KR20130135775A - 점등 장치 및 차량용 전조등 - Google Patents

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Abstract

전환 회로는, 제2의 광원 블록에 병렬로 접속되어 제어 단자에 입력되는 제어 신호에 따라서 임피던스가 변화되는 능동 소자를 가지고, 능동 소자의 온, 오프에 의해 제2의 광원 블록의 점등, 소등을 전환한다. 전환 회로는, 능동 소자에 흐르는 전류가 전환 제어 회로에서 설정되는 목표치에 일치하도록, 능동 소자의 임피던스를 조정한다. 전환 제어 회로는, 능동 소자를 온 할 때, 목표치를 시간 경과에 따라 서서히 변화시키므로, 능동 소자가 오프 상태로부터 온 상태로 이행하는 도중에, 과대한 부하 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.

Description

점등 장치 및 차량용 전조등{LIGHTING DEVICE AND VEHICLE HEADLAMP}
본 발명은 직렬로 접속된 복수의 광원 중에서 점등시키는 광원의 수를 변경 가능한 점등 장치 및 차량용 전조등에 관한 것이다.
최근, LED(발광 다이오드) 등의 고체 광원이 급속히 보급되고 있고, 예를 들면 차량용 전조등에 있어서도, 할로겐 램프 등의 백열 전구를 대신하여 LED가 이용되는 경우가 있다. LED는, 순방향 전압(장벽 전압)을 초과하는 전압이 인가됨으로써 점등하는데, 정전압 부하를 닮은 부하 특성을 가지므로, 전원 임피던스가 낮으면 순방향 전류가 계속해서 증가하여 파손에 이르는 경우가 있다. 이 때문에, 간편하게 LED와 직렬로 접속된 한류(限流)용 저항으로 전류 제한을 행하는데, 차량용 전조등과 같이 비교적 큰 광속이 필요한 장치에서는, LED에 흐르는 전류도 비교적 커지므로 전력 변환 회로에서 정전류 제어를 행하는 점등 장치가 이용된다.
또한, 차량용 전조등 등의 용도에 이용되는 점등 장치는, 통상, 적어도 주행용 전조등(하이 빔)과 통과용 전조등(로우 빔)이 전환 가능하도록, 복수의 광원 중에서 점등시키는 광원의 수를 전환 가능하게 구성되어 있다.
이러한 종류의 점등 장치로서, 직렬로 접속된 복수의 광원을 이용하여, 하나의 광원과 병렬이고 또한 다른 광원과 직렬로 접속된 능동 소자(스위치)를 구비한 구성의 장치가 알려져 있다(예를 들면 일본국 공개 특허 제2004-136719호 공보(이하 「문헌 1」이라고 한다) 참조). 문헌 1에 기재된 점등 장치는, 하나의 광원을 선택하지 않는, 즉 다른 광원만을 점등시키는 경우, 능동 소자를 온(도통) 시킴으로써 하나의 광원의 양단간을 단락시킨다. 문헌 1에 기재된 구성에 의하면, 각각의 광원에 대하여 개별 전원 회로(스위칭 레귤레이터)를 설치하지 않고, 복수의 광원 중의 일부 광원의 점등, 소등을 전환 가능하다.
그런데, 문헌 1에 기재된 구성에서는, 능동 소자가 온되어 광원의 일부를 소등시키면, 전원 회로의 출력단간에 있어서 직렬로 접속되는 광원수가 감소하기 때문에, 필요한 부하 전압은 저하된다. 단, 전원 회로는, 예를 들면 출력단에 설치되어 있는 콘덴서의 영향으로, 능동 소자가 온되고 나서 출력 전압이 저하될때 까지 시간 지연이 발생하고, 그 결과, 능동 소자가 온된 직후에, 점등 중의 광원에 과대한 전류가 흐르는 경우가 있다. 이러한 과대한 전류는, LED 등의 고체 광원에 있어서 열화나 고장의 원인이 될 수 있다. 또한, 부하의 급준한 변동은, 링잉(ringing) 등의 불안정한 출력을 전원 회로가 발생시키는 원인이 될 수 있다.
이에 대하여, 일본국 공개 특허 제2008-126958호 공보(이하 「문헌 2」라고 한다)에 기재된 점등 장치는, 적분 회로의 시정수에 의해 능동 소자(FET)의 제어 신호를 서서히 증가시키고, 능동 소자의 도통 전류를 서서히 늘려서 최종적으로 광원을 단락시키도록 구성되어 있다. 또한, 일본국 공개 특허 제2012-28184호 공보(이하 「문헌 3」이라고 한다)에 기재된 점등 장치는, 광원을 단락하는 능동 소자(스위칭 소자)를 개방으로부터 단락으로 바꾸는 동작 및 단락으로부터 개방으로 바꾸는 동작을, 전원 회로(DC/DC 컨버터)에 의해 출력 전력의 응답 동작보다 완만하게 하고 있다. 이들 구성에서는, 능동 소자가 온(단락) 할 때에 광원에 과대한 전류가 흐르는 것을 억제할 수 있다.
그러나, 능동 소자에 있어서의 오프 상태로부터 온 상태로 이행할 때의 과도 특성은, 능동 소자에 따라 상이하고, 또한, 동일한 능동 소자라도 소자 편차나 온도 특성에 따라 상이한 경우가 있다. 따라서, 문헌 2, 3에 기재와 같이 단순히 능동 소자의 제어 신호를 완만하게 변화시키는 것만의 구성에서는, 능동 소자의 온, 오프의 전환 시에 있어서 일정한 동작 특성을 얻는 것이 어렵다.
또한, 일반적인 능동 소자는, 제어 신호가 소정의 역치로부터 비교적 떨어진 상태에서는, 제어 신호를 변화시켜도 온 저항이 크게 변동하지 않는 영역(예를 들면 포화 영역, 차단 영역. 이하, 「불감대(不感帶)」라고 한다)에서 동작하게 된다. 그리고, 능동 소자는, 온 상태 혹은 오프 상태로 유지되는 경우, 통상, 불감대에서 동작하도록 제어 신호가 역치로부터 충분히 떨어진 값으로 유지된다.
이 때문에, 문헌 2, 3에 기재된 구성과 같이 제어 신호의 변화가 완만한 구성에서는, 불감대를 탈출할때 까지도 어느 정도의 시간을 필요로 하므로, 제어 신호가 역치에 도달하여 능동 소자의 온, 오프가 전환을 시작할 때까지 지연이 발생하게 된다. 이 때 발생하는 지연 시간은, 능동 소자를 온 상태 혹은 오프 상태로 유지하고 있을 때의 제어 신호와 역치의 차이가 클수록 커진다. 또한, 능동 소자의 역치 부근(능동 영역)에서의 제어 신호의 변화에 대한 온 저항의 변화의 감도가 높은 경우에는, 능동 소자의 온 저항을 서서히 변화시키기 위해서 제어 신호의 변화를 보다 완만하게 할 필요가 있으므로, 지연 시간이 보다 커진다.
본 발명은 상기 사유를 감안하여 이루어지고, 능동 소자의 온, 오프의 전환 시에 있어서 일정한 동작 특성이 얻어지고, 또한, 능동 소자의 온, 오프가 전환을 시작할 때까지의 지연을 억제할 수 있는 점등 장치 및 차량용 전조등을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 점등 장치는, 제1의 광원 블록과 제2의 광원 블록이 직렬 접속되어 있는 광원군에 대하여 정전류를 공급하는 전원 회로와, 제어 단자를 포함하고 상기 제2의 광원 블록에 병렬로 접속되는 능동 소자를 가지고, 상기 능동 소자에 전류를 흐르게 함으로써 상기 제2의 광원 블록을 바이패스하여 상기 제2의 광원 블록을 소등시키는 전환 회로를 구비하고, 상기 능동 소자는, 상기 제어 단자에 입력되는 제어 신호에 따라서 임피던스가 가변이며, 당해 임피던스가 소정값 이상이 되면 상기 제2의 광원 블록을 점등시키고, 상기 전환 회로는, 상기 능동 소자를 흐르는 전류 또는 상기 능동 소자의 양단 전압을 목표치에 일치시키도록 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 제어하는 제어부와, 상기 목표치를 설정하는 전환 제어 회로를 가지는 것을 특징으로 한다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 제어부는, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류 또는 상기 능동 소자의 상기 양단 전압을 검출치로서 검출하고, 당해 검출치를 상기 목표치에 일치시키도록 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 제어함으로써, 상기 검출치로서의 상기 전류 또는 상기 양단 전압의 피드백 제어를 행하는 것이 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 점등 상태로부터 소등 상태로 이행시킬 경우, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류에 대한 상기 목표치를, 상기 능동 소자의 오프일 때의 값으로부터 상기 능동 소자의 온일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 증가시키고, 상기 목표치의 증가에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것이 보다 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 점등 상태로부터 소등 상태로 이행시킬 경우, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류에 대한 상기 목표치를, 정상 점등시에 상기 제1의 광원 블록을 흐르는 부하 전류보다 크고 또한 상기 광원군의 최대 허용 전류보다 작은 기정치(旣定値)로 설정하고, 당해 기정치로 설정된 상기 목표치에 의거하여, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것이 보다 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시킬 경우, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류에 대한 상기 목표치를, 상기 능동 소자의 온일 때의 값으로부터 상기 능동 소자의 오프일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 감소시키고, 상기 목표치의 감소에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것이 보다 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 전원 회로는, 정전류 제어를 위해서 상기 광원군에 흐르는 전류를 검출하는 검출부를 가지고 있고, 상기 제어부는, 상기 검출부에서 검출된 상기 전류를 검출치로서 이용하고, 당해 검출치를 상기 목표치에 일치시키도록 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 제어함으로써 상기 검출치로서의 상기 전류의 피드백 제어를 행하는 것이 보다 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 점등 상태로부터 소등 상태로 이행시킬 경우, 상기 능동 소자의 상기 양단 전압에 대한 상기 목표치의 절대치를, 상기 능동 소자의 오프일 때의 값으로부터 상기 능동 소자의 온일때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 감소시키고, 상기 목표치의 상기 절대치의 감소에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것이 보다 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 전환 제어 회로는, 상기 전원 회로의 출력단으로부터 상기 광원군까지의 사이에 병렬로 접속된 콘덴서의 정전 용량을 C로 하고, 상기 능동 소자가 오프 상태일 때의 상기 능동 소자의 상기 양단 전압을 V0으로 하고, 상기 광원군에 흐르는 부하 전류를 I0로 했을 때에, C·V0/I0 이상의 시간에 걸쳐, 상기 목표치의 상기 절대치를, 상기 능동 소자의 오프일 때의 값으로부터 상기 능동 소자의 온일 때의 값까지 감소시키는 것이 보다 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시킬 경우, 상기 목표치의 상기 절대치를, 상기 능동 소자의 온일 때의 값으로부터 상기 능동 소자의 오프일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 증가시키고, 상기 목표치의 상기 절대치의 증가에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것이 보다 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 전원 회로는, 당해 전원 회로의 출력 전압을 감시하고, 당해 출력 전압을 상기 광원군의 정상 점등시에 있어서의 최대치보다 큰 상한치 이하로 제한하는 과전압 제어부를 가지고, 상기 전환 회로는, 상기 제2의 광원 블록의 점등, 소등의 전환에 맞추어 상기 상한치를 바꾸는 것이 보다 바람직하다.
이 점등 장치에 있어서, 상기 광원군은, 직렬로 접속된 복수개의 발광 다이오드로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 차량용 전조등은, 상기 점등 장치와, 차량에 부착되는 등기구 본체를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 전환 회로의 제어부가, 능동 소자를 흐르는 전류 또는 능동 소자의 양단 전압이 전환 제어 회로에서 설정되는 목표치에 일치하도록, 능동 소자의 임피던스를 제어한다. 따라서, 능동 소자의 온, 오프의 전환시에 있어서 일정한 동작 특성이 얻어지고, 또한, 능동 소자의 온, 오프가 전환하기 시작할 때까지의 지연을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태를 보다 상세하게 기재한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기재 및 첨부 도면에 관련하여 한층 더 이해될 것이다.
도 1은 실시 형태 1에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 2는 실시 형태 1에 관련된 점등 장치의 동작 설명도이다.
도 3은 실시 형태 1에 관련된 점등 장치의 동작 설명도이다.
도 4는 실시 형태 1의 변형예에 관련된 점등 장치의 동작 설명도이다.
도 5는 실시 형태 1의 변형예에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 6은 실시 형태 2에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 7은 실시 형태 3에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 8은 실시 형태 3의 변형예에 관련된 점등 장치의 주요부를 나타내는 개략 회로도이다.
도 9는 실시 형태 4에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 10은 실시 형태 4에 관련된 점등 장치의 동작 설명도이다.
도 11은 실시 형태 4에 관련된 점등 장치의 동작 설명도이다.
도 12는 실시 형태 4의 변형예에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 13은 실시 형태 4의 변형예에 관련된 점등 장치의 동작 설명도이다.
도 14는 실시 형태 4의 변형예에 관련된 점등 장치의 동작 설명도이다.
도 15는 실시 형태 4의 다른 변형예에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 16은 실시 형태 5에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 17은 실시 형태 5의 변형예에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 18은 실시 형태 5의 다른 변형예에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 19는 실시 형태 5의 다른 변형예에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 20은 실시 형태 5의 다른 변형예에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 21은 실시 형태 5의 다른 변형예에 관련된 점등 장치의 구성을 나타내는 개략 회로도이다.
