JP2009148024A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電池により動作電圧が異なる複数の負荷を低損失で駆動する。
【解決手段】電源回路は、電池電圧を昇圧する昇圧回路２と、第１負荷３、４および第１負荷３、４より低電圧を必要とする第２負荷９を有する負荷と、昇圧回路２を介して昇圧後の電圧を負荷側へ供給する第１経路１０１と、昇圧回路２を介さずに電池電圧を負荷側へ供給する第２経路１０２と、負荷側へ供給された電圧から第２負荷９で必要な電圧まで降圧する降圧手段８と、第１負荷３、４が作動状態において、第１負荷３、４で必要な電圧より電池電圧が高い場合に第２経路１０２へ切換え、第１負荷３、４で必要な電圧より電池電圧が低い場合には第１経路１０１へ切換える切換え手段７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源回路に関する。

電池電圧が負荷の動作電圧より高い場合は昇圧回路を止め、電池電圧が負荷の動作電圧より低い場合は昇圧回路を動作させることにより、電池の電力を効率よく取り出す技術が知られている（特許文献１参照）。

実開平７−１１８９１号公報

従来技術では、動作電圧が異なる複数の負荷を備える場合について考慮されていないという問題がある。

（１）本発明による電源回路は、電池電圧を昇圧する昇圧回路と、第１負荷および第１負荷より低電圧を必要とする第２負荷を有する負荷と、昇圧回路を介して昇圧後の電圧を負荷側へ供給する第１経路と、昇圧回路を介さずに電池電圧を負荷側へ供給する第２経路と、負荷側へ供給された電圧から第２負荷で必要な電圧まで降圧する降圧手段と、第１負荷が作動状態において、第１負荷で必要な電圧より電池電圧が高い場合に第２経路へ切換え、第１負荷で必要な電圧より電池電圧が低い場合には第１経路へ切換える切換え手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項１に記載の電源回路において、切換え手段は、第１負荷が非作動状態において、第２負荷および降圧手段で必要な電圧より電池電圧が高い場合に第２経路へ切換え、第２負荷および降圧手段で必要な電圧より電池電圧が低い場合には第１経路へ切換えることが好ましい。
（３）請求項１または２に記載の電源回路において、昇圧回路は、切換え手段が第２経路へ切換えている場合に昇圧を停止することが好ましい。
（４）請求項１に記載の電源回路において、昇圧回路は、切換え手段が第１経路へ切換えている場合、電池電圧を第１負荷で必要な電圧まで昇圧することが好ましい。
（５）請求項２に記載の電源回路において、昇圧回路は、切換え手段が第１経路へ切換えている場合、電池電圧を第２負荷および降圧手段で必要な電圧まで昇圧することが好ましい。
（６）請求項１または４に記載の電源回路において、第１負荷はモータを含んでもよい。この場合の切換え手段は、第２経路へ切換え後、モータの回転が所定速度に達しない場合に第１経路へ切換えることが好ましい。
（７）請求項６に記載の電源回路において、昇圧回路は、切換え手段が第１経路へ切換えている場合、モータの回転が所定速度へ達するように昇圧値を高めることが好ましい。
（８）請求項７に記載の電源回路において、昇圧回路は、昇圧値を高めている状態で電池電圧が所定電圧より低下した場合、昇圧値を維持することが好ましい。

本発明によれば、電池により動作電圧が異なる複数の負荷を低損失で駆動できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態による電源回路を搭載したカメラの要部構成図である。カメラは、昇圧回路２と、モータ駆動回路３と、モータ４と、速度センサ５と、メインＣＰＵ６と、スイッチ７と、降圧回路８と、サブＣＰＵ９と、操作部材１０とを含み、電池１が装填される。

昇圧回路２は、電池１からの入力電圧を所定の電圧まで昇圧する。昇圧回路２による昇圧動作のオン／オフ、および昇圧オン時の出力電圧（昇圧目標電圧）は、サブＣＰＵ９からの制御信号によって制御される。電池１がリチウムイオン電池の場合、電池電圧は３．０Ｖ〜４．２Ｖ程度である。

