(57)【要約】【課題】自励式のフライバック充電装置において、抵抗分割を用いずに容量の充電電圧を検出し、その充電電圧に基づいて充電を制御する。【解決手段】整流ダイオード７はフライバックトランス１の二次側に流れる電流をメインコンデンサ６に伝える。FET２はフライバックトランス１の一次側に流れる電流をオンおよびオフする。二次側電流検出装置３はフライバックトランス１の二次側に流れる電流を検出する。OFF時間測定装置５はフライバックトランス１の一次側の電流がオフしている時間を検出する。制御装置９はフライバックトランスの一次側に流れる電流が第１の所定値に達するときにFET２をオフし、二次側電流検出装置３の検出する電流が第２の所定値に達するときにFET２をオンするように制御すると共に、OFF時間測定装置５による時間の検出結果に基づいて充電完了か否かを判断する。【選択図】図１
2010057214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランスを介して容量に電荷を充電するフライバック充電装置であって、
前記トランスの二次側に流れる電流を前記容量に伝えるダイオードと、
前記トランスの一次側に流れる電流をオンおよびオフするスイッチング素子と、
前記トランスの二次側に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記トランスの一次側の電流がオフしている時間を検出する時間検出部と、
前記トランスの一次側に流れる電流が第１の所定値に達するときに前記スイッチング素子をオフし、前記電流検出部の検出する電流が第２の所定値に達するときに前記スイッチング素子をオンするように制御すると共に、前記時間検出部による時間の検出結果に基づいて充電完了か否かを判断する制御部と、
を有することを特徴とするフライバック充電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記時間検出部によって検出された時間が所定の時間より短くなったときに、充電が完了したと判断することを特徴とする請求項１に記載のフライバック充電装置。
【請求項３】
前記時間検出部は、
所定の周波数のパルスを出力するクロック発振器と、
前記トランスの一次側の電流がオフしている間に前記クロック発振器の出力する前記パルスの数をカウントするカウンタと、
を有することを特徴とする請求項２に記載のフライバック充電装置。
【請求項４】
請求項１に記載のフライバック充電装置を備える発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発光装置を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置が有する容量に電荷を充電するフライバック充電装置に関する。また、本発明は、本フライバック充電装置を有する発光装置、および本発光装置を有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、写真撮影時の補助光源として用いられるフラッシュ発光装置には、メインコンデンサの電荷を蓄積する為に、フォーワード方式より効率の良いフライバック方式を採用したフライバック充電装置が多く採用されてきた。ここで、フライバック充電装置の制御方式を大別すると、フライバックトランスの一次側の電流の導通を制御するスイッチング素子に外部から直接発振制御信号を加える他励式（例えば、特許文献１を参照）と、充電回路内に自身で発振するループを構成する自励式（例えば、特許文献２を参照）とに分けられる。いずれの場合も、メインコンデンサの充電電圧を検出する手段として、抵抗分割を用いるのが一般的である。
【特許文献１】特開平１１−２３７６６８号公報
【特許文献２】特開２００６−３３７８８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のように、メインコンデンサの充電電圧を検出するのに抵抗分割を用いると、充電時に抵抗を介してメインコンデンサの電荷がグラウンドにリークし、充電効率が悪化する。また、メインコンデンサと抵抗分割用の抵抗を直接繋ぐと、充電停止時にもメインコンデンサの電荷が抵抗を介してリークしてしまう。
