JPWO2015125434A1 - 電源装置及び電子機器 - Google Patents

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Abstract

バックアップ電池が小型の充電池であっても、ユーザが電子機器を連続動作させた状態で主電池を交換できる電子機器を提供する。本開示の電源装置は、電子機器を駆動するための電力を供給する電源装置であって、電子機器の駆動電源として使用される第1の電池と、第1の電池を使用することができないときに、第1の電池の代わりに駆動電源として使用される第2の電池と、第2の電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路に対する負荷である擬似負荷回路と、電子機器から第1の電池が取り外し可能か否かを検出する電池取外検出部と、電子機器の駆動電源を、第1の電池又は第2の電池に切り替える電力制御部と、を備え、電力制御部は、電池取外検出部が第1の電池の取り外し可能と検出すると、昇圧回路を起動するとともに、昇圧回路の出力電力を擬似負荷回路に供給する。

Description

本開示は、電池によって駆動される電子機器に関し、特に、主電池交換時において、副電池によって連続駆動可能な電源装置を備えた電子機器に関する。
特許文献1では、電池パックの脱着を検出する検出器と、この検出器の検出結果に基づいて電子機器の動作に必要な電力を、電池パックと電子機器に内蔵されたバックアップ電池とで切り替えるように構成された電子機器が開示されている。
特許文献1の電子機器によれば、バックアップ電池の働きによって、ユーザは、データ入力等の端末作業を継続しながら、電池パックを交換することが可能となる。またバックアップ電池の電池残量が僅かになったときにはデータの退避処理が行われるので、電池パックの交換中にデータが消失することを防止できる。
特開2003−101624号公報
本開示は、バックアップ電池が小型の充電池であっても、ユーザが電子機器の操作を中断させることなく電池パックを交換可能な電源装置及びそれを備えた電子機器を提供する。
本開示における電源装置は、電子機器を駆動するための電力を供給する電源装置であって、電子機器の駆動電源として使用される第1の電池と、第1の電池を使用することができないときに、第1の電池の代わりに駆動電源として使用される第2の電池と、第2の電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路に対する負荷である擬似負荷回路と、電子機器から第1の電池が取り外し可能か否かを検出する電池取外検出部と、電子機器の駆動電源を、第1の電池又は第2の電池に切り替える電力制御部と、を備え、電力制御部は、電池取外検出部が第1の電池の取り外し可能と検出すると、昇圧回路を起動するとともに、昇圧回路の出力電力を擬似負荷回路に供給する。
本開示における電源装置及びそれを備えた電子機器は、バックアップ電池が小型の充電池であっても、ユーザが電子機器を連続動作させた状態で電池パックを交換できる。
図1は、実施の形態1におけるパーソナルコンピュータの斜視図である。 図2Aは、は図1のパーソナルコンピュータの裏面の第1の状態を示す平面図である。 図2Bは、図1のパーソナルコンピュータの裏面の第2の状態を示す平面図である。 図2Cは、図1のパーソナルコンピュータの裏面の第3の状態を示す平面図である。 図3は、図1のパーソナルコンピュータの内部構成を示すブロック図である。 図4は、実施の形態1における電池交換の動作を説明するフローチャートである。 図5は、実施の形態1における電池交換時の、時間に対する電圧及び電流の変化を示す時間軸波形図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
(実施の形態1)
以下、図1〜5を用いて、実施の形態1を説明する。
[1.構成]
本実施の形態において、電子機器の一例であるノート型のパーソナルコンピュータ(Laptop Personal Computer)を用いて説明する。図1は、実施の形態1のパーソナルコンピュータの斜視図である。図1は、パーソナルコンピュータ1を開いた状態の外観図であり、パーソナルコンピュータ1は、本体2と、ディスプレイ3と、キーボード4と、ポインティングデバイス5とを備える。
図1において、パーソナルコンピュータ1は、基本動作を司るオペレーションシステムおよび種々の具体的処理を司るアプリケーションソフトウェアに基づいて動作する。これらオペレーションシステムおよびアプリケーションソフトウェアの各機能は、パーソナルコンピュータ1にインストールされたプログラムによって実行される。
本体2は、オペレーションシステムやアプリケーションソフトウェア及び種々のデータ等を記憶する記憶部、及び入出力バッファを有する入出力部を備える。ユーザは、ディスプレイ3に表示される情報に応じて、キーボード4もしくはポインティングデバイス5を用いて各種の入力指示を行うことにより、パーソナルコンピュータ1を操作する。
図2Aは、図1のパーソナルコンピュータ1の裏面の第1の状態を示す平面図であり、図2Bは、図1のパーソナルコンピュータ1の裏面の第2の状態を示す平面図であり、図2Cは、図1のパーソナルコンピュータ1の裏面の第3の状態を示す平面図である。
図2Aにおいて、パーソナルコンピュータ1は、脱着可能な第1の電池である主電池11を備えている。また、パーソナルコンピュータ1は、主電池11の取り外しをロックするバッテリロックノブ7、主電池11の取り外し可否状態を発光色で示すLED8を備えている。LED8は、例えば、緑色に発光した時は、取り外し可能な状態、赤色に発光した時は、取り外し不可能な状態を示す。
図2Bにおいて、パーソナルコンピュータ1は、バッテリロックノブ7が解除されて、主電池11が取り外し可能な状態である。主電池11が取り外し可能な状態になれば、ユーザは主電池11をスライドさせることで本体2から取り外すことができる。