スイッチ７は、サブＣＰＵ９からの制御信号によってオン／オフ制御される。スイッチ７のオンは、昇圧回路２による昇圧停止時に行うように構成されている。また、スイッチ７のオフは、昇圧回路２による昇圧時に行うように構成されている。

モータ駆動回路３は、サブＣＰＵ９からの指示によってモータ４を所定量駆動させる。モータ４の回転速度は、モータ駆動回路３へ供給される電圧に応じて変化するように構成されている。モータ４は、モータ駆動回路３への供給電圧が高いほど高速回転し、モータ駆動回路３への供給電圧が低いほど低速で回転する。モータ４は、たとえば不図示のズームレンズを光軸方向へ進退移動させ、該ズームレンズによるズーム倍率を変更させるための駆動源として用いられる。

速度センサ５は、モータ４の回転速度を検出し、検出信号をメインＣＰＵ６へ送る。メインＣＰＵ６は、サブＣＰＵ９との間で通信を行ってモータ４の回転速度情報をサブＣＰＵ９へ送る。メインＣＰＵ６はさらに、撮像装置１１で行う撮影処理に関する各種演算やシーケンス制御も行うが、本説明は電源制御処理を中心に行い、撮影処理についての説明を省略する。

降圧回路８は、入力電圧を所定の電圧まで降圧する。サブＣＰＵ９は、降圧回路８による降圧電圧の供給を受けて動作する。サブＣＰＵ９には、メインスイッチやズームスイッチ、レリーズボタン、絞り環、シャッターダイヤルなどの操作部材１０からの操作信号が入力される。サブＣＰＵ９は、メインＣＰＵ６との間で通信を行い、操作部材１０の操作情報をメインＣＰＵ６へ送る。サブＣＰＵ９はさらに、メインＣＰＵ６を介さずに電池１の電圧検出、昇圧回路２に対する昇圧動作のオン／オフ指示、昇圧オン時の昇圧目標電圧の指示、およびスイッチ７に対するオン／オフ指示を行う。

＜モータ駆動時の電源制御＞
図２は、サブＣＰＵ９が行う電源制御処理の流れを説明するフローチャートである。図２による処理は、モータ４を駆動させる場合に起動される。図２のステップＳ１０１において、サブＣＰＵ９は、スイッチ７へオフ制御信号を送信してステップＳ１０２へ進む。ステップＳ１０２において、サブＣＰＵ９は、電池電圧が３．８Ｖ以上か否かを判定する。サブＣＰＵ９は、電池１からの電圧検出用の電圧信号をＡ／Ｄ変換して電圧値をチェックし、検出電圧が３．８Ｖ以上の場合にステップＳ１０２を肯定判定してステップＳ１０８へ進む。サブＣＰＵ９は、検出電圧が３．８Ｖ未満の場合にはステップＳ１０２を否定判定し、ステップＳ１０３へ進む。

ステップＳ１０３において、サブＣＰＵ９は昇圧回路２へ指示を送り、３．８Ｖを昇圧目標電圧として昇圧動作を開始させてステップＳ１０４へ進む。これにより、昇圧回路２は、入力電圧（電池電圧）を３．８Ｖまで昇圧して昇圧電圧を維持する。昇圧回路２による昇圧電圧（出力電圧）は、経路１０１を通してモータ駆動回路３へ供給されるとともに、降圧回路８へも供給される。この場合の降圧回路８は、昇圧回路２から供給された電圧を所定の電圧（たとえば３．３Ｖ）へ降圧する。

ステップＳ１０２を肯定判定して進むステップＳ１０８において、サブＣＰＵ９は、スイッチ７へオン制御信号を送信してステップＳ１０９へ進む。ステップＳ１０９において、サブＣＰＵ９は昇圧回路２へ指示を送り、昇圧動作を停止させてステップＳ１０４へ進む。これにより、電池１の電圧が経路１０２を通してモータ駆動回路３へ供給されるとともに、降圧回路８へも供給される。この場合の降圧回路８は、電池電圧を所定の電圧（たとえば３．３Ｖ）へ降圧する。

ステップＳ１０４において、サブＣＰＵ９はモータ駆動回路３へ指示を送り、操作部材１０からのズーム操作信号に応じてモータ４の回転量（駆動量）を指示する。これにより、モータ４が駆動を開始する。

