JP2007068368A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 特異な条件下においても充電のためのスイッチング動作を安定確実に継続し、信頼性の高い充電動作を行うこと。
【解決手段】トランス１０の一次側にはバッテリ１２、スイッチング素子１４および電流検出用の抵抗１６が設けられ、トランス１０の二次側には整流用のダイオード１８および電力蓄積用のコンデンサ２０が設けられる。正常時は、スイッチング素子１４のオン・オフが両コンパレータ２８，３０の出力信号Ｕ₁，Ｕ₂に応じて繰り返される。しかし、何らかの原因によりスイッチング素子１４が所定時間以上オンもしくはオフし続けたときは、制御ロジック４２内のロジック部（特にタイマ４６）の補助シーケンスによりスイッチング素子１４の状態を強制的に反転させる。

【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電源の出力電圧をＤＣ−ＤＣ変換して電力蓄積用のコンデンサを充電する回路に係り、特にトランスを用いる絶縁形の充電回路に関する。

この種の充電回路の代表的なものとして、フォトフラッシュ用のランプを点灯させるためのコンデンサを充電するフォトフラッシュ充電回路がある。図７に、従来のフォトフラッシュ充電回路の回路構成を示す。

このフォトフラッシュ充電回路において、トランス１０の一次側にはバッテリ１２、スイッチング素子１４および電流検出用の抵抗１６が直列に接続され、トランス１０の二次側には整流用のダイオード１８および電力蓄積用のコンデンサ２０が直列に接続される。二次側でコンデンサ２０に接続されるフォトフラッシュ用のランプ２２は、たとえばキセノンフラッシュランプからなり、定常時は絶縁状態を保ち、写真撮影の際にトリガ電極２３にトリガ回路（図示せず）からの高電圧が印加されることによって瞬間的に放電（導通）する。ランプ２２が放電すると、コンデンサ２０に蓄えられていた電力がランプ２２に流れて、ランプ内のキセノンガスが発光するようになっている。

トランス１０の一次側では、一次コイル２４の一方の端子２４ａと基準電位たとえばグランド電位との間にバッテリ１２が接続され、一次コイル２４の他方の端子２４ｂとグランド電位との間にスイッチング素子１４と抵抗１６とが直列に接続されている。スイッチング素子１４がオン状態になっている間は、一次側の閉ループ内で電流（一次電流）Ｉ_SWが流れ、一次コイル２４に電磁エネルギーが蓄えられる。そして、スイッチング素子１４がオン状態からオフ状態に切り換わると、それまで流れていた一次電流Ｉ_SWが遮断され、それと同時に一次コイル２４に蓄えられていた電磁エネルギーが電磁誘導を通じて二次コイル２６に伝えられ、二次側回路でダイオード１８の順方向に電流（二次電流）Ｉ_outが流れ、この二次電流Ｉ_outによってコンデンサ２０が充電される。スイッチング素子１４のオン・オフを繰り返すことによって、コンデンサ２０の充電電圧Ｖ_outを段階的に上げることができる。

このフォトフラッシュ充電回路の一次側には、スイッチング素子１４をオン状態からオフ状態に切り換えるタイミングを得るためにコンパレータ２８が設けられるとともに、スイッチング素子１４をオフ状態からオン状態に切り換えるタイミングを得るためにコンパレータ３０が設けられている。

コンパレータ２８の両入力端子（＋）、（−）には抵抗１６の両端子が接続される。より詳細には、抵抗１６の正極側端子がコンパレータ２８の正極側入力端子（＋）に直接接続され、抵抗１６の負極側端子がグランドおよび基準電圧源３２を介してコンパレータ２８の負極側入力端子（−）に接続されている。抵抗１６の抵抗値をＲ₁₆とすると、その電圧降下Ｖ₁₆はＶ₁₆＝Ｉ_SW・Ｒ₁₆である。基準電圧源３２の電圧をＶ_F1（一定値）とすると、Ｖ₁₆＜Ｖ_F1のときはコンパレータ２８の出力信号Ｕ₁がＬレベルであり、Ｖ₁₆≧Ｖ_F1になるとコンパレータ２８の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わる。コンパレータ２８の出力端子はＲＳフリップフロップからなるＲＳラッチ回路３４のリセット入力端子（Ｒ）に接続されており、ＲＳラッチ回路３４の出力端子（Ｑ）はスイッチング素子１４の制御端子に接続されている。コンパレータ２８の出力信号Ｕ₁がＬレベルからＨレベルに変わると、その立ち上がりエッジでＲＳラッチ回路３４がリセットされ、ＲＳラッチ回路３４の出力信号つまりスイッチング制御信号Ｃ_SWがそれまでのＨレベルからＬレベルに切り換わり、これによってスイッチング素子１４がそれまでのオン状態からオフ状態に切り換わるようになっている。

コンパレータ３０の両入力端子（＋）、（−）には一次コイル２４の両端子２４ａ，２４ｂが接続されている。より詳細には、一次コイル２４の一方（バッテリ１２側）の端子２４ａがコンパレータ３０の正極側入力端子（＋）に直接接続され、一次コイル２４の他方（スイッチング素子１４側）の端子２４ｂが基準電圧源３６を介してコンパレータ３０の負極側入力端子（−）に接続されている。一次側回路で一次電流Ｉ_SWが流れている間は、一次コイル２４の端子２４ａ側の電圧（バッテリ１２の出力電圧Ｖ_BAT）が一次コイル２４の端子２４ｂ側の電圧（スイッチング素子１４の端子電圧Ｖ_SW）よりも低くはないため、コンパレータ３０の出力信号Ｕ₂はＨレベルになっている。スイッチング素子１４がオン状態からオフ状態に切り換わって、一次電流Ｉ_SWが瞬時に止まると、電磁誘導により一次コイル２４の両端子間に端子２４ｂを正極側、端子２４ａを負極側とする誘導起電力が発生し、二次コイル２４にも一次側の誘導起電力に巻線比を乗じた値の誘導起電力または二次電圧Ｖ_Aが発生する。ここで、トランス１０の相互インダタンスは負で、一次コイル２４と二次コイル２４の極性が逆になっている。すなわち、一次コイル２４の端子２４ａと同じ極性である二次コイル２６の端子２６ａがグランドに接続され、一次コイル２４の端子２４ｂと同じ極性である二次コイル２６の端子２６ｂがダイオード１８のアノード端子に接続されている。したがって、二次コイル２４の両端子間に生じる誘導起電力ないし二次電圧Ｖ_Aは、端子２６ｂを正極側とし、端子２６ａを負極側とするものであるから、ダイオード１８に順方向のバイアスとなり、二次側回路内で二次電流Ｉ_outが流れて、コンデンサ２２が充電される。

