(57)【要約】【課題】駆動機器に供給する電源を制御する電源制御装置に関し、安定して電源を供給できる電源制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、電源供給機器（１１２）への電源の供給を制御する電源供給制御装置（１１１）であって、電源（２１）の電源供給機器（１１２）への供給を制御するスイッチ素子（２３）と、電源電圧が電源（２１）の供給可能な最低の電圧より小さい電圧に設定されたシャットダウン電圧（ＶTL）より低下したか否かを判定し、電源電圧がシャットダウン電圧（VTL）より低下したときに、スイッチ素子（２３）をオフさせ、電源の電源供給機器（１１２）への供給を切断し、電源電圧が電源供給機器（１１２）の駆動可能な最低の電圧より大きく電圧に設定された通電許可電圧（ＶTH）を有し、スイッチ素子（２３）を制御する監視手段（１２１）を有することを特徴とする。【選択図】図１
2005110425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源供給機器への電源の供給を制御する電源供給制御装置であって、
前記電源の前記電源供給機器への供給を制御するスイッチ素子と、
前記電源電圧が前記電源の供給可能な最低の電圧より小さい電圧に設定されたシャットダウン電圧より低下したか否かを判定し、前記電源電圧が該シャットダウン電圧より低下したときに、前記スイッチ素子をオフさせ、前記電源の前記電源供給機器への供給を切断し、前記電源電圧が前記電源供給機器の駆動可能な最低の電圧より大きい電圧に設定された通電許可電圧を有し、前記スイッチ素子を制御する監視手段を有することを特徴とする電源制御装置。
【請求項２】
前記電源は、電池であることを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項３】
前記電源の前記電源供給機器への供給を制御する他のスイッチ素子と、
前記電源供給機器内の大電流を使用する負荷に対し、電源の供給を予め設定された所定時間に制限する電源供給時間制限回路を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電源制御装置。
【請求項４】
電源供給機器への電源の供給を制御する電源供給制御装置であって、
前記電源の前記電源供給機器への供給を制御するスイッチ素子と、
前記電源供給機器への電源の供給を予め設定された所定時間に制限する電源供給時間制限回路を有することを特徴とする電源制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源制御装置に係り、特に、駆動機器に供給する電源を制御する電源制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池駆動の携帯型電子機器では、その高性能化に伴って、必要とする消費電力が大きくなっている。このとき、電源装置から大電流を取り出すと、電池の内部抵抗の影響が大きくなり、端子電圧のみで機器のシャットダウン制御を行うと、電池が充分は容量を有するにもかかわらず、負荷が瞬間的に大きくなり、電源電圧が低下したことによりオフする。
【０００３】
図５は携帯型電子機器のシステム構成図を示す。
【０００４】
携帯型電子機器１は、電源装置１１、駆動機器１２から構成される。電源装置１１は、電池２１、監視回路２２、スイッチ素子２３から構成される。電池２１は、スイッチ素子２３を介して駆動機器１２に電源電圧を印加する。監視回路２２は、電池２１の出力電圧を監視しており、電池２１の出力電圧が所定レベルより小さくなると、スイッチ素子２３をオフさせる制御信号を出力する。
【０００５】
スイッチ素子２３は、ｐチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタから構成され、ソースが電池２１に接続され、ドレインが駆動機器１２に接続され、ゲートには監視回路２２の出力が供給されている。スイッチ素子２３は、監視回路２２の出力がローレベルでオンし、ハイレベルでオフする。スイッチ素子２３がオフすることにより電池２１から駆動機器１２に電源が供給される。また、スイッチ素子２３がオンすることにより電池２１から駆動機器１２への電源の供給が停止する。このとき、従来の監視回路２２では、電池２１の最終放電電圧を、スイッチ素子２３をオフさせる基準電圧となるシャットダウン検知電圧に設定していた。
【０００６】
