JP2009050049A - 電子機器の電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷回路の起動と充電回路の起動とが独立していても、充電回路に異常が生じた場合、負荷回路を起動させない電子機器の電源装置を実現することにある。
【解決手段】充電式電池または外部の電力源によって負荷回路を駆動し、外部の電力源で充電式電池の充電を行なう充電回路を有する電子機器の電源装置に改良を加えたものである。本装置は、充電式電池から負荷回路および外部の電力源から負荷回路への接続のオン、オフを負荷回路からの指示によって行なう電力供給用スイッチと、充電回路の異常を検知した場合、電力供給用スイッチを強制的にオフ状態にするラッチ回路とを有することを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電式電池または外部の電力源によって負荷回路を駆動し、外部の電力源で充電式電池の充電を行なう充電回路を有する電子機器の電源装置に関し、詳しくは、負荷回路の起動と充電回路の起動とが独立していても、充電回路に異常が生じた場合、負荷回路を起動させない電子機器の電源装置に関するものである。

持ち運び可能な可搬型の電子機器は、自機器を駆動するための電源装置を内蔵している。そして可搬型の電子機器の電源装置は、充電式電池（二次電池）を内蔵し、外部の電力源または内蔵する充電式電池によって負荷回路を駆動する。負荷回路とは、電源装置からみて負荷となる電子機器の本体部分（ＣＰＵ、メモリ、表示画面等）である。また、電子機器の電源装置に外部の電力源が接続されている間、充電式電池への充電を行なう。このような可搬型の電子機器としては、例えば、小型の測定器、ノートパソコン、携帯電話機等である。

図３は、従来の電子機器の電源装置の構成を示した図である。
図３において、端子Ｐｉは、外部の電力源が接続される。ヒューズＦ１は、端子Ｐｉに接続される。サイリスタＤ１，ツェナーダイオードＤ２，抵抗Ｒ１は、端子Ｐｉに過電圧が印加された場合にヒューズＦ１を溶断させるための保護回路である。

充電式電池１０は、充電回路２０によって充電される。充電回路２０は、保護回路２１を有し、端子Ｐｉに接続される外部の電力源からヒューズＦ１を介して電力が供給され、この電力で充電式電池１０を充電する。負荷回路３０は、保護回路３１を有し、外部の電力源または充電式電池１０を電源として駆動する。ヒューズＦ２は、ヒューズＦ１と充電回路２０の間に設けられる。

スイッチＳＷ１は、ヒューズＦ１と負荷回路３０との間に設けられる。スイッチＳＷ２は、充電式電池１０と負荷回路３０との間に設けられる。スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、負荷回路３０からの信号によって、両方同時にオン・オフされる。ダイオードＤ３は、スイッチＳ１と負荷回路３０との間に設けられる。ダイオードＤ４は、スイッチＳＷ２と負荷回路３０との間に設けられる。すなわち、外部の電力源と充電式電池１０は、ダイオードＤ３，Ｄ４によってオア接続され、一方の電力源が存在すれば負荷回路３０は駆動される。

このような装置の動作を説明する。
負荷回路３０が、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の両方をオンし、電子機器全体の電源がオンされる。負荷回路３０を駆動する電力は、外部の電力源および充電式電池１０の両方が接続されている場合、ダイオードＤ３，Ｄ４によって電圧の高い方の電力源から負荷回路３０に電力が供給される。

また、外部の電力源が端子Ｐｉに接続されている場合、充電回路２０が、外部の電力源から供給される電力で充電式電池１０を充電する。一方、外部の電力源が端子Ｐｉに接続されていない場合、充電式電池１０を電力源として負荷回路３０が駆動され、充電式電池１０への充電は行なわれない。

続いて電子機器を保護する動作を説明する。
まず、保護回路２１の動作を説明する。保護回路２１が、充電回路２０への入力側、出力側、回路２０内における複数の監視点の電圧レベル、充電式電池の電圧レベル等を監視し、監視している電圧値が所定の値を超えたりまたは下がった場合、回路２０、電池１０を異常と判断し、回路２０に供給される電力を遮断し、電池１０への充電も遮断する。

次に、保護回路３１の動作を説明する。保護回路３１が、充電回路２０、負荷回路３０への入力側、負荷回路３０内の所定の監視点の電圧レベル等を監視し、監視している電圧値が所定の値を超えたりまたは下がった場合、負荷回路３０を異常と判断し、スイッチＳ１、ＳＷ２をオフし、負荷回路３０に供給される電力を遮断し、電子機器全体の電源をオフする。また、保護回路３１が、電子機器全体の異常（充電回路２０を含む）も監視し、異常を検知した場合、スイッチＳ１、ＳＷ２をオフする。

ヒューズＦ２の動作を説明する。
充電式電池１０が短絡した場合、充電回路２０が短絡した場合、保護回路２１自体が故障した場合、保護回路２１が異常を検出できず保護機能が動作しない場合等であっても、過大な電圧が充電回路２０に供給され充電回路２０が故障されることを防ぐ必要がある。そこで、過電圧が入力された場合、ヒューズＦ２が溶断して遮断することにより充電回路２０を保護する。