一方、一次コイル２４の両端子間に上記のような端子２４ｂを正極側、端子２４ａを負極側とする誘導起電力が発生することで、コンパレータ３０の出力信号Ｕ₂がＨレベルからＬレベルに変わる。コンパレータ３０の出力端子はワンショット回路３８の入力端子に接続され、ワンショット回路３８の出力端子はＲＳラッチ回路３４のセット入力端子（Ｓ）に接続されている。コンパレータ出力信号Ｕ₂のＨレベルからＬレベルへの立ち下がりにワンショット回路３８は応動しない。上記のように二次側回路で二次電流Ｉ_outが流れると、トランス１０の電磁エネルギーが二次電流Ｉ_outに変換されて次第に減少し、二次電圧Ｖ_Aが漸次的に低下し、二次電圧Ｖ_Aと比例して一次コイル２４の両端子間電圧も漸次的に低下する。

そして、一次コイル２４の両端子間電圧から基準電圧源３６の電圧Ｖ_F2（一定値）を減じた値が負になると、つまりスイッチ端子電圧Ｖ_SWがバッテリ１２の出力電圧Ｖ_BATに基準電圧源３６の電圧Ｖ_F2を加えた値（Ｖ_BAT＋Ｖ_F2）よりも低くなると、その時点でコンパレータ３０の出力信号Ｕ₂がＬレベルからＨレベルに変わり、その立ち上がりに応動してワンショット回路３８より一定パルス幅の正パルスＧが出力され、ＲＳラッチ回路３４のセット入力端子（Ｓ）にセット信号が入る。これにより、ＲＳラッチ回路３４の出力信号つまりスイッチング制御信号Ｃ_SWがそれまでのＬレベルからＨレベルに切り換わり、これによってスイッチング素子１４がそれまでのオフ状態からオン状態に切り換わるようになっている。以後も、上記のような一連の動作および制御が繰り返されることによってスイッチング素子１４のオン・オフが繰り返され、コンデンサ２０の充電電圧Ｖ_outが設定値に向かって段階的ないし漸次的に増大する。

図８に、上記フォトフラッシュ充電回路（図７）の動作を各部の信号波形によって示す。図中、時点ｔ₁，ｔ₃でスイッチング素子１４がオン状態からオフ状態に切り換わり、時点ｔ₂，ｔ₄でスイッチング素子１４がオフ状態からオン状態に切り換わる。図示のように、コンデンサ２０の充電電圧Ｖ_outが上昇するにつれて、スイッチング・オフ直後に二次側に誘起される二次電圧Ｖ_Aの電圧レベルが上昇し、二次電流Ｉ_outの減少勾配が大きくなる（別な見方をすれば、二次電流Ｉ_outの流れる期間が短くなる。）。コンデンサ充電電圧Ｖ_outが設定値に達したときは、二次電圧Ｖ_Aが所定値に達する。図７の充電完了検出回路４０は、二次電圧Ｖ_Aと相関性を有する一次側の誘導起電力が設定値に達した時にコンデンサ２０の充電が完了したものと判定し、充電動作を止めるためにスイッチング素子１４をオフにする。そして、次回の充電動作を開始するまでスイッチング素子１４のオフ状態を保持する。

図９に、上記フォトフラッシュ充電回路（図７）における状態遷移およびその条件を示す。スイッチング素子１４がオンでバッテリ１２から供給される電力が電磁エネルギーの形態でトランス１０に蓄えられるモードＡと、スイッチング素子１４がオフでトランス１０の電磁エネルギーが二次電流Ｉ_outに変換され、ひいてはコンデンサ２０の充電（静電）エネルギーに変換されるモードＢとが交互に繰り返される。モードＡからモードＢへ遷移するのは一次電流Ｉ_SWが所定値以上に増大したことをコンパレータ２８が検出したときであり、モードＢからモードＡへ遷移するのは一次コイル２４の両端子電圧が基準値Ｖ_F2以下に低下したことをコンパレータ３０が検出したときである。

しかしながら、上記のような従来の充電回路は、以下に示すような特異な場合においてスイッチング素子１４がオンまたはオフし続けるという不具合が発生し、充電動作が実質的に停止してしまうことがあった。

(i) バッテリ１２の給電容量が減少して空に近い状態になると、図１０に示すように、スイッチング素子１４がオン状態に切り換わって流れ始める一次電流Ｉ_SWがなかなか増大せず、しきい値（Ｖ_F1／Ｒ₁₆）に達するまで相当の長時間を要し、スイッチング素子１４がオンし続ける。この間、トランス１０の電磁エネルギーを二次電流Ｉ_outに変換する動作を行えず、実質的に充電が停止した状態になる。

(ii) 二次側で短絡等の原因によりコンデンサ２０の充電電圧Ｖ_outが異常に低くなっているとき、あるいは負になっているときは、図１１に示すように、スイッチング素子１４がオンからオフに切り換わった直後に電磁誘導によって発生する二次側の誘導起電力ないし二次電圧Ｖ_Aがわずかなものとなり、これが一次側に反映し、一次側の誘導起電力も小さなものとなる。この場合、一次側のスイッチ端子電圧Ｖ_SWがしきい値（Ｖ_BAT＋Ｖ_F2）を越えないと、コンパレータ３０の出力論理がホールドされたままとなり、スイッチング素子１４を再びオンにする信号を発生することができず、つまり次の充電サイクルに移行できず、実質的に充電が停止した状態になる。

