(57)【要約】 【課題】  安定した無瞬断電源切り換えを行い、定常運用時には電力損失の低減化を図る。【解決手段】  第１の逆流防止スイッチ１ｂは、第２の電源Ｖ２から第１の電源Ｖ１への電流の逆流を防止する機能を持つ。第１の出力遮断スイッチ１ａは、第２の電源Ｖ２使用時には、第１の電源Ｖ１からの電源供給を遮断する機能を持つ。第２の逆流防止スイッチ１ｃは、第１の電源Ｖ１から第２の電源Ｖ２への電流の逆流を防止する機能を持つ。第２の出力遮断スイッチ１ｄは、第１の電源Ｖ１使用時には、第２の電源Ｖ２からの電源供給を遮断する機能を持つ。第１の電圧検出部１３−１は、第１の電源Ｖ１の電圧を検出する。第２の電圧検出部１３−２は、第２の電源Ｖ２の電圧を検出する。切り換え制御部１４は、検出結果にもとづいて、第１のスイッチ部１１及び第２のスイッチ部１２のＯＮ／ＯＦＦの切り換え制御を行う。【選択図】  図１
2005080491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電源と、第１の電源より出力電圧が高い第２の電源と、の併用運転が可能な電源装置において、
第１の電源ラインの負荷側に設置して、第２の電源から第１の電源へ向かう電流の逆流防止を行う機能を持つ第１の逆流防止スイッチと、第１の電源ラインの電源側に設置して、第２の電源使用時には、第１の電源からの電源供給を遮断する機能を持つ第１の出力遮断スイッチと、から構成されて第１の電源を負荷へ給電する第１のスイッチ部と、
第２の電源ラインの負荷側に設置して、第１の電源から第２の電源へ向かう電流の逆流防止を行う機能を持つ第２の逆流防止スイッチと、第２の電源ラインの電源側に設置して、第１の電源使用時には、第２の電源からの電源供給を遮断する機能を持つ第２の出力遮断スイッチと、から構成されて第２の電源を負荷へ給電する第２のスイッチ部と、
第１の電源の電圧を検出する第１の電圧検出部と、
第２の電源の電圧を検出する第２の電圧検出部と、
電圧検出の結果にもとづいて、前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のＯＮ／ＯＦＦの切り換え制御を行う切り換え制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記第１のスイッチ部は、前記第１の逆流防止スイッチ及び前記第２の出力遮断スイッチの素子としてＦＥＴを用い、Ｐ−ｃｈのＭＯＳＦＥＴの場合は、各々のドレインを接続して第１の電源ライン上に直列に挿入した構成をとり、前記第２のスイッチ部は、前記第２の逆流防止スイッチ及び前記第２の出力遮断スイッチの素子としてＦＥＴを用い、各々のドレインを接続して第２の電源ライン上に直列に挿入した構成をとることを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記切り換え制御部は、第１の電源から第２の電源へ切り換える場合、第２の電源の電圧が起動電圧以上になると、前記第１の逆流防止スイッチをＯＦＦして、第２の電源から第１の電源への逆流を防止した後に、前記第２の出力遮断スイッチをＯＮして、第２の電源からの出力遮断を解除し、前記第２の逆流防止スイッチをＯＮすることで、無瞬断切り換えを行って、第２の電源から負荷へ給電し、第２の電源から第１の電源へ切り換える場合、第１の電源の電圧が起動電圧以上になると、前記第１の出力遮断スイッチをＯＮして、第１の電源からの電源供給をスタンバイし、第２の電源の電圧が停止電圧以下になると、前記第２の逆流防止スイッチ及び前記第２の出力遮断スイッチをＯＦＦして、第１の電源から第２の電源への逆流を防止し、第２の電源の出力遮断を行った後に、前記第１の逆流防止スイッチをＯＮすることで、無瞬断切り換えを行って、第１の電源から負荷へ給電することを特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
前記第１の出力遮断スイッチ及び前記第２の出力遮断スイッチは、スイッチＯＮ時に負荷へ突入電流が流れることを防止するための時定数回路を有することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
前記第１の電圧検出部及び前記第２の電圧検出部は、第１の電源及び第２の電源の起動・停止電圧の誤検出を防止するためのヒステリシスコンパレータを有することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源装置に関し、特に複数電源の併用運転が可能な電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のマルチメディアの進展に伴い、企業や一般家庭においてインターネットをはじめとするマルチメディア用の各種端末機器の高機能化が進んでいる。特に、ユーザが任意のタイミングでネットワークに接続できる携帯電話機やノートパソコン等といった携帯通信機器はますます普及しつつある。
【０００３】
このような状況の中で、携帯通信機器への安定した電源供給は必要不可欠であり、信頼性の高い電源装置の需要が高まっている。携帯通信機器は通常、電池とＡＣアダプタ（家庭用の１００Ｖ交流を低電圧の直流に変換する装置）との併用運転が可能であるため、電池からＡＣアダプタ、またはＡＣアダプタから電池への電源供給の切り換えは、瞬断することなくスムーズに行われること（無瞬断電源切り換え）及び定常運用しているときには電力損失が小さいことが、携帯通信機器における電源部開発の主要なポイントとなる。
【０００４】
図２６は従来の無瞬断電源装置の構成を示す図である。電源装置２００は、電池Ｖ１、ＡＣアダプタＶ２、ダイオードＤ１、Ｄ２から構成されて、負荷２０１に電源を供給する。また、負荷２０１には脈動分の少ない直流電圧を供給するために、平滑用の入力コンデンサＣ０が配置される。
【０００５】
各素子の接続関係は、電池Ｖ１の＋側とダイオードＤ１のアノードが接続し、ダイオードＤ１のカソードと、コンデンサＣ０の一端と、負荷２０１のＶｉｎ端子と、ダイオードＤ２のカソードが接続する。また、コンデンサＣ０の他端と、負荷２０１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤに接続する。交流源と接続するＡＣアダプタＶ２の＋側は、ダイオードＤ２のカソードと接続する。電池Ｖ１とＡＣアダプタＶ２の−側はＧＮＤに接続する。
【０００６】
電源装置２００では、電池Ｖ１からの給電ラインとＡＣアダプタＶ２からの給電ラインを、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソードコモンで接続している。これにより、電池Ｖ１またはＡＣアダプタＶ２のいずれかの給電が停止になった場合でも、運転中のいずれか一方の側から給電されるので瞬断することはない。
【０００７】
また、電源装置２００のようにダイオードによる冗長構成では、電圧の大きい側の電源が優先されて、負荷２０１に対して電源が供給される。すなわち、電池Ｖ１とＡＣアダプタＶ２の両方からの電源供給が可能な場合、（電池Ｖ１の電圧）＜（ＡＣアダプタＶ２の電圧）とすると、ＡＣアダプタＶ２からの電圧が優先的に負荷２０１に与えられることになる。
【０００８】
図２７は従来の無瞬断電源装置の構成を示す図である。電源装置２１０は、電池Ｖ１、ＡＣアダプタＶ２、スイッチｓｗ１、ｓｗ２から構成され、負荷２０１に電源を供給する。各素子の接続関係は、電池Ｖ１の＋側とスイッチｓｗ１の一端が接続し、スイッチｓｗ１の他端は、スイッチｓｗ２の一端と、コンデンサＣ０の一端と、負荷２０１のＶｉｎ端子と接続する。また、コンデンサＣ０の他端と、負荷２０１のＧＮＤ端子は、ＧＮＤに接続する。交流源と接続するＡＣアダプタＶ２の＋側は、スイッチｓｗ２の他端と接続する。電池Ｖ１とＡＣアダプタＶ２の−側はＧＮＤに接続する。
【０００９】
