JP2006081321A - コンデンサ充電装置、そのための半導体集積回路、及びコンデンサ充放電システム - Google Patents

Abstract

【課題】コンデンサの充電制御において、変圧器一次側のオン時間及びオフ時間を、それぞれ別々に制御して、充電時間や電力効率を最適にする。
【解決手段】コンデンサの充電制御において、変圧器一次側のオン時間を一次電流検出信号がピーク検出用所定値に達するまで継続し、変圧器一次側のオフ時間を一次電流ピーク検出信号を受けてから計時して終了信号を発生する。そのオフ時間を、コンデンサの充電電圧に反比例させる。また、オフ時間を、調整用抵抗により変更する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ストロボ用などのコンデンサを充電するコンデンサ充電装置、そのための半導体集積回路、及びそれらを用いたコンデンサ充放電システムに関する。

フィルムカメラ、ディジタルスチルカメラ、ディジタルビデオカメラ等の撮像装置には、エネルギーを充放電するためのコンデンサを備えたストロボ装置が用いられる。

そのコンデンサの充電装置として、撮像装置に使用される電源の電流放出能力の高低に依らずに、撮像装置の動作に必要な電源電圧を維持したまま確実なストロボ充電動作を行うようにしたものが、特許文献１に提示されている。

この特許文献１では、電源電圧が供給される変圧器の一次側にスイッチを設け、変圧器の二次側に発生される電圧をコンデンサに充電する。その電源電圧を電圧検出手段により充電動作中に検出し、その電源電圧が所定電圧より大きいことが検出されている場合には、充電動作時の供給電流が増加し設定されたピーク電流値に達すると該ピーク電流値を保持して所定の充電電圧が得られるまで充電動作を行う。また、充電動作中の電源電圧が所定電圧より小さくなったことが検出された場合には、充電動作を一時停止させ、電源電圧が上昇すると充電動作を再開するようにしている。

特許文献１では、ストロボ用コンデンサへの充電動作を、電源の電力供給能力やその電源電圧に応じて制御することが記載されているが、変圧器一次側のスイッチの制御については具体的に記載されていない。

しかし、ストロボ用コンデンサの充電装置では、充電動作を行わせる際の変圧器の一次側の電流を流すオン期間と、一次側の電流をオフし二次側のコンデンサを充電するオフ期間とのタイミングをどのように調整するかが、充電時間や電力効率の観点から重要である。
特許３４９７１９０号明細書

そこで、本発明は、コンデンサの充電制御において、変圧器一次側のオン時間及びオフ時間を、それぞれ別々に制御して、充電時間や電力効率を最適にすることができるコンデンサ充電装置を提供することを目的とする。また、そのコンデンサ充電装置ための半導体集積回路、及びそれらを用いたコンデンサ充放電システムを提供することを目的とする。

請求項１のコンデンサ充電装置は、スイッチ駆動信号に応じてオンするスイッチ手段と変圧器の一次巻線とが直列に接続された回路に電源電圧が印加され、前記変圧器の二次巻線に接続され得るコンデンサを充電するコンデンサ充電装置において、
前記スイッチ駆動信号が発生されて前記スイッチ手段がオンしているときに、前記一次巻線に流れる一次電流に応じた一次電流検出信号を検出する一次電流検出手段と、
前記一次電流検出信号がピーク検出用所定値に達したときに、前記スイッチ駆動信号を停止して前記スイッチ手段をオフするための一次電流ピーク検出信号を発生する一次電流ピーク検出回路と、
前記一次電流ピーク検出信号を受けてオフ時間の計時を開始し、そのオフ時間を計時したときに、前記スイッチ駆動信号を発生し前記スイッチ手段をオンするためのオフ時間終了信号を発生するオフ時間検出回路とを備えることを特徴とする。

請求項２のコンデンサ充電装置は、請求項１に記載のコンデンサ充電装置において、前記オフ時間検出回路は、前記コンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、前記充電電圧が高くなるに連れて前記オフ時間が短くなることを特徴とする。

請求項３のコンデンサ充電装置は、請求項２に記載のコンデンサ充電装置において、前記オフ時間検出回路は、さらに所定電圧が入力され、該所定電圧に応じた電圧と前記充電電圧に応じた電圧との高い方の電圧に基づいて、前記オフ時間が決定されることを特徴とする。

請求項４のコンデンサ充電装置は、請求項２または３に記載のコンデンサ充電装置において、前記オフ時間検出回路は、前記充電電圧に応じた電圧を、所定の制限電圧に制限する電圧制限回路を有することを特徴とする。

請求項５のコンデンサ充電装置は、請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサ充電装置において、前記オフ時間検出回路は、印加される電圧に応じて流れる電流が定まる所定抵抗値のオフ時間調整用抵抗を有し、該オフ時間調整用抵抗の抵抗値を変更可能にしたことを特徴とする。

請求項６のコンデンサ充電装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサ充電装置において、前記一次電流ピーク検出回路は、前記電源電圧に応じた電圧を前記ピーク検出用所定値とし、一次電流ピークレベルを前記電源電圧に応じて変更することを特徴とする。

請求項７のコンデンサ充電装置は、請求項１乃至６のいずれかに記載のコンデンサ充電装置において、前記コンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、その電圧が満充電検出用所定値を超えたときに満充電検出信号を出力する満充電検出回路を有し、該満充電検出信号に応じて前記スイッチ駆動信号を停止するとともに満充電検出を外部に通知することを特徴とする。

請求項８のコンデンサ充電装置は、請求項７に記載のコンデンサ充電装置において、前記コンデンサ充電装置のための制御電圧が印加されたときに、外部からの充電開始信号を待たずに、前記コンデンサへの充電動作を開始するとともに、前記満充電検出用所定値を所定割合に低下させて、プリチャージを行うことを特徴とする。

請求項９のコンデンサ充電装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載のコンデンサ充電装置において、前記一次巻線に発生する発生電圧に応じた電圧が入力され、該発生電圧に応じた電圧が過電圧検出用所定値を超えたときに過電圧検出信号を発生する過電圧検出回路を有し、前記過電圧検出信号によって前記スイッチ駆動信号を停止することを特徴とする。

