JP2022117869A - 充電回路及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリに充電された電力を有効に利用可能な充電回路及び電気機器を提供する。【解決手段】充電回路は、電源からの入力電圧を下降させる降圧部と、降圧部からの出力電圧を上昇させる昇圧部と、降圧部と昇圧部との間に存在する接続点と、電源からの電力又は電源からの電力により充電されるバッテリからの電力により駆動するデバイスとを、デバイスへの入力電圧を所定の基準電圧値に調整する電源回路を迂回するように接続するバイパス部と、バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、バイパス部を介してバッテリからの電力をデバイスに供給するとき、デバイスへの入力電圧が基準電圧値となるように、降圧部、昇圧部、第１スイッチング素子、及び第２スイッチング素子を制御する制御部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、充電回路及び電気機器に関する。

パーソナルコンピュータ等の電気機器において、交流電源等の外部電源からの電力をバッテリに充電する際に電圧の調整等を行う充電回路が利用されている。

特開２０１５－２１１５４１号公報

電気機器に備えられた各種デバイス（例えばＣＰＵ、メモリ、ディスプレイ等）に電力を供給する際には、デバイスへの入力電圧がデバイス毎に設定された基準電圧値となるように調整される。従来技術においては、バッテリから出力される電圧が基準電圧値よりある程度高い必要があり、バッテリに充電された電力を使い切ることが困難であった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、バッテリに充電された電力を有効に利用可能な充電回路及び電気機器を提供することを目的とする。

本発明の第１態様に係る充電回路は、電源からの入力電圧を下降させる降圧部と、前記降圧部からの出力電圧を上昇させる昇圧部と、前記降圧部と前記昇圧部との間に存在する接続点と、前記電源からの電力又は前記電源からの電力により充電されるバッテリからの電力により駆動するデバイスとを、前記デバイスへの入力電圧を所定の基準電圧値に調整する電源回路を迂回するように接続するバイパス部と、前記バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、前記バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給するとき、前記デバイスへの入力電圧が前記基準電圧値となるように、前記降圧部、前記昇圧部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を制御する制御部と、を備えるものである。

また、本発明の第２態様に係る充電回路は、電源からの入力電圧を下降させる第１降圧部と、前記第１降圧部からの出力電圧又は前記電源からの電力により充電されるバッテリからの出力電圧を下降させる第２降圧部と、前記第１降圧部と前記第２降圧部との間に存在する接続点と、前記電源からの電力又は前記バッテリからの電力により駆動するデバイスとを、前記第２降圧部を迂回するように接続するバイパス部と、前記バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、前記バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給するとき、前記デバイスへの入力電圧が所定の基準電圧値となるように、前記第１降圧部、前記第２降圧部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を制御する制御部と、を備えるものである。

また、本発明の第３態様に係る電気機器は、電源からの電力を充電するバッテリと、前記電源からの電力又は前記バッテリからの電力により駆動するデバイスと、前記デバイスへの入力電圧を所定の基準電圧値に調整する電源回路と、前記電源から前記バッテリへの供給される電力の電圧を調整する充電回路と、を備え、前記充電回路は、前記電源からの入力電圧を下降させる降圧部と、前記降圧部からの出力電圧を上昇させる昇圧部と、前記降圧部と前記昇圧部との間に存在する接続点と、前記デバイスとを、前記電源回路を迂回するように接続するバイパス部と、前記バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、前記バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給するとき、前記デバイスへの入力電圧が前記基準電圧値となるように、前記降圧部、前記昇圧部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を制御する制御部と、を備えるものである。

また、本発明の第４態様に係る電気機器は、電源からの電力を充電するバッテリと、前記電源からの電力又は前記バッテリからの電力により駆動するデバイスと、前記電源から前記バッテリへ供給される電力の電圧を調整する充電回路と、を備え、前記充電回路は、前記電源からの入力電圧を下降させる第１降圧部と、前記第１降圧部からの出力電圧又は前記バッテリからの出力電圧を下降させる第２降圧部と、前記第１降圧部と前記第２降圧部との間に存在する接続点と、前記デバイスとを、前記第２降圧部を迂回するように接続するバイパス部と、前記バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、前記バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給するとき、前記デバイスへの入力電圧が所定の基準電圧値となるように、前記第１降圧部、前記第２降圧部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を制御する制御部と、を備えるものである。

