(57)【要約】  本発明の電源切換回路１００は、少なくとも一方がバッテリー電源である第１の電源及び第２の電源を切り換えて負荷に接続するための電源切換回路であって、第１の電源及び第２の電源の接続が可能に構成される第１の電源接続部及び第２の電源接続部と、負荷の接続が可能に構成される負荷接続部と、各電源接続部と負荷接続部との間に設けられる第１のスイッチ部及び第２のスイッチ部と、各スイッチ部のスイッチ制御を行う切換制御部とを含む。各スイッチ部は、ボディーダイオードのカソード側が負荷接続部側となるように同一方向に直列に接続される複数のＦＥＴを有し、その個数は、各ＦＥＴのボディーダイオードの順方向降下電圧の総和がバッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差を超える個数である。  本発明の電源切換回路は、高い信頼性で電源の切り換えを実現する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方がバッテリー電源である第１の電源及び第２の電源を切り換えて負荷に接続するための電源切換回路であって、
前記第１の電源の接続が可能に構成される第１の電源接続部と、
前記第２の電源の接続が可能に構成される第２の電源接続部と、
前記負荷の接続が可能に構成される負荷接続部と、
前記第１の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第１のスイッチ部と、
前記第２の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第２のスイッチ部と、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う切換制御部とを含み、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部の各々は、
各電界効果トランジスターのボディーダイオードのカソード側が前記負荷接続部側となるように同一方向に直列に接続され、前記切換制御部によりスイッチ制御される複数の電界効果トランジスターを有し、
前記複数の電界効果トランジスターの個数は、
直列に接続される複数のボディーダイオードの順方向降下電圧の総和が前記バッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差を超える個数であることを特徴とする電源切換回路。
【請求項２】
前記第２の電源接続部は、
ＡＣ／ＤＣ電源である第３の電源の接続が可能に構成され、
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に接続される前記第１の電源が前記負荷に電源を供給する状態で前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたとき、前記第１の電源から前記第３の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電源切換回路。
【請求項３】
前記第２の電源接続部に接続される電源の供給電圧を検出する第２の電源検出部を含み、
前記切換制御部は、
前記第２の電源検出部の検出結果に基づいて前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第１の電源から前記第３の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電源切換回路。
【請求項４】
前記第２の電源検出部は、
前記第３の電源の供給電圧とＡＣ／ＤＣ電源検出レベルとを比較し、前記第３の電源の供給電圧が前記ＡＣ／ＤＣ電源検出レベル以上のとき、前記第３の電源の接続を検出することを特徴とする請求項３に記載の電源切換回路。
【請求項５】
前記負荷接続部に供給される電圧に基づいて充電電源を生成する充電電源生成部と、
前記充電電源生成部と前記第１の電源接続部との間に設けられる第１の充電制御スイッチ部とを含み、
前記切換制御部は、
前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第１の電源接続部に前記充電電源を供給するように前記第１の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載の電源切換回路。
【請求項６】
前記第１の電源接続部の電圧を検出する第１の電源検出部を含み、
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に接続される電源の供給電圧が前記満充電電圧より高い充電完了電圧以上のとき、前記第１の電源接続部への前記充電電源の供給を停止するように前記第１の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の電源切換回路。
【請求項７】
前記充電電源生成部と前記第２の電源接続部との間に設けられる第２の充電制御スイッチ部とを含み、
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第２の電源接続部に前記充電電源を供給するように前記第２の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項５又は６のいずれか１項に記載の電源切換回路。
【請求項８】
前記切換制御部は、
前記第２の電源接続部の電圧が前記満充電電圧より高い充電完了電圧以上のとき、前記第２の電源接続部への前記充電電源の供給を停止するように前記第２の充電制御用スイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の電源切換回路。
【請求項９】
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に接続される前記第１の電源が前記負荷に電源を供給する状態で前記第２の電源接続部に前記第２の電源が接続されたとき、前記第１の電源による前記負荷への電源供給を継続することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電源切換回路。
【請求項１０】
バッテリー電源である第１の電源及び第２の電源を切り換えて負荷に接続するための電源切換回路であって、
前記第１の電源の接続が可能に構成される第１の電源接続部と、
前記第２の電源の接続が可能に構成される第２の電源接続部と、
前記負荷の接続が可能に構成される負荷接続部と、
前記第１の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第１のスイッチ部と、
前記第２の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第２のスイッチ部と、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う切換制御部とを含み、
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に接続される前記第１の電源が前記負荷に電源を供給する状態で前記第２の電源接続部に前記第２の電源が接続されたとき、前記第１の電源による前記負荷への電源供給を継続することを特徴とする電源切換回路。
【請求項１１】
前記切換制御部は、
前記第１の電源からの供給電圧が前記放電電圧未満になったとき、前記第１の電源から前記第２の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項９又は１０のいずれか１項に記載の電源切換回路。
【請求項１２】
心臓の血液の流れを補助する血液ポンプと、
前記血液ポンプを制御する血液ポンプ制御部と、
前記血液ポンプ及び前記血液ポンプ制御部に電源を供給する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電源切換回路とを含むことを特徴とする人工心臓システム。
【請求項１３】
前記第１の電源接続部における電源の接続状態、前記第２の電源接続部における電源の接続状態、前記第１の電源接続部に接続される電源から前記負荷への電源供給状態、及び前記第２の電源接続部に接続される電源から前記負荷への電源供給状態を表示する表示部を含むことを特徴とする請求項１２に記載の人工心臓システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源切換回路及び人工心臓システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人工心臓システム等の電気機器のように継続して負荷に電源を供給し続ける場合、複数の電源を電源切換回路に接続しておき、電源切換回路が１つの電源を選択することが行われている。この種の電源切換回路は、例えば電子スイッチとしての電界効果トランジスター（Field Effect Transistor：以下、ＦＥＴ）を有し、このＦＥＴを論理回路やマイクロコンピューターによりオン又はオフに制御することにより電源の供給元を切り換える。このような電源切換回路に関する技術は、例えば特許文献１〜特許文献５に開示されている。【０００３】
特許文献１には、メイン電源とサブ電源との間に接続されるＰＭＯＳトランジスターのゲート電圧とソース電圧との間の電位差が生じないようにすることにより、バックアップ時にＰＭＯＳトランジスターの誤動作を防止するようにした手法が開示されている。特許文献２には、一方の電源から他方の電源への切換時に他方の電源の出力に応答して一方の電源の出力を停止させることにより、瞬間的に供給電圧が落ち込まないようにした手法が開示されている。特許文献３には、主電源の電圧と参照電圧とを比較して、主電源の電圧がバックアップ電源の電圧よりも低下したときに主電源を選択してもバックアップ電源から負荷に電流が流れないようにした手法が開示されている。特許文献４には、ダイオードＯＲ接続した構成においてリレーを用いた電源の切換手法が開示されている。特許文献５には、事故発生判断手段を設け、一方の系統に事故が発生したときに、他方の系統に事故が波及することを防止するようにした手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９０８５号公報