請求項１０のコンデンサ充電装置は、請求項２乃至４のいずれかに記載のコンデンサ充電装置において、さらに、前記二次巻線に流れる二次電流を検出する二次電流検出手段と、前記二次電流が二次電流検出用所定値より小さくなったことを検出する二次電流レベル検出回路を有し、
該二次電流レベル検出回路からの検出信号もしくは前記オフ時間検出回路からの検出信号の、いずれかの早く検出された検出信号に基づいて、前記オフ時間を終了させることを特徴とする。

請求項１１の半導体集積回路は、スイッチ駆動信号に応じてオンするスイッチ手段と変圧器の一次巻線とが直列に接続された回路に電源電圧が印加され、前記変圧器の二次巻線に接続され得るコンデンサを充電するコンデンサ充電装置のための半導体集積回路において、
前記スイッチ駆動信号が発生されて前記スイッチ手段がオンしているときに、前記一次巻線に流れる一次電流に応じた一次電流検出信号が入力され、該一次電流検出信号がピーク検出用所定値に達したときに、前記スイッチ駆動信号を停止して前記スイッチ手段をオフするための一次電流ピーク検出信号を発生する一次電流ピーク検出回路と、
前記一次電流ピーク検出信号を受けてオフ時間の計時を開始し、そのオフ時間を計時したときに、前記スイッチ駆動信号を発生し前記スイッチ手段をオンするためのオフ時間終了信号を発生するオフ時間検出回路とを備えることを特徴とする。

請求項１２の半導体集積回路は、請求項１１に記載の半導体集積回路において、前記オフ時間検出回路は、前記コンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、前記充電電圧が高くなるに連れて前記オフ時間が短くなることを特徴とする。

請求項１３の半導体集積回路は、請求項１２に記載の半導体集積回路において、前記オフ時間検出回路は、さらに所定電圧が入力され、該所定電圧に応じた電圧と前記充電電圧に応じた電圧との高い方の電圧に基づいて、前記オフ時間が決定されることを特徴とする。

請求項１４の半導体集積回路は、請求項１２または１３に記載の半導体集積回路において、前記オフ時間検出回路は、前記充電電圧に応じた電圧を、所定の制限電圧に制限する電圧制限回路を有することを特徴とする。

請求項１５の半導体集積回路は、請求項１１乃至１４のいずれかに記載の半導体集積回路において、前記一次電流ピーク検出回路は、前記電源電圧に応じた電圧を前記ピーク検出用所定値とし、一次電流ピークレベルを前記電源電圧に応じて変更することを特徴とする。

請求項１６の半導体集積回路は、請求項１１乃至１５のいずれかに記載の半導体集積回路において、前記コンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、その電圧が満充電検出用所定値を超えたときに満充電検出信号を出力する満充電検出回路を有し、該満充電検出信号に応じて前記スイッチ駆動信号を停止するとともに満充電検出を外部に通知することを特徴とする。

請求項１７の半導体集積回路は、請求項１６に記載の半導体集積回路において、前記半導体集積回路のための制御電圧が印加されたときに、外部からの充電開始信号を待たずに、前記コンデンサへの充電動作を開始するとともに、前記満充電検出用所定値を所定割合に低下させて、プリチャージ動作を行うことを特徴とする。

請求項１８の半導体集積回路は、請求項１１乃至１７のいずれかに記載の半導体集積回路において、前記一次巻線に発生する発生電圧に応じた電圧が入力され、該発生電圧に応じた電圧が過電圧検出用所定値を超えたときに過電圧検出信号を発生する過電圧検出回路を有し、前記過電圧検出信号によって前記スイッチ駆動信号を停止することを特徴とする。

請求項１９の半導体集積回路は、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の半導体集積回路において、さらに、前記二次巻線に流れる二次電流を検出した二次電流検出信号が入力され、前記二次電流検出信号が二次電流検出用所定値より小さくなったことを検出する二次電流レベル検出回路を有し、
該二次電流レベル検出回路からの検出信号もしくは前記オフ時間検出回路からの検出信号の、いずれかの早く検出された検出信号に基づいて、前記オフ時間を終了させることを特徴とする。

請求項２０のコンデンサ充放電システムは、コンデンサと、該コンデンサを充電するための請求項１乃至１０のいずれかに記載のコンデンサ充電装置と、前記コンデンサの充電電荷を放電して発光するストロボ装置と、前記コンデンサ充電装置及び前記ストロボ装置を制御し監視する制御装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、コンデンサの充電制御において、変圧器一次側のオン時間を一次電流検出信号がピーク検出用所定値に達するまで継続し、変圧器一次側のオフ時間を一次電流ピーク検出信号を受けてから計時して終了信号を発生するから、オン時間及びオフ時間をそれぞれ別々に制御して、充電時間や電力効率を最適にすることができる
また、オフ時間検出回路はコンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、その充電電圧が高くなるに連れてオフ時間が短くなるから、オフ時間が自動的に適切な値に設定される。

また、オフ時間検出回路は、さらに基準電圧などの所定電圧が入力され、その所定電圧に応じた電圧と充電電圧に応じた電圧との高い方の電圧に基づいて、オフ時間が決定される。これにより、充電電圧が低い間は、オフ時間が固定の最大値に設定できる。

また、オフ時間検出回路は、充電電圧に応じた電圧を、電圧制限回路により所定の制限電圧に制限するから、充電電圧が高くなったときには、オフ時間を固定の最小時間に設定することができる。

また、オフ時間検出回路は、印加される電圧に応じて流れる電流が定まる所定抵抗値のオフ時間調整用抵抗を有し、このオフ時間調整用抵抗の抵抗値を変更可能にしている。これにより、充電電圧等とは別に、オフ時間の変更ができる。これにより、一次電流の平均電流を変えることができ、また、効率優先モードと充電時間優先モードを選択できる。また、ＩＣの外部でオフ時間を変更できるから、ＩＣの仕様が確定された後もオフ時間を調整できる。

また、一次電流ピーク検出回路は、電源電圧に応じた電圧をピーク検出用所定値とし、一次電流ピークレベルを電源電圧に応じて変更する。これにより、電池等の電源の電圧が低くなったときに一次電流ピーク値が相応して低くされるから、電池電源の消耗によるシステム停止を延ばすことができる。