本発明によれば、バッテリに充電された電力を有効に利用可能な充電回路及び電気機器を提供できる。

図１は、第１実施形態に係る電気機器の構成の一例を示す図である。 図２は、第１実施形態に係る５Ｖ電源回路の構成の一例を示す図である。 図３は、第１実施形態に係る各動作モードにおけるＡＣアダプタの有無と５Ｖデバイスへの入力電圧と５Ｖデバイスへ電力供給する回路との関係を示すテーブルである。 図４は、第１実施形態に係る各動作モードにおける各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示すテーブルである。 図５は、第１実施形態に係る動作モードにおける電力の流れの一例を示す図である。 図６は、第１実施形態に係る動作モードを選択する際の流れの一例を示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態に係る電気機器の構成の一例を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る各動作モードにおけるＡＣアダプタの有無と５Ｖデバイスへの入力電圧と５Ｖデバイスへ電力供給する回路との関係を示すテーブルである。 図９は、第２実施形態に係る各動作モードにおける各スイッチのＯＮ／ＯＦＦ状態を示すテーブルである。 図１０は、第２実施形態に係る動作モードにおける電力の流れの一例を示す図である。 図１１は、第２実施形態に係る動作モードを選択する際の流れの一例を示すフローチャートである。

以下に、実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施形態により開示技術が限定されるものではない。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る電気機器１の構成の一例を示す図である。電気機器１は、電力を利用して所定の機能を実現する機器である。電気機器１の種類は特に限定されるべきものではないが、例えば、パーソナルコンピュータ等であり得る。電気機器１は、充電回路１１、ＡＣアダプタ１２、ロードスイッチ１３、バッテリ１４、複数のデバイス１５、及び複数の電源回路１６を備える。

ＡＣアダプタ１２は、電源（商用電源等）から供給される交流電力に対して電圧調整及び直流化を施し、所定の電圧の直流電力を出力する。ロードスイッチ１３は、ＡＣアダプタ１２と充電回路１１との接続のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチング素子である。ロードスイッチ１３は、例えばＡＣアダプタ１２が接続された場合にＯＮとなり、ＡＣアダプタ１２からの電力を充電回路１１へ導く。

バッテリ１４は、ＡＣアダプタ１２からの電力を充電する。バッテリ１４に充電された電力は、ＡＣアダプタ１２からの電力供給が遮断された場合にデバイス１５に供給される。本実施形態に係るバッテリ１４は、２つのバッテリセルが直列接続された２直バッテリであり、その下限出力電圧値が５．５Ｖに設定されたものである。下限出力電圧値とは、出力可能な電圧値の下限値であり、バッテリ１４からの出力電圧ＰＶが下限出力電圧値より小さくなると、バッテリ１４からの電力供給が停止される。下限出力電圧値は、通常、バッテリセルの接続数に応じて設定され、接続数が多いほど高く設定される。

複数のデバイス１５のそれぞれは、ＡＣアダプタ１２からの電力又はバッテリ１４からの電力により駆動する。デバイス１５の種類は特に限定されるべきものではないが、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、ディスプレイ、タッチパネル、スピーカ、マイク等であり得る。複数のデバイス１５のそれぞれには、所定の基準電圧値が設定されている。基準電圧値は、デバイス１５が正常に動作するために必要な電圧値であり、所定の範囲（上限値及び下限値）を有するものであってもよい。本実施形態に係る複数のデバイス１５は、５Ｖデバイス１５Ａ及び他のデバイス１５Ｂを含む。５Ｖデバイス１５Ａの基準電圧値は５Ｖに設定され、他のデバイス１５Ｂの基準電圧値は５Ｖ以外の値（たとえば３Ｖ等）に設定されている。５Ｖデバイス１５Ａは、複数のデバイス１５のうち基準電圧値がバッテリ１４の下限出力電圧値（本実施形態では５．５Ｖ）に最も近いデバイスの一例である。なお、図１においては、他のデバイス１５Ｂが１つ存在する構成が例示されているが、他のデバイス１５Ｂは複数存在してもよく、複数の他のデバイス１５Ｂのそれぞれが異なる基準電圧値を有してもよい。また、基準電圧値が５Ｖより高い値に設定された他のデバイス１５Ｂが存在してもよい。

複数の電源回路１６のそれぞれは、ＡＣアダプタ１２又はバッテリ１４から各デバイス１５へ供給される電力の電圧を各デバイス１５の基準電圧値に調整する。本実施形態に係る複数の電源回路１６は、５Ｖデバイス１５Ａに対応する５Ｖ電源回路１６Ａ及び他のデバイス１５Ｂに対応する他の電源回路１６Ｂを含む。５Ｖ電源回路１６Ａは、５Ｖデバイス１５Ａへの入力電圧Ｖｓｙｓを５Ｖデバイス１５Ａに対応する基準電圧値（５Ｖ）に調整する。他の電源回路１６Ｂは、他のデバイス１５Ｂへの入力電圧Ｖｓｙｓを他のデバイス１５Ｂに対応する基準電圧値（例えば３Ｖ等）に調整する。電源回路１６の具体的構成は特に限定されるべきものではないが、例えば、周知の降圧コンバータ等を利用して構成され得る。

