JP2003526308A - パワーマネージメントシステム - Google Patents
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Abstract
Description
、本発明は、モジュール式プログラム可能患者治療システムに対するパワーマネ
ージメントシステムの装置及び方法に関する。
ようなセンサを含む患者治療システムは、医療分野では公知である。例えば、E
ggers他に付与された米国特許第5、713、856号は、複数の患者機能
ユニットに取り外し可能に取り付けられたインタフェースユニットで構成される
モジュール式プログラム可能患者治療システムを開示している。このインタフェ
ースユニットは、使用者とシステムとの間のインタフェースを形成するものであ
り、高度なインタフェース機能を有する最新式インタフェースユニット、又は、
低レベルのインタフェース機能を有する基本的なインタフェースユニットのいず
れであってもよい。これらのユニットは、使用者への柔軟性、安全性、及び、費
用有効性を増大させるために相互交換されることもある。各インタフェースユニ
ットは、薬物ライブラリ、薬物注入プロフィール、システム設定値、及び、イベ
ント履歴のような情報をアップロード及びダウンロードするためのインタフェー
スポートを有する。患者機能ユニットがインタフェースユニットに付加されると
、各機能ユニットがインタフェースユニットの電源装置から電流を引き出すため
に所要電力が増大する。
なAC電力に接続されない時に電力を供給する予備電池を有する。一般的に、予
備電池には、電池を交換する必要性及び運転費用を減少させるために、ニッケル
・カドミウム(NiCd)電池のような充電可能電池が含まれる。電池が使用さ
れた後、電池は充電する必要がある。電池の充電には、電源装置から付加的な電
流が引き出され、供給電力の主要な負荷となる可能性がある。
要素の温度が上昇する。Layman他に付与された米国特許第5、712、7
95号は、電池温度をモニタすると共に電池の充電速度を制御して電池の使用年
数を延長する方法を説明している。しかし、この技術は、電源装置の他の重要な
構成要素を考慮していない。 他の電源装置構成要素に対しては、温度が上昇すると、供給することができる
電力の最大量が減少する。従って、電源装置のいくつかの他の構成要素の温度を
モニタすると共に供給される電力量を調節する方法及び装置が必要である。
における選択された構成要素の温度をモニタし、その温度に基づいて供給電力量
を調節するパワーマネージメントシステムを提供することである。 患者治療システムの電源装置において、パワーマネージメントシステムは、オ
フライン・スイッチャの温度をモニタし、オフライン・スイッチャにより供給さ
れる電流量を調節して温度及び電力限界の範囲内でオフライン・スイッチャを作
動させる。
・スイッチャが含まれる。第1の温度センサは、オフライン・スイッチャと熱的
に結合し、第1の感知温度を出力する。電圧センサは、内部電力出力に結合され
、オフライン・スイッチャの感知出力電圧を出力する。電流センサは、内部電力
出力に結合され、オフライン・スイッチャの感知出力電流を出力する。充電器は
、オフライン・スイッチャ及び電池と電気的に結合される。メモリは、パワーマ
ネージメント手順を記憶する。電源装置プロセッサは、パワーマネージメント手
順を実行する。パワーマネージメント手順により、電源装置プロセッサは、感知
出力電圧Vsに感知出力電流Isを乗算することによって内部電力負荷Psを判
断し、第1の感知温度に基づいて電力定格PTEMPを判断する。パワーマネージメ
ント手順により、充電器は、電力定格PTEMP及び内部電力負荷Psに基づいて電
池の充電速度を減少する。
ニットが最新式インタフェースユニットと機械的に結合する。最新式インタフェ
ースユニットは、機能ユニットを電気的に結合するコネクタを有する。最新式イ
ンタフェースユニットには、コネクタを通じて機能ユニットに電力を供給する本
発明の電源装置が含まれる。 本発明の更に別の態様では、患者治療システムにおいて電力を管理する方法が
提供される。
のコンピュータプログラム製品が提供される。このコンピュータプログラム製品
は、コンピュータシステムと共に使用するためのものである。コンピュータプロ
グラム製品は、コンピュータ読取可能記憶媒体及びそれに組み込まれたコンピュ
ータプログラム機構を有する。コンピュータプログラム機構は、パワーマネージ
メント手順及び周期的にパワーマネージメント手順を呼び出す命令を含む。パワ
ーマネージメント手順により、電池は、高い充電速度で充電され、内部電源の温
度が測定され、高速充電速度で内部電源により供給される供給電力が判断され、
第1の温度に対する最大許容電力が判断され、また、電池は、供給電力が最大許
容電力を超える場合には低い充電速度で充電される。
のような電源装置の少なくとも1つの構成要素を温度及び電力限界内で確実に作
動させる。パワーマネージメントシステムは、それが電池の充電速度を調節して
オフライン・スイッチャの過熱及び故障を防ぐために、優先度の高い患者治療機
能ユニットが確実に電力を受け続けるのに役立つ。更に、このパワーマネージメ
ントシステムは、より頑丈な電源装置をもたらす。オフライン・スイッチャを限
度内で運転することにより、電源装置は、オフライン・スイッチャの耐用年数、
従って電源装置の耐用年数を延長する。 本発明の付加的な目的及び特徴は、以下の詳細説明及び特許請求の範囲を図面
と共に検討することにより、更に容易に明らかになるであろう。
、最新式インタフェースユニット100及び少なくとも1つの機能ユニット15
0を含む。最新式インタフェースユニット100は、一般に、患者治療システム
における4つの機能を実行する。即ち、点滴用支柱及びベッドの手すりのような
構造にシステムを物理的に取り付ける機能、システムに電力を供給する機能、シ
ステムと外部装置との間のインタフェースを形成する機能、及び、システムのユ
ーザインタフェースを形成する機能である。最新式インタフェースユニット10
0は、液晶表示器のようなあらゆる種類の表示器であり得る情報表示器102を
有する。表示器102は、準備や手順作動の間に用いられてもよく、データ入力
及び編集を容易にする。また、表示器102を用いて、ポンプである個々の機能
ユニット150に注入される容積(VTBI)及び現在の時刻のような種々の作
動パラメータのほか、他のプロンプト、勧告、及び、アラーム状態を表示しても
よい。最新式インタフェースユニット100は、データ及び指令を入力するため
