JP4744197B2

JP4744197B2 - ストロボ装置

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Publication number: JP4744197B2
Application number: JP2005164912A
Authority: JP
Inventors: 久典星川; 洋一為我井; 勲山本; 享一郎荒木
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-06-06
Also published as: JP2006337879A

Description

本発明は、写真撮影時の補助光源として用いられるストロボ装置に関するものである。

近年、デジタルスチルカメラ等のカメラの小型化が急速に進み、また小型カメラを搭載した携帯電話装置も急速に普及しているため、それらによる写真撮影時の補助光源としてのストロボ装置の需要も増えてきており、かつ非常に小型なものが求められるようになってきている。

以上のようなストロボ装置の一従来例（例えば、特許文献１を参照）では、他励式のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、主コンデンサの充電電圧と三角波発生器からの低周波数の三角波電圧とをコンバータにて比較出力し、この出力信号をＰＷＭ信号に変換して駆動する方式をとっており、起動時の充電電圧が非常に低い場合には、過電流を起こさないように、定常時に対して駆動周波数を下げることにより、制御周期に対してオン期間のパルス幅を相対的に狭めて駆動させている。

また、他の従来例（例えば、特許文献２を参照）では、マイコンにてＰＷＭ制御する他励式のＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、主コンデンサの充電電圧が非常に低い場合には、過電流を起こさないように、制御周期は変更せずオン期間のパルス幅を定常時に対して相対的に狭めて駆動させている。
特開平５−３１６７２９号公報特開平１１−８４４８４号公報

しかしながら上記の従来技術のように、マイコンにてＰＷＭ駆動する場合または三角波との比較回路にてＰＷＭ駆動する場合においては、駆動周波数が高くなった場合、主コンデンサの完全な短絡状態では、駆動周波数、トランスのインダクタ値のバラツキおよび電源電圧の変化に対しては、電流増加や、それによる発熱を起こさないという十分な保障は得られない。

つまり、周波数が高い場合は、駆動周波数、トランスのインダクタ値および電源電圧等のパラメータの変動により、二次側のエネルギー放出残による磁気飽和によって過電流による突入電流が発生する可能性があり、これを避けるため、パルス幅期間を非常に短く設定しすぎると充電動作の起動が悪くなるという問題点を有していた。

本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、構成を非常に小型化できるとともに、低周波のみならず高周波で駆動させた場合において、主コンデンサが短絡等の過負荷状態になった場合でも、過電流による発熱を起こすことなく回路素子を保護することができるストロボ装置を提供する。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に記載のストロボ装置は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータを介して主コンデンサを充電し、主コンデンサのエネルギーでストロボ発光するストロボ装置において、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を制御するパルス幅制御回路を設け、このパルス幅制御回路を、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を、段階的に最大パルス幅まで広げるＰＷＭソフトスタート駆動を実行するとともに、前記ＰＷＭソフトスタート駆動を継続しても前記主コンデンサの充電電圧が所定の電圧に達しない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を実行するよう構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のストロボ装置は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータを介して主コンデンサを充電し、主コンデンサのエネルギーでストロボ発光するストロボ装置において、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を制御するパルス幅制御回路を設け、このパルス幅制御回路を、充電時において主コンデンサが所定の低電圧未満の場合には、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を、段階的に最大パルス幅まで広げるＰＷＭソフトスタート駆動を実行し、主コンデンサが所定の低電圧以上の場合には、前記最大パルス幅でＰＷＭ駆動を実行するとともに、前記充電による前記主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を実行するよう構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載のストロボ装置は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータを介して主コンデンサを充電し、主コンデンサのエネルギーでストロボ発光するストロボ装置において、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を制御するパルス幅制御回路を設け、このパルス幅制御回路を、充電時において主コンデンサが所定の低電圧未満の場合には、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を、段階的に最大パルス幅まで広げるＰＷＭソフトスタート駆動を実行し、主コンデンサが所定の低電圧以上の場合には、前記最大パルス幅でＰＷＭ駆動を実行し、かつ、前記主コンデンサが所定の低電圧未満の場合に他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を段階的に最大パルス幅まで広げるＰＷＭソフトスタート駆動中に、前記主コンデンサが所定の電圧に達したことを検出してＰＷＭソフトスタート駆動を終了して最大パルス幅でＰＷＭ駆動を実行するとともに、前記充電による前記主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を実行するよう構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載のストロボ装置は、請求項２または請求項３記載のストロボ装置であって、パルス幅制御回路を、一定繰り返し周波数の三角波を発生する三角波電圧発生回路と、充電開始後の時間経過に伴って上昇するソフトスタート電圧を発生するソフトスタート電圧発生回路と、前記三角波と前記ソフトスタート電圧を比較して充電開始からの時間経過に伴って単一周波数で次第に通電期間が長くするデューティの信号を出力する比較器と、主コンデンサの端子電圧が設定電圧に上昇したことから検出してソフトスタート動作をキャンセルさせるソフトスタート電圧キャンセル回路と、主コンデンサがフル充電になるまでは前記比較器の出力に基づいて主コンデンサを充電し、フル充電されたことを検出して充電を終了するように作用する論理回路と、前記充電による前記主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を行わせる手段とで構成したことを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載のストロボ装置は、請求項４記載のストロボ装置であって、パルス幅制御回路を、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側に過電流が流れたことを検出して前記論理回路をオフする一次コイル過電流検出回路を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載の特定用途集積回路装置は、請求項４に記載のストロボ装置を構成する特定用途集積回路装置であって、単一周波数の三角波を発生する三角波電圧発生回路と、充電開始後の時間経過に伴って上昇するソフトスタート電圧を発生するソフトスタート電圧発生回路と、前記三角波と前記ソフトスタート電圧を比較して充電開始からの時間経過に伴って単一周波数で次第に通電期間が長くするデューティの信号を出力する比較器と、主コンデンサの端子電圧が設定電圧に上昇したことから検出してソフトスタート動作をキャンセルさせるソフトスタート電圧キャンセル回路と、主コンデンサがフル充電になるまでは前記比較器の出力に基づいて主コンデンサを充電し、フル充電されたことを検出して充電を終了するように作用する論理回路と、前記充電による前記主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を行わせる手段とを構築したことを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載の特定用途集積回路装置は、請求項６記載の特定用途集積回路装置であって、過電流の発生を検出して前記論理回路をオフする一次コイル過電流検出回路を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項８に記載の特定用途集積回路装置は、請求項６または請求項７記載の特定用途集積回路装置であって、三角波電圧発生回路とソフトスタート電圧発生回路のうちの少なくとも一方の回路の時定数決定素子を接続する外部接続端子を設けたことを特徴とする。

