JP2003250228A - 電源回路及び電源回路の制御方法 - Google Patents

電源回路及び電源回路の制御方法

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JP2003250228A
JP2003250228A JP2002045219A JP2002045219A JP2003250228A JP 2003250228 A JP2003250228 A JP 2003250228A JP 2002045219 A JP2002045219 A JP 2002045219A JP 2002045219 A JP2002045219 A JP 2002045219A JP 2003250228 A JP2003250228 A JP 2003250228A
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浩 佐々木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷電流がバースト期間と非バースト期間と
を周期的に繰り返す負荷に電源を供給する際の、電源か
らのピーク電流値が小さい電源回路を提供する。 【解決手段】 開示される電源回路は、直流電源からな
る電源部１１と、電源部からの電流を制御する電源制御
部１２と、出力端に接続された蓄積キャパシタ１３１を
有するエネルギ蓄積部１３とを備えた電源回路の場合
に、電源制御部１２に、電源部１１からの入力電圧の検
出結果に応じて検出用抵抗の値を制御する電流制御部１
４と、入出力端間に接続されたＦＥＴスイッチ１５３
と、出力端に接続されたコンデンサ１５４とからなる回
路とを有し、検出用抵抗の他端の電圧値によって入力電
源電圧の変化を検出して制御信号を発生して、この制御
信号に応じてＦＥＴスイッチ１５３を制御することによ
って、出力電流の流通期間を制御する制御スイッチ部１
５とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、消費電力が周期
的に変動する負荷に電源を供給する際の電源電流のピー
ク値を小さくするとともに、一定時間内においては消費
電流が上限値を超えるのを許容することが可能な電源回
路、及び電源回路の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年において、携帯端末機器における、
インターネット接続や動画配信等のような高機能化の進
展に伴って、通信速度が高速化するとともに、データ通
信量も増大する傾向にある。さらに、携帯端末機器にお
いては、このような高機能化とともに、使用上の利便性
の点から、より小型化と軽量化とが求められている。一
方、携帯端末機器は、高機能化に伴って、電力消費量も
増大する傾向にあり、電源として利用されている電池に
も、より大容量化が求められている。しかしながら、電
源である電池の大容量化は、携帯端末機器自体を大型化
し重量を増加させる結果となり、携帯端末機器の性能向
上のための小型軽量化の要求と矛盾することになる。
【０００３】そこで、携帯端末機器に対する、このよう
な矛盾した要求を満たすための、電源側の対策として、
よりエネルギ密度の高い電池や、より内部インピーダン
スが低い電池の開発等の対策が行われているが、現状で
は、必ずしも満足すべき結果には到達していない。さら
に、機器の側から、電池の放電効率を向上させる技術の
開発も検討されている。携帯端末機器の場合、機器の動
作時間を特性値として電池の性能を評価することが多
い。ここで動作時間とは、機器が正常に動作可能な経過
時間を指し、電池電圧が、機器を駆動可能な電圧の最低
値に達するまでの時間によって定義されている。
【０００４】電池の放電効率を向上させるためには、上
述の機器に対する最低駆動電圧と、電池の放電終止電圧
とを一致させることが有効であって、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ回路等を電源として使用することによる機器の低電
圧動作化とともに、電池の直列セル数を適切にして電池
の放電終止電圧を調整する等の方法が、従来から行われ
ている。しかしながら、近年におけるディジタル機器に
特有の、時分割多元接続（TimeDivision Multiple Acce
ss ：ＴＤＭＡ）通信方式や、ディジタルデータ転送シ
ステム等のように、負荷が経時的に変化する機器の場合
は、電池電圧も時間的に変化するので、最低駆動電圧と
放電終止電圧とのマッチングをとることが困難になり、
そのため、従来方式の電源回路では、充分効果的な電池
動作を行わせることができないという問題があった。
【０００５】さらに、インタフェース規格であるユニバ
ーサルシリアルバス（ＵＳＢ）を利用して、ホストとな
るパソコン等から電源の供給を受ける機器の場合には、
ＵＳＢの電流仕様に上限値があるため、制限値以上の電
流を消費する機器は、使用できないという問題もあっ
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の電
源回路では、電源である電池の効率的な利用ができない
とともに、制限値以上の電流を消費する機器を使用する
ことができないという問題があった。
【０００７】この発明は上述の事情に鑑みてなされたも
のであって、電源である電池の効率的な利用が可能であ
るとともに、制限値以上の電流を消費する機器を使用す
ることが可能な、電源回路及び電源回路の制御方法を提
供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は電源回路に係り、一端を負極
に接続された直流電源からなる電源手段と、入力端に接
続された上記電源手段からの電流を制御して出力端に接
続された負荷に供給する電源制御手段と、上記出力端と
負極との間に接続された蓄積キャパシタを有するエネル
ギ蓄積手段とを備え、負荷電流がバースト期間と非バー
スト期間とを周期的に繰り返す負荷に対して負荷電流を
供給する電源回路であって、上記電源制御手段が、上記
電源手段からの入力電圧の検出結果に応じて一端を上記
負極に接続された検出用抵抗の値を制御する電流制御手
段と、入出力端間に接続されたスイッチ部と、出力端と
負極との間に接続されたコンデンサとからなる回路とを
有し、上記検出用抵抗の他端における電圧値によって入
力電源電圧の変化を検出して制御信号を発生して、該制
御信号に応じて上記スイッチ部を制御することによっ
て、出力電流の流通期間を制御するスイッチング手段と
を備えていることを特徴としている。
【０００９】また、請求項２記載の発明は、電源回路に
係り、一端を負極に接続された直流電源からなる電源手
段と、入力端に接続された上記電源手段からの電流を制
御して出力端に接続された負荷に供給する電源制御手段
と、上記出力端と負極との間に接続された蓄積キャパシ
タを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負荷電流がバー
スト期間と非バースト期間とを周期的に繰り返す負荷に
対して負荷電流を供給する電源回路であって、上記電源
制御手段が、上記電源手段からの入力電圧の検出結果に
応じて一端を上記負極に接続された検出用抵抗の値を制
御する電流制御手段と、出力端の電圧を検出する電圧検
出手段と、入出力端間に直列に接続されたコイル及びダ
イオードと、出力端と負極との間に接続されたコンデン
サと、上記コイルとダイオードの接続点と上記検出用抵
抗の他端との間に接続されたスイッチ部とからなる昇圧
ＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを有し、上記検出用抵抗の
他端における電圧値によって上記スイッチ部の電流の変
化を検出した信号と出力端の電圧を検出した信号とによ
って制御信号を発生して、該制御信号に応じて上記スイ
ッチ部を制御することによって、出力電流の流通期間を
制御するスイッチング手段とを備えていることを特徴と
している。
【００１０】また、請求項３記載の発明は、電源回路に
係り、一端を負極に接続された直流電源からなる電源手
段と、入力端に接続された上記電源手段からの電流を制
御して出力端に接続された負荷に供給する電源制御手段
と、上記出力端と負極との間に接続された蓄積キャパシ
タを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負荷電流がバー
スト期間と非バースト期間とを周期的に繰り返す負荷に
対して負荷電流を供給する電源回路であって、上記電源
制御手段が、上記電源手段からの入力電圧の検出結果に
応じて一端を入力端に接続された検出用抵抗の値を制御
する電流制御手段と、出力端の電圧を検出する電圧検出
手段と、上記検出用抵抗の他端と出力端との間に直列に
接続されたスイッチ部及びコイルと、出力端と負極との
間に接続されたコンデンサと、上記スイッチ部とコイル
の接続点と上記負極との間に接続されたダイオードとか
らなる降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを有し、上記検
出用抵抗の両端における電圧値によって入力電流の変化
を検出した信号と出力端の電圧を検出した信号とによっ
