JP2008043182A - バッテリブロックにおける電圧調整器 - Google Patents

Abstract

【課題】線量率、長いパルス、熱機械的、総線量、およびシングルイベントアップセットのような放射に対する強化を有する電子システムを提供する。本発明の実施形態は、電源のバッテリブロックに電圧調整器回路を含めることにより電子構成要素に電力供給を行う際にコストを低減し、柔軟性を高める。
【解決手段】電子システムは、少なくとも１つの電子構成要素１０４と、少なくとも１つの電子構成要素に電力を供給するバッテリブロック１０２とを備える。バッテリブロックは、少なくとも１つのバッテリセル１１０と、少なくとも１つのバッテリセルに結合され、少なくとも１つの電子構成要素の動作電圧制限内にバッテリブロックの出力電圧を維持するように構成された電圧調整器回路１１２と、少なくとも１つのバッテリセルおよび電圧調整器回路を収容するように構成されたハウジングとを備える。少なくとも１つのバッテリセルの出力電圧は少なくとも１つの電子構成要素の外部動作限界である、
【選択図】図１

Description

バッテリなどの携帯用電源が一般に電子システムで使用される。さらに、一次電源が利用できない場合には、これらの携帯用電源がしばしばバックアップ電源として使用される。例えば、ラップトップコンピュータのバッテリは、差込み口からの電線電力が利用できない場合、電力を供給するために使用される。

携帯用電源への特定な必要性が、システムの動作に必要なデータを記憶するためにスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）を使用する電子システムで生じる。データの記憶にＳＲＡＭを使用する例示的システムはミサイルのコンピュータ誘導システムである。そのようなシステムが試験を受けているかまたはあるサイトから別のサイトへ輸送されているとき、携帯用バックアップ電源はＳＲＡＭがデータを失わないようにするために必要である。

ミサイル誘導システムなどのシステムは非常に厳格な要件を有することがある。例えば、そのようなシステムは、ある有効寿命、動作時間、電圧、ならびにシステム生成の電磁パルス、線量率、長いパルス、熱機械的、総線量、およびシングルイベントアップセットなどの核兵器レベルの障害への耐性を必要とすることがある。不都合なことには、そのような要件を満たす適切な電源は一般に市販製品として入手できない。したがって、適切な電源はしばしば注文製作されなければならない。注文製作部品は市販の既製製品と比較して非常に高価になることがある。さらに、ついに注文製作部品が入手できなくなる場合に注文製作部品は取り替えるのが困難および／または高価になることがある。

一実施形態において電子システムが提供される。電子システムは、少なくとも１つの電子構成要素と、少なくとも１つの電子構成要素に電力を供給するように構成されたバッテリブロックとを備える。バッテリブロックは、少なくとも１つのバッテリセルと、少なくとも１つのバッテリセルに結合され、少なくとも１つの電子構成要素の動作電圧制限内にバッテリブロックの出力電圧を維持するように構成された電圧調整器回路と、少なくとも１つのバッテリセルおよび電圧調整器回路を収容するように構成されたハウジングとを備える。

以下の図面の説明を考慮すると、本発明はより容易に理解することができ、それのさらなる利点および用途がより容易に明らかになる。様々な図面において同様の参照番号および名称は同様の要素を示す。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付図面が参照され、本発明を実施することができる特定の例示的実施形態が図示によって示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施できるように十分詳細に説明され、他の実施形態が利用されてもよく、本発明の範囲から逸脱することなく論理的、機械的、および電気的変更が行われてもよいことが理解されるべきである。図示された例示的方法は、追加のステップまたはより少ないステップを含むことができ、あるいはより大きな処理方式の状況で行うことができることが理解されるべきである。さらに、描画図面または明細書に提示された方法は、個々のステップが行われる順序を制限するものとして解釈されるべきでない。したがって、以下の詳細な説明は制限する意味に解釈されるべきでない。

本発明の実施形態は、電源のバッテリブロックに電圧調整器回路を含めることにより電子構成要素に電力供給を行う際にコストを低減し、柔軟性を高める。さらに、いくつかの実施形態は、注文製作部品ではなく市販の既製部品を特別な組合せで使用することによってコストを一層低減する。本発明のいくつかの実施形態は軍事／航空宇宙用途で実施される。電圧調整器やバッテリセルなどの市販の既製部品は、一般に、必要な性能試験に合格することができないと考えられた。さらに、本発明の実施形態は、特定のバッテリセルが利用できなくなるか、またはあまりにも高価になる場合、様々な異なるバッテリセルを使用できるようにすることによってバッテリブロック設計の柔軟性を増大する。

