JP4877755B2 - キャパシタ充電装置およびその制御回路、制御方法、ならびにそれらを用いた発光装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、スイッチング電源に関し、特に、キャパシタを充電して高電圧を生成するキャパシタ充電装置に関する。

さまざまな電子機器において、入力電圧よりも高い電圧を生成して負荷に供給するため、昇圧型のスイッチング電源が用いられている。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、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トランスに逆起電力を発生させ、トランスの２次コイルに流れる電流によって出力キャパシタを充電することにより、入力電圧を昇圧して出力する。

トランスの１次コイルの一端には、入力電圧が印加され、その他端には、スイッチング素子が接続される。トランスの２次コイルの一端の電圧は固定され、その他端には、整流用のダイオードを介して、出力キャパシタが接続される。

こうしたスイッチング電源では、スイッチング素子として設けられたスイッチングトランジスタがオンすると、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。続いて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、充電電流として出力キャパシタに転送され、充電される。スイッチングトランジスタのオンオフを繰り返すことにより、出力キャパシタが充電されていき、出力電圧が上昇する。

たとえば、特許文献１〜３には、トランスの１次側あるいは２次側の状態をモニタし、これらの状態に応じて、スイッチングトランジスタのオンオフを制御する自励式のキャパシタ充電装置の制御回路が開示されている。
特開２００３−７９１４７号公報 米国特許６５１８７３３号 米国特許６６３６０２１号

このようなキャパシタ充電装置において、スイッチングトランジスタのオンオフのタイミングは、一般にトレードオフの関係にある効率および充電速度に影響するきわめて重要な技術課題となっている。たとえば、上述の特許文献１〜３には、トランスの１次コイルに流れる電流に応じて、スイッチングトランジスタのオンのタイミングを決定し、２次コイルに流れる電流に応じてスイッチングトランジスタのオフのタイミングを決定する制御方式が開示される。

上記特許文献に記載の方式によれば、２次コイルに流れる電流が十分に小さくなったタイミング、すなわち、トランスに蓄えられたエネルギが出力キャパシタに放出されたタイミングでスイッチングトランジスタをオンするため、エネルギの利用効率を高めることができる。しかしながら、この方式では、スイッチングトランジスタがオフするオフ時間が、トランスに蓄えられているエネルギに応じて決定されるため、出力キャパシタの急速充電を行うことができないという問題がある。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、充電速度と効率のバランスのとれたキャパシタ充電装置およびその制御回路の提供にある。

本発明のある態様は、トランスおよびトランスの２次コイルに流れる電流によって充電される出力キャパシタを含み、トランスの１次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタをスイッチング制御することにより、出力キャパシタを充電するキャパシタ充電装置の制御回路である。この制御回路は、トランスの１次コイルに流れる電流をモニタし、当該電流が所定のピーク電流まで増加すると、所定レベルのオフ信号を出力するオフ信号生成部と、トランスの１次コイルの両端の電圧をモニタし、当該１次コイルの両端の電圧が所定の第１しきい値電圧まで低下すると、所定レベルの第１オン信号を出力する第１オン信号生成部と、出力キャパシタに現れる出力電圧に応じた監視電圧をモニタし、当該監視電圧にもとづきオフ時間を設定し、オフ信号生成部から所定レベルのオフ信号が出力されてから、オフ時間が経過した後に、所定レベルとなる第２オン信号を出力する第２オン信号生成部と、オフ信号生成部から出力されるオフ信号および第１、第２オン信号生成部から出力される第１、第２オン信号を受け、オフ信号に応じてスイッチングトランジスタをオフし、第１、第２オン信号に応じてスイッチングトランジスタをオンするスイッチング制御部と、を備える。

この態様においては、スイッチングトランジスタがオンの状態にて、トランスにエネルギが蓄えられる。オフ信号生成部は、トランスの１次コイルに流す電流のピーク値を設定することにより、トランスに蓄えるエネルギを決定する。スイッチングトランジスタがオフの状態において、トランスの２次コイルから出力キャパシタに向かって充電電流が流れ、時間とともに、トランスに蓄えられたエネルギが放出されていく。エネルギの放出が完了すると、トランスの１次コイルの両端の電圧は、共振によって、減衰していく。第１オン信号生成部は、１次コイルの両端の電圧が所定の第１しきい値電圧まで低下したことにより、エネルギの放出完了を検出し、次のスイッチングトランジスタのオンのタイミングを決定する。第２オン信号生成部は、トランスに蓄えられているエネルギとは無関係に、出力電圧に応じて、スイッチングトランジスタがオフすべき期間を設定し、次のスイッチングトランジスタのオンのタイミングを設定する。

この態様によると、オフ信号生成部によって、トランスに蓄えるエネルギ、すなわち充電速度を設定することができるとともに、第１、第２オン信号生成部のいずれかから出力されるオン信号に応じて、スイッチングトランジスタのオンのタイミングを設定することにより、効率と充電速度のいずれを優先させるかを調節することができる。

スイッチング制御部は、オフ信号生成部から所定レベルのオフ信号が出力されると、スイッチングトランジスタをオフし、第１オン信号生成部から出力される第１オン信号および第２オン信号生成部から出力される第２オン信号のうち、先に所定レベルとなったオン信号に応じて、スイッチングトランジスタをオンしてもよい。

スイッチング制御部は、第１オン信号およびオフ信号に応じて動作する第１モードと、第２オン信号およびオフ信号に応じて動作する第２モードを選択可能に構成されてもよい。この場合、アプリケーションや、本キャパシタ充電装置が使用される状況などに応じて、効率を優先するモードと、充電速度を優先するモードを切りかえることができる。

スイッチング制御部は、監視電圧が所定の第２しきい値電圧以下の場合、第２オン信号に応じてスイッチングトランジスタをオンしてもよい。
出力キャパシタに現れる出力電圧が低い場合、トランスの１次コイルの両端の電圧は小さくなり、ノイズの影響によって、第１オン信号が誤って生成されるおそれがある。そこで、出力電圧が低い場合には、第２オン信号に応じてスイッチングトランジスタをオンすることにより、スイッチングトランジスタを適切にオフに保つことができる。

第２オン信号生成部は、トランスの２次コイルに設けられたタップに現れる電圧に応じた電圧を、監視電圧としてオフ時間を設定してもよい。トランスの２次コイルに設けたタップには、出力電圧にターン数に応じた比率を乗じた電圧が現れるため、出力電圧に応じてオフ時間を適切に設定することができる。

スイッチング制御部は、オフ信号によってセットされ、第１オン信号または第２オン信号によってリセットされるフリップフロップを含み、当該フリップフロップの出力信号に応じて、スイッチングトランジスタのオンオフを制御してもよい。

オン信号生成部は、監視電圧が大きいほど、オフ時間を短く設定してもよい。この場合、充電開始直後の出力電圧が低いときには、トランスに蓄えられたエネルギを効率よく使用するとともに、出力電圧が高くなるに従い、充電速度を高めることができ、効率と充電速度のバランスを図ることが可能となる。

