JP5781494B2

JP5781494B2 - 情報機器及びバッテリ充電回路

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Inventors: 光彦松本
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Description

本発明は、充電可能なバッテリを搭載した情報機器及びバッテリ充電回路に関する。

近年、情報機器の電源として、繰り返し充電可能な二次電池を搭載するものが増加している。特に、ノート型パーソナルコンピュータやタブレット端末、携帯電話など、可搬性を重視した機器には、二次電池が搭載されている。また、移動の必要が無い機器でも、無停電電源装置としてバッテリ（二次電池）を内蔵しているものも多い。これら二次電池を搭載した情報機器には、一般に、二次電池を充電するための充電制御回路が搭載されている。

二次電池を充電するための充電制御回路としては、例えば、複数のスイッチング素子をPWM（Pulse Width Modulation）制御方式でスイッチング制御して、リチウム二次電池を含む電池パックを充電するに際して、定電流充電時には、スイッチング周波数を２００ｋHzに設定し、定電流充電末期近くにおいては、スイッチング周波数を４００ｋＨｚに設定し、出力電圧のリップル電圧で電池パックの保護回路が動作しないようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

また、二次電池は、乾電池などの一次電池と比較して、繰り返し充電が可能な利点がある一方で、電力を蓄積する機能を有するので、使用時の安全性については特段の配慮が必要となる。

二次電池を保護するための保護機能を有する充電装置としては、例えば、直流電源からの電力を充電電源回路部を介して二次電池に印加する過程で、直流電源の出力電圧が、充電装置本体が正常に動作できる許容電圧範囲から外れた場合、充電電源回路部の充電動作を停止させる電源遮断手段を具備したものがある（特許文献２参照）。

特開２０１２−８０６９６号公報特開２００９−６０６８３号公報

ところで、直流電源の出力電圧を制御するための充電回路で異常が発生した場合、例えば、充電回路を構成する複数のスイッチング素子のうち高電位側のスイッチング素子が短絡する短絡故障が発生したり、充電回路の入力側と出力側とが短絡する短絡故障が発生したりすると、スイッチング制御によって充電回路の出力電圧を制御することができず、出力電圧が、過電圧としてバッテリ（二次電池）に印加される。この際、直流電源に、過電流保護回路が搭載されている場合、充電回路の短絡故障時には、直流電源からバッテリに、直流電源が出力可能な最大の電流が流れる。この電流が、過電流保護回路の閾値を超えると、過電流保護回路が動作し、直流電源からバッテリへの電流の供給が停止され、バッテリを過電流から保護することができる。

しかし、直流電源の種類によっては、過電流保護回路の閾値が、充電回路の短絡故障時に流れる電流の値よりも大きい値に設定される場合、また、直流電源からバッテリに出力できる電流容量が低い場合、或いは、バッテリの充電電圧が定格電圧に近く、高い場合には、充電回路の短絡故障時に、直流電源からバッテリに流れる電流が低く、過電流保護回路の閾値を超えないことがある。この場合、充電回路に短絡故障が発生しても、直流電源の過電流保護回路が動作せず、直流電源からバッテリに電流が供給され、バッテリの電圧が漸次高くなり、バッテリの電圧が定格電圧を超えることがある。この際、バッテリに、バッテリを過電圧から保護するためのバッテリ保護回路が配置されている場合、バッテリの電圧が定格電圧を超えると、バッテリ保護回路の遮断動作により、バッテリと充電回路とを結ぶ電源経路が遮断され、バッテリに過電圧が印加されるのを抑制することができる。

しかし、バッテリ保護回路の遮断動作により、バッテリと充電回路とを結ぶ電源経路が遮断され、バッテリの電圧が定格電圧よりも低くなると、バッテリ保護回路の遮断動作が停止し、バッテリと充電回路とを結ぶ電源経路が形成される。この電源経路が形成されると、直流電源からバッテリに電流が供給され、バッテリの電圧が再び高くなり、バッテリの電圧が定格電圧を超えることになる。この場合、再び、バッテリ保護回路の遮断動作により、バッテリと充電回路とを結ぶ電源経路が再び遮断される。この後、バッテリ保護回路の遮断動作と、遮断動作の停止が繰り返される。このため、バッテリ保護回路の遮断動作と、遮断動作の停止が長期的に繰り返されると、バッテリを構成するセルには、過充電状態に近い電圧が常に印加され、バッテリ内のセルの劣化が危惧される。

本発明は、前記従来技術の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、充電回路の異常時にバッテリを保護することができる情報機器及びバッテリ充電回路を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、直流電源とバッテリとの間に配置されて、前記直流電源の出力電圧を制御し、前記制御された電圧を前記バッテリに印加する充電回路と、前記バッテリの異常時に、前記バッテリと前記充電回路とを結ぶ第１の電源経路を遮断するバッテリ保護回路と、前記直流電源から前記充電回路に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、異常値を示す変動である場合、前記充電回路の異常と判定し、前記第１の電源経路又は前記直流電源と前記充電回路とを結ぶ第２の電源経路を遮断する遮断回路と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、充電回路の異常時にバッテリを保護することができる。

