JP3893124B2 - 電力管理トポロジー - Google Patents

Description

本発明は、電力管理システムに関し、特に、電子装置のための種々の電力管理トポロジーに関する。

本願は、その教示の内容が引用によってここに組込まれている2003年2月11日に出願されたUS通常出願No.10/364,228の一部継続出願であるとともに、その教示の内容が引用によってここにまた組込まれている2003年7月3日に出願されたUS仮出願No.60/484,635の出願日の利益を請求する。また、本願は、その教示の内容が引用によってここに組込まれている2001年9月21日に出願されたUS通常出願No.09/960,453の一部継続出願であるとともに、その教示の内容が引用によってここにまた組込まれている2000年9月21日に出願されたUS仮出願No.60/234,442の出願日の利益を請求する。

種々の携帯用電子装置は、前記電子装置のシステム負荷に電力を供給するために、種々の電源からの電力をモニタし、制御し、かつ、管理(direct)する電力供給システムを有する。一般的に、これらの電源は、一定出力ACDCアダプタ及び１つまたはそれ以上の再充電可能なバッテリーを含んでいる。前記電力供給システムは、電力変換ブロック、例えば、前記ACDCアダプタによって供給された一定DC電圧を、前記バッテリーを充電するために高精度に制御された種々の出力DC電圧に変換するためのDCDC変換器を含んでいる。

前記電力供給システムは、前記ACDCアダプタか、またはホストバッテリーのどちらかから前記システムへ電力を供給するとともに、適切な条件が満たされる場合、バッテリー充電を実行する働きをする。従って、一般的に、前記ACDCアダプタを前記システムと選択的に接続するためのACDC源スイッチと、前記ホストバッテリーを前記システムに選択的に接続するためのバッテリースイッチと、充電のための前記DCDC変換器の出力に前記ホストバッテリーを接続する可能性がある充電スイッチとが存在する。電力が前記ACDCアダプタから前記システムに供給されるとき、前記ACDC源スイッチは閉じられ、前記バッテリースイッチは開かれ、前記充電スイッチは開閉どちらでもよい。一方、電力が前記バッテリーから前記システムに供給されるとき、前記バッテリースイッチは閉じられ、前記ACDC源スイッチ及び前記充電スイッチは開かれる。

前記バッテリーをその最大動作電圧まで充電できるようにするために、前記ACDCアダプタの出力電圧は、前記バッテリーの前記最大動作電圧より高く（通常、少なくとも１〜２Ｖ高く）選択される。前記ACDCアダプタの前記出力電圧は一定値を有するが、前記バッテリーの前記出力電圧は（充電状態に応じて）大きく変化し、かつ、前記バッテリーは一定時間について前記システム負荷に電力を供給するために並列に接続される。これらにによる電圧の差異は、より高い電圧源（ACDCアダプタ）からより低い電圧源（バッテリー）に望ましくない電流の流れをもたらす。結果として、前記システムにおいて一時的な高電圧の必要性をもたらすために、前記ACDCアダプタは、一般的に必要以上に大きいものになり、前記電力供給システムのコストをかなり(significantly)増加させる。

さらに、前記ACDCアダプタの出力電圧が一定であるので、その出力電圧は、十分な(fine)充電電圧及び電流制御を行う前記バッテリーを充電するために用いられることはできない。従って、前記DCDC変換器によって遂行された第２電力変換ステップは、必須ものである。この第２電力変換ステップは、さらなるコスト増加を引き起こすとともに、前記電力供給システムの全効率を減少させる。

従って、ただ１つの電力変換器が前記システム負荷及び前記バッテリーに制御可能DC出力を提供できるようにするか、または制御可能DC電源及びバッテリーが前記システム負荷に供給するため並列に接続されるようにするか、またはその両方の特徴を有する電力管理トポロジーに対する技術が必要となっている。

本発明による電力供給トポロジーは、制御可能DC電源と接続されるために設けられた第１経路(path)と、バッテリーと接続されるために設けられた第２経路と、システム負荷と接続されるために設けられた第３経路とを具備し、前記第１、第２及び第３経路は、共通接点(node)と接続されており、前記共通接点を介して前記システム負荷に対する前記制御可能DC電源の選択的接続を許可するように、前記第１経路に接続された第１スイッチと、前記共通接点に対する前記バッテリーの選択的接続を許可するように、前記第２経路に接続された第２スイッチとを具備する。

他の実施形態では、本発明による電力供給トポロジーは、制御可能DC電源と、前記制御可能ＤＣ電源と接続された第１経路と、バッテリーと接続されるために設けられた第２経路と、システム負荷と接続されるために設けられた第３経路とを具備し、前記第１、第２及び第３経路は、共通接点に接続されており、前記共通接点を介して前記システム負荷に対する前記制御可能DC電源の選択的接続を許可するように、前記第１経路に接続された第１スイッチと、前記共通接点に対する前記バッテリーの選択的接続を許可するように、前記第２経路に接続された第２スイッチとを具備する。

さらに別の実施形態では、電子装置の種々の構成要素に電力を導く(direct)ための電力供給トポロジーを備える電子装置が提供される。本発明による前記電子装置は、制御可能DC電源と接続されるために設けられた第１経路と、バッテリーと接続されるために設けられた第２経路と、システム負荷と接続されるために設けられた第３経路とを具備し、前記第１、第２及び第３経路は共通接点と接続されており、前記共通接点を介して前記システム負荷に対する前記制御可能DC電源の選択的接続を許可するように、前記第１経路に接続された第１スイッチと、前記共通接点に対する前記バッテリーの選択的接続を許可するように、前記第２経路に接続された第２スイッチとを具備する電力供給トポロジーを備える。

さらに、別の実施形態では、本発明による電子装置は、制御可能DC電源と、前記制御可能DC電源と接続された第１経路と、バッテリーと接続されるために設けられた第２経路と、システム負荷と接続されるために設けられた第３経路とを具備し、前記第１、第２及び第３経路は、共通接点と接続されており、前記共通接点を介して前記システム負荷に対する前記制御可能DC電源の選択的接続を許可するように、前記第１経路に接続された第１スイッチと、前記共通接点に対する前記バッテリーの選択的接続を許可するように、前記第２経路に接続された第２スイッチとを具備し、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチは、電力管理制御回路からの制御信号に応答して伝導状態を有する。

