JP5221100B2 - キャパシタ充電回路の制御回路、制御方法およびそれを用いたキャパシタ充電回路、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、キャパシタ充電回路に関し、特にキャパシタ充電回路の出力電圧の監視技術に関する。

入力電圧よりも高い電圧を生成するため、昇圧型のキャパシタ充電回路がさまざまな電子機器において広く用いられている。こうした昇圧型のキャパシタ充電回路は、スイッチングトランジスタと、インダクタあるいはトランスを備えており、スイッチングトランジスタ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。

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。スイッチングトランジスタをスイッチング動作させることによって、キャパシタ充電回路の出力電圧は上昇していく。
特開２００４−２０１４７４号公報 特開２００５−７３４８３号公報 特開２００７−１６５００２号公報 特開２００７−１６６７８６号公報

スイッチングレギュレータなどと異なり、キャパシタ充電回路は、スイッチングトランジスタをスイッチング動作させると、出力電圧が上昇し続ける。したがってキャパシタ充電回路はその出力電圧を監視して、ある目標値に達するとスイッチングを停止したり、あるしきい値に達すると過電圧保護を行う必要がある。

ここで、出力電圧を監視する際に、出力電圧を抵抗分圧などによって直接監視するのではなく、トランスに発生する電圧を利用して間接的に監視する場合について考察する。この場合監視対象となる電圧は、スイッチングトランジスタのオン、オフに同期して、出力電圧に応じた値と無関係な値を交互にとる。また、トランスを含む共振回路の影響によってリンギングするため、正確な電圧検出が困難である。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャパシタ充電回路の出力電圧に応じた間接的な電圧を、正確に検出するための技術の提供にある。

（１） 本発明のある態様は、キャパシタ充電回路のトランスの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のオンオフを制御する制御回路に関する。この制御回路は、キャパシタ充電回路の出力電圧を監視する出力電圧監視回路を備える。出力電圧監視回路は、スイッチングトランジスタのオフ期間において、トランスの１次コイルとスイッチングトランジスタの接続点の電圧をサンプルホールドする第１サンプルホールド回路と、第１サンプルホールド回路の出力を、所定の第１基準電圧と比較する第１監視コンパレータと、を含み、第１サンプルホールド回路の出力が第１基準電圧を超えると、所定の信号処理を実行する。

スイッチングトランジスタがオフの期間に、接続点には、出力電圧にトランスの巻線比を乗じた電圧が発生する。この電圧はリンギングするため、サンプルホールド回路を利用することにより電圧値を確定し、安定した電圧比較を行うことができる。さらに第１サンプルホールド回路の出力と第１基準電圧は時間的に変化しない安定した電圧であるため、コンパレータに高速性が要求されないという利点がある。

第１サンプルホールド回路は、スイッチングトランジスタがオフしてから所定の第１時間経過後に、サンプル期間を開始してもよい。
第１時間を適切に設定することにより、リンギングやノイズの影響を低減することができ、検出精度を高めることができる。

出力電圧監視回路は、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御するスイッチング信号を前記第１時間遅延させる第１遅延回路をさらに含んでもよい。第１サンプルホールド回路は、第１遅延回路の出力を利用してサンプル期間を開始してもよい。

出力電圧監視回路は、トランスの２次コイルの経路上に設けられた検出抵抗に生ずる電圧降下を、所定の第３基準電圧と比較する第３監視コンパレータをさらに含んでもよい。第１サンプルホールド回路は、電圧降下が第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了してもよい。
この場合、第３基準電圧を適切に選択することにより、サンプル期間を終了するタイミングをスイッチングトランジスタがオンする前に設定できる。

本発明のさらに別の態様の制御回路は、キャパシタ充電回路の出力電圧を監視する出力電圧監視回路を備える。出力電圧監視回路は、スイッチングトランジスタのオフ期間におけるトランスの２次コイルに設けられたタップの電圧をサンプルホールドする第２サンプルホールド回路と、第２サンプルホールド回路の出力を、所定の第２基準電圧と比較する第２監視コンパレータと、を含み、第２サンプルホールド回路の出力が第２基準電圧を超えると、所定の信号処理を実行する。

スイッチングトランジスタがオフの期間、タップには、出力電圧を分圧した電圧が発生する。この電圧はリンギングするため、サンプルホールド回路を利用することにより電圧値を確定し、安定した電圧比較を行うことができる。さらに第２サンプルホールド回路の出力と第２基準電圧は時間的に変化しない安定した電圧であるため、コンパレータに高速性が要求されないという利点がある。

第２サンプルホールド回路は、スイッチングトランジスタがオフしてから所定の第２時間経過後に、サンプル期間を開始してもよい。
第２時間を適切に設定することにより、リンギングやノイズの影響を低減することができ、検出精度を高めることができる。

出力電圧監視回路は、スイッチングトランジスタのオン、オフを制御するスイッチング信号を第２時間遅延させる第２遅延回路をさらに含んでもよい。第２サンプルホールド回路は、第２遅延回路の出力を利用してサンプル期間を開始してもよい。

