JP5315908B2

JP5315908B2 - 電源装置

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Publication number: JP5315908B2
Application number: JP2008260320A
Authority: JP
Inventors: 清司高松
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2028-10-07
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Description

本発明は、ＡＣアダプタから本体装置への給電を優先してＡＣアダプタの直流電源および本体装置に着脱自在に装着された電池ユニットの直流電源を本体装置に給電し、かつ、本体装置が電源オフの状態のときにＡＣアダプタの直流電源で電池ユニットを充電する電源装置に関する。

従来、プリンタやプロジェクタ等の各種の電子機器にはＡＣアダプタから本体装置に直流電源を給電するものがある。さらに、これらの電子機器において、写真印刷用のインクジェットプリンタ（以下、フォトプリンタという）のような携帯可能なタイプのものは、オプションユニットとして二次電池構成の電池ユニット（電池パックとも呼ばれる）が着脱自在に装着可能であり、電池ユニットが装着された場合、ＡＣアダプタからの給電を優先して、ＡＣアダプタおよび電池ユニットから本体装置に直流電源が給電される。また、電池ユニットの二次電池の充電は本体装置が電源オフの状態のときにＡＣアダプタから本体装置に給電される直流電源によって行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−７２０５７号公報（段落［０００２］−［０００７］、［００２４］−［００４１］、［００６１］、図３等）。

前記したフォトプリンタのような携帯可能なタイプの電子機器において、本体装置の小型化、コストダウンおよび省電力化、環境対策を図る上からは、ＡＣアダプタおよび電池ユニットから本体装置に給電する直流電源の電圧を本体装置の電源電圧に設定し、本体装置に昇圧用のＤＣ−ＤＣコンバータ等を設けないようにすることが望まれる。さらに、本体装置の電源電圧が例えば４０Ｖ前後の比較的高い電圧であれば、スイッチング電源に形成されるＡＣアダプタでの電力損や安全性、本体装置が電源オフから電源オンに変化したときの起動性等を考慮することにより、本体装置が電源オフ状態になるきにはＡＣアダプタの出力電圧を前記電源電圧より低い電圧（アイドル電圧）に切り替えることが好ましい。

しかしながら、ＡＣアダプタの出力電圧を本体装置の電源オン、電源オフの状態によって高（電源電圧）、低（アイドル電圧）に切り替えると、本体装置が電源オフ状態になるときには、ＡＣアダプタから本体装置に給電される直流電源がアイドル電圧に低下して電池ユニットの二次電池の充電が困難になることが考えられる。

そして、この種の電源装置において、ＡＣアダプタの出力電圧を本体装置の電源オン、電源オフの状態によって高、低に切り替えるとともに、本体装置が電源オフ状態のときにＡＣアダプタから本体装置に給電される直流電源によって電池ユニットの二次電池を確実に充電する具体的な構成は発明されていない。

本発明は、フォトプリンタ等の電子機器の電源装置において、ＡＣアダプタの出力電圧を本体装置の電源オン、電源オフの状態によって高、低に切り替え、しかも、本体装置が電源オフ状態のときにＡＣアダプタから本体装置に給電される直流電源によって電池ユニットの二次電池を確実に充電する具体的な構成を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電源装置は、ＡＣアダプタの直流電源および、前記本体装置に着脱自在に装着される電池ユニットの直流電源を、前記ＡＣアダプタからの給電を優先して前記本体装置に給電し、かつ、前記本体装置の電源オフ状態での充電制御に基づき、前記本体装置に装着された前記電池ユニットの二次電池構成の電源用電池を前記ＡＣアダプタの直流電源により充電する電源装置であって、前記ＡＣアダプタは、入力された交流電源を直流電源に変換し、前記ＡＣアダプタの出力端子から前記本体装置に直流電源を給電するレギュレータ部と、前記出力端子の電圧が抵抗を介して印加され、前記本体装置が電源オン状態のときおよび、前記本体装置が電源オフ状態で前記電源用電池を充電するときに、前記本体装置によりローレベルに制御される給電制御端子と、前記給電制御端子のローレベルにより前記レギュレータ部の直流電源の電圧を前記本体装置の電源電圧に制御し、前記給電制御端子のハイレベルにより前記レギュレータ部の直流電源の電圧を前記電源電圧より低いアイドル電圧に制御する出力制御部とを備え、前記本体装置は、前記電池ユニットが装着された状態で前記ＡＣアダプタが接続されたときに、一端が前記給電制御端子に接続され、かつ、他端が前記電池ユニットを介して接地されて前記給電制御端子を介した前記出力端子の電圧により充電され、放電状態からの充電中に前記給電制御端子をローレベルに初期制御する充放電コンデンサと、前記電源オン状態のときに前記充放電コンデンサの一端から引き出された放電路を接地して前記給電制御端子をローレベルに保持する第１のレベル保持手段と、前記初期制御に基づく前記ＡＣアダプタの前記電源電圧の直流電源により起動され、前記電源用電池を充電するときに前記放電路を接地して前記給電制御端子をローレベルに保持し、前記ＡＣアダプタからの給電の消失により前記放電路を非接地に戻す第２のレベル保持手段と、前記ＡＣアダプタからの給電の消失に基づく前記出力端子の電圧低下により、前記充放電コンデンサを短絡放電して前記充放電コンデンサを前記放電状態にリセットするリセット手段とを備える。

