JP2008118847A

JP2008118847A - 充電器／昇圧制御器を備える電源管理システム

Info

Publication number: JP2008118847A
Application number: JP2007283656A
Authority: JP
Inventors: Laszlo Lipcsei; ラスズロ・リプセイ
Original assignee: O2Micro Inc
Current assignee: O2Micro Inc
Priority date: 2006-11-01
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2008-05-22
Also published as: TW200826406A; EP1919058A2; US20080100143A1

Abstract

【課題】充電器／昇圧制御器を備える電源管理システムを提供する。
【解決手段】電源管理システムは、２つの端子を具備する電力変換ステージと、制御器とを備える。第１の端子は、第１の電圧を提供する第１の電源と接続され、第２の端子は、第２の電圧を提供する第２の電源と選択的に接続される。電力変換ステージと接続された制御器は、少なくとも第１のモード及び第２のモードの中からモードを選択することができる。第１のモードにおいて、電力変換ステージは、第１の端子で第１の電圧を受け取ると共に、第２の端子においてステップアップ電圧を生成する。生成されたステップアップ電圧は、第１の電圧より大きい。第２のモードにおいて、電力変換ステージは、第２の端子で第２の電圧を受け取ると共に、第１の端子において第１の電源を充電するためのステップダウン電圧を生成する。生成されたステップダウン電圧は、第２の電圧より小さい。
【選択図】図３

Description

本発明は、電源管理システムに関連すると共に、特に、充電器／昇圧制御器を備える電源管理システムに関連する。

本出願は、その全体が参照によってここに組み込まれる、２００６年１１月０１日に出願された米国仮特許出願番号60/856,075号に対する優先権を主張する。

最近では、リチウムイオンバッテリセル技術は、ますます高電力化された密度セルを必要とする。しかしながら、そのような高電力化された密度セル機能は、最小の放電セル電圧を（例えば、２．２［Ｖ］まで）減少させた。例えば、２セルのリチウムイオンバッテリによって電力を供給された携帯機器は、２セルのリチウムイオンバッテリのバッテリ電圧が４．４［Ｖ］から８．４［Ｖ］まで変動する可能性があるので、２セルのリチウムイオンバッテリから５［Ｖ］の出力電圧を生成する際に、課題に直面する。従って、新しいバックブーストコンバータ（buck-boost converter）が、５［Ｖ］の出力電圧を確実に生成するように降圧コンバータ（バックコンバータ：buck converter）と置き換えるために必要とされる。

図１は、従来技術による、リチウムイオンバッテリを使用するＵＭＰＣ（Ultra-Mobile PC：ウルトラモバイルピーシー）ノートブックの一般的な電源接続形態１００を示す。図１において示されたように、電源接続形態１００は、アダプタ１０２、リチウムイオンバッテリ１０４、充電器制御器１０６、充電器１０８、複数のシステム負荷１６０、アダプタ１０２とシステム負荷１６０との間に接続されるスイッチ１１０、及びバッテリ１０４とシステム負荷１６０との間に接続されるスイッチ１１２を備える。もしアダプタ１０２が利用可能である場合に、充電器制御器１０６によって制御されるスイッチ１１０をスイッチオンすることによって、アダプタ１０２は、複数のシステム負荷１６０に電力を供給することができる。アダプタ１０２は、同様に、充電器制御器１０６によって制御される充電器１０８によって、バッテリ１０４を充電する。もしアダプタ１０２が利用可能ではない場合に、充電器制御器１０６によって制御されるスイッチ１１２をスイッチオンすることによって、バッテリ１０４は、システム負荷１６０に電力を供給し得る。バッテリ１０４は、２つのリチウムイオンセルを備えると共に、４．４［Ｖ］から８．４［Ｖ］までの範囲に定められた電圧を有する。結果として、５［Ｖ］の要求されるシステム電圧を生成するために、バックブーストコンバータが必要とされる。

図２は、図１において実施される、従来技術による一般的なバックブーストコンバータ２００を示す。図２において示されたように、降圧モードにおいて、バックブーストコンバータ２００は、スイッチ２０２とスイッチ２０４を交互にスイッチオンすることによって、入力電圧２１４より小さいステップダウン電圧２１２を生成することができる。昇圧モードにおいて、バックブーストコンバータ２００は、スイッチ２０６とスイッチ２０８を交互にスイッチオンすることによって、入力電圧２１８より大きいステップアップ電圧２１６を生成することができる。そのようなバックブーストコンバータ２００は、コストを増大させると共に、システム効率を減少させる複数のスイッチを必要とする。更に、バックブーストコンバータ２００が降圧モードで動作する場合に、スイッチ２０８は、常にオン状態に維持され、それは過度の電力損失の原因となる。同様に、バックブーストコンバータ２００が昇圧モードで動作する場合に、スイッチ２０２は、常にオン状態に維持され、それは同様に過度の電力損失の原因となる。更に、過渡的段階の間、入力電圧がほとんど出力電圧に等しい場合に、全てのスイッチ２０２、スイッチ２０４、スイッチ２０６、及びスイッチ２０８が動作することになり、同様に全体の変換効率を下げる。

