JP2004266997A - 電力管理回路 - Google Patents

Abstract

【課題】電池寿命を保持するため誘導的インタフェースから受けるエネルギの最善の使用を図る。
【解決手段】誘導的に結合された回路からの及び電池からの組み合わされた電源を持つシステムのための電力管理回路は、電源の各々の電圧を検知するための電圧検知回路を含む。スィッチング装置は、電源の１つを選択的に単一のユーザ又は複数のユーザに接続する。スィッチング装置は、電圧検知回路からの出力に応じて適切な制御回路により制御される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力管理回路に関し、より詳しくは、誘導的に結合された回路から、及び電池からの組み合わされた電源を持つシステムとともに使用される電力管理回路に関する。

トランスポンダは、データ転送及びまたエネルギ転送のために誘導的結合を使用する典型的なシステムである。誘導的結合は、共振回路を形成するアンテナコイルとコンデンサ、及び記憶コンデンサをもつ整流器を含む。トランスポンダは、誘導的に転送されるエネルギから供給されるので電池無しでも良い。電池無しトランスポンダの例は、車両イモビライザである。車両イモビライザは、トランスポンダに加えて、錠に適合した物理的キーを含むことの出来る携帯装置である。この様な装置の基本的機能は、信頼性あるキーの機能であるが、他の特徴を加えても良い。例えば、遠隔制御機能は、快適のために進行中の要求に応える特徴の１つである。遠隔制御は、一般にＲＦトランシーバを含み、これは電池から給電される必要がある。これらの複雑さが増加しているにも拘らず、これらのシステムは、量産品であり、システムの費用を出来るだけ低く維持することが重要である。全体のシステム費用のかなりの削減は、複数の機能を単一の回路に組み合わせることにより、またコントローラ、暗号回路又はメモリの様な資源を共有し、チップサイズの減少を可能にすることにより達成される。共有される回路部品は、供給源が誘導的インタフェースから利用出来るか又は電池から利用出来るかに拘わらず供給されねばならない。各電源は、ゼロと、例えば８ボルトまでの最大電圧との間に電圧を持つことが出来るので、インテリジェント電力管理が要求される。電力管理は、電池寿命を保持するため誘導的インタフェースを越えて受けるエネルギの最良の使用を図るべきである。加えて、基本的機能に必要なエネルギより過剰にインタフェースから受けたエネルギは、電池を充電（もし再充電可能な電池が使用されるなら）するために利用されるべきである。又、電源間の競合は避けなければならない。

本発明は、２つの異なる電源からのエネルギの最適使用を可能にするインテリジェント電力管理回路を提供し、その一方は誘導的インタフェースをもち、その他方は電池を持つ。特に本発明は、誘導的に結合された回路から及び電池からの組み合わされた電源を持つシステムのための電力管理回路を提供する。この電力管理回路は、電源の各々の電圧を検知するための電圧検知回路を含む。スイッチング装置は、電源の１つを単一のユーザ又は複数のユーザに選択的に接続する。スイッチング装置は、電圧検知回路からの出力に応じて適切な制御回路により制御される。

発明の好ましい実施例においては、電力管理回路は、イモビライザアナログ回路の様な特別な回路部品が、電池の供給とは無関係に誘導的に結合された回路から供給されるのを可能にする。他のデイジタル及び共有回路部品は、電流消費を削減するために最小必要電圧レベルに近い電圧レギュレータを通じて供給されても良い。デイジタル及び共有回路部品は、代わりに誘導的インタフェースから供給されても良く、空の電池の場合もまた、電圧比較の結果に応じて電池供給源からでも良い。もし両方の供給源が利用できれば、電池寿命を保持するため誘導的インタフェースからの供給源に優先権が与えられる。

それ以上の好ましい実施例においては、ＲＦ送信機の様な比較的高い電流消費を持つ回路部品は、誘導的インタフェースから供給されても良い。その場合、他の重要な回路部品の動作に必要な最小値より下への電圧降下は、電圧レベルを監視しかつ電圧レギュレータを挿入することにより回避される。

