JP4075246B2 - 電源ユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池を内蔵すると共に、ACアダプタを内蔵し、例えば、携帯型パーソナルコンピュータの電源として用いて好適な電源ユニットに関する。
【0002】
【従来の技術】
最近では、液晶技術の発達に伴い、軽量小型で機動性の高い携帯型パーソナルコンピュータが各種提案されており、例えば、大きさに関しては、その大きさがA4もしくはB5サイズのものが一般的に普及している。また、電子画像技術の発達に伴い、コンパクトなディジタルカメラやカメラ一体型VTR等が数多く実用化されている。これらのカメラ装置は、画像処理の容易さや再生処理の手軽さなどの点で使い勝手が良く、パーソナルコンピュータの普及と相まって一般に好んで用いられるようになってきている。さらに、通信技術の発達と通信サービスの充実により携帯電話機も各家庭に普及して一般的なものとなった。また、PDA(Personal Digital Assistants)と称される携帯情報端末も実用化されている。この携帯情報端末は、例えば、PHS(Personal Handy Phone System)と称されるディジタル無線電話システムを利用した電話機能と、パーソナルコンピュータおよびファクシミリ等との通信機能と、所謂電子手帳と称される機能とを有した多目的なもので、その大きさは、掌程度の大きさとされている。
【0003】
これらの携帯用の電子機器においては、通常、経済性等の面から充電することにより再使用することが可能な二次電池が用いられ、携帯使用時には、複数直列接続した二次電池からなる電池ユニットをDC電源とし、その電池出力により内部電子回路を駆動するように構成されている。
【0004】
充電に際して携帯用のパーソナルコンピュータや携帯情報端末においては、二次電池の充電回路が本体側に一体に設けられているため、ACアダプタを用意すれだけで良い。つまり、商用電源等が配された屋内等にて使用する場合には、ACアダプタにより交流100Vを所定の直流電圧に変換し、その出力により内部電子回路を駆動すると共に、二次電池を電源ライン上から切り離して充電回路を動作させて二次電池に対して充電を行う。
【0005】
一方、二次電池の充電回路が本体側に一体に設けられておらず、二次電池の出力電圧を安定化するDC/DCコンバータが搭載されている携帯電話機やディジタルカメラ等においては、二次電池と本体側との関係が一体不可分とされ、専用の充電器が必要になる。これらの専用の充電器は、ACアダプタと充電回路等により構成され、携帯していない時に専用の充電器に本体もしくは電池ユニットを装着し、二次電池に対して充電を行う。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次電池に対して充放電を同時に行った場合には、出力電圧が所定値とならないばかりか、発熱や発振を伴って不都合が生じる。このため、二次電池に対する充電および放電の管理を厳密に行うことができ、より安全性の高い電源ユニットが要望されている。
【0007】
従って、この発明の目的は、二次電池に対する充電および放電を厳密に管理することができ、より安全性の高い電源ユニットを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項1の発明は、商用電源と、内部に二次電池を有する電子機器との間に介在して電子機器に出力電圧を供給する電源ユニットにおいて、商用電源の電圧を電子機器が必要とする安定化した所定の直流電圧に変換する第1の電圧変換手段と、電池ユニットの電圧を電子機器が必要とする安定化した所定の直流電圧に変換する第2の電圧変換手段と、複数の二次電池からなる電池ユニットと、第1の電圧変換手段と電池ユニットとの間に挿入される第1のスイッチング手段と、第1の電圧変換手段と電源出力端子との間に挿入される第2のスイッチング手段と、第1および第2のスイッチング手段のオン状態を検出する第1および第2の検出手段と、第1の検出手段の検出結果に基づいて、第1のスイッチング手段がオン状態の時に、第2のスイッチング手段をオフ状態にする第1の停止信号生成手段と、第2の検出手段の検出結果に基づいて、第2のスイッチング手段がオン状態の時に、第1のスイッチング手段をオフ状態にする第2の停止信号生成手段と、第1および第2の電圧変換手段の動作状態および非動作状態、並びに第1および第2のスイッチング手段のオン状態およびオフ状態を制御する制御手段とを備え、制御手段は、商用電源の電圧が供給され、電源スイッチがオンされ、かつ、供給モードに設定されている場合には、第1の電圧変換手段を動作状態にし、第2のスイッチング手段をオン状態にし、第2の電圧変換手段を非動作状態にし、第1の電圧変換手段から出力される所定の直流電圧を電源出力端子へ供給し、商用電源の電圧が供給され、電源スイッチがオンされ、かつ、充電モードに設定されている場合には、第1の電圧変換手段を動作状態にし、第1のスイッチング手段をオン状態にし、第2の電圧変換手段を非動作状態にし、第1の電圧変換手段から出力される所定の直流電圧を電池ユニットへ供給し、商用電源の電圧が供給されず、電源スイッチがオンされた場合には、第2のスイッチング手段をオン状態にし、第2の電圧変換手段を動作状態にし、第2の電圧変換手段から出力される所定の直流電圧を電源出力端子へ供給することを特徴とする電源ユニットである。