のハードキー104及びソフトキー106を含む。数値ハードキー104は、数
値データを入力するために用いられ、残りのハードキー104は、ソフトキー1
06と同じく動作指令を入力するために用いられる。
06の機能を定義するために、表示器102の縁に沿って配列されるであろう。
従って、特定のソフトキー106を押すと、ソフトキーに隣接する表示器102
に表示されるオプション、すなわち、輸液パラメータ又はモニタリングパラメー
タの選択を準備することになる。注記したように、いくつかのハードキー104
はまた、特定の動作指令を入力するのに用いられる。例えば、ハードキー108
を押すと、システムは、待機モードから作動モードに変わる。代わりに、ハード
ウェア誤作動時にハードキー108が押された場合、それは、可聴アラームを消
し、最新式インタフェースユニット100への電力を切るために用いることがで
きる。「SILENCE」ハードキー110は、最新式インタフェースユニット
100のオーディオ機能を一時的に無効にするために用いてもよく、一方「OP
TIONS」ハードキー112は、使用者が利用可能なシステム又は機能ユニッ
トオプションにアクセスすることを可能にする。
及び、118を有する。指示器114は、システムが互換性を有する外部コンピ
ュータシステムと通信していることを示すために用いられるであろう。表示器1
16は、最新式インタフェースユニット100が外部電源に結合され、それを用
いて作動していることを示すために用い、表示器118は、最新式インタフェー
スユニット100が内部電源を用いて作動していることを示すために用いられる
であろう。最新式インタフェースユニット100はまた、有効にされると制御の
所定のセットをロックアウトすることになる不正操作防止制御機能(図1には図
示せず)を含んでもよい。
タフェースを含むことが好ましい。通信インタフェース120は、最新式インタ
フェースユニット100の背面に配置される。通信インタフェース120は、P
CMCIAカードを収容する業界標準パーソナルコンピュータメモリカード国際
協会(PCMCIA)スロットであることが好ましいが、当業者は、市販の様々
な通信手段から選択することができるであろう。最新式インタフェースユニット
100の背面にはまた、少なくとも1つのインタフェースポート122が配置さ
れる。インタフェースポート122は、業界標準RS−232ポートであること
が好ましいが、ここでも、当業者は、種々の市販の通信手段から選択することが
できるであろう。本発明の好ましい実施形態では、インタフェース120及び少
なくとも1つのポート122を含むように説明されているが、最新式インタフェ
ースユニット100は、任意の数量及び組み合わせの通信インタフェース及びポ
ートを含んでもよいことは理解されるものとする。
スユニット100から薬物ライブラリ、薬物供給プロフィール、及び、他のシス
テム設定値をダウンロードし、イベント履歴データをアップロードするのに使用
されるであろう。インタフェース120及びポート122はまた、患者モニタリ
ングネットワーク及びナースコールシステムとのインタフェースとして、又は、
バーコード読取装置のような外部機器へのインタフェースとして働いてもよく、
投薬又は患者記録から薬物及び/又は患者情報を入力する手段を形成する。この
ような機能をポート122及びインタフェース120で行うことは、より大きな
機能性及び適応性、費用の節約、及び、入力エラーの減少を有利にもたらすこと
になる。ポート122及びインタフェース120にはまた、「患者制御無痛法(
PCA)」ポート(図1には図示せず)を補ってもよい。PCAポートは、PC
A適用時に患者が薬物投与を要求するのに用いることができる遠隔手持式「投与
要求」ボタンへの接続を提供する。
0と直接接触する機能ユニット150を取り付けるのに使用されるユニットコネ
クタ130及び132が配置される。このようなコネクタ130及び132は、
取り付けられた機能ユニット150を物理的に支持し、最新式インタフェースユ
ニットと機能ユニットとの間の電力及び内部通信の接続を形成する。機能ユニッ
ト150はまた、機能ユニットが患者治療システムと隣り合う方式で結合し得る
ように、いずれかの側にこのようなユニットコネクタを含む。適切なユニットコ
ネクタは、本明細書において引用として援用されている「電気的及び構造的相互
コネクタ」という名称の米国特許第5、601、445号に説明されている。 最後に、最新式インタフェースユニット100は、点滴スタンド又は病院用ベ
ッドのような構造に最新式インタフェースユニット100を取り付ける際に用い
るためその背面にクランプ170を含む。このクランプは、枕元の患者モニタリ
ング又は輸液装置をこのような構造に取り付けるのに適切ないかなるクランプで
あってもよい。
ニット150のみが示されているが、上述のユニットコネクタを任意の順で用い
て、任意の数の機能ユニット150を最新式インタフェースユニット100のい
ずれかの側に結合してもよいことは理解されるものとする。最新式インタフェー
スユニット100に取り付けられる機能ユニットの種類及び数量は、目標とする
種類及び数量の機能ユニットを取り扱う配線及びインタフェースユニットの物理
的及び電気的能力によってのみ制限される。機能ユニット150は、患者の治療
及び患者のモニタリング用のものを含む様々な機能ユニットから選択されるであ
ろう。より詳細には、機能ユニット150は、標準輸液ポンピングユニット、患
者制御無痛法(PCA)ポンプ、シリンジポンプ、パルス・オキシメータ、侵襲
性又は非侵襲性血圧モニタ、心電図計、バーコード読取装置、プリンタ、温度モ
ニタ、RF遠隔計測リンク、流体加温器/IVポンプ、又は、高速IVポンプ(
2000+ミリリットル/時間)であろう。このリストは、単に例証目的のため
であり、当業者が機能ユニット150を他の用途に適応し得ることは理解される
ものとする。
るチャンネル位置指示器155を含む。図1Aの位置指示器155で示されるよ
うに、システムは、実例として4つのチャンネルA、B、C、及び、Dを含むで
あろう。本システムが、4つの機能ユニットを含む場合、機能ユニットは、それ
ぞれ、4つのチャンネル位置A、B、C、及び、Dの1つにあることになり、個
々の機能ユニットの各々の上のチャンネル位置指示器155は、対応するチャン
ネル位置を視覚的に表示することになる。チャンネル位置は、A〜Dで称され、
左側の第1ユニットから始まることが好ましい。各機能ユニットの位置は、相互
に交換してもよいが、チャンネル位置A〜Dは、最新式インタフェースユニット
