JP2007108192A

JP2007108192A - 大電流用補助電源

Info

Publication number: JP2007108192A
Application number: JP2005295818A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Sasuga; 雅年流石
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】電源の出力電流特性の範囲内で携帯端末（電話）機搭載カメラ部の補助光源のＬＥＤを発光させる大電流を安定して供給するための補助電源を提供すること。
【解決手段】補助光源部補助電源の構成は前記補助光源部の電源用にのみ使用する電源用電気二重層コンデンサおよび前述の携帯端末（電話）機システム全体の電源であるリチュウムイオン二次電池の電圧を昇圧して前記電気二重層コンデンサを充電する充電回路および前記補助光源部のＬＥＤを大電流で駆動する昇降圧型駆動回路を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は携帯端末（電話）機等に搭載したカメラの照明用補助光源としての発光ダイオード、すなわちＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）の電源に係り、前記カメラの撮影時において前記ＬＥＤを発光させる大電流を安定して供給するための補助電源に関する。

ＬＥＤは発光電力効率に優れ、近年は白色高輝度ＬＥＤによる照明装置としての用途も多く、携帯端末（電話）機等に搭載したカメラの補助光源としても多用されている。

携帯端末（電話）機等に搭載したカメラの補助光源としてＬＥＤを発光させる場合は、前記ＬＥＤに対して大電流を流して瞬時に強力な発光輝度を得る必要があるが、一般的に携帯端末（電話）機に搭載している二次電池はリチュウムイオン電池であり、前記リチュウムイオン電池が直接出力できる電圧および電流の特性は、前記補助光源としてのＬＥＤを強発光させるに足る条件を満たしていない。

以下図面にもとづいて従来技術における携帯端末（電話）機等に搭載したカメラの補助光源としてのＬＥＤ駆動システムの特質を説明する。図６はカメラおよび補助光源を搭載した従来の携帯端末（電話）機システムの電源に関するブロック図であって、６００は従来のカメラおよび補助光源を搭載した携帯端末（電話）機システム、１０１は携帯端末（電話）機システム全体の電源であってリチュウムイオン二次電池、１０２はカメラ部、１０３はカメラ用補助光源部、１０５は無線部、１０６は表示部、１０７はキー照明、１０８は制御部である。

制御部１０８は前記制御部１０８に含まれるキー操作により無線部１０５、表示部１０６、キー照明１０７の機能を制御して携帯端末（電話）機としての動作を行う。また、制御部１０８は前記制御部１０８に含まれるキー操作によりカメラ部１０２を起動し、必要に応じて補助光源部１０３を動作させる。

これら従来技術の携帯端末（電話）機の各機能部であるカメラ部１０２、カメラ用補助光源部１０３、無線部１０５、表示部１０６、キー照明１０７、制御部１０８の動作電源は全てリチュウムイオン二次電池１０１より供給されている。

しかし、携帯端末（電話）機が搭載しているリチュウムイオン電池が出力できる電圧、電流の最大値は３．６Ｖ、５０ｍＡ程度である。対する携帯端末（電話）機に搭載のカメラ部１０２用の補助光源部１０３のＬＥＤを補助光として発光させる場合は理想的には電圧が５Ｖ程度で１Ａ以上の大電流を瞬間的に流す必要がある。

従って、従来技術における補助光源部１０３を有するカメラ搭載の携帯端末（電話）機にあっては、補助光源を必要とするカメラ部１０２の撮影に際して電源のリチュウムイオン二次電池１０１は前記リチュウムイオン二次電池１０１の特性を超える過大な負荷で動作させることになり、電源電圧の降下を招きシステムダウンや電池寿命が短くなる等の悪影響があった。

このため補助光源部１０３には瞬時の過負荷対策として大容量のコンデンサを補助光源部１０３の電源に並列接続するなどの手法（図示せず）がとられることもあった。

特開２００２−１１８９７４号公報

しかしながら、電源のリチュウムイオン二次電池１０１の出力電圧は、補助光源部１０３のＬＥＤ駆動に適した電圧より低く、また、前述のごとく補助光源部１０３の電源にコンデンサを並列接続するとなると、前記ＬＥＤは大電流駆動のため並列接続するコンデンサは大容量となり、形状も大きく小型軽量を求められる携帯端末（電話）機にあっては好ましい対策とはいえなかった。結果として補助光源部１０３は携帯端末（電話）機システム全体の電源であるリチュウムイオン二次電池１０１の出力特性の範囲内で駆動するため撮影時の光量不足という課題があった。

