JP2004072991A - 電源回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】単純な構成で低コスト、且つ電圧管理を正しく行うと共に低消費電流の電源回路を提供することである。
【解決手段】スイッチング手段によって電池2からインダクタ3に繰り返し電流が流され、上記インダクタ3に発生した電圧はコンデンサ5により平滑化されてレギュレータ6に入力される。このレギュレータ6の入力は、CPU1内のA/Dコンバータ1aにてモニタされる。そして、上記A/Dコンバータ1aの基準電圧は、上記レギュレータ6の出力電圧によって安定化されている。
【選択図】 図1
【解決手段】スイッチング手段によって電池2からインダクタ3に繰り返し電流が流され、上記インダクタ3に発生した電圧はコンデンサ5により平滑化されてレギュレータ6に入力される。このレギュレータ6の入力は、CPU1内のA/Dコンバータ1aにてモニタされる。そして、上記A/Dコンバータ1aの基準電圧は、上記レギュレータ6の出力電圧によって安定化されている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は電源回路に関するもので、特に電池を電源とする携帯用電子機器の電源回路の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯用機器の小型化の流れに伴い、小容量で低い電圧しか発生できない電池を使用して、長時間、正しく機器を作動させるための試みが数多く成されている。この1つの技術として、DC/DCコンバータの利用があった。
【0003】
一方、機器の小型化のためには、部品点数を削減する必要がある。本件出願人は、専用の発振器を用いずに機器全体の制御を行うマイクロコントローラの1つのポートをオン/オフ制御させ、コンダクタンスを利用したDC/DCコンバータを構成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方式で構成されたDC/DCコンバータは、その出力電圧の管理が困難なものであった。
【0005】
また、近年、マイクロコントローラは、プロセスの微細加工技術の進展に従って、よりチップの小型化が進んでおり、低コストも進められている。しかしながら、微細化による電圧的耐性の制限が重要な管理項目となってきており、具体的には、こうした最新の、且つ、小型廉価のデバイスを利用する際には、所定電圧以上に電源電圧が上昇しないようにする工夫が必須となってきている。
【0006】
一方、DC/DCコンバータを状況に応じてよりきめ細かく制御し、消費電流を抑え、電池を長持ちさせて、ユーザの満足度を高める工夫が必要であることは言うまでもない。
【0007】
したがってこの発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、単純な構成で低コスト、且つ電圧管理を正しく行うと共に低消費電流の電源回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、電池からインダクタに繰り返し電流を流すスイッチング手段と、上記インダクタに発生した電圧を平滑化させ、レギュレータに入力する平滑化回路と、上記平滑化回路の出力をモニタするモニタ回路と、を具備し、上記モニタ回路の基準電圧が、上記レギュレータの出力電圧によって安定化されていることを特徴とする。
【0009】
またこの発明は、所定のパルス幅のパルス信号発振制御機能を有するマイクロコントローラと、上記発生したパルス信号によって制御される電池を電源とするDC/DCコンバータと、上記DC/DCコンバータの出力を低電圧に変換するレギュレータと、上記パルス信号出力後、所定時間後に、上記マイクロコントローラが、上記レギュレータの出力と、上記DC/DCコンバータの出力を比較して、上記パルス信号の制御を行うことを特徴とする。
【0010】
この発明の電源回路にあっては、スイッチング手段によって電池からインダクタに繰り返し電流が流され、上記インダクタに発生した電圧は平滑化回路によってを平滑化されてレギュレータに入力される。この平滑化回路の出力は、モニタ回路にてモニタされる。そして、上記モニタ回路の基準電圧は、上記レギュレータの出力電圧によって安定化されている。
【0011】
またこの発明の電源回路にあっては、マイクロコントローラが所定のパルス幅のパルス信号発振制御機能を有しており、上記発生したパルス信号によって制御される電池がDC/DCコンバータの電源とされる。上記DC/DCコンバータの出力は、レギュレータによって低電圧に変換される。そして、上記パルス信号出力後、所定時間後に、上記マイクロコントローラによって、上記レギュレータの出力と上記DC/DCコンバータの出力が比較されて、上記パルス信号の制御が行われる。
【0012】
最新のマイクロコントローラは、高機能化が進んでおり微細化技術の進展と共に、従来より小さなチップに、LCDドライバやA/DコンバータブザやPWM回路等パルス発生回路等の周辺回路が内蔵されていることが多い。
【0013】
この発明は、特にA/Dコンバータとパルス発生回路を有効利用して、低容量の電池を長持ちさせて、機器を長時間安定して動作させることを可能としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
【0015】
図1は、この発明の電源回路に係る第1の実施の形態の構成を示す図である。
【0016】
尚、この第1の実施の形態に於いては、携帯用電子機器の中でもアクチュエータ等、可動部を多く含み、電池に負担の多いカメラを例として説明する。
【0017】
図1に於いて、CPU1は、カメラ全体のシーケンスを制御するもので、マイクロコントローラにより構成される。このCPU1内には、後述するA/Dコンバータ1aやLCDドライバ1bを有している。
【0018】
電池2は、後述するシャッタ16、ストロボ装置17のエネルギー源となるもので、リチウム電池やアルカリ電池等の1次電池の他、近年ではNiHやLi−ion等の2次電池が利用されることもある。この電池2は、インダクタ3、整流用のダイオード4、電源安定用のコンデンサ5及びレギュレータ6を介してCPU1に接続される。
【0019】
また、このCPU1には、2つの抵抗から成る分圧抵抗9と、トランジスタ10と、上記LCDドライバ1bによって駆動されるLCD12と、スイッチ13と、コンデンサ14と、リセット回路15と、シャッタ16及びストロボ装置17が接続される。
【0020】