【特許文献２】特開平１０−３２００８１号公報
【特許文献３】特開２００８−８６１００号公報
【特許文献４】特開２００８−９９４０４号公報
【特許文献５】特開２０１２−５２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜特許文献５に開示された手法では、電子スイッチをオン又はオフに制御したりリレーを切り換えたりすることにより、電源の供給元を切り換える。そのため、特許文献２を除く上記特許文献に開示された手法では、電源の切り換えを行うための制御信号を生成する論理回路やマイクロコンピューター、リレーの誤動作や故障が発生した場合、電源途絶によって電気機器の停止を招くという問題がある。【０００６】
これに対して、特許文献２に開示された手法では、スイッチ手段のドレイン・ソース間にダイオードを設けているため、論理回路の誤動作等によってスイッチ手段がオフになっても、該ダイオードを介して負荷に電源を供給し続けることができる場合がある。ところが、単純にダイオードを設けるだけでは、電源を切り換えた後に切り換え後の電源から切り換え前の電源に電圧が供給されてしまい、切り換え後の電源を無駄に消費し、信頼性の低下を招くという問題がある。【０００７】
また、特許文献１〜特許文献５に開示されている手法により複数のバッテリー電源を単純に切り換えるだけでは、接触不良等により何らかの原因で頻繁に電源が切り換えられることも考えられる。この場合、複数の電源がほぼ同時に残量がなくなってしまうという事態を招くおそれもあり、信頼性が低下するという問題がある。【０００８】
以上のように、従来の手法では、電気機器に継続して電源を供給し続けるための電源の切り換えを高い信頼性で実現することが困難であった。【０００９】
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明の幾つかの態様によれば、高い信頼性で電源の切り換えを実現する電源切換回路及び人工心臓システム等を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明の第１の態様は、少なくとも一方がバッテリー電源である第１の電源及び第２の電源を切り換えて負荷に接続するための電源切換回路が、前記第１の電源の接続が可能に構成される第１の電源接続部と、前記第２の電源の接続が可能に構成される第２の電源接続部と、前記負荷の接続が可能に構成される負荷接続部と、前記第１の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第１のスイッチ部と、前記第２の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第２のスイッチ部と、前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う切換制御部とを含み、前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部の各々は、各電界効果トランジスターのボディーダイオードのカソード側が前記負荷接続部側となるように同一方向に直列に接続され、前記切換制御部によりスイッチ制御される複数の電界効果トランジスターを有し、前記複数の電界効果トランジスターの個数は、直列に接続される複数のボディーダイオードの順方向降下電圧の総和が前記バッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差を超える個数である。【００１１】
本態様によれば、切換制御部等の誤動作や故障によって、第１のスイッチ部及び第２のスイッチ部のＦＥＴのスイッチ制御が不能になっても、カソード側を負荷接続部側とする複数のボディーダイオードを介して負荷に電源を供給し続けることができる。これにより、電源途絶による機器の停止という事態を回避し、極めて高い信頼性を有する電源切り換えが可能となる。しかも、ボディーダイオードの順方向降下電圧の総和が、バッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差より大きいため、一方のバッテリー電源から他方のバッテリー電源に電圧が供給されない。そのため、無駄な電源の消費による機器停止のおそれを招くことなく、信頼性をより一層向上させることができる。【００１２】
（２）本発明の第２の態様に係る電源切換回路では、第１の態様において、前記第２の電源接続部は、ＡＣ／ＤＣ電源である第３の電源の接続が可能に構成され、前記切換制御部は、前記第１の電源接続部に接続される前記第１の電源が前記負荷に電源を供給する状態で前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたとき、前記第１の電源から前記第３の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う。【００１３】
本態様においては、第２の電源接続部を、バッテリー電源又はＡＣ／ＤＣ電源の接続が可能としている。そして、バッテリー電源により負荷に電源供給を行っているときにＡＣ／ＤＣ電源を接続したときＡＣ／ＤＣ電源に切り換えて負荷に電源を供給するようにしている。本態様によれば、上記の効果に加えて、残量の心配が不要なＡＣ／ＤＣ電源を、バッテリー電源より優先して使用することができ、電源途絶による機器停止を回避し、信頼性を向上させることができる。【００１４】
（３）本発明の第３の態様に係る電源切換回路は、第２の態様において、前記第２の電源接続部に接続される電源の供給電圧を検出する第２の電源検出部を含み、前記切換制御部は、前記第２の電源検出部の検出結果に基づいて前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第１の電源から前記第３の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う。【００１５】
本態様によれば、第２の電源接続部に接続される電源の供給電圧に基づいて、ＡＣ／ＤＣ電源の接続を検出するようにしたので、上記の効果を奏する電源切換回路を、非常に簡素な構成で実現することができるようになる。【００１６】
（４）本発明の第４の態様に係る電源切換回路では、第３の態様において、前記第２の電源検出部は、前記第３の電源の供給電圧とＡＣ／ＤＣ電源検出レベルとを比較し、前記第３の電源の供給電圧が前記ＡＣ／ＤＣ電源検出レベル以上のとき、前記第３の電源の接続を検出する。【００１７】
本態様によれば、予め規定されたＡＣ／ＤＣ電源検出レベルとの比較によりＡＣ／ＤＣ電源の接続を検出するようにしたので、ＡＣ／ＤＣ電源の接続の検出を非常に簡素な構成のコンパレーターにより行うことが可能となる。【００１８】
（５）本発明の第５の態様に係る電源切換回路は、第３の態様又は第４の態様において、前記負荷接続部に供給される電圧に基づいて充電電源を生成する充電電源生成部と、前記充電電源生成部と前記第１の電源接続部との間に設けられる第１の充電制御スイッチ部とを含み、前記切換制御部は、前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第１の電源接続部に前記充電電源を供給するように前記第１の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行う。【００１９】
本態様によれば、バッテリー電源に対しＡＣ／ＤＣ電源を優先して電源を切り換えたときに、第１の充電制御スイッチ部を介して、ＡＣ／ＤＣ電源から生成された充電電源をバッテリー電源に供給して充電するようにしている。本態様によれば、ＡＣ／ＤＣ電源への切り換え後に、該ＡＣ／ＤＣ電源によりバッテリー電源への充電を行って、過充電を防止しながら、該バッテリー電源の次の使用機会に備えることができる。【００２０】
（６）本発明の第６の態様に係る電源切換回路は、第５の態様において、前記第１の電源接続部の電圧を検出する第１の電源検出部を含み、前記切換制御部は、前記第１の電源接続部に接続される電源の供給電圧が前記満充電電圧より高い充電完了電圧以上のとき、前記第１の電源接続部への前記充電電源の供給を停止するように前記第１の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行う。【００２１】
本態様によれば、ＡＣ／ＤＣ電源に切り換えた後にバッテリー電源を充電しているとき、該バッテリー電源の供給電圧を監視することにより過充電を防止するようにしたので、より一層信頼性の高い電源の切り換えを実現することができる。【００２２】
（７）本発明の第７の態様に係る電源切換回路は、第５の態様又は第６の態様において、前記充電電源生成部と前記第２の電源接続部との間に設けられる第２の充電制御スイッチ部とを含み、前記切換制御部は、前記第１の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第２の電源接続部に前記充電電源を供給するように前記第２の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行う。【００２３】
本態様によれば、第１の電源接続部にバッテリー電源、第２の電源接続部にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたときに限らず、第２の電源接続部にバッテリー電源、第１の電源接続部にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたとき、ＡＣ／ＤＣ電源によりバッテリー電源への充電を行って、該バッテリー電源の次の使用機会に備えることができるようになる。【００２４】