電源装置２１０は、電池Ｖ１から負荷２０１に電源を供給する場合は、スイッチｓｗ１がＯＮ、スイッチｓｗ２がＯＦＦとなり、ＡＣアダプタＶ２から負荷２０１に電源を供給する場合は、スイッチｓｗ１がＯＦＦ、スイッチｓｗ２がＯＮとなる。
【００１０】
ただし、スイッチング時にスイッチｓｗ１、ｓｗ２が共にＯＮしてしまうと、電池Ｖ１からの電流ＩｂａｔがＡＣアダプタＶ２側へ流れ、ＡＣアダプタＶ２からの電流Ｉａｄｐが電池Ｖ１へ流れるというように、それぞれの電流が逆流してしまうため、同時にはＯＮしないように制御される。
【００１１】
このとき、電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２、またはＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１への電源供給の切り換え時には、スイッチｓｗ１、ｓｗ２が共にＯＦＦとなるわずかな時間帯が生じるが、この間はコンデンサＣ０で充電された充電電圧が、負荷２０１に与えられるために、瞬断が防止されることになる。
【００１２】
一方、無瞬断電源装置の従来技術として、電池使用時は、逆流防止用ダイオードを短絡して、逆流防止用ダイオードに並列に接続したトランジスタをＯＦＦにし、ＡＣアダプタ使用時には逆流防止用ダイオードを機能させて、負荷に電源を供給する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−３３２１１３号公報（段落番号〔００１４〕〜〔００２６〕，第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記で説明した図２６の電源装置２００では、電源切り換え時に瞬断は無いが、定常運用時はダイオードの順方向電圧降下による電力損失が発生する。ここで、ダイオードＤ１、Ｄ２の順方向電圧降下をＶｆ、電池Ｖ１からの電流をＩｂａｔ、ＡＣアダプタＶ２からの電流をＩａｄｐとすると、電池使用時のダイオードＤ１による電力損失Ｗloss（Ｄ１）は以下の式（１ａ）で算出され、ＡＣアダプタ使用時のダイオードＤ２による電力損失Ｗloss(Ｄ２)は式（１ｂ）で算出される。
【００１４】
【数１】
2005080491.tif 000003
【００１５】
順方向電圧降下Ｖｆは、通常、０．５Ｖ程度であるため、式（１ａ）、式（１ｂ）からわかるように、負荷２０１に対する必要な電流（負荷電流）が増加すれば、その電流に比例して損失が大きくなり、さらに負荷電流増加時には、ダイオードＤ１、Ｄ２が発熱するという問題があった。
【００１６】
一方、図２７の電源装置２１０に対して、スイッチｓｗ１、ｓｗ２にＦＥＴ（Field Effect Transistor）を用いた場合、定常運用時の電力損失は、ＦＥＴの導通損失となる。ここで、ＦＥＴがＯＮした時のドレイン−ソース間の抵抗値をＲｄｓ（ｏｎ）とすると、スイッチｓｗ１のＯＮ時の導通損失Ｗloss(sw1)は以下の式（２ａ）で算出され、スイッチｓｗ２のＯＮ時の導通損失Ｗloss(sw2)は以下の式（２ｂ）で算出される。
【００１７】
【数２】
2005080491.tif 000004
【００１８】
Ｒｄｓ（ｏｎ）は、非常に抵抗値が小さいため、ダイオードによる電力損失に比べて、かなり損失は小さくなる。したがって、電源装置２１０は、電源装置２００に比べて電力損失は小さいという長所を持つ。電源装置２１０は、定常運用時の電力損失は低減されるが、電源切り換え時は電池Ｖ１とＡＣアダプタＶ２が同時にＯＮにならないようなガードタイムが設けられる。
【００１９】
図２８はガードタイムを示す図である。電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２への切り換え時、両方が同時にＯＮにならないようにガードタイムＴｗｇが設定されている。ガードタイムＴｗｇの時間中は、負荷２０１への電池Ｖ１またはＡＣアダプタＶ２からの給電は停止するが、この間は負荷側に設置したコンデンサＣ０から電力が給電されることになる。この場合、負荷２０１を流れる負荷電流Ｉ０が大きいと負荷電圧Ｖ０の低下が大きくなるため、コンデンサＣ０には容量の大きなコンデンサが必要となる。
【００２０】
ここで、ガードタイムの時間をＴｗｇ、負荷２０１へ取り付けるコンデンサＣ０の容量をＣ、負荷電流をＩ０（定電流とする）とすると、瞬断中に低下する電圧Ｖdipは以下の式（３）で算出される。また、図２９にガードタイムＴｗｇ１中に生じる垂下電圧Ｖdip１の波形を示す。
【００２１】
【数３】
2005080491.tif 000005
【００２２】
式（３）からわかるように、電圧Ｖdipを小さくするにはガードタイムＴｗｇを小さくするか、容量Ｃを大きくすればよい。しかし、コンデンサＣ０の容量を大きくした場合、ＦＥＴをＯＮすると大きな突入電流（コンデンサに瞬間的に流れる充電電流）が流れ、負荷２０１内の回路損傷または誤動作を引き起こすため、突入電流を低減するための突入電流防止回路を設ける必要がある。
【００２３】
図３０は突入電流防止回路を設けた際の垂下電圧を示す図である。突入電流防止回路を設けると、突入電流防止回路の時定数によって、電源投入時の突入電流のピーク値は抑制され、突入電流は低減されるが、ＦＥＴが完全にＯＮするまでには遅延が発生して、ガードタイムが伸びてしまい（Ｔｗｇ２＞Ｔｗｇ１）、電圧Ｖdip２が大きくなる方向に向かってしまう。このように、最適解を見つけるのが困難であり、電源装置２１０では常に安定した無瞬断電源切り換えを行うことができないといった問題があった。
【００２４】
一方、従来技術（特開平１１−３３２１１３号公報）では、ＡＣアダプタＶ２の出力には逆流防止用ダイオードが挿入されているため、ＡＣアダプタ運用時には常にダイオードによる損失が発生する。また、リレースイッチによって電池電源を負荷から遮断するといった構成をとっているが、リレースイッチのような大型部品を使用しているために、小型化が要求される携帯通信機器の電源部への適用には不向きであるといった欠点がある。
【００２５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、定常運用時には電力損失が小さく、安定した無瞬断電源切り換えを行って電源を供給する電源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】
【００２６】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、第１の電源Ｖ１と、第１の電源Ｖ１より出力電圧が高い第２の電源Ｖ２と、の併用運転が可能な電源装置１０において、第１の電源ラインの負荷２側に設置して、第２の電源Ｖ２から第１の電源Ｖ１へ向う電流の逆流防止を行う機能を持つ第１の逆流防止スイッチ１ｂと、第１の電源ラインの電源側に設置して、第２の電源Ｖ２使用時には、第１の電源Ｖ１からの電源供給を遮断する機能を持つ第１の出力遮断スイッチ１ａと、から構成されて第１の電源Ｖ１を負荷２へ給電する第１のスイッチ部１１と、第２の電源ラインの負荷２側に設置して、第１の電源Ｖ１から第２の電源Ｖ２へ向う電流の逆流防止を行う機能を持つ第２の逆流防止スイッチ１ｃと、第２の電源ラインの電源側に設置して、第１の電源Ｖ１使用時には、第２の電源Ｖ２からの電源供給を遮断する機能を持つ第２の出力遮断スイッチ１ｄと、から構成されて第２の電源Ｖ２を負荷２へ給電する第２のスイッチ部１２と、第１の電源Ｖ１の電圧を検出する第１の電圧検出部１３−１と、第２の電源Ｖ２の電圧を検出する第２の電圧検出部１３−２と、電圧検出の結果にもとづいて、第１のスイッチ部１１及び第２のスイッチ部１２のＯＮ／ＯＦＦの切り換え制御を行う切り換え制御部１４と、を有することを特徴とする電源装置１０が提供される。
【００２７】
