(57)【要約】【課題】低い待機電力で充電対象が接続されていない非接続状態から、充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する。【解決手段】容量素子Ｃ１とダイオードＤ３とからなる直列回路７と、直列回路７に電力を供給する直列回路用電源８と、を備え、非接続状態にある場合には、ダイオードＤ３を介して直列回路用電源８から容量素子Ｃ１へ充電する充電経路が形成され、充電経路においてダイオードＤ３は充電電流の方向に対して逆極性に接続されており、非接続状態から接続状態へ状態変化すると、容量素子Ｃ１に蓄積された電荷を携帯電子機器１００の内部回路を介して放電する放電経路が形成され、容量素子Ｃ１に蓄積された電荷が放電されることにより生じる容量素子Ｃ１の端子電圧の低下に基づき、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する。【選択図】図２
2014053983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電対象が接続されていない非接続状態から、充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構を有する充電器であって、
前記検出機構は、
容量素子とダイオードとからなる直列回路と、
前記直列回路に電力を供給する直列回路用電源と、を備え、
前記非接続状態にある場合には、前記ダイオードを介して前記直列回路用電源から前記容量素子へ充電する充電経路が形成され、当該充電経路において前記ダイオードは、充電電流の方向に対して逆極性に接続されており、
前記非接続状態から前記接続状態へ状態変化すると、前記容量素子に蓄積された電荷を前記充電対象の内部回路を介して放電する放電経路が形成され、
前記容量素子に蓄積された電荷が放電されることにより生じる前記容量素子の端子電圧の低下に基づき、前記非接続状態から前記接続状態への状態変化を検出する
ことを特徴とする充電器。
【請求項２】
前記検出機構は、さらに、前記直列回路用電源と前記直列回路との間に介挿された抵抗素子を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項３】
前記直列回路用電源と前記直列回路との接続点であって、前記充電経路および前記放電経路の両方の経路上に存在する接続点を検出点とし、
前記非接続状態にある場合は、前記端子電圧が増加することにより前記検出点の電位がハイレベルとなり、
前記非接続状態から前記接続状態へ状態変化すると、当該状態変化直後に前記端子電圧が減少することにより前記検出点の電位がローレベルとなり、その後前記端子電圧が増加することにより前記検出点の電位がハイレベルに遷移する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項４】
前記充電対象は、前記内部回路として前記直列回路の容量素子よりも静電容量の大きい容量素子を等価的に含むとともに、当該容量素子と接続された電源端子を備え、
前記接続状態において、前記検出点が前記充電対象との接続が行われる外部端子を介して前記電源端子と接続されることにより、前記放電経路が形成される
ことを特徴とする請求項３に記載の充電器。
【請求項５】
前記電源端子は、前記充電対象が備えるＵＳＢコネクタのＶbus端子である
ことを特徴とする請求項４に記載の充電器。
【請求項６】
さらに、
前記充電対象に電力を供給する電池と、
前記電池と前記外部端子とを結ぶ電源線と、を備え、
前記電源線における前記外部端子側の一端は、前記検出点と前記外部端子との間に接続される
ことを特徴とする請求項４に記載の充電器。
【請求項７】
前記直列回路の容量素子とダイオードとの接続点であって、前記充電経路および前記放電経路の両方の経路上に存在する接続点を検出点とし、
前記非接続状態にある場合は、前記端子電圧が増加することにより前記検出点の電位がハイレベルとなり、
前記非接続状態から前記接続状態へ状態変化すると、当該状態変化直後に前記端子電圧が減少することにより前記検出点の電位がローレベルとなり、その後前記端子電圧が増加することにより前記検出点の電位がハイレベルに遷移する
ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項８】
前記接続状態において、前記検出点が前記充電対象の前記内部回路に含まれるグランドと接続されることにより、前記放電経路が形成される
ことを特徴とする請求項７に記載の充電器。
【請求項９】
さらに、ＵＳＢコネクタを備え、
前記接続状態において、前記検出点と前記充電対象のグランドと接続は、前記ＵＳＢコネクタのコネクタフレームを介してなされる
ことを特徴とする請求項８に記載の充電器。
【請求項１０】
前記ダイオードのカソードが前記直列回路用電源に接続され、
前記ダイオードのアノードが前記容量素子の一端に接続され、
前記容量素子の他端は接地線に接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項１１】
さらに、ＵＳＢコネクタを備え、
前記接地線は、前記ＵＳＢコネクタのＧＮＤ端子に接続されている
ことを特徴とする請求項１０に記載の充電器。
【請求項１２】
さらに、
前記充電対象に電力を供給する電池と、
前記充電対象との接続が行われる外部端子と、