（８）本発明の第８の態様に係る電源切換回路では、第７の態様において、前記切換制御部は、前記第２の電源接続部の電圧が前記満充電電圧より高い充電完了電圧以上のとき、前記第２の電源接続部への前記充電電源の供給を停止するように前記第２の充電制御用スイッチ部のスイッチ制御を行う。【００２５】
本態様によれば、第１の電源接続部及び第２の電源接続部の一方にバッテリー電源が接続され他方にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたとき、ＡＣ／ＤＣ電源によりバッテリー電源への充電を行って、過充電を防止しながら、該バッテリー電源の次の使用機会に備えることができるようになる。【００２６】
（９）本発明の第９の態様に係る電源切換回路では、第１の態様乃至第８の態様のいずれかにおいて、前記切換制御部は、前記第１の電源接続部に接続される前記第１の電源が前記負荷に電源を供給する状態で前記第２の電源接続部に前記第２の電源が接続されたとき、前記第１の電源による前記負荷への電源供給を継続する。【００２７】
本態様においては、第２の電源接続部にバッテリー電源が接続されたとき、そのまま第１の電源接続部に接続されたバッテリー電源による負荷への電源供給を継続するようにしている。これにより、バッテリー電源が接続される毎に頻繁に切り換えが行われた結果、両バッテリー電源がほぼ同時に残量がなくなって電源途絶による機器停止といった事態を回避し、信頼性を向上させることができる。【００２８】
（１０）本発明の第１０の態様は、バッテリー電源である第１の電源及び第２の電源を切り換えて負荷に接続するための電源切換回路が、前記第１の電源の接続が可能に構成される第１の電源接続部と、前記第２の電源の接続が可能に構成される第２の電源接続部と、前記負荷の接続が可能に構成される負荷接続部と、前記第１の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第１のスイッチ部と、前記第２の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第２のスイッチ部と、前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う切換制御部とを含み、前記切換制御部は、前記第１の電源接続部に接続される前記第１の電源が前記負荷に電源を供給する状態で前記第２の電源接続部に前記第２の電源が接続されたとき、前記第１の電源による前記負荷への電源供給を継続する。【００２９】
本態様によれば、切換制御部等の誤動作や故障によって、第１のスイッチ部及び第２のスイッチ部のＦＥＴのスイッチ制御が不能になっても、カソード側を負荷接続部側とする複数のボディーダイオードを介して負荷に電源を供給し続けることができる。これにより、電源途絶による機器の停止という事態を回避し、極めて高い信頼性を有する電源切り換えが可能となる。また、本態様においては、第２の電源接続部にバッテリー電源が接続されたとき、そのまま第１の電源接続部に接続されたバッテリー電源による負荷への電源供給を継続するようにしている。これにより、バッテリー電源が接続される毎に頻繁に切り換えが行われた結果、両バッテリー電源がほぼ同時に残量がなくなって電源途絶による機器停止といった事態を回避し、信頼性を向上させることができる。【００３０】
（１１）本発明の第１１の態様に係る電源切換回路では、第９の態様又は第１０の態様において、前記切換制御部は、前記第１の電源からの供給電圧が前記放電電圧未満になったとき、前記第１の電源から前記第２の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う。【００３１】
本態様においては、第２の電源接続部にバッテリー電源が接続されたときに第１の電源接続部に接続されたバッテリー電源による負荷への電源供給を継続する。その一方、第１の電源接続部に接続されたバッテリー電源による電源供給によって残量が少なくなって、充電必要状態になったときに、第２の電源接続部に接続されたバッテリー電源に切り換える。これにより、上記の効果に加えて、バッテリー電源の残量がなくなって電源供給が停止する前に、新たなバッテリー電源に切り換えて電源供給を継続することができる。【００３２】
（１２）本発明の第１２の態様は、人工心臓システムが、心臓の血液の流れを補助する血液ポンプと、前記血液ポンプを制御する血液ポンプ制御部と、前記血液ポンプ及び前記血液ポンプ制御部に電源を供給する第１の態様乃至第１１の態様のいずれかに記載の電源切換回路とを含む。【００３３】
本態様によれば、切換制御部等の誤動作や故障によって、第１のスイッチ部及び第２のスイッチ部のＦＥＴのスイッチ制御が不能になっても高い信頼性で電源を切り換えて電源供給が継続される人工心臓システムを提供することができる。【００３４】
（１３）本発明の第１３の態様に係る人工心臓システムは、第１２の態様において、前記第１の電源接続部における電源の接続状態、前記第２の電源接続部における電源の接続状態、前記第１の電源接続部に接続される電源から前記負荷への電源供給状態、及び前記第２の電源接続部に接続される電源から前記負荷への電源供給状態を表示する表示部を含む。【００３５】
本態様によれば、上記の電源切換回路に接続される電源の接続状態及び供給状態を表示させるようにしたので、突然の電源途絶に対する不安を患者が感じることなく、人工心臓システムの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る人工心臓システムの構成例のブロック図。
【図２】本実施形態における血液ポンプの説明図。
【図３】本実施形態における電源切換部の構成例の回路図。
【図４】本実施形態におけるバッテリー電源の充電完了電圧の説明図。
【図５】本実施形態におけるバッテリー電源の放電電圧の説明図。
【図６】第１のコンパレーターの動作説明図。
【図７】図３の電源切換部の第１の動作例のタイミング図。
【図８】図３の電源切換部の第２の動作例のタイミング図。
【図９】本実施形態における表示部の第１の表示例を模式的に示す図。
【図１０】本実施形態における表示部の第２の表示例を模式的に示す図。
【図１１】本実施形態の変形例における電源切換部の構成例の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成のすべてが本発明の課題を解決するために必須の構成要件であるとは限らない。
【００３８】
〔人工心臓システム〕
図１に、本発明の一実施形態に係る人工心臓システムの構成例のブロック図を示す。図１の人工心臓システムは、例えばＢＴＴ（Bridge To Transplant）を目的として移植待機患者に装着され、血液ポンプにより血液の循環を補助させることにより、適合するドナーを長期間にわたって移植待機患者が待機できるようにする。
【００３９】
人工心臓システム１０は、人工心臓制御装置（人工心臓コントローラー）２０と、心臓の血液の流れを補助する血液ポンプ（ポンプ、モーター、人工心臓ポンプ）３０とを備えている。血液ポンプ３０と人工心臓制御装置２０とは、図示しないケーブルを介して接続される。
【００４０】
血液ポンプ３０は、患者の心臓の左心室の機能を補助する左心室補助装置（Left Ventricular Assist Device：ＬＶＡＤ）として機能する。この血液ポンプ３０は、循環させる血液の流れが連続する連続流型の血液ポンプである。
【００４１】
図２に、本実施形態における血液ポンプ３０の説明図を示す。図２は、患者の心臓と体内の循環系とを模式的に表す。
【００４２】
患者の心臓５０は、左心房、左心室、右心房及び右心室に区分されており、右心房及び右心室は肺循環系に血液を循環させる機能を有し、左心房及び左心室は体循環系に血液を循環させる機能を有する。即ち、体循環系から上下大静脈を通って戻された血液は右心房に蓄えられた後、右心室に送り込まれる。右心室に送り込まれた血液は、右心室の拍動によって肺動脈を通って肺循環系を循環して酸素を含んだ状態となる。肺循環系から肺静脈を通って戻された血液は左心房に蓄えられた後、左心室に送り込まれる。左心室に送り込まれた血液は、左心室の拍動によって大動脈を通って体循環系を循環する。本実施形態における血液ポンプ３０は、左心室の機能を補助するために、左心室に送り込まれた血液を吸引し、大動脈に送り出す。
【００４３】
本実施形態では、血液ポンプ３０は、患者の体内に埋め込まれ、人工心臓制御装置２０は患者の体外に設けられる。しかしながら、人工心臓制御装置２０の一部又は全部の機能が患者の体内に設けられていてもよい。人工心臓制御装置２０と血液ポンプ３０とを接続するケーブルには、血液ポンプ３０の潤滑液の送り側の管と受け側の管とが設けられ、潤滑液の循環経路が形成されるようになっている。また、このケーブルは、通信ケーブルとして、人工心臓制御装置２０から血液ポンプ３０に供給される駆動電流が伝送される信号線を有する。
【００４４】
血液ポンプ３０は、人工心臓制御装置２０によって制御される。人工心臓制御装置２０は、電源切換部（電源切換回路）１００と、電源生成部２００と、血液ポンプ制御部３００と、制御部４００と、表示部５００とを備えている。
【００４５】
電源切換部１００は、接続される２系統の電源のいずれかを選択し、選択した系統の電源を、血液ポンプ制御部３００、電源生成部２００及び血液ポンプ３０により構成される負荷に接続する。これにより、負荷には、継続して電源が供給され続けるようになる。このような電源切換部１００は、２つの電源コネクターを有し、各電源コネクターは、バッテリー電源又はＡＣ／ＤＣ電源の接続が可能に構成される。ここで、ＡＣ／ＤＣ電源は、ＡＣ電源である商用電源をＡＣ／ＤＣアダプターにより直流電圧（例えば１８Ｖ）に変換した電源を意味する。
電源生成部２００は、電源切換部１００によって切り換えられた電源から、制御部４００及び表示部５００に供給される所定レベルの電圧（例えば３Ｖや５Ｖ）を生成する。
