(57)【要約】  電子機器は、電池（１２）で駆動する電子構成部品（１６）及び電池を受容する区画を備える。低電圧カットオフ回路（１０）は、電池（１２）と接続するように構成される。低電圧カットオフ回路（１０）は、制御端子（１４ａ）、電流供給端子（１４ｃ）及び電流シンク端子（１４ｂ）を有するスイッチング機器（１４）、及び制御端子（１４ａ）と電池（１２）の第一端子との間を接続するレジスタ（２０）を備える。回路は第一出力端子（１０ａ）及び第二出力端子（１０ｂ）を有する。第一出力端子（１０ａ）は電池の第一端子に接続され、第二出力端子（１０ｂ）はトランジスタ（１４）の電流供給端子（１４ｃ）と接続される。第一出力端子及び第二出力端子（１０ａ、１０ｂ）は、電子構成部品（１６）の正端子及び負端子と接続するように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池で駆動する電子構成部品と、
電池と接続するように構成される低電圧カットオフ回路とを含む電子機器であって、
前記低電圧カットオフ回路は、
制御端子、電流供給端子及び電流シンク端子を有するスイッチング機器と、
前記制御端子と電池の第一端子との間を接続するレジスタと、
第一出力端子及び第二出力端子と、を含み、
前記第一出力端子は前記電池の第一端子と接続され、前記第二出力端子はトランジスタの電流供給端子と接続され、前記第一出力端子及び前記第二出力端子は前記電子構成部品の正端子及び負端子と接続するように構成される、電子機器。
【請求項２】
電池を受容する区画を備えるハウジングをさらに含む、請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記区画中に電池をさらに含み、前記電池はアルカリセル、亜鉛炭素セル又は充電式セルである、請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記電流供給端子又は電流シンク端子と電子構成部品とを直列に接続する機械式スイッチを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項５】
前記スイッチング機器はバイポーラトランジスタであり、前記制御電極がベースであり、前記電流供給電極がコレクタであり、前記電流シンク端子がエミッタである、請求項４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記スイッチング機器の制御電極と前記レジスタとを直列に接続する少なくとも１つの接合機器をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子機器。
【請求項７】
前記接合機器は、前記電流シンクと前記電流供給電極との間に電流を流すために、前記制御電極上で必要とされる有効電圧を増加するために直列に接続されるダイオードである、請求項６に記載の電子機器。
【請求項８】
前記接合機器は、ダーリントン構成においてスイッチング機器と接続される第二スイッチング機器である、請求項６に記載の電子機器。
【請求項９】
前記電池から前記機器の制御端子及び電流供給端子に電流が流れるのを防ぐために、前記機器の電流供給端子と直列且つ前記機器の制御端子の前に接続される機械式スイッチをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯用電子機器の電力供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用電子機器は一般的に、電力を供給するために一次電池又は充電式セルを使用する。一次電池で駆動する多くの機器は、機器を停止するための機械式電源スイッチを欠いており、代わりに、例えば機器を停止するために電子スイッチなどのソフトスイッチに頼っている。他の機器は機械式電源スイッチを備える。そのような機械式スイッチを備えるそのような機器において、ユーザーは機械式スイッチを不注意で「オン」位置にしたままにする可能性がある。そのような状況下において、機器は電池からの電流を流し続け、電池を著しく放電し、セルのベンティング及び電解質の漏れをもたらし得る。セルのベンティング及び電池からの電解質の漏れによって、電池を搭載する機器が損傷する可能性があり、特にアルカリセル及び亜鉛炭素セルにおいて問題である。さらに、ある充電式セルはセルのベンティング及び／又は電解質の漏れを被り得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
