JP4751108B2

JP4751108B2 - 他励式ｄｃ／ｄｃコンバータの制御回路およびそれを用いた電源装置、発光装置、電子機器

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Publication number: JP4751108B2
Application number: JP2005166046A
Authority: JP
Inventors: 洋一爲我井; 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: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2025-06-06
Also published as: TW200703862A; US20110006694A9; WO2006132138A1; US7863833B2; KR20080019197A; CN101099288A; JP2006340587A; US20080136342A1

Description

本発明は、スイッチング電源に関し、特に他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの駆動方式に関する。

入力電圧よりも高い電圧を生成するための昇圧型のスイッチング電源がさまざまな電子機器において広く用いられている。こうした昇圧型のスイッチング電源は、スイッチング素子と、インダクタあるいはトランスを備えており、スイッチング素子を時分割的にオンオフさせることによりインダクタあるいはトランスに逆起電力を発生させ、入力電圧を昇圧して出力する。

このようなスイッチング電源のうち、トランスを用いた絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータでは、自励式と他励式の２つの方式が知られている。これらの方式は、出力電圧の範囲など、スイッチング電源に求められる特性に応じて選択される。絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータでは、スイッチングトランジスタがオフすると、トランスの１次側に電流が流れ、トランスにエネルギが蓄えられる。スイッチングトランジスタがオフすると、トランスの２次側においてトランスに蓄えられたエネルギが、整流用ダイオードを介して充電電流として出力キャパシタに転送され、出力電圧が上昇する。

こうした他励式ＤＣ／ＤＣコンバータは、負荷の短絡などにより過電流が流れると、トランスが飽和し、あるいはスイッチングトランジスタの信頼性に影響を及ぼすことから、過電流保護回路を設ける場合がある。たとえば、特許文献１には、トランスの１次側の電流をモニタして過電流状態を検出する技術が開示されている。
特開２００２−３７４６７１号公報

しかしながら、トランスの１次側の電流をモニタする上記文献に記載の技術では、負荷が急激に短絡した場合、トランスの１次側に流れる電流は、電圧比較器の応答速度を超える速度で急激に立ち上がってしまうため、過電流保護の応答が遅れ、スイッチングトランジスタに過電流が流れてしまう場合があった。

本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力電圧を直接監視して短絡状態を検出し、過電流保護を行う他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路の提供にある。

本発明のある態様は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御する制御回路に関する。この制御回路は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御する制御回路であって、スイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御するスイッチング制御部と、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と所定のしきい値電圧とを比較して短絡状態を検出する電圧比較器と、を備える。スイッチング制御部は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの起動開始から所定の起動時間の経過後に、電圧比較器が短絡状態を検出すると、スイッチングトランジスタのスイッチング動作を停止する一方、起動時間の経過前において電圧比較器による短絡状態の検出を無効化する。

この態様によると、負荷が短絡して出力電圧が低下する状態と、起動時に出力電圧がその目標値に立ち上がる以前において、出力電圧がしきい値電圧より低い状態とを区別することができ、本当に負荷が短絡した場合のみスイッチングトランジスタを停止して回路保護を図ることができる。

スイッチング制御部は、短絡状態を検出してスイッチングトランジスタのスイッチング動作を所定の停止時間の間停止した後、再度他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの起動を開始してもよい。
負荷の短絡時に、スイッチングトランジスタを所定の停止時間、停止することにより、長期的な負荷の短絡が持続した場合に、起動時間に電流が流れ、停止時間に電流が遮断されるという間欠動作となるため、スイッチングトランジスタやトランスに大電流が連続的に流れるのを防止することができる。

起動時間は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの起動開始後、出力電圧がしきい値電圧より高くなるのに要する時間より長く設定されてもよい。

スイッチング制御部は、電圧比較器において、出力電圧がしきい値電圧を所定の短絡検出時間の間、連続して下回るとき、スイッチングトランジスタのスイッチング動作を停止してもよい。この場合、長期的な短絡状態を好適に検出し、回路保護を行うことができる。

