特許 7715741 電源装置

(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】2025-07-22

(45)【発行日】2025-07-30

(54)【発明の名称】電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20250723BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20250723BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 307

H02J1/00 306G

H02J7/00 302A

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022578292

(86)(22)【出願日】2022-01-20

(86)【国際出願番号】 JP2022001888

(87)【国際公開番号】W WO2022163474

(87)【国際公開日】2022-08-04

【審査請求日】2024-11-26

(31)【優先権主張番号】P 2021011502

(32)【優先日】2021-01-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】322003798

【氏名又は名称】パナソニックエナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003225

【氏名又は名称】弁理士法人豊栖特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大橋 修

【審査官】村上 優斗

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－０６５４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２９９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０４８５２１（ＪＰ，Ａ）

(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】

複数の充電できる電池セルを有する電池モジュールと、
前記電池モジュールに接続されてなる低消費電力モードの切換機能を有する電池接続回路と、
前記電池接続回路を起動する起動回路と、
前記起動回路に接続されて起動信号を出力する起動スイッチとを備え、
前記起動回路が、
前記起動スイッチをベースとエミッタ間に接続して、前記起動スイッチのオン信号で、オフ状態に切り換えられる入力トランジスタと、
前記入力トランジスタの出力側に接続されて、前記入力トランジスタがオンからオフに切り換えられて、低消費電力状態にある前記電池接続回路に起動信号を出力するＦＥＴ出力回路とを備える電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電源装置であって、
前記電池接続回路が、
前記電池モジュールの電池セルの電圧と、温度と、電流の少なくともひとつを検出して、検出するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する検出回路と、
前記検出回路から入力されるデジタル信号を演算処理するマイコンとを備える電源装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電源装置であって、
前記ＦＥＴ出力回路が、
前記入力トランジスタにゲートを接続して、前記入力トランジスタがオンからオフに切り換えられて、オフからオンに切り換えられる第１のＦＥＴと、
前記第１のＦＥＴにゲートを接続して、前記第１のＦＥＴがオフからオンに切り換えられて、オフからオンに切り換えられる第２のＦＥＴとを備え、
前記第２のＦＥＴがオフからオンに切り換えられて、前記電池接続回路に起動信号を出力して、前記電池接続回路を起動する電源装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記起動スイッチは、ノーマルオフの手動スイッチである電源装置。

【請求項5】

請求項４に記載の電源装置であって、
前記起動スイッチが、押圧状態でオン状態の起動信号を出力する押ボタンスイッチである電源装置。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記起動回路が、前記入力トランジスタのベースと電源ラインとに接続されて、前記入力トランジスタをオン状態とするベース電流を流すベース抵抗を備え、
前記起動スイッチが、前記入力トランジスタのベースとアースラインとの間に接続されて、前記起動スイッチのオン信号で前記入力トランジスタがオフからオンに切り換えられる電源装置。

【請求項7】

請求項３に記載の電源装置であって、
前記起動回路が、前記入力トランジスタの出力側に接続してなる第１の負荷抵抗を備え、
前記第１の負荷抵抗と前記入力トランジスタとの接続点が前記第１のＦＥＴのゲートに接続されて、前記入力トランジスタがオフからオンに切り換えられて、前記第１のＦＥＴがオフからオンに切り換えられる電源装置。

【請求項8】

請求項７に記載の電源装置であって、
前記第１の負荷抵抗が、前記入力トランジスタのコレクターに接続されてなる電源装置。

【請求項9】

請求項３に記載の電源装置であって、
前記起動回路が、前記第１のＦＥＴの出力側に接続してなる第２の負荷抵抗を備え、
前記第２のＦＥＴのゲートが前記第２の負荷抵抗に接続されて、前記第１のＦＥＴがオフからオンに切り換えられて、前記第２のＦＥＴがオフからオンに切り換えられる電源装置。

【請求項10】

請求項９に記載の電源装置であって、
前記第２の負荷抵抗が、前記第１のＦＥＴのドレインに接続されてなる電源装置。

【請求項11】

請求項３に記載の電源装置であって、
前記起動回路が、前記第２のＦＥＴの出力側に接続してなる第３の負荷抵抗を備え、
前記第２のＦＥＴがオフからオンに切り換えられて、前記第３の負荷抵抗が起動信号を前記電池接続回路に出力する電源装置。

