JP2005287171A - 携帯機器の電源装置、携帯機器の電源制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯機器の電源装置および電源制御方法において、不使用時の電力消費を効果的に低減すること。
【解決手段】一方端には電池、他方端には負荷が接続され得、かつ一方端および他方端のほかに制御端子を有するスイッチ素子と、制御端子にスイッチ素子をオンとする制御信号を供給し得る制御信号発生部と、スイッチ素子の他方端にさらに接続され、スイッチ素子がオン状態のときにスイッチ素子の制御端子にスイッチ素子をオンとする第２の制御信号を供給する第２の制御信号発生部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯機器の電源装置および電源制御方法に係り、特に、省電力化に資する携帯機器の電源装置および電源制御方法に関する。

デジタルカメラ（デジタルスチルカメラ）やデジタルビデオカメラ、携帯型情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話、ボイスメモ、携帯型オーディオプレーヤなど、動作制御のためマイクロプロセッサ（マイクロコンピュータ）を有する携帯機器では、各種の設定を記憶するメモリを備えている。また、操作のない状態や不使用状態（デジタルカメラで言えば撮影しない状態）がある程度継続したときに自動的に電源をオフにする機能（オートパワーオフ機能）を備えたものが多い。これにより、内蔵される電池（例えば単三電池のような一次電池やリチウムイオン電池のような二次電池）の無駄な消耗を抑えることができる。

オートパワーオフは、周知のようにマイクロプロセッサが介在してなされる。この意味でマイクロプロセッサは、電源装置より上位に位置して電源のオンオフにかかわらず常時動作している必要がある。電源がオンにされるときには、マイクロプロセッサにより電源オン操作が検知され、これにより各部に電源供給がなされるよう動作する。なお、このような電源制御に関連する技術には例えば下記特許文献１ないし３に開示されたものがある。
特開２００３−２１６２９０号公報 特開２００２−３７３０３７号公報 特開２００２−３２３９４０号公報

メモリを揮発させないため、またマイクロプロセッサの常時動作のため、内蔵される電池は電源のオンオフにかかわらず常に消耗することになる。特に電源オフ時に消費される電力は、携帯機器という性質上少しでも少なくしたい。本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、携帯機器の電源装置および電源制御方法において、不使用時の電力消費を極めて効果的に低減することが可能な携帯機器の電源装置および電源制御方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明に係る携帯機器の電源装置は、一方端には電池、他方端には負荷が接続され得、かつ前記一方端および前記他方端のほかに制御端子を有するスイッチ素子と、前記制御端子に前記スイッチ素子をオンとする制御信号を供給し得る制御信号発生部と、前記スイッチ素子の前記他方端にさらに接続され、前記スイッチ素子がオン状態のときに前記スイッチ素子の前記制御端子に前記スイッチ素子をオンとする第２の制御信号を供給する第２の制御信号発生部とを具備することを特徴とする。

すなわち、この電源装置では、第２の制御信号発生部がスイッチ素子の負荷と同じ側に接続されている。よって、第２の制御信号発生部は、制御信号発生部によってスイッチ素子がオンとされない限り電力消費がない。第２の制御信号発生部は、制御信号発生部によるスイッチ素子への制御信号がトリガとなって動作することになり、その動作により引き続きスイッチ素子をオンとする制御信号（第２の制御信号）を発生する。したがって、電源のオフからオンへの移行を通常通り行うとともに、不使用時の電力消費を極めて効果的に低減することが可能である。

また、本発明に係る携帯機器の電源制御方法は、一方端には電池、他方端には負荷が接続され得、かつ前記一方端および前記他方端のほかに制御端子を有するスイッチ素子をオンすべく前記制御端子に制御信号を供給するステップと、前記制御信号によりオンとされた前記スイッチ素子の前記他方端にさらに接続されている制御信号発生部により前記スイッチ素子の前記制御端子に前記スイッチ素子をオンとする第２の制御信号を供給するステップとを具備することを特徴とする。