また、コンデンサが満充電されたことに応じてスイッチ駆動信号を停止するとともに満充電検出を外部、例えばＣＰＵなどの制御装置に通知するから、コンデンサの放電制御などに有効である。

また、コンデンサ充電装置やそのＩＣのための制御電圧ＶＣＣが印加されたときに、外部、例えばＣＰＵなどの制御装置からの充電開始信号を待たずに、コンデンサへの充電動作を開始するとともに、満充電検出用所定値を所定割合に低下させてプリチャージを行う。これにより、満充電電圧よりは低い、所定割合の電圧までコンデンサが充電されるから、外部からの充電開始信号後に満充電に至るまでの時間が短くできる。

また、一次巻線に発生する発生電圧Ｖｐｒｉに応じた電圧が過電圧検出用所定値を超えたときに過電圧検出信号を発生して、スイッチ駆動信号を停止する。これにより、二次側のオープン故障などの異常状態の発生時に、コンデンサ充電装置の動作を自動的に停止できる。

また、二次巻線に流れる二次電流が所定値より小さくなったことを検出する二次電流レベル検出回路を追加し、この二次電流レベル検出回路からの検出信号もしくはオフ時間検出回路からの検出信号の、いずれかの早く検出された検出信号に基づいて、オフ時間を終了させる。これにより、充電電圧によるオフ時間の制御に加えて、二次電流によってもオフ時間を制御することができる。

以下、本発明のコンデンサ充電装置、そのための半導体集積回路、及びコンデンサ充放電システムの実施例について、図を参照して説明する。

図１は、本発明に係る第１実施例の全体の構成を示す図である。図１において、コンデンサ充放電システムは、電荷が充放電されるメインコンデンサ２１６と、このメインコンデンサ２１６を充電するためのコンデンサ充電装置と、メインコンデンサ２１６の充電電荷を放電して発光するストロボ装置と、そのコンデンサ充電装置及びストロボ装置を制御し監視するためのＣＰＵ４００を含む制御装置を備えている。

図１において、コンデンサ充電装置は、制御用の半導体集積回路（以下、ＩＣ）１００を有している。まず、このＩＣ１００について、主に説明する。

ＩＣ１００において、端子Ｐ１と端子Ｐ２間にスイッチ駆動信号ＤＲによってオンされるスイッチ手段１０２が接続されている。このスイッチ手段１０２は、この例ではＮＰＮ型バイポーラトランジスタ（以下、ＮＰＮトランジスタ）が用いられているが、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ（以下、ＰＮＰトランジスタ）やＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、ＭＯＳトランジスタ）等の他のトランジスタでも良い。端子Ｐ１と端子Ｐ２は、比較的大きな電流が流れるため、それぞれ２個の端子を並列に用いている。

スイッチ手段１０２のベースには、スイッチ駆動信号ＤＲがドライバ１０４から供給される。ドライバ１０４には、各駆動条件によって出力状態が制御されるナンド回路１０６の出力が入力される。なお、ドライバ１０４及び他の回路は、その動作電圧として、端子Ｐｖｃｃと端子Ｐｇｎｄ１、Ｐｇｎｄ２間に供給される制御電圧ＶＣＣが使用されている。なお、２３８は、コンデンサである。

基準電圧発生回路１１０は、制御電圧ＶＣＣが供給されており、外部から充電開始信号ＳＴＡＲＴが端子Ｐｓｔを介して入力されると、基準電圧ＶＲＥＦを所定値に立ち上げる。また、充電開始信号ＳＴＡＲＴによって、端子Ｐｓｗとグランド間に設けられている、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ（ＮＭＯＳトランジスタ）のスイッチ１１６がオンされる。

この基準電圧ＶＲＥＦは、ＩＣ１００内部の各構成回路に供給されるとともに、定電圧ロックアウト回路１１２にも供給される。低電圧ロックアウト回路１１２は、基準電圧ＶＲＥＦが所定電圧レベルになると、ナンド回路１０６へ高（Ｈ）レベルの信号を入力するとともに、１ショットパルス発生回路１１４へもＨレベルの信号を入力する。１ショットパルス発生回路１１４は入力のＨレベルへの立ち上がりに応じて単パルス（立ち下がりパルス）を発生する。

この単パルスは、アンド回路１２２を介してラッチ回路（Ｒ−Ｓフリップフロップ回路）１２０のセット端子Ｓに入力され、また、ラッチ回路１３０、ラッチ回路１４０の各セット端子Ｓに入力される。これにより、ラッチ回路１２０、１３０、１４０はセットされて、出力端子ＱからＨレベルの信号が出力され、各々ナンド回路１０６へ入力される。これらのラッチ回路１２０〜１４０は、立ち下がりエッジで動作する。

一次電流ピーク検出回路１２６は、基準電圧ＶＲＥＦを分圧した電圧が端子Ｐｉ１ｐから入力され、その電圧を係数器１２８で所定係数倍（この例では、係数は１）してピーク検出用所定値を形成する。比較器１２９は、ピーク検出用所定値を、端子Ｐ２から与えられる一次電流検出信号と比較し、一次電流検出信号がピーク検出用所定値に達したときに一次電流ピーク検出信号を発生する。

この一次電流ピーク検出信号が、ラッチ回路１２０のリセット端子Ｒに入力されて、ラッチ回路１２０はリセットされる。このラッチ回路１２０の出力信号は、オフタイムデテクタ１７０に入力されている。

オフタイムデテクタ１７０と比較器１２４は、オフ時間検出回路を構成している。このオフ時間検出回路は、一次電流ピーク検出信号によってラッチ回路１２０がリセットされるとオフ時間の計時を開始する。そして、そのオフ時間を計時したときに、比較器１２４の出力が反転してオフ時間終了信号を発生し、アンド回路１２２を介してラッチ回路１２０を再びセットする。このオフ時間は、端子Ｐｖｃを介して入力されるメインコンデンサ２１６の充電電圧ＶＣに応じた電圧や、端子Ｐｒｔに接続されるオフ時間設定用抵抗２３４の抵抗値ＲＴによって適応的に定まる。例示すれば、そのオフ時間Ｔｏｆｆは、充電電圧ＶＣが高いほど短くなり、抵抗値ＲＴが大きいほど長くなる特性を持つ。

