特許 7379124 充電回路及び電気機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-06

(45)【発行日】2023-11-14

(54)【発明の名称】充電回路及び電気機器

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20231107BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20231107BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 A

H02J1/00 307G

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019218144

(22)【出願日】2019-12-02

(65)【公開番号】P2021090249

(43)【公開日】2021-06-10

【審査請求日】2022-11-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000003562

【氏名又は名称】東芝テック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】國屋 美敬

【審査官】鈴木 大輔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２８７１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－８４６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－７０５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－６０７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００１２５５４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ １／００－１／１６

７／００－７／１２

７／３４－７／３６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池を充電するための電力が入力される入力部と、
前記入力部から前記二次電池に至る電力線に接続されて当該入力部からの電力で駆動するとともに、前記二次電池への充電電流を制御する充電制御部と、
前記電力線の前記充電制御部よりも前記入力部側に設けられ、前記入力部とゲート端子との電位差が設定値以上の状態でオンする主スイッチング素子と、
前記入力部へ電力が入力されてから所定時間は前記電位差を前記設定値以上に維持し、前記所定時間の経過後は前記電位差を設定値未満に維持する機能を有する時定数回路と、
前記電力線の前記主スイッチング素子よりも前記二次電池側に接続されて前記入力部からの電力で駆動するとともに、前記主スイッチング素子を制御する制御部と、
前記二次電池の満充電状態を検出する満充電検出部と、
を備え、
前記制御部は、前記入力部に電力が入力されてから前記所定時間内に駆動して前記時定数回路の機能を停止させることによって前記主スイッチング素子をオン状態に維持し、前記満充電検出部が満充電を検出すると前記時定数回路の機能を復帰させて前記所定時間経過後に前記主スイッチング素子をオフする
ことを特徴とする充電回路。

【請求項2】

前記時定数回路は、前記主スイッチング素子よりも前記入力部側の電力線と、前記ゲートからグランドへ繋がる配線と、を接続する接続線に設けられた抵抗と、前記配線と前記接続線との接続点とグランドとを接続する接続線に設けられたコンデンサと、を備え、
前記制御部は、前記コンデンサと並列に設けられた制御スイッチング素子を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の充電回路。

【請求項3】

請求項１または２に記載の充電回路と、
前記二次電池により駆動される負荷と、
を備えた電気機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、充電回路及び電気機器に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、二次電池を電源として駆動する電気機器が多くの分野で使用されている。この種の電気機器の充電回路は、充電完了後に充電電流を停止するが、停止後も充電制御部等でいわゆる待機電力が発生している。

【0003】

このような待機電力を削減するものとして、満充電を検出した場合、充電回路に入力される電源回路を停止させる充電装置が知られている（特許文献１）。しかし、この特許文献１記載の充電装置では、特許文献１にも記載されているように、停止した電源回路を復帰させるには充電装置のコンセントを一度抜いたうえで再度差し込む必要がある。すなわち、充電するたびに充電装置のコンセントを接続し直さなければならず、充電のための操作性が良好ではない。このため、充電のための操作性を損なわずに、充電制御部の待機電力を低減させることが望まれている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、充電のための操作性を損なわずに、充電制御部の待機電力を低減させることが可能な充電回路及び電気機器を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の充電回路は、二次電池を充電するための電力が入力される入力部と、前記入力部から前記二次電池に至る電力線に接続されて当該入力部からの電力で駆動するとともに、前記二次電池への充電電流を制御する充電制御部と、前記電力線の前記充電制御部よりも前記入力部側に設けられ、前記入力部とゲート端子との電位差が設定値以上の状態でオンする主スイッチング素子と、前記入力部へ電力が入力されてから所定時間は前記電位差を前記設定値以上に維持し、前記所定時間の経過後は前記電位差を設定値未満に維持する機能を有する時定数回路と、前記電力線の前記主スイッチング素子よりも前記二次電池側に接続されて前記入力部からの電力で駆動するとともに、前記主スイッチング素子を制御する制御部と、前記二次電池の満充電状態を検出する満充電検出部と、を備え、前記制御部は、前記入力部に電力が入力されてから前記所定時間内に駆動して前記時定数回路の機能を停止させることによって前記主スイッチング素子をオン状態に維持し、前記満充電検出部が満充電を検出すると前記時定数回路の機能を復帰させて前記所定時間経過後に前記主スイッチング素子をオフするものである。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態の充電器とプリンタとの関係を示す図である。