ある態様の制御回路は、１つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」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。制御回路を１つのＬＳＩとして集積化することにより、回路面積を削減することができる。

本発明の別の態様は、キャパシタ充電装置である。このキャパシタ充電装置は、１次コイルおよび２次コイルを含み、１次コイルの一端に入力電圧が印加され、他端にスイッチングトランジスタが接続されたトランスと、一端が接地された出力キャパシタと、アノードがトランスの２次コイル側に接続され、カソードが出力キャパシタの他端側に接続されたダイオードと、スイッチングトランジスタのオンオフを制御する上述のいずれかの態様の制御回路と、を備える。

本発明の別の態様も、キャパシタ充電装置に関する。このキャパシタ充電装置は、１次コイルおよび２次コイルを含み、１次コイルの一端と２次コイルの一端が共通に接続され、この接続点に入力電圧が印加されたトランスと、１次コイルの他端側に接続されたスイッチングトランジスタと、アノードが２次コイルの他端に接続されたダイオードと、ダイオードのカソードと接地間に設けられた出力キャパシタと、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。
このキャパシタ充電装置によれば、トランスが３端子として構成されるため、回路面積を縮小することができる。

ある態様において、トランスの２次コイルにタップを設けてもよい。制御回路は、タップに現れる電圧に応じた電圧にもとづいて、少なくともスイッチングトランジスタのオン、オフの制御の一部を実行してもよい。
トランスの２次コイルに設けたタップには、出力キャパシタに現れる出力電圧にターン数に応じた比率を乗じた電圧が現れるため、出力電圧に応じたスイッチング制御が実現できる。

制御回路は、タップに現れる電圧に応じた電圧を、所定のしきい値電圧と比較することにより、出力キャパシタの充電完了を検出してもよい。このとき、所定のしきい値電圧を、入力電圧に応じて変化せしめてもよい。
タップに現れる電圧は、入力電圧に応じて変動するが、この場合、その変動を補正することができる。

制御回路は、タップ電圧と、入力電圧に所定の定数を乗じた電圧の差電圧に応じた電圧を生成する差電圧生成回路と、差電圧生成回路の出力電圧を、所定のしきい値電圧と比較するコンパレータと、を含んでもよい。差電圧生成回路の出力電圧が、しきい値電圧を上回ったとき、充電完了を検出してもよい。
この態様によれば、入力電圧が変動した場合でも、充電完了時のキャパシタ充電装置の出力電圧を一定値に保つことができる。

制御回路は、トランスの１次コイルに流れる電流をモニタし、当該電流が所定のピーク電流まで増加すると、所定レベルのオフ信号を出力するオフ信号生成部と、トランスの１次コイルの両端の電圧をモニタし、当該１次コイルの両端の電圧が所定の第１しきい値電圧まで低下すると、所定レベルの第１オン信号を出力する第１オン信号生成部と、出力キャパシタに現れる出力電圧に応じた監視電圧をモニタし、当該監視電圧にもとづきオフ時間を設定し、オフ信号生成部から所定レベルのオフ信号が出力されてから、オフ時間が経過した後に、所定レベルとなる第２オン信号を出力する第２オン信号生成部と、オフ信号生成部から出力されるオフ信号および第１、第２オン信号生成部から出力される第１、第２オン信号を受け、オフ信号に応じて前記スイッチングトランジスタをオフし、第１、第２オン信号に応じてスイッチングトランジスタをオンするスイッチング制御部と、を備えてもよい。

トランスの２次コイルにタップを設け、第２オン信号生成部は、タップに現れる電圧に応じた電圧を、監視電圧としてモニタしてもよい。

本発明の別の態様は、1次コイルおよび２次コイルを含むトランスに関する。このトランスは、１次コイルおよび２次コイルの一端を共通に接続して、共通接続点に端子を設けるとともに、１次コイルおよび２次コイルの他端それぞれに、端子を設けたことを特徴とする。この態様によれば、従来４端子であってトランスを、３端子として構成することができ、小型化が実現される。

本発明のさらに別の態様は、発光装置である。この装置は、上述のいずれかの態様のキャパシタ充電装置と、キャパシタ充電装置の出力キャパシタに現れる出力電圧により駆動される発光素子と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、上述の発光装置と、発光装置の発光状態を制御する制御部と、を備える。

本発明のさらに別の態様は、トランスおよびトランスの２次コイルに流れる電流によって充電される出力キャパシタを含み、トランスの１次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタをスイッチング制御することにより出力キャパシタを充電するキャパシタ充電装置の制御方法に関する。この制御方法は、トランスの１次コイルに流れる電流をモニタし、当該電流が所定のピーク電流まで増加すると、所定レベルのオフ信号を生成するオフ信号生成ステップと、トランスの１次コイルの両端の電圧をモニタし、当該１次コイルの両端の電圧が所定のしきい値電圧まで低下すると、所定レベルの第１オン信号を生成する第１オン信号生成ステップと、出力キャパシタに現れる出力電圧に応じた監視電圧をモニタし、当該監視電圧にもとづきオフ時間を設定し、所定レベルのオフ信号が出力されてから、オフ時間が経過した後に、所定レベルとなる第２オン信号を生成する第２オン信号生成ステップと、オフ信号に応じてスイッチングトランジスタをオフし、第１、第２オン信号に応じてスイッチングトランジスタをオンするスイッチングステップと、を備える。

この態様によると、効率と充電速度のいずれを優先させるかを制御することができる。

スイッチングステップは、所定レベルのオフ信号が出力されると、スイッチングトランジスタをオフし、第１オン信号および第２オン信号のうち、先に所定レベルとなったオン信号に応じて、スイッチングトランジスタをオンしてもよい。

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。

本発明に係るキャパシタ充電装置およびその制御回路によれば、充電速度と効率のバランスのとれたキャパシタ充電装置を提供することができる。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置２００を搭載した電子機器３００の構成を示すブロック図である。電子機器３００は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラ、あるいは撮像機能を備えた携帯電話端末であり、電池３１０、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）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撮像部３１６、発光装置２００と接続されている。撮像部３１６は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳセンサなどの撮像装置である。発光装置２００は、撮像部３１６による撮像の際に、フラッシュとして用いられる光源である。

発光装置２００は、キャパシタ充電装置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。キャパシタ充電装置２１０は、その出力に設けられた出力キャパシタを充電することにより、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Ｖｏｕｔを供給する。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２は、第１の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。発光装置２００は、キャパシタ充電装置２１０、発光素子２１２、ＩＧＢＴ２１４ａを含む。図２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１０、整流用ダイオードＤ１、出力キャパシタＣ１は、図１のキャパシタ充電装置２１０に対応する。また、図１のトリガ回路２１４は、図２のＩＧＢＴ２１４ａ、発光制御部２１４ｂに対応する。

キャパシタ充電装置２１０は、出力キャパシタＣ１に充電電流を供給して、発光素子２１２の発光に必要な駆動電圧（以下、出力電圧Ｖｏｕｔともいう）を生成する。キャパシタ充電装置２１０は、出力回路２０と、制御回路１００を含んで構成される。