図２は、第１実施形態に係る５Ｖ電源回路１６Ａの構成の一例を示す図である。ここで例示する５Ｖ電源回路１６Ａは、降圧コンバータを構成するものであり、ハイサイドスイッチＱ１１、ローサイドスイッチＱ１２、コイル４３、及び接地コンデンサ４１，４２，４４を含む。ハイサイドスイッチＱ１１及びローサイドスイッチＱ１２は、相反するＯＮ／ＯＦＦ動作を行うＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）である。ハイサイドスイッチＱ１１及びローサイドスイッチＱ１２のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することにより、５Ｖデバイス１５Ａへの入力電圧Ｖｓｙｓを基準電圧値である５Ｖまで下降させることができる。

充電回路１１（図１参照）は、ＡＣアダプタ１２からバッテリ１４に供給（充電）される電力の電圧を調整する回路である。充電回路１１は、降圧部２１、昇圧部２２、バイパス部２４、コントローラ２５（制御部）、及び充電切替スイッチＱ９を含む。

降圧部２１は、ＡＣアダプタ１２からの入力電圧を下降させる回路（降圧コンバータ）の一部を構成する部分である。降圧部２１は、ハイサイドスイッチＱ１及びローサイドスイッチＱ２を含む。ハイサイドスイッチＱ１及びローサイドスイッチＱ２は、コントローラ２５からの制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦを切り替えるＭＯＳＦＥＴである。ロードスイッチ１３（ＡＣアダプタ１２）とハイサイドスイッチＱ１のドレインとの間に接地コンデンサ３１が接続され、ローサイドスイッチＱ２のソースは接地している。ハイサイドスイッチＱ１のソースとローサイドスイッチＱ２のドレインとが接続する第１接続点３５と、昇圧部２２の第２接続点３６との間には、コイル３２が接続されている。ハイサイドスイッチＱ１及びローサイドスイッチＱ２が所定のタイミングで相反するＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことで、ＡＣアダプタ１２からの入力電圧を下降させることができる。

昇圧部２２は、降圧部２１からの出力電圧を昇圧させる回路（昇圧コンバータ）の一部を構成する部分である。昇圧部２２は、ローサイドスイッチＱ３及びハイサイドスイッチＱ４を含む。ローサイドスイッチＱ３及びハイサイドスイッチＱ４は、コントローラ２５からの制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦを切り替えるＭＯＳＦＥＴである。ローサイドスイッチＱ３のソースは接地しており、ハイサイドスイッチＱ４のドレインは接地コンデンサ３３と接続している。ローサイドスイッチＱ３のドレインとハイサイドスイッチＱ４のソースとが接続する第２接続点３６には、コイル３２が接続されている。ローサイドスイッチＱ３及びハイサイドスイッチＱ４が所定のタイミングで相反するＯＮ／ＯＦＦ動作を行うことで、降圧部２１からの出力電圧を上昇させることができる。

充電切替スイッチＱ９は、昇圧部２２からの電力が出力される出力点３７とバッテリ１４との間に接続されている。充電切替スイッチＱ９は、コントローラ２５からの制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦを切り替えるＭＯＳＦＥＴである。ＡＣアダプタ１２から電力が供給されているとき、充電切替スイッチＱ９をＯＮにすることにより、ＡＣアダプタ１２からの電力がバッテリ１４に充電される。また、出力点３７は、各電源回路１６（本実施形態では５Ｖ電源回路１６Ａ及び他の電源回路１６Ｂ）と接続している。本実施形態においては、出力点３７の電圧値が各デバイス１５（各電源回路１６）への入力電圧Ｖｓｙｓとなる。ＡＣアダプタ１２が接続されていない（外部電源から電力が供給されていない）とき、充電切替スイッチＱ９をＯＮにし、少なくともハイサイドスイッチＱ４をＯＦＦにすることにより、バッテリ１４の電力を電源回路１６に供給できる。

バイパス部２４は、降圧部２１と昇圧部２２との間に存在する第３接続点３８（接続点）と、５Ｖデバイス１５Ａとを、５Ｖ電源回路１６Ａを迂回するように接続する回路（導線）である。バイパス部２４には、第１バイパススイッチＱ５（第１スイッチング素子）、第２バイパススイッチＱ６（第２スイッチング素子）、及び接地コンデンサ３９が接続されている。第１バイパススイッチＱ５及び第２バイパススイッチＱ６は、コントローラ２５からの制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦを切り替えるＭＯＳＦＥＴである。第１バイパススイッチＱ５のソースと第３接続点３８とが接続している。第１バイパススイッチＱ５のドレインと第２バイパススイッチＱ６のソースとが接続している。第２バイパススイッチＱ６のドレインと接地コンデンサ３９とが接続している。

コントローラ２５は、充電回路１１に含まれる複数のスイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ９のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるための制御信号（ゲート電圧）を出力する。コントローラ２５は、ＡＣアダプタ１２からの電力をバッテリ１４に充電するとき、充電切替スイッチＱ９をＯＮにし、ＡＣアダプタ１２からの入力電圧がバッテリ１４に適合する電圧となるように、降圧部２１を構成するハイサイドスイッチＱ１及びローサイドスイッチＱ２のＯＮ／ＯＦＦ動作、並びに昇圧部２２を構成するローサイドスイッチＱ３及びハイサイドスイッチＱ４のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。