また、本発明の請求項９に記載のストロボ装置は、請求項２から請求項５のいずれかに記載のストロボ装置であって、前記主コンデンサに対して過負荷状態であると判定するための、前記主コンデンサに対する充電動作時の前記所定の時間は、前記パルス幅制御の駆動周波数、電源電圧および電流、前記主コンデンサの容量、前記主コンデンサの充電電圧、前記主コンデンサへの充電効率の各値に応じて、前記負荷状態が正常な場合に、前記主コンデンサの電圧が、前記所定の電圧と比較して正常と判定できる電圧に既に到達しているための必要最小限の時間を設定したことを特徴とする。

また、本発明の請求項１０に記載のストロボ装置は、請求項９に記載のストロボ装置であって、前記主コンデンサに対する過負荷状態の判定時に、前記主コンデンサの充電電圧に対する比較基準となる前記所定の電圧は、前記主コンデンサが短絡した状態で発生する再起電圧よりも高く、正常な負荷状態でのストロボ発光後の前記主コンデンサの電圧よりも低い電圧に設定したことを特徴とする。

また、本発明の請求項１１に記載のストロボ装置は、請求項１０に記載のストロボ装置であって、前記充電動作と充電停止動作の所定時間比率は、充電停止時間が充電時間に対して十分長くなるように設定するとともに、前記充電停止時間は、電源をオンして駆動を開始した後に、動作中の発熱により構成部品が破損あるいは破壊しない温度範囲となるような必要最小限の時間に設定したことを特徴とする。

また、本発明の請求項１２に記載の特定用途集積回路装置は、請求項６から請求項８のいずれかに記載の特定用途集積回路装置であって、前記主コンデンサに対して過負荷状態であると判定するための、前記主コンデンサに対する充電動作時の前記所定の時間は、前記パルス幅制御の駆動周波数、電源電圧および電流、前記主コンデンサの容量、前記主コンデンサの充電電圧、前記主コンデンサへの充電効率の各値に応じて、前記負荷状態が正常な場合に、前記主コンデンサの電圧が、前記所定の電圧と比較して正常と判定できる電圧に既に到達しているための必要最小限の時間を設定したことを特徴とする。

また、本発明の請求項１３に記載の特定用途集積回路装置は、請求項１２に記載の特定用途集積回路装置であって、前記主コンデンサに対する過負荷状態の判定時に、前記主コンデンサの充電電圧に対する比較基準となる前記所定の電圧は、前記主コンデンサが短絡した状態で発生する再起電圧よりも高く、正常な負荷状態でのストロボ発光後の前記主コンデンサの電圧よりも低い電圧に設定したことを特徴とする。

また、本発明の請求項１４に記載の特定用途集積回路装置は、請求項１３に記載の特定用途集積回路装置であって、前記充電動作と充電停止動作の所定時間比率は、充電停止時間が充電時間に対して十分長くなるように設定するとともに、前記充電停止時間は、電源をオンして駆動を開始した後に、動作中の発熱により構成部品が破損あるいは破壊しない温度範囲となるような必要最小限の時間に設定したことを特徴とする。

以上により、主コンデンサに対する短絡等の過負荷時は、充電電流を制限するとともに、充電動作開始時において、主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、主コンデンサが過負荷状態にあると判定して、主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動によりパルス幅制御を行い、また、充電完了時において、主コンデンサの充電電圧が所定の電圧以下になり、充電動作を再開して主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、主コンデンサが過負荷状態にあると判定して、主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動によりパルス幅制御を行うことができる。

以上のように本発明によれば、主コンデンサと他励式ＤＣ／ＤＣコンバータにより、所定の一定時間充電駆動して主コンデンサの充電電圧が所定の過負荷検出電圧に達しない場合は、コンバータ出力が過負荷状態にあると判断し、所定の一定時間充電動作を停止させ、コンバータ出力の過負荷状態が続く限り、この充電動作と充電停止動作のサイクルを繰り返すことができる。

