JP2017093204A - 給電制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリーの能力を補充することなく、より長い期間の放置を可能とする給電制御回路の提供。
【解決手段】 蓄電池１及びそこから給電される負荷に接続され給電を制御する給電制御回路において、前記負荷の運転状況を検知する運転検知手段と、前記蓄電池１の電力を前記負荷に供給するＰチャネルＦＥＴｕ１と、当該ＰチャネルＦＥＴｕ１のオンオフを制御するＮチャネルＦＥＴｕ２と、当該ＮチャネルＦＥＴｕ２のオンオフを制御する制御信号供給回路５を備え、前記制御信号供給回路５は、前記ＮチャネルＦＥＴｕ２のゲートに前記ＮチャネルＦＥＴｕ２のオン電圧以上の給電制御信号を設定期間維持するコンデンサｃを備え、前記運転検知手段は、前記負荷の運転時において前記ＮチャネルＦＥＴｕ２のゲートに前記オン電圧以上の給電制御信号を設定期間保持する自己保持信号を当該設定期間に一度以上供給する給電制御回路。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蓄電池からの給電を制御する給電制御回路に関するものであって、特に、待機電力の消費量を削減することを目的とした回路に関する。

従来、蓄電池の待機時における放電を抑制し、蓄電池の消費を節減する電気回路が種々紹介されている（例えば下記特許文献１乃至特許文献３参照）。
これらは、いずれも給電を制御するために、タイマ等を備えたマイクロコンピュータチップを採用したものであって、マイコンを動作させるためには、ＤＣ／ＤＣコンバータ等のうち、特に消費電力の小さい高付加価値品を選択することが必要であった。
なかには、ワンショットマルチバイブレータやフリップフロップを用いた自己保持回路を採用し、操作が一定時間存在しないことを要件として、負荷のドライバやその制御装置への給電を停止する技術も提供されている（例えば下記特許文献４参照）。

特開２００２−１２５３０１号公報 特開２０１０−１１００６８号公報 特開２０１０−１６６６３１号公報 特開平７−２３５３１号公報

しかしながら、上記従来の技術では、待機時にあっても前記給電制御に要する電力が少なからず消費されると言う問題がある。
殊に、趣味に使用される電動車両のバッテリー等、日常的に使用されない車両や電気機器のバッテリーについては、その様な待機電力の消費が、使用したい時の電力消失につながる重大な要因となることは否めない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、バッテリーの能力を補充することなく、より長い期間の放置を可能とする給電制御回路の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明による給電制御回路は、蓄電池及び当該蓄電池から給電される一又は複数の負荷に接続され前記蓄電池から前記負荷への給電を制御する給電制御回路において、前記負荷の運転状況を検知する運転検知手段と、前記蓄電池の電力を前記負荷に供給するＰチャネルＦＥＴ（Field Effect Transistor）と、当該ＰチャネルＦＥＴのオンオフを制御するＮチャネルＦＥＴと、当該ＮチャネルＦＥＴのオンオフを制御する制御信号供給回路を備え、前記制御信号供給回路は、前記ＮチャネルＦＥＴのゲートに前記ＮチャネルＦＥＴのオン電圧以上の給電制御信号を設定期間維持するコンデンサを備え、前記運転検知手段は、前記負荷の運転時において前記ＮチャネルＦＥＴのゲートに前記オン電圧以上の給電制御信号を設定期間保持する自己保持信号を当該設定期間に一度以上供給することを特徴とする。

上記課題を解決するためになされた本発明による給電制御回路は、蓄電池、当該蓄電池から給電される一又は複数の負荷及び前記蓄電池から前記負荷への電源の供給・遮断を行うスイッチに接続され前記蓄電池から前記負荷への給電を制御する給電制御回路において、前記負荷の運転状況を検知する運転検知手段と、前記蓄電池の電力を前記負荷に供給するＰチャネルＦＥＴと、当該ＰチャネルＦＥＴのオンオフを制御するＮチャネルＦＥＴと、当該ＮチャネルＦＥＴのオンオフを制御する制御信号供給回路を備え、前記制御信号供給回路は、前記電源の供給時において前記蓄電池とＧＮＤとの間に前記ＮチャネルＦＥＴのオン電圧以上の分圧点を形成する分圧抵抗器と、前記電源の供給時において前記分圧点と前記ＮチャネルＦＥＴのゲートとの間に前記ＮチャネルＦＥＴのオン電圧以上の給電制御信号を設定期間維持するコンデンサを備え、前記運転検知手段は、前記負荷の運転時において前記ＮチャネルＦＥＴのゲートに前記オン電圧以上の給電制御信号を設定期間保持する自己保持信号を前記当該設定期間に一度以上供給する構成とすることができる。