本発明の第１実施例を示す情報機器の構成図である。充電制御部による定電流充電制御・定電圧充電制御時のバッテリの電圧・電流特性を示す特性図である。充電制御部による定電流充電制御・パルス充電制御時のバッテリの電圧・電流特性を示す特性図である。充電回路の短絡故障時に過電流保護回路が動作する場合のバッテリの電流と電圧の変化を説明するための特性図である。充電回路の短絡故障時に過電流保護回路が不動作となる場合のバッテリの電流と電圧の変化を説明するための特性図である。充電回路の短絡故障時に過電流保護回路が不動作となる場合のバッテリの電圧と充電回路の入力電圧の変化を説明するための特性図である。本発明の第１実施例におけるマイコンの処理を説明するためのフローチャートである。本発明の第２実施例におけるマイコンの処理を説明するためのフローチャートである。本発明の第３実施例における情報機器の構成図である。直流電源の電圧変動に伴う充電回路の入力電圧の変化を説明するための特性図である。充電回路の異常に伴う電圧変動と直流電源自体の電圧変動との関係を説明するための特性図である。本発明の第３実施例におけるマイコンの処理を説明するためのフローチャートである。本発明の第４実施例における情報機器の構成図である。本発明の第５実施例における情報機器の構成図である。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本実施例は、充電回路の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が１回発生したことを条件に、充電回路に異常が発生したと判定するものである。

図１は、本発明の第１実施例を示す情報機器の構成図である。図１において、情報機器は、直流電源１０と、充電回路２０と、バッテリ４５を含むバッテリ回路４０と、マイコン５０を有し、マイコン５０は、例えば、パーソナルコンピュータで構成される。なお、マイコン５０の代わりに、タブレット端末や携帯電話などを用いることができる。

直流電源１０は、交流電力を直流電力に変換する電力変換器（図示せず）と、過電流保護回路１１を有し、電力変換器の直流出力側が充電回路２０に接続される。直流電源１０の出力電圧は、電力の変換効率を高めるために、バッテリ４５の定格電圧よりも高く設定されている。過電流保護回路１１は、直電源１０から充電回路２０に供給される電流が閾値を超えた場合、直流電源１０と充電回路２０とを結ぶ電源経路６０を遮断し、充電回路２０への電流の供給を停止する機能を有する。

充電回路２０は、充電条件設定部２１と、充電制御部２２と、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３と、ローサイドNチャネルMOS-FET２４と、チョークコイル２５と、抵抗２６と、平滑コンデンサ２７と、電流検出部２８と、電圧検出部２９から構成される。ハイサイドNチャネルMOS-FET２３とローサイドNチャネルMOS-FET２４は、互いに直列接続されて、電源入力端子３０と接地間に挿入される。チョークコイル２５の一端は、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３とローサイドNチャネルMOS-FET２４との間に接続され、チョークコイル２５の他端は、抵抗２６を介して平滑コンデンサ２７の一端と電源出力端子３１に接続される。電源入力端子３０は、電源経路６０を介して直流電源１０に接続され、電源出力端子３１は、電源経路７０を介してバッテリ回路４０に接続される。

電流検出部２８は、抵抗２６両端の電圧を電流に変換し、抵抗２６を流れる電流を検出し、検出した電流を充電制御部２２にフィードバックする。電圧検出部２９は、電源出力端子３１の電圧を検出し、検出した電圧を充電制御部２２にフィードバックする。

充電条件設定部２１は、充電電圧及び充電電流の設定値を格納した場合、充電電圧及び充電電流の設定値を示す情報を充電制御部２２に出力し、また、バッテリ情報取得用バス８０を介して、バッテリ回路４０からバッテリ情報を取得する場合、取得したバッテリ情報を充電制御部２２に出力する。

充電制御部２２は、充電条件設定部２１から入力された情報と、電流検出部２８と電圧検出部２９からそれぞれフィードバックされた情報とを比較し、常にバッテリ４５の充電条件に合致するスイッチング制御信号を生成し、生成したスイッチング制御信号に従ってハイサイドNチャネルMOS-FET２３とローサイドNチャネルMOS-FET２４をスイッチング制御する。この際、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３とローサイドNチャネルMOS-FET２４のON/OFFのデューティ比を制御することで、充電回路２０への入力電圧を、バッテリ４５の充電条件に合致する充電電圧及び充電電流に変換して出力することができる。また、充電制御部２２は、電流検出部２８の検出電流が過電流である場合、又は電圧検出部２９の検出電圧が過電圧である場合、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３とローサイドNチャネルMOS-FET２４の動作を停止させ、バッテリ回路４０への出力を遮断する。

バッテリ回路４０は、制御部４１と、過電圧検出部４２と、NチャネルMOS-FET４３と、フューズ４４と、セルを含むバッテリ４５から構成される。バッテリ４５は、繰り返し充電が可能な二次電池、例えば、リチウムイオンを利用した二次電池で構成される。NチャネルMOS-FET４３とフューズ４４は、互いに直列接続されて、バッテリ４５と充電回路２０とを結ぶ電源経路７０中に挿入される。過電圧検出部４２は、バッテリ４５の両端電圧に過電圧が印加された場合、過電圧検出信号を制御部４１に出力する。

