JP2008017636A - 保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源投入時の保護装置が保護動作を開始するまでの間に、電子機器が過電圧により破壊されることを防止し、外部電源投入時の過渡的な過電圧による誤検出を防止する。
【解決手段】ＡＣアダプタ２の電源電圧から検出した検出信号を生成する検出回路１３０と、検出信号を所定のレベルと比較する比較回路１４０と、比較回路１４０の出力を所定の時間だけ遅延して伝える遅延回路３１０と、遅延された比較回路の出力によって電源供給を遮断するスイッチ部３２０を備え、スイッチ部３２０には初期設定として短絡もしくは開放状態を有している。スイッチ部３２０は電源電圧の過電圧に対しては初期設定の開放状態を維持し、電子機器が過電圧により破壊されることを防止して、また正規品による起動時オーバーシュートに対しては初期設定の短絡状態を維持し、過渡的な過電圧による誤検出を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＡＣアダプタや二次電池から電源供給される携帯電話機などの電子機器の保護回路に係り、特に、電子機器を電源過電圧から保護する保護装置に関するものである。

近年、携帯電話機に代表される携帯型の電子機器においては、二次電池やＡＣアダプタによって駆動され、ＡＣアダプタは二次電池への充電にも用いられる。

しかし、使用者の誤用によって、二次電池やＡＣアダプタに正規品よりも電源電圧の高い汎用品が使用される場合がある。このような電源過電圧から電子機器を保護するために、電源遮断を行う保護装置が用いられる。

従来の保護装置として、例えば特許文献１に記載のようなものが提案されている。図６は特許文献１に開示されている過電圧遮断回路を示す回路構成図である。

図６に示すように、携帯電話機１は保護装置８０と二次電池の充電装置２０から構成されており、保護装置８０はツェナーダイオード８３０，抵抗８４０，コンデンサ８５０，ＮＰＮトランジスタ８６０，抵抗８７０と遮断ブロック９０から構成され、遮断ブロック９０は抵抗９１０，抵抗９２０，ＮＰＮトランジスタ９３０，抵抗９４０，ＰＭＯＳトランジスタ９５０により構成される。

ＡＣアダプタ２より印加される電源電圧は電源端子８１０より保護装置８０を介して電源端子８２０へ出力され、電源端子８２０から充電装置２０へ供給される。ここで、ツェナーダイオード８３０のツェナー電圧は、正規品のＡＣアダプタが接続されて供給される電源電圧（例えば、５．４Ｖ）より高く、充電装置２０の最大定格電圧より低いものに設定される。

以下、図６に示した保護装置である従来の過電圧遮断回路の動作について説明する。まず、正規品のＡＣアダプタ２が使用されている場合、ツェナーダイオード８３０は非導通状態となり、ＮＰＮトランジスタ８６０はベース電流を供給されない。このため、ＮＰＮトランジスタ８６０は「オフ」し、抵抗８７０と抵抗９１０を介してＮＰＮトランジスタ９３０にベース電流が供給され、ＮＰＮトランジスタ９３０が「オン」する。したがって、ＰＭＯＳトランジスタ９５０のゲートが「Ｌ」レベルになるためＰＭＯＳトランジスタ９５０は「オン」し、電源端子８１０と電源端子８２０の間は短絡される。

次に、汎用品のＡＣアダプタ（例えば、出力電圧１２Ｖ）が使用されている場合、電源端子８１０に印加される電圧が高く、ツェナーダイオード８３０は導通状態となって抵抗８４０を介してコンデンサ８５０を充電し、ＮＰＮトランジスタ８６０にベース電流が供給される。このためＮＰＮトランジスタ８６０は「オン」し、ＮＰＮトランジスタ９３０はベース電流が供給されずに「オフ」する。したがって、ＰＭＯＳトランジスタ９５０はゲートが抵抗９４０によって電源端子８１０の電源電圧にプルアップされて「オフ」するため、電源端子８１０と電源端子８２０の間は開放される。

なお、一旦コンデンサ８５０へ充電された電荷はＮＰＮトランジスタ８６０のベース電流として放電するしかないため、検出閾値を一定にするためにコンデンサ８５０は容量値を低くする必要がある。
特開２００１−２６８８０９号公報

