(57)【要約】【課題】急激な電流変動による電池端子間電圧変動の影響を抑制しつつ、電池単体についての正確な残容量検知を行う電源装置を提供する。【解決手段】電源電池１０１と並列に接続される、スイッチ回路１０２とコンデンサ１０３の直列回路と、電源電池１０１の残容量を検知する残容量検知回路１０５，１１０と、電源電池１０１残容量検知を行う際は、スイッチ回路１０２をオフにする制御回路１１０とを有する。【選択図】図１
2006296019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電池と並列に接続される、スイッチ回路とコンデンサの直列回路と、
前記電源電池の残容量を検知する残容量検知回路と、
前記電源電池の残容量検知を行う際は、前記スイッチ回路をオフにする制御回路と、
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記電源電池に並列に接続された負荷を駆動する際は、前記スイッチ回路をオンにすることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチ回路は、充電・放電電流を調節可能なスイッチ回路であり、前記コンデンサは、電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の残容量を検知する残容量検知回路を有する電源装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯電話や携帯音響機器といった、電池（一次電池、二次電池、又はこれらに類似する蓄電素子）を電源として使用する携帯電子機器には、使用者の利便性向上を目的として、該電池の消耗の程度を残容量検知機構によって測定し、その結果を元に使用可能時間を表示する機能が搭載されている。
【０００３】
残容量検知手法としては、電池の端子間電圧を測定して電圧値から電池の消耗度合いを判断する電圧測定式（特許文献１〜４）と、未使用時の容量値（二次電池においては充電時の充電電流積算値）をメモリに記憶し、その値から放電電流の積算値を差し引くことで残容量を判断する容量積算式（特許文献５〜７）があるが、検知回路の簡易性から、電圧測定式が多くの携帯電子機器において採用されている。
【０００４】
以下、特許文献４に開示された電圧測定式の残容量検知機能を有する電源装置について、図４及び図５を用いて簡単に説明する。
【０００５】
電源装置は、図4に示すように、電池部１０１、コイル１０２ａとリードスイッチ１０２ｂを具備する電流検知部１０２、電池部１０１の消耗度を表示するダイオードＤ１〜Ｄ４を具備する残容量表示部１０３、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２及びコンパレータＩＣ１０４ａを具備する電流検知部１０４、アラーム表示を行うダイオードＤ０を具備するアラーム表示部１０５により構成される。１０６は負荷である。また、上記コンパレータＩＣ１０４ａは、図５に示すように、入力端子Ｖ１，Ｖ２、基準電圧源１０４ｂ、分圧抵抗ｒ１〜ｒ４、コンパレータＣＰ１〜ＣＰ５、トランジスタＴ１〜Ｔ５及び出力端子Ｑ１〜Ｑ５を具備している。
【０００６】
上記構成において、負荷１０６が動作すると、コイル１０２ａに電流が流れ、リードスイッチ１０２ｂがオンし、電池部１０１、負荷１０６、残容量検知部１０３が並列接続される。電池部１０１の端子間電圧は、分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧されてコンパレータＩＣ１０４ａの入力端子Ｖ１に入力される。コンパレータＩＣ１０４ａには基準電圧源１０４ｂの電圧を基に分圧して得た電圧レベルが各コンパレータＣＰ１〜ＣＰ５の一方の入力端子に供給されており、これらの各基準電圧を前記入力電圧Ｖ１が上回っていれば、各コンパレータＣＰ１〜ＣＰ５の出力側に接続されるトランジスタＴ１〜Ｔ５がオンし、残容量表示部１0３内のダイオードＤ１〜Ｄ４が点灯することとなる。ダイオードＤ１〜Ｄ４に着目すると、使用前の電池部１０１ではダイオードＤ１〜Ｄ４のすべてが点灯しているが、電池部１０１が消耗するに従ってダイオードＤ４→Ｄ３→Ｄ２→Ｄ１と不点灯になり、最終的にはダイオードＤ１〜Ｄ４のすべてが不点灯となる。