スイッチング制御部は、スイッチングトランジスタの制御状態を保持するステートマシンを含んでもよい。ステートマシンは、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧動作を実行しつつ、電圧比較器による短絡状態の検出を無効化する起動モードと、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧動作を実行しつつ、電圧比較器により短絡状態の検出を行う通常モードと、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧動作を停止する停止モードと、の３つのモードを有してもよい。ステートマシンは、起動モードに移行してから起動時間経過後に通常モードに移行し、通常モードにおいて電圧比較器が短絡状態を検出すると停止モードに移行し、停止モードに移行してから所定の停止時間経過後に起動モードに移行してもよい。
ステートマシンを用いて３つの状態を規定し、駆動状態に応じて遷移させることにより、上述の短絡保護を好適に実行することができる。

ステートマシンは、通常モードにおいて、負荷を駆動することにより他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が低下すると、起動モードに移行してもよい。この場合、出力電圧を起動モードにより再度上昇させ、その間、短絡状態の検出を無効化することができる。

スイッチング制御部は、パルス信号を生成するパルス幅変調器と、パルス信号にもとづきスイッチングトランジスタを駆動するドライバ回路と、出力電圧と、出力電圧の目標値付近に設定されるしきい値電圧とを比較するヒステリシスコンパレータと、を含んでもよい。パルス幅変調器は、起動モードにおいてパルス信号のデューティ比を徐々に変化させ、通常モードおよび停止モードにおいてパルス信号のデューティ比を所定値に固定し、ドライバ回路は、起動モードおよび通常モードにおいて、パルス信号にもとづいてスイッチングトランジスタを駆動し、停止モードにおいて、スイッチングトランジスタの駆動を停止してもよい。

この場合、起動モードにおいてソフトスタートを実行することができる。また通常モードにおいては、出力電圧によらずに、固定のデューティ比でスイッチングトランジスタを駆動するため、出力電圧は徐々に上昇していく。その後、出力電圧がヒステリシスコンパレータの第１のしきい値電圧に達するとスイッチングトランジスタを停止し、出力電圧が徐々に低下する。出力電圧がヒステリシスコンパレータの第２のしきい値電圧まで低下すると、スイッチングトランジスタの駆動が再開される。その結果、通常モードでは、出力電圧は第１しきい値電圧から第２しきい値電圧の間に安定化される。また、短絡時に停止モードとすることにより、昇圧動作を停止して回路を保護することができる。

スイッチング制御部は、タイマ回路をさらに含み、ステートマシンは、必要な時間計測をタイマ回路を利用して行ってもよい。
スイッチング制御部と、電圧比較器は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。なお、ここでの集積化とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。

本発明の別の態様は、電源装置である。この電源装置は、スイッチングトランジスタを含み、当該スイッチングトランジスタのオンオフにより昇圧動作が制御される他励式ＤＣ／ＤＣコンバータと、スイッチングトランジスタのオンオフを制御する制御回路と、を備える。
この態様によると、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングトランジスタやトランスを過電流から好適に保護することができる。

本発明のさらに別の態様は、発光装置である。この発光装置は、上述の電源装置と、この電源装置の他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧により駆動される発光素子と、を備える。

この態様によると、負荷である発光素子に、短絡等が発生しない通常駆動時には、発光素子を安定に発光できるとともに、短絡した場合には、回路を過電流から保護することができる。

本発明のさらに別の態様は、電池駆動型の電子機器である。この電池駆動型の電子機器は、撮像部と、撮像部による撮像の際、フラッシュとして用いられる上述の発光装置と、を備え、発光装置は、電池電圧を昇圧して発光素子を駆動する。
この態様によると、負荷として電源装置に接続される発光素子が短絡した場合に、電池から大電流が長時間、連続的に流れ出るのを防止し、電子機器の発熱を抑制することができる。

なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの制御回路によれば、負荷の短絡から回路を保護することができる。