再充電可能電池が使用される場合には、発明の好ましい実施例は、電池を充電する目的に使用されるため誘導的インタフェースから過剰なエネルギを受けることを許す。もし供給電圧がコントローラの動作に充分であれば、充電プロセスの制御のため別個のコントローラを使用しても良い。コントローラの動作に必要な電圧レベルより下では、電圧レギュレータはスイッチと組み合わされて電源が空の電池によりひどく負荷がかかるのを保護し、これにより重要な回路部品の動作に必要な最小レベルより下への電圧降下を回避する。

別の選択権は、電池の交換を許すために誘導的インタフェースからバックアップ供給を提供することである。
さらなる効果および特徴は、添付図面を参照することにより以下の好適実施例の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１を参照すると、図は概略的に車両のダッシュボード１０の背後の安全システムを示し、キーロックシリンダ１２がその中に取り付けられる。エアーコイル（ａｉｒ ｃｏｉｌ）１４がキーロックシリンダ１２を取り巻いている。携帯装置１６、即ち物理的なキーがキーロックシリンダ１２の中に適合し、電子識別装置１８を備えている。ＲＦトランシーバ２０はエアーコイル１４に接続される。ＲＦトランシーバ２０はコントローラ２２に接続され、後者はまた車両イモビライザ２４に接続される。

電子識別装置１８は、トランシーバ２０と協力するトランスポンダを含む。特に、装置１８内のトランスポンダは、内部アンテナコイル１８ａによりエアーコイル１４に誘導的に結合される。動作において、ＲＦトランシーバ２０は、コントローラ２２の制御の下にＲＦ質問信号を用いてエアーコイル１４を駆動する。質問信号はデータと電磁エネルギとの両方を運び、装置１８内の内部アンテナコイル１８ａにより受信される。装置１８は誘導的に、車両内に取り付けた安全システムに結合されるので、それは電池無しで良い。

これまで、図１において示したシステムは従来のものであり、近代の車両において見られる。

より複雑なシステムは、携帯装置１６が、遠隔制御及び遠隔キーレスエントリの様な快適な機能をサポートすることを要求する。これらの機能はやむをえず、電池から供給されなければならないＲＦ送信機を含む。電池の寿命を保持するために、インテリジェント電力管理が要求される。

携帯装置１６のために再充電可能な電池が使用されるときは、ダッシュボード１０の背後の据え付けの安全システムが充電局として機能しても良い。それは電池状態指示信号を携帯装置１６から受け、これに答えて、電池充電プロセスを開始する。

図２を参照すると、図１の電子識別装置１８において使用するための電力管理回路３０は、誘導性ＬＲ（アンテナコイル１８ａにより実現される）とコンデンサＣＲとを含む並列共振回路により形成される誘導インタフェースを持つ。記憶コンデンサＣＬが、ＬＲとＣＲとを含む並列共振回路の、端子ＶＣＬと呼ばれるノードの１つと接地端子ＧＮＤとの間に接続される。ＬＲとＣＲとを含む並列共振回路の、端子ＲＦ１と呼ばれる他方のノードは整流器ダイオードＤの陰極に接続され、その陽極は接地端子ＧＮＤに接続される。

もし図２の電力管理回路３０がＣＭＯＳ技術により実施されるならば、ダイオードＤは基板ダイオードでも良い。

ダイオードＤと記憶コンデンサＣＬとは整流器回路を形成する。もし、動作において、アンテナコイル１８ａがエアーコイル１４に誘導的に結合しまた後者が適切な信号により駆動されるならば、端子ＶＣＬは接地端子ＧＮＤに関して第１の電源端子を構成する。実際の実施においては、端子ＶＣＬの電圧レベルは、ゼロと８ボルトより少ない最大値との間で変化することが出来る。従って、第１の電源は誘導的結合回路により形成される。

