JP2009232575A

JP2009232575A - 複数電池を用いた電源回路および電源制御方法

Info

Publication number: JP2009232575A
Application number: JP2008074893A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamaguchi; 隆山口
Original assignee: NEC AccessTechnica Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2009-10-08

Abstract

【課題】回路構成を複雑化することなく複数の電池から安定した電力を取り出すことができる電源回路および電源制御方法を提供する。
【解決手段】複数の電池Ｖ１〜Ｖｎから取り出した電流を出力端子１０２、１０３から負荷へ供給するための電源回路は、複数の電池の各々と出力端子との間に設けられ複数の電池からの電流を選択的に順次オン／オフ制御するスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎと、出力端子１０２の出力電圧Ｖｏｕｔを検出する電圧検出部１０４と、スイッチングトランジスタにより選択された電池による出力電圧Ｖｏｕｔが低下したときに当該電池からの電流を出力端子１０２へ接続する時間を所定時間幅より短く設定するようにスイッチングトランジスタのオン時間を制御する制御部１０１と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は複数の電池を用いた電源回路に係り、特に複数の電池を並列的に使用する電源回路および電源制御方法に関する。

１個の電池より多くの電流を取り出したい場合、電池を複数個並列に接続して使用すればよいが、電池間の起電圧に差があると、起電圧の低い電池には逆電流が流れ、意図しない充電が起きる。電池が１次電池の場合、充電は電池の破損などが起こるために厳禁である。このような意図しない充電を防ぐために、通常、各電池に逆流防止ダイオードが使用される。ただ、逆流防止ダイオードで電圧低下が発生するために電源の効率が低下する。

並列接続された複数の電池から効率的に電力を取り出す電池出力制御装置が特許文献１に開示されている。具体的には、複数の電池にそれぞれスイッチが直列接続され、それら直列回路が並列接続された回路構成を有し、個々の電池の電圧に応じた接続時間だけ個々のスイッチを時分割で閉じることで電力供給を行っている。

特開２００３−２３５１７８号公報

しかしながら、上記電池出力制御装置では、個々の電池の電圧を測定し、その各測定電圧値に応じて時分割接続時間をそれぞれ設定するという制御を行うために回路構成が複雑となり、またスイッチのオン／オフに伴う電流の急な立ち上がり／立と下がりも発生する。

そこで本発明の目的は、回路構成を複雑化することなく複数の電池から安定した電力を取り出すことができる電源回路および電源制御方法を提供することにある。

本発明による電源回路は、複数の電池から取り出した電流を出力端子から負荷へ供給するための電源回路であって、前記複数の電池の各々と前記出力端子との間に設けられ、前記複数の電池からの電流を選択的に順次オン／オフ制御するスイッチングトランジスタと、前記出力端子の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチングトランジスタにより選択された電池による前記出力電圧が低下したときに、当該電池からの電流を前記出力端子へ接続する時間を所定時間幅より短く設定するように前記スイッチングトランジスタのオン時間を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明により回路構成を複雑化することなく複数の電池から安定した電力を取り出すことができる。

以下、本発明の実施例として２個以上（ｎ個）の電池を用いた電源回路について説明する。

１．第１実施例
図１は本発明の第１実施例による電源回路の構成を示す回路図である。電源回路の制御部１０１は、後述するように、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎのオン／オフを時分割で制御する。また、電源回路で使用されるｎ個の電池Ｖ１〜Ｖｎの正極は、インダクタＬ１〜Ｌｎ、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎおよび逆流防止ダイオードＤ１〜Ｄｎをそれぞれ直列に介して正の出力端子１０２に接続されている。電池Ｖ１〜Ｖｎの負極正は負の出力端子１０３に接続され、出力端子１０２と負の出力端子１０３との間はコンデンサＣで接続されている。また電圧検出部１０４はコンデンサＣの電圧、すなわち正の出力端子１０２の電圧Ｖｏｕｔをモニタし、制御部１０１は、後述するように、電圧Ｖｏｕｔの変化率に応じてスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎのオン時間を調整する。

