(57)【要約】    【課題】単純な構成で電池切れと瞬時停電の何れの現象にも対応できるバックアップ電源回路。    【解決手段】機器を動作させるメインバッテリーから負荷へ電気エネルギーを供給するメイン電源供給路と、メインバッテリーに接続されるバックアップ用キャパシタと、メインバッテリーとキャパシタとの間に配置されるロードスイッチと、キャパシタの出力側に配置されてキャパシタからの電圧を予め定められた電圧に安定化するＤＣ／ＤＣコンバータと、メインバッテリーからのエネルギー供給が途絶えたとき、キャパシタに蓄積されたエネルギーをＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに供給する瞬時停電用電源供給路と、メインバッテリーの残量が予め定められた閾値以下に減少したときに、キャパシタに蓄積されたエネルギーをＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給するサブ電源供給路とを備える機器駆動バッテリーのバックアップ回路。【選択図】図２
2016095771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機器を動作させるメインバッテリーから負荷へ電気エネルギーを供給するメイン電源供給路と、
前記メインバッテリーに接続されて電気エネルギーを蓄えるバックアップ用キャパシタと、
前記メインバッテリーと前記キャパシタとの間に配置され、オンの状態で前記キャパシタを前記メインバッテリーに接続しオフの状態で前記キャパシタを前記メインバッテリーから切断するロードスイッチと、
前記キャパシタの出力側に配置されて前記キャパシタからの電圧を予め定められた電圧に安定化するＤＣ／ＤＣコンバータと、
メインバッテリーからのエネルギー供給が途絶えたとき、前記キャパシタに蓄積されたエネルギーをバックアップされるべき負荷に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに供給する瞬時停電用電源供給路と、
前記メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値以下に減少したときに、前記キャパシタに蓄積されたエネルギーをバックアップされるべき負荷に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給するサブ電源供給路とを備えることを特徴とする機器駆動バッテリーのバックアップ回路。
【請求項２】
前記ロードスイッチは、メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値を上回るときは前記ロードスイッチをオンにし、残量が閾値以下のときは前記ロードスイッチをオフにする請求項１に記載のバックアップ回路。
【請求項３】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値以下に減少したことに応答して動作を開始し、前記キャパシタの電圧が予め定められた最低入力電圧まで減少すると動作を停止する請求項１または２に記載のバックアップ回路。
【請求項４】
前記メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値以下に減少したことに応答して前記ロードスイッチをオンにし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させ、かつ、機器の動作を停止させてバックアップされるべき負荷と他の負荷と分離する制御部をさらに備える請求項３に記載のバックアップ回路。
【請求項５】
バックアップされるべき前記負荷が、データを格納するメモリと時計機能の回路である請求項４に記載のバックアップ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、機器駆動バッテリーのバックアップ回路に関し、より詳細には機器駆動用バッテリーの電池切れおよび瞬時停電の際にキャパシタを用いてバックアップすべき負荷にエネルギーを供給するバックアップ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハンディーターミナルなど電池駆動の電子機器においては、メインの電池から電源が供給されない場合に備えてバックアップ用の電源を確保しておくことが重要である。代表的なバックアップ動作は、メインの電池の残容量が少なくなるいわゆる電池切れの際に、時計の動作を継続させたりメモリ素子に格納されたデータの内容を保持したりすることである。
一方、前述の電池駆動の電子機器においては、機器に衝撃が加わるなどしてメイン電池の端子と機器の端子の接触が外れて瞬時的に電源が供給できなくなる瞬時停電の現象が発生し得る。瞬時停電時が発生しても時計の動作を継続させたりメモリ素子に格納されたデータの内容を保持したりするための電源構成が必要である。瞬時停電への対応も広義のバックアップに含まれる。
【０００３】