【0009】
この発明では、電圧変換手段と、電池ユニットと、第1および第2のスイッチング手段と、制御手段とが設けられる。例えば、供給モードに設定された場合には、電圧変換手段が動作状態となると共に、第2のスイッチング手段がオン状態になり、電圧変換手段において形成された出力電圧が負荷側に供給される。この状態においては、第1のスイッチング手段が制御手段からの停止出力により制御されて決してオン状態になることがない。また、充電モードに設定された場合には、電圧変換手段が動作状態となると共に、第1のスイッチング手段がオン状態になり、電圧変換手段において形成された出力電圧が電池ユニットに供給される。この状態においては、第2のスイッチング手段が制御手段からの停止出力により制御されて決してオン状態になることがない。このため、どのような設定状態でも第1および第2のスイッチング手段が同時にオン状態になることがなく、より安全性が高められる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。この発明が適用される第1の実施形態の外観図を図1に示す。この図1には、電源ユニット1により電子機器を駆動する場合の一例として、パーソナルコンピュータ2を駆動する場合が示されている。電源ユニット1上にはパーソナルコンピュータ2が載置可能である。パーソナルコンピュータ2への電力供給は、この状態で、電源ユニット1の底面に収納されている接続コード3を引き出し、パーソナルコンピュータ2へ接続することによって行われる。一方、電源ユニット1への電力供給は、ACコード2によって、図示せずとも電源ユニット1の側面に配設されているACインレットと商用電源を接続することによって行われる。また、図示しないが、電源ユニット1の側面にはバッテリーの容量を表示するためのLEDが配置されており、パーソナルコンピュータ2を使用しながらバッテリーの残量を確認できる。
【0011】
また、この電源ユニット1は、一例として、パーソナルコンピュータ2と略々同一の外形寸法であり、内蔵されたバッテリーによって、パーソナルコンピュータを長時間駆動することができる。
【0012】
図2は、この発明の一実施形態の全体構成を示す。この発明の一実施形態は、図2に示すようにAC/DCスイッチング電源回路12、2個のスイッチ回路13、15、電池ユニット16、DC/DCスイッチング電源回路17、2個の検出回路18、21、2個の停止信号生成回路19、20、制御回路22等により構成される。
【0013】
図2において、11で示されるのが商用電源との接続用のACインレットであり、また、14で示されるのが負荷としての電子機器との接続用のコネクタである。ACインレットの一対の電源入力端子11a、11bを介して商用電源からの電源電圧がAC/DCスイッチング電源回路12に供給される。AC/DCスイッチング電源回路12は、制御回路22からの制御信号に応じて、入力されるAC100Vの交流電圧をコネクタ14に接続される負荷側が必要とする所定の直流電圧に安定化して出力する。AC/DCスイッチング電源回路12において形成された出力電圧がスイッチ回路13および15のそれぞれの入力端子に供給される。
【0014】
スイッチ回路13の出力端子とコネクタ14の一方の端子14aとが接続されている。コネクタ14の他方の端子14bが接地されている。また、スイッチ回路15の出力端子には、電池ユニット16の+側が接続されている。
【0015】
スイッチ回路13は、2個の制御端子を有し、この2個の制御端子の状態に応じてオン状態になる。一方の制御端子には、後述する制御回路22からの制御信号が供給され、他方の制御端子には、停止信号生成回路19からの停止出力が供給される。スイッチ回路13の状態が検出回路21により検出され、検出回路21の検出出力が停止信号生成回路20に供給される。停止信号生成回路20は、検出回路21の検出出力に基づいてスイッチ回路13がオン状態である場合に、スイッチ回路15をオフ状態に制御する停止出力を生成する。この停止出力がスイッチ回路15の他方の制御端子に供給される。
【0016】
また、スイッチ回路15は、2個の制御端子を有し、この2個の制御端子の状態に応じてオン状態になる。一方の制御端子には、後述する制御回路22からの制御信号が供給され、他方の制御端子には、停止信号生成回路20からの停止出力が供給される。スイッチ回路15の状態が検出回路18により検出され、検出回路18の検出出力が停止信号生成回路19に供給される。停止信号生成回路19は、検出回路18の検出出力に基づいてスイッチ回路15がオン状態である場合に、スイッチ回路13をオフ状態に制御する停止出力を生成する。この停止出力がスイッチ回路13の他方の制御端子に供給される。