ヒューズＦ１に関する動作を説明する。
ツェナーダイオードＤ２のツェナー電圧を超える過大電圧が、外部の電力源から端子Ｐｉに印加されるとツェナーダイオードＤ２に電流が流れる。そして、抵抗Ｒ１両端の電圧値がサイリスタＤ１のゲートオン電圧を超えると、サイリスタＤ１が導通状態になる。これによって、外部の電力源から供給される全ての電流が、端子ＰｉからヒューズＦ１、サイリスタＤ１、グランドに流れ、ヒューズＦ１が溶断し、外部の電力源から電源装置を含む電子機器全体（充電回路２０、負荷回路３０等）への電力供給が完全に遮断される。

特開平５−３３３９７５号公報

このような充電式電池を内蔵した電源装置は、何重もの保護機能が設けられる。仕様に定められていない使用方法をユーザが行なった場合でも、感電や火災等の危険を回避するためであり、常にフェールセーフで電子機器の電源装置は設計される。

しかしながら、充電回路２０は、スイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン・オフの状態（負荷回路３０に異常が生じてスイッチＳＷ１，ＳＷ２がオフ状態の場合も含む）にかかわらず外部の電力源が接続されることにより起動し充電を行なう。

一方の負荷回路３０は、充電回路２０の故障の有無に関わらず、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンすることにより起動する。また、外部の電力源が接続されず、充電式電池１０のみの場合であっても充電回路２０に故障等の異常の有無にかかわらず、スイッチＳＷ２がオンされることにより負荷回路３０は起動する。

そのためフェールセーフを考えた場合、充電回路２０、負荷回路３０のいずれか一方でも故障していた場合、例えば、充電器回路２０のみの故障で負荷回路３０が正常に起動可能であっても、負荷回路３０の起動を行なってはならないが、上記のように負荷回路３０の起動と充電回路２０の起動とが独立しているため、負荷回路３０が充電回路２０の状態にかかかわらず起動してしまうという問題があった。

例えば、ヒューズＦ２が溶断して充電回路２０が起動していない場合や充電回路２０の保護回路２１が動作していた場合であっても、負荷回路３０がスイッチＳＷ１、ＳＷ２をオンして負荷回路３０内の電子機器全体を制御するＣＰＵ等が起動し、ＣＰＵ等が充電回路２０等の異常状態を検出するまで負荷回路３０に電力が供給され続ける。つまり、充電回路２０に故障等の異常があったとしても、負荷回路３０が起動し、さらにＣＰＵ等が異常を検出するまでスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフせず、異常の検出が遅れたり、検出ができない場合もあった。

そこで本発明の目的は、負荷回路の起動と充電回路の起動とが独立していても、充電回路に異常が生じた場合、負荷回路を起動させない電子機器の電源装置を実現することにある。

請求項１記載の発明は、
充電式電池または外部の電力源によって負荷回路を駆動し、前記外部の電力源で前記充電式電池の充電を行なう充電回路を有する電子機器の電源装置において、
前記充電式電池から前記負荷回路および前記外部の電力源から前記負荷回路への接続のオン・オフを前記負荷回路からの指示によって行なう電力供給用スイッチと、
前記充電回路の異常を検知した場合、前記電力供給用スイッチを強制的にオフ状態にするラッチ回路と
を有することを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記外部の電力源から前記充電回路への接続のオン・オフを行なう充電回路用スイッチを有し、前記外部の電力源の電位が所定の値よりも低い場合に充電回路用スイッチをオフする下限電圧検出回路を有することを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、
ラッチ回路は、前記充電回路の異常を検知した場合、前記下限電圧検出回路の充電回路用スイッチを強制的にオフ状態にすることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、請求項１または３記載の発明において、
ラッチ回路は、前記外部の電力源から過電圧が印加された場合に前記電力供給用スイッチおよび前記充電回路用スイッチを強制的にオフ状態にすることを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれかに記載の発明において、
下限電圧検出回路は、
ソース端子とゲート端子間が抵抗で接続されたｐチャネル型のＦＥＴと、
アノードがグランドに接続され、カソードが前記ＦＥＴのゲート端子に接続され、参照端子に入力される前記外部の電力源の電圧に基づいて前記ＦＥＴのオン・オフを行なわせるシャントレギュレータと
を有することを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、
電力供給用スイッチは、
前記負荷回路からの信号および前記ラッチ回路からの信号がベース端子に入力され、エミッタ端子がグランドに接続されるｎｐｎ型のトランジスタと、
このトランジスタがオンした場合、前記負荷回路への接続をオンするＦＥＴと
を有することを特徴とするものである。
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、
ラッチ回路は、
エミッタ端子がグランドに接続され、コレクタ端子が抵抗を介して前記外部の電力源または前記充電式電池に接続されるｎｐｎ型のトランジスタと、
コレクタ端子が前記ｎｐｎ型のトランジスタのベース端子に接続され、ベース端子が前記ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ端子に接続され、エミッタ端子が前記外部の電力源または前記充電式電池に接続されるｐｎｐ型のトランジスタと
を有し、異常時に前記ｎｐｎ型のトランジスタおよび前記ｐｎｐ型のトランジスタがオンされることを特徴とするものである。
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、
ラッチ回路は、前記外部の電力源または前記充電式電池からの給電が終了するまで強制的なオフ状態を保持することを特徴とするものである。