血液ポンプ制御部３００は、電源切換部１００によって切り換えられた電源が供給された状態で、血液ポンプ３０を駆動する駆動電流（広義には、駆動信号）を生成し、血液ポンプ３０の回転数を制御する。
制御部４００は、電源生成部２００によって生成された電圧が供給され、電源切換部１００の内部信号に基づいて表示部５００の表示制御を行う等の人工心臓制御装置２０の全体の制御を司る。
表示部５００は、制御部４００による表示制御によって、人工心臓システム１０の各種動作状態（例えば電源の接続状態、供給状態）を表示する。
【００４６】
〔電源切換回路〕
図３に、本実施形態における電源切換回路としての図１の電源切換部１００の構成例の回路図を示す。ここでは、電源切換部１００は、２系統の電源を切り換えるものとして説明するが、３系統以上の電源を切り換えるようにしてもよい。
【００４７】
電源切換部１００は、第１の電源コネクター（第１の電源接続部）１０２と、第２の電源コネクター（第２の電源接続部）１０４と、負荷接続部１０６と、第１の電源検出部１１０と、第２の電源検出部１１２と、充電電源生成部１２０とを備えている。更に、電源切換部１００は、第１のスイッチ部１３０と、第１の充電制御スイッチ部１３２と、第２のスイッチ部１４０と、第２の充電制御スイッチ部１４２と、切換制御部１５０とを備えている。
【００４８】
第１の電源コネクター１０２は、バッテリー電源（第１の電源）又はＡＣ／ＤＣ電源の接続が可能に構成される。
第２の電源コネクター１０４もまた、バッテリー電源（第２の電源）又はＡＣ／ＤＣ電源（第３の電源）の接続が可能に構成される。
負荷接続部１０６は、血液ポンプ制御部３００、電源生成部２００及び血液ポンプ３０により構成される負荷の接続が可能に構成される。
【００４９】
第１の電源検出部１１０は、第１の電源コネクター１０２に接続される電源の供給電圧に基づいて、第１の電源コネクター１０２に接続される電源の種別や状態を検出する。具体的には、第１の電源検出部１１０は、第１の電源コネクター１０２に接続される電源がＡＣ／ＤＣ電源であるか、バッテリー電源であるかを検出すると共に、バッテリー電源であるときには、満充電状態であるか、充電必要状態であるかを検出する。
【００５０】
第２の電源検出部１１２は、第２の電源コネクター１０４に接続される電源の供給電圧に基づいて、第２の電源コネクター１０４に接続される電源の種別や状態を検出する。具体的には、第２の電源検出部１１２は、第２の電源コネクター１０４に接続される電源がＡＣ／ＤＣ電源であるか、バッテリー電源であるかを検出し、バッテリー電源であるときには、満充電状態であるか、充電必要状態であるかを検出する。第１の電源検出部１１０と第２の電源検出部１１２とは、同様の構成を有している。
【００５１】
第１のスイッチ部１３０は、第１の電源コネクター１０２と、負荷接続部１０６との間に設けられる。第１のスイッチ部１３０は、切換制御部１５０によってスイッチ制御される複数のｐ型のＦＥＴを有し、複数のＦＥＴは、各ＦＥＴのボディーダイオード（寄生ダイオード）のカソード側が負荷接続部１０６側となるように同一方向に直列に接続される。ここで、直列に接続される複数のＦＥＴの個数は、各ＦＥＴのボディーダイオードの順方向降下電圧の総和が、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差を超える個数である。
【００５２】
第２のスイッチ部１４０は、第２の電源コネクター１０４と、負荷接続部１０６との間に設けられる。第２のスイッチ部１４０は、切換制御部１５０によってスイッチ制御される複数のｐ型のＦＥＴを有し、複数のＦＥＴは、各ＦＥＴのボディーダイオードのカソード側が負荷接続部１０６側となるように同一方向に直列に接続される。ここで、直列に接続される複数のＦＥＴの個数は、各ＦＥＴのボディーダイオードの順方向降下電圧の総和が、第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差を超える個数である。
【００５３】
充電電源生成部１２０は、第１のスイッチ部１３０及び第２のスイッチ部１４０の接続ノードと負荷接続部１０６との接続ノードに接続され、動作時には、負荷接続部１０６に供給される電圧に基づいて充電電源を生成する。
【００５４】
第１の充電制御スイッチ部１３２は、第１の電源コネクター１０２と充電電源生成部１２０との間に設けられる。第１の充電制御スイッチ部１３２は、ボディーダイオードが互いに逆方向となるように接続されたＦＥＴＱ９，Ｑ１０を含む。
第２の充電制御スイッチ部１４２は、第２の電源コネクター１０４と充電電源生成部１２０との間に設けられる。第２の充電制御スイッチ部１４２は、ボディーダイオードが互いに逆方向となるように接続されたＦＥＴＱ１１，Ｑ１２を含む。
【００５５】
切換制御部１５０は、第１の電源検出部１１０及び第２の電源検出部１１２の検出結果に基づいて、第１のスイッチ部１３０、第１の充電制御スイッチ部１３２、第２のスイッチ部１４０、第２の充電制御スイッチ部１４２、及び充電電源生成部１２０を制御する。具体的には、切換制御部１５０は、第１の電源コネクター１０２及び第２の電源コネクター１０４のうち、先に接続された方の電源を負荷接続部１０６に接続するように第１のスイッチ部１３０及び第２のスイッチ部１４０のスイッチ制御を行う。
【００５６】
このような切換制御部１５０は、先着順保持部１５２と、第１の優先接続制御部１６０と、第１の充電制御部１６２と、第２の優先接続制御部１７０と、第２の充電制御部１７２と、充電電源制御部１８０とを備えている。
【００５７】
先着順保持部１５２は、第１の電源コネクター１０２及び第２の電源コネクター１０４のうち、バッテリー電源又はＡＣ／ＤＣ電源が先に接続された方の電源コネクターに対応した状態を保持する。このような先着順保持部１５２は、例えば図３に示すようにＲＳ型フリップフロップにより構成することができる。
【００５８】
第１の優先接続制御部１６０は、第１の電源検出部１１０又は第２の電源検出部１１２によりＡＣ／ＤＣ電源が接続されたことが検出されたとき、先着順保持部１５２に保持された状態をマスクして、第１のスイッチ部１３０のスイッチ制御を行う。具体的には、第１の電源コネクター１０２にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたとき、第１の優先接続制御部１６０は、先着順保持部１５２に保持された状態にかかわらず、第１のスイッチ部１３０をオンする制御を行うことができる。
【００５９】
第１の充電制御部１６２は、第２の電源コネクター１０４にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたとき、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源の充電制御を行う。具体的には、第１の充電制御部１６２は、第２の電源コネクター１０４に接続されるＡＣ／ＤＣ電源により、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源の充電を行うように第１の充電制御スイッチ部１３２を制御する。このとき、第１の充電制御部１６２は、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源の供給電圧が充電完了電圧未満のときにオンするように第１の充電制御スイッチ部１３２を制御する。
【００６０】
第２の優先接続制御部１７０は、第１の電源検出部１１０又は第２の電源検出部１１２によりＡＣ／ＤＣ電源が接続されたことが検出されたとき、先着順保持部１５２に保持された状態をマスクして、第２のスイッチ部１４０のスイッチ制御を行う。具体的には、第２の電源コネクター１０４にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたとき、第２の優先接続制御部１７０は、先着順保持部１５２に保持された状態にかかわらず、第２のスイッチ部１４０をオンする制御を行うことができる。
【００６１】
第２の充電制御部１７２は、第１の電源コネクター１０２にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたとき、第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源の充電制御を行う。具体的には、第２の充電制御部１７２は、第１の電源コネクター１０２に接続されるＡＣ／ＤＣ電源により、第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源の充電を行うように第２の充電制御スイッチ部１４２を制御する。このとき、第２の充電制御部１７２は、第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源の供給電圧が充電完了電圧未満のときにオンするように第２の充電制御スイッチ部１４２を制御する。
【００６２】
充電電源制御部１８０は、第１の電源コネクター１０２又は第２の電源コネクター１０４にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたとき充電電源生成部１２０の動作をオンするように充電電源生成部１２０を制御する。
【００６３】
このような構成において、第１の電源検出部１１０、第２の電源検出部１１２、及び切換制御部１５０のいずれかに誤動作や故障が発生して、第１のスイッチ部１３０及び第２のスイッチ部１４０をオンすることができなくなる事態を想定することが望ましい。この点、本実施形態では、カソード側を負荷接続部１０６側にして同一方向に直列にボディーダイオードが接続されるため、いずれかの電源コネクターに接続される電源から負荷に電源を供給し続けることができる。そのため、電源途絶による機器の停止という事態を回避し、極めて高い信頼性を有する電源切り換えが可能となる。しかも、ボディーダイオードの順方向降下電圧の総和が、バッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差より大きいため、一方のバッテリー電源から他方のバッテリー電源に電圧が供給されない。そのため、無駄な電源の消費による機器停止のおそれを招くことなく、信頼性をより一層向上させることができる。
