DE69530157T2

DE69530157T2 - Datenverarbeitungssystem mit Batterieentladung-Betrieb

Info

Publication number: DE69530157T2
Application number: DE69530157T
Authority: DE
Inventors: Tateo Kawamura; Hiroyuki Yamamoto
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1994-09-28
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2003-12-04
Anticipated expiration: 2015-09-27
Also published as: CN1119757A; BR9503895A; EP0704790B1; KR100198906B1; CA2157973C; KR960011630A; ATE236424T1; JP2716374B2; EP0704790A2; JPH08106344A; DE69530157D1; TW258799B; EP0704790A3; CN1038962C; US5754868A; ES2193175T3; CA2157973A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Datenverarbeitungssystem und insbesondere ein Datenverarbeitungssystem mit zwei möglichen Stromversorgungen, zum Beispiel einen tragbaren Computer, der durch einen Akku und eine externe Wechselstromversorgungsvorrichtung betrieben werden kann.
Mit zunehmendem technischen Fortschritt sind Personal Computer entwickelt worden, die kompakt, leicht und tragbar sind und außerhalb von Gebäuden eingesetzt werden können. Ein Beispiel hierfür ist der so genannte "Notebookcomputer", der breite Verwendung gefunden hat. Fast alle gegenwärtig im Markt verfügbaren Notebookcomputer können nicht nur durch eine externe Wechselstromquelle, sondern auch durch eine integrierte eingebaute Batterie (im Folgenden als "Batteriesatz" bzw. "Akku-Pack" bezeichnet) betrieben werden, falls keine externe Stromquelle zur Verfügung steht. Normalerweise wird für einen Notebookcomputer eine eingebaute wiederaufladbare Batterie (Akkumulator), wie beispielsweise ein NiCd-, NiMH- oder ein LiFe-Akku, verwendet. Eine verbreitete Art zum Laden des eingebauten Akkus besteht in der Zufuhr elektrischer Energie von einer externen Wechselstromquelle, die parallel zu dem Akku-Pack mit einem System verbunden ist (dieses wird später beschrieben).
Fig. 4 veranschaulicht ein Beispiel eines herkömmlichen Stromversorgungskanals für einen Notebookcomputer 10 (der Notebookcomputer wird im Folgenden auch als das "System" bezeichnet). Das System 10 empfängt über einen Wechselstrom-/Gleichstromadapter 1 Strom von einer Wechselstromquelle 2 oder von einem (wiederaufladbaren) Akku- Pack 3. Der Wechselstrom-/Gleichstromadapter 1 stellt eine Vorrichtung dar, die eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, so dass das System 10 die Wechselstromquelle 2 verwenden kann, und ist im Allgemeinen für die Bereitstellung einer konstanten Spannung von etwa 20 V ausgelegt. Der Akku-Pack 3 umfasst zum Beispiel acht Akku- Zellen zu je 1,2 V, die in Serie geschaltet sind, um eine Gesamtspannung von ungefähr 7,4 bis 15 V zu liefern. Wenn der Wechselstrom-/Gleichstromadapter 1 den Ladevorgang eines Akkus unterstützt, erfolgt dies im Allgemeinen gemäß CVCC (konstante Spannung und konstanter Strom) oder CVCWCC (konstante Spannung, konstante Leistung und konstanter Strom). Normalerweise sind, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Stromversorgungsleitung für die Wechselstromquelle 2 und eine Stromversorgungsleitung für den Akku-Pack 3 parallel an Punkt P angeschlossen, so dass der Akku-Pack 3 durch die Wechselstromquelle 2 geladen werden kann. Elektronische Schalter SW1 und SW2 sind in den Stromversorgungsleitungen für den Wechselstrom-/Gleichstromadapter 1 bzw. für den Akku-Pack 3 in Reihe geschaltet. Für diese elektronischen Schalter werden üblicherweise p-Kanal-MOSFETs benutzt. Die elektronischen Schalter empfangen Steuersignale an ihren Gate- Leitungen und werden je nach dem Spannungspegel des Steuersignals (HIGH oder LOW) geschlossen oder geöffnet. SW1 wird geschlossen, wenn Strom von der Wechselstromquelle 2 zum System 10 geliefert wird, während SW1 und SW2 geschlossen werden, wenn der Akku-Pack 3 durch die Wechselstromquelle 2 geladen wird (siehe Fig. 5A). Ferner wird, wenn Strom vom Akku-Pack 3 zum System 10 geliefert wird, SW2 geschlossen, während SW1 geöffnet wird, um Stromrückfluss zum Wechselstrom- /Gleichstromadapter 1 zu verhindern (siehe Fig. 5B).
Über die Stromversorgungsleitungen ist zwischen die Stromversorgungen 2 und 3 und das System 10 ein (nicht gezeigter) Gleichstrom-/Gleichstromwandler in Reihe geschaltet, der eine vorgegebene Gleichspannung in eine andere Gleichspannung umwandelt und die Spannung am Ausgang des Wechselstrom-/Gleichstromadapters 1 oder des Akku-Packs 3 auf einen Wert verringert, der für den Betrieb des Systems 10 geeignet ist (3,3 V oder 5 V).
Ein Notebookcomputer, der die oben beschriebene Stromversorgung enthält, verwendet üblicherweise die folgende Betriebsart.
(1) Wenn sowohl die Wechselstromquelle 2 als auch der Akku- Pack 3 mit dem System 10 verbunden sind, erhält die Wechselstromquelle 2 den Vorrang zur Stromversorgung des Systems 10, da diese im Allgemeinen eine unbegrenzte Versorgungskapazität besitzt.
(2) Nur wenn die Wechselstromquelle 2 nicht mit dem System 10 verbunden ist (das heißt, wenn sie nicht verfügbar ist), wird der Strom vom Akku-Pack 3 zum System 10 geliefert.
(3) Die Zuweisungspriorität für die Stromversorgung durch die Wechselstromquelle 2 wird durch die Betriebsweise des Systems 10 bestimmt. Der Strom von der Wechselstromquelle 2 wird nur dann zum Laden des Akku-Packs 3 verwendet, wenn die Betriebsauslastung des Systems 10 gering ist und noch ausreichend Ladung zur Verfügung steht.
