JP5415173B2 - 携帯式コンピュータの消費電力の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、携帯式コンピュータに接続されたＡＣアダプタの定格電力を管理する技術に関し、さらに詳細には、接続されたＡＣアダプタの定格電力を認識して携帯式コンピュータの消費電力を制御する技術に関する。

ノートブック型パーソナル・コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯式電子機器は、本体に蓄電池を搭載してモバイル環境で使用することができ、オフィスでは交流電圧を所定の電圧の直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ電圧変換器（以下、ＡＣアダプタという。）から電力の供給を受けて蓄電池を充電しながら使用することができる。消費電力の増大する高機能のノートＰＣが新たに出荷されることに伴い、ＡＣアダプタもそれに相応する容量の新たなタイプのものが出荷されてきている。新たに出荷するＡＣアダプタは、従来のＡＣアダプタに対してプラグの形状および出力電圧の同一性を保っている。また、容量の大きなＡＣアダプタは持ち運びに不便であるため、ユーザは外出先には容量の小さなＡＣアダプタを持参したいという希望がある。ここに、１つのノートＰＣに定格容量の異なる複数のＡＣアダプタが接続できる状況が生じている。

このような状況下において、ＡＣアダプタの定格容量がノートＰＣのシステム負荷の消費電力（以下、システム電力という。）の最大値と充電中の充電器の電力（以下、充電電力という。）の最大値の合計よりも小さい場合は、ＡＣアダプタの出力電力が定格容量を超えないようにシステム負荷および充電器またはそのいずれかの動作を制限するいわゆるパワー・マネジメントを行う必要がある。システム電力はノートＰＣの使用状態に応じて変化し、充電電力は蓄電池の残容量に応じて変化する。ＡＣアダプタの定格容量の範囲内でノートＰＣのパフォーマンスを最大限に発揮させるために、パワー・マネジメントは、ＡＣアダプタの定格電力に基づいてダイナミックに行う必要がある。したがって、ノートＰＣが適切にパワー・マネジメントを行うには、現在接続されているＡＣアダプタの定格容量を認識する必要がある。

特許文献１は、専用のＡＣアダプタとはタイプが異なるＡＣアダプタを使用できるようにするＡＣアダプタ支援装置を開示する。同文献には、ＡＣアダプタに擬似負荷を接続してその抵抗値を順番に下げて電圧を測定しＡＣアダプタの定電圧領域を確認する。そして、電子機器本体の定格電力値に達する前に擬似負荷に対する電圧降下を確認した場合は、電圧降下があったときより１つ前の時点での電流値をＡＣアダプタの最大許容電流値とみなしている。ＡＣアダプタの最大許容電流値が電子機器本体を動作させるのに不十分な場合は充電を制限したり、ＡＣアダプタの使用ができないことをユーザに知らせたりしている。

特許文献２は、ＡＣアダプタの電圧、容量を確認して適正な場合に充電を行う充電方法を開示する。ＡＣアダプタは、ＤＣ電源の定格電圧値と定格容量値とを予め定められたアドレスに格納している電圧、容量データ記憶部を備えている。ＡＣアダプタが接続されたときに情報処理装置は、ＡＣアダプタに格納されているＤＣ電源の定格電圧値と定格容量値とを読み出して、ＤＣ電源の定格電圧値および定格容量値が情報処理装置の入力電圧および容量として適正かどうかを判断し適正でなかった場合には警告表示を行い、適正であった場合にはバッテリの充電を可能とする。

特許文献３は、電池が接続された電気機器にＡＣアダプタから電力を供給する際に、電池の充電状態を把握して、正規のアダプタに比べて容量の小さいアダプタが接続されていることを検出する技術を開示する。同文献には、ＡＣアダプタが電気機器に適合したものでないと判断したときに警告表示することが記載されている。

特開２００１−２２８９３９号公報 特開２００１−２２４１３１号公報 特開２００３−２９５９８０号公報

従来ノートＰＣでは、ＡＣアダプタに設けた所定の抵抗値の識別抵抗をプラグに形成した識別ピンに接続し、ノートＰＣにおいて当該識別ピンに接続されるプルアップ回路で電圧を測定してＡＣアダプタの定格容量を認識していた。この場合、それまでにない抵抗値の識別抵抗を備えた新しいＡＣアダプタが開発されると、出荷済みのノートＰＣではソフトウエアを更新しない限りその定格容量を認識することができず、適切なパワー・マネジメントを行うことができないといった問題があった。また、プルアップ回路が識別抵抗を認識するためには、一定の電圧範囲の閾値を設ける必要があるためＡＣアダプタの種類が増えると、抵抗値による識別法では識別子の数を十分に得ることができないという問題があった。

特許文献１の方法は、ＡＣアダプタの最大許容電流値を検出するために抵抗からなる擬似負荷を設けている。しかし、ＡＣアダプタの定格電流を流すことができる容量の抵抗はそのサイズが大きくなり、複数の擬似負荷をノートＰＣに搭載することは現実的に困難である。また、擬似負荷を利用する方法では回路が複雑になってコストが増大し重量が増加するという問題も残る。

