(57)【要約】【課題】  充電電源の電流最大値を超えない範囲で、短時間・高効率に電気２重層コンデンサに充電をおこなえる電子ペンを提供する【解決手段】  本発明の位置情報の位置表示手段を有する電子ペンは、位置表示手段に電力を供給する昇圧あるいは降圧コンバータと、位置表示手段の供給電力を蓄積する電気２重層コンデンサと、電気２重層コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧モニタ手段と、電気２重層コンデンサの充電電流を制御する降圧型チョッパ回路と、コンデンサ電圧モニタ手段が検出した電圧情報に基づいて降圧型チョッパ回路のON/OFFデューティを制御するスイッチ制御手段と、を備えるようにした。そして、スイッチ制御手段は、コンデンサ電圧モニタ手段が検出した電圧情報が大きいほど降圧型チョッパ回路のONデューティが大きくなるように制御した。【選択図】図１
2014071786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置情報の位置表示手段を有する電子ペンにおいて、
前記位置表示手段に電力を供給する昇圧あるいは降圧コンバータと、
前記位置表示手段の供給電力を蓄積する電気２重層コンデンサと、
前記電気２重層コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧モニタ手段と、
外部から供給される前記電気２重層コンデンサの充電電流を制御する降圧型チョッパ回路と、
前記コンデンサ電圧モニタ手段が検出した電圧情報に基づいて前記降圧型チョッパ回路のON/OFFデューティを制御するスイッチ制御手段と、
を備えたことを特徴とする電子ペン。
【請求項２】
請求項１に記載の電子ペンにおいて、
前記スイッチ制御手段は、前記前記コンデンサ電圧モニタ手段が検出した電圧情報が大きいほど前記降圧型チョッパ回路のONデューティが大きくなるように制御する
ことを特徴とする電子ペン。
【請求項３】
請求項１あるいは２に記載の電子ペンにおいて、
前記スイッチ制御手段は、前記前記コンデンサ電圧モニタ手段が検出した電圧情報が所定値のときに前記降圧型チョッパ回路の動作を停止する
ことを特徴とする電子ペン。
【請求項４】
請求項１に記載の電子ペンにおいて、
さらに、外部電源が接続されたことを検知する接続検出手段を有し、
前記接続検出手段により電源が接続されたことを検知したときに、前記スイッチ制御手段は前記降圧型チョッパ回路を制御して前記電気２重層コンデンサの充電をおこなう
ことを特徴とする電子ペン。
【請求項５】
請求項１に記載の電子ペンにおいて、
さらに、外部電源の電圧値を検出する電圧検出手段を有し、
前記スイッチ制御手段は、前記電圧検出手段から通知された電圧情報に応じて、複数の電圧条件ごとに前記降圧型チョッパ回路のONデューティ制御を変える
ことを特徴とする電子ペン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気２重層コンデンサの充電制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ペーパレスや教育分野での電子化の普及により手書き情報の電気的な取り込みや表示が求められている。これら要求に対応する電子黒板や大型タブレットで利用される電子ペンの中には、電源を内蔵してペンの位置座標や板面へのペン押下げを検出し、制御装置にペンの位置情報や操作情報を通信するものがある。前記の電子ペンでは電池を電源として内蔵しているが、ペンとして違和感のないように、軽量化が求められる。
【０００３】
電子ペンの他の電源としては、電気２重層コンデンサを用いる事が考えられる。電気２重層コンデンサは、化学反応を用いた電池と比較して、軽量・長寿命であることが特徴としてあげられる。特許文献１には、電気２重層コンデンサを用いたデジタルペンの一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実用新案登録第3162788号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電気２重層コンデンサは、イオン分子が電荷を蓄えるため充放電による劣化が少なく、充放電時に電圧が直線的に変化する特徴をもつ。また、電気２重層コンデンサは、その内部抵抗が小さいため、大電流の放電が可能であるとともに、大電流により充電することも可能であり、短時間の充電が可能である。