また、コンバータ出力が過負荷状態かどうかを判定するための充電動作時間は、過負荷検出電圧の値を低く設定することにより、極力短い時間に設定し、かつその後の充電停止動作の時間（充電停止期間）を充電動作時間に対して十分長くなるように、充電動作と充電停止動作の各所定時間の比率を設定するため、コンバータ出力に対する過負荷時の無駄な消費電力を極力低減するとともに、過負荷状態が解除されれば直ちに主コンデンサへの充電動作の起動を迅速に行うことができる。

以上により、構成を非常に小型化できるとともに、低周波のみならず高周波で駆動させた場合において、主コンデンサが短絡等の過負荷状態になった場合でも、過電流による発熱を起こすことなく回路素子を保護することができる。

以下、本発明の実施の形態を示すストロボ装置について、図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本実施の形態のストロボ装置の構成を示す回路ブロック図である。このストロボ装置は、図１に示すように、発振トランスＴ１の一次側巻線Ｐと直列に電界効果トランジスタＱ１を接続し、このトランジスタＱ１のスイッチングなどを制御集積回路装置１によって行っている。発振トランスＴ１の二次側巻線ＳにはダイオードＤ１を介して主コンデンサ２が並列に接続されている。また、キセノン管３と絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）Ｑ２の直列回路が主コンデンサ２と並列に接続されている。Ｒ１は発振トランスＴ１の一次側巻線Ｐに流れる電流を検出する抵抗、Ｒ３，Ｒ４は主コンデンサ２に充電される電圧を検出する抵抗、４はキセノン管３を励起させる高電圧パルスを発生させる高圧トリガ回路である。

ストロボの充電・発光を制御するパルス幅制御回路としての制御集積回路装置１は、最大デューティ設定電圧発生回路５と、三角波電圧発生回路６と、ソフトスタート電圧発生回路７と、比較器８と、発振トランスＴ１の一次側巻線Ｐに流れる過電流を検出する一次コイル過電流検出回路９と、充電が完了したことを検出するフル充電検出回路１０と、主コンデンサ２の端子電圧が所定の電圧値に充電されたことを抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧電圧が設定電圧に上昇したことから検出してソフトスタート電圧を急激に上昇させソフトスタート動作をキャンセルさせるソフトスタート電圧キャンセル回路１１と、主コンデンサ２等が例えば端子の短絡などで過負荷状態となり充電不可能な場合に、回路を保護するための制御信号を出力する主コンデンサ低電圧検出回路３０と、アンドゲート１２と、電界効果トランジスタＱ１を駆動する駆動回路１３などを集積回路化して構築されている。

なお、三角波電圧発生回路６の発生する三角波の周波数を設定する時定数決定素子としての抵抗Ｒ２と、ソフトスタート電圧発生回路７が発生するソフトスタート電圧の上昇カーブを設定する時定数決定素子としてのコンデンサ１４とは、制御集積回路装置１の外部に設けられて、三角波電圧発生回路６，ソフトスタート電圧発生回路７と外部接続端子１９，２０を介して接続されている。

図２と図３は電源をオンした直後の初期充電状態、具体的には、主コンデンサ２の端子電圧が０ボルトの状態から低電圧値までの充電中のタイミングチャートを図２に示し、中電圧値のタイミングチャートを図３に示す。また、高電圧値までの充電中のタイミングチャートを図４に示す。なお、図４（ｄ）では、発振トランスＴ１の二次側巻線Ｓの電流が、ゲート信号１８の次の“Ｈ”レベルへの立ち上がりのタイミングまで流れ続けているように図示されているが、実際には、ゲート信号１８の次の“Ｈ”レベルへの立ち上がりのタイミングよりも主コンデンサ２の端子電圧に応じた時間だけ早い時期に流れなくなっている。

コンデンサ１４を定電流で充電するソフトスタート電圧発生回路７は、電源が投入されると図２（ａ）に示すように時間の経過に伴って直線的に増加するソフトスタート電圧１５を出力する。

比較器８は、三角波電圧発生回路６の発生する定周波数（ここでは６００ｋＨｚ）の三角波電圧１６と前記ソフトスタート電圧１５とを比較して論理レベル“Ｈ”“Ｌ”のレベル判定信号１７を出力する。具体的には、初期充電状態では主コンデンサ２の充電が完了していないためにフル充電検出回路１０の出力は論理レベル“Ｈ”状態に維持されており、また発振トランスＴ１の一次側巻線Ｐに過電流が流れていないとすると一次コイル過電流検出回路９の出力は論理レベル“Ｈ”状態に維持されており、アンドゲート１２は比較器８のレベル判定信号１７のみに従って開閉され、駆動回路１３を介してトランジスタＱ１のゲートには、図２（ｂ）に示すようにソフトスタート電圧１５よりも三角波電圧１６が低い期間に論理レベル“Ｈ”のゲート信号１８が印加される。

これによって、発振トランスＴ１の一次側巻線Ｐにはゲート信号１８の発生期間に応じて一次電流ＤＩ１が流れる。これに伴って抵抗Ｒ１の端子電圧ＤＶ１は図２（ｃ）に示すように，通電期間が次第に長くなるに従って電圧値が次第に上昇する。ここではゲート信号１８の通電の期間が何れも短くて抵抗Ｒ１の端子電圧ＤＶ１が、一次コイルに過電流値が流れたときの前記抵抗Ｒ１の端子電圧に応じて設定された一次コイル過電流設定電圧値より低いため、一次コイル過電流検出回路９の出力は論理レベル“Ｈ”状態に維持されている。