【図2】図２は、実施形態のプリンタが備える充電回路の図である。

【図3】図３は、実施形態の充電回路における動作チャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態の充電回路およびこの充電回路を備えた電気機器をプリンタを一例にして、図面に基づいて説明する。図１において、１はプリンタ、２は充電器、３はＡＣ商用電源である。

【0008】

プリンタ１は、携帯型のサーマルプリンタであり、印字を行うサーマルヘッドや印字媒体を搬送する搬送機構などを備えたプリンタ部４（負荷）と、プリンタ部４の電源となる二次電池５と、二次電池５を充電するための充電回路６とを備える。充電器２は、プリンタ１を着脱自在に保持し、二次電池５を充電する。充電器２は、ＡＣ商用交流電源３に接続され、交流電源を直流電源に変換するＡＣ/ＤＣコンバータ２Ａを備える。

【0009】

図２は、二次電池５を充電するための充電回路６を示す図である。充電回路６は、充電器２から電力が入力される入力部７と、二次電池５への充電電流を制御する充電制御部１０と、二次電池５が満充電状態であるときに充電制御部１０の消費電力を低減する低電力制御部２０とを備える。

【0010】

充電制御部１０は、入力部７に接続される電力線８に設けられた第１ＦＥＴ１１と、二次電池５の両端に接続される電池電圧検出部１２と、電源回路１３から電力の供給を受けて動作する充電ＩＣ（Integrated Circuit）１４と、同様に電源回路１３から電力の供給を受けて動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）１５とを備える。

【0011】

第１ＦＥＴ１１は、ドレインが入力部７側の電力線８に、ソースが二次電池５側の電力線８にそれぞれ接続され、ゲートは充電ＩＣ１４に接続される。第１ＦＥＴ１１は、二次電池５への充電電流を一定範囲とする、いわゆる定電流制御によって二次電池５が充電されるように、充電ＩＣ１４の出力でオン・オフ制御される。電池電圧検出部１２は、二次電池５の電池電圧を検出するもので、ＣＰＵ１５とともに二次電池５の満充電状態を検出する満充電検出部として機能する。二次電池５の満充電状態とは、二次電池５が予め定められた設定電圧であることであり、上記設定電圧は適宜設定される。

【0012】

電源回路１３は、電力線８に接続され、入力部７からの電力を受けて充電ＩＣ１４とＣＰＵ１５の駆動電源を生成する。充電ＩＣ１４は、電池電圧検出部１２およびＣＰＵ１５からの出力が入力されて、第１ＦＥＴ１１のゲートに信号を出力する。充電ＩＣ１４は、充電中に、第１ＦＥＴ１１のゲートへの信号を制御して、二次電池５に流れる充電電流を定電流とする。また、充電ＩＣ１４は、充電開始時に、ＣＰＵ１５からの信号に基づいて、第１ＦＥＴ１１をオンさせる。さらに、充電ＩＣ１４は、充電完了時に、電池電圧検出部１２からの出力に基づいて、第１ＦＥＴ１１をオフさせる。ＣＰＵ１５は、プリンタ１が使用される際に二次電池５から電力を受けてプリンタ部４の制御を行う。また、ＣＰＵ１５は以下に詳述する低電力制御部２０の一部も構成する。

【0013】

次に、低電力制御部２０について説明する。低電力制御部２０は、第２ＦＥＴ２１、時定数回路２２、制御部２３、及び電源検出部２４を備える。第２ＦＥＴ２１は、入力部７から充電制御部１０への電力の供給を切替える主スイッチング素子である。第２ＦＥＴ２１は、ドレインが入力部７側の電力線８に、ソースが二次電池５側の電力線８にそれぞれ接続され、ゲートは時定数回路２２の中間点Ａに接続される。

【0014】

時定数回路２２は、入力部７へ電力が入力されてから所定時間は第２ＦＥＴ２１のドレイン－ゲート間の電位差を設定値以上に維持する。時定数回路２２は、抵抗２５、２６とコンデンサ２７とを備える。

【0015】

抵抗２５は、入力部７と第２ＦＥＴ２１との間の電力線８と、第２ＦＥＴ２１のゲートとグランドとの中間点Ａとを接続する接続線２８に設けられる。抵抗２６は、中間点Ａとグランドとを接続する接続線２９に設けられる。コンデンサ２７は、中間点Ａとグランドを接続する接続線３０に設けられ、抵抗２６と並列接続される。