【特許文献１】特開平７−９８３６７号公報
【特許文献２】特開平６−１５０９８１号公報
【特許文献３】特開平４−１３４２７９号公報
【特許文献４】特開平１−２３５１６９号公報
【特許文献５】特開平７−２４１０３９号公報
【特許文献６】特開平７−１０５９８５号公報
【特許文献７】特開平６−２２３８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
負荷の動作時に急激な電流変動が発生する電子機器においては、電流変動の影響により電圧測定式による電源の残容量検知が正確に行えないという課題がある。例えば、カメラの場合、内臓ストロボの充電開始時、フィルムの巻き上げ開始時、及び、フィルムの巻き上げ開始時などに一時的に急峻な負荷電流が流れる危険があり、これによって、電子機器内の電子素子等が破壊されるだけでなく、残容量の誤検知をも引き起こしてしまう。これは、従来の残容量検知技術では、ラッシュ電流等のパルス大電流が発生する回路において瞬間的に電池の内部抵抗での電圧降下が極めて大きくなるため、電池の端子間電圧は負荷の非動作時や安定動作時に比べて極めて低い電圧値となってしまうためである。既に説明した様に、従来の電圧測定式の残容量検知機能を備えた電源装置では、電池の端子間電圧と予め設定した電圧レベルとを比較しているだけであるため、瞬間的でも電池の端子間電圧が消耗を決定する電圧レベルを下回れば、消耗した電池であると判定されてしまう。
【０００８】
この対策として、電池、負荷、残容量検知の電圧測定部と並列にコンデンサを接続する方法がある。負荷の非動作時や安定動作時に該コンデンサを充電し、モータの動作時など負荷側のインピーダンスが極めて低くなって急激な電流変動が発生した時にこの電流をコンデンサに蓄えられた電荷から供給することで電池からの電流を安定させ、電池の端子間電圧の変動を小さくできるため、急激な電流変動の発生時の残容量誤検知を防ぐことができる。
【０００９】
しかしながら、このような構成であっても、負荷の非動作時や安定動作時に残容量検知を行う電圧測定部で検出される電池の端子間電圧は、コンデンサのインピーダンスの影響により正確な値ではない。よって、急激な電流変動の発生する虞のある電子機器において正確な残容量検知を行う為には、急激な電流変動を低減する手段と残容量を正確に検知できる手段を両立させた技術が必要となる。
【００１０】
（発明の目的）
本発明の目的は、急激な電流変動による電池端子間電圧変動の影響を抑制しつつ、電池単体についての正確な残容量検知を行うことのできる電源装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、電源電池と並列に接続される、スイッチ回路とコンデンサの直列回路と、前記電源電池の残容量を検知する残容量検知回路と、前記電源電池の残容量検知を行う際は、前記スイッチ回路をオフにする制御回路とを有する電源装置とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、急激な電流変動による電池端子間電圧変動の影響を抑制しつつ、電池単体についての正確な残容量検知を行うことができる電源装置を提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を実施するための最良の形態は、以下に記載の実施例１ないし実施例３に示す通りである。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例１に係る電子機器の回路構成を示すブロック図である。本実施例１における電子機器は、電源電池１０１、スイッチ回路１０２、ラッシュ電流軽減用コンデンサ１０３、スイッチ回路１０４、残容量検知用の分圧抵抗１０５、定電圧回路１０６、機器本体回路１０７、及び、負荷の一例であるモータを具備している。上記機器本体回路１０７内には、Ａ／Ｄ変換回路１０８、残容量表示部及びアラーム表示部を備えた表示回路１０９、制御回路１１０が具備されている。
【００１５】
電池１０１には、スイッチ回路１０２とラッシュ電流軽減用コンデンサ１０３の直列回路、スイッチ回路１０４と残容量検知用の分圧抵抗１０５の直列回路、定電圧回路１０６、機器本体回路１０７、及び、モータ１１１がそれぞれ並列接続されている。
