(57)【要約】【課題】二次電池の充電中であっても電子機器に必要な電圧供給が可能な電源装置を提供すること。【解決手段】電子機器への駆動電力出力部と、二次電池への充電電力出力部と、駆動電力出力部または充電電力出力部に給電を行う第一及び第二整流手段と、駆動電力出力部から第一整流手段への電力を遮断する第一遮断手段と、第二整流手段から駆動電力出力部への電力を遮断する第二遮断手段と、二次電池の充電制御を行う充電制御手段と、を有し、充電制御手段は、第一または第二整流手段の出力電圧が所定電圧未満の場合、第一遮断手段を遮断させると共に第二遮断手段を導通させ、出力電圧が所定電圧以上の場合、第二遮断手段を遮断させると共に第一遮断手段を導通させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器に供給される駆動電力を出力する駆動電力出力部と、
二次電池に供給される充電電力を出力する充電電力出力部と、
前記駆動電力出力部または前記充電電力出力部に給電を行う第一及び第二整流手段と、
前記駆動電力出力部から前記第一整流手段への電力を遮断する第一遮断手段と、
前記第二整流手段から前記駆動電力出力部への電力を遮断する第二遮断手段と、
前記二次電池の充電制御を行う充電制御手段と、
を有し、
前記充電制御手段は、前記第一整流手段または前記第二整流手段の出力電圧が所定電圧未満の場合には、前記第一遮断手段を遮断させると共に前記第二遮断手段を導通させ、前記出力電圧が前記所定電圧以上の場合には、前記第二遮断手段を遮断させると共に前記第一遮断手段を導通させることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記所定電圧は、前記電子機器の入力下限電圧から入力上限電圧までの間の電圧に設定されることを特徴とする請求項１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、電子機器に電力を供給することができる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーを有効活用するため、電源装置の出力効率を改善する要求がある。二次電池の充電機能を内蔵した電源装置（以下、ＡＣアダプタ）でもこの要求が適用され、出力効率の改善が課題となっている。ＡＣアダプタは一般に、電子機器に電力を供給するモード（以下、ＤＣ出力モード）を、二次電池を充電するモード（以下、充電モード）より優先させる。
【０００３】
従来のＡＣアダプタは、電子機器への給電部（以下、ＤＣ出力部）に着脱可能なＤＣケーブルを接続すると、充電モードからＤＣ出力モードに切り替えることで、ＤＣ出力モードの優先を実現していた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６３−１００９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような構成では、ＤＣ出力部とＤＣケーブルの間に接触抵抗が存在するため、この接触抵抗が出力効率の低下を招いていた。
【０００６】
そこで、ＡＣアダプタの基板にＤＣケーブルを実装して接触抵抗の損失を削減する方法がある。このような構成でＤＣ出力モードを優先させる場合、充電モードとＤＣ出力モードを切り替える選択スイッチを用いる方法が考えられるが、ＡＣアダプタの大型化、コスト上昇を招く課題がある。
【０００７】
また、選択スイッチを用いずにＤＣ出力モードを優先させる方法として、充電中に電子機器の駆動を検出して、充電モードからＤＣ出力モードに切り替える方法が考えられる。しかしながら、充電中の充電電圧をそのままＤＣ出力に供給すると、二次電池の充電容量が低い状態では、ＤＣ出力の電圧が低下して電子機器の駆動に必要な電圧を下回るため、電子機器を駆動することができない条件が発生していた。
【０００８】
そこで、充電を一時的に休止し、充電の休止時にＤＣ出力に電子機器に必要な電圧を供給し、電子機器の起動電流の発生を検出してＤＣ出力モードに切り替える方法が考えられるが、充電時間が延びてしまう問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、二次電池の充電中であっても電子機器に必要な電圧供給が可能であり、出力効率が高く、充電時間が短い電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明に係る電源装置は、