図１は本発明の一実施形態による電子システム１００を示すハイレベルブロック図である。システム１００はバッテリブロック１０２、構成要素１０４、および一次電源１０６を含む。この例示的実施形態では、システム１００はミサイル誘導コンピュータであり、構成要素１０４は１つまたは複数のスタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）チップを備える。しかし、他の実施形態では、システム１００および構成要素１０４はそれぞれ他のタイプの電子システムおよび構成要素を備える。例えば、他の実施形態では、他のタイプのＲＡＭを使用することができる。一次電源１０６は、バッテリセル、差込み口電源、または発電機などの任意のタイプの電源とすることができる。本例では、一次電源１０６が利用できない期間、バッテリブロック１０２がバックアップ電源になる。スイッチ１１１は、いつバッテリブロック１０２が構成要素１０４に電力を供給することになるかを決定するために使用される。例えば、一実施形態では、スイッチ１１１はダイオードＯＲスイッチである。電源１０６からの電力が閾値電圧値未満に低下した場合、バッテリブロック１０２からの電力はスイッチ１１１を通って構成要素１０４に伝導される。しかし、他の実施形態では、バッテリブロック１０２が一次電源であり、電源１０６は含まれないことが理解されるべきである。

バッテリブロック１０２は１つまたは複数のバッテリセル１１０および電圧調整器回路１１２を含む。図１では２つのバッテリセル１１０がある。特に、本例では、使用される２つのバッテリセル１１０は、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ社、部品番号３Ｂ３６によって製作されたリチウム塩化スルフリルダブルＤセルである。２つのバッテリセル１１０の各々は約３．９ボルトの出力電圧を有し、約７．８ボルトの合計電圧出力が生成される。しかし、本発明の実施形態はいかなる特定のバッテリセルにも限定されるべきでない。特に、他の実施形態では、任意の適切な数のバッテリセルならびに他のタイプのバッテリセルを使用することができる。例えば、別の実施形態では、Ｕｌｔｒａｌｉｆｅ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ社、部品番号Ｕ３３５６によって製作された４つのリチウム二酸化マンガンシングルＤセルが使用される。４つのバッテリセルは約６．８ボルトの合計電圧出力を供給する。本発明の実施形態で使用されるバッテリセル１１０は既製の市販のバッテリセルまたは注文設計のバッテリセルとすることができる。

本例では、電圧調整器回路１１２は、低いドロップアウト電圧（すなわち入力−出力差電圧）および低い零入力の電流（負荷がない状態で調整器１１４を通る電流）を有する調整器１１４を含む。低いドロップアウト電圧を有すると、バッテリセル１１０の寿命の延長ならびに適切な出力電圧を供給するために必要なバッテリセルの出力電圧を低減するのに役立つ。例えば、本発明のいくつかの実施形態では、構成要素１０４は約５．５ボルトの電圧レベルを必要とする。バッテリセルの出力電圧が５．５ボルト（例えば、前述のように２つのリチウム塩化スルフリルダブルＤセルを使用して）を超える場合、調整器１１４は電圧レベルを下げて構成要素１０４の動作限界内にバッテリブロック１０２の出力を維持する。

低いドロップアウト電圧を有することによって、バッテリセル１１０が切れつつあるときでさえ調整器１１４は適切な出力電圧を供給し続けることができる。例示的な低いドロップアウト電圧は約０．１ボルトである。しかし、他の同様な低いドロップアウト電圧をもつ調整器を使用することができる。０．１ボルトの例示的なドロップアウト電圧および構成要素１０４で必要とされる５．５ボルトを仮定すると、バッテリセル１１０の出力電圧が低下し始めるとき、バッテリセル１１０からの電圧が約５．７ボルトを超えたままである限り、調整器１１４は適切な出力電圧を供給し続けることができる。

