JP3345519B2 - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP3345519B2
JP3345519B2 JP25494394A JP25494394A JP3345519B2 JP 3345519 B2 JP3345519 B2 JP 3345519B2 JP 25494394 A JP25494394 A JP 25494394A JP 25494394 A JP25494394 A JP 25494394A JP 3345519 B2 JP3345519 B2 JP 3345519B2
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    • Y10S320/18Indicator or display
    • Y10S320/21State of charge of battery

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,ノートパソコン等の携
帯型電子機器における電源装置に関する。携帯型電子機
器は,内部電源として電池を使用している。そして,電
子機器は,電池の残量がなくなると正常に動作しなくな
るので電池残量を常に意識して使用する必要がある。特
に,ノートパソコン等の情報処理機器においては,電池
がなくなると処理中のデータが消失される危険があるの
で電池の残量をたえず確認し,早めに電池を交換する等
の対応をする必要がある。
【0002】本発明は,電池残量を正確に予測すること
のできる電源装置に関する。
【0003】
【従来の技術】図14は従来の電源装置を示す。図14
において,200は電池電源である。
【0004】Ri は電池電源200の内部抵抗である。
202はDC−DCコンバータである。203は主制御
スイッチ部である。
【0005】Tr1 はスイッチ用トランジスタである。
204はスイッチ制御部であって,トランジスタTr1
のオン,オフ制御を行うものである。
【0006】205は整流平滑部である。D1 はダイオ
ード,L1 はチョークコイル,C2 は平滑コンデンサで
ある。206は出力電圧検出部であって,出力電圧の変
動を検出するものである。
【0007】R1 ,R2 は分圧抵抗である。210は電
池残量予測部である。213は電池残量算出部であっ
て,一定間隔で電流測定用抵抗R3 の電圧降下を測定し
て電流値を積分し,使用総電流量を求め,電池の定格容
量値と比較して残量を予測するものである。
【0008】OP1 は比較部であって,電流測定用抵抗
3 の両端の電圧を比較して,電流値を表す比較結果を
電池残量算出部213に入力するものである。OP2
比較部であって,電池電源200の電圧を基準電圧Vr
efと比較し,比較結果を電池残量算出部213に入力
するものである。
【0009】214は,残量表示部であって,電池電源
200の残量を表示するものである。R3 は電池からの
流出電流を測定するための電流測定用抵抗である。
【0010】C1 は電源ノイズを吸収する等のための入
力コンデンサである。図14の構成の動作を説明する。
DC−DCコンバータ202において,トランジスタT
1 (以後,Tr1 と称する)がオンの期間にチョーク
コイルL1 (以後L1 と称する)に電流が流れ,エネル
ギーが蓄積される。Tr1 がオフの期間にL1 に蓄積さ
れたエネルギーによりL1 −コンデンサC2 −ダイオー
ドD1 の回路に電流が流れ,昇圧された直流電圧が出力
される。出力電圧検出部206は出力電圧を分圧してそ
の変動を検出し,スイッチ制御部204に信号を伝える
(以後,コンデンサC2 はC2 ,ダイオードD1 はD1
と称する)。スイッチ制御部204は出力電圧が低下し
た場合には,Tr1 のオンの期間を長くして,L1 に供
給するエネルギーが増加するようにし,出力電圧が高く
なった場合には,Tr1 のオンの期間を短くして,L1
に供給するエネルギーが減少するようにする。そのよう
にして,DC−DCコンバータ202は出力電圧の安定
化を計る。
【0011】図14の電源装置において,電池残量を予
測する方法には二通りの方法がある。 (1) 電池残量予測方法1 電池残量予測部210において,電池電源200から流
出する電流により電流測定用抵抗R3 (以後,単にR3
と称する)の両端に生じる電圧は比較部OP1 に入力さ
れる。比較部OP1 はその電圧値に基づいて電流値を表
す信号を発生する。電池残量算出部213はその電流値
と電圧値を一定間隔で求め,積算電力を算出する。そし
て,その積算電力と電池定格容量との差を計算すること
により残量を予測する。残量表示部214は予測残量を
表示する。
【0012】電池電源がNiCd電池,NiMH(Ni
金属水素)電池等の二次電池の場合には,充放電サイク
ルに従ってしだいに容量が減少するか或いは,放電する
電流値に依存して容量が変化する等のため,使用回数や
消費電流値に応じて定格容量を補正しないと正確な予測
残量を求めることができない。NiCd電池,NiMH
電池の場合には,放電時の電圧は1.2V/Cellと
殆ど平坦な電圧であるが,放電終了時には急激に電圧が
低下し,約1.0V/Cellで放電を終了する。そこ
で,NiCd電池,NiMH電池の残量を予測する場合
は,消費電流を測定するとともに電池自身の電圧も測定
し,放電終了時の電圧低下が現れた場合には早めに定格
容量に補正を加える等の処理を行う必要がある。そのた
め,図14において,電池残量算出部213は,比較部
の出力する信号に基づいて電池電源200の電圧を測定
する。
【0013】(2) 電池残量予測方法2 電池残量を予測する他の方法は,電池の電圧から電池残
量を予測する方法である。リチウム二次電池,乾電池等
は,NiCd電池やNiMHと異なり放電が進むに従っ
て放電電圧が低下する。このような放電が進むに従って
放電電圧が低下するタイプの電池では,比較部OP2
比較結果に基づいて電池電源200の電圧を測定し,残
量値の予測が可能である。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】従来の電源装置におけ
る上記(1) の残量予測方法によりNiCd電池,NiM
H(Ni金属水素)電池等の二次電池の残量を予測する
