JP2012124790A

JP2012124790A - 携帯情報端末

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Publication number: JP2012124790A
Application number: JP2010275177A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Azuma; 仁志東
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2012-06-28

Abstract

【課題】電池電圧低下時における拡声用のスピーカの音の歪を防止しつつ、電力消費を低減し得る携帯情報端末を提供する。
【解決手段】携帯情報端末２００に、バッテリ２１０、電圧変換部２２０、およびセレクタ２３０を設ける。また、バッテリ２１０から電圧変換部２２０を経由してアンプ１８０に給電する第１給電路２５１と、電圧変換部２２０を迂回する第２給電路２５２とを形成する。バッテリ２１０の電池電圧が高い場合、電圧変換部２２０の降圧により、バッテリ２１０の放電電流を低減する。電池電圧が低い場合、電圧変換部２２０の昇圧により、アンプ１８０での歪を防止する。電池電圧が中間値の場合は、バッテリ２１０から電圧変換部２２０を迂回して給電し、電圧変換部２２０による電力消費を低減する。
【選択図】図３

Description

本発明は、スピーカに音声信号を出力するアンプを備えた携帯情報端末に関し、特に、アンプへの供給電圧を変更する技術に関する。

携帯情報端末の一例である携帯電話機は、多くの場合、受話用のレシーバに加え、拡声用のスピーカを備えている。この拡声用のスピーカにより、着信メロディ等の着信音を比較的大きな音量で出力することができる。また、拡声用のスピーカにより、受話音、音楽、ＴＶ音声等、種々の音声を出力することが可能である。なお、受話音は、携帯電話機を机の上などにおいて通話を行う際に出力される（スピーカ通話、ハンズフリー通話等と呼ばれる）。

拡声用のスピーカは、音声用のアンプによって駆動される。アンプには、電池を含む電源から電力が供給されるのであるが、供給電圧が不足するとスピーカから出力される音声が歪む場合がある。
特許文献１，２には、電池電圧の低下時に、昇圧器によって電池電圧を昇圧する技術が記載されている。

特開平５−４９１７９号公報特開２００８−１８７８３５号公報

前述のように、携帯電話機では、種々の音声をスピーカから出力することができる。しかしながら、音楽再生、スピーカ通話等を行う場合、着信音に比して音声出力する時間が長いため、消費電力の増加が問題となる。
上記の課題に鑑み、本発明は、電池電圧低下時における拡声用のスピーカの音の歪を防止しつつ、電力消費を低減し得る携帯情報端末を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る携帯情報端末は、電池と、スピーカと、音声信号を増幅して前記スピーカに出力するアンプと、前記電池から出力される電池電圧を変圧して前記アンプに供給する電圧変換部と、前記電池から前記アンプへの給電路として、前記電圧変換部を経由する第１給電路と、前記電圧変換部を迂回する第２給電路との一方を選択するセレクタと、電池電圧が、前記アンプが音声信号を正常に増幅し得る下限値以上、かつ、下限値よりも大きい上限値未満の状態において、前記セレクタによって前記第２給電路を選択し、前記電池から前記電圧変換部を迂回して前記アンプに給電する制御を行い、電池電圧が上限値以上の状態において、前記セレクタによって前記第１給電路を選択し、前記電圧変換部によって電池電圧を下限値に降圧して前記アンプに給電する制御を行い、電池電圧が下限値未満の状態において、前記セレクタによって前記第１給電路を選択し、前記電圧変換部によって電池電圧を下限値に昇圧して前記アンプに給電する制御を行う制御部とを含むことを特徴とする。

本発明に係る携帯情報端末は、電池電圧低下時における拡声用のスピーカの音の歪を防止しつつ、電力消費を低減し得る。

実施形態に係る携帯情報端末１００の外観構成を示す図である。携帯情報端末１００の構成を模式的に示すブロック図である。携帯情報端末１００の音声処理部１５３、電源部２００等の構成を模式的に示すブロック図である。アンプ１８０の構成を模式的に示すブロック図である。バッテリ２１０の放電特性を示すグラフである。音声信号の波形を模式的に示す図である。電圧制御プログラムのフローチャートを示す図である。電圧制御プログラムの切換え処理のフローチャートを示す図である。アンプ１８０における供給電圧と消費電流との関係を模式的に示す図である。

本発明の実施形態および変形例について、図面を参照しながら説明する。
［実施形態］
＜１．携帯情報端末の構成＞
［１．１］外観構成
図１は、実施形態に係る携帯情報端末１００の外観を模式的に示す図である。

本実施形態において、携帯情報端末１００は、折畳み式の携帯電話機として構成されている。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ携帯情報端末１００が開いた状態、閉じた状態を示す平面図である。また、図１（ｃ）は、携帯情報端末１００が閉じた状態（折畳まれた状態）を示す側面図である。
図１（ａ）に示すように、携帯情報端末１００は、扁平な直方体形状をなす樹脂製の第１筐体１１０、および第２筐体１２０を備えている。第１筐体１１０、および第２筐体１２０は、縦方向（Ｙ軸方向）に長く、横方向（Ｘ軸方向）に短い長方形状をしている。

第１筐体１１０の前面１１３側には、通話音声を出力するレシーバ（受話部）１１４、液晶パネルからなる表示パネル１１５が配置されている。なお、第１筐体１１０の前面１１３は、携帯情報端末１００を折畳んだ状態において、第２筐体１２０と向かい合う面である。
第２筐体１２０の前面１２２側には、連結部１２３、操作部１２４、およびマイク（送話部）１２５が配置されている。連結部１２３は、第１筐体１１０の基端部とともに、蝶番（ヒンジ）を形成しており、第１筐体１１０と第２筐体１２０とが回動可能にされている。操作部１２４には、複数の操作キー、および方向入力スイッチ等が設けられている。

図１（ｂ）に示すように、第１筐体１１０の背面側には、拡声用のスピーカ１４０が配置されている。本実施形態において、スピーカ１４０は、ダイナミックスピーカであり、円形状の振動板（あるいは振動フィルム）と、振動板を収容するハウジングとを有し、振動板を磁力によって振動させるものである。
ここで、スピーカ１４０は、例えば、着信メロディのように、比較的大きな音を発生させるために設けられており、着信メロディの他に、スピーカ通話時の受話音、音楽再生音等を発生させるために用いられる。