このとき、一つのシャットダウン検知電圧で、スイッチ素子２３を制御すると、駆動機器１２での負荷の変動により電池２１の電圧が変動した場合に、スイッチ素子２３のオン／オフが繰り返されて、発振したような状態となり、好ましくない。例えば、電池１２は、内部抵抗ｒ0を有する。このため、電池２１から負荷に供給する電流Ｉ0が増大すると、電池２１の内部抵抗ｒ0での電圧降下ΔＶ0は、
ΔＶ0＝ｒ0×Ｉ0
で表せるため、電池２１の電圧が大幅に低下する。したがって、電池２１の出力電圧の電圧変動も大きくなり、スイッチ素子２３がオン／オフされやすくなる。
【０００７】
このため、シャットダウン検知電圧でスイッチ素子がオン・オフ動作を繰り返さないように検知信号にヒステリシスを付与する電源電圧検知回路が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平５−３１２８５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかるに、従来の電源制御装置では、スイッチ素子がオン・オフ動作を繰り返すことを防止するために検知電圧にヒステリシスを持たせていたが、通常、この検知電圧は電池の最終放電電圧より高い値に設定されていた。
【００１０】
このとき、瞬間的に大きな電流を必要とする負荷を駆動するような機器や電圧や放電特性に余裕のないバッテリ構成で機器を設計しなければならない場合、従来の電源制御装置を適用した場合、瞬間的に大きな電流が流れることにより、瞬間的に電池の電圧が低下して、スイッチ素子がオフし、電源が切断され、これによって、機器が度々、シャットダウンし、正常に駆動できないなどの課題があった。
【００１１】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、安定して電源を供給できる電源制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電源供給機器（１１２）への電源の供給を制御する電源供給制御装置（１１１）であって、電源（２１）の電源供給機器（１１２）への供給を制御するスイッチ素子（２３）と、電源電圧が電源（２１）の供給可能な最低の電圧より小さい電圧に設定されたシャットダウン電圧（ＶTL）より低下したか否かを判定し、電源電圧がシャットダウン電圧（VTL）より低下したときに、スイッチ素子（２３）をオフさせ、電源の電源供給機器（１１２）への供給を切断し、電源電圧が電源供給機器（１１２）の駆動可能な最低の電圧より大きく電圧に設定された通電許可電圧（ＶTH）に達したか否かを判定し、電源電圧が通電許可電圧を有し、スイッチ素子（２３）を制御する監視手段（１２１）を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、電源（２１）が電池であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、本発明は、電源の電源供給機器（１１２）への供給を制御する他のスイッチ素子（１２５）と、電源供給機器（１１２）への電源の供給を予め設定された所定時間に制限する電源供給時間制限回路（１２３、１２４）を有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、電源供給機器（１１２）への電源の供給を制御する電源供給制御装置（１１１）であって、電源（２１）の電源供給機器（１１２）への供給を制御するスイッチ素子（２３）と、電源供給機器（１１２）内の大電流を使用する負荷に対し、電源（２１）の供給を予め設定された所定時間に制限する電源供給時間制限回路（１２３、１２４）を有することを特徴とする。
【００１６】
なお、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって、請求の範囲を限定しようとするものではない。
【発明の効果】
【００１７】
上述の如く、本発明によれば、電源電圧がシャットダウン電圧より低下したか否かを判定し、電源電圧がシャットダウン電圧より低下することにより電源供給機器で必要な必要最低電圧以下となったときに、電源の電源供給機器への供給を切断するが、その後も電源電圧が通電許可電圧に達す事がないため、スイッチ素子のオン／オフ動作の繰り返しを防止することができ、また監視回路での負荷への電流制御に加えて、駆動時間制限回路によって、負荷に電流を供給する時間を制限することにより、電池から負荷に電流が供給される時間を制限でき、このため電池の出力電圧が間欠的に最終放電電圧以下となっても、電池にダメージを与え続けることがなく、比較的電池の能力に余裕がなくて、大電流動作期間がある装置でも安全に電池容量の限界まで動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明の一実施例のシステム構成図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００１９】