図２は図１におけるスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎの時分割制御を示すタイムチャートである。制御部１０１は、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎをそれぞれオン状態（導通状態）にするために、それらのベース電極に制御信号を時分割で出力する。あるスイッチングトランジスタＱｉ（ｉは１〜ｎのいずれか）のベースにハイレベルの制御信号を出力してスイッチングトランジスタＱｉを導通状態にするタイムスロットでは、それ以外のスイッチングトランジスタＱｊはオフ状態（非導通状態）となる。

たとえばスイッチングトランジスタＱ１が導通した場合、電池Ｖ１からの電流はインダクタＬ１、スイッチングトランジスタＱ１および逆流防止ダイオードＤ１を順に通過して出力端子１０２から負荷（図示せず）へ供給される。その際、インダクタＬ１とコンデンサＣとが平滑回路を構成しているので、スムーズな電流が出力され負荷に供給される。また、この場合、他のスイッチングトランジスタＱ２〜Ｑｎはオフ状態であるから、このタイムスロットでは電池Ｖ１からのみ電力が供給されることとなる。他のスイッチングトランジスタに関しても同様の動作が行われ、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎが順次オン状態となって電流が供給される。

各スイッチングトランジスタのオン状態の時間幅（以下、ＯＮ時間という。）は、電圧Ｖｏｕｔの変化率に応じて次のように制御される。

図３は図１における電源回路の制御方法を示すフローチャートである。まず、制御部１０１は、ＯＮ時間と変数ｉとを初期化し（ステップ２０１）、スイッチングトランジスタＱｉをオン状態にする（ステップ２０２）。

スイッチングトランジスタＱｉがオン状態となり、電池Ｖｉから電流が出力端子１０２へ流れると、コンデンサＣの電圧ｖｏｕｔは所定電圧に維持されるか、あるいは電池Ｖｉが消耗状態であれば、所定電圧から低下する。そこで、制御部１０１は電圧Ｖｏｕｔをモニタし（ステップ２０３）、電圧Ｖｏｕｔが所定閾値以下に低下した場合あるいは所定の低下率を超えて低下した場合には（ステップ２０３：ＹＥＳ）、当該スイッチングトランジスタＱｉのＯＮ時間を短くするかあるいはゼロとし、他のスイッチングトランジスタのＯＮ時間を長くするというＯＮ時間の再設定を実行する（ステップ２０４）。

ＯＮ時間の再設定が完了した場合あるいは電圧Ｖｏｕｔが低下しなかった場合（ステップ２０３：ＮＯ）、制御部１０１は変数ｉをインクリメントし（ステップ２０５）、変数ｉが総数ｎを超えたか否かを判定する（ステップ２０６）。変数ｉが総数ｎ以下であれば（ステップＳ２０６：ＮＯ）、上述したステップ２０２へ戻り、変数ｉが総数ｎを超えていれば（ステップ２０６：ＹＥＳ）、変数ｉを初期化して（ステップ２０７）、同じくステップ２０２へ戻る。

こうして変数ｉを順次インクリメントし、各スイッチングトランジスタのＯＮ時間を調整しながら、電池Ｖ１〜Ｖｎからそれぞれ適切なＯＮ時間で電流を供給する。すなわち、本実施例による電源回路は、出力電圧ｖｏｕｔをモニタするだけで、電流をより多く取り出せる電池からより多くの電流が供給されるように動作する。