トランジスタＱ１がＰＷＭパルス駆動されることによって、発振トランスＴ１の二次側巻線Ｓの主コンデンサ２の充電回路には、図２（ｄ）に示すように充電電流が流れる。これによって、主コンデンサ２が次第に充電されて図２（ｅ）に示すように緩やかなカーブで端子電圧が上昇する。

ソフトスタート電圧キャンセル回路１１が、抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧電圧ＤＭＣＶから主コンデンサ２の端子電圧があらかじめ設定された中電圧値（主コンデンサ２の端子電圧１００ボルト）に上昇したことを検出するまでは、図２および図３の前半部分のように、ゲート信号１８の通電期間を比較器８による三角波電圧１６とソフトスタート電圧１５とを比較したレベル判定信号１７によって決定したＰＷＭソフトスタートを実行することによって、６００ｋＨｚ高周波駆動であっても過電流の発生を回避している。

なお、電源をオンした直後の初期充電状態において過電流が流れないようにするために数十キロヘルツの低周波駆動によって他励式ＤＣ−ＤＣコンバータを運転することも考えられるが、この場合には、電源ラインにリップルが発生する。特に、携帯電話装置にカメラを組み込んだカメラ付き携帯電話装置のストロボ装置の場合には、電源ラインに低周波リップルが発生すると通話が途切れたり音声が聞き取りづらくなるという問題が確認されており、低周波駆動した場合には通話品質を維持するために電源ラインに大きなインダクタを挿入して電話機側へのラインノイズを低減させる対策が必要になり回路の小型化の障害となるが、この実施の形態のように、高周波駆動によって他励式ＤＣ−ＤＣコンバータを運転することによって電源ラインでのリップル発生を無くし、低周波駆動した場合には組み込むことが必要な大きなインダクタを設けなくても通話品質を維持することができる。しかも、高周波駆動であってもＰＷＭソフトスタートを実行することによって過電流の発生を確実に防止できる。

ソフトスタート電圧キャンセル回路１１が、抵抗Ｒ３，Ｒ４の分圧電圧ＤＭＣＶから主コンデンサ２の端子電圧があらかじめ設定された中電圧値（主コンデンサ２の端子電圧１００ボルト）に上昇したことをタイミングＴＴで検出すると、図３に示すように、ソフトスタート電圧発生回路７のソフトスタート電圧１５は、最大デューティ設定電圧発生回路５の設定電圧と前記三角波電圧１６とで決まる最大デューティ（オン時間０．７５，オフ時間０．２５）のゲート信号１８で駆動する状態に強制的に切り換えるので、主コンデンサ２の充電の完了までコンデンサ１４によって決まる傾きでソフトスタートを継続する場合に比べて効率の良い充電を実現できる。

なお、ここであらかじめ設定された中電圧値（主コンデンサ２の端子電圧１００ボルト）とは、最大デューティでのゲート信号１８の駆動に切り換えても過電流が発生しない電圧値であって、フル充電時の主コンデンサ２の端子電圧が３００ボルト程度の場合に１００ボルト付近であった。図６は横軸に主コンデンサ２の端子電圧、縦軸に二次側放電時間係数を示し、発振トランスＴ１における通電期間を長くしても主コンデンサ２の端子電圧の上昇の傾きが、前記中電圧値の１００ボルト付近で急になだらかになっている。

図３において、タイミングＴＴの後は、最大デューティ設定電圧発生回路５の設定電圧と前記三角波電圧１６とで決まる最大デューティのゲート信号１８で駆動する状態に強制的に切り換えたが、抵抗Ｒ１の端子電圧ＤＶ１が一次コイル過電流検出回路９の設定電圧２２に達するピーク電流で決定されるパルス幅まで広げて充電動作を行うことによっても実現することができる。

ここでは図３と図４に示すように、最大デューティ設定電圧発生回路５の設定電圧２１と前記三角波電圧１６とで決まる最大デューティのゲート信号１８で駆動する状態に強制的に切り換えた後に、一次コイル過電流検出回路９によってピーク電流を検出した場合にはアンドゲート１２をオフして確実に過電流の発生を防止している。

さらに充電電圧が上昇してフル充電検出回路１０によって充電完了を検出すると、アンドゲート１２をオフして充電を停止させる。
充電がフル充電状態になり撮影にストロボが必要とされる時に、端子ＦＳＷより“Ｈ”レベルの信号が出力されると、トランジスタＱ２がオンして、高圧トリガ回路４から数キロボルトの高電圧パルスが出力されキセノン管３が励起され発光する。

端子ＦＳＷより出力されるパルス幅は撮影条件により変化する。例えば被写体距離が近い場合や被写体反射率が高い場合はパルス幅を短くして小光量の発光動作をする。反対に被写体距離が遠い場合や被写体反射率が低い場合はパルス幅を長くして大光量の発光動作をする。発光動作時の光量により主コンデンサ２の残存電圧の値が変化する。

