ステップＳ１０に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、過電流停止フラグをセットする。
ステップＳ１１に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、出力段スイッチ部７に、Ｌレベルの出力段スイッチ制御信号Ｓｖを出力し、電力変換回路２と負荷８０との間を開放する。
ステップＳ１２に於いて、制御回路部４は、ＰＷＭ信号Ｐａの出力を停止する。
ステップＳ１２の処理の終了後、制御回路部４は、ノード１を介して、ステップＳ６の処理へ戻る。

ステップＳ１７に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、出力電圧判定部４５から出力電圧判定信号Ｓｆが入力されたか否かに基づいて、出力電圧Ｖｏが基準電圧から規定値ΔＶｏ（図３（ｃ）参照）以上低下したか否かを判断する。
ステップＳ１７に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１８の処理へ進み、当該判断条件が成立しないならば（Ｎｏ）、ノード１を介して、ステップＳ６の処理へ進む。
ステップＳ１８に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、出力段スイッチ部７に、Ｈレベルの出力段スイッチ制御信号Ｓｖを出力し、電力変換回路２と負荷８０との間を投入する。
ステップＳ１９に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、ＰＷＭ信号Ｐａのオンデューティを徐々に増加させるソフトスタートを行い、出力電流Ｉｏを徐々に増加させる。

ステップＳ２０に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、過電流停止フラグをクリアする。
ステップＳ２０の処理の終了後、制御回路部４は、ノード１を介して、ステップＳ６の処理へ戻る。
ステップＳ２１に於いて、制御回路部４は、出力電流演算部４３にて、Ａ／Ｄ変換部４１から入力された出力電流データに基づいて、ＰＷＭ信号Ｐａのオンデューティを演算する。
ステップＳ２２に於いて、制御回路部４は、制御判定部４０にて、演算したオンデューティのＰＷＭ信号Ｐａを、スイッチ素子駆動回路３に出力する。
ステップＳ２２の処理の終了後、制御回路部４は、ノード１を介して、ステップＳ６の処理へ戻る。

（具体的な動作説明）
図３（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に於ける負荷８０内の発光素子８１の１つが短絡破壊された時のタイミングチャートである。
図３（ａ）は、負荷８０の出力電流Ｉｏを示す図である。
図３（ａ）の縦軸は、電流値を示す。図３（ａ）の横軸は、図３（ｂ）、（ｃ）と共通する時刻ｔを示している。

図３（ｂ）は、出力段スイッチ部７に入力される出力段スイッチ制御信号Ｓｖを示す図である。
図３（ｂ）の縦軸は、出力段スイッチ制御信号ＳｖのＨレベルまたはＬレベルを示す。図３（ｂ）の横軸は、図３（ａ）、（ｃ）と共通する時刻ｔを示している。
図３（ｃ）は、負荷８０への出力電圧Ｖｏを示す図である。
図３（ｃ）の縦軸は、電圧値を示す。図３（ｃ）の横軸は、図３（ａ）、（ｂ）と共通する時刻ｔを示している。

時刻Ｔ０〜Ｔ１の期間は、出力電流Ｉｏが、制御回路部４により、基準電流Ｉｏ１に定電流制御される動作期間である。出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｈレベルである。出力電圧Ｖｏは、基準電圧である電圧Ｖ１である。
時刻Ｔ１の直前の近傍に於いて、負荷８０内の発光素子８１の１つが短絡破壊する。このため、出力電流Ｉｏは、Ｉｏ１から増加し、時刻Ｔ１に於いて、過電流設定値Ｉｃｐに達する。これにより、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｌレベルに変化する。よって、電力変換回路２と負荷８０との間が開放されるため、出力電流Ｉｏは、０［Ａ］に変化する。これ以降、出力電流Ｉｏは、０［Ａ］に保たれ、出力電圧Ｖｏは、電圧Ｖ１から次第に減少する。

