JP6844445B2 - マイコンの入出力回路、及びそれを用いた電池パック、電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、電池パックに用いられるマイコンへの入力回路及び出力回路の接続に関するものであり、ポートの数が限定されたマイコンを効率良く使用するようものである。

電動工具の電源として二次電池を収容した電池パックを用い、マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と称する）によってモータの回転制御やその他の制御を行うようにした電動工具が広く用いられている。このような電動工具においては、使用するマイコンとしては汎用の１チップのマイコンが用いられる。マイコンには複数のＡ／Ｄ端子等の入力ポートや、Ｄ／Ａ端子等の出力ポートを有するが、これらのポートには接続端子をそれぞれ割り当てられるので、チップの大きさの制限からマイコンに設けられるポートの総数に制限がある。近年では様々な機能を付加するために、電動工具の本体側だけでなく電池パック側にもマイコンを搭載することが提案されている。電池パック側におけるマイコン制御の対象は、例えば、電池セルの充放電制御や、電池セル及び基板部品の温度監視や、電池セルの残容量を報知するＬＥＤ表示である。温度を測定するためのサーミスタＴＨの出力はマイコンの入力ポートに接続され、ＬＥＤの点灯制御用に出力ポートが割り当てられる。

ここで図１４〜図１６を用いて従来の電池パックで用いられるマイコンの入力ポートへの接続方法を説明する。図１４は従来の電池パック１４０の斜視図である。電池パック１４０は、上下方向に分割可能な下ケース４２と上ケース４３により形成され、内部に複数本の二次電池（図示せず）が収容される。電池パック１４０の上側には、電動工具本体の図示しない電池パック装着部に取り付けるための２本のレール４７ａ、４７ｂが形成された装着機構が形成される。レール４７ａ、４７ｂは、電池パック１４０の装着方向と平行な方向に延びるように形成される。レール４７ａ、４７ｂが図示しない電動工具本体側のレール溝と嵌合した状態で、ラッチの爪４９ｂとなる係止部にて係止することにより電池パック１４０が電動工具本体に固定される。上ケース４３のほぼ中央付近には下段面４４と上段面４５が形成され、それらの接続部分は段差部となっている。段差部から上段面４５には複数のスロット４８が左右方向に並んで配置される。スロット４８は電池パック装着方向に所定の長さを有するように切り欠かれた部分であって、この切り欠かれた部分の内部には、接続端子が配設される。接続端子には、充電用正極端子（Ｃ＋端子）、正極端子（＋端子）、負極端子（−端子）やＬＤ端子、ＬＳ端子等が含まれる。電池パック１４０を図示しない電動工具から取り外す際には、左右両側に設けられたラッチボタン４９を押しながら、電池パック１４０を装着方向と反対方向に移動させる。

図１５はマイコン１５０を有する電池パック１４０の回路構成を示す図である。電池パック１４０は、インパクトドライバ等の電動工具本体１に装着されると、電動工具本体１側の正極端子２２、負極端子２７、ＬＤ端子２８が、電池パック１４０の正極端子１４２、負極端子１４７、ＬＤ端子１４８と接続される。電池パック１４０に含まれる二次電池は、リチウムイオン電池セル５本であって、これらを直列接続したセルユニット４６の正極側が正極端子１４２に接続され、負極側が負極端子１４７に接続される。セルユニット４６にはセル電圧検出回路５５が接続される。セルユニット４６の入力端子は各電池セルの両端に接続されることにより、セル電圧検出回路５５は各電池セルの電圧を監視し、セルバランス機能、カスケード接続機能、断線検出機能、過充電保護機能のいくつかを実現する。このセル電圧検出回路５５は、市販されているリチウムイオン電池保護ＩＣを用いることができる。マイコン１５０はセル電圧検出回路５５の出力を監視すると共に、過電流や異常過熱などの異常状態を検出した際にＬＤ端子１４８を介して電動工具本体１側のモータ５の動作を停止させるものである。セルユニット４６の負極と負極端子１４７の間にはシャント抵抗７０が介在され、電流検出回路５６がシャント抵抗７０の両端電圧を検出して電圧の大きさに対応した信号をマイコン１５０に出力する。この出力を測定することによりマイコン１５０は電池セルに流れる電流の大きさを測定することが可能となる。正極端子２２には、マイコン１５０及びその他の電子素子の動作電圧を生成する定電圧電源回路となる電源回路５４が設けられる。電池パック１４０の内部には複数の温度センサ５７ａ〜５７ｃが設けられる。温度センサ５７ａ〜５７ｃの出力は、マイコン１５０の入力ポートに接続され、マイコン１５０によって発熱部位の温度が測定される。図１６は従来のマイコンの入出力回路図である。ここではマイコン１５０の入力ポートＡＮ１〜ＡＮ３にサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３がそれぞれ接続され、入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３には、には４つの発光ダイオード（ＬＤ０〜ＬＤ３）がそれぞれ接続されている。

電動工具本体１では、正極端子２２と負極端子２７の間に直流式のモータ５が設けられ、その接続回路にスイッチ４と、半導体スイッチング素子６が設けられる。モータ５の回転によってドライバビット等の先端工具を駆動する。半導体スイッチング素子６は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であり、ドレイン端子がモータ５側に接続され、ソース端子が負極端子２７側に接続される。半導体スイッチング素子６は、電池パック１４０側からの制御信号（ＬＤ信号）によってモータ５の回転を停止させるために設けられるものである。半導体スイッチング素子６のゲートには、抵抗７と抵抗８により分圧された電圧が加わり、ＬＤ端子２８の電圧がハイインピーダンス状態であるときは、ゲート信号がハイ状態となり半導体スイッチング素子６のソース−ドレイン間が導通する。一方、電池パック１４０側のマイコン１５０の制御により電池パック１４０のＬＤ端子２８がグランドに落とされると、半導体スイッチング素子６のゲート電圧が下がるためにドレイン−ソース間が遮断される。この結果、モータ５への電力供給が遮断され、モータ５の回転が停止する。このような従来の電池パック１４０においては、必要な入力機器の数だけ入力ポートを確保し、必要な出力機器の数だけ出力ポートも確保するので、入力機器および出力機器の数の増大によってポート数が多いマイコンを使用する必要が出てくる。一般に端子数が多いマイコンほど高価になる上に、大きな実装スペースが必要となり、実装上の制約が増えて電池パックの大型化に繋がってしまう。マイコンの入出力ポート数の問題の対策のために、必要とするポート数を節約して、一つの入力ポートに互いに異なる複数の機能を割り当て、複数の機能を時分割で切り替えながら入力ポートに入力させる技術が特許文献１に開示されている。

特開２０１４−５６３７４号公報

特許文献１のマイコンにおいては、外部端子に入力される複数の信号をスイッチ制御回路から出力される制御信号ＣＮＴによって第２機能部２（アナログ出力のセンサ）と第３機能部３（サブマイコン）からの入力を切り換えている。これはハイレベルとローレベルに切り替わる制御信号ＣＮＴによって、ハイレベルの時は第２機能部２（アナログ出力のセンサ）を稼働させ、ローレベルの時は第３機能部３（デジタル出力のサブマイコン）を動作させるものである。しかしながら、特許文献１では双方がアナログ出力のセンサである回路には適用することができない。従って、特許文献１の技術を複数のアナログセンサの出力をマイコンの入力ポートに接続する電池パックに適用することが難しいため、結局は端子数の多いマイコンへの採用や、優先度の低い機能の削除による入力ポートの節約を余儀なくされることが多い。