すなわち、この電源制御方法では、制御信号発生部がスイッチ素子の負荷と同じ側に接続されている。よって、制御信号発生部は、制御信号によってスイッチ素子がオンとされない限り電力消費がない。制御信号発生部は、スイッチ素子への制御信号がトリガとなって動作することになり、その動作により引き続きスイッチ素子をオンとする制御信号（第２の制御信号）を発生する。したがって、電源のオフからオンへの移行を通常通り行うとともに、不使用時の電力消費を極めて効果的に低減することが可能である。

本発明によれば、携帯機器の電源装置および電源制御方法において、不使用時の電力消費を極めて効果的に低減することが可能である。

本発明の実施態様として、前記スイッチ素子は、ｐチャネルＦＥＴであり、前記一方端がソース端子、前記他方端がドレイン端子、前記制御端子がゲート端子である、とすることができる。スイッチ素子としてＦＥＴを用いれば極めてオフ電流を小さくできる。したがって、オフ状態（＝携帯機器の不使用時など）での電力消費を低減するのに好都合である。

また、実施態様として、前記制御信号発生部が、メカニカルなオンオフスイッチを含み、前記メカニカルなオンオフスイッチが閉じた状態で前記スイッチ素子をオンとする前記制御信号を前記制御端子に供給し、前記メカニカルなスイッチが開いた状態では前記スイッチ素子をオンとする前記制御信号を前記制御端子に供給しない、とすることができる。制御信号発生部を構成するひとつの例である。

また、実施態様として、前記第２の制御信号発生部が、タイマを含み、前記スイッチ素子がオフ状態からオン状態に移行したときに前記タイマが起動し一定時間経過後に前記スイッチ素子の前記制御端子に前記スイッチ素子をオンとする前記第２の制御信号を供給する、としてもよい。これによれば、タイマが一定時間経過を満了しない限り第２の制御信号が発生しない。すなわち、制御信号発生部によるスイッチ素子をオンとする制御信号の供給が少なくとも一定時間継続しないと、電源装置としてオフからオンに移行しない。よって、制御信号の発生がごく短時間である場合などを排除して誤動作を防止できる。

また、実施態様として、前記第２の制御信号発生部が発生する前記第２の制御信号は、オープンドレイン形式で出力される、とすることができる。オープンドレイン形式であるとその負荷回路がより簡略的に構成できる。これにより、第２の制御信号を供給するスイッチ素子との接続が容易になる。

また、実施態様として、前記スイッチ素子の前記一方端と前記他方端との間に並列に前記他方端から前記一方端に向かう方向が順方向であるように接続されたダイオードをさらに具備するようにしてもよい。負荷側にから電池に充電を可能とするものである。したがって、ここで、前記電池をさらに具備し、前記電池が二次電池である、とすることもできる。また、前記スイッチ素子の前記他方端にさらに接続された充電回路をさらに具備する、とすることもできる。

また、本発明に係る携帯機器の電源制御方法の実施態様として、前記スイッチ素子に前記第２の制御信号を供給して前記スイッチ素子をオンとした後に、前記第２の制御信号の前記スイッチ素子への供給を止めて前記スイッチ素子をオフとするステップをさらに具備するようにしてもよい。すなわち、いわゆるオートパワーオフを行うものである。

ここで、前記スイッチ素子に前記第２の制御信号を供給して前記スイッチ素子をオンとした後であって前記第２の制御信号の前記スイッチ素子への供給を止めて前記スイッチ素子をオフとする前に、前記他方端にさらに接続された電池電圧検出回路により前記電池の電圧を検出するステップをさらに具備するようにしてもよい。上記で述べたスイッチ素子のオフからオンへの移行、およびオンからオフの移行を電池電圧検出のための動作の一部とするものである。このような応用的な適用も考えられる。

