JP2008228416A - 電源検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】外付け逆流防止用ダイオードを必要とせずに、電源が抜けた時の誤検出を防止する電源検出回路の提供を目的とする。
【解決手段】電源と充電電流又は充電電圧を制御するＰＭＯＳトランジスタ間に内蔵の逆流防止スイッチを設けることで、電源が抜けて充電電流が設定電流以下に減少した時に、発振回路を用いて逆流防止スイッチを一定周期で一定時間オフさせる構成とする。逆流防止スイッチがオフしている間は２次電池からの逆流がなくなり、電源端子の電圧が低下し、電源が抜けたことを検出するため、電源とＰＭＯＳトランジスタ間に外付け逆流防止用ダイオードを挿入することなく、電源が脱けた時の誤検出を防止することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は充電機能を備えた携帯電子機器に搭載され、ＡＣアダプタやＵＳＢ等の電源の脱着を検出する電源検出回路に関するものである。

２次電池を充電する機能を備えた携帯電子機器では、２次電池への充電動作中にＡＣアダプタ等の電源が抜かれた場合に直ちに充電動作を停止させるため、電源検出回路を用いて電源電圧を検出する必要がある。しかし、２次電池から電源端子への逆流電流が発生すると電源が抜かれたにも関わらず、電源検出回路が２次電池の電圧を検出してしまうため、電源が抜けていないと誤認識してしまう。図４は、充電動作中にＡＣアダプタ等の電源が抜かれると同時に、電源端子には２次電池の電圧が出力されてしまうため、電源検出回路は電源が抜けていないと誤認識してしまう場合の構成図であり、図５はその動作波形である。図４において１６は２次電池、１７は充電電流検出用の抵抗、１８は充電電流又は充電電圧を制御するＰＭＯＳトランジスタ、１９は充電電流又は充電電圧を設定値にするためＰＭＯＳトランジスタ１８を制御する制御回路、２０は充電電流を検出する電流検出回路、２１は２次電池の電圧（ｍ）を検出する電圧検出回路、２２はアダプタ検出回路２３や電圧検出回路２１の情報から制御回路１９のオン・オフを制御する充電制御回路、２３はＡＣアダプタの出力を入力される電源端子ＤＣＩＮの電圧（ｌ）を所定値と比較することによって脱着を検出するアダプタ検出回路、２４はＡＣアダプタである。

図５は図４の（ｌ）〜（ｑ）に示す各部動作波形である。図４、図５を参照しながら以下にその動作を説明する。

図５において、当初はＡＣアダプタ２４から２次電池１６への充電動作状態であったが、タイミング(5)でＡＣアダプタ２４が抜かれてしまった場合について説明する。その瞬間、２次電池１６からＰＭＯＳトランジスタ１８を通してアダプタ検出回路２３に逆流電流が発生する。電源端子ＤＣＩＮの電圧（ｌ）は２次電池１６の出力電圧（ｍ）まで低下するが、アダプタ検出回路２３の検出レベルがそれ以下の場合はアダプタ検出回路２３の出力（ｏ）はＨｉｇｈを維持する。そのため、充電制御回路１９の出力（ｐ）もＨｉｇｈを維持し、制御回路１９の出力（ｑ）はＰＭＯＳトランジスタ１８をオン状態に維持する。その結果、ＡＣアダプタ２４が抜かれたにも関わらず、充電動作を継続してしまう。

このような逆流電流を防ぐための従来の技術の一つとしては、電源と２次電池間に逆流防止用ダイオードを挿入する手段がある。電源と２次電池間に逆流防止用ダイオードを挿入した場合の２次電池への充電動作としては特許文献１に記載のものが知られている。図６は、電源と２次電池間に逆流防止用ダイオードを挿入した場合の構成図であり、図７はその動作波形である。図６において２５は２次電池、２６は充電電流検出用の抵抗、２７は充電電流又は充電電圧を制御するＰＭＯＳトランジスタ、２８は充電電流又は充電電圧を設定値にするためＰＭＯＳトランジスタ２７を制御する制御回路、２９は充電電流を検出する電流検出回路、３０は２次電池の電圧を検出する電圧検出回路、３１はアダプタ検出回路３２や電圧検出回路３０の情報から制御回路２８のオン・オフを制御する充電制御回路、３２はＡＣアダプタの出力を入力される電源端子ＤＣＩＮの電圧（ｌ）を所定値と比較することによって脱着を検出するアダプタ検出回路、３３はＡＣアダプタ、３４は逆流防止用ダイオードである。