【0017】
電池ユニット16は、例えば、リチウムイオン電池の非水系二次電池を複数個使用したものである。電池ユニットの−側が接地されている。また、DC/DCスイッチング電源回路17は、制御回路22からの制御信号に応じて電池ユニット16の出力電圧を、コネクタ14に接続される負荷側が必要とする所定の直流電圧に安定化して出力する。DC/DCスイッチング電源回路17において形成された出力電圧がスイッチ回路13の入力端子に供給される。
【0018】
上述したように各部を制御する制御回路22は、マイクロコンピュータを中心に構成されている。制御回路22は、図示せずも電源投入スイッチやモード設定スイッチ等の操作状態や保護回路の検出出力等を監視し、各状態に応じて制御信号を生成し、この制御信号を各部に供給することで電源ユニット全体を集中管理する。
【0019】
例えば、ACインレット11に商用電源電圧が供給された状態で、電源スイッチがオンされ、かつ、供給モードに設定されている場合には、制御回路22は、AC/DCスイッチング電源回路12を動作状態にすると共に、スイッチ回路13をオン状態にし、DC/DCスイッチング電源回路17を非動作状態にする。従って、この場合には、AC/DCスイッチング電源回路12の出力電圧がスイッチ回路13およびコネクタ14を介して負荷側に供給される。なお、この状態においては、スイッチ回路15が停止信号生成回路20の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路22は、AC/DCスイッチング電源回路12を非動作状態にすると共に、スイッチ回路13をオフ状態にする。
【0020】
一方、ACインレット11に商用電源電圧が供給された状態で、電源スイッチがオンされ、かつ、充電モードに設定されている場合には、制御回路22は、AC/DCスイッチング電源回路12を動作状態にすると共に、スイッチ回路15をオン状態にし、DC/DCスイッチング電源回路17を非動作状態にする。従って、この場合には、AC/DCスイッチング電源回路12の出力電圧がスイッチ回路15を介して電池ユニット16側に供給される。なお、この状態においては、スイッチ回路13が停止信号生成回路19の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路22は、AC/DCスイッチング電源回路12を非動作状態にすると共に、スイッチ回路15をオフ状態にする。
【0021】
また、ACインレット11に商用電源電圧が供給されない状態で、電源スイッチがオンされた場合には、制御回路22は、スイッチ回路13をオン状態にすると共に、DC/DCスイッチング電源回路17を動作状態にする。従って、この場合には、電池ユニット16の電力によりDC/DCスイッチング電源回路17において形成された出力電圧がスイッチ回路13およびコネクタ14を介して負荷側に供給される。なお、この状態においては、スイッチ回路15が停止信号生成回路20の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路22は、DC/DCスイッチング電源回路17を非動作状態にすると共に、スイッチ回路13をオフ状態にする。
【0022】
図3は、この発明の他の実施形態の全体構成を示す。この発明の他の実施形態は、図3に示すようにAC/DCスイッチング電源回路32、2個のスイッチ回路13、35、電池ユニット16、2個の検出回路38、41、2個の停止信号生成回路19、20、制御回路42、2個の制御信号生成回路23、24等により構成される。なお、図3において、図2と対応する部分には、同一の参照符号が付されており、共通部分の説明に関しては省略する。
【0023】
AC/DCスイッチング電源回路32は、3個の制御端子を有し、制御回路42からの制御信号C1と、2個の制御信号生成回路23、24からの制御信号C2、C3に応じて、入力されるAC100Vの交流電圧をコネクタ14に接続される負荷側が必要とする所定の直流電圧V1に安定化して出力するか、もしくは、電池ユニット16への充電に必要とされる所定の直流電圧V2に安定化して出力する。AC/DCスイッチング電源回路32において形成された出力電圧がスイッチ回路13および35のそれぞれの入力端子に供給される。
【0024】