Die Stromversorgung durch die Wechselstromquelle 2 und das Laden und Entladen des Akku-Packs 3 werden durch das System 10 gesteuert, das die Ausgangsspannung des Akku-Packs 3 überwacht und das beendete Laden oder Entladen erkennt. Zum Steuern der Stromversorgungen enthalten manche Computersysteme außer einer Haupt-CPU (Zentraleinheit) einen speziellen Prozessor (im Folgenden als "Stromquellencontroller" bezeichnet). Außerdem wird in großem Umfang ein "intelligenter Akku" verwendet; das ist ein Akku-Pack, der verschiedene Sensoren zum Ermitteln der Ausgangsspannung, des Ausgangsstroms und der Temperatur des Akku-Packs 3 sowie eine Steuerschaltung zum Verarbeiten der Ausgangssignale der Sensoren enthält (im Folgenden als "Ladungscontroller" bezeichnet). Der Ladungscontroller erfasst wirkungsvoll den Strom vom Akku, um die Restkapazität des Akkus zu ermitteln. Wenn der Ladungscontroller beispielsweise den Entladestrom des Akkus erfasst und feststellt, dass die Restkapazität des Akkus gleich oder kleiner als ein vorgegebener Wert (die Startladespannung) ist, sendet er eine Nachricht an den Stromquellencontroller im System, um mit dem Laden des Akkus 3 zu beginnen. Wenn der Ladungscontroller den Ladestrom des Akkus während des Ladeprozesses erfasst und feststellt, dass der Akku voll geladen ist, sendet er eine Nachricht an den Stromquellencontroller, den Ladevorgang zu beenden. Als Reaktion auf die Nachricht schließt oder öffnet der Stromquellencontroller fallweise SW1 und SW2. Man beachte, dass der intelligente Akku zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. Hei 5-184098 offengelegt wird, die demselben Anmelder übertragen wurde.
Benutzer von elektronischen Vorrichtungen, die mit wiederaufladbaren Batterien (Akkus) betrieben werden, fordern, dass diese voll geladen sein sollen, um auf unerwartete Situationen reagieren zu können. Daher werden die Akkus ungeachtet der tatsächlichen Betriebszeiten und der Restkapazitäten der Akkus zum Beispiel einmal täglich geladen. Anders gesagt, die Akkus werden in vielen Fällen wiederholt kurzzeitigen Entlade- und Ladevorgängen unterzogen. Wenn die kurzzeitigen Entlade- und Ladevorgänge wiederholt vorkommen, entstehen jedoch die folgenden Probleme:
(1) Die Kapazität des Akkus nimmt infolge des Memoryeffektes des Akkus ab.
(2) Bei Verwendung des intelligenten Akkus wird ein Fehler des durch die Ladungssteuerung gemessenen Wertes (z. B. der Restkapazität des Akkus) gesammelt und dadurch erhöht.
Neuere Notebookcomputer unterstützen daher eine Funktion "volles Entladen". Wenn das System 10 durch die Wechselstromquelle 2 betrieben wird (d. h., wenn SW1 geschlossen und SW2 geöffnet ist), wird bei dieser Funktion die Stromquelle für das System 10 zwangsweise auf den Akku- Pack 3 umgeschaltet (d. h., SW1 wird geöffnet und SW2 geschlossen), um den Akku-Pack 3 weiter zu entladen (volles Entladen). Durch ein solches volles Entladen kann der Memoryeffekt des Akkus beseitigt und beim intelligenten Akku ein im Ladungscontroller angesammelter Fehler der gemessenen Werte erneuert werden. Durch Betätigen einer Taste (zum Beispiel eine Eingabe durch eine vorgegebene Funktionstaste), der eine volle Entladung anweist, wird das System 10 in den Betriebszustand "volles Entladen" versetzt. Eine elektronische Vorrichtung, die eine Funktion "volles Entladen" unterstützt, ist zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentschrift Nr. Hei 4-205120 offengelegt.
Insbesondere ist ein Modus "volles Entladen" ein Betriebsmodus, bei dem auch dann kein Strom von der Wechselstromquelle 2 zugeführt wird (wenn SW1 geöffnet und SW2 geschlossen ist), wenn die Wechselstromquelle 2 an das System 10 angeschlossen ist. Man beachte, dass dies im Gegensatz zur herkömmlichen Betriebsweise eines Computersystems steht, bei dem der Stromversorgung von einer konstanten und stabilen Wechselstromquelle die höchste Priorität zukommt. Daher könnte ein Benutzer beim zugeschalteter Wechselstromquelle 2 annehmen, dass von der Wechselstromquelle 2 konstant und stabil Strom zugeführt wird, und möglicherweise versuchen, den Akku-Pack 3 auszuwechseln, ohne zu beachten (oder ohne zu bemerken), dass das System 10 im Modus "volles Entladen" läuft. Die in Fig. 4 gezeigten Stromversorgungsleitungen von der Wechselstromquelle 2 und vom Akku-Pack 3 sind jedoch so angeordnet, dass es für die Stromversorgung des Systems 10 nur einen Weg gibt, wodurch die Stromversorgung völlig unterbrochen und das gesamte System 10 abgeschaltet wird (siehe Fig. 5C), wenn der Akku-Pack 3 im Modus "volles Entladen" entfernt wird. Wenn das System 10 plötzlich abgeschaltet wird, gehen Daten während der Verarbeitung verloren, und die durch die CPU 11 ausgeführten Tasks können nicht wieder an dem betreffenden Punkt fortgesetzt werden. Auch die Hardware des Systems 10 kann beschädigt werden.
Dementsprechend stellt die Erfindung ein Datenverarbeitungssystem bereit, das durch eine erste und eine zweite Stromquelle mit Strom versorgt werden kann und Folgendes umfasst:
eine erste und eine zweite elektrische Schaltlogik;
eine erste Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der ersten Stromquelle mit der ersten elektrischen Schaltlogik;
eine zweite Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der ersten Stromquelle mit der zweiten elektrischen Schaltlogik über einen ersten Schalter;