도 22는 상기 점등 장치를 이용한 차량용 전조등을 도시하는 단면도이다.
도 23은 상기 차량용 전조등을 이용한 차량의 외관 사시도이다.
(실시 형태 1)
본 실시 형태의 점등 장치(10)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 직류 전원(1)의 출력을 입력으로 하여 광원군(5)에 전력 공급하는 전력 변환 회로(2)와, 전력 변환 회로(2)를 제어하는 출력 제어 회로(6)와, 후술하는 전환 회로(4)를 구비하고 있다. 또한, 직류 전원(1)은, 배터리 등이어도 되고, 상용 전원과 같은 교류 전원의 출력 전압을 정류, 평활하여 직류 전압으로 변환하는 전원 회로여도 된다.
광원군(5)은, 고체 광원인 LED(발광 다이오드)가 복수씩 직렬로 접속된 제1의 광원 블록(51)과 제2의 광원 블록(52)으로 구성되어 있다. 제1의 광원 블록(51) 및 제2의 광원 블록(52)은, 도 1의 예에서는 각각 3개씩의 LED가 직렬로 접속되어 구성되어 있고, 또한 이들 2개의 광원 블록(51, 52)이 전력 변환 회로(2)의 출력단간에 직렬로 접속되어 광원군(5)을 구성하고 있다. 여기서는, 양 광원 블록(51, 52)은, 제1의 광원 블록(51)이 전력 변환 회로(2)의 고전위측, 제2의 광원 블록(52)이 전력 변환 회로(2)의 저전위(회로 접지)측이 되도록 접속되어 있다.
전력 변환 회로(2)는, 직류 전원(1)으로부터의 직류 전압을, 광원군(5)의 안정 점등에 필요한 크기의 직류 전압으로 변환하는 DC/DC 변환 회로(컨버터)로 이루어진다. DC/DC 변환 회로는 주지의 기술이므로, 여기서는 전력 변환 회로(2)의 구체적인 구성에 대한 설명은 생략하지만, 일반적인 DC/DC 변환 회로로는, 예를 들면 쵸퍼나 플라이 백 컨버터, 포워드 컨버터 등이 있다.
이러한 종류의 전력 변환 회로(2)는, 적어도 인덕터 요소(도시하지 않음)와 스위칭 소자(도시하지 않음)와 정류 소자(도시하지 않음)와 평활 소자(콘덴서(24))를 가지고 있고, 직류 전원(1)으로부터 인덕터 요소에 공급되는 전력을 스위칭 소자에서 고주파로 단속시킨다. 이러한 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해, 전력 변환 회로(2)는, 부하(광원군(5))와 직렬로 접속된 인덕터 요소로부터 정류 소자를 통하여 부하에 출력하는 전압을, 입력 전압에 대하여 승압 또는 강압시킨다. 인덕터 요소는, 예를 들면 인덕터(코일) 또는 트랜스 등이다.
전력 변환 회로(2)의 출력단에 설치된 평활용의 콘덴서(24)는, 출력 전압의 리플을 저감한다. 또한, 전력 변환 회로(2)의 출력에, LED와 같이 대략 정전압(순방향 전압)으로 동작하는 정전압 부하를 닮은 부하가 접속되어 있으면, 출력 전압에 미소한 리플이 발생하는 것만으로도 출력 전류에 비교적 큰 리플이 되어 나타나는 경우가 있다. 여기서, 도 1에 도시하는 점등 장치(10)는, 전력 변환 회로(2)와 광원군(5)의 사이에 인덕터 요소(도시하는 예에서는 인덕터(3))가 삽입된 구성을 채용하고 있다.
출력 제어 회로(6)는, 지령치를 발생하는 지령치 발생부(61)와, 전력 변환 회로(2)의 출력치와 지령치의 오차를 연산하는 오차 증폭부(62)와, 전력 변환 회로(2)의 스위칭 소자를 구동하는 PWM 신호 발생부(63)와, 과전압 출력을 억제하는 과전압 제어부(64)를 가지고 있다.
오차 증폭부(62)는, 검출부(65)에서 검출되는 전력 변환 회로(2)의 출력 전류(출력치)와, 지령치 발생부(61)로부터 출력되는 소정의 지령치(Ib)와의 오차량(지령치－출력치)을, 비례 적분 연산하여 얻어진 결과를 PWM 지령 신호로서 PWM 신호 발생부(63)에 출력한다. PWM 신호 발생부(63)는, PWM 지령 신호에 따라, 전력 변환 회로(2)의 스위칭 소자를 구동하기 위한 PWM 신호의 1주기에 차지하는 H(하이) 레벨의 기간의 비율이나 주파수를 조절한다.
즉, 출력 제어 회로(6)는, PWM 신호 발생부(63)에서 생성하는 PWM 제어 신호에서 스위칭 소자의 듀티비나 스위칭 주파수를 조절하고, 전력 변환 회로(2)의 출력 전류를 소정의 지령치(Ib)로 유지하도록 PWM(Pulse Width Modulation) 제어를 행한다. 이와 같이, 점등 장치(10)는, 전력 변환 회로(2)에서 정전류 제어를 행함으로써, 광원군(5)에 흐르는 전류를 일정하게 유지하여 광원군(5)을 안정 점등시킨다. 요컨대, 전력 변환 회로(2)와 출력 제어 회로(6)는, 광원군(5)에 대하여 정전류를 공급하는 전원 회로를 구성한다. 또한, 이하에서는 점등 장치(10)로부터 부하인 광원군(5)에 흐르는 전류, 즉 전력 변환 회로(2)의 출력 전류를 부하 전류라고 한다.
또한, 점등 장치(10)는, 광원군(5)이 출력 단자로부터 벗어난 경우(루즈 컨택트)나, 광원군(5)이 오픈 고장나 부하 임피던스가 매우 커진 경우에, 부하 전류를 일정값으로 유지하고자 정전류 제어를 행하기 때문에 출력 전압이 과대해지는 경우가 있다. 여기서, 과전압 제어부(64)는, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압을 감시하고, 출력 전압이 광원군(5)의 정상 점등시에 있어서의 최대치보다 큰 상한치 이하로 유지되도록, 강제적으로 PWM 신호의 듀티비를 작게 하거나, 스위칭 주기를 크게 하기도 한다. 여기서는, 과전압 제어부(64)는, PWM 신호 발생부(63)에 대하여 듀티비나 스위칭 주기(주파수)를 강제적으로 조정하도록 지시를 낸다. 이에 따라, 점등 장치(10)는, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 과대해지는 것을 방지할 수 있다.
그런데, 본 실시 형태의 점등 장치(10)는, 전력 변환 회로(2)의 동작 중에 있어서, 광원군(5) 중 제1의 광원 블록(51)에 대해서는 상시 점등시키고, 제2의 광원 블록(52)은 선택적으로 점등시키도록 구성되어 있다. 즉, 점등 장치(10)는, 직렬 접속된 광원 블록(51, 52) 중 한쪽의 광원 블록(제2의 광원 블록(52))에 대해서는, 전환 회로(4)에서 점등, 소등을 전환하는 것이 가능하다.
전환 회로(4)는, 제2의 광원 블록(52)을 바이패스하는 단락용의 능동 소자(41)와, 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 회로(45)와, 목표치을 발생하는 목표치 발생부(43)와, 검출치와 목표치의 오차를 연산하는 오차 증폭기(42)를 가지고 있다. 또한, 전환 회로(4)는 후술하는 전환 제어 회로(44)를 가지고 있다.
능동 소자(41)는, 제어 단자를 포함하고, 당해 제어 단자에 입력되는 제어 신호에 따라서 임피던스가 가변이며, 제2의 광원 블록(52)과 병렬로 접속되고, 또한 제1의 광원 블록(51)과 직렬로 접속되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 능동 소자(41)는 N채널형의 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)로 이루어진다. 능동 소자(41)는, 제어 단자인 게이트에 입력되는 제어 신호에 의해 드레인-소스간의 임피던스가 변화된다. 이 능동 소자(41)는, 제1의 광원 블록(51)과 제2의 광원 블록(52)의 접속점에 드레인이 접속되고, 제2의 광원 블록(52)의 캐소드측의 단자에 소스가 접속되어 있다.
따라서, 능동 소자(41)는, 능동 소자(41)의 임피던스(온 저항)가 소정값 이상이 되면 제2의 광원 블록(52)을 점등시키게 된다. 바꿔 말하면, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)가 오프일 때에는, 제1 및 제2의 양쪽의 광원 블록(51, 52)에 전력 변환 회로(2)로부터의 출력 전류를 흐르게 하고, 양 광원 블록(51, 52)을 점등시킨다. 한편, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)를 온함으로써, 전력 변환 회로(2)의 출력 전류를 능동 소자(41)에서 바이패스하고, 제2의 광원 블록(52)에 흐르는 전류를 대략 제로로 하여 제2의 광원 블록(52)을 소등시키고, 제1의 광원 블록(51)만을 점등시킨다.
전류 검출 회로(45)는, 제1의 광원 블록(51)으로부터 제2의 광원 블록(52)과 능동 소자(41)로 나뉘어 흐르는 부하 전류 중 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 검출하도록, 제2의 광원 블록(52)과 능동 소자(41)의 병렬 회로의 능동 소자(41)측에 설치되어 있다. 즉, 전류 검출 회로(45)에서 검출되는 능동 소자(41)를 흐르는 전류와, 제2의 광원 블록(52)을 흐르는 전류의 합은, 제1의 광원 블록(51)을 흐르는 전류, 즉 부하 전류와 일치한다. 전류 검출 회로(45)는, 능동 소자(41)의 양단간(여기서는 드레인-소스간)을 흐르는 전류의 크기를 검출하고, 당해 전류의 크기를 검출치로서 오차 증폭기(42)에 출력한다.
목표치 발생부(43)는, 능동 소자(41)에 흐르는 전류의 크기의 목표가 되는 목표치(Ia), 즉 능동 소자(41)를 흐르는 전류에 대한 목표치(Ia)를 발생하여, 오차 증폭기(42)에 출력한다. 여기서, 목표치 발생부(43)는, 출력하는 목표치(Ia)의 크기가 가변이며, 변경 제어 회로(44)로부터의 설정 신호를 받아서 목표치(Ia)의 크기를 결정한다. 변경 제어 회로(44)의 동작에 대해서는 후술한다.
오차 증폭기(42)는, 목표치 발생부(43)로부터 입력되는 목표치(Ia)와, 전류 검출 회로(45)로부터 입력되는 검출치의 오차량(목표치-검출값)을, k배(k＝상수)로 증폭하여 능동 소자(41)의 제어 단자인 게이트에 제어 신호로서 출력한다. 이 때문에, 능동 소자(41)는, 오차 증폭기(42)의 출력에 따라서 임피던스가 변화되게 된다. 또한, 오차 증폭기(42)의 출력단과 능동 소자(41)의 게이트의 사이에는 저항(46)이 삽입되어 있다.
따라서, 전류 검출 회로(45)의 검출치가 목표치(Ia)보다 작으면, 오차 증폭기(42)의 출력은 커지고, 능동 소자(41)의 게이트 전압(제어 신호)이 높아지므로, 능동 소자(41)의 온 저항(임피던스)이 저하되고, 능동 소자(41)를 흐르는 전류는 커진다. 한편, 전류 검출 회로(45)의 검출치가 목표치(Ia)보다 크면, 오차 증폭기(42)의 출력은 작아져, 능동 소자(41)의 게이트 전압(제어 신호)이 저감하므로, 능동 소자(41)의 온 저항이 상승하고, 능동 소자(41)를 흐르는 전류는 작아진다. 이와 같이, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)에 흐르는 전류에 대해서, 검출치를 목표치(Ia)에 일치시키도록 피드백 제어한다.
즉, 전환 회로(4)는, 전류 검출 회로(45)와 오차 증폭기(42)와 목표치 발생부(43)와 저항(46)으로, 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 피드백 제어하는 제어부를 구성하고 있다. 이 제어부는, 능동 소자(41)를 흐르는 전류를 검출치로서 검출하고, 이 검출치를 목표치(Ia)에 일치시키도록 능동 소자(41)의 임피던스를 제어한다. 단, 제어부는, 능동 소자(41)를 흐르는 전류를 목표치(Ia)에 일치시키도록 능동 소자(41)의 임피던스를 제어하는 구성이면 되고, 검출치를 이용하여 전류를 피드백 제어하는 구성에 한정되지 않는다.
여기에서, 전환 제어 회로(44)는, 사람의 조작 입력을 접수하는 조작부(도시하지 않음)로부터의 입력을 받아, 목표치 발생부(43)에 대하여 설정 신호를 출력함으로써, 목표치 발생부(43)에서 발생하는 목표치(Ia)의 크기를 이하와 같이 설정한다.
즉, 제2의 광원 블록(52)이 점등 상태에서 능동 소자(41)가 오프인 경우에는, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Ia)를 거의 제로 내지 그 이하의 소정값(음의 값)으로 설정한다. 이 때, 부하 전류는 직류이기 때문에 제로 이하로는 되지 않으므로, 오차 증폭기(42)의 출력이 제로 이하가 되고, 능동 소자(41)는, 오차 증폭기(42)의 출력이 제어 단자인 게이트에 입력됨으로써 오프 상태가 유지된다.