前記端子電圧の低下に基づいて、前記電池と前記外部端子とを結ぶ電源線を開状態から閉状態にする電源線開閉機構と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項１３】
さらに、
前記検出機構に含まれ、前記端子電圧の低下を検出する検出部と、
前記充電対象に電力を供給する電池と、
前記充電対象との接続が行われる外部端子と、
前記検出部による検出結果に基づいて、前記電池と前記外部端子とを結ぶ電源線を開状態から閉状態にする電源線開閉機構と、を備え、
前記電源線開閉機構は、
制御端子が前記検出点に接続され、前記検出点の電位変動に基づいてオンオフ動作を行うスイッチング素子と、
前記電源線を開状態から閉状態に切り替える開閉器と、
前記スイッチング素子のオンオフ動作に基づき、前記開閉器の切り替え動作を制御するコントローラと、を含む
ことを特徴とする請求項３または７に記載の充電器。
【請求項１４】
前記スイッチング素子における出力側端子の一端は前記直列回路用電源に接続され、他端は前記コントローラに接続される
ことを特徴とする請求項１３に記載の充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電器に関し、特に、充電対象が接続されていない非接続状態から、充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構を有する充電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話機や携帯音楽プレーヤ等の携帯型電子機器が広く普及している。さらに、近年では、従来の携帯電話機等と比較して消費電力量の多い多機能携帯電話機（いわゆるスマートフォン）やタブレット端末等も広く普及しつつある。このような状況から、外出先等の付近に商用電源が無い状態であってもこれらの電子機器の充電を可能とする緊急用の充電器が開発されている（例えば、特許文献１，２）。このような緊急用の充電器は、緊急充電器、非常用充電器、緊急給電器、モバイルブースター等とも称される。このような充電器は、充電対象である電子機器が接続されていない非接続状態から、電子機器が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構（例えば、特許文献３）を有する。
【０００３】
図８は、特許文献３に係る充電器９００の回路図である。充電器９００は充電対象９０１に内蔵されている充電池を充電するものであり、主な構成として充電池９０２、接続検出回路９０３、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）コネクタ９０４（電源端子Ｖbus９１と接地端子ＧＮＤ９１とからなる。）、開閉器９０５を備える。ＵＳＢコネクタ９０４とＵＳＢコネクタ９０６（電源端子Ｖbus９２と接地端子ＧＮＤ９２で構成される。）とをＵＳＢケーブルにより接続することで、充電器９００と充電対象９０１との接続がなされる。
【０００４】
接続検出回路９０３は、充電対象９０１が接続されていない非接続状態から、接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構である。電圧出力部９０７は、タイマー９０８からのタイマー信号に応じて、電源線９１１を介して電源端子Ｖbus９１に所定電圧を出力する。所定電圧出力後、電圧検出部９０９は電源端子Ｖbus９１の電圧を検出する。充電対象９０１と非接続状態である場合、電源端子Ｖbus９１はフローティング状態であることから、電源端子Ｖbus９１の電圧は所定電圧からあまり変化しない。一方、接続状態である場合は、電源端子Ｖbus９１の電圧は所定電圧から比較的に急峻に変化する。このように、電源端子Ｖbus９１の電圧の変化、すなわち電圧検出部２３の検出結果に基づいて、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する。
【０００５】
そして、接続状態へ状態変化したと判断された場合には、充電池９０２とＵＳＢコネクタ９０４とを結ぶ電路を開閉する開閉器９０５に対し、当該電路を閉状態とする制御信号が出力制御部９１０から出力される。これにより、充電池９０２の電力がＵＳＢコネクタ９０４，９０６を介して充電対象９０１に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−９６５８８号公報
【特許文献２】特開２０１２−５９５３３号公報
【特許文献３】特開２０１１−２２３６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３に係る充電器では、所定時間おきにタイマー９０８がタイマー信号を出力する構成であるため、非接続状態における待機電力が大きいという問題がある。緊急用の充電器においては低待機電力が求められることから、接続検出回路での待機電力も極力抑えることが望ましい。