JP6533123B2

JP6533123B2 - 充電システム

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Publication number: JP6533123B2
Application number: JP2015162737A
Authority: JP
Inventors: 邦徳笹岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2035-08-20
Also published as: JP2017041983A

Description

この発明は、充電クレードル等の第１部材と携帯端末装置等の第２部材との間で充電を行う充電システムに関する。

ハンディターミナルやスマートフォン等の携帯端末装置が備えるバッテリを充電する際に、携帯端末装置を保持する充電クレードルが用いられる。携帯端末装置及び充電クレードルには、それぞれ電源用端子が設けられている。充電クレードルの電源用端子は、ＡＣアダプタを介して商用電源等の外部電源に接続されている。充電クレードルに携帯端末装置を装着した状態で、携帯端末装置及び充電クレードルの双方に設けられた電源用端子が互いに接触し、外部電源によって携帯端末装置のバッテリが充電される（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、充電クレードルは、電源用端子を露出して備えているため、対応する携帯端末装置以外の導電性部材が接触する可能性があり、内部回路の短絡によって故障や破損の原因となる。

このため、従来の充電クレードルは、対応する携帯端末装置が載置された時に携帯端末装置によって押下される検出スイッチを備え、検出スイッチが押下された場合にのみ、充電クレードルに接続された外部電源から携帯端末装置に電力を供給するようにしたものがある。

特開２００４−３０２３５３号公報

しかし、対応する携帯端末装置が載置された時に携帯端末装置で押下される検出スイッチを充電クレードルに備えたとしても、対応する携帯端末装置以外の部材で検出スイッチが押下される可能性があり、電源用端子に導電性部材が接触することによる内部回路の短絡を確実に防止できない。

また、従来の携帯端末装置及び充電クレードルとして、それぞれに備えられた通信用端子を介して、携帯端末装置と充電クレードルに接続された外部の情報処理装置との間で通信を行うようにしたものがある。充電クレードルが外部電源に接続されていない状態でも、充電クレードルを介して携帯端末装置と情報処理装置との間で通信を行うためには、通信用端子の他に携帯端末装置から充電クレードル装置に電源を供給するための電源ラインが別途必要になり、端子数が増加する。

この発明の目的は、携帯端末装置と充電クレードルとの間に、双方向に電源を供給できる電源ラインであって相手側の装置を相互に検出する検出回路を備えた単一の電源ラインを構成し、機械的な検出スイッチを不要にできるとともに、端子数を削減できる充電システムを提供することにある。

この発明の充電システムは、第１部材に接続された外部電源から第２部材内の充電回路に供給して第２部材内のバッテリを充電する。第１部材は、第１電源用端子、第１検出用端子、第１検出回路及び第１電源制御回路を備えている。第２部材は、第２電源用端子、第２検出用端子、第２検出回路及び第２電源制御回路を備えている。第１電源用端子は、第１電源制御回路を介して外部電源に接続されている。第２電源用端子は、第２電源制御回路を介して充電回路に接続されている。第１検出用端子と第２検出用端子とは、第１電源用端子と第２電源用端子と同時に接離自在にされている。第１検出回路及び第２検出回路は、それぞれ第１電源用端子の電位及び第２電源用端子の電位に基づいて、第１電源用端子と第２電源用端子との接続状態を検出する。第１電源制御回路は、第１検出回路の検出結果に基づいて、外部電源から第１電源用端子への電流経路を開閉する。第２電源制御回路は、第２検出回路の検出結果、及び充電回路と第２電源用端子との電位差に応じて、充電回路と第２電源用端子との間の電流方向を切り換える。

第１電源用端子の電位及び第２電源用端子の電位に基づいて、第１電源用端子と第２電源用端子との接続状態が検出されるため、第１部材と第２部材との接続状態を検出するためのスイッチを設ける必要がない。また、第１電源用端子に外部電源が接続されている状態では、第１電源用端子と第２電源用端子とを介して外部電源から充電回路に電流が供給される。第１電源用端子に外部電源が接続されていない状態では、第２電源用端子と第１電源用端子とを介して充電回路から第１内部回路に電流が供給される。外部電源が接続されているか否かに応じて第１電源用端子と第２電源用端子との間を電流が双方向の何れかに流れ、第１部材から第２部材に外部電源を供給する電源ラインとは別に、第２部材から第１部材に電源を供給するための電源ラインを設ける必要がない。