한편, 능동 소자(41)를 온하여 점등 상태에 있는 제2의 광원 블록(52)을 소등시키도록 조작부가 조작된 경우에는, 변경 제어 회로(44)는, 목표치(Ia)를 거의 제로부터 서서히 증가하도록 변화시킨다. 이 때, 오차 증폭기(42)는, 목표치(Ia)와 검출치의 비교 결과에 따라서 능동 소자(41)의 게이트 전압(제어 신호)을 조정함으로써, 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 목표치(Ia)에 일치시키도록 피드백 제어한다.
요컨대, 조작부가 조작되어 능동 소자(41)를 온하여 제2의 광원 블록(52)을 소등시킬 경우, 전환 제어 회로(44)는, 도 2에 도시하는 바와 같이 조작부의 조작 시점 T1으로부터 시간 경과에 따라 목표치(Ia)를 거의 제로부터 소정의 시정수로 단조 증가시킨다. 이에 따라, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)를 흐르는 전류를 목표치(Ia)에 의거하는 상승율로 시간 경과에 따라 단조 증가시키게 되고, 능동 소자(41)를 오프 상태로부터 온 상태로 전환하는데 있어 소프트 스위칭시킬 수 있다. 또한, 도 2에서는, 가로축을 시간축으로 하여 목표치(Ia)를 세로축에 나타내고 있다.
이와 같이 하여 능동 소자(41)가 오프 상태로부터 온 상태로 이행할 때, 제2의 광원 블록(52)에 흐르고 있던 부하 전류의 일부는, 능동 소자(41)측으로 목표치(Ia)만큼 분류되어 흐른다. 단, 능동 소자(41)가 완전히 온할 때까지는 제2의 광원 블록(52)에도 전류는 흐르고 있으므로, 능동 소자(41)의 양단에는 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압(순방향 전압)이 인가된다.
그리고, 부하 전류치(Ib)에 목표치(Ia)가 매우 근접한 상태에서는, 부하 전류의 대부분이 능동 소자(41)에 흐르기 때문에, 능동 소자(41)의 양단에는 제2의 광원 블록(52)을 구성하는 LED의 장벽 전압(순방향 전압) 미만의 전압이 남는다. 여기서 말하는 부하 전류치(Ib)는, 광원군(5)의 정상 점등시에 있어서의 부하 전류의 값이며, 지령치 발생부(61)로부터 출력되는 지령치(Ib)와 같은 값이다. 이 상태로부터 다시 목표치(Ia)가 증가해도 능동 소자(41)를 흐르는 전류는 전력 변환 회로(2)의 출력 전류(부하 전류) 이상으로는 상승하지 않으므로, 능동 소자(41)는, 오차 증폭기(42)의 작용에 의해 게이트 전압이 더욱 상승하여 완전히 온된다. 즉, 능동 소자(41)는 포화 영역에서 동작하게 되고, 이 시점에서의 능동 소자(41)의 양단 전압은 거의 제로가 된다.
여기서, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)를 오프 상태부터 온 상태로 이행시킬 때에는, 목표치(Ia)를 거의 제로(능동 소자(41)의 오프일 때의 값)로부터 부하 전류치(Ib) 이상으로 설정된 기정치(능동 소자(41)의 온일 때의 값)까지, 소정의 시정수로 단조 증가시킨다.
또한, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)를 오프 상태로부터 온 상태로 전환할 때의 목표치(Ia)의 변화 속도를, 전력 변환 회로(2)의 출력의 응답성(출력 전압의 변화 속도)보다 느리게 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 능동 소자(41)가 온 상태로 이행할 때, 서지 전류가 흐르는 것은, 점등하는 광원 블록의 수가 감소하여 필요한 부하 전압이 급준하게 저하됨에도 불구하고, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이, 저하된 부하 전압까지 급준하게 변동할 수 없는 것에 기인한다. 이에 대하여, 점등 장치(10)는, 목표치(Ia)의 상승 속도를, 전력 변환 회로(2)의 출력의 응답성보다 완만하게 설정함으로써, 광원군(5)에 서지 전류가 흐르는 것을 확실하게 회피할 수 있다. 또한, 여기에서 말하는 부하 전압은, 부하인 광원군(5)의 양단 전압을 의미한다.
능동 소자(41)를 오프하여 제2의 광원 블록(52)을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시키도록 조작부가 조작된 경우에는, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Ia)를 거의 제로 이하로 설정한다. 이에 따라, 오차 증폭기(42)의 출력은 거의 제로 이하로 급준하게 저하되고, 능동 소자(41)의 게이트 전압도 급준하게 저하되므로, 능동 소자(41)는 급준하게 오프 상태로 이행한다. 이 때, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Ia)를 급준하게 제로 이하까지 저하시키고, 능동 소자(41)를 급속하게 오프시켜도, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 낮은 상태에 있으므로, 과대 전류는 흐르지 않고 광원군(5)에 대한 스트레스는 발생하지 않는다.
즉, 온 상태에 있는 능동 소자(41)의 양단 전압은 거의 제로이므로, 제2의 광원 블록(52)이 소등 상태에 있으면, 광원군(5)에 걸리는 전압(전력 변환 회로(2)의 출력 전압)은, 제1의 광원 블록(51)의 순방향 전압까지 저하되어 있다. 이 상태에서 능동 소자(41)가 급속하게 오프해도, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압은, 광원군(5)의 동작 전압(제1의 광원 블록(51)의 순방향 전압에 제2의 광원 블록(52)의 순방향 전압을 더한 전압)에 비해서 낮으므로, 광원군(5)에 과대한 부하 전류가 흐르지 않는다.
단, 상술한 바와 같이 목표치(Ia)가 급준하게 거의 제로 이하로 저하된 경우, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 광원군(5)의 동작 전압보다 낮아지면, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 부족하고, 점등 중의 제1의 광원 블록(51)까지 순식간에 소등해 버릴 가능성이 있다. 즉, 점등 장치(10)는, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 상승하여 광원군(5)의 동작 전압에 도달할 때까지의 사이, 제1의 광원 블록(51)을 순간적으로 소등시켜 버리게 되어, 깜박거림이 발생할 가능성이 있다. 여기서, 이와 같이 점등 중의 제1의 광원 블록(51)이 순간적으로 소등하는 것을 방지하기 위해서, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)를 온 상태로부터 오프로 이행할 때에, 목표치(Ia)를 도 3에 도시하는 바와 같이 소정의 시정수로 단조 감소시키는 구성이어도 된다.
요컨대, 조작부가 조작되어 능동 소자(41)를 오프하여 제2의 광원 블록(52)을 점등시킬 경우, 전환 제어 회로(44)는, 도 3에 도시하는 바와 같이 조작부의 조작 시점 T2로부터 시간 경과에 따라 목표치(Ia)를 기정치로부터 거의 제로 이하까지 소정의 시정수로 단조 감소시켜도 된다. 즉, 도 3의 예에서는, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Ia)를 능동 소자(41)가 온일 때의 값으로부터 능동 소자(41)가 오프일 때의 값까지, 소정의 시정수로 단조 감소시키고 있다. 이에 따라, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)를 흐르는 전류를 목표치(Ia)에 의거하는 감소율로 시간 경과에 따라 단조 감소시키게 된다.
여기서, 능동 소자(41)의 온 저항의 상승에 따라 능동 소자(41)의 양단에 발생하는 전압 즉 제2의 광원 블록(52)에 걸리는 전압이 상승하고, 능동 소자(41)를 흐르는 전류의 저하분이 제2의 광원 블록(52)에 흐르기 시작하고, 제2의 광원 블록(52)은 서서히 점등한다. 이 때, 능동 소자(41)의 양단 전압은 비교적 완만하게 상승하기 때문에, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 광원군(5)의 동작 전압에 비해서 부족한 것을 방지할 수 있어, 제1의 광원 블록(51)의 전류 저하(광속 저하)를 억제할 수 있다. 또한, 도 3에서는, 가로축을 시간축으로 하여 목표치(Ia)를 세로축에 나타내고 있다.
또한, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Ia)를 서서히 감소시켜 능동 소자(41)를 온 상태로부터 오프 상태로 전환할 경우, 목표치(Ia)의 변화 속도를, 전력 변환 회로(2)의 출력 응답성(출력 전압의 변화 속도)보다도 완만하게 하는 것이 바람직하다. 즉, 능동 소자(41)가 오프 상태로 이행할 때, 점등 중의 광원 블록이 순간적으로 소등(감광)하는 것은, 점등하는 광원 블록의 수가 증가하여 필요한 부하 전압이 증대함에도 불구하고, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 부하 전압까지 순식간에 상승하지 않는 것에 기인한다. 이에 대하여, 점등 장치(10)는, 목표치(Ia)의 저하 속도를, 전력 변환 회로(2)의 출력 응답성보다 완만하게 설정함으로써, 점등 중의 광원 블록이 순간적으로 소등(감광)하는 것을 확실하게 회피할 수 있다.
이상 설명한 본 실시 형태의 점등 장치(10)에 의하면, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 검출하고, 이 전류가 전환 제어 회로(44)에서 설정되는 목표치(Ia)에 일치하도록, 능동 소자(41)의 임피던스를 조정하여 전류를 피드백 제어한다. 여기서, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)를 온 할 때, 능동 소자(41)에 흐르는 전류의 목표치(Ia)를 시간 경과에 따라 서서히 증가시키므로, 능동 소자(41)가 오프 상태로부터 온 상태로 이행하는 도중에, 과대한 부하 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
즉, 이 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)가 오프로부터 온으로 이행할 때, 광원군(5)에 과대한 서지 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전환 회로(4)는, 전력 전환 회로(2)의 출력의 응답성보다 완만한 속도로 목표치(Ia)를 완만하게 상승시킴으로써, 능동 소자(41)가 온되었을 때에 전력 변환 회로(2)의 출력에 발생하는 링잉 등의 불안정 현상을 억제할 수 있다.
또한, 점등시키는 광원 블록의 수를 바꾸기 위해서, 광원 블록마다 개별의 전력 변환 회로를 설치하는 것도 생각할 수 있는데, 그 경우에는, 전력 변환 회로가 복수 필요해지고, 점등 장치의 대형화나 회로의 복잡화, 비용의 상승을 초래한다. 이에 대하여, 본 실시 형태의 점등 장치(10)는, 단일 전력 변환 회로(2)의 출력에 복수의 광원 블록(51, 52)을 직렬 접속하고, 일부의 광원 블록(제2의 광원 블록(52))에 병렬 접속된 능동 소자(41)에서 점등시키는 광원 블록의 수를 바꾼다. 이 때문에, 본 실시 형태의 점등 장치(10)에 의하면, 대형화나 회로의 복잡화, 비용의 상승을 회피할 수 있다.
그런데, 본 실시 형태에 있어서 능동 소자(41)로서 사용되고 있는 MOSFET는, 게이트 전압에 역치 전압이 존재하고, 게이트 전압이 역치 전압 부근에 있는 능동 영역에서는, 게이트 전압이 변화함으로써 온 저항이 크게 변동한다. 단, 이러한 종류의 능동 소자(41)는, 게이트 전압과 역치 전압의 사이에 어느 정도의 전압차가 있으면, 완전한 온 상태 혹은 오프 상태로 되고, 게이트 전압이 변화해도 온 저항이 그다지 변동하지 않는 불감대(포화 영역이나 차단 영역)에서 동작하게 된다.
본 실시 형태에서, 전환 회로(4)는 목표치(Ia)에 따른 전류를 능동 소자(41)에 흐르게 하도록 동작하므로, 능동 소자(41)를 흐르는 전류가 거의 변화되지 않는 불감대에 있어서는 오차 증폭기(42)의 출력은 급준하게 변화되게 되고, 불감대를 탈출하는데도 거의 시간을 필요로 하지 않는다. 즉, 본 실시 형태의 전환 회로(4)에 의하면, 조작부가 조작되고 나서 제어 신호(게이트 전압)가 역치에 도달하여 능동 소자(41)의 온, 오프가 전환되기 시작할 때까지의 지연(능동 소자(41)의 불감대에 의한 지연)을 억제할 수 있다.
또한, 전환 회로(4)는, 목표치(Ia)에 따른 전류를 능동 소자(41)에 흐르도록 동작하므로, 능동 소자(41)에 있어서의 오프 상태로부터 온 상태로 이행할 때의 과도 특성이, 소자 편차나 온도 특성에 따라 상이해도, 그 영향을 작게 억제할 수 있다. 또한, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)의 역치 부근(능동 영역)에서의 제어 신호의 변화에 대한 온 저항의 변화의 감도에 편차가 있어도, 과대한 서지 전류가 흐르는 것을 방지하는 기능에 대한 영향은 작다.
결과적으로, 본 실시 형태의 점등 장치(10)에 의하면, 능동 소자(41)의 온, 오프의 전환 시에 있어서 일정한 동작 특성이 얻어지고, 또한, 능동 소자(41)의 온, 오프가 전환되기 시작할 때까지의 지연을 억제할 수 있다고 하는 이점이 있다.
본 실시 형태의 변형예로서, 능동 소자(41)를 온하여 제2의 광원 블록(52)을 소등시키는 경우, 전환 제어 회로(44)는, 도 4에 도시하는 바와 같이 조작부의 조작 시점 T1에서 목표치(Ia)를 비교적 급준하게 증가시키는 구성이어도 된다. 단, 이 경우에 있어서의 증가후의 목표치(Ia)는, 광원군(5)의 정상 점등시에 있어서의 부하 전류의 값(부하 전류값)(Ib)보다 크고, 광원군(5)의 최대 허용 전류(Ic)보다 작은 기정치로 설정된다.