したがって、本発明の電源装置によると、本体装置に電池ユニットが装着された状態でＡＣアダプタが本体装置に接続されると、ＡＣアダプタの出力端子から給電制御端子、本体装置の充放電コンデンサ、電池ユニットを介してアースに至る充放電コンデンサの充電路が形成され、ＡＣアダプタの出力端子の電圧で充放電コンデンサが充電され、充放電コンデンサが放電状態から一定電圧に充電されるまで給電制御端子がローレベルに初期制御される。このとき本体装置が電源オン状態であれば、第１のレベル保持手段によって充放電コンデンサの一端が放電路を介して接地され、充放電コンデンサが放電して給電制御端子がローレベルに保持される。そのため、ＡＣアダプタから本体装置に本体装置の電源電圧の直流電源が給電されて本体装置がＡＣアダプタから給電された直流電源で動作する。

また、給電制御端子がローレベルに初期制御されるときに本体装置が電源オフ状態であれば、本体装置の電源電圧に初期制御されたＡＣアダプタの出力端子の直流電源により第２のレベル保持手段が起動される。そして、電池ユニットの電源用電池を充電する場合は、第２のレベル保持手段によって充放電コンデンサの一端が放電路を介して接地され、充放電コンデンサが放電して給電制御端子がローレベルに保持され、ＡＣアダプタから本体装置に本体装置の電源電圧の直流電源が給電され、この電源電圧の直流電源で電池ユニットの電源用電池が充電される。

ところで、ＡＣアダプタの出力端子の電圧で充放電コンデンサが放電状態から充電されている途中に、ＡＣアダプタの電源プラグが電源コンセントから引き抜かれて電源コンセントに再挿入されたり、電源コンセントの交流電源が瞬時的に停電したりすると、電源プラグが電源コンセントから引き抜かれている間や、電源コンセントの交流電源が停電している間、すなわちＡＣアダプタの入力が途絶えている間にもＡＣアダプタの出力端子の電圧により充放電コンデンサの充電が進み、給電制御端子がハイレベルに反転した後にＡＣアダプタの電源プラグが電源コンセントに再び差し込まれたり電源コンセントの交流電源の停電が復旧してＡＣアダプタの入力が再開する事態が発生する。このとき、ＡＣアダプタの出力端子の電圧で充放電コンデンサがさらに充電されると、給電制御端子はローレベルにならず、ＡＣアダプタの出力端子の直流電源が前記電源電圧に初期制御されないため、電池ユニットの電源用電池の充電は行えなくなる。

しかしながら、本発明の電源装置の場合、ＡＣアダプタの出力端子の電圧で充放電コンデンサが放電状態から充電されている途中に、ＡＣアダプタの電源プラグが電源コンセントから引き抜かれて電源コンセントに再挿入されたり、電源コンセントの交流電源が瞬時的に停電したりすると、ＡＣアダプタの入力が途絶えてＡＣアダプタの出力端子の電圧が電源圧から低下することにより、リセット手段が充放電コンデンサを短絡放電して放電状態にリセットする。そのため、ＡＣアダプタの電源プラグが電源コンセントに再び差し込まれたりしてＡＣアダプタの入力が再開すると、必ず、充放電コンデンサが放電状態から充電されて給電制御端子がローレベルに初期制御され、第２のレベル保持手段が起動されて給電制御端子がローレベルに保持され、ＡＣアダプタから本体装置に給電される電源電圧の直流電源で電池ユニットの電源用電池が確実に充電される。

そのため、本発明の電源装置によると、本体装置の電源オフ状態のときに、ＡＣアダプタから本体装置に給電される直流電源によって電池ユニットの電源用電池を確実に充電することができ、ＡＣアダプタの出力電圧を本体装置の電源オン、電源オフの状態によって本体装置の電源電圧（高）、アイドル電圧（低）に切り替え、しかも、本体装置が電源オフ状態のときにＡＣアダプタから本体装置に給電される直流電源によって電池ユニットの電源用電池を確実に充電できる具体的な構成を提供することができる。

つぎに、本発明の電源装置は、前記第２のレベル保持手段が、前記ＡＣアダプタの前記電源電圧の直流電源により起動され、前記ＡＣアダプタからの給電の消失により動作を停止する前記電源用電池の充電回路と、前記電源用電池を充電するときに前記充電回路の制御によりオンして前記放電路を接地し、前記充電回路の動作停止によりオフして前記放電路を非接地に戻す放電路制御用半導体スイッチとにより形成される。

この場合、給電制御端子がローレベルに初期制御されると、このローレベルに基づくＡＣアダプタの電源電圧の直流電源で電源用電池の充電回路が起動される。そして、電源用電池の充電中は、充電回路が放電路制御用半導体スイッチがオンし、放電路を接地して給電制御端子をローレベルに保持し、ＡＣアダプタの電源電圧の直流電源で電源用電池を充電することができる。したがって、本体装置の電源オフ状態時に電池ユニットの電源用電池を確実に充電することができる、一層具体的な構成を提供することができる。

つぎに、本発明の電源装置は、前記リセット手段が、前記出力端子の直流電源により前記電源電圧より低い基準電圧に充電され、前記ＡＣアダプタからの給電の消失に基づき前記出力端子の電圧が前記基準電圧より低下するときに、前期出力端子から切り離されて端子電圧の低下が前記出力端子の電圧低下より遅くなるように設定された時定数で放電するリセットタイミング設定用コンデンサと、前記端子電圧が前記出力端子の電圧より高くなるときにオンして前記充放電コンデンサの端子間を短絡する短絡用半導体スイッチとにより形成される。

