JP6520412B2 - 電子機器、電源制御装置、および電源システム - Google Patents

Description

本発明は、電子機器、電源制御装置、および電源システムに関する。

可搬型の電子機器は、ＡＣ（Alternating Current）アダプタまたはバッテリからシステム電源に電力の供給を受け、システム電源から各デバイスに電力を供給する電源システムを採用している。このような電子機器の多くは、ＡＣアダプタから充電回路を経由してバッテリを充電する。

また、このようなシステム電源は、ＡＣアダプタとバッテリの両方からの電力供給に対応するため、入力電圧の範囲が広い（たとえば、７．５Ｖから２１Ｖ）。このため、近年の電源システムは、ＡＣアダプタからの入力電圧を充電回路でバッテリの入力電圧程度まで降圧してから、システム電源に入力する構成が増えつつある。そのため電源システムは、充電回路がシステム電源への電力の供給とバッテリへの充電電力の供給とを同時に担う。

また一方で、可搬型の電子機器に対する小型化の要請があり、充電回路をＡＣアダプタに内蔵させて、電子機器の小型化に応える提案がある。このような電源システムは、ＡＣアダプタの出力制御回路に充電制御を追加しても、パワー部品に大きな変更がないため、ＡＣアダプタのサイズに与える影響が小さい。また、このような電源システムは、充電中にバッテリ直近でバッテリ電圧を測定し、ＡＣアダプタにフィードバックするため、バッテリに供給される充電電圧の精度を向上できる。

特開２００１−２１１５６４号公報

しかしながら、電子機器にはバッテリを電源として負荷部を駆動する駆動時間拡大の要請があり、これに応えるため電子機器は、待機状態を設けて電力消費を節減している。このような電子機器は、負荷部における電力消費の変動が激しく、負荷部への入力電圧が急峻に変化する傾向にある。

また、ＡＣアダプタは、商用電源で発生する瞬断や瞬低をカバーするために容量が大きい出力コンデンサを備える。このため、ＡＣアダプタは、システム電源と比較して負荷応答が遅い。このようにＡＣアダプタは、電圧変動に対して応答性が悪い。そのため、ＡＣアダプタにおける出力制御は、負荷部への入力電圧の急峻な変動が、バッテリに入力される電圧を上昇させてバッテリに負荷をかける。

１つの側面では、本発明は、バッテリにかかる電圧変動の応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減できる電子機器、電源制御装置、および電源システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、電源システムが提供される。電源システムは、電源アダプタと、電源アダプタと電気的に接続が可能な電子機器とを備える。電子機器は、バッテリと、負荷部と、電源制御部とを備える。バッテリは、電源アダプタから供給された電力が充電される。負荷部は、電源アダプタとバッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される。電源制御部は、負荷部の負荷を検出し、負荷にもとづいて電源アダプタに対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する。電源アダプタは、出力電圧変更部を備える。出力電圧変更部は、制御信号にもとづいて出力電圧を変更する。電源制御部は、バッテリが充電中かつバッテリの電圧が所定の閾値以上である場合に、定電圧制御用の信号と、負荷に基づいて電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから制御信号を生成する。また、電源制御部は、バッテリが充電中かつバッテリの電圧が所定の未満である場合に、定電流制御用の信号と、負荷に基づいて電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから制御信号を生成する。

また、上記課題を解決するために、電源アダプタから供給された電力が充電されるバッテリと、電源アダプタとバッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される負荷部と、を備える電子機器の電源制御をおこなう電源制御装置が提供される。電源制御装置は、負荷部の負荷を検出し、バッテリが充電中かつバッテリの電圧が所定の閾値以上である場合に、定電圧制御用の信号と、負荷に基づいて電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから制御信号を生成し、バッテリが充電中かつバッテリの電圧が所定の未満である場合に、定電流制御用の信号と、負荷に基づいて電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから制御信号を生成し、電源アダプタに対して制御信号を出力する。

１態様によれば、電子機器、電源制御装置、および電源システムは、バッテリにかかる電圧変動の応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減できる。

第１の実施形態の電源システムの一例を示す図である。 第２の実施形態の電源システムの一例を示す図である。 第２の実施形態のＡＣアダプタの回路構成の一例を示す図である。 第２の実施形態のＰＣ本体の回路構成の一例を示す図である。 第２の実施形態のＡＣアダプタ制御回路の回路構成の一例を示す図である。 第２の実施形態のシステム負荷用エラーアンプの回路構成の一例を示す図である。 第２の実施形態の大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。 第２の実施形態の大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。 第２の実施形態の小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。 第２の実施形態のＡＣアダプタが備える発振／制御回路の回路構成の一例を示す図である。 ＡＣアダプタ出力電圧の波形とシステム電源入力電圧の波形について、システム負荷情報の有無別の比較例を示す図である。

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
［第１の実施形態］
まず、第１の実施形態の電源システムについて図１を用いて説明する。図１は、第１の実施形態の電源システムの一例を示す図である。

電源システム１は、電源アダプタ２と、電子機器３とを含む。たとえば、電源アダプタ２はＡＣアダプタであり、電子機器はノートＰＣ（Personal Computer）などの携帯機器である。電源アダプタ２は、商用電源４から供給される交流を直流に変換する。電子機器３は、電源アダプタ２と接続部３ａで電気的に接続可能であって、電源アダプタ２から直流で供給される電力を消費する。

