JP4574713B2 - 多目的電池充電回路 - Google Patents

Description

本発明は、電池充電回路に関し、特に、任意の携帯及び移動電子装置の供給電圧を許容ノイズ・レベルに維持しながら、単純充電モード又はチャージアンドプレイ・モードに選択的に構成することができる多目的集積化電池充電回路を対象とする。

例えば、セルラー電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ポータブル・パーソナル・コンピュータ、カムコーダ、ディジタル・カメラ、又はＭＰ３プレーヤなどの携帯及び移動装置は、代わりの電力源を利用できない場合は常に、動作可能な充電式電池によって、それらの回路に電気的に供給される必要がある。電池が完全に放電され、従ってもはや動作可能でないときは、壁コンセント・アダプタなどのＤＣ電力源から電気的に供給することによって再び充電することができる。従って、２つの充電構成モード、すなわち、一般にローエンド・ソリューションで用いられ、装置は装置が接続される電池のみから動作できる単純充電モードと、及び一般にミディアム及びハイエンド・ソリューションで用いられ、装置の電池は取外し可能で、かつ回路から分離されるチャージアンドプレイ・モードとを得ることができる。第１のケースでは、再び装置を使用する前に、ユーザは電池が充電されるまで、まずしばらく待たなければならず、一方、第２のケースでは、壁コンセント・アダプタが装置の回路及び電池に同時に電源供給するので、ユーザは電池が充電される間、ポータブル・コンピュータと同じように依然として装置を使い続けることができる。しかし、このような利用を通じての融通性の高さに関わらず、チャージアンドプレイ・モードは、回路が接続される端子上に大きなリップル電圧を生じ、従ってオーディオ装置及び無線周波数装置を使用又は動作させるには全く不適当となる。

図１ａ及び図１ｂを参照すると、このような欠点を明らかに示すことができ、図１ａにはチャージアンドプレイ・モードでの従来の集積化電池充電回路が示され、図１ｂには回路に接続された端子ＳＹＳの電圧Ｖ_ＳＹＳ、及び対応する電流Ｉ_ＳＹＳの時間に対するプロットが示される。図１ａでは、端子ＣＨＧにて接続された壁コンセント・アダプタ１００は、端子ＳＹＳによって分けられた２つのスイッチング・デバイス２００及び２１０を通じて、端子ＢＡＴで携帯又は移動装置の電池２０を充電し、同時に、電池２０から切断された回路１０に、端子ＳＹＳにて電圧Ｖ_ＳＹＳを供給する。端子ＳＹＳにて回路１０の両端に接続されたコンデンサＣは、電圧遷移を平滑化することを目的とする外部出力フィルタ・コンデンサである。端子ＣＨＧと端子ＳＹＳの間に接続された第１のスイッチング・デバイス２００は、理想スイッチとして働くことになり、Ｖ_ＣＨＧ＝Ｖ_ＳＹＳの関係を満たして、端子ＣＨＧと端子ＳＹＳの電位が同一になるように、順方向モードにおいて短絡と見なされる。その役割は本質的には、スイッチ・オフのとき回路１０を壁コンセント・アダプタ１００から非結合とすることにより、回路１０を過電圧から保護することである。端子ＳＹＳと端子ＢＡＴの間に接続された第２のスイッチング・デバイス２１０は、電池２０が回路１０に電力を供給しなければならないときに、電流が戻ることを可能にするための双方向性スイッチである。これは、電流が端子ＢＡＴから端子ＳＹＳに向かって流れるとき、理想ダイオードとして作用すると見なされる。図１ｂを参照すると、壁コンセント・アダプタ１００は、限られた電流能力（例えば、Ｉ_{（ＣＨＧ）ｍａｘ}＝０．８Ａ）と、回路１０（Ｉ_ＳＹＳを参照）及び電池２０へ供給する電流の総和が、壁コンセント・アダプタ１００が送出できる最大電流Ｉ_{（ＣＨＧ）ｍａｘ}より低い場合にのみ維持することができる、公称電圧Ｖ_ｎｏｍ（例えば、５Ｖ）とを有する。回路１０が、Ｉ_{（ＣＨＧ）ｍａｘ}よりも高い電流を必要とする場合は、第２のスイッチング・デバイス２１０を通って端子ＢＡＴから端子ＳＹＳへ向かって流れる不足分の電流を電池２０が回路１０に供給することができるようにするために、壁コンセント・アダプタ電圧Ｖ_ＣＨＧ及びＶ_ＳＹＳは、電池電圧Ｖ_ＢＡＴ（この時点で電池がその公称充電電圧、例えば３．６Ｖまで達していない場合は、例えば３Ｖ）より低くなるまで低下する。次いでＶ_ＳＹＳとＶ_ＢＡＴの間の差は、第２のスイッチング・デバイス２１０の両端に生じた電圧降下Δ（例えば、理想ダイオードとして作用する第２のスイッチング・デバイス２１０が、０．３Ωの抵抗値を有し、１Ａの電流が通過している場合は、約３００ｍＶ）に対応することになる。この状況は、回路１０の活動状態の重要度とその発生頻度の両方に依存し、例えばセルラー電話が、音楽を聞くために散発的に活動化されるスピーカをもつ場合に起こりうる。従って、回路１０が接続される端子ＳＹＳは、全くランダムな大きな電圧変動（例えば、Ｖ_ｎｏｍ＝５Ｖで、Ｖ_ＢＡＴ＝３Ｖの場合、約２Ｖ）を受けることがあり、それにより、両方が共に接続されているときは対応する電圧Ｖ_ＳＹＳは、充電された電池２０によって回路１０に供給される電圧Ｖ_ＢＡＴに比べて多くのノイズを含むことになり、オーディオ及び無線周波数装置への電源供給には全く適さないことになり得る。

