(57)【要約】      （修正有）【課題】ユーザが充電負荷（例えば充電電池）を不注意で充電器に逆挿入接続した場合でも充電を正常に行うことができ、充電器の実用性及び使用上の安全性を向上することができる、充電器に用いられる極性切り替え回路を提供する。【解決手段】極性切り替えユニットと入力制御ユニットとを含む。極性切り替えユニットは、入力端、出力端、順方向導通回路及び逆方向導通回路を含む。順方向導通回路には、第１及び第２のスイッチユニットとが設けられ、充電負荷が正接続されている場合、正入力ピンと正出力ピンとを接続させ、負入力ピンと負出力ピンとを接続させることにより、電力を充電負荷に供給する。逆方向導通回路には、第３及び第４のスイッチユニットとが設けられ、充電負荷が逆接続されている場合、正入力ピンと負出力ピンとを接続させ、負入力ピンと正出力ピンとを接続させることにより、充電負荷を正常に充電させる。【選択図】図５Ｂ
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
入力電力を受信して充電負荷に充電するための極性切り替えユニットであって、接続された前記充電負荷の極性に基づいて、前記充電負荷に出力する電力の極性を決める極性切り替えユニットと、
前記極性切り替えユニットに電気的に接続され、前記入力電力を前記極性切り替えユニットに供給するための入力制御ユニットであって、前記充電負荷に充電するために前記充電負荷の負荷電圧を取得するとともに、前記負荷電圧に基づいて前記入力電力の電圧及び電流の大きさを調整する入力制御ユニットと、
を備えることを特徴とする充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項２】
前記入力制御ユニットは、前記負荷電圧に基づいて前記入力電圧の電圧及び電流の大きさを調整し、前記負荷電圧が所定の数値に達した場合、前記入力電力を一定の入力電流により一定の出力電圧に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項３】
前記極性切り替えユニットは、
正入力ピン及び負入力ピンを有し前記入力電力を受信するための入力端と、
正入力ピン及び負入力ピンを有し電力を前記充電負荷に出力するための出力端と、
前記入力端と前記出力端との間に電気的に接続され、前記正出力ピンの電圧が前記負出力ピンの電圧よりも大きい場合、前記正入力ピンと前記正出力ピンとを接続させるとともに、前記負入力ピンと前記負出力ピンとを接続させる順方向導通回路と、
前記入力端と前記出力端との間に電気的に接続され、前記正出力ピンの電圧が前記負出力ピンの電圧よりも小さい場合、前記正入力ピンと前記正出力ピンとを接続させるとともに、前記負入力ピンと前記正出力ピンとを接続させる逆方向導通回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項４】
前記順方向導通回路は、
前記正入力ピンと前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第１の制御端が前記負出力ピンに電気的に接続される第１のスイッチユニットと、
前記負入力ピンと前記負出力ピンとの間に電気的に接続され、第２の制御端が前記正出力ピンに電気的に接続される第２のスイッチユニットと、
をさらに備え、
前記逆方向導通回路は、
前記正入力ピンと前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第３の制御端が前記正出力ピンに電気的に接続される第３のスイッチユニットと、
前記負入力ピンと前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第４の制御端が前記負出力ピンに電気的に接続される第４のスイッチユニットと、
をさらに備え、
前記第１のスイッチユニット及び前記第２のスイッチユニットは、前記正出力ピンの電圧が前記負出力ピンの電圧よりも大きいときに導通し、前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットは、前記負出力ピンの電圧が前記正出力ピンの電圧よりも大きいときに導通することを特徴とする請求項３に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項５】
前記順方向導通回路は、
前記第１の制御端と前記負出力ピンとの間に接続される第１の緩衝抵抗と、
前記第２の制御端と前記正出力ピンとの間に接続される第２の緩衝抵抗と、
をさらに備え、
前記逆方向導通回路は、
前記第３の制御端と前記正出力ピンとの間に接続される第３の緩衝抵抗と、
前記第４の制御端と前記負出力ピンとの間に接続される第４の緩衝抵抗と、
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項６】
前記入力制御ユニットは、
前記出力端に電気的に接続され、前記充電負荷の前記負荷電圧をフィードバックするための電圧フィードバックユニットと、
前記電圧フィードバックユニット及び前記入力端に電気的に接続され、正フィードバック端及び負フィードバック端を有し、前記電圧フィードバックユニットからの前記負荷電圧を受信するとともに、前記負荷電圧に基づいて前記入力端に受信された前記入力電力の電圧及び電流の大きさを制御するための電圧電流生成ユニットと、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項７】
前記電圧フィードバックユニットは、
前記正フィードバック端と前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第１のフィードバック制御端が前記負出力ピンに電気的に接続される第１のフィードバックスイッチと、
前記負フィードバック端と前記負出力ピンとの間に電気的に接続され、第２のフィードバック制御端が前記正出力ピンに電気的に接続される第２のフィードバックスイッチと、
前記正フィードバック端と前記負出力ピンとの間に電気的に接続され、第３のフィードバック制御端が前記正出力ピンに電気的に接続される第３のフィードバックスイッチと、
