JP5841706B2

JP5841706B2 - 電源アダプタ

Info

Publication number: JP5841706B2
Application number: JP2008553397A
Authority: JP
Inventors: チャン、シャオヤン
Original assignee: フレクストロニクスエーピー，リミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: WO2007092376A2; WO2007092376A3; US20070190848A1; JP2009525723A; EP1984997A4; US7989981B2; EP1984997A2

Description

関連出願

本出願は、米国特許法第１１９条第（ｅ）項に基づき、２００６年２月２日に出願された、係属中の米国仮特許出願、発明の名称「バックアップユニット付の携帯機器用の電源アダプタ（POWER ADAPTOR/BACKUP UNIT FOR PORTABLE DEVICES）」の優先権を主張する。この特許文献は、引用により本願に援用される。

本発明は、包括的には、携帯可能な、及び電池駆動民生用携帯電子機器用の電源アダプタに関する。

現在、様々な電池駆動民生用電子機器がある。例えば、携帯電話機、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータ及びＭＰ３プレーヤがある。この種の製品では、多くの場合、充電可能な２次電池（rechargeable battery）が使用されている。また、使い捨ての１次電池（disposable battery）を使用できる製品もある。

このような製品の殆どは、ＤＣ電源入力を備え、外部電源アダプタは、同梱されている場合と、別売の場合とがある。ＤＣ電源入力には、適切なＤＣ電圧が供給され、２次電池がある場合は、２次電池を充電し、及び機器を駆動するように構成されている。

このような機器にＤＣ電源を供給するための電源アダプタの構成は周知である。典型的な例としては、一般家庭用のコンセントに接続されて、家庭用のＡＣ電源が供給され、このＡＣ電源を、ＤＣ駆動機器（以下、単にＤＣ機器という。）に適したＤＣ電源に変換して、その変換電源をＤＣ機器に供給するＡＣ／ＤＣアダプタがある。他の具体例として、自動車の電源（シガーソケット）から供給される１２ＶのＤＣ電源を、機器に適した電圧のＤＣ電源に変換して、変換電源を機器に供給するＤＣ／ＤＣコンバータも知られている。

実際、２次電池を含む最新の機器の多くは、少なくともＡＣ／ＤＣアダプタが同梱されている。したがって、２次電池の電力が低下すると、コンセントが使用可能な場合、単にＡＣ／ＤＣアダプタのプラグをコンセントに差し込み、ＡＣ／ＤＣアダプタを機器に接続するだけで、機器を容易に駆動し、２次電池を充電することができる。

しかしながら、家庭用又はその他のコンセント及び他の電源は、何時でも使用できるわけではない。この問題を解決するために、様々な携帯型電源モジュール（portable power modules：ＰＰＭ）が市販されている。ＰＰＭは、基本的には予備の電池であり、例えば、携帯電話機等のＤＣ駆動機器のＤＣ入力に接続され、放電し、適切な電圧を供給するように設計されている。

ＰＰＭ内の電池には、様々な手法で電力が供給される。幾つかのＰＰＭは、１次電池が装着されており、これらの電力を適切な電圧に変換するように構成されている。他のＰＰＭは、典型的なＤＣ駆動機器と同様に、入力を介してＤＣ電力が供給されるよう構成された、２次電池を備える。所定のＤＣ駆動機器の用のＰＰＭは、通常、アフターサービス市場で販売されるので、ＰＰＭは、そのＤＣ駆動機器用のＡＣ／ＤＣアダプタから電力が供給されて、２次電池を充電するような構成が一般的である。

ここで、このような設計では、所定のＤＣ駆動機器、例えば携帯電話機のユーザは、あらゆる状況で外部電力を確実に使用するためには、専用のＡＣ／ＤＣアダプタと、適切なＰＰＭとの両方を持ち歩かなくてはならない。更に、携帯電話機の２次電池と、ＰＰＭの２次電池との両方を充電するためには、ユーザは、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力を２つの機器間で繋ぎ代えなくてはならない。

本発明の好ましい実施の形態では、ＡＣ／ＤＣラインから、又はＤＣ電源、例えば自動車のシガーソケットから電力を供給できる電源アダプタと、電池バックアップモジュール（battery backup module）とを１つのユニットに統合する。本発明が提供する電源アダプタは、携帯型電源モジュール（portable power module）と、この電源アダプタに対応する携帯電子機器とを同時に充電することができる。好ましくは、本発明の電源アダプタは、電子機器に入力電源を供給するために設計される。更に、幾つかの実施の形態では、電源アダプタには、電子機器で使用しない形式で電源が供給される。幾つかの実施の形態では、電源アダプタには、電子機器や蓄電ユニットで使用しない形式で電源が供給され、電源アダプタは、この電源を蓄電可能な形式に変換する。何れの場合も、「蓄電」とは、蓄電ユニット又は所定の実施の形態における機器を用いて、充電できることを意味する。同様に「使用」とは、携帯電子機器又は所定の実施の形態が対象とする機器を駆動及び／又は充電できることを意味する。

