JP2008211966A - 電力供給のための回路および動作方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】好適な電池充電回路を提供する。
【解決手段】充電式電池24に接続される出力を有する半導体スイッチQ1と、外部電源から電力を受け取り、出力電力を携帯機器18および半導体スイッチの入力に供給する電池充電コントローラ20であって、電池充電コントローラの電流出力が制御可能である電池充電コントローラ20と、電池充電コントローラの両端間の電圧降下を測定し、電圧降下が大きすぎる場合に、充電式電池に供給される電流量を減少させるように半導体スイッチを調節することによって、電池充電コントローラの両端間の電圧降下に対応する電圧検出回路30とを含む電池充電回路であって、これにより電池充電コントローラによって消費される総電力が制御され、携帯機器がその動作に必要な電力を受け取り、充電式電池が付加的な有能電力をすべて受け取る電池充電回路。
【選択図】図4
【解決手段】充電式電池24に接続される出力を有する半導体スイッチQ1と、外部電源から電力を受け取り、出力電力を携帯機器18および半導体スイッチの入力に供給する電池充電コントローラ20であって、電池充電コントローラの電流出力が制御可能である電池充電コントローラ20と、電池充電コントローラの両端間の電圧降下を測定し、電圧降下が大きすぎる場合に、充電式電池に供給される電流量を減少させるように半導体スイッチを調節することによって、電池充電コントローラの両端間の電圧降下に対応する電圧検出回路30とを含む電池充電回路であって、これにより電池充電コントローラによって消費される総電力が制御され、携帯機器がその動作に必要な電力を受け取り、充電式電池が付加的な有能電力をすべて受け取る電池充電回路。
【選択図】図4
Description
本発明は、全般的には電池充電器に関し、特にコンピュータデータバスの一体型パワーノードなどの容量が制限されている電源を含む種々の電源から携帯通信機器の電池を充電する方法および装置に関する。このようなコンピュータデータバスの一つとして、USB(ユニバーサル・シリアル・バス:universal serial bus)が挙げられるであろう。
昨今のコンピューティングおよび情報革命に伴って、携帯電話、携帯情報端末(personal digital assistant(PDA))、デジタルページャ、およびワイヤレス電子メール機器などの携帯電子機器が広く普及してきている。通常これらの携帯機器は、電池充電器を使用して外部電源から定期的に再充電しなければならない内部電池から電力の供給を受ける。電池充電器は一般に、標準的なAC電源コンセントから電力を受け取り、電池を再充電するために、その交流電力を直流低電圧に変換する。
またこれらの携帯機器の電池充電器は一般に、電池の充電を管理するのに「電池充電コントローラ」を採用している。このような電池充電コントローラは、
・充電式電池への電圧および電流レベルの調節、
・携帯機器のメインプロセッサへのステータス信号の提供または1つ以上のステータスLED(発光ダイオード:light emitting diode)の作動、
・過電流保護、不足電圧保護、逆極性保護、および過熱保護などの保護回路の提供、および
・充電源の取り外し時に電池の消耗を最小限にするため電池充電コントローラ自身をシャットオフ
などの機能を提供する。
・充電式電池への電圧および電流レベルの調節、
・携帯機器のメインプロセッサへのステータス信号の提供または1つ以上のステータスLED(発光ダイオード:light emitting diode)の作動、
・過電流保護、不足電圧保護、逆極性保護、および過熱保護などの保護回路の提供、および
・充電源の取り外し時に電池の消耗を最小限にするため電池充電コントローラ自身をシャットオフ
などの機能を提供する。
例えば、リチウムイオン電池パックは、満充電ができるように、何度も充電、再充電できるように、安全に動作させることができるように、比較的厳密なアルゴリズムに従って充電しなければならない。この充電アルゴリズムは一般に、以下のように進行する。
1.第一段階では、あらゆる深刻な不足電圧状態または過放電状態に対処する。この予備充電段階の間、電池電圧は、電池電圧が非常に低い状態または電池切れの状態から、大抵通常の充電電流の1/10の割合で徐徐に上げられる。
2.次に、電池は、電池の両端間の電圧がその設計レベル(例えば、4.2VDC)に到達するまで一定の電流レベルで充電される。この時点では、電池は、全容量の40から70%にしかならないであろう。その後、
3.電池の充電は、電池が満充電されるまで一定の電圧レベル(例えばここでも4.2VDC)で続けられる。このモードでは、電池に流れる電流は時間とともに降下するであろう。充電電流が最初の充電率の10%または電池の製造元によって定められたあるその他の制限まで降下したとき、充電はストップする。
3.電池の充電は、電池が満充電されるまで一定の電圧レベル(例えばここでも4.2VDC)で続けられる。このモードでは、電池に流れる電流は時間とともに降下するであろう。充電電流が最初の充電率の10%または電池の製造元によって定められたあるその他の制限まで降下したとき、充電はストップする。
リチウム電池では、トリクル充電ができないため、充電はこの時点でストップしなければならない。過充電はセルを損傷させて、リチウム金属を析出し有害となる可能性があるであろう。
したがって、リチウム電池は、ほとんどの場合それらの特定の充電パラメータ用に設計された電池充電コントローラとともに使用される。
残念なことに、ほとんどの電池充電コントローラは、大容量電源から一定の電圧で引き出すように設計されており、その電圧は、これらの電池充電コントローラから電流が要求されたときはそれ程低下しないであろう。これは、容量が制限されている電源を使用しようとする場合、問題である。外部機器に電力を提供するのに、USB(ユニバーサル・シリアル・バス:universal serial bus)バスなどのいくつかのコンピュータデータバスを使用することができるが、このような電源は非常に便利である一方で、その容量は限られている。
今日利用できるパーソナルコンピュータ(PC)およびラップトップコンピュータの大半は、標準部品として1つ以上のUSBポートを備えている。USBポートは、毎秒12メガビットおよび1.5メガビットの速度でデータ通信をサポートしたり、PnP(プラグ・アンド・プレイ:Plug and Play)インストールソフトウェアをサポートしたり、ホットプラギング(すなわち、PCが稼動中に機器を接続したり、取り外したりすることができる)をサポートするように設計されている。したがって、USBポートは、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、プリンタ、およびスキャナをPCに接続するためのインターフェースとして使用されることが多い。
加えてUSBポートは、接続される外部機器に限られた電力を供給する働きをする。標準的なUSBの仕様では、「高電力」USBポートは、4.75〜5.25VDCの供給電圧および少なくとも500mA(「5単位」と言うことが多い)の供給電流を提供するよう作動することが必要とされる。「低電力」USBポートの仕様では、4.40〜5.25VDCの供給電圧および100mA(「1単位」という)の電流が必要とされる。
