专利名称：电容器充电电路及包括该电容器充电电路的频闪装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过回扫变压器(flyback transformer)对电容器充电的电容器充电电路，以及通过该电容器充电电路来点亮发光管的频闪装置。
背景技术：
在日本专利申请待审公开No.2002-152987、日本专利申请待审公开No.2002-359095等中披露了这种类型的常规频闪装置。图3显示了这种类型的常规频闪装置的例子。频闪装置101包括电容器充电电路102和发光管3。电容器充电电路102包括回扫变压器110，该回扫变压器110具有一端连接到输入电源VCC的初级线圈111、以及从一端输出次级线圈电流的次级线圈112；开关元件114，该开关元件114是连接到初级线圈111的另一端的N型金属氧化物半导体(MOS)晶体管，用于导通和断开在初级线圈111中流动的初级线圈电流Ia；电阻器115，用于测量初级线圈电流Ia，该电阻器115的一端连接到开关元件114的源极，另一端接地；电容器117，利用通过开关元件114的开关动作产生并流过次级线圈112的次级线圈电流Ib，经由整流二极管116来对该电容器117充电；包括与电容器117并行设置的、用于测量电容器117的充电电压的电阻器119和齐纳(Zener)二极管118的串联电路；二极管120，用于测量次级线圈电流Ib，该二极管120的阴极连接到次级线圈112的另一端，阳极接地；具有高电阻值的电阻器121，该电阻器121使二极管120的阴极偏压到地电势；以及充电控制电路122，该充电控制电路122将电阻器115一端的电压输入到输入端A，将二极管120的阴极的电压输入到输入端B，以及将齐纳二极管118与电阻器119之间的连接点处的电压输入到输入端C，并从输出端D输出根据这些电压产生的用于开关元件114的开关信号。当从在总体上控制频闪装置101的频闪控制电路(未显示)发送用于起动开关元件114的开关动作的命令信号时，该充电控制电路122就起动。通过释放在电容器117中积累的电荷，来点亮发光管3。
在该电容器充电电路102中，当开关元件114导通时，初级线圈电流Ia线性地增大，并且能量被存储在回扫变压器110中。通过电阻器115一端的电压(输入端A的电压)来检测该初级线圈电流Ia。当电流达到预定电流值时，开关元件114被充电控制电路122断开。当开关元件114断开时，次级线圈电流Ib在次级线圈112中线性递减地流动。经由整流二极管116对电容器117充电，并且回扫变压器110中存储的能量减少了。通过二极管120的阴极的电压(输入端B的电压)来检测次级线圈电流Ib。当该电流达到接近于0的值时，开关元件114被充电控制电路122接通。然后，初级线圈电流Ia再次线性地增大，并且能量被存储在回扫变压器110中。
通过这样重复开关元件114的开关动作，电容器117的充电电压逐渐地增大，但是该充电电压的上限固定在齐纳二极管118的击穿电压。在电容器117的充电电压达到击穿电压之前，在齐纳二极管118或电阻器119中没有电流流动。当电容器117的充电电压确实达到击穿电压时，电流流过齐纳二极管118，并且电容器117的充电电压被维持在恒定水平。此时，电流也流过电阻器119。齐纳二极管118与电阻器119之间的连接点处的电压(即充电控制电路122的输入端C的电压)增大了，于是充电控制电路122确定电容器117的充电电压足够了，并停止开关元件114的开关动作。这样，一旦电容器117的充电电压达到预定电压，就控制电容器充电电路102，由此防止任何浪费的电流消耗。
然而，上述电容器充电电路102中使用的齐纳二极管不适于集成在半导体集成电路中，因为高压被施加于其两端。为此，一般使用齐纳二极管的独立标准部件。这种独立标准部件的大尺寸意味着，它在印制电路板上占据大区域，并且也导致更高的成本。
发明内容
为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供一种不使用齐纳二极管，并使将大量的电路和元件集成在半导体集成电路中成为可能的电容器充电电路，并且也提供一种具有小尺寸的频闪装置。
