ストロボ用昇圧トランス及びストロボ装置
【課題】 簡単な構成で、効率を向上できるとともに、スイッチング電圧を下げることが可能なストロボ用昇圧トランスを提供する。
【解決手段】 ストロボ用昇圧トランス８は、低圧側の一次巻線Ｐと高圧側の二次巻線Ｓを備える。一次巻線Ｐを電気的に並列な第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２とで形成する。二次巻線Ｓを電気的に直列な第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２とで形成する。第１の一次巻線部Ｐ１と、第２の一次巻線部Ｐ２との間に第１の二次巻線部Ｓ１を配設するとともに、第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との間に第２の一次巻線部Ｐ２を配設して、これら各巻線部Ｐ１，Ｐ２，Ｓ１．Ｓ２が四層をなして交互に重ね巻きされていることを特徴としている。
【解決手段】 ストロボ用昇圧トランス８は、低圧側の一次巻線Ｐと高圧側の二次巻線Ｓを備える。一次巻線Ｐを電気的に並列な第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２とで形成する。二次巻線Ｓを電気的に直列な第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２とで形成する。第１の一次巻線部Ｐ１と、第２の一次巻線部Ｐ２との間に第１の二次巻線部Ｓ１を配設するとともに、第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との間に第２の一次巻線部Ｐ２を配設して、これら各巻線部Ｐ１，Ｐ２，Ｓ１．Ｓ２が四層をなして交互に重ね巻きされていることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧を昇圧してストロボ発光部に供給する昇圧トランス、及びこのトランスを備えてデジタルカメラや携帯電話等に搭載されるストロボ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次コイルと二次コイルを有したフライバックトランスからなるストロボ用の昇圧トランスが、従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この昇圧トランスの一次コイルには、直流電源と、フィードバックコンデンサと、半導体製のスイッチング素子が接続されている。昇圧トランスの二次コイルには、整流用ダイオードを介してメインコンデンサが接続されており、更に、このメインコンデンサの両端間に閃光発光管を有するストロボ発光部が接続されている。
【０００４】
スイッチング素子が発振制御部によりオン・オフを高速で繰り返すことにより、電源電圧が昇圧され整流用ダイオードで整流されてメインコンデンサに充電される。即ち、スイッチング素子がオン状態になると、昇圧トランスの一次コイルに電流が流れ、その後に、スイッチング素子がオフされることで、昇圧トランスの二次コイルに逆起電力が出力として発生する。この出力が整流用ダイオードで整流されてメインコンデンサに供給されて、このコンデンサに充電される。こうしてメインコンデンサに充電された電力がストロボ発光部に適時供給されることによって、このストロボ発光部の閃光発光管が閃光を発する。
【０００５】
特許文献１に記載の昇圧トランスの巻線構造は明らかではないが、一般的には、三層の巻線構造が採用されている。つまり、一次コイルが第１のコイル部と第２のコイル部とに分けられていて、第１のコイル部の外周に二次コイルが巻かれ、この二次コイルの外周に第２のコイル部が巻かれている。このため、二次コイルは一次コイルの第１、第２のコイル部で挟まれている。こうした三層の巻線構造は、巻線間の結合度が高められる結果、効率の向上とスイッチングノイズの低減に効果があるとされている。
【０００６】
第１のコイル部とこれに隣接した二次コイルとの間、及び二次コイルとこれに隣接した第２のコイル部との間には、夫々寄生容量（静電容量又は浮遊容量とも称される。）が発生する。寄生容量は、電位差があるコイル間に発生する電場が電荷を蓄える現象であるので、スイッチング素子のオン・オフに伴って寄生容量に蓄電や放電をするための余分な電流が流れる。
【０００７】
ストロボ装置で昇圧トランスの一次側に供給される電源電圧は約３Ｖであるのに対して、昇圧トランスの二次側のプラス電位は約３００Ｖを超えるので、昇圧トランスは電源電圧に対して約１００倍の高電圧を高速でオン・オフするスイッチング動作をする。
【０００８】
こうした高速スイッチングの度に、既述のように寄生容量への充放電が行われるので、それに応じた電力損失（スイッチングロス）が発生する。特に、前記構成の昇圧トランスは、二次コイルとこの外側に隣接した一次コイルの第２のコイル部との間の電位差（層間電圧）が大きいので、前記スイッチングロスが大きい。
【０００９】
したがって、従来の昇圧トランスはその効率が良くない。これとともに、この昇圧トランスの一次側に接続される電池（直流電源）の消耗が促進される不都合がある。
【００１０】
更に、スイッチング素子がオフされるに伴い昇圧トランスの二次コイルに出力が発生した瞬間に、スイッチング素子とグランドとの間にフライバック電圧が発生し、この電圧にはサージ電圧がスイッチングノイズとして重畳する。この場合、二次コイルと第２のコイル部と層間電圧が大きいほど、スイッチングノイズは大きく発生する。このため、従来の昇圧トランスを用いたストロボ装置では、フライバック電圧にノイズ成分を加算した電圧、つまり、スイッチング電圧が高い。
【００１１】