100に対して同じ位置に留まる。すなわち、例えば、4つの機能ユニットが図
2のように取り付けられた場合、どのユニットが最新式インタフェースユニット
100のすぐ左に配置されるかに関わらず、そこに配置されたユニットは、常に
チャンネル位置Bを表示することになる。機能ユニットは、最新式インタフェー
スユニット100にどの種類の機能ユニットが各チャンネル位置にあるかを教え
る、ある特定の機能特異情報を含んでいる。各機能ユニット150はまた、ユニ
ットの選択を可能にする「SELECT」キー156を有する。
ている。輸液ポンプユニット150Aが位置Aにあり、シリンジポンプ150B
が位置Bにあり、PCAユニット150Cが位置Cにあり、パルス・オキシメー
タ150Dが位置Dにある。各機能ユニットのそれぞれの位置は、機能ユニット
上の指示器155で表示される。4つの機能ユニットを使用中のために、インタ
フェースユニット100の表示器102は、AからDまでを表示している。一実
施形態では、目標とする表示されたチャンネル及び機能ユニットに隣接した適切
なソフトキー106を押すことにより、最新式インタフェースユニット100を
通じて特定の機能又は手順を実行する機能ユニットを選択することが可能であろ
う。しかし、安全性の向上をもたらすために、特定の機能ユニットの選択には、
その機能ユニットを選択するために機能ユニット上に配置された「SELECT
」キー156(図1を参照されたい)を押すことを要するようにシステムが設計
されることが好ましい。この要件により、特に多重薬物注入のために輸液ポンプ
ユニットが用いられる場合、適切な機能ユニットを確実に選択するのに役立つこ
とになる。目標とする機能ユニットが選択されると、インタフェースユニットの
表示器102は、選択した機能ユニットに関するユーザインタフェースとして働
くように構成される。より詳細には、表示器102は、より詳細に以下で説明す
るような機能特異表示及びソフトキーを準備するために、機能特異領域に基づい
て構成される。
ングユニットである。輸液ポンプユニット150Aには、患者への流体供給の制
御及び閉塞又はライン内空気に関する流路モニタリングを含む、このようなポン
プによって実行される種々の機能を制御するシステムが含まれる。輸液ポンプユ
ニット150Aは、2つの表示器を含む。速度表示器154は、ポンプが作動し
ている実際の注入速度を表示するのに用いられるであろう。チャンネルメッセー
ジ表示器152は、情報メッセージ、アラームメッセージ、又は、誤作動メッセ
ージを表示するのに用いてもよい。
あろう。ハードキー156は、上述の通り、使用者が輸液パラメータ入力のため
のチャンネルを選択することを可能にする。ハードキー158は、注入が行われ
ている間、使用者が注入を休止することを可能にする。ハードキー160は、使
用者が先に休止した注入の操作を再開することを可能にし、ハードキー162は
、それを押すとそのチャンネルで行われている注入を停止し、そのチャンネルを
非選択とし、そのチャンネル上の機能ユニットが作動していた唯一の機能ユニッ
トである場合は、システムの電源を切る。 輸液ポンプユニット150Aはまた、実例として、機能ユニットがアラーム状
態又は輸液完了状態にある場合、機能ユニットがその後の開始時間に関してプロ
グラムされているか又は休止されていた場合、又は、機能ユニットが輸液を実行
中の場合に点灯する表示器164を有する。他の機能ユニットには、他の適切な
指示器が含まれてもよい。
ルス・オキシメータ150Dが示されている。図示のように、シリンジポンプ1
50B及びPCAユニット150Cは、それぞれ、輸液ポンプユニット150A
に見られるような一組のハードキー156、158、160、及び、162を含
む。シリンジポンプ150B及びPCAユニット150Cはまた、手動で流体を
注入するために、シリンジ・プッシャ175と共にシリンジ176を含む。PC
Aユニット150Cは、注入される封入された麻薬又は他の物質の保安をもたら
すドアロック178を含む。更に、ポンプ150B、PCAユニット150C、
及び、パルス・オキシメータ150Dは、それぞれ、適切な情報を表示するため
に使用し得る1つ又はそれ以上の表示器及び指示器を含む。
には、図1A〜図1Bに開示した最新式インタフェースユニット100のユニッ
トコネクタ130及び132と同一のユニットコネクタ(図1A〜図1B及び図
2には図示せず)が配置される。上述の通り、機能ユニット150のユニットコ
ネクタは、インタフェースユニット上のコネクタ又は別の機能ユニットからのコ
ネクタのいずれかと嵌合するように設計される。このようにして、多重の機能ユ
ニット150が、最新式インタフェースユニット100の両側に任意の順序で隣
接して結合されるであろう。最新式インタフェースユニット100と機能ユニッ
ト150との間、又は、2つの機能ユニット間にあるこれらのユニットコネクタ
は、ネジ又はボルトとナットの組み合わせのような何らかの機械的手段により永
久的又は半永久的にしてもよいことは理解されるものとする。これには、機能ユ
ニットが意図的でなく又は許可なくシステムから取り外されることを防止する、
又は、医療機関の方針に準拠するという利点がある。
その全内容が引用として援用されている「モジュール式患者治療システム」とい
う名称の米国特許第5、713、856号に説明されている。 図3に示すように、最新式インタフェースユニット100は、最新式インタフ
ェースユニットの一組の構成要素210に対して、及び、ユニットコネクタ13
0及び132を通じて機能ユニットに対してDC電力を供給する電源装置200
を有する。マイクロプロセッサ212及びメモリ214は、使用者からのデータ
及び指令を受信して処理するほか、機能ユニット及びシステム外部の他の装置と
通信してそれらを制御する。メモリ214、及び、以下で検討する患者治療シス
テムの他のメモリは、メモリをシステムから物理的に取り除くことを必要とせず
に消去及び再プログラムすることができる任意の種類のメモリ又は任意の組み合
わせのメモリであり得る。このようなメモリの例には、以下に限定されないが、
電池付きランダムアクセスメモリ(RAM)及び「フラッシュ」電気的消去可能
プログラム可能読取専用メモリ(FLASH EEPROM)が含まれる。最新
式インタフェースユニット100はまた、図1Aに関して上記で検討したように
、表示器102と、ハードキー104(図1A)及びソフトキー106(図1A
)を有するキーボード216とを含む。 コネクタ130及び132はまた、内部通信制御装置222を通じて、マイク