【０００６】
このことは同時につぎの問題を含む。つまり、充電時に特別な電流の制限を行なわない場合には、電力を供給する側に対して過大な負荷となる。たとえば、USBインターフェイスにより給電をおこなう場合には、USB2.0ではその供給電力は0.5A に制限される。
【０００７】
特許文献１では電流制限抵抗により充電電流値を制限しているが、この方法では電流制限抵抗による損失が発生するとともに、満充電までの充電時間が延びるという問題がある。
【０００８】
本発明は、充電電源の電流最大値を超えない範囲で、短時間・高効率に電気２重層コンデンサに充電をおこなえる電子ペンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の位置情報の位置表示手段を有する電子ペンは、前記位置表示手段に電力を供給する昇圧あるいは降圧コンバータと、前記位置表示手段の電力を蓄積する電気２重層コンデンサと、前記電気２重層コンデンサの電圧を検出するコンデンサ電圧モニタ手段と、前記電気２重層コンデンサの充電電流を制御する降圧型チョッパ回路と、前記コンデンサ電圧モニタ手段が検出した電圧情報に基づいて前記降圧型チョッパ回路のON/OFFデューティを制御するスイッチ制御手段と、を備えるようにした。
【００１０】
そして、前記スイッチ制御手段は、前記前記コンデンサ電圧モニタ手段が検出した電圧情報が大きいほど前記降圧型チョッパ回路のONデューティが大きくなるように制御し、前記降圧型チョッパ回路のONデューティは、前記コンデンサ電圧モニタ手段が検出した電圧情報の変化に比例するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、電気２重層コンデンサの充電をスイッチングによる電力伝達する構成とし、電気２重層コンデンサの電圧レベルに応じてチョッパ制御することで供給側の入力電流を制御する。これにより、電源供給側に過大な負荷を与えることなく、電子ペンの電気２重層コンデンサに短時間・高効率に充電をおこなうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例の回路構成を示す図である。
【図２】実施例のコンデンサ電圧とチョッパーのオンデューティの関係を示す図である。
【図３】実施例のチョッパー制御信号とコンデンサ電圧の時間変化を示す図である。
【図４】実施例の他の回路構成を示す図である。
【図５】実施例の他の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明では、供給電源の出力電圧と電気２重層コンデンサの電圧差が、充電電流値を決定付けることを利用し、ある時刻における電気２重層コンデンサ電圧から、供給電源の電流値が電流最大値を越えないように、チョッパ回路をスイッチング制御する。以下に具体的な構成を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の実施例の電子ペンの内部構成を示す図である。電子ペンの位置表示手段3には、電気２重層コンデンサ10に蓄積される電力が位置表示手段3の動作電圧に合わせて昇圧あるいは降圧する昇圧/降圧コンバータ8により電圧変換され、電力供給されている。また、電気２重層コンデンサ10は、スイッチ6とインダクタ7とダイオード11により構成される降圧型チョッパ回路が、スイッチ制御手段1により制御されて充電される。
【００１５】
この降圧型チョッパ回路の動作は後述するが、コンデンサ電圧モニター手段2により電気２重層コンデンサ10の電圧を検出し、検出した電気２重層コンデンサ10の電圧情報がスイッチ制御手段1に通知され、降圧型チョッパ回路のスイッチ6のON/OFFデューティが制御される。スイッチ制御手段1により決定されるスイッチ6のON/OFFデューティは、電源の電流許容量を超えない様に事前に求めたものとなる。
【００１６】