低い零入力の電流もバッテリセル１１０の寿命を延ばすのに有益である。本発明のいくつかの実施形態は１００μＡ未満の零入力の電流を必要とする。あまり多くの電流を消費しないことによって、調整器１１４は、構成要素１０４に電力供給するためにより多くのアンペア時を使用することが可能になる。電圧調整器回路１１２での使用に適する例示的な調整器１１４は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社によって製作された調整器ＬＰ２９８０−ＡＤＪである。ＬＰ２９８０−ＡＤＪは既製の市販の調整器であり、本発明の実施形態で使用される場合、約０．１ボルトのドロップアウト電圧および約６０〜６２μＡの零入力の電流を有する。しかし、他の実施形態では他の既製調整器または注文製作調整器を使用できることが理解されるべきである。既製のバッテリセル１１０および調整器１１４を使用することによって、本発明の実施形態はシステム１００で注文製作の構成要素を使用することに関連するコストを低減させる。

さらに、バッテリブロック１０２に電圧調整器回路１１２を含めることによって、本発明の実施形態は複数の既製バッテリセル１１０のうちのどれを使用するのにも適応可能になる。特に、構成要素１０４などのシステム１００の他の回路は、様々なバッテリセルの使用を可能にするために追加される追加回路に適用する必要がない。例えば、特定のバッテリセルの生産が中止された場合、別の既製のバッテリセルをバッテリブロック１０２内に置き替えることができる。電圧調整器回路１１２がバッテリブロック１０２内の電圧を調整するので、この変更はシステム１００に対して透明である。

動作時に、一次電源１０６は構成要素１０４に電力を供給する。本例では、構成要素１０４は、他の回路（例えば処理ユニット１０８）がデータの書込みおよび／またはデータの読出しを行うことができる複数のＳＲＡＭチップである。一次電源１０６から供給された電力は、データ損失を防ぐために構成要素１０４のデータをリフレッシュする。一次電源１０６がシステム１００の移送またはメンテナンス中など利用できない場合、バッテリブロック１０２が構成要素１０４に電力を供給して構成要素１０４のデータをリフレッシュし、それによってデータ損失が防止される。

特に、バッテリセル１１０は電圧調整器回路１１２に電力を供給する。本実施形態では、バッテリセル１１０が構成要素１０４には高すぎる電圧を出力するので、電圧調整器回路１１２の調整器１１４は、システム１００の構成要素１０４の動作電圧制限内にバッテリブロック１０２からの電圧出力を維持するようにバッテリセル１１０からの電圧を調整する。したがって、一次電源１０６が利用できない期間でさえ構成要素１０４のデータは失われない。さらに、本実施形態では、一次電源１０６が利用できる場合、バッテリエネルギーが消費されないように、電圧調整器回路１１２はバッテリブロック１０２からの電圧出力を十分に低く維持する。例えば、一実施形態では、電圧調整器回路１１２は出力電圧を５．５ボルト±５０ミリボルトに維持する。これにより、必要なときのみ電力を消費することによってバッテリセル１１０の寿命が増加する。特に、いくつかの実施形態では、バッテリセル１１０および電圧調整器回路１１２は１０年の有効寿命およびその１０年間に少なくとも７６日間適切な電圧を供給する能力が得られるように構成される。

図２は本発明の一実施形態によるバッテリブロック２００を示す。バッテリブロック２００は蓋２１８およびベース２２０で構成されたハウジング２１６を含む。蓋２１８は電圧調整器回路２１２を保護するために圧力パッド２２２を含む。前述のように、電圧調整器回路２１２は、バッテリブロック２００に結合された構成要素（図１の構成要素１０４など）の動作電圧制限内にコネクタ２２４を介してバッテリブロック２００の出力電圧を維持するように構成される。

電圧調整器回路２１２はハウジング２１６内に配置され、バッテリブロック２００に結合された構成要素を変更する必要なしにバッテリセル２１０の切替えを可能にする。電圧調整器回路２１２は、本例では、線量率、長いパルス、熱機械的、総線量、およびシングルイベントアップセットの評価などの様々な性能試験に合格するように放射に対して強化される。さらに、市販の既製調整器２１４が図２の電圧調整器回路２１２の一実施形態で使用される。前述のように、調整器２１４は低いドロップアウト電圧および低い零入力の電流を有することが好ましい。低いドロップアウト電圧および低い零入力の電流を有する適切な既製調整器２１４の一例は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社によって製作された調整器ＬＰ２９８０−ＡＤＪである。しかし、他の実施形態では、他の既製調整器および注文製作調整器を使用できることが理解されるべきである。