前記負フィードバック端と前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第４のフィードバック制御端が前記負出力ピンに電気的に接続される第４のフィードバックスイッチと、
を備え、
前記第１のフィードバックスイッチ及び前記第２のフィードバックスイッチは、前記正出力ピンの電圧が前記負出力ピンの電圧よりも大きいときに導通し、前記第３のフィードバックスイッチ及び前記第４のフィードバックスイッチは、前記負出力ピンの電圧が前記正出力ピンの電圧よりも大きいときに導通することを特徴とする請求項６に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項８】
前記第１のスイッチユニット、前記第３のスイッチユニット、前記第１のフィードバックスイッチ及び前記第３のフィードバックスイッチは、Ｐ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであり、前記第２のスイッチユニット、前記第４のスイッチユニット、前記第２のフィードバックスイッチ及び前記第４のフィードバックスイッチは、Ｎ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項７に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項９】
前記第１のスイッチユニット、前記第２のスイッチユニット、前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットは、そのアスペクト比が前記第１のフィードバックスイッチ、前記第２のフィードバックスイッチ、前記第３のフィードバックスイッチ及び前記第４のフィードバックスイッチよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、極性切り替え回路に関し、特に充電器に用いられ、ユーザが充電電池に挿入接続した時のピン位置のエラー、またそのピン位置のエラーによる回路の破損を防止するための極性切り替え回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
科学技術の発展に伴い、電子部品やアプリケーションチップの種類は、ますます多様化してきている。また、その多くの電子部品、チップのピンの位置及び接点は、いずれも極性や手順の区別があり、これにより、異なった応用に用いられている。
【０００３】
一般に、電子部品又はアプリケーションチップが使用された場合は、ピン位置の応用手順の定義が必要である。電子部品のピン位置や接点が順次に接続されなければ、正常に作動することができず、さらには回路が破損し、回路全体の安定性や安全性に影響を与えてしまう。
【０００４】
例えば、充電電池が充電器に挿入接続された場合、正負極性が正しければ、充電器は、充電電池に対して充電を正しく行うことができるが、ユーザが正負極性の正確性の注意を怠って充電電池を逆に挿入接続しようとすれば、充電器は、充電電池への充電ができないのみならず、充電電池の残余電力からのフィードバックによって破損し、回路が不安定になり、さらには焼損してしまい、リーク電流が発生するため、ユーザの安全に危害を与える可能性がある。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案は、上述した課題に鑑み、ユーザが充電負荷（例えば充電電池）を不注意で充電器に逆に挿入接続した場合にも充電を正常に行うことができるとともに、充電器の実用性及び使用上の安全性を向上することができる充電器に用いられる極性切り替え回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本考案は、極性切り替えユニット及び入力制御ユニットを含み、前記極性切り替えユニットは、入力端、出力端、順方向導通回路及び逆方向導通回路をさらに含む、充電器に用いられる極性切り替え回路を提供する。
【０００７】
極性切り替えユニットは、入力電力を受信することにより充電負荷に充電し、充電負荷が該極性切り替えユニットに接続された極性を検知することで該充電負荷に出力する電力の極性を決定する。極性切り替えユニットの入力端は、正入力ピン及び負入力ピンを含み、入力電力を受信する。出力端には、正出力ピン及び負出力ピンが設けられている。順方向導通回路は、該入力端と該出力端との間に電気的に接続され、正出力ピンの電圧が負出力ピンの電圧よりも大きい場合、正出力ピンと正出力ピンとを接続するとともに、負入力ピンと負出力ピンとを接続する。逆方向導通回路は、該入力端と該出力端との間に電気的に接続され、正出力ピンの電圧が負出力ピンの電圧よりも小さい場合、正出力ピンと負出力ピンとを接続するとともに、負入力ピンと正出力ピンとを接続する。
【０００８】
該順方向導通回路は、第１のスイッチユニット及び第２のスイッチユニットを含み、該第１のスイッチユニットが正入力ピンと正出力ピンとの間に電気的に接続され、第１のスイッチユニットの第１の制御端が該負出力ピンに電気的に接続され、該第２のスイッチユニットが負入力ピンと負出力ピンとの間に電気的に接続され、第２のスイッチユニットの第２の制御端が該正出力ピンに電気的に接続されている。
【０００９】
該逆方向導通回路は、第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットを含み、該第３のスイッチユニットが正入力ピンと負出力ピンとの間に電気的に接続され、第３のスイッチユニットの第３の制御端が該正出力ピンに電気的に接続され、該第４のスイッチユニットが負入力ピンと正出力ピンとの間に電気的に接続され、第４のスイッチユニットの第４の制御端が該負出力ピンに電気的に接続されている。
【００１０】
該第１のスイッチユニット及び該第２のスイッチユニットは、該正出力ピンの電圧が該負出力ピンの電圧よりも大きいときに導通し、該第３のスイッチユニット及び該第４のスイッチユニットは、該負出力ピンの電圧が該正出力ピンの電圧よりも大きいときに導通する。
【００１１】