前記電源の供給・遮断を行うスイッチは、自動戻りスイッチであることが望ましい。
前記負荷は、電動車両の電動モーター又は電動モーター及びそのモータードライバであり、前記運転検知手段の検知対象は、前記電動車両のスロットル操作又はそれに伴う負荷の動作である給電制御回路の構成を採ることもできる。
尚、前記自己保持信号の供給周期は、当該自己保持信号によって前記ＮチャネルＦＥＴのゲートを前記オン電圧以上に保持する設定期間以下とする。

本発明による給電制御回路によれば、電力消費が比較的多い所謂マイクロコンピュータシステムを用いることなく電力消費量が少ない素子のみからなる極めて単純な回路構成を採ることができる。尚、前記回路構成を採用した単一の回路を、電気機器のみならずそのドライバと共用することもできる。
また、前記電源の供給・遮断を行うスイッチとして自動戻りスイッチを用いることによって、前記給電制御回路の電源をも節約することができる。

以上の構成を採ることによって、長時間使用しない可能性が高い電気機器に搭載された蓄電池の消耗を待機電源のレベルから削減でき、使用中に一定期間放置された場合であっても、自動的に所謂スリープモードに移行することによって節電を図ることが可能となる他、製造コストも削減できるというメリットがある。
また、当該回路構成によれば、前記運転検知手段は、前記負荷の運転時において給電制御信号を規定時間維持する自己保持信号を供給するので、当該負荷の放置時における電源消耗の原因とはならない。

本発明による給電制御回路の一例を示す電気回路図である。 本発明による給電制御回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明による給電制御回路の例を示すブロック図である。 従来の給電制御回路の例を示すブロック図である。

以下、本発明による給電制御回路の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１に示す例は、電動車両のバッテリー（蓄電池１）、当該蓄電池１から給電される電気モーター（第１負荷）２及びモータードライバ（第２負荷、コントローラを含む）３に接続され、前記蓄電池１から前記電気モーター２や前記モータードライバ３への給電を制御する給電制御回路である。

この給電制御回路の例は、前記電気モーター２、前記モータードライバ３又はスロットル装置４等の運転状況を検知する装置（運転検知手段）と、前記蓄電池１を前記負荷（電気モーター２及び前記モータードライバ３等）に供給するＰチャネルＦＥＴ（以下「給電ＦＥＴ」という）ｕ１と、当該給電ＦＥＴｕ１のオン・オフ（ドレイン−ソース間の同通・遮断）を制御するＮチャネルＦＥＴ（以下「給電制御ＦＥＴ」という）ｕ２と、当該給電制御ＦＥＴｕ２のオンオフを制御する制御信号供給回路５を備える。

この例は、当該給電制御回路へ前記蓄電池１から駆動電力を供給し遮断する自動戻りスイッチ（以下「電源スイッチ」という）６を備える。
当該制御信号供給回路５は、当該電源スイッチ６をオンとする操作によって起動信号を発生する。

この例では、前記給電ＦＥＴｕ１は、ソースが前記蓄電池１の正端子に接続され、ドレインが前記電気モーター２及びそのモータードライバ３の電源として接続される。
前記電源ＦＥＴｕ１のソース−ゲート間は、抵抗器（以下「バイアス抵抗器」という）ｒ１を介在して接続する。
一方、前記給電制御ＦＥＴｕ２は、ソースがＧＮＤに接続され、ゲートが前記制御信号供給回路５の出力に接続される。
前記給電ＦＥＴｕ１と前記給電制御ＦＥＴｕ２は、前者のゲートと後者のドレインとの間に抵抗器（以下「ドレイン抵抗器」という）ｒ２を介在して接続する。

この例の前記制御信号供給回路５は、前記電源スイッチ６を介して前記蓄電池１に接続される（図４参照）。
即ち、前記電源スイッチ６は、一端が前記蓄電池１の正端子に接続され、他端が前記制御信号供給回路５の電源として接続される。
前記制御信号供給回路５は、前記蓄電池１とＧＮＤとの間に前記給電制御ＦＥＴｕ２のオン電圧以上の分圧点Ｐ１を形成する一対の分圧抵抗器ｒ３，ｒ４を接続し、前記分圧点Ｐ１と前記給電制御ＦＥＴｕ２のゲート（ゲート）との間に、コンデンサｃ、ダイオード（以下「充電ダイオードという）ｄ１及び抵抗器（以下「保護抵抗器」という）ｒ５を直列接続する。その際、前記充電ダイオードｄ１は、アノードに前記コンデンサｃの一端を接続し、カソードに前記保護抵抗器ｒ５の一端を接続する。