出力電圧監視回路は、トランスの２次コイルの経路上に設けられた検出抵抗に生ずる電圧降下を、所定の第３基準電圧と比較する第３監視コンパレータをさらに含んでもよい。第２サンプルホールド回路は、電圧降下が第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了してもよい。
この場合、第３基準電圧を適切に選択することにより、サンプル期間を終了するタイミングをスイッチングトランジスタがオンする前に設定できる。

出力監視回路は、スイッチングトランジスタのオフ期間においてトランスの１次コイルとスイッチングトランジスタの接続点の電圧をサンプルホールドする第１サンプルホールド回路と、第１サンプルホールド回路の出力を、所定の第１基準電圧と比較する第１監視コンパレータと、をさらに含み、第１サンプルホールド回路の出力が第１基準電圧を超えると、所定の信号処理を行ってもよい。
この態様によると、１次側と２次側の両方の状態を利用して出力電圧を検出し、基準電圧と比較するため、いずれか一方の検出精度が悪化したり、いずれか一方が検出不能となった場合でも、所定の信号処理を実行できる。

第１基準電圧は、第２基準電圧よりも高くすることが望ましい。２次側の検出の方が直接的に出力電圧を監視するため、１次側よりも精度が高い。したがって第２基準電圧を低くしておき、１次側を補助的に利用することにより、確実に所定の信号処理を実行できる。

本発明のさらに別の態様は、キャパシタ充電回路のトランスの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のオンオフを制御する方法に関する。この方法は、スイッチングトランジスタのオフ期間において、トランスの１次コイルとスイッチングトランジスタの接続点の電圧をサンプルホールドするステップと、サンプルホールドされた接続点の電圧を、所定の第１基準電圧と比較するステップと、サンプルホールドされた接続点の電圧が第１基準電圧を超えると、スイッチングトランジスタのスイッチングを停止するステップと、を備える。

トランスの１次コイルとスイッチングトランジスタの接続点の電圧を、スイッチングトランジスタがオフしてから所定の第１時間経過後にサンプル期間を開始してもよい。

ある態様の方法は、トランスの２次コイルの経路上に設けられた検出抵抗に生ずる電圧降下を、所定の第３基準電圧と比較するステップをさらに備えてもよい。電圧降下が第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了してもよい。

本発明のさらに別の態様の方法は、スイッチングトランジスタのオフ期間におけるトランスの２次コイルに設けられたタップの電圧をサンプルホールドするステップと、サンプルホールドされたタップの電圧を、所定の第２基準電圧と比較するステップと、サンプルホールドされたタップの電圧が第２基準電圧を超えると、スイッチングトランジスタのスイッチングを停止するステップと、を備える。
タップの電圧を、スイッチングトランジスタがオフしてから所定の第２時間経過後にサンプル期間を開始してもよい。

ある態様の方法は、スイッチングトランジスタのオフ期間において、トランスの１次コイルとスイッチングトランジスタの接続点の電圧をサンプルホールドするステップと、サンプルホールドされた接続点の電圧を、所定の第１基準電圧と比較するステップと、サンプルホールドされた接続点の電圧が第１基準電圧を超えると、所定の信号処理を実行するステップと、をさらに備えてもよい。

第１基準電圧は、第２基準電圧より高くてもよい。

（２） 本発明のある態様も、キャパシタ充電回路のトランスの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のオンオフを制御する制御回路に関する。この制御回路は、キャパシタ充電回路の出力電圧を監視する出力電圧監視回路を備える。出力電圧監視回路は、トランスの１次コイル側に発生する電圧を利用して、キャパシタ充電回路の出力電圧を所定の第１基準電圧と比較する１次監視回路と、トランスの２次コイル側に発生する電圧を利用して、キャパシタ充電回路の出力電圧を所定の第２基準電圧と比較する２次監視回路と、を含み、１次、２次監視回路の比較結果にもとづいて所定の信号処理を実行する。

この態様によると、１次側と２次側の両方の状態を利用して出力電圧を検出し、基準電圧と比較するため、いずれか一方の検出精度が悪化したり、いずれか一方が検出不能となった場合でも、所定の信号処理を実行することができる。

出力電圧監視回路は、１次、２次監視回路の少なくとも一方によって、出力電圧がそれぞれの基準電圧を超えたと判定されたとき、スイッチングトランジスタのスイッチングを停止してもよい。

トランスの２次コイルにはタップが設けられており、２次監視回路は、スイッチングトランジスタのオフ期間におけるタップの電圧を第２基準電圧に応じた電圧と比較してもよい。
スイッチングトランジスタがオフの期間、タップには、出力電圧を分圧した電圧が発生する。この電圧を利用することにより、出力電圧を間接的に検出できる。

