(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源と、内部に二次電池を有する電子機器との間に介在して上記電子機器に出力電圧を供給する電源ユニットにおいて、
商用電源の電圧を電子機器が必要とする安定化した所定の直流電圧に変換する第１の電圧変換手段と、
電池ユニットの電圧を上記電子機器が必要とする安定化した所定の直流電圧に変換する第２の電圧変換手段と、
複数の二次電池からなる電池ユニットと、
上記第１の電圧変換手段と上記電池ユニットとの間に挿入される第１のスイッチング手段と、
上記第１の電圧変換手段と電源出力端子との間に挿入される第２のスイッチング手段と、
上記第１および第２のスイッチング手段のオン状態を検出する第１および第２の検出手段と、
上記第１の検出手段の検出結果に基づいて、上記第１のスイッチング手段がオン状態の時に、上記第２のスイッチング手段をオフ状態にする第１の停止信号生成手段と、
上記第２の検出手段の検出結果に基づいて、上記第２のスイッチング手段がオン状態の時に、上記第１のスイッチング手段をオフ状態にする第２の停止信号生成手段と、
上記第１および第２の電圧変換手段の動作状態および非動作状態、並びに上記第１および第２のスイッチング手段のオン状態およびオフ状態を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記商用電源の電圧が供給され、電源スイッチがオンされ、かつ、供給モードに設定されている場合には、上記第１の電圧変換手段を動作状態にし、上記第２のスイッチング手段をオン状態にし、上記第２の電圧変換手段を非動作状態にし、上記第１の電圧変換手段から出力される上記所定の直流電圧を上記電源出力端子へ供給し、
上記商用電源の電圧が供給され、上記電源スイッチがオンされ、かつ、充電モードに設定されている場合には、上記第１の電圧変換手段を動作状態にし、上記第１のスイッチング手段をオン状態にし、上記第２の電圧変換手段を非動作状態にし、上記第１の電圧変換手段から出力される上記所定の直流電圧を上記電池ユニットへ供給し、
上記商用電源の電圧が供給されず、上記電源スイッチがオンされた場合には、上記第２のスイッチング手段をオン状態にし、上記第２の電圧変換手段を動作状態にし、上記第２の電圧変換手段から出力される上記所定の直流電圧を上記電源出力端子へ供給する
ことを特徴とする電源ユニット。
【請求項２】
請求項１において、
さらに、上記第１および第２の検出手段の出力を用いて上記第１および第２のスイッチング手段の状態に連係して上記第１の電圧変換手段の出力を可変させる出力設定手段を備えたことを特徴とする電源ユニット。
【請求項３】
請求項２において、
さらに、上記電池ユニットと、上記第２の電圧変換手段との間に挿入される第３のスイッチング手段を備え、
上記制御手段は、さらに、上記第３のスイッチング手段がオン状態の時に、上記第１のスイッチング手段をオフ状態に制御することを特徴とする電源ユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池を内蔵すると共に、ＡＣアダプタを内蔵し、例えば、携帯型パーソナルコンピュータの電源として用いて好適な電源ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近では、液晶技術の発達に伴い、軽量小型で機動性の高い携帯型パーソナルコンピュータが各種提案されており、例えば、大きさに関しては、その大きさがＡ４もしくはＢ５サイズのものが一般的に普及している。また、電子画像技術の発達に伴い、コンパクトなディジタルカメラやカメラ一体型ＶＴＲ等が数多く実用化されている。これらのカメラ装置は、画像処理の容易さや再生処理の手軽さなどの点で使い勝手が良く、パーソナルコンピュータの普及と相まって一般に好んで用いられるようになってきている。さらに、通信技術の発達と通信サービスの充実により携帯電話機も各家庭に普及して一般的なものとなった。また、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants)と称される携帯情報端末も実用化されている。この携帯情報端末は、例えば、ＰＨＳ（Personal Handy Phone System)と称されるディジタル無線電話システムを利用した電話機能と、パーソナルコンピュータおよびファクシミリ等との通信機能と、所謂電子手帳と称される機能とを有した多目的なもので、その大きさは、掌程度の大きさとされている。
【０００３】
これらの携帯用の電子機器においては、通常、経済性等の面から充電することにより再使用することが可能な二次電池が用いられ、携帯使用時には、複数直列接続した二次電池からなる電池ユニットをＤＣ電源とし、その電池出力により内部電子回路を駆動するように構成されている。
【０００４】
充電に際して携帯用のパーソナルコンピュータや携帯情報端末においては、二次電池の充電回路が本体側に一体に設けられているため、ＡＣアダプタを用意すれだけで良い。つまり、商用電源等が配された屋内等にて使用する場合には、ＡＣアダプタにより交流１００Ｖを所定の直流電圧に変換し、その出力により内部電子回路を駆動すると共に、二次電池を電源ライン上から切り離して充電回路を動作させて二次電池に対して充電を行う。
【０００５】