本実施例のシステム１００は、電源制御装置１１１、駆動部１１２から構成される。電源制御装置１１１は、電池２１、スイッチ素子２３、１２５、１２６、監視回路１２１、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２２、コントロール回路１２３、１２４から構成される。
【００２０】
図２は監視回路１２１の回路構成図を示す。
【００２１】
監視回路１２１は、抵抗Ｒ１〜Ｒ８、ＭＯＳ電界効果トランジスタＭ１、Ｍ２、バイポーラトランジスタＱ１、Ｑ２、コンパレータ１５１、基準電圧源１５２から構成される。
【００２２】
端子Ｔin11には、電池２１の電圧が印加されている。抵抗Ｒ１〜Ｒ３は、直列に接続されており、端子Ｔin11と接地との間に挿入されており、端子Ｔin11に印加される電池２１の電圧を分圧する。
【００２３】
コンパレータ１５１の反転入力端子には、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点が接続されている。また、コンパレータ１５１の非反転入力端子には、基準電圧源１５２から基準電圧Ｖrefが印加されている。コンパレータ１５１は、基準電圧Ｖrefと抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点の電圧とを比較して、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点の電圧が基準電圧Ｖrefより大きければ出力をローレベルとし、小さければ出力をハイレベルとする。コンパレータ１５１の出力は、トランジスタＭ１のゲート及び抵抗Ｒ４を介してトランジスタＭ２のゲート並びにトランジスタＱ１のコレクタに供給される。
【００２４】
トランジスタＭ１は、ｐチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタから構成されており、ソースが端子Ｔin11に接続され、ドレインが抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点に接続されている。トランジスタＭ１は、コンパレータ１５１の出力がローレベルのときにオンし、ハイレベルのときにオフする。トランジスタＭ１がオフのときには、端子Ｔin11の電圧は抵抗Ｒ１〜Ｒ３により分圧され、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との接続点から出力される。また、トランジスタＭ１がオンすると、抵抗Ｒ１がバイパスされるので、端子Ｔin11の電圧は抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３により分圧されて、その接続点から出力される。
【００２５】
トランジスタＭ２は、ｎチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタから構成されており、ドレインが抵抗Ｒ５を介して端子Ｔin11に接続され、ソースがトランジスタＱ１のベースに接続されるとともに、抵抗Ｒ６を介して接地に接続されている。トランジスタＭ２は、コンパレータ１５１の出力がハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。
【００２６】
トランジスタＱ１はＮＰＮバイポーラトランジスタから構成され、コレクタが抵抗Ｒ４とトランジスタＭ２のゲートとの接続点に接続され、ベースがトランジスタＭ２のソースに接続され、エミッタが接地に接続されている。トランジスタＱ１は、トランジスタＭ２がオンし、トランジスタＭ２のソースと抵抗Ｒ６との接続点の電位がハイレベルとなったときにオンし、トランジスタＭ２がオフし、トランジスタＭ２のソースと抵抗Ｒ６との接続点の電位がローレベルとなったときにオフする。
【００２７】
トランジスタＱ２はＮＰＮバイポーラトランジスタから構成され、ベースが抵抗Ｒ７を介してトランジスタＭ２のドレインと抵抗Ｒ５との接続点に接続され、コレクタが抵抗Ｒ８を介して端子Ｔin11に接続され、エミッタは接地に接続されている。トランジスタＱ２は、トランジスタＭ２がオフして、トランジスタＭ２のドレインと抵抗Ｒ５との接続点の電位がハイレベルになるとオンし、トランジスタＭ２がオンして、トランジスタＭ２のドレインと抵抗Ｒ５との接続点の電位がローレベルになるとオフする。
【００２８】