図７は図６の（ｒ）〜（ｗ）に示す各部動作波形である。図６、図７を参照しながら以下にその動作を説明する。

図７において、当初はＡＣアダプタから２次電池への充電動作状態であったが、タイミング(6)でＡＣアダプタ３３が抜かれてしまった場合について説明する。逆流防止用ダイオード３４があるため、２次電池２５からアダプタ検出回路３２への逆流電流が発生しないので、アダプタ検出回路３２で消費される電流により、電源端子ＤＣＩＮの電圧（ｒ）は低下する。タイミング(7)にて電源端子ＤＣＩＮの電圧（ｒ）が検出電圧以下に低下したため、アダプタ検出回路３２の出力（ｕ）はＨｉｇｈからＬｏｗに切り換わる。そのため、充電制御回路３１の出力（ｖ）もＨｉｇｈからＬｏｗに切り換わり、制御回路２８はオフ、制御回路２８の出力（ｗ）はＰＭＯＳトランジスタ２７をオフ状態にさせる。その結果、充電動作を停止させる。
特開２００４−６４９１５号公報

上記従来の電源検出回路は外付けの逆流防止用ダイオードを用いることで、電源が抜けた時の誤検出を防止している。また、逆流電流防止用ダイオードには、充電時に電圧降下によって動作電源電圧範囲が狭くならないように大電流でも電圧降下が少なく、充電時の大きな熱損失にも耐える必要があるため、サイズの大きなダイオードを使用することが多い。更に近年ではＡＣアダプタだけでなく、ＵＳＢを電源として充電を実施する携帯電子機器が増えている上に、携帯電子機器にはＵＳＢ端子が複数用意されている場合が多いため、外付けダイオード点数が増える傾向にある。

しかし、実際には携帯電子機器の小型化を実現するためにも、部品点数及び実装面積の削減が強く要望されている。

本発明は外付けの逆流防止用ダイオードを必要とせずに、電源が抜けた時の誤検出を防止する電源検出回路の提供を目的とする。

この課題を解決するため本発明は、各電源からの電圧が印加される複数の電源端子と、前記複数の電源端子の電圧レベルを検出する複数の電源端子電圧検出回路と、前記２次電池への充電電流を検出する電流検出回路と、前記２次電池の充電電圧を所定の電圧値に制御する制御素子と、前記各電源端子と前記制御素子間に接続される複数のスイッチ回路と、発振回路と、前記電流検出回路からの出力に基づいて前記充電電流が所定の電流値以下になると前記発振回路の出力に応じて前記複数のスイッチ回路をオンオフする複数のスイッチ制御回路を有する構成とする。

ここで、前記電源端子電圧検出回路は、対応する前記電源端子の電圧が、対応する電源の出力電圧下限値以下になると前記制御素子を停止させる信号を出力する構成としてもよい。また、前記電流検出回路は、前記所定の電流値が前記２次電池の充電終了を示すレベルに設定される構成としてもよい。

以上の構成により、電源が抜けて充電電流が設定電流以下に減少した時に、スイッチ回路がオフしている間は２次電池からの逆流がなくなり、電源端子の電圧が低下するので、電源が抜けたことを検出できる。即ち、電源とＰＭＯＳトランジスタ間に外付け逆流防止用ダイオードを挿入することなく、電源が抜けた時の誤検出を防止することができる。

本発明の電源検出回路は逆流防止スイッチと電流検出回路及び発振回路を使用することで、従来必要とされた外付けの逆流電流防止用ダイオードが不要となったため、複数の電源を備えた携帯電子機器において部品点数及び実装面積の削減が実現できる。

