JP2018530981A - 電源モジュールの温度に基づく電力供給の制御 - Google Patents

Abstract

電源アダプタなどの電力変換モジュールは、電源モジュールによって電力駆動されるデバイスに電力供給能力情報を供給する。この電力供給能力情報は、電源モジュールの温度を示す情報に基づいて決定される。

Description

本開示は、電源アダプタに関する。

電源アダプタは、一例としてセルラ電話やラップトップコンピュータなどの民生用電子装置を含む電子機器を給電および充電するために広く使用されている。標準的なＡＣ／ＤＣ電源アダプタは、標準的な電気コンセントにより供給されたＡＣライン電圧を電子装置により受け取り可能なＤＣ電圧へ変換する。ラップトップコンピュータ用の典型的なＡＣ／ＤＣ電源アダプタは、ＡＣ／ＤＣ電力変換を行うために必要な電子部品を備えたれんが状（brick-shaped）の電力変換モジュールを有する。電力変換モジュールは、標準的な電気コンセントに差し込まれ得るプラグを有する一方のコードと、ラップトップコンピュータに電力を供給するおよび／またはそのバッテリを充電するためにラップトップコンピュータに差し込まれ得るコネクタを有する他方のコードに取り付けられる。電源アダプタは、電圧調整と、電気的絶縁と、ラインサージからの保護とを行い得る。

民生用電子装置の電源アダプタは大きくかつ重くなる傾向にある。特に、例えばラップトップコンピュータなどのように（例えば４０Ｗを越える）大電力量を取り出す携帯電子装置の電源アダプタは比較的大きくかつ重い。ラップトップコンピュータ用のいくつかの電源アダプタはラップトップコンピュータ自体の重量の２０％より重くなり得る。かなりの期間にわたりユーザが電力コンセントから離れると予測する場合、ユーザはこのようなアダプタを持ち運ぶ必要があり得るので、大きくかつ重い電源アダプタを有するラップトップコンピュータなどのモバイル装置は特に扱い難いものとなり得る。

いくつかの実施形態は電源モジュールに関する。電源モジュールは、筐体と、ＡＣ入力信号をＤＣ出力信号に変換するように構成された前記筐体内のＡＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコンバータを制御するように構成されたコントローラとを備える。前記コントローラは、前記ＤＣ出力信号を受信するように接続されたデバイスに前記電源モジュールの電力供給能力に関する情報を供給するとともに、前記電源モジュールの温度の指標に基づいて前記電源モジュールの前記電力供給能力に関する情報を変更するように構成されている。

いくつかの実施形態は、ＡＣ入力信号をＤＣ出力信号に変換するように構成されたＡＣ／ＤＣコンバータを有する電源モジュールを制御する方法に関する。この方法は、前記電源モジュールの温度を示す前記電源モジュールのパラメータを測定すること、前記電源モジュールの温度を示す前記電源モジュールのパラメータに基づいて電力供給能力情報を決定すること、前記電源モジュールによって電力駆動されるデバイスに前記電力供給能力情報を送信すること、および前記電力供給能力情報に従って前記デバイスに電力を供給することを備える。

いくつかの実施形態は、方法に関する。この方法は、電源モジュールからの電力供給能力情報を前記電源モジュールによって電力駆動されるデバイスによって受信すること、前記電力供給能力情報に基づいて電力供給能力を決定すること、前記決定された電力供給能力に従って前記電源モジュールからの電力を受け取ること、前記決定された電力供給能力の指標を表示することを備える。

いくつかの実施形態は、デバイスに関する。このデバイスは、電源モジュールからの電力供給能力情報を前記電源モジュールによって電力駆動されるデバイスによって受信し、前記電力供給能力情報に基づいて電力供給能力を決定し、前記決定された電力供給能力に従って前記電源モジュールからの電力を受け取り、前記決定された電力供給能力の指標を表示するように構成されたコントローラを備える。

いくつかの実施形態は、電源モジュールに関する。この電源モジュールは、電力変換器と、前記電力変換器を制御するように構成されたコントローラとを備える。このコントローラは、ＤＣ出力信号を受信するように接続されたデバイスに前記電源モジュールの電力供給能力に関する情報を供給するとともに、前記電源モジュールの温度の指標に基づいて前記電源モジュールの前記電力供給能力に関する情報を変更するように構成されている。

いくつかの実施形態は、電源モジュールを制御する方法に関する。この方法は、前記電源モジュールの温度を示す前記電源モジュールのパラメータを測定すること、前記電源モジュールの温度を示す前記電源モジュールのパラメータに基づいて電力供給能力情報を決定すること、前記電源モジュールによって電力駆動されるデバイスに前記電力供給能力情報を送信すること、および前記電力供給能力情報に従って前記デバイスに電力を供給することを備える。

前記電源モジュールは電源アダプタからなるものとすることができる。
前記電源モジュールはさらに、前記電源モジュールの温度を検出して前記電源モジュールの温度の指標を有する信号を生成するための温度センサを備え得る。

前記電源モジュールは、前記ＤＣ出力信号を供給するためのＵＳＢポートを備え得る。
前記電源モジュールは、ＵＳＢの電力供給仕様に従って前記デバイスと通信するように構成され得る。

前記コントローラは、前記電源モジュールの温度の上昇に応じて、前記電源モジュールの低減された電力供給能力を示す情報を前記デバイスに供給するように構成され得る。
前記電源モジュールは、閾値を上回る前記電源モジュールの温度の上昇に応じて、電力供給を低減することを前記デバイスと取り決めるように構成され得る。

前記電源モジュールは、前記筐体内に少なくとも１つのコンパートメントをさらに備え得る。前記少なくとも１つのコンパートメントは、２５℃〜８５℃の遷移温度、任意で３０℃〜５０℃の遷移温度を有する相変化材料を含む。

前記電源モジュールはさらに、前記相変化材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第２の材料を備え得る。前記第２の材料は前記相変化材料の第１領域と第２領域との間に存在する。

前記第２の材料は金属からなり得る。
前記電源モジュールは、４立方インチ以下の容積を有し得る。
前記相変化材料は、前記電源モジュールが３０分の期間に少なくとも４５Ｗの平均電力を供給する場合に前記筐体の外面温度を４０℃未満に維持するような容積および構成からなり得る。

前記相変化材料は、前記電源モジュールが２時間の期間に少なくとも４５Ｗの平均電力を供給する場合に前記筐体の外面温度を４０℃未満に維持するような容積および構成からなり得る。

前記電源モジュールの前記電力供給能力は、電力、電流、および／または電圧の少なくとも１つを含み得る。
前記電源モジュールは、前記電源モジュールにおける経時的なエネルギーを測定することによって前記電源モジュールの温度の指標を決定するように構成され得る。

前記パラメータの測定は、温度センサを用いて行われ得る。
前記パラメータは、前記電源モジュールによって経時的に処理されるエネルギーの量を含み得る。

前記パラメータが、閾値を超える前記電源モジュールの温度の上昇を示す場合に、前記電力供給能力情報が、低減された電力供給能力を示すように変更され得る。
前記方法はさらに、前記デバイスから、選択された電力供給能力を受信することを含み得る。

前記電源モジュールは、前記選択された電力供給能力に基づいて制御され得る。
いくつかの実施形態は、本明細書に記載のいずれかの方法を実施するように実行される命令を記憶した非一時的コンピュータ読み取り可能記憶媒体に関する。

上記の概要は例示として提供されており、制限されることを意図していない。図面において、各図に示される同様またはほぼ同様な各部品は同じ参照符号により表されている。明暸性の目的のため、すべての部品がすべての図面に表示されていない場合がある。図面は必ずしも原寸に比例していなく、むしろ本明細書に記載される技術の種々の態様を例示するために強調されている。

