(57)【要約】【課題】  効率良く電圧の変換を行うことができる電子機器を提供する。【解決手段】  １次巻線と２次巻線の少なくとも２つの巻線を備え、１次巻線側にはエネルギー供給源としての電源回路と、１次巻線に流れる１次巻線電流のオン／オフを切り替えるスイッチ手段が接続され、２次巻線側には整流手段と平滑手段が接続されて所定の電圧出力を得るDC/DCコンバータを備えた電子機器であって、２次巻線側に流れる２次巻線電流を検出するための２次電流検出手段と、２次電流検出手段からの信号を受けて１次巻線に流れる電流を制御する１次電流制御手段とを備えている。【選択図】  図１
2005137181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次巻線と２次巻線の少なくとも２つの巻線を備え、１次巻線側にはエネルギー供給源としての電源回路と、前記１次巻線に流れる１次巻線電流のオン／オフを切り替えるスイッチ手段が接続され、前記２次巻線側には整流手段と平滑手段が接続されて所定の電圧出力を得るDC/DCコンバータを備えた電子機器であって、
２次巻線側に流れる２次巻線電流を検出するための２次電流検出手段と、該２次電流検出手段からの信号を受けて前記１次巻線に流れる電流を制御する１次電流制御手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記１次電流制御手段は、前記２次電流検出手段の信号に基づいて２次巻線電流が最適なレベルになるようスイッチング手段のオン時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記２次電流検出手段の検出信号からDC/DCコンバータの動作異常を検出する異常状態検出手段を備え、
前記１次電流制御手段は、前記異常状態検出手段の検出結果に基づいて前記スイッチ手段をオフ状態に維持することを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記異常状態検出手段の検出結果に応じて警告を発する警告手段を有することを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記２次電流検出手段は、ホール素子を用いて前記２次巻線に流れる電流を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の電子機器。
【請求項６】
前記２次電流検出手段は、コイルを用いてその両端の電圧から前記２次巻線に流れる電流を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子機器。
【請求項７】
前記２次電流検出手段は、抵抗器を用いてその両端の電圧から前記２次巻線に流れる電流を検出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
直流電源の電圧を異なる電圧に変換して負荷装置にエネルギーを供給するDC/DCコンバータであって、特にストロボ装置の昇圧回路に適する。
【背景技術】
【０００２】
従来のストロボ用DC/DCコンバータにおいても2次巻線に流れる電流が減少したことを検出して1次巻線に流れる電流のONタイミングを決定するものが提案されている。例えば2次側に流れる電流が所定レベル以下に減少すると1次側のスイッチング素子を導通状態にして1次巻線に電流を流してエネルギーを蓄え、一定時間経過後前記スイッチング素子を遮断状態に切り換えてコイルに蓄えられたエネルギーにて2次側電流を流す構成について提示されている（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、コイルに蓄えられたエネルギーが減少することを電流検知手段によって検出し、1次側のスイッチング手段をOFFからONに切り換えることで最適なタイミングでの制御が為される。
【特許文献１】特表平６−５０４１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら前記手段では1次巻線に電流を流す時間が常に一定である為、DC/DCコンバータの効率面から見ると必ずしも最適な制御とはならないものである。以下にその理由を説明する。
【０００４】
DC/DCコンバータの構成要素の一つであるトランスは磁性体材料で形成されたコア上に1次巻線と2次巻線が巻かれていて、1次巻線に流れる電流の大きさと前記トランスに蓄えられるエネルギーは、コアが磁気飽和しない領域では、ほぼ比例するものである。しかしながら磁気飽和に達したトランスの1次巻線電流を更に増加しても、トランス内部の発熱が増加してエネルギーが無駄に消耗されてトランスに蓄積されるエネルギーは余り増加しない。従って2次側巻線から取り出すことの出来る電力は増加しないことになる。
【０００５】