이 변형예에 의하면, 점등 유지되는 제1의 광원 블록(51)의 전류는 순간적으로 부하 전류치(Ib)보다 커지지만, 광원군(5)의 최대 허용 전류(Ic)보다 낮아지도록 제어되므로, 광원군(5)의 열화, 파괴 등의 악영향을 끼치지 않고, 전환 속도의 향상이 가능하다. 또한, 이 변형예에서는, 제2의 광원 블록(52)을 점등 상태로부터 소등 상태로 이행시키는 전환 동작시에 있어서 능동 소자(41)의 손실을 저감할 수 있으므로, 능동 소자(41)의 소형화가 가능해진다.
또한, 본 실시 형태의 다른 변형예로서, 점등 장치(10)는, 도 5에 도시하는 바와 같이 전력 변환 회로(2)의 출력이 회로 접지에 대하여 음전위측이 되도록, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력단을 회로 접지에 접속한 구성이어도 된다. 이 경우, 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)에 P채널형의 MOSFET를 이용하고, 오차 증폭기(42)를 부출력 가능한 구성으로서 도 1과 동일한 회로 구성을 채용해도 되는데, 도 5에서는, 능동 소자(41)에 온 저항 특성이 좋은 N채널형의 FET를 이용하고 있다.
도 5의 예에서, 전환 회로(4)는, 제어 전원(Ec)의 출력 전압치로부터 오차 증폭기(42)의 출력치를 감산한 신호를 출력하는 감산 회로(421)와, 감산 회로(421)의 출력으로 제어되는 PNP형의 트랜지스터(423)와, 저항(422, 424)을 더 가지고 있다. 또한, 도 5의 예에서는, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력(회로 접지)에 제2의 광원 블록(52)이 접속되고, 저전위측의 출력에 제1의 광원 블록(51)이 접속되어 있다. 능동 소자(41)는, 드레인이 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력(회로 접지)에 접속되는 형이고, 제2의 광원 블록(52)과 병렬로 접속되어 있다.
트랜지스터(423)는, 그 제어 단자인 베이스가, 감산 회로(421)의 출력단에 접속되어 있다. 트랜지스터(423)와 저항(422)은 직렬 접속되고, 제어 전원(Ec)과 능동 소자(41)의 게이트의 사이에 삽입되어 있다. 저항(424)은, 능동 소자(41)의 게이트-소스간에 접속되어 있다.
다음에, 도 5에 도시하는 구성의 점등 장치(10)의 동작에 대하여 간단히 설명한다.
이 점등 장치(10)는, 점등 상태에 있는 제2의 광원 블록(52)을 소등시키는 경우, 오프 상태에 있는 능동 소자(41)가 온하도록, 전환 제어 회로(44)에서 목표치(Ia)를 거의 제로 내지 그 이하의 소정값으로부터 증가시킨다. 여기서, 능동 소자(41)가 오프 상태에 있을 때의 전류 검출 회로(45)의 검출치는 제로이기 때문에, 목표치(Ia)가 증가하면 오차 증폭기(42)의 출력이 증가한다.
이 때, 제어 전원(Ec)의 출력 전압치로부터 오차 증폭기(42)의 출력치를 감산한 신호가 트랜지스터(423)의 베이스에 입력된다. 이 때문에, 베이스-이미터간 전압을 베이스 전압에 중첩한 전압이 이미터에 발생하고, 이 전압과 제어 전원(Ec)의 출력 전압의 차분에 비례한 전류가 저항(422)에 흐르고, 트랜지스터(423)의 콜렉터에서 거의 동일 전류가 저항(424)에 흐른다. 이에 따라, 저항(424)의 양단에 발생한 전압이 능동 소자(41)의 게이트에 인가되고, 능동 소자(41)는 온 저항이 감소하여 온 상태로 이행한다.
한편, 능동 소자(41)를 흐르는 전류가 목표치(Ia)보다 커지면, 오차 증폭기(42)의 출력이 감소하여 트랜지스터(423)의 베이스 전압이 상승하므로, 저항(422)에 흐르는 전류가 저하되고, 능동 소자(41)의 게이트 전압이 저하되어 능동 소자(41)의 온 저항이 증대한다.
또한, 이 점등 장치(10)에 있어서 제2의 광원 블록(52)을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시키는 경우, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Ia)를 거의 제로까지 저하시킨다.
또한, 본 실시 형태의 점등 장치의 구체적 회로는, 도 1이나 도 5에 예시한 구성에 한정되지 않고, 능동 소자에 흐르는 전류를 검출하고, 이 전류가 변경 제어 회로에서 설정되는 목표치에 일치하도록, 능동 소자의 임피던스를 조정가능한 전환 회로를 가지고 있으면 된다. 또한, 상술한 예에서는, 능동 소자가 설치된 광원 블록(제2의 광원 블록)은 한쪽의 단자가 회로 접지에 접속되어 있는데, 이 구성에 한정되지 않는다. 즉, 광원군은 직렬 접속된 3개 이상의 광원 블록으로 구성되어 있어도 되고, 이 경우에, 전환 회로는, 직렬 접속된 한중간의 광원 블록에 병렬로 접속된 능동 소자에서, 이 광원 블록을 바이패스하는 구성이어도 된다.
또한, 상술한 점등 장치는, 능동 소자로서 MOSFET를 이용하고 있는데, 이 예에 한정되지 않고, MOSFET 이외의 트랜지스터나 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등, 다른 능동 소자가 이용되어도 된다.
(실시 형태 2)
본 실시 형태의 점등 장치(10)는, 도 6에 도시하는 바와 같이, 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출 회로를, 전력 변환 회로(2)의 출력 제어용 검출부(65)에서 겸용하고 있는 점에서 실시 형태 1의 점등 장치(10)와 상이하다. 이하, 실시 형태 1과 동일한 구성에 대해서는, 공통의 부호를 붙여 적절히 설명을 생략한다.
또한, 도 6의 예에서는, 전력 변환 회로(2)는, 플라이 백 컨버터로 이루어진다. 이 전력 변환 회로(2)는, 플라이백 트랜스(21)의 1차 권선 및 스위칭 소자(22)의 직렬 회로가 직류 전원(1)의 출력단간에 접속되고, 플라이백 트랜스(21)의 2차 권선의 양단간에 다이오드(23) 및 콘덴서(24)가 직렬로 접속되어 구성된다. 검출부(65)는, 콘덴서(24)의 음극과 회로 접지의 사이에 흐르는 전류를 검출한다.
본 실시 형태에서, 오차 증폭기(42)는, 목표치 발생부(43)로부터 입력되는 목표치(Ia)와, 검출부(65)로부터 입력되는 검출치의 오차량(목표치－검출치)을, k배(k＝상수)로 증폭하여 능동 소자(41)의 제어 단자인 게이트에 제어 신호로서 출력한다. 이 구성에 의하면, 오차 증폭기(42)는, 검출부(65)에서 검출되는 전력 변환 회로(2)의 출력 전류(부하 전류)를 받아 능동 소자(41)의 제어 신호(게이트 전압)를 제어하므로, 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 부하 전류 이하로 제어할 수 없다. 이 때문에, 이 전환 회로(4)는, 전환 제어 회로(44)가 목표치(Ia)를 부하 전류 미만으로 저하시키면, 능동 소자(41)가 오프되게 된다.
여기서 본 실시 형태에 있어서는, 능동 소자(41)를 온으로 하는 경우, 전환 제어 회로(44)는, 도 4에 도시한 바와 같이 부하 전류치(Ib)보다 크고 또한 광원군(5)의 최대 허용 전류(Ic)보다 낮게 설정된 소정값으로 목표치(Ia)를 급준하게 바꾼다. 이에 따라, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)를 온 상태로 이행할 때에, 전력 변환 회로(2)의 평활용 콘덴서(24)에 축적된 전하가 제1의 광원 블록(51)을 통하여 흐르는 것과 같은 서지 전류를, 광원군(5)의 최대 허용 전류(Ic)보다 낮게 억제하는 것이 가능해진다.
그 외의 구성 및 기능은 실시 형태 1과 동일하다.
(실시 형태 3)
본 실시 형태의 점등 장치(10)는, 도 7에 도시하는 바와 같이, 오차 증폭기(42) 및 전류 검출 회로(45)를 대신하여, 전류(커런트) 미러 회로를 이용하여 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 목표치(Ia)로 제어하도록 구성되어 있는 점에서 실시 형태 1의 점등 장치(10)와 상이하다. 이하, 실시 형태 1과 동일한 구성에 대해서는, 공통의 부호를 붙여 적절히 설명을 생략한다.
도 7의 예에서는, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력에 제2의 광원 블록(52)이 접속되고, 저전위측의 출력(회로 접지)에 제1의 광원 블록(51)이 접속되어 있다. 도 7의 구성에서, 능동 소자(41)는 PNP형의 트랜지스터로 이루어지고, 별도의 PNP형의 트랜지스터(425) 및 저항(411, 424)과 함께 전류 미러 회로를 구성하고 있다.
구체적으로는, 능동 소자(41) 및 저항(411)의 직렬 회로는 제2의 광원 블록(52)과 병렬로 접속되고, 트랜지스터(425)와 능동 소자(41)는 베이스끼리 접속되고, 트랜지스터(425)의 콜렉터-베이스간이 단락되어 있다. 저항(411)은 능동 소자(41)의 이미터와 제2의 광원 블록(52)의 양극측(애노드측) 단자의 사이에 삽입되고, 트랜지스터(425)의 이미터와 제2의 광원 블록(52)의 양극측(애노드측) 단자의 사이에는 저항(424)이 삽입되어 있다.
또한, 트랜지스터(425)의 콜렉터와 제1의 광원 블록(51)의 부극측(캐소드측) 단자의 사이에는, NPN형의 트랜지스터(423)와 저항(422)이 직렬로 접속되어 있다. 트랜지스터(423)의 베이스는, 목표치 발생부(43)의 출력에 접속되어 있다.
이상 설명한 구성에 의하면, 전환 회로(4)는, 목표치(Ia)가 트랜지스터(423)의 베이스를 통하여 저항(422)에 인가되고, 저항(422)에는 목표치(Ia)에 비례한 전류가 흐르게 된다. 이 때문에, 이 전환 회로(4)에서는, 목표치(Ia)에 비례한 전류가 트랜지스터(423)의 콜렉터, 트랜지스터(425)의 이미터를 통하여, 저항(424)에 흐르게 된다.
그리고, 전환 회로(4)는, 저항(424, 411)의 저항치를 각각 R424, R411로 했을 때에, 능동 소자(41)의 이미터에는 전류 미러 회로의 작용에 의해 트랜지스터(425)의 이미터의 R424/R411배의 전류가 흐르게 된다. 이와 같이, 본 실시 형태의 전환 회로(4)에 있어서도, 능동 소자(41)에 흐르는 전류는 목표치(Ia)로 제어가능하다.
따라서, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Ia)를 실시 형태 1에서 설명한 바와 같이 제어함으로써, 능동 소자(41)가 오프로부터 온으로 이행할 때의 서지 전류를 억제할 수 있고, 능동 소자(41)가 온으로부터 오프로 이행할 때, 광원군(5)의 순간적 감광 혹은 소등을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 변형예로서, 전환 회로(4)는, 도 8에 도시하는 바와 같이 트랜지스터(425)를 생략한 구성이어도 된다. 또한, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)의 베이스-이미터간 전압을 모의하는 다이오드가 저항(424)과 직렬로 접속된 구성이어도 된다.
또한, 도 7의 예에서는, 능동 소자(41)에 흐르는 전류를 목표치(Ia)로 제어하기 위한 전류 미러 회로는, 트랜지스터를 이용하여 구성되어 있는데, 이 구성에 한정되지 않고, 예를 들면 FET를 이용하여 구성되어도 된다. 또한, 전류 미러 회로는, 도 7, 8에 도시하는 구성에서는 회로 접지에 대하여 고전위측에 설치되어 있는데, 회로 접지측에 설치되어 있어도 되고, 도 5에 도시한 바와 같이 전력 변환 회로(2)의 출력이 부전위측이 되는 점등 장치(10)에 적용되어도 된다.
그 외의 구성 및 기능은 실시 형태 1과 동일하다.
(실시 형태 4)
본 실시 형태의 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)의 양단 전압을 검출하고, 이 양단 전압이 전환 제어 회로(44)에서 설정되는 목표치에 일치하도록 능동 소자(41)의 임피던스를 조정하는 점에서, 실시 형태 1의 점등 장치(10)와 상이하다. 이하, 실시 형태 1과 동일한 구성에 대해서는, 공통의 부호를 붙여 적절히 설명을 생략한다.
본 실시 형태에서, 전환 회로(4)는, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압, 즉 능동 소자(41)의 양단 전압을 검출하고, 이 양단 전압을 능동 소자(41)의 양단 전압에 대한 목표치(Va)에 따라서 피드백 제어하도록 구성되어 있다. 구체적으로, 오차 증폭기(42)는, 목표치 발생부(43)로부터 입력되는 목표치(Va)와, 능동 소자(41)의 양단 전압의 검출치의 오차량(검출치－목표치)을, k배(k＝상수)로 증폭하여 능동 소자(41)의 제어 단자인 게이트에 제어 신호로서 출력하도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태의 목표치 발생부(43)는, 전류의 목표치(Ia)가 아니라 전압의 목표치(Va)를 발생하는 점에서 실시 형태 1과 상이한데, 목표치(Va)의 크기가 가변이고, 전환 제어 회로(44)로부터의 설정 신호를 받아서 목표치(Va)의 크기를 결정하는 점에서는 실시 형태 1과 동일하다.
