JP7278906B2

JP7278906B2 - 電子機器の電源制御回路

Info

Publication number: JP7278906B2
Application number: JP2019150907A
Authority: JP
Inventors: 隆之木澤
Original assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Current assignee: Ikegami Tsushinki Co Ltd
Priority date: 2019-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2023-05-22
Anticipated expiration: 2039-08-21
Also published as: JP2021035102A

Description

本発明は、供給される外部電源が、ＡＣアダプターか、リチウムイオンバッテリーかを検知し、制御することで、電子機器の安定動作範囲内で、電源供給させる電子機器の電源制御回路に関するものである。

従来の撮像装置などの電子機器においては、外部電源の電源種を検知する回路は、複数の電源入力を使って判別するか、別系統の電源種を判別する信号にて区別することが大半であった。例えば、図６示すように、電源種ごとに電源の入力を分け、電源種に応じた制御を実施するものや、図７に示すように、電源入力とは別に電源種を判別する信号にて判別し、電源種に応じた制御を実施するものがある。

また、例えば、特許文献１には、（ａ）電力の供給を受ける電源端子、（ｂ）上記電源端子から入力される電圧を判別する電圧判別手段、（ｃ）上記電圧判別手段により判別された電圧に基づき、電源端子から供給される電力の消費を制御する制御手段を備える電子機器が開示されている。

そして、この技術によれば、電源端子がＡＣアダプタ、外部バッテリー、カーバッテリー等のいろいろな電源オプションに対して、共通の電源端子で構成されているため、部品の占有面積及び部品点数を減少することができる。又、電圧判別手段が電源端子から入力された電力の電圧を判別するので、電源端子が共通になっても、外部に接続されている電源オプションの種類を判別することができる。そして、この電圧判別手段により判別された電圧に基づき制御手段が電源端子から供給される電力の消費を制御するので、ＡＣアダプタ、外部バッテリー、カーバッテリー等のオプションに対応して電子機器の動作を制御することができるとしている。

また、特許文献２には、外部電源と内部電源のうち、電圧値の大きい方の電源から撮像装置本体各部に電力を供給する電源選択手段と、上記外部電源から供給される電圧を検出する外部電源電圧検出手段と、上記内部電源から供給される電圧を検出する内部電源電圧検出手段と、上記内部電源から上記撮像装置本体各部への電力の供給と遮断とを切り替えることができる内部電源スイッチと、上記内部電源から上記撮像装置本体各部に電力が供給されている場合であって、上記外部電源電圧検出手段による検出出力に基づいて、上記外部電源が上記撮像装置本体に接続されていることを検知した場合に、上記外部電源検出手段により検出した電圧値が、上記内部電源電圧検出手段により検出した電圧値より小さいときに、上記電源選択手段で上記外部電源が選択されるように、上記内部電源スイッチにより上記内部電源から供給される電力を遮断し、上記外部電源から上記撮像装置本体各部に電力を供給する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置が開示されている。

そして、この技術によれば、例えば、ＡＣ電源アダプターをデジタルカメラ本体に接続した場合に、満充電状態又は満充電に近い状態のバッテリーをユーザの意図に反して消耗させることなく、ＡＣ電源アダプターからデジタルカメラに電力を供給することができるとしている。

特開平０５－１８４０６５号公報特開２００７－２２１４７０号公報

しかしながら、上述の図６に示すものでは、電源種ごとの入力と制御回路が必要となり、小型化された装置では実現が困難であると指摘されている。また、上述の図７に示すものでは、電源種判別用の入力が必要であり、使用する電源も、判別する方式に対応したものでなければならず、限定されてしまうという問題がある。