ロプロセッサ212と取り付けられた機能ユニットとの間のデータ及び指令イン
タフェースを形成する。外部通信制御装置224は、RS232インタフェース
ポート及びナースコールライン122を通る指令及びデータの流れを制御する。
な少なくとも1つの構成要素が温度及び電力限界内で確実に作動するのを助ける
パワーマネージメントシステムを有する。このパワーマネージメントシステムは
、電源装置の少なくとも1つの構成要素の温度、及び、その構成要素により供給
されるか又はそれを通って流れる電力量をモニタする。構成要素は、ある温度範
囲に対して最大電力定格を有する。パワーマネージメントシステムは、測定温度
及び測定電力に基づいて構成要素を通って引き出される電力を調節し、構成要素
がその作動可能限界を超えて作動されて故障することを防ぐ。このようにして、
本システムは、優先度の高い患者治療機能ユニットが継続して電力を受け取るこ
とを確実にする。構成要素を限界内で作動させることにより、電源装置は、構成
要素の耐用年数、従って電源装置の耐用年数を延長させる。
ン・スイッチャ232が温度及び電力限界内で作動することを確実にする。オフ
ライン・スイッチャ232は、外部AC電力234を内部DC電力に変換する。
一実施形態では、オフライン・スイッチャ232は、120ボルトACを受け取
り、2.0アンペアで24ボルトDCを供給し、0℃から50℃に及ぶ温度に対
して約50ワットの最大電力出力を有する。例えば、適切なオフライン・スイッ
チャ232は、コンドル・DCパワー・サプライズ・インコーポレーテッド製の
GPM50である。
36がオフライン・スイッチャ232と直列に接続される。ハイサイド電流感知
増幅器238は、感知抵抗236と並列に接続され、感知抵抗236を通って流
れる電流量を測定する。ハイサイド電流感知増幅器238は、測定した電流に比
例する第1の電圧レベルを出力する。第1のアナログ・デジタル変換器(ADC
)240は、第1の電圧レベルを感知電流Isを表すデジタル値に変換する。 第2のアナログ・デジタル変換器(ADC)242は、感知抵抗236の後で
オフライン・スイッチャ232の出力に接続され、感知出力電圧をその感知出力
電圧を表すデジタル電圧レベルVsに変換する。
要素を温度及び電力の限界内で作動させるパワーマネージメント手順250、 ・関連する温度及び電力限界の範囲を記憶する最大電力毎温度(Maximu
m-power-per-temp)表252、 ・タイマ255を用いてパワーマネージメント手順250を周期的に実行させ
る一実施例に用いられる「タイマ有効化」手順254、及び ・(1)オフライン・スイッチャの温度及びそれにより供給される電力量、及
び、(2)電池の温度、の両方に基づいて電池充電速度の調節を調整するために
パワーマネージメント手順の別の実施形態で使用されるハイチャージ・フラグ2
56、 を記憶するメモリ246に接続される。
S87C520マイクロプロセッサであり得る。電源装置プロセッサ244は、
感知電流Isを表すデジタル値とデジタル感知出力電圧Vsとを受信する。以下
に説明するように、パワーマネージメント手順250では、電源装置プロセッサ
244は、感知電流Is及び出力電圧Vsを用いてオフライン・スイッチャ23
2が出力する電力量をモニタする。
58は、オフライン・スイッチャ232と熱的に結合されるように、オフライン
・スイッチャ232に隣接するか又は十分に近く配置される。より詳細には、第
1の温度センサ258は、オフライン・スイッチャ232の周りの周囲温度を測
定する。一実施携帯では、第1の温度センサ258は、オフライン・スイッチャ
232に隣接する。代替実施形態では、第1の温度センサ258は、オフライン
・スイッチャ232から所定の固定距離に配置され、その周囲温度を測定する。
所定の固定距離での周囲温度は、オフライン・スイッチャ232の周囲温度とは
異なり、この温度差は既知である。例えば、第1の温度センサ258は、オフラ
イン・スイッチャ232から約5インチに配置され、従って、測定した周囲温度
は、仮に第1の温度センサ258がオフライン・スイッチャ232に隣接して配
置されたとした場合よりも約15度高い。この例では、パワーマネージメント手
順250は、測定周囲温度からここでは15度である既知の温度差を差し引く。
温度センサは、当業者によって適切に配置されてもよく、温度感知補正は、本明
細書で教示されるように行うことができる。第1の温度センサ258は、25℃
で50キロオームの値を有するサーミスタである。
タル第1感知温度信号TOLSに変換する。好ましくは、リニア・テクノロジー・
インコーポレーテッド製の「LTC1325マイクロプロセッサ制御式電池管理
システム」のような充電器262は、第1の温度センサ258から第1の温度信
号を受信し、ADC260を用いマルチプレクサ264を通じて第1の温度信号
をデジタル値に変換し、デジタル第1感知温度値TOLSを電源装置マイクロプロ
セッサ244に出力する。
フェースユニットが外部電源234から外れるか、外部電力が失われるか、又は
、オフライン・スイッチャ232が故障した場合に、メモリ246及び250(
図3)を含む最新式インタフェースユニット及び機能ユニットに電力を供給する
。 電池温度センサ268は、電池266に隣接するか又は十分近くに配置されて
電池266の温度を測定し、電池温度信号を出力する。電池温度センサ268は
、サーミスタである。アナログ・デジタル変換装置260は、電池温度信号をデ
ジタル電池温度信号に変換する。好ましくは、充電器262はまた、電池温度セ
ンサ268から電池温度信号を受信し、電源装置プロセッサ244にデジタル電
池温度値TBATを出力する。
圧を受け取り、+3.3ボルト、+5.0ボルト、及び、+8.0ボルトを含む
いくつかの電圧レベルを出力する。+3.3及び+5.0ボルトは、システム1
00に供給され、同時に+8.0ボルトは、コネクタ130及び132(図1B
)を通じて機能ユニットに供給される。ダイオード272は、充電のために、オ
フライン・スイッチャ232による電圧出力を電池266に結合する。 電池266に多重充電速度を設けるために、充電速度回路274が充電器26
2の感知入力に接続される。充電器262は、感知入力における平均基準電圧を
プログラム可能内部基準電圧VDACと強制的に等しくする。電池充電電流は、内
部基準電圧VDACを充電速度回路274の感知入力での等価な抵抗で割り算した
ものに等しいことになる。
入力での等価抵抗RSENSEを選択的に変化させる。電源装置プロセッサ244は
、充電速度回路274にハイチャージと呼ばれる信号を出力する。ハイチャージ