しかしながら、出力電圧が高い汎用のＡＣアダプタ２を使用した場合、ＡＣアダプタ２を接続して保護装置１０の電源端子１１０が０ＶからＡＣアダプタ２の出力電圧まで上昇する過程で正規品のＡＣアダプタ２の電圧の値を通過する。この時、前述した従来の構成の保護装置は正規品のＡＣアダプタと判断して、携帯電話機１内の電子回路に電源供給する経路回路を開く。その後さらにＡＣアダプタ２の電圧が上昇し、保護動作を必要とする電圧値に達すると、保護装置１０が動作するまでの期間中に電子回路に過電圧が印加される。このため、電子回路にダメージを与えて故障の原因となり、最悪の場合には破壊に至る可能性もある。

一方、正規品のＡＣアダプタ２により電源供給を行う場合であっても、二次電池（充電装置２０）がない状態でＡＣアダプタを取り付けると、二次電池の取り付け端にオーバーシュートによる過電圧が発生する。これは二次電池への充電が必要無く、極軽負荷条件での起動になるためである。このため保護装置１０の遅延時間が少ないと、ＡＣアダプタ２からの電源供給を遮断してしまうため、電子機器が立ち上がらない場合がある。しかし、正規品のＡＣアダプタ２であれば、前記オーバーシュートは携帯電話機１内の電子回路が破壊しない程度のレベルもしくは短期間に抑制されている。そのため過電圧の判定値は、オーバーシュートによる誤検出が発生しない程度まで高く設定する必要があり、電子機器の最大定格に対する余裕が少なくなるという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、外部電源投入時の保護装置が保護動作を開始するまでの間に、電子機器が過電圧により破壊されることを防止し、外部電源投入時の過渡的な過電圧による誤検出を防止する保護装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載した保護装置は、外部電源装置から電源電圧が供給される電子機器を電源電圧の異常から保護する保護装置であって、電源電圧を投入した後の所定時間は電源電圧を検出した検出結果によらず初期設定された動作を維持することを特徴とする。

また、請求項２に記載した保護装置は、請求項１の保護装置であって、外部電源装置からの電源電圧を検出して検出信号を生成する検出回路と、検出信号を所定のレベルと比較する比較回路と、比較回路の出力を所定の時間だけ遅延して伝える遅延回路と、遅延した比較回路の出力によって電源電圧の供給を遮断するスイッチ部とを備え、スイッチ部は初期設定された短絡もしくは開放状態を有することを特徴とする。

また、請求項３，４に記載した保護装置は、請求項２の保護装置であって、外部電源装置から充電装置への電力供給路に介挿される保護装置のスイッチ部は、外部電源装置から供給される電源電圧を検出して保護動作する際の初期設定が開放状態であること、または、充電装置から電子機器の内部回路への電力供給路に介挿される保護装置のスイッチ部は、充電装置から供給される電源電圧を検出して保護動作する際の初期設定が短絡状態であることを特徴とする。

また、請求項５，６に記載した保護装置は、請求項２の保護装置であって、遅延回路の遅延時間をコンデンサの充電時間によって設定すること、または、遅延回路の遅延時間をカウンタ回路の計数動作によって設定することを特徴とする。

また、請求項７に記載した保護装置は、請求項２の保護装置であって、外部電源装置から充電装置への電力供給路に介挿される保護装置に設け、外部電源装置から供給される電源電圧を検出して保護動作する際の初期設定が開放状態である第１のスイッチ部と、充電装置から電子機器の内部回路への電力供給路に介挿される保護装置に設け、充電装置から供給される電源電圧を検出して保護動作する際の初期設定が短絡状態である第２のスイッチ部とを備えたことを特徴とする。

前記構成によれば、電子機器の電源電圧が外部から印加される時、電源電圧投入後の所定時間は電源電圧の検出結果によらず初期設定された制御を行い、電子機器が過電圧により破壊されることを防止し、また、外部電源投入時の過渡的な過電圧による誤検出を防止することができる。

