JP4059821B2 - 電源装置及びカメラ用電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には携帯型電子機器などの電源装置に関し、特に、カメラ用電源装置に関する。

従来、カメラなどの携帯型電子機器には、電池またはＡＣアダプタからの電源を入力し、電子機器の各回路や装置に電力を供給するための電源装置が内蔵されている。一般的に、電源装置の入力部（ヒューズを介して電源入力部）には、入力電圧の安定化（ノイズ除去も含む）のための安定化用コンデンサが設けられている。

このような構成の場合に、電源として電池またはＡＣアダプタが装着された直後では、安定化用コンデンサは空の状態であるため、充電動作が開始される。この充電動作により、電源装置の入力部には、瞬間的に大電流（突入電流とも呼ばれる）が流れることがある。

このような突入電流の発生は、入力部に接続されているヒューズの融解や、電源装置の損傷を招く要因となる。

突入電流の発生を防止するための対策としては、安定化用コンデンサに常時電荷を蓄積しておく電源装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００１−３３９３１９号公報

先行技術文献の対策は、安定化用コンデンサに常時電荷を蓄積することが必要であるため、電池またはＡＣアダプタの装着時（電源入力時）に、安定化用コンデンサが空の状態の場合には、適用できない。

そこで、本発明の目的は、電源入力時で安定化用コンデンサが空の状態の場合でも、突入電流の発生を効果的に抑制できる電源装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、第１の発明による電源装置は、電源からの入力電力に従った電圧を、供給先の複数の指定電圧に変換する複数の電圧変換部と、前記複数の電圧変換部に接続された入力電圧の安定化用コンデンサと、前記複数の電圧変換部に対応してそれぞれ設けられて、前記電源から入力される電流を遮断または通過させる複数のスイッチ部と、前記複数のスイッチ部を介さずに前記電源から入力される電力により動作して前記複数のスイッチ部を制御する制御部を有し、前記制御部は、前記電源からの電力入力開始後の所定期間は前記複数のスイッチ部を異なるタイミングで間欠的駆動制御することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御部は、前記所定期間内は、前記電圧変換部に対してパルス状電流が供給されるように前記複数のスイッチ部をオン／オフ制御することを特徴とする。

本発明の電源装置であれば、電池またはＡＣアダプタの装着時である電源入力時に、突入電流の発生を効果的に抑制できる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本実施形態に関する電源装置１の要部を示すブロック図である。本実施形態は、携帯型電子機器として例えばデジタルカメラに適用する電源装置１について説明する。

（電源装置の構成）
電源装置１は、図１に示すように、電池又はＡＣアダプタを電源１０とし、当該電源１０に接続されるヒューズ１１Ａ〜１１Ｃ、及びスイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃを介して、電源１０からの電力が入力される電源回路１４を有する。

電源回路１４は、例えば３系統（１ｃｈ〜３ｃｈ）に電力供給を行なうための第１から第３のＤＣ−ＤＣコンバータ１４Ａ〜１４Ｃを有する。各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃは、入力電圧を其々の系統に適した電圧（ＤＣ電圧）に変換して供給する。各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃは、それぞれの入力端子には、入力電圧の安定化（ノイズ除去も含む）のためのコンデンサ１３Ａ〜１３Ｃが接続されている。

スイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃは、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃのそれぞれに対応して設けられており、後述するように、制御ＩＣ（ＣＰＵ）２１によりオンオフ制御される。

次に、本実施形態の電源装置１から電力を供給されるデジタルカメラの要部を説明する。

デジタルカメラは、電源のオンオフを操作するパワースイッチ２０、及びＣＩＳＣ型マイクロプロセッサ（以下操作制御用ＣＰＵ）２１を有する。操作制御用ＣＰＵ２１は、カメラ操作制御を実行すると共に、本実施形態の制御ＩＣに相当する構成要素である。

操作制御用ＣＰＵ２１は、パワースイッチ２０がオフ（カメラ電源オフ）されても、電源１０から常に通電されており、パワースイッチ２０の操作などを監視している。このＣＰＵ２１は、相対的に低消費電力モードで動作する。