そこで本発明の目的は、ＡＣアダプタと蓄電池から電力の供給を受けることができる携帯式コンピュータにおいて簡易な方法でＡＣアダプタの定格電力以内に消費電力を制御する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、プラグに識別ピンを設けないＡＣアダプタの定格電力を認識して携帯式コンピュータの消費電力を制御する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、定格容量の不明なＡＣアダプタから電力の供給を受ける携帯式コンピュータを安全に動作させるように消費電力を制御する方法を提供することにある。さらに本発明の目的は、そのような方法を実現する携帯式コンピュータを提供することにある。

本発明にかかる携帯式コンピュータは、蓄電池から電力の供給が可能なシステム負荷と蓄電池を充電する充電器を搭載する。ＡＣアダプタは、充電器に蓄電池を充電する充電電力を供給しながら同時にシステム負荷にシステム電力を供給することができる。ＡＣアダプタは、出力電力あるいは出力電流が定格値を超えると出力電圧が低下するいわゆる垂下特性を備えている。本発明にかかる携帯式コンピュータは、ＡＣアダプタの定格容量がシステム電力の最大値よりも小さい場合に、ＡＣアダプタの出力電力が定格容量を越えないようにシステム負荷と充電器を制御するパワー・マネジメントを行う。

携帯式コンピュータにはさまざまな定格容量のＡＣアダプタが接続される可能性があるので、携帯式コンピュータはＡＣアダプタが接続されるまで、その定格容量を認識することができない。携帯式コンピュータのパフォーマンスを必要以上に低下させないためには、ＡＣアダプタの定格電力を認識してからパワー・マネジメントを行う必要がある。本発明では、ＡＣアダプタからシステム電力またはシステム電力と充電電力を供給している間に測定したＡＣアダプタの最大出力電流に基づいてパワー・マネジメントを行う。

本発明では、ＡＣアダプタからシステム負荷および充電器に電力を供給して携帯式コンピュータを使用している状態のときにＡＣアダプタが垂下領域で動作していることを携帯式コンピュータが認識する。ＡＣアダプタが垂下領域で動作しているということは、出力電力が定格電力を越えたことを意味しており、ＡＣアダプタの出力電圧は急激に低下する。しかし、システム負荷には蓄電池から電力の供給をすることが可能なので、ＡＣアダプタの出力電圧が低下しても蓄電池がシステム負荷に対する電圧を維持するためシステムダウンに至ることはなく安全にＡＣアダプタの最大出力電流を測定することができる。

垂下領域で動作するＡＣアダプタの出力電流は最大出力電流に相当する。最大出力電流にＡＣアダプタの定格電圧を乗じて得た最大出力電力は、ＡＣアダプタの定格電力に相当する。携帯式コンピュータは、ＡＣアダプタが垂下領域で動作するときに測定した最大出力電流に基づいて、システム負荷の消費電力を制限する基準値であるシステム制限電力値を設定する。なお、ＡＣアダプタが電力を供給するときは、垂下領域以外の定電圧領域で動作する。定電圧領域では、出力電力が変化してもＡＣアダプタの出力電圧はほぼ一定であるので、システム負荷の消費電力を制限する基準値を電流値として設定しても同じ意味である。

そして携帯式コンピュータはシステム制限電力値に基づいてシステム負荷を制御する。したがって、ＡＣアダプタに識別ピンを設けたり、携帯式コンピュータに擬似負荷を実装したりしないでもＡＣアダプタの定格電力を認識し、それに基づいてシステム制限電力値を設定することができる。その結果、システム電力をＡＣアダプタの定格電力に対して過大に制限したり、ＡＣアダプタの定格電力を越えたりしないようにして制御することができる。

ＡＣアダプタは定電圧領域で動作するときは出力電圧がほぼ一定であるため、携帯式コンピュータは出力電圧が所定値よりも低下したことを検出したときにＡＣアダプタが垂下領域で動作していると認識することができる。また、ＡＣアダプタが垂下領域で動作するに至るまでシステム電力が増大したときは、ＡＣアダプタの出力電圧が蓄電池の電圧まで低下するため、必ず蓄電池からシステム負荷に電力が供給される。したがって、携帯式コンピュータは蓄電池からシステム負荷に電力を供給したことを検出してＡＣアダプタが垂下領域で動作していると判断してもよい。

プロセッサは、システム負荷のなかでも最も消費電力が大きい。システム負荷がプロセッサを含むときは、ＡＣアダプタの出力電力がシステム制限電力値に到達したときにプロセッサの動作周波数を低下させたり、スロットリングを行ったりして、システム電力を制御することができる。またシステム制限電力値より小さい値として充電制限電力値を設定し、ＡＣアダプタの出力電力が充電制限電力値に到達したときに充電器の動作を停止したり、ＡＣアダプタの出力電力が充電制限電力値に到達するまで充電器の充電電力をＡＣアダプタの出力電力が充電制限電力値を超えないように制御したりしてもよい。