本発明によれば、電子機器の電源電圧が外部から印加される時、電源電圧投入後の所定時間は電源電圧の検出結果によらず制御して、外部電源投入時の保護装置が動作を開始するまでの間に電子機器が過電圧により破壊されることを防止し、また、外部電源投入時の過渡的な過電圧による誤検出を防止して、誤検出を考慮して比較基準値を高く設定する必要がなく、電子機器内の電子回路の最大定格に対して十分に余裕をとることができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明の第１の実施形態における保護装置を含む携帯電話機の構成の一部を示す図である。ここで、前記従来例を示す図６において説明した構成部材に対応して同等の機能を有するものには同一の符号を付して示し、以下の各図においても同様とする。

図１に示すように、携帯電話機１は保護装置１０と二次電池の充電装置２０からなる構成を含み、保護装置１０は検出回路１３０，比較回路１４０，遮断ブロック３０により構成され、遮断ブロック３０は遅延回路３１０，スイッチ部３２０により構成される。

ＡＣアダプタ２より印加される電源電圧は電源端子１１０より保護装置１０を介して電源端子１２０へ出力され、電源端子１２０から充電装置２０へ供給される。保護装置１０において、検出回路１３０は、電源端子１１０に印加された電源電圧の値を検出し、その検出値は比較回路１４０へ伝達される。比較回路１４０は、入力された検出値が所定の比較基準値より低いか高いか比較し、その比較結果は遮断ブロック３０の遅延回路３１０へ伝達される。遅延回路３１０は、入力された比較結果を所定の遅延時間後にスイッチ部３２０へ伝達する。

ここで、比較回路１４０の比較基準値は正規品のＡＣアダプタ２の電圧を検出した検出回路１３０の検出値より高く、ＡＣアダプタ２の電圧が保護装置１０を介して電源端子１２０より供給される充電装置２０の最大定格電圧より低く設定される。また、遮断ブロック３０において、遅延回路３１０の遅延時間は、ＡＣアダプタ２が接続されてから電圧が十分安定するまでの所要時間以上に設定される。そしてスイッチ部３２０は、ＡＣアダプタ２が接続される前に電源端子１１０と電源端子１２０を開放するように初期設定されている。

以上のように構成された第１の実施形態の保護装置の動作について説明する。まず、汎用品のＡＣアダプタ２が接続され、検出回路１３０の検出値が比較回路１４０において比較基準値より高いと判定されると、比較回路１４０はスイッチ部３２０を開放するように比較結果を出力する。比較回路１４０の比較結果は遅延回路３１０において所定の遅延時間後にスイッチ部３２０へ伝達される。スイッチ部３２０は開放状態に初期設定されているので、ＡＣアダプタ２が接続される前後でスイッチ部３２０は開放を続ける。

一方、正規品のＡＣアダプタ２が接続され、検出回路１３０の検出値が比較回路１４０において比較基準値より低いと判定されると、比較回路１４０はスイッチ部３２０を短絡するように比較結果を出力する。比較回路１４０の比較結果は遅延回路３１０において所定の遅延時間を置いた後にスイッチ部３２０へ伝達される。この時、開放状態であったスイッチ部３２０が短絡することでＡＣアダプタ２から充電装置２０への電源供給を開始する。

以上のように保護装置１０は、ＡＣアダプタ２が接続されてから遅延回路３１０により作られる遅延の間は、検出回路１３０と比較回路１４０において得られた検出結果によらずスイッチ部３２０を開放するように制御される。つまり、充電装置２０の最大定格より電圧の高い汎用品のＡＣアダプタ２が接続されても電源端子１１０が０ＶからＡＣアダプタ２の出力電圧値に上昇する過程を含めて、保護装置１０を介した充電装置２０への電源供給は発生しないため、充電装置２０は過電圧から保護される。

なお、前述のような保護動作をするため、保護装置１０は、想定される汎用品のＡＣアダプタ２の出力電圧よりも高い最大定格電圧となるように設計されることが望ましい。

図２は本発明の第２の実施形態における保護装置を含む携帯電話機の構成の一部を示す図である。図２に示すように、携帯電話機１は保護装置１１と充電装置２０と内部回路４０により構成され、保護装置１１は検出回路１３１，比較回路１４１，遮断ブロック３１により構成され、遮断ブロック３１は遅延回路３１１，スイッチ部３２１により構成される。

