JP4449860B2 - 電源供給用スイッチ装置とそれを用いた電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、負荷回路への電源供給に際して、電池とＡＣアダプタとを共に使用できる電源供給用スイッチ装置とそれを用いた電子機器に関するものである。

以下、従来の電源供給用スイッチ装置について説明する。従来の電源供給用スイッチ装置は、図３に示すように、５ボルト（以下、Ｖと記す）を出力する電池１が接続される入力端子２と、この入力端子２がドレイン４ａに接続されるとともにゲート４ｃが抵抗３を介してグランドに接続されたＭＯＳトランジスタ４と、ＭＯＳトランジスタ４のソース４ｂに接続されるとともに負荷回路５に接続される出力端子６と、８Ｖの電圧を出力するＡＣアダプタ７が接続される入力端子８と、この入力端子８側からＭＯＳトランジスタ４のゲート４ｃに接続されるとともに、入力端子８側から出力端子６側に向けて接続されたダイオード９とで構成されていた。

以上のように構成された電源供給用スイッチ装置について、以下にその動作を説明する。先ず、５Ｖを出力する電池１のみが入力端子２に接続されており、８Ｖを出力するＡＣアダプタ７は入力端子８に接続されていない場合について説明する。

この場合、ＭＯＳトランジスタ４のゲート４ｃは抵抗３を介してグランドに接続されているので、ＭＯＳトランジスタ４はオンとなり、入力端子２に入力される電池１の出力はＭＯＳトランジスタ４を介して出力端子６に導かれる。そして、この出力端子６から負荷回路５に供給される。

次に、５Ｖを出力する電池１が入力端子２に接続されており、８Ｖを出力するＡＣアダプタ７も入力端子８に接続されている場合について説明する。

この場合、ＭＯＳトランジスタ４のソース４ｂには、ＡＣアダプタ７からダイオード９を介して供給される７．６Ｖの電圧が印加されており、ゲート４ｃにはＡＣアダプタ７から出力される８Ｖの電圧が印加されているので、ＭＯＳトランジスタ４はオフとなる。従って、電池１の出力はＭＯＳトランジスタ４で阻止される。一方、ＡＣアダプタ７から出力される電圧はダイオード９を介して出力端子６に供給される。そして、この出力端子６から負荷回路５に供給される。

次に、入力端子２に電池１は接続されておらず、入力端子８にＡＣアダプタ７のみが接続されている場合について説明する。この場合、入力端子８に入力されるＡＣアダプタ７の電圧はダイオード９を介して出力端子６に供給される。そして、この出力端子６から負荷回路５に供給される。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平９−３２２４２４号公報

しかしながらこのような従来の電源供給用スイッチ装置では、８Ｖを出力するＡＣアダプタ７を入力端子８から外すと、ＭＯＳトランジスタ４のゲート４ｃがグランド電位となり、このＭＯＳトランジスタ４が直ちにオンとなってしまう。

そのため、この瞬間においては負荷回路５が有するコンデンサ等にチャージされていた７．６Ｖの電圧がＭＯＳトランジスタ４を介して電池１と導通状態となる瞬間が存在することになる。そうすると、負荷回路５に残留していた７．６Ｖの電圧が、５Ｖの電池１に流れ込むことになり、電池１に負担をかけてしまうという問題があった。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、ＡＣアダプタをオフした瞬間においても電池に負担をかけない電源供給用スイッチ装置を提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために本発明の電源供給用スイッチ装置は、第２の電源からの第２の電圧の供給がオフされた場合において、出力端子側の電圧がＰチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイン側の電圧より高い間は、前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタをオフにする制御電圧を前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタに加えることにより第１の入力端子と出力端子とを電気的に切断状態とする制御回路を有するものである。これにより、所期の目的を達成することができる。

以上のように本発明によれば、第２の電源からの第２の電圧の供給がオフされた場合において、出力端子側の電圧がＰチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイン側の電圧より高い間は、このＰチャンネルＭＯＳトランジスタをオフに制御する制御回路を有しているので、たとえ前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのソース側の電圧が前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイン側の電圧より高い瞬間があったとしても、その間は前記ソース側の電圧が前記ドレイン側に与えられることはない。従って、第１の電源に負担をかけることはない。

（実施の形態１）
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態１を説明する。図１において、２１は５Ｖの電池（第１の電圧を出力する電源の一例として用いた）２２が接続される入力端子である。この入力端子２１はＰチャンネルのＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａに接続されている。また、このＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂは出力端子２４に接続されており、この出力端子２４には、コンデンサ等の充電要素を含む負荷回路２５が接続されている。

