JP2010259286A

JP2010259286A - 充電回路

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Publication number: JP2010259286A
Application number: JP2009109439A
Authority: JP
Inventors: Kosaku Takada; 康作高田; Yasuo Ibuki; 康夫伊吹
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-04-28
Also published as: JP5291527B2

Abstract

【課題】ノイズによる誤動作で中断した充電動作を再開できる充電回路を提供する。
【解決手段】本発明の充電回路２は、一次側に電源部２３を備え二次側に電源部２３によって充電されるコンデンサ３を備えたフライバックトランス２４と、電源部２３からフライバックトランス２４への電力供給のスイッチング動作を行うスイッチング部５２と、充電動作の開始・停止を切り替える切替部５３と、切替部５３による充電動作の開始・停止の切替を制御する中央演算部４と、を有している。そして、中央演算部４は充電動作開始後コンデンサ３が所定の充電電圧を蓄えるまでの間に充電開始信号を出力するものとした。これにより、ノイズ１０１で誤作動して充電動作が中断しても中央演算部４の充電開始信号により充電動作を再開させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電回路、詳しくは、光照射用のコンデンサ等を充電する充電回路に誤動作が生じて充電動作が不完全な状態で止まったままになることを防止する充電制御に関するものである。

従来から、電池等の電源部からトランスを介してコンデンサに所定量の電荷を蓄えさせる充電回路を備えた装置において、充電動作の開始直後にトランスの二次側に配置した整流用のダイオード等の電子部品に逆起電力が生じて、一次側に逆電流が流れることがあった。

このとき、充電動作の開始直後に生じた逆電流をコンデンサに蓄えた電荷の電流と誤って判断して、開始直後に充電動作が停止してしまうことがあり、解決手段として、例えば、特許文献１のように、充電動作の開始直後に生じた逆電流による誤動作を回避したものがあった。

詳しくは、コンデンサの磁気エネルギーを検知するためにトランスの一次側に備えた電流検知部が逆電流により誤動作しても、充電動作の開始後所定時間が経過するまで遅延回路が電流検知部からの検知信号を遮断するため、逆電流による誤動作を回避したものであった。

特開２００５−２８８６８２号公報

しかしながら、特許文献１等は充電動作の開始直後に生じる逆電流による誤動作を回避して、充電動作が開始されなくなることを防止したものにすぎず、充電動作の途中で誤動作を生じると、充電動作が中断してしまうことがあった。

詳しくは、集積回路内に備えた電圧検知部は数ナノ秒〜数マイクロ秒程度で電圧検知を確定するため、充電動作中に何時でも充電回路へ入り込む恐れのある周辺部品からの輻射ノイズや伝搬ノイズあるいは外来ノイズ等の電圧を充電電圧として誤検知してしまうことがあった。そのため、集積回路がノイズによる誤動作を回避できずに、充電動作の途中で充電動作を中断してしまうものであった。

例えば、図７（ａ）に示すように、充電動作が開始されると、コンデンサの充電電圧及びコンデンサと並列に配置された分圧抵抗等の検知手段による検知電圧が共に上昇する。そして、検知電圧が所定の基準電圧Ｖ１に達すると、コンデンサに必要なだけ充電電圧を蓄えられたと集積回路等の制御回路が判断してコンデンサへの電力供給を停止することで充電動作が完了となり、該充電回路を備えた装置で光照射等のコンデンサに蓄えた電荷を用いた動作を行うことができる。

しかし、図７（ｂ）に示すように、充電途中に検知手段の検知結果にノイズ１０１が入ることがある。その際に該ノイズ１０１の電圧が充電動作を完了と判断する基準電圧Ｖ１より高いものであると、検知電圧が基準電圧Ｖ１に達したと誤った判定を制御回路が下してしまい、充電動作を途中で止めてしまう。このとき、実際のコンデンサの充電電圧は上記必要充電電圧より低いため、コンデンサに蓄えた電荷を用いた動作を正常に行うことができないばかりか、充電動作を完了したと判断しているため、コンデンサを必要充電電圧に充電できない状態で装置の機能が停止してしまう。

つまり、充電動作中にノイズ等で制御回路に誤動作を生じて充電動作が中断すると、充電動作が中断したまま何時まで経っても充電動作を完了できないため、装置が充電動作はもちろん光照射等の動作を行えず使用できなくなるという問題があった。

また、充電動作の途中にノイズで誤作動が生じて充電動作が中断した際に、中断した充電動作を再開させる手段を装置が備えていないため、中断した充電動作を再開させるには使用者による外部操作が必要であり、使い勝手の悪いという問題があった。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて発明したものであり、上記ノイズにより充電動作が中断しても、中断した充電動作を再開させる手段を備えたことで、充電動作が完了しなくなる不具合を解消すると共に、再開時の使い勝手を向上させた充電回路を提供することを課題とした。

上記課題を解決するために、本発明の充電回路２は、電源部２３と、上記電源部２３を一次側に備えたフライバックトランス２４と、上記フライバックトランス２４の二次側に位置し上記電源部２３によって所定の充電電圧まで充電される充電用のコンデンサ３と、上記電源部２３から上記フライバックトランス２４への電力供給のスイッチング動作を行うスイッチング部５２と、充電回路２による充電動作の開始・停止を切り替える切替部５３と、上記切替部５３による充電動作の開始・停止の切替を制御する中央演算部４と、を有している。そして、中央演算部４は充電動作の開始後コンデンサ３が上記所定の充電電圧を蓄えるまでの間に切替部５３に充電動作を開始させる充電開始信号を出力するものであることを特徴としている。