出力回路２０は、トランス１０、整流用ダイオードＤ１、出力キャパシタＣ１を含む。トランス１０は、１次コイル１２および２次コイル１４を備え、１次コイル１２の一端は、キャパシタ充電装置２１０の入力端子２０２となっており、図１の電池３１０から出力される電池電圧Ｖｂａｔが印加される。１次コイル１２の他端は、制御回路１００のスイッチング端子１０２と接続される。

トランス１０の２次コイル１４の一端は、接地されて電位が固定されており、その他端は、整流用ダイオードＤ１のアノードと接続される。出力キャパシタＣ１の一端は、接地されており、その他端は、整流用ダイオードＤ１のカソードと接続されている。出力キャパシタＣ１の端子は、キャパシタ充電装置２１０の出力端子２０４とされ、出力キャパシタＣ１に充電された電圧が出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。

制御回路１００は、スイッチングトランジスタＴｒ１のオンオフをスイッチング制御することにより、トランス１０にエネルギを蓄え、出力キャパシタＣ１に対する充電電流を生成して、電池電圧Ｖｂａｔを昇圧するものである。以下、１次コイル１２に流れる電流を１次電流Ｉｃ１、２次コイル１４に流れる電流を２次電流Ｉｃ２という。

制御回路１００は、スイッチングトランジスタＴｒ１に加えて、オフ信号生成部３０、第１オン信号生成部４０、第２オン信号生成部５０、スイッチング制御部６０、充電完了検出回路７０を備える。制御回路１００は、１つの半導体基板上に機能ＩＣとして一体集積化される。

オフ信号生成部３０は、トランス１０の１次コイル１２に流れる１次電流Ｉｃ１をモニタし、１次電流Ｉｃ１が所定のピーク電流Ｉｐｅａｋまで増加すると、ハイレベルのオフ信号Ｓｏｆｆを出力する。オフ信号生成部３０は、第１抵抗Ｒ１、第１コンパレータ３２を含む。検出抵抗Ｒ１は、１次電流Ｉｃ１が流れる１次コイル１２およびスイッチングトランジスタＴｒ１と同一経路上に設けられており、一端が接地され、他端が、スイッチングトランジスタＴｒ１のエミッタに接続される。検出抵抗Ｒ１には、１次電流Ｉｃ１に比例した電圧降下Ｖｄｅｔ＝Ｉｃ１×Ｒ１が発生する。検出抵抗Ｒ１は、１次電流Ｉｃ１に応じた検出電圧Ｖｄｅｔを出力する。

制御回路１００の充電電流制御端子１０４には、外部から、出力キャパシタＣ１の充電電流を指示するための電流調節信号Ｖａｄｊが入力される。第１コンパレータ３２は、１次電流検出回路から出力される検出電圧Ｖｄｅｔを、電流調節信号Ｖａｄｊと比較する。第１コンパレータ３２は、検出電圧Ｖｄｅｔが、電流調節信号Ｖａｄｊを上回ると、すなわち、１次電流Ｉｃ１が、電流調節信号Ｖａｄｊに応じて定まる所定の電流値（以下、ピーク電流値Ｉｐｅａｋという）に達したことを検出すると、ハイレベルとなるオフ信号Ｓｏｆｆを出力する。第１コンパレータ３２から出力されるオフ信号Ｓｏｆｆは、スイッチング制御部６０および第２オン信号生成部５０に入力される。ピーク電流値Ｉｐｅａｋと、電流調節信号Ｖａｄｊの関係は、Ｉｐｅａｋ＝Ｖａｄｊ／Ｒ１で与えられる。

制御回路１００のスイッチング端子１０２は、１次コイル１２の一端と接続される。また、入力電圧端子１１０には、電池３１０から出力される電池電圧Ｖｂａｔが入力される。第２コンパレータ４４は、スイッチング端子１０２に現れる電圧を、電圧源４２により生成される第１しきい値電圧Ｖｔｈ１だけ高電位側にシフトし、入力電圧端子１１０に入力される電池電圧Ｖｂａｔと比較する。第２コンパレータ４４からは、ΔＶ＜Ｖｔｈ１となるとハイレベルとなる信号（以下、第１オン信号Ｓｏｎ１という）を出力する。すなわち、第１オン信号生成部４０は、トランス１０の１次コイル１２の両端の電圧ΔＶをモニタし、１次コイル１２の両端の電圧ΔＶが所定の第１しきい値電圧Ｖｔｈ１まで低下すると、ハイレベルの第１オン信号Ｓｏｎ１を出力する。第１オン信号Ｓｏｎ１は、スイッチング制御部６０へと入力される。

制御回路１００の電圧監視端子１０８には、出力キャパシタＣ１に現れる出力電圧Ｖｏｕｔに応じた監視電圧Ｖｏｕｔ’が入力される。監視電圧Ｖｏｕｔ’は、出力電圧Ｖｏｕｔが、抵抗Ｒ２、Ｒ３によって分圧された電圧である。監視電圧Ｖｏｕｔ’は、第２オン信号生成部５０へと入力される。

第２オン信号生成部５０は監視電圧Ｖｏｕｔ’をモニタし、この監視電圧Ｖｏｕｔ’にもとづきオフ時間Ｔｏｆｆを設定する。第２オン信号生成部５０は、オフ信号生成部３０からハイレベルのオフ信号Ｓｏｆｆが出力されてから、設定したオフ時間Ｔｏｆｆが経過した後に、ハイレベルとなる第２オン信号Ｓｏｎ２を出力する。

たとえば、第２オン信号生成部５０は、監視電圧Ｖｏｕｔ’が大きいほど、すなわち出力電圧Ｖｏｕｔが大きいほど、オフ時間Ｔｏｆｆを短く設定してもよい。たとえば、第２オン信号生成部５０は、キャパシタに対して充放電を行うＣＲ時定数回路によって構成することができる。この場合、充電あるいは放電電流を、監視電圧Ｖｏｕｔ’に応じて変化させることによって、オフ時間Ｔｏｆｆを好適に調節することができる。また、第２オン信号生成部５０は、デジタルタイマによって構成してもよい。

スイッチング制御部６０は、オフ信号生成部３０から出力されるオフ信号Ｓｏｆｆ、および第１オン信号生成部４０、第２オン信号生成部５０からそれぞれ出力される第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２を受ける。スイッチング制御部６０は、オフ信号Ｓｏｎに応じてスイッチングトランジスタＴｒ１をオフし、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２に応じてスイッチングトランジスタＴｒ１をオンする。

本実施の形態において、スイッチング制御部６０は、スイッチＳＷ１、フリップフロップ６２、ドライバ回路６４を含む。スイッチＳＷ１は、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２のいずれか一方を、フリップフロップ６２のセット端子へと出力する。スイッチＳＷ１は、ユーザによって制御されてもよい。オフ信号Ｓｏｆｆは、フリップフロップ６２のリセット端子へと入力される。すなわち、フリップフロップ６２の出力信号Ｓｑは、第１オン信号Ｓｏｎ１あるいは第２オン信号Ｓｏｎ２のいずれかによってフリップフロップ６２のセット端子にハイレベルが入力されるとハイレベルとなる。また、出力信号Ｓｑは、フリップフロップ６２のリセット端子にハイレベルが入力されるとローレベルとなる。