USBポートは、多くの理由から携帯機器の電源としてごく当たり前の選択であると考えられるであろう。まず、USBポートは、充電される電池の電圧(多くの携帯機器が2.5〜4.5VDCの電池電圧を備えている)に非常に近いかわずかに上回ることが多い直流低電圧源を供給する。また、多くの携帯機器は、データまたはソフトウェアをコンピュータまたはラップトップコンピュータにアップロードしたり、コンピュータまたはラップトップコンピュータからダウンロードしたりする(「同期化」ということが多い)ように動作することもできる。したがって、図1のシステム図に示されているように、多くの携帯機器にはドッキングクレードルが搭載されている。ドッキングクレードル10がパーソナルコンピュータ(PC)14のUSBポート12にUSBケーブル単体およびコネクタ16を介して接続されており、これは実に簡単なシステムである。携帯機器18をドッキングクレードル10にセットしさえすれば、PC14への電気的接続が生じる。
USBポート12が十分な電力を備えている場合は、携帯機器18に充電電力を供給するのに、別のAC充電器を使用するよりもUSBポート12を使用する方が理にかなっている。例えば、
1.AC充電器に大きな直流コンデンサまたはインダクタが組み込まれていない場合は、電気雑音は、AC充電器よりもUSB電源の方が少なくなる。
2.AC充電器は、重たい変圧器または高価なスイッチング電源のどちらかを必要とするが、USB電力を使用する場合にはそのどちらとも必要ではなくなる。
3.USB電源の実装においては、ドッキングクレードル10をPC14に接続するのに使用されるケーブルおよびコネクタ16を、電力およびデータ双方の伝達に使用することができるため、物理的に新たな部品は全く必要とされないであろう。これとは対照的に、USBデータケーブルとは物理的に別の部品としてAC電源が提供されなければならないであろう。
4.AC電源には世界規格がなく、あるAC電源では、入力として120VACまたは240VACが必要とされ、3、4.5、6、7.5、または9VDC出力が提供され、多数の異なる可能なコネクタおよび極性のうち一つが用いられるようにすることもできる。旅行者がAC電源を家に忘れると、適当な代替品を見つけることができない可能性がある。
1.AC充電器に大きな直流コンデンサまたはインダクタが組み込まれていない場合は、電気雑音は、AC充電器よりもUSB電源の方が少なくなる。
2.AC充電器は、重たい変圧器または高価なスイッチング電源のどちらかを必要とするが、USB電力を使用する場合にはそのどちらとも必要ではなくなる。
3.USB電源の実装においては、ドッキングクレードル10をPC14に接続するのに使用されるケーブルおよびコネクタ16を、電力およびデータ双方の伝達に使用することができるため、物理的に新たな部品は全く必要とされないであろう。これとは対照的に、USBデータケーブルとは物理的に別の部品としてAC電源が提供されなければならないであろう。
4.AC電源には世界規格がなく、あるAC電源では、入力として120VACまたは240VACが必要とされ、3、4.5、6、7.5、または9VDC出力が提供され、多数の異なる可能なコネクタおよび極性のうち一つが用いられるようにすることもできる。旅行者がAC電源を家に忘れると、適当な代替品を見つけることができない可能性がある。
これとは対照的に、USB規格は広く受け入れられているため、自身のモバイル機器にUSBコネクタが装備されていれば、旅行をしても充電源を見つけられる機会はずっと多くなるであろう。
したがって、携帯機器を充電するのにUSB電力を使用することは明らかに望ましいことであろう。しかし残念なことに、上記のように、USBポートは限られた電力しか提供できない。この問題は、図2のブロック図を考えれば明らかになる。この想定では、携帯機器18および電池充電コントローラ20はUSBポート12に並列に接続され、充電状態のときには携帯機器18がUSBポート12から電力を引き出すようにコントロールスイッチ22が切り替えられるであろう。電池24が電池充電コントローラ20によって満充電され、USBポート12の電力が移ったとき、コントロールスイッチ22はその後、携帯機器18が電池24から電力を引き出すように切り替えられる。このタイプの回路は、ある状況においては働くかもしれないが、電源が限られた容量しか備えていない場合には受け入れられない。
USBカード12から携帯機器18および電池充電コントローラ20に同時に電力を供給しようとすると、過大な負荷がUSBカード12にかかる可能性が高い。USBカード12への過大な負荷は、電池24が適切に充電されなかったり、回復不可能な損傷を受けたり、または携帯機器18が不安定に動作したり、損傷を受けたりなど、多くの望ましくない問題を招き得る不足電圧状態または低電流状態に結果としてなる可能性がある。
代替案として、図3に示すように電池24および携帯機器18を、双方が電池充電コントローラ20によって給電されるように配置することができるであろう。このような設計は、携帯機器18および電池24によって併せて引き出される総電力を減らす一方で、多くの他の問題が存在する。その問題とは、
1.最も重要なことであるが、依然としてUSBポート12から引き出される総電力に対する制御がない。
2.携帯機器18によって引き出される電力が、慎重に設計された電池充電コントローラ26の保護充電メカニズムを乱し得る。
3.携帯機器18および電池24が有能電力を得ようと独断的に競い合うため、互いの動作に悪影響を及ぼす可能性がある。利用可能な電圧が降下しすぎたり、不十分な電流しか利用できなかったりすると、一方の機器が不安定に動作したり、共に動作しなくなったりする可能性がある。
4.電源投入時、電池24が過放電状態にある場合、携帯機器18への電圧は過放電状態の電池レベルに引き下げられるであろう。通常携帯機器18は、そのような低電圧レベルでは動作不可能であろう。
5.電池24および携帯機器18に供給されなければならない電流が、何らかの方法で電池充電コントローラ20または外部半導体によって消費されてしまう。消費される電力が大きいほど、電池充電コントローラ20(または電池充電コントローラ20によって駆動される外部半導体)は大きくなってしまう。一般に、半導体の電力消費能力はその表面積によって変わり、したがって電力消費が2倍になると、半導体の表面積は4倍に増えてしまう。
1.最も重要なことであるが、依然としてUSBポート12から引き出される総電力に対する制御がない。
2.携帯機器18によって引き出される電力が、慎重に設計された電池充電コントローラ26の保護充電メカニズムを乱し得る。
3.携帯機器18および電池24が有能電力を得ようと独断的に競い合うため、互いの動作に悪影響を及ぼす可能性がある。利用可能な電圧が降下しすぎたり、不十分な電流しか利用できなかったりすると、一方の機器が不安定に動作したり、共に動作しなくなったりする可能性がある。
4.電源投入時、電池24が過放電状態にある場合、携帯機器18への電圧は過放電状態の電池レベルに引き下げられるであろう。通常携帯機器18は、そのような低電圧レベルでは動作不可能であろう。