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、低い待機電力で充電対象が接続されていない非接続状態から、充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出することが可能な充電器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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る充電器は、充電対象が接続されていない非接続状態から、充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構を有する充電器であって、前記検出機構は、容量素子とダイオードとからなる直列回路と、前記直列回路に電力を供給する直列回路用電源と、を備え、前記非接続状態にある場合には、前記ダイオードを介して前記直列回路用電源から前記容量素子へ充電する充電経路が形成され、当該充電経路において前記ダイオードは、充電電流の方向に対して逆極性に接続されており、前記非接続状態から前記接続状態へ状態変化すると、前記容量素子に蓄積された電荷を前記充電対象の内部回路を介して放電する放電経路が形成され、前記容量素子に蓄積された電荷が放電されることにより生じる前記容量素子の端子電圧の低下に基づき、前記非接続状態から前記接続状態への状態変化を検出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の充電器が有する検出機構では、直列回路用電源からの電流を容量素子へ充電する充電経路と、容量素子に蓄積された電荷を充電対象の内部回路を介して放電する放電経路とが形成されるようにする。そして、容量素子に蓄積された電荷が放電されることにより生じる容量素子の端子電圧の低下に基づき、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する。このような方法によれば、非接続状態における待機電力を、ほぼ容量素子に充電される電力のみとすることができる。
【００１０】
さらに、本発明では、ダイオードを介して容量素子へ充電を行うところ、当該ダイオードは充電電流の方向に対して逆極性に接続されている。このように、ダイオードの漏れ電流で容量素子を充電するようにしているため、非接続状態における待機電力をより低減することが可能である。
以上説明したように、本発明によれば、低い待機電力で充電対象が接続されていない非接続状態から、充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出することが可能な充電器を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る充電器１０の全体構成を示すブロック図である。
【図２】非接続状態における実施の形態１に係る充電器１０の回路図である。
【図３】接続状態における実施の形態１に係る充電器１０の回路図である。
【図４】実施の形態１に係る充電器１０の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】非接続状態における実施の形態２に係る充電器２０の回路図である。
【図６】接続状態における実施の形態２に係る充電器２０の回路図である。
【図７】実施の形態２に係る充電器２０の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】特許文献３に係る充電器９００の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
≪実施の形態１≫
［充電器１０の構成］
＜全体構成＞
図１は、実施の形態１に係る充電器１０の全体構成を示すブロック図である。充電器１０は、充電対象としての携帯電子機器１００に内蔵の充電池を充電するものである。充電器１０は、充電回路１、充電池２、スイッチ３、ＤＣ／ＤＣコンバータ４、接続検出回路５、電源線ＰＬ１、接地線ＥＷ１、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１を備える。充電器１０は、その入力側が入力コネクタ６に、出力側が携帯電子機器１００にそれぞれ接続される。
【００１３】
充電回路１は、入力コネクタ６から入力される電力で充電池２を充電する。充電池２は携帯電子機器１００に電力を供給するものであり、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の充電可能な二次電池が用いられている。入力コネクタ６は、充電池２に電力を供給するＡＣアダプタを接続するための端子である。充電池２をリチウムイオン電池とする場合、充電回路１は、入力コネクタ６から入力される電力で充電池２を定電流定電圧充電する。一方、充電池２をニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池とする場合は、定電流充電を行う。
【００１４】
スイッチ３は、充電池２とＵＳＢコネクタＵＳＢ１の電源端子Ｖbus１とを結ぶ電源線ＰＬ１の開状態および閉状態を切り替える開閉器である。電源端子Ｖbus１は、充電対象としての携帯電子機器１００との接続が行われる外部端子である。ＵＳＢコネクタＵＳＢ１は、電源端子Ｖbus１のほか接地端子ＧＮＤ１を含む。電源端子Ｖbus１は、ＵＳＢコネクタＵＳＢ１のＶbus端子であり、接地端子ＧＮＤ１は同コネクタのＧＮＤ端子である。電源線ＰＬ１は電源端子Ｖbus１に接続され、接地線ＥＷ１は接地端子ＧＮＤ１（ＵＳＢコネクタＵＳＢ１のＧＮＤ端子）に接続される。スイッチ３は、例えば、機械式リレー、トランジスタで構成された半導体リレー等で構成されている。