なお、主コンデンサ２の端子電圧が中電圧値の１００ボルトに到達した時点で、最大デューティに切り換えることが効果的であることは、発光後の再充電において顕著である。
具体的には、図５に示すように、主コンデンサ２の残存電圧が、前記ソフトスタート電圧キャンセル回路１１に設定されている中電圧値（主コンデンサ２の端子電圧１００ボルト）未満である場合に、制御集積回路装置１がコンデンサ１４を急速にディスチャージさせた後にコンデンサ１４を定電流でチャージすることにより時間に対して直線的に増加する電圧を出力するソフトスタート電圧を発生させ、図２の場合と同様に、パルス幅を絞って徐々に広げていくことにより磁気飽和による突入電流を抑制しつつ、効率よく充電を行うが、主コンデンサ２の残存電圧が、図５に示すように、６０ボルト程度ある場合などには、図２のように、電源オン直後の充電実行の場合に比べて早い時期（図５のタイミングＴＱ）に主コンデンサ２の端子電圧１００ボルトに到達するので、このままコンデンサ１４に基づくソフトスタート電圧１５に従ってパルス幅を絞って徐々に広げて充電を継続したような場合には効率が低下する。

この実施の形態では、主コンデンサ２の端子電圧が中電圧値の１００ボルトに到達したことを検出して、最大デューティに切り換えてその後の主コンデンサ２を充電するので、主コンデンサ２を短時間でフル充電できることが分かる。

このように、高周波駆動で過電流を防止しながら効率よく主コンデンサ２を充電できるとともに、三角波電圧発生回路６の発生する三角波電圧１６とソフトスタート電圧発生回路７が発生するソフトスタート電圧１５とを比較してＰＷＭソフトスタートをコントロールしているため、駆動周波数や発振トランスＴ１のインダクタ値などの変更の必要が生じた場合には、制御集積回路装置１の外部に設けた抵抗Ｒ２，コンデンサ１４を変更するだけで適切に対応することができる。

なお、三角波電圧発生回路６の発生する三角波電圧１６とソフトスタート電圧発生回路７が発生するソフトスタート電圧１５との比較によらずに同様のＰＷＭソフトスタートをマイクロコンピュータで実現しようとした場合には、駆動周波数や発振トランスのインダクタ値の変更の必要が生じた場合には、その度に主コンデンサ電圧に対応した適切なＰＷＭ駆動のパルス幅の相関テーブル等をマイクロコンピュータの内部に持たせる必要があり煩わしい作業が必要になるが、上記の実施の形態の具体的な構成によると、駆動周波数や発振トランスのインダクタ値の変更に迅速に対応可能である。

また、制御集積回路装置１の外部に設けた抵抗Ｒ２，コンデンサ１４を変更するだけで対応できるので、駆動周波数や発振トランスのインダクタ値の異なる機種毎に制御集積回路装置を作成することなく、制御集積回路装置を複数の機種に使用することができる。

なお、上記の説明では、制御集積回路装置１に、一次コイル過電流検出回路９を設けたが、これを省くこともできる。
また、上記の各実施の形態では抵抗Ｒ２，コンデンサ１４をの両方を制御集積回路装置１の外部に設けたが、抵抗Ｒ２とコンデンサ１４のうちの一方を制御集積回路装置１の外部に設けて構成することもできる。

ここまでは、本実施の形態のストロボ装置における通常の充電・発光動作についての説明であるが、以下、キセノン管３を発光させる電源であるＤＣ／ＤＣコンバータの出力部において、例えば主コンデンサ２等に対して、何らかの原因により発生した短絡等によって、ある期間一時的に過負荷状態になった場合の充電動作について説明する。

このように、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力部において、ある期間一時的に過負荷になった場合に対応した動作を実現するために、図１において、主コンデンサ低電圧検出回路３０を設けている。この主コンデンサ低電圧検出回路３０には、主コンデンサ２の充電電圧を基にコンバータ出力が過負荷状態にあることを検出するため、図７に示すように、主コンデンサ２の充電電圧に対する比較基準電圧となる所定の過負荷検出電圧（Ｂ）３１が、予め設定されている。なお、過負荷検出電圧（Ｂ）３１は、主コンデンサ低電圧検出回路３０の外部に設定して持つように、ストロボ装置を構成しても良い。

まず、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力部が既に過負荷状態にある時に電源投入した場合の充電動作について説明する。
図７は過負荷状態時のタイミングチャートであり、出力過負荷状態での電源投入時の動作を示している。

ストロボ装置は、電源投入により、図７に示すように、駆動回路１３からコンバータ駆動信号としてゲート信号１８を出力し主コンデンサ２の充電動作を開始する。その後、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、充電動作を過負荷判定期間として所定の一定時間（Ａ）だけ継続しても、主コンデンサ２の充電電圧が所定の過負荷検出電圧（Ｂ）３１に達しない場合は、コンバータ出力が短絡等による過負荷状態にあると判断して、所定の一定時間を充電停止期間とし充電動作を停止するように、制御信号をアンドゲート１２に対して出力する。その後、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、再び充電動作を開始し、過負荷判定期間として所定の一定時間（Ａ）だけ充電動作を継続した場合に、主コンデンサ２の充電電圧が所定の過負荷検出電圧（Ｂ）３１に達しない場合は、コンバータ出力がまだ過負荷状態にあると判断して、再び所定の一定時間を充電停止期間とし充電動作を停止するように、制御信号をアンドゲート１２に対して出力する。このようにコンバータ出力の過負荷状態が続く限り、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、この充電動作と充電停止動作のサイクルを繰り返すように、制御信号をアンドゲート１２に対して出力する。