またさらに、上述の特許文献１に開示された技術では、外部バッテリーの電圧をマイコンに内蔵されたＡ／Ｄコンバータにより監視し、それぞれの接続状態や電圧により制御方法を変えているため、起動と処理に時間がかかってしまい、また、少なからず電力を消費してしまうといったデメリットがある。また、リチウムイオンバッテリーの特性は、ある程度の負荷がかかって、時間が経つと電圧が低下するものであるため、マイコンでの監視であると、誤検出の原因となってしまう。そして、特許文献２に開示された技術では、小型化された装置では実現が難しいと言える。

本発明は、上述の課題を解決するためのもので、ＡＣアダプターとリチウムイオンバッテリーとを兼用する単一電源入力端子を備え、且つ、リチウムイオンバッテリーが接続された場合には、過放電による故障を防ぐため、自動検知して制御することができる電子機器の電源制御回路を提供することにある。

上述の課題に対応するため、本発明は、以下の技術的手段を講じている。
即ち、請求項１記載の発明は、電子機器の電源制御回路であって、ＡＣアダプター又はリチウムイオンバッテリーのうち、差し替えにより選択された外部電源からの電力供給を受ける電源入力端子と、前記電源入力端子を通じて、前記外部電源の給電が開始されたか否かを検知する外部電力給電検知手段と、前記外部電力給電検知手段により、前記外部電源の給電が開始されたことが検知された場合、前記電源入力端子を通じて前記外部電源から給電される電圧を検出する外部電源電圧検出手段と、前記外部電源電圧検出手段により検出される電圧値が所定値以上であれば、前記リチウムイオンバッテリーからなる外部電源の電力供給による前記電子機器の電源制御を行う制御回路を選択し、また、前記外部電源電圧検出手段により検出される電圧値が所定値未満であれば、前記ＡＣアダプターからなる外部電源の電力供給による前記電子機器の電源制御を行う制御回路を選択する電源制御回路選択手段と、前記電源制御回路選択手段に選択された制御回路からの制御信号を受けるとともに、前記電子機器の電源スイッチがＯＮされたか否かを検知し、当該電子機器の電源スイッチがＯＮされた場合には、前記電子機器の電源をＯＮにする制御を行う装置電源制御手段とを有することを特徴とする電子機器の電源制御回路である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子機器の電源制御回路であって、前記所定値は、前記ＡＣアダプターの定格電圧出力の値よりも高い値に設定されていることを特徴としている。さらに、請求項３記載の発明は、請求項１記載の電子機器の電源制御回路であって、前記所定値は、１３Ｖであることを特徴としている。

そして、請求項４記載の発明は、電子機器の電源制御方法であって、ＡＣアダプター又はリチウムイオンバッテリーのうち、差し替えにより選択された外部電源からの電力供給を電源入力端子を通じて受ける電源入力工程と、前記電源入力工程において、前記電源入力端子を通じて前記外部電源からの給電が開始されたか否かを検知する外部電力給電検知工程と、前記外部電力給電検知工程により、前記外部電源の給電が開始されたことが検知された場合、前記電源入力端子を通じて前記外部電源から給電される電圧を検出する外部電源電圧検出工程と、前記外部電源電圧検出工程において検出される電圧値が所定値以上であれば、前記リチウムイオンバッテリーからなる外部電源の電力供給による前記電子機器の電源制御を行う制御回路を選択し、また、前記外部電源電圧検出工程において検出される電圧値が所定値未満であれば、前記ＡＣアダプターからなる外部電源の電力供給による前記電子機器の電源制御を行う制御回路を選択する電源制御回路選択工程と、前記電源制御回路選択工程において選択された制御回路からの制御信号を受けるとともに、前記電子機器の電源スイッチがＯＮされたか否かを検知し、当該電子機器の電源スイッチがＯＮされた場合には、前記電子機器の電源をＯＮにする制御を行う装置電源制御工程とを含むことを特徴とする電子機器の電源制御方法である。

また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の電子機器の電源制御方法であって、前記所定値は、前記ＡＣアダプターの定格電圧出力の値よりも高い値に設定されていることを特徴としている。そして、請求項６記載の発明は、請求項４記載の電子機器の電源制御方法であって、前記所定値は、１３Ｖであることを特徴としている。

