電源回路
【課題】電源回路に関し、無駄に消費されているエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーを有効利用することができる電源回路を提供することを目的とする。
【解決手段】電源１と負荷回路２との間にエネルギー蓄積回路４を挿入し、前記エネルギー蓄積回路は電位差を発生させる電位差発生手段と、前記電位差発生手段で発生した電位差をエネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段と、を有することを特徴とする。
【解決手段】電源１と負荷回路２との間にエネルギー蓄積回路４を挿入し、前記エネルギー蓄積回路は電位差を発生させる電位差発生手段と、前記電位差発生手段で発生した電位差をエネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路に関し、特に回路で無駄に消費されるエネルギーの蓄積と再利用が可能な回路を含む電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源回路においては省部品点数化や低ノイズ化の観点からシリーズ電源回路やシャント電源回路が使用される例が多く見られる。
【０００３】
しかしながら、これらの電源回路を使用すると入力側の電圧と出力側の電圧の差分電圧と電源回路の消費電流により、多くの電力を消費し、無駄な熱エネルギーが発生する。
【０００４】
無駄な熱エネルギーを削減する手法としては、例えばマイクロコンピュータが動作していないときには通常の電源電圧よりも低い電圧をマイクロコンピュータに印可するように制御し、消費電力を削減することにより熱の発生を抑制する方法などが提案されていた（例えば、特許文献1参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７５４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、従来の電源回路では回路動作中に無駄な電力が消費され、熱エネルギーに変換されており、エネルギーが無駄に消費されているという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、無駄に消費されているエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーを有効利用することができる電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１の発明は、電源と負荷回路との間にエネルギー蓄積回路を挿入し、前記エネルギー蓄積回路は電位差を発生させる電位差発生手段と、前記電位差発生手段で発生した電位差をエネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、第２の発明は、第１の発明に係る電源回路において、エネルギー蓄積手段は複数の素子と、前記複数の素子の接続を切り換える切り換え手段から構成されることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、第１または第２の発明において、エネルギーを蓄積する素子はコンデンサであることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、第１または第２の発明において、エネルギーを蓄積する素子はコンデンサと抵抗であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源回路で無駄に消費されているエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーを有効利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１３】
〈第１の実施例〉
図１は本発明の第１実施例の電源回路の構成を示す図である。
【００１４】
図１の電源回路は、１２ボルト電源１、出力電圧が５ボルトの三端子レギュレータＩＣ２、制御回路３及びエネルギー蓄積回路４から構成されている。尚、三端子レギュレータＩＣとは入力電圧が所定値以上である場合に一定の電圧（この例では５ボルト）を出力する機能を有するレギュレータＩＣである。
【００１５】
エネルギー蓄積回路４は抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４から構成されている。また、α及びβは接地点に対する抵抗Ｒ１の両端の電位である。制御回路３はαおよびβの値を計測し演算する機能と、計測結果および演算結果に基づいてスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を適切な状態に切り換える指令を出す機能とを有する。尚、スイッチＳ３は２つのスイッチを内蔵するが、これらは同時にＯＰＥＮまたはＳＨＯＲＴ状態に切り替わる。Ｉ１は回路に流れる電流である。
【００１６】
図１の電源回路において、三端子レギュレータＩＣ２は特許請求の範囲中の電源電圧よりも低い電圧で動作する負荷回路に、抵抗Ｒ１は電位差発生手段に、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４から構成される回路はエネルギー蓄積手段に、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はエネルギー蓄積手段を構成する複数の素子に、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４はエネルギー蓄積手段を構成する切り換え手段に相当する。
【００１７】
尚、図１の電源回路においては、回路構成を簡略化し説明を容易にするため、電源安定化用のコンデンサや発振防止用のコンデンサは省略されている。
【００１８】
次に図１の電源回路の動作に関して説明する。
【００１９】
三端子レギュレータＩＣ２が正常に動作するためにはＩＮ端子とＯＵＴ端子の電位差が2ボルト以上必要であると仮定する。ＯＵＴ端子に出力される電圧は５ボルトであるからＩＮ端子に入力される電圧は７ボルト以上必要である。
【００２０】
抵抗Ｒ１においてＲ１×Ｉ１の電圧降下が生じるが、
１２ボルト−（Ｒ１×Ｉ１）≧７ボルト
を満たすように抵抗Ｒ１の値を設定すれば、三端子レギュレータＩＣ２は正常に動作可能である。ここでＩ１の最大値を１Ａと仮定すれば、抵抗Ｒ１は５オーム以下とすればよい。
【００２１】
以下、抵抗Ｒ１＝５オームと設定したときの例について説明を行う。
【００２２】
図４はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続状態とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態を示す図である。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせは図４中のＫ１及びＫ２の２種類しかなく、制御回路３の指令によりＫ１及びＫ２の何れかの状態に制御される。
【００２３】
電源投入時のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせはＫ１、Ｋ２の何れでもかまわないが、ここでは便宜上電源投入時の組み合わせはＫ１であるとする。
Ｋ１の組み合わせでは図４に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４はＢ側に接続され、スイッチＳ３はＳＨＯＲＴされている。これはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が抵抗Ｒ１と並列に接続された状態であり、図２に示す回路と実質的に同じである。
【００２４】
図２は本発明の第１実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ１の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。同図中、図１と同一部品については同一符号を付し、その説明は省略する。４Ａはエネルギー蓄積回路である。但し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及び制御回路３は図示していない。
【００２５】
図５は時間の経過によるコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差の変化の様子を示す図である。ここで、１２ボルト電源１が動作した瞬間（電源投入時）を考えると、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３には充電されてない状態なのでコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差は０ボルトである。すなわち、抵抗Ｒ１が短絡された状態である。時間の経過とともにコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３には充電電流が流れ、徐々に両端の電位差は大きくなる。十分に時間が経過した後は定常状態になりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端電圧は５ボルトになる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーが最大に蓄積された満充電状態である。