この構成において、第１部材は、第１内部回路をさらに備え、第１電源制御回路は、第１検出回路の検出結果に基づいて外部電源から第１内部回路への電流経路を開閉するものとすることが好ましい。第１部材に接続された外部電源によって第１部材を動作させることができる。

また、第２部材は、充電回路を介して外部電源又はバッテリから電源を供給される第２内部回路をさらに備えることが好ましい。第１部材に接続された外部電源、又は第２部材が備えるバッテリによって第２部材を動作させることができる。

第１検出回路及び第２検出回路は、それぞれ第１検出用抵抗及び第２検出用抵抗を備え、第１電源用端子の電位及び第２電源用端子の電位が第１検出用抵抗と第２検出用抵抗とによる分圧値に応じた値に一致した時に、第１電源用端子と第２電源用端子とが接続されたことを検出するものであることが好ましい。第１検出用抵抗及び第２検出用抵抗の抵抗値に応じて、第１部材と第２部材との電気的接続状態を適正に検出することができる。

第１部材及び第２部材は、それぞれ第１通信用端子及び第２通信用端子をさらに備え、第１通信用端子と第２通信用端子とは、第１電源用端子と第２電源用端子と同時に接離自在にされたものであることが好ましい。第２部材が第１部材を介して外部装置との間で通信を行う場合にも、専用の電源ラインを不要にして端子数を削減することができる。

この発明によれば、携帯端末装置とクレードル装置との間に、双方向に電源を供給できるとともに、相手側の装置を相互に検出する検出回路を備えた単一の電源ラインを構成し、機械的な検出スイッチを不要にできるとともに端子数を削減できる。

この発明の実施形態に係る充電システムを構成する携帯端末装置及び充電クレードルの外観図である。この発明の第１の実施形態に係る充電システムを構成する携帯端末装置及び充電クレードルのブロック図である。同携帯端末装置及び充電クレードルの要部の回路図である。同携帯端末装置及び充電クレードルの要部の回路図である。同携帯端末装置及び充電クレードルの要部の回路図である。この発明の第２の実施形態に係る充電システムを構成する携帯端末装置及び充電クレードルの要部の回路図である。この発明の第３の実施形態に係る充電システムを構成する携帯端末装置及び充電クレードルの要部の回路図である。

以下に、この発明の実施形態に係る充電システムついて、図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、この発明の第１の実施形態に係る充電システム１００は、携帯端末装置１０と充電クレードル２０とで構成される。この発明の第２部材である携帯端末装置１０は、一例として商品管理等に使用されるハンディターミナルであり、前面にディスプレイ１０１、テンキー１０２、カーソルキー１０３等を備えている。この発明の第１部材である充電クレードル２０は、携帯端末装置１０が上方から装着される凹部２０１を備えている。

充電クレードル２０の凹部２０１には、突起２０２及び突起２０３が左右一対ずつ設けられている。突起２０２は、携帯端末装置１０の背面に形成されている凹部１０４に嵌入する。突起２０３は、携帯端末装置１０の背面に形成されている図示しない凹部に嵌入する。携帯端末装置１０は、底面及び背面の下部を凹部２０１に密着させた状態で充電クレードル２０に装着される。

充電クレードル２０の凹部２０１の下部には、端子部２４が配置されている。端子部２４には、後述するＶＤＤ端子２４Ａ及びＤＥＴ端子２４Ｂを含む複数の端子が上方に向かって延出している。携帯端末装置１０の底面には、複数の端子２４のそれぞれが接触する複数の端子を備えた端子部が設けられている。充電クレードル２０の凹部２０１に携帯端末装置１０を装着すると、端子部２４の複数の端子がそれぞれ携帯端末装置１０の端子部の複数の端子に接触し、充電クレードル２０と携帯端末装置１０とが電気的に接続される。

図２に示すように、携帯端末装置１０は、第２電源制御回路１１、第２検出回路１２、充電回路１３、バッテリ１４、第２内部回路１５及び端子部１６を備えている。内部回路１５は、ＣＰＵ１５１、周辺回路１５２、通信回路１５３及び電源回路１５４を含む。充電クレードル２０は、第１電源制御回路２１、第１検出回路２２、第１内部回路２３及び端子部２４を備えている。内部回路２３は、通信回路２３１及び電源回路２３２を含む。