このような構成に於いて、ユーザのスイッチ13の制御に応じて、CPU1に内蔵のプログラムにより所定のシーケンスが実行され、シャッタ16やストロボ装置17が駆動されて撮影動作や表示が制御される。これらシャッタ16やストロボ装置17のエネルギー源としては、電池2が利用されている。
【0021】
この電池使用時には、内部抵抗と称される抵抗成分が無視できず、シャッタ16用のプランジャやモータ(図示せず)に数百ミリアンペアオーダの電流が流れたり、ストロボ装置17の充電回路(図示せず)に数アンペアオーダの電流が流れたりすると、上記内部抵抗によって電圧降下が起こる。すると、電池電圧が急激に変化したり、低下したりすることによって、CPU1が誤動作したり、最低動作電圧を外れて停止してしまったりすることがある。
【0022】
この内部抵抗成分は、環境温度等、電池の使用状況や消耗の場合、更には上述した電池の種別、またはメーカによって変動するものであり、これにかかわらず一定電圧でCPUその他の各部を制御することが望まれている。
【0023】
そのため、本実施の形態では、パルス信号をベースに加えることによって、DC/DCコンバータ用のトランジスタ10がCPU1によって高速にオン/オフされる。これにより、インダクタ3に電流変化が発生され、その時に生じる電圧に基く電流が整流用のダイオード4を介して電源安定用のコンデンサ5にチャージされる。すると、図中にDCOUT として表された部分の電圧は、電池電圧(Vcc1 )以上に上昇し、これをCPU1の電源とすることによって、上述した大きな電池電圧変動に影響しない電源を形成することができる。
【0024】
しかし、無制限にトランジスタ10をパルス駆動し続けてDC/DCコンバータを駆動し続けると、DCOUT は必要以上に上昇すると共に、消費電流も無駄になってしまう。これを防止するために、DCOUT がレギュレータ6に入力され、その出力がCPU1の電源電圧Vcc2 とされている。
【0025】
電池の開放電圧が3Vとすると、レギュレータ出力Vcc2 は2.7V付近が選択される。これによって、電池が新しい時や、大電流系の回路が駆動されていない場合には、DC/DCコンバータが停止されて、電流消費が抑えられるようになる。
【0026】
こうして、安定化されたレギュレータ出力Vcc2 が、CPU1に内蔵されたLCDドライバ1bや、A/Dコンバータ1aの基準電圧に利用されることによって、LCD12の濃度を電池の消費状態によらずに一定にすることができる上、正確なA/D変換が可能となる。また、上述したCPU1の電源リミット(3.6V付近)を越えることなく、CPUを安定して制御させることができる。
【0027】
上述したA/Dコンバータ1aを利用すれば、DC/DCコンバータの出力DCOUT が抵抗9で分圧されることによって、DC/DCコンバータの制御が必要か否かが判定できる。
【0028】
つまり、CPU1がオープンドレイン出力端子9aを“L(ローレベル)”とすれば、分圧抵抗9の2つの抵抗の比率に応じた電圧が中間電極に発生する。したがって、これがA/Dコンバータ1aにてモニタされ、上述したレギュレータ出力(VREG )の2.7V相当を越えていない時には、DC/DCコンバータ10が作動される。
【0029】
また、2.7Vを越えてすぐにこれが停止されると、すぐにCPU1により電流消費されて、Vcc2 の電圧が下がってしまう。したがって、しばらく昇圧が続けられ、0.5V程度上昇されてから(VREG +V0 になってから)DC/DCコンバータが停止されて消費電流が抑えられる。
【0030】
図2は、このような回路による電圧制御の動作方法を説明するタイミングチャートである。
【0031】
図中、DCはDC/DCコンバータ用のトランジスタ10のベースを制御するパルス波形を表している。また、DCOUT 及びVcc2 は、それぞれレギュレータ6の入力及び出力を表している。更に、A/DはA/Dコンバータ1aの判定タイミングである。
【0032】
ここで、注意を要するのは、レギュレータ6が正規のVREG を出力していない場合は、A/Dコンバータ1aの基準電圧そのものが正しい値とならないので、正しい値になった後にA/D変換の判定を開始するように考慮されていることである。つまり、DC/DCコンバータが駆動されてから所定の時間(tAD)が経過してから、A/D変換が行われるようになっている。
【0033】
この制御によって、正しい基準電圧が入力された後に、A/D変換による電圧判定(DCOUT 判定)が行われるので、正確なDC/DCコンバータ制御が可能となる。また、電池が抜かれた場合には、リセット回路15にてその旨が判定され、CPU1がリセットされる。
【0034】
次に、このような構成の電源回路を有するカメラの動作について、図3のフローチャートを参照して説明する。
【0035】
尚、このフローチャートは、CPU1に内蔵されるROM内に記録されたプログラムに従ってシーケンシャルに実行されるものである。
【0036】
カメラのメインスイッチが入力されると、先ず、ステップS1にてDC/DCコンバータ用のトランジスタ10の発振が開始される。上述したように、この昇圧動作後、しばらくはCPU1に内蔵のA/Dコンバータ1aの基準電圧(Vref )そのものが安定していない可能性があるので、以下のような処理動作が行われる。すなわち、ステップS2に於いて、所定時間tADが経過したか否かが判定される。ここで、所定時間tADが経過すると、続くステップS3にてLCD表示が行われ、更にステップS4にてA/D変換動作が開始される。
【0037】
そして、ステップS5に於いて、このA/D変換結果がDCOUT >VREG +V0 (レギュレータ電圧より0.5V程高い電圧)という関係になったか否かが判定される。
【0038】
ここで、DCOUT の方が高ければステップS6に移行する。そして、ストロボ充電のような動作を必要としないときには、DC/DCコンバータは作動停止できるとして、ストロボ充電の要・不要が判定される。
【0039】
ストロボ充電が必要な場合には、ステップS7へ移行して充電完了フラグが“0”とされて、ステップS8で充電動作が開始される。このとき、電池電圧の低下が想定されるので、DC/DCコンバータの作動は継続させてCPU電圧(Vcc2 )の安定化が図られる。
【0040】
また、上記ステップS6にて、ストロボ充電が不要の場合には、ステップS9に移行して充電完了フラグがセット(“1”)される。次いで、ステップS10にてストロボ充電が停止された後、ステップS11にてDC/DCコンバータが停止されて消費電流が削減される。
【0041】
