JP2007511199A - 電子機器のバッテリコントローラを効率的に実装するシステム及び方法 - Google Patents

電子機器のバッテリコントローラを効率的に実装するシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

電子機器の動作電力を効果的に管理するシステム及び方法が、動作電力を電子機器に供給するために電子機器に連結されたバッテリパックを有する。バッテリコントローラは、バッテリパックをシングルセル実装又はデュアルセル実装で交互に管理するために単一の集積回路素子として構成する。シングルセル実装においてバッテリコントローラを動作させるための内部コントローラ電源を提供するために、バッテリコントローラは充電ポンプ装置を有する。

Description

本発明は、一般的には電子機器の動作電力を管理する技術に関し、詳細には電子機器のバッテリコントローラを効果的に実装するためのシステム及び方法に関する。
動作電力の効率的管理方法の実現は最新の電子機器の設計者やメーカーにとっては重要な検討課題である。しかしながら、動作電力の効果的な管理はシステム設計者にとっては相当な難問となるかもしれない。例えば、電力管理の機能性と性能の向上への要求の高まりにより、必要なシステム処理電力が増加し、ハードウェアリソースの追加が要求されることがある。処理又はハードウェア要件の増加の結果として、製造コストや運用非効率性の増大が原因の対応する経済的悪影響が生じることもある。
さらに、様々な先進的電力管理作業を実施するためのシステム能力の強化はシステムユーザに追加的な利益を提供するかもしれないが、様々なシステムコンポーネントの制御や管理に対する要求も増大するかもしれない。例えば、現在残っている電子機器動作電力を効果的に監視する電力管理システムの強化は、電子機器の現在残っている利用可能動作時間を機器ユーザに正確に示すことの重要性から、効果的実装による恩恵を受けるかもしれない。
携帯型電子機器が関与するある種の運用環境において、いつバッテリパックが完全放電状態になるかを事前に知っていることは、機器ユーザにとっては相当に重要な問題である。例えば、画像データを記録するためにデジタルカメラ装置を使用する場合、デジタルカメラ装置に十分な動作電力を提供できないと、追加的画像データを決定的な時点に記録することが一時的にできないかもしれない。
システムリソースへの需要の高まりや十分な動作電力を電子機器にきちんと正確に提供することの重要性から、動作電力管理の新技術の開発が関連電子技術にとっての懸案事項であることは明白である。したがって、上記の全ての理由から、動作電力管理のための効率的なシステムの開発は最新の電子機器の設計者、メーカー、及びユーザにとっては依然として重要な検討課題である。
本発明に基づき、電子機器のバッテリコントローラを効果的に実装するシステム及び方法が開示される。一実施形態において、バッテリコントローラは、動作電力を電子機器に効果的に提供するためのバッテリパックの様々な機能を制御するシングルチップ集積回路素子として実装することもできる。本発明のいくつかの実施形態によれば、バッテリコントローラはシングルセル実装又はデュアルセル実装でバッテリパックを制御するように選択的に構成することもできる。
バッテリパックが低下バッテリ供給電圧を提供するシングルセル実装において、バッテリコントローラは、バッテリ供給電圧をバッテリコントローラを動作させるのに十分な内部コントローラ電源に変換するために、充電ポンプを利用することもできる。したがって、バッテリコントローラは、バッテリパックのシングルセル実装による低バッテリ供給電圧を補うために充電ポンプを利用することもできるのが効果的である。
いくつかの条件の下では、バッテリコントローラはバッテリパックの過充電を防止するために放電スイッチを開くこともできる。さらに、バッテリコントローラは他の条件の下でバッテリパックの過充電を防止するために充電スイッチを開くこともできる。いくつかの実施形態において、バッテリコントローラは、充電スイッチと放電スイッチが、スイッチが入れられた時に、十分に低いオン状態抵抗を示すように、拡張電圧を生成するための負の充電ポンプ出力電圧を提供するために、内部負充電ポンプを利用することもできる。
バッテリコントローラのいつくかの実施形態は、バッテリコントローラと対応する電子機器のプロセッサのような適当な外部実体との間の様々な双方向通信を行うために、UART装置を含むこともできる。UART装置は、バッテリコントローラを備える集積回路素子上の単一の送受信ピンを介して電子機器と通信するように実装することもできるのが効果的である。さらに、UART装置は、UART装置における作業の同期化のためにUARTクロック信号を正確に生成するために、精密オンチップ命令発振器から時間ベース信号を受信することもできるのが効果的である。したがって、少なくとも理由から、本発明は、電子機器のバッテリコントローラの効果的に実装するための改良されたシステム及び方法を提供する。
本発明は、電力管理技術の改良に関する。以下の説明は、当業者が発明することができるように提示され、特許出願とその要件との関連で提供される。開示された実施形態に対する変更は、当業者には容易に理解することができ、ここにおける包括的原理は、他の実施形態にも適用することができる。したがって、本発明は、ここに示した実施形態に限定することを意図したものではなく、ここに記述された原理と特徴と整合する最も広範囲を許容するものとする。
本発明は、電子機器の動作電力を効果的に管理するシステム及び方法からなり、動作電力を電子機器に供給するために電子機器に接続されたバッテリパックを有してもよい。バッテリコントローラは、バッテリパックをシングルセル実装又はデュアルセル実装で交互に管理するために単一の集積回路素子として構成することもできる。バッテリパックは、シングルセル実装において、バッテリコントローラを動作させる内部コントローラ電源を備えた充電ポンプ装置を有してもよい。
図1は、本発明にかかる一実施形態における、装置110のブロック図である。図1の実施形態において、装置110は、限定されないが、電子機器114と、バッテリパック118と、充電器122と、バッテリコントローラ310とを備えていてもよい。他の実施形態において、装置110は、図1の実施形態との関連で述べたコンポーネントに加えて、又はそれらの代わりに、様々な他のコンポーネントを備えてもよい。