この場合、本体装置に電池ユニットが装着された状態でＡＣアダプタが本体装置に接続され、ＡＣアダプタの出力端子の電圧で充放電コンデンサが放電状態から充電される間に、ＡＣアダプタの出力端子の直流電源によりリセットタイミング設定用コンデンサが電源電圧より低い基準電圧に充電される。そして、ＡＣアダプタの電源プラグが電源コンセントから引き抜かれたり、電源コンセントの交流電源が瞬時的に停電したりしてＡＣアダプタの入力が途絶えると、ＡＣアダプタの出力端子の電圧が充放電コンデンサの端子電圧より速く低下し、ＡＣアダプタの出力端子の電圧低下により、充放電コンデンサの端子電圧がＡＣアダプタの出力端子の電圧より高くなったときに、短絡用半導体スイッチがオンして充放電コンデンサの端子間を短絡して充放電コンデンサを放電状態にリセットする。そのため、ＡＣアダプタの電源プラグが電源コンセントに再び差し込まれたり交流電源の停電が復旧してＡＣアダプタの入力が再開したときには、必ず、充放電コンデンサが放電状態から充電されて給電制御端子がローレベルに初期制御され、ＡＣアダプタから本体装置に給電される電源電圧の直流電源で電池ユニットの電源用電池が確実に充電される。

したがって、本体装置の電源オフ状態のときに、ＡＣアダプタから本体装置に給電される直流電源によって電池ユニットの電源用電池を確実に充電することができる、さらに一層具体的な構成を提供することができる。

本発明の一実施形態について、図１〜図６を参照して詳述する。図１は電子機器の一例であるフォトプリンタの電源装置の結線図、図２は図１のＡＣアダプタ１の詳細な結線図、図３〜図６はそれぞれ動作説明用のタイミングチャートである。

図１に示す本実施形態の電源装置は、ＡＣアダプタ１が図２に示すフライバック式のスイッチング電源に形成されて本体装置２に接離自在に接続される。本体装置２にはオプションユニットとしての電池ユニット３が着脱自在に装着される。

そして、ＡＣアダプタ１について図２を参照して説明すると、ＡＣプラグ１００が電源コンセントに差し込まれることにより、電源コンセントの例えば２３０Ｖの交流電源が、ヒューズ１０１および、コンデンサ１０２とコイル１０３が形成する交流フィルタを介して入力処理部１０４のダイオードブリッジの整流回路１０５に入力され、整流回路１０５および平滑コンデンサ１０６により前記交流電源が整流、平滑されて高電圧の入力側の直流電源が形成される。さらに、この入力側の直流電源が、スナバ回路１０７を介してトランス１０８の１次側の第１巻き線１０８ａに給電される。そして、第１巻き線１０８ａに直列に接続されたＮチャンネルＭＯＳタイプのＦＥＴ１０９がスイッチング制御部１１０により高周波スイッチングして前記入力側の直流電源を断続し、トランス１０８の２次側の第２巻き線１０８に巻き線１０８ａ、１０８ｂの巻き数比に応じた電圧のパルス出力が誘起される。なお、ＦＥＴ１０９はドレインが第１巻き線１０８ａに接続されてソースが接地され、ゲートがスイッチング制御部１１０の制御端子Ｇに接続されている。

そして、第２巻き線１０ｂのパルス出力が出力処理部１１１のダイオード１１２、平滑コンデンサ１１３により整流、平滑され、本体装置２の電源オン状態時には本体装置２の電源電圧（４２Ｖ）の出力側の直流電源が形成される。この出力側の直流電源が出力端子１ａから本体装置２のＡＣアダプタ端子２ａに給電される。また、出力処理部１１１の後段の電圧検出部１１４により前記出力側の直流電源の電圧が検出され、その検出結果がフォトカップラ１１５の発光ダイオード（発光素子）１１５ａ、フォトトランジスタ（受光素子）１１５ｂにより光信号でスイッチング制御部１１０にフィードバックされる。フォトトランジスタ１１５ｂはコレクタがスイッチング制御部１１０のフィードバック端子ＦＢに接続され、エミッタが接地されている。

スイッチング制御部１１０は、例えば周知のスイッチング電源用の制御ＩＣからなり、前記検出結果の電圧がフィードバック制御の設定電圧になるように、ＦＥＴ１０９の高周波スイッチングをフィードバック制御して前記出力側の直流電源の電圧を前記電源電圧または後述するアイドル電圧に制御する。なお、電圧検出部１１４は、出力端子１ａとアースとの間に抵抗１１６、フォトダイオード１１５ａ、電流調整用のＮＰＮのトランジスタ１１７のコレクタ、エミッタ、温度特性補正用のツェナーダイオード１１８を直列に接続して形成され、検出トランジスタ１１７はベースに出力処理部１１１の出力電圧を抵抗１１９、１２０により分圧したバイアス電圧が印加される。そして、フォトダイオード１１５ａの通電電流量（さらにはその発光量）が前記出力側の直流電源の電圧に比例する。

ところで、ＡＣアダプタ１の最も特徴的な点は、本体装置２の端子２ｂに接続された給電制御端子１ｂおよび、検出補正部１２１が設けられている点である。

そして、給電制御端子１ｂは検出補正部１２１の抵抗１２２を介して出力端子１ａに接続され、本体装置２の制御により、例えば約１．４Ｖ（ダイオードの順方向電圧降下等を考慮して設定された電圧）より少し高い電圧をしきい値電圧Ｖαとして、ハイレベル（以下、Ｈという）、ローレベル（以下、Ｌという）に２値変化する。また、検出補正部１２１は、給電制御端子１ｂのレベル変化によってスイッチングするＮチャンネルＣＭＯＳタイプのＦＥＴ１２３を有し、ＦＥＴ１２３はドレインがフォトダイオード１１５ａのカソードに接続されてソースが接地され、ゲートが給電制御端子１ｂに接続されるとともに、抵抗１２２とツェナーダイオード１２４のカソードとの接続点に接続されている。なお、ツェナーダイオード１２４はアノードが接地され、カソードが抵抗１２２を介して出力端子１ａに接続されている。また、ＡＣアダプタ１の接地端子１ｃは本体装置２の接地端子２ｃに接続されている。そして、入力処理部１０４、トランス１０８、ＦＥＴ１０９、出力処理部１１１が本発明のレギュレータ部１２５を形成し、スイッチング制御部１１０、電圧検出部１１４、フォトカップラ１１５、検出補正部１２１が本発明の出力制御部１２６を形成する。