図１は、本実施の形態に係る発光装置２００の構成を示す回路図である。この発光装置２００は、カメラを備える電子機器に搭載され、カメラによる撮像の際に、フラッシュとして用いられる光源として機能する。

図２は、図１の発光装置を搭載した電子機器３００の構成を示すブロック図である。本実施の形態において、電子機器３００は、カメラを搭載した携帯電話端末であり、電池３１０、通信処理部３１２、ＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）３１４、撮像部３１６、発光装置２００を備える。

電池３１０はたとえば、リチウムイオン電池であり、電池電圧Ｖｂａｔとして３〜４Ｖ程度の電圧を出力する。ＤＳＰ３１４は、電子機器３００全体を統括的に制御するブロックであり通信処理部３１２、撮像部３１６、発光装置２００と接続されている。通信処理部３１２は、アンテナ、高周波回路などを含み、基地局との通信を行うブロックである。
撮像部３１６は、ＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳセンサなどの撮像装置である。

発光装置２００は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０、発光素子２１２、トリガ回路２１４を備える。発光素子２１２としてはキセノンチューブなどが好適に用いられる。他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、電池３１０から供給される電池電圧Ｖｂａｔを昇圧し、発光素子２１２に３００Ｖ程度の駆動電圧（以下、出力電圧ともいう）Ｖｏｕｔを供給する。駆動電圧Ｖｏｕｔは、所定のレベルの目標電圧Ｖｔｇｔに安定化される。トリガ回路２１４は、発光装置２００の発光のタイミングを制御する回路である。発光素子２１２は、撮像部３１６の撮像と同期して発光する。

図１に戻る。発光装置２００は、制御回路１００、スイッチングトランジスタＴｒ１、トランス５０、整流用ダイオード５２、出力キャパシタＣ１、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、発光素子２１２、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２１４ａを含む。制御回路１００は、ひとつの半導体基板上に集積化された集積回路である。この集積回路には、スイッチングトランジスタＴｒ１をさらに集積化してもよい。

図１に示す制御回路１００、スイッチングトランジスタＴｒ１、トランス５０、整流用ダイオード５２、出力キャパシタＣ１、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２が、図２の他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０に対応する。また、図１のＩＧＢＴ２１４ａ、発光制御部２１４ｂは図２のトリガ回路２１４に対応する。ＩＧＢＴ２１４ａは、発光素子２１２の電流経路上に設けられ、そのオン、オフによって発光素子２１２の発光を制御する。

制御回路１００は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０のスイッチングトランジスタＴｒ１のゲート電圧を制御してスイッチング動作、すなわちオンオフを制御する。制御回路１００は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０による昇圧動作を実行する起動モード、通常モードと、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０による昇圧動作を停止する停止モードの３つのモードを切り替えてスイッチングトランジスタＴｒ１を制御する。詳細は後述するが、この制御回路１００は、負荷の短絡状態の検出を検出する機能を備えており、通常モードにおいて短絡検出を行う一方で、起動モードにおいては、短絡検出を無効化する。

制御回路１００は、出力端子１０２、帰還端子１０４、発光制御端子１０６を備える。出力端子１０２は、スイッチングトランジスタＴｒ１のゲートに接続され、制御回路１００の出力信号であるスイッチング信号Ｖｓｗが出力される。帰還端子１０４には、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２によって分圧された他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔが帰還される。発光制御端子１０６は、ＩＧＢＴ２１４ａのゲートに接続される。

トランス５０の１次側コイルの一端には、電池電圧Ｖｂａｔが印加され、他端には、スイッチングトランジスタＴｒ１のドレインが接続される。スイッチングトランジスタＴｒ１は、ＮチャンネルのＭＯＳトランジスタであり、そのソースは接地される。
トランス５０の２次側コイルの一端は接地され、他端には整流用ダイオード５２のアノードが接続される。整流用ダイオード５２のカソードは、出力キャパシタＣ１を介して接地される。出力キャパシタＣ１と整流用ダイオード５２の接続点には、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔが現れる。この出力電圧Ｖｏｕｔは、発光素子２１２に供給される。