著しい放電を避けるため、機械式スイッチを欠く機器は、機器のスイッチを切るための電子スイッチを動作するために内臓型のマイクロコントローラ又は電力比較器を使用する。より高価な機器に好適である一方で、これらの技術は複雑且つ高価であり、安価な機器、特に機器の主な機能のために内蔵型マイクロコントローラ又は電力比較器の必要性を元から有さない機器には一般的に好適ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１つの態様によると、低電圧カットオフ回路は、制御端子、電流供給端子及び電流シンク端子を有するスイッチング機器、及び制御端子と電池の第一端子との間を接続するレジスタを備える。低電圧カットオフ回路は、電池の第一端子に接続される第一出力端子及びスイッチング機器の電流供給端子に接続される第二出力端子を有し、低電圧カットオフ回路の第一出力端子及び第二出力端子は、機器負荷の正端子と負端子とが接続するように構成される。
【０００５】
以下の実施形態は本発明の範囲内である。低電圧カットオフ回路は、機器の電流シンク端子又は電流供給端子のいずれかと直列に接続された機械式スイッチを備える。レジスタは、機器に提供される最大電流にもとづいた提供される抵抗値を有する。抵抗値はおよそ３００オームである。抵抗値は、（Ｖ電池  分−Ｖｂｅ）／Ｉｂで近似され、式中、Ｖｂｅはベースとエミッタ接合間の電圧降下であって、Ｉｂはコレクタ−エミッタ接合を飽和するのに必要なベース電流である。
【０００６】
本発明のさらなる態様によると、電源は電池及び低電圧カットオフ回路を備える。低電圧カットオフ回路は、制御端子、電流供給端子及び電流シンク端子を有するスイッチング機器、及び制御端子と電池の第一端子との間を接続するレジスタを備える。回路は第一出力端子及び第二出力端子を備え、第一出力端子は電池の第一端子と接続され、第二出力端子はスイッチング機器の電流供給端子と接続され、第一出力端子及び第二出力端子は機器負荷の正端子及び負端子が接続するように構成される。
【０００７】
以下の実施形態は本発明の範囲内である。電源は、スイッチング機器の電流供給端子又は電流シンク端子のいずれかに直列に接続される機械式スイッチをさらに備える。スイッチング機器はバイポーラトランジスタであって、制御電極はベースであり、電流供給電極はコレクタであり、電流シンク端子はエミッタである。電源は、スイッチング機器及びレジスタの制御電極と直列に接続される少なくとも１つの接合機器を備える。接合機器は、電流シンク電極と供給電極との間に電流が流れるように、制御電極上に必要な有効電圧を増加するために直列に接続されるダイオードである。接合機器は、ダーリントン構成においてスイッチング機器と接続される第二スイッチング機器である。
【０００８】
本発明のさらなる態様によると、電子機器は、電池で駆動する電子構成部品及び低電圧カットオフ回路を備える。低電圧カットオフ回路は電池と接続するように構成され、制御端子、電流供給端子及び電流シンク端子を有するスイッチング機器、及び制御端子と電池の第一端子との間を接続するレジスタを備える。低電圧カットオフ回路は、第一出力端子及び第二出力端子を備え、第一出力端子は電池の第一端子に接続され、第二出力端子はスイッチング機器の電流供給端子に接続され、第一出力端子及び第二出力端子は電子構成部品の正端子と負端子とが接続するように構成される。
【０００９】
以下の実施形態は本発明の範囲内である。
【００１０】