(iii) 静電気や電磁波等の外的な原因により、コンパレータ２８，３０や制御ロジック３５（ＲＳラッチ回路３４，ワンショット回路３８）で誤動作が発生すると、スイッチング素子１４がオン状態もしくはオフ状態のいずれかでフリーズ（凍結）することがあり、この場合も充電停止状態となる。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、特異な条件下においても充電のためのスイッチング動作を安定確実に継続し、信頼性の高い充電動作を行えるようにした充電回路を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の充電回路は、トランスの一次側で直流電源の出力電圧をスイッチング動作によって交流に変換し、前記トランスの二次側で前記交流を整流して電力蓄積用のコンデンサを充電する充電回路であって、 前記トランスの一次側回路に設けられたスイッチング素子と、前記一次側回路を流れる一次電流を監視し、前記一次電流の電流値が第１の基準値以上に増大した時点で前記スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り換える第１の切換回路と、前記トランスの一次コイルまたは二次コイルの端子間電圧を監視し、前記コイルの端子間電圧が第２の基準値以下に低下した時点で前記スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り換える第２の切換回路と、前記スイッチング素子がオン状態に切り換わった時点から第１の時間を計時し、前記第１の時間が経過しても前記スイッチング素子がオフ状態に切り換わっていないときに前記スイッチング素子を強制的にオン状態からオフ状態に切り換える第３の切換回路と、前記スイッチング素子がオフ状態に切り換わった時点から第２の時間を計時し、前記第２の時間が経過しても前記スイッチング素子がオン状態に切り換わっていないときに前記スイッチング素子を強制的にオフ状態からオン状態に切り換える第４の切換回路とを有する。

上記の構成においては、スイッチング素子がオン状態になると、トランスの一次側回路で一次電流が流れる。二次側回路で二次電流は流れない。一次電流によってトランスに電磁エネルギーが蓄えられる。一次電流の電流値が一定時間つまり第１の時間内に第１の基準値以上に増大したときは、その時点で第１の切換回路によりスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換えられる。しかし、第１の時間が経過しても一次電流の電流値がまだ第１の基準値に達しないときは、第１の切換回路に替わって第３の切換回路によりスイッチング素子が強制的にオン状態からオフ状態に切り換えられる。

また、スイッチング素子がオフ状態になると、一次電流が止まり、電磁誘導によりトランスの二次側回路で正極性の二次電圧が発生し、二次電流が流れて、コンデンサが充電される。十分大きな二次電圧が誘起され、一定時間つまり第２の時間内にトランスの一次コイルまたは二次コイルの端子間電圧が第２の基準値以下に低下すると、その時点で第２の切換回路によりスイッチング素子がオフ状態からオン状態に切り換えられる。しかし、誘起される二次電圧が小さく、第２の時間が経過してもトランスの一次コイルまたは二次コイルの端子間電圧が第２の基準値を割らないときは、第２の切換回路に替わって第４の切換回路によりスイッチング素子が強制的にオン状態からオフ状態に切り換えられる。

第１および第２の切換回路による状態遷移のタイミングは一次側回路または二次側回路内の各部の状態に依存して不定であるのに対して、第３および第４の切換回路による状態遷移のタイミングは一条件（スイッチング素子がオン態でもしくはオフ状態であること）が継続している限り絶対確実に定時に到来する。これにより、スイッチング素子が長時間または半永久的にオンもしくはオフし続けることはなく、充電動作の不所望な停止を回避することができる。

本発明の好ましい一態様によれば、第１の切換回路が、一次電流の電流値を監視するために、一次側回路に設けられた抵抗と、一方の入力端子が抵抗の一方の端子に接続され、他方の入力端子が抵抗の他方の端子に接続された第１のコンパレータとを有する。好ましくは、この第１の切換回路は、第１のコンパレータのいずれかの入力端子とそれと対応する抵抗の端子との間に接続され、第１の基準値に対応する第１の基準電圧を発生する第１の基準電圧源を備える。さらに、この第１の切換回路は、第１のコンパレータの出力端子とスイッチング素子の制御端子との間に接続され、一次電流の電流値が第１の基準値以上に増大した時に第１のコンパレータより発生される出力信号に応答してスイッチング素子をオフにする第１のラッチ回路を備える。

好ましい一態様によれば、第２の切換回路が、上記コイルの両端子間電圧を監視するために、一方の入力端子がコイルの一方の端子に接続され、他方の入力端子がコイルの他方の端子に接続された第２のコンパレータを有する。好ましくは、この第２の切換回路は、第２のコンパレータのいずれかの入力端子とそれと対応するコイル端子との間に接続され、第２の基準値に対応する第２の基準電圧を発生する第２の基準電圧源を有する。さらに好ましくは、第２の切換回路は、第２のコンパレータの出力端子とスイッチング素子の制御端子との間に接続され、上記コイルの両端子間電圧が第２の基準値以下に低下した時に第２のコンパレータより発生される出力信号に応答してスイッチング素子をオンにする第２のラッチ回路を有する。

好ましい一態様においては、第１の切換回路における第１のラッチ回路と第２の切換回路における第２のラッチ回路とが１個のＲＳフリップフロップを共有する。

好ましい一態様によれば、第３の切換回路が、第１の時間を計時するために、第１のクロックパルスを発生する第１のクロック回路と、第１のクロックパルスを第１の時間に対応する第１のプリセット値まで計数する第１のカウンタとを有する。また、好ましい一態様として、第３の切換回路は、スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り換えるための第１のスイッチング制御信号に応動して第１のカウンタに計数動作を開始させる第１のカウントトリガ回路を有する。さらに好ましくは、第３の切換回路は、第１の時間の計時中に第１の切換回路によりスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換えられたときに第１のカウンタの計数動作を中断させる第１の計時中断回路を有する。

好ましい一態様によれば、第４の切換回路が、第２の時間を計時するために、第２のクロックパルスを発生する第２のクロック回路と、第２のクロックパルスを第２の時間に対応する第２のプリセット値まで計数する第２のカウンタとを有する。また、好ましい一態様として、第４の切換回路が、スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り換えるための第２のスイッチング制御信号に応動して第２のカウンタに計数動作を開始させる第２のカウントトリガ回路を有する。さらに好ましくは、第４の切換回路は、第２の時間の計時中に第２の切換回路によりスイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換えられたときに第２のカウンタの計数動作を中断させる第２の計時中断回路を有する。

