(57)【要約】【課題】外部直流電源と二次電池との切り換え時おける過電流を防止し、安全でかつ安定した電力供給を可能とする電源切替え回路を提供する。【解決手段】外部直流電源１と充電回路４により充電される二次電池５とを切り換える電源回路において、外部直流電源１と二次電池５との電源切り換えを行うためのスイッチ手段６及び電圧検出部１２と、電源切り換え時の過電流の発生を防止するためのスイッチ手段１３及び電圧検出部１４とを備え、電圧検出部１２の検出電圧よりも僅かに低く、且つ、負荷回路８の最小入力電圧以上の電圧を基準電圧とし、電圧検出部１４が前記基準電圧以下の電圧を検出した場合はスイッチ手段１３をオフし、電圧検出部１４が前記基準電圧よりも高い電圧を検出した場合はスイッチ手段１３をオンするように構成されることを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部直流電源と充電回路により充電される二次電池とを切り換える電源回路において、前記外部直流電源と前記二次電池との電源切り換えを行うための第１のスイッチ手段及び第１の電圧検出部と、電源切り換え時の過電流の発生を防止するための第２のスイッチ手段及び前記二次電池の電圧を入力とする第２の電圧検出部とを備え、前記第１の電圧検出部の検出電圧よりも僅かに低く、且つ、負荷回路の最小入力電圧以上の電圧を基準電圧とし、前記第２の電圧検出部が前記基準電圧以下の電圧を検出した場合は第２のスイッチ手段をオフし、前記第２の電圧検出部が前記基準電圧よりも高い電圧を検出した場合は前記第２のスイッチ手段をオンするように構成されることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
定格電流が相違する複数の外部直流電源と、各々の該外部直流電源から流れる電流をオン又はオフする複数のスイッチ手段と、前記複数のスイッチ手段のオン又はオフを制御すると共に前記充電回路が出力する充電電流を設定する制御手段とを備え、各々の前記外部直流電源に適する充電電流を前記充電回路から二次電池へ出力することを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部直流電源と二次電池により動作する携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、その他電子機器の電源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子機器の電源としてリチウムイオン電池等の二次電池が一般的に用いられ、ＡＣアダプター等の外部直流電源による駆動と二次電池による駆動とを切換える電源切換え回路に関する技術が公知となっている。
【０００３】
図５は従来の電源切換え回路の構成を示す回路ブロック図である。同図において、電源切換え回路は、交流電源を直流電源に変換して電源供給を行うためのＡＣアダプター１と、ＡＣアダプター１のＤＣプラグ２と、ＤＣプラグ２が挿入されるＤＣソケット３を備えている。ＤＣソケット３は、その内部に、ＤＣプラグ２の正（＋）電極と接触する第一の接続端子３ａと、ＤＣプラグ２の負（−）電極と接触する第二の接続端子３ｂと、可動切片３ｃを有する。可動切片３ｃは第二の接続端子３ｂと接触する接点スイッチを構成しており、ＤＣプラグ２が挿入されていないときはスイッチオン、挿入されているときはスイッチオフする機構になっている。
【０００４】
ＤＣプラグ２をＤＣソケット３に接続すると、前記接点スイッチによりＦＥＴスイッチ６が自動的にオフし、制御回路８と二次電池５が切り離される。したがって、ＡＣアダプター１が電源回路に接続されている場合、充電回路４へＡＣアダプター１から電力供給されると共に、制御回路８へＡＣアダプター１からダイオード１０を通じて電力供給される。
【０００５】
また、ＤＣプラグ２がＤＣソケット３に挿入されていない場合、前記接点スイッチはオンしているので、可動切片３ｃはＧＮＤ電位となりＦＥＴスイッチ６がオンして、二次電池５の電力が制御回路８へ供給される。すなわち、ＤＣプラグ２を抜くとそれに連動して駆動電源がＡＣアダプター１から二次電池５へ切換わることになる。なお、その場合、逆流阻止用のダイオード１０があるので二次電池５からの電流がＤＣソケット３方向へ流れることはない。
【０００６】
