特許 6291009 電圧制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6291009

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月14日

(54)【発明の名称】電圧制御装置

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/56 20060101AFI20180305BHJP

   H05B 37/02 20060101ALI20180305BHJP

【ＦＩ】

   G05F1/56 310B

   H05B37/02 J

【請求項の数】10

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-203617(P2016-203617)

(22)【出願日】2016年10月17日

(65)【公開番号】特開2017-79061(P2017-79061A)

(43)【公開日】2017年4月27日

【審査請求日】2016年10月17日

(31)【優先権主張番号】104134225

(32)【優先日】2015年10月19日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】501271516

【氏名又は名称】聚積科技股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100092624

【弁理士】

【氏名又は名称】鶴田 準一

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100165191

【弁理士】

【氏名又は名称】河合 章

(74)【代理人】

【識別番号】100151459

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 健一

(72)【発明者】

【氏名】チャン ロン クオ

(72)【発明者】

【氏名】チャン チョー ウェイ

(72)【発明者】

【氏名】チャン ティン ター

(72)【発明者】

【氏名】リアオ シー チエ

【審査官】 北嶋 賢二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８０４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１５００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／５６

Ｈ０５Ｂ ３７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された電圧に基づいて発光する第１の発光ユニットの出力電圧を制御するための電圧制御装置において、
前記第１の発光ユニットの出力電圧と、所定の電位の第１の基準電圧を比較して、ハイレベル又はロウレベルのいずれかの電圧を出力する選択比較モジュールと、前記選択比較モジュールから出力された信号に基づいて充放電を切り替える充放電モジュールを備える制御ユニットと、
前記第１の発光ユニットの出力電圧が入力される第１の端子と、前記制御ユニットから電圧が入力される制御端子と、接地された第２の端子を有すると共に、前記制御ユニットによって、飽和領域で動作するように前記制御端子に電圧が入力されるアウトプットモジュールと
を備え、
前記選択比較モジュールは、
前記第１の発光ユニットの出力電圧と所定の電位のバイアス電圧が入力され、前記第１の発光ユニットの出力電圧を出力する選択回路と、
前記選択回路から出力された電圧と前記第１の基準電圧を比較して、ハイレベル又はロウレベルのいずれかの電圧を出力する第１のコンパレータと
を備えたことを特徴とする電圧制御装置。

【請求項2】

前記選択回路は、
前記第１の発光ユニットの出力電圧が入力される非反転入力端子と、前記バイアス電圧がかけられた反転入力端子と、前記バイアス電圧よりも前記第１の発光ユニットの出力電圧の方が高い場合にはハイレベルを出力する出力端子とを備える第２のコンパレータと、
一端に前記第１の発光ユニットの出力電圧が入力されると共に、前記第２のコンパレータからハイレベルが出力されたときはオフとなる第１のスイッチと、
一端に前記バイアス電圧がかけられ且つ他端が前記第１のスイッチの他端に接続されると共に、前記第２のコンパレータからハイレベルが出力されたときはオンとなる第２のスイッチと、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御装置。

【請求項3】

入力された電圧に基づいて発光する第１の発光ユニットの出力電圧を制御するための電圧制御装置において、
前記第１の発光ユニットの出力電圧と、所定の電位の第１の基準電圧を比較して、ハイレベル又はロウレベルのいずれかの電圧を出力する選択比較モジュールと、前記選択比較モジュールから出力された信号に基づいて充放電を切り替える充放電モジュールを備える制御ユニットと、
前記第１の発光ユニットの出力電圧が入力される第１の端子と、前記制御ユニットから電圧が入力される制御端子と、接地された第２の端子を有すると共に、前記制御ユニットによって、飽和領域で動作するように前記制御端子に電圧が入力されるアウトプットモジュールと
を備え、
前記選択比較モジュールは、
所定の電流を生成する電流源と、アノードが前記電流源に接続されると共にカソードが前記第１の発光ユニットの第２の端子に接続された第１のダイオードを備えた選択回路と、
前記選択回路から出力された電圧と前記第１の基準電圧を比較して、ハイレベル又はロウレベルのいずれかの電圧を出力する第１のコンパレータと
を備えたことを特徴とする電圧制御装置。

【請求項4】

前記充放電モジュールは、
一端が前記アウトプットモジュールの制御端子に接続され、他端が接地されたコンデンサと、
前記コンデンサを充電する電流を出力する充電電流源を備えた充電スイッチモジュールと、
前記充電スイッチモジュールが前記コンデンサを充電しないときに、前記コンデンサに蓄電された電圧を放電する放電電流源を備えた放電スイッチモジュールと
を備えることを特徴とする請求項２に記載の電圧制御装置。

【請求項5】

前記充電スイッチモジュールは充電スイッチを備え、
前記放電スイッチモジュールは放電スイッチを備え、
前記充電スイッチと前記放電スイッチは、いずれか一方がオンのとき、いずれか他方がオフとなるように、前記選択比較モジュールに接続される
こと特徴とする請求項４に記載の電圧制御装置。

【請求項6】

前記バイアス電圧は前記第１の発光ユニットの出力電圧より大きく、
前記充電スイッチがオンのときは前記充電電流源が前記コンデンサを充電し、
前記放電スイッチがオンのときは前記放電電流源が前記コンデンサに蓄電された電圧を放電する
ことを特徴とする請求項５に記載の電圧制御装置。