て制御信号を発生して、該制御信号に応じて上記スイッ
チ部を制御することによって、出力電流の流通期間を制
御するスイッチング手段とを備えていることを特徴とし
ている。
【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至３のいずれか一記載の電源回路に係り、上記電源制御
手段の回路定数と、上記蓄積キャパシタの静電容量及び
内部抵抗とが、以下の条件式によって定められることを
特徴としている。 Ｔ１＋Ｔ２≦Ｔｌｏａｄ ここで、Ｔ１＋Ｔ２：電源電流の流通期間（Ｓｅｃ） Ｔｌｏａｄ：負荷周期（Ｓｅｃ） Ｖｏ／２≧ＩＣ×｛Ｒｃ＋（Ｔｌｏａｄ×Ｄｏｎ）／
（Ｃ×１００）｝＝Ｖｏ３ ここで、Ｖｏ：無負荷時の蓄積キャパシタの電圧（Ｖ） ＩＣ：蓄積キャパシタの電流（Ａ） Ｒｃ：蓄積キャパシタの内部抵抗（Ω） Ｄｏｎ：負荷のデューティ比率（％） Ｃ：蓄積キャパシタの容量（Ｆ） Ｖｏ３：バースト期間における蓄積キャパシタ電圧の降
下分（Ｖ）
【００１２】また、請求項５記載の発明は、請求項１乃
至４のいずれか一記載の電源回路に係り、上記電源手段
が、出力端と負極間に接続されているとともに、充電手
段を介して充電電源に接続された二次電池と、上記充電
電源出力による充電を防止する充電防止手段を介して上
記出力端と負極間に接続された一次電池とからなること
を特徴としている。
【００１３】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至４のいずれか一記載の電源回路に係り、上記電源手段
が、充電手段の出力と負極間に接続されているととも
に、充電防止スイッチを介して出力端に接続された二次
電池と、上記出力端と負極間に接続された一次電池とか
らなることを特徴としている。
【００１４】また、請求項７記載の発明は、請求項１乃
至４のいずれか一記載の電源回路に係り、上記電源手段
が、燃料タンクと、該燃料タンクからの燃料によって発
電を行う燃料電池セルと、該燃料電池セルの出力電圧を
安定化して出力端に接続する直流平滑化制御手段とから
なることを特徴としている。
【００１５】また、請求項８記載の発明は、請求項１乃
至４のいずれか一記載の電源回路に係り、上記電源手段
が、出力電流値を設定する電流設定抵抗と、該電流設定
抵抗の検出電圧を増幅する演算増幅器と、該演算増幅器
の出力に応じて電源電流を制御するスイッチ部とからな
ることを特徴としている。
【００１６】また、請求項９記載の発明は、請求項１乃
至７のいずれか一記載の電源回路に係り、上記エネルギ
蓄積手段における蓄積キャパシタが、電気二重層キャパ
シタからなることを特徴としている。
【００１７】また、請求項１０記載の発明は、請求項９
記載の電源回路に係り、上記蓄積キャパシタが、その端
子電圧と電源電圧とを比較して所定の関係になったと
き、上記蓄積キャパシタの電荷を放電抵抗を介して短絡
するキャパシタ放電手段を有することを特徴としてい
る。
【００１８】また、請求項１１記載の発明は、電源回路
の制御方法に係り、一端を負極に接続された直流電源か
らなる電源手段と、入力端に接続された上記電源手段か
らの電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する
電源制御手段と、上記出力端と負極との間に接続された
蓄積キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負
荷電流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰
り返す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路の上記
電源制御手段において、上記電源手段からの入力電圧の
検出結果に応じて一端を上記負極に接続された検出用抵
抗の値を制御し、入出力端間に接続されたスイッチ部
と、出力端と負極との間に接続されたコンデンサとから
なる回路において、上記検出用抵抗の他端における電圧
値によって入力電源電圧の変化を検出して制御信号を発
生して、該制御信号に応じて上記スイッチ部を制御する
ことによって、出力電流の流通期間を制御することを特
徴としている。
【００１９】また、請求項１２記載の発明は、電源回路
の制御方法に係り、一端を負極に接続された直流電源か
らなる電源手段と、入力端に接続された上記電源手段か
らの電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する
電源制御手段と、上記出力端と負極との間に接続された
蓄積キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負
荷電流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰
り返す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路の上記
電源制御手段において、上記電源手段からの入力電圧の
検出結果に応じて一端を上記負極に接続された検出用抵
抗の値を制御し、入出力端間に直列に接続されたコイル
及びダイオードと、出力端と負極との間に接続されたコ
ンデンサと、上記コイルとダイオードの接続点と上記検
出用抵抗の他端との間に接続されたスイッチ部とからな
る昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、上記検出用
抵抗の他端における電圧値によって上記スイッチ部の電
流の変化を検出した信号と出力端の電圧を検出した信号
とによって制御信号を発生して、該制御信号に応じて上
記スイッチ部を制御することによって、出力電流の流通
期間を制御することを特徴としている。
【００２０】また、請求項１３記載の発明は、電源回路
の制御方法に係り、一端を負極に接続された直流電源か
らなる電源手段と、入力端に接続された上記電源手段か
らの電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する
電源制御手段と、上記出力端と負極との間に接続された
蓄積キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負
荷電流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰
り返す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路の上記
電源制御手段において、上記電源手段からの入力電圧の
検出結果に応じて一端を入力端に接続された検出用抵抗
の値を制御し、上記検出用抵抗の他端と出力端との間に
直列に接続されたスイッチ部及びコイルと、出力端と負
極との間に接続されたコンデンサと、上記スイッチ部と
コイルの接続点と上記負極との間に接続されたダイオー
ドとからなる降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ回路において、
上記検出用抵抗の両端における電圧値によって入力電流
の変化を検出した信号と出力端の電圧を検出した信号と
によって制御信号を発生して、該制御信号に応じて、上
記スイッチ部を制御することによって、出力電流の流通
期間を制御することを特徴としている。
【００２１】この発明は、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）
通信方式の携帯電話機のような、消費電力が周期的に変
化する負荷を駆動する際に、化学電池又は出力電流に上
限値がある電源を使用する場合に好適な、電源回路及び
電源回路の制御方法に関するものである。ここで、ＴＤ
ＭＡ通信方式としては、ＰＤＣ（Personal Digital Cel
lular ），ＧＳＭ（Global System for Mobile communi
cations ）及びＧＰＲＳ（General Packet Radio Servi
ce）等の各通信方式も、これに相当する。
【００２２】ＴＤＭＡ通信方式の携帯電話機では、送信
電波発生用のパワーアンプの駆動に同期して、消費電力
が周期的に変動する。一般に、ＴＤＭＡ通信方式の携帯
電話機の電源としては、電気化学反応を利用した化学電
池、又は出力電流に上限値を設けた直流電源が使用され
ている。ここで、消費電力の周期的な変化とは、負荷電
流が、バースト期間と非バースト期間とを周期的に繰り
返すことを指している。
【００２３】化学電池を電源とする場合には、その負荷
電流がバースト期間の場合は、化学電池の内部インピー
ダンスに基づく電圧降下によって電池電圧が低下する
が、次に非バースト期間になると、電圧降下が減少して
電池電圧は回復する。このような動作が周期的に行われ
るので、電池電圧は振動的に変化する。一般的な機器の
場合、バースト期間における電圧値が、機器の最低駆動
電圧以下になると、駆動することができなくなる。
【００２４】化学電池には、マンガン乾電池，アルカリ
乾電池，リチウム電池等の一次電池と、鉛蓄電池，ニカ
ド電池，ニッケル水素電池，リチウムイオン電池等の二
次電池、ならびに酸素と水素を外部から供給して、化学
反応を起こさせることによって発電する仕組みを持った