また、入力制御ユニットは、極性切り替えユニットに電気的に接続されることにより、該入力電力を該極性切り替えユニットに提供するとともに、出力端に接続された充電負荷の負荷電圧を取得し、そして、該負荷電圧に基づいて入力端に受信された電圧及び電流の大きさを制御することで該充電負荷に充電する。入力制御ユニットには、電圧フィードバックユニットと電圧電流生成ユニットとが設けられている。該電圧フィードバックユニットは、出力端に電気的に接続されることにより、出力端の負荷電圧をフィードバックする。電圧電流生成ユニットは、電圧フィードバックユニット及び入力端に電気的に接続され、正フィードバック端及び負フィードバック端を含み、電圧フィードバックユニットからの負荷電圧を受信するとともに、負荷電圧に基づいて入力端に受信された電圧及び電流の大きさを制御することにより充電負荷に充電を行い、極性切り替えユニットの余計な電力消費に影響されることなく、該負荷電圧を所定の電圧数値で正確に充電することができる。
【００１２】
電圧フィードバックユニットは、第１のフィードバックスイッチ、第２のフィードバックスイッチ、第３のフィードバックスイッチ及び第４のフィードバックスイッチを含む。第１のフィードバックスイッチ及び第２のフィードバックスイッチは、正出力ピンの電圧が負出力ピンの電圧よりも大きいときに導通し、正フィードバック端と正出力ピンとを接続するとともに、負フィードバック端と負出力ピンとを接続する。第３のフィードバックスイッチ及び第４のフィードバックスイッチは、負出力ピンの電圧が正出力ピンの電圧よりも大きいときに導通し、正フィードバック端と負出力ピンとを接続するとともに、負フィードバック端と正出力ピンとを接続する。
【００１３】
また、上述の第１のスイッチユニット、第３のスイッチユニット、第１のフィードバックスイッチ及び第３のフィードバックスイッチは、Ｐ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，ＭＯＳＦＥＴ）であり、第２のスイッチユニット、第４のスイッチユニット、第２のフィードバックスイッチ及び第４のフィードバックスイッチは、Ｎ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタである。ここで、第１のスイッチユニット、第２のスイッチユニット、第３のスイッチユニット及び第４のスイッチユニットは、そのアスペクト比が第１のフィードバックスイッチ、第２のフィードバックスイッチ、第３のフィードバックスイッチ及び第４のフィードバックスイッチよりも大きい。
【考案の効果】
【００１４】
本考案によれば、充電器に極性切り替え回路を設けることにより、充電負荷が逆接続された場合でも正常に充電することができ、逆接続による充電負荷の電力が充電器にフィードバックされることによって電流がリークすることはなく、充電器の実用価値及び使用上の安全性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】極性切り替えユニットの一つの実施例のブロック模式図である。
【図２Ａ】極性切り替えユニットの一つの実施例の構造模式図である。
【図２Ｂ】極性切り替えユニットの他の実施例の回路模式図である。
【図３Ａ】充電負荷が正接続された場合の極性切り替えユニットの作動模式図である。
【図３Ｂ】充電負荷が逆接続された場合の極性切り替えユニットの作動模式図である。
【図４】本考案に係る充電器に用いられる極性切り替え回路のひつとの実施例のブロック模式図である。
【図５Ａ】本考案に係る充電器に用いられる極性切り替え回路の一つの実施例の構造模式図である。
【図５Ｂ】本考案に係る充電器に用いられる極性切り替え回路の他の実施例の構造模式図である。
【図６Ａ】充電負荷が正接続された場合の本考案に係る充電器に用いられる極性切り替え回路の作動模式図である。
【図６Ｂ】充電負荷が逆接続された場合の本考案に係る充電器に用いられる極性切り替え回路の作動模式図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
図１を参照しながら説明すると、充電器の構成において出力電力極性の切り替えとして極性切り替えユニット１１を使用することができる。充電負荷（図示せず、例えば充電電池）が出力端ＯＵＴＰＵＴの正出力ピンＯＵＴｐ及び負出力ピンＯＵＴｎに挿入接続された場合、極性切り替えユニット１１は、まず充電負荷に接続された極性が正しいかどうかを検知する、即ち充電負荷の高電圧端が正出力ピンＯＵＴｐに、低電圧端が負出力ピンＯＵＴｎにそれぞれ接続されているかどうかを検知するとともに、検知結果に基づいて充電負荷に出力する電力の極性を決定する。
【００１７】
図２Ａは、本考案に係る極性切り替えユニット１１の一つの実施例の回路模式図である。極性切り替えユニット１１は、入力端ＩＮＰＵＴ、出力端ＯＵＴＰＵＴ、順方向導通回路１１１及び逆方向導通回路１１３を含み、該入力端ＩＮＰＵＴは、正入力ピンＩＮｐ及び負入力ピンＩＮｎを含み、入力電力を受信する。出力端ＯＵＴＰＵＴは、正出力ピンＯＵＴｐ及び負出力ピンＯＵＴｎを含み、充電負荷（例えば充電電池等）が接続される。順方向導通回路１１１は、第１のスイッチユニット１１１１及び第２のスイッチユニット１１１２を含み、逆方向導通回路１１３は、第３のスイッチユニット１１３１及び第４のスイッチユニット１１３２を含む。
【００１８】
第１のスイッチユニット１１１１は、該正入力ピンＩＮｐと正出力ピンＯＵＴｐとの間に、第２のスイッチユニット１１１２は該負入力ピンＩＮｎと負出力ピンＯＵＴｎとの間に、第３のスイッチユニット１１３１は正入力ピンＩＮｐと負出力ピンＯＵＴｎとの間に、第４のスイッチユニット１１３２は負入力ピンＩＮｎと正出力ピンＯＵＴｐとの間にそれぞれ接続される。
【００１９】
本実施例において、第１のスイッチユニット１１１１、第２のスイッチユニット１１１２、第３のスイッチユニット１１３１及び第４のスイッチユニット１１３２のスイッチ制御方法は以下の通りである。出力端ＯＵＴＰＵＴに接続された充電負荷（例えば充電電池）の極性接続が正常（即ち高電圧端が正出力ピンＯＵＴｐに接続され、低電圧端が負出力ピンＯＵＴｎに接続される）である場合、第１のスイッチユニット１１１１及び第２のスイッチユニット１１１２が導通し、その他のスイッチユニットが遮断している。これにより、正入力ピンＩＮｐが正出力ピンＯＵＴｐと接続され、負入力ピンＩＮｎが負出力ピンＯＵＴｎと接続される。出力端ＯＵＴＰＵＴに接続された充電負荷の極性接続が逆である場合、第３のスイッチユニット１１３１及び第４のスイッチユニット１１３２が導通し、その他の２つのスイッチユニットが遮断している。これにより、正入力ピンＩＮｐが負出力ピンＯＵＴｎと接続され、負入力ピンＩＮｎが負出力ピンＯＵＴｐと接続される。