信号がデジタルのゼロである時、等価抵抗RSENSEは、電池266が低充電速度
で充電されることになるような抵抗である。ハイチャージ信号がデジタルの1で
ある時、等価抵抗RSENSEは、電池266が高充電速度で充電されることになる
ような抵抗である。
ランジスタ282のゲートに接続される。充電速度回路274は分圧器である。
電池Bat−の負の端子は、第1の直列抵抗284を通じて感知入力に結合され
る。第2の抵抗286は、電池の負の端子と接地との間に接続される。ハイチャ
ージ信号がデジタルのゼロである時、nチャンネルトランジスタ282は不活性
となり、その回路に第3の抵抗288及び第4の抵抗290を含む。
抵抗284、286、288、及び、290の値は、低充電状態で充電器の感知
入力における等価抵抗が約0.12オームであり、充電電流が約1.4アンペア
であるように選択される。ハイチャージ信号がデジタルの1、つまり高である時
、トランジスタ282は活性となり、第3の抵抗288の一端を接地に接続して
感知入力での電圧を実質的に2/3に分割する。高充電速度では、充電電流は約
2アンペアである。
ラフが示されている。オフライン・スイッチャ232が供給すべき電力の最大量
は、第1の感知温度が第1の閾値を超えると減少し、温度に対して直線的に減少
する。本発明においては、パワーマネージメント手順は、電池を充電するのに用
いる電流を調節し、第1の温度が所定の閾値を超える時にオフライン・スイッチ
ャから流れる電力を減少させる。50℃では、利用可能な電力は、温度が70℃
に達するまでは最大値の半分まで直線的に減少する。70℃を超えると、利用可
能電力がゼロまで減少するが、パワーマネージメント手順250は、電力を供給
し続ける。
2(図4)が示されている。代替実施形態では、最大電力毎温度の表252は、
第1の温度センサがオフライン・スイッチャから所定の距離に配置される場合、
測定周囲温度とオフライン・スイッチャ周りの実際の周囲温度との間の温度差を
補償する調節された温度値を記憶する。
マネージメント手順250の流れ図が示されている。段階302では、電源装置
マイクロプロセッサ244(図7)は、ハイチャージ信号を1に設定する(段階
304)ことにより、充電器262(図4)に高充電(ハイチャージ)速度で電
池の充電を開始させる。段階306では、パワーマネージメント手順250は、
第1の温度センサからの第1の感知温度T、及び、オフライン・スイッチャが出
力したシステム電圧Vs及びシステム電流Isを測定する。段階307では、パ
ワーマネージメント手順250は、第1の感知温度Tを調節し、オフライン・ス
イッチャ周りの周囲温度と第1の温度センサ位置での周囲温度との間の既知の温
度差に関して補償する。上述の通り、第1の温度センサは、オフライン・スイッ
チャから所定の距離に配置されてもよい。既知の所定温度差を第1の感知温度T
から差し引いて温度差を補償する。代替実施形態においては、第1の温度センサ
がオフライン・スイッチャ周りの周囲温度を感知する時に、段階307は使用さ
れない。別の代替実施形態では、最大電力毎温度の表の温度値は、温度差を補償
するように調節されており、従って、第1の感知温度Tは調節されない。段階3
08では、パワーマネージメント手順250は、電圧Vsに電流Isを乗算する
ことによりシステム電力Psを計算する。段階310では、パワーマネージメン
ト手順250は、最大電力毎温度(Maximum-power-per-tem
p)表252(図7)から、測定した第1の感知温度Tに関連する最大許容シス
テム電力PTEMPを判断する。段階312においてシステム電力Psが最大許容シ
ステム電力PTEMPよりも少ない場合、処理は段階306で繰り返される。 システム電力Psが最大許容システム電力PTEMPと等しいか又はそれよりも大
きい場合、段階314は、変数VHをVSと等しく設定し、別の変数IHをISと等
しく設定することにより、この高充電状態下にあるシステム電圧及び電流を保存
する。
ーマネージメント手順は、ハイチャージ信号をゼロに設定することにより、充電
器に低充電レベルで電池を充電させ、これによってオフライン・スイッチャから
供給される電流量を減少させる。段階318では、低充電状態からのシステム電
圧及び電流が測定されて、以下のように保存される。即ち、変数VLをVSと等し
く設定し、別の変数ILをISと等しく設定する。測定された電圧及び電流は、患
者治療システムで必要とされる電力量の差を判断してその差を補償するために保
存される。例えば、機能ユニットが追加される場合、必要なシステム電力は増大
することになり、機能ユニットが取り除かれる場合、必要なシステム電力は減少
することになる。段階320では、電源装置が低充電状態になった後、パワーマ
ネージメント手順は、再び、オフライン・スイッチャの第1の感知温度T、シス
テム電圧VS、及び、システム電流ISを測定する。段階321では、パワーマネ
ージメント手順は、段階307に関して上記で説明したように、第1の感知温度
Tを調節する。代替的には、段階307で説明したように、測定された温度は調
節されない。
imum-power-per-temp)の表から、測定された第1の温度Tで
の最大許容電力PTEMPを判断する。段階324では、パワーマネージメント手順
は、高充電に戻るのに必要な電力PREQを以下のように判断する。 PREQ=(VS−VL+VH)*(IS−IL+IH) 段階326では、最大許容電力PTEMPがPHYS+PREQと比較される。最大許容
電力PTEMPがPHYS+PREQと等しいか又はそれよりも小さい場合、パワーマネー
ジメント手順は、段階320で繰り返される。それ以外の場合、パワーマネージ
メント手順は、段階304で高充電状態に戻る。電源装置が小さな電力変動に対
して低充電状態と高充電状態との間で切り換わらないようにヒステリシス値PHY S が加えられることに留意されたい。
)の代替実施形態の流れ図が示されている。この実施形態では、タイマ有効化手
順254(図4)により、パワーマネージメント手順250が所定の間隔、例え
ば毎秒で周期的に実行される。この実施形態では、パワーマネージメント手順2
50は、電池が過熱することを防ぐために、オフライン・スイッチャ232から
供給される電力量の調節と電池充電速度の調節とを調整する。
サ244(図4)は、1の値を有する高充電信号を出力することにより、充電速
度回路270(図4)を高充電速度に構成し、ハイチャージ・フラグを1に設定
し、タイマを有効化してパワーマネージメントシステム手順を呼び出す割込を発