【００２６】
以上のように、図２の電源回路において、定常状態ではコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差は５ボルトとなり、抵抗Ｒ１で発生した電位差がコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーとして蓄積される。
【００２７】
制御回路３はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ１の場合にはαおよびβの値を計測し、計測値から演算によりα−βの値を求める。α−βの値はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差であるから、この値からコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電状態にあるか否かを判断することができる。本実施例ではα−β＝５ボルトが満充電状態であるから、制御回路３内にあらかじめ適切な閾値ＴＨ１（例えばＴＨ１＝４．７ボルト）を設定しておけば、設定した閾値とα−βの値とを比較することにより満充電に近い状態にあるか否かを判断することができる。この場合にはα−β≧４．７ボルトであれば、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電に近い状態にあると判断できる。
【００２８】
制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電に近い状態にあると判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせをＫ２に切り換えるよう指令を出す。Ｋ２の組み合わせでは図４に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４はＡ側に接続され、スイッチＳ３はＯＰＥＮとなる。これはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列回路が１２ボルト電源１に並列に接続された状態であり、図３に示す回路と実質的に同じである。
【００２９】
図３は本発明の第１実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ２の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。同図中、図１と同一部品については同一符号を付し、その説明は省略する。４Ｂはエネルギー蓄積回路である。但し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及び制御回路３は図示してない。Ｉ２は回路に流れる電流である。
【００３０】
図３の電源回路において、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ満充電に近い状態と判断された４．７ボルト以上に充電されている。仮にそれぞれが４．７ボルトに充電されていたとするとコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続では両端の電位差は４．７×３＝１４．１ボルトとなる。これは１２ボルト電源１よりも高い電位であるから、回路電流Ｉ１は１２ボルト電源１からではなく、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から供給される。また、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から１２ボルト電源１側にも回路電流Ｉ２が供給され、１２ボルト電源１を充電することができる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効に利用されている状態である。
【００３１】
しかしながら、回路電流Ｉ１及びＩ２を供給することによりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のエネルギーは消費され、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続の両端の電位差は初期値である１４．１ボルトよりも徐々に下がってくる。やがて１２ボルト電源１の電圧と等しい１２ボルトまで下がると、もはやコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から回路に電流を供給することはできなくなる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効利用できない状態である。
【００３２】
制御回路３はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ２の場合にはαの値を計測する。αはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続の両端の電位差そのものであるから、αを計測することによりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電状態を知ることができる。制御回路３内にあらかじめ適切な閾値ＴＨ２（例えばＴＨ２＝１２ボルト）を設定しておけば、設定した閾値とαの値とを比較することにより充電すべき状態にあるか否かを判断することができる。α≦１２ボルトであれば、もはやコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効利用できない状態であるから、制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を充電すべき状態と判断し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ１になるように各スイッチに指令を出す。
【００３３】
このとき、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの両端電圧は１２ボルト÷３＝４ボルトとなっているので、この状態からから両端電圧が４．７ボルトになるまで充電される。
この状態になると、制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は満充電に近い状態であると判断し、再びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ２になるように各スイッチに指令を出す。
【００３４】
このように、制御回路３はαおよびβの値を計測及び演算することにより、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電状態を判断し、満充電に近い状態と判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ２になるように各スイッチに指令を出す。また、充電すべき状態と判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ１になるように各スイッチに指令を出す。この動作が連続的に繰り返される。すなわち、エネルギーの蓄積と有効利用が連続的に繰り返される。
【００３５】
図６はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の切り換えが連続的に繰り返される場合のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの両端電圧とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態（Ｋ１またはＫ２）の変化の様子を示す図である。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせが変わるたびにコンデンサの充放電が繰り返され両端の電位差は変化する。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態がＫ１の時にコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーが蓄積され、Ｋ２の時に蓄積されたエネルギーが有効利用される。
【００３６】
〈第２の実施例〉
図７は本発明の第２実施例の電源回路の構成を示す図である。
【００３７】
図７の電源回路は、１２ボルト電源１、出力電圧が５ボルトの三端子レギュレータＩＣ２、制御回路３、及びエネルギー蓄積回路５から構成されている。尚、三端子レギュレータＩＣとは入力電圧が所定値以上である場合に一定の電圧（この例では５ボルト）を出力する機能を有するレギュレータＩＣである。
【００３８】
エネルギー蓄積回路５は抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６から構成されている。また、α及びβは接地点に対する抵抗Ｒ１の両端の電位である。制御回路３はαおよびβの値を計測し演算する機能と、計測結果および演算結果に基づいてスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を適切な状態に切り換える指令を出す機能とを有する。Ｉ１は回路に流れる電流である。