２次監視回路は、２次コイルのタップの電圧をサンプルホールドする第２サンプルホールド回路と、第２サンプルホールド回路の出力を、第２基準電圧に応じた電圧と比較する第２監視コンパレータと、を含んでもよい。
タップに発生する電圧はリンギングするため、サンプルホールド回路を利用することにより電圧値を確定し、安定した電圧比較を行うことができる。さらに第２サンプルホールド回路の出力と第２基準電圧は時間的に変化しない安定した電圧であるため、コンパレータに高速性が要求されないという利点がある。

第２サンプルホールド回路は、スイッチングトランジスタがオフしてから所定の第２時間経過後に、サンプル期間を開始してもよい。
第２時間を適切に設定することにより、リンギングやノイズの影響を低減することができ、出力電圧の検出精度を高めることができる。

出力電圧監視回路は、トランスの２次コイルの経路上に設けられた検出抵抗に生ずる電圧降下を、所定の第３基準電圧と比較する第３監視コンパレータをさらに含んでもよい。第２サンプルホールド回路は、電圧降下が第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了してもよい。
この場合、第３基準電圧を適切に選択することにより、サンプル期間を終了するタイミングをスイッチングトランジスタがオンする前に設定できる。

２次監視回路は、キャパシタ充電回路の出力電圧を抵抗分圧した電圧を、第２基準電圧に応じた電圧と比較してもよい。
出力電圧を抵抗分圧する場合、スイッチングトランジスタのオン、オフの状態にかかわらず出力電圧を検出できるため、出力電圧が基準電圧を超えると直ちに所定の信号処理を実行できる。

１次監視回路は、１次コイルとスイッチングトランジスタの接続点の電圧をサンプルホールドする第１サンプルホールド回路と、第１サンプルホールド回路の出力を、第１基準電圧に応じた電圧と比較する第１監視コンパレータと、を含んでもよい。
接続点に発生する電圧はリンギングするため、サンプルホールド回路を利用することにより電圧値を確定し、安定した電圧比較を行うことができる。さらに第１サンプルホールド回路の出力と第１基準電圧は時間的に変化しない安定した電圧であるため、コンパレータに高速性が要求されないという利点がある。

第１サンプルホールド回路は、スイッチングトランジスタがオフしてから所定の第１時間経過後に、１次コイルとスイッチングトランジスタの接続点の電圧をサンプルホールドしてもよい。
第１時間を適切に設定することにより、リンギングやノイズの影響を低減することができ、出力電圧の検出精度を高めることができる。

出力電圧監視回路は、トランスの２次コイルの経路上に設けられた検出抵抗に生ずる電圧降下を、所定の第３基準電圧と比較する第３監視コンパレータをさらに含んでもよい。第１サンプルホールド回路は、電圧降下が第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了してもよい。
この場合、第３基準電圧を適切に選択することにより、サンプル期間を終了するタイミングをスイッチングトランジスタがオンする前に設定できる。

第１基準電圧は、第２基準電圧よりも高くすることが望ましい。
２次側の検出の方が、直接的に出力電圧を監視するため、１次側よりも精度が高い。したがって第２基準電圧を低くしておき、１次側を補助的に利用することにより、確実に所定の信号処理を実行できる。

第２基準電圧は、充電対象のキャパシタの満充電状態に対応する電圧であり、第１基準電圧は、充電対象のキャパシタの過電圧状態に対応する電圧であってもよい。所定の信号処理は、スイッチングトランジスタのスイッチングの停止であってもよい。

本発明のさらに別の態様は、キャパシタ充電回路のトランスの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のオンオフを制御する方法に関する。この方法は、トランスの１次コイル側に発生する電圧を利用して、キャパシタ充電回路の出力電圧を所定の第１基準電圧と比較するステップと、トランスの２次コイル側に発生する電圧を利用して、キャパシタ充電回路の出力電圧を所定の第２基準電圧と比較するステップと、出力電圧が第１、第２基準電圧のいずれか一方を超えたとき、所定の信号処理を実行するステップと、を備える。

この態様によると、１次側と２次側の両方の状態を利用して出力電圧を検出し、基準電圧と比較するため、いずれか一方の検出精度が悪化したり、いずれか一方が検出不能となった場合でも、所定の信号処理を実行することができる。

本発明の別の態様は、キャパシタ充電回路である。このキャパシタ充電回路は、出力回路と、上述のいずれかの態様の制御回路と、を備える。出力回路は、トランスと、トランスの１次側に接続されたスイッチングトランジスタと、トランスの２次側に設けられた出力キャパシタを含み、スイッチングトランジスタのオンオフにより出力キャパシタを充電する。制御回路は、スイッチングトランジスタのオンオフを制御する。

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、上述のキャパシタ充電回路と、撮像部と、キャパシタ充電回路の出力電圧により駆動され、撮像部による撮像の際、フラッシュとして用いられる発光素子と、を備える。

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。

本発明によれば、キャパシタ充電回路の出力電圧を確実に監視できる。

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。

本明細書において、「部材Ａが部材Ｂに接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

また本明細書において、電圧信号、電流信号、あるいは抵抗、キャパシタに付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値、容量値を表すものとする。