なお、上述した制御方法を実行する制御部１０１は、ＣＰＵ等のプログラム制御プロセッサ上でプログラムを実行することにより同等の機能を実現することもできる。

２．第２実施例
図４は本発明の第２実施例による電源回路の構成を示す回路図である。ただし、図１の回路要素と同様の機能を有するものには同一の参照符号を付している。

図４において、電源回路の制御部１０１は、図２および図３で説明したように、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎのオン／オフを時分割で制御する。また、電源回路で使用されるｎ個の電池Ｖ１〜Ｖｎの正極は、スイッチングトランジスタＱ１〜ＱｎおよびインダクタＬ１〜Ｌｎをそれぞれ直列に介して正の出力端子１０２に接続されている。電池Ｖ１〜Ｖｎの負極正は負の出力端子１０３に接続され、出力端子１０２と負の出力端子１０３との間はコンデンサＣで接続されている。また電圧検出部１０４はコンデンサＣの電圧、すなわち正の出力端子１０２の電圧Ｖｏｕｔをモニタし、制御部１０１は、後述するように、電圧Ｖｏｕｔの変化率に応じてスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎのオン時間を調整する。

さらに、本実施例によれば、スイッチングトランジスタＱ１〜ＱｎとインダクタＬ１〜Ｌｎとの接続点と負の出力端子１０３との間にフライホイールダイオードＤ１〜Ｄｎがそれぞれ接続されている。

このような電源回路のスイッチング制御は第１実施例と同様である。すなわち、あるスイッチングトランジスタＱｉ（ｉは１〜ｎのいずれか）のベースにハイレベルの制御信号を出力してスイッチングトランジスタＱｉを導通状態にするタイムスロットでは、それ以外のスイッチングトランジスタＱｊはオフ状態（非導通状態）となる。

たとえばスイッチングトランジスタＱ１が導通した場合、電池Ｖ１からの電流はスイッチングトランジスタＱ１およびインダクタＬ１を順に通過して出力端子１０２から負荷（図示せず）へ供給される。その際、インダクタＬ１、コンデンサＣおよびフライホイールダイオードＤｉが平滑回路を構成しているので、スムーズな電流が出力され負荷に供給される。また、この場合、他のスイッチングトランジスタＱ２〜Ｑｎはオフ状態であるから、このタイムスロットでは電池Ｖ１からのみ電力が供給されることとなる。他のスイッチングトランジスタに関しても同様の動作が行われ、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎが順次オン状態となって電流が供給される。

そして、図３のフローチャートで説明したように、制御部１０１は、変数ｉを順次インクリメントし、各スイッチングトランジスタのＯＮ時間を調整しながら、電池Ｖ１〜Ｖｎからそれぞれ適切なＯＮ時間で電流を供給する。すなわち、本実施例による電源回路は、出力電圧ｖｏｕｔをモニタするだけで、電流をより多く取り出せる電池からより多くの電流が供給されるように動作する。

３．第３実施例
図５は本発明の第３実施例による電源回路の構成を示す回路図である。ただし、図１の回路要素と同様の機能を有するものには同一の参照符号を付している。

図４において、電源回路の制御部１０１は、図２に示すように、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎのオン／オフを時分割で制御する。また、電源回路で使用されるｎ個の電池Ｖ１〜Ｖｎの正極は、スイッチングトランジスタＱ１〜ＱｎおよびダイオードＤ１〜Ｄｎをそれぞれ直列に介して正の出力端子１０２に接続されている。電池Ｖ１〜Ｖｎの負極正は負の出力端子１０３に接続され、出力端子１０２と負の出力端子１０３との間はコンデンサＣで接続されている。また電圧検出部１０４はコンデンサＣの電圧、すなわち正の出力端子１０２の電圧Ｖｏｕｔをモニタし、制御部１０１は、後述するように、電圧Ｖｏｕｔの変化率に応じてスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎのオン時間を調整する。

さらに、本実施例によれば、スイッチングトランジスタＱ１〜ＱｎとダイオードＤ１〜Ｄｎとの接続点と負の出力端子１０３との間にインダクタＬ１〜Ｌｎがそれぞれ接続されている。

