JP3368163B2 - 電子機器用電源装置及び電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器に利用さ
れる電源装置に係り、特に、ノートブック・コンピュー
タのようなバッテリ駆動式の電子機器のための電源装置
に関する。更に詳しくは、本発明は、リチウム・イオン
電池のような充電式のバッテリを利用可能な電子機器の
ための電源装置であって、バッテリの充電機能も含んだ
電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】昨今の技術革新に伴い、デスクトップ
型、タワー型、ノートブック型など各種パーソナル・コ
ンピュータ（ＰＣ）が開発され市販されている。このう
ちノートブックＰＣは、モバイル環境、すなわち屋外で
の携帯的・可搬的な使用を考量して小型且つ軽量に設計
・製作されたものである。

【０００３】ノートブックＰＣは、一般には、内蔵バッ
テリで給電可能な「バッテリ駆動型」である。これは、
屋外や出張先など、商用電源が利用不能な場所でもＰＣ
を使用できるようにしたためである。内蔵バッテリは、
複数本のバッテリ・セルをパッケージ化した「バッテリ
・パック」の形態を採っている。また、バッテリ・セル
には充電再利用が可能な２次電池タイプのものが用いら
れる。従来は、ＮｉＣｄ（ニッケル・カドミウム），Ｎ
ｉＭＨ（ニッケル水素）などの水溶媒系の充電式バッテ
リが多く用いられたが、最近では、体積エネルギ密度や
重量エネルギ密度などの点で優れた非水溶媒系の充電式
バッテリ（例えばＬｉ−Ｉｏｎ（リチウム・イオン）電
池など）が多く採用されるようになってきている。

【０００４】図３には、バッテリ駆動式コンピュータ・
システムの給電系統（従来例）を模式的に示している。
同図に示すように、コンピュータ・システム（システム
負荷）１００は、ＡＣアダプタ１０を介して得られる商
用交流（ＡＣ）電源と、システム１００内部に収容され
たバッテリ・パック２０の２つを主電源として有してお
り、ＡＣアダプタ１０及びバッテリ・パック２０の各々
の出力端子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に並列的に入
力している。但し、両電源１０及び２０間での電流の逆
流を防止するために、両者間は２個のダイオード１２及
び１３によってＯＲ接続されている。

【０００５】ＡＣアダプタ１０は、システム１００外部
の商用電源からの交流電圧を直流電圧に変換するための
装置であり、その内部に変圧器（トランス：図示しな
い）を含んでいる。ＡＣアダプタ１０の出力は、一般に
定電圧（ＣＶ：Constant Voltage）特性を持っている。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、ＡＣアダプタ１０
若しくはバッテリ・パック２０から供給された直流電圧
をシステム・オペレーションに適したレベルに降圧して
システム負荷の各部に給電するための装置であり、その
内部に変圧器（トランス：図示しない）を含んでいる。
なお、ここで言うシステム負荷には、ＣＰＵやメイン・
メモリ、ビデオ・コントローラを含む各種コントローラ
・チップ、ＨＤＤ（ハード・ディスク・ドライブ）、Ｆ
ＤＤ（フロッピー・ディスク・ドライブ）、ＣＤ−ＲＯ
Ｍドライブなどの各周辺機器が含まれる。

【０００６】バッテリ・パック２０は、システム１００
本体の一部に設けられたバッテリ収納部（図示しない）
に交換可能に取り付けられている。また、ＡＣアダプタ
１０は電源ジャック１１にて着脱自在に装着されてい
る。バッテリ・パック２０は、複数本のバッテリ・セル
を含んだパッケージであり、システム１００のオペレー
ション時間にして２〜３時間程度の容量しかない。この
ため、ＡＣアダプタ１０すなわち商用電源が取り付けら
れているときには、容量無尽蔵なＡＣアダプタ１０から
の供給電力が優先してシステム・オペレーションに用い
られる。また、モバイル環境下などでＡＣアダプタ１０
が取り外されているときには、バッテリ・パック２０か
らの放電電流がシステム・オペレーションに利用され
る。

【０００７】バッテリ・パック２０は一般には充電式の
タイプが採用される。このようなバッテリ・パック２０
の充電作業は、専用の充電器に委ねることもできる（現
に、ビデオ・カメラや携帯電話など多くのバッテリ駆動
式の民生機器には、専用の充電器が標準装備されてい
る）。しかし、最近のノートブックＰＣの殆どは、ＰＣ
本体内に充電機能を装備させている。これは、充電器と
いうオプション部品をＰＣ本体とともに携行するという
不便をなくし、且つ充電作業を簡便に行うというユーザ
ビリティを担保するためでもある。