5.電池24および携帯機器18に供給されなければならない電流が、何らかの方法で電池充電コントローラ20または外部半導体によって消費されてしまう。消費される電力が大きいほど、電池充電コントローラ20(または電池充電コントローラ20によって駆動される外部半導体)は大きくなってしまう。一般に、半導体の電力消費能力はその表面積によって変わり、したがって電力消費が2倍になると、半導体の表面積は4倍に増えてしまう。
USB電源および携帯機器18で動作するように設計される新たな専用電池充電コントローラを開発することはできるであろうが、それは高価で複雑なソリューションとなるであろう。各電池充電コントローラは、携帯機器18と電池24との特定の組み合わせに適すように設計されなければならないであろう。何故なら、双方の部品の消費電力の要件を考慮に入れなければならなくなるからである。
このため、非常に具体的な用途向けに新たな電池充電コントローラを設計する必要なく、USBポートなどの標準的なコンピュータデータバスが、携帯機器18およびそれに関連する電池充電回路20に電力を同時に供給することができる方法および装置が必要とされている。この設計には、電池充電回路の厳密な動作パラメータ、携帯機器の物理的に限られた基板領域、および設計の信頼性と複雑性に対する考慮がなされなければならない。
したがって、本発明の目的は、標準的な電池充電コントローラを標準的なコンピュータのデータポートおよびその他の電源から供給することができる新規な方法および装置を提供することであり、先行技術の欠点の少なくとも一つをなくしたり緩和したりするものである。
本発明の一態様は、充電式電池に接続される出力を有する半導体スイッチと、外部電源から電力を受け取り、出力電力を携帯機器および該半導体スイッチの入力に供給する電池充電コントローラであって、該電池充電コントローラの電流出力が制御可能である該電池充電コントローラと、該電池充電コントローラの両端間の電圧降下を測定し、該電圧降下が大きすぎる場合に、該充電式電池に供給される電流量を減少させるように該半導体スイッチを調節することによって、該電池充電コントローラの両端間の該電圧降下に対応する電圧検出回路とを含む電池充電回路であって、これにより該電池充電コントローラによって消費される総電力が制御され、該携帯機器がその動作に必要な電力を受け取り、該充電式電池が付加的な有能電力をすべて受け取る電池充電回路として広く定義される。
本発明の別の態様は、該外部電源に接続され、電池および携帯機器を充電し、最大電流設定を有する電池充電コントローラと、該電池充電コントローラの両端間の電圧降下を検出し、該電池充電コントローラによって消費される電力が所定のレベルを下回るように、該電池への電流を調節する調節回路とを含む、電池充電回路として定義される。
本発明のさらに別の態様は、外部電源を介して携帯機器の電池を充電する方法であって、該方法は、電池充電コントローラの入力を、該外部電源に接続するステップと、該電池充電コントローラの出力を、該携帯機器および半導体スイッチの入力に並列接続するステップと、該半導体スイッチの出力を、該電池に接続するステップと、該電池充電コントローラの電流出力を制御するステップと、該電池充電コントローラの両端間の電圧降下を測定するステップと、該電圧降下が大きすぎる場合に、該充電式電池に供給される電流量を減少させるように該半導体スイッチを調節して、該電池充電コントローラの両端間の該電圧降下に対応するステップとを含み、これにより該電池充電コントローラによって消費される総電力が制御され、該携帯機器がその動作に必要な電力を受け取り、充電式電池があらゆる付加的な有能電力を受け取る方法として定義される。
本発明のさらに別の態様は、携帯機器および半導体スイッチの入力に、電力を並列に提供する電池充電コントローラの両端間の電圧降下を測定する手段と、該電池充電コントローラの電流出力を制御する手段と、該電圧降下が大きすぎる場合に、該充電式電池に供給される電流量を減少させるように該半導体スイッチを調節して、該電池充電コントローラの両端間の電圧降下に対応する手段とを含む電源回路であって、これにより該電池充電コントローラによって消費される総電力が制御され、該携帯機器がその動作に必要な電力を受け取り、該充電式電池があらゆる付加的な有能電力を受け取る電源回路として定義される。
上述のように、容量に制限のある電源から携帯機器18および充電式電池24双方に電力を供給することができる効果的な設計が現在ない。
当該分野の多くの問題を克服する回路を、図4にブロック図として示す。この図は、標準的な電池充電コントローラ20の周辺の電池充電回路構造を示す。本発明の本実施形態においては、電池充電コントローラ20が外部電源(VBUS)から電力を受け取り、携帯機器18および単数または複数の充電式電池24に並列に給電するが、電池24への給電は半導体スイッチQ1を介して行なわれる。半導体スイッチQ1を通る電流の流れの制御は、電圧検出回路30によって調節される。この回路は、電池充電コントローラ20の両端間の電圧降下を測定し、電圧降下が大きすぎる場合に、半導体スイッチQ1から電池24への電流の流れを減少させる。
電圧検出回路30によって、回路の総電力消費量を推測することができる。何故なら電池充電コントローラ20の電流出力は制御可能であり、電力は電圧降下と電流との積であるからである。当該分野で周知の電池充電コントローラ20のほとんどには、何らかの最大電流制御が備わっている。以下に説明する例示的実施形態においては、例えば、電池充電コントローラ20の最大電流出力は単に外部抵抗R1を介して設定されるが、当然その電流出力は、多くのその他の方法(例えば、プログラム可能としたり、特定用途向けとしたり、何らかのアナログ入力信号またはデジタル入力信号の形式を介して設定したりする)で制御することもできるであろう。
また以下に記述する実施形態においては、電圧検出回路30自体が、演算増幅器(オペアンプ)を介して提供される。したがって、図4に示すように、電池充電コントローラ20の両端間の電圧降下は、単に電池充電コントローラ20の入力および出力における電圧を比較して測定することができるであろう。あるいは、オペアンプの一入力は、電池充電コントローラ20の出力から取ることができ、もう一つの入力は、電池充電コントローラ20へのVBUSの入力をエミュレートするか、何らかの方法で測定するかして、基準電圧VREFとすることができよう。
したがって、電池充電コントローラ20の両端間の電圧降下を監視し、該コントローラが提供する可能性のある最大電流を知ることで、総電力が分かる。この情報を用いて電池24への電力を調節すれば、電池充電コントローラ20によって消費される総電力を制御することもできる。
またこの回路は電池24が利用できる電力を調節するので、携帯機器18がその動作に必要な電力を受け取り、充電式電池24は余剰容量を利用できるときにのみ電力を受け取ることを確実にするようにこの回路を設計することができる。
したがって、消費される総電力は、USBポート12から利用できる電力の制限内、および電池充電コントローラ20が消費できる電力の範囲内にとどまるように調節することもできる。これにより、携帯機器18および電池24双方に供給するのに十分な電力を消費することができる新たな大きい電池充電コントローラ20を設計する必要はなく、電池充電コントローラ20は、「既製品」を使用することができる。またこれにより、電池充電コントローラ20または外部駆動素子を物理的に小さくすることができる。