これらの欠点を克服する一般的な方法は、回路１０が接続された端子ＳＹＳの電圧変動を大幅に最小化するために、可能な限り頻繁に、電圧Ｖ_ＳＹＳをＶ_ＢＡＴの近傍の電位に保とうと試みることである。これは、第２のスイッチング・デバイス２１０を通って流れる非常に大きな電流によって、電池２０を充電することによって実現される。従って、回路１０の活動状態が低く、Ｉ_{（ＣＨＧ）ｍａｘ}より高い電流を必要とせず、従って電池２０からの追加の電源を必要としない場合でも、電池２０を充電する電流及び回路１０に供給する電流の総和は、壁コンセント・アダプタ１００が送出できる最大電流Ｉ_{（ＣＨＧ）ｍａｘ}をすでに超え得る。その結果、壁コンセント・アダプタ電圧Ｖ_ＣＨＧ（＝Ｖ_ＳＹＳ）は、電池電圧Ｖ_ＢＡＴよりわずかに高い電圧レベルまで減少し、それにより、回路１０と電池２０に供給する電流の総和をＩ_{（ＣＨＧ）ｍａｘ}に等しくするために、電池２０が、依然として充電モードで、但し低い充電電流で動作するようになる。従って、回路１０のどのような過剰な活動状態でも、結果として生ずるＶ_ＳＹＳの変動は小さい。しかしながら、この解決策は、充電が完了するとすぐに、壁コンセント・アダプタ１００は、過充電を避けるのに十分低いトリクル充電率を用いて電池２０を完全に充電された状態に保つことができるように、トリクル充電モードに切り換わるとき、もはや十分とは考えられなくなる。これらの状態では、電池２０に注入される電流は大幅に減少され、電池２０及び回路１０を通って流れる電流の総和が、壁コンセント・アダプタ１００から出力される最大電流Ｉ_{（ＣＨＧ）ｍａｘ}を超えることを保証することができない。その結果、壁コンセント・アダプタ電圧Ｖ_ＣＨＧ（＝Ｖ_ＳＹＳ）は再び増加し、Ｖ_ＳＹＳ上のランダムなリップルが生じ得る。

本発明の一目的は、チャージアンドプレイ・モードのとき、回路に供給する電圧Ｖ_ＳＹＳ上に生じ得るリップルを最小にするためのハイエンド携帯及び移動電子装置向けの電池充電回路、並びに、如何なるロー、ミディアム、又はハイエンド携帯及び移動電子装置とも適合できるようにするために、単純充電モード又はチャージアンドプレイ・モードに選択的に構成することが可能な多目的電池充電回路を実現することである。