eine dritte Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der zweiten Stromquelle mit der ersten elektrischen Schaltlogik über einen zweiten Schalter;
eine vierte Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der zweiten Stromquelle mit der zweiten elektrischen Schaltlogik über einen dritten Schalter;
und ein Schaltsteuermittel zum Übertragen eines Steuersignals zum Ein- oder Ausschalten des ersten, zweiten oder dritten Schalters.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart ist die erste Stromquelle eine externe Wechselstromquelle und die zweite Stromquelle ein eingebauter Akku-Pack. Die zweite elektrische Schaltlogik enthält Hardwarekomponenten wie beispielsweise eine Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige, die den Betrieb des Datenverarbeitungssystems auch dann nicht unterbrechen, wenn die Stromversorgung zu ihnen plötzlich aufhört. Weiterhin wird ein Mittel zum Erkennen des Entfernens der zweiten Stromquelle bereitgestellt, wobei das Schaltsteuermittel den ersten Schalter als Reaktion auf das Erkennen des Entfernens der zweiten Stromquelle durch das Erkennungsmittel schließt.
Die Erfindung stellt auch eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verwendung mit dem Datenverarbeitungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche bereit, die Folgendes umfasst:
eine erste Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der ersten Stromquelle mit der ersten elektrischen Schaltung:
eine zweite Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der ersten Stromquelle mit der zweiten elektrischen Schaltung über einen ersten Schalter;
eine dritte Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der zweiten Stromquelle mit der ersten elektrischen Schaltung über einen zweiten Schalter; und
eine vierte Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der zweiten Stromquelle mit der zweiten elektrischen Schaltung über einen dritten Schalter.
Die Erfindung stellt ferner ein Datenverarbeitungssystem mit einem Akku-Pack bereit, das an eine externe Wechselstromquelle angeschlossen werden kann, wobei das System einen Modus "volles Entladen" unterstützt, bei dem das Datenverarbeitungssystem durch den Akku-Pack mit Strom versorgt wird, während die externe Wechselstromquelle angeschlossen ist;
dadurch gekennzeichnet, dass das Datenverarbeitungssystem einen ersten und einen zweiten Satz elektrischer Komponenten enthält, wobei beim Modus "volles Entladen" der erste Satz elektrischer Komponenten durch die externe Wechselstromquelle und der zweite Satz elektrischer Komponenten durch den Akku- Pack mit Strom versorgt wird.
Die Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Stromversorgung eines Datenverarbeitungssystems bereit, das durch eine erste und eine zweite Stromquelle betrieben werden kann und eine erste und eine zweite elektrische Schaltlogik enthält, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Unterstützen eines ersten Betriebszustandes, bei dem nur die erste Stromquelle die erste und die zweite Schaltlogik mit Strom versorgt;
Unterstützen eines zweiten Betriebszustandes, bei dem nur die zweite Stromquelle die erste und die zweite elektrische Schaltlogik mit Strom versorgt; und
Unterstützen eines dritten Betriebszustandes, bei dem nur die erste Stromquelle die erste elektrische Schaltlogik und nur die zweite Stromquelle die zweite elektrische Schaltlogik mit Strom versorgt.
Vorzugsweise besitzt das Datenverarbeitungssystem eine erste Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der ersten Stromquelle mit der ersten elektrischen Schaltlogik, eine zweite Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der ersten Stromquelle mit der zweiten elektrischen Schaltlogik über einen ersten Schalter, eine dritte Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der zweiten Stromquelle mit der ersten elektrisch Schaltlogik über einen zweiten Schalter und eine vierte Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der zweiten Stromquelle mit der zweiten elektrischen Schaltlogik über einen dritten Schalter, wobei bei dem ersten Betriebszustand der erste und der zweite Schalter geschlossen und der dritte Schalter geöffnet und bei dem dritten Betriebszustand der erste und der zweite Schalter geöffnet und der dritte Schalter geschlossen sind. Als Reaktion auf das Erkennen des Entfernens der zweiten Stromquelle während des dritten Betriebszustands wird das System in den ersten Betriebszustand versetzt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart ist ein Datenverarbeitungssystem so mit den Stromversorgungsleitungen verbunden, die von der externen Wechselstromquelle und dem parallel dazu angeordneten eingebauten Akku kommen, dass es durch mindestens eine der beiden Stromquellen mit Strom versorgt wird. Das Datenverarbeitungssystem verwendet eine wiederaufladbare Batterie (Akku) und unterstützt das volle Entladen des Akkus, und es wird selbst dann nicht abgeschaltet, wenn ein Benutzer irrtümlich einen Akku entfernt, während das System sich im Modus "volles Entladen" befindet.
Es wird auch eine Stromversorgungsvorrichtung zur Verwendung mit solchen Datenverarbeitungssystemen bereitgestellt.
