JP2014166099A - 負荷駆動装置およびエネルギー還元方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過負荷状態になり電圧降下した電池に対して、負荷駆動部に蓄えられたエネルギーを還元して、電池の電流供給能力を補償する。
【解決手段】電子機器を駆動する電池からエネルギーが供給されて負荷を駆動する負荷駆動装置であって、電池からエネルギーが入力される中継部と、中継部から出力されるエネルギーを蓄え、蓄えたエネルギーを用いて負荷を駆動する負荷駆動部とを備え、電池の電圧が予め定められた参照電圧よりも低い場合に、蓄えたエネルギーを電池に還元する負荷駆動装置を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、負荷駆動装置およびエネルギー還元方法に関する。

図１は、従来の電子装置を示す図である。ディジタルカメラや携帯電話など近年の電子装置は、一個の電池２（電源）を用いて複数の電子機器を駆動する。図１において、電池２はＬＥＤ７および電子機器８を駆動する。なお、負荷駆動装置１は、電池２、降圧回路３および負荷駆動部４を備える。負荷駆動装置１は、ディジタルカメラのフラッシュとしてＬＥＤ７を用いる。負荷駆動部４における大容量コンデンサ５は、電気二重層コンデンサなどの容量値が大きな容量素子である。それゆえ、大容量コンデンサ５は、大きなエネルギーを充電することができる。

近年の電子装置においては、内部の負荷が電池２と異なる電圧で駆動されることがある。また、電池２の電流供給能力には上限がある。それゆえ、近年の電子装置においては、電池２のエネルギーを降圧回路３で電圧変換して大容量コンデンサ５にエネルギーを蓄えた後、蓄えたエネルギーを昇圧回路６で電圧変換して負荷を駆動することがある。

ＬＥＤ７を駆動する場合、まず、電池２の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）を降圧回路３により降圧する。そして、負荷駆動部４が降圧したエネルギーを大容量コンデンサ５に充電する。さらに、大容量コンデンサ５に充電されたエネルギーを昇圧回路６により昇圧する。これにより負荷駆動装置１は、負荷であるＬＥＤ７を駆動する。つまり、負荷駆動装置１は、大容量コンデンサ５に充電されたエネルギーによってＬＥＤ７を点灯させる（例えば、特許文献１参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００７−１２１７５５号公報

電池２は、供給することができる電流の上限値を超えると、電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が下がる。ここで、電子機器８は、電池２以外のエネルギー供給源がない。したがって、電子機器８が重負荷である場合、電池２の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が下がる。それゆえ、電子機器８が停電する確率が高くなる。

本発明の第１の態様においては、電子機器を駆動する電池からエネルギーが供給されて負荷を駆動する負荷駆動装置であって、電池からエネルギーが入力される中継部と、中継部から出力されるエネルギーを蓄え、蓄えたエネルギーを用いて負荷を駆動する負荷駆動部とを備え、電池の電圧が予め定められた参照電圧よりも低い場合に、蓄えたエネルギーを電池に還元する負荷駆動装置を提供する。

本発明の第２の態様においては、電子機器を駆動する電池のエネルギーを蓄えるステップと、電池の電圧が予め定められた参照電圧よりも低い場合に、蓄えたエネルギーを電池に還元するステップとを備えるエネルギー還元方法を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

従来の電子装置を示す図である。 第１の実施形態における、負荷駆動装置を示す図である。 第２の実施形態における、負荷駆動装置を示す図である。 第２の実施形態における、制御回路を示す図である。 第２の実施形態における制御回路の変形例を示す図である。 第２の実施形態における制御回路の他の変形例を示す図である。 第３の実施形態における、負荷駆動装置を示す図である。 第４の実施形態における、負荷駆動装置を示す図である。 第４の実施形態における、電流制限スイッチ部を示す図である。 第５の実施形態における、負荷駆動装置を示す図である。 第６の実施形態における、負荷駆動装置を示す図である。 第７の実施形態における、負荷駆動装置を示す図である。 第８の実施形態における、負荷駆動装置を示す図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図２は、第１の実施形態における、負荷駆動装置１００を示す図である。負荷駆動装置１００は、電池１０、中継部２０、および負荷駆動部６０を備える。なお、中継部２０は、電池１０と負荷駆動部６０との間に設けられる。電子機器９０は、電池１０に接続されて、当該電池１０により駆動される。また、負荷駆動部６０には、負荷としてのＬＥＤ８０が接続される。

負荷駆動部６０には、中継部２０を介して、電池１０からエネルギーが供給される。そして、負荷駆動部６０は、中継部２０から出力されるエネルギーを、容量素子６５に蓄える。なお、容量素子６５は、例えば電気二重層キャパシタである。負荷駆動部６０は、容量素子６５に蓄えたエネルギーを昇圧する昇圧回路７０を有する。蓄えたエネルギーを昇圧することにより、昇圧しない場合と比較して、ＬＥＤ８０をより明るく駆動することができる。

中継部２０には、電池１０からエネルギーが入力される。本例において中継部２０は、電池１０から入力したエネルギーを負荷駆動部６０へ出力する充電回路を有する。例えば、充電回路は、電池１０から入力したエネルギーを降圧する降圧回路３０である。降圧回路３０は、降圧したエネルギーで、容量素子６５を充電する。電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）よりも降圧したエネルギーを用いることにより、容量素子６５を適切な電圧範囲において動作させることができる。

中継部２０は、降圧回路３０と並列に接続されたエネルギー還元部２２を有する。エネルギー還元部２２の一端は電池１０に接続され、他端は容量素子６５に接続される。エネルギー還元部２２は、容量素子６５に蓄えたエネルギーを電池１０に還元する。エネルギー還元部２２は、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が予め定められた参照電圧よりも低い場合に、容量素子６５に蓄えたエネルギーを電池１０に還元する。

参照電圧は、電池１０が、電子機器９０が停電を起こす電圧に近づいていること示す基準電圧である。参照電圧は、負荷駆動部６０における容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）であってよい。なお、参照電圧は、予め定められた任意の電圧としてもよい。例えば、参照電圧は、電子機器９０の動作可能電圧範囲の下限に応じて定められてよい。また、参照電圧は、電池１０の定格電圧に応じて定められてもよい。

電子機器９０には、電池１０以外に電源がない。よって、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が低下すると、電子機器９０は停電状態になる可能性がある。しかしながら、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧よりも低い場合に、中継部２０は容量素子６５に蓄えたエネルギーを電池１０に還元することができる。よって、電子機器９０が停電状態になることを防ぐことができる。