さらに、デジタルカメラは、レンズ２２、撮像素子（ＣＣＤ）２３、レンズ駆動部２４、撮像部２５、ＲＩＳＣ型マイクロプロセッサ（ＲＩＳＣ・ＣＰＵ）２６、ＡＥ／ＡＦ部２７、ＤＲＡＭ２８、メモリカード２９、画像処理部３０、及び画像表示部３１を有する。

ＲＩＳＣ・ＣＰＵ２６は、カメラの画像関連処理用のＣＰＵであり、パワースイッチ２０のオンで操作制御用ＣＰＵ２１によって起動され、相対的に高消費電力モードで動作する。ＡＥ／ＡＦ部２７は、自動露出機構（ＡＥ：automatic exposure）及び自動焦点機構（ＡＦ：auto focus）を行なう回路である。ＤＲＡＭ２８は、撮像部２５により処理された画像データを一時的に格納するバッファ用ＲＡＭである。メモリカード２９は、画像処理部３０により処理された画像データを保存するための記録媒体である。画像表示部３１は、撮影された画像またはメモリカード２９に保存されている画像を表示するＬＣＤ（液晶表示器）である。

本実施形態では、電源回路１４の第１のコンバータ１４Ａは、レンズ２２を駆動するためにレンズ駆動部２４に対して、必要な電圧に変換して電力を供給する。第２のコンバータ１４Ｂは、ＲＩＳＣ ＣＰＵ２６や、その他の画像処理部３０等の画像処理用ＩＣに対して、必要な電圧に変換して電力を供給する。また、第３のコンバータ１４Ｃは、撮像部２５に対して必要な電圧に変換して電力を供給する。

（電源装置の動作）
以下図１以外に、図２のフローチャート及び図３のタイミングチャートを参照して、本実施形態の電源装置１の動作を説明する。

まず、電池又はＡＣアダプタが装着されると、図３（Ａ）に示すように、電源入力が開始される（ステップＳ１）。この電源入力に応じて、図３（Ｂ）に示すように、制御ＩＣ（操作制御用ＣＰＵ）２１が起動して、制御動作を開始する（ステップＳ２）。

ＣＰＵ２１は、パワースイッチ２０のオン動作に応じて、電源装置１の各スイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃを、所定の時間Ｔだけオン／オフを繰り返す間欠的駆動制御を実行する（ステップＳ３，Ｓ４のＮＯ）。即ち、図３（Ｃ）に示すように、ＣＰＵ２１は、所定のパルス制御信号を出力して、各スイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃを駆動制御する。これらの各スイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃの間欠的駆動に従って、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃのそれぞれの入力端子には、パルス状電流が印加される（図９の点線９１を参照）。

ここで、ＣＰＵ２１は、予め設定されている所定期間（時間Ｔ）だけ各スイッチ回路１２Ａ〜１２Ｃの間欠的駆動制御を実行する。この所定期間（時間Ｔ）は、安定化用コンデンサ１３Ａ〜１３Ｃの充電時間に基づいて設定されている。

そして、所定の時間Ｔが経過すると、ＣＰＵ２１は、パワースイッチ２０がオフされるまで、各スイッチ回路１２Ａ〜１２Ｃを常時オン状態になるように駆動制御する（ステップＳ４のＹＥＳ，Ｓ５）。従って、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃは、連続的に電力が入力される通電状態となる。

以上のように本実施形態の電源装置１であれば、電源入力の直後の所定期間（時間Ｔ）だけ、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃにはパルス状電流が入力される。このとき、安定化用コンデンサ１３Ａ〜１３Ｃは空の状態であれば、充電動作が開始されるが、パルス状電流が入力されるため、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃには瞬間的な大電流（突入電流）が流れるような事態を防止することができる。従って、突入電流の発生により、ヒューズ１１Ａ〜１１Ｃの融解や、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃの損傷を招くような事態を未然に回避することが可能となる。図９は、従来の電源装置による突入電流の波形９２と、第１の実施形態の電源装置による突入電流の波形９１を比較する図で、波形９１のピーク電流が波形９２９ｌ小さくなる。

