JP2004336911A - 電源供給制御回路及びそれを用いた生体情報記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成により、電源を供給する負荷が増加した場合であっても安定した電圧を供給することが可能な電源供給制御回路を提供すること。
【解決手段】常時電源を供給する必要のない回路に電源を供給するラインにスイッチを設け、必要な場合のみ電源を供給する電源供給制御回路において、スイッチを多段接続するとともに、スイッチに並列に接続した抵抗を設ける。スイッチを段階的にオンさせることにより、負荷増大時に発生するラッシュ電流を抑制し、電源電圧の変動を抑制する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源供給制御回路に関し、特に単一電源から複数の電圧を生成、供給する機器に好適に使用可能な電源供給制御回路に関する。
本発明はまた、これら電源供給制御回路を用いる生体情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばホルタ心電計に代表される携帯型生体情報記録機器においては、その電源として専ら電池（一次電池、二次電池）が用いられている。一般に携帯型電気機器は、動作可能時間を延ばすため、できる限り無駄な電力消費を抑制するように設計される。そのため、例えば常時電源を供給すべき回路部分と、必要なときにのみ電源供給を行えばよい回路部分がある場合、それらを切り分け、後者の回路が電源供給不要な状態においては電源を遮断し、不要な待機電力消費を抑制することが行われる。
【０００３】
例えば、生体情報記録機器であれば、記録にのみ使用される回路部分には常時電源を供給する必要はない。一方で、機器の制御を行うＣＰＵ等に対しては常時電源を供給しなくてはならない。
【０００４】
図３は、このような電源制御を行う電源供給制御回路の構成例を示す図である。図において、電源１０は、例えば直列に接続された乾電池から構成される直流電源である。電源供給制御回路１００は、電源１０に接続され、２つの電源電圧Ｖ１、Ｖ２を生成する。図３においては、２つの直流／直流変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）１１及び１２によって、電源１０の電圧Ｖ０とは異なる電圧Ｖ１、Ｖ２を発生する場合の構成を示している。Ｖ１、Ｖ２の電圧は、それぞれ図示しない回路へ接続され、それら回路の動作を可能にする。
【０００５】
図３において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力側にはスイッチ１（１３）が接続されている。スイッチ１（１３）はスイッチ制御部２０からの制御信号Ｓ１によってオン、オフするスイッチである。従って、使用時にのみ電源供給を行えばよい回路（選択的動作回路）は電圧Ｖ２の供給ラインに、常時電源供給の必要な回路（常時動作回路）は電圧Ｖ１の供給ラインにそれぞれ接続しておき、選択動作回路の使用時にのみスイッチ１（１３）をＯＮするよう、常時動作回路であるスイッチ制御部２０により制御することで、消費電力の低減を実現できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような電源供給制御回路を用いた場合、例えば電池容量が低下している場合や、選択的動作回路の負荷が大きい場合には、以下のような問題があった。
【０００７】
すなわち、スイッチ１（１３）がオフの場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の負荷により電池は消耗し、電池電圧は徐々に降下するものの、その変動は緩やかであり、ほぼ安定した状態にある。しかしながら、スイッチ１（１３）がＯＮした瞬間に流れるラッシュ電流の影響により、電池電流が許容量を越す場合が発生し、電池電圧が一時的に低下する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１１により、この電圧低下が電圧Ｖ１に与える影響は多少抑制されるが、それでも電池が消耗している場合や、選択的動作回路の負荷が大きい場合などにおいては、電圧Ｖ１が常時動作回路の動作保証最低電圧を下回る場合がある。そして、このような場合、常時動作回路の動作が不安定になったり、あるいは誤動作する虞がある。あるいは、このような電圧低下時の誤動作を防止するために設けられたリセット回路が設けられている場合には、常時動作回路がリセットされてしまう場合があった。