本発明によれば以下の効果がある。
ラッチ回路が、充電回路で異常（充電回路内の監視点が過電圧またはグランド電位）が生じた場合、電力供給用スイッチを強制的にオフ状態にする。これにより、負荷回路の起動と充電回路の起動とが独立している場合でも、充電回路に異常が生じた場合、負荷回路が起動されない。従って、火災・感電等を防ぐことができる。

以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１、図２は、本発明の一実施例を示した構成図である。ここで、図３と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図１は、ブロック図で模式的に示した構成図であり、図２は、詳細に示した構成図の一例である。

また、説明を容易にするため、外部の電力源から負荷回路３０に電力が供給されるパス（端子Ｐｉ−ヒューズＦ１−スイッチＳＷ１−ダイオードＤ３−負荷回路３０）を第１のパスと呼ぶ。そして、充電式電池１０から負荷回路３０に電力が供給されるパス（充電式電池１０−スイッチＳＷ２−ダイオードＤ４−負荷回路３０）を第２のパスと呼ぶ。また、スイッチＳＷ１，ＳＷ２は、電力供給用スイッチに相当する。

図１、図２において、サイリスタＤ１，ツェナーダイオードＤ２，抵抗Ｒ１から構成される保護回路の代わりにラッチ回路４０が設けられる。また、下限電圧検出回路５０が、ヒューズＦ２と充電回路２０との間に設けられる。下限電圧検出回路５０は、ヒューズＦ２と充電回路２０との接続をオン・オフする充電回路用スイッチＳＷ３を有する。

ツェナーダイオードＤ１０は、第１のパスとラッチ回路１０との間に設けられ、アノードがラッチ回路４０に接続される。ダイオードＤ１１は、第１のパスとラッチ回路１０との間に設けられ、カソードがラッチ回路４０に接続される。ダイオード１２は、充電式電池（＋側）１０とラッチ回路４０との間に設けられ、カソードがラッチ回路４０に接続される。すなわち、ラッチ回路４０は、ダイオードＤ１１，Ｄ１２によって外部の電力源または充電式電池１０にオア接続され、いずれか一方の電力源から給電される。

ラッチ回路４０は、下記（１）〜（３）の場合等に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２、下限電圧検出回路５０のスイッチＳＷ３を強制的にオフして接続を遮断し、外部の電力源および充電式電池１０が取り外されるまで、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオフ状態を保持（ラッチ）する。

ラッチ回路４０がオフ状態をラッチするのは、（１）充電回路２０、負荷回路３０から異常を示す信号がラッチ回路４０に入力された場合、（２）外部の電力源からツェナーダイオードＤ１０を介してラッチ回路４０に過電圧が印加された場合、（３）ヒューズＦ２が溶断した場合等である。

下限電圧検出回路５０は、外部の電力源の電圧レベルが所定の値よりも低い場合、スイッチＳＷ３をオフする。

続いて、図２を用いて詳細な説明をする。
制御線Ｌ３（１）は、負荷回路３０がスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン、オフを制御するためのものであり、直列接続の抵抗Ｒ２，Ｒ３と、直列接続の抵抗Ｒ４，Ｒ５とからなり、直列抵抗Ｒ２，Ｒ３と直列抵抗Ｒ４，Ｒ５とは並列に設けられる。

スイッチＳＷ１は、ｐチャネル型のＦＥＴＱ１０，ｎｐｎ型のトランジスタＱ１１，抵抗Ｒ６を有する。ＦＥＴＱ１０は、第１のパス上に設けられ、ソース端子がヒューズＦ１に接続され、ドレイン端子がダイオードＤ３のアノードに接続される。抵抗Ｒ６は、ＦＥＴＱ１０のゲート端子とソース端子間に設けられる。トランジスタＱ１１は、コレクタ端子がＦＥＴＱ１０のゲート端子に接続され、ベース端子が制御線Ｌ３（１）の直列抵抗Ｒ２，Ｒ３の間に接続され、エミッタ端子がグランドに接続される。

スイッチＳＷ２は、ｐチャネル型のＦＥＴＱ１２，ｎｐｎ型のトランジスタＱ１３，抵抗Ｒ７を有する。ＦＥＴＱ１２は、第２のパス上に設けられ、ソース端子が充電式電池１０に接続され、ドレイン端子がダイオードＤ４のアノードに接続される。抵抗Ｒ７は、ＦＥＴＱ１２のゲート端子とソース端子間に設けられる。トランジスタＱ１３は、コレクタ端子がＦＥＴＱ１２のゲート端子に接続され、ベース端子が制御線Ｌ３（１）の直列抵抗Ｒ４，Ｒ５の間に接続され、エミッタ端子がグランドに接続される。