また、本発明に係る携帯機器の電源制御方法の実施態様として、前記電池が二次電池であるとしてもよいのはもちろんである。

以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る携帯機器の電源装置の構成を示す回路／ブロック図である。図１に示すように、この電源装置１は、これを挟んで一方に電池５が、他方にシステム負荷３の一部、その他負荷６、および充電回路８が接続されて使用される。電源装置１は、制御信号発生部１０、第２の制御信号発生部３０、ｐチャネルＦＥＴ２、ダイオード７を有する。制御信号発生部１０は、抵抗１１、１２、オンオフスイッチ１３、コンデンサ１５を有する。第２の制御信号発生部３０は、出力ＦＥＴ３１、システム負荷３の一部としてのタイマ３ａおよび電池電圧検出回路３ｂを有する。

ｐチャネルＦＥＴ２は、電池５と、システム負荷３およびその他負荷６とを電気的に接続または非接続とするためのスイッチ素子であり、ノーマリオフ型（ゲートソース間の電圧がゼロのときオフ）のＦＥＴである。電池５側にソース端子が、システム負荷３およびその他負荷６側にドレイン端子が接続される。

制御信号発生部１０は、ｐチャネルＦＥＴ２をオンとするための制御信号を発生するものである。このため、図示するように、電池５の出力を入力とし、出力（制御信号が出力される）をｐチャネルＦＥＴ２のゲート端子に接続している。また、制御信号発生部１０は、電池５の出力に一端が接続された抵抗１１と、この抵抗１１の他端とグラウンド間に接続されたメカニカルなオンオフスイッチ１３と、抵抗１１の他端と一端が接続された抵抗１２と、この抵抗１２の他端とグラウンド間に接続されたコンデンサ１４と有し、抵抗１２の他端が出力としてｐチャネルＦＥＴ２のゲート端子に接続されている。

第２の制御信号発生部３０は、ｐチャネルＦＥＴ２のドレイン端子からの電圧供給により動作するシステム負荷３を有し、システム負荷３が備えるタイマ３ａの出力は出力ＦＥＴ３１のゲート端子に接続されている。タイマ３ａが一定時間の経過の旨を出力するとその出力信号のレベルにより出力ＦＥＴ３１がオンまたはオフとなる。出力ＦＥＴ３１がオンすると、このドレイン端子（オープンドレイン形式のドレイン端子）に接続されたｐチャネルＦＥＴ２のゲート端子に、ｐチャネルＦＥＴ２をオンとする第２の制御信号が出力されたことになる。

ダイオード７は、ｐチャネルＦＥＴ２のソース端子、ドレイン端子間と並列にドレインからソースへの方向が順方向となるように接続される。ダイオード７は、その他負荷６などと並列に接続された充電回路８が出力する電流（充電電流）を電池５に供給するための供給路となるものである。

電池電圧検出回路３ｂは、システム負荷３に電池５の電圧が供給されている間にその電圧を検出するものである。なお、システム３には、図示のほかにマイクロプロセッサなどが備えられており、例えばオートパワーオフ機能のための制御動作などを行うことができる。

電池５は、この実施形態では、リチウムイオン電池などの二次電池であるとする。電池５として単三電池などの一次電池を使用する形態としてもよく、その場合には充電が考えられないので充電回路８およびダイオード７のない構成とすることができる。

その他負荷６は、システム負荷３以外の負荷部分である。例えば液晶ディスプレイやモータなどのアクチュエータ、信号処理基板など電力供給により動作する電気的負荷の部分である。充電回路８は、電池５を充電するための回路である。電力の供給源としては、例えば家庭用ＡＣ１００Ｖ電源、自動車バッテリー、乾電池などを例示することができる。

次に、図１に示した携帯機器の電源装置１の動作を図２をも参照して説明する。図２は、図１に示した携帯機器の電源装置の動作フローを示す流れ図であり、電源のオンから電源のオフまでの一連の流れを示している。