また、本実施形態に係るコントローラ２５は、ＡＣアダプタ１２からの電力又はバッテリ１４からの電力を５Ｖデバイス１５Ａに供給する際に、状況に応じて後述する３つの動作モードＡ、動作モードＢ、又は動作モードＣのいずれかを実行する。

図３は、第１実施形態に係る各動作モードＡ，Ｂ，ＣにおけるＡＣアダプタ１２の有無と５Ｖデバイス１５Ａへの入力電圧Ｖｓｙｓと５Ｖデバイス１５Ａへ電力供給する回路との関係を示すテーブルである。図４は、第１実施形態に係る各動作モードＡ，Ｂ，Ｃにおける各スイッチＱ１～Ｑ６のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すテーブルである。

動作モードＡは、図３に示すように、ＡＣアダプタ１２が接続されている（外部電源から電力が供給されている）場合に実行される。このとき、５Ｖデバイス１５Ａへ電力供給する回路は、５Ｖ電源回路１６Ａとなり、入力電圧Ｖｓｙｓ（出力点３７の電圧値）は、ＡＣアダプタ１２からの入力電圧が降圧部２１及び昇圧部２２によって調整され、システムで設定された電圧値として出力される。動作モードＡの実行時には、図４に示すように、第１バイパススイッチＱ５及び第２バイパススイッチＱ６が常時オフとなり、ハイサイドスイッチＱ１とローサイドスイッチＱ２とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行い、ローサイドスイッチＱ３とハイサイドスイッチＱ４とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

動作モードＢは、図３に示すように、ＡＣアダプタ１２が接続されておらず、且つ入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ以上である場合に実行される。当該６．５Ｖは、降圧処理のみで基準電圧値である５Ｖを生成可能な値として設定された閾値の一例である。このとき、５Ｖデバイス１５Ａへ電力供給する（電圧調整を行う）回路は、５Ｖ電源回路１６Ａとなる。動作モードＢの実行時には、図４に示すように、充電切替スイッチＱ９を除く全てのスイッチＱ１～Ｑ６が常時ＯＦＦとなる。

動作モードＣは、図３に示すように、ＡＣアダプタ１２が接続されておらず、且つ入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ未満である場合に実行される。このとき、５ＶデバイスＡへ電力供給する回路は、充電回路１１となる。動作モードＣの実行時には、図４に示すように、ハイサイドスイッチＱ１が常時ＯＦＦとなり、第２バイパススイッチＱ６が常時ＯＮとなる。そして、ローサイドスイッチＱ２と第１バイパススイッチＱ５とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行い、ローサイドスイッチＱ３とハイサイドスイッチＱ４とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。すなわち、入力電圧ＰＶが６．５Ｖ未満となったとき、充電回路１１を昇降圧回路として機能させる。

図５は、第１実施形態に係る動作モードＣにおける電力の流れの一例を示す図である。上記動作モードＣの実行時には、バッテリ１４からの電力は、バイパス部２４を介して５Ｖ電源回路１６Ａを迂回するように５Ｖデバイス１５Ａに供給される。このとき、昇圧部２２に含まれるローサイドスイッチＱ３及びハイサイドスイッチＱ４は、バイパス部２４を介してバッテリ１４からの電力を５Ｖデバイス１５Ａへ供給する際に入力電圧Ｖｓｙｓを下降させるバイパス降圧部４７として作用する。また、降圧部２１（図１参照）に含まれるローサイドスイッチＱ２とバイパス部２４に設けられた第１バイパススイッチＱ５とは、バイパス部２４を介してバッテリ１４からの電力を５Ｖデバイス１５Ａへ供給する際に入力電圧Ｖｓｙｓを上昇させるバイパス昇圧部４８として作用する。これにより、入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ未満となった場合に、充電回路１１を昇降圧回路として機能させることができる。

図６は、第１実施形態に係る動作モードＡ，Ｂ，Ｃを選択する際の流れの一例を示すフローチャートである。先ず、ＡＣアダプタ１２が接続されているか（外部電源から電力が供給されているか）否かが判定され（Ｓ１０１）、ＡＣアダプタ１２が接続されている場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、動作モードＡが実行される。ＡＣアダプタ１２が接続されていない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、入力電圧Ｖｓｙｓ（本実施形態では出力点３７の電圧値）が６．５Ｖ以上か否かが判定される（Ｓ１０２）。入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ以上である場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、動作モードＢが実行され、入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ以上でない場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、動作モードＣが実行される。

以上のように、本実施形態によれば、５Ｖデバイス１５Ａ（５Ｖ電源回路１６Ａ）への入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ未満となった場合でも、充電回路１１を昇降圧回路として機能させることにより、バッテリ１４の電力により５Ｖデバイス１５Ａを駆動させることができる。これにより、バッテリ１４の電力を有効に利用することが可能となる。