図３は、第２の実施形態における、負荷駆動装置２００を示す図である。本例において、エネルギー還元部２２は、フィードバックスイッチ２４を含む。フィードバックスイッチ２４の一端は電池１０に接続され、他端は容量素子６５に接続される。フィードバックスイッチ２４には、フィードバックスイッチ２４のオンおよびオフを制御する制御信号（Ｃｔｒｌ）が入力される。

負荷駆動部６０の容量素子６５を充電する場合、フィードバックスイッチ２４は、制御信号（Ｃｔｒｌ）によりオフする。これにより、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）は降圧回路３０により降圧される。降圧したエネルギーにより、容量素子６５は充電される。すなわち、本例においても、降圧回路３０は、充電回路として機能する。

なお、降圧回路３０は、スイッチングレギュレータで構成されてよい。降圧回路３０をスイッチングレギュレータで構成することにより、エネルギー変換効率を高くすることができる。また、降圧回路は、ＬＤＯ（Ｌｏｗ Ｄｒｏｐ Ｏｕｔ）レギュレータなどのシリーズレギュレータで構成してもよい。

ＬＥＤ８０を駆動する場合、容量素子６５から昇圧回路７０に電流が供給される。そして、昇圧回路７０により昇圧された電圧がＬＥＤ８０に供給される。なおこの場合、フィードバックスイッチ２４は、オンしてもオフしてもよい。

フィードバックスイッチ２４は、負荷駆動部６０の容量素子６５にエネルギーが蓄えられた状態で、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧よりも低い場合に、制御信号（Ｃｔｒｌ）によりオンする。なお、本明細書において、エネルギーが蓄えられた状態とは、容量素子６５の電圧が定格電圧等の予め定められた電圧となるまで十分に充電された状態を意味する。

フィードバックスイッチ２４がオンすることにより、容量素子６５に蓄えられたエネルギーが電池１０に還元される。つまり、電池１０は電子機器９０へ供給する電流が容量素子６５から補償される。したがって、電子機器９０が停電状態になることを防ぐことができる。また、フィードバックスイッチ２４は、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧よりも高い場合は、制御信号（Ｃｔｒｌ）によりオフされる。

また、エネルギー還元部２２は、フィードバックスイッチ２４の代わりに、アノードが降圧回路３０の出力端子３１と負荷駆動部６０との接点に接続され、カソードが電池１０に接続されたダイオードを含んでもよい。ただし、エネルギー還元部２２がダイオードを含む場合には、当該ダイオードには制御信号（Ｃｔｒｌ）は入力されない。ダイオードは、例えば接点の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）よりも高い場合に、接点から電池１０へ電流を流す。

本例においては、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧よりも低い場合に、中継部２０は容量素子６５に蓄えたエネルギーを電池１０に還元する。したがって、電子機器９０が停電状態になることを防ぐことができる。また、エネルギー還元部２２が当該フィードバックスイッチ２４またはダイオードにより構成されるので、エネルギー還元部２２の構成を簡易にすることができる。

図４は、第２の実施形態における、制御回路２５を示す図である。制御回路２５は、例えば中継部２０に設けられてよい。制御回路２５は、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）と基準電圧源１２の電圧（Ｖ_ＲＥＦＡ）とを比較するコンパレータ１４（ＣＭＰ１）を有する。Ｖ_ＲＥＦＡは、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が、電子機器９０が停電を起こす電圧に近づいていることを示す基準電圧である。例えば、Ｖ_ＲＥＦＡは、電池１０から電子機器９０に過電流が流れる場合の電池１０の電圧であってよい。

コンパレータ１４（ＣＭＰ１）は、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が基準電圧源１２の電圧（Ｖ_ＲＥＦＡ）よりも低い場合に、ハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）を出力する。当該ハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）により、フィードバックスイッチ２４はオンされる。

また、コンパレータ１４（ＣＭＰ１）は、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が基準電圧源１２の電圧（Ｖ_ＲＥＦＡ）よりも高い場合に、ローレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）を出力する。当該ローレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）により、フィードバックスイッチ２４はオフされる。

容量素子６５において十分にエネルギーが蓄えられ、かつ、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が基準電圧源１２の電圧（Ｖ_ＲＥＦＡ）よりも低い場合、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）は容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低くなる。したがって、オンされたフィードバックスイッチ２４を介して、容量素子６５から電池１０にエネルギーが還元される。なお、容量素子６５において十分にエネルギーが蓄えられていなければ、当該還元動作は生じない。

図５は、第２の実施形態における、制御回路２５の変形例を示す図である。制御回路２７は、容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）と基準電圧源１３の電圧（Ｖ_ＲＥＦＢ）とを比較するコンパレータ１５（ＣＭＰ２）を有する。Ｖ_ＲＥＦＢは、容量素子６５において十分にエネルギーが蓄えられたことを示す基準電圧である。例えば、Ｖ_ＲＥＦＢは、容量素子６５の定格電圧よりわずかに小さい値であってよい。

コンパレータ１５（ＣＭＰ２）は、容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が基準電圧源１３の電圧（Ｖ_ＲＥＦＢ）よりも高い場合に、ハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）を出力する。当該ハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）により、フィードバックスイッチ２４はオンされる。

なお、コンパレータ１５（ＣＭＰ２）は、容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が基準電圧源１３の電圧（Ｖ_ＲＥＦＢ）よりも低い場合に、ローレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）を出力する。当該ローレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）により、フィードバックスイッチ２４はオフされる。

本例においては、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低く、かつ、容量素子６５において十分にエネルギーが蓄えられた場合、オンされたフィードバックスイッチ２４を介して、容量素子６５から電池１０にエネルギーが還元される。なお、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも高い場合、当該還元動作は生じない。

図６は、第２の実施形態における制御回路２５の他の変形例を示す図である。制御回路２９は、コンパレータ１４（ＣＭＰ１）、コンパレータ１５（ＣＭＰ２）、およびＡＮＤ回路１７を有する。ＡＮＤ回路１７には、コンパレータ１４（ＣＭＰ１）の出力とコンパレータ１５（ＣＭＰ２）の出力とが入力される。

ＡＮＤ回路１７は、コンパレータ１４（ＣＭＰ１）およびコンパレータ１５（ＣＭＰ２）の出力がハイレベルである場合に、ハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）を出力する。当該ハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）により、フィードバックスイッチ２４はオンされる。つまり、ハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）は、電流還元動作のトリガ信号となる。