요컨대, 능동 소자(41)의 양단 전압이 목표치(Va)보다 낮으면, 오차 증폭기(42)는, 출력이 저하하여 능동 소자(41)의 온 저항을 증대시키고, 능동 소자(41)의 양단 전압을 상승시킨다. 반대로, 능동 소자(41)의 양단 전압이 목표치(Va)보다 높으면, 오차 증폭기(42)는, 출력이 상승하여 능동 소자(41)의 온 저항을 감소시키고, 능동 소자(41)의 양단 전압을 저하시킨다. 이와 같이, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)의 양단 전압에 대하여, 검출치를 목표치(Va)에 일치시키도록 피드백 제어한다.
즉, 전환 회로(4)는, 오차 증폭기(42)와 목표치 발생부(43)와 저항(46)으로, 능동 소자(41)의 양단 전압을 피드백 제어하는 제어부를 구성하고 있다. 이 제어부는, 능동 소자(41)의 양단 전압을 검출치로서 검출하고, 이 검출치를 목표치(Va)에 일치시키도록 능동 소자(41)의 임피던스를 제어한다. 단, 제어부는, 능동 소자(41)의 양단 전압을 목표치(Va)에 일치시키도록 능동 소자(41)의 임피던스를 제어하는 구성이면 되고, 검출치를 이용하여 양단 전압을 피드백 제어하는 구성에 한정되지 않는다.
여기에서, 전환 제어 회로(44)는, 사람의 조작 입력을 접수하는 조작부(도시하지 않음)로부터의 입력을 받아, 목표치 발생부(43)에 대하여 설정 신호를 출력함으로써, 목표치 발생부(43)에서 발생하는 목표치(Va)의 크기를 이하와 같이 설정한다.
즉, 제2의 광원 블록(52)이 점등 상태에서 능동 소자(41)가 오프인 경우에는, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Va)를 미리 설정되어 있는 전력 변환 회로(2)의 출력 전압의 상한치(Vb) 이상의 값으로 설정한다. 이 때, 능동 소자(41)의 양단 전압은 상한치(Vb) 이상으로는 되지 않으므로, 오차 증폭기(42)의 출력이 제로 이하가 되고, 능동 소자(41)는, 오차 증폭기(42)의 출력이 제어 단자인 게이트에 입력됨으로써 오프 상태가 유지된다. 이에 따라, 제2의 광원 블록(52)이 오픈 고장난 경우에 능동 소자(41)가 오동작하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압의 상한치(Vb)는, 과전압 제어부(64)에서 설정되어 있다.
한편, 능동 소자(41)를 온하여 점등 상태에 있는 제2의 광원 블록(52)을 소등시키도록 조작부가 조작된 경우에는, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Va)를 서서히 감소하도록 변화시킨다. 여기서, 전환 제어 회로(44)는, 도 10에 도시하는 바와 같이 조작부의 조작 시점 T1으로부터 시간 경과에 따라 목표치(Va)를 상한치(Vb) 이상의 값(능동 소자(41)의 오프일 때의 값)으로부터 거의 제로(능동 소자(41)가 온일 때의 값)까지 소정의 시정수로 단조 감소시킨다. 그리고, 전환 회로(4)는, 목표치(Va)가 능동 소자(41)의 양단 전압 이하에 달하면, 그 오차량에 따른 신호가 오차 증폭기(42)로부터 출력되고, 능동 소자(41)의 게이트에 인가되어 능동 소자(41)가 능동 영역에서 동작하고, 능동 소자(41)에 전류가 흐르기 시작한다. 능동 소자(41)는, 그 양단 전압이 목표치(Va)에 일치하도록 피드백 제어에 의해 온 저항이 조정되므로, 능동 소자(41)의 양단 전압은 목표치(Va)에 따라서 감소한다. 또한, 도 10에서는, 가로축을 시간축으로 하고 목표치(Va)를 세로축에 나타내고 있다.
이 때, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)를 흐르는 전류를 목표치(Va)에 의거하는 상승율로 시간 경과에 따라 단조 증가시키게 되고, 능동 소자(41)를 오프 상태로부터 온 상태로 전환하는데 있어 소프트 스위칭시킬 수 있다. 이와 같이, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)의 양단 전압을 목표치(Va)에 따라 서서히 저하시킴으로써, 제2의 광원 블록(52)에 흐르는 부하 전류를 서서히 능동 소자(41)측에 분류하여, 과대한 부하 전류가 흐르는 것을 방지한다.
또한, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)를 오프 상태로부터 온 상태로 전환할 때의 목표치(Va)의 저하 속도를, 전력 변환 회로(2)의 출력의 응답성(출력 전압의 변화 속도)보다 느리게 설정하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 능동 소자(41)가 온 상태로 이행할 때, 서지 전류가 흐르는 것은, 점등하는 광원 블록의 수가 감소하여 필요한 부하 전압이 급준하게 저하함에도 불구하고, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이, 저하된 부하 전압까지 급준하게 변동할 수 없는 것에 기인한다. 이에 대하여, 점등 장치(10)는, 목표치(Va)의 저하 속도를, 전력 변환 회로(2)의 출력의 응답성보다 완만하게 설정함으로써, 광원군(5)에 서지 전류가 흐르는 것을 확실하게 회피할 수 있다.
구체적으로, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Va)를 저하시키고, 능동 소자(41)가 오프일 때의 값(상한치(Vb) 이상의 값)으로부터 제로에 이르기까지의 시간이 적어도 C·V0/I0 이상이 되도록, 목표치(Va)의 저하 속도가 설정되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 「C」는 전력 변환 회로(2)의 출력단으로부터 광원군(5)까지의 사이에 병렬로 접속된 콘덴서(평활용의 콘덴서(24)를 포함한다)의 정전 용량, 「V0」은 능동 소자(41)가 오프 상태일 때의 능동 소자(41)의 양단 전압, 「I0」은 부하 전류를 나타내고 있다.
이에 대하여, 능동 소자(41)를 오프하여 제2의 광원 블록(52)을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시키도록 조작부가 조작된 경우에는, 전환 제어 회로(44)는, 도 11에 도시하는 바와 같이 조작부의 조작 시점 T2으로부터 시간 경과에 따라 목표치(Va)를 제로로부터 상승시킨다. 능동 소자(41)는, 그 양단 전압이 목표치(Va)에 일치하도록 피드백 제어에 의해 온 저항이 조정되므로, 능동 소자(41)의 양단 전압은 목표치(Va)에 따라서 상승한다. 또한, 도 11에서는, 가로축을 시간축으로 하고 목표치(Va)를 세로축에 나타내고 있다.
이 때, 능동 소자(41)의 온 저항이 작고, 능동 소자(41)의 양단 전압이 제2의 광원 블록(52)의 동작 개시 전압보다 낮은 상태에서, 부하 전류는 모두 능동 소자(41)에 흐르고 있다. 이에 대하여, 목표치(Va)의 상승에 따라 능동 소자(41)의 양단 전압이 제2의 광원 블록(52)의 동작 개시 전압에 도달하면, 부하 전류는 능동 소자(41)에 분류되고, 제2의 광원 블록(52)에도 서서히 전류가 흐르기 시작한다. 목표치(Va)가 제2의 광원 블록(52)의 점등 전압(순방향 전압)을 초과하면, 능동 소자(41)는 오프 상태로의 이행이 완료한다.
여기에, 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압은, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압으로부터 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압, 즉 능동 소자(41)의 양단 전압을 뺀 값이 된다. 따라서, 전환 회로(4)는, 상술한 바와 같이 능동 소자(41)의 양단 전압을 목표치(Va)에 따라서 비교적 완만하게 상승시킴으로써, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 광원군(5)의 동작 전압에 비해서 부족한 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)가 오프 상태로 이행할 때에 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압이 저하되는 것을 억제할 수 있고, 제1의 광원 블록(51)의 전류 저하(광속 저하)를 억제할 수 있다.
또한, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)를 온 상태로부터 오프 상태로 전환할 때의 목표치(Va)의 상승 속도를, 전력 변환 회로(2)의 출력의 응답성(출력 전압의 변화 속도) 이하로 설정하고 있는 것이 바람직하다. 즉, 능동 소자(41)가 오프 상태로 이행할 때, 점등 중의 광원 블록이 순간적으로 소등(감광)하는 것은, 점등하는 광원 블록의 수가 증가하여 필요한 부하 전압이 증대함에도 불구하고, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 부하 전압까지 순식간에 상승하지 않는 것에 기인한다. 이에 대하여, 점등 장치(10)는, 목표치(Va)의 상승 속도를, 전력 변환 회로(2)의 출력의 응답성보다 완만하게 설정함으로써, 점등 중의 광원 블록이 순간적으로 소등(감광)하는 것을 확실하게 회피할 수 있다.
이상 설명한 본 실시 형태의 점등 장치(10)에 의하면, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)의 양단 전압을 검출하고, 이 전압이 전환 제어 회로(44)에서 설정되는 목표치(Va)에 일치하도록, 능동 소자(41)의 임피던스를 조정하여 양단 전압을 피드백 제어한다. 여기서, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)를 온할 때, 능동 소자(41)의 양단 전압의 목표치(Va)를 시간 경과에 따라 서서히 증가시키므로, 능동 소자(41)가 오프 상태로부터 온 상태로 이행하는 도중에, 과대한 부하 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.
즉, 이 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)가 오프로부터 온으로 이행할 때, 광원군(5)에 과대한 서지 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전환 회로(4)는, 전력 변환 회로(2)의 출력의 응답성보다 완만한 속도로 목표치(Va)를 완만하게 상승시킴으로써, 능동 소자(41)가 온했을 때에 전력 변환 회로(2)의 출력에 발생하는 링잉 등의 불안정 현상을 억제할 수 있다.
또한, 전환 회로(4)는, 능동 소자(41)를 오프할 때, 능동 소자(41)의 양단 전압을 비교적 완만하게 상승시키기 때문에, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 광원군(5)의 동작 전압에 비해서 부족한 것을 방지할 수 있고, 제1의 광원 블록(51)의 전류 저하(광속 저하)를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 변형예로서, 점등 장치(10)는, 도 12에 도시하는 바와 같이 전력 변환 회로(2)의 출력이 회로 접지에 대하여 음전위측이 되도록, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력단을 회로 접지에 접속한 구성이어도 된다.
도 12의 예에서, 전환 회로(4)는, 오차 증폭기(42)의 출력으로 제어되는 PNP형의 트랜지스터(423)와, 저항(422, 424)을 더 가지고 있다. 또한, 도 12의 예에서는, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력(회로 접지)에 제2의 광원 블록(52)이 접속되고, 저전위측의 출력에 제1의 광원 블록(51)이 접속되어 있다. 능동 소자(41)는, 드레인이 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력(회로 접지)에 접속되는 형이고, 제2의 광원 블록(52)과 병렬로 접속되어 있다.
트랜지스터(423)는, 그 제어 단자인 베이스가, 오차 증폭기(42)의 출력단에 접속되어 있다. 트랜지스터(423)와 저항(422)은 직렬 접속되고, 제어 전원(Ec)과 능동 소자(41)의 게이트의 사이에 삽입되어 있다. 저항(424)은, 능동 소자(41)의 게이트-소스간에 접속되어 있다.
다음에, 도 12에 도시하는 구성의 점등 장치(10)의 동작에 대하여 간단히 설명한다.
이 점등 장치(10)는, 도 9에 도시한 구성과 마찬가지로, 능동 소자(41)를 오프로부터 온으로 이행할 때, 혹은 온으로부터 오프로 이행할 때에, 목표치(Va)에 따라서 능동 소자(41)의 양단 전압을 피드백 제어한다.
즉, 능동 소자(41)의 양단 전압이 목표치(Va)보다 낮은(즉 절대치적으로는 크다) 상태로 되면, 오차 증폭기(42)의 출력은 낮아진다. 오차 증폭기(42)의 출력이 제어 전원(Ec)의 출력 전압치보다 낮아지면, 제어 전원(Ec)의 출력 전압치에서 오차 증폭기(42)의 출력과 트랜지스터(423)의 베이스-이미터간 전압을 뺀 전압이 저항(422)에 인가된다. 이 전압에 따른 전류가 트랜지스터(423)의 콜렉터를 통하여 저항(424)에 흐름으로써 저항(424)에 발생한 전압이, 능동 소자(41)의 게이트에 인가되고, 능동 소자(41)는 온 저항을 저하시키도록 동작하고, 능동 소자(41)의 양단 전압의 절대치가 작아진다.
한편, 능동 소자(41)의 양단 전압이 목표치(Va)보다 높은(즉 절대치적으로는 작다)상태가 되면, 오차 증폭기(42)의 출력은 높아진다. 이 때문에, 트랜지스터(423)의 이미터 전압은 상승하고, 제어 전원(Ec)의 출력 전압치와의 전압차가 작아지므로, 트랜지스터(423)의 콜렉터 전류가 감소한다. 이에 따라, 능동 소자(41)의 게이트 전압이 저하되므로, 능동 소자(41)는 온 저항을 상승시키도록 동작하고, 능동 소자(41)의 양단 전압의 절대치가 커진다.