いくつかの実施形態による、能動的熱除去システムを有する電源アダプタを示す図。 図１の電源アダプタの断面図。 図１の電源アダプタの側断面図。 複数のエンクロージャを備えた受動的熱除去システムを有する図４Ｂの電源アダプタの断面図。 複数のエンクロージャを備えた受動的熱除去システムを有する電源アダプタの斜視図。 熱絶縁キャップを備えた受動的熱除去システムを有する図５Ｂの電源アダプタの断面図。 熱絶縁キャップを備えた受動的熱除去システムを有する電源アダプタの側面図。 高熱質量の領域を備えた受動的熱除去システムを有する電源アダプタの側断面図。 線Ｂ−Ｂ’に沿った図６Ａの電源アダプタの断面図。 線Ｃ−Ｃ’に沿った図６Ａの電源アダプタの断面図。 高熱伝導率の領域と高熱質量の領域とを備えた受動的熱除去システムを有する電源アダプタの側断面図。 図７Ａの電源アダプタの断面図。 電源および制御回路２０６と任意選択のセンサとインジケータ装置とを示すブロック図。 電力レベルの選択に関して電源モジュールと電力駆動デバイスとの間での情報のやり取りを示す図。 デバイスに供給されている電力のレベルの指標の表示をユーザに対して示す図。 電力供給レベルを判定する方法を示すフローチャート。 複数のＤＣ出力接続ポートを有する電源アダプタを示す図。

いくつかの実施形態は、電子装置へ電力を供給するために標準的なＡＣコンセント電圧をＤＣ電圧へ変換するように設計されたＡＣ／ＤＣ変換器を有する電源アダプタなどの電力変換モジュールに関する。

上述のように、例えばラップトップコンピュータなどのように（例えば４０Ｗを越える）かなりの電力量を消費する携帯電子装置の電源アダプタは大きくかつ嵩張る傾向がある。本発明者らは、いずれもこのような電源アダプタの大きさを低減することを妨げ得る２つの重要な制限があると考えている。

１つの制限は、電力変換に使用される受動素子（例えば、インダクタ、キャパシタ）の最小サイズである。電力変換電子機器が、典型的な電力変換器スイッチング周波数でスイッチングするスイッチングモード型電力変換器を利用する場合、このような電力変換器に必要な受動素子は、スイッチング期間中に十分な量のエネルギー蓄積量を供給するためにかなり大型である必要が有り得る。このような制限が適用される場合、電源アダプタの大きさを低減する能力が受動素子の大きさにより制限されるので、電源アダプタの大きさを低減することができない。

高周波スイッチング電力変換器を使用すれば、受動素子の大きさを低減し得るものとなるため、電源アダプタの大きさを低減し得る。しかし、高周波スイッチング電力変換器が使用される場合、電源アダプタの大きさを低減する能力は、受動素子の大きさには制限されなくなるものの、電源アダプタから熱を除去する能力により制限される。電力変換回路は、効率を最大化するためにいかにうまく設計されようと、効率は１００％未満であり、失われた電力は熱に変換される。電源アダプタが小さく作られれば作られるほど、その電力変換電子機器により発生される熱を除去することがより難しくなる。熱を適切に除去できないと、部品寿命を低減し得る温度の上昇を招き得る、および／または電源アダプタの温度が民生用電子装置の許容規格を越え得る。例えば、民生用電子機器用途用に設計されたプラスチック筐体を有する電源アダプタは、ＩＥＣおよびＵＬ規格を満足するために８５℃未満の外面温度を維持することを要求され得る。標準的な電源アダプタは小さな容積内に生成されるかなりの量の熱を除去するように設計されていない。

以下、いくつかの実施形態に従って、１つまたは複数の電子装置に対してかなりの電力量を供給可能な比較的小サイズの電源アダプタを形成可能とする技術を説明する。以下で説明する技術は、小サイズの電力変換器から熱を高信頼度で除去可能にする。以下では、能動的熱除去システム、受動的熱除去システム、またはハイブリッド熱除去システムを含む熱除去システムについて説明する。

いくつかの実施形態では、電源アダプタは、電源アダプタの温度を許容動作範囲に維持可能にするために、電源アダプタにより発生される熱を除去する例えばファンなどの作動式熱除去装置を含む。いくつかの実施形態では、筐体の外からの冷気の流入と加熱空気の流出とを可能にするために１つまたは複数の開口が電源アダプタの筐体に設けられる。このような開口は、電源アダプタの１つまたは複数の側面の開口が遮断される場合の冗長性を与えるために筐体の２つ以上の側面に設けられ得る。

図１は、いくつかの実施形態による電源アダプタ１の一例の斜視図を示す。電源アダプタ１は、プラスチックまたは任意の他の好適な材料で形成され得る筐体１００を含む。図１に示すように、筐体１００は、矩形（例えば、四角）断面を有する略直方体状を有し得る。いくつかの実施形態では、筐体の端は、丸くまたは面取りされ得る。しかしながら、以下に説明する技術では、筐体１００は直方体状に限定されず、円形などの任意の好適な形状を有することもできる。あるいは、いくつかの実施形態では、筐体はほぼ平坦（例えば、図１の垂直方向に沿った高さが１／２インチまたは１／４インチ未満）であってもよい。

プラグ１０２が電源アダプタ１の一端に設けられる。図１の実施形態では、プラグ１０２は、筐体１００に固定され得るエンドキャップ１１０に取り付けられる。プラグ１０２は標準的な電気コンセントに差し込まれるように成形され得る。例えば、プラグ１０２は約１２０ＶＲＭＳのＡＣ電圧を供給する標準的な米国電気コンセントに差し込まれるように成形され得る。しかしながら、本明細書で説明する技術はこの点に限定されず、電源アダプタ１は、任意の好適な電気コンセントに差し込まれるように成形されたプラグを備え得る。さらに、本明細書で説明する技術は、電源アダプタ１の端部に配置されるプラグ１０２に限定されず、いくつかの実施形態では、電源アダプタ１の端部に取り付けられるコードが提供されてもよく、このコードが好適なプラグを含んでいてもよい。

電源アダプタ１は、コネクタ１０６を使用して電源アダプタを電子装置へ接続できるようにするためにコード１０４に接続され得る。コネクタ１０６は、民生用電子装置のＤＣ電源入力へ接続するのに好適な多種多様な形状のうちの任意の形状を有し得る。

図１は、筐体１００内へのおよび／または筐体１００内からの空気の流れを可能にするための１つまたは複数の開口１０８，１１２を筐体１００が含み得ることを示す。いくつかの実施形態では、電源アダプタは、作動式熱除去装置２０２（例えば、図３参照）を含み得る。作動式熱除去装置２０２は、例えばファンまたは筐体１００を通る空気流を引き起こすことができる別の装置であり得る。作動式熱除去装置２０２がファンを含む場合、例えば圧電ファンまたは静電気ファンなどの任意の好適なタイプのファンが使用され得る。いくつかの実施形態では、ファンは、ファンモータ上に直接冷気を引出してファンの寿命を延長するように構成されている。いくつかの実施形態で使用される別の好適なタイプの作動式熱除去装置は電気機械式空気ポンプ（例えば、ベローズ）である。電気機械式空気ポンプは、一陣の空気を筐体内へおよび筐体から駆動し得る。いくつかの実施形態では、電気機械式空気ポンプが使用される場合、筐体の一部は、筐体内の空気の移動を引き起こすための作動可能部材として動作可能であり得る。作動可能部材はいくつかの実施形態では柔軟性のある膜であり得る。作動可能部材は、プレナム部（plenum）を有する連続空間を形成する任意の位置に配置され得る。

いくつかの実施形態では、作動式熱除去装置は、電源アダプタ１の電力変換回路に向かってまたはそれから離れる方向へ空気の流れを引き起こし得る。上述のように、図１は、筐体内へのまたは筐体からの空気の流れを可能にするための１つまたは複数の開口１１２，１０８が筐体１００に設けられ得ることを示している。いくつかの実施形態では、開口１１２は筐体１００内への空気の流れを可能にする入口として機能し、開口１０８は筐体１００からの空気の流れを可能にする出口として機能し得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の開口は、電源アダプタ１の長手軸に沿って配置された筐体１００の各側面に設けられ得る。図１の実施形態では、筐体は、電源アダプタの長手軸に沿って配置された４つの側面を有し、各側面は開口１１２（例えば、入口）と開口１０８（例えば、出口）とを含む。図２は、破線Ａ−Ａ’に沿った図１の電源アダプタの断面を示す。図２に示すように、電源アダプタは破線Ａ−Ａ’により規定された断面に沿って４つの側面を有し得る。