図１は、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、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（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。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。

発光装置２００は、キャパシタ充電回路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。キャパシタ充電回路２１０は、自励式ＤＣ／ＤＣコンバータであって、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、発光装置２００の構成を示す回路図である。発光装置２００は、キャパシタ充電回路２１０、発光素子２１２、ＩＧＢＴ２１４ａを含む。キャパシタ充電回路２１０は電池電圧Ｖｂａｔを昇圧した出力電圧Ｖｏｕｔを発光素子２１２へと出力する。発光素子２１２と直列にＩＧＢＴ２１４ａが設けられる。ＩＧＢＴ２１４ａがオンすると発光素子２１２が発光する。

キャパシタ充電回路２１０は、制御回路１００および出力回路６０を備える。出力回路６０は、トランス１０、整流用ダイオード１２、出力キャパシタＣ１を含む。トランス１０の２次コイル１０ｂの一端には、整流用ダイオード１２のアノードが接続される。整流用ダイオード１２のカソードと接地端子間には出力キャパシタＣ１が設けられる。

トランス１０の１次コイル１０ａの一端には電池電圧Ｖｂａｔが印加され、その他端は制御回路１００の出力端子１０２と接続される。また２次コイル１０ｂの一端は２次側検出端子１０６と接続される。

トランス１０の２次コイル１０ｂにはタップ１０ｃが設けられる。タップ１０ｃは電圧検出端子１０４と接続される。

制御回路１００は、１次コイル１０ａの経路上に設けられたスイッチングトランジスタＴｒ１のオンオフを制御する。スイッチングトランジスタＴｒ１は制御回路１００の外部に、ディスクリート素子として設けられてもよい。

制御回路１００は、スイッチングトランジスタＴｒ１に加えて、第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２、第１電圧比較器２０、第２電圧比較器２２、スイッチング制御部２８、ドライバ６６、出力電圧監視回路９０、発光制御部２１４ｂを備える。

発光制御部２１４ｂは、発光制御信号ＳＩＧ２０を生成し、発光制御端子１０８に接続されるＩＧＢＴ２１４ａへと出力する。発光制御信号ＳＩＧ２０によって、発光素子２１２の発光が制御される。

第１抵抗Ｒ１は、１次コイル１０ａに流れる電流（１次電流Ｉｃ１）の経路上に設けられ、一端が接地されて電位が固定される。具体的には、第１抵抗Ｒ１はスイッチングトランジスタＴｒ１のエミッタと接地端子間に設けられる。

第１電圧比較器２０は、第１抵抗Ｒ１に生ずる電圧降下、すなわち第１検出電圧Ｖｘ１を、所定の第１しきい値電圧Ｖｔｈ１と比較する。比較結果を示す第１信号ＳＩＧ１は、Ｖｘ１＞Ｖｔｈ１のときハイレベル、Ｖｘ１＜Ｖｔｈ１のときローレベルとなる。第１電圧比較器２０によって、１次電流Ｉｃ１が、Ｖｔｈ１／Ｒ１で与えられる第１しきい値電流Ｉｔｈ１と比較される。

第２抵抗Ｒ２は、２次コイル１０ｂに流れる電流（２次電流Ｉｃ２）の経路上に設けられ、一端が接地されて電位が固定される。第２抵抗Ｒ２の他端は、２次側検出端子１０６を介して２次コイル１０ｂに接続される。第１抵抗Ｒ１、第２抵抗Ｒ２は、制御回路１００の外部に設けられてもよい。

第２電圧比較器２２は、第２抵抗Ｒ２に生ずる電圧降下、すなわち第２検出電圧Ｖｘ２を、所定の第２しきい値電圧Ｖｔｈ２と比較する。第２検出電圧Ｖｘ２は負電圧であるため、第２検出電圧Ｖｘ２を正方向にシフトした電圧をしきい値電圧と比較する。第２電圧比較器２２によって、２次電流Ｉｃ２が、第２しきい値電流Ｉｔｈ２と比較される。

第１信号ＳＩＧ１、第２信号ＳＩＧ２は、スイッチング制御部２８へと入力される。スイッチング制御部２８は、第１信号ＳＩＧ１、第２信号ＳＩＧ２に応じてレベルが遷移するスイッチング信号Ｖｓｗを生成する。

スイッチング制御部２８は、第１検出電圧Ｖｘ１が第１しきい値電圧Ｖｔｈ１を超えると、すなわち、トランス１０の１次コイルに流れる電流Ｉｃ１が第１しきい値電流Ｉｔｈ１に達すると、スイッチングトランジスタＴｒ１をオフする。またロジック部３０は、第２検出電圧Ｖｘ２が第２しきい値電圧Ｖｔｈ２を超えると、すなわち、トランス１０の２次コイルに流れる電流Ｉｃ２が第２しきい値電流Ｉｔｈ２≒０Ａまで減少するとスイッチングトランジスタＴｒ１をオンする。