以上の構成のＡＣアダプタ１は、端子１ａ〜１ｃが給電コード１ｄを介して本体装置２の端子２ａ〜２ｃに接続された状態で電源プラグ１００が電源コンセントに差し込まれると、ＦＥＴ１０９の高周波スイッチングに基づくトランス１０８の第２巻き線１０８ｂのパルス出力を出力処理部１１１により整流、平滑して直流電源を形成し、この直流電源を出力端子１ａから本体装置２のＡＣアダプタ端子２ａに給電する。

そして、本体装置２の電源オン状態時および電池ユニット３の二次電池構成の電源用電池３１を充電するとき、すなわち、有負荷の給電状態になるときは、給電制御端子１ｂがＬになってＦＥＴ１２３がオフすることから、検出補正部１２１は有負荷の給電状態であることを検出する。このとき、ＦＥＴ１２３は電圧検出部１１４の検出に影響せず、電圧検出部１１４はトランジスタ１１７のコレクタ・エミッタ電圧の変化に基づき、出力端子１ａの電圧に比例してフォトダイオード１１５ａの通電電流が変化し、フォトダイオード１１５ａの発光量、さらにはフォトトランジスタ１１５ｂの受光量が、出力処理部１１１の出力電圧に比例して変化する。そして、フィードバック端子ＦＢのレベルとフィードバック制御の設定電圧のレベルとの誤差に基づき、出力処理部１１１の出力電圧が設定電圧（４２Ｖ）になるように、スイッチング制御部１１０がＦＥＴ１０９の高周波スイッチングをフィードバック制御し、出力端子１ａから本体装置２に、本体装置２の作動および電池ユニット３電源用電池３１の充電に必要な本体装置２の電源電圧（４２Ｖ）の直流電源を給電する。

一方、本体装置２が電源オフ状態で、電池ユニット３の電源用電池３１を充電する必要がないとき、すなわち、無負荷の給電状態になるときは、給電制御端子１ｂがＨになってＦＥＴ１２３がオンすることから、検出補正部２７は無負荷の給電状態であることを検出する。このとき、フォトダイオード１１５ａのカソード側にトランジスタ１１７、ツェナーダイオード１１８の通電路に並列にＦＥＴ１２３のバイパス路が形成される。

そして、前記バイパス路の形成によりフォトダイオード１１５ａのカソード電位が低下し、フォトダイオード１１５ａの通電電流が増加して電圧検出部１１４の検出結果が出力処理部１８の実際の出力電圧より高く補正される。この補正によりフォトダイオード１１５ａの発光量が増大してフォトトランジスタ１１５ｂの受光量も増大する。さらに、スイッチング制御部１１０は、電圧検出部１１１の補正された検出結果に基づいてＦＥＴ１０９の高周波スイッチングをフィードバック制御し、ＡＣアダプタ１の出力電圧を、前記電源電圧（４２Ｖ）より低い適当な電圧、具体的には、安全性が高く電力消費が少なく環境にも優しい２０Ｖのアイドル電圧に制御する。

つぎに、本体装置２に着脱自在に装着される電池ユニット３について、図１を参照して説明すると、電池ユニット３が内蔵する電源用電池３１は例えばリチュームイオン電池（二次電池）からなり、出力電圧は例えば１４．８Ｖである。そして、電源用電池３１の昇圧は本体装置２で行ってもよいが、電池ユニット３がオプションユニットであり、電池ユニット３を装着しないで使用する際の本体装置２の小型化、軽量化および省電力化等を図る観点から、本実施形態においては、昇圧型のＤＣ−ＤＣコンバータ等の昇圧処理回路およびその制御回路からなる昇圧処理部３２を電池ユニット３に内蔵する。

そして、電源用電池３１の出力を昇圧処理部３２により昇圧して形成した直流電源を電池ユニット３の出力端子３ｄから逆流防止用ダイオード２０１のカソード側に給電するが、交流電源の停電等が発生してＡＣアダプタ１の直流電源が消失したとき等に本体装置２への給電を止めることなく本体装置２の電源をＡＣアダプタ１の直流電源から電池ユニット３の直流電源に切り替えるため、ＡＣアダプタ１から本体装置２への給電中は、昇圧処理部３２により、出力端子３ｄの直流電源の電圧をＡＣアダプタ１の出力端子１ａの４２Ｖの直流電源より若干低い本体装置２の下限電源電圧相当の電圧（例えば３６Ｖ）に制御する。また、逆流防止用ダイオード２０１がオフし、電池ユニット３の直流電源で本体装置２が作動するときには、昇圧処理部３２により、出力端子３ｄの直流電源の電圧を電源電圧（４２Ｖ）に引き上げる。

電源用電池３１の正極は充電入力端子３ａを介して本体装置２に設けられた充電回路２０４に接続され、本体装置２の電源オフ状態時、充電回路２０４は、電源用電池３１の端子電圧等に基づいて電源用電池３１の充電が必要である判断すると、ＡＣアダプタ端子２ａを介したＡＣアダプタ１の出力端子１ａの直流電源を適当な充電電圧に降圧し、この充電電圧によって電源用電池３１を充電する。