一方、二次電池の充電回路が本体側に一体に設けられておらず、二次電池の出力電圧を安定化するＤＣ／ＤＣコンバータが搭載されている携帯電話機やディジタルカメラ等においては、二次電池と本体側との関係が一体不可分とされ、専用の充電器が必要になる。これらの専用の充電器は、ＡＣアダプタと充電回路等により構成され、携帯していない時に専用の充電器に本体もしくは電池ユニットを装着し、二次電池に対して充電を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、二次電池に対して充放電を同時に行った場合には、出力電圧が所定値とならないばかりか、発熱や発振を伴って不都合が生じる。このため、二次電池に対する充電および放電の管理を厳密に行うことができ、より安全性の高い電源ユニットが要望されている。
【０００７】
従って、この発明の目的は、二次電池に対する充電および放電を厳密に管理することができ、より安全性の高い電源ユニットを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１の発明は、商用電源と、内部に二次電池を有する電子機器との間に介在して電子機器に出力電圧を供給する電源ユニットにおいて、商用電源の電圧を電子機器が必要とする安定化した所定の直流電圧に変換する第１の電圧変換手段と、電池ユニットの電圧を電子機器が必要とする安定化した所定の直流電圧に変換する第２の電圧変換手段と、複数の二次電池からなる電池ユニットと、第１の電圧変換手段と電池ユニットとの間に挿入される第１のスイッチング手段と、第１の電圧変換手段と電源出力端子との間に挿入される第２のスイッチング手段と、第１および第２のスイッチング手段のオン状態を検出する第１および第２の検出手段と、第１の検出手段の検出結果に基づいて、第１のスイッチング手段がオン状態の時に、第２のスイッチング手段をオフ状態にする第１の停止信号生成手段と、第２の検出手段の検出結果に基づいて、第２のスイッチング手段がオン状態の時に、第１のスイッチング手段をオフ状態にする第２の停止信号生成手段と、第１および第２の電圧変換手段の動作状態および非動作状態、並びに第１および第２のスイッチング手段のオン状態およびオフ状態を制御する制御手段とを備え、制御手段は、商用電源の電圧が供給され、電源スイッチがオンされ、かつ、供給モードに設定されている場合には、第１の電圧変換手段を動作状態にし、第２のスイッチング手段をオン状態にし、第２の電圧変換手段を非動作状態にし、第１の電圧変換手段から出力される所定の直流電圧を電源出力端子へ供給し、商用電源の電圧が供給され、電源スイッチがオンされ、かつ、充電モードに設定されている場合には、第１の電圧変換手段を動作状態にし、第１のスイッチング手段をオン状態にし、第２の電圧変換手段を非動作状態にし、第１の電圧変換手段から出力される所定の直流電圧を電池ユニットへ供給し、商用電源の電圧が供給されず、電源スイッチがオンされた場合には、第２のスイッチング手段をオン状態にし、第２の電圧変換手段を動作状態にし、第２の電圧変換手段から出力される所定の直流電圧を電源出力端子へ供給することを特徴とする電源ユニットである。
【０００９】
この発明では、電圧変換手段と、電池ユニットと、第１および第２のスイッチング手段と、制御手段とが設けられる。例えば、供給モードに設定された場合には、電圧変換手段が動作状態となると共に、第２のスイッチング手段がオン状態になり、電圧変換手段において形成された出力電圧が負荷側に供給される。この状態においては、第１のスイッチング手段が制御手段からの停止出力により制御されて決してオン状態になることがない。また、充電モードに設定された場合には、電圧変換手段が動作状態となると共に、第１のスイッチング手段がオン状態になり、電圧変換手段において形成された出力電圧が電池ユニットに供給される。この状態においては、第２のスイッチング手段が制御手段からの停止出力により制御されて決してオン状態になることがない。このため、どのような設定状態でも第１および第２のスイッチング手段が同時にオン状態になることがなく、より安全性が高められる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。この発明が適用される第１の実施形態の外観図を図１に示す。この図１には、電源ユニット１により電子機器を駆動する場合の一例として、パーソナルコンピュータ２を駆動する場合が示されている。電源ユニット１上にはパーソナルコンピュータ２が載置可能である。パーソナルコンピュータ２への電力供給は、この状態で、電源ユニット１の底面に収納されている接続コード３を引き出し、パーソナルコンピュータ２へ接続することによって行われる。一方、電源ユニット１への電力供給は、ＡＣコード２によって、図示せずとも電源ユニット１の側面に配設されているＡＣインレットと商用電源を接続することによって行われる。また、図示しないが、電源ユニット１の側面にはバッテリーの容量を表示するためのＬＥＤが配置されており、パーソナルコンピュータ２を使用しながらバッテリーの残量を確認できる。
【００１１】
また、この電源ユニット１は、一例として、パーソナルコンピュータ２と略々同一の外形寸法であり、内蔵されたバッテリーによって、パーソナルコンピュータを長時間駆動することができる。
【００１２】
図２は、この発明の一実施形態の全体構成を示す。この発明の一実施形態は、図２に示すようにＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２、２個のスイッチ回路１３、１５、電池ユニット１６、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７、２個の検出回路１８、２１、２個の停止信号生成回路１９、２０、制御回路２２等により構成される。