（第２の実施形態）
図４は第２の実施形態に関する電源装置の要部を示すブロック図である。

本実施形態は、各スイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃの駆動制御を、それぞれ異なるタイミングで実行する制御ＩＣ４０を有する電源装置である。なお、本実施形態の電源装置の他の構成は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、本実施形態の電源装置も、携帯型電子機器として例えばデジタルカメラに適用することができる。

以下、図５のタイミングチャートを参照して、本実施形態の電源装置の動作を説明する。

まず、電池又はＡＣアダプタが装着されると、電源入力が開始されて、制御ＩＣ（操作制御用ＣＰＵに相当）４０が起動して、制御動作を開始する。

本実施形態では、制御ＩＣ４０は、図５（Ａ）に示すように、第１のスイッチ回路（ＳＷ１）１２Ａに対してパルス制御信号を出力して、所定の時間Ｔだけオン／オフを繰り返す間欠的駆動制御を開始する。そして、制御ＩＣ４０は、第１のスイッチ回路（ＳＷ１）１２Ａへのパルス制御信号に対して相対位相が時間ΔＴ分遅れるような時間Ｔｄだけ開始タイミングをずらして、図５（Ｂ）に示すように、第２のスイッチ回路（ＳＷ２）１２Ｂに対してパルス制御信号を出力して、所定の時間Ｔだけオン／オフを繰り返す間欠的駆動制御を実行する。さらに、図５（Ｃ）に示すように、第２のスイッチ回路（ＳＷ２）１２Ｂへの出力開始より、さらに時間Ｔｄだけ開始タイミングをずらして第３のスイッチ回路（ＳＷ３）１２Ｃに対してパルス制御信号を出力して、所定の時間Ｔだけオン／オフを繰り返す間欠的駆動制御を実行する。

制御ＩＣ４０は、所定の時間Ｔが経過すると、第１のスイッチ回路（ＳＷ１）１２Ａから第３のスイッチ回路（ＳＷ３）１２Ｃまで順次、常時オン状態になるように駆動制御する。従って、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃは順次、連続的に電力が入力される通電状態となる。

以上のように本実施形態の電源装置であれば、電源入力の直後の所定期間（時間Ｔ）だけ、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃには、異なるタイミングでパルス状電流が入力される。このとき、安定化用コンデンサ１３Ａ〜１３Ｃは空の状態であれば、充電動作が開始されるが、パルス状電流が入力されるため、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃには瞬間的な大電流（突入電流）が流れるような事態を防止することができる。従って、突入電流の発生により、ヒューズ１１Ａ〜１１Ｃの融解や、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃの損傷を招くような事態を未然に回避することが可能となる。

（第１及び第２の各実施形態の変形例）
図６は、第１及び第２の各実施形態の変形例を示す図である。各実施形態では、電源入力直後の所定期間（時間Ｔ）だけ、各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃには、パルス状電流が入力されるように制御される。

各制御ＩＣ２１，４０は、所定のパルス幅を有するパルス制御信号を出力して、各スイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃの間欠駆動制御を実行している。このとき、パルス制御信号のパルス幅（デューティ比）を、安定化用コンデンサ１３Ａ〜１３Ｃの容量に応じて変更することが好ましい。即ち、安定化用コンデンサ１３Ａ〜１３Ｃの容量が相対的に小さい場合には、図６（Ａ）に示すように、相対的に広いパルス幅（Ｔ１）のパルス制御信号により、各スイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃの間欠駆動制御を実行する。また、安定化用コンデンサ１３Ａ〜１３Ｃの容量が相対的に大きい場合には、図６（Ｂ）に示すように、相対的に狭いパルス幅（Ｔ２）のパルス制御信号により、各スイッチ回路（ＳＷ１〜ＳＷ３）１２Ａ〜１２Ｃの間欠駆動制御を実行する。