制御回路１００は、スイッチング制御部１０、電圧比較器３０、発光制御部２１４ｂを含む。スイッチング制御部１０は、帰還端子１０４に帰還される電圧にもとづいてスイッチング電圧Ｖｓｗを生成し、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチング動作を制御する。電圧比較器３０は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔと所定のしきい値電圧Ｖｔｈとを比較して短絡状態を検出する。発光制御部２１４ｂは、発光制御信号ＳＩＧ２０を生成し、ＩＧＢＴ２１４ａのベース電圧を制御する。

このスイッチング制御部１０は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の起動開始から所定の起動時間Ｔｐ１の経過後に、電圧比較器３０が短絡状態を検出すると、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチング動作を停止する一方、起動時間Ｔｐ１の経過前において電圧比較器３０による短絡状態の検出を無効化する。以下、このスイッチング制御部１０、電圧比較器３０の構成、動作について詳細に説明する。

スイッチング制御部１０は、ヒステリシスコンパレータ１２、ステートマシン１４、タイマ回路１６、ドライバ回路１８、パルス幅変調器２０を含む。
パルス幅変調器２０は、周波数が一定で、パルス幅が変化するパルス幅変調信号Ｖｐｗｍを生成し、ドライバ回路１８に出力する。ドライバ回路１８は、インバータなどを含んで構成され、パルス幅変調信号Ｖｐｗｍにもとづきスイッチング電圧Ｖｓｗを生成してスイッチングトランジスタＴｒ１を駆動する。このドライバ回路１８は、２つのイネーブル端子１８ａ、１８ｂを備えており、各イネーブル端子１８ａ、１８ｂには、後述するヒステリシスコンパレータ１２、ステートマシン１４から出力されるモード信号ＭＯＤＥ１、過電圧検出信号Ｖｏｖが入力されている。

ヒステリシスコンパレータ１２は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔが所定のしきい値電圧より高い過電圧状態を検出し、過電圧検出信号Ｖｏｖを生成する。この過電圧検出信号Ｖｏｖは、過電圧状態においてハイレベル、それ以外においてローレベルとなる。ドライバ回路１８は、過電圧検出信号Ｖｏｖがハイレベルのとき、パルス幅変調器２０から出力されるパルス幅変調信号Ｖｐｗｍに関わらず、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチング動作を停止し、過電圧検出信号Ｖｏｖがローレベルのとき、パルス幅変調信号ＶｐｗｍにもとづきスイッチングトランジスタＴｒ１を駆動する。

帰還端子１０４には、上述のように、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔが分圧され、帰還電圧Ｖｏｕｔ’＝Ｖｏｕｔ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）が帰還される。ヒステリシスコンパレータ１２のプラス端子には、帰還端子１０４に入力される帰還電圧Ｖｏｕｔ’が入力され、マイナス端子には基準電圧Ｖｒｅｆがそれぞれ入力される。ヒステリシスコンパレータ１２は、その出力がローレベルのとき、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１と帰還電圧Ｖｏｕｔ’を比較し、その出力がハイレベルのとき、第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２と帰還電圧Ｖｏｕｔ’を比較する。ここで、第１しきい値電圧Ｖｒｅｆ１と第２しきい値電圧Ｖｒｅｆ２との間には、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｒｅｆ２の関係が成り立っている。

ヒステリシスコンパレータ１２から出力される過電圧検出信号Ｖｏｖは、昇圧動作によって出力電圧Ｖｏｕｔが上昇し、Ｖｍａｘ＝Ｖｒｅｆ１×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１で与えられる第１しきい値電圧に達するとローレベルとなり、昇圧動作の停止によって、出力電圧Ｖｏｕｔが下降し、Ｖｍｉｎ＝Ｖｒｅｆ２×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１で与えられる第２しきい値電圧に達するとハイレベルとなる。ヒステリシスコンパレータ１２の基準電圧Ｖｒｅｆは、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔの目標電圧Ｖｔｇｔを用いて、Ｖｒｅｆ＝Ｖｔｇｔ×Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）が成り立つように設定する。

