JPH04334934A

JPH04334934A - 電源装置

Info

Publication number: JPH04334934A
Application number: JP3101206A
Authority: JP
Inventors: Isao Furukawa; 勲古川; Kunihiro Katayama; 国弘片山; Kenichi Kaki; 健一柿
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-05-07
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1992-11-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子装置に利用して好
適な電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータなど、電源の瞬
断の許されない装置には、電源の瞬断がないことを保証
する電源装置が必要である。

【０００３】一般的に、これらの機器の電源としては、
商用電源、ないしはバッテリが使用される。携帯可能な
ラップトップコンピュータ、長時間連続運転するコンピ
ュータなどでは、内部または外部にバッテリをもち、商
用電源と切りかえる電源装置を備えている。

【０００４】また、ラップトップコンピュータの中には
、複数のバッテリを持つものもある。これは、二つの取
り外し可能なバッテリと、商用電源から直流変換した電
源を供給するＡＣアダプタからの直流電源の入力である
ＤＣコネクタをもち、この三種類の電源から適当なもの
を選択して本体に供給する。この電源は、本体の動作中
に電源を切りかえる機能を持っている。例えば、片方の
バッテリで使用中、そのバッテリの容量が残り少なくな
ってきた場合に、他方のバッテリに切りかえることが出
来る。また、ＡＣアダプタで使用中、ＡＣアダプタを抜
いた場合、バッテリからの供給に切りかえることも出来
る。この際重要なのは、切り替えの際にいかなる短時間
といえども電源電圧を規定の電圧以下に下げてはいけな
いということである。もちろん、瞬断は許されない。このために、複数の電源を瞬断なしに切りかえる手段が
必要である。

【０００５】複数の電源を瞬断なしに切りかえる方法と
しては、フロート充電による補助バッテリを用いる方法
が一般的である。この方法は多くのパソコンメーカが採
用している。フロート充電による代表的な回路を図２に
示す。この電源回路は、交換可能な第一バッテリ１、及
び第二バッテリ２を持ち、これを切り替えスイッチ６を
用いて切り替える。この切り替えは、切り替え制御信号
８を通じて行われる。ＡＣアダプタからの入力７は、ダ
イオード４を通して本体への給電線９に至る。図２から
分かるとおり、ＡＣアダプタからの入力は、給電線９に
おいて補助バッテリ３と電流制限抵抗１２を通じてつな
がっている。本体を使用しているときは、本体への給電
線９の電圧は本体を使用可能な電圧まで上がっているの
で、補助バッテリ３はダイオード１３を通じて充電され
る。ＡＣアダプタからの入力７がないとき、第一バッテ
リ１及び第二バッテリ２のどちらかの出力が、切り替え
スイッチ６により選択されて出力される。この時、バッ
テリ間の切り替え、及びＡＣアダプタとバッテリ間の切
り替えを行うとき、瞬断が起きるが、このときに補助バ
ッテリ３の出力が電流制限抵抗１２を通じて出力され、
瞬断を防止する。主たるバッテリの選択装置としては、
ＦＥＴなどの半導体スイッチに比べて効率の良いリレー
が使用される。

【０００６】一方、図３のように、フロート充電による
電池を用いずに切り替える方法もある。この場合は、瞬
断を防ぐためには速度の遅いリレーは使えないので、半
導体スイッチを用いている。

【０００７】バッテリに切り替える際には、どのバッテ
リが使用可能かを調べる手段が必要である。ＮｉＣｄ電
池は、開電圧と閉電圧、すなわち負荷がかかっている状
態とかかっていない状態では電圧が異なるため、電圧か
ら電池の容量を判別することが出来ない。そのため、容
量を測る必要が生じた際には、疑似的な負荷をかけてそ
の電圧を測る方法がとられていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】フロート充電による方
法は、回路的には簡単になるが、次に挙げるような欠点
がある。まず、フロート充電用として使用されている一
般的な電池であるＮｉＣｄ電池は、有害物質であるカド
ミウムを含むので、国によっては回収が義務づけられて
いる。従って、回収のための手間がかかる。また、回収
もれを考えると、環境保全の立場からも問題がある。