制御部４１は、バッテリ４５の充電条件を示すバッテリ情報を充電回路２０の充電条件設定部２１にバス８０を介して出力すると共に、バッテリ４５の両端電圧が定格電圧以下の場合、NチャネルMOS-FET４３をオンにして、電源経路７０を形成し、充電回路２０からの電流をバッテリ４５に供給する。一方、過電圧検出部４２から過電圧検出信号を入力した場合、制御部４１は、NチャネルMOS-FET４３をオフにして、電源経路７０を遮断し、充電回路２０からバッテリ４５への電流の供給を停止する。即ち、制御部４１と、過電圧検出部４２と、NチャネルMOS-FET４３は、バッテリ４５の異常時に、バッテリ４５を過電圧から保護するバッテリ保護回路として機能する。この際、バッテリ保護回路は、バッテリ４５の異常時に、電源経路７０を遮断し、その後、バッテリ４５が正常状態に復帰した場合には、NチャネルMOS-FET４３がオンになって、電源経路７０を形成する復帰型の保護回路を構成する。

マイコン５０は、CPU（Central Processing Unit）、メモリ、入出力インタフェース等の情報処理資源を備えたコンピュータ装置であって、情報を処理する情報処理回路及び遮断回路を構成し、入出力インタフェースには、入力電圧検出部５１と、NチャネルMOS-FET５２が接続される。入力電圧検出部５１は、電源経路６０の電圧、即ち、充電回路２０の入力電圧を検出し、検出した電圧をマイコン５０に出力する。NチャネルMOS-FET５２は、充電回路２０とバッテリ回路４０とを結ぶ電源経路７０中に挿入され、充電回路２０が正常状態にある場合、マイコン５０からの制御信号によってオンになり、電源経路７０を形成する。マイコン５０は、入力電圧検出部５１の検出した電圧を監視し、充電回路２０の異常に伴って、入力電圧検出部５１の検出電圧が上下に変動、或いはパルス状に変動し、変動した電圧の値が異常値を示す場合、例えば、変動した電圧の振幅の値が規定値から外れた場合、NチャネルMOS-FET５２をオフにして、電源経路７０を遮断する遮断回路として機能する。

図２は、充電制御部による定電流充電制御・定電圧充電制御時のバッテリの電圧・電流特性を示す特性図である。

図２において、充電制御部２２が、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３とローサイドNチャネルMOS-FET２４のON/OFFのデューティ比を制御する際に、定電流充電制御を実行すると、充電回路２０からバッテリ４５には、一定の充電電流が供給され、その後、定電圧充電制御を実行すると、充電回路２０からバッテリ４５には、漸次減少する充電電流が供給される。この間、バッテリ４５の電圧は漸次高くなる。バッテリ４５が満充電状態になると、バッテリ４５の電圧は、バッテリ定格電圧に維持され、バッテリ４５に対する充電が終了する。なお、定電流充電制御と定電圧充電制御が実行されている間、充電回路２０の入力電圧（充電回路入力電圧）は、一定の値に維持される。

図３は、充電制御部による定電流充電制御・パルス充電制御時のバッテリの電圧・電流特性を示す特性図である。

図３において、充電制御部２２が、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３とローサイドNチャネルMOS-FET２４のON/OFFのデューティ比を制御する際に、定電流充電制御を実行すると、充電回路２０からバッテリ４５には、一定の充電電流が供給され、その後、パルス充電制御を実行すると、充電回路２０からバッテリ４５には、パルス状の充電電流が供給される。この間、バッテリ４５の電圧は漸次高くなる。バッテリ４５が満充電状態になると、バッテリ４５の電圧は、定格電圧に維持され、バッテリ４５に対する充電が終了する。バッテリ４５の電圧が定格電圧近くになった場合に、パルス充電制御を実行することで、定電圧充電制御よりも、大きな電流をバッテリ４５に流すことができるので、バッテリ４５が満充電状態になるまでの時間を短縮することができる。なお、定電流充電制御とパルス充電制御が実行されている間、充電回路２０の入力電圧（充電回路入力電圧）は、一定の値に維持される。

図４は、充電回路の短絡故障時に過電流保護回路が動作する場合のバッテリの電流と電圧の変化を説明するための特性図である。図４において、充電回路２０において、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３の両端（ハイサイドNチャネルMOS-FET２３のドレインとソース間）が短絡故障した場合、電源入力端子３０とチョークコイル２５とが直接接続され、バッテリ４５への充電電流が急激に増加する。この充電電流が、直流電源１０の過電流保護回路１１に設定された過電流保護閾値を超えると、過電流保護回路１１の動作により、電源経路６０が遮断され、充電回路２０への入力電圧（充電回路入力電圧）と、バッテリ４５に対する充電電流が急激に低下し、バッテリ４５を過電流から保護することができる。なお、バッテリ４５の電圧は、バッテリ定格電圧よりも低い値に維持される。