またトランスに蓄えられるエネルギーは1次巻線電流の2乗に比例するものであるから、1次巻線電流が小さなレベルで導通状態から非導通状態へ切り替わる設定であると、スイッチング1回当りのエネルギーの伝達量が少なく、スイッチングロスが相対的に大きくなる。従ってその様な設定では、例えばフラッシュ装置のDC/DCコンバータでは、メインコンデンサに所定の電荷（電圧）になるまで充電するまでの時間（充電時間）が長くなってしまうと言う問題になる。
【０００６】
従って、DC/DCコンバータによる直流電圧の変換を効率よく行う為には、トランスが飽和しない範囲で、1次巻線に流れる電流を成るべく大きく設定することが望ましい。
【０００７】
本発明は係る問題を解決する為になされたものであり、2次側に流れる電流を電流検出手段で検出しその信号から1次巻線電流を制御することにより、効率良く電圧の変換を行ことが出来るDC/DCコンバータ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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明は、１次巻線と２次巻線の少なくとも２つの巻線を備え、１次巻線側にはエネルギー供給源としての電源回路と、前記１次巻線に流れる１次巻線電流のオン／オフを切り替えるスイッチ手段が接続され、前記２次巻線側には整流手段と平滑手段が接続されて所定の電圧出力を得るDC/DCコンバータを備えた電子機器であって、２次巻線側に流れる２次巻線電流を検出するための２次電流検出手段と、該２次電流検出手段からの信号を受けて前記１次巻線に流れる電流を制御する１次電流制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、直流電源の電圧を効率良く変換することが可能となる。
【００１０】
本出願に係る第二の発明は、2次電流検出手段の検出信号からDC/DCコンバータの動作不良を検出する異常状態検出手段を備え、この異常状態検出手段の検出結果に基づいて1次巻線電流制御手段はスイッチ手段をオフ状態に維持するものである。
【００１１】
これにより、DC/DCコンバータが何らかの不具合で正常な電圧変換を為しえない場合に、それを検出してその動作を禁止することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本出願に係る第一の発明によれば、１次巻線と２次巻線の少なくとも２つの巻線を備え、１次巻線側にはエネルギー供給源としての電源回路と、前記１次巻線に流れる１次巻線電流のオン／オフを切り替えるスイッチ手段が接続され、前記２次巻線側には整流手段と平滑手段が接続されて所定の電圧出力を得るDC/DCコンバータを備えた電子機器であって、２次巻線側に流れる２次巻線電流を検出するための２次電流検出手段と、該２次電流検出手段からの信号を受けて前記１次巻線に流れる電流を制御する１次電流制御手段とを備えることにより、直流電源の電圧を効率良く変換することが可能となる。
【００１３】
本出願に係る第二の発明によれば、2次電流検出手段の検出信号からDC/DCコンバータの動作不良を検出する異常状態検出手段を備え、その異常状態検出手段の検出結果により1次巻線電流制御手段はスイッチ手段をオフ状態に維持することで、該DC/DCコンバータが何らかの不具合で正常な電圧変換を為しえない場合に、それを検出してその動作を禁止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図1は本発明の特徴を最もよく表すもので、カメラ等の撮影装置に用いられるフラッシュ用DC/DCコンバータ回路の模式図である。1は直流電源装置で本実施例では3V出力の電池を想定している。この出力電圧から300Vの直流電圧を得る目的で本実施例のDC/DCコンバータが構成されている。2は後述のトランス3の1次巻線電流を導通、非導通状態へ切り換える為のスイッチング手段であるところのスイッチングトランジスタであり、ここではPNPトランジスタで構成しているがMOS FET等のスイッチング素子を用いるものであっても構わない。
【００１６】
3は本DC/DCコンバータをフライバック動作させる為のトランスで、1次巻線と2次巻線の2つの独立したコイルと磁性体材料から成るコアから構成されている。4は後述の制御装置11からの信号で制御されるスイッチで、このスイッチがONでスイッチングトランジスタ2はON状態となり1次巻線電流が流れる。またこのスイッチがOFFではスイッチングトランジスタ２はOFF状態となって1次巻線電流は遮断される。従って制御回路11からの制御信号でトランス3の1次巻線電流の導通、遮断が制御できることになる。
【００１７】
5と6はスイッチングトランジスタ2のプルアップ抵抗器とベース抵抗器。7は整流用ダイオードで、1次巻線電流が導通状態から遮断状態に変化した瞬間に本ダイオードのアノード側に高電圧が発生するが、その場合は順方向電流を流してコンデンサ8に電荷を蓄積する。逆に1次巻線電流が遮断状態から導通状態になる場合は本ダイオードのエミッタからアノードへ電流が流れることを阻止する。
【００１８】