【００１３】
図２において、１１で示されるのが商用電源との接続用のＡＣインレットであり、また、１４で示されるのが負荷としての電子機器との接続用のコネクタである。ＡＣインレットの一対の電源入力端子１１ａ、１１ｂを介して商用電源からの電源電圧がＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２に供給される。ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２は、制御回路２２からの制御信号に応じて、入力されるＡＣ１００Ｖの交流電圧をコネクタ１４に接続される負荷側が必要とする所定の直流電圧に安定化して出力する。ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２において形成された出力電圧がスイッチ回路１３および１５のそれぞれの入力端子に供給される。
【００１４】
スイッチ回路１３の出力端子とコネクタ１４の一方の端子１４ａとが接続されている。コネクタ１４の他方の端子１４ｂが接地されている。また、スイッチ回路１５の出力端子には、電池ユニット１６の＋側が接続されている。
【００１５】
スイッチ回路１３は、２個の制御端子を有し、この２個の制御端子の状態に応じてオン状態になる。一方の制御端子には、後述する制御回路２２からの制御信号が供給され、他方の制御端子には、停止信号生成回路１９からの停止出力が供給される。スイッチ回路１３の状態が検出回路２１により検出され、検出回路２１の検出出力が停止信号生成回路２０に供給される。停止信号生成回路２０は、検出回路２１の検出出力に基づいてスイッチ回路１３がオン状態である場合に、スイッチ回路１５をオフ状態に制御する停止出力を生成する。この停止出力がスイッチ回路１５の他方の制御端子に供給される。
【００１６】
また、スイッチ回路１５は、２個の制御端子を有し、この２個の制御端子の状態に応じてオン状態になる。一方の制御端子には、後述する制御回路２２からの制御信号が供給され、他方の制御端子には、停止信号生成回路２０からの停止出力が供給される。スイッチ回路１５の状態が検出回路１８により検出され、検出回路１８の検出出力が停止信号生成回路１９に供給される。停止信号生成回路１９は、検出回路１８の検出出力に基づいてスイッチ回路１５がオン状態である場合に、スイッチ回路１３をオフ状態に制御する停止出力を生成する。この停止出力がスイッチ回路１３の他方の制御端子に供給される。
【００１７】
電池ユニット１６は、例えば、リチウムイオン電池の非水系二次電池を複数個使用したものである。電池ユニットの−側が接地されている。また、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７は、制御回路２２からの制御信号に応じて電池ユニット１６の出力電圧を、コネクタ１４に接続される負荷側が必要とする所定の直流電圧に安定化して出力する。ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７において形成された出力電圧がスイッチ回路１３の入力端子に供給される。
【００１８】
上述したように各部を制御する制御回路２２は、マイクロコンピュータを中心に構成されている。制御回路２２は、図示せずも電源投入スイッチやモード設定スイッチ等の操作状態や保護回路の検出出力等を監視し、各状態に応じて制御信号を生成し、この制御信号を各部に供給することで電源ユニット全体を集中管理する。
【００１９】
例えば、ＡＣインレット１１に商用電源電圧が供給された状態で、電源スイッチがオンされ、かつ、供給モードに設定されている場合には、制御回路２２は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２を動作状態にすると共に、スイッチ回路１３をオン状態にし、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７を非動作状態にする。従って、この場合には、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２の出力電圧がスイッチ回路１３およびコネクタ１４を介して負荷側に供給される。なお、この状態においては、スイッチ回路１５が停止信号生成回路２０の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路２２は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２を非動作状態にすると共に、スイッチ回路１３をオフ状態にする。
【００２０】
一方、ＡＣインレット１１に商用電源電圧が供給された状態で、電源スイッチがオンされ、かつ、充電モードに設定されている場合には、制御回路２２は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２を動作状態にすると共に、スイッチ回路１５をオン状態にし、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７を非動作状態にする。従って、この場合には、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２の出力電圧がスイッチ回路１５を介して電池ユニット１６側に供給される。なお、この状態においては、スイッチ回路１３が停止信号生成回路１９の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路２２は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２を非動作状態にすると共に、スイッチ回路１５をオフ状態にする。