電子機器は、電池を受容する区画を含むハウジングを備える。電子機器は、区画内に配置される電池を備える。電池はアルカリセル、亜鉛炭素セル又は充電式セルである。電子機器は、機器の電流供給端子又は電流シンク端子と直列に接続される機械式スイッチを備える。スイッチング機器はバイポーラトランジスタであって、制御電極はベースであり、電流供給電極はコレクタであり、電流シンク端子はエミッタである。電子機器は、スイッチング機器及びレジスタの制御電極と直列に接続された少なくとも１つの接合機器を備える。接合機器は、電流シンク電極と電流供給電極との間に電流が流れるように制御電極上に必要な有効電圧を増加するために直列に接続されるダイオードである。接合機器は、ダーリントン構成においてスイッチング機器と接続される第二スイッチング機器である。電子機器は、電池から機器の制御端子及び電流供給端子に電流が流れるのを防ぐため、機器の電流供給端子と直列且つ制御端子の前に接続される機械式スイッチを備える。
【００１１】
本発明の１つ以上の態様で、以下の利点の１つ以上を提供し得る。
【００１２】
ユーザーが機械式スイッチを「オフ」状態に切り替えすることを忘れた場合、回路に接続された電池は機器を通して放電し続ける。しかしながら、電池の電圧が降下するにつれて、電池の電圧は最終的にスイッチング機器を「オン」状態にバイアスするのに必要な電圧よりも低くなる。その時点で、スイッチング機器は停止する。これは、電池の大幅な消耗を防ぎ、電池が無期限の期間部分的に放電された状態に保持することを可能にし、セルのベンティング又は電解質の漏れが発生する前に、ユーザーに機器１６を停止するか電池を交換する時間を与える。低電圧カットオフ回路は、機器の動作を続けることで電池から著しく放電することを抑制し、それによって前述のセルのベンティング及び電解質の漏れが軽減される。
【００１３】
本発明の１つ以上の実施形態の詳細を添付図面及び以下の説明で示す。本発明の他の特徴、目的、及び利点は、説明及び図面、並びに請求項から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると、電源９は低電圧カットオフ回路１０及び電池１２を備える。低電圧カットオフ回路１０は、例えばトランジスタ１４のような３つの端子のスイッチング機器及びレジスタ２０を備える。電池１２は、一次セル又は充電式セルであり、例えば名目上完全に充電されたセル電圧レベルの特定の割合未満までセル電圧が降下するような、著しい放電から好ましくは保護される必要がある。トランジスタ１４は、本明細書では、例えばベース電極１４ａのような制御電極、例えばエミッタ１４ｂのような電流シンク電極、及びコレクタ１４ｃのような電流供給電極を有するバイポーラトランジスタ（ｎ−ｐ−ｎタイプ）である。トランジスタ１４のベース１４ａは、レジスタ２０を介して電池１２の正端子と接続され、電池１２の負端子はエミッタ１４ｂと接続される。
【００１５】
回路１０は、トランジスタのコレクタ１４ｃと電池の正端子との間を、例えば回路の出力端子１０ａ及び１０ｂを介して、直列に電気的に接続される任意の様々な電子構成部品であり得る機器１６を備える。一般的に、電子端子又は電子接点１０ａ、１０ｂは、電池の正レールとトランジスタ１４のコレクタ１４ｃとの間で機器１６を電源９に接続する。回路１０はまた、電池の正端子と機器１６に正極性を提供する正端子１０ａとの間を接続する機械式スイッチ１８をも備える。この配列は、スイッチが開いている際、回路１０のベース及びエミッタ回路への電力をカットオフするように配置されたスイッチ１８を有する。
【００１６】
あるいは、図１Ａに示すように、スイッチ１８は電池の負端子とエミッタとの間に配置され得る。
【００１７】
トランジスタ１４は、電池から電子機器１６に流出する電流を制御するために電気的に制御されるスイッチを提供する。図１における構成は、負レールスイッチング構成であって、その内部のｎ−ｐ−ｎトランジスタ１４のエミッタは、電池の負端子（−）と接続され、コレクタは機器１６の負端子（−）と接続される。
【００１８】
機器の正端子からトランジスタ１４のベースまでを接続されたレジスタ２０は、最低所望動作電圧及び最高機器負荷でトランジスタを飽和するのに十分高いベース電流を提供するために選択された抵抗値を有する。例えば、機器が１００ｍＡの最大電流を流し、トランジスタが１００の順方向電流伝達率ベータ（＋）を有する場合、ベース−エミッタ接合を電流が流れるのに、最小で１ｍＡが必要とされる。機器の最小動作電圧が、例えば０．９Ｖである場合、レジスタ２０に対する最大レジスタ値は、