ここで、第１の逆流防止スイッチ１ｂは、第１の電源ラインの負荷２側に設置して、第２の電源Ｖ２から第１の電源Ｖ１へ向う電流の逆流防止を行う機能を持つ。第１の出力遮断スイッチ１ａは、第１の電源ラインの電源側に設置して、第２の電源Ｖ２使用時には、第１の電源Ｖ１からの電源供給を遮断する機能を持つ。第２の逆流防止スイッチ１ｃは、第２の電源ラインの負荷２側に設置して、第１の電源Ｖ１から第２の電源Ｖ２へ向う電流の逆流防止を行う機能を持つ。第２の出力遮断スイッチ１ｄは、第２の電源ラインの電源側に設置して、第１の電源Ｖ１使用時には、第２の電源Ｖ２からの電源供給を遮断する機能を持つ。第１の電圧検出部１３−１は、第１の電源Ｖ１の電圧を検出する。第２の電圧検出部１３−２は、第２の電源Ｖ２の電圧を検出する。切り換え制御部１４は、電圧検出の結果にもとづいて、第１のスイッチ部１１及び第２のスイッチ部１２のＯＮ／ＯＦＦの切り換え制御を行う。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の電源装置は、第２の電源から第１の電源への電流の逆流を防止する機能と、第２の電源使用時には、第１の電源からの電源供給を遮断する機能とを持つ第１のスイッチ部と、第１の電源から第２の電源への電流の逆流を防止する機能と、第１の電源使用時には、第２の電源からの電源供給を遮断する機能とを持つ第２のスイッチ部とを有し、電圧検出の結果にもとづいて、スイッチのＯＮ／ＯＦＦの切り換え制御を行う構成とした。これにより、安定した無瞬断電源切り換えを行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は電源装置の原理図である。電源装置１０は、第１の電源Ｖ１と第２の電源Ｖ２との併用運転が可能で、負荷２に対していずれか一方の電源を供給する装置である。以降、第１の電源Ｖ１を電池Ｖ１、第２の電源Ｖ２をＡＣアダプタＶ２として、（電池Ｖ１の電圧Ｖbat）＜（ＡＣアダプタＶ２の電圧Ｖadp）であるものとして説明する。
【００３０】
スイッチ部１１（第１のスイッチ部）は、逆流防止スイッチ１ｂ（第１の逆流防止スイッチ）、出力遮断スイッチ１ａ（第１の出力遮断スイッチ）を含む。逆流防止スイッチ１ｂは、電池Ｖ１の電源ラインの負荷２側に設置して、ＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１へ向う電流の逆流を防止する機能を持つ。出力遮断スイッチ１ａは、電池Ｖ１の電源ラインの電源側に設置して、ＡＣアダプタＶ２使用時には、電池Ｖ１からの電源供給を遮断する機能を持つ。
【００３１】
スイッチ部１２（第２のスイッチ部）は、逆流防止スイッチ１ｃ（第２の逆流防止スイッチ）、出力遮断スイッチ１ｄ（第２の出力遮断スイッチ）を含む。逆流防止スイッチ１ｃは、ＡＣアダプタＶ２の電源ラインの負荷２側に設置して、電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２へ向う電流の逆流を防止する機能を持つ。出力遮断スイッチ１ｄは、ＡＣアダプタＶ２の電源ラインの電源側に設置して、電池Ｖ１使用時には、ＡＣアダプタＶ２からの電源供給を遮断する機能を持つ。
【００３２】
電圧検出部１３−１（第１の電圧検出部）は、電池Ｖ１の電圧（起動・停止電圧）を検出する。電圧検出部１３−２（第２の電圧検出部）は、ＡＣアダプタＶ２の電圧（起動・停止電圧）を検出する。切り換え制御部１４は、電圧検出の結果にもとづいて、スイッチ部１１及びスイッチ部１２のＯＮ／ＯＦＦの切り換え制御を行う。
【００３３】
なお、上記のスイッチにはＦＥＴを用いるので、以降の説明では、出力遮断スイッチ１ａをＦＥＴ１ａ、逆流防止スイッチ１ｂをＦＥＴ１ｂ、逆流防止スイッチ１ｃをＦＥＴ１ｃ、出力遮断スイッチ１ｄをＦＥＴ１ｄと呼ぶ。
【００３４】
次に電源装置１０の構成について説明する。図２は電源装置１０の構成を示す図である。ＦＥＴ１ａ〜１ｄには、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型でＰチャネルのＦＥＴ（ゲートがソースよりも低い電圧のときに電流が流れるＦＥＴ）を使用する。また、ＦＥＴ１ａ〜１ｄ内にはＩＣの構造上必然的にできる寄生ダイオードｄ１〜ｄ４が存在する（以下、寄生ダイオードをボディダイオードと呼ぶ）。また、電圧検出部１３−１は、コンパレータｃｏｍｐ１と基準電圧源Ｖｒ１を含み、電圧検出部１３−２は、コンパレータｃｏｍｐ２と基準電圧源Ｖｒ２を含む。
【００３５】
各素子の接続関係を記すと、電池Ｖ１の＋側は、コンパレータｃｏｍｐ１の（＋）入力端子と、ＦＥＴ１ａのソースと、ボディダイオードｄ１のカソードが接続する。ＦＥＴ１ａのドレインは、ＦＥＴ１ｂのドレインと、ボディダイオードｄ１のアノードと、ボディダイオードｄ２のアノードと接続する。
【００３６】
ＦＥＴ１ｂのソースは、ＦＥＴ１ｃのソースと、ボディダイオードｄ２のカソードと、ボディダイオードｄ３のカソードと、コンデンサＣ０の一端と、負荷２のＶin端子と接続する。ＦＥＴ１ｃのドレインは、ＦＥＴ１ｄのドレインと、ボディダイオードｄ３のアノードと、ボディダイオードｄ４のアノードと接続する。交流源と接続するＡＣアダプタＶ２の＋側は、ＦＥＴ１ｄのソースと、ボディダイオードｄ４のカソードと、コンパレータｃｏｍｐ２の（＋）入力端子と接続する。
【００３７】
ＦＥＴ１ａのゲートは、切り換え制御部１４のＶａ端子と接続し、ＦＥＴ１ｂのゲートは、切り換え制御部１４のＶｂ端子と接続し、ＦＥＴ１ｃのゲートは、切り換え制御部１４のＶｃ端子と接続し、ＦＥＴ１ｄのゲートは、切り換え制御部１４のＶｄ端子と接続する。Ｖａ端子〜Ｖｄ端子は、ＦＥＴ１ａ〜１ｄのそれぞれのゲートにバイアス電圧を与えることで、ＦＥＴ１ａ〜１ｄのＯＮ／ＯＦＦを制御するための端子である。
【００３８】
コンパレータｃｏｍｐ１、ｃｏｍｐ２のそれぞれの出力端子は、切り換え制御部１４のＶbaton端子とＶadpon端子と接続する。Ｖbaton端子は、電池Ｖ１の電圧状態を検出するための端子であり、Ｖadpon端子は、ＡＣアダプタＶ２の電圧状態を検出するための端子である。
【００３９】
コンパレータｃｏｍｐ１の（−）入力端子は、基準電圧源Ｖｒ１の＋側と接続し、コンパレータｃｏｍｐ２の（−）入力端子は、基準電圧源Ｖｒ２の＋側と接続する。コンデンサＣ０の他端と、負荷２のＧＮＤ端子と、切り換え制御部１４のＧＮＤ端子と、電池Ｖ１の−側と、ＡＣアダプタＶ２の−側と、基準電圧源Ｖｒ１、Ｖｒ２の−側は、ＧＮＤに接続する。
【００４０】
ここで、ＦＥＴ１ａ〜１ｄの接続関係は、上述のように、ＦＥＴ１ａとＦＥＴ１ｂの互いのドレインを接続することで、ＦＥＴ１ａのボディダイオードｄ１と、ＦＥＴ１ｂのボディダイオードｄ２が互いに逆向きになるようにして、電池Ｖ１の電源ライン上に直列に挿入する。同様に、ＦＥＴ１ｃとＦＥＴ１ｄの互いのドレインを接続することで、ＦＥＴ１ｃのボディダイオードｄ３と、ＦＥＴ１ｄのボディダイオードｄ４が互いに逆向きになるようにして、ＡＣアダプタＶ２の電源ライン上に直列に挿入する。
【００４１】
次に電圧検出部１３−１、１３−２について説明する。電圧検出部１３−１は、負荷２の動作に必要な電池Ｖ１からの電圧を検出し、電圧検出部１３−２は、負荷２の動作に必要なＡＣアダプタＶ２からの電圧を検出する。
【００４２】
ここで、ノートパソコン等の携帯通信機器では、電池とＡＣアダプタの両方がセットされた場合、通常は電池の消耗はできるだけ少なくしたいために、ＡＣアダプタからの電源が供給されることになるので、切り換え制御部１４ではＡＣアダプタ電圧Ｖadpを優先的に選択する。
【００４３】
また、基準電圧源Ｖｒ１からの起動電圧をＶref１、基準電圧源Ｖｒ２からの起動電圧をＶref２とすると、（電池電圧Ｖbat）＜（ＡＣアダプタＶ２の電圧Ｖadp）であるから、Ｖref１＜Ｖref２に設定した基準電圧源Ｖｒ１、Ｖｒ２を電圧検出部１３−１、１３−２内に備えることになる。
【００４４】
電圧検出部１３−１内のコンパレータｃｏｍｐ１は、起動電圧Ｖref１と電池電圧Ｖbatとを比較して、Ｖref１＜Ｖbatのときに、例えば、出力信号をＨレベルにして、Ｖbaton検出信号を出力する。電圧検出部１３−２内のコンパレータｃｏｍｐ２は、起動電圧Ｖref２とＡＣアダプタ電圧Ｖadpとを比較して、Ｖref２＜Ｖadpのときに、例えば、出力信号をＨレベルにして、Ｖadpon検出信号を出力する。切り換え制御部１４では、Ｖbaton検出信号及びＶadpon検出信号にもとづいて、ＦＥＴ１ａ〜１ｄのスイッチ切り換え制御を行い、負荷２に対して電源を供給する。