また、好ましい一態様によれば、第３および第４の切換回路が１個のカウンタを共有する。

また、好ましい一態様においては、コンデンサの充電電圧が設定値に達した時点でスイッチング素子を強制的にオフにし、次回の充電動作を開始するまでそのオフ状態を保持する制御回路が設けられる。

本発明をフォトフラッシュ充電回路に適用した場合は、コンデンサにフォトフラッシュ用のランプが接続され、このランプを発光させるためにコンデンサがランプに向けて放電する。

本発明の別の観点による充電回路は、スイッチング素子のオン・オフ動作を制御してコイルに充電電流を供給する充電回路であって、上記スイッチング素子のオン・オフ動作を制御するための駆動信号を供給する駆動回路と、上記スイッチング素子に流れる電流を検出するための第１の検出回路と、上記コイルに印加される電圧又は充電対象素子に印加される電圧を検出するための第２の検出回路と、上記駆動信号の論理変化に応答して所定の時間を計時するためのタイマ回路と、上記第１の検出回路から出力される第１の検出信号と上記タイマ回路から出力される第１のタイムアウト信号とに応答して上記スイッチング素子をオフ状態に制御するための第１の制御信号を供給する第１の制御回路と、上記第２の検出回路から出力される第２の検出信号と上記タイマ回路から出力される第２のタイムアウト信号とに応答して上記スイッチング素子をオン状態に制御するための第２の制御信号を供給する第２の制御回路とを有し、上記駆動回路が上記第１及び第２の制御信号に応答して上記駆動信号を供給する。

この充電回路において、好ましい一態様によれば、上記タイマ回路が、上記第１のタイムアウト信号を出力するための第１のタイマと、上記第２のタイムアウト信号を出力するための第２のタイマとを有する。更に好ましくは、上記第１の検出信号と上記第２の検出信号と上記駆動信号の少なくとも１つの論理変化に応答して上記タイマ回路の計時動作をリセットするタイマリセット回路が備えられる。

また、好ましい一態様においては、上記コイルがトランスの一次コイルであり、上記トランスの二次コイル側に充電用コンデンサが接続される。この場合、好ましい一態様として、上記充電用コンデンサに蓄積される電力によりフラッシュ回路が駆動される。

本発明の充電回路によれば、上記のような構成および作用により、特異な条件下においても充電のためのスイッチング動作を安定確実に継続し、信頼性の高い充電動作を行うことができる。

以下、図１〜図６を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。

図１に、本発明の一実施形態によるフォトフラッシュ充電回路の回路構成を示す。このフォトフラッシュ充電回路の特徴とする部分は、制御ロジック４２内にある。制御ロジック４２の外の部分は全て従来のフォトフラッシュ充電回路（図７）のものと実質的に同一なので、同一の符号を附し、その構成と作用の詳細な説明を省略する。

制御ロジック部４２は、ＲＳラッチ回路３４およびワンショット回路３８の外に、ワンショット回路４４、タイマ（計時回路）４６、ワンショット回路４８、オアゲート５０およびアンドゲート５２を有している。

ここで、ＲＳラッチ回路３４の出力端子（Ｑ）がワンショット回路４４の入力端子に接続され、ワンショット回路４４の出力端子がタイマ４６の入力端子に接続されている。タイマ４６の出力端子は、ワンショット回路４８の入力端子に接続されるとともに、オアゲート５０の一方の入力端子に接続されている。ワンショット回路４８の出力端子はアンドゲート５２の一方の入力端子に接続されている。アンドゲート５２の他方の入力端子にはコンパレータ３０の出力端子が接続され、アンドゲート５２の出力端子はワンショット回路３８の入力端子に接続されている。オアゲート５０の他方の入力端子にはコンパレータ２８の出力端子が接続され、オアゲート５０の出力端子はＲＳラッチ回路３４のリセット入力端子（Ｒ）に接続されている。ＲＳラッチ回路３４およびワンショット回路３８は図７のフォトフラッシュ充電回路のものと同じであり、ワンショット回路３８の出力端子がＲＳラッチ回路３４のセット入力端子（Ｓ）に接続され、ＲＳラッチ回路３４の出力端子（Ｑ）はスイッチング制御素子１４の制御端子に接続されている。なお、スイッチング制御素子１４は、通常はトランジスタたとえばＭＯＳトランジスタで構成される。ＭＯＳトランジスタの場合、そのゲート端子が制御端子に相当する。

このフォトフラッシュ充電回路において、スイッチング素子１４のオン・オフが両コンパレータ２８，３０の出力信号Ｕ₁，Ｕ₂に応じて正常に繰り返されているときは、この実施形態に特有のロジック部４４〜５２はスイッチング制御に実質的に何等関与しない。すなわち、コンパレータ２８，３０の出力信号Ｕ₁，Ｕ₂がそのままオアゲート５０、アンドゲート５２をスルーで通り抜けてＲＳラッチ回路３４のリセット端子（Ｒ）、セット端子（Ｓ）にそれぞれ与えられる。しかし、何らかの原因により充電動作の途中でスイッチング素子１４がオン状態もしくはオフ状態のいずれかでフリーズしたときは、以下に述べるようにロジック部４４〜５２がスイッチング制御に関与してフリーズ状態を解除するようになっている。

ワンショット回路４４は、ＲＳラッチ回路３４の出力信号つまりスイッチング制御信号Ｃ_SWの各立ち上がりエッジおよび各立ち下がりエッジに応動して、パルス幅の非常に小さい負パルスをカウントトリガ信号Ｊとして発生し、この信号Ｊをタイマ４６に与える。

タイマ４６は、一定周波数のクロックパルスを発生するクロック回路と、このクロック回路からのクロックパルスをカウントするカウンタと、このカウンタに所望の計時時間（最大オン／オフタイム）に対応するプリセット値をセットするプリセット回路とを有している。ワンショット回路４４からのカウントトリガ信号Ｊを入力すると、タイマ４６は、その立ち上がりエッジで計数動作を開始し、計数値がプリセット値まで達した時に、一定パルス幅の正パルスを最大オンタイム計時信号ＴＰまたは最大オフタイム計時信号ＴＮとして出力する。

