JP5466429B2 - 電源制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、着脱可能なバッテリにより供給される電力で駆動される装置において、その装置の始動を図る電源制御装置に関する。

携帯電話やＰＨＳ（Personal Handyphone System）等の端末装置の駆動電力は、リチウムイオン電池その他の二次電池によって供給される。
このような端末装置に搭載された電源系は、例えば、図５に示すように構成される。
図５において、端末装置３０には着脱可能な電池パック４０が挿着され、その電池パック４０の陽極端子４１Ｐおよび陰極端子４１Ｎは、端末装置３０に備えられた弾性電極３１Ｐ、３１Ｎにそれぞれ圧接される。

端末装置３０では、弾性電極３１Ｎは接地され、かつ弾性電極３１Ｐは抵抗器３２の一方の端子、トランジスタ３３のエミッタおよび電源回路３４の入力に接続される。トランジスタ３３のベースは、抵抗器３２の他方の端子および押しボタンスイッチ３５のメーク接点に接続され、その押しボタンスイッチ３５の共通接点は接地される。トランジスタ３３のコレクタはオアゲート（ＯＲ）３６の一方の入力に接続され、そのオアゲート３６の出力は電源回路３４の制御入力に接続される。電源回路３４の出力は、プロセッサ３７の電源端子およびリセット回路３８の入力に併せて、端末装置３０に備えられた各部（図示されない。）の電源端子に接続される。リセット回路３８の出力は、プロセッサ３７のリセット入力に接続される。また、プロセッサ３７の出力ポートおよび入力ポートは端末装置３０の各部の制御端子に接続され、これらの出力ポートの内、特定の出力ポートはオアゲート３６の他方の入力に接続される。

このような構成の端末装置では、押しボタンスイッチ３５が長押しされることによって、その押しボタンスイッチ３５の接点が閉じられる状態（図６(1))と、トランジスタ３３がオン状態となってＰＷＲＯＮ信号の論理値が「１」となる（図６(2))ため、オアゲート３６はＰＷＲＥＮ信号の論理値を「１」に設定する（図６(3))。電源回路３４は、このような論理値「１」のＰＷＲＥＮ信号が既定の時間に亘って連続して与えられたことを識別すると電圧変換を開始し（図６(4))、電池パック４０から弾性電極３１Ｐを介して供給される直流電力を所望の電圧で端末装置３０の各部に供給する。

リセット回路３８は、電源回路３４による電力の供給が定常的に行われる状態を識別して、ＲＥＳＥＴ信号の論理値を「０」から「１」に切り替える（図６(5))。
プロセッサ３７は、電源回路３４によって電力が供給され、かつ上記ＲＥＳＥＴ信号の論理値が「１」となると既定の初期化処理を開始する。なお、このような初期化処理の過程では、端末装置３０の各部の初期化が行われる。

さらに、プロセッサ３７は、上記初期化が完了すると、ＰＷＲＨＬＤ信号の論理値を「０」から「１」に切り替える（図６(6))。オアゲートは、このようにして論理値が「１」に設定されたＰＷＲＨＬＤ信号に応じて、既述のＰＷＲＥＮ信号の論理値を「１」のまま保持する。したがって、電源回路３４は、上述した電圧変換を続行することにより、プロセッサ３７を含む端末装置３０の各部に対する電力の供給を継続して行う（図６(7))。

なお、本発明に関連した先行技術としては、後述する特許文献１に開示されるように、「部品点数の削減により機器の小型化および低コスト化が図られ、かつ論理ゲートを使用せずに構成されることにより、暗電流をほぼゼロとして低消費電力化が図られると共に、瞬断からの回復後、速やかにＣＰＵによる安定化電源生成回路の駆動制御に移行できる」点に特徴がある電源回路がある。

特許第３３１８４６５号公報

ところで、上述した従来例では、端末装置３０に挿着された電池パック３０は、その端末装置３０が床や路面に落下すると、陽極端子４１Ｐと弾性電極３１Ｐとの間と、陰極端子４１Ｎと弾性電極３１Ｎとの間との何れかにおいて、電気的な接続が一時的に絶たれ、あるいは電気抵抗が一時的に高くなる。