図2Cは、バッテリロックノブ7をユーザの指9によって操作している様子を示している。ユーザはバッテリロックノブ7を図2Cの上から下へのスライド操作によって主電池11の取り外しをロックしている状態から取り外し可能な状態に操作することができる。後述するようにパーソナルコンピュータ1は、バッテリロックノブ7の状態によって、主電池11の脱着状態を検出する。
図3は、図1のパーソナルコンピュータ1の内部構成を示すブロック図である。図3において、電子機器であるパーソナルコンピュータ1は、負荷回路24と、負荷回路24に電力を供給するための電源装置23とを備える。電源装置23は、商用電源からの電力を変換するためのACアダプタ10と、脱着可能な第1の電池である主電池11と、主電池11の交換時に補助的な電源として使用する第2の電池である副電池12と、主電池11の脱着状態を検出する電池取外検出部21とを備える。
パーソナルコンピュータ1は、駆動電源として主電池11を使用する場合、主電池11の電池残量が少なくなり主電池11の電池交換時などに、バックアップ電池として副電池12を使用する。ここで、副電池12の電池容量は、主電池11の電池容量よりも小さくする。従って、副電池12として小型の充電池を用いることができるので、パーソナルコンピュータ1内部での省スペース化を図ることができる。
さらに、電源装置23は、主電池11に接続される主電池充電回路13と、副電池12に接続される副電池充電回路14と、パーソナルコンピュータ1全体の電源供給と電力を制御するEC(Embedded Controller)マイコンである電力制御部20とを備える。また、電源装置23は、副電池12の出力に接続される昇圧回路15と、昇圧回路15の出力に接続され、昇圧回路15に対する負荷である擬似負荷回路17と、主電池11及び副電池12にそれぞれ接続される電池残量検出部16と、電力制御部20により制御されるスイッチ18、19a、19b、19c、22とを備える。
ここで、昇圧回路15は、第1コンデンサC1とコイルLとダイオードDとトランジスタTrと第2コンデンサC2とから構成される一般的な昇圧回路であり、トランジスタTrのゲート電極は電力制御部20に接続される。また、スイッチ18は主電池11と電力制御部20との間に配置される。スイッチ19aは副電池12と昇圧回路15との間に配置される。スイッチ19bは昇圧回路15と擬似負荷回路17との接点と電力制御部20との間に配置される。スイッチ19cは擬似負荷回路17と接地との間に配置され、スイッチ22は副電池充電回路14と副電池12との間に配置される。擬似負荷回路17は、抵抗Rを含む。
なお、本実施の形態では、トランジスタTrのゲート電極は、電力制御部20により制御されるものとしたが、これに限定されない。例えば、昇圧回路15はさらに図示しない集積回路(IC:Integrated Circuit)を備え、この集積回路によってトランジスタTrのゲート電極を制御するようにしてもよい。
また、図3において、主電池11および副電池12の出力は電力制御部20を介して負荷回路24に接続さるものとしたが、これに限定されない。
負荷回路24は、ディスプレイ3の表示を制御するディスプレイ制御部30と、パーソナルコンピュータ1全体の動作制御を司る演算処理プロセッサであるCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)40と、無線通信等の通信ネットワークと接続する通信部50と、CPU40の処理に必要なデータを一時的、または恒久的に保存する記憶部60を備える。ここで、ディスプレイ3は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイなど任意の表示デバイスで構成される。通信部50が接続する通信ネットワークは、既知の様々なネットワークが含まれる。例えば、無線通信による広域データ通信ネットワークに接続する通信サービスであるWWAN(WirelessWide Area Network)や、無線でデータの送受信を行う構内通信網であるWLAN(Wireless Local Area Network/無線LAN)や、無線通信技術の規格のひとつであるWiMAX(登録商標)(WorldwideInteroperability for Microwave Access)ネットワークや、銅線や光ファイバー等の通信ケーブルで機器を接続し電気や光の送受信によって通信を行う構内通信網である有線LAN(Local Area Network)などを含む。記憶部60には、揮発性メモリや不揮発性メモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、eMMC(embedded Multi Media Card)などが用いられる。
パーソナルコンピュータ1は、自機の駆動電源として、ACアダプタ10と、主電池11と、副電池12とを備える。ここで、ACアダプタ10は、家屋内に備えられた商用電源に接続可能なアダプタであり、商用電源からの交流電圧を所定の直流電圧に変換する。また、主電池11及び副電池12は、充電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などの公知の充電池を採用してもよい。
パーソナルコンピュータ1は、ACアダプタ10が商用電源に接続されている場合には、ACアダプタ10を自機の駆動電源とし、ACアダプタ10が商用電源に接続されていない場合には、主電池11を駆動電源とする。副電池12は、主電池11の電池交換時など、主電池11を用いることができないときに、主電池11の代わりに駆動電源として用いられる。パーソナルコンピュータ1は、副電池12を備えることによって、パーソナルコンピュータ1の電源をオンにして入力操作等を継続した状態で、主電池11を電池交換できるホットスワップ可能な構成となっている。
昇圧回路15は、電力制御部20からの制御信号に基づいて、副電池12の出力電圧を、主電池11の出力電圧と略同レベルまで上昇させる。擬似負荷回路17は、昇圧回路15からの出力電流を消費する。すなわち、昇圧回路15の起動時において、昇圧回路15の出力電圧を負荷回路24に供給する前に、まず擬似負荷回路17に電流を供給する。これによって、昇圧回路15内トランジスタTrのスイッチング動作は、昇圧回路15が高負荷に接続されるときの状態となり、その後に、昇圧回路15から負荷回路24に電力が供給される。すなわち、昇圧回路15を起動するとともに、昇圧回路15の出力電圧を負荷回路24に対して供給せずに、先ず擬似負荷回路17に供給する。その後、昇圧回路15の出力電圧を負荷回路24に対して供給する。このような構成にすることにより、負荷回路24は、副電池12から電圧降下を最小限に抑えた電力供給を受けることができる。