つぎに、本体装置２について図１を参照して説明すると、ＡＣアダプタ１の給電制御端子１ｂをＬに初期制御するため、本体装置２の端子２ｂに充放電コンデンサ２０５の正極側の一端が接続され、充放電コンデンサ２０５の負極側の他端は充電路２０７の逆流防止用ダイオード２０６、電池ユニット３の接続端子３ｂ、接地端子３ｃを介して接地されている。

そして、本体装置２に接続されたＡＣアダプタ１の電源プラグ１００が電源コンセントに差し込まれると、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧が上昇し、充電電流が抵抗１０７、給電制御端子１ｂ、充放電コンデンサ２０５、逆流防止ダイオード２０６を通ってアースに流れ、充電電流によって充放電コンデンサ２０５がしきい値電圧Ｖαに充電されるまでは制御給電端子１ｂがＬに初期制御される。

また、充放電コンデンサ２０５の一端から放電路２０８が引き出され、この放電路２０８は充放電コンデンサ２０５の一端側から順の逆流防止用ダイオード２０９、ＮＰＮの常オンの過電流保護用トランジスタ２１０および、この過電流保護用トランジスタ２１０のエミッタにアノードが接続された逆流防止用ダイオード２１１、２１２が設けられ、逆流防止用ダイオード２１１のカソードは電源スイッチ２００を介して接地され、逆流防止用ダイオード２１２のカソードは、本発明の第１のレベル保持手段を形成するＮＰＮのトランジスタ２１３のコレクタ、エミッタを介して接地されるとともに、本発明の第２のレベル保持手段の放電路制御用半導体スイッチを形成するＮＰＮのトランジスタ２１４のコレクタ、エミッタを介して接地されている。

電源スイッチ２００は自己復帰型のスイッチであり、押される毎に電源オン操作、電源オフ操作に交互に変化する。そして、電源スイッチ２００がオン操作されて本体装置２が電源オン状態になるときは、前記オン操作が本体装置２の全体動作を制御するマイクロコンピュータ構成のシステム制御部２１５にラッチされ、充放電コンデンサ２０５がしきい値電圧Ｖαに充電される前にシステム制御部２１５がトランジスタ２１３をオンして放電路２０８を接地し、充放電コンデンサ２０５の一端を逆流防止用ダイオード２０９、過電流保護用トランジスタ２１０、逆流防止用ダイオード２１２、トランジスタ２１３を介して接地する。そのため、本体装置２が電源オン状態になる間は、充放電コンデンサ２０５の一端の給電制御端子１ｂがＬに制御され、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧が電源電圧（４２Ｖ）に維持されてＡＣアダプタ１の電源電圧（４２Ｖ）の直流電源で本体装置２が作動して印刷等が行われる。

一方、本体装置２の電源オフ状態で本体装置２に装着された電池ユニット３の電源用電池３１を充電するときには、充放電コンデンサ２０５が放電状態からしきい値電圧Ｖαに充電される前に充電回路２０４がトランジスタ２１４をオンして放電路２０８を接地し、充放電コンデンサ２０５の一端を逆流防止用ダイオード２０９、過電流保護用トランジスタ２１０、逆流防止用ダイオード２１２、トランジスタ２１４を介して接地する。そのため、本体装置２が電源オフ状態であっても、電池ユニットの給電制御端子１ｂがＬに制御され、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧が前記４２Ｖに維持されて、出力端子１ａの４２Ｖの直流電源に基づく充電回路２０４の出力で電池ユニット３の電源用電池３１が充電される。電源用電池３１の充電が終了すると、電源用電池３１の端子電圧等から充電終了を検知した充電回路２０４が、トランジスタ２１４をオフして放電路２０８をアースから切り離す。この切り離しにより、充放電コンデンサ２０５が充電され、その端子電圧がしきい値電圧Ｖα以上になると、給電制御端子１ｂがＨに反転してＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧は前記アイドル電圧に低下する。

なお、過電流保護用トランジスタ２１０は、何らかの原因でＡＣアダプタ１から給電される直流電源が過電流状態になったときに、例えば電流センサによって前記過電流を検出したシステム制御部２１５がベース回路のＮＰＮのトランジスタ２１６をオンすることにより、抵抗２１７によりプルアップされていたベース電圧が低下してオフし、放電路２０８を接地状態から開放して給電制御端子１ｂをＬからＨに反転してＡＣアダプタ１の直流電源の電圧を引き下げる。

したがって、ＡＣアダプタ１の給電制御端子１ｂが本体装置２によってＨ、Ｌに制御され、本体装置２の電源オン状態時および、本体装置２の電源オフ状態で電池ユニット３の電源用電池３１を充電するときに、給電制御端子１ｂのＨによりＡＣアダプタ１から本体装置２に電源電圧（４２Ｖ）の直流電源が給電される。そして、本体装置２の電源オン状態時は給電された電源電圧（４２Ｖ）の直流電源によって本体装置２が作動し、電源用電池３１を充電するときは給電された電源電圧（４２Ｖ）の直流電源に基づく充電回路２０４の出力で電源用電池３１が充電される。

ところで、つぎに説明する本発明のリセット手段としての図１のリセット回路２１８を本体装置２に備えなければ、本体装置２の電源オフ状態で電池ユニット３の電源用電池３１を充電するときに、ＡＣアダプタ１の電源プラグ１００が誤って電源コンセントから引き抜かれて電源コンセントに再挿入されたり、電源コンセントの交流電源の瞬停（瞬断）が発生したりしたときに、電源用電池３１の充電が行われない事態を招来する。