【０００８】例えば、図３では、バッテリ・パック２０
の出力端子に充電器４０が直列的に挿入されている。こ
の場合、ＡＣアダプタ１０からの供給電力のうち、シス
テム・オペレーションに用いられた余剰分がバッテリの
充電に活用される。充電器４０は、ＡＣアダプタ１０か
ら流れ込んできた電力をバッテリの充電特性に応じた形
態に変換するための装置であり、内部に変圧器（図示し
ない）を含んでいる。例えばＮｉＣｄ（ニッケル・カド
ニウム）やＮｉＭＨ（ニッケル水素）などの水溶媒系蓄
電池の場合、バッテリ・セルに許容される定格入力電流
ぎりぎりの定電流（ＣＣ：Constant Current）領域にて
充電することが最適とされていることから、充電器４０
はＡＣアダプタ１０の定電圧（ＣＶ）出力を定電流（Ｃ
Ｃ）フィードバック制御して、バッテリに過電流が流入
することなく効率的に充電するようにしている。また、
充電器４０は、充電初期に過放電したバッテリを回復さ
せるために、トリクル充電を行う機能も持っている。

【０００９】このような充電器４０は、例えばシステム
内の電源専用コントローラ５０によって動作を制御され
ている。すなわち、電源コントローラ５０がバッテリ・
パック２０の充電開始時期を検知したときには制御信
号"Ｃｈａｒｇｅ"を付勢して充電器４０の動作を開始さ
せる。これに伴って、ＡＣアダプタ１０の出力電流が充
電器４０経由でバッテリ・パックに供給される。また、
電源コントローラ５０が充電終了時期を検知したときに
は制御信号"Ｃｈａｒｇｅ"を減勢して充電器４０の動作
を停止させる。この結果、充電器４０経由の電流経路が
断たれ、且つＡＣアダプタ１０とバッテリ・パック２０
はダイオード１２及び１３によってＯＲ接続されている
ので、両電源間の電流の行き来はなくなる。

【００１０】ところで、本出願人に既に譲渡されている
米国特許第５，４６５，０３９号の出願明細書（特開平
６−１１３４７７号公報：当社整理番号ＪＡ９−９２−
０２９）には、充電機能を備えたノートブックＰＣ用電
源装置について開示されている。該出願明細書では、ノ
ートブックＰＣ自体は充電器を内蔵せず、代わって付属
のＡＣアダプタが充電機能を備えている。より具体的に
言えば、このＡＣアダプタは、システム・オペレーショ
ン中に自身の出力端子電圧が所定値以上となっている間
は定電圧フィードバック制御を行う一方、バッテリ・パ
ック２０の充電が開始されてその出力端子電圧が所定値
を下回ったときには、定電力フィードバック制御方式又
は定電流フィードバック制御方式に切り換えて、過度の
充電電流がバッテリ・パック２０に流れ込まないように
なっている。この結果、ＮｉＣｄやＮｉＭＨなどの定電
流充電方式のバッテリを、ＡＣアダプタの出力を直接用
いて充電できる訳である。

【００１１】また、米国特許第５，４６５，０３９号に
よれば、システム・オペレーションに必要な定電圧出力
特性と、バッテリの充電に必要な定電力／定電流出力特
性の双方をＡＣアダプタ内の単一の変圧器（トランス）
によって実現することができる。一般に、変圧器を通過
する度に変換ロスすなわち電力ロスを生じ、且つ、この
電力ロスは熱エネルギやコイルの磁気エネルギに化け
る。該米国特許発明によれば、ＡＣアダプタ内の変圧器
しか使用しないため、電力ロスを最小限に抑えることが
できる訳である。また、ＰＣ本体内に充電器すなわち変
圧器を持たなくて済むことから、本体の実装容積を節約
できるとともに、ＰＣ設計時に考慮すべき発熱や磁気ノ
イズの問題から解放することもできる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ＮｉＣｄやＮｉＭＨな
どのバッテリに対しては、定電流方式にて充電を行うこ
とが最適とされている（前述）。また、充電容量が増え
るに従ってバッテリ・セルの温度が上昇する性質を持つ
ことから、バッテリ・セルの周囲温度を計測することに
よって充電終了時期を判断することができる（周知）。

【００１３】これに対し、リチウム・イオンなどの非水
溶媒系のバッテリは、ＮｉＣｄやＮｉＭＨとは異なる充
電特性を持つ。より具体的に言えば、リチウム・イオン
・バッテリは、バッテリ電圧が高過ぎると、内部発熱や
内部ガス圧力の発生により破裂や発火を起こしかねな
い。このため、リチウム・イオン電池においては、充電
容量が比較的少ない充電初期では定格以下の充電電流を
供給することによって急速充電を行うことが可能だが、
バッテリ電圧が所定値に到達した充電末期にはバッテリ
電圧が過度に上昇しないように精密にコントロールする
必要がある（図４参照^/*/）。例えば、３本のリチウム
・イオン・バッテリ・セルを直列接続したタイプのバッ
テリ・パックの場合、充電電圧を１２．７５±０．０６
［Ｖ］の範囲内で制御する必要がある。