スイッチング電圧はスイッチング動作の都度スイッチング素子に加わるため、このスイッチング電圧でスイッチング素子が破壊されないようにする必要がある。このためには、耐圧性能がより高い仕様のスイッチング素子を用いなければならないので、コスト高となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２６１８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、簡単な構成で、効率を向上できるとともに、スイッチング電圧を下げることが可能なストロボ用昇圧トランス及びストロボ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明のストロボ用昇圧トランスは、低圧側一次巻線と高圧側二次巻線を備える。一次巻線を電気的に並列な第１の一次巻線部と第２の一次巻線部とで形成する。二次巻線を電気的に直列な第１の二次巻線部と第２の二次巻線部とで形成する。第１の一次巻線部と第２の一次巻線部との間に第１の二次巻線部を配設するとともに、第１の二次巻線部と第２の二次巻線部との間に第２の一次巻線部を配設して、これら各巻線部が四層をなして交互に重ね巻きされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、巻線構造を四層にするという簡単な構成でありながら、寄生容量が低減されスイッチングロスが抑制されることにより効率を向上できるとともに、寄生容量の低減によりスイッチング電圧を下げることが可能なストロボ用昇圧トランス、及びこれを備えたストロボ装置を提供できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るストロボ装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１のストロボ装置が備える昇圧トランスの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図２の昇圧トランスと従来の昇圧トランスとの充電効率を比較して示すグラフである。
【図４】図２の昇圧トランスと従来の昇圧トランスとの充電時間を比較して示すグラフである。
【図５】図１のストロボ装置のスイッチング電圧を示す波形図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るストロボ装置が備える昇圧トランスの構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１中符号１は例えばデジタルカメラに搭載されるストロボ装置を示している。このストロボ装置１は、充電回路部２と、ストロボ発光部３とを備えている。図１中符号４はデジタルカメラに搭載された乾電池や蓄電池等の電池からなる直流電源を示し、直流電源４は例えばカメラの電源を兼ねている。直流電源４の発生電圧は例えば約３Ｖである。
【００１９】
充電回路部２は、充電対象のメインコンデンサ６、昇圧トランス８、スイッチング素子１０、発振制御部１２、フィードバックコンデンサ１４、及び整流用ダイオード１６を備えていて、メインコンデンサ６を充電するために用意されている。
【００２０】
メインコンデンサ６は、ストロボ発光部３に電力を供給するために用意されていて、大容量の電解コンデンサからなる。
【００２１】
昇圧トランス８は、コア９に低圧側の一次巻線Ｐと、この一次巻線Ｐに対して高圧側の二次巻線Ｓを巻いて形成されている。
【００２２】
詳しくは、コア９は例えばフェライト製である。このコア９は、図２に示すように磁芯部９ａの両端部に夫々円板状の鍔部９ｂを一体に設けたドラム形に形成されている。
【００２３】
一次巻線Ｐは、電気的に並列な第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２とで形成されている。二次巻線Ｓは、電気的に直列な第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２とで形成されている。
【００２４】
これら４個の巻線部はコア９の磁芯部９ａに図２に示すように巻かれている。第１の一次巻線部Ｐ１は磁芯部９ａに直に巻き付けられて内側巻線層（最内層）を形成している。この第１の一次巻線部Ｐ１の外周に第１の二次巻線部Ｓ１が巻き付けられて内側中間巻線層を形成している。この第１の二次巻線部Ｓ１の外周に第２の一次巻線部Ｐ２が巻き付けられて外側中間巻線層を形成している。この第２の一次巻線部Ｐ２の外周に第２の二次巻線部Ｓ２が巻き付けられて外側巻線層（最外層）を形成している。
【００２５】
このため、第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２との間に、第１の二次巻線部Ｓ１が配設されるとともに、第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との間に、第２の一次巻線部Ｐ２が配設されていて、前記４個の巻線部は４層をなして交互に重ね巻きされている。
【００２６】
なお、図２の例では、一次巻線Ｐの電流分割を担う第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２との分割比は１対１である。これとともに、二次巻線Ｓの電圧分割を担う第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との分割比も１対１である。しかし、これらに制約されず、二次巻線Ｓの分割比は、例えば１対２の分割比でも、１対３の分割比であっても差し支えない。又、図１中符号ＴＰは第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との電気的接続部を示している。
【００２７】
スイッチング素子１０は、スイッチングトランジスタ等の半導体製であり、昇圧トランス８の入力端をなした一次巻線Ｐの一端８ａとグランドとの間に配設されている。このスイッチング素子１０は、発振制御部１２から供給されるベース制御信号に応じてオン・オフ動作をなして、それにより、一次巻線Ｐとグランドとの間の導通・非導通を制御する。発振制御部１２は、ストロボ発光動作後にベース制御信号の発振を開始させ、この後、メインコンデンサ６の満充電が検出されたときにベース制御信号の発振を停止させる機能を有している。この発振制御部１２での満充電検出は、例えばメインコンデンサ６の端子間電圧の検出情報に基づいて行われるようになっている。
