JP3670939B2 - 電子機器 - Google Patents
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- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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- Power Sources (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器、特に携帯型の機器では、一次又は二次電池からなるバッテリ、ＡＣ電源、車載のシガレット電源等複数の電源を切換使用可能なマルチ電源方式を採用するものが増加している。また、この種電子機器においては、機能拡張を目的として各種拡張機器を着脱可能としている。
【０００３】
このため、この拡張機器の装着状態により電子機器の消費電力量が変化する。上述した各電源が上記拡張機能の装着時に対応するだけの電力容量を有していれば何ら問題はないが、電子機器の最大消費電力量以下の容量しかない場合、消費電流の増加に伴う電源電圧の低下により電子機器が誤動作したり、或は故障の原因となるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来より電源電圧を測定することにより上記誤動作及び故障の発生を防止する方法が数々提案されている（例えば、実用新案登録第２５４０２９９号公報参照）。
【０００５】
然るに、この方法では、機器の故障による過電流発生に起因した電圧低下であるか、又は電源の容量不足により生じた電圧低下であるかが不明であった。また、個々の電源には、出力電圧偏差が存在するため、負荷容量算定に誤差を生じ、その結果必要以上に低い負荷容量で電流制限が発生するという問題もある。更には、電源投入時等の過渡期に生じるラッシュ電流に伴う電源電圧低下を機器内の過電流発生に起因するものと機器が誤認識する危惧もある。
【０００６】
一方、全負荷電流をモニタして電力を算定する方法もあるが、この方法では、電流センス抵抗値と電源の電力容量とを予め一意に決定しておく必要が有り、汎用性に欠けるという問題がある。また、電源の出力電力には偏差が存在するため、電源の電力容量に対して１００％出力電力を供給することは実質的には不可能であり、単に設計段階で偏差を十分考慮して最大電力以下に設定された値の電力を安定的に供給できる結果となるに過ぎない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源固有の電力容量範囲内での機器の駆動時には、電源のＩ−Ｖ（負荷電流−出力電圧）特性は略線形（Ｌｉｎｅａｒ）で推移し、上記電力容量を越えての駆動時、即ち電源の過負荷状態では電源のＩ−Ｖ特性が非線型（Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ）となるという点に着目したものである。
【０００８】
図１は、一般的な電源のＩ−Ｖ特性と、その微分値（ｄＶ／ｄＩ）及び２階微分値（ｄ2Ｖ／ｄＩ2）を定性的に示したものである。図１より明らかなように、電源の電力容量を越えて過電流状態が発生する時点（図１中、Ｉｃｒｉｔｉｃａｌと示す時点）直前近傍からＩ−Ｖ特性は非線型となる。また、その微分値（ｄＶ／ｄＩ）も電源固有の電力容量を越えて過電流状態が発生する時点近傍迄は一定値となり、それ以降は非線形的に変化する。従って、この微分値（ｄＶ／ｄＩ）を利用することにより電源固有の電力容量を越える時点を特定できるが、更に２階微分値（ｄ2Ｖ／ｄＩ2）は図１に示すとおり略電源の電力容量を越える時点迄は０で、それ以降マイナスとなる。尚、３階微分以上の微分を行なうことにより電源の電力容量を越えて過電流状態が発生する時点をより正確に把握できる。
【０００９】
本発明はこのような原理を応用したものであって、その特徴は、検出した電源の電流−電圧特性の微分値の線形性により上記電源の電力容量を判定することにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の一実施例を示すブロック図である。
【００１１】
本実施例では、電源１より負荷２に電力を供給するための線路３上にセンス抵抗４が接続されると共に、上記センス抵抗４の電流値及び電圧値を検出するための検出部５を備える。上記負荷２は、例えばパソコン等の電子機器におけるＣＰＵ等のように動作時には常時電力の供給を必要とする負荷からなる第１負荷部２０１と、拡張機器のように必ずしも常時電力供給を必要としない負荷からなる第２負荷部２０２とからなり、上記第１、第２負荷部２０１、２０２は電源１に対して並列に接続される。