【００１４】前述した米国特許５，４６５，０３９号に
係る電源装置すなわちＡＣアダプタの場合、比較的ラフ
な定電圧制御が許容されるＮｉＣｄ，ＮｉＭＨバッテリ
に対しては好適であった。ところが、ＡＣアダプタ１０
とバッテリ・パック２０の両出力端子間は比較的長距離
の電力線によって結ばれているため、ＡＣアダプタ１０
の定電圧出力は伝搬の途上で電圧変動を来してしまう。
このため、図３に示すように、バッテリ・パック２０側
の端子の近傍にさらに専用の充電器４０を設置して、よ
り精密な定電圧制御を施すしか手だては他なかった。

【００１５】この付加的な充電器４０は、当然、電力ロ
スの主因となる。また、ＰＣ本体内に配置されるゆえ、
ＰＣ本体内に発熱や磁気ノイズの問題を招来し、実装容
積を割いてしまうことにもなる。

【００１６】本発明は上述したような問題に鑑みたもの
であり、その目的は、電子機器に利用される優れた電源
装置を提供することにある。

【００１７】本発明の更なる目的は、ノートブック・コ
ンピュータのようなバッテリ駆動式の電子機器のため
の、優れた電源装置を提供することにある。

【００１８】本発明の更なる目的は、リチウム・イオン
（非水溶媒系）電池のような定電圧充電式のバッテリを
利用可能な電子機器のための、優れた電源装置を提供す
ることにある。

【００１９】本発明の更なる目的は、リチウム・イオン
（非水溶媒系）電池のような定電圧充電式のバッテリを
利用可能な電子機器のための電源装置であって、電力ロ
スや、電子機器本体内の発熱や磁気ノイズを軽減でき
る、優れた電源装置を提供することにある。

【００２０】《注釈》 ＊：図４は、定電流定電圧充電方式にて充電したときの
リチウム・イオン電池の充電特性（電池電圧と入力電流
の推移）を示している。バッテリ電圧が所定値に満たな
い充電初期には、一般に定格ぎりぎりの充電電流によっ
て定電流充電を行う。一方、バッテリ電圧が所定値に到
達した充電末期には、バッテリ電圧が所定値を越えない
よう、充電電流を徐々に抑制するようになっている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を参
酌してなされたものであり、その第１の側面は、充電式
バッテリで駆動するタイプの電子機器のための電源装置
であって、外部電源からの供給電力を受け入れるための
外部電源入力回路と、前記外部電源入力回路及び前記充
電式バッテリから並列的に受け取った入力電圧をレベル
変換して前記電子機器内に供給するためのＤＣ／ＤＣコ
ンバータと、前記外部電源入力回路の出力を前記充電式
バッテリの充電に適するように制御して供給するための
充電器と、充電中に前記充電式バッテリの端子電圧が所
定値に到達したことに応答して前記充電器の動作を開始
させる充電制御手段と、を具備することを特徴とする電
子機器用電源装置である。

【００２２】また、本発明の第２の側面は、充電式バッ
テリで駆動するタイプの電子機器のための電源装置であ
って、外部電源からの供給電力を受け入れるための外部
電源入力回路と、前記外部電源入力回路及び前記充電式
バッテリから並列的に受け取った入力電圧をレベル変換
して前記電子機器内に供給するためのＤＣ／ＤＣコンバ
ータと、前記外部電源入力回路の出力を定電圧制御して
前記充電式バッテリに供給するための充電器と、充電中
に前記充電式バッテリの端子電圧が所定値に到達したこ
とに応答して前記充電器の動作を開始させる充電制御手
段と、を具備することを特徴とする電子機器用電源装置
である。

【００２３】また、本発明の第３の側面は、充電式バッ
テリで駆動するタイプの電子機器のための電源装置であ
って、外部の交流電圧を直流電圧に変換して取り込むた
めのＡＣアダプタと、前記ＡＣアダプタ及び前記充電式
バッテリから並列的に受け取った入力電圧をレベル変換
して前記電子機器内に供給するためのＤＣ／ＤＣコンバ
ータと、前記ＡＣアダプタの出力を定電圧制御して前記
充電式バッテリに供給するための充電器と、充電中に前
記充電式バッテリの端子電圧を計測するための電圧計測
手段と、前記端子電圧が所定値に到達したことに応答し
て前記充電器の動作を開始させる充電制御手段と、を具
備することを特徴とする電子機器用電源装置である。

【００２４】また、本発明の第４の側面は、充電式バッ
テリで駆動するタイプの電子機器のための電源装置であ
って、（ａ）外部の交流電圧を直流電圧に変換して取り
込むためのＡＣアダプタと、（ｂ）前記ＡＣアダプタ及
び前記充電式バッテリから並列的に受け取った入力電圧
をレベル変換して前記電子機器内に供給するためのＤＣ
／ＤＣコンバータと、（ｃ）前記ＡＣアダプタの出力を
定電圧制御して前記充電式バッテリに供給するための充
電器と、（ｄ）前記充電式バッテリの端子電圧を計測す
るための電圧計測手段と、（ｅ）前記ＡＣアダプタと前
記充電式バッテリを結ぶ第１の電力線と、（ｆ）前記第
１の電力線上に直列的に挿入されたスイッチと、（ｇ）
前記充電器を経由して前記ＡＣアダプタと前記充電式バ
ッテリを結ぶ第２の電力線と、（ｈ）充電中に、前記端
子電圧が所定値未満の充電初期は前記スイッチをオンに
するとともに前記充電器の動作を停止し、前記端子電圧
が所定値に到達した充電末期は前記スイッチをオフにす
るとともに前記充電器の動作を開始させる充電制御手段
と、を具備することを特徴とする電子機器用電源装置で
ある。