根据本发明的优选实施例的电容器充电电路包括具有初级线圈、次级线圈和三级线圈的回扫变压器；用于导通和断开在初级线圈中流动的电流的开关元件；利用通过开关元件的开关动作在次级线圈中产生的电流而被充电的电容器；以及用于控制开关元件的开关动作的充电控制电路。当开关元件断开并且在三级线圈的第一端产生的电压大于与电容器的充电电压的预定电压相对应的基准电压时，充电控制电路就使开关元件的开关动作停止指定的一段时间。
在该电容器充电电路中，三级线圈的第二端优选地连接到地电势。此外，在该电容器充电电路中，在与基准电压比较的期间，在三级线圈的第一端产生的电压通过低通滤波器。
根据本发明优选实施例的频闪装置包括上述根据本发明优选实施例的电容器充电电路；以及发光管，通过释放电容器充电电路的电容器中积累的电荷来点亮该发光管。
上述根据本发明优选实施例的电容器充电电路使在不使用齐纳二极管的情况下停止开关元件的开关动作指定长时间成为可能，并且也利于通过检测在三级线圈的第一端产生的与电容器的充电电压成比例的低电压，将大量电路和元件集成在半导体集成电路中。此外，结果，也有可能减小包括电容器充电电路的频闪装置的尺寸。
由以下参考附图的本发明优选实施例的详细说明，本发明的其它特征、要素、特性和优点将变得更明显。
图1所示为根据本发明优选实施例的电容器充电电路和频闪装置的电路图；图2所示为其每一个部件的波形图；以及图3所示为常规的电容器充电电路和频闪装置的电路图。
具体实施例方式
以下将参考附图来描述本发明的优选实施例。图1显示了根据本发明优选实施例的频闪装置1。频闪装置1优选地包括电容器充电电路2和发光管3。电容器充电电路2包括回扫变压器10，该回扫变压器10具有一端连接到输入电源VCC的初级线圈11，以及一端输出次级线圈电流的次级线圈12，并进一步具有一端(第二端)优选地连接到地电势的三级线圈13；开关元件14，该开关元件14优选地是连接到初级线圈11的另一端(节点E)的N型MOS晶体管，用于导通和断开在初级线圈11中流动的初级线圈电流Ia；一端连接到开关元件14的源极、另一端接地的电阻器15，用于测量初级线圈电流Ia；电容器17，利用通过开关元件14的开关动作产生的并在次级线圈12中流动的次级线圈电流Ib，经由整流二极管16来对该电容器17充电；二极管20，用于测量次级线圈电流Ib，该二极管20的阴极连接到次级线圈12的另一端，阳极接地；具有高电阻值的电阻器21，该电阻器21使二极管20的阴极偏压到地电势；以及充电控制电路22，该充电控制电路22将电阻器15一端的电压接收到输入端A，将二极管20的阴极的电压接收到输入端B，以及将三级线圈13的另一端(第一端)的电压接收到输入端C，并从输出端D输出根据这些电压产生的开关元件14的开关信号。在该充电控制电路22中，用于起动开关元件14的开关动作的命令信号从在整体上控制频闪装置1的频闪控制电路(未显示)被输入到输入端START(起动)。当电容器17的充电电压达到预定电压时，指示该条件的信号从输出端FULL(充满)输出到频闪控制电路(未显示)。通过释放在电容器17中积累的电荷，来点亮发光管3。
尤其是，上述充电控制电路优选地包括第一比较器31，该第一比较器31将从输入端A收到的电压输入到反相输入端，并将第一基准电压VREF1输入到非反相输入端，比较这两个电压，以及据此输出高电平或低电平；第二比较器32，该第二比较器32将从输入端B收到的电压加上补偿电压VOS输入到反相输入端，并将地电势输入到非反相输入端，比较这两个电压，以及据此输出低电平或高电平；第三比较器33，该第三比较器33将从输入端C收到的电压通过低通滤波器34输入到反相输入端，并将第三基准电压VREF3输入到非反相输入端，比较这两个电压，以及据此输出高电平或低电平；D型触发器35，该D型触发器35将第一比较器31的反相输出信号输入到复位端R，将第二比较器32的反相输出信号输入到时钟端CK，以及将输入电源VCC输入到数据端Da，并据此从输出端Q输出高电平或低电平；以及“与”电路36，该“与”电路36输入触发器35的输出端Q的输出信号、第三比较器33的输出信号、以及输入端START(起动)的命令信号，并从输出端D输出高电平或低电平。第三比较器33的输出信号也被输出到输出端FULL。