初期状態で電源がオフ（すなわちｐチャネルＦＥＴ２がオフ）であるとして、これをオンとすべくまず制御信号発生部１０により制御信号を発生させる。この制御信号は、オンオフスイッチ１３を閉じる状態とする操作がユーザによりなされると発生する。すなわち、オンオフスイッチ１３が開いた状態（図示の状態）では、電池５の出力電圧が抵抗１１、抵抗１２と伝播してコンデンサ１４を充電しているので、電池５の出力電圧がｐチャネルＦＥＴ２のゲート端子には電池５の出力電圧が印加されている。一方ｐチャネルＦＥＴ２のソース端子にも電池５の出力電圧が印可されているので、ノーマリオフ型のｐチャネルＦＥＴ２はオフである。システム負荷３をはじめその他負荷６には電源供給されていない。

オンオフスイッチ１３を閉じる状態とする操作がユーザによりなされると、コンデンサ１４の充電電荷がグラウンドに放出されｐチャネルＦＥＴ２のソース端子の電圧はグラウンドレベルまで低下する。したがって、ｐチャネルＦＥＴ２のゲートソース間に電圧が印加されｐチャネルＦＥＴ２のソースドレイン間がオンとなる。これにより電池５の出力電圧がｐチャネルＦＥＴ２を介してシステム負荷３などの負荷に印加される。この電圧印加によりシステム負荷３が起動しタイマ３ａが起動する（ステップ２１）。タイマ３ａの出力はすぐには出力ＦＥＴ３１をオンとさせる出力とはならない。

オンオフスイッチ１３を閉じる状態とする操作がある時間継続しない場合（すなわち、オンオフスイッチ１３が閉じる状態から開いた状態にすぐに戻った場合）には、ｐチャネルＦＥＴ２のゲート端子の電圧は再び電池５の出力が印加される状態となる。これによりｐチャネルＦＥＴ２はオフとなるので電力供給が止みシステム負荷３などの動作は強制停止する（ステップ２２のＮ）。この場合は、電源装置１としてオンとなることなく終了である。

オンオフスイッチ１３を閉じる状態とする操作がある一定時間継続すると（ステップ２３のＹ：一定時間は例えば数百ｍｓ）、タイマ３ａがその旨を出力しこれにより出力ＦＥＴ３１がオンとなる。したがって、ｐチャネルＦＥＴ２をオンとする第２の制御信号がそのゲート端子に出力される（ステップ２４）。これにより電源装置１としてオン状態に移行する。この移行後はオンオフスイッチ１３を閉じる状態とする操作がなくなっても上記第２の制御信号によりｐチャネルＦＥＴ２がオンとなる。

電源装置１としてオン状態となった後は、システム負荷３が有するマイクロプロセッサの制御により、操作が一定時間（第２の一定時間）ないなどの検出を試みそれが検出された場合には（ステップ２５のＹ）、これをタイマ３ａの出力に反映させて出力ＦＥＴ３１をオフさせる。これによりｐチャネルＦＥＴ２のゲート端子への制御信号（第２の制御信号）の供給が止まるのでｐチャネルＦＥＴ２はオフとなる（ステップ２６）。すなわち、電源装置１の動作としてオートパワーオフされたことになる。

この実施形態によれば、電源装置１としてオフのときにはシステム負荷３に電力供給されていないので、電源オフ時の電力消費を極力抑えることが可能である。また、タイマ３ａを用いているので、オンオフスイッチ１３を閉じる状態とする操作がある一定時間継続しないと動作上は無視される。これは、オンオフスイッチ１３の操作が意図的であるのか偶発的であるのかの見分けとして誤動作防止の意味で好ましい。なお偶発的な操作を想定しない場合にはタイマ３ａを省略することも可能である。

また、スイッチ素子としてｐチャネルＦＥＴ２を例示して説明したが、これに限らずほかの素子を利用することが可能である。例えば、メカニカルなリレー素子を利用することもできる。さらに、電池５の正極側にスイッチ素子を設けたが、負極側に設ける構成とすることもできる。その場合にスイッチ素子としてＦＥＴを利用する場合には、ｎチャネルＦＥＴを使用する。

