(57)【要約】【課題】スイッチング電源回路に求められる、効率や、負荷追従性の向上だけでなく、スイッチング電源回路で発生するノイズの撮像センサに対しての、影響を軽減することを可能にしたスイッチング電源回路を提供する。【解決手段】外部からのクロックに同期し、外部クロックの入力周波数に対し、予め決められた変換レートで、スイッチング用クロックを生成する第１のクロック生成部と、第１のクロック生成部、若しくは、予め決められた周波数を生成する第２のクロック生成部からのいずれかのクロックを用いて、ＰＦＭ型もしくはＰＷＭ型のスイッチング電源のスイッチングパルスを生成する、スイッチングパルス制御部を備え、外部からのクロック入力を受け付けない時は、第２のクロック生成部のクロックをもとに、ＰＦＭ型のスイッチングパルスでスイッチング電源回路を制御をおこない、外部からのクロック入力を受け付けた時は、前記、予め決められた変換レートで決定された周波数で、ＰＷＭ型のスイッチングパルスにおいてスイッチング電源を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部からのクロックに同期し、外部クロックの入力周波数に対し、予め決められた変換レートで、スイッチング用クロックを生成する第１のクロック生成部と、前記、第１のクロック生成部、若しくは、予め決められた周波数を生成する第２のクロック生成部からのいずれかのクロックを用いて、ＰＦＭ型もしくはＰＷＭ型のスイッチング電源のスイッチングパルスを生成する、スイッチングパルス制御部を備えた、スイッチング電源回路において、
外部からのクロック入力を受け付けない時は、第２のクロック生成部のクロックをもとに、ＰＦＭ型のスイッチングパルスでスイッチング電源回路を制御をおこない、外部からのクロック入力を受け付けた時は、前記、予め決められた変換レートで決定された周波数で、ＰＷＭ型のスイッチングパルスにおいてスイッチング電源を制御することを特徴とする。
【請求項２】
請求項１に記載の外部からのクロックとは、請求項１記載のスイッチング電源回路が供給する、動作回路から出力されるクロックであることを特徴とする。
【請求項３】
請求項１に記載の予め決められた変換レートとは、動作回路に対して、効率、応答性が適切なスイッチング周波数範囲であり、且つ、撮像素子の読み出しタイミングに適切な周波数に変換するための変換レートであることを特徴とする。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像素子の読み出しタイミングに適切な周波数とは、撮像素子の画素信号の読み出しタイミングと、ノイズ信号の読み出しタイミング１／Ｎの周期となるスインチング周波数であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
撮像センサとそこに電源供給をおこなうスイッチング電源回路を構成として備えた、デジタルカメラ等において、スイッチング時に発生するインダクタノイズや、電源変動ノイズの撮像センサへの影響を低減し、且つ、応答性、効率に優れたスイッチング電源制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今のデジタルカメラにおいては、Ｂｏｄｙの小型化が進み、それに伴って、撮像センサと、撮像センサやＤＳＰに電源を供給するスイッチング電源回路の距離が近くなり、スイッチング電源のスイッチング時に発生するインダクタノイズや、電源変動ノイズの影響をうけやすくなっている。
【０００３】
又、一方で撮像センサの動作は、カメラの性能として、画素数や連写速度が速くなっていることから、動作クロックが高速化し、撮像センサ消費する電流変動、いわゆる負荷変動も高速化し、スイッチング電源回路に求められる、負荷応答性もより厳しくなってきている。又、一方で、前述したカメラの連写性能の向上に伴い、ユーザーの撮影枚数が増加傾向にあり、１本の電池で撮影可能な枚数のニーズが高まっている。その為、スイッチング電源回路の効率の更なる改善が求められている。
【０００４】
以上の様に、一眼レフカメラをとっても、スイッチング電源に求められる要求には、様々なものが存在している。この撮像センサの動作等に対して、応答性の良いスイッチング電源の提案として、特許文献１があげられる。
【０００５】