ステップＳ１０５において、サブＣＰＵ９は、モータ４の回転速度が所定の速度へ到達したか、電池電圧が３．２Ｖ以下かを判定する。サブＣＰＵ９は、回転速度があらかじめ規定した速度に達した場合、または電池１の検出電圧が３．２Ｖ以下の場合は、それぞれステップＳ１０５を肯定判定してステップＳ１０６へ進む。サブＣＰＵ９は、回転速度があらかじめ規定した速度に満たない場合であって、かつ電池１の検出電圧が３．２Ｖを超えている場合は、ステップＳ１０５を否定判定してステップＳ１１０へ進む。

ステップＳ１１０へ進むサブＣＰＵ９は、モータ駆動回路３へ供給する電圧を高めてモータ４の回転速度を速める。ステップＳ１１０において、サブＣＰＵ９はスイッチ７へオフ制御信号を送信してステップＳ１１１へ進む。なお、既にスイッチ７をオフさせている場合は、再度オフ信号を送信しないでステップＳ１１０をスキップしてもよい。ステップＳ１１１において、サブＣＰＵ９は昇圧回路２へ指示を送り、所定の上限電圧（たとえば４．２Ｖ）を昇圧目標電圧として昇圧動作を開始させてステップＳ１０５へ戻り、上記処理を繰り返す。これにより、昇圧回路２は出力電圧を上げ始める。昇圧回路２による昇圧電圧（出力電圧）は、モータ駆動回路３へ供給されるとともに、降圧回路８へも供給される。

昇圧回路２の出力電圧を高めている間にステップＳ１０６へ進むサブＣＰＵ９は、昇圧回路２へ指示を送り、電圧上昇を停めてその時点の昇圧値（出力電圧）を維持させる。これにより、モータ４の回転速度が上記規定の速度を維持する。ステップＳ１０６において、サブＣＰＵ９は、モータ４に所定量を駆動させてステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７において、サブＣＰＵ９は、モータ４の駆動量が所定量に達した場合にモータ駆動回路３へ指示を送り、モータ４の停止（駆動停止）を指示して図２による処理を終了する。これにより、モータ４が停止する。

＜モータ非駆動時の電源制御＞
モータ４を駆動しない場合（たとえば、カメラが電子カメラである場合の再生モード時、カメラの待機モード時など）は、図２に例示した電源制御処理の代わりに、図３に例示する電源制御処理を用いる。図３のステップＳ２０１において、サブＣＰＵ９は、電池電圧が、たとえば３．５Ｖ以上か否かを判定する。サブＣＰＵ９は、電池１からの電圧検出用の電圧信号をＡ／Ｄ変換して電圧値をチェックし、検出電圧が３．５Ｖ以上の場合にステップＳ２０１を肯定判定してステップＳ２０４へ進む。サブＣＰＵ９は、検出電圧が３．５Ｖ未満の場合にはステップＳ２０１を否定判定し、ステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２において、サブＣＰＵ９は、スイッチ７へオフ制御信号を送信してステップＳ２０３へ進む。ステップＳ２０３において、サブＣＰＵ９は昇圧回路２へ指示を送り、３．５Ｖを昇圧目標電圧として昇圧動作を開始させてステップＳ２０１へ戻る。これにより、昇圧回路２は、入力電圧（電池電圧）を３．５Ｖまで昇圧して昇圧電圧を維持する。昇圧回路２による昇圧電圧（出力電圧）は、降圧回路８へ供給される。この場合の降圧回路８は、昇圧回路２から供給された電圧を所定の電圧（たとえば３．３Ｖ）へ降圧する。

ステップＳ２０１を肯定判定して進むステップＳ２０４において、サブＣＰＵ９は、スイッチ７へオン制御信号を送信してステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５において、サブＣＰＵ９は昇圧回路２へ指示を送り、昇圧動作を停止させてステップＳ２０１へ戻る。これにより、電池１の電圧が降圧回路８へ供給される。この場合の降圧回路８は、電池電圧を所定の電圧（たとえば３．３Ｖ）へ降圧する。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電池電圧を昇圧回路２で昇圧して負荷へ供給する第１経路１０１と、昇圧回路２を介さずに電池電圧を負荷へ供給する第２経路１０２とを切換え可能に構成したので、第２経路１０２へ切換えた場合には、第１経路１０１へ切換える場合に比べて昇圧回路２による損失を低減できる。