【００１２】
上記検出部５は、上記センス抵抗４で検出した電流値Ｉを時間ｔで微分する第１微分回路５０１と、該第１微分回路５０２の出力を更に時間ｔで微分する第２微分回路５０２と、該第２微分回路５０２の出力の逆数を求める逆数回路５０３と、上記センス抵抗４で検出した電圧値Ｖを時間ｔで微分する第３微分回路５０４と、該第３微分回路５０４の出力を更に時間ｔで微分する第４微分回路５０５と、上記逆数回路５０３の出力と上記第４微分回路５０５の出力を積算する積算回路５０６とを備える。この結果、上記積算回路５０６の出力ＣＯＮＴは、電源１のＩ−Ｖ特性の２階微分値（ｄ2Ｖ／ｄＩ2）となる。
【００１３】
上記積算回路５０６の出力ＣＯＮＴは、負荷２の第２負荷部２０２への電力供給制御に利用される。即ち、過電流が発生して上記積算回路５０６の出力ＣＯＮＴがマイナス（低レベル）となると、上記第２負荷部２０２を構成する負荷の全部又は一部への電力供給を停止することにより過電流を抑制する。
【００１４】
また、上記検出部５は、また上記センス抵抗４により検出された電圧値が異常な電圧値(負荷の駆動電圧値よりも非常に低い電圧値)であるか否かを検出するための比較回路５０７を備え、異常電圧値と判定すると、電力供給線路２上の常閉接点６を開にし電源１から負荷２への電力供給を強制的に遮断する。これは、単に不所望な電圧等が負荷に印加されることを防止するためのものである。
【００１５】
図３は、本発明を適用してなる第２の実施例を示し、この実施例では、過電流発生が電源不良、即ち電源の電力容量不足の結果として生じたのか、又はシステム不良による負荷２の変動の結果として生じたものであるかを判定する。尚、図２に示した第１実施例と同一箇所には同一符号を付し、説明の簡略化を行なう。
【００１６】
具体的には、上記センス抵抗４で検出した電流値及び電圧値を積算することにより得られた電力値とシステム（負荷２）の最大消費電力とを比較するために上記検出部５と並列に接続された電力比較部７、及び該比較部７の出力と上記検出部５のＣＯＮＴ出力とに基づいて過電流発生原因を判定する判定部８を有する。
【００１７】
上記電力比較部７は、センス抵抗４の負荷２側電圧を検出する回路７０１、上記センス抵抗４を流れる電流を検出する検出回路７０２、上記両検出回路７０１、７０２の検出結果を積算してシステムの現消費電力量を算出する回路７０３、及び上記回路７０３で算出された電力量と上記システムの最大消費電力量とを比較する回路７０４とからなる。尚、上記システムの最大消費電力量は予め算出されて参照電圧７０５として供給される。
【００１８】
そして、上記比較回路７０４からは、システムの現消費電力量が上記システムの最大消費電力量を越えた場合のみ低レベル信号が出力される。
【００１９】
上記判定部８は、一方の入力が負入力の２入力型アンドゲートからなる第１、第２の論理回路８０１、８０２と、両入力ともに負入力の２入力型アンドゲートからなる第３の論理回路８０３とを備える。第１論理回路８０１の負入力及び第２論理回路８０２の正入力には上記比較部７の出力が接続され、第１論理回路８０１の正入力及び第２論理回路８０２の負入力には上記検出部５のＣＯＮＴ出力が接続され、また上記第３論理回路８０３の各入力には夫々上記比較部７の出力及び上記検出部５のＣＯＮＴ出力が接続されている。
【００２０】
このように構成されているので、電源１及びシステム２とも正常に動作し過電流が発生していない時には上記検出部５の出力ＣＯＮＴ及び上記比較部７の出力が共に高レベルとなり、その結果上記各論理回路８０１〜８０３の出力はいずれも低レベルとなる。また、電源１の不良により過電流が発生した時には上記検出部５の出力ＣＯＮＴの出力のみが低レベルとなり、その結果第２論理回路８０２の出力のみが高レベルとなり、逆にシステム２の不良により過電流が発生した時には上記比較部７の出力のみが低レベルとなり、その結果第１論理回路８０１の出力のみが高レベルとなる。更に、電源１及びシステム２の両方の不良より過電流が発生した時には上記検出部５の出力ＣＯＮＴ及び上記比較部７の出力が共に低レベルとなり、その結果第３論理回路８０３の出力のみが高レベルとなる。
【００２１】
従って、本実施例では、上記第１〜第３論理回路８０１〜８０３の出力に基づいて過電流発生原因が電源不良又は／及びシステム不良に起因するかを判定できる。
【００２２】
図４に、本発明を負荷の駆動と二次電池の充電とを同時に行なうシステムに適用した場合の実施例（第３実施例）のブロック図を示す。尚、図２に示した第１実施例と同一箇所には同一符号を付してある。
【００２３】
