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技術 電源装置

出願人 株式会社サンエス
発明者 橘高薫岡本武文小林由英
出願日 2018年4月20日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-081482
公開日 2019年10月31日 (7ヶ月経過) 公開番号 2019-193372
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路 静止型機器の保護 DC‐DCコンバータ
主要キーワード セルチェック Pチャンネル 非実行状態 セルフチェック 充電セル 電源電圧検出 プラス電極 オープン故障
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年10月31日)のものです。
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図面 (10)

課題

携帯機器などに活用される電源装置に関し、充電電池への不適切充電の防止を目的とするものである。

解決手段

電源装置は、入力端子13と、この入力端子13にソースが接続されたp充電MOSFET17と、このp充電MOSFET17のドレインに入力側が接続された降圧回路15と、この降圧回路15の出力側にソースが接続されたp出力MOSFET18と、このp出力MOSFET18のドレインに接続された出力端子16と、降圧回路15の出力側にアノードが接続された整流機能素子19と、この整流機能素子19のカソードプラス電極が接続された充電電池14と、この充電電池14のプラス電極にドレインが接続され、ソースが降圧回路15の入力側に接続されたp放電MOSFET20と、p充電MOSFET17、p出力MOSFET18およびp放電MOSFET20のゲートにそれぞれ接続された制御部21とを有する。

概要

背景

この種の電源装置は、入力端子と、この入力端子に、第1のスイッチング素子を介して接続された降圧回路と、この降圧回路の出力側に第2のスイッチング素子を介して接続された出力端子と、前記第1、第2のスイッチング素子に、そのプラス電極が接続された充電電池とを備えた構成となっている(これに類似する先行文献としては下記特許文献1)。
すなわち、第1、第2のスイッチング素子を切り換えることで、充電時には、入力端子を、第1、第2のスイッチング素子を介して充電電池に接続し、また、充電電池からの出力時には、前記第1、第2のスイッチング素子を切り換え、前記充電電池を、第1、第2のスイッチング素子を介して出力端子に接続する構成となっている。
また、第1、第2のスイッチング素子は、PチャンネルMOSFETによって構成することが出来る(これに類似する先行文献としては下記特許文献2)。

概要

携帯機器などに活用される電源装置に関し、充電電池への不適切な充電の防止を目的とするものである。電源装置は、入力端子13と、この入力端子13にソースが接続されたp充電MOSFET17と、このp充電MOSFET17のドレインに入力側が接続された降圧回路15と、この降圧回路15の出力側にソースが接続されたp出力MOSFET18と、このp出力MOSFET18のドレインに接続された出力端子16と、降圧回路15の出力側にアノードが接続された整流機能素子19と、この整流機能素子19のカソードにプラス電極が接続された充電電池14と、この充電電池14のプラス電極にドレインが接続され、ソースが降圧回路15の入力側に接続されたp放電MOSFET20と、p充電MOSFET17、p出力MOSFET18およびp放電MOSFET20のゲートにそれぞれ接続された制御部21とを有する。

目的

本発明は、充電電池への不適切な充電状態や、不適切な放電状態の発生を防止することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

入力端子と、この入力端子に、そのソースが接続された第1のPチャンネルMOSFETと、この第1のPチャンネルMOSFETのドレインに、その入力側が接続された降圧回路と、この降圧回路の出力側に、そのソースが接続された第2のPチャンネルMOSFETと、この第2のPチャンネルMOSFETのドレインに接続された出力端子と、前記降圧回路の出力側に、そのアノードが接続された整流機能素子と、この整流機能素子のカソードに、そのプラス電極が接続された充電電池と、この充電電池のプラス電極に、そのドレインが接続され、そのソースが、前記降圧回路の入力側に接続された第3のPチャンネルMOSFETと、前記第1、第2、第3のPチャンネルMOSFETのゲートに、それぞれ接続された制御部と、この制御部に接続されたメモリと、を備えた電源装置