【００１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４は、充電池２から供給される電圧を昇圧または降圧するためのものである。ＵＳＢにおいては、電源端子Ｖbus１と接地端子ＧＮＤ１の端子間電圧は５［Ｖ］である。したがって、充電池２の出力電圧が５［Ｖ］よりも低い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は昇圧動作を行い、５［Ｖ］よりも高い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ４は降圧動作を行う。
【００１６】
接続検出回路５は、充電対象が接続されていない非接続状態から、充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構である。さらに、検出結果に基づき、接続検出回路５はスイッチ３の切り替え動作を制御する。
携帯電子機器１００は、電源端子Ｖbus２と接地端子ＧＮＤ２を含んでなるＵＳＢコネクタＵＳＢ２を備えている。電源端子Ｖbus２はＵＳＢコネクタＵＳＢ２のＶbus端子であり、接地端子ＧＮＤ２は同コネクタのＧＮＤ端子である。電源線ＰＬ２は電源端子Ｖbus２に接続され、接地線ＥＷ２は接地端子ＧＮＤ２に接続される。ＵＳＢコネクタＵＳＢ１，ＵＳＢ２を介して、充電池２の電力が携帯電子機器１００へ供給される。さらに、携帯電子機器１００は、内部回路として容量素子Ｃ２を備え、容量素子Ｃ２は電源端子Ｖbus２と接続されている。
【００１７】
＜接続検出回路５、電源線開閉回路＞
図２は、非接続状態における実施の形態１に係る充電器１０の回路図である。図２では、図１に示した充電器１０および携帯電子機器１００の各構成のうち、上記検出機構を説明するために必要な構成を抜粋して示している。
図２に示すように、接続検出回路５は、直列回路７、直列回路用電源８、コントローラ９、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２、ダイオードＤ２、スイッチング素子ＴＲ１を含む。大まかには、接続検出回路５は、直列回路７の容量素子Ｃ１に蓄積された電荷が携帯電子機器１００へ放電されることにより生じる容量素子Ｃ１の端子電圧の低下に基づき、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する。より具体的には、図２に示す検出点Ａの電位低下に基づき、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する。以下、「検出点Ａ」を、単に「Ａ点」と記載する。Ａ点は、直列回路用電源８と直列回路７との接続点である。このＡ点と電源端子Ｖbus１との間に、電源線ＰＬ１における電源端子Ｖbus１側の一端が接続される。
【００１８】
直列回路７は、容量素子Ｃ１とダイオードＤ３からなる。ダイオードＤ３のカソードが直列回路用電源８に接続され、アノードが容量素子Ｃ１の一端に接続される。また、容量素子Ｃ１における上記一端とは反対側の他端は接地線ＥＷ１に接続されている。このように、ダイオードＤ３は直列回路用電源８から容量素子に流れる電流の方向に対して逆極性となるように、すなわち、直列回路用電源８から容量素子Ｃ１へ向かう方向とは逆方向を順方向とするように接続されている。ここでの「順方向とする」とは、「ダイオードにとって順方向とする」の意味である。
【００１９】
直列回路用電源８は、直列回路７に電力を供給する定電圧源である。直列回路用電源８は電源線ＰＬ１の電圧を分圧し、特定の基準電圧Ｖrefを出力する。直列回路用電源８は充電池２の出力電圧が変動した場合であっても、出力する基準電圧Ｖrefを一定に保つ電圧レギュレータである。
直列回路用電源８と直列回路７とを結ぶ２つの電路のうちの一方には、ダイオードＤ２と抵抗素子Ｒ１が介挿されている。接続状態にある場合には、充電器１０の電源端子Ｖbus１と携帯電子機器の電源端子Ｖbus１との間が導通状態すなわちショート状態となるが、このショート状態において直列回路用電源８を保護するために抵抗素子Ｒ１が用いられている。また、当該電路のうちの他方には、スイッチング素子ＴＲ１が介挿されている。本実施の形態におけるスイッチング素子ＴＲ１はＰＮＰ型（Ｐチャネル型）の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が用いられている。したがって、制御端子であるゲート端子にローレベルの電圧が印加されることでオン状態となり、ハイレベルの電圧が印加されることでオフ状態となる。スイッチング素子ＴＲ１のゲート端子はＡ点に接続されており、スイッチング素子ＴＲ１はＡ点の電位変動に基づいてオンオフ動作を行う。また、出力側端子の一端であるソース端子は直列回路用電源８に接続され、他端であるドレイン端子はコントローラ９に接続されている。さらに、スイッチング素子ＴＲ１のドレイン端子は、抵抗素子Ｒ２を介してグランドにも接続されている。
【００２０】
スイッチング素子ＴＲ１、スイッチ３およびコントローラ９とで、電源線開閉回路１１を構成している。電源線開閉回路１１は、Ａ点の電位低下に基づいて、充電池２と電源端子Ｖbus１とを結ぶ電源線ＰＬ１を開状態から閉状態にする電源線開閉機構である。
コントローラ９は、スイッチング素子ＴＲ１のオンオフ動作に基づき、スイッチ３の切り替え動作を制御する。具体的には、スイッチング素子ＴＲ１がオフ状態である間（ゲート端子にハイレベルの電圧が印加されている間）は、コントローラ９にはグランドレベルの電圧が入力される。グランドレベルの電圧が入力されている間、コントローラ９はスイッチ３に対し開状態とする制御信号を出力する。スイッチ３が開状態である結果、電源線ＰＬ１は開状態であるため、充電池２と電源端子Ｖbus１とが導通しない。