以下本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施形態における電源検出回路の構成図である。図１において、１は２次電池、２は充電電流検出用の抵抗、３は充電電流又は充電電圧を制御するＰＭＯＳトランジスタ、４は充電電流又は充電電圧を設定値にするためＰＭＯＳトランジスタ３を制御する制御回路、５は充電電流を検出する電流検出回路、６は２次電池の電圧を検出する電圧検出回路、７はアダプタ検出回路８やＶＢＵＳ検出回路９や電圧検出回路６の情報から制御回路４のオン・オフを制御する充電制御回路、８はＡＣアダプタの出力を入力される電源端子ＤＣＩＮの電圧（ａ）を所定値と比較することによって脱着を検出するアダプタ検出回路、９はＵＳＢ電源電圧を入力される電源端子ＶＢＵＳの電圧（ｂ）を所定値と比較することによって脱着を検出するＶＢＵＳ検出回路、１０は発振回路、１１は逆流防止スイッチのオン・オフを制御する逆流防止スイッチ制御回路、１２と１３は寄生ダイオードが逆向きになるようにＰＭＯＳトランジスタを配置することでオフ時の電流を遮断する逆流防止スイッチ、１４はＡＣアダプタ、１５はＵＳＢである。

図２、図３は図１の（ａ）〜（ｋ）に示す各部動作波形である。図１、図２、図３を参照しながら以下にその動作を説明する。

図２において、ＡＣアダプタ１４のみ装着され、充電中に電源が抜けることなく充電を終了する通常動作の場合について説明する。ＡＣアダプタ１４のみが装着されているため、電源端子ＤＣＩＮの電圧（ａ）及びＡＣアダプタ検出回路８の出力（ｅ）はＨｉｇｈ、電源端子ＶＢＵＳの電圧（ｂ）及びＶＢＵＳ検出回路９の出力（ｆ）はＬｏｗ、充電電流検出回路５の出力（ｈ）は充電電流が充電を終了するための設定電流以下になるまではＨｉｇｈ、逆流防止スイッチ制御回路１１はＡＣアダプタ用の逆流防止スイッチ制御信号（ｊ）のみＬｏｗ、ＵＳＢ用の逆流防止スイッチ制御信号（ｋ）はＨｉｇｈ、２次電池が満充電状態に近づくにつれ充電電流（ｄ）は徐々に減少している状態である。タイミング(1)において充電電流が充電を終了するための設定電流以下になったために、充電電流検出回路５の出力（ｈ）がＨｉｇｈからＬｏｗに切り換わる。それにより、逆流防止スイッチ制御回路１１は発振回路を用いて一定周期でＡＣアダプタ用の逆流防止スイッチ制御信号（ｊ）にＨｉｇｈとＬｏｗを繰り返し出力する。そのため、ＡＣアダプタ用の逆流防止スイッチ１２も一定周期でオン・オフを繰り返す。もし、この状態でＡＣアダプタ１４が抜かれたら、ＡＣアダプタ用の逆流防止スイッチ１２がオフした時に電源端子ＤＣＩＮの電圧（ａ）がＬｏｗになるため、アダプタ検出回路８の出力（ｅ）がＬｏｗになり、充電動作を停止させる。充電電流が充電を終了するための設定電流以下になって一定時間（Ｔ１）後のタイミング(2)において、充電動作を停止させるために充電制御回路７の出力（ｇ）がＨｉｇｈからＬｏｗに切り換わり、それによって、制御回路４の出力（ｉ）がＨｉｇｈになりＰＭＯＳトランジスタ３をオフさせる。同時にＡＣアダプタ用の逆流防止スイッチ制御信号（ｊ）もＨｉｇｈになり、逆流防止スイッチ１２もオフする。