このような構成としたことで、コンデンサ３が所定の充電電圧まで充電される前に、ノイズ１０１で切替部５３が誤動作して充電動作を中断しても、中央演算部４の充電開始信号により充電動作を再開させることができる。

また、請求項２に係る発明は、中央演算部４は充電動作が開始されると充電開始信号を所定の間隔で繰り返し切替部５３へ出力し続けるものであることを特徴としている。

また、請求項３に係る発明は、コンデンサ３の充電電圧を検知する第１の電圧検知部２１と、第１の電圧検知部２１の検知結果を所定の基準電圧Ｖ１以上か否かを判定する第１判定部５１と、コンデンサ３の充電電圧を検知すると共に検知結果を中央演算部４に出力する第２の電圧検知部２２と、を有している。そして、第１判定部５１が第１の電圧検知部２１からの検知結果を基準電圧Ｖ１以上であると判定した際に、中央演算部４が第２の電圧検知部２２からの検知結果を所定の目標電圧Ｖ２未満であると判定すると、中央演算部４は充電動作が中断したとして上記充電開始信号を切替部５３へ出力するものであることを特徴としている。

また、請求項４に係る発明は、上記所定の基準電圧Ｖ１が上記所定の目標電圧Ｖ２より高い値あるいは同じ値であることを特徴としている。

また、請求項５に係る発明は、中央演算部４にコンデンサ３の充電電圧を検知した検知結果が出力されている。そして、中央演算部４は検知結果を所定の設定値と比較して充電電圧が上昇しているか否かを判定することで充電動作が中断しているか否かを判断し、中断していると判断した際に充電開始信号を切替部５３へ出力するものであることを特徴としている。

また、請求項６に係る発明は、切替部５３による充電動作の開始・停止の切替結果を論理レベルの出力信号で中央演算部４に出力する切換結果出力部５４を有している。そして、中央演算部４は切替結果出力部５４からの出力信号の変化から充電動作が中断しているか否かを判断し、中断していると判断した際に充電動作開始信号を切替部５３へ出力するものであることを特徴としている。

上記のように、本発明の充電回路は、切替部の誤動作等でコンデンサに所定の充電電圧を蓄えさせる前に充電動作が中断しても、中央演算部が充電動作を再開させるため、充電動作が止まったままで完了できなくなることを防止することができる。そして、中断した充電動作を中央演算部が外部操作無しで再開させるため、使用者による充電動作を再開させる外部操作の手間が不要となり、使い勝手を向上することができる。

また、充電動作が開始されると、中央演算部が充電開始信号を所定の間隔で繰り返し出力し続ければ、中央演算部に充電動作の中断を検知させなくても、中央演算部で中断した充電動作を再開させることができるため、充電回路の構造を簡素にできる。

また、二つの電圧検知部からコンデンサの充電電圧の検知結果を出力すれば、一方の電圧検知部にノイズが入り誤動作して充電動作が中断しても、他方の電圧検知部の検知結果に基づいて充電動作を再開させることができる。このとき、第１判定部が判定に用いる所定の基準電圧を中央演算部が判定に用いる所定の目標電圧より高い値あるいは同じ値とすれば、中央演算部による切替部の切替制御を安定して行うことができる。

また、中央演算部が入力された検知電圧を所定の設定値と比較して充電動作の中断を検知するものにすれば、ノイズによる誤検知や誤動作の検知精度を向上することができる。

また、切替部による充電動作の開始・停止の切替結果を中央演算部に論理レベルの出力信号で出力したことで、充電動作が中断しているか否かを中央演算部が容易に判断することができる。

本発明の充電回路を備えた光照射装置の一部を省略した回路図である。同上の充電回路の一部を省略した回路図である。同上の充電回路に配置した集積回路の一部を省略した回路図である。本発明の再開手段を備えた充電回路の充電動作のタイムチャートである。同上の他の再開手段を備えた充電回路の充電動作のタイムチャートである。同上の更に他の再開手段を備えた充電回路の充電動作のタイムチャートである。従来の充電回路の充電動作のタイムチャートであり、（ａ）が正常動作時のものであり、（ｂ）が動作中にノイズが検知結果に入ったものである。

以下、図面に基づいて本発明の基本構成及び実施形態について説明する。

本発明の充電回路２は、図１に示すように、光源１５をストロボ発光させて外部に光照射を行う光照射部１４を備えた光照射装置１に内蔵されており、光源１５をストロボ発光させるための電荷を蓄えるコンデンサ３を充電するための回路である。

詳しくは、上記光照射装置１が、上記充電回路２及びコンデンサ３を内蔵した装置本体１１と、光源１５を有し装置本体１１に着脱自在の光照射部１４と、からなり、装置本体１１のコンデンサ３と光照射部１４はコネクタ１２を介して電気的に接続されている。

そして、使用者により発光スイッチ（特に図示しない）が外部操作されることで、充電回路のよる充電動作でコンデンサ３に所定の充電電圧まで蓄えられた電荷が光照射部１４に供給されて光源１５がストロボ発光するものである。