本発明は上記背景に鑑みてなされたもので、その目的は入力ポートに接続する出力回路数に対して、マイコンの入力ポート数が少なくてすむようにしたマイコンの入出力回路を実現することにある。
本発明の他の目的は、電動工具又は電池パックに用いられるＬＥＤ点灯回路を用いて、マイコンの入力ポートに入力される入力信号の切り替えを行うようにしたマイコンの入出力回路を実現し、それを用いた電池パック、電動工具を提供することにある。

本願において開示される発明のうち代表的な特徴を説明すれば次のとおりである。
本発明の一つの特徴によれば、複数の入力回路（入力機器）と、複数の出力回路（出力機器）と、１つ以上の入力ポート（ＡＤポート）と、複数の入出力ポート（出力ポートを兼用する入出力兼用ポート）を有するマイコンの入出力回路であって、複数の入力回路からの入力をそれぞれスイッチ手段を介して入力ポートの一つに接続する。ここで、入出力ポートの出力を複数の出力回路とスイッチ手段に共通して接続し、入出力ポートの出力によって出力回路による出力をおこなうか、複数の入出力ポートから入力ポートへの入力をおこなうかを選択可能とした。複数の入出力ポートの一つには、複数の出力回路への電源供給を一括してオン又はオフするための切替回路を接続し、入出力ポートに接続された複数の出力回路へ電源の電源供給を一括してオフにできるようにした。このような接続によって、切替回路を制御する入出力ポート（ＩＯ０）以外の入出力ポート（ＩＯ１〜ＩＯ３）の信号を用いて、入力動作と出力動作に切替えられるようにした。

本発明の他の特徴によれば、マイコンは電池セルが複数収容された電池パック内に搭載されるものであり、出力回路は電池パックの電池残量の大きさを点灯数で示す複数の点灯手段（例えば発光ダイオード）である。マイコンの切替回路が接続される入出力ポートに、一つの点灯手段を並列して配線し、他の点灯手段への電源の供給を切替回路を介して行うようにした。この際、切替回路をオフにした状態においては、入出力ポートからの出力信号により入力回路のスイッチ手段の一つをオンにさせることにより複数の入力回路から入力ポートへ入力させる一つの入力を選択する。また、複数の点灯手段は、切替回路と共通に接続される最下位電圧を示す第１の発光ダイオードと、最下位電圧以上の上位電圧を段階的に示すための第２と第３、又はそれ以上の発光ダイオードを含む。切替回路をオンにして点灯手段を点灯中している時に入力回路からの出力を入力ポートに入力させる際には、短い時間だけ切替回路をオフにして、オフにした時間内にいずれか一つの入力回路のスイッチ手段をオンにし、オンにされた入力回路からの信号を入力ポートに入力させるようにした。この入力ポートへの入力が終了したらすぐに切替回路をオンに戻して点灯手段を再点灯させる。

本発明のさらに他の特徴によれば、入力回路は、電池パックのセル電圧を示す出力、電池パック内の温度検出を行う温度検出手段の出力、電池パック内の電池保護ＩＣのいずれかを含むようにした。このような入力回路を有するマイコンを含む電池パックにおいて、複数の点灯手段をオン又はオフさせる切替手段を設け、点灯手段により複数の入力回路のいずれかから入力ポートへの入力が選択されている間には、点灯手段を消灯状態にするようにした。また、電池パックは複数のセルユニットの直列接続と並列接続とを切り替えることができ、複数の出力回路として、一方のセルユニット側の温度を示すサーミスタの出力と、他方のセルユニット側の温度を示すサーミスタの出力をマイコンにて検出するようにした。さらに、電池パックは複数のセルユニットを直列接続又は並列接続したものであって、それぞれのセルユニットには各電池セルの電池電圧を検出する保護ＩＣが設けられ、複数の入力回路として複数の保護ＩＣから出力される過放電信号又は過充電信号を割り当てるようにした。

本発明によれば、入出力ポートによって出力回路への出力を一時的に遮断するようにして、遮断した間に入力ポートへの入力回路の選択を行うようにしたので、入出力ポートで入力動作の切替指示と出力動作を制御することができ、制御に必要とされる入力ポート数の節約を図ることが可能となった。

（１）本発明の実施例に係るマイコンの入出力回路図であり、（２）は各入出力ポートの信号レベルと各出力機器による出力状態の対応関係を示す表である。 図１の入出力回路のブロック図である。 発明の実施例に係るマイコンの出力回路群の制御手順を示すフローチャートである。 発明の実施例に係るマイコンの入力回路群（ＴＨ１〜ＴＨ３）の制御手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例の第１の変形例に係る入出力回路図のブロック図である。 本発明の実施例の第２の変形例に係る入出力回路図である。 本発明の実施例の第３の変形例に係る入出力回路図である。 図７の入出力回路を電動工具の電池パック４０に適用した例を示す入出力回路図である（その１）。 図８における出力回路（負荷）の動作を説明するための図である。 図８の電池パック４０を充電装置３０に接続した際の入出力回路図である。 図１０における出力回路（負荷）の動作を説明するための図である。 本発明の第２の実施例に係る入出力回路図である。 図１２の入出力回路図のブロック図である。 従来の電池パック１４０の形状を示す外観図である。 従来のマイコンを有する電池パック１４０の回路構成を示す図である。 従来のマイコンの入出力回路図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、以下の図において、同一の部分には同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。図１において、マイコン５０は、プログラムに従って所定の演算処理を行うものであり、１つの入力ポートＡＮと、４つの入出力ポート群５３（ＩＯ０〜ＩＯ３）を含んで構成される。ここでは図示していないが、マイコン５０にはＣＰＵにおける演算処理での時間計測に用いられるタイマ、ＣＰＵで実行されるプログラムを実行するＲＯＭ、ＣＰＵでの演算処理の作業領域などに利用されるＲＡＭ等を含んで構成される。入力ポート群５１では入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するもので、マイコン５０には複数の入力ポートが設けられ、その内の一つの入力ポートＡＮには、３つの温度検出手段、即ちサーミスタ（ＴＨ１〜ＴＨ３）の出力が共通に接続される。入出力ポート（Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｐｏｒｔ）ＩＯ０〜ＩＯ３は、入力ポートと出力ポートを兼用する入出力兼用ポートである。入出力ポート群５３（ＩＯ０〜ＩＯ３）には４つの点灯手段、即ち、発光ダイオード（ＬＤ０〜ＬＤ３）がそれぞれ接続されている。入出力ポートＩＯ０は、発光ダイオードＬＤ０のＯＮ／ＯＦＦの制御と、すべての発光ダイオードへの電源供給のＯＮ／ＯＦＦ切替えを行う。入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３は発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３に接続されると共に、スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３のゲート端子にそれぞれ接続される。

３つのサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３は、一方の端子が共通の抵抗Ｒａを介してマイコン５０の基準電圧ＶＤＤに接続されており、他方がスイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３を介してグランドに接続されている。サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３は、例えば、温度が上がると抵抗値が下がる特性を有するＮＴＣサーミスタであって、電池セルの近傍に配置することによりマイコン５０によって電池セルの温度を測定可能とする。スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３は電気的にオンまたはオフを切り換えることができる半導体スイッチであり、ここではＮ型のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を用いる。但し、半導体式のスイッチング素子の形状はＮ型のＦＥＴに限られずに、その他のスイッチング素子や、オンオフ回路を用いるようにしても良い。スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３のドレイン端子がサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３の一方の端子に接続され、ソース端子がグランドに接続される。スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３のゲート端子は、マイコン５０の入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３にそれぞれ接続される。スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３のゲート端子とソース端子間には、出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３がオープンになった場合にゲート−ソース間を０ボルトにするために接地抵抗Ｒ６〜Ｒ８がそれぞれ設けられる。