【００２０】
このように、充電負荷に挿入接続された極性が正しいかどうかに拘らず、充電器は正常に充電することができる。また、第１のスイッチユニット１１１１、第２のスイッチユニット１１１２、第３のスイッチユニット１１３１及び第４のスイッチユニット１１３２は、任意の態様のスイッチでよく、例えばリレー（ｒｅｌａｙ）又はトランジスタ（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でよい。
【００２１】
次に、図２Ｂは、本考案に係る極性切り替えユニット１１の他の実施例の模式図である。図２Ｂと図２Ａにおける相違点は、図２Ｂの第１のスイッチユニット１１１１及び第３のスイッチユニット１１３１がそれぞれＰ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１及びＱ３であり、第２のスイッチユニット１１１２及び第４のスイッチユニット１１３２がそれぞれＮ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ２及びＱ４となっていることである。
【００２２】
図２Ｂに示すように、第１のスイッチユニット１１１１（Ｑ１）の第１の制御端（即ちＭＯＳＦＥＴのゲート）は負出力ピンＯＵＴｎに、第２のスイッチユニット１１１２（Ｑ２）の第２の制御端は正出力ピンＯＵＴｐにそれぞれ接続される。正出力ピンＯＵＴｐの電圧が負出力ピンＯＵＴｎのＭＯＳＦＥＴにおける閾値電圧（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ  ｖｏｌｔａｇｅ）に達した場合には、第１のスイッチユニット１１１１（Ｑ１）が導通し、正入力ピンＩＮｐと正出力ピンＯＵＴｐとが接続されるとともに、第２のスイッチユニット１１１２（Ｑ２）も同様に導通し、負入力ピンＩＮｎと負出力ピンＯＵＴｎとが接続され、電力転送のループが形成される。
【００２３】
一方、逆方向導通回路１１３における第３のスイッチユニット１１３１（Ｑ３）の第３の制御端は正出力ピンＯＵＴｐに、第４のスイッチユニット１１３２（Ｑ４）の第４の制御端は負出力ピンＯＵＴｎにそれぞれ接続される。順方向導通回路１１１とは逆である逆方向導通回路１１３の第３のスイッチユニット１１３１（Ｑ３）は、負出力ピンＯＵＴｎの電圧が正出力ピンＯＵＴｐより大きく且つＭＯＳＦＥＴの閾値電圧に達したときに導通し、正入力ピンＩＮｐと負出力ピンＯＵＴｎとが接続されるとともに、第４のスイッチユニット１１３２（Ｑ４）も同様に導通し、負入力ピンＩＮｎと正出力ピンＯＵＴｐとが接続される。
【００２４】
言い換えれば、上述の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の制御により、正出力ピンＯＵＴｐの電圧が負出力ピンＯＵＴｎの電圧より大きい、もしくは小さい場合に拘らず、正入力ピンＩＮｐは、電圧がより高い出力ピンに接続され、負入力ピンＩＮｎは、電圧がより低い出力ピンに接続される。これにより、充電回路を正常に作動させることができる。
【００２５】
また、第１の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１のゲートと負出力ピンＯＵＴｎとの間には、負出力ピンＯＵＴｎから第１の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１のゲートに転送された信号を緩衝して、過電圧又は過電流により金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１に損害を与えることを回避するための第１の緩衝抵抗Ｒ１がさらに含まれてもよい。同様に、第２の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ２のゲートと正出力ピンＯＵＴｐとの間には、第２の緩衝抵抗Ｒ２が、第３の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ３のゲートと正出力ピンＯＵＴｐとの間には、第３の緩衝抵抗Ｒ３が、第４の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ４のゲートと負出力ピンＯＵＴｎとの間には、第４の緩衝抵抗Ｒ４が、それぞれさらに含まれてもよい。
【００２６】
図３Ａは、図２Ｂの回路の作動模式図である。図２Ｂに示すように、ユーザが挿入接続する充電負荷２０（充電電池であってもよい）の電極極性の接続が正常である場合（即ち正端（高電圧端）が正出力ピンＯＵＴｐに接続され、負端（低電圧端）が負出力ピンＯＵＴｎに接続される場合）、順方向導通回路１１１の第１の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１及び第２の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ２は導通し、逆方向導通回路１１３の第３の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ３及び第４の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ４は遮断する。
【００２７】
従って、図３Ａの場合、正入力ピンＩＮｐは、第１の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１の導通により正出力ピンＯＵＴｐと接続され、負入力ピンＩＮｎは、第２の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ２の導通により負出力ピンＯＵＴｎと接続される。入力端ＩＮＰＵＴから入力された電力の極性が固定であり、即ち正入力ピンＩＮｐが高電圧で、負入力ピンＩＮｎが低電圧であるため、電流の流れルートは、正入力ピンＩＮｐから流入され、第１の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１を経由して正出力ピンＯＵＴｐに流れることで充電負荷２０に充電し、充電負荷２０の負端から流出され、第２の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ２を経由して負入力ピンＩＮｎに戻り、電力のループが形成される。