電子機器３は、バッテリ３ｂと、負荷部３ｃと、電源制御部３ｄとを含む。負荷部３ｃは、電源アダプタ２またはバッテリ３ｂから電力供給を受ける。バッテリ３ｂは、電源アダプタ２から供給された電力が充電される。バッテリ３ｂは、たとえば、リチウムイオン電池などである。バッテリ３ｂは、充電された電力を負荷部３ｃに供給することができる。負荷部３ｃは、電源アダプタ２またはバッテリ３ｂが供給する電力を消費する。また、負荷部３ｃは、電源アダプタ２とバッテリ３ｂとから入力される電力が供給される供給路上に配置される。

電源制御部３ｄは、負荷部３ｃの負荷を検出する。たとえば、電源制御部３ｄは、負荷部３ｃの負荷として、負荷部３ｃに流れる電流を検出する。電源制御部３ｄは、検出した負荷にもとづいて制御信号を出力する。制御信号は、電源アダプタ２に対して出力電圧を変更させる信号である。たとえば、電源制御部３ｄは、制御信号を電圧レベルで出力する。

電源アダプタ２は、出力電圧変更部２ａを備える。出力電圧変更部２ａは、電源制御部３ｄから入力される制御信号にもとづいて電子機器３への出力電圧を変更する。
このように、電源システム１は、負荷部３ｃにかかる負荷を検出して直ちに電源アダプタ２に制御信号を出力するので、電源アダプタ２の応答が速い。したがって、電源システム１は、電源アダプタ２の出力電圧を検出しておこなう電源制御と比較して、高速に出力電圧を変更できる電源制御を実現する。

これにより、電源システム１は、負荷部３ｃにおける負荷変動にもとづく電源アダプタ２の出力電圧の変動幅を抑制して、バッテリ３ｂにかかる電圧の精度を向上することができる。したがって、電源システム１は、バッテリ３ｂにかかる電圧変動による負荷を軽減できる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態の電源システムについて図２を用いて説明する。図２は、第２の実施形態の電源システムの一例を示す図である。

電源システム１ａは、ＰＣ本体１０と、ＡＣアダプタ２０とを含む。ＡＣアダプタ２０は、電源アダプタの一形態である。ＡＣアダプタ２０は、商用電源４と電力線２１で接続する。商用電源４は、交流電源である。ＡＣアダプタ２０は、入力された交流を直流（ＤＣ：Direct Current）に変換して出力する。ＡＣアダプタ２０とＰＣ本体１０は、電力線２２と信号線２３とで接続する。ＡＣアダプタ２０は、電力線２２に直流を出力し、信号線２３からＡＣアダプタ制御信号が入力される。ＡＣアダプタ２０は、ＡＣアダプタ制御信号にもとづいて出力電圧を変更する。また、ＡＣアダプタ２０は、商用電源で発生する瞬断や瞬低をカバーするために容量が大きい出力コンデンサを有する。当該出力コンデンサの一例として、アルミ電解コンデンサ、固体コンデンサ等が相当する。したがって、ＡＣアダプタ２０は、当該出力コンデンサの容量が大きいことで、電圧変動による応答が悪い。ＰＣ本体１０は、電源システム１ａにとって負荷となる負荷部であり、電力を消費する。ＰＣ本体１０は、電力線２２から直流電力の供給を受けて負荷部を駆動し、負荷に応じたＡＣアダプタ制御信号を信号線２３から出力する。

次に、第２の実施形態のＡＣアダプタの回路構成について図３を用いて説明する。図３は、第２の実施形態のＡＣアダプタの回路構成の一例を示す図である。
ＡＣアダプタ２０は、交流入力部２１ａから交流（たとえば、ＡＣ１００Ｖ）が入力され、直流出力部２２ａから直流（たとえば、ＤＣ７．５Ｖから１３Ｖ）を出力する。また、ＡＣアダプタ２０は、制御信号入力部２３ａからＡＣアダプタ制御信号が入力される。

ＡＣアダプタ２０は、整流回路２４と、発振／制御回路２５と、トランス２６と、整流／平滑回路２７とを含む。交流入力部２１ａから入力された交流は、整流回路２４により整流された後、発振／制御回路２５により高周波の交流に変換され、トランス２６によって変圧され、整流／平滑回路２７によって整流かつ平滑されて、直流として直流出力部２２ａから出力される。

制御信号入力部２３ａから入力されたＡＣアダプタ制御信号は、発振／制御回路２５に入力される。発振／制御回路２５は、ＡＣアダプタ制御信号にもとづいて出力調整をおこなう。これにより、ＡＣアダプタ２０は、直流出力部２２ａから出力される直流の電圧を変更することができる。