【０００９】また、フロート充電される電池は常に本体
に一番近いところにある必要があり、ある程度の容量を
確保していないといけないので、本体に内蔵するとなる
と本体が大きくなる。また、この電池はその使用方法が
特殊であるため、容量がある程度必要であるにもかかわ
らず、そのほとんどの容量が使われずに寿命が尽きてし
まうため、むだがある。また、この電池の使用方法は電
池にとっても望ましい使い方とはいえないため、通常の
電池の使用時に比べて、電池の選択や設計を慎重に行う
必要がある。さもないと、漏液などの故障の原因となる
。また、外から見える電池容量と実際の容量の対応が付
けにくく、ユーザに対し混乱を与える。これには、電池
の容量は使用状態によって大きく変わるため、通常の使
用における電池容量と、フロート充電における電池容量
は、公称容量が同じであっても違うことにもよっている
。このように、補助バッテリを使用する方法は欠点が多
いため、補助バッテリを用いずに複数の電源間を切り替
える装置が必要である。

【００１０】また、選択装置としてはなるべく効率の良
いものを使用したいが、瞬断なく切り替えるためには高
速のスイッチング速度が要求される。リレーは効率は良
いが速度が遅いため、補助バッテリを用いない場合には
リレーは使えず、高速な代わりに効率の悪い半導体スイ
ッチが使われていた。

【００１１】また、バッテリの容量を得る手段として疑
似負荷を用いる方法は、疑似負荷を備える必要があるこ
とから体積的、熱的に不利があった。

【００１２】本発明の目的は、補助バッテリを用いずに
、複数の電源を切りかえる手段を提供することにある。

【００１３】本発明の他の目的は、補助バッテリを用い
ずに複数の電源を切りかえる際に、瞬断なく切りかえる
方法を提供することにある。

【００１４】本発明のさらに他の目的は、効率の良い、
しかも瞬断のない切り替え装置を提供することにある。

【００１５】本発明のさらに他の目的は、切り替えの際
にどの電源が使用可能かを調べる装置を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、電源の選択装
置を複数もち、補助バッテリを用いずに電源の切り替え
を行うものである。また、効率がよく、しかも瞬断のな
い切り替え装置を提供するものである。また、どのバッ
テリが使用可能かを調べるために、選択装置の全部また
は一部に電流検出装置を設け、その出力を基に電源の選
択を行うものである。

【００１７】

【作用】補助バッテリを用いずに電源の切り替えを行え
るので、資源問題、回収問題を避けて通ることが出来る
。また、効率がよく、しかも瞬断のない切り替えを行え
るので、容量の限られたバッテリでの使用時間を長く出
来る。また、疑似負荷を使わずに電源の選択を行えるの
で、体積的、熱的に有利になる。

【００１８】

【実施例】本発明の実施例を図を用いて説明する。図１
は本発明の構成図である。図１においては、メインルー
トの切り替えスイッチ６はリレーを用いている。また、
補助ルートのスイッチは電界効果トランジスタを用いて
いる。電流検出手段としては、抵抗１９を流れる電流に
よる電圧降下をコンパレータ２０で検出する方式をとっ
ている。

【００１９】まず、充電について説明する。充電をする
際は、まず、メインルートの切り替えスイッチ６を充電
したいバッテリの方に倒す。第一バッテリ１を充電した
いとすると、メインルートの制御信号８を使ってメイン
ルートの切り替えスイッチ６を第一バッテリ１側に接続
し、ＡＣアダプタからの入力１１に電圧を掛ける。こう
することにより、入力１１からスイッチ６を通り１４を
抜けて第一バッテリ１に至る回路が生じ、第一バッテリ
１に充電をすることが出来る。第二バッテリ２に充電す
るには、メインルートの切り替えスイッチ６を第二バッ
テリ２側に接続し、ＡＣアダプタからの入力１１に電圧
を掛ければよい。

【００２０】次に、放電について説明する。ＡＣアダプ
タからの入力が正常なとき、本体への出力１２にはＡＣ
アダプタからの入力１１がダイオード３を通してそのま
ま出ている。ここで、ＡＣアダプタからの入力の瞬断の
影響を避けるため、第一補助ルートスイッチ７及び第二
補助ルートスイッチ１８を導通状態にしておく。補助ル
ートには各々ダイオード９、１０があるので、ＡＣアダ
プタからの出力がバッテリ１及び２の電圧より高く設定
しておくことで、普段はバッテリの電力を使用せずまた
充電もせず、ＡＣアダプタの出力が異常になった時のみ
ダイオード９または１０を通してバッテリ１ないしは２
の電力が本体への出力１２として供給される。第一バッ
テリ１と第二バッテリ２のどちらから出力されるかが決
る。電圧が高い方から出力される。