【０００４】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、自励式のフライバック充電装置において、抵抗分割を用いずに容量の充電電圧を検出し、その充電電圧に基づいて充電を制御することができるフライバック充電装置、発光装置、および撮像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】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、トランスを介して容量に電荷を充電するフライバック充電装置であって、前記トランスの二次側に流れる電流を前記容量に伝えるダイオードと、前記トランスの一次側に流れる電流をオンおよびオフするスイッチング素子と、前記トランスの二次側に流れる電流を検出する電流検出部と、前記トランスの一次側の電流がオフしている時間を検出する時間検出部と、前記トランスの一次側に流れる電流が第１の所定値に達するときに前記スイッチング素子をオフし、前記電流検出部の検出する電流が第２の所定値に達するときに前記スイッチング素子をオンするように制御すると共に、前記時間検出部による時間の検出結果に基づいて充電完了か否かを判断する制御部とを有することを特徴とするフライバック充電装置である。
【０００６】
また、本発明のフライバック充電装置において、前記制御部は、前記時間検出部によって検出された時間が所定の時間より短くなったときに、充電が完了したと判断することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明のフライバック充電装置において、前記時間検出部は、所定の周波数のパルスを出力するクロック発振器と、前記トランスの一次側の電流がオフしている間に前記クロック発振器の出力する前記パルスの数をカウントするカウンタとを有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、上記のフライバック充電装置を備える発光装置である。
【０００９】
また、本発明は、上記の発光装置を備える撮像装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、トランスの一次側に流れる電流がオフしている時間の検出結果に基づいて充電完了か否かを判断することによって、抵抗分割を用いずに容量の充電電圧を検出し、その充電電圧に基づいて充電を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態による自励式のフライバック充電装置の構成を示している。図１に示すフライバック充電装置は、フライバックトランス１と、FET２と、二次側電流検出装置３と、一次側電流検出装置４と、OFF時間測定装置５と、メインコンデンサ６と、整流ダイオード７と、バッテリー８と、制御装置９とを備える。
【００１３】
フライバックトランス１は、巻数比がn1：n2（一次巻数：二次巻数）であり、一次側に流れる電流によるエネルギーを二次側に伝える。FET２は、フライバックトランス１の一次側に流れる電流をオンおよびオフするスイッチング素子である。二次側電流検出装置３は、フライバックトランス１の二次側に流れる電流(Is)を検出する。一次側電流検出装置４は、フライバックトランス１の一次側に流れる電流(Ip)を検出する。
【００１４】
OFF時間測定装置５は、フライバックトランス１の一次側の電流がオフしている時間（以下、OFF時間とする）を、二次側電流検出装置３の出力信号に基づき測定する。整流ダイオード７は、フライバックトランス１の二次側の電流を整流してメインコンデンサ６に伝える。バッテリー８は、フライバックトランス１の一次側に接続されており、メインコンデンサ６を充電するための電力を供給する。制御装置９は、二次側電流検出装置３と、一次側電流検出装置４と、OFF時間測定装置５との出力信号に基づき、FET２のオンおよびオフを制御する。
【００１５】
次に、図２および図３のフローチャートに沿って、本フライバック充電装置の動作を説明する。図２に示すように制御装置９は、充電を開始すると、FET２をオンする（ステップＳ１)。これによって、フライバックトランス１の一次側に電流が流れ、エネルギーが蓄積される。
【００１６】
一次側電流検出装置４は、一次側の電流が所定値を超えると、制御装置９への出力信号をLowからHighに切り替える（ステップＳ２)。制御装置９は、一次側電流検出装置４の出力信号の切替えを受けて、FET２をオフにする（ステップＳ３)。これによって、フライバックトランス１に蓄積されたエネルギーは、二次側を介して開放され、整流ダイオード７により整流された電流がメインコンデンサ６に電荷として蓄積される。この時、フライバックトランス１の二次側の電流Isは、ステップＳ４でFET２がオフした直後に瞬時に増大し、その後、フライバックトランス１の蓄積エネルギーの消費に伴い減少する。
【００１７】
この動きに伴い、二次側電流検出装置３は、ステップＳ４でFET２がオフした直後に、Isが所定値を超えるタイミングで制御装置９への出力信号をLowからHighに切り替え、その後、Isが所定値を下回るタイミングで制御装置９への出力信号をHighからLowに切り替える（ステップＳ４)。ステップＳ１〜Ｓ４と並行して行われる判断（図３のステップＳ７）の結果、充電完了でなければ（ステップＳ５）、制御装置９は、二次側電流検出装置３の出力信号がHighからLowに切り替わった直後にFET２を再びオンにして、前述したフライバックトランス１のエネルギーの蓄積と開放を繰り返す（ステップＳ１〜Ｓ４）。