次に、第２の実施形態のＰＣ本体の回路構成について図４を用いて説明する。図４は、第２の実施形態のＰＣ本体の回路構成の一例を示す図である。
ＰＣ本体１０は、システム電源部１１と、システム１２と、充放電切替スイッチ１３と、バッテリ電圧／電流センス回路１４と、バッテリ１５と、ＡＣアダプタ制御回路１００とを含む。システム電源部１１は、ＡＣアダプタ２０またはバッテリ１５から電力供給を受けて、システム１２に供給する電源を生成する。なお、システム電源部１１は、２以上の異なる電圧の電源を生成するものであってもよい。システム１２は、システム電源部１１を電源として駆動する。システム１２は、ＰＣ本体１０において大電力を消費する駆動部として、たとえばプロセッサを含む。システム電源部１１およびシステム１２は、ＡＣアダプタ２０またはバッテリ１５から供給される電力を消費することから、ＰＣ本体１０における広義の負荷部である。システム１２は、ＰＣ本体１０において電力を消費する主要部であることから、ＰＣ本体１０における狭義の負荷部（主要負荷部）である。

負荷部は、ＡＣアダプタ２０とバッテリ１５とから入力される電力が供給される供給路上に配置される。そして、負荷部が電力消費の状態を遷移させた場合に、ＡＣアダプタ２０とバッテリ１５とから電力が供給される供給路上の電圧または電流が変化する。たとえば、システム１２がアイドル状態からアクティブ状態に遷移した場合、システム１２で消費される電力が増えるために当該供給路上の電圧は下降する。また、システム１２がアクティブ状態からアイドル状態に遷移した場合、システム１２で消費される電力が減ることで当該供給路上の電圧は上昇する。

システム電源部１１は、入力平滑部１１１と、発振回路１１２と、発振制御部１１３と、電流センス部１１４と、電圧センス部１１５と、コイル１１６と、コンデンサ１１７とを含む。システム電源部１１は、直流入力部２２ｂまたはバッテリ１５から電力の供給を受ける。入力平滑部１１１は、入力される電圧を平滑する。発振回路１１２は、入力平滑部１１１から入力される電圧を変圧する。コイル１１６とコンデンサ１１７は、入力平滑部１１１が出力する直流に含まれる脈動成分を除去した後にシステム１２に出力する。電流センス部１１４は、コイル１１６を流れる電流、すなわちシステム１２の負荷電流（システム電源負荷電流）を検出する。電圧センス部１１５は、システム電源部１１の出力電圧、すなわちシステム１２の入力電圧を検出する。発振制御部１１３は、電流センス部１１４が検出した電流値または電圧センス部１１５が検出した電圧値、あるいはその両方をフィードバックして発振回路１１２を制御する。

充放電切替スイッチ１３は、バッテリ１５の充電と放電の切り替えをおこなう。たとえば、充放電切替スイッチ１３は、ＡＣアダプタ２０の出力とバッテリ１５の入力を接続する経路の接続と遮断、およびバッテリ１５の出力とシステム電源部１１の入力を接続する経路の接続と遮断をおこなう。バッテリ電圧／電流センス回路１４は、バッテリ１５の電圧（たとえば、充電電圧）と電流（たとえば、充電電流）を検出する。バッテリ１５は、二次電池であり、たとえばリチウムイオン電池である。

ＡＣアダプタ制御回路１００は、ＡＣアダプタ制御信号を出力してＡＣアダプタ２０を制御する電源制御装置の一形態である。ＡＣアダプタ制御回路１００は、システム電源部１１に入力される電圧を検出する。ＡＣアダプタ制御回路１００が検出した電圧は、システム電源入力電圧情報としてＡＣアダプタ制御回路１００に入力される。また、ＡＣアダプタ制御回路１００は、電流センス部１１４が出力するシステム負荷情報と、バッテリ電圧／電流センス回路１４が出力するバッテリ電圧・電流情報と、システム１２が出力するバッテリ充電制御信号とが入力される。ＡＣアダプタ制御回路１００は、システム電源入力電圧情報と、システム負荷情報と、バッテリ電圧・電流情報と、バッテリ充電制御信号とが入力され、これらのうち１以上を用いてＡＣアダプタ制御信号を生成する。ＡＣアダプタ制御回路１００は、信号出力部２３ｂからＡＣアダプタ制御信号を出力して、ＡＣアダプタ２０を制御する。

システム負荷情報は、電流センス部１１４が検出した電流値にもとづいて生成される情報であり、システム１２の負荷を示す情報である。バッテリ電圧・電流情報は、バッテリ電圧／電流センス回路１４が検出した電圧値と電流値にもとづいて生成される情報であり、バッテリ１５の充放電状態を示す情報である。バッテリ充電制御信号は、バッテリ１５の充電制御をおこなう信号である。たとえば、システム１２は、バッテリ電圧・電流情報にもとづいてバッテリ充電制御信号を生成することで、バッテリ１５の蓄電量に応じた充電制御をおこなう。

次に、第２の実施形態のＡＣアダプタ制御回路１００の回路構成について図５を用いて説明する。図５は、第２の実施形態のＡＣアダプタ制御回路の回路構成の一例を示す図である。

ＡＣアダプタ制御回路１００は、定電圧／定電流切替検出用コンパレータ１０１と、定電圧制御用エラーアンプ１０２と、定電流制御用エラーアンプ１０３と、電圧制御用エラーアンプ１０４と、システム負荷用エラーアンプ１０５と、ＭＵＸ１０６とを含む。

