JP2002142357A - バイパスコンデンサ回路、電子機器および電池パック - Google Patents
バイパスコンデンサ回路、電子機器および電池パックInfo
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Abstract
ンデンサに対する過大な充電電流抑制を図る場合におい
て、通常動作時における電力消費および電池の消耗の抑
制を可能とする一方、バイパスコンデンサの短絡時にお
ける不具合の発生を防止可能とする。 【解決手段】電池電源1により駆動される電気回路3の
電源受給端子3aと接地端子3bとの間にバイパスコン
デンサ4aを並列に接続し、かつ、電気回路3の電源受
給端子3aと電池電源1の非接地端子1aとの間にPT
C素子4bを直列に接続するとともに、PTC素子4b
を、電気回路3に対して熱的に結合した構成。
Description
源から供給される直流電圧により駆動される電気回路を
内蔵した電子機器に備えられて、少なくとも前記直流電
圧に含まれる不要なリップル成分ないしは高周波成分を
接地側にバイパスするバイパスコンデンサを備えたバイ
パスコンデンサ回路ならびに直流電源として電池を内蔵
する電子機器や電池パックに関する。
コンデンサ回路について説明する。このバイパスコンデ
ンサ回路4’には、電気回路3の電源受給端子3aと接
地端子3bとの間にバイパスコンデンサ4bを並列に接
続し、そして、電気回路3の電源受給端子3aと電池電
源1の非接地端子1aとの間に電流制限用の固定抵抗器
4bを直列に接続して、バイパスコンデンサ4aと電源
受給端子3aとを、直接、電池電源1に接続するのでは
なく、固定抵抗器4bを介して電池電源1に接続した構
成とすることにより、電源起動時や電池電源交換時など
においてバイパスコンデンサ4aに対して電池電源1か
ら過大な充電電流が流れ込まないよう制限して電池電源
1の性能劣化やその故障を防止可能としたものがある。
値は、例えば電池電源1が例えば複数個のリチウムイオ
ン電池の組み合わせで12Vの出力電圧とした場合、一
般的には、10Ω程度の低い抵抗値に規定されている。
ンデンサ回路4’において、バイパスコンデンサ4aに
例えば積層セラミックコンデンサを使用した場合、一般
に、これに対して過大電圧が供給されたり機械的振動な
どが加えられると、内部クラックが発生して電気的に短
絡状態となることがある。
記のように10Ω程度の低い抵抗値の固定抵抗器4bに
は過大な短絡電流が流れて該固定抵抗器4bが過熱する
という不具合があって好ましくない。
抵抗値そのものを高く設定することにより前記短絡電流
を小さく抑制しようとする場合、通常動作時における固
定抵抗器4bにおける電圧降下や電力消費が大きくなっ
て電池電源1の消耗度合いが大きくなって好ましくな
い。
を高く設定するのではなく、W(ワット)数の高い固定
抵抗器を使用した場合、固定抵抗器4bのサイズが大型
化してしまい、電子機器の小型化と、これに相俟ってそ
れに収納される電子部品の一つである固定抵抗器4bも
回路基板上にチップ形状で搭載されてその小型化が普及
されている現状では、特に、そのサイズの大型化は好ま
しくない。
の交換時におけるバイパスコンデンサに対する過大な充
電電流が発生するのを固定抵抗器の代わりにPTC素子
を用いて防止可能とし、かつ、バイパスコンデンサが短
絡した場合の上述の課題を解決したバイパスコンデンサ
回路、および電池を直流電源としてバイパスコンデンサ
回路を内蔵した電子機器、ならびに電池パックを提供す
ることを目的としている。
コンデンサ回路は、直流電源により駆動される電気回路
の電源受給端子と接地端子との間にバイパスコンデンサ
が並列に接続され、かつ、前記バイパスコンデンサと前
記直流電源の非接地端子との間にPTC素子が直列に接
続された構成を有し、かつ、前記PTC素子は、通常動
作時における抵抗値が所定以下を呈し、また、バイパス
コンデンサの短絡に際して流れる短絡電流により発熱し
て温度上昇したときの発熱温度が所定温度以下となる状
態で使用されるものである。
と、PTC素子を固定抵抗器の代わりに上記のように使
用するから、電源起動時やバイパスコンデンサの充電に
おける直流電源を電池とした場合、固定抵抗器と同様に
電池の非接地端子とバイパスコンデンサとの間に直列に
PTC素子が抵抗器として挿入されるから、その電池に
対する性能劣化等の影響が無い。そして、バイパスコン
