JP2009110705A

JP2009110705A - フラッシュ充電回路

Info

Publication number: JP2009110705A
Application number: JP2007279163A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Nakai; 康滋中井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-10-26
Filing date: 2007-10-26
Publication date: 2009-05-21

Abstract

【課題】本発明は、小型化が実現されるとともに温度によるコンデンサの静電容量の変化がもたらす充電時間の変動を抑制するフラッシュ充電回路を提供することを目的とする。
【解決手段】上記目的を達成する本発明のフラッシュ充電回路は、電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記トランスの２次側から供給される電流によってフラッシュ発光用の電気エネルギを蓄積するコンデンサと、前記コンデンサへの充電動作前に周囲の温度を検出する温度検出部と、前記検出された温度に応じて変化する前記コンデンサの静電容量に基づいて、前記トランスの１次側に供給する電流の上限値を演算する演算部と、前記トランスの１次側への電流のオン／オフを切り替えるとともに、前記１次側の電流が前記上限値に達したときに電流の供給をオフする制御部と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、カメラに適用されるフラッシュ充電回路に関する。

従来より、カメラに適用されるフラッシュ充電回路としてフライバック式昇圧回路が知られている。このフライバック式昇圧回路は、１次側コイルに流れる１次電流のオフによって生じるフライバックパルスをコンデンサに蓄えることにより昇圧を行う。

ところで、フライバック式昇圧回路では、カメラ内の温度により充電時間が変動する。その結果、フラッシュ撮影時にユーザがシャッタチャンスを逃してしまうおそれがあるという問題が生じてしまう。この充電時間の変動の要因としては、例えば低温による使用環境での電池の内部抵抗の増加が挙げられる。

また、このフライバック式昇圧回路のコンデンサには、一般的にアルミ電解コンデンサが使用される。このアルミ電解コンデンサの静電容量は温度依存性があり、温度に比例してメインコンデンサの静電容量は変化する。そのため、コンデンサの温度による静電容量の変化も充電時間の変動をもたらす。

一方、昇圧動作前に温度を検出して充電制御を変更するフラッシュ充電回路として、特許文献１のように１次電流をオン／オフするスイッチング素子(トランジスタ)のパルス幅変調のデューティー比を可変にする提案がなされている。また、特許文献２のように昇圧回路の発振周波数のオン／オフのタイミングを可変にして１次電流を制御する提案がなされている。
特開２００５−３３９９８７号公報特開平１０−７３８６６号公報

ところで、近年、デジタルカメラは小型化が進んでいる。そのため、基板の実装面積等の制約によりフラッシュ充電回路も使用部品の点数の削減が求められている。その結果、スイッチング素子を内蔵した充電制御手段として、例えば充電用の制御ＩＣ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）を使用することが多くなってきている。

しかしながら、この制御ＩＣを使用する場合には、１次側コイルに流す１次電流のオン／オフのタイミング制御は、制御ＩＣ内部で予め決められてしまう。そのため、特許文献１または特許文献２の充電制御手段を採用することは困難である。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、温度によるコンデンサの静電容量の変化がもたらす充電時間の変動を抑制するフラッシュ充電回路を提供することを目的とする。

上記問題点を解決するために請求項１に係る発明のフラッシュ充電回路は、電圧を昇圧する昇圧トランスと、前記トランスの２次側から供給される電流によってフラッシュ発光用の電気エネルギを蓄積するコンデンサと、前記コンデンサへの充電動作前に周囲の温度を検出する温度検出部と、前記検出された温度に応じて変化する前記コンデンサの静電容量に基づいて、前記トランスの１次側に供給する電流の上限値を演算する演算部と、前記トランスの１次側への電流のオン／オフを切り替えるとともに、前記１次側の電流が前記上限値に達したときに電流の供給をオフする制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明のフラッシュ充電回路によれば、温度変化によるコンデンサの静電容量の変化を考慮して１次電流の上限値が設定される。これにより、温度によるコンデンサの静電容量の変化がもたらす充電時間の変動を抑制できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るフラッシュ充電回路のブロック図である。第１実施形態に係るフラッシュ充電回路はフラッシュを内蔵するカメラや外付けのフラッシュ装置に適用される。このフラッシュ充電回路は、フライバック式の昇圧回路であって、電池１０と、昇圧トランス１１と、制御ＩＣ１２と、ＭＰＵ（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１３と、温度センサ１４と、整流ダイオード１５と、メインコンデンサ１６と、発光回路１７と、抵抗１８、１９とで構成される。