接下来，将参考图2来描述电容器充电电路2的操作。当开关元件14导通时，初级线圈电流Ia线性地增大，如图2(a)所示，并且能量被存储在回扫变压器10中。通过电阻器15一端的电压(输入端A的电压)来检测该初级线圈电流Ia。当初级线圈电流Ia达到预定电流值时，输入端A的电压超过第一基准电压VREF1，并且第一比较器31输出低电平。D型触发器35由此被复位，并且“与”电路36，即输出端D输出低电平，并使开关元件14断开。当开关元件14断开时，次级线圈电流Ib在次级线圈12中线性递减地流动，如图2(b)所示。经由整流二极管16对电容器17充电，并且回扫变压器10中存储的能量减少了。通过二极管20的阴极的电压(输入端B的电压)来检测次级线圈电流Ib。当次级线圈电流Ib达到接近于0的电平时，输入端B的电压也接近0。由于补偿电压VOS，使得第二比较器32的反相输入端的电压变得高于地电势，并且第二比较器32输出低电平。因此，D型触发器35的输出端Q切换到高电平。如果第三比较器33的输出处于高电平，则“与”电路36，即输出端D输出高电平，并使开关元件14导通。然后，初级线圈电流Ia再次线性地增大，并且能量被存储在回扫变压器10中。
电容器充电电路2这样重复开关元件14的开关动作，造成电容器17一端(节点OUT)的电压即充电电压VOUT上升。当该充电电压VOUT达到预定电压时，电路停止开关元件的开关动作，如下所述。
当开关元件14断开时，通过在次级线圈12中流动的次级线圈电流Ib对电容器17充电。在三级线圈13的第一端，即在充电控制电路22的输入端C，产生了三级线圈电压VC，该三级线圈电压VC近似等于电容器17的充电电压VOUT乘以三级线圈13中的匝数N3相对于次级线圈12中的匝数N2之比的值，如图2(c)所示。换句话说，三级线圈电压VC的值近似等于VC＝VOUT×(N3/N2)当检测该三级线圈电压VC，有可能间接地检测电容器17的充电电压VOUT。在整流二极管16和二极管20中只有小压降，因此不予考虑。
在此应该注意两件事情。首先，三级线圈电压VC不取决于输入电源VCC，而是与充电电压VOUT成比例。第二，因为可以随意地调整三级线圈13的匝数N3，因此有可能基于作为基准的地电势，将三级线圈电压VC设置为低电平。经过比较，初级线圈11的另一端(节点E)的初级线圈电压VE近似等于充电电压VOUT乘以初级线圈11中的匝数N1相对于次级线圈12中的匝数N2之比再加上输入电源VCC，如图2(d)所示。换句话说，初级线圈电压VE的值近似等于VE＝VOUT×(N1/N2)+VCC因此，因为初级线圈电压VE取决于输入电源VCC，所以如果输入电源VCC有任何波动就难以检测正确的充电电压VOUT，即使通过用电阻等分配初级线圈电压VE来检测初级线圈电压VE。此外，为了利用初级线圈电压VE来检测充电电压VOUT，有时可能需要调整初级线圈11中的匝数N1，因而损害了回扫变压器10的理想升压特性。
接下来，充电控制电路22通过第三比较器33对三级线圈电压VC和与电容器17的充电电压VOUT的预定电压相对应的第三基准电压VREF3进行比较。当三级线圈电压VC达到第三基准电压VREF3时，第三比较器33输出低电平。结果，间接地检测到电容器17的充电电压VOUT已被升到预定电压。于是，“与”电路36即输出端D输出低电平，使开关元件14断开，并停止开关元件14的开关动作，同时输出端FULL也输出低电平。然后，在总体上控制频闪装置1的频闪控制电路(未显示)停止用于触发开关元件14的开关动作的命令信号。换句话说，它将输入端START(起动)设置为低电平。在计数指定的一段时间(例如5秒)之后，频闪控制电路(未显示)输出用于起动开关元件14的开关行动的命令信号。换句话说，频闪控制电路将输入端START(起动)切换到高电平，并重新起动开关元件14的开关动作。指定的时间段被设置为适合于节点OUT的漏电流的状态的级别。
在开关元件14断开之后，由每个线圈(例如初级线圈11)的漏电感和分布电容造成的峰值电压就立即产生，并被传送到三级线圈电压VC。布置在充电控制电路22中的低通滤波器34用于消除该峰值电压，并使防止由于电压尖脉冲造成的第三比较器33的故障成为可能。
如上所述，当电容器17的充电电压VOUT达到预定电压时，电容器充电电路2就使开关元件14的开关动作停止指定的一段时间。因而，防止了浪费的过量电流消耗。此外，电容器充电电路2不包括齐纳二极管。而且，因为可以将三级线圈电压VC设置为低电压，因此有可能将包括第三比较器33的大量电路和元件集成到半导体集成电路中。这也使减小包括电容器充电电路2的频闪装置1的尺寸成为可能。
应该注意，本发明不限于上述的优选实施例，并且在以下权利要求的范围之内的各种设计更改都是可能的。
权利要求