第１筐体１１０の背面側には、スピーカ１４０から出力された音波を通過させる複数のスリット１１８が形成されている。
［１．２］内部構成
図２は、主として携帯情報端末１００の内部構成を模式的に示すブロック図である。
携帯情報端末１００は、メイン制御部１５０、並びに、メイン制御部１５０にバスを介して接続された無線通信部１５１、音声処理部１５３、表示制御部１５４、及び記憶部１５５を備えている。

メイン制御部１５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ、バス、及びＩ／Ｏインタフェースからなるコンピュータを備えている。メイン制御部１５０は、メモリ等に格納されている各種のプログラムをコンピュータによって実行することにより、携帯電話機の通話機能等、各種の機能を発揮させる制御を行う。
無線通信部１５１は、アンテナ１５２を介して基地局との間で電波の送受信を行う。また、受信信号を復調しメイン制御部１５０へ伝達する機能、及びメイン制御部１５０から伝達された信号を変調する機能を有する。

音声処理部１５３は、メイン制御部１５０から送信されたデジタル音声信号をＤ／Ａ変換した後、変換されたアナログ音声信号をアンプ１８０によって増幅してレシーバ１１４、又はスピーカ１４０に出力する。また、マイク１２５に入力された音声をＡ／Ｄ変換してメイン制御部１５０に伝送する。
表示制御部１５４は、メイン制御部１５０から送信された画像を表示パネル１１５に表示させる制御を行う。

記憶部１５５は、フラッシュメモリ等の書き換え可能な不揮発性メモリを有しており、記憶部１５５には、着信メロディのデータ（以後、着信音データという）や、ＡＡＣ（Advanced Audio Coding：先進的音響符号化）、ＭＰ３（MPEG Audio Layer-3）等の音声ファイルフォーマットで圧縮された音声圧縮データが格納されている。
また、携帯情報端末１００は、メイン制御部１５０にバスを介して接続された電源部２００を備えている。

［１．３］音声処理部、電源部等の詳細
図３に、音声処理部１５３、電源部２００等の構成を模式的に示す。
音声処理部１５３は、シンセサイザ１７１、デコーダ１７２、乗算器１７３、Ｄ／Ａ変換部１７４、及びアンプ１８０を備えている。
シンセサイザ１７１は、記憶部１５５に格納されている着信音データに基づきデジタル音声信号を生成する。デコーダ１７２は、記憶部１５５に格納されている音声圧縮データを復元し、デジタル音声信号（ＰＣＭ信号（Pulse Code Modulation：パルス符号変調））を生成する。乗算器１７３は、メイン制御部１５０からの音量調節指令に応じた値と、デジタル音声信号との乗算値を出力する。Ｄ／Ａ変換部１７４は、デジタル音声信号をアナログ音声信号に変換する。

アンプ１８０は、Ｄ／Ａ変換部１７４から入力されたアナログ音声信号を増幅してスピーカ１４０に出力する。
図４に、アンプ１８０の構成を模式的に示す。
アンプ１８０は、入力段アンプ１８１と、２つの出力段アンプ１８２，１８３とを備えている。入力段アンプ１８１には、Ｄ／Ａ変換部１７４から入力されたアナログ音声信号を増幅して出力段アンプ１８２，１８３に出力する。

出力段アンプ１８２には、アナログ音声信号が非反転入力され、出力段アンプ１８３には、アナログ音声信号が反転入力される。よって、出力段アンプ１８２は、入力信号と同位相の増幅信号を出力し、その増幅信号はスピーカ１４０の２つの入力端子のうちの一方に入力される。出力段アンプ１８３は、入力信号を反転させた増幅信号を出力し、その増幅信号はスピーカ１４０の他方の入力端子に入力される。このように、アンプ１８０には、ＢＴＬ（Balanced Tranceformer Less、あるいはBridged Transless）接続方式が採用されている。

アンプ１８０は、入力信号を所定の増幅率で増幅して出力する。また、アンプ１８０は、最大振幅の信号が入力された場合、供給電圧が３．７Ｖ以上であれば、音声信号を歪なくスピーカ１４０に出力できる仕様のものが用いられている。なお、図４において、出力段アンプ１８２，１８３と電源部２００との接続を図示し、入力段アンプ１８１と電源部２００との接続の図示を省略している。これは、入力段アンプ１８１は大きな電圧を必要とせず、供給電圧の大きさが問題となるのは出力段アンプ１８２，１８３に対してであるからである。

無線通信部１５１は、受信回路１５１ａとヴォコーダ１５１ｂとを備えている。受信回路１５１ａは、受信信号を復調し、圧縮形式の音声圧縮データを取得する。ヴォコーダ１５１ｂは、音声圧縮データを復元して、デジタル音声信号を生成し、乗算器１７３に入力する。
電源部２００は、リチウムイオン二次電池からなるバッテリ２１０と、バッテリ２１０の電池電圧を検出する電圧検出部２１１と、電圧変換部２２０と、セレクタ２３０とを備えている。

電圧変換部２２０は、バッテリ２１０と接続されており、バッテリ２１０の電池電圧を設定電圧（後述）に昇圧又は降圧して出力する。電圧変換部２２０は、昇圧回路と降圧回路とを備えたＤＣ−ＤＣコンバータからなる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、スイッチング・レギュレータとも呼ばれ、スイッチング素子によって電力パルスのデューティ比を制御（スイッチング制御）することで、電池電圧の変圧を行う。なお、デューティ比は、スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ時間の比である。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ等のトランジスタからなる。また、昇圧回路と降圧回路とは、スイッチング素子及び変圧用のインダクタ（コイル）を備えている。