電池切れの際に、バックアップ電源は長期に渡って安定した電圧を維持する必要がある。このため、従来はリチウム系のコイン型の１次電池または２次電池などが一般的に用いられている。一方、瞬時停電が発生した際に、バックアップ電源は瞬時的に応答して多くの電流を供給し、機器の動作を維持する必要がある。このために前述のリチウム系コイン型電池とは別に大容量コンデンサが用いられている。特に瞬時停電のバックアップ用途には、容量密度の高い電気二重層キャパシタと呼ばれるタイプの大容量コンデンサが多用されている。
このように、電池切れと瞬時停電という互いに異なる現象に対応するために、バックアップ用の電源としてリチウム系コイン型電池と電気二重層キャパシタの２つの素子が併用されていた。
【０００４】
このような、いわば二重のバックアップ電源の構成は、電池駆動される電子機器に限らず、ＡＣ駆動される機器でも採用されている。例えば、ディスクアレイ装置において、主電源の出力が低下した場合に、ディスクアレイ装置の動作モードに応じて、適切な電力を各部に供給するために、以下の構成をとるものが提案されている。ディスクアレイ装置は、商用ＡＣ電源からの電力をＡＣ／ＤＣ電源部５でＤＣに変換し、電源コモンバスに供給する。その電源コモンバスには、電気的負荷であるディスクドライブ群及び制御回路基板群がそれぞれ接続されている。主電源の電力供給が停止すると、瞬時停電中のデータ保持を行うために、コンデンサボックスが、比較的大きな電流を短時間だけ供給する。続いて、メモリ上のデータをディスクドライブに退避させる処理やメモリバックアップを行うために、各バッテリボックスが、比較的長時間にわたって、電源コモンバスに電力を供給する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３４６３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
コイン型の１次電池または２次電池などは、出力電圧が安定しているものの内部抵抗が高いため瞬時停電など瞬間的に応答して大電流を供給すべき用途には向いていない。
一方、電気二重層キャパシタは、前述の電池に比べると内部抵抗が低いものの、蓄積されるエネルギー容量が小さく、また蓄積エネルギーの放出に比例して電圧が降下する。そのため、長期に渡り安定した電圧を維持すべきバックアップ用途には向いていない。
しかし、従来のいわば二重のバックアップ電源の構成は、構成が複雑でコスト面の負担が大きく、小型軽量化の観点からも改善の余地がある。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、単純な構成で電池切れと瞬時停電の何れの現象にも対応できるバックアップ電源回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、機器を動作させるメインバッテリーから負荷へ電気エネルギーを供給するメイン電源供給路と、前記メインバッテリーに接続されて電気エネルギーを蓄えるバックアップ用キャパシタと、前記メインバッテリーと前記キャパシタとの間に配置され、オンの状態で前記キャパシタを前記メインバッテリーに接続しオフの状態で前記キャパシタを前記メインバッテリーから切断するロードスイッチと、前記キャパシタの出力側に配置されて前記キャパシタからの電圧を予め定められた電圧に安定化するＤＣ／ＤＣコンバータと、メインバッテリーからのエネルギー供給が途絶えたとき、前記キャパシタに蓄積されたエネルギーをバックアップされるべき負荷に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに供給する瞬時停電用電源供給路と、前記メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値以下に減少したときに、前記キャパシタに蓄積されたエネルギーをバックアップされるべき負荷に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給するサブ電源供給路とを備えることを特徴とする機器駆動バッテリーのバックアップ回路を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明におけるバックアップ回路は、メインバッテリーからのエネルギー供給が途絶えたとき、キャパシタに蓄積されたエネルギーをバックアップされるべき負荷にＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに供給する瞬時停電用電源供給路と、メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値以下に減少したときに、キャパシタに蓄積されたエネルギーをバックアップされるべき負荷にＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給するサブ電源供給路とを備えるので、瞬間的に応答して大電流を供給すべき瞬時停電時のバックアップと、長期に渡って安定した電圧を維持すべき電池切れ時のバックアップの両方に対応できる。
【０００９】
従来一般的であったコイン型電池はコネクタを含め、大型でかつ高価である。この発明によれば、コイン電池をロードスイッチとＤＣ／ＤＣコンバータという小型高密度実装可能な回路構成に置換できるので、基板の実装面積の削減と、部品のコストダウンが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施例のバックアップ回路を備えた機器の具体例としてハンディーターミナル本体の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すバックアップ回路の詳細な構成を示す回路図である。