この目的は、請求項１に記載の電池充電回路構成、及び請求項７に記載の多目的電池充電回路構成によって実現される。

すなわち、チャージアンドプレイ・モードで動作する電池充電回路は、携帯又は移動電子装置の電池が接続される端子ＢＡＴの電圧Ｖ_ＢＡＴを追跡し、この装置の回路が接続される端子ＳＹＳの電圧Ｖ_ＳＹＳを、Ｖ_ＢＡＴの近傍でかつＶ_ＢＡＴよりわずかに大きい値に調節する電圧レギュレータを備える。それにより、端子ＳＹＳでの電圧変動は大幅に小さくなり、その結果、回路が電池に接続されたままのとき、Ｖ_ＳＹＳ上のリップルは、Ｖ_ＢＡＴ上のものと同程度になる。

さらに、電池充電回路は、電池と回路の間に接続され、それを通って電流が流れる双方向性スイッチング・デバイスを備える。それにより、回路を通って流れる電流が壁コンセント・アダプタなどのＤＣ電力源によって送出される最大電流を超える場合、電池は、回路に更なる電流を供給するために電流を戻すことができる。

電圧レギュレータは、外部コイルを使用することになるＤＣ−ＤＣコントローラとすることができる。それにより、熱放散は効率良く軽減される。さらに、コイルは、価格の点からは高価であり、プリント回路基板（ＰＣＢ）上の利用可能な面積の点からは嵩ばるので、この構成はハイエンド・ソリューション用として手ごろとなる。

さらに、上述の電池充電回路から部分的に構築される多目的電池充電回路は、回路が電池に接続される場合のローエンド・ソリューション向けの単純充電モード、或いは、ＤＣ−ＤＣコントローラにコイルが付随しない場合のミディアムエンド・ソリューション向け、又はＤＣ−ＤＣコントローラに付随するコイルが用いられる場合のハイエンド・ソリューション向けのチャージアンドプレイ・モードで、動作させるために、マルチプレクサにより選択的に構成可能である。単一のシリコン実装により作製された集積回路とするように設計されることにより、このような回路は高度の融通性を提供し、多くの開発及び適合時間を節約する。

ミディアムエンド・ソリューション用には、ディジタル及びアナログ・コントローラ手段などのドライバ手段によって制御される、双方向性スイッチング・デバイスは、電流の総和がＤＣ電力源によって送出できる最大電流を超えるように、例えばプログラミング手段を用いてずっと大きな電流により電池が充電されるのを可能にする。それにより、ＤＣ−ＤＣコントローラが用いられないのにも関わらず、回路が生ずる活動状態が低い場合でも、回路に供給する電圧Ｖ_ＳＹＳをＶ_ＢＡＴの近傍の電圧レベルに維持することができる。

また、特に熱的損傷からの保護に関する別の有利な発展形は、従属請求項において定義される。

次に、本発明について、添付の図面を参照して好ましい実施形態に基づいて説明する。

以下では、図２ａ及び２ｂに示されるような、回路に接続された電圧Ｖ_ＳＹＳが、電圧Ｖ_ＢＡＴに近い値に調節されるのを可能にする、チャージアンドプレイ・モードでの集積化電池充電回路に関連して、第１の好ましい実施形態について説明する。