図1の実施形態において、電子機器114は、動作電力を受け取るために、正経路と負経路を介してバッテリパック118に接続されている。バッテリコントローラ310は、バッテリパック118に関して様々な電力管理機能を実行し、送受信(TXRX)経路を介して電子機器114と双方向通信を実行することもできる。図1の実施形態において、バッテリパック118内のバッテリ(1つ又は複数のバッテリセル)は、正充電経路と負充電経路を介して、バッテリパック118内のバッテリセルを再充電する充電器122に接続されている。装置110の動作と利用に関しては、図2〜図7において後述する。
図2は、本発明にかかる一実施形態における、図1に示す電子機器114のブロック図である。図2に示す電子機器114は、デジタルカメラ装置として実現されたものである。しかしながら、他の実施形態において、電子機器114は、動作電力を必要とする他のあらゆる種類の携帯型又は固定電子機器又はシステムとして簡単に実現することもできる。
図2の実施形態において、電子機器114は、限定されないが、捕捉サブシステム222と機器制御モジュール218とを備える。他の実施形態において、電子機器114は、図2の実施形態で述べたコンポーネントに加えて、又はそれらの代わりに、様々な他のコンポーネントを備えてもよい。
図2の実施形態において、電子機器114は、光路に沿って画像センサに反射する反射光を介してターゲットオブジェクトに対応する画像データを選択的に記録するために、捕捉サブシステム222を利用することもできる。画像センサは、好ましくは電荷結合素子(CCD)を含んでいてもよく、ターゲットオブジェクトを表す一連の画像データを応答可能なように生成することもできる。その後、画像データは、装置バス238を介して適切に処理及び記憶する機器制御モジュール218に送られる。
図2の実施形態において、機器制御モジュール218は、限定されないが、プロセッサ226と、メモリ230と、1つ又は複数の入力/出力インタフェース(I/O)234とを備える。プロセッサ226と、メモリ230と、I/O234とは、捕捉サブシステム222とも通信する共通の装置バス238を介して、相互に接続し、通信する。図2の実施形態において、プロセッサ226は、好ましくは、電子機器114を制御するあらゆる適当なマイクロプロセッサ装置を備える。
メモリ230は、好ましくは、限定されないが、読出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ及び様々な種類の不揮発性メモリ、例えばフロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスク又はフラッシュメモリを含む1つ又は複数の適当な記憶装置として実現してもよい。I/O234は、好ましくは、電子機器114と、システムユーザ又は別の電子機器を含むあらゆる外部実体との間で容易に双方向通信を行う1つ又は複数の効果的なインタフェースを備える。
図2の実施形態において、メモリ230は、限定されないが、電子機器114が様々な機能や動作を実行するためにプロセッサ226により実行されるプログラム命令のカメラアプリケーションを有する。また、メモリ230は、電子機器114の低水準の機能を、好ましくは、制御及び調整するカメラオペレーティングシステムを備える。
図3は、本発明にかかる一実施形態における、図1に示すバッテリコントローラのブロック図である。本発明の他の実施形態において、バッテリコントローラ310は、様々な他の機器構成を有し、図3の実施形態で述べた機器構成に加えて、又はそれらの代わりに、様々な他の構成要素やコンポーネントを有してもよい。
図3の実施形態において、バッテリコントローラ310は、バッテリパック118(図1)と一体のシングルチップ集積回路素子として実装されたものである。図3の実施形態において、バッテリコントローラ310は、バッテリコントローラ310の機能を制御するあらゆる適当な種類のマイクロプロセッサを有する中央演算処理装置(CPU)314を有する。例えば、CPU314は、バッテリコントローラ310の動作を制御するためにプログラムメモリ318からのバッテリコントローラ命令を実行する縮小命令セットコンピュータ(RISC)プロセッサとして効果的に実現することもできる。
図3の実施形態において、バッテリコントローラ310は、限定されないが、アナログデジタル変換器(A/DC)モジュール322と、残量計モジュール326と、万能非同期送受信機(UART)334と、リニアブロック336と、命令発振器338と、充電ポンプ342と有する。図3の実施形態において、バッテリコントローラ310は、バッテリパック118(図1)の1つ又は複数のバッテリセルからのバッテリ電圧を調整するために、A/D変換器322を利用してもよい。CPU314は、バッテリパック118内の残存動作電力を計算するバッテリ容量のアルゴリズムにおける入力値として、調整されたバッテリ電圧を利用してもよい。同様に、バッテリコントローラ310は、バッテリ容量のアルゴリズムにおける他の入力値として使用するために、バッテリパック118のバッテリセルに流入出する電流を調整する残量計モジュール36を利用してもよい。
図3の実施形態において、図7でさらに後述するように、バッテリコントローラ310は、バッテリコントローラ310と適当な外部実体との間で様々な双方向通信を行うために、UART334と命令発振器338とを使用することもできる。図3の実施形態において、バッテリコントローラ310は、バッテリコントローラ310の様々なアナログ及びデジタル回路を動作させる内部コントローラ電源を備えるリニアブロック336(リニア電圧調整器)と充電ポンプ342とを利用することもできる。リニアブロック336と充電ポンプ342の利用に関しては、図4及び図5でさらに後述する。
図4は、一実施形態における図1に示すバッテリパック118の選択成分の概略図である。他の実施形態において、バッテリパック118は、図4の実施形態で述べたものに加えて、又はそれらの代わりに、様々なコンポーネントや機器構成を有してもよい。
図4の実施形態において、バッテリパック118は、2つのバッテリセルを利用することによって実行することができるバッテリコントローラ310(図1)と、バッテリ454とを備える。いくつかの実施形態において、バッテリセルは、完全充電状態で総電圧約8.4V(ボルト)を生成するために各約4.2Vを供給するリチウムイオンバッテリセルとして実装することもできる。