請求項2

前記整流機能素子として、第4のPチャンネルMOSFETを用い、この第4のPチャンネルMOSFETのドレインを、前記降圧回路の出力側に接続し、この第4のPチャンネルMOSFETのソースを、前記充電電池のプラス電極に接続し、この第4のPチャンネルMOSFETのゲートを、前記制御部に接続した請求項1に記載の電源装置。

請求項3

記入端子入力検出手段、前記充電電池のプラス電極に電源電圧検出手段、前記出力端子に出力検出手段を、それぞれ接続するとともに、前記入力検出手段、前記電源電圧検出手段、前記出力検出手段を前記制御部に接続し、この制御部に表示素子を接続し、前記制御部は、前記入力検出手段により前記入力端子への入力を検出すると、充電セルフチェックを行い、その後、充電動作を実行する構成とし、前記充電セルフチェック時には、前記制御部は、前記第1のPチャンネルMOSFET、前記第2のPチャンネルMOSFETおよび前記第3のPチャンネルMOSFETをオフし、次に、前記降圧回路をオンし、その後、前記電源電圧検出手段により、前記充電電池のプラス電極の電位を検出し、この電源電圧検出手段による検出電圧が、上昇した場合、前記表示素子でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする請求項1または2に記載の電源装置。

請求項4

前記入力端子に入力検出手段、前記充電電池のプラス電極に電源電圧検出手段、前記出力端子に出力検出手段を、それぞれ接続するとともに、前記入力検出手段、前記電源電圧検出手段、前記出力検出手段を前記制御部に接続し、この制御部に表示素子を接続し、前記制御部は、前記入力検出手段により前記入力端子への入力を検出すると、充電セルフチェックを行い、その後、充電動作を実行する構成とし、前記充電セルフチェック時には、前記制御部は、前記第1のPチャンネルMOSFETをオン、前記第2のPチャンネルMOSFET、前記第3のPチャンネルMOSFETおよび前記降圧回路をオフし、その後、前記電源電圧検出手段により、前記充電電池のプラス電極の電位を検出し、この電源電圧検出手段による検出電圧が、上昇した場合、前記表示素子でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする請求項1または2に記載の電源装置。

請求項5

前記入力端子に入力検出手段、前記充電電池のプラス電極に電源電圧検出手段、前記出力端子に出力検出手段を、それぞれ接続するとともに、前記入力検出手段、前記電源電圧検出手段、前記出力検出手段を前記制御部に接続し、この制御部に表示素子を接続し、前記制御部は、前記入力検出手段により前記入力端子への入力を検出すると、充電セルフチェックを行い、その後、充電動作を実行する構成とし、前記充電セルフチェック時には、前記制御部は、前記第1のPチャンネルMOSFETおよび前記降圧回路をオン、前記第2のPチャンネルMOSFETおよび前記第3のPチャンネルMOSFETをオフし、その後、前記電源電圧検出手段により、前記充電電池のプラス電極の電位を検出し、この電源電圧検出手段による検出電圧が、非上昇である場合、前記表示素子でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする請求項1または2に記載の電源装置。

請求項6

前記入力端子に入力検出手段、前記充電電池のプラス電極に電源電圧検出手段、前記出力端子に出力検出手段を、それぞれ接続するとともに、前記入力検出手段、前記電源電圧検出手段、前記出力検出手段を前記制御部に接続し、この制御部に表示素子を接続し、前記制御部は、前記入力検出手段により前記入力端子への入力を検出すると、充電セルフチェックを行い、その後、充電動作を実行する構成とし、前記充電セルフチェック時には、前記制御部は、第1段のセルフチェックとして、前記第1のPチャンネルMOSFET、前記第2のPチャンネルMOSFETおよび前記第3のPチャンネルMOSFETをオフし、次に、前記降圧回路をオンし、その後、前記電源電圧検出手段により、前記充電電池のプラス電極の電位を検出し、この電源電圧検出手段による検出電圧が、上昇した場合、前記表示素子でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とし、この第1段のセルフチェックが問題無ければ、第2段のセルフチェックとして、前記制御部は、前記第1のPチャンネルMOSFETをオン、前記第2のPチャンネルMOSFET、前記第3のPチャンネルMOSFETおよび前記降圧回路をオフし、その後、前記電源電圧検出手段により、前記充電電池のプラス電極の電位を検出し、この電源電圧検出手段による検出電圧が、上昇した場合、前記表示素子でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態と、この第2段のセルフチェックが問題無ければ、第3段のセルフチェックとして、前記充電セルフチェック時には、前記制御部は、前記第1のPチャンネルMOSFETおよび前記降圧回路をオン、前記第2のPチャンネルMOSFETおよび前記第3のPチャンネルMOSFETをオフし、その後、前記電源電圧検出手段により、前記充電電池のプラス電極の電位を検出し、この電源電圧検出手段による検出電圧が、非上昇である場合、前記表示素子でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする請求項1または2に記載の電源装置。