【０００８】
図４は、このようなスイッチ１（１３）オン時の電圧低下を説明する波形図である。図中、Ｓ１はスイッチ１（１３）に入力されるオン／オフ制御信号、Ｖ０は電池端子電圧、Ｖ１はＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧であり、一番下の波形Ｉ０は電池端子の電流の変化を示す波形である。
【０００９】
スイッチ１（１３）がオンすると、電池端子にラッシュ電流が発生し、同時に電池端子電圧Ｖ０が低下する。上述のように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１が介在することにより、電池端子電圧Ｖ０の変化が直接Ｖ１の変化となるわけではないが、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力電圧がスパイク状に変動していることがわかる。変動時の最低電圧は、電池端子電圧Ｖ０及び選択的動作回路の負荷に依存する部分が大きい。そして、電池が消耗していてもともと電池端子電圧Ｖ０が低下している場合や、選択的動作回路の負荷が大きい際には、変動時の最低電圧が常時動作回路の動作保証電圧を下回る可能性が高くなる。その結果、上述したように常時動作回路の動作に悪影響を及ぼしたり、リセット回路による回路リセットが発生する可能性も増加する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はこのような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その主な目的は、簡便な構成により、電源を供給する負荷が増加した場合であっても安定した電圧を供給することが可能な電源供給制御回路を提供することにある。
【００１１】
すなわち、本発明の要旨は、選択的に電源供給を行う第１の電源供給系統と、常時電源供給を行う第２の電源供給系統を含む、複数系統の負荷を単一電源で駆動するための電源供給制御回路であって、第１の電源供給系統に設けられた複数のスイッチと、複数のスイッチのうち、電源に最も近いスイッチを除くスイッチに対して並列に接続された電流制限回路と、複数のスイッチを、電源に最も近いスイッチから順に、時間差をもってオンする制御回路とを有することを特徴とする電源供給制御回路に存する。
また、本発明の別の要旨は、本発明の電源供給制御回路を用いた生体情報記録装置に存する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る電源供給制御回路の構成例を示す回路図であり、図３と同じ構成要素には同じ参照数字を付してある。両図を比較すると明らかなように、本実施形態に係る電源供給制御回路１１０は、スイッチ１（１３）の後段にもう一つのスイッチ２（１４）が設けられるとともに、スイッチ２（１４）に並列に抵抗Ｒｓ（１５）が接続されている。
【００１３】
また、２つのコンパレータ１６、１８と、その間に接続された遅延回路１７は、２つのスイッチ１３、１４を所定の時間差でオンさせるための時間調整回路を構成する。遅延回路１７は例えば図に示すようなＣＲ直列回路であり、その時定数によって遅延時間を調整する。
【００１４】
本実施形態においても、図３に示した電源供給制御回路と同様、電池１０の端子電圧Ｖ０から、所定の直流電圧Ｖ１及びＶ２を得るためのＤＣ／ＤＣコンバータ１１、１２が設けられているが、Ｖ１及びＶ２の少なくとも一方がＶ０と同じでよい場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１、１２の対応する少なくとも一方は必要ない。
【００１５】
図１に示す電源供給制御回路を用いる電子機器おいても、図３を参照して説明したように、常時動作回路は電圧Ｖ１の供給ラインに、選択的動作回路は電圧Ｖ２の供給ラインにそれぞれ接続される。そして、選択的動作回路が使用されない状態では、スイッチ１（１３）及びスイッチ２（１４）の両方をオフとし、電源供給をカットすることで消費電力の低減を実現している。
【００１６】
図１において、スイッチのオン／オフ制御信号Ｓ１はスイッチ制御部２０が発生する。スイッチ制御部２０は常時動作回路であり、例えば電子機器が有するボタンやキーなどのユーザインタフェースからの入力有無や、タイマ割り込み等、選択的動作回路の動作開始及び終了のトリガとなる事象を監視しており、トリガを検出すると、その内容に応じてスイッチをオン又はオフすべくオン／オフ制御信号Ｓ１を発生する。