図4の実施形態において、バッテリパック118は、バッテリパック118の正充電経路に直列に接続された充電スイッチ422と放電スイッチ458とを有してもよく、充電スイッチ422は、正充電器端子(PCKP)414に直接接続され、放電スイッチ458は、バッテリ454の正側に接続される。図4の実施形態において、充電スイッチ422及び放電スイッチ458は、P型電界効果トランジスタ(FET)として実装してもよい。さらに、図4の実施形態において、充電スイッチ422は、ボディダイオード426に並列に接続することもでき、放電スイッチ458は、ボディダイオード462に並列に接続することもできる。
動作中は、バッテリ454を過放電し、最低電圧レベル以下に下がることにより、バッテリ454の永続的損傷を回避するために、バッテリコントローラ310は、放電スイッチ458を都合よく開くことができる。さらに、バッテリ454を過充電し、最高電圧レベル以上に上がることにより、バッテリ454の過充電によるある特定の危険な状態を回避するために、バッテリコントローラ310は、充電スイッチ426を開くこともできる。
いくつかの他の実施形態において、充電スイッチ422及び放電スイッチ458は、バッテリパック118の負充電経路に直列接続されたN型電界効果トランジスタ(FET)を利用することにより、交互に実装することもでき、充電スイッチ422は、負充電器端子(PCNK)418に直接接続され、放電スイッチ458は、バッテリ454の負側に接続される。
図4の実施形態において、バッテリコントローラ310は、バッテリパック118の開始手順と終了手順を都合よく調整することができる。実際には、バッテリ454が放電状態である場合、開始手順を開始するために、機器ユーザは、充電器122(図1)をPCKP414とPCKN418とに接続することもできる。バッテリコントローラ310は、充電スイッチ422をオンにするため、LDOIピン438を介して充電器電圧を充電器調整器(LDOI LDO)442の入力に送るPCKP414における充電器電圧を利用する。
CPU314は、バッテリパック118の動作を制御するためのバッテリコントローラ命令を実行することができるように、充電器調整器442は、調整内部コントローラ電源446を出力する。さらに、CPU314は、バッテリ454が放電できるように放電スイッチ458をオンにする。図4の実施形態において、CPU314は、さらに、充電器調整器442から、BATTピン470からのバッテリ電圧を調整し、バッテリコントローラ310を動作させる調整内部コントローラ電源446を有するバッテリ調整器(BATT LDO)474へ切り換えるために、BATTON線450を利用する。
バッテリ454が充電された後、電子機器114(図1)を制限なく使用するためにバッテリパック118を取り外すこともでき、電子機器114は、その後電力を動作させるバッテリ454を使用することもできる。CPU314は、バッテリコントローラ310のA/D変換器322(図3)を利用して、放電中のバッテリ454を監視する。バッテリ454が、所定の放電電圧レベルに達した場合、CPU314は、バッテリパック118の終了手順を開始してもよい。例えば、CPU314は、放電スイッチ462を開き、バッテリコントローラ310を内部コントローラ電源446の充電器調整器442に戻すために、BATTON線450を切り換えることもできる。充電器122がバッテリパック118に接続されていない場合、バッテリコントローラ310の内部コントローラ電源446は、リセット閾値以下に低下し、バッテリ充電器122が接続されるまで、バッテリパック118は、停止状態に入ることになり、開始手順を繰り返す。
いくつかの実施形態において、単一のバッテリセルを利用することによりバッテリ454を実装するのが望ましい又は効果的である。しかしながら、このような単一セルを実装する場合、バッテリ調整器474を駆動するためのバッテリ電圧量の半分しか供給されず、したがって、バッテリコントローラ310の内部コントローラ電源446において対応する大きな電圧低下が起こる結果となる。したがって、バッテリパック118のアナログコンポーネントとデジタルコンポーネントは、適切に機能するために必要な動作電圧が不足する。バッテリパック118の効果的な単一セルを実装する一実施形態を以下に図5を用いて説明する。
図5は、本発明にかかる一実施形態における図1に示すバッテリパック118の選択コンポーネントの概略図である。他の実施形態において、本発明は、図5の実施形態で述べたものに加えて、又はそれらの代わりに、様々なコンポーネントや機器構成を有してもよい。
図5の実施形態において、バッテリパック118は、2つのバッテリセルを利用することによって実行することができるバッテリコントローラ310(図1)と、バッテリ454とを備える。バッテリ454の単一セルの実装は、様々な要因、例えば、バッテリパック118の低製造費及びサイズ及び重量の減少のような要因から選択することもできる。いくつかの実施形態において、バッテリセルは、完全充電状態で約4.2Vを供給するリチウムイオンバッテリセルとして実装することもできる。
図5の実施形態において、バッテリパック118は、バッテリパック118の正充電経路に直列に接続された充電スイッチ422と放電スイッチ458とを有してもよく、充電スイッチ422は、正充電器端子(PCKP)414に直接接続され、放電スイッチ458は、バッテリ454の正側に接続される。図5の実施形態において、充電スイッチ422及び放電スイッチ458は、P型電界効果トランジスタ(FET)として実装してもよい。さらに、図5の実施形態において、充電スイッチ422は、ボディダイオード426に並列に接続することもでき、放電スイッチ458は、ボディダイオード462に並列に接続することもできる。
動作中は、バッテリ454を過放電し、最低電圧レベル以下に下がることにより、バッテリ454の永続的損傷を回避するために、バッテリコントローラ310は、放電スイッチ458を都合よく開くことができる。さらに、バッテリ454を過充電し、最高電圧レベル以上に上がることにより、バッテリ454の過充電によるある特定の危険な状態を回避するために、バッテリコントローラ310は、充電スイッチ426を開くこともできる。いくつかの他の実施形態において、充電スイッチ422及び放電スイッチ458は、バッテリパック118の負充電経路に直列接続されたN型電界効果トランジスタ(FET)を利用することにより、交互に実装することもでき、充電スイッチ422は、負充電器端子(PCNK)418に直接接続され、放電スイッチ458は、バッテリ454の負側に接続される。