【請求項7】

入力された電圧に基づいて発光する第１の発光ユニットの出力電圧を制御するための電圧制御装置において、
前記第１の発光ユニットの出力電圧と、所定の電位の第１の基準電圧を比較して、ハイレベル又はロウレベルのいずれかの電圧を出力する選択比較モジュールと、前記選択比較モジュールから出力された信号に基づいて充放電を切り替える充放電モジュールを備える制御ユニットと、
前記第１の発光ユニットの出力電圧が入力される第１の端子と、前記制御ユニットから電圧が入力される制御端子と、接地された第２の端子を有すると共に、前記制御ユニットによって、飽和領域で動作するように前記制御端子に電圧が入力されるアウトプットモジュールと
を備え、
一端の電圧が第２の基準電圧となるように前記アウトプットモジュールの第２の端子に接続され、他端が接地された抵抗と、
前記第１の発光ユニットに入力される電圧と同電位の電圧が入力されるＪ個（Ｊは１以上の整数）の第２の発光ユニットの出力端子に接続されると共に、前記第２の基準電圧に基づいて電流を出力するＪ個の第２のアウトプットモジュールとを備え、
前記選択比較モジュールは、
前記第１の発光ユニットの出力電圧とＪ個の第２の発光ユニットの第２の出力電圧に関連した電圧が入力されると共に、これらの電圧のうち最も小さい電圧を出力する選択回路と、
前記選択回路から出力された電圧と前記第１の基準電圧を比較して、ハイレベル又はロウレベルのいずれかの電圧を出力する第１のコンパレータとを備える
ことを特徴とする電圧制御装置。

【請求項8】

前記Ｊ個の第２のアウトプットモジュールは、
前記第２の基準電圧が入力される非反転入力端子と、所定の電位の帰還電圧が入力される反転入力端子とを備えるオペアンプと、
前記第２の発光ユニットの出力端子に接続されるドレイン端子と、前記オペアンプの反転入力端子に接続されたソース端子と、前記オペアンプの出力端子に接続されるゲート端子と有するトランジスタと、
一端が前記トランジスタのソース端子に接続されると共に、他端が接地された帰還抵抗とを備え、
前記オペアンプは、前記第２の基準電圧と前記帰還電圧に基づいて、前記トランジスタのゲート端子に対して、前記トランジスタが飽和領域で動作するように電圧を出力する
ことを特徴とする請求項７に記載の電圧制御装置。

【請求項9】

Ｊ＝２であり、
前記選択比較モジュールは、
バイアス電圧と、前記第２の出力電圧のうち低い方の電圧を出力する第１の選択回路と、
前記第１の選択回路から出力された電圧と、前記第２の出力電圧のうち低い方の電圧を出力する第２の選択回路とを備え、
前記選択回路は、前記第１の発光ユニットの出力電圧と前記第２の選択回路から入力された電圧のうちの低い方の電圧を出力する
ことを特徴とする請求項７に記載の電圧制御装置。

【請求項10】

前記選択回路は、
所定の電流を出力する電流源と、
アノードが前記電流源に接続され、カソードに前記第１の発光ユニットの出力電圧が入力される第１のダイオードと、
アノードが前記電流源に接続されカソードに前記第２の出力電圧が入力されるＪ個の第２のダイオードと、
を備えることを特徴とする請求項７に記載の電圧制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は制御装置に関し、特に電圧制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

市場において多く見られる発光ダイオードの構造は、半導体のＰＮ接合によるものであり、高い発光効率と少ない消費電力といった優れた点を有することから、一般に広く受け入れられ利用されている。しかし、従来の発光ダイオードは、その構造が半導体のＰＮ接合の特性である制限を受けるため、単一の方向への導通に適しているに過ぎず、一般の交流電源が提供する交流信号を直接入力することが不便である。

【0003】

この問題を解決するため、従来の発光ダイオードと交流電源の間には力率補正用の駆動器を電気的に接続することが必要であったが、この力率補正用の駆動器が出力する直流信号は往々にして１００Ｈｚ／１２０Ｈｚの電圧リップルが重畳する。例えば、文献「Li,Ji-Shiuan; Liang,Tsorng-Juu; Senior Member IEEE,Chen,Kai-Hui; Li,Jhih-Sian，“Primary-Side Controller IC Design for Quasi-Resonant Flyback LED Driver”，IEEE 2015.pp.5308-5315」にはその出力の直流信号に電圧リップルが重畳していて、一般的な発光ダイオードのちらつきの原因となり、使用者は目が疲れるため、いかにして直流信号の電流リップルを減少させ、一般的な発光ダイオードの発光輝度のちらつきを抑えるかは、従来の発光ダイオード照明の重要な課題の１つであった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このため、本発明は、発光ダイオードの電流リップルを減少することができる電圧制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

このような課題を解決するため、本発明は、入力された電圧に基づいて発光する第１の発光ユニットの出力電圧を制御するための電圧制御装置において、前記第１の発光ユニットの出力電圧と、所定の電位の第１の基準電圧を比較して、ハイレベル又はロウレベルのいずれかの電圧を出力する選択比較モジュールと、前記選択比較モジュールから出力された信号に基づいて充放電を切り替える充放電モジュールを備える制御ユニットと、前記第１の発光ユニットの出力電圧が入力される第１の端子と、前記制御ユニットから電圧が入力される制御端子と、接地された第２の端子を有すると共に、前記制御ユニットによって、飽和領域で動作するように前記制御端子に電圧が入力されるアウトプットモジュールとを備える。

【発明の効果】

【0006】

このように、本発明は、制御ユニットでアウトプットモジュールが飽和領域で動作するように制御するので、第１の発光ダイオードの電流リップルを減少させることができる。
すなわち、充電スイッチモジュールと放電スイッチモジュールで、コンデンサに対して充電又は放電を行うことにより、第１の出力電圧（第１の発光ダイオードの出力電圧）を制御して、第１のトランジスタを飽和領域に操作し、第１の発光ダイオードの電流リップルを減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の電圧制御装置の第１の実施例を説明する回路ブロック図である。