場合,充放電サイクルに従ってしだいに容量が減少する
か或いは,放電する電流値に依存して容量が変化する等
のため,使用回数や消費電流値に応じて定格容量を補正
しないと正確な予測残量を求めることができなかった。
【0015】上記(2) の方法によりリチウム二次電池,
乾電池等の残量を予測する場合は,電池容量が放電電流
値に依存し,単純に電圧を検出しても正確に残量を予測
することができなかった。さらに,このような電池は内
部抵抗Ri が大きいので,放電電流に依存して内部抵抗
i の電圧降下の大きさが異なるので正確な電池電源の
電圧を測定するためには,無負荷の状態における電圧を
測定する必要がある。そのため,正確な電圧測定が困難
であることから電圧測定値に基づく残量予測は実際には
余り行われていなかった。
【0016】また,ノートパソコン等における消費電流
は,装置の動作モードやアプリケーションソフトに依存
しており,装置が動作しているときは負荷の大きさに応
じて100mA〜2000mAの間で変動する。また,
電源に接続されている装置が停止中(スタンバイ状態)
においては小電流ではあるが装置の機器構成に応じて1
mA〜10mA程度の範囲で変動する。
【0017】電池の消費電流を制御するための電池残量
予測部(マイクロプロセッサを使用する)は,装置が動
作中の大電流消費状態でのみ消費電力の測定を行い,装
置が停止中(スタンバイ状態)のときは一律に数mAの
消費電流として経過時間から推定するようにしている。
この場合,装置を停止している時間が長いと実際の消費
電流値と異なることがあり,残量予測値を大幅に狂わせ
ることがあった。
【0018】これを防止するためには,電流測定回路を
大電流測定回路と微小電流測定回路用の2種類設けて各
消費電流値の範囲に従って測定する方法も考えられる
が,微小電流を測定するためには電流測定用抵抗をある
程度大きいものにする必要がある。そのことは,大電流
消費時の測定損失を大きくすることになり,実用的でな
い。
【0019】本発明は,無負荷で電池電圧を測定し,正
確に残量を予測できる電源装置および,接続されている
装置が動作を停止しているような負荷が小さい状態でも
電池消費電力を正確に測定し,電池残量を正確に予測す
ることのできる電源装置を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明の原理図(1) ,
(2) ,(3) は,無負荷状態で電池電圧を測定することに
より正確に電池電圧を測定するようにしたものである。
【0021】即ち,電池電源(1) と,電池電源の出力を
切り換え制御により断続して負荷に供給するするスイッ
チ部(5) と,該スイッチ部(5) が負荷に対して断のとき
に該スイッチ部(5) によって前記電池電源(1) に接続さ
れ,該電池電源(1) の電圧を測定する電圧測定部(3)
と,該電圧測定部(3) により測定された電圧から前記電
池電源(1) の残量を算出するようにしたものである。
【0022】また,本発明の原理図(4) ,(5) は,電池
電源(1) と,該電池電源(1) からの入力電圧を主制御ス
イッチ部(10)によって断続して所定の出力電圧に変換す
る電圧変換部(2) とを備えた電源装置において,前記電
圧変換部(2) の出力電圧を検出する出力電圧検出部(13)
と,前記出力電圧検出部(13)により検出された出力電圧
に基づき,前記主制御スイッチ部(10)の断続を指示する
ためのスイッチ信号を出力するスイッチ信号発生部(1
1') と,該スイッチ信号発生部(11') により出力される
スイッチ信号の断続回数を計数する計数部(30)と,該計
数部(30)の計数値に基づいて前記電池電源の電流値を求
める電流値測定部(31)とを備え,該電流値測定部(31)に
よって求められた電流値から前記電池電源の残量を求め
る電池残量算出部(22)とを備えるようにした。
【0023】図1は本発明の原理図(1) を示す。図1に
おいて,1は電池電源である。
【0024】3は電圧測定部であって,電池電源の無負
荷電圧を測定するものである。5はスイッチ部であっ
て,スイッチ動作により,電池電源1から負荷14に供
給する電力を制御するものである。
【0025】14は負荷である。22は電池残量算出部
であって,電池電源1の解放電圧に基づいて電池の残量
を予測するものである。
【0026】23は残量表示部であって,電池残量を表
示するものである。図2を参照して,図1の本発明の原
理図(1) の動作を説明する。図2は本発明の基本構成の
動作説明図であって,スイッチ部5と電圧測定部3の動
作の関係を示す。
【0027】図2に示すように,スイッチ動作し,負荷
14に供給する電力を制御する。スイッチ部5は電池電
源1と負荷14の接続が断のときに電圧測定部3が電池
電源1に接続されるようにようにする。その結果,電圧
測定部3はスイッチ部5と負荷14の接続が断のとき
に,電池電源1の電圧を測定する。
【0028】電池残量算出部22は電圧測定部3の測定
した電圧値により電池残量を算出し,残量表示部23は
電池残量を表示する。図3は本発明の原理図(2) を示
す。図3はスイッチ部5を負荷14と電池電源1との接
続の断続制御をする主制御スイッチ部10と,主制御ス
イッチ部10のオフの間に電圧測定部3と電池電池1の
接続をとる電圧測定スイッチ部20とにより構成したも
のである。
【0029】図3において,1は電池電源である。2は
電圧変換部であって,電池電源1の電圧を入力して,所
定の出力電圧に変換するものである。
【0030】10は主制御スイッチ部である。20は電
圧測定スイッチ部であって,主制御スイッチ部10がオ
フの期間に電池電源1と電圧測定部3の接続をとり,主
制御スイッチ部10がオンの期間に電池電源1と電圧測
定部3の接続をオフにするものである。
【0031】22は電池残量算出部であって,電圧測定
部3の測定値に基づいて電池電源1の電池残量を予測す
るものである。23は残量表示部である。
【0032】図3の本発明の原理図(2) の動作を説明す
る。図3の構成において,電圧変換部2は電圧測定スイ
ッチ部20を制御し,主制御スイッチ部10がオフの期
間に電圧測定スイッチ部20の電池電源1と電圧測定部
3との間の接続をとり,主制御スイッチ部10がオンの
期間に電圧測定スイッチ部20をオフとする。