特許文献１では、複数の動作モードで動作する撮像装置であって、選択された動作モードに応じて、スイッチング電源回路のクロック周波数および位相を変更したり、又、選択された動作モードに応じて、複数の動作回路からいずれかの動作回路を選択し、選択された動作回路からのクロック発生回路から出力されるクロックを使って、スイッチング動作を行うアイデアである。この提案では、撮像回路等の動作回路のクロックをもちいることで、動作速度に応じた、スイッチング周波数の連動をおこなうことで、負荷応答性の良いスイッチング制御を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２１９２９２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしがなら、特許文献１においては、撮像動作時に撮像回路からのクロックに同期させスイッチング動作をおこなうことで、負荷追従性の向上がはかられる。又、撮像回路の動作時にのみ、同期化させ負荷追従をさせる為に、効率についててもそれ程そこなわれることがない制御となっている。しかしながら、前述した、撮像センサに対しての、スイッチング電源のインダクタ放射ノイズや、スイッチングのリップル特性の撮像センサへの影響についての配慮がされていない。
【０００８】
結果として、スイッチング電源と撮像センサの距離が近い実装構成である場合や、スイッチング電源を直接撮像センサへ接続する構成においては、スイッチング周波数と撮像センサの読み出しタイミングによっては、大きくスイッチング電源のノイズ影響をうけてしまう結果となってしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、スイッチング電源回路に求められる、効率や、負荷追従性の向上だけでなく、スイッチング電源回路で発生するノイズの撮像センサに対しての、影響を軽減することを可能にしたスイッチング電源回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、外部からのクロックに同期し、外部クロックの入力周波数に対し、予め決められた変換レートで、スイッチング用クロックを生成する第１のクロック生成部と、前記、第１のクロック生成部、若しくは、予め決められた周波数を生成する第２のクロック生成部からのいずれかのクロックを用いて、ＰＦＭ型もしくはＰＷＭ型のスイッチング電源のスイッチングパルスを生成する、スイッチングパルス制御部を備えた、スイッチング電源回路において、
外部からのクロック入力を受け付けない時は、第２のクロック生成部のクロックをもとに、ＰＦＭ型のスイッチングパルスでスイッチング電源回路を制御をおこない、外部からのクロック入力を受け付けた時は、前記、予め決められた変換レートで決定された周波数で、ＰＷＭ型のスイッチングパルスにおいてスイッチング電源を制御することを特徴とする構成である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、スイッチング電源回路において、電源効率がよく、又、負荷への応答性もよく、尚且つ、撮像デバイスに対して、インダクタ等で発生するスイッチングノイズの影響を低減することができるスイッチング電源回路を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態を示す全体構成図。
【図２】本発明の実施形態を示すタイムチャートを示す図。
【図３】スイッチング周波数と負荷応答、効率の関係を示す図。
【図４】撮像センサに対してのノイズ周波数の利得を示す図。
【図５】本発明の実施形態を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について説明を行う。
［実施例１］
図１、本発明の実施形態について説明する。最初に図１を用いて本発明の実施形態の構成について説明する。ここではデジタルカメラを例に説明する。１は、この回路のバッテリーを示す。２は、バッテリー（１）を入力電源とし、任意の電圧を効率よく生成するスイッチング電源回路である。又、５はデジタルカメラ全体の制御を行うマイコンである。マイコン５は、バッテリー１が投入されると、ＬＤＯ６（低飽和リニアレギュレータ）を介して、電源が供給される構成となっている。
【００１４】