Ein solches Datenverarbeitungssystem, das parallel eine externe Stromquelle und einen Akku verwendet und eine erste und eine zweite elektrische Schaltlogik enthält, kann gemäß den folgenden Schritten betrieben werden: Ein Betriebsschritt zum Verwenden der externen Stromquelle, bei dem die erste und die zweite elektrische Schaltlogik nur durch die externe Stromquelle versorgt werden, wobei der Schritt einen ersten Stromversorgungsschritt durch Schließen des ersten und des zweiten Schalters sowie durch Öffnen des dritten Schalters zum Bereitstellen von Strom durch die externe Wechselstromquelle beinhaltet; einen Akku-Aktivierungsschritt, bei dem die erste und die zweite elektrische Schaltlogik nur durch den Akku mit Strom versorgt wird; und einen Schritt zur vollen Akku- Entladung, bei dem die erste elektrische Schaltlogik nur durch die externe Stromquelle und die zweite elektrische Schaltlogik nur durch den Akku mit Strom versorgt wird, wobei der Schritt einen zweiten Stromversorgungsschritt durch Öffnen des ersten und des zweiten Schalters und durch Schließen des dritten Schalters beinhaltet (die Schritte erfolgen nicht in einer bestimmten Reihenfolge).
Wenn das Datenverarbeitungssystem im Modus "volles Entladen" betrieben wird, versorgt somit in der bevorzugten Ausführungsform die externe Stromquelle die erste elektrische Schaltlogik konstant und stabil mit Strom, während die zweite elektrische Schaltlogik durch den Akku mit Strom versorgt wird, bis die Entladung abgeschlossen ist. Die erste elektrische Schaltlogik enthält Komponenten wie die CPU und den Hauptspeicher, die das gesamte System abschalten, wenn die Stromversorgung dieser Komponenten plötzlich unterbrochen wird. Die zweite elektrische Schaltlogik enthält Komponenten wie etwa eine Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeige, die das Abschalten des gesamten Systems auch dann nicht bewirken, wenn die Stromversorgung dieser Bauelemente plötzlich unterbrochen wird. Mit anderen Worten, während des Betriebszustands "volles Entladen" stehen für die Stromversorgung des Systems zwei Stromquellen bereit: Eine externe Stromquelle und einen Akku. Wenn ein Benutzer irrtümlich einen Akku entfernt, während der Akku gerade voll entladen wird, wird nicht das ganze System abgeschaltet, sondern nur die Stromversorgung der zweiten elektrischen Schaltlogik unterbrochen. Dadurch, dass das System beim Modus "volles Entladen" durch zwei Stromquellen mit Strom versorgt wird, wird das System auch dann nicht abgeschaltet, wenn ein Benutzer irrtümlich den Akku entfernt.
Das System kann so eingestellt sein, dass der Modus "volles Entladen" verlassen und der Strom durch eine externe Stromquelle bereitgestellt wird, wenn das Entfernen eines Akkus erkannt wurde. Dadurch werden nur die Hintergrundbeleuchtung und andere Bauelemente der zweiten elektrisch einen Schaltlogik abgeschaltet, wenn der Akku entfernt wird. Durch die Verwendung des durch die externe Stromquelle gelieferten Stroms kann das System seinen Ursprungszustand wiederherstellen, und die Task wird nicht abrupt beendet.
Die bevorzugte Ausführungsart stellt somit ein Datenverarbeitungssystem mit einer eingebauten wiederaufladbaren Batterie (Akku) bereit, das eine Funktion "volles Entladen" unterstützt und auch dann nicht abgeschaltet wird, wenn ein Benutzer irrtümlich einen Akku entfernt, während das System im Modus "volles Entladen" arbeitet. Das Datenverarbeitungssystem verwendet eine Stromversorgungsvorrichtung mit zwei Stromversorgungsmitteln, nämlich einer Wechselstromquelle und einem Akku, die jeweils einer von zwei Schaltungen zugeordnet sind, so dass das System auch dann nicht abgeschaltet wird, wenn ein Benutzer irrtümlich den Akku entfernt. Wenn die Stromversorgungseinrichtung so eingerichtet ist, dass das System nur durch eine externe Wechselstromquelle mit Strom versorgt wird, wird, wenn das Entfernen eines Akkus erkannt wurde, während der Entnahme des Akkus nur die Hintergrundbeleuchtung einer LCD oder Ähnliches abgeschaltet, so dass eine Task nicht abrupt beendet wird.
Im Folgenden wird unter Bezug auf die folgenden Zeichnungen lediglich als Beispiel eine Ausführungsart der Erfindung beschrieben:
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Hardwareausstattung eines Notebookcomputers veranschaulicht;
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das ein Stromversorgungssystem für einen Notebookcomputer gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 3 stellt Blockschaltbilder dar, die die Arbeitsweise des Stromversorgungssystems von Fig. 2 zeigen; im Einzelnen ist Fig. 3A ein Blockschaltbild, das die normale Arbeitsweise der Wechselstromquelle 2 zeigt, Fig. 3B ist ein Blockschaltbild, das die Arbeitsweise zeigt, während der Akku 3 gerade voll entladen wird, und Fig. 3C ist ein Blockschaltbild, das die Arbeitsweise zeigt, wenn der Akku 3 plötzlich entnommen wird, während er gerade voll entladen wird;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild, das ein herkömmliches Stromversorgungssystem für einen Notebookcomputer veranschaulicht; und
Fig. 5 stellt Blockschaltbilder dar, die die Arbeitsweise des herkömmlichen Stromversorgungssystems für einen Notebookcomputer zeigen; im Einzelnen ist Fig. 5A ein Blockschaltbild, das die normale Arbeitsweise einer Wechselstromquelle 2 zeigt, Fig. 5B ist ein Blockschaltbild, das die Arbeitsweise zeigt, während ein Akku 3 gerade voll entladen wird, und Fig. 5C ist ein Blockschaltbild, das die Arbeitsweise (oder deren Fehlen) zeigt, wenn der Akku 3 plötzlich entnommen wird, während er gerade voll entladen wird.