【0033】その結果,電圧測定部3は電池電源1が負
荷14に接続されていない無負荷期間に,電池電源1の
電圧を測定する。そして,電池残量算出部22は電池電
源1の無負荷電圧に基づいて電池残量を算出し,残量表
示部23は電池残量を表示する。
【0034】図は本発明の原理図(3) であって,電池
電源に複数の電源を備え,電池電源を切り替えて使用
し,一方が使用している時は他方は負荷から切り離し,
負荷に切り離されている方の無負荷電圧を測定して電池
残量を測定するようにしたものである。
【0035】図4において,1は電池電源である。3は
電圧測定部である。
【0036】11はスイッチ制御部であって,電圧測定
スイッチ部A(52)と電圧測定スイッチ部B(53)
に対して,電圧測定スイッチ部A(52)がオフの時,
電圧測定スイッチ部B(53)をオンとし,電圧測定ス
イッチ部A(52)がオンの時,電圧測定スイッチ部B
(53)をオフとするものである。
【0037】14は負荷である。22は電池残量算出部
である。23は残量表示部である。
【0038】50は電池Aである。51は電池Bであ
る。52は電圧測定スイッチ部Aである53は電圧測定
スイッチ部Bである。
【0039】スイッチ制御部11は電圧測定スイッチ部
A(52),電圧測定スイッチ部B(53)のオン,オ
フの制御を行い,電池A(50)から負荷14に電力を
供給する時は電圧測定スイッチ部A(52)をオンとす
る。この時,電圧測定スイッチ部B(53)はオフとす
る。同様に,電池B(51)から負荷14に電力を供給
する時は電圧測定スイッチ部B(53)をオンとする。
この時,電圧測定スイッチ部A(52)はオフとする。
また,電池A,電池Bの電圧を定期的に測定するため
に,スイッチ制御部11は電圧測定スイッチ部A(5
2)と電圧測定スイッチ部B(53)のオン,オフを定
期的に行うようにする。
【0040】電圧測定部3は電圧測定スイッチ部B(5
3)がオンで電圧測定スイッチ部A(52)がオフの期
間に電池A(50)の無負荷電圧を測定する。同様に,
電圧測定スイッチ部B(53)がオフで,電圧測定スイ
ッチ部A(52)がオンの期間に電池B(51)の無負
荷電圧を測定する。
【0041】そして,電池残量算出部22は電池A(5
0)および電池B(51)の無負荷電圧からそれぞれの
電池残量を求め両者の電池残量を合わせて電池電源1の
電池残量を求め,残量表示部23は電池残量を表示す
る。
【0042】図5は本発明の原理図(4) を示す。図5に
おいて,1は電池電源である。
【0043】2は電圧変換部である。10は主制御スイ
ッチ部である。11’はスイッチ信号発生部であって,
出力電圧を検出して主制御スイッチ部10の制御信号を
発生するものである。
【0044】13は出力電圧検出部であって,電圧変換
部2の出力電圧を検出するものである。14は負荷であ
る。
【0045】22は電池残量算出部である。23は残量
表示部である。30は計数部であって,主制御スイッチ
部10のオン,オフする回数をスイッチ信号に基づいて
カウントするものである。
【0046】31は電流値測定部であって,計数部30
のカウント値に基づいて電池電源1から流出した電流値
を測定するものである。図5の構成において,スイッチ
信号発生部11’は出力電圧検出部13の検出電圧が基
準電圧より高い場合には主制御スッチ部10をオフと
し,基準電圧より低い場合には主制御スッチ部10をオ
ンとするスイッチ信号を発生する。主制御スイッチ部1
0は,スイッチ信号に応じて,オン,オフし,その結
果,電圧変換部2は所定の電圧を出力する。
【0047】計数部30はスイッチ信号に基づいて,主
制御スイッチ部10がオン,オフされた回数をカウント
する。電流値測定部31は計数部30のカウント結果に
基づいて,電池電源1から流出した電流値を測定する。
電池残量算出部22は電流値測定部31の測定値から電
池残量を算出する。残量算出部23は電池残量を表示す
る。
【0048】図5の本発明の原理図(4) によれば,電池
電源1と負荷14の間に電流測定用の抵抗を接続するこ
となく電池電源1から流出する電流値を測定することが
できる。そのため,負荷14に流れる電流値が小さい場
合でも正確に電池残量を予測することができる。
【0049】図6は本発明の原理図(5) である。図6
は,負荷が重い場合には主制御スイッチ制御部により,
例えばPWM方式等の他励式のスイッチ制御を行い,負
荷が軽い場合にはスイッチ信号発生部により出力電圧に
応じてスイッチ周期が制御される自励式のスイッチ制御
を行うものである。
【0050】図6において,1は電池電源である。2は
電圧変換部である。
【0051】3’は電流電圧検出部であって,電池電源
1の電圧と電池電源1から流れ出る電流を検出するもの
である。10は主制御スイッチ部である。
【0052】10’は主制御スイッチ制御部である。1
0”は信号切り替え部であって,負荷状態に応じて主制
御スイッチ部10の制御を主制御スイッチ制御部10’
の制御信号により行うか,あるいはスイッチ信号発生部
11’の制御信号により行うかを切り替えるものであ
る。
【0053】13は出力電圧検出部である。14は負荷
である。22は電池残量算出部である。
【0054】23は残量表示部である。30は計数部で
あって,スイッチ信号発生部11’のスイッチ回数をカ
ウントするものである。
【0055】31は電流値測定部であって,計数部30
の計数値に基づいて電流値を計測するものである。図6
の構成の動作を説明する。
【0056】(1) 負荷が動作していて,負荷が大きい
場合 信号切り替え部10”は負荷が大きいことにより,主制
御スイッチ部10のスイッチ制御信号を主制御スイッチ
制御部10’の信号に切り替える。主制御スイッチ部1
0は大負荷の制御をする制御信号(例えば,PWM信
号)を生成し,主制御スイッチ部10を制御する。
【0057】電池残量算出部22は,電流電圧検出部
3’の検出した電流値と電圧値により消費電力を算出
し,電池残量を算出する。残量表示部23は電池残量を
表示する。
【0058】(2) 負荷が動作していない等で,負荷が小
さい場合 信号切り替え部10”は負荷が小さいことにより,主制
御スイッチ部10のスイッチ制御信号をスイッチ信号発
生部11’の信号に切り替える。スイッチ信号発生部1
1’は,出力電圧検出部13の電圧に応じて自励的にス