ＡＣアダプタ２より印加される電源電圧は、電源端子１５０より充電装置２０を介して保護装置１１の電源端子１１１へ供給される。図示はしていないが電源端子１１１には通常二次電池が接続され、充電装置２０によって充電される。電源端子１１１へ供給された電源電圧は、保護装置１１を介して電源端子１２１につながる内部回路４０へ供給される。保護装置１１は、前述の図１に示した第１の実施形態の保護装置１０と略同じ構成であるが、スイッチ部３２１の初期設定が異なる。即ち、ＡＣアダプタ２が接続される前は、保護装置１１のスイッチ部３２１が電源端子１１１と電源端子１２１を短絡するように初期設定されている。

以上のように構成された第２の実施形態の保護装置の動作について説明する。まず、ＡＣアダプタ２が接続されると充電装置２０を介して電源電圧が電源端子１１１に供給される。検出回路１３１の検出値が比較回路１４１において比較基準値より高いと判定されると、比較回路１４１はスイッチ部３２１を開放するように比較結果を出力する。比較回路１４１の比較結果は遅延回路３１１において所定の遅延時間を置いた後にスイッチ部３２１へ伝達される。短絡状態に初期設定されていたスイッチ部３２１が開放することで、ＡＣアダプタ２から充電装置２０を介して供給される電源電圧を遮断する。

一方、比較回路１４１において、検出回路１３１の検出値が比較回路１４１の比較基準値より低いと判定すると、比較回路１４１はスイッチ部３２１を短絡するように比較結果を出力する。比較回路１４１の比較結果は遅延回路３１１において所定の遅延時間を置いた後にスイッチ部３２１へ伝達される。スイッチ部３２１は短絡状態に初期設定されているので、ＡＣアダプタ２が接続される前後でスイッチ部３２１は短絡を続ける。

以上のように保護装置１１は、ＡＣアダプタ２が接続されてから遅延回路３１１により作られる遅延の間は、検出回路１３１と比較回路１４１において得られた検出結果によらずスイッチ部３２１を短絡するように制御される。したがって、電源端子１１１に二次電池が接続されていない状態でＡＣアダプタ２が接続され、オーバーシュートによる誤検出が発生してもスイッチ部３２１が開放することはない。このため、オーバーシュートによる誤検出を考慮して比較基準をあらかじめ高く設定する必要はなくなり、電子機器の最大定格に対する余裕を十分とることができる。

図３は本発明の第３の実施形態における保護装置の一部回路を示す構成図である。図１の保護装置１０における遮断ブロック３０をより詳細に示した図である。図３において、遮断ブロック３０は遅延回路３１０とスイッチ部３２０により構成され、遅延回路３１０はＮＭＯＳトランジスタ３１１０，定電流回路３１２０，コンデンサ３１３０，抵抗３１４０により構成され、スイッチ部３２０はＮＭＯＳトランジスタ３２１０，抵抗３２２０，ＰＭＯＳトランジスタ３２３０により構成される。

まず、ＡＣアダプタが接続される前のコンデンサ３１３０は、初期状態を決定するための抵抗３１４０により放電されている。このためＡＣアダプタを接続した際のＮＭＯＳトランジスタ３２１０は、ゲートが「Ｌ」レベルなので「オフ」している。ＰＭＯＳトランジスタ３２３０はゲートを抵抗３２２０により電源電圧へプルアップされ、初期状態が「オフ」に設定される。

次に、ＡＣアダプタの出力電圧を検出して所定の比較基準値と比較して得られた結果が、「Ｌ」レベルとして制御端子３５０に印加された場合、ＮＭＯＳトランジスタ３１１０は「オフ」し、定電流回路３１２０より供給される定電流はコンデンサ３１３０の充電を開始する。コンデンサ３１３０の充電が進み、ＮＭＯＳトランジスタ３２１０のゲート電圧が閾値に至ると、ＮＭＯＳトランジスタ３２１０は「オン」に変化し、ＰＭＯＳトランジスタ３２３０のゲートを「Ｌ」レベルにする。したがって、ＰＭＯＳトランジスタ３２３０は、「オフ」状態に初期設定され、ＡＣアダプタが接続されてから充電時間による遅延を経過した後「オン」に変化し、電源端子３３０と電源端子３４０を短絡する。