図５は、充電回路の短絡故障時に過電流保護回路が不動作となる場合のバッテリの電流と電圧の変化を説明するための特性図である。図５において、充電回路２０において、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３の両端が短絡故障した場合、電源入力端子３０とチョークコイル２５とが直接接続され、バッテリ４５への充電電流が急激に増加する。この際、直流電源１０の種類によっては、過電流保護回路１１の過電流保護閾値が、充電回路２０の短絡故障時に流れる電流の値よりも大きい値に設定される場合、また、直流電源１０からバッテリ４５に出力できる電流容量が低い場合、或いは、バッテリ４５の充電電圧が高い場合には、充電回路２０の短絡故障時に、直流電源１０からバッテリ４５に流れる電流が低く、過電流保護回路１１の過電流保護閾値を超えないことがある。

この場合、充電回路２０に短絡故障が発生しても、直流電源１０の過電流保護回路１１が動作せず、直流電源１０からバッテリ４５に電流が供給され、バッテリ４５の電圧が漸次高くなり、バッテリ４５の電圧が、バッテリ定格電圧を超えることがある。

図６は、充電回路の短絡故障時に過電流保護回路が不動作となる場合のバッテリの電圧と充電回路の入力電圧の変化を説明するための特性図である。図６において、充電回路２０において、ハイサイドNチャネルMOS-FET２３の両端が短絡故障しても、直流電源１０からバッテリ４５に流れる電流が低く、過電流保護回路１１の過電流保護閾値を超えない場合、充電回路２０に短絡故障が発生しても、直流電源１０の過電流保護回路１１が動作せず、直流電源１０からバッテリ４５に電流が供給され、バッテリ４５の電圧が漸次高くなる。

この際、バッテリ４５の電圧が、バッテリ定格電圧を超えると、過電圧検出部４２により過電圧が検出される。制御部４１は、過電圧検出部４２の検出による過電圧が、過電圧保護閾値を超えた場合、NチャネルMOS-FET４３をオフにする。これにより、電源経路７０が遮断される。電源経路７０が遮断されると、直流電源１０からバッテリ４５に電流が流れなくなるので、充電回路２０の入力電圧（受電回路入力電圧）は、直流電源１０の出力電圧まで急激に上昇し、入力電圧閾値よりも高くなる。

一方、電源経路７０が遮断されると、直流電源１０からバッテリ４５に電流が流れなくなるので、バッテリ４５の電圧は、漸次低下し、バッテリ定格電圧よりも低くなる。バッテリ４５の電圧が、バッテリ定格電圧よりも低くなると、過電圧検出部４２の検出による過電圧が、過電圧保護閾値よりも低くなる。制御部４１は、過電圧検出部４２の検出による過電圧が、過電圧保護閾値よりも低くなったことを条件に、再び、NチャネルMOS-FET４３をオンにする。この場合、マイコン５０が、NチャネルMOS-FET５２をオフにしないことを条件に、電源経路７０が形成される。

電源経路７０が形成されると、直流電源１０からバッテリ４５に電流が供給され、充電回路２０の入力電圧は、バッテリ４５のバッテリ定格電圧よりも低くなった後、漸次高くなり、バッテリ４５の電圧は、漸次高くなる。バッテリ４５の電圧が、バッテリ定格電圧を超え、過電圧検出部４２の検出による過電圧が、過電圧保護閾値を超えた場合、NチャネルMOS-FET４３がオフになり、電源経路７０が遮断される。電源経路７０が遮断されると、充電回路２０の入力電圧（充電回路入力電圧）は、直流電源１０の出力電圧まで急激に上昇し、入力電圧閾値よりも高くなる。一方、バッテリ４５の電圧は、漸次低下し、バッテリ定格電圧よりも低くなる。バッテリ４５の電圧が、バッテリ定格電圧よりも低くなり、過電圧検出部４２の検出による過電圧が、過電圧保護閾値よりも低くなると、NチャネルMOS-FET４３がオンになり、電源経路７０が形成される。

充電回路２０で短絡故障が発生しても、マイコン５０が、NチャネルMOS-FET５２をオフにしない場合には、過電圧保護回路の遮断動作と、遮断動作の停止が繰り返され、充電回路２０の入力電圧が一定の周期で上下に変動する。この電圧変動が長期的に繰り返されると、バッテリ４５を構成するセルには、過充電状態に近い電圧が常に印加され、バッテリ４５内のセルの劣化が危惧される。

そこで、本実施例では、入力電圧検出部５１で充電回路２０の入力電圧を検出し、検出した電圧をマイコン５０に出力し、マイコン５０が、充電回路２０の入力電圧の異常の有無を判定し、異常と判定した場合、NチャネルMOS-FET５２をオフにして、電源経路７０を遮断することとしている。この際、マイコン５０は、充電回路２０の入力電圧が上下に変動し、変動した電圧の値が異常値を示す場合、NチャネルMOS-FET５２をオフにして、電源経路７０を遮断する。

充電回路２０の短絡故障時に、NチャネルMOS-FET５２がオフになって電源経路７０が遮断されると、バッテリ回路４０のNチャネルMOS-FET４３がオンからオフになった後、再びオンになっても、直流電源１０からバッテリ４５には電流が供給されないので、バッテリ４５の電圧が、バッテリ定格電圧よりも高くなるのを防止することができると共に、充電回路２０の入力電圧が周期的に上下に変動するのを防止することができる。