また、上記実施形態において、コントローラ２５は、入力電圧Ｖｓｙｓが閾値（６．５Ｖ）より低くなったとき、降圧部２１に含まれるスイッチング素子（ローサイドスイッチＱ２）と第１バイパススイッチＱ５とを、バイパス部２４を介してバッテリ１４からの電力を５Ｖデバイス１５Ａに供給する際に入力電圧Ｖｓｙｓを上昇させるバイパス昇圧部４８として動作させる。これにより、バイパス部２４を利用したバッテリ１４の使用時において、充電回路１１を昇圧回路として利用できる。

また、上記実施形態において、コントローラ２５、入力電圧Ｖｓｙｓが閾値（６．５Ｖ）より低くなったとき、昇圧部２２を、バイパス部２４を介してバッテリ１４からの電力を５Ｖデバイス１５Ａに供給する際に入力電圧Ｖｓｙｓを下降させるバイパス降圧部４７として動作させる。これにより、バイパス部２４を利用したバッテリ１４の使用時において、充電回路１１を昇降圧回路として利用できる。

また、上記実施形態において、バイパス部２４は、複数のデバイス１５のうち基準電圧値がバッテリ１４の下限出力電圧値（５．５Ｖ）に最も近いデバイス（５Ｖデバイス１５Ａ）と接続する。これにより、バッテリ１４の電力を最も有効に利用できる。

以下に他の実施形態について図面を参照して説明するが、第１実施形態と同一又は同様の箇所については同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。

（第２実施形態）
図７は、第２実施形態に係る電気機器１０１の構成の一例を示す図である。本実施形態に係る充電回路１１１は、ＡＣアダプタ１２からバッテリ１４に供給（充電）される電力の電圧を調整する回路であり、第１降圧部２１、第２降圧部１２１、バイパス部１２２、及びコントローラ１２３を含む。

第１降圧部２１は、第１実施形態に係る降圧部２１と同様に、ＡＣアダプタ１２からの入力電圧を下降させる回路の一部を構成する。第２降圧部１２１は、第１降圧部２１からの出力電圧又はバッテリ１４からの出力電圧ＰＶを下降させる回路の一部を構成する。第２降圧部１２１は、第１実施形態に係る５Ｖ電源回路１６Ａと同様の作用効果を奏するものであり、第２降圧部１２１により電圧が５Ｖに調整された電力が５Ｖデバイス１５Ａに供給される。

第２降圧部１２１は、ハイサイドスイッチＱ７及びローサイドスイッチＱ８を含む。ハイサイドスイッチＱ７及びローサイドスイッチＱ８は、コントローラ１２３からの制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦを切り替えるＭＯＳＦＥＴである。ハイサイドスイッチＱ７のドレインは、第１降圧部２１からの電力が出力される出力点１２５及びバッテリ１４からの電力が出力される出力点１２６と接続している。ハイサイドスイッチＱ７のソースとローサイドスイッチＱ８のドレインとが第４接続点１２７で接続し、ローサイドスイッチＱ８のソースが接地している。コイル１３１は第４接続点１２７に接続されている。コイル１３１と５Ｖデバイス１５Ａとの間には、接地コンデンサ１３２が接続されている。ハイサイドスイッチＱ７及びローサイドスイッチＱ８のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御することにより、５Ｖデバイス１５Ａへの入力電圧Ｖｓｙｓを５Ｖまで下降させることができる。

本実施形態に係るバイパス部１２２は、第１降圧部２１と第２降圧部１２１との間に存在する第５接続点１４１（接続点）と、５Ｖデバイス１５Ａ（第２降圧部１２１の出力点１２８）とを、第２降圧部１２１を迂回するように接続する回路（導線）である。バイパス部１２２には、第１バイパススイッチＱ５（第１スイッチング素子）及び第２バイパススイッチＱ６（第２スイッチング素子）が接続されている。第１バイパススイッチＱ５及び第２バイパススイッチＱ６は、コントローラ１２３からの制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦを切り替えるＭＯＳＦＥＴである。第１バイパススイッチＱ５のソースと第５接続点１４１とが接続している。第１バイパススイッチＱ５のドレインと第２バイパススイッチＱ６のソースとが接続している。第２バイパススイッチＱ６のドレインは５Ｖデバイス１５Ａと接続している。

本実施形態に係るコントローラ１２３は、充電回路１１１に含まれる複数のスイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９のそれぞれのＯＮ／ＯＦＦを切り替えるための制御信号（ゲート電圧）を出力する。コントローラ１２３は、ＡＣアダプタ１２からの電力をバッテリ１４に充電するとき、充電切替スイッチＱ９のＯＮにし、ＡＣアダプタ１２からの入力電圧がバッテリ１４に適合する電圧となるように、ハイサイドスイッチＱ１及びローサイドスイッチＱ２のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する。

