(57)【要約】【課題】重い負荷に接続しても、過電流保護回路を起動することなく、スムーズに起動することが可能な電源回路の提供を目的とする。【解決手段】本発明に係る電源回路は、電池１の電力を電源として供給する電源回路であって、電池１の後段に設けられた過電流保護回路２と、過電流保護回路２の後段に設けられ、第１、第２の電池電源線１１ａ、１１ｂ間に接続された時定数回路３と、第２の電池電源線１１ｂに介挿され、時定数回路３に制御電極が接続されたトランジスタ４と、時定数回路３の前段において電源回路をオン／オフするスイッチング手段とを備える。【選択図】図１
2013116001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電力を電源として供給する電源回路であって、
前記電池の後段に設けられた過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の後段に設けられ、第１、第２の電池電源線間に接続された時定数回路と、
前記第２の電池電源線に介挿され、前記時定数回路に制御電極が接続されたトランジスタと、
前記時定数回路の前段において前記電源回路をオン／オフするスイッチング手段と、
を備える電源回路。
【請求項２】
前記時定数回路は、前記第１、第２の電池電源線間に直列に接続された抵抗およびコンデンサを備え、前記トランジスタの前記制御電極は、前記抵抗と前記コンデンサの接続点に接続される、請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記時定数回路および前記トランジスタの後段に設けられ、前記第１、第２の電池電源線間に接続された出力コンデンサをさらに備える、
請求項１または２に記載の電源回路。
【請求項４】
前記時定数回路および前記トランジスタの前段に設けられた電圧変換回路をさらに備え、
前記電圧変換回路のオン／オフにより前記電源回路をオン／オフするスイッチング手段が構成される、
請求項１乃至３のいずれかに記載の電源回路。
【請求項５】
前記時定数回路に代えて、前記電源回路のオンに合わせて前記時定数回路と同等に前記トランジスタの前記制御電極を駆動するマイクロコンピュータを備える、
請求項１、３、４のいずれかに記載の電源回路。
【請求項６】
アノードが前記トランジスタの前記制御電極、カソードが前記第１の電池電源線に接続されたダイオードをさらに備える、
請求項１乃至４のいずれかに記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電源回路に関し、特に過電流保護回路を備える電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源回路として、例えばリチウムイオン電池の電力を電源として外部の負荷に供給するものが知られている。リチウムイオン電池は、過電流や過充電による損傷から適切に保護する必要がある。このため、従来の電源回路では、入力容量の大きい負荷や、突入電流の引き込みが大きい負荷などに接続した場合に、電池の損傷を回避するために、一定以上の電流が流れると電池との接続を遮断する過電流保護回路を備えるものや、突入電流をまかなうために、電源回路の出力部にコンデンサを備えるものがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の従来の電源回路は、一時的に過剰な電流が流れた場合に、過電流保護回路が働くことにより電池の接続を遮断するので、負荷に対して電力の供給を継続できないという問題があった。また、突入電流をまかなうために電源回路の出力部に設けられるコンデンサは、搭載できる容量に実際上の制限があるので、電池を保護する効果に限度があった。特に、電源回路をオフにした状態で負荷に接続を行い、電源回路をオンにした場合の過渡状態に、上述の過電流保護回路が働きやすい。
【０００４】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、上述したような負荷に接続して電源回路をオンにしても、過電流保護回路をオンさせることなく、電源回路をスムーズに起動させることができる、電源回路の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る電源回路は、電池の電力を電源として供給する電源回路であって、電池の後段に設けられた過電流保護回路と、過電流保護回路の後段に設けられ、第１、第２の電池電源線間に接続された時定数回路と、第２の電池電源線に介挿され、時定数回路に制御電極が接続されたトランジスタと、時定数回路の前段において電源回路をオン／オフするスイッチング手段とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、時定数回路及びトランジスタによって、電源の供給が徐々に開始される。