電子機器に供給される駆動電力を出力する駆動電力出力部と、二次電池に供給される充電電力を出力する充電電力出力部と、前記駆動電力出力部または前記充電電力出力部に給電を行う第一及び第二整流手段と、前記駆動電力出力部から前記第一整流手段への電力を遮断する第一遮断手段と、前記第二整流手段から前記駆動電力出力部への電力を遮断する第二遮断手段と、前記二次電池の充電制御を行う充電制御手段と、を有し、前記充電制御手段は、前記第一整流手段または前記第二整流手段の出力電圧が所定電圧未満の場合には、前記第一遮断手段を遮断させると共に前記第二遮断手段を導通させ、前記出力電圧が前記所定電圧以上の場合には、前記第二遮断手段を遮断させると共に前記第一遮断手段を導通させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、二次電池の充電中であっても電子機器に必要な電圧供給が可能であり、出力効率が高く、充電時間が短い電源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における電源装置１０１、電子機器１４２および電池パック１４５が有する構成要素の例を説明するためのブロック図である。
【図２】電源装置１０１の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図３】電源装置１０１の動作例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
《第１の実施形態》
図１は、実施形態１における電源装置１０１、電子機器１４２および電池パック１４５が有する構成要素の例を説明するためのブロック図である。
【００１５】
図１において、１０１は電源装置の例であるＡＣアダプタ、１０２はＡＣ入力、１０３は一次整流回路、１０４はＦＥＴ、１０５は制御部、１０６は制御出力、１０７は電源入力端子、１０８は帰還信号入力端子、１０９−１はフォトカプラの受光部である。
【００１６】
１１０はトランス、１１１は一次巻線、１１２は補助巻線、１１３は二次巻線、１１４は二次巻線の第一の端部、１１５は二次巻線の分割端子、１１６は二次巻線の第二の端部、１１７は第二整流回路、１１８は第二整流回路の出力、１１９は第一整流回路である。１０９−２はフォトカプラの発光部、１２０は第一整流回路の出力、１２１は帰還回路、１２２は第二のスイッチ、１２３は第一のスイッチ、１２４は接続部、１２５は充電制御部、１２６は電圧検出部、１２７は電圧設定部、１２８はモード切替出力である。
【００１７】
１２９は比較部、１３０は第二切替出力、１３１は第一切替出力、１３２は電圧入力部、１３３は充電切替出力、１３４は出力電流検出部、１３５は電池検出部、１３６は充電電流検出部、１３７および１３９は抵抗器、１３８は充電スイッチである。
【００１８】
１４０はＤＣ出力部、１４１は充電出力部、１４２は電子機器、１４３はＤＣ入力部、１４４は負荷回路、１４５は電池パック、１４６は入出力端子、１４７は二次電池である。
【００１９】
電源装置１０１のＡＣ入力１０２に商用電源が接続されると、一次整流回路１０３を介してトランス１１０の一次巻線１１１に電圧が供給される。
【００２０】
補助巻線１１２から制御部１０５の電源入力端子１０７に電力が供給され、制御出力１０６を介してＦＥＴ１０４のゲートにスイッチング制御出力が供給される。
【００２１】
ＦＥＴ１０４はスイッチング制御出力に応じて一次巻線１１１の電流を導通・遮断させ、二次巻線１１３および補助巻線１１２に電力を伝達する。
【００２２】
二次巻線１１３の分割端子１１５と第二の端部１１６間に発生した電圧は、第一整流回路１１９によって整流され、第一整流回路１１９の出力１２０に出力される。二次巻線１１３の第一の端部１１４と第二の端部１１６間に発生した電圧は、第二整流回路１１７によって整流され、第二整流回路の出力１１８に出力される。
【００２３】