【0016】

制御部２３は、電源検出部２４が、入力部７へ電力が入力されていない状態から入力された状態への変化を検出すると、オンされた第２ＦＥＴ２１のオン状態を維持し、電池電圧検出部１２等によって二次電池５の満充電状態が検出されると、第２ＦＥＴ２１をオフする。制御部２３は、ＣＰＵ１５、電圧出力回路３１、抵抗３２、３３、及びデジタルトランジスタ３４を備える。

【0017】

ＣＰＵ１５は、電圧出力回路３１に接続され、この電圧出力回路３１の出力を制御する。電圧出力回路３１は、接続線３５に互いに直列接続された抵抗３２、３３を介してグランドに接続される。デジタルトランジスタ３４は、コンデンサ２７、抵抗２６に並列接続される。デジタルトランジスタ３４のゲートは、接続線３５における抵抗３２、３３の中間点Ｂに接続される。

【0018】

電源検出部２４は、入力部７へ電力が入力されていない状態から入力された状態への変化を検出する。電源検出部２４は、ＣＰＵ１５と、抵抗３６、３７とを備える。抵抗３６、３７は、電力線８とグランドを接続する接続線３８に互いに直列接続されている。抵抗３６、３７の中間点Ｃは、ＣＰＵ１５に接続されている。

【0019】

次に、充電回路６の動作について、図３を参照して説明する。二次電池５の充電を行う場合、使用者は、プリンタ１を充電器２にセットする（Ｓ１）。これにより、入力部７が充電器２の出力部（図示せず）に接続される。すると、入力部７に電力が入力されて第２ＦＥＴ２１がオンする（Ｓ２）。具体的には、充電器２で降圧された例えば１９ボルトの電圧が入力部７－グランド間に印加され、第２ＦＥＴ２１のドレイン－ゲート間に設定値以上の電位差が生じて第２ＦＥＴ２１がオンする。

【0020】

入力部７に電力が入力されると、時定数回路２２に電流が流れ、コンデンサ２７の充電が開始する。コンデンサ２７の充電中は、中間点Ａの電位が低く、第２ＦＥＴ２１のドレイン－ゲート間の電位差は設定値以上に維持されているので、第２ＦＥＴ２１はオン状態を維持する。ＣＰＵ１５は、コンデンサ２７の充電中に起動して、電圧出力回路３１および充電ＩＣ１４に対して、それぞれ信号を出力する（Ｓ３）。

【0021】

ＣＰＵ１５の信号によって電圧出力回路３１が起動すると、抵抗３２、３３に電流が流れ、中間点Ｂの電位が上がる。すると、デジタルトランジスタ３４のベース－エミッタ間に電位差が生じてデジタルトランジスタ３４がオンする。並行して、ＣＰＵ１５からの信号を受けた充電ＩＣ１４は、第１ＦＥＴ１１を定電流制御することで、二次電池５の充電を行う（Ｓ４）。ＣＰＵ１５は、二次電池５の充電中は電圧出力回路３１を起動させてデジタルトランジスタ３４をオン状態に保つ。このため、抵抗２６、コンデンサ２７への電流がバイパスされて中間点Ａの電位が低い状態が維持されることから、第２ＦＥＴ２１は、オン状態を保ち、二次電池５の充電がなされる。すなわち、デジタルトランジスタ３４がオンされることで、コンデンサ２７が充電され始めてから所定時間後にコンデンサ２７の両端電圧を設定された電圧値にするという時定数回路２２の機能を停止させる。

【0022】

二次電池５の充電中、満充電検出部が二次電池５の満充電を検知する（Ｓ５）と、ＣＰＵ１５は、電圧出力回路３１への出力を停止する。すなわち、ＣＰＵ１５は、電池電圧検出部１２からの入力を受けて二次電池５が満充電状態になったと判断すると、電圧出力回路３１への出力を停止する。その結果、抵抗３２と抵抗３３との中間点Ｂの電位が下がって、デジタルトランジスタ３４のベース－エミッタ間に電位差がなくなりデジタルトランジスタ３４がオフする。また、この時、充電ＩＣ１４はＦＥＴ１をオフする（Ｓ６）。