４つの発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３は、任意の色のものを用いることができ、ここでは緑色又は赤色のものを用いる。発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３の一方の端子はスイッチング素子Ｍ０を介してマイコン５０の基準電圧ＶＤＤに接続され、他方の端子はマイコン５０の入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３にそれぞれ接続される。尚、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３の回路中には、電流制限用の抵抗Ｒ０〜Ｒ３が直列に接続される。抵抗Ｒ０〜Ｒ３は同一抵抗値のものを用いることができる。スイッチング素子Ｍ０はＰ型のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）であり、ゲート端子はマイコン５０の入出力ポートＩＯ０に接続され、ソース−ゲート間には抵抗Ｒ５が設けられる。ここで入出力ポートＩＯ０は、スイッチング素子Ｍ０のゲート端子への接続と、発光ダイオードＬＤ０への接続が共通に行われる並列接続となる。このように入出力ポートＩＯ０へ、スイッチング素子Ｍ０と発光ダイオードＬＤ０を並列接続したことにより、入出力ポートＩＯ０をハイ又はローのいずれかに設定することができ、点線で囲む回路を発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３全体の点灯をさせるか否かを切り換える切替回路６４として作用させることができる。また、その切替回路６４のオンに連動させて発光ダイオードＬＤ０を点灯させるようにした。その他の発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３を点灯させるには、発光ダイオードＬＤ０を点灯させた状態で、さらに入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の出力をロー（グランド電位）にすることにより、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３を点灯させることができる。尚、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３を点灯するためにＬＤ０の点灯が必ず必要であるが、電池パックの残量表示は、確認時の短い時間だけ点灯させれば十分なので、消費電力は問題にならない。

入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３は、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３が消灯している際に、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３のいずれかの信号の一つを選択させることにより、入力ポートＡＮに入力されるサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３のいずれかの信号を選択できる。即ち、入出力ポートＩＯ０をローとして、その際に入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の出力を時系列でハイとローに切り換えることにより、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３の出力を入力ポートＡＮに択一的に入力できる。また、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３のいずれかが点灯している際であっても、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３の出力をマイコン５０が取得する期間だけ入出力ポートＩＯ０の信号をハイインピーダンス状態とすれば、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３の出力を時系列に入力ポートＡＮに順次入力させることができる。このサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３のいずれかの出力をマイコン５０が検出する際に、すべての発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３が一時的に消灯状態となるが、消灯状態の間にサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による検出をすべて素早く済ませて、再び発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３をもとの点灯状態に戻す。このようにして、発光ダイオードの消灯→サーミスタＴＨ１による検出→発光ダイオードを一定時間再点灯してから、再び、消灯→サーミスタＴＨ２による検出→発光ダイオードを一定時間再点灯してから、再び、消灯→サーミスタＴＨ３による検出→発光ダイオードの再点灯の手順で、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による温度検出を行う。このサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による温度検出に要する時間は、例えば各１ミリ秒であり、これらの検出を５０ミリ秒間隔で順に行われるようにすれば、消灯した１ミリ秒の後に４９ミリ秒点灯時間が存在するので、１５０ミリ秒の間に３つのサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による温度検出を完了できる。この検出の際に発光ダイオードＬＤ０からＬＤ３のいずれかの点灯を行っている場合は、５０ミリ秒毎に発光ダイオードの１ミリ秒の消灯が含まれることになるが、この程度の消灯間隔であれば人間の目からは連続点灯と同じように感じるので、一時的な消灯は問題にならない。

図１（２）は各入出力ポートと入力ポートの信号の対応関係を示す表である。縦軸はＬＥＤの点灯状態と、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による検出状態を示し、その際の入出力ポート群５３の信号レベルを欄５９ａ、５９ｂにて示している。ここでは例えば、電池容量が２５〜５０％の場合は発光ダイオードＬＤ０だけを点灯し、５０％〜７５％の場合は発光ダイオードＬＤ０、ＬＤ１の２つを点灯し、７５％から１００％未満の場合は発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ２の３つを点灯し、満充電状態の場合は発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３の４つを点灯する。まず発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３を点灯させる制御を説明する。発光ダイオードＬＤ０だけを点灯（ＬＤ０：ＯＮ）させるには、欄５９ａの２行目に示すように入出力ポートＩＯ０だけロー（グランド電位）にして、ＩＯ１〜ＩＯ３をハイインピーダンス状態にする。発光ダイオードＬＤ０、１の２灯を点灯（ＬＤ０、１：ＯＮ）させるには、欄５９ａの３行目に示すように入出力ポートＩＯ０、ＩＯ１をローにして、ＩＯ２、ＩＯ３をハイインピーダンス状態にする。発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ２の３灯を点灯（ＬＤ０、１、２：ＯＮ）させるには、欄５９ａの３行目に示すように入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ２をローにして、ＩＯ３だけをハイインピーダンス状態にする。発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３のすべてを点灯（ＬＤ０、１、２、３：ＯＮ）させるには、欄５９ａの５行目に示すように入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３をすべてローにする。このように制御することによって、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３の点灯により電池電圧の残量表示を行うことができる。尚、欄５９ａにて示すように入出力ポートＩＯ０をハイインピーダンスとすれば、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３のすべてを消灯させることができる。

次に、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による温度検出の際の入出力ポート群５３の信号レベルを欄５９ｂにて説明する。サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による温度検出の際には、入出力ポート群５３のうち対応するサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３のいずれか一つの信号レベルをハイ（ＶＤＤ電位）にすれば良い。例えば、サーミスタＴＨ１による検出の際には入出力ポートＩＯ１をオンにすれば、スイッチング素子Ｍ１がオンになって、サーミスタＴＨ１の両端に所定の電圧がかかり、この結果、マイコン５０は入力ポートＡＮからサーミスタＴＨ１の電圧値を検出することができる。サーミスタＴＨ２による検出の際には入出力ポートＩＯ２をオンにすればスイッチング素子Ｍ２がオンになって、マイコン５０は入力ポートＡＮからサーミスタＴＨ２の電圧値を検出することができる。サーミスタＴＨ３による検出の際には入出力ポートＩＯ３をオンにすればスイッチング素子Ｍ３がオンになって、マイコン５０は入力ポートＡＮからサーミスタＴＨ３の電圧値を検出することができる。このように入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の信号レベルをローからハイに順次切り替えるが、入出力ポートＩＯ０の信号はいずれの状態においてもハイのままとする。尚、入出力ポートＩＯ０をハイにしても、スイッチング素子Ｍ０のソース−ゲート間の電位差が小さいため、スイッチング素子Ｍ０は遮断状態を保つので、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３はいずれも消灯状態となる。以上のように、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の信号を用いて、入力ポートＡＮに入力されるサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３の出力を切り換えることができる。