電源装置１０１に電子機器１４２が接続され、電池パック１４５が接続されていない場合、充電制御部１２５は第一切替出力１３１により第一のスイッチ１２３を導通すると共に第二切替出力１３０により第二のスイッチ１２２を遮断する。これにより、第一整流回路の出力１２０がＤＣ出力部１４０に供給され、電子機器１４２のＤＣ入力部１４３から負荷回路１４４に駆動電力が供給される。
【００２４】
また、充電制御部１２５はモード切替出力１２８から帰還回路１２１にＤＣ出力モードで制御する信号を出力し、帰還回路１２１は第一整流回路の出力１２０の電圧を定電圧に安定するための帰還信号を生成する。この帰還信号は、フォトカプラの発光部１０９−２、受光部１０９−１を介して一次側にある制御部１０５の帰還信号入力端子１０８に伝達される。制御部１０５は、帰還信号入力端子１０８の電圧を安定化するように制御出力１０６の制御を行い、第一整流回路の出力１２０は電子機器１４２に安定した電圧を供給する。
【００２５】
電源装置１０１に電子機器１４２が接続されておらず、電池パック１４５が接続された場合、充電制御部１２５は電池検出部１３５で電池パック１４５の接続を検出して充電モードとして動作を開始する。
【００２６】
充電制御部１２５は、モード切替出力１２８から帰還回路１２１に充電モードで制御する信号を出力し、帰還回路１２１は第一整流回路の出力１２０を定電圧／定電流に安定化するための帰還信号を生成する。
【００２７】
充電制御部１２５は、充電切替出力１３３により充電スイッチ１３８を導通して充電を開始する。これにより、第一整流回路の出力１２０が充電出力部１４１に供給され、電池パック１４５の入出力端子１４６から二次電池１４７に充電電力が供給される。
【００２８】
二次電池１４７の充電電流は抵抗器１３９に流れるため、抵抗器１３９の両端に充電電流に比例した電圧が発生する。この電圧は帰還回路１２１に伝達され、充電出力を定電圧／定電流制御するための帰還信号の生成に使用される。また、この電圧は充電制御部１２５の充電電流検出部１３６に伝達され、充電状態の監視に使用することも可能である。
【００２９】
帰還回路１２１で生成された帰還信号は、フォトカプラの発光部１０９−２、受光部１０９−１を介して一次側にある制御部１０５の帰還信号入力端子１０８に伝達される。制御部１０５は、帰還信号入力端子１０８の電圧を安定化するように制御出力１０６の制御を行い、第一整流回路の出力１２０の安定化を行う。第一整流回路の出力１２０は、電池パック１４５に定電圧／定電流制御された充電電力を供給する。
【００３０】
なお、充電モードでは、電子機器１４２が接続されている状態であっても、電子機器がパワーオフ状態等の低負荷状態であれば、電池パック１４５の充電を行ってもよい。充電中の第一整流回路の出力１２０の電圧は、充電モードでは定電圧／定電流制御された出力を行うため、電池パック１４５の二次電池１４７の電圧で制限されることになる。
【００３１】
充電制御部１２５は充電モードにおいて、電圧検出部１２６により電圧入力部１３２の電圧を検出する。また充電制御部１２５の電圧設定部１２７は、電子機器１４２の駆動に必要な所定電圧の情報を生成する。
【００３２】
更に充電制御部１２５は、比較部１２９で電圧入力部１３２の電圧と電圧設定部１２７で生成した所定電圧を比較する。電圧入力部１３２の電圧が所定電圧以上の場合、第二切替出力１３０により第二のスイッチ１２２を遮断する。また同時に、第一切替出力１３１により第一のスイッチ１２３を導通して、第一整流回路の出力１２０からＤＣ出力部１４０への給電を行い、電子機器１４２に過電圧が供給されることを防止する。
【００３３】
充電中に電子機器１４２が駆動され、抵抗器１３７の両端に電位差が発生すると、充電制御部１２５の出力電流検出部１３４に出力電流に対応した電圧が発生する。充電制御部１２５はこの電圧を検出すると、充電切替出力１３３を制御して充電スイッチ１３８を遮断して電池パック１４５の充電を中断し、電子機器１４２に電力を供給するＤＣ出力モードで動作を行う。
【００３４】