【図2】本発明の電圧制御装置の第１の実施例を説明する選択回路の回路図である。

【図3】本発明の電圧制御装置におけるコンデンサの充電・放電の状態を説明する波形図である。

【図4】本発明の電圧制御装置における第１のトランジスタの特性曲線図である。

【図5】本発明の電圧制御装置の第２の実施例を説明する回路ブロック図である。

【図6】本発明の電圧制御装置の第３の実施例を説明する回路ブロック図である。

【図7】本発明の電圧制御装置の第３の実施例を説明する選択回路の第１の態様（Ｊ＝１）の回路図である。

【図8】本発明の電圧制御装置の第３の実施例を説明する選択回路の第１の態様（Ｊ＝２）の回路図である。

【図9】本発明の電圧制御装置の第３の実施例を説明する選択回路の第２の態様の回路図である。

【図10】本発明の電圧制御装置の第４の実施例を説明する回路図である。

【図11】本発明の電圧制御装置の第５の実施例を説明する回路図である。

【図12】本発明の電圧制御装置の第６の実施例を説明する回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図１を参照して本発明の実施例を説明する。ここで、図１は本発明の電圧制御装置の第１の実施例を説明する回路ブロック図である。電圧制御装置は、入力ユニット１、第１の発光ユニット２、第１のトランジスタＭ１、及び制御ユニット３を備える。

【0009】

入力ユニット１は交流電源４に接続され、交流電圧Ｖ_ACが入力され、入力電圧Ｖｉｎを生成する。また、入力ユニット１は整流モジュール１１と、力率補正モジュール１２を備える。整流モジュール１１は交流電源４に接続され、交流電圧Ｖ_ACが入力され、交流電圧Ｖ_ACを整流して整流電圧Ｖを生成する。力率補正モジュール１２は整流モジュール１１に接続され、整流電圧Ｖが入力され、この整流電圧Ｖに基づいて調整し入力電圧Ｖｉｎを生成する。なお、力率補正モジュール１２の第２の出力端子は図１に示すとおり接地しても良い。

【0010】

発光ユニット２は入力ユニット１の力率補正モジュール１２に接続され、一端に入力電圧Ｖｉｎが入力される。また、発光ユニット２は入力電圧Ｖｉｎに基づいて、他端から出力電圧Ｖｏ１を出力する。

【0011】

第１のトランジスタＭ１（アウトプットモジュール）は、第１の発光ユニット２の他端（第２の端子、即ち出力端子）に接続された第１の端子と、接地された第２の端子と、後述する第１の制御信号Ｓ１が入力される制御端子を備える。なお、第２の端子は必ずしも接地する必要はなく、後述するコンデンサＣの他端と同電位であれば差し支えない。また、第１のトランジスタＭ１は、詳しくは後述する第１の制御信号Ｓ１に基づいて飽和領域で動作するよう制御される。更に、第１のトランジスタＭ１は、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴであり、第１の端子、第２の端子、及び第３の端子（制御端子）は、それぞれドレイン、ソース、及びゲートである。

【0012】

制御ユニット３は、比較選択モジュール３１、充電スイッチモジュール３２、放電スイッチモジュール３３、及びコンデンサＣを備える。また、充電スイッチモジュール３２、放電スイッチモジュール３３、及びコンデンサＣで充放電モジュールを構成する。
選択比較モジュール３１は第１の出力電圧Ｖｏ１が入力されるように第１の発光ユニット２の第２の端子に接続されると共に、第１の出力電圧Ｖｏ１に関する電圧と第１の基準電圧Ｖｒ１に基づいて、ハイレベル又はロウレベルのいずれか１つの電圧である第１の比較信号Ｓ２を出力する。この実施例において、選択比較モジュール３１は選択回路３１１、及び第１のコンパレータ３１２を備える。

【0013】

選択回路３１１は、第１の発光ユニット２の第２の端子から第１の出力電圧Ｖｏ１が入力されるように接続されると共にバイアス電圧Ｖｄが入力され、これらの電圧に基づいて選択電圧Ｖｃを出力する。なお、バイアス電圧Ｖｄ＞第１の出力電圧Ｖｏ１の関係となるようにバイアス電圧Ｖｄは設定される。

【0014】

第１のコンパレータ３１２は、選択電圧Ｖｃが入力されるように選択回路３１１に接続された非反転入力端子と、第１基準電圧Ｖｒ１が入力される反転入力端子を備え、出力端子から第１の比較信号Ｓ２を出力する。

【0015】

続いて、図２を参照して説明する。ここで、図２は本発明の電圧制御装置の第１の実施例を説明する選択回路３１１の回路図である。選択回路３１１は第２のコンパレータ３１３、第１のＮＯＴゲート３１４、及び直列に接続された第１のスイッチ３１５、第２のスイッチ３１６を備える。なお、第１のＮＯＴゲート３１４は後述する第１の選択信号Ｓ５を反転できれば、必ずしもＮＯＴゲートである必要はなく、他の論理回路でも差し支えない。

【0016】

第２のコンパレータ３１３は、第１の出力電圧Ｖｏ１が入力されるように、第１の発光ユニット２の第２の端子に接続された非反転入力端子と、バイアス電圧Ｖｄが入力される反転入力端子と、出力端子を備える。また、第２のコンパレータ３１３は、第１の出力電圧Ｖｏ１とバイアス電圧Ｖｄに基づいて、出力端子からハイレベル若しくはロウレベルのいずれか１つの電圧である第１の選択信号Ｓ５を出力する。具体的には、第１の出力電圧Ｖｏ１がバイアス電圧Ｖｄよりも高い場合には、第１の選択信号Ｓ５はハイレベルとなる。

