(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源から負荷に電力を供給するときに電池電源を充電し，外部電源から電力の供給が絶たれたときに該電池電源より負荷に電力を供給する電源装置において，
前記外部電源と前記電池電源との間に挿入される第１のスイッチ素子と，該第１のスイッチ素子の該電池電源側とグランドとの間に挿入される第２のスイッチ素子を制御して電圧変換するコンバータを有し，
当該コンバータは，少なくとも昇圧する場合に前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンおよびオフして昇圧制御を行うものであり，前記電池電源から放電される場合に，該電池電源の出力電圧が最低負荷動作電圧以上であれば前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子をオフして該電池電源の出力電圧を昇圧せず，かつ該最低負荷動作電圧に達した場合に該電池電源の出力電圧を昇圧することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記電池電源が充電されるとき，前記コンバータは該外部電源の出力電圧を降圧することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記電池電源が充電されるとき，前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子が交互にオンおよびオフすることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記電池電源が充電されるとき，前記第１のスイッチ素子はオンおよびオフし，前記第２のスイッチ素子はオフすることを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項５】
外部電源から負荷に電力を供給するときに電池電源を充電し，外部電源から電力の供給が絶たれたときに該電池電源より電力を供給する電源装置において，
前記外部電源と前記電池電源との間に挿入される第１のスイッチ素子と，該第１のスイッチ素子の該外部電源側とグランドとの間に挿入される第２のスイッチ素子を制御して電圧変換するコンバータを有し，
当該コンバータは，少なくとも降圧する場合に前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンおよびオフして降圧制御を行うものであり，前記電池電源が充電される場合に，該外部電源からの入力電圧を昇圧して該電池電源を充電し，前記電池電源から放電される場合に，該電池電源の出力電圧が最大負荷動作電圧以上であれば該電池電源の出力電圧を降圧し，かつ該最大負荷動作電圧より低ければ前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子をオフして該電池電源の出力電圧を降圧しないことを特徴とする電源装置。
【請求項６】
前記電池電源が充電されるとき，前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子が交互にオンおよびオフすることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
前記電池電源が充電されるとき，前記第１のスイッチ素子はオフし，前記第２のスイッチ素子はオンおよびオフすることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項８】
前記第１のスイッチ素子および前記第２のスイッチ素子は，電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，電池電源を内蔵する小型電子機器の電源装置に関する。
パソコン等の小型電子機器に使用する電源装置は，電池電源を内蔵し，商用交流電源を所定の直流電圧に変換するＡＣアダプタに接続して外部から電力を負荷に供給し，ＡＣアダプタに接続されていない時は，内蔵する電池電源から負荷に電力を供給する電源装置に関する。そして，電池電源の充電部を備え，外部電源に接続されている時は，外部電源の電力を利用して電池を充電する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は従来の技術の説明図である。
図９において，外部電源電圧Ｖｉｎが電池電圧Ｖｂａｔより大きい。
【０００３】
図９ (a)は電源回路である。
図９ (b)はトランジスタＱ１のスイッチング動作を示す。Ｔｓはスイッチ周期であり，ＴｏｆｆはトランジスタＱ１のオフ期間，Ｔｏｎはオン期間である。
【０００４】
図９ (c)は図９ (a)の回路の動作を示す。
図９ (a)において，
１１０はＡＣアダプタ接続部であって，ＡＣアダプタに接続して電力の供給を受けるものである。
【０００５】
１１１は負荷である。
