JP2003514491A - バッテリの放電を制御する方法及び回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電源回路はエネルギー蓄積部（１９）を有する前置調整器回路（２０）を含む。制御回路（４）はバッテリ（１８）からの電流の流れを制御し、電圧制御器（７）及びアプリケーション回路（２、４、５、６、８、９）へ電流を供給するエネルギー蓄積部（１９）へ電流を断続的に供給する。エネルギー蓄積部は、必要であれば例えばバッテリが使用寿命の終わりに近づいているときに最大の効率のために迂回されうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 ［技術分野］ 本発明はバッテリの放電を制御する方法及び回路、並びに、かかる方法に従っ
て動作する装置に関連し、特に無線ページャといったものであるがこれに限られ
ない携帯型通信装置及び遠隔測定モジュールに適用される。

【０００２】 ［背景技術］ 本発明について、説明の便宜上、無線ページャに関連して説明する。無線ペー
ジャ回路は、長いバッテリ寿命を可能とするため、低電力消費であるよう設計さ
れる。更に、無線ページャはページャが殆どの時間に亘ってその回路の大部分を
オフとすることを可能とする電力節約特徴を含むＣＣＩＲRadiopaging Code No.
1（ＰＯＣＳＡＧとしても知られている）といったプロトコルに従って動作する
。例えば、ページャ内の無線受信器は、呼に対する無線チャネルをサンプリング
するために定期的に活性化され、その間、例えば５ｍＡを消費し、残る時間はオ
フとされる。無線ページャは、より高い電流を消費する幾つかの回路を含み、例
えば音声警報器は約１００ｍＡを消費し、振動警報器は約３０ｍＡを消費するが
、これらの回路は滅多に活性化されることがない。

【０００３】 バッテリ技術における進歩により、従来のＡＡＡバッテリの１ＡＨｒと比較し
て、幾つかの新しいＡＡＡサイズのバッテリでは例えば２ＡＨｒといったエネル
ギー容量が増加したバッテリがある。しかしながら、これらの新しいバッテリ技
術の利益を完全に受けるためには、バッテリ内で生ずる化学エネルギー変換プロ
セスにより、バッテリは比較的高い電流レベルで動作される必要がある。従って
、このようなバッテリが低電流のアプリケーションで用いられたとき、バッテリ
のエネルギー容量が高められていることによる利益は完全には受けられず、バッ
テリの寿命は短くなる。

【０００４】 ［発明の開示］ 本発明は、バッテリ寿命を向上させることを目的とする。

【０００５】 本発明の１つの面によれば、バッテリからアプリケーション回路への電気エネ
ルギーの放電を制御する方法であって、 （ａ）バッテリからエネルギー蓄積部へ断続的にエネルギーを伝達する段階と
、 （ｂ）エネルギー蓄積部から電圧調整器へエネルギーを伝達する段階と、 （ｃ）電圧調整器からアプリケーション回路へエネルギーを伝達する段階とを
含み、 バッテリから流れるピーク電流が電圧調整器へ流れ込むピーク電流よりも大き
い方法が提供される。

【０００６】 このようにして、バッテリから引き出される比較的高いパルス化された電流は
、電圧調整器及びアプリケーションによって引き出される比較的低い電流へ変換
される。

【０００７】 本発明の第２の面によれば、バッテリからアプリケーション回路への電気エネ
ルギーの放電を制御する回路であって、バッテリからエネルギー蓄積部へ断続的
にエネルギーを伝達する手段と、エネルギー蓄積部から電圧調整器へエネルギー
を伝達する手段と、電圧調整器からアプリケーション回路へエネルギーを伝達す
る段階とを含み、バッテリから流れるピーク電流は上記電圧調整器へ流れ込むピ
ーク電流よりも大きい回路が提供される。

【０００８】 本発明の１つの実施例では、バッテリからエネルギー蓄積部へ定期的にエネル
ギーを伝達する手段が設けられる。このようにして、エネルギー蓄積部は、電圧
調整器及びアプリケーション回路へ電流を供給する準備ができているよう、充電
された状態に維持される。