バッテリ２１０からアンプ１８０への給電路２５０には、電圧変換部２２０を経由する第１給電路２５１と、電圧変換部２２０を迂回する第２給電路２５２とが設けられている。
セレクタ２３０は、第１給電路２５１と第２給電路２５２とのいずれかと、アンプ１８０とを接続する。セレクタ２３０は、第１給電路２５１を介して電圧変換部２２０に接続され、第２給電路２５２を介してバッテリ２１０に接続されている。また、アンプ接続路２５３を介して、アンプ１８０に接続されている。セレクタ２３０は、第１給電路２５１および第２給電路２５２の各々と、アンプ接続路２５３との接続の有無を切り換えるスイッチ２３１，２３２を備えている。スイッチ２３１，２３２は、トランジスタからなる。

＜２．動作＞
［２．１］スピーカ１４０の使用
スピーカ１４０は、着信メロディや音楽を再生するため、スピーカ通話を行うために使用される。なお、スピーカ通話とは、レシーバ１１４を用いずに、携帯情報端末１００をユーザの耳から離した状態で、スピーカ１４０から発せられる音声によって受話を行う通話である。

着信メロディや音楽を再生する場合には、着信メロディ再生用あるいは音楽再生用のプログラムを実行するメイン制御部１５０の制御により、記憶部１５５に格納されている音声圧縮データが音声処理部１５３に送られ、音声処理部１５３において音声圧縮データが音声信号に変換された後、増幅されて、スピーカ１４０に出力される。なお、詳細には、音声圧縮データの音声信号への変換は、シンセサイザ１７１、あるいはデコーダ１７２によって実行される。

スピーカ通話を行う場合には、通信処理プログラムを実行するメイン制御部１５０の制御により、無線通信部１５１によって受信された音声信号が音声処理部１５３に送られ、音声処理部１５３において音声信号が増幅等されて、スピーカ１４０に出力される。
ここで、スピーカ１４０を使用していない状態では、セレクタ２３０のスイッチ２３１，２３２の両方が開状態とされ、アンプ１８０への給電は停止されている。よって、着呼時、スピーカ通話開始時、音楽再生開始時等において、バッテリ２１０の電池電圧に応じて、昇降圧の必要性の有無が判断される。また、スピーカ通話時等において、時間経過に伴うバッテリ２１０の電池電圧の低下に応じて、昇降圧の必要性の有無が判断される。

着呼時とは、無線通信部１５１によって無線基地局からの呼出し信号が受信され、メイン制御部１５０が無線通信部１５１から着呼の通知を受けた時点である。なお、メイン制御部１５０から音声処理部１５３に着信メロディを再生する指令を行う前の時点である。また、スピーカ通話開始時とは、スピーカ通話が選択されている状態において、通話発呼又は着呼通話を行うために通話操作（例えば、操作部１２４の通話キーを押下する）がなされた時点とすることができる。また、スピーカ通話が選択されていない場合は、通話が開始された後、通話中にスピーカ通話を行う操作（例えば、操作部１２４の所定のキーを押下する）がなされた時点とすることができる。音楽再生開始時とは、ユーザによって音楽データの再生操作が行われた時点である。

［２．２］電池電圧の変化と、変圧処理について
［２．２．１］電池の放電特性
図５に、バッテリ２１０の放電特性を示す。この放電特性は、放電温度が２０℃、放電電流は２５ｍＡの条件下で行ったものである。バッテリ２１０の容量は、８４０ｍＡｈである。ここで、放電電流が２５ｍＡというのは、携帯情報端末１００において消費される電流が比較的少ない状態である。なお、一般的に、放電電流が増加すると電池電圧および放電時間が減少し、バッテリの容量が大きいと電池電圧および放電時間が増加する傾向がある。

バッテリ２１０は、満充電時において出力電圧が約４．２Ｖあり、放電時間の経過に伴い電池電圧が低下する。そして、記号Ａで示すように、３．７５Ｖ〜３．８Ｖの間で時間経過に対する電池電圧の低下度合いが緩やかになり、しばらく安定する。その後、記号Ｂで示すように、３．７Ｖ未満になると、ほどなく電池電圧が急激に低下する。
なお、バッテリ２１０は、前述のようにリチウムイオン二次電池からなり、一般的に、リチウムイオン二次電池の公称電圧は３．７Ｖである。ここで、図に示した放電特性において、バッテリ２１０の放電期間のうちの大半（例えば、７５％以上）の期間において、公称電圧以上の電池電圧が得られる。なお、前述したように放電電流の増加によって電池電圧が減少する傾向がある。

したがって、リチウムイオン二次電池を用いる場合、音声処理部１５３の設計（増幅率の設定等）において、公称電圧（３．７Ｖ）以下の電圧が供給されている状態でアンプ１８０が音声信号を正常に増幅できるように設計することで、供給電圧が不足する期間を短くすることができる。なお、アンプ１８０が音声信号を正常に増幅するとは、後述するように、音声信号の増幅時にピーク域がカットされることに因る音声波形の歪が生じないことである。

すなわち、アンプ１８０が正常に動作する動作下限値を公称電圧以下に設定することで、バッテリ２１０の放電期間のうち、電池電圧を昇圧することなしにアンプ１８０から出力される音声信号の歪を防止することができる期間を長くすることができる。
［２．２．２］アンプの増幅波形、動作下限値および昇圧処理の関係
図６に、アンプ１８０（詳細には、出力段アンプ１８３）によって増幅された波形と、供給電圧の影響を模式的に示す。なお、出力段アンプ１８４の出力波形は、出力段アンプ１８３の出力波形を上下に反転したものとなる。

アンプ１８０が、振幅が最大の入力信号Ｓinを増幅した場合の出力信号Ｓoutの波形を考える。アンプ１８０に必要な電圧（以後、「動作下限値」という）が供給されている場合、歪のない出力信号Ｓoutが得られる。しかし、アンプ１８０への供給電圧が不足している場合（Ｖｄ）、出力信号Ｓoutのピーク域Ｐがカットされて、音声に歪が生じる。
ここで、アンプ１８０の増幅率は、バッテリ２１０の公称電圧（３．７Ｖ）が供給されている状態において、最大振幅の入力信号Ｓinを増幅しても出力信号Ｓoutが歪まない値に設定されている。つまり、バッテリ２１０の公称電圧が、アンプ１８０が音声信号を正常に増幅するための動作下限値にされている。