【図３Ａ】この発明の実施形態において、通常時に経路Ａを介して機器に電源が供給され、経路Ｂを介して電気２重層キャパシタが充電される様子を示す説明図である。
【図３Ｂ】この発明の実施形態において、瞬時停電時に経路Ｃを介して電気２重層キャパシタから機器に電源が供給される様子を示す説明図である。
【図３Ｃ】この発明の実施形態において、瞬時停電時および通常時における各部の電圧の変化を模式的に示す波形図である。
【図４Ａ】この発明の実施形態において、バックアップ時に経路Ｄを介して電気２重層キャパシタから機器に電源が供給される様子を示す説明図である。
【図４Ｂ】この発明の実施形態において、バックアップ時における各部の電圧の変化を模式的に示す波形図である。
【図５】図２の回路図にＣＰＵとのインターフェイスを加えた回路図である。
【図６】この実施形態でＣＰＵが実行する処理のうち、バックアップに関連する処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
（実施の形態１）
≪機器とバックアップ回路のブロック図≫
図１は、この発明の一実施例のバックアップ回路を備えた機器の具体例としてハンディーターミナル本体の構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すハンディーターミナル本体１００のうち、鎖線の枠で囲まれた領域のうちメイン電池１７を除く部分がこの実施形態のバックアップ回路１０である。また、二点鎖線の枠で囲まれた領域がバックアップ回路１０によってバックアップされる回路である。
ハンディーターミナル本体１００は、機器全体に電気エネルギーを供給し動作させるメイン電池１７、バックアップ回路１０を含む。さらに、バックアップ回路１０によりバックアップされる電源制御ＩＣ１１、ＣＰＵ１２、メモリ１３および時計ＩＣ１４を含む。また、操作部１５、表示部１６、バーコードスキャナ２１、近距離無線通信部２２、カメラ２３、リムーバブルメディア・インターフェイス２４および無線通信部２５を含む。
【００１３】
電源制御ＩＣ１１は、機器駆動用の電源電圧を生成し、安定した電圧を機器に供給するための制御を行う。
ＣＰＵ１２は、メモリ１３に予め格納された制御プログラムを実行して機器全体の動作を制御する。その制御はバックアップ回路１０の動作やメイン電池１７の充電処理をも含む。
メモリ１３は、前述の制御プログラムや、それをＣＰＵ１２が実行する際に用いる電源制御に関するデータやハンディーターミナルとしての処理データ等を記憶する。
時計ＩＣ１４は、常に計時を行い、ＣＰＵ１２に現在の時刻や時間に関する情報を提供する。
【００１４】
操作部１５は、ハンディーターミナル本体１００のユーザーが機器への命令、処理、情報等を入力するための入力手段である。ハードウェアとしてはキーボードやタッチパネルが用いられる。
表示部１６は、情報を使用者に表示し、認識させるための表示手段である。ハードウェアとしては液晶表示パネル等のディスプレイ装置やＬＥＤ等のランプが用いられる。
メイン電池１７は、ハンディーターミナル本体１００が図示しないＡＣアダプタを介して外部のＡＣ電源から電源の供給を受けない場合に機器を稼働させる電気エネルギーを供給する電池である。ハードウェアとしては、リチウムイオン電池が用いられる。メイン電池１７は、この発明のメインバッテリーに相当する。
【００１５】
ロードスイッチ１８は、ＣＰＵ１２によってオンおよびオフされるスイッチである。メイン電池１７の電圧が低下して後述する電気２重層キャパシタ１９によるバックアップを行うときに電気２重層キャパシタ１９とメイン電池１７とを切り離す。ハードウェアとしてはトランジスタを用いた半導体スイッチである。
電気２重層キャパシタ１９は、電気エネルギー、言い換えればバックアップ用の電気エネルギーを蓄えておくための素子である。蓄えられた電気エネルギーは、瞬時停電時に機器の動作を維持し、かつ、メイン電池１７のエネルギー残量が少なくなくなってその出力電圧が、機器を駆動可能な電圧として予め定められた駆動電圧を下回った際に、メモリ１３にデータを保持させ、時計ＩＣ１４の動作を継続させるために用いられる。
【００１６】
昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、電気２重層キャパシタ１９がバックアップを行う際に、バックアップされる電源制御ＩＣ１１、ＣＰＵ１２、メモリ１３および時計１４への供給電圧を予め定められた範囲の値に安定化するための回路である。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、この発明のＤＣ／ＤＣコンバータに相当する。
バーコードスキャナ２１は、１次元および／または２次元のバーコードを読み取るユニットである。
近距離無線通信部２２は、近接場無線通信（Near Field CommunicationまたはNFCともいう）を用いてデータの送受信が可能なＩＣカード等、非接触通信デバイスと通信を行うユニットである。
【００１７】