図２ａでは、本発明の第１の好ましい実施形態によるチャージアンドプレイ・モードでの集積化電池充電回路は、図１ａの回路を基にしており、ここでは第１のスイッチング・デバイス２００（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、又はその他の任意の制御可能型半導体スイッチング・デバイス）は、端子ＣＨＧと端子ＳＹＳの間に接続された電圧レギュレータ３１０の一部であり、端子ＢＡＴの電圧Ｖ_ＢＡＴ、及び端子ＳＹＳの電圧Ｖ_ＳＹＳを追跡する。図２ｂに示されるように、この電圧レギュレータ３１０は、端子ＳＹＳの電圧Ｖ_ＳＹＳを、Ｖ_ＢＡＴよりわずかに大きな値に調節する。すなわち、電圧Ｖ_ＳＹＳをＶ_ＢＡＴよりわずかに高い（Ｖ_ＢＡＴ＋Δ）一定レベルに維持するために、Ｖ_ＢＡＴのすべての変動は電圧レギュレータ３１０によって追跡され、ここでΔは、Ｖ_ＳＹＳ上のノイズ・レベル（ΔとΔ’の和であり、Δ’は所定の値とすることができる）が十分小さくなるように十分に小さい値と、ドライバ手段３４０によって制御される第２のスイッチング・デバイス２１０が、電池２０をＶ_ＳＹＳから適切に充電できるように十分大きい値との間のトレード・オフである。端子ＳＹＳに接続された回路１０の活動状態が、壁コンセント・アダプタ１００の電流能力に達するまで増大すると、電圧Ｖ_ＳＹＳ（＝Ｖ_ＣＨＧ）は、Ｖ_ＢＡＴより所定の値Δ’だけわずかに減少し、それにより、電池２０は、電流を戻して、今度はドライバ手段３４０によって制御される第２のスイッチング・デバイス２１０のような双方向性スイッチを通って端子ＢＡＴから端子ＳＹＳに向かって流しながら、発電機として作用することができる。従って、端子ＳＹＳでは、Δ＋Δ’に等しい電圧差ΔＶは、リップルによってＶ_ＳＹＳ上に生じる擾乱を無視するのに十分に低い。しかし、端子ＣＨＧでのＶ_ＣＨＧからＶ_ＢＡＴ−Δ’への大きなシフトは、電圧レギュレータ３１０に、ヒート・シンクがない場合にダイを損傷し得る過大な電力消費（（Ｖ_ＣＨＧ−（Ｖ_ＢＡＴ−Δ’））×Ｉ_{（ＣＨＧ）ｍａｘ}）を発生させることになる。従って、外部コイルＬなどのエネルギー蓄積手段があることが大いに推奨され、これが電圧レギュレータ３１０が、例えば降圧ＤＣ−ＤＣコントローラを用いて構築された降圧（バック）電圧レギュレータであることが好ましい理由である。より高い効率を実現するには、一般のフライホィール・ダイオードを、第１のスイッチング・デバイス２００とは異なる極性を有しそれによって導通モードでの閾値電圧が取り除かれる、更なるスイッチング・デバイス２３０（ここでは図示せず）で置き換えるために、「同期整流」と呼ばれる技法が用いられる。それにより、同期降圧ＤＣ−ＤＣコントローラが得られる。

しかしコイルＬはコスト高で、嵩ばる構成部品なので、この第１の好ましい実施形態は、価格及びプリント回路基板（ＰＣＢ）上の面積の点から、例えば、高価な携帯電話及びＰＤＡなどのハイエンド携帯及び移動電子装置用に手ごろとなる。

価格の点からすべてのタイプの市場に対処するために、第１の好ましい実施形態を備える、第２の好ましい実施形態について以下に説明する。これは、図３に示されるような、ローエンド・ソリューションによって用いるための単純充電モード、又は回路１０の供給電圧を許容し得る信号対雑音比に維持するミディアム及びハイエンド・ソリューション用のチャージアンドプレイ・モードに、選択的に構成することができる多目的集積化電池充電回路にある。この回路は、スイッチング・デバイス２００、２１０、２２０、２３０、２４０を制御するためのディジタル・コントローラなどのドライバ回路３００、３２０、３３０、３４０、３５０、用いられる携帯及び移動電子装置のタイプに従って異なる構成オプション（ｏｐｔ．１、ｏｐｔ．２、ｏｐｔ．３）を選択するためのマルチプレクサＭＵＸ１、ＭＵＸ２、充電すべき電池２０（ｏｐｔ．１、ｏｐｔ．２、ｏｐｔ．３）、及び取外し可能でその電池から分離される場合（ｏｐｔ．１、ｏｐｔ．２）は電池が充電されるときに同時に使用される回路１０を含む。