例えば、幾つかの実施の形態では、入力電力、内部電池及び携帯電力モジュールのうちの１つを用いて選択的に動作するよういに構成された電子機器に入力電源を供給する蓄電機能付の電源アダプタは、外部電源からの電源が、電子機器で使用しない形式で供給され、その電源を電子機器用の入力電源に変換する第１の電力変換回路と、電子機器用の入力電源を供給して、電子機器を駆動するパススルー回路と、電子機器用の入力電源を携帯型電源モジュールに充電する充電回路（storage circuit）と、携帯型電源モジュールから入力電源を供給して、電子機器を駆動する放電回路と、第１の電力変換回路、パススルー回路、充電回路、放電回路及び携帯型電源モジュールに接続されており、第１の電力変換回路が外部電源に接続され、かつ、電子機器がこの電源アダプタに接続されていない場合には、パススルー回路をシャットダウンし、放電回路をシャットダウンし、かつ、充電回路を充電動作状態にするマイクロコントローラとを備える。

幾つかの実施の形態では、携帯機器用の蓄電機能付の電源アダプタを提供する。蓄電機能付の電源アダプタは、電力変換器ユニットと、エネルギ蓄積ユニットと、電力パススルーユニットと、電力出力ユニットと、マイクロコントローラとを備える。これらの構成要素には、様々な特定の機能及び構成がある。

例えば、電力変換器ユニットは、外部電源から電力が、携帯機器で使用しない形式で選択的に供給され、この電源から、携帯機器で使用する電源と充電可能な電源とを同時に生成する。エネルギ蓄積ユニットは、電力変換器ユニットに接続され、電力変換器ユニットから充電可能な電力が供給され、この電力をエネルギとして蓄積する。電力パススルーユニットは、電力変換器ユニットに接続され、携帯機器で使用する電源をその携帯機器に通電する。電力出力ユニットは、エネルギ蓄積ユニットに接続され、エネルギ蓄積ユニット内のエネルギから携帯機器で使用する電源を生成して携帯機器に供給する。マイクロコントローラは、電力変換器ユニットからエネルギ蓄積ユニットへの充電可能な電力の供給を制御し、電力パススルーユニットを介した携帯機器への使用可能な電源の流れを制御し、エネルギ蓄積ユニットから電力出力ユニットを介した携帯機器へのエネルギの供給を制御し、この電源アダプタが外部電源に接続され、かつ、携帯機器がこの電源アダプタに接続されていない場合に、電力パススルーユニットをシャッドダウンし、電力出力ユニットをシャッドダウンし、かつ、エネルギ蓄積ユニットを蓄積動作状態にする。また、幾つかの実施の形態では、マイクロコントローラは、様々なパラメータを監視し、保護機能、例えば温度保護、過電流及び過電圧保護の機能を提供する。

幾つかの実施の形態は、電子機器用のバックアップ電源付の電源アダプタを提供する。このバックアップ電源付の電源アダプタは、電力変換器と、エネルギ蓄積ユニットと、第１、第２及び第３のスイッチングモジュールと、マイクロコントローラとを備える。これらの構成要素には、様々な特定の機能及び構成がある。

幾つかの実施の形態では、電子機器用のバックアップ電源付きの電源アダプタを提供する。電力変換器は、外部電源から、電子機器で使用しない電源が選択的に供給され、電子機器で使用する変換電源を生成する。エネルギ蓄積ユニットは、電力変換器に第１のスイッチングモジュールを介して接続された入力と、第２のスイッチングモジュールに接続された出力とを有する。第３のスイッチングモジュールは、電力変換器に接続されている。マイクロコントローラは、第１、第２及び第３のスイッチングモジュールに接続され、第１、第２及び第３のスイッチングモジュールの動作を制御して、電力変換器からの変換電源を、エネルギ蓄積ユニット及び第３のスイッチングモジュールのうちの１つを介して、このバックアップ電源付きの電源アダプタの出力に選択的に供給し、電力変換器が外部電源に接続され、かつ、電子機器がこの電源アダプタに接続されていない場合には、第２及び第３のスイッチングモジュールをシャッドダウンし、かつ、第１のスイッチングモジュールをオンにして上記電力変換器が上記エネルギ蓄積ユニットに接続された状態にする。幾つかの実施の形態では、第３のスイッチングモジュールは、パススルースイッチであり、第１のスイッチングモジュールは、充電スイッチであり、第２のスイッチングモジュールは、放電スイッチである。

幾つかの実施の形態では、携帯電子機器用の蓄電ユニット付きの電源アダプタを提供する。蓄電ユニット付きの電源アダプタは、電力変換器ユニットと、蓄電ユニットと、出力ユニットと、マイクロコントローラとを備える。これらの構成要素には、様々な特定の機能及び構成がある。

例えば、幾つかの実施の形態において、電力変換器ユニットは、外部電源からの電源が、携帯電子機器で使用しない形式で選択的に供給され、電源が外部電源から供給されたときに、その供給電源から、第１の使用電源と蓄電可能な電源とを生成する。幾つかの実施の形態において、蓄電ユニットは、電力変換器ユニットから充電可能な出力電力が供給され、エネルギレベル及び全エネルギ容量を有し、そのエネルギレベルが全エネルギ容量よりも少ない場合は、出力電力をエネルギとして蓄積する。幾つかの実施の形態において、出力ユニットは、蓄電ユニットからエネルギが供給され、供給されたエネルギから第２の使用電源を生成する。幾つかの実施の形態において、マイクロコントローラは、外部電源から電力変換器に電源が供給されているか否かを判定し、外部電源から電源が供給されていない場合は、第２の使用電源を生成して、第２の使用電源を携帯電子機器に供給するように、出力ユニットに指示し、電力変換器ユニットが、外部電源から電源を供給され、携帯電子機器がこの電源アダプタに接続されていないときには、出力ユニットをディスエーブルする。