一実施例において、電源管理システムは、電力変換ステージと、制御器とを備える。電力変換ステージは、２つの端子を具備する。第１の端子は、第１の電圧を供給する第１の電源に接続される。第２の端子は、第２の電圧を供給する第２の電源に選択的に接続される。電力変換ステージに接続された制御器は、少なくとも第１のモード及び第２のモードの中からモードを選択することができる。第１のモードにおいて、電力変換ステージは、第１の電圧を第１の端子において受け取ると共に、ステップアップ電圧を第２の端子において生成する。第２の端子において生成されるステップアップ電圧は、第１の電圧より大きい。第２のモードにおいて、電力変換ステージは、第２の電圧を第２の端子において受け取ると共に、第１の電源を充電するためのステップダウン電圧を第１の端子において生成する。第１の端子において生成されるステップダウン電圧は、第２の電圧より小さい。

特許請求の範囲に記載された主題の実施例の特徴、及び利点は、図面に由来する以下の詳細な説明として、及び図面を参照することによって、明白になると共に、図面における同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。

本発明の実施例に対する参照が、ここで詳細に行われることになる。これらの実施例と共に本発明が説明されることになる一方、それらが本発明をそれらの実施例に制限することを意図していないということが理解されることになる。それとは逆に、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義された発明の精神、及び範囲に含まれ得る代替物、修正物、及び等価物を対象とすることが意図される。

更に、本発明の以下の詳細な説明において、多数の特定の詳細が、本発明の完全な理解を提供するために、順番に説明される。しかしながら、当業者によって、本発明はこれらの特定の詳細がなくても実行され得るということが認識されることになる。他の場合においては、よく知られている方法、手続き、構成要素、及び回路は、本発明の特徴を不必要にあいまいにしないように、詳細には説明されていない。

一実施例において、本発明は、１つ以上のセルを有するリチウムイオンバッテリのための電源管理システムを提供する。そのような一実施例において、電源管理システムは、電力変換ステージと、電力変換ステージを制御することができる制御器とを備える。有利に、制御器によって制御された電力変換ステージは、昇圧コンバータ（ブーストコンバータ：boost converter）（例えば、スイッチモード昇圧コンバータ）、または充電器（スイッチモード降圧コンバータ）として動作することができる。そのような一実施例において、電源管理システムは、同様に、第１の電源（例えば、バッテリパック）と、第２の電源（例えば、アダプタ）とを備える。第１のモードにおいて、第１の電源は、電力変換ステージによって、システム負荷に電力を供給することができると共に、電力変換ステージは、昇圧コンバータとして動作する。第２のモードにおいて、第２の電源は、同じ電力変換ステージによって、第１の電源を充電することができると共に、電力変換ステージは、充電器として動作する。結果として、一実施例において、追加の昇圧コンバータは必要とされない。

図３は、本発明の一実施例による、電源管理システム３００の接続形態を示す。一実施例において、電源管理システム３００は、第１の端子３１４と第２の端子３２４とを具備する電力変換ステージ３０２を備える。第１の端子３１４は、第１の電源３１６に接続される。一実施例において、第１の電源３１６は、第１の電圧（バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴ）を供給するバッテリパックであり得る。一実施例において、第２の端末３２４は、第２の端末３２４と第２の電源３２６との間に接続されるスイッチ３４２をターンオンすることによって、第２の電源３２６に接続されることができる。一実施例において、第２の電源３２６は、図３において示されるように、第２の電圧（アダプタ電圧Ｖ_ＡＤ）を有するアダプタであり得る。第２の電源３２６は、同様に、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）装置のような、他の電源を含むことができる。

一実施例において、充電器／昇圧制御器３４０は、異なるモードで動作するように電源管理システム３００を制御することができる。より具体的には、電力変換ステージ３０２に接続された充電器／昇圧制御器３４０は、少なくとも第１のモード及び第２のモードの中からモードを選択することができる。第１のモード（低バッテリ電力供給モード）において、充電器／昇圧制御器３４０は、昇圧コンバータとして動作するように電力変換ステージ３０２を制御することができる。より具体的には、電力変換ステージ３０２は、バッテリパック３１６が提供する第１の電圧（バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴ）を第１の端子３１４において受け取ると共に、複数のシステム負荷３６０に電力を供給するためのステップアップ電圧を第２の端子３２４において生成する。一実施例において、生成されたステップアップ電圧は、第１の電圧Ｖ_ＢＡＴより大きい。第２のモード（アダプタ電力供給モード）において、充電器／昇圧制御器３４０は、充電器（降圧コンバータ）として動作するように電力変換ステージ３０２を制御することができる。より具体的には、電力変換ステージ３０２は、第２の電圧（アダプタ電圧Ｖ_ＡＤ）を第２の端子３２４において受け取ると共に、バッテリパック３１６を充電するためのステップダウン電圧を第１の端子３１４において生成する。一実施例において、生成されたステップダウン電圧は、第２の電圧Ｖ_ＡＤより小さい。