【０００９】 本発明の他の実施例では、電圧調整器の入力における電圧が所定のレベルを下
回る場合にバッテリからエネルギー蓄積部へのエネルギーの伝達を可能とするた
めの手段が設けられる。このようにして、電圧調整器及びアプリケーション回路
によって電流が引き出されたことによりエネルギー蓄積部が空になったときにの
み、バッテリから電流が引き出される。

【００１０】 必要であれば、電圧調整器への入力における電圧が２つの所定の電圧レベル間
で変化するのにかかる時間を測定する手段が設けられ、この時間が所定の規準に
合ったとき、バッテリから引き出される電流はエネルギー蓄積部を迂回すること
が可能とされる。

【００１１】 ［発明の実施形態］ 図１中、明瞭性のため、情報信号又は制御信号を搬送する接続を破線で示し、
電力を搬送する接続を実線で示す。

【００１２】 図１を参照するに、無線ページャは、無線受信器２（例えばPhilips UAA3500
集積回路）に接続されたアンテナ１を含み、無線受信器２はプロセッサ４に接続
される。プロセッサ４は、プログラムメモリ（ＲＯＭ）５、揮発メモリ（ＲＡＭ
）６、電圧調整器７、メッセージ記憶部（ＥＥＰＲＯＭ）８、ＬＣＤディスプレ
イドライバ９、音声警報発生器１０、振動警報器１１、ＬＣＤディスプレイ用バ
ックライト１２、ユーザインタフェース用ボタン１３、充電制御スイッチ１４、
下限電圧レベル検出器１５、上限電圧レベル検出器１６、及びバイパス切換スイ
ッチ１７に接続される。これらの回路ブロックのうちの幾つかは、Philips PCD5
007マイクロコントローラといった集積回路、即ちプロセッサ４、プログラムメ
モリ５、揮発メモリ６、及び電圧調整器７に含まれる。電圧調整器７は、電圧の
上昇を含む多数の出力電圧を与えるＤＣ−ＤＣコンバータである。動作上、プロ
セッサ４は、充電制御スイッチ１４が開であるか閉であるかを制御すると共に、
バイパス切換スイッチ１７の２つの入力のうちのどちらがバイパス切換スイッチ
１７の出力に接続されるかを制御する。

【００１３】 無線ページャは、バッテリ１８によって給電される。幾つかの無線ページャ部
品、即ち音警報発生器１０、振動警報器１１、及びバックライト１２は、バッテ
リ１８に直接接続される。他のページャ部品、即ち、無線受信器２、メッセージ
記憶部８、ＬＣＤディスプレイドライバ９、プロセッサ４、プログラムメモリ５
、及び揮発メモリ６は、電圧調整器７への接続を介して給電される。

【００１４】 更に、充電制御スイッチ１４がバッテリ１８に接続される。充電制御スイッチ
１４がプロセッサ４によって制御されたため閉じた位置にあるとき、電流はスイ
ッチを通って流れうる。充電制御スイッチ１４の出力は、下限電圧レベル検出器
１４、上限電圧レベル検出器１６、エネルギー蓄積部１９（図１ではコンデンサ
として表わされる）、及びバイパス切換スイッチ１７の１つの入力１７Ａに接続
される。バイパス切換スイッチ１７の第２の入力１７Ｂはバッテリ１８に接続さ
れる。バイパス切換スイッチ１７の出力は、電圧調整器７の入力に接続される。

【００１５】 図１中、充電制御スイッチは単純な機械的なスイッチとして示されているが、
実際は電力効率のよい切り換えを可能とする例えばMotorolaＭＯＳＦＥＴトラン
ジスタＭＴＤ３３０２といった電気スイッチ回路を用いて実施されうる。同様に
、バイパス切換回路１７は電気スイッチ回路として実施されうる。

【００１６】 充電制御スイッチ１４、下限電圧レベル検出器１５、上限電圧レベル検出器１
６、エネルギー蓄積部１９、及びバイパス切換スイッチ１７は、まとめて前置調
整器回路２０として定義されうる。明瞭性のため図１には示していないが、前置
調整器回路の部分は、電圧調整器７によって給電される。