【００２５】ここで、第３及び第４の側面に係る電源装
置において、ＡＣアダプタは、出力電流が所定値を越え
ない定電流出力特性若しくは出力電力が所定値を越えな
い定電力出力特性を有することが望ましい。何故なら
ば、バッテリの充電初期ではＡＣアダプタの出力電流が
そのまま充電電流として活用されるため、バッテリに許
容された定格電流を越えてはならないからである。

【００２６】また、本発明の第５の側面は、充電式バッ
テリで駆動するタイプの電子機器であって、外部電源か
らの供給電力を受け入れるための外部電源入力回路と、
前記外部電源入力回路及び前記充電式バッテリから並列
的に受け取った入力電圧をレベル変換するためのＤＣ／
ＤＣコンバータと、前記外部電源入力回路の出力を前記
充電式バッテリの充電に適するように制御して供給する
ための充電器と、充電中に前記充電式バッテリの端子電
圧が所定値に到達したことに応答して前記充電器の動作
を開始させる充電制御手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバー
タの出力によって駆動するシステム負荷と、を具備する
ことを特徴とする電子機器である。

【００２７】また、本発明の第６の側面は、充電式バッ
テリで駆動するタイプの電子機器であって、外部電源か
らの供給電力を受け入れるための外部電源入力回路と、
前記外部電源入力回路及び前記充電式バッテリから並列
的に受け取った入力電圧をレベル変換するためのＤＣ／
ＤＣコンバータと、前記外部電源入力回路の出力を定電
圧制御して前記充電式バッテリに供給するための充電器
と、充電中に前記充電式バッテリの端子電圧が所定値に
到達したことに応答して前記充電器の動作を開始させる
充電制御手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力によ
って駆動するシステム負荷と、を具備することを特徴と
する電子機器である。

【００２８】また、本発明の第７の側面は、充電式バッ
テリで駆動するタイプの電子機器であって、外部の交流
電圧を直流電圧に変換して取り込むためのＡＣアダプタ
と、前記ＡＣアダプタ及び前記充電式バッテリから並列
的に受け取った入力電圧をレベル変換するためのＤＣ／
ＤＣコンバータと、前記ＡＣアダプタの出力を定電圧制
御して前記充電式バッテリに供給するための充電器と、
前記充電式バッテリの端子電圧を計測するための電圧計
測手段と、充電中に前記端子電圧が所定値に到達したこ
とに応答して前記充電器の動作を開始させる充電制御手
段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力によって駆動す
るシステム負荷と、を具備することを特徴とする電子機
器である。

【００２９】また、本発明の第８の側面は、充電式バッ
テリで駆動するタイプの電子機器であって、（ａ）外部
の交流電圧を直流電圧に変換して取り込むためのＡＣア
ダプタと、（ｂ）前記ＡＣアダプタ及び前記充電式バッ
テリから並列的に受け取った入力電圧をレベル変換する
ためのＤＣ／ＤＣコンバータと、（ｃ）前記ＡＣアダプ
タの出力を定電圧制御して前記充電式バッテリに供給す
るための充電器と、（ｄ）前記充電式バッテリの端子電
圧を計測するための電圧計測手段と、（ｅ）前記ＡＣア
ダプタと前記充電式バッテリを結ぶ第１の電力線と、
（ｆ）前記第１の電力線上に直列的に挿入されたスイッ
チと、（ｇ）前記充電器を経由して前記ＡＣアダプタと
前記充電式バッテリを結ぶ第２の電力線と、（ｈ）充電
中に、前記端子電圧が所定値未満の充電初期は前記スイ
ッチをオンにするとともに前記充電器の動作を停止し、
前記端子電圧が所定値に到達した充電末期は前記スイッ
チをオフにするとともに前記充電器の動作を開始させる
充電制御手段と、（ｉ）前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出
力によって駆動するシステム負荷と、を具備することを
特徴とする電子機器である。

【００３０】また、本発明の第９の側面は、充電式バッ
テリで駆動するタイプの電子機器であって、外部の交流
電圧を直流電圧に変換するＡＣアダプタを装着するため
の電源ジャックと、前記電源ジャックに装着されたＡＣ
アダプタ及び前記充電式バッテリから並列的に受け取っ
た入力電圧をレベル変換するためのＤＣ／ＤＣコンバー
タと、前記電源ジャックに装着されたＡＣアダプタの出
力を定電圧制御して前記充電式バッテリに供給するため
の充電器と、前記充電式バッテリの端子電圧を計測する
ための電圧計測手段と、充電中に前記端子電圧が所定値
に到達したことに応答して前記充電器の動作を開始させ
る充電制御手段と、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力に
よって駆動するシステム負荷と、を具備することを特徴
とする電子機器である。

