JP3952214B2 - バッテリ寿命を延ばす電子装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、電子装置、限定的ではないが特に、少なくとも一つの回路が他の回路と異なる電圧で動作する集積回路で組み立てられた無線装置に関する。説明を簡単にするため、本発明は、ディジタル形式の単方向ページャーを例にとって説明する。
背景技術
一般に、単方向ページャーは、１つもしくは複数の変換器及びマン−マシンインタフェースを実現する一つもしくは複数のプッシュボタンと共に、受信器ＩＣ、デコードＩＣ及びマイクロコントローラＩＣを有する。集積回路はページャーで使用する場合は基本的に、0.85〜3.5Ｖの範囲の種々の電圧で動作する。単一方向ページャーの小型化は、電源が、通常例えば３ＶにDC-DCコンバータで昇圧される1.5Ｖの端子電圧を持つ単一セル電池であることを意味する。既知のDC-DCコンバータは、セルの有効寿命を短くしてしまう６０〜９０％の範囲の効率を持つ。
近年、端子電圧が所定の最低動作電圧以下には降下しない単一セル電源で、直接駆動を実現する最低動作電圧が設定された新世代の受信器用集積回路（ＩＣ）が開発されている。しかしながら、セルで直接受信器を駆動すると電力節約が制限されてしまうデコーダ及びマイクロコントローラ等のその他のＩＣ用には、電圧昇圧器が未だに必要とされる。小型で容量の限定されたセルの使用で生じる問題は、端子電圧が、電池の通常要求による消耗のみならず、変圧器の比較的大きな要求が存在する場合も低下することである。この結果、受信器の感度が低減され及び／もしくはセル突発的な短期動作に応じて不規則に動作する。この動作は、受信器の感度を維持する目的でセルを早めに交換しなければならない、という結果をもたらす。
発明の開示
本発明は、可能な限り長く電子回路全体の少なくとも一部に直接電力供給するための電池の有効寿命を延ばすことを目的とする。
本発明によると、端子電圧を提供する電池を受け入れる手段と、前記端子電圧が事前に設定された最低電圧に等しい又は超える場合に動作するように設計された第１部分と、前記電池の最大端子電圧よりも高い電圧で動作するように設計された第２部分と、使用の際に前記電池へ接続されて、前記端子電圧を昇圧しかつ、前記第２部分に連続的に前記昇圧された電圧を印加する電圧昇圧手段と、前記端子電圧の示す電圧と前記事前に設定された最低電圧の示す基準電圧とを比較し、前記基準電圧が大きい場合には、電流を前記昇圧された電圧を降圧するための電圧変換手段を介して前記電圧昇圧手段から前記第１部分へ供給されるようにする制御手段とを有することを特徴とする電子装置が得られる。
本発明は、利用可能な電力がセルにより第１部分へと直接供給されているときに、端子電圧が低下したならば、第１部分への電流の供給は、全ての回路動作及び感度を維持するために昇圧器から供給される電流に変更されるという事実の認識に基づく。この結果、第１部分は、セルの端子電圧が所定の最低電圧を下回っても完全な動作を維持できる。即ち、昇圧器がより低い最低端子電圧まで障害なく動作できるため、セルの有効寿命を延ばすことができる。即ち、利用可能な電池容量の全てを、電池の電圧レベルが装置の少なくとも一部が動作するために必要な電圧を下回っても、電子装置の電源として使用できる。
必要ならば、電圧昇圧手段が、調整されたより高い電圧を発生しても良く、そして第１部分に印加する調整されたより高い電圧を降圧するための手段が提供されても良い。
電子装置の実施例において、前記第１部分は、集積無線受信器を有し、前記第２部分は、少なくともページング信号デコーダを有することを特徴とする。
本発明の上述の及び他の特徴は、本発明による回路装置の実施例の図を参照して以下に詳細に説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明により作成されたページャーのブロック図である。
第２図は、制御回路の実施例を一部ブロックで示した回路図である。
第３図は、制御回路の他の実施例を一部ブロックで示した回路図である。