図７は、本発明の第１実施例におけるマイコンの処理を説明するためのフローチャートである。この処理は、マイコン５０に内蔵されたCPUによって実行される。マイコン５０は、入力電圧検出部５１から、入力電圧検出部５１の検出電圧を入力し、充電回路２０の入力電圧の低下が発生したか否かを判定する（S１１）。マイコン５０は、ステップS１１で否定の判定結果を得た場合、ステップS１１の処理を繰り返し、ステップS１１で肯定の判定結果を得た場合、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1（図６の入力電圧低下時間T1参照）が、低下時間閾値内か否かを判定する（S１２）。即ち、マイコン５０は、バッテリ回路４０のNチャネルMOS-FET４３がオンからオフになった時間から、その後、NチャネルMOS-FET４３がオンになるまでの時間が、低下時間閾値内か否かを判定する。

マイコン５０は、ステップS１２で否定の判定結果を得た場合、ステップS１１〜S１２の処理を繰り返し、ステップS１２で肯定の判定結果を得た場合、即ち、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が１回発生した場合、充電回路２０で異常、例えば、短絡故障が発生したとして、NチャネルMOS-FET５２をオフにして、電源経路７０を遮断し（S１３）、このルーチンでの処理を終了する。

本実施例において、充電回路２０の短絡故障時、例えば、NチャネルMOS-FET２３の両端が接続される短絡故障が発生した場合、或いは電源入力端子３０と電源出力端子３１とが短絡する短絡故障が発生した場合に、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が１回発生しても、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であることを条件に、NチャネルMOS-FET５２がオフになって、電源経路７０が遮断される。なお、低下時間閾値は、直流電源１０の着脱に伴って直流電源１０の出力電圧が低下する時間よりも短く設定されている。

本実施例によれば、バッテリ４５の電圧が定格電圧よりも高くなるのを防止することができると共に、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が２回以上発生するのを防止することができ、結果として充電回路２０の異常時に、バッテリ４５を保護することができる。さらに、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であることを条件に、電源経路７０が遮断されるので、直流電源１０の着脱に伴う入力電圧の低下が発生した際に、電源経路７０が誤って遮断されるのを防止することができる。

（第２実施例）
本実施例は、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が規定回数以上発生したことを条件に、充電回路２０に異常が発生したと判定するものであり、情報機器の構成は、第１実施例と同様である。

図８は、本発明の第２実施例におけるマイコンの処理を説明するためのフローチャートである。この処理は、マイコン５０に内蔵されたCPUによって実行される。マイコン５０は、入力電圧検出部５１から、入力電圧検出部５１の検出電圧を入力し、充電回路２０の入力電圧の低下が発生したか否かを判定する（S２１）。マイコン５０は、ステップS２１で否定の判定結果を得た場合、ステップS２１の処理を繰り返し、ステップS２１で肯定の判定結果を得た場合、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1（図６の入力電圧低下時間T1参照）が、低下時間閾値内か否かを判定する（S２２）。

マイコン５０は、ステップS１２で否定の判定結果を得た場合、ステップS２１〜S２２の処理を繰り返し、ステップS２２で肯定の判定結果を得た場合、即ち、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が一回発生した場合、充電回路２０で異常、例えば、短絡故障が発生したと判定し、カウンタの値を＋１にする（S２３）。

次に、マイコン５０は、カウンタの値は規定値（２以上の整数）以上か否かを判定し（S２４）、カウンタの値が、規定値未満であると判定した場合、ステップS２１に処理に戻り、ステップS２１〜S２４の処理を繰り返し、カウンタの値が、規定値以上であると判定した場合、即ち、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が規定回数以上発生した場合、NチャネルMOS-FET５２をオフにして、電源経路７０を遮断し（S１３）、このルーチンでの処理を終了する。即ち、マイコン５０は、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が、規定回数以上発生したことを条件に、充電回路２０で短絡故障に伴う異常が発生した判定し、NチャネルMOS-FET５２をオフにして、電源経路７０を遮断する。

本実施例において、充電回路２０の短絡故障時、例えば、NチャネルMOS-FET２３の両端が接続される短絡故障が発生した場合、或いは電源入力端子３０と電源出力端子３１とが短絡する短絡故障が発生した場合に、充電回路２０の入力電圧が変動しても、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であって、且つ、カウンタの値が規定値以上であることを条件に、NチャネルMOS-FET５２がオフになって、電源経路７０が遮断される。

本実施例によれば、バッテリ４５の電圧が定格電圧よりも高くなるのを防止することができると共に、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が規定回数を超えて発生するのを防止することができ、結果として充電回路２０の異常時に、バッテリ４５を保護することができる。さらに、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が規定回数以上発生したことを条件に、電源経路７０が遮断されるので、偶発的な電圧変動によって電源経路７０が遮断されるのを防止することができる。

（第３実施例）
本実施例は、充電回路２０の充電条件設定部２１とマイコン５０とを充電条件取得用バス９０を介して接続し、マイコン５０が、充電条件取得用バス９０を介して取得した充電条件を基に、充電回路２０に異常が発生したか否かを判定するものである。

図９は、本発明の第３実施例における情報機器の構成図である。図９において、本実施例における情報機器は、充電回路２０の充電条件設定部２１とマイコン５０とを充電条件取得用バス９０を介して接続し、マイコン５０が、充電条件取得用バス９０を介して取得した充電条件を基に、充電回路２０に異常が発生したか否かを判定するものであり、他の構成は、第１実施例と同様である。