技術分野

0001

本発明は、充電電池を有する電源装置に関するものである。

背景技術

0002

この種の電源装置は、入力端子と、この入力端子に、第1のスイッチング素子を介して接続された降圧回路と、この降圧回路の出力側に第2のスイッチング素子を介して接続された出力端子と、前記第1、第2のスイッチング素子に、そのプラス電極が接続された充電電池とを備えた構成となっている(これに類似する先行文献としては下記特許文献1)。
すなわち、第1、第2のスイッチング素子を切り換えることで、充電時には、入力端子を、第1、第2のスイッチング素子を介して充電電池に接続し、また、充電電池からの出力時には、前記第1、第2のスイッチング素子を切り換え、前記充電電池を、第1、第2のスイッチング素子を介して出力端子に接続する構成となっている。
また、第1、第2のスイッチング素子は、PチャンネルMOSFETによって構成することが出来る(これに類似する先行文献としては下記特許文献2)。

先行技術

0003

特開平5−207668号公報
特開2013−21883号公報

発明が解決しようとする課題

0004

上記前者の従来例では、第1、第2のスイッチング素子は、後者の従来例で用いられている複数のPチャンネルMOSFETによって構成することが出来る。具体的には、例えば、図9に示すような構成が考えられる。

0005

すなわち、図9に示すように、入力端子1と、この入力端子1に、そのソースが接続されたPチャンネルMOSFET2と、このPチャンネルMOSFET2のドレインに、その入力側が接続された降圧回路3と、この降圧回路3の出力側に、そのソースが接続されたPチャンネルMOSFET4と、このPチャンネルMOSFET4のドレインに接続された出力端子5と、前記降圧回路3の出力側に、そのソースが接続されたPチャンネルMOSFET6と、このPチャンネルMOSFET6のドレインに、そのプラス電極が接続された充電電池7と、前記充電電池7のプラス電極に、そのソースが接続され、そのドレインが、前記降圧回路3の入力側に接続されたPチャンネルMOSFET8と、前記PチャンネルMOSFET2、4、6、8のゲートに、それぞれ接続された制御部9と、この制御部9に接続されたメモリ10とを備えた構成となる。

0006

以上の構成において、充電時には、PチャンネルMOSFET2、6をオンし、PチャンネルMOSFET4、8をオフし、入力端子1を、PチャンネルMOSFET2、6を介して充電電池7に接続し、充電電池7からの出力時には、PチャンネルMOSFET2、6をオフし、PチャンネルMOSFET8、4をオンし、充電電池7を、PチャンネルMOSFET8、4を介して出力端子5に接続する構成となる。

0007

しかしながら、この図9のように構成した場合、充電時にオフとしているPチャンネルMOSFET8の寄生ダイオード12を介して入力端子1と充電電池7が短絡され、その結果として、充電電池7への不適切充電状態が発生する。
また放電時には、降圧回路3を通した設定電圧よりも、PチャンネルMOSFET6の寄生ダイオード11を通過する電圧の方が高くなり、意図した電圧が得られない放電状態が発生する。