満充電検出回路１３２は、端子Ｐｖｃを介して入力されるメインコンデンサ２１６の充電電圧ＶＣに応じた電圧と基準電圧ＶＲＥＦとを比較器１３４で比較し、充電電圧ＶＣに応じた電圧が基準電圧ＶＲＥＦに達したときに、満充電検出信号ＦＵＬＬを出力する。この満充電検出信号ＦＵＬＬによって、ラッチ回路１３０をリセットし、スイッチ駆動信号ＤＲを停止する。また、ラッチ回路１３０のリセットにより、Ｎ型ＭＯＳトランジスタ１３６をオフし、端子Ｐｆｕｌｌの電圧をプルアップ抵抗２４０によりプルアップして、満充電検出信号ＦＵＬＬが発生されたことを外部のＣＰＵ４００に通知する。

過電圧検出回路１４２には、端子Ｐ１の電圧、即ち変圧器２０２の一次側電圧、を分圧された電圧が、端子Ｐｏｖｐを介して入力される。この入力された電圧と過電圧検出用所定値である基準値ＶＲＥＦとを比較器１４４で比較し、入力された電圧が基準値ＶＲＥＦを超えたときに、過電圧検出信号を発生する。この過電圧検出信号によって、ラッチ回路１４０をリセットし、スイッチ駆動信号ＤＲを停止する。

サーマルシャットダウン回路１５０は、ＩＣ１００の温度を監視しており、その温度が所定温度に達したときに、ＩＣ１００を保護するために動作を停止させるための保護回路である。

ストロボ装置用駆動回路１６０は、外部のＣＰＵ４００からの端子Ｐｉｎを介して入力される入力信号ＩＮに応じて、ストロボ用駆動信号を端子Ｐｐ、端子Ｐｎを介して出力する。そのストロボ装置用駆動回路１６０は、ストロボ用ドライバ１６６と、Ｐ型ＭＯＳトランジスタ１６２とＮ型ＭＯＳトランジスタ１６４及び抵抗１６８によりインバータ形式に構成されたスイッチ回路からなる。このスイッチ回路は、ドライバ１６６の出力で駆動される。この駆動回路１６０には、端子Ｐｖｄｄ２と端子Ｐｇｎｄ３とからストロボ用制御電圧ＶＤＤ２が供給される。２４２はコンデンサである。

コンデンサ充電装置における、ＩＣ１００以外の構成について説明する。

変圧器２０２は、一次巻線２０４と二次巻線２０６有している。その一次巻線２０４には、スイッチ手段１０２と、一次電流検出手段である電流検出用抵抗２０８（抵抗値ＲＳ１）と、電源電圧ＶＤＤ１とが閉ループを形成するように、直列に接続されている。電流検出用抵抗２０８の他端（端子Ｐ２側と逆側）は、グランドに接続されている。コンデンサ２１０が電源電圧ＶＤＤ１と並列に接続されている。

二次巻線２０６には、ダイオード２１２とダイオード２１４を直列に介してメインコンデンサ２１６が、一方向に充電されるように接続されている。二次巻線２０６の他端とメインコンデンサ２１６の他端がグランドに接続されている。

スイッチ手段１０２がオンすると、二次巻線２０４、スイッチ手段１０２、電流検出用抵抗２０８（抵抗値ＲＳ１）に一次電流Ｉｐｒｉが流れる。したがって、端子Ｐ２には、一次電流Ｉｐｒｉに比例した電圧（＝Ｉｐｒｉ×ＲＳ１）が、一次電流検出信号として発生する。スイッチ手段１０２がオフされると、二次巻線２０６に流れる二次電流Ｉｓｅｃによって、メインコンデンサ２１６が充電される。このスイッチ手段１０２のオンとオフが繰り返されて、メインコンデンサ２１６の充電電圧ＶＣが上昇する。

この充電電圧ＶＣが抵抗２１８（抵抗値Ｒ１）と抵抗２２０（抵抗値Ｒ２）で分圧されて分圧電圧ＶＣＤが得られる。この分圧電圧ＶＣＤが端子Ｐｖｃを介して、満充電検出回路１３２及びオフタイムデテクタ１７０に入力される。コンデンサ２２２は、分圧電圧ＶＣＤの保持用である。

また、一次巻線２０４の発生電圧Ｖｐｒｉが抵抗２２４（抵抗値Ｒ３）と抵抗２２６（抵抗値Ｒ４）で分圧され、その分圧された電圧が端子Ｐｏｖｐを介して過電圧検出回路１４２に入力される。

端子Ｐｖｒｅｆの基準電圧を抵抗２３０（抵抗値Ｒ５）と抵抗２３２（抵抗値Ｒ６）で分圧して、一次電流Ｉｐｒｉのピーク値を決定するピーク検出用所定値Ｉ１Ｐを得る。このピーク検出用所定値Ｉ１Ｐを端子Ｐｉ１ｐを介して一次電流ピーク検出回路１２６に入力する。コンデンサ２３６が、抵抗２３０と抵抗２３２の直列回路に並列に接続される。

次に、ストロボ装置について説明する。キセノン管３００と、その付属回路としての抵抗器３０６、抵抗器３０８、コンデンサ３０９、コンデンサ３１０、ダイオード３１２と、キセノン管３００の発光を制御する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）３０２とを備えている。

ＩＧＢＴ３０２を、ストロボ装置用駆動回路１６０からのストロボ用駆動信号により抵抗３０４を介して駆動してオンさせる。ＩＧＢＴ３０２がオンすることにより、メインコンデンサ２１６の充電電荷がキセノン管３００とＩＧＢＴ３０２を介して放電し、その放電によりキセノン管３００が発光する。

ＣＰＵ４００は、全体の制御を司る制御装置であり、この例では、充電開始信号ＳＴＡＲＴをＩＣ１００に入力し、満充電検出信号ＦＵＬＬが発生されたことがＩＣ１００から通知される。また、ＣＰＵ４００は、ストロボ用駆動信号を発生するための入力信号ＩＮをＩＣ１００に入力する。

