JP2007202396A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数の電池を使用した電子機器において、逆接続の電池があってもそれを電気的に検出して電源供給を回避できるようにする。
【解決手段】本発明は、電子機器６に対して電源を供給するため、直列接続された複数の電池を複数のブロック♯１、♯２に分割し、そこに属する直列接続された電池の接続状態をそれぞれ検出する複数のコンパレータ１０ａ、１０ｂと、その出力端子が接続されたアンド回路９と、その出力端子が接続されたオア回路７と、その出力に応じてオンオフする第１のスイッチングトランジスタＱ１と、それに接続される共に電子機器６の電源供給端子及び電源スイッチＳ１に接続された第２のスイッチングトランジスタＱ２とを備え、第２のスイッチングトランジスタＱ２のコレクタとオア回路７の入力端子のうちアンド回路９の出力回路が接続されていない端子との間に積分回路（Ｒ４及びＣ）を接続するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、直列接続された複数の電池から電源が供給される電子機器において、電池の接続状態を検出して逆接続を検出すると電子機器への電源供給を行わない電源回路に関する。

直列接続された複数の電池から電源が供給される電子機器において、少ない本数が逆接続されると、これら逆接続された電池が充電されて電解液が漏液する。

従来、前記問題点を解決するために、図３に示すように、電池が逆に接続されても物理的に電池が接続されない電源装置が知られている。この電源装置は、電池収納体を構成するシャーシ１ａ及び１ｂの内一方のシャーシ１ａには電池２の負極端子２ｂが接続されるばね３が取り付けられており、他方のシャーシ１ｂには窪み４が形成されて該窪み４内に電池２の正極端子２ａが接続される端子板５が設けられている。図３（Ａ）は、前記構成を有する電池収納体に電池２が正規に挿入された状態を示しており、電池２の負極端子２ｂはばね３に接触し、電池２の正極端子２ａはシャーシ１ｂの窪み４に嵌め込まれて端子板５に接触する。

一方、電池２が前記電池収納体に誤って逆向きに挿入された場合は、図３（Ｂ）に示すように、電池２の正極端子２ａはばね３に接触するが、電池２の負極端子２ｂは平坦であるため、シャーシ１ｂの窪み４に嵌め込まれることがないから端子板５に接触せず、したがって電池２が逆向きに挿入されても電子機器への逆接続が防止される。

しかし、前記構造の電池収納体を電子機器に採用した場合、電池の本数が増えると電池一本一本に前記構造の電池収納体を採用して、それらを電気的に直列接続する必要があり、配線が複雑で且つ寸法的にも大型になり、またコスト高に繋がらざるをえなかった。本発明は、前記問題点に鑑み、複数の電池を使用した電子機器において、逆接続の電池があってもそれを電気的に検出して電源供給を回避できる電源回路を提案するものである。

本発明の電源回路は、電子機器に対して電源を供給するため、直列接続された複数の電池を複数のブロックに分割し、これら各ブロックに属する直列接続された電池の接続状態をそれぞれ検出する複数のコンパレータと、複数のコンパレータの出力端子が接続されたアンド回路と、アンド回路の出力端子が接続されたオア回路と、オア回路の出力に応じてオンオフする第１のスイッチングトランジスタと、第１のスイッチングトランジスタに接続される共に電子機器の電源供給端子及び電源スイッチに接続された第２のスイッチングトランジスタとを備え、第２のスイッチングトランジスタのコレクタとオア回路の入力端子のうちアンド回路の出力回路が接続されていない端子との間に積分回路を接続したことにより、その積分回路によって電池の接続状態が正規接続であることが検出された場合、第２のスイッチングトランジスタのコレクタ出力が積分回路及びオア回路のループを介して第１のスイッチングトランジスタのベースに入力され、当該第１のスイッチングトランジスタが電子機器使用状態においてオン状態を保つので、電子機器の正規使用状態において大振幅の信号が入力されて大電流が流れた場合、直列接続された複数の電池の両端子間の電圧が設定電圧以下に降下してコンパレータにより瞬間的にローレベルが出力されて電源供給が遮断されるという誤動作を回避することができる。