イッチ信号を発生する。例えば,出力電圧検出部13の
電圧に応じてスイッチ周波数を変化させる等である。主
制御スイッチ部10はスイッチ信号発生部11’の生成
するスイッチ信号によりスイッチ動作する。
【0059】計数部30はスイッチ信号発生部11’の
スイッチ信号をカウントする。電流値測定部31は計数
部30のカウント値により電池電源1から流出した電流
値をカウントする。電池残量算出部22は電池残量を測
定し,残量表示部23は電池残量を表示する。
【0060】本発明の原理図(5) によれば,負荷が大き
い大電流動作のときは電流電圧検出部3’の検出する電
流値,電圧値により電池残量を算出する。負荷14が小
さい小電流動作のときは,計数部30のカウント値によ
り正確に電池電源1から流れ出る電流値を計測すること
できる。そのため,電流電圧検出部3’の内部抵抗がを
小さくても電池残量を正確に予測することができ,電力
の無駄な消費を抑えることができる。
【0061】
【作用】本発明の原理図(1) ,(2) ,(3) によれば,通
常の使用状態において無負荷の解放電池電圧を測定でき
る。そのため,その解放電圧により特別な方法によるこ
となく電池の残量を正確に予測することが可能になる。
また,本発明の原理図(4) ,(5) によれば,負荷の小さ
い状態においても電流値を大きい電流測定用抵抗を使用
することなく正確に測定できる。そのため,負荷がスタ
ンバイ状態の小負荷状態においても電池の残量予測を正
確に行うことができる。
【0062】
【実施例】図7は本発明の原理図(1) ,原理図(2) の実
施例1を示す。図7において,101は電池電源であ
る。
【0063】Ri は内部抵抗である。102はDC−D
Cコンバータである(図3の電圧変換部に相当する)。
103は電池残量予測部である。
【0064】DC−DCコンバータ102において,1
10はスイッチ回路Aである(図3の主制御スイッチ部
に相当する)。Tr1 はスイッチ用トランジスタであっ
て,pチャネルMOSトランジスタである。
【0065】111はスイッチ制御部である。112は
整流平滑部である。L1 はチョークコイル,C2 は平滑
コンデンサ,D1 はダイオードである。
【0066】113は出力電圧検出部である。R1 ,R
2 は分圧抵抗である。120はスイッチ回路Bである
(図3の電圧測定スイッチ部に相当する)。
【0067】Tr2 ,Tr3 , スイッチ用トランジス
タであって,pチャネルMOSトランジスタである。1
21は電池電圧取得部である。
【0068】C3 はコンデンサであって,電池電源10
1から流れる電荷を蓄積し,電池電源101の無負荷電
圧に等しい電圧を発生する小容量のものである。電池残
量予測部103において,122は電池残量算出部であ
って,電池電源101の電池残量を算出するものであ
る。
【0069】OP1 は比較部であって, 抵抗R3 の両端
の電圧を比較し,抵抗R3 に流れる電流値に応じた電圧
を生成するものである。OP2 は比較部であって, 電池
電圧取得部121の取得した電圧を基準電圧Vrefと
比較し,取得電圧に応じた電圧を生成するものである。
【0070】(電池電圧取得部121とOP2 により図
1,図3の電圧測定部を構成する)。R3 は電流測定用
抵抗である。
【0071】C1 は入力コンデンサであって,入力ノイ
ズを除去するものである。123は残量表示部であっ
て,電池残量を表示するものである。図7の構成の動作
を説明する。
【0072】図7の構成において,DC−DCコンバー
タ102の動作は図14の従来のDC−DCコンバータ
202の動作と同じであるので説明は省略する。スイッ
チ制御部111は,Tr1 のゲートにHの信号を出力す
る間に(この時Tr1 はオフ),Tr2 ,Tr3 のゲー
トにLの信号を出力する。そのため,Tr1 がオフの間
はTr2 ,Tr3 はオンとなる。このとき,電池電源1
01には負荷が加えられていない状態である。また,T
2 ,Tr3 がオンであるので,電池電源101からコ
ンデンサC3 に電流が流れ,コンデンサC3 に電荷が蓄
積され,コンデンサC3 の両端に電池電源101の解放
電圧が発生する。
【0073】スイッチ回路A(110)のオフが続いて
出力電圧が下降すると,スイッチ制御部111はTr1
のゲートにLを出力し,オンとする。この時,Tr2
Tr 3 のゲートにはHを出力する。Tr1 がオンとな
り,電池電源101からL1 に電流が流れてL1 にエネ
ルギーが蓄積される。このとき,Tr2 ,Tr3 はオフ
であるので,電池電圧取得部121に発生した電圧は維
持される。
【0074】上記の処理をくりかえし,電池残量算出部
122は電池電圧取得部121に発生した電圧を測定
し,電池電源101の解放電圧を測定する。一方,抵抗
3 を流れる電流を積分し総電流量を求める。電池残量
算出部122は総電流量と電池電源101の解放電圧に
より残量を計算する。
【0075】図8は本発明の原理図(1) ,原理図(2) の
実施例2を示す。図8において,101は電池電源であ
る。
【0076】Ri は内部抵抗である。102はDC−D
Cコンバータである(図3の電圧変換部に相当する)。
103は電池残量予測部である。
【0077】DC−DCコンバータ102において,1
10はスイッチ回路Aである(図3の主制御スイッチ部
に相当する)。Tr1 はスイッチ用トランジスタであっ
て,pチャネルMOSトランジスタである。
【0078】111はスイッチ制御部である。112は
整流平滑部である。L1 はチョークコイル,C2 は平滑
コンデンサ,D1 はダイオードである。
【0079】113は出力電圧検出部である。R1 ,R
2 は分圧抵抗である。120はスイッチ回路Bである
(図3の電圧測定スイッチ部に相当する)。
【0080】Tr2 ,Tr3 , スイッチ用トランジス
タであって,pチャネルMOSトランジスタである。T
4 はスイッチ用トランジスタであって,nチャネルM
OSトランジスタである。
【0081】121は電池電圧取得部である。C3 はコ
ンデンサであって,電池電源101から流れ込む電荷を
蓄積するものである。
【0082】電池残量予測部103において,122は
電池残量算出部であって,電池電源101の電池の残量
を算出するものである。