燃料電池等が含まれる。
【００２５】出力電流に上限値のある電源の場合は、バ
ースト期間において、負荷電流のバースト電流値が、電
源が持つ許容電流の上限値以上になると、電源から出力
を発生しなくなるので、機器を駆動することができなく
なる。ここで、出力電流に上限値がある電源としては、
リニアレギュレータ方式及びスイッチングレギュレータ
方式等のような出力電流制限機能をもつ直流安定化電
源、及び化学電池を含む直流電源が、負荷から物理的に
離れた場所にあるため、電線を用いた電力輸送が必要で
あって、電線の通電性能等の理由によって、最大電流が
制限されている電源を指している。
【００２６】この発明は、化学電池又は出力電流に上限
値をもつ電源によって、消費電力が周期的に変動する負
荷を駆動する場合に、電源が化学電池の場合は、電池の
放電効率を向上させることによって、動作可能時間を延
長することを可能にし、また、出力電流に上限の制限を
もつ電源の場合に、機器の消費電流が一定時間内におい
て上限値を超えても、機器の駆動が可能なようにするも
のである。
【００２７】さらにこの発明は、電源電圧値に応じて、
電源電流の上限値の設定を変化させる制御方法によっ
て、上記の効果をより向上させるものである。また、化
学電池を電源とする場合には、一次電池とを使用する場
合と、二次電池を使用する場合とが考えられるが、この
際、一次電池が誤充電されないようにするための充電防
止装置を設けることによって、一次電池使用時における
安全性を向上させる。この際用いる電源制御機能として
は、出力電流制限機能が単独で機能するものと、出力電
流制限機能と出力電圧制御機能とをもつものとの２種類
があって、負荷の種類、性質に適合できるように汎用性
を向上させている。また、電源を取り外した場合等に、
蓄積キャパシタの蓄積電荷を放電するためのキャパシタ
放電回路を備えて、電源切断後における蓄積キャパシタ
の残留電荷をなくすことによって、電源の安全性と信頼
性を向上させている。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。この発明は、基本構成として二つの形
態を有している。まず、本発明の第１の基本構成につい
て説明する。本発明の第１の基本構成の電源回路は、図
１に示すように、電源部１と、電源制御部２と、エネル
ギ蓄積部３とから概略基本構成されており、さらに、電
源制御部２は、電流制御部４と制御スイッチ部５とから
構成されている。電源部１は、直流電源から構成されて
いる。電源制御部２は、電源部１からの出力電流を制御
するためのものであって、電源部１の出力電流を制御す
るための制御信号を発生する電流制御部４と、電流制御
部４からの制御信号に応じて、電源部１からの出力電流
を制御する制御スイッチ部５とからなっている。エネル
ギ蓄積部３は、電源制御部２によって電流制御された、
電源部１からの電気エネルギの一部を蓄積するととも
に、負荷６に対して電力供給を行う。
【００２９】次に第１の基本構成に基づく、本発明の電
源回路の実施例の詳細な構成を説明する。 ◇第１実施例 図２は、この発明の第１の実施例である、電源回路の具
体的構成を示す回路図、図３は、本実施例の電源回路の
動作タイムチャートを示す図、図４は、本実施例の電源
回路における、電池寿命延長の効果を説明するための図
である。この例の電源回路は、図２に示すように、電源
部１１と、電源制御部１２と、エネルギ蓄積部１３とか
ら概略構成されており、さらに、電源制御部１２は、電
流制御部１４と制御スイッチ部１５とから構成されてい
る。
【００３０】電源部１１は、化学電池による直流電源で
あり、二次電池１１１又は一次電池１１２を収容できる
電池ホルダーを構成している。電源部１１は、さらに、
二次電池充電回路１１３と、充電防止回路１１４と、コ
ンデンサ１１５とを有している。二次電池１１１の正極
を接続する正極端子１１１ａは、二次電池充電回路１１
３の出力側に接続されている。二次電池１１１の負極を
接続する負極端子１１１ｂは、電源部１１の負極側に接
続されている。一次電池１１２の正極を接続する正極端
子１１２ａは、充電防止回路１１４を経て二次電池充電
回路１１３の出力側に接続されている。一次電池１１２
の負極を接続する負極端子１１２ｂは、電源部１１の負
極側に接続されている。
【００３１】二次電池充電回路１１３は、充電電源１１
６と二次電池１１１の正極端子１１１ａの間に接続され
ていて、二次電池１１１に対する充電電流を供給するよ
うに構成されている。充電防止回路１１４は、定電圧ダ
イオードからなり、出力端と一次電池１１２の正極端子
１１２ａの間に接続されていて、一次電池１１２への充
電を阻止するように構成されている。コンデンサ１１５
は、電源部１１の出力側、すなわち電池ホルダーの出口
と接地間に接続されている。
【００３２】電源制御部１２は、電流制御部１４と、制
御スイッチ部１５とから構成されている。電流制御部１
４は、電圧検出部１４１と、検出抵抗部１４２とから構
成され、制御スイッチ部１５は、電流検出部１５１と、
スイッチング制御部１５２と、ＦＥＴ（Field Effect T
ransistor ）スイッチ１５３と、コンデンサ１５４とか
ら構成されている。
【００３３】電流制御部１４において、電圧検出部１４
１は、電源部１１の出力電圧を、異なる基準電圧Ｖｒ
１，Ｖｒ２と比較するための、検出器１４１−１，１４
１−２を備えている。検出抵抗部１４２は、一端が負極
に接続されている抵抗Ｒｓと、一端がスイッチＳｗ１，
Ｓｗ２を介して負極に接続されている抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ
２を備えている。抵抗Ｒｓ，Ｒｓ１，Ｒｓ２は一端を負
極に接続され、他端は、電流検出部１５１に接続されて
いる。制御スイッチ部１５において、電流検出部１５１
は、電源入力端と検出抵抗部１４２とから入力を受ける
とともに、出力をスイッチング制御部１５２に接続され
ている。スイッチング制御部１５２の出力は、ＦＥＴス
イッチ１５３のゲート電極に接続されている。ＦＥＴス
イッチ１５３はさらに、ソースを電源入力端に接続さ
れ、ドレインを電源出力端に接続されている。ＦＥＴス
イッチ１５３のドレインと負極の間には、コンデンサ１
５４が接続されている。
【００３４】エネルギ蓄積部１３は、蓄積キャパシタ１
３１と、キャパシタ放電回路１３２と、放電抵抗１３３
とから構成されている。蓄積キャパシタ１３１は、大容
量で低い内部抵抗Ｒｃを有する電気二重層キャパシタか
らなり、その一端に、電源制御部１２の出力端が接続さ
れ、他端を負極に接続されている。キャパシタ放電回路
１３２は、蓄積キャパシタ１３１の充電電圧と電源部１
１の出力電圧とを比較する比較器１３２−１と、比較器
１３２−１における比較結果に応じて放電抵抗１３３を
介して蓄積キャパシタ１３１を短絡するか否かの動作を
行うスイッチ１３２−２とを有している。
【００３５】次に、図２を参照して、この例の電源回路
の動作を説明する。電源部１１に、二次電池１１１を接
続する場合には、電源部１１は、内部抵抗としてＲａを
もつ二次電池１１１の電池電圧を出力する。二次電池１
１１の充電量が低下すると、外部の充電電源１１６が、
二次電池充電回路１１３を経て二次電池１１１を充電す
る。二次電池充電回路１１３は、充電電源１６から二次
電池１１１に対する充電電流を制御する。さらに、電池
の挿抜や充電動作による電源の変動を平滑化するため
に、二次電池１１１と並列にコンデンサ１１５が接続さ
れている。また、電源部１１に、一次電池１１２を接続
する場合には、電源部１１は、内部抵抗としてＲｂをも
つ一次電池１１２の電池電圧を出力する。二次電池充電
回路１１３の誤動作によって、一次電池１１２への充電
動作を開始しても、充電防止回路１１４によって逆流を
阻止するため、誤充電される恐れはない。さらに、電池
の挿抜時における、電源の変動を平滑化するために、一
次電池１１２と並列にコンデンサ１１５が接続されてい
る。化学電池を電源とする場合は、二次電池１１１、又
は一次電池１１２のどちらか一方を使用する。さらに、
二次電池１１１と一次電池１１２とを同時に使用するこ
とはない。
【００３６】負荷１６は、負荷電流が周期的にバースト
期間と非バースト期間とを繰り返す電流パターンを有し
ている。本発明においては、この電流パターンの周期
は、１秒以下であるものとする。バースト期間の負荷電
流は、電流制御部１２において設定可能な電流値より大
きいものとし、また、非バースト期間の負荷電流は、０
Ａであるものとして説明するが、この負荷電流に直流電
流が重畳している場合でも、本発明の効果は同様であ
る。
【００３７】以下においては、電源部１１が上記のよう
な直流電流を供給して、負荷１６を駆動する場合におけ
る、電源制御部１２及びエネルギ蓄積部１３の動作を説
明する。電源制御部１２は、電流検出部１４において、
電圧検出部１４１で電源部１１からの入力電圧を検出
し、その結果に応じて、検出抵抗部１４２の一端を負極
に接続された検出用抵抗の値を制御する。そして、制御
スイッチ部１５において、検出用抵抗の他端における電
圧値によって入力電源電圧の変化を検出して制御信号を
発生して、この制御信号に応じて入出力端間に接続され