【００１６】
機器本体回路１０７に具備される制御回路１１０は、スイッチ回路１０２，１０４のオン／オフ制御を行う他、電子機器全体の制御を行う。
【００１７】
具体的には、制御回路１１０は、電子機器の非動作及び動作を管理すると同時に、定電圧回路１０６の動作を制御している状態で、電子機器が非動作状態の時、定電圧回路１０６及びモータ１１１への電源供給がなされないように制御する。更に、制御回路１１０は、モータ１１１の非駆動時にはコンデンサ１０３のリーク電流を軽減する為にスイッチ回路１０２をオフさせる。また、残容量検知を行う際には、電池１０１単体についての正確な残容量検知を行う為に、スイッチ回路１０２をオフさせて、コンデンサ１０３と残容量検知用の分圧抵抗１０５との接続を断つ。さらに、負荷であるモータ１１１の駆動時には、スイッチ回路１０２をオンさせて電池１０１とコンデンサ１０３からモータ１１１に電源が供給されるようにして、該モータ１１１での消費電流の急激な変化があった場合にもコンデンサ１０３によって補償することで電池１０１の負荷変動を軽減する。定電圧回路１０６は電池１０１から電子機器の一部に安定化した出力電圧を供給するものである。
【００１８】
機器本体回路１０７に具備されるＡ／Ｄ変換回路１０８は、分圧抵抗１０５を介して入力される電池１０１の電圧値をディジタル値に変換する。また、表示回路１０９は、残容量検知結果に応じて残容量をイラスト又はテキストで表示する他、電子機器本体の操作に関する情報を表示する。
【００１９】
次に、上記構成における電子機器の主要部分の動作について説明する。制御回路１１０に電子機器の動作開始を示す信号が入力されると、制御回路１１０からスイッチ回路１０２，１０４に制御信号が送られ、スイッチ回路１０２がオン、スイッチ回路１０４がオフされる。スイッチ回路１０２がオンされると、電池１０１とコンデンサ１０３が接続される。この状態下では、電池１０１、コンデンサ１０３、定電圧回路１０６、機器本体回路１０７、負荷であるモータ１１１がそれぞれ並列接続され、定電圧回路１０６、機器本体回路１０７、モータ１１１には、電源１０１及びコンデンサ１０３から電源が供給されることとなる。
【００２０】
電子機器が動作を開始した後、制御回路１１０に負荷動作開始信号を示す信号が入力されないまま一定時間が経過した場合は、制御回路１１０からスイッチ回路１０２，１０４に制御信号が送られ、スイッチ回路１０２がオフ、スイッチ回路１０４がオフされる。これにより、コンデンサ１０３と機器本体回路１０７や負荷であるモータ１１１との接続が断たれる為に、コンデンサ１０３のリーク電流が軽減される。
【００２１】
制御回路１１０に残容量検知の開始を示す信号が入力されると、制御回路１１０からスイッチ回路１０２，１０４に制御信号が送られ、スイッチ回路１０２がオフ、スイッチ回路１０４がオンされる。これにより、残容量検知用の分圧抵抗１０５によって分圧された電池１０１の端子間電圧値がＡ／Ｄ変換回路１０８に入力し、ここでＡ／Ｄ変換されてディジタルの電圧値データが制御回路１１０に送られる。すると、制御回路１１０では、この測定された電圧値データと内部メモリにあらかじめ設定されている動作禁止電圧値とを比較し、残容量に関する情報を表示回路１０９に出力し、残容量表示部に表示させる。更に、測定された電圧値データが動作禁止電圧以下である場合は、表示回路１０９のアラーム表示部に動作禁止を示すアラームを表示させ、同時にモータ１１１の駆動を禁止する。
【００２２】
上記のように、電圧測定式の残容量検知を行う際には、電池１０１に並列接続されたコンデンサ１０３の接続をスイッチ回路１０２によって断つことで、電源１０１単体についての端子間電圧の測定が可能となり、正確な電圧測定式の残容量検知を行うことが可能になる。
【００２３】
制御回路１１０にモータ１１１の駆動開始を示す信号が入力されると、制御回路１１０からスイッチ回路１０２，１０４に制御信号が送られ、スイッチ回路１０２がオン、スイッチ回路１０４がオフされ、この状態でモータ１１１が駆動される。この際、該モータ１１１においてラッシュ電流のように消費電流に急激な変化があった場合、その電流はコンデンサ１０３によって補償され、電池１０１の負荷変動が抑えられる。