更に、上記光照射は光源１５の発する光の波長により異なるが育毛あるいは脱毛効果の得られるものであり、該効果を効率的に得るために１０分〜１５分程度の間に数秒の光照射を多数回行うことができるものとなっている。つまり、光照射部１４の電力供給源であるコンデンサ３は上記１０分〜１５分程度の間に充電動作と放電動作が交互に何度も繰り返されるものとなっており、コンデンサ３が充電に要する充電時間は４秒〜６秒程度の短時間で充電を完了するものとなっている。

また、装置本体１１は、上記コンデンサ３と、上記コンデンサ３を充電するための充電回路２と、コンデンサ３の充電電圧を夫々検知する第１の電圧検知部２１及び第２の電圧検知部２２と、充電回路２による充電動作の開始・停止を切り替える集積回路５と、光照射部１４による光照射動作及び集積回路５による充電動作を制御する中央演算部４と、を有している。

そして、上記充電回路２は、図２に示すように、充電回路２で用いる充電電力の供給源である電源部２３と、電源部２３からの出力電圧を昇圧するフライバックトランス２４（以下、ＦＢトランス２４と記載する）と、出力電圧から電荷を蓄えるコンデンサ３と、第１の電圧検知部２１及び第２の電圧検知部２２と、電源部２３からＦＢトランス２４への電力供給のスイッチング動作を行うスイッチング部５２と、を有している。

上記ＦＢトランス２４の一次側には電源部２３及びスイッチング部５２が配置されており、二次側には、コンデンサ３と、第１の電圧検知部２１と、第２の電圧検知部２２と、ＦＢトランス２４により昇圧された出力電圧を整流する整流ダイオード２５と、が配置されている。そして、上記電源部２３は電池等の直流の電力を供給する電力供給源となっており、集積回路５に内蔵されたスイッチング部５２のスイッチング動作により、ＦＢトランス２４の二次側へ昇圧された交流の電力として供給されている。つまり、スイッチング部５２のスイッチング動作が開始されると、電源部２３からの出力電力がＦＢトランス２４へ昇圧されて二次側に流れた後、整流ダイオード２５で整流されてコンデンサ３に電荷として蓄えられることで、充電動作が行われるものとなっている。

また、上記スイッチング部５２のスイッチング動作は第１の電圧検知部２１の検知結果及び中央演算部４からの制御信号に基づいて集積回路５で開始・停止の切替が行われており、上記開始・停止の切替結果は論理レベルのＨ・Ｌ信号で中央演算部４に出力されている。

もちろん、上記集積回路５によるスイッチング部５２のスイッチング動作の開始・停止とは、スイッチング動作を始めることを開始とし、スイッチング動作を止めることを停止としており、スイッチング動作である電源部２３の電力供給のオン・オフを交互に行うことではない。

また、上記第１の電圧検知部２１は充電動作時にコンデンサ３の充電電圧を検知して集積回路５に検知結果を出力するものであり、第２の電圧検知部２２は充電動作中と光照射動作後のコンデンサ３の電圧を検知して中央演算部４に検知結果を出力するものとなっている。詳しくは、第１の電圧検知部２１及び第２の電圧検知部２２は夫々コンデンサ３に並列の分圧抵抗となっており、コンデンサ３に蓄えた電気エネルギーを消費することで、コンデンサ３の充電電圧を検知しており、消費を抑えるため、その抵抗値は数百Ω〜数メガΩとなっている。

また、上記中央演算部４は、第２の電圧検知部２２の検知結果が所定の目標電圧Ｖ２以上か否かを判定する第２判定部４１と、集積回路５に充電動作の制御信号として論理レベルのＨ・Ｌ信号を出力する信号出力部４２と、信号出力部４２で出力するＨ・Ｌ信号の切替の制御や光照射の制御を行う演算部４３と、を有している。そして、信号出力部４２は充電動作開始時に充電開始信号として論理レベルＬ→Ｈのエッジ信号を集積回路５に出力した後、演算部４３が充電完了と判断するまで出力信号をＨレベルで継続して出力するものとなっている。

また、演算部４３による上記充電完了の判断は第２判定部４１で第２の電圧検知部２２の検知結果が所定の目標電圧Ｖ２以上と判定されることで判断されるものとなっており、充電完了と判断した際には、信号出力部４２の出力信号がＬレベルに切り替えられる。つまり、信号出力部４２は集積回路５に対して充電開始時に充電開始信号としてＬ→Ｈのエッジ信号を出力すると共に、充電動作中はＨレベルの信号を出力して、充電前や充電後等の非充電動作中はＬレベルの信号を出力するものとなっている。

そして、第２判定部４１が判定に用いる所定の目標電圧Ｖ２とは光照射を行う際にコンデンサ３で必要となる電圧と略同じであり、検知結果が目標電圧Ｖ２に達することでコンデンサ３の充電電圧が光照射装置１で光照射可能な電圧に達したこととなる。

なお、符号１３は使用者が充電動作を開始させる際に操作するチャージスイッチであり、中央演算部４の符号４５は上記チャージスイッチ１３の操作を検知する入力検知部であり、入力検知部４５が上記操作を検知することで演算部４３が充電動作を開始させる。そして、第２判定部４１が判定に用いる所定の目標電圧Ｖ２は中央演算部４に内蔵された符号４４の不揮発性記憶素子に記憶されている。更に、中央演算部４の符号４６はスイッチング部５２がスイッチング動作中か否かを集積回路５から論理レベルのＨ・Ｌ信号で入力される切替結果入力部であり、詳細は後述する。もちろん、図１に示すように、中央演算部４は第２判定部４１や信号出力部４２や演算部４３等を兼ね備えたマイクロコンピュータが好ましい。