一般に、ストロボ回路は、高い電圧のエネルギーを利用してストロボ発光を行うため、充電動作を必要とし、その時大きな電流消費を伴う。また、レリーズスイッチがオンされる時も、シャッタ動作等、大きな電流消費を伴う。そのため、ステップS12にてレリーズスイッチの状態が判定されて、レリーズスイッチがオンの場合は、ステップS13に移行して、DC/DCコンバータの作動が行われる。次いで、ステップS14にてシャッタ制御が行われ、更にステップS15にてストロボ発光制御等が行われる。
【0042】
この電流消費操作が終了すると、上記ステップS4に移行して、再度A/D変換が行われた後、DC/DCコンバータの更なる制御が必要か否かが判定される。
【0043】
一方、上記ステップS12にて、レリーズスイッチがオンされていなければ、ステップS18へ移行する。
【0044】
また、上記ステップS5にて、DCOUT >VREG +V0 でなければ、ステップS16に移行して、DC/DCコンバータ用のトランジスタ10の発振が継続され、更にステップS17にてストロボ充電のような大電流消費の制御が停止される。その後、ステップS18に移行する。
【0045】
ステップS18では、メインスイッチの操作状態が判定される。ここで、メインスイッチがオフに操作されなければ、ステップS19に移行して、所定時間経過毎に、上記ステップS4のA/Dの判定(電源電圧判定)が行われる。
【0046】
また、上記ステップS18にてメインスイッチがオフにされると、ステップS20へ移行して表示がOFFにされる。次いで、ステップS21にて、DC/DCコンバータの動作も停止されて、消費電流が削減される。
【0047】
以上説明したように、第1の実施の形態によれば、CPUに内蔵のA/D変換手段(コンバータ)を有効利用して、DC/DCコンバータのON/OFF制御を適確に行うようにしたので、安定した動作が保証できると共に、電池寿命を長くすることができる。
【0048】
更に、分圧抵抗9のグラウンド(GND)側を、CPU1のNchオープンドレイン端子でON/OFF制御する等の工夫をして部品点数を削減しているので、小さなスペースに収められる小型機器用の電源回路とすることができる。
【0049】
また、ストロボやアクチュエータを制御して大電流消費動作を伴う場合には、必ずDC/DCコンバータを作動させて、Vcc2 の低下を防止したので、誤動作をなくし、表示等のちらつきも対策することができる。
【0050】
次に、この発明の第2の実施の形態について説明する。
【0051】
図4は、この発明の電源回路に係る第2の実施の形態の構成を示す図である。
【0052】
尚、この第2の実施の形態に於いて、図1に示される第1の実施の形態と同じ部分には同一の参照番号を付して説明は省略する。
【0053】
この第2の実施の形態では、A/DコンバータのVref に分圧回路20のダイオード20aの順電圧VF を利用したため、図1の回路の構成からレギュレータ6を削除して、より廉価の回路を達成している。
【0054】
つまり、A/Dコンバータ1aは、このVF と分圧抵抗7で分圧されたDC/DCコンバータの出力を比較して、昇圧が必要か否かを判定することができる。この判定時のみ、図5に示されるように、CPU1のオープンドレインポート9a′がオンされて、この時のみダイオードや抵抗等から成る電圧判定部に電流が流されるようになる。また、その他の場合は、ここがオープンにされて消費電流が抑えられるよううになっている。
【0055】
このA/Dコンバータ1aによる電圧比較によって、頻繁にDC/DCコンバータのオン/オフが制御されれば、ダイオード20aのVF が一般に0.6〜0.7Vであるため、DCOUT もその差である0.1Vの3〜4倍のバラつきである0.3〜0.4Vに抑えることができる。
【0056】
このような工夫によって、LCD12を所定の電圧でちらつきを小さくして駆動しながら、シャッタ、ストロボ装置等の撮影装置21による電源電圧低下を防止して、安定した電源電圧を供給可能な電源回路を提供することが可能となる。この第2の実施の形態では、レギュレータを廃止したため、より低コスト化が可能となっている。
【0057】
次に、この発明の第3の実施の形態を説明する。
【0058】
図6は、この発明の電源回路に係る第3の実施の形態の構成を示すもので、外電源回路が適用されたカメラ全体のシステムの構成例を示したブロック図である。
【0059】
この第3の実施の形態は、ワンチップマイクロコンピュータ(CPU)1の同一チップ内に、レギュレータ6を内蔵させたものである。このレギュレータ6の出力は、A/Dコンバータ1a、LCDドライバ1b、D/Aコンバータ1c、リセット(RESET)回路25に供給されると共に、バッファ26を介してCPU1の外部に取り出せるようになっている。
【0060】
上記D/Aコンバータ1cには、アンプ27と、AF部30に含まれるアンプ31が接続されると共に、コンパレータ32、33、34のそれぞれ一方の入力端子が接続される。上記コンパレータ32の他方の入力端子には、上記A/Dコンバータ1a及びAF部30が接続される。更に、コンパレータ33、34の他方の入力端子は、それぞれフォトインタラプタ回路52、分圧抵抗9に接続される。そして、コンパレータ32及び33の出力は判定回路35へ、コンパレータ34の出力は判定回路36へ供給される。
【0061】
この判定回路36の出力は、上記リセット回路25、発振器37の出力と共に、発振オフ(OFF)回路38に供給される。また、リセット回路25には、CPU1外部の発振器40が接続された時計回路41が、逓倍回路42を介して接続される。
【0062】
更に、上記アンプ27の入出力間には、モータドライバ44駆動用のトランジスタ45が接続される。また、バッファ26に接続された表示用のLED46を介してI/O部47が接続される。
【0063】
上記CPU1内のレギュレータ6には、DC/DCコンバータのダイオード4及びコンデンサ5が接続される。更に上記ダイオード4には、インダクタ3、電池2を介してモータドライバ44及びトランジスタ45が接続されている。上記ダイオード4には、また、トランジスタ10及び抵抗48、49を介して発振オフ回路38が接続される。更に、この発振オフ回路38には、ストロボ装置17が接続される。
【0064】
上記モータドライバ44に接続されたモータ51は、フォトインタラプタ回路52によってその回転が検出される。そして、このフォトインタラプタ回路52は、抵抗53、54を介してI/O部47に接続されると共に、CPU1内部やEEPROM55、更にはAF部30や受光素子56に接続されている。
【0065】
また、LCD12は、IC1内のLCDドライバ1bに接続されて駆動される。