第２の電源は、接地端子ＧＮＤと回路３０の端子ＶＢＡＴとの間に接続された再充電可能電池ＢＡＴにより形成される。バッファコンデンサＣＢＡＴが電池ＢＡＴの両端に接続されても良い。

電力管理回路３０は、少なくとも３つの異なる供給出力を持つ。

第１の供給出力は、端子ＶＣＬから直接取り出される。特定の実施例においては、これは車両イモビライザアナログ回路に対する供給源である。

ＶＣＣＰＣＵと呼ばれる端子における第２の供給源は、端子ＶＣＬからか、又は端子ＶＢＡＴからか選択的に取り出される。両方の場合において、より詳細に開示される様に、電圧レギュレータ及びスイッチが挿入される。開示された特定の実施例において、第２の供給源は共用されるディジタル回路に対する供給源である。

端子ＶＣＣＰＣＵにおける供給源が、端子ＶＣＬから取り出されるか又は端子ＶＢＡＴからかは、電圧検知回路３２により決定され、これは端子ＶＣＬに接続された入力と端子ＶＢＡＴに接続された入力とを持つ。この電圧検知回路３２はまた、２つの制御出力を持ち、各々が、端子ＶＣＬ及びＶＢＡＴからの供給経路における２つのスィッチＳＷ１及びＳＷ２の１つをそれぞれ制御する。端子ＶＣＬからの供給経路はスィッチＳＷ１と直列に電圧レギュレータ３４を含む。端子ＶＢＡＴからの供給経路はスィッチＳＷ２と直列に電圧レギュレータ３６を含む。

端子ＶＢＡＴ１における第３の供給出力もまた端子ＶＣＬから取り出されるが、より詳細に開示される様に、しきい値回路３８及び電圧レギュレータ４０を通る。ここで考慮される特定の実施例においては、第３の供給源は遠隔キーレスエントリコントローラのためのものである。

図２には示されないが、第４の供給源は、例えば、遠隔制御システムの送信機のために、端子ＶＢＡＴから直接取り出しても良い。

図３を参照すると、電圧検知回路３２がより詳細に開示されている。図３における電圧検知回路は、端子ＶＣＬからの第１の供給源を、端子ＶＢＡＴからの第２の供給源を持ち、両者は共通接地端子ＧＮＤを基準としている。抵抗器Ｒ１がツェナーダイオードＺＤ１と直列にＶＣＬとＧＮＤとの間に接続される。Ｒ１とＺＤ１との間の共通ノードはＰＭＯＳトランジスタＭＰ１のゲートに接続され、これはそのソースがＶＣＬに接続され、またそのドレインが電流源を通じてＧＮＤに接続される。ＭＰ１のドレインは、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１のゲートを駆動し、そのソースはＧＮＤに接続され、そのドレインは電流源を通じてＶＢＡＴに接続される。ＭＮ１のドレインは別のＮＭＯＳトランジスタＭＮ２のゲートを駆動し、そのソースはＧＮＤに接続され、またそのドレインは電流源を通じてＶＣＬに接続される。

第１のバッファＢ１はＭＮ２のドレインにより駆動され、またＶＣＬから供給される。第２のバッファＢ２はＭＮ１のドレインにより駆動され、またＶＢＡＴから供給される。バッファＢ１は端子ＹＥＳＶＣＬに出力を持ち、またバッファＢ２は端子ＮＯＶＣＬに出力を持つ。レベルシフタを組み込んでいるラッチ回路Ｌは、端子ＹＥＳＶＣＬに接続されたイネーブル入力及び端子ＮＯＶＣＬに接続されたリセット入力を持つ。ラッチ回路Ｌの出力ＱはスィッチＳＷ１を動作させ、また反転出力ｎＱはスィッチＳＷ２を動作させる。

動作において、ＭＰ１は、ＺＤ１においてツェナー電圧に到達するまでは阻止されたままである。ＺＤ１のツェナー電圧は、ＶＣＬから供給がされるよう意図されている論理回路の正しい動作のための最小要求電圧レベルに対応する様に選択される。