カメラ２３は、画像を撮影するユニットである。
リムーバブルメディアＩ／Ｆ２４は、ＳＤメモリカード等汎用の記憶媒体に対してデータの読み書きを行うためのインターフェイスユニットである。
無線通信部２５は、無線LANやBluetooth（登録商標）等の方式で無線通信を行うためのインターフェイスユニットである。
図１で、通常はメイン電池１７が機器に電気エネルギーを供給する（太い線で示す経路Ａ）。経路Ａはメイン電源供給路に相当する。また、メイン電池１７は、ロードスイッチ１８を介して電気２重層キャパシタ１９を充電する（太い線で示す経路Ｂ）。
【００１８】
例えば振動のためにメイン電池１７の端子と機器側の端子が一時的に離れて瞬時停電状態になると、その間は電気２重層キャパシタ１９が機器に電気エネルギーを供給する（鎖線で示す経路Ｃ）。経路Ｃは、瞬時停電用電源供給路に相当する。
また、使用に伴ってメイン電池１７のエネルギー残量が減少して駆動電圧を下回ったとき、ＣＰＵ１２は機器の動作を停止させてスリープ状態へ移行させる。その間、電気２重層キャパシタ１９は昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を介した経路でバックアップ対象（二点鎖線の枠内のブロック）に電気エネルギーを供給する（二点鎖線で示す経路Ｄ）。経路Ｄは、サブ電源供給路に相当する。
【００１９】
図１に示す実施形態において、鎖線の枠で示すバックアップ回路１０は、ロードスイッチ１８、電気２重層キャパシタ１９、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０および経路Ａ〜Ｄで示す供給路からなる。ただし、メイン電池１７を除く。
二点鎖線の枠で示すバックアップ対象のブロックは、電源制御ＩＣ１１、ＣＰＵ１２、メモリ１３および時計１４である。
【００２０】
≪バックアップ回路の構成と動作≫
図２は、図１に示すバックアップ回路１０の詳細な構成を示す回路図である。
図２に示すように、ロードスイッチ１８はトランジスタＱ３６で構成され、ＣＰＵ１２によってオンおよびオフされる。ロードスイッチ１８は、上流側がメイン電池１７に接続され、下流側は逆流防止のダイオードＤ３７を介して電気２重層キャパシタ１９に接続される。Ｃ３９で示されるのは、電気２重層キャパシタ１９を構成するコンデンサである。
電気２重層キャパシタ１９は、逆流防止のダイオードＤ４３を介して電源制御ＩＣ１１へ至る経路Ｃを有する。また、コイルＬ４０を介して昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に接続される。
【００２１】
昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、スイッチング用のトランジスタＱ４１およびＱ４２とコントローラを備えてなる。昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、逆流防止のダイオードＤ４４を介して電源制御ＩＣ１１へ至る経路Ｄを有する。
また、メイン電池１７は、経路Ａによって電源制御ＩＣ１１と直接接続されている。
＜通常時の動作＞
メイン電池１７が機器に電気エネルギーを供給する通常時は、経路Ａを介してメイン電池から機器に電源が供給される。このとき、ＣＰＵ１２は、ロードスイッチ１８をオンにしており、電気２重層キャパシタ１９は経路Ｂを介してメイン電池１７から充電される。また、ＣＰＵ１２は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止させており、経路Ｄは遮断されている。
【００２２】
なお、ダイオードＤ４３によって、経路Ｃを経由した電気２重層キャパシタ１９への電流の回り込みが防止される。ダイオードＤ４４によって、経路Ｄを経由した昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０への電流の回り込みが防止される。
図３Ａは、通常時に経路Ａを介してメイン電池１７から電源制御ＩＣ１１に電源が供給され、経路Ｂを介して電気２重層キャパシタ１９が充電される様子を示す説明図である。
【００２３】
＜瞬時停電時の動作＞
メイン電池１７から経路Ａを介した電源供給が一瞬停止する瞬時停電の期間は、メイン電池１７に代わって電気２重層キャパシタ１９から経路Ｃを通って機器に電源が供給される。瞬時停電中は、機器全体が動作している。電気２重層キャパシタ１９は、数十ミリ秒程度の期間は機器の動作を継続させるために十分な容量を有しており、また、瞬時停電に素早く応答して経路Ｃから大電流を流すことができる。
瞬時停電時もＣＰＵ１２は、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を停止させており、経路Ｄは遮断されている。ダイオードＤ４４によって、経路Ｃから経路Ｄを経由した昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０への電流の回り込みが防止される。
【００２４】
図３Ｂは、瞬時停電時に経路Ｃを介して電気２重層キャパシタ１９から電源制御ＩＣ１１に電源が供給される様子を示す説明図である。