この回路は壁コンセント・アダプタ１００によって電力供給されるが、代替として端子ＬＸから並列に接続されて、例えばＵＳＢ電源１１０などの任意のＤＣ電力源によって電源供給することもできる。この場合、１対のスイッチング・デバイス２００及び２２０は、もはや使用されず、スイッチング・デバイス２４０によって置き換えられることになる。回路１０に並列に接続されたコンデンサＣは、電圧遷移を平滑化し、またＤＣ−ＤＣコントローラが用いられる場合（ｏｐｔ．２）は負荷コンデンサの役割を果たすことを目的とする外部出力フィルタ・コンデンサである。スイッチング・デバイス２１０（例えば、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ）は、ドライバ回路３４０によって制御される双方向性スイッチである。後者３４０は、電圧Ｖ_ＢＡＴ、又は端子ＳＹＳから端子ＢＡＴへ流れる電流が、一定に維持されることを可能にする。回路１０が、ＤＣ電力源１００、１１０による供給を受けることができる最大電流を超える電流を必要とする場合は、ドライバ回路３４０は、電流が戻されて、端子ＢＡＴから端子ＳＹＳへスイッチング・デバイス２１０を通って流れることを可能にする。スイッチング・デバイス２１０の両端の電圧降下によって、電圧Ｖ_ＳＹＳはＶ_ＢＡＴよりわずかに低くなる。スイッチング・デバイス２００、２２０は、スイッチング・デバイス２４０と同じ極性を有し（例えば、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ）、誤ってピンＣＨＧが接地された場合に偶発的な逆方向モード動作を防止又は制御するために、端子ＣＨＧと端子ＬＸの間に逆直列に接続される。スイッチング・デバイス２００、２２０は、共に理想スイッチとして働き、順方向モードにおいて短絡と見なされ、それによりＶ_ＣＨＧ＝Ｖ_ＬＸの関係を満たして、端子ＣＨＧと端子ＬＸの電位は同一になる。さらに、スイッチング・デバイス２００、２４０は、端子ＣＨＧでの高い電圧（例えば、１０Ｖ、２０Ｖ）に耐えることができる電力用バイポーラ・トランジスタ又はパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー・スイッチング・デバイスであることが好ましい。この回路は、マルチプレクサＭＵＸ１及びＭＵＸ２によって行われる選択を用いて、単純充電モード又はチャージアンドプレイ・モードに選択的に構成される。用いられる携帯又は移動装置のタイプに従って、３つのオプションが選択される。すなわち、オプション３、１、２は、それぞれローエンド・ソリューション（チャージアンドプレイ・モードで使用するようには設計されない）、ミディアムエンド・ソリューション（ＤＣ−ＤＣコンバータを用いず、従って外部コイルを用いないで、チャージアンドプレイ・モードで使用される）、及びハイエンド・ソリューション（外部コイルを用いて、チャージアンドプレイ・モードで使用される）に対応する。

オプション１が選ばれた場合は、携帯又は移動電子装置は、図３にオン状態のスイッチＳＷを用いて概略的に示されるような、取外し可能で、回路１０から分離される充電式電池２０をもつ。マルチプレクサＭＵＸ２の選択の結果、スイッチング・デバイス２３０は、例えばＮチャネルＭＯＳトランジスタであれば、そのゲートを接地して非活動化され、一方、スイッチング・デバイス２３０とは異なる極性を有するスイッチング・デバイス２２０は、ドライバ回路３３０の制御の下でターン・オンされる。マルチプレクサＭＵＸ１の選択は、スイッチング・デバイス２００がドライバ回路３００によって制御されるようにする。端子ＳＹＳと端子ＬＸは、ＰＣＢ上でそれらを接続することによって短絡され、それにより両端子は、スイッチング・デバイス２００と２２０のオン状態を通じて、端子ＣＨＧと同じ電位になる。Ｖ_ＳＹＳをＶ_ＢＡＴの近傍の電位に維持しながらＶ_ＳＹＳ上のリップルを大幅に低減し、かつこの構成の効率を向上するために、ドライバ回路３４０は、スイッチング・デバイス２１０を通って流れる電流が増加し、壁コンセント・アダプタの電流能力を飽和させることができるようにプログラムされる。

過電圧からの回路１０の確実な保護を提供するために、ドライバ回路３００は、第１の入力端ＩＮ１が端子ＣＨＧに接続され、第２の入力端ＩＮ２が、端子ＳＹＳで回路１０が損傷無く耐えることができる最大電圧レベル（例えば、５．５Ｖ）に設定された、比較器を備えることができ、比較器は、端子ＣＨＧの電位Ｖ_ＣＨＧがこの電圧閾値を超える場合は常にスイッチング・デバイス２００をターン・オフする。

最後に、スイッチング・デバイス２００と逆直列に接続された補完的なスイッチング・デバイス２２０を示しているオプション１は、図１ａに示されるような構成に対応し、ミディアムエンド・ソリューションに適する。