【００２１】
一方、スイッチング素子ＴＲ１がオン状態である間（ゲート端子にローレベルの電圧が印加されている間）は、直列回路用電源８からの基準電圧Ｖrefがスイッチング素子ＴＲ１のソース端子およびドレイン端子を介してコントローラ９に入力される。基準電圧Ｖrefがコントローラ９に入力されることで、Ａ点の電位低下を検出することができる。基準電圧Ｖrefを受けたコントローラ９はスイッチ３に対し閉状態とする制御信号を出力する。スイッチ３が閉状態となることで電源線ＰＬ１が閉状態となり、充電池２と電源端子Ｖbus１とが導通する。これにより、充電池２からの電流が電源端子Ｖbus１に供給される。なお、電源線ＰＬ１におけるスイッチ３と電源端子Ｖbus１との間には、充電池２から電源端子Ｖbus１の方向に電流を流すように接続されてなるダイオードＤ１が介挿されている。
【００２２】
後述するように、非接続状態から接続状態へ状態変化するのに伴って、容量素子Ｃ１の端子電圧が低下するところ、この端子電圧の低下はＡ点の電位低下となって現れる。スイッチング素子ＴＲ１のゲート端子がＡ点に接続されているため、スイッチング素子ＴＲ１はＡ点の電位変動に基づいてオンオフ動作を行うことになる。そして、スイッチング素子ＴＲ１のオンオフ動作に応じて、コントローラ９が基準電圧Ｖrefを受けることで、コントローラ９はＡ点に電位低下があったこと、すなわち容量素子Ｃ１の端子電圧が低下したことを検知する。
【００２３】
このように、スイッチング素子ＴＲ１とコントローラ９とで、検出機構としての接続検出回路５に含まれ、容量素子Ｃ１の端子電圧の低下を検出する検出部を構成していることになる。また、電源線開閉機構としての接続検出回路５は、検出部による検出結果に基づいて、充電池２と電源端子Ｖbus１とを結ぶ電源線ＰＬ１を開状態から閉状態にするものであると言える。
【００２４】
［非接続状態から接続状態への状態変化検出の原理］
非接続状態から接続状態への状態変化検出の原理を、充電器１０の動作と合わせて説明する。図３は、接続状態における実施の形態１に係る充電器１０の回路図である。また、図４は、実施の形態１に係る充電器１０の動作を示すタイミングチャートである。図４に示すタイミングチャートにおいて、（ａ）はコントローラ９の状態、（ｂ）はＡ点の電位変動、（ｃ）はスイッチング素子ＴＲ１の状態、（ｄ）はスイッチ３の状態をそれぞれ示している。時刻Ｔ１までが非接続状態、時刻Ｔ１以降が接続状態である。以下、充電器１０動作について非接続状態時と接続状態時と分けて説明する。
【００２５】
＜非接続状態時（図２）＞
容量素子Ｃ１の端子電圧の低下を検出する必要があるため、図４（ａ）に示すように、コントローラ９を動作状態としておく。
次に、図２に示すように、直列回路用電源８からの電流Ｉ1、容量素子Ｃ１に流れる充電電流Ｉ2、およびＡ点から電源端子Ｖbus１に向かって流れる電流Ｉ3との間には以下の関係が成り立つ。
【００２６】
Ｉ2＝Ｉ1−Ｉ3・・・（１）
非接続状態にあっては、Ａ点から電源端子Ｖbus１に向かって流れる電流Ｉ3は０［Ａ］である（Ｉ3＝０）ため、（１）式は以下のようになる。
Ｉ2＝Ｉ1・・・（２）
このように、非接続状態にある場合には、ダイオードＤ３を介して直列回路用電源８からの電流Ｉ1を容量素子Ｃ１へ充電する充電経路が形成される。容量素子Ｃ１に電流Ｉ1が供給されることで、図４（ｂ）に示すように、容量素子Ｃ１の端子電圧は増加し、これにより充電経路上に存在するＡ点の電位は基準電圧Ｖrefとなる。基準電圧Ｖrefは、グランドレベルの電圧と比較するとハイレベルであるため、図４（ｃ）に示すように、スイッチング素子ＴＲ１はオフ状態である。コントローラ９にはグランドレベルの電圧が入力されるため、図４（ｄ）に示すようにスイッチ３は開状態である。
【００２７】
このように、非接続状態時は、ダイオードＤ３を介して直列回路用電源８からの電流Ｉ1が容量素子Ｃ１へ充電されるが、上述したように、ダイオードＤ３は充電経路における充電電流の方向に対し逆極性に接続されている。すなわち、ダイオードＤ３の漏れ電流により、容量素子Ｃ１は充電されることになる。
＜接続状態時（図３）＞
接続状態になると（図４の時刻Ｔ１）、図３に示すように電源端子Ｖbus１と電源端子Ｖbus２との間、および接地端子ＧＮＤ１と接地端子ＧＮＤ２との間が導通する。そして、Ａ点が電源端子Ｖbus１を介して、容量素子Ｃ２と接続された電源端子Ｖbus２と接続される。
【００２８】
ここで、携帯電子機器１００の内部回路として含まれる容量素子Ｃ２には、直列回路７の容量素子Ｃ１よりも静電容量の大きいものが等価的に用いられている。逆に言うと、携帯電子機器１００に含まれる容量素子Ｃ２よりも静電容量が小さいものが、直列回路７における容量素子Ｃ１として用いられている。したがって、非接続状態時において容量素子Ｃ１に蓄積された電荷を、電源端子Ｖbus１，Ｖbus２および携帯電子機器１００の内部回路を介して携帯電子機器１００の容量素子Ｃ２に放電する放電経路が形成される。そのため、容量素子Ｃ１の端子電圧は減少する。したがって、非接続状態から接続状態へ状態変化することで、図４（ｂ）に示すように、放電経路上に存在するＡ点の電位はローレベル（グランドレベル）となる。
【００２９】