【0066】
このような構成に於いて、先ず、電池からの出力を安定させて、電源として利用する部分について説明する。
【0067】
ここでは、CPU1の同一チップ内に、レギュレータ6が内蔵されており、該レギュレータ6の出力は、バッファ26を介してCPU1外部に取り出すことができるようになっている。DC/DCコンバータ出力DCOUT に依存する電圧は、分圧抵抗9を介して、A/Dコンバータ1a及びCPU1内に設けられたコンパレータ34に入力されている。
【0068】
CPU1が内蔵の発振器37によってトランジスタ10をオン/オフすると、電池2から流れた電流により、インダクタ3に発生された電圧が、ダイオード4を介してコンデンサ5に充電される。この充電電圧DCOUT は、分圧抵抗9によって分圧され、A/Dコンバータ1aによってモニタされる。
【0069】
このときの回路動作を説明するタイミングチャートは、図2のタイミングチャートと同様である。但し、このように、A/Dコンバータ1aの結果を常にモニタしているプログラムでは、十分と言えないようなシーケンスがあり、制約がある。つまり、比較的長い時間にわたって高速の制御を行う場合には、このA/D変換の判定に要する時間がタイムラグとなって精密な制御ができなくなる。例えば、フィルムに日付を写し込むときに写し込みタイミングを判定している場合や、ピント合わせレンズが制御されているときにレンズ位置を検出している場合に、DC/DCコンバータの昇圧をモニタする制御は困難なものである。
【0070】
そのため、本実施の形態では、所定の電圧DA1とDA2とを比較するためのコンパレータ34が設けられている。そして、所定レベルにDCOUT 入っているときには、判定回路36が発振オフ回路38をオフにして昇圧動作を停止するようにしている。
【0071】
この発振オフ回路38は、単に発振を停止させるだけでなく、停止させたときにトランジスタ10がオンされたままにならないように、停止時の出力電圧固定を“L(ローレベル)”にするように構成している。
【0072】
このような構成の回路により、DCOUT が所定レベル内に収まるように制御することができる。
【0073】
また、D/Aコンバータ1cは、CPU1のプログラムに応じて、コンパレータ34に入力する判定電圧を切換えることができ、図7のタイミングチャートに示されるDAのように、DA1、DA2の2つの出力を選択することができる。昇圧時は高い側のリミットDA1を設定し、昇圧停止時は低い側のリミットDA2を設定するが、これらを越える毎に判定回路36がコンパレータ34の出力を判定して信号を出力し、発振オフ回路38やCPU1のプログラムを切換えて制御する。このときのタイミングチャートは、図7に示されるようになる。
【0074】
このように、コンパレータ1つでウィンドウコンパレータのような働きを持たせ、いたずらに回路が大型化することを防止して廉価にしている。
【0075】
本実施の形態の特徴たるCPU1内のレギュレータ6の出力は、上記D/Aコンバータ1c、A/Dコンバータ1a及びLCDドライバ1bの基準電圧として供給されると共に、バッファ26を介して、CPU1外の各回路用の定電圧源として機能する。例えば、モータ51の回転を検出するフォトインタラプタ回路52や、表示用のLED46、各種データを記録したEEPROM5等の電源となる。
【0076】
また、図示されていないが、投光手段を投光制御したときに、受光素子56に入射した光信号の大きさを検出するAF部30を安定させるための電源としても応用することができる。
【0077】
更に、発振器37の出力パルスは、ストロボ装置17の充電用パルスとしても用いられ、CPU1に内蔵のA/Dコンバータ1aは、この充電電圧を判定する機能をも有している。また、D/Aコンバータ1cの出力は、アンプ27に入力され、モータドライバ44をトランジスタ45と共に定電圧駆動して、モータ51の速度を制御することができるようになっている。
【0078】
上述したように、上記発振器40は、日付写し込み用の時計回路41を動作させる。この発振器40の出力が逓倍回路42で逓倍されて、CPU1の動作のメインクロックを発生させる。
【0079】
リセット回路25は、電池2が消耗したときにCPU1をリセットし、交換等により電池2が新しくなった場合に、CPU1を正しく再起動させる機能を有している。
【0080】
このように、図6に示されるシステムによって、AF部30ばかりでなく、主要な部品をCPU1と同一チップ内に構成することが可能となり、コスト的、スペース的なメリットのある製品を提供することが可能となる。
【0081】
以上説明したように、この発明によれば、単純で廉価な構成によって、電池のエネルギーを長時間有効利用できる携帯機器用の電源回路を提供することができる。
【0082】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、単純な構成で低コスト、且つ電圧管理を正しく行うと共に低消費電流の電源回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の電源回路に係る第1の実施の形態の構成を示す図である。
【図2】図1の電源回路による電圧制御の動作方法を説明するタイミングチャートである。
【図3】第1の実施の形態に於ける電源回路を有するカメラの動作について説明するフローチャートである。
【図4】この発明の電源回路に係る第2の実施の形態の構成を示す図である。
【図5】第2の実施の形態に於ける電源回路の昇圧の判定時を説明する図である。
【図6】この発明の電源回路に係る第3の実施の形態の構成を示すもので、該電源回路が適用されたカメラ全体のシステムの構成例を示したブロック図である。
【図7】図6のシステムによる昇圧時の各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 CPU、
1a A/Dコンバータ、
1b LCDドライバ、
2 電池、
3 インダクタ、
4 ダイオード、
5、14 コンデンサ、
6 レギュレータ、
9 分圧抵抗、
10 トランジスタ、
12 LCD、
13 スイッチ、
15 リセット回路、
16 シャッタ、
17 ストロボ装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は電源回路に関するもので、特に電池を電源とする携帯用電子機器の電源回路の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯用機器の小型化の流れに伴い、小容量で低い電圧しか発生できない電池を使用して、長時間、正しく機器を作動させるための試みが数多く成されている。この1つの技術として、DC/DCコンバータの利用があった。