トランジスタＱ２のコレクタと抵抗Ｒ８との接続点は、監視回路１２１の出力端子である端子Ｔout11に接続されている。出力端子Ｔout11は、スイッチ素子２３を構成するｐチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタのゲートに接続されている。スイッチ素子２３は、監視回路１２１の出力がローレベルのときにオンし、電源を駆動回路１１２及びコントロール回路１２３、１２４に供給し、ハイレベルのときにオフし、駆動回路１１２への電源の供給を切断する。
【００２９】
以上により監視回路１２１の出力によりスイッチ素子２３がスイッチングされ、駆動回路１１２及びＤＣ−ＤＣコンバータ１２２への電流の供給がオン／オフされる。
【００３０】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２２には、スイッチ素子２３の出力電圧が供給されており、供給されたスイッチ素子２３からの電圧を直流電圧Ｖd1に変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１２２で変換された直流電圧Ｖd1は、コントロール回路１２３、１２４にその駆動電圧Ｖｄ1として供給される。
【００３１】
ここで、コントロール回路１２３について説明する。
【００３２】
図３はコントロール回路１２３の回路構成図である。
【００３３】
コントロール回路１２３は、制御部１６１及び駆動時間制限回路１６２から構成されている。制御部１６１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１２２からの駆動電圧Ｖｄによって駆動され、負荷１３１の駆動タイミングを決定するタイミング信号を生成し、駆動時間制限回路１６２に供給する。駆動時間制限回路１６２は、制御部１６１から供給されるタイミング信号がハイレベルになると、所定動作時間、スイッチ素子１２５をオンして、負荷１３１に電源を供給する。
【００３４】
駆動時間制限回路１６２は、抵抗Ｒ11、Ｒ12、キャパシタＣ11、ＮＯＲゲート１７１、１７２、ＮＡＮＤゲート１７３から構成されている。
【００３５】
制御部１６１からのタイミング信号は、抵抗Ｒ11、Ｒ21、キャパシタＣ11から構成される遅延回路を通してＮＯＲゲート１７１の一方の入力及びＮＯＲゲート１７２の一方の入力並びにＮＡＮＤゲート１７３の一方の入力に供給される。抵抗Ｒ11、Ｒ21、キャパシタＣ11から構成される遅延回路は、入力を所定時間遅延させる。
【００３６】
ＮＯＲゲート１７１は、入力端子Ｔtin21の入力の遅延入力とＮＯＲゲート１７２の出力とのＮＯＲ論理を出力する。また、ＮＯＲゲート１７２は、ＮＯＲゲート１７１の出力と入力端子Ｔin21への入力とのＮＯＲ論理を出力する。
【００３７】
ＮＯＲゲート１７１の出力は、ＮＡＮＤゲート１７３に入力される。ＮＡＮＤゲート１７３は、ＮＯＲゲート１７１の出力と入力端子Ｔin21への入力端子とのＮＡＮＤ論理を出力する。ＮＡＮＤゲート１７３の出力は、出力端子Ｔout21に出力される。出力端子Ｔout21は、コントロール回路１２３の出力として、スイッチ素子１２５を構成するｐチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタのゲートに供給される。
【００３８】
スイッチ素子１２５は、コントロール回路１２３の出力がローレベルのときのオンし、ハイレベルのときオフする。スイッチ素子１２５がオンすると、スイッチ素子１２３を通過した電源が負荷１３１に供給される。また、スイッチ素子１２５がオフすると、スイッチ素子１２５を通過した電源の負荷１３１への供給は切断される。
【００３９】
次にコントロール回路１２３の動作を説明する。
【００４０】
制御部１６１から負荷１３１への駆動信号が回路１６２に出力され、この信号がローからハイレベルに立ち上がると、ＮＯＲゲート１７２及びＮＡＮＤゲート１７３の一つの入力がハイレベルになる。このとき、ＮＯＲゲート１７２の出力はローレベルとなる。
【００４１】
これにより、ＮＯＲゲート１７１の二つの入力は共にローレベルとなる。よって、ＮＯＲゲート１７１の出力は、ハイレベルに反転する。よって、ＮＡＮＤゲート１７３の２つの入力が共にハイレベルになり、ＮＡＮＤゲート１７３の出力はローレベルに反転する。ＮＡＮＤゲート１７３の出力がローレベルに反転することにより、スイッチ素子１２５がオンする。スイッチ素子１２５がオンすることにより、負荷１３１に電源が供給され、動作状態となる。
【００４２】