【請求項12】

請求項１１に記載の電源装置であって、
前記第３の負荷抵抗が、前記第２のＦＥＴのソースに接続されてなる電源装置。

【請求項13】

請求項１ないし１２のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記電池接続回路が、前記起動回路から入力されるトリガー信号で、シャットダウン状態から起動される電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の電池セルからなる電池モジュールを備える電源装置に関し、とくに電池モジュールに低消費電力モードに切り換えできる電池接続回路を接続している電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の電池セルを直列や並列に接続している電源装置は、各々の電池セルの状態を検出して充電電流や放電電流をコントロールして電池セルを保護している。この電源装置は、電池モジュールを構成する電池セルの電圧、温度、電流を検出し、検出する信号を演算処理して電池モジュールの充放電をコントロールする電池接続回路を備えている。この電源装置は、電池の過放電を防止するために、装置が使用されない状態で電池接続回路の電力消費をできる限り少なくする低消費電力モード、例えばシャットダウン状態に切り換えている。この電源装置は、低消費電力モードにある電池接続回路を再起動して動作モードに切り換える起動回路を必要とする。

【0003】

起動回路は、例えば特許文献１に開示されるように、手動操作スイッチの押ボタンを押して起動信号を出力する回路構成とすることができる。この起動回路は、電源回路とグランドラインとの間に電流制限抵抗を介してスイッチを接続して、スイッチからのオン信号で起動信号を出力している。しかしながら、この回路構成の起動回路は、スイッチをオフからオンに切り換えて、負荷抵抗とスイッチとの接続点から起動信号を出力するので、オン状態ではスイッチに負荷抵抗を介して接点電流が流れ、オフ状態では接点間の電圧が電源電圧に上昇する弊害が発生する。この弊害は、スイッチをＦＥＴのゲートに接続し、スイッチのオンオフでＦＥＴのゲート電圧を制御し、スイッチでＦＥＴをオンオフに切り換える回路構成として解消できる。

【0004】

具体的には、図２に示すように、起動スイッチ９４を入力ＦＥＴ９５のゲートとグランドライン９９との間に接続して、起動スイッチ９４で入力ＦＥＴ９５をオンオフに切り換える回路構成として実現できる。起動スイッチ９４には、主として押ボタンを押す状態でオン、押さない状態ではオフ状態となるノーマルオフの手動スイッチが使用される。起動スイッチ９４は、低消費電力モードにある電池接続回路９２を起動するタイミングでユーザーが押ボタンを押してオン状態となる。ノーマルオフのスイッチは、押ボタンを押してオン状態となると、入力ＦＥＴ９５をオンからオフに切り換え、押ボタンが押されない状態で入力ＦＥＴ９５はオン状態に保持される。オン状態の入力ＦＥＴ９５は、負荷抵抗９６を介して電源ライン９８に接続されて、ドレイン－ソース間には、矢印Ａで示すようにドレイン電流が流れる。さらに、入力ＦＥＴ９５をオン状態に保持するために、ゲート電圧を所定の電圧に保持するためにゲートに接続しているバイアス抵抗９７によっても矢印Ｂで示すバイアス電流が流れる。ドレイン電流やバイアス電流は、負荷抵抗９６やバイアス抵抗９７の電気抵抗を大きくして少なくできるが、電気抵抗を大きくすることは動作の安定性を阻害する要因となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】再表２００６／０５９５１１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、さらに以上の課題を解決することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、低消費電力モードにおける起動回路の電力消費を低減してこの状態における電力消費をさらに少なくできる電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様に係る電源装置は、複数の充電できる電池セルを有する電池モジュールと、電池モジュールに接続されてなる低消費電力モードの切換機能を有する電池接続回路と、電池接続回路を起動する起動回路と、起動回路に接続されて起動信号を出力する起動スイッチとを備えている。起動回路は、起動スイッチをベースとエミッタ間に接続して、起動スイッチのオン信号でオフ状態に切り換えられる入力トランジスタと、入力トランジスタの出力側に接続されて、入力トランジスタがオンからオフに切り換えられて、低消費電力状態にある電池接続回路に起動信号を出力するＦＥＴ出力回路とを備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明の電源装置は、起動回路の電力消費を小さくして省電力化できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る電源装置の回路図である。

【図2】従来の電源装置の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明のある実施形態の電源装置は、複数の充電できる電池セルを有する電池モジュールと、電池モジュールに接続され、かつ低消費電力モードの切換機能を有する電池接続回路と、低消費電力モードにある電池接続回路を起動する起動回路と、起動回路に接続されて起動信号を出力する起動スイッチとを備える。起動回路は、起動スイッチをベースとエミッタ間に接続して、起動スイッチのオン信号で、オフ状態に切り換えられる入力トランジスタと、入力トランジスタの出力側に接続されて、入力トランジスタがオンからオフに切り換えられて、低消費電力状態にある電池接続回路に起動信号を出力するＦＥＴ出力回路とを備える。

【0011】

以上の電源装置の起動回路は、起動スイッチでオンオフに切り換えられる半導体スイッチング素子に、バイポーラトランジスタである入力トランジスタを使用する。トランジスタは、ベースに電流を流してオン状態に切り換えるので、ゲートに電流を流すことなくオン状態に切り換えできるＦＥＴに比較して、入力側の電力消費がＦＥＴよりも大きくなる。この特性から、省電力化の目的からは、オン状態においてベース電流を流して電力消費するトランジスタよりも、ゲートに電流を流すことなくオン状態となるＦＥＴが使用される。