（Ｖ電池  分−Ｖｂｅ）／Ｉｂ＝（０．９Ｖ−０．６Ｖ）／１ｍＡ＝３００オーム
式中、Ｖｂｅはベースとエミッタ接合間の電圧降下であり、Ｉｂはコレクタ−エミッタ接合を飽和するのに必要なベース電流である。
【００１９】
したがって、正確な又は最適な抵抗値は、例えば、Ｖｂｅ、Ｉｂ及び＋の値のようなトランジスタの固有の特性及び負荷の必要性に依存する。
【００２０】
図１における配列は、トランジスタ１４のコレクタ１４ｃとエミッタ１４ｂとの間を直列に接続する機器１６を有する。電池１２の電圧がベース−エミッタ接合上の順方向バイアスを維持するのに十分に高い限り、ユーザーがスイッチを「オン」状態に切り替えると、コレクタ−エミッタが伝導され、機器１６はエミッタを通して戻る電池からの電力を受容する。
【００２１】
ユーザーがスイッチ１８を「オフ」状態に切り替えることを忘れた場合、電池１２は機器１６を通して放電し続ける。しかしながら、電池が放電され電池の電圧が降下するにつれて、電池の電圧は最終的に、例えば約０．６〜０．７ボルトのような、「オン」状態にあるトランジスタ１４のベース−エミッタ接合をバイアスするのに必要な電圧よりも低くなる。その時点で、ベース−エミッタ接合は順方向バイアスされなくなり、エミッタ−コレクタ接合は非伝導となり、トランジスタ１４は停止し、機器１６は効果的に停止する。これは、電池の大幅な消耗を防ぎ、電池１２が無期限の期間部分的に放電された状態で保持することを可能にし、セルのベンティング又は電解質の漏れが発生する前に、ユーザーに機器１６を停止し電池を交換する時間を与える。
【００２２】
低電圧カットオフ回路１０は、機器１６の動作を続けることで電池１２が著しく放電することを抑制し、それによって前述のセルのベンティング及び電解質の漏れが軽減される。ここで、機器１６は一度の電池の放電で約０．６〜０．７ボルトまで消耗しないので、ユーザーが不注意でスイッチを「オン」位置にしたままにした場合でさえ、機械式電源スイッチを含む機器を有する回路１０は、セルのベンティング及び電解質の漏れを軽減する。アルカリセルにおいて、この値は若干低く、一般的に推奨される最小電圧０．８ボルト未満である。この電圧レベルでの静止電流は一般的に低く、長時間にわたって電池がその電圧レベルであり、電池の著しい放電及び電解質の漏れ又は圧力のベンティングを防ぐことを可能にする。
【００２３】
図２を参照すると、図１に示されるものと同様の回路１０’を使用する正電源レールスイッチ構成は、ｐ−ｎ−ｐトランジスタ１４’を備える。低電圧カットオフ回路１０’は、電池１２、ｐ−ｎ−ｐトランジスタ１４’及びレジスタ２０を備える。ｐ−ｎ−ｐトランジスタは、電池の正端子と接続されるエミッタ１４ｂ’及び機器の正端子と接続されるコレクタ１４ｃ’とともに使用される。レジスタ２０’は、電池の負端子とトランジスタ１４’のベース１４ａ’との間で接続される。
【００２４】
回路１０は、トランジスタ１４’のコレクタ１４ｃ’と電池１２’の正端子との間が直列に電気的に接続される任意の様々な電子構成部品であり得る機械式スイッチ１８’及び機器負荷１６’を有する。レジスタ２０’は、図１において議論されたように、最低所望動作電圧及び最高機器負荷でのトランジスタ１４’を飽和するのに十分高いベース電流を提供するために選択された抵抗値を有する。
【００２５】
図３を参照すると、例えば、３Ｖ電池で駆動する機器（例えば、直列の２つの１．５ボルトセル）に有用な低電圧カットオフ回路２５は、約１．２Ｖ〜１．６Ｖの範囲で好適なカットオフ電圧値を提供するために、２つのバイポーラトランジスタの「ダーリントン」構成２６を備える。ダーリントン構成２６において、２つのトランジスタの配列は順方向にバイアスされる２つのベース−エミッタ接合を必要とし、電池１２で必要とされる電圧を増加し、回路２５が機器をカットオフするのを防ぐ。ダーリントン構成は、同タイプの２つのトランジスタ（ここではｎ−ｐ−ｎが示される）を使用する。トランジスタをシャットオフさせる（したがって２つの電池セルを直列に接続させる）のに高電圧を必要とする以外に、動作は図１に示されるものと同様である。ｐ−ｎ−ｐトランジスタを使用して、類似の配列が提供され得る。