【００１７】 図２Ａを参照するに、電流Ｉ_Bは比較的高い電流のパルスとしてバッテリから
引き出され、ページャ回路２、４、５、６、８、９によって電圧調整器７から引
き出され従って電圧調整器７によってエネルギー蓄積部１９から引き出される電
流Ｉ_Aは比較的低く連続的である。（実際は、無線ページャ内の受信器は上述の
ように定期的に活性化され、電流Ｉ_Aを変化させる。しかしながら、明瞭性のた
め、本発明について、電流Ｉ_Aが略一定であるメッセージ受信中の場合のように
無線ページャが連続的に動作していると想定して説明する）。

【００１８】 図２Ｂを参照するに、エネルギー蓄積部１９にかかる電圧Ｖは、エネルギー蓄
積部を充電するためにバッテリから電流が引き出されている間の期間Ｔ_C中は急
速に増加し、電圧調整器によってエネルギー蓄積部から電流が引き出されそれに
よりアプリケーション回路がエネルギー蓄積部を放電させている期間Ｔ_D中は比
較的ゆっくりと減少する。

【００１９】 ここで、図１、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、前置調整器回路２０の動作につ
いて説明する。最初の条件として、充電制御スイッチ１４が閉であり、エネルギ
ー蓄積部１９は充電されておらず、バイパス切換回路１７はエネルギー蓄積部１
９を電圧調整器７へ接続するよう設定されていると想定する。エネルギー蓄積部
１９は、バッテリ１８から充電し始める。抵抗の低い充電回路では、充電は急速
に行われ、例えば１００ｍＡの比較的大きな電流が流れる。エネルギー蓄積部１
９にかかる電圧がページャ回路２、３、８、９を駆動するのに十分であるとき、
ページャ回路はエネルギー蓄積部１９から電流を引き出す。ページャ回路は低電
圧消費に対して最適化されるため、ページャ回路によって引き出される電流は比
較的小さく、例えば５ｍＡである。

【００２０】 エネルギー蓄積部１９の充電は、上限電圧レベル検出器１６がエネルギー蓄積
部にかかる電圧が所定の上限電圧レベルＬ_Uを超過したことを検出するまで続け
られ、その場合、上限電圧レベルを超過したことがプロセッサ４に対して示され
、プロセッサが充電制御スイッチ１４を開とするよう制御し、これにより充電プ
ロセスを終了させる。

【００２１】 ページャ回路２、３、８、９は、充電が終了した後に、エネルギー蓄積部１９
から電流を引き出し、それによりエネルギー蓄積部を放電することによって動作
し続ける。

【００２２】 ページャ２、３、８、９は電流を引き出すため、エネルギー蓄積部にかかる電
圧は比較的ゆっくりと減少する。下限電圧レベル検出器１５は、電圧がいつ所定
の下限電圧レベルＬ_Lよりも下まで降下したかを検出し、これをプロセッサ４に
示し、プロセッサは充電制御スイッチ１４を閉となるよう制御し、これにより充
電プロセスが再開する。

【００２３】 図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、再充電及び放電プロセスは、ページャ回
路が電流を引き出している間、繰り返される。

【００２４】 前置調整器回路２０の図示されていない変形では、下限電圧レベル検出器１５
がエネルギー蓄積部１９の再充電を開始させるのではなく、下限電圧レベル検出
器１５をなくし、プロセッサ４が定期的に充電制御スイッチ１４を閉としうる。

【００２５】 前置調整器回路２０の他の図示されていない変形では、上限電圧レベル検出器
１６がエネルギー蓄積部１９の再充電を終了させるのではなく、上限電圧レベル
検出器１６をなくし、プロセッサ４が定期的に充電制御スイッチ１４を開としう
る。