安定化用コンデンサ１３Ａ〜１３Ｃの容量が大きい場合には、突入電流のピーク電流も大きくなるので、安定化用コンデンサの容量が大きい場合には、パルス幅を狭くして、通過電流を相対的に少なくするように制御するので、適切に突入電流のピーク電流値を抑えることができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に関する電源装置の要部を示すブロック図である。

本実施形態は、各スイッチ回路７０〜７２のそれぞれが、並列に設けられた第１と第２のスイッチから構成されている電源装置である。さらに、制御ＩＣ８０は、各スイッチ回路７０〜７２のそれぞれに対して、位相の異なるパルス制御信号Ｃａ，Ｃｂを出力して間欠的駆動制御を実行する。

スイッチ回路７０は、第１と第２のスイッチ７０Ａ（ＳＷａ），７０Ｂ（ＳＷｂ）を有し、これらの各スイッチ７０Ａ，７０Ｂが交互に間欠駆動することにより、電源回路１４に対してパルス状電流（図８（Ｅ）を参照）を入力する。ここで、第２のスイッチ７０Ｂは、抵抗７０Ｃが直列接続されており、所定の電圧降下をもたらす。

同様に、スイッチ回路７１は、第１と第２のスイッチ７１Ａ（ＳＷａ），７１Ｂ（ＳＷｂ）を有し、これらの各スイッチ７１Ａ，７１Ｂが交互に間欠駆動することにより、電源回路１４に対してパルス状電流を入力する。ここで、第２のスイッチ７１Ｂは、抵抗７１Ｃが直列接続されており、所定の電圧降下をもたらす。また、スイッチ回路７２は、第１と第２のスイッチ７２Ａ（ＳＷａ），７２Ｂ（ＳＷｂ）を有し、これらの各スイッチ７２Ａ，７２Ｂが交互に間欠駆動することにより、電源回路１４に対してパルス状電流を入力する。ここで、第２のスイッチ７２Ｂは、抵抗７２Ｃが直列接続されており、所定の電圧降下をもたらす。

なお、本実施形態の電源装置の他の構成は、図１に示す第１の実施形態の場合と同様である。また、本実施形態の電源装置も、携帯型電子機器として例えばデジタルカメラに適用することができる。

以下、図８及び図９を参照して、本実施形態の電源装置の動作を説明する。

まず、電池又はＡＣアダプタが装着されると、図８（Ａ）に示すように、電源入力が開始される。この電源入力に応じて、図８（Ｂ）に示すように、制御ＩＣ（操作制御用ＣＰＵに相当）８０が起動して、制御動作を開始する。

制御ＩＣ８０は、電源装置の各スイッチ回路７０〜７２に対して、第１のパルス制御信号Ｃａ及び第２のパルス制御信号Ｃｂを、それぞれの第１のスイッチ（ＳＷａ）及び第１のスイッチ（ＳＷｂ）に所定の時間Ｔだけ出力する。

ここで、第１のパルス制御信号Ｃａと第２のパルス制御信号Ｃｂとは、位相が異なるパルス信号である。各スイッチ回路７０〜７２において、第１のパルス制御信号Ｃａにより、各第１のスイッチ（ＳＷａ）７０Ａ，７１Ａ，７２Ａがオン／オフ駆動制御される。一方、第２のパルス制御信号Ｃｂにより、各第２のスイッチ（ＳＷｂ）７０Ｂ，７１Ｂ，７２Ｂがオン／オフ駆動制御される。

このような駆動制御において、各第２のスイッチ（ＳＷｂ）７０Ｂ，７１Ｂ，７２Ｂはそれぞれ抵抗７０Ｃ，７１Ｃ，７２Ｃと接続しているため、図８（Ｅ）に示すように、第２のパルス制御信号Ｃｂに同期するパルス状電流の振幅値（Ｖｒ）は、第１のパルス制御信号Ｃａに同期するパルス状電流の振幅値より、抵抗７０Ｃ，７１Ｃ，７２Ｃによる電圧降下分だけ低下する。