タイマ４６より出力された最大オンタイム計時信号ＴＰは、オアゲート５０を介してＲＳラッチ回路３４のリセット入力端子（Ｒ）に与えられる。この時、スイッチング素子１４がまだオン状態のままである場合は、最大オンタイム計時信号ＴＰの立ち上がりエッジでＲＳラッチ回路３４がリセットされ、スイッチング制御信号Ｃ_SWがそれまでのＨレベルからＬレベルに変わり、スイッチング素子１４が強制的にオフ状態に切り換わるようになっている。

また、タイマ４６より最大オフタイム計時信号ＴＮが出力されると、その立ち上がりエッジに応動してワンショット回路４８よりパルス幅の非常に小さい負パルスＫが出力される。この時、スイッチング素子１４がまだオフ状態のままでコンパレータ３０の出力信号Ｕ₂がまだＨレベルのままである場合は、ワンショット回路４８からの負パルスＫの立ち上がりエッジでアンドゲート５２の出力がＬレベルからＨレベルに代わり、これによってワンショット回路３８よりＲＳラッチ回路３４にセット信号Ｇが与えられ、スイッチング制御信号Ｃ_SWがそれまでのＬレベルからＨレベルに変わり、スイッチング素子１４が強制的にオン状態に切り換わるようになっている。

図２にこの実施形態のフォトフラッシュ充電回路における状態遷移およびその条件を示す。この実施形態においても、スイッチング素子１４がオンでバッテリ１２から供給される電力が電磁エネルギーの形態でトランス１０に蓄えられるモードＡと、スイッチング素子１４がオフでトランス１０の電磁エネルギーが二次電流Ｉ_outに変換され、ひいてはコンデンサ２０の充電（静電）エネルギーに変換されるモードＢとが交互に繰り返される。

ただし、モードＡからモードＢへの遷移は、一次電流Ｉ_SWが所定値以上に増大したことをコンパレータ２８が検出したとき（第１のケース）に限らず、スイッチング素子１４のオン状態が最大オンタイム以上継続した場合（第２のケースａ）にも実行される。第１のケースにおける遷移のタイミングは一次側回路内の各部（特にバッテリ１２の給電容量）の状態に依存して不定であるのに対して、第２のケースａにおける遷移のタイミングは一条件（スイッチング素子１４がオン状態であること）が継続している限り絶対確実に定時に到来する。

同様に、モードＢからモードＡへの遷移は、一次コイル２４の両端子間電圧が基準値Ｖ_F2以下に低下したことをコンパレータ３０が検出したとき（第３のケース）に限らず、スイッチング素子１４のオフ状態が最大オフタイム以上継続した場合（第４のケースｂ）にも実行される。第３のケースにおける遷移のタイミングは二次側回路内の各部（特にコンデンサ２０の充電電圧Ｖ_out）の状態に依存して不定であるのに対して、第４のケースｂにおける遷移のタイミングは一条件（スイッチング素子１４がオフ状態であること）が継続している限り絶対確実に定時に到来する。

この実施形態のフォトフラッシュ充電回路は、このような補助シーケンスａ，ｂによる状態遷移機能を備えることにより、従来技術に関して述べた上記特異な条件(i)，(ii) ，(iii)においても、スイッチング素子１４のオン・オフを安定確実に繰り返し、充電動作の不所望な停止を回避することができる。

ここで、図３および図４につき、このフォトフラッシュ充電回路において特異条件下で不具合を回避する作用を波形図を用いて説明する。

図３に示す例は、特異条件(i)であり、スイッチング素子１４がオン状態に切り換わってから一次電流Ｉ_SWがなかなか増大せず、しきい値（Ｖ_F1／Ｒ₁₆）に達するまで異常な長時間を要する場合である。この場合、この実施形態においては、スイッチング素子１４をオンするためにスイッチング制御信号Ｃ_SWがＬレベルからＨレベルに立ち上がった時点ｔ_aでワンショット回路４４よりパルス幅の非常に小さい負パルスのカウントトリガ信号Ｊが発生し、このパルスＪの終端つまりＬレベルからＨレベルに立ち上がるタイミングｔ_bでタイマ４６が計時動作を開始する。そして、タイマ４６の計時時間がプリセット値の最大オンタイムに達すると、この時点ｔ_cでタイマ４６より正パルスの最大オンタイム計時信号ＴＰが出力され、これがＲＳラッチ回路３４にリセット信号Ｒとして入り、ＲＳラッチ回路３４の出力信号つまりスイッチング制御信号Ｃ_SWがＨレベルからＬレベルに切り換わる。

図４に示す例は、特異条件(ii)であり、スイッチング素子１４がオン状態からオフ状態に切り換わったものの、二次電圧Ｖ_Aの起電力が小さく、それと比例関係にある一次側の誘導起電力ないし一次側のスイッチ端子電圧Ｖ_SWがしきい値（Ｖ_BAT＋Ｖ_F2）をなかなか越えない場合である。この場合、この実施形態においては、スイッチング素子１４をオフするためにスイッチング制御信号Ｃ_SWがＨレベルからＬレベルに立ち下がった時点ｔ_aでやはりワンショット回路４４より上記と同じ負パルスのカウントトリガ信号Ｊが発生し、このパルスＪの終端時点ｔ_bでタイマ４６が計時を開始する。そして、タイマ４６の計時時間がプリセット値の最大オフタイムに達すると、この時点ｔ_cでタイマ４６より正パルスの最大オフタイム計時信号ＴＮが出力される。この最大オフタイム計時信号ＴＮの立ち上がりエッジに応動してワンショット回路４８よりパルス幅の非常に小さい負パルスＫが出力され、この負パルスＫの立ち上がる時点ｔ_dでアンドゲート５２の出力がＬレベルからＨレベルに変わり、その立ち上がりエッジに応動してワンショット回路３８より正パルスＧが出力され、ＲＳラッチ回路３４のセット入力端子（Ｓ）にセット信号が入る。これにより、ＲＳラッチ回路３４の出力信号つまりスイッチング制御信号Ｃ_SWがＬレベルからＨレベルに切り換わる。