【0083】OP1 は比較部であって, 抵抗R3 の両端
の電圧を比較し,抵抗R3 に流れる電流に応じた電圧を
生成するものである。OP2 は比較部であって, 電池電
圧取得部121の取得した電圧を基準電圧Vrefと比
較し,取得電圧に応じた電圧を生成するものである。
【0084】(電池電圧取得部121と,OP2 により
図1,図3の電圧測定部を構成する)。R3 は電流測定
用抵抗である。
【0085】C1 は入力コンデンサである。123は残
量表示部であって,電池残量を表示するものである。図
8の構成は図7の構成とスイッチ回路B(120)が異
なるのみである。
【0086】図8の構成において,Tr1 がオンのとき
Tr4 はオフであり,Tr1 がオフのときTr4 はオン
である。また,Tr4 がオンのとき,Tr2 ,Tr3
ゲート電圧は接地電圧となり,Tr2 ,Tr3 はオンと
なる。また,Tr4 がオフのとき,Tr2 ,Tr3 のゲ
ートにソース電圧が印加され,Tr2 ,Tr3 はオフと
なる。
【0087】スイッチ制御部111が出力する電圧はT
1 のゲートとTr4 のゲートに同時に印加され,Tr
1 がオフの間にTr4 はオンとなる。この時,Tr2
Tr 3 はオンとなり,電池電圧取得部121と電池電源
101の接続が取られ,C3に電池電源101から電荷
が流れ込み蓄積される。そして,C3 の両端に電池電源
101の解放電圧に等しい電圧が発生する。また,Tr
1 がオンのときTr4はオフである。この時Tr2 ,T
3 はオフとなる。
【0088】従って,図8の構成においても,Tr1
オフの期間に電池電圧取得部121に電池電源101の
解放電圧が蓄積され,Tr1 がオンの期間にTr2 ,T
3はオフとなる蓄積された解放電圧は維持され,電池
残量予測部103は電池電源101の解放電圧と流れ出
した電流値とにより電池電源101の電池残量を正確に
算出する。
【0089】図9は本発明の原理図(3) の実施例を示
す。図9において,101は電池電源であって,電池A
と電池Bの複数の電池により構成されるものである。
【0090】103は電池残量予測部であって,電池電
源101の電池残量を予測するものである。105は制
御部であって,電池残量予測部103の電池残量の予測
のための制御を行うものである。
【0091】111はスイッチ制御部であって,Tr1
(電圧測定スイッチ部A),Tr2(電圧測定スイッチ
部B)のオン,オフの制御信号を一定周期で発生するも
のである。
【0092】121’は電圧測定部であって,電池Aと
電池Bの電圧測定を行うものである。122は電池残量
算出部であって,電池Aと電池Bの電圧に基づいてそれ
ぞれの電池残量を算出し,両者を合わせた電池電源10
1の電池残量を求めるものである。
【0093】123は残量表示部であって,電池電源1
01の電池残量を表示するものである。130は比較器
1であって,電池Bの出力電圧と基準電圧Vrefを比
較するものである。
【0094】131は比較器2であって,電池Aの出力
電圧と基準電圧Vrefを比較するものである。(比較
器2(131),基準電池133により図4の電圧測定
部3を構成する)。
【0095】133は基準電池であって,基準電圧Vr
efとなるものである。140は電池Aである。141
は電池Bである。
【0096】Tr1 はMOSトランジスタであって,電
池A(140)の負荷との接続のオン,オフを行うもの
である。Tr2 はMOSトランジスタであって,電池B
(141)の負荷との接続のオン,オフを行うものであ
る。
【0097】図9の構成の動作を説明する。スイッチ制
御部111は一定周期でTr1 をオフとする信号を発生
する。但し,Tr1 をオフとしたときTr2 は必ずオン
として,電池電源の電圧測定のために電源供給が絶たれ
ることはないようにする。比較器2は電池A(140)
の電圧を入力し,基準電圧Vrefと比較する。電圧測
定部121’はTr1 がオフの時に比較器2の比較結果
を入力し電池Aの解放電圧を求める。電池残量算出部1
22は電池Aの解放電圧に基づいて電池A(140)の
電池残量を予測する。
【0098】同様に,電池B(141)の電圧を測定す
るためにスイッチ制御部111は一定周期でTr2 をオ
フとする信号を発生する。但し,Tr2 がオフのときT
1は必ずオンとする。比較器1(130)は電池B
(141)の電圧を入力し,基準電圧Vrefと比較す
る。Tr2 がオフのとき電圧測定部121’は比較器1
(130)の比較結果を入力し,電池B(141)の解
放電圧を求める。電池残量算出部122は電池B(14
1)の解放電圧に基づいて電池残量を求める。
【0099】さらに,電池残量算出部122は電池A
(140)と電池B(141)の電池残量を合わせ,電
池電源101の電池残量を求め残量表示部123に出力
する。残量表示部123は電池電源101の電池残量を
表示する。
【0100】図10は本発明の原理図(4) の実施例(1)
である。図10において,1は電池電源である。
【0101】2は電圧変換部であって,DC−DCコン
バータ(スイッチングレギュレータ)である。11’は
自励式のスイッチ信号発生部であって,抵抗R1 と抵抗
2 により出力電圧の分圧電圧を入力し,電圧値に応じ
てTr1 をオン,オフする信号を生成するものである。
【0102】29は比較器であって,出力の分圧電圧を
入力し,基準電圧Vrefと比較するものである。30
はカウンタ(計数部)であって,スイッチ信号発生部1
1’のオンもしくはオフの回数をカウントするものであ
る。
【0103】Tr1 はMOSトランジスタであって,電
池電源1から流れ出る電流をオン,オフするものであ
る。Dは整流ダイオードであって,コイルLに蓄積され
たエネルギーに基づいて流れる電流を整流するものであ
る。
【0104】Lはコイルであって,Tr1 によりオン,
オフされる断続電流のエネルギーを蓄積し,断続電流を
平滑するものである。Cは平滑コンデンサであって,T
1 によりオン,オフされる断続電流を平滑するもので
ある。
【0105】R1 ,R2 は分圧抵抗であって,出力電圧
を分圧するものである。図10の構成において,抵抗R
1 ,R2 は出力電圧を分圧する。分圧電圧は比較器29
に入力され,比較器29は基準電圧Vrefと分圧電圧
を比較する。そして,比較器29は出力電圧Voが基準