本発明の電源回路は、電子機器に対して電源を供給するため、直列接続された複数の電池を複数のブロックに分割し、これら各ブロックに属する直列接続された電池の接続状態をそれぞれ検出する複数のコンパレータと、複数のコンパレータの出力端子が接続されたアンド回路と、アンド回路の出力端子が接続されたオア回路と、オア回路の出力に応じてオンオフする第１のスイッチングトランジスタと、第１のスイッチングトランジスタに接続される共に電子機器の電源供給端子及び電源スイッチに接続された第２のスイッチングトランジスタとを備え、第２のスイッチングトランジスタのコレクタとオア回路の入力端子のうちアンド回路の出力回路が接続されていない端子との間に積分回路を接続したことにより、その積分回路によって電池の接続状態が正規接続であることが検出された場合、第２のスイッチングトランジスタのコレクタ出力が積分回路及びオア回路のループを介して第１のスイッチングトランジスタのベースに入力され、当該第１のスイッチングトランジスタが電子機器使用状態においてオン状態を保つので、電子機器の正規使用状態において大振幅の信号が入力されて大電流が流れた場合、直列接続された複数の電池の両端子間の電圧が設定電圧以下に降下してコンパレータにより瞬間的にローレベルが出力されて電源供給が遮断されるという誤動作を回避することができる。

まず、本発明電源回路の原理的構成を図２を参照しながら説明する。本発明電源回路は、直列接続された複数の電池を複数のブロックに分割し、各ブロックの両端の電圧より逆接続を検出する。ここで、複数のブロックに分割されたあるブロックの電池の数をＮとすると、正規接続の場合のブロック内の電圧は、
最高電圧＝新品の電池一本当たりの電圧（約１．７Ｖ）×Ｎ＝１．７Ｎ（Ｖ）
最低動作保証電圧＝一本当たりの最低動作保証電圧（例えば１．０Ｖ）×Ｎ＝Ｎとなり、最低動作保証電圧までは電源の供給の停止又は制限をしてはならない。

次に、あるブロックの電池一本が逆接続の場合には、逆接続の一本と正規接続の一本とが電圧的にキャンセルされるため、逆接続の最高電圧＝新品の電池一本当たりの電圧（約１．７Ｖ）×（Ｎ−２）＝１．７（Ｎ−２）（Ｖ）となる。したがって、逆接続を検出するには前記逆接続の最高電圧を検出しなければならない。

よって、あるブロックの逆接続を検出するには、前記最低動作保証電圧より低く、前記逆接続の最高電圧より高い電圧を検出すれば良い。すなわち、Ｎ＞Ｖｒｅｆ＞１．７（Ｎ−２）を満足するＮ及びＶｒｅｆを設定し、前記範囲の電圧をコンパレータ等で検出すれば逆接続を検出できる。ここで、Ｎは整数という条件よりＮは４以下となり、ＶｒｅｆはＮの値に合わせて設定する。このように設定すると、Ｎが少ないほど（電池が８本の場合は４分割されてＮ＝２）、又は逆接続本数が増える程、最低動作保証電圧と逆接続の最高電圧との差が大きくなるので逆接続の検出が容易になる。

図２に示す直列接続された８個の電池の分割例でみると、Ｎ＝２では２＞Ｖｒｅｆ＞０、Ｎ＝３では３＞Ｖｒｅｆ＞１．７、Ｎ＝４では４＞Ｖｒｅｆ＞３．４となり、前記差はそれぞれ２Ｖ、１．３Ｖ、０．６Ｖとなり、Ｎが少ないほど最低動作保証電圧と逆接続の最高電圧との差が大きくなって、コンパレータでの検出が容易になることがわかる。