本実施例では、電源１に対して、負荷２と、センス抵抗４と直列に接続された二次電池９の充電を司る充電回路１０とが並列に接続されている。
【００２４】
上記充電回路１０は、センス抵抗４により検出した電流・電圧値に従って検出部５が算出した電源１のＩ−Ｖ特性の２階微分値（ｄ2Ｖ／ｄＩ2）出力ＣＯＮＴに基づいて二次電池９に対する充電を制御する。具体的には、上記出力ＣＯＮＴの値がマイナスとならない範囲で充電電流を最大に保持する。これにより、電源１の効率も最大に保持でき、かつ、充電も最大効率で行なえる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、検出した電源の電力容量に従って負過電流を制御するので、特性の異なる電源を交換可能とした場合であっても、電源の電力容量を越えた際に発生する過電流を防止し、支障なく機器を最大効率で駆動できる。また、機器内で発生した過電流の発生原因が電源の電力容量不足に起因するものか、機器内部の不良に起因するものであるかも判定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための模式図である。
【図２】本発明を適用した第１実施例を示す回路図である。
【図３】本発明を適用した第２実施例を示す回路図である。
【図４】本発明を適用した第３実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 電源
２ 負荷
４ センス抵抗
５ 検出部
７ 電力比較部
８ 判定部
９ 二次電池
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電子機器、特に携帯型の機器では、一次又は二次電池からなるバッテリ、ＡＣ電源、車載のシガレット電源等複数の電源を切換使用可能なマルチ電源方式を採用するものが増加している。また、この種電子機器においては、機能拡張を目的として各種拡張機器を着脱可能としている。
【０００３】
このため、この拡張機器の装着状態により電子機器の消費電力量が変化する。上述した各電源が上記拡張機能の装着時に対応するだけの電力容量を有していれば何ら問題はないが、電子機器の最大消費電力量以下の容量しかない場合、消費電流の増加に伴う電源電圧の低下により電子機器が誤動作したり、或は故障の原因となるという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来より電源電圧を測定することにより上記誤動作及び故障の発生を防止する方法が数々提案されている（例えば、実用新案登録第２５４０２９９号公報参照）。
【０００５】
然るに、この方法では、機器の故障による過電流発生に起因した電圧低下であるか、又は電源の容量不足により生じた電圧低下であるかが不明であった。また、個々の電源には、出力電圧偏差が存在するため、負荷容量算定に誤差を生じ、その結果必要以上に低い負荷容量で電流制限が発生するという問題もある。更には、電源投入時等の過渡期に生じるラッシュ電流に伴う電源電圧低下を機器内の過電流発生に起因するものと機器が誤認識する危惧もある。
【０００６】
一方、全負荷電流をモニタして電力を算定する方法もあるが、この方法では、電流センス抵抗値と電源の電力容量とを予め一意に決定しておく必要が有り、汎用性に欠けるという問題がある。また、電源の出力電力には偏差が存在するため、電源の電力容量に対して１００％出力電力を供給することは実質的には不可能であり、単に設計段階で偏差を十分考慮して最大電力以下に設定された値の電力を安定的に供給できる結果となるに過ぎない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源固有の電力容量範囲内での機器の駆動時には、電源のＩ−Ｖ（負荷電流−出力電圧）特性は略線形（Ｌｉｎｅａｒ）で推移し、上記電力容量を越えての駆動時、即ち電源の過負荷状態では電源のＩ−Ｖ特性が非線型（Ｎｏｎ−Ｌｉｎｅａｒ）となるという点に着目したものである。
【０００８】
図１は、一般的な電源のＩ−Ｖ特性と、その微分値（ｄＶ／ｄＩ）及び２階微分値（ｄ2Ｖ／ｄＩ2）を定性的に示したものである。図１より明らかなように、電源の電力容量を越えて過電流状態が発生する時点（図１中、Ｉｃｒｉｔｉｃａｌと示す時点）直前近傍からＩ−Ｖ特性は非線型となる。また、その微分値（ｄＶ／ｄＩ）も電源固有の電力容量を越えて過電流状態が発生する時点近傍迄は一定値となり、それ以降は非線形的に変化する。従って、この微分値（ｄＶ／ｄＩ）を利用することにより電源固有の電力容量を越える時点を特定できるが、更に２階微分値（ｄ2Ｖ／ｄＩ2）は図１に示すとおり略電源の電力容量を越える時点迄は０で、それ以降マイナスとなる。尚、３階微分以上の微分を行なうことにより電源の電力容量を越えて過電流状態が発生する時点をより正確に把握できる。