ドライバ回路６４は、フリップフロップ６２の出力信号Ｓｑに応じたスイッチング信号ＶｓｗをスイッチングトランジスタＴｒ１のベースへと出力する。ドライバ回路６４は、フリップフロップ６２の出力信号Ｓｑがハイレベルのとき、スイッチングトランジスタＴｒ１をオンし、出力信号Ｓｑがローレベルのとき、スイッチングトランジスタＴｒ１をオフする。

充電完了検出回路７０は、コンパレータであって、電圧監視端子１０８に入力された監視電圧Ｖｏｕｔ’を、所定のしきい値電圧Ｖｔｈ３と比較することにより充電完了を検出する。しきい値電圧Ｖｔｈ３は、発光素子２１２の発光に十分な電圧、たとえば３００Ｖ程度に設定される。充電完了検出回路７０は、監視電圧Ｖｏｕｔ’がしきい値電圧Ｖｔｈ３を上回ると、充電完了を示すフラグＦＵＬＬを立てる。充電完了検出回路７０によって充電完了が検出されると、スイッチング制御部６０は、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチングを停止する。

発光制御部２１４ｂは、発光制御信号Ｖｃｎｔを生成し、発光制御端子１０６を介してＩＧＢＴ２１４ａのベース電圧を制御する。出力キャパシタＣ１の充電が完了し、十分な駆動電圧Ｖｏｕｔが生成された状態で、発光制御信号Ｖｃｎｔがハイレベルとなると、ＩＧＢＴ２１４ａがオンし、発光素子２１２が発光する。

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３および図４は、実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０の動作を示すタイムチャートである。図３は、第１オン信号Ｓｏｎ１に応じたスイッチング動作を、図４は、第２オン信号Ｓｏｎ２に応じたスイッチング動作を示す。図３、図４の縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。

はじめに図３を参照して、オフ信号Ｓｏｆｆおよび第１オン信号Ｓｏｎ１に応じた充電動作を説明する。時刻ｔ０に、スイッチング信号Ｖｓｗがハイレベルとなり、スイッチングトランジスタＴｒ１がオンとなる。このとき、フリップフロップ６２の出力信号Ｓｑはハイレベルである。

スイッチングトランジスタＴｒ１がオンすることにより、トランス１０の１次コイル１２に流れる１次電流Ｉｃ１が時間とともに徐々に上昇し、これにともなって、検出電圧Ｖｄｅｔが上昇する。

時刻ｔ１に、Ｖｄｅｔ＞Ｖａｄｊとなると、すなわち１次電流Ｉｃ１がピーク電流値Ｉｐｅａｋに達すると、第１コンパレータ３２から出力されるオフ信号Ｓｏｆｆがハイレベルとなり、フリップフロップ６２がリセットされて出力信号Ｓｑがローレベルに遷移する。出力信号Ｓｑがローレベルとなると、スイッチング信号Ｖｓｗもローレベルとなり、スイッチングトランジスタＴｒ１がオフする。

時刻ｔ０〜ｔ１のスイッチングトランジスタＴｒ１がオンの期間、１次コイル１２の両端の電圧ΔＶは、ΔＶ≒Ｖｂａｔ−Ｖｓａｔとなる。ここでＶｓａｔは、スイッチングトランジスタＴｒ１のエミッタコレクタ間電圧および検出電圧Ｖｄｅｔの和電圧である。

時刻ｔ１に、スイッチングトランジスタＴｒ１がオフすると、トランス１０に蓄えられたエネルギが、２次電流Ｉｃとして放出される。２次電流Ｉｃ２は、充電電流として出力キャパシタＣ１に流れ込み、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。時刻ｔ２にトランス１０に蓄えられたエネルギが完全に放出されると、出力電圧Ｖｏｕｔの上昇は停止する。

時刻ｔ１〜ｔ２までの期間、１次コイル１２の両端の電圧ΔＶは、ΔＶ≒Ｖｏｕｔ／ｎとなる。ここでｎは、トランス１０の１次コイル１２および２次コイル１４の巻き線比である。時刻ｔ２にトランス１０に蓄えられたエネルギの放出が完了すると、１次コイル１２の両端の電圧ΔＶはＬＣ共振により減衰振動する。時刻ｔ３に、１次コイル１２の両端の電圧ΔＶが、第１しきい値電圧Ｖｔｈ１より小さくなると、第２コンパレータ４４はハイレベルの第１オン信号Ｓｏｎ１を出力する。この第１オン信号Ｓｏｎ１によって、フリップフロップ６２はセットされ、出力信号Ｓｑはハイレベルに遷移し、スイッチングトランジスタＴｒ１が再度オンする。

制御回路１００は、時刻ｔ０〜ｔ３に示す動作を１サイクルとし、これを繰り返すことにより、出力キャパシタＣ１を充電していく。この充電動作によって、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇していき、時刻ｔ４に、監視電圧Ｖｏｕｔ’がしきい値電圧Ｖｔｈ３に達すると、充電完了検出回路７０によって充電完了を示すフラグＦＵＬＬが立てられ、発光素子２１２の発光が許可される。充電完了後、発光制御部２１４ｂは、図１の撮像部３１６による撮像と同期して発光制御信号Ｖｃｎｔをハイレベルに切りかえる。その結果、ＩＧＢＴ２１４ａがオンし、発光素子２１２であるキセノンランプがフラッシュとして発光する。

次に、図４を参照して、オフ信号Ｓｏｆｆおよび第２オン信号Ｓｏｎ２に応じた充電動作を説明する。時刻ｔ０に、フリップフロップ６２の出力信号Ｓｑおよびスイッチング信号Ｖｓｗがハイレベルとなり、スイッチングトランジスタＴｒ１がオンとなる。

スイッチングトランジスタＴｒ１がオンすることにより、トランス１０の１次コイル１２に流れる１次電流Ｉｃ１が時間とともに徐々に上昇し、これにともなって、検出電圧Ｖｄｅｔが上昇する。

時刻ｔ１に、Ｖｄｅｔ＞Ｖａｄｊとなると、第１コンパレータ３２から出力されるオフ信号Ｓｏｆｆがハイレベルとなり、フリップフロップ６２がリセットされて出力信号Ｓｑがローレベルに遷移する。出力信号Ｓｑがローレベルとなると、スイッチング信号Ｖｓｗもローレベルとなり、スイッチングトランジスタＴｒ１がオフする。

時刻ｔ１に、スイッチングトランジスタＴｒ１がオフすると、トランス１０に蓄えられたエネルギが、２次電流Ｉｃとして放出される。２次電流Ｉｃ２は、充電電流として出力キャパシタＣ１に流れ込み、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇する。