（２）電池１で負荷としてモータ４を駆動する場合、モータ４の駆動に必要な電圧（たとえば３．８Ｖ）より電池電圧が高ければ第２経路１０２（ステップＳ１０８）において昇圧回路２を停止し（ステップＳ１０９）、モータ４の駆動に必要な電圧より電池電圧が低い場合には第１経路１０１において昇圧回路２を昇圧させる（ステップＳ１０３）ようにしたので、モータ４の駆動性能（たとえば回転速度）を犠牲にすることなく、昇圧回路２による損失を低減できる。一般に、昇圧回路は入出力電圧差を小さくする方が損失が少なくなるからである。

（３）第１経路１０１において昇圧回路２の当初の目標昇圧電圧を３．８Ｖとしたので（ステップＳ１０３）、３．８Ｖより高い電圧（たとえば４．５Ｖ）を目標昇圧電圧にする場合に比べて、昇圧回路２による損失を低減できる。

（４）第２経路１０２において昇圧回路２を停止した（ステップＳ１０９）後に、モータ４に所定の回転速度が得られない場合には第１経路１０１へ切換え（ステップＳ１１０）、昇圧回路２の出力電圧を３．８Ｖより高める（ステップＳ１１１）ようにしたので、モータ４の駆動性能（たとえば回転速度）が得られるように昇圧回路２による昇圧値を高めることができる。なお、昇圧目標電圧の上限を４．２Ｖとしたので、モータ駆動回路３の入力定格電圧を超えるおそれを排除できる。

（５）上記（４）により昇圧回路２の出力電圧を上昇中に電池電圧が３．２Ｖ以下に低下した場合は、昇圧回路２による出力電圧の上昇を停めてその時点の出力電圧を維持させるようにしたので、電池電圧がさらに低下することを防止できる。

（６）モータ４より低電圧で駆動する回路部材（サブＣＰＵ９）へ電圧を供給するために降圧回路８を備えるので、第１経路１０１において昇圧回路２で電池電圧を上昇させた場合でも、サブＣＰＵ９に適した電圧を供給できる。

（７）上記（６）に加えて、昇圧回路２による電圧昇圧は必要最小限に抑えたので、降圧回路８による損失も低減できる。一般に、降圧回路は入出力電圧差を小さくする方が損失が少なくなるからである。

（８）モータ４を駆動しない動作モード時には、降圧回路８およびサブＣＰＵ９に必要な電圧（たとえば３．５Ｖ）より電池電圧が高ければ第２経路１０２（ステップＳ２０４）において昇圧回路２を停止し（ステップＳ２０５）、降圧回路８およびサブＣＰＵ９に必要な電圧より電池電圧が低い場合には第１経路１０１において（ステップＳ２０２）昇圧回路２を昇圧させる（ステップＳ２０３）ようにしたので、サブＣＰＵ９の動作性能（たとえば演算速度）を犠牲にすることなく、昇圧回路２、降圧回路８による損失を低減できる。

（変形例１）
上述した電源回路の説明では、図１に一点鎖線で囲んだように昇圧回路２およびスイッチ７を個別に設ける例を説明した。この代わりに、昇圧回路２にスイッチ７の機能を含めるように構成してもよい。図４は、この場合の昇圧回路を例示する図である。図４において、昇圧回路は、入力コンデンサＣ１と、出力コンデンサＣ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣと、トランジスタＴｒ１と、フィードバック抵抗器Ｒ１およびＲ２と、昇圧コイルＬ１と、ダイオードＤ１とを含む。

入力コンデンサＣ１および出力コンデンサＣ２は平滑用である。ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣに昇圧開始を指示する制御信号が入力されると、ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、所定の周波数でトランジスタＴｒ１のスイッチング制御を始める。トランジスタＴｒ１のスイッチングにより昇圧コイルＬ１に電荷が蓄積され、該蓄積電荷はダイオードＤ１を介してコンデンサＣ２へ供給される。