【００２１】
また、ＡＣインレット１１に商用電源電圧が供給されない状態で、電源スイッチがオンされた場合には、制御回路２２は、スイッチ回路１３をオン状態にすると共に、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７を動作状態にする。従って、この場合には、電池ユニット１６の電力によりＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７において形成された出力電圧がスイッチ回路１３およびコネクタ１４を介して負荷側に供給される。なお、この状態においては、スイッチ回路１５が停止信号生成回路２０の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路２２は、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７を非動作状態にすると共に、スイッチ回路１３をオフ状態にする。
【００２２】
図３は、この発明の他の実施形態の全体構成を示す。この発明の他の実施形態は、図３に示すようにＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２、２個のスイッチ回路１３、３５、電池ユニット１６、２個の検出回路３８、４１、２個の停止信号生成回路１９、２０、制御回路４２、２個の制御信号生成回路２３、２４等により構成される。なお、図３において、図２と対応する部分には、同一の参照符号が付されており、共通部分の説明に関しては省略する。
【００２３】
ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２は、３個の制御端子を有し、制御回路４２からの制御信号Ｃ１と、２個の制御信号生成回路２３、２４からの制御信号Ｃ２、Ｃ３に応じて、入力されるＡＣ１００Ｖの交流電圧をコネクタ１４に接続される負荷側が必要とする所定の直流電圧Ｖ１に安定化して出力するか、もしくは、電池ユニット１６への充電に必要とされる所定の直流電圧Ｖ２に安定化して出力する。ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２において形成された出力電圧がスイッチ回路１３および３５のそれぞれの入力端子に供給される。
【００２４】
スイッチ回路１３は、２個の制御端子を有し、この２個の制御端子の状態に応じてオン状態になる。一方の制御端子には、後述する制御回路４２からの制御信号が供給され、他方の制御端子には、停止信号生成回路１９からの停止出力が供給される。スイッチ回路１３の状態が検出回路４１により検出され、検出回路４１の検出出力が停止信号生成回路２０に供給されると共に、制御信号生成回路２４に供給される。停止信号生成回路２０は、検出回路４１の検出出力に基づいてスイッチ回路１３がオン状態である場合に、スイッチ回路３５をオフ状態に制御する停止出力を生成する。この停止出力がスイッチ回路３５の第２の制御端子に供給される。
【００２５】
制御信号生成回路２４には、制御回路４２からの制御信号が供給されており、制御信号生成回路２４は、制御回路４２からの制御信号と、検出回路４１の検出出力に基づいてスイッチ回路１３がオン状態である場合に、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２の出力電圧が所定の出力電圧となるように制御するための制御信号Ｃ３を生成する。この制御信号Ｃ３がＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２に供給される。
【００２６】
また、スイッチ回路３５は、２個の制御端子を有し、この２個の制御端子の状態に応じてオン状態になる。第１の制御端子には、後述する制御回路４２からの制御信号が供給され、第２の制御端子には、停止信号生成回路２０からの停止出力が供給される。スイッチ回路３５の状態が検出回路３８により検出され、検出回路３８の検出出力が停止信号生成回路１９に供給されると共に、制御信号生成回路２３に供給される。停止信号生成回路１９は、検出回路３８の検出出力に基づいてスイッチ回路３５がオン状態である場合に、スイッチ回路１３をオフ状態に制御する停止出力を生成する。この停止出力がスイッチ回路１３の他方の制御端子に供給される。
【００２７】
制御信号生成回路２３には、制御回路４２からの制御信号が供給されており、制御信号生成回路２３は、制御回路４２からの制御信号と、検出回路３８の検出出力に基づいてスイッチ回路３５がオン状態である場合に、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２の出力電圧が所定の出力電圧となるように制御するための制御信号Ｃ２を生成する。この制御信号Ｃ２がＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２に供給される。
【００２８】
上述したように各部を制御する制御回路４２は、マイクロコンピュータを中心に構成されている。制御回路４２は、図示せずも電源投入スイッチやモード設定スイッチ等の操作状態や保護回路の検出出力等を監視し、各状態に応じて制御信号を生成し、この制御信号を各部に供給することで電源ユニット全体を集中管理する。