本発明によれば、複数の入力を使用せず、単一の入力で電源制御ができるため、電子機器の小型化が可能となる。また、電源種判別用の信号やスイッチによる設定を用いることなく、自動で判別できるため、運用者の負担が低減できる。さらに、単に電源投入時（立ち上げ時）の電圧のみで判断するものであるため、特殊な仕様の電源でなくても利用が可能となる。

本発明に係る電子機器の電源制御回路の実施形態を示した概略図である。本発明に係る電子機器の電源制御回路の実施形態を示した系統図である。本発明に係る電子機器の電源制御回路及び電子機器の電源制御方法の実施形態における動作のフローチャートを示した図である。電源種別出力電圧と装置許容電圧を示したグラフである。リチウムイオンバッテリーの放電特性を示したグラフである。従来の電源制御回路の一例を示した概略図である。従来の電源制御回路の一例を示した概略図である。

本発明に係る電子機器の電源制御回路及び電子機器の電源制御方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る電子機器の電源制御回路の実施形態を示した概略図であり、図２は、本発明に係る電子機器の電源制御回路の実施形態を示した系統図である。

そして、図３は、本発明に係る電子機器の電源制御回路及び電子機器の電源制御方法の実施形態における動作のフローチャートを示した図である。そして、符号については、１０が電子機器、１２が電源制御回路、１４がＡＣアダプター、１６がリチウムイオンバッテリー、１８が外部電源、２０が電源入力端子、２２が外部電力給電検知手段、２４が外部電源電圧検出手段、２６が電源制御選択手段、２８が電源スイッチ、３０が装置電源制御手段、３２が制御回路（ＡＣ）、３４が制御回路（リチウム）、３６が降圧レギュレータ、３８がラッチリレー、４０がＯＲゲート、４２がフォトカプラ、４４がＤＣ／ＤＣコンバータを示している。

まず、本発明は、使用する電源がリチウムイオンバッテリーであるかを電子機器の電源が立ち上がる前（無負荷時）に判別する回路で、後述の通り、無負荷時においては、リチウムイオンバッテリーは、ＡＣアダプターの定格電圧出力１２Ｖよりも高い１３Ｖ以上の電圧で給電を始めることから、この特徴を捉え、無負荷時の電源電圧によって電源種を判断する回路を実現したものである。

ここで、リチウムイオンバッテリーの一般的な特徴を説明すると、図５に示すように、満充電時の電圧は、１６．８Ｖ程度で、十分に放電した後の電圧は、約１３．５Ｖ程度である（無負荷時）。さらに、負荷をぶら下げて限界電圧付近の１２．５Ｖまで使用した後、負荷を外すと、１３．５Ｖ程度まで電圧が上昇するし、バッテリーが消耗するごとに電圧が低下していく。

次に、本発明に係る実施形態について説明する。本実施形態における電子機器１０の電源制御回路１２は、図１に示すように、ＡＣアダプター１４又はリチウムイオンバッテリー１６のうち、差し替えにより選択された外部電源１８からの電力供給を受ける電源入力端子２０と、電源入力端子２０を通じて、外部電源１８の給電が開始されたか否かを検知する外部電力給電検知手段２２と、外部電力給電検知手段２２により、外部電源１８の給電が開始されたことが検知された場合、電源入力端子２０を通じて外部電源１８から給電される電圧を検出する外部電源電圧検出手段２４を備えている。

さらに、外部電源電圧検出手段２４により検出される電圧値が所定値以上であれば、リチウムイオンバッテリー１６からなる外部電源１８の電力供給による電子機器１０の電源制御を行う制御回路を選択し、また、外部電源電圧検出手段２４により検出される電圧値が所定値未満であれば、ＡＣアダプター１４からなる外部電源１８の電力供給による電子機器１０の電源制御を行う制御回路を選択する電源制御選択手段２６と、電源制御選択手段２６に選択された制御回路からの制御信号を受けるとともに、電子機器１０の電源スイッチ２８がＯＮされたか否かを検知し、電子機器１０の電源スイッチ２８がＯＮされた場合には、電子機器１０の電源をＯＮにする制御を行う装置電源制御手段３０とを備えている。