逆に、ＡＣアダプタが接続され、電源電圧を検出・比較して得られた結果が、「Ｈ」レベルとして制御端子３５０に印加された場合、ＮＭＯＳトランジスタ３１１０は「オン」してＮＭＯＳトランジスタ３２１０のゲートを「Ｌ」レベルに継続させる。したがって、ＰＭＯＳトランジスタ３２３０はＡＣアダプタが接続された後も、初期設定の「オフ」状態を継続し、電源端子３３０と電源端子３４０は開放を継続する。

なお、抵抗３１４０とＮＭＯＳトランジスタ３２１０の間にインバータ回路を設けることで、ＡＣアダプタ接続時のＰＭＯＳトランジスタ３２３０の初期状態を「オン」に設定することができる。この場合、本第３の実施形態における保護装置の遮断ブロック３０は、第２の実施形態の図２に示した遮断ブロック３１として使用できる。

図４は本発明の第４の実施形態における保護装置の一部回路を示す構成図である。図１の保護装置１０における遮断ブロック３０をより詳細に示した図である。図４において、遮断ブロック３０は遅延回路３１０とスイッチ部３２０により構成され、遅延回路３１０は、発振回路３１５０，カウンタ回路３１６０，リセット回路３１７０により構成され、スイッチ部３２０はＡＮＤ回路３２４０，ＰＭＯＳトランジスタ３２５０により構成される。

まず、ＡＣアダプタが接続された段階でカウンタ回路３１６０はリセット回路３１７０により初期化され「Ｌ」レベルを出力する。したがって、ＡＮＤ回路３２４０は入力の一方が「Ｌ」レベルなためその出力は「Ｌ」レベルとなる。つまり、ＰＭＯＳトランジスタ３２５０はそのゲートが「Ｌ」レベルとなるため初期状態は「オン」に設定される。

次に、ＡＣアダプタの出力電圧を検出・比較して得られた結果が、「Ｈ」レベルとして制御端子３５０に印加された場合、カウンタ回路３１６０は発振回路３１５０より供給されるクロック信号が入力されてカウントを開始する。カウントが所定の値に達するとカウンタ回路３１６０の出力は「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化し、ＡＮＤ回路３２４０の出力も「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化する。

以上のように、制御端子３５０が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに変化してからカウンタ回路３１６０が所定のカウント値を計数後、すなわち遅延時間を経た後、初期設定で「オン」状態であったＰＭＯＳトランジスタ３２５０が「オフ」して、電源端子３３０と電源端子３４０は開放される。

逆に、ＡＣアダプタの出力電圧を検出・比較して得られた結果が、「Ｌ」レベルとして制御端子３５０に印加された場合、カウンタ回路３１６０は発振回路３１５０より供給されるクロック信号が入力されてもカウントを行わない。したがって、ＡＮＤ回路３２４０の出力は「Ｌ」レベルを継続し、ＰＭＯＳトランジスタ３２５０も「オン」を継続する。つまり電源端子３３０と電源端子３４０は短絡を継続する。

なお、ＡＮＤ回路３２４０をＮＡＮＤ回路に置き換えることで、ＡＣアダプタ接続時のＰＭＯＳトランジスタ３２５０の初期状態を「オフ」にすることができる。この場合、本第４の実施形態の保護装置の遮断ブロック３０は、第２の実施形態の図２に示した遮断ブロック３１として使用できる。

図５は本発明の第５の実施形態における保護装置を含む携帯電話機の構成の一部を示す図である。前述した第１の実施形態における保護装置ではスイッチ部の初期設定を開放とし、第２の実施形態における保護装置では短絡として説明したが、これらは保護装置を介挿する位置が異なるので並存することができる。

なお、図５に示す構成や動作は第１の実施形態および第２の実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。この図５に示した構成とすることにより、外部電源投入時の保護装置が保護動作を開始するまでの間に電子機器が過電圧により破壊されることから保護することができ、かつ外部電源投入時の過渡的な過電圧による誤検出を防止できるため、誤検出を考慮して比較基準値を高く設定する必要がなく、電子機器の最大定格に対する余裕を十分とることが可能となる。