【0003】
一方、機器の小型化のためには、部品点数を削減する必要がある。本件出願人は、専用の発振器を用いずに機器全体の制御を行うマイクロコントローラの1つのポートをオン/オフ制御させ、コンダクタンスを利用したDC/DCコンバータを構成している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方式で構成されたDC/DCコンバータは、その出力電圧の管理が困難なものであった。
【0005】
また、近年、マイクロコントローラは、プロセスの微細加工技術の進展に従って、よりチップの小型化が進んでおり、低コストも進められている。しかしながら、微細化による電圧的耐性の制限が重要な管理項目となってきており、具体的には、こうした最新の、且つ、小型廉価のデバイスを利用する際には、所定電圧以上に電源電圧が上昇しないようにする工夫が必須となってきている。
【0006】
一方、DC/DCコンバータを状況に応じてよりきめ細かく制御し、消費電流を抑え、電池を長持ちさせて、ユーザの満足度を高める工夫が必要であることは言うまでもない。
【0007】
したがってこの発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、単純な構成で低コスト、且つ電圧管理を正しく行うと共に低消費電流の電源回路を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
すなわちこの発明は、電池からインダクタに繰り返し電流を流すスイッチング手段と、上記インダクタに発生した電圧を平滑化させ、レギュレータに入力する平滑化回路と、上記平滑化回路の出力をモニタするモニタ回路と、を具備し、上記モニタ回路の基準電圧が、上記レギュレータの出力電圧によって安定化されていることを特徴とする。
【0009】
またこの発明は、所定のパルス幅のパルス信号発振制御機能を有するマイクロコントローラと、上記発生したパルス信号によって制御される電池を電源とするDC/DCコンバータと、上記DC/DCコンバータの出力を低電圧に変換するレギュレータと、上記パルス信号出力後、所定時間後に、上記マイクロコントローラが、上記レギュレータの出力と、上記DC/DCコンバータの出力を比較して、上記パルス信号の制御を行うことを特徴とする。
【0010】
この発明の電源回路にあっては、スイッチング手段によって電池からインダクタに繰り返し電流が流され、上記インダクタに発生した電圧は平滑化回路によってを平滑化されてレギュレータに入力される。この平滑化回路の出力は、モニタ回路にてモニタされる。そして、上記モニタ回路の基準電圧は、上記レギュレータの出力電圧によって安定化されている。
【0011】
またこの発明の電源回路にあっては、マイクロコントローラが所定のパルス幅のパルス信号発振制御機能を有しており、上記発生したパルス信号によって制御される電池がDC/DCコンバータの電源とされる。上記DC/DCコンバータの出力は、レギュレータによって低電圧に変換される。そして、上記パルス信号出力後、所定時間後に、上記マイクロコントローラによって、上記レギュレータの出力と上記DC/DCコンバータの出力が比較されて、上記パルス信号の制御が行われる。
【0012】
最新のマイクロコントローラは、高機能化が進んでおり微細化技術の進展と共に、従来より小さなチップに、LCDドライバやA/DコンバータブザやPWM回路等パルス発生回路等の周辺回路が内蔵されていることが多い。
【0013】
この発明は、特にA/Dコンバータとパルス発生回路を有効利用して、低容量の電池を長持ちさせて、機器を長時間安定して動作させることを可能としている。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
【0015】
図1は、この発明の電源回路に係る第1の実施の形態の構成を示す図である。
【0016】
尚、この第1の実施の形態に於いては、携帯用電子機器の中でもアクチュエータ等、可動部を多く含み、電池に負担の多いカメラを例として説明する。
【0017】
図1に於いて、CPU1は、カメラ全体のシーケンスを制御するもので、マイクロコントローラにより構成される。このCPU1内には、後述するA/Dコンバータ1aやLCDドライバ1bを有している。
【0018】
電池2は、後述するシャッタ16、ストロボ装置17のエネルギー源となるもので、リチウム電池やアルカリ電池等の1次電池の他、近年ではNiHやLi−ion等の2次電池が利用されることもある。この電池2は、インダクタ3、整流用のダイオード4、電源安定用のコンデンサ5及びレギュレータ6を介してCPU1に接続される。
【0019】
また、このCPU1には、2つの抵抗から成る分圧抵抗9と、トランジスタ10と、上記LCDドライバ1bによって駆動されるLCD12と、スイッチ13と、コンデンサ14と、リセット回路15と、シャッタ16及びストロボ装置17が接続される。
【0020】
このような構成に於いて、ユーザのスイッチ13の制御に応じて、CPU1に内蔵のプログラムにより所定のシーケンスが実行され、シャッタ16やストロボ装置17が駆動されて撮影動作や表示が制御される。これらシャッタ16やストロボ装置17のエネルギー源としては、電池2が利用されている。
【0021】
この電池使用時には、内部抵抗と称される抵抗成分が無視できず、シャッタ16用のプランジャやモータ(図示せず)に数百ミリアンペアオーダの電流が流れたり、ストロボ装置17の充電回路(図示せず)に数アンペアオーダの電流が流れたりすると、上記内部抵抗によって電圧降下が起こる。すると、電池電圧が急激に変化したり、低下したりすることによって、CPU1が誤動作したり、最低動作電圧を外れて停止してしまったりすることがある。
【0022】
この内部抵抗成分は、環境温度等、電池の使用状況や消耗の場合、更には上述した電池の種別、またはメーカによって変動するものであり、これにかかわらず一定電圧でCPUその他の各部を制御することが望まれている。
【0023】
そのため、本実施の形態では、パルス信号をベースに加えることによって、DC/DCコンバータ用のトランジスタ10がCPU1によって高速にオン/オフされる。これにより、インダクタ3に電流変化が発生され、その時に生じる電圧に基く電流が整流用のダイオード4を介して電源安定用のコンデンサ5にチャージされる。すると、図中にDCOUT として表された部分の電圧は、電池電圧(Vcc1 )以上に上昇し、これをCPU1の電源とすることによって、上述した大きな電池電圧変動に影響しない電源を形成することができる。