【００６４】
また、先に第１の電源コネクター１０２にバッテリー電源が接続され負荷に電源を供給している状態で、第２の電源コネクター１０４にバッテリー電源が接続されたとき、切換制御部１５０は、電源の切り換えを行わない。即ち、切換制御部１５０は、そのまま第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源による負荷への電源供給を継続する。これにより、バッテリー電源が接続される毎に頻繁に切り換えが行われた結果、両バッテリー電源がほぼ同時に残量がなくなって電源途絶による機器停止といった事態を回避し、信頼性を向上させることができる。
【００６５】
その後、第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源の供給電圧が低下していく。そして、該供給電圧が放電電圧未満になったとき、切換制御部１５０は、第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源から第２の電源コネクター１０４に接続されたバッテリー電源に切り換えて負荷に電源を供給するように第１のスイッチ部１３０及び第２のスイッチ部１４０のスイッチ制御を行う。これにより、バッテリー電源の残量がなくなって電源供給が停止する前に、新たなバッテリー電源に切り換えて電源供給を継続することができる。
【００６６】
更に、先に第１の電源コネクター１０２にバッテリー電源が接続され負荷に電源を供給している状態で、第２の電源コネクター１０４にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたとき、切換制御部１５０は、バッテリー電源からＡＣ／ＤＣ電源に切り換えて負荷に電源を供給するように第１のスイッチ部１３０及び第２のスイッチ部１４０のスイッチ制御を行う。これにより、残量の心配が不要なＡＣ／ＤＣ電源を、バッテリー電源より優先して使用することができ、電源途絶による機器停止を回避し、信頼性を向上させることができる。
【００６７】
このとき、切換制御部１５０は、第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源に、充電電源生成部１２０が生成した充電電源を供給するように第１の充電制御スイッチ部１３２のスイッチ制御を行う。そして、第１の電源検出部１１０の検出結果に基づいて、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源の供給電圧が充電完了電圧以上になると、切換制御部１５０は、該バッテリー電源への充電電源の供給を停止するように第１の充電制御スイッチ部１３２のスイッチ制御を行う。これにより、ＡＣ／ＤＣ電源への切り換え後に、該ＡＣ／ＤＣ電源によりバッテリー電源への充電を行って、過充電を防止しながら、該バッテリー電源の次の使用機会に備えることができる。
【００６８】
以下、図３の電源切換部１００の動作について、具体的に説明する。本実施形態では、ＡＣ／ＤＣ電源の供給電圧が１８．０Ｖ、バッテリー電源の充電完了電圧（使用開始電圧）が１６．８Ｖ、満充電電圧が充電完了電圧より低い１６．０Ｖ、放電電圧（使用中止判定電圧）が１３．８Ｖであるものとする。
【００６９】
図３において、第１の電源検出部１１０は、第１の電源コネクター１０２に接続される電源の供給電圧と、ＡＣ／ＤＣ電源の供給電圧より低いＡＣ／ＤＣ電源検出電圧Ｖ１（１７．５Ｖ）とを比較し、接続された電源がＡＣ／ＤＣ電源であるか否かを検出する。
また、第１の電源検出部１１０は、第１の電源コネクター１０２に接続される電源の供給電圧と充電完了電圧Ｖ２とを比較することで、バッテリー電源が満充電状態であるか否かを検出する。
更に、第１の電源検出部１１０は、第１の電源コネクター１０２に接続される電源の供給電圧と放電電圧Ｖ３とを比較することで、バッテリー電源が充電必要状態であるか否かを検出する。
【００７０】
図４に、第１の電源コネクター１０２又は第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源の充電完了電圧の説明図を示す。図４は、縦軸に電圧、横軸に時間をとり、バッテリー電源の定格電流の０．５倍の電流で充電したときの１セルあたりの充電特性の一例を表したものである。
【００７１】
放電状態のバッテリー電源に所定の電流で充電を開始すると、バッテリー電源の出力電圧（セル電圧）が上昇していく。そして、時間ｔ１を経過し、このバッテリー電源について予め規定された電圧（例えば４．２Ｖ）に達すると、その後の出力電圧は定電圧となり、この定電圧を充電完了電圧とする。本実施形態では、例えば図４に示す充電特性を有するセルを４個直列に接続するものとし、充電完了電圧Ｖ２として１６．８Ｖ（＝４．２Ｖ×４）を採用する。従って、バッテリー電源の出力電圧が使用開始電圧としての充電完了電圧であるか否かを検出することで、該バッテリー電源を満充電状態として使用可能か否かを判別することができる。このようなバッテリー電源が満充電状態のときの出力電圧は、一般的に充電完了電圧Ｖ２より低く、本実施形態では満充電電圧として１６．０Ｖであるものとする。
【００７２】
図５に、第１の電源コネクター１０２又は第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源の放電電圧の説明図を示す。図５は、縦軸に電圧、横軸にバッテリー電源の放電容量をとり、定格電流の０．５倍の電流で放電したときの１セルあたりの放電特性の一例を表したものである。
【００７３】
充電完了状態のバッテリー電源を所定の電流で放電すると、バッテリー電源の出力電圧（セル電圧）は下降していく。放電容量がＣｍａｘに達したとき、出力電圧は急激に下降する。そこで、この放電容量Ｃｍａｘに対し残量が例えば１０％のときの出力電圧（例えば３．４５Ｖ）を放電電圧とする。本実施形態では、例えば図５に示す放電特性を有するセルを４個直列に接続するものとし、放電電圧Ｖ３として１３．８Ｖ（＝３．４５Ｖ×４）を採用する。
【００７４】
以上のような各種電圧を検出するため、図３の第１の電源検出部１１０は、モニター入力端子ｉ１〜ｉ３及び出力端子ｐ１〜ｐ３を有する第１のコンパレーターＣＭＰ１を備えている。モニター入力端子ｉ１〜ｉ３の各々には、第１の電源コネクター１０２に接続される電源の供給電圧に基づいて生成される検出用電圧が入力され、電源の供給電圧に応じた出力信号が出力端子ｐ１〜ｐ３から出力される。
【００７５】
図６に、第１のコンパレーターＣＭＰ１の動作説明図を示す。図６では、第１の電源コネクター１０２に接続される電源の供給電圧をＶｉｎと表す。
【００７６】
図６に示すように、出力端子ｐ１の出力信号は、電源の供給電圧ＶｉｎがＡＣ／ＤＣ電源検出電圧Ｖ１以上のときＬレベルとなり、ＡＣ／ＤＣ電源検出電圧Ｖ１未満のときＨレベルとなる。出力端子ｐ２の出力信号は、電源の供給電圧Ｖｉｎが充電完了電圧Ｖ２以上のときＬレベルとなり、充電完了電圧Ｖ２未満のときＨレベルとなる。出力端子ｐ３の出力信号は、電源の供給電圧Ｖｉｎが放電電圧Ｖ３以上のときＬレベルとなり、放電電圧Ｖ３未満のときＨレベルとなる。
【００７７】
従って、出力端子ｐ１の出力信号がＬレベルのとき、第１の電源コネクター１０２に接続された電源がＡＣ／ＤＣ電源であることが検出される。また、出力端子ｐ１の出力信号がＨレベルで、出力端子ｐ３の出力信号がＬレベルのとき、第１の電源コネクター１０２に接続された電源がバッテリー電源であることが検出される。
【００７８】
このような第１のコンパレーターＣＭＰ１の機能は、例えばマキシム社のバッテリーモニター回路（ＭＡＸ６７８２）により実現することができる。なお、第２の電源検出部１１２の構成及び動作は、第１の電源検出部１１０と同様である。
【００７９】
ところで、図３に示すように、第１のスイッチ部１３０は、４個のＦＥＴＱ１〜Ｑ４を含む。このとき、第１の電源コネクター１０２側がドレインとなるＦＥＴＱ１のソースにＦＥＴＱ２のドレインが接続され、ＦＥＴＱ２のソースにＦＥＴＱ３のドレインが接続され、ＦＥＴＱ３のソースにＦＥＴＱ４のドレインが接続される。ＦＥＴＱ４のソースが、負荷接続部１０６側となる。ＦＥＴＱ１〜Ｑ４のゲートは、切換制御部１５０によって制御される。ここで、バッテリー電源の満充電電圧は１６．０Ｖ、放電電圧Ｖ３は１３．８Ｖであり、各ボディーダイオードの順方向降下電圧を０．６Ｖとすると、（１６．０Ｖ−１３．８Ｖ）＜０．６Ｖ×４となる。
【００８０】
第２のスイッチ部１４０は、第１のスイッチ部１３０と同様に、４個のＦＥＴＱ５〜Ｑ８を含む。このとき、第２の電源コネクター１０４側がドレインとなるＦＥＴＱ５のソースにＦＥＴＱ６のドレインが接続され、ＦＥＴＱ６のソースにＦＥＴＱ７のドレインが接続され、ＦＥＴＱ７のソースにＦＥＴＱ８のドレインが接続される。ＦＥＴＱ８のソースが、負荷接続部１０６側となる。ＦＥＴＱ５〜Ｑ８のゲートは、切換制御部１５０によって制御される。第２のスイッチ部１４０においても、第１のスイッチ部１３０と同様に、バッテリー電源の満充電電圧は１６．０Ｖ、放電電圧Ｖ３は１３．８Ｖであり、各ボディーダイオードの順方向降下電圧を０．６Ｖとすると、（１６．０Ｖ−１３．８Ｖ）＜０．６Ｖ×４となる。
【００８１】
従って、第１の電源コネクター１０２及び第２の電源コネクター１０４にバッテリー電源が接続された状態では、カソード側がアノード側よりも低電位となるので、一方のバッテリー電源から他方のバッテリー電源に電圧が供給されることはない。
【００８２】