続いて、本実施形態における電子機器の電源制御回路と、電子機器の電源制御方法について、より詳細に説明する。放送分野で使用する電子機器としては、ＡＣアダプターやリチウムイオンバッテリーなどの多種の電源を使用するものであるが、例えば、放送用のリチウムイオンバッテリーの場合は、推奨される供給限界電圧が＋１２Ｖ程度であるのに対し、電源供給を受ける電子機器の最小許容電圧は＋９Ｖであり、リチウムイオンバッテリーの供給限界電圧を無視し、無制御にて電源を供給し続けると、リチウムイオンバッテリーの故障に繋がってしまう（図４参照）。従って、電子機器に入力する電源種ごとで供給電圧に応じた制御を簡易な構成で、容易に実行する電源制御回路が必要となったわけである。

続いて、本実施形態における電子機器１０の電源制御回路１２は、図１及び２に示すように、ＡＣアダプター１４又はリチウムイオンバッテリー１６のうち、差し替えにより選択された外部電源１８からの電力供給を受ける電源入力端子２０と、電源入力端子２０を通じて、外部電源１８の給電が開始されたか否かを検知する外部電力給電検知手段２２と、外部電力給電検知手段２２により、外部電源１８の給電が開始されたことが検知された場合、電源入力端子２０を通じて外部電源１８から給電される電圧を検出する外部電源電圧検出手段２４を備えている。

本実施形態においては、投入（給電開始）された電源入力は、降圧レギュレータ３６によって、＋５Ｖにまで降圧され、各回路へと供給される構成となっている。これは、検知・制御回路は、電子機器の動作電圧より十分に低い電圧で動作することが重要だからである。

次に、本実施形態は、外部電源電圧検出手段２４により検出される電圧値が所定値以上であれば、リチウムイオンバッテリー１６からなる外部電源１８の電力供給による電子機器１０の電源制御を行う制御回路を選択し、また、外部電源電圧検出手段２４により検出される電圧値が所定値未満であれば、ＡＣアダプター１４からなる外部電源１８の電力供給による電子機器１０の電源制御を行う制御回路を選択する電源制御選択手段２６と、電源制御選択手段２６に選択された制御回路からの制御信号を受けるとともに、電子機器１０の電源スイッチ２８がＯＮされたか否かを検知し、電子機器１０の電源スイッチ２８がＯＮされた場合には、電子機器１０の電源をＯＮにする制御を行う装置電源制御手段３０とを備えている。

ここで、本実施形態では、図３にも示すように、外部電力給電検知手段２２が、電源入力端子２０を通じて外部電源１８の給電が開始されたかを検知し（ＳＴＥＰ１）、給電の開始を検出した場合は、図２に示すように、電源制御選択手段２６を構成しているＤフィリップフロップの回路に対し、パルスが出力される。

また、外部電源電圧検出手段２４は、電源入力端子２０を通じて外部電源１８から供給される電圧を検出し（図３中、ＳＴＥＰ２）、電圧値が所定値以上であれば、電源制御選択手段２６に対し、対応する信号（ＣＬＫ信号）を送り、この信号を受けた電源制御選択手段２６は、リチウムイオンバッテリー１６からなる外部電源１８の電力供給による電子機器１０の電源制御を行う制御回路（リチウム）３４を選択し（図３中、ＳＴＥＰ４）、また、外部電源電圧検出手段２４により検出される電圧値が所定値未満であれば、電源制御選択手段２６に対し、対応する信号（ＣＬＫ信号）を送り、この信号を受けた電源制御選択手段２６は、ＡＣアダプター１４からなる外部電源１８の電力供給による電子機器１０の電源制御を行う制御回路（ＡＣ）３２を選択する（図３中、ＳＴＥＰ３）。