【００３１】ここで、第７乃至第９の側面に係る電子機
器において、ＡＣアダプタは、出力電流が所定値を越え
ない定電流出力特性若しくは出力電力が所定値を越えな
い定電力出力特性を有することが望ましい。何故なら
ば、バッテリの充電初期ではＡＣアダプタの出力電流が
そのまま充電電流として活用されるため、バッテリに許
容された定格電流を越えてはならないからである。

【００３２】

【作用】本発明は、略言すれば、リチウム・イオン・バ
ッテリの充電末期には高精度な定電圧制御を施す必要が
ある一方、その充電初期には定電圧制御を要しない、と
いう点に着眼してなされたものである。

【００３３】図４（前述）に示すように、リチウム・イ
オン・バッテリの充電末期には高精度に定電圧制御され
た充電電流が必要なため、バッテリの近傍に配置された
専用の充電器を用いなければならない。これに対し、充
電初期には、充電電圧を高精度に定電圧制御する必要は
全くない。したがって、充電初期には、充電器を用いな
い方が、ＡＣアダプタの出力を電力ロスなくバッテリに
供給することができると考えられる。

【００３４】本発明に係る電源装置は、リチウム・イオ
ン・バッテリの端子電圧が所定値に到達した以後の充電
末期のみ、バッテリの近傍に設置された専用の充電器の
動作を開始させ、該充電器によって充電電流を定電圧制
御する。他方、精密な定電圧制御を要しない充電初期に
は該充電器を使用しない。すなわち、充電初期には、Ａ
Ｃアダプタによって定電流制御若しくは定電力制御され
た出力電流をそのまま充電電流として用いて、急速充電
を行うようにしている。

【００３５】本発明に係る電源装置によれば、充電初期
は充電器を使用しない。言い換えれば、充電初期には充
電器内の変圧器は作動しないので、変圧器の動作に伴う
電力ロスや電子機器本体内の発熱や磁気ノイズの発生を
最小限に抑えることができる訳である。

【００３６】また、本発明に係る電源装置によれば、充
電初期には充電器を用いず、したがって変圧器の動作に
因る電力ロスがないので、その分だけ多くの充電電流を
バッテリに供給することができる。この結果、バッテリ
の総充電時間の短縮化を図ることができる。

【００３７】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。

【００３９】給電系統 図１には、本発明を実現したバッテリ駆動式コンピュー
タ・システムの給電系統を模式的に示した図である。同
図に示すように、コンピュータ・システム（システム負
荷）１００は、ＡＣアダプタ１０を介して得られる商用
交流（ＡＣ）電源と、システム１００内部に収容された
バッテリ・パック２０の２つを主電源として有してお
り、ＡＣアダプタ１０及びバッテリ・パック２０の各々
の出力端子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に並列的に入
力している。

【００４０】ＡＣアダプタ１０は、商用電源からの交流
電圧を直流電圧に変換するための装置であり、その内部
に変圧器（トランス：図示しない）を含んでいる。本実
施例のＡＣアダプタ１０は、定電圧（ＣＶ：Constant V
oltage）、定電力（ＣＷ：Constant Wattage）及び定電
流（ＣＣ：Constant Current）出力特性を有しており、
システム１００がオペレーション中で自身の出力端子電
圧が所定値以上となっている間は定電圧フィードバック
制御を行う一方、バッテリ・パック２０の充電が開始さ
れてその出力端子電圧が所定値を下回ったときには、定
電力フィードバック制御方式に切り換わり、過度の充電
電流がバッテリ・パック２０に流れ込まないようにして
いる。さらに、システム１００の動作が停止（通常の電
源オフの他、「サスペンド（suspend）」などの低消費
電力状態を含む）したときには、定電流フィードバック
制御方式に切り換わって、バッテリ・パック２０を急速
充電できるようになっている（ＡＣアダプタ１０自体の
動作の詳細については、例えばＵＳＰ５，４６５，０３
９（特開平６−１１３４７７号公報）を参照のこと）。
なお、ＡＣアダプタ１０は電源ジャック１１にて着脱自
在に装着されている。

【００４１】バッテリ・パック２０は、システム１００
本体の一部に設けられたバッテリ収納部（図示しない）
に交換可能に取り付けられている。バッテリ・パック２
０は、複数本のバッテリ・セルを含んだパッケージであ
る。本実施例のバッテリ・セルは、定電流充電後に定電
圧充電を行う充電方式が最適なタイプのバッテリ・セル
（例えばリチウム・イオン・バッテリ）である。なお、
バッテリ・パック２０の総充電容量はシステム１００の
オペレーション時間にして２〜３時間程度分しかない。
このため、ＡＣアダプタ１０すなわち商用電源が電源ジ
ャック１１に取り付けられているときには、容量無尽蔵
なＡＣアダプタ１０からの供給電力が優先してシステム
・オペレーションに用いられる。また、モバイル環境下
などでＡＣアダプタ１０が取り外されているときには、
バッテリ・パック２０からの放電電流がシステム・オペ
レーションに利用される。