【００３９】
図７の電源回路において、三端子レギュレータＩＣ２は特許請求の範囲中の電源電圧よりも低い電圧で動作する負荷回路に、抵抗Ｒ１は電位差発生手段に、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６から構成される回路はエネルギー蓄積手段に、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はエネルギー蓄積手段を構成する複数の素子に、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６はエネルギー蓄積手段を構成する切り換え手段に相当する。
【００４０】
尚、図７の電源回路においては、回路構成を簡略化し説明を容易にするため、電源安定化用のコンデンサや発振防止用のコンデンサは省略されている。
【００４１】
次に図７の電源回路の動作に関して説明する。
【００４２】
図９はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続状態とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態を示す図である。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせは図９中のＫ１及びＫ２の２種類しかなく、制御回路３の指令によりＫ１及びＫ２の何れかの状態に制御される。
【００４３】
電源投入時のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせはＫ１、Ｋ２の何れでもかまわないが、ここでは便宜上電源投入時の組み合わせはＫ１であるとする。Ｋ１の組み合わせでは図９に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６はＢ側に接続され、スイッチＳ５はＳＨＯＲＴされている。これは抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１の直列回路、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２の直列回路、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３の直列回路が抵抗Ｒ１と並列に接続された状態であり、図８に示す回路と実質的に同じである。
【００４４】
図８は本発明の第２実施例の電源回路において、スイッチの組み合わせがＫ１の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。同図中、図１と同一部品については同一符号を付し、その説明は省略する。５Ａはエネルギー蓄積回路である。但し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６及び制御回路３は図示していない。
【００４５】
図５は時間の経過によるコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差の変化の様子を示す図である。ここで、１２ボルト電源１が動作した瞬間（電源投入時）を考えると、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３には充電がされていない状態なのでコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差は０ボルトである。すなわち、抵抗Ｒ１が短絡された状態である。時間の経過とともにコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３には充電電流が流れ、徐々に両端の電位差は大きくなる。十分に時間が経過した後は上述の定常状態になりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端電圧は５ボルトになる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーが最大に蓄積された満充電状態である。
【００４６】
以上のように、図８の電源回路において、定常状態ではコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差は５ボルトとなり、抵抗Ｒ１で発生した電位差がコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーとして蓄積される。
【００４７】
制御回路３はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ１の場合にはαおよびβの値を計測し、計測値から演算によりα−βの値を求める。α−βの値はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差であるから、この値からコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電状態にあるか否かを判断することができる。本実施例ではα−β＝５ボルトが満充電状態であるから、制御回路３内にあらかじめ適切な閾値ＴＨ１（例えばＴＨ１＝４．７ボルト）を設定しておけば、設定した閾値とα−βの値とを比較することにより満充電に近い状態にあるか否かを判断することができる。この場合にはα−β≧４．７ボルトであればコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電に近い状態にあると判断できる。
【００４８】
制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電に近い状態にあると判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせをＫ２に切り換えるよう指令を出す。Ｋ２の組み合わせでは図９に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６はＡ側に接続され、スイッチＳ５はＯＰＥＮとなる。これはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列回路が１２ボルト電源１に並列に接続された状態であり、実施例１で説明した図３に示す回路と実質的に同じである。
【００４９】
図３の電源回路において、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ満充電に近い状態と判断された４．７ボルト以上に充電されている。仮にそれぞれが４．７ボルトに充電されていたとするとコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続では両端の電位差は４．７×３＝１４．１ボルトとなる。これは１２ボルト電源１よりも高い電位であるから、回路電流Ｉ１は１２ボルト電源１からではなく、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から供給される。また、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から１２ボルト電源１側にも回路電流Ｉ２が供給され、１２ボルト電源１を充電することができる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効に利用されている状態である。
【００５０】
しかしながら、回路電流Ｉ１及びＩ２を供給することによりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のエネルギーは消費され、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続の両端の電位差は初期値である１４．１ボルトよりも徐々に下がってくる。やがて１２ボルト電源１の電圧と等しい１２ボルトまで下がると、もはやコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から回路に電流を供給することはできなくなる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効利用できない状態である。
【００５１】
制御回路３はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ２の場合にはαの値を計測する。αはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続の両端の電位差そのものであるから、αを計測することによりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電状態を知ることができる。制御回路３内にあらかじめ適切な閾値ＴＨ２（例えばＴＨ２＝１２ボルト）を設定しておけば、設定した閾値とαの値とを比較することにより充電すべき状態にあるか否かを判断することができる。α≦１２ボルトであれば、もはやコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効利用できない状態であるから、制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を充電すべき状態と判断し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ１になるように各スイッチに指令を出す。
