JP6351653B2 - モバイル装置充電器の適応型充電電圧発生装置 - Google Patents

モバイル装置充電器の適応型充電電圧発生装置 Download PDF

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Description

本開示は概してバッテリー充電器に関し、より具体的にはモバイル装置充電器の適応型充電電圧発生装置に関する。
バッテリー容量はモバイル装置の使用時間にとって常に大きな問題となっている。したがって、モバイル装置のバッテリー容量を増やすための多くの技術や器具が開発されている。モバイル装置のバッテリーが切れた場合、一般的にはユーザは充電ケーブルをモバイル装置につなぎ、バッテリーを再充電する。
しかしながら、バッテリーの充電に必要な時間はバッテリー容量に比例する。多くの現在のモバイル装置において、モバイル装置内のバッテリーを完全に再充電するには数時間かかり得る。モバイル装置の従来の充電方法は時間がかかり、非効率的であることが明らかである。
上記から、モバイル装置の充電動作を効果的に促進することができる装置に対する大きな需要があることが理解されるだろう。
モバイル装置充電器の適応型充電電圧発生装置の実施形態の例が開示されている。モバイル装置充電器はモバイル装置を充電するために利用され、上記モバイル装置に取り外し可能に接続するために利用される接続端子と、ケーブルと、上記ケーブルにＤＣ電圧およびケーブル電流を供給するために利用される電源ユニットとを備えている。上記適応型充電電圧発生装置は、上記ＤＣ電圧および上記ケーブル電流を上記ケーブルから操作可能に受信するように構成されている電力受信インターフェースと、充電電圧および充電電流を上記接続端子に操作可能に伝達し、上記モバイル装置によって生成された通信信号を上記接続端子から操作可能に受信するように構成されている端末通信インターフェースと、上記電力受信インターフェースと上記端末通信インターフェースとの間に連結され、上記ＤＣ電圧および上記ケーブル電流を上記電力受信インターフェースから操作可能に受信し、上記ＤＣ電圧より低い上記充電電圧および上記ケーブル電流より大きい上記充電電流を操作可能に生成するように構成されている降圧コンバータと、上記端末通信インターフェースおよび上記降圧コンバータに連結され、上記通信信号に基づいて上記降圧コンバータを操作可能に制御するように構成されている充電電圧制御回路とを備えている。
上記適応型充電電圧発生装置は上記電源ユニットから供給されたケーブル電流をより大きな充電電流に変換するため、上記モバイル装置のバッテリーの充電速度を効果的に上げることができる。
さらに、上記適応型充電電圧発生装置は、上記モバイル装置によって生成された通信信号に基づいて、充電電圧および充電電流を適応的に変更する。そのため、上記適応型充電電圧発生装置を利用して、異なる種類のモバイル装置を充電することができる。
上記の概略的な説明および下記の詳細な説明は、例および例示的なものにすぎず、特許請求されている本発明を限定するものではない。
本開示のある実施形態に係るモバイル装置を充電するために利用されるモバイル装置充電器の機能ブロック簡略図である。 本開示のある実施形態に係る図１のモバイル装置充電器の適応型充電電圧発生装置の機能ブロック簡略図である。 本開示のある実施形態に係る図１のモバイル装置のバッテリー充電回路の機能ブロック簡略図である。 本開示のある実施形態に係る図２の適応型充電電圧発生装置の降圧コンバータの機能ブロック簡略図である。 本開示の他の実施形態に係る図２の適応型充電電圧発生装置の降圧コンバータの機能ブロック簡略図である。
添付の図面に示されている本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似の部分、構成要素、または機能について言及するために、図面を通して同一の参照番号を使用してもよい。
図１は、本開示のある実施形態に係るモバイル装置１５０を充電するために利用されるモバイル装置充電器１００の機能ブロック簡略図を示している。図１に示すように、モバイル装置充電器１００は、適応型充電電圧発生装置１１０と、接続端子１２０と、ケーブル１３０と、電源ユニット１４０とを備えている。モバイル装置１５０は、コネクター１５２と、バッテリー１５４と、バッテリー充電回路１５６とを備えている。
モバイル装置充電器１００においては、接続端子１２０は適応型充電電圧発生装置１１０に連結され、モバイル装置１５０のコネクター１５２に取り外し可能に接続するために利用される。ケーブル１３０は適応型充電電圧発生装置１１０に連結される。電源ユニット１４０はケーブル１３０に接続される。電源ユニット１４０は、適応型充電電圧発生装置１１０によって生成された指示データに応じて、プログラマブルＤＣ電圧およびプログラマブル電流をケーブル１３０に供給するために利用される。そして、適応型充電電圧発生装置１１０は、ケーブル１３０から受信したプログラマブルＤＣ電圧およびプログラマブル電流に基づいて、モバイル装置１５０を充電するためのＤＣ充電電圧および充電電流を生成して、接続端子１２０に供給する。
モバイル装置１５０においては、モバイル装置充電器１００の接続端子１２０に取り外し可能に接続するためにコネクター１５２を利用して、適応型充電電圧発生装置１１０によって生成された充電電圧および充電電流を接続端子１２０から受信する。バッテリー充電回路１５６は、コネクター１５２とバッテリー１５４に連結され、バッテリー１５４の充電動作を制御するために利用される。モバイル装置１５０のその他の構成要素、およびその接続関係は、図を簡略化するため図１に示していない。
接続端子１２０がコネクター１５２に接続された時、バッテリー充電回路１５６は、適応型充電電圧発生装置１１０に指示データを送信して、適応型充電電圧発生装置１１０に対して、接続端子１２０およびコネクター１５２を介して、モバイル装置１５０に適切な充電電圧および充電電流を供給するように指示してもよい。バッテリー充電回路１５６から送信された指示データを受信すると、適応型充電電圧発生装置１１０は別の指示データを生成して電源ユニット１４０に送信し、電源ユニット１４０に対して、ケーブル１３０を介して、高電圧・低電流信号を適応型充電電圧発生装置１１０に供給するように指示する。適応型充電電圧発生装置１１０は、電源ユニット１４０から供給された高電圧・低電流信号を低電圧・高電流信号に変換し、そして接続端子１２０およびコネクター１５２を介して、低電圧・高電流信号をバッテリー充電回路１５６に送信する。