【0012】

図２は、起動スイッチ９４でオンオフに切り換えられる半導体スイッチング素子をＦＥＴとする起動回路９３を示している。この起動回路９３は、入力ＦＥＴ９５のゲートとグランドライン９９の間に起動スイッチ９４を接続して、起動スイッチ９４の押ボタンを押してオン状態として、入力ＦＥＴ９５をオンからオフに切り換えて起動信号を出力する。この起動回路９３は、起動スイッチ９４のオン状態で入力ＦＥＴ９５をオフ状態に切り換えるので、起動スイッチ９４が押されない通常の状態では入力ＦＥＴ９５はオン状態を保持する。オン状態の入力ＦＥＴ９５は、矢印Ａで示すように、ドレインからソースに向かってドレイン電流が流れ、さらに矢印Ｂで示すように、電源ライン９８からグランドライン９９に向かってバイアス抵抗９７にバイアス電流が流れる。ドレイン電流は負荷抵抗９６の電気抵抗を大きくして減少でき、バイアス抵抗９７のバイアス電流はバイアス抵抗９７の電気抵抗を大きくして減少できるが、負荷抵抗９６やバイアス抵抗９７の電気抵抗が大きすぎるとノイズの影響を受け易くなり安定な動作が保証できない。

【0013】

本発明の第１の実施形態にかかる電源装置の図１に示す起動回路３は、起動スイッチ４を接続する半導体スイッチング素子を、ベースに電流を流してオン状態とする入力トランジスタ５とする。この回路構成の起動回路３は、ＦＥＴに代わって入力トランジスタ５を使用して、バイアス電流を減少して無駄な消費電力を削減できる。

【0014】

入力トランジスタは電流増幅する素子で、ベース電流と電流増幅率の積がコレクター電流となる。したがって、オン状態の入力トランジスタのコレクター電流を入力ＦＥＴのドレイン電流と同じに設定して、ベース電流はドレイン電流／電流増幅率となって極めて小さくできる。たとえば、図２の起動回路９３は、オン状態の入力ＦＥＴ９５のドレイン電流を３０μＡ程度として起動信号を出力できるが、入力ＦＥＴを入力トランジスタ５とする図１の起動回路３は、入力トランジスタ５のコレクター電流を、図２の起動回路９３の入力ＦＥＴ９５のドレイン電流と同じ３０μＡとして起動信号を出力しながら、この状態で入力トランジスタ５のベース電流はコレクター電流／電流増幅率に減少できるので、入力トランジスタ５に電流増幅率を１００倍とするバイポーラトランジスタを使用して、ベース電流を３０／１００μＡ、すなわち０．３μＡと著しく減少できる。バイポーラトランジスタの電流増幅率は、一般的に１００～５００程度であるので、図１の起動回路３は、ＦＥＴに代わってトランジスタを使用することで、ベース電流をほとんど無視できるまで減少できる。したがって、図１の起動回路３は、入力トランジスタ５のコレクター電流を、図２の起動回路９３の入力ＦＥＴ９５のドレイン電流と同じ電流値として、消費電流を約５０％も低減できる。

【0015】

さらに、以上の電源装置は、入力トランジスタのベースとエミッタ間に起動スイッチを接続しているので、起動スイッチの耐圧を低くできる特長もある。それは、トランジスタが、ベース電圧を低くして、コレクター電流／電流増幅率で特定される極めて小さいベース電流を流してオン状態に保持できるからである。このため、起動スイッチには低耐圧の小型スイッチを使用でき、小型の起動スイッチを狭隘なスペースに配置できる特長も実現する。

【0016】

本発明の第２の実施形態にかかる電源装置は、電池接続回路が、電池モジュールの電池セルの電圧と、温度と、電流の少なくともひとつを検出して、検出するアナログ信号をデジタル信号に変換して出力する検出回路と、検出回路から入力されるデジタル信号を演算処理するマイコンとを備えている。

【0017】

この電源装置は、電池接続回路が電池モジュールを構成する電池セルの電圧や電流、さらに温度などを検出して、電池セルの過充電や過放電を防止し、さらに電池温度を検出して安全な状態で充放電できる特長がある。

【0018】

本発明の第３の実施形態にかかる電源装置は、ＦＥＴ出力回路の回路構成を、入力トランジスタにゲートを接続して、入力トランジスタがオンからオフに切り換えられて、オフからオンに切り換えられる第１のＦＥＴと、第１のＦＥＴにゲートを接続して、第１のＦＥＴがオフからオンに切り換えられて、オフからオンに切り換えられる第２のＦＥＴとを備え、第２のＦＥＴがオフからオンに切り換えられて、電池接続回路に起動信号を出力する回路とすることができる。