【００４５】
図３は起動電圧と電源電圧との関係を示す図である。電池電圧Ｖbatの範囲を６．０ｖ〜８．０Ｖ、ＡＣアダプタ電圧Ｖadpの範囲を８．５Ｖ〜９．５Ｖとし、また、起動電圧Ｖref１、Ｖref２を図に示すような電圧レベルとする。
【００４６】
電池電圧ＶbatとＡＣアダプタ電圧Ｖadpの双方が起動電圧Ｖref１、Ｖref２を超えない場合は（Ｖbat＜Ｖref１、Ｖadp＜Ｖref２）、いずれからも電源供給は行われない。
また、ＡＣアダプタ電圧Ｖadpだけが起動電圧Ｖref２を超えた場合は（Ｖbat＜Ｖref１、Ｖadp＞Ｖref１）、電源供給元はＡＣアダプタＶ２となり、電池電圧Ｖbatだけが起動電圧Ｖref１を超えた場合は（Ｖbat＞Ｖref１、Ｖadp＜Ｖref１）、電源供給元は電池Ｖ１となる。
【００４７】
さらに、電池電圧ＶbatとＡＣアダプタ電圧Ｖadpの双方が起動電圧Ｖref１、Ｖref２を超える場合は（Ｖbat＞Ｖref１、Ｖadp＞Ｖref２）、電源供給元はＡＣアダプタＶ２となる。
【００４８】
次に電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２への電源切り換え時のＦＥＴ１ａ〜１ｄの動作について説明する。なお、以降の説明では、出力遮断ＦＥＴは、ＯＮすると出力遮断が解除となり、ＯＦＦで出力遮断となる。また、逆流防止ＦＥＴは、ＯＮすると逆流防止が解除となり、ＯＦＦで逆流防止となる。
【００４９】
図４〜図７は電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２への切り換えを行った場合のＦＥＴ１ａ〜１ｄの動作を示す図である。動作モードＳ１〜Ｓ４を順に図４〜図７に示す。なお、図中、電圧検出部１３−１、１３−２、切り換え制御部１４の図示は省略する。
〔Ｓ１〕電池Ｖ１からの給電である（負荷電圧Ｖ０＝電池電圧Ｖbat）。このときのＦＥＴのスイッチング状態は、ＦＥＴ１ａ、１ｂはＯＮ、ＦＥＴ１ｃ、１ｄはＯＦＦであり、電源供給経路は、電池Ｖ１→ＦＥＴ１ａ（ＯＮ）→ＦＥＴ１ｂ（ＯＮ）→負荷２となる。
【００５０】
電池電流Ｉbatは、ＦＥＴ１ａのソース→ＦＥＴ１ａのドレイン→ＦＥＴ１ｂのドレイン→ＦＥＴ１ｂのソースを経て負荷２へ流れる（ＰＮＰトランジスタの場合は導通すると、エミッタ→コレクタの方向に電流が流れて、コレクタ→エミッタの方向には、わずかな電流しか流れないが、ＦＥＴの場合は導通すると、ドレイン→ソースの方向及びソース→ドレインの方向いずれからも電流を流せる）。
【００５１】
また、ＦＥＴ１ｃがＯＦＦであるため、電池電流Ｉbatはボディダイオードｄ３に対して逆方向となり、ＡＣアダプタＶ２側へ逆流しない。さらに、ＦＥＴ１ｄがＯＦＦとなることで、ボディダイオードｄ４がＡＣアダプタＶ２側からの出力を遮断している。
〔Ｓ２〕電圧検出部１３−２でＡＣアダプタ電圧Ｖadpが検出されると、切り換え制御部１４は、即時にＦＥＴ１ｂをＯＦＦして、ＡＣアダプタＶ２からの電圧印加による電池Ｖ１への逆流防止に備える（ＡＣアダプタＶ２からの電圧印加による電池Ｖ１への電流は、ボディダイオードｄ２に対して逆方向となる）。電源供給経路は、電池Ｖ１→ＦＥＴ１ａ（ＯＮ）→ボディダイオードｄ２→負荷２である（この状態では、ＦＥＴ１ｂのボディダイオードｄ２の順方向電圧Ｖｆだけ電圧降下が生じることになる）。
〔Ｓ３〕ＦＥＴ１ｄをＯＮする（ＡＣアダプタＶ２側の出力遮断を解除する）。このとき、電池Ｖ１とＡＣアダプタＶ２は、ボディダイオードｄ２、ｄ３のダイオード冗長接続となるが、ＡＣアダプタＶ２の起動電圧のしきい値が高いため、電源はＡＣアダプタＶ２から給電されることになる。電源供給経路は、ＡＣアダプタＶ２→ＦＥＴ１ｄ（ＯＮ）→ボディダイオードｄ３→負荷２となり、この状態では、ＦＥＴ１ｃのボディダイオードｄ３の順方向電圧Ｖｆだけ電圧降下するが、瞬断はしない。
〔Ｓ４〕ＦＥＴ１ｃをＯＮして（電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２への逆流防止を解除する）、ボディダイオードｄ３によるＶｆを取り除き、定常のＡＣアダプタＶ２からの給電状態となる。電源供給経路は、ＡＣアダプタＶ２→ＦＥＴ１ｄ（ＯＮ）→ＦＥＴ１ｃ（ＯＮ）→負荷２となる。なお、ＡＣアダプタ電流Ｉadpは、ＦＥＴ１ｄのソース→ＦＥＴ１ｄのドレイン→ＦＥＴ１ｃのドレイン→ＦＥＴ１ｃのソースを経て負荷２へ流れる。また、Ｖbat＜Ｖadpであるから、Ｉbatは流れない。
【００５２】
図８は電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２への切り換えシーケンスを示す図である。図４〜図７で上述したＦＥＴのスイッチング状態をタイムチャートで示している。
動作モードＳ１→Ｓ２では、ＡＣアダプタ電圧Ｖadpがしきい値ｔｈを超えると、ＦＥＴ１ｂは即時にＯＦＦとなる。このとき、負荷２に与えられる負荷電圧Ｖ０は、電池電圧Ｖbatからボディダイオードｄ２の順方向電圧Ｖｆだけ降下する。ただし、電池電圧Ｖbatから０．５Ｖ程度の順方向電圧Ｖｆだけ低下したとしても、負荷２の動作には支障はないので、動作モードＳ１→Ｓ２で瞬断は生じない。
【００５３】
一方、動作モードＳ２→Ｓ３では、ＦＥＴ１ｄがＯＮとなり、ＡＣアダプタＶ２からの給電となるが、ＡＣアダプタ電圧Ｖadpからボディダイオードｄ３の順方向電圧Ｖｆだけ降下した給電となる。この場合もＡＣアダプタ電圧Ｖadpから０．５Ｖ程度の順方向電圧Ｖｆだけ低下したとしても、負荷２の動作には支障はないので、動作モードＳ２→Ｓ３で瞬断は生じない。そして、動作モードＳ３→Ｓ４では、ＦＥＴ１ｃがＯＮとなり、負荷電圧Ｖ０はＡＣアダプタ電圧Ｖadpとなり、ＡＣアダプタＶ２による定常運用となる。
【００５４】
図９は各動作モードにおける電力損失を示す図である。動作モードＳ１では、ＦＥＴ１ａとＦＥＴ１ｂがＯＮとなって電池電圧Ｖbatを供給するので、動作モードＳ１の時間帯における電力損失Ｗloss１は、ＦＥＴ１ａの導通損失Ｗ１ａと、ＦＥＴ１ｂの導通損失Ｗ１ｂとの和になる（Ｗloss１＝Ｗ１ａ＋Ｗ１ｂ）。
【００５５】
動作モードＳ２では、ＦＥＴ１ａとボディダイオードｄ２がＯＮとなって電池電圧Ｖbatを供給するので、動作モードＳ２の時間帯における電力損失Ｗloss２は、ＦＥＴ１ａの導通損失Ｗ１ａと、ボディダイオードｄ２による損失Ｗｄ２との和になる（Ｗloss２＝Ｗ１ａ＋Ｗｄ２）。
【００５６】
動作モードＳ３では、ＦＥＴ１ｄとボディダイオードｄ３がＯＮとなってＡＣアダプタ電圧Ｖadpを供給するので、動作モードＳ３の時間帯における電力損失Ｗloss３は、ＦＥＴ１ｄの導通損失Ｗ１ｄと、ボディダイオードｄ３による損失Ｗｄ３との和になる（Ｗloss３＝Ｗ１ｄ＋Ｗｄ３）。
【００５７】
動作モードＳ４では、ＦＥＴ１ｃとＦＥＴ１ｄがＯＮとなってＡＣアダプタ電圧Ｖadpを供給するので、動作モードＳ４の時間帯における損失Ｗloss４は、ＦＥＴ１ｃの導通損失Ｗ１ｃと、ＦＥＴ１ｄの導通損失Ｗ１ｄとの和になる（Ｗloss４＝Ｗ１ｃ＋Ｗ１ｄ）。
【００５８】
ここで、ＦＥＴの電力損失には、ＦＥＴの導通損失と、ボディダイオードによる損失との２つがある。ＦＥＴの導通損失Ｗｆは、ＦＥＴを流れる電流をＩ、ＦＥＴの内部抵抗をＲとすれば、Ｗｆ＝Ｉ２×Ｒであるが、内部抵抗Ｒは非常に小さい値なので（０．１Ω以下程度を選択）、ＦＥＴ導通時の電力は非常に小さい値となる。したがって、動作モードＳ１、Ｓ４の定常状態における電力供給時の電力損失Ｗloss１、Ｗloss４も小さい値となる。
【００５９】