例えば、幾つかの実施の形態では、バックアップユニット付きの電源アダプタは、ＤＣ駆動機器のＤＣ入力に接続され、外部電源として機能する。バックアップユニット付の電源アダプタは、ある使用状態では、電池の電力を供給し、他の使用状態では、例えば、家庭用ＡＣ電源又は自動車のシガーソケット等の他の電源からの電源を適切に変換して、ＤＣ駆動機器に供給しながら、同時に、ＤＣ駆動機器の内蔵２次電池の充電を行う。これらの実施の形態は、それぞれ、２次電池と、充電回路と、放電回路と、パススルー回路と、適切な電源管理を確実に行うためのマイクロコントローラとを含む。これらの実施の形態のそれぞれにおいて、バックアップユニット付の電源アダプタは、外部電源に接続されて、内蔵２次電池の充電を行い、及びパススルー回路を介してＤＣ駆動機器に変換電源を供給する。このように、これらの実施の形態によって、充電と、ＤＣ駆動機器への変換電源の供給とを同時に行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の広範な実施の形態を説明する。これらの実施の形態における特定の構成要素の説明は、本明細書に開示する構成の等価物を除外するとは解釈されない。

携帯電子機器及び携帯型電源モジュール
図４Ａ及び図４Ｂは、一般的な携帯電子機器（以下、単に機器ともいう。）４００と、その電源アダプタ４１０と、携帯型電源モジュール（portable power module：ＰＰＭ）４２０とを示している。機器、例えば機器４００は、多くの場合、２つの電源に対応するように出荷される。すなわち、機器４００は、通常、電源入力４０２と、内蔵電池４０６とを備える。機器４００は、内蔵電池４０６からの電源又は入力４０２に供給される電源によって駆動される。携帯機器は、電源入力に電気的に接続された充電可能な２次電池を備えることが多くなっている。

このような携帯機器は、通常、電源アダプタと共に使用されるように設計されている。例えば、機器４００には、電源アダプタ４１０が接続される。外部電源が利用可能な場合には、電源アダプタ４１０は、外部電源を機器４００で使用する形式に変換し、変換された電源（以下、変換電源という。）を機器４００の電源入力４０２に供給する。このようにしてユーザは、入力電力で機器４００の内部電池４０６を充電でき、及び／又は機器４００を動作させることができる。

電源アダプタ４１０は、外部電源、この場合、ＡＣコンセントに差し込まれるプラグ４１７を備える。更に、電源アダプタ４１０は、携帯電子機器４００の電源入力４０２に差し込まれる出力端子４１５を備える。図４Ａでは、出力端子４１５は、携帯電子機器４００の電源入力４０２に接続されている。

携帯電子機器と共に使用される様々なバックアップ電源機器が設計されている。例えば、図４Ｂに示すＰＰＭ４２０は、携帯電子機器４００用に設計されている。ＰＰＭ４２０は、一般的な構成として、電源入力４２２と、電源出力端子４２５と、２次電池（図示せず）とを備える。電源入力４２２には、電源アダプタ４１０の出力端子４１５が接続され、電源アダプタ４１０が外部電源に接続されると、電源アダプタ４１０の出力端子４１５から電源が供給されるように構成されている。電源出力端子４２５は、携帯電子機器４００の電源入力４０２に接続されるように構成されている。２次電池が充電された状態で、電源出力端子４２５が電源入力４０２に接続されると、ＰＰＭ４２０は、携帯電子機器４００に電源を供給して、携帯電子機器４００を駆動し、又はその内蔵電池４０６を充電する。

構造
図１に示す第１の実施の形態では、バックアップユニット付のＡＣ電源アダプタ１００は、入力に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ１１０を備える。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０は、外部ＡＣ電源に取り外し可能に接続することができる。図１では、バックアップユニット付のＡＣ電源アダプタ１００の入力は、外部ＡＣ電源１００’に取り外し可能に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力は、パススルー回路１５０及び充電回路１２０の両方に接続されている。充電回路１２０は、２次電池１２５に接続されており、２次電池１２５は、放電回路として機能するＤＣ／ＤＣコンバータ１４０に接続されている。パススルー回路１５０、充電回路１２０及びＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は全て、マイクロコントローラ１３０に接続されており、マイクロコントローラ１３０は、２次電池１２５の充電レベルを検出する。パススルー回路１５０及びＤＣ／ＤＣコンバータ１４０は、共に、ＤＣ出力１６０に接続されており、ＤＣ出力１６０は、ＤＣ機器（図示せず）に接続することができる。

図２に示す第２の実施の形態では、バックアップユニット付のＤＣ電源アダプタ２００は、入力に接続された第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１０を備える。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１０は、外部ＤＣ電源に取り外し可能に接続することができる。図２では、バックアップユニット付のＤＣ電源アダプタ２００の入力は、外部ＤＣ電源２００’に取り外し可能に接続されている。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ２１０の出力は、パススルー回路２５０及び充電回路２２０の両方に接続されている。充電回路２２０は、２次電池２２５に接続されており、２次電池２２５は、放電回路として機能する第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２４０に接続されている。パススルー回路２５０、充電回路２２０及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は全て、マイクロコントローラ２３０に接続されており、２次電池２２５の充電レベルを検出する。パススルー回路２５０及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は、共に、ＤＣ出力２６０に接続されており、ＤＣ出力２６０は、ＤＣ機器（図示せず）に接続することができる。