このような現象により、例えば、電池パック３０から電源回路３４に印可される電圧が２．０ボルト程度まで低下した場合（以下、単に「瞬断」という。）には、電源回路３４は既述の電圧変換を中断し、その電圧変換は、瞬断が復旧しても自動的には再開されない。

したがって、端末装置３０は、押しボタンスイッチ３５がユーザによって再度長押しされなければ、起動しなかった。また、端末装置３０のユーザがこのような瞬断の原因が既述の落下にあることを自覚できない場合には、端末装置３０に欠陥があると認識されるために、クレームにつながる可能性があった。

本発明は、構成が大幅に変更されることなく、瞬断後における始動が自動的にかつ確度高く実現される電源制御装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、起動制御手段は、着脱可能なバッテリが供給する電力による稼働を開始する装置を既定の時間に亘って閉回路が形成されたときに起動する。代替回路形成手段は、前記バッテリによる前記電力の供給が瞬断した時点から前記既定の時間以上の時間に亘って前記閉回路の代替の回路を形成する。

すなわち、瞬断が発生した後には、閉回路の代替の回路が自動的に形成されるので、バッテリが供給する電力により稼働すべき装置は、その稼働を再開することができる。

請求項２に記載の発明では、起動制御手段は、着脱可能なバッテリが供給する電力の変換と、前記電力の変換により得られる駆動電力による始動と、前記始動の手順に基づく前記電力の変換の続行とを行う装置を既定の時間に亘って閉回路が形成されたときに、起動する。代替回路形成手段は、前記バッテリによる前記電力の供給が瞬断した時点から前記既定の時間以上の時間に亘って前記閉回路の代替の回路を形成する。

すなわち、瞬断が発生した後には、閉回路の代替の回路が自動的に形成されるので、バッテリが供給する電力により稼働すべき装置は、この電力に何らかの変換処理が施されて用いられる場合であっても、稼働を再開することができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の電源制御装置において、
前記起動制御手段は、前記バッテリの端子電圧が既定の下限値以下であるときに、前記装置の始動を見合わせる。

すなわち、バッテリに蓄積されている電力は、その電力の残量が少ない場合には、既述の瞬断後に装置によって消費され続けることがなくなる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電源制御装置において、停電期間監視手段は、前記バッテリによって前記電力の供給が供給されない間を監視する。前記代替回路形成手段は、前記期間の長さが既定の閾値に達する前に前記バッテリによる前記電力の供給が再開されたときに、前記既定の時間以上の時間に亘って前記閉回路の代替の回路を形成する。

すなわち、本発明が適用された装置は、バッテリの交換が上記既定の閾値以下の期間内に完了した場合には、そのバッテリの交換に起因する瞬断後に、自動的に始動する。

本発明が適用された装置は、従来例に比べて構成が大幅には変更されないにもかかわらず、瞬断が発生した後に自動的に始動する。
本発明では、バッテリの充電は、そのバッテリの残量が少ない場合に優先度が低く設定されるため、このような残量の極端な減少に対する歯止めが設定される。
本発明が適用された装置は、バッテリの交換が既定の閾値以下の期間内に完了した場合には、そのバッテリの交換に起因する瞬断後に自動的に始動する。
したがって、本発明が適用された装置は、コストが大幅に増加することなく操作性が向上し、かつ利便性が高められる。

本発明の第一の実施形態を示す図である。 本発明の第一の実施形態の動作を説明する図である。 本発明の第二および第三の実施形態を示す図である。 本発明の第三の実施形態におけるプロセッサの動作フローチャートである。 端末装置に搭載された従来の電源制御装置の構成を示す図である。 従来の電源制御装置の動作を示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
〔第一の実施形態〕
図１は、本発明の第一の実施形態を示す図である。
図において、図５に示すものと同じ要素については、同図５と同じ符号を付与し、ここでは、その説明を省略する。