【0017】

第１のＮＯＴゲート３１４は、第１の選択信号Ｓ５が入力されるように第２のコンパレータ３１３の出力端子に接続された第１の端子と、第２の端子を備える。また、ＮＯＴゲートは第１の選択信号Ｓ５に基づいて、第２の端子にハイレベル又はロウレベルのいずれか１つの電圧である第１の変更信号Ｓ６を出力する。

【0018】

他端同士が直列に接続された第１のスイッチ３１５と第２のスイッチ３１６は、第２のコンパレータの非反転入力端子と反転入力端子の間に接続され、第１のスイッチ３１５と第２のスイッチ３１６の一端はそれぞれ第２のコンパレータ３１３の非反転入力端子及び反転入力端子に接続され、第１のスイッチ３１５、第２のスイッチ３１６にはそれぞれ第１の変更信号Ｓ６、第１の選択信号Ｓ５が入力され、導通若しくは非導通となり、且つ選択回路３１１は第１のスイッチ３１５、第２のスイッチ３１６に共通する接続点から選択電圧Ｖｃを出力する。なお、バイアス電圧Ｖｄ＞第１の出力電圧Ｖｏ１の関係となるようにバイアス電圧Ｖｄは設定されるので、実際にはＶｃはＶｏ１となる。

【0019】

ここで、第１の選択信号Ｓ５がハイレベルのとき、第１の変更信号Ｓ６は反転するのでロウレベルとなり、第１のスイッチ３１５には第１の変更信号Ｓ６が入力され、非導通となるように制御されると共に、第２のスイッチ３１６には第１の選択信号Ｓ５が入力され、導通するように制御される。また、第１の選択信号Ｓ５がロウレベルのとき、第１の変更信号Ｓ６はハイレベルとなるので、第１のスイッチ３１５には第１の変更信号Ｓ６が入力され導通するように制御され、第２のスイッチ３１６には第１の選択信号Ｓ５が入力され非導通となるように制御される。

【0020】

図１の充電スイッチモジュール３２は、第１の比較信号Ｓ２が入力されるように選択比較モジュール３１に接続された入力端子、及び出力端子を備える。充電スイッチモジュール３２は第１の比較信号Ｓ２に基づいて充電電流Ｉ１を出力端子から出力する。充電スイッチモジュール３２は充電スイッチ３２１、及び充電電流源３２２を備える。充電スイッチ３２１は充電スイッチモジュール３２の出力端子に接続された第１の端子、及び第２の端子を備え、充電スイッチ３２１に第１の比較信号Ｓ２が入力されることにより、導通又は非導通となるように制御される。充電電流源３２２は、充電スイッチ３２１の第２の端子に接続され、充電電流Ｉ１を出力する。

【0021】

放電スイッチモジュール３３は、第１の比較信号Ｓ２が入力されるように選択比較モジュール３１に接続されており、且つ、充電スイッチモジュール３２の出力端子に接続されている。放電スイッチモジュール３３は第２のＮＯＴゲート３３１、放電スイッチ３３２、及び放電電流源３３３を備える。第２のＮＯＴゲート３３１は、選択比較モジュール３１から第１の比較信号Ｓ２が入力される第１の端子と、第２の端子を備える。第２のＮＯＴゲート３３１は第１の比較信号Ｓ２に基づいて、第２の端子から切換信号Ｓ３を出力する。放電スイッチ３３２と放電電流源３３３は、充電スイッチモジュール３２の出力端子とグランドの間に直列に接続される。放電スイッチ３３２は充電スイッチモジュール３２の出力端子に接続され、且つ、放電電流源３３３は接地され、放電スイッチ３３２は切換信号Ｓ３が入力されて導通又は非導通となるように制御される。

【0022】

コンデンサＣは充電スイッチモジュール３２の出力端子及び第１のトランジスタＭ１の制御端子に接続された第１の端子と、接地された第２の端子を備え、コンデンサＣの両端の電位差は第１の制御信号Ｓ１の電圧に基づくものとなる。

【0023】

以下、図３を参照し、制御ユニット３の充電スイッチモジュール３２と放電スイッチモジュール３３の操作時の動作を説明することにより、充電モード及び放電モードについて詳細に説明する。ここで、図３は本発明の電圧制御装置におけるコンデンサの充電・放電の状態を説明する波形図である。

【0024】

充電モード：
第１のコンパレータ３１２は、入力された選択電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒ１より高い場合には、第１のコンパレータ３１２が出力する第１の比較信号Ｓ２はハイレベルとなり、且つ充電スイッチ３２１にはハイレベルの第１の比較信号Ｓ２が入力されて導通されるように制御される。また、第１の比較信号Ｓ２はハイレベルなので、第２のＮＯＴゲート３３１が出力する切換信号Ｓ３はロウレベルとなり、放電スイッチ３３２にはロウレベルの切換信号Ｓ３が入力されて非導通状態となるよう制御される。

【0025】

このとき、充電電流Ｉ１は充電スイッチ３２１を流れてコンデンサＣに直接流入するので、コンデンサＣは充電電流Ｉ１により充電される。このため、第１の制御信号Ｓ１の電圧は上昇し、且つ、第１のトランジスタＭ１は第１の制御信号Ｓ１に基づいて飽和領域で動作するように制御され、第１の発光ユニット２の電流Ｉ３は所定の値に保たれる。

【0026】

放電モード：
第１のコンパレータ３１２は、入力された選択電圧Ｖｃが基準電圧Ｖｒ１より低い場合には、第１のコンパレータ３１２が出力する第１の比較信号Ｓ２はロウレベルとなり、且つ充電スイッチ３２１にはロウレベルの第１の比較信号Ｓ２が入力されて非導通となるように制御される。また、第１の比較信号Ｓ２はロウレベルなので、第２のＮＯＴゲート３３１が出力する切換信号Ｓ３はハイレベルとなり、放電スイッチ３３２にはハイレベルの切換信号Ｓ３が入力されて導通状態となるよう制御される。