【００４２】ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、ＡＣアダプ
タ１０若しくはバッテリ・パック２０から供給された直
流電圧をシステム・オペレーションに適したレベルに降
圧するための装置であり、その内部に変圧器（トラン
ス：図示しない）を含んでいる。降圧安定化されたＤＣ
／ＤＣコンバータ３０の出力電圧は、システム負荷の各
部に供給される。なお、ここで言うシステム負荷には、
ＣＰＵやメイン・メモリ、ビデオ・コントローラを含む
各種コントローラ・チップ、ＨＤＤ（ハード・ディスク
・ドライブ）、ＦＤＤ（フロッピー・ディスク・ドライ
ブ）、ＣＤ−ＲＯＭドライブなどの各周辺機器が含まれ
る。但し、これらのハードウェア・ブロックは本発明の
要旨に直接関連しないので、本明細書中ではこれ以上説
明しない。

【００４３】ＡＣアダプタ１０とバッテリ・パック２０
の各出力端子間は、図示の通り、ダイオード１２及びＦ
ＥＴスイッチ１４が挿入された第１の電流経路と、充電
器４０が挿入された第２の電流経路によって並列的に結
ばれている。なお、ダイオード１２とＦＥＴスイッチ１
４の寄生ダイオードは、カソード同士が対向したＯＲ接
続されているので、ＦＥＴスイッチ１４がオフ状態では
第１の電流経路を電流は通過しない。

【００４４】電源コントローラ５０は、周辺コントロー
ラ・チップの１つであり、主としてシステム１００内の
各部への電力供給を管理するために設けられている。電
源コントローラ５０の一例は、日立製作所（株）製の１
チップＩＣ"３００／Ｈ８"である。このタイプのＩＣ
は、１６ビットのＣＰＵの他に、ＲＡＭ、ＲＯＭ、タイ
マー、８本のアナログ入力ピン、１６本のデジタル入出
力ピンを備えており、その機能はプログラマブルであ
る。本実施例では、電源コントローラ５０は、バッテリ
・パック２０の残存容量を監視して、これが低下したこ
と（すなわちロー・バッテリ状態）を検出^/**/したこと
に応答して、充電動作開始を指示するための"Ｃｈａｒ
ｇｅ"信号を付勢するようにプログラムされている。

【００４５】参照番号７０は、バッテリ・パック２０の
出力端子電圧を監視するために設けられたＯＰアンプで
ある。ＯＰアンプ７０は、第２の電流経路上の点Ｐから
引き出されたバッテリ端子電圧Ｖ_BATと所与の基準電圧
Ｖ_refとを入力に持ち、その出力を"Ｅｎａｂｌｅ"信号
として充電器４０及びＯＮ／ＯＦＦ制御回路６０に供給
している。Ｖ_BATがＶ_refを越えない間は、ＯＰアンプ７
０の出力"Ｅｎａｂｌｅ"は付勢される。また、Ｖ_BATが
Ｖ_refを越えると出力"Ｅｎａｂｌｅ"は減勢される。

【００４６】充電器４０は、高精度な定電圧制御機能
（例えば出力電圧を１２．７５±０．０６Ｖにする機
能）を持つ装置であり、その内部に変圧器（トランス：
図示しない）を含んでいる。充電器４０の入力側はＡＣ
アダプタ１０に、出力側はバッテリ・パック２０に、そ
れぞれ連結している。充電器４０の動作の開始・終了時
期は、電源コントローラ５０及びＯＰアンプ７０の各出
力信号によって制御される。より具体的には、充電器４
０は、電源コントローラ５０からの充電開始指令"Ｃｈ
ａｒｇｅ"を非反転入力するとともに、ＯＰアンプ７０
の出力"Ｅｎａｂｌｅ"を反転入力しており、両入力が付
勢状態の間のみ動作状態となる。言い換えれば、バッテ
リ・パック２０の充電時期と判断されている間で且つバ
ッテリ・パック２０の端子電圧が所定値Ｖ_refに到達し
たときのみ、充電器４０は動作状態となる。すなわち、
ＡＣアダプタ１０からの充電電流は第２の電流経路を通
過する訳である。