なお、図６における電圧充足時の幅は、スピーカ１４０から出力され得る最大の音量を示すものであり、ダイナミックレンジと呼ばれることもある。上記電圧充足時の幅は、例えば、アンプ１８０（詳細には、出力段アンプ１８３，１８４）がＡＢ級増幅回路を用いる場合、供給電圧から正負の増幅回路におけるバイアス値を減じた値となる。
以上に述べたように、アンプ１８０の動作下限値は３．７Ｖであるので、バッテリ２１０の電池電圧Ｖｂが３．７Ｖ未満になった場合に、昇圧処理を行うことで、音声の歪を防止できる。

［２．２．３］降圧処理を行う電圧について
一方、バッテリ２１０の電池電圧Ｖｂが３．７Ｖよりも大きい状態では、過剰な電圧が供給されているため、アンプ１８０への供給電圧が３．７Ｖとなるように電池電圧を降圧し、電力消費を低減することが考えられる。その際には、電圧変換部２２０が変圧する際の電力消費を考慮することが望ましい。そこで、以下のように、降圧すべき電池電圧を決定する。

ここで、電圧変換部２２０の変換効率ηは、次式で表わされる。
変換効率η＝（出力電圧Ｖｏ・出力電流Ｉｏ）／（入力電圧Ｖｉ・入力電流Ｉｉ）
・・・（１）
出力電流Ｉｏ＝Ｉｉとして、式（１）を変形する。
入力電圧Ｖｉ＝出力電圧Ｖｏ／変換効率η ・・・（２）
式（２）に、変換効率η＝０．９５、出力電圧Ｖｏ＝３．７を代入すると、入力電圧Ｖｉ＝３．９ [Ｖ]となる。つまり、電圧変換部２２０は、３．９Ｖの入力電圧Ｖｉを、３．７Ｖの出力電圧Ｖｏに降圧するとき、入力電流Ｉｉと出力電流Ｉｏとが等しくなる。この状態において、バッテリ２１０の放電電流は、降圧しない場合と変わらない。なお、電圧降下分（３．９Ｖ−３．７Ｖ）の電力は、電圧変換部２２０によって消費されている。

入力電圧（電池電圧）が３．９Ｖを超えると、降圧処理において、入力電流Ｉｉが出力電流Ｉｏよりも小さくなり、バッテリ２１０の放電電流を低減し得る。したがって、バッテリ２１０の電池電圧Ｖｂが３．９Ｖより大きい状態で降圧処理を行うことにより、バッテリ２１０の消耗を抑制し得る。
なお、入力電圧Ｖｉ（電池電圧）が３．９Ｖ未満になると、入力電流Ｉｉが出力電流Ｉｏよりも大きくなり、降圧処理によってバッテリ２１０の放電電流が増大する。

ここで、電池電圧が３．７Ｖ以上かつ３．９Ｖ未満の状態では、昇降圧の必要がないため電圧変換部２２０を使用せず、バッテリ２１０の電池電圧をアンプ１８０に供給することで、電圧変換部２２０によるロスの発生を防止する。
なお、変圧を行わず、電池電圧の供給によってアンプ１８０を駆動する上限の電圧値を上限値（３．９Ｖ）とし、下限の電圧値を下限値（３．７Ｖ）とする。なお、下限値は、アンプ１８０の動作下限値と等しい。

以上に述べた事項を踏まえ、以下に供給電圧の制御について説明する。
［２．３］供給電圧制御
メイン制御部１５０は、コンピュータによって電圧制御プログラムを実行することにより、電圧変換部２２０およびセレクタ２３０を制御し、アンプ１８０への給電方法を制御する。電圧制御プログラムは、スピーカ通話、着信メロディや音楽の再生など、スピーカ１４０から音声を出力するスピーカ音出力処理が行われる場合に実行される。そして、スピーカ音出力処理が終了すると、電圧制御プログラムの実行が終了する。

例えば、メイン制御部１５０は、前述の着呼時、スピーカ通話開始時、音楽再生開始時等において、電圧制御プログラムの実行を開始する。なお、マナーモード（着信メロディOFF）やスピーカ通話が選択されていない状態では、電圧制御プログラムが実行されない。
電圧制御プログラムの終了は、次のように行われる。メイン制御部１５０は、着呼後、ユーザにより通話操作がなされた時点、あるいは、呼出し側が発呼を中止したことが無線通信部１５１から通知された時点において、電圧制御プログラムに実行終了を通知する（例えば、終了を通知するフラグをONにする）。また、メイン制御部１５０は、スピーカ通話中において、通話切断操作（例えば、操作部１２４の切断キーを押下する）や、スピーカ通話の解除操作（例えば、操作部１２４に所定のキーを押下する）がなされると電圧制御プログラムに実行終了を通知する。

図７、図８に、電圧制御プログラムのフローチャートを示す。まず、図７のフローチャートについて説明する。
電圧制御プログラムの概要は、ステップＳ１１〜Ｓ１８において、電圧制御プログラムが起動された直後の電池電圧Ｖｂに応じて給電方法が選択され、Ｓ２１、Ｓ２２において、スピーカ音出力処理の実行による電池電圧Ｖｂの変化に応じて給電方法が切り換えられる。以下、詳細に説明する。

［２．３．１］給電方法の初期設定（ステップＳ１１〜Ｓ１８）
ステップＳ１２の判定により、電圧検出部２１１によって検出されたバッテリ２１０の電池電圧Ｖｂ（Ｓ１１）に応じて、次の処理がなされる。
（ａ）電池電圧Ｖｂが上限値（３．９Ｖ）以上で、降圧処理を行う（Ｓ１３）。また、給電方法を示す変数Ｘが１にされる（Ｓ１４）。