【0019】

本発明の第４の実施形態にかかる電源装置は、起動スイッチをノーマルオフの手動スイッチとしている。また、本発明の第５の実施形態にかかる電源装置は、起動スイッチを押圧状態でオン状態の起動信号を出力する押ボタンスイッチとしている。

【0020】

本発明の第６の実施形態にかかる電源装置は、入力トランジスタのベースと電源ラインとに接続されて、入力トランジスタをオン状態とするベース電流を流すベース抵抗を備える起動回路とし、起動スイッチを入力トランジスタのベースとアースラインとの間に接続して、起動スイッチのオン信号で、入力トランジスタをオンからオフに切り換える回路構成としている。

【0021】

本発明の第７の実施形態にかかる電源装置は、入力トランジスタの出力側に接続してなる第１の負荷抵抗を備える起動回路とし、第１の負荷抵抗と入力トランジスタとの接続点を第１のＦＥＴのゲートに接続して、入力トランジスタがオンからオフに切り換えられて、第１のＦＥＴがオフからオンに切り換えられる回路構成としている。

【0022】

本発明の第８の実施形態にかかる電源装置は、第１の負荷抵抗を入力トランジスタのコレクターに接続する回路構成とすることができる。

【0023】

本発明の第９の実施形態にかかる電源装置は、第１のＦＥＴの出力側に接続してなる第２の負荷抵抗を備える起動回路として、第２のＦＥＴのゲートを第２の負荷抵抗に接続して、第１のＦＥＴがオフからオンに切り換えられて、第２のＦＥＴがオフからオンに切り換えられる回路構成とすることができる。

【0024】

本発明の第１０の実施形態にかかる電源装置は、第２の負荷抵抗を第１のＦＥＴのドレインに接続する回路構成とすることができる。

【0025】

本発明の第１１の実施形態にかかる電源装置は、起動回路に第２のＦＥＴの出力側に接続してなる第３の負荷抵抗を設け、第２のＦＥＴがオフからオンに切り換えられて、第３の負荷抵抗が起動信号を電池接続回路に出力する回路構成とすることができる。

【0026】

本発明の第１２の実施形態にかかる電源装置は、第３の負荷抵抗を第２のＦＥＴのソースに接続することができる。

【0027】

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

【0028】

（電源装置１００）
図１の電源装置１００は、複数の充電できる電池セル１を直列や並列に接続している電池モジュール１０と、電池モジュール１０に接続している電池接続回路２と、電池接続回路２の起動回路３と、起動回路３に接続している起動スイッチ４とを備える。

【0029】

（電池モジュール１０）
電池モジュール１０は、複数の電池セル１を直列又は並列に接続して充放電容量を大きくしている。電池モジュール１０は、電池セル１の個数と直列又は並列に接続する数で、電源装置１００の用途に最適な電圧と充放電容量に設定される。電源装置１００は、種々の用途に使用され、例えば、蓄電装置や車両走行用の電源装置に使用される。蓄電装置に使用される電源装置は、電池モジュール１０の出力電圧を例えば４０Ｖ～１００Ｖとし、車両走行用の電源装置は、電池モジュール１０の出力電圧を２００Ｖ～４００Ｖとする。電池セル１は、好ましくはリチウムイオン二次電池又はリチウムポリマー二次電池等の非水系電解液二次電池として、重量と容量に対する充放電容量を大きくできるが、電池セル１をリチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池に特定するものでなく、現在使用され、あるいはこれから開発される充電できる他の全ての二次電池、たとえばニッケル水素電池や個体電池なども使用できる。

【0030】

（電池接続回路２）
電池接続回路２は、電池モジュール１０の状態、すなわち電池情報を検出する検出回路２１と、検出回路２１から出力されるデジタル信号を演算処理するマイコン２２とを備える。検出回路２１が検出する電池情報は、例えば電池モジュール１０を構成している電池セル１の電圧や温度、電池モジュール１０の電流などで、検出回路２１はこれらの電池情報をアナログ信号として検出する。検出回路２１は検出するアナログ信号をデジタル信号に変換して外部の制御回路（図示せず）に出力する。電池接続回路２が電池セル１の電圧と温度を検出し、さらに電池モジュール１０の電流を検出する電源装置１００は、外部の制御回路に電池情報を出力し、外部の制御回路が電池モジュール１０の充放電をコントロールする。この電源装置１００は、電池セル１の過充電や過放電を防止しながら、電池モジュール１０を充放電できる。また、電池セル１の温度を検出する検出回路２１を備える電源装置１００は、電池セル１の温度を設定温度に保持して、安全に充放電できる特長がある。ただ、以上の電源装置１００は、電池接続回路２が検出する電池情報を電圧、温度、電流に特定するものでなく、たとえば、各々の電池セル１の残容量を電池情報として検出して外部に出力することもできる。