デンサが短絡するとその短絡に伴う電流によりPTC素
子が発熱して抵抗値が増大する結果、その過大な短絡電
流の発生が抑制され、そして、この場合のPTC素子の
発熱温度は、固定抵抗器よりも低くて済んで固定抵抗器
のような不具合がないから、固定抵抗器を使用していた
場合の上述の課題が解決する。
合、前記PTC素子が、前記電子機器に内蔵される前記
電気回路または他の電気回路に対して熱的に結合されて
いると、電気回路が過熱した熱でPTC素子の抵抗値が
増大し、これによって、電気回路に対する電流供給が抑
制されてその過熱状態を回避できることになって好まし
い。
り駆動される電気回路を有し、この電気回路の電源受給
端子に対して直流電源を供給可能に構成されている電子
機器であって、前記電気回路の電源受給端子と接地端子
との間にバイパスコンデンサが並列に接続されていると
ともに、前記バイパスコンデンサと前記直流電源の非接
地端子との間に直列にPTC素子が接続され、かつ、前
記PTC素子は、通常動作時における抵抗値が所定以下
を呈し、また、バイパスコンデンサの短絡に際して流れ
る短絡電流により発熱して温度上昇したときの発熱温度
が所定温度以下となる状態で使用されているとともに、
前記電気回路または他の電気回路に対して熱的に結合さ
れているものである。
り、電源起動時や直流電源が電池電源の場合、その交換
時におけるバイパスコンデンサに対する過大な充電電流
の突入を抑制して電池電源の性能劣化を防止できるとと
もに、通常動作時における電力消費および電池電源の消
耗の抑制とを図れる抵抗値状態をとることが可能であ
る。そして、バイパスコンデンサが短絡した場合、その
短絡電流で自己発熱することで抵抗値が増大する結果、
過大な短絡電流の発生を防止し、バイパスコンデンサの
過熱状態を回避させることができるとともに、前記PT
C素子が、前記電子機器に内蔵される前記電気回路また
は他の電気回路に対して熱的に結合されているから、バ
イパスコンデンサの過熱状態の回避のみならず電気回路
の過熱状態も回避できるものとなっている。
しての電池と、前記電池により駆動される内部回路と、
前記内部回路の電源受給端子と接地端子との間に接続さ
れたバイパスコンデンサと、前記バイパスコンデンサと
電池の非接地端子との間に直列に接続されたPTC素子
とを有し、前記PTC素子は、通常動作時における抵抗
値が所定以下を呈し、また、バイパスコンデンサの短絡
に際して流れる短絡電流により発熱して温度上昇したと
きの発熱温度が所定温度以下となる状態で使用されてい
るものである。
要素に含む場合と含まない場合とがある。
より、電源起動時や電池交換時におけるバイパスコンデ
ンサに対する過大な充電電流の突入を抑制して電池の性
能劣化を防止できるとともに、通常動作時における電力
消費および電池電源の消耗の抑制とを図れる抵抗値状態
をとることが可能である。そして、バイパスコンデンサ
が短絡した場合、その短絡電流で自己発熱することで抵
抗値が増大する結果、過大な短絡電流の発生を防止し、
バイパスコンデンサの過熱状態を回避させることができ
る。
子を前記内部回路に対して熱的に結合すると、バイパス
コンデンサの過熱状態の回避のみならず内部回路の過熱
状態も回避できるものとなる。
実施形態に基づいて説明する。
路は、主として電池電源で駆動されるノートパソコンや
携帯電話などの携帯用電子機器に内蔵されている電気回
路に適用して説明するが、適用例は、これに限定される
ものではない。
り、図1は、本実施形態のバイパスコンデンサ回路の回
路図、図2は、図1のPTC素子の抵抗温度特性図、図
3は、図1のバイパスコンデンサの充電電流時間特性
図、図4は、図1のPTC素子の電気回路に対する熱的
な結合状態を示す斜視図である。
して互いに直列に接続された複数個の電池よりなる電池
群もしくは電池電源、2は、電源スイッチ、3は、電池
電源1により駆動される電気回路、4は、バイパスコン
デンサ回路である。
1bとを有する。
aより直流電圧を供給される電源受給端子3aと、電池
電源1の接地端子1bと共通に接続される接地端子3b
とを有する。
の電源受給端子3aと接地端子3bとの間に並列に接続
されたバイパスコンデンサ4aと、電気回路3の電源受
給端子3aと電池電源1の非接地端子1aとの間に直列
に接続されたPTC素子4bとを有している。バイパス
コンデンサ4aは、好ましくは積層セラミックコンデン
サで構成されているが、これに限定されるものではな