0008

そこで、本発明は、充電電池への不適切な充電状態や、不適切な放電状態の発生を防止することを目的とするものである。

課題を解決するための手段

0009

そして、この目的を達成するために本発明の電源装置は、入力端子と、この入力端子に、そのソースが接続された第1のPチャンネルMOSFETと、この第1のPチャンネルMOSFETのドレインに、その入力側が接続された降圧回路と、この降圧回路の出力側に、そのソースが接続された第2のPチャンネルMOSFETと、この第2のPチャンネルMOSFETのドレインに接続された出力端子と、前記降圧回路の出力側に、そのアノードが接続された整流機能素子と、この整流機能素子のカソードに、そのプラス電極が接続された充電電池と、この充電電池のプラス電極に、そのドレインが接続され、そのソースが、前記降圧回路の入力側に接続された第3のPチャンネルMOSFETと、前記第1、第2、第3のPチャンネルMOSFETのゲートに、それぞれ接続された制御部と、この制御部に接続されたメモリとを備えた構成とした。

発明の効果

0010

以上のように本発明の電源装置は、充電電池のプラス電極に、そのドレインが接続され、そのソースが、降圧回路の入力側に接続された第3のPチャンネルMOSFETを用いたので、充電時に、入力端子に接続された第1のPチャンネルMOSFETをオン状態とした場合でも、前記第3のPチャンネルMOSFETをオフ状態としておけば、この第3のPチャンネルMOSFETの寄生ダイオードを介して、前記入端子と充電電池のプラス電極が短絡されることは無く、この結果として、充電電池への不適切な充電状態の発生を防止することが出来る。

図面の簡単な説明

0011

本発明の一実施形態にかかる電源装置の回路
本発明の他の実施形態にかかる電源装置の回路図
本発明の一実施形態にかかる電源装置の動作を説明する図
本発明の一実施形態にかかる電源装置の動作を説明する図
本発明の一実施形態にかかる電源装置の動作を説明する図
本発明の一実施形態にかかる電源装置の動作を説明する図
本発明の一実施形態にかかる電源装置の動作を説明する図
本発明の一実施形態にかかる電源装置の動作を説明する図
従来の電源装置の回路図

実施例

0012

(実施の形態1)
以下、本発明の一実施形態を、添付図面を用いて説明する。

0013

図1において、13は入力端子で、充電電池14への充電時に、例えば充電用電源としての12V電源(図示せず)に接続され、前記12Vの電源は、降圧回路15を介して、例えば8.4Vに降圧され、充電電池14に供給される。
また、充電電池14からの出力は、降圧回路15を介して、例えば6Vに降圧され、出力端子16を介して各種負荷(例えばモータヒータなど)に供給される。

0014

さらに詳細に説明を続けると、本実施形態の電源装置は、入力端子13と、この入力端子13に、そのソースが接続されたPチャンネル充電MOSFET17と、このPチャンネル充電MOSFET17のドレインに、その入力側が接続された降圧回路15と、この降圧回路15の出力側に、そのソースが接続されたPチャンネル出力MOSFET18と、このPチャンネル出力MOSFET18のドレインに接続された出力端子16と、前記降圧回路15の出力側に、そのアノードが接続された整流機能素子19と、この整流機能素子19のカソードに、そのプラス電極が接続された充電電池14と、この充電電池14のプラス電極に、そのドレインが接続され、そのソースが、前記降圧回路15の入力側に接続されたPチャンネル放電MOSFET20と、前記Pチャンネル充電MOSFET17、Pチャンネル出力MOSFET18、Pチャンネル放電MOSFET20のゲートに、それぞれ接続された制御部21と、この制御部21に接続されたメモリ22および表示部23と、出力スイッチ24とを備えた構成となっている。

0015

また、入力端子13には入力検出手段25、前記充電電池14のプラス電極には電源電圧検出手段26、前記出力端子16には出力検出手段27を、それぞれ接続するとともに、前記入力検出手段25、電源電圧検出手段26、出力検出手段27は制御部21に接続されている。