電圧を昇圧する昇圧トランス１１は、１次コイル１１０および２次コイル１１１を備えている。この１次コイル１１０の一端が電池１０のプラス端子に接続されている。また、この１次コイル１１０の他端が制御ＩＣ１２に接続されている。なお、電池１０のマイナス端子はグランド２１と接続されている。

制御ＩＣ１２は、昇圧トランス１１の１次コイル１１０に供給する１次電流を周期的にオン／オフするスイッチング素子（不図示）を内蔵している。このスイッチング素子は、高速でオン／オフのスイッチングが可能なＭＯＳ型ＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のトランジスタである。なお、スイッチング素子は、ＭＯＳ型ＦＥＴに限られず、接合型ＦＥＴやシリコントランジスタ等の公知のスイッチング素子を用いてもよい。

また、制御ＩＣ１２には、図示しないものの、メインコンデンサ１６への充電の開始と終了を制御するラッチ部（不図示）と昇圧トランス１１の１次電流や整流された２次電流をモニタするモニタ部（不図示）とが備えられている。ラッチ部は、‘Ｌ（オフ状態）’と‘Ｈ（オン状態）’との２つの動作態様を有している。‘Ｌ（オフ状態）’はメインコンデンサ１６への充電停止を表している。また、‘Ｈ（オン状態）’はメインコンデンサ１６への充電開始を表している。モニタ部は、１次コイル１１０に流れる１次電流が上限値に達するか否かをモニタする。

整流ダイオード１５は、１次側コイルに流れる1次電流がオフされた瞬間にトランスの２次側コイルから発生するフライバックパルスを整流する。メインコンデンサ１６は、整流された２次電流を電気エネルギとして蓄えることにより昇圧を行う。直列接続された抵抗１８、１９は、メインコンデンサ１６の充電電圧を分圧する。分圧された電圧は、抵抗１８、１９の接続点２０からＭＰＵ１３のＡ／Ｄ変換部（不図示）に入力される。

ＭＰＵ１３は、フラッシュ充電回路１の動作を制御する。ＭＰＵ１３は、Ａ／Ｄ変換部に入力された電圧をデジタル値に変換する。ＭＰＵ１３は、デジタル値に変換された電圧に基づいてメインコンデンサ１６の充電電圧を測定する。これによりＭＰＵ１３は、メインコンデンサ１６の電圧を検出することができる。

また、ＭＰＵ１３は、メインコンデンサ１６の電圧を検出することにより、メインコンデンサ１６の充電開始を表す信号Ｓ１または充電停止を表す信号Ｓ２を制御ＩＣ１２に対して送信する。さらに、ＭＰＵ１３は、１次電流の上限値を表す信号Ｓ３を制御ＩＣ１２に対して送信する。これらの信号Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３は、ＭＰＵ１３のＩ／Ｏ出力ポート（不図示）から出力される。

なお、ＭＰＵ１３が制御ＩＣ１２に1次電流の上限値を表す信号Ｓ３を送信する手段としては、Ｉ／Ｏ出力ポートに限られず、制御ＩＣ１２に応じてＤ／Ａポートからの出力信号、シリアルポートからのシリアル信号であってもよい。

また、温度センサ１４はＭＰＵ１３に接続されており、メインコンデンサ１６への充電動作前にカメラ内部の温度を検出する。ＭＰＵ１３は、検出した温度に基づいて昇圧トランス１１の１次コイル１１０に流れる１次電流の上限値を演算する。

発光回路１７は、コンデンサに充電された電気エネルギを光エネルギに変換する回路である。発光回路１７には例えばキセノン管が備えられており、このキセノン管の放電によりフラッシュ発光を行う。