（ｂ）電池電圧Ｖｂが上限値（３．９Ｖ）未満かつ下限値（３．７Ｖ）以上で、変圧処理（昇圧処理又は降圧処理）を停止し、アンプ１８０に電池電圧を供給する（Ｓ１５）。また、給電方法を示す変数Ｘが２にされる（Ｓ１６）。
（ｃ）電池電圧Ｖｂが下限値（３．７Ｖ）未満で昇圧処理を行う（Ｓ１７）。また、給電方法を示す変数Ｘが３にされる（Ｓ１８）。

ここで、上記の上限値、下限値との名称は、それらの値の大きさを容易に把握するために用いている。しかしながら、実際には、上限値は、降圧処理を行う範囲の下限の値という意味合いが強い。このことから、上限値を、降圧下限値と称することができる。これに合わせて、下限値を、変圧停止下限値と称することができる。
Ｓ１３、Ｓ１４の処理について説明する。

Ｓ１３の降圧処理では、メイン制御部１５０から電圧変換部２２０に制御信号が送られ、電圧変換部２２０が作動状態にされる。電圧変換部２２０は、出力電圧が下限値（３．７Ｖ）に予め設定されており、入力電圧（電池電圧Ｖｂ）に基づいて入力電圧を降圧するか昇圧するかを自動的に選択する。この時点では、入力電圧が３．９Ｖ以上であるため、降圧回路が選択される。

その後、メイン制御部１５０からセレクタ２３０に制御信号が送られ、セレクタ２３０によって、電圧変換部２２０を経由する第１給電路２５１が選択される。その結果、電圧変換部２２０によって電池電圧が下限値に降圧されて、アンプ１８０に供給される。これにより、バッテリ２１０の放電電流が低減される。
Ｓ１４では、給電方法を示す変数Ｘに、降圧処理を示す「１」が入力される。この変数Ｘは、Ｓ２１の切換え処理において使用される。

Ｓ１５、Ｓ１６の処理について説明する。
Ｓ１５の変圧停止処理では、メイン制御部１５０からセレクタ２３０に制御信号が送られ、セレクタ２３０によって、電圧変換部２２０を迂回する第２給電路２５１が選択される。その結果、電圧変換部２２０を経由せずに電池電圧Ｖｂがアンプ１８０に供給され、電圧変換部２２０による電力の浪費が防止される。また、メイン制御部１５０から電圧変換部２２０に停止信号が送られ、電圧変換部２２０が停止状態になる。

Ｓ１６では、給電方法を示す変数Ｘに、電池電圧の供給を示す「２」が入力される。
Ｓ１７、Ｓ１８の処理について説明する。
Ｓ１７の昇圧処理では、メイン制御部１５０から電圧変換部２２０に制御信号が送られ、電圧変換部２２０が作動状態にされる。この時点において、入力電圧が３．７Ｖ未満であるため、電圧変換部２２０は、昇圧回路を選択する。

その後、メイン制御部１５０からセレクタ２３０に制御信号が送られ、セレクタ２３０によって、電圧変換部２２０を経由する第１給電路２５１が選択される。その結果、電圧変換部２２０によって電池電圧が下限値に昇圧されて、アンプ１８０に供給される。これにより、アンプ１８０への供給電圧不足が防止され、スピーカ音の歪の発生が防止される。

Ｓ１８では、給電方法を示す変数Ｘに、昇圧処理を示す「３」が入力される。
［２．３．２］給電方法を切換える処理
Ｓ２１、Ｓ２２の処理について説明する。
Ｓ２１の切換え処理は、電池電圧の変動に伴い、給電方法を、降圧、電池電圧（変圧停止）、および昇圧のいずれかに切り換える処理である。この切換え処理は、Ｓ２２の判定により、スピーカ音出力処理の実行が継続している場合に、繰り返し実行される。なお、電圧制御プログラムは、スピーカ音出力処理の停止後に終了する。

図８にＳ２１の切換え処理を示し、詳細に説明する。なお、切換え処理において、不感帯（あるいはヒステリシス）が設定されており、電池電圧Ｖｂの揺らぎによる頻繁な切換えの発生が防止されている。
Ｓ２１２の判定により、給電方法を示す変数Ｘの値に基づき、その後の処理が選択される。

（ａ）変数Ｘ＝１の場合は、Ｓ２１３〜Ｓ２１５の処理が実行される。
変数Ｘ＝１の場合は、降圧処理が実行中である。そして、時間の経過に伴いＳ２１１において取得される電池電圧Ｖｂが低下して上限値未満になると（Ｓ２１３）、前述のＳ１５と同様に、降圧処理が停止され、アンプ１８０に電池電圧が供給される（Ｓ２１４）。その後、変数Ｘが、変圧停止を示す値である「２」にされる。なお、Ｓ２１３において、電池電圧Ｖｂが上限値以上である場合は、処理は「Ｊ」に進み、切換え処理の１回の実行が終了する。

（ｂ）変数Ｘ＝２の場合は、Ｓ２１６〜Ｓ２２１の処理が実行される。
変数Ｘ＝２の場合は、変圧処理が停止中であり、時間経過に伴い変化する電池電圧Ｖｂに基づき、降圧処理または昇圧処理を行う必要性が判断される。
Ｓ２１６において、電池電圧Ｖｂが上限値に設定値Ｃ１（例えば、０．０５Ｖ）を加算した値以上になると、前述のＳ１３と同様の降圧処理が実行され、アンプ１８０に降圧電圧が供給される（Ｓ２１７）。その後、変数Ｘが、降圧処理を示す値である「１」にされる。

ここで、Ｓ２１６の判定において、上限値に設定値Ｃ１を加算することで、電池電圧が上限値（３．９Ｖ）未満の状態から上限値以上の状態に変化しても、すぐに給電方法が切換えられることがなくなる。よって、電池電圧の揺らぎによる給電方法の頻繁な切換えが防止されている。なお、スピーカ使用時において電池電圧が増加する状況は稀であると考えられるが、放電電流の減少や、温度変化などにより電池電圧が増加するといった状況が考えられる。