【００２８】
フィードバックコンデンサ１４は、昇圧トランス８の入力端をなした一次巻線Ｐの他端８ｂとグランドとの間に配設されていて、直流電源４に並列に接続されている。
【００２９】
昇圧トランス８の出力端をなした二次巻線Ｓの一端８ｃと他端８ｄとの間にメインコンデンサ６が接続されているとともに、二次巻線Ｓの一端８ｃとメインコンデンサ６との間に整流用ダイオード１６が挿入されている。この整流用ダイオード１６が、二次巻線Ｓからの出力を整流してメインコンデンサ６に供給することにより、メインコンデンサ６への充電が行われる。このメインコンデンサ６の出力電圧（放電電圧）は例えば略３１０Ｖである。
【００３０】
図１に示すようにストロボ発光部３は、抵抗２１、トリガー用コンデンサ２２、トリガー用トランス２３、閃光発光管例えばキセノン放電管２４、及びスイッチ２５を有している。
【００３１】
抵抗２１と、トリガー用コンデンサ２２と、トリガー用トランス２３の一次巻線２３ａの直列回路は、メインコンデンサ６の両出力端間に接続されている。キセノン放電管２４の陽極はメインコンデンサ６の一方の出力端に接続され、キセノン放電管２４の陰極はメインコンデンサ６の他方の出力端に接続されている。キセノン放電管２４に対してこの管の外面に沿う外部電極２４ａが設けられている。この外部電極２４ａにトリガー用トランス２３の二次巻線２３ｂが接続されている。スイッチ２５は前記直列回路に並列に接続されている。スイッチ２５は半導体等からなりデジタルカメラの操作に連動して開閉される。
【００３２】
メインコンデンサ６への充電電流の一部は、抵抗２１と、トリガー用コンデンサ２２と、トリガー用トランス２３の一次巻線２３ａの直列回路に流れるから、それによって、トリガー用コンデンサ２２が充電される。この場合、トリガー用コンデンサ２２の容量はメインコンデンサ６の容量に比較してはるかに小さいので、このトリガー用コンデンサ２２への充電は短時間で完了する。これとともに、メインコンデンサ６の電圧は、キセノン放電管２４の陽極と陰極とに印加されている。
【００３３】
この状態で、スイッチ２５が閉じられると、トリガー用コンデンサ２２に蓄えられていた電荷が、スイッチ２５及びトリガー用トランス２３の一次巻線２３ａを介して放電されるので、それに伴い、トリガー用トランス２３の二次巻線２３ｂに高圧のトリガー信号が発生し、この信号が外部電極２４ａに供給される。それにより、キセノン放電管２４内のキセノンガスが電離されるので、メインコンデンサ６の電荷が一挙にキセノン放電管２４の陽極から陰極に流れて、このキセノン放電管２４が閃光を発する。
【００３４】
こうした発光動作の終了に引き続いて、発振制御部１２が発振動作を開始してスイッチング素子１０のオン・オフが高速で繰り返えされる。スイッチング素子１０がオンされると、昇圧トランス８の一次巻線Ｐに電流が流れ、その後に、スイッチング素子１０がオフされると、昇圧トランス８の出力として二次巻線Ｓに逆起電力が発生する。昇圧トランス８の出力は整流用ダイオード１６で整流されてメインコンデンサ６に供給されて、このメインコンデンサ６に充電される。
【００３５】
メインコンデンサ６に対する充電を本実施形態の昇圧トランス８を用いて行ったことで、充電効率及び充電時間を共に向上できることが確かめられた。
【００３６】
この評価の条件は以下の通りである。メインコンデンサ６の出力電圧は310Ｖ、同コンデンサの容量は85μＦであり、ＩＣ（集積回路）を含んだ評価ボードの型番は「ＴＰＳ６５５６０」である。この条件で、本実施形態の昇圧トランス８を備えたストロボ装置１と、比較例として従来の三層巻線構造の昇圧トランスを備えたストロボ装置の夫々について、入力電圧を1.80Ｖ、2.50Ｖ、3.70Ｖ、5.00Ｖに変化させて、充電時間、入力電流、及び入力電力を夫々測定するとともに、これらの測定値等を基に充電効率を算出した。
【００３７】
本実施形態の測定結果と充電効率は次表の通りであった。
【表１】
【００３８】
比較例の測定結果と充電効率は次表の通りであった。
【表２】
【００３９】
以上の測定結果から本実施形態と比較例との充電効率を比較したグラフを図３に示すとともに、同じく充電時間を比較したグラフを図４に示す。表１と表２での測定結果の対比によれば、比較例に対して本実施形態の昇圧トランスの方が、入力電圧が1.80Ｖ〜5.00Ｖの範囲で、充電時間が短くなったことを確認できた（図４も参照）。更に、比較例に対して本実施形態の昇圧トランスの方が、入力電圧が1.80Ｖ〜5.00Ｖの範囲で、入力電流が増えたことが判った。これとともに、比較例に対して本実施形態の昇圧トランスの方が、入力電圧が1.80Ｖ〜5.00Ｖの範囲で、入力電力が少ないことが判った。
【００４０】
更に、これらの結果として図３から判るように、比較例に対して本実施形態の昇圧トランス８の方が、入力電圧が1.80Ｖ〜5.00Ｖの範囲で、充電効率が略５％程度向上したことが確認された。
【００４１】
この改善の理由は厳密には明らかではないが、昇圧トランス８の巻線構造に起因していると推測される。
【００４２】
つまり、一次巻線Ｐの第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２とが電流分割巻きされていて、二次巻線Ｓの第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２とが電圧分割巻きされているとともに、これら各巻線部が交互に重ね巻きされた四層の巻線構造を、昇圧トランス８は有している。
【００４３】
こうした巻線構造により、隣接する巻線層間の電位差が小さくなる。特に、出力側の第２の二次巻線部Ｓ２とこれに隣接された第２の一次巻線部Ｐ２との間の電位差は、既述のように二次巻線Ｓが１対１の割合で電圧分割巻きされた実施形態では、前記電位差が出力電圧の半分に低下する。こうした巻線層間の電圧低下に伴い隣接した巻線層間に夫々生じる寄生容量が小さくなる。
【００４４】