バッテリセル２１０は電圧調整器回路２１２に結合される。本例では、バッテリセル２１０はセルを環境から保護するために容器に入れられる（例えば、プラスチックにカプセル化される）。特に、本例では、２つの市販の既製バッテリセルが使用される。しかし、他の実施形態では他の適切な数のバッテリセルが使用されることが理解されるべきである。例示的なバッテリセルは、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ社、部品番号３Ｂ３６によって製作されたリチウム塩化スルフリルダブルＤセルおよびＵｌｔｒａｌｉｆｅ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ社、部品番号Ｕ３３５６によって製作されたリチウム二酸化マンガンシングルＤセルを含む。さらに、本例では、容器に入れられたバッテリセル２１０は、重量を減らすためにプラスチックから取り除かれた空隙２２８を有する。

図３は本発明の一実施形態による電圧調整器回路３００の概略図である。電圧調整器回路３００は、約７．８ボルトの合計入力電圧を供給する２つのバッテリセル、例えばＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ社によって製作された２つのリチウム塩化スルフリルダブルＤセルとともに使用するように構成された図１の電圧調整器回路１１２の一実施形態である。さらに、電圧調整器回路３００はＮａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社、部品番号ＬＰ２９８０−ＡＤＪによって製作された調整器３１４とともに使用するように構成される。抵抗器３０１−Ｒ１、ダイオード３０３、ダイオード３０７、およびｔｒａｎｚｏｒｂ（商標）３０９は、電圧調整器回路３００を放射に対して強化するために含まれる。

抵抗器３０１−Ｒ１は電圧調整器回路３００に結合されたバッテリセル（図示せず）からの電流レベルを制御する。抵抗器３０１−Ｒ１の抵抗値は様々な実施形態の所望の電流レベルに基づいて適合させることができる。抵抗器３０１−Ｒ１は、電圧調整器回路３００に結合されたバッテリセルおよび構成要素ならびに電圧調整器回路３００自体を保護するために付加される。抵抗器３０１−Ｒ１は、短絡が発生した場合には両方向の電流を制限する。例えば、調整器３１４が短絡する場合、抵抗器３０１−Ｒ１は放射環境でバッテリセルに入る電流を制限する。同様に、抵抗器３０１−Ｒ１は過大電流が調整器３１４に入らないように電流を制限する。図３の一実施形態では、抵抗器３０１−Ｒ１は５１．１オームの抵抗値を有し、約８ボルトの入力電圧を仮定すると電流が約１５０ミリアンペアに制限される。

ダイオード３０３は、同方向にバイアスされた調整器３１４内のダイオード（図示せず）を複製するように電圧調整器回路３００に配置される。ダイオード３００は、調整器３１４内のダイオードよりも低い電圧でブレイクダウンすることにより調整器３１４内のダイオードが順バイアスにならないように構成される。したがって、システム生成の電磁パルスなどの放射誘導電流はダイオード３００によって伝導され、調整器３１４をバイパスする。次に、放射誘導電流は電圧調整器回路３００に結合されたバッテリセルで消散される。

本例では、コンデンサ３０５−Ｃ１、３０５−Ｃ２、および３０５−Ｃ３が調整器３１４の動作には必要である。特に、調整器３１４（ＬＰ２９８０−ＡＤＪ）は、調整器３１４の適切な機能のために１μＦまたはそれよりも大きい最小容量をもつ入力コンデンサ３０５−Ｃ１および２．２μＦまたはそれよりも大きい最小容量をもつ出力コンデンサ３０５−Ｃ３を必要とする。コンデンサ３０５−Ｃ２は、調整器３１４のループ安定性に必要なリード補償を与える必須のフィードフォワードコンデンサである。商用用途では、コンデンサ３０５−Ｃ１、３０５−Ｃ２、および３０５−Ｃ３はタンタルコンデンサまたはセラミックコンデンサとすることができる。しかし、軍事／航空宇宙用途などの高い放射環境で動作する実施形態では電圧調整器回路３００を保護するためにセラミックコンデンサが使用される。さらに、本例では、３０５−Ｃ１および３０５−Ｃ３は「スタックキャップス」、すなわち１つの部品に積み重ねられた複数のコンデンサである。本例で使用されるコンデンサ３０５−Ｃ１、３０５−Ｃ２、および３０５−Ｃ３の例示的な値はそれぞれ１．８マイクロファラド、６．８ピコファラド、および６．８マイクロファラドである。