【００５２】
このとき、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの両端電圧は１２ボルト÷３＝４ボルトとなっているので、この状態から両端電圧が４．７ボルトになるまで充電される。
この状態になると、制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は満充電に近い状態であると判断し、再びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ２になるように各スイッチに指令を出す。
【００５３】
このように、制御回路３はαおよびβの値を計測および演算することにより、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電状態を判断し、満充電に近い状態と判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ２になるように各スイッチに指令を出す。また、充電すべき状態と判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ１になるように各スイッチに指令を出す。この動作が連続的に繰り返される。すなわち、エネルギーの蓄積と有効利用が連続的に繰り返される。
【００５４】
実施例１において説明した図６に示すように、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせが変わるたびにコンデンサの充放電が繰り返され両端の電位差は変化する。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態がＫ１の時にコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーが蓄積され、Ｋ２の時に蓄積されたエネルギーが有効利用される。
【００５５】
また、図７及び図８の電源回路において、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４には電源回路の構成部品を保護する役割がある。以下、図２の電源回路と比較しながら説明する。
【００５６】
本発明の第１の実施例における図２では電位差発生手段として抵抗Ｒ１を有し、エネルギー蓄積手段としてコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を有する。また、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は並列に接続されている。この構成の場合には電源投入時に一瞬コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に大きな突入電流が流れるとともに、抵抗Ｒ１が一瞬短絡されることから、三端子レギュレータＩＣ２のＩＮ端子には一瞬１２ボルト電源１の電圧がそのまま印可される。この結果、本発明の構成部品であるコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および三端子レギュレータＩＣ２を劣化させるおそれが生じる。
【００５７】
図８の電源回路において、図２の電源回路と異なる部分はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれに抵抗Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４が直列に挿入された点である。
【００５８】
図８の構成では、電源投入時のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３への突入電流は抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４により制限され減少する。また、三端子レギュレータＩＣ２のＩＮ端子に瞬間的に印可される電圧は１２ボルトより抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の並列回路において発生する電位差分だけ減少する。この結果、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および三端子レギュレータＩＣ２の劣化を防止することができる。
【００５９】
図７の電源回路においても、電源投入時のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の組み合わせが、必ずＫ１に初期化されるようにすれば、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の効果により、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および三端子レギュレータＩＣ２の劣化を防止することができる。
【００６０】
尚、第１及び第２の実施例では電位差発生手段として抵抗を使用しているが、電位差を発生する部品であればどのようなものでも良く、例えば汎用ダイオードやツェナーダイオード、それらと抵抗との組み合わせなどが考えられる。
【００６１】
また、第１及び第２の実施例ではエネルギー蓄積手段としてコンデンサを使用しているが、エネルギーを蓄積可能な部品であればどのようなものでも良く、例えば充電可能な電池や電池とコンデンサとの組み合わせなどが考えられる。
【００６２】
また、第１及び第２の実施例では電源を１２ボルト、三端子レギュレータの出力を５ボルトとしたが、あくまでも一例であって、この電圧に制限されるものではない。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施例の電源回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ１の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ２の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。
【図４】コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続状態とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態を示す図である。
【図５】時間の経過によるコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差の変化の様子を示す図である。
【図６】スイッチの接続状態の切り換えが連続的に繰り返される場合のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの両端電圧とスイッチの接続状態の変化の様子を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例の電源回路の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ１の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。
【図９】コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続状態とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ １２ボルト電源
２ 三端子レギュレータＩＣ
３ 制御回路
４、４Ａ、４Ｂ、５、５Ａ エネルギー蓄積回路
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチ
Ｉ１、Ｉ２ 回路電流
α、β 所定箇所の電位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源回路に関し、特に回路で無駄に消費されるエネルギーの蓄積と再利用が可能な回路を含む電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電源回路においては省部品点数化や低ノイズ化の観点からシリーズ電源回路やシャント電源回路が使用される例が多く見られる。
【０００３】
しかしながら、これらの電源回路を使用すると入力側の電圧と出力側の電圧の差分電圧と電源回路の消費電流により、多くの電力を消費し、無駄な熱エネルギーが発生する。
【０００４】
無駄な熱エネルギーを削減する手法としては、例えばマイクロコンピュータが動作していないときには通常の電源電圧よりも低い電圧をマイクロコンピュータに印可するように制御し、消費電力を削減することにより熱の発生を抑制する方法などが提案されていた（例えば、特許文献1参照）。