スイッチ回路13は、2個の制御端子を有し、この2個の制御端子の状態に応じてオン状態になる。一方の制御端子には、後述する制御回路42からの制御信号が供給され、他方の制御端子には、停止信号生成回路19からの停止出力が供給される。スイッチ回路13の状態が検出回路41により検出され、検出回路41の検出出力が停止信号生成回路20に供給されると共に、制御信号生成回路24に供給される。停止信号生成回路20は、検出回路41の検出出力に基づいてスイッチ回路13がオン状態である場合に、スイッチ回路35をオフ状態に制御する停止出力を生成する。この停止出力がスイッチ回路35の第2の制御端子に供給される。
【0025】
制御信号生成回路24には、制御回路42からの制御信号が供給されており、制御信号生成回路24は、制御回路42からの制御信号と、検出回路41の検出出力に基づいてスイッチ回路13がオン状態である場合に、AC/DCスイッチング電源回路32の出力電圧が所定の出力電圧となるように制御するための制御信号C3を生成する。この制御信号C3がAC/DCスイッチング電源回路32に供給される。
【0026】
また、スイッチ回路35は、2個の制御端子を有し、この2個の制御端子の状態に応じてオン状態になる。第1の制御端子には、後述する制御回路42からの制御信号が供給され、第2の制御端子には、停止信号生成回路20からの停止出力が供給される。スイッチ回路35の状態が検出回路38により検出され、検出回路38の検出出力が停止信号生成回路19に供給されると共に、制御信号生成回路23に供給される。停止信号生成回路19は、検出回路38の検出出力に基づいてスイッチ回路35がオン状態である場合に、スイッチ回路13をオフ状態に制御する停止出力を生成する。この停止出力がスイッチ回路13の他方の制御端子に供給される。
【0027】
制御信号生成回路23には、制御回路42からの制御信号が供給されており、制御信号生成回路23は、制御回路42からの制御信号と、検出回路38の検出出力に基づいてスイッチ回路35がオン状態である場合に、AC/DCスイッチング電源回路32の出力電圧が所定の出力電圧となるように制御するための制御信号C2を生成する。この制御信号C2がAC/DCスイッチング電源回路32に供給される。
【0028】
上述したように各部を制御する制御回路42は、マイクロコンピュータを中心に構成されている。制御回路42は、図示せずも電源投入スイッチやモード設定スイッチ等の操作状態や保護回路の検出出力等を監視し、各状態に応じて制御信号を生成し、この制御信号を各部に供給することで電源ユニット全体を集中管理する。
【0029】
例えば、ACインレット11に商用電源電圧が供給された状態で、電源スイッチがオンされ、かつ、供給モードに設定されている場合には、制御回路42は、AC/DCスイッチング電源回路32を動作状態にすると共に、制御信号生成回路24の制御信号C3が有効となるように制御する。従って、この場合には、AC/DCスイッチング電源回路32において、負荷側の必要とする所定の直流電圧V1が形成され、この出力電圧がスイッチ回路13およびコネクタ14を介して負荷側に供給される。
【0030】
なお、この状態においては、スイッチ回路35が停止信号生成回路20の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路42は、AC/DCスイッチング電源回路32を非動作状態にすると共に、スイッチ回路13をオフ状態にする。
【0031】
一方、ACインレット11に商用電源電圧が供給された状態で、電源スイッチがオンされ、かつ、充電モードに設定されている場合には、制御回路42は、AC/DCスイッチング電源回路32を動作状態にすると共に、制御信号生成回路24の制御信号C3が有効となるように制御する。従って、この場合には、AC/DCスイッチング電源回路32において、電池ユニット16への充電に必要とされる所定の直流電圧V2が形成され、この出力電圧がスイッチ回路35を介して電池ユニット16側に供給される。なお、この状態においては、スイッチ回路13が停止信号生成回路20の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路42は、AC/DCスイッチング電源回路32を非動作状態にすると共に、スイッチ回路35をオフ状態にする。
【0032】
また、ACインレット11に商用電源電圧が供給されない状態で、電源スイッチがオンされた場合には、制御回路42は、スイッチ回路13をオン状態にすると共に、停止信号生成回路20の停止出力を無効とする制御信号を生成してスイッチ回路35をオン状態にする。従って、この場合には、電池ユニット16の出力電圧がスイッチ回路35、13およびコネクタ14を介して負荷側に供給される。なお、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路42は、スイッチ回路35をオフ状態にすると共に、スイッチ回路13をオフ状態にする。この他の実施形態は、負荷としての電子機器内部に電源ユニットからの電圧を安定化するDC/DCスイッチング電源回路が設けられている場合や、負荷としての電子機器の入力電圧範囲か大きい場合に用いられる。
【0033】