【0031】

電圧や電流を検出する検出回路２１は、図示しないが、電池モジュール１０を構成している電池セル１の電圧を検出る電圧検出回路、特定の電池セル１の温度を検出する温度検出回路、電池モジュール１０の充放電電流を検出する電流検出回路と、これらの検出回路で検出するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバーターを備える。ただし、本発明の電源装置１００は、電池接続回路２の検出回路２１の回路構成を特定するものでなく、例えば、電池モジュール１０の他のパラメータを検出する検出回路とすることもできる。

【0032】

マイコン２２は、検出回路２１から入力されるデジタル信号を演算処理する。マイコン２２の演算処理は、入力される電池セル１の検出電圧を最低電圧と最大電圧に比較して、電池モジュール１０の最大充放電電流を特定する信号をメインの制御回路（図示せず）に出力し、あるいは電池モジュール１０や電池セル１の電圧と電流から、電池モジュール１０や電池セル１の残容量を演算して、残容量を外部の制御回路に出力し、あるいはまた、電池の残容量をＬＥＤを点灯して表示することもできる。

【0033】

電池接続回路２は、設定時間充放電使用されない状態を検出して、あるいは外部からの信号を検出して、低消費電力モードとなって無駄な電力消費を抑制する。電池接続回路２は、低消費電力モードの状態において、起動回路３から起動信号が入力されると再起動して動作状態に復帰する。電池接続回路２は、例えば、起動回路３から入力されるトリガー信号でシャットダウン状態から起動される。電池接続回路２は、検出回路２１とマイコン２２の両方を低消費電力モードとして無駄な電力消費を削減する。ただ、電池接続回路２は、検出回路２１とマイコン２２の一方を低消費電力モードとして電力消費を低減することもできる。

【0034】

検出回路２１は、低消費電力モードにおいては電池モジュール１０からの電力供給を停止し、マイコン２２は低消費電力モードにおいて、シャットダウン状態、休止状態、又はスリープ状態に切り換えられる。ただし、本明細書において「低消費電力モード」は通常の動作状態に比較して電力の消費を低下させる全ての状態を意味するものとし、必ずしもシャットダウン状態、休止状態、スリープ状態などに特定するものではない。検出回路２１とマイコン２２の両方を低消費電力モードとする電池接続回路２は、起動回路３から検出回路２１に起動信号を出力して検出回路２１を起動し、起動した検出回路２１からマイコン２２に起動信号を出力してマイコン２２を起動する。ただ、電池接続回路２は、検出回路２１とマイコン２２の両方に起動回路３から起動信号を入力して、検出回路２１とマイコン２２の両方を再起動することもできる。

【0035】

（起動回路３）
起動回路３は、起動スイッチ４から入力されるオンオフ信号で、電池接続回路２を低消費電力モードから再起動して動作モードに切り換える。起動回路３は、起動スイッチ４を介してベースをグランドライン１９に接続している入力トランジスタ５と、入力トランジスタ５から［Ｈｉｇｈ］又は［Ｌｏｗ］信号が入力されて、起動信号を出力するＦＥＴ出力回路６を備える。ＦＥＴ出力回路６は、入力トランジスタ５がオンからオフに切り換えられたタイミングで起動信号を出力する。

【0036】

（起動スイッチ４）
起動スイッチ４は、ノーマルオフの手動スイッチで、押ボタンを押した状態でオン状態となる押ボタンスイッチが使用できる。ただ、起動スイッチ４は押ボタンスイッチに代わって、ユーザーが操作してオンオフに切り換えできる他の全てのスイッチ、たとえば近接スイッチなども使用できる。

【0037】

（入力トランジスタ５）
入力トランジスタ５はバイポーラトランジスタで、起動スイッチ４が押された状態で”Ｌｏｗ”信号を出力する。入力トランジスタ５は、ベースとエミッタとの間に起動スイッチ４を接続している。この入力トランジスタ５は、オン状態の起動スイッチ４がベースをエミッタに接続してベース電流の流れないオフ状態に切り換えられる。図１の起動回路３は、入力トランジスタ５のベースとコレクターとの間にベース抵抗１４を接続している。ベース抵抗１４は、起動スイッチ４のオフ状態において、コレクターからベースに電流を供給して入力トランジスタ５をオン状態に保持する。起動スイッチ４はノーマルオフのスイッチで、押ボタンが押されない状態ではオフ状態となって、入力トランジスタ５をオン状態に保持する。ベース抵抗１４は、起動スイッチ４のオフ状態で入力トランジスタ５をオン状態とするベース電流を流す電気抵抗としている。