電源制御回路１１及び２１は、バッテリ１４及び外部電源３０の電源供給を制御する。検出回路１２及び２２は、携帯端末装置１０が充電クレードル２０に装着された状態を携帯端末１０側及び充電クレードル２０側でそれぞれ検出する。端子部１６及び２４は、電源制御回路１１と電源制御回路２１とを接続する電源供給用のＶＤＤ端子１６Ａ（第２電源用端子１６Ａ）及びＶＤＤ端子２４Ａ（第１電源用端子２４Ａ）、検出回路１２と検出回路２２とを接続する検出信号用のＤＥＴ端子１６Ｂ（第２検出用端子１６Ｂ）及びＤＥＴ端子２４Ｂ（第１検出用端子２４Ｂ）、並びに通信回路１５３と通信回路２３１とを接続するデータ通信用のＤＡＴＡ端子１６Ｃ（第２通信用端子１６Ｃ）及びＤＡＴＡ端子２４Ｃ（第１通信用端子２４Ｃ）を含む。

電源回路１５４及び電源回路２３２は、それぞれ内部回路１５及び内部回路２３に必要な電源を生成する。ＣＰＵ１５１は、携帯端末装置１０内の周辺回路１５２を介してディスプレイ１０１、テンキー１０２、カーソルキー１０３等の動作を統轄して制御し、テンキー１０２、カーソルキー１０３等によって入力されたデータを図示しないメモリに格納する。

充電クレードル２０は、ＡＣ／ＤＣアダプタを含む電源コード２５を介して外部電源３０に接続されるとともに、データケーブル２６を介して図示しないＰＣ等の情報端末装置に接続されている。充電クレードル２０は、検出回路２２によって所定の携帯端末装置１０が凹部２０１に装着されたことを検出すると、電源制御回路２１によって携帯端末装置１０のバッテリ１４を外部電源３０によって充電する。また、携帯端末装置１０の制御部１５に格納された情報が、通信回路１５３及び通信回路２３１を介して情報端末装置に送信される。

携帯端末装置１０は、充電クレードル２０に接続されている外部電源３０によって充電されたバッテリ１４から供給される電源によって動作する。また、充電クレードル２０が外部電源に接続されていない状態では、バッテリ１４から電源制御回路１１及び電源制御回路２１を介して充電クレードル２０の内部回路２３に電源を供給し、携帯端末装置１０と情報端末装置との間の通信を可能にする。これによって、充電クレードル２０に外部電源３０が接続されているか否かに拘わらず、制御部１５に格納されたデータを情報端末装置に送信することができる。

図３に示すように、携帯端末装置１０の電源制御回路１１は、充電回路１３及び内部回路１５とＶＤＤ端子１６Ａとの間に配置され、電流制限抵抗１１１、スイッチ１１２及び１１３、ダイオード１１４、電圧比較回路１１５、並びにＡＮＤゲート１１６を含む。

充電回路１３は、並列に接続された電流制限抵抗１１１及びスイッチ１１２とこれらの後段に直列に接続されたダイオード１１４を介してＶＤＤ端子１６Ａに接続されている。電圧比較回路１１５は、ダイオード１１４のアノード側とカソード側との電圧を比較し、カソード電圧がアノード電圧よりも高い時にオンとなる信号をＡＮＤゲート１１６に入力する。スイッチ１１３は、ＡＮＤゲート１１６の出力に応じてＶＤＤ端子１６Ａと充電回路１３との間を開閉する。

充電クレードル２０の電源制御回路２１は、内部回路２３及び外部電源３０とＶＤＤ端子２４Ａとの間に配置され、電流制限抵抗２１１、スイッチ２１２及び２１３、並びにダイオード２１４を含む。

外部電源３０は、並列に接続された電流制限抵抗２１１及びスイッチ２１２とこれらの後段に直列に接続されたダイオード２１４を介してＶＤＤ端子２４Ａに接続されている。スイッチ２１３は、ＶＤＤ端子２４Ａと内部回路２３との間を開閉する。

携帯端末装置１０の検出回路１２は、電界効果トランジスタ１２１〜１２３、検出用抵抗１２４、並びに遅延回路１２５を備えている。電界効果トランジスタ１２１及び１２２は、ゲート側がＤＥＴ端子１６Ｂに接続されており、ドレイン側がそれぞれ電界効果トランジスタ１２３のゲート側及びソース側に接続されている。電界効果トランジスタ１２３のドレイン側の電位は、遅延回路１２５を介して充電クレードル２０の検出信号としてスイッチ１１２及びＡＮＤゲート１１６に出力される。