次に、上記の電源切換部１００の動作例を、タイミング図を示しながら説明する。なお、電源切換部１００は、図３に示すように、両電源コネクターから負荷接続部１０６への経路の構成及び制御は同様である。そのため、以下では、第１の電源コネクター１０２と第２の電源コネクター１０４とを置き換えても同様である。
【００８３】
図７に、図３の電源切換部１００の第１の動作例のタイミング図を示す。図７は、両電源コネクターに電源が接続されていない状態で、第１の電源コネクター１０２にバッテリー電源が接続された後に、第２の電源コネクター１０４にバッテリー電源が接続されたときの電源切換部１００の動作タイミングの一例を表す。
【００８４】
第１の電源コネクター１０２及び第２の電源コネクター１０４に電源が接続されていないとき、第１の電源検出部１１０の第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ１〜ｐ３の出力信号はＨレベルとなる。同様に、第２の電源検出部１１２の第２のコンパレーターＣＭＰ２の出力端子ｐ１〜ｐ３の出力信号もまたＨレベルとなる。このとき、先着順保持部１５２及び第１の優先接続制御部１６０の接続ノードＮ１はＬレベル、先着順保持部１５２及び第２の優先接続制御部１７０の接続ノードＮ２はＬレベルとなる。その結果、第１の優先接続制御部１６０の出力信号はＨレベルとなり第１のスイッチ部１３０はオフ、第２の優先接続制御部１７０の出力信号はＨレベルとなり第２のスイッチ部１４０はオフとなる。また、第１の充電制御部１６２の出力信号はＨレベルとなり第１の充電制御スイッチ部１３２はオフ、第２の充電制御部１７２の出力信号はＨレベルとなり第２の充電制御スイッチ部１４２はオフとなる。また、充電電源制御部１８０の出力信号はＨレベルとなり、充電電源生成部１２０の動作はオフとなり、ＧＮＤレベルを出力する。
【００８５】
その後、時刻Ｔ１において、第１の電源コネクター１０２にのみ満充電状態のバッテリー電源が接続されたものとする。このとき、満充電電圧が１６．０Ｖであるため、第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ１，ｐ２の出力信号がＨレベル、出力端子ｐ３の出力信号がＬレベルとなる。そのため、接続ノードＮ１がＨレベルとなり、第１の優先接続制御部１６０の出力信号がＬレベルに変化し、第１のスイッチ部１３０がオンとなる。この結果、第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源が、負荷接続部１０６に接続される負荷に電源を供給し始める。
【００８６】
時刻Ｔ１以降の時刻Ｔ２において、更に、第２の電源コネクター１０４に満充電状態のバッテリー電源が接続されたものとする。このとき、第２のコンパレーターＣＭＰ２の出力端子ｐ１，ｐ２の出力信号がＨレベル、出力端子ｐ３の出力信号がＬレベルとなる。しかしながら、接続ノードＮ１がＨレベル、接続ノードＮ２がＬレベルのままで、第１の優先接続制御部１６０及び第２の優先接続制御部１７０の出力信号が変化しない。従って、切換制御部１５０は、第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源による負荷への電源供給を継続することができる。
【００８７】
第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源による電源供給を続けると、該バッテリー電源の残量が少なくなり、供給電圧が降下していく。そして、時刻Ｔ２以降の時刻Ｔ３において、負荷への電源供給を行っていたバッテリー電源の供給電圧が放電電圧未満になると、第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ３の出力信号がＨレベルに変化する。すると、接続ノードＮ１がＬレベル、接続ノードＮ２がＨレベルとなり、第１の優先接続制御部１６０の出力信号がＨレベルに変化して第１のスイッチ部１３０がオフ、第２の優先接続制御部１７０の出力信号がＬレベルに変化して第２のスイッチ部１４０がオンとなる。この結果、第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源から、第２の電源コネクター１０４に接続されたバッテリー電源に切り換えられ、第２の電源コネクター１０４に接続されたバッテリー電源が、負荷接続部１０６に接続される負荷に電源を供給し始める。
【００８８】
図８に、図３の電源切換部１００の第２の動作例のタイミング図を示す。図８は、両電源コネクターに電源が接続されていない状態で、第１の電源コネクター１０２にバッテリー電源が接続された後に、第２の電源コネクター１０４にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたときの電源切換部１００の動作タイミングの一例を表す。
【００８９】
第１の電源コネクター１０２及び第２の電源コネクター１０４に電源が接続されていないとき、第１の電源検出部１１０の第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ１〜ｐ３の出力信号はＨレベルとなる。同様に、第２の電源検出部１１２の第２のコンパレーターＣＭＰ２の出力端子ｐ１〜ｐ３の出力信号もまたＨレベルとなる。このとき、接続ノードＮ１はＬレベル、接続ノードＮ２はＬレベルとなる。その結果、第１の優先接続制御部１６０の出力信号はＨレベルとなり第１のスイッチ部１３０はオフ、第２の優先接続制御部１７０の出力信号はＨレベルとなり第２のスイッチ部１４０はオフとなる。また、第１の充電制御部１６２の出力信号はＨレベルとなり第１の充電制御スイッチ部１３２はオフ、第２の充電制御部１７２の出力信号はＨレベルとなり第２の充電制御スイッチ部１４２はオフとなる。また、充電電源制御部１８０の出力信号はＨレベルとなり、充電電源生成部１２０の動作はオフとなり、ＧＮＤレベルを出力する。
【００９０】
その後、時刻Ｔ１０において、第１の電源コネクター１０２にのみ満充電状態のバッテリー電源が接続されたものとする。このとき、第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ１，ｐ２の出力信号がＨレベル、出力端子ｐ３の出力信号がＬレベルとなる。そのため、接続ノードＮ１がＨレベルとなり、第１の優先接続制御部１６０の出力信号がＬレベルに変化し、第１のスイッチ部１３０がオンとなる。この結果、第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源が、負荷接続部１０６に接続される負荷に電源を供給し始める。
【００９１】
時刻Ｔ１０以降の時刻Ｔ１１において、更に、第２の電源コネクター１０４にＡＣ／ＤＣ電源が接続されたものとする。このとき、第２のコンパレーターＣＭＰ２の出力端子ｐ１〜ｐ３の出力信号がＬレベルとなる。これによって、第２の優先接続制御部１７０の出力信号はＬレベルとなり、第２のスイッチ部１４０がオンとなる。また、第１の優先接続制御部１６０の出力信号がＨレベルとなり、第１のスイッチ部１３０がオフとなる。従って、第１の電源コネクター１０２に接続されたバッテリー電源から、第２の電源コネクター１０４に接続されたＡＣ／ＤＣ電源に切り換えられる。
【００９２】
更に、第１の充電制御部１６２の出力信号がＬレベルとなり、第１の充電制御スイッチ部１３２がオンとなる。また、充電電源制御部１８０の出力信号はＬレベルとなり、充電電源生成部１２０の動作はオンとなるため、ＡＣ／ＤＣ電源から充電電源（１６．８Ｖ）が生成され、第１の充電制御スイッチ部１３２を介してバッテリー電源の充電が開始される。充電が開始されたバッテリー電源の供給電圧は、上昇し始める。
【００９３】
時刻Ｔ１１以降の時刻Ｔ１２において、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源の供給電圧が充電完了電圧以上になると、第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ２の出力信号がＬレベルに変化する。これにより、第１の充電制御部１６２の出力信号がＨレベルに変化して、第１の充電制御スイッチ部１３２がオフとなり、充電が停止される。
【００９４】
〔電源の切り換え表示〕
また、本実施形態では、表示部５００に、電源切換部１００に接続される電源の接続状態及び供給状態を表示させるようにすることで、突然の電源途絶に対する不安を患者が感じることなく、信頼性を向上させることができる。
【００９５】
図９に、本実施形態における表示部５００の第１の表示例を模式的に示す。図９は、第１の電源コネクター１０２及び第２の電源コネクター１０４にバッテリー電源又はＡＣ／ＤＣ電源が接続され、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源又はＡＣ／ＤＣ電源から負荷に電源供給が行われていることを示す表示例を表す。
【００９６】
制御部４００は、電源切換部１００の内部信号を監視することにより、図９のような表示部５００の表示制御を行う。図９では、バッテリー電源又はＡＣ／ＤＣ電源が接続された電源コネクターに対応して点灯表示、バッテリー電源又はＡＣ／ＤＣ電源が接続されていない電源コネクターに対応して非点灯表示により接続状態の表示が行われる。また、図９では、負荷への電源供給が行われる電源が接続される電源コネクターに対応して点灯表示、負荷への電源供給が行われない電源が接続されていない電源コネクターに対応して非点灯表示により供給状態の表示が行われる。
【００９７】
制御部４００は、第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ１を監視することにより、第１の電源コネクター１０２にＡＣ／ＤＣが接続されたか否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