図２は、図１の入出力回路をブロック図にて示した図である。ここでは４つの発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３をブロック６６ａ〜６６ｄで示す出力回路０〜３として図示し、３つのサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３の代わりに、ブロック６７ａ〜６７ｃで示す電圧１〜電圧３を入力回路として図示している。ブロック６７ａ〜６７ｃのそれぞれの出力は、例えば電池セルの電圧であってマイコン５０の入力ポートＡＮに入力されるが、ブロック６７ａ〜６７ｃと入力ポートＡＮの間にスイッチ６８ａ〜６８ｃが介在される。スイッチ６８ａ〜６８ｃは入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３によってオン又はオフが制御される。スイッチ６８ａ〜６８ｃの出力側（ブロック６７ａ〜６７ｃとは反対側）が共通に結線された状態にてマイコン５０に接続される。ここで、マイコン５０は入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の信号をいずれか１つを順次オンにすることにより、マイコン５０は複数のブロック６７ａ〜６７ｃからの出力を選択して入力させることができる。本実施例では、この入力信号の切り替え用の信号線６１ｂ〜６３ｂを、ブロック６６ｂ〜６６ｄで示す出力回路１〜３への信号線６１ａ〜６３ａと共通に結線したことに特徴がある。つまり、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３からブロック６７ａ〜６７ｃへの出力電圧をハイにすることによって、同時にブロック６６ｂ〜６６ｄで示す出力回路１〜３へもハイ信号が伝達される。しかしながら、出力回路１〜３は、入出力ポートＩＯ０によって制御されるスイッチ６５を介して電源回路５４の基準電圧ＶＤＤに接続されるので、マイコン５０は、ブロック６７ａ〜６７ｃへの出力電圧がハイになった際に出力回路１〜３をオフにするように制御できる。以上のように、切替回路６４を設けたことにより入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の出力を用いて発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３の点灯制御と、ブロック６７ａ〜６７ｃで示す電圧１〜３の入力切替え制御を、共通接続される入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３によって制御できるようになった。

以上、図１及び図２で示した入出力方法を採用することにより、３つの電圧１〜３の出力回路からの入力を、一つの入力ポートＡＮで取得できるので、必要とされる入力ポート群５１の数を従来の３つから１つに節約することができた。また、この入力ポート数の節約を実現するために、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３の点灯とは別に切替回路６４を設けたので、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の出力を、出力回路１〜３側で使用するか、入力機器１〜３側で使用するかを切り替えることができるようになった。本実施例では切替回路６４のオン状態時に発光ダイオードＬＤ０が点灯する回路構成としたが、発光ダイオードの点灯数を電池電圧残量に対応させるという電池パックの残量表示の場合にはＬＤ０が必ず点灯しても支障がない。尚、電池パックの残量表示という目的以外の発光ダイオードの点灯への応用であって、切替回路６４のオン状態時に発光ダイオードＬＤ０が点灯すると支障がでる場合には、入出力ポートＩＯ０の信号を切替回路６４の制御だけに使用すれば良い。本実施例では、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による温度検出時に、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３の全体が消灯するので、消灯している発光ダイオードがわずかに点灯してしまう誤点灯の虞がない。さらに、入力ポートＡＮによる検出時には、発光ダイオードが点灯時でも一時的に消灯させることになるが、消灯させる時間は５０〜１００ｍｓごとに１ｍｓ程度であるので、人間の目から見たら連続点灯との相違を感じない。入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３の信号をすべてハイインピーダンスとすれば、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３による電力消費は回避できる。

図３は本実施例に係るマイコン５０の出力回路群（ここでは発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３）の制御手順を示すフローチャートである。図３に示す一連の手順は、マイコン５０にあらかじめ格納されたプログラムによってソフトウェア的に実行可能であって、マイコン５０が起動している際には図３のプログラムが実行状態にある。電池パック４０の残量表示は、作業者によって電池パック４０に設けられた残量表示のためのスイッチ（図示せず）が押されることにより開始される（ステップ７１）。残量表示スイッチが押されない場合は待機状態になる。残量表示スイッチが押された場合は、マイコン５０は、ＡＤ処理中を示すフラグが０であるかをチェックする（ステップ７２）。“ＡＤ処理中を示すフラグ”とは、後述する図４のフローチャートの手順で設定されるフラグであり、入力ポートＡＮ側の入力処理が行われているか否かを示し、入力処理中は１となり、入力処理が行われていない状態が０である。マイコン５０は、ＡＤ処理中を示すフラグが０になるまで待機する。次に、マイコン５０は最上段のセルの正極の電圧Ｖ（セルユニット４６の正極電位）をセル電圧検出回路５５（図１５参照）を介して取得することにより、セル電圧Ｖが、複数に区切られた閾値たるセル電圧Ｖ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３のうちいずれの範囲であるかを判定する。これらの大小関係は、Ｖ０＜Ｖ１＜Ｖ２＜Ｖ３であって、Ｖ０以下は電池パック４０が使用できない過放電状態を示し、Ｖ３以上は電池パック４０が満充電状態を示す。また、セル電圧Ｖ０とＶ３の間を３つのレベルに区切るための閾値としてセル電圧Ｖ１、Ｖ２が設定され、セル電圧Ｖの大きさに応じた数の発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３が点灯される。セル電圧がＶ０未満の場合はすべての発光ダイオードを消灯させ、Ｖ０以上Ｖ１未満の場合はＬＤ０だけを点灯させ、Ｖ１以上Ｖ２未満の場合はＬＤ０とＬＤ１の２つを点灯させ、Ｖ２以上のＶ３未満の場合はＬＤ０〜ＬＤ２の３つを点灯させ、Ｖ３以上の場合はすべての発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３を点灯させる。

ステップ７３においてマイコン５０はセル電圧ＶがＶ０未満であるかを判定し、Ｖ０未満の場合は、入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３をすべてハイインピーダンス状態とする（ステップ７４）。この結果、図１（２）の対応表で示したようにすべての発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３が消灯状態になり、この状態でステップ８２に進む。セル電圧がＶ０以上の場合、マイコン５０はセル電圧ＶがＶ１未満であるかを判定し（ステップ７５）、Ｖ１未満の場合は、入出力ポートＩＯ０の出力をロー（グランド電位）とし、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３をハイインピーダンス状態とする（ステップ７６）。この結果、発光ダイオードＬＤ０の１灯だけが点灯することになる。点灯したらステップ８２に進む。

セル電圧がＶ１以上の場合、マイコン５０はセル電圧ＶがＶ２未満であるかを判定し（ステップ７７）、Ｖ２未満であれば入出力ポートＩＯ０、ＩＯ１１をローとして、入出力ポートＩＯ２、ＩＯ３をハイインピーダンス状態とする（ステップ７８）。この結果、発光ダイオードＬＤ０とＬＤ１の２つが点灯することになり、この状態でステップ８２に進む。最後に、セル電圧がＶ２以上の場合、マイコン５０はセル電圧ＶがＶ３未満であるかを判定し（ステップ７９）、Ｖ３未満の場合は、入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ２をロー電圧とし、入出力ポートＩＯ３だけをハイインピーダンス状態にする（ステップ８０）。この結果、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ２の３つが点灯することになり、この状態でステップ８２に進む。ステップ７９にてセル電圧がＶ３以上の場合は、入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３のすべてをロー電圧とし（ステップ８１）、すべての発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３を点灯させる。ステップ７３〜８１の処理が行われたら、電池の残量チェック用のＬＥＤを点灯させる時間（一定時間）が経過したかどうかを検出して、経過するまで待機する（ステップ８２）。一定時間が経過したら、マイコン５０は入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３をすべてハイインピーダンス状態として（ステップ８３）、すべての発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３を消灯状態に戻してからステップ７１に戻る。以上のように制御することによって、電池残量チェックスイッチが押されることに対応して、マイコン５０は発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３を点灯させることができ、電池残量チェック機能を実現できる。図３に示す実施例では、電池残量チェックスイッチが押されたら、押したときから数秒間、例えば３秒程度点灯させるように構成したが、電池残量チェックスイッチが押されている間だけ発光ダイオードＬＤ０からＬＤ３を点灯させて、電池残量チェックスイッチが離されたらすぐに発光ダイオードを消灯させるように構成しても良い。