【０００９】
本発明はこのような原理を応用したものであって、その特徴は、検出した電源の電流−電圧特性の微分値の線形性により上記電源の電力容量を判定することにある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明の一実施例を示すブロック図である。
【００１１】
本実施例では、電源１より負荷２に電力を供給するための線路３上にセンス抵抗４が接続されると共に、上記センス抵抗４の電流値及び電圧値を検出するための検出部５を備える。上記負荷２は、例えばパソコン等の電子機器におけるＣＰＵ等のように動作時には常時電力の供給を必要とする負荷からなる第１負荷部２０１と、拡張機器のように必ずしも常時電力供給を必要としない負荷からなる第２負荷部２０２とからなり、上記第１、第２負荷部２０１、２０２は電源１に対して並列に接続される。
【００１２】
上記検出部５は、上記センス抵抗４で検出した電流値Ｉを時間ｔで微分する第１微分回路５０１と、該第１微分回路５０２の出力を更に時間ｔで微分する第２微分回路５０２と、該第２微分回路５０２の出力の逆数を求める逆数回路５０３と、上記センス抵抗４で検出した電圧値Ｖを時間ｔで微分する第３微分回路５０４と、該第３微分回路５０４の出力を更に時間ｔで微分する第４微分回路５０５と、上記逆数回路５０３の出力と上記第４微分回路５０５の出力を積算する積算回路５０６とを備える。この結果、上記積算回路５０６の出力ＣＯＮＴは、電源１のＩ−Ｖ特性の２階微分値（ｄ2Ｖ／ｄＩ2）となる。
【００１３】
上記積算回路５０６の出力ＣＯＮＴは、負荷２の第２負荷部２０２への電力供給制御に利用される。即ち、過電流が発生して上記積算回路５０６の出力ＣＯＮＴがマイナス（低レベル）となると、上記第２負荷部２０２を構成する負荷の全部又は一部への電力供給を停止することにより過電流を抑制する。
【００１４】
また、上記検出部５は、また上記センス抵抗４により検出された電圧値が異常な電圧値(負荷の駆動電圧値よりも非常に低い電圧値)であるか否かを検出するための比較回路５０７を備え、異常電圧値と判定すると、電力供給線路２上の常閉接点６を開にし電源１から負荷２への電力供給を強制的に遮断する。これは、単に不所望な電圧等が負荷に印加されることを防止するためのものである。
【００１５】
図３は、本発明を適用してなる第２の実施例を示し、この実施例では、過電流発生が電源不良、即ち電源の電力容量不足の結果として生じたのか、又はシステム不良による負荷２の変動の結果として生じたものであるかを判定する。尚、図２に示した第１実施例と同一箇所には同一符号を付し、説明の簡略化を行なう。
【００１６】
具体的には、上記センス抵抗４で検出した電流値及び電圧値を積算することにより得られた電力値とシステム（負荷２）の最大消費電力とを比較するために上記検出部５と並列に接続された電力比較部７、及び該比較部７の出力と上記検出部５のＣＯＮＴ出力とに基づいて過電流発生原因を判定する判定部８を有する。
【００１７】
上記電力比較部７は、センス抵抗４の負荷２側電圧を検出する回路７０１、上記センス抵抗４を流れる電流を検出する検出回路７０２、上記両検出回路７０１、７０２の検出結果を積算してシステムの現消費電力量を算出する回路７０３、及び上記回路７０３で算出された電力量と上記システムの最大消費電力量とを比較する回路７０４とからなる。尚、上記システムの最大消費電力量は予め算出されて参照電圧７０５として供給される。
【００１８】
そして、上記比較回路７０４からは、システムの現消費電力量が上記システムの最大消費電力量を越えた場合のみ低レベル信号が出力される。
【００１９】
上記判定部８は、一方の入力が負入力の２入力型アンドゲートからなる第１、第２の論理回路８０１、８０２と、両入力ともに負入力の２入力型アンドゲートからなる第３の論理回路８０３とを備える。第１論理回路８０１の負入力及び第２論理回路８０２の正入力には上記比較部７の出力が接続され、第１論理回路８０１の正入力及び第２論理回路８０２の負入力には上記検出部５のＣＯＮＴ出力が接続され、また上記第３論理回路８０３の各入力には夫々上記比較部７の出力及び上記検出部５のＣＯＮＴ出力が接続されている。
【００２０】