このように図５に示された従来技術は、直流電源のＤＣプラグ２の挿入、非挿入によってＤＣプラグ２の負電極が接触する第二の接続端子３ｂと非接触、接触状態となる可動切片３ｃを有するＤＣソケット３と、二次電池５の正電極側に可動切片３ｃの接触、非接触状態に応じてオン，オフするＦＥＴスイッチ（スイッチ手段）６とを備えたことにより、ＡＣアダプター１（外部直流電源）による駆動と二次電池５による駆動とを切換える電源切換え回路を提供する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、ＡＣアダプターと二次電池との電源切換え用のＦＥＴスイッチをオン、オフするために、図５の電源切換え回路ではＤＣプラグ２の負電極が接触する第二の接続端子３ｂと非接触、接触状態となる可動切片３ｃを備えたが、それとは異なる手段を用いたものもある。その例として、ＡＣアダプターが接続された場合はＡＣアダプターの電圧を検出してＦＥＴスイッチをオフさせ、接続されていない場合はＦＥＴスイッチをオンさせる電圧検出部を備えた構成により、ＡＣアダプターと二次電池の電源切り換えを為しているものがある。（例えば、特許文献２参照。）
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１９００３４号公報  （第３頁、図１）
【特許文献２】
特許第３３０３７４０号公報（第３頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した従来の外部直流電源と二次電池とを切り換える電源切換え回路では、二次電池の電圧が低くなっている場合に外部直流電源の電圧の立上り時において外部電源から二次電池へ過電流が流れるという問題が生ずる。
【００１０】
従来の電源切換え回路は、電圧検出部がＡＣアダプターの電圧を検出することにより、又は、ＦＥＴスイッチのドレイン・ソース間の電流の逆流が発生したことにより、ＦＥＴスイッチをオフするものである。しかし、それは、ＦＥＴスイッチがオン状態にもかかわらずＡＣアダプターが接続されている状態が必ず生じ、問題となる現象を防止できるものではない。
【００１１】
この問題について、図４に示すタイミングチャートを用いて説明する。
【００１２】
従来の電源切換え回路において、外部直流電源が電源入力端子へ接続された時、その入力端子の電圧Ｖｅｘは０Ｖから電圧Ｖｅへ上昇する（図４、実線４５）。その上昇途中に、電圧検出部が電圧Ｖｄ１を検出すると、電源切換用ＦＥＴスイッチはオフする（図４、実線４１の時刻Ｔ２）。これにより、負荷回路への電力供給源が二次電池から外部直流電源に切り替わる。
【００１３】
しかし、外部直流電源の電圧が印加しているにもかかわらずＦＥＴスイッチがオンのままになり（図４、実線４１の時刻Ｔ０〜Ｔ２）、ダイオードの両極の電位によっては、電源入力端子のプラス側と二次電池の正極が瞬間的に短絡する状態が生ずる（図４、時刻Ｔ１〜Ｔ２）。つまり、電源入力端子のプラス側と二次電池の正極のと間には逆流阻止用のダイオードがあるが、外部電源の電圧Ｖｅｘと二次電池の電圧Ｖｂｔの電位差がダイオードの順方向電圧ＶＦよりも低い場合に、外部電源側から二次電池側（ダイオードの順方向）へ電流が流れる（図４、実線４２）。特に、二次電池の電圧Ｖｂｔが低い場合には、ダイオードの両端子間の電位差が大きくなるため、外部電源から二次電池へ大電流が流れることになる。
【００１４】
更に、上記の理由で過電流が流れ、電圧検出部の入力電圧が低下するために、切換え用ＦＥＴスイッチがオフせずオンしたままになることも生ずる（図４、破線４３）。そうなると、過剰な大電流が流れ続けてしまう（図４、破線４４）。
【００１５】
このように、従来の電源切換え回路では、二次電池の電圧が低い場合に外部直流電源の電圧の切り換え時において過電流が流れるという欠点があり、これにより外部直流電源、二次電池及び周辺回路部品等を破損する危険性がある。
【００１６】
本発明は、上記のような問題点を解決するためのものであって、外部直流電源と二次電池との切り換え時において過電流が流れることを防止し、電子機器等の回路への安全なかつ安定した電力供給を可能とする電源切替え回路を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の電源回路は、外部直流電源と充電回路により充電される二次電池とを切り換える電源回路において、前記外部直流電源と前記二次電池との電源切り換えを行うための第１のスイッチ手段及び第１の電圧検出部と、電源切り換え時の過電流の発生を防止するための第２のスイッチ手段及び第２の電圧検出部とを備え、前記第１の電圧検出部の検出電圧よりも僅かに低く、且つ、負荷回路の最小入力電圧以上の電圧を基準電圧とし、前記第２の電圧検出部が前記基準電圧以下の電圧を検出した場合は第２のスイッチ手段をオフし、前記第２の電圧検出部が前記基準電圧よりも高い電圧を検出した場合は前記第２のスイッチ手段をオンするように構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、定格電流が相違する複数の外部直流電源と、各々の該外部直流電源から流れる電流をオン又はオフする複数のスイッチ手段と、前記複数のスイッチ手段のオン又はオフを制御すると共に前記充電回路が出力する充電電流を設定する制御手段とを備え、各々の前記外部直流電源に適する充電電流を前記充電回路から二次電池へ出力することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態を示す回路ブロック図である。なお、従来例と同一の構成要素については同一の符号を付す。
