JP2012095448A - 二次電池の充電回路および充電方式 - Google Patents

Abstract

【課題】 スリープモード中に二次電池の充電制御を行う場合、充放電回路自体が消費する電力が馬鹿にならない。
【解決手段】 省電力状態のスリープモードを有するシステムのＤＲＡＭをバックアップするための二次電池の充電回路において、常に出力する常夜電源出力と、スリープモードに連動して出力を停止する非常夜電源出力と、充電モードと非充電モードとのモード切替を行うフリップフロップと、一次電池で駆動されるタイマー割り込み出力可能な時計ＩＣと、フリップフロップの設定を行う非常夜電源出力で駆動されるＣＰＵと、タイマー割り込みによってスリープモードの復帰処理を行う常夜電源出力で駆動されるスリープ復帰回路と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は画像処理システムなど使用される揮発性メモリバックをアップするための二次電池充電制御に関する。

従来リチウム電池やニッケル水素電池などの二次電池は、ＦＡＸシステムなどではＡＣ電源からなる主電源が切断した時に、ＤＲＡＭなどの不揮発性メモリに蓄積されたＦＡＸ文書データをバックアップすための補助電源として用いられるものがある。

一方、前記ＦＡＸシステムとは用途が違うが、システムがスリープ状態（省電力モード）においても二次電池の充放電を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−３３５１７２号公報

しかしながら、従来技術においては二次電池の残量を検知しなければならない。単純に簡単な回路で電池電圧だけで正確な電池残量を判断するのは困難である。温度、時間、電圧などいろんな要素を調べて電池残量の判断精度を上げる可能だが、回路やソフトウエアが複雑になり高価になってしまう。更には、これら電池残量検知を含む充放電回路が複雑になるとスリープモード中に消費する電力も馬鹿にならない。

省電力状態のスリープモードを有するシステムの不揮発性メモリ（２３）をバックアップするための充放電可能な第一電源（１）の充電回路において、
主電源（８）と、
主電源（８）から生成され常に出力状態な常夜電源出力（１０）と、
主電源（８）から生成されスリープモードに連動して出力を停止する非常夜電源出力（１１）と、
充電モードと非充電モードとのモード切替を行う常夜電源出力（１０）で駆動される切替え手段（４）と、
第二電源（２０）で駆動されるタイマー割り込み出力可能な時計手段（６）と、
前記切替え手段（４）の制御を行う非常夜電源出力（１１）で駆動される制御手段（５）と、
前記タイマー割り込みによってスリープモードの復帰処理を行う常夜電源出力（１０）で駆動される復帰手段（１８）と、
を有する。

本発明によって、比較的安価なハードウエアを備えるだけで二次電池の充電制御が可能になる。またスリープモード中に動作する回路が少ないためスリープ中の主電源消費電力を非常に少なくできる。またスリープモード移行と充電／自己放電モードの切替え連動させないので、初期充電のためスリープモード移行禁止時間を設けなくて良くなる。

本発明の一実施形態としての充電回路のブロック図 パワーオン時の制御フローチャート スリープ突入時の制御フローチャート スリープ復帰時の制御フローチャート アラーム割り込み発生時の制御フローチャート 充電制御タイムチャート 本発明の他の実施形態としての充電回路のブロック図 他の実施形態のアラーム割り込み発生時の制御フローチャート 他の実施形態の充電制御タイムチャート

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態としての画像処理システムに使用されるＤＲＡＭをバックアップする二次電池の充電回路のブロック図である。

１は二次電池である。リチウムイオン電池やニッケル水素電池などがある。

２は常夜電源１０から供給される電流を二次電池２に流し込んで充電するための定電流回路である。定電流回路２がオンの時には一定の電流が流れるようになっており、主にトランジスタなどで構成される。

３は二次電池電圧検知回路９の検出結果とフリップフロップ４の出力の論理和をとるＯＲ回路である。ＯＲ回路３は常夜電源１０で給電される。

４は常夜電源１０で給電されるフリップフロップである。

５は充電回路も含めコントローラのすべてを制御するＣＰＵである。非常夜電源１１で給電される。図示していなＲＯＭやＤＲＡＭ２３とバス接続されておりプログラムによって動作する。ＣＰＵ５は消費電力が比較的大きいため、本実施例システムにおいてはシステムのスリープ状態でＣＰＵ５の給電を停止し少しでも省電力化している。