【００２１】次に、バッテリによる放電について説明す
る。バッテリによる放電は、ＡＣアダプタからの入力１
１がないときに行われる。第一バッテリ１からの出力を
供給するときは、メインルート切り替えスイッチ６を操
作して、第一バッテリ１側を導通させる。この状態にお
いて、第一バッテリ１の電力が消費され、本体の駆動に
充分でないと判断されると、第二バッテリ２に切り替え
られる。メインルートにおける切り替えスイッチ６は、
効率を考慮してリレーが使われているが、リレーは普通
１０〜数１０ｍｓｅｃの切り替え時間がかかる。このた
め、この際の瞬断を防ぐために、まず第二バッテリ２の
補助ルートスイッチ１８を第二補助ルートスイッチ制御
線１７を用いて導通させる。第二補助ルートスイッチ１
８は、電界効果トランジスタを用いているので、非常に
速い速度でスイッチングが行える。その速度は、一般的
には数ｎｓｅｃといわれている。また、第二補助ルート
スイッチは半導体スイッチなので、バウンズやチャタリ
ングなどはなく、制御が楽である。この後に、メインル
ート切り替えスイッチ６を第二バッテリ２側に移すこと
により、第二バッテリ２を使用することが出来る。第二
バッテリ２から第一バッテリ１に切り替える際も、同様
に行うことにより瞬断なく切り替えられる。

【００２２】これと同じ原理を使って、使用中のバッテ
リを外そうとしたときの安全を図ることが出来る。これ
を行うためには、バッテリを取り外そうとしたときに、
それを検知する手段を設ける。代表的な例としては、バ
ッテリパックを外す際に必ず動かすロックピンが挙げら
れる。これにマイクロスイッチなどのセンサを付けてお
き、バッテリの端子が完全に離れる前にセンサが反応す
るような仕掛を作っておく。この反応時間は、少なくと
もバッテリの端子が離れ始める数ｍｓｅｃ前である必要
がある。しかしこれは、人間の手の速度などから考えて
、特別の仕掛は必要ではない。センサからの信号を受け
て、第二補助ルートスイッチ１８を導通にする。この間
の速度はスイッチの速度である数ｎｓｅｃであるので、
充分なスピードである。その後に、メインルート切り替
えスイッチ６を切り替えればよい。こうすることによっ
て、不用意なバッテリの取外しにおいても、瞬断を防ぐ
ことが出来る。

【００２３】次に、電流検出回路の効果について説明す
る。第一バッテリ１及び第二バッテリ２が交換可能であ
る場合、新たに装着されたバッテリの容量を知ることは
困難である。これは、電圧の無負荷電圧が実際の使用時
の電圧と相関関係が極めて薄いことに起因している。本
発明においては、事前に疑似負荷を持ちいて電池電圧を
測定することなしに、最低限瞬断を防ぐだけの措置を行
おうとするものである。

【００２４】新たに第一バッテリ１、第二バッテリ２が
装着された後、本体の電源が入れられた場合を考える。この時、ＡＣアダプタからの入力１１が有れば、二つの
バッテリの状態が不明のまま本体はＡＣ電源で動作する
。そしてＡＣアダプタが外されたとき、瞬断を防ぐため
にバッテリに切り替えるのであるが、そのための方法を
説明する。まず、ＡＣ駆動のときには必ず導通状態にな
っており、最低限どちらかのバッテリに電力が残ってい
ればとりあえず瞬断は防ぐことが出来る。しかるのちに
、どちらのバッテリを使うかを決める。第二補助ルート
に電流が流れているとき、抵抗１９をその電流が流れて
電圧降下がおき、それがコンパレータ２０によって検出
される。これは、第二バッテリ２の電力の方が第一バッ
テリ１の電力より勝っていることを示している。従って
、この場合は第二バッテリに切り替えるべきであるから
、メインルート切り替えスイッチ６を第二バッテリ側に
倒した後に第一補助ルートスイッチ７をオフにすればよ
い。もし電流検出装置の出力５が検出されなかったとき
は、第一バッテリ１の方が電力が有るわけであるから、
メインルートは第一バッテリ１側にして、第二補助ルー
トを切断する。補助ルートの切断は、メインルート切り
替えスイッチ６の切り替えに要する時間、及び切り替え
から安定するまでの時間を見込んで充分なタイムラグを
設ける必要が有る。