なお、ＡＮＤ回路１７は、コンパレータ１４（ＣＭＰ１）およびコンパレータ１５（ＣＭＰ２）の出力の少なくとも一方がローレベルである場合には、ローレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）を出力する。これにより、フィードバックスイッチ２４はオフされる。

本例では、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が基準電圧源１２の電圧（Ｖ_ＲＥＦＡ）よりも低く、かつ、容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が基準電圧源１３の電圧（Ｖ_ＲＥＦＢ）よりも高い場合に、オンされたフィードバックスイッチ２４を介して、容量素子６５から電池１０にエネルギーが還元される。したがって、上述の例よりも電流還元の条件を詳細に設定することができる。

図７は、第３の実施形態における、負荷駆動装置３００を示す図である。本例の中継部２０は、降圧の機能とエネルギー還元の機能とを一体化して備える。中継部２０は、電池１０に接続された第１のスイッチとしてのＰＭＯＳ３４と、ＰＭＯＳ３４とグランドとの間に接続された第２のスイッチとしてのＮＭＯＳ３６とを有する。また中継部２０は、ＰＭＯＳ３４及びＮＭＯＳ３６と負荷駆動部６０との間に接続されたインダクタ３８と、ＰＭＯＳ３４及びＮＭＯＳ３６を制御する制御部３２とを有する。本明細書において、ＰＭＯＳとは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタを意味し、ＮＭＯＳとは、ＮチャネルＭＯＳトランジスタを意味する。

制御部３２に入力される制御信号（Ｃｔｒｌ）は、第２の実施形態における制御信号（Ｃｔｒｌ）と同じである。つまり、制御部３２にハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）が入力される場合、中継部２０は電流還元動作を行う。また、制御部３２にローレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）が入力される場合、中継部２０は降圧動作を行い、容量素子６５は充電される。

電池１０から中継部２０に入力されるエネルギーを降圧する場合に、制御部３２にはローレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）が入力される。そして、制御部３２は、ＰＭＯＳ３４とＮＭＯＳ３６とを相補的にオンおよびオフする。ＰＭＯＳ３４をオンし、かつ、ＮＭＯＳ３６をオフすること、および、ＰＭＯＳ３４をオフし、かつ、ＮＭＯＳ３６をオンすること、を交互に繰り返すことにより、中継部２０は降圧動作を行う。

負荷駆動部６０の容量素子６５にエネルギーが蓄えられた状態で、かつ、電池１０の電圧が参照電圧としての容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低い場合に、制御部３２にはハイレベルの制御信号（Ｃｔｒｌ）が入力される。そして、制御部３２は、ＰＭＯＳ３４をオンし、かつ、ＮＭＯＳ３６をオフする。これにより、容量素子６５に蓄えられたエネルギーは、インダクタ３８およびＰＭＯＳ３４を経て、電池１０に還元される。

ＬＥＤ８０に電流を流す場合、容量素子６５に蓄えられたエネルギーが、昇圧回路７０により昇圧される。当該昇圧されたエネルギーにより、ＬＥＤ８０は発光する。なお、ＬＥＤ８０に電流を流す場合、ＰＭＯＳ３４はオンでもオフでもよい。ただし、ＮＭＯＳ３６はオフにする。

本例の中継部２０の構成によれば、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧よりも低い場合に、中継部２０は容量素子６５に蓄えたエネルギーを電池１０に還元する。したがって、電子機器９０が停電状態になることを防ぐことができる。また、中継部２０が、降圧の機能とエネルギー還元の機能とを一体化して備える。よって、降圧の回路とエネルギー還元の回路とをそれぞれ別途に設ける場合と比較して、回路規模を小さくすることができる。

図８は、第４の実施形態における、負荷駆動装置４００を示す図である。本例の中継部２０は、電池１０と負荷駆動部６０との間に設けられた少なくとも１つの電流制限スイッチ部４０を有する。本例では、電池１０と負荷駆動部６０との間には、一つの電流制限スイッチ部４０が設けられる。電流制限スイッチ部４０は、降圧およびエネルギー還元の機能を有する。

電流制限スイッチ部４０は、降圧の機能を有する。例えば、電流制限スイッチ部４０は、負荷駆動部６０がエネルギーを蓄える場合に、予め定められた電流以下に制限された電流を電池１０から負荷駆動部６０へ供給する。つまり、電流制限スイッチ部４０は、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）を降圧し、制限された電流を容量素子６５に流す。容量素子６５は当該制限された電流により充電される。

電流制限スイッチ部４０は、エネルギー還元の機能も有する。例えば、負荷駆動部６０の容量素子６５にエネルギーが蓄えられた状態で、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧である容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低い場合に、電流制限スイッチ部４０は、蓄えたエネルギーを電池１０に還元する。つまり、容量素子６５が定格電圧で充電され、かつ、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低い場合に、電流制限スイッチ部４０は、容量素子６５から電池１０へ電流を還元する。

図９は、第４の実施形態における、電流制限スイッチ部４０を示す図である。電流制限スイッチ部４０は、小チャネルＰＭＯＳ４１、大チャネルＰＭＯＳ４２、セレクタ４３、定電流源４４、コンパレータ４５、および基準電圧源４６（電圧はＶ_ＲＥＦＢ）を備える。セレクタ４３には、グランド電圧および定電流源４４の電圧が入力される。セレクタ４３は、コンパレータ４５の出力信号に応じて、グランド電圧または定電流源４４の電圧を選択して出力する。

本明細書において、大チャネルおよび小チャネルの大および小とは、チャネル幅Ｗをチャネル長Ｌで除した値の大小を意味する。つまり、大チャネルＰＭＯＳ４２のチャネル幅Ｗをチャネル長Ｌで除した値は、小チャネルＰＭＯＳ４１のチャネル幅Ｗをチャネル長Ｌで除した値よりも大きい。本例では、大チャネルＰＭＯＳ４２におけるＷ／Ｌの値は、小チャネルＰＭＯＳ４１のＷ／Ｌの値のｎ倍（ｎは１よりも大きな実数）である。

小チャネルＰＭＯＳ４１のゲートと大チャネルＰＭＯＳ４２のゲートとは、互いに接続される。つまり、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２のゲートは、共通電圧である。当該共通電圧であるゲートは、セレクタ４３の出力端子に接続される。