図３において、ＡＣアダプタ１４のみ装着され、ＡＣアダプタ１４から２次電池への充電動作状態であったが、タイミング(3)でＡＣアダプタ１４が抜かれてしまった場合について説明する。ＡＣアダプタ１４のみが装着されているため、電源端子ＤＣＩＮの電圧（ａ）及びＡＣアダプタ検出回路８の出力（ｅ）はＨｉｇｈ、電源端子ＶＢＵＳの電圧（ｂ）及びＶＢＵＳ検出回路出力（ｆ）はＬｏｗ、充電電流検出回路５の出力（ｈ）は充電電流が充電を終了するための設定電流以下になるまではＨｉｇｈ、逆流防止スイッチ制御回路１１はＡＣアダプタ用の逆流防止スイッチ制御信号（ｊ）のみＬｏｗ、ＵＳＢ用の逆流防止スイッチ制御信号（ｋ）はＨｉｇｈ、充電電流（ｄ）は順方向に流れている状態である。タイミング(3)においてＡＣアダプタ１４が抜かれたため、逆流電流が発生し、電源端子ＤＣＩＮの電圧（ａ）は２次電池１の電圧（ｃ）まで低下する。電源がないため、充電電流は充電を終了するための設定電流以下になるために、充電電流検出回路５の出力（ｈ）はＨｉｇｈからＬｏｗに切り換わる。それにより、逆流防止スイッチ制御回路１１は発振回路を用いて一定周期でＡＣアダプタ用の逆流防止スイッチ制御信号（ｊ）にＨｉｇｈとＬｏｗを繰り返し出力し、ＡＣアダプタ用の逆流防止スイッチ１２も一定周期でオン・オフを繰り返そうとする。逆流防止スイッチ１２が一定時間オフすることで、アダプタ検出回路８の出力（ｅ）で消費される電流により、電源端子ＤＣＩＮの電圧（ａ）は低下する。タイミング(4)にて電源端子ＤＣＩＮの電圧（ａ）が検出電圧以下に低下したため、アダプタ検出回路８の出力（ｅ）はＨｉｇｈからＬｏｗに切り換わる。充電動作を停止させるために充電制御回路７の出力（ｇ）がＨｉｇｈからＬｏｗに切り換わり、それによって、制御回路４の出力（ｉ）がＨｉｇｈになりＰＭＯＳトランジスタ３をオフさせる。

以上のように、ＡＣアダプタ１４が抜けると、充電電流（ｄ）が設定電流以下に減少した時に、発振回路１０によってスイッチ回路である逆流防止スイッチ１２がオフしている間に２次電池１からの逆流がなくなり、電源端子ＤＣＩＮの電圧（ａ）が低下するので、ＡＣアダプタ１４が抜けたことを検出できる。ＡＣアダプタ１４以外の電源、例えばＵＳＢのみからの電源供給時においてＵＳＢが抜けた場合も、ＶＢＵＳ検出回路９によって同様に検出可能であることは明らかであろう。

本発明に係る電源検出回路は、充電機能を備えた携帯電子機器に有用である。

本発明の実施形態における、電源検出回路の構成図 本発明の実施形態における、電源検出回路における各部動作波形図 本発明の実施形態における、電源検出回路における各部動作波形図 従来の電源検出回路の構成を示す回路図 従来の電源検出回路の各部動作波形図 従来の電源検出回路の構成を示す回路図 従来の電源検出回路の各部動作波形図

符号の説明

１ ２次電池
２ 抵抗
３ ＰＭＯＳトランジスタ
４ 制御回路
５ 電流検出回路
６ 電圧検出回路
７ 充電制御回路
８ アダプタ検出回路
９ ＶＢＵＳ検出回路
１０ 発振回路
１１ 逆流防止スイッチ制御回路
１２ 逆流防止スイッチ
１３ 逆流防止スイッチ
１４ ＡＣアダプタ
１５ ＵＳＢ

Claims (3)

1. 複数の電源からの２次電池の充電システムにおいて、各電源からの電圧が印加される複数の電源端子と、前記複数の電源端子の電圧レベルを検出する複数の電源端子電圧検出回路と、前記２次電池への充電電流を検出する電流検出回路と、前記２次電池の充電電圧を所定の電圧値に制御する制御素子と、前記各電源端子と前記制御素子間に接続される複数のスイッチ回路と、発振回路と、前記電流検出回路からの出力に基づいて前記充電電流が所定の電流値以下になると前記発振回路の出力に応じて前記複数のスイッチ回路をオンオフする複数のスイッチ制御回路を有する電源検出回路。
2. 前記電源端子電圧検出回路は、対応する前記電源端子の電圧が、対応する電源の出力電圧下限値以下になると前記制御素子を停止させる信号を出力する請求項１記載の電源検出回路。
3. 前記電流検出回路は、前記所定の電流値が前記２次電池の充電終了を示すレベルに設定される請求項１記載の電源検出回路。

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