（発明の目的）
すなわち、本発明の目的は、携帯端末（電話）機システム全体の電源であるリチュウムイオン二次電池の出力電流特性の範囲内で前記携帯端末（電話）機搭載カメラ部の補助光源のＬＥＤを発光させる大電流を安定して供給するための補助電源を提供することにある。

そこで、本発明はカメラおよび前記カメラ用補助光源を搭載する電源電池内蔵の携帯端末（電話）機において、前記補助光源は前記補助光源電源用電気二重層コンデンサおよび前記内蔵電源電池を電源として前記電気二重層コンデンサを充電する充電回路および前記補助光源用ＬＥＤおよび前記ＬＥＤを大電流で駆動する駆動回路を備えたことを特徴とする。

すなわち、カメラの補助光源用電源にのみ使用する電気二重層コンデンサは前述の携帯端末（電話）機システム全体の電源であるリチュウムイオン二次電池を電源として専用の充電回路で充電し、前記補助光源用ＬＥＤを発光するときは前記電気二重層コンデンサと前記ＬＥＤ間に設けた駆動回路により前記補助光源用ＬＥＤを強力かつ安定して発光駆動する。

また、前記電気二重層コンデンサの充電回路は前記携帯端末（電話）機内蔵電池の電圧を昇圧して前記電気二重層コンデンサを充電する昇圧型充電回路であって、前記ＬＥＤの駆動回路は前記電気二重層コンデンサの出力電圧を降圧あるいは昇圧して前記ＬＥＤを大電流で駆動する昇降圧型駆動回路であることを特徴とする。

すなわち、携帯端末（電話）機システム全体の電源であるリチュウムイオン二次電池を電源として前記電気二重層コンデンサを充電する充電回路は前記補助光源用ＬＥＤ駆動電圧よりも高い電圧で前記電気二重層コンデンサを充電し、前記充電された電気二重層コンデンサを電源として前記補助光源用ＬＥＤを駆動する昇降圧型駆動回路は前記電気二重層コンデンサの放電電圧特性に関わりなく前記補助光源用ＬＥＤを大電流かつ一定の出力電圧で安定した駆動ができる。

以上のように本発明によれば、カメラおよび前記カメラ用補助光源を搭載する携帯端末（電話）機システム全体の電源であるリチュウムイオン二次電池を電源として前記携帯端末（電話）機搭載カメラの補助光源用電源にのみ使用する電気二重層コンデンサをあらかじめ前記リチュウムイオン二次電池より高い電圧で充電しておき、前記電気二重層コンデンサに蓄えた電荷は昇降圧型駆動回路を介して前記補助光源用ＬＥＤに適した電圧で瞬間的に大電流を流して高輝度で発光駆動させることができるので低照度下でも良好な撮影が出来る。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は本発明の実施形態を示す携帯端末（電話）機システムの電源に関するブロック図であって、１００は本発明のカメラおよび補助光源並びに前記補助光源用補助電源を搭載した携帯端末（電話）機システム、１０１は携帯端末（電話）機システム全体の電源であるリチュウムイオン二次電池、１０２はカメラ部、１０３はカメラ用補助光源部、１０４は補助電源、１０５は無線部、１０６は表示部、１０７はキー照明、１０８は制御部、１０９は電気二重層コンデンサである。

制御部１０８は前記制御部１０８に含まれるキー操作により無線部１０５、表示部１０６、キー照明１０７の機能を制御して携帯端末（電話）機としての動作を行う。また、制御部１０８は前記制御部１０８に含まれるキー操作によりカメラ部１０２を動作させ、被写体が低照度である場合は必要に応じて補助光源部１０３を起動する。

これら携帯端末（電話）機の各機能部のうちカメラ部１０２、無線部１０５、表示部１０６、キー照明１０７、制御部１０８の動作電源は全てリチュウムイオン二次電池１０１より供給するが、カメラ用補助光源部１０３のみはリチュウムイオン二次電池１０１から補助光源用補助電源１０４を介して供給する。

すなわち、補助光源部の補助電源１０４の構成は前記補助光源部１０３の電源用に使用する電源用電気二重層コンデンサおよび前述の携帯端末（電話）機システム全体の電源であるリチュウムイオン二次電池の電圧を昇圧して前記電気二重層コンデンサを充電する充電回路および前記補助光源部のＬＥＤを大電流で駆動する昇降圧型駆動回路を備えている。

以下補助電源１０４の詳細な構成と動作を図面に基づいて説明する。図２は補助電源まわりのブロック図を示し、１０４は本発明による補助電源であって、１０１はリチュウムイオン二次電池、１０３は補助光源部、１０８は制御部を示す。