【００４７】ＦＥＴスイッチ１４は、第１の電流経路を
開閉操作するために設けられている。このＦＥＴ１のオ
ン／オフ動作はＯＮ／ＯＦＦ制御回路６０によって制御
される。このＯＮ／ＯＦＦ制御回路６０は、電源コント
ローラ５０からの充電開始指令"Ｃｈａｒｇｅ"及びＯＰ
アンプ７０の出力"Ｅｎａｂｌｅ"の双方を非反転入力し
ており、両入力の論理和をＦＥＴ１のゲートに供給する
ようになっている。このため、バッテリ・パック２０の
充電時期と判断されているときで且つバッテリ・パック
２０の端子電圧が所定値Ｖ_refに到達する前までの間、
ＦＥＴ１はオン状態となる。ＦＥＴ１及びＦＥＴ２がオ
ン状態のとき、ＡＣアダプタ１０からの充電電流が第１
の電流経路を通過可能する。

【００４８】充電オペレーション これまでで、本発明を実現したバッテリ駆動式コンピュ
ータ・システムの給電系統のハードウェア構成について
説明してきた。次いで、該給電系統におけるバッテリ・
パック２０の充電オペレーションとともに本発明の作用
について説明することにする。但し、以下では、システ
ム１００にＡＣアダプタ１０が電源ジャック１１に取り
付けられていることを前提とする。また、システム１０
０がオペレーション中にバッテリ・パック２０を充電す
るときには、ＡＣアダプタ１０は定電力フィードバック
動作することもあるが（ＵＳＰ５，４６５，０３９（特
開平６−１１３４７７号公報）参照）、ここでは説明の
簡略化のため定電流フィードバック動作しかしないもの
とする。

【００４９】図２には、本給電系統によって充電を行っ
ている間のバッテリ・パック２０の端子電圧Ｖ_BATの推
移、すなわちバッテリ・パック２０の充電特性を示して
いる。

【００５０】バッテリ・パック２０の端子電圧Ｖ_BATが
所定値Ｖ_thを下回るなどにより、電源コントローラ５０
が充電開始時期と判断すると、制御信号"Ｃｈａｒｇｅ"
が付勢される。この時点では、端子電圧Ｖ_BATは基準電
圧Ｖ_refに到達していないので、ＯＰアンプ７０の出力
信号"Ｅｎａｂｌｅ"は付勢される。この結果、スイッチ
ＦＥＴ１はオン状態となる一方、充電器４０は非動作状
態となる。

【００５１】スイッチＦＥＴ１及びＦＥＴ２がオン状態
となっているので、ＡＣアダプタ１０からの充電電流
は、第１の電流経路を経由してバッテリ・パック２０に
流れる。ＡＣアダプタ１０側の端子電圧は、バッテリ・
パック２０側の端子電圧Ｖ_BATに引き摺られて低下し、
この結果、ＡＣアダプタ１０は定電圧（ＣＶ）出力から
定電流（ＣＣ）出力に動作特性を切り換える。また、バ
ッテリ・パック２０自身は、充電初期状態すなわち端子
電圧Ｖ_BATが低い状態にあるので、ＡＣアダプタ１０の
出力をそのまま用いた定電流方式の急速充電が施され
る。これに伴って、端子電圧Ｖ_BATは比較的急速に上昇
する（フェーズ（Ｉ））。

【００５２】このフェーズ（Ｉ）の期間中は、充電器４
０は作動しない。すなわち充電器４０内の変圧器は作動
しないので、電圧変換に伴う電力ロス、及び電力ロスに
派生する発熱や磁気ノイズはない。

【００５３】次いで、端子電圧Ｖ_BATが上昇して、基準
電圧Ｖ_refに到達すると、ＯＰアンプ７０の出力信号"Ｅ
ｎａｂｌｅ"が減勢される。この結果、ＯＮ／ＯＦＦ制
御回路６０はスイッチＦＥＴ１をオフ状態にするので、
第１の電流経路は断たれる。一方、充電器４０が動作状
態となるので、ＡＣアダプタ１０からの充電電流は第２
の電流経路を経由してバッテリ・パック２０に流れる。
この結果、充電器４０によって高精度（例えば１２．７
５±０．０６Ｖ）に定電圧制御された充電電流をバッテ
リ・パック２０に供給することができる（フェーズ（Ｉ
Ｉ））。

【００５４】本実施例によれば、システム１００内部に
配設された充電器４０の作動をフェーズＩＩの期間中に
限定することができる。言い換えれば、充電器４０内の
変圧器の作動に伴う電力ロス、発熱、磁気ノイズを極力
抑えることができる訳である。

【００５５】また、充電初期の急速充電時には、ＡＣア
ダプタ１０の出力をそのまま用い、したがって充電電流
値を増すことができるので、総充電時間を短縮すること
ができる。

【００５６】追補 以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳
解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない
範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは
自明である。例えば移動無線端末やコードレス電話機、
電子手帳、ビデオ・カメラなどのバッテリ駆動タイプの
各種電気・電子機器に対しても、本発明を適用すること
ができる。要するに、例示という形態で本発明を開示し
てきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本
発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請
求の範囲の欄を参酌すべきである。

【００５７】《注釈》 ＊＊：バッテリ・パックの充電開始時期は、例えば出力
電流を積算して充電容量から差し引いて残存容量を計測
したり、あるいはバッテリ・セルの周囲温度やバッテリ
端子電圧によって判別することができる（周知）。