以上のように、複数個の電池使用機器において、直列接続された電池を複数のブロックに分割して電池接続状態を検出することにより、電池の逆接続を容易に検出でき、この結果に基づき電池よりの電源供給を停止又は制限することにより電解液の漏出を防止できる。

以下、前記原理に基づく本発明の電源回路の実施の形態を図１を参照しながら説明する。図１に示す電源回路は、電池総本数８個で、Ｎ＝４の２つのブロック＃１と＃２に分割した電源回路である。そこで、前記Ｎ＞Ｖｒｅｆ＞１．７（Ｎ−２）なる式にＮ＝４を代入すると、４＞Ｖｒｅｆ＞１．７（４−２）＝３．４となり、例えばＶｒｅｆ＝３．７Ｖに設定する。

図１に示すように、第２のスイッチングトランジスタＱ２（以下、トランジスタＱ２という）のコレクタに電子機器６の電源端子＋Ｂが接続され、そのエミッタに電源スイッチＳ１の一端が接続されている。また、そのベース・エミッタ間にバイアス抵抗Ｒ１、Ｒ２が接続されると共に、ベースは第１のスイッチングトランジスタＱ１（以下、トランジスタＱ１という）のコレクタに前記抵抗Ｒ１を介して接続されている。前記トランジスタＱ１のエミッタはグランドＧに接続され、そのベースに抵抗Ｒ３を介してオア回路７の出力端子が接続されている。そして、前記トランジスタＱ１及びＱ２により電池の接続状態に応じてオンオフするスイッチング回路８を構成する。

前記オア回路７は２つの入力端子を有し、該オア回路７の一方の入力端子はアンド回路９の出力端子に接続され、他方の入力端子は前記トランジスタＱ２のコレクタに抵抗Ｒ４を介して接続されると共にコンデンサＣを介してグランドＧに接続されている。前記抵抗Ｒ４とコンデンサＣで積分回路を構成するが、該積分回路の動作については後述する。

前記アンド回路９は、分割されたブロック数に応じた入力端子を有しており、この実施の形態では２ブロックに分割したので２つの入力端子を備えている。そして、該アンド回路９の一方の入力端子はコンパレータ１０ａの出力側に、他方の入力端子はコンパレータ１０ｂの出力側にそれぞれ接続されている。前記各コンパレータ１０ａ、コンパレータ１０ｂの非反転入力端子には、８個の直列接続された電池を２分割したブロック＃１、ブロック＃２の電池の正極側がそれぞれ接続され、反転入力端子側には設定電圧源Ｒｅｆ１、Ｒｅｆ２がそれぞれ接続されている。このように、前記アンド回路９、前記コンパレータ１０ａ、コンパレータ１０ｂ及び前記設定電圧源Ｒｅｆ１、設定電圧源Ｒｅｆ２でもって電池接続状態検出回路を構成する。

以下、前記電源回路の動作について説明する。電源スイッチＳ１を入れると、オア回路７、アンド回路９、コンパレータ１０ａ及びコンパレータ１０ｂに定電圧回路１２を介して電圧がそれぞれ印加されて、各４本の電池ブロック＃１、ブロック＃２が逆接続か正規接続かをコンパレータ１０ａ、コンパレータ１０ｂがそれぞれ検出する。ここで、Ｎ＝４であるから、ＶＲｅｆ１＝ＶＲｅｆ２＝３．７Ｖに設定されている。

まず、前記両ブロックに属する電池が正規接続されている場合は、コンパレータ１０ａ、コンパレータ１０ｂの出力は共にハイレベルとなり、その結果アンド回路９の出力がハイレベル、オア回路７の出力がハイレベルとなってトランジスタＱ１、トランジスタＱ２が共にオンし、電子機器６の＋Ｂ端子とグランド端子Ｇ間に８個の電池が直列接続されて電子機器６に電源が供給される。