補助電源１０４は充電回路２０１、電気二重層コンデンサ１０９、昇降圧型駆動回路２０３で構成し、２０４および２０５は制御部１０８から充電回路２０１および昇降圧型駆動回路２０３の動作を制御する制御線である。

すなわち、前述の図１で説明した本発明の携帯端末（電話）機システム１００において本発明のカメラ部１０３を制御部１０８に含まれるキー操作により撮影モードにすると制御部１０８から制御線２０４を経由して充電回路２０１を起動する。充電回路２０１は昇圧回路であって、リチュウムイオン二次電池１０１の電圧を昇圧して電気二重層コンデンサ１０９を充電する。つまり、本実施例ではリチュウムイオン二次電池１０１の出力電圧３．６Ｖを７Ｖに昇圧して電気二重層コンデンサ１０９を充電するのである。

いっぽう制御部１０８に含まれるキー操作によりカメラ部１０３の撮影シャッターを操作すると被写体の明暗に応じて制御線２０５を経由して昇降圧型駆動回路２０３を起動して補助光源部１０３を発光する。ここで、補助光源部１０３の定格電圧は５Ｖであり、充電回路２０１により充電が完了した電気二重層コンデンサ１０９の初期放電電圧は７Ｖであるから昇降圧型駆動回路２０３は降圧回路として動作し、放電が進むにつれて電気二重層コンデンサ１０９の電圧は低下し、５Ｖを下回ると昇降圧型駆動回路２０３は昇圧回路として動作して前記補助光源部１０３への定格電圧の５Ｖ供給を維持する。

図３は電気二重層コンデンサ１０９の放電特性図であって、補助光源部１０３を駆動時の電気二重層コンデンサ１０９の端子電圧の様子を示す。すなわち、３０１は電気二重層コンデンサ１０９の放電特性を示し、Ｘ軸は補助光源部１０３の動作経過時間でありＹ軸は電圧を示す。

カメラ部１０３の撮影シャッター操作により昇降圧型駆動回路２０３を起動すると、範囲３０２では電気二重層コンデンサ１０９の電圧は補助光源部１０３の定格電圧５Ｖより高いので昇降圧型駆動回路２０３は降圧回路として動作し、放電が進むにつれて電気二重層コンデンサ１０９の端子電圧が補助光源部１０３の定格電圧５Ｖより下回る３０３の範囲になると昇降圧型駆動回路２０３は昇圧回路として動作して前記補助光源部１０３へ定格電圧５Ｖを供給維持する。

すなわち、カメラ部１０３の撮影シャッター操作を行うと、カメラ部１０３は被写体に対する合焦と測光動作を行いシャッター速度の決定を行う。シャッター速度の決定後露光動作を行うが、このとき測光値が不足の場合は補助光源部１０３の露光通電時間制御を伴った発光動作を行う。

前記発光動作の発光時間は前記測光値により長短が異なり、被写体が比較的明るい場合は発光時間が短く電気二重層コンデンサ１０９の放電も少ないため昇降圧型駆動回路２０３は降圧動作のみだが、被写体が暗く発光時間が長くなると電気二重層コンデンサ１０９の放電が大きく、前記電気二重層コンデンサ１０９の出力電圧は補助光源部１０３に供給する電圧５Ｖを下回るため昇降圧型駆動回路２０３は昇圧駆動回路としての動作となる。図３では放電時間が６／１００秒を経過した付近から電気二重層コンデンサ１０９の出力電圧が補助光源部１０３に供給する電圧５Ｖを下回るため昇降圧型駆動回路２０３は昇圧駆動回路として動作する様子を示す。

なお、本実施例において補助光源部１０３を駆動するために必要とする電力は、電圧５Ｖで１Ａであり、発光時間を最大０．１秒とすると必要電力量は０．５ワットセカンド、すなわち０．５ジュールである。また、電気二重層コンデンサ１０９の満充電時の電圧は７Ｖであるから０Ｖまで放電した場合のエネルギーと容量の関係、Ｅ＝（Ｃ＊Ｖ＊＊２）／２からコンデンサの容量は約０．０２ファラッドとなる。実際にはコンデンサを０Ｖまで放電することは現実的ではなく、昇降圧型駆動回路２０３の変換効率も考慮すると電気二重層コンデンサ１０９の必要容量は計算上の２倍以上、すなわち、０．０５〜０．１ファラッドとなる。

ここで、前述の本発明の実施例説明にあった充電回路２０１を構成する昇圧回路および昇降圧型駆動回路２０３は一般的な昇圧回路あるいは降圧回路の応用であって、以下はその簡単な構造説明である。