携帯式コンピュータは、蓄電池から電力の供給を受けないでＡＣアダプタだけから電力の供給を受けて使用することもある。その場合は、ＡＣアダプタを垂下領域で動作させると出力電圧がシステム負荷の許容電圧以下に低下してシステムダウンに至ってしまう。本発明では、蓄電池が携帯式コンピュータに電力を供給することが可能か否かを判断し、供給することができないときはシステム制限電力値を最低値に設定することでそのような事態を回避することができる。システム制限電力値が最低値に設定されると、システム負荷は予定された範囲における最低のシステム電力を消費するように動作が制限される。ユーザは、接続したＡＣアダプタが当該携帯式コンピュータの使用に適合するかどうかを容易に判断することができない場合がある。本発明では、システム制限電力値が所定値よりも小さい場合に、パフォーマンスの低下または充電時間の延長を示す警告をユーザに通知することで、ユーザにＡＣアダプタの交換を促したり、パフォーマンスの低下の理由を伝えたりすることができる。

本発明により、ＡＣアダプタと蓄電池から電力の供給を受けることができる携帯式コンピュータにおいて簡易な方法でＡＣアダプタの定格電力以内に消費電力を制御する方法を提供することができた。さらに本発明により、プラグに識別ピンを設けないＡＣアダプタの定格電力を認識して携帯式コンピュータの消費電力を制御する方法を提供することができた。さらに本発明により、定格容量の不明なＡＣアダプタから電力の供給を受ける携帯式コンピュータを安全に動作させるように消費電力を制御する方法を提供することができた。さらに本発明により、そのような方法を実現する携帯式コンピュータを提供することができた。

ノートＰＣのシステム構成を示す概略のブロック図である。 ノートＰＣの電力システムを示す概略のブロック図である。 ＡＣアダプタの垂下特性を示す図である。 ノートＰＣにおけるパワー・マネジメントの方法を説明する図である。 電力システムがパワー・マネジメントを行う手順を説明するフローチャートである。

［ノートＰＣ１０のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態にかかるノートＰＣ１０のシステム構成を示す概略ブロック図である。ノートＰＣ１０は、バス２７にさまざまなデバイスが接続されデータ通信ができるようになっている。ＣＰＵ１１は、ノートＰＣ１０の中枢機能を担う演算処理装置で、ＯＳ、ＢＩＯＳ、デバイス・ドライバ、あるいはアプリケーション・プログラムなどを実行する。ＣＰＵ１１はノートＰＣ１０の電子デバイスの中で最も消費電力が大きい。

ＣＰＵ１１は、スピード・ステップという技術およびスロットリングという技術に対応している。スピード・ステップは米国インテル社が開発した、ＣＰＵの動作電圧および動作周波数の値を自由に設定できる技術である。スピード・ステップでは、システムがある状態のときに許可する最大の動作周波数をシステムＢＩＯＳがＣＰＵ１１のレジスタに設定することにより、実際に当該ＣＰＵが動作する動作周波数を段階的に低減させることができる。

ＣＰＵ１１は動作周波数を低減させるときに同時に当該動作周波数でＣＰＵ１１を動作させるのに必要な値まで動作電圧を低減させる。ＣＰＵ１１は、スピード・ステップを実行するときに、ＥＣ２１に指示してノートＰＣ１０のシステムに電力を供給するＤＣ／ＤＣコンバータに、設定した最大動作周波数に適合するようにＣＰＵ１１の電圧を変更させる。スピード・ステップが実行することでＣＰＵ１１の消費電力を段階的に低減することができる。スロットリングは、ＣＰＵ１１を一定時間間隔で動作および停止させて間欠動作をさせることにより平均的な処理速度を切り替える機能である。スロットリングを実行するには、システムＢＩＯＳがＣＰＵ１１のレジスタにスロットリングの有効／無効の設定およびデューティ比（スロットリング率）を設定する。

また、スピード・ステップとスロットリングとを併用し、スピード・ステップによる最低の動作周波数を維持したままでスロットリングに移行することもできる。以後、スピード・ステップおよびスロットリングまたはいずれか一方により、ＡＣアダプタの出力電力が定格電力を越えないようにＣＰＵの消費電力を低下させることをＣＰＵに対するパワー・マネジメントという。ＣＰＵに対するパワー・マネジメントは、段階的に消費電力が低減するように行ってもよく、また、通常状態と低電力状態の２段階だけで行ってもよい。

ノートＰＣ１０に実装されるハードウエアおよびソフトウエアは、ＡＣＰＩ（Advanced Configuration and Power Interface）という規格に適合する。ＡＣＰＩは、ＯＳがＢＩＯＳと連携してＰＣを構成する各デバイスの消費電力を管理するための統一された方式として米国インテル社、米国マイクロソフト社および東芝が中心になって策定したものであり、電源のオン／オフ、サスペンド／レジューム、および放熱ファンの制御などの消費電力の制御にまつわる様々な機能および動作をＯＳが中心となって細かく設定・管理できるものである。ＡＣＰＩはスピード・ステップおよびスロットリングに対応している。

メイン・メモリ１３は、ＣＰＵ１１が実行するプログラムの読み込み領域、処理データを書き込む作業領域として利用される揮発性のＲＡＭである。グラフィックス・プロセッシング・ユニット（ＧＰＵ）１７はＶＲＡＭを備えており、ＣＰＵ１１からの命令を受けて描画すべき画像ファイルのイメージを生成してＶＲＡＭに書き込み、ＶＲＡＭから読み出したイメージを画像データとして液晶ディスプレイ装置（ＬＣＤ）１９に送る。ＧＰＵ１７に対してもＣＰＵ１１と同様にスピード・ステップおよびスロットリングまたはそのいずれかによるパワー・マネジメントが行えるようになっている。

ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）１５は、ＯＳ、デバイス・ドライバ、およびアプリケーション・プログラムなどのプログラムを格納する。ＥＣ２１は、８〜１６ビットのＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどで構成されたマイクロ・コンピュータであり、さらに複数チャネルのＡ／Ｄ入力端子、Ｄ／Ａ出力端子、タイマー、およびディジタル入出力端子を備えている。ＥＣ２１は、ＣＰＵ１１とは独立してプログラムを実行して、ノートＰＣ１０に電力を供給するＡＣアダプタの出力電力が定格電力を越えないように、ＣＰＵ１１、ＧＰＵ１７および後に説明する充電器に対するパワー・マネジメントを実行する。ＥＣ２１はＩ／Ｏコントローラの機能も備えており、キーボードやマウスなどの入力デバイス２３が接続される。

フラッシュＲＯＭ２５は不揮発性で記憶内容の電気的な書き替えが可能なメモリであり、Ｉ／Ｏデバイスを制御したり電源および筐体内の温度などを管理したりするＡＣＰＩに適合したシステムＢＩＯＳ、およびノートＰＣ１０の起動時にハードウエアの試験や初期化を行うＰＯＳＴ（Power-On Self Test）などのプログラムを格納する。ＥＣ２１は、ＣＰＵ１１およびＧＰＵ１７にスピード・ステップまたはスロットリングを実行させる際に、設定すべき動作周波数またはスロットリング率を指定してパワー・マネジメント・ドライバを通じてシステムＢＩＯＳに通知する。通知を受けたシステムＢＩＯＳは、ＣＰＵ１１およびＣＰＵ１７のレジスタに指定された動作周波数またはスロットリング率を設定する。

［電力システム］
図２は、ノートＰＣ１０の電力システムを示す概略のブロック図である。電力システム１００は、ノートＰＣ１０の電力供給に関連するデバイス、ＡＣアダプタ１０１、および電池パック１０３で構成されている。本発明においては、ＡＣアダプタ１０１はノートＰＣ１０にプラグで接続する。ＡＣアダプタ１０１の定格電力は、ノートＰＣ１０のシステム電力の最大値および充電電力の最大値の合計以下であることを想定している。電池パック１０３はノートＰＣ１０の電池ベイに着脱可能に装着する。ただし本発明においては、蓄電池がノートＰＣ１０の本体に収納されていてもよい。ノートＰＣの電力供給に関連する主たるデバイスは、充電器５１、ＥＣ２１およびＤＣ／ＤＣコンバータ６７である。

ＡＣアダプタ１０１は一次側がアウトレットの交流電源に接続され、交流電圧を直流電圧に変換する。ＡＣアダプタ１０１はその定格容量の範囲内で、充電器５１に充電電力を供給しながらダイオード６３を通じてＤＣ／ＤＣコンバータ６７にシステム電力を供給することができる。ＡＣアダプタ１０１は、出力電力Ｐが定格電力Ｐａを越えると出力電圧Ｖが定格電圧Ｖａより下がるいわゆる垂下特性を備えている。図３は、ＡＣアダプタ１０１の垂下特性を示す図である。ＡＣアダプタ１０１は、一例として定格電圧Ｖａが２０Ｖ（−０．５／＋１Ｖ）で定格電流Ｉａが３．２５Ａである。したがって、ＡＣアダプタの定格電力Ｐａは、６５Ｗとなる。

図３では、ＡＣアダプタ１０１の出力電流Ｉが定格電流Ｉａに到達するまでは定電圧領域であり、出力電流Ｉが変化しても出力電圧Ｖは定格電圧Ｖａに維持されているが、出力電流Ｉが定格電流Ｉａを越えると垂下領域に入り出力電圧Ｖが定格電圧Ｖａよりも低下する様子が示されている。図３には、電池パック１０３の蓄電池の電圧の最大値Ｖｂｈと最低値Ｖｂｌも示されている。Ｖｂｈは、充電が終了して充電器５１が充電を停止するときの電圧に相当し、Ｖｂｌは蓄電池が放電を停止するときの電圧に相当する。ここでは一例として、Ｖｂｈを１２．６Ｖに設定しＶｂｌを９Ｖに設定している。ＶｂｈとＶｂｌの範囲の電圧を蓄電池電圧Ｖｂという。図３にはまた、垂下領域に閾値電圧Ｖｔｈが示されている。閾値電圧Ｖｔｈは、ＡＣアダプタ１０１の出力電圧Ｖが低下したときに、ＡＣアダプタ１０１が垂下領域で動作していることＥＣ２１が認識するための電圧である。

電池パック１０３は、スマート・バッテリィ・システム（ＳＢＳ）規格に準拠したインテリジェント・バッテリィである。電池パック１０３は、電力ライン６９で充電器５１およびＤＣ／ＤＣコンバータ６７に接続され、通信ライン７１でＥＣ２１に接続されている。電池パック１０３には、蓄電池、コントローラ、電流検出回路、電圧検出回路、および保護素子などが収納されている。電池パック１０３のコントローラは、充放電時の電流および電圧を測定し、そのデータを定期的にレジスタに記憶する。