ＭＵＸ１０６は、定電圧モードと定電流モードを切り替えるためのモード制御信号が定電圧／定電流切替検出用コンパレータ１０１から入力される。定電圧／定電流切替検出用コンパレータ１０１は、バッテリ電圧／電流センス回路１４が出力するバッテリ電圧・電流情報のうちバッテリ電圧情報にもとづいてモード制御信号を生成して出力する。モード制御信号は、定電圧モードまたは定電流モードを切り替えるための制御信号である。たとえば、定電圧／定電流切替検出用コンパレータ１０１は、バッテリ電圧情報からバッテリ１５の電圧が所定の閾値以上である場合に定電圧モードとするモード制御信号を生成し、閾値未満である場合に定電流モードとするモード制御信号を生成する。

定電圧制御用エラーアンプ１０２は、バッテリ電圧・電流情報のうちバッテリ電圧情報が入力される。定電圧制御用エラーアンプ１０２は、バッテリ電圧情報から定電圧制御用の信号（定電圧制御信号）を生成して出力する。定電流制御用エラーアンプ１０３は、バッテリ電圧・電流情報のうちバッテリ電流情報が入力される。定電流制御用エラーアンプ１０３は、バッテリ電流情報から定電流制御用の信号（定電流制御信号）を生成して出力する。電圧制御用エラーアンプ１０４は、システム電源入力電圧情報が入力される。電圧制御用エラーアンプ１０４は、システム電源入力電圧情報から電圧制御用の信号（電圧制御信号）を生成して出力する。システム負荷用エラーアンプ１０５は、システム負荷情報が入力される。システム負荷用エラーアンプ１０５は、システム負荷情報から電圧制御用の信号（システム負荷信号）を生成して出力する。

ＭＵＸ１０６は、マルチプレクサであり、バッテリ充電制御信号と、モード制御信号と、定電圧制御信号と、定電流制御信号と、電圧制御信号と、システム負荷信号とが入力される。ＭＵＸ１０６は、バッテリ充電制御信号と、モード制御信号と、定電圧制御信号と、定電流制御信号と、電圧制御信号と、システム負荷信号とにもとづいてＡＣアダプタ制御信号を生成して出力する。

詳しくは、ＭＵＸ１０６は、バッテリ充電制御信号からバッテリ１５が充電中であるか否かを検出することができる。バッテリ１５が充電中でない場合、ＭＵＸ１０６は、電圧制御信号からＡＣアダプタ制御信号を生成する。また、ＭＵＸ１０６は、モード制御信号から定電圧モードと定電流モードとを検出することができる。

バッテリ１５が充電中かつ定電圧モードである場合、ＭＵＸ１０６は、定電圧制御信号とシステム負荷信号とからＡＣアダプタ制御信号を生成する。たとえば、ＭＵＸ１０６は、定電圧制御信号にシステム負荷信号を重畳してＡＣアダプタ制御信号を生成する。バッテリ１５が充電中かつ定電流モードである場合、ＭＵＸ１０６は、定電流制御信号とシステム負荷信号とからＡＣアダプタ制御信号を生成する。たとえば、ＭＵＸ１０６は、定電流制御信号にシステム負荷信号を重畳してＡＣアダプタ制御信号を生成する。

次に、第２の実施形態のシステム負荷用エラーアンプ１０５の回路構成について図６を用いて説明する。図６は、第２の実施形態のシステム負荷用エラーアンプの回路構成の一例を示す図である。

システム負荷用エラーアンプ１０５は、高周波フィルタ１０５１と、微分回路１０５２と、アンプ１０５３と、コンパレータ１０５４と、ＳＷ（スイッチ）１０５５と、ＲＣフィルタ１０５６を含む。さらに、システム負荷用エラーアンプ１０５は、ピークホールド回路１０５７とＶ−Ｔ（電圧−期間）変換回路１０５８を含む。

高周波フィルタ１０５１は、入力信号から高周波ノイズを除去する。高周波フィルタ１０５１は、システム負荷情報が入力されて、高周波ノイズを除去したシステム負荷情報を出力する。システム負荷情報は、システム電源負荷電流の大きさに比例した大きさの電圧変化の情報を有する。

微分回路１０５２は、入力信号の微分波形を出力する。微分回路１０５２は、高周波フィルタ１０５１によって高周波ノイズが除去されたシステム負荷情報が入力されて、微分波形を出力する。微分回路１０５２は、システム負荷情報の変化量が大きいほど、かつその変化が急峻であるほど、大きな振幅の波形を出力する。

アンプ１０５３は、微分回路１０５２が出力する信号が入力される。アンプ１０５３は、入力信号を反転し、ゲイン調整をおこなった信号を出力する。これにより、アンプ１０５３は、微分回路出力電圧の負方向への変化を正方向の変化に変換して、バッテリ充電電圧が一時的に大きく持ち上がる変化に対する制御を容易にする。

コンパレータ１０５４は、アンプ１０５３が出力する信号が入力される。コンパレータ１０５４は、入力信号の電圧と閾値とを比較し、比較結果を電圧レベルの信号で出力する。コンパレータ１０５４は、入力信号の電圧が閾値未満のときにローレベルの電圧を出力し、入力信号の電圧が閾値以上のときにハイレベルの電圧を出力する。