１１２は電池であって，ＡＣアダプタ接続部１１０に外部電源から電力が供給されていない場合に，負荷１１１に電力を供給するものである。
【０００６】
１１３は充放電制御回路であって，充電動作の時にトランジスタＱ１をスイッチングすることにより充電制御をするものである。
１１４は充放電監視回路であって，電池１１２が充電中であるかあるいは放電中であるかを監視し，充電中にはその充電状態を監視してトランジスタＱ１のスイッチ制御をするものである。
【０００７】
１１５は電池保護用スイッチであって，電池１１２が放電終止電圧（Ｖｄｅａｄ）に達した時に，電池１１２が放電しないようにオフするものである。
Ｃ１，Ｃ２は平滑コンデンサである。
【０００８】
Ｌ１はインダクタンスである。
Ｄ１は，ダイオードであって，Ｑ１がオフの期間にＬ１−Ｃ１−Ｄ１の回路にフライホイール電流を流すものである。
【０００９】
Ｄ２は電池１１２側からＡＣアダプタ接続部１１０に電流が流れないようにしたものである。
Ｄ３はスイッチングトランジスタＱ１の寄生ダイオードである。
【００１０】
Ｑ１はトランジスタであって，スイッチング動作して電池１１２に印加する電圧を制御するものである。
図９ (b)はトランジスタＱ１のスイッチングサイクルを示す。Ｔｓはスイッチング周期であり，Ｔｏｎはオン期間であり，Ｔｏｆｆはオフ期間である。
【００１１】
図９ (c)は図９ (a)の回路の動作においてＶｉｎ，Ｖｂａｔ，Ｖｄｅａｄ，Ｖｏｐ（負荷の動作する範囲の電圧），Ｖｏｐ（ｍｉｎ）負荷の動作する最低電圧（最低動作電圧）の関係を示すものである。
【００１２】
図９ (a)の動作を説明する。
電池１１２の電圧が放電終止電圧Ｖｄｅａｄに達していない期間には電池保護用スイッチ１１５はオンである。また，ＡＣアダプタに接続されている時の外部電源電圧Ｖｉｎは電池電圧Ｖｂａｔより大きく，外部電源電圧Ｖｉｎを降圧して電池１１２を充電する。
【００１３】
ＡＣアダプタ接続部１１０がＡＣアダプタに接続されている時には，ＡＣアダプタ接続部１１０に入力された電力は，ダイオードＤ２を介して負荷１１１に供給される。また，充放電監視回路１１４はＡＣアダプタ接続部１１０の接続状態の監視および電池１１２の充電状態を監視する。そして，電池１１２の充電状態を充放電制御回路１１３に通知する。充放電制御回路１１３は電池１１２が満充電の状態であればトランジスタＱ１をオフにし，また充電状態に応じてトランジスタＱ１のスイッチング動作のオン期間を制御する。この時，電池１１２の入力電圧Ｖｂａｔ，外部入力電圧Ｖｉｎ，トランジスタＱ１のスイッチング周期Ｔｓとオン期間Ｔｏｎの関係は，Ｖｂａｔ＝Ｔｏｎ×Ｖｉｎ／Ｔｓである。従って，電池１１２の充電状態に応じてＴｏｎ期間を制御することにより，外部電源電圧Ｖｉｎの降圧制御をし，電池１１２の充電制御をすることができる。
【００１４】
またＡＣアダプタ接続部１１０がＡＣアダプタに接続されていない等で外部から電力が供給されていない時には，そのことを充放電監視回路１１４が検出し，充放電制御回路１１３に通知する。充放電制御回路１１３はスイッチＱ１をオンにして，電池１１２から負荷１１１に電力を供給する。この時，ダイオードＤ２のために電池１１２からＡＣアダプタ接続部１１０に電流が流れ出し，無駄に電池１１２が消費されることが防止される。
【００１５】
図９ (c)により，外部電源から電力が供給されている場合の電池の充放電の関係，負荷電圧，外部電源から電力が供給されていない場合の電池の充放電，負荷電圧の関係を示す。
【００１６】
図９ (c)において，
Ｖｉｎは外部供給電圧である。
Ｖｂａｔは電池１１２の端子電圧である。
【００１７】
Ｖｏｐは負荷の動作電圧であって，負荷１１１が動作する電圧範囲である。
Ｖｏｐ（ｍｉｎ）は負荷の最低動作電圧である。
Ｖｄｅａｄは電池の放電終止電圧であって，電池に許容される最低電池電圧である。
【００１８】
ＡＢ期間は電池１１２を充している期間（Ｔｃｈｇ）である。
ＢＣ期間は満充電期間である。
Ｃは外部電源（ＡＣアダプタ）が抜去された時である（ＡＣ期間が外部電源に接続されている期間である）。
【００１９】
Ｄは電池電圧が最低負荷動作電圧になった時である。
ＣＤ期間は電池１１２の放電期間（Ｔｄｉｓ）である。
Ｅは電池電圧が放電終止電圧（Ｖｄｅａｄ）に達した時点である。
【００２０】
ＡＢ期間でスイッチＱ１をスイッチ制御して電池１１２を充電する。ＢＣ期間は満充電期間であるので，Ｑ１をオフにする。時刻Ｃにおいて，外部電源（ＡＣアダプタ）が抜去される。そして，スイッチＱ１をオンにして電池１１２から負荷に電力を供給する。ＣＤ期間で電池１１２を放電する。そして，時刻Ｄで電池電圧が負荷の動作最低電圧Ｖｏｐ（ｍｉｎ）になると，電池保護用スイッチ１１５をオフにし，負荷１１１へ電圧供給を停止する。
【００２１】
この時，時刻Ｄの時点で電池１１２から負荷への供給を停止しても電池１１２には，Ｖｄｅａｄに達するまでの余力が残されている。従って，電池を完全に使いきらないうちに電池の使用をやめていた。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