パルス幅変調器２０は、電圧比較器２２、発振器２４、ソフトスタート回路２６を含む。発振器２４は、三角波あるいはのこぎり波状の周期電圧Ｖｏｓｃを生成する。ソフトスタート回路２６は、起動モードにおいて徐々に上昇するソフトスタート電圧Ｖｓｓを生成する。電圧比較器２２のプラス端子には、周期電圧Ｖｏｓｃ、ソフトスタート電圧Ｖｓｓが入力され、マイナス端子には固定電圧Ｖｃ１が印加されている。ソフトスタート電圧Ｖｓｓの最大値は、固定電圧Ｖｃ１に等しく設定される。電圧比較器２２は、固定電圧Ｖｃ１と、ソフトスタート電圧Ｖｓｓのいずれか低い電圧と、周期電圧Ｖｏｓｃとを比較する。したがって、パルス幅変調器２０から出力されるパルス幅変調信号Ｖｐｗｍは、起動モードにおいてデューティ比が徐々に大きくなり、通常モードおよび停止モードにおいてデューティ比が固定電圧Ｖｃ１で定まる所定値に固定される。

ドライバ回路１８は、起動モードおよび通常モードにおいて、ヒステリシスコンパレータ１２の比較結果を参照し、出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧より低いとき、パルス幅変調信号ＶｐｗｍにもとづいてスイッチングトランジスタＴｒ１を駆動し、出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧より高いとき、スイッチングトランジスタＴｒ１の駆動を停止する。また、停止モードにおいては、スイッチングトランジスタＴｒ１の駆動を停止する。

電圧比較器３０は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔをモニタすることにより、負荷の短絡状態を検出するために設けられる。電圧比較器３０は、プラス端子に入力された帰還電圧Ｖｏｕｔ’と、マイナス端子に入力された所定のしきい値電圧Ｖｔｈ’とを比較し、Ｖｏｕｔ’＞Ｖｔｈ’のときハイレベル、Ｖｏｕｔ’＜Ｖｔｈ’のときローレベルを出力する。以下、電圧比較器３０の出力を短絡検出信号Ｖｓｃという。すなわち、電圧比較器３０は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔをしきい値電圧Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ’×（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ１と比較することにより短絡状態を検出する。たとえば、出力電圧Ｖｏｕｔの目標電圧Ｖｔｇｔが３００Ｖの場合、しきい値電圧Ｖｔｈは３０Ｖ程度に設定する。

ステートマシン１４には、電圧比較器３０から出力される短絡検出信号Ｖｓｃが入力される。ステートマシン１４は、スイッチングトランジスタＴｒ１の制御状態、すなわち起動モード、通常モード、停止モードおよびスタンバイモードの４つの状態を保持する。図３は、ステートマシン１４の状態遷移図である。電子機器３００の電源が投入されると、ステートマシン１４はスタンバイモードＳ４となる。その後、ステートマシン１４に入力されるイネーブル信号ＥＮがハイレベルとなると、起動モードＳ１に遷移する。イネーブル信号ＥＮは、制御回路１００の外部から与えられる。

ステートマシン１４は、起動モードＳ１においては電圧比較器３０による短絡状態の検出を無効化して起動時間Ｔｐ１の経過後に通常モードＳ２に移行する。起動時間Ｔｐ１は、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の起動開始後、出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧Ｖｔｈより高くなるのに要する時間より長く設定しておく。

また、ステートマシン１４は、通常モードＳ２において、電圧比較器３０が短絡状態を検出すると停止モードＳ３に移行する。ステートマシン１４は、電圧比較器３０から出力される短絡検出信号Ｖｓｃが、所定の短絡検出時間Ｔｐ２の間、連続してハイレベルとなったとき、通常モードＳ２から停止モードＳ３へと遷移してもよい。