第２の実施の形態は、様々な非専用の電源に適応化された電源コネクタ及び電力変換器を備えることができる。具体例としては、例えば、ラップトップコンピュータ用の電源等の様々なＡＣ／ＤＣアダプタのＤＣ出力、太陽電池のＤＣ出力、自動車のシガーソケットのＤＣ出力等がある。

図３に示す第３の実施の形態では、バックアップユニット付きのＡＣ入力又はＤＣ入力の電源アダプタ３００は、第１の入力に接続されたＡＣ／ＤＣコンバータ３１０Ａと、第２の入力に接続された第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０Ｂとを備える。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０Ｂは、外部ＤＣ電源に取り外し可能に接続することができる。更に、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１０Ａは、外部ＡＣ電源に取り外し可能に接続することができる。図３では、バックアップユニット付のＡＣ又はＤＣ電源アダプタ３００の第１及び第２の入力は、それぞれ外部ＡＣ電源３００Ａ、外部ＤＣ電源３００Ｂに取り外し可能に接続されている。第１のＤＣ／ＤＣコンバータ３１０Ｂ及びＡＣ／ＤＣコンバータ３１０Ａの出力は、パススルー回路３５０及び充電回路３２０の両方に接続されている。図３では、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１０Ａ及びＤＣ／ＤＣコンバータ３１０Ｂは、互いに接続されているが、好ましくは、この接続は、一方から他方に電流が流れないように行われる。

充電回路３２０は、２次電池３２５に接続されており、２次電池３２５は、放電回路として機能する第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３４０に接続されている。パススルー回路３５０、充電回路３２０及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３４０は全て、マイクロコントローラ３３０に接続されており、マイクロコントローラ３３０は、２次電池３２５の充電レベルを検出する。パススルー回路３５０及び第２のＤＣ／ＤＣコンバータ３４０は、共に、ＤＣ出力３６０に接続されており、ＤＣ出力３６０は、ＤＣ機器（図示せず）に接続することができる。

図５Ａは、本発明の他の実施の形態を示している。蓄電ユニット付の電源アダプタ５００は、入力に接続された電力コンバータ回路５１０を備える。電力コンバータ回路５１０は、外部電源に取り外し可能に接続することができる。図５Ａでは、蓄電ユニット付の電源アダプタ５００の入力は、外部電源５００’に取り外し可能に接続されている。電力コンバータ回路５１０の出力は、パススルー回路５５０及び充電インタフェース５２０の両方に接続されている。

充電インタフェース５２０は、ＰＰＭ５８０に接続されており、ＰＰＭ５８０を充電するとともに、ＰＰＭ５８０から放電する。更に、充電インタフェース５２０は、蓄電ユニット付の電源アダプタ５００の出力を介して携帯機器５９０に接続されている。

ＰＰＭ５８０は、蓄電ユニット付の電源アダプタ５００から電源が供給され、又は携帯機器５９０に電源を供給するために、蓄電ユニット付の電源アダプタ５００に対して放電するように、充電インタフェース５２０に選択的に接続することができる。更に、ＰＰＭ５８０は、オプションとして、携帯機器５９０に直接接続して、電源を直接供給することもできる。図５Ａは、携帯機器５９０に電源を供給する蓄電ユニット付の電源アダプタ５００に対応するＰＰＭ５８０を示している。

図６は、本発明の他の種類の実施の形態を示している。バックアップ電源ユニット付の電源アダプタ６００は、入力に接続された電力コンバータ回路６１０を備える。電力コンバータ回路６１０は、外部電源に取り外し可能に接続することができる。図６では、バックアップ電源ユニット付の電源アダプタ６００の入力は、外部電源６００’に取り外し可能に接続されている。電力コンバータ回路６１０の出力は、パススルースイッチ６０２及び充電スイッチ６０１の両方に接続されている。

充電スイッチ６０１は、蓄電ユニット６２０に接続されており、蓄電ユニット６２０は、放電スイッチ６０３に接続されている。蓄電ユニット６２０は、電力コンバータ回路６１０が外部電源６００’に接続され、充電スイッチ６０１がオンになると、充電スイッチ６０１を介して電力が供給される。蓄電ユニット６２０は、放電スイッチ６０３がオンになるとともに、負荷が存在している場合には、放電スイッチ６０３を介して、負荷に放電する。パススルースイッチ６０２、充電スイッチ６０１及び放電スイッチ６０３は全て、マイクロコントローラ６３０に接続されており、マイクロコントローラ６３０は、各スイッチを切り換えて、電源の供給及び充電を制御する。

パススルースイッチ６０２及び放電スイッチ６０３は共に、出力６６０に接続されており、出力６６０は、電子機器（図示せず）に接続することができる。

幾つかの実施の形態では、マイクロコントローラ６３０は、電力コンバータ回路６１０及び／又は蓄電ユニット６２０に接続されており、動作中の電力コンバータ回路６１０及び／又は蓄電ユニット６２０の特性を判定及び／又は制御する。例えば、幾つかの実施の形態では、マイクロコントローラ６３０は、蓄電ユニット６２０の充電レベル又はエネルギレベルを判定する。

動作
図１〜図３に示す実施の形態の動作は、高いレベルでは類似しており、同時に説明することができる。したがって、以下では、図１の実施の形態を説明するが、この説明は、適切な構成要素名を読み替えることによって、図２又は図３の実施の形態にも同様に適用することができる。