たＦＥＴスイッチ１５３を制御することによって、出力
電流の流通期間を制御する。この際、出力端と負極との
間に接続されたコンデンサ１５４は、スイッチングに伴
う出力電流の交流分をバイパスする作用を行う。エネル
ギ蓄積部１３は、大容量の蓄積キャパシタ１３１が、バ
ースト期間に負荷電流の一部を負担することによって、
電源部１１からの電流のピーク値を小さくする作用を行
う。
【００３８】以下、図３に示すタイムチャートを参照し
て、Ｔ０〜Ｔ３の各期間に分けて、この例の電源回路の
動作を説明する。初期状態として、電源部１１において
二次電池１１１を使用するものとし、電源部１１，電源
制御部１２及びエネルギ蓄積部１３の各回路ブロック
は、起動完了しているものとする。 （期間Ｔ０において）負荷１６が、非バースト状態のと
き、電源部の電流（電源電流）は０Ａであり、電源部の
電圧（電源電圧）はＶＢである。この期間は、無負荷状
態なので、負荷電流は０Ａであり、負荷電圧（蓄積キャ
パシタ電圧と同一電圧）はＶｏとなる。さらに、蓄積キ
ャパシタ１３１への電流の入出はない。このとき、負荷
電圧Ｖｏと電源電圧ＶＢは等しい値である。
【００３９】（時刻ｔ０において）負荷１６の状態が、
バースト開始のとき、電源電流として、制御スイッチ部
１５の制御によって、電流制御部１２で設定された電流
の上限値ＩＢが流れる。電源電圧ＶＢは、二次電池１１
１の内部抵抗Ｒａに基づく電圧降下を発生し、その電圧
降下分は、ＶＢ１となる。電圧降下ＶＢ１は、次式によ
ってほぼ表すことができる。 ＶＢ１（Ｖ）＝ＩＢ（Ａ）×Ｒａ（Ω） …（１） 負荷電流は、ＩＢより大きい値なので、不足分を蓄積キ
ャパシタ１３１の放電電流ＩＣによって補うため、負荷
電圧Ｖｏは、蓄積キャパシタ１３１の内部抵抗Ｒｃによ
って電圧降下を発生し、その電圧降下分はＶｏ１とな
る。電圧降下Ｖｏ１は、次式によってほぼ表すことがで
きる。 Ｖｏ１（Ｖ）＝ＩＣ（Ａ）×Ｒｃ（Ω） …（２）
【００４０】（期間Ｔ１において）負荷１６が、バース
ト期間のとき、電源電流として、電流制御部１２で設定
された電流の上限値ＩＢが、制御スイッチ部１５の制御
によって継続して流れる。負荷１６は、１秒以下の負荷
周期であり、二次電池１１１の容量分による電圧降下は
非常に小さいものとなるので、電源電圧の電圧降下分
は、ほぼＶＢ１と等しい電圧値を保持する。負荷電流
は、ＩＢより大きい値なので、不足分を蓄積キャパシタ
１３１が放電する。蓄積キャパシタ１３１の放電電流Ｉ
Ｃが、この期間継続されるため、負荷電圧Ｖｏには、時
刻ｔ１での電圧降下分Ｖｏ１に加えて、蓄積キャパシタ
１３１の放電に伴う電圧降下分Ｖｏ２を発生する。電圧
降下Ｖｏ２は、蓄積キャパシタ１３１の放電電流が、こ
の期間においてＩｃ一定なので、蓄積キャパシタ１３１
の静電容量がＣのとき、次式によってほぼ表すことがで
きる。 Ｖｏ２（Ｖ）＝Ｉｃ（Ａ）×Ｔ１（Ｓｅｃ）／Ｃ（Ｆ） …（３） よって、この期間における最終的な電圧降下分Ｖｏ３
は、次式によってほぼ表すことができる。 Ｖｏ３（Ｖ）＝Ｖｏ１（Ｖ）＋Ｖｏ２（Ｖ） …（４） この期間の最終時において、電源電圧はＶＢ' 、負荷電
圧はＶｏ' となっている。
【００４１】（時刻ｔ１において）負荷１６が、バース
ト終了のとき、無負荷状態となるので、ＶＢ' とＶｏ'
は等しい状態にするために、蓄積キャパシタ１３１の充
電が開始され、負荷電圧Ｖｏ' が上昇する動作を開始す
る。蓄積キャパシタ１３１は、低インピーダンス状態で
あるので、制御スイッチ部１５によって、電流制御部１
４で設定された電流の上限値ＩＢによって充電を開始す
る。この時刻の電源電流は、期間Ｔ１と同様のＩＢであ
るため、電源電圧もＴ１期間と同様の状態を保持してい
る。
【００４２】（期間Ｔ２において）負荷１６は、無負荷
状態なので、電源電圧ＶＢ' と負荷電圧Ｖｏ' とは等し
い状態へ復旧するため、蓄積キャパシタ１３１の充電が
行われる。蓄積キャパシタ１３１は、この期間、低イン
ピーダンス状態なので、制御スイッチ部１５によって、
電流制御部１４で設定された電流の上限値ＩＢによっ
て、充電が継続している。この期間の電源電流は、期間
Ｔ１と同様にＩＢなので、電源電圧もＴ１の期間と同様
の状態を保持している。
【００４３】（時刻ｔ２において）負荷１６は、無負荷
状態なので、電源電圧ＶＢ' と負荷電圧Ｖｏ' とは等し
い状態へ復旧するため、蓄積キャパシタ１３１の充電が
行われる。この時刻には、蓄積キャパシタ１３１の電圧
が上昇していって、負荷電圧Ｖｏ' が上昇するため、電
源電圧ＶＢ' と負荷電圧Ｖｏ' の電圧差が小さくなるこ
とによって、充電電流が、電流制御部１４で設定された
電流の上限値ＩＢより小さくなる動作を開始する。この
時刻の電源電流はＩＢより小さくなるので、電源電圧は
上昇を開始する。
【００４４】（期間Ｔ３において）負荷１６は、無負荷
状態なので、電源電圧ＶＢ' と負荷電圧Ｖｏ' は等しい
状態へ復旧するため、蓄積キャパシタ１３１の充電が行
われる。この期間の蓄積キャパシタ１３１の充電は、電
源電圧ＶＢ' と負荷電圧Ｖｏ'の電圧差が徐々に小さく
なることによって、充電電流が、電流制御部１４で設定
された電流の上限値ＩＢより徐々に小さくなる動作を行
う。この期間において、蓄積キャパシタ１３１への最終
的な充電電流はゼロとなり、電源電圧ＶＢ' と負荷電圧
Ｖｏ' が等しい状態に復旧する。
【００４５】（時刻ｔ３において）負荷１６は、無負荷
状態であり、蓄積キャパシタ１３１の充電は完了状態な
ので、電源電流は０Ａであり、電源電圧はＶＢである。
また、負荷電流は０Ａであり、負荷電圧（蓄積キャパシ
タ１３１の電圧と同一電圧）はＶｏとなる。さらに、蓄
積キャパシタ１３１への電流の入出はない。このとき、
ＶＢとＶｏは等しい値となる。
【００４６】続いて期間Ｔ０の動作に移行して、以下の
ように、前と同じ動作を繰り返す。 期間Ｔ０→時刻ｔ０→期間Ｔ１→時刻ｔ１→期間Ｔ２→
時刻ｔ２→期間Ｔ３→時刻ｔ３→期間Ｔ０→… 上記のような一連の動作に関して、本発明の電源回路で
は、以下の条件を満たすように、電源制御部１２及びエ
ネルギ蓄積部１３について、回路定数の設定を行う。
【００４７】まず、回路定数を設定する上で、周期的に
バースト期間と非バースト期間とを繰り返す電流パター
ンであって、バースト期間におけるピーク電流Ｉｐが、
電源電流の上限値ＩＢより大きいという負荷条件におい
て、期間Ｔ１と期間Ｔ２の合計時間が、この負荷の１周
期Ｔｌｏａｄの時間と等しいか、又はそれより短い時間
であるとする。 Ｔ１（Ｓｅｃ）＋Ｔ２（Ｓｅｃ）≦Ｔｌｏａｄ（Ｓｅｃ） …（５） また、電源電流の上限値ＩＢが、負荷のバースト期間に
おけるピーク電流Ｉｐと、デューティ比率Ｄｏｎとの積
と等しいか、又はそれより大きな値を満たす回路定数と
する。 ＩＢ（Ａ）≧Ｉｐ（Ａ）×Ｄｏｎ（％）／１００（但し、ＩＢ＜Ｉｐ） …（６）
【００４８】さらに、無負荷時の負荷電圧をＶｏ、負荷
の１周期をＴｌｏａｄ、蓄積キャパシタ１３１の放電電
流をＩＣ、デューティ比率をＤｏｎ、電源電流の上限値
をＩＢとしたときに、Ｖｏ３に相当する電圧値につい
て、蓄積キャパシタ１３１の内部抵抗Ｒｃと静電容量Ｃ
の二つの定数が、次式を満たすように定数を選択する。 Ｖｏ／２（Ｖ）≧ＩＣ（Ａ）×｛Ｒｃ（Ω）＋（Ｔｌｏａｄ（Ｓｅｃ）×Ｄｏ ｎ（％））／（Ｃ（Ｆ）×１００）｝＝Ｖｏ３（Ｖ） …（７ ） ただし、直流成分が重畳した負荷の場合は、直流成分を
差し引いて考えるものとする。
【００４９】また、以下の場合においても、本発明の電
源回路には、制御機能がある。まず、負荷１６が定電力
負荷の場合の制御機能について説明する。負荷１６が定
電力負荷の場合は、負荷１６において、負荷電流が周期
的にバースト期間と非バースト期間とを繰り返す電流パ
ターンを示す。この例の場合、この負荷周期は１秒以下
である。このような負荷条件に加えて、さらに一定電力
を消費する負荷である場合には、電源電圧が低くなるほ
ど、負荷電流が大きくなるなど、電源電圧の変動と負荷
電流の変動とが連動する動作を行うようになる。
【００５０】このような定電力負荷の場合には、電源電
圧に応じて電源電流の電流制限の設定値を変化させるこ
とによって、本発明の効果を持続させることができる。
電流制御部１４は、電圧検出部１４１によって電源電圧
を監視する。電源電圧が所定値になったときは、電圧検
出部１４１が検出抵抗部１４２に制御電圧を発生し、こ
の制御電圧によって、検出抵抗部１４２は電流検出のし
きい値を自動的に変更する。このような動作によって、
電源回路が駆動中であっても、電流制御部１４で設定さ
れる電流の上限値ＩＢを自動的に変化させることが可能
となり、定電力の負荷の場合にも対応できるようにな
る。
【００５１】次に、本発明の電源回路において、動作中
に電源部がショートした場合の制御機能について説明す
る。電源回路１１が動作中においては、エネルギ蓄積部
１３の蓄積キャパシタ１３１は充電状態であって蓄積電
荷をもつため、電源部１１がショートすると、蓄積キャ
パシタ１３１の放電によって電流が逆流して、電源制御
部１２を破壊する恐れがある。
【００５２】このような危険を回避するために、電源回
路の駆動時は、電源部１１の電源電圧と蓄積キャパシタ
１３１の充電電圧を、キャパシタ放電回路１３２によっ