また、上記集積回路５は、図３に示すように、上記スイッチング部５２と、スイッチング部５２のスイッチング動作の開始・停止の切替を行う切替部５３と、第１の電圧検知部２１の検知結果が所定の基準電圧Ｖ１以上か否かを判定する第１判定部５１と、上記切替結果を出力する切替結果出力部５４と、を有している。

そして、第１判定部５１は、例えば、非反転入力端子側に検知結果が加えられ反転入力端子側に上記基準電圧Ｖ１が加えられたコンパレータであり、検知結果が基準電圧Ｖ１以上になるとＨレベルで出力信号を出力するものである。このとき、切替部５３は第１判定部５１からのＨレベルの出力信号を受けてスイッチング部５２のスイッチング動作を停止すると共に、切替結果出力部５４からＨレベルの出力信号を中央演算部４に出力させるものとなっている。

また、切替部５３は、例えば、Ｌ→Ｈのエッジ信号が入力されるとワンショット信号を出力するワンショット素子６１と、スイッチング部５２にＨ・Ｌ信号を出力する切替用ＡＮＤゲート６３と、エッジトリガ式のリセットセットフリップフロップ６２（以下、ＲＳ−ＦＦ６２と記載する）と、を有している。

上記ワンショット素子６１は、信号出力部４２が集積回路５に出力するＨ・Ｌ信号のうち、Ｌ→Ｈのエッジ信号に対してのみ反応してＬ→Ｈの立ち上がりを有したワンショット信号をＲＳ−ＦＦ６２のセットＳに出力するものとなっている。

そして、上記ＲＳ−ＦＦ６２のリセットＲには第１判定部５１からＨ・Ｌ信号が入力されている。更に、ＲＳ−ＦＦ６２の出力Ｑからは上記セットＳ及びリセットＲに入力された信号に基づいてＨ・Ｌ信号が切替用ＡＮＤゲート６３に出力されると共に、出力ｑからは出力Ｑを反転させた否定出力信号が切替結果出力部５４に出力されている。なお、否定出力信号とは、出力ＱからＨレベルの出力信号が出力されると出力ｑからＬレベルの出力信号が出力され、出力ＱからＬレベルの出力信号が出力されると出力ｑからＨレベルの出力信号が出力されるものであり、出力ｑはＭＩＬ規格でＱバーと記載されるものである。

つまり、ＲＳ−ＦＦ６２は、出力Ｑからの出力信号がＬレベルの状態でワンショット素子６１のワンショット信号がセットＳに入力されると、ワンショット信号のＬ→Ｈのエッジ信号に反応して出力Ｑの出力信号のレベルをＬ→Ｈに切り替えた後、Ｈレベルに保持する。このとき、出力ｑからの否定出力信号は出力Ｑの出力信号の切替と略同時にレベルをＨ→Ｌに切り替えて、出力Ｑの出力信号のレベルがＨ→Ｌに切り替わるまでＬレベルの出力信号を継続する。

また、出力Ｑからの出力信号がＨレベルの状態で第１判定部５１からの入力信号がＨレベルに切り替わると、該切替時に伴いリセットＲに入力されたＬ→Ｈのエッジ信号に反応して出力信号のレベルをＨ→Ｌに切り替えた後、Ｌレベルに保持する。このとき、出力ｑからの否定信号は出力Ｑの出力信号の切替と略同時にＨレベルに切り替えて、出力Ｑの出力信号のレベルがＬ→Ｈに切り替わるまでＨレベルの出力信号を継続する。

このように、ＲＳ−ＦＦ６２は非充電時に出力Ｑからの出力信号をＬレベルで出力すると共に出力ｑからの否定出力信号をＨレベルで出力し、充電中には出力Ｑからの出力信号をＨレベルで出力すると共に出力ｑからの否定出力信号をＬレベルで出力するものである。もちろん、ＲＳ−ＦＦ６２の出力Ｑの出力信号がＨレベルの際にセットＳにＬ→Ｈのエッジ信号が入力さても該エッジ信号を無視するものであり、同様に出力Ｑの出力信号がＬレベルの際にリセットＲにＬ→Ｈのエッジ信号が入力されても無視するものである。

また、切換用ＡＮＤゲート６３には、ＲＳ−ＦＦ６２の出力Ｑからの出力信号と、信号出力部４２からのＨ・Ｌ信号と、が入力されており、双方の入力信号がＨレベルでＨレベルの信号を出力し、少なくとも一方の入力信号がＬレベルではＬレベルの信号を出力するものである。そして、スイッチング部５２は切換用ＡＮＤゲート６３からＨレベルの信号が入力されるとスイッチング動作を開始し、スイッチング動作中に切替用ＡＮＤゲート６３からＬレベルの信号が入力されるとスイッチング動作を停止するものとなっている。

また、切替結果出力部５４は、判定用ＡＮＤゲート５４１と、判定用ＡＮＤゲート５４１の出力をゲートに接続したエンハンスメント形のＦＥＴ５４２と、からなり、ＦＥＴ５４２のドレインから切替結果入力部４６へＨ・Ｌ信号が出力されるものとなっている。