단, 도 12에 도시하는 점등 장치(10)는, 검출 전압(능동 소자(41)의 양단 전압)이 음전위이므로, 목표치(Va)도 도 13, 14에 도시하는 바와 같이 음전위 특성이 된다. 즉, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)를 오프로부터 온으로 이행할 경우, 도 13에 도시하는 바와 같이 조작부의 조작 시점 T1으로부터 시간 경과에 따라 목표치(Va)(음의 값)을 상한치(Vb)(음의 값) 미만으로부터 제로까지 상승시킨다. 한편, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)를 온으로부터 오프로 이행할 경우, 도 14에 도시하는 바와 같이 조작부의 조작 시점 T2로부터 시간 경과에 따라 목표치(Va)(음의 값)를 제로로부터 상한치(Vb)(음의 값) 미만까지 저하시킨다. 또한, 도 13, 14에서는, 가로축을 시간축으로 하고 목표치(Va)를 세로축에 나타내고 있다.
또한, 도 12에 도시하는 점등 장치(10)는, 또한 능동 소자(41)의 온, 오프의 전환 동작에 따라, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압의 상한치(Vb)를 가변 제어하는 기능을 가지고 있다. 구체적으로, 전환 제어 회로(44)는, 과전압 제어부(64)에 대하여 상한치(Vb)의 크기를 지시하는 가변 신호를 출력하도록 구성되어 있다.
여기서, 점등 장치(10)는, 광원군(5)이 출력 단자에 대하여 루즈 컨택트 상태에 있는 경우, 광원군(5)과 출력 단자가 접촉, 비접촉을 반복하는 경우가 있으므로, 상한치(Vb)와 광원군(5)의 점등 전압(부하 전압)의 전압차는 작은 쪽이, 접촉시의 전류 스트레스를 저감시킬 수 있다. 단, 능동 소자(41)가 온하고 있는 상태와 오프하고 있는 상태에서는, 점등하는 광원 블록의 수가 달라 부하 전압이 다르므로, 상한치(Vb)가 일정하면, 상한치(Vb)와 부하 전압의 전압차를 작게 유지할 수 없어, 접촉시의 전류 스트레스가 커진다. 여기서, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)가 온인지 오프인지에 따라 상한치(Vb)를 바꾸고, 상한치(Vb)와 부하 전압의 전압차를 작게 유지한다.
이와 같이 능동 소자(41)의 온, 오프의 전환 동작에 따라, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압의 상한치(Vb)를 가변 제어하는 기능은, 본 실시 형태에 한정되지 않고, 다른 실시 형태에도 적용가능하다.
또한, 도 15는 본 실시 형태의 다른 변형예이며, 직렬 접속된 제1∼3의 광원 블록(51, 52, 53) 중, 제2의 광원 블록(52) 및 제3의 광원 블록(53)의 각각에 대해서 점등, 소등을 전환 가능한 구성을 나타내고 있다. 도 15에 도시하는 점등 장치(10)는, 기본적인 구성 및 기능이 도 12에 도시한 점등 장치(10)와 동일하므로, 이하에서는 상세한 설명은 생략한다. 또한, 광원군(5)은, 전력 변환 회로(2)의 고전위 출력(회로 접지)측으로부터, 제2의 광원 블록(52), 제1의 광원 블록(51), 제3의 광원 블록(53)의 순으로 직렬로 접속되어 구성되어 있다.
도 15에 도시하는 예에서는, 전환 회로(4)은, 복수의 능동 소자(41, 47)를 가지고, 제2의 광원 블록(52)에 대해서는 능동 소자(41)에서 점등, 소등을 전환하고, 제3의 광원 블록(53)에 대해서는 능동 소자(47)에서 점등, 소등을 전환하도록 구성되어 있다. 즉, 전환 회로(4)는, 한쪽의 능동 소자(제1의 능동 소자)(41)가 제2의 광원 블록(52)에 병렬로 접속되고, 다른쪽의 능동 소자(제2의 능동 소자)(47)가 제3의 광원 블록(53)에 병렬로 접속되어 있다.
전환 회로(4)는, 능동 소자(47)를 제어하기 위한 구성 요소로서, 오차 증폭기(48), 목표치 발생부(49), 트랜지스터(463)와, 저항(462, 464)을 가지고 있다. 이들 구성 요소는, 능동 소자(41)를 제어하기 위한 오차 증폭기(42), 목표치 발생부(43), 트랜지스터(423)와, 저항(422, 424)에 각각 대응하고 있다. 전환 제어 회로(44)는, 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압의 목표치(Va1)를 발생하는 목표치 발생부(43)와, 제3의 광원 블록(53)의 양단 전압의 목표치(Va2)를 발생하는 목표치 발생부(49)에 대하여, 따로따로 설정 신호를 출력한다.
이 구성에 의하면, 능동 소자(41, 47)의 각각의 동작은, 도 12의 구성에 있어서의 능동 소자(41)와 동일해진다.
그 외의 구성 및 기능은 실시 형태 1과 동일하다.
(실시 형태 5)
본 실시 형태의 점등 장치(10)는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 능동 소자(41)의 양단 전압을 검출치로서 검출하여 목표치(Va)와 비교하기 위한 구성을 가지지 않는 점에서 실시 형태 4의 점등 장치(10)와 상이하다. 이하, 실시 형태 4와 동일한 구성에 대해서는, 공통의 부호를 붙여 적절히 설명을 생략한다.
즉, 실시 형태 4에 관련된 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)의 양단 전압을 검출하고, 능동 소자(41)의 양단 전압을 목표치(Va)에 피드백 제어하는 구성인데 대하여, 도 16에 도시하는 점등 장치(10)는, 이러한 피드백 제어를 행하지 않는다. 도 16의 예에서, 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)가 PNP형의 트랜지스터로 이루어지고, 이 능동 소자(41)의 베이스가 목표치 발생부(43)의 출력에 접속된 이미터 팔로어 구성을 적용하고 있다. 이 구성에 의하면, 능동 소자(41)인 트랜지스터에 있어서는, 베이스에 인가되는 전압에 트랜지스터의 베이스-이미터간 전압이 중첩된 전압이 이미터 전압으로서 나타난다.
여기에서, 전환 제어 회로(44)는, 능동 소자(41)의 베이스에 인가되는 목표치(Va)의 크기를, 실시 형태 4와 동일하게 설정한다. 즉, 제2의 광원 블록(52)이 점등 상태에서 능동 소자(41)가 오프인 경우에는, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Va)를 미리 설정되어 있는 전력 변환 회로(2)의 출력 전압의 상한치(Vb) 이상의 값으로 설정한다. 한편, 능동 소자(41)를 온하여 점등 상태에 있는 제2의 광원 블록(52)을 소등시키는 경우에는, 전환 제어 회로(44)는, 목표치(Va)를 시간 경과에 따라 서서히 감소하도록 변화시킨다(도 10 참조). 능동 소자(41)를 오프하여 제2의 광원 블록(52)을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시키는 경우에는, 전환 제어 회로(44)는, 시간 경과에 따라 목표치(Va)를 제로로부터 상승시킨다(도 11 참조).
이에 따라, 본 실시 형태의 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)가 오프로부터 온으로 이행할 때, 광원군(5)에 과대한 서지 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)를 오프할 때, 능동 소자(41)의 양단 전압을 비교적 완만하게 상승시키기 때문에, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압이 광원군(5)의 동작 전압에 비해서 부족한 것을 방지할 수 있고, 제1의 광원 블록(51)의 전류 저하(광속 저하)를 억제할 수 있다.
또한, 도 16의 예에서, 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)로서 트랜지스터를 이용하고 있는데, 이에 한정되지 않고, FET 등 다른 소자를 능동 소자(41)에 이용한 구성이나, 능동 소자(41)에 연산 증폭기 등의 연산 증폭 회로를 조합한 전압 팔로어 회로 구성 등이어도 된다.
또한, 본 실시 형태의 변형예로서, 점등 장치(10)는, 도 17에 도시하는 바와 같이 능동 소자(41)에 MOSFET를 이용한 구성이어도 된다.
도 17의 예에서는, 전력 변환 회로(2)의 출력이 회로 접지에 대하여 음전위측이 되도록, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력단을 회로 접지에 접속한 구성을 채용하고 있다. 이 경우, 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)에 P채널형의 MOSFET를 이용해도 되지만, 도 17에서는, 능동 소자(41)에 온 저항 특성이 좋은 N채널형의 MOSFET를 이용하고 있다. 또한, 도 17의 예에서는, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력(회로 접지)에 제2의 광원 블록(52)이 접속되고, 저전위측의 출력에 제1의 광원 블록(51)이 접속되어 있다. 능동 소자(41)는, 드레인이 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력(회로 접지)에 접속되는 형이고, 제2의 광원 블록(52)과 병렬로 접속되어 있다.
도 17에 도시하는 전환 회로(4)는, 제어 전원(Ec)과 회로 접지의 사이에, 저항(431)과, NPN형의 트랜지스터(432)와, 저항(433)의 직렬 회로를 가지고 있다. 트랜지스터(432)는, 그 제어 단자인 베이스가, 목표치 발생부(43)의 출력에 접속되고, 콜렉터가 저항(431)을 통하여 제어 전원(Ec)에 접속되고, 이미터가 저항(433)을 통하여 회로 접지에 접속되어 있다.
또한, 이 전환 회로(4)는, 제어 전원(Ec)과 전력 변환 회로(2)의 저전위측의 출력단의 사이에, 저항(434)과, PNP형의 트랜지스터(435)와, 저항(436)의 직렬 회로를 가지고 있다. 트랜지스터(435)는, 그 제어 단자인 베이스가, 트랜지스터(432)의 콜렉터에 접속되고, 이미터가 저항(434)을 통하여 제어 전원(Ec)에 접속되고, 콜렉터가 저항(436)을 통하여 전력 변환 회로(2)의 저전위측의 출력단에 접속되어 있다.
능동 소자(41)인 FET는, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력(회로 접지)에 그 드레인이 접속되고, 광원 블록(51, 52)의 접속점에 소스가 접속된 소스 팔로어 회로를 구성하고 있다. 또한, 능동 소자(41)의 소스와 트랜지스터(435)의 콜렉터의 사이에는, 다이오드(437)가 삽입되어 있다.
다음에, 도 17에 도시하는 구성의 점등 장치(10)의 동작에 대해서 설명한다.
소스 팔로어 회로의 경우, FET는 게이트 전압에 따라서 소스 전압이 조절된다. 도 17에서는, 능동 소자(41)의 게이트는 저항(436)을 통하여, 전력 변환 회로(2)의 저전위의 출력(음전위)에 접속되어 있고, 저항(436)을 흐르는 전류가 거의 제로인 경우, 게이트에는 전력 변환 회로(2)의 출력(음전위)이 인가되고, 게이트 전압으로는 역바이어스가 된다. 이 때문에, 능동 소자(41)인 FET는 오프 상태를 유지하고, 제2의 광원 블록(52)은 점등 상태를 유지한다.
이에 대하여, 목표치(Va)가 거의 제로로부터 증가하면, 트랜지스터(432)는 목표치(Va)에 상당하는 전압이 베이스에 인가되게 되고, 이미터에 접속된 저항(433)에는 목표치(Va)에 따른 전류가 흐른다. 또한 저항(433)과 거의 같은 전류가 저항(431)에 흐르고, 목표치(Va)에 대응한 전압 강하가 저항(431)에 발생한다. 트랜지스터(435)는, 제어 전원(Ec)으로부터 저항(431)의 전압 강하분을 뺀 전압이 베이스에 인가되고, 이미터에는 베이스 전압보다도 베이스-이미터간 전압분만큼 높은 전압(이미터 전압)이 발생한다.
이에 따라, 트랜지스터(435)의 이미터에 접속된 저항(434)에는, 제어 전원(Ec)의 출력과 트랜지스터(435)의 이미터 전압의 차분에 따른 전류가 흐른다. 저항(434)에 흐르는 전류와 거의 같은 전류가 트랜지스터(435)의 콜렉터를 통하여 저항(436)에 흐르고, 그 전류에 따른 전압 강하가 저항(436)에 발생한다. 요컨대, 저항(436)에 발생하는 전압은, 목표치(Va)에 비례한 전압이 된다.
여기서, 능동 소자(41)의 게이트 전압은, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(음전위)에 저항(436)의 양단 전압을 중첩한 전압이 되므로, 목표치(Va)가 증가하면 높아진다. 능동 소자(41)는, 게이트 전압(Vs1)이 광원 블록(51, 52)의 접속점의 전위보다 게이트 전압의 역치 전압분만큼 높아지면, 소스 전압이 게이트 전압으로부터 역치 전압분만큼 낮은 전압이 되도록, 임피던스가 저하되기 시작한다. 또한 목표치(Va)가 증대하고, 게이트 전압이 회로 접지에 대하여 능동 소자(41)의 역치 전압 이상이 되는 값까지 증가하면, 능동 소자(41)인 FET는 완전히 온되고, 부하 전류는 주로 능동 소자(41)를 흘러 제2의 광원 블록(52)은 소등된다.
제2의 광원 블록(52)을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행할 경우는, 목표치(Va)를 서서히 저하시킴으로써, 능동 소자(41)는, 게이트 전압이 저하하고, 그에 의거한 소스 전압이 되도록 임피던스를 상승시킨다. 이에 따라, 부하 전류가 제2의 광원 블록(52)에 흐르기 시작하고, 또한 목표치(Va)를 저하시키면, 능동 소자(41)는 완전히 오프되고, 제2의 광원 블록(52)이 점등한다.
그 외의 구성 및 기능은 실시 형태 4와 동일하다.
또한, 본 실시 형태의 변형예로서, 점등 장치(10)는, 도 18에 도시하는 것과 같은 구성이어도 된다.