本発明者らは、電源アダプタの１つまたは複数の側面が、開口１０８および／または１１２を通る空気の流れを妨害し得る１つまたは複数の物体（床、壁、家具、毛布など）に立て掛けられる場合があることを認識している。したがって、空気の流れが電源アダプタの１つまたは複数の側面上の物体により妨害される場合に備えて、筐体を通る空気の流れを可能にする開口を電源アダプタの２つ以上の側面に設けることが望ましい。電源アダプタの２つ以上の側面に開口を設けることによって、電源アダプタの第１の側面が空気遮断物体に立て掛けられる場合に、電源アダプタの別の側面の開口を通って筐体１００を通る空気の流れがもたらされ得る。図１〜図３の実施形態では、電源アダプタの４つの側面に開口が設けられることにより、電源アダプタの３つの側面において空気の流れが遮断されても、電源アダプタの第４の側面の１つまたは複数の開口を通る空気の流れにより冷却が行われ得る。しかしながら、本明細書で説明する技術はこの点に限定されず、いくつかの実施形態は、開口が配置される電源アダプタの側面の数に制限されない。

いくつかの実施形態では、筐体１００におけるすべての開口を通る空気の流れが遮断された場合に、電源アダプタのコントローラは、電源アダプタにより供給される電力量を低減するように制御し得る。電源アダプタは、電力変換電子機器におけるまたは別の位置における電源アダプタの内部温度を感知する温度センサを含み得る。温度センサにより感知された温度が閾値を越えると、コントローラは、その出力において供給される電力の量が低減または電力の供給が停止されるように電力変換電子機器を制御し得る。電源アダプタが冷却され、電源アダプタの温度が好適な動作点に達すると、コントローラは、電力供給が再開および／または増加されるように電力変換電子機器を制御し得る。

図３は、電源アダプタ１の内部を示す側断面図を示す。図３に示すように、電源アダプタ１は、ＡＣ入力信号（例えば、プラグ１０２において受信された信号）をＤＣ出力信号（例えば、コード１０４を介して外部電子装置へ供給される信号）に変換するためのパワー電子部品と制御回路とを含む電源および制御回路２０６を含む。

いくつかの実施形態では、電源および制御回路２０６はヒートシンク２０４上に配置され得る。ヒートシンク２０４は、電源および制御回路２０６により生成された熱を筐体内のプレナム部内に放散可能とする広い表面積を提供する突起２０５を有し得る。突起２０５はまた、空洞内に乱気流を生成しこれによりヒートシンク２０４の表面からの熱の放散を促進する。ヒートシンク２０４の突起２０５は図２にも示される。

上述したように、作動式熱除去装置２０２は、ヒートシンク２０４に向けてまたはそれから離れる方向へ空気を吹き付けるファンであり得る。図３に示す一実施形態では、作動式熱除去装置２０２は、１つまたは複数の入口孔１１２（破線で示す）からヒートシンク２０４へ向けて空気を送り、その空気を１つまたは複数の出口孔１０８（同様に破線で示す）を通して押し出すように構成されている。しかしながら、本明細書で説明する技術はこの点に限定されず、いくつかの実施形態では、作動式熱除去装置２０２は空気の流れを反対方向に引き起こすように構成され得る。

いくつかの実施形態では、電源および制御回路２０６は、気密エンクロージャで囲まれ得る（および任意でポッティングされ得る）。電源および制御回路２０６を気密エンクロージャ内に密閉することで、空気が通るプレナム部から電源および制御回路２０６を絶縁し得るとともに、電源および制御回路２０６を液漏れ、汚れ、ダストなどの異物から保護し得る。電源および制御回路２０６を密閉する気密エンクロージャの使用により、電源および制御回路２０６内の部品の故障が発生した場合に、悪臭ガスの放出を防止し得るものとなり、例えばＦＡＡ規則への準拠を容易にし得る。

作動式熱除去装置は、筐体１００内の好適な制御接続（図示せず）を介して電源および制御回路２０６により制御され得る。同様に、電源および制御回路２０６とプラグ１０２との間の接続を提供するために、導体（図示せず）が筐体１００内に設けられ得る。

上記実施形態では、筐体１００の１つまたは複数の開口が電源アダプタの各側面に設けられる。しかしながら、本明細書で説明する技術は、筐体１００の開口を電源アダプタ１の各側面に設けることに限定されず、いくつかの実施形態では、１つまたは複数の開口が電源アダプタの端部に設けられ得る。例えば、プラグ１０２が含まれる場合、空気が電源アダプタ１へ流入および／またはそれから流出するようにするために、プラグのピン間に開口が設けられ得る。いくつかの実施形態では、エンドキャップ１１０と電気ソケットとの分離を保証しこれによりプレナム部を生成するために１つまたは複数のスペーサがエンドキャップ１１０上に含まれ得る。

いくつかの実施形態では、信頼性、費用、雑音を考慮して受動的熱除去システムが提供され得る。受動的熱除去システムは作動式熱除去装置を使用することなく熱を除去し得る。

既存の電源アダプタは、ピーク負荷下のアダプタ内で消費される電力により設定される最小外側表面積を有する。消費電力Ｐdissは、アダプタ効率ηにより決定されるアダプタ入力電力と出力電力との差に対応し、Ｐdiss＝（（１−η）／η）×Ｐoutに等しい。Ｐdissの大きさは、内部部品が過熱しないことを保証するためのアダプタの表面へ運ばれるべき全熱流束を決定する。熱流束が広がる表面積（アダプタシステムの表面積）が筐体の外面の温度に影響を及ぼす。筐体の表面に直接アクセス可能である（例えば人または他の物体により接触され得る）場合、筐体の表面は安全温度未満に維持され得る。安全温度はプラスチックケースに関しては８５℃、金属ケースに関しては７５℃であり得る。表面積に加えて、その放射率、形状係数、配向、周囲環境を含む他の要因が表面温度に影響を及ぼし、様々な環境において使用され得るアダプタの場合、別の表面（絨毯、テーブル面、または長椅子クッションなど）に接触しているかどうかが表面温度に影響を及ぼす。外面の動作温度は安全温度未満に維持され、ユーザが装置に触れる際に不快を感じないように、または誤動作を感知しないように、筐体の外面の温度をさらに低く（５０℃未満または６０℃未満などに）保つことが望ましい場合もある。

消費電力と、表面積と、表面温度と、電源アダプタ（主電力変換器など）内に存在する従来のパワー電子部品に関するいくつかの寸法制限との間の関係により、所与の電源アダプタ効率に関する電源アダプタの最小容積（例えば、境界ボックス）が設定される。電源アダプタは、所望の外面温度を越えることなく境界ボックスの容積より小さくされない。一般的な業界の理解は、現在の受動的冷却アダプタがより小さくなるためにはアダプタをより効率的にする必要があるということである。

標準的な電源アダプタのパワー電子部品に対してパワー電子部品の大きさを劇的に低減することにより、追加の自由度を設計空間へ導入する。いくつかの実施形態では、１ＭＨｚ以上の比較的高いスイッチング周波数を有するパワー電子部品は、パワー電子部品の大きさを１０倍またはそれ以上低減することを可能にし得る。いくつかの実施形態では、パワー電子部品は、ＶＨＦ範囲（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）内のスイッチング周波数を有し得るとともに、効率を最大化するために共振スイッチング技術および／またはソフトスイッチング技術を利用し得る。好適な電力変換回路の例は、参照によりその全体を本明細書に援用するＰＣＴ出願のＷＯ２０１２／０２４５４２（ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４８３２６）に記載されている。パワー電子部品の大きさが劇的に低減され得るので、現在のレベルと同等の効率でも受動的熱除去の別の選択がなされる。

上述のように、パワー電子部品により発生される熱は、電源アダプタ筐体の境界面を通して放散される必要があり得る。効率が向上されない場合、内部アダプタ部品をそれらの動作限界内温度に維持するとともに外面を許容温度範囲内に維持するために同じ熱流束が放出される必要があり得る。電源アダプタ筐体内の空間のほぼすべてがパワー電子部品により占められ得る従来の電源アダプタとは対照的に、高スイッチング周波数でスイッチングするパワー電子部品ははるかに小型にされ、電源アダプタ筐体の容積のうちのさらに小さな部分を占め得る。

いくつかの実施形態では、電源アダプタの筐体は、内側エンクロージャと外側エンクロージャを有し得る。パワー電子部品を囲む内側エンクロージャは、外側エンクロージャよりも高い温度を有し得る。外側エンクロージャは温度範囲を越えない（例えば、安全温度未満および／または触れても大丈夫な範囲内の）外面を有し得る。より高い温度の内部エンクロージャがアダプタ電子部品からの熱の除去を対流により容易にする。対流は、内側エンクロージャと外側エンクロージャとの間のプレナム部によって可能になる。より高い温度の内部エンクロージャは、より強い対流を引き起こして、より小さな全表面積により効果的な熱除去を可能にすることを助ける。外部のより低い温度のエンクロージャはいくらかの熱を運び去り、温度範囲を越え得ない（例えば、安全温度未満および／または触れても大丈夫な範囲内の）温度を維持する。