スイッチング信号Ｖｓｗは、１次電流Ｉｃ１が第１しきい値電流Ｉｔｈ１に達すると第１レベル（ローレベル）、２次電流Ｉｃ２が第２しきい値電流Ｉｔｈ２まで低下すると第２レベル（ハイレベル）となる。ドライバ６６は、スイッチング信号Ｖｓｗに応じた信号Ｖｓｗ１にもとづいてスイッチングトランジスタＴｒ１のオン、オフを切りかえる。スイッチングトランジスタＴｒ１は、スイッチング信号Ｖｓｗ１がハイレベルのときオン、ローレベルのときオフとなる。

出力電圧監視回路９０は、出力電圧Ｖｏｕｔが所定の基準電圧を超えると、所定の信号処理を実行する。たとえば、出力電圧監視回路９０は、出力キャパシタＣ１の満充電状態を検出する満充電検出回路であり、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧を超えると、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。あるいは出力電圧監視回路９０は、出力キャパシタＣ１の過充電状態を検出する過充電検出回路であり、出力電圧Ｖｏｕｔが基準電圧を超えると、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。

出力電圧監視回路９０には、トランス１０の１次コイル１０ａ側に発生する第１監視電圧Ｖｍ１と、２次コイル１０ｂ側に発生する第２監視電圧Ｖｍ２が入力される。第１監視電圧Ｖｍ１および第２監視電圧Ｖｍ２は、いずれも出力電圧Ｖｏｕｔと相関を有する電圧である。

図３は、出力電圧監視回路９０の構成を示す回路図である。出力電圧監視回路９０は、１次監視回路９２、２次監視回路９４、信号処理部９６を備える。

１次監視回路９２は、トランス１０の１次コイル１０ａ側に発生する電圧Ｖｍ１を利用して、キャパシタ充電回路２１０の出力電圧Ｖｏｕｔを所定の第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較する。２次監視回路９４は、トランス１０の２次コイル１０ｂ側に発生する第２監視電圧Ｖｍ２を利用して、キャパシタ充電回路２１０の出力電圧Ｖｏｕｔを所定の第２基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較する。

信号処理部９６は、１次監視回路９２、２次監視回路９４の比較結果にもとづいて所定の信号処理を実行する。所定の信号処理は任意であるが、以下の説明では、信号処理部９６は、満充電時、あるいは過充電時の処理を実行するものとする。信号処理部９６は、１次監視回路９２、２次監視回路９４の少なくとも一方によって、出力電圧Ｖｏｕｔがそれぞれの基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２を超えたと判定されたとき、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。

このように、出力電圧に応じた所定の信号処理を行う際に、トランス１０の１次側と２次側を２重に検出することにより、いずれか一方の検出精度が悪化したり、いずれか一方が検出不能となった場合でも、所定の信号処理を実行することができる。

第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも高いことが望ましい。たとえば、第２基準電圧Ｖｒｅｆ２は、充電対象の出力キャパシタＣ１の満充電状態に対応する電圧（３００Ｖ）であり、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１は、充電対象の出力キャパシタＣ１の過電圧状態（３３０Ｖ）に対応する電圧であってもよい。２次側の方が出力キャパシタＣ１に近いため、検出精度が高い場合が多い。したがって２次側の基準電圧Ｖｒｅｆ２を低く設定し、１次側を補助的に用いることにより、確実に信号処理を行うことができる。

以下、出力電圧監視回路９０による具体的な出力電圧Ｖｏｕｔの監視について説明する。
トランス１０の２次コイル１０ｂにはタップ１０ｃが設けられている。２次監視回路９４は、スイッチングトランジスタＴｒ１のオフ期間において、タップ１０ｃの電圧（以下、タップ電圧ともいう）Ｖｍ２を第２基準電圧Ｖｒｅｆ２に応じた電圧Ｖｒ２（以下、Ｖｒ２を第２基準電圧という）と比較する。タップ１０ｃには、タップ１０ｃで内分されるコイルの巻線比に比例した電圧が発生する。たとえばタップ１０ｃを巻線比が９：１になる位置に設けた場合、タップ電圧Ｖｍ２は、出力電圧Ｖｏｕｔの１／１０となる。

タップ電圧Ｖｍ２は２次コイル１０ｂに充電電流が流れるとき、すなわちスイッチングトランジスタＴｒ１のオフ期間に、出力電圧Ｖｏｕｔに応じた値をとる。さらにタップ電圧Ｖｍ２は、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチングによってリンギングする。そこで、２次監視回路９４は、サンプルホールド回路を利用することにより電圧値を確定し、安定した電圧比較を行う。

２次監視回路９４は、第２サンプルホールド回路ＳＨ２、第２監視コンパレータＣＭＰ２、第２遅延回路ＤＬＹ２を含む。
第２サンプルホールド回路ＳＨ２は、タップ電圧Ｖｍ２をサンプルホールドする。第２監視コンパレータＣＭＰ２は、第２サンプルホールド回路ＳＨ２の出力を、第２基準電圧Ｖｒ２と比較する。タップ電圧Ｖｍ２が高い場合、第２監視コンパレータＣＭＰ２はタップ電圧Ｖｍ２を分圧し、第２基準電圧Ｖｒ２と比較してもよい。