一方、例えば、上記の充電動作の停止中にコンバータ出力の過負荷状態が解除されていれば、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、所定の一定時間を充電停止期間とし充電動作を停止した後に、再び充電動作を開始し、過負荷判定期間として所定の一定時間（Ａ）だけ充電動作を継続して、主コンデンサ２の充電電圧が所定の過負荷検出電圧（Ｂ）３１を超えていた場合には、コンバータ出力が正常負荷状態にあると判断して、そのまま、通常時と同様の充電動作を継続するように、制御信号をアンドゲート１２に対して出力する。

次に、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、主コンデンサ２が充電完了状態にある時にＤＣ／ＤＣコンバータの出力部が過負荷状態になった場合の充電動作について説明する。

図８は過負荷状態時のタイミングチャートであり、充電完了状態での出力過負荷時の動作を示している。
ストロボ装置は、図８に示すように、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、主コンデンサ２の充電電圧が何らかの理由により急激に過負荷検出電圧（Ｂ）３１より以下になり、充電動作を継続しても、その状態が過負荷判定期間として所定の一定時間（Ｃ）以上継続した場合、コンバータ出力が短絡等による過負荷状態にあると判断して、所定の一定時間を充電停止期間とし充電動作を停止するように、制御信号をアンドゲート１２に対して出力する。その後、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、再び充電動作を開始し、過負荷判定期間として所定の一定時間（Ａ）だけ充電動作を継続した場合に、主コンデンサ２の充電電圧が所定の過負荷検出電圧（Ｂ）３１に達しない場合は、コンバータ出力がまだ過負荷状態にあると判断して、再び所定の一定時間を充電停止期間とし充電動作を停止するように、制御信号をアンドゲート１２に対して出力する。このようにコンバータ出力の過負荷状態が続く限り、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、この充電動作と充電停止動作のサイクルを繰り返すように、制御信号をアンドゲート１２に対して出力する。上述の動作が、過負荷状態の判定による間欠動作である。

なお、主コンデンサ低電圧検出回路３０において、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力部が過負荷状態かどうかを判定する充電動作の時間（ＡまたはＣ：過負荷判定期間）は、過負荷検出電圧（Ｂ）３１の値を低く設定することにより、極力短い時間に設定し、かつその後の充電停止動作の時間（充電停止期間）を充電動作時間に対して十分長くなるように、充電動作と充電停止動作の各所定時間の比率を設定するようにしている。

上記の所定時間（Ａ）は、三角波電圧発生回路６の発振周波数に逆比例して変化する、つまり抵抗Ｒ２の値に応じて変化するものであって、電源電圧および電流、主コンデンサ２の容量、主コンデンサ２の充電電圧、主コンデンサ２への充電効率の限界値でシミュレーションした結果に基づいて、負荷状態が正常な場合に、主コンデンサ２の電圧が、所定の過負荷検出電圧（Ｂ）３１と比較して正常と判定できる電圧に既に到達しているための必要最小限の時間を設定する。ここでは、図９に示す測定条件のように、三角波電圧発生回路６の発振周波数は６００ＫＨｚに設定しているが、この周波数は、主コンデンサ２が小容量（約５０μＦ程度以下）を使用する場合（主に携帯電話用）の設定であり、主コンデンサ２を更に大容量にて使用する場合においては、周波数を下げることにより、所定時間（Ａ）として更に長時間にて使用するようにする。

また、上記の所定電圧（Ｂ）は、以下の条件を考慮して設定する。すなわち、ストロボ発光後の主コンデンサ電圧は通常約４０〜５０Ｖ程度まで低下する（キセノン管発光の終止電圧（放電が継続できる最低電圧））。また、主コンデンサ２に使用されるアルミ電解コンデンサは、端子が短絡していて完全放電された後も、分極作用により約１０Ｖ程度の再起電圧を生じる場合がある。従って、過負荷状態とした場合の主コンデンサ２の電圧は、主コンデンサ２が短絡した状態で発生する再起電圧よりも高く、正常な負荷状態での発光後の電圧よりも低い電圧に設定する。つまり、１０Ｖ〜４０Ｖの間での値に設定することになる。

また、上記の所定時間（Ｃ）は、主コンデンサ２の電圧が、充電完了の定常状態から急峻に低下した場合には、例えば負荷状態が過負荷となったことや、負荷が正常な状態でストロボ発光したことなど、主コンデンサ２の急峻な電圧低下に対して、少なくとも何らかの理由で負荷状態が変化したという明確な原因が存在しているので、負荷状態（過負荷状態）を検出するための過負荷判定期間としては、上記の所定時間（Ａ）より十分に短い時間でも問題ないが、負荷状態の検出結果をより正確に得るようにするということと、上記の所定時間（Ａ）の場合と同様の理由から、上記の所定時間（Ａ）と同様の時間に設定してもよい。ただし、ノイズ等により誤判定しないことを考慮すれば、少なくとも１ｍｓ以上の時間は必要である。

また、上記の所定時間比率において、充電停止期間の時間は、電源をオンしてストロボ装置の駆動を開始した後に、動作中の発熱により構成部品が破損あるいは破壊しない温度範囲となるような必要最小限の時間であれば良い。つまり、この時間を長くする程、発熱量が減少し省エネ化が期待できるが、過負荷状態が解消した後も充電開始までに時間がかかってしまうため、この場合の動作効率が低下することを考慮する必要がある。