図３において示されたように、一実施例において、電力変換ステージ３０２は、コンデンサ３０８に接続されたインダクタンスコイル３０６、第２の端子３２４に接続された高電位側スイッチ３４６、及び高電位側スイッチ３４６とグランドとの間に接続された低電位側スイッチ３４８を備えることができる。より具体的には、電力変換ステージ３０２は、充電器／昇圧制御器３４０によって制御される高電位側スイッチ３４６と低電位側スイッチ３４８を交互にターンオンすることによって動作することができる。

一実施例において、電源管理システム３００は、（例えば０．８［Ｖ］から５［Ｖ］の範囲に定められた）異なる電圧で動作する複数のシステム負荷３６０に電力を供給するために使用されることができる。結果として、降圧コンバータは、各システム負荷に対して（例えば０．８［Ｖ］から５［Ｖ］の範囲に定められた）所望の電圧を生成するために実装されることができる。例えば、コンピュータシステムにおいて、降圧コンバータ３６０＿１は、５［Ｖ］システムに電力を供給するための所望の電圧を生成するために実装されることができ、降圧コンバータ３６０＿２は、３．３［Ｖ］システムに電力を供給するための所望の電圧を生成するために実装されることができ、降圧コンバータ３６０＿３は、１．８［Ｖ］メモリに電力を供給するための所望の電圧を生成するために実装されることができ、降圧コンバータ３６０＿４は、１．０５［Ｖ］チップセットに電力を供給するための所望の電圧を生成するために実装されることができ、降圧コンバータ３６０＿５は、０．８〜１．５［Ｖ］ＣＰＵに電力を供給するための所望の電圧を生成するために実装されることができる。

一実施例において、電源管理システム３００が第１のモード（低バッテリ電力供給モード）で動作している場合に、電力変換ステージ３０２は、第１の電圧（バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴ）を第１の端子３１４において受け取ると共に、ステップアップ電圧を第２の端子３２４において生成する昇圧コンバータとして動作することができる。そのようなものとして、バッテリパック３１６は、第２の端子３２４を経由して、複数のシステム負荷３６０に電力を供給するために使用されることができる。より具体的には、第１のモードにおいて、スイッチ３４６がオフで、スイッチ３４８がオンである場合に、インダクタンスコイル３０６は、グランドに接続されると共に、バッテリパック３１６は、エネルギーをインダクタンスコイル３０６に蓄積することができる。スイッチ３４６がオンで、スイッチ３４８がオフである場合に、インダクタンスコイル３０６は、電流を複数のシステム負荷３６０に放電するために、複数のシステム負荷３６０に接続されると共に、第２の端子３２４において生成されたステップアップ電圧は、第１の端子３１４における第１の電圧Ｖ_ＢＡＴより大きくなる。従って、電力変換ステージ３０２は、第１のモードにおいて、スイッチ３４６とスイッチ３４８を交互にスイッチオンすることによって、昇圧コンバータとして動作することができる。一実施例において、バッテリパック３１６から電力変換ステージ３０２によって生成されたステップアップ電圧は、所定電圧Ｖ_ＰＲＥ（例えば、５．４［Ｖ］）より大きい。

一実施例において、電源管理システム３００が第２のモード（アダプタ電力供給モード、スイッチ３４２はオンである）で動作している場合に、アダプタ３２６は、第２の端子３２４を経由して、複数のシステム負荷３６０に電力を供給することができ、電力変換ステージ３０２は、第２の電圧（アダプタ電圧Ｖ_ＡＤ）を受け取ると共に、バッテリパック３１６を充電するためのステップダウン電圧を生成するように、充電器として動作することができる。結果として、アダプタ３２６は、複数のシステム負荷３６０に電力を供給するばかりでなく、バッテリパック３１６を充電することもできる。より具体的には、第２のモードにおいて、スイッチ３４６がオンであり、そしてスイッチ３４８がオフである場合に、アダプタ３２６は、エネルギーをインダクタンスコイル３０６に蓄積するために、インダクタンスコイル３０６に接続されると共に、充電電流をバッテリパック３１６に供給する。スイッチ３４６がオフであり、そしてスイッチ３４８がオンである場合に、インダクタンスコイル３０６は、バッテリパック３１６に接続されると共に、インダクタンスコイル３０６における蓄積エネルギーは、バッテリパック３１６に充電電流を供給し続ける。そのようなものとして、第１の端子３１４において生成されたステップダウン電圧は、第２の端子３２４における第２の電圧Ｖ_ＡＤより小さい。従って、電力変換ステージ３０２は、第２のモードにおいて、スイッチ３４６とスイッチ３４８を交互にスイッチオンすることによって、充電器（降圧コンバータ）として動作することができる。