また、前記制御信号供給回路５は、前記充電ダイオードｄ１のアノードとＧＮＤとの間にダイオード（以下「放電ダイオード」という）ｄ２を接続し、前記充電ダイオードｄ１のカソードとＧＮＤとの間に抵抗器（以下「制御バイアス抵抗器」という）ｒ６を接続する。
尚、前記放電ダイオードｄ２は、カソードを前記充電ダイオードｄ１のアノードに接続し、アノードをＧＮＤに接続する。

ここで、前記自動戻りスイッチとは、操作している期間のみオン状態（接点を閉じた状態）を保ち、当該自動戻りスイッチから手を離すと、自動的にオフ状態（接点を開いた状態）となるスイッチである。
前記電源スイッチ６は、自動戻りスイッチに替えてトグルスイッチなどを用いることもできるが、前記給電制御回路による蓄電池１の電力消費を抑える上では、前記分圧抵抗器ｒ３，ｒ４について、比較的高い抵抗を持つ素子を選択することが望ましく、前記コンデンサｃについても適正な設定期間ｔ１を得るように設定すべきである。
前記給電制御回路は、当該自動戻りスイッチを外付けするモジュールとして構成することもできる。

この給電制御回路の例は、以上の如く構成され、その回路は、全体として増幅回路としての機能も兼ね備えており、前記電気モーター２の消費電流が小さい（例えば５アンペア程度まで）の場合には、前記給電ＦＥＴｕ１のドレイン電流を、前記電気モーター２及びそのモータードライバ３の制御及び駆動に用いることができる（例えば図３（Ｂ）参照）。
一方、前記電気モーター２の消費電流が比較的大きく（５アンペア〜数百アンペア程度）前記給電ＦＥＴｕ１では賄えない大きな電力が必要となる場合には、前記給電ＦＥＴｕ１のドレイン電流又は当該ドレイン電流で動作するモータードライバの制御回路で大容量のリレースイッチ（接続器）を駆動し、当該リレーを通過した電流で前記電気モーター２及びそのモータードライバ３の制御及び駆動を行うことができる（例えば図３（Ａ）参照）。

この例では、この給電制御回路の前記電源スイッチ６をオンにすると、前記制御信号供給回路５の電源として直流電源（例えば５０Ｖ〜数百Ｖ程度）が供給され、前記分圧点に中間電圧（例えば１８Ｖ程度）が発生し、前記電源スイッチ６のオン期間で前記コンデンサｃが充電されることで、前記給電制御ＦＥＴｕ２のゲート端子にオン電圧以上の給電制御信号が発生し、前記給電制御ＦＥＴｕ２にドレイン電流が流れる。
その結果、前記給電ＦＥＴｕ１のゲート電圧が降下して前記自己保持点に給電信号が発生し、当該給電ＦＥＴｕ１がオンとなり、前記給電ＦＥＴｕ１に数アンペアのドレイン電流を流すことが可能な回路が構成され、前記電気モーター２及びそのモータードライバ３に電源が供給される（例えば図３（Ｂ）参照）。

前記制御信号供給回路５は、自己保持機能を備え、前記コンデンサｃの充電によって前記給電制御信号は設定期間ｔ１維持され、当該設定期間ｔ１内に、再度の電源スイッチ６のオン操作による前記起動信号の供給、又はスロットル操作などによる前記自己保持信号の供給が、例えば、前記充電ダイオードｄ１のカソード（以下「自己保持点Ｐ２」という）に対してなされなければ、前記給電制御ＦＥＴｕ２及び前記給電ＦＥＴｕ１がオフとなり、前記電気モーター２及びそのモータードライバ３への電源供給が遮断される。

一方、当該設定期間ｔ１内に、再度の電源スイッチ６のオン操作による前記起動信号の供給、又はスロットル操作による前記自己保持信号の供給が、前記自己保持点Ｐ２に対してなされれば、前記給電制御信号は確実に保持され、前記給電制御ＦＥＴｕ２及び前記給電ＦＥＴｕ１がオンとなり、前記電気モーター２及びそのモータードライバ３への電源供給が継続される。
尚、この例では、前記自己保持信号の供給に際してダイオードｄ３を介在した。

この例の前記スロットル装置４は、前記モータードライバ３のコントローラへ運転者の操作入力を供給し、前記モータードライバ３は、当該運転者の操作入力を前記自己保持信号として前記自己保持点Ｐ２へ供給する。
前記自己保持信号は、例えば、当該スロットル装置４が開かれている期間に限り、前記設定期間ｔ１より短い周期（設定期間ｔ２）で、前記コンデンサｃをオン電圧に維持できる信号を前記自己保持信号として前記自己保持点Ｐ２へ供給する。
尚、前記モータードライバ３は、前記電気モーター１へ電力を供給する電源回路と、前記操作入力に基づいて当該電源回路の動作を制御するコントローラを備える。