この構成では、第２サンプルホールド回路ＳＨ２の出力と第２基準電圧Ｖｒ２は時間的に変化しない安定した電圧であるため、第２監視コンパレータＣＭＰ２に高速性が要求されないという利点がある。

つぎに、第２サンプルホールド回路ＳＨ２によるサンプルホールド動作を説明する。
第２サンプルホールド回路ＳＨ２は、スイッチングトランジスタＴｒ１がオフしてから所定の第２時間Δｔ２経過後に、サンプル期間を開始する。第２遅延回路ＤＬＹ２は、スイッチングトランジスタＴｒ１のオン、オフを制御するスイッチング信号Ｖｓｗを第２時間Δｔ２遅延させる。第２サンプルホールド回路ＳＨ２は、第２遅延回路ＤＬＹ２の出力を利用してサンプル期間を開始する。

スイッチングトランジスタＴｒ１がオフした直後は、タップ電圧Ｖｍ２がリンギングによって不安定な値をとる。そこで、第２時間Δｔ２経過後にリンギングが収まったタイミングでサンプル動作を行うことにより、出力電圧Ｖｏｕｔの検出精度を高めることができる。

トランス１０の２次コイル１０ｂの経路上には検出抵抗Ｒ３が設けられ、検出抵抗Ｒ３に２次電流Ｉｃ２に比例した電圧降下Ｖｘ３が発生する。第３監視コンパレータＣＭＰ３は、電圧降下Ｖｘ３を所定の第３基準電圧Ｖｒ３と比較する。第３基準電圧Ｖｒ３は、０Ｖに近い負の値に設定する。第２サンプルホールド回路ＳＨ２は、第３監視コンパレータＣＭＰ３の出力を参照し、電圧降下Ｖｘ３が第３基準電圧Ｖｒ３に達すると、サンプル期間を終了する。第３基準電圧Ｖｒ３を適切に選択することにより、サンプル期間を終了するタイミングをスイッチングトランジスタＴｒ１がオンする前に設定できる。以上が２次監視回路９４の構成である。

次に１次監視回路９２について説明する。
１次監視回路９２は、第１監視コンパレータＣＭＰ１、第１サンプルホールド回路ＳＨ１、第１遅延回路ＤＬＹ１を含む。
第１サンプルホールド回路ＳＨ１は、１次コイル１０ａとスイッチングトランジスタＴｒ１の接続点の第１監視電圧Ｖｍ１をサンプルホールドする。第１監視コンパレータＣＭＰ１は、第１サンプルホールド回路ＳＨ１の出力を、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１に応じた電圧Ｖｒ１（以下、Ｖｒ１を第１基準電圧という）と比較する。第１監視電圧Ｖｍ１が高い場合、第１監視コンパレータＣＭＰ１は第１監視電圧Ｖｍ１を分圧し、第１基準電圧Ｖｒ１と比較してもよい。なお、第１サンプルホールド回路ＳＨ１は公知の回路を利用すればよい。

もし、サンプルホールド回路を設けずに、第１監視コンパレータＣＭＰ１の所定の期間だけ第１監視電圧Ｖｍ１を監視させる場合、第１監視コンパレータＣＭＰ１のオン、オフを高速に切りかえる必要があり回路設計が困難となる。
これに対して本実施の形態では、第１サンプルホールド回路ＳＨ１の出力と第１基準電圧Ｖｒ１は時間的に変化しない安定した電圧であるため、第１監視コンパレータＣＭＰ１に高速性が要求されないという利点がある。

つぎに、第１サンプルホールド回路ＳＨ１によるサンプルホールド動作を説明する。
第１サンプルホールド回路ＳＨ１は、スイッチングトランジスタＴｒ１がオフしてから所定の第１時間Δｔ１経過後に、サンプル期間を開始する。第１遅延回路ＤＬＹ１は、スイッチング信号Ｖｓｗを第１時間Δｔ１遅延させる。第１サンプルホールド回路ＳＨ１は、第１遅延回路ＤＬＹ１の出力を利用してサンプル期間を開始する。

スイッチングトランジスタＴｒ１がオフした直後は、第１監視電圧Ｖｍ１がリンギングによって不安定な値をとる。そこで、第１時間Δｔ１経過後にリンギングが収まったタイミングでサンプル動作を行うことにより、出力電圧Ｖｏｕｔの検出精度を高めることができる。
なお、第１遅延時間Δｔ１と、第２遅延時間Δｔ２は、個別に調節可能であることが望ましい。電圧Ｖｍ１とＶｍ２では、リンギングの持続時間が異なるからである。