なお、昇圧回路15内にトランジスタTrのゲート電極を制御する集積回路を備えた場合には、集積回路によりトランジスタTrのスイッチング動作が制御される。
主電池充電回路13は、ACアダプタ10からの電力を主電池11に供給して、主電池11を充電する。また、副電池充電回路14は、ACアダプタ10または主電池11からの電力を副電池12に供給して、副電池12を充電する。電池残量検出部16は、主電池11及び副電池12の電池残量を検出する。
電力制御部20は、負荷回路24の駆動電源をACアダプタ10、主電池11、副電池12のいずれかから供給するように電源を切り替える。電力制御部20は、電池残量検出部16の出力に基づいて、副電池12の電池残量が所定値以上の場合には副電池12を充電しないようにスイッチ22をオフするように制御するようしてもよい。
電力制御部20は、スイッチ18、19a、19b、19cをオン/オフ制御することによって、負荷回路24に電力を供給する電源を主電池11もしくは副電池12に切り替える。
電池取外検出部21は、バッテリロックノブ7が解除されていれば、主電池11は取り外し可能な状態であると判定し、バッテリロックノブ7がロックされていれば、主電池11は取り外し不可能な状態であると判定する。
なお、電池取外検出部21における主電池11の脱着状態の判定は、バッテリロックノブ7の状態の検出の他、主電池11を覆いパーソナルコンピュータ1内部に格納する電池蓋の開閉状態を、内蔵された磁気スイッチの出力により検出する構成、例えば、電池蓋が開放されていれば、主電池11は取り外し可能な状態であると判定し、電池蓋が閉止されていれば、主電池11は取り外し不可能な状態であると判定する。すなわち、主電池11は、電池蓋で覆われることによりパーソナルコンピュータ1内の本体内部に格納され、電池取外検出部21は、電池蓋の開放を検出すると主電池11を取り外し可能な状態であることを検出してもよい。さらに、電池取外検出部21における主電池11の脱着状態の判定は、主電池11本体の取り外しを、内蔵された磁気スイッチの出力により検出する構成としてもよい。
[2.動作]
以上のように構成されたパーソナルコンピュータ1について、主電池11が交換されるときの電力制御部20の動作を以下に説明する。
図4は、実施の形態1における電池交換の動作を説明するフローチャートである。本実施の形態における電池交換とは、ユーザは、複数の主電池11を保有しており、パーソナルコンピュータ1に格納された主電池11の電池残量が減少すると、この主電池11をパーソナルコンピュータ1から取り出して充電器等で予め充電しておいた別の主電池11と交換するものとする。
(ステップS310)電力制御部20は、電池取外検出部21の出力に基づいて、主電池11の取り外しが検出されたか否かを判定する。上述したように、電池取外検出部21は、バッテリロックノブ7の開閉状態を検出したり、電池蓋の開放を磁気スイッチの出力により検出したりすることなどによって、パーソナルコンピュータ1から主電池11の取り外しが検出されたか否かを判定する。電力制御部20は、主電池11の取り外しが検出された場合、ステップS320へ進む。電力制御部20は、主電池11の取り外しが検出されなかった場合(Noの場合)、ステップS310の処理を繰り返し、待機状態となる。電力制御部20は、この待機状態の間、他のプログラム動作を実行してもよい。
(ステップS320)電力制御部20は、副電池12の電圧が放電可能電圧以上か否かを判定する。電力制御部20は、副電池12の電圧が放電可能電圧未満である場合(Noの場合)、ステップS320の処理を繰り返して待機状態となる。電力制御部20は、副電池12が副電池12の電圧が放電可能電圧以上である場合(Yesの場合)、ステップS330へ進む。
(ステップS330)電力制御部20は、スイッチ19a、19cをオンにし、昇圧回路15及び擬似負荷回路17を動作状態とする。一方でスイッチ18はオンのままで維持し、スイッチ19bをオフのままで維持する。電力制御部20は、電池取外検出部21が主電池11の取り外しが可能であると判定すると、昇圧回路15及び擬似負荷回路17をともに動作するように制御する。すなわち、副電池12の出力電圧は昇圧回路15のトランジスタTrのスイッチング動作により昇圧される。このとき、昇圧回路15が起動した直後においては、負荷回路24に供給される出力電圧は電圧降下が大きい。従って、この負荷回路24に供給される出力電圧の電圧降下を抑えるために、昇圧回路15からの出力電流は擬似負荷回路17に供給される。
負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12に切り替える際、停止状態にある昇圧回路15のトランジスタTrのスイッチングが動作状態となる。このとき、昇圧回路15は、無負荷の状態から起動するので、負荷回路24へ供給すべき負荷電流に対する応答スピードに追従できず、昇圧回路15の出力電圧において急激な電圧降下が発生する。さらに、負荷回路24において高い負荷が発生する場合、例えば、通信部50の通信処理を実施している場合やCPU40の処理を実施している場合、には、この電圧降下の幅が大きくなり、パーソナルコンピュータ1がシャットダウン状態となりユーザがパーソナルコンピュータ1の操作を中断しなければならない。
本実施の形態のパーソナルコンピュータ1において、昇圧回路15を起動させるとともに擬似負荷回路17を起動させることにより、昇圧回路15からの出力電流を負荷回路24ではなく、先ず擬似負荷回路17に供給する。これによって、昇圧回路15内のトランジスタTrのスイッチング動作は、昇圧回路15が高負荷に接続されるときの状態となる。このため、その後に昇圧回路15からの出力電流を負荷回路24に供給しても、負荷回路24へ供給される電圧は電圧降下の小さい状態で維持される。すなわち、負荷回路24は、主電池11交換時においても副電池12から安定した電力を受けることが可能となる。