【0024】
しかし、無制限にトランジスタ10をパルス駆動し続けてDC/DCコンバータを駆動し続けると、DCOUT は必要以上に上昇すると共に、消費電流も無駄になってしまう。これを防止するために、DCOUT がレギュレータ6に入力され、その出力がCPU1の電源電圧Vcc2 とされている。
【0025】
電池の開放電圧が3Vとすると、レギュレータ出力Vcc2 は2.7V付近が選択される。これによって、電池が新しい時や、大電流系の回路が駆動されていない場合には、DC/DCコンバータが停止されて、電流消費が抑えられるようになる。
【0026】
こうして、安定化されたレギュレータ出力Vcc2 が、CPU1に内蔵されたLCDドライバ1bや、A/Dコンバータ1aの基準電圧に利用されることによって、LCD12の濃度を電池の消費状態によらずに一定にすることができる上、正確なA/D変換が可能となる。また、上述したCPU1の電源リミット(3.6V付近)を越えることなく、CPUを安定して制御させることができる。
【0027】
上述したA/Dコンバータ1aを利用すれば、DC/DCコンバータの出力DCOUT が抵抗9で分圧されることによって、DC/DCコンバータの制御が必要か否かが判定できる。
【0028】
つまり、CPU1がオープンドレイン出力端子9aを“L(ローレベル)”とすれば、分圧抵抗9の2つの抵抗の比率に応じた電圧が中間電極に発生する。したがって、これがA/Dコンバータ1aにてモニタされ、上述したレギュレータ出力(VREG )の2.7V相当を越えていない時には、DC/DCコンバータ10が作動される。
【0029】
また、2.7Vを越えてすぐにこれが停止されると、すぐにCPU1により電流消費されて、Vcc2 の電圧が下がってしまう。したがって、しばらく昇圧が続けられ、0.5V程度上昇されてから(VREG +V0 になってから)DC/DCコンバータが停止されて消費電流が抑えられる。
【0030】
図2は、このような回路による電圧制御の動作方法を説明するタイミングチャートである。
【0031】
図中、DCはDC/DCコンバータ用のトランジスタ10のベースを制御するパルス波形を表している。また、DCOUT 及びVcc2 は、それぞれレギュレータ6の入力及び出力を表している。更に、A/DはA/Dコンバータ1aの判定タイミングである。
【0032】
ここで、注意を要するのは、レギュレータ6が正規のVREG を出力していない場合は、A/Dコンバータ1aの基準電圧そのものが正しい値とならないので、正しい値になった後にA/D変換の判定を開始するように考慮されていることである。つまり、DC/DCコンバータが駆動されてから所定の時間(tAD)が経過してから、A/D変換が行われるようになっている。
【0033】
この制御によって、正しい基準電圧が入力された後に、A/D変換による電圧判定(DCOUT 判定)が行われるので、正確なDC/DCコンバータ制御が可能となる。また、電池が抜かれた場合には、リセット回路15にてその旨が判定され、CPU1がリセットされる。
【0034】
次に、このような構成の電源回路を有するカメラの動作について、図3のフローチャートを参照して説明する。
【0035】
尚、このフローチャートは、CPU1に内蔵されるROM内に記録されたプログラムに従ってシーケンシャルに実行されるものである。
【0036】
カメラのメインスイッチが入力されると、先ず、ステップS1にてDC/DCコンバータ用のトランジスタ10の発振が開始される。上述したように、この昇圧動作後、しばらくはCPU1に内蔵のA/Dコンバータ1aの基準電圧(Vref )そのものが安定していない可能性があるので、以下のような処理動作が行われる。すなわち、ステップS2に於いて、所定時間tADが経過したか否かが判定される。ここで、所定時間tADが経過すると、続くステップS3にてLCD表示が行われ、更にステップS4にてA/D変換動作が開始される。
【0037】
そして、ステップS5に於いて、このA/D変換結果がDCOUT >VREG +V0 (レギュレータ電圧より0.5V程高い電圧)という関係になったか否かが判定される。
【0038】
ここで、DCOUT の方が高ければステップS6に移行する。そして、ストロボ充電のような動作を必要としないときには、DC/DCコンバータは作動停止できるとして、ストロボ充電の要・不要が判定される。
【0039】
ストロボ充電が必要な場合には、ステップS7へ移行して充電完了フラグが“0”とされて、ステップS8で充電動作が開始される。このとき、電池電圧の低下が想定されるので、DC/DCコンバータの作動は継続させてCPU電圧(Vcc2 )の安定化が図られる。
【0040】
また、上記ステップS6にて、ストロボ充電が不要の場合には、ステップS9に移行して充電完了フラグがセット(“1”)される。次いで、ステップS10にてストロボ充電が停止された後、ステップS11にてDC/DCコンバータが停止されて消費電流が削減される。
【0041】
一般に、ストロボ回路は、高い電圧のエネルギーを利用してストロボ発光を行うため、充電動作を必要とし、その時大きな電流消費を伴う。また、レリーズスイッチがオンされる時も、シャッタ動作等、大きな電流消費を伴う。そのため、ステップS12にてレリーズスイッチの状態が判定されて、レリーズスイッチがオンの場合は、ステップS13に移行して、DC/DCコンバータの作動が行われる。次いで、ステップS14にてシャッタ制御が行われ、更にステップS15にてストロボ発光制御等が行われる。
【0042】
この電流消費操作が終了すると、上記ステップS4に移行して、再度A/D変換が行われた後、DC/DCコンバータの更なる制御が必要か否かが判定される。
【0043】
一方、上記ステップS12にて、レリーズスイッチがオンされていなければ、ステップS18へ移行する。
【0044】
また、上記ステップS5にて、DCOUT >VREG +V0 でなければ、ステップS16に移行して、DC/DCコンバータ用のトランジスタ10の発振が継続され、更にステップS17にてストロボ充電のような大電流消費の制御が停止される。その後、ステップS18に移行する。
【0045】
ステップS18では、メインスイッチの操作状態が判定される。ここで、メインスイッチがオフに操作されなければ、ステップS19に移行して、所定時間経過毎に、上記ステップS4のA/Dの判定(電源電圧判定)が行われる。
【0046】