図４は本実施例に係るマイコンの入力回路群（図１のＴＨ１〜ＴＨ３）の制御手順を示すフローチャートである。ここでは、出力回路であるサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３の信号をマイコン５０の入力ポートＡＮに入力させる手順として説明する。図４で示す処理手順はマイコン５０が図３のフローチャートの処理と並列処理する。まず、最初に本フローチャートにて用いるタイマ値ＴとフラグＴＨの値を初期化する。ここでは入力回路群による測定間隔を決定するために１ｍｓ毎にカウントされるタイマ値として“ＡＤインターバルタイマＴ”と、入力ポートＡＮに入力させる出力機器を指定するための“ＴＨフラグ”と、入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３のいずれかの信号が使用中であるかを示す“ＡＤ処理中フラグ”が用いられる。

最初に、タイマ値ＴとフラグＴＨの値が初期設定され（ステップ８４）、経過時間をカウントするＡＤインターバルタイマＴの値に１加算することにより経過時間のカウントを開始する（ステップ８５）。次に、マイコンＡＤインターバルタイマＴの値が、所定値を越えたか否かを判定する（ステップ８６）。ここで所定値とは、例えばＴ＝５０（ミリ秒）であり、ステップ８６においてＡＤインターバルタイマＴが５０を越えていなかったらステップ８５に戻り、所定時間に到達するまで経過時間（ＡＤインターバルタイマＴ）のカウントを継続する。

ステップ８６においてＡＤインターバルタイマＴの値が所定値を越えたら、次のインターバル時間を計測するために、ＡＤインターバルタイマＴを０にクリアする（ステップ８７）。次に、マイコン５０はサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３のうち指定されたものによる検出を行う。最初は、ＴＨフラグが１であるかを判定し（ステップ８８）、ＴＨフラグが１の場合は、入力ポートＡＮの値としてＩＯ０〜ＩＯ１をハイとして、ＩＯ３〜ＩＯ４をローとする（ステップ８９）。この状態は、図１（２）の表で示すサーミスタＴＨ１を用いた検出を行う設定であり、スイッチング素子Ｍ１のゲート信号がハイになって導通状態になることにより、サーミスタＴＨ１に基準電圧ＶＤＤが印加されることになる。この時のスイッチング素子Ｍ２とＭ３のゲート信号は共にローであるため、サーミスタＴＨ２、ＴＨ３には基準電圧ＶＤＤが印加されないので、入力ポートＡＮへはサーミスタＴＨ１の出力信号だけが入力されることになる。次にマイコン５０は、次のＡＤ処理行う入力機器を指定するためにＴＨフラグを２にセットし（ステップ９０）、ＡＤ処理フラグを１にすることにより図３に示すプログラムからの割り込み処理を遮断する（ステップ９６）。そして、入力ポートＡＮから入力される信号のＡＤ変換処理（アナログ出力からデジタル値への信号変換処理）を開始する（ステップ９７）。ＡＤ変換処理が終了したらマイコン５０はＡＤ処理フラグを０に戻して、ステップ８５に戻る（ステップ９８、９９）。

ステップ９８、９９が実行された後にステップ８５に戻った場合には、上述した説明と同様の手順でステップ８８、９１〜９３、９６〜９９を実行する。この状態ではＴＨ＝２であるので、ステップ８８ではＮＯとなり、ステップ９１に進み、ステップ９２が実行される。ステップ９２では入出力ポートＩＯ０とＩＯ２をハイとして、入出力ポートＩＯ１とＩＯ３をローにする（ステップ９２）。この状態は、図１（２）の表で示すようにサーミスタＴＨ２を用いた検出を行う設定である、スイッチング素子Ｍ２のゲート信号がハイになって導通状態になることにより、サーミスタＴＨ２に基準電圧ＶＤＤが印加されることになる。この時のスイッチング素子Ｍ１とＭ３のゲート信号は共にローであるため、サーミスタＴＨ１、ＴＨ３には基準電圧ＶＤＤが印加されないので、入力ポートＡＮへはサーミスタＴＨ２の出力信号だけが入力されることになる。次にマイコン５０は、次のＡＤ処理を指定するためのＴＨフラグを３にセットし（ステップ９３）、ＡＤ処理フラグを１にセットし（ステップ９６）、入力ポートＡＮから入力される信号のＡＤ変換処理（アナログからデジタルへの信号変換処理）を開始する（ステップ９７）。ＡＤ変換処理が終了したらマイコン５０はＡＤ処理フラグを０に戻して、ステップ８５に戻る（ステップ９８、９９）。

２回目のステップ９８、９９が実行された後にステップ８５に戻った場合には、上述した説明と同様の手順でステップ８８、９１、９４〜９５を実行する。ここでＴＨ＝３であるので、ステップ８８、９１の双方がＮＯとなり、ステップ９４に進む。ステップ９４では入出力ポートＩＯ０とＩＯ３をハイとして、入出力ポートＩＯ１とＩＯ２をローにする。この状態は、図１（２）の表で示すサーミスタＴＨ３を用いた検出を行うもので、スイッチング素子Ｍ３のゲート信号がハイになって導通状態になることにより、サーミスタＴＨ３に基準電圧ＶＤＤが印加されることになる。この時のスイッチング素子Ｍ１とＭ２のゲート信号は共にローであるため、サーミスタＴＨ１、ＴＨ２には基準電圧ＶＤＤが印加されないので、入力ポートＡＮへはサーミスタＴＨ３の出力信号だけが入力されることになる。次にマイコン５０は、次のＡＤ処理を指定するためのＴＨフラグを１にセットし（ステップ９５）、ＡＤ処理フラグを１にセットし（ステップ９６）、入力ポートＡＮから入力される信号のＡＤ変換処理（アナログからデジタルへの信号変換処理）を開始する（ステップ９８）。ＡＤ変換処理が終了したらマイコン５０はＡＤ処理フラグを０に戻して、ステップ８５に戻る（ステップ９８、９９）。

以上説明した図４のフローチャートの処理手順はマイコン５０が起動している間は継続して行われ、この処理の実行によって複数のサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３を用いた温度検出が所定の間隔毎に実行される。この際、検出に用い入力ポート群５１のうち一つの入力ポートＡＤだけを使用するようにしたので、必要とされる入力ポート数を節約することができた。また、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３の点灯用の出力端子と、検出するサーミスタ抵抗を選択するための選択端子を兼用するようにしたので、マイコン５０に必要とされる入出力ポートの数も節約することができた。