また、ボディダイオードによる電力損失Ｗｄは、ボディダイオードを流れる電流をＩ、順方向電圧降下をＶｆとすれば、Ｗｄ＝Ｉ×Ｖｆであり、Ｖｆは０．５Ｖ程度なので、やや大きい値となるが、ダイオード損失が生じるのは、動作モードＳ２、Ｓ３といったスイッチ切り換えの途中状態の短時間のみに限られるので、運用時の電力損失に大きな影響を与えることはない。
【００６０】
なお、図９を見ると、ＦＥＴ１ａ、１ｂの損失Ｗ１ａ、Ｗ１ｂよりも、ＦＥＴ１ｃ、１ｄの損失Ｗ１ｃ、Ｗ１ｄの方がレベルが小さく、ボディダイオードの損失Ｗｄ２よりもボディダイオードの損失Ｗｄ３のレベルが小さくなっている。
【００６１】
電池電圧Ｖbatは、ＡＣアダプタ電圧Ｖadpよりも低いので、負荷２には一定電力がかかるとすると、電池Ｖ１使用時に負荷２へ流れる電池電流Ｉbatは、ＡＣアダプタＶ２使用時に負荷２へ流れるＡＣアダプタ電流Ｉadpよりも大きい値となる（電圧が低い方が流れる電流が大きい）。
【００６２】
したがって、上記のＷｆ、Ｗｄの計算式からわかるように、電流が大きい方が損失も大きくなるので、電池側とＡＣアダプタ側とでは、同じＦＥＴの導通損失またはボディダイオードの損失であっても、損失レベルに差が現れることになる。
【００６３】
以上説明したように、本発明の電源装置１０では、電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２への切り換え時には、電流の逆流などを起こさずに安定した無瞬断切り換えを行うことができ、かつ定常運用時には、ＦＥＴのわずかな導通損失だけになるので、電力損失を低減することが可能になる。
【００６４】
次にＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１への電源切り換え時のＦＥＴ１ａ〜１ｄの動作について説明する。図１０〜図１３はＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１への切り換えを行った場合のＦＥＴ１ａ〜１ｄの動作を示す図である。動作モードＳ５〜Ｓ８を順に図１０〜図１３に示す。なお、図中、電圧検出部１３−１、１３−２、切り換え制御部１４の図示は省略する。
〔Ｓ５〕ＡＣアダプタＶ２からの給電である（負荷電圧Ｖ０＝ＡＣアダプタ電圧Ｖadp）。このときのＦＥＴのスイッチング状態は、ＦＥＴ１ａ、１ｂはＯＦＦ、ＦＥＴ１ｃ、１ｄはＯＮであり、電源供給経路は、ＡＣアダプタＶ２→ＦＥＴ１ｄ（ＯＮ）→ＦＥＴ１ｃ（ＯＮ）→負荷２となる。
【００６５】
なお、ＦＥＴ１ｂがＯＦＦであるため、ＡＣアダプタ電流Ｉadpはボディダイオードｄ２に対して逆方向となり、電池Ｖ１側へ逆流しない。さらに、ＦＥＴ１ａがＯＦＦとなることで、ボディダイオードｄ１が電池Ｖ１側からの出力を遮断している。
〔Ｓ６〕ＡＣアダプタＶ２で給電中、電圧検出部１３−１で電池電圧Ｖbatが検出されると、切り換え制御部１４は、ＦＥＴ１ａをＯＮして（電池Ｖ１側の出力遮断を解除する）、ＡＣアダプタＶ２がＯＦＦしたときに即時に電池Ｖ１から給電できるように備える。電源供給経路は、ＡＣアダプタＶ２→ＦＥＴ１ｄ（ＯＮ）→ＦＥＴ１ｃ（ＯＮ）→負荷２である。なお、Ｖbat＜Ｖadpであるから、Ｉbatは流れない。
〔Ｓ７〕電圧検出部１３−２が、ＡＣアダプタＶ２の停止電圧を検出すると、切り換え制御部１４は、即時にＦＥＴ１ｃとＦＥＴ１ｄをＯＦＦにする（電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２への逆流を防止し、ＡＣアダプタＶ２側の出力を遮断する）。電源供給経路は、電池Ｖ１→ＦＥＴ１ａ（ＯＮ）→ボディダイオードｄ２→負荷２となる。この場合、ＦＥＴ１ｂのボディダイオードｄ２の順方向電圧Ｖｆだけ電圧降下するが、瞬断はしない。
〔Ｓ８〕ＦＥＴ１ｂをＯＮし（ＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１への逆流防止を解除する）、ボディダイオードｄ２によるＶｆを取り除き、定常の電池Ｖ１からの給電状態となる。電源供給経路は、電池Ｖ１→ＦＥＴ１ａ（ＯＮ）→ＦＥＴ１ｂ（ＯＮ）→負荷２となる。
【００６６】
図１４はＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１への切り換えシーケンスを示す図である。図１０〜図１３で上述したＦＥＴのスイッチング状態をタイムチャートで示している。
動作モードＳ５→Ｓ６では、電池電圧Ｖbatがしきい値ｔｈ１を超えると、ＦＥＴ１ａは即時にＯＮとなる。このとき、負荷２に与えられる負荷電圧Ｖ０は、ＡＣアダプタ電圧Ｖadpである。
【００６７】
動作モードＳ６→Ｓ７では、ＡＣアダプタ電圧Ｖadpがしきい値ｔｈ２から下がると、ＦＥＴ１ｃとＦＥＴ１ｄは即時にＯＦＦとなり、負荷２へは電池電圧Ｖbatが与えられる。このとき、負荷２に与えられる電圧Ｖ０は電池電圧Ｖbatからボディダイオードｄ２の順方向電圧Ｖｆだけ降下する。
【００６８】
ただし、電池電圧Ｖbatから０．５Ｖ程度の順方向電圧Ｖｆだけ低下したとしても、負荷２の動作には支障はないので、動作モードＳ６→Ｓ７で瞬断は生じない。さらに、動作モードＳ７→Ｓ８では、ＦＥＴ１ｂがＯＮとなり、負荷電圧Ｖ０は電池電圧Ｖbatとなり、電池Ｖ１による定常運用となる。
【００６９】
図１５は各動作モードにおける電力損失を示す図である。動作モードＳ５では、ＦＥＴ１ｃとＦＥＴ１ｄがＯＮとなってＡＣアダプタ電圧Ｖadpを供給するので、動作モードＳ５の時間帯における電力損失Ｗloss５は、ＦＥＴ１ｃの導通損失Ｗ１ｃと、ＦＥＴ１ｄの導通損失Ｗ１ｄとの和になる（Ｗloss５＝Ｗ１ｃ＋Ｗ１ｄ）。
【００７０】
動作モードＳ６では、ＦＥＴ１ｃとＦＥＴ１ｄがＯＮのままでＡＣアダプタ電圧Ｖadpを供給するので、動作モードＳ６の時間帯における電力損失Ｗloss６は、上記と同様にＦＥＴ１ｃの導通損失Ｗ１ｃと、ＦＥＴ１ｄの導通損失Ｗ１ｄとの和になる（Ｗloss６＝Ｗ１ｃ＋Ｗ１ｄ）。
【００７１】
動作モードＳ７では、ＦＥＴ１ａとボディダイオードｄ２がＯＮとなって電池電圧Ｖbatを供給するので、動作モードＳ７の時間帯における電力損失Ｗloss７は、ＦＥＴ１ａの導通損失Ｗ１ａと、ボディダイオードｄ２による損失Ｗｄ２との和になる（Ｗloss７＝Ｗ１ａ＋Ｗｄ２）。この時間帯ではダイオード損失が生じるが、スイッチ切り換えの途中状態の短時間のみに限られるので、運用時の電力損失に大きな影響を与えることはない。
【００７２】
動作モードＳ８では、ＦＥＴ１ａとＦＥＴ１ｂがＯＮとなって電池電圧Ｖbatを供給するので、動作モードＳ８の時間帯における損失Ｗloss８は、ＦＥＴ１ａの導通損失Ｗ１ａと、ＦＥＴ１ｂの導通損失Ｗ１ｂとの和になる（Ｗloss８＝Ｗ１ａ＋Ｗ１ｂ）。
【００７３】
以上説明したように、本発明の電源装置１０では、ＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１への切り換え時には、電流の逆流などを起こさずに安定した無瞬断切り換えを行うことができ、かつ定常運用時には、ＦＥＴのわずかな導通損失だけになるので、電力損失を低減することが可能になる。
【００７４】
次にＦＥＴ１ａ、１ｄの出力遮断スイッチに設けた時定数回路について説明する。図１６は時定数回路を示す図である。図は、時定数回路１５−２が設けられた周辺部の構成を示している。時定数回路１５−２は、抵抗Ｒ２、コンデンサＣ２を含む。
【００７５】
時定数回路１５−２周辺の素子の接続関係は、抵抗Ｒ２の一端は、切り換え制御部１４のＶｄ端子と接続し、抵抗Ｒ２の他端は、ＦＥＴ１ｄのゲートとコンデンサＣ２の一端と接続する。コンデンサＣ２の他端は、ＦＥＴ１ｄのソースと、ボディダイオードｄ４のカソードと、ＡＣアダプタＶ２の＋側と接続する。
【００７６】
ここで、上述したように、負荷２には通常、平滑用のコンデンサＣ０が設置される。コンデンサＣ０の初期状態では電荷は０に近いため、ＦＥＴ１ｄをＯＮしてＡＣアダプタＶ２からの出力遮断を解除すると、突入電流と呼ばれる大きな充電電流が瞬間的に流れるおそれがある。時定数回路１５−２は、この突入電流が流れることを防止するための回路である。