第２オン信号生成部５０は、ハイレベルのオフ信号Ｓｏｆｆが出力された時刻ｔ１から、監視電圧Ｖｏｕｔ’に応じて設定したオフ時間Ｔｏｆｆ経過後の時刻ｔ２に、ハイレベルとなる第２オン信号Ｓｏｎ２を出力する。この第２オン信号Ｓｏｎ２によって、フリップフロップ６２はセットされ、出力信号Ｓｑはハイレベルに遷移し、スイッチングトランジスタＴｒ１が再度オンする。

制御回路１００は、時刻ｔ０〜ｔ２に示す動作を１サイクルとし、これを繰り返すことにより、出力キャパシタＣ１を充電し、出力電圧Ｖｏｕｔを上昇させる。時刻ｔ３に監視電圧Ｖｏｕｔ’がしきい値電圧Ｖｔｈ３に達すると、充電完了検出回路７０によって充電完了を示すフラグＦＵＬＬが立てられ、発光素子２１２の発光が許可される。

本実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０の第１オン信号Ｓｏｎ１にもとづく制御では、トランス１０に蓄えられたエネルギが完全に放出された後に、スイッチングトランジスタＴｒ１をオンするため、高効率化を実現することができる。また、第２オン信号Ｓｏｎ２にもとづく制御では、充電開始直後は、長いオフ時間によりエネルギを効率よく利用することができ、出力電圧Ｖｏｕｔが高くなるに従い、短いオフ時間によって充電速度を速めることができる。

さらに、本実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０によれば、図３に示す第１オン信号Ｓｏｎ１にもとづく制御と、図４に示す第２オン信号Ｓｏｎ２にもとづく制御を切りかえることができるため、効率を優先した回路動作と、充電速度を優先した回路動作とを、アプリケーション等に応じて選択することができる。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０のスイッチング制御部６０ａの構成を示す回路図である。第１の実施の形態では、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２のうち、スイッチＳＷ１により選択されたいずれか一方に応じて、スイッチングトランジスタＴｒ１のオンのタイミングを決定する場合について説明した。これに対して、第２の実施の形態では、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２のうち、先にハイレベルとなったオン信号に応じて、スイッチングトランジスタＴｒ１をオンする。

本実施の形態に係るスイッチング制御部６０ａは、図２のスイッチＳＷ１に代えてＯＲゲート６６を含む。フリップフロップ６２、ドライバ回路６４の接続は図２と同様である。ＯＲゲート６６には、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２が入力される。この場合、ＯＲゲート６６の出力信号Ｓｏｎは、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２の論理和となるため、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２のいずれか一方がハイレベルとなった時点で、出力信号Ｓｏｎもハイレベルとなる。

ＯＲゲート６６の出力信号Ｓｏｎは、フリップフロップ６２のセット端子に入力されており、したがって、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２のいずれかが先にハイレベルとなったタイミングにおいて、フリップフロップ６２はセットされる。フリップフロップ６２のリセット動作は、第１の実施の形態と同様である。

本実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０によれば、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２のうち、いずれか先にハイレベルとなった信号に応じてスイッチングトランジスタＴｒ１をオンする。そのため、仮に第１オン信号Ｓｏｎ１がハイレベルとなるタイミングが遅すぎる場合、あるいは第２オン信号Ｓｏｎ２がハイレベルとなるタイミングが遅すぎる場合においても、スイッチングトランジスタＴｒ１のオフの期間、つまりトランス１０に蓄えられたエネルギの放出時間が、必要以上に長くなるのを防止することができる。

また、出力電圧Ｖｏｕｔが上昇するに従って、第２オン信号Ｓｏｎ２がハイレベルとなるタイミングは早くなるため、出力電圧Ｖｏｕｔが高い領域では、第２オン信号Ｓｏｎ２によってスイッチングトランジスタＴｒ１のオンのタイミングが決定される傾向が強くなる。したがって、第２オン信号生成部５０により設定されるオフ時間Ｔｏｆｆ、つまり第２オン信号Ｓｏｎ２がハイレベルとなるタイミングを適切に設定することにより、急速な充電が可能となる利点も有する。

図６は、図５に示す第２の実施の形態に係るスイッチング制御部の変形例（６０ｂ）を示す回路図である。スイッチング制御部６０ｂは、図５の構成に加えて、出力キャパシタＣ１に現れる出力電圧Ｖｏｕｔに応じた電圧をモニタする機能を備えており、出力電圧Ｖｏｕｔに応じて、第１オン信号Ｓｏｎ１、第２オン信号Ｓｏｎ２のいずれに応じてスイッチングトランジスタＴｒ１をオンするかを設定する機能を備えるものである。

図６のスイッチング制御部６０ｂは、図５のスイッチング制御部６０ａに加えて、コンパレータ６８、ＡＮＤゲート６９を備える。コンパレータ６８は、出力キャパシタＣ１に現れる出力電圧Ｖｏｕｔに応じた電圧Ｖｏｕｔ’をモニタし、所定の第２しきい値電圧Ｖｔｈ２と比較する。コンパレータ６８がモニタする電圧Ｖｏｕｔ’は、充電完了検出回路７０によりモニタされる監視電圧Ｖｏｕｔ’と同じ電圧であってもよいし、異なる電圧であってもよい。コンパレータ６８の出力信号Ｓｅｎは、Ｖｏｕｔ’＞Ｖｔｈ２のときハイレベル、Ｖｏｕｔ’＜Ｖｔｈ２のときローレベルとなる。

ＡＮＤゲート６９は、コンパレータ６８の出力信号Ｓｅｎと、第１オン信号Ｓｏｎ１の論理積を出力する。ＡＮＤゲート６９の出力信号Ｓｏｎ１’の論理値は、Ｖｏｕｔ’＞Ｖｔｈ２のとき、Ｓｏｎ１の論理値と等しくなり、Ｖｏｕｔ’＜Ｖｔｈ２のとき、ローレベルに固定される。すなわち、コンパレータ６８およびＡＮＤゲート６９は、出力電圧Ｖｏｕｔがある一定値より低い場合、第１オン信号Ｓｏｎ１を無効化する機能を果たす。この一定値は、２０Ｖ〜５０Ｖ程度の値に設定するのが望ましい。

ＯＲゲート６６は、ＡＮＤゲート６９の出力信号Ｓｏｎ１’と、第２オン信号Ｓｏｎ２の論理和をフリップフロップ６２のセット端子に出力する。その他の構成および動作は、図５のスイッチング制御部６０ａと同様である。

図６のスイッチング制御部６０ｂでは、出力電圧Ｖｏｕｔが低い領域において、ＡＮＤゲート６９によって第１オン信号Ｓｏｎ１を無効化するが、コンパレータ６８の出力信号Ｓｅｎによって、第１オン信号生成部４０そのものの動作を停止させて、第１オン信号Ｓｏｎ１の生成を停止してもよい。