（符号の説明）
１０…受信器ＩＣ、１２…アンテナ、１４…デコーダＩＣ、１６…マイクロコントローラＩＣ、１８…スイッチパッド、２０…音響変換器、２２…ＬＣＤパネル、２４…単一セル電池、２６…電圧昇圧器、２８，４２…スイッチ極、３０…単極切換えスイッチ、３２…第１比較器入力、３４…電圧比較回路、３６…第２比較器入力、３８…比較器出力、４０…電圧変換手段、４４，７４…ＰＮＰトランジスタ、４６…電源端子、４８…コンデンサ、５０…比較器、５２…非反転入力、５４…接続点、５６，５８，６４，６６…抵抗、６０…反転入力、６２…インバータ、６８，７０…ダイオード、７２…端子、７６，７８…出力、Ｖｒ…基準電圧、Ｖ _BAT …電池電圧
発明を実施するための最良の形態
図面において、同一の特徴を示す箇所には同一の参照記号を付した。
第１図において、ページャーは、アンテナ１２に結合された信号入力を持つ集積受信器ＩＣ１０を有する。デコーダＩＣ１４は、受信器１０の出力に結合され、そして復調された信号のデコードを提供する。マイクロコントローラＩＣ１６は、デコーダＩＣ１４に結合され、そしてデコーダにより生成された信号の処理及びページャーの種々の機能の制御を実現する。図示していない例においては、デコーダがマイクロコントローラＩＣ１６におけるソフトウェアの使用で実装され、よってＩＣの数を低減できる。スイッチパッド１８は、マイクロコントローラＩＣ１６に結合され、そしてマン−マシンインタフェースを実現する。音響変換器２０は、マイクロコントローラＩＣ１６の出力に結合され、そして信号の受け入れに応じて可聴警報を実現する。設けられても良いＬＥＤ光放出器及びバイブレータ等の他の報知装置は図示されていない。ドライバを含むＬＣＤパネル２２は、マイクロコントローラＩＣ１６の他方の出力に結合されている。
図示されたページャーにおいて、受信器ＩＣ１０は、デコーダＩＣ１４及びマイクロコントローラＩＣ１６が３Ｖという高い電圧で動作するにも関わらず、特徴的な低電圧1.05Ｖ（1.5Ｖ迄）で動作できる。最大で1.5Ｖの電圧Ｖ_BATを供給する単一セル電池２４は、例えばＭＡＸ８６７のような電圧昇圧器２６、単極切換えスイッチ３０の極２８、及び電圧比較回路３４の入力３２に結合されている。基準電圧Ｖｒは、スイッチ３０を制御する出力３８を供給する比較器３４の第２入力３６に印加される。製造者によって特定されるＩＣ１０の最低動作電圧に対応するＶｒの値は、この場合1.05Ｖである。電圧昇圧器２６は、調整された３Ｖ出力を発生し、電圧変換手段４０を介してスイッチ３０の第２電極４２に結合されかつ、デコーダＩＣ１４及びマイクロコントローラ１６に結合される。電圧変換手段４０は、およそ半分の1.5Ｖに電圧を降圧する。
動作中、電池２４の端子電圧がＶｒ（1.05Ｖ）よりも高くなると、スイッチ３０は、端子２８において、電池電圧を許容可能な感度で動作可能な受信器ＩＣ１０に結合するように制御される。基準電圧Ｖｒを下回るように電池の端子電圧を降下させる電池電力に対する急な要求が発生すると、昇圧器２６の出力電圧の降下させられたバージョンが受信器ＩＣ１０に供給されるように、比較器３４は、スイッチ３０を端子４２に切替え、この結果、感度が維持される。スイッチ３０の昇圧器２６への切換えは、少なくとも要求におけるサージが続く間継続する。しかしながら、昇圧器２６の効率が７５％であるため、昇圧器２６によって電力供給されている受信器ＩＣ１０による、電池２４における消費の増大が発生する。電流消費の増大は、許容可能なもしくはそれ以上で維持される受信器ＩＣ１０の感度により調整でき、この結果、呼出しの受信を継続できる。
電池２４の端子電圧Ｖ_BATが基準電圧Ｖｒを下回る点に衰退した場合には、受信器ＩＣ１０が昇圧器２６の動作のためにとり得る最低電圧に等しいＶ_BATまで、即ち例えば0.6Ｖまで動作可能な昇圧器２６を介して電力供給されるように、比較器３４は、スイッチ３０を電極４２に結合させる。