【0038】

入力トランジスタ５は、ベース電流でコレクター電流を制御する。ベース電流と電流増幅率の積はコレクター電流となる。一般的なトランジスタの電流増幅率は、１００～５００程度である。したがって、入力トランジスタ５は、ベース電流をコレクター電流の１／１００～１／５００に設定する。たとえば、コレクター電流を５０μＡ～１００μＡ、電流増幅率が１００である入力トランジスタ５は、ベース電流を０．５μＡ～１μＡに設定する。この入力トランジスタ５は、ベース電流を０．５μＡ～１μＡとする電気抵抗として、入力トランジスタ５のコレクター電流を５０μＡに設定する。

【0039】

入力トランジスタ５が、ベース電流をコレクター電流の１／１００～１／５００に低減できることは、起動回路３の電力消費を著しく低減することに有効である。起動回路３は、電池接続回路２の低消費電力モードにおいて、入力トランジスタ５をオン状態に保持するので、オン状態の入力トランジスタ５の消費電力を低減して、電池接続回路２の低消費電力モードにおける、起動回路３の電力消費を低減することが要求される。電池接続回路２の低消費電力モードにおいて、電池モジュール１０から起動回路３に動作電力を供給しているので、起動回路３が電池モジュール１０の電力を消費しているからである。電池接続回路２の低消費電力モードにおいて、起動回路３は起動スイッチ４からの信号で電池接続回路２に起動信号を出力できる動作モードに保持されて電池モジュール１０を放電するが、低消費電力モードは長時間使用されない状態で設定されるモードで、低消費電力モードの時間は相当に長くなることが多く、このタイミングでの起動回路３の電力消費は、仮に少なくとも積算されて電池モジュール１０を放電するトータル電力が増加するからである。

【0040】

従来の図２に示す起動回路９３は、低消費電力モードにおいてオン状態に保持される入力ＦＥＴ９５が、ドレイン－ソース間に流れるドレイン電流に加えて、ＦＥＴのゲートにオン電圧を入力するバイアス抵抗９７にバイアス電流が流れる。バイアス抵抗９７は、電池モジュール９０の電圧を分圧してゲートにオン電圧を入力する、第１のバイアス抵抗９７Ａと第２のバイアス抵抗９７Ｂとの直列抵抗からなる。このバイアス抵抗９７は、第１のバイアス抵抗９７Ａと第２のバイアス抵抗９７Ｂの抵抗比でゲート電圧を特定できるが、ゲートとグランドライン９９との間に接続している第２のバイアス抵抗９７Ｂの電気抵抗を大きくすると、外部ノイズなどの外的条件で入力ＦＥＴ９５が誤動作する確率が高くなる。とくに、ＦＥＴはゲートの入力インピーダンスが相当に高く、高抵抗のバイアス抵抗９７では外部ノイズなどによる誤動作を確実に阻止することが難しくなる。バイアス抵抗９７は、常に電池モジュール９０のプラス側とマイナス側に接続されてバイアス電流を流して電池モジュール９０を放電するので、低消費電力モードにおける無駄な消費電力を低減することから、バイアス電流をいかに低減できるかは極めて大切である。

【0041】

図１の起動回路３は、低消費電力モードにおいてオン状態となる入力トランジスタ５にコレクター電流とベース電流が流れる。入力トランジスタ５のコレクター電流は図２の起動回路９３のドレイン電流に相当し、ベース電流は図２の起動回路９３のバイアス電流に相当する。図Ａの起動回路９３は、ドレイン電流とバイアス電流をほぼ同一電流として安定な動作を実現できるので、低消費電力モードにおいて、ドレイン電流の２倍の電流が電池モジュール９０を連続的に放電する。図１の起動回路３は、ベース電流をコレクター電流の１／１００～１／５００とほとんど無視できる電流値まで小さくできるので、低消費電力モードにおいて、電池モジュール１０はコレクター電流のみとなって、図Ａの起動回路９３に比較して電池モジュール１０の無駄な放電を５０％も削減できる。以上のように、図１の起動回路３は、実質的にゲートに電流を流すことなくオン状態に切り換えできる省エネルギー素子のＦＥＴに代わって、ベース電流を流してオン状態とするバイポーラトランジスタを使用しながら、低消費電力モードにおける電池モジュール１０の電力消費を５０％も低減する極めて優れた特長を実現する。この特長は、入力インピーダンスの高いＦＥＴを安定に動作させるために、電気抵抗を低くすることが難しいＦＥＴのバイアス抵抗の無駄なバイアス電流を、電流増幅するバイポーラトランジスタの特有の特性を利用して削減することで実現する。

