JP3996970B2 - 閃光装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影用の閃光装置に関し、特に直流低圧電源から高圧電源に変換する閃光用昇圧・充電回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の撮影用閃光装置の充電回路としては、図8に示すような構成が一般的に知られている。
【0003】
図8において、101は電源、103は電池の等価的表記、102は電池の内部抵抗、104はスイッチ、105はトランジスタ106のベース、エミッタ間抵抗、106は発振トランジスタ、107はDC/DC用トランス、108は抵抗、109は高圧整流ダイオード、110は主コンデンサ、111は発光管で主にキセノン管が用いられる。112は閃光制御回路であって、発光管111へのトリガ動作および発光管電流のON/OFF制御を行う。
【0004】
先ず、スイッチ104がONされると、このDC/DCコンバータが動作を開始して、1次側電源としての電池101からメインコンデンサ110に対して充電が開始される。その充電電圧は、例えば0V〜300V等の値である。
【0005】
充電が終わったら、発光管111に対して閃光制御回路112からトリガ動作及び調光動作としての発光管電流のON/OFF動作が行われ、所望の閃光撮影用の制御が行われることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、充電開始から充電終期までの1次側電流の流れ方は図9に実線で示したIカーブのようになり、この時のメインコンデンサ110の充電の様子は点線で示したVCMカーブのようになる。従って、1次側電流Iの流れ方としては充電初期に大電流が流れ、充電終期には微小電流が流れることになるので、1次側電源からの投入電力が常に最大効率の点で投入されているわけではなく、それだけメインコンデンサの充電時間が長くかかっているということができる。
【0007】
この投入電力の効率については、図10に示すような等価回路において、1次側電圧をE、電池の内部抵抗をr、これに対する負荷をZとした場合に、負荷Zを色々変化させ負荷に対して取り出せる電力が最大になる点は、公知のごとくZ=rの条件が満たされた時である。この時の負荷電流と取り出せる電力カーブの関係は図11に示すようになり、図中ピークの点が取り出せる最大電力であり、この時、IZ=E/2r、である(但し、Z=rの条件において)。
【0008】
このように従来のDC/DCコンバータ等では、図9に示すように充電経過に従って電流が変化するので、電池から常に最大電力が供給されるわけではなく最大電力が供給されているのは、図からも明らかなようにあるポイントの範囲内だけで、E/2r以外の電流値になっている時は最大電力が取り出せず、電池からの電力引出し効率の悪い点が殆んどとなっている。電池からのDC/DCへの投入電力はDC/DCの効率を例えば100%とすれば、全て2次側のメインコンデンサへ蓄えられたエネルギー(1/2CV2で表される)となるものなので、こうした1次側の電力引出し効率が悪い充電動作によれば、充電時間が長くなってしまうという問題がある。
【0009】
依って、本発明の目的は、1次側からの投入電力を最大化して充電時間を短縮できる閃光装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本出願に係る発明の目的を実現する構成は、請求項1に記載のように、電池に接続され、昇圧用インダクタを有し、制御スイッチがオンされたときに昇圧用インダクタを流れる電流が増加し、制御スイッチがオフされたときに昇圧用インダクタを流れる電流が減少する昇圧手段と、昇圧手段の出力にて充電されるコンデンサと、コンデンサの充電電圧を放電することで発光する発光手段とを有する閃光装置において、電池の内部抵抗の値を検出する内部抵抗検出手段と、検出された内部抵抗の値に基づいて制御スイッチのオンとオフとを切換えることを特徴とするものである。
【0013】
この構成によれば、1次側の電池から最大電力を引き出せるDC/DC等の昇圧手段の電流値を演算し、演算した電流値となるよう昇圧手段を連続動作させることにより、閃光装置の充電時間が最短になるような制御を行うことができる。
【0014】
本出願に係る発明の目的を実現する具体的な構成は、請求項8に記載のように、電池に接続され、昇圧用インダクタを有し、制御スイッチがオンされたときに昇圧用インダクタを流れる電流が増加し、制御スイッチがオフされたときに昇圧用インダクタを流れる電流が減少する昇圧手段と、昇圧手段の出力にて充電されるコンデンサと、コンデンサの充電電圧を放電することで発光する発光手段とを有する閃光装置において、昇圧用インダクタの入力側の電圧を安定させるためのコンデンサを有し、電池の電圧をE 0 としたときに、昇圧用インダクタの入力側の電圧E B がE B =E 0 /2となるように制御スイッチのオンとなる時間を制御することを特徴とするものである。
【0015】
この構成によれば、1次側の電池から最大電力を引き出せるDC/DC等の昇圧手段の電圧値を演算し、演算した電圧値となるよう昇圧手段を連続動作させることにより、閃光装置の充電時間が最短になるような制御を行うことができる。