なお、図３（ａ）に示す期間Ａは、上記の発光素子８１に短絡破壊が発生したタイミングを含む期間であり、時刻Ｔ０〜Ｔ１の動作期間と時刻Ｔ１〜Ｔ２の期間に亘る。
時刻Ｔ２に於いて、出力電圧Ｖｏは、電圧Ｖ２となる。ここで、電圧Ｖ２は、直前の動作期間である時刻Ｔ０〜Ｔ１に於いて、負荷８０に印加された電圧Ｖ１から、規定値ΔＶｏを減じた値である。規定値ΔＶｏは、負荷８０に含まれる１つの発光素子８１の順方向電圧降下に相当する。これにより、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｈレベルに変化する。よって、電力変換回路２と負荷８０との間が投入され、かつ、制御回路部４が、ソフトスタートを行うため、出力電流Ｉｏは、徐々に増加して、基準電流Ｉｏ１となる。
時刻Ｔ３に於いて、出力電流Ｉｏは、基準電流Ｉｏ１に収束して、出力電圧Ｖｏは、電圧Ｖ２に保たれる。

図４（ａ）〜（ｂ）は、第１の実施形態に於ける負荷８０内の発光素子８１の１つが短絡破壊された時のタイミングチャートの部分拡大図である。
なお、図４（ａ）〜（ｂ）は、図３に於ける発光素子８１の１つが短絡破壊したタイミングを含む期間Ａに於けるタイミングチャートである。
図４（ａ）は、負荷８０の出力電流Ｉｏを示す図である。
図４（ａ）の縦軸は、電流値を示す。図４（ａ）の横軸は、図４（ｂ）と共通する時刻ｔを示している。
図４（ｂ）は、出力段スイッチ部７に入力される出力段スイッチ制御信号Ｓｖを示す図である。
図４（ｂ）の縦軸は、ＨレベルまたはＬレベルを示す。図４（ｂ）の横軸は、図４（ａ）と共通する時刻ｔを示している。

時刻Ｔｓ以前では、出力電流Ｉｏは、基準電流Ｉｏ１に定電流制御される。出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｈレベルである。
時刻Ｔｓに於いて、負荷８０内の１つの発光素子８１が短絡する。以降、出力電流Ｉｏは、増加する。
時刻Ｔ１に於いて、出力電流Ｉｏは、過電流設定値Ｉｃｐに達する。制御回路部４の過電流判定により、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｌレベルに変化する。以降、出力電流Ｉｏは、Ｉｃｐから０に減少する。

（第１の実施形態の効果）
以上説明した第１の実施形態では、次の（Ａ）〜（Ｆ）のような効果がある。
（Ａ）制御回路部４は、負荷８０の動作期間中に、出力電流検出回路５によって、負荷８０に含まれる発光素子８１の短絡状態を検出した場合、電力変換回路２から負荷８０への直流電力の供給を停止し、この直流電力の供給停止による出力電圧Ｖｏの低下が規定値ΔＶｏ以上ならば、負荷８０への直流電力の供給を再開する。
このようにすることで、発光素子８１の短絡状態を検出した場合、負荷８０へ直流電力の供給を停止することにより、負荷８０に過電流が長時間流れることを防ぐことができる。
（Ｂ）さらに、出力電圧Ｖｏの低下が規定値ΔＶｏ以上となったならば、負荷８０への直流電力の供給を再開することにより、過渡状態に於いて負荷８０に過電流が流れることを防ぎつつ、定電流制御を行うことができる。これにより、負荷８０内のいずれかの発光素子８１に短絡が発生した場合、負荷８０を安全に駆動し続けることができる。

（Ｃ）規定値ΔＶｏは、負荷８０に含まれる１つの発光素子８１の順方向電圧降下である。
このようにすることで、短絡が発生した発光素子８１の数によらず、負荷８０への直流電力の供給を再開することができる。これにより、短絡が発生した発光素子８１の数によらず、負荷８０を安全に駆動し続けることができる。
（Ｄ）電力変換回路２と負荷８０との間の開放と投入とを切り替える出力段スイッチ部７をさらに備え、制御回路部４は、出力段スイッチ部７によって電力変換回路２と負荷８０との間を開放することにより、負荷８０への直流電力の供給を停止する。
このようにすることで、過電流をすばやく停止することができ、過電流が流れる時間を短縮することができる。これにより、より確実に、負荷駆動装置１および負荷８０を保護することができる。