A. Hardwareausstattung eines Notebookcomputers

Fig. 1 ist ein schematisches Blockschaltbild, das die Hardwareausstattung eines Notebookcomputers 10 veranschaulicht. Das System 10 enthält drei Busse verschiedener Ebenen, und zwar einen Prozessorbus 12, einen lokalen Bus (PCI-Bus) 13 und einen erweiterten E/A-Bus (ISA- BUS) 14, die die Datenübertragung zwischen einer CPU 11 und einzelnen Eingabe-/Ausgabeeinheiten ermöglichen. Der Prozessorbus 12 ist ein Hochgeschwindigkeitsbus, der ein externes Signal von der CPU 11 verwendet, und dient hauptsächlich zum Anschließen eines externen Cachespeichers 15 und eines Hauptspeichers 16.
Der Prozessorbus 12 kommuniziert über einen Buscontroller 17 mit dem lokalen Bus 13. Der Buscontroller 17 ist in dieser Ausführungsart aus Chips aufgebaut, zu denen ein Speichercontroller gehört.
Ein PCI-Bus (Peripheral Components Interconnect, Verbindung von Peripherieeinheiten), der eine relativ hohe Datenübertragungsrate aufweist, dient als lokaler Bus 13, an den Eingabe-/Ausgabeeinheiten angeschlossen sind, welche eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit erfordern, wie beispielsweise ein Grafikcontroller 18, ein Videoaufzeichnungscontroller 19 und ein SCSI-Controller 20 (Small Computer System Interface, Schnittstelle für Kleincomputer).
Der Grafikcontroller 18 ist eine hochintegrierte Peripherieschaltung, die ein Anzeigegerät steuert, auf dem entsprechend dem in einen flüchtigen Speicher VRAM 21 geschriebenen Inhalt Bilddaten angezeigt werden. Beispielsweise wird als Grafikcontroller 18 eine VGA (Video Graphic Array, Videografik-Darstellung) verwendet. An den Grafikcontroller 18 in dieser Ausführungsart wird als Standard-Anzeigeeinheit eine Flüssigkristallanzeige LCD 22 angeschlossen, die eine Bilddaten-Anzeigeeinheit ist.
Der Videoaufzeichnungscontroller 19 ist eine hochintegrierte Controllerschaltung, die ein analoges Bildsignal verarbeitet, welches von einem externen Gerät (einer Videokamera oder einem Videoabspielgerät) empfangen wird und das gesteuert durch ein Anwendungsprogramm zum Darstellen der empfangenen Videodaten auf dem Bildschirm der Anzeigeeinheit 22 verwendet werden kann. Der Videoaufzeichnungscontroller 19 bei dieser Ausführungsart ist zum Aufzeichnen eines Videobildes mit einer Videokamera 23 verbunden.
Der SCSI-Controller 20 ist ein für die SCST-Steuerung verwendeter hochintegrierter Chip und dient dazu, dass der lokale Bus 13 mit einem Festplattenlaufwerk (HDD), einem magnetooptischen Plattenlaufwerk (MO), welche beide eine SCSI- Schnittstelle besitzen, und verschiedenen anderen (nicht gezeigten) Peripheriespeichereinheiten kommunizieren kann.
Der erweiterte E/A-Bus 14 auf der untersten Ebene steht über eine Bus-Brückenschaltung 24 mit dem lokalen Bus 13 in Verbindung. Der erweiterte E/A-Bus 14 dient dem Anschluss von Eingabe-/Ausgabeeinheiten, die keine Hochgeschwindigkeitsverarbeitung erfordern. Beispielsweise wird als erweiterter E/A-Bus 14 ein ISA-Bus (Industry Standard Architecture, Standard-Industriearchitektur) verwendet. An den erweiterten E/A-Bus 14 sind ein E/A-Controller 25, ein erweiterter E/A-Controller 26, ein Audiocontroller 27 und ein PCMCIA-Controller 28 (Personal Computer Memory Card Interface Association) angeschlossen. Die Bus-Brückenschaltung 24 bei dieser Ausführungsart ist als Einzelchip ausgeführt, in den ein Interrupt-Controller, ein DMA-Controller und ein Zeitgeber integriert sind.
Der E/A-Controller 25 ist eine hochintegrierte Peripherieschaltung, die den zeitlichen Ablauf der Datenübertragung zwischen dem erweiterten E/A-Bus 14 und verschiedenen E/A-Einheiten (z. B. einem Modem und einem Drucker), die über die seriellen/parallelen Anschlüsse 29 und 30 angeschlossen sind, sowie zwischen dem erweiterten E/A-Bus 14 und zusätzlichen Speichereinheiten wie einem Diskettencontroller/-laufwerk 31 (FDC/FDD) steuert.
Der erweiterte E/A-Controller 26 ist eine hochintegrierte Peripherieschaltung, durch die ein Zeiger 32, eine RTC-CMOS- Schaltung 33 (Real Time Clock, Echtzeittakt), ein EEPROM 34 (Electrically Erasable PROM, elektrisch löschbarer PROM) und ein Stromquellencontroller 35 mit dem erweiterten E/A-Bus 14 kommunizieren. Die Zeigervorrichtung 32 ist ein Koordinaten- Eingabemittel wie eine Maus oder ein Joystick. Die CMOS- Schaltung 33 ist ein Speicher, in dem vorübergehend Daten für die Systemkonfigurierung gespeichert werden. Bei dieser Ausführungsart sind die CMOS-Schaltung 33 und die RTC- Schaltung in ein und denselben Chip integriert. Der EEPROM 34 ist ein nichtflüchtiger Speicher, in dem Daten für den Datenschutz im System 10, wie beispielsweise ein Kennwort, gespeichert werden.
Der Stromquellencontroller 35 überwacht die Ausgangsspannung des Akkus 3 (wenn es sich um einen intelligenten Akku handelt, um die Restkapazität) oder eine über eine Tastatur 36 eingegebene Matrix und steuert die Stromversorgung des Systems 10. Insbesondere gibt der Stromquellencontroller 35 ein Steuersignal aus, das zum Schließen oder Öffnen der Schalter SW1, SW2, SW-A und SW-B dient, die sich in den Stromversorgungsleitungen zwischen der Wechselstromquelle 2 und dem Akku-Pack 3 einerseits und dem System 10 andererseits befinden (siehe Fig. 2). Der Stromquellencontroller 35 startet oder beendet dann das Entladen des Akkus 3 oder führt auf Anweisung eines Benutzers die volle Entladung des Akkus 3 durch (dieser Prozess wird später beschrieben). Außerdem ermöglicht der Stromquellencontroller 35 einer LED- Statusanzeige 37 den aktuellen Stromversorgungsstatus des Systems 10 anzuzeigen (z. B. im ausgesetzten Status, im geladenen Status oder in einem Status "niedriger Ladezustand").
Der Audiocontroller 27 ist eine hochintegrierte Peripherieschaltung, die die Eingabe/Ausgabe von Audiosignalen verarbeitet. Bei dieser Ausführungsart tauscht der Audiocontroller 27 über einen Audio-Eingabe-/Ausgabeanschluss 38 Audiosignale aus oder gibt über einen Verstärker 39 Audiosignale an einen Lautsprecher 40 aus, mit dem das System 10 normalerweise ausgestattet ist.
Der PCMCIA-Controller 28 ist ein Schnittstellencontroller, der für den Datenaustausch zwischen einer PCMCIA-Karte und dem ISA-Bus 14 sorgt. An der Seite des Computergehäuses 10 sind ein oder mehrere Steckplätze 41 angebracht, in die eine PCMCIA-Karte oder Ähnliches gesteckt werden kann.
Dem Fachmann ist bekannt, dass es außer den in Fig. 1 gezeigten noch weitere Hardwarekomponenten gibt, die man in ein Computersystem 10 einsetzen kann. Bei dieser Ausführungsart werden solche weiteren Komponenten zum Vereinfachen der Beschreibung nicht dargestellt.
Hierbei ist anzumerken, dass "die zweite elektronische Schaltung" (Block B in Fig. 2, der später beschrieben wird), der Videokamera 23, der Hintergrundbeleuchtung der LCD 22, dem Audiocontroller 27, der Tastatur 36 und der LED-Statusanzeige 37 entspricht. In Fig. 1 wurden diese Blöcke schraffiert. Dem Fachmann ist klar, dass diese Hardwarekomponenten den Betrieb des Systems 10 nicht direkt verhindern, selbst wenn die Stromversorgung zu ihnen plötzlich unterbrochen wurde.