ＥＣ２１は、通信ライン７１を通じて、レジスタに記憶されたデータをたとえば２秒ごとに取得することができる。また、電池パック１０３のコントローラは、充電器に設定する設定電圧値および設定電流値をＥＣ２１に送る。電池パック１０３は、ＡＣアダプタ１０１が接続されていないときまたはＡＣアダプタの出力電圧が、蓄電池が保有している電圧よりも低下したときに、瞬間的な電圧降下をもたらすことなくダイオード６５を通じてＤＣ／ＤＣコンバータ６７に電力を供給することができる。ＥＣ２１は、システム制限電力値を設定してＣＰＵ１１およびＧＰＵ１７に対してパワー・マネジメントを実行する。このパワー・マネジメントについては後に説明する。

充電器５１は、ＰＷＭ＿ＩＣ５３とスイッチ回路５５で構成されており定電流定電圧制御（ＣＣＣＶ）方式で蓄電池を充電する。スイッチ回路５５は、直列に接続された２個のＦＥＴ、リアクトルおよびコンデンサで構成されている。抵抗回路５７、５９は、それぞれ電流を測定するセンス抵抗および電圧を測定する分圧抵抗で構成されている。ＰＷＭ＿ＩＣ５３は、ＰＷＭまたはＰＦＭでＡＣアダプタ１０１によりスイッチ回路５５に供給された直流電圧を同期整流方式によりチョッパ制御し、抵抗回路５９を通じて測定した充電器の出力電流または出力電圧を、充電電流の設定値または充電電圧の設定値に一致させるように動作する半導体チップである。

ＰＷＭ＿ＩＣ５３は抵抗回路５７を通じて測定したＡＣアダプタ１０１の出力電流および出力電圧から出力電力を計算することができる。ＰＷＭ＿ＩＣ５３は抵抗回路５９を通じて測定した充電器５１の出力電流および出力電圧から充電電力を計算することができる。ＰＷＭ＿ＩＣ５３はＡＣアダプタ１０１の出力電圧および出力電流を定期的にＥＣ２１に送る。ＰＷＭ＿ＩＣ５３は、パワー・マネジメントを行うために、ＥＣ２１により設定された充電制限電力値に基づいて充電電力を制御することができる。このパワー・マネジメントについては後に説明する。ＤＣ／ＤＣコンバータ６７は、ＡＣアダプタ１０１または電池パック１０３から供給される直流電圧を各デバイスに適合した複数の電圧に変換して図１に示したデバイスであるシステム負荷に電力を供給する。

なお、図１および図２は本実施の形態を説明するために、本実施の形態に関連する主要なハードウエアの構成および接続関係を簡略化して記載したに過ぎないものである。ここまでの説明で言及した以外にも、ノートＰＣ１０および電力システム１００を構成するには多くのデバイスが使われる。しかしそれらは当業者には周知であるので、ここでは詳しく言及しない。図で記載した複数のブロックを１個の集積回路もしくは装置としたり、逆に１個のブロックを複数の集積回路もしくは装置に分割して構成したりすることも、当業者が任意に選択することができる範囲においては本発明の範囲に含まれる。

［パワー・マネジメント］
ＡＣアダプタ１０１は、ノートＰＣ１０に対してシステム電力と充電電力を供給する必要がある。ＡＣアダプタ１０１としては、定格電圧とプラグ形状が同一であって、さまざまの定格容量のものが用意されており、システム電力に対して定格容量の小さなものが接続される可能性がある。また、システム電力は、システムの動作状態により変化し、充電電力は蓄電池の残容量により変化する。通常ＡＣアダプタの定格容量は、最大のシステム電力と最大の充電電力の合計を満たすようにはなっていない。しかし、ノートＰＣを使用しているときに、ＡＣアダプタ１０１の出力電力Ｐが定格電力Ｐａを越えてしまうと、ユーザが認識しない間に蓄電池の放電が進んでしまったり、出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ６７の定格入力電圧より下がったりしてシステムが停止してしまうことがある。

また、電池パック１０３が実装されていない場合は、ＡＣアダプタ１０１の出力電力Ｐが定格電力Ｐａを越えた時点で、電圧の低下によりシステムが停止してしまうことがある。ノートＰＣ１０は、このようなことがないように、現在接続されているＡＣアダプタの定格容量Ｐａを認識して、それに基づいたパワー・マネジメントを行う。図４はノートＰＣ１０におけるパワー・マネジメントの方法を説明する図である。（Ａ）は、定格電力ＰａのＡＣアダプタ１０１の出力電力９０を示している。ＡＣアダプタ１０１の出力電力に対しては、充電制限電力値Ｐ１とシステム制限電力値Ｐ２（Ｐａ＞Ｐ２＞Ｐ１）が設定されている。