生させる。 割込(段階334)に応答して、段階336では、電源装置プロセッサ244
(図4)が電池の温度を判断する。段階338は、電池温度が限界内であるかど
うかを判断する。限界内でない場合、段階340は、充電速度回路を低充電速度
に構成する。段階342では、ハイチャージ・フラグがゼロに等しく設定され、
段階344は、段階334に進む前に次の割り込みを待つ。
ャージ・フラグが1に等しいかどうかを判断することにより、電池が高充電状態
にあるかどうかを判断する。電池が高充電状態にある場合、段階348では、パ
ワーマネージメント手順250は、オフライン・スイッチャの第1の感知温度T
と、オフライン・スイッチャから供給される電圧VS及び電流ISとを測定する。
段階349では、パワーマネージメント手順250は、図8の段階307に関し
て上記で説明したように、第1の感知温度Tを調節する。代替実施形態では、こ
れも上記で説明したように、第1の感知温度Tは調節されない。段階350では
、パワーマネージメント手順は、電圧VSに電流ISを乗算することによりシステ
ム電力PSを計算する。段階352では、パワーマネージメント手順は、最大電
力毎温度(Maximum-power-per-temp)の表から、測定され
た第1の感知温度Tに関連する最大許容システム電力PTEMPを判断する。
かどうかを判断する。小さい場合は、段階356で、パワーマネージメント手順
を終了し、次の割り込みを待つ。小さくない場合は、電池が高充電速度で充電さ
れているため、段階358で、測定されたシステム電圧VS及び電流ISは、それ
ぞれVH及びIHとして保存される。段階360では、パワーマネージメント手順
は、ゼロの値を有するハイチャージ信号を充電速度回路に出力することにより、
低充電状態を開始する。段階362では、パワーマネージメント手順は、ハイチ
ャージ・フラグをゼロに等しく設定する。段階364では、パワーマネージメン
ト手順は、オフライン・スイッチャから供給される電圧VS及び電流ISを測定す
る。図9Bにおいて、段階366では、パワーマネージメント手順は、測定した
システム電圧VS及び電流ISをそれぞれVL及びILとして保存する。段階368
において、パワーマネージメント手順は、次の割り込みを待つ。
ある場合、パワーマネージメント手順は、高充電状態に切り換えるかどうかを判
断するために一組の段階を実行する。図9Cを参照すると、段階370では、パ
ワーマネージメント手順は、オフライン・スイッチャの第1の感知温度Tと、オ
フライン・スイッチャから供給される電圧VS及び電流ISとを測定する。段階3
72では、パワーマネージメント手順は、図8の段階307に関して上記で説明
したように、測定した第1の感知温度Tを調節する。代替実施形態では、上記で
説明したように、測定した温度Tは調節されない。段階374では、パワーマネ
ージメント手順は、最大電力毎温度(Maximum-power-per-te
mp)の表から、測定した温度に関連する最大許容システム電力PTEMPを判断す
る。段階376では、パワーマネージメント手順は、高充電状態に戻るのに必要
なシステム電力PREQを以下のように計算する。 (VS−VL+VH)*(IS−IL+IH)
ス値PHYSを加えたものを超えるかどうかを判断する。超えない場合は、段階3
80において、充電速度は変更されず、パワーマネージメント手順は次の割り込
みを待つ。超える場合は、段階382において、パワーマネージメント手順は、
値が1のハイチャージ信号を出力することにより高充電状態を開始する。段階3
84では、パワーマネージメント手順は、ハイチャージ・フラグを1に等しく設
定する。段階386では、パワーマネージメント手順は、次の割り込みを待つ。
す流れ図である。充電器は、その状態によって異なる量の熱を発生するため、第
1の感知温度は、充電器の状態によって変化する。充電器の状態には、非充電状
態、低充電状態、及び、高充電状態が含まれる。図10の実施形態では、パワー
マネージメント手順は、充電器の状態により異なる量だけ第1の感知温度Tを調
節する。
形態は、第1の感知温度を調節する段階321(図8)、段階349(図9A)
、及び、段階372(図9C)を含む各段階のいずれにおいて用いてもよい。段
階390では、パワーマネージメント手順250は、電池が少しでも充電されて
いるかどうかを判断する。充電されていない場合、段階392で、パワーマネー
ジメント手順は、第1の所定のオフセットだけ第1の感知温度Tを調節する。第
1の感知温度Tを調節するために、パワーマネージメント手順は、第1の感知温
度Tから第1の所定オフセットを差し引く。一実施形態では、第1の所定オフセ
ットは約5℃に等しい。
るかどうかを判断する。高充電速度でない場合、電池は低充電速度で充電されて
おり、第1の感知温度Tは、段階396において、第2の所定オフセットで調節
される。第1の感知温度Tを調節するために、パワーマネージメント手順は、第
1の感知温度Tから第2の所定オフセットを差し引く。一実施形態では、第2の
所定オフセットは約10℃に等しい。
3の所定オフセットで調節される。第1の感知温度Tを調節するために、パワー
マネージメント手順は、第1の感知温度Tから第3の所定オフセットを差し引く
。一実施形態では、第3の所定オフセットは約15℃に等しい。電池の状態に従
って第1の感知温度を調節することにより、オフライン・スイッチャの温度が更
に正確に推定され、パワーマネージメントシステムの精度は改善される。 本発明の様々な実施形態が説明された。この説明は、限定的ではなく例示的な
ものであることが意図されている。すなわち、当業者には、特許請求の範囲から
逸脱することなく上述の本発明に変更を為し得ることが明らかであろう。
面図である。
ットと図3の回路とに電力を供給する電源装置のブロック図である。
力値を記憶した典型的な表である。
実施形態の流れ図である。
づいて電池の充電速度も調節する、図4の電源装置プロセッサにより実行される
パワーマネージメント手順の代替実施形態の流れ図である。
づいて電池の充電速度も調節する、図4の電源装置プロセッサにより実行される
パワーマネージメント手順の代替実施形態の流れ図である。
づいて電池の充電速度も調節する、図4の電源装置プロセッサにより実行される
パワーマネージメント手順の代替実施形態の流れ図である。
流れ図である。
Claims (32)
- 【請求項1】 外部電力入力及び内部電力出力を有するオフライン・スイッ
チャと、 前記オフライン・スイッチャ近傍の第1の感知温度を表す第1の信号を出力す