また、ＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃは入力端子２６に接続されており、この入力端子２６には、８Ｖを出力するＡＣアダプタ（第２の電圧を出力する電源の一例として用いた）２８に接続されている。なお、入力端子２６とＡＣアダプタ２８との間にスイッチ２７を挿入しても良い。

また、入力端子２６（ＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃ側）はダイオード２９のアノード２９ａ側に接続されており、カソード２９ｂ側は出力端子２４に接続されている。また、この入力端子２６は保護用のダイオード３０のカソード３０ｂ側にも接続されており、そのアノード３０ａ側はグランドに接続されている。

ＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂはＰＮＰトランジスタ３１のエミッタ３１ａに接続されており、コレクタ３１ｂはＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃに接続されるとともに抵抗３２と抵抗３３の直列接続体を介してグランドに接続されている。

また、ＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａは、ダイオード３４のアノード３４ａ側に接続されており、そのカソード３４ｂ側はトランジスタ３１のベース３１ｃに接続されている。また、トランジスタ３１のベース３１ｃは抵抗３５を介してＮＰＮトランジスタ３６のコレクタ３６ａに接続されており、エミッタ３６ｂ側はグランドに接続されている。また、トランジスタ３６のベース３６ｃは抵抗３２と抵抗３３の接続点に接続されている。

ここで、トランジスタ３１，３６と、ダイオード３４と、抵抗３２，３３，３５とで制御回路３７を形成している。また３８は、ＭＯＳトランジスタ２３の寄生ダイオードであり、ＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａ側に寄生ダイオード３８のアノード３８ａ側が接続されるとともにソース２３ｂ側には寄生ダイオード３８のカソード３８ｂ側が接続されるように形成されたものである。

以上のように構成された電源供給用スイッチ装置について以下にその動作を説明する。先ず、５Ｖを出力する電池２２のみが接続されており、ＡＣアダプタ２８は接続されていない場合について説明する。この場合、トランジスタ３１のエミッタ３１ａ側には、寄生ダイオード３８を介して４．６Ｖが供給されるとともに、トランジスタ３１のベース３１ｃ側にはダイオード３４を介して４．６Ｖが供給されるので、トランジスタ３１はオフとなっている。従って、エミッタ３１ａ側の電圧がトランジスタ３１を介してコレクタ３１ｂ側へ流れることはない。また、入力端子２６に電圧は加わっていないので、ＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃに電圧は供給されずロー（以下Ｌと記す）レベルとなる。即ち、ＭＯＳトランジスタ２３はオンとなり、電池２２の電圧はＭＯＳトランジスタ２３を介して出力端子２４に出力される。また、このときトランジスタ３６のベース３６ｃはＬレベルであり、トランジスタ３６はオフとなっている。従って、ＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂ側の電圧がグランドに放電されることはなく、電池２２からの出力を無駄に消費することはない。

次に、５Ｖを出力する電池２２と８Ｖを出力するＡＣアダプタ２８が入力端子２１と２６に夫々接続されている場合について説明する。この場合、ＡＣアダプタ２８の出力が入力端子２６を介してＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃに供給される。また、ＡＣアダプタ２８の出力はダイオード２９を介してＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂ側に供給される。従って、ＭＯＳトランジスタ２３はオフとなる。即ち、電池２２の出力は、出力端子２４側へ供給されず、ＡＣアダプタ２８の出力のみがダイオード２９を介して出力端子２４に供給される。従って、この電源供給用スイッチ装置を携帯用の電子機器に使用すれば、ＡＣアダプタ２８を使用することにより、電池２２の消耗を少なくし、電池２２の寿命を長持ちさせることができる。

この場合、トランジスタ３６のベース３６ｃには８Ｖの電圧が抵抗３２と３３で分割して与えられるので、トランジスタ３６はオンとなっている。また、トランジスタ３１のコレクタ３１ｂの電圧は８Ｖであるので、トランジスタ３１においては、コレクタ３１ｂからベース３１ｃに向かって電流が流れ、このベース３１ｃの電圧は７．６Ｖとなる。この７．６Ｖの電圧は、ダイオード３４があるためＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａ側には流れない。従って、電池２２に７．６Ｖの電圧が印加されることはなく、電池２２は保護される。また、トランジスタ３１のベース３１ｃ側の電圧は、抵抗３５とオンとなっているトランジスタ３６を介してグランドへ流れて放電する。また、ゲート２３ｃに加わる８Ｖの電圧は、抵抗３２，３３の直列接続体を介してグランドに流れる。

次に、この電池２２が入力端子２１に接続された状態で、ＡＣアダプタ２８をオフした場合、即ち、ＡＣアダプタ２８を入力端子２６から外すか或いはスイッチ２７をオフした場合について述べる。この場合、入力端子２６に加わる電圧が瞬時に０Ｖになる。