６は一次電池２０で給電される時計ＩＣである。ＡＣ電源をＯＦＦしても時計ＩＣは一次電池２０が切れるまでは常に動作するようになっている。

１８は常夜電源１０で給電されるスリープ制御回路である。

８はＡＣ電源である。ＡＣ入力から充電回路を含むシステムで使用するＤＣ電源を生成する。生成するＤＣ電源は常夜電源１０と非常夜電源１１に分けられる。常夜電源１０はＡＣ入力が供給される限り常に出力される。非常夜電源１１はシステムがスリープ状態において出力を停止する。

２０は一次電池である。乾電池やリチウム電池などである。

９は二次電池１の電圧を検知する回路である。この回路は二次電池１が過充電とみなされる電圧を検知すると、オア回路３を通じて定電流回路２をオフするように作用する。主にコンパレータなどで構成されている。

２１は二次電池１を電源とするＤＲＡＭ２３のバックアップ電源２４を生成するＤＣ／ＤＣコンバータである。

２２は常夜電源１０とＤＣ／ＤＣコンバータ出力電源２４を切り替えるスイッチである。

ＡＣ電源がオンの場合は常夜電源１０を選択して出力し、ＡＣ電源オフやＡＣ入力停電の場合はＤＣ／ＤＣコンバータ出力電源２４を選択して出力する。

２３はＤＲＡＭである。本実施例は画像処理システムであってＤＲＡＭ２３はＣＰＵ５がプログラム実行するために使用されたり、また画像データを蓄積するために使用される。ＤＲＡＭ２３に蓄積された画像データは停電になっても二次電池１の電力でしばらくの間データバックアップするようになっている。ＤＲＡＭ２３はスイッチ２２の出力電源２５を電源として動作する。

１２はオア回路３が出力する定電流回路２を制御する定電流回路制御信号である。定電流回路制御信号１２がオンの場合、定電流回路２は二次電池１に電流を流し込む充電モードになる。定電流回路制御信号１２がオフの場合、停電竜回路２は二次電池１への電流を停止して自己放電モードになる。

１３はフリップフロップ４の出力である、ＣＰＵ５の出力信号１４によって値を設定するようになっており、また常夜電源がある限りその値を保持する。フリップフロップ出力４はオア回路３を通じて停電竜回路制御信号１２に反映される。フリップフロップ４をセットすると充電モードになり、値をリセットすると自己放電モードになる。

１５はＣＰＵ５が時計ＩＣ６の設定をしたり、時計情報を読み出すためのインターフェース信号。

１６は時計ＩＣ６が出力するアラーム割り込み出力。ＣＰＵ５が時計ＩＣ６に予め設定したアラーム時刻になると割り込み出力１６が有効なる。

１７はスリープ制御回路１８が電源８のスリープ切り替えを制御する制御信号である。電源８がスリープ状態の時にアラーム割り込み１６が有効になると、制御信号１７によって電源８をスリープ状態から起こすように作用する。

図２は充電回路を含むシステムが二次電池の充電制御をどのように行うかを説明するフローチャートである。

図２（ａ）はシステムのＡＣ電源８をオンした時のサブルーチンフローである。

Ｓ２はＣＰＵ５がＦＬＡＧパラメータに「０」をセットするステップである。ＦＬＡＧパラメータはスリープ状態を表すパラメータでＤＲＡＭ２３に記憶する。

Ｓ３はＣＰＵ５が二次電池１の電荷残量が有るか無いかを判定するステップである。図１で図示しないブロックでＤＣ／ＤＣコンバータ２１の出力２４を監視しており、二次電池１の電荷残量不足で出力２４が出ていなければバッテリーエンプティと判断する。

Ｓ４はＳ３でバッテリーエンプティと判断された時のステップである。ＣＰＵ５は時計ＩＣ６に対してインターフェース１５を通じて現時刻から１６時間後のアラームをセットする。

Ｓ５はＳ３でバッテリーエンプティと判断されなかった時のステップである。ＣＰＵ５は時計ＩＣ６に対してインターフェース１５を通じて現時刻から４時間後のアラームをセットする。

Ｓ６はＣＰＵ５が出力信号１４によってフリップフロップ４をセットして充電モードにするステップである。

図２（ｂ）はシステムがスリープ状態に移行する時のサブルーチンフローである。

Ｓ７はＣＰＵ５がスリープ状態へ移行する条件が成立したか否か判断するステップである。例えばシステムが何の動作もしないスタンバイ状態を規定時間継続した場合、スリープ移行条件が成立したと見なす。もし条件が成立しない場合はこのステップをループする。

Ｓ８はＳ７でスリープ移行条件が成立した場合のステップである。ＣＰＵ５はＦＬＡＧパラメータに「１」をセットする。

Ｓ９はＣＰＵ５がスリープ制御回路１８を通じてシステムをスリープ状態に移行するステップである。スリープ状態に移行すると非常夜電源１１がオフするのでＣＰＵ５自身も動作を停止する。