さらに、コンデンサ３０５−Ｃ３がセラミックコンデンサである場合、調整器３１４の出力の変動を低減するために、抵抗器３０１−Ｒ８および３０１−Ｒ９を使用してコンデンサ３０５−Ｃ３をもつ等価直列抵抗が設けられる。いくつかの実施形態では、例えばタンタルコンデンサが使用される場合、抵抗器３０１−Ｒ８および３０１−Ｒ９は必要とされない。本例では、２つの抵抗器３０１−Ｒ８および３０１−Ｒ９を使用して容抵抗レベルに対する正確な制御を可能にする。本例では、抵抗器３０１−Ｒ８および３０１−Ｒ９の各々は５．６２オームの値を有し、２．８１オームの等価直列抵抗を与える。本例では、２つの抵抗器、３０１−Ｒ８および３０１−Ｒ９を使用して適切な等価直列抵抗を与えるが、他の実施形態では適切な等価直列抵抗を与える任意の数の抵抗器を使用できることが理解されるべきである。

調整器３１４の出力電圧は抵抗器３０１−Ｒ２、３０１−Ｒ３、および３０１−Ｒ４の値によって決定される。抵抗器３０１−Ｒ２、３０１−Ｒ３、および３０１−Ｒ４が分圧器として機能し、調整器３１４の出力が調節される。２つの抵抗器３０１−Ｒ２および３０１−Ｒ３を使用すると１つの抵抗器だけを使用するよりも抵抗レベルに対して正確な制御が可能になる。したがって、出力電圧に対するより正確な制御も可能になる。特に、本実施形態では、出力電圧は５．５ボルト±５０ミリボルトに制御される。本例では、２つの抵抗器、３０１−Ｒ２および３０１−Ｒ３を使用して適切な等価直列抵抗を与えるが、他の実施形態では所望の等価直列抵抗を与える任意の数の抵抗器を使用できることが理解されるべきである。調整器３１４がＬＰ２９８０調整器である実施形態では、電圧出力は次式で与えられる。

Ｖ_ｏｕｔ＝１.２３＋１.２３（Ｒ_ＡＤＪ／Ｒ４）
ここで、Ｒ_ＡＤＪは抵抗器３０１−Ｒ２および３０１−Ｒ３の等価直列抵抗であり、Ｒ４は抵抗器３０１−Ｒ４の値である。

抵抗器３０１−Ｒ２、３０１−Ｒ３、および３０１−Ｒ４の例示的な値はそれぞれ１６０キロオーム、２６．７キロオーム、および５１．１キロオームである。しかし、他の実施形態では他の値を使用できることが理解されるべきである。

電圧調整器回路３００に結合された構成要素を保護するために、ツェナーダイオード３０７が電圧調整器回路３００の出力電圧を最大電圧にクランプするために使用され適応される。本例では、ツェナーダイオード３０７は出力電圧を６．８ボルトにクランプする。電圧調整器３１４が故障するかまたは短絡する場合、ツェナーダイオード３０７は、過大電圧が電圧調整器回路３００から出力されないようにする。さらに、ｔｒａｎｓｚｏｒｂ（トランゾーブ：商標）３０９が追加のプロテクションのために含まれる。ｔｒａｎsｚｏｒｂ（トランゾーブ：商標）３０９は、電流を許容可能レベルまで引き下げることによって電圧調整器回路３００を高い電流サージから保護するように構成された過渡電圧抑制ダイオードである。本実施形態では、ｔｒａｎｓｚｏｒｂ（トランゾーブ：商標）３０９は８．２ボルトの値を有する。

既製調整器３１４の使用にもかかわらず、電圧調整器回路３００は軍事／航空宇宙用途で必要とされる様々な性能試験に合格している。例えば、電圧調整器回路３００は、線量率、長いパルス、熱機械的、総線量、およびシングルイベントアップセットの評価に合格している。したがって、本発明の実施形態によれば、放射に対して強化された市販の既製調整器３１４で軍事性能要件を満たしながらコストが低減される。

図４は本発明の一実施形態による別の電圧調整器回路４００の概略図である。電圧調整器回路４００は、４つのバッテリセル、例えば約６ボルトの合計入力電圧を供給するＵｌｔｒａｌｉｆｅ Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ社によって製作された４つのリチウム二酸化マンガンシングルＤセルとともに使用するように構成された図１の電圧調整器回路１１２の一実施形態である。さらに、電圧調整器回路４００は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社、部品番号ＬＰ２９８０−ＡＤＪによって製作された調整器４１４とともに使用するように構成される。抵抗器４０１−Ｒ１、ダイオード４０３−Ｄ１、ダイオード４０７、およびｔｒａｎｚｏｒｂ（トランゾーブ：商標）４０９は、電圧調整器回路４００を放射に対して強化するために含まれる。