この瞬間において、トランジスタ３１のエミッタ３１ａの電圧は、負荷回路２５のコンデンサに充電された電圧が一瞬供給されることになる。その後、負荷回路２５で消費されるので、７．６Ｖから順次低下する。即ち、最初７．６Ｖあったエミッタ３１ａの電圧は段々低下する。そして、ダイオード３４を介してベース３１ｃに印加されている４．６Ｖの電圧になるまで、トランジスタ３１はオンしている。このトランジスタ３１がオンしている間は、トランジスタ３１のエミッタ３１ａに加わる電圧はコレクタ３１ｂを介してＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃに導かれる。このようにして、ＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂの電圧と、ゲート２３ｃの電圧が等しくなるまで、ＭＯＳトランジスタはオフ状態を維持する。即ち、ＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂ側からドレイン２３ａ側へ５Ｖより高い電圧が導かれることはない。このことにより、ＡＣアダプタ２８がオフされた瞬間においても、電池２２は保護される。

トランジスタ３１のコレクタ３１ｂ側へ供給される電圧は、抵抗３２，３３の直列接続体により放電する。この放電によりトランジスタ３１のコレクタ３１ｂが少しずつ低下していく。この低下した電圧がやがて寄生ダイオード３８を介して供給される４．６Ｖの電圧になると、エミッタ３１ａとベース３１ｃは同電位となりトランジスタ３１はオフする。

そうするとＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃには電圧が供給されないので０Ｖとなり、ＭＯＳトランジスタ２３はオンとなる。すなわち以後は、入力端子２１側から電池２２の出力が出力端子２４側へ供給される。

ここで、ダイオード３０はＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃにマイナス電圧が加わらないように保護を目的として挿入されたものである。また、本実施の形態において、抵抗３２は３．３ＫΩ（キロオーム）、抵抗３３は１．０ＫΩ、抵抗３５は１００ＫΩの値の抵抗を用いている。

以上説明したように、本実施の形態における電源供給用スイッチ装置は、ＡＣアダプタ２８からの８Ｖの電圧の供給がオフされた場合においても、出力端子２４側の電圧がＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａ側の電圧より高い間は、このＭＯＳトランジスタ２３をオフに制御する制御回路３７を有している。従って、たとえＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂ側の電圧がＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａ側の電圧より高い瞬間があったとしても、その間はソース２３ｂ側の電圧がドレイン２３ａ側に与えられることはない。従って、電池２２に負担をかけることはない。

また、この電源供給用スイッチ装置に用いる制御回路３７は、ＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂ側にエミッタ３１ａが接続されるとともに、コレクタ３１ｂ側がＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃに接続されたトランジスタ３１と、ＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａ側からトランジスタ３１のベース３１ｃに向けて接続されたダイオード３４と、トランジスタ３１のベース３１ｃ側が抵抗３５を介してコレクタ３６ａ側に接続されるとともに、エミッタ３６ｂ側がグランドに接続されたトランジスタ３６と、このトランジスタ３６のベース３６ｃ側が抵抗３２，３３の直列接続体の接続点に接続された構成となっており、簡単な構成で形成されているので、小型化と低価格化を図ることができる。

更に、グランド側からＭＯＳトランジスタ２３のゲート２３ｃ側に向けて保護用のダイオード３０が接続されているので、ＭＯＳトランジスタ２３に負の高電圧が加わって、ＭＯＳトランジスタ２３が破壊されることはない。

（実施の形態２）
図２は、実施の形態２における電子機器の回路図である。実施の形態２において、実施の形態１と同じものについては同符号を付して説明を簡略化している。

この電子機器は、実施の形態１で説明した電源供給用スイッチ装置４０を用いたものである。この電子機器は電源供給用スイッチ装置４０の出力端子に電子機器本体回路４１が接続された携帯用の電子機器である。なお、入力端子２１には、５Ｖを出力する電池２２が接続されており、入力端子２６には、８Ｖを出力するＡＣアダプタ２８が着脱自在に接続されたものである。

従って、この携帯用の電子機器においても、実施の形態１と同様の効果を奏するものである。即ち、ＡＣアダプタ２８からの８Ｖの電圧の供給がオフされた場合において、出力端子２４側の電圧がＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａ側の電圧より高い間は、このＭＯＳトランジスタ２３をオフに制御する制御回路３７を有しているので、たとえＭＯＳトランジスタ２３のソース２３ｂ側の電圧がＭＯＳトランジスタ２３のドレイン２３ａ側の電圧より高い瞬間があったとしても、その間はソース２３ｂ側の電圧がドレイン２３ａ側に与えられることはない。従って、電池２２に負担をかけることはない。このことにより、ＡＣアダプタ２８を用いて電池２２の寿命を延ばすことができ、携帯用の電子機器として優れた効果を奏するものである。