1.一种电容器充电电路，包括具有初级线圈、次级线圈和三级线圈的回扫变压器；开关元件，该开关元件被设置用于导通或断开在初级线圈中流动的电流；电容器，该电容器被设置用于利用通过开关元件的开关动作在次级线圈中产生的电流对该电容器进行充电；以及充电控制电路，该充电控制电路控制开关元件的开关动作；其中该充电控制电路被设置用于，当开关元件断开，并且在三级线圈的第一端产生的电压大于与电容器的充电电压的预定电压相对应的基准电压时，使开关元件的开关动作停止一段时间。
2.根据权利要求1所述的电容器充电电路，其中三级线圈的第二端连接到地电势。
3.根据权利要求1所述的电容器充电电路，其中在与基准电压比较的期间，在三级线圈的第一端产生的电压通过低通滤波器。
4.根据权利要求1所述的电容器充电电路，其中开关元件是连接到回扫变压器的初级线圈的N型金属氧化物半导体晶体管。
5.根据权利要求1所述的电容器充电电路，进一步包括电阻器，该电阻器连接到开关元件及地电势，并且被设置用于测量回扫变压器的初级线圈中的电流。
6.根据权利要求5所述的电容器充电电路，进一步包括整流二极管，该整流二极管连接到电容器，并且被设置用于将通过开关元件的开关动作产生的次级线圈中的电流发送给电容器；二极管，该二极管被设置用于测量次级线圈中的电流；以及另一个电阻器，该另一个电阻器被设置用于使所述二极管的阴极偏压到地电势。
7.根据权利要求6所述的电容器充电电路，其中充电控制电路被设置用于接收电阻器的一端的第一电压、二极管的阴极的第二电压、以及三级线圈的第一端的第三电压，并且输出根据该第一、第二和第三电压产生的开关元件的开关信号。
8.根据权利要求1所述的电容器充电电路，其中充电控制电路包括低通滤波器、第一比较器、第二比较器、第三比较器、触发器电路以及“与”电路。
9.根据权利要求8所述的电容器充电电路，其中低通滤波器、第一比较器、第二比较器、第三比较器、触发器电路以及“与”电路被集成在半导体集成电路中。
10.根据权利要求1所述的电容器充电电路，其中三级线圈中的电压不取决于输入电源，而是与输出充电电压成比例。
11.根据权利要求1所述的电容器充电电路，其中基于作为基准的地电势，将三级线圈的电压设置为低电平。
12.根据权利要求1所述的电容器充电电路，其中该电容器充电电路不包括齐纳二极管。
13.一种电容器充电电路，包括具有多个线圈的回扫变压器；开关元件，该开关元件被设置用于导通和断开在回扫变压器的多个线圈之一中流动的电流；电容器，该电容器被设置用于利用通过开关元件的开关动作在回扫变压器的多个线圈之一中产生的电流来对该电容器充电；以及充电控制电路，该充电控制电路控制开关元件的开关动作；其中在该电容器充电电路中不包括齐纳二极管。
14.根据权利要求13所述的电容器充电电路，其中回扫变压器包括初级线圈、次级线圈和三级线圈。
15.根据权利要求14所述的电容器充电电路，其中充电控制电路被设置用于，当开关元件断开，并且在三级线圈的第一端产生的电压大于与电容器的充电电压的预定电压相对应的基准电压时，使开关元件的开关动作停止一段时间。
16.根据权利要求15所述的电容器充电电路，其中三级线圈的第二端连接到地电势。
17.根据权利要求15所述的电容器充电电路，其中在与基准电压比较的期间，在三级线圈的第一端产生的电压通过低通滤波器。
18.根据权利要求13所述的电容器充电电路，其中充电控制电路包括被集成在半导体集成电路中的低通滤波器、第一比较器、第二比较器、第三比较器、触发器电路以及“与”电路。
19.一种频闪装置，包括根据权利要求1至18中任一权利要求所述的电容器充电电路；以及发光管，通过释放电容器中积累的电荷来点亮该发光管。
全文摘要
一种电容器充电电路，该电容器充电电路不包括齐纳二极管，并且使将大量的电路和元件集成在半导体集成电路中成为可能。该电容器充电电路包括具有初级线圈、次级线圈和三级线圈的回扫变压器；用于导通和断开流过初级线圈的电流的开关元件；利用通过开关元件的开关动作在次级线圈中产生的电流而被充电的电容器；以及用于控制开关元件的开关动作的充电控制电路。当开关元件断开，并且在三级线圈的第一端产生的电压大于与电容器的充电电压的预定电压相对应的基准电压时，开关元件的开关动作就被停止。
文档编号H02M3/04GK1677819SQ20051006255
公开日2005年10月5日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年3月30日
发明者高间欣也 申请人:罗姆股份有限公司