【００１７】
図１においては、スイッチ制御部２０を電源供給制御回路に特有の構成として記載しているが、これは機能上の表現に過ぎず、実際には例えば図１に示す電源供給制御回路を用いる電子機器の制御を司るＣＰＵ（図示せず）や、他のロジック回路等が、スイッチ制御部２０としても機能する構成であっても良い。
【００１８】
オン／オフ制御信号Ｓ１は、例えばハイレベル又はローレベルのロジック信号である。また、コンパレータ１６及び１８に供給される閾値電圧ＶＴＨはロジック信号のハイレベル、ローレベルの間の所定の電圧であり、例えば電圧Ｖ１から図示しない電圧分割回路によって生成されている。
【００１９】
以下、本実施形態に係る電源供給制御回路の動作について説明する。
上述したように、電圧Ｖ１は常時供給される電圧であり、例えば電子機器が待機状態、スリープ状態等にある場合にも供給され続けている。このような電圧供給の必要な常時動作回路としては、スイッチ制御部２０を初め、例えば装置全体の動作を監視／制御するＣＰＵ等の制御回路や、メモリ等のバックアップ回路をはじめ、例えば携帯電話などの通信機器において、待ち受け時に動作している回路等が挙げられる。
【００２０】
一方、電圧Ｖ２の供給を受ける選択的動作回路としては、生体情報、音声、画像等各種情報の記録／再生装置において、情報記録時や情報再生時にのみ用いられる回路や、音声通信機器等における音声符号化／復号化回路等が挙げられる。
【００２１】
まず、電圧Ｖ２の供給を行わない状態、すなわち選択的動作回路が動作しない状態においては、スイッチのオン／オフ制御信号Ｓ１は閾値電圧ＶＴＨより低い電圧を有するローレベルである。従ってコンパレータ１６及び１８の出力電圧もローレベルで、スイッチ１（１３）及びスイッチ２（１４）のいずれもオフ状態を維持し、電圧Ｖ２の供給は行われない。一方で、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１からは電圧Ｖ１が供給される。
【００２２】
例えば、生体記録装置においてユーザがボタンを押下することにより記録開始が指示された場合など、選択的動作回路の動作が必要となった場合、スイッチ制御部２０は、指示の内容を判別し、対応するレベルを有するオン／オフ制御信号Ｓ１を発生する。
【００２３】
ここで、選択的動作回路の動作開始のトリガが検出されたとすると、スイッチ制御部２０はスイッチをオンし、選択的動作回路に電圧Ｖ２を供給するため、ハイレベルを有するオン／オフ制御信号Ｓ１を発生する。コンパレータ１６に入力される閾値電圧ＶＴＨはハイレベルのオン／オフ制御信号よりも低い電圧であるから、コンパレータ１６の出力電圧はハイレベルとなり、スイッチ１（１３）はオンする。
【００２４】
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力がスイッチ１（１３）の出力に現れるが、遅延回路１７がコンパレータ１６の出力とコンパレータ１８の入力との間に存在するため、この時点ではコンパレータ１８の＋入力端子の電圧はローレベルである。そのため、スイッチ１（１３）はオンとなるが、スイッチ２（１４）は依然としてオフの状態にある。しかし、スイッチ２（１４）に並列接続された抵抗１５を通じ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧は徐々に選択的動作回路に対して供給され始める。このように、選択的動作回路に対する電圧供給開始時には、抵抗Ｒｓ（１５）を介して徐々に電圧供給が行われるため、ラッシュ電流が大幅に抑制され、電池端子電圧Ｖ０の変動並びに常時動作回路への供給電圧Ｖ１の変動も抑制される。
【００２５】
遅延回路１７による遅延時間が経過すると、コンパレータ１８の＋入力端子にコンパレータ１６の出力であるハイレベルの電圧が供給され、コンパレータ１８の出力電圧がハイレベルになる。これにより、スイッチ２（１４）がオンとなり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧は、実質的に抵抗Ｒｓ（１５）を経由せず、スイッチ２（１４）の出力から供給されるようになる。そして、選択的動作回路への供給電圧がＶ２となり、選択的動作回路が、制御回路の指示に基づいて動作を開始する。
【００２６】