【特許文献１】特開平１０−１７５４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、従来の電源回路では回路動作中に無駄な電力が消費され、熱エネルギーに変換されており、エネルギーが無駄に消費されているという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、無駄に消費されているエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーを有効利用することができる電源回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１の発明は、電源と負荷回路との間にエネルギー蓄積回路を挿入し、前記エネルギー蓄積回路は電位差を発生させる電位差発生手段と、前記電位差発生手段で発生した電位差をエネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
上記目的を達成するため、第２の発明は、第１の発明に係る電源回路において、エネルギー蓄積手段は複数の素子と、前記複数の素子の接続を切り換える切り換え手段から構成されることを特徴とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、第１または第２の発明において、エネルギーを蓄積する素子はコンデンサであることを特徴とする。
【００１０】
上記目的を達成するため、第１または第２の発明において、エネルギーを蓄積する素子はコンデンサと抵抗であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電源回路で無駄に消費されているエネルギーを蓄積し、蓄積したエネルギーを有効利用することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。
【００１３】
〈第１の実施例〉
図１は本発明の第１実施例の電源回路の構成を示す図である。
【００１４】
図１の電源回路は、１２ボルト電源１、出力電圧が５ボルトの三端子レギュレータＩＣ２、制御回路３及びエネルギー蓄積回路４から構成されている。尚、三端子レギュレータＩＣとは入力電圧が所定値以上である場合に一定の電圧（この例では５ボルト）を出力する機能を有するレギュレータＩＣである。
【００１５】
エネルギー蓄積回路４は抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４から構成されている。また、α及びβは接地点に対する抵抗Ｒ１の両端の電位である。制御回路３はαおよびβの値を計測し演算する機能と、計測結果および演算結果に基づいてスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を適切な状態に切り換える指令を出す機能とを有する。尚、スイッチＳ３は２つのスイッチを内蔵するが、これらは同時にＯＰＥＮまたはＳＨＯＲＴ状態に切り替わる。Ｉ１は回路に流れる電流である。
【００１６】
図１の電源回路において、三端子レギュレータＩＣ２は特許請求の範囲中の電源電圧よりも低い電圧で動作する負荷回路に、抵抗Ｒ１は電位差発生手段に、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４から構成される回路はエネルギー蓄積手段に、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はエネルギー蓄積手段を構成する複数の素子に、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４はエネルギー蓄積手段を構成する切り換え手段に相当する。
【００１７】
尚、図１の電源回路においては、回路構成を簡略化し説明を容易にするため、電源安定化用のコンデンサや発振防止用のコンデンサは省略されている。
【００１８】
次に図１の電源回路の動作に関して説明する。
【００１９】
三端子レギュレータＩＣ２が正常に動作するためにはＩＮ端子とＯＵＴ端子の電位差が2ボルト以上必要であると仮定する。ＯＵＴ端子に出力される電圧は５ボルトであるからＩＮ端子に入力される電圧は７ボルト以上必要である。
【００２０】
抵抗Ｒ１においてＲ１×Ｉ１の電圧降下が生じるが、
１２ボルト−（Ｒ１×Ｉ１）≧７ボルト
を満たすように抵抗Ｒ１の値を設定すれば、三端子レギュレータＩＣ２は正常に動作可能である。ここでＩ１の最大値を１Ａと仮定すれば、抵抗Ｒ１は５オーム以下とすればよい。
【００２１】
以下、抵抗Ｒ１＝５オームと設定したときの例について説明を行う。
【００２２】
図４はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続状態とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態を示す図である。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせは図４中のＫ１及びＫ２の２種類しかなく、制御回路３の指令によりＫ１及びＫ２の何れかの状態に制御される。
【００２３】
電源投入時のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせはＫ１、Ｋ２の何れでもかまわないが、ここでは便宜上電源投入時の組み合わせはＫ１であるとする。
Ｋ１の組み合わせでは図４に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４はＢ側に接続され、スイッチＳ３はＳＨＯＲＴされている。これはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が抵抗Ｒ１と並列に接続された状態であり、図２に示す回路と実質的に同じである。
【００２４】
図２は本発明の第１実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ１の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。同図中、図１と同一部品については同一符号を付し、その説明は省略する。４Ａはエネルギー蓄積回路である。但し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及び制御回路３は図示していない。
【００２５】
図５は時間の経過によるコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差の変化の様子を示す図である。ここで、１２ボルト電源１が動作した瞬間（電源投入時）を考えると、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３には充電されてない状態なのでコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差は０ボルトである。すなわち、抵抗Ｒ１が短絡された状態である。時間の経過とともにコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３には充電電流が流れ、徐々に両端の電位差は大きくなる。十分に時間が経過した後は定常状態になりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端電圧は５ボルトになる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーが最大に蓄積された満充電状態である。
【００２６】
以上のように、図２の電源回路において、定常状態ではコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差は５ボルトとなり、抵抗Ｒ１で発生した電位差がコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーとして蓄積される。
【００２７】
制御回路３はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ１の場合にはαおよびβの値を計測し、計測値から演算によりα−βの値を求める。α−βの値はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差であるから、この値からコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電状態にあるか否かを判断することができる。本実施例ではα−β＝５ボルトが満充電状態であるから、制御回路３内にあらかじめ適切な閾値ＴＨ１（例えばＴＨ１＝４．７ボルト）を設定しておけば、設定した閾値とα−βの値とを比較することにより満充電に近い状態にあるか否かを判断することができる。この場合にはα−β≧４．７ボルトであれば、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電に近い状態にあると判断できる。
【００２８】