ＳＷ１０５５は、コンパレータ１０５４が出力する信号によって制御される。ＳＷ１０５５は、コンパレータ１０５４が出力する信号の電圧がハイレベルであるときにオンし、コンパレータ１０５４が出力する信号の電圧がローレベルであるときにオフする。これにより、ＳＷ１０５５は、アンプ１０５３からＲＣフィルタ１０５６への信号入力を制限する。

ＲＣフィルタ１０５６は、ＳＷ１０５５に制限されたアンプ１０５３の信号出力が入力される。すなわち、ＲＣフィルタ１０５６は、コンパレータ１０５４が出力する信号の電圧がハイレベルであるときにアンプ１０５３が出力する信号が入力され、コンパレータ１０５４が出力する信号の電圧がローレベルであるときにローレベルの電圧が入力される。ＲＣフィルタ１０５６は、入力信号を鈍らせた信号を出力する。

ピークホールド回路１０５７は、入力信号のピークをホールドした信号を出力する。ピークホールド回路１０５７は、コンパレータ１０５４が出力する信号を入力し、コンパレータ１０５４が出力する信号がハイレベルである間、ＲＣフィルタ１０５６から入力される信号の電圧のピークをホールドする。

Ｖ−Ｔ変換回路１０５８は、コンパレータ１０５４が出力する信号が入力される。Ｖ−Ｔ変換回路１０５８は、コンパレータ１０５４が出力する信号の電圧がローレベルからハイレベルに変化するエッジトリガでリセットされる。Ｖ−Ｔ変換回路１０５８は、リセットから入力電圧の大きさに応じた期間だけ、システム負荷信号として所定の電圧を出力する。システム負荷信号は、ハイレベルのときＡＣアダプタ出力電圧を低下させる作用を有し、ローレベルのときＡＣアダプタ出力電圧を低下させる作用を有しない。

このようにして、システム負荷用エラーアンプ１０５は、入力されたシステム負荷情報からシステム負荷信号を生成して出力する。
次に、第２の実施形態の大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプ１０５における各部波形について図７を用いて説明する。図７は、第２の実施形態の大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。

システム電源負荷電流は、タイミングｔ０からタイミングｔ２で、大きな変化量で急峻に変化する波形を示す。システム負荷用エラーアンプ１０５は、システム電源負荷電流がタイミングｔ０からタイミングｔ２で大きな変化量で急峻に変化するとき、同じくタイミングｔ０からタイミングｔ２で大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力される。

微分回路１０５２は、タイミングｔ０からタイミングｔ２で大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されて、タイミングｔ０からタイミングｔ２で負方向に大きく急峻に変化し、タイミングｔ２以降に緩やかに復帰するような波形を出力する。アンプ１０５３は、微分回路出力を反転した波形を出力する。

微分回路１０５２は、たとえば、コンデンサと抵抗を含んで実現可能であり、システム負荷情報の時間当たり変化量の検出特性を時定数により設定できる。
コンパレータ１０５４は、アンプ出力電圧が入力される。コンパレータ１０５４は、アンプ出力電圧が閾値Ｖｔ以上となるタイミングｔ１でローレベルからハイレベルとなり、アンプ出力電圧が閾値Ｖｔ未満となるタイミングｔ３でハイレベルからローレベルとなるコンパレータ出力電圧を出力する。

ＲＣフィルタ１０５６は、ＲＣフィルタ入力電圧が示すように、タイミングｔ１からタイミングｔ３でアンプ出力が入力され、その他のタイミングでローレベルが入力される。ＲＣフィルタ１０５６は、ＲＣフィルタ出力電圧が示すように、ＲＣフィルタ入力電圧を鈍らせた波形を出力する。

ピークホールド回路１０５７は、タイミングｔ１からタイミングｔ３でＲＣフィルタ出力電圧のピークをホールドしたピークホールド回路出力電圧を出力する。Ｖ−Ｔ変換回路１０５８は、タイミングｔ１でリセットされ、タイミングｔ１からタイミングｔ４までの間、システム負荷信号としてＶ−Ｔ変換回路出力電圧を出力する。

システム負荷信号は、ＭＵＸ１０６に入力され、ＡＣアダプタ制御信号を生成する信号の１つとなる。ＡＣアダプタ制御信号は、システム負荷信号にもとづいて生成され得る。このような大きな変化量で急峻に変化するシステム電源負荷電流にもとづいて生成されたＡＣアダプタ制御信号は、タイミングｔ１からタイミングｔ４までの間、システム負荷信号にもとづいてＡＣアダプタ出力電圧を低下させることができる。

このように、システム負荷信号は、ローレベルからハイレベルとなるタイミングにより、ＡＣアダプタ出力電圧を低下させるタイミングに関する情報を有する。また、システム負荷信号は、閾値ＶｔによりＡＣアダプタ出力電圧を低下させる電圧の大きさに関する情報を有する。

これにより、ＡＣアダプタ制御回路１００は、定電圧制御信号にもとづく定電圧制御、あるいは定電流制御信号にもとづく定電流制御をおこないつつ、システム負荷信号による電源制御をおこなうことができる。このような電源制御により、ＡＣアダプタ制御回路１００は、ＡＣアダプタ出力電圧を安定して制御することができる。