本実施形態に係る端末装置３０Ａの特徴は、弾性電極３１Ｐとトランジスタ３３のベースとの間に、瞬断検出回路１０が配置された点にある。
瞬断検出回路１０は、以下の通りに構成される。
初段には弾性電極３１Ｐに入力端子が接続された電圧検出器１１が配置され、その電圧検出器１１の出力は、トランジスタ３３のベースに接続され、かつプルアップ抵抗器１２を介して弾性電極３１Ｐに接続される。電圧検出器１１の制御端子は、コンデンサ１３を介して接地される。

図２は、本発明の第一の実施形態の動作を説明する図である。
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。
コンデンサ１３の静電容量は、端末装置３０が瞬断からの復旧後にプロセッサ３７がＰＷＲＨＬＤ信号の論理値を「０」から「１」に切り替えるために要する最長の時間より長い時定数が確保される値に、予め設定される。

瞬断によって、電池パック４０が電源回路３４に印可する電圧（以下、単に「電圧」という。）が一時的に２．０ボルト程度に低下したとき（図２(a))には、ＰＷＲＨＬＤ信号の論理値が「１」に保持されることにより電圧変換を継続していた電源回路３４は、電圧低下によりそのＰＷＲＨＬＤ信号の論理値を「１」に保持できない状態となり、電圧変換を過渡的に停止する（図２(c))。

瞬断が回復して電圧が正常な電圧（例えば、３．２ボルト）に復旧する（図２(d))と、電圧検出器１１は、コンデンサ１３に対する充電を開始するが、トランジスタ３３のベースを接地し続ける。
さらに、電圧検出器１１は、そのコンデンサ１３の両端の電位差が既定の閾値まで上昇するまで待機（図２(e))した後、トランジスタ３３のベース接地を解除する（図２(f))。

一方、電源回路３４は、電池パック４０によって印可される電圧が上記正常な電圧に復旧すると、電圧変換を再開する。さらに、このような電圧変換は、リセット回路３８およびプロセッサ３７は従来例と同様に連係して作動するため、PWRHLD信号の論理値が「０」から「１」に設定され（図２(6))、電源回路３４によって続行される（図２(7))。

なお、このように従来例と同様に行われる各部の連係については、図２に図６と同様の番号（２）〜（７）で示し、ここでは、その詳細な説明を省略する。
すなわち、瞬断検出回路１０は、瞬断が発生した場合であっても、操作者によって長押しされる押しボタンスイッチ３５に代わってトランジスタ３３のベースを接地することができる。

このように本実施形態によれば、従来例との構成の相違点が瞬断検出回路１０が付加されるだけの軽微なものであるにもかかわらず、電源回路３４は電圧変換の再始動および継続を自動的に行うことができる。
したがって、本実施形態に係る端末装置３０は、落下に起因して瞬断が生じた後であっても、操作者に特別な操作が強いられることなく、使用することが可能となる。

なお、本実施形態では、長押しされる押しボタンスイッチ３５に代わってトランジスタ３３のベースを接地する期間の長さは、コンデンサ１３によって定まる時定数として設定されている。
しかし、本実施形態はこのような構成に限定されず、例えば、電圧検出器１１の最終段には、トランジスタ３３のベースを接地する状態を保持し、かつ既述のＰＷＲＨＬＤ信号の論理値が「０」から「１」となったときにリセットされるフリップフロップが備えられてもよい。

〔第二の実施形態〕
図３は、本発明の第二および第三の実施形態を示す図である。
図において、図１に示すものと同じ要素については、同図１と同じ符号を付与し、ここでは、その説明を省略する。

本実施形態に係る端末装置３０Ｂの構成は、以下の点で図１に示す端末装置３０Ａと異なる。
(1) 弾性電極３１Ｐには、既述の瞬断検出回路１０の入力と共に、充電優先回路２０の入力が接続される。
(2) 充電優先回路２０の最終段には、ＰチャネルのＦＥＴ２１が配置される。
(3) 瞬断検出回路１０の出力は、トランジスタ３３のベースではなく、上記ＦＥＴ２１のドレインに接続される。
(4) ＦＥＴ２１のソースは、瞬断検出回路１０の出力に代えて、トランジスタ３３のベースに接続される。