また、上記ステップS18にてメインスイッチがオフにされると、ステップS20へ移行して表示がOFFにされる。次いで、ステップS21にて、DC/DCコンバータの動作も停止されて、消費電流が削減される。
【0047】
以上説明したように、第1の実施の形態によれば、CPUに内蔵のA/D変換手段(コンバータ)を有効利用して、DC/DCコンバータのON/OFF制御を適確に行うようにしたので、安定した動作が保証できると共に、電池寿命を長くすることができる。
【0048】
更に、分圧抵抗9のグラウンド(GND)側を、CPU1のNchオープンドレイン端子でON/OFF制御する等の工夫をして部品点数を削減しているので、小さなスペースに収められる小型機器用の電源回路とすることができる。
【0049】
また、ストロボやアクチュエータを制御して大電流消費動作を伴う場合には、必ずDC/DCコンバータを作動させて、Vcc2 の低下を防止したので、誤動作をなくし、表示等のちらつきも対策することができる。
【0050】
次に、この発明の第2の実施の形態について説明する。
【0051】
図4は、この発明の電源回路に係る第2の実施の形態の構成を示す図である。
【0052】
尚、この第2の実施の形態に於いて、図1に示される第1の実施の形態と同じ部分には同一の参照番号を付して説明は省略する。
【0053】
この第2の実施の形態では、A/DコンバータのVref に分圧回路20のダイオード20aの順電圧VF を利用したため、図1の回路の構成からレギュレータ6を削除して、より廉価の回路を達成している。
【0054】
つまり、A/Dコンバータ1aは、このVF と分圧抵抗7で分圧されたDC/DCコンバータの出力を比較して、昇圧が必要か否かを判定することができる。この判定時のみ、図5に示されるように、CPU1のオープンドレインポート9a′がオンされて、この時のみダイオードや抵抗等から成る電圧判定部に電流が流されるようになる。また、その他の場合は、ここがオープンにされて消費電流が抑えられるよううになっている。
【0055】
このA/Dコンバータ1aによる電圧比較によって、頻繁にDC/DCコンバータのオン/オフが制御されれば、ダイオード20aのVF が一般に0.6〜0.7Vであるため、DCOUT もその差である0.1Vの3〜4倍のバラつきである0.3〜0.4Vに抑えることができる。
【0056】
このような工夫によって、LCD12を所定の電圧でちらつきを小さくして駆動しながら、シャッタ、ストロボ装置等の撮影装置21による電源電圧低下を防止して、安定した電源電圧を供給可能な電源回路を提供することが可能となる。この第2の実施の形態では、レギュレータを廃止したため、より低コスト化が可能となっている。
【0057】
次に、この発明の第3の実施の形態を説明する。
【0058】
図6は、この発明の電源回路に係る第3の実施の形態の構成を示すもので、外電源回路が適用されたカメラ全体のシステムの構成例を示したブロック図である。
【0059】
この第3の実施の形態は、ワンチップマイクロコンピュータ(CPU)1の同一チップ内に、レギュレータ6を内蔵させたものである。このレギュレータ6の出力は、A/Dコンバータ1a、LCDドライバ1b、D/Aコンバータ1c、リセット(RESET)回路25に供給されると共に、バッファ26を介してCPU1の外部に取り出せるようになっている。
【0060】
上記D/Aコンバータ1cには、アンプ27と、AF部30に含まれるアンプ31が接続されると共に、コンパレータ32、33、34のそれぞれ一方の入力端子が接続される。上記コンパレータ32の他方の入力端子には、上記A/Dコンバータ1a及びAF部30が接続される。更に、コンパレータ33、34の他方の入力端子は、それぞれフォトインタラプタ回路52、分圧抵抗9に接続される。そして、コンパレータ32及び33の出力は判定回路35へ、コンパレータ34の出力は判定回路36へ供給される。
【0061】
この判定回路36の出力は、上記リセット回路25、発振器37の出力と共に、発振オフ(OFF)回路38に供給される。また、リセット回路25には、CPU1外部の発振器40が接続された時計回路41が、逓倍回路42を介して接続される。
【0062】
更に、上記アンプ27の入出力間には、モータドライバ44駆動用のトランジスタ45が接続される。また、バッファ26に接続された表示用のLED46を介してI/O部47が接続される。
【0063】
上記CPU1内のレギュレータ6には、DC/DCコンバータのダイオード4及びコンデンサ5が接続される。更に上記ダイオード4には、インダクタ3、電池2を介してモータドライバ44及びトランジスタ45が接続されている。上記ダイオード4には、また、トランジスタ10及び抵抗48、49を介して発振オフ回路38が接続される。更に、この発振オフ回路38には、ストロボ装置17が接続される。
【0064】
上記モータドライバ44に接続されたモータ51は、フォトインタラプタ回路52によってその回転が検出される。そして、このフォトインタラプタ回路52は、抵抗53、54を介してI/O部47に接続されると共に、CPU1内部やEEPROM55、更にはAF部30や受光素子56に接続されている。
【0065】
また、LCD12は、IC1内のLCDドライバ1bに接続されて駆動される。
【0066】
このような構成に於いて、先ず、電池からの出力を安定させて、電源として利用する部分について説明する。
【0067】
ここでは、CPU1の同一チップ内に、レギュレータ6が内蔵されており、該レギュレータ6の出力は、バッファ26を介してCPU1外部に取り出すことができるようになっている。DC/DCコンバータ出力DCOUT に依存する電圧は、分圧抵抗9を介して、A/Dコンバータ1a及びCPU1内に設けられたコンパレータ34に入力されている。
【0068】
CPU1が内蔵の発振器37によってトランジスタ10をオン/オフすると、電池2から流れた電流により、インダクタ3に発生された電圧が、ダイオード4を介してコンデンサ5に充電される。この充電電圧DCOUT は、分圧抵抗9によって分圧され、A/Dコンバータ1aによってモニタされる。
【0069】
このときの回路動作を説明するタイミングチャートは、図2のタイミングチャートと同様である。但し、このように、A/Dコンバータ1aの結果を常にモニタしているプログラムでは、十分と言えないようなシーケンスがあり、制約がある。つまり、比較的長い時間にわたって高速の制御を行う場合には、このA/D変換の判定に要する時間がタイムラグとなって精密な制御ができなくなる。例えば、フィルムに日付を写し込むときに写し込みタイミングを判定している場合や、ピント合わせレンズが制御されているときにレンズ位置を検出している場合に、DC/DCコンバータの昇圧をモニタする制御は困難なものである。