バックアップユニット付の電源アダプタ（以下、単に電源アダプタという。）１００は、単純充電モード、充電／電力変換モード、単純電力変換モード及び放電モードを含む幾つかの動作モードを有する。これらの動作モードについては、理想的な状態について説明する。実際のユニットでは、電子回路に生じる漏洩のために、この理想的な状態に近似した動作を示すこととなる。

単純充電モードでは、電源アダプタ１００は、外部電源、例えば外部ＡＣ電源１００’に接続されており、これによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０には電源が供給されている。更に、電源アダプタ１００のＤＣ出力１６０は、機器が電気的に接続されておらず、開回路となっている。マイクロコントローラ１３０は、ＤＣ出力１６０が開回路であることを検出すると、パススルー回路１５０及びＤＣ／ＤＣコンバータ１４０をシャットダウンする。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０に供給された電源は、ＡＣからＤＣに変換され、充電回路１２０に供給される。充電回路１２０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、ＤＣ電源を２次電池１２５に供給して、２次電池１２５を充電する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０は、パススルー回路１５０にも接続されているが、この２つの構成要素間では、電流は殆ど又は全く流れない。更に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０をシャットダウンすることによって、２次電池１２５の放電が制限される。マイクロコントローラ１３０は、好ましくは、２次電池１２５が完全に充電されると、充電回路１２０への電源の供給を抑える。

充電／電力変換モードでは、電源アダプタ１００は、外部電源、例えば外部ＡＣ電源１００’に接続されており、これによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０には電源が供給されている。この動作モードでは、電源アダプタ１００のＤＣ出力１６０は、電源アダプタ１００から電源を得るＤＣ駆動機器に電気的に接続されている。マイクロコントローラ１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を介する２次電池１２５の放電を調整して、ＤＣ出力１６０から出力される電圧を適切な値に維持しながら、充電時間が最短となるようにする。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０に供給された電源は、ＡＣからＤＣに変換され、充電回路１２０及びパススルー回路１５０に供給される。充電回路１２０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、ＤＣ電源を２次電池１２５に供給して、２次電池１２５を充電する。また、パススルー回路１５０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、変換されたＤＣ電圧を、ＤＣ出力１６０を介してＤＣ駆動機器に供給する。マイクロコントローラ１３０は、好ましくは、２次電池１２５が完全に充電されると、充電回路１２０への電力の供給と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を介する放電とを制限する。この時点で、電源アダプタ１００は、単純電力変換モードに移行する。

単純電力変換モードでは、電源アダプタ１００は、外部電源、例えば外部ＡＣ電源１００’に接続されており、これによって、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０には電源が供給されている。この動作モードでは、電源アダプタ１００のＤＣ出力１６０は、外部ＡＣ電源１００’から電源アダプタ１００を介して電源を得るＤＣ駆動機器に電気的に接続されている。マイクロコントローラ１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を介する２次電池１２５の放電を制限する。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０に供給された電源は、ＡＣからＤＣに変換され、パススルー回路１５０に供給される。充電回路１２０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、充電動作を制限する。また、パススルー回路１５０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、変換されたＤＣ電圧を、ＤＣ出力１６０を介してＤＣ駆動機器に供給する。電源アダプタ１００が電源をＤＣ駆動機器に供給している最中に、外部ＡＣ電源１００’から電源供給が切断されると、電源アダプタ１００は、放電モードに移行する。

放電モードでは、電源アダプタ１００は、外部電源に接続されておらず、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１０には、電源が供給されていない。この動作モードでは、電源アダプタ１００のＤＣ出力１６０は、電源アダプタ１００から電源を得るＤＣ駆動機器に電気的に接続されている。マイクロコントローラ１３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１４０を介する２次電池１２５の放電を調整して、ＤＣ出力１６０から出力される電圧を適切な値に維持する。マイクロコントローラ１３０の制御の下に、電源は、２次電池１２５から、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ出力１６０を介して、ＤＣ駆動機器に供給される。

また、図５Ａ及び図５Ｂに示す蓄電ユニット付の電源アダプタ（以下、単に電源アダプタという。）５００も、幾つかの動作モードがある。この動作モードには、単純充電モード、充電／供給モード、単純供給モード及び放電モードが含まれる。これらの動作モードについては、理想的な状態について説明する。実際の電源アダプタは、電子回路に生じる漏洩のために、この理想的な状態に近似した動作を示すこととなる。

単純充電モードでは、電源アダプタ５００は、外部電源、例えば外部電源５００’に接続されており、これによって、電力コンバータ回路５１０には電源が供給されている。更に、電源アダプタ５００と携帯機器５９０とは、電気的に接続されていないので、パススルー回路５５０及び充電インタフェース５２０は、開回路となっている。充電インタフェース５２０の放電素子は、この開回路に起因して、シャットダウンされる。

電力コンバータ回路５１０に供給された電源は、変換されて、充電インタフェース５２０に供給される。変換電源は、充電インタフェース５２０からＰＰＭ５８０に供給され、例えばＰＰＭ５８０の２次電池を充電することによって、充電される。また、電力コンバータ回路５１０は、パススルー回路５５０にも接続されているが、この２つの構成要素間では、電流は殆ど又は全く流れない。更に、放電素子をシャットダウンすることによって、ＰＰＭ５８０から充電インタフェース５２０を介する放電が制限される。