詳しくは、判定用ＡＮＤゲート５４１に、ＲＳ−ＦＦ６２の出力ｑからの否定出力信号と、信号出力部４２からの出力信号と、が入力されている。そして、判定用ＡＮＤゲート５４１は信号出力部４２からＨレベルの出力信号が入力され且つＲＳ−ＦＦ６２の出力ｑからＨレベルの否定出力信号が入力されることで、上記判定用ＡＮＤゲート５４１からＦＥＴ５４２のゲートに電圧が印加されるものとなっている。

また、上記ＦＥＴ５４２はエンハンスメント形であるため、ゲートに電圧が印加されていないとドレインからの出力信号はＬレベルとなり、ゲートに電圧が印加されるとドレインの出力信号をＨレベルとなるものである。つまり、切替結果出力部５４は中央演算部４が充電完了を判断する前に集積回路５が充電完了と判断した際に切替結果入力部４６への出力信号のレベルをＬ→Ｈに切り替えるものである。このとき、中央演算部４は切替結果入力部４６にＨレベルの出力信号が入力されると、演算部４３により第２判定部４１の判定結果に基づいて信号出力部４２の出力信号のレベルをＨ→Ｌに切り替えて充電動作を完了させるあるいは、Ｈ→Ｌ→Ｈに切り替えて再開させる。

このように、第１判定部５１が基準電圧Ｖ１に達したと判定して切替部５３でスイッチング部５２のスイッチング動作を停止した際に、切替結果出力部５４から集積回路５が独自の判断で充電動作を停止させたことを中央演算部４に伝えるものとなっている。もちろん、ＦＥＴ５４２はエンハンスメント形に限らず、ゲートに電圧が印加されるとドレインの出力信号がＬレベルに切り替わるデプレッション形のものであってよく、ましてや判定用ＡＮＤゲート５４１から直接Ｈ・Ｌ信号を切替結果入力部４６に入力してもよい。

なお、電圧検知部は分圧抵抗に限らず適宜設計変更可能であり、基準電圧Ｖ１と目標電圧Ｖ２の大小関係における誤解を防止するため、コンデンサ３の充電電圧に基づいた基準電圧Ｖ１及び目標電圧Ｖ２に統一して説明する。つまり、本実施形態では電圧の検知を分圧抵抗で行っているため、各判定部で判定に用いる基準電圧及び目標電圧はコンデンサ３の充電電圧に基づいた基準電圧Ｖ１及び目標電圧Ｖ２を分圧比で補正したものとなっている。詳しくは、実際のコンデンサ３の充電電圧に基づいた基準電圧Ｖ１を約３３０Ｖとし、目標電圧Ｖ２を約２８５Ｖとして、且つ第１の電圧検知部２１の分圧比を約１／３００とし、第２の電圧検知部２２の分圧比を約１／１２５としている。そして、基準電圧Ｖ１及び目標電圧Ｖ２を夫々の分圧比で補正すると、第１判定部４１の判定で用いる基準電圧は約１．３Ｖ、第２判定部５１の判定で用いる目標電圧は約２．３Ｖとなり、補正前と大小関係が逆転したものとなっている。このように、分圧抵抗を用いたことにより基準電圧Ｖ１と目標電圧Ｖ２の大小関係が不明瞭となるため、本実施形態の説明では、基準電圧Ｖ１及び目標電圧Ｖ２を補正前のコンデンサ３の充電電圧に基づいたもの、例示では３３０Ｖと２８５Ｖに統一している。ただし、第１判定部４１で誤判定が生じるノイズ１０１の電圧は分圧比で補正した基準電圧に准じた値、例えば、約１．３Ｖ以上である。もちろん、上述した各数字は例示にすぎず限定するものではない。

以下、中断されずに充電動作が正常に行われた場合の充電動作の開始から完了までの中央演算部４の切替制御及び集積回路５のスイッチング部５２のスイッチング動作の切替について説明する。

コンデンサ３が所定の充電電圧に満たない未充電状態で入力検知部４５が充電動作の開始操作を検知することで、中央演算部４が信号出力部４２からＬ→Ｈのエッジ信号を集積回路５に出力する。そして、集積回路５内では信号出力部４２からのＬ→Ｈのエッジ信号を受けてワンショット素子６１からワンショット信号がＲＳ−ＦＦ６２のセットＳに出力されて、ＲＳ−ＦＦ６２の出力Ｑからの出力信号をＨレベルに切り替える。

また、切替用ＡＮＤゲート６３にＲＳ−ＦＦ６２の出力Ｑと信号出力部４２とから夫々Ｈレベルの信号が入力されるため、切替用ＡＮＤゲート６３はスイッチング部５２にＨレベルの信号を出力して、スイッチング部５２にスイッチング動作を開始させる。

これにより、電源部２３からの出力電圧がスイッチング部５２でスイッチングされながらＦＢトランス２４に供給されるため、充電回路２によるコンデンサ３への充電動作が開始される。そして、上記充電動作の開始に伴い第１の電圧検知部２１及び第２の電圧検知部２２が夫々コンデンサ３の充電電圧を検知して集積回路５あるいは中央演算部４に検知結果を出力する。更に、上記充電動作によりコンデンサ３が所定の電荷を蓄えて充電完了の状態になると、第１判定部５１あるいは第２判定部４１によりコンデンサ３の充電電圧が基準電圧Ｖ１あるいは目標電圧Ｖ２に達したと判定されることで、充電動作の停止が行われる。このとき、第１判定部５１で判定に用いる基準電圧Ｖ１が第２判定部４１で判定に用いる目標電圧Ｖ２より高い場合と、基準電圧Ｖ１と目標電圧Ｖ２が略同じである場合と、で充電動作を終了する際の集積回路５と中央演算部４の動作が異なるものとなっている。