本実施形態のストロボ装置１でも、スイッチング素子１０が直流電源４の電圧に対して約１００倍の高電圧を高速でオン・オフするスイッチング動作をする度に、寄生容量への充放電が行われる。しかし、既述のように寄生容量が小さいことで、この寄生容量への充放電に応じた電力損失（スイッチングロス）を減らすことができる。
【００４５】
このように昇圧トランス８の効率が向上されたので、この昇圧トランス８の一次側に接続された直流電源４の消耗を抑制することが可能である。
【００４６】
更に、本実施形態のストロボ装置１でも、スイッチング素子１０がオフされるに伴い昇圧トランス８の二次巻線Ｓに出力が発生した瞬間に、スイッチング素子１０とグランドとの間にフライバック電圧が発生し、かつ、この電圧にサージ電圧がスイッチングノイズとして重畳する。
【００４７】
しかし、既述のように二次巻線Ｓの第２の二次巻線部Ｓ２とこれに隣接した一次巻線Ｐの第２の一次巻線部Ｐ２との間の層間電圧が低いことに伴い、スイッチングノイズが小さくなる。このため、既述の四層重ね巻き構造の昇圧トランス８を備えたストロボ装置１のスイッチング電圧を低くすることが可能である。
【００４８】
図５は測定されたスイッチング電圧を示す波形図であり、図５中符号ＦＶはフライバック電圧に相当する波形を示し、ＳＮは波形ＦＶに重畳したスイッチングノイズを示している。本実施形態では既述のようにスイッチングノイズＳＮが小さいことにより、スイッチング電圧ＳＶを37.91Ｖと低くできることが確かめられた。なお、従来の三層巻線構造の昇圧トランスを備えたストロボ装置について測定したスイッチング電圧は、40.99Ｖであった。
【００４９】
このため、ストロボ装置１のスイッチング素子１０がスイッチング電圧で破壊されることが抑制されて、ストロボ装置１の充電回路部２の信頼性を向上することが可能である。これとともに、耐圧性能がより高い仕様のスイッチング素子を用いないで済むので、ストロボ装置１のコストを低減することも可能である。
【００５０】
以上のように昇圧トランス８の効率を向上できるとともに、ストロボ装置１のスイッチング電圧ＳＶを下げることを、昇圧トランス８の巻線を四層重ね巻き構造とすることによって実現したから、特別な電気部品や回路構成を追加する必要がなく、ストロボ装置１の構成が簡単である。
【００５１】
又、既述の昇圧トランス８の四層重ね巻き構造では、その最外層に二次巻線Ｓの電位が最も高い第２の二次巻線部Ｓ２が配置されている。これにより、コア９の外部に引出される第２の二次巻線部Ｓ２の引出し線が、２の二次巻線部Ｓ２よりも低圧の他の巻線部と交差することがない。このため、第２の二次巻線部Ｓ２の引出し線とその他の巻線部との間を電気絶縁して耐圧を確保する措置を講じる必要がないので、製造し易い点で有利である。
【００５２】
図６は本発明の他の実施形態に係るストロボ装置の昇圧トランスを示している。このトランス及びこれを備えるストロボ装置は、以下説明する構成を除いて一実施形態の昇圧トランスと同じ構成であるので、一実施形態と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
他の実施形態の昇圧トランス８の巻線の四層重ね巻き構造では、最外層が一次巻線Ｐの第１の一次巻線部Ｐ１で形成されるとともに、最内層が二次巻線Ｓの電位が最も高い第２の二次巻線部Ｓ２で形成された構成としてある。
【００５４】
つまり、第２の二次巻線部Ｓ２は磁芯部９ａに直に巻き付けられて内側巻線層を形成している。この第２の二次巻線部Ｓ２の外周に第２の一次巻線部Ｐ２が巻き付けられて内側中間巻線層を形成している。この第２の一次巻線部Ｐ２の外周に第１の二次巻線部Ｓ１が巻き付けられて外側中間巻線層を形成している。この第１の二次巻線部Ｓ１の外周に第１の一次巻線部Ｐ１が巻き付けられて外側巻線層を形成している。
【００５５】
このため、第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２との間に、第１の二次巻線部Ｓ１が配設されるとともに、第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との間に、第２の一次巻線部Ｐ２が配設されて、前記４個の巻線部が４層をなして交互に重ね巻きされている。又、第２の二次巻線部Ｓ２の引出し線は、その他の巻線部との間の耐圧を確保する電気絶縁してコア９の外部に引出されている。
【００５６】
以上説明した以外の構成は図示されない構成を含めて一実施形態と同じである。そのため、昇圧トランス８の巻線が四層重ね巻き構造となっていることにより、一実施形態で既に説明した理由によって、簡単な構成でありながら、効率を向上できるとともに、スイッチング電圧を下げることが可能なストロボ用昇圧トランス８、及びこれを備えたストロボ装置を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ストロボ装置、２…充電回路部、３…ストロボ発光部、４…直流電源、６…メインコンデンサ、８…昇圧トランス、９…コア、Ｐ…一次巻線、Ｐ１…第１の一次巻線部、Ｐ２…第２の一次巻線部、Ｓ…二次巻線、Ｓ１…第１の二次巻線部、Ｓ２…第２の二次巻線部、１０…スイッチング素子、１２…発振制御部、１６…整流用ダイオード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧を昇圧してストロボ発光部に供給する昇圧トランス、及びこのトランスを備えてデジタルカメラや携帯電話等に搭載されるストロボ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一次コイルと二次コイルを有したフライバックトランスからなるストロボ用の昇圧トランスが、従来技術として知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この昇圧トランスの一次コイルには、直流電源と、フィードバックコンデンサと、半導体製のスイッチング素子が接続されている。昇圧トランスの二次コイルには、整流用ダイオードを介してメインコンデンサが接続されており、更に、このメインコンデンサの両端間に閃光発光管を有するストロボ発光部が接続されている。
【０００４】