る第1の温度センサと、 前記オフライン・スイッチャの感知出力電圧を表す第2の信号Vsを出力する
電圧センサと、 前記オフライン・スイッチャの感知出力電流を表す第3の信号Isを出力する
電流センサと、 電池と、 前記電池をある充電速度で充電するために前記オフライン・スイッチャ及び前
記電池と通信する充電器と、 パワーマネージメント手順を記憶するメモリと、 前記第1、第2、及び、第3の信号に応答して、前記パワーマネージメント手
順により前記電池に対する前記充電速度を変化させるために前記センサと通信す
るプロセッサ手段と、 を含むことを特徴とする、患者治療システムのための電源装置。 - 【請求項2】 前記プロセッサ手段は、 前記第2の信号Vsに前記第3の信号Isを乗算することによる内部電力負荷
Psの判断と、 前記第1の感知温度に基づく電力定格PTEMPの判断と、 を更に実行し、 前記プロセッサ手段は、前記判断した内部電力負荷Psと前記判断した電力定
格PTEMPとに応答して前記充電速度を変化させる、 ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項3】 前記電源装置プロセッサが、前記電池の前記充電速度を示す
充電速度信号を供給し、 その充電速度信号に応答し、前記充電器に結合され、前記電池の前記充電速度
を設定する充電速度回路を更に含む電源装置であって、 前記プロセッサ手段が、前記充電速度信号を用いて前記充電速度を変化させる
、 ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項4】 前記充電速度回路は、分圧器を含むことを特徴とする請求項
3に記載の電源装置。 - 【請求項5】 前記充電速度信号は、前記電池が高充電速度で充電されるか
、又は、低充電速度で充電されるかを示し、 前記充電速度回路は、前記電池の前記充電速度を前記高充電速度又は前記低充
電速度に設定する、 ことを特徴とする請求項3に記載の電源装置。 - 【請求項6】 前記電池と熱的に結合され、感知電池温度を表す第4の信号
を出力する電池温度センサを更に含み、 前記電源装置プロセッサが、前記第4の信号に応答して前記電池の前記充電速
度を調節する、 ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項7】 前記オフライン・スイッチャと電気的に接続し、前記電池と
電気的に接続するシステムDC電源を更に含み、 前記システムDC電源は、一組の電圧を出力する、 ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項8】 前記電流センサは、 前記オフライン・スイッチャと直列に接続された感知抵抗と、 前記感知抵抗に亘って接続され、前記第3の信号をアナログ信号として出力す
るハイサイド電流感知増幅器と、 前記第3の信号をアナログから前記電源装置プロセッサへの入力のためのデジ
タルの第3信号に変換するアナログ・デジタル変換器と、 を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項9】 前記充電器は、前記第1の信号を受信して前記電源装置プロ
セッサにデジタルの第1信号を出力することを特徴とする請求項1に記載の電源
装置。 - 【請求項10】 前記パワーマネージメント手順は、所定の間隔で周期的に
実行されることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項11】 前記プロセッサ手段は、 高充電速度での前記第2の信号及び前記第3の信号をそれぞれVH及びIHとし
て保存し、 前記充電器に前記充電速度を低充電速度まで減少させ、 前記プロセッサ手段は、前記低充電速度にある間に、 感知出力電圧VL及び感知出力電流ILを判断し、 前記第1の信号に基づいて前記電力定格PTEMPを判断し、 前記電力定格PTEMPが、PHYSを所定のヒステリシス値とした時の(((Vs
−VL+VH)*(Is−IL+IH))+PHYS)を超える場合、前記充電器をし
て前記高充電速度に変更させる、 ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項12】 前記第1の温度センサは、前記オフライン・スイッチャか
ら所定の距離に置かれ、 前記第1の感知温度を表す第1の信号は、前記所定距離に基づく温度オフセッ
ト値を含む、 ことを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 - 【請求項13】 前記温度オフセット値は、前記電池の前記充電速度によっ
て判断されることを特徴とする請求項12に記載の電源装置。 - 【請求項14】 少なくとも1つの機能ユニットと、 前記少なくとも1つの機能ユニットに結合され、それと通信するようになって
いる最新式インタフェースユニットと、 を含み、 前記最新式インタフェースユニットが、 外部電力入力及び内部電力出力を有するオフライン・スイッチャと、 第1の感知温度を表す第1の信号を出力する第1の温度センサと、 前記オフライン・スイッチャの感知出力電圧を表す第2の信号Vsを出力する
電圧センサと、 前記オフライン・スイッチャの感知出力電流を表す第3の信号Isを出力する
電流センサと、 電池電圧を供給する電池と、 前記オフライン・スイッチャ及び前記電池と電気的に結合され、前記電池をあ
る充電速度で充電する充電器と、 前記オフライン・スイッチャ及び前記電池と電気的に接続してシステムDC電
力をそれらから交互に受け取り、少なくとも1つの電圧が前記少なくとも1つの
機能ユニットに供給される一組の電圧を発生する、システムDC電力手段と、 パワーマネージメント手順を記憶するメモリと、 前記第1、第2、及び、第3の信号に応答して、前記パワーマネージメント手
順により前記電池の前記充電速度を変化させるために前記センサと通信するプロ
セッサ手段と、 を含むことを特徴とする患者治療システム。 - 【請求項15】 前記プロセッサ手段は、 前記第2の信号に前記第3の信号を乗算することによる内部電力負荷の判断と
、 前記第1の信号に基づく電力定格の判断と、 を更に実行し、 前記プロセッサ手段は、前記判断した内部電力負荷と電力定格とに応答して前
記充電速度を変化させる、 ことを特徴とする請求項14に記載の患者治療システム。 - 【請求項16】 前記プロセッサ手段が充電速度信号を供給し、 その充電速度信号に応答し、前記充電器に結合され、前記電池の前記充電速度
を設定する充電速度回路を更に含む患者治療システムであって、 前記プロセッサ手段が、前記充電速度信号を用いて前記充電速度を変化させる
