JP4400682B2 - 電源切り換え装置 - Google Patents
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Description
この電源切り換え装置は、ACアダプタ(直流電源)1から給電線3を介して負荷4に電力を供給する場合には、MOSトランジスタM1がオフ、MOSトランジスタM2がオンとなる。このため、MOSトランジスタM1の寄生ダイオードD1が逆方向となり、給電線3からバッテリ2への無制限な充電は防止される。
その後、MOSトランジスタM1をオンにして、寄生ダイオードD1の発熱を抑えるようにしている。
また、ACアダプタとバッテリからの各出力電圧の値は異なるのが一般的であるので、負荷に供給される電圧が異なってしまうという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、上記の点に鑑み、複数の外部電源のうちの1つを選択して使用する場合に、その選択された外部電源の出力の安定化が図れる上に、その各出力の均一化を図ることが可能で、切替え時に外部電源間の逆流電流を防止する電源切り換え装置を提供することにある。
すなわち、第1の発明は、異なる種類の複数の外部電源に対応して設けられ、前記複数の外部電源の出力の1つを選択的に共通の出力端子に出力する複数の電源切り換え回路を備えた電源切り換え装置であって、前記複数の電源切り換え回路の各々は、自己の出力の安定化を図るために第1トランジスタを含むシリーズレギュレータと、前記第1トランジスタと直列に接続される第2トランジスタと、前記第1トランジスタの動作を切り換える切り換えスイッチと、を備え、前記第1トランジスタは入力端子側に配置されるとともに、前記第2トランジスタは前記出力端子側に配置され、前記第1トランジスタは自己に並列に第1寄生ダイオードを含み、前記第1寄生ダイオードは前記第1トランジスタが非導通状態のときに前記入力端子に印加される電圧が前記出力端子に選択された電圧より高い電圧値の場合に、前記入力端子から前記出力端子に向けて流れる電流を阻止するようになっており、前記第2トランジスタは自己に並列に第2寄生ダイオードを含み、前記第2寄生ダイオードは前記第2トランジスタが非導通状態のときに前記入力端子に印加される電圧が前記出力端子に選択された電圧より低い電圧値の場合に、前記出力端子から前記入力端子に向けて流れる電流を阻止するようになっており、さらに、前記複数の電源切り換え回路の前記切り換えスイッチの切り換えを制御する第1制御信号と、前記複数の電源切り換え回路の前記第2トランジスタをオンまたはオフさせる第2制御信号とを生成する制御回路を備え、前記制御回路は、前記複数の各電源切り換え回路が、現在使用中の電源切り換え回路から新たな電源切り換え回路に使用を切り換える場合には、まず、使用中の電源切り換え回路の前記第2トランジスタを前記第2制御信号でオフにさせたのちに、新たな電源切り換え回路の前記切り換えスイッチを前記第1制御信号で切り換えて、前記第1トランジスタのオン抵抗の制御を開始させて前記両電源切り換え回路の両シリーズレギュレータを使用状態にさせ、次に、使用中の電源切り換え回路の前記切り換えスイッチを前記第1制御信号で切り換えて、前記第1トランジスタのオン抵抗の制御を停止させたのちに、新たな電源切り換え回路の前記第2トランジスタを前記第2制御信号でオンにさせるようにしたことを特徴とする。
本発明の電源切り換え装置の実施形態の構成について、図1を参照して説明する。
この実施形態に係る電源切り換え装置は、図1に示すように、電源切り換え回路11〜13と、制御回路14とを備え、この電源切り換え回路11〜13が、外部電源であるACアダプタ31、USB電源32、およびバッテリ33の各出力のうちの1つを選択的に取り出すようになっている。
電源切り換え回路11は、ACアダプタ31の出力電圧を選択して取り出す回路であり、入力端子15と、共通の出力端子16と、ACアダプタ31の出力電圧を入力電圧とし自己の出力電圧の安定化を図るレギュレータ(シリーズレギュレータ)17と、切替え時にACアダプタ31と外部電源間の逆流電流を防止するP型のMOSトランジスタM11と、を備えている。
備えている。