制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電に近い状態にあると判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせをＫ２に切り換えるよう指令を出す。Ｋ２の組み合わせでは図４に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ４はＡ側に接続され、スイッチＳ３はＯＰＥＮとなる。これはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列回路が１２ボルト電源１に並列に接続された状態であり、図３に示す回路と実質的に同じである。
【００２９】
図３は本発明の第１実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ２の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。同図中、図１と同一部品については同一符号を付し、その説明は省略する。４Ｂはエネルギー蓄積回路である。但し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４及び制御回路３は図示してない。Ｉ２は回路に流れる電流である。
【００３０】
図３の電源回路において、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ満充電に近い状態と判断された４．７ボルト以上に充電されている。仮にそれぞれが４．７ボルトに充電されていたとするとコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続では両端の電位差は４．７×３＝１４．１ボルトとなる。これは１２ボルト電源１よりも高い電位であるから、回路電流Ｉ１は１２ボルト電源１からではなく、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から供給される。また、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から１２ボルト電源１側にも回路電流Ｉ２が供給され、１２ボルト電源１を充電することができる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効に利用されている状態である。
【００３１】
しかしながら、回路電流Ｉ１及びＩ２を供給することによりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のエネルギーは消費され、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続の両端の電位差は初期値である１４．１ボルトよりも徐々に下がってくる。やがて１２ボルト電源１の電圧と等しい１２ボルトまで下がると、もはやコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から回路に電流を供給することはできなくなる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効利用できない状態である。
【００３２】
制御回路３はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ２の場合にはαの値を計測する。αはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続の両端の電位差そのものであるから、αを計測することによりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電状態を知ることができる。制御回路３内にあらかじめ適切な閾値ＴＨ２（例えばＴＨ２＝１２ボルト）を設定しておけば、設定した閾値とαの値とを比較することにより充電すべき状態にあるか否かを判断することができる。α≦１２ボルトであれば、もはやコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効利用できない状態であるから、制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を充電すべき状態と判断し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ１になるように各スイッチに指令を出す。
【００３３】
このとき、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの両端電圧は１２ボルト÷３＝４ボルトとなっているので、この状態からから両端電圧が４．７ボルトになるまで充電される。
この状態になると、制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は満充電に近い状態であると判断し、再びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ２になるように各スイッチに指令を出す。
【００３４】
このように、制御回路３はαおよびβの値を計測及び演算することにより、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電状態を判断し、満充電に近い状態と判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ２になるように各スイッチに指令を出す。また、充電すべき状態と判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせがＫ１になるように各スイッチに指令を出す。この動作が連続的に繰り返される。すなわち、エネルギーの蓄積と有効利用が連続的に繰り返される。
【００３５】
図６はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の切り換えが連続的に繰り返される場合のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの両端電圧とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態（Ｋ１またはＫ２）の変化の様子を示す図である。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態の組み合わせが変わるたびにコンデンサの充放電が繰り返され両端の電位差は変化する。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態がＫ１の時にコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーが蓄積され、Ｋ２の時に蓄積されたエネルギーが有効利用される。
【００３６】
〈第２の実施例〉
図７は本発明の第２実施例の電源回路の構成を示す図である。
【００３７】
図７の電源回路は、１２ボルト電源１、出力電圧が５ボルトの三端子レギュレータＩＣ２、制御回路３、及びエネルギー蓄積回路５から構成されている。尚、三端子レギュレータＩＣとは入力電圧が所定値以上である場合に一定の電圧（この例では５ボルト）を出力する機能を有するレギュレータＩＣである。
【００３８】
エネルギー蓄積回路５は抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６から構成されている。また、α及びβは接地点に対する抵抗Ｒ１の両端の電位である。制御回路３はαおよびβの値を計測し演算する機能と、計測結果および演算結果に基づいてスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６を適切な状態に切り換える指令を出す機能とを有する。Ｉ１は回路に流れる電流である。
【００３９】
図７の電源回路において、三端子レギュレータＩＣ２は特許請求の範囲中の電源電圧よりも低い電圧で動作する負荷回路に、抵抗Ｒ１は電位差発生手段に、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、及びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６から構成される回路はエネルギー蓄積手段に、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はエネルギー蓄積手段を構成する複数の素子に、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６はエネルギー蓄積手段を構成する切り換え手段に相当する。
【００４０】
尚、図７の電源回路においては、回路構成を簡略化し説明を容易にするため、電源安定化用のコンデンサや発振防止用のコンデンサは省略されている。
【００４１】
次に図７の電源回路の動作に関して説明する。
【００４２】
図９はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続状態とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態を示す図である。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせは図９中のＫ１及びＫ２の２種類しかなく、制御回路３の指令によりＫ１及びＫ２の何れかの状態に制御される。
【００４３】