例えば、適応型充電電圧発生装置１１０は、電源ユニット１４０に対して、ケーブル１３０を介して、適応型充電電圧発生装置１１０にＤＣ電圧ＶＡおよびケーブル電流ＩＡを供給するように指示してもよい。適応型充電電圧発生装置１１０は、ＤＣ電圧ＶＡおよびケーブル電流ＩＡを、充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢに変換し、接続端子１２０およびコネクター１５２を介してバッテリー充電回路１５６に充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢを伝達する。上記の場合、電源ユニット１４０によって生成されたＤＣ電圧ＶＡは、適応型充電電圧発生装置１１０によって生成された充電電圧ＶＢより高く、電源ユニット１４０によって生成されたケーブル電流ＩＡは、適応型充電電圧発生装置１１０によって生成された充電電流ＩＢより低い。
ケーブル１３０は、小さなケーブル電流ＩＡを伝達すればよいため、ケーブル１３０は、太くて短い電力ケーブルの代わりに、従来のＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブル等の、細いケーブルによって実現することができる。
一つの観点からは、ケーブル１３０を細いケーブルで実現した場合、ケーブル１３０の電力損失を最小化することができる。他の観点からは、細いケーブルは抵抗が低いため、ケーブル１３０の長さに特別な制限はない。
下記の説明の便宜上、以下においては、適応型充電電圧発生装置１１０は通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを利用して電源ユニット１４０に指示データを送信してもよく、バッテリー充電回路１５６は通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂを利用して適応型充電電圧発生装置１１０に指示データを送信してもよいことと仮定する。
ＵＳＢケーブルによってケーブル１３０を実現するいくつかの実施形態においては、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａ、通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂは、ＵＳＢシリーズ規格によって規定されるＤ＋信号およびＤ−信号によって実現してもよい。
あるいは、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａ、通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂは、ＵＳＢ−ＰＤ（Universal Serial Bus Power Delivery）シリーズ規格によって規定されるＣＣ１信号およびＣＣ２信号によって実現してもよい。
実際には、電源ユニット１４０は、電源アダプタ、パワーバンク、カーチャージャー、ディスプレイモニター、または適応型充電電圧発生装置１１０の指示に応じてプログラマブルＤＣ電圧およびプログラマブル電流を供給することができる任意の他の装置によって実現してもよい。電源アダプタによって電源ユニット１４０を実現するいくつかの実施形態においては、モバイル装置充電器１００を単一のデータ送信および充電ケーブルとして構成してもよい。パワーバンクまたはディスプレイモニターによって電源ユニット１４０を実現するいくつかの実施形態においては、ケーブル１３０は、電源ユニット１４０に取り外し可能に接続するための接続端子（図１に不図示）を備えてもよい。
また、モバイル装置１５０は、携帯電話、タブレットＰＣ、ノートパソコン、ネットブックパソコン、ポータブルビデオディスプレイ等の様々なポータブル電子装置によって実現してもよい。
図２を参照されたい。図２は、本開示のある実施形態に係るモバイル装置充電器１００の適応型充電電圧発生装置１１０の機能ブロック簡略図を示している。
図２に示すように、適応型充電電圧発生装置１１０は、電力受信インターフェース２１０と、端末通信インターフェース２２０と、降圧コンバータ２３０と、第１ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換器）２４０と、温度センサ２５０と、充電電圧制御回路２６０とを備えている。
電力受信インターフェース２１０は、ケーブル１３０からＤＣ電圧ＶＡおよびケーブル電流ＩＡを操作可能に受信し、ケーブル１３０を介して電源ユニット１４０と操作可能に通信するように構成されている。端末通信インターフェース２２０は、充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢを接続端子１２０に操作可能に伝達し、モバイル装置１５０によって生成された通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂを接続端子１２０から操作可能に受信するように構成されている。実際には、電力受信インターフェース２１０および端末通信インターフェース２２０は、それぞれ信号バス、または一組の回路ピンまたは信号パッドによって実現してもよい。
降圧コンバータ２３０は、電力受信インターフェース２１０と端末通信インターフェース２２０との間に連結されている。降圧コンバータ２３０は、電力受信インターフェース２１０からＤＣ電圧ＶＡおよびケーブル電流ＩＡを操作可能に受信し、制御信号ＣＴＲＬに応じて充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢを操作可能に生成するように構成されている。上述したように、充電電圧ＶＢはＤＣ電圧ＶＡより低く、充電電流ＩＢはケーブル電流ＩＡより大きい。
例えば、降圧コンバータ２３０によって生成された充電電流ＩＢは、５Ａ、８Ａ、１０Ａ、またはより大きい値にして、モバイル装置１５０の充電動作を効果的に促進するようにしてもよい。
電力受信インターフェース２１０と降圧コンバータ２３０の入力端子との間の電流路にスイッチ装置が存在しないことに注目されたい。
第１ＡＤＣ２４０は降圧コンバータ２３０の出力に連結され、充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢの少なくとも１つに対応する第１デジタル信号ＤＳ１を操作可能に生成するように構成されている。
温度センサ２５０は充電電圧制御回路２６０に連結され、接続端子１２０の温度を操作可能に検知して、温度表示信号ＴＳを生成するように構成されている。いくつかの実施形態においては、温度センサ２５０は接続端子１２０付近に位置してもよい。