【００１８】
また、図３に示すように制御装置９は、上記の充電動作（ステップＳ１〜Ｓ４)と並行して、二次側電流検出装置３の出力信号がHighに固定されている時間（≒FET２のOFF時間）を、OFF時間測定装置５を介して常にモニタ（ステップＳ６)する。そして、制御装置９は、OFF時間が所定時間より短くなったか否かを判断する（ステップＳ７）。OFF時間が所定時間より短くなった場合、制御装置９は、メインコンデンサ６の充電電圧が目標の電圧に達したものと判断し、FET２を強制的にオフ（ステップＳ８)して、充電を完了させる。また、OFF時間が所定時間以上であった場合、制御装置９はOFF時間の測定と判断を繰り返す（ステップＳ６〜Ｓ７）。
【００１９】
次に、目標とする充電電圧で充電動作を停止させるための所定時間の算出方法について、一例を挙げて説明する。フライバックトランス１の巻数比(n2/n1)をN、フライバックトランス１の一次側のインダクタンスをLp、一次側電流検出装置４の検出電流をIpth、二次側電流検出装置３の検出電流をIsth、メインコンデンサ６の充電電圧をVout、OFF時間測定装置５のOFF時間をToff、FET２がオフした際のフライバックトランス１の二次側の電流(Is)の減衰率をApとする。メインコンデンサ６の容量値が十分に大きな値である場合、ApとVoutの関係、ToffとApの関係はそれぞれ（１）式、（２）式となる。
Ap=Vout/(N×N×Lp)[A/t]  ・・・（１）
Toff=(Ipth/N-Isth)/Ap[s]  ・・・（２）
【００２０】
したがって、（１）式と（２）式より、ToffとVoutの関係は（３）式となり、（３）式を変形すると（４）式となる。
Toff=(Ipth/N-Isth)×(N×N×Lp)/Vout  ・・・（３）
Vout=N×Lp×(Ipth-N×Isth)/Toff  ・・・（４）
【００２１】
上記（４）式により、FET２のOFF時間(Toff)に基づき、メインコンデンサ６の充電電圧(Vout)を算出することができる。ここで、（４）式に具体的な数値を入れて、Toffが900n[s]の場合と3μ[s]の場合の充電電圧を算出する。N=12、Lp=20μ[H]、Ipth=1.4[A]、Isth=10m[A]とした時、以下のようになる。
Toff=900n[s]の場合、Vout=307.2μ/900n=341[V]
Toff=3μ[s]の場合、Vout=307.2μ/3μ=102[V]
【００２２】
このように、充電電圧とOFF時間の間には反比例の関係が成り立つので、この関係に基づき所定時間を算出することによって、目標とする充電電圧で充電動作を停止させることが可能となる。尚、上記算出式には各種誤差が考慮されていないため、当然のことながら算出値と実測値との間に乖離が生じるが、各種誤差を考慮し、実測値との乖離が小さくなるように上記算出式に補正を加えれば、精度の向上を図ることができる。
【００２３】
上述したように、本実施形態によれば、FET２のOFF時間に基づきメインコンデンサ６の充電電圧を算出することから、メインコンデンサ６に直接付加する分割抵抗等の充電電圧の検出回路を設けることなく、メインコンデンサ６の充電電圧を検出し、その充電電圧に基づいて充電を制御することができる。さらに、メインコンデンサ６に直接付加する充電電圧検出回路を用いないため、整流ダイオード７を挿入することによって、メインコンデンサ６の電荷のリークを防ぐことができ、高効率なフライバック充電装置を構成することができる。
【００２４】
また、OFF時間測定装置５によって検出された時間が所定時間より短くなったときに充電が完了したと判断することによって、充電完了か否かの判断を容易に行うことができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。図４は、第１の実施形態によるフライバック充電装置を適用した発光装置の構成を示している。図４において、図１と対応する箇所には図１と同一の符号を付している。
【００２６】
図４に示す発光装置は、図１に対応するフライバック充電装置と、制御装置９からの指示で発光器を発光させる発光装置１０とを備える。フライバック充電装置に係る二次側電流検出装置３は、基準電源１１と、抵抗１２と、比較器１３とで構成される。フライバック充電装置に係る一次側電流検出装置４は、基準電源１４と、抵抗１５と、比較器１６とで構成される。フライバック充電装置に係るOFF時間測定装置５は、所定の周波数のパルスを出力するクロック発振器１７と、パルス数をカウントするカウンタ１８とで構成される。