図4は、この発明の他の実施形態の動作状態の具体的な例を示す特性図である。例えば、電池ユニット16が、3個のリチウムイオン電池を並列接続し、この並列接続したリチュウムイオン電池をさらに4個直列接続して計12個のリチウムイオン電池からなり、充電時の上限電圧が例えば4.2Vとされているものとする。また、コネクタ14に携帯用の電子機器が接続され、この電子機器の入力電圧が例えば16Vとされているものとする。
【0034】
この場合における供給モード時においては、図4において48の実線で示すように制御信号C2を有効としてAC/DCスイッチング電源回路32を動作させることにより16Vの出力電圧が電子機器に対して供給される。一方、充電モード時においては、図4において49の実線で示すように制御信号C3を有効としてAC/DCスイッチング電源回路32を動作させることにより17V(上限電圧:4.2×4=16.8V)の出力電圧が電池ユニット16に対して供給される。
【0035】
図5は、上述した一実施形態におけるスイッチ回路13、15と、検出回路18、21と、停止信号生成回路19、21によってなされる動作と等化な動作を行う具体的な回路の一例を示す。図2に示すAC/DCスイッチング電源回路12の出力端子にpチャンネル型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)52のソースが接続され、MOSFET52のドレインにコネクタ14の端子14aが接続されている。なお、ダイオード52aは、寄生ダイオードである。MOSFET52のゲートが抵抗58を介してnpn型のトランジスタ54のコレクタに接続され、トランジスタ54のエミッタが接地されている。
【0036】
また、AC/DCスイッチング電源回路12の出力端子にpnp型のトランジスタ51のエミッタが接続され、トランジスタ51のコレクタに電池ユニット16の+側が接続されている。なお、電池ユニット16の−側が接地されている。トランジスタ51のベースが抵抗55を介してnpn型のトランジスタ53のコレクタに接続され、トランジスタ53のエミッタが接地されている。
【0037】
トランジスタ54のベースから制御端子60が導出されると共に、トランジスタ54のベースとトランジスタ53のコレクタとの間にダイオード56がトランジスタ54のベースからトランジスタ53のコレクタに向けて順方向となるように接続されている。また、トランジスタ53のベースから制御端子59が導出されると共に、トランジスタ53のベースとトランジスタ54のコレクタとの間にダイオード57がトランジスタ53のベースからトランジスタ54のコレクタに向けて順方向となるように接続されている。なお、ダイオード56、57は、トランジスタ53、54のそれぞれのバイアス電圧VBEとオン状態になった時のそれぞれのコレクタ・エミッタ間電圧VCEとを加えた電圧より小さな順方向電圧を有するものが選定されている。例えば、トランジスタ53、54のバイアス電圧VBEが0.6〜0.7Vとした場合には、順方向電圧VF が0.4V程度のショットキダイオード等の低電圧のものが用いられる。
【0038】
このように構成される回路に対して供給モードの場合には、制御端子60に対して制限抵抗を介してバイアス電圧VBEより十分に高い電圧が制御信号として印加される。従って、トランジスタ54がオン状態になることによりMOSFET52のゲートがローレベルに制御されてMOSFET52がオン状態になり、MOSFET52を介してAC/DCスイッチング電源回路12の出力電圧が取り出される。なお、この時、制御端子59に対して制限抵抗を介してバイアス電圧VBEより十分に高い電圧が制御信号として印加されたとしても、トランジスタ53のベースの電圧は、略々ダイオード57の順方向電圧に固定されるため、決してオンすることがない。
【0039】
また、逆に充電モードの場合には、制御端子59に対して制限抵抗を介してバイアス電圧VBEより十分に高い電圧が制御信号として印加される。従って、トランジスタ53がオン状態になることによりトランジスタ51のベースがローレベルに制御されてトランジスタ51がオン状態になり、トランジスタ51を介してAC/DCスイッチング電源回路12の出力電圧が電池ユニット16に印加される。なお、この時、制御端子60に対して制限抵抗を介してバイアス電圧VBEより十分に高い電圧が制御信号として印加されたとしても、トランジスタ54のベースの電圧は、略々ダイオード56の順方向電圧に固定されるため、決してオンすることがない。
【0040】
なお、上述した説明においては、スイッチング素子としてMOSFET52、トランジスタ51、53、54を用いる場合について説明したが、他のスイッチング素子を用いるようにしても良い。例えば、MOSFET52をpnp型のトランジスタに置き換えても、また、トランジスタ51をpチャンネル型のMOSFETに置き換えると共に、トランジスタ53、54をnチャンネル型のMOSFETに置き換えるようにしても良い。また、トランジスタ53、54をnチャンネル型のMOSFETに置き換える場合には、ダイオード56、57としては、MOSFETのオン電圧以下となるダイオードを用いれば良く、順方向電圧が0.7〜1.0Vの一般のシリコンダイオードを用いることができる。