い。
示されるPTC(キュリー点において、抵抗値が急激に
増大するサーミスタの総称:Positive Tem
perature Coefficientの略称)特
性を有する素子である。
子4bは、室温25(℃)での抵抗値10.0(Ω)、
キュリー点90(℃)、温度域A(室温とその室温から
抵抗温度係数が正に転じるまでの温度との間の領域)に
おける抵抗温度係数(通常およそ−2000ppm/
℃)、空気中への熱放散係数1.8(mW/℃)を有し
ている。ただ、本発明は、このPTC素子4bに限定さ
れるものではなく、単なる一例として示している。な
お、キュリー点とは、室温25℃での抵抗値が2倍にな
る温度のことである。
源1の直流電圧を例えば12(V)とし、かつその出力
インピーダンスを無視できるものとする。
デンサ4aに対して電池電源1からの充電電流がPTC
素子4bを通して流れ込む。この場合、電池電源1の出
力インピーダンスは無視できるから、バイパスコンデン
サ4aに対する充電電流(i)は、電池電源1の電圧1
2(V)とPTC素子4bの室温25(℃)での抵抗値
10.0(Ω)とによって規定された12(V)/10
(Ω)=1.2(A)となり、電池電源1に対する負担
は無視できる程度に小さいものとなる。
く。この充電電流(i)の減少カーブを図3の充電電流
時間特性において実線で示す。これと比較する意味で、
PTC素子4bが無い場合のバイパスコンデンサ4bに
対する充電電流iの減少カーブは図3の破線で示されて
いる。
は、電源スイッチ2を閉じた当初は電池電源1に過大な
充電電流iが流れ込んでその負担は顕著となるのに対し
て、PTC素子4bが存在する本実施形態の場合は、電
池電源1に対する負担は大きく軽減されることになる。
するなどして電気的に両電極間が短絡された場合、電池
電源1とPTC素子4bとで閉ループが構成され、PT
C素子4bには、前記と同様、PTC素子4bの抵抗値
と、電池電源1の電圧値とにより決定される大きさの充
電電流i(=12(V)/10(Ω)=1.2(A))
が流れ続けようとする。そして、このとき、PTC素子
4bで発生する熱は、PTC素子4bの抵抗値が10
(Ω)であるから、1.22(A2)×10(Ω)=1
4.4(W)になる。
放散係数は、前記した1.8(mW/℃)であるから、
PTC素子4bは、自己発熱して急激に温度上昇してそ
の抵抗値が上昇する。このときのPTC素子4bの動作
安定点は、PTC素子4bの実装状態によっても異なる
が、通常、図2の温度域Bの1(kΩ)程度となる。
(A)から12(V)/1(kΩ)=12(mA)に減
少し、よって、PTC素子4bが発生する熱は、0.0
12 2(A2)×1(kΩ)=0.14(W)である。そ
のため、PTC素子4bの発熱温度は、0.14(W)
/1.8(mW/℃)=78℃となる。これは、室温の
25(℃)を加えて103(℃)となるが、この発熱温
度を有するPTC素子4bの周囲に対する基板などに対
する影響は少ない。
常の動作時においては、PTC素子4bにより電源スイ
ッチ2を閉じて電源起動するときや電池電源1を交換す
るときにおけるバイパスコンデンサ4bに対する充電電
流を小さく抑制できるとともに、PTC素子4bの抵抗
値も10(Ω)程度と低いからそこでの電力消費および
電池電源の消耗の抑制を図ることができる一方、バイパ
スコンデンサ4aが短絡した場合は、PTC素子4bが
高抵抗値(1kΩ)を呈し、その発熱温度も低く抑制さ
れるから、その過熱を防止することができる。
図4で示すように電気回路3または他の電気回路に対し
て熱的に結合されるようにするとよい。図4について説
明すると、回路基板5には配線パターン6が所定の形状
に形成されているとともに、集積回路で構成された電気
回路3とPTC素子4bとが回路基板5上において対応
する配線パターン6に半田付けされる。なお、電気回路
3は、図1などではブロックで示されているが、図4に
おいては両側面に複数の端子を備えた集積回路部品構成
の形態で示されている。
して熱伝導性に優れた樹脂例えばシリコーン樹脂7によ
り接着されることで熱的に結合されている。つまり、集
積回路7で発生した熱がPTC素子4bに対して伝達さ
れることで、PTC素子4bが温度上昇するようになっ
ている。
力消費により20〜30(℃)程度の動作温度で発熱し
ている場合、室温が25(℃)であっても、PTC素子