Ａ点の電位がローレベルとなることで、図４（ｃ）に示すように、スイッチング素子ＴＲ１はオン状態となり、直列回路用電源８から基準電圧Ｖrefがスイッチング素子ＴＲ１を介してコントローラ９に入力される。そして、図４（ｄ）に示すように、時刻Ｔ２においてスイッチ３が閉状態となり、充電池２と電源端子Ｖbus１との間が導通する。なお、時刻Ｔ１〜Ｔ２の期間は、スイッチング素子ＴＲ１がオン状態になってから、スイッチ３が閉状態となるまでに要する時間である。
【００３０】
このように、本実施の形態に係る充電器１０によれば、容量素子Ｃ１に蓄積された電荷が放電されることにより生じる容量素子Ｃ１の端子電圧の低下に基づき、非接続状態から接続状態への状態変化を検出することができる。より具体的には、直列回路用電源８と直列回路７との接続点であって、上記の充電経路および放電経路の両方の経路上に存在する接続点（Ａ点）を検出点とし、この検出点の電位低下に基づいて、上記の状態変化が検出される。
【００３１】
非接続状態から接続状態へ状態変化した直後には、上述したように容量素子Ｃ１の端子電圧が減少することによりＡ点の電位がローレベルとなる。しかしながら、容量素子Ｃ１に蓄積された電荷を放電し切ると、その後直列回路用電源８からの電流Ｉ1が再び容量素子Ｃ１に充電されるため、容量素子Ｃ１の端子電圧は増加する。そのため、図４（ｂ）に示すように、Ａ点の電位は直列回路用電源８が出力する基準電圧Ｖrefまで上昇する（時刻Ｔ４）。そして、Ａ点と電源端子Ｖbus１との間に、電源線ＰＬ１における電源端子Ｖbus１側の一端が接続されているため、Ａ点の電位は充電池２の出力電圧Ｖbatまで上昇する。すなわち、状態変化直後にＡ点の電位がローレベルとなり、その後端子電圧が増加することによりＡ点の電位がハイレベルに遷移する。
【００３２】
ここで、携帯電子機器１００への充電の途中で電源線ＰＬ１が開状態とならないようにするため、スイッチング素子ＴＲ１が再びオフ状態になるのを防止する必要がある。そこで、スイッチ３への制御信号出力後からＡ点の電位が基準電圧Ｖref（ハイレベル）になるまでの間（時刻Ｔ２〜Ｔ４）の所定時刻（図４においては時刻Ｔ３）に、コントローラ９を停止状態とする。時刻Ｔ４において再びＡ点の電位がハイレベルになることで、図４（ｃ）に示すようにスイッチング素子ＴＲ１がオフ状態となる。しかしながら、コントローラ９は停止状態となっているため、時刻Ｔ４以後のＡ点の電位変動は検出せず、電源線ＰＬ１が再び開状態になることはない。
【００３３】
［まとめ］
非接続状態時に容量素子Ｃ１に蓄積された電荷が携帯電子機器１００へ放電されることにより生じる容量素子Ｃ１の端子電圧の低下に基づき、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する。このように、本実施の形態に係る充電器１０によれば、非接続状態時の待機電力を、ほぼ容量素子Ｃ１に充電される電力のみとすることができる。また、非接続状態時における容量素子Ｃ１への充電は、ダイオードＤ３の漏れ電流によりなされるが、一般的にダイオードの漏れ電流は［μＡ］オーダーである。このように微弱な電流により容量素子Ｃ１を充電するようにしているため、非接続状態時の待機電力をより一層低減することが可能である。
【００３４】
なお、単に微弱な電流で容量素子Ｃ１を充電するのであれば、逆極性となるように接続したダイオードでなくとも、抵抗値の大きな抵抗素子によっても実現することは可能である。しかしながら、抵抗素子を用いた場合、容量素子Ｃ１に蓄積した電荷を放電する際に時間がかかるという問題がある。一方、本実施の形態のようにダイオードを用いた場合、放電は早い。すなわち、ダイオードを用いることで、容量素子Ｃ１への緩やかな充電と、容量素子Ｃ１の素早い放電を両立している。
【００３５】
≪実施の形態２≫
本実施の形態の充電器に係る検出機構も、直列回路における容量素子に蓄積された電荷が放電されることにより生じる容量素子の端子電圧の低下に基づき、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する点は実施の形態１と同じである。しかしながら、検出機構の回路構成、端子電圧の低下を検出する検出点の位置、およびＵＳＢコネクタのコネクタフレームを端子として用いる点が異なる。以下、本実施の形態について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００３６】
［充電器２０の構成］
図５は、非接続状態における実施の形態２に係る充電器２０の回路図である。
充電器２０は、携帯電子機器２００に内蔵の充電池を充電するものである。充電器２０と携帯電子機器２００との接続は、ＵＳＢコネクタＵＳＢ３，４を介して行われる。
ＵＳＢコネクタＵＳＢ３は、電源端子Ｖbus１、接地端子ＧＮＤ１、コネクタフレームＣＮＦ１を含む。また、ＵＳＢコネクタＵＳＢ４は、電源端子Ｖbus２、接地端子ＧＮＤ２、コネクタフレームＣＮＦ２を含む。電源端子Ｖbus１と接地端子ＧＮＤ１はコネクタフレームＣＮＦ１内に配置されており、電源端子Ｖbus２と接地端子ＧＮＤ２もコネクタフレームＣＮＦ２内に配置されている。携帯電子機器２００のコネクタフレームＣＮＦ２は、接地線ＥＷ２を介してグランドに接続されている。
【００３７】
本実施の形態に係る接続検出回路１２は、直列回路７、直列回路用電源８、コントローラ９、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、ダイオードＤ２、スイッチング素子ＴＲ１を含む。直列回路７、直列回路用電源８、コントローラ９およびスイッチング素子ＴＲ１の機能および動作は、概ね実施の形態１で説明したものと同様である。抵抗素子Ｒ２には、抵抗値の高いものが用いられている。