特異条件(iii)においても、スイッチング素子１４がオンし続けるときは、上記と同様にロジック部４４〜５２による補助シーケンスａが働いて最大オンタイムの経過後にスイッチング素子１４を強制的にオフ状態に切り換えるスイッチング制御が行われる。また、スイッチング素子１４がオフし続けるときは、上記と同様にロジック部４４〜５２による補助シーケンスｂが働いて最大オフタイムの経過後にスイッチング素子１４を強制的にオン状態に切り換えるスイッチング制御が行われる。

なお、このフォトフラッシュ充電回路において、特異条件下でないとき、つまり正常時には、図８と同様のタイミングまたはシーケンスで各部が動作し、コンパレータ２８，３０の出力信号Ｕ₁，Ｕ₂の論理切換に応じてスイッチング素子１４のオン・オフが繰り返される。

図５に、この実施形態の一変形例によるフォトフラッシュ充電回路の回路構成を示す。この構成例は、制御ロジック４２に２つの独立したタイマ４６Ａ，４６Ｂを備える。これらのタイマ４６Ａ，４６Ｂは、各々個別にカウンタ、クロック回路、プリセット回路を有しており、最大オンタイムおよび最大オフタイムをそれぞれ個別に設定できるようになっている。

第１のタイマ４６Ａは、ＲＳラッチ回路３４より出力されるスイッチング制御信号Ｃ_SWがＬレベルからＨレベルに変わる時にその立ち上がりエッジに応動して計時動作を開始し、計時時間が最大オンタイムに達した時点で正パルスの最大オンタイム信号ＴＰを出力する。この最大オンタイム信号ＴＰはオアゲート５０を介してＲＳラッチ回路３４のリセット入力端子（Ｒ）に与えられる。この時、ＲＳラッチ回路３４がまだセット状態のままである場合は、最大オンタイム信号ＴＰによってＲＳラッチ回路３４がリセットされ、スイッチング制御信号Ｃ_SWがＨレベルからＬレベルに変わり、スイッチング素子１４がオン状態からオフ状態に切り換えられる。

第２のタイマ４６Ｂは、スイッチング制御信号Ｃ_SWがＨレベルからＬレベルに変わってアンドゲート５４の出力がそれまでのＬレベルからＨレベルに立上がる時に、その立ち上がりエッジに応動して計時動作を開始し、計時時間が最大オフタイムに達した時点で正パルスの最大オフタイム信号ＴＮを出力する。この最大オフタイム信号ＴＮが出力されると、これに応動してワンショット回路５６より正パルスＭが出力され、この正パルスＭはオアゲート５８を介してＲＳラッチ回路３４のセット入力端子（Ｓ）に与えられる。この時、ＲＳラッチ回路３４がまだリセット状態のままである場合は、ＲＳラッチ回路３４がセットされ、スイッチング制御信号Ｃ_SWがＬレベルからＨレベルに変わり、スイッチング素子１４がオフ状態からオン状態に切り換えられる。なお、制御ロジック４２内で符号６０は反転回路を示す。

図６に、別の変形例によるフォトフラッシュ充電回路の回路構成を示す。この構成例の特徴の一つは、図５のフォトフラッシュ充電回路において制御ロジック４２内に計時中断回路６２を備えている点である。この計時中断回路６２は、ＲＳラッチ回路３４の出力信号（スイッチング制御信号）Ｃ_SWと両コンパレータ２８，３０の出力信号Ｕ₁，Ｕ₂とを入力する。スイッチング制御信号Ｃ_SWの論理切換およびそのタイミングを通じて、計時中断回路６２はタイマ４６Ａ，４６Ｂ内の状態を監視または把握することができる。そして、タイマ４６Ａが最大オンタイムを計時している途中でコンパレータ２８の出力信号Ｕ₁がＬレベルからＨレベルに変わったときは、その時点でタイマ４６Ａに計時動作を中断させるための信号Ｈ_aを与える。この場合は、タイマ４６Ａが計時を開始してからプリセット値の最大オンタイムが経っても最大オンタイム計時信号ＴＰは出力されない。また、タイマ４６Ｂが最大オフタイムを計時している途中でコンパレータ３０の出力信号Ｕ₂がＨレベルからＬレベルに変わったときは、計時中断回路６２よりタイマ４６Ｂに計時動作を中断させる信号Ｈ_bが与えられる。したがって、タイマ４６Ｂが計時を開始してからプリセット値の最大オフタイムが経っても最大オフタイム計時信号ＴＮは出力されない。

かかる計時中断機能によれば、タイマ４６Ａ，４６Ｂより最大オンタイム信号または最大オフタイム信号が不必要なタイミングで発生して誤動作が生じる事態を回避することができる。

たとえば、スイッチング素子１４がオフ状態からオフ状態に切り換わると、その状態遷移の時点からタイマ４６Ａの計時が開始する。その後、一次側回路内で流れる一次電流Ｉ_SWが正常に増大してしきい値に達すると、その時点でコンパレータ２８の出力信号Ｕ₁がＬレベルからＨレベルに変わる。これによって、ＲＳラッチ回路３４がリセットされ、スイッチング制御信号Ｃ_SWがＨレベルからＬレベルに変わり、スイッチング素子１４がオン状態からオフ状態に切り換えられる。つまりモードＡからモードＢに遷移する。モードＢでは、上記のように電磁誘導により二次側に正の二次電圧Ｖ_Aが発生し、二次電流Ｉ_outが流れ、コンデンサ２０が充電される。このモードＢの持続時間は一定ではなく、二次電圧Ｖ_Aがしきい値を割り、二次電流Ｉ_outが流れなくなった時点で停止する。この時、一次側では一次コイル２４の両端子間電圧が基準値Ｖ_F2以下に下がり、コンパレータ３０の出力信号Ｕ₂がＬレベルからＨレベルに変わる。これによって、ＲＳラッチ回路３４がセットされ、スイッチング制御信号Ｃ_SWがＬレベルからＨレベルに変わり、スイッチング素子１４がオフ状態からオン状態に切り換えられる。つまりモードＢからモードＡに戻る。ここで、タイマ４６Ａに設定されている最大オンタイムがモードＡの持続時間とモードＢの持続時間とを足し合わせた時間よりも長い場合は、モードＡに戻ってから、しかもその途中でタイマ４６Ａから最大オンタイム計時信号が出力される可能性があり、それによってＲＳラッチ回路３４が不所望なタイミングでリセットされてしまう。