この電力調節メカニズムを用いると、携帯機器18と電池24との間で電力を競合することはない。電池24は、利用可能な電力が、携帯機器18が必要とするよりも多い場合にのみ電力を受け取る。これはリチウムセルなどの電池の充電要件とおそらく矛盾していると思われる。しかし、この充電要件に適合するように回路のパラメータを簡単に設計し直すこともできる。
上記のように、電池充電コントローラは、特定の電池または電池類に適応するように通常設計される。例えば、リチウム電池は以下の3つのフェーズで充電される。
1.過放電状態を解決し、
2.電池がある電圧レベルに到達するまで定電流で充電し、その後
3.充電電流があるポイントに降下するまで定電圧で充電する。
1.過放電状態を解決し、
2.電池がある電圧レベルに到達するまで定電流で充電し、その後
3.充電電流があるポイントに降下するまで定電圧で充電する。
最初の過放電状態の処理時、比較的少ない電流(通常、充電電流の1/10)が電池に提供される。したがって本発明の回路は、電池がこの非常におだやかな電力要件をおおよそ阻まれないように設計される。
定電流充電フェーズでは、最大量の電力が引き出されるが、このフェーズの間充電電流が調節されても、繰り返し印加されても、リチウムセルは損害を受けない。したがって、本発明の回路によって最も変わったのはこのフェーズである。このフェーズの間携帯機器18が頻繁に使用されている場合には、電池24の充電が長くなることが唯一の悪影響であろう。
定電圧充電フェーズの間、最大電流は定電流フェーズのときよりも少なく、電池24が満充電になっていくにつれて降下し続ける。さらに重要なことは、このフェーズ中電池24の電圧が一定で最大レベルのままであることであり、したがって定電圧フェーズの間、電池充電コントローラ20に消費される総電力は定電流フェーズの間よりも低くなる。
以下にさらに詳細に説明するように、電圧検出回路30は、満充電の電圧レベルに到達したときに、半導体スイッチQ1を飽和するように設計される(すなわち、半導体スイッチQ1は、すべてのポイントにおいて電流の流れを制限しない)。
電力消費の時間変化を図5に示す。4つの曲線、VBATと表示されている電池24の電圧、ICHARGEと表示されている充電電流、VDROPと表示されている電池充電コントローラ20の両端間の電圧降下、およびPBCCと表示されている総消費電力がこの図に示されている。留意すべきは、VDROPはVBATと逆に変化し、電池充電コントローラ20によって消費される電力は、ICHARGEとVDROPとの積であることである。
明らかに、調節フェーズの間、電池電圧VBATは低く、よってVDROPは高くなる。一方、ICHARGEもこのフェーズの間低い(最大充電電流IMAXCHARGEの約1/10)ため、総消費電力は多くない。
定電流フェーズの間、充電電流はIMAXCHARGEまで上昇するが、電池電圧VBATは電池が充電されるのに従って降下するため、電池充電コントローラ20によって消費電力はこのフェーズの進行中降下する。
定電圧フェーズが開始されるとき、電池電圧は満充電レベルVFULLCHARGEに達しており、よってVDROPは最小である。このフェーズの進行中ICHARGEが降下するにつれて、消費電力も降下し続ける(再度留意すべきは、消費電力はICHARGEとVDROPとの積である)。
よって明らかに、最大電力レベルは定電流フェーズの間に引き出される。上記のように、このフェーズの間電池24の充電を安全に繰り返すことができるため、電池24への電流制限はこのフェーズの間に可能となる。
またこの回路は、電池24を携帯機器18から絶縁するので、ユーザは、携帯機器18を非常に速く立ち上げることができる。電池充電コントローラ20が過放電状態の電池24を調節しようとするときに、電池24および携帯機器18が接続されていると、携帯機器18の電圧は過放電状態の電池24のレベルまで引き下げられてしまうであろう。通常この電圧レベルでは低すぎて携帯機器18は適切に動作することができない。本発明の回路を用いれば、電池24および携帯機器18は、Q1によって絶縁される。電池24が過放電状態にあっても、依然として携帯機器18には適切に動作するのに十分高い電圧が見られるであろう。
携帯機器18の起動時間は、電池充電コントローラ20自体の有効時間によって制限される。この起動の典型的な数値は、電池充電コントローラ201の種類によって変わり得るが、1mS〜4mSである。
したがって、図4の回路を使用することにより、コンピュータデータバスおよび容量が制限されている類似の電源は、携帯機器および放電状態の電池に電力を同時に供給することができる。
本発明の多くの異なる実施形態を以下に説明する。それぞれの実施形態では、非常に少数の単純で信頼性のある部品が使用されている。したがって、全体として、本発明は、安価で、信頼性があり、携帯機器の最小限の基板スペースしかとらない効果的なソリューションを提供する。
(基本実装)
図6は、4つの主要な部品、NCP1800電池充電コントローラ50、電池充電コントローラ50の外部駆動素子として働く半導体Q2、演算増幅器(オペアンプ)52、および充電式電池24への電流を制御するMOSFET(金属酸化シリコン電界効果トランジスタ:metal oxide silicon field effect transistor)Q3を使用する充電回路の電気概略図を示す。
図6は、4つの主要な部品、NCP1800電池充電コントローラ50、電池充電コントローラ50の外部駆動素子として働く半導体Q2、演算増幅器(オペアンプ)52、および充電式電池24への電流を制御するMOSFET(金属酸化シリコン電界効果トランジスタ:metal oxide silicon field effect transistor)Q3を使用する充電回路の電気概略図を示す。
NCP1800電池充電コントローラ50は、当該分野で周知の標準的な単一セルリチウムイオン電池充電コントローラである。この機器が提供する最大電流は、ピンISELとグランドとの間の抵抗によって調節される。この場合、3つの抵抗R2、R3、およびR4が、異なる動作条件の最大電流レベルを設定するのに使用される。デフォルト条件では、100mA(低電力USB)のみを利用することができ、これにより抵抗R2の値が決まる。機器が高電力USB電源にプラグインされたことが検出されると、MOSFETQ4のゲートに電圧が印加され、抵抗R2およびR3の抵抗によってISELとグランドとの間の抵抗が設定される。
同様に、回路の電力源がさらに多くの利用可能電力(例えば、ACプラグインアダプタまたはカーアダプタ)を有していることが検出されると、MOSFETQ5に電圧が印加され、並列するR2とR4との間の抵抗によってISELとグランドとの間の抵抗が設定される。携帯機器18自体またはドッキングクレードル10は、図6の回路を通常含んでいるであろうから、このような大容量電源でも動作可能なはずである。
抵抗R2、R3、R4、および駆動トランジスタQ2の特定のパラメータおよび値を確定する際、設計者の手助けとなるであろうNCP1800電池充電コントローラ50の製造元アプリケーションノートを利用することができる。
この回路の電圧検出部は、抵抗R5、R6、およびコンデンサC1とともにオペアンプ52によって提供される。この回路は、Q2のコレクタ側の電圧を監視し(分圧器R5およびR6を介して)、該電圧を基準レベル(この場合には、VREF=+3.3V)と比較する。Q2のコレクタ側の電圧が降下すると、Q2の両端間の電圧降下が増え、Q2によって消費されてしまう電力が増える。消費されてしまう電力を減らすため、オペアンプ52が、Q3を通る電流をそのドレインソース間抵抗を増やして制限する。