【００５８】

【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
リチウム・イオン電池のような定電圧充電式のバッテリ
を利用可能な電子機器のための電源装置であって、電力
ロスや、電子機器本体内の発熱や磁気ノイズを軽減でき
る、優れた電源装置を提供することができる。

【００５９】より具体的に言えば、本発明に係る電源装
置は、充電初期は充電器を使用しない。すなわち、充電
初期には充電器内の変圧器は作動しないので、変圧器の
動作に伴う電力ロスや電子機器本体内の発熱や磁気ノイ
ズの発生を最小限に抑えることができる。

【００６０】また、充電初期の急速充電時には、ＡＣア
ダプタ１０の出力をそのまま用い、したがって充電電流
値を増すことができるので、総充電時間を短縮すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明を実現したバッテリ駆動式コン
ピュータ・システムの給電系統を模式的に示した図であ
る。

【図２】図２は、本給電系統によって充電を行っている
間のバッテリ・パック２０の端子電圧Ｖ_BATの推移を示
したチャートである。

【図３】図３には、バッテリ駆動式コンピュータ・シス
テムの給電系統（従来例）を模式的に示した図である。

【図４】図４は、定電流定電圧充電方式にて充電したと
きのリチウム・イオン電池の充電特性（電池電圧と入力
電流の推移）を示したチャートである。

【符号の説明】

１０…ＡＣアダプタ、１１…電源ジャック、１２，１３
…逆流防止ダイオード、１４…ＦＥＴスイッチ、２０…
バッテリ・パック、３０…ＤＣ／ＤＣコンバータ、４０
…充電器、５０…電源コントローラ、６０…ＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御回路、７０…ＯＰアンプ、１００…ノートブック
ＰＣ。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−170983（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−113477（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−251830（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】充電式バッテリで駆動するタイプの電子機
   器のための電源装置であって、 （ａ）外部の交流電圧を直流電圧に変換して取り込むた
   めのＡＣアダプタと、 （ｂ）前記ＡＣアダプタび前記充電式バッテリから並列
   的に受け取った入力電圧をレベル変換して前記電子機器
   内に供給するためのＤＣ／ＤＣコンバータと、 （ｃ）前記ＡＣアダプタの出力を定電圧制御して前記充
   電式バッテリに供給するための充電器と、 （ｄ）前記充電式バッテリの端子電圧を計測するための
   電圧計測手段と、 （ｅ）前記ＡＣアダプタと前記充電式バッテリを結ぶ第
   １の電力線と、 （ｆ）前記第１の電力線上に直列的に挿入されたスイッ
   チと、 （ｇ）前記充電器を経由して前記ＡＣアダプタと前記充
   電式バッテリを結ぶ第２の電力線と、 （ｈ）充電中に、前記端子電圧が所定値未満の充電初期
   は前記スイッチをオンにするとともに前記充電器の動作
   を停止し、前記端子電圧が所定値に到達した充電末期は
   前記スイッチをオフにするとともに前記充電器の動作を
   開始させる充電制御手段と、 を具備することを特徴とする電子機器用電源装置。
2. 【請求項２】前記ＡＣアダプタは出力電流が所定値を越
   えない定電流出力特性若しくは出力電力が所定値を越え
   ない定電力出力特性を有することを特徴とする請求項１
   に記載の電子機器用電源装置。
3. 【請求項３】充電式バッテリで駆動するタイプの電子機
   器であって、 （ａ）外部の交流電圧を直流電圧に変換して取り込むた
   めのＡＣアダプタと、 （ｂ）前記ＡＣアダプタ及び前記充電式バッテリから並
   列的に受け取った入力電圧をレベル変換するためのＤＣ
   ／ＤＣコンバータと、 （ｃ）前記ＡＣアダプタの出力を定電圧制御して前記充
   電式バッテリに供給するための充電器と、 （ｄ）前記充電式バッテリの端子電圧を計測するための
   電圧計測手段と、 （ｅ）前記ＡＣアダプタと前記充電式バッテリを結ぶ第
   １の電力線と、 （ｆ）前記第１の電力線上に直列的に挿入されたスイッ
   チと、 （ｇ）前記充電器を経由して前記ＡＣアダプタと前記充
   電式バッテリを結ぶ第２の電力線と、 （ｈ）充電中に、前記端子電圧が所定値未満の充電初期
   は前記スイッチをオンにするとともに前記充電器の動作
   を停止し、前記端子電圧が所定値に到達した充電末期は
   前記スイッチをオフにするとともに前記充電器の動作を
   開始させる充電制御手段と、 （ｉ）前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力によって駆動す
   るシステム負荷と、 を具備することを特徴とする電子機器。
4. 【請求項４】前記ＡＣアダプタは出力電流が所定値を越
   えない定電流出力特性若しくは出力電力が所定値を越え
   ない定電力出力特性を有することを特徴とする請求項３
   に記載の電子機器。