【００２９】
例えば、ＡＣインレット１１に商用電源電圧が供給された状態で、電源スイッチがオンされ、かつ、供給モードに設定されている場合には、制御回路４２は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２を動作状態にすると共に、制御信号生成回路２４の制御信号Ｃ３が有効となるように制御する。従って、この場合には、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２において、負荷側の必要とする所定の直流電圧Ｖ１が形成され、この出力電圧がスイッチ回路１３およびコネクタ１４を介して負荷側に供給される。
【００３０】
なお、この状態においては、スイッチ回路３５が停止信号生成回路２０の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路４２は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２を非動作状態にすると共に、スイッチ回路１３をオフ状態にする。
【００３１】
一方、ＡＣインレット１１に商用電源電圧が供給された状態で、電源スイッチがオンされ、かつ、充電モードに設定されている場合には、制御回路４２は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２を動作状態にすると共に、制御信号生成回路２４の制御信号Ｃ３が有効となるように制御する。従って、この場合には、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２において、電池ユニット１６への充電に必要とされる所定の直流電圧Ｖ２が形成され、この出力電圧がスイッチ回路３５を介して電池ユニット１６側に供給される。なお、この状態においては、スイッチ回路１３が停止信号生成回路２０の停止出力により制御され、決してオン状態になることがない。また、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路４２は、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２を非動作状態にすると共に、スイッチ回路３５をオフ状態にする。
【００３２】
また、ＡＣインレット１１に商用電源電圧が供給されない状態で、電源スイッチがオンされた場合には、制御回路４２は、スイッチ回路１３をオン状態にすると共に、停止信号生成回路２０の停止出力を無効とする制御信号を生成してスイッチ回路３５をオン状態にする。従って、この場合には、電池ユニット１６の出力電圧がスイッチ回路３５、１３およびコネクタ１４を介して負荷側に供給される。なお、この状態において、保護回路により異常が検出された場合には、制御回路４２は、スイッチ回路３５をオフ状態にすると共に、スイッチ回路１３をオフ状態にする。この他の実施形態は、負荷としての電子機器内部に電源ユニットからの電圧を安定化するＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路が設けられている場合や、負荷としての電子機器の入力電圧範囲か大きい場合に用いられる。
【００３３】
図４は、この発明の他の実施形態の動作状態の具体的な例を示す特性図である。例えば、電池ユニット１６が、３個のリチウムイオン電池を並列接続し、この並列接続したリチュウムイオン電池をさらに４個直列接続して計１２個のリチウムイオン電池からなり、充電時の上限電圧が例えば４．２Ｖとされているものとする。また、コネクタ１４に携帯用の電子機器が接続され、この電子機器の入力電圧が例えば１６Ｖとされているものとする。
【００３４】
この場合における供給モード時においては、図４において４８の実線で示すように制御信号Ｃ２を有効としてＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２を動作させることにより１６Ｖの出力電圧が電子機器に対して供給される。一方、充電モード時においては、図４において４９の実線で示すように制御信号Ｃ３を有効としてＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２を動作させることにより１７Ｖ（上限電圧：４．２×４＝１６．８Ｖ）の出力電圧が電池ユニット１６に対して供給される。
【００３５】
図５は、上述した一実施形態におけるスイッチ回路１３、１５と、検出回路１８、２１と、停止信号生成回路１９、２１によってなされる動作と等化な動作を行う具体的な回路の一例を示す。図２に示すＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２の出力端子にｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)５２のソースが接続され、ＭＯＳＦＥＴ５２のドレインにコネクタ１４の端子１４ａが接続されている。なお、ダイオード５２ａは、寄生ダイオードである。ＭＯＳＦＥＴ５２のゲートが抵抗５８を介してｎｐｎ型のトランジスタ５４のコレクタに接続され、トランジスタ５４のエミッタが接地されている。
【００３６】