さらに、本発明の別の実施形態では、システム負荷に電力を供給する方法が提供される。本発明による前記方法は、第１電力供給モードでシステム負荷に制御可能DC電源からの電力を供給する段階と、第２電力供給モードで前記システム負荷及びバッテリーに前記制御可能DC電源からの電力を供給する段階とを具備する。

さらに、別の実施形態では、システム負荷に電力を供給する別の方法が提供される。本発明による前記方法は、第１電源からの第１電力レベルを受け取る段階と、前記第１電力レベルを動的に調整可能な出力DC電力レベルに変換する段階と、第１電力供給モードで前記システム負荷に前記出力DC電力レベルを供給する段階とを具備する。

さらに、別の実施形態では、システム負荷に電力を供給する他の方法が提供される。本発明による前記方法は、制御可能DC電源を供給する段階と、少なくとも１つの入力信号に基づいて前記制御可能DC電源の出力電力パラメータを制御する段階と、第１電力供給モードを選択する段階とを具備し、前記制御可能DC電源とバッテリーの両方は、システム負荷に電力を供給するために並列に接続される。

さらに、他の実施形態では、本発明による電力供給システムは、動的に制御可能出力電力パラメータを有する制御可能DC電源と、前記出力電力パラメータを制御するとともに、第１電力供給モードを選択するために設けられた電力管理制御回路とを具備し、前記制御可能DC電源は、システム負荷に電力を供給する。

本発明の利益は、その模範的な実施形態の以下の詳細な記載から明らかであり、前記記載は、その添付の図面とともに考慮されるべきである。

図１は、制御可能DC電源104、バッテリー105によって、またはここで後に詳細に説明されるように、必要が生じた場合に（制御可能DC電源104、バッテリー105）並列に両方による電力供給が可能なシステム負荷110を有する電子装置100の簡易化したブロック図を示している。種々の電力供給モードでのスイッチSW1及びSW2の状況を示すテーブル180も示されている。一実施形態では、前記制御可能DC電源104は、ここで後に詳細に説明されるように、制御可能アダプタ、例えば、電力を供給するために必要な唯一の電力変換を前記システム負荷110及び前記バッテリー105に供給するACDCアダプタであってもよい。従って、他の電力供給システムで一般的に用いられる付加的な電力変換ステップ（例えば、充電のために微細に制御された出力を前記バッテリーに供給するためのDCDC変換器）の必要性は、この場合には不要となる。

前記電子装置100は、ラップトップコンピュータ、携帯電話、パーソナル・デジタル・アシスタント、電動工具、電気自動車などのような技術で公知である多種多様な装置であってもよい。前記制御可能DC電源104は、種々の実施形態を参照してここで後に詳細に説明されるように、制御可能アダプタまたはDCDC変換器から利用の可能性がある動的に制御可能DC出力を供給する。前記制御可能DC電源104は、前記電子装置とは別個でもよいし、または前記電子装置と一体でもよい。前記バッテリー105は、１つのバッテリーを含んでもよいし、または複数のバッテリーを含んでもよい。バッテリーは、リチウムイオン、ニッケルカドミウム、ニッケルメタル水素バッテリーまたはその類似のもののような種々のタイプの再充電可能なバッテリーであってもよい。

前記制御可能DC電源104は、スイッチSW1及び経路114を介して接点116に選択的に接続されてもよい。前記バッテリー105は、スイッチSW2及び経路118を介して前記接点116に選択的に接続されてもよい。さらに、前記システム負荷110は、経路121を介して前記接点116と接続されてもよい。

一般的に、本発明による電力管理制御回路130は、種々の条件下で、各電源104,105から前記システム負荷110へ、かつ、お互いに（例えば、バッテリー充電）電力を監視、制御及び管理(direct)する。前記電力管理制御回路130は、経路141沿いに種々の入力信号を受信してもよい。そのような入力信号は、種々のロード条件、供給条件、及び/または、指令信号として詳述する。前記バッテリー105の前記供給条件は、前記バッテリー105の出力電圧レベルまたは出力電流レベルのような電力条件であってもよい。同様に、前記制御可能DC電源104の前記供給条件は、前記電源104の出力電圧レベルまたは出力電流レベルのような電力条件であってもよい。前記システム負荷110の前記ロード条件は、特有の瞬間での前記システム負荷の所要電圧レベルまたは所要電流レベルのような電力条件であってもよい。当業者は、前記電力管理制御回路130にそのような入力信号を供給するための多種多様な方法を認識するだろう。例えば、電流感知抵抗(current sense resistor)は、各選択的な経路沿いの電流レベルを表す信号を提供するために、選択的電力経路114,118,121と直列に備えられてもよい。

一般的に、前記電力管理制御回路130は、出力パラメータ、例えば、経路133沿いの出力制御信号を介して前記制御可能DC電源104の出力電圧レベルを動的に調整してもよいし、経路120沿いの出力制御信号を介してスイッチSW1及びSW2の状態を制御することによって複数の電力供給モードの中から選択してもよい。

有利には、一実施形態では、前記電力管理制御回路130は、前記制御可能DC電源104及び前記バッテリー105の両方が前記システム負荷110に電力を供給するために、並列に接続されるようなテーブル180に詳述された電力供給モード185を選択してもよい。前記制御可能DC電源104と前記バッテリー105を並列に接続することの問題は、前記２つ（前記制御可能DC電源104と前記バッテリー105）の間の電圧レベルの相違が、より高い電圧源からより低い電圧源へ好ましくない内部電流の流れ(inter-current flow)をもたらすことである。