(ステップS340)電力制御部20は、主電池11の出力電圧、すなわち、図3のノードaの電圧、と昇圧回路15の出力電圧、すなわち、図3のノードbの電圧、との電圧差が所定の電圧差未満になると、スイッチ19bをオンし、負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12に切り替える。電力制御部20は、主電池11の出力電圧と副電池12の出力電圧との電圧差に基づいて、負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12に切り替わるように制御する。
なお、負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12への切り替えは、電力制御部20における主電池11の出力電圧と副電池12の出力電圧との電圧差に基づく以外の方法で切り替えてもよい。
(ステップS350)その後、スイッチ19cをオフし、擬似負荷回路17を停止させて処理を終了する。ここで、スイッチ19cは、オン後、所定の時間経過後にオフしてもよいし、例えば、図3のノードbの電圧などの任意の箇所の電圧が所定の電圧値以上になった後、すなわち昇圧回路15から負荷回路24へ供給している電圧が安定したと判断された後にオフするようにしてもよい。すなわち、電力制御部20は、負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12に切り替わった後に、擬似負荷回路17を停止するように制御し、昇圧回路15の出力電圧を擬似負荷回路17に供給することを停止させる。
図5は、実施の形態1における電池交換時の時間tに対する電圧(V)及び電流(I)の変化を示す時間軸波形図である。図5において、曲線Aは擬似負荷回路17が接続された場合の負荷回路24に供給される出力電圧であり、曲線Bは擬似負荷回路17が接続されていない場合の負荷回路24に供給される出力電圧である。また、曲線Cは擬似負荷回路17が接続された場合の負荷回路24に供給される出力電流であり、曲線Dは擬似負荷回路17が接続されていない場合の負荷回路24に供給される出力電流である。
図5において、時間Tにおいてスイッチ19bがオンとなって副電池12から負荷回路24に電圧及び電流が供給される。ここで、領域100において、曲線Aの擬似負荷回路17が接続された場合の出力電圧の電圧降下幅は、曲線Bの擬似負荷回路17が接続されない場合の出力電圧の電圧降下幅よりも小さい。従って、昇圧回路15からの出力電流を擬似負荷回路17に供給した後に負荷回路24へ供給した場合は、擬似負荷回路17が接続されない場合に比較すると、昇圧回路15の出力電圧の電圧降下が抑制されていることがわかる。従って、ユーザはパーソナルコンピュータ1を連続動作させた状態で主電池11を交換することが可能となる。
[3.効果等]
以上のように、本実施の形態において、電源装置は、電子機器を駆動するための電力を供給する電源装置であって、電子機器の駆動電源として使用される第1の電池と、第1の電池を使用することができないときに、第1の電池の代わりに駆動電源として使用される第2の電池と、第2の電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路に対する負荷である擬似負荷回路と、電子機器から第1の電池が取り外し可能か否かを検出する電池取外検出部と、電子機器の駆動電源を、第1の電池又は第2の電池に切り替える電力制御部と、を備え、電力制御部は、電池取外検出部が第1の電池の取り外し可能と検出すると、昇圧回路を起動するとともに、昇圧回路の出力電力を擬似負荷回路に供給する。
これにより、駆動電源として主電池11から副電池12に切り替える際に、昇圧回路15からの出力電流を先ず擬似負荷回路17に供給して、昇圧回路15内トランジスタTrのスイッチング動作が高負荷に接続したときの状態に維持された後に負荷回路24に副電池12からの電力を供給する。これにより、電源切り替え時の昇圧回路15からの出力電圧の急激な降下を防止することができ、駆動電源を主電池11から副電池12に切り替えることができる。
なお、実施の形態1では、擬似負荷回路17として抵抗Rを用いたが、これに限定されない。例えば、昇圧回路15に対して負荷が発生する回路であれば何でもよい。
また、実施の形態1では、電子機器の一例として、パーソナルコンピュータを用いて説明したが、これに限定されない。例えばタブレット端末、携帯電話、ムービー、携帯TV(TeleVision)、ポータブルBD(Blu−ray(登録商標) Disc)プレーヤーなどの電池交換可能な電子機器でもよい。
また、実施の形態1では、副電池はパーソナルコンピュータの内部に固設したが、これに限定されない。例えば、主電池と同様に副電池も取り外し可能であってもよい。
本開示は、電池交換可能な電子機器であれば適用可能である。具体的には、タブレット端末、携帯電話、ムービー、携帯TV、ポータブルBDプレーヤーなどに、適用可能である。
1 パーソナルコンピュータ
2 本体
3 ディスプレイ
4 キーボード
5 ポインティングデバイス
7 バッテリロックノブ
8 LED
9 ユーザの指
10 ACアダプタ
11 主電池
12 副電池
13 主電池充電回路
14 副電池充電回路
15 昇圧回路
16 電池残量検出部
17 擬似負荷回路
18,19a,19b,19c,22 スイッチ
20 電力制御部
21 電池取外検出部
23 電源装置
24 負荷回路
30 ディスプレイ制御部
40 CPU
50 通信部
60 記憶部
本開示は、電池によって駆動される電子機器に関し、特に、主電池交換時において、副電池によって連続駆動可能な電源装置を備えた電子機器に関する。
特許文献1では、電池パックの脱着を検出する検出器と、この検出器の検出結果に基づいて電子機器の動作に必要な電力を、電池パックと電子機器に内蔵されたバックアップ電池とで切り替えるように構成された電子機器が開示されている。