て常時、監視している。キャパシタ放電回路１３２の比
較器１３２−１は、蓄積キャパシタ１３１の充電電圧
が、電源部１２の電源電圧より高くなったことを検知す
ると、スイッチ１３２−２をオンにするので、蓄積キャ
パシタ１３１の電荷は、放電抵抗１３３を介して制限電
流値で放電し、これによって、蓄積キャパシタ１３１の
電荷が、電源制御部１２を経て電源部１１へ逆流するた
めに、電源制御部１２が破壊されることを防止できる。
【００５３】このようにこの例の電源回路及び電源回路
の制御方法によれば、電源部として直流電源をもつ電源
回路において、出力電流制限制御と出力電圧制御とを行
う電源制御部の出力側にエネルギ蓄積部を設けて、負荷
電流の変動を吸収するようにしたので、負荷電流がバー
スト期間と非バースト期間とを繰り返すパルス負荷の場
合でも、電源電流のピーク電流値を小さくすることがで
きる。
【００５４】そして、電源電流のピーク値を小さくする
ことによって、電源部が電池である場合に、電池の放電
寿命を延長することができる。図４は、この例の電源回
路における電池の放電寿命の延長効果を説明するもので
あって、この例の電源回路の場合、電源電流のピーク電
流値が小さくなるので、電池による負荷の直接駆動の場
合と比較して電池の放電特性が変化するため、同一終止
電圧の場合に、電池による負荷の直接駆動の場合より、
放電寿命を延長できることが明らかである。
【００５５】また、出力電流に上限値がある電源であっ
ても、バースト期間のみ消費電力が上限値を超えてしま
うが、平均の消費電力が電源の供給電力以下である負荷
の場合は、駆動することが可能になる。さらに、負荷
が、定常的には一定電力を消費するが、周期的にバース
ト期間と非バースト期間とを繰り返す電流パターンを示
すものである場合に、設定電流の上限値を、電源電圧に
応じて自動的に変化させることができるので、定電力で
あっても周期パルス的な負荷の場合でも、前述の本発明
の各効果を持続させることができる。
【００５６】次に、この発明の第２の基本構成について
説明する。本発明の第２の基本構成の電源回路は、図５
に示すように、電源部１と、電源制御部２Ａと、エネル
ギ蓄積部３とから概略構成されている。これらのうち、
電源部１と、エネルギ蓄積部３とは、図１に示された第
１の基本構成と同様である。電源制御部２Ａは、電源部
１からの出力電流と出力電圧とを制御するための制御信
号を発生するものであって、電源部１からの出力電流を
制御するための制御信号を発生する電流制御部４Ａと、
電源部１からの出力電圧を制御するための制御信号を発
生する電圧制御部７と、電流制御部４Ａ及び電圧制御部
７からの制御信号に応じて、電源部１からの出力電流と
出力電圧とを制御する制御スイッチ部５Ａとからなって
いる。
【００５７】次に第２の基本構成に基づく、本発明の電
源回路の実施例の詳細な構成を説明する。 ◇第２実施例 図６は、この発明の第２の実施例である、電源回路の具
体的構成を示す回路図である。
【００５８】この例の電源回路は、図６に示すように、
電源部１１と、電源制御部１２Ａと、エネルギ蓄積部１
３とから概略構成されているこれらのうち、電源部１１
及びエネルギ蓄積部１３は、図２に示された第１実施例
の場合と同様である。
【００５９】電源制御部１２Ａは、電源部１１の出力電
流を制御するための制御信号を発生する電流制御部１４
Ａと、電流制御部１４Ａからの制御信号を受けて電流制
御を行い、さらに負荷１６への出力電圧の制御を行う制
御スイッチ部１５Ａとから構成されている。電流制御部
１４Ａは、電源部１１の出力電圧を、複数の異なる基準
電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２と比較するための、複数の検出器１
４３−１，１４３−２をもつ電圧検出部１４３と、複数
の電流設定を行うための、複数の抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，
Ｒｓ３と、検出器１４３−１，１４３−２の出力に応じ
て抵抗Ｒｓ１，Ｒｓ２，Ｒｓ３の並列接続を行うスイッ
チＳｗ１，Ｓｗ２とを備えた検出抵抗部１４４とから構
成されている。
【００６０】制御スイッチ部１５Ａは、ＦＥＴスイッチ
１５３Ａ，コンデンサ１５４Ａ，コイル１５５，ダイオ
ード１５６とからなる、スイッチング型の昇圧ＤＣ−Ｄ
Ｃコンバータ回路を有しているとともに、電流制御部１
４Ａの検出抵抗部１４４の発生電圧を検出する電流検出
部１５１Ａと、出力端の電圧を出力電圧設定抵抗１７１
を介して検出する電圧検出部１７２と、電流検出部１５
１Ａの検出信号と、電圧検出部１７２の検出信号とによ
って、ＦＥＴスイッチ１５３Ａをオン，オフ制御するた
めの制御信号を、ＦＥＴスイッチ１５３Ａのゲートに入
力するスイッチング制御部１５２Ａとを備えている。
【００６１】次に、図６を参照して、この例の電源回路
の動作を説明する。この場合、電源部１１の動作は、図
２に示された第１実施例の場合と同様であり、負荷１６
も同様である。以下においては、電源部１１が直流電源
を供給して、電源制御部１２Ａを経て負荷１６を駆動す
る場合における、電源制御部１２Ａ及びエネルギ蓄積部
１３の動作を説明する。なお、この際における電源回路
の動作タイムチャートは、図３に示されたものとほぼ同
様である。
【００６２】電源制御部１２Ａは、電流制限機能を備え
たスイッチング型の昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ動作を行
う。エネルギ蓄積部１３は、この昇圧ＤＣ−ＤＣコンバ
ータの出力側に接続されていて、負荷１６がバースト期
間のとき、蓄積キャパシタ１３１の蓄積電荷を放電し
て、負荷１６を駆動する。この例の電源回路において
は、昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータを有するため、無負荷時
の負荷電圧が電源電圧より高い電圧となる点が、第１実
施例の場合と異なっている。
【００６３】さらに、昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ動作に
おいては、電源電流の上限値として、電源部１１から流
出する電流量と、電源制御部１２Ａから流出する電流量
との２つの電流量が存在する。このような、電源部１１
から流出する電流量と、電源制御部１２Ａから流出する
電流量とは、数値的に異なっている。いま、電源部１１
から流出する電流量をＩＢＸとし、電源制御部１２Ａか
ら流出する電流量をＩＢＹとすると、ＩＢＸ＞ＩＢＹの
関係になる。
【００６４】図３に示されたタイムチャートにおいて、
時刻ｔ０における、二次電池１１１の内部抵抗Ｒａによ
る電圧降下は、電源部１１から流出する電流量ＩＢＸに
よる電圧降下なので、電圧降下分ＶＢ１は、次式で表さ
れるようになる。 ＶＢ１（Ｖ）＝ＩＢＸ（Ａ）×Ｒａ（Ω） …（８） 一方、この例の電源回路の回路定数を定めるための電流
ＩＢは、電源制御部１２Ａから流出する電流量ＩＢＹで
あるから、次式の関係が成立する。 ＩＢＹ（Ａ）≧Ｉｐ（Ａ）×Ｄｏｎ（％）／１００ …（９） ただし、ＩＢＹ＜Ｉｐ
【００６５】昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータの構成によっ
て、負荷電圧は一定になることから、電源電圧が低下す
るのに伴って電源電流が増加するので、電源部１１から
みた場合、一定電力を消費する負荷となる。このような
定電力負荷の場合は、電源電圧に応じて電源電流に対す
る電流制限の設定値を変化させることによって、電源電
圧が変化しても、負荷電流がバースト期間と非バースト
期間とを繰り返すパルス負荷の場合に、電源電流のピー
ク電流値を小さくして電池の放電寿命を延長するとい
う、本発明の効果を持続させることができる。
【００６６】電流制御部１４Ａでは、電圧検出部１４３
によって電源電圧を監視していて、電源電圧が所定値に
なったとき、電圧検出部１４３から検出抵抗部１４４に
制御信号を発生し、この制御信号によって、検出抵抗部
１４４が検出用抵抗の値を変化させることによって、電
流検出部１５１Ａにおける電流検出のしきい値を自動的
に変化させる。このような動作によって、電流制御部１
４Ａで設定する電流の上限値を自動的に変化させること
が可能となるので、昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ構成によ
っても、前述した第１実施例の場合と同様の効果を奏す
ることができる。この際、前述の（５），（７）の条件
式が適用されることは、第１実施例の場合と同様であ
る。
【００６７】この例の電源回路において、動作中に電源
部１１がショートした場合には、エネルギ蓄積部１３の
蓄積キャパシタ１３１は充電状態であって蓄積電荷をも
つため、電源部１１がショートすると、蓄積キャパシタ
１３１の放電によって電流が逆流して、電源制御部１２
Ａを破壊する恐れがある。このような危険を回避するた
めに、電源回路の駆動時は、電源部１１の電源電圧と蓄
積キャパシタ１３１の充電電圧とを、キャパシタ放電回
路１３２によって常時、監視する。比較器１３２−１
は、蓄積キャパシタ１３１の充電電圧が、電源部１１の
電源電圧と所定の関係にあることを検出したとき、キャ