やがてメイン電池１７からの電源供給が復活すると、通常時の状態に戻り、経路Ａを介してメイン電池１７から機器に電源が供給されると共に経路Ｂを介して電気２重層キャパシタ１９が充電される。
図３Ｃは、瞬時停電時および通常時におけるメイン電池１７、電気２重層キャパシタ１９および電源制御ＩＣ１１への入力電圧の変化を模式的に示す波形図である。時刻ｔ１で瞬時停電が発生し、時刻ｔ２で完全に復帰するまでの期間、電気２重層キャパシタ１９の電圧が電源制御ＩＣ１１に供給される。電気２重層キャパシタ１９の電圧は瞬時停電の期間中の放電によって若干低下するが、機器の動作を維持するには十分高い。時刻ｔ２から後は、放電により低下した電気２重層キャパシタ１９の電圧が充電によってもとの水準まで回復する。
【００２５】
しかし、予め定められた期間が経過してもメイン電池１７からの電源供給が復活しない場合、ＣＰＵ１２は、機器の動作を停止させてスリープ状態に移行させる。スリープ状態では、図１の二点鎖線の枠で示す電源制御ＩＣ１１、ＣＰＵ１２、メモリ１３および時計ＩＣ１４のみがバックアップ対象となり、他の負荷は電源から切り離される。なお、ＣＰＵ１２は、バックアップ時に自分自身が通常動作時よりも消費電力の少ないスリープ状態に移行してプログラムの実行を停止する。
【００２６】
＜バックアップ時の動作＞
バックアップ時は、メイン電池１７から経路Ａを介した電源供給はなく、電気２重層キャパシタ１９によってバックアップ用の電圧が供給される。バックアップへ移行する際にＣＰＵ１２は昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作を開始させる。バックアップ中は昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が動作しており経路Ｄには電気２重層キャパシタ１９の出力電圧が昇圧され安定化されたバックアップ電圧が出力される。経路Ｃに表われる電気２重層キャパシタ１９の端子電圧よりも経路Ｄのバックアップ電圧の方が高いため、経路Ｄから優先的に電源が供給される。また、ダイオードＤ４３によって、経路Ｃを経由した電気２重層キャパシタ１９への電流の回り込みが防止される。
【００２７】
経路Ｄからバックアップ用の電圧が供給されているとき、その電圧が経路Ａを経由して経路Ｂに回り込む可能性がある。それを防ぐためにＣＰＵ１２は、バックアップ移行時にロードスイッチ１８をオフにして経路Ｂを遮断する。
バックアップの動作は、電気２重層キャパシタ１９の端子電圧が昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の最低入力電圧まで降下して昇圧ができなくなるまで継続される。
【００２８】
図４Ａは、バックアップ時に経路Ｄを介して電気２重層キャパシタ１９から電源制御ＩＣ１１に電源が供給される様子を示す説明図である。
図４Ｂは、バックアップ時におけるメイン電池１７、電気２重層キャパシタ１９、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０および電源制御ＩＣ１１への入力電圧の変化を模式的に示す波形図である。時刻ｔ３で瞬時停電に移行するが、時刻ｔ４になってもメイン電池１７からの電源供給がないのでＣＰＵ１２は機器をバックアップ状態へ移行させる。
【００２９】
瞬時停電のｔ３からｔ４の期間は図３Ｂと同様に、電気２重層キャパシタ１９の電圧が経路Ｃを介して電源制御ＩＣ１１に供給される。電気２重層キャパシタ１９の電圧は瞬時停電の期間中の放電によって若干低下するが、機器の動作を維持するには十分高い。
時刻ｔ４から後は、ＣＰＵ１２が機器をバックアップ状態へ移行させるので、負荷が軽くなって電気２重層キャパシタ１９の電圧は瞬時停電の期間中よりも緩やかに降下する。
【００３０】
昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、時間の経過と共に緩やかに降下する電気２重層キャパシタ１９の電圧を予め定められたバックアップ電圧に昇圧してバックアップ対象の回路要素である電源制御ＩＣ１１、ＣＰＵ１２、メモリ１３および時計ＩＣ１４に供給する。やがて電気２重層キャパシタ１９の電圧が最低入力電圧まで減少する時刻ｔ５で、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が昇圧できなくなって動作を停止する。
時刻ｔ４からｔ５の期間は、ハンディーターミナル本体１００のユーザーがメイン電池１７の電池切れに気づいて電池を交換するのに十分な期間として設定される。例えば、ユーザーがハンディーターミナル本体１００を床や机に落として電池蓋がとれてしまい、電池が端子から外れたとする。その場合に電池が外れたことにユーザーが気づいて電池を入れ直すのに十分な期間である。一例としてその期間は５分に設定される。即ち、設計者は５分間のバックアップに十分な容量の電気２重層キャパシタ１９を選択する。