このように、本実施形態に係る電源供給制御回路においては、選択的動作回路への供給電圧経路にスイッチを多段接続し、出力端から最も遠くに位置する１段目のスイッチから所定の時間ずらして順次オンするとともに、２段目以降のスイッチには抵抗を並列接続した構成を有する。この構成により、（ｎ−１）段目（ｎは２以上の整数）のスイッチがオンしてから、所定の時間が経過するまでの間は出力電圧がｎ段目のスイッチに並列接続された抵抗を介して出力されるため、ラッシュ電流の量が抑制され、電池電流の変動が抑制される。これにより、常時動作回路への供給電圧変動が抑制される。
【００２７】
本実施形態において、遅延回路１７による遅延時間と、スイッチ１（１３）がオンしてから、遅延時間が経過してスイッチ２（１４）がオンするまでに電圧供給を行うための抵抗Ｒｓ（１５）の値は、電圧Ｖ２の供給ラインに接続される選択的動作回路の負荷の大きさ、電圧Ｖ２の大きさ及び電源１０の許容電流量に応じて適宜定める。
【００２８】
すなわち、選択的動作回路の負荷に対して抵抗Ｒｓ（１５）の値が小さすぎると、スイッチ１（１３）がオンした際に発生するラッシュ電流が大きくなり、許容量を超える電池電流が発生してしまう。また、逆に選択的動作回路の負荷に対して抵抗Ｒｓ（１５）の値が大きすぎると、スイッチ１（１３）がオンした際には問題がないが、スイッチ２（１４）がオンした際に、やはり同様の問題が発生しうる。
【００２９】
また、遅延時間が短すぎ、抵抗Ｒｓ（１５）を介した供給電圧が安定する前にスイッチ２（１４）がオンしてしまうと、やはりラッシュ電流の抑制効果が小さくなる。一方、遅延時間が長すぎると、選択的動作回路の動作開始指示から、実際の動作開始までのタイムラグが大きくなる。
【００３０】
従って、抵抗Ｒｓ（１５）の大きさは、電池電流が許容値を超えない範囲で供給電圧が最も早く安定する大きさとし、遅延回路１７による遅延時間は抵抗Ｒｓ（１５）を介した供給電圧が安定するのに必要な時間に近づけることが理想的である。スイッチが３段以上多段接続される場合には、隣接する２段のスイッチにおいて同様の条件が満たされるようにすればよい。なお、多段接続の段数は特に制限されないが、段数が多くなると電源供給制御回路の規模が大きくなり、機器の小型化を阻害する虞があるほか、電源供給制御回路自体の消費電力増加が無視できなくなるため、必要以上に段数を多くすることは好ましくない。
【００３１】
図２は、本実施形態における電源供給制御回路を用いた際の電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２の変動を示す波形図である。
電圧Ｖ１供給中に、オン／オフ制御信号Ｓ１がハイレベルとなり、スイッチ１（１３）がオンとなると、電圧Ｖ２が上昇を開始し、電池端子電圧Ｖ０に若干の変動が生じるが、電圧Ｖ１には影響が現れていない。抵抗Ｒｓ（１５）を介して供給される電圧Ｖ２が安定した時点（すなわち、選択的動作回路での電流消費が安定した時点）で、遅延回路１７からハイレベルの信号がコンパレータ１８へ印加され、スイッチ２（１４）がオンする。スイッチ２（１４）がオンになると、電圧Ｖ２が再び上昇し、選択的動作回路で発生したラッシュ電流により電池端子電圧Ｖ０に変動が生じる。しかし、その変動量及び変動時間は短く、電圧Ｖ１には影響していないことがわかる。そして、電圧Ｖ２はＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧に等しいに達して安定し、選択的動作回路の動作が開始される。
【００３２】
なお、選択的動作回路の動作停止トリガとなる事象が検出された場合、スイッチ制御部２０はオン／オフ制御信号Ｓ１をローレベルにする。これにより、直ちにスイッチ１（１３）がオフし、電圧Ｖ２の供給は遮断される。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、選択的動作回路については必要な場合のみ電源を供給することにより、選択的動作回路の非動作時における消費電力を低減することが可能であることに加え、選択的動作回路への電源供給開始時における電池電流の変動を簡便な回路により抑制することにより、単一電源で駆動する負荷の増加時においても、安定した電圧供給が可能となる。
【００３４】
電池のように使用とともに電圧が低下する電源を用いる場合、新しい電池であれば問題にならない電池電流の変動が、消耗した電池では重大な電圧変動の原因となりうる。本実施形態による電源供給制御回路では、負荷増加時の電池電流の変動を抑制するため、電池が消耗した状態であっても重大な電圧変動を引き起こしにくくなる。その結果、従来の電源供給制御回路を用いた場合には、機器の動作が保証できなくなるような電源電圧（すなわち、電池電圧）であっても、機器を正常に使用できることになる。これにより、より電池を有効に使用することが可能となり、電池による機器の使用可能時間を延ばすことができる。