この好ましくない内部電流の流れは、一方向の電流の流れを許可するための一方向性スイッチ及び選択的な一方向性スイッチによって抑えられ得るが、他の方向の電流の流れを防止する。例えば、スイッチSW2は、選択的な一方向性スイッチであってもよいし、スイッチSW1は、ここで後に詳細に説明されるような一方向性スイッチであってもよい。スイッチSW2の動作は、図１のバッファバッテリー供給モード185内で許される電流の流れのテーブル180内の矢印によって表示されてもよい。さらに、スイッチSW2は、前記バッテリー電圧が変化するように、例えば、その充電状態に応じて、前記バッテリー105の前記電圧レベルの許容範囲内で前記制御可能DC電源104の前記電圧レベルを維持することによって、前記制御可能DC電源104と前記バッテリー105との間の好ましくない内部電流の流れが制御される双方向性放電スイッチを備えてもよい。

経路141を介して受信された指令信号によって指示された場合、この並列供給モード185が選択されてもよい。また、この供給モード185は、電力危機条件に応じて選択されてもよい。そのような電力危機条件は、前記システム負荷110が、前記制御可能DC電源104それぞれから利用可能な最大電力を超えるとともに、前記バッテリー105それぞれから利用可能な最大電力を超えるロード要件を有するときに発生する可能性がある。しかしながら、同時に前記電源は、必要期間の間、前記システム負荷110の前記ロード要件を満足するのに十分な電力を供給することができる可能性がある。それ故に、前記制御可能DC電源104は、この状況を説明するために必要以上に大きい必要はない。

そのような並列電源供給モード185において、前記電力管理制御回路130は、スイッチSW1及びSW2の状態を制御することによって、前記制御可能DC電源104と前記バッテリー源105との間の相互伝導(cross conduction)を有利に防止する。スイッチSW2は、選択的一方向スイッチであってもよいし、スイッチSW1は、一方向スイッチであってもよい。すなわち、スイッチSW2は、閉じられるときのみ、前記選択された電力供給モードに応じて一方向に電流の流れを許してもよいし、またはスイッチSW2が開かれてもよい。前記システム負荷110が前記制御可能DC電源104によって電力を供給される場合のみ（従って、スイッチSW1は閉じられる）、スイッチSW2は開かれてもよく、そして充電が開始されない（電力供給モード181）。

スイッチSW2は、電流が一般的に前記バッテリーから流れることを唯一許される第１放電閉鎖位置を有してもよい。例えば、この第１放電閉鎖位置において、電流が前記制御可能DC電源104から前記バッテリー105に向かって流れることは防止されるが、電流が前記バッテリー105から前記システム負荷110に流れることは許される。さらに、スイッチSW2は、電流が前記バッテリーに流れることを唯一許される第２充電閉鎖位置も有してもよい。例えば、この第２充電閉鎖位置において、電流は、前記制御可能DC電源104から前記バッテリー105に流れることが唯一許され、かつ、前記バッテリー105から前記システム負荷100に流れることは防止される。スイッチSW1は、閉じられたとき、前記制御可能DC電源から接点116への電流の流れを唯一許可する一方向スイッチであってもよい。

従って、前記制御可能DC電源104及び前記バッテリー105の両方が前記システム負荷110に電力を供給する前記並列電力供給モード185では、スイッチSW2が第１放電位置で閉じられてもよいし、かつ、スイッチSW1が閉じられてもよい。従って、前記制御可能DC電源104から前記バッテリー105への望まない内部電流の流れは、前記スイッチSW2によって防止されるが、前記バッテリー105は、前記システム負荷110に電流を供給できる。さらに、前記バッテリー105から前記DC電源104への望まない内部電流の流れは、一方向スイッチSW1によって防止される。

当業者は、選択的一方向スイッチが実施される種々の方法を認識できる。例えば、互いに直列に接続された一組のスイッチ及び各スイッチと並列に接続された一組のダイオードが用いられてもよい。閉じられたスイッチは、他の方向に電流の流れを許可するが、特有のダイオードが一方向に電流の流れを閉鎖してもよい。

有利には、前記電力管理制御回路130は、前記制御可能DC電源104が前記システム負荷110に電力を供給する別の電力供給モード181または183を選択してもよい。そのような場合、前記バッテリー105は、充電されてもよいし（テーブル180の供給モード183）、または充電されなくてもよい（テーブル180の供給モード181）。これらの電力供給モードでは、経路114沿いの前記電力管理回路130に対する入力信号の１つは、前記システム負荷110の電力要求、例えば、電圧要求、電流要求などを表してもよい。有利には、前記電力管理制御回路130は、前記システム負荷110の要求に従うために、前記制御可能DC電源104の出力パラメータ、例えば、出力電圧レベル、出力電流レベルなどを調整するためのそのような信号に応答してもよい。一例として、前記電力管理回路130は、前記システム負荷110の前記電圧要求の所定限度内に前記制御可能DC電源104の前記出力電圧レベルを調整する。従って、電力損失及び浪費が限られる。

図２に戻ると、図１の前記制御可能DC電源104は、制御可能アダプタ104aであってもよい。有利には、この例では、前記システム負荷110と充電のためのバッテリー105とに電力を供給するために必要な１つの電力変換段階（例えば、前記制御器アダプタのための入力電圧から前記制御可能出力DC電圧まで）のみが存在する。従って、前記追加された変換段階（例えば、DCDC変換器から充電のための前記バッテリーまで）は、電力効率の改良を避けられる。図２の実施形態では、前に詳細に説明した前記バッファバッテリー供給モードは、所望の電力供給システムの必要性(needs)に応じて利用されてもよいし（テーブル180）、または利用されなくてもよい（テーブル190）。

前記制御可能アダプタ104a以外の図２の前記電力供給システムの他の構成要素は、図１のそれ（構成要素）と同様であり、従って、同様に符号をつけることにする。それ故に、そのような構成要素の繰り返し説明は、明確のためにここでは省略する。前記制御可能アダプタ104aは、さらに、通常AC電圧を受け取るとともに、それを前記電力管理制御回路130からの経路133沿いの制御信号に応じた制御可能DC電圧レベルに変換する制御可能ACDCアダプタであってもよい。前記電力管理制御回路130によって制御される可能性がある前記制御可能アダプタ104aのパラメータは、出力電圧、最大出力電力、最大出力電流、起動時間、起動プロフィールなどを含むが、これに限られない。前記制御器アダプタ104aの出力電圧は、前記電力管理制御回路130によって制御されるように、ダイナミックに調整されてもよい。