図２は、オフタイムデテクタ１７０の構成を、オフ時間設定用抵抗２３４及び比較器１２４とともに、示している。

図２において、制御電圧ＶＣＣとグランド間に、ベースとコレクタが接続されたＰＮＰトランジスタ１７３と、ＮＰＮトランジスタ１７１とＮＰＮトランジスタ１７２の並列回路と、オフ時間設定用抵抗２３４とが直列に接続されている。

コンデンサの充電電圧ＶＣに応じた電圧が端子Ｐｖｃよりオペアンプ１７７の非反転入力端＋に入力され、オフ時間設定用抵抗２３４の電圧降下が反転入力端子−に入力される。そのオペアンプ１７７の出力端がＮＰＮトランジスタ１７１のベースに接続される。

基準電圧ＶＲＥＦを抵抗１７９と抵抗１８０とで分圧した電圧（所定電圧に応じた電圧）がオペアンプ１７８の非反転入力端＋に入力され、オフ時間設定用抵抗２３４の電圧降下が反転入力端子−に入力される。そのオペアンプ１７８の出力端がＮＰＮトランジスタ１７２のベースに接続される。

オフ時間設定用抵抗２３４の電圧降下は、オペアンプ１７７への入力電圧とオペアンプ１７８への入力電圧の内の高い方の入力電圧に依る。

オフ時間Ｔｏｆｆについて具体的に説明すると、オペアンプ１７７への入力電圧とオペアンプ１７８への入力電圧の内の高い方の入力電圧とオフ時間設定用抵抗２３４の抵抗値ＲＴで決まる電流がＰＮＰトランジスタ１７３に流れる。このＰＮＰトランジスタ１７３に流れる電流に比例してＰＮＰトランジスタ１７４に流れる電流でコンデンサ１７５が充電される。このコンデンサ１７５の充電電圧が基準電圧ＶＲＥＦに達すると、比較器１２４からオフ時間Ｔｏｆｆの終了信号が出力される。このように、オフ時間Ｔｏｆｆは、その入力電圧が高いほど短くなり、また、抵抗値ＲＴが高いほど長くなる。

したがって、オフ時間Ｔｏｆｆは、オペアンプ１７７への入力電圧とオペアンプ１７８への入力電圧の内の高い方の入力電圧と、オフ時間設定用抵抗２３４の抵抗値ＲＴとによって、決まることになる。

また、制御電圧ＶＣＣとグランド間に、ベースがＰＮＰトランジスタ１７３のベースに接続されたＰＮＰトランジスタ１７４と、コンデンサ１７５とが直列に接続されている。このコンデンサ１７５に並列に、ラッチ回路１２０の出力信号がゲートに印加されてオンされるＮＭＯＳトランジスタ１７６が接続される。ＰＮＰトランジスタ１７３とＰＮＰトランジスタ１７４は、カレントミラー構成になっている。

次に、図１、図２のように構成された、コンデンサ充電装置及びコンデンサ充放電システムの動作を、図３のタイミングチャートを参照して、説明する。

ＣＰＵ４００から充電開始信号ＳＴＡＲＴが、時点ｔ０において、基準電圧発生回路１１０に入力される。基準電圧発生回路１１０は、充電開始信号ＳＴＡＲＴが入力されたことに応じて、制御電圧ＶＣＣに基づいて基準電圧ＶＲＥＦを所定レベルに立ち上げる。

低電圧ロックアウト回路１１２は、基準電圧ＶＲＥＦが立ち上がったことを検出すると、その検出結果をナンド回路１０６と１ショットパルス発生回路１１４に入力する。１ショットパルス発生回路１１４は、低電圧ロックアウト回路１１２からの立ち上がり検出信号により、短時間だけ立ち下がる１ショットパルスを発生し、ラッチ回路１２０、１３０、１４０はセットされて、出力端子ＱからＨレベルの信号が出力され、各々ナンド回路１０６へ入力される。

ナンド回路１０６の４入力が全てＨレベルとなり、スイッチ駆動信号ＤＲが発生されて、時点ｔ１においてスイッチ手段１０２がオンする。これにより、一次電流Ｉｐｒｉが流れ始めて、零から増加を始める。端子Ｐ１の電圧、即ち一次側巻線の端子電圧Ｖｐｒｉは、開始前の電源電圧ＶＤＤからほぼ零電圧になる。正確には、スイッチ手段１０２の電圧降下や電流検出用抵抗２０８の電圧降下の分の電圧が残る。

スイッチ手段１０２がオンした後、一次電流Ｉｐｒｉは、変圧器２０２の一次側のインダクタンスと電源電圧ＶＤＤ１にしたがった傾きで上昇していく。一次電流検出信号は、電流検出用抵抗２０８の抵抗値と一次電流Ｉｐｒｉとの積に応じて増加する。この時点ｔ１からオン時間Ｔｏｎが開始される。

一次電流Ｉｐｒｉがピーク検出所定レベルＩｐｒｉｌに時点ｔ２で到達すると、ラッチ回路１２０がリセットされて、スイッチ駆動信号ＤＲは停止され、スイッチ手段１０２はオフする。時点ｔ１から時点ｔ２までの時間がオン時間Ｔｏｎとなる。同時に、時点ｔ２でラッチ回路１２０の出力信号（リセット状態）がオフタイムデテクタ１７０に入力されるから、その時点ｔ２からオフ時間Ｔｏｆｆの計時が開始される。

オフ時間Ｔｏｆｆに入ると、変圧器２０２ののコアに蓄積されているエネルギー、即ち磁束、によって二次巻線２０６に二次電圧Ｖｓｅｃが発生され、二次電流Ｉｓｅｃが流れて、メインコンデンサ２１６を充電していく。したがって、オフ時間Ｔｏｆｆの間に充電電圧ＶＣは徐々に高くなっていく。

オフタイムデテクタ１７０でのオフ時間Ｔｏｆｆは、オフ時間設定用抵抗２３４の抵抗値ＲＴと、オペアンプ１７７への入力電圧（即ち、コンデンサの充電電圧ＶＣ）とオペアンプ１７８への入力電圧（即ち、基準電圧ＶＲＥＦ；所定電圧に応じた電圧）の内の高い方の電圧にしたがって決まる。