【００２６】 バッテリがその使用寿命の終わりに近づいているとき、その電圧は低下し、内
部抵抗が増加する。従って、エネルギー蓄積部１９を再充電するのにかかる時間
は増加する。必要であれば、プロセッサ４は、上限及び下限電圧レベル検出器１
５及び１６から（或いは図示されていない２つの追加的な電圧レベル検出器から
）の出力を監視することによって再充電時間にかかる時間が長くなっていること
を検出し、２つの所定のレベル（これらのレベルはレベルＬ_U及びＬ_Lとは異なる
ものであってもよい）間でエネルギー蓄積部１９を再充電するのにかかる時間が
所定の規準に従うときは、ページャ回路２、３、８、９がエネルギー蓄積部１９
を迂回してバッテリから直接電流を引き出し、それによりバッテリの従来の動作
に戻るよう、プロセッサ４はバイパス切換回路１７を制御する。（アプリケーシ
ョン回路に依存して、プロセッサ４は、アプリケーション回路によって引き出さ
れる電流が再充電時間にかなりの影響を与えないことを確実とするよう、再充電
時間の測定が行われる時間を選択する必要がある）。特定の実施例について迂回
機能が必要でない場合は、バイパス切換回路１７はなくされてもよい。更に、エ
ネルギー蓄積部１９を迂回する代わりに、プロセッサ４は充電制御スイッチ１４
を閉位置に維持しても良く、その場合、バイパス切換回路１４はなくされてもよ
い。

【００２７】 前置調整器回路２０の他の図示されていない変形では、給電のために従来のタ
イプのバッテリが用いられエネルギー蓄積部１９を使用することによって何らの
利益も得られない場合は、バイパス切換回路１７はエネルギー蓄積部１９を迂回
するよう使用されうる。

【００２８】 当業者によれば、本発明によって必要とされる機能を実施するための他の電子
回路形態が使用されうることが明らかとなろう。例えば、プロセッサは充電制御
スイッチ１４又はバイパス切換回路１７を通じて制御を行なう必要はなく、例え
ば他の形態のエネルギー蓄積部が可能である。また、例えば、多数の電圧レベル
検出器回路を実施する代わりに、プロセッサにおいて実施されているレベル検出
で単一のアナログ・ディジタル変換器が使用されうる。設計者が実施例に対して
どの程度の改善を選択するかは、費用、複雑さ、及び電力効率によって決められ
る。

【００２９】 本発明について、無線ページャを参照して説明したが、セルラー式及びコード
レス式電話機及び遠隔測定モジュールといった他の低電力バッテリ式電気機器に
も同様に適用可能である。

【００３０】 本願では、単一の要素として記載される用語は、そのような要素が複数個存在
する場合について排除するものではない。また、「含む」という用語は列挙され
る要素及び段階以外の存在を排除するものではない。

【００３１】 当業者によれば、本願を読むことにより他の変更が明らかとなろう。このよう
な変更は、低電圧電源及びその部品の設計、製造及び使用において既知であり、
本願に記載される特徴の代わりに又は加えて使用されうる他の特徴を含みうる。

【００３２】 ［産業上の適用］ 無線ページャ及び遠隔測定モジュールといった携帯型のバッテリ式装置に適用
される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によって形成されるバッテリ充電制御回路を含む無線ページャの実施例
を示すブロック図である。

【図２Ａ】 エネルギー蓄積部の充電及び放電中の電流Ｉの波形を時間ｔの関数として示す
図である。

【図２Ｂ】 エネルギー蓄積部の充電及び放電中の電圧Ｖの波形を時間ｔの関数として示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 AA04 BA04 CA11 CC02 DA07 DA16 DA18 FA08 5H030 AA01 AS11 BB21 FF44 FF52