【００２４】
また、制御回路１１０に電子機器の動作終了を示す信号が入力されると、制御回路１１０からスイッチ回路１０２，１０４に制御信号が送られ、スイッチ回路１０２，１０４がオフされる。これにより、コンデンサ１０３と機器本体回路１０７及びモータ１１１との接続が断たれる為に、コンデンサ１０３のリーク電流が軽減される。
【００２５】
なお、図１では、負荷の例としてモータを挙げたが、他の誘導性、容量性の負荷においても本発明は適用可能である。具体的な例を当該電子機器がカメラとすると、フィルム駆動回路におけるフィルム給送モータ、シャッタ動作回路におけるシャッタ駆動モータ等の誘導性負荷、ストロボ充電回路での比較的大容量のコンデンサ等の容量性負荷等に対しても、本実施例１は適用可能である。
【００２６】
上記実施例１によれば、電源である電池１０１に並列に接続された、スイッチ回路１０２とコンデンサ１０３の直列回路と、電池１０１の残容量を検知する分圧抵抗１０５と、電池１０１の残容量の検知を行う際に前記スイッチ回路１０２をオフにする制御回路１１０とを有する電源装置を具備した電子機器としている。
【００２７】
このように、残容量検知を行う際には、コンデンサ１０３に直列に接続されたスイッチ回路１０２をオフするようにしているので、電池１０１単体についてその端子間電圧を測定することが可能となり、電池１０１についての正確な残容量検知が可能となる。つまり、急激な電流変動による電池端子間電圧変動の影響を抑制しつつ、電池単体についての正確な電圧測定式残容量検知が可能となる。
【００２８】
さらに、コンデンサ１０３を電池１０１に並列に接続することにより、負荷であるモータ１１１の非動作時や安定動作時に該コンデンサ１０３に電荷を蓄積しておき、急激な電流変動発生時には該コンデンサ１０３から電荷を供給することで、急激な電流変動発生時でも電池端子間電圧の変動を小さくすることができる。
【００２９】
更に、電池１０１及びコンデンサ１０３に並列に接続される負荷であるモータ１１１の駆動時に、スイッチ回路１０２をオンにするようにしている。つまり、モータ１１１が非駆動時にはコンデンサ１０３と該モータ１１１との接続を断ち、モータ１１１の駆動開始と同時にコンデンサ１０２と該モータ１１１とを接続するようにしているので、該モータ１１１の非駆動時におけるコンデンサ１０３からのリーク電流を軽減することが可能になる。
【実施例２】
【００３０】
図２は本発明の実施例２に係わる電子機器の回路構成を示すブロック図であり、図１と同じ構成部分は同一符号を付し、その詳細は省略する。
【００３１】
上記実施例１のように、電池と並列に接続される、スイッチ回路とコンデンサの直列回路を具備した構成において、図１のコンデンサ１０３の代わりに、電気二重層コンデンサ１０３ａを使用した場合、低インピーダンス大容量という特性の為に、負荷であるモータ１１１での消費電流の急激な変化に対する補償の効果は大きくなる。一方で、電気二重層コンデンサが全く充電されていない状態で電池に接続されると、充電開始の瞬間に過電流が流れる為に、該電気二重層コンデンサや電池を破壊してしまう虞がある。その為、スイッチ回路１０２には充電・放電電流を調整する機能が必要となる。
【００３２】
そこで、本発明の実施例２においては、図２に示すように、コンデンサに電気二重層コンデンサ１０３ａを使用した場合に、充電・放電電流の調節を可能とするスイッチ回路１０２を組み込ませたものである。つまり、本発明の実施例２における電子機器は、電池１０１と、該電池１０１に並列に接続される、電気二重層コンデンサ１０３ａとＮＰＮ型のＦＥＴトランジスタ１０２ａによって構成される直列回路とを有する電源装置を具備している。
【００３３】
次に、上記構成の電子機器において、電気二重層コンデンサ１０３ａと該電気二重層コンデンサ１０３ａに直列に接続されたスイッチ回路１０２（ＦＥＴトランジスタ１０２ａ）の動作に限って説明する。
【００３４】
制御回路１１０からＦＥＴトランジスタ１０２ａのゲート端子にオフ信号が送られて、スイッチ回路１０２がオフしている状態では、ＦＥＴトランジスタ１０２ａの寄生容量による微弱な電流が流れつづける為に電気二重層コンデンサ１０３ａを小電流によって充電することが可能となる。
【００３５】