【0023】

すると、時定数回路２２の機能が復帰し、コンデンサ２７の充電が開始されて（Ｓ７）時定数回路２２の中間点Ａの電位が上昇する。時定数回路２２で設定された所定時間経過すると、第２ＦＥＴ２１のドレイン－ゲート間の電圧差が設定値未満となり、第２ＦＥＴ２１はオフする（Ｓ８）。これによって、充電制御部１０の電源が遮断される。したがって、この充電回路６は、二次電池５の充電完了後にプリンタ１が充電器２にセットされたままの状態であっても、充電制御部１０による待機電力が発生することを防止できる。

【0024】

二次電池５の充電完了後、使用者がプリンタ１を充電器２から取り外す（Ｓ９）と、コンデンサ２７が放電し（Ｓ１０）、充電回路６は、プリンタ１がセットされる（Ｓ１）前の初期状態となる。具体的には、プリンタ１が充電器２から取り外されると、入力部７への入力がなくなり、それまでコンデンサ２７にチャージされていた電荷は、抵抗２６を介して放電される。なお、次にプリンタ１の二次電池５を充電するときには、上述したＳ１～Ｓ１０の動作が繰り返される。

【0025】

以上説明したとおり、本実施形態の充電回路６によれば、二次電池５が満充電状態となって充電が完了した後、充電制御部１０への電力を遮断する。このため、二次電池５の充電完了後にプリンタ１が充電器２にセットされたままの状態であっても、充電制御部１０による消費電力のなくすことができる。

【0026】

また、本実施形態の充電回路６は、電源検出部２４が入力部７へ電力が入力されていない状態から入力された状態への変化を検出すると、第２ＦＥＴ２１のオン状態を維持する。このため、プリンタ１を充電器２にセットすると、第２ＦＥＴ２１をオン状態に維持して二次電池５の充電を行うことができる。したがって、充電制御部１０の消費電力をなくすために充電完了後に第２ＦＥＴ２１をオフしているにも拘わらず、再び二次電池５を充電する際にはプリンタ１を充電器２にセットするだけで、第２ＦＥＴ２１をオン状態として二次電池５の充電を行うことができる。このため、二次電池５を充電するための操作性を良好にすることができる。

【0027】

本実施形態の充電回路６の特徴の１つは、上述した充電制御部１０の消費電力をなくし、かつ、操作性を損なわないための手段として、時定数回路２２とＣＰＵ１５との組み合わせで第２ＦＥＴ２１を制御するようにしたことである。具体的には、充電中はＣＰＵ１５の出力により第２ＦＥＴ２１をオン状態に維持し、充電完了後は時定数回路２２により第２ＦＥＴ２１をオフ状態に維持する。この構成によって、第２ＦＥＴ２１は、入力部７に電力が入力されるとオン状態となるが、二次電池５の充電完了後は、制御部２３は電力が供給されずに駆動していないにも拘わらず、時定数回路２２で第２ＦＥＴ２１をオフ状態に維持することができる。

【0028】

また、二次電池５の充電完了後に第２ＦＥＴ２１をオフに維持するために別途ＣＰＵ等を設けていないので、充電回路６全体として消費電力を低減することができる。なお、二次電池５の充電完了後に時定数回路２２で若干の電力を消費するが、これはＣＰＵ１５等による待機電力に比して極めて小さく、充電回路６全体としての消費電力を充分に低減することができる。また、本実施形態の充電回路６はプリンタ１に設けられているので、プリンタ部４の各種制御を行うＣＰＵ１５を充電回路６の制御部としても利用でき、プリンタ１の制御部の構成を簡素化できる。

【0029】

なお、本実施形態においては、充電回路６を電気機器であるプリンタ１に設けたが、充電器２に設けることも可能である。また、本実施形態においては、電気機器としてプリンタ１を例に説明したがこれに限定されない。電気機器は例えばスマートフォン、ヘッドフォンなど二次電池を使用するものであればよい。

【0030】

上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0031】

１ プリンタ（電気機器）
４ プリンタ部（負荷）
６ 充電回路
７ 入力部
１０ 充電制御部
１２ 電池電圧検出部（満充電検出部）
２１ 第２ＦＥＴ(主スイッチング素子)
２２ 時定数回路
２３ 制御部
２４ 電源検出部

【0032】

【文献】特開２００５－２２４０１６号公報

【図1】

【図2】

【図3】