一例では、Ｐａを６５Ｗ、Ｐ２を６４Ｗ、Ｐ１を６０Ｗとすることができる。（Ｂ）はシステム電力９１ａと充電電力９３ａの合計である出力電力Ｐが、充電制限電力値Ｐ１に一致している様子を示す。充電器５１は、充電制限電力値Ｐ１に基づいて定電流領域で充電する際の充電電流設定値を電池パック１０３から受け取った初期値から変更して充電電力を低減できるようになっている。そして充電器５１は充電電力９３ａが、充電制限電力値Ｐ１とシステム電力９１ａの差となるようにパワー・マネジメントを実行して充電電力を制御する。すなわち、ＡＣアダプタ１０１の出力電力Ｐが充電制限電力値Ｐ１を越えるまでは、システム負荷の消費電力は制限されず充電器５１の充電電力だけが制限される。

ノートＰＣ１０がサスペンド状態またはハイバネーション状態のときには、システム電力が非常に小さいので、充電器５１はＡＣアダプタ１０１の出力電力Ｐをほとんど充電電力９３ａとして利用することができるが、システム電力９１ａが消費されているときは制限を受けることが多い。（Ｃ）は、システム電力９１ｂが増大したときに、充電電力９３ｂがそれに相当する分だけ制限されて出力電力Ｐが充電制限電力Ｐ１に一致する様子を示す。（Ｄ）は、出力電力Ｐとシステム電力９１ｃが一致し、出力電力Ｐが充電制限電力値Ｐ１を越えて、充電器５１が停止する様子を示す。（Ｅ）はシステム電力９１ｄがさらに増大して出力電力Ｐがシステム制限電力値Ｐ２に到達したときの様子を示す。（Ｆ）は、出力電力Ｐがシステム制限電力値Ｐ２に到達したことにより、ＣＰＵ１１およびＧＰＵ１７に対してパワー・マネジメントが実行されてシステム電力９１ｅが低下した様子を示す。なおＥＣ２１は、パワー・マネジメントを停止しても出力電力Ｐがシステム制限電力Ｐ２に到達しない所定値まで低下したときにＣＰＵ１１およびＧＰＵ１７に対するパワー・マネジメントを停止する。

［パワー・マネジメントの手順］
図５は、図２に示した電力システム１００がＡＣアダプタ１０１の定格容量を認識してパワー・マネジメントを行う手順を示すフローチャートである。パワー・マネジメントは、ＡＣアダプタ１０１から電力の供給を受けたノートＰＣが実際に使用されているときに行われる。また、ノートＰＣ１０は携帯して使用されることが通常であるため、ＡＣアダプタ１０１が接続されているときは電池パック１０３に充電しておく必要がある。システム電力がＡＣアダプタ１０１の定格容量を越えると電池パック１０３からシステム負荷に放電するため好ましくない。ただし、短時間であれば電池パック１０３がＡＣアダプタ１０１の容量の不足分を補っても実質的な問題はないので、本手順では電池パック１０３の一時的な電力の補完機能を利用してＡＣアダプタ１０１の定格容量を認識し、充電制限電力値Ｐ１およびシステム制限電力値Ｐ２を適切な値に設定する。

ブロック２０１では、ＡＣアダプタ１０１のプラグをノートＰＣ１０のジャックに接続してノートＰＣ１０を起動し電力を供給する。ノートＰＣ１０は電池パック１０３を装着しないで、ＡＣアダプタ１０１だけから電力の供給を受けて使用する場合がある。ブロック２０２では、ＥＣ２１は、通信ライン７１を通じて電池パック１０３から電力の供給を受けることができるか否かを判断する。電池パック１０３が装着されて、かつ、蓄電池の電圧も所定値以上あると判断した場合は、ブロック２０３に移行する。

ブロック２０３では、ＥＣ２１が充電制限電力値Ｐ１およびシステム制限電力値Ｐ２を、あらかじめ定めておいた最大値に仮に設定する。ＥＣ２１は、ノートＰＣ１０からＡＣアダプタ１０１が取り外されたとき、または、ＡＣアダプタ１０１が接続されたときに最大の充電制限電力値Ｐ１を充電器５１のＰＷＭ＿ＩＣ５３に設定し、最大のシステム制限電力値Ｐ２を自らのパワー・マネジメント実行部に設定する。ＥＣ２１は、ＰＷＭ＿ＩＣ５３から受け取るＡＣアダプタ１０１の出力電流または出力電圧に基づいて、ＡＣアダプタ１０１の着脱を認識することができる。

本手順では、垂下特性に基づいてＡＣアダプタ１０１の最大出力電流または最大出力電力をＥＣ２１が認識するために、ＡＣアダプタ１０１を垂下領域で動作させる必要がある。充電制限電力値Ｐ１およびシステム制限電力値Ｐ２の最大値が実際に接続されたＡＣアダプタの最大出力電力よりも小さな値に設定されると、ＡＣアダプタ１０１が垂下領域で動作することができなくなる。しかもＡＣアダプタ１０１の最大出力電力に余裕があるにもかかわらず、パワー・マネジメントにより充電電力およびシステム電力が必要以上に制限されてしまうことになる。したがって充電制限電力値Ｐ１およびシステム制限電力値Ｐ２の最大値を、接続が予想されるＡＣアダプタの定格電力よりも大きな値に設定することで、ノートＰＣ１０の通常の使用においてＡＣアダプタ１０１を垂下領域で動作させることができる。