オプション２が選ばれた場合は、携帯又は移動電子装置は、図３にオン状態のスイッチＳＷを用いて概略的に示されるような、取外し可能で、回路１０から分離される充電式電池２０をもつ。マルチプレクサＭＵＸ１及びＭＵＸ２の選択は、スイッチング・デバイス２００と２３０が、適切なオン・オフのスイッチング・シーケンスを確定するために同じドライバ回路３５０によって駆動されるようにし、一方、スイッチング・デバイス２２０は、ドライバ回路３３０の制御の下でターン・オンされる。このドライバ回路３５０は、Ｖ_ＳＹＳをＶ_ＢＡＴよりわずかに大きな値に調節するために、電圧Ｖ_ＢＡＴと電圧Ｖ_ＳＹＳを追跡する。過熱を避けるために、端子ＳＹＳは、ＰＣＢ上で外部コイルＬなどのエネルギー蓄積手段を通して端子ＬＸに接続される。従って、スイッチング・デバイス２００、２２０、２３０、外部コイルＬ、及びドライバ回路３５０によって構築された、同期降圧ＤＣ−ＤＣコントローラが実装されることになる。端子ＳＹＳに接続された外部フィルタ・コンデンサＣは、負荷コンデンサの役割を果たす。

従って、オプション２は、図２ａに示されるような構成に対応し、ハイエンド・ソリューションに適する。

オプション３が選ばれた場合は、携帯又は移動電子装置は、回路１０から取外し可能でない充電式電池２０を有し、それにより、図３にオフ状態のスイッチＳＷを用いて概略的に示されるように、もはや端子ＳＹＳは回路１０に接続されない。マルチプレクサＭＵＸ２の選択の結果、スイッチング・デバイス２３０は、例えばＮチャネルＭＯＳトランジスタであれば、そのゲートを接地して非活動化され、一方、ドライバ回路３３０によって制御されるスイッチング・デバイス２２０は、ターン・オンされる。マルチプレクサＭＵＸ１の選択は、スイッチング・デバイス２００がドライバ回路３２０によって制御されるようにする。端子ＳＹＳと端子ＬＸは、ＰＣＢ上でそれらを接続することによって短絡され、それにより両端子は、スイッチング・デバイス２００と２２０のオン状態を通じて、端子ＣＨＧと同じ電位になる。先のオプションとは異なり、オプション３は、大きな熱放散、従って低い効率を認め、端子ＣＨＧの電位Ｖ_ＣＨＧが１０Ｖ、さらには２０Ｖまで増大する場合でも、スイッチング・デバイス２００がターン・オンのままになることを可能にする。従って、ドライバ回路３２０は、オプション１で見られるような端子ＣＨＧにではなく、端子ＳＹＳに接続された第１の入力端ｉｎ１と、基準電圧（例えば、５．５Ｖ）に設定された第２の入力端ｉｎ２とを有する増幅器を備えることができ、増幅器は、端子ＳＹＳの電位Ｖ_ＳＹＳがこの電圧閾値に達する場合は常に、スイッチング・デバイス２００を調節する。

先のオプションとは異なり、パワー・スイッチング・デバイスであるスイッチング・デバイス２００は、もはやＶ_ＣＨＧではなく、基準入力電圧によって制御され、それにより、導通モードに維持され、Ｖ_ＳＹＳを最大５．５Ｖに調節しながら、端子ＣＨＧでの高い電圧に耐えることができなければならない。熱放散が大きいので、効率が低いことはユーザにより許容されなければならない。

従って、オプション３は、単純な電池充電回路の構成に対応し、ローエンド・ソリューションに適する。

好ましい実施形態に従って説明したような本発明は、高度の融通性を提供すると共に、単一のシリコン実装により作製することができることに留意されたい。マルチプレクサＭＵＸ１及びＭＵＸ２はソフトウェアによって駆動することができ、端子ＣＨＧ、ＬＸ、ＳＹＳ、ＢＡＴは、ＰＣＢ上で利用可能なピン構成の一部となる。従って、多目的集積化電池充電回路は、シリコン知的財産（ＩＰ）の変更を必要とせずに、３つオプションのうちの任意の１つを選ぶことができるように構成される。

すでに本明細書内で述べたように、本発明は、例えば携帯電話、ＰＤＡ、又はポータブル・コンピュータなどの充電式電池を有する任意の電子装置で用いることができることに留意すべきである。