【００２８】
一方、図３Ｂは、図２Ｂの回路の他の作動模式図である。図３Ｂにおいて、充電負荷２０は、逆接続（即ち正端（高電圧端）が負出力ピンＯＵＴｎに接続され、負端（低電圧端）が正出力ピンＯＵＴｐに接続される）の場合であり、この場合、第１の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１及び第２の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ２は遮断し、第３の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ３及び第４の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ４は導通する。
【００２９】
従って、図３Ｂの場合において正入力ピンＩＮｐは、第３の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ３の導通により負出力ピンＯＵＴｎと接続され、負入力ピンＩＮｎは、第４の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ４の導通により正出力ピンＯＵＴｐと接続される。これにより充電電流が流れるルートは、正入力ピンＩＮｐから第３の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ３を介して負出力ピンＯＵＴｎに流れ、充電負荷２０の正極に対して充電し、充電負荷２０の負極から流出した電流が正出力ピンＯＵＴｐ及び第４の金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ４を経由して、負入力ピンＩＮｎに戻る充電ループが形成される。
【００３０】
言い換えれば、充電負荷２０が正接続であるか逆接続であるかに拘らず、正入力ピンＩＮｐは、充電負荷２０の電圧がより高い一端に接続され、負入力ピンＩＮｎは、充電負荷２０の電圧がより低い一端に接続される。このように、入力端ＩＮＰＵＴから入力された電力は、充電負荷２０に対して正常に充電することができるとともに、充電負荷２０の残余電力が極性切り替え回路にフィードバックされることによって電流がリークすることはなく、実用性及び安全性を向上することができる。
【００３１】
ここで注意すべき点は、バイポーラ接合トランジスタ（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＢＪＴ）と金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）とを比較すると、ＢＪＴは電流駆動の素子であるため、作動時にはＢＪＴのベース（ｂａｓｅ）に電流が発生することによりパワー消費が増加し、充電の効率が低下してしまう。これに対しＭＯＳＦＥＴの使用時のゲートには余計な電流が発生することがないため、余計なパワー消費もなくなり、効率がより好ましくなる。従って、好ましい実施例において、ＭＯＳＦＥＴをスイッチ素子として使用することで全体の効率が更に良好となり、電力消費及びコストの節約が図れる。
【００３２】
また、図３Ａ及び図３Ｂに示す作動模式図からも分かるように、正接続であるか逆接続であるかに拘らず、充電ルートは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ及びＮ型ＭＯＳＦＥＴの２つのスイッチユニットを経由する。Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであるかＰ型ＭＯＳＦＥＴであるかに拘らず、内部抵抗が存在しているため、電流が通過した場合には、電力エネルギーの消費が必ずあり、正出力ピンＯＵＴｐと負出力ピンＯＵＴｎとの間の電圧差が、正入力ピンＩＮｐと負入力ピンＩＮｎとの電圧差よりもやや小さい。即ち、極性切り替えユニット１１の余計な電力消費により、充電の正確性にはバラツキがある。
【００３３】
上述した事情に鑑みて、図４に本考案に係る充電器に用いられる極性切り替え回路１０の一つの実施例のブロック模式図を示す。この極性切り替え回路１０は、極性切り替えユニット１１及び入力制御ユニット１７を含み、入力制御ユニット１７には、電圧フィードバックユニット１３及び電圧電流生成ユニット１５がさらに含まれている。電圧フィードバックユニット１３は、出力端ＯＵＴＰＵＴ及び電圧電流生成ユニット１５に電気的に接続され、出力端ＯＵＴＰＵＴに接続された充電負荷の負荷電圧をフィードバックする。電圧電流生成ユニット１５は、正入力ピンＩＮｐと負入力ピンＩＮｎとの間の入力電力の電圧差及び電流の大きさを調整して充電負荷に充電を行うことができ、これにより極性切り替えユニットの余計な電力消費に影響されることはなく、該充電負荷の負荷電圧を所定の電圧数値で正確に充電することができる。
【００３４】
図５Ａは、本考案に係る充電器に用いられる極性切り替え回路１０の一つの実施例の回路模式図を示す。図５Ａと図２Ａにおける相違点は、図５Ａの構造においては、電圧フィードバックユニット１３と電圧電流生成ユニット１５とを含む入力制御ユニット１７がさらに設けられていることである。電圧フィードバックユニット１３は、出力端ＯＵＴＰＵＴに電気的に接続された充電負荷（例えば充電電池）の負荷電圧を電圧電流生成ユニット１５にフィードバックする。電圧電流生成ユニット１５は、正フィードバック端ＦＢｐ及び負フィードバック端ＦＢｎから負荷電圧を受信するとともに、それに基づいて入力端ＩＮＰＵＴに受信された入力電力の電圧及び電流値を調整する。
【００３５】