図２（ｃ）はシステムがスリープ状態から復帰する時のサブルーチンフローである。

Ｓ１０はスリープ制御回路１８がスリープ状態からスタンバイ状態へ復帰するか否かを判断するステップである。例えば時計ＩＣ６から出力されるアラーム割り込み１６が有効になる事はスリープ復帰要因の一つである。スリープ復帰要因がなければこのステップをループする。

Ｓ１１はＳ１０でスリープ復帰判定した場合のステップである。まずスリープ制御回路１８は制御信号１７によってＡＣ電源８をスリープ状態から復帰させ非常夜電源１１をオンさせる。非常夜電源１１がオンされるとＣＰＵ５が動作可能になる。

Ｓ１２はＣＰＵ５がＦＬＡＧパラメータに「０」をセットするステップである。

図２（ｄ）はアラーム割り込み発生した時のシステム動作のサブルーチンフローである。

Ｓ１３は時計ＩＣ６からアラーム割り込みが発生したか否かを判定するステップである。アラーム割り込みが発生しなければこのステップをループする。

Ｓ１４はＳ１３でアラーム割り込みが発生した場合のステップである。図１では図示していないがＣＰＵ５はフリップフロップ４の設定値を読めるようになっている。ＣＰＵ５はこのステップにおいてフリップフロップ４の設定値を読んで充電モードなのか自己放電モードなのかを判定する。

もしＳ１４で充電モードと判定された場合、Ｓ１５においてＣＰＵ５は時計ＩＣ６に現時刻から７日後のアラームをセットする。その後Ｓ１７においてＣＰＵ５はフリップフロップ４をリセットして自己放電モードにするステップである。

もしＳ１４で自己放電モードと判定された場合、Ｓ１６においてＣＰＵ５は時計ＩＣ６に現時刻から４時間後のアラームをセットする。その後Ｓ１８においてＣＰＵ５はフリップフロップ４をセットして充電モードにするステップである。

Ｓ１９はＣＰＵ５がＦＬＡＧパラメータの値を判定するステップである。もしＦＬＡＧパラメータ＝０の場合は、このサブルーチン処理直前がスリープ状態でなかったということなので、そのままこのサブルーチンを抜ける。もしＦＬＡＧパラメータ＝１の場合は、このサブルーチン処理直前がスリープ状態であったいうことなのでＳ２０において再びスリープ状態へ移行する。

図３は充電制御のタイムチャートである。これは所謂、間欠充電方式と呼ばれるものである。また本チャートは図２（ａ）のＳ３においてバッテリーエンプティと判定された場合のものである。

まずＡＣ投入後にバッテリーエンプティと判定されるのでアラームは１６時間後に設定される。１６時間とはバッテリーエンプティから二次電池１が満充電電荷量になるまでに要する時間である。１６時間は初期充電時間として充電モードが維持さるがこの間にスリープ移行条件が揃えばスリープに移行する。

ＡＣ投入後１６時間目にアラーム割り込みが発生し、充電モードから自己放電モードに切り替わり７日間継続する。７日間とは二次電池２の満充電電荷量１０％程度が自己放電によって減少するのに要する時間である。７日後には再び自己放電モードから充電モードに切り替わり４時間継続する。４時間とは減少した満充電電荷量１０％を補うのに要する時間である。以後この充電モードと自己放電モードの繰り返しを行い、常に二次電池１を満充電に保つ。

以上の実施例１によれば、時計ＩＣを含む比較的安価なハードウエアを備えるだけで二次電池の充電制御が可能になる。またスリープモード中に動作する回路が少ないためスリープ中の主電源消費電力を非常に少なくできる。またスリープモード移行と充電／自己放電モードの切替え連動させないので、初期充電のためスリープモード移行禁止時間を設けなくて良くなる。

図４は本発明の他の実施形態としてのシステムの二次電池充電回路のブロック図である。

図１と共通項は説明を省く。

２４は常夜電源１０で給電されるパルス発生回路である。充電モードにおいてオア回路３が出力する定電流回路制御信号１２がオンの場合、パルス発生回路２４は出力信号２５は定電流回路２をオンする信号を出力する。自己放電モードにおいて定電流回路制御信号１２がオフの場合、パルス発生回路２４は出力信号２５に一定デューティー比のパルス波形を発生させる。このパルス波形により定電流回路２はオンの状態に比べて、積分値で微小な電流を二次電池２に供給するようにできる。特にこの自己放電モードをパルストリクルモードと呼ぶ。