このように構成されているので、電源１及びシステム２とも正常に動作し過電流が発生していない時には上記検出部５の出力ＣＯＮＴ及び上記比較部７の出力が共に高レベルとなり、その結果上記各論理回路８０１〜８０３の出力はいずれも低レベルとなる。また、電源１の不良により過電流が発生した時には上記検出部５の出力ＣＯＮＴの出力のみが低レベルとなり、その結果第２論理回路８０２の出力のみが高レベルとなり、逆にシステム２の不良により過電流が発生した時には上記比較部７の出力のみが低レベルとなり、その結果第１論理回路８０１の出力のみが高レベルとなる。更に、電源１及びシステム２の両方の不良より過電流が発生した時には上記検出部５の出力ＣＯＮＴ及び上記比較部７の出力が共に低レベルとなり、その結果第３論理回路８０３の出力のみが高レベルとなる。
【００２１】
従って、本実施例では、上記第１〜第３論理回路８０１〜８０３の出力に基づいて過電流発生原因が電源不良又は／及びシステム不良に起因するかを判定できる。
【００２２】
図４に、本発明を負荷の駆動と二次電池の充電とを同時に行なうシステムに適用した場合の実施例（第３実施例）のブロック図を示す。尚、図２に示した第１実施例と同一箇所には同一符号を付してある。
【００２３】
本実施例では、電源１に対して、負荷２と、センス抵抗４と直列に接続された二次電池９の充電を司る充電回路１０とが並列に接続されている。
【００２４】
上記充電回路１０は、センス抵抗４により検出した電流・電圧値に従って検出部５が算出した電源１のＩ−Ｖ特性の２階微分値（ｄ2Ｖ／ｄＩ2）出力ＣＯＮＴに基づいて二次電池９に対する充電を制御する。具体的には、上記出力ＣＯＮＴの値がマイナスとならない範囲で充電電流を最大に保持する。これにより、電源１の効率も最大に保持でき、かつ、充電も最大効率で行なえる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、検出した電源の電力容量に従って負過電流を制御するので、特性の異なる電源を交換可能とした場合であっても、電源の電力容量を越えた際に発生する過電流を防止し、支障なく機器を最大効率で駆動できる。また、機器内で発生した過電流の発生原因が電源の電力容量不足に起因するものか、機器内部の不良に起因するものであるかも判定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための模式図である。
【図２】本発明を適用した第１実施例を示す回路図である。
【図３】本発明を適用した第２実施例を示す回路図である。
【図４】本発明を適用した第３実施例を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 電源
２ 負荷
４ センス抵抗
５ 検出部
７ 電力比較部
８ 判定部
９ 二次電池
Claims (5)
- 検出した電源の電流−電圧特性の微分値の線形性により上記電源の電力容量を判定することを特徴とする電子機器。
- 検出した電源の電流−電圧特性の微分値の線形性により上記電源の電力容量を判定する手段と、該判定手段の判定結果に従って一部負荷への電力供給を制御する手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
- 電源と、該電源から供給される電力により充電が行なわれる二次電池と、上記電源の電流−電圧特性の微分値の線形性により上記電源の電力容量を判定する手段と、該判定手段の判定結果に従って上記二次電池への電力供給を制御する手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
- 検出した電源の電流−電圧特性の微分値の線形性を判定する手段と、負荷の全消費電力が所定値を越えているか否かを判定する手段と、上記両判定手段の判定結果に従って不良箇所を特定する手段とを備えたことを特徴とする電子機器。
- 請求項１〜４の上記微分値は上記特性の第ｎ階微分値（ｎは２以上の整数）であることを特徴とする電子機器。
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002040116A JP2002040116A (ja) | 2002-02-06 |
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|---|---|---|---|---|
| WO2005083574A1 (ja) * | 2004-03-02 | 2005-09-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | 機器制御サーバ及び機器制御方法 |
-
2000
- 2000-07-24 JP JP2000222711A patent/JP3670939B2/ja not_active Expired - Fee Related
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