小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２のそれぞれのソースは、ともに電池１０に接続される。また、大チャネルＰＭＯＳ４２におけるドレインは、電流制限スイッチ部４０と負荷駆動部６０との接点に接続される。なお、当該接点の電圧は、容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）である。また、小チャネルＰＭＯＳ４１におけるドレインは、定電流源４４に接続される。

電流制限スイッチ部４０は、降圧回路として機能して、容量素子６５を充電する。当該充電方法は二通りある。一つは、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２をミラー回路として動作させる場合である。もう一つは、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２のゲートをフルオンさせる場合である。なお、本明細書においてフルオンとは、大チャネルＰＭＯＳ４２が、最大の電流を流すことができる状態を意味する。

接点の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が、基準電圧源４６の電圧（Ｖ_ＲＥＦＢ）よりも低い場合、コンパレータ４５はセレクタ４３にハイレベルの電圧信号を出力する。この場合、セレクタ４３は入力として定電流源４４の電圧を選択する。そして、セレクタ４３は、定電流源４４の電圧を小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２の共通のゲートに出力する。これにより、小チャネルＰＭＯＳ４１には、定電流源４４により定められた電流が流れる。

コンパレータ４５がセレクタ４３にハイレベルの電圧信号を出力する場合、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２はミラー回路を構成する。また、大チャネルＰＭＯＳ４２におけるＷ／Ｌは、小チャネルＰＭＯＳ４１のＷ／Ｌのｎ倍である。したがって、大チャネルＰＭＯＳ４２には、小チャネルＰＭＯＳ４１のｎ倍の電流が流れる。よって、大チャネルＰＭＯＳ４２には、定電流源４４により定められた電流のｎ倍に制限された電流が流れる。当該制限された電流が、大チャネルＰＭＯＳ４２および接点を経由して容量素子６５に流れる。これにより容量素子６５は充電される。

したがって、電流制限スイッチ部４０は、容量素子６５の充電時に、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が予め定められた電圧以下とならないように電流を制限することができる。なお、予め定められた電圧とは、参照電圧であってよい。

接点の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が、基準電圧源４６の電圧（Ｖ_ＲＥＦＢ）以上である場合、コンパレータ４５はセレクタ４３にローレベルの電圧信号を出力する。この場合、セレクタ４３は入力としてグランド電圧を選択して、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２の共通のゲートにグランド電圧を出力する。そして、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２は、フルオンする。これにより、大チャネルＰＭＯＳ４２および接点を経由して、Ｖ_ＩＮ‐Ｖ_ＯＵＴの電圧を大チャネルＰＭＯＳ４２のオン抵抗で除した値の電流が流れる。当該電流により容量素子６５は充電される。

なお、容量素子６５が十分に充電された状態である場合、接点の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が基準電圧源４６の電圧（Ｖ_ＲＥＦＢ）以上となる。この場合、大チャネルＰＭＯＳ４２におけるソース・ドレイン間の電圧（Ｖ_ＤＳ）は、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦＢよりも低い場合のＶ_ＤＳよりも小さくなる。したがって、大チャネルＰＭＯＳ４２の動作領域が、飽和領域から非飽和領域に移ることがある。それゆえ、大チャネルＰＭＯＳ４２がフルオンしない場合には、容量素子６５へ十分な電流を流せなくなる。したがって、大チャネルＰＭＯＳ４２がフルオンしない場合、容量素子６５を充電する時間が長くなる。

しかしながら、本例においては、大チャネルＰＭＯＳ４２がフルオンするので、Ｖ_ＤＳに対応する大チャネルＰＭＯＳ４２の最大電流を流すことができる。したがってＶ_ＤＳが小さい場合であっても、容量素子６５を充電する時間が、大チャネルＰＭＯＳ４２をフルオンさせない場合と比較して短縮される。

電流制限スイッチ部４０は、エネルギー還元の機能も有する。本例において、当該還元動作を行う場合、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が接点の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低いことが前提となる。

還元動作を行う場合、まず、コンパレータ４５は、基準電圧源４６の電圧（Ｖ_ＲＥＦＢ）と接点の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）とを比較する。そして、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦＢ以上である場合、コンパレータ４５は、セレクタ４３にローレベルの電圧信号を出力する。つまり、コンパレータ４５は、容量素子６５にエネルギーが十分に蓄えられている場合、セレクタ４３にローレベルの電圧信号を出力する。

セレクタ４３は、ローレベルの電圧信号を受けると、入力としてグランド電圧を選択する。当該グランド電圧は、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２の共通のゲートに出力される。そして、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２はフルオンする。還元動作の前提条件としてＶ_ＩＮがＶ_ＯＵＴよりも低いので、容量素子６５に蓄えられたエネルギーは、接点および大チャネルＰＭＯＳ４２を経由して電池１０に還元される。

還元動作により、電子機器９０が停電することを防止することができる。また、降圧の機能およびエネルギーを還元する機能を、インダクタ３８を用いない電流制限スイッチ部４０により実現しているので、インダクタ３８を用いる回路と比較して回路規模を小さくすることができる。

ＬＥＤ８０は、昇圧回路７０により昇圧されたエネルギーにより駆動される。当該昇圧されたエネルギーは、容量素子６５に蓄えられたエネルギーが昇圧されて形成される。なお、ＬＥＤ８０が駆動される場合、容量素子６５の充電を併せて行ってよい。つまり、ＬＥＤ８０が駆動される場合、電流制限スイッチ部４０は降圧回路として機能して、容量素子６５を充電してよい。また、ＬＥＤ８０が駆動される場合、電流制限スイッチ部４０は、降圧回路またはエネルギー還元回路として機能せずに、オフ状態であってもよい。

上記の例では、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低いことをコンパレータ等により判定しなかった。しかしながら、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低いことをコンパレータにより判定して、セレクタ４３の出力を決定してもよい。例えば、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）よりも低い場合にローレベルの電圧信号を出力するコンパレータを備えて、当該コンパレータの出力とコンパレータ４５との出力をＡＮＤ回路への入力として、ＡＮＤ回路の出力をセレクタ４３に入力してもよい。これにより、電流還元の条件を詳細に設定することができる。