電圧フィードバックユニット１３は、第１のフィードバックスイッチ１３１、第２のフィードバックスイッチ１３２、第３のフィードバックスイッチ１３３及び第４のフィードバックスイッチ１３４を含む。第１のフィードバックスイッチ１３１は、正出力ピンＯＵＴｐと正フィードバック端ＦＢｐとの間に、第２のフィードバックスイッチ１３２は、負出力ピンＯＵＴｎと負フィードバック端ＦＢｎとの間に、第３のフィードバックスイッチ１３３は、負出力ピンＯＵＴｎと正フィードバック端ＦＢｐとの間に、第４のフィードバックスイッチ１３４は、正出力ピンＯＵＴｐと負フィードバック端ＦＢｎとの間にそれぞれ接続される。第１のフィードバックスイッチ１３１、第２のフィードバックスイッチ１３２、第３のフィードバックスイッチ１３３及び第４のフィードバックスイッチ１３４は、任意の態様のスイッチでよく、例えばリレー又はトランジスタでよい。
【００３６】
次に、図５Ｂを参照しながら説明する。この実施例において、第１のフィードバックスイッチ１３１及び第３のフィードバックスイッチ１３３は、それぞれＰ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）Ｓ１及びＳ３であり、第２のフィードバックスイッチ１３２及び第４のフィードバックスイッチ１３４は、それぞれＮ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＳ２及びＳ２である。
【００３７】
図に示すように、第１のフィードバックスイッチ１３１（Ｓ１）の第１のフィードバック制御端（即ちＭＯＳＦＥＴのゲート）は負出力ピンＯＵＴｎに、第２のフィードバックスイッチ１３２（Ｓ２）の第２のフィードバック制御端は正出力ピンＯＵＴｐに、第３のフィードバックスイッチ１３３（Ｓ３）の第３のフィードバック制御端は正出力ピンＯＵＴｐに、第４のフィードバックスイッチ１３４（Ｓ４）の第４のフィードバック制御端は負出力ピンＯＵＴｎにそれぞれ接続される。
【００３８】
順方向導通回路１１１及び逆方向導通回路１１３は、電圧フィードバックユニット１３と並列に接続される。ここで回路の接続の観点から注意すべき点は、電流の殆どが順方向導通回路１１１又は逆方向導通回路１１３に流れ、極僅かな電流のみが電圧フィードバックユニット１３を流れるようにすることを確保し、不必要なパワー消費を減少させるため、素子の選択において、第１のスイッチユニット１１１１、第２のスイッチユニット１１１２、第３のスイッチユニット１１３１及び第４のスイッチユニット１１３２の内部抵抗を第１のフィードバックスイッチ１３１（Ｓ１）、第２のフィードバックスイッチ１３２（Ｓ２）、第３のフィードバックスイッチ１３３（Ｓ３）及び第４のフィードバックスイッチ１３４（Ｓ４）よりも充分小さくする必要がある。
【００３９】
また、ＭＯＳＦＥＴの三極領域（ｔｒｉ  ｒｅｇｉｏｎ）の作動特性の公式から、ＭＯＳＦＥＴの内部抵抗Ｒｏｎは以下の式で表される。
Ｒｏｎ＝［μｎ×Ｃｏｘ×Ｗ／Ｌ×（ＶＧＳ−Ｖｔ−ＶＤＳ）］−１
式中のμｎは、電荷キャリアの実効移動度（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ）であり、Ｃｏｘは、ＭＯＳＦＥＴ酸化層の容量値であり、Ｗ／Ｌは、アスペクト比であり、ＶＧＳは、ＭＯＳＦＥＴゲートとソースとの電圧差であり、ＶＤＳは、ＭＯＳＦＥＴドレインとソースとの電圧差であり、Ｖｔは、ＭＯＳＦＥＴの閾値電圧である。即ち、ＭＯＳＦＥＴの内部抵抗Ｒｏｎがアスペクト比Ｗ／Ｌと逆比例しているため、素子の選択において、好ましくは、電流の殆どが順方向導通回路１１１又は逆方向導通回路１１３に流れ、極僅かな電流のみが電圧フィードバックユニット１３へ流れるようにすることを確保するために、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４のＭＯＳＦＥＴのアスペクト比を、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４のアスペクト比よりも大きくすることで、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４の内部抵抗を金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４よりも小さくしなければならない。
【００４０】
図６Ａは、図５Ｂの回路の作動模式図である。この実施例において、充電負荷２０の極性は、正常接続（即ち正端（高電圧端）が正出力ピンＯＵＴｐに接続され、負端（低電圧端）が負出力ピンＯＵＴｎに接続される）であり、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｓ１及びＳ２は導通し、且つ金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ３、Ｑ４、Ｓ３及びＳ４は遮断している。
【００４１】
この場合、入力電流は、正入力ピンＩＮｐから金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１を経由して充電負荷２０に流れる。また、充電負荷２０の負端から流出された電流は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ２を経由して負入力ピンＩＮｎに戻る充電ループが形成される。また、正出力ピンＯＵＴｐの電圧は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＳ１の導通により正フィードバック端ＦＢｐにフィードバックされ、負出力ピンＯＵＴｎの電圧も金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＳ２の導通により負フィードバック端ＦＢｎにフィードバックされる。このように、電圧電流生成ユニット１５は、負荷電圧を得ることができる。
【００４２】
ここで注意すべき点は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＳ１及びＳ２は、アスペクト比が小さいＭＯＳＦＥＴにより実現されていることにより内部抵抗が高く、流れる電流が極めて小さいため、余計なパワー消費を減少することができるとともに、フィードバックする負荷電圧の正確性を向上することができる。
【００４３】
電圧電流生成ユニット１５は、負荷電圧を受信した後、該負荷電圧に基づいて正入力ピンＩＮｐと負入力ピンＩＮｎとの電圧差及び入力電力を調整し、充電負荷２０に対して充電を行うことで、充電負荷２０の負荷電圧を所定の電圧値で正確に充電させることができる。
【００４４】