図５は充電回路を含む他の実施例システムが二次電池の充電制御をどのように行うかを説明するフローチャートである。他の実施例も図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は共通なので説明を省く。図５は図２（ｄ）との差分であるアラーム割り込み発生した時のシステム動作のサブルーチンフローである。

Ｓ２１は時計ＩＣ６からアラーム割り込みが発生したか否かを判定するステップである。アラーム割り込みが発生しなければこのステップをループする。

Ｓ２２はＳ２１でアラーム割り込みが発生した場合のステップである。図１では図示していないがＣＰＵ５はフリップフロップ４の設定値を読めるようになっている。ＣＰＵ５はこのステップにおいてフリップフロップ４の設定値を読んで充電モードなのかパルストリクルモードなのかを判定する。

もしＳ２２で充電モードと判定された場合、Ｓ２３おいてＣＰＵ５はフリップフロップ４をリセットしてパルストリクルモードにするステップである。

もしＳ２２でパルストリクルモードと判定された場合、ＣＰＵ５はＳ２４に処理を進める。

Ｓ２４はＣＰＵ５がＦＬＡＧパラメータの値を判定するステップである。もしＦＬＡＧパラメータ＝０の場合は、このサブルーチン処理直前がスリープ状態でなかったということなので、そのままこのサブルーチンを抜ける。もしＦＬＡＧパラメータ＝１の場合は、このサブルーチン処理直前がスリープ状態であったいうことなのでＳ２５において再びスリープ状態へ移行する。

図６（ａ）は他の実施例システムの充電制御タイムチャートである。また本チャートは図２（ａ）のＳ３においてバッテリーエンプティと判定された場合のものである。

まずＡＣ投入後にバッテリーエンプティと判定されるのでアラームは１６時間後に設定される。１６時間とはバッテリーエンプティから二次電池１が満充電電荷量になるまでに要する時間である。１６時間は初期充電時間として充電モードが維持さるがこの間にスリープ移行条件が揃えばスリープに移行する。

ＡＣ投入後１６時間目にアラーム割り込みが発生し、充電モードからパルストリクルモードに切り替わり以後はずっとこのモードを維持する。パルストリクルモードではパルス発生回路２４の出力信号２５のパルス波形デューティー比は自己放電を補う程度の電流を流すよう設定されていて常に二次電池１を満充電に保つ。

図６（ｂ）は出力信号２５の一例で、１秒オン、６０秒オフのパルス波形である。

以上の実施例２によれば、間欠充電方式以外においても簡素な回路で低消費電力な充電回路を実現できる。

２ 定電流回路
４ フリップフロップ
５ ＣＰＵ
６ 時計ＩＣ
１８ スリープ制御回路
８ ＡＣ電源
２１ ＤＣ／ＤＣコンバータ
２３ ＤＲＡＭ

Claims (7)

1. 省電力状態のスリープモードを有するシステムの不揮発性メモリ（２３）をバックアップするための充放電可能な第一電源（１）の充電回路において、
   主電源（８）と、
   主電源（８）から生成され常に出力状態な常夜電源出力（１０）と、
   主電源（８）から生成されスリープモードに連動して出力を停止する非常夜電源出力（１１）と、
   充電モードと非充電モードとのモード切替を行う常夜電源出力（１０）で駆動される切替え手段（４）と、
   第二電源（２０）で駆動されるタイマー割り込み出力可能な時計手段（６）と、
   前記切替え手段（４）の制御を行う非常夜電源出力（１１）で駆動される制御手段（５）と、
   前記タイマー割り込みによってスリープモードの復帰処理を行う常夜電源出力（１０）で駆動される復帰手段（１８）と、
   を有することを特徴とする充電回路。
2. 充電回路において、
   スリープモード中にタイマー割り込みがあると復帰手段（１８）はシステムをスリープモードから復帰させ、
   制御手段（５）は現在切り替え手段（４）が充電モードであれば非充電モードに切り替えるとともに新しいタイマー時刻を時計手段（６）に設定し、
   または現在切り替え手段（４）が非充電モードであれば充電モードに切り替えるとともに新しいタイマー時刻を時計手段（６）に設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
3. 充電回路において、
   第二電源（２０）は一次電池であることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
4. 充電回路において、
   第一電源（１）は二次電池であることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
5. 充電回路において、
   制御手段（５）は中央処理装置−ＣＰＵであることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
6. 充電回路において、
   時計手段（６）は時計ＩＣ−リアルタイムクロックであることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
7. 充電回路において、
   切り替え手段（４）はフリップフロップであることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。