【００２０】
図１において、電源切換え回路は、ＡＣアダプター１（外部直流電源）と、接続端子３と逆流阻止用のダイオード１０と、充電回路４と、二次電池５と、第１のＦＥＴスイッチ６（スイッチ手段）と、第１の電圧検出部１２と、第２のスイッチ手段１３及び第２の電圧検出部１４と、負荷回路８と、電圧平滑用のコンデンサー１９とで構成される。なお、第２のスイッチ手段１３は、例えば、ＦＥＴスイッチ（電界効果型トランジスタ）とすることもできる。
【００２１】
上記のような構成の電源切換え回路において、ＡＣアダプター１が接続端子３に接続された場合、電圧検出部１２がＡＣアダプター１の電圧を検出したことによりＦＥＴスイッチ６がオフし、ＡＣアダプター１からダイオード１０を通じて負荷回路８への電力供給がなされる。その場合にはＡＣアダプター１から充電回路４へ電力供給され、充電電流が二次電池５へ流れる。また、ＡＣアダプター１が接続端子３に接続されていない場合には、ＦＥＴスイッチ６はオンし、二次電池５の電力が制御回路８へ供給される。電圧検出部１２の検出電圧は、電圧検出部１４の基準電圧とダイオード１０の順方向電圧との和よりも低い電圧である。
【００２２】
電圧検出部１４は、所定の基準電圧以下の電圧を検出した場合にスイッチ手段１３をオフし、基準電圧よりも高い電圧を検出した場合にスイッチ手段１３をオンする。電圧検出部１４の基準電圧は、電圧検出部１２の検出電圧よりも僅かに低く、且つ、負荷回路８の最小入力電圧以上の電圧である。なお、電圧検出部１４の基準電圧は、負荷回路８の最小入力電圧付近まで低いほうが電池容量の利用上、望ましい。
【００２３】
次に、図３のタイミングチャートに基づいて、本実施形態の回路の動作について説明する。
【００２４】
ＡＣアダプター１が接続端子３へ接続されて接続端子３の電圧Ｖｅｘ（図３、実線３５）が上昇する途中に、電圧検出部１２が電圧Ｖｄ１を検出すると、電源切換用ＦＥＴスイッチ６はオフする（図３、実線３１の時刻Ｔ２）。これにより、負荷回路８への電力供給源が二次電池５からＡＣアダプター１に切り替わる。この切り換えの過程において、ＡＣアダプター１の電圧が印加しているにもかかわらずＦＥＴスイッチ６がオンのままになり（図３、実線３１の時刻Ｔ０〜Ｔ２）、ダイオード１０の両極の電位によっては、電源入力端子のプラス側と二次電池５の正極が瞬間的に短絡する状態が生ずる（図３、時刻Ｔ１〜Ｔ２）。
【００２５】
しかし、上述したＦＥＴスイッチ１３と電圧検出部１４を備えることを特徴とする本発明においては、切り換え過程でＦＥＴスイッチ６がオンしている時間（図３、時刻Ｔ０〜Ｔ２）においても、ＡＣアダプター１から二次電池５へ過電流は流れることはない。理由は以下の通りである。
【００２６】
まず、電池電圧Ｖｂｔが電圧検出部１２の検出電圧Ｖｄ１よりも十分高い場合のように、切り換え過程でのダイオード１０のアノードとカソードの電位差が順方向電圧ＶＦより小さい場合、ダイオード１０の整流作用があるから、電流の逆流は起こらない。
【００２７】
また、電池電圧Ｖｂｔが低く、ダイオード１０のアノードの電圧Ｖｅｘと電池電圧Ｖｂｔの電位差が順方向電圧ＶＦより大きい場合には、電池電圧Ｖｂｔは電圧検出部１４の基準電圧以下でありスイッチ手段１３はオフしている。したがって、過電流が二次電池５へ流れ込むことはない。
【００２８】
以上の理由により、たとえ二次電池５が消費されてその電圧が低くなっていたとしてもあらゆる場合において、過電流の発生もなく、確実に二次電池５からＡＣアダプター１への電力供給源の切り替えができる（図３、実線３６）。
【００２９】
なお、二次電池５には、一般に入手可能な、保護回路が内蔵された二次電池パックが利用できる。その保護回路には、過放電保護、過電流保護等の機能を備えたものがある。しかし、その保護回路の放電終止電圧は一定なものではなく、回路設計者が自由に設定できるものでもないため、電池電圧の低下時に過電流が発生しうる。また、二次電池パックには最大許容電流が定められており、定格以上の過電流が流れることは設計上回避すべき問題である。
【００３０】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示す回路ブロック図である。図１と重複する構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