図６のスイッチング制御部６０ｂでは、出力電圧Ｖｏｕｔがある一定値より低い場合、第１オン信号Ｓｏｎ１に応じたスイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチングを無効化し、オフ信号Ｓｏｆｆおよび第２オン信号Ｓｏｎ２に応じてスイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチングを実行する。出力電圧Ｖｏｕｔがある一定値より高くなると、図５のスイッチング制御部６０ａと同様の回路動作を実行する。

出力電圧Ｖｏｕｔが低いときには、スイッチングトランジスタＴｒ１がオフの状態における１次コイル１２の両端に現れる電圧ΔＶが小さいため、スパイク状のノイズやリンギング等によって、トランス１０に蓄えられたエネルギが放出される前に、電圧ΔＶが第１しきい値電圧Ｖｔｈ１より小さくなるおそれがある。さらには、スイッチングトランジスタＴｒ１のオンのタイミングが影響を受け、正常な回路動作に支障を来すおそれがある。これに対して、図６のスイッチング制御部６０ｂによれば、出力電圧Ｖｏｕｔが低い場合には、第２オン信号生成部５０により生成される第２オン信号Ｓｏｎ２による制御を行うため、スイッチングトランジスタＴｒ１を、ノイズなどの影響を受けず安定にスイッチング動作させることができる。

（第３の実施の形態）
第１、第２の実施の形態においては、第２オン信号生成部５０は、出力キャパシタＣ１に現れる出力電圧Ｖｏｕｔを、抵抗Ｒ２、Ｒ３によって分圧した電圧を監視電圧Ｖｏｕｔ’として、オフ時間Ｔｏｆｆの設定や、充電完了の検出を行う場合について説明した。出力電圧Ｖｏｕｔが数百Ｖの高電圧まで上昇する場合、抵抗Ｒ２、Ｒ３として、高耐圧の素子が必要とされるため、部品点数の上昇につながるという課題がある。以下で説明する第３の実施の形態では、より簡易な構成で出力電圧Ｖｏｕｔをモニタし、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチング動作に反映させる技術である。

図７は、第３の実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０の構成の一部を示す回路図である。図７は、図２と異なる回路構成を示しており、共通の部材は省略している。本実施の形態では、トランス１０の２次コイル１４にタップ１６（Ｆ巻）が設けられ、電圧監視端子１０８には、タップ１６に現れる電圧Ｖｏｕｔ’’が入力される。タップ１６には、出力キャパシタＣ１に現れる出力電圧Ｖｏｕｔに応じた電圧が現れる。具体的には、出力電圧Ｖｏｕｔにほぼ比例した電圧となる。

本実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０は、２次コイル１４のタップ１６に現れる電圧Ｖｏｕｔ’’を監視電圧として、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチング動作を制御する。たとえば、第２オン信号生成部５０は、電圧監視端子１０８に入力された監視電圧Ｖｏｕｔ’’に応じて、オフ時間Ｔｏｆｆを設定してもよい。また、充電完了検出回路７０は、監視電圧Ｖｏｕｔ’’に応じて、充電完了を検出してもよい。さらに、図６のスイッチング制御部６０ｂは、監視電圧Ｖｏｕｔ’’に応じて、第１オン信号Ｓｏｎ１を無効化してもよい。

本実施の形態によれば、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた電圧を、精度よく検出することができ、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチング動作に反映させることができる。また、タップ１６の位置を、２次コイル１４の接地側、すなわち、低電圧側に設けることにより、分圧用の抵抗が不要となるか、あるいは必要であっても高耐圧の素子である必要はないため、部品点数を削減することができる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、キャパシタ充電装置の小型化に関する技術について説明する。図２や図７に記載されるキャパシタ充電装置に使用されるトランス１０は、それぞれ４端子、５端子で構成される。端子の数が多いことは、トランス１０の部品サイズを小型化する上での障害となる。特に、デジタルカメラや携帯電話端末などに搭載する場合、ユーザからの小型化に対する要求は非常に強い。以下で説明する第４の実施の形態に係るキャパシタ充電装置は、トランス１０の端子を削減し、装置を小型化するものである。

図８は、第４の実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０ａの構成を示すブロック図である。はじめに、本実施の形態において特徴的なトランス１０ａの構成について説明する。図８のトランス１０ａは、１次コイル１２ａ、２次コイル１４ａを含む。１次コイル１２ａおよび２次コイル１４ａの一端は共通に接続されており、共通接続点には端子Ｐ１が設けられている。また、１次コイル１２ａおよび２次コイル１４ａの他端それぞれには、端子Ｐ２、Ｐ３が設けられる。図２のトランス１０が４端子であるのに対して、図８のトランス１０ａは、３端子で構成されており、端子数が１つ減っている。その結果、図８のトランス１０aは、図２のトランス１０よりも小型化が可能であり、キャパシタ充電装置２１０ａ全体も小型化することができる。

次に、図８のキャパシタ充電装置２１０ａ全体の構成について説明する。
トランス１０ａの１次コイル１２aおよび２次コイル１４ａの一端同士が共通に接続された第１端子Ｐ１は、入力端子２０２に接続され、入力電圧として電池電圧Ｖｂａｔが印加される。

トランス１０ａの１次コイル１２aの他端側に設けられた第２端子Ｐ２には、スイッチングトランジスタＴｒ１が接続される。整流用ダイオードＤ１は、アノードが２次コイル１４ａの他端に設けられた第３端子Ｐ３に接続される。出力キャパシタＣ１は、整流用ダイオードＤ１のカソードと接地間に設けられる。出力キャパシタＣ１に現れる電圧は、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力端子２０４から出力される。制御回路１００は、スイッチング信号Ｖｓｗを生成し、スイッチングトランジスタＴｒ１のベースに供給することにより、そのオンオフを制御する。

制御回路１００の構成は、図２や図７、あるいはその他の形式の制御回路を用いてもよいし、オシレータを内蔵する自励式の制御回路を用いてもよい。本実施の形態においては、スイッチングトランジスタＴｒ１をオンオフする手段は特に限定されるものではない。

このように構成されたキャパシタ充電装置２１０ａの動作について説明する。スイッチングトランジスタＴｒ１がオン、オフすると、トランス１０ａの１次コイル１２ａには、第１端子Ｐ１から第２端子Ｐ２に向かって１次電流Ｉｃ１が流れる。一方、２次コイル１４ａには、第１端子Ｐ１から第３端子Ｐ３に向かって２次電流Ｉｃ２が流れる。この２次電流Ｉｃ２によって、出力キャパシタＣ１が充電され、高電圧の出力電圧Ｖｏｕｔが生成される。本実施の形態に係るキャパシタ充電装置２１０ａは、トランス１０ａの小型化が可能であるため、図２のキャパシタ充電装置に比べて小型化が可能となる。

図９は、図８のキャパシタ充電装置２１０の変形例を示す回路図である。図９のトランス１０ｂには、２次コイル１４ｂにタップが設けられており、このタップに第４端子Ｐ４が設けられる。制御回路１００ｂは、タップに現れる電圧（以下、タップ電圧Ｖｔａｐという）にもとづいて、少なくともスイッチングトランジスタＴｒ１のオン、オフの制御の一部を実行する。