従って、大きな電流の引き込みを抑えることができるため、過電流保護回路をオンさせることなく電源回路をスムーズに起動させることができるので、電力の供給が中断されない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１に係る電源回路の第１の回路例を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る電源回路の第２の回路例を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る電源回路の第３の回路例を示す図である。
【図４】図３に示す負荷部の他の例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る電源回路の第４の回路例を示す図である。
【図６】図５に示す電源回路の変形例を示す図である。
【図７】実施の形態２に係る電源回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜実施の形態１＞
＜構成＞
図１に本実施の形態に係る電源回路の第１の回路例の図を示す。本実施の形態の電源回路は、電池１の電力を、電源として、離接自在な電源出力端子部１０を介して、負荷部２０に供給する。負荷部２０は、比較的大きな容量性負荷（以後これを大容量コンデンサ２０ａとして示す。）と、その他の負荷２０ｂから構成される。電池１の後段には、設計された以上の過大な電流が流れると、電池との接続を遮断する過電流保護回路２が設けられる。過電流保護回路２の後段において、第１、第２の電池電源線１１ａ、１１ｂ間に時定数回路３が接続される。ここで、時定数回路３は、抵抗３ａとコンデンサ３ｂの直列回路である。また、トランジスタ４が第２の電池電源線に介挿され、抵抗３ａとコンデンサ３ｂの接続点に、トランジスタ４の制御電極が接続される。過電流保護回路２と時定数回路３の間には、電源回路をオン／オフするスイッチング手段が設けられる。このスイッチング手段は、例えば、第１の電池電源線１１ａ上に設けられたオン／オフスイッチ５により構成されてもよい。そして、例えば、外部操作ボタンを手動でオン／オフ操作することにより、ＯＮ／ＯＦＦ信号を発生させてオン／オフスイッチ５を動作させる。
【０００９】
なお、電池１としては、例えばリチウムイオン電池が用いられる。また、過電流保護回路２としては、周知の回路の適切なものが用いられる。負荷部２０として、特に、入力容量が大きい負荷や、接続の際に突入電流を引き込む負荷の場合に本実施例は有効である。
【００１０】
なお、図２は、本実施の形態の電源回路の第２の回路例を示す図である。図２に示すように、電源出力端子部１０の前段に、出力コンデンサ６が挿入されていてもよい。
【００１１】
また、図３は、本実施の形態の電源回路の第３の回路例を示す図である。図３に示すように、図２で示した構成に加えて、負荷が、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１と、その背後にある負荷部２０によって構成されてもよい。
【００１２】
なお、図４は、図３の負荷部２０の他の例である。本他の例では、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１の前段に大容量コンデンサ２０ａが挿入されている。
【００１３】
さらに、図５は、本実施の形態の電源回路の第４の回路例を示す図である。図５に示すように、過電流保護回路２の後段に、電池１の電圧を所望の電圧に変換する機能に加えて、電源回路のオン／オフを行う機能を備えた、電圧変換回路７が設けられてもよい。この場合、オン／オフスイッチ５は不要である。
【００１４】
一方、図６は、図５の電源回路の変形例である。本変形例では、時定数回路３に代えて、時定数回路３と同等に、トランジスタ４の制御電極を駆動するマイクロコンピュータ８を備える。マイクロコンピュータ８と電圧変換回路７のオン／オフは連動しており、例えば、マイクロコンピュータ８が外部操作ボタンのオンを検知することにより、電圧変換回路７をオン、即ち、電源回路をオンするとともに、トランジスタ４の制御電極の駆動を開始することができる。なお、図１〜３の時定数回路３を変形して図６のマイクロコンピュータ８を備える回路としてもよい。
【００１５】
＜動作＞
本実施の形態においては、電源回路をオフ、即ち、オン／オフスイッチ５をオフにした状態で負荷２０に接続を行い、その後、電源回路をオンにした場合の動作について説明する。
【００１６】