また、制御回路３７や保護用のダイオード３０に関しても、実施の形態１と同様の効果を奏するものである。

本発明にかかる電源供給用スイッチ装置は、第１の電源に負担をかけないので、第１の電源の電圧より高い電圧を出力するＡＣアダプタを使用する電子機器等に適用することができる。

本発明の実施の形態１における電源用スイッチ回路の回路図 本発明の実施の形態２における電子機器の要部回路図 従来の電源用スイッチ回路の回路図

２１ 入力端子
２２ 電池
２３ ＭＯＳトランジスタ
２４ 出力端子
２５ 負荷回路
２６ 入力端子
２８ ＡＣアダプタ
２９ ダイオード
３２ 抵抗
３３ 抵抗
３７ 制御回路

Claims (6)

1. 第１の電圧を出力する電源が接続される第１の入力端子と、
   この第１の入力端子がドレインに接続されるとともにゲートが第１、第２の抵抗の直列接続体を介してグランドに接続されたＰチャンネルＭＯＳトランジスタと、
   このＰチャンネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されるとともに負荷回路に接続される出力端子と、
   前記第１の電圧より高い第２の電圧を出力する第２の電源が接続される第２の入力端子と、
   前記ドレインと前記出力端子と前記第２の入力端子とに接続した制御回路とを備え、
   前記制御回路には前記ドレイン電圧と前記出力端子の電圧とを比較することにより前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタの駆動切り替えを行うための制御電圧を生成するＰＮＰトランジスタを設け、
   前記第１の電圧の印加中に前記第２の電源からの前記第２の電圧の供給がオフされた場合において、
   前記出力端子側の電圧が前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイン側の電圧より高い間は、
   前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタをオフにする制御電圧を前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタに加えることにより前記第１の入力端子と前記出力端子とを電気的に切断状態とする電源供給用スイッチ装置。
2. 制御回路は、 ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのソース側にエミッタが接続されるとともにコレクタ側が前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのゲートに接続されたＰＮＰトランジスタと、
   前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイン側から前記ＰＮＰトランジスタのベースに向けて接続された第２のダイオードと、
   前記ＰＮＰトランジスタのベース側が第３の抵抗を介してコレクタ側に接続されるとともにエミッタ側がグランドに接続されたＮＰＮトランジスタと、
   このＮＰＮトランジスタのベース側が第１、第２の抵抗の直列接続体の接続点に接続された請求項１に記載の電源供給用スイッチ装置。
3. グランドからＰチャンネルＭＯＳトランジスタのゲート側に向けて第３のダイオードが接続された請求項１に記載の電源供給用スイッチ装置。
4. 第１の電圧を出力する電源が接続される第１の入力端子と、
   この第１の入力端子がドレインに接続されるとともにゲートが第１、第２の抵抗の直列接続体を介してグランドに接続されたＰチャンネルＭＯＳトランジスタと、
   このＰチャンネルＭＯＳトランジスタのソースに接続されるとともに本体回路に接続される出力端子と、
   前記第１の電圧より高い第２の電圧を出力する第２の電源が接続される第２の入力端子と、
   前記ドレインと前記出力端子と前記第２の入力端子とに接続した制御回路とを備え、
   前記制御回路には前記ドレイン電圧と前記出力端子の電圧とを比較することにより前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタの駆動切り替えを行うための制御電圧を生成する第１のＰＮＰトランジスタを設け、
   前記第１の電圧の印加中に前記第２の電源からの前記第２の電圧の供給がオフされた場合において、
   前記出力端子側の電圧が前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイン側の電圧より高い間は、
   前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタをオフにする制御電圧を前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタに加えることにより前記第１の入力端子と前記出力端子とを電気的に切断状態とする電子機器。
5. 制御回路は、 ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのソース側にエミッタが接続されるとともに、コレクタ側が前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのゲートに接続されたＰＮＰトランジスタと、
   前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタのドレイン側から前記ＰＮＰトランジスタのベースに向けて接続された第２のダイオードと、
   前記ＰＮＰトランジスタのベース側が第３の抵抗を介してコレクタ側に接続されるとともに、エミッタ側がグランドに接続されたＮＰＮトランジスタと、
   このＮＰＮトランジスタのベース側が第１、第２の抵抗の直列接続体の接続点に接続された請求項４に記載の電子機器。
6. グランドからＰチャンネルＭＯＳトランジスタのゲート側に向けて第３のダイオードが接続された請求項４に記載の電子機器。

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