図３に戻ると、図１の前記制御可能DC電源は、経路114に接続されたDCDC変換器104bであってもよい。また、経路114に接続されるのは、スイッチSW1と固定アダプタ302である。スイッチSW1は、前記DCDC変換器104bと前記接点116との間の経路114に接続されるものとして図示されている。もう一つの方法として、スイッチSW1は、図９から図１５までの他の実施形態においてさらに詳細に説明されるように、前記固定アダプタ302と前記DCDC変換器104bとの間の経路114沿いに接続されてもよい。

図３の実施形態では、図２で図示されるような１つの電力変換よりもむしろ２つの電力変換が行われる。すなわち、前記固定アダプタ302と前記DCDC変換器104bの電力変換である。図３の実施形態により、例えば、前に詳細に説明したような電力を前記システム負荷110に同時に供給する前記バッテリー105及び前記制御可能DC電源104bを有するために、まだ前記電力供給システムがバッファバッテリー供給モード185内で動作されることができる。前記DCDC変換器104b及び固定アダプタ302以外に、図３の前記電力供給システムの他の構成要素は、図１の構成要素と同様であり、従って、同様に符号をつけることにする。それ故に、そのような構成要素の繰り返し説明は、明確のためにここでは省略する。

前記DCDC変換器104bは、前記電力管理制御回路130からの経路303沿いの種々の制御信号によって制御されるいずれかの種々の変換器であってもよい。一実施形態では、前記DCDC変換器104bは、技術的に公知であるようなハイサイド(high side)スイッチと、ローサイド(low side)スイッチと、LCフィルタとを有するバック(buck)変換器であってもよい。故に、前記電力管理回路130からの前記制御信号は、パルス幅変調(PWM)信号であってもよい。前記PWM信号の幅は、“スイッチオン”状態（ハイサイドスイッチオン及びローサイドスイッチオフ）と“スイッチオフ”状態（ハイサイドスイッチオフ及びローサイドスイッチオン）の継続期間と、前記DCDC変換器の出力電圧と電流レベルを制御する。

図４から図８までに戻ると、本発明による電力供給システムの種々の実施形態は、前記制御可能DC電源104及び２つのバッテリー（バッテリーA及びB）のような制御可能アダプタ104aを有するものとして図示される。従って、図４から図８までの実施形態は、前記システム負荷110及び前記バッテリー105に電力を供給するための前記制御可能アダプタ104aのために、１つの電力変換を有する。前記１つの電力変換段階の実施形態は、前記バッテリーと制御可能DC電源の両方が電力を前記システム負荷110に供給できるような、前に詳細に説明したバッファバッテリー電力供給モードと関係なく用いられてもよいし、または一緒に用いられてもよい。

一方、さらにここで詳細に説明したように図９から図１５は、前記制御可能DC電源104のような制御可能DCDC変換器104bを有するとともに、また２つのバッテリー（バッテリーA及びB）を有する付加的な実施形態を対象としている。それ故に、図９から図１５までの実施形態は、固定アダプタ302及び前記DCDC変換器104bのために、少なくとも２つの電力変換を有する。

図４の実施形態は、図１及び図２に関して以前に詳細に説明したような機能性全てを有してもよい。しかしながら、図４の実施形態は、前記バッテリーと制御可能DC電源の両方が電力を前記システム負荷110に並列に供給できるような、以前に詳細に説明したバッファバッテリー電力供給モードを有してもよいし、または有しなくてもよい。例えば、特有の電力供給システムは、１つの前記電力変換段階のみを要求してもよいし、前記バッファバッテリー電力供給モードと関係がなくてもよい。

図４のいくつかの構成要素は、図２のそれらの構成要素と同様であり、従って、同様に符号をつけることにする。それ故に、前記機能性の繰り返しの説明及び繰り返しの前記構成要素は、明確のためにここでは省略する。一般的に、前記制御可能ACDCアダプタ104a、バッテリーAまたはバッテリーBの何れか一つまたは組み合わせは、前記電力管理制御回路130によって制御されるとして、どの時点においても、前記システム負荷110に電力を供給する可能性がある。前記システム負荷110は、接点116で見られるように経路121を介して電力を受け取る。前記制御可能アダプタ104aは、スイッチSW1及び経路114を介して接点116に選択的に接続されてもよい。バッテリーAは、スイッチSW2A及び経路118aを介して接点116に選択的に接続されてもよい。同様に、バッテリーBは、スイッチSW2B及び経路118bを介して接点116に選択的に接続されてもよい。スイッチSW1は、スタンドアロン外部スイッチであってもよい。また、スイッチSW1は、以前に詳細に説明したような一方向スイッチであってもよい。スイッチSW2A及びSW2Bは、スタンドアロンスイッチであるか、または例えば、バッテリー寿命アプローチ(approach)を引き伸ばされたバッテリーパック10a及び11aにそれぞれ組み込まれてもよい。前記バッテリーパックに組み込まれた前記電力スイッチを使用することによって、電力スイッチの数及び関連電力損失が低減される。また、スイッチSW2A及びSW2Bは、以前に詳細に説明したような選択的な一方向スイッチであってもよい。

以前に触れたように、前記電力管理制御回路130は、種々の経路沿いで種々の入力信号を受け取ってもよい。図４の実施形態では、アダプタ感知抵抗(adapter sense resistor)4、システム感知抵抗3、バッテリーA感知抵抗7、及びバッテリーB感知抵抗5は、個別の電力経路沿いの前記電流の流れを表した入力信号を、前記電力管理制御回路130へ供給する。例えば、前記アダプタ感知抵抗4は、前記制御可能アダプタ104aからの経路114沿いの電流の流れを表したデータ信号を供給する。前記システム感知抵抗3は、経路121沿いの電流の流れを表したデータ信号を、電源のいずれかの組み合わせから前記システム負荷110に供給する。前記バッテリーA感知抵抗7は、バッテリーAから、または、バッテリーAへの経路118a沿いの電流の流れを表したデータ信号を供給する。最後に、前記バッテリーB感知抵抗5は、バッテリーBから、または、バッテリーBへの経路118b沿いの電流の流れを表したデータ信号を供給する。