また、制御信号発生部１０は、スイッチ素子としてのｐチャネルＦＥＴ２をオンに移行させるきっかけとしての制御信号を供給すれば足りるので、図１に示した構成のほかにも回路として多様な選択ができる。例えば、図１ではオンオフスイッチ１３がノーマリオフ型であるが、ノーマリオン型であっても内部回路構成を工夫すれば利用することができる。さらに、図１に示す場合は、電池５の出力電圧を利用して制御信号発生部１０が動作するが、電池５の出力電圧を利用しない構成も考えられる。例えば、電池５の負極側にｎチャネルＦＥＴのスイッチ素子を設け、このゲート端子に例えば手操作で電圧を発生する圧電素子の出力を接続するなどの構成である。

また、図１に示した構成では、出力ＦＥＴ３１の出力形式がオープンドレインであるが、回路が多少複雑になることを許容するならばオープンドレイン形式でなくてもよい。

図３は、図１に示した携帯機器の電源装置における電池電圧検出動作時フローを示す流れ図である。電池電圧検出はシステム負荷３の電池電圧検出回路３ｂによりなされるが、図３に示す動作では、電源装置１がオフ状態であるときに、電池電圧の検出をユーザが操作としてこの携帯機器に加えた場合を想定する。

図３において、図２と同じ参照符号を付したステップは基本的に同じ動作である。その説明は特に加えることがない限り省略する。まず、初期状態で電源がオフ（すなわちｐチャネルＦＥＴ２がオフ）であるとして、ユーザが電池５の電圧検出を命ずる操作を行う。これは、例えば、制御信号発生部１０と同様な構成を有しｐチャネルＦＥＴ２のソース端子にも同様な接続を有する別の制御信号発生部を設け、そのオンオフスイッチに対するユーザの操作による。制御信号発生部１０におけるオンオフスイッチ１３と別の制御信号発生部におけるオンオフスイッチとの、電源装置１による識別のためには、例えば、別の制御信号発生部のオンオフスイッチには連動スイッチを設け、この連動スイッチの状態をシステム負荷３が検知可能に構成しておくことが考えられる。

ｐチャネルＦＥＴ２をオンとすべく別の制御信号発生部のオンオフスイッチ１３（以下、「別の制御信号発生部」についても、その内部構成に図１と同じ参照符号を使用する。）により制御信号を発生させる。これにより、ｐチャネルＦＥＴ２がオンとなるので、システム負荷３が起動しタイマ３ａが起動する（ステップ２１）。以下、ステップ２２、ステップ２３、ステップ２４と図２での説明と同じであり、ステップ２４で電源装置１としてオンに移行したらシステム負荷３に含まれる電池電圧検出回路３ｂにより電池電圧を検出する（ステップ４１）。そして、その検出結果について何らかの表示を行う（ステップ４２）。例えば、ディスプレイ（図示せず）に表示する、ＬＥＤなどの表示ランプ（図示せず）を点灯させる、などである。

検出結果について表示がされたらシステム負荷３が有するマイクロプロセッサの制御により（このとき上記で説明した連動スイッチによりマイクロプロセッサは電池電圧検出であることを認識しているので）、一定時間後に、その旨をタイマ３ａの出力に反映させて出力ＦＥＴ３１をオフさせる。これによりｐチャネルＦＥＴ２のゲート端子への制御信号（第２の制御信号）の供給が止まるのでｐチャネルＦＥＴ２はオフとなる（ステップ２６）。すなわち、電源装置１の動作として電池電圧の検出の動作が完了する。

図３の動作説明では、図１に示した構成ほぼそのままで電池電圧検出が効率的に行えることが示される。この電池電圧検出では、必要なときのみシステム負荷３などが電源供給され無駄な電力消費が生じない。

本発明の一実施形態に係る携帯機器の電源装置の構成を示す回路／ブロック図。 図１に示した携帯機器の電源装置の動作フローを示す流れ図。 図１に示した携帯機器の電源装置における電池電圧検出動作時フローを示す流れ図。