負荷であるモータ１１１の駆動開始と同時に、制御回路１１０からＦＥＴトランジスタ１０２ａのゲート端子にオン信号が送られ、スイッチ回路１０２がオンすると、電気二重層コンデンサ１０３ａよりモータ１１１に電源が供給される。
【００３６】
上記の実施例２によれば、充電・放電電流を調節可能なスイッチ回路１０２（ＦＥＴトランジスタ１０２ａ）を使用することで、電池１０１を装着した瞬間に電気二重層コンデンサ１０３ａを充電する電流を規制でき、負荷であるモータ１１１の電流変動に対する補償効果が大きく、電池１０１の負荷変動の抑制効果が大きな電気二重層コンデンサ１０３ａを使用可能で、かつ、上記実施例１と同様に正確な電圧測定式の残容量検知が可能となる。
【実施例３】
【００３７】
図３は本発明の実施例３に係わる電子機器の回路構成を示すブロック図であり、図１及び図２と同じ構成部分は同一符号を付し、その詳細は省略する。
【００３８】
上記の実施例２で述べたように、コンデンサに電気二重層コンデンサを使用する場合、充電初期の過電流を防ぐ為に充電・放電電流の調節を可能とするスイッチ回路が必要となる。本発明の実施例３においては、図３に示すように、スイッチ回路に関して、実施例２とは異なる構成のスイッチ回路１０２とした点のみ変更している。
【００３９】
次に、上記構成の電子機器において、スイッチ回路１０２の動作に限って説明する。
【００４０】
負荷回路であるモータ１１１が非動作状態にある時、制御回路１１０からＮＰＮ型のＦＥＴトランジスタ１０２ｂのゲート端子にはオン信号が、同じくＮＰＮ型のＦＥＴトランジスタ１０２ｃのゲート端子にはオフ信号が、それぞれ送られ、ＦＥＴトランジスタ１０２ｂと電流制限抵抗１０２ｄのラインが導通となる。この時、電気二重層コンデンサ１０３ａの充電電流は電流制限抵抗１０２ｄによって十分微弱な電流である為に、該電気二重層コンデンサ１０３ａに過電流が流れることなく充電することが可能となる。
【００４１】
モータ１１１の駆動開始と同時に、制御回路１１０からＦＥＴトランジスタ１０２ｂのゲート端子にはオフ信号が、ＦＥＴトランジスタ１０２ｃのゲート端子にはオン信号が、それぞれ送られ、ＦＥＴトランジスタ１０２ｃのラインが導通となり、モータ１１１には電源１０１と電気二重層コンデンサ１０３ａから電源が供給されることとなる。
【００４２】
上記の実施例３によれば、充電・放電電流を調節可能なスイッチ回路１０２（ＦＥＴトランジスタ１０２ｂ，１０２ｃ、電流制限抵抗１０２ｄ）を使用することで、電池１０１を装着した瞬間に電気二重層コンデンサ１０３ａを充電する電流を規制でき、負荷であるモータ１１１の電流変動に対する補償効果が大きく、電池１０１の負荷変動の抑制効果が大きな電気二重層コンデンサ１０３ａを使用可能で、かつ、上記実施例１及び２と同様に正確な電圧測定式の残容量検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１に係わる電子機器の回路構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例２に係わる電子機器の回路構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例３に係わる電子機器の回路構成を示すブロック図である。
【図４】従来の残容量検知機能を有する電源装置を示すブロック図である。
【図５】図４のコンパレータＩＣの詳細を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０１    電池
１０２    スイッチ回路
１０２ａ  ＮＰＮ型ＦＥＴ
１０２ｂ  ＮＰＮ型ＦＥＴ
１０２ｃ  ＮＰＮ型ＦＥＴ
１０２ｄ  充電電流制限用抵抗
１０３    コンデンサ
１０３ａ  電気二重層コンデンサ
１０４    スイッチ回路
１０５    残容量検知用分圧抵抗
１０６    定電圧回路
１０７    機器本体回路
１１０    制御回路
１１１    負荷であるモータ
【図１】
2006296019.tif 000003
【図２】
2006296019.tif 000004
【図３】
2006296019.tif 000005
【図４】
2006296019.tif 000006
【図５】
2006296019.tif 000007