0016

さらに、降圧回路15も制御部21に接続されており、この降圧回路15は、上記先行文献2と同様に、制御部21によってスイッチング素子28をデューティ制御することで、出力端子16からの出力制御を行っている。

0017

また、入力端子13とPチャンネル充電MOSFET17のソース間には、ダイオード29が接続されている。

0018

なお、メモリ22には、図3図4に示すプログラムが格納されている。

0019

以上の構成において、充電電池14への充電時には、前記入力端子13が、例えば、12Vの充電電源に接続される。
すると、前記制御部21は、前記入力検出手段25により前記入力端子13への入力を検出し、充電セルフチェック(図5図8のT1期間)を行い、その後、充電動作を実行する。

0020

前記充電セルフチェック時には、前記制御部21は、Pチャンネル充電MOSFET17、Pチャンネル出力MOSFET18、Pチャンネル放電MOSFET20をオフし(図3のS1)、次に、降圧回路15をオンし(図3のS2)、その後、電源電圧検出手段26により、充電電池14のプラス電極の電位を検出する(図3のS3)。
そして、この電源電圧検出手段26による検出電圧が上昇すると、前記表示部23でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする(図3のS4、S5、S6、S7)。

0021

すなわち、Pチャンネル充電MOSFET17をオフしているにもかかわらず、充電電池14のプラス電極の電位が、図6のように上昇すると、Pチャンネル充電MOSFET17が短絡の可能性があるとして、以降の充電動作を非実行状態とするのである。
なお、この充電セルフチェック時において、充電電池14の電圧が8.4Vになっていると、つまり満充電状態となっていると、電圧の上昇は起きないので、この時には充電の必要がなく、前記表示部23でエラー表示を行わず、以降の充電動作を非実行状態とする(図3のS4、S5、S6、S7)。

0022

次に、この第1段のセルフチェックが問題無ければ、第2段のセルフチェックとして、前記制御部21は、降圧回路15をオフ、Pチャンネル充電MOSFET17をオンし、その後、電源電圧検出手段26により、充電電池14のプラス電極の電位を検出する(図3のS8、S9、S10)。
そして、この電源電圧検出手段26による検出電圧が、図7のように上昇すると、前記表示部23でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする(図3のS10、S11、S6、S7)。

0023

すなわち、降圧回路15をオフしているにもかかわらず、充電電池14のプラス電極の電位が図7のように上昇すると、降圧回路15、またはPチャンネル放電MOSFET20が短絡の可能性があるとして、以降の充電動作を非実行状態とするのである。

0024

この第2段のセルフチェックが問題無ければ、第3段のセルフチェックとして、前記充電セルフチェック時には、前記制御部21は、Pチャンネル充電MOSFET17、降圧回路15をオン、Pチャンネル出力MOSFET18、Pチャンネル放電MOSFET20をオフし、その後、電源電圧検出手段26により、充電電池14のプラス電極の電位を検出する(図3のS12、S13、S14)。

0025

すなわち、降圧回路15、Pチャンネル充電MOSFET17をオンしているにもかかわらず、充電電池14のプラス電極の電位が、図8のように上昇しないと、降圧回路15、またはPチャンネル充電MOSFET17がオープン故障の可能性があるとして、前記表示部23でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする(図3のS14、S15、S6、S7)。
また、充電電池14のプラス電極の電位が上昇すると、降圧回路15、Pチャンネル充電MOSFET17とも正常として、セルフチェックを完了する(図3のS16)。

0026

そして、このセルチェック後には、降圧回路15、Pチャンネル充電MOSFET17をオン状態で図5のごとく充電動作が実行される。

0027

なお、この充電時において、本実施形態では、充電電池14のプラス電極に、そのドレインが接続され、そのソースが、降圧回路15の入力側に接続されたPチャンネル放電MOSFET20を用いたので、この充電時に、入力端子13に接続されたPチャンネル充電MOSFET17をオン状態とした場合でも、前記Pチャンネル放電MOSFET20をオフ状態としておけば、このPチャンネル放電MOSFET20の寄生ダイオード31を介して、前記入力端子13と充電電池14のプラス電極が短絡されることは無く、この結果として、充電電池14への不適切な充電状態の発生を防止することが出来る。
つまり、Pチャンネル放電MOSFET20の寄生ダイオード31のアノードが充電電池14のプラス電極側、寄生ダイオード31のカソードが入力端子13側となっているので、前記入力端子13と充電電池14のプラス電極が、Pチャンネル放電MOSFET20を介して短絡されることは無く、この結果として、充電電池14への不適切な充電状態の発生を防止することが出来る。