도 16의 예에서, 능동 소자(41)는 회로 접지에 가까운 저전위측의 광원 블록(도 16의 「제2의 광원 블록(52)」)과 병렬로 접속되어 있는데 대하여, 도 18의 예에서, 능동 소자(41)는 고전위측의 광원 블록(도 18의 「제2의 광원 블록(52)」)과 병렬로 접속되어 있다. 도 18의 예에서, 능동 소자(41)는 NPN형의 트랜지스터로 이루어지고, 점등 장치(10)는, 능동 소자(41)의 이미터가 광원 블록(51, 52)의 접속점에 접속되어 있는 구성에 의해, 제2의 광원 블록(52)의 점등, 소등을 제어한다.
도 18의 예에서는, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력단이 저항(436)을 통하여 능동 소자(41)의 제어 단자인 베이스에 접속되고, 또한, 전류 신호원(451)이 능동 소자(41)의 베이스와 회로 접지의 사이에 접속되어 있다. 전류 신호원(451)으로부터 출력되는 전류(Id)는, 목표치 발생부(43)의 전압 신호인 목표치(Va)에 비례한 전류가 된다.
능동 소자(41)인 트랜지스터는, 그 베이스가 목표치 발생부(43)의 출력 즉 전류 신호원(451)에 접속된 이미터 팔로어 회로를 구성하고 있다. 이 구성에 의하면, 능동 소자(41)인 트랜지스터의 이미터 전압은, 베이스 전압보다도 베이스-이미터간 전압만큼 낮은 전압으로서 나타난다.
능동 소자(41)의 베이스 전압(Vs2)은, 전류 신호원(451)의 전류를 Id로 하고, 저항(436)의 저항치를 R436로 하고, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압을 V2로 했을 때에, Vs2＝V2－R436·Id가 된다. 전류(Id)가 작고 거의 0인 경우, 능동 소자(41)의 베이스에는 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)이 그대로 인가된다. 그리고, 능동 소자(41)의 베이스-이미터간 전압을 무시하면, 능동 소자(41)의 이미터에는 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)과 거의 같은 전압이 나타나는 상태, 즉, 능동 소자(41)가 온 상태로 되고, 제2의 광원 블록(52)이 소등 상태가 된다.
제2의 광원 블록(52)을 점등시키는 경우, 전환 제어 회로(44)가 목표치(Va)을 서서히 증가시키면, 전류 신호원(451)의 전류(Id)가 서서히 증가하므로, 저항(436)에서의 전압 강하가 서서히 커진다. 한편, 점등 장치(10)가 LED 등의 정전압형의 부하를 정전류 동작시키기 때문에, 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압은 거의 안정된다. 따라서, 능동 소자(41)의 이미터 전압은 대개 일정해진다.
능동 소자(41)의 이미터 전압은, 능동 소자(41)의 베이스 전압(Vs2)과 대개 같고, 능동 소자(41)의 베이스 전압(Vs2)과 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)의 사이에는, 저항(436)에서의 전압 강하분의 전압차가 발생한다. 능동 소자(41)의 콜렉터가 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력단에 접속되어 있으므로, 능동 소자(41)의 임피던스가 높아지면, 저항(436)에서의 전압 강하분에 거의 같은 전압이 능동 소자(41)의 콜렉터-이미터간에 발생한다. 그 결과, 당해 전압이 제2의 광원 블록(52)에 인가되고, 능동 소자(41)는 온 상태로부터 오프 상태로 이행한다.
그리고, 목표치(Va)가 더욱 증가하고, 저항(436)에서의 전압 강하분이 제2의 광원 블록(52)의 점등 전압보다 높아지면, 능동 소자(41)는 완전히 오프 상태로 되고, 제2의 광원 블록(52)은 점등 상태로의 이행이 완료된다.
한편, 제2의 광원 블록(52)을 소등시키는 경우, 전환 제어 회로(44)가 목표치(Va)를 서서히 저하시키면, 전류 신호원(451)의 전류(Id)가 서서히 감소하므로, 저항(436)에서의 전압 강하가 서서히 작아지고, 능동 소자(41)의 임피던스가 서서히 감소한다. 이에 따라, 능동 소자(41)는 오프 상태로부터 온 상태로 이행하고, 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압은 저하되고, 제2의 광원 블록(52)은 소등 상태로 이행한다.
또한, 도 18에 있어서, 저항(436)은 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력단에 접속되어 있는데, 고전위측의 출력단으로부터 적어도 능동 소자(41)인 트랜지스터의 베이스-이미터 전압만큼 높은 전압원을 중첩시켜, 저항(436)에 접속하는 구성이어도 된다. 이 경우, 능동 소자(41)의 온 상태에서의 손실 경감에 효과가 있다.
다음에, 본 실시 형태의 변형예로서, 도 19에 도시하는 점등 장치(10)에 대하여 설명한다.
도 19의 예에서는, 능동 소자(41)가 N채널형의 MOSFET이며, 능동 소자(41)인 FET는, 드레인이 전력 변환 회로(2)의 회로 접지측의 출력단에 접속되고, 소스가 광원 블록(51, 52)의 접속점에 접속된 소스 팔로어 회로를 구성하고 있다. 또한, 전력 변환 회로(2)의 출력이 회로 접지에 대하여 음전위가 되도록, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력단을 회로 접지에 접속한 구성으로 되어 있다.
도 19의 예에서, 전류 신호원은, 트랜지스터(435)와 저항(434)으로 구성되어 있다. 트랜지스터(435)의 베이스-이미터간 전압을 무시하면, 트랜지스터(435)의 베이스 전압이 트랜지스터(435)의 이미터에 접속되어 있는 저항(434)에 인가된다. 트랜지스터(435)의 이미터 전압에 의해 저항(434)에 흐르는 전류와 거의 동일한 크기의 전류가 트랜지스터(435)의 콜렉터에 흐른다.
목표치 발생부(43)의 목표치(전압 신호)(Va)가 트랜지스터(432)의 베이스에 인가되고, 트랜지스터(432)의 베이스 전압에 거의 같은 이미터 전압과 제어 전원(Ec)의 출력 전압의 차분 전압이 저항(433)에 인가된다. 당해 차분 전압이 저항(433)에 인가됨으로써, 전류가 트랜지스터(432)의 이미터로부터 콜렉터에 흐르고, 저항(431)에 공급된다. 이에 따라, 목표치(Va)에 비례한 전류가 저항(436)에 흐른다. 목표치(Va)가 제어 전원(Ec)의 출력 전압에 대하여 낮을수록 당해 전류는 커진다. 한편, 목표치(Va)가 제어 전원(Ec)의 출력 전압 이상이 되는 경우에는 당해 전류는 거의 제로가 된다.
목표치(Va)가 제어 전원(Ec)의 출력 전압에 가까운 조건에서는, 제어 전원(Ec)으로부터의 전류가 거의 제로이므로, 능동 소자(41)인 FET의 게이트 전압(Vs1)은 제어 전원(Ec)의 출력 전압과 거의 같다. 이에 따라, 능동 소자(41)인 FET는 완전히 온 상태로 되고, 제2의 광원 블록(52)은 소등 상태가 된다.
한편, 목표치(Va)가 제어 전원(Ec)의 출력 전압보다 저하되면, 제어 전원(Ec)의 출력 전압과 목표치(Va)의 전압차에 비례한 전류가 트랜지스터(432)의 콜렉터 전류로서 흐른다. 그리고, 이 콜렉터 전류에 의해 저항(431)에 발생한 전압이 트랜지스터(435)의 이미터에 나타난다. 또한, 트랜지스터(435)의 콜렉터 즉 저항(436)에는, 트랜지스터(435)의 이미터 전압과 저항(434)의 저항치에 대응한 전류(Ie)가 전류 신호원의 출력 전류로서 흐른다. 제어 전원(Ec)의 출력 전압을 Vc로 하고, 저항(436)의 저항치를 R436로 했을 때에, 능동 소자(41)의 게이트 전압(Vs1)은 Vs1＝Vc－R436·Ie가 된다. 전류(Ie)는 목표치(Va)에 비례한다.
계속해서, 도 19의 예에 있어서의 점등 장치(10)의 동작에 대해서 설명한다.
우선, 제2의 광원 블록(52)을 점등시키는 경우, 전환 제어 회로(44)가 목표치(Va)를 서서히 감소시키면, 목표치(Va)와 제어 전원(Ec)의 출력 전압의 전압차가 서서히 커지므로, 트랜지스터(432)의 콜렉터 전류가 서서히 증가한다. 또한, 트랜지스터(435)의 콜렉터 전류 즉 전류(Ie)가 서서히 증가한다. 전류(Ie)의 증가에 의해 저항(436)의 전압 강하가 커지므로, 능동 소자(41)의 게이트 전압(Vs1)은 저하된다.
능동 소자(41)의 소스 전압은, 역치 전압을 Vth로 했을 때에, Vs1－Vth가 된다. 또한, 능동 소자(41)의 소스 전압은, 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압과 같아진다.
따라서, 목표치(Va)의 감소에 의해 게이트 전압(Vs1)이 저하되면, 능동 소자(41)의 임피던스가 증가한다. 이에 따라, 능동 소자(41)의 소스 전압이 저하(부전위 레벨로 증대)하고, 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압이 증가하고, 제2의 광원 블록(52)은 점등하기 시작한다. 제2의 광원 블록(52)의 부하 전압 즉 양단 전압을 V52로 했을 때, 게이트 전압(Vs1)이 (Vth－V52) 이하에까지 저하되면, 능동 소자(41)는 완전히 오프 상태가 되고, 제2의 광원 블록(52)은 점등한다.
한편, 제2의 광원 블록(52)을 소등시키는 경우, 전환 제어 회로(44)가 목표치(Va)를 서서히 증가시키면, 목표치(Va)와 제어 전원(Ec)의 출력 전압의 전압차가 서서히 작아지므로, 트랜지스터(432)의 콜렉터 전류가 서서히 감소한다. 또한, 트랜지스터(435)의 콜렉터 전류 즉 전류(Ie)가 서서히 감소한다. 전류(Ie)의 감소에 의해 저항(436)의 전압 강하가 작아지므로, 능동 소자(41)의 게이트 전압(Vs1)은 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압에서 결정되는 소정의 음전위로부터 상대적으로 상승한다.
능동 소자(41)의 소스 전압은, Vs1－Vth이다. 따라서, 목표치(Va)의 증가에 따라 게이트 전압(Vs1)이 증가하면, 능동 소자(41)의 임피던스가 저하된다. 이에 따라, 능동 소자(41)에 전류가 흐르기 시작한다. 그리고, 게이트 전압(Vs1)이 역치 전압(Vth)을 초과하면, 능동 소자(41)는 완전히 온 상태로 되고, 제2의 광원 블록(52)은 소등된다.
다이오드(437)는, 능동 소자(41)인 FET의 게이트에 내압 이상의 역전압이 인가되는 것을 방지하기 위해서 설치되어 있다.
다음에, 본 실시 형태의 변형예로서, 도 20에 도시하는 점등 장치(10)에 대하여 설명한다.
도 20의 점등 장치(10)는, 도 18의 점등 장치(10)에 대하여, 능동 소자(41)의 제어 단자인 베이스에 대한 제어 전압을 조정하는 전류 신호원(451)과, 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 저항(436)의 위치를 바꿔넣은 구성이다.
도 20에 있어서의 전류(Id)는 목표치 발생부(43)의 목표치(전압 신호)(Va)와, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)에 의해 조정된다. 즉, 출력 전압(V2)이 상승하면, 전류(Id)가 증가하는 한편, 출력 전압(V2)이 저하되면, 전류(Id)가 감소한다.
가산기(452)는, 출력 전압(V2)을 k배한 전압치를 목표치(Va)에 가산하고, 가산치를 전류 신호원(451)에 대한 조정 신호로서 출력한다. 전류 신호원(451)은, 조정 신호에 대하여 변환 계수(α1)로 변환한 전류를 저항(436)에 공급한다.
능동 소자(41)인 트랜지스터의 베이스-이미터간 전압을 무시하면, 능동 소자(41)의 베이스 전압(Vs2)은 이미터 전압과 거의 같으므로, 저항(436)에 인가되는 전압은 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압(V51)과 대개 같아진다. 또한, 전력 변환 회로(2)의 출력은 LED 부하를 안정 점등시키기 위해서 정전류 출력으로 되어 있고, 제1의 광원 블록(51)을 상시 점등시키기 위해서, 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압(V51)은 거의 일정한 전압이 된다. 따라서, 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압(V51)은, 저항(436)의 저항치를 R436로 했을 때에, V51＝α1·( Va＋k·V2)·R436이 된다. 그리고, 출력 전압(V2)은, V2＝{(V51/R436)－α1·Va}/(α1·k)이 된다.
능동 소자(41)의 콜렉터-이미터간 전압 즉 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압은 V2－V51이다. 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압(V51)이 거의 일정한 정전압 상태이므로, 능동 소자(41)의 콜렉터-이미터간 전압은 목표치(Va)에 비례시킬 수 있다.
이에 따라, 목표치(Va)를 서서히 크게 함으로써, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)을 목표치(Va)에 대하여 비례적으로 서서히 저하시킬 수 있다. 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압은, 출력 전압(V2)의 저하량과 동일한 전압만큼 저하된다. 목표치(Va)를 더욱 크게 함으로써, 능동 소자(41)는 완전히 온 상태로 되고, 제2의 광원 블록(52)은 소등 상태로 이행할 수 있다.