第１サンプルホールド回路ＳＨ１は、第３監視コンパレータＣＭＰ３の出力を参照し、電圧降下Ｖｘ３が第３基準電圧Ｖｒ３に達すると、サンプル期間を終了する。この動作は、２次側と同様である。

以上のように構成された制御回路１００の動作を説明する。図４は、図３の制御回路１００の動作を示すタイムチャートである。
スイッチング信号Ｖｓｗがハイレベルからローレベルに遷移し、スイッチングトランジスタＴｒ１がオフする。スイッチング信号Ｖｓｗのネガティブエッジが、第１遅延回路ＤＬＹ１によって第１時間Δｔ１遅延され、第１サンプルホールド回路ＳＨ１のサンプル期間が開始する。その後、検出抵抗Ｒ３に生ずる電圧降下Ｖｘ３が第３基準電圧Ｖｒ３に達すると、サンプル期間が終了する。このサンプリング動作によって、第１サンプルホールド回路ＳＨ１の出力の電圧レベルは、出力電圧Ｖｏｕｔに比例した第１監視電圧Ｖｍ１に近づく。スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチングを繰り返すごとに、出力電圧Ｖｏｕｔは上昇し、それに応じて第１監視電圧Ｖｍ１も上昇していく。あるタイミングで、第１サンプルホールド回路ＳＨ１の出力が、第１基準電圧Ｖｒ１に達すると、スイッチングトランジスタＴｒ１のスイッチング動作が停止する

１次側と平行して２次側においても同様の動作が行われる。スイッチング信号Ｖｓｗのネガティブエッジが第２遅延回路ＤＬＹ２によって第２時間Δｔ２遅延され、第２サンプルホールド回路ＳＨ２のサンプル期間が開始する。その後、検出抵抗Ｒ３に生ずる電圧降下Ｖｘ３が第３基準電圧Ｖｒ３に達するとサンプル期間が終了する。つまり、図４のタイムチャートにおいて、第１サンプルホールド回路ＳＨ１、第２サンプルホールド回路ＳＨ２のサンプリング期間は、終了タイミングが同一に設定される。一方、サンプル期間の開始タイミングに対応する第１時間Δｔ１、第２時間Δｔ２は、電圧Ｖｍ１、Ｖｍ２それぞれのリンギング時間を考慮して設定できる。

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。

実施の形態に係る制御回路１００の特徴のひとつは、トランス１０の１次側、２次側の電圧を監視することによる出力電圧の２重検出である。この観点からみると、以下の変形例（ａ）、（ｂ）も本発明に含まれる。

（ａ） 図２の回路では、２次監視回路９４は、トランス１０の２次側のタップ１０ｃの電圧をモニタしたが、これに替えて、キャパシタ充電回路２１０の出力電圧Ｖｏｕｔを抵抗分圧した電圧を、第２基準電圧Ｖｒ２と比較してもよい。この場合、分圧された電圧は常に出力電圧Ｖｏｕｔに比例した値をとるため、サンプルホールド回路が不要となる。

（ｂ） また、第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を第２基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低く設定してもよい。

実施の形態に係る制御回路１００の別の特徴は、トランス１０の１次側あるいは２次側に発生する電圧であって、間欠的に出力電圧Ｖｏｕｔと相関する値をとる電圧値を、サンプルホールドし、これをしきい値電圧と比較する点にある。この観点からみると、以下の変形例（ｃ）、（ｄ）も本発明に含まれる。

（ｃ） 図３の回路では、１次監視回路９２と２次監視回路９４によって１次側、２次側の状態を２重検出しているが、一方のみを監視してもよい。あるいは、２次側を出力電圧Ｖｏｕｔの抵抗分圧によって監視する場合、２次側の第２サンプルホールド回路ＳＨ２を省略してもよい。

（ｄ） 第３監視コンパレータＣＭＰ３を第２電圧比較器２２と共有し、さらに検出抵抗Ｒ３を第２抵抗Ｒ２と共有してもよい。第２抵抗Ｒ２、検出抵抗Ｒ３はいずれも、２次コイル１０ｂに流れる２次電流Ｉｃ２の経路上に設けられており、第３監視コンパレータＣＭＰ３、第２電圧比較器２２は、その抵抗の電圧降下をしきい値電圧と比較する点で、機能が共通している。したがってこれらの抵抗、コンパレータを共有することにより、回路面積を削減できる。

なお、出力電圧の監視技術は、自励式、他励式を問わずに適用可能である。

実施の形態において、キャパシタ充電回路２１０は、発光素子２１２を駆動する場合を説明したが、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。

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。 発光装置の構成を示す回路図である。 出力電圧監視回路の構成を示す回路図である。 図３の制御回路の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