要約すると、任意の携帯及び移動電子装置の供給電圧を許容ノイズ・レベルに維持しながら、選択的に、ローエンド・ソリューション向け（オプション３）の場合には単純充電モードに、ミディアム及びハイエンド・ソリューション向け（それぞれ、オプション１及び２）の場合にはチャージアンドプレイ・モードにすることができる多目的集積化電池充電回路構成について説明してきた。選択は、マルチプレクサ（ＭＵＸ１、ＭＵＸ２）の使用により可能となる。オプション１が選ばれた場合は、双方向性スイッチング・デバイス２１０は、それを通り、電池２０へ向かって流れる電流が大幅に増加し、それによって回路１０の両端の電圧を、電池２０の両端の電圧の近傍の値に維持できるようにするために、ドライバ回路３４０によって制御される。オプション２が選ばれた場合は、少なくともドライバ回路３５０と、スイッチング・デバイス２００、２３０を備える同期降圧電圧レギュレータ３１０は、回路１０の両端の電圧を、電池２０の両端の電圧よりわずかに大きな値に調節するために、回路１０及び電池２０の両端の電圧を追跡する。オプション３が選ばれた場合は、回路１０から分離できない電池２０は、単純充電モードとなり、スイッチング・デバイス２１０を通じて充電される。

最後であるが重要な点として、特許請求の範囲を含み、本明細書内で用いられる「備える」という文言は、記載された特徴、手段、ステップ、又は構成部品の存在を指定するものであるが、１つ又は複数の他の特徴、手段、ステップ、構成部品又はそのグループの存在又は追加を除外するものではないことに留意されたい。さらに、いずれの参照記号も、特許請求の範囲を限定するものではない。

電圧Ｖ_ＳＹＳが調節されない、チャージアンドプレイ・モードでの従来の集積化電池充電回路を示す図である。 回路に接続される端子ＳＹＳでの、調節されていない電圧Ｖ_ＳＹＳ、及び対応する電流の時間に対するプロット図である。 Ｖ_ＳＹＳが、Ｖ_ＢＡＴの近傍でかつＶ_ＢＡＴよりわずかに大きい値に調節される、本発明の第１の好ましい実施形態によるチャージアンドプレイ・モードでの集積化電池充電回路を示す図である。 回路に接続される端子ＳＹＳでの、調節された電圧Ｖ_ＳＹＳ、及び対応する電流の時間に対するプロット図である。 本発明の第２の好ましい実施形態による、充電モード又はチャージアンドプレイ・モードに選択的に構成可能な多目的集積化電池充電回路を示す図である。

Claims (14)