電源投入時のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせはＫ１、Ｋ２の何れでもかまわないが、ここでは便宜上電源投入時の組み合わせはＫ１であるとする。Ｋ１の組み合わせでは図９に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６はＢ側に接続され、スイッチＳ５はＳＨＯＲＴされている。これは抵抗Ｒ２とコンデンサＣ１の直列回路、抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２の直列回路、抵抗Ｒ４とコンデンサＣ３の直列回路が抵抗Ｒ１と並列に接続された状態であり、図８に示す回路と実質的に同じである。
【００４４】
図８は本発明の第２実施例の電源回路において、スイッチの組み合わせがＫ１の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。同図中、図１と同一部品については同一符号を付し、その説明は省略する。５Ａはエネルギー蓄積回路である。但し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６及び制御回路３は図示していない。
【００４５】
図５は時間の経過によるコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差の変化の様子を示す図である。ここで、１２ボルト電源１が動作した瞬間（電源投入時）を考えると、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３には充電がされていない状態なのでコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差は０ボルトである。すなわち、抵抗Ｒ１が短絡された状態である。時間の経過とともにコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３には充電電流が流れ、徐々に両端の電位差は大きくなる。十分に時間が経過した後は上述の定常状態になりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端電圧は５ボルトになる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーが最大に蓄積された満充電状態である。
【００４６】
以上のように、図８の電源回路において、定常状態ではコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差は５ボルトとなり、抵抗Ｒ１で発生した電位差がコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーとして蓄積される。
【００４７】
制御回路３はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ１の場合にはαおよびβの値を計測し、計測値から演算によりα−βの値を求める。α−βの値はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差であるから、この値からコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電状態にあるか否かを判断することができる。本実施例ではα−β＝５ボルトが満充電状態であるから、制御回路３内にあらかじめ適切な閾値ＴＨ１（例えばＴＨ１＝４．７ボルト）を設定しておけば、設定した閾値とα−βの値とを比較することにより満充電に近い状態にあるか否かを判断することができる。この場合にはα−β≧４．７ボルトであればコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電に近い状態にあると判断できる。
【００４８】
制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３が満充電に近い状態にあると判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせをＫ２に切り換えるよう指令を出す。Ｋ２の組み合わせでは図９に示すようにスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ６はＡ側に接続され、スイッチＳ５はＯＰＥＮとなる。これはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列回路が１２ボルト電源１に並列に接続された状態であり、実施例１で説明した図３に示す回路と実質的に同じである。
【００４９】
図３の電源回路において、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はそれぞれ満充電に近い状態と判断された４．７ボルト以上に充電されている。仮にそれぞれが４．７ボルトに充電されていたとするとコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続では両端の電位差は４．７×３＝１４．１ボルトとなる。これは１２ボルト電源１よりも高い電位であるから、回路電流Ｉ１は１２ボルト電源１からではなく、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から供給される。また、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から１２ボルト電源１側にも回路電流Ｉ２が供給され、１２ボルト電源１を充電することができる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効に利用されている状態である。
【００５０】
しかしながら、回路電流Ｉ１及びＩ２を供給することによりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のエネルギーは消費され、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続の両端の電位差は初期値である１４．１ボルトよりも徐々に下がってくる。やがて１２ボルト電源１の電圧と等しい１２ボルトまで下がると、もはやコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３から回路に電流を供給することはできなくなる。コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効利用できない状態である。
【００５１】
制御回路３はスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ２の場合にはαの値を計測する。αはコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の直列接続の両端の電位差そのものであるから、αを計測することによりコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電状態を知ることができる。制御回路３内にあらかじめ適切な閾値ＴＨ２（例えばＴＨ２＝１２ボルト）を設定しておけば、設定した閾値とαの値とを比較することにより充電すべき状態にあるか否かを判断することができる。α≦１２ボルトであれば、もはやコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に蓄積されたエネルギーが有効利用できない状態であるから、制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を充電すべき状態と判断し、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ１になるように各スイッチに指令を出す。
【００５２】
このとき、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの両端電圧は１２ボルト÷３＝４ボルトとなっているので、この状態から両端電圧が４．７ボルトになるまで充電される。
この状態になると、制御回路３はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は満充電に近い状態であると判断し、再びスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ２になるように各スイッチに指令を出す。
【００５３】
このように、制御回路３はαおよびβの値を計測および演算することにより、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の充電状態を判断し、満充電に近い状態と判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ２になるように各スイッチに指令を出す。また、充電すべき状態と判断した場合にはスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせがＫ１になるように各スイッチに指令を出す。この動作が連続的に繰り返される。すなわち、エネルギーの蓄積と有効利用が連続的に繰り返される。
【００５４】