本発明に係る保護装置は、電子機器の電源電圧が外部から印加される時、電源電圧投入後の所定時間は電源電圧の検出結果によらず制御して、外部電源投入時の保護装置が動作を開始するまでの間に電子機器が過電圧により破壊されることを防止し、また、外部電源投入時の過渡的な過電圧による誤検出を防止して、誤検出を考慮して比較基準値を高く設定する必要がなく、電子機器内の電子回路の最大定格に対して十分に余裕をとることができ、ＡＣアダプタや二次電池から電源供給される携帯電話機などの電子機器の保護回路に係り、電子機器を電源過電圧から保護する装置として有用である。

本発明の第１の実施形態における保護装置を含む携帯電話機の構成の一部を示す図 本発明の第２の実施形態における保護装置を含む携帯電話機の構成の一部を示す図 本発明の第３の実施形態における保護装置の一部回路を示す構成図 本発明の第４の実施形態における保護装置の一部回路を示す構成図 本発明の第５の実施形態における保護装置を含む携帯電話機の構成の一部を示す図 従来の保護装置である過電圧遮断回路を示す回路構成図

符号の説明

１ 携帯電話機
２ ＡＣアダプタ
１０，１１，８０ 保護装置
２０ 充電装置
３０，３１，９０ 遮断ブロック
４０ 内部回路
１１０，１１１，１２０，１２１，１５０，３３０，３４０，８１０，８２０ 電源端子
１３０，１３１ 検出回路
１４０，１４１ 比較回路
３１０，３１１ 遅延回路
３２０，３２１ スイッチ部
３５０ 制御端子
８３０ ツェナーダイオード
８４０，８７０，９１０，９２０，９４０，３１４０，３２２０ 抵抗
８５０，３１３０ コンデンサ
８６０，９３０ ＮＰＮトランジスタ
９５０，３２３０，３２５０ ＰＭＯＳトランジスタ
３１１０、３２１０ ＮＭＯＳトランジスタ
３１２０ 定電流回路
３１５０ 発振回路
３１６０ カウンタ回路
３１７０ リセット回路
３２４０ ＡＮＤ回路

Claims (7)

1. 外部電源装置から電源電圧が供給される電子機器を前記電源電圧の異常から保護する保護装置であって、
   前記電源電圧を投入した後の所定時間は前記電源電圧を検出した検出結果によらず初期設定された動作を維持することを特徴とする保護装置。
2. 前記外部電源装置からの電源電圧を検出して検出信号を生成する検出回路と、前記検出信号を所定のレベルと比較する比較回路と、前記比較回路の出力を所定の時間だけ遅延して伝える遅延回路と、前記遅延した比較回路の出力によって前記電源電圧の供給を遮断するスイッチ部とを備え、
   前記スイッチ部は初期設定された短絡もしくは開放状態を有することを特徴とする請求項１記載の保護装置。
3. 前記外部電源装置から充電装置への電力供給路に介挿される保護装置のスイッチ部は、前記外部電源装置から供給される電源電圧を検出して保護動作する際の初期設定が開放状態であることを特徴とする請求項２記載の保護装置。
4. 前記充電装置から前記電子機器の内部回路への電力供給路に介挿される保護装置のスイッチ部は、前記充電装置から供給される電源電圧を検出して保護動作する際の初期設定が短絡状態であることを特徴とする請求項２記載の保護装置。
5. 前記遅延回路の遅延時間をコンデンサの充電時間によって設定することを特徴とする請求項２記載の保護装置。
6. 前記遅延回路の遅延時間をカウンタ回路の計数動作によって設定することを特徴とする請求項２記載の保護装置。
7. 前記外部電源装置から充電装置への電力供給路に介挿される保護装置に設け、前記外部電源装置から供給される電源電圧を検出して保護動作する際の初期設定が開放状態である第１のスイッチ部と、
   前記充電装置から前記電子機器の内部回路への電力供給路に介挿される保護装置に設け、前記充電装置から供給される電源電圧を検出して保護動作する際の初期設定が短絡状態である第２のスイッチ部と、
   を備えたことを特徴とする請求項２記載の保護装置。

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