【0041】
図6は、上述した他の実施形態におけるAC/DCスイッチング電源回路32と、スイッチ回路13、35と、検出回路38、41と、停止信号生成回路19、20と、制御信号生成回路23、24とによってなされる動作と等化な動作を行う具体的な回路の一例を示す。なお、図6においては、図5と対応する部分に同一の参照符号が付されており、同一部分に関しての説明を省略する。
【0042】
先ず、AC/DCスイッチング電源回路32の要部について説明する。図6において、62で示されるのがスイッチングトランスである。スイッチングトランス62の1次側コイルの一端から端子61が導出されている。端子61には、図示せずも商用電源電圧を整流ブリッジにより全波整流して平滑することにより得られる直流電圧が供給される。また、スイッチングトランス62の1次側コイルの他端にnチャンネル型のMOSFET63のドレインが接続され、MOSFET63のソースが接地されている。なお、ダイオード63aは、寄生ダイオードである。このMOSFET63のゲートにPWM制御回路64からのPWM出力が供給される。また、PWM制御回路64の制御端子には、フォトカプラ92を構成するフォトトランジスタ92bのコレクタが接続されている。フォトトランジスタ92bのエミッタは接地されている。
【0043】
一方、スイッチングトランス62の二次側コイルの一端に整流ダイオード65のアノードが接続され、整流ダイオード65のカソードがコンデンサ66を介して接地されている。この整流ダイオード65とコンデンサ66との接続点に電流検出用の抵抗67の一端が接続されている。なお、スイッチングトランス61の二次側コイルの他端は、接地されている。
【0044】
また、整流ダイオード65とコンデンサ66との接続点が直列接続された抵抗81、82を介して接地され、抵抗81および82の接続点が差動増幅器83の非反転入力端子に接続されている。差動増幅器83の反転入力端子には、基準電圧源としてのツェナダイオード84が接続されている。この抵抗81、82と、ツェナダイオード84と、差動増幅器83とにより出力電圧検出回路が構成されている。
【0045】
さらに、整流ダイオード65とコンデンサ66との接続点、つまり、抵抗67の一端は、直列接続された抵抗85、86を介して接地され、抵抗85および86の接続点が差動増幅器89の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗67の他端は、直列接続された抵抗87、88を介して接地され、抵抗87および88の接続点が差動増幅器89の反転入力端子に接続されている。この抵抗67、85、86、87、88と、差動増幅器89とにより出力電流検出回路が構成されている。
【0046】
出力電圧検出回路の差動増幅器83の出力端子と、出力電流検出回路の差動増幅器89の出力端子とが接続され、この共通接続点にフォトカプラ92を構成する赤外線LED92aのアノードが接続されている。赤外線LED92aのカソードは接地されている。例えば、出力電流が通常の範囲内の場合には、出力電圧検出回路側の差動増幅器83の出力により赤外線LED92aが駆動され、フォトトランジスタ92bの出力電圧に応じてPWM制御回路64が制御される。
【0047】
具体的には、差動増幅器83において、ツェナダイオード84の電圧と、抵抗67の一端側の電圧を抵抗81および82により分圧して得られる電圧とが比較されてその差の増幅出力が生成される。この差動増幅器83の出力により赤外線LED92aが駆動されてPWM制御回路64が制御されることにより、抵抗67の一端側の電圧が目標とする規定電圧より低い場合には、MOSFET63のオン区間となるパルス幅が広げられ、抵抗67の一端側の電圧が目標とする規定電圧より高い場合には、その逆にパルス幅が狭くなるように制御され、抵抗67の一端側の電圧が所定値で安定化される。
【0048】
また、出力電流が通常の範囲外で過電流が流れた場合には、出力電流検出回路側の差動増幅器89の出力により赤外線LED92aが駆動され、フォトトランジスタ92bの出力電圧に応じてPWM制御回路64が制御される。
【0049】
具体的には、差動増幅器89において、抵抗67の一端側の電圧を抵抗85および86により分圧して得られる電圧と、抵抗67の他端側の電圧を抵抗87および88により分圧して得られる電圧とが比較されてその差の増幅出力が生成される。この差動増幅器89の出力により赤外線LEDが駆動されてPWM制御回路64が制御されることにより、パルス幅が狭くなるように制御されて出力電流が制限される。
【0050】