図４の抵抗器４０１−Ｒ１は電圧調整器回路４００に結合されたバッテリセル（図示せず）からの電流レベルを制御する。抵抗器４０１−Ｒ１の抵抗値は様々な実施形態の所望の電流レベルに基づいて適合させることができる。抵抗器４０１−Ｒ１は、電圧調整器回路４００に結合されたバッテリセルおよび構成要素ならびに電圧調整器回路４００自体を保護するために付加される。抵抗器４０１−Ｒ１は、短絡が発生した場合には両方向の電流を制限する。例えば、調整器４１４が短絡する場合、抵抗器４０１−Ｒ１は放射環境でバッテリセルに入る電流を制限する。同様に、抵抗器４０１−Ｒ１は過大電流が調整器４１４に入らないように電流を制限する。図４の一実施形態では、抵抗器４０１−Ｒ１は５１．１オームの抵抗値を有し、約６ボルトの入力電圧を仮定すると電流が約１１５ミリアンペアに制限される。

ダイオード４０３−Ｄ１は、同方向に調整器４１４内のダイオード（図示せず）を複製するように電圧調整器回路４００に配置される。ダイオード４００は、調整器４１４内のダイオードより低い電圧でブレイクダウンすることにより調整器４１４内のダイオードが順バイアスにならないように構成される。したがって、システム生成の電磁パルスなどの放射誘導電流はダイオード４００によって伝導され、調整器４１４をバイパスする。次に、放射誘導電流は電圧調整器回路４００に結合されたバッテリセルで消散される。

本例では、コンデンサ４０５−Ｃ１、４０５−Ｃ２、および４０５−Ｃ３が調整器４１４の動作には必要である。特に、調整器４１４（ＬＰ２９８０−ＡＤＪ）は、調整器４１４の適切な機能のために１μＦまたはそれよりも大きい最小容量をもつ入力コンデンサ４０５−Ｃ１および２．２μＦまたはそれよりも大きい最小容量をもつ出力コンデンサ４０５−Ｃ３を必要とする。コンデンサ４０５−Ｃ２は、調整器４１４のループ安定性に必要なリード補償を与える必須のフィードフォワードコンデンサである。商用用途では、コンデンサ４０５−Ｃ１、４０５−Ｃ２、および４０５−Ｃ３はタンタルコンデンサまたはセラミックコンデンサとすることができる。しかし、軍事／航空宇宙用途などの高い放射環境で動作する実施形態では電圧調整器回路４００を保護するためにセラミックコンデンサが使用される。さらに、本例では、４０５−Ｃ１および４０５−Ｃ３は「スタックキャップス」、すなわち１つの部品に積み重ねられた複数のコンデンサである。本例で使用されるコンデンサ４０５−Ｃ１、４０５−Ｃ２、および４０５−Ｃ３の例示的な値はそれぞれ１．８マイクロファラド、６．８ピコファラド、および６．８マイクロファラドである。

さらに、コンデンサ４０５−Ｃ３がセラミックコンデンサである場合、調整器４１４の出力の変動を低減するために、抵抗器４０１−Ｒ８および４０１−Ｒ９を使用してコンデンサ４０５−Ｃ３をもつ等価直列抵抗が設けられる。いくつかの実施形態では、例えばタンタルコンデンサが使用される場合、抵抗器４０１−Ｒ８および４０１−Ｒ９は必要とされない。本例では、２つの抵抗器、４０１−Ｒ８および４０１−Ｒ９を使用して適切な等価直列抵抗を与えるが、他の実施形態では適切な等価直列抵抗を与える任意の数の抵抗器を使用できることが理解されるべきである。