以上から、本実施の形態では、例えば、図９に示す実験による測定結果データおよび測定条件を考慮して、図７における充電動作時の所定時間（Ａ）は約２５０ミリセカンド（ｍＳ）とし、図７および図８における過負荷検出電圧３１の所定電圧（Ｂ）は約２０ボルト（Ｖ）とし、図８における充電動作時の所定時間（Ｃ）は約１０ミリセカンド（ｍＳ）とし、かつ上記の所定時間比率として、充電動作と充電停止動作とが略（１：８以上）となるように、各所定値を設定している。

以上のようにして、主コンデンサ２に対する短絡等の過負荷時は、一次コイル過電流検出回路９により、主コンデンサ２に対する充電電流を制限することができる。
また、主コンデンサ低電圧検出回路３０により、充電動作開始時において、主コンデンサ２の充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、主コンデンサ２が過負荷状態にあると判定して、主コンデンサ２に対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動によりパルス幅制御を行うことができる。

また、主コンデンサ低電圧検出回路３０により、充電完了時において、主コンデンサ２の充電電圧が所定の電圧以下になり、充電動作を再開して主コンデンサ２の充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、主コンデンサ２が過負荷状態にあると判定して、主コンデンサ２に対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動によりパルス幅制御を行うことができる。

以上の結果、構成を非常に小型化できるとともに、低周波のみならず高周波で駆動させた場合において、主コンデンサ２が短絡等の過負荷状態になった場合でも、過電流による発熱を起こすことなく回路素子を保護することができる。

本発明のストロボ装置は、構成を非常に小型化できるとともに、低周波のみならず高周波で駆動させた場合において、主コンデンサが短絡等の過負荷状態になった場合でも、過電流による発熱を起こすことなく回路素子を保護することができるもので、ストロボ装置等およびその機能を有する特定用途集積回路装置等に適用できる。

本発明のストロボ装置の実施の形態の構成図同実施の形態の電源投入直後の要部波形図同実施の形態の中電圧値状態の要部波形図同実施の形態の高電圧値状態の要部波形図同実施の形態の撮影後の再充電状態の要部波形図同実施の形態の主コンデンサ２の端子電圧と二次側放電時間係数の関係図同実施の形態の過負荷状態時の要部波形図とタイミングチャート（１）同実施の形態の過負荷状態時の要部波形図とタイミングチャート（２）同実施の形態の過負荷状態時の過負荷状態判定による間欠動作時のトランス発熱対策の確認実験結果の説明図

符号の説明

Ｔ１発振トランス
Ｑ１電界効果トランジスタ
Ｄ１ダイオード
Ｑ２絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
１制御集積回路装置（特定用途集積回路装置）
２主コンデンサ
３キセノン管
４高圧トリガ回路
５最大デューティ設定電圧発生回路
６三角波電圧発生回路
７ソフトスタート電圧発生回路
８比較器
９一次コイル過電流検出回路
１０フル充電検出回路
１１ソフトスタート電圧キャンセル回路
１２アンドゲート
１３駆動回路
Ｒ２抵抗（時定数決定素子）
１４コンデンサ（時定数決定素子）
１９、２０外部接続端子
３０主コンデンサ低電圧検出回路