トランス１１０の二次巻線１１３は、第二整流回路の出力１１８が第一整流回路の出力１２０に対して所定の比率で高い電圧を出力するように設定されている。二次電池１４７の充電容量が少ない状態（過放電状態）では、第一整流回路の出力１２０の電圧が低下することに伴ってＤＣ出力部１４０の電圧も低下するため、電子機器１４２が駆動できない状態となる。
【００３５】
そこで、充電制御部１２５は比較部１２９の比較結果、電圧入力部１３２の電圧が電子機器１４２の駆動に必要な所定電圧未満の場合には、第一切替出力１３１により第一のスイッチ１２３を遮断する。また同時に、第二切替出力１３０により第二のスイッチ１２２を導通して、第二整流回路の出力１１８からＤＣ出力部１４０への給電を行い、電子機器１４２の駆動に必要な電圧を供給する。
【００３６】
充電が進行して充電電圧が電子機器１４２の駆動に必要な電圧以上になると、第二整流回路の出力１１８は電子機器１４２の最大入力電圧（過電圧）を超える可能性がある。そこで充電制御部１２５は、比較部１２９の比較結果、電圧入力部１３２の電圧が電圧設定部１２７で生成した所定電圧以上を検出すると、第二切替出力１３０により第二のスイッチ１２２を遮断する。また同時に、第一切替出力１３１により第一のスイッチ１２３を導通して、ＤＣ出力部１４０への給電を第二整流回路の出力１１８から第一整流回路の出力１２０に切り替える制御を行い、電子機器１４２に過電圧が供給されることを防止する。
【００３７】
なお、図１のスイッチ１２２および１２３は、例えばＭＯＳ−ＦＥＴが使用可能である。
【００３８】
次に、図２のフローチャートを参照して、電源装置１０１の動作例を説明する。
【００３９】
Ｓ１０１はＳＴＡＲＴ、Ｓ１０２は電池パック検出、Ｓ１０３は電池パック有、Ｓ１０４は充電停止、Ｓ１０５はＤＣ出力モード設定、Ｓ１０６は充電モード設定、Ｓ１０７は電池パック充電、Ｓ１０８は充電電圧検出、Ｓ１０９は所定電圧参照である。Ｓ１１０は充電電圧所定電圧以上、Ｓ１１１はＤＣ出力第一整流回路を選択、Ｓ１１２はＤＣ出力第二整流回路を選択、Ｓ１１３は出力電流検出、Ｓ１１４は電子機器駆動、Ｓ１１５はＲＥＴである。
【００４０】
電源装置１０１はＳ１０１で制御をスタートする。
【００４１】
Ｓ１０２では、充電制御部１２５が電池検出部１３５の電圧を検出する。
【００４２】
Ｓ１０３で電池パック１４５が接続されていない場合、Ｓ１０４に移行する。Ｓ１０３で電池パック１４５が接続されている場合、Ｓ１０７に移行する。
【００４３】
Ｓ１０４では、電池パック１４５が充電中であれば、充電切替出力１３３により充電スイッチ１３８が遮断されて充電が停止され、Ｓ１０５に移行する。
【００４４】
Ｓ１０５では、ＤＣ出力部１４０への給電を、第一整流回路の出力１２０に設定する。
【００４５】
Ｓ１０６では、充電制御部１２５のモード切替出力１２８から帰還回路１２１にＤＣ出力モードの設定を伝達し、帰還回路１２１は定電圧出力を行うための帰還信号を生成するＤＣ出力モードに設定される。Ｓ１１６のＲＥＴに移行して、Ｓ１０１のＳＴＡＲＴに戻る。
【００４６】
Ｓ１０７では、充電制御部１２５のモード切替出力１２８から帰還回路１２１に充電モードの設定を伝達し、帰還回路１２１は定電圧／定電流出力を行うための帰還信号を生成する充電モードに設定される。
【００４７】
Ｓ１０８では、充電切替出力１３３により充電スイッチ１３８が導通されて充電が行われ、Ｓ１０９に移行する。
【００４８】
Ｓ１０９では、充電制御部１２５が電圧検出部１２６で検出した電圧入力部１３２の電圧を参照する。
【００４９】
Ｓ１１０では、充電制御部１２５が電圧設定部１２７で生成した所定電圧を参照する。
【００５０】
Ｓ１１１では、充電制御部１２５が比較部１２９の比較結果を参照する。Ｓ１１１で、充電電圧が所定電圧以上の場合、Ｓ１１２に移行して、ＤＣ出力部１４０への給電を、第一整流回路の出力１２０に設定する。Ｓ１１１で、充電電圧が所定電圧未満の場合、Ｓ１１３に移行して、ＤＣ出力部１４０への給電を、第二整流回路の出力１１８に設定する。
【００５１】
Ｓ１１４では、出力電流検出部１３４が出力電流に比例した抵抗器１３７の両端の電圧を検出する。
【００５２】
Ｓ１１５では、充電制御部１２５が出力電流検出部１３４の検出結果を参照する。Ｓ１１５で、電子機器１４２が駆動していると判断した場合、Ｓ１０４に移行する。Ｓ１１５で、電子機器１４２が駆動していないと判断した場合、Ｓ１１６のＲＥＴに移行してＳ１０１のＳＴＡＲＴに戻る。