0028

次に、負荷への給電時の動作について説明する。
負荷への給電時には、出力スイッチ24をオン状態とする。
すると、制御部21は、給電時のセルフチェックを行った後に、負荷への給電を行う。
先ず、このセルフチェックは、Pチャンネル放電MOSFET20をオン状態(図4のS1)、Pチャンネル出力MOSFET18をオフ状態(図4のS2)、降圧回路15をオン状態とし、その後、出力検出手段27により、出力電圧を検出する(図4のS3、S4、S5)。

0029

すなわち、Pチャンネル出力MOSFET18をオフしているにもかかわらず、出力電圧が上昇すると、Pチャンネル出力MOSFET18の短絡の可能性があるとして、前記表示部23でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする(図4のS5、S6、S7、S8、S9)。

0030

図4のS5)で出力電圧が上昇しないときには、次に、Pチャンネル出力MOSFET18をオンし、その後、出力検出手段27により、出力電圧を検出する(図4のS5、S10、S11)。
図4のS11)で出力電圧が上昇しないときには、Pチャンネル出力MOSFET18のオープン故障の可能性があるとして、前記表示部23でエラー表示を行うとともに、以降の充電動作を非実行状態とする(図4のS11、S12、S7、S8、S9)。
もちろん、(図4のS11)で出力電圧が上昇すれば、正常状態として、(図4のS9)以降に、負荷への給電が実行される。
この給電時には、充電電池14と降圧回路15間に、Pチャンネル放電MOSFET20を介在させているので、ここにダイオード(アノードが充電電池14側、カソードが降圧回路15側)を用いたものに比べて、この部分における電圧降下が少なく、効果的に負荷への給電が行える。

0031

(実施の形態2)
図2は、本発明の他の実施形態を示している。
この実施形態では、図1の整流機能素子19として、PチャンネルMOSFET30を用いたものである。
具体的には、第4のPチャンネルMOSFET30のドレインを、前記降圧回路15の出力側に接続し、このPチャンネルMOSFET30のソースを、前記充電電池14のプラス電極に接続し、このPチャンネルMOSFET30のゲートを、前記制御部21に接続した。

0032

基本的な動作は、図1と同じものであるが、PチャンネルMOSFET30は制御部21によって充電電池14への充電時にオンされ、負荷への給電時にはオフされる。
特徴としては、充電時に整流機能素子19を介して充電するよりは、PチャンネルMOSFET30を介して充電した方が、この部分における電圧降下が少なくなることである。

0033

以上、本発明の実施形態を詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。そして本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明の電源装置は、各種携帯機器への電源装置として活用される。

0034

1入力端子
2PチャンネルMOSFET
3降圧回路
4 PチャンネルMOSFET
5出力端子
6 PチャンネルMOSFET
7充電電池
8 PチャンネルMOSFET
9 制御部
10メモリ
11寄生ダイオード
12 寄生ダイオード
13 入力端子
14 充電電池
15 降圧回路
16 出力端子
17 Pチャンネル充電MOSFET(第1のPチャンネルMOSFET)
18 Pチャンネル出力MOSFET(第2のPチャンネルMOSFET)
19整流機能素子
20 Pチャンネル放電MOSFET(第3のPチャンネルMOSFET)
21 制御部
22 メモリ
23 表示部(表示素子
24出力スイッチ
25入力検出手段
26電源電圧検出手段
27出力検出手段
28スイッチング素子
29ダイオード
30 PチャンネルMOSFET(第4のPチャンネルMOSFET)
31 寄生ダイオード

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