次に、第２の実施形態の大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプ１０５における各部波形について図８を用いて説明する。図８は、第２の実施形態の大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。

システム電源負荷電流は、タイミングｔ１０からタイミングｔ１１で、大きな変化量で緩やかに変化する波形を示す。システム負荷用エラーアンプ１０５は、システム電源負荷電流がタイミングｔ１０からタイミングｔ１１で大きな変化量で緩やかに変化するとき、同じくタイミングｔ１０からタイミングｔ１１で大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力される。

微分回路１０５２は、タイミングｔ１０からタイミングｔ１１で大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力されて、タイミングｔ１０からタイミングｔ１１で負方向に緩やかに変化し、タイミングｔ１１以降に緩やかに復帰するような信号を出力する。アンプ１０５３は、微分回路出力電圧を反転した信号を出力する。

コンパレータ１０５４は、アンプ出力電圧が入力され、アンプ出力電圧が閾値Ｖｔ未満であることからローレベルとなるコンパレータ出力電圧を出力する。
これにより、ＲＣフィルタ１０５６およびピークホールド回路１０５７、Ｖ−Ｔ変換回路１０５８は、ローレベルの信号が入力され、ＡＣアダプタ制御回路１００は、システム負荷信号としてローレベルの信号を出力する。

したがって、ＡＣアダプタ制御回路１００は、システム負荷情報の変化量が大きくても、変化が緩くアンプ出力が閾値Ｖｔ未満となるような場合には、定電圧制御信号にもとづく定電圧制御、あるいは定電流制御信号にもとづく定電流制御がおこなわれる。

次に、第２の実施形態の小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプ１０５における各部波形について図９を用いて説明する。図９は、第２の実施形態の小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。

システム電源負荷電流は、タイミングｔ２０からタイミングｔ２１で、小さな変化量で急峻に変化する波形を示す。システム負荷用エラーアンプ１０５は、システム電源負荷電流がタイミングｔ２０からタイミングｔ２１で小さな変化量で急峻に変化するとき、同じくタイミングｔ２０からタイミングｔ２１で小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力される。

微分回路１０５２は、タイミングｔ２０からタイミングｔ２１で小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されて、タイミングｔ２０からタイミングｔ２１で負方向に急峻に変化し、タイミングｔ２１以降に緩やかに復帰するような信号を出力する。アンプ１０５３は、微分回路出力電圧を反転した信号を出力する。

コンパレータ１０５４は、アンプ出力電圧が入力され、アンプ出力電圧が閾値Ｖｔ未満であることからローレベルとなるコンパレータ出力電圧を出力する。
これにより、ＲＣフィルタ１０５６およびピークホールド回路１０５７、Ｖ−Ｔ変換回路１０５８は、ローレベルの信号が入力され、ＡＣアダプタ制御回路１００は、システム負荷信号としてローレベルの信号を出力する。

したがって、ＡＣアダプタ制御回路１００は、システム負荷情報の変化量が急峻であっても、変化量が小さくアンプ出力が閾値Ｖｔ未満となるような場合には、定電圧制御信号にもとづく定電圧制御、あるいは定電流制御信号にもとづく定電流制御を継続できる。

次に、第２の実施形態のＡＣアダプタが備える発振／制御回路２５の回路構成について図１０を用いて説明する。図１０は、第２の実施形態のＡＣアダプタが備える発振／制御回路の回路構成の一例を示す図である。

発振／制御回路２５は、保護回路２５１と、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）回路２５２と、駆動回路２５３と、Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）２５４とを含む。

保護回路２５１は、整流回路２４からの出力が入力されるとともに、過電圧や突入電流から発振／制御回路２５を保護する。ＰＷＭ回路２５２は、保護回路２５１からの出力と、ＡＣアダプタ制御信号とが入力されて、ＡＣアダプタ制御信号に含まれる制御タイミングおよび制御量に関する情報に応じてパルス幅変調をおこない、駆動回路２５３に出力する。駆動回路２５３は、ＰＷＭ回路２５２から入力される制御信号にしたがいＰｏｗｅｒ ＭＯＳ−ＦＥＴ２５４を駆動する。Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳ−ＦＥＴ２５４は、駆動回路２５３から入力された信号にしたがいスイッチングをおこなう。

これにより、ＡＣアダプタ２０は、ＰＣ本体１０が出力するＡＣアダプタ制御信号にもとづいてＡＣアダプタ出力電圧を制御できる。また、ＡＣアダプタ２０は、定電圧制御信号にもとづくＡＣアダプタ制御信号により、ＡＣアダプタ出力電圧の定電圧制御をおこなう。また、ＡＣアダプタ２０は、定電流制御信号にもとづくＡＣアダプタ制御信号により、ＡＣアダプタ出力電圧の定電流制御をおこなう。また、ＡＣアダプタ２０は、電圧制御信号にもとづくＡＣアダプタ制御信号により、ＡＣアダプタ出力電圧の電圧制御をおこなう。これに加えて、ＡＣアダプタ２０は、システム負荷信号にもとづくＡＣアダプタ制御信号により、負荷に応じて直ちにＡＣアダプタ出力電圧を変更可能な電源制御をおこなうことができる。