上述したように、モバイル装置１５０のバッテリー１５４を充電するためにモバイル装置充電器１００を利用する場合、接続端子１２０は、コネクター１５２に取り外し可能に接続される。バッテリー１５４の充電動作の間、バッテリー１５４および／またはバッテリー充電回路１５６は必ず熱を発する。モバイル装置１５０の容量および大きさに制限があるため、モバイル装置１５０の放熱装置は外部空間へすぐに熱を放熱することができない。その結果、充電動作の間、モバイル装置１５０の温度は必ず上昇する。温度センサ２５０は、コネクター１５２と接続端子１２０との間の熱伝導を介して接続端子１２０の温度を検知することで、モバイル装置１５０の温度を間接的に検出してもよい。
端末通信インターフェース２２０が接続端子１２０付近に位置するいくつかの実施形態においては、温度センサ２５０が端末通信インターフェース２２０付近に配置され、端末通信インターフェース２２０と接続端子１２０との間の熱伝導を介して、接続端子１２０の温度を間接的に検知してもよい。
充電電圧制御回路２６０は、電力受信インターフェース２１０、端末通信インターフェース２２０、降圧コンバータ２３０、第１ＡＤＣ２４０、および温度センサ２５０に連結されている。充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂ、第１デジタル信号ＤＳ１、そしてさらに温度表示信号ＴＳに基づいて、制御信号ＣＴＲＬを操作可能に生成するように構成されている。
例えば、モバイル装置１５０がより高い充電電圧および／またはより大きい充電電流を要求していることを通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂが示した場合、充電電圧制御回路２６０は、制御信号ＣＴＲＬを調整して、降圧コンバータ２３０に対して充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢを上げるように指示してもよい。反対に、モバイル装置１５０がより低い充電電圧および／またはより小さい充電電流を要求していることを通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂが示した場合、充電電圧制御回路２６０は、制御信号ＣＴＲＬを調整して、降圧コンバータ２３０に対して充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢを下げるように指示してもよい。
充電電圧制御回路２６０が、第１デジタル信号ＤＳ１に基づいて、充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢが所望の値を超えていると判断した場合、充電電圧制御回路２６０は、制御信号ＣＴＲＬを調整して、降圧コンバータ２３０に対して充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢを下げるように指示してもよい。反対に、充電電圧制御回路２６０が、第１デジタル信号ＤＳ１に基づいて、充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢが所望の値より低いと判断した場合、充電電圧制御回路２６０は、制御信号ＣＴＲＬを調整して、降圧コンバータ２３０に対して充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢを上げるように指示してもよい。
さらに、接続端子１２０の温度が上昇したことを温度表示信号ＴＳが示した場合、充電電圧制御回路２６０は、制御信号ＣＴＲＬを調整して、降圧コンバータ２３０に対して充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢを下げるように指示してもよい。
他の実施形態においては、接続端子１２０の温度が所定の閾値を超えていることを温度表示信号ＴＳが示した場合、充電電圧制御回路２６０は、制御信号ＣＴＲＬを調整して、降圧コンバータ２３０に対して充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢを下げるように指示してもよい。
また、充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂ、第１デジタル信号ＤＳ１、そしてさらに温度表示信号ＴＳに基づいて、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを操作可能に生成するようにさらに構成されている。上述したように、充電電圧制御回路２６０は、電力受信インターフェース２１０およびケーブル１３０を介して通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを電源ユニット１４０に送信する。
例えば、モバイル装置１５０がより高い充電電圧および／またはより大きい充電電流を要求していることを通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂが示した場合、充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを調整して、電源ユニット１４０に対してＤＣ電圧ＶＡおよび／またはケーブル電流ＩＡを上げるように指示してもよい。反対に、モバイル装置１５０がより低い充電電圧および／またはより小さい充電電流を要求していることを通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂが示した場合、充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを調整して、電源ユニット１４０に対してＤＣ電圧ＶＡおよび／またはケーブル電流ＩＡを下げるように指示してもよい。
充電電圧制御回路２６０が、第１デジタル信号ＤＳ１に基づいて、充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢが所望の値を超えていると判断した場合、充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを調整して、電源ユニット１４０に対してＤＣ電圧ＶＡおよび／またはケーブル電流ＩＡを下げるように指示してもよい。反対に、充電電圧制御回路２６０が、第１デジタル信号ＤＳ１に基づいて、充電電圧ＶＢおよび／または充電電流ＩＢが所望の値より低いと判断した場合、充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを調整して、電源ユニット１４０に対してＤＣ電圧ＶＡおよび／またはケーブル電流ＩＡを上げるように指示してもよい。