【0070】
そのため、本実施の形態では、所定の電圧DA1とDA2とを比較するためのコンパレータ34が設けられている。そして、所定レベルにDCOUT 入っているときには、判定回路36が発振オフ回路38をオフにして昇圧動作を停止するようにしている。
【0071】
この発振オフ回路38は、単に発振を停止させるだけでなく、停止させたときにトランジスタ10がオンされたままにならないように、停止時の出力電圧固定を“L(ローレベル)”にするように構成している。
【0072】
このような構成の回路により、DCOUT が所定レベル内に収まるように制御することができる。
【0073】
また、D/Aコンバータ1cは、CPU1のプログラムに応じて、コンパレータ34に入力する判定電圧を切換えることができ、図7のタイミングチャートに示されるDAのように、DA1、DA2の2つの出力を選択することができる。昇圧時は高い側のリミットDA1を設定し、昇圧停止時は低い側のリミットDA2を設定するが、これらを越える毎に判定回路36がコンパレータ34の出力を判定して信号を出力し、発振オフ回路38やCPU1のプログラムを切換えて制御する。このときのタイミングチャートは、図7に示されるようになる。
【0074】
このように、コンパレータ1つでウィンドウコンパレータのような働きを持たせ、いたずらに回路が大型化することを防止して廉価にしている。
【0075】
本実施の形態の特徴たるCPU1内のレギュレータ6の出力は、上記D/Aコンバータ1c、A/Dコンバータ1a及びLCDドライバ1bの基準電圧として供給されると共に、バッファ26を介して、CPU1外の各回路用の定電圧源として機能する。例えば、モータ51の回転を検出するフォトインタラプタ回路52や、表示用のLED46、各種データを記録したEEPROM5等の電源となる。
【0076】
また、図示されていないが、投光手段を投光制御したときに、受光素子56に入射した光信号の大きさを検出するAF部30を安定させるための電源としても応用することができる。
【0077】
更に、発振器37の出力パルスは、ストロボ装置17の充電用パルスとしても用いられ、CPU1に内蔵のA/Dコンバータ1aは、この充電電圧を判定する機能をも有している。また、D/Aコンバータ1cの出力は、アンプ27に入力され、モータドライバ44をトランジスタ45と共に定電圧駆動して、モータ51の速度を制御することができるようになっている。
【0078】
上述したように、上記発振器40は、日付写し込み用の時計回路41を動作させる。この発振器40の出力が逓倍回路42で逓倍されて、CPU1の動作のメインクロックを発生させる。
【0079】
リセット回路25は、電池2が消耗したときにCPU1をリセットし、交換等により電池2が新しくなった場合に、CPU1を正しく再起動させる機能を有している。
【0080】
このように、図6に示されるシステムによって、AF部30ばかりでなく、主要な部品をCPU1と同一チップ内に構成することが可能となり、コスト的、スペース的なメリットのある製品を提供することが可能となる。
【0081】
以上説明したように、この発明によれば、単純で廉価な構成によって、電池のエネルギーを長時間有効利用できる携帯機器用の電源回路を提供することができる。
【0082】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、単純な構成で低コスト、且つ電圧管理を正しく行うと共に低消費電流の電源回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の電源回路に係る第1の実施の形態の構成を示す図である。
【図2】図1の電源回路による電圧制御の動作方法を説明するタイミングチャートである。
【図3】第1の実施の形態に於ける電源回路を有するカメラの動作について説明するフローチャートである。
【図4】この発明の電源回路に係る第2の実施の形態の構成を示す図である。
【図5】第2の実施の形態に於ける電源回路の昇圧の判定時を説明する図である。
【図6】この発明の電源回路に係る第3の実施の形態の構成を示すもので、該電源回路が適用されたカメラ全体のシステムの構成例を示したブロック図である。
【図7】図6のシステムによる昇圧時の各部の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
1 CPU、
1a A/Dコンバータ、
1b LCDドライバ、
2 電池、
3 インダクタ、
4 ダイオード、
5、14 コンデンサ、
6 レギュレータ、
9 分圧抵抗、
10 トランジスタ、
12 LCD、
13 スイッチ、
15 リセット回路、
16 シャッタ、
17 ストロボ装置。
Claims (6)
- 電池からインダクタに繰り返し電流を流すスイッチング手段と、
上記インダクタに発生した電圧を平滑化させ、レギュレータに入力する平滑化回路と、
上記平滑化回路の出力をモニタするモニタ回路と、
を具備し、
上記モニタ回路の基準電圧が、上記レギュレータの出力電圧によって安定化されていることを特徴とする電源回路。 - 上記モニタ回路のモニタ結果に従って、上記スイッチング手段のパルス発生の作動、非作動を制御する制御手段を更に具備することを特徴とする請求項1記載の電源回路。
- 上記制御手段はマイクロコントローラによって構成され、
上記スイッチング手段に対し、パルスを発生する手段は、上記マイクロコントローラ内の所定のレジスタを設定することによって、所定のオン/オフ比のパルスを発生または停止するパルス発生機能を利用することを特徴とする請求項2記載の電源回路。 - 所定のパルス幅のパルス信号発振制御機能を有するマイクロコントローラと、
上記発生したパルス信号によって制御される電池を電源とするDC/DCコンバータと、
上記DC/DCコンバータの出力を低電圧に変換するレギュレータと、
上記パルス信号出力後、所定時間後に、上記マイクロコントローラが、上記レギュレータの出力と、上記DC/DCコンバータの出力を比較して、上記パルス信号の制御を行うことを特徴とする電源回路。 - 上記モニタ回路は、コンパレータ若しくは該コンパレータに基準電圧を入力するD/Aコンバータとから成ることを特徴とする請求項1に記載の電源回路。
- 上記レギュレータは、インダクタをスイッチング制御するパルス発生回路と同一のチップ上に構成されていることを特徴とする請求項2に記載の電源回路。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060207 |