WO2018193851A1

WO2018193851A1 - 電圧出力装置及び電源システム

Info

Publication number: WO2018193851A1
Application number: PCT/JP2018/014457
Authority: WO
Inventors: 淳平堀井
Original assignee: 株式会社オートネットワーク技術研究所; 住友電装株式会社; 住友電気工業株式会社
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2018-10-25
Also published as: JP2018183008A

Abstract

電圧出力装置（２）では、昇圧回路（２１）の入力端に入力される入力電圧は変動する。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電圧に昇圧し、昇圧した電圧を、出力スイッチ（２２）を介して出力する。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。

Description

電圧出力装置及び電源システム

　本発明は電圧出力装置及び電源システムに関する。
　本出願は、２０１７年４月２１日出願の日本出願第２０１７－０８４３７９号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

　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。

　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では、バッテリの出力電圧の変動によって、発光ダイオードが発する光がちらつく可能性がある。特許文献１に記載されている技術を用いた場合、発光ダイオードが発する光のちらつきを防止することができる。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、発光ダイオード及び抵抗の直列回路に印加される電圧の平均値を一定に保つことができる。

　バッテリの出力電圧はスタータの動作状態に応じて変動する。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、発光ダイオード及び抵抗の直列回路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。

特開２００３－３３８３９６号公報

　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。

　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。

本実施形態における電源システムの要部構成を示すブロック図である。電圧出力装置の動作の説明図である。昇圧回路の回路図である。コンパレータの動作の説明図である。

［本開示が解決しようとする課題］
　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、発光ダイオード及び抵抗の直列回路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。

　そこで、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を目的とする。

［本開示の効果］
　本開示によれば、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。

［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。

（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。

　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。

（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。

　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。

（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。

　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。

［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、請求の範囲によって示され、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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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る。切替え部２４は、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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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、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。

　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。

　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。

　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。

　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、時間の経過ととも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。

　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、時間の経過とともに、一定の傾きで低下する。

　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、時間の経過とともに低下する電流の値の傾きの絶対値が大きい程大きい。

　昇圧スイッチ５１がオフである場合において時間の経過ととも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。

　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、時間の経過とともに再び上昇する。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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　コンパレータ５３が出力する第２ＰＷＭ信号のデューティは、閾値電圧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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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ともに平均値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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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１ＰＷＭ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。

　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。

　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。

　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。

　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る。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。

　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。

　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、請求の範囲によって示され、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。

　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

Claims

　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
　電圧出力装置。
　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
　請求項１に記載の電圧出力装置。
　請求項１又は請求項２に記載の電圧出力装置と、
　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
　を備える電源システム。