（Ｅ）制御回路部４は、電力変換回路２の動作を停止させることにより、負荷８０への直流電力の供給を停止する。
このようにすることで、電力変換回路２の不要なスイッチング動作を抑制することができる。
（Ｆ）制御回路部４は、負荷８０への直流電力の供給を再開する際に、出力電流Ｉｏを徐々に増加させる。
このようにすることで、過渡状態に於いて、負荷駆動装置１および負荷８０に過電流が流れることを防ぐことが可能になる。これにより、負荷駆動装置１および負荷８０を保護することができる。

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に於ける負荷駆動装置１ａを示す概略の構成図である。
第１の実施形態の負荷駆動装置１（図１参照）と同一の要素には同一の符号を付与している。
第２の実施形態の負荷駆動装置１ａは、第１の実施形態の制御回路部４（図１参照）の代わりに制御回路部４ａを備えている。それ以外は、負荷駆動装置１ａは、第１の実施形態の負荷駆動装置１（図１参照）と同様に構成されている。
制御回路部４ａは、第１の実施形態の制御回路部４に加えて、更に、出力全短絡判定部４６を備えている。それ以外は、制御回路部４ａは、第１の実施形態の制御回路部４（図１参照）と同様に構成されている。
出力全短絡判定部４６は、過電流判定部４４から入力された過電流判定信号Ｓｃｐに基づいて、負荷８０内の発光素子８１の短絡状態が、所定時間内に規定回数以上検出されたか否かを判断する。出力全短絡判定部４６は、負荷８０内の発光素子８１の短絡状態が、所定時間内に規定回数以上検出された場合、その旨を示す全短絡信号Ｓｔを生成して、制御判定部４０に出力するものである。なお、規定回数は、予め定められた値であり、出力全短絡判定部４６に格納されている（図８参照）。

図６および図７は、第２の実施形態に於ける制御回路部４ａの処理を示すフローチャートである。
第１の実施形態に於ける制御回路部４ａの処理を示すフローチャート（図２）と同一の要素には同一の符号を付与している。
図６は、第２の実施形態に於ける制御回路部４ａの処理を示すフローチャート（その１）である。
負荷駆動装置１ａが起動されると、制御回路部４ａは、ステップＳ１以降の処理を開始する。
ステップＳ１〜Ｓ２の処理は、図２に示す第１の実施形態に於ける処理と同様である。
ステップＳ３に於いて、制御回路部４ａは、出力全短絡判定部４６にて、過電流検出カウントをクリアして０とする。なお、過電流検出カウントは、過電流を検出した回数を示す変数である。

ステップＳ４に於いて、制御回路部４ａは、出力全短絡判定部４６にて、短絡判定タイマが満了であるか否かを判断する。なお、短絡判定タイマは、最初に短絡が発生するとセットされ０となり、セット中である間には、セットされてからの時間を示す変数である。短絡判定タイマが満了であるとは、短絡判定タイマが、所定時間である短絡判定タイマ時間Ｔｘになることである（図８（ｂ）参照）。なお、短絡判定タイマ時間Ｔｘは、出力全短絡判定部４６に格納されている。
ステップＳ４に於いて、制御回路部４ａは、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ５の処理へ進み、当該判断条件が成立しないならば（Ｎｏ）、ステップＳ６の処理へ進む。
ステップＳ５に於いて、制御回路部４ａは、出力全短絡判定部４６にて、過電流検出カウントをクリアして０とする。

ステップＳ６〜Ｓ１２の処理は、図２に示す第１の実施形態に於ける処理と同様である。
ステップＳ１２の処理の終了後、制御回路部４ａは、ノード２を介して、図７のステップＳ１３へ進む。
ステップＳ１７〜Ｓ２０の処理は、図２に示す第１の実施形態に於ける処理と同様である。
ステップＳ２０の処理の終了後、制御回路部４ａは、ノード１を介してステップＳ４の処理へ戻る。
ステップＳ２１〜Ｓ２２の処理は、図２に示す第１の実施形態に於ける処理と同様である。
ステップＳ２２の処理の終了後、制御回路部４ａは、ノード１を介してステップＳ４の処理へ戻る。