また、図１のスイッチ6の電源側には、インダクタ5とコンデンサ9が降圧型チョッパ回路の入力電圧の平滑化のために設けられている。電圧変換4は、電気２重層コンデンサ10に電荷蓄電されていないときに、電源からスイッチ制御手段1とコンデンサ電圧モニター手段2に電力供給をおこなう。電気２重層コンデンサ10に電荷蓄電されている場合には、昇圧/降圧コンバータ8からも電力供給をおこなえるように、電圧変換4と昇圧/降圧コンバータ8の出力がダイオードオアされてスイッチ制御手段1とコンデンサ電圧モニター手段2に接続している。
【００１７】
ここで、降圧型チョッパ回路のダイオード11を第二のスイッチに置き換え、降圧型チョッパ回路を同期整流型のチョッパ回路を構成しても、同様の効果を得ることができる。
【００１８】
また、電子ペンの位置表示手段3およびスイッチ制御手段1、コンデンサ電圧モニター手段2は，別々のICにより実現していても，同一ICにより実現されていても，一部を同一のICとして実現していても構わない。
【００１９】
図２は、電気２重層コンデンサ10の端子電圧とスイッチ6のONデューティの関係を示す図である。スイッチ制御手段1は、図２の関係を満たすように電圧情報とスイッチ6のONデューティ制御値をテーブル化して保持し、入力された電圧情報に応じてスイッチ6を制御する。
【００２０】
図２に示すように、電気２重層コンデンサ10の端子電圧が低いときには、スイッチ6のONデューティを小さくする。これにより、電気２重層コンデンサ10に供給される降圧型チョッパ回路の出力電圧が低くなり、降圧型チョッパ回路の入力電流も制限されるので、供給電源の電流値が電流最大値を超過することがない。
【００２１】
さらに、電気２重層コンデンサ10の電圧の増加に対して、スイッチ6のONデューティは、ある傾きで増加し、電気２重層コンデンサ11の電圧が、ある値以上となった場合には、前記傾きよりも急な傾きで増加するようにする。
【００２２】
図３は、電気２重層コンデンサ10の端子電圧とスイッチ6のONデューティの時間変化を示す図である。電気２重層コンデンサ10の端子電圧により、４つのスイッチ6のONデューティ制御値を順次切り替えて充電をおこなう。電気２重層コンデンサ10の端子電圧が所定の電圧値に到達すると、スイッチ6の駆動を停止して充電動作を終了する。
【００２３】
図４は、図１の電子ペンの構成に、外部電源が接続されたことを検知する接続検知手段12を付加したものである。この構成により、電子ペンをPCのUSBポートに接続する等の外部電源装置に接続した時に、電気２重層コンデンサ10の充電を開始する。
【００２４】
詳しくは、接続検知手段12は電源ラインの電圧検出をおこない、所定値の電圧を検出したときに、電源が接続されたと判断して、スイッチ制御手段1に検知信号を通知する。検知信号を通知されたスイッチ制御手段1は、このときの電気２重層コンデンサ10の電圧レベルに応じてスイッチ6のONデューティの充電動作の開始デューティを取得して、上記の充電動作を開始する。
【００２５】
図５は、図１の電子ペンの構成に、外部電源の電圧値を検出する電圧検出手段14を付加し、図１のスイッチ制御手段1を他構成のスイッチ制御手段13としたものである。このスイッチ制御手段13は、電圧検出手段14から通知された電圧情報に応じて、複数の電圧条件ごとにスイッチ6のONデューティ制御値のテーブルを変えるようにする。例えば、電圧レベルが高い外部電源が接続された場合には、スイッチ6のONデューティをより小さい値から充電を開始するONデューティ制御値のテーブルに変えて、スイッチ6を制御する。
【００２６】
上記の構成により、電圧レベルの異なる複数の外部電源装置に接続することができるようになる。
【符号の説明】
【００２７】
1…スイッチ制御手段、2…コンデンサ電圧モニター手段、6…スイッチ、7…インダクタ、10…電気２重層コンデンサ、11…ダイオード
【図１】
2014071786.tif 000003
【図２】
2014071786.tif 000004
【図３】
2014071786.tif 000005
【図４】
2014071786.tif 000006
【図５】
2014071786.tif 000007