ブロック２０５では、ノートＰＣ１０が通常の使用状態で動作して、システム負荷がシステム電力を消費し充電器５１が充電電力を消費する。ユーザは、パワー・マネジメントに関して一切の操作をする必要がない。システム電力はノートＰＣ１０の作業状態により変化する。充電電力は、電池パックの残容量により変化する。ＰＷＭ＿ＩＣ５３は充電制限電力値Ｐ１が最大値に設定されているので、充電制限電力値Ｐ１に基づくパワー・マネジメントを行わないで定電流領域で充電するときは電池パック１０３から受け取った最大の充電電流設定値で充電する。定電流領域では、充電が進むにつれて蓄電池の電圧が上昇するため充電電力が大きくなる。また、ＥＣ２１もシステム制限電力値Ｐ１が最大値に設定されているので、システム制限電力Ｐ２によるパワー・マネジメントを行わないでＣＰＵ１１およびＧＰＵ１７を最大のパフォーマンスで動作させる。ＰＷＭ＿ＩＣ５３は、ＡＣアダプタ１０１の出力電圧Ｖ、出力電流Ｉを定期的にＥＣ２１に送る。

ブロック２０７では、ＥＣ２１は、出力電圧Ｖが図４に示した閾値電圧Ｖｔｈより低下したか否かを監視して、ＡＣアダプタ１０１が垂下領域で動作しているか否かを判断する。充電制限電力値Ｐ１およびシステム制限電力値Ｐ２が最大値に設定されているため、出力電力Ｐが最大電力に到達すると、ＡＣアダプタ１０１は垂下特性により定格電圧Ｖａを維持することができなくなり出力電圧Ｖが低下する。ＥＣ２１は、出力電圧Ｖが閾値電圧Ｖｔｈより下がったことを検出したときに、ＡＣアダプタ１０１が垂下領域で動作していると判断する。

ＡＣアダプタ１０１が垂下領域で動作すると、出力電圧Ｖは急激に低下し閾値電圧Ｖｔｈより下がって電池電圧Ｖｂに到達する。出力電圧Ｖが蓄電池電圧Ｖｂよりも低下すると、図２に示したようにダイオード６５を通じて電池パック１０３からＤＣ／ＤＣコンバータ６７に電力が供給される。ＥＣ２１は、電池パック１０３から定期的に充電電流または放電電流のデータを受け取っているので、放電電流を受け取ることでＡＣアダプタ１０１が垂下領域で動作していると判断することもできる。

ブロック２０９では、ＥＣ２１はＡＣアダプタ１０１が垂下領域で動作していると判断したときにＰＷＭ＿ＩＣ５３から受け取ったＡＣアダプタ１０１の出力電流Ｉａを最大の出力電流Ｉｍａｘとして認識する。そしてＥＣ２１は、ＡＣアダプタ２０９の最大出力電力ＰｍａｘをＶａ×Ｉｍａｘで計算する。ブロック２１１では、ＥＣ２１は最大出力電力Ｐｍａｘに基づいて充電制限電力値Ｐ１をＰＷＭ＿ＩＣ５３に設定し、システム制限電力値Ｐ２をみずからに設定する。ＥＣ２１はたとえば、充電制限電力値Ｐ１を最大出力電力Ｐｍａｘの９２％に設定し、システム制限電力値Ｐ２を最大出力電力Ｐｍａｘの９８％に設定する。

それ以後ＥＣ２１は、正式に設定された充電制限電力値Ｐ１およびシステム制限電力値Ｐ２に基づいて図４に示したようにパワー・マネジメントを実行する。なお、ＡＣアダプタ１０１がノートＰＣに電力を供給するときは、定電圧領域で動作するため、出力電圧Ｖａはほぼ一定である。したがって、ＡＣアダプタ１０１の定格電力または最大出力電力を管理するために、充電制限電力値Ｐ１およびシステム制限電力値Ｐ２に代えて電流値を使用してもよい。

実際に接続されたＡＣアダプタ１０１の定格容量が、システム電力の最大値に対して十分に大きなものでない場合は、ＣＰＵ１１およびＧＰＵ１７が十分にパフォーマンスを発揮することができなかったり充電時間が多くかかったりするがユーザはその原因を容易に認識することができない。ブロック２１３では、ブロック２０９で計算したＡＣアダプタ１０１の最大電力Ｐｍａｘが、システム電力の最大値に対して十分でない場合は、ＥＣ２１は電源管理用のソフトウエアを通じてパフォーマンスの低下や充電時間の長期化などが発生することを示すメッセージをＬＣＤ１９に表示する。また、システム電力の最大値よりもＡＣアダプタ１０１の最大出力電力Ｐｍａｘが相当小さいために、ＣＰＵ１１およびＧＰＵ１７に対してパワー・マネジメントが実行される頻度が高くなってしまうような場合は、ＡＣアダプタ１０１が不適切であることを示すメッセージをＬＣＤ１９に表示する。

以上の手順によれば、ＡＣアダプタ１０１の定格容量を識別抵抗で認識する必要がないため、出荷済みのノートＰＣに対して後から開発されたＡＣアダプタを接続してもノートＰＣに変更を加えることなくパワー・マネジメントの設定を行うことができる。また、ＡＣアダプタのプラグには識別用のピンを複数設けることは困難なので、識別抵抗による認識方法ではＡＣアダプタの数が増大すると識別が困難になるが、本実施形態の方法ではそのような問題が生じない。