特許文献1の電子機器によれば、バックアップ電池の働きによって、ユーザは、データ入力等の端末作業を継続しながら、電池パックを交換することが可能となる。またバックアップ電池の電池残量が僅かになったときにはデータの退避処理が行われるので、電池パックの交換中にデータが消失することを防止できる。
特開2003−101624号公報
本開示は、バックアップ電池が小型の充電池であっても、ユーザが電子機器の操作を中断させることなく電池パックを交換可能な電源装置及びそれを備えた電子機器を提供する。
本開示における電源装置は、電子機器を駆動するための電力を供給する電源装置であって、電子機器の駆動電源として使用される第1の電池と、第1の電池を使用することができないときに、第1の電池の代わりに駆動電源として使用される第2の電池と、第2の電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路に対する負荷である擬似負荷回路と、電子機器から第1の電池が取り外し可能か否かを検出する電池取外検出部と、電子機器の駆動電源を、第1の電池又は第2の電池に切り替える電力制御部と、を備え、電力制御部は、電池取外検出部が第1の電池の取り外し可能と検出すると、昇圧回路を起動するとともに、昇圧回路の出力電力を擬似負荷回路に供給する。
本開示における電源装置及びそれを備えた電子機器は、バックアップ電池が小型の充電池であっても、ユーザが電子機器を連続動作させた状態で電池パックを交換できる。
図1は、実施の形態1におけるパーソナルコンピュータの斜視図である。 図2Aは、は図1のパーソナルコンピュータの裏面の第1の状態を示す平面図である。 図2Bは、図1のパーソナルコンピュータの裏面の第2の状態を示す平面図である。 図2Cは、図1のパーソナルコンピュータの裏面の第3の状態を示す平面図である。 図3は、図1のパーソナルコンピュータの内部構成を示すブロック図である。 図4は、実施の形態1における電池交換の動作を説明するフローチャートである。 図5は、実施の形態1における電池交換時の、時間に対する電圧及び電流の変化を示す時間軸波形図である。
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
(実施の形態1)
以下、図1〜5を用いて、実施の形態1を説明する。
[1.構成]
本実施の形態において、電子機器の一例であるノート型のパーソナルコンピュータ(Laptop Personal Computer)を用いて説明する。図1は、実施の形態1のパーソナルコンピュータの斜視図である。図1は、パーソナルコンピュータ1を開いた状態の外観図であり、パーソナルコンピュータ1は、本体2と、ディスプレイ3と、キーボード4と、ポインティングデバイス5とを備える。
図1において、パーソナルコンピュータ1は、基本動作を司るオペレーションシステムおよび種々の具体的処理を司るアプリケーションソフトウェアに基づいて動作する。これらオペレーションシステムおよびアプリケーションソフトウェアの各機能は、パーソナルコンピュータ1にインストールされたプログラムによって実行される。
本体2は、オペレーションシステムやアプリケーションソフトウェア及び種々のデータ等を記憶する記憶部、及び入出力バッファを有する入出力部を備える。ユーザは、ディスプレイ3に表示される情報に応じて、キーボード4もしくはポインティングデバイス5を用いて各種の入力指示を行うことにより、パーソナルコンピュータ1を操作する。
図2Aは、図1のパーソナルコンピュータ1の裏面の第1の状態を示す平面図であり、図2Bは、図1のパーソナルコンピュータ1の裏面の第2の状態を示す平面図であり、図2Cは、図1のパーソナルコンピュータ1の裏面の第3の状態を示す平面図である。
図2Aにおいて、パーソナルコンピュータ1は、脱着可能な第1の電池である主電池11を備えている。また、パーソナルコンピュータ1は、主電池11の取り外しをロックするバッテリロックノブ7、主電池11の取り外し可否状態を発光色で示すLED8を備えている。LED8は、例えば、緑色に発光した時は、取り外し可能な状態、赤色に発光した時は、取り外し不可能な状態を示す。
図2Bにおいて、パーソナルコンピュータ1は、バッテリロックノブ7が解除されて、主電池11が取り外し可能な状態である。主電池11が取り外し可能な状態になれば、ユーザは主電池11をスライドさせることで本体2から取り外すことができる。
図2Cは、バッテリロックノブ7をユーザの指9によって操作している様子を示している。ユーザはバッテリロックノブ7を図2Cの上から下へのスライド操作によって主電池11の取り外しをロックしている状態から取り外し可能な状態に操作することができる。後述するようにパーソナルコンピュータ1は、バッテリロックノブ7の状態によって、主電池11の脱着状態を検出する。
図3は、図1のパーソナルコンピュータ1の内部構成を示すブロック図である。図3において、電子機器であるパーソナルコンピュータ1は、負荷回路24と、負荷回路24に電力を供給するための電源装置23とを備える。電源装置23は、商用電源からの電力を変換するためのACアダプタ10と、脱着可能な第1の電池である主電池11と、主電池11の交換時に補助的な電源として使用する第2の電池である副電池12と、主電池11の脱着状態を検出する電池取外検出部21とを備える。
パーソナルコンピュータ1は、駆動電源として主電池11を使用する場合、主電池11の電池残量が少なくなり主電池11の電池交換時などに、バックアップ電池として副電池12を使用する。ここで、副電池12の電池容量は、主電池11の電池容量よりも小さくする。従って、副電池12として小型の充電池を用いることができるので、パーソナルコンピュータ1内部での省スペース化を図ることができる。
さらに、電源装置23は、主電池11に接続される主電池充電回路13と、副電池12に接続される副電池充電回路14と、パーソナルコンピュータ1全体の電源供給と電力を制御するEC(Embedded Controller)マイコンである電力制御部20とを備える。また、電源装置23は、副電池12の出力に接続される昇圧回路15と、昇圧回路15の出力に接続され、昇圧回路15に対する負荷である擬似負荷回路17と、主電池11及び副電池12にそれぞれ接続される電池残量検出部16と、電力制御部20により制御されるスイッチ18、19a、19b、19c、22とを備える。