次に、第２の実施形態のＡＣアダプタ出力電圧とシステム電源入力電圧について、システム負荷情報が貢献する効果について図１１を用いて説明する。図１１は、ＡＣアダプタ出力電圧の波形とシステム電源入力電圧の波形について、システム負荷情報の有無別の比較例を示す図である。

システム電源負荷電流は、タイミングｔ３０からタイミングｔ３１で、大きな変化量で急峻に変化する波形を示す。このとき、システム電源出力電圧は、負荷応答の遅延によりタイミングｔ３２でオーバーシュートする。システム電源入力電流は、システム電源出力電圧のオーバーシュートに遅れて、システム電源出力の電荷の逆流によりタイミングｔ３３でアンダーシュートする。ＡＣアダプタ負荷電流は、システム電源入力電流とほぼ同じ波形となり、ＤＣケーブル（電力線２２）両端の電位差は、ＡＣアダプタ負荷電流に比例する大きさとなる。

このとき、システム負荷情報を反映せずにＡＣアダプタ出力電圧を制御する場合、ＡＣアダプタ出力電圧は、ＡＣアダプタ出力電圧１に示す波形のように電圧が変化する。このような出力波形は、システム電源入力電圧をフィードバックする制御によるもので、ＤＣケーブル両端の電位差を解消する方向の電圧変化を含む。

これにより、システム電源入力電圧１は、ＡＣアダプタ出力電圧１がＤＣケーブル両端の電位差だけ電圧降下した波形（太線で図示）となる。これによれば、システム電源入力電圧１は、負荷応答遅延とシステム電源入力電流のアンダーシュートとを含む要因から、電圧が（Ｖａ＋Ｖｂ）だけ上昇する。

このような電圧上昇は、バッテリ１５の充電時にバッテリ１５に印加され、充電制御で許容される電圧の範囲から逸脱し、たとえば、バッテリ１５に過電圧が印加される場合がある。したがって、このようなＡＣアダプタ出力電圧の制御は、充電時のバッテリ１５にかかる負荷が大きい。

また、システム電源入力電圧１は、タイミングｔ３５までのタイムラグを有して定常電圧に復帰する。このような大きなタイムラグは、バッテリ１５の充電制御を非効率なものとする場合がある。

一方、システム負荷情報を反映してＡＣアダプタ出力電圧を制御する場合、ＡＣアダプタ出力電圧は、ＡＣアダプタ出力電圧２に示す波形のように電圧が変化する。ＡＣアダプタ出力電圧２は、システム負荷情報を反映してタイミングｔ３１から出力電圧が低減する。

これにより、システム電源入力電圧２は、ＡＣアダプタ出力電圧２がＤＣケーブル両端の電位差だけ電圧降下した波形（太線で図示）となる。これによれば、システム電源入力電圧２は、負荷応答遅延とシステム電源入力電流のアンダーシュートとを含む要因から、電圧が上昇するもののシステム電源入力電圧１と比較して小さくなる。たとえば、システム電源入力電圧２は、破線Ｖ１として図示したシステム電源入力電圧１よりも電圧上昇をＶｃだけ抑制される。

このような電圧上昇の抑制は、バッテリ１５の充電制御における印加電圧の精度向上に寄与する。したがって、このようなＡＣアダプタ出力電圧の制御は、バッテリ１５にかかる電圧変動の応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減することができる。

また、システム電源入力電圧２は、システム電源入力電圧１が有したタイムラグを短縮して定常電圧に復帰する。このようなタイムラグの短縮は、バッテリ１５の充電制御の効率化に寄与する。

なお、ＰＣ本体１０は、負荷部となる電子機器の一例である。ＰＣ本体１０は、たとえば、アイドル状態とアクティブ状態とを高速かつ頻繁に切り替えるなどして、システム負荷の変動幅が大きくまた急峻である。さらに今後、システム負荷の変動幅とその変化の急峻さは、システムのレスポンス向上と電子機器の小型軽量化とを図る上でより顕著な方向に進む傾向にある。電源システム１ａは、このような電子機器が備えるバッテリの負荷を軽減して充電制御をおこなうことができる。また、電源システム１ａは、このような電子機器が備えるバッテリの充電制御を効率的におこなうことができる。

また、一般的に、変換効率などの観点で電源を最適化するためには、設計条件が限定されることが望ましい。電源システム１ａは、入力電圧の変動幅を抑制することができることから、設計条件を限定して、電源部の最適化を容易にする。

なお、電源システム１ａは、電圧レベルのアナログ信号により、ＰＣ本体１０からＡＣアダプタ２０にＡＣアダプタ制御信号を通知したが、コマンド通信によりＰＣ本体１０からＡＣアダプタ２０にＡＣアダプタ制御信号を通知するものであってもよい。

なお、第２の実施形態では、電源システム１ａは、電源アダプタの一形態としてＤＣ−ＡＣ変換をおこなうＡＣアダプタ２０を備えたが、入力電源が直流である場合には、ＡＣアダプタ２０に代えてＤＣ−ＤＣコンバータを備えるものであってもよい。この場合、ＤＣ−ＤＣコンバータは、電源アダプタの一形態である。