例を挙げて説明すると、一般の充電器が充電電池に挿入接続された際の充電方法は、低電流充電モード（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ、ＣＣ）であるが、充電電池が所定の数値まで充電された場合には、定電圧充電モード（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ、ＣＶ）に切り替わり、フル充電が行われる。電圧フィードバックユニット１３が負荷電圧を電圧電流生成ユニット１５にフィードバックする処理を行わなければ、この構造の充電ループにおいていくつかのスイッチユニットに僅かな電圧降下が発生するため、充電負荷２０に受信された充電電圧の大きさに影響を与えてしまい、充電負荷２０が所定の電圧数値で正確に充電できなくなる可能性がある。
【００４５】
従って、このようなバラツキを解決するために、電圧電流生成ユニット１５は、負荷電圧からのフィードバックを受信し、負荷電圧を所定数値と比較することにより、負荷電圧が該所定数値に確実に達した場合には、充電モードを定電流（ＣＣ）モードから定電圧（ＣＶ）モードに切り替えるとともに、充電負荷２０が正しく所定の電圧レベルで充電できるように随時調整し、充電器の充電に対する正確性が向上する。
【００４６】
図６Ｂは、図５Ｂの回路の他の作動模式図である。この実施例において、充電負荷２０は、逆接続（即ち正端（高電圧端）が負出力ピンＯＵＴｎに接続され、負端（低電圧端）が正出力ピンＯＵＴｐに接続される。）であり、この場合、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ３、Ｑ４、Ｓ３及びＳ４は導通し、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３及びＱ４は遮断している。
【００４７】
充電電流は、正入力ピンＩＮｐから入力され、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ３を経由して負出力ピンＯＵＴｎに転送され、充電負荷２０に対して充電を行うとともに、正出力ピンＯＵＴｐから金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＱ４を経由して負入力ピンＩＮｎに逆転送されるループが形成される。正出力ピンＯＵＴｐの電圧は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＳ４を経由して負フィードバック端ＦＢｎにフィードバックされ、負出力ピンＯＵＴｎの電圧は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタＳ３を経由して正フィードバック端ＦＢｐにフィードバックされる。同様に、電圧電流生成ユニット１５は、負荷電圧からのフィードバックを受信した後、それに基づいて入力端ＩＮＰＵＴに受信された入力電圧及び電流を調整するとともに、充電モードをＣＣからＣＶに切り替えるタイミングを決定することができる。これにより充電負荷２０が正しく所定の電圧レベルで充電され、充電の正確性が向上する。
【００４８】
スイッチユニットの導通及び遮断により、充電負荷が正接続であるか逆接続であるかに拘らず、入力電力を正常に受信することができるとともに、電圧のフィードバック及び制御により、充電の正確性を向上することができ、さらには充電器の実用性及び使用上の安全性を向上することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  極性切り替え回路
１１  極性切り替えユニット
１１１  順方向導通回路
１１１１  第１のスイッチユニット
１１１２  第２のスイッチユニット
１１３  逆方向導通回路
１１３１  第３のスイッチユニット
１１３２  第４のスイッチユニット
１３  電圧フィードバックユニット
１３１  第１のフィードバックスイッチ
１３２  第２のフィードバックスイッチ
１３３  第３のフィードバックスイッチ
１３４  第４のフィードバックスイッチ
１５  電圧電流生成ユニット
１７  入力制御ユニット
２０  充電負荷
ＩＮＰＵＴ  入力端
ＩＮｐ  正入力ピン
ＩＮｎ  負入力ピン
ＯＵＴＰＵＴ  出力端
ＯＵＴｐ  正出力ピン
ＯＵＴｎ  負出力ピン
ＦＢｐ  正フィードバック端
ＦＢｎ  負フィードバック端
Ｑ１〜Ｑ４、Ｓ１〜Ｓ４  金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ
Ｒ１  第１の緩衝抵抗
Ｒ２  第２の緩衝抵抗
Ｒ３  第３の緩衝抵抗
Ｒ４  第４の緩衝抵抗
【図２Ａ】
0003166921.tif 000003
【図２Ｂ】
0003166921.tif 000004
【図３Ａ】
0003166921.tif 000005
【図３Ｂ】
0003166921.tif 000006
【図１】
0003166921.tif 000007
【図４】
0003166921.tif 000008
【図５Ａ】
0003166921.tif 000009
【図５Ｂ】
0003166921.tif 000010
【図６Ａ】
0003166921.tif 000011
【図６Ｂ】
0003166921.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年1月20日(2011.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
入力電力を受信して充電負荷に充電するための極性切り替えユニットであって、接続された前記充電負荷の極性に基づいて、前記充電負荷に出力する電力の極性を決める極性切り替えユニットと、
前記極性切り替えユニットに電気的に接続され、前記入力電力を前記極性切り替えユニットに供給するための入力制御ユニットであって、前記充電負荷に充電するために前記充電負荷の負荷電圧を取得するとともに、前記負荷電圧に基づいて前記入力電力の電圧及び電流の大きさを調整する入力制御ユニットと、
を備えることを特徴とする充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項２】