さらに、ステートマシン１４は、停止モードＳ３に移行した後、所定の停止時間Ｔｐ３経過後に起動モードＳ１に移行し、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の起動を開始する。

さらに、ステートマシン１４には、発光制御部２１４ｂから出力される発光制御信号ＳＩＧ２０が入力されており、通常モードＳ２において発光素子２１２の発光動作が完了すると、起動モードＳ１に遷移する。すなわち、ステートマシン１４は、通常モードＳ２において、負荷である発光素子２１２を駆動することにより他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔが低下すると、起動モードＳ１に移行する。

ステートマシン１４は、各状態において、ドライバ回路１８およびソフトスタート回路２６に、現在の状態を表すモード信号ＭＯＤＥ１、ＭＯＤＥ２を出力する。ステートマシン１４は、必要な時間計測、すなわち起動時間Ｔｐ１、短絡検出時間Ｔｐ２、停止時間Ｔｐ３などをタイマ回路１６を利用して行う。

以上のように構成された発光装置２００の動作について説明する。図４は、図１の発光装置２００の動作状態を示すタイムチャートである。
時刻Ｔ０に電子機器３００の電源が投入され、ステートマシン１４はスタンバイモードＳ４となる。時刻Ｔ１に、イネーブル信号ＥＮがハイレベルとなると、起動モードＳ１に遷移する。起動モードＳ１となると、ステートマシン１４から出力されるモード信号ＭＯＤＥ２によってソフトスタート回路２６が制御され、パルス幅変調信号Ｖｐｗｍのデューティ比が徐々に大きくなり、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔが徐々に上昇を開始する。

時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の期間、出力電圧Ｖｏｕｔは、しきい値電圧Ｖｔｈより低い。この間、起動モードＳ１において、ステートマシン１４は電圧比較器３０による短絡状態の検出を無効化している。時刻Ｔ１から起動時間Ｔｐ１経過後の時刻Ｔ３において、ステートマシン１４は、起動モードＳ１から通常モードＳ２へと遷移する。通常モードＳ２においては、電圧比較器３０による短絡状態の監視は有効となる。

時刻Ｔ４に、出力電圧Ｖｏｕｔがその目標値の電圧Ｖｔｇｔに達し、ヒステリシスコンパレータ１２によってドライバ回路１８の動作が制御され、Ｖｏｕｔ≒Ｖｔｇｔとなるように安定化される。図４において、出力電圧Ｖｏｕｔは一定値で示しているが、実際にはヒステリシスコンパレータ１２により定まる電圧ＶｍａｘとＶｍｉｎの間を変動している。

時刻Ｔ５に負荷が短絡して出力電圧Ｖｏｕｔが急激に降下し、その後間もない時刻Ｔ６に出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧Ｖｔｈより低くなると、電圧比較器３０の出力である短絡検出信号Ｖｓｃはハイレベルとなる。負荷の短絡状態が継続し、短絡検出信号Ｖｓｃがハイレベルとなってから短絡検出時間Ｔｐ２経過後の時刻Ｔ７に、ステートマシン１４は通常モードＳ２から停止モードＳ３へと遷移する。このとき、ステートマシン１４はドライバ回路１８に出力するモード信号ＭＯＤＥ２をハイレベルとし、ドライバ回路１８によるスイッチングトランジスタＴｒ１の駆動を停止する。

停止モードＳ３に遷移してから停止時間Ｔｐ３経過後の時刻Ｔ８に、ステートマシン１４は起動モードＳ１に遷移する。起動モードＳ１において出力電圧Ｖｏｕｔは再びソフトスタート動作によって上昇する。このとき、負荷は、短絡状態から開放されているものとする。時刻Ｔ９に短絡検出信号Ｖｓｃはローレベルとなり、起動開始から起動時間Ｔｐ１経過後の時刻Ｔ１０に通常モードＳ２となる。時刻Ｔ１１に出力電圧Ｖｏｕｔは目標電圧Ｖｔｇｔに達する。