【００３８】
本実施の形態においては、ダイオードＤ１と容量素子Ｃ１との接続点を検出点（Ａ点）としている。Ａ点の電位低下を検出することにより、容量素子Ｃ１の端子電圧の低下を検出している。スイッチング素子ＴＲ１のゲート端子は、実施の形態１と同様にＡ点に接続されており、Ａ点の電位低下に応じてスイッチング素子ＴＲ１のオンオフ動作が行われる。スイッチング素子ＴＲ１のオンオフ動作に応じて行われるコントローラ９の動作は、実施の形態１で説明したものと同じである。
【００３９】
充電器２０におけるＡ点とコネクタフレームＣＮＦ１とを結ぶ電路には、Ａ点からコネクタフレームＣＮＦ１に流れる電流の方向に対して逆極性となるようにダイオードＤ２が介挿されている。すなわち、ダイオードＤ２のカソードがＡ点に接続され、アノードがコネクタフレームＣＮＦ１に接続される。また、ダイオードＤ２のアノードは、抵抗素子Ｒ２を介して接地線ＥＷ１にも接続される。
【００４０】
［非接続状態から接続状態への状態変化検出の原理］
図６は、接続状態における実施の形態２に係る充電器２０の回路図である。また、図７は、実施の形態２に係る充電器２０の動作を示すタイミングチャートである。図７に示すタイミングチャートにおいて、（ａ）はコントローラ９の状態、（ｂ）はＡ点の電位変動、（ｃ）はスイッチング素子ＴＲ１の状態、（ｄ）はスイッチ３の状態をそれぞれ示している。時刻Ｔ１までが非接続状態、時刻Ｔ１以降が接続状態である。さらに、実施の形態１のタイミングチャートと異なる点は、接続状態におけるＡ点の電位変動（図７（ｂ））である。
【００４１】
＜非接続状態時（図５）＞
図５に示すように、直列回路用電源８からの電流Ｉ1、容量素子Ｃ１に流れる充電電流Ｉ2、Ａ点から抵抗素子Ｒ２に流れる電流Ｉ3、およびＡ点からコネクタフレームＣＮＦ１に向かって流れる電流Ｉ4との間には以下の関係が成り立つ。
Ｉ2＝Ｉ1−（Ｉ3＋Ｉ4）・・・（３）
抵抗素子Ｒ２には抵抗値の高いものが用いられているため、Ａ点から抵抗素子Ｒ２に流れる電流Ｉ3は、ほぼ０［Ａ］である（Ｉ3＝０）。また、非接続状態にあっては、Ａ点からコネクタフレームＣＮＦ１に向かって流れる電流Ｉ4は０［Ａ］である（Ｉ4＝０）。そのため、（３）式は以下のようになる。
【００４２】
Ｉ2＝Ｉ1・・・（４）
このように、実施の形態１と同様に、ダイオードＤ１を介して直列回路用電源８からの電流Ｉ1を容量素子Ｃ１へ充電する充電経路が形成される。したがって、図７（ｂ）に示すように容量素子Ｃ１の端子電圧は増加し、充電経路上に存在するＡ点の電位は基準電圧Ｖref（ハイレベル）となる。これにより、スイッチング素子ＴＲ１がオフ状態（図７（ｃ））となり、コントローラ９にグランドレベルの電圧が入力されるため、図７（ｄ）に示すようにスイッチ３は開状態である。本実施の形態においても、容量素子Ｃ１はダイオードＤ１の漏れ電流により充電されることになる。
【００４３】
＜接続状態時（図６）＞
接続状態になると（図７の時刻Ｔ１）、図６に示すように電源端子Ｖbus１と電源端子Ｖbus２との間、接地端子ＧＮＤ１と接地端子ＧＮＤ２との間、およびコネクタフレームＣＮＦ１とコネクタフレームＣＮＦ２との間が導通する。そして、Ａ点がコネクタフレームＣＮＦ１，ＣＮＦ２を介して携帯電子機器２００の内部回路に含まれるグランドと接続される。これにより、非接続状態時において容量素子Ｃ１に蓄積された電荷を、携帯電子機器２００のグランドに放電する放電経路が形成される。この結果、容量素子Ｃ１の端子電圧は減少し、図７（ｂ）に示すように、放電経路上に存在するＡ点の電位はローレベル（グランドレベル）となる。
【００４４】
Ａ点の電位がローレベルとなることで、図７（ｃ）に示すように、スイッチング素子ＴＲ１はオン状態となり、直列回路用電源８から基準電圧Ｖrefがスイッチング素子ＴＲ１を介してコントローラ９に入力される。そして、図７（ｄ）に示すように、時刻Ｔ２においてスイッチ３が閉状態となり、充電池２と電源端子Ｖbus１との間が導通する。
このように、充電器２０においても、容量素子Ｃ１に蓄積された電荷が放電されることにより生じる容量素子Ｃ１の端子電圧の低下に基づき、非接続状態から接続状態への状態変化を検出することができる。本実施の形態では、直列回路７の容量素子Ｃ１とダイオードＤ１との接続点であって、上記の充電経路および放電経路の両方の経路上に存在する接続点（Ａ点）を検出点とし、この検出点の電位低下に基づいて、上記の状態変化を検出することとしている。
【００４５】
容量素子Ｃ１に蓄積された電荷を放電し切ると、直列回路用電源８からの電流Ｉ1が再び容量素子Ｃ１に充電されるため、図７（ｂ）に示すように、Ａ点の電位は直列回路用電源８が出力する基準電圧Ｖrefまで上昇する（時刻Ｔ４）。しかし、実施の形態１と異なり、Ａ点が電源線ＰＬ１と接続されていないので、Ａ点の電位の上昇は基準電圧Ｖrefで停止する。このように、状態変化直後にＡ点の電位がローレベルとなり、その後端子電圧が増加することによりＡ点の電位がハイレベルに遷移する。
【００４６】
［まとめ］
本実施の形態に係る充電器２０によれば、実施の形態１と同様に、非接続状態における待機電力を、ほぼ容量素子Ｃ１に充電される電力のみとすることができる。さらに、非接続状態時において、ダイオードＤ１の漏れ電流により容量素子Ｃ１を充電するため、待機電力のさらなる低減が図られる。