またさらに、本例の電流制限スイッチ部４０は、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２に代えて、小チャネルＮＭＯＳ４１および大チャネルＮＭＯＳ４２により構成してもよい。この場合、セレクタ４３に入力されるグランド電圧を、ＮＭＯＳをフルオンできる電源の電圧とする。加えて、定電流源４４を電源とＮＭＯＳ４１のドレインとの間に接続し、ＮＭＯＳ４１のソースをグランドに接続する。そして、セレクタ４３に入力される定電流源４４の電圧を、定電流源４４とＮＭＯＳ４１のドレインとの接続部の電圧とする。なお、本明細書における電流制限スイッチ部４０には、ＮＭＯＳを適用してもよい。また、ＰＭＯＳをＰＮＰバイポーラトランジスタ、ＮＭＯＳをＮＰＮバイポーラトランジスタとしてもよい。同様な代替を、後述の電流制限スイッチ部４０―１から４０―４に適用してもよい。

図１０は、第５の実施形態における、負荷駆動装置５００を示す図である。負荷駆動装置５００は、電池１０、中継部２０としての電流制限スイッチ部４０、および負荷駆動部６０を備える。なお、本例の電流制限スイッチ部４０は、第４の実施形態の電流制限スイッチ部４０と同じである。電流制限スイッチ部４０は、電池１０と負荷駆動部６０との間に設けられる。また、負荷駆動部６０には、定電流源８２が接続される。さらに、負荷としてのＬＥＤ８０が、定電流源８２に接続される。

本例の負荷駆動部６０は、電流制限スイッチ部４０から出力されるエネルギーを蓄える複数の容量素子６５および６７と、複数の接続スイッチ６１、６２および６３とを有する。なお、複数の容量素子６５および６７は、例えば、リチウムイオンキャパシタであってよい。容量素子６５の一端は電流制限スイッチ部４０に接続され、容量素子６５の他端はグランドに接続される。また、容量素子６７の一端は接続スイッチ６３およびＬＥＤ８０（定電流源８２）に接続され、容量素子６７の他端は接続スイッチ６１および６２に接続される。

接続スイッチ６１は、容量素子６５の一端と容量素子６７の他端との間に接続される。また、接続スイッチ６２は、容量素子６７の他端とグランドとの間に設けられる。さらに、接続スイッチ６３は、容量素子６５の一端と容量素子６７の一端との間に設けられる。接続スイッチ６１から６３は、負荷駆動装置５００に設けられた制御部７５から出力される制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３によりそれぞれ制御される。

容量素子６５および６７がエネルギーを蓄える場合に、電流制限スイッチ部４０は、電池１０から、電流制限スイッチ部４０と負荷駆動部６０との接点へ電流を流す。そして、制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、それぞれ接続スイッチ６１から６３を制御して、容量素子６５および６７を並列接続する。つまり、制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、接続スイッチ６１から６３をそれぞれ、オフ、オンおよびオンにする。これにより容量素子６５および６７のそれぞれは、両端が電流制限スイッチ部４０およびグランドに接続される。なお、当該制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、電流制限スイッチ部４０の充電動作に同期される。

ＬＥＤ８０を駆動する場合に、制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、それぞれ接続スイッチ６１から６３を制御して、容量素子６５および６７を直列接続する。つまり、制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、接続スイッチ６１から６３をそれぞれ、オン、オフおよびオフにする。これにより、容量素子６５の一端はグランドに、容量素子６５の他端は容量素子６７に接続される。また、容量素子６７の一端は容量素子６５に、容量素子６７の他端はＬＥＤ８０（定電流源８２）に接続される。ＬＥＤ８０が駆動される場合、電流制限スイッチ部４０は、電流を流してもよいし、流さなくともよい。

電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧よりも低下した場合に、容量素子６５および６７に蓄えられたエネルギーは電池１０に還元される。なお、本例の参照電圧は接点の電圧（Ｖ_ＯＵＴ）であるが、参照電圧は予め定められた任意の電圧値としてもよい。当該還元動作を行う場合、電流制限スイッチ部４０はフルオンされる。また、制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、接続スイッチ６１から６３をそれぞれ、オフ、オンおよびオンにする。つまり、容量素子６５および６７は並列に接続される。なお、当該制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、電流制限スイッチ部４０の電流還元動作に同期される。

本例によれば、負荷駆動部６０の蓄電の機能と昇圧の機能とを一体化することができる。また、電子機器９０が停電することを防止することができる。さらに、昇圧の機能とエネルギー還元の機能とを、インダクタ等を用いない負荷駆動部６０により実現しているので、回路規模を小さくすることができる。

図１１は、第６の実施形態における、負荷駆動装置６００を示す図である。負荷駆動装置６００は、電池１０、中継部２０として並列に接続された電流制限スイッチ部４０―１および４０―２、ならびに負荷駆動部６９を備える。なお、本例の電流制限スイッチ部４０―１および４０―２は、それぞれ第４の実施形態の電流制限スイッチ部４０と同じである。電流制限スイッチ部４０―１および４０―２は、電池１０と負荷駆動部６９との間に設けられる。また、負荷駆動部６９には、定電流源８２が接続される。さらに、負荷としてのＬＥＤ８０が、定電流源８２に接続される。

本例の負荷駆動部６９は、エネルギーを蓄える容量素子６５および６７と、接続スイッチ６１および６２とを有する。容量素子６５および６７は、例えば、リチウムイオンキャパシタであってよい。容量素子６５の一端は電流制限スイッチ部４０―１に接続され、容量素子６５の一端はグランドに接続される。容量素子６７の一端は電流制限スイッチ部４０―２に接続され、容量素子６７の他端は接続スイッチ６１および６２に接続される。容量素子６７の一端とＬＥＤ８０との間には、定電流源８２が設けられる。

接続スイッチ６１は、容量素子６５の一端と容量素子６７の他端との間に設けられる。また、接続スイッチ６２は、容量素子６７の他端とグランドとの間に設けられる。接続スイッチ６１および６２は、負荷駆動装置６００に設けられた制御部７５から出力される制御信号Ｃｔｒｌ１およびＣｔｒｌ２によりそれぞれ制御される。

容量素子６５および６７がエネルギーを蓄える場合に、電流制限スイッチ部４０―１および４０―２は、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）から容量素子６５および容量素子６７へそれぞれ電流を流す。そして、制御信号Ｃｔｒｌ１およびＣｔｒｌ２は、それぞれ接続スイッチ６１および６２を制御して、容量素子６５および６７を並列接続する。つまり、制御信号Ｃｔｒｌ１およびＣｔｒｌ２は、接続スイッチ６１および６２をそれぞれ、オフおよびオンにする。なお、当該制御信号Ｃｔｒｌ１およびＣｔｒｌ２は、電流制限スイッチ部４０―１および４０―２の充電動作に同期される。