ここで、昇圧回路15は、第1コンデンサC1とコイルLとダイオードDとトランジスタTrと第2コンデンサC2とから構成される一般的な昇圧回路であり、トランジスタTrのゲート電極は電力制御部20に接続される。また、スイッチ18は主電池11と電力制御部20との間に配置される。スイッチ19aは副電池12と昇圧回路15との間に配置される。スイッチ19bは昇圧回路15と擬似負荷回路17との接点と電力制御部20との間に配置される。スイッチ19cは擬似負荷回路17と接地との間に配置され、スイッチ22は副電池充電回路14と副電池12との間に配置される。擬似負荷回路17は、抵抗Rを含む。
なお、本実施の形態では、トランジスタTrのゲート電極は、電力制御部20により制御されるものとしたが、これに限定されない。例えば、昇圧回路15はさらに図示しない集積回路(IC:Integrated Circuit)を備え、この集積回路によってトランジスタTrのゲート電極を制御するようにしてもよい。
また、図3において、主電池11および副電池12の出力は電力制御部20を介して負荷回路24に接続さるものとしたが、これに限定されない。
負荷回路24は、ディスプレイ3の表示を制御するディスプレイ制御部30と、パーソナルコンピュータ1全体の動作制御を司る演算処理プロセッサであるCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)40と、無線通信等の通信ネットワークと接続する通信部50と、CPU40の処理に必要なデータを一時的、または恒久的に保存する記憶部60を備える。ここで、ディスプレイ3は、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイなど任意の表示デバイスで構成される。通信部50が接続する通信ネットワークは、既知の様々なネットワークが含まれる。例えば、無線通信による広域データ通信ネットワークに接続する通信サービスであるWWAN(WirelessWide Area Network)や、無線でデータの送受信を行う構内通信網であるWLAN(Wireless Local Area Network/無線LAN)や、無線通信技術の規格のひとつであるWiMAX(登録商標)(WorldwideInteroperability for Microwave Access)ネットワークや、銅線や光ファイバー等の通信ケーブルで機器を接続し電気や光の送受信によって通信を行う構内通信網である有線LAN(Local Area Network)などを含む。記憶部60には、揮発性メモリや不揮発性メモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、eMMC(embedded Multi Media Card)などが用いられる。
パーソナルコンピュータ1は、自機の駆動電源として、ACアダプタ10と、主電池11と、副電池12とを備える。ここで、ACアダプタ10は、家屋内に備えられた商用電源に接続可能なアダプタであり、商用電源からの交流電圧を所定の直流電圧に変換する。また、主電池11及び副電池12は、充電可能な二次電池であり、例えばリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などの公知の充電池を採用してもよい。
パーソナルコンピュータ1は、ACアダプタ10が商用電源に接続されている場合には、ACアダプタ10を自機の駆動電源とし、ACアダプタ10が商用電源に接続されていない場合には、主電池11を駆動電源とする。副電池12は、主電池11の電池交換時など、主電池11を用いることができないときに、主電池11の代わりに駆動電源として用いられる。パーソナルコンピュータ1は、副電池12を備えることによって、パーソナルコンピュータ1の電源をオンにして入力操作等を継続した状態で、主電池11を電池交換できるホットスワップ可能な構成となっている。
昇圧回路15は、電力制御部20からの制御信号に基づいて、副電池12の出力電圧を、主電池11の出力電圧と略同レベルまで上昇させる。擬似負荷回路17は、昇圧回路15からの出力電流を消費する。すなわち、昇圧回路15の起動時において、昇圧回路15の出力電圧を負荷回路24に供給する前に、まず擬似負荷回路17に電流を供給する。これによって、昇圧回路15内トランジスタTrのスイッチング動作は、昇圧回路15が高負荷に接続されるときの状態となり、その後に、昇圧回路15から負荷回路24に電力が供給される。すなわち、昇圧回路15を起動するとともに、昇圧回路15の出力電圧を負荷回路24に対して供給せずに、先ず擬似負荷回路17に供給する。その後、昇圧回路15の出力電圧を負荷回路24に対して供給する。このような構成にすることにより、負荷回路24は、副電池12から電圧降下を最小限に抑えた電力供給を受けることができる。
なお、昇圧回路15内にトランジスタTrのゲート電極を制御する集積回路を備えた場合には、集積回路によりトランジスタTrのスイッチング動作が制御される。
主電池充電回路13は、ACアダプタ10からの電力を主電池11に供給して、主電池11を充電する。また、副電池充電回路14は、ACアダプタ10または主電池11からの電力を副電池12に供給して、副電池12を充電する。電池残量検出部16は、主電池11及び副電池12の電池残量を検出する。
電力制御部20は、負荷回路24の駆動電源をACアダプタ10、主電池11、副電池12のいずれかから供給するように電源を切り替える。電力制御部20は、電池残量検出部16の出力に基づいて、副電池12の電池残量が所定値以上の場合には副電池12を充電しないようにスイッチ22をオフするように制御するようしてもよい。
電力制御部20は、スイッチ18、19a、19b、19cをオン/オフ制御することによって、負荷回路24に電力を供給する電源を主電池11もしくは副電池12に切り替える。
電池取外検出部21は、バッテリロックノブ7が解除されていれば、主電池11は取り外し可能な状態であると判定し、バッテリロックノブ7がロックされていれば、主電池11は取り外し不可能な状態であると判定する。