次に、検出した温度から昇圧トランス１１の１次コイル１１０に流れる１次電流の上限値を演算する式を説明する。

先ず、メインコンデンサ１６の充電に必要なエネルギー（Ｊ）は、以下の式（１）で表される。

Ｊ＝１／２（Ｃ×Ｖｏｕｔ^２）［ｊｏｕｌｅ］（１）
ここで、Ｃ：メインコンデンサの静電容量、Ｖｏｕｔ：メインコンデンサ１６の充電電圧、である。

また、充電効率（ｋ）は、以下の式（２）で表される。

ｋ＝（Ｊ／（Ｖｉｎ×Ｉｉｎ×Ｔ）））×１００［％］（２）
ここで、Ｖｉｎ：充電時の入力電圧、Ｉｉｎ：充電時の１次電流、Ｔ：充電時間、である。

さらに、式（１）を式（２）に代入して整理すると、充電時の１次電流（Ｉｉｎ）は以下の式（３）となる。

Ｉｉｎ＝Ｃ×（Ｖｏｕｔ^２×５０）／（ｋ×Ｖｉｎ×Ｔ）（３）
ここで、Ｃ：メインコンデンサの静電容量、Ｖｏｕｔ：メインコンデンサ１６の充電電圧、ｋ：充電効率、Ｖｉｎ：充電時の入力電圧、Ｔ：充電時間、である。

式（３）において、メインコンデンサの充電電圧Ｖｏｕｔ、充電効率ｋ、充電時の入力電圧Ｖｉｎ、充電時間Ｔは一定の値とする。こうすると、検出した温度によってメインコンデンサ１６の静電容量が増加した場合は、充電時の入力電流が増加する。逆にメインコンデンサ１６の静電容量が減少した場合は、充電時の入力電流が減少する。

図２は、温度と静電容量変化率との関係を表した図である。図２では、メインコンデンサ１６に最大定格３５０Ｖ品を使用した場合の温度と静電容量変化率との関係を表している。図２の横軸は温度を表し、また、図２の縦軸は静電容量変化率を表す。

説明を簡単にするため、２０℃における静電容量の値が８０［μＦ］とする。本実施例では、充電効率ｋ、充電時の入力電圧Ｖｉｎ、充電時間Ｔを予め定めた値として式（３）に代入すると、Ｉｉｎ（充電時の１次電流）の上限値が５００［ｍＡ］となるものとして話を進める。なお、この場合、温度が上がると静電容量は大きくなるため、充電時間を一定にするためには上限値の値は５００［ｍＡ］より大きくなる。また、温度が下がると静電容量は小さくなるため、充電時間を一定にするためには上限値の値は５００［ｍＡ］より小さくなる。

次に、フラッシュ充電回路１の動作について説明する。

図３は、フラッシュ充電の指示を受け付けて開始される処理ルーチンのフローチャートである。図４は、フラッシュ充電回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。

（ステップＳ１０１）ＭＰＵ１３は、先ず、カメラ側からフラッシュ充電の指示を受け付ける。すると、ＭＰＵ１３は、温度センサ１４からカメラ内部の温度を検出する。

（ステップＳ１０２）ＭＰＵ１３は、温度センサ１４から検出した温度からメインコンデンサ１６の静電容量を求める。続いて、ＭＰＵ１３は、上述した式（３）からＩｉｎ（充電時の１次電流）の上限値を演算する。例えば、温度センサ１４にて検出された温度が２０℃であると上限値は５００［ｍＡ］となる。なお、ＭＰＵ１３は、上述した式（３）から温度と１次電流の上限値との対応関係を表すテーブルを予め備えていてもよい。この場合、ＭＰＵ１３はこのテーブルを参照することにより上限値を定める。

（ステップＳ１０３）ＭＰＵ１３は、制御ＩＣ１２に１次電流の上限値を表す信号Ｓ３を送信する。これにより、制御ＩＣ１２は、１次電流の上限値を設定する。

（ステップＳ１０４）ＭＰＵ１３は、充電開始の制御信号Ｓ１を制御ＩＣ１２に送信する。制御ＩＣ１２は、充電開始の制御信号Ｓ１を受信する。すると、ラッチ部は、‘Ｌ（オフ状態）’から‘Ｈ（オン状態）’の状態になる。これにより充電が開始される。図４（ａ）では、矢印で示した充電開始の時点が、‘Ｌ（オフ状態）’から‘Ｈ（オン状態）’に切り替わったことを表している。また、矢印で示した充電停止の時点が、‘Ｈ（オン状態）’から‘Ｌ（オフ状態）’に切り替わったことを表している。