また、制御部４００は、第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ２を監視することにより、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源の満充電状態か否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
更に、制御部４００は、第１のコンパレーターＣＭＰ１の出力端子ｐ３を監視することにより、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源が充電必要状態であるか否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
【００９８】
また、制御部４００は、第１の充電制御部１６２の出力信号を監視することにより、第１の電源コネクター１０２に接続されるバッテリー電源への充電中か否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
更に、制御部４００は、第１の優先接続制御部１６０の出力信号を監視することにより、第１の電源コネクター１０２に接続される電源により負荷に電源が供給されているか否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
【００９９】
同様に、制御部４００は、第２のコンパレーターＣＭＰ２の出力端子ｐ１を監視することにより、第２の電源コネクター１０４にＡＣ／ＤＣが接続されたか否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
また、制御部４００は、第２のコンパレーターＣＭＰ２の出力端子ｐ２を監視することにより、第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源の満充電状態か否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
更に、制御部４００は、第２のコンパレーターＣＭＰ２の出力端子ｐ３を監視することにより、第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源が充電必要状態であるか否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
【０１００】
また、制御部４００は、第２の充電制御部１７２の出力信号を監視することにより、第２の電源コネクター１０４に接続されるバッテリー電源への充電中か否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
更に、制御部４００は、第２の優先接続制御部１７０の出力信号を監視することにより、第２の電源コネクター１０４に接続される電源により負荷に電源が供給されているか否かを判別し、その判別結果を表示部５００に反映させることができる。
【０１０１】
なお、図９において、接続状態及び供給状態の各々について、バッテリー電源とＡＣ／ＤＣ電源とに分けて点灯表示又は非点灯表示を行うようにしてもよい。
【０１０２】
図１０に、本実施形態における表示部５００の第２の表示例を模式的に示す。図１０は、第１の電源コネクター１０２及び第２の電源コネクター１０４における電源の接続状態及び供給状態に応じた表示例を表している。図１０では、各電源コネクターに接続される電源のうち負荷に電源を供給する電源を、左側の欄において、枠で囲んで表示している。
【０１０３】
図１０に示す例では、バッテリー電源及びＡＣ／ＤＣ電源の各々に対応したアイコンを用意しておき、表示部５００は、各電源コネクターに接続された電源に対応したアイコンを表示する。このとき、バッテリー電源に対応したアイコンは、バッテリー残量に応じて表示個数が変化する複数の残量マーク部（図１０では矩形マーク）と、該複数の残量マーク部を囲む枠部とを含む。
【０１０４】
そして、各電源コネクターに電源が接続されたとき、表示部５００は、制御部４００において判別された電源の種別に応じたアイコンを表示する。
【０１０５】
バッテリー電源の場合、バッテリー残量に応じた表示個数の残量マーク部を表示させる。バッテリー残量は、例えば第１のコンパレーターＣＭＰ１及び第２のコンパレーターＣＭＰ２に、残量に対応した検出電圧と各電源コネクターの電圧との比較結果を出力させ、これを制御部４００が検出することにより、表示部５００に反映させる。また、バッテリー電源から負荷に電源供給される場合、残量マーク部に加えて枠部を表示させるようにする。
【０１０６】
以上のように、電源切換部１００に接続される電源の接続状態及び供給状態を表示部５００に表示させることで、人工心臓システムを装着する患者等の不安を取り除き、より一層、機器に対する信頼性を向上させることができるようになる。
【０１０７】
〔変形例〕
本実施形態における電源切換部１００では、切換制御部１５０の機能を論理回路により実現する例を説明したが、本実施形態は、これに限定されるものではない。
【０１０８】
図１１に、本実施形態の変形例における電源切換部の構成例の回路図を示す。図１１において、図３と同様の部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。図１の人工心臓制御装置において、電源切換部１００に代えて、図１１の電源切換部を適用することができる。
【０１０９】
本変形例における電源切換部１００ａの構成が図３の電源切換部１００の構成と異なる点は、図３の切換制御部１５０を構成する論理回路がマイクロコンピューター１９０により置き換えられた点である。即ち、図３の先着順保持部１５２、第１の優先接続制御部１６０、第１の充電制御部１６２、第２の優先接続制御部１７０、第２の充電制御部１７２、及び充電電源制御部１８０の機能が、マイクロコンピューター１９０によって実現される。
【０１１０】
マイクロコンピューターは、中央演算処理装置（Central Processing Unit：以下、ＣＰＵ）と、メモリーと、複数のＩ／Ｏポートとを有する。ＣＰＵは、メモリーに予め記憶されたプログラムを読み出し、該プログラムに対応した処理を実行する。Ｉ／Ｏポートは、第１のコンパレーターＣＭＰ１及び第２のコンパレーターＣＭＰ２の出力端子ｐ１〜ｐ３と、第１のスイッチ部１３０、第２のスイッチ部１４０、第１の充電制御スイッチ部１３２及び第２の充電制御スイッチ部１４２を構成するＦＥＴのゲートと、充電電源生成部１２０の制御端子とに接続される。
【０１１１】
ＣＰＵは、Ｉ／Ｏポートを介して入力される各コンパレーターの出力端子ｐ１〜ｐ３の状態に基づいて、Ｉ／Ｏポートに接続される第１のスイッチ部１３０、第２のスイッチ部１４０、第１の充電制御スイッチ部１３２及び第２の充電制御スイッチ部１４２を構成するＦＥＴのゲートと充電電源生成部１２０の制御端子とを制御する。
【０１１２】
なお、図１１において、マイクロコンピューター１９０は、第１の電源検出部１１０、第２の電源検出部１１２、第１のスイッチ部１３０、第２のスイッチ部１４０、第１の充電制御スイッチ部１３２、第２の充電制御スイッチ部１４２、及び充電電源生成部１２０の少なくとも１つの機能を内蔵するようにしてもよい。
【０１１３】
本変形例によれば、少ない素子数で本実施形態と同様の効果を得ることができるようになる。
【０１１４】
以上、本発明に係る電源切換回路及び人工心臓システム等を上記の実施形態又はその変形例に基づいて説明した。しかしながら、本発明は上記の実施形態又はその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【０１１５】
（１）上記の本実施形態又はその変形例では、電源切換回路が２系統の電源の切り換えを行うものとして説明したが、３系統以上の電源の切り換えを行うようにしてもよい。
【０１１６】
（２）上記の本実施形態又はその変形例では、第１のスイッチ部及び第２のスイッチ部を構成するＦＥＴとして、ｐ型のＦＥＴを採用するものとして説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、ボディーダイオードの端子方向が本実施形態又はその変形例と同一にできるのであれば、第１のスイッチ部及び第２のスイッチ部は、ｎ型のＦＥＴにより構成されていてもよい。
【０１１７】
（３）上記の実施形態又はその変形例では、血液ポンプが連続流型であるものと説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、血液ポンプが、循環させる血液の流れに所定の周期を与える拍動流型の血液ポンプや、磁気浮上型の血液ポンプであってもよい。
【０１１８】
（４）上記の実施形態又はその変形例における血液ポンプは、３相の駆動信号により駆動されるＡＣモーターや、例えば３相以外の駆動信号により駆動されるモーターや、ＤＣモーターにより実現される。
【０１１９】
（５）上記の実施形態又はその変形例では、電気機器として人工心臓システムを例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の電気機器に適用することができる。
【０１２０】
（６）上記の実施形態又はその変形例において、本発明を、電源切換回路及び人工心臓システム等として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明に係る電源切換回路の制御方法や制御部４００による表示部５００の表示方法の処理手順が記述されたプログラムや、該プログラムが記録された記録媒体であってもよい。
【符号の説明】
【０１２１】