さらにまた、バッテリーA(VFB_A)、バッテリーB(VFB_B)及び前記システム負荷の前記電圧レベルを表した入力信号は、前記電力管理制御回路130に入力されてもよい。その上、入力信号、例えば指令やデータ信号はまた、ホストバス22を介して、ホスト電力管理部(PMU)12から前記電力管理回路130へ入力されてもよい。前記PMU12は、技術的に公知である種々の電力管理手順を実行するために構成される。前記PMU12からのそのような入力信号は、充電電流と、充電電圧と、アダプタ制御プリセット電圧と、アダプタ極限電力と、アダプタ電流制限と、アダプタ存在(presence)と、バッテリー存在と、過剰電圧、過剰温度、過剰電流充電または過剰アダプタ、前記アダプタ104aまたは前記システム110のための過剰電力のような複数の警告信号とを含むが、これに限られるものではない。前記ホストバス22は、いくつものワイヤを有するとともに、アナログ及びデジタル指令信号のいくつかの組み合わせを運んでもよい。前記PMU12がSMバスプロトコル手順を実行するために構成される場合、例えば、前記ホストバス22は、SMバスであってもよい。前記PMU12は、別個の構成要素であってもよいし、または前記電子装置100のより複雑なプロセッサに組み込まれてもよい。

さらに、バッテリーA及びBのためのバッテリーバス24は、前記電力管理制御回路130に付加的な情報を供給する。そのようなバス24を介して供給されるそのような情報は、充電電流と、充電電圧と、バッテリー存在と、過剰電圧、過剰温度または過剰電流のような複数の警告信号のような種々のパラメータを表してもよいが、これに限られるものではない。

前記電力管理制御回路130に戻ると、それは、ホストインタフェース13と、制御及びデータ経路に結び付けられた複数の電流感知増幅器14,15,17,18と、決定回路16とを含んでもよい。前記決定回路16は、スイッチSW1,SW2A及びSW2Bの状態を制御するために、バス20を介して出力信号の第１セットを供給するようなセレクタ(selector)回路409をさらに含んでもよい。また、前記決定回路16は、前記制御可能アダプタ104aの出力パラメータを制御するために、経路133を介して出力信号の第２セットを供給するような制御回路411を含んでもよい。

前記ホストインタフェース13は、前記PMU12から信号の入力セットを受け取るとともに、内部信号バス23を介して前記決定回路16に信号の変換セットを出力するために構成された一般的なインタフェースである。前記決定回路16に供給されるそのような信号は、バッテリーA、バッテリーB、前記制御可能アダプタ104a及び前記システム負荷110に対して極限電圧及び電流制限を含んでもよい。前記ホストインタフェース13は、前記PMU12からのアナログまたはデジタル信号を受け取ってもよい。

前記PMU12がデジタル信号を供給する場合、前記ホストインタフェースは、SMバスまたはI2Cインタフェースのようないずれかの種類のデジタルインタフェースであってもよい。この例では、また、マルチプレクサ(MUX)及びデジタルアナログ変換器(DAC)は、デジタル信号をアナログ信号に変換するとともに、前記決定回路16に適正な数のアナログ信号を供給するために、前記インタフェース13に備えられてもよい。前記MUXは、ある意味では、前記決定回路16に供給される信号の数に応じてかなり多数のチャンネルを有してもよい。

前記感知抵抗が通常かなり小さいので、複数の電流感知増幅器14,15,17,18は、各感知抵抗3,4,5,7からの信号を増幅する。例えば、感知増幅器14は、前記システム感知抵抗3を横切った(across)電圧降下を増幅するとともに、経路121沿いの前記電流の流れを表したISYS信号を供給する。感知増幅器15は、前記アダプタ感知抵抗4を横切った電圧降下を増幅するとともに、経路114沿いの前記電流の流れを表したIAD信号を供給する。感知増幅器17は、前記バッテリーB感知抵抗5を横切った電圧降下を増幅するとともに、経路118b沿いの電流の流れを表したICDB信号を供給する。最後に、感知増幅器18は、前記バッテリーA感知抵抗7を横切った電圧降下を増幅するとともに、経路118a沿いの電流の流れを表したICDA信号を供給する。

次いで、前記各感知増幅器14,15,17,18からのISYS,IAD,ICDB及びICDA信号は、前記決定回路16、特に、前記決定回路16の一部の前記制御回路411に供給されてもよい。さらに、前記システム負荷110の前記電圧レベルを表した前記VFB_SYS信号、バッテリーBの前記電圧レベルを表した前記VFB_B信号及びバッテリーAの前記電圧レベルを表したVFB_A信号は、また、前記決定回路16、特に、前記決定回路16の一部の前記制御回路411に供給されてもよい。

前記制御回路411は、これらの入力信号ISYS,IAD,ICDB,ICDA,VFB_SYS,VFB_B及びVFB_Aを受け取るとともに、例えば、前記PMU12によって供給されるような種々の閾値レベルとそのような信号を比較する。そのような比較に基づいて、前記制御回路411は、前記アダプタ制御バス133を介した前記アダプタ104aの出力パラメータ、例えば、出力電圧レベルを制御するために、出力信号の第１セットを供給する。