時刻Ｔ１２に、電子機器３００のユーザが撮像部３１６のシャッターを押すと、発光制御部２１４ｂから出力される発光制御信号ＳＩＧ２０がハイレベルとなり、ＩＧＢＴ２１４ａがオンし、発光素子２１２が発光する。このとき、出力キャパシタＣ１に蓄えられた電荷が放電し、出力電圧Ｖｏｕｔは急激に低下する。発光制御信号ＳＩＧ２０がハイレベルの期間、ステートマシン１４はスタンバイモードＳ４となる。その後、時刻Ｔ１３に発光制御信号ＳＩＧ２０がローレベルとなると、ステートマシン１４は起動モードＳ１となる。時刻Ｔ１３から起動時間Ｔｐ１経過後の時刻Ｔ１４にステートマシン１４は通常モードＳ２に遷移する。

本実施の形態に係る制御回路１００によれば、起動モードＳ１と通常モードＳ２を切り替え、電圧比較器３０による短絡状態の検出の有効、無効を切り替えることにより、負荷が短絡して出力電圧Ｖｏｕｔが低下する状態と、起動時に出力電圧Ｖｏｕｔがその目標値Ｖｔｇｔに立ち上がる以前において、出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧Ｖｔｈより低い状態とを区別することができ、本当に負荷が短絡した場合のみスイッチングトランジスタＴｒ１を停止して回路保護を図ることができる。

また、スイッチング制御部１０は、短絡状態を検出してスイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチング動作を停止時間Ｔｐ３の間停止した後、他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの起動を開始するため、長期的な負荷の短絡が持続した場合に、起動時間Ｔｐ１に電流が流れ、停止時間Ｔｐ３に電流が遮断されるという間欠動作となるため、スイッチングトランジスタＴｒ１やトランス５０に大電流が連続的に流れるのを防止することができる。

また、スイッチング制御部１０は、電圧比較器３０において、出力電圧Ｖｏｕｔがしきい値電圧Ｖｔｈを短絡検出時間Ｔｐ２の間、連続して下回ったときに短絡状態と判定するため、ごく短時間、出力電圧Ｖｏｕｔが低下したような場合を短絡と判定することなく、長期的な短絡状態を好適に検出し、回路保護を行うことができる。

さらに、ステートマシン１４は、通常モードＳ２において、負荷である発光素子２１２を駆動することにより他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔが低下すると、起動モードＳ１に移行するため、発光後に出力電圧Ｖｏｕｔを起動モードＳ１で再度上昇させ、その間、電圧比較器３０による短絡状態の検出を無効化することができる。

上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータは、発光素子２１２を駆動する場合について説明したが、これには限定されず、その他の高電圧を必要とするさまざまな負荷を駆動することができる。本実施の形態では、負荷の駆動、すなわち発光素子２１２の発光により他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔが低下する場合について説明したが、負荷の駆動により出力電圧Ｖｏｕｔがそれほど低下しない場合には、図４の時刻Ｔ１３に示される負荷の駆動に同期した起動モードＳ１への遷移は行わなくてもよい。

また、本実施の形態において、ハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。

本実施の形態に係る発光装置の構成を示す回路図である。図１の発光装置を搭載した電子機器の構成を示すブロック図である。ステートマシンの状態遷移図である。図１の発光装置の動作状態を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０スイッチング制御部、１２ヒステリシスコンパレータ、１４ステートマシン、１６タイマ回路、１８ドライバ回路、２０パルス幅変調器、２２電圧比較器、２４発振器、２６ソフトスタート回路、３０電圧比較器、５０トランス、５２整流用ダイオード、１００制御回路、１０２出力端子、１０４帰還端子、１０６発光制御端子、Ｔｒ１スイッチングトランジスタ、Ｃ１出力キャパシタ、Ｒ１第１抵抗、Ｒ２第２抵抗、Ｖｐｗｍパルス幅変調信号、Ｖｓｃ短絡検出信号、Ｖｏｖ過電圧検出信号、Ｓ１起動モード、Ｓ２通常モード、Ｓ３停止モード、Ｓ４スタンバイモード、２００発光装置、２１０他励式ＤＣ／ＤＣコンバータ、２１２発光素子、２１４トリガ回路、２１４ａＩＧＢＴ、２１４ｂ発光制御部、３００電子機器、３１０電池、３１２通信処理部、３１４ＤＳＰ、３１６撮像部。