また、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２の出力端子にｐｎｐ型のトランジスタ５１のエミッタが接続され、トランジスタ５１のコレクタに電池ユニット１６の＋側が接続されている。なお、電池ユニット１６の−側が接地されている。トランジスタ５１のベースが抵抗５５を介してｎｐｎ型のトランジスタ５３のコレクタに接続され、トランジスタ５３のエミッタが接地されている。
【００３７】
トランジスタ５４のベースから制御端子６０が導出されると共に、トランジスタ５４のベースとトランジスタ５３のコレクタとの間にダイオード５６がトランジスタ５４のベースからトランジスタ５３のコレクタに向けて順方向となるように接続されている。また、トランジスタ５３のベースから制御端子５９が導出されると共に、トランジスタ５３のベースとトランジスタ５４のコレクタとの間にダイオード５７がトランジスタ５３のベースからトランジスタ５４のコレクタに向けて順方向となるように接続されている。なお、ダイオード５６、５７は、トランジスタ５３、５４のそれぞれのバイアス電圧ＶBEとオン状態になった時のそれぞれのコレクタ・エミッタ間電圧ＶCEとを加えた電圧より小さな順方向電圧を有するものが選定されている。例えば、トランジスタ５３、５４のバイアス電圧ＶBEが０．６〜０．７Ｖとした場合には、順方向電圧ＶF が０．４Ｖ程度のショットキダイオード等の低電圧のものが用いられる。
【００３８】
このように構成される回路に対して供給モードの場合には、制御端子６０に対して制限抵抗を介してバイアス電圧ＶBEより十分に高い電圧が制御信号として印加される。従って、トランジスタ５４がオン状態になることによりＭＯＳＦＥＴ５２のゲートがローレベルに制御されてＭＯＳＦＥＴ５２がオン状態になり、ＭＯＳＦＥＴ５２を介してＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２の出力電圧が取り出される。なお、この時、制御端子５９に対して制限抵抗を介してバイアス電圧ＶBEより十分に高い電圧が制御信号として印加されたとしても、トランジスタ５３のベースの電圧は、略々ダイオード５７の順方向電圧に固定されるため、決してオンすることがない。
【００３９】
また、逆に充電モードの場合には、制御端子５９に対して制限抵抗を介してバイアス電圧ＶBEより十分に高い電圧が制御信号として印加される。従って、トランジスタ５３がオン状態になることによりトランジスタ５１のベースがローレベルに制御されてトランジスタ５１がオン状態になり、トランジスタ５１を介してＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路１２の出力電圧が電池ユニット１６に印加される。なお、この時、制御端子６０に対して制限抵抗を介してバイアス電圧ＶBEより十分に高い電圧が制御信号として印加されたとしても、トランジスタ５４のベースの電圧は、略々ダイオード５６の順方向電圧に固定されるため、決してオンすることがない。
【００４０】
なお、上述した説明においては、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ５２、トランジスタ５１、５３、５４を用いる場合について説明したが、他のスイッチング素子を用いるようにしても良い。例えば、ＭＯＳＦＥＴ５２をｐｎｐ型のトランジスタに置き換えても、また、トランジスタ５１をｐチャンネル型のＭＯＳＦＥＴに置き換えると共に、トランジスタ５３、５４をｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴに置き換えるようにしても良い。また、トランジスタ５３、５４をｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴに置き換える場合には、ダイオード５６、５７としては、ＭＯＳＦＥＴのオン電圧以下となるダイオードを用いれば良く、順方向電圧が０．７〜１．０Ｖの一般のシリコンダイオードを用いることができる。
【００４１】
図６は、上述した他の実施形態におけるＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２と、スイッチ回路１３、３５と、検出回路３８、４１と、停止信号生成回路１９、２０と、制御信号生成回路２３、２４とによってなされる動作と等化な動作を行う具体的な回路の一例を示す。なお、図６においては、図５と対応する部分に同一の参照符号が付されており、同一部分に関しての説明を省略する。
【００４２】
先ず、ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２の要部について説明する。図６において、６２で示されるのがスイッチングトランスである。スイッチングトランス６２の１次側コイルの一端から端子６１が導出されている。端子６１には、図示せずも商用電源電圧を整流ブリッジにより全波整流して平滑することにより得られる直流電圧が供給される。また、スイッチングトランス６２の１次側コイルの他端にｎチャンネル型のＭＯＳＦＥＴ６３のドレインが接続され、ＭＯＳＦＥＴ６３のソースが接地されている。なお、ダイオード６３ａは、寄生ダイオードである。このＭＯＳＦＥＴ６３のゲートにＰＷＭ制御回路６４からのＰＷＭ出力が供給される。また、ＰＷＭ制御回路６４の制御端子には、フォトカプラ９２を構成するフォトトランジスタ９２ｂのコレクタが接続されている。フォトトランジスタ９２ｂのエミッタは接地されている。
【００４３】