更に、一実施例において、電源管理システム３００は、同様に、充電器／昇圧制御器３４０が動作しないと共に、バッテリパック３１６が第１の端子３１４を経由して直接複数のシステム負荷３６０に電力を供給するために使用されることができる第３のモード（高バッテリ電力供給モード、スイッチ３４４はオンである）において動作することができる。

動作において、アダプタ３２６が利用可能である場合に、充電器／昇圧制御器３４０は、アダプタ３２６が、アダプタ３２６と第２の端子３２４との間に接続されるスイッチ３４２をターンオンすることによって、複数のシステム負荷３６０に電力を供給することができる第２のモードを選択することができる。一実施例において、スイッチ３４２は、充電器／昇圧制御器３４０によって制御されることができる。更に、充電器／昇圧制御器３４０は、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤを受け取ると共に、アダプタ電圧Ｖ_ＡＤより小さいバッテリパック３１６を充電するための適切なステップダウン電圧を生成するように電力変換ステージ３０２を制御することができる。一実施例において、アダプタ３２６が利用可能ではなく、そしてバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが所定電圧Ｖ_ＰＲＥより大きい場合に、充電器／昇圧制御器３４０は、バッテリパック３１６が、バッテリパック３１６と複数のシステム負荷３６０との間に接続されたスイッチ３４４をターンオンすることによって、第１の端子３１４を経由して、複数のシステム負荷３６０に電力を供給することができる第３のモードを選択することができる。一実施例において、スイッチ３４４は、充電器／昇圧制御器３４０によって制御されることができる。一実施例において、アダプタ３２６が利用可能ではなく、そしてバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが所定電圧Ｖ_ＰＲＥより小さい場合に、充電器／昇圧制御器３４０は、充電器／昇圧制御器３４０が、第２の端子３２４を経由して、複数のシステム負荷３６０に電力を供給するために、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴを受け取ると共に、Ｖ_ＰＲＥより大きいステップアップ電圧を生成するように電力変換ステージ３０２を制御することができる第１のモードを選択することができる。

有利に、一実施例において、アダプタ３２６が利用可能ではなく、そしてバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが最低限の要求されたシステム電圧（例えば、最低限の要求されたシステム電圧に関しては５［Ｖ］）より低下しているときでさえも、複数のシステム負荷は、電力を供給されることができる。充電器／昇圧制御器３４０によって制御される単一の電力変換ステージ３０２が、充電器または昇圧コンバータとして使用されることができるので、複数のシステム負荷３６０に電力を供給するために、追加の昇圧コンバータが必要とされないと共に、追加の電源スイッチが必要とされない。

一実施例において、スイッチ３４４は任意である。第３のモードにおいて、バッテリパック３１６は、一実施例において、インダクタンスコイル３０６、そしてスイッチ３４４の代わりにスイッチ３４６を経由して、複数のシステム負荷に電力を供給することができる。

図４は、本発明の一実施例による、別の電源管理システム４００の接続形態を示す。図３における参照符号と同じ参照符号が付けられた構成要素は、同様の機能を有すると共に、簡潔さ及び明瞭さの目的のために、ここでは繰り返して説明されない。図４において示されたように、一実施例において、降圧コンバータ３６０＿１は、スイッチ３４２を経由して、アダプタ３２６に接続されることができると共に、同様に、スイッチ３４４を経由して、バッテリパック３１６に接続されることができる。電力変換ステージ３０２は、バッテリパック３１６と降圧コンバータ３６０＿１との間に接続される。図４において、複数の降圧コンバータ３６０＿２〜３６０＿５は、バッテリパック３１６に直接接続される。

一実施例において、降圧コンバータ３６０＿１は、スイッチ３４２を経由して、アダプタ３２６によって電力を供給されることができる。一実施例において、降圧コンバータ３６０＿１は、同様に、スイッチ３４４を経由して、またはインダクタンスコイル３０６及びスイッチ３４６を経由して、バッテリパック３１６によって電力を供給されることができる。一実施例において、複数の降圧コンバータ３６０＿２〜３６０＿５は、バッテリパック３１６によって直接電力を供給されることができる。

図５Ａは、本発明の一実施例による、別の電源管理システム５００の接続形態を示す。図３及び図４における参照符号と同じ参照符号が付けられた構成要素は、同一の機能を有すると共に、簡潔さ及び明瞭さの目的のために、ここでは繰り返して説明されない。一実施例において、図５Ａにおける電源管理システム５００は、一実施例における電力損失を更に減少させる。一実施例において、図５Ａにおいて示されたように、降圧コンバータ３６０＿１は、スイッチ３４２を経由して、アダプタ３２６に接続されることができると共に、同様に、スイッチ３４４を経由して、バッテリパック３１６に接続されることができる。一実施例において、複数の降圧コンバータ３６０＿２〜３６０＿５は、スイッチ５４２を経由してアダプタ３２６に接続されることができると共に、同様に、スイッチ５４４を経由して、バッテリパック３１６に接続されることができる。一実施例によって、スイッチ３４２、スイッチ３４４、スイッチ５４２、及びスイッチ５４４は、充電器／昇圧制御器３４０によって制御されることができる。