さらに、接続端子１２０の温度が上昇したことを温度表示信号ＴＳが示した場合、充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを調整して、電源ユニット１４０に対してＤＣ電圧ＶＡおよび／またはケーブル電流ＩＡを下げるように指示してもよい。
他の実施形態においては、接続端子１２０の温度が所定の閾値を超えていることを温度表示信号ＴＳが示した場合、充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを調整して、電源ユニット１４０に対してＤＣ電圧ＶＡおよび／またはケーブル電流ＩＡを下げるように指示してもよい。
実際には、充電電圧制御回路２６０は、種々のデジタル回路、またはデジタル回路とアナログ回路の組み合わせによって実現してもよい。
上記の説明から分かるように、充電電圧制御回路２６０は、温度表示信号ＴＳに基づいて、制御信号ＣＴＲＬ、および／または通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを調整してもよい。したがって、適応型充電電圧発生装置１１０によって生成される充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢは、コネクター１５２またはモバイル装置１５０の熱状態に基づいて適応的に変更することができる。一つの観点からは、適応型充電電圧発生装置１１０は、モバイル装置１５０に対してさらに過温度保護を提供している。
実際には、充電電圧制御回路２６０は、通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂを利用して、バッテリー充電回路１５６に温度センサ２５０の温度検知結果を伝えてもよく、それによって、バッテリー充電回路１５６は、コネクター１５２またはモバイル装置１５０の温度状態に関する情報をより多く得ることができる。
図３を参照されたい。図３は、本開示のある実施形態に係るモバイル装置１５０のバッテリー充電回路１５６の機能ブロック簡略図を示している。バッテリー充電回路１５６は、スイッチ装置３１０と、第２ＡＤＣ３２０と、バッテリー充電回路コントローラー３３０とを備えている。
スイッチ装置３１０は、コネクター１５２とバッテリー１５４との間に連結されている。スイッチ装置３１０は、スイッチ信号ＳＷの制御下で、充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢをバッテリー１５４に選択的に導通するように構成されている。
第２ＡＤＣ３２０は、バッテリー１５４のバッテリー入力電圧Ｖｂａｔおよびバッテリー入力電流Ｉｂａｔの少なくとも１つに対応する第２デジタル信号ＤＳ２を操作可能に生成するように構成されている。
バッテリー充電回路コントローラー３３０は、コネクター１５２、スイッチ装置３１０、および第２ＡＤＣ３２０に連結されている。バッテリー充電回路コントローラー３３０は、通信信号Ｘ１ＢおよびＸ２Ｂを操作可能に生成して、コネクター１５２を介してモバイル装置充電器１００に操作可能に送信し、適応型充電電圧発生装置１１０に対して適切な充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢを供給するよう指示するように構成されている。また、バッテリー充電回路コントローラー３３０は、バッテリー入力電圧Ｖｂａｔおよびバッテリー入力電流Ｉｂａｔを制御するために、第２デジタル信号ＤＳ２に基づいてスイッチ信号ＳＷを操作可能に生成するようにさらに構成されている。
例えば、バッテリー充電回路コントローラー３３０が、第２デジタル信号ＤＳ２に基づいて、バッテリー入力電圧Ｖｂａｔおよび／またはバッテリー入力電流Ｉｂａｔが所望の値を超えている（または所望の値より低い）と判断した場合、バッテリー充電回路コントローラー３３０はスイッチ信号ＳＷを調整してスイッチ装置３１０を切ってもよい。
バッテリー１５４が完全に再充電された場合、または所定値まで充電された場合、バッテリー充電回路コントローラー３３０はスイッチ信号ＳＷを調整して、スイッチ装置３１０を切り、バッテリー１５４の過充電を防いでもよい。
図４は、本開示のある実施形態に係る適応型充電電圧発生装置１１０の降圧コンバータ２３０の機能ブロック簡略図を示している。
図４の実施形態においては、降圧コンバータ２３０は、単一のパワーステージ４１０と、出力キャパシタ４２０と、フィードバック回路４３０と、パワーステージ制御回路４４０とを備えている。
パワーステージ４１０は降圧コンバータ２３０の入力端子と連結され、ＤＣ電圧ＶＡを操作可能に受信するように構成されている。出力キャパシタ４２０はパワーステージ４１０の出力と連結され、降圧コンバータ２３０の出力端子に充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢを操作可能に供給するように構成されている。
実際には、パワーステージ４１０は同期パワーステージまたは非同期パワーステージによって実現されてもよい。例えば、図４に示すように、パワーステージ４１０は同期パワーステージによって実現され、上部スイッチ４１１と、下部スイッチ４１３と、インダクタ４１５とを備えている。上部スイッチ４１１は、ＤＣ電圧ＶＡを受信するための第１端子を備えている。下部スイッチ４１３の第１端子は、上部スイッチ４１１の第２端子に連結され、下部スイッチ４１３の第２端子は、アース端子等の固定値端子に連結される。インダクタ４１５の第１端子は、上部スイッチ４１１の第２端子および下部スイッチ４１３の第１端子に連結され、インダクタ４１５の第２端子は出力キャパシタ４２０に連結されている。
フィードバック回路４３０は出力キャパシタ４２０に連結され、充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢの少なくとも１つに基づいてフィードバック信号ＦＢを操作可能に生成するように構成されている。