また、充電優先回路２０は、以下の通りに構成される。
初段には電圧検出器２２が配置され、その電圧検出器２２の出力は抵抗器２３を介して弾性電極３１Ｐに接続されると共に、ＮチャネルのＦＥＴ２４のゲートに接続される。ＦＥＴ２４のソースは接地され、そのＦＥＴ２４のドレインは抵抗器２５を介して弾性電極３１Ｐに接続されると共に、既述のＦＥＴ２１のゲートに接続される。

以下、本実施形態の動作を説明する。
充電優先回路２０では、電圧検出器２２は、電池パック４０から弾性電極３１Ｐを介して印可される電圧が正常値である状態では、ＦＥＴ２４のゲートの電位をハイレベルに設定する。また、最終段に配置されたＦＥＴ２１は、その前段に配置されたＦＥＴ２４のドレインの電位がローレベルとなるために、オン状態となる。

したがって、電池パック４０の起電力が正常値であって瞬断が発生していないときには、瞬断検出回路１０（電圧検出器１１）の出力は、上記ＦＥＴ２１を介してではあるが、既述の第一の実施形態と同様にトランジスタ３３のベースに接続された状態で維持される。

しかし、電池パック４０の起電力が正常値より大幅に小さな値（例えば、２．９ボルトに設定される。以下、「充電優先閾値」という。）以下となると、充電優先回路２０は、以下の通りに機能する。なお、以下では、充電優先閾値は、例えば、３．２ボルトに設定されていると仮定する。
電圧検出器２２は、ＦＥＴ２４のゲートの電位をローレベルに設定する。最終段に配置されたＦＥＴ２１は、前段のＦＥＴ２４がオフ状態となるために、同様にオフ状態となる。

すなわち、既述の瞬断が発生した後の状態、あるいはバッテリが交換された直後であるために、ＰＷＲＨＬＤ信号の論理値が「０」となっており、かつ電池パック４０の起電力が充電優先閾値を下回っている状態では、トランジスタ３３のベースを接地する要素は、押しボタンスイッチ３５以外には存在しない。

したがって、電池パック４０は、電源回路３４、リセット回路３８およびプロセッサ３７を含む各部によって電力が無用に消費され続けることなく、トリクル充電等の充電が優先的に行われる。

〔第三の実施形態〕
図４は、本発明の第三の実施形態におけるプロセッサの動作フローチャートである。
以下、図３および図４を参照して本実施形態の動作を説明する。

本実施形態の特徴は、プロセッサ３７によって行われる以下の処理の手順にある。
リセット回路３８は、瞬断等に応じて電源回路３４によって印可される電圧が所定値を下回ると、ＲＥＳＥＴ信号の論理値を「０」に設定する。

プロセッサ３７には、この時点で図示されないハードウェアによって与えられる割り込み信号が与えられる。プロセッサ３７は、この割り込み信号に応じて起動される割り込み処理の手順に基づいて、主記憶の記憶領域の内、不揮発性の特定の記憶領域に、この時点の時刻を記録する（図４ステップＳ１）。

また、瞬断から復旧すると、プロセッサ３７は、既述の第一の実施形態と同様にリセット回路３８によって与えられるリセット信号に応じて初期化処理を起動し、その初期化処理の手順に基づいて以下の処理を行う。

(1) ＰＷＲＨＬＤ信号の論理値を「１」に設定する（図４ステップＳ２）。
(2) 上記不揮発性の記憶領域に記録された時刻から経過した時間Ｔを求める（図４ステップＳ３）。
(3) この時間Ｔと、予め決められたインターバル値τとを比較する（図４ステップＳ４）。
(4) 時間Ｔがインターバルτ未満である場合には、ＰＷＲＨＬＤ信号の論理値を「１」に設定する（図４ステップＳ４）が、反対に、時間Ｔがインターバル値τを上回る場合には、ＰＷＲＨＬＤ信号の論理値を「０」に維持する（図４ステップＳ５）。