図5の実施形態において、バッテリコントローラ310は、バッテリパック118の開始手順と終了手順を都合よく調整することができる。実際には、バッテリ454が放電状態である場合、開始手順を開始するために、機器ユーザは、充電器122(図1)をPCKP414とPCKN418とに接続することもできる。バッテリコントローラ310は、充電スイッチ422をオンにするため、LDOIピン438を介して充電器電圧を充電器調整器(LDOI LDO)442の充電器入力(IN0)に送るPCKP414における充電器電圧を利用する。
本発明によると、バッテリコントローラ310は、2つの選択可能な充電ポンプ入力のいずれかにおいて受け取った電圧レベルを効果的に調整し、何らかの適当な手段により所望の充電ポンプ出力電圧を生成するために、充電ポンプ342を利用する。図5に示す実施形態において、充電ポンプ342は、充電ポンプ入力電圧が所望の充電ポンプ出力電圧に対してどの程度低いかに応じて、1Xモード、1.5Xモード又は2Xモードのいずれかで動作する。1Xモードにおいては、充電ポンプ出力電圧は、充電ポンプ入力電圧にほぼ等しい。1.5Xモードにおいては、充電ポンプ出力電圧は、充電ポンプ入力電圧のほぼ1.5倍であり、2Xモードにおいては、充電ポンプ出力電圧は、充電ポンプ入力電圧のほぼ2倍である。これらの選択可能な充電ポンプモードは、不必要に高い動作電圧をバッテリコントローラ310に提供することが原因の不必要な電流消費を抑えるために、充電ポンプ342のCPI0及びCPI1入力上の専用電圧比較器により制御することもできる。
図5の実施形態において、充電ポンプ342は、充電ポンプ出力電圧をCPOピン526及びLDOIピン438を介して供給し、充電器調整器(LDOI LDO)442に入力する。図5の実施形態において、上述の充電ポンプ出力電圧は、約4Vである。充電器調整器442は、CPU314がバッテリコントローラ命令を実行して、バッテリパック118の動作を制御するように、充電ポンプ出力電圧をろ過し、クリーンな調整内部コントローラ電源446を備えてもよい。
さらに、CPU314は、バッテリ454が放電できるために放電スイッチ458をオンにする。図5の実施形態において、CPU314は、さらに、充電ポンプ342の充電器入力(IN0)から充電ポンプ342のバッテリ入力(IN1)へ切り換えるためにCPSEL線530を利用してもよい。充電ポンプ342は、CPI1ピン522から受け取ったバッテリ電圧を調整し、それにより、CPOピン526において充電ポンプ出力電圧を生成する。図5の実施形態において、CPOピン526における充電ポンプ出力電圧は約4Vである。したがって、バッテリコントローラ310は、バッテリ454のシングルセル実装による低バッテリ電圧を補うために、充電ポンプ342を効果的に利用する。上述したように、充電調整器442は、バッテリコントローラ310を動作させる内部コントローラ電源446を発生させるために、充電ポンプ出力電圧を利用する。
図5の実施形態において、CPU314は、内部コントローラ電源446を備える充電器調整器442を永続的に選択する値にBATTON線を維持する。図5に示すシングルセル実装において、バッテリ調整器474は一般的には使用されない。しかしながら、バッテリコントローラ310は、バッテリ調整器474、又は図4で上述したバッテリパック118のデュアルセル実装又は図5で述べたシングルセル実装のいずれかでバッテリコントローラ310を利用するために必要な他の関連したコンポーネントを有するために、単一の集積回路素子として都合よく実装される。図5の実施形態において、バッテリコントローラ310のシングルセルモード又はデュアルセルモードの選択は、バッテリコントローラ310の集積回路素子からの接続ピンがどのように接続されるかによって決定する。
図5の実施形態において、バッテリ454が充電された後、電子機器114(図1)を制限なく使用するために、バッテリパック112を取り外すこともでき、電子機器114は、その後電力を動作させるバッテリ454を使用することもできる。CPU314は、バッテリコントローラ310のA/D変換器322(図3)を利用して、放電中のバッテリ454を監視する。バッテリ454が、所定の放電電圧レベルに達した場合、CPU314は、バッテリパック118の終了手順を開始してもよい。
例えば、CPU314は、放電スイッチ462を開き、バッテリコントローラ310を内部コントローラ電源446を生成するために充電器122からの充電器電圧を利用する充電ポンプ342の充電器入力(IN0)に戻すために、CPSEL線530に切り換えることもできる。充電器122がバッテリパック118に接続されていない場合、バッテリコントローラ310の内部コントローラ電源446は、リセット閾値以下に低下し、充電器122が接続されるまで、バッテリパック118は、停止状態となり、前述した開始手順を繰り返す。
本発明に基づき、充電ポンプ342及びバッテリコントローラ310の他の回路を実装して、停止モード注にバッテリ454から流出する漏洩電流を防ぐ。さらに、放電スイッチ458を開くことにより、正充電端子(PCKP)414からバッテリが効果的に切り離され、充電経路を介して電流漏れをなくす。したがって、バッテリパック118が停止モード中のバッテリ454からの停止電流は、ゼロμampである。
図4及び図5を用いて、シングルセル実装とデュアルセル実装について説明した。しかしながら、本発明の原理と概念は、特定のバッテリパックのセル数削減実装及びセル数拡大実装がバッテリコントローラを動作させるバッテリ供給電圧の変動をもたらす可能性のある環境においても使用できる設計のバッテリパックのバッテリコントローラにも簡単に適用することができる。少なくとも上記の理由から、電子機器114のバッテリコントローラ310を効果的に実装する改良された装置及び方法を有する。
図6は、本発明にかかる一実施形態における図1に示すバッテリパック118の選択成分の概略図である。他の実施形態において、本発明は、図6の実施形態で述べたものに加えて、又はそれらの代わりに、様々なコンポーネントと機器構成を簡単に利用することもできる。
バッテリパック118のいくつかの実施形態において、バッテリコントローラ310は、CHGピン434を介して充電スイッチ422をオンにするため、電圧を拡張することもできる。同様に、バッテリコントローラ310は、DISピン466を介して放電スイッチ458をオンにするため、電圧を拡張することもできる。しかしながら、図5で上述したように、バッテリ454が単一のバッテリセルで実装される場合、0Vのグランド電位を有する充電スイッチ422及び放電スイッチ458のゲートでさえ、充電スイッチ422及び放電スイッチ458を完全にオンにして、十分に電圧を拡張することができない。