【0030】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態について図を参照して説明する。
図1〜図3は本発明の第1の実施の形態に係る図である。
図1は本発明の第1の実施の形態に係る閃光装置のブロック図である。
図2は図1に示す閃光装置の動作のフローチャートである。
図3は図1に示す閃光装置各部の動作波形図である。
【0031】
図1において、1は1次側電源としての電池、2は電池の内部抵抗、3は電池の等価的表記電源、4はスイッチ、9は高圧整流ダイオード、10はメインコンデンサ、11はキセノン管等の発光管、12は発光管11へのトリガ動作および発光管電流のON/OFF制御を行う閃光制御回路である。
【0032】
Rc13はバッテリチェック用負荷としての抵抗、14はバッテリチェック用抵抗13の制御用半導体SW、15は昇圧用インダクタ、16は昇圧制御用半導体SW、17と18は充電電圧検出用のブリーダ抵抗、19は昇圧制御回路であり、半導体SW14へ制御信号Aを出力し、電池電圧E0をモニタしてモニタ値(信号)Bを入力し、昇圧用インダクタをON/OFF制御するインダクタ制御用信号Cを半導体SW16へ出力し、ブリーダ抵抗17,18からメインコンデンサ10の充電電圧をモニタする充電信号Dを入力して、装置各部の制御を行う。
【0033】
つぎに図2のフローチャートを参照して動作について説明する。
【0034】
スイッチ14をONして動作をスタートして、電池状態のチェックを行う(S101)。
【0035】
電池状態チェックは昇圧制御回路19において、先ず電池電圧E0をモニタし、続いてA信号により半導体SW14をONしてバッテリチェック用抵抗Rc13をONさせ、その時の電池電圧E1をモニタする。この場合、抵抗Rc13は既知なので次式より電池の内部抵抗rを算出する。
【0036】
r={(E0−E1)/E1}×Rc13
次に、求めた電池の内部抵抗rおよび電池電圧E0より、昇圧制御用の半導体SW16のON時間を決定する(S102)。
【0037】
半導体SW16のON時間は、内部抵抗r、電池電圧モニタ値E0の電池から最大電力を引き出す時の昇圧用インダクタ15の平均電流i0=E0/2rとなるので、インダクタ15を流れる平均電流値がi0となるように半導体SW16のON時間を決定する。
【0038】
続いてメインコンデンサ10の充電電圧をD信号でモニタし(S103)、半導体SW16のOFF時間を決定する(S104)。
【0039】
これは、2次側としてのメインコンデンサ充電電圧によりインダクタ15に蓄えられたエネルギーの放出時間が変化し、それに応じてOFF時間を決定する必要があるためで、具体的には、メインコンデンサ電圧が低い時にはOFF時間を長く、充電電圧値が高い時にはOFF時間が短くなるように設定する。なお図1のような昇圧型コンバータでは、半導体SW16のOFF時にメインコンデンサの充電が行われるような動作となっている。
【0040】
半導体SW16に対して決定したON/OFF時間に従ってC出力を行って昇圧動作を行う(S105)。この場合のタイミングチャートを図3に示す。図3(a)はメインコンデンサ10の充電電圧値VCMが低い場合で、C出力のOFF時間を長く設定している。一方、図3(b)はメインコンデンサ10の充電電圧値VCMが高い場合で、C出力のOFF時間は短く設定される様子を示している。
【0041】
再度メインコンデンサ10の充電電圧をモニタし所定値(例えば、300V)よりも高くなったら充電動作を停止する(S106)。
【0042】
以上の充電動作における昇圧用インダクタ15の動作については、図3に示すようにC出力の適正な設定により、インダクタ15を流れる電流は、平均電流値i0を中心として脈動動作をすることになるが、この脈動成分をより小さくしたい時にはON/OFFの比率は一定のまま、時間を短くしてより高周波の駆動とすればよい。また、充電電圧VCMが高い場合は図3(b)のように、ON時間はVCMの低い図3(a)の場合と変わらずに、OFF時間だけを短く設定してインダクタ電流を連続させる。
【0043】
この時のインダクタ電流の流れ方に関しては半導体SW16のONにより、電池1〜インダクタ15〜半導体SW16を通って電流が流れる。半導体SW16がOFF時は、電池1〜インダクタ15〜ダイオード9〜メインコンデンサ10を通って電流が流れる。つまり半導体SW16のOFF時にメインコンデンサ10に対して充電が行われることになる。
【0044】
このような、第1の実施の形態によれば、図1に示したような昇圧制御回路は主にワンチップマイクロコンピュータで構成できるので、非常に安価な構成で1次側からの電力供給最大の条件で昇圧回路の動作を制御することができる。これによって充電時間が短縮できるので連写などにも素早く対応できるようになる。
【0045】
(第2の実施の形態)
次に本発明の第2の実施の形態について図を参照して説明する。
図4は本発明の第2の実施の形態に係る閃光装置のブロック図である。
図5は図4に示す閃光装置の各部の動作波形図である。
【0046】