一実施例において、アダプタ３２６が利用可能である場合に、アダプタ３２６は、スイッチ３４２を経由して、降圧コンバータ３６０＿１に電力を供給することができると共に、スイッチ５４２を経由して、降圧コンバータ３６０＿２〜３６０＿５に電力を供給することができる。一実施例において、有利に、アダプタ電流の経路は、スイッチ３４２とスイッチ５４２とによって分割されることができると共に、それは、図４で示されたように、全てのアダプタ電流が１つのスイッチを通過する場合と比較すると、更に電力損失を減少させることを支援する。

一実施例において、アダプタ３２６が利用可能ではなく、そしてバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが所定電圧Ｖ_ＰＲＥより大きい場合に、バッテリパック３１６は、スイッチ３４４を経由して、降圧コンバータ３６０＿１に電力を供給することができると共に、スイッチ５４４を経由して、降圧コンバータ３６０＿２〜３６０＿５に電力を供給することができる。一実施例において、有利に、バッテリ電流の経路は、スイッチ３４４とスイッチ５４４とによって分割されることができると共に、それは、図４で示されたように、全てのアダプタ電流が１つのスイッチを通過する場合と比較すると、同様に、更に電力損失を減少させることを支援する。

図５Ｂは、本発明の一実施例による、別の電源管理システム５００’の接続形態を示す。図３、図４、及び図５Ａにおける参照符号と同じ参照符号が付けられた構成要素は、同一の機能を有すると共に、簡潔さ及び明瞭さの目的のために、ここでは繰り返して説明されない。図５Ｂにおいて示されたように、降圧コンバータ３６０＿１、及び降圧制御器５６４は、端子５７０において、システム負荷（例えば、５［Ｖ］のシステム負荷）に電力を供給するための所望の電圧（ステップダウン電圧）を生成するために実装される。より具体的には、一実施例において、降圧制御器５６４は、スイッチ５６６とスイッチ５６８を交互にターンオンすることによって、端子５７０において、所望のステップダウン電圧を生成するように降圧コンバータ３６０＿１を制御することができる。一実施例において、所望のステップダウン電圧は、入力電圧５７２より小さい。降圧コンバータ３６０＿２〜３６０＿５は、降圧コンバータ３６０＿１と同様の構成を有することができると共に、簡潔さ及び明瞭さの目的のために、ここでは繰り返して説明されない。

充電器／昇圧制御器３４０と降圧制御器５６４との間の不適合性を減少させる／回避するために、両方の制御器は、単一のチップに統合することができる。更に、一実施例において、それぞれ充電器／昇圧制御器３４０、及び降圧制御器５６４は、低ドロップアウトのレギュレータ（ＬＤＯ）を必要とし得る。例えば、充電器／昇圧制御器３４０は、５［Ｖ］／１００［ｍＡ］のＬＤＯを使用することができると共に、降圧制御器５６４は、５［Ｖ］／２０［ｍＡ］のＬＤＯを使用することができる。充電器／昇圧制御器３４０及び降圧制御器５６４を単一のチップに統合することによって、１つのＬＤＯだけが必要とされ得る。従って、統合されたチップは、更にコストを減少させ得る、５［Ｖ］／１２０［ｍＡ］のような、より高電流の単一のＬＤＯだけが必要とされ得る。

図６は、本発明の一実施例による、別の電源管理システム６００の接続形態を示す。図３、図４、図５Ａ、及び図５Ｂにおける参照符号と同じ参照符号が付けられた構成要素は、同一の機能を有すると共に、簡潔さ及び明瞭さの目的のために、ここでは繰り返して説明されない。図６において示されたように、充電器／昇圧制御器３４０、降圧制御器５６４、及び低ドロップアウトレギュレータ（low dropout regulator）６０２は、単一のチップ６０４に統合されると共に、それは、充電器／昇圧制御器３４０と降圧制御器５６４との間の不適合性を回避し得ると共に、コストを減少させ得る。一実施例において、低ドロップアウトレギュレータ６０２によって生成された定電圧６０６は、他のモジュールに電力を供給するために使用されることができる。

一実施例において、アダプタ３２６が利用可能ではなく、そしてバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴが所定電圧Ｖ_ＰＲＥより小さい場合に、統合されたチップ６０４は、低バッテリ信号６０８を生成することができる。低バッテリ信号６０８を受け取ることによって、電源管理システム６００は、低バッテリ信号６０８に応答して、システムパワーを最低水準に減少させることができると共に、充電器／昇圧制御器３４０は、昇圧コンバータとして動作すると共に、降圧コンバータ３６０＿１に電力を供給するためのステップアップ電圧を生成するように電力変換ステージ３０２を制御することができる

図７は、本発明の一実施例による、電源管理システムによって実行される動作のフローチャート７００を示す。一実施例において、充電器／昇圧制御器３４０は、前述の電源管理システムがフローチャート７００において示された方法で動作することができるように、構成されることができる。図７は、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６と組み合わせて説明される。