しかし、上記のような計時中断回路６２を備えていれば、コンパレータ３０の出力信号Ｕ₂がＬレベルからＨレベルに変わった時点で、つまりモードＢからモードＡに戻った時点で、タイマ４６Ａの計時動作を中断させるため、このモードＡの途中で不必要な最大オンタイム計時信号を発生するのを防止できる。同様にして、モードＢの途中でタイマ４６Ｂより不必要な最大オフタイム計時信号ＴＮが発生されるのも上記のような計時中断機能により防止できる。

なお、図１のフォトフラッシュ充電回路においては、ＲＳラッチ回路３４より出力されるスイッチング制御信号Ｃ_SWの論理レベルが切り換わる都度、つまりスイッチング素子１４がオンまたはオフする都度、ワッショット回路４４より出力されるカウントトリガ信号Ｊに応答してタイマ４６のカウンタがリセットされ、それまでの計時動作が中断するため、最大オンタイム計時信号ＴＰまたは最大オフタイム計時信号ＴＮが不所望なタイミングで発生することはない。

図６のフォトフラッシュ充電回路における第２の特徴は、制御ロジック４２内に強制スイッチング・カウンタ６４を備えている点である。この強制スイッチング・カウンタ６４は、タイマ４６より出力される最大オンタイム計時信号ＴＰおよび最大オフタイム計時信号ＴＮを入力して、それらの信号ＴＰ，ＴＮの個数または発生回数をカウントし、発生頻度を監視する。補助シーケンスａ，ｂによってスイッチング素子１４を強制的にスイッチング・オンまたはスイッチング・オフする回数が異常に長く続くようであれば、コンデンサ２０の充電電圧Ｖ_outを設定値まで上げることは殆ど無理なことが多い。強制スイッチング・カウンタ６４は、最大オンタイム計時信号ＴＰおよび最大オフタイム計時信号ＴＮの発生回数ないし発生頻度を監視する機能により、そのような充電完了不能の事態に至ったことを外部のコントローラ（図示せず）に知らせるアラーム信号ＡＲを発生することができる。この強制スイッチング・カウンタ６４は、図１のフォトフラッシュ充電回路にも適用可能である。

他にも本発明の技術的思想の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、上記した実施形態ではコンパレータ３０により一次コイル２４の両端子間電圧を監視したが、二次コイル２６の両端子間電圧を監視することも可能である。電流検出用の抵抗１６は一次側回路内の任意の箇所に設けることができる。制御ロジック４２内の回路構成も種々の変形が可能である。本発明は上記実施形態のようなフォトフラッシュ充電回路に好適に適用可能であるが、他の任意の方式の充電回路、特に直流電源の出力電圧をＤＣ−ＤＣ変換して電力蓄積用のコンデンサを充電する任意の充電回路に適用可能である。

上記した実施形態においては、コンパレータ３０がトランス１０の一次コイル２４の両端電圧を検出する構成としているが、このコンパレータ３０が電力蓄積用コンデンサ２０に印加される電圧を検出するような構成としてもよく、この場合の基本的なスイッチング素子の駆動制御は上記した実施形態と同じでよい。

本発明の一実施形態によるフォトフラッシュ充電回路の回路構成を示す回路図である。 実施形態のフォトフラッシュ充電回路における状態遷移およびその条件を示す図である。 実施形態のフォトフラッシュ充電回路における一作用を説明するための信号波形図である。 実施形態のフォトフラッシュ充電回路における一作用を説明するための信号波形図である。 一実施形態の一変形例によるフォトフラッシュ充電回路の回路構成を示す回路図である。 一実施形態の別の変形例によるフォトフラッシュ充電回路の回路構成を示す回路図である。 従来のフォトフラッシュ充電回路の回路構成を示す回路図である。 図７のフォトフラッシュ充電回路における全体の動作を説明するための信号波形図である。 図７のフォトフラッシュ充電回路における状態遷移およびその条件を示す図である。 実施形態のフォトフラッシュ充電回路における不具合の一例を説明するための信号波形図である。 実施形態のフォトフラッシュ充電回路における不具合の一例を説明するための信号波形図である。

符号の説明

１０ トランス
１２ バッテリ
１４ スイッチング素子
１６ 電流検出用の抵抗
１８ ダイオード
２０ コンデンサ
２２ フォトフラッシュ用ランプ
２４ 一次コイル
２６ 二次コイル
２８ コンパレータ
３０ コンパレータ
３２，３６ 基準電圧源
３４ ＲＳラッチ回路（ＲＳフリップフロップ）
３８ ワンショット回路
４０ 充電完了検出回路
４２ 制御ロジック
４４ ワンショット回路
４６，４６Ａ，４６Ｂ タイマ
４８ ワンショット回路
５０，５８ オアゲート
５２，５４ アンドゲート
６２ 計時中断回路
６４ 強制スイッチング・カウンタ

Claims (22)