電圧検出部171は、出力端子16の電圧を検出するものであり、出力端子16とアースとの間に抵抗R1,R2が直列接続され、その共通接続部の電圧を検出電圧として取り出すようにしている。
切り換えスイッチ174は、MOSトランジスタM12をオフにするゲートオフ電圧V1と、誤差増幅器173の出力電圧とを選択し、その選択した電圧をMOSトランジスタM12のゲートに供給するためのスイッチである。
電源切り換え回路12は、USB電源32の出力電圧を選択して取り出す回路であり、入力端子18と、共通の出力端子16と、USB電源32の出力電圧を入力電圧とし自己の出力電圧の安定化を図るレギュレータ19と、切替え時にUSB 電源32と外部電源間の逆流電流を防止するP型のMOSトランジスタM21と、を備えている。
電圧検出部191は、出力端子16の電圧を検出するものであり、出力端子16とアースとの間に抵抗R3,R4が直列接続され、その共通接続部の電圧を検出電圧として取り出すようにしている。
切り換えスイッチ194は、MOSトランジスタM22をオフにするゲートオフ電圧V1と、誤差増幅器193の出力電圧とを選択し、その選択した電圧をMOSトランジスタM22のゲートに供給するためのスイッチである。
電源切り換え回路13は、バッテリ33の出力電圧を選択して取り出す回路であり、入力端子20と、共通の出力端子16と、バッテリ33の出力電圧を入力電圧とし自己の出力電圧の安定化を図るレギュレータ21と、切替え時にバッテリ33と外部電源間の逆流電流を防止するP型のMOSトランジスタM31と、を備えている。
電圧検出部211は、出力端子16の電圧を検出するものであり、出力端子16とアースとの間に抵抗R5,R6が直列接続され、その共通接続部の電圧を検出電圧として取り出すようにしている。
切り換えスイッチ214は、MOSトランジスタM32をオフにするゲートオフ電圧V1と、誤差増幅器213の出力電圧とを選択し、その選択した電圧をMOSトランジスタM32のゲートに供給するためのスイッチである。
制御回路14は、MOSトランジスタM11,M21,M31をオンオフ制御するオンオフ制御信号S1〜S3、および切り換えスイッチ174,194,214の切り換えを制御する切り換え制御信号S4〜S6をそれぞれ生成する回路である。この制御回路14で生成されたオンオフ制御信号S1〜S3は、MOSトランジスタM11,M21,M31の各ゲートに供給されるとともに、切り換え制御信号S4〜S6は切り換えスイッチ174,194,214の切り換えに使用されるようになっている。
この例では、ACアダプタ31の使用中に、ACアダプタ31からUSB電源32に使用を切り換える場合の動作について説明する。なお、外部電源の切り換え動作は、その他の場合であってもこの例の場合と基本的に同様である。
すなわち、期間T1では、図2(A)(B)に示すように、電源切り換え回路11のレギュレータ17が動作状態(オン状態)になり、かつMOSトランジスタM11がオンになる。また、このときには、他の電源切り換え回路12、13のレギュレータ19、21はいずれも使用されずにオフになり、かつMOSトランジスタM21,M31はいずれもオフになる(図2(C)〜(F)参照)。
次に、時刻t4になると、制御回路14からの切り換え制御信号S4により、切り換えスイッチ174の接点が図示とは反対側の位置から図示の位置に切り換わるので、レギュレータ17はその動作を停止する。このときの動作を示す等価回路は、図6に示すようになる。
すなわち、寄生ダイオードD11はUSB電源32の電力がACアダプタ31側に供給されるのを防止し、寄生ダイオードD12はACアダプタ31の電力が出力端子16に供給されるのを防止するように機能する。
図7に示すように、時刻t5では、MOSトランジスタM21はオン状態となってオン抵抗Ronとして機能する。この結果、電源切り換え回路12のレギュレータ19は、USB電源32の出力電圧を入力電圧とし自己の出力電圧の安定化を図ることができ、その安定化された電圧を出力端子16から取り出すことができる。
以上説明したように、この実施形態によれば、例えばACアダプタをUSB電源に切り換えて使用するように、ACアダプタ31、USB電源32、バッテリ33などの複数の外部電源を切り換えて使用する場合に、その各外部電源の出力の安定化を図ることができる。