図７は、第２の実施形態に於ける制御回路部４ａの処理を示すフローチャート（その２）である。
ステップＳ１３に於いて、制御回路部４ａは、出力全短絡判定部４６にて、過電流検出カウントを１だけ増加させインクリメントする。
ステップＳ１４に於いて、制御回路部４ａは、出力全短絡判定部４６にて、短絡判定タイマがセット中であるか否かを判断する。
ステップＳ１４に於いて、制御回路部４ａは、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１５の処理へ進み、当該判断条件が成立しないならば（Ｎｏ）、ステップＳ２３の処理へ進む。

ステップＳ１５に於いて、制御回路部４ａは、出力全短絡判定部４６にて、過電流検出カウントが規定回数以上か否かを判断する。
ステップＳ１５に於いて、制御回路部４ａは、当該判断条件が成立しないならば（Ｎｏ）、ノード１を介して、図６のステップＳ４の処理へ進み、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１６の処理へ進む。
ステップＳ１６に於いて、制御回路部４ａは、出力全短絡判定部４６にて、負荷８０内の発光素子８１の短絡状態が、短絡判定タイマ期間内に規定回数以上検出されたと判断して、その旨を示す全短絡信号Ｓｔを生成して、制御判定部４０に出力する。制御回路部４ａの制御判定部４０は全短絡信号Ｓｔが入力されると、以降、負荷８０への直流電流の供給を停止したままとして、処理を終了する。
ステップＳ２３に於いて、制御回路部４ａは、出力全短絡判定部４６にて、短絡判定タイマをセットして、ノード１を介して、図６のステップＳ４の処理へ進む。

図８（ａ）〜（ｂ）は、第２の実施形態に於ける負荷８０が全短絡破壊された時のタイミングチャートである。
なお、負荷８０が全短絡されるとは、負荷８０内の全ての発光素子８１が短絡破壊されること又は出力端が一時的に短絡されることである。
図８（ａ）は、出力電流検出回路５が検出する負荷８０の出力電流Ｉｏを示す図である。
図８（ａ）の縦軸は、電流値を示す。図８（ａ）の横軸は、図８（ｂ）と共通する時刻ｔを示している。
図８（ｂ）は、出力段スイッチ部７に入力される出力段スイッチ制御信号Ｓｖを示す図である。
図８（ｂ）の縦軸は、ＨレベルまたはＬレベルを示す。図８（ｂ）の横軸は、図８（ａ）と共通する時刻ｔを示している。

時刻Ｔ９〜Ｔ１０の期間では、出力電流Ｉｏは、基準電流Ｉｏ１に定電流制御されている。出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｈレベルである。出力電圧Ｖｏ（不図示）は、基準電圧である電圧Ｖ１である。
時刻Ｔ１０〜Ｔ１４の期間は、短絡判定タイマ期間である。なお、短絡判定タイマ期間の長さは、短絡判定タイマ時間Ｔｘである。
時刻Ｔ１０に於いて、負荷８０内の全ての発光素子８１が短絡破壊する。負荷８０には、出力電流Ｉｏとして、過電流Ｉｃｐ１が流れる。出力電流Ｉｏは、以降、Ｉｏ１から急激に増加し、過電流設定値Ｉｃｐに達する。制御回路部４ａの過電流判定により、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｌレベルに変化する。電力変換回路２と負荷８０との間が開放されたため、出力電流Ｉｏは、急激に減少して、０［Ａ］になる。過電流検出カウントは１となる。以降、出力電圧Ｖｏは、基準電圧Ｖ１から減少する。

時刻Ｔ１１に於いて、出力電圧Ｖｏが、基準電圧Ｖ１から規定値ΔＶｏ以上減少して、電圧（Ｖ１−ΔＶｏ）以下となると、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｈレベルに変化する。電力変換回路２と負荷８０との間が投入され、かつ、負荷８０内の全ての発光素子８１が短絡状態であるため、出力電流Ｉｏとして、過電流Ｉｃｐ２が流れる。出力電流Ｉｏは、０［Ａ］から急激に増加し、過電流設定値Ｉｃｐに達する。制御回路部４ａの過電流判定により、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｌレベルに変化する。電力変換回路２と負荷８０との間が開放されたため、出力電流Ｉｏは、急激に減少して、０［Ａ］になる。過電流検出カウントは２となる。基準電圧は、直前の動作期間に於ける出力電圧Ｖｏである電圧（Ｖ１−ΔＶｏ）に更新される。以降、出力電圧Ｖｏは、この時刻での基準電圧（Ｖ１−ΔＶｏ）から、更に減少する。