図４Ａは、いくつかの実施形態による、内側エンクロージャ６０４と、プレナム部６０３により分離された外側エンクロージャ６０２とを有する電源アダプタ６０１の断面を示す。図４Ｂは、破線で示す内側エンクロージャ６０４を有する電源アダプタ６０１の斜視図を示す。図４Ａに示すように、電源および制御回路２０６は内側エンクロージャ６０４で囲まれ得る（例えば、その中に密閉され得る）。

内側エンクロージャ６０４は、プレナム部６０３内における内側エンクロージャ６０４の表面積を増加するとともに対流を改善するために自身から延びる突起６０６を有し得る。突起６０６は、フィン、熱パイプ、またはフィンと熱パイプとの組み合わせ、または他の構造を含み得る。内側エンクロージャ６０４と外側エンクロージャ６０２との間の空気容積がプレナム部６０３を形成し、プレナム部６０３では、熱は外側エンクロージャ６０２の開口６０５を貫流し得る対流駆動気流に変換される。開口６０５は、任意の好適な形状を有し得る。電源アダプタの全容積は、少なくとも部分的には内側エンクロージャ６０４の温度上昇とより小さなパワー電子部品との理由のために、同じ効率および電力レベルの既存アダプタより小さくされ得る。内側エンクロージャ６０４のピーク温度は、プレナム部６０３に割り振られた全容積、突起６０６の形状と表面積、内側エンクロージャ６０４の外面の放射率、および他の要因により制限され得る。

いくつかの実施形態では、内側エンクロージャ６０４は、外側エンクロージャ６０２よりも高い熱伝導率を有し得る。内側エンクロージャ６０４および／または突起６０６は、例えば金属または任意の他の好適な材料など高い熱伝導率を有する材料で形成され得る。外側エンクロージャ６０２は、例えばプラスチックなどのユーザが触れるのに好適な低い熱伝導率を有する材料で形成され得る。外側エンクロージャ６０２は、外部接触温度を許容可能な低レベルに維持するために熱絶縁材料で形成され得る。これにより、内側エンクロージャ６０４の加熱によりプレナム部６０３を介して駆動される対流が内側エンクロージャ６０４からの熱流束の大部分を電源アダプタの外部へ運び得る。

内側エンクロージャ６０４は密閉され、アダプタ電子部品を液体や汚れなどの汚染物質から保護し得る。内側エンクロージャ６０４が例えば金属などの導電性材料で形成される場合、内側エンクロージャ６０４は、ユーザが外皮内の孔の中に導電性物体を挿入したとしても感電を防止する電気障壁を形成し得る。内側エンクロージャ６０４が導電性材料で形成される場合、内側エンクロージャ６０４は効果的な電磁障害（ＥＭＩ）障壁を提供し得る。

内側エンクロージャ６０４は、地球表面に対するアダプタ配向によらず対流が支援され得るように設計され得る。例えば、球座標系のθとφ軸を中心とする対称性を有する構造がこのような振る舞いを有し得る。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、外側エンクロージャ６０２は、ユニタリ構造を有し得る。しかしながら、本明細書で説明する技術はこの点に限定されず、外側エンクロージャ６０２は、ユーザと高温の内側エンクロージャ６０４とが接触するのを防止し得るように、外側エンクロージャ６０２を形成する複数の部品を有する非ユニタリ構造を有していてもよい。

例えば、図５Ａの断面図と図５Ｂの側面図に示すように、電源アダプタ７０１の内側エンクロージャ６０４は熱伝導性の針であり得る多くの突起６０６を含み得る。突起６０６は直平行六面体などの平行六面的または他の幾何学的容積を作り込み得る。熱絶縁キャップが突起６０６のそれぞれの先端に付けられ得る。集合的に、熱絶縁キャップは、エンクロージャ６０４および／または突起６０６とユーザが直接接触するのを防止するとともに低い接触温度を提供する外側エンクロージャ６０２を形成し得る。熱絶縁キャップは任意で互いに接触していてもよいが必ずしもその必要はない。適切に寸法決めされたキャップがユーザによる接触アクセスを防止し得るので、突起６０６の密度はユーザによる接触アクセスを防止するように設計される必要は無い。突起６０６の間隔は対流熱伝導と安全性とを最大化するように調整され得る。突起６０６は、筒状、フィン状など任意の好適な形状を有してもよいし、任意に湾曲された面または直線状の面を有してもよい。

いくつかの実施形態では、電源アダプタは、ある時は受動的冷却を利用しまた別の時には能動的冷却を利用するハイブリッド熱除去システムを有し得る。例えば、ハイブリッド熱除去システムは、熱を能動的に除去するために、必要でないときにはオフされるが必要に応じてオンされる作動式熱除去装置を有し得る。例えば、電源アダプタの温度が感知される場合、電源アダプタのコントローラは、その温度が閾値を越えると作動式熱除去装置をオンし得る。いくつかの実施形態では、ハイブリッド熱除去システムは、受動的熱除去システム内のワーストケース熱負荷を取り扱うためにアダプタサイズを増加する必要性を回避し得る。いくつかの実施形態では、ハイブリッド熱除去システムは、冷却アクチュエータが大部分の時間（例えば、連続的に）作動する能動的熱除去システムよりも高い信頼性を有し得る。ハイブリッド熱除去システムは、純粋な能動的熱除去システムよりも小さな作動式熱除去装置の使用を可能にし得る。能動モードで間欠的に動作するハイブリッド熱除去システムは、可動部品の摩耗を低減し、雑音を低減し、および／または汚れまたはダストの収集などの問題を低減し得る。いくつかの実施形態では、ハイブリッド熱除去システムは、作動式熱除去装置２０２（例えば、図３に示すような）だけでなく例えば図４または図５に示すような複数のエンクロージャを有する筐体を有し得る。いくつかの実施形態では、ハイブリッド熱除去システムは、作動式熱除去装置２０２と高い熱質量を有する材料とを有し得る。高熱質量を有する材料を使用する受動的熱除去システムについては、図６と図７に関連して説明する。

電源アダプタ内の熱を制御するための本明細書で説明する技術は、比較的小さな容積を有する電源アダプタにおいて特に有用であり得る。上述のように、この技術は、電源アダプタ筐体から加熱空気を追い出すためにファンまたはベローズなどの作動式熱除去装置を使用することにより電源アダプタから熱を能動的に除去することを含み得る。このような技術は、内側エンクロージャと、１つまたは複数の開口を有する外側エンクロージャとを有する筐体を使用することにより、電源アダプタから受動的に熱を除去することを含み得る。しかし、本発明者らは、こうした開口が欠点を有する可能性もあるので、電源アダプタ筐体の開口を使用することなく電源アダプタ内の熱を制御することが望ましい場合があることも認識している。例えば、電源アダプタ筐体の開口は、電源アダプタの寿命を低減し得る汚れ、ダスト、または湿気の進入を許容し得る。電源アダプタ筐体の開口が遮断されると熱除去効率が低減し得る。一部の製造者と消費者は、製品外観および／または安全規則への準拠の理由で完全に閉じた電源アダプタを好むこともある。

いくつかの実施形態では、電源アダプタが使用される方法を考慮することで、熱を除去するための筐体の開口を必要としない好適な動作温度で動作する電源アダプタを設計できるようにし得る。電源アダプタの例示的な使用は、ラップトップコンピュータなどの電子装置を給電することである。ラップトップのバッテリが充電されている場合、最大電力量がラップトップにより取り出され得る。典型的なラップトップバッテリは未充電状態から完全充電するのに約１．５〜２．５時間かかり得る。この間、かなりの電力量（４０Ｗまたは６０Ｗを越える）が電源アダプタを介してラップトップバッテリへ連続的に供給され得る。バッテリが約８０％充電に達すると、取り出される電力量は低減され得る。バッテリの充電はラップトップ自体を単純に給電するより多くの電力を消費する。ラップトップコンピュータのプロセッサが完全利用状態で動作していても、プロセッサから取り出される最大電力は、ウルトラブックの１３Ｗ程度であり得る熱設計電力以下であり得、バッテリを充電するのに必要な電力量よりはるかに小さい。したがって、枯渇バッテリを有するラップトップが電源アダプタに差し込まれる典型的な使用ケースでは、電源アダプタは約１．５〜２．５時間の間かなりの電力量を供給し、バッテリが充電されると電力要求は低レベルへ下がる。