前記電力供給システムが図１及び２に関して以前に詳細に説明したそれらを含む種々のタスクを実行するように、出力信号の前記第１セットは、前記制御可能アダプタ104aの１つまたはそれ以上の出力パラメータを制御する。さらに、そのようなタスクは、また、以下のうちの少なくとも１つを含んでもよいが、これに限られるものではない。
・前記バッテリー源105を充電するために充電電流の供給が要求された場合、前記アダプタの最大出力電流レベルまで、または前記システム負荷110の電力供給限度まで必要なアダプタ電流をすべて供給すること
・前記アダプタ104aの前記最大出力電流レベルと前記システム負荷110の所要電流との間の差に対して、充電モードの間、前記バッテリー105に供給される総充電電流を制限すること
・いずれかのバッテリーで前記最大充電電圧レベルに到達しない限り、前記最大充電電流を各バッテリー（バッテリーA及びB）に供給すること
・いずれかのバッテリーで前記最大充電電圧に到達しない限り、最も低い電圧バッテリ−に対して前記最大充電電流の供給を行うこと、及び
・バッテリーが存在しない、または充電要求が受け取られない場合、前記システム負荷110にセット(set)最大供給電圧を供給すること

これら当業者は、前記決定回路16の一部の前記制御回路411のそのような機能性が、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはそれらのいくつかの組み合わせによって(through)遂行される可能性がある種々の方法を認識する。例えば、ハードウェアによる前記制御回路411は、各監視パラメータのための関連最大閾値レベルと信号ISYS,IAD,ICDB,ICDA,VFB_SYS,VFB_B,及びVFB_Aとを比較するために、複数のエラー増幅器を含んでもよい。複数のエラー増幅器は、前記関連最大レベルを超過する条件を第１に検出するエラー増幅器が、前記制御可能アダプタ104aへの指令信号を制御するようなアナログ“wired-OR”トポロジーとして構成されてもよい。次いで、適切な出力信号は、最大閾値限度に到達された場合、例えば、前記アダプタ104aの出力電力パラメータを小さくするために、前記制御可能アダプタ104aへ送信されてもよい。

前記セレクタ出力バス20を介して前記決定回路16によって供給された出力信号の前記第２セットは、前記電力供給システムが種々の電力供給モードを有することができるように、スイッチSW1,SW2A及びSW2Bの状態を制御する。そのような出力信号の第２セットは、前記決定回路16の前記セレクタ回路409によって供給されてもよい。結果として、前記電源（アダプタ104a,バッテリーA及びバッテリーB）を前記システム負荷110に接続し、かつ、互いに（例えば、充電期間）接続する種々の電力経路は、前記PMU12からの現在の供給条件と、状態と、要求とに応じて発生する。種々のハードウェア及び/またはソフトウェアは、特有の処理アルゴリズムによって、前記決定回路16の一部の前記セレクタ回路409への種々の入力信号を処理するために用いられる。前記アルゴリズムは、以下のタスクのうち少なくとも１つを含む種々のタスクを達成するために、駆動スイッチSW1,SW2A及びSW2Bのオン及びオフに対する適切な駆動信号を決定することができるが、これに限られるものではない。
・少なくとも１つの電源（ACDCアダプタ104a,バッテリーA,バッテリーB）が存在する限り、前記システム負荷110へ連続した電力供給を保証すること
・前記PMU12による要求として充電経路に前記適切なバッテリーまたは複数のバッテリーを接続すること
・前記PMU12による要求として前記システム負荷110への電力供給のための放電経路に前記適切なバッテリーまたは複数のバッテリーを接続すること
・複数のバッテリーが並列に、かつ、並列供給モードで前記ACDCアダプタ及び前記バッテリーの間に接続されるとき、バッテリー間の条件を超えないようにすること
・電源接続/切断、短絡、それらの類似のもののような電力危機事象を独立して解決すること、及び
・前記ホストPMU12が前記適切な制御信号を送信できないとき、前記電力供給システムを独立して、かつ、安全に管理すること

そのようなタスク、特に、２つまたはそれ以上のバッテリーの使用に頼るタスクを遂行するために、その教示の内容が引用によってここに組み込まれている2003年2月11日に出願されたU.S.特許出願No.10/364,228に作成される引例は、本発明による電力供給システムの一部として用いられる可能性があるセクタ回路を開示する。

図５−８に戻ると、本発明の図１及び図２による電力供給システムの種々の付加的な実施形態は、制御可能アダプタ104aと２つのバッテリー（バッテリーA及びB）を有することが図示されている。一般的に、図５−８の実施形態と、以前に詳細に説明した図４に関するものとの間の主な差異は、種々の電力経路沿いで用いられた感知抵抗の数である。そのほかの点では、前記実施形態の機能性は、感知抵抗が用いられない場合には、前記決定回路が複数の入力電流信号として受信しない可能性があること以外は、図４に関して以前に説明したものと同様である。図５の実施形態は、アダプタ感知抵抗4と、バッテリーA感知抵抗7と、バッテリーB感知抵抗5とを有する。図６の実施形態は、システム感知抵抗3と、バッテリーA感知抵抗7とバッテリーB感知抵抗5とを有する。図７の実施形態は、アダプタ感知抵抗4と、経路118沿いに電流の流れを感知する１つのバッテリー感知抵抗5とを有する。最後に、図８の実施形態は、システム感知抵抗3と、経路118沿いに電流の流れを感知する１つのバッテリー感知抵抗5とを有する。

図９−１５に戻ると、図１及び図３の本発明による電力供給システムの種々の付加的な実施形態は、前記制御可能DC電源104としてDCDC変換器104bと、固定アダプタ302と、前記バッテリー源105としての２つのバッテリー（バッテリーA及びB）を有するものとして図示される。一般的に、図９−１５の実施形態と図１及び図３に関して以前に詳細に説明したものとの間の主な差異は、種々の電力経路沿いで用いられる感知抵抗の数と位置である。