前記入力制御ユニットは、前記負荷電圧に基づいて前記入力電力の電圧及び電流の大きさを調整し、前記負荷電圧が所定の数値に達した場合、前記入力電力を一定の入力電流により一定の出力電圧に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項３】
前記極性切り替えユニットは、
正入力ピン及び負入力ピンを有し前記入力電力を受信するための入力端と、
正出力ピン及び負出力ピンを有し電力を前記充電負荷に出力するための出力端と、
前記入力端と前記出力端との間に電気的に接続され、前記正出力ピンの電圧が前記負出力ピンの電圧よりも大きい場合、前記正入力ピンと前記正出力ピンとを接続させるとともに、前記負入力ピンと前記負出力ピンとを接続させる順方向導通回路と、
前記入力端と前記出力端との間に電気的に接続され、前記正出力ピンの電圧が前記負出力ピンの電圧よりも小さい場合、前記正入力ピンと前記正出力ピンとを接続させるとともに、前記負入力ピンと前記正出力ピンとを接続させる逆方向導通回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項４】
前記順方向導通回路は、
前記正入力ピンと前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第１の制御端が前記負出力ピンに電気的に接続される第１のスイッチユニットと、
前記負入力ピンと前記負出力ピンとの間に電気的に接続され、第２の制御端が前記正出力ピンに電気的に接続される第２のスイッチユニットと、
をさらに備え、
前記逆方向導通回路は、
前記正入力ピンと前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第３の制御端が前記正出力ピンに電気的に接続される第３のスイッチユニットと、
前記負入力ピンと前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第４の制御端が前記負出力ピンに電気的に接続される第４のスイッチユニットと、
をさらに備え、
前記第１のスイッチユニット及び前記第２のスイッチユニットは、前記正出力ピンの電圧が前記負出力ピンの電圧よりも大きいときに導通し、前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットは、前記負出力ピンの電圧が前記正出力ピンの電圧よりも大きいときに導通することを特徴とする請求項３に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項５】
前記順方向導通回路は、
前記第１の制御端と前記負出力ピンとの間に接続される第１の緩衝抵抗と、
前記第２の制御端と前記正出力ピンとの間に接続される第２の緩衝抵抗と、
をさらに備え、
前記逆方向導通回路は、
前記第３の制御端と前記正出力ピンとの間に接続される第３の緩衝抵抗と、
前記第４の制御端と前記負出力ピンとの間に接続される第４の緩衝抵抗と、
をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項６】
前記入力制御ユニットは、
前記出力端に電気的に接続され、前記充電負荷の前記負荷電圧をフィードバックするための電圧フィードバックユニットと、
前記電圧フィードバックユニット及び前記入力端に電気的に接続され、正フィードバック端及び負フィードバック端を有し、前記電圧フィードバックユニットからの前記負荷電圧を受信するとともに、前記負荷電圧に基づいて前記入力端に受信された前記入力電力の電圧及び電流の大きさを制御するための電圧電流生成ユニットと、
を備えることを特徴とする請求項４に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項７】
前記電圧フィードバックユニットは、
前記正フィードバック端と前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第１のフィードバック制御端が前記負出力ピンに電気的に接続される第１のフィードバックスイッチと、
前記負フィードバック端と前記負出力ピンとの間に電気的に接続され、第２のフィードバック制御端が前記正出力ピンに電気的に接続される第２のフィードバックスイッチと、
前記正フィードバック端と前記負出力ピンとの間に電気的に接続され、第３のフィードバック制御端が前記正出力ピンに電気的に接続される第３のフィードバックスイッチと、
前記負フィードバック端と前記正出力ピンとの間に電気的に接続され、第４のフィードバック制御端が前記負出力ピンに電気的に接続される第４のフィードバックスイッチと、
を備え、
前記第１のフィードバックスイッチ及び前記第２のフィードバックスイッチは、前記正出力ピンの電圧が前記負出力ピンの電圧よりも大きいときに導通し、前記第３のフィードバックスイッチ及び前記第４のフィードバックスイッチは、前記負出力ピンの電圧が前記正出力ピンの電圧よりも大きいときに導通することを特徴とする請求項６に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項８】
前記第１のスイッチユニット、前記第３のスイッチユニット、前記第１のフィードバックスイッチ及び前記第３のフィードバックスイッチは、Ｐ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであり、前記第２のスイッチユニット、前記第４のスイッチユニット、前記第２のフィードバックスイッチ及び前記第４のフィードバックスイッチは、Ｎ型金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項７に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。
【請求項９】
前記第１のスイッチユニット、前記第２のスイッチユニット、前記第３のスイッチユニット及び前記第４のスイッチユニットは、そのアスペクト比が前記第１のフィードバックスイッチ、前記第２のフィードバックスイッチ、前記第３のフィードバックスイッチ及び前記第４のフィードバックスイッチよりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の充電器に用いられる極性切り替え回路。