4bは電気回路3からの熱伝導で20〜30(℃)と加
熱される結果、温度は40〜55(℃)となり、結果、
そこでの温度係数が図2の−2000ppm/℃の領域
Aに入り、PTC素子4bの抵抗値は、室温における抵
抗値よりも10%程度低下している。したがって、PT
C素子4bは、電気回路3と熱的に結合していることに
より、PTC素子4bでの電力消費を10%程度低減さ
せることができる。
120(℃)以上の温度になった場合、PTC素子4b
も樹脂7の熱伝導で温度上昇してキュリー点を越えた領
域Bになると、その抵抗値が急激に上昇して、電気回路
3に対する電源電流の供給を抑制してその異常発熱を防
止することができる。
イパスコンデンサ回路を電子機器例えばノートパソコン
の電池パックに適用した場合について説明する。図5
は、電池パックの内部回路図、図6は、電池パックの外
観斜視図である。図1と対応する部分には同一の符号を
付している。
ックも共に電子機器に含まれる。図5に示される電池パ
ックにおいて、Aは、電池パックの全体を示している。
1は、電池電源、3A,3B,3Cは、それぞれ、第
一、第二、第三内部回路、4A,4Bは、第一、第二バ
イパスコンデンサ回路、8は、充放電スイッチ回路、9
は、外部端子回路である。この外部端子回路9は、第一
ないし第五端子9a〜9eを備える。各内部回路3A,
3B,3Cは、電池電源1を管理するものであり、いわ
ゆるスマートバッテリシステム(SBS)を構成してい
る。
それぞれが満充電時において約4.0Vを出力する3個
のリチウムイオン電池が直列接続されて構成され約12
Vを出力するようになっている。
により構成された直流安定化電源回路であって、電池電
源1よりの直流電圧を安定化させて出力する。
介した電池電源1出力をその電源受給端子に供給されて
作動し例えば内部では電池残量を検知する回路である。
チ回路8を介して、電池電源1からの出力電圧を動作電
圧として供給されて動作して不図示のノートパソコン本
体との間で信号の通信を行う制御回路である。
Cにより制御されて開閉制御されるようになっている。
は、ノートパソコン本体に対して12(V)の直流電圧
を供給する端子であり、端子9b〜9dは、ノートパソ
コン本体との間で信号の授受を行う端子であり、端子9
eは、接地端子である。
電源受給端子と接地端子との間に第一バイパスコンデン
サ回路4Aのバイパスコンデンサ4aが、並列に接続さ
れ、また、第一内部回路4Aの電源受給端子と電池電源
1の非接地端子との間にPTC素子4bが直列に接続さ
れている。
子との間に第二バイパスコンデンサ回路4Bのバイパス
コンデンサ4aが、並列に接続され、また、第三内部回
路4Cの電源受給端子と電池電源1の非接地端子との間
にPTC素子4bが直列に接続されている。
サ回路4A,4Bにおいては、通常の動作時において
は、電源起動するときや電池電源1を交換するときにお
けるバイパスコンデンサ4bに対する充電電流(i)を
抑制できるとともに、PTC素子4bでの電力消費およ
び電池電源の消耗の抑制を図ることができる。
た場合においても、PTC素子4bの発熱温度を抑制す
ることができる。
4A,4Bにおける各PTC素子4bそれぞれを第一、
第三内部回路3A,3Cそれぞれに対して、図4と同様
に、熱的に結合させることで、通常動作時における第
一、第二内部回路3A,3Bでの電力消費の抑制と、第
一、第三内部回路3A,3Cの異常発熱を防止すること
ができる。
素子を通常動作時においては抵抗器として使用するか
ら、電源起動時などにおけるバイパスコンデンサの充電
に際しての電池電源に対する性能劣化等の影響が無く、
また、バイパスコンデンサの短絡時にはPTC素子の抵
抗値上昇により短絡電流を抑制して過熱が防止され、そ
のうえ、通常動作時における抵抗値も低くできるからそ
こでの電圧降下や電力消費を抑制できる。本発明はま
た、発熱に耐えるためにW数を大きくしてそのサイズが
大型となる固定抵抗器を使用する必要がなくて済むか
ら、電子機器の小型化が普及される現状に即したものと
なり、固定抵抗器を使用していた従来課題が解決された
ものとなる。
路の回路図
値変化特性を示す図
る充電電流の変化特性を示す図
子との熱的結合状態を示す斜視図
を示し、その電子機器の内部回路とバイパスコンデンサ
回路とを示す図
Claims (6)
- 【請求項1】 直流電源により駆動される電気回路の電
源受給端子と接地端子との間にバイパスコンデンサが並