一方、スイッチングトランス６２の二次側コイルの一端に整流ダイオード６５のアノードが接続され、整流ダイオード６５のカソードがコンデンサ６６を介して接地されている。この整流ダイオード６５とコンデンサ６６との接続点に電流検出用の抵抗６７の一端が接続されている。なお、スイッチングトランス６１の二次側コイルの他端は、接地されている。
【００４４】
また、整流ダイオード６５とコンデンサ６６との接続点が直列接続された抵抗８１、８２を介して接地され、抵抗８１および８２の接続点が差動増幅器８３の非反転入力端子に接続されている。差動増幅器８３の反転入力端子には、基準電圧源としてのツェナダイオード８４が接続されている。この抵抗８１、８２と、ツェナダイオード８４と、差動増幅器８３とにより出力電圧検出回路が構成されている。
【００４５】
さらに、整流ダイオード６５とコンデンサ６６との接続点、つまり、抵抗６７の一端は、直列接続された抵抗８５、８６を介して接地され、抵抗８５および８６の接続点が差動増幅器８９の非反転入力端子に接続されている。また、抵抗６７の他端は、直列接続された抵抗８７、８８を介して接地され、抵抗８７および８８の接続点が差動増幅器８９の反転入力端子に接続されている。この抵抗６７、８５、８６、８７、８８と、差動増幅器８９とにより出力電流検出回路が構成されている。
【００４６】
出力電圧検出回路の差動増幅器８３の出力端子と、出力電流検出回路の差動増幅器８９の出力端子とが接続され、この共通接続点にフォトカプラ９２を構成する赤外線ＬＥＤ９２ａのアノードが接続されている。赤外線ＬＥＤ９２ａのカソードは接地されている。例えば、出力電流が通常の範囲内の場合には、出力電圧検出回路側の差動増幅器８３の出力により赤外線ＬＥＤ９２ａが駆動され、フォトトランジスタ９２ｂの出力電圧に応じてＰＷＭ制御回路６４が制御される。
【００４７】
具体的には、差動増幅器８３において、ツェナダイオード８４の電圧と、抵抗６７の一端側の電圧を抵抗８１および８２により分圧して得られる電圧とが比較されてその差の増幅出力が生成される。この差動増幅器８３の出力により赤外線ＬＥＤ９２ａが駆動されてＰＷＭ制御回路６４が制御されることにより、抵抗６７の一端側の電圧が目標とする規定電圧より低い場合には、ＭＯＳＦＥＴ６３のオン区間となるパルス幅が広げられ、抵抗６７の一端側の電圧が目標とする規定電圧より高い場合には、その逆にパルス幅が狭くなるように制御され、抵抗６７の一端側の電圧が所定値で安定化される。
【００４８】
また、出力電流が通常の範囲外で過電流が流れた場合には、出力電流検出回路側の差動増幅器８９の出力により赤外線ＬＥＤ９２ａが駆動され、フォトトランジスタ９２ｂの出力電圧に応じてＰＷＭ制御回路６４が制御される。
【００４９】
具体的には、差動増幅器８９において、抵抗６７の一端側の電圧を抵抗８５および８６により分圧して得られる電圧と、抵抗６７の他端側の電圧を抵抗８７および８８により分圧して得られる電圧とが比較されてその差の増幅出力が生成される。この差動増幅器８９の出力により赤外線ＬＥＤが駆動されてＰＷＭ制御回路６４が制御されることにより、パルス幅が狭くなるように制御されて出力電流が制限される。
【００５０】
このように構成されるＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２の抵抗６７の他端に上述したＭＯＳＦＥＴ５２のソースが接続されると共に、トランジスタ５１のエミッタが接続されている。前述した例においては、トランジスタ５４のベースとトランジスタ５３のコレクタとの間に，ダイオード５６がトランジスタ５４のベースからトランジスタ５３のコレクタに向けて順方向となるように接続されていたものが、この例の場合には、図６に示すようにトランジスタ５４のベースとトランジスタ５３のコレクタとの間に，ダイオード７１がトランジスタ５３のコレクタからトランジスタ５４のベースに向けて順方向となるように接続されている。
【００５１】
また、出力電圧検出回路の抵抗８１および８２の接続点に抵抗９３の一端が接続され、抵抗９３の他端と、ｎｐｎ型のトランジスタ７３のコレクタとが接続されている。トランジスタ７３のエミッタは、接地されている。出力電流検出回路の抵抗８５および８６の接続点と、抵抗９０の一端とが接続され、抵抗９０の他端がダイオード９１のアノードに接続され、ダイオード９１のカソードがトランジスタ７３のコレクタに接続されている。さらに、トランジスタ５４のベースとトランジスタ７３のコレクタとの間にダイオード７６がトランジスタ５４のベースからトランジスタ７３のコレクタに向けて順方向となるように接続されている。トランジスタ７３のベースと、トランジスタ５３のベースとが接続されている。
【００５２】
このように構成される回路に対して供給モードの場合には、制御端子６０に対して制限抵抗を介してバイアス電圧ＶBEより十分に高い電圧が制御信号として印加される。従って、トランジスタ５４がオン状態になることによりＭＯＳＦＥＴ５２のゲートがローレベルに制御されてＭＯＳＦＥＴ５２がオン状態になり、ＭＯＳＦＥＴ５２を介してＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２の出力電圧が取り出される。なお、この時、制御端子５９に対して制限抵抗を介してバイアス電圧ＶBEより十分に高い電圧が制御信号として印加されたとしても、トランジスタ５３、７３の両者のベースの電圧は、略々ダイオード５７の順方向電圧に固定されるため、両者共に決してオンすることがない。
【００５３】