ＬＥＤ８０を駆動する場合に、制御信号Ｃｔｒｌ１およびＣｔｒｌ２は、それぞれ接続スイッチ６１および６２を制御して、容量素子６５および６７を直列接続する。つまり、制御信号Ｃｔｒｌ１およびＣｔｒｌ２は、接続スイッチ６１および６２をそれぞれ、オンおよびオフにする。ＬＥＤ８０が駆動される場合、電流制限スイッチ部４０―１および４０―２は、電流を流してもよいし、流さなくともよい。

電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧よりも低下した場合に、容量素子６５および６７に蓄えられたエネルギーは電池１０に還元される。なお、本例の参照電圧は容量素子６５の電圧（Ｖ_ＯＵＴ１）および容量素子６７の電圧（Ｖ_ＯＵＴ２）であるが、参照電圧は予め定められた任意の電圧値としてもよい。当該還元動作を行う場合、電流制限スイッチ部４０はフルオンされる。また、制御信号Ｃｔｒｌ１およびＣｔｒｌ２は、接続スイッチ６１および６２をそれぞれ、オフおよびオンにする。なお、当該制御信号Ｃｔｒｌ１およびＣｔｒｌ２は、電流制限スイッチ部４０―１および４０―２の還元動作に同期される。

本例によれば、負荷駆動部６９の蓄電機能と昇圧機能とを一体化することができる。また、電子機器９０の停電することを防止することができる。さらに、昇圧機能とエネルギー還元機能とを、インダクタ等を用いない負荷駆動部６０により実現しているので、回路規模を小さくすることができる。加えて、接続スイッチの数を三つではなく二つにするので、負荷駆動部６９の構成を簡易にすることができる。また、接続スイッチ６１および６２を制御する制御部７５の構成も、接続スイッチが三つある場合と比較して簡易にすることができる。

図１２は、第７の実施形態における、負荷駆動装置７００を示す図である。負荷駆動装置７００は、電池１０、電流制限スイッチ部４０―３、負荷駆動部６０を備える。なお、本例の負荷駆動部６０は、第５の実施形態における負荷駆動部６０と同じである。電流制限スイッチ部４０―３は、電池１０と負荷駆動部６０との間に設けられる。また、負荷駆動部６０には、定電流源８２が接続される。さらに、負荷としてのＬＥＤ８０が、定電流源８２に接続される。

本例の電流制限スイッチ部４０―３は、電池１０と、電流制限スイッチ部４０―３と負荷駆動部６０との接点との間にトランジスタを有する。この点、本例の電流制限スイッチ部４０―３は、基本的には、第４の実施形態における電流制限スイッチ部４０と同じである。ただし、電流制限スイッチ部４０―３は、コンパレータ４７、４９、および５１、第１の基準電圧源４８、第２の基準電圧源５０および第３の基準電圧源５２、ロジック回路５３を備える点が異なる。

ロジック回路５３は、コンパレータ４７、４９、および５１からの入力に基づき選択信号Ｓ_１およびＳ_２をセレクタ４３に入力する。さらに、セレクタ４３は、選択信号Ｓ_１およびＳ_２に基づき、定電流源４４の電圧、グランド、または電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）のいずれかを出力として選択する。セレクタ４３は当該出力を、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２の共通ゲートに入力する。

本例において、コンパレータ４７、４９、および５１には、接点における電圧（Ｖ_ＯＵＴ）が入力される。また、本例において、第１の基準電圧源４８の電圧（第１の基準電圧Ｖ_ＲＥＦ１）、第２の基準電圧源５０の電圧（第２の基準電圧Ｖ_ＲＥＦ２）、および第３の基準電圧源５２の電圧（第３の基準電圧Ｖ_ＲＥＦ３）は、それぞれ４Ｖ、３Ｖ、および２Ｖである。ただし、Ｖ_ＲＥＦ１は容量素子６５および６７の定格電圧の上限であればよい。それゆえ、Ｖ_ＲＥＦ１は４Ｖに限定されない。同様に、Ｖ_ＲＥＦ３は容量素子６５および６７の定格電圧の下限であればよい。それゆえ、Ｖ_ＲＥＦ３は２Ｖに限定されない。また、Ｖ_ＲＥＦ２は、Ｖ_ＲＥＦ１からＶ_ＲＥＦ３の間において、任意に定めてよい。それゆえ、Ｖ_ＲＥＦ２は３Ｖに限定されない。

コンパレータ４７は、Ｖ_ＯＵＴとＶ_ＲＥＦ１とを比較する。コンパレータ４７は、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦ１以上である場合にハイレベルの電圧信号をロジック回路５３に出力する。一方、コンパレータ４７は、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦ１より小さい場合にローレベルの電圧信号をロジック回路５３に出力する。同様に、コンパレータ４９は、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦ２以上である場合にハイレベルの電圧信号を、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦ２より小さい場合にローレベルの電圧信号をロジック回路５３に出力する。また、コンパレータ５１は、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦ３以上である場合にハイレベルの電圧信号を、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦ３より小さい場合にローレベルの電圧信号をロジック回路５３に出力する。

ロジック回路５３は、コンパレータ４７、４９および５１の出力がすべてハイレベルの電圧信号である場合に、選択信号Ｓ_１およびＳ_２をいずれもハイレベルの電圧信号とする。セレクタ４３は、当該信号を受けて、Ｖ_ＩＮの入力を選択して、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２の共通ゲートにＶ_ＩＮを出力する。これにより、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２はオフする。つまり、ロジック回路５３は、Ｖ_ＯＵＴが４Ｖ以上である場合に、電流制限スイッチ部４０―３をオフする。

また、ロジック回路５３は、コンパレータ４７がローレベルの電圧信号であり、かつ、コンパレータ４９および５０の出力がいずれもハイレベルの電圧信号である場合に、選択信号Ｓ_１をローレベルの電圧信号とし、選択信号Ｓ_２をハイレベルの電圧信号とする。セレクタ４３は、当該信号を受けて、グランド電圧の入力を選択して、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２の共通ゲートにグランド電圧を出力する。これにより、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２をフルオンする。つまり、ロジック回路５３は、Ｖ_ＯＵＴが４Ｖより小さく３Ｖ以上である場合に、電流制限スイッチ部４０―３をフルオンする。