【００３５】
【他の実施形態】
なお、上述の実施形態においては、時間をずらしてスイッチをオンするための遅延回路１７として、ＣＲ直列回路を用いた例を示したが、信号の遅延が可能な任意の構成を採用することが可能である。
【００３６】
また、時間をずらしてスイッチに対して制御信号を印加できさえすれば、遅延回路１７を用いなくても良い。例えば、スイッチ制御部２０が所定の時間差で各スイッチに直接オン／オフ制御信号を供給するような構成であっても良い。
【００３７】
また、上述の実施形態においては、単一電源で駆動する負荷（回路）を、常時電源供給の必要な負荷と、必要なときだけ電源供給の必要な負荷の２つに分けて電源を供給する場合の構成についてのみ説明した。しかしながら、本発明は３系統以上の電圧を供給する電源供給制御回路においても適用可能であることは言うまでもない。この場合、２系統以上について上述の多段スイッチ構成を適用することが可能である。
【００３８】
さらに、上述の実施形態においては、一方の電源供給ラインについてのみ多段スイッチ構成を採用した場合について説明したが、例えば全ての電源供給ラインについて多段スイッチ構成を採用しても良い。これは、本発明の電源供給制御回路において、電源供給ラインに常時電源供給が必要なラインを含まなくても良いこと、並びに常時電源供給が必要なラインに対しても多段スイッチ構成を採用しうることを意味する。
【００３９】
なお、本発明に係る電源供給制御回路は、電池のように電圧が経時的に低下したり、負荷の変動に弱い電源を用いる装置、特にホルタ心電計や睡眠時無呼吸症候群検査装置等の携帯型生体情報記録装置や、ＰＤＡ、携帯電話、デジタルカメラといった携帯型の電子機器に対して有効であるが、他の装置に対しても適用可能であることは言うまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡便な構成により、電源を供給する負荷が増加した場合であっても安定した電圧を供給することが可能になる。従って、電池のように電圧が低下していく電源を用いた機器において、電池が消耗してきた状態で負荷を増加させた場合であっても、機器を安定して動作させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電源供給制御回路の構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の実施形態に係る電源供給制御回路の動作時の電圧変化を示す波形図である。
【図３】従来の電源供給制御回路の構成例を示す回路図である。
【図４】従来の電源供給制御回路の動作時の電圧変化を示す波形図である。

Claims (6)

1. 選択的に電源供給を行う第１の電源供給系統と、常時電源供給を行う第２の電源供給系統を含む、複数系統の負荷を単一電源で駆動するための電源供給制御回路であって、
   前記第１の電源供給系統に設けられた複数のスイッチと、
   前記複数のスイッチのうち、前記電源に最も近いスイッチを除くスイッチに対して並列に接続された電流制限回路と、
   前記複数のスイッチを、前記電源に最も近い前記スイッチから順に、時間差をもってオンする制御回路とを有することを特徴とする電源供給制御回路。
2. 前記電流制限回路が所定の値を有する抵抗であり、前記所定の値が、当該電流制限回路に対応する前記スイッチに隣接し、前記電源に近いスイッチがオンになった際に発生するラッシュ電流が前記電源の許容電流未満となるように定められることを特徴とする請求項１記載の電源供給制御回路。
3. 前記制御回路が、前記第２の電源供給系統の負荷として前記電源により駆動されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電源供給制御回路。
4. 前記電源が電池であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電源供給制御回路。
5. 請求項１乃至請求項４記載の電源供給制御回路を用いた生体情報記録装置。
6. 装置全体の制御を行う回路を前記第２の電源供給系統に、生体情報の記録時にのみ用いられる回路を前記第１の電源供給系統に接続したことを特徴とする請求項５記載の生体情報記録装置。

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