昇圧器２６により調整された電圧の降圧されたバージョンを受信器ＩＣ１０に供給する選択肢が無いと、端子電圧Ｖ_BATがＶｒ（1.05Ｖ）に低下すると電池を破棄することが必要とされる。これは、調整された電圧を発生するために電池電圧を昇圧するためにおよそ0.6Ｖに下がるまで電池を使用可能なため、非常に不経済である。なお浪費は、電池容量の３０％に達するということが見いだされた。
第２図は、第１図に示された回路で使用可能な比較器３４及びスイッチ３０の実施例を示す図である。電池２４は、スイッチ３０として機能する、共通ベース接続されたPNPトランジスタ４４のエミッタ電極に結合されている。トランジスタ４４のコレクタ電極は、受信器の電源端子４６に結合されている。コンデンサ４８が、リップル及び他の干渉を平滑化するため受信器電源経路に設けられている。図示を簡潔にするため、コンデンサ４８は端子４６に結合された形で示されている。比較器５０は、昇圧器２６からの調整された３Ｖ電源と電池端子との間に直列接続された抵抗５６，５８で形成された分圧器の接続点５４に結合された非反転入力５２を有する。比較器５０は、この３Ｖ電源で動作する。調整された電圧源から導かれる基準電圧Ｖｒが、比較器５０の反転入力に印加される。
比較器の出力は、入力が抵抗６４を介して調整電圧源に結合されたインバータ６２に結合されている。インバータ６２の出力は、トランジスタ４４のベース電極に抵抗６６を介して結合されている。同様に直列結合されたダイオード６８，７０を有する電圧降圧手段が、インバータ６２の出力と端子４６との間で接続される。
動作中、1.05Ｖを越える電圧Ｖ_BATについては、比較器５０の出力がハイになり、即ちインバータ６２の出力がローになることを意味する。トランジスタ４４は、実質的に最大電池電圧Ｖ_BATが端子４６に印加されるように、順バイアスされ、そして飽和される。
1.05Ｖ以下のＶ_BATについては、インバータ６２の出力がハイになるように、比較器５０の出力がローになる。トランジスタ４４は、電池を端子４６から切り離す作用をもたらすように、逆バイアスされる。直列接続されたダイオード６８，７０は、インバータ６２の出力から取り出される３Ｖの電圧を、端子４６に発生する電圧1.5Ｖまで降圧する。この処理は、電池電圧が最低動作電圧を下回わり、もはや昇圧器２６が動作できなくなるまで継続される。
電池電圧が1.05Ｖを越えているが電流に対する突然の要求が発生すると、Ｖ_BATが1.05Ｖ以下に一時的に降下するが、図示した回路は、受信器電源が1.05Ｖ以下にならないように動的に動作する。このように、受信器は、Ｖ_BATが1.05Ｖを越えている場合には効率的に動作し、低い電池電圧では効率は悪くなるが動作を維持することができる。
完全を期するために、抵抗５６，５８，６４，６６のそれぞれは、470ｋ、４７ｋ，100ｋ，２２ｋの抵抗値である。これらの値を使用すると、電圧Ｖ_BAT＝1.05Ｖ及び調整電源電圧３Ｖに設定されると、接続点５４（もしくは入力５２）における電圧が、1.25Ｖになる。この数値例において、電池電圧1.05Ｖに対応して、Ｖｒ＝1.25Ｖになる。
望ましい場合には、トランジスタ４４は、電池２４と端子４６との間に接続されたソース−ドレイン経路を持ち、そして抵抗６６に接続されたゲート電極を持つ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であっても良い。
第３図は、マイクロコントローラ１６が比較器５０の出力を監視し、そしてＤＣ電源の切換えを制御する信号を端子４６に提供するコントロール回路の実施例を示す図である。
より具体的には、電圧昇圧器２６、PNPトランジスタ４４のエミッタ電極、そして比較器５０の非反転入力５２は、電池２４の正電極に結合される。基準電圧Ｖｒは、比較器の反転入力６０に印加される。比較器５０の出力は、マイクロコントローラ１６に結合されている。