ＭＰ１が阻止（ＯＦＦ）されていると、ＭＮ１もまた阻止されており、ＭＮ２は導通（ＯＮ）している。この結果、端子ＹＥＳＶＣＬは、ＧＮＤに近いレベルにあり、また端子ＮＯＶＣＬは、もしＶＢＡＴが存在すれば、レベルＶＢＡＴにある。電池はこの状態では負荷がかかっていない。ラッチ回路Ｌの出力ｎＱは高であり、スィッチＳＷ２は閉じ、出力Ｑは低であり、スィッチＳＷ１は開いている。

ＭＰ１が導通（ＯＮ）していると、ＭＮ１もまた導通しており、ＭＮ２は阻止（ＯＦＦ）されている。この結果、端子ＹＥＳＶＣＬは、ＶＣＬに近いレベルにあり、また端子ＮＯＶＣＬは、ＧＮＤに近いレベルにある。ラッチ回路Ｌの出力Ｑは高であり、スィッチＳＷ１は閉じ、出力ｎＱは低であり、スィッチＳＷ２は開いている。ここで、電池は、１ユニット電流（典型的に１００ｎＡ）で負荷がかかっているのみである。これは永久的ではなく、なぜならば、この状態は、ＶＣＬがＲＦ界（ｆｉｅｌｄ）から引き出される時のみ存在するからである。

この電圧検知回路は開示された様に、幾つかの重要な面をもつ。

第１に、それは、両方の供給源（ＶＣＬ及びＶＢＡＴ）に対する信頼性ある存在検査（ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｃｈｅｃｋ）の問題を取り上げている。電圧検知回路は、それ自身に対する供給源がない時は、信頼性ある出力を提供することは出来ない。

第２に、２つの供給源のどちらの代替接続も、如何なる電圧降下無しで動作する。

第３に、２つの高−アクテイブ信号が、ＶＣＬの存在及び不存在を示すために利用出来る。（注意：低−アクテイブ信号は、供給源なしと区別できない）

第４に、ＶＣＬの不存在（ＮＯＶＣＬ）を示す信号はＶＢＡＴから駆動される。この結果、弱いＶＣＬは、ＶＣＬと無関係に、ＶＢＡＴでのみ示される。従って、ＳＷ２はＶＢＡＴの存在でのみ閉じる。

第５に、ＶＣＬの存在（ＹＥＳＶＣＬ）を示す信号は、ＶＣＬそれ自身から引き出される。これは、ＳＷ１は、ＶＢＡＴの存在無しでさえ閉じることを意味する。

第６に、両方の供給源（ＶＣＬ及びＶＢＡＴ）が存在する時、ＶＣＬは電池寿命を保持するための主たる供給源である。

第７に、待機モード、即ちＶＣＬが不存在の時、電池の消費は発生しない。これは電池寿命を数年に亘り保証する。

電圧レギュレータ３４及び３６（図２）は、端子ＶＣＣＰＣＵに接続されたユーザが、全体の電流消費を削減するため、正しい動作のための最小の必要電圧レベルで供給されることを保証する。

電力管理回路の好ましい実施例は、電池充電特徴及び電池交換のための電池バックアップ特徴を含む。

図４を参照すると、図２において前置レギュレータとも呼ばれるしきい値回路３８は、抵抗器Ｒ２、ツェナーダイオードＺＤ２及びＶＣＬとＧＮＤとの間のＮＭＯＳトランジスタＭＮ３の直列接続を含む。抵抗器Ｒ２とツェナーダイオードＺＤ２との間のノードは、パストランジスタＰＣＨ１のゲートに接続され、そのソースはＶＣＬに接続され、またそのドレインは電圧レギュレータ４０の入力ＶＶＣ ＩＮに接続される。イネーブル入力は，トランジスタＭＮ３のゲートに、また電圧レギュレータ４０に、入力ＥＮＶＢＵＰ及びＥＮＣＨＲＧを持つＯＲゲート（図２）から印加される。