例えば、実施例のように、第２判定部４１の目標電圧Ｖ２が第１判定部５１の基準電圧Ｖ１より低い場合では、集積回路５が充電完了を判断する前に、中央演算部４が先に充電完了を判断すると共に、信号出力部４２の出力信号をＬレベルに切り替える。そのため、切換用ＡＮＤゲート６３に入力される信号出力部４２からの信号がＬレベルに切り替わることとなり、切替用ＡＮＤゲート６３の出力信号もＬレベルに切り替わり、スイッチング部５２のスイッチング動作が停止されて電力供給が止まり、充電動作が終了となる。つまり、切替部５３のＲＳ−ＦＦ６２の出力ＱからのＨ・Ｌ信号等の集積回路５の判断によらずにスイッチング部５２のスイッチング動作の開始・停止の切替を中央演算部４が制御している。

また、基準電圧Ｖ１が目標電圧Ｖ２と略等しい場合では、第１判定部５１と第２判定部４１が略同時に基準電圧Ｖ１あるいは目標電圧Ｖ２に達したと判定するため、中央演算部４と集積回路５とが略同時に充電完了と判断して充電動作の停止を行うことになる。つまり、中央演算部４は上述と同様に信号出力部４２の出力信号をＬレベルに切り替えるものである。そして、上記中央演算部４の動作と略同時に集積回路５では、第１判定部５１が切替部５３への信号をＨレベルに切り替えるため、ＲＳ−ＦＦ６２のリセットＲにＬ→Ｈのエッジ信号を出力されることとなり、ＲＳ−ＦＦ６２の出力Ｑからの出力信号がＬレベルに切り替わる。そのため、切替用ＡＮＤゲート６３に入力される二つの信号が共にＬレベルに切り替わり、切換用ＡＮＤゲート６３が出力信号をＬレベルに切り替えて、スイッチング部５２のスイッチング動作を停止して、充電動作を終了する。

このように、基準電圧Ｖ１と目標電圧Ｖ２が略等しいと、切替用ＡＮＤゲート６３に入力される二つの信号が共にＬレベルに切り替わり、切換用ＡＮＤゲート６３の出力信号をＬレベルに切り替えるものとなっている。つまり、スイッチング部５２のスイッチング動作は、集積回路５が第１の電圧検知部２１の検知結果に基づいて行うものと、中央演算部４が第２の電圧検知部２２の検知結果に基づいて集積回路５を介して行うものの二通りで停止されるものとなっている。そして、第１判定部５１と第２判定部４１の少なくとも一方が基準電圧Ｖ１あるいは目標電圧Ｖ２に達したと判定することで、スイッチング部５２のスイッチング動作を停止するものとなっている。特に、基準電圧Ｖ１と目標電圧Ｖ２が略同じ場合では、演算部４３による演算処理がない分第１判定部５１の判定結果に基づいて集積回路５が充電動作を停止する動作が先に行われるものである。

また、集積回路５と中央演算部４とが夫々独自にコンデンサ３の充電電圧を検知して充電動作の停止を行えるため、集積回路５あるいは中央演算部４の一方が充電動作の完了を判断した時点で、充電動作を停止するものとなっている。そして、集積回路５と中央演算部４が夫々に出力された検知結果に基づいて充電動作の停止を判断できるため、確実にコンデンサ３を所定の充電電圧に充電して停止させることができ、コンデンサ３に過剰な充電が行われることを防止している。特に、集積回路５が独自にコンデンサ３を所定の充電電圧で充電動作を停止できるため、光照射制御等で酷使されている中央演算部４が熱暴走する等で演算部４３の処理能力が低下して充電制御の判断が遅れても、コンデンサ３へ過剰な充電が行われることがない。

なお、集積回路５にスイッチング部５２が内蔵されたものとなっているが、スイッチング部５２を集積回路５に内蔵せずに、スイッチング部５２を集積回路５とは別の部品としてＦＢトランス２４の一次側に配置してもよい。

以下、上述の充電回路２において、ノイズ１０１で誤動作して充電動作が中断した際に、中央演算部４によって充電動作を再開させる構成を夫々図４−６に基づいて説明する。なお、図４−６中の符号Ｔ０、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は動作タイミングを示しており、符号Ｔ０は充電動作の開始時であり、符号Ｔ１はノイズ１０１による充電動作の中断時であり、符号Ｔ２は充電動作の再開時であり、符号Ｔ３は所定の充電電圧が蓄えられた充電完了時である。

例えば、図４に示す例では、中央演算部４が信号出力部４２から充電開始信号を所定の間隔で繰り返し出力することで、ノイズ１０１により集積回路５が誤動作して充電を中断しても充電動作を再開させるものである。

詳しくは、中央演算部４が信号出力部４２からの出力信号をＬ→Ｈに切り替えて充電動作を開始すると、Ｈレベルを約２秒間継続する毎に出力信号のレベルをＨ→Ｌ→Ｈと切り替えて、信号出力部４２からの出力信号をリセットするものである。このとき、上記約２秒毎の出力信号のリセット動作により、出力信号が一時的にＬレベルになるが、その間の時間は約５ミリ秒となっており、充電時間に比べて十分に短いものとなっており、上記リセット動作が充電時間を延長させることがないものとなっている。