8は平滑用コンデンサで、本実施例ではXe放電管を点灯させる為の高電圧をチャージしておく為の機能をも兼ね備えるものである。この平滑用コンデンサ8の両端電圧は後述のA/Dコンバータ10を介して制御装置11に取り込まれる。9は電流検出装置で、1次巻線電流が導通状態から遮断状態へ変わった後、平滑用コンデンサの充電電流を検出する為の2次電流検出手段である。この回路の一例を図2に示す。図2において20は小さな抵抗値の固定抵抗器で平滑用コンデンサの充電電流はこの抵抗器を流れるものである。
【００１９】
従ってこの抵抗器20の両端には充電電流に比例した電圧が現れる。21は抵抗器両端に現れる電圧を増幅する為の差動増幅器で平滑コンデンサの充電電流を抵抗器20で電圧変換した微小な信号を信号処理に適するレベルにまで増幅するものである。
【００２０】
本実施例では増幅率は一定なものとして扱うが、例えば制御装置11によって増幅率を任意に変更できるものであれば更に自在な制御が可能になる。
【００２１】
22はA/Dコンバータで差動増幅器21の出力信号を所定の分解能でデジタル信号に変換して制御装置11へ出力する。10は平滑用コンデンサ8両端の電圧をA/D変換する為のA/Dコンバータである。このA/Dコンバータで変換されたデジタル信号も制御装置11へ出力されるものである。11は本DC/DCコンバータ回路を制御するための制御装置であって、制御シーケンスを実現する為のソフトウェアが着込まれたマスクROM、データの一時保管等に使われるRAM、調整用データ等を書き込んでおく為のEEPROM等の不揮発性メモリとマイクロプロセッサ、入出力ポート等から構成されるものである。
【００２２】
入力信号としては平滑用コンデンサ8両端電圧と充電電流に関するデジタルデータ、出力信号はスイッチ4の制御信号である。尚、本実施例ではDC/DCコンバータ回路制御の専用としているが、例えばカメラの制御用に備えられた制御装置の一部の機能を流用するものであっても構わないものである。
【００２３】
また、本実施例では省略するが、実際のフラッシュ回路では、図1のDC/DCコンバータの出力端子にはXe放電管とトリガー回路を接続し、平滑用コンデンサ8に蓄積された高電圧を用いてそのXe放電管を発光させるものである。
【００２４】
以上の構成のDC/DCコンバータの動作を次に説明する。
【００２５】
DC/DCコンバータは非動作時には制御装置11によりスイッチ4がOFF状態に維持されている。続いてDC/DCコンバータの駆動開始時では制御装置11は所定時間だけスイッチ4をON状態にし、該所定時間経過後はOFF状態に戻す。コアが磁気飽和を起さない範囲で1次巻線電流はON時間の経過とともにほぼ直線的に増加する。
【００２６】
この時トランスに蓄えられるエネルギーはほぼ1次巻線電流の大きさの二乗に比例する。それ故トランスに蓄えられるエネルギーは、コアが磁気飽和しない範囲では、スイッチ4のON時間の二乗に比例する。続いてスイッチ4をOFF状態に戻すとトランスに蓄積されたエネルギーは2次巻線電流として2次巻線側に放出される。2次巻線の一端から電流はダイオード7を介して平滑用コンデンサ8の一方の電極に流れ込み、他方の電極から流れ出る。
【００２７】
更に電流検出回路9を通過して2次巻線の他端へ戻る。電流検出回路9に内蔵されるA/Dコンバータはこの2次巻線電流波形を検出するのに充分なサンプリングレートでA/D変換を行い、デジタル化された電流波形に関するデータを制御回路へ転送する。制御回路11はそのデータから2次巻線電流の大きさ、電流波形、電流の継続時間などを算出する。
【００２８】
尚、DC/DCコンバータの動作が継続して平滑用コンデンサ8への充電電圧が上昇すると、A/Dコンバータ10を介して検出した電圧が所定値に達した時点で制御装置11はスイッチ4をOFF状態に維持して、DC/DCコンバータの動作を停止する。このような動作により昇圧するDC/DCコンバータにおいてスイッチ4のON時間と2次巻線電流との関係を図3にて説明する。
【００２９】
図3の上側はDC/DCコンバータの1次巻線側に流れる電流波形を示し下側はDC/DCコンバータ駆動直後で、平滑コンデンサ8には電荷が殆ど蓄積されていない状態での2次巻線に流れる電流波形を示す。ここで（A）の区分はスイッチ4をTaの時間だけ導通状態としたもので、スイッチ4をOFF→ONとした直後より1次巻線電流は徐々に直線的に増加する。
【００３０】
その過程でスイッチ4がOFF状態に戻ると2次巻線電流が流れ始め、トランス内に蓄積されたエネルギーの放出とともに減少する。2次巻線電流波形に対して破線で「適正値上限」と「適正値下限」を示すが、電流検出回路9から取り込んだ電流波形から制御装置11が2次巻線電流の最大値を判定し「この範囲内であればスイッチ４の導通時間は適正である」とする。
【００３１】
区分（B）はTaより長いTbの時間スイッチ4を導通状態としたもので、非導通状態になる前に1次巻線電流が大きくなってトランスが磁気飽和を起しているものである。従って1次巻線電流は急激に増加しようとする。また、磁気飽和状態でスイッチ4を非導通状態へ切り換えるとその時の2次電流波形は図示の通り、最大値が「適正値上限」を超える。
