JP5025669B2 - 電源供給器制御回路およびその電圧感知方法 - Google Patents

Description

本発明は、電圧感知方法に関し、詳しくは、変圧器によって電圧を変換する電源供給器の制御回路、例えばフォトフラッシュ充電器（ｐｈｏｔｏｆｌａｓｈ ｃｈａｒｇｅｒ）の制御回路に適用可能な電圧感知方法に関するものである。

変圧器によって電圧変換を行う電源供給器の様々な応用方法において、フォトフラッシュ充電器はその応用方法の一つである。その基本構造は、図１の上半部に示すように、変圧器１０を介して入力端Ｖｉｎから出力端Ｖｏｕｔに位置するコンデンサーＣｏｕｔを充電するものである。充電時間は、充電器制御回路２０内のパワースイッチ２１によって制御される。充電器制御回路２０は通常集積回路である。図１に示す先行技術において、パワースイッチ２１はスイッチ制御回路２５によって制御され、スイッチ制御回路２５は、変圧器１０の二次側の電圧感知結果に基づいてパワースイッチ２１を稼動させるかどうかを決める。詳しく言えば、回路は抵抗Ｒ１およびＲ２の分圧作用によってフィードバック電圧を獲得し、比較器２３によってフィードバック電圧と参考電圧Ｖｒｅｆとを比較する。スイッチ制御回路２５は、比較結果に基づいてパワースイッチ２１を稼動させるかどうかを決める。

上述の先行技術の欠点は次の通りである。比較的高い電圧の二次側から分圧を取るため抵抗Ｒ１およびＲ２（特にＲ１）は耐圧規格の比較的高い抵抗を使用することが必要である。また一部の先行技術では二つの抵抗を合併してＲ１を構成するとしているが、それでも、耐圧規格の比較的高い抵抗を必要とする事実は依然として変わらない。

特許文献１〜３により開示される先行技術は、図２に示すように一次側から信号を抽出し、比較器２３によって比較を行い、そののち比較信号をスイッチ制御回路２５に提供することによってパワースイッチ２２を稼動させるかどうかを決めることである。これらの先行技術は、バイポーラトランジスタをパワースイッチ２２として使用するが、基本原理は変わらない。またこれらの先行技術は、ワンショット（ｏｎｅ−ｓｈｏｔ）回路２４によって信号を切り替える際の初期ノイズ信号を遮蔽する。

上述の第二種の先行技術は、二次側からフィードバック電圧を獲得しないため、抵抗の耐圧規格が比較的低くできるが、二つの外部の抵抗Ｒ３およびＲ４を使用しなければならないという欠点がある。

初期ノイズ信号のろ過に対し、特許文献４では、低域通過濾波回路によってノイズ信号をろ過する方法を開示した。

上述の第二種と第三種の先行技術の共通の欠点は次の通りである。一次側から信号を獲得することによって、二次側から信号を獲得するのに耐圧性の高いユニットが必要になるという問題を避けることは可能であるが、変圧器の巻数の比が異なる際、電源供給器制御回路は、変圧器の巻数の比によって出力電圧の感知および設定を柔軟に調整することができない。すなわち、測定結果は出力電圧の平衡制御点を決めるため、測定結果の調整は出力電圧の設定を調整すると見なされる。変圧器の巻数が異なると、充電器制御回路の内部回路を変更し、異なる集積回路を新たに作製することが必要となる。言い換えれば、同一の集積回路は単一の応用環境にしか適用できない。

上述の欠点に鑑みて、本発明は、耐圧性の高いユニットを必要とせず変圧器の巻数の比によって出力電圧に対する測定及び設定を柔軟に調整することを可能にする電源供給制御回路およびその電圧感知方法を提示する。

米国特許第７，２９２，００５号 米国特許第６，６３６，０２１号 米国特許第６，５１８，７３３号 米国特許公開第２００６／０２５０８２４号

本発明の主な目的は、出力電圧を柔軟に設定することを可能にする電源供給器制御回路を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明は、電源供給器制御回路を提供する。電源供給器は、入力端から変圧器を介して出力端に出力電圧を供給する。変圧器は、一次側巻線組および二次側巻線組を有する。電源供給器制御回路は、パワースイッチ、スイッチ制御回路および感知回路を備える。パワースイッチは、一次側巻線組に電気的に接続される。スイッチ制御回路は、パワースイッチを制御する。感知回路は、一次側巻線組の両側の電圧を、入力端の電圧から獲得される第一電流信号、および一次側巻線組の入力端と反対側の端部の電圧から獲得される第二電流信号に変換し、そののち第一電流信号、第二電流信号および電流設定信号を演算し比較してスイッチ制御回路を制御するための出力信号を生成し、前記スイッチ制御回路に供給する。感知回路は設定回路を有する。設定回路は、電流設定信号を設定し、電流設定信号によって変圧器の二次側対一次側巻線組の巻数比に対応した出力電圧が設定されるように、外部から基準信号として入力される参考信号に基づいて出力電圧を調整する。