充電開始の当初は、充電電圧ＶＣは低いので、基準電圧ＶＲＥＦに応じた電圧が選択される。したがって、オフ時間Ｔｏｆｆは、基準電圧ＶＲＥＦに応じた電圧とオフ時間設定用抵抗２３４の抵抗値ＲＴとによって決まる、一定時間となる。このように、充電電圧ＶＣが低い間は、オフ時間Ｔｏｆｆが固定の最大値に設定される。

オフタイムデテクタ１７０の出力電圧（コンデンサ１７５の電圧）が比較器１２４の基準電圧ＶＲＥＦに達すると（時点ｔ３）、ラッチ回路１２０はセットされる。ラッチ回路１２０のセットにより、スイッチ駆動信号ＤＲが発生され、スイッチ手段１０２はオンする。これにより再びオン期間が始まる。なお、コンデンサ１７５の電荷は放電される。

このように、オン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆとが交互に繰り返されて、充電電圧ＶＣが次第に高くなっていく。

メインコンデンサ２１６の充電がある程度進行すると、オペアンプ１７７への入力電圧（即ち、コンデンサの充電電圧ＶＣ）がオペアンプ１７８への入力電圧（即ち、基準電圧ＶＲＥＦ；所定電圧に応じた電圧）よりも高くなる。この場合には、オフ時間Ｔｏｆｆは、コンデンサの充電電圧ＶＣとオフ時間設定用抵抗２３４の抵抗値ＲＴとによって決まることになる。

オフ時間Ｔｏｆｆを短くすると、一次電流Ｉｐｒｉの平均電流が大きくなり、メインコンデンサ２１６の充電時間を短くできる。逆に、Ｔｏｆｆを長くすると、一次電流Ｉｐｒｉの平均電流は小さくなるが、二次電流Ｉｓｅｃを流している時間が長くなり、変圧器２０２の蓄積エネルギーをより有効に利用する方向に作用する。したがって、オフ時間Ｔｏｆｆを短くして充電時間優先とするか、オフ時間Ｔｏｆｆを長くして効率優先とするかを選択できる。

充電電圧ＶＣは、時間とともにさらに高くなっていくので、オフ時間Ｔｏｆｆは充電電圧ＶＣの増加に連れて次第に短くなっていく。即ち、オフ時間Ｔｏｆｆは充電電圧ＶＣに反比例の関係にあると言える。充電電圧ＶＣが高くなることは、メインコンデンサ２１６への充電時間が短くてすむことを意味するから、オフ時間Ｔｏｆｆが充電電圧ＶＣに反比例の関係にあることは充電動作が効率的に行われることになる。

このように、オン時間Ｔｏｎ及びオフ時間Ｔｏｆｆをそれぞれ別々に制御して、しかもオフ時間Ｔｏｆｆを充電電圧ＶＣが高くなるに連れて短くなるから、オフ時間Ｔｏｆｆが自動的に適切な値に設定される。

メインコンデンサ２１６の充電が進行して、充電電圧ＶＣが満充電状態にまで充電されると（時点ｔ４）、満充電検出回路１３２から満充電検出信号ＦＵＬＬが発生され、ラッチ回路１３０がリセットされる。ラッチ回路１３０のリセットにより、スイッチ駆動信号ＤＲは停止され、スイッチ手段１０２はオフされる。同時に、ＣＰＵ４００に満充電であることを通知する。ＣＰＵ４００では、満充電である通知を受けて、充電開始信号ＳＴＡＲＴを低（Ｌ）レベルにして、充電動作を停止する。なお、充電電圧ＶＣを分圧した分圧電圧ＶＣＤは、図３では直ちに低レベルになるように表しているが、実際には放電時定数にしたがって低下する。

また、変圧器２０２の二次側にオープン故障が発生するなどの何らかの原因によって、一次側に異常な高電圧が発生したときには、過電圧検出回路１４２から過電圧検出信号が発生されて、ラッチ回路１４０がリセットされる。ラッチ回路１４０のリセットにより、スイッチ駆動信号ＤＲは停止され、スイッチ手段１０２はオフされる。過電圧の発生によって停止されたことを、警報あるいは表示したり、またＣＰＵ４００に通知するようにしてもよい。

ストロボ装置の発光制御は、ＣＰＵ４００から入力信号ＩＮを受けて、ストロボ装置用駆動回路１６０からストロボ用駆動信号を発生し、ＩＧＢＴ３０２オンさせることにより行われる。このように、ストロボ装置の発光制御と、メインコンデンサ２１６の充電制御とは、無関係に行われる。しかし、そのいずれの制御もＣＰＵ４００にて行っているので、統合した制御が適切に行われる。

図４は、本発明の第２実施例に係る、オフタイムデテクタ１７０の他の構成例を示す図である。この図４では、オフタイムデテクタ１７０は、充電電圧ＶＣに応じた電圧を、所定の制限電圧Ｖｍｉｎに制限する電圧制限回路を有して、オフ時間Ｔｏｆｆの最小時間を設定する。この電圧制限回路は、具体例を示すと、充電電圧ＶＣに応じた電圧が印加されるＮＰＮトランジスタ１７１のベースを、ＰＮＰトランジスタ１８２を介してグランドに接続し、そのＰＮＰトランジスタ１８２のベース電圧を制限電圧Ｖｍｉｎに設定することにより行っている。

これにより、オフ時間検出回路は、充電電圧ＶＣが所定レベルより高くなったときには、オフ時間を制限電圧Ｖｍｉｎにより決まる最小時間に設定することができる。

図５は、本発明の第３実施例に係る、オフ時間検出回路の他の構成例を示す図である。この図５では、図１の第１実施例に加えて、二次巻線２０６に流れる二次電流Ｉｓｅｃを検出する二次電流検出手段である抵抗２２７と、二次電流Ｉｓｅｃが二次電流検出用所定値より小さくなったことを検出する二次電流レベル検出回路である比較器２２８を設ける。そして、比較器２２８からの検出信号もしくはオフ時間検出回路であるオフタイムデテクタ１７０、比較器１２４からの検出信号の、いずれかの早く検出された検出信号に基づいて、オフ時間Ｔｏｆｆを終了させる。