符号の説明

１…電源装置、２…ｐチャネルＦＥＴ、３…システム負荷、３ａ…タイマ、３ｂ…電池電圧検出回路、５…電池、６…その他負荷、７…ダイオード、８…充電回路、１０…制御信号発生部、１１…抵抗、１２…抵抗、１３…オンオフスイッチ、１４…コンデンサ、３０…第２の制御信号発生部、３１…出力ＦＥＴ。

Claims (12)

1. 一方端には電池、他方端には負荷が接続され得、かつ前記一方端および前記他方端のほかに制御端子を有するスイッチ素子と、
   前記制御端子に前記スイッチ素子をオンとする制御信号を供給し得る制御信号発生部と、
   前記スイッチ素子の前記他方端にさらに接続され、前記スイッチ素子がオン状態のときに前記スイッチ素子の前記制御端子に前記スイッチ素子をオンとする第２の制御信号を供給する第２の制御信号発生部と
   を具備することを特徴とする携帯機器の電源装置。
2. 前記スイッチ素子が、ｐチャネルＦＥＴであり、前記一方端がソース端子、前記他方端がドレイン端子、前記制御端子がゲート端子であることを特徴とする請求項１記載の携帯機器の電源装置。
3. 前記制御信号発生部が、メカニカルなオンオフスイッチを含み、前記メカニカルなオンオフスイッチが閉じた状態で前記スイッチ素子をオンとする前記制御信号を前記制御端子に供給し、前記メカニカルなスイッチが開いた状態では前記スイッチ素子をオンとする前記制御信号を前記制御端子に供給しないことを特徴とする請求項１記載の携帯機器の電源装置。
4. 前記第２の制御信号発生部が、タイマを含み、前記スイッチ素子がオフ状態からオン状態に移行したときに前記タイマが起動し一定時間経過後に前記スイッチ素子の前記制御端子に前記スイッチ素子をオンとする前記第２の制御信号を供給することを特徴とする請求項１記載の携帯機器の電源装置。
5. 前記第２の制御信号発生部が発生する前記第２の制御信号が、オープンドレイン形式で出力されることを特徴とする請求項１記載の携帯機器の電源装置。
6. 前記スイッチ素子の前記一方端と前記他方端との間に並列に前記他方端から前記一方端に向かう方向が順方向であるように接続されたダイオードをさらに具備することを特徴とする請求項１記載の携帯機器の電源装置。
7. 前記電池をさらに具備し、前記電池が二次電池であることを特徴とする請求項６記載の携帯機器の電源装置。
8. 前記スイッチ素子の前記他方端にさらに接続された充電回路をさらに具備することを特徴とする請求項７記載の携帯機器の電源装置。
9. 一方端には電池、他方端には負荷が接続され得、かつ前記一方端および前記他方端のほかに制御端子を有するスイッチ素子をオンすべく前記制御端子に制御信号を供給するステップと、
   前記制御信号によりオンとされた前記スイッチ素子の前記他方端にさらに接続されている制御信号発生部により前記スイッチ素子の前記制御端子に前記スイッチ素子をオンとする第２の制御信号を供給するステップと
   を具備することを特徴とする携帯機器の電源制御方法。
10. 前記スイッチ素子に前記第２の制御信号を供給して前記スイッチ素子をオンとした後に、前記第２の制御信号の前記スイッチ素子への供給を止めて前記スイッチ素子をオフとするステップをさらに具備することを特徴とする請求項９記載の電源制御方法。
11. 前記スイッチ素子に前記第２の制御信号を供給して前記スイッチ素子をオンとした後であって前記第２の制御信号の前記スイッチ素子への供給を止めて前記スイッチ素子をオフとする前に、前記他方端にさらに接続された電池電圧検出回路により前記電池の電圧を検出するステップをさらに具備することを特徴とする請求項１０記載の電源制御方法。
12. 前記電池が二次電池であることを特徴とする請求項９記載の電源制御方法。

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