B. Stromversorgungssystem für einen Notebookcomputer

Fig. 2 zeigt die Stromversorgungsleitungen für den Notebookcomputer 10. Für die Komponenten in Fig. 2 werden dieselben Bezugsnummern verwendet wie für entsprechende oder identische Komponenten in Fig. 4.
Das Hauptmerkmal der Stromversorgungsleitungen besteht darin, dass die Last (Verbraucher) des Systems 10 gemäß den Darlegungen der vorliegenden Erfindung in zwei Blöcke, nämlich Block A und Block B aufgeteilt ist. Die Anordnung der Stromleitungen von der Wechselstromquelle 2 und dem Akku-Pack 3 ist auch entsprechend verändert worden.

B-1. Aufteilung der Verbraucher auf das System

Block B enthält mindestens mehrere Hardwarekomponenten wie etwa die Videokamera 23, die Hintergrundbeleuchtung der LCD 22, den Audiocontroller 27, die Tastatur 36 und die LED- Statusanzeige 37. Das volle Entladen des Akkus 3 konzentriert sich auf Block B. Wenn für Block B mehr Strom als für Block A verbraucht wird, ist die für das volle Entladen des Akkus 3 erforderliche Zeitspanne relativ kurz. Da die Hintergrundbeleuchtung der LCD 22 eine der Hardwarekomponenten ist, die im System 10 am meisten Strom verbrauchen, ist es logisch, dass eine Möglichkeit zum Sicherstellen der vollen Entladung darin besteht, die Hintergrundbeleuchtung der LCD dem Block B zuzuordnen.
Block A enthält alle anderen Hardwarekomponenten, die nicht zu Block B gehören. Auch während der vollen Entladung des Akkus 3 wird der Block A konstant und stabil durch die Wechselstromquelle 2 mit Strom versorgt. Die Hardware, die nicht von einem plötzlichen Stromausfall betroffen sein darf (zum Beispiel die CPU 11 und der Hauptspeicher 16), gehört zu Block A.