調整器４１４の出力電圧は抵抗器４０１−Ｒ２、４０１−Ｒ３、および４０１−Ｒ４の値によって決定される。抵抗器４０１−Ｒ２、４０１−Ｒ３、および４０１−Ｒ４が分圧器として機能し、調整器４１４の出力が調節される。２つの抵抗器４０１−Ｒ２および４０１−Ｒ３を使用すると１つの抵抗器だけを使用するよりも容抵抗レベルに対してより正確な制御が可能になる。したがって、出力電圧に対するより正確な制御も可能になる。特に、本実施形態では、出力電圧は５．５ボルト±５０ミリボルトに制御される。本例では、２つの抵抗器、４０１−Ｒ２および４０１−Ｒ３を使用してＶ_ｏｕｔとＡＤＪピンとの間に適切な等価直列抵抗を与えるが、他の実施形態では適切な等価直列抵抗を与える任意の数の抵抗器を使用できることが理解されるべきである。調整器４１４がＬＰ２９８０調整器である実施形態では、電圧出力は次式で与えられる。

Ｖ_ｏｕｔ＝１.２３＋１.２３（Ｒ_ＡＤＪ／Ｒ４）
ここで、Ｒ_ＡＤＪは抵抗器４０１−Ｒ２および４０１−Ｒ３の等価直列抵抗であり、Ｒ４は抵抗器４０１−Ｒ４の値である。

抵抗器４０１−Ｒ２、４０１−Ｒ３、および４０１−Ｒ４の例示的な値はそれぞれ１６０キロオーム、２６．７キロオーム、および５１．１キロオームである。しかし、他の実施形態では他の値を使用できることが理解されるべきである。

電圧調整器回路４００に結合された構成要素を保護するために、ツェナーダイオード４０７が電圧調整器回路４００の出力電圧を最大電圧にクランプするように構成される。本例では、ツェナーダイオード４０７は出力電圧を６．８ボルトにクランプする。電圧調整器４１４が故障するかまたは短絡する場合、ツェナーダイオード４０７は過大電圧が電圧調整器回路４００から出力されないようにする。さらに、ｔｒａｎｓｚｏｒｂ（トランゾーブ：商標）４０９が追加のプロテクションのために含まれる。ｔｒａｎｓｚｏｒｂ（トランゾーブ：商標）４０９は、電流を許容可能レベルまで引き下げることによって電圧調整器回路４００を高い電流サージから保護するように構成された過渡電圧抑制ダイオードである。本実施形態では、ｔｒａｎｓｚｏｒｂ（トランゾーブ：商標）４０９は８．２ボルトの値を有する。

回路４００は抵抗器４０１−Ｒ５、４０１−Ｒ６、および４０１−Ｒ７も含む。抵抗器４０１−Ｒ５、４０１−Ｒ６、および４０１−Ｒ７はオプションであり、試験プローブを電圧調整器回路４００に結合してバッテリセルの出力電圧が決定されてから、電圧調整器回路４００の調整器４１４によって調整されることが可能になる。抵抗器４０１−Ｒ５、４０１ーＲ６、および４０１−Ｒ７の各々の例示的な値は１００キロオームである。しかし、他の実施形態では他の値を使用できることが理解されるべきである。

ダイオード４０３−Ｄ２および４０３−Ｄ３を電圧調整器回路４００で使用して、電圧調整器回路４００に並列に結合されたバッテリセルが互いに充電しないようにされる。各バッテリセルからの電圧が同一でない場合があるので、一方のバッテリセルが並列に結合された他方のバッテリセルを充電し始めることがある。ダイオード４０３−Ｄ２および４０３−Ｄ３はそのような充電を防止し、適切な負荷分割を可能にする。

図５はバッテリブロックを製造する方法５００を示す流れ図である。方法５００を使用して、バックアップまたは一次電力を構成要素（図１の構成要素１０４など）に供給するのに使用するバッテリブロックを製造することができる。例えば、本実施形態では、方法５００を使用して、ミサイル誘導コンピュータのＳＲＡＭチップにバックアップ電力を供給するのに使用するバッテリブロックが製造され、一次電源が利用できないときにデータ損失が防止される。

５０２で、少なくとも１つのバッテリセル（バッテリセル１１０など）がバッテリブロックのハウジング（バッテリブロック２００など）内に配置される。本例では、２つのバッテリセルがバッテリブロックのハウジングに配置される。しかし、他の実施形態では他の適切な数のバッテリセルが使用される。さらに、本例では、２つのバッテリセルは、Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ社によって製作されたリチウム塩化スルフリルダブルＤセルなどの市販の既製バッテリセルである。