次に、所定の遅延時間経過し、かつ、回路１６２への入力信号がハイレベルであり続けたとすると、キャパシタＣ11が充電され、ＮＯＲゲート１７１の一方の入力がハイレベルになる。これによって、ＮＯＲゲート１７１の出力がローレベルになる。ＮＯＲゲート１７１の出力がローレベルになることによって、ＮＡＮＤゲート１６３の出力がハイレベルになる。ＮＡＮＤゲート１７３の出力がハイレベルになると、スイッチ素子１２５がオフする。
【００４３】
これによって、抵抗Ｒ11、Ｒ12、及びキャパシタＣ11により設定される遅延時間だけ負荷１３１に動作電源を供給し、動作させることができる。よって、負荷１３１の動作時間を所定の時間に制限できる。したがって、電池２１の電池電圧Ｖbatがその最終放電電圧以下に低下する時間を最小源に留めることができる。これによって、電池２１を保護できる。
【００４４】
なお、コントロール回路１２４は、コントロール回路１２３と同様な構成であり、ｐチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタから構成されるスイッチ素子１２６をスイッチ素子１２５と同様に制御する。
【００４５】
次に各種電圧の設定について説明する。
【００４６】
図４は設定電圧の関係を示す図である。
【００４７】
ここで、電池２１の最終放電電圧をＶｅ、駆動部１１２で必要な必要最低限の電圧をＶd、駆動部１１２を最大負荷で駆動したときの電池２１の電池電圧の低下電圧をΔＶとすると、
シャットダウン電圧ＶTLは、
ＶTL＝Ｖd
に設定され、通電許可電圧ＶTHは、
ＶTH＝Ｖｄ＋ΔＶ
に設定されている。
【００４８】
なお、
Ｖｄ≦Ｖｅ−ΔＶ
の場合には、通電許可電圧ＶTHは、
ＶTH＝Ｖｅ
に設定し、シャットダウン電圧ＶTLは、
ＶTL＝Ｖｅ−ΔＶ
に設定すればよい。
【００４９】
なお、このとき、通電許可電圧ＶTH及びシャットダウン電圧ＶTLは、監視回路１２１の抵抗Ｒ１〜Ｒ３を調整することにより設定される。
【００５０】
以上のように通電許可電圧ＶTH及びシャットダウン電圧ＶTLを設定することにより、駆動部１１２のＶｄと電池２１のＶｅとが近接した構成であっても、電池２１を最終放電電圧Ｖｅまで使い切ることが可能となる。これによって、例えば、駆動部１１２の構成に対してバッテリサイズの制約やコスト面から電圧や放電特性に余裕があるバッテリ構成をとれない場合でも、電池２１を最終放電電圧まで使い切ることが可能となる。例えば、ニッケル水素電池のように、間欠的には電池の最終放電電圧とシステムに必要な最低電圧とが近接するような状況を許容して設計を行うことができる。
【００５１】
以上、本実施例によれば、監視回路１２１により、電池電圧Ｖbatがシャットダウン電圧ＶTLより低下したか否かを判定し、電源電圧Ｖbatがシャットダウン電圧ＶTLより低下することにより電源供給機器で必要な必要最低電圧以下となったときに、電池２１の電源供給機器である駆動部１１２への供給を切断するが、その後も電池電圧Ｖbatが通電許可電圧に達す事がないため、スイッチ素子２３のオン／オフ動作の繰り返しを防止することができる。
【００５２】
また、監視回路１２１での負荷１３１、１３２への電流制御に加えて、駆動時間制限回路１６２により、負荷１３１、１３２に電流を供給する時間を制限することにより、電池２１から負荷１３１、１３２に電流が供給される時間を制限でき、これによって、電池２１の出力電圧が間欠的に最終放電電圧以下となっても、電池２１にダメージを与え続けることがなく、比較的電池の能力に余裕がなくて、大電流動作期間がある装置でも安全に電池容量の限界まで動作させることができる。
【００５３】
なお、本実施例では、電池２１から電源を供給する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電源の供給能力に制限がある電源一般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例のシステム構成図である。
【図２】監視回路１２１の回路構成図である。
【図３】コントロール回路１２３の回路構成図である。
【図４】設定電圧の関係を示す図である。
【図５】携帯型電子機器のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００５５】
２１  電池、２３  スイッチ素子
１００  システム
１１１  電源制御装置、１１２  駆動回路
１２１  監視回路、１２２  ＤＣ−ＤＣコンバータ、１２３、１２４  コントロール回路
１３１、１３２  負荷
【図１】
2005110425.tif 000003
【図２】
2005110425.tif 000004
【図３】
2005110425.tif 000005
【図４】
2005110425.tif 000006
【図５】
2005110425.tif 000007