パワーステージ制御回路４４０は、パワーステージ４１０およびフィードバック回路４３０に連結される。パワーステージ制御回路４４０は、フィードバック信号ＦＢおよび制御信号ＣＴＲＬに基づいて、パワーステージ４１０のエネルギー変換動作を操作可能に制御するように構成されている。例えば、パワーステージ制御回路４４０は、スイッチ制御信号Ｓ１およびＳ２を生成し、当該スイッチ制御信号Ｓ１およびＳ２を利用して上部スイッチ４１１および下部スイッチ４１３のスイッチ動作をそれぞれ制御し、それによって、出力キャパシタ４２０によって供給される充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢが制御信号ＣＴＲＬの指示を満たすようにしてもよい。
実際には、パワーステージ制御回路４４０は、種々のＰＷＭ（パルス幅変調）信号発生機、またはＰＦＭ（パルス周波数変調）信号発生機によって実現されてもよい。
降圧コンバータ２３０は１つ以上のパワーステージを備えてもよい。例えば、図５は、本開示の他の実施形態に係る降圧コンバータ２３０の機能ブロック簡略図を示している。
図５の実施形態においては、降圧コンバータ２３０は、複数のパワーステージと、出力キャパシタ４２０と、フィードバック回路４３０と、パワーステージ制御回路５４０とを備えている。下記の説明の便宜上、図５には例として２つのパワーステージ（つまり、第１パワーステージ５１０と第２パワーステージ５２０）のみを示している。
第１パワーステージ５１０は、降圧コンバータ２３０の入力端子に連結され、ＤＣ電圧ＶＡを操作可能に受信するように構成されている。
第２パワーステージ５２０は、降圧コンバータ２３０の入力端子に連結され、ＤＣ電圧ＶＡを操作可能に受信するように構成されている。また、第２パワーステージ５２０は、第１パワーステージ５１０と並列接続になるように構成されている。
出力キャパシタ４２０は第１パワーステージ５１０および第２パワーステージ５２０の両方の出力に連結され、充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢを操作可能に供給するように構成されている。
フィードバック回路４３０は出力キャパシタ４２０に連結され、充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢの少なくとも１つに基づいてフィードバック信号ＦＢを操作可能に生成するように構成されている。
パワーステージ制御回路５４０は第１パワーステージ５１０、第２パワーステージ５２０、およびフィードバック回路４３０に連結されている。パワーステージ制御回路５４０は、フィードバック信号ＦＢおよび制御信号ＣＴＲＬに基づいて、第１パワーステージ５１０および第２パワーステージ５２０のエネルギー変換動作を操作可能に制御するように構成されている。
実際には、第１パワーステージ５１０および第２パワーステージ５２０はそれぞれ同期パワーステージまたは非同期パワーステージによって実現されてもよい。例えば、図５の実施形態においては、第１パワーステージ５１０および第２パワーステージ５２０はそれぞれ同期パワーステージによって実現されている。
図５に示すように、第１パワーステージ５１０は、上部スイッチ５１１と、下部スイッチ５１３と、インダクタ５１５とを備えている。上部スイッチ５１１は、ＤＣ電圧ＶＡを受信するための第１端子を備えている。下部スイッチ５１３の第１端子は上部スイッチ５１１の第２端子に連結され、下部スイッチ５１３の第２端子は、アース端子等の固定値端子に連結されている。インダクタ５１５の第１端子は、上部スイッチ５１１の第２端子および下部スイッチ５１３の第１端子に連結され、インダクタ５１５の第２端子は出力キャパシタ４２０に連結されている。
同様に、第２パワーステージ５２０は、上部スイッチ５２１と、下部スイッチ５２３と、インダクタ５２５とを備えている。上部スイッチ５２１は、ＤＣ電圧ＶＡを受信するための第１端子を備えている。下部スイッチ５２３の第１端子は上部スイッチ５２１の第２端子に連結され、下部スイッチ５２３の第２端子は、アース端子等の固定値端子に連結されている。インダクタ５２５の第１端子は、上部スイッチ５２１の第２端子および下部スイッチ５２３の第１端子に連結され、インダクタ５２５の第２端子は出力キャパシタ４２０に連結されている。
パワーステージ制御回路５４０は、スイッチ制御信号Ｓ１およびＳ２を生成し、当該スイッチ制御信号Ｓ１およびＳ２を利用して、第１パワーステージ５１０の上部スイッチ５１１および下部スイッチ５１３を選択的に入れてもよい。また、パワーステージ制御回路５４０は、スイッチ制御信号ＳｍおよびＳｎをさらに生成し、当該スイッチ制御信号ＳｍおよびＳｎを利用して、第２パワーステージ５２０の上部スイッチ５２１および下部スイッチ５２３を選択的に入れても良い。実際には、パワーステージ制御回路５４０は、種々のＰＷＭ信号発生機またはＰＦＭ信号発生機によって実現されてもよい。
関連技術においてよく知られているように、ＤＣ電圧ＶＡがより高い場合、図４のパワーステージ４１０、または図５のパワーステージ５１０および５２０等の降圧コンバータ２３０のパワーステージにおいて、より多くの電力損失と熱を発生し得る。モバイル装置１５０は、薄くてコンパクトにすることが開発傾向であるため、モバイル装置１５０の内部空間の容量は非常に制限される。したがって、降圧コンバータ２３０によって発生した熱を効率的かつ迅速に放熱するために必要とされる放熱装置を設置するための十分な空間をモバイル装置１５０に設けることは非常に困難である。
さらに、モバイル装置１５０の容量制限のため、モバイル装置１５０内の構成要素は非常に小さくなければならない。したがって、モバイル装置製造業者が、降圧コンバータをモバイル装置１５０と無理に一体化しようとする場合、降圧コンバータのインダクタは非常に小さくなければならない。その結果、降圧コンバータの電力スイッチのスイッチング周波数が高くならざるを得ず、そのため降圧コンバータの電力スイッチおよびインダクタにおいてより多くの電力が損失することになる。
本開示の降圧コンバータ２３０は、モバイル装置１５０の外部の適応型充電電圧発生装置１１０内に配置されているため、降圧コンバータ２３０はより大きなインダクタを使用することができる。このような状況においては、降圧コンバータ２３０の電力スイッチ（例えば、スイッチ４１１、４１３、５１１、５１３、５２１、５２３等）のスイッチング周波数は、降圧コンバータがモバイル装置１５０内に配置されている場合よりもはるかに小さくすることができる。その結果、降圧コンバータ２３０の電力損失を効果的に減らすことができる。
上述した放熱および電力効率の懸念のため、開示されている降圧コンバータ２３０をモバイル装置１５０と一体化することは適切ではないことは明らかである。