（ステップＳ１０５）制御ＩＣ１２は、スイッチング素子をオンする。これにより、１次コイル１１０に電流が流れ始める。図４（ｂ）は、スイッチング素子オン（Ｔｏｎ）により１次電流が流れるタイミングチャートを表している。この場合、スイッチング素子オフ（Ｔｏｆｆ）の間、１次電流は流れていない。

（ステップＳ１０６）制御ＩＣ１２内のモニタ部は、１次電流が上限値に達したか否かをモニタする。１次電流が上限値に達しない場合には（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、引き続き、このモニタ部は１次電流が上限値に達したか否かをモニタする。一方、１次電流が上限値に達した場合には（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０７に進む。

（ステップＳ１０７）制御ＩＣ１２は、スイッチング素子をオフする。これにより、２次電流が流れ始める。図４（ｃ）は、スイッチング素子オフ（Ｔｏｆｆ）により２次電流が流れるタイミングチャートを表している。この場合、スイッチング素子オン（Ｔｏｎ）の間、２次電流は流れていない。

（ステップＳ１０８）制御ＩＣ１２のモニタ部は２次電流をモニタする。モニタ部は、２次電流のメインコンデンサ１６への充電終了を検知すると（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９に進む。一方、２次電流がメインコンデンサ１６に流れている間は（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、このステップをループする。

（ステップＳ１０９）ＭＰＵ１３は、メインコンデンサ１６が満充電になったか否かを判定する。メインコンデンサ１６が満充電になっていない場合には（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、制御ＩＣ１２に対して充電停止の制御信号Ｓ２を送信しない。そのため、ステップＳ１０５に戻り、制御ＩＣ１２は、スイッチング素子をオンする。一方、メインコンデンサ１６が満充電になった場合には（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、ＭＰＵ１３は、制御ＩＣ１２に対して充電停止の制御信号Ｓ２を送信する。図４（ｄ）は、スイッチング素子のオン／オフに伴ってメインコンデンサ１６へ充電されていく経時変化を表している。スイッチング素子がオフになり２次電流が流れるとメインコンデンサ１６に電気エネルギが蓄積される。

（ステップＳ１１０）制御ＩＣ１２は、充電停止の制御信号Ｓ２を受信する。ラッチ部は、‘Ｈ（オン状態）’から‘Ｌ（オフ状態）’の状態になる。これにより、充電が停止する。以上より、この処理ルーチンを終了する。そして、カメラ側からトリガ信号が送信されることにより、発光回路１７にてフラッシュ発光がなされる。

以上より、本発明のフラッシュ充電回路によれば、温度変化によってコンデンサの静電容量が変化した場合であっても、充電時間が一定になるように１次電流の上限値を設定することができる。これにより、上述したデューティー比や発振周波数を変化させることなく、温度によるコンデンサの静電容量の変化がもたらす充電時間の変動を抑制できる。その結果、充電時間の変動によってシャッタチャンスを逃すという問題が解消する。

第１実施形態に係るフラッシュ充電回路のブロック図温度と静電容量変化率との関係を表した図フラッシュ充電の指示を受け付けて開始される処理ルーチンのフローチャートフラッシュ充電回路の動作を説明するためのタイミングチャート

符号の説明

１・・・フラッシュ充電回路、１１・・・昇圧トランス、１２・・・制御ＩＣ、１３・・・ＭＰＵ、１４・・・温度センサ、１５・・・整流ダイオード、１６・・・メインコンデンサ、１７・・・発光回路

Claims

電圧を昇圧する昇圧トランスと、
前記トランスの２次側から供給される電流によってフラッシュ発光用の電気エネルギを蓄積するコンデンサと、
前記コンデンサへの充電動作前に周囲の温度を検出する温度検出部と、
前記検出された温度に応じて変化する前記コンデンサの静電容量に基づいて、前記トランスの１次側に供給する電流の上限値を演算する演算部と、
前記トランスの１次側への電流のオン／オフを切り替えるとともに、前記１次側の電流が前記上限値に達したときに電流の供給をオフする制御部と、
を備えることを特徴とするフラッシュ充電回路。