また、逆に充電モードの場合には、制御端子５９に対して制限抵抗を介してバイアス電圧ＶBEより十分に高い電圧が制御信号として印加される。従って、トランジスタ５３がオン状態になることによりトランジスタ５１のベースがローレベルに制御されてトランジスタ５１がオン状態になり、トランジスタ５１を介してＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路３２の出力電圧が電池ユニット１６に印加される。また、それと同時にトランジスタ７３がオン状態になり、出力電圧検出回路の抵抗８２に並列に抵抗９３が接続された状態となる。このため、反転入力端子の電圧に対して非反転入力端子の電圧が低くなり、この差動増幅器８３の出力により赤外線ＬＥＤ９２ａが駆動されてＰＷＭ制御回路６４が制御されることにより、パルス幅が広くなるように制御されて出力電圧が供給モード時より高い所定値に安定化される。なお、この時、制御端子６０に対して制限抵抗を介してバイアス電圧ＶBEより十分に高い電圧が制御信号として印加されたとしても、トランジスタ５４のベースの電圧は、略々ダイオード７６の順方向電圧に固定されるため、決してオンすることがない。
【００５４】
なお、上述した一実施形態においては、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７を制御回路２２からの制御信号により動作／非動作状態とする場合について説明したが、電池ユニット１６の＋側とＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７の入力端子の間にスイッチ回路を挿入し、そのスイッチ回路を制御回路２２により制御してＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７を電流路上から切り離すことで、非動作に制御するようにしても良い。また、電池ユニット１６とＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７とを切り離すスイッチ回路を挿入する場合には、スイッチ回路を停止信号生成回路１９の出力により充電時に同時にオンすることがないようにオフ状態に制御する。さらに、電池ユニット１６とＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７とを切り離すスイッチ回路を挿入する場合には、このスイッチ回路の状態を検出する検出回路と、停止信号生成回路とを設けて、この停止信号生成回路の停止出力をスイッチ回路１５に供給して、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７の動作時に、同時にスイッチ回路１５がオン状態にならないように制御するようにしても良い。
【００５５】
また、上述したこの発明の一実施形態および他の実施形態においては、電池ユニット１６にリチウムイオン電池を複数個用いる場合について説明したが、スイッチ回路１５および電池ユニット１６との間、もしくは、スイッチ回路３５および電池ユニット１６との間に充電回路を設けるようにしても良い。また、二次電池としては、他にニッケル・ガドミウム電池やニッケル・水素電池等を用いるようにしても良く、それぞれの二次電池に最適な充電を実施するように構成する。
【００５６】
さらに、上述したこの発明の一実施形態においては、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７の出力電圧をスイッチ回路１３を介して取り出す場合について説明したが、ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路１７の出力電圧をスイッチ回路１３を介さずコネクタ１４の一方の端子１４ａに直接供給するようにしても良い。
【００５７】
【発明の効果】
この発明では、電圧変換手段と、電池ユニットと、第１および第２のスイッチング手段と、制御手段とが設けられ、第１および第２のスイッチング手段が同時にオン状態になることがないように構成されている。従って、この発明によれば、第１のスイッチング手段のオンまたはオフを確認した後、第２のスイッチング手段をオフまたはオンするようにし、同様に第２のスイッチング手段のオンまたはオフを確認した後、第１のスイッチング手段をオフまたはオンするようにしているので、チャタリングが発生しても問題なく動作するので、二次電池に対する充電および放電を厳密に管理することができ、より信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明が適用される装置の斜視図である。
【図２】この発明の一実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の他の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の他の実施形態の動作説明に用いる特性図である。
【図５】この発明の一実施形態の要部の具体的な一例を示す回路図である。
【図６】この発明の他の実施形態の要部の具体的な一例を示す回路図である。
【符号の説明】
１２・・・ＡＣ／ＤＣスイッチング電源回路、１３、１５・・・スイッチ回路、１６・・・電池ユニット、１７・・・ＤＣ／ＤＣスイッチング電源回路、１８、２１・・・検出回路、１９、２０・・・停止信号生成回路、２２・・・制御回路
【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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