上記リセット動作は第２判定部４１が検知結果を目標電圧Ｖ２以上と判定して演算部４３が充電完了と判断するまで継続して約２秒毎の間隔で繰り返されるものとなっている。つまり、中央演算部４は充電動作を開始すると中央演算部４自身で充電完了と判断するまでの間、充電開始信号を集積回路５へ約２秒毎の周期で繰り返し出力し続けるものとなっている。

また、集積回路５は中央演算部４から約２秒毎に充電開始信号であるＬ→Ｈのエッジ信号が入力されるため、ワンショット素子６１がＨレベルの立ち上がりを有したワンショット信号を約２秒毎の間隔で出力するものとなる。そのため、ＲＳ−ＦＦ６２のセットＳへワンショット素子６１からＬ→Ｈのエッジ信号が約２秒毎に入力されることとなり、ノイズ１０１で集積回路５が誤動作して充電動作を中断しても、中断後最大で約２秒経過するまでに充電動作が再開されるものとなっている。

このように、充電開始信号を所定の間隔で繰り返し出力させたことで、集積回路５がノイズ１０１で誤動作して充電動作が中断しても、約２秒毎という一定の周期で出力される充電開始信号により充電動作が再開されるものとなる。そのため、中央演算部４が充電動作の中断を検知しなくても充電動作を再開させることができ、中央演算部４に充電動作の中断を検知させる手段を設ける必要のないものにでき、充電回路２の構造を簡素化でき、製造費用を安価にすることができる。

また、信号出力部４２から充電開始信号が出力される間隔を充電時間の半分以下である約２秒としたことで、充電開始信号が短時間で完了する充電動作中に少なくとも２回出力されるため、中断によって充電時間が延長される時間を短く抑えることができる。そして、充電動作の中断から再開までの時間を短く抑えたことで、充電動作の中断中にコンデンサ３に蓄えられた充電電圧が第１の電圧検知部２１や第２の電圧検知部２２等により消費される量を抑えることができる。

つまり、充電動作が開始されると、中央演算部４が充電動作開始信号を所定の周期で繰り返し出力し続けるため、複雑な制御や構造を要することなく、且つ充電動作が中断される時間を短く抑えて、中断した充電動作を再開させることができるものとなっている。

また、図５に示す例では、中央演算部４の演算部４３が第２の電圧検知部２２の検知結果を所定の充電電圧上昇データと比較して充電動作が行われているか中断しているかを判断して切替制御を行うことで、ノイズ１０１により充電動作が中断した際に再開させるものである。なお、前述した例と同様の構成の説明は省略し、本例の差異点のみを以下に説明する。

本例では、充電動作が開始されると、演算部４３が、第２の電圧検知部２２の検知結果と、不揮発性記憶素子４４に設定値として記憶された所定の上下限の幅を有する電圧と、を比較して、検知結果が上記設定値の範囲内に収まるか否かを判定している。そして、上記演算部４３の判定の結果、検知結果が上記設定値に納まらない際には、ノイズ１０１により誤動作が生じて充電動作が中断していると判断して、信号出力部４２に出力信号のレベルをＨ→Ｌ→Ｈに切り替えるリセット動作を行わせる。このとき、上記リセット動作により、集積回路５に再度充電開始信号が入力されるため、集積回路５が再度スイッチング部５２のスイッチング動作を開始させることとなり、中断している充電動作が再開される。

また、上記検知結果が設定値の範囲に収まらない際とは、ノイズ１０１で誤動作が生じて充電動作が中断されてコンデンサ３の充電電圧が上昇しなくなった際と、第２の電圧検知部２２の検知結果にノイズ１０１が入る等で検知結果の充電電圧が著しく上昇した際である。つまり、演算部４３が上記所定の設定値と検知した充電電圧とを比較することで、充電動作中か否かの判断に加え、第２の電圧検知部２２の検知結果へのノイズ１０１の誤検知も検知でき、ノイズ１０１による第２判定部４１の誤判定を防止している。

このように、中央演算部４で充電動作に伴うコンデンサ３の充電電圧の上昇の有無を検知判断させたことで、集積回路５の誤動作によって充電動作が中断して充電電圧の上昇が止まった際に、中央演算部４が短時間で中断を検知して充電動作を再開させることができる。そして、充電電圧の上昇の有無を第２の電圧検知部２２の検知結果と所定の設定値と比較して判断するため、第２の電圧検知部２２にノイズ１０１が入っても、演算部４３がノイズ１０１の電圧とコンデンサ３の充電電圧とを区別することができる。

つまり、第２の電圧検知部２２の検知結果にノイズ１０１が入っても、中央演算部４が検知結果へのノイズ１０１の混入を検知できるため、中央演算部４がノイズ１０１によって誤動作して充電動作を中断することがない。なお、検知結果と比較する上記設定値は直前に検知した電圧と比較して上昇しているか否かを判定して充電動作が中断しているか否かを判断してもよく、ましてや設定値は電圧値を用いるだけでなく充電による電圧の上昇速度を演算して比較してもよい。もちろん、充電・放電動作に伴うコンデンサ３の温度上昇により充電能力に変動が生じるため、コンデンサ３の温度を検知する温度検知部等を設けて中央演算部４がコンデンサ３の温度変化に基づいて設定値を補正することが好ましい。

また、図６に示す例では、切替結果出力部５４からのＨ・Ｌ信号を用いることで、中央演算部４が集積回路５のノイズ１０１による誤動作を検知して充電動作を再開させるものである。なお、前述した充電動作の再開方法と同様の構成の説明は省略する。