このように，従来の電池内蔵の電源装置は，電池が余力を残していても，電池から負荷への放電が停止されていた。そのため，電池の能力を最大限に利用していなかった。
【００２３】
また，従来の電源装置は，外部電源電圧Ｖｉｎが電池電圧Ｖｂａｔよりも常に高い必要があった。そして，Ｖｂａｔは非安定化電源であるために，定電圧で電圧を供給される必要のある負荷（例えばロジック回路等）には，直接には供給できず，定電圧電源（例えば，ＤＣ／ＤＣコンバータ等）を接続する必要があり，部品の増加，コスト高等をまねいていた。また，電池の過放電を防止するために電池保護用スイッチ等を必要としていた。
【００２４】
本発明は，電源装置に内蔵されている電池の能力を十分に利用し，電池により長期間の電圧供給をすることのできる電源装置を提供することを目的とする。
また，電池電圧を十分に高くとり，十分に高い電圧で負荷に電池から電力を供給し，外部電源電圧が電池電圧よりも低い状態で外部電源から負荷に電力供給している時にも電池に充電することのできる電源装置を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明の基本構成(1) は，外部電源から負荷に電力を供給するときに電池電源を充電し，外部電源から電力の供給が絶たれたときに該電池電源より負荷に電力を供給する電源装置において，前記外部電源と前記電池電源との間に挿入される第１のスイッチ素子と，該第１のスイッチ素子の該電池電源側とグランドとの間に挿入される第２のスイッチ素子を制御して電圧変換するコンバータを有し，当該コンバータは，少なくとも昇圧する場合に前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンおよびオフして昇圧制御を行うものであり，前記電池電源から放電される場合に，該電池電源の出力電圧が最低負荷動作電圧以上であれば前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子をオフして該電池電源の出力電圧を昇圧せず，かつ該最低負荷動作電圧に達した場合に該電池電源の出力電圧を昇圧することを特徴とする。
【００２６】
本発明の基本構成(2) は，外部電源から負荷に電力を供給するときに電池電源を充電し，外部電源から電力の供給が絶たれたときに該電池電源より電力を供給する電源装置において，前記外部電源と前記電池電源との間に挿入される第１のスイッチ素子と，該第１のスイッチ素子の該外部電源側とグランドとの間に挿入される第２のスイッチ素子を制御して電圧変換するコンバータを有し，当該コンバータは，少なくとも降圧する場合に前記第１のスイッチ素子と前記第２のスイッチ素子とを交互にオンおよびオフして降圧制御を行うものであり，前記電池電源が充電される場合に，該外部電源からの入力電圧を昇圧して該電池電源を充電し，前記電池電源から放電される場合に，該電池電源の出力電圧が最大負荷動作電圧以上であれば該電池電源の出力電圧を降圧し，かつ該最大負荷動作電圧より低ければ前記第１のスイッチ素子をオンすると共に前記第２のスイッチ素子をオフして該電池電源の出力電圧を降圧しないことを特徴とする。
【００２７】
図１は本発明の基本構成(1) を示す。
本発明の基本構成(1) は，外部電源電圧が電池電源より高い場合に，電池の能力を最大限に利用して，長期間電池で使用できるようにしたものである。
【００２８】
図１において，
１は外部電源入力部であって，外部から直流電圧を入力するものであり，入力電圧をＶｉｎとする。
【００２９】
２は負荷である。
３は電池であって，電池電圧Ｖｂａｔとした時，Ｖｉｎ＞Ｖｂａｔである。
４はコンバータであって，外部電源入力部１から電池３を充電する時に降圧動作をし，電池３から負荷２に電力を供給する時に昇圧動作をするものである。
【００３０】
５は降圧／昇圧制御部であって，コンバータ４を制御するものである。
６は充放電監視部である。
図１の本発明の基本構成の動作を説明する。
【００３１】
(1)   外部電源入力部１から負荷２に電力を供給している時
外部電源入力部１から負荷２に電力が供給される。
充放電監視部６は，電池３を充電する動作であることを検出すると，そのことを降圧／昇圧制御部５に通知する。降圧／昇圧制御部５はコンバータ４を降圧動作するように制御する。コンバータ４は外部電源入力部１の電圧を降圧して，電池３を充電する。
【００３２】
(2)   電池３から負荷２に電力を供給する時
充放電監視部６は，電池３から負荷に電力を供給する必要があることを検出し，そのことを降圧／昇圧制御部５に通知する。降圧／昇圧制御部５はコンバータ４を昇圧動作するように制御する。コンバータ４は電池３の電圧を昇圧して負荷２に供給する。この時，電池電圧を監視し，電池電圧が最低負荷動作電圧Ｖｏｐ（ｍｉｎ）以上あれば昇圧も降圧もしないで電池電圧を負荷２に供給し，電池電圧が最低負荷動作電圧Ｖｏｐ（ｍｉｎ）に達した時に電池電圧を昇圧するようにしても良い。