B-2. Anordnung der Stromversorgungsleitungen

Der Ausgang der Wechselstromquelle 2 ist mit dem Wechselstrom-/Gleichstromadapter 1 verbunden, und die Stromversorgungsleitung verläuft über den Schalter SW1 zur Last des Systems 10 und verzweigt sich am Verzweigungspunkt Q auf Block A und Block B. SW-A ist ferner in Reihe in die Stromversorgungsleitung für Block B geschaltet. Da sich SW1 ständig im Zustand EIN befindet, wenn das gesamte System 10 durch die Wechselstromquelle 2 versorgt wird oder wenn der Akku 3 voll entladen werden soll, wird für die folgende Erläuterung angenommen, dass SW1 kurzgeschlossen ist.
Der Ausgang des Akkus 3 ist über SW2 an Punkt P parallel mit der Stromversorgungsleitung für die Wechselstromquelle 2 verbunden, die dann zu Block A verläuft. Einer der Ausgänge des Akkus 3 verzweigt sich an Punkt R und verläuft über den Schalter SW-B zu Block B.
Die Schalter SW1, SW2, SW-A und SW-B sind bei dieser Ausführungsart als p-Kanal-MOSFET ausgebildet. An den Gates der Schalter wird ein durch den Stromquellencontroller 35 ausgegebenes Steuersignal empfangen, um die Schalter in der oben beschriebenen Weise zu schließen oder zu öffnen. Am Gate von SW-B wird ein Steuersignal Discharge# empfangen, durch das angezeigt wird, dass das volle Entladen des Akkus 3 angewiesen wurde, während am Gate von SW-A ein invertiertes Signal von Discharge# empfangen wird.
Wenn das System 10 durch die Wechselstromquelle 2 mit Strom versorgt wird, legt der Stromquellencontroller 35 das Signal Discharge# auf HIGH, schließt SW-A, öffnet SW-B und schließt auch SW2 (wenn der Akku 3 gleichzeitig aufgeladen wird). Dann werden sowohl Block A als auch Block B (siehe Fig. 3A) durch die Wechselstromquelle 2 mit Strom versorgt.
Um den Akku 3 voll zu entladen, setzt der Stromquellencontroller 35 das Signal Discharge# auf AKTIV LOW, öffnet SW-A, schließt SW-B und öffnet auch SW2. In diesem Fall wird Block A durch die Wechselstromquelle 2 und Block B durch den Akku 3 mit Strom versorgt (siehe Fig. 3B).
Die Schaltzustände der einzelnen Schalter sind in Tabelle 1 gezeigt.
Dem Fachmann ist klar, dass die oben beschriebene Anordnung von Stromversorgungsleitungen in den (nicht gezeigten) Gleichstrom-/Gleichstromwandler des Systems 10 integriert werden kann.
Ein (nicht gezeigter) Spannungsprüfer ist am Ausgang des Akkus 3 parallel angeschlossen. Der Spannungsprüfer, der aus einem Operationsverstärker besteht, erhält die Ausgangsspannung des Akkus 3 und leitet sie zum Stromquellencontroller 35 weiter. Entsprechend dem empfangenen Spannungspegel kann der Stromquellencontroller entweder feststellen, dass der Akku 3 aus dem System 10 entfernt worden ist, oder dass die Vollentladung des Akkus 3 abgeschlossen wurde.

C. Funktion eines Stromversorgungssystems

Oben ist in den Abschnitten A und B eine Beschreibung der Hardwarestruktur des Systems 10 gegeben worden. Im Folgenden wird unter Bezug auf Fig. 3 die Funktion des Stromversorgungssystems für das System 10 beschrieben.
Es wird angenommen, dass das System 10 nur durch die Wechselstromquelle 2 mit Strom versorgt wird. In diesem Fall sind wie in Fig. 3A gezeigt SW-A und SW2 geschlossen und SW-B geöffnet.
Wenn der Stromquellencontroller 35 eine Tastatureingabe durch einen Benutzer (z. B. durch Drücken einer bestimmten Funktionstaste) erkennt, geht das System 10 in den Modus "volles Entladen" über, und der Stromquellencontroller 35 setzt das Steuersignal Discharge# auf AKTIV LOW. In diesem Fall werden SW-A und SW2 geöffnet und SW-B geschlossen, und Block A wird durch die Wechselstromquelle 2 und Block B durch den Akku 3 mit Strom versorgt, wie in Fig. 3B gezeigt ist.
Mitunter kann es aber vorkommen, dass ein Benutzer irrtümlich den Akku 3 entnimmt, um ihn auszutauschen, während gerade das volle Entladen des Akkus 3 stattfindet, zumal das System 10 äußerlich keinen Unterschied zur Stromversorgung durch die Wechselstromquelle 2 erkennen lässt, so dass der Benutzer nicht auf einen Blick erkennen kann, ob der Akku 3 gerade voll entladen wird. Deshalb wird durch das Entfernen des Akkus 3 die Stromversorgung des Blocks B durch den Akku 3 unterbrochen, wodurch beispielsweise die Hintergrundbeleuchtung der LCD 22 und andere Komponenten (falls vorhanden) in Block B abgeschaltet werden. Da Block B konstruktiv bedingt nur Hardwarekomponenten umfasst, die sich nur gering auf die Funktion des Systems 10 auswirken, und andere für die Funktion des Systems 10 (z. B. die CPU und der Hauptspeicher) notwendige Hardwarekomponenten durch die Wechselstromquelle 2 ununterbrochen mit Strom versorgt werden, wird das gesamte System 10 auch dann nicht abgeschaltet, wenn die Stromversorgung durch den Akku 3 plötzlich unterbrochen wird, wie in Fig. 3C gezeigt ist.
Sofort nachdem der Stromquellencontroller 35 das Entfernen des Akkus 3 bemerkt hat, setzt er das Signal Discharge# zurück. Als Reaktion darauf werden SW-A und SW2 geschlossen und SW-B geöffnet. Das System 10 kehrt nun wieder in den Betriebszustand zurück, in dem es sich befand, als es nur durch die Wechselstromquelle 2 mit Strom versorgt wurde, wie in Fig. 3A gezeigt ist. Die abgeschaltete Hintergrundbeleuchtung der LCD 22 wird fast gleichzeitig wieder eingeschaltet, und das System 10 kehrt wieder in den Betriebszustand zurück, der unmittelbar vor dem Entnehmen des Akkus 3 vorlag.
Wenn das volle Entladen des Akkus 3 abgeschlossen ist, verläuft die Datenverarbeitung genau so, wie wenn der Akku 3 entnommen wäre. Genauer gesagt, der Stromquellencontroller 35 erkennt, dass die Ausgangsspannung des Akkus 3 abgesunken und niedriger als ein vorgegebener Wert (die Entlade-Endspannung) ist, der Stromquellencontroller 35 setzt das Signal Discharge# zurück, und das System 10 kehrt in den Betriebszustand zurück, in dem es sich befand, als es nur durch die Wechselstromquelle 2 mit Strom versorgt wurde. Zu diesem Zeitpunkt wird der Akku 3 nicht übermäßig entladen und das System 10 außerdem nicht abgeschaltet. Anschließend wird der Akku natürlich durch die externe Wechselstromquelle wieder aufgeladen.