より低下するとTr1 をオンにする信号を発生する。そ
の結果,Tr1 がオンになり出力電圧Voが上昇する。
そして,Voが基準より高くなると,比較器29はTr
1 をオフにする信号を発生する。その結果,Tr1 はオ
フになり出力電圧Voは低下する。
【0106】以上の動作を繰り返し,出力電圧Voを一
定に保つようにする。以上の動作において,Tr1 に流
れる電流値(電池電源の消費電流値)は di/dt=(Vo−Vi)/L である(Viは入力電圧,Voは出力電圧であり,Tr
1 による電圧降下は無視する)。
【0107】従って,Lに流れる最大電流Ipeak
は,Lのインダクタンスと入力電圧と出力電圧および,
Tr1 のオンタイムにより決まり,次のようになる。 Ipeak=Ton・(Vo−Vi)/L (Ton:
Tr1 がオン状態の時間) 自励式のスイッチングレギュレータ(DC−DCコンバ
ータ)の動作は前述の通りであるが,Tr1 のオン時間
は比較器29による位相遅れとTr1 がオン,オフする
のに要する位相遅れで決められる。この値は回路定数に
より一義的に決められるので自励式のスイッチングレギ
ュレータでは一回のオン時間は常に一定である。
【0108】従って,電圧変換部2に接続されている装
置(負荷)の動作が停止中等の負荷が小さい状態(以
後,スタンバイ状態と称する)ではTr1 の一回のオン
期間に消費する電流値は常に一定となるためTr1 のオ
ン回数を数えることにより電池電源から流出した電流値
を求めることが可能となる。
【0109】また,電圧変換部(DC−DCコンバー
タ)の出力電圧Voは, Vo=Vi・Ton/T で制御されるため,自励式の電圧変換部では発振周波数
Tを制御することにより出力電圧が制御される。言い換
えると,電圧変換装置の消費電流はTr1 のオン,オフ
回数(周波数)に比例しているため,Tr1 の周波数を
計測することにより電圧変換部による電池の消費電力の
測定が可能となることを意味する。
【0110】本発明の原理図(4) ,(5) はこの原理によ
り構成されたものである。図11は本発明の原理図(4)
の実施例2である。図11において,101は電池電源
であり,Riは内部抵抗である。
【0111】102はDC−DCコンバータ(電圧変換
部)である。112は整流平滑部である。整流平滑部1
12において,D1 は整流ダイオード,L1 はチョーク
コイル,C2 はコンデンサである。
【0112】113は出力電圧検出部であり,R3 ,R
4 は分圧抵抗である。114は自励式のスイッチ信号発
生部である。スイッチ信号発生部114において,IC
1 は比較器であり,基準電圧Vrefと出力の分圧電圧
を比較するものである。150は基準電池であり,基準
電圧Vrefとなるものである。
【0113】115は主制御スイッチ部である。主制御
スイッチ部115において,Tr1はMOSトランジス
タであり,IC2 はバッファである。151はカウント
部(計数部)であり,主制御スイッチ部115をオン,
オフする回数をカウントするものである。
【0114】カウント部151において,IC3 はバッ
ファである。152はカウンタであり,スイッチ信号発
生部114の出力するTr1 をオンにする信号(オン信
号)もしくはTr1 をオフにする信号(オフ信号)の数
をカウントするものである。
【0115】161は電池残量算出部である。C1 はD
C−DCコンバータ102に入力されるノイズを除去す
るためのコンデンサである。
【0116】図11の構成の動作を説明する。図11の
構成において,出力電圧検出部113の出力する分圧電
圧は比較器IC1 に入力され,基準電圧Vrefと比較
される。そして,出力電圧Voが基準より低下すると比
較器IC1 はオン信号を発生する。その結果,Tr1
オンとなり出力電圧Voが上昇する。そして,出力電圧
Voが基準より高くなると分圧抵抗R1 ,R2 の分圧電
圧が高くなり,その分圧電圧を入力する比較器IC1
基準電圧Vrefと比較し,オフ信号を発生する。その
結果,Tr1 はオフとなり出力電圧Voは低下する。
【0117】カウンタCNTR1 は比較器IC1 の出力
するオン信号(もしくはオフ信号)を入力し,Tr1
オンもしくはオフにする回数をカウントする。カウント
値は電池残量算出部161に読み出される。そして電池
残量算出部161はカウント値を電流値に換算し,電池
電源101の電圧値とにより積算電力を計算し,電池残
量を求める(図9において電池電源101の電圧測定回
路は省略されている)。
【0118】本発明の図10、図11の構成によれば,
負荷が動作していないような微小電流動作の状態でも正
確に消費電力を測定することができ,装置が使用されて
いないような期間も含めて消費電力から電池残量を正確
に予測することができるようになる。
【0119】図12は本発明の原理図(5) の実施例であ
り,スタンバイ状態では,自励式のスイッチ信号発生部
114が動作し,負荷が動作中(レジューム状態を含
む)においては他励式のスイッチ制御部(PWM)が動
作する。
【0120】図12において,101は電池電源であ
る。102はDC−DCコンバータ(電圧変換部)であ
る。
【0121】DC−DCコンバータ102において,1
02’は制御部であって,他励式のスイッチ制御部11
1と自励式のスイッチ信号発生部114の出力信号を切
り替える信号切り替え部150を備えるものである。
【0122】111はスイッチ制御部であって,負荷
(図示せず)が動作中の状態において,パルス幅により
Tr1 のオン期間を制御する信号を発生するPWM方式
のものである。
【0123】111’はPWM信号発生部である。15
0は信号切り替え部であって,自励式のスイッチ信号発
生部114の出力する信号と他励式のスイッチ制御部1
11が出力する信号を切り替えてTr1 のゲートに入力
するものである。
【0124】112は整流平滑部である。113は出力
電圧検出部2であって,分圧抵抗R3 ,R4 により出力
電圧を分圧しスイッチ信号発生部114に入力するもの
ある。
【0125】113’は出力電圧検出部1であって,分
圧抵抗R1 ,R2 により出力電圧を分圧しスイッチ制御
部111に入力するものある。114は自励式のスイッ
チ信号発生部であり,IC1 は比較器である。