スイッチング素子が発振制御部によりオン・オフを高速で繰り返すことにより、電源電圧が昇圧され整流用ダイオードで整流されてメインコンデンサに充電される。即ち、スイッチング素子がオン状態になると、昇圧トランスの一次コイルに電流が流れ、その後に、スイッチング素子がオフされることで、昇圧トランスの二次コイルに逆起電力が出力として発生する。この出力が整流用ダイオードで整流されてメインコンデンサに供給されて、このコンデンサに充電される。こうしてメインコンデンサに充電された電力がストロボ発光部に適時供給されることによって、このストロボ発光部の閃光発光管が閃光を発する。
【０００５】
特許文献１に記載の昇圧トランスの巻線構造は明らかではないが、一般的には、三層の巻線構造が採用されている。つまり、一次コイルが第１のコイル部と第２のコイル部とに分けられていて、第１のコイル部の外周に二次コイルが巻かれ、この二次コイルの外周に第２のコイル部が巻かれている。このため、二次コイルは一次コイルの第１、第２のコイル部で挟まれている。こうした三層の巻線構造は、巻線間の結合度が高められる結果、効率の向上とスイッチングノイズの低減に効果があるとされている。
【０００６】
第１のコイル部とこれに隣接した二次コイルとの間、及び二次コイルとこれに隣接した第２のコイル部との間には、夫々寄生容量（静電容量又は浮遊容量とも称される。）が発生する。寄生容量は、電位差があるコイル間に発生する電場が電荷を蓄える現象であるので、スイッチング素子のオン・オフに伴って寄生容量に蓄電や放電をするための余分な電流が流れる。
【０００７】
ストロボ装置で昇圧トランスの一次側に供給される電源電圧は約３Ｖであるのに対して、昇圧トランスの二次側のプラス電位は約３００Ｖを超えるので、昇圧トランスは電源電圧に対して約１００倍の高電圧を高速でオン・オフするスイッチング動作をする。
【０００８】
こうした高速スイッチングの度に、既述のように寄生容量への充放電が行われるので、それに応じた電力損失（スイッチングロス）が発生する。特に、前記構成の昇圧トランスは、二次コイルとこの外側に隣接した一次コイルの第２のコイル部との間の電位差（層間電圧）が大きいので、前記スイッチングロスが大きい。
【０００９】
したがって、従来の昇圧トランスはその効率が良くない。これとともに、この昇圧トランスの一次側に接続される電池（直流電源）の消耗が促進される不都合がある。
【００１０】
更に、スイッチング素子がオフされるに伴い昇圧トランスの二次コイルに出力が発生した瞬間に、スイッチング素子とグランドとの間にフライバック電圧が発生し、この電圧にはサージ電圧がスイッチングノイズとして重畳する。この場合、二次コイルと第２のコイル部と層間電圧が大きいほど、スイッチングノイズは大きく発生する。このため、従来の昇圧トランスを用いたストロボ装置では、フライバック電圧にノイズ成分を加算した電圧、つまり、スイッチング電圧が高い。
【００１１】
スイッチング電圧はスイッチング動作の都度スイッチング素子に加わるため、このスイッチング電圧でスイッチング素子が破壊されないようにする必要がある。このためには、耐圧性能がより高い仕様のスイッチング素子を用いなければならないので、コスト高となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００８−２６１８９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、簡単な構成で、効率を向上できるとともに、スイッチング電圧を下げることが可能なストロボ用昇圧トランス及びストロボ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明のストロボ用昇圧トランスは、低圧側一次巻線と高圧側二次巻線を備える。一次巻線を電気的に並列な第１の一次巻線部と第２の一次巻線部とで形成する。二次巻線を電気的に直列な第１の二次巻線部と第２の二次巻線部とで形成する。第１の一次巻線部と第２の一次巻線部との間に第１の二次巻線部を配設するとともに、第１の二次巻線部と第２の二次巻線部との間に第２の一次巻線部を配設して、これら各巻線部が四層をなして交互に重ね巻きされていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、巻線構造を四層にするという簡単な構成でありながら、寄生容量が低減されスイッチングロスが抑制されることにより効率を向上できるとともに、寄生容量の低減によりスイッチング電圧を下げることが可能なストロボ用昇圧トランス、及びこれを備えたストロボ装置を提供できる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係るストロボ装置の回路構成を示す図である。
【図２】図１のストロボ装置が備える昇圧トランスの構成を概略的に示す断面図である。
【図３】図２の昇圧トランスと従来の昇圧トランスとの充電効率を比較して示すグラフである。
【図４】図２の昇圧トランスと従来の昇圧トランスとの充電時間を比較して示すグラフである。
【図５】図１のストロボ装置のスイッチング電圧を示す波形図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るストロボ装置が備える昇圧トランスの構成を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態について、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１中符号１は例えばデジタルカメラに搭載されるストロボ装置を示している。このストロボ装置１は、充電回路部２と、ストロボ発光部３とを備えている。図１中符号４はデジタルカメラに搭載された乾電池や蓄電池等の電池からなる直流電源を示し、直流電源４は例えばカメラの電源を兼ねている。直流電源４の発生電圧は例えば約３Ｖである。
【００１９】
充電回路部２は、充電対象のメインコンデンサ６、昇圧トランス８、スイッチング素子１０、発振制御部１２、フィードバックコンデンサ１４、及び整流用ダイオード１６を備えていて、メインコンデンサ６を充電するために用意されている。