これは、集積回路５が第１判定部５１の判定に基づいた独自の判断でスイッチング部５２のスイッチング動作を停止した際に、切替結果出力部５４がＨレベルの信号を出力することを利用したものである。

つまり、スイッチング部５２のスイッチング動作を集積回路５が独自の判断で停止すると、切替結果出力部５４がＨレベルの出力信号を切替結果入力部４６に出力して、中央演算部４に集積回路５が独自の判断でスイッチング動作を停止させたことを伝える。そして、上記Ｈレベルの出力信号の入力された中央演算部４は第２判定部４１の判定結果に基づいて集積回路５の誤動作により充電動作が中断されたと判断して、信号出力部４２に出力信号のレベルをＨ→Ｌ→Ｈに切り替えるリセット動作を行わせる。このとき、上記リセット動作により、集積回路５に再度スイッチング部５２のスイッチング動作を開始させるため、中断している充電動作を再開させる。

このように、中断した充電動作を短時間で再開させる手段を中央演算部４が備えたことで、ノイズ１０１により集積回路５が誤動作して充電動作が中断しても、中断した充電動作を中央演算部４により再開させることができる。そして、充電動作が中断した際に、中断した充電動作を中央演算部４が再開させるため、充電動作が止まってしまい何時まで経ってもコンデンサ３が所定の充電電圧に達しなくなり、充電動作を完了できなくなる不具合を解消した充電回路２となっている。更に、充電動作を中断後短時間で再開できるため、中断時に中断直前までコンデンサ３に蓄えた電気エネルギーが電圧検知部等で消費されることを軽減すると共に、充電動作の中断による充電時間の延長を抑制したものとなっている。

また、中央演算部４が外部操作無しに充電動作を再開させるため、充電動作を再開させるための操作部を使用者が操作する必要がなくなり、使い勝手の向上した充電回路２となっている。そして、充電動作の再開時に使用者による操作が不要であるため、充電動作の中断を使用者に把握させる手段や充電動作を再開させる操作部を不要にでき、充電回路２の構造を簡素に且つ安価に抑えたものとなっている。

なお、集積回路５は実施例に示した論理回路の構成及び配置に限らず、電源部２３からの出力電圧をＦＢトランス２４で昇圧してコンデンサ３に充電可能なものであればよい。もちろん、充電時間や充電開始信号を繰り返す周期等で数字を明記しているが、上記数字は限定するものではなく単なる例示にすぎない。

１光照射装置
１１装置本体
１２コネクタ
１３チャージスイッチ
１４光照射部
１５光源
２充電回路
２１第１の電圧検知部
２２第２の電圧検知部
２３電源部
２４フライバックトランス
２５整流ダイオード
３コンデンサ
４中央演算部
４１第２判定部
４２信号出力部
４３演算部
４４不揮発性記憶素子
４５入力検知部
４６切替結果入力部
５集積回路
５１第１判定部
５２スイッチング部
５３切替部
５４切替結果出力部

Claims

電源部と、上記電源部を一次側に備えたフライバックトランスと、上記フライバックトランスの二次側に位置し上記電源部によって所定の充電電圧まで充電される充電用のコンデンサと、上記電源部から上記フライバックトランスへの電力供給のスイッチング動作を行うスイッチング部と、充電回路による充電動作の開始・停止を切り替える切替部と、上記切替部による充電動作の開始・停止の切替を制御する中央演算部と、を有しており、上記中央演算部は上記充電動作の開始後上記コンデンサが上記所定の充電電圧を蓄えるまでの間に上記切替部に充電動作を開始させる充電開始信号を出力するものであることを特徴とする充電回路。
前記中央演算部は前記充電動作が開始されると前記充電開始信号を所定の間隔で繰り返し前記切替部へ出力し続けるものであることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
前記コンデンサの充電電圧を検知する第１の電圧検知部と、上記第１の電圧検知部の検知結果を所定の基準電圧以上か否かを判定する第１判定部と、前記コンデンサの充電電圧を検知すると共に検知結果を前記中央演算部に出力する第２の電圧検知部と、を有しており、上記第１判定部が上記第１の電圧検知部からの検知結果を上記基準電圧以上であると判定した際に、上記中央演算部が上記第２の電圧検知部からの検知結果を所定の目標電圧未満であると判定すると、上記中央演算部は充電動作が中断したとして前記充電開始信号を上記切替部へ出力するものであることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
前記所定の基準電圧が前記所定の目標電圧より高い値あるいは同じ値であることを特徴とする請求項３に記載の充電回路。
前記中央演算部に前記コンデンサの充電電圧を検知した検知結果が出力されており、上記中央演算部は上記検知結果を所定の設定値と比較して充電電圧が上昇しているか否かを判定することで充電動作が中断しているか否かを判断し、中断していると判断した際に前記充電開始信号を前記切替部へ出力するものであることを特徴とする請求項１または請求項３または請求項４のいずれか一項に記載の充電回路。
前記切替部による充電動作の開始・停止の切替結果を論理レベルの出力信号で前記中央演算部に出力する切換結果出力部を有しており、上記中央演算部は上記切替結果出力部からの出力信号の変化から充電動作が中断しているか否かを判断し、中断していると判断した際に前記充電動作開始信号を上記切替部へ出力するものであることを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載の充電回路。