動作において、パストランジスタＰＣＨ１は、ダイオードＺＤ２のツェナー電圧が到達するまでまたイネーブル信号が受信されるまで阻止されている。ＶＣＬの充分な電圧レベルでは、電圧レギュレータ４０は、入力ＶＣＬ ＩＮにおいて供給を受け、もしイネーブル入力が受信されれば、調整された出力Ｖ Ｒｅｇｕｌａｔｅｄを提供する。出力Ｖ Ｒｅｇｕｌａｔｅｄは、図２における供給出力ＶＢＡＴ１と等価であることを理解すべきである。これは、ＶＣＬが、ＶＢＡＴ１における負荷に無関係に、充分な電圧レベルより下に降下するのを防止する。

図２を参照すると、スィッチＳＷ３が、電池充電指令（充電局により発せられる、図１を参照。）に応じて供給端子ＶＢＡＴ１を端子ＶＢＡＴに接続するため備えられる。スィッチＳＷ３は、入力ＥＮＣＨＲＧ及び反転入力ＥＮＢＵＰ，即ちＮＥＮＶＢＵＰを受けるゲート回路により制御される。

図２に見られるように、端子ＶＢＡＴ及びＶＢＡＴ１は、バッファコンデンサＣＢＡＴ及びＣＢＡＴ１を夫々備えても良い。

図２から明らかな別の特徴はスィッチＳＷ５であり、これは指令ＶＢＡＴＯＮに応じて、端子ＶＣＬとＶＢＡＴを相互に接続する。

図５を参照すると、電池充電プロセスがステップ１００において開始される。もし識別装置がステップ１０２で検出されると、充電局（図１）は、エアーコイル１４を駆動するため、ステップ１０４で、そのＬＦ送信機をＯＮに切換える。ステップ１０６において電池充電指令が送られる。ステップ１０８で、充電がイネーブルされる。ステップ１１０において、充電局は、装置１８内の充電コントローラへ充電情報を送る。もし充電コントローラが、ステップ１１２において、充電情報が供給されかつ受信されたと決定すれば、電池充電ループはステップ１１４に入る。ステップ１１４において、充電コントローラは電池電圧ＶＢＡＴを測定する。ステップ１１６において決定される様に、電池電圧が、定格最大値より下である限りにおいて、充電プロセスは、待ちステップ１１８と共に継続される。さもなければ、充電ループは、ステップ１２０において充電不能で終了する。

もしステップ１１２が、充電情報が受信されないと決定し、又はもしステップ１２０が、充電不能の故にリターンするならば、ステップ１２２は、充電局のための数分の待ち時間と共に継続する。その後、ステップ１２４で、充電局におけるＬＦ送信機はスィッチＯｆｆされる。「充電不能」指令が次にステップ１２６において発行され、ループはステップ１０２へ戻る。