なお、電池取外検出部21における主電池11の脱着状態の判定は、バッテリロックノブ7の状態の検出の他、主電池11を覆いパーソナルコンピュータ1内部に格納する電池蓋の開閉状態を、内蔵された磁気スイッチの出力により検出する構成、例えば、電池蓋が開放されていれば、主電池11は取り外し可能な状態であると判定し、電池蓋が閉止されていれば、主電池11は取り外し不可能な状態であると判定する。すなわち、主電池11は、電池蓋で覆われることによりパーソナルコンピュータ1内の本体内部に格納され、電池取外検出部21は、電池蓋の開放を検出すると主電池11を取り外し可能な状態であることを検出してもよい。さらに、電池取外検出部21における主電池11の脱着状態の判定は、主電池11本体の取り外しを、内蔵された磁気スイッチの出力により検出する構成としてもよい。
[2.動作]
以上のように構成されたパーソナルコンピュータ1について、主電池11が交換されるときの電力制御部20の動作を以下に説明する。
図4は、実施の形態1における電池交換の動作を説明するフローチャートである。本実施の形態における電池交換とは、ユーザは、複数の主電池11を保有しており、パーソナルコンピュータ1に格納された主電池11の電池残量が減少すると、この主電池11をパーソナルコンピュータ1から取り出して充電器等で予め充電しておいた別の主電池11と交換するものとする。
(ステップS310)電力制御部20は、電池取外検出部21の出力に基づいて、主電池11の取り外しが検出されたか否かを判定する。上述したように、電池取外検出部21は、バッテリロックノブ7の開閉状態を検出したり、電池蓋の開放を磁気スイッチの出力により検出したりすることなどによって、パーソナルコンピュータ1から主電池11の取り外しが検出されたか否かを判定する。電力制御部20は、主電池11の取り外しが検出された場合、ステップS320へ進む。電力制御部20は、主電池11の取り外しが検出されなかった場合(Noの場合)、ステップS310の処理を繰り返し、待機状態となる。電力制御部20は、この待機状態の間、他のプログラム動作を実行してもよい。
(ステップS320)電力制御部20は、副電池12の電圧が放電可能電圧以上か否かを判定する。電力制御部20は、副電池12の電圧が放電可能電圧未満である場合(Noの場合)、ステップS320の処理を繰り返して待機状態となる。電力制御部20は、副電池12が副電池12の電圧が放電可能電圧以上である場合(Yesの場合)、ステップS330へ進む。
(ステップS330)電力制御部20は、スイッチ19a、19cをオンにし、昇圧回路15及び擬似負荷回路17を動作状態とする。一方でスイッチ18はオンのままで維持し、スイッチ19bをオフのままで維持する。電力制御部20は、電池取外検出部21が主電池11の取り外しが可能であると判定すると、昇圧回路15及び擬似負荷回路17をともに動作するように制御する。すなわち、副電池12の出力電圧は昇圧回路15のトランジスタTrのスイッチング動作により昇圧される。このとき、昇圧回路15が起動した直後においては、負荷回路24に供給される出力電圧は電圧降下が大きい。従って、この負荷回路24に供給される出力電圧の電圧降下を抑えるために、昇圧回路15からの出力電流は擬似負荷回路17に供給される。
負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12に切り替える際、停止状態にある昇圧回路15のトランジスタTrのスイッチングが動作状態となる。このとき、昇圧回路15は、無負荷の状態から起動するので、負荷回路24へ供給すべき負荷電流に対する応答スピードに追従できず、昇圧回路15の出力電圧において急激な電圧降下が発生する。さらに、負荷回路24において高い負荷が発生する場合、例えば、通信部50の通信処理を実施している場合やCPU40の処理を実施している場合、には、この電圧降下の幅が大きくなり、パーソナルコンピュータ1がシャットダウン状態となりユーザがパーソナルコンピュータ1の操作を中断しなければならない。
本実施の形態のパーソナルコンピュータ1において、昇圧回路15を起動させるとともに擬似負荷回路17を起動させることにより、昇圧回路15からの出力電流を負荷回路24ではなく、先ず擬似負荷回路17に供給する。これによって、昇圧回路15内のトランジスタTrのスイッチング動作は、昇圧回路15が高負荷に接続されるときの状態となる。このため、その後に昇圧回路15からの出力電流を負荷回路24に供給しても、負荷回路24へ供給される電圧は電圧降下の小さい状態で維持される。すなわち、負荷回路24は、主電池11交換時においても副電池12から安定した電力を受けることが可能となる。
(ステップS340)電力制御部20は、主電池11の出力電圧、すなわち、図3のノードaの電圧、と昇圧回路15の出力電圧、すなわち、図3のノードbの電圧、との電圧差が所定の電圧差未満になると、スイッチ19bをオンし、負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12に切り替える。電力制御部20は、主電池11の出力電圧と副電池12の出力電圧との電圧差に基づいて、負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12に切り替わるように制御する。
なお、負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12への切り替えは、電力制御部20における主電池11の出力電圧と副電池12の出力電圧との電圧差に基づく以外の方法で切り替えてもよい。
(ステップS350)その後、スイッチ19cをオフし、擬似負荷回路17を停止させて処理を終了する。ここで、スイッチ19cは、オン後、所定の時間経過後にオフしてもよいし、例えば、図3のノードbの電圧などの任意の箇所の電圧が所定の電圧値以上になった後、すなわち昇圧回路15から負荷回路24へ供給している電圧が安定したと判断された後にオフするようにしてもよい。すなわち、電力制御部20は、負荷回路24の駆動電源を主電池11から副電池12に切り替わった後に、擬似負荷回路17を停止するように制御し、昇圧回路15の出力電圧を擬似負荷回路17に供給することを停止させる。