【0027】

このとき、コンデンサＣに蓄電された電圧は放電電流源３３３が出力する放電電流Ｉ２が流れることにより、放電スイッチモジュール３３によって放電される。このため、第１の制御信号Ｓ１の電圧は降下し、且つ、第１のトランジスタＭ１は第１の制御信号Ｓ１に基づいて引き続き飽和領域で動作するよう制御され、第１の発光ユニット２の電流Ｉ３は所定の値に保たれる。

【0028】

すなわち、本発明の電圧制御装置は充電スイッチモジュール３２と放電スイッチモジュール３３の組み合わせにより、適宜コンデンサＣに充電又は放電を行って、第１のトランジスタＭ１を飽和領域で動作するよう制御することにより、第１の発光ユニット２を流れる電流Ｉ３を所定の値に維持するように制御して、第１の発光ユニット２の電流Ｉ３の電流リップルを減少させることができる。

【0029】

また、本発明は充電電流源３２２と放電電流源３３３を調整することにより充電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２の電流量を制御し、コンデンサＣの充電速度と放電速度を変更することができる。更に、図３において、第１の出力電圧Ｖｏ１と第１の基準電圧Ｖｒ１の波形はそれぞれ正弦波と直流電圧であり、充電電流源３２２と放電電流源３３３を調整することにより、充電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２の電流比を１：９とさせる。

【0030】

図３に示すように、第１の出力電圧Ｖｏ１の電圧値が一点鎖線で示された第１の基準電圧を下回ると、放電モードとなるが、第１の出力電圧Ｖｏ１の電圧値が第１の基準電圧が上回ると、再び充電モードに移行する。

【0031】

図３の例では、充電電流Ｉ１がコンデンサＣに充電して飽和するまでの時間は、コンデンサＣが放電電流Ｉ２によって放電されるまでの時間の９倍であるが、これには限られず適宜調整することができる。

【0032】

次に、図４を参照してトランジスタＭ１の動作を説明する。ここで、図４は本発明の電圧制御装置における第１のトランジスタの特性曲線図である。また、図４において縦軸は電流Ｉ３を示し、横軸はドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（Ｖｏ１）を示す。なお、Ｖｇｓは第１のトランジスタＭ１の制御端子と第２の端子の電圧差（ゲート−ソース間電圧）であり、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓは第１のトランジスタＭ１の第１の端子と第２の端子の間の電圧差である。

【0033】

図４では、第１のトランジスタＭ１における飽和領域と線形領域のしきい電圧は第１の基準電圧Ｖｒ１である。このため、本発明は第１のトランジスタＭ１を飽和領域で継続して動作させることができ、第１のトランジスタＭ１のゲート−ソース間電圧Ｖｇｓの値に拘わらず、いずれも充電スイッチモジュール３２又は放電スイッチモジュール３３によって、コンデンサＣを長時間かけて充電し若しくは短時間で放電すると共に、第１の制御信号Ｓ１を制御することにより第１のトランジスタＭ１のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを第１の基準電圧Ｖｒ１以上に保たせることができ、電流Ｉ３を所定の値に維持させる。

【0034】

図５を参照して、本発明の電圧制御装置の第２の実施例を説明する。ここで、図５は、本発明の電圧制御装置の第２の実施例を説明する回路ブロック図である。図１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。異なる点は、選択回路３１１ａは所定の電流を生成する電流源９６、第１のダイオードＤ１を備えることである。第１のダイオードＤ１のアノードは、コンパレータ３１２の非反転入力端子と電流源９６に接続され、この電流源９６から所定の電流Ｉが入力される。

【0035】

なお、ここで第１のダイオードＤ１は理想的なダイオードであるものとし、所定の電流Ｉが入力されて第１のダイオードＤ１が導通した時、第１のダイオードＤ１のアノードは、第１の出力電圧Ｖｏ１に等しい選択電圧Ｖｃを出力し、第１のコンパレータ３１２は選択電圧Ｖｃと第１の基準電圧Ｖｒ１に基づいて、その出力端子から第１の比較信号Ｓ２を出力する。なお、その他の動作は上述した第１の実施例と同一なので、説明を省略する。

【0036】

続いて、図６を参照して本発明の電圧制御装置の第３の実施例を説明する。なお、第１の実施例と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。本実施例では、第１の発光ユニット２に加えて、Ｊ個（Ｊは１以上の整数）の第２の発光ユニット７を具える。また、図６では第２の発光ユニット７が２つなので、Ｊ＝２の例である。

【0037】

抵抗Ｒは第１のトランジスタＭ１の第２の端子とグランドの間に接続されており、抵抗Ｒの両端の電位差は第２の基準電圧Ｖｒ２となる。

【0038】

第２の発光ユニット７の第１の端子は、入力電圧Ｖｉｎが入力されるように、第１の発光ユニット２の第１の端子に接続されており、第２の発光ユニット７の第２の端子は、アウトプットモジュール１０（第２のアウトプットモジュール）に接続される。

【0039】

第２の発光ユニット７は入力電圧Ｖｉｎに基づいて、第２の端子から第２の出力電圧Ｖｏ２を出力する。

【0040】

更に、第２の端子から出力された第２の出力電圧Ｖｏ２は、上述したアウトプットモジュール１０に加え、選択回路３１１ｂにも入力される。なお、後述する図８に示すように、第２の出力電圧Ｖｏ２は、選択比較モジュール３１の選択回路６１に入力しても良い。