留意すべきは、VREFが単にVBUSおよび電圧レギュレータから提供されてもよいことである。レギュレータが定出力電圧を提供するのに対して、VBUSは範囲が広く、これを使えば設計が難しくなるので、VBUSではなくVREFが、オペアンプ52への入力として使用される。抵抗R5およびR6の値は、VBUS値をVREF値に合わせる必要性だけのために設置されている。
また、留意すべきは、コンデンサC1が変動を均らしたり、振動を防いだりするためにこの回路に含まれていることである。
上述のように、この回路によって、携帯機器18および電池24の電力の引き出しの合計がQ2の電力容量を超えることなく、携帯機器18はQ2を介して電力を引き出すことができる。携帯機器18が電力を引き出すとき、Q2のコレクタ側の電圧は降下し、Q3を流れる電流はリニアモードで抑制される。
電力消費は、最悪の想定に備えて設計されなければならない。例えば、最大設計パラメータが以下のように、
・0.85Aまで利用可能であり、
・入力電圧が6Vまでになり得、また、
・電池24の予備充電(図5に示すように、最高充電電流が電池に伝達される地点)が、3.0Vで完了する場合、
外部駆動素子Q2によって消費されることになる電力は、(6V−3V)*0.85A=2.55Wとなる(留意すべきは、このような素子を使用しない回路においては、この全電力は電池充電コントローラ50によって消費されるであろう)。
・0.85Aまで利用可能であり、
・入力電圧が6Vまでになり得、また、
・電池24の予備充電(図5に示すように、最高充電電流が電池に伝達される地点)が、3.0Vで完了する場合、
外部駆動素子Q2によって消費されることになる電力は、(6V−3V)*0.85A=2.55Wとなる(留意すべきは、このような素子を使用しない回路においては、この全電力は電池充電コントローラ50によって消費されるであろう)。
この外部駆動素子Q2は、そこを流れる電流によって生成された熱を消費する必要がある。消費される電力が大きいほど、このパス素子の物理的なサイズを大きくする必要があり、一般に機器が必要とする表面積は消費される電力の二乗で増大する。つまり、電力が2倍になれば、4倍の表面積のトランジスタが要求される。トランジスタのサイズは規格化されているため、この回路の最適な実施形態は、1.6Wまでの消費が可能なSOT−23(またはスーパSOT−6)パッケージを利用するように設計される。この次のサイズはSOT−223であり、2倍の電力消費に対応し、かなり大きいものである。
上記のように、電池24への電力の抑制は、電流が常に携帯機器18のニーズを満たし、残りの電流すべて(入力電流と携帯機器18への電流との差)が電池24に伝達されるように行なわれる。例えば回路が、高電力USBポート(500mAが利用可能)およびBlackberry(商標)ハンドヘルド機器などの携帯機器18に接続されると仮定する。Blackberryはスリープ状態になると、0.3mA〜0.7mAしか必要としないので、利用可能な電流の残り(499.3mA〜499.7mA)が電池24に提供される。Blackberryは、ハウスキーピングジョブを行なうために定期的に行なうウェイクアップをすると、それによっておよそ30mA〜70mAを引き出す。この時点で、電池24は430mA〜470mAを受け取る。Blackberryが、あるデータを受け取ったり、転送したり、またはある他のタスクを行なうときに、この分析が生じる。それぞれのケースにおいて、電池24への電力は動的に自動調節される。
利用可能であるのが制限電力の場合、高電力を消費する部品を遮断し、電力をプロセッサ用にのみ保存することも望ましい。このことは、図6に示すように、単にプロセッサおよび携帯機器18のメモリをQ2に接続し、その他の高電力消費物をQ3の電池側に接続する事によって容易に達成される。その結果、制限電流源(100mAの低電力USBなど)で動作していて、バイブレータ(通常120mA)またはバックライト(通常150mA)などの過剰電流部品がターンオンされている場合は、Q2からの電圧出力は降下し始め、Q3はそのRds抵抗を増加させ、プロセッサが必要とする電流を保存するであろう。
(詳細な実装)
図7Aから7Cに示される設計では、図6と同じ基本回路が使用されているが、さらに利点を提供するいくつかの素子が加えられている。これらの利点には以下のことが含まれる。
・電池レベルをわずかに上回る入力電圧で電池を充電することができること。
・電池が電池切れ状態または存在しないときの携帯機器18のスタートアップが、図6のスタートアップとは異なること。
・外部電源からの入力グリッチの処理が改良されていること。
・この実装で使用される電池充電コントローラの製造元の指示に反して、VCCピンおよびINピンは、電圧の逆漏れおよび電池充電コントローラにおいて起こる可能性があるラッチアップ問題を避けるため別々に給電されること。
図7Aから7Cに示される設計では、図6と同じ基本回路が使用されているが、さらに利点を提供するいくつかの素子が加えられている。これらの利点には以下のことが含まれる。
・電池レベルをわずかに上回る入力電圧で電池を充電することができること。
・電池が電池切れ状態または存在しないときの携帯機器18のスタートアップが、図6のスタートアップとは異なること。
・外部電源からの入力グリッチの処理が改良されていること。
・この実装で使用される電池充電コントローラの製造元の指示に反して、VCCピンおよびINピンは、電圧の逆漏れおよび電池充電コントローラにおいて起こる可能性があるラッチアップ問題を避けるため別々に給電されること。
本発明の本実施形態の具体的な設計パラメータを以下のようにまとめることができる。1.定電流、定電圧充電機能(リチウムイオン電池の充電の要求に応じて)。
2.100mA、500mA、および750mA電源から電流を選択。
3.充電式電池24が、電池電圧低下状態、電池切れ状態、または存在しないときの、携帯機器18の動作。
4.電池24が存在しないか、または電池切れ状態の場合の、100mS未満での携帯機器18のスタートアップおよび動作。
5.USBの動作サスペンドモード(システムは500μA未満しか引き出してはならない)への準拠。
6.5.8V超から最低10Vまでの過電圧保護。
7.電池コネクタ上の短絡保護。
8.携帯機器18がその安全な動作のために必要な低入力電圧で充電を可能にすること。9.D+ライン上のプルアップ抵抗の3.3V〜3.6Vの範囲の電圧。
10.D+ライン上のプルアップ抵抗への該電圧の接続および非接続手段を提供すること。
11.電池の存在表示。
12.電池充電コントローラのステータスを提供すること。
2.100mA、500mA、および750mA電源から電流を選択。
3.充電式電池24が、電池電圧低下状態、電池切れ状態、または存在しないときの、携帯機器18の動作。
4.電池24が存在しないか、または電池切れ状態の場合の、100mS未満での携帯機器18のスタートアップおよび動作。
5.USBの動作サスペンドモード(システムは500μA未満しか引き出してはならない)への準拠。
6.5.8V超から最低10Vまでの過電圧保護。
7.電池コネクタ上の短絡保護。