なお、本実施形態では、電圧値の所定値とは、１３Ｖとしているが、実際は、ＡＣアダプターの定格電圧出力の値よりも高い値で、リチウムイオンバッテリーの放電後の無負荷電圧値近傍の値に設定しておく。つまり、図３にも示すように、外部電源電圧検出手段２４が、電源入力端子２０を通じて外部電源１８から供給される電圧値を１３Ｖ以上と検出した場合は、電源制御選択手段２６は、リチウムイオンバッテリー１６からなる外部電源１８の電力供給による電子機器１０の電源制御を行う制御回路を選択する。

一方で、外部電源電圧検出手段２４が、電源入力端子２０を通じて外部電源１８から供給される電圧値を１３Ｖ未満と検出した場合は、電源制御選択手段２６は、ＡＣアダプター１４からなる外部電源１８の電力供給による電子機器１０の電源制御を行う制御回路を選択する。具体的には、Ｄフィリップフロップの回路が、外部電力給電検知手段２２からのパルスと、電源制御選択手段２６からの信号（ＣＬＫ信号）に応じて、リチウムイオンバッテリー１６による電源制御、又は、ＡＣアダプター１４による電源制御、それぞれ所望の電源種を制御する制御回路へとラッチリレー３８を用いて切り替え固定する構成となっている（図２参照）。

続いて、本実施形態においては、図２に示すように、ＡＣアダプター１４による電源制御の制御回路（Ｄ－１）、リチウムイオンバッテリー１６による電源制御の制御回路（Ｄ－２）が備えられており、さらに、上流側にラッチリレー３８と、下流側に２つのラッチリレー３８が備えられている。図２においては、Ｄフィリップフロップの回路が、ＡＣアダプター１４による電源制御を行う制御回路（Ｄ－１）を選択している状態であり、下流側のラッチリレー３８は、それぞれ、装置電源制御手段３０、ＬＥＤ等表示器（図示せず）に向けての切り替えを行うようになっている。

次に、本実施形態は、図２に示すように、装置電源制御手段３０が、下流側のラッチリレー３８を通じて、電源制御回路選択手段２６に選択された制御回路からの制御信号を受ける構成となっている。そして、電子機器１０の電源スイッチ２８がＯＮされたか否かを検知し（図３中、ＳＴＥＰ５）、電子機器１０の電源スイッチ２８がＯＮされた場合には、電源制御回路選択手段２６に選択された制御回路による電源制御の下で、電子機器１０の電源をＯＮにするように構成されている（図３中、ＳＴＥＰ６）。

なお、本実施形態では、図２に示すように、ＯＲゲート４０、フォトカプラ４２が装置電源制御手段３０の構成要素となっており、電源スイッチ２８の論理を元に、ＯＲゲート４０からフォトカプラ４２を経て、ＤＣ／ＤＣコンバータ４４のイネーブル信号を制御することで、電子機器１０の電源のＯＮ／ＯＦＦを実現するようになっている。なお、電源種判断後は、所望の制御回路にて継続して動作するように構成されている。

このような構成となっているため、本発明は、複数の入力を使用せず、単一の入力で電源種別制御ができるため、電子機器の小型化が可能となる。また、電源種判別用の信号や、スイッチによる設定を用いることなく、自動に電源種の判別ができるため、運用者の負担が軽減できる。さらに、単に、電源投入時の電圧のみで判断するため、利用する電源は、特殊な仕様のものなくても良くなる。