上記の説明から明らかであるように、図４の実施形態における単一のパワーステージ４１０は、図５の実施形態における複数のパワーステージと入れ替えられる。そして、図５の実施形態における各インダクタの容量および大きさは、図４の実施形態における単一のインダクタ４１５より小さくすることができる。その結果、図５の降圧コンバータ２３０の全体の容量および大きさは、図４の実施形態と比較して大いに縮小することができる。したがって、図５の降圧コンバータ２３０を採用することによって、適応型充電電圧発生装置１１０の容量および大きさは、図４の降圧コンバータ２３０を採用する実施形態と比較して効果的に縮小することができる。
上記の説明によると、適応型充電電圧発生装置１１０がモバイル装置１５０の外部にあるため、適応型充電電圧発生装置１１０の構成要素には容量および大きさの制限がないことが分かる。したがって、適応型充電電圧発生装置１１０内の降圧コンバータ２３０の構成要素（例えばインダクタ等）には容量および大きさの制限はない。その結果、降圧コンバータ２３０の電力スイッチのスイッチング周波数を低くして、降圧コンバータ２３０のパワーステージにおける電力損失を減らすことができる。
さらに、ケーブル１３０は小さなケーブル電流ＩＡを伝達すればよいため、ケーブル１３０は、太くて短い電力ケーブルの代わりに、細長いケーブルによって実現することができる。
また、開示された適応型充電電圧発生装置１１０は、電源ユニット１４０から供給されたケーブル電流ＩＡをはるかに大きな充電電流ＩＢに変換するため、バッテリー１５４の充電速度が効果的に上がり、バッテリー１５４の充電に必要な時間を減らすことができる。
さらに、適応型充電電圧発生装置１１０は、モバイル装置１５０によって生成された通信信号に基づいて、充電電圧ＶＢおよび充電電流ＩＢを適応的に変更することができる。したがって、開示された適応型充電電圧発生装置１１０は、異なる種類のモバイル装置を充電するために利用することができ、そのため様々な用途に用いることができる。
いくつかの実施形態においては、電源ユニット１４０は、ＤＣ電圧ＶＡを単に固定電圧値で供給するように構成されてもよい。この場合においては、上述したように通信信号Ｘ１ＡおよびＸ２Ａを生成する必要がないため、充電電圧制御回路２６０の回路を簡略化してもよい。
いくつかの実施形態においては、適応型充電電圧発生装置１１０の複雑な回路を簡略化するために、第１ＡＤＣ２４０および／または温度センサ２５０を省略してもよい。
上記の説明においては、降圧コンバータ２３０の各パワーステージは同期パワーステージによって実現される。これは、実際の利用に対する制限ではなく、例としての実施形態にすぎない。例えば、図４および図５に示す各パワーステージ４１０、５１０、および５２０は、同期パワーステージの代わりに非同期パワーステージとして実現してもよい。
明細書および請求項全体にわたって、特定の構成要素について言及するために特定の用語が使用されている。当業者であれば、構成要素を他の名称で言及してもよいことを認識している。本開示は機能が同じであるが名称が異なる構成要素間を区別することを意図するものではない。明細書および請求項における用語「〜を備える」は非限定的に使用されているため、「〜を含むがこれに限定されない」を意味すると解釈されるべきである。「〜に連結される」「〜に連結する」および「〜と連結している」という表現は、任意の間接的、または直接的な接続を含むことを意図している。したがって、本開示において、第１装置が第２装置に連結される、と記載している場合、第１装置は、中間装置や接続手段を用いて／用いずに、電気接続、無線通信、光通信、または他の信号接続を介して直接的または間接的に第２装置に接続してもよいことを意味している。
用語「および／または」は、関連する１つ以上の列挙した項目のあらゆる組み合わせを含んでもよい。さらに、本明細書における単数形態は、文脈で明らかにそうでないことを示していない限り、複数形態も含むことを意図している。
本明細書および請求項全体にわたって使用されている用語「電圧信号」は、実施にあたっては電流の形式で表してもよく、本明細書および請求項全体にわたって使用されている用語「電流信号」は、実施にあたっては電圧の形式で表してもよい。
本発明のその他の実施形態は、本明細書に開示された発明の説明を熟慮することによって、および本明細書に開示された発明を実施することによって当業者に明らかになるであろう。上記の説明および例は例示的なものにすぎないと判断され、本発明の真の範囲および精神は下記の請求項によって示されることが意図されている。

Claims (20)

  1. モバイル装置充電器（１００）の適応型充電電圧発生装置（１１０）であって、モバイル装置充電器（１００）はモバイル装置（１５０）を充電するために利用され、モバイル装置（１５０）と取り外し可能に接続するために利用される接続端子（１２０）と、ケーブル（１３０）と、ケーブル（１３０）にＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）を供給するために利用される電源ユニット（１４０）とを備え、
    適応型充電電圧発生装置（１１０）は、
    ＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）をケーブル（１３０）から操作可能に受信するように構成されている電力受信インターフェース（２１０）と、
    充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）を接続端子（１２０）に操作可能に伝達し、モバイル装置（１５０）によって生成された通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）を接続端子（１２０）から操作可能に受信するように構成されている端末通信インターフェース（２２０）と、
    電力受信インターフェース（２１０）と端末通信インターフェース（２２０）との間に連結され、ＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）を電力受信インターフェース（２１０）から操作可能に受信し、ＤＣ電圧（ＶＡ）より低い充電電圧（ＶＢ）およびケーブル電流（ＩＡ）より大きい充電電流（ＩＢ）を操作可能に生成するように構成されている降圧コンバータ（２３０）と、
    端末通信インターフェース（２２０）および降圧コンバータ（２３０）に連結され、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）と、降圧コンバータ（２３０）から出力された充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つとに基づいて降圧コンバータ（２３０）を操作可能に制御するように構成されている充電電圧制御回路（２６０）とを備え、