これにより、充電電圧ＶＣによるオフ時間Ｔｏｆｆの制御に加えて、二次電流にＩｓｅｃよってもオフ時間Ｔｏｆｆを制御することができる。

図６は、本発明の第４実施例に係る、オフ時間検出回路の他の構成例を示す図である。この図６では、印加される電圧に応じて流れる電流が定まるオフ時間設定用抵抗２３４の抵抗値ＲＴを変更可能にしている。

具体的な例としては、オフ時間設定用抵抗２３４を複数、例えば３つの抵抗２３４−１、２３４−２、２３４−３に分け、その内の２つの抵抗２３４−１、２３４−２にそれぞれスイッチ２３５−１、２３５−２を並列に接続する。そして、モード選択回路２３３によりスイッチ２３５−１、２３５−２を選択的にオンする。このようにして、オフ時間設定用抵抗２３４の抵抗値を変更する。また、オフ時間設定用抵抗２３４は、ＩＣ１００の外付け部品として構成しているから、異なる抵抗値のものに取り替えることでも良い。

これにより、充電電圧ＶＣ等とは別に、オフ時間Ｔｏｆｆの変更ができる。したがって、一次電流Ｉｐｒｉの平均電流を変えることができ、また、効率優先モードと充電時間優先モードを選択できる。また、ＩＣ１００の外部で変更できるから、ＩＣ１００の仕様が確定された後もオフ時間Ｔｏｆｆを調整できる。

図７は、本発明の第５実施例に係る、一次電流のピークレベルを検出する他の構成例を示す図である。この図７では、一次電流ピーク検出回路におけるピーク検出用所定値を、電源電圧ＶＤＤ１に応じたレベルに設定し、一次電流ピークレベルを電源電圧ＶＤＤ１に応じて変更する。具体的には、電源電圧ＶＤＤ１を分圧抵抗２３１−１、２３１−２により分圧して、ピーク検出用所定値を得る。

これにより、電池等の電源電圧ＶＤＤ１が低くなったときに一次電流ピーク値Ｉｐｒｉｌが相応して低くされるから、電池電源の消耗によるシステム停止を延ばすことができる。

図８は、本発明の第６実施例に係る、コンデンサ２１６をプリチャージする構成例を示す図である。この図８では、コンデンサ充電装置のための制御電圧ＶＣＣが印加されたときに、ＣＰＵ４００からの充電開始信号ＳＴＡＲＴを待たずに、コンデンサ２１６への充電動作を開始する。その際に、満充電検出用所定値を所定割合に低下させて、満充電電圧よりある程度低いプリチャージを行う。

図８において、制御電圧ＶＣＣと充電開始信号ＳＴＡＲＴとのいずれかが入力されたときに基準電圧発生回路１１０を動作させて、基準電圧ＶＲＥＦを発生させる。例えば、オア回路１１１を用いることでよい。

また、満充電検出用所定値を、抵抗１３１と、抵抗１３３及び抵抗１３５との分圧回路で、基準電圧ＶＲＥＦから形成する。そして、抵抗１３５に並列にスイッチとしてＮＭＯＳトランジスタ１３８を接続する。そして、このＮＭＯＳトランジスタ１３８が、制御電圧ＶＣＣが供給され、充電開始信号ＳＴＡＲＴがＬレベルのときにオンされるようにする。また、制御電圧ＶＣＣが供給され、且つ充電開始信号ＳＴＡＲＴがＨレベルになるときには、ＮＭＯＳトランジスタ１３８がオフされるようにする。

したがって、プリチャージ時の満充電検出用所定値が、充電開始信号ＳＴＡＲＴが供給されたときの満充電検出用所定値より低くされる。このための論理は、例えば、制御電圧ＶＣＣが入力されるノット回路１３９と、このノット回路１３９の出力と充電開始信号ＳＴＡＲＴとを入力とするノア回路１３７によって、形成できる。

これにより、満充電電圧よりは低い、所定割合の電圧までコンデンサが事前に充電されるから、外部からの充電開始信号後に満充電に至るまでに要する時間を短くできる。

本発明に係る、第１実施例の全体の構成を示す図 図１のオフ時間検出回路の構成を示す図 図１におけるタイミングチャート 本発明の第２実施例に係る、オフ時間検出回路の構成を示す図 本発明の第３実施例に係る、オフ時間検出回路の構成を示す図 本発明の第４実施例に係る、オフ時間検出回路の構成例を示す図 本発明の第５実施例に係る、一次電流のピークレベルを検出する構成を示す図 本発明の第６実施例に係る、プリチャージする構成を示す図

符号の説明

１００ ＩＣ
１０２ スイッチ手段
１０６ ナンド回路
１１０ 基準電圧発生回路
１１２ 低電圧ロックアウト回路
１１４ １ショットパルス発生回路
１２６ 一次電流ピーク検出回路
１３２ 満充電検出回路
１４２ 過電圧検出回路
１６０ ストロボ装置用駆動回路
１７０ オフタイムデテクタ
２０２ 変圧器
２０８ 電流検出用抵抗
２１６ メインコンデンサ
３００ キセノン管
３０２ ＩＧＢＴ
４００ ＣＰＵ
ＤＲ スイッチ駆動信号
ＶＤＤ１ 電源電圧
ＶＣＣ 制御電圧
ＶＲＥＦ 基準電圧
ＳＴＡＲＴ 充電開始信号

Claims (20)