第１端子Ｐ１から第４端子Ｐ４までの２次コイル１４ｂの巻数と、第１端子Ｐ１から第４端子Ｐ４までの２次コイル１４ｂの巻数の比を１：ＮＦとするとき、タップ電圧Ｖｔａｐ、電池電圧Ｖｂａｔ、出力電圧Ｖｏｕｔには、以下の関係が成り立つ。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｂａｔ＋Ｖｆ×ＮＦ …（１）
Ｖｆ＝Ｖｔａｐ−Ｖｂａｔ …（２）
式（１）、（２）をＶｔａｐについて整理すると、
Ｖｔａｐ＝Ｖｏｕｔ／ＮＦ＋Ｖｂａｔ×α …（３）
となり、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた電圧となる。ここでα＝（ＮＦ−１）／ＮＦである。もし、ＶｂａｔがＶｏｕｔに比べて十分に小さい場合には、
Ｖｔａｐ≒Ｖｏｕｔ／ＮＦ …（４）
と近似することが可能である。すなわち、図９の制御回路１００ｂは、タップ電圧Ｖｔａｐを図６のキャパシタ充電装置２１０に示される監視電圧Ｖｏｕｔ’’に対応づけて、スイッチングトランジスタＴｒ１を制御することができる。たとえば、図９の制御回路１００ｂは、図７の制御回路１００のように構成してもよい。すなわち、タップ電圧Ｖｔａｐに応じて、オフ時間Ｔｏｆｆを設定してもよい。また、タップ電圧Ｖｔａｐに応じて、充電完了を検出してもよい。また、タップ電圧Ｖｔａｐに応じて、第１オン信号Ｓｏｎ１を無効化してもよい。

図９のタップ電圧Ｖｔａｐをモニタする場合、図７の監視電圧Ｖｏｕｔ’’をモニタする場合に比べて以下の利点を有する。図７では、トランス１０の２次コイル１４の一端が接地されて０Ｖに固定されている。その結果、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチングに応じて、監視電圧Ｖｏｕｔ’’が負電圧となる状況が発生する場合がある。これに対して、図９のタップ電圧Ｖｔａｐは、図９で接地電圧（０Ｖ）に固定されていた端子が、電池電圧Ｖｂａｔに固定されるため、負電圧とはならないという利点がある。

さらに、図７のトランス１０には、５つの端子を設ける必要があるところ、図９のトランス１０ｂの端子は４つでよいため、トランスのサイズを小型化できるとともに、キャパシタ充電装置２１０ｂ全体のサイズを小型化することができる。

次に、電池電圧Ｖｂａｔの変動の補正について説明する。式（３）において、Ｖｂａｔの項が無視できない場合、タップ電圧Ｖｔａｐは、電池電圧Ｖｂａｔに依存する。電池電圧Ｖｂａｔは、電池の充電状態、消耗度合によって変動する。そこで、これを補正するために、以下の処理を行ってもよい。

ある態様において、充電完了の検出は、タップ電圧Ｖｔａｐをモニタして実行される。図１０は、充電完了を検出する充電完了検出回路７０ａの構成を示す回路図である。充電完了検出回路７０ａの入力端子７２は、トランス１０ｂに設けられた第４端子Ｐ４に接続され、タップ電圧Ｖｔａｐが印加される。充電完了検出回路７０ａは、差電圧生成回路７８、コンパレータ７４、抵抗Ｒ１３、Ｒ１４を含む。

差電圧生成回路７８は、端子７２ａと端子７２ｂ間の差電圧に応じた電圧Ｖｘを生成し出力する。差電圧生成回路７８は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、トランジスタＱ１、Ｑ２、定電流源７６を含む。トランジスタＱ１、Ｑ２はＰＮＰ型のバイポーラトランジスタであり、ベースが共通となるようにカレントミラー接続される。トランジスタＱ１のコレクタと接地間には抵抗Ｒ１２が設けられ、トランジスタＱ１のエミッタと、端子７２ａ間には、抵抗Ｒ１１が設けられる。トランジスタＱ２のコレクタと接地間には定電流源７６が設けられ、トランジスタＱ２のエミッタは、端子７２ｂと接続される。端子７２ｂには、電池電圧Ｖｂａｔを、分圧した電圧Ｖｂａｔ’が印加される。このとき、トランジスタＱ１のコレクタの電圧Ｖｘは、
Ｖｘ＝（Ｖｂａｔ’−Ｖｔａｐ）×Ｒ１２／Ｒ１１ …（５）
で与えられ、端子７２ａ、７２ｂの電位差に比例した電圧となる。なお、差電圧生成回路としては、演算増幅器を用いて構成した減算器を利用してもよいし、その他の回路を利用してもよい。

コンパレータ７４は、電圧Ｖｘとしきい値電圧Ｖｔｈ４を比較し、Ｖｘ≧Ｖｔｈ４となると、充電完了を示すフラグＦＵＬＬを立てる。

抵抗Ｒ１３、Ｒ１４による分圧比を、α＝（ＮＦ−１）／ＮＦとなるように設定する。そうすると、
Ｖｘ＝（α・Ｖｂａｔ−Ｖｔａｐ）×Ｒ１２／Ｒ１１ …（６）
が成り立つ。式（６）および式（３）において、Ｖｘ＝Ｖｔｈ４とおいて変形すると、充電完了時において、
Ｖｔｈ４＝Ｖｏｕｔ／ＮＦ×Ｒ１２／Ｒ１１ …（７）
が成り立つことになる。すなわち、充電完了時の出力電圧（以下、ＶＦＵＬＬと記す）は、
ＶＦＵＬＬ＝ＮＦ×Ｒ１１／Ｒ１２×Ｖｔｈ４ …（８）
となる。このように、図１０の充電完了検出回路７０ａによれば、充電完了時の出力電圧Ｖｏｕｔを、バッテリの消耗度合いによらずに、一定値ＶＦＵＬＬに安定化することができる。

図１０の充電完了検出回路７０ａは、タップ電圧Ｖｔａｐから入力電圧である電池電圧Ｖｂａｔに定数αを乗じた電圧を減じて、タップ電圧Ｖｔａｐに応じた電圧を生成し、この電圧をしきい値電圧Ｖｔｈ４と比較して充電完了を検出する。これは、電池電圧Ｖｂａｔおよび定数αを利用して、実質的に充電完了のしきい値電圧を補正していることに他ならない。

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。

実施の形態では、スイッチングトランジスタＴｒ１としてバイポーラトランジスタを用いる場合について説明したが、ＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。実施の形態において、キャパシタ充電装置２１０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回路を駆動することができる。