一方、前記ブロック＃１、ブロック＃２のいずれか一方又は両方とも逆接続の電池がある場合は、各ブロック内において発生する電圧は（４×１．７）−（２×１．７）＝３．４Ｖとなり、ブロック端子間の電圧が前記設定電圧３．７Ｖよりも小さくなるから、前記コンパレータ１０ａ、コンパレータ１０ｂの出力は共にローレベルとなり、前記アンド回路９の出力及びオア回路７の出力がローレベルとなって、トランジスタＱ１、トランジスタＱ２が共にオフし、電源スイッチＳ１が投入されてもトランジスタＱ２がオフとなっているので電子機器６に電源が供給されない。このように、分割されたブロックのいずれかに逆接続の電池があると、それを検出して電子機器に電源が供給されず、さらに前記逆接続された電池への充電が回避される。

ここで、前記オア回路７の入力端子と前記トランジスタＱ２のコレクタとの間に抵抗Ｒ４とコンデンサＣとで構成される積分回路を挿入したのは、電池の接続が正規状態で電子機器６に電源が供給されて電子機器６が使用状態にあり、この通常の使用状態において電子機器６に大振幅の信号が入力されて大電流が流れた場合、各ブロックに属する直列接続された複数の電池の両端子間の電圧が前記設定電圧以下に降下して前記コンパレータより瞬間的にローレベルが出力されることがあり、接続が正規状態であるにもかかわらず電源供給が断たれるという誤動作の原因となる。

そこで、前記電源スイッチＳ１がオンされた後、抵抗Ｒ４とコンデンサＣの時定数、つまりコンデンサＣが充電されるまで正規接続か誤接続かの検出動作を行う。その後、正規接続が検出された場合は、トランジスタＱ２のコレクタ出力が前記積分回路及びオア回路７のループを介してトランジスタＱ１のベースに入力されると、トランジスタＱ１が電子機器使用状態においてオン状態を保つので、前記電子機器使用時の電圧降下による誤動作を回避できる。

また、図示のように前記アンド回路９の出力側とグランドＧ間にインバータ１３を介して発光ダイオード１４等の表示手段を設けることにより、逆接続時に発光ダイオード等を導通させてユーザにそれを知らせることができる。

このように、ユーザが電池の接続を誤って電子機器に入れても直ちに接続状態を検出して電源供給を停止できるので、逆接続された電池への充電を防止することができる。

前記電源回路において、電源スイッチＳ１をオフにして電子機器を使用しない場合に電池の放電を少なくするために、前記コンパレータの入力インピーダンスをハイインピーダンスにする。一例として入力インピーダンスの極めて大きいＭＯＳ−ＦＥＴで構成したコンパレータを使用するのが好適である。

本発明電源回路の回路図である。 本発明電源回路の原理を説明する電池の接続例を示す回路図である。 従来の電池逆接続を防止した電池収納体の説明図である。

符号の説明

６・・電子機器、８・・スイッチ回路、１１・・電池接続状態検出回路、＃１、＃２・・分割された電池ブロック、１０ａ、１０ｂ・・コンパレータ。

Claims (1)

1. 電子機器に対して電源を供給するため、直列接続された複数の電池を複数のブロックに分割し、これら各ブロックに属する直列接続された電池の接続状態をそれぞれ検出する複数のコンパレータと、
   前記複数のコンパレータの出力端子が接続されたアンド回路と、
   前記アンド回路の出力端子が接続されたオア回路と、
   前記オア回路の出力に応じてオンオフする第１のスイッチングトランジスタと、
   前記第１のスイッチングトランジスタに接続される共に前記電子機器の電源供給端子及び電源スイッチに接続された第２のスイッチングトランジスタと
   を備え、
   前記第２のスイッチングトランジスタのコレクタと前記オア回路の入力端子のうち前記アンド回路の出力回路が接続されていない端子との間に積分回路を接続した
   ことを特徴とする電源回路。

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