Claims

1. Datenverarbeitungssystem, das durch eine erste und eine zweite Stromquelle (1, 3) mit Strom versorgt werden kann und Folgendes umfasst:

eine erste und eine zweite Schaltlogik (Block A, Block B);

wobei das System durch Folgendes gekennzeichnet ist:

eine erste Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der ersten Stromquelle (1) mit der ersten elektrischen Schaltlogik (Block A);

eine zweite Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der zweiten Stromquelle (1) mit der zweiten elektrischen Schaltlogik (Block B) mittels eines ersten Schalters;

eine dritte Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der zweiten Stromquelle (3) mit der ersten elektrischen Schaltlogik (Block A) mittels eines zweiten Schalters;

eine vierte Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der zweiten Stromquelle (3) mit der zweiten Schaltlogik (Block B) mittels eines dritten Schalters;

und ein Schaltsteuermittel (35) zum Übertragen eines Steuersignals zum Einschalten oder Ausschalten des ersten, zweiten und dritten Schalters.

2. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Stromquelle (1) eine externe Wechselstromquelle und die zweite Stromquelle (3) ein innen angebrachter Akku-Pack ist.

3. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite elektrische Schaltlogik (Block B) Hardwarekomponenten enthält, die den Betrieb des Datenverarbeitungssystems auch dann nicht abbrechen, wenn deren Stromversorgung plötzlich eingestellt wird.

4. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 3, wobei die zweite elektrische Schaltlogik (Block B) eine Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung (22) enthält.

5. Datenverarbeitungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner ein Mittel zum Erkennen des Entfernens der zweiten Stromquelle (3) umfasst, wobei das Schaltsteuermittel (35) den ersten Schalter als Reaktion auf das Erkennungsmittel einschaltet, nachdem dieses das Entfernen der zweiten Stromquelle (3) erkannt hat.

6. Stromversorgungsvorrichtung zur Verwendung in dem Datenverarbeitungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, das Folgendes enthält:

eine zweite Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der ersten Stromquelle (1) mit der zweiten elektrischen Schaltlogik (Block B) mittels eines ersten Schalters;

eine dritte Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der zweiten Stromquelle (3) mit der ersten elektrischen Schaltlogik (Block A) mittels eines zweiten Schalters; und

eine vierte Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der zweiten Stromquelle (3) mit der zweiten elektrischen Schaltlogik (Block B) mittels eines dritten Schalters.

7. Verfahren zum Bereitstellen von Strom für ein Datenverarbeitungssystem, das in der Lage ist, durch eine erste und eine zweite Stromquelle (1, 3) betrieben zu werden, und das eine erste und eine zweite elektrische Schaltlogik (Block A, Block B) enthält, wobei das Verfahren durch Folgendes gekennzeichnet ist:

Unterstützen eines ersten Betriebszustands, wobei nur die erste Stromquelle (1) die erste und die zweite elektrische Schaltlogik (Block A, Block B) mit Strom versorgt;

Unterstützen eines zweiten Betriebszustands, wobei nur die zweite Stromquelle (3) die erste und die zweite elektrische Schaltlogik (Block A, Block B) mit Strom versorgt; und

Unterstützen eines dritten Betriebszustands, wobei nur die erste Stromquelle (1) die erste elektrische Schaltlogik (Block A) und nur die zweite Stromquelle (3) die zweite elektrische Schaltlogik (Block B) mit Strom versorgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Datenverarbeitungssystem eine erste Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der ersten Stromquelle (1) mit der ersten elektrischen Schaltlogik (Block A), eine zweite Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der ersten Stromquelle (1) mit der zweiten elektrischen Schaltlogik (Block B) mittels eines ersten Schalters, eine dritte Stromversorgungsleitung zum Verbinden eines Ausgangs der zweiten Stromquelle (3) mit der ersten elektrischen Schaltlogik (Block A) mittels eines zweiten Schalters und eine vierte Stromversorgungsleitung zum Verbinden des Ausgangs der zweiten Stromquelle (3) mit der zweiten elektrischen Schaltlogik (Block B) mittels eines dritten Schalters enthält, wobei bei dem ersten Betriebszustand der erste und der zweite Schalter eingeschaltet und der dritte Schalter ausgeschaltet sind und bei dem dritten Betriebszustand der erste und der zweite Schalter ausgeschaltet und der dritte Schalter eingeschaltet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die zweite elektrische Schaltlogik (Block B) Hardwarekomponenten enthält, die den Betrieb des Datenverarbeitungssystems auch dann nicht abbrechen, wenn deren Stromversorgung plötzlich eingestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die zweite elektrische Schaltlogik (Block B) eine Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung (22) enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die erste Stromquelle eine externe Wechselstromquelle und die zweite Stromquelle (3) ein innen angebrachter Akku-Pack ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das System als Reaktion auf das Erkennen des Entfernens der zweiten Stromquelle (3) in dem dritten Betriebszustand in den ersten Betriebszustand versetzt wird.