ロジック回路５３は、コンパレータ４７および４９の出力がいずれもローレベルの電圧信号であり、かつ、コンパレータ５１の出力がハイレベルの電圧信号である場合に、選択信号Ｓ_１をハイレベルの電圧信号とし、選択信号Ｓ_２をローレベルの電圧信号とする。セレクタ４３は、当該信号を受けて、定電流源４４の入力を選択して、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２の共通ゲートに定電流源４４の電圧を出力する。これにより、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２はミラー回路となり、電池１０から大チャネルＰＭＯＳ４２を経て、負荷駆動部６０へミラー電流が流れる。つまり、Ｖ_ＯＵＴが３Ｖより小さく２Ｖ以上である場合に、大チャネルＰＭＯＳ４２には、小チャネルＰＭＯＳ４１のｎ倍の電流が流れる。

さらに、ロジック回路５３は、コンパレータ４７、４９および５１の出力がいずれもローレベルの電圧信号である場合に、選択信号Ｓ_１およびＳ_２をいずれもローレベルの電圧信号とする。セレクタ４３は、当該信号を受けて、定電流源４４の電圧を選択して、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２の共通ゲートに定電流源４４の電圧を出力する。これにより、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２はミラー回路となり、電池１０から大チャネルＰＭＯＳ４２を経て、負荷駆動部６０へミラー電流が流れる。つまり、Ｖ_ＯＵＴが２Ｖ以下である場合に、大チャネルＰＭＯＳ４２には、小チャネルＰＭＯＳ４１のｎ倍の電流が流れる。

表１において、ロジック回路５３の動作をまとめた。

電流制限スイッチ部４０―３は、Ｖ_ＯＵＴがＶ_ＲＥＦ１とＶ_ＲＥＦ２との間にあり、かつ、電池１０の電圧Ｖ_ＩＮがＶ_ＯＵＴよりも低い場合に、蓄えたエネルギーを電池１０に還元する。例えば、電流制限スイッチ部４０―３は、Ｖ_ｏｕｔが４Ｖから３Ｖの間にあり、電圧Ｖ_ＩＮがＶ_ＯＵＴよりも低い場合に、蓄えたエネルギーを電池１０に還元する。

Ｖ_ｏｕｔが４Ｖから３Ｖの間である場合、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２をフルオンする。Ｖ_ＩＮが参照電圧であるＶ_ＯＵＴよりも低下した場合に、容量素子６５および６７に蓄えられた電荷は電池１０に還元されてよい。また、当該フルオンに同期して、制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、接続スイッチ６１から６３をそれぞれ、オフ、オンおよびオンにする。これにより、容量素子６５および６７の電荷が電池１０に還元される。

電流制限スイッチ部４０―３は、Ｖ_ＯＵＴが、Ｖ_ＲＥＦ２とＶ_ＲＥＦ３との間にあり、かつ、電池１０の電圧Ｖ_ＩＮがＶ_ＯＵＴよりも高い場合に、予め定められた電流以下に制限された電流を負荷駆動部６０へ供給する。本例では、電流制限スイッチ部４０−３は、Ｖ_ｏｕｔが３Ｖから２Ｖの間にあり、電圧Ｖ_ＩＮがＶ_ＯＵＴよりも高い場合に、制限電流を負荷駆動部６０へ供給する。また、大チャネルＰＭＯＳ４２を流れる電流は、Ｖ_ｏｕｔがＶ_ＲＥＦ１とＶ_ＲＥＦ２との間である場合に大チャネルＰＭＯＳ４２を流れる電流よりも制限される。本例では、大チャネルＰＭＯＳ４２に流れる制限された電流は、大チャネルＰＭＯＳ４２がフルオンされた場合に流れる電流よりも小さい。

Ｖ_ｏｕｔが３Ｖから２Ｖの間である場合、小チャネルＰＭＯＳ４１および大チャネルＰＭＯＳ４２はミラー回路を構成する。そして、大チャネルＰＭＯＳ４２には、小チャネルＰＭＯＳ４１のｎ倍の電流量である制限された電流が流れる。そして、Ｖ_ＩＮがＶ_ＯＵＴよりも高いので、容量素子６５および６７は当該制限された電流により充電される。また、当該充電に同期して、制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、接続スイッチ６１から６３をそれぞれ、オフ、オンおよびオンにする。これにより、容量素子６５および６７は並列に接続されて充電される。

ＬＥＤ８０を駆動する場合の動作は、第５の実施形態と同じである。制御信号Ｃｔｒｌ１からＣｔｒｌ３は、接続スイッチ６１から６３をそれぞれ、オン、オフおよびオフにする。つまり、容量素子６５および６７は直列接続する。なお、この場合、電流制限スイッチ部４０―３は、電流を流してもよいし、流さなくともよい。

本例によれば、電池１０の電源電圧（Ｖ_ＩＮ）が参照電圧よりも低い場合に、負荷駆動部６０が蓄えたエネルギーを電池１０に還元する。したがって、電子機器９０が停電することを防止することができる。また、降圧の機能とエネルギー還元の機能を電流制限スイッチ部４０だけで実現したので、インダクタ３８を用いて中継部２０を構成した場合と比較して回路規模を小さくすることができる。さらに、容量素子として、リチウムイオンキャパシタのように電圧バイアス条件に制限のある容量素子を用いることができる。

図１３は、第８の実施形態における、負荷駆動装置８００を示す図である。当該実施形態においては、第６の実施形態の負荷駆動装置６００の電流制限スイッチ部４０―１および４０―２として、第７の実施形態の電流制限スイッチ部４０―３を適用した例である。電流制限スイッチ部４０―４の動作は、電流制限スイッチ部４０―３と同じである。

本例によれば、負荷駆動部６９の蓄電機能と昇圧機能とを一体化することができる。また、電子機器９０が停電することを防止することができる。さらに、昇圧機能とエネルギー還元機能とを、インダクタ等を用いない負荷駆動部６９により実現しているので、インダクタを用いた場合と比較して回路規模を小さくすることができる。加えて、接続スイッチの数を三つではなく二つにするので、負荷駆動部６９の構成を簡易にすることができる。また、接続スイッチ６１および６２を制御する制御部７５の構成も、接続スイッチが三つある場合と比較して簡易にすることができる。さらに、容量素子として、リチウムイオンキャパシタのように電圧バイアス条件に制限のある容量素子を用いることができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順序で実施することが必須であることを意味するものではない。