ラッチ回路４０は、抵抗Ｒ１２〜Ｒ１５，ｐｎｐ型のトランジスタＱ１４，ｎｐｎ型のトランジスタＱ１５を有する。

トランジスタＱ１４は、エミッタ端子がダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソードに接続され、コレクタ端子がツェナーダイオードＤ１０のアノードに接続される。

トランジスタＱ１５は、コレクタ端子が抵抗Ｒ１２を介してトランジスタＱ１４のベース端子に接続されると共に抵抗Ｒ１３を介してダイオードＤ１１，Ｄ１２のカソード（つまり、抵抗Ｒ１３を介してトランジスタＱ１４のエミッタ端子）に接続され、ベース端子が抵抗Ｒ１４を介してトランジスタＱ１４のコレクタ端子に接続され、エミッタ端子がグランドに接続される。抵抗Ｒ１５は、トランジスタＱ１４のコレクタ端子とグランド間に設けられる。

ここで、トランジスタＱ１４のエミッタ端子を電位点Ｖ０とし、トランジスタＱ１４のコレクタ端子を電位点Ｖ１とし、トランジスタＱ１５のコレクタ端子を電位点Ｖ２とする。

また、ラッチ回路４０は、制御線Ｌ４（１）〜Ｌ４（４）を有する。制御線Ｌ４（１）は、トランジスタＱ１５のコレクタ端子とスイッチＳＷ１のトランジスタＱ１１のベース端子とを接続し、ダイオードＤ１３を有する。制御線Ｌ４（２）は、トランジスタＱ１５のコレクタ端子とスイッチＳＷ２のトランジスタＱ１３のベース端子とを接続し、ダイオードＤ１６を有する。制御線Ｌ４（３）は、トランジスタＱ１５のコレクタ端子と下限電圧検出回路５０とを接続し、ダイオードＤ１５を有する。制御線Ｌ４（４）は、トランジスタＱ１５のコレクタ端子と下限電圧検出回路５０とを接続し、ダイオードＤ１４を有する。

すなわち、制御線Ｌ４（１）〜Ｌ４（４）それぞれの一端は、トランジスタＱ１５のコレクタ端子に接続され、電位点Ｖ２の電圧レベルによって制御信号が伝送される。また、ダイオードＤ１３，Ｄ１５，Ｄ１６のカソードおよびダイオードＤ１４のアノードは、トランジスタＱ１５のコレクタ端子に接続される。

下限電圧検出回路５０は、抵抗Ｒ８，Ｒ１０，Ｒ１１，ｐチャネル型のＦＥＴＱ１６、シャントレギュレータＵ１０を有する。抵抗Ｒ８は、ＦＥＴＱ１６のゲート端子とソース端子間に設けられる。直列接続された抵抗Ｒ１０、Ｒ１１は、ヒューズＦ２とグランド間に設けられ、抵抗Ｒ１０と抵抗Ｒ１１の接続点は、制御端子Ｌ４（３）に接続される。

トランジスタＱ１６は、充電回路用スイッチＳＷ３であり、ソース端子がヒューズＦ２に接続されると共に制御線Ｌ４（４）を介してラッチ回路４０のトランジスタＱ１５のコレクタ端子に接続され、ドレイン端子が充電回路２０に接続される。

シャントレギュレータＵ１０は、アノードがグランドに接続され、カソードがＦＥＴＱ１６のゲート端子に接続され、基準電圧用の参照端子が制御線Ｌ４（３）を介してラッチ回路４０のトランジスタＱ１５のコレクタ端子に接続される（つまり、参照端子は、直列抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の間に接続される）。

充電回路２０からの制御線Ｌ２（１）は、ラッチ回路４０のトランジスタＱ１４のコレクタ端子に接続され、ダイオードＤ１７を有する。また、充電回路２０からの制御線Ｌ２（２）は、ラッチ回路４０のトランジスタＱ１５のコレクタ端子に接続され、ダイオードＤ１８を有する。

負荷回路３０からの制御線Ｌ３（２）は、ラッチ回路４０のトランジスタＱ１４のコレクタ端子に接続され、ダイオードＤ１９を有する。また、負荷回路３０からの制御線Ｌ３（３）は、ラッチ回路４０のトランジスタＱ１５のコレクタ端子に接続され、ダイオードＤ２０を有する。

ダイオードＤ１７，Ｄ１９のカソードは、トランジスタＱ１４のコレクタ端子に接続される。また、ダイオードＤ１８，Ｄ２０のアノードは、トランジスタＱ１５のコレクタ端子に接続される。

これらのダイオードＤ１３〜Ｄ２０は、各制御線Ｌ２（１）、Ｌ２（２）、Ｌ３（２），Ｌ３（３）、Ｌ４（１）〜Ｌ４（４）の接続をオン・オフし、制御信号を伝送させるスイッチ素子とみなせる。

なお、図２では、制御線Ｌ２（１）、Ｌ２（２）、Ｌ３（２），Ｌ３（３）それぞれを１本のみ図示しているが、実際の装置では、各回路２０、２１、３０、３１において電圧レベルを監視する監視点が複数存在し、各監視対象の監視点それぞれからラッチ回路４０へと配線されるので制御線の本数は非常に多数であり、また、監視対象の電圧レベルによって制御線上に設けられるダイオードの数も異なる。