充電クレードル２０の検出回路２２は、電界効果トランジスタ２２１〜２２３、検出用抵抗２２４、並びに遅延回路２２５を備えている。電界効果トランジスタ２２１及び２２２は、ゲート側がＤＥＴ端子２４Ｂに接続されており、ドレイン側がそれぞれ電界効果トランジスタ２２３のゲート側及びソース側に接続されている。電界効果トランジスタ２２３のドレイン側の電位は、遅延回路２２５を介して携帯端末装置１０の検出信号としてスイッチ２１２及び２１３に出力される。

なお、この実施形態では、検出用抵抗１２４及び２２４は、ともに１００ｋΩにされている。

図４に示すように、外部電源３０に接続された充電クレードル２０に携帯端末装置１０が装着され、それぞれのＶＤＤ端子１６Ａ及び２４Ａ、ＤＥＴ端子１６Ｂ及び２４Ｂ、ＧＮＤ端子１６Ｄ及び２４Ｄが接続されると、外部電源３０から電流制限抵抗２１１及びダイオード２１４を通ってＶＤＤ端子２４Ａ及び１６ＡとＤＥＴ端子２４Ｂ及び１６Ｂとに電流が流れる。

ダイオード１１４のカソード側電位がアノード側電位よりも高くなり、電圧比較回路１１５からオン信号が出力される。また、ＤＥＴ端子２４Ｂ及び１６Ｂの電位はＶＤＤ端子１６Ａ及び２４Ａの略１／２になり、検出回路２２の電界効果トランジスタ２２１及び２２２と検出回路１２の電界効果トランジスタ１２１及び１２２とがオンする。これによって検出回路２２の電界効果トランジスタ２２３及び検出回路１２の電界効果トランジスタ１２３もオンし、遅延回路２２５及び１２５の検出信号によってスイッチ２１３及びスイッチ１１３が閉成する。外部電源３０が充電クレードル２０の内部回路２３に供給されるとともに、携帯端末装置１０の充電回路１２に供給される。

図５に示すように、外部電源３０に接続されていない充電クレードル２０に携帯端末装置１０が装着され、それぞれのＶＤＤ端子１６Ａ及び２４Ａ、ＤＥＴ端子１６Ｂ及び２４Ｂ、ＧＮＤ端子１６Ｄ及び２４Ｄが接続されると、携帯端末装置１０の充電回路１３から電流制限抵抗１１１及びダイオード１１４を通ってＶＤＤ端子１６Ａ及び２４ＡとＤＥＴ端子１６Ｂ及び２４Ｂとに電流が流れる。

ＤＥＴ端子２４Ｂ及び１６Ｂの電位はＶＤＤ端子１６Ａ及び２４Ａの略１／２になり、検出回路２２の電界効果トランジスタ２２１及び２２２と検出回路１２の電界効果トランジスタ１２１及び１２２とがオンする。これによって検出回路２２の電界効果トランジスタ２２３及び検出回路１２の電界効果トランジスタ１２３もオンし、遅延回路２２５及び１２５の検出信号によってスイッチ２１３が閉成する。バッテリ１４の電源が充電クレードル２０の内部回路２３に供給される。このとき、ダイオード１１４のカソード側電位はアノード側電位よりも低く、電圧比較回路１１５がオン信号を出力しないため、スイッチ１１３は開成したままの状態となる。

以上のようにして、充電システム１００では、充電クレードル２０が外部電源３０に接続されている状態では、充電クレードル２０に装着された携帯端末装置１０のバッテリを外部電源３０によって充電しつつ、充電クレードル２０を介して携帯端末装置１０と情報端末装置との間の通信を行うことができる。一方、充電クレードル２０が外部電源３０に接続されていない状態でも、充電クレードル２０に装着された携帯端末装置１０のバッテリによって充電クレードル２０を動作させ、充電クレードル２０を介して携帯端末装置１０と情報端末装置との間の通信を行うことができる。

充電システム１００では、携帯端末装置１０と充電クレードル２０との間の電源ラインを流れる電流によって充電クレードル２０に対応する携帯端末装置１０が適正に載置されたか否かを検出するようにしており、携帯端末装置１０を検出するための端子を備える必要がなく、製造コストを低廉化することができる。

また、充電システム１００では、携帯端末装置１０側の検出用抵抗１２４と充電クレードル２０側の検出用抵抗２２４とを同じ抵抗値にしているため、検出回路１２と検出回路２２との構成部品を共通化できる。