パシタ放電回路１３２のスイッチ１３２−２をオンにす
る動作を行うので、放電抵抗１３３による制限電流で、
蓄積キャパシタ１３１の電荷を放電することによって、
このような逆流の危険を回避することができる。
【００６８】このように、この例の電源回路では、電源
制御部１２Ａが、出力電流の上限値を自動的に変化させ
る電流制限機能を備えているので、スイッチング型の昇
圧ＤＣ−ＤＣコンバータ動作を行う場合でも、第１実施
例の場合と同様の効果を得ることができる。
【００６９】次に第２の基本構成に基づく、本発明の電
源回路の他の実施例の詳細な構成を説明する。 ◇第３実施例 図７は、この発明の第３の実施例である、電源回路の具
体的構成を示す回路図である。
【００７０】この例の電源回路は、図７に示すように、
電源部１１と、電源制御部１２Ｂと、エネルギ蓄積部１
３とから概略構成されている。これらのうち、電源部１
１，エネルギ蓄積部１３は、図２に示された第１実施例
の場合と同様である。
【００７１】電源制御部１２Ｂは、電源部１１の出力電
流を制御するための制御信号を発生する電流制御部１４
Ｂと、電流制御部１４Ｂからの制御信号を受けて電流制
御を行い、さらに負荷１６への出力電圧の制御を行う制
御スイッチ部１５Ｂとから構成されている。
【００７２】電流制御部１４Ｂは、電源部１１の出力電
圧を、複数の異なる基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２と比較する
ための、複数の検出器１４５−１，１４５−２をもつ電
圧検出部１４５と、複数の電流設定を行うための、複数
の抵抗Ｒｓ１１，Ｒｓ１２，Ｒｓ１３と、検出器１４４
−１，１４４−２の出力に応じて動作して抵抗Ｒｓ１
１，Ｒｓ１２，Ｒｓ１３の並列接続を行うスイッチＳｗ
１１，Ｓｗ１２とを備えた検出抵抗部１４５とから構成
されている。
【００７３】制御スイッチ部１５Ｂは、ＦＥＴスイッチ
１５３Ｂ，コンデンサ１５４Ｂ，コイル１５５Ｂ，ダイ
オード１５６Ｂとからなるスイッチング型の降圧ＤＣ−
ＤＣコンバータ回路を有しているとともに、電流制御部
１４Ｂの検出抵抗部１４６の発生電圧を検出する電流検
出部１５１Ｂと、出力端の電圧を出力電圧設定抵抗１７
１Ｂを介して検出する電圧検出部１７２Ｂと、電流検出
部１５１Ｂの検出信号と、電圧検出部１７２Ｂの検出信
号とによって、ＦＥＴスイッチ１５３Ｂをオン，オフ制
御するための制御信号を、ＦＥＴスイッチ１５３Ｂのゲ
ートに入力するスイッチ制御部１５２Ｂとを備えてい
る。
【００７４】次に、図７を参照して、この例の電源回路
の動作を説明する。この場合、電源部１１の動作は、図
６に示された第２実施例の場合と同様であり、負荷１６
も同様である。以下においては、電源部１１が直流電源
を供給して、電源制御部１２Ｂを経て負荷１６を駆動す
る場合における、電源制御部１２Ｂ及びエネルギ蓄積部
１３の動作を説明する。なお、この際における電源回路
の動作タイムチャートは、図３に示されたものとほぼ同
様である。
【００７５】電源制御部１２Ｂは、電流制限機能を備え
たスイッチング型の降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ動作を行
う。エネルギ蓄積部１３は、この降圧ＤＣ−ＤＣコンバ
ータの出力側に接続されていて、負荷１６がバースト期
間のとき、蓄積キャパシタ１３１の蓄積電荷を放電し
て、負荷１６を駆動する。この例の電源回路において
は、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータを有するため、無負荷時
の負荷電圧が電源電圧より低い電圧となる点が、第１実
施例の場合と異なっている。
【００７６】さらに、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ動作で
は、電源電流の上限値として、電源部１１から流出する
電流量と、電源制御部１２Ｂから流出する電流量との２
つの電流量が存在する。このような、電源部１１から流
出する電流量と、電源制御部１２Ｂから流出する電流量
とは、数値的に異なっている。いま、電源部１１から流
出する電流量をＩＢＶとし、電源制御部１２Ｂから流出
する電流量をＩＢＷとすると、ＩＢＶ＜ＩＢＷの関係に
なる。
【００７７】図３に示されたタイムチャートにおいて、
時刻ｔ０における、二次電池１１１の内部抵抗Ｒａによ
る電圧降下は、電源部１１から流出する電流量ＩＢＶに
よる電圧降下なので、電圧降下分ＶＢ１は、次式で表さ
れるようになる。 ＶＢ１（Ｖ）＝ＩＢＶ（Ａ）×Ｒａ（Ω） …（10） 一方、この例の電源回路の回路定数を定めるための電流
ＩＢは、電源制御部１２Ｂから流出する電流量ＩＢＷで
あるから、次式の関係が成立する。 ＩＢＷ（Ａ）≧Ｉｐ（Ａ）×Ｄｏｎ（％）／１００ …（11) ただし、ＩＢＷ＜Ｉｐ
【００７８】降圧ＤＣ−ＤＣコンバータの構成によっ
て、負荷電圧は一定になることから、電源電圧が低下す
るのに伴って電源電流が増加するので、電源部１１から
みた場合、一定電力を消費する負荷となる。このような
定電力負荷の場合は、電源電圧に応じて電源電流に対す
る電流制限の設定値を変化させることによって、電源電
圧が変化しても、負荷電流がバースト期間と非バースト
期間とを繰り返すパルス負荷の場合に、電源電流のピー
ク電流値を小さくして電池の放電寿命を延長するとい
う、本発明の効果を持続させることができる。
【００７９】電流制御部１４Ｂでは、電圧検出部１４４
によって電源電圧を監視していて、電源電圧が所定値に
なったとき、電圧検出部１４５が検出抵抗部１４６に制
御信号を発生することによって、この制御信号によっ
て、検出抵抗部１４６における電流検出のしきい値を自
動的に変化させる。このような動作によって、電流制御
部１４Ｂで設定する電流の上限値を自動的に変化させる
ことが可能となるので、降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ構成
によっても、前述した第１実施例の場合と同様の効果を
奏することができる。この際、前述の（５），（７）の
条件式が適用されることは、第１実施例の場合と同様で
ある。
【００８０】この例の電源回路において、動作中に電源
部１１がショートした場合には、エネルギ蓄積部１３の
蓄積キャパシタ１３１は充電状態であって蓄積電荷をも
つため、電源部１１がショートすると、蓄積キャパシタ
１３１の放電によって電流が逆流して、電源制御部１２
Ｂを破壊する恐れがある。このような危険を回避するた
めに、電源回路の駆動時は、電源部１１の電源電圧と蓄
積キャパシタ１３１の充電電圧とを、キャパシタ放電回
路１３２によって常時、監視する。比較器１３２−１
は、蓄積キャパシタ１３１の充電電圧が、電源部１１の
電源電圧と所定の関係にあることを検出したとき、キャ
パシタ放電回路１３２のスイッチ１３２−２をオンにす
る動作を行うので、放電抵抗１３３による制限電流で、
蓄積キャパシタ１３１の電荷を放電することによって、
このような逆流の危険を回避することができる。
【００８１】このように、この例の電源回路では、電源
制御部１２Ｂが、出力電流の上限値を自動的に変化させ
る電流制限機能を備えているので、スイッチング型の降
圧ＤＣ−ＤＣコンバータ動作を行う場合でも、第１実施
例の場合と同様の効果を得ることができる。
【００８２】次に、電源部が異なる構成を有する場合
の、本発明の電源回路の実施例について説明する。な
お、この際、電源制御部とエネルギ蓄積部との構成は、
上述したいずれの形態をとることも可能なので、以下に
おいては、これらについての詳細な説明を省略する。 ◇第４実施例 図８は、この発明の電源回路の第４実施例における、電
源部の構成を示す回路図である。この例の電源回路にお
ける電源部１１Ａは、化学電池による直流電源であり、
二次電池１１１又は一次電池１１２を収容できる電池ホ
ルダーを構成している。電源部１１Ａは、さらに、二次
電池充電回路１１３と、コンデンサ１１５と、充電防止
スイッチ１１７とを備えている。
【００８３】二次電池１１１は内部抵抗Ｒａを持ち、そ
の正極を接続する正極端子１１１ａには、二次電池充電
回路１１３の出力側が接続され、二次電池１１１の負極
を接続する負極端子１１１ｂは、電源部１１の負極側に
接続されている。一次電池１１２は内部抵抗Ｒｂを持
ち、その正極を接続する正極端子１１２ａは、充電防止
スイッチ１１６を経て二次電池充電回路１１３の出力側
に接続され、一次電池１１２の負極を接続する負極端子
１１２ｂは、電源部１１の負極側に接続されている。
【００８４】二次電池充電回路１１３は、充電電源１１
６と二次電池１１１の正極端子１１１ａとの間に接続さ
れ、二次電池１１１の電圧が低下したとき、外部の充電
電源１１６から、二次電池１１１に充電電流を供給す
る。コンデンサ１１５は、電源部１１の出力側、すなわ
ち電池ホルダーの出口と接地間に接続されていて、電池
の挿抜時や、充電時における電源電圧の変動を平滑化す
る作用を行う。充電防止スイッチ１１７は、一次電池１
１２が電池ホルダー内に挿入されたとき、機械的にオフ
になる。
【００８５】電源部１１Ａに一次電池１１２を接続した
ときは、電源部１１Ａは、一次電池１１２の電池電圧を
電源制御部側へ出力する。充電防止スイッチ１１７は、