【００２６】
図４を参照すると、低電圧カットオフ回路３０は、例えばトランジスタ１４（図１）のベースと直列に付加されるシリコンダイオードのような１つ以上のダイオード３２を含む。ダイオード３２は、トランジスタ１４のベース−エミッタ接合を順方向にバイアスするために電池に必要とされる電圧を増加するのに使用され、より高いセル電圧又は付加されたセルにより提供される電圧を計上するために、より高いセル電圧を有する電池、又は、例えば直列に接続されるアルカリセルのようないくつかのセルを含む電池とともに使用される。直列のアルカリセルにおいては、１つのダイオードが各付加セルに付加される。
【００２７】
図５を参照すると、単一セルである、デュラセル（Duracell）からの「ＡＡＡ」アルカリウルトラ（alkaline Ultra）（登録商標）において、図１の回路を使用する電気かみそり機器による負荷のもとで、トランジスタのコレクタ−エミッタ接合全体の電圧におけるセル電圧対時間のプロット４０が示される。機能的なカットオフは約０．７Ｖの電池電圧で生じ、電池の圧力は断続的な短パルスとともに回路によりそのレベルで維持される。
【００２８】
カットオフ回路は、電子機器内に設計され得るか又は製造中の機器に付加される別個の構成部品を使用することが実行され得る。構成部品は比較的安価であり、特に、電子かみそり、懐中電灯、ラジオなどのような低価格消費者製品に対して、これは優れた解決策となる。バイポーラトランジスタの使用に加えて、例えば、低ゲートバイアス電圧を有するＭＯＳＦＥＴＳのような電界効果トランジスタも使用され得る。しかしながら、一般的にバイポーラトランジスタは安価であるため、コストが著しく重視される際に好ましい場合もある。
【００２９】
図６を参照すると、電池で駆動するかみそり、懐中電灯、ラジオなどであり得る一般的な機器５０が示される。駆動式電子機器５０は、一次セル又は充電式セルであり得る電池５４を受容するための区画５２、及び電池からの電力を使用する機器５０内の電子構成部品５６を備える。電子構成部品５６は、モーター、電球、ラジオ受信機、又は他のいかなるタイプの電子構成部品であり得る。例えば、回路１０又は上述する他のいずれかのような低電圧カットオフ回路は一般的に、上述するような線（番号付けせず）を介して電池と構成部品を接続するために提供される。
【００３０】
本発明の多くの実施形態が記載されるが、他の実施形態も以下の請求項の範囲内である。例えば、レジスタ２０などのようなベース回路内に配置されるレジスタの抵抗値を変更することにより、カットオフ特性の勾配を変化させることができる。例えば、抵抗を増加することにより、カットオフ特性は穏やか（例えば緩勾配）になる一方、抵抗を低減することで、カットオフ特性はより険しく（例えば急勾配）になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】低電圧カットオフ回路の概略図。
【図１Ａ】図１の実施形態のスイッチの代替配置を示す低電圧カットオフ回路の概略図。
【図２】低電圧カットオフ回路の概略図。
【図３】低電圧カットオフ回路の概略図。
【図４】低電圧カットオフ回路の概略図。
【図５】時間に応じたセル電圧を示すグラフ。
【図６】電池で駆動する機器のブロック図。
【図１】
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【図１Ａ】
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【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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【国際調査報告】
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