時刻Ｔ１２に於いて、出力電圧Ｖｏが、この時刻での基準電圧（Ｖ１−ΔＶｏ）から規定値ΔＶｏ以上減少して、電圧（Ｖ１−２ΔＶｏ）以下となると、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｈレベルに変化する。電力変換回路２と負荷８０との間が投入され、かつ、負荷８０内の全ての発光素子８１が短絡状態であるため、出力電流Ｉｏとして、過電流Ｉｃｐ３が流れる。出力電流Ｉｏは、０［Ａ］から急激に増加し、過電流設定値Ｉｃｐに達する。制御回路部４ａの過電流判定により、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｌレベルに変化する。電力変換回路２と負荷８０との間が開放されたため、出力電流Ｉｏは、急激に減少して、０［Ａ］になる。過電流検出カウントは３となる。基準電圧は、直前の動作期間に於ける出力電圧Ｖｏである電圧（Ｖ１−２ΔＶｏ）に更新される。以降、出力電圧Ｖｏは、この時刻での基準電圧（Ｖ１−２ΔＶｏ）から、更に減少する。

時刻Ｔ１３に於いて、出力電圧Ｖｏが、この時刻での基準電圧（Ｖ１−２ΔＶｏ）から規定値ΔＶｏ以上減少して、電圧（Ｖ１−３ΔＶｏ）以下となると、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｈレベルに変化する。電力変換回路２と負荷８０との間が投入され、かつ、負荷８０内の全ての発光素子８１が短絡状態であるため、出力電流Ｉｏとして、過電流Ｉｃｐ４が流れる。出力電流Ｉｏは、０［Ａ］から急激に増加し、過電流設定値Ｉｃｐに達する。制御回路部４ａの過電流判定により、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｌレベルに変化する。電力変換回路２と負荷８０との間が開放されたため、出力電流Ｉｏは、急激に減少して、０［Ａ］になる。過電流検出カウントは４となる。
これにより、短絡判定タイマ期間である時刻Ｔ１０〜Ｔ１４内に、過電流検出カウントが規定回数４となったため、これ以降、出力段スイッチ制御信号Ｓｖは、Ｌレベルを維持し、出力電流Ｉｏは、０［Ａ］を維持する。

（第２の実施形態の効果）
以上説明した第２の実施形態では、次の（Ｇ）のような効果がある。
（Ｇ）制御回路部４は、負荷８０の発光素子８１の短絡状態が、所定時間内に規定回数以上検出された場合には、負荷８０への直流電力の供給を停止したままとする。
このようにすることで、短期間に、負荷８０内の規定個数以上の発光素子８１が短絡破壊した場合又は出力端が短絡した場合に、負荷８０への直流電力の供給を停止することができる。これにより、負荷駆動装置１ａを保護することができる。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｇ）のようなものがある。
（ａ）発光素子８１は、ＬＥＤやレーザダイオードに限定されず、素子が導通する向きに電圧を掛けたとき、所定の電圧降下が発生する素子、例えば、フォトカプラ、有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）素子、無機ＥＬ（Inorganic Electro-Luminescence）素子などであってもよい。
（ｂ）制御判定部１０がスイッチ素子駆動回路３に出力する信号は、必ずしもＰＷＭ信号Ｐａでなくてもよく、ＰＤＭ（Pulse Density Modulation：パルス密度変調）信号、ＰＰＭ（Pulse Position Modulation：パルス位置変調）信号、ＰＦＭ（Pulse Frequency Modulation：パルス周波数変調）信号であってもよい。