8.携帯機器18がその安全な動作のために必要な低入力電圧で充電を可能にすること。9.D+ライン上のプルアップ抵抗の3.3V〜3.6Vの範囲の電圧。
10.D+ライン上のプルアップ抵抗への該電圧の接続および非接続手段を提供すること。
11.電池の存在表示。
12.電池充電コントローラのステータスを提供すること。
本発明のこの詳細な実装の概要は、以下の通りである。
図7A−7Cの回路は、Texas Instruments社のbq24020リチウムイオン電池充電コントローラを中心に展開されており、このコントローラは図7CでU909と表示されている。この電池充電コントローラは、リチウムイオンセルの充電に必要な定電流モードおよび定電圧モードを提供し、プログラム可能な電流制限を外部からサポートする。このコントローラのUVLO(低電圧ロックアウト閾値:under voltage lock−out threshold)は、PFI/PFO(U908)コンパレータ(Texas Instruments社のTPS3103E15)によって基準値が提供され、その閾値は、VBUS入力の分圧抵抗によって設定される。またU908は、最低100mSにおけるU909の最初のスタートアップ動作を保証するのに使用される。これは、電池電圧低下/電池切れまたは電池がない状態で動作しているときエニュメレーションを行なう手段を提供する。過電圧保護(overvoltage protection(OVP))は、U912によって提供され、約5.8Vに設定される。コントローラが電流をシステムに伝達しているかどうかを表す充電ステータスは、電池充電コントローラU909によって提供される。D+プルアップ抵抗の電圧は、U901(低電圧ドロップアウトレギュレータ、東光TK71733SCL)およびQ907を介するそのスイッチング機能によって提供される。また同電圧は、外部電力がVBUSを介して利用できるときにのみ使用される部品(U906、U905など)の電源投入に使用される。
コンパレータU905(LMC7111A)およびMOSFETQ908は、電池電圧低下/電池切れまたは電池がない状態で動作しているときにシステム電圧を上昇させるのに使用される。またこの閉ループは、電池切れおよび電池電圧低下状態ではシステムへの電流を「抑制」する。これは、L_BATの電圧が降下する(システム負荷によって)とき、U905が作動しQ908をターンオフし、多くの電流をシステムに流す(電池からは遠ざけて)ため生じる。
コンパレータU907は、電池の存在のステータス表示を提供する。
電池コネクタ短絡保護は、充電器を有効にする機能を備えるNAND回路(U906)であり、したがって短絡が存在すると自動的に電池充電コントローラU909を無効にする。電池充電コントローラU909は、電池電圧が内部閾値を下回ると自動的に充電を再スタートさせ、またVCCの供給がなくなると自動的にスリープモードに入る。
(動作原理)
図7A−7Cの回路の入力および出力を以下のようにまとめることができることを留意されたい。
図7A−7Cの回路の入力および出力を以下のようにまとめることができることを留意されたい。
電池充電コントローラU909へのUSB入力が存在する間、100mAおよび500mAの電流制限がCHRG_B(CHRG_B=LOWは100mAを提供し、CHRG_B=HIGHは500mAを提供する)によって選択され得る。抵抗R941が、デフォルトでLOWの論理レベルをU909のISET2入力に設定し、したがってデフォルトで100mA電流制限を可能にする。これは、電池電圧低下/電池切れまたは電池がない状態で動作しているときに、システムをUSB仕様に準拠させるため重要である。USB機器は、機器が500mAにエニュメレーションする(ホストUSBがこれをサポートする場合)まで100mAでの動作に制限される。
抵抗R940は、デフォルトのLOW入力レベルをQ905aのゲートに提供し、リセットモードの間はQ905aの飽和状態をなくし(OFF)、したがってQ904bのゲート電圧をQ905aのソースレベルに(VBUS電圧のレベルに)設定し、電池充電コントローラU909コントローラのAC入力にVBUSを向かわせないようにする。抵抗R932およびR936は、Q904のプルアップ抵抗である。
750mAの充電電流(非USB電源に使用される)は、CHRG_A=HIGHと設定することによって選択され、この設定によってQ905aを飽和状態(ON)に設定し、次にQ904bも飽和状態(ON)に設定し、VBUS電圧を電池充電コントローラU909のAC入力に向かわせることができる。U909へのAC入力が、USB入力のオーバライド(AC入力電圧が1.5Vを超えると、充電入出力経路がAC入力にデフォルト設定される)を提供するため、このとき充電電流はR939抵抗値によって調節される。
コンデンサC925は、VBUS電圧の高速過渡応答の間、Q904bが、そのゲート−ドレイン間の寄生容量(ゲート−ドレイン間の静電容量が、ソースにプルアップされると、RC時間でゲートを充電するであろう)のために導通してしまうのを防ぐために使用され、Q904bを飽和状態に保ちながらVBUSレベルでのゲートの急速充電を可能にする。抵抗935は、Q905aがその指定された制限を超えないようにC925の放電電流を制限するのに使用される。R933は、電池充電コントローラU909へのAC入力のフローティングを防ぐプルダウン抵抗である。C926およびC927は、入力バイパスコンデンサである。USBの突入電流仕様に準拠させるために、総入力容量を10μF未満に保つことが重要である。
システムがVBUSから引き出す総電流は、サスペンドモード時で500μAを超えてはならない。これは主に、動作OFFモードでの電池充電コントローラU909の非常に低い動作電流(通常<100μA)によって達成される。Q905bは、電池充電コントローラU909が電流を電池24および/または携帯機器18に伝達していないときに、LBAT電圧ブースタを無効にするのに使用される。これはQ905bがU905の正の入力を短絡させることによって行われ、U905は、その出力によってQ908を飽和状態(ON)に駆動させる。
U906bは、CHRG_FLGフラグのインバータとして使用され、該フラグをシステムの残りのソフトウェアおよびハードウェアに適合させる。R931は、CHRG_FLGオープンドレイン出力のプルアップ抵抗である。
プロセッサスーパバイザU908は、2つの機能を有する。このPFI(パワーフェイル入力:power fail input)の入力レベルは、分圧抵抗R937+R925およびR926によって設定されるので、VBUSが3.3V(または、電圧電池低下/電池切れまたは電池がない状態で動作しているときU905およびQ908によって設定されるLBAT電圧値)まで降下すると、該入力レベルはU908の内部基準と一致し、そのオープンドレイン出力(パワーフェイルアウトプット:power fail output―PFO)をGNDに向かわせる。これは、U905の正の入力ノードをGNDに向かわせ、Q908を飽和状態(ON)にすることになる。この設定の回路機構は、LBATブースト回路の低電圧ロックアウト(Under Voltage Lock