５０４で、電圧調整器回路（電圧調整器回路１１２など）はオプションとして放射に対して強化される。軍事／航空宇宙性能試験に合格するように電圧調整器回路を放射に対して強化すると電圧調整器回路は軍事／航空宇宙用途で使用することが可能になる。放射に対して強化された電圧調整器回路を評価するために使用される軍事性能試験のいくつかの例は、限定はしないが、線量率、長いパルス、熱機械的、総線量、およびシングルイベントアップセットの評価を含む。いくつかの実施形態では、そのような放射に対する強化は、出力電圧および／または電流をクランプするためのダイオード（例えば、ダイオード４０７およびｔｒａｎｚｏｒｂ（商標）４０９）を含めることによって達成される。さらに、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の抵抗器が電圧調整器回路の電流を制限するために含まれる（例えば抵抗器３０１−Ｒ１）。

５０６で、電圧調整器回路はバッテリブロックのハウジング内に配置される。電圧調整器回路は、市販の既製調整器または注文製作調整器のどちらかを含むことができる。例えば、本実施形態では、電圧調整器回路は、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社、部品番号ＬＰ２９８０−ＡＤＪによって製作された市販の調整器を含む。既製の調整器の使用によって、電圧調整器回路に関連するコストが低減される。

５０８で、バッテリセルは電圧調整器回路に結合される。電圧調整器回路はバッテリブロックに結合された電子構成要素の動作電圧制限内にバッテリブロックからの電圧出力を維持するように構成される。電圧調整器回路をバッテリブロック内に配置することによって、本発明の実施形態は、システムの電子構成要素または他の回路を変更することなくバッテリセルを異なるバッテリセルと交換することを可能にする。本実施形態では、一次電源が利用できない場合にのみバッテリブロックからのエネルギーが消費されるように、電圧調整器回路は一次電源の電圧よりも低いバッテリブロックの出力電圧を維持するように構成される。

特定の実施形態が本明細書で例示され説明されたが、同じ目的を達成するように意図される任意の構成を図示された特定の実施形態の代わりに使用できることが当業者によって理解されるであろう。本出願は本発明の任意の改作または変形も含むように意図される。したがって、本発明は特許請求の範囲およびそれの等価物によってのみ限定されることが明白に意図される。

本発明の一実施形態による電子システムを示すハイレベルブロック図である。 本発明の一実施形態によるバッテリブロックを示す図である。 本発明の一実施形態による電圧調整器回路の概略図である。 本発明の一実施形態による別の電圧調整器回路の概略図である。 電子システムの構成要素に電力を供給する方法を示す流れ図である。

符号の説明

１００ 電子システム
１０２ バッテリブロック
１０４ 構成要素
１０６ 一次電源
１０８ 処理ユニット
１１０ バッテリセル
１１１ スイッチ
１１２ 電圧調整器回路
１１４ 調整器
２００ バッテリブロック
２１０ バッテリセル
２１２ 電圧調整器回路
２１４ 調整器
２１６ ハウジング
２１８ 蓋
２２０ ベース
２２２ 圧力パッド
２２４ コネクタ
２２８ 空隙
３００ 電圧調整器回路
３１４ 調整器
４００ 電圧調整器回路

Claims (4)

1. 少なくとも１つの電子構成要素（１０４）と、
   前記少なくとも１つの電子構成要素（１０４）に電力を供給するように構成されたバッテリブロック（１０２）とを備え、
   前記バッテリブロック（１０２）は、
   少なくとも１つのバッテリセル（１１０）と、
   前記少なくとも１つのバッテリセルに結合され、前記少なくとも１つの電子構成要素（１０４）の動作電圧制限内に前記バッテリブロック（１０２）の出力電圧を維持するように構成された電圧調整器回路（１１２）と、
   前記少なくとも１のバッテリセル（１１０）および前記電圧調整器回路（１１２）を収容するように構成されたハウジングとを備える、
   電子システム（１００）。
2. 前記少なくとも１つのバッテリセル（１１０）の出力電圧は前記少なくとも１つの電子構成要素（１０４）の外部動作限界である、請求項１に記載の電子システム（１００）。
3. 前記少なくとも１つのバッテリセル（１１０）は２つのリチウム塩化スルフリルダブルＤセルおよび４つのリチウム二酸化マンガンシングルＤセルのうちの１つをさらに備える、請求項１に記載の電子システム（１００）。
4. 前記電圧調整器回路（１１２）は低いドロップアウト電圧の調整器（１１４）を含む、請求項１に記載の電子システム（１００）。

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