【００５３】
次に、図３（Ａ）及び図（Ｂ）を参照して、電源装置１０１の動作例を説明する。
【００５４】
図３（Ａ）において、２０１は電子機器の上限電圧、２０２はＤＣ出力モード時のＤＣ出力部の電圧、２０３は所定電圧、２０４は電子機器の下限電圧である。２０５は電池パックが過放電状態の、第一整流回路の出力１２０の電圧、２０６は電池パック接続（充電開始）、２０７は充電中の第一整流回路の出力１２０の電圧の変化、２０８は第二整流回路の出力１１８の電圧の変化を示している。２０９は第一整流回路の出力が所定電圧に到達した時点、２１０は第一整流回路の出力が所定電圧に到達した時点での、第二整流回路の出力電圧である。
【００５５】
図３（Ａ）の２０７では、充電開始時２０６において電池パック１４５の二次電池１４７が過放電状態で２０５まで電圧が低下しているため、第一整流回路の出力１２０は電子機器１４２の駆動に必要な下限電圧２０４を下回っている。
【００５６】
なお、図３（Ａ）の実線は、電源装置１０１の制御を行った場合の、ＤＣ出力部１４０の電圧の変化を示している。
【００５７】
図３（Ｂ）は、電源装置１０１の制御を行う場合の、各スイッチの状態を示している。図３（Ｂ）において、２１１はＤＣ出力モードの期間、２１２は第二整流回路の出力を選択する期間、２１３は第一整流回路の出力を選択する期間、２１４は第一のスイッチの状態、２１５は第二のスイッチの状態、２１６は充電スイッチの状態である。
【００５８】
期間２１１において、第一のスイッチの状態２１４はＯＮ、第二のスイッチの状態２１５はＯＦＦ、充電スイッチの状態２１６はＯＦＦである。期間２１２において、第一のスイッチの状態２１４はＯＦＦ、第二のスイッチの状態２１５はＯＮ、充電スイッチの状態２１６はＯＮである。
【００５９】
期間２１３において、第一のスイッチの状態２１４はＯＮ、第二のスイッチの状態２１５はＯＦＦ、充電スイッチの状態２１６はＯＮである。
【００６０】
充電制御部１２５が電池パック１４５を検出する前は、ＤＣ出力モードとして、第一整流回路の出力１２０をＤＣ出力部１４０に出力している。充電制御部１２５は、電池パック１４５を検出すると充電を開始する。充電電圧を検出して所定電圧２０３以上の場合は、ＤＣ出力部１４０への給電を第一整流回路の出力１２０に選択する。また、充電電圧を検出して所定電圧２０３未満の場合は、ＤＣ出力部１４０への給電を第二整流回路の出力１１８に選択する。
【００６１】
また、所定電圧２０３未満から充電を開始した後、第一整流回路の出力１２０の電圧が電圧設定部１２７で生成した所定電圧２０３に達すると（２０９時点）、ＤＣ出力部１４０への給電を第二整流回路の出力１１８から第一整流回路の出力１２０に切り替える。
【００６２】
このような制御を行うことにより、電子機器１４２の駆動に必要な下限電圧以上、且つ上限電圧未満の電圧をＤＣ出力部１４０に供給することが可能になる。
【００６３】
本実施形態では、充電電圧を検出してＤＣ出力部１４０への給電を切り替える方法を示したが、充電制御部１２５に第二整流回路の出力１１８の電圧を検出する手段を設け、充電中に電子機器１４２の過電圧になる前に第一整流回路の出力１２０に切り替えてもよい。
【００６４】
本実施形態では、電圧検出部１２６が直接電圧を検出する例を示したが、電圧入力部１３２に抵抗器（不図示）で分圧した電圧を入力し、電圧設定部１２７が所定電圧に相当する電圧を生成してもよい。
【００６５】
なお、本発明の実施形態は上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲であれば様々な変更または修正が可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１０１  電源装置（ＡＣアダプタ）、１０２  ＡＣ入力、１０３  一次整流回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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