本発明者らは、電源アダプタ内の熱は、電源アダプタがラップトップバッテリを充電するために電力を供給する約１．５〜２．５時間の間、電源アダプタの外面上の温度が最大値（例えば、３０〜４０℃）を上回らないように電源アダプタの熱質量を増加することにより管理することができるということを認識および理解している。典型的なラップトップ電源アダプタの寿命サイクルでは、電力供給要件は通常この時点で低下し、電源アダプタに蓄積熱を放散する時間を与える。

ある状況では、ユーザは、電源アダプタの典型的な使用パターンに従わない方法で電源アダプタを使用することを判断する場合がある。例えば、ユーザが、バッテリを充電し、次にバッテリを取り除き、その後、二次バッテリを直ちに充電することを判断する場合がある。しかし、このような使用ケースは比較的まれであり、このような状況は、電源アダプタにより供給される電力量を低減することにより、またはこうしたケースを考慮して電源アダプタが増加熱質量を有するように設計することにより対処され得る。

上述のように、比較的小さな容積を有する電源アダプタを作製することが望ましい。しかし、電源アダプタの質量を低下することは、熱を吸収し得る材料を収容するための空間が小さくなるので電源アダプタの熱質量を増加することと相反する。

いくつかの実施形態では、電源アダプタは、比較的高い熱質量または熱吸収能力を有する材料を含み得る。高熱質量を有する材料を含むことにより、電源アダプタは、高い熱質量対容積比を有し得る。電源アダプタの熱質量は、電源アダプタ筐体の表面温度が所望レベルを越えて増加することなく電源アダプタが（例えば、４０Ｗまたは６０Ｗを越える電力で）１．５〜２．５時間の間ラップトップバッテリを充電することができる点まで増加され得る。いくつかの実施形態では、比較的高い熱質量を有する材料は、材料内に相変化を生じさせることにより熱を吸収する相変化材料であり得る。例えば、相変化材料は遷移温度において固体材料から液体材料へ変化し得る。様々な遷移温度を有する相変化材料が設計され得る。いくつかの実施形態では、電源アダプタ内の熱を吸収するのに好適な遷移温度を有するとともに電源アダプタの表面温度を所望の動作範囲（例えば、約３０〜４０℃未満）に制限する相変化材料が選択され得る。所望の動作範囲近傍の遷移温度を有する相変化材料が選択され得る。例えば、いくつかの実施形態では、約３０〜４０℃の遷移温度を有する相変化材料が選択され得る。しかし、これは単に一例であり、他の遷移温度が利用され得る。上述のように、ラップトップバッテリを充電するために必要な時間などの期間中に電源アダプタの表面が選択温度を上回るのを防止するために好適な量の相変化材料が含まれ得る。

いくつかの実施形態では、電源アダプタは、相変化材料を含むために１つまたは複数のコンパートメントを含み得る。このようなコンパートメントは、相変化材料が液体状態でコンパートメントから漏れるのを防止するように密閉され得る。いくつかの実施形態では、相変化材料は電源アダプタの外面周辺のコンパートメント内に設けられ得る。固体相変化材料は比較的低い熱伝導率を有し得るので、相変化材料のコンパートメントは、電源アダプタの表面への熱伝導を過度に遮断することなく電源アダプタ内に発生した熱を吸収し得るやり方で配置され得る。換言すれば、電源アダプタは、相変化材料が電源アダプタの内部から外部への熱束を過度に遮断しないように設計され得る。いくつかの実施形態では、電源アダプタは、熱が電源アダプタの内部から外部に流れるための高熱伝導率の経路を設けるために高熱伝導率を有する材料を含み得る。金属（例えば、アルミニウム）などの高熱伝導率を有する任意の好適な材料が使用され得る。電源アダプタの内部から外部への高熱伝導率の経路を設けることにより、熱は相変化材料からより容易に除去され得る。これにより、電源アダプタから熱を除去するために必要な時間を低減し得るものとなり、したがってリセット時間は過度に長くならない。

相変化材料は、アダプタにより発生される熱のごく一部を吸収するだけでよい。熱の残りはアダプタ筐体の外面を通じて去り得る。対流除去対吸収比は、外皮が到達を許容される温度に依存する（相変化材料の遷移温度と、電力変換器から外面までの高熱伝導率経路と相変化材料を通る経路との比との関数である）。

図６Ａは、いくつかの実施形態による、比較的高い熱質量を有する電源アダプタの側断面図を示す。図６Ｂは線Ｂ−Ｂ’に沿った図６Ａの電源アダプタの断面を示す。図６Ｂは線Ｃ−Ｃ’に沿った図６Ａの電源アダプタの断面を示す。図６Ａ〜６Ｃの電源アダプタは、高熱伝導率の領域（例えば、金属）７０２と交互に配置された相変化材料７０４のコンパートメントを含む。高熱伝導率材料７０２は、電源アダプタの内部から外部への熱の伝導を可能にし得る一方、相変化材料７０４は高熱質量を提供するとともにかなりの熱量の吸収を可能にし得る。外側エンクロージャ７０６は電源アダプタ周辺に形成され得、ユーザにより接触されるのに好適な低熱伝導率の材料（例えば、プラスチック）で形成され得る。

図７Ａは、相変化材料のコンパートメントが電源アダプタの筐体周囲に分散された別の実施形態による電源アダプタの側面図を示し、図７Ｂは電源アダプタの線Ｄ−Ｄ’に沿った断面図を示す。高熱伝導率領域（例えば、金属）８０２は高熱質量領域８０４（例えば、相変化材料を含み得る）間に形成され得る。図７Ａは、高熱伝導率領域８０２が電源アダプタの内部から外部へ延びるポストであり得るということを示す。

電源アダプタの熱質量を増加することにより、加熱空気が放出されるように電源アダプタ筐体に開口を形成する必要なく、熱を制御できるようにすることができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、対流熱伝導を容易にするために開口が筐体に含まれ得る。この点で、電源アダプタの熱質量を増加する技術は、内側および外側エンクロージャを有する筐体などの別の受動的熱除去概念と組み合わせられ得る。代替的または追加的に、電源アダプタの熱質量を増加する技術は、作動式熱除去装置を使用するなどの能動的熱除去概念と組み合わせられ得る。

いくつかの実施形態では、電源アダプタは電子装置を「急速充電」するように構成され得る。従来の電源アダプタを使用して、携帯電話、タブレットコンピュータ、またはラップトップコンピュータなどの民生用電子装置のバッテリを充電するには１〜３時間以上かかり得る。例えば、１５Ｗを供給する従来の電源アダプタは、完全に枯渇された状態からタブレットコンピュータのバッテリを充電するのに約１時間かかり得る。特に、限られた時間がバッテリ充電のために利用可能な場合には、より急速にモバイル装置を充電することが望ましい場合がある。一例として、旅行者は飛行機に乗る前に携帯電話またはタブレットコンピュータのバッテリを充電したい場合がある。いくつかの実施形態では、電源アダプタは、バッテリをより急速に充電できるようにするために、より高い電力量を供給し得る。例えば、１５Ｗを供給する電源アダプタにより１時間かかるのと比較してモバイル装置またはタブレットコンピュータを１時間のうちわずかな時間内に（例えば１５分未満で）充電できるようにし得る電源アダプタは６０Ｗを供給し得る。

本発明者らは、「急速充電」のために設計された電源アダプタは、「急速充電」電源アダプタが比較的短い時間（例えば、１５〜３０分以下など１時間未満）の間だけ電力を供給し得るので数時間ラップトップバッテリを充電するように設計された電源アダプタよりも低い熱吸収能力を必要とし得ると認識している。高熱質量を有する材料（例えば、相変化材料）を含む「急速充電」電源アダプタは、より長い時間の間電力を供給するように設計された電源アダプタよりもこのような材料を少なく含み得る。代案としてまたは追加的に、熱除去装置は間欠的に（例えば、より低いデューティ比で）動作し得る。いくつかの実施形態では、「急速充電」電源アダプタは、より長い時間の間電力を供給するように設計された電源アダプタより小さく設計され得る。