また、ハンディーターミナル本体１００の使用に伴ってメイン電池１７の出力電圧が徐々に低下してバックアップ状態に移行する場合もある。この場合、図４Ｂに示すｔ３からｔ４の瞬時停電の波形と異なり、メイン電池の電圧は時間の経過と共に徐々に低下する。そして最終的に、バックアップの状態に至る。そのような場合、メイン電池１７は機器の動作状態を維持するに十分な残容量はなくとも、バックアップを行うには十分な残容量がある。この場合、図４Ｂの期間ｔ４からｔ５に対応するバックアップ期間は、ユーザーが電池切れに気づいて充電を始めるのに十分長い期間として設定される。一例としてその期間は、ユーザーの店舗が休日を挟んで営業を再開することを想定した約４８時間に設定される。即ち、設計者は突然メイン電池１７が外れる事故を想定した５分間のバックアップおよびメイン電池１７が使用に伴って電圧低下する状態を想定した約４８時間のバックアップの何れの事態にも対応するのに十分な容量の電気２重層キャパシタ１９を選択する。
【００３１】
ところで、バックアップ時に電気２重層キャパシタ１９から電源を供給する経路Ｄと別に瞬時停電用の経路Ｃを設ける意味は次の通りである。瞬時停電時は、システム全体が動作しておりバックアップ時よりも大電流を供給する必要があるところ、仮に昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を経由させるとすれば、その電流に対応できるように昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を構成しなければならず、コスト的な負担が大きい。さらに、瞬時停電時は機器の動作を継続させるために即時に電源を供給しなければならないところ、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が動作を開始するまでには若干の時間が必要で即応性に欠ける。
バックアップ時の経路Ｄと別に直結の経路Ｃを設ける単純な構成により、これらの問題が解決される。
【００３２】
＜バックアップに関連するＣＰＵの処理＞
この実施形態におけるバックアップ回路の一部の機能はＣＰＵ１２によって実現される。以下にハードウェアによって実現される機能とＣＰＵ１２が制御プログラムを実行することによって実現される機能の分担を述べる。
図５は、図２の回路図にＣＰＵ１２とのインターフェイスを加えた回路図である。また、図２よりも詳細な回路構成を示している。
【００３３】
図５に示す回路要素のうち、図２に示されていないものについて述べておく。
メイン電池１７は、電気エネルギーを蓄えるセルＢ３１とセルの温度上昇を監視するサーミスタＴＨ３２を有してなる。この実施形態で、セルＢ３１はリチウムイオン電池セルである。よって、安全のためにサーミスタＴＨ３２が設けられている。さらに、この実施例によれば、サーミスタＴＨ３２の有無でメイン電池１７の有無を検出している。
ハンディーターミナル本体１００側には、装着されたメイン電池１７が機器駆動可能な大きさの電圧を出力するか否かを監視するメイン電池検出回路２６が設けられている。メイン電池検出回路２６は、トランジスタＩＣ３５、抵抗Ｒ３３およびＲ３４を有してなる。抵抗Ｒ３３とサーミスタＴＨ３２とはメイン電池１７の出力電圧を分圧する。メイン電池１７、即ち、サーミスタＴＨ３２が存在する状態では、抵抗Ｒ３３とサーミスタＴＨ３２によってメイン電池１７の出力電圧（経路Ａの電圧）が分圧される。その結果ＩＣ３５の２つの入力端子のうち抵抗Ｒ３３に接続された方の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１に接続された方の入力端子よりも低くなる。結果的にローレベルのメイン電池検出信号がＣＰＵへ送られる。一方、メイン電池１７、即ちサーミスタＴＨ３２が存在しない状態では、メイン電池１７の出力電圧（経路Ａの電圧）は分圧されず、抵抗Ｒ３３が接続された方の入力端子の電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１に接続された方の入力端子よりも高くなる。ここで、抵抗Ｒ３３の値は保存温度範囲で変化するサーミスタの抵抗値を考慮して決定される。
【００３４】
以上のように、メイン電池１７、即ち、サーミスタＴＨ３２が存在しない状態では、ＣＰＵへのメイン電池検出信号がハイレベルになる。一方、メイン電池１７、即ち、サーミスタＴＨ３２が装着されている状態では、メイン電池検出信号がローレベルになる。メイン電池検出信号はＣＰＵ１２の入力ポートに接続されている。ＣＰＵ１２はメイン電池検出信号がローレベルかハイレベルかによって電池の有無を判定する。
なお、セルＢ３１の異常昇温時は、メイン電池１７に設けられた図５に図示しない安全回路が働いてメイン電池１７からの電圧出力が停止する。
経路Ｂに配置された抵抗Ｒ３８は、電気２重層キャパシタ１９を充電する突入電流を制限する電流制限抵抗である。
【００３５】
電源制御ＩＣ１１の手前に、シャットダウン電圧検出回路２７が配置されている。シャットダウン電圧検出回路は、抵抗Ｒ４５およびＲ４６、比較回路であるＩＣ４７および基準電圧Ｖｒｅｆ２を有してなる。抵抗Ｒ４５およびＲ４６は、電源制御ＩＣ１１の入力電圧、即ち機器に供給される電源電圧を分圧し、比較回路のＩＣ４７は、分圧された電源電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較してシャットダウン信号をＣＰＵへ出力する。
シャットダウン信号は、ＣＰＵ１２の入力ポートに接続されている。前記電源電圧が機器を駆動可能なとき、シャットダウン信号は非アクティブである。シャットダウン信号がアクティブになると、ＣＰＵ１２はそれを検出して機器の動作を停止させてスリープ状態へ移行させる。