【００３３】
図１の本発明の基本構成(1) によれば，電池電圧が負荷の最低動作電圧Ｖｏｐ以下になっても，昇圧してＶｏｐ以上の電圧にして使用できるので，放電終止電圧Ｖｄｅａｄまで使用できるようになり，電池での駆動時間を長くすることができる。
【００３４】
図２は本発明の基本構成(2) を示す。
本発明の基本構成(2) は，電池電圧を十分に高くとって，電池により長期間負荷に電力を供給できるようにするとともに，外部電源電圧が電池電源より低くても外部電源から負荷に電力を供給中に電池を充電できるようにしたものである。
【００３５】
図２において，
１１は外部電源入力部であって，入力電圧をＶｉｎとする。
１２は負荷である。
【００３６】
１３は電池であって，電池電圧をＶｂａｔとした時，Ｖｉｎ＜Ｖｂａｔである。
１４はコンバータであって，外部電源入力部１１から電池１３に充電している時に昇圧動作をし，電池１３から負荷１２に電力を供給する時に降圧動作をするものである。
【００３７】
１５は降圧／昇圧制御部であって，コンバータ１４を制御するものである。
１６は充放電監視部である。
図２の本発明の基本構成(2) の動作を説明する。
【００３８】
(1)   外部電源入力部１１から負荷１２に電力を供給している時
外部電源入力部１１から負荷１２に電力が供給される。充放電監視部１６は外部電源入力部１１から電力の供給があることを検出すると，そのことを降圧／昇圧制御部１５に通知し，降圧／昇圧制御部１５はコンバータ１４を昇圧動作するように制御する。コンバータ１４は外部電源入力部１１から入力される電圧を昇圧して，電池１３を充電する。
【００３９】
(2)   電池１３から負荷１２に電力を供給する時
充放電監視部１６は，外部電源入力部１１からの入力がないか，あるいはその電圧が異常に低い等を検出する。そして，電池１３から負荷に電力を供給する必要があることを検出すると，そのことを降圧／昇圧制御部１５に通知する。降圧／昇圧制御部１５はコンバータ１４を降圧動作するように制御する。そしてコンバータ１４は電池１３の電圧を降圧して負荷１２に供給する。
【００４０】
この時，電池電圧を監視し，電池電圧が負荷を動作することの可能な最大電圧（最大負荷電圧）以上であれば，電池電圧を降圧して負荷に供給し，最大動作電圧より低けれは降圧しないで電池電圧を負荷に印加するようにしても良い。さらに，電池の放電終止電圧が最低負荷動作電圧より高ければ，放電終止電圧まで電池電圧を降圧しないで印加し，放電終止電圧が最低負荷動作電圧より低ければ電池電圧が最低負荷動作電圧に達した時点で放電を止める。
【００４１】
本発明の基本構成(2) によれば，電池の電圧を十分に高くすることができ，高い電池電圧で負荷に電力を供給することができる。そのため，電池から負荷に対して安定に電圧を供給でき，しかも電池で使用する期間を大幅に伸ばすことができる。また，外部電源電圧を昇圧して電池に供給するので，外部供給電圧が電池電圧より低くても外部電源から電池を充電できる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
図３は本発明の実施の形態１であって，本発明の基本構成(1) に対応するものである。
【００４３】
図３において，
４はコンバータである。
２１は外部電源入力部である。入力電圧をＶｉｎとする。
【００４４】
２２は負荷である。
２３は電池である。電池電圧をＶｂａｔとする。
２４は充放電監視回路である（図１の充電監視部６に相当する）。
【００４５】
２５は充放電制御回路である（図１の降圧／昇圧制御部５に相当する）。
Ｃ１，Ｃ２は平滑コンデンサである。
Ｌ１はインダクタンスである。
【００４６】
Ｄ１はダイオードであって，Ｑ１とＱ２が両オフの期間にＬ１−Ｃ１−Ｄ１の回路にフライホイール電流を流すものである（トランジスタＱ１の寄生ダイオードより電圧降下の小さいものを使用する）。
【００４７】
Ｄ２は逆流防止ダイオードである。
Ｄ３はトランジスタＱ１の寄生ダイオードである。
Ｄ４はトランジスタＱ２の寄生ダイオードである。
【００４８】
Ｑ１はスイッチであって，トランジスタであり，スイッチング動作して電池２３から負荷２２に供給する電圧を降圧するものである。
Ｑ２はスイッチであって，トランジスタであり，スイッチング動作して外部電源入力部２１の電圧Ｖｉｎを昇圧するものである。
【００４９】
図３の本発明の実施の形態１の動作を図４を参照して説明する。
図４は本発明の動作説明図である。図４ (a)は同期整流する時のトランジスタＱ１とトランジスタＱ２のスイッチングの関係を表す。反転位相でスイッチングする（Ｑ１がオンの時Ｑ２をオフ，Ｑ１がオンの時Ｑ２をオフ）。Ｑ２がオフの期間をＴｏｆｆ，Ｑ２がオンの期間をＴｏｎ，スイッチング周期（Ｔｏｆｆ＋Ｔｏｎ）をＴｓとする。
【００５０】