図２において、電源切換え回路は、ＡＣアダプター１よりも定格電流が小さい第２の外部直流電源１７（例えば、ＵＳＢの５Ｖ電源）と、外部直流電源１７からの電流をオン／オフするスイッチ手段１６と、ＡＣアダプター１からの電流をオン／オフするスイッチ手段１５と、これら２つのスイッチ手段を制御すると共に充電回路４が出力する充電電流を設定する制御手段１８とを備えることを特徴とする。ここで、充電回路４は、制御手段１８からの制御信号により、ＡＣアダプター１、第２の外部直流電源１７の各々に適した充電電流を二次電池５へ出力するものである。
【００３２】
ＡＣアダプター１が接続されている場合、制御手段１８により、スイッチ手段１５がオン、スイッチ手段１６がオフする。この場合、ＡＣアダプター１が外部からの供給電源として使用される。ＡＣアダプター１が接続されておらず且つ外部直流電源１７が接続されている場合、制御手段１８により、スイッチ手段１５がオフ、スイッチ手段１６がオンする。この場合、外部直流電源１７が外部からの供給電源して使用される。
【００３３】
ＡＣアダプター１（例えば、定格１５００ｍＡ）による電源供給時には、ＡＣアダプター１に適した充電電流（例えば、６００ｍＡ）が、充電回路４から二次電池５へ充電される。また、外部直流電源１７（例えば、定格２００ｍＡ）による電源供給時には、外部直流電源１７に適した充電電流（例えば、１００ｍＡ）が、充電回路４から二次電池５へ充電される。ＡＣアダプター１よりも外部直流電源１７の定格電流は小さいので、外部直流電源１７が供給電源となる場合には、その定格電流以下の所定の電流が二次電池５へ充電されるようになっている。
【００３４】
このような定格電流が異なる複数の外部直流電源を選択的に使用できる電源切換え回路において、本発明の過電流防止機能により、比較的小さな定格電流の外部直流電源による回路動作時であっても、定格電流以上の予期せぬ過電流の発生を防止することができる。
【００３５】
従来技術では、外部直流電源１７と二次電池５との供給電源の切り換え過程において二次電池５へ過電流が流れ込むという欠点があった。その欠点は、ＡＣアダプター１よりも定格電流が小さい外部直流電源１７での駆動時において比較的重大である。例えば、ＡＣアダプター１が過電流に耐えうるとしても、外部直流電源には定格電流を越える過電流の発生によりダメージを与える場合があるからである。
【００３６】
本実施例は、上記の問題を解消するものであり、定格電流の小さな外部直流電源を用いた場合にも、過電流防止作用をもつ本発明を用いることにより、回路設計上の安全を確保でき、複数の電源により充電や回路駆動を行えるというユーザーの利便性を適えた電子機器が提供できる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷回路の電力供給源である外部直流電源と二次電池を第１のスイッチ手段によって切り換える時において、外部直流電源から二次電池方向へ過電流が流れることを防止できる。これにより、回路や部品等を破損する危険性を無くすことができる。よって、本発明に係る電源回路は、外部直流電源と二次電池により動作する電子機器等の回路への安全で且つ安定した電力供給ができる。
【００３８】
また、本発明によれば、定格電流が異なる複数の外部直流電源を選択的に使用できる電源切換え回路において、定格電流以上の過電流の発生を防止することができ、安全に充電及び回路駆動をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源回路の第１の実施態様を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る電源回路の第２の実施態様を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電源回路の動作説明のためのタイミングチャートである。
【図４】従来の電源切換え回路を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】従来の電源切換え回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  ＡＣアダプター（外部直流電源）
４  充電回路
５  二次電池
６  ＦＥＴスイッチ（スイッチ手段）
８  負荷回路
１０  ダイオード
１２、１４  電圧検出部
１３、１５、１６  スイッチ手段
１７  外部直流電源
１８  制御手段
１９  コンデンサー
３、２０  接続端子
【図１】
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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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