図6の実施形態において、バッテリコントローラ310は、CHGピン434を介して充電スイッチ422をオンにする拡張電圧を供給するために充電増幅器656を利用する。同様に、バッテリコントローラ310は、DISピン466を介して放電スイッチ458をオンにする拡張電圧を供給するため、放電増幅器652を利用する。充電増幅器656は、PCKPピン430を介して充電器122から正電圧を受け取り、放電増幅器652は、BATTピン470を介してバッテリ454から正電圧を受け取る。図6の実施形態において、正電圧は、完全に放電されたバッテリセルの場合、一般的に、約2Vである。
充電増幅器656及び放電増幅器652を接地する代わりに、図6の実施形態において、充電増幅器656及び放電増幅器652をバッテリコントローラ310の内部負充電ポンプ614の負充電ポンプ出力648に都合よく接続する。図6の実施形態において、内部負充電ポンプ614は、負充電ポンプ出力648としてマイナス2Vを提供することもできる。したがって、充電増幅器656と放電増幅器652は、それぞれが最低約4Vの拡張電圧を発生させ、その結果、充電スイッチ422と放電スイッチ458は、スイッチを入れられた場合は、十分に低いオン状態抵抗を示すこともできる。
図6の実施形態において、位相1(PH1)のスイッチ622及び位相1(PH1)のスイッチ628は、CPOピン526を介してバッテリコントローラ310の充電ポンプ342(図5を参照)からの充電ポンプ出力電圧を充電蓄電器618に充電するために閉じられる。その後、位相1のスイッチ622及び位相1のスイッチ628は、開けられ、位相0(PH0)のスイッチ636及び位相0(PH0)のスイッチ640は、内部負充電ポンプ614からの負充電ポンプ出力644(NEG)を充電増幅器656及び放電増幅器652の両方に提供するために閉じられる。図6の実施形態において、バッテリコントローラ310のCPU314は、内部負充電ポンプ614を動作又は停止させるために、NEGON線660を利用することもできる。
図4及び図5で上述したように、いくつかの実施形態において、充電スイッチ422及び放電スイッチ458は、バッテリパック118の負充電経路に直列接続されたN型電界効果トランジスタ(FET)を利用することにより、交互に実行され、充電スイッチ422は、負充電器端子(PCNK)418に直接接続され、放電スイッチ458は、バッテリ454の負側に接続される。充電スイッチ422及び放電スイッチ458のN型電界効果トランジスタを使用する実施形態において、バッテリコントローラ310は、充電スイッチ422及び放電スイッチ458を完全にオンにするのに十分な拡張電圧を生成するためにCPOピン526上で充電ポンプ342(図5)の充電ポンプ出力電圧を効果的に利用することができるので、バッテリコントローラ310は、図5で述べた内部負充電ポンプ614を必要としないこともある。
図7は、本発明に基づき、図3に示すUART334の一実施形態からの選択成分の概略図である。他の実施形態において、本発明は、図7の実施形態で述べたものに加えて、又はそれらの代わりに、様々なコンポーネントや機器構成を簡単に利用することができる。図7の実施形態において、バッテリコントローラ310及び電子機器114のプロセッサ226のような適当な外部実体の間で様々な双方向通信を行うために、バッテリコントローラ310は、UART334を利用することもできる。
図7の実施形態において、バッテリコントローラ310を備える集積回路素子上の単一の送受信ピン(TXRX)ピンを介して電子機器114との通信を行うためにUARTを実装することもできるのが効果的である。このようにして、この単一ピンUARTインタフェースは利用可能な接続ピンをバッテリコントローラ310上の集積回路素子上に確保する。図7の実施形態において、電子機器114は情報をSO(TX)線726を介してTXRXピンに伝送することもできる。UART334は、その後TXRXピンからの伝送情報をRX線14を介して受信することもできる。反対に、UART334は情報をTX線718を介してTXRXピンに伝送することもできる。電子機器114は、その後TXRXピンからの伝送情報をSI(RX)線722を介して受信することもできる。
図7の実施形態において、UART装置は、UART装置における作業の同期化のためにUARTクロック信号を正確に生成するために、バッテリコントローラ310の命令発振器338から時間ベース信号を受信することもできるのが効果的である。命令発振器338は、バッテリコントローラ310の集積回路に搭載された精密時間ベース回路を含むので、UART334は時間ベース信号を生成するためにオフチップ結晶発振器を必要としない。さらに、図7に示すUART334の実装において、かかるオフチップ時間ベースソースを支援するための余分な接続も不要である。
いくつかの実施形態との関連において本発明について説明した。本開示からして、他の実施形態が当業者には明らかである。例えば、本発明は、実施形態に記載した以外の機器構成や技術を使用しても簡単に実現することができる。さらに、本発明は、上記以外のシステムとの組合せによっても効果的に使用することができる。したがって、これらの変形例や上記実施形態以外の変形例も本発明により包含されるものとし、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
本発明による装置の一実施形態のブロック図である。 本発明による図1の電子機器の一実施形態のブロック図である。 本発明による図1のバッテリコントローラの一実施形態のブロック図である。 図1のバッテリパックの一実施形態の選択コンポーネントの概略図である。 本発明による図1のバッテリパックの一実施形態の選択コンポーネントの概略図である。 本発明による図1のバッテリパックの一実施形態の選択コンポーネントの概略図である。 本発明による図3のUARTの一実施形態の選択コンポーネントの概略図である。

Claims (42)

  1. 電子機器の動作電力を効果的に管理する動作電力管理システムにおいて、
    上記電子機器に接続され、上記動作電力を供給するバッテリパックと、
    上記バッテリパックをシングルセル実装又はデュアルセル実装で交互に管理するように構成され、該シングルセル実装で動作させる内部コントローラ電源を提供する充電ポンプを有するバッテリコントローラとを備える動作電力管理システム。