【0042】

以上の入力トランジスタ５は、オン状態で”Ｌｏｗ”、オフ状態で”Ｈｉｇｈ”信号をＦＥＴ出力回路６に出力するために、コレクターに第１の負荷抵抗１１を接続し、コレクターと第１の負荷抵抗１１との接続点１５を第１のＦＥＴ７のゲートに接続している。ただし、本明細書において、”Ｌｏｗ””Ｈｉｇｈ”はグランドライン１９を基準とする。第１の負荷抵抗１１は、オン状態の入力トランジスタ５のコレクター電流を、例えば２０μＡ～５０μＡとする電気抵抗に設定される。起動スイッチ４がオフからオンに切り換えられると、入力トランジスタ５は、オンからオフに切り換えられて第１の負荷抵抗１１を介して”Ｈｉｇｈ”信号をＦＥＴ出力回路６に出力する。第１の負荷抵抗１１は、電池モジュール１０のトータル電圧をオフ状態の入力トランジスタ５のベース抵抗１４で分圧してＦＥＴ出力回路６に出力する。

【0043】

（ＦＥＴ出力回路６）
入力トランジスタ５のコレクターから出力される”Ｈｉｇｈ”信号は、ＦＥＴ出力回路６を介して、電池接続回路２に安定な”Ｈｉｇｈ”の起動信号として出力される。ＦＥＴ出力回路６は、入力トランジスタ５から入力される”Ｈｉｇｈ”信号の”Ｈｉｇｈ””Ｌｏｗ”を反転することなく、低い出力インピーダンスで”Ｈｉｇｈ”信号を電池接続回路２に出力する。ＦＥＴ出力回路６は、入力トランジスタ５の出力側に接続している第１のＦＥＴ７と、第１のＦＥＴ７の出力側に接続している第２のＦＥＴ８とを備える。ＦＥＴ出力回路６は、起動スイッチ４が押されないノーマル状態で第１のＦＥＴ７と第２のＦＥＴ８の両方をオフ状態として電力消費を削減し、起動スイッチ４が押された状態では両方がオン状態となって、入力トランジスタ５から入力される”Ｈｉｇｈ”信号を電池接続回路２に出力する。第１のＦＥＴ７はｎチャンネルのＦＥＴでソースをグランドライン１９に接続して、グランドライン１９に対する”Ｈｉｇｈ”信号でオン状態となる。第２のＦＥＴ８はｐチャンネルのＦＥＴでソースを電池モジュール１０のプラス側である電源ライン１８に接続しているので、グランドライン１９に対する”Ｌｏｗ”信号でゲートにオン電圧が入力されてオン状態となる。

【0044】

（第１のＦＥＴ７）
第１のＦＥＴ７は入力トランジスタ５からゲートに”Ｌｏｗ”信号が入力されてオフ、”Ｈｉｇｈ”信号が入力されてはオンとなる。第１のＦＥＴ７は、オフ状態で”Ｈｉｇｈ”を出力し、オン状態で”Ｌｏｗ”を出力する。入力トランジスタ５は起動スイッチ４が押されない状態では”Ｌｏｗ”、起動スイッチ４が押された状態で”Ｈｉｇｈ”を出力するので、第１のＦＥＴ７は、起動スイッチ４が押されない状態で”Ｈｉｇｈ”、起動スイッチ４が押された状態で”Ｌｏｗ”を出力する。第１のＦＥＴ７は、ゲートを入力トランジスタ５のコレクターに、ドレインを第２の負荷抵抗１２を介して電池モジュール１０の電源ライン１８に、ソースをグランドライン１９に接続している。第２の負荷抵抗１２は、第１のＦＥＴ７のオン状態で、電池モジュール１０の電圧を分圧して第２のＦＥＴ８のゲートにオン電圧を入力する。第２の負荷抵抗１２は、第１のＦＥＴ７のオフ状態で、第２のＦＥＴ８のゲートを電池モジュール１０のプラス側、すなわち第２のＦＥＴ８のソースに接続してゲートにオフ電圧を入力する。

【0045】

（第２のＦＥＴ８）
第２のＦＥＴ８はｐチャンネルのＦＥＴで、ソースを電池モジュール１０のプラス側である電源ライン１８に、ゲートを第２の負荷抵抗１２の中間接続点１６に、ドレインを第３の負荷抵抗１３を介してグランドライン１９に接続している。第２のＦＥＴ８は、第１のＦＥＴ７のオン状態でオン状態となる。この状態で、第２の負荷抵抗１２が電源ライン１８の電圧を分圧して第２のＦＥＴ８のゲートにオン電圧を入力するからである。オン状態の第２のＦＥＴ８は、グランドライン１９との間に接続している第３の負荷抵抗１３で電源ライン１８の電圧を分圧して、”Ｈｉｇｈ”信号の起動信号を電池接続回路２に出力する。第２のＦＥＴ８は、第１のＦＥＴ７のオフ状態においてオフ状態となる。第１のＦＥＴ７が、第２の負荷抵抗１２をグランドライン１９から切り離して、第２のＦＥＴ８のゲートをソースに接続するからである。オフ状態にある第２のＦＥＴ８は、第３の負荷抵抗１３を電池モジュール１０のプラス側から切り離して、第３の負荷抵抗１３の中間接続点１７の電圧を”Ｌｏｗ”とする。