充電／供給モードでは、電源アダプタ５００は、外部電源、例えば外部電源５００’に接続されており、これによって、電力コンバータ回路５１０には電源が供給されている。この動作モードでは、電源アダプタ５００は、電源アダプタ５００から電源を得る携帯機器５９０に電気的に接続されている。充電時間を最小化するために、充電インタフェース５２０の放電素子は、ＰＰＭ５８０に充電されている電力を殆ど又は全く使用しない。同時に、電力コンバータ回路５１０は、変換電源を、パススルー回路５５０を介して携帯機器５９０に適切な電圧で供給する。

電力コンバータ回路５１０に供給された電源は、変換されて、充電インタフェース５２０及びパススルー回路５５０に供給される。充電インタフェース５２０は、変換電源をＰＰＭ５８０に供給し、ここで、その電力が蓄電される。パススルー回路５５０は、変換電源を携帯機器５９０に供給する。充電インタフェース５２０は、ＰＰＭ５８０が一旦完全に充電されると、好ましくは、ＰＰＭ５８０への電力の供給を制限する。この時点で、電源アダプタ５００は、単純供給モードに移行する。

単純供給モードでは、電源アダプタ５００は、外部電源、例えば外部電源５００’に接続されており、これによって、電力コンバータ回路５１０には電源が供給されている。この動作モードでは、電源アダプタ５００は、電源アダプタ５００から電源を得る携帯機器５９０に電気的に接続されている。充電時間を最小化するために、充電インタフェース５２０の放電素子は、ＰＰＭ５８０に充電されている電力を殆ど又は全く使用しない。同時に、電力コンバータ回路５１０は、変換電源を、パススルー回路５５０を介して携帯機器５９０に適切な電圧で供給する。

電力コンバータ回路５１０に供給された電源は、変換されて、充電インタフェース５２０及びパススルー回路５５０に供給される。充電インタフェース５２０は、完全に充電されたＰＰＭ５８０の充電を制限する。パススルー回路５５０は、変換電源を携帯機器５９０に供給する。電源アダプタ５００が携帯機器５９０に電源を供給している最中に、外部電源５００’から切断されると、電源アダプタ５００は、放電モードに移行する。

放電モードでは、電源アダプタ５００は、外部電源に接続されておらず、電力コンバータ回路５１０には、電源が供給されない。この動作モードでは、電源アダプタ５００は、電源アダプタ５００から電源を得る携帯機器５９０に電気的に接続されている。充電インタフェース５２０は、ＰＰＭ５８０からの放電を調整して、携帯機器５９０に対する電圧を適切な値に維持する。

図５Ｂに示すように、電源アダプタ５００は、ＰＰＭ５８０が携帯機器５９０に直接接続される放電モードの変化形をサポートする。この動作モードでは、ＰＰＭ５８０は、電力コンバータ回路５１０及び充電インタフェース５２０によって、既に充電されている。好ましくは、この変化形をサポートするために、ＰＰＭ５８０は、充電インタフェース５２０とのインタフェースから独立した、携帯機器５９０との直接的なインタフェースとして構成可能な放電素子を備える。幾つかの実施の形態では、ＰＰＭ５８０の充電インタフェース５２０に対するインタフェースを、携帯機器５９０にも接続できるように構成してもよい。

また、図６に示すバックアップ電源ユニット付の電源アダプタ（以下、単に電源アダプタという。）６００も、幾つかの動作モードがある。この動作モードには、単純充電モード、充電／供給モード、単純供給モード及び放電モードが含まれる。これらの動作モードについては、理想的な状態について説明する。実際のユニットは、電子回路に生じる漏洩のために、この理想的な状態に近似した動作を示すこととなる。

単純充電モードでは、電源アダプタ６００は、外部電源、例えば外部電源６００’に接続されており、これによって、電力コンバータ回路６１０には電力が供給されている。更に、電源アダプタ６００は、機器に電気的に接続されていないので、パススルースイッチ６０２及び放電スイッチ６０３は、開回路となっている。この開回路は、好ましくはマイクロコントローラ６３０によって検出され、放電スイッチ６０３は、マイクロコントローラ６３０によって、シャットダウンされている。マイクロコントローラ６３０は、好ましくは、電力コンバータ回路６１０から供給される電源を検出して、充電スイッチ６０１をオンにする。

電力コンバータ回路６１０は、供給された電源を変換し、充電スイッチ６０１を介して蓄電ユニット６２０に供給する。蓄電ユニット６２０内において、変換電源は、例えば２次電池を充電することによって、充電される。また、電力コンバータ回路６１０は、パススルースイッチ６０２にも接続されているが、この２つの構成要素間では、電流は殆ど又は全く流れない。更に、放電スイッチ６０３をシャットダウンすることによって、蓄電ユニット６２０からの放電が制限される。

充電／供給モードでは、電源アダプタ６００は、外部電源、例えば外部電源６００’に接続されており、これによって、電力コンバータ回路６１０には電源が供給されている。この動作モードでは、電源アダプタ６００は、電源アダプタ６００から電源を得る携帯機器（図示せず）に電気的に接続されている。充電時間を最小化するために、放電スイッチ６０３はオフにされ、蓄電ユニット６２０に蓄電されている電力は、殆ど又は全く使用されない。同時に、電力コンバータ回路６１０は、変換電源を、パススルースイッチ６０２を介して携帯機器に適切な電圧で供給する。