この同期整流において，外部電源入力部２１から電池２３を充電する時には，降圧動作し，Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎ×Ｔｏｎ／Ｔｓである（Ｑ２オフでＱ１をスイッチングする場合と同じ）。また，同期整流により電池２３から負荷２２に電力を供給する時には昇圧動作し，Ｖｏｐ＝Ｖｂａｔ×Ｔｓ／Ｔｏｆｆとなる（Ｖｏｐは負荷の動作電圧）。
【００５１】
図４ (b)は同期整流によらないで電池電圧を昇圧動作する時のＱ１とＱ２の関係を示す。電池２３から負荷２２に電力を供給する放電時において，同期整流によらないで電池電圧Ｖｂａｔを昇圧して負荷に供給する時の動作である。Ｑ１をオフにし，Ｑ２をスイッチングする。Ｑ２がオフの期間をＴｏｆｆ，Ｑ２がオンの期間をＴｏｎ，スイッチング周期（Ｔｏｆｆ＋Ｔｏｎ）をＴｓとする。この時，Ｖｏｐ＝Ｖｂａｔ×Ｔｓ／Ｔｏｆｆとなる（同期整流の場合と同じである）但し，Ｖｏｐは負荷の動作電圧である。
【００５２】
図４ (c)は図３の本発明の実施の形態１の動作を表にまとめたものである。
図４ (d)は，本発明の実施の形態１の動作の説明図である。図４ (d)において，
Ｖｉｎは外部供給電圧である。
【００５３】
Ｖｂａｔは電池電圧である。
Ｖｏｐは負荷動作電圧であり，Ｖｏｐ（ｍａｘ）は最大負荷動作電圧，Ｖｏｐ（ｍｉｎ）は最低負荷動作電圧である。
【００５４】
Ｖｄｅａｄは電池の放電終止電圧であって，電池に許容される最低電池電圧である。
図４ (c)の表の動作は以下の説明で明らかにされる。
【００５５】
図３の構成の動作を図４(d) を参照して説明する。
図３の構成において，外部電源入力部２１に外部電源から負荷に電力が供給される。また，外部電源電圧がトランジスタＱ１のスイッチング動作により降圧されて電池２３を充電する。また，外部電源入力部２１が外部電源に接続されていない等の時には，電池２３から負荷に電圧を供給する。この時，トランジスタＱ２をスイッチングして電池電圧を昇圧して負荷に供給する。
【００５６】
（１）充電する時
充電する時は２つのモードが存在する。
▲１▼  Ｑ２をオフにし，Ｑ１をスイッチングする。
【００５７】
▲２▼  Ｑ１とＱ２を反転位相でスイッチングする（同期整流）。
いずれの場合も降圧動作であり，前述したようにＶｂａｔ＝Ｖｉｎ×Ｖｏｎ／Ｔｓである。
【００５８】
（２）放電する時
放電する時は３つのモードが存在する。
▲１▼  Ｑ１を常時オンにし，Ｑ２を常時オフにする（電池２３の電圧を負荷２２に印加する）。
【００５９】
▲２▼  Ｑ１を常時オフにし，Ｑ２をスイッチングする（電池電圧を昇圧して負荷に印加する）。この時，スイッチング動作によりインダクタンスＬ１に蓄積されたエネルギーにより発生する電圧がコンデンサＣ２に蓄積された電池電圧Ｖｂａｔに印加されてＶｂａｔより高い電圧に昇圧された電圧が負荷２２に供給される。この時の負荷動作電圧ＶｏｐとＶｂａｔの関係は，Ｖｏｐ＝Ｖｂａｔ×Ｔｓ／Ｔｏｆｆである。
【００６０】
▲３▼  Ｑ１およびＱ２を反転位相でスイッチングする（同期整流）
この時も▲２▼の場合と同様に，Ｑ２のスイッチング動作により，インダクタンスＬ１に蓄えられたエネルギーにより発生した電圧がコンデンサＣ２に蓄積された電池電圧Ｖｂａｔに印加されて昇圧され，負荷２２に供給される。この時の負荷動作電圧ＶｏｐとＶｂａｔの関係は，Ｖｏｐ＝Ｖｂａｔ×Ｔｓ／Ｔｏｆｆである。
【００６１】
図３の構成の全体の動作を図４ (d)を参照して説明する。
同期整流をする時は，最初，電源入力部の電圧を判定し，外部電源として規定の電圧があれば，トランジスタＱ１をオンから動作を開始する。外部電源が規定の電圧になく最初から電池により負荷に電力を供給する場合には，このような必要はない。
【００６２】
外部電源入力部に外部電源が供給されている時（図４ (d)の期間ＡＣ），外部電源電圧の入力があることを検出し，充放電制御回路２５に通知する。充放電制御回路２５はＱ２とＱ１を反転位相でスイッチングさせ同期整流する。そして，外部電源を降圧して電池２３に供給する。あるいはＱ２をオフにして，Ｑ１のスイッチングだけで降圧して電池２３を充電する。この時，充放電監視回路２４は電池の充電状態を監視し，充電状態を充放電制御回路２５に通知し，充放電制御回路２５は充電状態に応じてスイッチングのオン期間を制御して充電制御をする。満充電になると（図４ (d)の時刻Ｂ）充電は停止される。
【００６３】
また，外部電源入力部に外部電源が供給されていないか，あるいは規定の電圧に達していない等で電池から負荷に電力を供給する必要があることを充放電監視回路２４が検出すると（図４ (d)の時刻Ｃ），そのことを充放電制御回路２５に通知する。そして，充放電監視回路２４は電池電圧Ｖｂａｔが最低負荷動作電圧Ｖｏｐ（ｍｉｎ）より高いか低いかを判定し，充放電制御回路２５に通知する。充放電制御回路２５は，ＶｂａｔがＶｏｐ（ｍｉｎ）より高いときは（図４の期間ＣＤ），Ｑ１を常時オン，Ｑ２を常時オフにして電池電圧Ｖｂａｔを負荷２２に供給する。この場合Ｖｏｐ＝Ｖｂａｔとなる。あるいは，昇圧動作で負荷の最高負荷電圧を越えなければ，Ｑ１を常時オフにし，Ｑ２をスイッチングして電池電圧を昇圧するか，あるいは同期整流で電池電圧を昇圧して負荷に供給しても良い。この場合Ｖｏｐは図４ (d)のＶｏｐ1 で示される。