Claims

出力キャパシタを充電することにより、フラッシュとして用いられる発光素子の駆動に必要な駆動電圧を生成する他励式ＤＣ／ＤＣコンバータのスイッチングトランジスタのスイッチング動作を制御する制御回路であって、
前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧と所定のしきい値電圧とを比較して短絡状態を検出する電圧比較器と、
前記スイッチングトランジスタの制御状態を保持するステートマシンであって、（１）前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧動作を実行しつつ、前記電圧比較器による短絡状態の検出を無効化する起動モードと、（２）前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧動作を実行しつつ、前記電圧比較器により短絡状態の検出を行う通常モードと、（３）前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータによる昇圧動作を停止する停止モードと、の３つのモードを有し、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの起動とともに前記起動モードとなり、前記起動モードに移行してから所定の起動時間の経過後に前記通常モードに移行し、前記通常モードにおいて前記電圧比較器が短絡状態を検出すると前記停止モードに移行し、前記停止モードに移行してから所定の停止時間の経過後に前記起動モードに移行するステートマシンと、
前記起動モードにおいてデューティ比が徐々に変化するパルス信号を生成し、前記通常モードおよび前記停止モードにおいて所定値に固定されたデューティ比を有するパルス信号を生成するパルス幅変調器と、
前記出力電圧と、前記出力電圧の目標値付近に設定されるしきい値電圧とを比較し、前記出力電圧が前記しきい値電圧より高い状態において所定レベルとなる過電圧検出信号を生成するヒステリシスコンパレータと、
前記起動モードおよび前記通常モードにおいて、前記過電圧検出信号が前記所定レベルと異なるレベルのときに前記パルス信号にもとづいて前記スイッチングトランジスタを駆動し、前記過電圧検出信号が前記所定レベルのとき、または前記停止モードにおいて、前記スイッチングトランジスタの駆動を停止するドライバ回路と、
を備えることを特徴とする制御回路。
前記起動時間は、前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの起動開始後、前記出力電圧が前記しきい値電圧より高くなるのに要する時間より長く設定されることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
前記ステートマシンは、前記電圧比較器において、前記出力電圧が前記しきい値電圧を所定の短絡検出時間の間、連続して下回るとき、前記停止モードに移行することを特徴とする請求項１または２に記載の制御回路。
前記ステートマシンは、前記通常モードにおいて、負荷を駆動することにより前記他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が低下すると、前記起動モードに移行することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
タイマ回路をさらに含み、前記ステートマシンは、必要な時間計測を前記タイマ回路を利用して行うことを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
前記ステートマシンと、前記パルス幅変調器と、前記ヒステリシスコンパレータと、前記ドライバ回路と、前記電圧比較器は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
スイッチングトランジスタを含み、当該スイッチングトランジスタのオンオフにより昇圧動作が制御される他励式ＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記スイッチングトランジスタのオンオフを制御する請求項１または２のいずれかに記載の制御回路と、
を備えることを特徴とする電源装置。
請求項７に記載の電源装置と、
前記電源装置の他励式ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧により駆動される発光素子と、
を備えることを特徴とする発光装置。
撮像部と、
前記撮像部による撮像の際、フラッシュとして用いられる請求項８に記載の発光装置と、を備え、
前記発光装置は、電池電圧を昇圧して前記発光素子を駆動することを特徴とする電池駆動型の電子機器。