【００３２】
制御装置11はこれを検出してスイッチ4のON状態が長すぎるものと判断し、ON状態を短縮する方向へスイッチ4の制御を変更する。制御装置11は予め定められた割合でON時間を短縮し再度2次巻線電流の最大値を評価する。其れが最適値の下限と上限の間に収まればON時間をそこで固定してDC/DCコンバータの駆動を続ける。また、未だ最適値の上限を超えていれば更にON時間を短縮し1次巻線電流を評価する。
【００３３】
これを繰り返して1次巻線電流の最大値を最適値の上限と下限の間に収め、そのON時間でDC/DCコンバータを駆動させる。区分（C）はスイッチ4の導通状態時間をTaより短いTcとしたもので、2次電流波形の最大値は適正値下限を下回っている。
【００３４】
先に記した如く、トランスが磁気飽和しない範囲ではトランスに蓄積されるエネルギーは電流値のほぼ２乗に比例し、１次巻線電流はトランス４のON時間にほぼ比例するので、所定の電圧まで平滑用コンデンサの両端電圧を上昇させるのには、トランスが飽和しない範囲で１次巻線電流が大きくなるようスイッチ４のON時間を設定すると効率が良い。即ち充電時間を短縮できる。そこで、制御装置11は2次巻線電流の最大値が適正値を下回るとスイッチ4のON状態時間を長くするようスイッチ4の制御を変更する。
【００３５】
尚、上記説明は平滑用コンデンサ8がほぼ空状態から充電を開始する場合を想定しているが、実際には平滑用コンデンサ8に電荷が残った状態から充電が開始されることもある。ここに電荷が残っていると空の状態と比較して2次巻線電流は当然少ない。そこで、本DC/DCコンバータはA/Dコンバータ10で平滑用コンデンサ8の両端電圧を測定し、その電圧に応じて2次巻線電流の適正値上限と適正値下限とを補正演算し、その演算値に基づいて2次巻線電流の最大値が補正演算された適正値の上限と下限の範囲に収まるように、スイッチ4のON時間を制御装置11が制御するものである。
【００３６】
更に、DC/DCコンバータ駆動中、常時、若しくは定期的に、平滑用コンデンサ8、若しくは出力端子両端の電圧を測定し、その都度2次巻線電流の適正値上限と下限を補正してその補正された値を基にスイッチ4のON時間を制御するものであっても構わない。
【００３７】
また、上の説明では2次巻線電流の評価をその最大値で行うこととしてきたが、それ以外に、例えば2次巻線電流の継続時間、図3に示すta、tb、tc、を測定し其れを基にスイッチ4のON時間を適切な値になるよう制御するものであっても構わない。
【実施例２】
【００３８】
図4は本発明に係る実施例２を説明する図面であって、制御装置11は実施例1で述べた機能に加えて2次巻線電流波形を評価する機能をも備えたものである。また12は制御装置11からの信号を受けてDC/DCコンバータの動作状態を示す為のものである。
【００３９】
この構成のDC/DCコンバータにおいて、制御回路11はDC/DCコンバータを駆動し、平滑用コンデンサ8への充電を開始するとともに、電流検出装置から得られる電流波形からスイッチ4のON時間を最適にするよう制御する。この時、同時に2次巻線電流の評価を行うものである。具体的には、2次巻線電流の最大値が所定の下限を下回る、若しくは全く観測されない、または所定の上限を上回る場合に「動作に異常がある」と判定する。異常状態検出装置として機能する。更に、スイッチ4をOFF状態に維持するよう制御し、同時に液晶表示装置12には「異常」を示す表示を行わせることにより、液晶表示装置12を警告手段として機能させることが出来る。
【００４０】
また、電流検出装置9の構成は図2に示す抵抗20をコイルに変えることも可能である。抵抗器の場合2次巻線電流が流れることにより電力の損失が避けられないが、コイルであれば電力損失は少ないメリットがある。但し、コイル両端の電圧は2次巻線電流の変化量に比例するので、制御装置11ではA/Dコンバータ22でデジタル変換したデータを積分して電流波形を再現する機能を備えるものである。
【００４１】
更に、2次巻線電流が流れるラインの近傍にホール素子を設置し、これを2次巻線電流のセンサーとして用いて電流検出装置を構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】DC/DCコンバータ回路の模式図
【図２】電流検出回路の一例
【図３】１次巻線と2次巻線に流れる電流波形
【図４】表示装置を備えたDC/DCコンバータ回路の模式図
【符号の説明】
【００４３】
１…電池
２…スイッチングトランジスタ
３…トランス
４…スイッチ
５…プルアップ抵抗
６…ベース抵抗
７…整流ダイオード
８…平滑用コンデンサ
９…電流検出回路
１０…A/Dコンバータ
１１…制御装置
１２…液晶表示装置
２０…電流検出抵抗
２１…差動増幅器
２２…A/Dコンバータ
【図１】
2005137181.tif 000003
【図２】
2005137181.tif 000004
【図３】
2005137181.tif 000005
【図４】
2005137181.tif 000006