次に図５を用いて実施例の変形例１に係る入出力回路を説明する。図５ではサーミスタＴＨ１〜ＴＨ３やＬＤ０〜ＬＤ３のような入力回路と出力回路ではなくて、様々な出力回路１〜３と、様々な入力信号たる入力電圧１〜３を制御するブロック図を示している。マイコン５０は図１〜図４で示したものと同じであり、入力ポート群５１のうちの１つの入力ポートＡＮと、入出力ポート群５３として入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３を有する。ここでは入出力ポートＩＯ０を出力用の回路１〜３全体への電源供給の一括スイッチとして利用する。また、出力回路１〜３への出力電圧の供給と、入力用の電圧１〜３の選択を行うスイッチ６８ａ〜６８ｃの切替信号の出力を、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３を使用するようにした。この変形例１の動作は図１から図４にて説明した第１の実施例の動作と基本的には同じである。即ち、電圧１〜電圧３の入力を切り替えながら入力ポートＡＮに入力させることにより１つの入力ポートＡＮに３つの電圧１〜電圧３を択一的に入力する。しかも、電圧１〜電圧３の入力は、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３によってスイッチ６８ａ〜６８ｃが順次切り替えられることにより選択されるので、電圧１〜電圧３の出力が重畳されるおそれがなく、マイコン５０は高精度な電圧検出を行うことができる。一方、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の出力は、出力用の回路１〜３にも接続される。このため、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３のいずれかと入出力ポートＩＯ０との出力の組み合わせによって、回路１〜３から光や音、その他の電気回路を用いた出力を行うことができる。この回路１〜３の出力の際には、同時に対応する電圧１〜３が入力ポートＡＮに入力されることになる。しかしながら、マイコン５０はその入力を無視することもできるので、回路１〜３側の出力がマイコン５０に伝達されても支障は無い。図５の方法では出力用の回路を３つ、入力用の回路を３つ使う場合に必要な計６つのポートでなく、５つのポートで済むので、ポート数の少ない汎用のマイコンを使うことが容易になる。本変形例では出力用の回路１〜回路３として様々な機器を利用できるが、入力ポートＡＮへの入力が電池パックの各セル電圧であって、出力側がＬＥＤを複数個同時に点灯させるような場合は、出力用の回路１〜回路３の複数が短絡状態になって不具合が起きないように十分な対策を図ることが重要である。その対策を行ったのが図６で示す変形例２である。

図６は本発明の第一の実施例の変形例２に係る入出力回路図である。用いるマイコン５０は第一の実施例と同じであり、入力ポートＡＮと入出力ポート群５３の数も同一である。第一の実施例と違うのは、出力用の回路１〜３が電池パック内の直列接続されたセル電圧Ｖ１〜Ｖ３の端子電圧信号となる点である。ここでは電池セル６９ａの＋電位を抵抗Ｒ１１と半導体スイッチング素子Ｍ６を介して入力ポートＡＮに接続し、同様にして電池セル６９ｂの＋電位を抵抗Ｒ１０と半導体スイッチング素子Ｍ５を介して入力ポートＡＮに接続し、電池セル６９ｃの＋電位を抵抗Ｒ９と半導体スイッチング素子Ｍ４を介して入力ポートＡＮに接続した。入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の出力は、３つの出力回路たる発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３に接続される。ここで本変形例２では半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３を、半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３のゲート信号と入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の間に介在させるようにした。これら半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３を介在させたのは、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３の複数が同時にローになった際に複数の電池セル６９ａ〜６９ｃが短絡される虞があるからである。本変形例では、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３を点灯させるために入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３をローにしても、抵抗Ｒ６〜Ｒ８の作用によって半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３のゲート信号が低下することを利用して、その状態では半導体スイッチング素子Ｍ１〜Ｍ３が導通状態にならないようにした。そのため入力回路側に電池セルの端子電圧を接続することが可能となる。尚、入出力ポートＩＯ０に複数の出力回路全体のオンオフをする切替回路６４を接続する点、切替回路６４のオンオフに連動するように発光ダイオードＬＤ０が点灯する点は第１の実施例と同じである。

本変形例２における発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３の点灯制御と、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３の点灯時におけるセル電圧Ｖ１〜Ｖ３の検出制御手順は図３及び図４で示した手順と同様である。つまり、発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３を点灯している際にセル電圧Ｖ１〜Ｖ３の測定を行う時は、入出力ポートＩＯ０を一瞬だけハイインピーダンス状態とし、そのハイインピーダンス状態としている間にセル電圧Ｖ１〜Ｖ３のいずれかの一つの測定を行い、再び入出力ポートＩＯ０をローにする。この際、ＬＥＤの点灯が１ミリ秒程度消灯することになるが、点灯時間４９ミリ秒おきに１ミリ秒程度消灯であるので、人間の目からは連続点灯しているように見える。このようにして、セル電圧Ｖ１を測定して４９ミリ秒経過したら再び入出力ポートＩＯ０を一瞬だけハイインピーダンス状態とし、その間に次のセル電圧Ｖ２の測定を行う。さらに、４９ミリ秒経過したら再び入出力ポートＩＯ０を一瞬だけハイインピーダンス状態とし、その間に次のセル電圧Ｖ２の測定を行う。このような電池セルの電圧測定を繰り返すので、一つの入力ポートＡＮだけで複数のセル電圧Ｖ１〜Ｖ３を効率良く測定することができる。

次に図７を用いて本実施例の第三の変形例を説明する。第二の変形例では入力回路１〜３として、電池セル６９ａ〜６９ｅのそれぞれの電圧を監視する監視ＩＣ１５０から出力される全体電圧ＡＤ信号１５１、過充電状態か否かを示す過電圧Ｈ／Ｌ信号１５２、過放電状態か否かを示す低電圧Ｈ／Ｌ信号１５３を入力源とした。これら３つの入力源を除いた回路構成や、それらの動作は図６に示した回路と同じである。３つの入力源のそれぞれの出力（１５１〜１５３）は、半導体スイッチング素子Ｍ４〜Ｍ６と抵抗Ｒ９〜Ｒ１１を介して入力ポートＡＮに接続される。また、入力ポートＡＮの信号は、抵抗Ｒ１２を介して接地される。図７のように接続することによって１つの入力ポートＡＮに監視ＩＣ１５０の３つの出力を切り替えながら入力できる。

第三の変形例の接続方法を用いると入力ポートＡＮを１つ設けることによって１つの監視ＩＣ１５０からの複数の出力信号を入力することができる。この接続方法は複数のセルユニットを有し、それぞれのセルユニットに監視ＩＣを有する電池パックにおいて、１つのマイコン５０により複数の監視ＩＣからの出力を入力させる際に、監視ＩＣの数に応じた数の入力ポートＡＮを設けるだけで複数のセルユニットの状態を効率良く監視することができる。

次に図８及び図９を用いて、図７の入出力回路を電動工具の電池パック４０に適用した例を説明する。電池パック４０側のマイコン５０付近の構成は図７で示した回路とほぼ同様であるが、入出力ポート群５３Ａには、ＩＯ０〜ＩＯ５の６つのポートを有する。このようにポート数が増えたことに応じて、発光ダイオード群と入力回路側への接続状況を変更した。入出力ポートＩＯ０には切替回路６４Ａだけが接続される。また、入出力ポートＩＯ１、ＩＯ２には発光ダイオードＬＤ１とＬＤ２だけが接続される。発光ダイオードＬＤ１とＬＤ２は、切替回路６４を介さずに基準電圧ＶＤＤに接続することも可能である。入出力ポートＩＯ３は、発光ダイオードＬＤ３への出力と、監視ＩＣ１５０の出力の一つである全体電圧ＡＤ１５１の出力の切替え信号用に用いられる。入出力ポートＩＯ３は半導体スイッチング素子Ｍ１のゲート信号に接続され、半導体スイッチング素子Ｍ４のソース信号は半導体スイッチング素子Ｍ４のゲート信号に接続される。半導体スイッチング素子Ｍ４は監視ＩＣ１５０の出力の一つである全体電圧ＡＤ１５１の出力の切替え信号用に用いられる。