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バッテリからアプリケーション回路への電気エネルギーの放
   電を制御する方法であって、 （ａ）上記バッテリからエネルギー蓄積部へ断続的にエネルギーを伝達する段
   階と、 （ｂ）上記エネルギー蓄積部から電圧調整器へエネルギーを伝達する段階と、 （ｃ）上記電圧調整器からアプリケーション回路へエネルギーを伝達する段階
   とを含み、 上記バッテリから流れるピーク電流は上記電圧調整器へ流れ込むピーク電流よ
   りも大きい、方法。
2. 【請求項２】 上記バッテリから上記エネルギー蓄積部へのエネルギーの伝
   達を定期的に可能とすることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 上記電圧調整器への入力における電圧がいつ所定のレベルよ
   りも下まで降下するかを検出し、電圧が所定のレベルよりも下まで降下するとそ
   れに応じて、上記バッテリから上記エネルギー蓄積部へのエネルギーの伝達を可
   能とする特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 上記電圧調整器への入力における電圧が２つの所定の電圧レ
   ベル間で変化するのにかかる時間を測定し、上記時間が所定の規準に従うとそれ
   に応じて、上記バッテリから引き出される電流が上記エネルギー蓄積部を迂回す
   ることを可能とする、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
5. 【請求項５】 バッテリからアプリケーション回路への電気エネルギーの放
   電を制御する回路であって、上記バッテリからエネルギー蓄積部へ断続的にエネ
   ルギーを伝達する手段と、上記エネルギー蓄積部から電圧調整器へエネルギーを
   伝達する手段と、上記電圧調整器からアプリケーション回路へエネルギーを伝達
   する段階とを含み、上記バッテリから流れるピーク電流は上記電圧調整器へ流れ
   込むピーク電流よりも大きい、回路。
6. 【請求項６】 バッテリからアプリケーション回路への電気エネルギーの放
   電を制御する回路であって、上記バッテリへの接続のための手段と、上記バッテ
   リから電流が流れることを可能及び不可とするよう上記バッテリ接続手段に結合
   される第１のスイッチ手段と、上記バッテリからの電流の流れが断続的であるよ
   う上記第１のスイッチ手段の動作を制御する制御手段と、上記バッテリから得ら
   れるエネルギーを蓄積するために上記第１のスイッチ手段に結合されるエネルギ
   ー蓄積部と、上記バッテリから上記エネルギー蓄積部へ流れる電流のピーク値よ
   りも低いピーク値を有する電流を上記エネルギー蓄積部から引き出すよう上記エ
   ネルギー蓄積部に結合された電圧調整器と、上記電圧調整器の出力をアプリケー
   ション回路に結合し上記電圧調整器から電流を引き出す手段とを含む回路。
7. 【請求項７】 上記断続的な電流の流れは定期的であることを特徴とする、
   請求項５又は６記載の回路。
8. 【請求項８】 上記電圧調整器の入力を監視するよう結合された電圧検出手
   段を有し、上記電圧検出手段の出力は上記制御手段に接続され、それにより上記
   制御手段は監視されている電圧が所定の下限レベルを上回るか下回るか、及び所
   定の上限レベルを上回るか下回るかを判定し、それに応じて上記制御手段は、上
   記監視されている電圧が上記所定の下限レベルよりも下まで降下する場合は上記
   バッテリから上記エネルギー蓄積部へのエネルギーの伝達を可能とするよう上記
   第１のスイッチ手段を動作させ、上記監視されている電圧が上記所定の上限レベ
   ルよりも上まで上昇する場合は上記バッテリから上記エネルギー蓄積部へのエネ
   ルギーの伝達を不可とするよう上記第１のスイッチ手段を動作させることを特徴
   とする、請求項５又は６記載の回路。
9. 【請求項９】 上記エネルギー蓄積部の入力に結合される第１の入力、上記
   バッテリに結合される第２の入力、及び上記電圧調整器の入力に接続される出力
   を有する切換用の第２のスイッチ手段と、上記切換用の第２のスイッチ手段の動
   作を制御する制御手段とを含み、上記制御手段は上記電圧調整器の入力の電圧が
   ２つの所定の電圧レベル間で変化するのにかかる時間を測定する手段を有し、上
   記時間が所定の規準に従うとそれに応じて、上記制御手段は上記切換用の第２の
   スイッチ手段の出力を第１の入力から第２の入力へ切り換えるよう上記切換用の
   第２のスイッチ手段を動作させることを特徴とする、請求項５乃至８のうちいず
   れか一項記載の回路。
10. 【請求項１０】 バッテリによって給電されるアプリケーション回路を有す
    る装置であって、 請求項１乃至４のうちいずれか一項に従って動作するバッテリからの電気エネ
    ルギーの放電を制御する手段を有することを特徴とする装置。