すなわち、その電池パック４０の交換がインターバル値τ以下の時間内に完了した場合には、その電池パック４０の交換に起因して発生した瞬断からの復帰後には、端末装置３０は、操作者が押しボタンスイッチ３５を長押しすることなく自動的に始動し、速やかに使用可能となる。

なお、本実施形態では、ＰＷＲＨＬＤ信号の論理値は、プロセッサ３７が行う初期化処理の手順に基づいて行われなくてもよく、例えば、上記時間Ｔの計時とインターバル値τとを比較し、その比較の結果に基づいて既述の設定を行う専用のハードウェアによって行われてもよい。

なお、上述した各実施形態では、端末装置３０Ａ，３０Ｂの各部（プロセッサ３７を含む。）は、電源回路３４が行う電圧変換の下で電池パック４０から供給される電力により作動している。
しかし、本発明は、このような電源回路３４を介することなく、電池パック４０によって直接供給される電力により作動する装置にも同様に適用可能である。

また、上述した各実施形態では、電源回路３４が電圧変換の下で電力の供給を開始した時点がリセット回路３８によって検出され、その時点はリセット信号としてプロセッサ３７に与えられ、既述の初期化処理の始動のきっかけを与えている。
しかし、このようなきっかけは、リセット回路３８以外のハードウェアやソフトウェアによる如何なる連係の下で与えられてもよい。

さらに、本実施形態では、電源回路３４が稼働すべき状態は、組み合わせ回路であるオアゲート３６が出力するＰＷＲＥＮ信号の論理値「１」として与えられている。
しかし、このようなＰＷＲＥＮ信号は、シーケンシャル回路であるフリップフロップ等を介して与えられてもよい。
また、電源回路３４の始動のきっかけと、その電源回路３４の稼働が続行されるべき期間とは、既述のＰＷＲＯＮ信号とＰＷＲＥＮ信号とをその電源回路３４が直接参照することによって識別されてもよい。

また、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。

１０ 瞬断検出回路
１１ 電圧検出器
１２，２３，２５，３２ 抵抗器
１３ コンデンサ
２０ 充電優先回路
２１，２４ ＦＥＴ
２２ 電圧検出器
３０，３０Ａ，３０Ｂ 端末装置
３１Ｎ，３１Ｐ 弾性接点
３３ トランジスタ
３４ 電源回路
３５ 押しボタンスイッチ
３６ オアゲート
３７ プロセッサ
３８ リセット回路
４０ 電池パック
４１Ｎ 陰極端子
４１Ｐ 陽極端子

Claims (4)

1. 着脱可能なバッテリが供給する電力で駆動される装置を既定の時間に亘って閉回路が形成されたときに起動する起動制御手段と、
   前記バッテリによる前記電力の供給が瞬断した時点から前記既定の時間以上の時間に亘って前記閉回路の代替の回路を形成する代替回路形成手段と
   を備えたことを特徴とする電源制御装置。
2. 着脱可能なバッテリが供給する電力の変換と、前記電力の変換により得られる駆動電力による始動と、前記始動の手順に基づく前記電力の変換の続行とを行う装置を既定の時間に亘って閉回路が形成されたときに起動する起動制御手段と、
   前記バッテリによる前記電力の供給が瞬断した時点から前記既定の時間以上の時間に亘って前記閉回路の代替の回路を形成する代替回路形成手段と
   を備えたことを特徴とする電源制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電源制御装置において、
   前記起動制御手段は、
   前記バッテリの端子電圧が既定の下限値以下であるときに、前記装置の始動を見合わせる
   ことを特徴とする電源制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の電源制御装置において、
   前記バッテリによって前記電力の供給が供給されない期間を監視する停電期間監視手段を備え、
   前記代替回路形成手段は、
   前記期間の長さが既定の閾値に達する前に前記バッテリによる前記電力の供給が再開されたときに、前記既定の時間以上の時間に亘って前記閉回路の代替の回路を形成する
   ことを特徴とする電源制御装置。