まず、図１に示した電源回路の動作について説明する。オン／オフスイッチ５をオンにした直後は、コンデンサ３ｂには電荷が蓄積されていないので、トランジスタ４の制御電極には電圧が印加されていない状態である。従って、負荷部２０に電流は流れない。
【００１７】
コンデンサ３ｂが充電されていくと、それに伴って、トランジスタ４の制御電極部に印加される電圧も増大していくので、負荷部２０に含まれる大容量コンデンサ２０ａが徐々に充電されていく。
【００１８】
一定の時間が経過すると、コンデンサ３ｂは完全に充電された状態になるので、負荷部２０に供給される電流の量も一定となる。ここで、上記一定の時間は、時定数回路３の時定数、即ちコンデンサ３ｂの容量と抵抗３ａの抵抗値によって決定されるため、負荷の特性等に応じて適宜選択すればよい。
【００１９】
次に、図２に示した電源回路の動作について説明する。図２の電源回路の動作は基本的に図１で示した電源回路と同じである。図２の回路では、負荷部２０において負荷変動が起こった場合には、出力コンデンサ６が充放電を行うことにより、負荷変動を緩衝する。
【００２０】
次に、図３で示した電源回路の動作を説明する。負荷側に設けられた、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１は、起動するのに一定の電圧を要する。例えば、８〜９Ｖで起動可能とする。
【００２１】
オン／オフスイッチ５がオン、即ち電源回路がオンされると、コンデンサ３ｂが徐々に充電され、それに伴ってＤＣ／ＤＣ変換回路２１に印加される電圧が徐々に増大していく。印加電圧が８〜９Ｖに達すると、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１が起動され、その瞬間に、負荷部２０に含まれる大容量コンデンサ２０ａによって、大電流が引き込まれる。すると、トランジスタ４のオン抵抗による電圧降下が増大するので、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１に印加される電圧が低下し、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１はオフとなる。その後しばらくしてＤＣ／ＤＣ変換回路２１に印加される電圧が上昇すると、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１はまたオンする。
【００２２】
この様に、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１がオン／オフ動作を繰り返すことで、負荷部２０に含まれる大容量コンデンサ２０ａが徐々に充電され、最終的には安定して電源回路と接続される。
【００２３】
次に、図４の電源回路の動作を説明する。電源回路がオンされると、負荷側に設けられた大容量コンデンサ２０ａが徐々に充電され、それに伴って、ＤＣ／ＤＣ変換回路２１に印加される電圧が徐々に増大していき、印加電圧が８〜９Ｖに達するとＤＣ／ＤＣ変換回路２１が起動され、その他の負荷２０ｂに電力が供給される。もしその他の負荷２０ｂによる電流の引き込みが大きければ、図３の場合と同様の動作が行われる。
【００２４】
次に、図５の電源回路の動作を説明する。図５の電源回路の動作は基本的に図３で説明した、オン／オフを繰り返して徐々に安定する動作と同じであるが、電圧変換回路７により、電池１の電圧を所望の電圧に変換し負荷に与えることができる。また、電圧変換回路７のオン／オフは、例えば外部操作ボタンを手動で操作することにより、ＯＮ／ＯＦＦ信号を送ることで制御できる。従って、別途オン／オフスイッチ５を設けることなく、電圧変換回路７のオン／オフによって、電源回路のオン／オフを制御することができる。
【００２５】
次に、図６の電源回路の動作を説明する。図６は時定数回路３の代わりに、マイクロコンピュータ８によって、トランジスタ４の制御電極を駆動する。つまり、マイクロコンピュータ８に予めプログラムした内容によって、マイクロコンピュータ８のＤ／Ａ出力ポートを介して、トランジスタ４の制御電極に印加する電圧を徐々に増大させる制御を行うことで、時定数回路３と同等の機能を実行し、時定数回路３を備える図５の電源回路と同じ動作を行うことができる。
【００２６】
＜効果＞
本実施の形態の電源回路は、電池１の電力を電源として供給する電源回路であって、電池１の後段に設けられた過電流保護回路２と、過電流保護回路２の後段に設けられ、第１、第２の電池電源線１１ａ、１１ｂ間に接続された時定数回路３と、第２の電池電源線１１ｂに介挿され、時定数回路３に制御電極が接続されたトランジスタ４と、時定数回路３の前段において電源回路をオン／オフするスイッチング手段としてのオン／オフスイッチ５を備える。
【００２７】