【００７７】
図１７はＦＥＴ１ｄのゲート電圧と突入電流との関係を示す図である。グラフＧ１は、ＦＥＴ１ｄのゲート電圧（ゲート−ソース間電圧）Ｖｇｓを示しており、縦軸はゲート電圧Ｖｇｓ、横軸は時間である。グラフＧ２は、コンデンサＣ０に流れ込む突入電流を示しており、縦軸はＡＣアダプタ電流Ｉadp、横軸は時間である。
【００７８】
図中、点線表示は時定数回路１５−２を設けてない場合を示している。この場合、ＦＥＴ１ｄのゲート電圧Ｖｇｓが急激に上昇するので、ＦＥＴ１ｄが急激にＯＮし、ドレイン電流（ＡＣアダプタ電流Ｉadp）も瞬間的に大きなピーク値をとって突入電流として負荷２へ流れ込むことになる。
【００７９】
一方、時定数回路１５−２がある場合は、図中、実線で示すように、ＦＥＴ１ｄのゲート電圧Ｖｇｓは、緩やかに上昇を開始し（時定数回路１５−２に流れる電流は、抵抗Ｒ２で抑えられながら、コンデンサＣ２を充電するため）、ＦＥＴ１ｄがＯＮ状態へ移行するにつれて、ドレイン電流が徐々に流れ始めて、ＡＣアダプタ電流Ｉadpのピーク値は低く抑えられ、過大な突入電流の発生が抑制される。
【００８０】
なお、ゲート電圧Ｖｇｓは、以下の式（４）で表される。式中のＣはコンデンサＣ２の容量、Ｒは抵抗Ｒ２の抵抗値である。
【００８１】
【数４】
2005080491.tif 000006
【００８２】
式（４）からＦＥＴ１ｄのバイアス電圧Ｖｄは、時定数ＣＲの時間をかけて、Ｖｇｓに漸近していくことがわかる（ＣＲの値が大きいほど、傾きはより緩やかになり、バイアス電圧ＶｄがＶｇｓに達する時間がかかることになる）。なお、上記では、ＡＣアダプタＶ２側のＦＥＴ１ｄに設けた時定数回路１５−２について説明したが、電池Ｖ１側のＦＥＴ１ａに対しても、同様な時定数回路を設けることになる（構成、動作は同じなので説明は省略する）。
【００８３】
次にヒステリシスコンパレータを有する電圧検出部について説明する。図１８は電圧検出部の構成を示す図である。図は、ヒステリシスコンパレータが設けられた電圧検出部１３−２ａの周辺部の構成を示している。電圧検出部１３−２ａは、抵抗Ｒ５、Ｒ６、コンパレータｃｏｍｐ２、基準電圧源Ｖｒ２を含む。
【００８４】
電圧検出部１３−２ａ周辺の素子の接続関係は、コンパレータｃｏｍｐ２の出力端子は、切り換え制御部１４のＶadpon端子と、抵抗Ｒ５の一端と接続する。抵抗Ｒ５の他端は、コンパレータｃｏｍｐ２の（＋）入力端子と、抵抗Ｒ６の一端と接続し、抵抗Ｒ６の他端は、ＦＥＴ１ｄのソースと、ボディダイオードｄ４のカソードと、ＡＣアダプタＶ２の＋側と接続する。コンパレータｃｏｍｐ２の（−）入力端子は、基準電圧源Ｖｒ２の＋側と接続し、基準電圧源Ｖｒ２の−側とＡＣアダプタＶ２の−側はＧＮＤに接続する（抵抗Ｒ５、Ｒ６とコンパレータｃｏｍｐ２がこのような接続で構成されるコンパレータのことをヒステリシスコンパレータと呼ぶ）。
【００８５】
ヒステリシスコンパレータは、ＡＣアダプタＶ２の内部抵抗や配線・接触抵抗等によって生じる電圧降下を起因とする検出電圧近傍でのリプル（ポンピング）や、または電源起動時の電圧傾斜に重畳したノイズによる誤検出を防止するために設けられる素子である。
【００８６】
図１９、図２０はヒステリシスコンパレータの動作を説明するための概念図である。図１９は通常のコンパレータの動作を示し、図２０はヒステリシスコンパレータを用いた場合の動作を示している。
【００８７】
通常、電源の立ち上がり傾斜、立ち下り傾斜には、ノイズが重畳してリプルが生じている。このような電圧波形に対して、図１９に示すように、１つのしきい値ＴＨ０でＡＣアダプタ電圧Ｖadpの起動、停止の電圧を認識すると、コンパレータの検出信号Ｖadponには、チャタリングが生じることになり、ＦＥＴスイッチングの誤動作の原因となる。
【００８８】
一方、図２０に示すように、ヒステリシスコンパレータは、立ち上がり傾斜に対する起動電圧しきい値ＴＨ１と、立ち下り傾斜に対する停止電圧しきい値ＴＨ２を有しており、入力電圧（ＡＣアダプタ電圧Ｖadp）がしきい値ＴＨ１より低い場合は、検出信号ＶadponはＬレベルになり、入力電圧がしきい値ＴＨ１より高くなると、Ｈレベルになる。また、入力電圧がしきい値ＴＨ２より低くなると、検出信号ＶadponはＬレベルになる。このように、ヒステリシスコンパレータを電圧検出部に用いることで、入力電圧にノイズが乗っていても比較的安定した出力が得られることになる。
【００８９】
なお、しきい値ＴＨ１、ＴＨ２の差はヒステリシス電圧と呼ばれ、これが大きいほどノイズに強い。なお、しきい値ＴＨ１、ＴＨ２のそれぞれの電圧ＶＴＨ１、ＶＴＨ２及びヒステリシス電圧（ＶＴＨ１−ＶＴＨ２）は、以下の式（５ａ）〜（５ｃ）で算出される。
【００９０】
【数５】
2005080491.tif 000007
【００９１】
上記では、ＡＣアダプタ電圧Ｖ２側の電圧検出部１３−２ａのヒステリシスコンパレータについて説明したが、電池Ｖ１側の電圧検出部に対しても、同様なヒステリシスコンパレータを設けることになる（構成、動作は同じなので説明は省略する）。
【００９２】
次にＦＥＴ１ｂ、１ｃの逆流防止スイッチに設けたショットキーバリアダイオードについて説明する。図２１はショットキーバリアダイオードを接続したＦＥＴ１ｃを示す図である。ショットキーバリアダイオードｓｄ２は、外付けダイオードとして、ＦＥＴ１ｃのボディダイオードｄ３に並列に接続する。接続の仕方は、ショットキーバリアダイオードｓｄ２のアノードは、ＦＥＴ１ｃのソースと、ボディダイオードｄ３のアノードと接続し、ショットキーバリアダイオードｓｄ２のカソードは、ＦＥＴ１ｃのドレインと、ボディダイオードｄ３のカソードと接続する。
【００９３】
ショットキーバリアダイオードｓｄ２は、順方向電圧降下が通常のダイオードよりも小さいダイオードである。このショットキーバリアダイオードｓｄ２をＦＥＴ１ｃのドレイン−ソース間にボディダイオードｄ３と同じ向きに並列に接続することで、電源切り換え中に低下する、負荷電圧の低下分を減少させることができる。
【００９４】
図２２は順方向電圧降下を示す図である。縦軸はＡＣアダプタ電流Ｉadp、横軸は順方向電圧Ｖｆである。ボディダイオードｄ３の順方向電圧をＶｆｄ３、ショットキーバリアダイオードｓｄ２の順方向電圧をＶｆｓｄ２とすると、図からわかるように、同じ電流Ｉadpに対して、Ｖｆｓｄ２＜Ｖｆｄ３である。したがって、ボディダイオードにショットキーバリアダイオードを並列に接続することにより、電圧の低いショットキーバリアダイオード側を、電流は側流することになり、電力損失の低減を図ることが可能になる。
【００９５】
次に本発明の電源装置１０を適用した通信装置について説明する。図２３、図２４は通信装置の構成を示す図である。通信装置１００は、本発明の電源装置１０を含み、上記で説明した各機能を反映させた装置であって、電池Ｖ１と、電池Ｖ１より出力電圧が高いＡＣアダプタＶ２との併用運転が可能で、電池Ｖ１またはＡＣアダプタＶ２からの電源供給によって情報通信を行う装置である。
【００９６】
通信装置１００は、ＦＥＴ１ａ〜ＦＥＴ１ｄ、ショットキーバリアダイオードｓｄ１、ｓｄ２、電圧検出部１３−１ａ、１３−２ａ、切り換え制御部１４、時定数回路１５−１、１５−２、通信制御部２ａ（負荷２に該当）、電池Ｖ１、ＡＣアダプタＶ２から構成される。
【００９７】
各素子の接続関係については、ショットキーバリアダイオードｓｄ１、ｓｄ２、電圧検出部１３−１ａ、時定数回路１５−１の周辺部のみ説明する（その他の構成素子の接続関係は記載済み）。ショットキーバリアダイオードｓｄ１のアノードは、ＦＥＴ１ａのドレインと、ボディダイオードｄ１のアノードと、ＦＥＴ１ｂのドレインと、ボディダイオードｄ２のアノードと接続する。
【００９８】
ショットキーバリアダイオードｓｄ１のカソードは、ＦＥＴ１ｂのソースと、ボディダイオードｄ２のカソードと、コンデンサＣ０の一端と、通信制御部２ａのＶin端子と、ショットキーバリアダイオードｓｄ２のカソードと、ＦＥＴ１ｃのソースと、ボディダイオードｄ３のカソードと接続する。