このような電源装置の動作を説明する。説明を簡単にするため、ダイオードＤ１１〜Ｄ２０が導通した際の順方向の電圧降下は０［Ｖ］として説明する。

まず、正常に動作する場合の動作から説明する。
［外部の電力源で駆動］
端子Ｐｉに適切な電圧レベル（充電式電池１０の電圧レベルの約１．５倍程度）の外部の電力源が接続された場合の動作から説明する。なお、充電式電池１０の正常時の電圧レベルは１０［Ｖ］程度だが、もちろん使用する電池によって出力可能な電圧レベルは異なる。

負荷回路３０が、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンするための制御信号（所定の電圧レベルの電気信号）を制御線Ｌ３（１）でスイッチＳＷ１，ＳＷ２に出力する。これにより、トランジスタＱ１１，Ｑ１３のベース端子に、ベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅを越える電圧（通常１［Ｖ］程度）が印加され、トランジスタＱ１１，Ｑ１３がオンされる（コレクタ端子とエミッタ端子が導通）。そして、ＦＥＴＱ１０，Ｑ１２のゲート端子がグランド電位になり、ＦＥＴＱ１０，Ｑ１２がオンされ（ソース端子とドレイン端子が導通）、スイッチＳＷ１，ＳＷ２がオンされる。外部の電力源の電圧レベルが高いので、ダイオードＤ３がオンされ、第１のパスを経由して外部の電力源から負荷回路３０に電力が供給され、電子機器全体が起動する。

なお、ＦＥＴがオンされるとは、ソース端子とドレイン端子が導通することであり、トランジスタがオンされるとは、コレクタ端子とエミッタ端子が導通することであり、ダイオードがオンされるとは、アノードとカソードとが導通することであり、以下、同様である。

また、第１のパス、ヒューズＦ２、分圧用の直列抵抗Ｒ１０，Ｒ１１を介して外部の電力源からシャントレギュレータＵ１０の参照端子に電圧が印加され、シャントレギュレータＵ１０がオンされる。これにより、ＦＥＴＱ１６のゲート端子がグランド電位に引き込まれてＦＥＴＱ１６がオンされる。そして、充電回路２０に電力が供給され、充電回路２０が、充電式電池１０の充電を行なう。

ここで、ＦＥＴＱ１６がオフされる遮断しきい値Ｖｓは、
Ｖｓ＝（１＋Ｒ１０／Ｒ１１）×Ｖｒｅｆ
で表される。Ｖｒｅｆは、シャントレギュレータＵ１０の基準電圧であり、この基準電圧以上の場合、シャントレギュレータＵ１０がオンされる。

従って、下限電圧検出回路５０への入力電圧（ＦＥＴＱ１６のソース端子の電位）がしきい値Ｖｓ以上であれば、シャントレギュレータＵ１０がオンされ、ＦＥＴＱ１６もオンされて充電回路２０に電力が供給される。一方、入力電圧がしきい値Ｖｓ以下であれば、シャントレギュレータＵ１０がオフされ、ＦＥＴＱ１６もオフされて充電回路２０への電力供給が遮断される。

抵抗Ｒ１０，Ｒ１１の抵抗比を予め求めておき、（（正常時の外部の電力源の電圧Ｖｉｎ）＞（しきい値電圧Ｖｓ）＞（正常時の充電式電池の電圧Ｖｂａｔ））となるようにしておくとよい。

そして、ラッチ回路４０への給電用のダイオードＤ１１がオンされ、ラッチ回路４０に電力が供給されるが、ダイオードＤ１３〜Ｄ２０がオフ状態なので、トランジスタＱ１４，Ｑ１５もオフのままである。

［充電式電池で駆動］
次に、充電式電池１０のみ接続された場合の動作を説明する。
負荷回路３０が、上記と同様にスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンする。そして、ダイオードＤ４がオンされ、第２のパスを経由して充電式電池１０から負荷回路３０に電力が供給され、電子機器全体が起動する。

また、ダイオードＤ１２がオンされ、ラッチ回路４０に充電式電池１０から給電される。そして、制御線Ｌ４（４）のダイオードＤ１４がオンされ、充電式電池１０の電圧Ｖｂａｔが下限電圧検出回路５０に印加されるが、当然に、（しきい値電圧Ｖｓ＞充電式電池１０の電圧Ｖｂａｔ）なので、シャントレギュレータＵ１０がオフされ、ＦＥＴＱ１６もオフされ、充電回路２０への電力供給が遮断される。

続いて、異常時の動作について説明する。
［異常時のラッチ回路の基本動作］
まず、異常時の動作の基本となるラッチ回路４０の動作、すなわち、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を強制的にオフさせる動作から説明する。