図８は、いくつかの実施形態による、任意のセンサ群やインジケータ装置とともに電源および制御回路２０６を示すブロック図を示す。図８に示すように、電源および制御回路２０６は、ＡＣライン電圧などのＡＣ入力電圧を受け取るように接続される。ＡＣ／ＤＣ変換器４０２は、ＡＣ入力電圧をＤＣ出力電圧に変換するように構成されている。いくつかの実施形態では、ＡＣ／ＤＣ変換器４０２は、整流器とその後段のＤＣ／ＤＣ変換器とを含み得る。ＤＣ／ＤＣ変換器は、ＶＨＦ範囲（３０ＭＨｚ〜３００ＭＨｚ）内などの比較的高いスイッチング周波数で動作し得るとともに、効率を最大化するために共振スイッチング技術および／またはソフトスイッチング技術を利用し得る。好適な電力変換回路は、参照によりその全体を本明細書に援用する２０１１年８月１８日出願のＰＣＴ出願であるＷＯ２０１２／０２４５４２（ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０４８３２６）に記載されている。しかしながら、本明細書で説明する技術はこの点に制限されず、他の好適なタイプのＡＣ／ＤＣ変換器が使用され得る。

コントローラ４０４は、提供される好適な制御信号を使用することによりＡＣ／ＤＣ変換器４０２および作動式熱除去装置２０２の動作を制御し得る。いくつかの実施形態では、上述したように、コントローラ４０４は、温度センサ４０６から信号を受信し得るとともに、温度が閾値を越えると、供給される電力量を低減するようにＡＣ／ＤＣ変換器４０２を制御し得る。いくつかの実施形態では、コントローラ４０４は、温度センサ４０６からの温度信号に応答して、作動式熱除去装置２０２の作動を増加または低下し得る（例えば、ファンが使用される場合、ファンの速度が変化され得る）。

図９Ａに示されるように、いくつかの実施形態では、電源モジュール１０００（例えば電源アダプタ）は、電力を供給するデバイス２０００に対して、電源モジュール１０００の電力供給能力に関する情報、例えば、電源モジュール１０００によって供給することができる電力、電圧、および／または電流の利用可能なレベルなどを提供し得る。電力供給能力情報の一例として、電源モジュール１０００は、そのＤＣ出力接続ポートに生成可能な電力、電圧、および／または電流の利用可能レベルのテーブルを公開し得る。電源モジュール１０００は、その電源モジュールによって電力駆動されるデバイス２０００と通信することで、そのデバイス２０００に供給する電力、電圧、および／または電流を取り決め得る。デバイス２０００は、電力供給能力情報を受信および確認すると、電源モジュール１０００に電力供給レベル選択情報を送ることにより、適切なレベルの選択を電源モジュール１０００に伝える。電源モジュール１０００は、電力供給レベル選択情報を受信すると、この情報に基づく電力、電圧、および／または電流のレベルをデバイス２０００に供給するようにコントローラ４０４によって制御される。

この通信を行うために任意の適切な通信バス（有線またはワイヤレスバスを含む）および／または通信プロトコル（有線またはワイヤレスプロトコルを含む）を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、通信は、ＵＳＢ電力供給仕様に従ったＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）接続を介して行われ得る。しかしながら、これは単に例示であり、任意の適切な通信プロトコルを使用することができる。有線接続を介して通信が行われるいくつかの実施形態では、電源モジュール１０００からデバイス２０００に電力を供給する同じ有線接続を介して通信が行われてもよい。上述したように、一例はＵＳＢ接続である。しかしながら、本明細書に記載の技術およびデバイスは、ＵＳＢ接続に限定されない。

任意の適切なデバイス２０００が電源モジュール１０００によって電力供給され得る。デバイス２０００の例として、ラップトップコンピュータ、携帯電話、タブレットコンピュータ、またはウェアラブルデバイスなどの、バッテリまたは他のエネルギー蓄積装置を有するモバイルデバイスが挙げられる。しかしながら、デバイス２０００はモバイルデバイスである必要はなく、単に例として、サーバ、ゲームコンソールなどの、他のタイプの電子デバイスであってもよい。

本発明者らは、電源モジュールに相変化材料を含めることは、典型的な使用のケースの場合には電源モジュールの温度上昇を制限するのに十分であり得るが、ユーザは、典型的な使用のケースとは異なる方法で電源モジュールを使用する可能性があることを認識および理解している。電源モジュールが長時間にわたって大きな電力を消費するように使用される場合に、電源モジュールの温度上昇を制限する相変化材料の能力を超える可能性がある。例えば、相変化材料はモバイルデバイス（例えば、ラップトップ）のバッテリを充電するサイクルにわたって過度の温度上昇を防止するには十分であり得るが、ユーザが電源モジュールを使用して複数のデバイスを連続して充電する場合には、電源モジュールは、発生する熱を放出する機会を有し得ず、電源モジュールの温度が所望のレベルを上回って上昇し得る。

相変化材料が含まれているかどうかにかかわらず、コントローラ４０４は、温度センサ４０６などによって検知される電源モジュールの温度に基づいて、電源モジュールによって供給可能な最大電力、電流、および／または電圧を制限し得る。例えば、温度が閾値を上回って上昇した場合、コントローラ４０４は、電源モジュールによって供給可能な最大電力、電流、および／または電圧を減少させ得る。コントローラ４０４は、上述したような任意の適切な通信チャネルを介して電力を供給するデバイスに、利用可能な最大電力、電流、および／または電圧に関する新たな情報を通信し得る。電源モジュール１０００およびデバイス２０００は、この新たな情報に基づいて、低減された電力、電流、および／または電圧レベルを選択するように通信し得る。電力、電流、および／または電圧レベルを低減することによって、電源モジュールのさらなる温度上昇を低減および／または防止することができるとともに、低減された電力で電源モジュールからデバイスへ電力を供給し続けることができる。そして、電源モジュールの温度が閾値を上回らなくなると、コントローラ４０４は、電力駆動するデバイスにこの情報を伝達し、より高い電力、電流、および／または電圧レベルを取り決めて、電源モジュールにより提供することができる。

図１０は、このような技術を例示するフローチャートを示す。ステップＳ１において、電源モジュール１０００は電力供給能力情報をデバイス２０００に送信し得る。例えば、電源モジュール１０００が生成可能な電力、電流、および／または電圧レベルのリストまたはテーブルなど、任意の適切なタイプの電力供給能力情報を提供することができる。ステップＳ２において、電源モジュール１０００は、選択された電力供給のレベルを有する返信をデバイス２０００から受信する。例えば、選択された電力、電流、および／または電圧レベルなどの、選択された電力供給レベルを示すために、任意の適切な情報を提供することができる。

ステップＳ３において、電源モジュールは、電源モジュール１０００が供給可能な電力のレベルに影響を与え得る環境パラメータを測定する。例えば、電源モジュールは、電源モジュールの温度を測定し得る。温度は、温度センサを使用して直接的に測定することもできるし、または温度に基づいて変化する電源モジュールの電気的パラメータなど、温度を示す別のパラメータを用いて間接的に測定することもできる。一例として、電源モジュールの温度変化を予測するために、電源モジュールにおける経時的なエネルギーを測定して使用することができる。このような計算は、例えば、電力変換器の入力または出力における電流と電圧との積を積分することによって行うことができる。

ステップＳ４において、電源モジュールは、測定された環境パラメータに基づいて、更新された電力供給能力情報を決定する。例えば、上述したように、温度が上昇する（例えば、閾値を上回る）場合には、電源モジュールは、より低い利用可能な電力レベルを示す電力供給能力情報を生成し得る。測定された環境パラメータは、任意の適切なマッピング処理を使用して、更新された電力供給能力情報にマッピングされ得る。そのようなマッピング処理の一例は、電源アダプタのメモリに記憶されたルックアップテーブルまたは関数である。マッピング処理は、連続的であってもよいし、段階的であってもよい。

段階的なマッピング処理の一例として、電源アダプタは、第１および第２の温度閾値Ｔ１，Ｔ２を記憶し得る。ここで、第２の温度閾値Ｔ２は第１の温度閾値Ｔ１よりも高い。電源モジュールが温度Ｔ１よりも低い場合、電源モジュールは高い電力レベル（例えば、第１の最大電力レベル）で充電することが許可され得る。これは、「高速充電」動作モードに対応し得る。温度Ｔ１，Ｔ２間では、コントローラは、電源モジュールにより供給可能な電力を、第１の最大電力レベルよりも低い第２の最大電力レベルよりも高くならないように制限し得る。温度Ｔ２を上回ると、コントローラは、電源モジュールによる電力供給を停止し得る。しかしながら、これは単に一例であり、温度が上昇するにつれてより低い最大電力レベルが許容されるように、任意の数の閾値を使用することができる。いくつかの実施形態では、最大電力レベルは、温度の上昇とともに減少する温度の連続関数であってもよい。