一方、Ｓ２１６の判定がＮＯの場合は、Ｓ２１９の判定が実行され、電池電圧Ｖｂが下限値未満である場合に、前述のＳ１７と同様の昇圧処理が実行され、アンプ１８０に昇圧電圧が供給される（Ｓ２１７）。その後、変数Ｘが、昇圧処理を示す値である「３」にされる。なお、Ｓ２１９の判定がＮＯの場合は、処理は「Ｊ」に進み、切換え処理の１回の実行が終了する。

（ｃ）変数Ｘ＝３の場合は、Ｓ２２２〜Ｓ２２４の処理が実行される。
変数Ｘ＝３の場合は、昇圧処理が実行中であり、時間経過に伴い電池電圧Ｖｂが上昇して下限値に設定値Ｃ２を加算した値以上になると（Ｓ２２２）、昇圧処理が停止され、アンプ１８０に電池電圧が供給される（Ｓ２２３）。その後、変数Ｘが、変圧停止を示す値である「２」にされる。なお、Ｓ２２２の判定がＮＯの場合は、処理は「Ｊ」に進み、切換え処理の１回の実行が終了する。

ここで、Ｓ２２２の判定において、下限値に設定値Ｃ２を加算していることで、下限値付近での電池電圧の揺らぎによる給電方法の頻繁な切換えが防止されている。なお、設定値Ｃ２の値は、前述の設定値Ｃ１と同じでもよいし、異なっていてもよい。
［２．３．３］終了処理
スピーカ音出力処理が終了すると、Ｓ２３において、アンプ１８０への電力供給が停止される。具体的には、セレクタ２３０の制御により、第１給電路２５１および第２給電路２５２の導通が遮断され、電圧変換部２２０に停止指令がなされる。

［２．４］以上で電圧制御プログラムについての説明を終了する。
上記電圧制御プログラムにより、スピーカ音の歪を防止しつつ、バッテリ２１０の放電電流の低減を図ることができる。
［変形例］
上記実施形態において、上限値が、電圧変換部２２０における電流の入出力が同じになる値（Ii＝Io）とされていた。それに対し、供給電圧が過剰であることによるアンプ１８０での消費電力の増加を考慮して上限値を決定することもできる。

バッテリ２１０の電池電圧Ｖｂが３．７Ｖよりも大きい状態では、過剰な電圧が供給されており、アンプ１８０での消費電力が無駄に増加する。したがって、アンプ１８０への供給電圧を３．７Ｖに降圧することにより、アンプ１８０での電力の浪費を防止して、消費電力を低減することが考えられる。
図９に、アンプ１８０への供給電圧と、アンプ１８０の消費電流との関係を模式的に示す。Ｖ_Ｌは、下限値であり、Ｉ_Ｌは、供給電圧が下限値の状態の消費電流である。

ここで、供給電圧をＶｘにすると、アンプ１８０の消費電流がＩｘになるとする。このとき、供給電圧が下限値の状態と比較して、消費電流がΔＩ増加する。逆に、電池電圧がＶｘである場合に、アンプ１８０への供給電圧を下限値Ｖ_Ｌまで降圧すれば、消費電流をΔＩ分減少させることができる。
これを式に表わすと、供給電圧がＶｘ時の消費電力をＷｘ、供給電圧がＶ_Ｌ時の消費電力をＷ_Ｌとして、次式が得られる。

Ｗｘ−Ｗ_Ｌ＞Ｗ_Ｌ・（１−η）／η ・・・（３）
なお、左辺はアンプ１８０での消費電力の低減量、右辺は電圧変換部２２０の電力消費である。これを整理する。
Ｗｘ＞Ｗ_Ｌ／ η ・・・（４）
このように、上記式（４）が成立する範囲で降圧処理を行うことで、消費電力を低減することができる。さらに、式（４）を変形する。

Ｖｘ＝（Ｖ_Ｌ／η）・｛Ｉ_Ｌ／（Ｉ_Ｌ＋ΔＩ）｝・・・（５）
ここで、（Ｖ_Ｌ／η）は、式（２）と同様であり、｛Ｉ_Ｌ／（Ｉ_Ｌ＋ΔＩ）｝の部分は、１未満になる。よって、アンプ１８０の消費電流を考慮した場合、式（２）で得られる電圧よりも低い電圧の範囲まで降圧処理を行い、電力消費を低減できる。あるいは、電圧変換部２２０の効率ηが低くなっても、電力消費を低減できる。つまり、本変形例では、電池電圧の降圧によるアンプ１８０の消費電力の低減量が、降圧処理における電圧変換部２２０の電力の損失量よりも大きくなる範囲で、降圧処理が行われる。

［補足］
（ａ）前記実施形態および変形例の説明は本発明の例示にすぎず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができる。
（ｂ）上記実施形態において、電池電圧に応じて、降圧処理、変圧停止、および昇圧処理のいずれかが選択されていたが、少なくとも２つを選択することができる。例えば、降圧処理と変圧停止とを選択するだけで省電力を図ることができる。また、例えば、昇圧処理と変圧停止とを選択するだけで、スピーカ音の歪防止を図ることができる。

（ｃ）アンプ１８０の動作下限値は、例えば、音量を最大にした状態において、音声信号を歪なく増幅し得る値とすることができる。また、例えば、音量調節値（ボリューム値）に応じて（例えば、最大値の８割の音量）、音声信号を歪なく増幅し得る値とすることができる。
（ｄ）前記実施形態において、電圧変換部２２０は、降圧回路と昇圧回路とを自動的に選択し得るものとされていた。それに対し、メイン制御部１５０から降圧処理または昇圧処理のいずれかを指令することとしてもよい。

（ｅ）前記実施形態および変形例において、電圧変換部２２０およびセレクタ２３０の制御をメイン制御部１５０が行っていた。それに対し、例えば、２つのコンパレータを用いて、電圧変換部２２０又はセレクタ２３０に切換え信号を出力することもできる。この場合、２つのコンパレータを含む電子回路によって、セレクタ及び電圧変換部を制御する「制御部」が構成される。