【0126】150’は基準電池(基準電圧Vref)
である。115は主制御スイッチ回路であり,IC2
バッファである。151カウント部である。
【0127】152’はカウンタ(CNTR1 ’)であ
り,比較器IC1 の出力するTr1をオン(もしくはオ
フ)にする信号の回数をカウントするものである。カウ
ンタ152’はRESUME信号を入力し,RESUM
E信号がオン(負荷が動作中)の時は,動作を停止し,
RESUME信号がオフ(負荷が動作しない)時は,動
作するものである。
【0128】103は電池残量予測部である。OP1
比較器であって,電流測定用抵抗R0 を流れる電流を測
定するものである。
【0129】oP2 は比較器であって,電池電源101
の電池電圧を測定するものである。123は残量表示部
であって,電池電源101の予測残量を表示するもので
ある。 図12の構成の動作を説明する。
【0130】負荷が動作中はレジューム信号(RESU
ME)がオンである。反対に負荷が動作していない時は
レジューム信号はオフである。レジューム信号がオフの
スタンバイ状態では,信号切り替え部150はスイッチ
信号発生部114の出力する信号を選択しTr1 のゲー
トに入力する。その結果,スタンバイ状態では,自励式
のスイッチ信号発生部114の発生するスイッチ信号に
よりTr1 が制御される。そして,図11と同様に,カ
ウント部151はスイッチ信号発生部114の発生する
Tr1 の制御信号の回数をカウントする。電流値算出部
160はそのカウント値に基づいて電池電源101から
流出する電流値を求める。そして,電池残量算出部16
1はOP2 の比較結果により電池電源101の電圧を求
め,電流値算出部160の求めた電流値とにより積算電
力を求め,電池残量を計算する。
【0131】また,負荷が動作している状態(レジュー
ム信号がオンの状態)では,信号切り替え部150はス
イッチ制御部111のPWM信号を選択し,Tr1 を制
御する。そして,電池残量予測部103において,OP
1 は電流測定用抵抗R0 を流れる電流を求め,OP2
電池電源101の電圧を求める。そして,電池残量算出
部161はOP1 の比較結果により得られる電流値とO
2 の比較結果によた得られる電圧値とにより電池電源
101の消費した電力値を求め,電池電源101の残量
を計算する。算出した電池残量は残量表示部123に表
示される。
【0132】また,レジューム信号がオンの時はCNT
1 ’(152’)は動作しない。本発明の図12の実
施例によれば,電流測定用抵抗R0 が小さくても,負荷
が小さい時の小電流を正確に測定することができる。
【0133】図13は本発明の電池残量の方法の例を示
す。図示のように,(1) 表示なしは電池残量0,(2) 表
示マーク1個の点滅は電池残量は10パーセント以下,
(3) 表示マーク1個の点灯は電池残量10〜25%,
(4) 表示マーク2個の点灯は25〜50%,(5) 表示マ
ーク3個の点灯は電池残量50〜75%,(6) 表示マー
ク4個の点灯は電池残量75%以上とする。
【0134】
【発明の効果】本発明の原理図(1) ,(2) ,(3) の発明
によれば,通常の使用状態において,無負荷電圧を測定
し電池の残量を正確に予測することができる。そのた
め,電池を有効に利用することができるようになる。ま
た,本発明の原理図(4) ,(5) の発明によれば,負荷が
動作していない状態における電池電源の消費電力も正確
に求めることができるので,電池電源の予測残量を正確
に表示することができるようになる。
【0135】そのため,本発明によれば電池残量が正確
に表示されるのでユーザは安心して電池電源を使用する
ことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図(1) である。
【図2】本発明の原理図(1) の動作説明図である。
【図3】本発明の原理図(2) である。
【図4】本発明の原理図(3) である。
【図5】本発明の原理図(4) である。
【図6】本発明の原理図(5) である。
【図7】本発明の原理図(1) ,原理図(2) の実施例1を
示す図である。
【図8】本発明の原理図(1) ,原理図(2) の実施例2を
示す図である。
【図9】本発明の原理図(3) の実施例を示す図である。
【図10】本発明の原理図(4) の実施例1を示す図であ
る。
【図11】本発明の原理図(4) の実施例2を示す図であ
る。
【図12】本発明の原理図(5) の実施例を示す図であ
る。
【図13】本発明の電池残量の表示方法の例を示す図で
ある。
【図14】従来の電源装置を示す図である。
【符号の説明】
1:電池電源 2:電圧変換装置 10:主制御スイッチ部 11’:スイッチ信号発生部 13:出力電圧検出部 20:電圧測定スイッチ部 22:電池残量算出部 23:残量表示部 30:計数部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 秀清 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−34726(JP,A) 特開 平3−182177(JP,A) 特開 昭60−21035(JP,A) 実開 平4−36343(JP,U) 実開 昭62−187878(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05F 1/10 H02J 7/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池電源の電圧を入力し,該入力電圧を
    断続することにより所定の電圧に変換して出力する電圧
    変換部と,該電池電源の電圧を測定する電圧測定部とを
    備える電源回路において, 前記電圧変換部は主制御スイッチ部を備え,該主制御ス
    イッチ部が該出力を断にしている状態において該電池電
    源と電圧測定部との接続をとる電圧測定スイッチ部と, 該電圧測定部により測定された電圧から前記電池電源の
    残量を算出する電池残量算出部とを備え, 該主制御スイッチ部の断続サイクルが断の状態において
    電池電源の電圧を測定し,電池残量を表示することを特
    徴とする電源回路。
  2. 【請求項2】 少なくとも二つの電池で電源が接続さ
    れ,いずれか一つの電池電源を負荷に接続する電源回路