ステップＳ５において、電源モジュール１０００は、更新された電力供給能力情報をデバイス２０００に送信する。ステップＳ６において、電源モジュール１０００は、更新された電力供給の選択を有する返信をデバイス２０００から受信し得る。この情報を受信すると、電源モジュール１０００はそれに応じて出力を供給する。

図９Ｂに示されるように、いくつかの実施形態では、デバイス２０００は、デバイス２０００に供給される電力の量の指標２００４を表示し得る。これにより、デバイス２０００のユーザに、電源モジュール１０００によってデバイス２０００に供給されている電力レベルを通知することができる。例えば、デバイス２０００は、指標２００４を表示する画面２００２を有し得る。指標２００４は、電源モジュール１０００がデバイス２０００を「高速充電」することが可能であるのか、またはデバイス２０００を通常の速度で充電することが可能であるのか、それともデバイス２０００をより低い速度で充電することが可能であるのかを示し得る。デバイス２０００は、例えば、この情報を示すアイコンまたは文字を表示し得る。図９Ｂに示される例では、急速充電が行われていることを示す文字「Ｆ」が指標２００４として表示されている。追加的または代替的に、デバイス２０００は、充電速度の数値表示、例えば、１Ｃ、２Ｃ、３Ｃ、４Ｃや、１００％、５０％、０％や、および／または現在の充電レベルでデバイス２０００を完全に充電するために必要な時間量などを表示することができる。この情報をデバイス２０００のユーザに提供することにより、デバイス２０００を充電するためにどれだけの時間が必要であるのか、または充電に利用可能な時間で供給が期待できる充電量をユーザに知らせることができる。

例えば、デバイス２０００のユーザは、飛行機または他の輸送手段に乗るのを待っている旅行者であり得る。デバイス２０００が低充電状態のバッテリ駆動型モバイルデバイスである場合、ユーザは、出発する前にデバイス２０００を可能な範囲まで充電することを望み得る。したがって、ユーザが電源モジュール１０００を使用してデバイス２０００を充電する場合に、デバイス２０００は、例えばフル充電までの充電速度または充電時間に関する情報を示すことにより、利用可能な時間内でデバイス２０００がどの程度まで充電されるのかをユーザに通知することができ、充電速度が所望よりも低い場合には、ユーザは、電源モジュール１０００を使用して別の時間にデバイス２０００を充電することができる。

いくつかの実施形態では、電源アダプタは、いつ人（例えば、手）が電源アダプタに近づくまたは触れたかを検知するために接触または近接センサ４０８を含み得る。接触または近接センサ４０８により検知された信号に応答して、人体感知可能効果がもたらされ得る。例えば、電源アダプタは、光を生成するための発光デバイス（例えば、ＬＥＤ）および／または可聴音を生成し得るデバイスなどのインジケータ装置４１０を含み得る。接触または近接センサ４０８により検知された信号に応答して、インジケータ装置４１０はオンされ得る。例えば、発光デバイスは、点灯することにより、ユーザが暗やみで電源アダプタを発見するのを支援し得る。別の例として、到達するのが困難な位置（例えば、家具の下またはその背後の位置）にあるアダプタをユーザが発見するのを支援し得る可聴音が再生され得る。いくつかの実施形態では、インジケータ装置４１０が含まれる場合、電源アダプタは、インジケータ装置へ電力を供給するためにバッテリまたはウルトラキャパシタなどのエネルギー蓄積装置を含み得る。

いくつかの実施形態では、コントローラ４０４は人の接触または近接の検知に応答して作動式熱除去装置２０２の作動を変化させるように構成され得る。例えば、いくつかの実施形態では、作動式熱除去装置２０２の作動は、人間の手の接触または近接の検知に応答して低減または停止され得る。

いくつかの実施形態では、コントローラ４０４は、電源アダプタの入力に供給されるおよび／または電源アダプタの出力における電力量を測定し得る。電源アダプタは、外部装置との通信を可能にする有線または無線インターフェース（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）またはブルートゥース（登録商標）インターフェース装置）などのインターフェースを有し得る。電源アダプタは、人（例えば、ユーザ）が電源アダプタの出力へ接続される装置によりどれくらいの電力が消費されるかを知るために、情報を見ることができるように測定電力および／または全エネルギーに関する情報を外部装置（例えば、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、スマートフォンまたはサーバ）へ送信し得る。

いくつかの実施形態では、電源アダプタは、１つまたは複数のコードが着脱可能に接続されるようにする１つまたは複数のＤＣ出力接続ポートを含み得る。いくつかの実施形態では、電源アダプタのＤＣ出力接続ポートへ接続するように設計された電気コネクタを有する１つまたは複数のコードが提供され得る。コードのコネクタは、機械的接続および／または磁力を介するなど任意の好適な技術を使用してＤＣ出力接続ポートにおける適所に保持され得る。

図１１は、電源アダプタが複数のＤＣ出力接続ポート５０１，５０２，５０３を有し得ることを示す。図１１に示す電源アダプタの側面は、コード１０４が接続される電源アダプタの端部（例えば、図１の左側）に対応し得る。図１１に示すように、コード１０４は、ＤＣ出力接続ポート５０１へ着脱可能に接続するように構成されたコネクタ５０５を有し得る。コード１０４は、第１のタイプの電子デバイス（例えば、ラップトップ）へ接続するためのコネクタ１０６を有し得る。コネクタ５０５と同じタイプであるが他のタイプの電子デバイス（例えば、スマートフォン、タブレットコンピュータなど）へ接続するための異なるコネクタ１０６を有する他のコードが提供され得る。このようなコードは、いくつかの実施形態では電源アダプタとともにキット内に提供され得る。したがって、ユーザは、充電および／または給電することを望むデバイスへ接続する適切なコネクタ１０６を有する好適なコードを選択し得る。有利には、電源アダプタは複数の異なるデバイス（例えば、ラップトップ、セルラ電話、タブレットコンピュータなど）を充電することができる汎用電源アダプタであり得る。したがって、ユーザは、ユーザのデバイスのそれぞれに専用化された複数の電源アダプタを携行するのではなく、複数の異なるデバイスを充電することができる１つの小さな汎用電源アダプタを持って旅行し得る。

いくつかの実施形態では、ＤＣ出力接続ポート５０１へ接続され得る各コードは差し込まれると電源アダプタにより個々に識別可能であり得る。例えば、ユーザが特定タイプのコードをＤＣ出力接続ポートへ差し込むと、電源アダプタは差し込まれたコードのタイプを判定し得る。このような判定は、様々なやり方のうちの任意のやり方でなされ得る。例えば、コードは、測定されると一定のインピーダンスを有するように設計され得、電源アダプタはインピーダンスを識別するために接続されるとコード上でインピーダンス測定を行い得る。別の例として、コードは、コードを識別する集積回路を備え得る。このような集積回路は、一例としてコネクタ５０５および／またはコネクタ１０６内に設けられ得る。別の例として、コードは時間領域反射率測定に基づき特定され得る。コードを識別するための任意の好適な技術が利用され得る。

電源アダプタ（例えば、コントローラ４０４）は、コードの識別に基づき、供給される好適なＤＣ出力電圧を判断し得る。例えば、第１のコードが差し込まれると、電源アダプタは５ＶのＤＣ出力電圧を供給するように設計されたコードを識別し得る。したがって、コントローラ４０４は、コードが接続される対応ＤＣ出力ポートへ５ＶのＤＣ出力電圧を供給するようにＡＣ／ＤＣ変換器４０２を制御し得る。別のコードが同じＤＣ出力ポートに差し込まれれば、電源アダプタは９ＶのＤＣ出力電圧を供給するように設計されたコードを識別し得る。したがって、コントローラ４０４は、ＤＣ出力ポートへ９ＶのＤＣ出力電圧を供給するようにＡＣ／ＤＣ変換器４０２を制御し得る。