  2. 上記バッテリコントローラは、上記バッテリパックが上記シングルセル実装又は上記デュアルセル実装のいずれかで動作するように選択的に構成された単一集積回路素子として実装されることを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  3. 上記電子機器は、上記バッテリパックから上記動作電力を得る携帯型電子カメラ機器として実装され、上記バッテリコントローラは、該携帯型電子カメラ機器に上記バッテリパックに関する残存動作電力情報を提供することを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  4. 上記バッテリパックの上記シングルセル実装は、単一のリチウムイオンバッテリセルを利用して、該バッテリパックの上記デュアルセル実装は、2つのリチウムイオンバッテリセルを利用することを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  5. 上記バッテリパックは、上記シングルセル実装で上記バッテリコントローラに削減された供給電圧を供給し、上記充電ポンプは、該バッテリコントローラを動作させる上記内部コントローラ電源を形成するために、上記シングルセル実装で上記削減された供給電圧を応答可能なように上昇させ、上記内部コントローラ電源は、上記シングルセル実装と上記デュアルセル実装にいずれにおいてもほぼ等しくなり、上記充電ポンプは、上記内部コントローラ電源を適正に提供するためにはどの程度上記削減された供給電圧を上昇させる必要があるかに応じて、増幅倍率等倍、1.5倍、又は2倍で上記削減された供給電圧を選択的に操作することを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  6. 上記バッテリパックは、停止モードにおいて、上記バッテリパックの漏洩電流がゼロμampであり、該バッテリパックは、所定の閾値電圧レベルまで放電されていることを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  7. 上記バッテリパックは、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記充電スイッチは、上記バッテリセルの過充電を防止するために、上記バッテリコントローラのCPUにより開かれることを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  8. 上記バッテリパックは、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記放電スイッチは、上記バッテリセルの過充電を防止するために、上記バッテリコントローラのCPUにより開くことができることを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  9. 上記バッテリパックは、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記バッテリコントローラは、該充電スイッチ及び該放電スイッチの対応するものを完全にオンにするために、それぞれ十分な拡張電圧を生成させる充電増幅器及び放電増幅器に対して負の充電ポンプ出力電圧を生成する内部負充電ポンプを有することを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  10. 上記負充電ポンプは、上記充電ポンプから充電ポンプ出力電圧を蓄電器に充電するために閉じられる第1位相−1スイッチと第2位相−1スイッチとを有し、上記マイナス充電ポンプがその後、上記負充電ポンプ出力電圧を上記内部負充電ポンプから上記充電増幅器と上記放電増幅器の両方に提供するために、第1位相−0スイッチと第2位相−0スイッチとを閉じることを特徴とする請求項9に記載の動作電力管理システム。
  11. 上記バッテリパックは、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記充電スイッチと上記放電スイッチが、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間の正充電経路に配置されたP型電界効果トランジスタとして実装されることを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  12. 上記バッテリパックは、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記充電スイッチと上記放電スイッチが、上記バッテリパックの充電器と1つ又は複数のバッテリセルとの間の負充電経路に配置されたN型電界効果トランジスタとして実装されることを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  13. 上記バッテリパックは、上記シングルセル状態で実装され、上記バッテリコントローラが、充電器が放電状態の上記バッテリパックに接続される上記バッテリパックの起動手順を調整し、上記バッテリコントローラが、上記充電器と上記バッテリパックとの間に接続された充電スイッチを応答可能なように閉じることを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  14. 上記充電スイッチは、充電器電圧を上記充電器から上記充電ポンプの充電器入力に送り、上記充電ポンプが、充電ポンプ出力電圧を所定の電圧レベルにおいて、上記充電ポンプ出力電圧をろ過する充電器調整器に対して応答可能なように発生させ、上記充電器調整器が、上記バッテリコントローラのCPUが上記バッテリパックの動作を制御するためのバッテリコントローラ命令の実行を開始することができるように上記内部コントローラ電源を発生させることを特徴とする請求項13に記載の動作電力管理システム。
  15. 上記CPUは、上記バッテリセルの充電を開始するために上記バッテリパックの中の放電スイッチを閉じ、上記CPUがさらに上記充電ポンプの上記充電器入力から上記充電ポンプのバッテリ入力へ切り換えるためにCPSEL線も利用し、上記充電ポンプが上記充電ポンプ出力電圧を上記所定の電圧レベルにおいて上記充電器調整器に対して応答可能なように発生させ、上記充電器調整器が上記内部コントローラ電源を上記バッテリコントローラに提供するために上記充電ポンプ出力をろ過し、したがって、上記充電ポンプが上記バッテリパックの上記シングルセル実装による低バッテリ出力電圧を補うことを特徴とする請求項14に記載の動作電力管理システム。