具体的には、電源部２００に２つのヒステリシス付きコンパレータを設ける。そして、一方のコンパレータによって電池電圧が上限値以上である場合に高電位を出力させ、他方のコンパレータによって電池電圧が下限値未満である場合に高電位を出力させる。そして、セレクタ２３０には、２つのコンパレータの一方が高電位を出力した場合に第１給電路２５５１を選択させ、２つとも低電位を出力している場合に第２給電路２５２を選択させる。電圧変換部２２０についても同様に、２つのコンパレータの出力に基づいてオン・オフを切り換えさせる。なお、コンパレータに入力される基準電圧（例えば、上限値等）が電池電圧を上回るような事態を避けるため、例えば、抵抗を用いた分圧回路等を用いてコンパレータに電池電圧の半分の電圧と、上限値等の半分の基準電圧とを入力することができる。

（ｆ）バッテリが一次電池である場合、公称電圧の代わりに定格電圧を用いることができる。ここで、定格電圧は、温度２０℃、電流０．２Ｃで放電した場合、放電量が全エネルギーの半分の状態における電圧をいう。なお、電流０．２Ｃは、電池が満充電の状態から放電終止電圧（リチウムイオン二次電池の場合は２．５Ｖ）となるまでの放電時間が５時間となる放電電流である。例えば、２Ａｈの公称容量値の電池であれば、０．４Ａとなる。バッテリの全エネルギは、例えば、定格電圧×公称容量値で求めることができる。

（ｇ）前記実施形態において、下限値をバッテリ２１０の公称電圧としていたが、公称電圧未満の値（例えば、３．４Ｖ）としてもよい。下限値を小さくすることで、最大の音量は低下するが、昇圧を行う期間を短くすることと、降圧を行う期間を長くすることとの少なくとも一方により、さらに消費電力を低減することができる。
（ｈ）Ｓ１２（図７）において、スピーカ１４０の使用による電池電圧の降下を考慮して判定を行うこともできる。例えば、音楽再生時には、スピーカ１４０の使用によって電池電圧が０．１Ｖ弱、降下する。ここで、設定値Ｄを電圧降下より大きい値として、Ｓ１２の判定を、（ｉ）電池電圧Ｖｂが「上限値＋設定値Ｄ」以上の場合にＳ１３に進み、(ii) 電池電圧Ｖｂが「下限値＋設定値Ｄ」以上かつ「上限値＋設定値Ｄ」未満の場合にＳ１５に進み、(iii) 電池電圧Ｖｂが「下限値＋設定値Ｄ」未満の場合にＳ１７に進むようにすることができる。

また、Ｓ２１３，Ｓ２１６，Ｓ２１９，Ｓ２２２（図８）においても同様に、上限値を「上限値＋設定値Ｄ」と置き換え、下限値を「下限値＋設定値Ｄ」と置き換えてもよい。なお、「上限値＋設定値Ｃ１」は「上限値＋設定値Ｄ＋設定値Ｃ１」と、「下限値＋設定値Ｃ２」は「下限値＋設定値Ｄ＋設定値Ｃ２」と置き換えることができる。
さらに、スピーカ通話、音楽再生等の処理によって電圧降下量が異なるため、処理の違いに応じて設定値Ｄの値を変えてもよい。

なお、設定値Ｃ１、Ｃ２の少なくとも一方を「０」にしてもよい。
（ｋ）以下に、本実施形態に係る各種の携帯情報端末における構成及び効果について説明する。
（１）本実施形態に係る携帯情報端末は、電池と、スピーカと、音声信号を増幅して前記スピーカに出力するアンプと、前記電池から出力される電池電圧を変圧して前記アンプに供給する電圧変換部と、前記電池から前記アンプへの給電路として、前記電圧変換部を経由する第１給電路と、前記電圧変換部を迂回する第２給電路との一方を選択するセレクタと、電池電圧が、前記アンプが音声信号を正常に増幅し得る下限値以上、かつ、下限値よりも大きい上限値未満の状態において、前記セレクタによって前記第２給電路を選択し、前記電池から前記電圧変換部を迂回して前記アンプに給電する制御を行い、電池電圧が上限値以上の状態において、前記セレクタによって前記第１給電路を選択し、前記電圧変換部によって電池電圧を下限値に降圧して前記アンプに給電する制御を行い、電池電圧が下限値未満の状態において、前記セレクタによって前記第１給電路を選択し、前記電圧変換部によって電池電圧を下限値に昇圧して前記アンプに給電する制御を行う制御部とを含むことを特徴とする。

本項の携帯情報端末は、電池電圧が上限値以上である場合に、電池電圧を下限値に降圧してアンプに供給し、電池の放電電流を低減することができる。また、電池電圧が下限値未満である場合に、電池電圧を下限値に昇圧してアンプに供給し、スピーカから出力される音声が歪むことを防止することができる。さらに、電池電圧が上限値未満かつ下限値以上である場合に、電池から電圧変換部を迂回して電力をアンプに供給し、電圧変換部における電力の浪費を防ぐことができる。

すなわち、本項の携帯情報端末は、電池電圧低下時における拡声用のスピーカの音の歪を防止しつつ、電力消費を低減し得る。
電池は、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池、ニッケル水素蓄電池等の二次電池とすることや、アルカリ電池、リチウム電池等の一時電池とすることができる。

制御部は、電池電圧に応じてセレクタ及び電圧変換部を制御できるものである。例えば、制御部を、制御プログラムを実行させることにより、セレクタ等に制御信号を送るコンピュータを含むものとすることができる。また、例えば、コンパレータを備え、電池電圧と上限値等とを比較した結果をセレクタ等に出力する電子回路を含むものとしてもよい。
携帯情報端末は、拡声用のスピーカと音声増幅用のアンプを備えたものであればよく、例えば、携帯電話機、ノート型やタブレット型のパーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタント）、携帯ゲーム機等とすることができる。

（２）本実施形態に係る携帯情報端末を、前記電圧変換部は、スイッチング素子によって電力パルスのデューティ比を制御することにより変圧を行うものであり、前記上限値は、前記電圧変換部によって電池電圧を降圧する処理において、前記電池から前記電圧変換部に入力される電流が、前記電圧変換部から出力される電流よりも小さくなる電池電圧の値である、ものとしてもよい。