【００２５】図１における電流検出装置を構成している
のは、電流検出用抵抗１９とコンパレータ２０であるが
、図１を見ても分かるとおり、コンパレータ２０の電源
は、第二補助ルートからの出力を元に作られており、第
二補助ルートが導通状態になり、かつ第二バッテリ２の
電力がある程度ないと動作しない。従って本当に必要な
ときにしか電力を消費しない構造になっており、低消費
電力化が実現されている。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、電
源装置を小型に、しかも安全に作ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。

【図２】フロート充電による従来の一般的なバッテリ駆
動回路を示す回路図である。

【図３】半導体スイッチによる従来の一般的なバッテリ
駆動回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１…第一バッテリ、２…第二バッテリ、３…ダイオード
、４…第一補助ルートの制御信号、５…電流検出回路の
出力、６…メインルート切り替えスイッチ、７…第一補
助ルートスイッチ、８…メインルート切り替えスイッチ
の制御信号、９…第一補助ルートダイオード、１０…第
二補助ルートダイオード、１１…ＡＣアダプタからの入
力、１２…本体への電源出力、１３…第二バッテリの出
力、１４…第一バッテリの出力、１５…第一補助ルート
の選択後出力、１６…第二補助ルートの選択後出力、１
７…第二補助ルートの制御信号、１８…第二補助ルート
スイッチ、１９…電流検出用抵抗、２０…電流検出用コ
ンパレータ、２１…第二補助ルートの第一検出電圧、２
２…第二補助ルートの選択前出力、２３…第一補助ルー
トの選択前出力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のバッテリ、及びこれらのうちから一
つを選択して本体に接続する選択装置とからなり、その
選択装置が複数あることを特徴とする電源装置。
【請求項２】複数の電源、及びこれらのうちから一つを
選択して本体に接続する選択装置とからなり、その選択
装置が複数あることを特徴とする電源装置。
【請求項３】複数の電源、複数のバッテリ、及びこれら
のうちから一つを選択して本体に接続する選択装置とか
らなり、その選択装置が複数あることを特徴とする電源
装置。
【請求項４】選択装置の一部に、電流検出装置を備えた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記
載の電源装置。
【請求項５】選択装置の全部に、電流検出装置を備えた
ことを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記
載の電源装置。
【請求項６】電流検出装置の電源として、検出すべき電
流を利用することを特徴とする請求項４又は請求項５記
載の電源装置。
【請求項７】整流装置が備わっている選択装置を備えた
ことを特徴とする請求項４又は請求項５又は請求項６記
載の電源装置。
【請求項８】選択装置と整流装置の間に電流検出装置を
備えたことを特徴とする請求項７記載の電源装置。
【請求項９】本体に近い側に整流装置を備え、電源また
はバッテリに近い側に選択装置を備えたことを特徴とす
る電源装置。
【請求項１０】商用電源使用時は整流装置の備わった選
択装置を接続状態とすることを特徴とする請求項７又は
請求項８又は請求項９記載の電源装置。
【請求項１１】選択する電源の切り替えにおいて、整流
装置の備わった選択装置を現在使用中の電源と接続し、
次に主たる選択装置を現在使用中の電源との接続から次
に使用する電源との接続に切り替えることを特徴とする
請求項７又は請求項８又は請求項９記載の電源装置。
【請求項１２】電源の選択において、整流装置の備わっ
た選択装置が全ての電源を選択し、整流装置の備わった
選択装置に備わった電流検出装置が電流を検出したとき
は電流を検出した電流検出装置の備わった電源を選択の
対象とし、そうでない場合は電流検出装置の備わってい
ない電源を選択の対象とする請求項１０又は請求項１１
記載の電源装置。