すなわち、本体装置２にリセット回路２１８を備えなければ、電源プラグ１００が電源コンセントに差し込まれて充放電コンデンサ２０５がしきい値電圧Ｖα程度まで充電されたとき（時刻ｔａ）にＡＣアダプタ１の電源プラグ１００が誤って電源コンセントから引き抜かれ、その後、充放電コンデンサ２０５が自然放電する数秒程度の時間を待たずに、時刻ｔｂに電源プラグ１００が電源コンセントに再挿入されると、その間のＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧は図３（ａ）の実線に示すように変化して電源電圧（４２Ｖ）に達することがない。また、トランジスタ２４１はオフに保持されて放電路２０８は非接地の状態であり、充放電コンデンサ２０５の端子電圧は図３（ｂ）の実線に示すようにしきい値電圧Ｖα以上になる。そのため、電源プラグ１００の再挿入後には給電制御端子１ｂがＬに初期制御されず、ＡＣアダプタ１から本体装置２に給電される直流電源がアイドル電圧（２０Ｖ）に維持されて電源用電池３１の充電は行われない。同様に、電源プラグ１００が電源コンセントに差し込まれて充放電コンデンサ２０５がしきい値電圧Ｖα程度まで充電されたときに電源コンセントの交流電源の瞬断（瞬停）が発生すると、このとき、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧は電源電圧（４２Ｖ）に達しておらず、トランジスタ２１４がオフして放電路２０８は非接地の状態である。そのため、停電復旧直後には充放電コンデンサ２０５の端子電圧が既にしきい値電圧Ｖα以上になっており、停電復旧後に給電制御端子１ｂがＬに初期制御されず、ＡＣアダプタ１から本体装置２に給電される直流電源がアイドル電圧に維持されて電源用電池３１は充電されない。

そこで、本実施形態においては本体装置２にリセット回路２１８を設ける。リセット回路２１８は、充放電コンデンサ２０５の両端にコレクタ、エミッタが接続され、本発明の短絡用半導体スイッチを形成するＮＰＮのトランジスタ２１９と、そのベース回路とからなる。

トランジスタ２１９のベース回路は、リセットタイミング設定部２２０と、リセットタイミング設定部２２０によりベース電圧が制御されてスイッチングするＮＰＮのトランジスタ２２１と、このトランジスタ２２１のコレクタ電圧によってベース電圧が制御されてスイッチングするＰＮＰのトランジスタ２２２とにより形成される。リセットタイミング設定部２２０は、ＡＣアダプタ端子２ａに順方向に接続された逆流防止用ダイオード２２３と、このダイオード２２３のカソードとアースとの間に直列に設けられた抵抗２２４および本発明のリセットタイミング設定用コンデンサ２２５と、このコンデンサ２２５に並列に接続された放電時定数抵抗２２６とからなる。

なお、トランジスタ２２１は、ベースが逆流防止用ダイオード２２３のカソードに接続され、エミッタがＡＣアダプタ端子２ａに接続されている。また、トランジスタ２２２は、ベースが抵抗２２７を介してトランジスタ２２１のコレクタに接続され、エミッタがリセットタイミング設定部２２０の抵抗２２４とリセットタイミング設定用コンデンサ２２５との接続点、すなわち、基準電圧点Ｒに接続され、ベース・エミッタ間にバイアス用の抵抗２２８が設けられている。さらに、トランジスタ２１９は、ベースが抵抗２２９を介してトランジスタ２２２のコレクタに接続され、ベース・エミッタ間にバイアス用の抵抗２３０が設けられている。

そして、本体装置２の電源オフ状態で電池ユニット３の電源用電池３１を充電する場合、電源プラグ１００が電源コンセントに差し込まれ、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧で充放電コンデンサ２０５がしきい値電圧Ｖα程度まで充電されたとき（時刻ｔｘ）に、ＡＣアダプタ１の電源プラグ１００が誤って電源コンセントから引き抜かれ、その後、充放電コンデンサ２０５が自然放電する数秒程度の時間を待たずに時刻ｔｙに電源プラグ１００が電源コンセントに再挿入されたとすると、このとき、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧は図４（ａ）の実線ａに示すように変化する。また、ＡＣアダプタ１の電源プラグ１００が電源コンセントから引き抜かれるまでは、ＡＣアダプタ端子２ａを介したＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧により、リセットタイミング設定部２２０の逆流防止用ダイオード２２３、抵抗２２４を介してリセットタイミング設定用コンデンサ２２５が充電され、この充電により基準電圧点Ｒの基準電圧Ｖｒが図４（ａ）の実線ｂに示すように例えば２０Ｖの規定電圧になる。さらに、リセットタイミング設定用コンデンサ２２５が充電される間は、逆流防止用ダイオード２２３がオンし、トランジスタ２２１は逆バイアスの状態に保持されてオフする。トランジスタ２２１がオフすると、トランジスタ２２２、２１９がオフし、図４（ｃ）に示すトランジスタ２１９のオフにより、充放電コンデンサ２０５が充電状態に保持されてその端子電圧は図４（ｂ）の実線に示すように上昇する。

つぎに、電源プラグ１００が電源コンセントから引き抜かれると、ＡＣアダプタ端子２ａを介したＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧が低下する。そして、図４の時刻ｔｏｎにＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧より基準電圧Ｖｒが高くなると、逆流防止用ダイオード２２３がオフし、リセットタイミング設定用コンデンサ２２５が放電時定数抵抗２２６を介して放電する。この放電の時定数の設定の基づき、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧が電源プラグ１００の再挿入によって復旧し、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧が基準電圧Ｖｒより高くなる図４の時刻ｔｏｆｆまでは、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧より基準電圧Ｖｒが高い状態になって逆流防止用ダイオード２２３がオフに維持される。そして、逆流防止用ダイオード２２３がオフに維持される間は、トランジスタ２１１がオンしてトランジスタ２２２、２１９がオンする。さらに、トランジスタ２１９がオンすることにより充放電コンデンサ２０５の端子間がトランジスタ２１９によって短絡し、充放電コンデンサ２０５が短絡放電する。