Claims

他励式ＤＣ／ＤＣコンバータを介して主コンデンサを充電し、主コンデンサのエネルギーでストロボ発光するストロボ装置において、
前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を制御するパルス幅制御回路を設け、
このパルス幅制御回路を、
前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を、段階的に最大パルス幅まで広げるＰＷＭソフトスタート駆動を実行するとともに、
前記ＰＷＭソフトスタート駆動を継続しても前記主コンデンサの充電電圧が所定の電圧に達しない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を実行するよう構成した
ことを特徴とするストロボ装置。
他励式ＤＣ／ＤＣコンバータを介して主コンデンサを充電し、主コンデンサのエネルギーでストロボ発光するストロボ装置において、
前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を制御するパルス幅制御回路を設け、
このパルス幅制御回路を、
充電時において主コンデンサが所定の低電圧未満の場合には、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を、段階的に最大パルス幅まで広げるＰＷＭソフトスタート駆動を実行し、主コンデンサが所定の低電圧以上の場合には、前記最大パルス幅でＰＷＭ駆動を実行するとともに、
前記充電による前記主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を実行するよう構成した
ことを特徴とするストロボ装置。
他励式ＤＣ／ＤＣコンバータを介して主コンデンサを充電し、主コンデンサのエネルギーでストロボ発光するストロボ装置において、
前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を制御するパルス幅制御回路を設け、
このパルス幅制御回路を、
充電時において主コンデンサが所定の低電圧未満の場合には、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を、段階的に最大パルス幅まで広げるＰＷＭソフトスタート駆動を実行し、主コンデンサが所定の低電圧以上の場合には、前記最大パルス幅でＰＷＭ駆動を実行し、かつ、前記主コンデンサが所定の低電圧未満の場合に他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側での通電パルス幅を段階的に最大パルス幅まで広げるＰＷＭソフトスタート駆動中に、前記主コンデンサが所定の電圧に達したことを検出してＰＷＭソフトスタート駆動を終了して最大パルス幅でＰＷＭ駆動を実行するとともに、
前記充電による前記主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を実行するよう構成した
ことを特徴とするストロボ装置。
パルス幅制御回路を、
一定繰り返し周波数の三角波を発生する三角波電圧発生回路と、
充電開始後の時間経過に伴って上昇するソフトスタート電圧を発生するソフトスタート電圧発生回路と、
前記三角波と前記ソフトスタート電圧を比較して充電開始からの時間経過に伴って単一周波数で次第に通電期間が長くするデューティの信号を出力する比較器と、
主コンデンサの端子電圧が設定電圧に上昇したことから検出してソフトスタート動作をキャンセルさせるソフトスタート電圧キャンセル回路と、
主コンデンサがフル充電になるまでは前記比較器の出力に基づいて主コンデンサを充電し、フル充電されたことを検出して充電を終了するように作用する論理回路と、
前記充電による前記主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を行わせる手段とで構成した
ことを特徴とする請求項２または請求項３記載のストロボ装置。
パルス幅制御回路を、
他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの一次側に過電流が流れたことを検出して前記論理回路をオフする一次コイル過電流検出回路を設けた
ことを特徴とする請求項４記載のストロボ装置。
請求項４に記載のストロボ装置を構成する特定用途集積回路装置であって、
単一周波数の三角波を発生する三角波電圧発生回路と、
充電開始後の時間経過に伴って上昇するソフトスタート電圧を発生するソフトスタート電圧発生回路と、
前記三角波と前記ソフトスタート電圧を比較して充電開始からの時間経過に伴って単一周波数で次第に通電期間が長くするデューティの信号を出力する比較器と、
主コンデンサの端子電圧が設定電圧に上昇したことから検出してソフトスタート動作をキャンセルさせるソフトスタート電圧キャンセル回路と、
主コンデンサがフル充電になるまでは前記比較器の出力に基づいて主コンデンサを充電し、フル充電されたことを検出して充電を終了するように作用する論理回路と、
前記充電による前記主コンデンサの充電電圧が所定の時間経過後に所定の電圧に達していない場合は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータに対する過負荷状態であると判定し、前記主コンデンサに対して充電動作と充電停止動作を所定時間比率で交互に行う間欠駆動により、前記パルス幅制御を行わせる手段とを構築した
ことを特徴とする特定用途集積回路装置。
過電流の発生を検出して前記論理回路をオフする一次コイル過電流検出回路を設けた
ことを特徴とする請求項６記載の特定用途集積回路装置。
三角波電圧発生回路とソフトスタート電圧発生回路のうちの少なくとも一方の回路の時定数決定素子を接続する外部接続端子を設けた
ことを特徴とする請求項６または請求項７記載の特定用途集積回路装置。
請求項２から請求項５のいずれかに記載のストロボ装置であって、
前記主コンデンサに対して過負荷状態であると判定するための、前記主コンデンサに対する充電動作時の前記所定の時間は、
前記パルス幅制御の駆動周波数、電源電圧および電流、前記主コンデンサの容量、前記主コンデンサの充電電圧、前記主コンデンサへの充電効率の各値に応じて、前記負荷状態が正常な場合に、前記主コンデンサの電圧が、前記所定の電圧と比較して正常と判定できる電圧に既に到達しているための必要最小限の時間を設定した
ことを特徴とするストロボ装置。
請求項９に記載のストロボ装置であって、
前記主コンデンサに対する過負荷状態の判定時に、前記主コンデンサの充電電圧に対する比較基準となる前記所定の電圧は、
前記主コンデンサが短絡した状態で発生する再起電圧よりも高く、正常な負荷状態でのストロボ発光後の前記主コンデンサの電圧よりも低い電圧に設定した
ことを特徴とするストロボ装置。
請求項１０に記載のストロボ装置であって、
前記充電動作と充電停止動作の所定時間比率は、
充電停止時間が充電時間に対して十分長くなるように設定するとともに、
前記充電停止時間は、
電源をオンして駆動を開始した後に、動作中の発熱により構成部品が破損あるいは破壊しない温度範囲となるような必要最小限の時間に設定した
ことを特徴とするストロボ装置。
請求項６から請求項８のいずれかに記載の特定用途集積回路装置であって、
前記主コンデンサに対して過負荷状態であると判定するための、前記主コンデンサに対する充電動作時の前記所定の時間は、
前記パルス幅制御の駆動周波数、電源電圧および電流、前記主コンデンサの容量、前記主コンデンサの充電電圧、前記主コンデンサへの充電効率の各値に応じて、前記負荷状態が正常な場合に、前記主コンデンサの電圧が、前記所定の電圧と比較して正常と判定できる電圧に既に到達しているための必要最小限の時間を設定した
ことを特徴とする特定用途集積回路装置。
請求項１２に記載の特定用途集積回路装置であって、
前記主コンデンサに対する過負荷状態の判定時に、前記主コンデンサの充電電圧に対する比較基準となる前記所定の電圧は、
前記主コンデンサが短絡した状態で発生する再起電圧よりも高く、正常な負荷状態でのストロボ発光後の前記主コンデンサの電圧よりも低い電圧に設定した
ことを特徴とする特定用途集積回路装置。
請求項１３に記載の特定用途集積回路装置であって、
前記充電動作と充電停止動作の所定時間比率は、
充電停止時間が充電時間に対して十分長くなるように設定するとともに、
前記充電停止時間は、
電源をオンして駆動を開始した後に、動作中の発熱により構成部品が破損あるいは破壊しない温度範囲となるような必要最小限の時間に設定した
ことを特徴とする特定用途集積回路装置。