以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）誘導的に結合された回路からの及び電池からの組み合わされた電源を持つシステムのための電力管理回路であって、
各前記電源の電圧を検知するための電圧検知回路と、
前記電源の１つを少なくとも単一のユーザに選択的に接続するためのスイッチング装置と、
前記電圧検知回路の出力に応じて前記スイッチング装置を制御するコントロール回路とを含む。
（２）第（１）項記載の電力管理回路において、電圧検知回路は、前記電源の１つが、前記ユーザの動作に対して充分と考えられる電圧を持つかどうかを示す出力を提供するしきい値回路を含む。
（３）第（１）項記載の電力管理回路において、電圧検知回路は、各電源に対して、夫々の電源が、前記ユーザの動作に対して充分と考えられる電圧を持つかどうかを示す出力を提供するしきい値回路を含む。
（４）第（３）項記載の電力管理回路において、両方の電源が、前記ユーザの動作に対して充分と考えられる電圧を持つ時、誘導的に結合された回路からの電源が、電池からの電源に対して優先権が与えられるように、前記しきい値回路の出力は組み合わされる。
（５）第（３）項または第（４）項記載の電力管理回路において、電圧検知回路は、前記電源の別の１つの電圧を検出するために、前記電源の１つを使用し、又この逆である。
（６）第（１）項から第（５）項のいずれかに記載の電力管理回路であって、更に電池充電回路を含み、これは、前記電源の電圧が所定のしきい値を超える時及びもし超えるなら、誘導的に結合された回路からの電源により供給される。
（７）第（６）項記載の電力管理回路において、所定のしきい値は、前記トランスポンダシステム内の回路の固有の基本的機能を確保するため選択される。
（８）第（６）項または第（７）項記載の電力管理回路において、前記電池充電回路は電圧レギュレータを含む。
（９）第（６）項から第（８）項のいずれかに記載の電力管理回路において、トランスポンダシステムの外部のマイクロコントローラは、前記電源が、前記マイクロコントローラの動作に充分な電圧を持つ時、前記誘導的に結合された回路からの電源により供給され、前記マイクロコントローラは次に電池充電プロセスを制御する。
（１０）第（６）項から第（９）項のいずれかに記載の電力管理回路において、前記電池充電回路はスィッチを含み、これは充電局から受ける電池充電指令により制御される。
（１１）第（１）項から第（１０）項のいずれかに記載の電力管理回路において、誘導的に結合された回路は、アンテナコイル、コンデンサ及び整流器を持つ、トランスポンダの中の共振回路であり、整流器は電荷蓄積コンデンサを含み、又車両イモビライザ回路は電荷蓄積コンデンサから直接供給される。
（１２）第（１）項から第（１１）項のいずれかに記載の電力管理回路において、誘導的に結合された回路からの電源は、電圧レギュレータを通して車両遠隔制御キーレスエントリコントローラに供給する。
（１３）第（１２）項に記載の電力管理回路であって、電圧レギュレータの出力両端に接続されるバッファコンデンサを含む。
（１４）第（１）項から第（１３）項のいずれかに記載の電力管理回路において、電池からの電源は、遠隔キーレスエントリ回路に直接供給する。
（１５）第（１）項から第（１１）項のいずれかに記載の電力管理回路において、誘導的に結合された回路からの電源は、電池交換の間、電池のためにバックアップ供給を提供する。
（１６）第（２）項から第（１５）項のいずれかに記載の電力管理回路において、電圧検知回路は、一方の電源の不存在を示す高い出力を、他方の電源からの供給電圧を使用して提供する。
（１７）誘導的に結合された回路からの及び電池からの組み合わされた電源を持つシステムのための電力管理回路は、電源の各々の電圧を検知するための電圧検知回路を含む。スィッチング装置は、電源の１つを選択的に一人のユーザ又は複数のユーザに接続する。スィッチング装置は、電圧検知回路からの出力に応じて適切な制御回路により制御される。電力管理は、電池寿命を保持するため、誘導的インタフェースから受けるエネルギの最良の使用を図る。

発明の電力管理回路を含む装置のための典型的環境を概略的に示す図である。 電力管理回路のブロック図である。 電圧検知回路の回路図である。 組み合わされたしきい値回路と電圧レギュレータとの回路図である。 電池充電プロセスを示す流れ図である。

符号の説明

１０ ダッシュボード
１４ エアーコイル
１２ キーロックシリンダ
１６ 携帯装置
１８ 電子識別装置
２０ ＲＦトランシーバ
２２ コントローラ
２４ 車両イモビライザ
３２ 電圧検知回路
３４，３６ 電圧レギュレータ
３８ しきい値回路

Claims (1)

1. 誘導的に結合された回路からの及び電池からの組み合わされた電源を持つシステムのための電力管理回路であって、
   各前記電源の電圧を検知するための電圧検知回路と、
   前記電源の１つを選択的に少なくとも単一のユーザに接続するためのスィッチング装置と、
   前記電圧検知回路の出力に応じて前記スィッチング装置を制御する制御回路とを含む電力管理回路。