入出力ポートＩＯ４、ＩＯ５は、発光ダイオードへの出力とは兼用としないで、代わりに電池パック４０から電動工具本体１側又は充電装置３０（図１０で後述）側に出力する出力線（放電停止信号１５８、充電停止信号１５７）と共通に接続される。入出力ポートＩＯ４は、半導体スイッチング素子Ｍ２のゲート信号に接続され、半導体スイッチング素子Ｍ２のソース信号は半導体スイッチング素子Ｍ５のゲート信号に接続される。半導体スイッチング素子Ｍ５は監視ＩＣ１５０の出力の一つである過電圧Ｈ／Ｌ信号１５２の切替え用に用いられる。出力ポートＩＯ５は、半導体スイッチング素子Ｍ３のゲート信号に接続され、半導体スイッチング素子Ｍ３のソース信号は半導体スイッチング素子Ｍ６のゲート信号に接続される。半導体スイッチング素子Ｍ６は監視ＩＣ１５０の出力の一つである低電圧Ｈ／Ｌ信号１５３の切替え用に用いられる。

電動工具本体１側はマイコンが用いられない構造である。電動工具本体１にはモータ５が含まれ、電池パック４０から供給される直流電力の供給回路が形成され、トリガスイッチ４をオンすることによってモータ５が回転し、トリガスイッチ４をオフすることによってモータ５が停止する。モータ５から負極端子２７の途中の経路中には、スイッチング素子Ｍ２１が介在される。ここではスイッチング素子Ｍ２１のゲート信号は、一方が抵抗Ｒ２１を介して正極端子２２に接続され、他方が抵抗Ｒ２２を介してＬＤ端子２８に接続される。ＬＤ端子２８は電池パック４０内では、スイッチング素子Ｍ７と抵抗Ｒ１２を介して入出力ポートＩＯ４に接続される。入出力ポートＩＯ４は過電圧Ｈ／Ｌ信号１５２の入力ポートＡＮへの入力切替と、ＬＤ端子２８の出力の切替えを行うものである。しかしながら、過電圧Ｈ／Ｌ信号１５２の入力ポートＡＮへの入力のために入出力ポートＩＯ４をハイにすると、ＬＤ端子２８の信号はスイッチング素子Ｍ７に作用によってアース電位に落ちるために、電動工具本体１側のスイッチング素子Ｍ２１のゲート信号がローとなって、モータ５への電源供給が遮断される。しかしながら、過電圧Ｈ／Ｌ信号１５２の入力ポートＡＮへの入力のために入出力ポートＩＯ４をハイにする時間はきわめて短いため、すぐに入出力ポートＩＯ４がハイからロー状態に復帰するので、モータ５の回転状態にはほとんど影響がでない。入出力ポートＩＯ４に兼用して接続される負荷に応じた影響の違いを説明するのが図９である。

図９（１）は、入出力ポートＩＯに接続される負荷が発光ダイオードＬＤ０である場合を示している。ここでは、ハイ状態にある入出力ポートＩＯの信号を短い時間だけローにすると、スイッチング素子Ｍ１０のソース−ドレイン間が遮断されることにより、負荷である発光ダイオードＬＤ０が短い時間だけ消灯する。しかしながら一瞬の消灯はほとんど気がつかない程度であるので問題はない。逆にロー状態にある入出力ポートＩＯの信号を短い時間だけハイすると、スイッチング素子Ｍ１０のソース−ドレイン間が導通されることにより、発光ダイオードＬＤ０が一瞬点灯する。この点灯は短い時間であるものの人間の目でも視認できるため、全く点灯させない方が好ましい。従って、負荷がＬＥＤの場合は、常時オフの状態から一瞬だけオンにする制御は避けて、常時オンの状態から一瞬だけオフにする制御に限定する方が望ましい。

図９（２）は、入出力ポートＩＯに接続される負荷がモータ５やアクチュエータ等の駆動機器である場合を示している。この場合も（１）とほぼ同様の結果であり、スイッチング素子Ｍ１０のゲート信号がハイ状態にあって回転中のモータ５の電力を信号を短い時間だけオフにして回路を遮断しても、モータ５は惰性で回転し続けるためほとんど影響がでない。しかしながら停止中のモータ５やアクチュエータに対して、入出力ポートＩＯの信号を短い時間だけハイすると、スイッチング素子Ｍ１０のソース−ドレイン間が導通されることにより、停止中のモータ５やアクチュエータに対して短い時間の駆動電流が供給される。この駆動時間は短いものの人間の耳で確認できるような作動音が発生する虞があるため、常時オフの状態から一瞬だけオンにする制御は避けるように制御すると良い。

以上説明したように、負荷がＬＥＤやモータ等の場合は、点灯または回転している最中に、一瞬だけ入出力ポートＩＯの信号をハイインピーダンス状態にして、共通に接続された別の回路（入力回路）を動作させることができる。この制御により入出力ポートＩＯを共用して、マイコン５０Ａの入出力ポート数（ここではＩＯ０〜５の６つ）以上の出力回路への出力や、入力回路からの入力切替えを行うことができる。

図１０は図８の電池パック４０を充電装置３０に接続された際の入出力回路図である。電池パック４０側の構成は図８で示した回路と同一であるが、装着される相手側機器が充電装置３０となる。充電装置３０はマイコン等を有する制御部３４を含み、充電回路３１の出力にて電池パック４０を充電する。充電回路３１は、商用交流電源３５を整流して所定の直流を得るものである。充電装置３０と電池パック４０の間は、正極端子３２と負極端子３７の接続に加えて、電池パック４０側から送出される充電停止信号１５７が、充電装置３０のＬＳ端子３６に入力される。ここでは、充電停止信号１５７は、入出力ポートＩＯ５から出力されるように構成した。また、入出力ポートＩＯ５の信号は、監視ＩＣ１５０から低電圧Ｈ／Ｌ１５３を制御するためのスイッチング素子Ｍ３のゲート信号に入力されるようにした。ここでは入出力ポートＩＯ５から出力信号は、スイッチング素子を用いること無く抵抗Ｒ１３を介して直接ＬＳ端子３６に接続される。しかしながら、ＬＳ端子３６とグランドの間にコンデンサＣ２を介在させるようにした。このコンデンサＣ２を介在させることによって、入出力ポートＩＯ５がロー状態から、短い時間間隔だけハイ状態になっても、その状態がＬＳ端子３６側に減衰された状態にて伝達されるので、実質的に制御部３４への充電停止信号１５７と見なされずに済む。この状態を説明するのが図１１である。

図１１（１）は、電池パック側のマイコンから、電動工具又は充電器側の制御部３４に対して、ハイ又はローのいずれかとなるＨ／Ｌ信号を送出するモデル回路を示している。本変形例の構成では、（２）に示すように、Ｈ／Ｌ信号線１６２の途中に抵抗Ｒ１３を設け、抵抗Ｒ１３の反マイコン側（マイコン５０Ａと遠い端部）とグランド間にコンデンサＣ２を入れて、抵抗Ｒ１３とコンデンサＣ２による積分回路を実現した。この結果、マイコン５０から短い時間間隔の矩形状のパルス波１６２Ａが入力されても、積分回路によってパルス波１６２Ｂのように十分小さくなまらせる（減衰させる）ので、このような波形が制御部３４に入力されても、制御部３４では信号入力として検出されない。従って、積分回路を有する出力線と、監視ＩＣ１５０から低電圧Ｈ／Ｌ１５３を制御するためのスイッチング素子Ｍ３のゲート信号を同じ入出力ポートＩＯ５に接続することができた。