【００２７】
発光装置１０は、発光器であるキセノン管１９と、キセノン管１９にトリガ電圧を供給するトリガ回路２０と、メインコンデンサ６に蓄積された電荷を用いてキセノン管１９を発光させるIGBT（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）２１と、制御装置９からの信号に基づきIGBT２１の駆動信号を出力する発光パルス発生回路２２とで構成される。
【００２８】
次に、本発光装置の動作を説明する。本発光装置は、カメラに限らず、補助光が必要な装置に広く搭載され得るものであるが、以下では本発光装置がカメラに搭載されるものとして説明する。制御装置９は、図示しないカメラのメイン制御装置よりフラッシュ発光準備の指示信号を受けると、第１の実施形態で説明した動作に従い、メインコンデンサ６への充電を開始する。
【００２９】
この時、二次側電流検出装置３は、フライバックトランス１の二次側電流Isを抵抗１２によってI/V変換し、比較器１３において変換電圧と基準電源１１の電圧を比較する。二次側電流検出装置３は、変換電圧が基準電源１１の電圧より低い時（Isが基準値以上の時）にHighを出力し、変換電圧が基準電源１１の電圧より高い時(Isが基準値未満の時）にLowを出力する。
【００３０】
また、一次側電流検出装置４は、フライバックトランス１の一次側電流Ipを抵抗１５によってI/V変換し、比較器１６において変換電圧と基準電源１４の電圧を比較し、変換電圧が基準電源１４の電圧より高い時(Ipが基準値以上の時）にHighを出力し、変換電圧が基準電源１４の電圧より低い時(Ipが基準値未満の時）にLowを出力する。また、OFF時間測定装置５は、カウンタ１８において、二次側電流検出装置３の出力信号がHighである間にクロック発振器１７が出力するパルス数をカウントし、カウント数をOFF時間として制御装置９に出力する。そして、制御装置９は、OFF時間測定装置５から出力されたカウント数を時間に変換し、メインコンデンサ６の充電電圧を算出する。
【００３１】
その後、メインコンデンサ６への充電が完了すると、制御装置９は、カメラのメイン制御装置よりフラッシュ発光の指示信号を受け、発光パルス発生回路２２を介してIGBT２０を駆動する。これにより、キセノン管１９にはトリガ回路２０によって数千Vのトリガ電圧が加えられ、これをきっかけにメインコンデンサ６に蓄積された電荷がキセノン管１９を通ってIGBT２１に一気にひっぱられ、この時にキセノン管１９内で発光がおこる。
【００３２】
上述したように、本実施形態によれば、高効率なフライバック充電装置を備えた発光装置を構成することができる。また、メインコンデンサの充電電圧を検出するための機能として、もともとカメラシステム内に備えられたデバイスに組み込まれた機能（制御装置、カウンタの機能、クロックの機能）を流用することが可能と考えられるため、充電電圧検出の為だけに特別なデバイス（抵抗や整流ダイオードやコンパレータ等）を付加する必要が無く、コストの低減や実装面積の低減を実現することが可能である。
【００３３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施形態によるフライバック充電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるフライバック充電装置の動作の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態によるフライバック充電装置の動作の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２の実施形態による発光装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３５】
１・・・フライバックトランス、２・・・FET（スイッチング素子）、３・・・二次側電流検出装置（電流検出部）、４・・・一次側電流検出装置、５・・・OFF時間測定装置（時間検出部）、６・・・メインコンデンサ、７・・・整流ダイオード、８・・・バッテリー、９・・・制御装置（制御部）、１０・・・発光装置、１１・・・基準電源、１２・・・抵抗、１３・・・比較器、１４・・・基準電源、１５・・・抵抗、１６・・・比較器、１７・・・クロック発振器、１８・・・カウンタ、１９・・・キセノン管、２０・・・トリガ回路、２１・・・IGBT、２２・・・発光パルス発生回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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