【００９９】
また、ショットキーバリアダイオードｓｄ２のアノードは、ＦＥＴ１ｃのドレインと、ボディダイオードｄ３のアノードと、ＦＥＴ１ｄのドレインと、ボディダイオードｄ４のアノードと接続する。
【０１００】
電圧検出部１３−１ａに対し、コンパレータｃｏｍｐ１の出力端子は、切り換え制御部１４のＶbaton端子と、抵抗Ｒ３の一端と接続する。抵抗Ｒ３の他端は、コンパレータｃｏｍｐ１の（＋）入力端子と、抵抗Ｒ４の一端と接続し、抵抗Ｒ４の他端は、ＦＥＴ１ａのソースと、ボディダイオードｄ１のカソードと、コンデンサＣ１の他端と、電池Ｖ１の＋側と接続する。コンパレータｃｏｍｐ１の（−）入力端子は、基準電圧源Ｖｒ１の＋側と接続し、基準電圧源Ｖｒ１の−側はＧＮＤに接続する。
【０１０１】
時定数回路１５−１に対し、抵抗Ｒ１の一端は、切り換え制御部１４のＶａ端子と接続し、抵抗Ｒ１の他端は、ＦＥＴ１ａのゲートと、コンデンサＣ１の一端と接続する。コンデンサＣ１の他端は、ＦＥＴ１ａのソースと、ボディダイオードｄ１のカソードと、抵抗Ｒ４の他端と、電池Ｖ１の＋側と接続する。
【０１０２】
動作について説明する。なお、詳細動作は上述したので、電源切り換え時の動作を中心に簡潔に説明する。電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２への切り換えに対し、電池Ｖ１で運用中にＡＣアダプタＶ２が起動すると、ＡＣアダプタＶ２の電圧を、電圧検出部１３−２ａにより検出する。検出電圧が設定電圧より高くなると（電池Ｖ１の起動電圧より高く設定してある）、電池Ｖ１側の逆流防止用のＦＥＴ１ｂをＯＦＦにして、ＡＣアダプタＶ２→電池Ｖ１への電流の流れ込みを防止する。
【０１０３】
次に時定数回路１５−２により負荷側コンデンサＣ０への突入電流を抑圧しながら、ＦＥＴ１ｄをＯＮする。ここで、今まで電池Ｖ１側から供給していた負荷電流は、ＡＣアダプタＶ２からの供給に切り換わる。
【０１０４】
ただし、まだＦＥＴ１ｃはＯＦＦ状態なので、通信制御部２ａへの電流はＦＥＴ１ｃのドレイン−ソース間に設けたショットキーバリアダイオードｓｄ２を通って供給されるため、ショットキーバリアダイオードｓｄ２のＶｆ分低下した電圧が、通信制御部２ａの負荷電圧になる。
【０１０５】
次にＦＥＴ１ｃがＯＮになると、給電電流はショットキーバリアダイオードｓｄ２を通らず、ＦＥＴ１ｃを流れるのでＶｆ分電圧が上昇し、ＡＣアダプタＶ２の電圧がそのまま負荷電圧に供給され定常状態となる。その後、電池電圧がＯＦＦされた場合は、ＦＥＴ１ａはＯＦＦする（ＡＣアダプタＶ２からの給電には影響しない）。
【０１０６】
一方、ＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１への切り換えに対し、ＡＣアダプタＶ２で運用中に電池Ｖ１が起動すると、電池Ｖ１の電圧をヒステリシスコンパレータｈｃｏｍｐ１を含む電圧検出部１３−１ａにより検出する。検出電圧が設定電圧より高くなると、電池Ｖ１側の出力遮断用のＦＥＴ１ａをＯＮして、出力遮断を解除するが、ＡＣアダプタＶ２側の電圧が高いため、通信制御部２ａへの給電はまだＡＣアダプタＶ２から行われる。
【０１０７】
そして、ＡＣアダプタＶ２が停止すると、即時にＡＣアダプタＶ２側の逆流防止用のＦＥＴ１ｃと出力遮断用のＦＥＴ１ｄとをＯＦＦして、電池Ｖ１→ＡＣアダプタＶ２への逆流防止及びＡＣアダプタＶ２の出力遮断を行う。このとき、すでに電池Ｖ１側のＦＥＴ１ａはＯＮになっているので、電池Ｖ１から瞬断なしに通信制御部２ａヘ給電される。
【０１０８】
ただし、電池Ｖ１側の逆流防止用のＦＥＴ１ｂは、ＯＦＦになっているので、電流はＦＥＴ１ｂのドレイン−ソース間に設けたショットキーバリアダイオードｓｄ１を通って供給されるため、ショットキーバリアダイオードｓｄ１のＶｆ分低下した電圧が通信制御部２ａの負荷電圧になる。
【０１０９】
次にＦＥＴ１ｂがＯＮになると、給電電流はショットキーバリアダイオードｓｄ１を通らずＦＥＴ１ｂを流れるので、Ｖｆ分電圧が上昇し、電池Ｖ１の電圧がそのまま通信制御部２ａに供給され定常状態となる。
【０１１０】
このように、電池Ｖ１からＡＣアダプタＶ２、またはＡＣアダプタＶ２から電池Ｖ１への電源切り換えの途中では、一時的に電圧低下が生じるが、この電圧低下はショットキーバリアダイオードのＶｆ分わずかに低下するだけで、通信制御部２ａの動作には何ら支障はないので、無瞬断で電源切り換えが行われることになる。また、定常運用時は、ＦＥＴの導通損失だけなので、電力損失の低減を図ることができる。さらにリレースイッチ部品等を用いずに、電源切り換えを行うため、装置の小型化が可能になる。
【０１１１】
図２５は電源定常状態におけるＦＥＴの動作状態を示す図である。テーブルＴ１は、定常状態の各ＦＥＴの動作状態と電源供給元をテーブル化してまとめたものである。
〔状態１〕電池Ｖ１とＡＣアダプタＶ２両方の起動電圧が検出されない場合である。ＦＥＴのスイッチング状態は、ＦＥＴ１ａ〜１ｄはすべてＯＦＦであり、電源は供給されない。
〔状態２〕ＡＣアダプタＶ２の起動電圧が検出された場合である。ＦＥＴのスイッチング状態は、ＦＥＴ１ａ、１ｂがＯＦＦし、ＦＥＴ１ｃ、１ｄはＯＮになり、電源はＡＣアダプタＶ２から供給される。
〔状態３〕電池Ｖ１の起動電圧が検出された場合である。ＦＥＴのスイッチング状態は、ＦＥＴ１ａ、１ｂがＯＮし、ＦＥＴ１ｃ、１ｄはＯＦＦになり、電源は電池Ｖ１から供給される。
〔状態４〕電池Ｖ１とＡＣアダプタＶ２両方の起動電圧が検出された場合である。ＡＣアダプタＶ２の方が電圧が高い設定にしているので、ＦＥＴのスイッチング状態は、ＦＥＴ１ａ、１ｃ、１ｄがＯＮし、ＦＥＴ１ｂはＯＦＦになって、電源の供給はＡＣアダプタＶ２から供給される（ここで、ＦＥＴ１ａはＯＮしており、ＡＣアダプタＶ２の電源が突然遮断した場合でもＦＥＴ１ｂのボディダイオードｄ２を通して即時に負荷２へ給電が可能な状態になっている）。
【０１１２】
(付記１)   第１の電源と、第１の電源より出力電圧が高い第２の電源と、の併用運転が可能な電源装置において、
第１の電源ラインの負荷側に設置して、第２の電源から第１の電源へ向かう電流の逆流防止を行う機能を持つ第１の逆流防止スイッチと、第１の電源ラインの電源側に設置して、第２の電源使用時には、第１の電源からの電源供給を遮断する機能を持つ第１の出力遮断スイッチと、から構成されて第１の電源を負荷へ給電する第１のスイッチ部と、
第２の電源ラインの負荷側に設置して、第１の電源から第２の電源へ向かう電流の逆流防止を行う機能を持つ第２の逆流防止スイッチと、第２の電源ラインの電源側に設置して、第１の電源使用時には、第２の電源からの電源供給を遮断する機能を持つ第２の出力遮断スイッチと、から構成されて第２の電源を負荷へ給電する第２のスイッチ部と、
第１の電源の電圧を検出する第１の電圧検出部と、
第２の電源の電圧を検出する第２の電圧検出部と、
電圧検出の結果にもとづいて、前記第１のスイッチ部及び前記第２のスイッチ部のＯＮ／ＯＦＦの切り換え制御を行う切り換え制御部と、
を有することを特徴とする電源装置。
【０１１３】
(付記２)  前記第１のスイッチ部は、前記第１の逆流防止スイッチ及び前記第２の出力遮断スイッチの素子としてＦＥＴを用い、Ｐ−ｃｈのＭＯＳＦＥＴの場合は、各々のドレインを接続して第１の電源ライン上に直列に挿入した構成をとり、前記第２のスイッチ部は、前記第２の逆流防止スイッチ及び前記第２の出力遮断スイッチの素子としてＦＥＴを用い、各々のドレインを接続して第２の電源ライン上に直列に挿入した構成をとることを特徴とする付記１記載の電源装置。
【０１１４】