【0041】

第２のアウトプットモジュール１０は、第２の基準電圧Ｖｒ２が入力されるように、第２の発光ユニット７の第２の端子と第１のトランジスタＭ１の第２の端子の間に接続され、第２の基準電圧Ｖｒ２に基づいて電流Ｉ４を出力する。

【0042】

第２のアウトプットモジュール１０は第２のトランジスタＭ２、オペアンプ８、及び帰還抵抗Ｒｆを備える。

【0043】

第２のトランジスタＭ２は第２の発光ユニット７の第２の端子に接続された第１の端子と、第２の端子と、後述する第２の制御信号Ｓ４が入力される制御端子を備え、第２のトランジスタＭ２は第２の制御信号Ｓ４に基づいて飽和領域で動作するよう制御される。

【0044】

オペアンプ８は、第２の基準電圧Ｖｒ２が入力されるように第１のトランジスタＭ１の第２の端子に接続された非反転入力端子と、帰還電圧Ｖｆが入力されるように第２のトランジスタＭ２の第２の端子に接続された反転入力端子と、第２のトランジスタＭ２の制御端子に接続された出力端子を備える。また、オペアンプ８は第２の基準電圧Ｖｒ２と帰還電圧Ｖｆに基づいて、出力端子から第２の制御信号Ｓ４を第２のトランジスタＭ２の制御端子に出力する。

【0045】

帰還抵抗Ｒｆは第２のトランジスタＭ２の第２の端子とグランドの間に接続されるので、帰還抵抗Ｒｆの両端の間の電位差は帰還電圧Ｖｆとなる。

【0046】

選択比較モジュール３１の選択回路３１１ｂは、Ｊ個（図６ではＪ＝２）の第２の出力電圧Ｖｏ２と第１の出力電圧Ｖｏ１が入力されるように、Ｊ個の第２の発光ユニット７と第１の発光ユニット２に接続されており、且つ第１の出力電圧Ｖｏ１とＪ個の第２の出力電圧Ｖｏ２に基づいて、選択電圧Ｖｃを出力する。

【0047】

図７と図８を参照して選択回路３１１ｂの構成を説明する。ここで、図７は本発明の電圧制御装置の第３の実施例を説明する選択回路の第１の態様（Ｊ＝１）の回路図である。また、図８は、本発明の電圧制御装置の第３の実施例を説明する選択回路の第１の態様（Ｊ＝２）の回路図である。なお、符号３１１の選択回路の構成と動作は同一の符号を付した図２の選択回路３１１と同様である。

【0048】

また、第２のコンパレータ３１３、第１のＮＯＴゲート３１４、第１のスイッチ３１５、第２のスイッチ３１６の構成については、同一の符号を付した選択回路３１１におけるものと同一であるが、これらの素子で構成された選択回路６１は、選択回路３１１と比較して、第２の発光ユニット７の出力電圧Ｖｏ２が直接入力される点において異なっている。

【0049】

以下、図７と図８を参照して、図２と異なる点についてのみ説明する。一方の選択回路６１の端子（図８における中央の選択回路）にはバイアス電圧Ｖｄが入力され、このバイアス電圧Ｖｄは、図８に示すように、選択回路６１の構成部品である１番目のコンパレータ３１３（図８における中央のコンパレータ３１３）の反転入力端子に入力される他、１番目の第２のスイッチ３１６の一端にも入力される。

【0050】

また、この１番目の第２のスイッチ３１６の他端は、２番目の第２のコンパレータ３１３（図８における右側のコンパレータ）の反転入力端子、及び２番目の第２のスイッチ３１６の一端に接続される。更に、２番目の第２のスイッチ３１６の出力は、選択回路３１１を構成する第１のコンパレータ３１３（図８における左側のコンパレータ）の反転入力端子に接続される。

【0051】

なお、図７はＪ＝１の場合の実施例であるが、図８の実施例と比較して、選択回路３１１ｂの第２のスイッチ３１６の他端が、選択回路３１１を構成する第１のコンパレータ３１３の反転入力端子に直接接続される点を除き同様である。

【0052】

図８の例ではＪ＝２を例に説明したが、Ｊが３以上の場合でも基本的には同様であり、２番目の第２のスイッチ３１６の出力を、Ｊ＝３に対応する追加された３番目の第２のコンパレータ３１３の反転入力端子及び第２のスイッチ３１６の第１の端子に接続し、３番目の第２のスイッチの他端を選択回路３１１を構成する第２のコンパレータ３１３の反転入力端子に接続すれば良い。

【0053】

以下、図８を参照して、Ｊ＝２を例にとり、動作を説明する。なお、図６に示すように、帰還抵抗Ｒｆ、帰還電圧Ｖｆ、及び第２の出力電圧Ｖｏ２は同一の符号を付するが、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値は同一でも異なっていても差し支えない。

【0054】

選択回路３１１には、第１の出力電圧Ｖｏ１、並びに選択回路６１を介して第２の出力電圧Ｖｏ２又はバイアス電圧Ｖｄが入力される。ここで、第２の出力電圧Ｖｏ２が入力される理由は後述する。また、選択回路３１１は、第１の出力電圧Ｖｏ１及び第２の出力電圧Ｖｏ２に基づいて、選択電圧Ｖｃを出力する。