図１２は本発明の第２の実施例に係るマイコンの入出力回路図である。マイコン５０は第１の実施例で用いるものと同じであり、４つの入出力ポート群５３（ＩＯ０〜ＩＯ３）を有する。４つの入出力ポートＩＯ０〜ＩＯ３の出力はそれぞれ４つの発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３に接続されている。発光ダイオードＬＤ０〜ＬＤ３は電流制限抵抗Ｒ０〜Ｒ３を介してマイコン５０の基準電圧ＶＤＤに接続される。ここでは第一の実施例と異なり、出力回路たる発光ダイオード群への電源供給をオン又はオフを切り替える切替回路（図１の切替回路６４）は省かれている。従って、サーミスタＴＨ１〜ＴＨ３の出力を入力ポートＡＮから取得する際には、発光ダイオードＬＤ１〜ＬＤ３がほんの一瞬点灯することになるが、制御的には図１２の回路を採用することも可能である。第２の実施例においても、マイコン５０が電池セルや基板素子の温度監視機能と電池残容量ＬＥＤ表示機能を制御する構成を、少ない入力ポートのマイコンを用いて実現することができる。

図１３は本発明の第２の実施例に係るマイコンの入出力回路図のブロック図である。ここでは４つある出力回路６６ａ〜６６ｄのうち、出力回路６６ａだけは入出力ポートＩＯ０に接続されるが、入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３には、出力回路６６ｂ〜６６ｄと共にスイッチ６８ａ〜６８ｃに接続されるようにした。このようにして入出力ポートＩＯ１〜ＩＯ３を用いて入力用の電圧６７ａ〜６７ｃを入力するようにした。

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、上述の実施例では出力回路として複数の発光ダイオードを用いたが、発光ダイオードだけに限られずにその他の制御信号の出力用に用いるようにしても良い。また、入力ポートＡＮに入力されるアナログ信号も、上述した例だけに限られずにその他のアナログ信号であっても良い。

１ 電動工具本体 ４ トリガスイッチ ５ モータ
６ 半導体スイッチング素子 ７、８ 抵抗 ２２ 正極端子
２７ 負極端子 ２８ ＬＤ端子 ３０ 充電装置 ３１ 充電回路
３２ 正極端子 ３４ 制御部 ３５ 商用交流電源 ３６ ＬＳ端子
３７ 負極端子 ４０ 電池パック ４２ 下ケース ４３ 上ケース
４４ 下段面 ４５ 上段面 ４６ セルユニット
４７ａ、４７ｂ レール ４８ スロット ４９ ラッチボタン
４９ｂ ラッチ爪 ５０、５０Ａ マイコン ５１、５１Ａ 入力ポート群
５３、５３Ａ 入出力ポート群 ５４ 電源回路 ５５ セル電圧検出回路
５６ 電流検出回路 ５７ａ〜５７ｃ 温度センサ
６０ａ、６０ｂ、６１ａ、６１ｂ 信号線
６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ 信号線 ６４、６４Ａ 切替回路
６５ スイッチ ６６ａ〜６６ｄ ブロック ６７ａ〜６７ｃ ブロック
６８ａ〜６８ｃ スイッチ ６９ａ〜６９ｄ 電池セル ７０ シャント抵抗
１４０ 電池パック １４２ 正極端子 １４７ 負極端子
１４８ ＬＤ端子 １５０ 監視ＩＣ １５１ 全体電圧ＡＤ信号
１５２ 過電圧Ｈ／Ｌ信号 １５３ 低電圧Ｈ／Ｌ信号
１５７ 充電停止信号 １５８ 放電停止信号 １６２ 信号線
１６２Ａ、１６２Ｂ パルス波 ＡＮ 入力ポート
Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ ＩＯ０〜ＩＯ５ 入出力ポート
ＬＤ０〜ＬＤ３ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
Ｍ０〜Ｍ７、Ｍ１０、Ｍ２１ スイッチング素子
ＴＨ１〜ＴＨ３ サーミスタ Ｒ０〜Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒａ 抵抗
ＶＤＤ 基準電圧

Claims (11)

1. 複数の入力回路と、複数の出力回路と、１つ以上の入力ポートと複数の入出力ポートを有するマイコンの入出力回路であって、
   複数の前記入力回路からの入力をそれぞれスイッチ手段を介して前記入力ポートの一つに接続し、
   前記入出力ポートの出力を前記複数の出力回路と前記スイッチ手段に共通して接続し、
   前記入出力ポートの出力によって前記出力回路による出力をおこなうか、前記複数の入出力ポートから前記入力ポートへの入力をおこなうかを選択可能としたことを特徴とするマイコンの入出力回路。
2. 前記複数の入出力ポートの一つに、前記複数の出力回路への電源供給を一括してオン又はオフする切替回路を接続し、残りの前記入出力ポートに前記複数の出力回路の一部又は全部を接続したことを特徴とする請求項１に記載のマイコンの入出力回路。
3. 前記マイコンは電池セルが複数収容された電池パック内に搭載されるものであり、
   前記出力回路は電池パックの電池残量の大きさを点灯数で示す複数の点灯手段であって、前記切替回路が接続される前記入出力ポートに一つの点灯手段を並列して配線し、
   他の前記点灯手段への電源の供給を前記切替回路を介して行うことを特徴とする請求項２に記載のマイコンの入出力回路。
4. 前記切替回路をオフにした状態においては、前記入出力ポートからの出力信号により前記スイッチ手段の一つだけをオンにすることにより、前記複数の入力回路から前記入力ポートへ入力させる入力を選択するように構成したことを特徴とする請求項３に記載のマイコンの入出力回路。
5. 前記複数の点灯手段は、前記切替回路と共通に接続される最下位電圧を示す第１の発光ダイオードと、最下位電圧以上の上位電圧を段階的に示すための第２と第３の発光ダイオードを含むことを特徴とする請求項４に記載のマイコンの入出力回路。
6. 前記切替回路をオンにして前記点灯手段を点灯中に、前記入力回路からの出力を前記入力ポートに入力させる際には、
   短い時間間隔で前記切替回路をオフにして、オフにした間に前記入出力ポートの出力を用いて前記複数の入力回路の前記スイッチ手段をオンにし、オンにされた前記入力回路からの信号を前記入力ポートに入力させることを特徴とする請求項５に記載のマイコンの入出力回路。
7. 請求項３から６のいずれか一項記載のマイコンの入出力回路を用い、
   前記入力回路は、前記電池パックのセル電圧を示す出力、前記電池パック内の温度検出を行う温度検出手段の出力、前記電池パック内の電池保護ＩＣのいずれかを含むことを特徴とする電池パック。
8. 前記複数の点灯手段をオン又はオフさせる切替手段を設け、前記点灯手段は、前記複数の入力回路から前記入力ポートへの入力が行われている際には消灯状態にされることを特徴とする請求項７に記載の電池パック。
9. 前記電池パックは複数のセルユニットの直列接続と並列接続とを切り替えることができ、前記複数の出力回路として、一方のセルユニット側の温度を示すサーミスタの出力と、他方のセルユニット側の温度を示すサーミスタの出力を含むことを特徴とする請求項８に記載の電池パック。
10. 前記電池パックは前記複数のセルユニットを直列接続又は並列接続したものであって、
    それぞれのセルユニットには電池セルの各電池電圧を検出する保護ＩＣが設けられ、
    前記複数の入力回路として、前記保護ＩＣから出力される過放電信号又は過充電信号が割り当てられることを特徴とする請求項９に記載の電池パック。
11. 請求項７から１０のいずれか一項に記載の電池パックを電源としてモータを回転させて先端工具を駆動することを特徴とする電動工具。
    
    

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