  16. 上記バッテリパックは、上記バッテリセルを充電するために上記バッテリコントローラの制御の下で上記充電器を利用し、上記充電器が上記電子機器を制限なく使用するために取り外され、上記電子機器が上記動作電力を供給するために上記バッテリパックを利用することを特徴とする請求項15に記載の動作電力管理システム。
  17. 上記バッテリコントローラのアナログデジタル変換器モジュールは、上記動作電力の上記電子機器への供給中には上記バッテリパックのバッテリ電圧を監視し、上記アナログデジタル変換器モジュールが所定の放電電圧レベルを感知した場合は、上記バッテリコントローラのCPUが上記バッテリパックの終了手順を制御し、上記CPUが上記バッテリパックの中の放電スイッチを応答可能なように開くことを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  18. 上記CPUは、上記充電ポンプのバッテリ入力における上記バッテリパックのバッテリ電圧から上記充電ポンプの充電器入力における上記充電器からの充電器電圧へ切り換えるためにCPSEL線を切り換え、それにより、上記内部コントローラ電源を発生させ、上記充電器が上記バッテリパックに接続されていない場合は、上記内部コントローラ電源が応答可能なようにリセット閾値以下に低下し、上記充電器が上記バッテリパックに接続され、開始手順が上記バッテリパックを充電するために上記バッテリコントローラにより実施されるまでは、上記バッテリパックが停止状態に入ることを特徴とする請求項17に記載の動作電力管理システム。
  19. 上記バッテリコントローラは、上記バッテリコントローラを備える集積回路素子の単一の送受信ピンを介して上記電子機器との通信のために実装されたUART装置を有し、したがって、上記UARTが上記バッテリコントローラの上記集積回路素子の利用可能な接続ピンを節約するために単一ピンUARTインタフェースを支援することを特徴とする請求項1に記載の動作電力管理システム。
  20. 上記UART装置は、上記バッテリコントローラを備える集積回路上に実装された精密命令発振器から時間ベース信号を受信し、上記命令発振器がUART動作を同期化するためにUARTクロック信号を上記UARTに対して正確に生成することを特徴とする請求項19に記載の動作電力管理システム。
  21. 電子機器の動作電力を効果的に管理する動作電力管理方法において、
    上記電子機器の動作電力を上記電子機器に接続されたバッテリパックから供給するステップと、
    充電ポンプを有するバッテリコントローラを利用し、上記バッテリコントローラをシングルセル実装で動作させるための内部コントローラ電源を提供することにより、上記バッテリパックをシングルセル実装又はデュアルセル実装で交互に管理するステップとを有する動作電力管理方法。
  22. 上記バッテリコントローラは、上記バッテリパックが上記シングルセル実装又は上記デュアルセル実装のいずれかで動作するように選択的に構成された単一集積回路素子として実装されることを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  23. 上記電子機器は、上記バッテリパックから上記動作電力を得る携帯型電子カメラ機器として実装され、上記バッテリコントローラは、該携帯型電子カメラ機器に上記バッテリパックに関する残存動作電力情報を提供することを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  24. 上記バッテリパックの上記シングルセル実装は、単一のリチウムイオンバッテリセルを利用して、該バッテリパックの上記デュアルセル実装は、2つのリチウムイオンバッテリセルを利用することを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  25. 上記バッテリパックは、上記シングルセル実装において削減された供給電圧を上記バッテリコントローラに提供し、上記充電ポンプが上記シングルセル実装において上記削減された供給電圧を応答可能なように上昇させ、それにより上記バッテリコントローラに電力を供給するために上記内部コントローラ電源を作り、したがって、上記内部コントローラ電源が上記シングルセル実装と上記デュアルセル実装にいずれにおいてもほぼ等しくなり、上記充電ポンプが、上記内部コントローラ電源を適正に提供するためにはどの程度上記削減された供給電圧を上昇させる必要があるかに応じて、増幅倍率等倍、1.5倍、又は2倍で上記削減された供給電圧を選択的に操作することを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  26. 上記バッテリパックは、停止モードにおいて、上記バッテリパックの漏洩電流がゼロμampであり、該バッテリパックは、所定の閾値電圧レベルまで放電されていることを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  27. 上記バッテリパックは、バッテリ充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記バッテリセルの過充電を防止するために、上記充電スイッチが上記バッテリコントローラのCPUにより開かれることを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  28. 上記バッテリパックは、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記充電スイッチは、上記バッテリセルの過充電を防止するために、上記バッテリコントローラのCPUにより開くことができることを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  29. 上記バッテリパックは、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記バッテリコントローラは、該充電スイッチ及び該放電スイッチの対応するものを完全にオンにするために、それぞれ十分な拡張電圧を生成させる充電増幅器及び放電増幅器に対して負の充電ポンプ出力電圧を生成する内部負充電ポンプを有することを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  30. 上記負充電ポンプは、上記充電ポンプから充電ポンプ出力電圧を蓄電器に充電するために閉じられる第1位相−1スイッチと第2位相−1スイッチとを有し、上記マイナス充電ポンプがその後、上記負充電ポンプ出力電圧を上記内部負充電ポンプから上記充電増幅器と上記放電増幅器の両方に提供するために、第1位相−0スイッチと第2位相−スイッチとを閉じることを特徴とする請求項29に記載の動作電力管理方法。