1. 回路を動作させ、同時に、前記回路から分離された関連する電池を充電するための電池充電回路構成であって、
   電源手段が接続された第１のノード（ＣＨＧ）と前記回路が接続される第２のノード（ＳＹＳ）の間に結合され、前記電池が接続された第３のノード（ＢＡＴ）の電圧に近い値に調節された電圧を前記第２のノード（ＳＹＳ）に出力し、前記第３のノード（ＢＡＴ）の電圧を追跡するための、スイッチング動作モードを基にするＤＣ−ＤＣコントローラ手段である、電圧レギュレータ手段であって、前記値は前記第３のノード（ＢＡＴ）の電圧より高い、電圧レギュレータ手段と、
   前記第２のノード（ＳＹＳ）と前記第３のノード（ＢＡＴ）の間に結合され、前記第２のノード（ＳＹＳ）から前記第３のノード（ＢＡＴ）へ向かって流れる電流が、前記第３のノード（ＢＡＴ）から前記第２のノード（ＳＹＳ）に向かって流れるために、戻されることを可能にするための双方向性スイッチング手段であって、ドライバ手段によって制御される双方向性スイッチング手段と、
   前記電圧レギュレータ手段と前記第２のノード（ＳＹＳ）の間に設けられた外部エネルギ蓄積手段とを備え、
   前記電圧レギュレータ手段が、さらに、前記第２のノード（ＳＹＳ）の電圧を追跡する、電池充電回路構成。
2. 前記ＤＣ−ＤＣコントローラ手段は降圧（バック）ＤＣ−ＤＣコントローラである、請求項１に記載の電池充電回路構成。
3. 前記外部エネルギ蓄積手段がインダクタ又はコイルである、請求項１に記載の電池充電回路構成。
4. 前記ドライバ手段がディジタル及びアナログ・コントローラ手段である、前記請求項のいずれか一項に記載の電池充電回路構成。
5. 前記電池充電回路が単一のシリコン実装により作製された集積回路である、前記請求項のいずれか一項に記載の電池充電回路構成。
6. 関連する電池から分離された回路を動作させ同時に前記電池を充電するために、チャージアンドプレイ・モードに、或いは関連する回路に接続された電池を充電するために、単純充電モードに、選択的に構成可能とするための多目的電池充電回路構成であって、
   第１のノード（ＣＨＧ）と第４のノード（ＬＸ）の間に結合された第１のスイッチング手段と、
   請求項１に記載の双方向性スイッチング手段であって、前記ドライバ手段がさらに、前記第２のノード（ＳＹＳ）から前記第３のノード（ＢＡＴ）に向かって流れる電流が増加されることを可能にする、双方向性スイッチング手段と、
   少なくとも第１、第２、及び第３のドライバ手段の中からドライバ手段を選択するための第１のマルチプレクシング手段であって、前記選択されたドライバ手段が前記第１のスイッチング手段を制御する、第１のマルチプレクシング手段と、
   第２のマルチプレクシング手段であって、前記第１のマルチプレクシング手段が前記第２のドライバ手段を選択した場合は前記第２のドライバ手段を選択し、前記第４のノード（ＬＸ）に接続された第２のスイッチング手段を前記第２のドライバ手段が制御し、かつ前記第１のマルチプレクシング手段が前記第１のドライバ手段又は前記第３のドライバ手段を選択した場合は前記第２のドライバ手段を非活動化するための第２のマルチプレクシング手段と、
   前記第１のマルチプレクシング手段が前記第２のドライバ手段を選択した場合は外部エネルギ蓄積手段、或いは前記第１のマルチプレクシング手段が前記第１のドライバ手段又は前記第３のドライバ手段を選択した場合は短絡手段であって、前記第４のノード（ＬＸ）と前記第２のノード（ＳＹＳ）の間に接続される、外部エネルギ蓄積手段又は短絡手段と、
   請求項１に記載の電圧レギュレータ手段であって、少なくとも前記第１のスイッチング手段、前記第２のスイッチング手段、及び前記第２のドライバ手段を備える電圧レギュレータ手段と
   を備える多目的電池充電回路構成。
7. 前記選択された第１のドライバ手段が第１の入力端（ＩＮ１）及び第２の入力端（ＩＮ２）を有し、前記第１の入力端（ＩＮ１）は前記第１のノード（ＣＨＧ）に結合され、前記第２の入力端（ＩＮ２）は第１の基準電圧に結合され、前記第１の入力端（ＩＮ１）の電位が前記第２の入力端（ＩＮ２）より高いとき、前記第１のスイッチング手段はスイッチ・オフされる、請求項６に記載の多目的電池充電回路構成。
8. 前記選択された第３のドライバ手段が第１の入力端（ｉｎ１）及び第２の入力端（ｉｎ２）を有し、前記第１の入力端（ｉｎ１）は前記第２のノード（ＳＹＳ）に接続され、前記第２の入力端（ｉｎ２）は第２の基準電圧に接続され、前記第１の入力端（ｉｎ１）の電位が前記第２の入力端（ｉｎ２）より高いとき、前記第１のスイッチング手段はスイッチ・オフされる、請求項６又は７に記載の多目的電池充電回路構成。
9. 前記電圧レギュレータ手段が、スイッチング動作モードを基にするＤＣ−ＤＣコントローラ手段であり、前記ＤＣ−ＤＣコントローラ手段は降圧（バック）ＤＣ−ＤＣコントローラである、請求項６から８のいずれか一項に記載の多目的電池充電回路構成。
10. 前記外部エネルギ蓄積手段が、インダクタ又はコイルである、請求項９に記載の多目的電池充電回路構成。
11. 前記複数のドライバ手段のいずれか１つがディジタル及びアナログ複合コントローラ手段である、請求項６から１０のいずれか一項に記載の多目的電池充電回路構成。
12. 前記第１のスイッチング手段が電力用金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（パワーＭＯＳＦＥＴ）、又はバイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、又はその他の任意の制御可能型半導体スイッチング・デバイスである、請求項６から１１のいずれか一項に記載の多目的電池充電回路構成。
13. ドライバ手段によって制御される第２のスイッチング手段が、前記第１のスイッチング手段と前記第４のノード（ＬＸ）の間に逆直列に接続される、請求項６から１２のいずれか一項に記載の多目的電池充電回路構成。
14. 前記多目的電池充電回路が、単一のシリコン実装により作製された集積回路である、請求項６から１３のいずれか一項に記載の多目的電池充電回路構成。

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