ここでは割愛しているが、外部のＳＷ等の要因により、システムを起動させる場合には、スイッチング電源回路２を通信で起動させる。次に、スイッチング電源回路２は、通信内容に応じて、撮像センサ３、ＤＳＰ４，や外部液晶１５等、起動に必要なモジュールに対してインダクタ７を介して、電源を供給する。インダクタ７ではスイッチング制御回路のＳＷ動作により、三角波の様なインダクタ電流が発生し、このインダクタ電流により、撮像センサ等へ電磁界ノイズを発生させる。
【００１５】
３は撮像センサであり、被写体像を撮像したデータを、画像処理を行うＤＳＰ４へ転送する。又、１５は外部液晶であり、ＤＳＰ４で処理した画像データを外部へ表示する液晶部材である。又、ＤＳＰ４は、撮像動作のタイミングで発生する、撮像クロック２６を撮像センサへ出力するとともに、電源制御回路２に対しても出力する構成となっている。スイッチング電源制御回路２内部の１０は第１のクロック生成部であり、予め通信制御部８から指定された変換レートによって、外部からの入力クロックを所定の分周率や
逓倍率で変換し、スイッチング周波数としてクロックを出力する。
【００１６】
本実施例ではＰＬＬを想定している。又、９は第２のクロック生成部であり、内蔵で固定の周波数を生成するブロックである。又、１２はスイッチングパルス制御部であり、第１のクロック生成部と第２のクロック生成部からクロックを受け、ＰＷＭパルスやＰＦＭパルスを生成するブロックである。本実施例においては、第１のクロック生成部よりクロック供給を受けた場合にＰＷＭ制御にきりかわり、第２のクロック生成部のみのクロック供給を受けた場合はＰＦＭ制御をおこなうことを特徴としている。
【００１７】
ＰＦＭ制御は固定の源振周波数（９）をベースに、負荷に応じてパルススキップ等により負荷によって周波数を可変した制御をスイッチングパルス生成部（１２）によっておこなう。又、１３はスイッチングドライバ部であり、内蔵のスイッチ素子とスイッチ素子をドライブするプリドライバ部で構成されている。又、図１では、レンズや、シャッター、絞りや、カメラのＳＷ検出部等のその他のモジュールは本発明提案に直接関係しない構成であることから、ここでは割愛している。
【００１８】
次に、図３を用いてスイッチング電源における、一般的なスイッチング周波数と負荷応答性、スイッチング周波数と効率についての特性について説明を行う。まず、スイッチング周波数と負荷応答性の関係性についてである（４０）。一般的にスイッチング周波数が高くなると、スイッチング周期が短くなる為、負荷変動の発生タイミングから、スイッチングクロックで負荷変動に応答するまでの時間が短くなる為、応答性は良くなる。又、周波数が高くなることで、周辺にもちいるインダクタの定数が小さくなり、インダクタ電流の立ち上がりが鋭くなり負荷に対しての応答性が良くなる。
【００１９】
次に、スイッチング周波数と効率の関係性についてである（４１）。一般的にスイッチング周波数が高くなることで、スイッチング回数は増える方向になり、１回のスイッチングで発生するスイッチング損失は必然的に増え、電源効率としては低下する方向となる。
【００２０】
図３においては、負荷応答と効率の両特性のバランスを考えた、４２のスイッチング周波数領域で使用することが望ましいということを意図している。次に、図４を用いて、スイッチング電源の周辺回路であるインダクタ（７）より発生する、スイッチングノイズと撮像センサに対しての影響度の特性につてい説明を行う。
【００２１】
図４は、スイッチングノイズ（＝スイッチング周波数）を横軸として、撮像センサへの影響度（増幅利得）を縦軸に表現している。撮像センサでは、画素部の光電変換を行うことで得られる光電変換信号を読みだすタイミング（以下  Ｓ読みと呼ぶ）と、画素で発生するノイズ信号を読み出すタイミング（以下  Ｎ読みと呼ぶ）とが存在する。Ｓ読みとＮ読みの差分量から真の画素信号として読み出す手法がこれまでに提案されている。
【００２２】
この場合、Ｓ読みとＮ読みの周期に対して、ノイズの周期が１／Ｎ（Ｎ：整数）である場合には、ノイズがキャンセルされる方向となり、ノイズの増幅利得は最も小さくなる（５０）。図４では、２ＭＨｚ付近のスイッチングノイズに対して、ある所定のＳ読みとＮ読みのタイミングに対してのノイズの増幅利得を示した図である。
【００２３】
次に、図２のタイムチャートを用いて図１の全体構成の動作概要について説明を行う。図２のタイミングチャートでは、２４はスイッチング電源回路（２）にかかる負荷電流を示しており、撮像センサ（３）や、外部液晶（１５）の動作状態によって、スイッチング電源回路（２）にかかる全体の負荷電流が変化をしている状態を示している。７はインダクタの電流波形であり、本実施例においては、図３のスイッチング電源の周波数特性で説明した様に、効率と負荷応答性を考慮している。