図９の実施形態は、アダプタ感知抵抗2と、システム感知抵抗3と、バッテリーA感知抵抗7と、バッテリーB感知抵抗4とを有する。図１０の実施形態は、アダプタ感知抵抗4と、バッテリーA感知抵抗7と、バッテリーB感知抵抗5とを有する。図１１の実施形態は、システム感知抵抗3と、バッテリーA感知抵抗7と、バッテリーB感知抵抗5とを有する。図１２の実施形態は、アダプタ感知抵抗4と、経路118沿いの電流の流れを感知する１つのバッテリー感知抵抗5とを有する。図１３の実施形態は、１つのシステム感知抵抗3と、経路118沿いの電流の流れを感知する１つのバッテリー感知抵抗5とを有する。図１４の実施形態は、DCDC変換器104bの出力経路沿いに直列に接続された１つのDCDC変換器感知抵抗3と、１つのバッテリー感知抵抗5とを有する。最後に、図１５の実施形態は、固定アダプタ302の出力とDCDC変換器104bの入力とに接続された１つのアダプタ感知抵抗4と、バッテリーA感知抵抗7と、バッテリーB感知抵抗5とを有する。

また、本発明と一致する前記電力管理制御回路の実施形態に関して記載された前記機能性は、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアの組み合わせ及び周知の信号処理技術を用いることによって実行されてもよいことが理解される。ソフトウェアで実行された場合、プロセッサ及び機械読取り可能な媒体が必要とされる。前記プロセッサは、本発明の実施形態によって要求されたスピード及び機能性を提供可能などんなタイプのプロセッサでもよい。例えば、前記プロセッサは、インテルコーポレーションによって作成されたプロセッサのペンティアム（登録商標）群(family)、またはモトローラによって作成されたプロセッサ群からの処理となり得る。機械読取り可能な媒体は、プロセッサによって実行されるようになっている命令を格納可能ないずれかの媒体を含んでいる。そのような媒体のいくつかの例は、リードオンリーメモリ(ROM)と、ランダムアクセスメモリ(RAM)と、プログラム可能なROM(PROM)と、消去できるプログラム可能なROM(EPROM)と、電気的に消去できるプログラム可能なROM（EEPROM）と、ダイナミックRAM(DRAM)と、磁気ディスク（例えば、フロッピー（登録商標）ディスク及びハードドライブ）と、光ディスク（例えば、CD-ROM）と、デジタル情報を格納できるいずれか他の装置とを含むが、これに限られるものではない。ある実施形態では、命令は、圧縮及び/または暗号化フォーマットで媒体に格納される。

しかしながら、ここで説明してきた実施形態は、この発明で用いるいくつかのものであり、説明図としてここに示されるが、これに限られるものではない。当業者が容易に理解できる多くの他の実施形態は、添付の特許請求の範囲で定義したような本発明の精神及び範囲から実質的に離れないで、実施されてもよいことは明らかである。

本発明による制御可能DC電源及び電力管理制御回路を含む電力供給トポロジーを有する電子装置のハイレベルなブロック図である。 図１における制御可能DC電源が制御可能アダプタである電子装置の電力供給トポロジーの一実施形態のハイレベルなブロック図である。 図１における制御可能DC電源が固定出力アダプタからの電力を受け取るDCDC変換器である電子装置の電力供給トポロジーの他の実施形態のハイレベルなブロック図である。 制御可能DC電源が制御可能アダプタであり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがアダプタ感知抵抗と、システム感知抵抗と、各バッテリーに対する感知抵抗とを含む図２の電力供給トポロジーの一実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源が制御可能アダプタであり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがアダプタ感知抵抗及び各バッテリーに対する感知抵抗を含む図２の電力供給トポロジーの他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源が制御可能アダプタであり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがシステム感知抵抗及び各バッテリーに対する感知抵抗を含む図２の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源が制御可能アダプタであり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがアダプタ感知抵抗及びバッテリー源に対する１つの感知抵抗を含む図２の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源が制御可能アダプタであり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがシステム感知抵抗及び複数のバッテリーに対する１つのバッテリー感知抵抗を含む図２の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源が制御可能アダプタであり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがアダプタ感知抵抗と、システム感知抵抗と、各バッテリーに対する１つのバッテリー感知抵抗を含む図３の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源がDCDC変換器であり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがDCDC変換器の出力でのDCDC変換器感知抵抗及び各バッテリーに対する感知抵抗を含む図３の電力供給トポロジーの他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源がDCDC変換器であり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがシステム感知抵抗及び各バッテリーに対する感知抵抗を含む図３の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源がDCDC変換器であり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがアダプタ感知抵抗及びバッテリー源に対する１つの感知抵抗を含む図３の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源がDCDC変換器であり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがシステム感知抵抗及びバッテリー源に対する１つの感知抵抗を含む図３の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源がDCDC変換器であり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムがDCDC変換器の出力でのDCDC変換器感知抵抗及びバッテリー源に対する１つの感知抵抗を含む図３の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。 制御可能DC電源がDCDC変換器であり、バッテリー源が複数のバッテリーを含むとともに、電力供給システムが固定アダプタの出力でのアダプタ感知抵抗及び各バッテリーに対する感知抵抗を含む図３の電力供給トポロジーのさらに他の実施形態のさらに詳細なブロック図である。

符号の説明

３ システム感知抵抗
４ アダプタ感知抵抗
５ バッテリーB感知抵抗
７ バッテリーA感知抵抗
１２ ホスト電力管理部（PMU）
１３ ホストインタフェース
１４、１５、１７、１８ 感知増幅器
１６ 決定回路
２２ ホストバス
１００ 電子装置
１０４ 制御可能DC電源
１０４ａ 制御可能アダプタ
１０５ バッテリー
１１０ システム負荷
１１６ 接点
１３０ 電力管理制御回路
１１４、１１８、１２１、１３３、１４１、３０３、
３０２ 固定アダプタ
４１１ 制御回路
４０９ セレクタ回路

Claims (23)