本発明は、複数の入力を使用せず、単一の入力で電源制御ができるため、電子機器の小型化が可能で、また、電源種判別用の信号やスイッチによる設定を用いることなく、自動で判別できることから、運用者の負担が低減できる。さらに、単に電源投入時（立ち上げ時）の電圧のみで判断するものであるため、特殊な仕様の電源でなくても利用が可能であるため、例えば、放送業界の現場などにおいて、好適に用いられる。

１０電子機器
１２電源制御回路
１４ＡＣアダプター
１６リチウムイオンバッテリー
１８外部電源
２０電源入力端子
２２外部電力給電検知手段
２４外部電源電圧検出手段
２６電源制御選択手段
２８電源スイッチ
３０装置電源制御手段
３２制御回路（ＡＣ）
３４制御回路（リチウム）
３６降圧レギュレータ
３８ラッチリレー
４０ＯＲゲート
４２フォトカプラ
４４ＤＣ／ＤＣコンバータ

Claims

電子機器の電源制御回路であって、
ＡＣアダプター又はリチウムイオンバッテリーのうち、差し替えにより選択された外部電源からの電力供給を受ける電源入力端子と、
前記電源入力端子を通じて、前記外部電源の給電が開始されたか否かを検知する外部電力給電検知手段と、
前記外部電力給電検知手段により、前記外部電源の給電が開始されたことが検知された場合、前記電源入力端子を通じて前記外部電源から給電される電圧を検出する外部電源電圧検出手段と、
前記外部電源電圧検出手段により検出される電圧値が所定値以上であれば、前記リチウムイオンバッテリーからなる外部電源の電力供給による前記電子機器の電源制御を行う制御回路を選択し、また、前記外部電源電圧検出手段により検出される電圧値が所定値未満であれば、前記ＡＣアダプターからなる外部電源の電力供給による前記電子機器の電源制御を行う制御回路を選択する電源制御回路選択手段と、
前記電源制御回路選択手段に選択された制御回路からの制御信号を受けるとともに、前記電子機器の電源スイッチがＯＮされたか否かを検知し、当該電子機器の電源スイッチがＯＮされた場合には、前記電子機器の電源をＯＮにする制御を行う装置電源制御手段と、
を有することを特徴とする電子機器の電源制御回路。
前記所定値は、前記ＡＣアダプターの定格電圧出力の値よりも高い値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の電子機器の電源制御回路。
前記所定値は、１３Ｖであることを特徴とする請求項１記載の電子機器の電源制御回路。
電子機器の電源制御方法であって、
ＡＣアダプター又はリチウムイオンバッテリーのうち、差し替えにより選択された外部電源からの電力供給を電源入力端子を通じて受ける電源入力工程と、
前記電源入力工程において、前記電源入力端子を通じて前記外部電源からの給電が開始されたか否かを検知する外部電力給電検知工程と、
前記外部電力給電検知工程により、前記外部電源の給電が開始されたことが検知された場合、前記電源入力端子を通じて前記外部電源から給電される電圧を検出する外部電源電圧検出工程と、
前記外部電源電圧検出工程において検出される電圧値が所定値以上であれば、前記リチウムイオンバッテリーからなる外部電源の電力供給による前記電子機器の電源制御を行う制御回路を選択し、また、前記外部電源電圧検出工程において検出される電圧値が所定値未満であれば、前記ＡＣアダプターからなる外部電源の電力供給による前記電子機器の電源制御を行う制御回路を選択する電源制御回路選択工程と、
前記電源制御回路選択工程において選択された制御回路からの制御信号を受けるとともに、前記電子機器の電源スイッチがＯＮされたか否かを検知し、当該電子機器の電源スイッチがＯＮされた場合には、前記電子機器の電源をＯＮにする制御を行う装置電源制御工程と、
を含むことを特徴とする電子機器の電源制御方法。
前記所定値は、前記ＡＣアダプターの定格電圧出力の値よりも高い値に設定されていることを特徴とする請求項４記載の電子機器の電源制御方法。
前記所定値は、１３Ｖであることを特徴とする請求項４記載の電子機器の電源制御方法。