図4において、20は昇圧用インダクタ15の電流センス(検出)用抵抗、21はセンス抵抗20の両端電圧を検出する差動アンプであり、その出力は昇圧制御回路へのE入力となる。22はE入力を上下の基準値と比較するコンパレータが追加された昇圧制御回路である。その他前実施の形態の図1と同一構成には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【0047】
つぎに動作について説明する。
【0048】
先ず、前実施の形態と同様に昇圧制御回路22は、1次側の電池状態のチェックを行って、電池電圧のモニタ値等より、電池の内部抵抗rを算出し最大電力を取り出すための電流値i0を決定する。
【0049】
この電流値を基準に、抵抗20とアンプ21からのE入力であるセンスされたインダクタ電流を、図5の波形図に示すような2つのしきい値VTH1,VTH2を持つコンパレータで比較処理して、動作電流値が下方へ向かってしきい値VTH2より下がったら、C出力をONし、上方へ向かってしきい値VTH1を越えたらC出力をOFFするように制御する。
【0050】
これは前実施の形態では、電池電圧、内部抵抗、メインコンデンサ電圧から最適電流値を演算推定して、昇圧回路のON/OFFを決めていたが、本実施の形態では直接電流を検出して制御するようにしたものであって、昇圧回路のON/OFFタイムは電流の動作だけで決まることになるので、実際の動作電流に対応した正確な制御が可能になる。
【0051】
最後にDポートで充電電圧をモニタして、メインコンデンサ10の充電電圧が所定値を越えたら、充電動作を停止する。
【0052】
このような、第2の実施の形態によれば、直接インダクタ電流をモニタすることにしたので、より正確な制御が可能になる。また、メインコンデンサの電圧値でオフタイムを決定する必要がなくなって、昇圧回路のオフタイムはインダクタ電流の立下がりとして自動的に決定されることになるので、制御手順を単純化することができる。なお、この時インダクタの電流(オフ時の)はメインコンデンサの電圧が低いとゆっくり(OFF時間長い)下がり、電圧が高いと急激(OFF時間短い)に下がることになる。
【0053】
(第3の実施の形態)
次に本発明の第3の実施の形態について図を参照して説明する。
図6は本発明の第3の実施の形態に係る閃光装置のブロック図である。
図7は図6に示す閃光装置の動作のフローチャートである。
【0054】
図6において、23は電圧安定化用コンデンサで、昇圧制御回路のB入力として1次側でモニタする制御電圧EB=E0/2、を安定化して検出するためものである。24は1次側電圧をモニタして電圧制御により昇圧回路のON/OFFを行う昇圧制御回路である。なお、その他図1に示す第1の実施の形態と同一構成には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【0055】
つぎに図7に基づき動作について説明する。
【0056】
先ず、電池状態をチェックする(S201)。ここでは第1の実施の形態と同様に電池電圧E0,E1をモニタして電池の内部抵抗rを算出する。
【0057】
次に、制御電圧を決定する(S202)。この場合の制御電圧とは、第1の実施の形態からも明らかなように、電池電圧モニタ値E0と内部抵抗rより、1次側から最大電力を取り出せる電流値を求めたが、この電流値が決定できるということは、その電流値に対応する1次側電圧値も決定できるということである。
【0058】
先に、最大電力が取り出せる条件とは、r=Z、(但しrは電池の内部抵抗、Zは負荷)の時で電池の内部抵抗と負荷が等しくなった時であったが、この時の端子電圧は調度1/2となる制御電圧であり、制御電圧EB=E0/2となる。従って昇圧制御回路24は、この制御電圧をB入力でモニタすることになる。
【0059】
昇圧制御回路24はB入力がE0/2になるようにC出力のON/OFFタイムを決定する(S203)。
【0060】
S203で決定したON/OFFタイムをC出力する(S204)。
Dポートよりメインコンデンサ10の充電電圧をモニタして、充電電圧を越えたら充電動作を停止させる(S205)。
【0061】
このように、第3の実施の形態によれば、1次側電圧をモニタすることによって、最大電力を取り出し得る条件を満たすような電圧制御を行うように構成したので、第1の実施の形態の場合の電流制御よりも、昇圧手段のON/OFF制御が簡略化できる。
【0062】
(請求項と実施の形態の対応)
内部抵抗検出手段はバッテリチェック抵抗RcとSW回路14と昇圧制御回路19の演算部等で構成する。
【0063】
第1の昇圧制御手段は図1の昇圧制御回路19に相当する。
インダクタ電流検出手段は図4に示すセンス抵抗20、差動アンプ21と昇圧制御回路22のコンパレータ等で構成する。
【0064】
第2の昇圧制御手段は図4の昇圧制御回路22に相当する。
【0065】
第3の昇圧制御手段は図6に示す昇圧制御回路24に相当する。
【0066】
制御電圧検出手段は図6のコンデンサ23と昇圧制御回路24で構成する。
【0067】
(他の実施の形態)
ここまでは最も効果的な適用例として、閃光装置の充電回路の例を挙げて説明してきたが、それに限定するものではなくDC/DCコンバータを用いる回路には全て応用可能なことは勿論である。