【００２０】
メインコンデンサ６は、ストロボ発光部３に電力を供給するために用意されていて、大容量の電解コンデンサからなる。
【００２１】
昇圧トランス８は、コア９に低圧側の一次巻線Ｐと、この一次巻線Ｐに対して高圧側の二次巻線Ｓを巻いて形成されている。
【００２２】
詳しくは、コア９は例えばフェライト製である。このコア９は、図２に示すように磁芯部９ａの両端部に夫々円板状の鍔部９ｂを一体に設けたドラム形に形成されている。
【００２３】
一次巻線Ｐは、電気的に並列な第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２とで形成されている。二次巻線Ｓは、電気的に直列な第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２とで形成されている。
【００２４】
これら４個の巻線部はコア９の磁芯部９ａに図２に示すように巻かれている。第１の一次巻線部Ｐ１は磁芯部９ａに直に巻き付けられて内側巻線層（最内層）を形成している。この第１の一次巻線部Ｐ１の外周に第１の二次巻線部Ｓ１が巻き付けられて内側中間巻線層を形成している。この第１の二次巻線部Ｓ１の外周に第２の一次巻線部Ｐ２が巻き付けられて外側中間巻線層を形成している。この第２の一次巻線部Ｐ２の外周に第２の二次巻線部Ｓ２が巻き付けられて外側巻線層（最外層）を形成している。
【００２５】
このため、第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２との間に、第１の二次巻線部Ｓ１が配設されるとともに、第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との間に、第２の一次巻線部Ｐ２が配設されていて、前記４個の巻線部は４層をなして交互に重ね巻きされている。
【００２６】
なお、図２の例では、一次巻線Ｐの電流分割を担う第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２との分割比は１対１である。これとともに、二次巻線Ｓの電圧分割を担う第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との分割比も１対１である。しかし、これらに制約されず、二次巻線Ｓの分割比は、例えば１対２の分割比でも、１対３の分割比であっても差し支えない。又、図１中符号ＴＰは第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との電気的接続部を示している。
【００２７】
スイッチング素子１０は、スイッチングトランジスタ等の半導体製であり、昇圧トランス８の入力端をなした一次巻線Ｐの一端８ａとグランドとの間に配設されている。このスイッチング素子１０は、発振制御部１２から供給されるベース制御信号に応じてオン・オフ動作をなして、それにより、一次巻線Ｐとグランドとの間の導通・非導通を制御する。発振制御部１２は、ストロボ発光動作後にベース制御信号の発振を開始させ、この後、メインコンデンサ６の満充電が検出されたときにベース制御信号の発振を停止させる機能を有している。この発振制御部１２での満充電検出は、例えばメインコンデンサ６の端子間電圧の検出情報に基づいて行われるようになっている。
【００２８】
フィードバックコンデンサ１４は、昇圧トランス８の入力端をなした一次巻線Ｐの他端８ｂとグランドとの間に配設されていて、直流電源４に並列に接続されている。
【００２９】
昇圧トランス８の出力端をなした二次巻線Ｓの一端８ｃと他端８ｄとの間にメインコンデンサ６が接続されているとともに、二次巻線Ｓの一端８ｃとメインコンデンサ６との間に整流用ダイオード１６が挿入されている。この整流用ダイオード１６が、二次巻線Ｓからの出力を整流してメインコンデンサ６に供給することにより、メインコンデンサ６への充電が行われる。このメインコンデンサ６の出力電圧（放電電圧）は例えば略３１０Ｖである。
【００３０】
図１に示すようにストロボ発光部３は、抵抗２１、トリガー用コンデンサ２２、トリガー用トランス２３、閃光発光管例えばキセノン放電管２４、及びスイッチ２５を有している。
【００３１】
抵抗２１と、トリガー用コンデンサ２２と、トリガー用トランス２３の一次巻線２３ａの直列回路は、メインコンデンサ６の両出力端間に接続されている。キセノン放電管２４の陽極はメインコンデンサ６の一方の出力端に接続され、キセノン放電管２４の陰極はメインコンデンサ６の他方の出力端に接続されている。キセノン放電管２４に対してこの管の外面に沿う外部電極２４ａが設けられている。この外部電極２４ａにトリガー用トランス２３の二次巻線２３ｂが接続されている。スイッチ２５は前記直列回路に並列に接続されている。スイッチ２５は半導体等からなりデジタルカメラの操作に連動して開閉される。
【００３２】
メインコンデンサ６への充電電流の一部は、抵抗２１と、トリガー用コンデンサ２２と、トリガー用トランス２３の一次巻線２３ａの直列回路に流れるから、それによって、トリガー用コンデンサ２２が充電される。この場合、トリガー用コンデンサ２２の容量はメインコンデンサ６の容量に比較してはるかに小さいので、このトリガー用コンデンサ２２への充電は短時間で完了する。これとともに、メインコンデンサ６の電圧は、キセノン放電管２４の陽極と陰極とに印加されている。
【００３３】
この状態で、スイッチ２５が閉じられると、トリガー用コンデンサ２２に蓄えられていた電荷が、スイッチ２５及びトリガー用トランス２３の一次巻線２３ａを介して放電されるので、それに伴い、トリガー用トランス２３の二次巻線２３ｂに高圧のトリガー信号が発生し、この信号が外部電極２４ａに供給される。それにより、キセノン放電管２４内のキセノンガスが電離されるので、メインコンデンサ６の電荷が一挙にキセノン放電管２４の陽極から陰極に流れて、このキセノン放電管２４が閃光を発する。
【００３４】