電力コンバータ回路６１０に供給された電源は、変換されて、蓄電ユニット６２０及びパススルースイッチ６０２に供給される。電力コンバータ回路６１０は、変換電源を蓄電ユニット６２０に供給し、ここで、変換電力が蓄電される。パススルースイッチ６０２は、変換電源を出力６６０に供給する。一旦蓄電ユニット６２０が完全に充電されると、好ましくは、マイクロコントローラ６３０は、充電スイッチ６０１をオフにすることによって、蓄電ユニット６２０への電源の供給を制限する。この時点で、電源アダプタ６００は、単純供給モードに移行する。

単純供給モードでは、電源アダプタ６００は、外部電源、例えば外部電源６００’に接続されており、これによって、電力コンバータ回路６１０には電源が供給されている。この動作モードでは、電源アダプタ６００は、電源アダプタ６００から電源を得る携帯機器（図示せず）に電気的に接続されている。充電時間を最小化するために、放電スイッチ６０３はオフにされ、蓄電ユニット６２０に充電されている電力は、殆ど又は全く使用されない。同時に、電力コンバータ回路６１０は、変換電源を、パススルースイッチ６０２を介して出力６６０に、機器に適した電圧で供給する。

電力コンバータ回路６１０に供給された電源は、変換されて、パススルースイッチ６０２に供給される。マイクロコントローラ６３０は、放電スイッチ６０３をオフに切り換えることによって、蓄電ユニット６２０の充電を制限する。パススルースイッチ６０２は、変換電力を、出力６６０及びその先の機器に供給する。電源アダプタ６００が機器に電源を供給している最中に、外部電源６００’から切断されると、電源アダプタ６００は、放電モードに移行する。

放電モードでは、電源アダプタ６００は、外部電源に接続されておらず、電力コンバータ回路６１０には、電源が供給されない。この動作モードでは、電源アダプタ６００は、出力６６０を介して機器に電気的に接続されており、機器は、電源アダプタ６００から電源を得る。マイクロコントローラ６３０及び蓄電ユニット６２０は、蓄電ユニット６２０からの放電を調整して、機器に対する電圧を適切な値に維持する。

使用
通常の使用時には、バックアップユニット付の電源アダプタは、非常に頻繁に、上述した様々な動作モード間を移行する。好ましい実施の形態では、バックアップユニット付の電源アダプタに含まれるマイクロコントローラは、全ての可能な変換を最適に実行し、迅速な２次電池の充電と、有効で一貫性がある電力供給とのバランスをとりながら、電力を管理する。

本発明の構成及び動作の原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施の形態を用いて本発明を説明した。このような特定の実施の形態の説明及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施の形態を変形できることは、当業者にとって明らかである。

バックアップ電池出力とともにＡＣ／ＤＣコンバータ出力を提供する本発明の好ましい実施の形態を示す図である。バックアップ電池出力とともにＤＣ／ＤＣコンバータ出力を提供する本発明の変形例を示す図である。バックアップ電池出力とともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ出力及びＡＣ／ＤＣコンバータ出力を提供する本発明の変形例を示す図である。Ａ図は、典型的な携帯電子機器及び例示的な電源アダプタを示す図であり、Ｂ図は、例示的な携帯型電源モジュールを示す図である。Ａ図は、本発明の幾つかの実施の形態に基づく電源アダプタと、携帯型電源モジュール及び携帯機器との可能な相互動作を説明する図であり、Ｂ図は、携帯型電源モジュールと、電子機器との可能な相互動作を説明する図である。本発明の幾つかの実施の形態に基づくバックアップ電源ユニット付の電源アダプタを示す図である。