【0046】

第１のＦＥＴ７のオン状態におけるドレイン電流は、第２の負荷抵抗１２の電気抵抗で特定され、第２のＦＥＴ８のオン状態におけるドレイン電流は、第３の負荷抵抗１３の抵抗値で特定されるので、第２の負荷抵抗１２と第３の負荷抵抗１３の抵抗値は、各々のＦＥＴのオン状態におけるコレクター電流を設定値とする値に設定される。第２の負荷抵抗１２の電気抵抗は、高すぎると”Ｈｉｇｈ”又は”Ｌｏｗ”信号を安定して第２のＦＥＴ８に出力することができず、低すぎると第１のＦＥＴ７のコレクター電流が大きくなって電力消費が大きくなる。したがって、第２の負荷抵抗１２は、安定してオンオフの信号を第２のＦＥＴ８に出力しながら、消費電流をできる限り小さくする電気抵抗に設定される。第３の負荷抵抗１３の電気抵抗は、ＦＥＴ出力回路６の出力インピーダンスに影響を与える。第３の負荷抵抗１３は、ＦＥＴ出力回路６の出力インピーダンスを低くして、電池接続回路２に安定して起動信号を出力する電気抵抗に設定される。

【0047】

以上の電源装置１００は、以下の動作で、低消費電力モードにある電池接続回路２を再起動する。
低消費電力モードは、長時間使用されない状態では、電池接続回路２を低消費電力モードに切り換えて電力消費を削減している。この状態において、起動スイッチ４はオフ、起動回路３の入力トランジスタ５はオン、第１のＦＥＴ７はオフ、第２のＦＥＴ８はオフ状態にある。オン状態の入力トランジスタ５は、コレクター電流が流れるが、ベース電流をほとんど無視できる電流となって電力消費は著しく削減される。第１のＦＥＴ７と第２のＦＥＴ８はオフ状態にあってドレイン電流は遮断される。

【0048】

電池接続回路２を再起動するタイミングで、ユーザーは起動スイッチ４を押して起動回路３にオン信号を出力する。起動スイッチ４のオン信号は、入力トランジスタ５のベースをグランドライン１９、すなわちエミッタに接続して入力トランジスタ５をオフ状態に切り換える。オフ状態の入力トランジスタ５は、第１の負荷抵抗１１を介して第１のＦＥＴ７のゲートにオン電圧を入力して、第１のＦＥＴ７をオン状態に切り換える。オン状態に切り換えられた第１のＦＥＴ７は、第２の負荷抵抗１２をグランドライン１９に接続して、第２の負荷抵抗１２の中間接続点１６から第２のＦＥＴ８のゲートにオン電圧を入力して、オン状態に切り換える。オン状態に切り換えられた第２のＦＥＴ８は、第３の負荷抵抗１３の中間接続点１７から”Ｈｉｇｈ”の起動信号を電池接続回路２に出力する。”Ｈｉｇｈ”の起動信号が入力された電池接続回路２は、低消費電力モードから動作モードに切り換えられて正常な動作状態となる。図１の電池接続回路２は、検出回路２１とマイコン２２とを備え、起動回路３は検出回路２１に起動信号を出力し、検出回路２１がマイコン２２に起動信号を出力してマイコン２２を低消費電力モードから再起動させる。

【産業上の利用可能性】

【0049】

本発明の電源装置は、使用しない状態では低消費電力モードとして電力消費を削減し、使用状態では起動スイッチを押して再起動する装置に有効に使用できる。

【符号の説明】

【0050】

１００…電源装置
１…電池セル
２…電池接続回路
３…起動回路
４…起動スイッチ
５…入力トランジスタ
６…ＦＥＴ出力回路
７…第１のＦＥＴ
８…第２のＦＥＴ
１０…電池モジュール
１１…第１の負荷抵抗
１２…第２の負荷抵抗
１３…第３の負荷抵抗
１４…ベース抵抗
１５…接続点
１６…中間接続点
１７…中間接続点
１８…電源ライン
１９…グランドライン
２１…検出回路
２２…マイコン
９０…電池モジュール
９２…電池接続回路
９３…起動回路
９４…起動スイッチ
９５…入力ＦＥＴ
９６…負荷抵抗
９７…バイアス抵抗
９７Ａ…第１のバイアス抵抗
９７Ｂ…第２のバイアス抵抗
９８…電源ライン
９９…グランドライン

【図1】

【図2】