    において, 負荷に接続する電池電源を所定の周期で切り替えるスイ
    ッチ制御部と, 該電池電源の電圧を測定する電圧測定部と, 該電圧測定部により測定された電圧から前記電池電源の
    残量を算出する電池残量算出部とを備え, 該スイッチ制御部が負荷への接続を断にしている電池電
    源の電圧を測定し,各電池電源の電池残量を表示するこ
    とを特徴とする電源回路。
  3. 【請求項3】 該電池残量算出部は各電池の電池残量に
    基づいて各電池の和を算出し,各電池の残量の和を出力
    することを特徴とする請求項2に記載の電源回路。
  4. 【請求項4】 電池電源の電圧を入力し,断続すること
    により所定の出力電圧に変換する電圧変換部とを備えた
    電源回路において, 該電圧変換部は主制御スイッチ部を備え,前記電圧変換
    部の出力電圧を検出する出力電圧検出部と, 前記出力電圧検出部により検出された出力電圧に基づ
    き,前記主制御スイッチ部の断続を指示するためのスイ
    ッチ信号を出力するスイッチ信号発生部と, 該スイッチ信号発生部により出力されるスイッチ信号の
    断続の断もしくは続のいずれかの出力回数を計数する計
    数部と, 該計数部の計数値に基づいて前記電池電源の電流値を求
    める電流値測定部とを備え, 該電流値測定部によって求められた電流値から前記電池
    電源の残量を求める電池残量算出部と, を備えることを特徴とする電源回路。
  5. 【請求項5】 前記スイッチ信号発生部は前記出力電圧
    検出部により検出された出力電圧に基づき前記主制御ス
    イッチ部の断続を制御するものであることを特徴とする
    請求項4記載の電源回路。
  6. 【請求項6】 電池電源の電圧を入力し,該入力電圧を
    断続することにより所定の電圧に変換して出力する電圧
    変換部と,該電池電源の電圧を測定する電圧測定部とを
    備える電源回路において, 該電圧変換部は入力電圧を断続する主制御スイッチ部
    と, 該電圧測定部により測定された電圧から前記電池電源の
    残量を算出する電池残量算出部と, 負荷が重い場合に前記主制御スイッチ部に対する断続の
    指示をする主制御スイッチ制御部と,負荷が軽い場合に
    主制御スイッチ部を制御するスイッチ信号発生部と, 該主制御スイッチ部に対する制御を,該主制御スイッチ
    制御部あるいは前記スイッチ信号発生部からの制御に切
    り替える信号切り替え部とを備え, 前記電池残量測定部は,負荷が軽い場合には該スイッチ
    信号発生部の出力する信号に基づいて電池残量を測定
    し,負荷が重い場合には該電池電源の電圧に基づいて電
    池電源の残量を求めることを特徴とする電源回路。
  7. 【請求項7】 電池電源と,該電池電源の電圧を入力
    し,該入力電圧を断続することにより所定の電圧に変換
    して出力する電圧変換部と,該電池電源の電圧を測定す
    る電圧測定部とを備える電源装置において, 前記電圧変換部は主制御スイッチ部を備え,該主制御ス
    イッチ部が該出力を断にしている状態において該電池電
    源と電圧測定部との接続をとる電圧測定スイッチ部と, 該電圧測定部により測定された電圧から前記電池電源の
    残量を算出する電池残量算出部とを備え, 該主制御スイッチ部の断続サイクルが断の状態において
    電池電源の電圧を測定し,電池残量を表示することを特
    徴とする電源装置。
  8. 【請求項8】 少なくとも二つの電池で電源で構成さ
    れ,いずれか一つの電池電源を負荷に接続する電源装置
    において, 負荷に接続する電池電源を所定の周期で切り替えるスイ
    ッチ制御部と, 該電池電源の電圧を測定する電圧測定部と, 該電圧測定部により測定された電圧から前記電池電源の
    残量を算出する電池残量算出部とを備え, 該電圧測定部により測定された電圧から前記電池電源の
    残量を算出する電池残量算出部とを備え, 該スイッチ制御部が負荷への接続を断にしている電池電
    源の電圧を測定し,各電池電源の電池残量を表示するこ
    とを特徴とする電源装置。
  9. 【請求項9】 電池電源と,該電池電源の電圧を入力
    し,断続することにより所定の出力電圧に変換する電圧
    変換部とを備えた電源装置において, 該電圧変換部は主制御スイッチ部を備え,前記電圧変換
    部の出力電圧を検出する出力電圧検出部と, 前記出力電圧検出部により検出された出力電圧に基づ
    き,前記主制御スイッチ部の断続を指示するためのスイ
    ッチ信号を出力するスイッチ信号発生部と, 該スイッチ信号発生部により出力されるスイッチ信号の
    断続の断もしくは続のいずれかの出力回数を計数する計
    数部と, 該計数部の計数値に基づいて前記電池電源の電流値を求
    める電流値測定部とを備え, 該電流値測定部によって求められた電流値から前記電池
    電源の残量を求める電池残量算出部と, を備えることを特徴とする電源装置。
  10. 【請求項10】 電池電源と,該電池電源の電圧を入力
    し,該入力電圧を断続することにより所定の電圧に変換
    して出力する電圧変換部と,該電池電源の電圧を測定す
    る電圧測定部とを備える電源装置において, 該電圧変換部は入力電圧を断続する主制御スイッチ部
    と, 該電圧測定部により測定された電圧から前記電池電源の
    残量を算出する電池残量算出部と, 負荷が重い場合に前記主制御スイッチ部に対する断続の
    指示をする主制御スイッチ制御部と,負荷が軽い場合に
    主制御スイッチ部を制御するスイッチ信号発生部と, 主制御スイッチ部に対する制御を,該主制御スイッチ制
    御部あるいは前記スイッチ信号発生部からの制御に切り
    替える信号切り替え部とを備え, 前記電池残量測定部は,負荷が軽い場合には該スイッチ
    信号発生部の出力する信号に基づいて電池残量を測定
    し,負荷が重い場合には該電池電源の電圧に基づいて電
    池電源の残量を求めることを特徴とする電源装置。
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