ラッチ回路４０にはオア接続されたダイオードＤ１１，Ｄ１２によって、正常時・異常時に関わらず、外部の電力源または充電式電池１０から電力が給電され続ける。

そして、電位点Ｖ１にトランジスタＱ１５のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅが越える電圧が印加された場合、トランジスタＱ１５がオンされ、トランジスタＱ１５のコレクタ電位（電位点Ｖ２）はグランド電位に引き込まれる。これにより、トランジスタＱ１４のベース端子もグランド電位側に引き込まれ、トランジスタＱ１４もオンされる。そして、電位点Ｖ２がグランド電位に引き込まれることにより、ダイオードＤ１３，Ｄ１５，Ｄ１６もオンされる。そのため、トランジスタＱ１１，Ｑ１３のベース端子も制御線Ｌ４（１）、Ｌ４（２）によってグランド電位に引き込まれ、トランジスタＱ１１，Ｑ１３がオンの場合は強制的にオフされ、オフの場合は負荷回路３０がオンさせようとしてもオンできない。さらに、シャントレギュレータＵ１０の参照端子も制御線Ｌ４（３）を介してグランド電位に引き込まれるのでシャントレギュレータがオフしてＦＥＴＱ１６も強制的にオフされる。

一方、電位点Ｖ２がグランド電位に引き込まれた場合、トランジスタＱ１４がオンされ、電位点Ｖ１が電位点Ｖ０と等しくなる。これにより、トランジスタＱ１５もオンされる。そして、電位点Ｖ２がグランド電位に引き込まれることにより、上記と同様にスイッチＳＷ１〜ＳＷ３がオフされる。

そして、一旦、トランジスタＱ１４，Ｑ１５がオンされ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が強制的にオフ状態にされた場合、外部の電力源と充電式電池１０の両方を取り外すまでラッチ回路４０には給電され続けるので、トランジスタＱ１４，Ｑ１５がオン状態を保持し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３の強制的なオフ状態も保持される。

［充電回路の異常］
充電回路２０内の監視点で異常（例えば、過電圧が発生）の場合、ダイオードＤ１７がオンされ、制御線Ｌ２（１）を介して電位点Ｖ１も上がる。これにより、トランジスタＱ１５、Ｑ１４の順にオンされ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が強制的にオフされ続ける。そして、充電回路２０、負荷回路３０への電力供給が遮断される。もちろん、充電回路２０への電力供給が遮断されるので、充電式電池１０への充電も行なわれない。

また、充電回路２０内で監視点でグランド電位に下がる異常が生じた場合、ダイオードＤ１８がオンされ、制御線Ｌ２（２）を介して電位点Ｖ２もグランド電位に引き込まれる。これにより、トランジスタＱ１４，Ｑ１５がオンされ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３が強制的にオフされ続ける。そして、充電回路２０、負荷回路３０への電力供給が遮断される。

［負荷回路の異常］
負荷回路３０で異常が発生した場合、すなわち、回路３０内の監視点で過電圧が生じた場合であればダイオードＤ１９がオンされて制御線Ｌ３（２）を介して電位点Ｖ１が上がる。また、監視点がグランド電位に落ちる場合であればダイオードＤ２０がオンされて制御線Ｌ３（３）を介して電位点Ｖ２もグランド電位点に引き込まれる。そして、負荷回路２０での異常と同様にラッチ回路４０がスイッチＳＷ１〜ＳＷ３の強制的なオフ状態を保持する。

［ヒューズＦ２の異常］
ヒューズＦ２が溶断する異常が発生した場合の動作について説明する。
ヒューズＦ２が溶断する原因等は図３に示す装置と同様なので説明を省略する。そして、ヒューズＦ２が溶断することにより、ダイオードＤ１１（またはダイオードＤ１２）−抵抗Ｒ１３−制御線Ｌ４（４）（ダイオードＤ１４がオン）−直列抵抗Ｒ１０，Ｒ１１のパスで電流が流れる。

これにより、トランジスタＱ１４がオンされ、トランジスタＱ１５もオンされることにより、電位点Ｖ２がグランド電位に引き込まれる。その結果、ダイオードＤ１４がオフされ、さらに、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３も強制的にオフ状態にされ、各回路２０、３０への電力供給が遮断され続ける。そして、ヒューズＦ２を交換するだけでなく、外部の電力源と充電式電池１０の両方を取り外すまで、トランジスタＱ１４，Ｑ１５がオン状態を保持し、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のオフ状態も保持される。

なお、抵抗Ｒ１３と直列抵抗Ｒ１０、Ｒ１１による分圧値（電位点Ｖ２）を、トランジスタＱ１４をオンさせる抵抗比にあらかじめ計算・設定しておくとよい。

［外部の電力源の異常（過電圧）］
外部の電力源から過電圧が印加される異常が発生した場合の動作について説明する。
（（ツェナーダイオードＤ１０のツェナー電圧）＋（トランジスタＱ１５のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅ）＜（外部の電力源の電圧Ｖｉｎ））の場合、電位点Ｖ１に印加される電圧によってトランジスタＱ１５がオンされる。これにより、電位点Ｖ２がグランド電位に引き込まれトランジスタＱ１４もオンされる。また、制御線Ｌ４（１）〜Ｌ４（３）を介してスイッチＳＷ１〜ＳＷ３が強制的にオフ状態にされ、各回路２０、３０への電力供給が遮断され続ける。