また、コントローラ１２３は、ＡＣアダプタ１２からの電力又はバッテリ１４からの電力を５Ｖデバイス１５Ａに供給する際に、状況に応じて後述する４つの動作モード１、動作モード２、動作モード３、又は動作モード４のいずれかを実行する。

図８は、第２実施形態に係る各動作モード１，２，３，４におけるＡＣアダプタ１２の有無と５Ｖデバイス１５Ａへの入力電圧Ｖｓｙｓと５Ｖデバイス１５Ａへ電力供給する回路との関係を示すテーブルである。図９は、第２実施形態に係る各動作モード１，２，３，４における各スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８のＯＮ／ＯＦＦ状態を示すテーブルである。

動作モード１は、図８に示すように、ＡＣアダプタ１２が接続されている（外部電源から電力が供給されている）場合に実行される。このとき、５Ｖデバイス１５Ａへ電力供給する回路は、第２降圧部１２１となり、５Ｖデバイス１５Ａへの入力電圧Ｖｓｙｓ（出力点１２８の電圧値）は、ＡＣアダプタ１２からの入力電圧が降圧部２１によって調整され、システムで設定された電圧値として出力される。動作モード１の実行時には、図９に示すように、第１バイパススイッチＱ５及び第２バイパススイッチＱ６が常時オフとなり、ハイサイドスイッチＱ１とローサイドスイッチＱ２とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行い、ローサイドスイッチＱ７とハイサイドスイッチＱ８とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

動作モード２は、図８に示すように、ＡＣアダプタ１２が接続されておらず、且つ入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ以上である場合に実行される。当該６．５Ｖは、降圧処理のみで基準電圧値である５Ｖを生成可能な値として設定された上限閾値の一例である。このとき、５Ｖデバイス１５Ａへ電力供給する（電圧調整を行う）回路は、第２降圧部１２１となる。動作モード２の実行時には、図９に示すように、ハイサイドスイッチＱ１及びローサイドスイッチＱ２、並びに第１バイパススイッチＱ５及び第２バイパススイッチＱ６が常時オフとなり、ローサイドスイッチＱ７とハイサイドスイッチＱ８とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

動作モード３は、図８に示すように、ＡＣアダプタ１２が接続されておらず、且つ入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ未満且つ５．５Ｖ以上である場合に実行される。５．５Ｖは、降圧処理と昇圧処理とを組み合わせることにより基準電圧値である５Ｖを生成可能な下限値として設定された下限閾値の一例である。このとき、５Ｖデバイス１５Ａへ電力供給する回路は、ローサイドスイッチＱ２と第１バイパススイッチＱ５との組み合わせにより構成されるバイパス昇圧部と、第２降圧部１２１との両方となる。動作モード３の実行時には、図９に示すように、ハイサイドスイッチＱ１が常時ＯＦＦとなり、第２バイパススイッチＱ６が常時ＯＮとなる。そして、ローサイドスイッチＱ２と第１バイパススイッチＱ５とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行い、ローサイドスイッチＱ７とハイサイドスイッチＱ８とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

動作モード４は、図８に示すように、ＡＣアダプタ１２が接続されておらず、且つ入力電圧Ｖｓｙｓが５．５Ｖ未満である場合に実行される。このとき、５ＶデバイスＡへ電力供給する回路は、ローサイドスイッチＱ２と第１バイパススイッチＱ５との組み合わせにより構成されるバイパス昇圧部となる。動作モード４の実行時には、図９に示すように、ローサイドスイッチＱ７及びハイサイドスイッチＱ８が常時ＯＦＦとなり、第２バイパススイッチＱ６が常時ＯＮとなる。そして、ローサイドスイッチＱ２と第１バイパススイッチＱ５とが相反するようにＯＮ／ＯＦＦ動作を行う。

図１０は、第２実施形態に係る動作モード３，４における電力の流れの一例を示す図である。動作モード４の実行時には、バッテリ１４からの電力は、バイパス部１２２を介して第２降圧部１２１を迂回するように５Ｖデバイス１５Ａに供給される。このとき、第１降圧部２１（図７参照）に含まれるローサイドスイッチＱ２とバイパス部１２２に設けられた第１バイパススイッチＱ５とは、バイパス部１２２を介してバッテリ１４からの電力を５Ｖデバイス１５Ａへ供給する際に入力電圧Ｖｓｙｓを上昇させるバイパス昇圧部１５１として作用する。これにより、入力電圧Ｖｓｙｓが５．５Ｖ未満となった場合に、充電回路１１１を昇圧回路として機能させることができる。

また、動作モード３の実行時には、バッテリ１４からの電力は、バイパス部１２２を介して第２降圧部１２１を迂回するように５Ｖデバイス１５Ａに供給されると共に、第２降圧部１２１を介して５Ｖデバイス１５Ａに供給される。このとき、バッテリ１４からの出力電圧ＰＶは、バイパス昇圧部１５１により昇圧可能となり、第２降圧部１２１により降圧可能となる。このように、入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ未満５．５Ｖ以上となった場合に、充電回路１１１を昇降圧回路として機能させることができる。