ブロック７０２において、電源管理システムが起動される。電源管理システムが起動された後で、フローチャート７００は、ブロック７０４に進行する。ブロック７０４において、電源管理システムは、少なくとも第１のモード及び第２のモードの中からモードを選択するために、第２の電源３２６が利用可能であるかどうかを監視する。一実施例において、第２の電源３２６は、（図３において示されたような）第２の電圧（アダプタ電圧Ｖ_ＡＤ）を有するアダプタであり得る。しかしながら、第２の電源３２６は、同様に、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）装置のような、他の電源を含むことができる。

一実施例において、もし第２の電源３２６が利用可能である場合に、フローチャート７００は、ブロック７０６に進行する。一実施例において、第２のモードにおいて、第２の電源３２６は、（ブロック７１２において示されるように）少なくとも１つのシステム負荷に電力を供給することができると共に、（ブロック７０８及びブロック７１０において示されるように）第１の電源を充電することができる。一実施例において、第１の電源３１６は、少なくとも１つのバッテリセルを有するバッテリパックであり得る。

ブロック７０８において、第１の端子３１４と第２の端子３２４を有する電力変換ステージ３０２は、第２の電圧（アダプタ電圧Ｖ_ＡＤ）を第２の端子３２４において受け取ることができると共に、適切なステップダウン電圧を第１の端子３１４において生成することができる。一実施例において、生成されたステップダウン電圧は、第２の電圧Ｖ_ＡＤより小さいと共に、ブロック７１０において示されるように、第１の３１４を経由して、第１の電源３１６（バッテリパック３１６）を充電するために使用されることができる。

ブロック７１２において、第２の電源３２６は、第２の端子３２４を経由して、負荷（例えば、複数のシステム負荷３６０）に電力を供給するために使用されることができる。例えば、図３において示されるように、アダプタ３２６は、充電器／昇圧制御器３４０によって制御されるスイッチ３２４をターンオンすることによって、第２の端子３２４に選択的に接続されると共に、複数のシステム負荷３６０に電力を供給することができる。

図７におけるブロック７０４に戻ると、もし第２の電源３２６が利用可能ではない場合に、フローチャート７００は、ブロック７１４に進行する。ブロック７１４において、電源管理システムは、第１の電源（バッテリパック）３１６が提供する第１の電圧Ｖ_ＢＡＴを監視する。もし第１の電圧Ｖ_ＢＡＴが所定のしきい値電圧Ｖ_ＰＲＥより大きい場合に、フローチャート７００は、ブロック７１６に進行する。

ブロック７１６において、充電器／昇圧制御器３４０は、第１の電源３１６（バッテリパック）が、負荷（例えば、複数のシステム負荷３６０）に直接電力を供給することができる第３のモードを選択することができる。例えば、図３において示されたように、バッテリパック３１６は、充電器／昇圧制御器３４０によって制御されるスイッチ３４４をターンオンすることによって、複数のシステム負荷３６０に直接電力を供給することができる。図７に戻ると、一実施例において、フローチャート７００は、第１の電源３１６が第２の端子３２４を経由して負荷（例えば、複数のシステム負荷３６０）に電力を供給するブロック７１８に進行する。

ブロック７１４に戻ると、もし第１の電圧（バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴ）が所定電圧Ｖ_ＰＲＥより大きくない場合に、フローチャート７００は、ブロック７２０に進行する。ブロック７２０において、充電器／昇圧制御器３４０は、第１のモードを選択すると共に、フローチャート７００はブロック７２２に進行する。

ブロック７２２において、電力変換ステージ３０２は、第１の電圧Ｖ_ＢＡＴを第１の端子３１４において受け取ると共に、複数のシステム負荷３６０に電力を供給するためのステップアップ電圧を第２の端子３２４において生成する。一実施例において、生成されたステップアップ電圧は、第１の電圧Ｖ_ＢＡＴより大きい。従って、第１の電源３１６から電力変換ステージ３０２によって生成されたステップアップ電圧は、第２の端子３２４を経由して、負荷（例えば、複数のシステム負荷）に電力を供給することができる。

図８は、本発明の一実施例による、電源管理システムによって実行される動作のフローチャート８００を示す。図８は、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、及び図６と組み合わせて説明される。

図８において示されたように、ブロック８０２において、第１の電圧Ｖ_ＢＡＴを有する第１の電源３１６（例えば、バッテリパック）は、第１の端子３１４に接続される。ブロック８０４において、第２の電圧Ｖ_ＡＤを有する第２の電源３２６（例えば、アダプタ、またはユニバーサルシリアルバス装置）は、第２の端子３２４に選択的に接続される。スイッチ３４２は、第２の電源３２６と第２の端子３２４との間に接続されることができる。