なお、遅延回路１２５及び２２５は、検出信号のチャタリングを防止する目的で備えられているが、検出信号の信頼性に問題がなければ省略することもできる。

また、充電クレードル２０は、携帯端末装置１０の装着の有無によって、通信回路２３１をオン／オフするようにしてもよい。

図６に示すように、この発明の第２の実施形態に係る充電システム２００では、充電クレードル２０に外部電源３０が接続されているか否かによってＤＥＴ端子２４Ｂのプルダウン抵抗値を変化させ、携帯端末装置１０側でＶＤＤ端子１６Ａの電位に対するＤＥＴ端子１６Ｂの分圧比の変化を検出する。この構成によっても携帯端末装置１０側で、充電クレードル２０に外部電源３０が接続されているか否かを検出できる。

図７に示すように、この発明の第３の実施形態に係る充電システム３００では、充電クレードル２０にＵＳＢコネクタ３０１及び切換スイッチ３０２を設け、ＵＳＢコネクタ３０１のホスト／デバイスを切り換える信号のためのＳＥＬ端子３１６Ｅ及び３２４Ｅを携帯端末装置１０及び充電クレードル２０に備えている。携帯端末装置１０側で充電クレードル２０のＵＳＢの機能を切り換えることができるようにし、データ通信用の端子数を削減することができる。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−携帯端末装置（第２部材）
１１−第２電源制御回路
１２−第２検出回路
１３−充電回路
１４−バッテリ
１５−第２内部回路
１６Ａ−ＶＤＤ端子（第２電源用端子）
１６Ｂ−ＤＥＴ端子（第２検出用端子）
１６Ｄ−ＤＡＴＡ端子（第２通信用端子）
２０−充電クレードル（第１部材）
２１−第１電源制御回路
２２−第１検出回路
２３−第１内部回路
２４Ａ−ＶＤＤ端子（第１電源用端子）
２４Ｂ−ＤＥＴ端子（第１検出用端子）
２４Ｄ−ＤＡＴＡ端子（第１通信用端子）
３０外部電源
１００−充電システム

Claims

第１部材に接続された外部電源から第２部材内の充電回路に供給して前記第２部材内のバッテリを充電する充電システムであって、
前記第１部材は、第１電源用端子、第１検出用端子、第１検出回路及び第１電源制御回路を備え、
前記第２部材は、第２電源用端子、第２検出用端子、第２検出回路及び第２電源制御回路を備え、
前記第１電源用端子は、前記第１電源制御回路を介して前記外部電源に接続され、
前記第２電源用端子は、前記第２電源制御回路を介して前記充電回路に接続され、
前記第１検出用端子と前記第２検出用端子とは、前記第１電源用端子と前記第２電源用端子と同時に接離自在にされ、
前記第１検出回路及び前記第２検出回路は、それぞれ前記第１電源用端子の電位及び前記第２電源用端子の電位に基づいて、前記第１電源用端子と前記第２電源用端子との接続状態を検出し、
前記第１電源制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて、前記外部電源から前記第１電源用端子への電流経路を開閉し、
前記第２電源制御回路は、前記第２検出回路の検出結果、及び前記外部電源の前記第１部材との接続状態に応じた前記充電回路と前記第２電源用端子との電位差に応じて、前記充電回路と前記第２電源用端子との間の電流方向を切り換える充電システム。
前記第１部材は、第１内部回路をさらに備え、
前記第１電源制御回路は、前記第１検出回路の検出結果に基づいて前記外部電源から前記第１内部回路との間を開閉する請求項１に記載の充電システム。
前記第２部材は、前記充電回路を介して前記外部電源又は前記バッテリから電源を供給される第２内部回路をさらに備えた請求項１又は２に記載の充電システム。
前記第１検出回路及び第２検出回路は、それぞれ第１検出用抵抗及び第２検出用抵抗を備え、前記第１電源用端子の電位及び前記第２電源用端子の電位が前記第１検出用抵抗と前記第２検出用抵抗とによる分圧値に応じた値に一致した時に、前記第１電源用端子と前記第２電源用端子とが接続されたことを検出する請求項１〜３の何れかに記載の充電システム。
前記第１部材及び前記第２部材は、それぞれ第１通信用端子及び第２通信用端子をさらに備え、
前記第１通信用端子と前記第２通信用端子とは、前記第１電源用端子と前記第２電源用端子と同時に接離自在にされた請求項１乃至４の何れかに記載の充電システム。