従って、負荷部２０に対して、徐々に電力の供給が行われるので、大きな電流の引き込みを伴う負荷部２０であっても、過電流保護回路２に大電流が流れることを抑制できるため、過電流保護回路２をオンにすることなく、電源回路をスムーズに起動することが可能である。
【００２８】
また、本実施の形態の電源回路に備わる時定数回路３は、第１、第２の電池電源線１１ａ、１１ｂ間に直列に接続された抵抗３ａおよびコンデンサ３ｂを備え、トランジスタ４の前記制御電極は、抵抗３ａとコンデンサ３ｂの接続点に接続される。
【００２９】
従って、時定数回路３を実現する構成として、抵抗３ａおよびコンデンサ３ｂで実現する構成は簡便であるので、高い汎用性が期待できる。
【００３０】
また、本実施の形態の図２の電源回路は、図１の電源回路に対して、時定数回路３およびトランジスタ４の後段に設けられ、第１、第２の電池電源線１１ａ、１１ｂ間に接続された出力コンデンサ６をさらに備える。
【００３１】
従って、負荷の変動が起こった場合に、出力コンデンサ６が充放電することによって、負荷の変動を緩衝することができるので、動作の安定性がより向上する。
【００３２】
また、本実施の形態における図５の電源回路は、図１〜３の電源回路に対して、時定数回路３およびトランジスタ４の前段に設けられた電圧変換回路７をさらに備え、電圧変換回路７のオン／オフにより電源回路をオン／オフするスイッチング手段が構成される。
【００３３】
従って、電池１の電圧を所望の電圧に変換して、負荷に印加することが可能となるので、電源回路の適用範囲が広がるとともに、別途にオン／オフスイッチを設けなくてもよい。
【００３４】
また、本実施の形態における図６の電源回路は、図１〜４の電源回路に備わる時定数回路３に代えて、電源回路のオンに合わせて時定数回路３と同等にトランジスタ４の制御電極を駆動するマイクロコンピュータ８を備える。
【００３５】
従って、マイクロコンピュータ８の制御プログラムを書き換えることで、制御電極を駆動する、Ｄ／Ａコンバータ出力の電圧パターンを変更することができるので、電源回路の適用範囲が広がる。
【００３６】
＜実施の形態２＞
図７に本実施の形態に係る電源回路の回路図を示す。図５の電源回路において、アノードを第１の電池電源線１１ａに、カソードを抵抗３ａとコンデンサ３ｂの接続点すなわちトランジスタ４の制御電極にそれぞれ接続したダイオード９を追加したのが、本実施の形態の電源回路である。また、負荷部２０は、容量性負荷としての大容量コンデンサ２０ａとその他の負荷２０ｂから構成される。なお、図１〜３の電源回路にダイオード９を同様に追加してもよい。
【００３７】
本実施の形態の電源回路の動作として、特に、電源回路がオン、即ち電圧変換回路７がオンの状態で、負荷に接続する場合を考える。電源回路がオンの状態では、コンデンサ３ｂは充電されているため、トランジスタ４の制御電極部には電圧が印加されている。従って、負荷が接続された瞬間に、時として過大な状態に、大容量コンデンサ２０ａから電流の引き込みが起こる。このとき、ダイオード９を通して、コンデンサ３ｂの放電による電流が流れる。すると、それに伴ってトランジスタ４の制御電極に印加される電圧が低下するので、電池１から負荷部２０へ流れる電流が遮断される。これにより、負荷部２０が接続された瞬間に過電流保護回路２が動作することを避けることができる。
【００３８】
本実施の形態の電源回路は、図５の電源回路に対して、アノードがトランジスタ４の制御電極、カソードが第１の電池電源線１１ａに接続されたダイオード９をさらに備える。
【００３９】
従って、電流の引き込みが起こった際に、ダイオード９を通してコンデンサ３ｂの放電が行われるため、トランジスタ４の制御電極へ印加される電圧が低下し、電流の流れが遮断される。よって、電源回路がオンの状態で負荷に接続された場合でも、接続の瞬間に過電流保護回路２が起動することを回避することができ、動作の安定性が向上する。
【００４０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１  電池、２  過電流保護回路、３  時定数回路、３ａ  抵抗、３ｂ  コンデンサ、４  トランジスタ、５  オン／オフスイッチ、６  出力コンデンサ、７  電圧変換回路、８  マイクロコンピュータ、９  ダイオード、１０  電源出力端子部、１１ａ  第１電池電源線、１１ｂ  第２電池電源線、２０  負荷部、２０ａ  大容量コンデンサ、２０ｂ  その他の負荷、２１  ＤＣ／ＤＣ変換回路。
【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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