本発明による電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法は、一次側巻線組および二次側巻線組を有する変圧器を介して入力端から出力端に出力電圧を供給する電源供給器を配置するステップと、一次側巻線組に電気的に接続され、切り替え操作により出力電圧を調節するパワースイッチを配置するステップと、一次側巻線組の両側の電圧から得られる電圧信号に基づいて、入力端の電圧から獲得される第一信号、および一次側巻線組の入力端と反対側の端部の電圧から獲得される第二信号を生成するステップと、外部から基準信号として入力される参考信号に基づいて、設定信号を生成するステップと、第一信号、第二信号および設定信号を取得し、第一信号、第二信号および設定信号を演算し比較した比較結果に基づいて、パワースイッチを制御する信号を生成するステップと、外部から入力される参考信号に基づいて、変圧器の二次側対一次側巻線組の巻数比に対応して出力電圧を調整するステップとを含む。

上述の電源供給器制御回路および電圧感知方法は、さらにパワースイッチを切り替える際に生じるノイズ信号を遮蔽する回路を含むことが可能である。

先行技術を示す回路図である。 別の先行技術を示す回路図である。 本発明の一実施形態を示す回路図である。 本発明の他の実施形態を示す回路図である。 図３に示す実施形態の具体的な実施方法である。 設定回路３６１の一つの実施形態を示す例である。 本発明の他の実施形態を示す回路図である。 本発明の他の実施形態を示す回路図である。 本発明の他の実施形態を示す回路図である。 本発明の他の実施形態を示す回路図である。 電圧Ｖｓｗにおいて初期のリンギングを切り替える状態である。 低域通過濾波器によってノイズ信号遮断回路を構成する一例である。 遮蔽信号によってノイズ信号を遮蔽する一例である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
図３に示すように、本発明の一実施形態による電源供給器制御回路３０は、パワースイッチ３１、スイッチ制御回路３５および感知回路３２を備える。感知回路３２は、パワースイッチ３１を制御するため、変圧器１０の一次側から信号を抽出することによってスイッチ制御回路３５に信号を供給する。詳しく言えば、入力電圧Ｖｉｎから獲得した信号は第一信号処理回路３６によって処理され、そののち比較器３３の入力端に入力される。一次側巻線組の他端から獲得した信号は第二信号処理器３７によって処理され、そののち比較器３３の別の入力端に入力される。比較器３３は二つの信号を比較し、そののち比較結果をスイッチ制御回路３５に伝送する。スイッチ制御回路３５は比較結果に基づいてパワースイッチ３１を稼動させるかどうかを決める。二つの信号処理回路３６、３７は、入力電圧Ｖｉｎから獲得した信号および一次側巻線組の他端から獲得した信号に対し比較を行うことが目的であるため、複雑な信号処理機能が必要ない。他の実施形態において、二つの信号処理回路３６、３７は適切な変換比を有する電圧−電流変換回路（ｇｍ）を使用することが可能である。詳しい説明は後ほど図５に基づいて進める。

本実施形態の特徴の一つは、感知回路３２に設定回路３６１が配置されることである。設定回路３６１は、外部から入力される参考信号に基づいて回路３０内部においての出力電圧の感知を制御する。従って、参考信号を調整することによって変圧器１０の巻数の比に対応し、回路においての出力電圧の感知及び設定を柔軟に調整することが可能である。

図４に示すように、本発明の他の実施形態は、入力電圧Ｖｉｎから獲得した信号および一次側巻線組の他端から獲得した信号を単一信号処理回路３８によって共同で処理する。その処理方法は、適切な変換比によって二つの信号を電流に変換し、そののち相殺することである。処理した信号は比較器３３の入力端に入力される。設定回路３６１から生成される設定信号は比較器３３の別の入力端に入力される。比較器３３は二つの入力端で比較を行い、そののち比較結果をスイッチ制御回路３５に伝送する。スイッチ制御回路３５は比較結果に基づいてパワースイッチ３１を稼動させるかどうかを決める。