図１１は、第２実施形態に係る動作モード１，２，３，４を選択する際の流れの一例を示すフローチャートである。先ず、ＡＣアダプタ１２が接続されているか（外部電源から電力が供給されているか）否かが判定され（Ｓ２０１）、ＡＣアダプタ１２が接続されている場合（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、動作モード１が実行される。ＡＣアダプタ１２が接続されていない場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、入力電圧Ｖｓｙｓ（本実施形態では出力点１２８の電圧値）が６．５Ｖ以上か否かが判定される（Ｓ２０２）。入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ以上である場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、動作モード２が実行される。入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ以上でない場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）、入力電圧Ｖｓｙｓが５．５Ｖ以上であるか否かが判定される（Ｓ２０３）。入力電圧Ｖｓｙｓが５．５Ｖ以上である場合（Ｓ２０３：Ｙｅｓ）、動作モード３が実行され、入力電圧Ｖｓｙｓが５．５Ｖ以上でない場合（Ｓ２０３：Ｎｏ）、動作モード４が実行される。

以上のように、本実施形態によれば、５Ｖデバイス１５Ａへの入力電圧Ｖｓｙｓが５．５Ｖ未満となった場合には、充電回路１１１を昇圧回路として機能させることができる。また、入力電圧Ｖｓｙｓが６．５Ｖ未満５．５Ｖ以上となった場合には、充電回路１１１を昇降圧回路として機能させることができる。これにより、バッテリ１４の電力を有効に利用することが可能となる。

また、上記実施形態において、コントローラ１２３は、入力電圧Ｖｓｙｓが下限閾値（５．５Ｖ）より低くなったとき、第１降圧部２１に含まれるスイッチング素子（ローサイドスイッチＱ２）と第１スイッチング素子（第１バイパススイッチＱ５）とを、バイパス部１２２を介してバッテリ１４からの電力を５Ｖデバイス１５Ａに供給する際に入力電圧Ｖｓｙｓを上昇させるバイパス昇圧部１５１として動作させる。これにより、バイパス部１２２を利用したバッテリ１４の使用時において、充電回路１１１を昇圧回路として利用できる。

また、上記実施形態において、コントローラ１２３は、入力電圧Ｖｓｙｓが下限閾値（５．５Ｖ）以上であり、且つ下限閾値より大きい上限閾値（６．５Ｖ）より低いとき、第１降圧部２１に含まれるスイッチング素子（ローサイドスイッチＱ２）と第１バイパススイッチＱ５とをバイパス昇圧部１５１として動作させ、且つ第２降圧部１２１を入力電圧Ｖｓｙｓが下降するように動作させる。これにより、バイパス部１２２を利用したバッテリ１４の使用時において、充電回路１１を昇降圧回路として利用できる。

また、上記実施形態において、バイパス部１２２は、複数のデバイス１５のうち基準電圧値がバッテリ１４の下限出力電圧値（５．５Ｖ）に最も近いデバイス（５Ｖデバイス１５Ａ）と接続する。これにより、バッテリ１４の電力を最も有効に利用できる。

（変形例）
上述した実施形態においては、バッテリ１４が２直バッテリであり、基準電圧値がバッテリ１４の下限出力電圧値に最も近いデバイスが５Ｖデバイス１５Ａである例を示したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、バッテリ１４が１直バッテリであり、その下限出力電圧値が比較的低い場合（例えば３．３Ｖ等）には、基準電圧値がバッテリ１４の下限出力電圧値に最も近いデバイスは、基準電圧値が３Ｖ程度の３Ｖデバイス等であってもよい。そして、上述した閾値（第１実施形態に係る閾値６．５Ｖ、第２実施形態に係る上限閾値６．５Ｖ及び下限閾値５．５Ｖ）は、これらのデバイスの基準電圧値に応じて適宜設定されればよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１，１０１…電気機器、１１，１１１…充電回路、１２…ＡＣアダプタ、１３…ロードスイッチ、１４…バッテリ、１５…デバイス、１５Ａ…５Ｖデバイス（最大電圧デバイス）、１５Ｂ…他のデバイス、１６…電源回路、１６Ａ…５Ｖ電源回路、１６Ｂ…他の電源回路、２１…降圧部、２２…昇圧部、２４，１２２…バイパス部、２５…コントローラ（制御部）、３８…第３接続点（接続点）、１２１…第２降圧部、１４１…第５接続点（接続点）、Ｑ１，Ｑ４，Ｑ７…ハイサイドスイッチ、Ｑ２，Ｑ３，Ｑ８…ローサイドスイッチ、Ｑ５…第１バイパススイッチ（第１スイッチング素子）、Ｑ６…第２バイパススイッチ（第２スイッチング素子）、Ｑ９…充電切替スイッチ