、 ことを特徴とする請求項14に記載の患者治療システム。 - 【請求項17】 前記充電速度回路は、分圧器を含むことを特徴とする請求
項16に記載の患者治療システム。 - 【請求項18】 前記充電速度信号は、前記電池が高充電速度で充電される
か、又は、低充電速度で充電されるかを示し、 前記充電速度回路は、前記電池の前記充電速度を前記高充電速度又は前記低充
電速度に設定する、 ことを特徴とする請求項16に記載の患者治療システム。 - 【請求項19】 前記電池と熱的に結合され、感知電池温度を表す第4の信
号を出力する電池温度センサを更に含み、 前記プロセッサ手段が、前記第4の信号に応答して前記電池の前記充電速度を
調節する、 ことを特徴とする請求項14に記載の患者治療システム。 - 【請求項20】 前記充電速度が、最初は高充電速度であり、 前記プロセッサ手段は、 前記高充電速度での前記第2の信号Vs及び前記第3の信号IsをそれぞれV H 及びIHとして保存し、 前記充電器に前記充電速度を低充電速度まで減少させ、 前記プロセッサ手段は、前記低充電速度にある間に、 前記感知出力電圧VL及び前記感知出力電流ILを判断し、 前記第1の感知温度に基づいて前記電力定格PTEMPを判断し、 前記電力定格PTEMPが、PHYSを所定のヒステリシス値とした時の(((Vs
−VL+VH)*(Is−IL+IH))+PHYS)を超える場合、前記充電器をし
て前記高充電速度に変更させる、 ことを特徴とする請求項14に記載の患者治療システム。 - 【請求項21】 前記第1の温度センサは、前記オフライン・スイッチャか
ら所定の距離に置かれ、 前記第1の感知温度を表す第1の信号は、前記所定距離に基づく温度オフセッ
ト値を含む、 ことを特徴とする請求項14に記載の患者治療システム。 - 【請求項22】 前記温度オフセット値は、前記電池の前記充電速度によっ
て判断されることを特徴とする請求項21に記載の患者治療システム。 - 【請求項23】 第1の充電速度で電池を充電する段階と、 内部電源の第1の温度を測定する段階と、 前記内部電源からの供給電圧VH及び供給電流IHを測定する段階と、 前記内部電源から前記第1の充電速度で供給された供給電力を判断する段階と
、 前記第1の温度に対する最大許容電力PTEMPを判断する段階と、 前記供給電力が前記最大許容電力PTEMPを超える場合に、前記電池の前記充電
速度を変化させる段階と、 を含むことを特徴とする、患者治療システムにおけるパワーマネージメントの
方法。 - 【請求項24】 前記供給電力を判断する段階は、前記感知出力電圧VSに
前記感知出力電流ISを乗算することにより内部電力負荷Psを判断する段階を
含み、 前記変化させる段階は、前記判断した内部電力負荷Ps及び電力定格PTEMPに
応じて前記充電速度を変化させる、 ことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - 【請求項25】 前記第1の充電速度が、高充電速度であり、 低充電速度での前記内部電源からの供給電圧VL及び供給電流ILを測定して記
憶する段階と、 前記内部電源からの作動用供給電圧Vs及び作動用供給電流ISを測定する段
階と、 前記内部電源の第2の温度を測定する段階と、 前記第2の温度に対する前記最大許容電力PTEMPを判断する段階と、 を更に含む方法であって、 前記最大許容電力PTEMPが、PHYSを所定の電力ヒステリシス値とした時の(
(Vs−VL+VH)*(Is−IL+IH))+PHYSを超える場合、前記変化さ
せる段階が、前記高充電速度で充電することにより前記充電速度を変化させる、 ことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - 【請求項26】 前記第1の温度センサが前記オフライン・スイッチャから
所定距離に置かれている、その所定距離に基づいて前記第1の温度を調節する段
階を更に含むことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - 【請求項27】 前記電池の前記充電速度に基づいて前記第1の温度を調節
する段階を更に含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。 - 【請求項28】 コンピュータシステムと共に使用するためのものであり、 コンピュータ読取可能記憶媒体と、それに組み込まれたコンピュータプログラ
ム機構とを含み、 前記コンピュータプログラム機構は、 第1の充電速度で電池を充電させ、内部電源の第1の温度を測定し、前記第1
の充電速度で前記内部電源から供給される供給電力を判断し、前記第1の温度に
対する最大許容電力を判断し、前記供給電力が前記最大許容電力を超える場合に
前記電池の前記充電速度を変化させるパワーマネージャと、 前記パワーマネージャを周期的に呼び出す命令と、 を含むことを特徴とする、患者治療システムのパワーマネージメントのための
コンピュータプログラム製品。 - 【請求項29】 前記コンピュータプログラム機構は、 電池の電池温度をモニタし、前記電池温度に基づいて前記電池の前記充電速度
を調節させる電池温度マネージャ、 を更に含むことを特徴とする請求項28に記載のコンピュータプログラム製品
。 - 【請求項30】 前記第1の充電速度が、高充電速度であり、 前記パワーマネージャが、 低充電速度での前記内部電源からの供給電圧VL及び供給電流ILを測定して記
憶する命令と、 前記内部電源からの作動用供給電圧Vs及び作動用供給電流ISを測定する命
令と、 前記内部電源の第2の温度を測定する命令と、 前記第2の温度に対する前記最大許容電力PTEMPを判断する命令と、 を更に含み、 前記最大許容電力PTEMPが、PHYSを所定の電力ヒステリシス値とした時の(
(Vs−VL+VH)*(Is−IL+IH))+PHYSを超える場合、前記充電速
度が変えられる、 ことを特徴とする請求項28に記載のコンピュータプログラム製品。 - 【請求項31】 前記第1の温度センサが、前記オフライン・スイッチャか
ら所定の距離に置かれ、 前記パワーマネージャが、前記所定の距離に基づいて前記第1の温度を調節す
る命令を更に含む、 ことを特徴とする請求項28に記載のコンピュータプログラム製品。 - 【請求項32】 前記パワーマネージャは、前記電池の充電速度に基づいて
前記第1の温度を調節する命令を更に含むことを特徴とする請求項31に記載の
コンピュータプログラム製品。
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