1. 制御可能DC電源に接続されるように構成された第１経路と、
   充電式のバッテリーに接続されるように構成された第２経路と、
   システム負荷に接続されるように構成された第３経路とを備え、
   前記第１、第２及び第３経路は、共通接点に接続され、
   前記共通接点を介した前記システム負荷への前記制御可能DC電源の選択的接続を許可するように前記第１経路に接続された第１スイッチと、
   前記共通接点への前記バッテリーの選択的接続を許可するように前記第２経路に接続された第２スイッチと、
   を備え、
   前記第１及び第２スイッチが閉じているとき、前記制御可能DC電源及び前記充電式のバッテリーは、前記システム負荷に並列に電力を供給するように、前記制御可能DC電源及び前記充電式のバッテリーの両方の動作を許可する並列電力供給モードとなることを特徴とする電力供給装置。
2. 第１電力供給モードでは、前記第１スイッチは閉じられ、前記第２スイッチは開かれ、前記制御可能DC電源が前記システム負荷に電力を供給することを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
3. 前記バッテリーから前記システム負荷までの第１方向内の前記第２経路沿いの電流の流れを許可するとともに、前記第１方向と反対側の第２方向内の前記第２経路沿いの電流の流れを防止するために構成された第１放電閉鎖位置を有する選択的な一方向スイッチを前記第２スイッチは、備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
4. 前記第２スイッチは、前記第２方向での電流の流れを許可するとともに、前記第２経路沿いの前記第１方向での電流の流れを防止するように構成された第２充電閉鎖位置をさらに備え、
   前記制御可能DC電源が前記システム負荷に電力を供給するとともに前記充電式のバッテリーを充電するように電力を供給することを許可するために、充電供給モードにおいて、前記第２充電閉鎖位置では、前記第１スイッチは閉じられるとともに、前記第２スイッチは閉じられることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
5. 前記制御可能DC電源は、DCDC変換器を備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
6. 前記第１経路を介して前記DCDC変換器に接続された固定DC電源をさらに備え、
   第１電力変換は、入力電圧を受け取るとともに、前記入力電圧を固定DC出力電圧に変換することによって、前記固定DC電源により行われ、第２電力変換は、前記固定DC出力電圧を受け取るとともに、前記固定DC出力電圧をDC出力電圧に変換することによって前記DCDC変換器により行われることを特徴とする請求項５に記載の電力供給装置。
7. 前記第１スイッチは、前記固定DC電源と前記DCDC変換器との間に接続されることを特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
8. 前記第１スイッチは、前記DCDC変換器と前記共通接点との間に接続されることを特徴とする請求項６に記載の電力供給装置。
9. 前記制御可能DC電源は、制御可能アダプタを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
10. 第１電力変換は、第１電力供給モードにおいて前記システム負荷に供給するために、入力電圧を受け取るとともに、前記入力電圧を出力DC電圧に変換することによって前記制御可能アダプタにより行われることを特徴とする請求項９に記載の電力供給装置。
11. 前記制御可能DC電源は、ACDCアダプタを備えることを特徴とする請求項１に記載の電力供給装置。
12. 制御可能DC電源と、
    前記制御可能DC電源に接続された第１経路と、
    バッテリーに接続されるように構成された第２経路と、
    システム負荷に接続されるように構成された第３経路とを備え、
    前記第１、第２及び第３経路は、共通接点に接続され、
    前記共通接点を介して前記システム負荷への前記制御可能DC電源の選択的接続を許可するように前記第１経路に接続された第１スイッチと、
    前記共通接点への前記バッテリーの選択的接続を許可するように前記第２経路に接続された第２スイッチとを備え、
    前記第１スイッチ及び前記第２スイッチは、前記制御可能DC電源又はバッテリーからシステム負荷への電力供給について制御する電力管理制御回路から出力された制御信号により、開閉状態を制御され、
    前記第１及び第２スイッチが閉じているとき、前記制御可能DC電源及び前記充電式のバッテリーは、前記システム負荷に並列に電力を供給するように、前記制御可能DC電源及び前記充電式のバッテリーの両方の動作を許可する並列電力供給モードとなることを特徴とする電子装置。
13. 前記制御可能DC電源は、DCDC変換器を備えることを特徴とする請求項１２に記載の電子装置。
14. 前記第１経路を介して前記DCDC変換器に接続された固定DC電源をさらに備え、
    第１電力変換は、入力電圧を受け取るとともに、前記入力電圧を固定DC出力電圧に変換することによって、前記固定DC電源により行われ、第２電力変換は、前記固定DC出力電圧を受け取るとともに、前記固定DC出力電圧をDC出力電圧に変換することによって前記DCDC変換器により行われることを特徴とする請求項１３に記載の電子装置。
15. 前記第１スイッチは、前記固定DC電源と前記DCDC変換器との間に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の電子装置。
16. 前記第１スイッチは、前記DCDC変換器と前記共通接点との間に接続されることを特徴とする請求項１４に記載の電子装置。
17. 前記制御可能DC電源は、制御可能アダプタを備えることを特徴とする請求項１２に記載の電子装置。
18. 第１電力変換は、入力電圧を受け取るとともに、第１電力供給モードにおいて前記システム負荷に供給するために、前記入力電圧を出力DC電圧に変換することによって前記制御可能アダプタにより行われることを特徴とする請求項１７に記載の電子装置。
19. 前記制御可能アダプタは、ACDCアダプタを備えることを特徴とする請求項１７に記載の電子装置。
20. 制御可能DC電源からシステム負荷へ電力を供給する段階と、
    前記制御可能DC電源に入力される少なくとも１つの入力信号によって、前記制御可能DC電源の出力電力パラメータを制御する段階と、
    前記制御可能DC電源と充電式のバッテリーの両方がシステム負荷に電力を並列に供給するように接続される第１電力供給モードを選択する段階と
    を備えたことを特徴とするシステム負荷に電力を供給する方法。
21. 前記少なくとも１つの入力信号は、特定の瞬間での前記システム負荷の所要電圧レベル又は所要電流レベルである電力条件を表したものであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記少なくとも１つの入力信号は、前記システム負荷の瞬間電力要求が前記制御可能DC電源の最大電力出力より大きく、かつ、前記システム負荷の瞬間電力要求が前記バッテリーの最大電力出力レベルより大きいという電力危機条件を表したものであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 前記第１電力供給モードで前記制御可能DC電源と前記バッテリー源との間の相互伝導を防止する段階をさらに備えたことを特徴とする請求項２０に記載の方法。

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