要するに本実施形態の電源装置の場合には、電源入力の直後の所定期間（時間Ｔ）だけ、電源回路１４（各コンバータ１４Ａ〜１４Ｃが含まれる）に入力されるパルス状電流は、基準レベルが所定の振幅値Ｖｒとなるパルス波形となる。実際上の電流波形は、図９に示すような波形９０である。なお、図９において、点線で示す電流波形９１は、第１の実施形態でのパルス状電流波形である。なお、本実施形態の他の効果については、第１の実施形態の場合と同様である。

なお、各実施形態では、携帯型電子機器としてデジタルカメラに適用する電源装置を説明したが、これに限ることなく、ＰＤＡなどの携帯型情報機器にも適用できる。従って、制御ＩＣは、ＣＰＵだけでなく、専用のハードウェアによる制御回路でもよい。

本発明の第１の実施形態に関する電源装置及びデジタルカメラの要部を示すブロック図。 本実施形態に関する電源装置の動作を説明するためのフローチャート。 本実施形態に関する電源装置の動作を説明するためのタイミングチャート。 第２の実施形態に関する電源装置の要部を示すブロック図。 第２の実施形態に関する電源装置の動作を説明するためのタイミングチャート。 第１及び第２の各実施形態の変形例を示す図。 第３の実施形態に関する電源装置の要部を示すブロック図。 第３の実施形態に関する電源装置の動作を説明するためのタイミングチャート。 第３の実施形態に関するパルス状電流波形を示す図。

符号の説明

１０…電源、１１Ａ〜１１Ｃ…ヒューズ、１２Ａ〜１２Ｃ，７０〜７２…スイッチ回路、
１３Ａ〜１３Ｃ…安定化用コンデンサ、１４…電源回路、
１４Ａ〜１４Ｃ…ＤＣ−ＤＣコンバータ、２０…パワースイッチ、
２１…操作制御用ＣＰＵ（制御ＩＣ）、２２…レンズ、２３…撮像素子（ＣＣＤ）、
２４…レンズ駆動部、２５…撮像部、２６…ＲＩＳＣ型マイクロプロセッサ、
２７…ＡＥ／ＡＦ部、２８…ＤＲＡＭ、２９…メモリカード、３０…画像処理部、
３１…画像表示部、４０，８０…制御ＩＣ。

Claims (8)

1. 電源からの入力電力に従った電圧を、供給先の複数の指定電圧に変換する複数の電圧変換部と、
   前記複数の電圧変換部に接続された入力電圧の安定化用コンデンサと、
   前記複数の電圧変換部に対応してそれぞれ設けられて、前記電源から入力される電流を遮断または通過させる複数のスイッチ部と、
   前記複数のスイッチ部を介さずに前記電源から入力される電力により動作して、前記複数のスイッチ部を制御する制御部とを有し、
   前記制御部は、前記電源からの電力入力開始後の所定期間は、前記複数のスイッチ部を異なるタイミングで間欠的駆動制御する
   ことを特徴とする電源装置。
2. 前記制御部は、前記所定期間内は、前記電圧変換部に対してパルス状電流が供給されるように前記複数のスイッチ部をオン／オフ制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
3. 前記制御部は、前記所定期間の経過後は、前記電圧変換部に対して、前記パルス状電流の供給が停止されて前記入力電力に従った定常電流が供給されるように前記複数のスイッチ部を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
4. 前記制御部は、前記各電圧変換部へ前記パルス状電流を供給開始するタイミングを異ならせるように前記複数のスイッチ部を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
5. 前記制御部は、前記複数の電圧変換部へのパルス状電流のデューティ比がそれぞれ異なるように前記複数のスイッチ部を制御する
   ことを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
6. 前記制御部は、前記デューティ比を、前記複数の電圧変換部に対応する前記安定化用コンデンサの容量に応じた値にする
   ことを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
7. 前記制御部は、マイクロプロセッサである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の電源装置はカメラに搭載される
   ことを特徴とするカメラ用電源装置。

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