ブロック８０６において、少なくとも第１のモード及び第２のモードの中からモードが選択されることができる。有利に、第１のモードにおいて、電力変換ステージ３０２は、第１の電圧Ｖ_ＢＡＴを第１の端子３１４において受け取ると共に、ステップアップ電圧を第２の端子３２４において生成する。一実施例において、生成されたステップアップ電圧は、第１の電圧Ｖ_ＢＡＴより大きい。第２のモードにおいて、電力変換ステージ３０２は、第２の電圧Ｖ_ＡＤを第２の端子３２４において受け取ると共に、第１の電源３１６を充電するためのステップダウン電圧を第１の端子３１４において生成する。一実施例において、生成されたステップダウン電圧は、第２の電圧Ｖ_ＡＤより小さい。

一実施例において、もし第１のモードが選択される場合に、ブロック８０８において、負荷は、第２の端子３２４を経由して、第１の電源３１６によって電力を供給されることになる。一実施例において、もし第２のモードが選択される場合に、ブロック８１０において、負荷は、第２の端子３２４を経由して、第２の電源３２６によって電力を供給されることになる。

従って、本発明は、異なるモードにおいて動作することができる電源管理システムを提供する。そのような一実施例において、電力変換ステージは、電力変換ステージの第１の端子においてステップダウン電圧を生成するように、または電力変換ステージの第２の端子においてステップアップ電圧を生成するように、制御器によって制御されることができる。そのようなものとして、電力変換ステージによって、第２の電源（例えば、アダプタ、またはユニバーサルシリアルバス装置）は、第１の電源（例えば、バッテリパック）を充電することができる。一実施例において、、第１の電源（例えば、バッテリパック）は、第１の電源の電圧が最低限の要求されたシステム電圧より低下しているときでさえも、同じ電力変換ステージによって、システム負荷に電力を供給することができる。有利に、追加のバックブーストコンバータが負荷システムにおいて必要とされ得ないと共に、電源管理システムのコスト、及び追加のバックブーストコンバータが原因で生じる電力損失は、削減されることができる。

前述の説明、及び図面が本発明の実施例を表す一方、添付の特許請求の範囲において定義される本発明の原理の精神、及び範囲からはずれることなく、その中で様々な追加、変更、及び置換が実行され得るということが理解されることになる。当業者は、本発明が、本発明の原理から逸脱することなく、特に特定の環境及び動作要求に適合させられる、本発明の実施において使用される形式、構造、配置、比率、材料、構成要素、及び部品、そして別の面における多くの変更、と共に使用され得るということを認識することになる。ここで開示された実施例は、従って、全ての点で制限的ではなく実例となると共に、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲及びそれらの正当な等価物によって示され、前述の説明に制限されないと考えられるべきである。

従来技術による、リチウムイオンバッテリを使用するＵＭＰＣノートブックの電源接続形態を示す図である。図１において実施される、従来技術によるバックブーストコンバータを示す図である。本発明の一実施例による、電源管理システムの接続形態を示す図である。本発明の一実施例による、別の電源管理システムの接続形態を示す図である。本発明の一実施例による、別の電源管理システムの接続形態を示す図である。本発明の一実施例による、別の電源管理システムの接続形態を示す図である。本発明の一実施例による、別の電源管理システムの接続形態を示す図である。本発明の一実施例による、電源管理システムによって実行される動作のフローチャートを示す図である。本発明の一実施例による、電源管理システムによって実行される動作のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１００電源接続形態
１０２アダプタ
１０４リチウムイオンバッテリ
１０６充電器制御器
１０８充電器
１１０スイッチ
１１２スイッチ
１６０複数のシステム負荷
２００バックブーストコンバータ
２０２スイッチ
２０４スイッチ
２０６スイッチ
２０８スイッチ
２１２ステップダウン電圧
２１４入力電圧
２１６ステップアップ電圧
２１８入力電圧
２２０バックブースト制御器
３００電源管理システム
３０２電力変換ステージ
３０６インダクタンスコイル
３０８コンデンサ
３１４第１の端子
３１６第１の電源
３２４第２の端子
３２６第２の電源
３４０充電器／昇圧制御器
３４２スイッチ
３４４スイッチ
３４６高電位側スイッチ
３４８低電位側スイッチ
３６０複数のシステム負荷
３６０＿１降圧コンバータ
３６０＿２降圧コンバータ
３６０＿３降圧コンバータ
３６０＿４降圧コンバータ
３６０＿５降圧コンバータ
４００電源管理システム
５００電源管理システム
５４２スイッチ
５４４スイッチ
５００’ 電源管理システム
５６４降圧制御器
５６６スイッチ
５６８スイッチ
５７０端子
５７２入力電圧
６００電源管理システム
６０２低ドロップアウトレギュレータ
６０４単一のチップ
６０６定電圧
６０８低バッテリ信号