２０…第１電圧比較器、２２…第２電圧比較器、２８…スイッチング制御部、３０…ロジック部、６０…出力回路、６６…ドライバ、９０…出力電圧監視回路、９２…１次監視回路、９４…２次監視回路、９６…信号処理部、ＣＭＰ１…第１監視コンパレータ、ＣＭＰ２…第２監視コンパレータ、ＣＭＰ３…第３監視コンパレータ、Ｒ３…検出抵抗、ＳＨ１…第１サンプルホールド回路、ＳＨ２…第２サンプルホールド回路、ＤＬＹ１…第１遅延回路、ＤＬＹ２…第２遅延回路、３００…電子機器、３１０…電池、３１２…通信処理部、３１４…ＤＳＰ、３１６…撮像部、２００…発光装置、２１０…キャパシタ充電回路、２１２…発光素子、２１４…トリガ回路、１００…制御回路、１０２…出力端子、１０４…電圧検出端子、１０６…２次側検出端子、１０８…発光制御端子、Ｔｒ１…スイッチングトランジスタ、１０…トランス、１０ａ…１次コイル、１０ｂ…２次コイル、１０ｃ…タップ、１２…整流用ダイオード、Ｃ１…出力キャパシタ、２１４ａ…ＩＧＢＴ、２１４ｂ…発光制御部、Ｒ１…第１抵抗、Ｒ２…第２抵抗、Ｉｃ１…１次電流、Ｉｃ２…２次電流。

Claims (13)

1. キャパシタ充電回路のトランスの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のオンオフを制御する制御回路であって、
   前記キャパシタ充電回路の出力電圧を監視する出力電圧監視回路を備え、
   前記出力電圧監視回路は、
   前記スイッチングトランジスタのオフ期間において、前記トランスの１次コイルと前記スイッチングトランジスタの接続点の電圧をサンプルホールドする第１サンプルホールド回路と、
   前記第１サンプルホールド回路の出力を、所定の第１基準電圧と比較する第１監視コンパレータと、
   前記トランスの２次コイルの経路上に設けられた検出抵抗に生ずる電圧降下を、所定の第３基準電圧と比較する第３監視コンパレータと、
   を含み、前記第１サンプルホールド回路の出力が前記第１基準電圧を超えると、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止し、
   前記第１サンプルホールド回路は、前記電圧降下が前記第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了することを特徴とする制御回路。
2. 前記出力電圧監視回路は、
   前記スイッチングトランジスタのオフ期間における前記トランスの２次コイルに設けられたタップの電圧をサンプルホールドする第２サンプルホールド回路と、
   前記第２サンプルホールド回路の出力を、所定の第２基準電圧と比較する第２監視コンパレータと、
   をさらに含み、前記第２サンプルホールド回路の出力が前記第２基準電圧を超えると、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止することを特徴とする請求項１に記載の制御回路。
3. 前記第２サンプルホールド回路は、前記スイッチングトランジスタがオフしてから所定の第２時間経過後に、サンプル期間を開始することを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
4. 前記出力電圧監視回路は、前記スイッチングトランジスタのオン、オフを制御するスイッチング信号を前記第２時間遅延させる第２遅延回路をさらに含み、
   前記第２サンプルホールド回路は、前記第２遅延回路の出力を利用してサンプル期間を開始することを特徴とする請求項３に記載の制御回路。
5. 前記第２サンプルホールド回路は、前記電圧降下が前記第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了することを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
6. 前記第１基準電圧は、前記第２基準電圧より高いことを特徴とする請求項２に記載の制御回路。
7. トランスと、前記トランスの１次側に接続されたスイッチングトランジスタと、前記トランスの２次側に設けられた出力キャパシタを含み、前記スイッチングトランジスタのオンオフにより前記出力キャパシタを充電する出力回路と、
   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回路。
8. 請求項７に記載のキャパシタ充電回路と、
   撮像部と、
   前記キャパシタ充電回路の出力電圧により駆動され、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発光素子と、
   を備えることを特徴とする電子機器。
9. キャパシタ充電回路のトランスの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のオンオフを制御する方法であって、
   前記スイッチングトランジスタのオフ期間において、前記トランスの１次コイルと前記スイッチングトランジスタの接続点の電圧をサンプルホールドするステップと、
   サンプルホールドされた前記接続点の電圧を、所定の第１基準電圧と比較するステップと、
   前記トランスの２次コイルの経路上に設けられた検出抵抗に生ずる電圧降下を、所定の第３基準電圧と比較するステップと、
   サンプルホールドされた前記接続点の電圧が前記第１基準電圧を超えると、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止するステップと、
   を備え、
   前記電圧降下が前記第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了することを特徴とする方法。
10. 前記スイッチングトランジスタのオフ期間における前記トランスの２次コイルに設けられたタップの電圧をサンプルホールドするステップと、
    サンプルホールドされた前記タップの電圧を、所定の第２基準電圧と比較するステップと、
    サンプルホールドされた前記タップの電圧が前記第２基準電圧を超えると、前記スイッチングトランジスタのスイッチングを停止するステップと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記タップの電圧を、前記スイッチングトランジスタがオフしてから所定の第２時間経過後にサンプル期間を開始することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記電圧降下が前記第３基準電圧に達すると、サンプル期間を終了するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
13. 前記第１基準電圧は、前記第２基準電圧より高いことを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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