【0068】
また、本実施の形態では、昇圧用インダクタ15を用いてSWのOFF時に充電されるRCCタイプの昇圧型コンバータの回路例について説明したが、これに限定するものではなく他のタイプのRCC(リンギング・コンバータ、又はフライバック・コンバータ)、あるいはON−ON方式のFCC(フォワードカップルド・コンバータ)等についても適用可能である。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、1次側電池から最大の電力を引出せるよう昇圧手段を制御するため、1次側からの投入電力を最大化して充電時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る閃光装置のブロック図である。
【図2】図1に示す閃光装置の動作のフローチャートである。
【図3】図1に示す閃光装置の各部の動作波形図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る閃光装置のブロック図である。
【図5】図4に示す閃光装置の各部の動作波形図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態に係る閃光装置のブロック図である。
【図7】図6に示す閃光装置の動作のフローチャートである。
【図8】従来の撮影用閃光装置のブロック図である。
【図9】図8に示す撮影用閃光装置の充電波形図である。
【図10】図8に示す撮影用閃光装置の等価回路図である。
【図11】図10に示す回路の負荷電流と取り出せる電力の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 電池
2 内部抵抗
3 等価的表記電源
4 スイッチ
9 高圧用整流ダイオード
10 メインコンデンサ
11 発光管
12 閃光制御回路
13 バッテリチェック用抵抗Rc
14 半導体SW
15 昇圧用インダクタ
16 昇圧制御用半導体SW
17,18 ブリーダ抵抗
19,22,24 昇圧制御回路
20 電流センス用抵抗
21 差動アンプ
23 電圧安定化用コンデンサ
Claims (8)
- 電池に接続され、昇圧用インダクタを有し、制御スイッチがオンされたときに前記昇圧用インダクタを流れる電流が増加し、制御スイッチがオフされたときに前記昇圧用インダクタを流れる電流が減少する昇圧手段と、前記昇圧手段の出力にて充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧を放電することで発光する発光手段とを有する閃光装置において、
電池の内部抵抗の値を検出する内部抵抗検出手段と、検出された前記内部抵抗の値に基づいて前記制御スイッチのオンとオフとを切換えることを特徴とする閃光装置。 - 検出した前記内部抵抗の値をr、前記電池の電圧をE0としたときに、前記昇圧用インダクタを流れる電流の平均値i0が
i0=E0/2r
となるように前記制御スイッチのオンとなる時間を制御することを特徴とする請求項1に記載の閃光装置。 - 前記コンデンサの充電電圧に応じて前記制御スイッチのオフとなる時間を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の閃光装置。
- 前記コンデンサの充電電圧が高いほど前記制御スイッチのオフとなる時間が短くなるように制御することを特徴とする請求項3に記載の閃光装置。
- 前記昇圧用インダクタを流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段にて検出された電流を、前記内部抵抗の値に応じて定められた2つの閾値と比較する比較手段を有し、前記比較手段の比較結果に応じて前記制御スイッチのオンとオフとを切換えることを特徴とする請求項1に記載の閃光装置。
- 前記制御スイッチをオンとし、前記昇圧用インダクタを流れる電流が増加して一方の閾値に達したら前記制御スイッチをオフに切換え、前記制御スイッチをオフとし、前記昇圧用インダクタを流れる電流が減少して他方の閾値に達したら前記制御スイッチをオンに切換えることを特徴とする請求項5に記載の閃光装置。
- 検出した前記内部抵抗の値をr、前記電池の電圧をE0としたときに、前記昇圧用インダクタを流れる電流の平均値i0が
i0=E0/2r
となるように前記2つの閾値を設定することを特徴とする請求項5または6に記載の閃光装置。 - 電池に接続され、昇圧用インダクタを有し、制御スイッチがオンされたときに前記昇圧用インダクタを流れる電流が増加し、制御スイッチがオフされたときに前記昇圧用インダクタを流れる電流が減少する昇圧手段と、前記昇圧手段の出力にて充電されるコンデンサと、前記コンデンサの充電電圧を放電することで発光する発光手段とを有する閃光装置において、
前記昇圧用インダクタの入力側の電圧を安定させるためのコンデンサを有し、前記電池の電圧をE0としたときに、前記昇圧用インダクタの入力側の電圧EBが
EB=E0/2
となるように前記制御スイッチのオンとなる時間を制御することを特徴とする閃光装置。
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