Out(UVLO)閾値を作り出す。U909は、2.5Vに至るまで動作可能であり、そのステータスフラグに、実際には行なっていないにもかかわらず(電池24は、2.5V未満では内部接続しない)システムへの電流伝達を表示させるので、これは重要である。このような状況では、U905/Q908が、電池24を非接続にし、また電池充電コントローラU909が十分な電流を伝達していると判断することによって、LBAT電圧を設定値に維持しようとするので、システムがリセット(設定最小LBAT値よりも低い電池電圧レベルの場合)されることになる。
Out(UVLO)閾値を作り出す。U909は、2.5Vに至るまで動作可能であり、そのステータスフラグに、実際には行なっていないにもかかわらず(電池24は、2.5V未満では内部接続しない)システムへの電流伝達を表示させるので、これは重要である。このような状況では、U905/Q908が、電池24を非接続にし、また電池充電コントローラU909が十分な電流を伝達していると判断することによって、LBAT電圧を設定値に維持しようとするので、システムがリセット(設定最小LBAT値よりも低い電池電圧レベルの場合)されることになる。
U908の第二の機能は、U909−CE入力ピンへのスタートアップオーバライドであり、それによって最低100mSでシステムに電力が提供され、システムが起動しUSB−BUS上で適切にエニュメレーションする。これは、VBUSが2.5Vに到達し100mSより多く経つ前に、RESETオープンドレイン出力をGNDに保つことによって達成される。これにより、その時間の間電池充電コントローラU909は有効に保たれる。
U906aは、CHRG_ENのNANDゲート機能を提供し、電池コネクタ上に短絡を生じさせる。短絡した電池は、ハードウェアにおいて電池充電コントローラU909を無効にする。VBAT上に電圧を有するときに、CHRG_ENの制御ラインは、電池充電コントローラU909を有効にしたり無効にしたりすることができよう(CHRG_EN=HIGHのとき、U908のMR入力ピンを引き下げることによって電池充電コントローラU909を有効にさせるであろう)。R921は、電池とU906aの入力とを隔てているので、電力がU906のVCCに存在しないときU906の入力および出力がHIZ(高インピーダンス:high impedance)であっても電流ドレインは最大42μAに制限される。
R924は、ホストプロセッサのリセット時にU906aにデフォルトでLOWの入力レベルを提供する。R920は、CHRG_FLGのプルアップ抵抗であり、電池充電コントローラU909が有効化される時間の間のみCHRG_FLGを有効にする。
U907は、電池パックからのBAT_ID入力を監視することによって電池の存在を示す表示器を形成する。その出力は、BAT_ID抵抗が存在しそのプルアップ抵抗がBAT_CHK信号によって提供されるときはいつでもHIGH論理レベルであろう。
低ドロップアウトレギュレータU901(東光TK71733SCL)は、USBデータラインのプルアップ抵抗へ調節済み3.3Vを供給し、また充電器回路の種々の部品および外部電源が取り付けられていることを示す(EXT_PWR_CD)表示器へ3.3Vの供給を提供する。U901は、逆バイアス保護、過電流保護、内蔵の熱シャットダウン保護、および内蔵の短絡保護を有する。
U901は、電力をU906、U908、およびU905に提供し、3.3Vをプルアップ抵抗に提供し、システムへVBUSが存在することを表示(EXT_PWR_CD)するのにも使用される。R904は、システムの入力ピンへの電流を制限するのに使用される。C915は入力パイパスコンデンサであり、C922は出力フィルタリングコンデンサである。C910は、RF回路に由来するRFノイズをフィルタするのに使用され、C912は、内部基準のバイパスコンデンサである。
Q907は、USB_VPU電圧を切り替えるのに使用され、USBバス上でのソフトエニュメレーションを可能にする。R909は、デフォルトでOFF状態をP−FETに提供し、R905は、USB_SFTCN制御ラインの高速放電を提供する(RSTまたは電池が存在しないときのサスペンド開始時)。
U904は、USBトランシーバチップに供給電圧を提供する(これは、当該分野で既知の標準的な電圧レギュレータである)。U904は、VBUSが存在するときに有効とされ、VBUSがOFFになると電力を自動的に遮断する。C921およびC913は、出力フィルタコンデンサである。U904は、コストを節約するために任意で取り外すことができる。その場合はR942が、USBのトランシーバチップに電力を供給するために装着されなければならない。トランシーバチップがUSBのサスペンド電流要件に合致しない場合は、U904のみが必要となる(この機器は、D+/D−ラインの応答のみを調べることによってサスペンド状態からウェイクアップすることができる)。
U905およびQ908は、VBUSが存在しないときはL_BAT=VBATに維持するのに主に使用され、VBUSが存在し(充電器がシステムに電流を伝達している間)、電池電圧が3.6V未満のときはL_BATを少なくとも3.6Vに保つのに主に使用される。またこれらは、総電力消費を2つ(電池充電コントローラのメインパス素子とQ908との間)に分配するのに使用され、完全電池電圧レベルでの高充電電流を可能にする。
この回路機構の別の重要な機能は、電池が電池電圧低下/電池切れまたは電池が存在しないときに、適切なUSBエニュメレーションを可能にすることであり、これは、電池が存在しないかまたは電池切れのときにシステムを15mS以内にウェイクアップさせることによって可能となる。U909が調節された電流を全て伝達すると、U905/Q908は、Q908のドレイン−ソース間抵抗を変えることによって、事前に調節しておいた最低電圧をL_BAT(この場合には、3.5V)に維持する。
U905の正の入力は基準として使用され、またR934およびR913によって設定される。C924は、Q908がL_BATの電圧の増加を要求する(必要であれば)までに電池充電コントローラU909が全てのプログラムされた電流を伝達できるようにLBATの低速起動を可能にする。分圧抵抗R916およびR915は、R914がQ908のゲートにプルダウン抵抗を提供する間「最低電圧」をL_BATに設定するのに使用される。
U907は、電池の存在を表示するシステムを提供する。R927およびR929は、基準を設定するのに使用され、R928は、U907のオープンドレイン出力に対するプルアップ抵抗である。BAT_IDは、U907の負の入力に伝えられ、それに従ってNO_BAT_Nが設定される。
この回路の部品の好ましい値を、図7A−7Cに示す。無論、これらの値は用途および設計パラメータによって変わる。
(ソフトウェアの実施形態)
上述の電子ハードウェアだけを使用するのではなく、本発明はまた、デジタル信号プロセッサ(digital signal processor(DSP))、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(field programmable gate array(FPGA))、特定用途向け集積回路(application specific integrated circuits(ASIC))、および類似のものなどのプログラム可能な機器を含むハードウェアおよびソフトウェア部品の組み合わせを使用して実装されてもよい。このような実施形態は、図8のフローチャートに示すように実装することができよう。