1. トランスの一次側で直流電源の出力電圧をスイッチング動作によって交流に変換し、前記トランスの二次側で前記交流を整流して電力蓄積用のコンデンサを充電する充電回路であって、
   前記トランスの一次側回路に設けられたスイッチング素子と、
   前記一次側回路を流れる一次電流を監視し、前記一次電流の電流値が第１の基準値以上に増大した時点で前記スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り換える第１の切換回路と、
   前記トランスの一次コイルまたは二次コイルの端子間電圧を監視し、前記コイルの端子間電圧が第２の基準値以下に低下した時点で前記スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り換える第２の切換回路と、
   前記スイッチング素子がオン状態に切り換わった時点から第１の時間を計時し、前記第１の時間が経過しても前記スイッチング素子がオフ状態に切り換わっていないときに前記スイッチング素子を強制的にオン状態からオフ状態に切り換える第３の切換回路と、
   前記スイッチング素子がオフ状態に切り換わった時点から第２の時間を計時し、前記第２の時間が経過しても前記スイッチング素子がオン状態に切り換わっていないときに前記スイッチング素子を強制的にオフ状態からオン状態に切り換える第４の切換回路と
   を有する充電回路。
2. 前記第１の切換回路が、前記一次電流の電流値を監視するために、前記一次側回路に設けられた抵抗と、一方の入力端子が前記抵抗の一方の端子に接続され、他方の入力端子が前記抵抗の他方の端子に接続された第１のコンパレータとを有する請求項１に記載の充電回路。
3. 前記第１の切換回路が、前記第１のコンパレータのいずれかの入力端子とそれと対応する前記抵抗の端子との間に接続され、前記第１の基準値に対応する第１の基準電圧を発生する第１の基準電圧源を有する請求項２に記載の充電回路。
4. 前記第１の切換回路が、前記第１のコンパレータの出力端子と前記スイッチング素子の制御端子との間に接続され、前記一次電流の電流値が前記第１の基準値以上に増大した時に前記第１のコンパレータより発生される出力信号に応答して前記スイッチング素子をオフにする第１のラッチ回路を有する請求項２または請求項３に記載の充電回路。
5. 前記第２の切換回路が、前記コイルの両端子間電圧を監視するために、一方の入力端子が前記コイルの一方の端子に接続され、他方の入力端子が前記コイルの他方の端子に接続された第２のコンパレータを有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の充電回路。
6. 前記第２の切換回路が、前記第２のコンパレータのいずれかの入力端子とそれと対応する前記コイルの端子との間に接続され、前記第２の基準値に対応する第２の基準電圧を発生する第２の基準電圧源を有する請求項５に記載の充電回路。
7. 前記第２の切換回路が、前記第２のコンパレータの出力端子と前記スイッチング素子の制御端子との間に接続され、前記コイルの両端子間電圧が前記第２の基準値以下に低下した時に前記第２のコンパレータより発生される出力信号に応答して前記スイッチング素子をオンにする第２のラッチ回路を有する請求項５または請求項６に記載の充電回路。
8. 前記第１および第２のラッチ回路が１個のＲＳフリップフロップを共有する請求項７に記載の充電回路。
9. 前記第３の切換回路が、前記第１の時間を計時するために、第１のクロックパルスを発生する第１のクロック回路と、前記第１のクロックパルスを前記第１の時間に対応する第１のプリセット値まで計数する第１のカウンタとを有する請求項１〜８のいずれか一項に記載の充電回路。
10. 前記第３の切換回路が、前記スイッチング素子をオフ状態からオン状態に切り換えるための第１のスイッチング制御信号に応動して前記第１のカウンタに計数動作を開始させる第１のカウントトリガ回路を有する請求項９に記載の充電回路。
11. 前記第３の切換回路が、前記第１の時間の計時中に前記第１の切換回路により前記スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換えられたときに前記第１のカウンタの計数動作を中断させる第１の計時中断回路を有する請求項１０に記載の充電回路。
12. 前記第４の切換回路が、前記第２の時間を計時するために、第２のクロックパルスを発生する第２のクロック回路と、前記第２のクロックパルスを前記第２の時間に対応する第２のプリセット値まで計数する第２のカウンタとを有する請求項１〜１１のいずれか一項に記載の充電回路。
13. 前記第４の切換回路が、前記スイッチング素子をオン状態からオフ状態に切り換えるための第２のスイッチング制御信号に応動して前記第２のカウンタに計数動作を開始させる第２のカウントトリガ回路を有する請求項１２に記載の充電回路。
14. 前記第４の切換回路が、前記第２の時間の計時中に前記第２の切換回路により前記スイッチング素子がオン状態からオフ状態に切り換えられたときに前記第２のカウンタの計数動作を中断させる第２の計時中断回路を有する請求項１３に記載の充電回路。
15. 前記第３および第４の切換回路が１個のカウンタを共有する請求項１〜１４のいずれか一項に記載の充電回路。
16. 前記コンデンサの充電電圧が設定値に達した時点で前記スイッチング素子を強制的にオフにし、次回の充電動作を開始するまでそのオフ状態を保持する制御回路を有する請求項１〜１５のいずれか一項に記載の充電回路。
17. 前記コンデンサにフォトフラッシュ用のランプが接続され、前記ランプを発光させるために前記コンデンサが前記ランプに向けて放電する請求項１〜１６のいずれか一項に記載の充電回路。
18. スイッチング素子のオン・オフ動作を制御してコイルに充電電流を供給する充電回路であって、
    上記スイッチング素子のオン・オフ動作を制御するための駆動信号を供給する駆動回路と、
    上記スイッチング素子に流れる電流を検出するための第１の検出回路と、
    上記コイルに印加される電圧又は充電対象素子に印加される電圧を検出するための第２の検出回路と、
    上記駆動信号の論理変化に応答して所定の時間を計時するためのタイマ回路と、
    上記第１の検出回路から出力される第１の検出信号と上記タイマ回路から出力される第１のタイムアウト信号とに応答して上記スイッチング素子をオフ状態に制御するための第１の制御信号を供給する第１の制御回路と、
    上記第２の検出回路から出力される第２の検出信号と上記タイマ回路から出力される第２のタイムアウト信号とに応答して上記スイッチング素子をオン状態に制御するための第２の制御信号を供給する第２の制御回路と、
    を有し、
    上記駆動回路が上記第１及び第２の制御信号に応答して上記駆動信号を供給する充電回路。
19. 上記タイマ回路が、上記第１のタイムアウト信号を出力するための第１のタイマと、上記第２のタイムアウト信号を出力するための第２のタイマとを有する請求項１８に記載の充電回路。
20. 上記第１の検出信号と上記第２の検出信号と上記駆動信号の少なくとも１つの論理変化に応答して上記タイマ回路の計時動作をリセットするタイマリセット回路を更に有する請求項１８又は請求項１９に記載の充電回路。
21. 上記コイルがトランスの一次コイルであり、上記トランスの二次コイル側に充電用コンデンサが接続されている請求項１８乃至２０の何れかに記載の充電回路。
22. 上記充電用コンデンサに蓄積される電力によりフラッシュ回路が駆動される請求項２１に記載の充電回路。
    
    
    
    

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