【００２４】
従って、通常はスイッチング電源回路内の内蔵ＯＳＣ（９）をクロックを使用したＰＦＭ制御での動作を想定しており、負荷電流に応じて周波数が変更している様子を示している。又、ＤＳＰ４が撮像素子３を動作させる時に発生させる、動作クロック２６を撮像素子３に対して出力する。そのタイミングにおいては、スイッチング電源回路２のスイッチングパルス制御部（１２）がＰＦＭ制御（３０）から、ＰＷＭ制御（３１）へ切り替え、所定のＰＷＭ制御で制御をしていることを示している。
【００２５】
ここでのＰＷＭ制御の周波数は、図３で示した、予め効率と負荷応答性のバランスがとれた周波数範囲である。尚且つここでは撮像センサのＳ読みのタイミングと、Ｎ読みのタイミングがインダクタ電流（インダクタノイズ）のタイミングに対して、同位相となるスイッチング周波数である。つまり、結果として図４で示した、撮像センサ３へのノイズ影響の少ない、５０のタイミングの周波数で制御することを示している。
【００２６】
最後に、図５のフローチャートを用いて、具体的な動作説明を行う。
まず、はじめにユーザーが撮影準備をおこなう（＃１００）。図１では割愛しているが、マイコン５に接続された、メインＳＷ等による割り込みによって、マイコン５が起動し、スイッチング電源回路２を動作させることによって、カメラ全体のシステムを起動させる。スイッチング電源回路２においては、起動時にはスイッチングパルス制御部（１２）はＰＦＭ制御モードで動作を開始する（＃１０１）。
【００２７】
次に図１では割愛しているが、マイコン５に接続された、レリーズＳＷ等の撮影要求によって、撮像動作を開始する（＃１０２）。次に、撮影要求により撮像動作が開始することで、ＤＳＰ４から撮像センサ３の動作クロックを出力し、スイッチング電源回路には外部クロックとして入力される（＃１０３）。
【００２８】
次に、図３で示した様に、予めマイコン５の内部に記憶されている撮像動作時の負荷電流に対して、効率、応答性で効果な周波数範囲で（＃１０４）、且つ＃１０４の周波数範囲の中で、予めマイコン５の内部で記憶されている、図４で示した様な、撮像動作に対してスイッチングノイズの影響の少ない周波数のタイミングを選択し、その周波数情報をスイッチング電源回路（２）の通信制御部８を介して、第１のクロック生成部１０の設定をおこなう（＃１０５）。
【００２９】
次に、第１のクロック生成部１０より、前記指定した周波数において、スイッチングパルス制御部（１２）では、ＰＦＭ制御からＰＷＭ制御へと切替え（＃１０６）スイッチング電源回路２は電源制御を行う。その状態において撮像がおこなわれる。（＃１０７）  連続して撮像がおこなわれる場合は、スイッチング電源回路２はその制御状態を維持したままで撮像がおこなわれ、撮像動作が一旦終了すると、スイッチング電源回路２はスイッチングパルス制御部（１２）はＰＦＭ制御に切り替え動作をおこなう（＃１０８  ＃１０１）。
【００３０】
以上、説明した様に、ユーザーが電源投入時は、スイッチング電源回路はＰＦＭ制御で動作を行う。又、ユーザのレリーズＳＷ等により撮像要求をおこなった時には、予めシステムで記憶されている、効率、負荷応答のバランスが取れ、尚且つ撮像素子に対してノイズ影響の少ない周波数で制御を行うことが可能となる動作例を示した。
【符号の説明】
【００３１】
１：バッテリー
２：スイッチング電源回路
３：撮像センサ
４：ＤＳＰ（画像処理）
５：マイコン（システム制御部）
６：ＬＤＯ
７：インダクタ
８：通信制御部
９：第２のクロック生成部
１０：第１のクロック生成部
１２：スイッチングパルス制御部
１３：スイッチングドライブ部
１５：外部液晶
２２：撮像センサ：Ｓ読み
２３：撮像センサ：Ｎ読み
２４：負荷電流
２６：撮像クロック（外部クロック）
３０：ＰＦＭ制御区間
３１：ＰＷＭ制御区間
３２：ＰＦＭ制御区間
４０：負荷応答特性
４１：効率特性
４２：負荷応答性、効率のバランスが良い周波数ポイント
５０：  撮像センサに対してノイズ影響の少ない周波数ポイント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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