以上の動作の結果、当該設定期間ｔ１内に、再度の電源スイッチ６のオン操作による前記起動信号の供給、又は例えばスロットル操作による設定期間ｔ２周期での前記自己保持信号の供給が、前記充電ダイオードｄ１のカソードに対してなされなければ、前記給電ＦＥＴｕ１、前記給電制御ＦＥＴｕ２及び前記制御信号供給回路５に電流が流れない状態となり、前記分圧抵抗器の抵抗値を高く設定すれば、前記蓄電池１の放電を、数マイクロアンペアから数ナノアンペアにまで抑えることが可能となり、長期間における放置にあっても、再び使用する際の電源を確保できることとなる。
しかも、前記自己保持信号を供給するスロットル装置４は、前記負荷の運転時においてのみ当該自己保持信号を供給するので、待機時において蓄電池１の電力を消費する虞はない。

１ 蓄電池，２ 電気モーター，３ モータードライバ，４ スロットル装置，
５ 制御信号供給回路，６ 電源スイッチ，
ｕ１ 給電ＦＥＴ，ｕ２ 給電制御ＦＥＴ，
ｒ１ バイアス抵抗器，ｒ２ ドレイン抵抗器，ｒ３ 分圧抵抗器，
ｒ４ 分圧抵抗器，ｒ５ 保護抵抗器，ｒ６ 制御バイアス抵抗器，
ｃ コンデンサ，
ｄ１ 充電ダイオード，ｄ２ 放電ダイオード，ｄ３ ダイオード，
Ｐ１ 分圧点，Ｐ２ 自己保持点，

Claims (4)

1. 蓄電池及び当該蓄電池から給電される一又は複数の負荷に接続され前記蓄電池から前記負荷への給電を制御する給電制御回路において、
   前記負荷の運転状況を検知する運転検知手段と、
   前記蓄電池の電力を前記負荷に供給するＰチャネルＦＥＴと、
   当該ＰチャネルＦＥＴのオンオフを制御するＮチャネルＦＥＴと、
   当該ＮチャネルＦＥＴのオンオフを制御する制御信号供給回路を備え、
   前記制御信号供給回路は、
   前記ＮチャネルＦＥＴのゲートに前記ＮチャネルＦＥＴのオン電圧以上の給電制御信号を設定期間維持するコンデンサを備え、
   前記運転検知手段は、前記負荷の運転時において前記ＮチャネルＦＥＴのゲートに前記オン電圧以上の給電制御信号を設定期間保持する自己保持信号を当該設定期間に一度以上供給することを特徴とする給電制御回路。
2. 蓄電池、当該蓄電池から給電される一又は複数の負荷及び前記蓄電池から前記負荷への電源の供給・遮断を行うスイッチに接続され前記蓄電池から前記負荷への給電を制御する給電制御回路において、
   前記負荷の運転状況を検知する運転検知手段と、
   前記蓄電池の電力を前記負荷に供給するＰチャネルＦＥＴと、
   当該ＰチャネルＦＥＴのオンオフを制御するＮチャネルＦＥＴと、
   当該ＮチャネルＦＥＴのオンオフを制御する制御信号供給回路を備え、
   前記制御信号供給回路は、
   前記電源の供給時において前記蓄電池とＧＮＤとの間に前記ＮチャネルＦＥＴのオン電圧以上の分圧点を形成する分圧抵抗器と、
   前記電源の供給時において前記分圧点と前記ＮチャネルＦＥＴのゲートとの間に前記ＮチャネルＦＥＴのオン電圧以上の給電制御信号を設定期間維持するコンデンサを備え、
   前記運転検知手段は、前記負荷の運転時において前記ＮチャネルＦＥＴのゲートに前記オン電圧以上の給電制御信号を設定期間保持する自己保持信号を当該設定期間に一度以上供給することを特徴とする給電制御回路。
3. 前記電源の供給・遮断を行うスイッチは、自動戻りスイッチであることを特徴とする前記請求項２に記載の給電制御回路。
4. 前記負荷は、電動車両の電動モーター又は電動モーター及びそのモータードライバであり、前記運転検知手段の検知対象は、前記電動車両のスロットル操作又はそれに伴う負荷の動作であることを特徴とする前記請求項１乃至前記請求項３のいずれかに記載の給電制御回路。
   

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