電圧昇圧器２６の出力は、３Ｖの電源電圧を要求するマイクロコントローラ１６及び電圧変換手段４０のような回路素子に結合された端子７２に結合されている。手段４０の出力は、他のPNPトランジスタ７４のエミッタ電極に結合されている。トランジスタ４４，７４のコレクタ電極は、受信器ＩＣ１０（第１図）の様な他の回路素子に要求される低電圧を供給する端子４６に結合されている。トランジスタ４４，７４のベース電極は、マイクロコントローラ１６の対応する出力７６，７８に結合されている。コンデンサ４８は、端子に印加された電圧のリップル及びその他の干渉を円滑化するために端子４６に結合されている。
端子電圧Ｖ_BATが1.05Ｖよりも高いと仮定すると、出力７６がトランジスタ４４を導電状態にするハイレベルになるように、そして出力７８がトランジスタ７４を非導電状態にするローレベルになるように、比較器の出力がハイレベルになる。電圧Ｖ_BATがＶｒを下回ると、比較器の出力の状態がローレベルに変化し、出力７６，７８各々の状態がローレベル及びハイレベルに変化する。
上述のようにすることにより、端子４６に供給された電流を、電圧変換手段４０及びトランジスタ７４のエミッタ−コレクタ経路を介して昇圧器２６から導くことができる。回路は、Ｖ_BATがＶｒよりも高くなると元に戻る。
必要ならば、トランジスタ４４，７４はNPNトランジスタもしくはＦＥＴであっても良い。
同様に、本発明は、ディジタルページャーを参照して説明されたが、セルラー電話及びコードレス電話等の携帯型電話装置等の他の電子装置に適用できる。
ここの開示内容を読むことで、当業者は他の変形例を見いだすであろう。このような変形例は、既に既知である設計、製造及び電子装置及び部品の使用等の他の特徴を網羅するであろう。これらの特徴は、ここに開示された内容に変えてもしくは加えて使用されても良い。
なお、本発明の産業上の利用分野としては、電子装置、特にページャー、コードレス及びセルラー電話等の通信装置に適応する。

Claims (6)

1. 端子電圧を提供する電池を受け入れる手段と、
   前記端子電圧が事前に設定された最低電圧に等しい又は超える場合に前記電池の端子電圧で動作するように設計された第１部分と、
   前記電池の最大端子電圧よりも高い電圧で動作するように設計された第２部分と、
   使用の際に前記電池へ接続されて、前記端子電圧を昇圧しかつ、前記第２部分に連続的に前記昇圧された電圧を印加する電圧昇圧手段と、
   前記端子電圧の示す電圧と、前記事前に設定された最低電圧の示す基準電圧とを比較し、前記基準電圧の方が大きい場合には、電流を前記昇圧された電圧を降圧するための電圧変換手段を介して前記電圧昇圧手段から前記第１部分へ供給されるようにする制御手段とを有することを特徴とする電子装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記第１部分が集積無線受信器を有することを特徴とする電子装置。
3. 請求項１に記載の装置において、
   前記第１部分は、集積無線受信器を有し、
   前記第２部分は、少なくともページング信号デコーダを有することを特徴とする電子装置。
4. 請求項１に記載の装置において、
   前記制御手段が、前記端子電圧の示す前記電圧が前記基準電圧より大きい場合に順バイアスされ、当該基準電圧が前記端子電圧の示す前記電圧より大きい場合に逆バイアスされる半導体スイッチング手段を有することを特徴とする電子装置。
5. 請求項１に記載の装置において、
   前記電池を受け入れる手段と前記第１部分との間に結合された第１スイッチング手段と、
   前記電圧昇圧手段と前記第１部分との間に結合された第２スイッチング手段と、
   前記端子電圧と基準電圧とを比較しかつ、当該端子電圧が当該基準電圧を超えるか否かを示す出力制御信号を提供する比較手段と、
   前記第１及び第２スイッチング手段を前記出力制御信号に応じて制御する論理手段とを有し、
   前記第１スイッチング手段が導通の場合に前記第２スイッチング手段が非導通及びその逆に設定されることを特徴とする電子装置。
6. 請求項１に記載の装置において、
   前記第１部分に供給される電圧を平滑化するための手段を有することを特徴とする電子装置。

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