列に接続され、かつ、前記バイパスコンデンサと前記直
流電源の非接地端子との間にPTC素子が直列に接続さ
れた構成を有し、かつ、前記PTC素子は、通常動作時
における抵抗値が所定以下を呈し、また、バイパスコン
デンサの短絡に際して流れる短絡電流により発熱して温
度上昇したときの発熱温度が所定温度以下となる状態で
使用されている、ことを特徴とするバイパスコンデンサ
回路。 - 【請求項2】 請求項1のバイパスコンデンサ回路にお
いて、 前記PTC素子が、前記電子機器に内蔵される前記電気
回路または他の電気回路に対して熱的に結合されてい
る、ことを特徴とするバイパスコンデンサ回路。 - 【請求項3】 請求項1または2のバイパスコンデンサ
回路において、 前記直流電源が、電池であることを特徴とするバイパス
コンデンサ回路。 - 【請求項4】 直流電源により駆動される電気回路を有
し、この電気回路の電源受給端子に対して直流電源を供
給可能に構成されている電子機器であって、 前記電気回路の電源受給端子と接地端子との間にバイパ
スコンデンサが接続されているとともに、前記バイパス
コンデンサと前記直流電源の非接地端子との間に直列に
PTC素子が接続され、かつ、前記PTC素子は、通常
動作時における抵抗値が所定以下を呈し、また、バイパ
スコンデンサの短絡に際して流れる短絡電流により発熱
して温度上昇したときの発熱温度が所定温度以下となる
状態で使用されているとともに、前記電気回路または他
の電気回路に対して熱的に結合されている、ことを特徴
とする電子機器。 - 【請求項5】 直流電源としての電池と、 前記電池により駆動される内部回路と、 前記内部回路の電源受給端子と接地端子との間に接続さ
れたバイパスコンデンサと、 前記バイパスコンデンサと前記電池の非接地端子との間
に直列に接続されたPTC素子と、 を有し、 前記PTC素子は、通常動作時における抵抗値が所定以
下を呈し、また、バイパスコンデンサの短絡に際して流
れる短絡電流により発熱して温度上昇したときの発熱温
度が所定温度以下となる状態で使用されている、ことを
特徴とする電池パック。 - 【請求項6】 請求項5の電池パックにおいて、 前記PTC素子が、前記内部回路に対して熱的に結合さ
れている、ことを特徴とする電池パック。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000335840A JP2002142357A (ja) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | バイパスコンデンサ回路、電子機器および電池パック |
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---|---|
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ID=18811516
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2002142357A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008112437A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-05-15 | Seiko Epson Corp | 複数の動作モードで動作する装置、デバイス、および、送受信システム |
JP2010226837A (ja) * | 2009-03-23 | 2010-10-07 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 蓄電装置 |
CN101971449A (zh) * | 2008-02-25 | 2011-02-09 | 罗伯特.博世有限公司 | 用于高压电网的放电电路 |
WO2021222080A1 (en) * | 2020-04-27 | 2021-11-04 | Yazaki North America, Inc. | Battery stress relief system |
-
2000
- 2000-11-02 JP JP2000335840A patent/JP2002142357A/ja active Pending
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