【００４７】
［変形例・その他］
以上、実施の形態１，２について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下のような変形例等が考えられる。
（１）接続検出回路の回路構成は上記の実施の形態で示したものに限定されない。例えば、実施の形態１におけるダイオードＤ１，Ｄ２、実施の形態２におけるダイオードＤ２、および実施の形態１，２における抵抗素子Ｒ１は、本発明に係る検出機構に必須のものではない。
【００４８】
（２）上記の実施の形態で説明した電源線開閉回路の構成は単なる一例である。電源線開閉回路は、直列回路における容量素子の端子電圧の低下に基づいて電源線の開閉を行うものであればよく、上記の実施の形態で説明した回路に限定されるものではない。
（３）上記実施の形態においては、充電器に内蔵の電池として充放電可能な二次電池を備える例について説明したが、本発明はこれに限定されず、既存の単三電池や単四電池等の一次電池を用いることとしてもよい。なお、一次電池を用いる場合、図１における入力コネクタと充電回路は不要である。
【００４９】
（４）接続検出回路におけるスイッチング素子として用いることが可能なＦＥＴとしては、例えば、金属−絶縁体−半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，）、金属−半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＭＥＳＦＥＴ）、接合型電界効果トランジスタ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＪＦＥＴ）等がある。なお、ＭＩＳＦＥＴのうち、ゲート絶縁膜として酸化物を採用したＭＩＳＦＥＴは、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＭＯＳＦＥＴ）とも呼ばれる。
【００５０】
ＦＥＴ以外のものとしては、例えば、静電誘導型トランジスタ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＳＩＴ）、ゲート注入トランジスタ（Ｇａｔｅ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＧＩＴ）、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＩＧＢＴ），Ｓｉ系のバイポーラトランジスタ等が挙げられる。また、スイッチング素子としてＩＧＢＴを用いる場合には、実施の形態における説明の「ソース」，「ドレイン」をそれぞれ「エミッタ」，「コレクタ」と読みかえればよい。なお、スイッチング素子としてバイポーラトランジスタを用いる場合には、「ソース」，「ドレイン」，「ゲート」をそれぞれ「エミッタ」，「コレクタ」，「ベース」と読みかえればよい。
【００５１】
充電器における電源線の開状態および閉状態を切り替えるスイッチを、トランジスタで構成された半導体リレーとする場合においても、当該トランジスタとしてここで例示したものを用いることが可能である。
（５）上記の実施の形態は、本発明の構成およびその構成から奏される作用・効果を分かりやすく説明するために用いた一例である。したがって、本発明は、発明の本質とする構成部分以外について、上記の実施の形態に何ら限定を受けるものではない。各図は、本発明が理解できる程度に配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、本発明は図示例に限定されるものではない。また、図を分かり易くするために、一部省略した部分がある。さらに、数値範囲を示す際に用いる符号「〜」は、その両端の数値を含む。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、例えば、低消費電流が要求される携帯電子機器用の緊急充電器等に好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１  充電回路
２  充電池
３  スイッチ
４  ＤＣ／ＤＣコンバータ
５、１２  接続検出回路
６  入力コネクタ
７  直列回路
８  直列回路用電源
９  コントローラ
１１  電源線開閉回路
１０、２０  充電器
１００、２００  携帯電子機器
ＴＲ１  スイッチング素子
Ｖbus１、Ｖbus２  電源端子
ＧＮＤ１、ＧＮＤ２  接地端子
ＰＬ１、ＰＬ２  電源線
ＥＷ１、ＥＷ２  接地線
ＵＳＢ１、ＵＳＢ２、ＵＳＢ３、ＵＳＢ４  ＵＳＢコネクタ
ＣＮＦ１、ＣＮＦ２  コネクタフレーム
９００  充電器
９０１  充電対象
９０２  充電池
９０３  接続検出回路
９０４  ＵＳＢコネクタ
９０５  スイッチ（開閉器）
９０６  ＵＳＢコネクタ
９０７  電圧出力部
９０８  タイマー
９０９  電圧検出部
９１０  出力制御部
９１１  電源線
Ｖbus９１、Ｖbus９２  電源端子
ＧＮＤ９１、ＧＮＤ９２  接地端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014053983.tif 000007
【図６】
2014053983.tif 000008
【図７】
2014053983.tif 000009
【図８】
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