図５に示すのは、図３に示す実施形態の具体的な実施方法である。以下、図５に基づいて設定回路３６１から生成される設定信号によって出力電圧を設定する方法を説明する。本実施形態において、比較器３３は電流比較器であり、第一信号処理回路３６および第二信号処理回路３７は適切な変換比を有する第一電圧―電流変換回路（ｇｍ１）３６２および第二電圧―電流変換回路（ｇｍ２）３７を別々に有する。第一電圧―電流変換回路３６２は、入力電圧Ｖｉｎを電流Ｉａに変換する。第二電圧―電流変換回路３７は、一次側巻線組の他端の電圧Ｖｓｗを電流Ｉｂに変換する。設定回路３６１から生成される設定信号は電流信号Ｉｓｅｔである。電流信号Ｉｓｅｔは外部の設定抵抗Ｒｓｅｔによって決めることが可能である。

第一電圧―電流変換回路３６２および第二電圧―電流変換回路３７の変換比が同じくｇｍとなる場合、
ｇｍ：Ｉａ＝ｇｍ１＊Ｖｉｎ＝ｇｍ＊Ｖｉｎ
Ｉｂ＝ｇｍ２＊Ｖｓｗ＝ｇｍ＊Ｖｓｗ
回路が平衡に達する場合、Ｉｂ＝Ｉａ＋Ｉｓｅｔ。従って、
ｇｍ＊Ｖｓｗ＝ｇｍ＊Ｖｉｎ＋Ｉｓｅｔ
ｇｍ＊（Ｖｓｗ−Ｖｉｎ）＝Ｉｓｅｔ
Ｖｓｗ−Ｖｉｎ＝（１／ｇｍ）＊Ｉｓｅｔ
また変圧器１０の二次側対一次側巻線組の巻数比をＮに設定する場合、
Ｖｏｕｔ＝（Ｖｓｗ−Ｖｉｎ）＊Ｎ
Ｖｓｗ−Ｖｉｎ＝（１／Ｎ）＊Ｖｏｕｔ＝（１／ｇｍ）＊Ｉｓｅｔ
∴ Ｖｏｕｔ＝（１／ｇｍ）＊Ｎ＊Ｉｓｅｔ

つまり、変圧器１０の巻線組の巻数比Ｎがいくつになっても、Ｎ値および求めたい出力電圧Ｖｏｕｔによって設定信号Ｉｓｅｔの値を決めることが可能である。逆に言えば、本実施形態は、設定信号Ｉｓｅｔの値によって出力電圧Ｖｏｕｔを柔軟に調整することが可能である。

本技術を熟知すると、図５に基づく概念を図４に示す実施形態に応用可能であることがわかる。その違いは次の通りである。図４中のＩａおよびＩｂの差は比較器３３の一端に入力され、Ｉｓｅｔは比較器３３の他端に入力される。回路が平衡に達する場合、依然として、Ｉｂ＝Ｉａ＋Ｉｓｅｔとなるため、Ｖｏｕｔ＝（１／ｇｍ）＊Ｎ＊Ｉｓｅｔを算出することが可能である。

図６に示すのは、設定回路３６１の様々な実施方法のうちの一例である。演算アンプ３６３およびトランジスタ３６４から構成される電流追随回路３６５はＩｓｅｔの電流を生成し、電流値はＶｓｅｔ／Ｒｓｅｔに等しい。Ｖｓｅｔが固定値となる場合、Ｒｓｅｔの調整によってＩｓｅｔの値を決めることが可能である。電流追随回路３６５から生成されるＩｓｅｔ電流を、電流ミラー３６６を介して複製、出力することによって設定信号を生成することが可能である。