そのため、電源プラグ１００が電源コンセントに再挿入されたとき（図４の時刻ｔｙ）には、放電路２０８が接地されていなくても、充放電コンデンサ２０５は必ず放電状態になっており、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧で充放電コンデンサ２０５が放電状態から充電される。そして、充放電コンデンサ２０５がしきい値電圧Ｖαに充電されるまでの間、給電制御端子１ｂがＬの初期制御され、ＡＣアダプタ１から本体装置２に電源電圧（４２Ｖ）の直流電源が給電されて電源用電池３１の充電が行われる。

同様に、電源プラグ１００が電源コンセントに差し込まれて充放電コンデンサ２０５がしきい値電圧Ｖα程度まで充電されたときに電源コンセントの交流電源の瞬断（瞬停）が発生すると、基準電圧点Ｒが基準電圧Ｖｒになってからリセットタイミング設定用コンデンサ２２５が放電する。そして、瞬断（瞬停）発生から停電が復旧するまでの間、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧より基準電圧Ｖｒが高い状態になって逆流防止用ダイオード２２３がオフに維持され、トランジスタ２２１がオンしてトランジスタ２２２、２１９がオンする。そのため、充放電コンデンサ２０５の端子間がトランジスタ２１９により短絡して充放電コンデンサ２０５が短絡放電し、停電から復旧したときには、放電路２０８が接地されていなくても、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧で充放電コンデンサ２０５が放電状態から充電され、充放電コンデンサ２０５がしきい値電圧Ｖαに充電されるまでの間、給電制御端子１ｂがＬの初期制御されて電源用電池３１の充電が行われる。

したがって、本体装置２に電池ユニット３が装着された状態でＡＣアダプタ１が本体装置２に接続され、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧で充放電コンデンサ２０５が充電されるときに、ＡＣアダプタ１の電源プラグ１００が誤って電源コンセントから引き抜かれて電源コンセントに再挿入されたり、電源コンセントの交流電源が瞬時的に停電したりすると、ＡＣアダプタ１の入力が途絶える間に、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧がリセットタイミング設定用コンデンサ２２５の端子電圧より速く低下してリセットタイミング設定用コンデンサ２２５の端子電圧がＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧より高くなる。このとき、トランジスタ２１９がオンして充放電コンデンサ２０５の端子間を短絡し、充放電コンデンサ２０５が必ず放電状態にリセットされる。そのため、ＡＣアダプタ１の電源プラグ１００が電源コンセントに再び差し込まれたり電源コンセントの交流電源の停電が復旧したときには、充放電コンデンサ２０５が必ず放電状態から充電されて給電制御端子１ｂがＬに初期制御され、ＡＣアダプタ１から本体装置２に給電される電源電圧の直流電源で電池ユニット３の電源用電池３１を確実に充電することができ、本体装置２の電源オフ状態のときに、ＡＣアダプタ１から本体装置２に給電される直流電源によって電池ユニット３の電源用電池３１を確実に充電することが可能で、具体的な構成の電源装置を提供することができる。

なお、電池ユニット３の電源用電池３１の充電が終了すると（図５の時刻ｔｚ）、トランジスタ２１４がオフして放電路２０８が非接地になり、充放電コンデンサ２０５の端子電圧が図５（ｂ）の実線に示すように上昇する。そして、充放電コンデンサ２０５の端子電圧がしきい値電圧Ｖαに上昇すると、ＡＣアダプタ１の給電制御端子１ｂがＨになり、図５（ａ）の実線ｃに示すようにＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧は電源電圧（４２Ｖ）からアイドル電圧に低下し、リセットタイミング設定用コンデンサ２２５の基準電圧Ｖｒも図５（ａ）の実線ｄに示すように規定電圧（２０Ｖ）から低下する。このとき、基準電圧ＶｒがＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧を上回ることがなく、図５（ｃ）に示すようにトランジスタ２１９はオフに保持される。そのため、電源用電池３１の充電終了後にＡＣアダプタ１の電源プラグ１００が電源コンセントから引き抜かれて電源コンセントに再挿入されたり、電源コンセントの交流電源の瞬停（瞬断）が発生したりすると、充放電コンデンサ２０５は放電リセットされないが、充電が終了しているので不都合はない。

また、充電中の電源用電池３１が本体装置２から取り外されて再装着されるときには、図６の時刻ｔｘｘの取り外しにより、充電回路２０４が充電処理を停止してトランジスタ２１４をオフする。このとき、充放電コンデンサ２０５は負極側（他端側）がアース電位（正確にはダイオード２０６の順方向電圧だけ高い電位（０．７Ｖ））から浮いた状態になる。そのため、その一端側の端子電圧（正極電圧）は図６（ｂ）の実線ｇに示すように変化し、負極電圧は同図（ｂ）の実線ｈに示すように正極電圧にしたがって変化する。そして、正極電圧がしきい値電圧Ｖαに上昇してＡＣアダプタ１の給電制御端子１ｂがＨになると、図６（ａ）の実線ｅに示すようにＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧は電源電圧（４２Ｖ）からアイドル電圧に低下する。また、前記基準電圧Ｖｒも図６（ａ）の実線ｆに示すように規定電圧（２０Ｖ）から低下する。さらに、ＡＣアダプタ１の出力端子１ａの電圧低下により、図６（ｂ）に示すように充放電コンデンサ２０５の正極電圧、負極電圧も低下する。