（ｃ）第１の実施形態および第２の実施形態の出力電流演算部８は、ＰＩＤ制御を行っている。しかし、これに限られず、出力電流演算部８は、ＰＩ制御、ＰＤ（Proportional Derivative）制御などに代表される他の古典制御や、いわゆる現代制御理論に基づく他の制御を行ってもよい。
（ｄ）第１の実施形態および第２の実施形態の出力段スイッチ部７は、例えば、リレー、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などで構成してもよい。

（ｅ）第１の実施形態および第２の実施形態では、制御回路部４が、ＰＷＭ信号の出力を停止し、かつ、Ｌレベルの出力段スイッチ制御信号Ｓｖを出力することにより、負荷８０への直流電力の供給を停止した。しかし、制御回路部４は、ＰＷＭ信号の出力を停止することのみによって、負荷８０への直流電力の供給を停止してもよい。
（ｆ）第１および第２の実施形態の、過電流判定部４４の閾値および出力電圧判定部４５の規定値ΔＶｏは、任意に設定できるようにしてもよい。また、第２の実施形態の出力全短絡判定部４６の規定回数および所定時間（短絡判定タイマ時間Ｔｘ）も任意に設定できるようにしてもよい。
（ｇ）負荷８０の保護機能として一般的な低電圧保護を追加し、負荷８０の短絡・再起動の繰り返しによって、出力電圧が低電圧保護で設定された閾値電圧より下がった場合は、停止したままとしてもよい。

１，１ａ 負荷駆動装置
２ 電力変換回路
３ スイッチ素子駆動回路
４，４ａ 制御回路部
５ 出力電流検出回路
６ 出力電圧検出回路
７ 出力段スイッチ部
８ 出力電流演算部
１０ 制御判定部
４０ 制御判定部
４１，４２ Ａ／Ｄ変換部
４３ 出力電流演算部
４４ 過電流判定部
４５ 出力電圧判定部
４６ 出力全短絡判定部
８０ 負荷
８１ 発光素子

Claims (7)

1. 少なくとも１つ以上の発光素子が直列に接続された負荷に、直流電力を供給する電力変換回路と、
   前記負荷に印加されている出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
   前記負荷に流れる出力電流を検出する出力電流検出回路と、
   前記負荷の動作期間は、前記出力電流に基づき定電流制御を行う制御回路部と、
   を備え、
   前記制御回路部は、前記負荷の動作期間中に、前記出力電流検出回路によって、前記負荷に含まれる発光素子の短絡状態を検出した場合、前記電力変換回路から前記負荷への直流電力の供給を停止し、その後、この直流電力の供給停止による、前記負荷に印加されている前記出力電圧の低下が規定値以上になったならば、前記負荷への直流電力の供給を再開する、
   ことを特徴とする負荷駆動装置。
2. 前記規定値は、前記負荷に含まれる１つの発光素子の順方向電圧降下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 前記電力変換回路と前記負荷との間の開放と投入とを切り替える出力段スイッチ部をさらに備え、
   前記制御回路部は、前記出力段スイッチ部によって前記電力変換回路と前記負荷との間を開放することにより、前記負荷への直流電力の供給を停止する、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の負荷駆動装置。
4. 前記制御回路部は、
   前記電力変換回路の動作を停止させることにより、前記負荷への直流電力の供給を停止する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の負荷駆動装置。
5. 前記制御回路部は、
   前記負荷に含まれる発光素子の短絡状態が、所定時間内に規定回数以上検出されたならば、前記負荷への直流電力の供給を停止したままとする、
   ことを特徴とする請求項３に記載の負荷駆動装置。
6. 前記制御回路部は、
   前記負荷への直流電力の供給を再開する際に、前記出力電流を徐々に増加させる、
   ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の負荷駆動装置。
7. 前記制御回路部は、
   前記出力電流検出回路にて検出された前記出力電流と基準電流とに基づき出力電流制御信号を演算する出力電流演算部と、
   前記出力電圧と基準電圧とに基づき当該出力電圧の低下を判定して、出力電圧判定信号を生成する出力電圧判定部と、
   前記出力電流が閾値以上であったならば、過電流判定をする過電流判定部と、
   を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の負荷駆動装置。

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