【0055】

以下、具体例を挙げて説明する。第２の発光ユニット７の第２の出力電圧Ｖｏ２が最小であり、バイアス電圧Ｖｄより低い時（すなわち、Ｖｏ２がＶｄ及びＶｏ１より低い場合であり、上述したようにバイアス電圧Ｖｄは、バイアス電圧Ｖｄ＞第１の出力電圧Ｖｏ１の関係にあるので、Ｖｄ＞Ｖｏ１＞Ｖｏ２の関係となる。従って、バイアス電圧Ｖｄは常に一番大きな値となり、その結果、バイアス電圧Ｖｄが選択電圧Ｖｃとして出力されることはないので、図８における中央の選択回路６１は必ずしも必要ない。同様の理由により、図７は実質的には出力電圧Ｖｏ１と出力電圧Ｖｏ２の２択となるので、選択電圧Ｖｄが入力される第２のコンパレータ３１３は省略しても良い。）は、選択回路６１を構成する１番目の第２のコンパレータ３１３の出力電圧はロウレベル（Ｓ７＝０）となるので、第１のＮＯＴゲート３１４を経た電圧はハイレベル（Ｓ８＝１）となる。よって、第１のスイッチ３１５はオンとなり、第２のスイッチ３１６はオフとなる。

【0056】

そのため、第２の出力電圧Ｖｏ２は、第１のスイッチ３１５を介して、１番目の選択回路６１から出力され、２番目の選択回路６１の反転入力端子及び第２のスイッチ３１６に入力される。

【0057】

２番目の選択回路６１は、この１番目の選択回路６１からの第２の出力電圧Ｖｏ２と２番目の第２の発光ユニット７の第２の出力電圧Ｖｏ２に基づいて、信号を出力するが、どちらも第２の出力電圧Ｖｏ２なので、第２のコンパレータ３１３は出力端子からＶｏ２を出力する。

【0058】

選択回路３１１を構成する第２のコンパレータ３１３は、最小のＶｏ２と最小ではないＶｏ１を比較するので、ハイレベル（Ｓ５＝１）を出力することとなり、ＮＯＴゲートを介して反転（Ｓ６＝０）された第１のスイッチ３１５はオフとなる一方で、第２のスイッチ３１６はオンとなり、Ｖｏ２は選択電圧Ｖｃとして出力される。換言すると、選択電圧Ｖｃとしては、バイアス電圧Ｖｄ、第１の出力電圧Ｖｏ１、第２の出力電圧Ｖｏ２の中で最小のものが選ばれることとなる。

【0059】

なお、選択電圧Ｖｃが第１のコンパレータ３１２に入力されてから、第１の制御信号Ｓ１が出力されるまでの動作は、同一の部品で構成された図１と同様なので説明を省略する。

【0060】

図６において、第１のトランジスタＭ１は、第１の制御信号Ｓ１が入力されて飽和領域で動作するよう制御されたとき、第１の発光ユニット２を流れる電流Ｉ３は、所定の値に維持され、且つ第２の基準電圧Ｖｒ２は以下の公式１に示すとおりであり、第２の発光ユニット７を流れる電流Ｉ４は以下の公式に示すとおりである。
Ｉ３＝Ｖｒ２／ｒ （公式１）
Ｉ４＝Ｖｆ／ｒｆ （公式２）

【0061】

ここで、パラメータｒは抵抗Ｒの抵抗値であり、パラメータｒｆは帰還抵抗Ｒｆの抵抗値である。

【0062】

オペアンプ８の反転入力端子の帰還電圧Ｖｆは、その非反転入力端子の第２の基準電圧Ｖｒ２に等しくなるので、抵抗Ｒと帰還抵抗Ｒｆのそれぞれの対応する抵抗値ｒ、ｒｆを調整することにより、第１の発光ユニット２、及び第２の発光ユニット７を流れる電流Ｉ３、Ｉ４を調整することができる。

【0063】

なお、図６の選択回路３１１ｂは、その他の回路素子を用いて構成しても差し支えなく、図９に示す本実施例の第２の態様のとおり、選択回路３１１ｃは、電流源９６、第１のダイオードＤ１、及びＪ個の第２のダイオードＤ２で構成しても良い。

【0064】

図９の電流源９６は所定の電流Ｉを出力する。第１のダイオードＤ１は、アノードに所定の電流Ｉの一部が入力されるように電流源９６と接続され、カソードに第１の出力電圧Ｖｏ１が入力されるように、第１の発光ユニット２の第２の端子と接続される。

【0065】

複数の第２のダイオードＤ２は、アノードに所定の電流Ｉの一部が入力されるように電流源９６と接続され、カソードに第２の出力電圧Ｖｏ２が入力されるように、第２の発光ユニット７の第２の端子と接続される。なお、図９では第２のダイオードＤ２が２つの場合を例に説明したが、３つ以上でも差し支えない。

【0066】

ここで、選択回路３１１ｃの第２の態様の動作について説明を補足する。第１の出力電圧Ｖｏ１の電圧値が最小のとき、第１のダイオードＤ１が先ず導通し、第１のダイオードＤ１のアノードとカソードの電圧値は第１の出力電圧Ｖｏ１と等しくなる（ただし、第１のダイオードは理想的なダイオードとする）。このとき、第２のダイオードＤ２はいずれも非導通となるので、選択回路３１１ｃは、第１のコンパレータ３１２の非反転入力端子に入力されるように、第１の出力電圧Ｖｏ１に等しい選択電圧Ｖｃを出力する。

【0067】

図１０を参照して本発明の電圧制御装置の第４の実施例について説明する。上述した実施例と異なる点は、比較モジュール３１は選択回路３１１を備えず、第１のコンパレータ３１２のみを備える点である。また、第１のコンパレータ３１２の非反転入力端子は、第１の出力電圧Ｖｏ１が入力されるように第１の発光ユニット２の第２の端子に接続されている。また、第１のコンパレータ３１２は、第１の出力電圧Ｖｏ１と第１の基準電圧Ｖｒ１に基づいて、出力端子から第１の比較信号Ｓ２を出力する。その他の動作は第１の実施例と共通するので説明を省略する。