図１１に示すように、パワースイッチ３１を切り替える際、電圧Ｖｓｗに初期のリンギング（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｒｉｎｇｉｎｇ）が生じるため、遮蔽またはろ過が必要である。それに対し、本実施形態は、図７から図１０に示す配置方法によってノイズ信号遮蔽回路３９を配置し、電圧Ｖｓｗを獲得した後、まずノイズ信号をろ過し、続いて図７および図９に示すように信号変換処理を行うか、或いは、まず信号変換処理を行い、続いて図８および図１０に示すように信号変換処理を行うことが可能である。ノイズ信号遮蔽回路３９の実施形態は、図１２に示す低域通過濾波器を使用するか、或いはパワースイッチ３１を切り替えるたびに初期の信号を遮蔽することが可能である。図７及び図９に示す配置方法によって配置されるノイズ信号遮蔽回路３９は、図１３に示すようにパワースイッチ３１を切り替えるたびに遮蔽信号を生成することが可能であるため、電圧信号Ｖｓｗは遮蔽信号によって遮蔽された後、ノイズ信号遮蔽回路３９の出力として図１３中の３つ目の波形に示す信号となる。従って、比較器３３は初期のリンギングを切り替える際に誤判断を引き起こすという事態が発生しない。図８および図１０に示す回路は、ノイズ信号遮蔽回路３９が信号処理回路の後に配置されても、類似している方法によって遮蔽を行うことが可能であるため、ノイズ信号は回路の操作に影響を与えることがない。

以上の実施形態についての説明によって、本発明は次の二点で先行技術に優れたことが判明した。一つは、変圧器の巻線組の巻数比に対応し、出力電圧を柔軟に設定可能である。もう一つは、一つの外部の抵抗Ｒｓｅｔによってのみ設定を完成させることが可能である。

以上、比較的好ましい実施形態に基づいて本発明を説明した。上述したものは、本技術を熟知している人に本発明の内容を容易に理解させるための一例であるため、本発明の請求範囲を制限することができない。かつ本技術を熟知している人は、本発明の精神に基づいて効果が同等な変更を思い付くことが可能である。例えば、本発明はフォトフラッシュ充電器に限らず、変圧器を介して電圧変換を行う任意の電源供給器に適用することも可能である。また図に示すように、単独のブロックで表示される回路またはユニットは別の回路と統合するか、或いは単独の回路またはユニットに解体することが可能である。例えばスイッチ制御回路３５と比較器３３を単一回路に統合するか、設定回路３６１を感知回路３２の外部に独立させることが可能である。従って、本発明の概念および精神に基づいて効果が同等な変更または修正を行うことは本発明の請求範囲に属するべきである。

１０：変圧器、２０：制御回路、２１：パワースイッチ、２２：パワースイッチ、２３：比較器、２４：ワンショット回路、２５：スイッチ制御回路、３０：制御回路、３１：パワースイッチ、３２：感知回路、３３：比較器、３５：スイッチ制御回路、３６：第一信号処理回路、３６１：設定回路、３６２：第一電圧―電流変換回路、３６３：演算アンプ、３６４：トランジスタ、３６５：電流追随回路、３６６：電流ミラー、３７：第二信号処理回路（第二電圧―電流変換回路）、３８：信号処理回路、３９：ノイズ信号遮蔽回路、Ｃｉｎ：入力端コンデンサー、Ｃｏｕｔ：出力端コンデンサー、Ｉｓｅｔ：電流設定信号、設定信号、Ｉａ：電流、Ｉｂ：電流、Ｒｓｅｔ：設定抵抗、Ｒ１：抵抗、Ｒ２：抵抗、Ｒ３：抵抗、Ｒ４：抵抗、Ｖｉｎ：入力電圧、Ｖｏｕｔ：出力電圧、Ｖｒｅｆ：参考電圧、Ｖｓｅｔ：設定電圧、Ｖｓｗ：電圧信号

Claims (14)