こうした発光動作の終了に引き続いて、発振制御部１２が発振動作を開始してスイッチング素子１０のオン・オフが高速で繰り返えされる。スイッチング素子１０がオンされると、昇圧トランス８の一次巻線Ｐに電流が流れ、その後に、スイッチング素子１０がオフされると、昇圧トランス８の出力として二次巻線Ｓに逆起電力が発生する。昇圧トランス８の出力は整流用ダイオード１６で整流されてメインコンデンサ６に供給されて、このメインコンデンサ６に充電される。
【００３５】
メインコンデンサ６に対する充電を本実施形態の昇圧トランス８を用いて行ったことで、充電効率及び充電時間を共に向上できることが確かめられた。
【００３６】
この評価の条件は以下の通りである。メインコンデンサ６の出力電圧は310Ｖ、同コンデンサの容量は85μＦであり、ＩＣ（集積回路）を含んだ評価ボードの型番は「ＴＰＳ６５５６０」である。この条件で、本実施形態の昇圧トランス８を備えたストロボ装置１と、比較例として従来の三層巻線構造の昇圧トランスを備えたストロボ装置の夫々について、入力電圧を1.80Ｖ、2.50Ｖ、3.70Ｖ、5.00Ｖに変化させて、充電時間、入力電流、及び入力電力を夫々測定するとともに、これらの測定値等を基に充電効率を算出した。
【００３７】
本実施形態の測定結果と充電効率は次表の通りであった。
【表１】
【００３８】
比較例の測定結果と充電効率は次表の通りであった。
【表２】
【００３９】
以上の測定結果から本実施形態と比較例との充電効率を比較したグラフを図３に示すとともに、同じく充電時間を比較したグラフを図４に示す。表１と表２での測定結果の対比によれば、比較例に対して本実施形態の昇圧トランスの方が、入力電圧が1.80Ｖ〜5.00Ｖの範囲で、充電時間が短くなったことを確認できた（図４も参照）。更に、比較例に対して本実施形態の昇圧トランスの方が、入力電圧が1.80Ｖ〜5.00Ｖの範囲で、入力電流が増えたことが判った。これとともに、比較例に対して本実施形態の昇圧トランスの方が、入力電圧が1.80Ｖ〜5.00Ｖの範囲で、入力電力が少ないことが判った。
【００４０】
更に、これらの結果として図３から判るように、比較例に対して本実施形態の昇圧トランス８の方が、入力電圧が1.80Ｖ〜5.00Ｖの範囲で、充電効率が略５％程度向上したことが確認された。
【００４１】
この改善の理由は厳密には明らかではないが、昇圧トランス８の巻線構造に起因していると推測される。
【００４２】
つまり、一次巻線Ｐの第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２とが電流分割巻きされていて、二次巻線Ｓの第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２とが電圧分割巻きされているとともに、これら各巻線部が交互に重ね巻きされた四層の巻線構造を、昇圧トランス８は有している。
【００４３】
こうした巻線構造により、隣接する巻線層間の電位差が小さくなる。特に、出力側の第２の二次巻線部Ｓ２とこれに隣接された第２の一次巻線部Ｐ２との間の電位差は、既述のように二次巻線Ｓが１対１の割合で電圧分割巻きされた実施形態では、前記電位差が出力電圧の半分に低下する。こうした巻線層間の電圧低下に伴い隣接した巻線層間に夫々生じる寄生容量が小さくなる。
【００４４】
本実施形態のストロボ装置１でも、スイッチング素子１０が直流電源４の電圧に対して約１００倍の高電圧を高速でオン・オフするスイッチング動作をする度に、寄生容量への充放電が行われる。しかし、既述のように寄生容量が小さいことで、この寄生容量への充放電に応じた電力損失（スイッチングロス）を減らすことができる。
【００４５】
このように昇圧トランス８の効率が向上されたので、この昇圧トランス８の一次側に接続された直流電源４の消耗を抑制することが可能である。
【００４６】
更に、本実施形態のストロボ装置１でも、スイッチング素子１０がオフされるに伴い昇圧トランス８の二次巻線Ｓに出力が発生した瞬間に、スイッチング素子１０とグランドとの間にフライバック電圧が発生し、かつ、この電圧にサージ電圧がスイッチングノイズとして重畳する。
【００４７】
しかし、既述のように二次巻線Ｓの第２の二次巻線部Ｓ２とこれに隣接した一次巻線Ｐの第２の一次巻線部Ｐ２との間の層間電圧が低いことに伴い、スイッチングノイズが小さくなる。このため、既述の四層重ね巻き構造の昇圧トランス８を備えたストロボ装置１のスイッチング電圧を低くすることが可能である。
【００４８】
図５は測定されたスイッチング電圧を示す波形図であり、図５中符号ＦＶはフライバック電圧に相当する波形を示し、ＳＮは波形ＦＶに重畳したスイッチングノイズを示している。本実施形態では既述のようにスイッチングノイズＳＮが小さいことにより、スイッチング電圧ＳＶを37.91Ｖと低くできることが確かめられた。なお、従来の三層巻線構造の昇圧トランスを備えたストロボ装置について測定したスイッチング電圧は、40.99Ｖであった。
【００４９】
このため、ストロボ装置１のスイッチング素子１０がスイッチング電圧で破壊されることが抑制されて、ストロボ装置１の充電回路部２の信頼性を向上することが可能である。これとともに、耐圧性能がより高い仕様のスイッチング素子を用いないで済むので、ストロボ装置１のコストを低減することも可能である。
【００５０】
以上のように昇圧トランス８の効率を向上できるとともに、ストロボ装置１のスイッチング電圧ＳＶを下げることを、昇圧トランス８の巻線を四層重ね巻き構造とすることによって実現したから、特別な電気部品や回路構成を追加する必要がなく、ストロボ装置１の構成が簡単である。
【００５１】
又、既述の昇圧トランス８の四層重ね巻き構造では、その最外層に二次巻線Ｓの電位が最も高い第２の二次巻線部Ｓ２が配置されている。これにより、コア９の外部に引出される第２の二次巻線部Ｓ２の引出し線が、２の二次巻線部Ｓ２よりも低圧の他の巻線部と交差することがない。このため、第２の二次巻線部Ｓ２の引出し線とその他の巻線部との間を電気絶縁して耐圧を確保する措置を講じる必要がないので、製造し易い点で有利である。
【００５２】