なお、上記の実施形態では、電源切り換え回路11に寄生ダイオードD11を有するMOSトランジスタM11を使用するようにした。これは、レギュレータ17の使用時にMOSトランジスタM11をオンにし、レギュレータ17に入力されるACアダプタ31の出力の損失をできるだけ少なくするためである。しかし、電源切り換え回路11の出力損失を無視できるような場合には、MOSトランジスタM11をダイオードに置き換えるようにしても良い。
Claims (4)
- 異なる種類の複数の外部電源に対応して設けられ、前記複数の外部電源の出力の1つを選択的に共通の出力端子に出力する複数の電源切り換え回路を備えた電源切り換え装置であって、
前記複数の電源切り換え回路の各々は、
自己の出力の安定化を図るために第1トランジスタを含むシリーズレギュレータと、
前記第1トランジスタと直列に接続される第2トランジスタと、
前記第1トランジスタの動作を切り換える切り換えスイッチと、を備え、
前記第1トランジスタは入力端子側に配置されるとともに、前記第2トランジスタは前記出力端子側に配置され、
前記第1トランジスタは自己に並列に第1寄生ダイオードを含み、前記第1寄生ダイオードは前記第1トランジスタが非導通状態のときに前記入力端子に印加される電圧が前記出力端子に選択された電圧より高い電圧値の場合に、前記入力端子から前記出力端子に向けて流れる電流を阻止するようになっており、
前記第2トランジスタは自己に並列に第2寄生ダイオードを含み、前記第2寄生ダイオードは前記第2トランジスタが非導通状態のときに前記入力端子に印加される電圧が前記出力端子に選択された電圧より低い電圧値の場合に、前記出力端子から前記入力端子に向けて流れる電流を阻止するようになっており、
さらに、前記複数の電源切り換え回路の前記切り換えスイッチの切り換えを制御する第1制御信号と、前記複数の電源切り換え回路の前記第2トランジスタをオンまたはオフさせる第2制御信号とを生成する制御回路を備え、
前記制御回路は、
前記複数の各電源切り換え回路が、現在使用中の電源切り換え回路から新たな電源切り換え回路に使用を切り換える場合には、
まず、使用中の電源切り換え回路の前記第2トランジスタを前記第2制御信号でオフにさせたのちに、新たな電源切り換え回路の前記切り換えスイッチを前記第1制御信号で切り換えて、前記第1トランジスタのオン抵抗の制御を開始させて前記両電源切り換え回路の両シリーズレギュレータを使用状態にさせ、
次に、使用中の電源切り換え回路の前記切り換えスイッチを前記第1制御信号で切り換えて、前記第1トランジスタのオン抵抗の制御を停止させたのちに、新たな電源切り換え回路の前記第2トランジスタを前記第2制御信号でオンにさせるようにしたことを特徴とする電源切り換え装置。 - 前記第1トランジスタのソース端子側は前記入力端子に接続され、前記第2トランジスタのソース端子側は前記出力端子に接続され、前記第1および第2トランジスタのドレイン端子側は共通接続され、
前記第1寄生ダイオードは、カソードが前記入力端子に接続されるとともにアノードが前記共通接続に係る部分に接続され、
前記第2寄生ダイオードは、カソードが前記出力端子に接続されるとともにアノードが前記共通接続に係る部分に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電源切り換え装置。 - 前記シリーズレギュレータは、
前記出力端子の出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部の検出電圧と所定の基準電圧とを比較してその誤差を検出し、前記検出誤差に応じた電圧を出力する誤差増幅器とを備え、
前記第1トランジスタは、前記誤差増幅器の出力または所定のオフ電圧に応じて選択的に動作するようになっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電源切り換え装置。 - 前記複数の外部電源は、ACアダプタ、バッテリ、およびUSBの電源であり、それぞれ出力電圧が異なることを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれかに記載の電源切り換え装置。
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