【００６４】
そして，電池電圧Ｖｂａｔが負荷の最低負荷動作電圧Ｖｏｐ（ｍｉｎ）より低くなった場合には（図４ (d)の期間ＤＥ），充放電制御回路はＱ１を常時オフにし，Ｑ２をスイッチングして電池電圧Ｖｂａｔを昇圧して負荷に供給する。あるいはＱ１とＱ２を反転位相でスイッチングして同期整流し，電池電圧Ｖｂａｔを昇圧して負荷２２に供給する。この場合Ｖｏｐは図４ (d)のＶｏｐ2 で示される。
【００６５】
図５は本発明の実施の形態２であって，本発明の基本構成(1) に対応するものである。図５は電池の充放電の判定を電池２３と外部電源入力部２１の間に直列に挿入した電流方向検出回路２６に流れる電流の向きにより判定する点で図４の本発明の実施の形態１と異なるのみである。
【００６６】
図５において，図４と同じ参照番号は共通部分を表す。
充放電監視回路２４は最初外部電源入力部２１に規定の電圧があるかないかを判定し，規定の電圧があれば，Ｑ１オンの動作から開始する。
【００６７】
▲１▼  最初，電源電圧Ｖｉｎが規定値以上であれば，Ｑ１，Ｑ２を充電動作モードに設定する（Ｑ１オンで開始する同期整流，もしくはＱ２オフでＱ１をスイッチングする）。そして，その後，外部電源入力部２１の外部電源からの供給がなくなった時，もしくは異常等で電圧が低下した時には，電池２３から負荷２２の方向に電流が流れ，電流方向検出回路２６に流れる電流の向きが変化するので，そのことを検出した電流方向検出回路２６は充放電監視回路２４にその電流が電池側から負荷に向かって流れていることを表す信号を送る。充放電監視回路２４はその時の電池電圧に応じた放電時の動作モードをＱ１，Ｑ２に設定する。
【００６８】
▲２▼  電源を使用を開始する時点において，外部電源入力部２１の電圧が規定の電圧以下あると，電池２３の側から負荷２２に向かって電流が流れる。そこで，充放電監視回路２４は電池電圧を監視し，Ｖｄｅａｄ以上であれば，Ｑ１を常時オン，Ｑ２を常時オフにして，電池電圧を負荷２２に印加する（昇圧して最高負荷動作電圧を越えなければ昇圧しても良い）。充放電監視回路２４は電池電圧がＶｄｅａｄ以下であれば電池電圧を昇圧して負荷に供給する（同期整流するもしくはＱ１オフ，Ｑ２をスイッチングする動作のいずれでも良い）。また，その後，外部電源入力部２１が外部電源に接続され，外部電源から電力が供給されると，電流方向検出回路２６に流れる電流の向きが変わる。そのことを検出した電流方向検出回路２６は外部電源側から電池に向かって電流が流れていることを表す信号を充放電監視回路２４に通知する。充放電監視回路２４は電池の充電状態を判定して充放電制御回路２５に通知する。充放電制御回路２５は充電状態に応じた充電モードをＱ１とＱ２に設定する。
【００６９】
図５の各動作モードにおける動作は図３と同様である。
図６は本発明の実施の形態３であって，本発明の基本構成(2) に相当するものである。
【００７０】
電池電源を内蔵した小型電子機器は，通常，外部電源としてＡＣアダプタを使用し，内蔵電池の電圧はそれより低い電圧のものを使用する。しかし，内部電池は電圧が高い方が電池で使用する期間を長時間にすることができる。また，外部供給電源もＡＣアダプタ等ではなく，もっと，低圧の電源を外部電源として使用する場合もある。例えば，負荷の電圧が３Ｖでありその外部電源が３Ｖもしくは５Ｖの場合の時，本発明の電源装置の内蔵電源の電池を７Ｖとする。この時，本発明は，外部電源に接続されている時に３Ｖもしくは５Ｖの外部電源から供給される電圧を７Ｖに昇圧して内蔵電池を充電する。そして，本発明の電源装置から負荷に電力を供給するときには，７Ｖの内蔵電池の電圧を３Ｖもしくは５Ｖに降圧して負荷に供給する。
【００７１】
図６はこのような電源装置の構成である。
図６において，
１４はコンバータである。
【００７２】
２１は外部電源入力部である。入力電圧をＶｉｎとする。
２２は負荷である。
２３は電池である。電池電圧をＶｂａｔとする。
【００７３】
２４は充放電監視回路である（図２の充放電監視部に相当する）。
２５は充放電制御回路（図２の充放電制御部に相当する）。
Ｃ１，Ｃ２は平滑コンデンサである。
【００７４】
Ｌ１はインダクタンスである。
Ｄ１はダイオードであって，Ｑ１とＱ２が両オフの時にＬ１−Ｃ１−Ｄ１にフラホイール電流を流すものである。
【００７５】
Ｄ２は逆流防止ダイオードである。
Ｄ３はトランジスタＱ１の寄生ダイオードである。
Ｄ４はトランジスタＱ２の寄生ダイオードである。
【００７６】
Ｑ１はスイッチであって，トランジスタであり，スイッチング動作して電池２３から負荷２２に供給する電圧を降圧するものである。
Ｑ２はスイッチであって，トランジスタであり，スイッチング動作して外部電源入力部２１の電圧Ｖｉｎを昇圧するものである。
【００７７】
図６の本発明の実施の形態１の動作を図７を参照して説明する。
図７は本発明の動作説明図である。