このように構成されるAC/DCスイッチング電源回路32の抵抗67の他端に上述したMOSFET52のソースが接続されると共に、トランジスタ51のエミッタが接続されている。前述した例においては、トランジスタ54のベースとトランジスタ53のコレクタとの間に,ダイオード56がトランジスタ54のベースからトランジスタ53のコレクタに向けて順方向となるように接続されていたものが、この例の場合には、図6に示すようにトランジスタ54のベースとトランジスタ53のコレクタとの間に,ダイオード71がトランジスタ53のコレクタからトランジスタ54のベースに向けて順方向となるように接続されている。
【0051】
また、出力電圧検出回路の抵抗81および82の接続点に抵抗93の一端が接続され、抵抗93の他端と、npn型のトランジスタ73のコレクタとが接続されている。トランジスタ73のエミッタは、接地されている。出力電流検出回路の抵抗85および86の接続点と、抵抗90の一端とが接続され、抵抗90の他端がダイオード91のアノードに接続され、ダイオード91のカソードがトランジスタ73のコレクタに接続されている。さらに、トランジスタ54のベースとトランジスタ73のコレクタとの間にダイオード76がトランジスタ54のベースからトランジスタ73のコレクタに向けて順方向となるように接続されている。トランジスタ73のベースと、トランジスタ53のベースとが接続されている。
【0052】
このように構成される回路に対して供給モードの場合には、制御端子60に対して制限抵抗を介してバイアス電圧VBEより十分に高い電圧が制御信号として印加される。従って、トランジスタ54がオン状態になることによりMOSFET52のゲートがローレベルに制御されてMOSFET52がオン状態になり、MOSFET52を介してAC/DCスイッチング電源回路32の出力電圧が取り出される。なお、この時、制御端子59に対して制限抵抗を介してバイアス電圧VBEより十分に高い電圧が制御信号として印加されたとしても、トランジスタ53、73の両者のベースの電圧は、略々ダイオード57の順方向電圧に固定されるため、両者共に決してオンすることがない。
【0053】
また、逆に充電モードの場合には、制御端子59に対して制限抵抗を介してバイアス電圧VBEより十分に高い電圧が制御信号として印加される。従って、トランジスタ53がオン状態になることによりトランジスタ51のベースがローレベルに制御されてトランジスタ51がオン状態になり、トランジスタ51を介してAC/DCスイッチング電源回路32の出力電圧が電池ユニット16に印加される。また、それと同時にトランジスタ73がオン状態になり、出力電圧検出回路の抵抗82に並列に抵抗93が接続された状態となる。このため、反転入力端子の電圧に対して非反転入力端子の電圧が低くなり、この差動増幅器83の出力により赤外線LED92aが駆動されてPWM制御回路64が制御されることにより、パルス幅が広くなるように制御されて出力電圧が供給モード時より高い所定値に安定化される。なお、この時、制御端子60に対して制限抵抗を介してバイアス電圧VBEより十分に高い電圧が制御信号として印加されたとしても、トランジスタ54のベースの電圧は、略々ダイオード76の順方向電圧に固定されるため、決してオンすることがない。
【0054】
なお、上述した一実施形態においては、DC/DCスイッチング電源回路17を制御回路22からの制御信号により動作/非動作状態とする場合について説明したが、電池ユニット16の+側とDC/DCスイッチング電源回路17の入力端子の間にスイッチ回路を挿入し、そのスイッチ回路を制御回路22により制御してDC/DCスイッチング電源回路17を電流路上から切り離すことで、非動作に制御するようにしても良い。また、電池ユニット16とDC/DCスイッチング電源回路17とを切り離すスイッチ回路を挿入する場合には、スイッチ回路を停止信号生成回路19の出力により充電時に同時にオンすることがないようにオフ状態に制御する。さらに、電池ユニット16とDC/DCスイッチング電源回路17とを切り離すスイッチ回路を挿入する場合には、このスイッチ回路の状態を検出する検出回路と、停止信号生成回路とを設けて、この停止信号生成回路の停止出力をスイッチ回路15に供給して、DC/DCスイッチング電源回路17の動作時に、同時にスイッチ回路15がオン状態にならないように制御するようにしても良い。
【0055】
また、上述したこの発明の一実施形態および他の実施形態においては、電池ユニット16にリチウムイオン電池を複数個用いる場合について説明したが、スイッチ回路15および電池ユニット16との間、もしくは、スイッチ回路35および電池ユニット16との間に充電回路を設けるようにしても良い。また、二次電池としては、他にニッケル・ガドミウム電池やニッケル・水素電池等を用いるようにしても良く、それぞれの二次電池に最適な充電を実施するように構成する。
【0056】