Claims (10)

1. 電源からの入力電圧を下降させる降圧部と、
   前記降圧部からの出力電圧を上昇させる昇圧部と、
   前記降圧部と前記昇圧部との間に存在する接続点と、前記電源からの電力又は前記電源からの電力により充電されるバッテリからの電力により駆動するデバイスとを、前記デバイスへの入力電圧を所定の基準電圧値に調整する電源回路を迂回するように接続するバイパス部と、
   前記バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、
   前記バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、
   前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給するとき、前記デバイスへの入力電圧が前記基準電圧値となるように、前記降圧部、前記昇圧部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を制御する制御部と、
   を備える充電回路。
2. 前記制御部は、前記デバイスへの入力電圧が閾値より低くなったとき、前記降圧部に含まれるスイッチング素子と前記第１スイッチング素子とを、前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給する際に前記デバイスへの入力電圧を上昇させるバイパス昇圧部として動作させる、
   請求項１に記載の充電回路。
3. 前記制御部は、前記デバイスへの入力電圧が閾値より低くなったとき、前記昇圧部を、前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給する際に前記デバイスへの入力電圧を下降させるバイパス降圧部として動作させる、
   請求項２に記載の充電回路。
4. 前記バイパス部は、複数の前記デバイスのうち前記基準電圧値が前記バッテリの下限出力電圧値に最も近いデバイスと接続する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の充電回路。
5. 電源からの入力電圧を下降させる第１降圧部と、
   前記第１降圧部からの出力電圧又は前記電源からの電力により充電されるバッテリからの出力電圧を下降させる第２降圧部と、
   前記第１降圧部と前記第２降圧部との間に存在する接続点と、前記電源からの電力又は前記バッテリからの電力により駆動するデバイスとを、前記第２降圧部を迂回するように接続するバイパス部と、
   前記バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、
   前記バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、
   前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給するとき、前記デバイスへの入力電圧が所定の基準電圧値となるように、前記第１降圧部、前記第２降圧部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を制御する制御部と、
   を備える充電回路。
6. 前記制御部は、前記デバイスへの入力電圧が下限閾値より低くなったとき、前記第１降圧部に含まれるスイッチング素子と前記第１スイッチング素子とを、前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給する際に前記デバイスへの入力電圧を上昇させるバイパス昇圧部として動作させる、
   請求項５に記載の充電回路。
7. 前記制御部は、前記デバイスへの入力電圧が前記下限閾値以上であり、且つ前記下限閾値より大きい上限閾値より低いとき、前記第１降圧部に含まれるスイッチング素子と前記第１スイッチング素子とを前記バイパス昇圧部として動作させ、且つ前記第２降圧部を前記デバイスへの入力電圧が下降するように動作させる、
   請求項６に記載の充電回路。
8. 前記バイパス部は、複数の前記デバイスのうち前記基準電圧値が前記バッテリの下限出力電圧値に最も近いデバイスと接続する、
   請求項５～７のいずれか１項に記載の充電回路。
9. 電源からの電力を充電するバッテリと、
   前記電源からの電力又は前記バッテリからの電力により駆動するデバイスと、
   前記デバイスへの入力電圧を所定の基準電圧値に調整する電源回路と、
   前記電源から前記バッテリへの供給される電力の電圧を調整する充電回路と、
   を備え、
   前記充電回路は、
   前記電源からの入力電圧を下降させる降圧部と、
   前記降圧部からの出力電圧を上昇させる昇圧部と、
   前記降圧部と前記昇圧部との間に存在する接続点と、前記デバイスとを、前記電源回路を迂回するように接続するバイパス部と、
   前記バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、
   前記バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、
   前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給するとき、前記デバイスへの入力電圧が前記基準電圧値となるように、前記降圧部、前記昇圧部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を制御する制御部と、
   を備える、
   電気機器。
10. 電源からの電力を充電するバッテリと、
    前記電源からの電力又は前記バッテリからの電力により駆動するデバイスと、
    前記電源から前記バッテリへ供給される電力の電圧を調整する充電回路と、
    を備え、
    前記充電回路は、
    前記電源からの入力電圧を下降させる第１降圧部と、
    前記第１降圧部からの出力電圧又は前記バッテリからの出力電圧を下降させる第２降圧部と、
    前記第１降圧部と前記第２降圧部との間に存在する接続点と、前記デバイスとを、前記第２降圧部を迂回するように接続するバイパス部と、
    前記バイパス部に設けられた第１スイッチング素子と、
    前記バイパス部に設けられた第２スイッチング素子と、
    前記バイパス部を介して前記バッテリからの電力を前記デバイスに供給するとき、前記デバイスへの入力電圧が所定の基準電圧値となるように、前記第１降圧部、前記第２降圧部、前記第１スイッチング素子、及び前記第２スイッチング素子を制御する制御部と、
    を備える、
    電気機器。

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