  31. 上記バッテリパックは、バッテリ充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記充電スイッチと上記放電スイッチが、バッテリ充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間の正充電経路に配置されたP型電界効果トランジスタとして実装されることを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  32. 上記バッテリパックは、充電器と上記バッテリパックの1つ又は複数のバッテリセルとの間に直列接続された充電スイッチと放電スイッチとを有し、上記充電スイッチと上記放電スイッチが、上記バッテリパックの充電器と1つ又は複数のバッテリセルとの間の負充電経路に配置されたN型電界効果トランジスタとして実装されることを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  33. 上記バッテリパックは、上記シングルセル状態で実装され、上記バッテリコントローラが、充電器が放電状態の上記バッテリパックに接続される上記バッテリパックの起動手順を調整し、上記バッテリコントローラが、上記充電器と上記バッテリパックとの間に接続された充電スイッチを応答可能なように閉じることを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  34. 上記充電スイッチは、充電器電圧を上記充電器から上記充電ポンプの充電器入力に送り、上記充電ポンプが、充電ポンプ出力電圧を所定の電圧レベルにおいて、上記充電ポンプ出力電圧をろ過する充電器調整器に対して応答可能なように発生させ、上記充電器調整器が、上記バッテリコントローラのCPUが上記バッテリパックの動作を制御するためのバッテリコントローラ命令の実行を開始することができるように上記内部コントローラ電源を発生させることを特徴とする請求項33に記載の動作電力管理方法。
  35. 上記CPUは、上記バッテリセルの充電を開始するために上記バッテリパックの中の放電スイッチを閉じ、上記CPUがさらに上記充電ポンプの上記充電器入力から上記充電ポンプのバッテリ入力へ切り換えるためにCPSEL線も利用し、上記充電ポンプが上記充電ポンプ出力電圧を上記所定の電圧レベルにおいて上記充電器調整器に対して応答可能なように発生させ、上記充電器調整器が上記内部コントローラ電源を上記バッテリコントローラに提供するために上記充電ポンプ出力をろ過し、したがって、上記充電ポンプが上記バッテリパックの上記シングルセル実装による低バッテリ出力電圧を補うことを特徴とする請求項34に記載の動作電力管理方法。
  36. 上記バッテリパックは、上記バッテリセルを充電するために上記バッテリコントローラの制御の下で上記充電器を利用し、上記充電器が上記電子機器を制限なく使用するために取り外され、上記電子機器が上記動作電力を供給するために上記バッテリパックを利用することを特徴とする請求項35に記載の動作電力管理方法。
  37. 上記バッテリコントローラのアナログデジタル変換器モジュールは、上記動作電力の上記電子機器への供給中には上記バッテリパックのバッテリ電圧を監視し、上記アナログデジタル変換器モジュールが所定の放電電圧レベルを感知した場合は、上記バッテリコントローラのCPUが上記バッテリパックの終了手順を制御し、上記CPUが上記バッテリパックの中の放電スイッチを応答可能なように開くことを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  38. 上記CPUは、上記充電ポンプのバッテリ入力における上記バッテリパックのバッテリ電圧から上記充電ポンプの充電器入力における上記充電器からの充電器電圧へ切り換えるためにCPSEL線を切り換え、それにより、上記内部コントローラ電源を発生させ、上記充電器が上記バッテリパックに接続されていない場合は、上記内部コントローラ電源が応答可能なようにリセット閾値以下に低下し、上記充電器が上記バッテリパックに接続され、開始手順が上記バッテリパックを充電するために上記バッテリコントローラにより実施されるまでは、上記バッテリパックが停止状態に入ることを特徴とする請求項37に記載の動作電力管理方法。
  39. 上記バッテリコントローラは、上記バッテリコントローラを備える集積回路素子の単一の送受信ピンを介して上記電子機器との通信のために実装されたUART装置を有し、したがって、上記UARTが上記バッテリコントローラの上記集積回路素子の利用可能な接続ピンを節約するために単一ピンUARTインタフェースを支援することを特徴とする請求項21に記載の動作電力管理方法。
  40. 上記UART装置は、上記バッテリコントローラを備える集積回路上に実装された精密命令発振器から時間ベース信号を受信し、上記命令発振器がUART動作を同期化するためにUARTクロック信号を上記UARTに対して正確に生成することを特徴とする請求項39に記載の動作電力管理方法。
  41. 電子機器の動作電力を効果的に管理する動作電力管理システムにおいて、
    上記電子機器に接続され、上記動作電力を供給するバッテリパックと、
    上記バッテリパックを減少セル実装又は増加セル実装で交互に管理するように構成されたバッテリコントローラと、上記バッテリコントローラが、上記バッテリコントローラを上記シングルセル実装で動作させるための内部コントローラ電源を提供するための充電ポンプを備えることを特徴とする動作電力管理システム。
  42. 電子機器の動作電力を効果的に管理する動作電力管理システムにおいて、
    上記動作電力を上記電子機器に供給する手段と、
    上記バッテリパックをシングルセル実装又はデュアルセル実装で交互に管理して、該シングルセル実装で動作させる内部コントローラ電源を提供する充電ポンプを有するバッテリコントローラを有することを管理する手段を有する動作電力管理システム。
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