［外部の電力源の異常（低電圧）］
外部の電力源の電圧Ｖｉｎがしきい値電圧Ｖｓ以下の場合の動作を説明する。
負荷回路３０が、上記と同様にスイッチＳＷ１，ＳＷ２をオンする。そして、（外部の電力源の電圧Ｖｉｎ＜充電式電池の電圧Ｖｂａｔ）であれば、ダイオードＤ４がオンされ、第２のパスを経由して充電式電池１０から負荷回路３０に電力が供給され、電子機器全体が起動する。一方、（外部の電力源の電圧Ｖｉｎ＞充電式電池の電圧Ｖｂａｔ）であれば、ダイオードＤ３がオンされ、第１のパスを経由して外部の電力源から負荷回路３０に電力が供給され、電子機器全体が起動する。

また、（外部の電力源の電圧Ｖｉｎ＜充電式電池の電圧Ｖｂａｔ）であれば、ダイオードＤ１２がオンされてラッチ回路４０経由で下限電圧検出回路５０に電圧が入力される。一方、（外部の電力源の電圧Ｖｉｎ＞充電式電池の電圧Ｖｂａｔ）であれば、ヒューズＦ２を介して下限電圧検出回路５０に電圧が入力される。しかし、（しきい値電圧Ｖｓ＞外部の電力源の電圧Ｖｉｎ）なので、シャントレギュレータＵ１０がオフされ、ＦＥＴＱ１６もオフされ、充電回路２０への電力供給が遮断される。

なお、ダイオードＤ１１またはダイオードＤ１２がオンされ、ラッチ回路４０に電力が給電されるが、ダイオードＤ１３、Ｄ１５〜Ｄ２０はオフ状態なので、トランジスタＱ１４，Ｑ１５もオフのままである。すなわち、負荷回路３０は正常に起動するが、充電回路２０へのスイッチＳＷ３がオフされるので充電式電池１０への充電は行なわれない。

一般的にＮｉ−ＭＨ電池等では、充電回路２０が、充電式電池１０の単位時間の温度勾配により充電式電池１０の充電完了を検出することが多い。このような場合、温度上昇に必要な供給電圧以下（つまり、Ｖｉｎ＜（Ｖｂａｔ×１．５程度））になると、単位時間の温度勾配が緩やかになり充電完了の検出ができず、充電回路２０に内蔵される安全タイマ（図示せず）による充電終了が繰返される。このような充電の繰り返しは電池１０を悪化させる。

例えば、外部の電力源の電圧レベルは、上述のように充電式電池の電圧レベルに対して所定の高さに設定する必要があり、通常は、専用の電源アダプタ（ＡＣ−ＤＣアダプタ、ＤＣ−ＤＣアダプタ）を使用することを前提に電子機器の電源装置の設計を行なうが、ユーザによっては、専用の電源アダプタを使用せず、電源装置に設計外・指定外の電圧が印加される場合もあり、このような場合、充電式電池１０が過充電されるという問題があった。

また、ユーザは、負荷回路３０側を動作させず（スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフ状態）に電子機器から物理的に離れた状態で、外部の電力源を接続して長時間の充電を行なうことが多く、電子機器全体が長時間オフの状態でも感電・火災等の危険を回避する必要がある。

しかしながら図１、図２に示す下限電圧検出回路５０が、外部の電力源の電圧Ｖｉｎが、所定のしきい値電圧Ｖｓよりも低くなるとＦＥＴＱ１６をオフするので、電池１０の劣化を抑えると共に、感電・火災等の危険を防ぐことができる。

なお、保護回路２１、３１の動作は、図３に示す装置と同様なので説明を省略する。

このように、ラッチ回路４０が、充電回路２０、負荷回路３０の少なくとも一方の回路で異常（回路２０、３０内の監視点が過電圧またはグランド電位）が生じた場合、第１のパス上のスイッチＳＷ１、第２のパス上のスイッチＳＷ２のそれぞれを強制的にオフ状態にする。これにより、負荷回路３０の起動と充電回路２０の起動とが独立している場合でも、充電回路２０に異常が生じた場合、負荷回路３０が起動されない。逆に負荷回路３０が異常の場合もスイッチＳＷ３を強制的にオフ状態にするので充電回路２０が起動されない。従って、火災・感電等を防ぐことができる。

また、ラッチ回路４０が、外部の電力源または充電式電池１０から給電されてトランジスタＱ１４，Ｑ１５をオンし、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３をオフし続ける。これにより、外部の電力源および充電式電池１０の両方を取り外すまで、充電回路２０、負荷回路３０に電力が供給されず電子機器も起動できない。従って、火災・感電を防ぐことができる。

また、ラッチ回路４０が、外部の電力源から（ダイオードＤ１０のツェナー電圧＋トランジスタＱ１５のＶｂｅ）を超えた異常な過電圧Ｖｉｎが印加された時点で、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を強制的にオフするので、ヒューズＦ１の溶断を防ぐことができる。これにより、外部の電力源から過電圧が印加された場合でもヒューズＦ１の溶断を防げ、修理の工数を削減することができる。