さらに、上述したこの発明の一実施形態においては、DC/DCスイッチング電源回路17の出力電圧をスイッチ回路13を介して取り出す場合について説明したが、DC/DCスイッチング電源回路17の出力電圧をスイッチ回路13を介さずコネクタ14の一方の端子14aに直接供給するようにしても良い。
【0057】
【発明の効果】
この発明では、電圧変換手段と、電池ユニットと、第1および第2のスイッチング手段と、制御手段とが設けられ、第1および第2のスイッチング手段が同時にオン状態になることがないように構成されている。従って、この発明によれば、第1のスイッチング手段のオンまたはオフを確認した後、第2のスイッチング手段をオフまたはオンするようにし、同様に第2のスイッチング手段のオンまたはオフを確認した後、第1のスイッチング手段をオフまたはオンするようにしているので、チャタリングが発生しても問題なく動作するので、二次電池に対する充電および放電を厳密に管理することができ、より信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明が適用される装置の斜視図である。
【図2】この発明の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図3】この発明の他の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図4】この発明の他の実施形態の動作説明に用いる特性図である。
【図5】この発明の一実施形態の要部の具体的な一例を示す回路図である。
【図6】この発明の他の実施形態の要部の具体的な一例を示す回路図である。
【符号の説明】
12・・・AC/DCスイッチング電源回路、13、15・・・スイッチ回路、16・・・電池ユニット、17・・・DC/DCスイッチング電源回路、18、21・・・検出回路、19、20・・・停止信号生成回路、22・・・制御回路
Claims (3)
- 商用電源と、内部に二次電池を有する電子機器との間に介在して上記電子機器に出力電圧を供給する電源ユニットにおいて、
商用電源の電圧を電子機器が必要とする安定化した所定の直流電圧に変換する第1の電圧変換手段と、
電池ユニットの電圧を上記電子機器が必要とする安定化した所定の直流電圧に変換する第2の電圧変換手段と、
複数の二次電池からなる電池ユニットと、
上記第1の電圧変換手段と上記電池ユニットとの間に挿入される第1のスイッチング手段と、
上記第1の電圧変換手段と電源出力端子との間に挿入される第2のスイッチング手段と、
上記第1および第2のスイッチング手段のオン状態を検出する第1および第2の検出手段と、
上記第1の検出手段の検出結果に基づいて、上記第1のスイッチング手段がオン状態の時に、上記第2のスイッチング手段をオフ状態にする第1の停止信号生成手段と、
上記第2の検出手段の検出結果に基づいて、上記第2のスイッチング手段がオン状態の時に、上記第1のスイッチング手段をオフ状態にする第2の停止信号生成手段と、
上記第1および第2の電圧変換手段の動作状態および非動作状態、並びに上記第1および第2のスイッチング手段のオン状態およびオフ状態を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記商用電源の電圧が供給され、電源スイッチがオンされ、かつ、供給モードに設定されている場合には、上記第1の電圧変換手段を動作状態にし、上記第2のスイッチング手段をオン状態にし、上記第2の電圧変換手段を非動作状態にし、上記第1の電圧変換手段から出力される上記所定の直流電圧を上記電源出力端子へ供給し、
上記商用電源の電圧が供給され、上記電源スイッチがオンされ、かつ、充電モードに設定されている場合には、上記第1の電圧変換手段を動作状態にし、上記第1のスイッチング手段をオン状態にし、上記第2の電圧変換手段を非動作状態にし、上記第1の電圧変換手段から出力される上記所定の直流電圧を上記電池ユニットへ供給し、
上記商用電源の電圧が供給されず、上記電源スイッチがオンされた場合には、上記第2のスイッチング手段をオン状態にし、上記第2の電圧変換手段を動作状態にし、上記第2の電圧変換手段から出力される上記所定の直流電圧を上記電源出力端子へ供給する
ことを特徴とする電源ユニット。 - 請求項1において、
さらに、上記第1および第2の検出手段の出力を用いて上記第1および第2のスイッチング手段の状態に連係して上記第1の電圧変換手段の出力を可変させる出力設定手段を備えたことを特徴とする電源ユニット。 - 請求項2において、
さらに、上記電池ユニットと、上記第2の電圧変換手段との間に挿入される第3のスイッチング手段を備え、
上記制御手段は、さらに、上記第3のスイッチング手段がオン状態の時に、上記第1のスイッチング手段をオフ状態に制御することを特徴とする電源ユニット。
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