いくつかの実施形態では、電源アダプタは複数のデバイスを同時に給電および／または充電することができる。例えば、第１のコードの第１のコネクタはラップトップを給電するためのＤＣ出力接続ポート５０１に差し込まれ得、第２のコードの第２のコネクタはセルラ電話を給電するためのＤＣ出力接続ポート５０２に差し込まれ得、および／または第３のコードは別のデバイスを給電するためのＤＣ出力接続ポート５０３に差し込まれ得る。一度に複数のデバイスを給電および／または充電するように構成された電源アダプタでは、ＡＣ／ＤＣ変換器は複数の好適な出力電圧のＤＣ出力をそれぞれのＤＣ出力接続ポートへ供給するように構成され得る。ＤＣ出力の出力電圧は異なるタイプのデバイスを充電できるようにするために異なってもよいし、同じであってもよい。

ＤＣ出力接続ポート５０１，５０２，５０３は、同じ形状およびタイプのポートまたはポートであってもよいし、異なるタイプのコネクタを受け入れるために異なる形状および／またはタイプのポートであってもよい。いくつかの非限定的な実施形態では、ＤＣ出力接続ポートの１つまたは複数はＵＳＢポート（例えば、ＵＳＢ３．０ポート）であり得る。しかしながら、本明細書で説明する技術は、採用される接続ポートの特定タイプに限定されない。

上述のように、本明細書で説明する電源アダプタは、小さな寸法の筐体内で大きな出力電力を供給することができる。いくつかの実施形態では、（コードを除いた）電源アダプタの容積は、５立方インチ以下、４立方インチ以下、３立方インチ以下、または２立方インチ以下など比較的小さくてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、電源アダプタは、長さが約２インチ以下、幅が約１インチ以下、高さが約１インチ以下であり得る。いくつかの実施形態では、電源アダプタにより供給される出力電力は、少なくとも３０Ｗ、少なくとも４０Ｗ、少なくとも４５Ｗ、少なくとも６０Ｗ、少なくとも８０Ｗ、または少なくとも１００Ｗ以上である。いくつかの実施形態では、電力変換器は、１５Ｗ／ｉｎ^３（≒１６．４ｃｍ^３）以上、２０Ｗ／ｉｎ^３以上、３０Ｗ／ｉｎ^３以上、４０Ｗ／ｉｎ^３以上、または５０Ｗ／ｉｎ^３以上の電力変換密度を供給し得る。用語「電力変換密度」は、電力変換モジュール（例えば、電源アダプタ）が供給し得る最大電力量を電力変換モジュールの容積（すなわち、電源アダプタの筐体に囲まれた容積であって、コードを除く容積）で割った値を指す。

以上説明したものは、民生用電子装置を充電および／または給電するために使用され得る電源アダプタである。しかしながら、本明細書で説明する技術は民生用電子装置の電源アダプタに限定されない。いくつかの実施形態は、パワー電子部品の小型化から恩恵を受け得るデータセンタ内のサーバまたは他の装置などの他の電子装置の電力変換モジュールに関する。他のアプリケーションの非限定的な例としては、工業設備用のパワー電子部品、自動車、航空機、船用の電子機器が挙げられる。

本明細書で説明した装置および技術の様々な態様は、単独で、または組み合わせて、あるいは上述した実施形態において特に説明されない多種多様な構成において利用することができ、したがってその用途は上述したまたは添付図面に示した部品の詳細および配置に限定されない。例えば、一実施形態において記載された態様は他の実施形態に記載された態様と任意の方法で組み合わせられ得る。

特許請求の範囲における「第１」、「第２」、「第３」などの序数の使用はそれ自体、いかなる優先度（優先順位）も暗示せず、また、方法における各要素のいかなる順序や時間的順序も暗示せず、（序数の使用が無ければ）同じ名前を有するものとなる各要素を識別するために単に標示として利用されている。

また、本明細書で使用される用語は、説明する目的のためであり、限定するものと見なすべきでない。本明細書における「備える」、「からなる」、または「有する」、「含む」やその他の変形語の使用は、その等価物と追加要素とを包含することを意味する。

Claims (22)

1. 電源モジュールであって、
   筐体と、
   ＡＣ入力信号をＤＣ出力信号に変換するように構成された前記筐体内のＡＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＡＣ／ＤＣコンバータを制御するように構成されたコントローラと、
   を備え、前記コントローラは、前記ＤＣ出力信号を受信するように接続されたデバイスに前記電源モジュールの電力供給能力に関する情報を供給するとともに、前記電源モジュールの温度の指標に基づいて前記電源モジュールの前記電力供給能力に関する情報を変更するように構成されている、電源モジュール。
2. 前記電源モジュールは電源アダプタからなる、請求項１に記載の電源モジュール。
3. 前記電源モジュールの温度を検出して、前記電源モジュールの温度の指標を有する信号を生成するための温度センサをさらに備える請求項１に記載の電源モジュール。
4. 前記ＤＣ出力信号を供給するためのＵＳＢポートを備える請求項１に記載の電源モジュール。
5. 前記電源モジュールは、ＵＳＢの電力供給仕様に従って前記デバイスと通信するように構成されている、請求項４に記載の電源モジュール。
6. 前記コントローラは、前記電源モジュールの温度の上昇に応じて、前記電源モジュールの低減された電力供給能力を示す情報を前記デバイスに供給するように構成されている、請求項１に記載の電源モジュール。
7. 前記電源モジュールは、閾値を上回る前記電源モジュールの温度の上昇に応じて、電力供給を低減することを前記デバイスと取り決めるように構成されている、請求項６に記載の電源モジュール。
8. 前記筐体内に少なくとも１つのコンパートメントをさらに備え、前記少なくとも１つのコンパートメントは、２５℃〜８５℃の遷移温度を有する相変化材料を含む、請求項１に記載の電源モジュール。
9. 前記相変化材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する第２の材料をさらに備え、前記第２の材料は前記相変化材料の第１領域と第２領域との間に存在する、請求項８に記載の電源モジュール。
10. 前記第２の材料は金属からなる、請求項９に記載の電源モジュール。
11. 前記相変化材料は、前記電源モジュールが３０分の期間に少なくとも４５Ｗの平均電力を供給する場合に前記筐体の外面温度を４０℃未満に維持するような容積および構成からなる、請求項８に記載の電源モジュール。
12. 前記相変化材料は、前記電源モジュールが２時間の期間に少なくとも４５Ｗの平均電力を供給する場合に前記筐体の外面温度を４０℃未満に維持するような容積および構成からなる、請求項８に記載の電源モジュール。
13. 前記電源モジュールは４立方インチ以下の容積を有する、請求項１に記載の電源モジュール。
14. 前記電源モジュールの前記電力供給能力は、電力、電流、および／または電圧の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電源モジュール。
15. 前記電源モジュールは、前記電源モジュールにおける経時的なエネルギーを測定することによって前記電源モジュールの温度の指標を決定するように構成されている、請求項１に記載の電源モジュール。
16. ＡＣ入力信号をＤＣ出力信号に変換するように構成されたＡＣ／ＤＣコンバータを有する電源モジュールを制御する方法であって、
    前記電源モジュールの温度を示す前記電源モジュールのパラメータを測定すること、
    前記電源モジュールの温度を示す前記電源モジュールのパラメータに基づいて電力供給能力情報を決定すること、
    前記電源モジュールによって電力駆動されるデバイスに前記電力供給能力情報を送信すること、
    前記電力供給能力情報に従って前記デバイスに電力を供給すること、
    を備える方法。
17. 前記パラメータの測定が温度センサを用いて行われる、請求項１６に記載の方法。
18. 前記パラメータは、前記電源モジュールによって経時的に処理されるエネルギーの量を含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記パラメータが、閾値を超える前記電源モジュールの温度の上昇を示す場合に、前記電力供給能力情報が、低減された電力供給能力を示すように変更される、請求項１６に記載の方法。
20. 前記デバイスから、選択された電力供給能力を受信することをさらに備える請求項１６に記載の方法。
21. 前記電源モジュールは、前記選択された電力供給能力に基づいて制御される、請求項２０に記載の方法。
22. 方法であって、
    電源モジュールからの電力供給能力情報を、前記電源モジュールによって電力駆動されるデバイスによって受信すること、
    前記電力供給能力情報に基づいて電力供給能力を決定すること、
    前記決定された電力供給能力に従って前記電源モジュールからの電力を受け取ること、
    前記決定された電力供給能力の指標を表示すること、
    を備える方法。