図４は昇圧回路図であって、４００は昇圧回路、１０１は電源であってリチュウムイオン二次電源、１０９は充電用電気二重層コンデンサ、４０１は電流制限抵抗を示す。また、昇圧回路４００は昇圧コイル４０２、ダイオード４０３、電圧検出回路４０４、スイッチングトランジスタ４０６、電圧制御回路４０７、平滑コンデンサ４０８で構成され、スイッチングトランジスタ４０６をオンオフして昇圧コイル４０２のインダクション電圧をダイオード４０３で整流して平滑コンデンサ４０８により直流昇圧電圧を得る。この昇圧電圧を電圧検出回路４０４で検出して電圧制御回路４０７によりスイッチングトランジスタ４０６のオンオフ幅比と周波数を制御することで昇圧回路４００は一定の昇圧出力電圧を得る。

昇圧回路４００で得た一定出力電圧は電流制限抵抗４０１を経て電気二重層コンデンサ１０９を充電する。電流制限抵抗４０１は電気二重層コンデンサ１０９の充電初期の過大電流を制限してリチュウムイオン二次電源１０１の定格出力電流を越えないようにするために昇圧回路４００と電気二重層コンデンサ１０９間に挿入してあるが、昇圧回路４００に別途電流制限回路を設ける方法であっても良い。

図５は降圧回路図であって、降圧コイル５０２、ダイオード５０３、電圧検出回路５０４、スイッチングトランジスタ５０６、電圧制御回路５０７、平滑コンデンサ５０８で構成され、スイッチングトランジスタ４０６をオンオフして降圧コイル５０２の自己誘導による通電電流の制限をして平滑コンデンサ５０８により直流降圧電圧を得る。この降圧電圧を電圧検出回路５０４で検出して電圧制御回路５０７によりスイッチングトランジスタ５０６のオンオフ幅比と周波数を制御して降圧回路５００は一定の出力電圧を得る。

すなわち、本発明による充電回路２０１は図４に示すような昇圧回路でリチュウムイオン二次電池１０１の電圧を昇圧して電気二重層コンデンサ１０９を充電する。また、本発明による昇降圧型駆動回路２０３は図５に示すような降圧回路と図４で示すような昇圧回路を組み合わせた昇降圧型駆動回路であって、補助光源部１０３の初期発光時には昇降圧型駆動回路２０３は降圧回路として動作し、放電が進むにつれ電気二重層コンデンサ１０９の電圧が低下すると昇圧回路として動作して前記補助光源部１０３への定格電圧供給を維持する。

本発明の実施形態を示す携帯端末（電話）機システムの電源に関するブロック図である。本発明の実施形態における補助電源まわりのブロック図を示す。本発明の実施形態における電気二重層コンデンサ１０９の放電特性図である。昇圧回路図である。降圧回路図である。カメラおよび補助光源を搭載した従来の携帯端末（電話）機システムの電源に関するブロック図である。

符号の説明

１００本発明の携帯端末（電話）機システム
１０１リチュウムイオン二次電池
１０２カメラ部
１０３補助光源部
１０４補助電源
１０５無線部
１０６表示部
１０７キー照明
１０８制御部
１０９電気二重層コンデンサ
２０１充電回路
２０３昇降圧型駆動回路
２０４、２０５制御線
４００昇圧回路
４０１電流制限抵抗
４０２昇圧コイル
４０３、５０３ダイオード
４０４、５０４電圧検出回路
４０６、５０６スイッチングトランジスタ
４０７、５０７電圧制御回路
４０８、５０８平滑コンデンサ
５００降圧回路
５０２降圧コイル
６００従来のカメラおよび補助光源を搭載した携帯端末（電話）機システム

Claims

カメラおよび前記カメラ用補助光源を搭載する電源電池内蔵の携帯端末（電話）機において、前記補助光源は前記補助光源電源用電気二重層コンデンサおよび前記内蔵電源電池を電源として前記電気二重層コンデンサを充電する充電回路および前記補助光源用ＬＥＤおよび前記ＬＥＤを大電流で駆動する駆動回路を備えたことを特徴とする大電流用補助電源。
前記電気二重層コンデンサの充電回路は前記携帯端末（電話）機内蔵電池の電圧を昇圧して前記電気二重層コンデンサを充電する昇圧型充電回路であって、前記ＬＥＤの駆動回路は前記電気二重層コンデンサの出力電圧を降圧あるいは昇圧して前記ＬＥＤを大電流で駆動する昇降圧型駆動回路であることを特徴とする請求項１記載の大電流用補助電源。