また、電源システム１ａは、システム電源部１１の出力負荷を出力電流の大きさとして検出したが、これに限らず、システム１２から負荷情報の通知を受けるものであってもよい。たとえば、ＡＣアダプタ制御回路１００は、システム１２が備えるプロセッサから消費電力あるいは駆動量に関する情報の通知を受けるものであってもよい。これによれば、電源システム１ａは、出力負荷の測定検出よりもタイムラグの少ない制御をおこなうことができる。

以上、実施形態を例示したが、実施形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。

１，１ａ 電源システム
２ 電源アダプタ
２ａ 出力電圧変更部
３ 電子機器
３ａ 接続部
３ｂ，１５ バッテリ
３ｃ 負荷部
３ｄ 電源制御部
４ 商用電源
１０ ＰＣ本体
１１ システム電源部
１２ システム
１３ 充放電切替スイッチ
１４ バッテリ電圧／電流センス回路
２０ ＡＣアダプタ
２１，２２ 電力線
２１ａ 交流入力部
２２ａ 直流出力部
２２ｂ 直流入力部
２３ 信号線
２３ａ 制御信号入力部
２３ｂ 信号出力部
２４ 整流回路
２５ 発振／制御回路
２６ トランス
２７ 整流／平滑回路
１００ ＡＣアダプタ制御回路
１０１ 定電圧／定電流切替検出用コンパレータ
１０２ 定電圧制御用エラーアンプ
１０３ 定電流制御用エラーアンプ
１０４ 電圧制御用エラーアンプ
１０５ システム負荷用エラーアンプ
１０６ ＭＵＸ
１１１ 入力平滑部
１１２ 発振回路
１１３ 発振制御部
１１４ 電流センス部
１１５ 電圧センス部
１１６ コイル
１１７ コンデンサ
２５１ 保護回路
２５２ ＰＷＭ回路
２５３ 駆動回路
２５４ Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳ−ＦＥＴ
１０５１ 高周波フィルタ
１０５２ 微分回路
１０５３ アンプ
１０５４ コンパレータ
１０５５ ＳＷ
１０５６ ＲＣフィルタ
１０５７ ピークホールド回路
１０５８ Ｖ−Ｔ変換回路

Claims (8)

1. 電源アダプタと電気的に接続が可能な電子機器であって、
   前記電源アダプタから供給された電力が充電されるバッテリと、
   前記電源アダプタと前記バッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される負荷部と、
   前記負荷部の負荷を検出し、前記負荷にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する電源制御部と、
   を備え、
   前記電源制御部は、前記バッテリが充電中かつ前記バッテリの電圧が所定の閾値以上である場合に、定電圧制御用の信号と、前記負荷に基づいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから前記制御信号を生成し、前記バッテリが充電中かつ前記バッテリの電圧が所定の未満である場合に、定電流制御用の信号と、前記負荷に基づいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから前記制御信号を生成する、
   電子機器。
2. 前記電源アダプタまたは前記バッテリから供給される電力から前記負荷部に供給する電力を生成する電源部を備え、
   前記電源制御部は、前記電源部から前記負荷部に入力される電圧の変化または電流の変化から前記負荷を検出する、
   請求項１記載の電子機器。
3. 前記電源制御部は、前記電源部から前記負荷部に入力される電圧または電流のうち、前記負荷部が備えるプロセッサに入力される電圧または電流から前記負荷を検出する、
   請求項２記載の電子機器。
4. 前記電源制御部は、前記バッテリの充電時に前記制御信号を生成する、
   請求項１記載の電子機器。
5. 前記電源制御部は、前記負荷の時間当たり変化量が所定の閾値を超える場合に前記制御信号を生成する、
   請求項１記載の電子機器。
6. 前記電源制御部は、前記バッテリの電圧または電流にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる第１信号と、前記負荷にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる第２信号とから前記制御信号を生成する、
   請求項１記載の電子機器。
7. 電源アダプタから供給された電力が充電されるバッテリと、前記電源アダプタと前記バッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される負荷部と、を備える電子機器の電源制御をおこなう電源制御装置であって、
   前記負荷部の負荷を検出し、
   前記バッテリが充電中かつ前記バッテリの電圧が所定の閾値以上である場合に、定電圧制御用の信号と、前記負荷に基づいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから制御信号を生成し、前記バッテリが充電中かつ前記バッテリの電圧が所定の未満である場合に、定電流制御用の信号と、前記負荷に基づいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから前記制御信号を生成し、
   前記電源アダプタに対して前記制御信号を出力する、電源制御装置。
8. 電源アダプタと、前記電源アダプタと電気的に接続が可能な電子機器とを備える電源システムであって、
   前記電子機器は、
   前記電源アダプタから供給された電力が充電されるバッテリと、
   前記電源アダプタと前記バッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される負荷部と、
   前記負荷部の負荷を検出し、前記負荷にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する電源制御部と、
   を備え、
   前記電源制御部は、前記バッテリが充電中かつ前記バッテリの電圧が所定の閾値以上である場合に、定電圧制御用の信号と、前記負荷に基づいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから前記制御信号を生成し、前記バッテリが充電中かつ前記バッテリの電圧が所定の未満である場合に、定電流制御用の信号と、前記負荷に基づいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させるシステム負荷信号とから前記制御信号を生成し、
   前記電源アダプタは、前記制御信号にもとづいて出力電圧を変更する出力電圧変更部を備える、
   電源システム。

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