図６は本発明の他の実施形態に係るストロボ装置の昇圧トランスを示している。このトランス及びこれを備えるストロボ装置は、以下説明する構成を除いて一実施形態の昇圧トランスと同じ構成であるので、一実施形態と同じ構成については同一符号を付してその説明を省略する。
【００５３】
他の実施形態の昇圧トランス８の巻線の四層重ね巻き構造では、最外層が一次巻線Ｐの第１の一次巻線部Ｐ１で形成されるとともに、最内層が二次巻線Ｓの電位が最も高い第２の二次巻線部Ｓ２で形成された構成としてある。
【００５４】
つまり、第２の二次巻線部Ｓ２は磁芯部９ａに直に巻き付けられて内側巻線層を形成している。この第２の二次巻線部Ｓ２の外周に第２の一次巻線部Ｐ２が巻き付けられて内側中間巻線層を形成している。この第２の一次巻線部Ｐ２の外周に第１の二次巻線部Ｓ１が巻き付けられて外側中間巻線層を形成している。この第１の二次巻線部Ｓ１の外周に第１の一次巻線部Ｐ１が巻き付けられて外側巻線層を形成している。
【００５５】
このため、第１の一次巻線部Ｐ１と第２の一次巻線部Ｐ２との間に、第１の二次巻線部Ｓ１が配設されるとともに、第１の二次巻線部Ｓ１と第２の二次巻線部Ｓ２との間に、第２の一次巻線部Ｐ２が配設されて、前記４個の巻線部が４層をなして交互に重ね巻きされている。又、第２の二次巻線部Ｓ２の引出し線は、その他の巻線部との間の耐圧を確保する電気絶縁してコア９の外部に引出されている。
【００５６】
以上説明した以外の構成は図示されない構成を含めて一実施形態と同じである。そのため、昇圧トランス８の巻線が四層重ね巻き構造となっていることにより、一実施形態で既に説明した理由によって、簡単な構成でありながら、効率を向上できるとともに、スイッチング電圧を下げることが可能なストロボ用昇圧トランス８、及びこれを備えたストロボ装置を提供することが可能である。
【符号の説明】
【００５７】
１…ストロボ装置、２…充電回路部、３…ストロボ発光部、４…直流電源、６…メインコンデンサ、８…昇圧トランス、９…コア、Ｐ…一次巻線、Ｐ１…第１の一次巻線部、Ｐ２…第２の一次巻線部、Ｓ…二次巻線、Ｓ１…第１の二次巻線部、Ｓ２…第２の二次巻線部、１０…スイッチング素子、１２…発振制御部、１６…整流用ダイオード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧側一次巻線と高圧側二次巻線を備え、
前記一次巻線を電気的に並列な第１の一次巻線部と第２の一次巻線部とで形成するとともに、前記二次巻線を電気的に直列な第１の二次巻線部と第２の二次巻線部とで形成し、
前記第１、第２の一次巻線部間に前記第１の二次巻線部を配設するとともに、前記第１、第２の二次巻線部間に前記第２の一次巻線部を配設して、
第１の一次巻線部と第１の二次巻線部と第２の一次巻線部と第２の二次巻線部とが、四層をなして交互に重ね巻きされていることを特徴とするストロボ用昇圧トランス。
【請求項２】
前記第１の一次巻線部が最も内側の巻線層をなしていて、この第１の一次巻線部の外周に前記第１の二次巻線部が巻かれており、この第１の二次巻線部の外周に前記第２の一次巻線部が巻かれており、この第２の一次巻線部の外周に前記第２の二次巻線部が最も外側の巻線層をなして巻かれていることを特徴とする請求項１に記載のストロボ用昇圧トランス。
【請求項３】
ストロボ発光部と、
この発光部に供給する電力を蓄積するメインコンデンサと、
直流電源の電力が供給される請求項１又は２に記載の昇圧トランスと、
この昇圧トランスが有した一次巻線に供給する電流をオン・オフする半導体製のスイッチング素子と、
このスイッチング素子のスイッチング動作を行わせる発振制御部と、
前記昇圧トランスが有した二次巻線から放出された出力を整流して前記メインコンデンサに供給する整流用ダイオードと、
を具備することを特徴とするストロボ装置。
【請求項１】
低圧側一次巻線と高圧側二次巻線を備え、
前記一次巻線を電気的に並列な第１の一次巻線部と第２の一次巻線部とで形成するとともに、前記二次巻線を電気的に直列な第１の二次巻線部と第２の二次巻線部とで形成し、
前記第１、第２の一次巻線部間に前記第１の二次巻線部を配設するとともに、前記第１、第２の二次巻線部間に前記第２の一次巻線部を配設して、
第１の一次巻線部と第１の二次巻線部と第２の一次巻線部と第２の二次巻線部とが、四層をなして交互に重ね巻きされていることを特徴とするストロボ用昇圧トランス。
【請求項２】
前記第１の一次巻線部が最も内側の巻線層をなしていて、この第１の一次巻線部の外周に前記第１の二次巻線部が巻かれており、この第１の二次巻線部の外周に前記第２の一次巻線部が巻かれており、この第２の一次巻線部の外周に前記第２の二次巻線部が最も外側の巻線層をなして巻かれていることを特徴とする請求項１に記載のストロボ用昇圧トランス。
【請求項３】
ストロボ発光部と、
この発光部に供給する電力を蓄積するメインコンデンサと、
直流電源の電力が供給される請求項１又は２に記載の昇圧トランスと、
この昇圧トランスが有した一次巻線に供給する電流をオン・オフする半導体製のスイッチング素子と、
このスイッチング素子のスイッチング動作を行わせる発振制御部と、
前記昇圧トランスが有した二次巻線から放出された出力を整流して前記メインコンデンサに供給する整流用ダイオードと、
を具備することを特徴とするストロボ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４６０３４（Ｐ２０１３−４６０３４Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８５０９１（Ｐ２０１１−１８５０９１）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（５９２０７４４４１）東京コイルエンジニアリング株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（５９２０７４４４１）東京コイルエンジニアリング株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
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