１ 負荷駆動装置、２ 電池、３ 降圧回路、４ 負荷駆動部、５ 大容量コンデンサ、６ 昇圧回路、７ ＬＥＤ、８ 電子機器、１０ 電池、１２ 基準電圧源、１３ 基準電圧源、１４ コンパレータ、１５ コンパレータ、１７ ＡＮＤ回路、２０ 中継部、２２ エネルギー還元部、２４ フィードバックスイッチ、２５ 制御回路、２７ 制御回路、２９ 制御回路、３０ 降圧回路、３１ 出力端子、３２ 制御部、３４ ＰＭＯＳ、３６ ＮＭＯＳ、３８ インダクタ、４０ 電流制限スイッチ部、４０―１ 電流制限スイッチ部、４０―２ 電流制限スイッチ部、４０―３ 電流制限スイッチ部、４０―４ 電流制限スイッチ部、４１ 小チャネルＰＭＯＳ、４２ 大チャネルＰＭＯＳ、４３ セレクタ、４４ 定電流源、４５ コンパレータ、４６ 基準電圧源、４７ コンパレータ、４８ 基準電圧源、４９ コンパレータ、５０ 基準電圧源、５１ コンパレータ、５２ 基準電圧源、５３ ロジック回路、６０ 負荷駆動部、６１ 接続スイッチ、６２ 接続スイッチ、６３ 接続スイッチ、６５ 容量素子、６７ 容量素子、６９ 負荷駆動部、７０ 昇圧回路、７５ 制御部、８０ ＬＥＤ、８２ 定電流源、９０ 電子機器、１００ 負荷駆動装置、２００ 負荷駆動装置、３００ 負荷駆動装置、４００ 負荷駆動装置、５００ 負荷駆動装置、６００ 負荷駆動装置、７００ 負荷駆動装置、８００ 負荷駆動装置

Claims (16)

1. 電子機器を駆動する電池からエネルギーが供給されて負荷を駆動する負荷駆動装置であって、
   前記電池からエネルギーが入力される中継部と、
   前記中継部から出力されるエネルギーを蓄え、蓄えたエネルギーを用いて前記負荷を駆動する負荷駆動部と
   を備え、
   前記電池の電圧が予め定められた参照電圧よりも低い場合に、前記蓄えたエネルギーを前記電池に還元する負荷駆動装置。
2. 前記中継部は、前記電池から入力したエネルギーを前記負荷駆動部へ出力する充電回路を有する請求項１に記載の負荷駆動装置。
3. 前記充電回路は、前記電池から入力したエネルギーを降圧する降圧回路である請求項２に記載の負荷駆動装置。
4. 前記負荷駆動部は、前記蓄えたエネルギーを昇圧する昇圧回路を有する請求項３記載の負荷駆動装置。
5. 前記中継部は、前記降圧回路と並列に接続され、前記蓄えたエネルギーを前記電池に還元するエネルギー還元部を有する請求項３または４に記載の負荷駆動装置。
6. 前記エネルギー還元部は、
   前記負荷駆動部にエネルギーが蓄えられた状態で、前記電池の電圧が前記参照電圧よりも低い場合に、オンするフィードバックスイッチを含む請求項５に記載の負荷駆動装置。
7. 前記エネルギー還元部は、
   アノードが前記降圧回路の出力端子と前記負荷駆動部との接点に接続され、カソードが前記電池に接続されたダイオードを含む請求項５に記載の負荷駆動装置。
8. 前記中継部は、
   前記電池に接続された第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチとグランドとの間に接続された第２のスイッチと、
   前記第１のスイッチ及び第２のスイッチと前記負荷駆動部との間に接続されたインダクタと
   を有し、
   前記負荷駆動部にエネルギーが蓄えられた状態で、前記電池の電圧が前記参照電圧よりも低い場合に、前記第１のスイッチがオンし、かつ、前記第２のスイッチがオフし、
   前記電池から前記中継部に入力されるエネルギーを降圧する場合に、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを相補的にオンおよびオフする請求項１に記載の負荷駆動装置。
9. 前記中継部は、
   前記電池と前記負荷駆動部との間に設けられた少なくとも１つの電流制限スイッチ部を有し、
   前記電流制限スイッチ部は、前記負荷駆動部がエネルギーを蓄える場合に、予め定められた電流以下に制限された電流を前記電池から前記負荷駆動部へ供給し、
   前記負荷駆動部にエネルギーが蓄えられた状態で、前記電池の電圧が前記参照電圧よりも低い場合に、前記蓄えたエネルギーを前記電池に還元する請求項１に記載の負荷駆動装置。
10. 前記電流制限スイッチ部は、
    前記電流制限スイッチ部と前記負荷駆動部との接点における電圧が、第１の基準電圧と前記第１の基準電圧よりも低い第２の基準電圧との間にあり、かつ、前記電池の電圧が前記接点における電圧よりも低い場合に、前記蓄えたエネルギーを前記電池に還元し、
    前記接点における電圧が、前記第２の基準電圧と前記第２の基準電圧よりも低い第３の基準電圧との間にあり、かつ、前記電池の電圧が前記接点における電圧よりも高い場合に、前記予め定められた電流以下に制限された電流を前記負荷駆動部へ供給する請求項９に記載の負荷駆動装置。
11. 前記電流制限スイッチ部は、
    前記電池と前記接点との間にトランジスタを有し、
    前記接点の電圧が前記第３の基準電圧と前記第２の基準電圧との間にある場合に前記トランジスタを流れる電流は、前記接点の電圧が前記第２の基準電圧と前記第１の基準電圧との間にある場合に前記トランジスタを流れる電流よりも制限される請求項１０に記載の負荷駆動装置。
12. 前記負荷駆動部は、
    前記中継部から出力されるエネルギーを蓄える複数の容量素子と、
    前記複数の容量素子がエネルギーを蓄える場合に、前記複数の容量素子を並列接続し、前記負荷を駆動する場合に、前記複数の容量素子を直列接続する複数の接続スイッチと
    を有する請求項９から１１のいずれか一項に記載の負荷駆動装置。
13. 前記複数の容量素子は、リチウムイオンキャパシタである請求項１２に記載の負荷駆動装置。
14. 前記負荷は、ＬＥＤである請求項１から１３のいずれか一項に記載の負荷駆動装置。
15. 電子機器を駆動する電池のエネルギーを蓄えるステップと、
    前記電池の電圧が予め定められた参照電圧よりも低い場合に、蓄えたエネルギーを前記電池に還元するステップと
    を備えるエネルギー還元方法。
16. 前記蓄えるステップの前に、前記電池から入力したエネルギーを降圧するステップをさらに備える請求項１５に記載のエネルギー還元方法。

Images