한편, 목표치(Va)를 서서히 작게 함으로써, 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압을 서서히 상승시킬 수 있고, 제2의 광원 블록(52)은 점등 상태로 이행할 수 있다.
다음에, 본 실시 형태의 변형예로서, 도 21에 도시하는 점등 장치(10)에 대하여 설명한다.
도 21의 예에서는, 능동 소자(41)가 N채널형의 MOSFET이며, 능동 소자(41)인 FET는, 드레인이 전력 변환 회로(2)의 회로 접지측의 출력단에 접속되고, 소스가 광원 블록(51, 52)의 접속점에 접속된 소스 팔로어 회로를 구성하고 있다. 또한, 전력 변환 회로(2)의 출력이 회로 접지에 대하여 음전위가 되도록, 전력 변환 회로(2)의 고전위측의 출력단이 회로 접지에 접속되어 있다. 또한, 도 21의 예에서는, 도 19의 예에 대하여, 전류 신호원으로서 동작하는 트랜지스터(435)의 위치와, 전류 신호를 전압 신호로 변환하는 저항(436)의 위치가 바뀌어 있다.
트랜지스터(435)의 베이스-이미터간 전압을 무시하고, 전류 증폭율이 무한대인 이상 트랜지스터를 생각하면, 트랜지스터(435)의 베이스 전압과 제어 전원(Ec)의 출력 전압의 차분 전압이 저항(434)에 인가되면, 이 차분 전압에 의거하는 전류가 트랜지스터(435)의 콜렉터에서 전류(Ie)로서 출력된다. 트랜지스터(435)의 베이스 전압은, 저항(431)에 흐르는 전류에 의해 발생한 전압 강하분으로 결정된다. 저항(431)에 흐르는 전류는, 저항(431)의 저항치를 R431로 하고, 저항(439)의 저항치를 R439로 했을 때에, 제어 전원(Ec)의 출력 전압과 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)의 전압차에 의해 저항(431) 및 저항(439)에 흐르는 전류(Vc－V2)/(R431＋R439)에 트랜지스터(432)의 콜렉터 전류 중 저항(431)에 흐르는 전류분(Va/R433)·{R439/(R431＋R439)}을 중첩한 전류가 된다. 전류(Ie)는, 저항(431)에 흐르는 전류의 (R431/R434)배가 된다.
도 21의 예에서는, 목표치(Va)의 상승에 따라, 전류(Ie)는 목표치(Va)에 비례하여 증가하고, 출력 전압(V2)의 저하에 따라, 전류(Ie)는 저하된다.
능동 소자(41)는 소스 팔로어 회로 구성이므로, 저항(436)에는, 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압(V51)에 능동 소자(41)의 역치 전압(Vth)을 중첩한 전압이 인가된다. 따라서, 능동 소자(41)의 게이트 전압(Vs1)은, 역치 전압을 Vth로 하고, 저항(431)의 저항치를 R431로, 저항(433)의 저항치를 R433로 하고, 저항(434)의 저항치를 R434로, 저항(436)의 저항치를 R436로 하고, 저항(439)의 저항치를 R439로 했을 때에, Vs1＝V51＋Vth＝Ie·R436=R436·(R431/R434)·{(Vc－V2)＋R439·( Va/R433)}/(R431＋R439)이 된다. 그리고, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)은, V2＝(V51＋Vth)·(R434/R436)·(1＋R439/R431)－Va·(R439/R433)－Vc가 된다. 제1의 광원 블록(51)의 양단 전압(V51)이 거의 일정한 정전압이기 때문에, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)은 목표치(Va)에 비례한다.
제2의 광원 블록(52)의 양단 전압은, V2－V51로 결정되기 때문에, 전력 변환 회로(2)의 출력 전압(V2)의 변동량에 따라서 변동한다. 따라서, 도 21의 예에 있어서도, 도 20의 예와 마찬가지로, 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압은 목표치(Va)로 조정할 수 있다. 전환 제어 회로(44)가 목표치(Va)를 증가시킴으로써, 능동 소자(41)는 완전히 온 상태로 되고, 제2의 광원 블록(52)은 소등 상태로 이행할 수 있다. 한편, 전환 제어 회로(44)가 목표치(Va)를 서서히 감소시킴으로써, 제2의 광원 블록(52)의 양단 전압을 서서히 상승시킬 수 있고, 제2의 광원 블록(52)은 점등 상태로 이행할 수 있다.
또한, 상술한 각 실시 형태에서는, 능동 소자를 제어하기 위한 오차 증폭기로서 오차량을 k배하는 비례 제어 회로를 이용한 구성을 예시하고 있다. 단, 이 구성에 한정되지 않고, 오차 증폭기는, 예를 들면 온 상태 혹은 오프 상태를 유지할 때의 능동 소자의 제어 전압의 안정성을 향상시키기 위해서 적분 회로를 도입한 비례 적분 제어 회로를 이용한 구성이어도 된다. 또한, 오차 증폭기는, 적분 회로와, 능동 소자의 온, 오프 전환 시의 전류 변동을 보다 억제하기 위한 미분 회로를 도입한 비례 적분 미분 제어 회로를 이용한 구성이어도 된다.
또한, 상기 각 실시 형태에서 개시한 구성은 일예에 불과하고, 기능, 동작이 개념적으로 같으면 적절히 변경가능하다. 예를 들면, 상기 각 실시 형태에 있어서는, 광원군에 이용하는 고체 광원으로서 LED를 예시하고 있는데, 직류 구동형의 유기 EL(Electro Luminescence) 등의 고체 광원을 광원군에 이용해도 된다.
그런데, 상기 각 실시 형태에서 나타낸 점등 장치(10)는, 예를 들면 차량용 전조등(헤드 램프) 등의 등기구에 이용된다. 차량용 전조등(8)은, 도 22에 도시하는 바와 같이 광원 블록(51, 52)을 탑재한 방열체(82)와, 광원 블록(51, 52)으로부터의 광 출력의 배광을 제어하는 반사판(81)을 등기구 본체(83)에 수납하고, 점등 장치(10)를 등기구 본체(83)의 하면에 설치하여 구성되어 있다. 점등 장치(10)는, 직류 전원(1)으로서의 차량 탑재용 배터리로부터 전원선(13)을 통하여 전원 공급되어 동작한다.
여기서, 직류 전원(1)의 양극 출력에 접속된 전원선(13) 상에는, 점등 장치(10)로의 전력 공급을 온, 오프하는 전원 스위치(11)가 설치되어 있다. 또한, 직류 전원(1)의 양극 출력과 점등 장치(10)를 접속하는 신호선(14) 상에는, 능동 소자(41)의 온, 오프를 전환함으로써 제2의 광원 블록(52)을 점등, 소등시키는 조작부로서의 전환 스위치(12)가 설치되어 있다. 즉, 신호선(14)은 전환 회로(4)의 전환 제어 회로(44)에 접속되어 있고, 전환 회로(4)는, 전환 스위치(12)의 온, 오프에 따라서 능동 소자(41)의 온, 오프를 전환하도록 동작한다.
이 차량용 전조등(8)은, 제1의 광원 블록(51)이 통과용 전조등(로우 빔)으로서 기능하고, 제2의 광원 블록(52)이 주행용 전조등(하이 빔)으로서 기능한다. 따라서, 점등 장치(10)는, 전환 스위치(12)의 조작에 따라서 제2의 광원 블록(52)의 점등, 소등을 전환함으로써, 통과용 전조등만과 통과용 전조등 및 주행용 전조등의 양쪽을 전환하는 것이 가능하다. 상기 각 실시 형태에 관련된 점등 장치(10)는, 이와 같이 통과용 전조등만의 배광 패턴과 통과용 전조등 및 주행용 전조등의 배광 패턴의 2종류의 배광 패턴을 전환하는 용도에 적합하다. 또한, 차량용 전조등(8)은, 통과용 전조등만의 배광 패턴과 통과용 전조등 및 주행용 전조등의 배광 패턴의 2종류의 배광 패턴에 한정되지 않고, 차량에 따라서는 주행 상태에 따라서 더욱 부가적인 배광 패턴을 가져도 된다.
도 23은, 상술한 차량용 전조등(8)을 좌우에서 한쌍 탑재한 차량(9)의 외관 사시도이다. 또한, 점등 장치(10)를 이용한 등기구는 차량용 전조등(8)에 한정되지 않고, 차량(9)의 미등 등이어도 되고, 그 이외의 등기구여도 된다.
본 발명을 몇가지의 바람직한 실시 형태에 의해 기재했는데, 본 발명의 본래의 정신 및 범위, 즉 청구의 범위를 일탈하지 않고, 당업자에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims (14)

  1. 제1의 광원 블록과 제2의 광원 블록이 직렬 접속되어 있는 광원군에 대하여 정전류를 공급하는 전원 회로와,
    제어 단자를 포함하며 상기 제2의 광원 블록에 병렬로 접속되는 능동 소자를 가지고, 상기 능동 소자에 전류를 흐르게 함으로써 상기 제2의 광원 블록을 바이패스하여 상기 제2의 광원 블록을 소등시키는 전환 회로를 구비하고,
    상기 능동 소자는, 상기 제어 단자에 입력되는 제어 신호에 따라서 임피던스가 가변이며, 상기 임피던스가 소정값 이상이 되면 상기 제2의 광원 블록을 점등시키고,
    상기 전환 회로는,
    상기 능동 소자를 흐르는 전류 또는 상기 능동 소자의 양단 전압을 목표치에 일치시키도록 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 제어하는 제어부와,
    상기 목표치를 설정하는 전환 제어 회로를 가지는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류 또는 상기 능동 소자의 상기 양단 전압을 검출치로서 검출하고, 상기 검출치를 상기 목표치에 일치시키도록 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 제어함으로써, 상기 검출치로서의 상기 전류 또는 상기 양단 전압의 피드백 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 점등 상태로부터 소등 상태로 이행시키는 경우, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류에 대한 상기 목표치를, 상기 능동 소자가 오프일 때의 값으로부터 상기 능동 소자가 온일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 증가시키고,
    상기 목표치의 증가에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 점등 상태로부터 소등 상태로 이행시키는 경우, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류에 대한 상기 목표치를, 정상(定常) 점등시에 상기 제1의 광원 블록을 흐르는 부하 전류보다 크고 또한 상기 광원군의 최대 허용 전류보다 작은 기정치(旣定値)로 설정하고,
    상기 기정치로 설정된 상기 목표치에 의거하여, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시키는 경우, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류에 대한 상기 목표치를, 상기 능동 소자가 온일 때의 값으로부터 상기 능동 소자가 오프일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 감소시키고,
    상기 목표치의 감소에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시키는 경우, 상기 능동 소자를 흐르는 상기 전류에 대한 상기 목표치를, 상기 능동 소자가 온일 때의 값으로부터 상기 능동 소자가 오프일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 감소시키고,
    상기 목표치의 감소에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 전원 회로는, 정전류 제어를 위해서 상기 광원군에 흐르는 전류를 검출하는 검출부를 가지고 있고,
    상기 제어부는, 상기 검출부에서 검출된 상기 전류를 검출치로서 이용하여, 상기 검출치를 상기 목표치에 일치시키도록 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 제어함으로써 상기 검출치로서의 상기 전류의 피드백 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 점등 상태로부터 소등 상태로 이행시키는 경우, 상기 능동 소자의 상기 양단 전압에 대한 상기 목표치의 절대치를, 상기 능동 소자가 오프일 때의 값으로부터 상기 능동 소자가 온일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 감소시키고,
    상기 목표치의 상기 절대치의 감소에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전환 제어 회로는,
    상기 전원 회로의 출력단부터 상기 광원군까지의 사이에 병렬로 접속된 콘덴서의 정전 용량을 C로 하고, 상기 능동 소자가 오프 상태일 때의 상기 능동 소자의 상기 양단 전압을 V0로 하고, 상기 광원군에 흐르는 부하 전류를 I0로 했을 때에,
    C·V0/I0 이상의 시간에 걸쳐, 상기 목표치의 상기 절대치를, 상기 능동 소자가 오프일 때의 값으로부터 상기 능동 소자가 온일 때의 값까지 감소시키는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시키는 경우, 상기 목표치의 상기 절대치를, 상기 능동 소자가 온일 때의 값으로부터 상기 능동 소자가 오프일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 증가시키고,
    상기 목표치의 상기 절대치의 증가에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 전환 제어 회로는, 상기 제2의 광원 블록을 소등 상태로부터 점등 상태로 이행시키는 경우, 상기 목표치의 상기 절대치를, 상기 능동 소자가 온일 때의 값으로부터 상기 능동 소자가 오프일 때의 값까지, 시간 경과에 따라 소정의 시정수로 증가시키고,
    상기 목표치의 상기 절대치의 증가에 따라, 상기 제어부가 상기 능동 소자의 상기 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전원 회로는, 상기 전원 회로의 출력 전압을 감시하여, 상기 출력 전압을 상기 광원군의 정상 점등시에 있어서의 최대치보다 큰 상한치 이하로 제한하는 과전압 제어부를 가지고,
    상기 전환 회로는, 상기 제2의 광원 블록의 점등, 소등의 전환에 맞추어 상기 상한치를 전환하는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광원군은, 직렬로 접속된 복수개의 발광 다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 점등 장치.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 점등 장치와,
    차량에 부착되는 등기구 본체를 구비하는 것을 특징으로 하는 차량용 전조등.
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