図１０は、直流電源の電圧変動に伴う充電回路の入力電圧の変化を説明するための特性図である。図１０において、充電回路２０が正常であっても、直流電源１０自体で電圧変動が発生すると、充電回路２０の入力電圧が変動することがある。例えば、使用環境によって、直流電源１０内からノイズが発生したり、直流電源１０内の電気部品に接触不良などが発生したりすると、直流電源１０の出力電圧が変動し、充電回路２０の入力電圧がパルス状に変動し、閾値を超えることがある。この場合、第１実施例におけるマイコン５０は、充電回路２０の入力電圧のパルス状の変動が１回発生し、且つ、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であることを条件に、電源経路７０を遮断することになる。

即ち、低下時間閾値は、直流電源１０を着脱する間隔を考慮して、数秒のレベルに設定されるので、直流電源１０自体の電圧変動の周期が、低下時間閾値よりも小さい場合には、充電回路２０が正常であっても、マイコン５０は、電源経路７０を遮断することになる。このように、充電回路２０の入力電圧の低下時間が、低下時間閾値内であるか否かを判定するだけでは、直流電源１０自体の電圧変動で、電源経路７０が誤って遮断されることになる。このため、直流電源１０自体の電圧変動で、電源経路７０が誤って遮断されるのを防止することが必要となる。

図１１は、充電回路の異常に伴う電圧変動と直流電源自体の電圧変動との関係を説明するための特性図である。図１１において、充電回路２０の短絡故障に伴って充電回路２０の入力電圧がパルス状に変動する場合、この入力電圧は、バッテリ４５のバッテリ定格電圧よりも低い電圧であって、下限閾値よりも若干高い電圧と、バッテリ４５のバッテリ定格電圧よりも高い電圧であって、入力電圧閾値よりも高い電圧との間で変化する。充電回路２０の短絡故障に伴って充電回路２０の入力電圧がパルス状に変動する場合、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1内において、充電回路２０の入力電圧の低下時の電圧は、下限閾値よりも高い電圧となる。

一方、直流電源１０自体の電圧変動で、充電回路２０の入力電圧がパルス状に変動する場合、この入力電圧は、０ボルトの電圧と、バッテリ４５のバッテリ定格電圧よりも高い電圧であって、入力電圧閾値よりも高い電圧との間で変化する。この場合、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1内において、充電回路２０の入力電圧の低下時の電圧は、０ボルトの電圧となる。

即ち、充電回路２０の入力電圧がパルス状に変動する場合、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であって、且つ、充電回路２０の入力電圧が、下限閾値よりも高ければ、充電回路２０の異常に伴う電圧変動であると判定することができる。一方、充電回路２０の入力電圧がパルス状に変動する場合、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であって、且つ、充電回路２０の入力電圧の低下時の電圧が、下限閾値よりも低ければ、充電回路２０の異常に伴う電圧変動であると判定することができる。

この際、マイコン５０は、充電条件取得用バス９０から取得した充電条件のうち、バッテリ４５のバッテリ定格電圧を基に下限閾値を設定することができる。なお、下限閾値を設定するに際しては、マイコン５０のメモリ、予め、バッテリ４５のバッテリ定格電圧を基に下限閾値を格納しておくこともできる。この場合、充電条件取得用バス９０は不要となる。

図１２は、本発明の第３実施例におけるマイコンの処理を説明するためのフローチャートである。この処理は、マイコン５０に内蔵されたCPUによって実行される。マイコン５０は、入力電圧検出部５１から、入力電圧検出部５１の検出電圧を入力し、充電回路２０の入力電圧の低下が発生したか否かを判定する（S３１）。マイコン５０は、ステップS３１で否定の判定結果を得た場合、ステップS３１の処理を繰り返し、ステップS３１で肯定の判定結果を得た場合、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1（図１１の入力電圧低下時間T1参照）が、低下時間閾値内か否かを判定する（S３２）。

マイコン５０は、ステップS３２で否定の判定結果を得た場合、ステップS３１〜S３２の処理を繰り返し、ステップS３２で肯定の判定結果を得た場合、即ち、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が１回発生した場合、充電回路２０の入力電圧の低下時の電圧は、下限閾値以上であるか否かを判定する（S３３）。

マイコン５０は、ステップS３２で否定の判定結果を得た場合、ステップS３１に戻り、ステップS３１〜S３２の処理を繰り返し、ステップS３３で肯定の判定結果を得た場合、即ち、充電回路２０で異常、例えば、短絡故障が発生したと判定した場合、NチャネルMOS-FET５２をオフにして、電源経路７０を遮断し（S３４）、このルーチンでの処理を終了する。

本実施例において、充電回路２０の短絡故障時、例えば、NチャネルMOS-FET２３の両端が接続される短絡故障が発生した場合、或いは電源入力端子３０と電源出力端子３１とが短絡する短絡故障が発生した場合に、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が１回発生しても、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であり、且つ、充電回路２０の入力電圧の低下時の電圧が、下限閾値以上であることを条件に、NチャネルMOS-FET５２がオフになって、電源経路７０が遮断される。