図７ (a)は同期整流する時のトランジスタＱ１とトランジスタＱ２のスイッチングの関係を表す。反転位相でスイッチングする（Ｑ１がオンの時Ｑ２をオフ，Ｑ１がオンの時，Ｑ２をオフ）。Ｑ２がオフの期間をＴｏｆｆ，Ｑ２がオンの期間をＴｏｎ，スイッチング周期（Ｔｏｆｆ＋Ｔｏｎ）をＴｓとする。
【００７８】
この同期整流において，外部電源入力部２１から電池２３を充電する時には，昇圧動作し，Ｖｂａｔ＝Ｖｉｎ×Ｔｓ／Ｔｏｆｆである（Ｑ１をオフしＱ２をスイッチングする場合も同様）。また，電池２３から負荷２２に電力を供給するには，降圧動作し，Ｖｏｐ＝Ｖｂａｔ×Ｔｏｎ／Ｔｓとなる（Ｖｏｐは負荷の動作電圧）。
【００７９】
図７ (b)は本発明の実施の形態３の動作の説明図である。図７ (v)は電池の放電終了電圧（Ｖｄｅａｄ）は最低負荷動作電圧（Ｖｏｐ（ｍｉｎ））より高い場合の動作を示す。
【００８０】
図７ (b)において，
Ｖｉｎは外部供給電圧である。
Ｖｂａｔは電池電圧である。
【００８１】
Ｖｏｐは負荷動作電圧であって，負荷が動作する電圧範囲である。
Ｖｏｐ（ｍｉｎ）は最低負荷動作電圧である。
Ｖｄｅａｄは電池の放電終止電圧であって，電池に許容される最低電池電圧である。
【００８２】
ＡＣ期間は外部電源に接続されている期間である。
ＡＢ期間は電池に充電されている期間（Ｔｃｈｇ）である。
ＢＣ期間は満充電期間である。
【００８３】
Ｃは，外部電源が抜去された時点である。
ＣＤ期間は電池の放電期間（Ｔｄｉｓ）である。
図６の構成の動作を説明する。
【００８４】
図６の構成において，外部電源入力部２１に外部電源から負荷に電力が供給される。また，外部電源電圧がトランジスタＱ１のスイッチング動作により昇圧されて電池２３を充電する。また，外部電源入力部２１が外部電源に接続されていない等の時には，電池２３から負荷に電圧を供給する。この時，トランジスタＱ２をスイッチングして電池電圧を降圧して負荷に供給する。また，最初は，外部電源入力部の電圧を判定し，外部電源に接続されている等で規定の外部電源電圧にあれば，Ｑ２オフ，Ｑ１オンの昇圧動作からスタートする。また外部電源に接続されていない等で規定の外部電源電圧がなければＱ１オンからスタートする。
【００８５】
（１）充電する時
充電する時は２つのモードが存在する。
▲１▼  Ｑ１をオフにし，Ｑ２をスイッチングする（昇圧モード）。
【００８６】
▲２▼  Ｑ１とＱ２を反転位相でスイッチングする（同期整流による昇圧モード）。
いずれの場合も昇圧動作であり，前述したようにＶｂａｔ＝Ｖｉｎ×Ｖｓ／Ｔｏｆｆである。
【００８７】
（２）放電する時
放電する時は３つのモードが存在する。
▲１▼  Ｑ１を常時オンにし，Ｑ２を常時オフにする。
【００８８】
この時，電池２３の電圧が負荷２２に印加される。
▲２▼  Ｑ２を常時オフにし，Ｑ１をスイッチングする。
この時，Ｑ１のスイッチング動作により電池電圧Ｖｂａｔより低い電圧に降圧された電圧が負荷２２に供給される。この時の負荷動作電圧ＶｏｐとＶｂａｔの関係は，Ｖｏｐ＝Ｖｂａｔ×Ｔｏｎ／Ｔｓである。
【００８９】
▲３▼  Ｑ１およびＱ２を反転位相でスイッチングする（同期整流）
この時，Ｑ１とＱ２の反転位相のスイッチング動作により，電池電圧Ｖｂａｔより低い電圧が負荷に供給される。負荷動作電圧ＶｏｐとＶｂａｔの関係は，Ｖｏｐ＝Ｖｂａｔ×Ｔｓ／Ｔｏｆｆである。
【００９０】
図６の構成の全体の動作を説明する。
外部電源入力部に外部電源が供給されている時，外部電源電圧の入力があることを検出し，充放電制御回路２５に通知する。充放電制御回路２５はＱ２とＱ１を反転位相でスイッチングさせ同期整流する。そして，外部電源を昇圧して電池２３に供給する。あるいはＱ１をオフにして，Ｑ２のスイッチングだけで昇圧して電池２３を充電する。この時，充放電監視回路２４は電池の充電状態を監視し，充電状態を充放電制御回路２５に通知し，充放電制御回路２５は充電状態に応じてスイッチングのオン期間を制御して充電制御をする。
【００９１】
また，外部電源入力部に外部電源が供給されていないか，あるいは規定の電圧に達していない等で電池から負荷に電力を供給する必要があるこを充放電監視回路２４が検出すると，そのことを充放電制御回路２５に通知する。そして，Ｑ２を常時オフにし，Ｑ１をスイッチングして電池電圧を降圧して負荷２２に供給する。あるいはＱ１とＱ２を反転位相でスイッチングして同期整流により電池電圧Ｖｂａｔを降圧して負荷２２に供給する。
【００９２】
なお，電池電圧を降圧して負荷に供給する時，電池電源の電圧が負荷の最高動作電圧以下であれば，Ｑ１をオン，Ｑ２をオフにして電池電圧を降圧しない電池電圧を負荷２３に供給しても良い。そして，電池の放電終止電圧（Ｖｄｅａ）が最低負荷動作電圧よりも高ければ電池電圧が放電終止電圧になった時にスイッチＱ１をオフにして電池からの放電を終了する。あるいは，最低負荷動作電圧が電池の放電終止電圧（Ｖｄｅａｄ）より高ければ，電池電圧が最低負荷動作電圧になった時にＱ２をオフにして電池の放電を止める。