【００３６】
なお、スリープ状態にあるＣＰＵ１２を復帰させる処理は、ハードウェア的に行われるが、図５および図２に分かり易く示すことが難しかったため、代わりにここで説明しておく。
例えば、メイン電池１７の電圧が使用に伴って降下しシャットダウン電圧検出回路２７からアクティブなシャットダウン信号が出力された場合について述べる。ＣＰＵ１２は、シャットダウン信号に応答して機器の動作を停止させ、電源をバックアップ時の状態に移行させた後に自らスリープ状態に移行する。その状態に気づいたユーザーが図示しないＡＣアダプタをハンディーターミナル本体１００に接続してメイン電池１７の充電を行うと、ＡＣアダプタを介して充電電圧がメイン電池１７に供給されると共に経路Ａを介して機器に供給される。ＣＰＵ１２にもその電源が供給される。この電源電圧によって機器は動作可能である。
【００３７】
しかし、充電の開始をトリガに機器の動作が開始されるのはユーザーの意図しないところである。よって、ユーザーによって操作部１５の特定のキーが押されると、ハードウェア的にＣＰＵ１２をスリープ状態から復帰させて制御プログラムの実行を開始するように図示しないハードウェアが構成される。あるいは、充電の開始を契機にＣＰＵ１２がスリープ状態から復帰するようにハードウェアを構成してもよい。その場合、スリープ状態から復帰したＣＰＵ１２がただちに機器の動作を開始するのではなく、操作部１５の特定のキーがユーザーによって押されるのを待ち、そのキーが押されたら機器の動作を開始するような制御プログラムを用意しておく。前述の特定のキーは、通常電源ボタンと呼ばれる。
【００３８】
図５の説明に戻る。ＣＰＵ１２は、ロードスイッチ１８のオンおよびオフを制御するための信号を出力する。また、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作を開始させまた停止させるための信号を出力する。
図６は、この実施形態でＣＰＵ１２が実行する処理のうち、バックアップに関連する処理を示すフローチャートである。
ＣＰＵ１２が処理の実行を開始した後、初期化処理としてＣＰＵ１２は、ロードスイッチ１８をオンにして経路Ｂを介して電気２重層キャパシタ１９がメイン電池１７により充電される状態にする。さらに、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０が動作を停止した状態にする（ステップＳ１１）。そして、メイン電池１７から機器の電源が供給される通常時および瞬時停電時の状態において、機器の電源電圧がシャットダウン電圧以上か否かを逐次モニタする（ステップＳ１３）。即ち、シャットダウン電圧検出回路２７からのシャットダウン信号が非アクティブか否かをモニタする。
【００３９】
機器に供給される電源電圧がシャットダウン電圧以上の場合、即ち、シャットダウン信号が非アクティブの場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、続いてＣＰＵ１２は、メイン電池検出回路２６のメイン電池検出信号が所定時間以上非アクティブな状態が続くか否かをモニタする（ステップＳ１５）。これは、瞬時停電中に経路Ｂを介して機器に動作可能な電圧、言い換えればシャットダウン電圧以上の電圧が供給されている状態を検出する処理である。メイン電池検出信号が非アクティブな状態は、メイン電池１７から経路Ａを介した電源の供給が行われていない状態を意味する。
所定期間以上シャットダウン信号が非アクティブな状態が続いたら（ステップＳ１５のＹｅｓ）、ルーチンはステップＳ１７へ進み、バックアップ状態へ移行する。
また、前述のステップＳ１３で、機器に供給される電源電圧がシャットダウン電圧未満の場合（ステップＳ１３のＮｏ）も、ルーチンはステップＳ１７へ進み、バックアップ状態へ移行する。
【００４０】
ステップＳ１７で、ＣＰＵ１２は、ロードスイッチ１８をオフにして回り込みを防止し、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の動作を開始させる（ステップＳ１７）。さらに、機器の動作を停止させてスリープモードに移行させる（ステップＳ１９）。なお、ステップＳ１７とステップＳ１９の順序は問わない。最後に、ＣＰＵ１２は、自身の状態をプログラム実行時よりも消費電力の少ないスリープモードに移行させる（ステップＳ２１）。これによって、処理の実行が停止する。
以上が、バックアップに関連してＣＰＵ１２が実行する処理の手順である。なお、ＣＰＵ１２は、上述の処理の他に、ハンディーターミナル本体１００の動作に係る種々の処理を行うが、一般的なハンディーターミナルとしての処理については説明を省略する。
【００４１】
（実施の形態２）
実施の形態１では、ＣＰＵ１２がバックアップの機能の一部を処理したが、これは一態様に過ぎず、ハードウェアでそれらの処理を置き換えることも可能である。
この態様によれば、ＣＰＵ１２をバックアップの対象とする必要がなくなり、バックアップ時の負荷を軽くできる可能性がある。
【００４２】
（実施の形態３）
また、実施の形態１では、ハンディーターミナル本体１００の全体の動作を制御するＣＰＵ１２がバックアップの処理も行ったが、それに代えて、専用のマイクロコンピュータにバックアップに関する処理を行わせるようにしてもよい。