本実施例によれば、バッテリ４５の電圧が定格電圧よりも高くなるのを防止することができると共に、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が２回以上発生するのを防止することができ、結果として充電回路２０の異常時に、バッテリ４５を保護することができる。さらに、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であり、且つ、充電回路２０の入力電圧の低下時の電圧が、下限閾値以上であることを条件に、電源経路７０が遮断されるので、直流電源１０自体で電圧変動が発生した際に、電源経路７０が誤って遮断されるのを防止することができる。

（第４実施例）
本実施例は、充電回路の異常時に、ユーザに充電回路で異常が発生した旨を通知するものである。

図１３は、本発明の第４実施例における情報機器の構成図である。図１３において、本実施例における情報機器は、マイコン５０の入出力インタフェースにユーザ通知部５３を接続し、マイコン５０が、充電回路２０で異常が発生したと判定した場合、ユーザ通知部５３を介して、ユーザに、充電回路２０で異常が発生した旨を通知するための情報を出力するものであり、他の構成は、第３実施例と同様である。

図１３において、ユーザ通知部５３は、例えば、発光ダイオードインジケータやブザーから構成される。この際、マイコン５０は、充電回路２０で異常、例えば、短絡故障が発生したと判定した場合、異常検知信号をユーザ通知部５３に出力して、発光ダイオードインジケータを点灯又点滅させ、或いはブザーを鳴動させる。なお、ユーザ通知部５３の代わりに、マイコン５０に接続されるディスプレイをユーザ通知部として用いることができる。この場合、マイコン５０は、充電回路２０で異常が発生したと判定した場合、ディスプレイの画面上に、充電回路２０で異常が発生した旨をユーザに通知するための情報を表示させることもできる。

本実施例によれば、充電回路２０で異常が発生した場合、ユーザ通知部５３からユーザに、充電回路２０で異常が発生した旨を通知することで、充電回路２０で異常時に、ユーザに注意喚起を促すことができ、より安全な情報機器を構築することができる。

（第５実施例）
本実施例は、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が１回発生したことを条件に、充電回路２０に異常が発生したと判定し、電源経路６０を遮断するものである。

図１４は、本発明の第５実施例における情報機器の構成図である。図１４において、本実施例における情報機器は、充電回路２０とバッテリ回路４０とを結ぶ電源回路７０中にNチャネルMOS-FET５２を挿入する代わりに、直流電源１０と充電回路２０とを結ぶ電源回路６０中にNチャネルMOS-FET５４を挿入し、充電回路２０の異常時に、NチャネルMOS-FET５４をオフにするものであり、他の構成は、第１実施例と同様である。

本実施例において、充電回路２０の短絡故障時、例えば、NチャネルMOS-FET２３の両端が接続される短絡故障が発生した場合、或いは電源入力端子３０と電源出力端子３１とが短絡する短絡故障が発生した場合に、充電回路２０の入力電圧のパルス状の変動が１回発生し、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であることを条件に、NチャネルMOS-FET５４がオフになって、電源経路６０が遮断される。

本実施例によれば、バッテリ４５の電圧が定格電圧よりも高くなるのを防止することができると共に、充電回路２０の入力電圧の上下の変動、或いはパルス状の変動が２回以上発生するのを防止することができ、結果として充電回路２０の異常時に、バッテリ４５を保護することができる。さらに、充電回路２０の入力電圧の低下時間T1が、低下時間閾値内であることを条件に、電源経路６０が遮断されるので、直流電源１０の着脱に伴う入力電圧の低下が発生した際に、電源経路６０が誤って遮断されるのを防止することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

例えば、電源経路６０にNチャネルMOS-FET５４を配置するか、或いは電源経路７０にNチャネルMOS-FET５２を配置するものに限定されず、電源経路６０にNチャネルMOS-FET５４を配置すると共に、電源経路７０にNチャネルMOS-FET５２を配置し、充電回路２０の異常時に、各NチャネルMOS-FET５２、５４を遮断することもできる。また、マイコン５０を遮断回路及び情報処理回路として用いる代わりに、充電回路２０の異常時に、NチャネルMOS-FET５２又は５４を遮断する遮断回路を、マイコン５０とは別に配置し、マイコン５０を情報処理回路としてのみ用いることもできる。

また、上記の各構成、機能、回路等は、それらの一部又は全部を、例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能、回路等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に記録して置くことができる。

１０直流電源、１１過電流保護回路、２０充電回路、２１充電条件設定部、２２充電制御部、２３、２４ NチャネルMOS-FET、２８電流検出部、２９電圧検出部、４０バッテリ回路、４１制御部、４２過電圧検出部、４５バッテリ、５０マイコン、５１入力電圧検出部、５２、５４ NチャネルMOS-FET、５３ユーザ通知部、６０、７０電源経路、８０バッテリ情報取得用バス、９０充電条件取得用バス。