Claims

第１の電圧を有する第１の電源に接続される第１の端子を具備し、第２の電圧を有する第２の電源に選択的に接続される第２の端子を具備する電力変換ステージと、
少なくとも第１のモード及び第２のモードの中からモードを選択するために使用可能な、前記電力変換ステージに接続された制御器とを備え、
前記第１のモードにおいて、前記電力変換ステージが、前記第１の電圧を前記第１の端子において受け取ると共に、ステップアップ電圧を前記第２の端子において生成し、
前記第２のモードにおいて、前記電力変換ステージが、前記第２の電圧を前記第２の端子において受け取ると共に、前記第１の電源を充電するためのステップダウン電圧を前記第１の端子において生成し、
前記ステップアップ電圧が、前記第１の電圧より大きく、
前記ステップダウン電圧が、前記第２の電圧より小さい
ことを特徴とする電源管理システム。
前記第１の電源が、少なくとも１つのバッテリセルを有するバッテリパックを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記第２の電源が、アダプタを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記第２の電源が、ユニバーサルシリアルバス装置を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記電力変換ステージが、コンデンサに接続されたインダクタンスコイルを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記ステップアップ電圧が、所定電圧より大きい
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記第１のモードにおいて、前記第１の電源が、前記第２の端子を経由して、前記第２の端子に接続された負荷に電力を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記第２のモードにおいて、前記第２の電源が、前記第２の端子を経由して、前記第２の端子に接続された負荷に電力を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記第１の電圧が所定のしきい値より小さい場合に、前記制御器が、前記第１のモードを選択する
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記第１の電源と前記負荷との間に接続されると共に、前記第１の電源を前記負荷に選択的に接続するために使用可能なスイッチを更に備え、
前記スイッチが、前記制御器によって制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記第２の電源と前記第２の端子との間に接続されると共に、前記第２の電源を前記第２の端子に選択的に接続するために使用可能なスイッチを更に備え、
前記スイッチが、前記制御器によって制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
前記電力変換ステージが、
前記第２の端子に接続された高電位側スイッチと、
前記高電位側スイッチとグランドとの間に接続された低電位側スイッチとを更に備え、
前記高電位側スイッチ及び前記低電位側スイッチが、前記制御器によって制御される
ことを特徴とする請求項１に記載の電源管理システム。
負荷に電力を供給するための方法であって、
第１の電圧を有する第１の電源を第１の端子に接続する段階と、
第２の電圧を有する第２の電源を第２の端子に選択的に接続する段階と、
少なくとも第１のモード及び第２のモードの中からモードを選択する段階とを含み、
前記第１のモードにおいて、電力変換ステージが、前記第１の電圧を前記第１の端子において受け取ると共に、ステップアップ電圧を前記第２の端子において生成し、
前記第２のモードにおいて、前記電力変換ステージが、前記第２の電圧を前記第２の端子において受け取ると共に、前記第１の電源を充電するためのステップダウン電圧を前記第１の端子において生成し、
前記ステップアップ電圧が、前記第１の電圧より大きく、
前記ステップダウン電圧が、前記第２の電圧より小さい
ことを特徴とする方法。
前記第１のモードにおいて、前記第１の電源よって、前記第２の端子を経由して、負荷に電力を供給する段階を更に含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記第２のモードにおいて、前記第２の電源よって、前記第２の端子を経由して、負荷に電力を供給する段階を更に含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記第１の電源が、少なくとも１つのバッテリセルを有するバッテリパックを備える
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記第２の電源が、アダプタを備える
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記第２の電源が、ユニバーサルシリアルバス装置を備える
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
前記電力変換ステージが、コンデンサに接続されたインダクタンスコイルを備える
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
第１の電圧を有する第１の電源に接続される第１の端子を具備し、第２の電圧を有する第２の電源に選択的に接続される第２の端子を具備する電力変換ステージと、
前記第２の端子に接続されると共に、前記第１の端子に選択的に接続される負荷と、
少なくとも第１のモード、第２のモード、及び第３のモードの中からモードを選択するために使用可能な、前記電力変換ステージに接続された制御器とを備え、
前記第１のモードにおいて、前記電力変換ステージが、前記第１の電圧を前記第１の端子において受け取ると共に、前記負荷に電力を供給するためのステップアップ電圧を前記第２の端子において生成し、
前記第２のモードにおいて、前記電力変換ステージが、前記第２の電圧を前記第２の端子において受け取ると共に、前記第１の電源を充電するためのステップダウン電圧を前記第１の端子において生成し、
前記第３のモードにおいて、前記第１の電源が、前記第１の端子を経由して、前記負荷に電力を供給し、
前記ステップアップ電圧が、前記第１の電圧より大きく、
前記ステップダウン電圧が、前記第２の電圧より小さい
ことを特徴とする電子機器。
前記第１の電圧が所定のしきい値より小さい場合に、前記第１のモードが選択され、
前記第１の電圧が前記所定のしきい値より大きい場合に、前記第３のモードが選択される
ことを特徴とする請求項２０に記載の電子機器。
前記第１の電源が、少なくとも１つのバッテリセルを有するバッテリパックを備える
ことを特徴とする請求項２０に記載の電子機器。
前記第２の電源が、アダプタを備える
ことを特徴とする請求項２０に記載の電子機器。
前記第２の電源が、ユニバーサルシリアルバス装置を備える
ことを特徴とする請求項２０に記載の電子機器。