たとえばスイッチングトランジスタＱ１が導通した場合、電池Ｖ１からの電流はスイッチングトランジスタＱ１およびダイオードＤ１を順に通過して出力端子１０２から負荷（図示せず）へ供給される。その際、インダクタＬ１、コンデンサＣおよびダイオードＤｉが平滑回路を構成しているので、スムーズな電流が出力され負荷に供給される。また、この場合、他のスイッチングトランジスタＱ２〜Ｑｎはオフ状態であるから、このタイムスロットでは電池Ｖ１からのみ電力が供給されることとなる。他のスイッチングトランジスタに関しても同様の動作が行われ、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎが順次オン状態となって電流が供給される。

以上、本発明の第１〜第３実施例について述べたように、本発明による電源回路は、複雑な制御を必要とせず、複数の電池を時分割で使用することにより電池を並列に接続することなく各電池を均等且つ安全に利用することができる。

本発明は複数の電池から１つの電源を構成する電源回路として利用可能である。

本発明の第１実施例による電源回路の構成を示す回路図である。図１におけるスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑｎの時分割制御を示すタイムチャートである。図１における電源回路の制御方法を示すフローチャートである。本発明の第２実施例による電源回路の構成を示す回路図である。本発明の第３実施例による電源回路の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０１制御部
１０２正の出力端子
１０３負の出力端子
Ｖ１〜Ｖｎ電池
Ｑ１〜Ｑｎスイッチングトランジスタ
Ｌ１〜Ｌｎインダクタ
Ｄ１〜Ｄｎダイオード
Ｃコンデンサ

Claims

複数の電池から取り出した電流を出力端子から負荷へ供給するための電源回路において、
前記複数の電池の各々と前記出力端子との間に設けられ、前記複数の電池からの電流を選択的に順次オン／オフ制御するスイッチングトランジスタと、
前記出力端子の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記スイッチングトランジスタにより選択された電池による前記出力電圧が低下したときに、当該電池からの電流を前記出力端子へ接続する時間を所定時間幅より短く設定するように前記スイッチングトランジスタのオン時間を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする電源回路。
前記制御手段は、さらに、前記電池以外の電池に対応する各スイッチングトランジスタのオン時間を所定時間幅より長く設定することを特徴する請求項１に記載の電源回路。
前記複数の電池のそれぞれと前記出力端子との間に平滑回路を更に設けたことを特徴する請求項１または２に記載の電源回路。
複数の電池から取り出した電流を出力端子から負荷へ供給するための電源回路の電源制御方法において、
前記複数の電池の各々と前記出力端子との間に設けられ前記複数の電池からの電流を選択的に順次オン／オフ制御するスイッチングトランジスタにより１つの電池を選択し、
前記出力端子の出力電圧を検出し、
前記出力電圧が低下したときに、当該選択された電池からの電流を前記出力端子へ接続する時間を所定時間幅より短く設定するように前記スイッチングトランジスタのオン時間を制御する、
ことを特徴とする電源制御方法。
前記電池以外の電池に対応する各スイッチングトランジスタのオン時間を所定時間幅より長く設定することを特徴する請求項４に記載の電源制御方法。
複数の電池から取り出した電流を出力端子から負荷へ供給するための電源回路の電源制御部としてコンピュータを機能させるためのプログラムにおいて、
前記複数の電池の各々と前記出力端子との間に設けられ前記複数の電池からの電流を選択的に順次オン／オフ制御するスイッチングトランジスタにより１つの電池を選択し、
前記出力端子の出力電圧を電圧検出手段から入力し、
前記出力電圧が低下したときに、当該選択された電池からの電流を前記出力端子へ接続する時間を所定時間幅より短く設定するように前記スイッチングトランジスタのオン時間を制御する、
ように前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。
さらに、前記電池以外の電池に対応する各スイッチングトランジスタのオン時間を所定時間幅より長く設定するように前記コンピュータを機能させることを特徴する請求項６に記載のプログラム。