Claims

直流電源と、前記直流電源からの電力を蓄電するバッテリと、情報を処理する情報処理回路とを有する情報機器であって、
前記直流電源と前記バッテリとの間に配置されて、前記直流電源の出力電圧を制御し、前記制御された電圧を前記バッテリに印加する充電回路と、
前記バッテリの異常時に、前記バッテリと前記充電回路とを結ぶ第１の電源経路を遮断するバッテリ保護回路と、
前記直流電源から前記充電回路に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、異常値を示す変動である場合、前記充電回路の異常と判定し、前記第１の電源経路又は前記直流電源と前記充電回路とを結ぶ第２の電源経路を遮断する遮断回路と、を有し、
前記遮断回路は、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、複数回上下に変動したことを条件に、前記第１の電源経路又は前記第２の電源経路を遮断することを特徴とする情報機器。
直流電源と、前記直流電源からの電力を蓄電するバッテリと、情報を処理する情報処理回路とを有する情報機器であって、
前記直流電源と前記バッテリとの間に配置されて、前記直流電源の出力電圧を制御し、前記制御された電圧を前記バッテリに印加する充電回路と、
前記バッテリの異常時に、前記バッテリと前記充電回路とを結ぶ第１の電源経路を遮断するバッテリ保護回路と、
前記直流電源から前記充電回路に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、異常値を示す変動である場合、前記充電回路の異常と判定し、前記第１の電源経路又は前記直流電源と前記充電回路とを結ぶ第２の電源経路を遮断する遮断回路と、を有し、
前記遮断回路は、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、少なくとも上下に１回変動し、前記変動した入力電圧の低下時間が、低下時間閾値内であることを条件に、前記第１の電源経路又は前記第２の電源経路を遮断することを特徴とする情報機器。
直流電源と、前記直流電源からの電力を蓄電するバッテリと、情報を処理する情報処理回路とを有する情報機器であって、
前記直流電源と前記バッテリとの間に配置されて、前記直流電源の出力電圧を制御し、前記制御された電圧を前記バッテリに印加する充電回路と、
前記バッテリの異常時に、前記バッテリと前記充電回路とを結ぶ第１の電源経路を遮断するバッテリ保護回路と、
前記直流電源から前記充電回路に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、異常値を示す変動である場合、前記充電回路の異常と判定し、前記第１の電源経路又は前記直流電源と前記充電回路とを結ぶ第２の電源経路を遮断する遮断回路と、を有し、
前記遮断回路は、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、少なくとも上下に１回変動し、前記変動した入力電圧の低下時間が、低下時間閾値内で、且つ、前記変動した入力電圧の低下時の電圧が、下限閾値以上であることを条件に、前記第１の電源経路又は前記第２の電源経路を遮断することを特徴とする情報機器。
直流電源からの電力をバッテリに供給するバッテリ充電回路であって、
前記直流電源と前記バッテリとの間に配置されて、前記直流電源の出力電圧を制御し、前記制御された電圧を前記バッテリに印加する充電回路と、
前記バッテリの異常時に、前記バッテリと前記充電回路とを結ぶ第１の電源経路を遮断するバッテリ保護回路と、
前記直流電源から前記充電回路に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、異常値を示す変動である場合、前記充電回路の異常と判定し、前記第１の電源経路又は前記直流電源と前記充電回路とを結ぶ第２の電源経路を遮断する遮断回路と、を有し、
前記遮断回路は、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、複数回上下に変動したことを条件に、前記第１の電源経路又は前記第２の電源経路を遮断することを特徴とするバッテリ充電回路。
直流電源からの電力をバッテリに供給するバッテリ充電回路であって、
前記直流電源と前記バッテリとの間に配置されて、前記直流電源の出力電圧を制御し、前記制御された電圧を前記バッテリに印加する充電回路と、
前記バッテリの異常時に、前記バッテリと前記充電回路とを結ぶ第１の電源経路を遮断するバッテリ保護回路と、
前記直流電源から前記充電回路に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、異常値を示す変動である場合、前記充電回路の異常と判定し、前記第１の電源経路又は前記直流電源と前記充電回路とを結ぶ第２の電源経路を遮断する遮断回路と、を有し、
前記遮断回路は、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、少なくとも上下に１回変動し、前記変動した入力電圧の低下時間が、低下時間閾値内であることを条件に、前記第１の電源経路又は前記第２の電源経路を遮断することを特徴とするバッテリ充電回路。
直流電源からの電力をバッテリに供給するバッテリ充電回路であって、
前記直流電源と前記バッテリとの間に配置されて、前記直流電源の出力電圧を制御し、前記制御された電圧を前記バッテリに印加する充電回路と、
前記バッテリの異常時に、前記バッテリと前記充電回路とを結ぶ第１の電源経路を遮断するバッテリ保護回路と、
前記直流電源から前記充電回路に入力される入力電圧を検出する入力電圧検出回路と、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、異常値を示す変動である場合、前記充電回路の異常と判定し、前記第１の電源経路又は前記直流電源と前記充電回路とを結ぶ第２の電源経路を遮断する遮断回路と、を有し、
前記遮断回路は、
前記入力電圧検出回路の検出による入力電圧が、少なくとも上下に１回変動し、前記変動した入力電圧の低下時間が、低下時間閾値内で、且つ、前記変動した入力電圧の低下時の電圧が、下限閾値以上であることを条件に、前記第１の電源経路又は前記第２の電源経路を遮断することを特徴とするバッテリ充電回路。