実施例１において説明した図６に示すように、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態の組み合わせが変わるたびにコンデンサの充放電が繰り返され両端の電位差は変化する。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態がＫ１の時にコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３にエネルギーが蓄積され、Ｋ２の時に蓄積されたエネルギーが有効利用される。
【００５５】
また、図７及び図８の電源回路において、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４には電源回路の構成部品を保護する役割がある。以下、図２の電源回路と比較しながら説明する。
【００５６】
本発明の第１の実施例における図２では電位差発生手段として抵抗Ｒ１を有し、エネルギー蓄積手段としてコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３を有する。また、抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３は並列に接続されている。この構成の場合には電源投入時に一瞬コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３に大きな突入電流が流れるとともに、抵抗Ｒ１が一瞬短絡されることから、三端子レギュレータＩＣ２のＩＮ端子には一瞬１２ボルト電源１の電圧がそのまま印可される。この結果、本発明の構成部品であるコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および三端子レギュレータＩＣ２を劣化させるおそれが生じる。
【００５７】
図８の電源回路において、図２の電源回路と異なる部分はコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれに抵抗Ｒ２，Ｒ３、Ｒ４が直列に挿入された点である。
【００５８】
図８の構成では、電源投入時のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３への突入電流は抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４により制限され減少する。また、三端子レギュレータＩＣ２のＩＮ端子に瞬間的に印可される電圧は１２ボルトより抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の並列回路において発生する電位差分だけ減少する。この結果、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および三端子レギュレータＩＣ２の劣化を防止することができる。
【００５９】
図７の電源回路においても、電源投入時のスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の組み合わせが、必ずＫ１に初期化されるようにすれば、抵抗Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の効果により、コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および三端子レギュレータＩＣ２の劣化を防止することができる。
【００６０】
尚、第１及び第２の実施例では電位差発生手段として抵抗を使用しているが、電位差を発生する部品であればどのようなものでも良く、例えば汎用ダイオードやツェナーダイオード、それらと抵抗との組み合わせなどが考えられる。
【００６１】
また、第１及び第２の実施例ではエネルギー蓄積手段としてコンデンサを使用しているが、エネルギーを蓄積可能な部品であればどのようなものでも良く、例えば充電可能な電池や電池とコンデンサとの組み合わせなどが考えられる。
【００６２】
また、第１及び第２の実施例では電源を１２ボルト、三端子レギュレータの出力を５ボルトとしたが、あくまでも一例であって、この電圧に制限されるものではない。
【００６３】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１実施例の電源回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ１の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。
【図３】本発明の第１実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ２の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。
【図４】コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続状態とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の接続状態を示す図である。
【図５】時間の経過によるコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の両端の電位差の変化の様子を示す図である。
【図６】スイッチの接続状態の切り換えが連続的に繰り返される場合のコンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３のそれぞれの両端電圧とスイッチの接続状態の変化の様子を示す図である。
【図７】本発明の第２実施例の電源回路の構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施例の電源回路においてスイッチの組み合わせがＫ１の場合の各構成素子の接続状態を示す図である。
【図９】コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３の接続状態とスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６の接続状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ １２ボルト電源
２ 三端子レギュレータＩＣ
３ 制御回路
４、４Ａ、４Ｂ、５、５Ａ エネルギー蓄積回路
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチ
Ｉ１、Ｉ２ 回路電流
α、β 所定箇所の電位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と、電源電圧よりも低い電圧で動作する負荷回路と、
前記電源と前記負荷回路との間に挿入されたエネルギー蓄積回路と、
を含む電源回路であって、
前記エネルギー蓄積回路は、電位差を発生させる電位差発生手段と、
前記電位差発生手段で発生した電位差をエネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段と、を有することを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記エネルギー蓄積手段は複数の素子と、
前記複数の素子の接続を切り換える切り換え手段と、を有することを特徴とする請求項1記載の電源回路。
【請求項３】
前記素子はコンデンサであることを特徴とする請求項１又は２記載の電源回路。
【請求項４】
前記素子はコンデンサと抵抗であることを特徴とする請求項１又は２記載の電源回路。
【請求項１】
電源と、電源電圧よりも低い電圧で動作する負荷回路と、
前記電源と前記負荷回路との間に挿入されたエネルギー蓄積回路と、
を含む電源回路であって、
前記エネルギー蓄積回路は、電位差を発生させる電位差発生手段と、
前記電位差発生手段で発生した電位差をエネルギーとして蓄積するエネルギー蓄積手段と、を有することを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記エネルギー蓄積手段は複数の素子と、
前記複数の素子の接続を切り換える切り換え手段と、を有することを特徴とする請求項1記載の電源回路。
【請求項３】
前記素子はコンデンサであることを特徴とする請求項１又は２記載の電源回路。
【請求項４】
前記素子はコンデンサと抵抗であることを特徴とする請求項１又は２記載の電源回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２６９３５９（Ｐ２００８−２６９３５９Ａ）
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１１２３０８（Ｐ２００７−１１２３０８）
【出願日】平成１９年４月２０日（２００７．４．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１１月６日（２００８．１１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月２０日（２００７．４．２０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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