この態様によれば、ＣＰＵ１２に代えてより小規模なマイクロコンピュータがバックアップの対象となるので、バックアップ時の負荷をより軽くできる可能性がある。
【００４３】
（その他の変形例）
実施の形態１で、メイン電池１７はリチウムイオン電池が用いられているが、他の態様としてはニッケル水素電池を基とする異なる種類の二次電池や一次電池もあり得る（実施の形態４）。
【００４４】
実施の形態１で、ロードスイッチ１８はトランジスタがスイッチとして用いられているが、他の態様としてマイクロリレー等の機械的なスイッチもあり得る（実施の形態５）。
以上に述べたように、
（ｉ）この発明による機器駆動バッテリーのバックアップ回路は、機器を動作させるメインバッテリーから負荷へ電気エネルギーを供給するメイン電源供給路と、前記メインバッテリーに接続されて電気エネルギーを蓄えるバックアップ用キャパシタと、前記メインバッテリーと前記キャパシタとの間に配置され、オンの状態で前記キャパシタを前記メインバッテリーに接続しオフの状態で前記キャパシタを前記メインバッテリーから切断するロードスイッチと、前記キャパシタの出力側に配置されて前記キャパシタからの電圧を予め定められた電圧に安定化するＤＣ／ＤＣコンバータと、メインバッテリーからのエネルギー供給が途絶えたとき、前記キャパシタに蓄積されたエネルギーをバックアップされるべき負荷に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに供給する瞬時停電用電源供給路と、前記メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値以下に減少したときに、前記キャパシタに蓄積されたエネルギーをバックアップされるべき負荷に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを介して供給するサブ電源供給路とを備えることを特徴とする。
【００４５】
さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）前記ロードスイッチは、メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値を上回るときは前記ロードスイッチをオンにし、残量が閾値以下のときは前記ロードスイッチをオフにしてもよい。
このようにすれば、メインバッテリーの残量が閾値以下になる電池切れの際、ロードスイッチによってキャパシタがメインバッテリーおよびメイン電源供給路から切断されるので、バックアップされるべき負荷のみにキャパシタに蓄積されたエネルギーが供給される。
【００４６】
（iii）前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値以下に減少したことに応答して動作を開始し、前記キャパシタの電圧が予め定められた最低入力電圧まで減少すると動作を停止してもよい。
このようにすれば、メインバッテリーの残量が閾値以下になる電池切れのときにのみＤＣ／ＤＣコンバータが動作してキャパシタから供給される電圧を安定化させることができる。キャパシタの電圧が最低入力電圧まで減少したらＤＣ／ＤＣコンバータが停止してバックアップが終了する。
【００４７】
（iv）前記メインバッテリーの電気エネルギーの残量が予め定められた閾値以下に減少したことに応答して前記ロードスイッチをオンにし、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を開始させ、かつ、機器の動作を停止させてバックアップされるべき負荷と他の負荷とを分離する制御部をさらに備えてもよい。
このようにすれば、前記制御部がメインバッテリーの残量が閾値以下になる電池切れになったら機器の動作を停止させてかつバックアップされるべき負荷と他の負荷とを分離するので、機器をスムーズにバックアップの状態へ移行させることができる。
【００４８】
（ｖ）バックアップされるべき前記負荷が、データを格納するメモリと時計機能の回路であってもよい。
この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
【符号の説明】
【００４９】
１０：バックアップ回路、    １１：電源制御ＩＣ、    １２：ＣＰＵ、    １３：メモリ、    １４：時計ＩＣ、    １５：操作部、    １６：表示部、    １７：メイン電池、    １８：ロードスイッチ、    １９：電気２重層キャパシタ、    ２０：昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ、    ２１：バーコードスキャナ、    ２２：近距離無線通信部、    ２３：カメラ、    ２４：リムーバブルメディア・インターフェイス、    ２５：無線通信部、    ２６：メイン電池検出回路、    ２７：シャットダウン電圧検出回路、    １００：ハンディーターミナル本体
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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