ブロック２０２で、電池パック１０３が装着されていなかったり、蓄電池の電圧が低かったりして、ＥＣ２１が電池パック１０３から電力の供給を受けることができないと判断したときは、ブロック２１５に移行する。上記の手順では、ＡＣアダプタ１０１の最大出力電力Ｐｍａｘを認識するために一旦は垂下領域で動作させている。ＡＣアダプタ１０１が垂下領域で動作するときは、出力電圧ＶがＤＣ／ＤＣコンバータ６７に許容される入力電圧よりも下がって、システムダウンをもたらすことが予想される。それに対応するため、電力システム１００では、ＥＣ２１が電池パック１０３から電力の供給を受けることができないと判断したときは、充電制限電力値Ｐ１およびシステム制限電力値Ｐ２を最小値に設定して、ＡＣアダプタ１０１の出力電力Ｐが定格電力Ｐａを越えないようにする。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

１０…ノートＰＣ
１００…電力システム

Claims (9)

1. 蓄電池から電力の供給が可能なシステム負荷と該蓄電池を充電する充電器を搭載し、垂下特性を備えるＡＣアダプタの接続が可能な携帯式コンピュータにおける消費電力の制御方法であって、
   前記ＡＣアダプタから前記システム負荷および前記充電器に電力を供給して前記携帯式コンピュータを実際に使用するステップと、
   前記システム負荷の消費電力を制限する基準値であるシステム制限電力値の最大値を前記携帯式コンピュータが設定するステップと、
   前記充電器の消費電力を制限する基準値で前記システム制限電力値より小さい値である充電制限電力値の最大値を前記携帯式コンピュータが設定するステップと、
   前記蓄電池から前記システム負荷に電力を供給して前記システム負荷の電圧を維持しながら前記ＡＣアダプタが垂下領域で動作していることを前記携帯式コンピュータが認識するステップと、
   前記ＡＣアダプタが前記垂下領域で動作するときに前記ＡＣアダプタが供給する出力電流を前記携帯式コンピュータが測定するステップと
   前記測定した出力電流に基づいて前記システム制限電力値および前記充電制限電力値を前記携帯式コンピュータが再設定するステップと、
   前記蓄電池が前記携帯式コンピュータに電力を供給することが可能か否かを判断するステップと、
   供給することができないときに前記携帯式コンピュータが前記システム制限電力値および前記充電制限電力値を最低値に設定するステップと、
   前記システム制限電力値および前記充電制限電力値に基づいて前記携帯式コンピュータが前記システム負荷および前記充電器を制御するステップと
   を有する方法。
2. 前記ＡＣアダプタの出力電圧を前記携帯式コンピュータが測定するステップを有し、前記認識するステップが、前記出力電圧が所定値よりも低下したことを前記携帯式コンピュータが検出するステップを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記認識するステップが、前記蓄電池から前記システム負荷に電力を供給したことを前記携帯式コンピュータが検出するステップを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記システム負荷がプロセッサを含み、前記制御するステップが前記ＡＣアダプタの出力電力が前記システム制限電力値に到達したときに前記プロセッサの動作周波数を低下させるステップを有する請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
5. 前記ＡＣアダプタの出力電力が前記充電制限電力値に到達するまで前記充電器の充電電力を前記ＡＣアダプタの出力電力が前記充電制限電力値を超えないように制御するステップを有する請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
6. 前記システム制限電力値が所定値よりも小さい場合に、パフォーマンスの低下または充電時間の延長を示す警告をユーザに通知するステップを有する請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
7. 蓄電池とＡＣアダプタから電力の供給が可能なシステム負荷を搭載する携帯式コンピュータであって、
   前記蓄電池を充電する充電器と、
   前記システム負荷および前記充電器に電力を供給する前記ＡＣアダプタの出力電流を測定する電流測定部と、
   前記システム負荷の消費電力を制限する基準値であるシステム制限電力値の最大値と前記充電器の消費電力を制限する基準値で前記システム制限電力値より小さい値である充電制限電力値の最大値を設定して、前記携帯式コンピュータを実際に使用する間に前記蓄電池から前記システム負荷に電力を供給して前記システム負荷の電圧を維持しながら前記ＡＣアダプタが垂下領域で動作していることを認識したときに前記電流測定部から受け取った出力電流に基づいて前記システム制限電力値および前記充電制限電力値を再設定し、前記蓄電池が前記システム負荷に電力を供給することができないと判断したときに前記システム制限電力値および前記充電制限電力値を最低値に設定し、前記システム制限電力値および前記充電制限電力値に基づいて前記システム負荷および前記充電器を制御する電力制御部と
   を有する携帯式コンピュータ。
8. 前記ＡＣアダプタの出力電圧を測定する出力電圧測定部を有し、前記電力制御部は、前記出力電圧が所定値よりも低下したときに前記ＡＣアダプタが垂下領域で動作していると認識する請求項７に記載の携帯式コンピュータ。
9. 前記電力制御部は、前記蓄電池から前記システム負荷に電流が流れたことを検知して前記ＡＣアダプタが垂下領域で動作していると認識する請求項７に記載の携帯式コンピュータ。

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