１０…人工心臓システム、２０…人工心臓制御装置、３０…血液ポンプ、５０…心臓、１００，１００ａ…電源切換部（電源切換回路）、１０２…第１の電源コネクター（第１の電源接続部）、１０４…第２の電源コネクター（第２の電源接続部）、１０６…負荷接続部、１１０…第１の電源検出部、１１２…第２の電源検出部、１２０…充電電源生成部、１３０…第１のスイッチ部、１３２…第１の充電制御スイッチ部、１４０…第２のスイッチ部、１４２…第２の充電制御スイッチ部、１５０…切換制御部、１５２…先着順保持部、１６０…第１の優先接続制御部、１６２…第１の充電制御部、１７０…第２の優先接続制御部、１７２…第２の充電制御部、１８０…充電電源制御部、１９０…マイクロコンピューター、２００…電源生成部、３００…血液ポンプ制御部、４００…制御部、５００…表示部、ＣＭＰ１…第１のコンパレーター、ＣＭＰ２…第２のコンパレーター
【図１】
2014061436.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014061436.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月9日(2016.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に接続するための電源を切り換える電源切換回路であって、
バテリー電源である第１の電源の接続が可能に構成される第１の電源接続部と、
バテリー電源である第２の電源の接続が可能に構成される第２の電源接続部と、
前記負荷の接続が可能に構成される負荷接続部と、
前記第１の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第１のスイッチ部と、
前記第２の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第２のスイッチ部と、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う切換制御部とを含み、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部の各々は、
各電界効果トランジスターのボディーダイオードのカソード側が前記負荷接続部側となるように同一方向に直列に接続され、前記切換制御部によりスイッチ制御される複数の電界効果トランジスターを有し、
前記複数の電界効果トランジスターの個数は、
直列に接続される複数のボディーダイオードの順方向降下電圧の総和が前記バッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差を超える個数であり、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部の前記複数の電界効果トランジスターは、ｐ型で構成されているか、またはｎ型で構成されており、
前記切換制御部は、前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部の各々の電界効果トランジスターのゲートを制御して前記スイッチ制御を行うことを特徴とする電源切換回路。
【請求項２】
前記第２の電源接続部は、
ＡＣ／ＤＣ電源である第３の電源の接続が可能に構成され、
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に接続される前記第１の電源が前記負荷に電源を供給する状態で前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたとき、前記第１の電源から前記第３の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の電源切換回路。
【請求項３】
前記第２の電源接続部に接続される電源の供給電圧を検出する第２の電源検出部を含み、
前記切換制御部は、
前記第２の電源検出部の検出結果に基づいて前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第１の電源から前記第３の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の電源切換回路。
【請求項４】
前記第２の電源検出部は、
前記第３の電源の供給電圧とＡＣ／ＤＣ電源検出レベルとを比較し、前記第３の電源の供給電圧が前記ＡＣ／ＤＣ電源検出レベル以上のとき、前記第３の電源の接続を検出することを特徴とする請求項３に記載の電源切換回路。
【請求項５】
前記負荷接続部に供給される電圧に基づいて充電電源を生成する充電電源生成部と、
前記充電電源生成部と前記第１の電源接続部との間に設けられる第１の充電制御スイッチ部とを含み、
前記切換制御部は、
前記第２の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第１の電源接続部に前記充電電源を供給するように前記第１の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載の電源切換回路。
【請求項６】
前記第１の電源接続部の電圧を検出する第１の電源検出部を含み、
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に接続される電源の供給電圧が前記満充電電圧より高い充電完了電圧以上のとき、前記第１の電源接続部への前記充電電源の供給を停止するように前記第１の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の電源切換回路。
【請求項７】
前記充電電源生成部と前記第２の電源接続部との間に設けられる第２の充電制御スイッチ部とを含み、
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に前記第３の電源が接続されたことを検出したとき、前記第２の電源接続部に前記充電電源を供給するように前記第２の充電制御スイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項５又は６のいずれか１項に記載の電源切換回路。
【請求項８】
前記切換制御部は、
前記第２の電源接続部の電圧が前記満充電電圧より高い充電完了電圧以上のとき、前記第２の電源接続部への前記充電電源の供給を停止するように前記第２の充電制御用スイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項７に記載の電源切換回路。
【請求項９】
前記切換制御部は、
前記第１の電源接続部に接続される前記第１の電源が前記負荷に電源を供給する状態で前記第２の電源接続部に前記第２の電源が接続されたとき、前記第１の電源からの供給電圧が放電電圧未満に低下するまで前記第１の電源による前記負荷への電源供給を継続し、前記第１の電源からの供給電圧が前記放電電圧未満になったとき、前記第１の電源から前記第２の電源に切り換えて前記負荷に電源を供給するように前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行うことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電源切換回路。
【請求項１０】
心臓の血液の流れを補助する血液ポンプと、
前記血液ポンプを制御する血液ポンプ制御部と、
前記血液ポンプ及び前記血液ポンプ制御部に電源を供給する請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電源切換回路とを含むことを特徴とする人工心臓システム。
【請求項１１】
前記第１の電源接続部における電源の接続状態、前記第２の電源接続部における電源の接続状態、前記第１の電源接続部に接続される電源から前記負荷への電源供給状態、及び前記第２の電源接続部に接続される電源から前記負荷への電源供給状態を表示する表示部を含むことを特徴とする請求項１０に記載の人工心臓システム。
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月8日(2016.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
負荷に接続するための電源を切り換える電源切換回路であって、
バッテリー電源である第１の電源の接続が可能に構成される第１の電源接続部と、
バッテリー電源である第２の電源の接続が可能に構成される第２の電源接続部と、
前記負荷の接続が可能に構成される負荷接続部と、
前記第１の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第１のスイッチ部と、
前記第２の電源接続部と前記負荷接続部との間に設けられる第２のスイッチ部と、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のスイッチ制御を行う切換制御部とを含み、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部の各々は、
各電界効果トランジスターのボディーダイオードのカソード側が前記負荷接続部側となるように同一方向に直列に接続され、前記切換制御部によりスイッチ制御される複数の電界効果トランジスターを有し、
前記複数の電界効果トランジスターの個数は、
直列に接続される複数のボディーダイオードの順方向降下電圧の総和が前記バッテリー電源の満充電電圧と放電電圧との差を超える個数であり、
前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部の前記複数の電界効果トランジスターは、ｐ型で構成されているか、またはｎ型で構成されており、
前記切換制御部は、前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部の各々の電界効果トランジスターのゲートを制御して前記スイッチ制御を行うことを特徴とする電源切換回路。
【国際調査報告】
2014061436.tif 000014
2014061436.tif 000015
2014061436.tif 000016
2014061436.tif 000017