本項の携帯情報端末では、より確実に電池の放電電流を低減することができる。
（３）本実施形態に係る携帯情報端末を、前記上限値は、前記電圧変換部によって電池電圧を降圧することによる消費電力低減量が、前記電圧変換部による電力の損失よりも大きくなる電池電圧の値である、ものとしてもよい。
本項の携帯情報端末では、より確実に電池の放電電流を低減することができる。なお、本項の携帯情報端末では、上記（２）項の態様と同一条件下である場合に、より小さい上限値から降圧処理を行うものである。

（４）本実施形態に係る携帯情報端末を、前記下限値は、前記アンプに入力される音声信号の振幅が最大になる場合に前記アンプが音声信号を正常に増幅し得る電圧の値である、ものとしてもよい。
本項の携帯情報端末では、アンプに供給する電圧を下限値にすることで、音声の歪を防止することができる。

（５）本実施形態に係る携帯情報端末を、前記電池は二次電池であり、前記下限値は、前記電池の公称電圧以下の値である、ものとしてもよい。
本項の携帯情報端末では、アンプに供給する電圧を確保することと、昇圧が必要となる期間を比較的短くすることとを、バランス良く図ることができる。
（６）本実施形態に係る携帯情報端末は、電池と、スピーカと、音声信号を増幅して前記スピーカに出力するアンプと、前記電池から出力される電池電圧を降圧して前記アンプに供給する電圧変換部と、前記電池から前記アンプへの給電路として、前記電圧変換部を経由する第１給電路と、前記電圧変換部を迂回する第２給電路との一方を選択するセレクタと、電池電圧が、前記アンプが音声信号を正常に増幅し得る下限値よりも大きい上限値未満の状態において、前記セレクタによって前記第２給電路を選択して前記電池から前記電圧変換部を迂回して前記アンプに給電する制御を行い、電池電圧が上限値以上の状態において、前記セレクタによって前記第１給電路を選択し、前記電圧変換部によって電池電圧を下限値に降圧して前記アンプに給電する制御を行う制御部とを含むことを特徴とする。

本項の携帯情報端末では、電池電圧が上限値以上である場合に、電池電圧を下限値以上に降圧してアンプに供給し、電池の放電電流を低減することができる。そのため、スピーカ通話、音楽再生、ＴＶ視聴などの機能を、比較的長時間使用する場合に、消費電力を低減するために好適である。本項の携帯情報端末には、前記（２）項乃至（５）項の少なくとも１つに記載の特徴を採用することができる。

本発明に係る携帯情報端末は、例えば、拡声用のスピーカを備えた携帯電話機に用いることが有用である。

１００携帯情報端末
１１０第１筐体
１２０第２筐体
１４０スピーカ
１５０メイン制御部
１５１無線通信部
１５１ａ受信回路
１５１ｂヴォコーダ
１５３音声処理部
１５５記憶部
１７１シンセサイザ
１７２デコーダ
１７３乗算器
１７４Ｄ／Ａ変換部
１８０アンプ
１８１入力段アンプ
１８２，１８３出力段アンプ
２００電源部
２１０バッテリ
２１１電圧検出部
２２０電圧変換部
２３０セレクタ
２３１，２３２スイッチ
２５０給電経路
２５１第１給電路
２５２第２給電路
２５３アンプ接続路

Claims

電池と、
スピーカと、
音声信号を増幅して前記スピーカに出力するアンプと、
前記電池から出力される電池電圧を変圧して前記アンプに供給する電圧変換部と、
前記電池から前記アンプへの給電路として、前記電圧変換部を経由する第１給電路と、前記電圧変換部を迂回する第２給電路との一方を選択するセレクタと、
電池電圧が、前記アンプが音声信号を正常に増幅し得る下限値以上、かつ、下限値よりも大きい上限値未満の状態において、前記セレクタによって前記第２給電路を選択し、前記電池から前記電圧変換部を迂回して前記アンプに給電する制御を行い、
電池電圧が上限値以上の状態において、前記セレクタによって前記第１給電路を選択し、前記電圧変換部によって電池電圧を下限値に降圧して前記アンプに給電する制御を行い、
電池電圧が下限値未満の状態において、前記セレクタによって前記第１給電路を選択し、前記電圧変換部によって電池電圧を下限値に昇圧して前記アンプに給電する制御を行う制御部と
を含むことを特徴とする携帯情報端末。
前記電圧変換部は、スイッチング素子によって電力パルスのデューティ比を制御することにより変圧を行うものであり、
前記上限値は、前記電圧変換部によって電池電圧を降圧する処理において、前記電池から前記電圧変換部に入力される電流が、前記電圧変換部から出力される電流よりも小さくなる電池電圧の値である
請求項１に記載の携帯情報端末。
前記上限値は、前記電圧変換部によって電池電圧を降圧することによる消費電力低減量が、前記電圧変換部による電力の損失よりも大きくなる電池電圧の値である
請求項１に記載の携帯情報端末。
前記下限値は、
前記アンプに入力される音声信号の振幅が最大になる場合に前記アンプが音声信号を正常に増幅し得る電圧の値である
請求項２又は３に記載の携帯情報端末。
前記電池は二次電池であり、
前記下限値は、前記電池の公称電圧以下の値である
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の携帯情報端末。
電池と、
スピーカと、
音声信号を増幅して前記スピーカに出力するアンプと、
前記電池から出力される電池電圧を降圧して前記アンプに供給する電圧変換部と、
前記電池から前記アンプへの給電路として、前記電圧変換部を経由する第１給電路と、前記電圧変換部を迂回する第２給電路との一方を選択するセレクタと、
電池電圧が、前記アンプが音声信号を正常に増幅し得る下限値よりも大きい上限値未満の状態において、前記セレクタによって前記第２給電路を選択して前記電池から前記電圧変換部を迂回して前記アンプに給電する制御を行い、
電池電圧が上限値以上の状態において、前記セレクタによって前記第１給電路を選択し、前記電圧変換部によって電池電圧を下限値に降圧して前記アンプに給電する制御を行う制御部と
を含むことを特徴とする携帯情報端末。