そして、図６の時刻ｔｙｙに電池ユニット３が本体装置２に再装着されると、電源用電池３１の充電路が再成されて充電回路２０４が充電処理を再開するとともにトランジスタ２１４をオンして充放電コンデンサ２０５の放電路２０８を接地する。このとき、充放電コンデンサ２０５の負極は充電路２０７を介して接地され、充放電コンデンサ２０５は図６（ｂ）に示すように負極側が０．７Ｖにクランプされて正極電圧がしきい値電圧Ｖαより低くなる。そのため、ＡＣアダプタ１の給電制御端子１ｂがＬになり、再装着された電池ユニット３の電源用電池３１を、ＡＣアダプタ１から本体装置２に給電される電源電圧（４２Ｖ）の直流電源によって充電することができる。なお、再装着された電池ユニット３の電源用電池３１を充電するときには、図６（ｃ）に示すようにトランジスタ２１９はオフに保持される。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、ＡＣアダプタ１は前記実施形態と異なるスイッチング電源の構成であってもよい。また、電池ユニット３もどのような構成であってもよく、電源用電池３１はどのような二次電池であってもよい。さらに、本発明のリセット放電手段はリセット回路２１８と異なる構成であってもよく、放電路制御用半導体スイッチ、短絡用半導体スイッチは、ＦＥＴ等であってもよい。

つぎに、本体装置２の電源電圧、しきい値電圧Ｖα、基準電圧Ｖｒ、リセットタイミング設定用コンデンサ２２５の放電時定数等は、設計条件等にしたがって適当に設定すればよく、前記実施形態の設定に限るものではない。

また、本体装置２の一層の小型等を図る場合は、充電回路２０４を電池ユニット３に設けるようにしてもよい。

そして、本発明は、種々の電子機器の電源装置に適用することができる。

本発明の一実施形態の結線図。図１の一部の詳細な結線図。図１のリセット回路を設けない場合の動作説明用のタイミングチャート。図１の動作説明用の第１のタイミングチャート。図１の動作説明用の第２のタイミングチャート。図１の動作説明用の第３のタイミングチャート。

符号の説明

１…ＡＣアダプタ、１ａ…出力端子、１ｂ…給電制御端子、２…本体装置、３…電池ユニット、３１…電源用電池、１２５…レギュレータ部、１２６…出力制御部、２０４…充電回路、２０５…充放電コンデンサ、２０７…充電路、２０８…放電路、２１３…第１のレベル保持手段としてのトランジスタ、２１４…第２のレベル保持手段の放電路制御用半導体スイッチとしてのトランジスタ、２１８…リセット手段としてのリセット回路、２１９…短絡用半導体スイッチを形成するトランジスタ、２２５…リセットタイミング設定用コンデンサ

Claims

ＡＣアダプタの直流電源および、前記本体装置に着脱自在に装着される電池ユニットの直流電源を、前記ＡＣアダプタからの給電を優先して前記本体装置に給電し、かつ、前記本体装置の電源オフ状態での充電制御に基づき、前記本体装置に装着された前記電池ユニットの二次電池構成の電源用電池を前記ＡＣアダプタの直流電源により充電する電源装置であって、
前記ＡＣアダプタは、
入力された交流電源を直流電源に変換し、前記ＡＣアダプタの出力端子から前記本体装置に直流電源を給電するレギュレータ部と、
前記出力端子の電圧が抵抗を介して印加され、前記本体装置が電源オン状態のときおよび、前記本体装置が電源オフ状態で前記電源用電池を充電するときに、前記本体装置によりローレベルに制御される給電制御端子と、
前記給電制御端子のローレベルにより前記レギュレータ部の直流電源の電圧を前記本体装置の電源電圧に制御し、前記給電制御端子のハイレベルにより前記レギュレータ部の直流電源の電圧を前記電源電圧より低いアイドル電圧に制御する出力制御部とを備え、
前記本体装置は、
前記電池ユニットが装着された状態で前記ＡＣアダプタが接続されたときに、一端が前記給電制御端子に接続され、かつ、他端が前記電池ユニットを介して接地されて前記給電制御端子を介した前記出力端子の電圧により充電され、放電状態からの充電中に前記給電制御端子をローレベルに初期制御する充放電コンデンサと、
前記電源オン状態のときに前記充放電コンデンサの一端から引き出された放電路を接地して前記給電制御端子をローレベルに保持する第１のレベル保持手段と、
前記初期制御に基づく前記ＡＣアダプタの前記電源電圧の直流電源により起動され、前記電源用電池を充電するときに前記放電路を接地して前記給電制御端子をローレベルに保持し、前記ＡＣアダプタからの給電の消失により前記放電路を非接地に戻す第２のレベル保持手段と、
前記ＡＣアダプタからの給電の消失に基づく前記出力端子の電圧低下により、前記充放電コンデンサを短絡放電して前記充放電コンデンサを前記放電状態にリセットするリセット手段とを備えた電源装置。
前記第２のレベル保持手段が、
前記ＡＣアダプタの前記電源電圧の直流電源により起動され、前記ＡＣアダプタからの給電の消失により動作を停止する前記電源用電池の充電回路と、
前記電源用電池を充電するときに前記充電回路の制御によりオンして前記放電路を接地し、前記充電回路の動作停止によりオフして前記放電路を非接地に戻す放電路制御用半導体スイッチとにより形成される請求項１に記載の電源装置。
前記リセット手段が、
前記出力端子の直流電源により前記電源電圧より低い基準電圧に充電され、前記ＡＣアダプタからの給電の消失に基づき前記出力端子の電圧が前記基準電圧より低下するときに、前期出力端子から切り離されて端子電圧の低下が前記出力端子の電圧低下より遅くなるように設定された時定数で放電するリセットタイミング設定用コンデンサと、
前記端子電圧が前記出力端子の電圧より高くなるときにオンして前記充放電コンデンサの端子間を短絡する短絡用半導体スイッチとにより形成される請求項１または２に記載の電源装置。