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。

第１の実施の形態に係る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。 図１の発光装置の構成を示す回路図である。 図２のキャパシタ充電装置の第１オン信号に応じたスイッチング動作のタイムチャートである。 図２のキャパシタ充電装置の第２オン信号に応じたスイッチング動作のタイムチャートである。 第２の実施の形態に係るキャパシタ充電装置のスイッチング制御部の構成を示す回路図である。 図５のスイッチング制御部の変形例を示す回路図である。 第３の実施の形態に係るキャパシタ充電装置の構成の一部を示す回路図である。 第４の実施の形態に係るキャパシタ充電装置の構成を示すブロック図である。 図８のキャパシタ充電装置の変形例を示す回路図である。 充電完了を検出する充電完了検出回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０ トランス、 １２ １次コイル、 １４ ２次コイル、 １６ タップ、 Ｔｒ１ スイッチングトランジスタ、 Ｄ１ 整流用ダイオード、 Ｃ１ 出力キャパシタ、 ２０ 出力回路、 ３０ オフ信号生成部、 Ｒ１ 第１抵抗、 ３２ 第１コンパレータ、 ４０ 第１オン信号生成部、 ４２ 電圧源、 ４４ 第２コンパレータ、 ５０ 第２オン信号生成部、 ６０ スイッチング制御部、 ６２ フリップフロップ、 ６４ ドライバ回路、 ６６ ＯＲゲート、 ６８ コンパレータ、 ６９ ＡＮＤゲート、 ＳＷ１ スイッチ、 ７０ 充電完了検出回路、 １００ 制御回路、 １０２ スイッチング端子、 １０４ 充電電流制御端子、 １０６ 発光制御端子、 １０８ 電圧監視端子、 １１０ 入力電圧端子、 ２００ 発光装置、 ２１０ キャパシタ充電装置、 ２１２ 発光素子、 ２１４ トリガ回路、 ２１４ａ ＩＧＢＴ、 ２１４ｂ 発光制御部、 ３００ 電子機器、 ３１０ 電池、 ３１４ ＤＳＰ、 ３１６ 撮像部、 Ｉｃ１ １次電流、 Ｉｃ２ ２次電流、 Ｖａｄｊ 電流指示信号、 Ｓｏｆｆ オフ信号、 Ｓｏｎ１ 第１オン信号、 Ｓｏｎ２ 第２オン信号。

Claims (10)

1. トランスおよび前記トランスの２次コイルに流れる電流によって充電される出力キャパシタを含み、前記トランスの１次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタをスイッチング制御することにより、前記出力キャパシタを充電してフラッシュ用の光源に供給するキャパシタ充電装置の制御回路であって、
   前記トランスの１次コイルに流れる電流をモニタし、当該電流が所定のピーク電流まで増加すると、所定レベルのオフ信号を出力するオフ信号生成部と、
   前記トランスの１次コイルの両端の電圧をモニタし、当該１次コイルの両端の電圧が所定の第１しきい値電圧まで低下すると、所定レベルの第１オン信号を出力する第１オン信号生成部と、
   前記出力キャパシタに現れる出力電圧に応じた監視電圧をモニタし、当該監視電圧にもとづきオフ時間を設定し、前記オフ信号生成部から所定レベルのオフ信号が出力されてから、前記オフ時間が経過した後に、所定レベルとなる第２オン信号を出力する第２オン信号生成部と、
   前記オフ信号生成部から出力されるオフ信号および前記第１、第２オン信号生成部から出力される前記第１、第２オン信号を受け、前記オフ信号に応じて前記スイッチングトランジスタをオフし、前記第１、第２オン信号に応じて前記スイッチングトランジスタをオンするスイッチング制御部と、
   を備え、
   前記オン信号生成部は、前記監視電圧が大きいほど、前記オフ時間を短く設定し、
   前記スイッチング制御部は、
   前記オフ信号生成部から前記所定レベルのオフ信号が出力されると、前記スイッチングトランジスタをオフし、
   前記第１オン信号生成部から出力される前記第１オン信号および前記第２オン信号生成部から出力される前記第２オン信号のうち、先に前記所定レベルとなったオン信号に応じて、前記スイッチングトランジスタをオンすることを特徴とする制御回路。
2. 前記スイッチング制御部は、
   前記第１オン信号および前記オフ信号に応じて動作する第１モードと、前記第２オン信号および前記オフ信号に応じて動作する第２モードを選択可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
3. 前記スイッチング制御部は、
   前記監視電圧が所定の第２しきい値電圧以下の場合、前記第２オン信号に応じて前記スイッチングトランジスタをオン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。
4. 前記第２オン信号生成部は、
   前記トランスの２次コイルに設けられたタップに現れる電圧に応じた電圧を、前記監視電圧として前記オフ時間を設定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の制御回路。
5. 前記スイッチング制御部は、
   前記第１オン信号または前記第２オン信号の論理和を生成する論理ゲートと、
   前記オフ信号によってセットされ、前記論理ゲートの出力信号によってリセットされるフリップフロップを含み、当該フリップフロップの出力信号に応じて、前記スイッチングトランジスタのオンオフを制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御回路。
6. １つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の制御回路。
7. １次コイルおよび２次コイルを含み、１次コイルの一端に入力電圧が印加され、他端にスイッチングトランジスタが接続されたトランスと、
   一端が接地された出力キャパシタと、
   アノードが前記トランスの２次コイル側に接続され、カソードが前記出力キャパシタの他端側に接続されたダイオードと、
   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から６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キャパシタ充電装置。
8. トランスおよび前記トランスの２次コイルに流れる電流によって充電される出力キャパシタを含み、前記トランスの１次コイルの経路上に設けられたスイッチングトランジスタをスイッチング制御することにより前記出力キャパシタを充電するキャパシタ充電装置の制御方法であって、
   前記トランスの１次コイルに流れる電流をモニタし、当該電流が所定のピーク電流まで増加すると、所定レベルのオフ信号を生成するオフ信号生成ステップと、
   前記トランスの１次コイルの両端の電圧をモニタし、当該１次コイルの両端の電圧が所定の第１しきい値電圧まで低下すると、所定レベルの第１オン信号を生成する第１オン信号生成ステップと、
   前記出力キャパシタに現れる出力電圧に応じた監視電圧をモニタし、当該監視電圧にもとづきオフ時間を設定し、前記所定レベルのオフ信号が出力されてから、前記オフ時間が経過した後に、所定レベルとなる第２オン信号を生成する第２オン信号生成ステップと、
   前記オフ信号に応じて前記スイッチングトランジスタをオフし、前記第１、第２オン信号に応じて前記スイッチングトランジスタをオンするスイッチングステップと、
   を備え、
   前記オフ時間は、前記監視電圧が大きいほど短く設定され、
   前記スイッチングステップは、
   前記所定レベルのオフ信号が生成されると、前記スイッチングトランジスタをオフし、
   前記第１オン信号および前記第２オン信号のうち、先に前記所定レベルとなったオン信号に応じて、前記スイッチングトランジスタをオンすることを特徴とする制御方法。
9. 請求項７に記載のキャパシタ充電装置と、
   前記キャパシタ充電装置の出力キャパシタに現れる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。
10. 請求項９に記載の発光装置と、
    前記発光装置の発光状態を制御する制御部と、
    を備えることを特徴とする電子機器。

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