(付記３)  前記切り換え制御部は、第１の電源から第２の電源へ切り換える場合、第２の電源の電圧が起動電圧以上になると、前記第１の逆流防止スイッチをＯＦＦして、第２の電源から第１の電源への逆流を防止した後に、前記第２の出力遮断スイッチをＯＮして、第２の電源からの出力遮断を解除し、前記第２の逆流防止スイッチをＯＮすることで、無瞬断切り換えを行って、第２の電源から負荷へ給電し、第２の電源から第１の電源へ切り換える場合、第１の電源の電圧が起動電圧以上になると、前記第１の出力遮断スイッチをＯＮして、第１の電源からの電源供給をスタンバイし、第２の電源の電圧が停止電圧以下になると、前記第２の逆流防止スイッチ及び前記第２の出力遮断スイッチをＯＦＦして、第１の電源から第２の電源への逆流を防止し、第２の電源の出力遮断を行った後に、前記第１の逆流防止スイッチをＯＮすることで、無瞬断切り換えを行って、第１の電源から負荷へ給電することを特徴とする付記２記載の電源装置。
【０１１５】
(付記４)  前記第１の出力遮断スイッチ及び前記第２の出力遮断スイッチは、スイッチＯＮ時に負荷へ突入電流が流れることを防止するための時定数回路を有することを特徴とする付記１記載の電源装置。
【０１１６】
(付記５)  前記第１の電圧検出部及び前記第２の電圧検出部は、第１の電源及び第２の電源の起動・停止電圧の誤検出を防止するためのヒステリシスコンパレータを有することを特徴とする付記１記載の電源装置。
【０１１７】
(付記６)  前記第１の逆流防止スイッチ及び前記第２の逆流防止スイッチは、電源切り換え時に発生する負荷電圧の低下分を減少させるためのショットキーバリアダイオードをＦＥＴの寄生ダイオードに並列に接続することを特徴とする付記１記載の電源装置。
【０１１８】
(付記７)  電池と、電池より出力電圧が高いＡＣアダプタと、の併用運転が可能で、電池またはＡＣアダプタからの電源供給により、情報通信を行う通信装置において、
負荷として電源供給されて、通信制御を行う通信制御部と、
電池の電源ラインの負荷側に設置して、ＡＣアダプタから電池へ向う電流の逆流防止を行う機能を持つ電池側逆流防止スイッチと、電池の電源ラインの電源側に設置して、ＡＣアダプタ使用時には、電池からの電源供給を遮断する機能を持つ電池側出力遮断スイッチと、から構成されて電池電源を負荷へ給電する電池側スイッチ部と、ＡＣアダプタの電源ラインの負荷側に設置して、電池からＡＣアダプタへ向う電流の逆流防止を行う機能を持つＡＣアダプタ側逆流防止スイッチと、ＡＣアダプタの電源ラインの電源側に設置して、電池使用時には、ＡＣアダプタからの電源供給を遮断する機能を持つＡＣアダプタ側出力遮断スイッチと、から構成されてＡＣアダプタ電源を負荷へ給電するＡＣアダプタ側スイッチ部と、電池電圧を検出する電池電圧検出部と、ＡＣアダプタ電圧を検出するＡＣアダプタ電圧検出部と、電圧検出の結果にもとづいて、前記電池側スイッチ部及び前記ＡＣアダプタ側スイッチ部のＯＮ／ＯＦＦの切り換え制御を行う切り換え制御部と、から構成される電源部と、
を有することを特徴とする通信装置。
【０１１９】
(付記８)  前記電池側スイッチ部は、前記電池側逆流防止スイッチ及び前記電池側出力遮断スイッチの素子としてＦＥＴを用い、Ｐ−ｃｈのＭＯＳＦＥＴの場合は、各々のドレインを接続して電池電源ライン上に直列に挿入した構成をとり、前記ＡＣアダプタ側スイッチ部は、前記ＡＣアダプタ側逆流防止スイッチ及び前記ＡＣアダプタ側出力遮断スイッチの素子としてＦＥＴを用い、各々のドレインを接続してＡＣアダプタ電源ライン上に直列に挿入した構成をとることを特徴とする付記７記載の通信装置。
【０１２０】
(付記９)  前記切り換え制御部は、電池からＡＣアダプタへ切り換える場合、ＡＣアダプタ電圧が起動電圧以上になると、前記電池側逆流防止スイッチをＯＦＦして、ＡＣアダプタから電池への逆流を防止した後に、前記ＡＣアダプタ側出力遮断スイッチをＯＮして、ＡＣアダプタからの出力遮断を解除し、前記ＡＣアダプタ側逆流防止スイッチをＯＮすることで、無瞬断切り換えを行って、ＡＣアダプタから負荷へ給電し、ＡＣアダプタから電池へ切り換える場合、電池電圧が起動電圧以上になると、前記電池側出力遮断スイッチをＯＮして、電池からの電源供給をスタンバイし、ＡＣアダプタ電圧が停止電圧以下になると、前記ＡＣアダプタ側逆流防止スイッチ及び前記ＡＣアダプタ側出力遮断スイッチをＯＦＦして、電池からＡＣアダプタへの逆流を防止し、ＡＣアダプタの出力遮断を行った後に、前記電池側逆流防止スイッチをＯＮすることで、無瞬断切り換えを行って、電池から負荷へ給電することを特徴とする付記８記載の通信装置。
【０１２１】
(付記１０)  前記電池側出力遮断スイッチ及び前記ＡＣアダプタ側出力遮断スイッチは、スイッチＯＮ時に負荷へ突入電流が流れることを防止するための時定数回路を有することを特徴とする付記７記載の通信装置。
【０１２２】
(付記１１)  前記電池電圧検出部及び前記ＡＣアダプタ電圧検出部は、電池及びＡＣアダプタの起動・停止電圧の誤検出を防止するためのヒステリシスコンパレータを有することを特徴とする付記７記載の通信装置。
【０１２３】
(付記１２)  前記電池側逆流防止スイッチ及び前記ＡＣアダプタ側逆流防止スイッチは、電源切り換え時に発生する負荷電圧の低下分を減少させるためのショットキーバリアダイオードをＦＥＴの寄生ダイオードに並列に接続することを特徴とする付記７記載の通信装置。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本発明の電源装置の原理図である。
【図２】電源装置の構成を示す図である。
【図３】起動電圧と電源電圧との関係を示す図である。
【図４】電池からＡＣアダプタへの切り換えを行った場合のＦＥＴの動作を示す図である。
【図５】電池からＡＣアダプタへの切り換えを行った場合のＦＥＴの動作を示す図である。
【図６】電池からＡＣアダプタへの切り換えを行った場合のＦＥＴの動作を示す図である。
【図７】電池からＡＣアダプタへの切り換えを行った場合のＦＥＴの動作を示す図である。
【図８】電池からＡＣアダプタへの切り換えシーケンスを示す図である。
【図９】各動作モードにおける電力損失を示す図である。
【図１０】ＡＣアダプタから電池への切り換えを行った場合のＦＥＴの動作を示す図である。
【図１１】ＡＣアダプタから電池への切り換えを行った場合のＦＥＴの動作を示す図である。
【図１２】ＡＣアダプタから電池への切り換えを行った場合のＦＥＴの動作を示す図である。
【図１３】ＡＣアダプタから電池への切り換えを行った場合のＦＥＴの動作を示す図である。
【図１４】ＡＣアダプタから電池への切り換えシーケンスを示す図である。
【図１５】各動作モードにおける電力損失を示す図である。
【図１６】時定数回路を示す図である。
【図１７】ＦＥＴのゲート電圧と突入電流との関係を示す図である。
【図１８】電圧検出部の構成を示す図である。
【図１９】ヒステリシスコンパレータの動作を説明するための概念図である。
【図２０】ヒステリシスコンパレータの動作を説明するための概念図である。
【図２１】ショットキーバリアダイオードを接続したＦＥＴを示す図である。
【図２２】順方向電圧降下を示す図である
【図２３】通信装置の構成を示す図である。
【図２４】通信装置の構成を示す図である。
【図２５】電源定常状態におけるＦＥＴの動作状態を示す図である。
【図２６】従来の無瞬断電源装置の構成を示す図である。
【図２７】従来の無瞬断電源装置の構成を示す図である。
【図２８】ガードタイムを示す図である。
【図２９】ガードタイム中に生じる垂下電圧を示す図である。
【図３０】突入電流防止回路を設けた際の垂下電圧を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１０  電源装置
１１、１２  スイッチ部
１ａ、１ｄ  出力遮断スイッチ
１ｂ、１ｃ  逆流防止スイッチ
１３−１、１３−２  電圧検出部
１４  切り換え制御部
Ｖ１  第１の電源
Ｖ２  第２の電源
２  負荷
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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