【００９３】
図６の回路構成の場合には負荷の動作電圧より高い電圧の電池で負荷に電圧を印加できるので，ＶｄｅａｄであってもＶｏｐより電圧の電池を使用できるので，電池による使用できる期間を長くすることができる。
【００９４】
図７ (c)は図６の構成の動作とＱ１とＱ２のスイッチング動作の関係を表に纏めたものである。
図８は本発明の実施例の形態４である。本発明の基本構成(2) に対応するものである。図８は電池の充放電の判定を電池２３と外部電源入力部２１の間に直列に挿入した電流方向検出回路２６に流れる電流の向きにより判定する点で図６の本発明の実施の形態３と異なるのみである。
【００９５】
図８において，図６と同じ参照番号は共通部分を表す。
２６は電流方向検出回路であって，外部電源入力部２１から電池２３に向かって電流が流れているか，あるいはその反対に電池２３から負荷２２に向かって電流が流れているかを検出するものである。
【００９６】
充放電監視回路２４は最初外部電源入力部２１が外部電源に接続されているか，あるいは接続されていても正常で電圧入力されているかいないか等を判定する。
【００９７】
最初は，外部電源入力部の電圧を判定し，外部電源に接続されている等で規定の外部電源電圧にあれば，Ｑ２オフ，Ｑ１オンの昇圧動作からスタートする。また外部電源に接続されていない等で規定の外部電源電圧がなければＱ１オンからスタートする。
【００９８】
▲１▼  最初，電源電圧Ｖｉｎが規定値以上であれば，Ｑ１，Ｑ２を充電動作モードに設定する。そして，その後，外部電源入力部２１の外部電源からの供給を受けなくなった時，もしくは異常等で電圧が低下した時には，電池２３から負荷２２の方向に電流が流れ，電流方向検出回路２６に流れる電流の向きが変化する。そのことを検出した電流方向検出回路２６は充放電監視回路２４にその電流が電池側から負荷に向かって流れていることを表す信号を送る。充放電監視回路２４はその時の電池電圧に応じた放電時の動作モードをＱ１，Ｑ２に設定する。
【００９９】
▲２▼  電源を使用を開始する時点において，外部電源入力部２１の電圧が規定の電圧以下あれば，充放電監視回路２４は充放電制御回路２５に電池２３の放電モードをＱ１とＱ２に設定する。その後，外部電源入力部２１から外部電源が供給されたことを充放電監視回路２４が検出すると，充放電制御回路２５はＱ１，Ｑ２を充電モードに設定する。さらに，その後外部電源入力部２１に外部電源からの電力供給がなくなると，電流の向きが電池２３から負荷への放電方向に変化するので，電流方向検出回路２６はその電流の向きを表す信号を充放電監視回路２４に通知する。充放電制御回路２５はＱ１とＱ２を放電モードに設定する。
【０１００】
図８の各動作モードにおける動作は図６と同様である。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明の基本構成(1) の発明によれば，電池電圧が負荷の最低動作電圧Ｖｏｐ（ｍｉｎ）以下になっても，昇圧してＶｏｐ以上の電圧にして使用できるので，放電終止電圧Ｖｄｅａｄまで使用できるようになり，電池での駆動時間を長くすることができる。
【０１０２】
本発明の基本構成(2) によれば，電池の電圧を十分に高くすることができ，高い電池電圧で負荷に電力を供給することができる。そのため，電池から負荷に対して安定に電圧を供給でき，しかも電池で使用する期間を大幅に伸ばすことができる。また，外部電源電圧を昇圧して電池に供給するので，外部供給電圧が電池電圧より低くても外部電源から電池を充電できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成(1) を表す図である。
【図２】本発明の基本構成(2) を表す図である。
【図３】本発明の実施の形態１を表す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の動作説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２を表す図である。
【図６】本発明の実施の形態３を表す図である。
【図７】本発明の実施の形態３の動作説明図である。
【図８】本発明の実施の形態４を表す図である。
【図９】従来技術を表す図である。
【符号の説明】
１：外部電源入力部
２：負荷
３：電池
４：コンバータ
５：充放電制御部
６：充放電監視部
１１：外部電源入力部
１２：負荷
１３：電池
１４：コンバータ
１５：充放電制御部
１６：充放電監視部
【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】
0003863273.tif 000006
【図６】
0003863273.tif 000007
【図７】
0003863273.tif 000008
【図８】
0003863273.tif 000009
【図９】
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