一次電池１１２が電池ホルダー内に挿入されたときオフ
になって、一次電池１１２を二次電池充電回路１１３の
出力から切り離すので、一次電池１１２が充電される恐
れはない。
【００８６】このように、この例の電源回路における電
源部では、二次電池のみを使用するときは、二次電池充
電回路１１３を経て二次電池を充電しながら、二次電池
の出力を電源制御部へ出力することができるとともに、
一次電池のみを使用するときは、充電防止スイッチ１１
７によって一次電池の充電を防止しながら、一次電池の
出力を電源制御部へ出力することができる。
【００８７】◇第５実施例 図９は、この発明の電源回路の第５実施例における、電
源部の構成を示す回路図である。この例の電源回路にお
ける電源部１１Ｂは、図９に示すように、燃料タンク１
１８と、燃料電池セル１１９と、直流平滑化制御部１２
０とを備えている。電源部１１Ｂは、燃料電池システム
による直流電源であって、燃料注入口１２１から注入さ
れた、水素やメタノールからなる燃料を燃料タンク１１
８に蓄えておき、発電部となる燃料電池セル１１９で、
燃料タンク１１８から供給された燃料と、取り込み口１
２２から取り込まれた酸素や空気とを混合して化学反応
を利用して発電を行い、発生した電力を、電源の安定化
を行う直流平滑化制御部１２０を経て、電源制御部へ供
給する。
【００８８】このように、この例の電源回路における電
源部によれば、燃料電池システムを備えることによっ
て、水素やメタノール等の燃料と、酸素や空気とを用い
て、化学反応を利用して直流電源を発生することが可能
な、電源回路を実現することができる。
【００８９】◇第６実施例 図１０は、この発明の電源回路の第６実施例における、
電源部の構成を示す回路図である。この例の電源回路に
おける電源部１１Ｃは、直流電源に対して、出力電流制
限部１２３を備えて、電源制御部に対する出力電流の上
限値を制限するように構成されている。出力電流制限部
１２３は、電流設定抵抗１２４と、演算増幅器（ＯＰア
ンプ）１２５と、ＦＥＴスイッチ１２６とを備えてい
る。出力電流制限部１２３は、直流電源１２７からの入
力電流に基づく電流設定抵抗１２４の発生電圧を、ＯＰ
アンプ１２５で増幅して得た制御信号を、ＦＥＴスイッ
チ１２６のゲートに与えて電流制御を行うことによっ
て、直流電源１２７から供給される電流を、一定の上限
値以内になるように制限して、電源制御部に出力する。
【００９０】このように、この例の電源回路における電
源部によれば、出力電流制限部を備えることによって、
一定の上限値以内に制限した電流を、直流電源から得る
ことができる。
【００９１】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られたもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、この発明
の電源回路は、携帯電話機に限らず、負荷電流が流通期
間と非流通期間とを周期的に繰り返すような、どのよう
な種類の機器に対しても、適用可能である。また、この
場合の非流通期間は必ずしも０Ａでなくてもよい。
【００９２】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の電源回
路及び電源回路の制御方法によれば、電源部として直流
電源をもつ電源回路において、出力電流制限制御と出力
電圧制御とを行う電源制御部の出力側にエネルギ蓄積部
を設けて、負荷電流の変動を吸収するようにしたので、
負荷電流が流通期間と非流通期間とを繰り返す負荷の場
合でも、電源電流のピーク電流値を小さくすることがで
きる。そして、電源電流のピーク値を小さくすることに
よって、電源部が電池である場合に、電池の放電寿命を
延長することができ、また、出力電流に上限値がある電
源であっても、流通期間のみ消費電力が上限値を超えて
しまうが、平均の消費電力が電源の供給電力以下である
負荷の場合は、駆動することが可能になる。また、負荷
が、定常的には一定電力を消費するが、周期的に流通期
間と非流通期間とを繰り返す電流パターンを示すもので
ある場合に、設定電流の上限値を電源電圧に応じて自動
的に変化させることができるので、定電力であっても周
期パルス的な負荷であれば、上述の各効果を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源回路の第１の基本構成を示す図で
ある。
【図２】本発明の第１の実施例である、電源回路の具体
的構成を示す回路図である。
【図３】同実施例の電源回路の動作タイムチャートを示
す図である。
【図４】同実施例の電源回路における、電池寿命延長の
効果を説明するための図である。
【図５】本発明の電源回路の第２の基本構成を示す図で
ある。
【図６】本発明の第２の実施例である、電源回路の具体
的構成を示す回路図である。
【図７】本発明の第３の実施例である、電源回路の具体
的構成を示す回路図である。
【図８】本発明の電源回路の第４実施例における、電源
部の構成を示す回路図である。
【図９】本発明の電源回路の第５実施例における、電源
部の構成を示す回路図である。
【図１０】本発明の電源回路の第６実施例における、電
源部の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 電源部（電源手
段） １１１ 二次電池 １１２ 一次電池 １１３ 二次電池充電回路（充電手段） １１４ 充電防止回路（充電防止手段） １１７ 充電防止スイッチ １１８ 燃料タンク １１９ 燃料電池セル １２０ 直流平滑化制御部（直流平滑化制御手段） １２４ 電流設定抵抗 １２５ 演算増幅器（ＯＰアンプ） １２６ ＦＥＴスイッチ １２，１２Ａ，１２Ｂ 電源制御部（電源制御手
段） １３ エネルギ蓄積部（エネルギ蓄積手段） １３１ 蓄積キャパシタ １３２ キャパシタ放電回路（キャパシタ放電手
段） １３３ 放電抵抗 １４，１４Ａ，１４Ｂ 電流制御部（電流制御手
段） １４１，１４３，１４５ 電圧検出部 １４２，１４４，１４６ 検出抵抗部 １５，１５Ａ，１５Ｂ 制御スイッチ部（スイッチ
ング手段） １５１，１５１Ａ，１５１Ｂ 電流検出部 １５２，１５２Ａ，１５２Ｂ スイッチング制御部 １５３，１５３Ａ，１５３Ｂ ＦＥＴスイッチ（ス
イッチ部） １５４，１５４Ａ，１５４Ｂ コンデンサ １５５，１５５Ｂ コイル １５６，１５６Ｂ ダイオード

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一端を負極に接続された直流電源からな
    る電源手段と、入力端に接続された前記電源手段からの
    電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する電源
    制御手段と、前記出力端と負極との間に接続された蓄積
    キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負荷電
    流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰り返
    す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路であって、 前記電源制御手段が、前記電源手段からの入力電圧の検
    出結果に応じて一端を前記負極に接続された検出用抵抗
    の値を制御する電流制御手段と、入出力端間に接続され
    たスイッチ部と、出力端と負極との間に接続されたコン
    デンサとからなる回路とを有し、前記検出用抵抗の他端
    における電圧値によって入力電源電圧の変化を検出して
    制御信号を発生して、該制御信号に応じて前記スイッチ
    部を制御することによって、出力電流の流通期間を制御
    するスイッチング手段とを備えていることを特徴とする
    電源回路。
  2. 【請求項２】 一端を負極に接続された直流電源からな
    る電源手段と、入力端に接続された前記電源手段からの
    電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する電源
    制御手段と、前記出力端と負極との間に接続された蓄積
    キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負荷電
    流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰り返
    す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路であって、 前記電源制御手段が、前記電源手段からの入力電圧の検
    出結果に応じて一端を前記負極に接続された検出用抵抗
    の値を制御する電流制御手段と、出力端の電圧を検出す
    る電圧検出手段と、入出力端間に直列に接続されたコイ
    ル及びダイオードと、出力端と負極との間に接続された
    コンデンサと、前記コイルとダイオードの接続点と前記
    検出用抵抗の他端との間に接続されたスイッチ部とから
    なる昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを有し、前記検出