1. 一次側巻線組および二次側巻線組を有する変圧器を介して入力端から出力端に出力電圧を供給する電源供給器を制御する電源供給器制御回路であって、
   前記一次側巻線組に電気的に接続されるパワースイッチと、
   前記パワースイッチを制御するスイッチ制御回路と、
   前記一次側巻線組の両側の電圧を、前記入力端の電圧から獲得される第一電流信号、および前記一次側巻線組の前記入力端と反対側の端部の電圧から獲得される第二電流信号に変換し、そののち前記第一電流信号、前記第二電流信号および電流設定信号を演算し比較して前記スイッチ制御回路を制御するための出力信号を生成し、前記スイッチ制御回路に供給する感知回路と、を備え、
   前記感知回路は、設定回路を有し、
   前記設定回路は、前記電流設定信号を設定し、前記電流設定信号によって前記変圧器の二次側対一次側巻線組の巻数比に対応した前記出力電圧が設定されるように、外部から基準信号として入力される参考信号に基づいて前記出力電圧を調整することを特徴とする電源供給器制御回路。
2. 前記感知回路は、電流比較器を有し、
   前記電流比較器は、前記第一電流信号および前記第二電流信号の差と前記電流設定信号とを比較し、そののち前記出力信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電源供給器制御回路。
3. 前記感知回路は、電流比較器を有し、
   前記電流比較器は、前記第一電流信号および前記電流設定信号の和と前記第二電流信号とを比較し、そののち前記出力信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の電源供給器制御回路。
4. 前記感知回路は、前記一次側巻線組の両側の電圧を前記第一電流信号および前記第二電流信号に変換する変換比が同じくｇｍであり、前記変圧器の二次側対一次側巻線組の巻数比がＮであり、前記出力電圧がＶｏｕｔであり、前記電流設定信号の値がＩｓｅｔであるとき、Ｖｏｕｔ＝（１／ｇｍ）＊Ｎ＊Ｉｓｅｔとなることを特徴とする請求項１に記載の電源供給器制御回路。
5. 前記設定回路は、電流追随回路および電流ミラーを有し、
   前記電流追随回路は、外部から入力される前記参考信号に基づいて電流設定信号を生成し、
   前記電流ミラーは、前記電流設定信号を複製、出力することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源供給器制御回路。
6. 外部から入力される前記参考信号は、一端が接地され他端が前記設定回路に接続される抵抗によって決められることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源供給器制御回路。
7. 前記感知回路は、ノイズ信号遮蔽回路を有し、
   前記ノイズ信号遮蔽回路は、前記パワースイッチを切り替える際に生じるノイズ信号を遮蔽することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電源供給器制御回路。
8. 一次側巻線組および二次側巻線組を有する変圧器を介して入力端から出力端に出力電圧を供給する電源供給器を配置するステップと、
   前記一次側巻線組に電気的に接続され、切り替え操作により前記出力電圧を調節するパワースイッチを配置するステップと、
   前記一次側巻線組の両側の電圧から得られる電圧信号に基づいて、前記入力端の電圧から獲得される第一信号、および前記一次側巻線組の前記入力端と反対側の端部の電圧から獲得される第二信号を生成するステップと、
   外部から基準信号として入力される参考信号に基づいて、設定信号を生成するステップと、
   前記第一信号、前記第二信号および前記設定信号を取得し、前記第一信号、前記第二信号および前記設定信号を演算し比較した比較結果に基づいて、前記パワースイッチを制御する信号を生成するステップと、
   外部から入力される前記参考信号に基づいて、前記変圧器の二次側対一次側巻線組の巻数比に対応して前記出力電圧を調整するステップと、
   を含むことを特徴とする電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法。
9. 前記設定信号は、電流信号であり、
   前記一次側巻線組の両側の電圧を感知して前記第一信号および前記第二信号を生成するステップは、感知して獲得した電圧信号を電流信号に変換することを含むことを特徴とする請求項８に記載の電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法。
10. 前記パワースイッチを制御する信号を生成するステップは、前記第一信号および前記設定信号の和と前記第二信号とを比較し、そののち比較結果に基づいて前記パワースイッチを制御する信号を生成することを含むことを特徴とする請求項９に記載の電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法。
11. 前記パワースイッチを制御する信号を生成するステップは、前記第一信号および前記第二信号の差と前記設定信号とを比較し、そののち比較結果に基づいて前記パワースイッチを制御する信号を生成することを含むことを特徴とする請求項９に記載の電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法。
12. 前記一次側巻線組の両側の電圧を前記第一信号および前記第二信号に変換する変換比が同じくｇｍであり、前記変圧器の二次側対一次側巻線組の巻数比がＮであり、前記出力電圧がＶｏｕｔであり、前記設定信号の値がＩｓｅｔであるとき、Ｖｏｕｔ＝（１／ｇｍ）＊Ｎ＊Ｉｓｅｔとなることを特徴とする請求項９に記載の電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法。
13. 前記設定信号は、一端が接地され他端が当該設定信号の入力側に接続される抵抗によって決められることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法。
14. 前記パワースイッチを切り替える際に生じるノイズ信号を遮蔽することを含むことを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一項に記載の電源供給器制御回路に用いる電圧感知方法。

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