上述の電子ハードウェアだけを使用するのではなく、本発明はまた、デジタル信号プロセッサ(digital signal processor(DSP))、マイクロコントローラ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(field programmable gate array(FPGA))、特定用途向け集積回路(application specific integrated circuits(ASIC))、および類似のものなどのプログラム可能な機器を含むハードウェアおよびソフトウェア部品の組み合わせを使用して実装されてもよい。このような実施形態は、図8のフローチャートに示すように実装することができよう。
上述の実施形態のように、この方法は、携帯または同類の電子機器のあらゆる充電式電池を充電するのに使用することができよう。本発明は容量に制限のある電源に最も有用であるが、いかなる外部電源でも使用することができよう。
図8に示すように、本発明の方法はステップ90で始まる。該ステップでは、好ましくはUSBケーブルおよびコネクタ16と携帯機器18を支えるクレードル10とを介して電池充電コントローラ20の入力を外部電源に接続する。ステップ92で、電池充電コントローラ20の出力は携帯機器18および半導体スイッチQ1の入力に並列に接続され、ステップ94で、該半導体スイッチQ1の出力は充電式電池24に接続される。
次に、ステップ96で、電池充電コントローラ20の電流出力は何らかの方法で制御される。これは上記のように種々の方法で実行されてもよく、例えば適切な信号を電池充電コントローラ20の電流制御入力に送るのに、マイクロコントローラのDAC(デジタルアナログ変換器:digital to analogue converter)の出力を使用することができる。
その後ステップ98で、電池充電コントローラ20の両端間の電圧降下が測定される。このタスクもまた、種々の方法で実行することができよう。例えば、多くのマイクロコントローラには、この機能の実行に使用することができる一体型ADC(アナログデジタル変換器:analogue to digital converter)が備えられている。
ステップ96で電流が制御され、ステップ98で電池充電コントローラ20の両端間の電圧降下が測定されるため、この手法によって、電池充電コントローラ20の電力消費がどれ位であるかを導き出すことができる。したがって、本発明の方法は、ステップ100で電池充電コントローラ20の両端間の電圧降下に応じて半導体スイッチQ1を調節し、電圧降下が大きすぎる場合に充電式電池24に供給される電流量を減少させることによって電力消費を制御することができる。
この方法では、電池充電コントローラ20によって消費される総電力が制御され、携帯機器18はその動作に必要な電力を受け取り、充電式電池24は付加的な有能電力をすべて受け取る。
このアルゴリズムを実行するのに必要とされるソフトウェアコードのバランスは、当業者にとっては容易なものであろう。
本発明の方法ステップは、外部プログラム呼び出しまたは当該分野で周知のその他の技術によって他のプログラムのコードと一体化され、サブルーチンとして実装されるオブジェクトコードまたはソースコードなど、種々のフォーマットで格納される実行可能な一連の機械コードによる実施形態であってもよい。
本発明がハードウェアの実施形態であっても、これを集積回路の組み立てに使用されるハードウェアディベロップメント言語(HDLコード)などのソフトウェアフォームに符号化することができよう。このHDLまたは類似のコードは、コンピュータディスケット、CD−Rom、ランダムアクセスメモリ(Random Access Memory(RAM))、および読出し専用メモリ(Read Only Memory(ROM))などの任意の電子記憶手段に格納することができよう。同様に、ソフトウェアコードを表す電気信号もまた通信網を介して伝送されてもよい。
(オプションおよび代替案)
本発明の具体的な実施形態を示し、説明してきたが、本発明の真の範囲および精神から逸脱することなく変更および修正をこのような実施形態に加えてもよいことは明らかである。例えば、
1.本発明の回路は、従来のAC電源(「ブリック」と呼ぶことが多い)、USBポートなどのコンピュータデータバス、外部電池パック、ラップトップ型電源、および自動車および航空機のDCコンセントを含むあらゆる種類の電源と使用することができるであろう。
2.ポータブルラップトップコンピュータ、携帯情報端末(personal digital assistant(PDA))、携帯電話、ワイヤレス電子メールおよびページング装置を含むあらゆる種類の電気器具を、このような回路を用いて充電することができるであろう。
3.一つまたは複数のリチウムイオンセル、ニッケルカドミウムセル、またはその他のタイプのセルを含むあらゆる種類の充電式電池を使用することができよう。
本発明の具体的な実施形態を示し、説明してきたが、本発明の真の範囲および精神から逸脱することなく変更および修正をこのような実施形態に加えてもよいことは明らかである。例えば、
1.本発明の回路は、従来のAC電源(「ブリック」と呼ぶことが多い)、USBポートなどのコンピュータデータバス、外部電池パック、ラップトップ型電源、および自動車および航空機のDCコンセントを含むあらゆる種類の電源と使用することができるであろう。
2.ポータブルラップトップコンピュータ、携帯情報端末(personal digital assistant(PDA))、携帯電話、ワイヤレス電子メールおよびページング装置を含むあらゆる種類の電気器具を、このような回路を用いて充電することができるであろう。
3.一つまたは複数のリチウムイオンセル、ニッケルカドミウムセル、またはその他のタイプのセルを含むあらゆる種類の充電式電池を使用することができよう。
さらに、このような実装は、本明細書中の教示から当業者に明らかになるであろうし、また本発明から逸脱するものではない。
本発明は、種々の電源から携帯通信機器の電池を充電する方法および装置を提供する。
本発明のこれらの特徴およびその他の特徴は、添付の図面を参照する以下の記述からさらに明らかになるであろう。
図1は、当該分野で周知の方法の携帯電子機器に接続されるパーソナルコンピュータの物理的な配置を示す。
図2は、電力が並列に供給される電池充電回路および携帯機器の電気ブロック図を示す。
図3は、双方とも電池充電コントローラから電力を供給される電池および携帯機器の電気ブロック図を示す。
図4は、本発明の詳細な実施形態における電池充電回路の概略図を示す。
図5は、本発明の一実施形態におけるリチウムイオン電池の充電に関する電圧曲線、電流曲線、および電力曲線のタイミング図を示す。
図6は、本発明の簡単な実施形態における電池充電回路の概略電気図を示す。
図7A、7B、および7Cは、本発明の詳細な実施形態における電池充電回路の概略電気図を示す。
図7A、7B、および7Cは、本発明の詳細な実施形態における電池充電回路の概略電気図を示す。
図7A、7B、および7Cは、本発明の詳細な実施形態における電池充電回路の概略電気図を示す。
図8は、本発明の一実施形態における電池充電回路を動作させる方法のフローチャートを示す。
Claims (1)
- 本明細書に記載の電池充電回路。
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