    充電電圧制御回路（２６０）は、電力受信インターフェース（２１０）とさらに連結され、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つに基づいて、電力受信インターフェース（２１０）とケーブル（１３０）とを介して、電源ユニット（１４０）を、操作可能に制御するように構成されている。
  2. 充電電圧制御回路（２６０）に連結され、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つに対応する第１デジタル信号（ＤＳ１）を操作可能に生成するように構成されている第１ＡＤＣ（２４０）をさらに備え、
    充電電圧制御回路（２６０）は、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）、さらに第１デジタル信号（ＤＳ１）に基づいて降圧コンバータ（２３０）を制御する、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  3. 充電電圧制御回路（２６０）に連結され、接続端子（１２０）の温度を操作可能に検知するように構成されている温度センサ（２５０）をさらに備え、
    充電電圧制御回路（２６０）は、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）、さらに温度センサ（２５０）の検知結果に基づいて降圧コンバータ（２３０）を制御する、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  4. 充電電圧制御回路（２６０）に連結され、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つに対応する第１デジタル信号（ＤＳ１）を操作可能に生成するように構成されている第１ＡＤＣ（２４０）をさらに備え、
    充電電圧制御回路（２６０）は、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）、温度センサ（２５０）の上記検知結果、さらに第１デジタル信号（ＤＳ１）に基づいて降圧コンバータ（２３０）を制御する、請求項３に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  5. 接続端子（１２０）の温度が上昇した場合、充電電圧制御回路（２６０）は、降圧コンバータ（２３０）を制御して、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つを下げる請求項３に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  6. 接続端子（１２０）の温度が所定の閾値を超えた場合、充電電圧制御回路（２６０）は、降圧コンバータ（２３０）を制御して、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つを下げる請求項３に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  7. 充電電圧制御回路（２６０）は電力受信インターフェース（２１０）とさらに連結され、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）に基づいて、電力受信インターフェース（２１０）およびケーブル（１３０）を介して電源ユニット（１４０）を操作可能に制御するように構成され、
    電源ユニット（１４０）は、充電電圧制御回路（２６０）の制御下で、ＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）を生成する、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  8. 充電電圧制御回路（２６０）に連結され、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つに対応する第１デジタル信号（ＤＳ１）を操作可能に生成するように構成されている第１ＡＤＣ（２４０）をさらに備え、
    充電電圧制御回路（２６０）は、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）、さらに第１デジタル信号（ＤＳ１）に基づいて、電源ユニット（１４０）に対してＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）の少なくとも１つを調整するように指示する、請求項７に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  9. 充電電圧制御回路（２６０）に連結され、接続端子（１２０）の温度を操作可能に検知するように構成されている温度センサ（２５０）をさらに備え、
    充電電圧制御回路（２６０）は、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）、さらに温度センサ（２５０）の検知結果に基づいて、電源ユニット（１４０）に対してＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）の少なくとも１つを調整するように指示する、請求項７に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  10. 充電電圧制御回路（２６０）に連結され、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つに対応する第１デジタル信号（ＤＳ１）を操作可能に生成するように構成されている第１ＡＤＣ（２４０）をさらに備え、