    用抵抗の他端における電圧値によって前記スイッチ部の
    電流の変化を検出した信号と出力端の電圧を検出した信
    号とによって制御信号を発生して、該制御信号に応じて
    前記スイッチ部を制御することによって、出力電流の流
    通期間を制御するスイッチング手段とを備えていること
    を特徴とする電源回路。
  3. 【請求項３】 一端を負極に接続された直流電源からな
    る電源手段と、入力端に接続された前記電源手段からの
    電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する電源
    制御手段と、前記出力端と負極との間に接続された蓄積
    キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負荷電
    流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰り返
    す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路であって、 前記電源制御手段が、前記電源手段からの入力電圧の検
    出結果に応じて一端を入力端に接続された検出用抵抗の
    値を制御する電流制御手段と、出力端の電圧を検出する
    電圧検出手段と、前記検出用抵抗の他端と出力端との間
    に直列に接続されたスイッチ部及びコイルと、出力端と
    負極との間に接続されたコンデンサと、前記スイッチ部
    とコイルの接続点と前記負極との間に接続されたダイオ
    ードとからなる降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを有
    し、前記検出用抵抗の両端における電圧値によって入力
    電流の変化を検出した信号と出力端の電圧を検出した信
    号とによって制御信号を発生して、該制御信号に応じて
    前記スイッチ部を制御することによって、出力電流の流
    通期間を制御するスイッチング手段とを備えていること
    を特徴とする電源回路。
  4. 【請求項４】 前記電源制御手段の回路定数と、前記蓄
    積キャパシタの静電容量及び内部抵抗とが、以下の条件
    式によって定められることを特徴とする請求項１乃至３
    のいずれか一記載の電源回路。 Ｔ１＋Ｔ２≦Ｔｌｏａｄ ここで、Ｔ１＋Ｔ２：電源電流の流通期間（Ｓｅｃ） Ｔｌｏａｄ：負荷周期（Ｓｅｃ） Ｖｏ／２≧ＩＣ×｛Ｒｃ＋（Ｔｌｏａｄ×Ｄｏｎ）／
    （Ｃ×１００）｝＝Ｖｏ３ ここで、Ｖｏ：無負荷時の蓄積キャパシタの電圧（Ｖ） ＩＣ：蓄積キャパシタの電流（Ａ） Ｒｃ：蓄積キャパシタの内部抵抗（Ω） Ｄｏｎ：負荷のデューティ比率（％） Ｃ：蓄積キャパシタの容量（Ｆ） Ｖｏ３：バースト期間における蓄積キャパシタ電圧の降
    下分（Ｖ）
  5. 【請求項５】 前記電源手段が、出力端と負極間に接続
    されているとともに、充電手段を介して充電電源に接続
    された二次電池と、前記充電電源出力による充電を防止
    する充電防止手段を介して前記出力端と負極間に接続さ
    れた一次電池とからなることを特徴とする請求項１乃至
    ４のいずれか一記載の電源回路。
  6. 【請求項６】 前記電源手段が、充電手段の出力と負極
    間に接続されているとともに、充電防止スイッチを介し
    て出力端に接続された二次電池と、前記出力端と負極間
    に接続された一次電池とからなることを特徴とする請求
    項１乃至４のいずれか一記載の電源回路。
  7. 【請求項７】 前記電源手段が、燃料タンクと、該燃料
    タンクからの燃料によって発電を行う燃料電池セルと、
    該燃料電池セルの出力電圧を安定化して出力端に接続す
    る直流平滑化制御手段とからなることを特徴とする請求
    項１乃至４のいずれか一記載の電源回路。
  8. 【請求項８】 前記電源手段が、出力電流値を設定する
    電流設定抵抗と、該電流設定抵抗の検出電圧を増幅する
    演算増幅器と、該演算増幅器の出力に応じて電源電流を
    制御するスイッチ部とからなることを特徴とする請求項
    １乃至４のいずれか一記載の電源回路。
  9. 【請求項９】 前記エネルギ蓄積手段における蓄積キャ
    パシタが、電気二重層キャパシタからなることを特徴と
    する請求項１乃至７のいずれか一記載の電源回路。
  10. 【請求項１０】 前記蓄積キャパシタが、その端子電圧
    と電源電圧とを比較して所定の関係になったとき、前記
    蓄積キャパシタの電荷を放電抵抗を介して短絡するキャ
    パシタ放電手段を有することを特徴とする請求項９記載
    の電源回路。
  11. 【請求項１１】 一端を負極に接続された直流電源から
    なる電源手段と、入力端に接続された前記電源手段から
    の電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する電
    源制御手段と、前記出力端と負極との間に接続された蓄
    積キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負荷
    電流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰り
    返す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路の前記電
    源制御手段において、 前記電源手段からの入力電圧の検出結果に応じて一端を
    前記負極に接続された検出用抵抗の値を制御し、入出力
    端間に接続されたスイッチ部と、出力端と負極との間に
    接続されたコンデンサとからなる回路において、前記検
    出用抵抗の他端における電圧値によって入力電源電圧の
    変化を検出して制御信号を発生して、該制御信号に応じ
    て前記スイッチ部を制御することによって、出力電流の
    流通期間を制御することを特徴とする電源回路の制御方
    法。
  12. 【請求項１２】 一端を負極に接続された直流電源から
    なる電源手段と、入力端に接続された前記電源手段から
    の電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する電
    源制御手段と、前記出力端と負極との間に接続された蓄
    積キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負荷
    電流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰り
    返す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路の前記電
    源制御手段において、 前記電源手段からの入力電圧の検出結果に応じて一端を
    前記負極に接続された検出用抵抗の値を制御し、入出力
    端間に直列に接続されたコイル及びダイオードと、出力
    端と負極との間に接続されたコンデンサと、前記コイル
    とダイオードの接続点と前記検出用抵抗の他端との間に
    接続されたスイッチ部とからなる昇圧ＤＣ−ＤＣコンバ
    ータ回路において、前記検出用抵抗の他端における電圧
    値によって前記スイッチ部の電流の変化を検出した信号
    と出力端の電圧を検出した信号とによって制御信号を発
    生して、該制御信号に応じて前記スイッチ部を制御する
    ことによって、出力電流の流通期間を制御することを特
    徴とする電源回路の制御方法。
  13. 【請求項１３】 一端を負極に接続された直流電源から
    なる電源手段と、入力端に接続された前記電源手段から
    の電流を制御して出力端に接続された負荷に供給する電
    源制御手段と、前記出力端と負極との間に接続された蓄
    積キャパシタを有するエネルギ蓄積手段とを備え、負荷
    電流がバースト期間と非バースト期間とを周期的に繰り
    返す負荷に対して負荷電流を供給する電源回路の前記電
    源制御手段において、 前記電源手段からの入力電圧の検出結果に応じて一端を
    入力端に接続された検出用抵抗の値を制御し、前記検出
    用抵抗の他端と出力端との間に直列に接続されたスイッ
    チ部及びコイルと、出力端と負極との間に接続されたコ
    ンデンサと、前記スイッチ部とコイルの接続点と前記負
    極との間に接続されたダイオードとからなる降圧ＤＣ−
    ＤＣコンバータ回路において、前記検出用抵抗の両端に
    おける電圧値によって入力電流の変化を検出した信号と
    出力端の電圧を検出した信号とによって制御信号を発生
    して、該制御信号に応じて、前記スイッチ部を制御する
    ことによって、出力電流の流通期間を制御することを特
    徴とする電源回路の制御方法。
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