1. スイッチ駆動信号に応じてオンするスイッチ手段と変圧器の一次巻線とが直列に接続された回路に電源電圧が印加され、前記変圧器の二次巻線に接続され得るコンデンサを充電するコンデンサ充電装置において、
   前記スイッチ駆動信号が発生されて前記スイッチ手段がオンしているときに、前記一次巻線に流れる一次電流に応じた一次電流検出信号を検出する一次電流検出手段と、
   前記一次電流検出信号がピーク検出用所定値に達したときに、前記スイッチ駆動信号を停止して前記スイッチ手段をオフするための一次電流ピーク検出信号を発生する一次電流ピーク検出回路と、
   前記一次電流ピーク検出信号を受けてオフ時間の計時を開始し、そのオフ時間を計時したときに、前記スイッチ駆動信号を発生し前記スイッチ手段をオンするためのオフ時間終了信号を発生するオフ時間検出回路とを備えることを特徴とする、コンデンサ充電装置。
2. 前記オフ時間検出回路は、前記コンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、前記充電電圧が高くなるに連れて前記オフ時間が短くなることを特徴とする、請求項１に記載のコンデンサ充電装置。
3. 前記オフ時間検出回路は、さらに所定電圧が入力され、該所定電圧に応じた電圧と前記充電電圧に応じた電圧との高い方の電圧に基づいて、前記オフ時間が決定されることを特徴とする、請求項２に記載のコンデンサ充電装置。
4. 前記オフ時間検出回路は、前記充電電圧に応じた電圧を、所定の制限電圧に制限する電圧制限回路を有することを特徴とする、請求項２または３に記載のコンデンサ充電装置。
5. 前記オフ時間検出回路は、印加される電圧に応じて流れる電流が定まる所定抵抗値のオフ時間調整用抵抗を有し、該オフ時間調整用抵抗の抵抗値を変更可能にしたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサ充電装置。
6. 前記一次電流ピーク検出回路は、前記電源電圧に応じた電圧を前記ピーク検出用所定値とし、一次電流ピークレベルを前記電源電圧に応じて変更することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサ充電装置。
7. 前記コンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、その電圧が満充電検出用所定値を超えたときに満充電検出信号を出力する満充電検出回路を有し、該満充電検出信号に応じて前記スイッチ駆動信号を停止するとともに満充電検出を外部に通知することを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載のコンデンサ充電装置。
8. 前記コンデンサ充電装置のための制御電圧が印加されたときに、外部からの充電開始信号を待たずに、前記コンデンサへの充電動作を開始するとともに、前記満充電検出用所定値を所定割合に低下させて、プリチャージを行うことを特徴とする、請求項７に記載のコンデンサ充電装置。
9. 前記一次巻線に発生する発生電圧に応じた電圧が入力され、該発生電圧に応じた電圧が過電圧検出用所定値を超えたときに過電圧検出信号を発生する過電圧検出回路を有し、前記過電圧検出信号によって前記スイッチ駆動信号を停止することを特徴とする、請求項１乃至８のいずれかに記載のコンデンサ充電装置。
10. さらに、前記二次巻線に流れる二次電流を検出する二次電流検出手段と、前記二次電流が二次電流検出用所定値より小さくなったことを検出する二次電流レベル検出回路を有し、
    該二次電流レベル検出回路からの検出信号もしくは前記オフ時間検出回路からの検出信号の、いずれかの早く検出された検出信号に基づいて、前記オフ時間を終了させることを特徴とする、請求項２乃至４のいずれかに記載のコンデンサ充電装置。
11. スイッチ駆動信号に応じてオンするスイッチ手段と変圧器の一次巻線とが直列に接続された回路に電源電圧が印加され、前記変圧器の二次巻線に接続され得るコンデンサを充電するコンデンサ充電装置のための半導体集積回路において、
    前記スイッチ駆動信号が発生されて前記スイッチ手段がオンしているときに、前記一次巻線に流れる一次電流に応じた一次電流検出信号が入力され、該一次電流検出信号がピーク検出用所定値に達したときに、前記スイッチ駆動信号を停止して前記スイッチ手段をオフするための一次電流ピーク検出信号を発生する一次電流ピーク検出回路と、
    前記一次電流ピーク検出信号を受けてオフ時間の計時を開始し、そのオフ時間を計時したときに、前記スイッチ駆動信号を発生し前記スイッチ手段をオンするためのオフ時間終了信号を発生するオフ時間検出回路とを備えることを特徴とする、半導体集積回路。
12. 前記オフ時間検出回路は、前記コンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、前記充電電圧が高くなるに連れて前記オフ時間が短くなることを特徴とする、請求項１１に記載の半導体集積回路。
13. 前記オフ時間検出回路は、さらに所定電圧が入力され、該所定電圧に応じた電圧と前記充電電圧に応じた電圧との高い方の電圧に基づいて、前記オフ時間が決定されることを特徴とする、請求項１２に記載の半導体集積回路。
14. 前記オフ時間検出回路は、前記充電電圧に応じた電圧を、所定の制限電圧に制限する電圧制限回路を有することを特徴とする、請求項１２または１３に記載の半導体集積回路。
15. 前記一次電流ピーク検出回路は、前記電源電圧に応じた電圧を前記ピーク検出用所定値とし、一次電流ピークレベルを前記電源電圧に応じて変更することを特徴とする、請求項１１乃至１４のいずれかに記載の半導体集積回路。
16. 前記コンデンサの充電電圧に応じた電圧が入力され、その電圧が満充電検出用所定値を超えたときに満充電検出信号を出力する満充電検出回路を有し、該満充電検出信号に応じて前記スイッチ駆動信号を停止するとともに満充電検出を外部に通知することを特徴とする、請求項１１乃至１５のいずれかに記載の半導体集積回路。
17. 前記半導体集積回路のための制御電圧が印加されたときに、外部からの充電開始信号を待たずに、前記コンデンサへの充電動作を開始するとともに、前記満充電検出用所定値を所定割合に低下させて、プリチャージ動作を行うことを特徴とする、請求項１６に記載の半導体集積回路。
18. 前記一次巻線に発生する発生電圧に応じた電圧が入力され、該発生電圧に応じた電圧が過電圧検出用所定値を超えたときに過電圧検出信号を発生する過電圧検出回路を有し、前記過電圧検出信号によって前記スイッチ駆動信号を停止することを特徴とする、請求項１１乃至１７のいずれかに記載の半導体集積回路。
19. さらに、前記二次巻線に流れる二次電流を検出した二次電流検出信号が入力され、前記二次電流検出信号が二次電流検出用所定値より小さくなったことを検出する二次電流レベル検出回路を有し、
    該二次電流レベル検出回路からの検出信号もしくは前記オフ時間検出回路からの検出信号の、いずれかの早く検出された検出信号に基づいて、前記オフ時間を終了させることを特徴とする、請求項１２乃至１４のいずれかに記載の半導体集積回路。
20. コンデンサと、該コンデンサを充電するための請求項１乃至１０のいずれかに記載のコンデンサ充電装置と、前記コンデンサの充電電荷を放電して発光するストロボ装置と、前記コンデンサ充電装置及び前記ストロボ装置を制御し監視する制御装置を備えることを特徴とする、コンデンサ充放電システム。