Claims

入力電力、内部電池及び外部の携帯電力モジュールのうちの１つを用いて選択的に動作するように構成された電子機器に接続され、上記携帯電力モジュールが着脱自在に装着されて接続され、上記電子機器に入力電源を供給する蓄電機能付の電源アダプタであって、
ａ．上記電子機器で使用しない形式で外部電源から電源が供給され、該外部電源からの電源を上記入力電源に変換する第１の電力変換回路と、
ｂ．上記第１の電力変換回路からの入力電源を、上記電子機器に供給するパススルー回路と、
ｃ．上記第１の電力変換回路からの入力電源を、上記携帯電力モジュールに充電する充電回路と、
ｄ．上記電子機器に対して上記携帯電力モジュールからの入力電源を、供給する放電回路と、
ｅ．上記第１の電力変換回路、上記パススルー回路、上記充電回路、上記放電回路及び上記携帯電力モジュールに接続されるマイクロコントローラとを備え、
上記マイクロコントローラは、上記第１の電力変換回路が上記外部電源に接続され、かつ、上記放電回路の出力が開回路になっていることを検出したときには、上記パススルー回路をシャットダウンし、上記放電回路をシャットダウンし、かつ、上記充電回路を充電動作状態にすることを特徴とする電源アダプタ。
上記外部電源は、ＡＣ電源であることを特徴とする請求項１記載の電源アダプタ。
上記外部電源は、所定の電圧のＤＣ電源であり、上記入力電源は、該所定の電圧とは異なる電圧のＤＣ電源であることを特徴とする請求項１記載の電源アダプタ。
上記電子機器で使用しない形式で、上記外部電源からの電源とは異なる種類の電源が供給され、該異なる種類の電源を上記入力電源に変換する第２の電力変換回路を更に備える請求項１記載の電源アダプタ。
上記第１及び第２の電力変換回路は、上記パススルー回路に接続されていることを特徴とする請求項４記載の電源アダプタ。
当該電源アダプタは、上記外部電源及び上記電子機器の接続状態に対応した単純充電モード、充電／電力供給モード、単純電力供給モード及び放電モードを含む上記マイクロコントローラによる制御の下に動作する複数の動作モードを有することを特徴とする請求項１記載の電源アダプタ。
上記単純充電モードの期間では、当該電源アダプタは、上記外部電源に接続され、上記入力電源は、上記携帯電源モジュール内の２次電池に供給されることによって、該２次電池を充電することを特徴とする請求項６記載の電源アダプタ。
上記充電／電力供給換モードの期間では、当該電源アダプタは、上記外部電源及び上記電子機器の両方に接続され、上記入力電源が、当該電源アダプタから該電子機器に供給されているときに、上記携帯電源モジュール内の２次電池に供給されることによって、該２次電池を充電することを特徴とする請求項６記載の電源アダプタ。
上記単純電力供給モードの期間では、当該電源アダプタは、上記外部電源及び上記電子機器に両方に接続され、上記入力電源を、上記外部電源から当該電源アダプタを介して該電子機器に直接供給することを特徴とする請求項６記載の電源アダプタ。
上記放電モードの期間では、当該電源アダプタは、上記電子機器に接続され、該電子機器は、上記放電回路から入力電源を供給されることを特徴とする請求項６記載の電源アダプタ。
当該電源アダプタは、上記電子機器に、着脱可能に電気的に接続されることを特徴とする請求項１記載の電源アダプタ。
携帯機器用の蓄電機能付きの電源アダプタにおいて、
ａ．上記携帯機器で使用しない形式で外部電源から電源が供給され、該外部電源から、該携帯機器が使用する電源及び蓄電可能な電源を同時に生成する電力変換器ユニットと、
ｂ．上記電力変換器ユニットに接続され、該電力変換器ユニットから上記蓄電可能な電源が供給され、該蓄電可能な電源をエネルギとして蓄積する２次電池と該２次電池を充電する充電回路とを有するエネルギ蓄積ユニットと、
ｃ．上記電力変換器ユニットに接続され、上記携帯機器で使用する電源を該携帯機器に通電する電力パススルーユニットと、
ｄ．上記エネルギ蓄積ユニットに接続され、該エネルギ蓄積ユニット内のエネルギから上記携帯機器で使用する電源を生成して該携帯機器に供給する放電回路と電力変換器を有する電力出力ユニットと、
ｅ．上記電力変換器ユニットから上記エネルギ蓄積ユニットへの上記蓄電可能な電源の供給を制御し、上記電力パススルーユニットを介する上記携帯機器への上記携帯機器で使用する電源の流れを制御し、上記エネルギ蓄積ユニットから上記電力出力ユニットを介する、上記携帯機器への上記エネルギの供給を制御するマイクロコントローラとを備え、
上記マイクロコントローラは、当該電源アダプタが上記外部電源に接続され、かつ、上記携帯機器が当該電源アダプタに接続されていない場合には、上記電力パススルーユニットをシャッドダウンし、上記電力出力ユニットをシャッドダウンし、かつ、上記エネルギ蓄積ユニットを上記外部電源から供給される電源をエネルギとして上記２次電池に蓄積する蓄積動作状態にすることを特徴とする電源アダプタ。
携帯電子機器用のバックアップ電源付の電源アダプタにおいて、
ａ．外部電源から電源が、上記電子機器で使用しない形式で供給され、該電子機器で使用する変換電源を生成する電力変換器と、
ｂ．第１のスイッチングモジュールを介して、上記電力変換器に接続された入力と、第２のスイッチングモジュールに接続された出力とを有するエネルギ蓄積ユニットと、
ｃ．上記電力変換器に接続された第３のスイッチングモジュールと、
ｄ．上記第１、第２及び第３のスイッチングモジュールに接続され、該第１、第２及び第３のスイッチングモジュールの動作を制御して、上記電力変換器からの変換電源を、上記エネルギ蓄積ユニット及び上記第３のスイッチングモジュールのうちの１つを介して、当該電源アダプタの出力に供給し、該電力変換器が上記外部電源に接続され、かつ、上記放電回路の出力が開回路になっていることを検出したときには、該第２及び第３のスイッチングモジュールをシャッドダウンし、かつ、該第１のスイッチングモジュールをオンにして上記電力変換器が上記エネルギ蓄積ユニットに接続された状態にするマイクロコントローラとを備える電源アダプタ。
携帯電子機器用の蓄電機能付の電源アダプタにおいて、
ａ．外部電源から電源が、上記携帯電子機器では使用しない形式で供給され、該電源が供給されたときに、該電源から、第１の使用電源及び蓄電可能な電源を生成する電力変換器ユニットと、
ｂ．エネルギレベル及び全エネルギ容量を有し、上記電力変換器ユニットから上記蓄電可能な電源が供給され、該エネルギレベルが該全エネルギ容量よりも少ない場合には、該蓄電可能な電源をエネルギとして蓄積する蓄電ユニットと、
ｃ．上記蓄電ユニットからエネルギが供給され、該供給されたエネルギから第２の使用電源を生成する出力ユニットと、
ｄ．上記外部電源から上記電力変換器に電源が供給されたか否かを判定し、上記第２の使用電源を生成して、該第２の使用電源を上記携帯電子機器に供給することを上記出力ユニットに指示し、上記電力変換器ユニットが、上記外部電源から電源を供給され、上記放電回路の出力が開回路になっていることを検出したときには、上記出力ユニットをシャッドダウンするマイクロコントローラとを備える電源アダプタ。