【0068】

つづいて、図１１を参照して本発明の電圧制御装置の第５の実施例について説明する。図１１の実施例は、機能的には図６及び図８の実施例と同様である。異なる点は、図６及び図８の実施例では選択回路３１１ｂに選択回路６１が内蔵されているが、図１１の実施例では、２つの選択回路６１を、制御ユニット３とは別に設け、第２の発光ユニット７側に設けたことである。

【0069】

次に、図１１の回路の接続関係を説明する。二つの選択回路６１のうち、図１１において、右側の選択回路６１にはバイアス電圧Ｖｄと第２の出力電圧Ｖｏ２が入力される。ここでは、Ｖｄ＞Ｖｏ１＞Ｖｏ２の関係なので、右側の選択回路６１からは、出力電圧Ｖｏ２が出力される。次に、左側の選択回路６１には、上述した右側の選択回路６１から入力された出力電圧Ｖｏ２と、左側の第２の発光ユニット７から入力された第２の出力電圧Ｖｏ２が入力されるが、いずれも出力電圧Ｖｏ２なので、選択回路３１１ｂに対してはＶｏ２を出力する。また、第１の発光ユニット２からは、第１の出力電圧Ｖｏ１が選択回路３１１ｂに入力される。選択回路３１１ｂは、これらの電圧に基づいてＶｃを出力するが、第２の出力電圧Ｖｏ２の方が小さいので、選択電圧Ｖｃは第２の出力電圧Ｖｏ２となる。その他の動作は図６及び図８の実施例と同様なので説明を省略する。

【0070】

次に、図１２を参照して本発明の第６の実施例を説明する。図１２の実施例は、図９及び図６の実施例と基本的に同様の動作をする。異なる点は、図９及び図６の実施例では選択回路３１１ｃに２つのダイオードＤ２が内蔵されているが、図１２の実施例では、２つのダイオードＤ２を、制御ユニット３とは別に設け、第２の発光ユニット７側に設けたことである。

【0071】

図１２に示す第６の実施例のとおり、選択回路３１１ｃは、電流源９６、第１のダイオードＤ１で構成する。ただし、Ｊ個の第２のダイオードＤ２は制御ユニット３の外に設ける。

【0072】

図１２の電流源９６は所定の電流Ｉを出力する。第１のダイオードＤ１は、アノードに所定の電流Ｉの一部が入力されるように電流源９６と接続され、カソードに第１の出力電圧Ｖｏ１が入力されるように、第１の発光ユニット２の第２の端子と接続される。

【0073】

制御回路３の外に設けられた複数の第２のダイオードＤ２は、アノードに所定の電流Ｉの一部が入力されるように電流源９６と接続され、カソードに第２の出力電圧Ｖｏ２が入力されるように、第２の発光ユニット７の第２の端子と接続される。なお、図１２では第２のダイオードＤ２が２つの場合を例に説明したが、３つ以上でも差し支えない。

【0074】

次に、本実施例における選択回路３１１ｃの動作について説明を補足する。第１の出力電圧Ｖｏ１の電圧値が最小のとき、第１のダイオードＤ１が先ず導通し、第１のダイオードＤ１のアノードとカソードの電圧値は第１の出力電圧Ｖｏ１と等しくなる（ただし、第１のダイオードは理想的なダイオードとする）。このとき、第２のダイオードＤ２はいずれも非導通となるので、選択回路３１１ｃは、第１のコンパレータ３１２の非反転入力端子に入力されるように、第１の出力電圧Ｖｏ１に等しい選択電圧Ｖｃを出力する。その他の動作は図９及び図６の実施例と同様なので説明を省略する。

【0075】

以上のように、本発明の電圧制御装置は充電スイッチモジュール３２と放電スイッチモジュール３３が相俟ってコンデンサＣに対して充電又は放電を行ない、第１のトランジスタＭ１の第１の端子と第２の端子の間のドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓを第１の基準電圧Ｖｒ１以上に維持し、第１のトランジスタＭ１が飽和領域で動作するよう制御し、第１の発光ユニット２を流れる電流Ｉ３を所定の値に維持させて、電流Ｉ３の電流リップルを減少させることができる。また、抵抗Ｒと帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を調整することにより、電流Ｉ３、Ｉ４の大きさを制御することができ、電流Ｉ３と電流Ｉ４の大きさを等しくすることも異ならせることもできる。

【0076】

なお、上述の説明は本発明の実施例に過ぎず、本発明の範囲はこれらの実施例に限られるものではなく、本発明と同様の作用効果を奏する簡単な変更に過ぎないものも本発明の技術的範囲に属するものとする。

【符号の説明】

【0077】

１ 入力ユニット
２ 第１の発光ユニット
３ 制御ユニット
４ 交流電源
７ 第２の発光ユニット
８ オペアンプ
１０ アウトプットモジュール
１１ 整流モジュール
１２ 力率補正モジュール
３１ 選択比較モジュール
３２ 充電スイッチモジュール
３３ 放電スイッチモジュール
６１ 選択回路
９６ 電流源
３１１ 選択回路
３１１ａ 選択回路
３１１ｂ 選択回路
３１１ｃ 選択回路
３１２ 第１のコンパレータ
３１３ 第２のコンパレータ
３１４ 第１のＮＯＴゲート
３１５ 第１のスイッチ
３１６ 第２のスイッチ
３２１ 充電スイッチ
３２２ 充電電流源
３３１ 第２のＮＯＴゲート
３３２ 放電スイッチ
３３３ 放電電流源
Ｃ コンデンサ
Ｄ１ 第１のダイオード
Ｄ２ 第２のダイオード
Ｍ１ 第１のトランジスタ
Ｍ２ 第２のトランジスタ
Ｒ 抵抗
Ｒｆ 帰還抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】