コンデンサＣ２側の電圧を抵抗器Ｒ１およびＲ２で分圧し、ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣが該分圧電圧とＩＣ内部の基準電圧（昇圧目標電圧に対応する電圧）との比較結果に応じてトランジスタＴｒ１をスイッチングするパルス幅を制御する。

ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣは、昇圧停止を指示する制御信号が入力されている場合、トランジスタＴｒ１をオフ状態に維持するように構成されている。この場合、入力端子に入力される直流成分（電池１からの電流）は、昇圧コイルＬ１、ダイオードＤ１を介して出力端子へ流れ得る状態にされる。つまり、スイッチ７を設けなくてもスイッチ７をオンした場合と同様に作用する。

以上説明した変形例１によれば、スイッチ７を昇圧回路２と独立して設けなくてよいので、部品数の低減および実装スペースを抑える点で有効である。

（変形例２）
電源回路をカメラを例に説明したが、電池電圧が、機器内の負荷で必要とする電圧より高かったり低かったりするものであれば、カメラ以外の機器にも本発明による電源回路を搭載することができる。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

本発明の一実施の形態による電源回路を搭載したカメラの要部構成図である。 サブＣＰＵが行う電源制御処理の流れを説明するフローチャートである。 サブＣＰＵが行う電源制御処理の流れを説明するフローチャートである。 電源回路を例示する図である。

符号の説明

１…電池
２…昇圧回路
３…モータ駆動回路
４…モータ
５…速度センサ
６…メインＣＰＵ
７…スイッチ
８…降圧回路
９…サブＣＰＵ
１０１…第１経路
１０２…第２経路

Claims (8)

1. 電池電圧を昇圧する昇圧回路と、
   第１負荷および前記第１負荷より低電圧を必要とする第２負荷を有する負荷と、
   前記昇圧回路を介して前記昇圧後の電圧を前記負荷側へ供給する第１経路と、
   前記昇圧回路を介さずに前記電池電圧を前記負荷側へ供給する第２経路と、
   前記負荷側へ供給された電圧から前記第２負荷で必要な電圧まで降圧する降圧手段と、
   前記第１負荷が作動状態において、前記第１負荷で必要な電圧より前記電池電圧が高い場合に前記第２経路へ切換え、前記第１負荷で必要な電圧より前記電池電圧が低い場合には前記第１経路へ切換える切換え手段とを備えることを特徴とする電源回路。
2. 請求項１に記載の電源回路において、
   前記切換え手段は、前記第１負荷が非作動状態において、前記第２負荷および前記降圧手段で必要な電圧より前記電池電圧が高い場合に前記第２経路へ切換え、前記第２負荷および前記降圧手段で必要な電圧より前記電池電圧が低い場合には前記第１経路へ切換えることを特徴とする電源回路。
3. 請求項１または２に記載の電源回路において、
   前記昇圧回路は、前記切換え手段が前記第２経路へ切換えている場合に前記昇圧を停止することを特徴とする電源回路。
4. 請求項１に記載の電源回路において、
   前記昇圧回路は、前記切換え手段が前記第１経路へ切換えている場合、前記電池電圧を前記第１負荷で必要な電圧まで昇圧することを特徴とする電源回路。
5. 請求項２に記載の電源回路において、
   前記昇圧回路は、前記切換え手段が前記第１経路へ切換えている場合、前記電池電圧を前記第２負荷および前記降圧手段で必要な電圧まで昇圧することを特徴とする電源回路。
6. 請求項１または４に記載の電源回路において、
   前記第１負荷はモータを含み、
   前記切換え手段は、前記第２経路へ切換え後、前記モータの回転が所定速度に達しない場合に前記第１経路へ切換えることを特徴とする電源回路。
7. 請求項６に記載の電源回路において、
   前記昇圧回路は、前記切換え手段が前記第１経路へ切換えている場合、前記モータの回転が所定速度へ達するように昇圧値を高めることを特徴とする電源回路。
8. 請求項７に記載の電源回路において、
   前記昇圧回路は、前記昇圧値を高めている状態で前記電池電圧が所定電圧より低下した場合、前記昇圧値を維持することを特徴とする電源回路。

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