図5は、実施の形態1における電池交換時の時間tに対する電圧(V)及び電流(I)の変化を示す時間軸波形図である。図5において、曲線Aは擬似負荷回路17が接続された場合の負荷回路24に供給される出力電圧であり、曲線Bは擬似負荷回路17が接続されていない場合の負荷回路24に供給される出力電圧である。また、曲線Cは擬似負荷回路17が接続された場合の負荷回路24に供給される出力電流であり、曲線Dは擬似負荷回路17が接続されていない場合の負荷回路24に供給される出力電流である。
図5において、時間Tにおいてスイッチ19bがオンとなって副電池12から負荷回路24に電圧及び電流が供給される。ここで、領域100において、曲線Aの擬似負荷回路17が接続された場合の出力電圧の電圧降下幅は、曲線Bの擬似負荷回路17が接続されない場合の出力電圧の電圧降下幅よりも小さい。従って、昇圧回路15からの出力電流を擬似負荷回路17に供給した後に負荷回路24へ供給した場合は、擬似負荷回路17が接続されない場合に比較すると、昇圧回路15の出力電圧の電圧降下が抑制されていることがわかる。従って、ユーザはパーソナルコンピュータ1を連続動作させた状態で主電池11を交換することが可能となる。
[3.効果等]
以上のように、本実施の形態において、電源装置は、電子機器を駆動するための電力を供給する電源装置であって、電子機器の駆動電源として使用される第1の電池と、第1の電池を使用することができないときに、第1の電池の代わりに駆動電源として使用される第2の電池と、第2の電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、昇圧回路に対する負荷である擬似負荷回路と、電子機器から第1の電池が取り外し可能か否かを検出する電池取外検出部と、電子機器の駆動電源を、第1の電池又は第2の電池に切り替える電力制御部と、を備え、電力制御部は、電池取外検出部が第1の電池の取り外し可能と検出すると、昇圧回路を起動するとともに、昇圧回路の出力電力を擬似負荷回路に供給する。
これにより、駆動電源として主電池11から副電池12に切り替える際に、昇圧回路15からの出力電流を先ず擬似負荷回路17に供給して、昇圧回路15内トランジスタTrのスイッチング動作が高負荷に接続したときの状態に維持された後に負荷回路24に副電池12からの電力を供給する。これにより、電源切り替え時の昇圧回路15からの出力電圧の急激な降下を防止することができ、駆動電源を主電池11から副電池12に切り替えることができる。
なお、実施の形態1では、擬似負荷回路17として抵抗Rを用いたが、これに限定されない。例えば、昇圧回路15に対して負荷が発生する回路であれば何でもよい。
また、実施の形態1では、電子機器の一例として、パーソナルコンピュータを用いて説明したが、これに限定されない。例えばタブレット端末、携帯電話、ムービー、携帯TV(TeleVision)、ポータブルBD(Blu−ray(登録商標) Disc)プレーヤーなどの電池交換可能な電子機器でもよい。
また、実施の形態1では、副電池はパーソナルコンピュータの内部に固設したが、これに限定されない。例えば、主電池と同様に副電池も取り外し可能であってもよい。
本開示は、電池交換可能な電子機器であれば適用可能である。具体的には、タブレット端末、携帯電話、ムービー、携帯TV、ポータブルBDプレーヤーなどに、適用可能である。
1 パーソナルコンピュータ
2 本体
3 ディスプレイ
4 キーボード
5 ポインティングデバイス
7 バッテリロックノブ
8 LED
9 ユーザの指
10 ACアダプタ
11 主電池
12 副電池
13 主電池充電回路
14 副電池充電回路
15 昇圧回路
16 電池残量検出部
17 擬似負荷回路
18,19a,19b,19c,22 スイッチ
20 電力制御部
21 電池取外検出部
23 電源装置
24 負荷回路
30 ディスプレイ制御部
40 CPU
50 通信部
60 記憶部

Claims (7)

  1. 電子機器を駆動するための電力を供給する電源装置であって、
    前記電子機器の駆動電源として使用される第1の電池と、
    前記第1の電池を使用することができないときに、前記第1の電池の代わりに駆動電源として使用される第2の電池と、
    前記第2の電池の出力電圧を昇圧する昇圧回路と、
    前記昇圧回路に対する負荷である擬似負荷回路と、
    前記電子機器から前記第1の電池が取り外し可能か否かを検出する電池取外検出部と、
    前記電子機器の駆動電源を、前記第1の電池又は前記第2の電池に切り替える電力制御部と、を備え、
    前記電力制御部は、前記電池取外検出部が前記第1の電池の取り外し可能と検出すると、前記昇圧回路を起動するとともに、前記昇圧回路の出力電力を前記擬似負荷回路に供給する電源装置。
  2. 前記電子機器は、前記第1の電池の取り外し動作をロックするバッテリロックノブを含み、
    前記電池取外検出部における前記電子機器から前記第1の電池が取り外し可能の検出は、前記バッテリロックノブの解除で検出する、
    請求項1に記載の電源装置。
  3. 前記電力制御部は、前記第1の電池の出力電圧と前記第2の電池の出力電圧との電圧差に基づいて、前記駆動電源を前記第1の電池から前記第2の電池に切り替わるように制御する、
    請求項1に記載の電源装置。
  4. 前記電力制御部は、前記駆動電源を前記第1の電池から前記第2の電池に切り替わった後に、前記昇圧回路の出力電力を前記擬似負荷回路に供給することを停止するように制御する、
    請求項3に記載の電源装置。
  5. 前記第2の電池の電池容量は、前記第1の電池の電池容量よりも小さい、
    請求項1に記載の電源装置。
  6. 請求項1に記載の電源装置を備えた電子機器。
  7. 前記第1の電池の取り外し可否状態を発光色で示すLEDを備える、
    請求項6記載の電子機器。
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