また、外部の電力源の電圧Ｖｉｎが所定のしきい値電圧Ｖｓよりも低い場合、負荷回路３０を起動させつつ、下限電圧検出回路３０がスイッチＳＷ３（ＦＥＴＱ１６）をオフして充電回路２０への電力供給のみ遮断、すなわち充電式電池１０への充電を遮断する。これにより、外部の電力源に仕様とは異なる指定外の電力源が供給された場合でもあって、負荷回路３０を安全に動作させられると共に、充電式電池１０への過充電を防ぐことができる。従って、外部の電力源で使用可能な電圧範囲を広げることができる。

なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
制御線Ｌ２（１）、Ｌ２（２）、Ｌ３（２）、Ｌ３（３）、Ｌ４（１）〜Ｌ４（４）の電気的な接続のスイッチ素子としてダイオードＤ１３〜Ｄ２０を用いる構成を示したが、制御線両端に所定の電位差が生じた場合にオンするものであれば、どのようなスイッチ素子を用いてもよい。ツェナーダイオードＤ１０も同様に他の素子を用いてもよい。

ＦＥＴ、トランジスタＱ１０〜Ｑ１６は、ｎｐｎ型、ｐｎｐ型、ｐチャネル型、ｎチャネル型をどのように組み合わせてもよい。

充電式電池１０の電位Ｖｂａｔと外部の電力源の電位Ｖｉｎとの正常な場合の関係を（Ｖｉｎ＝Ｖｂａｔ×約１．５程度＞しきい値電圧Ｖｓ）の場合を一例として挙げ説明したが、それぞれの関係はどのようなものでもよい。

本発明の第１の実施例を示した構成図である。 図１に示す装置を詳細に示した構成図である。 従来の電子機器の電源装置の構成を示した図である。

符号の説明

１０ 充電式電池
２０ 充電回路
３０ 負荷回路
４０ ラッチ回路
５０ 下限電圧検出回路
Ｄ１０ ツェナーダイオード
Ｄ３，Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ２０ ダイオード
Ｑ１１、Ｑ１３〜Ｑ１５ トランジスタ
Ｑ１０，Ｑ１２，Ｑ１６ ＦＥＴ
Ｕ１０ シャントレギュレータ

Claims (8)

1. 充電式電池または外部の電力源によって負荷回路を駆動し、前記外部の電力源で前記充電式電池の充電を行なう充電回路を有する電子機器の電源装置において、
   前記充電式電池から前記負荷回路および前記外部の電力源から前記負荷回路への接続のオン・オフを前記負荷回路からの指示によって行なう電力供給用スイッチと、
   前記充電回路の異常を検知した場合、前記電力供給用スイッチを強制的にオフ状態にするラッチ回路と
   を有することを特徴とする電子機器の電源装置。
2. 前記外部の電力源から前記充電回路への接続のオン・オフを行なう充電回路用スイッチを有し、前記外部の電力源の電位が所定の値よりも低い場合に充電回路用スイッチをオフする下限電圧検出回路を有することを特徴とする請求項１記載の電子機器の電源装置。
3. ラッチ回路は、前記充電回路の異常を検知した場合、前記下限電圧検出回路の充電回路用スイッチを強制的にオフ状態にすることを特徴とする請求項２記載の電子機器の電源装置。
4. ラッチ回路は、前記外部の電力源から過電圧が印加された場合に前記電力供給用スイッチおよび前記充電回路用スイッチを強制的にオフ状態にすることを特徴とする請求項２または３記載の電子機器の電源装置。
5. 下限電圧検出回路は、
   ソース端子とゲート端子間が抵抗で接続されたｐチャネル型のＦＥＴと、
   アノードがグランドに接続され、カソードが前記ＦＥＴのゲート端子に接続され、参照端子に入力される前記外部の電力源の電圧に基づいて前記ＦＥＴのオン・オフを行なわせるシャントレギュレータと
   を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の電子機器の電源装置。
6. 電力供給用スイッチは、
   前記負荷回路からの信号および前記ラッチ回路からの信号がベース端子に入力され、エミッタ端子がグランドに接続されるｎｐｎ型のトランジスタと、
   このトランジスタがオンした場合、前記負荷回路への接続をオンするＦＥＴと
   を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電子機器の電源装置。
7. ラッチ回路は、
   エミッタ端子がグランドに接続され、コレクタ端子が抵抗を介して前記外部の電力源または前記充電式電池に接続されるｎｐｎ型のトランジスタと、
   コレクタ端子が前記ｎｐｎ型のトランジスタのベース端子に接続され、ベース端子が前記ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ端子に接続され、エミッタ端子が前記外部の電力源または前記充電式電池に接続されるｐｎｐ型のトランジスタと
   を有し、異常時に前記ｎｐｎ型のトランジスタおよび前記ｐｎｐ型のトランジスタがオンされることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電子機器の電源装置。
8. ラッチ回路は、前記外部の電力源または前記充電式電池からの給電が終了するまで強制的なオフ状態を保持することを特徴とする請求項７記載の電子機器の電源装置。

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