    充電電圧制御回路（２６０）は、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）、温度センサ（２５０）の上記検知結果、さらに第１デジタル信号（ＤＳ１）に基づいて、電源ユニット（１４０）に対してＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）の少なくとも１つを調整するように指示する、請求項９に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  11. 接続端子（１２０）の温度が上昇した場合、充電電圧制御回路（２６０）は、電源ユニット（１４０）に対してＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）の少なくとも１つを下げるように指示する、請求項９に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  12. 接続端子（１２０）の温度が所定の閾値を超えた場合、充電電圧制御回路（２６０）は、電源ユニット（１４０）に対してＤＣ電圧（ＶＡ）およびケーブル電流（ＩＡ）の少なくとも１つを下げるように指示する、請求項９に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  13. ケーブル（１３０）は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ケーブルであり、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）は、ＵＳＢシリーズ規格によって規定されるＤ＋信号およびＤ−信号から選択される、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  14. ケーブル（１３０）は、ＵＳＢケーブルであり、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）は、ＵＳＢ−ＰＤ（Universal Serial Bus Power Delivery）シリーズ規格によって規定されるＣＣ１信号およびＣＣ２信号から選択される、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  15. 充電電流（ＩＢ）が５Ａより大きい請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  16. 降圧コンバータ（２３０）は、
    ＤＣ電圧（ＶＡ）を操作可能に受信するように構成されている第１パワーステージ（５１０）と、
    ＤＣ電圧（ＶＡ）を操作可能に受信するように構成され、第１パワーステージ（５１０）と並列接続になるように構成されている第２パワーステージ（５２０）と、
    第１パワーステージ（５１０）および第２パワーステージ（５２０）の出力に連結され、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）を操作可能に供給するように構成されている出力キャパシタ（４２０）と、
    出力キャパシタ（４２０）に連結され、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）の少なくとも１つに基づいてフィードバック信号（ＦＢ）を操作可能に生成するように構成されているフィードバック回路（４３０）と、
    第１パワーステージ（５１０）、第２パワーステージ（５２０）、およびフィードバック回路（４３０）に連結され、充電電圧制御回路（２６０）の制御下で、フィードバック信号（ＦＢ）に基づいて、第１パワーステージ（５１０）および第２パワーステージ（５２０）のエネルギー変換動作を操作可能に制御するように構成されているパワーステージ制御回路（５４０）とを備える、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  17. 第１パワーステージ（５１０）および第２パワーステージ（５２０）はそれぞれ同期パワーステージであり、
    第１パワーステージ（５１０）および第２パワーステージ（５２０）はそれぞれ、
    ＤＣ電圧（ＶＡ）を受信するための第１端子を含む上部スイッチ（５１１、５２１）と、
    その第１端子が上部スイッチ（５１１、５２１）の第２端子と連結し、その第２端子が固定値端子と連結している下部スイッチ（５１３、５２３）と、
    その第１端子が上部スイッチ（５１１、５２１）の第２端子および下部スイッチ（５１３、５２３）の第１端子と連結し、その第２端子が出力キャパシタ（４２０）と連結しているインダクタ（５１５、５２５）とを備え、
    パワーステージ制御回路（５４０）は、上部スイッチ（５１１、５２１）および下部スイッチ（５１３、５２３）を選択的に入れる、請求項１６に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  18. 電力受信インターフェース（２１０）と降圧コンバータ（２３０）の入力端子との間の電流路にスイッチ装置が存在しない、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  19. 電源ユニット（１４０）は、アダプタ、パワーバンク、カーチャージャー、またはディスプレイモニターである、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
  20. モバイル装置（１５０）は、
    充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）を接続端子（１２０）から受信するために、モバイル装置充電器（１００）の接続端子（１２０）と取り外し可能に接続するためのコネクター（１５２）と、
    バッテリー（１５４）と、
    バッテリー充電回路（１５６）とを備え、
    バッテリー充電回路（１５６）は、
    コネクター（１５２）とバッテリー（１５４）との間に連結され、スイッチ信号（ＳＷ）の制御下で、充電電圧（ＶＢ）および充電電流（ＩＢ）をバッテリー（１５４）に選択的に導通するように構成されているスイッチ装置（３１０）と、
    バッテリー（１５４）のバッテリー入力電圧（Ｖｂａｔ）およびバッテリー入力電流（Ｉｂａｔ）の少なくとも１つに対応する第２デジタル信号（ＤＳ２）を操作可能に生成するように構成されている第２ＡＤＣ（３２０）と、
    コネクター（１５２）、スイッチ装置（３１０）、第２ＡＤＣ（３２０）に連結され、通信信号（Ｘ１Ｂ、Ｘ２Ｂ）を操作可能に生成して、コネクター（１５２）を介してモバイル装置充電器（１００）に操作可能に送信し、第２デジタル信号（ＳＤ２）に基づいてスイッチ信号（ＳＷ）を操作可能に生成するように構成されているバッテリー充電回路コントローラー（３３０）とを備える、請求項１に記載の適応型充電電圧発生装置（１１０）。
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