JP2005508129A - 二重入力を有するac/dcバッテリ作動電源 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は一般に電力コンバータの分野に関し、特に携帯式の、二重入力を有するACおよびDCをプログラム可能なDC出力へと変換する電力コンバータに関する。
【背景技術】
【0002】
本出願は、教示内容が参照により本明細書に組み込まれている、2001年12月3日付けで出願された、同一譲受人に譲渡された米国特許出願第10/005,961号の部分継続出願(C−I−P)であり、その優先権を主張するものである。
【0003】
ノートブックPC、PDA、携帯電話などの普及が拡大し続けると共に、これらの機器に給電するためのより低コストでコンパクトな電源の必要性も同様に拡大し続けている。今日では、モバイル機器のほとんどのメーカーが一般に、電源に対する顧客の需要を満たすように、これらのモバイル機器と共に差し込み式電力アダプタを組み入れている。
【0004】
しかし、多様なモバイルまたは携帯式機器に給電するのに必要な異なる電源部品の全てを搭載することに関連するシステム管理上の問題点を解決する電力コンバータが必要である。その上、このような電力コンバータは、外部のAC出力電圧または外部のDC出力電圧のいずれかに応答して、調整されたDC出力電圧を供給することによって、幾つかの異なるモバイル機器への電源の必要性を満たすことを含めることが有利であろう。更に、このような電力コンバータは、外部入力電圧が瞬間的に遮断されると常に、電力コンバータがユーザー接続モバイル機器に一定の遮断されないDC出力電圧を送ることができる蓄電能力を有するであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は別個の2つの外部入力電圧、すなわちAC入力電圧とDC入力電圧から、更に別個の取り外し可能なバッテリ・パックから別個に引き出すことができる一定の、調整されたDC出力電圧を送る電力コンバータとしての技術上の利点を達成する。有利なことには、取り外し可能なバッテリ・パックによって電力コンバータは、各々の外部入力電圧が信頼できないか、または一時的に除去されると常に、調整されたDC電圧を自動的かつ継続的にモバイル機器に送ることができる。加えて、電力コンバータは更に、定常動作中にバッテリ・パックを便利に再充電するために調整されたDC出力電圧の一部を利用する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施形態では、本発明は電源回路と、選択的に取り外し可能な蓄電回路とを備えた電力コンバータである。電源回路は各々が電源回路に供給されるそれぞれのAC入力電圧およびDC入力電圧にフィルタをかけ、フィルタをかけられた一対の出力電圧を供給するように構成された一対の入力フィルタ回路を含んでいる。電源回路はまた、各々がDC電圧出力を与えるDC−DCコンバータおよびAC−ACコンバータを備える。電源は更に、DC−DCコンバータおよびAC―DCコンバータのそれぞれのDC出力に受電可能に結合された(receivingly coupled)共用DC回路をも備えている。共用DC回路はそのそれぞれの出力端子で、極性が反対の2つの調整されたDC出力を供給する。共用DC回路は更に、ユーザーがプログラム可能キーを用いてユーザーのモバイル機器の電圧および電流の仕様に便利に適合するように、調整された出力電圧を選択的にプログラムできるようにも構成されている。
【0007】
取り外し可能なバッテリ・パックは再充電可能なバッテリと、再充電可能なバッテリに充電電流を送る電池充電器と、一対のスイッチとバッテリ・パックの充電機能を制御するためのインバータとを備えたスイッチ回路とを備えている。バッテリ・パックは定常動作中に再充電のために起用通のコネクタ・プラグを介して電源回路の出力端子を分岐させる(tap)ように構成されている。有利なことに、バッテリ・パックは二次DC入力電力源として役立つことができ、各外部入力電圧が一時的に遮断され、または除去された場合でも電力コンバータの電源がユーザー接続機器に継続的に電力を送ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
本発明の利点、および特定の実施形態は当業者には、図面を参照した好適な実施形態の以下の詳細な説明によって理解されよう。
【0009】
本発明は、相互に独立した(mutually exclusive)3つの外部入力電源、すなわちDC入力、AC入力、または別個の取り外し可能なバッテリ・パック14のいずれか1つによって動作可能な多重入力電力コンバータ10である。電力コンバータ10は調整されたDC電圧出力を発生し、これを例えばラップトップ・コンピュータ、携帯電話、またはPDAのような多様なユーザー接続モバイル機器に送ることができる。しかし、外部のAC入力電圧とDC入力電圧の双方が不慮に、または意図的に遮断、または除去されると、遮断されない調整されたDC電圧を送るためにバッテリ・パック14が電力コンバータ12に給電する二次入力電源として機能する。その上、電力コンバータ10は定常動作中もバッテリ・パック14に同じ調整されたDC出力電圧の一部を充電するので、必要ならばバッテリ電力を利用できる。
【0010】
図1には本発明の実施例による、物理的に取り外し可能なバッテリ・パック14が結合されている電源12を備えた二重入力AC/DC電力コンバータ10が示されている。電源12は外部のDC入力電圧およびAC入力電圧をそれぞれ受ける2つの入力端子16および18を含んでいる。DC入力電圧は好適には外部DC電圧である。すなわち、自動車のシガーライター(auto cigarette lighter plug)のプラグ、または定期航空機(airline)のEMPOWER DCプラグのような電源から出る5VDCと15VDCの間の範囲の電圧を有している。同様に、AC入力も好適にはほとんどの家庭やビジネス環境に見られるような電源から出る112 VAC〜230VACの範囲の外部AC電圧である。好適な実施形態では、電源12は出力端子22で、そこで結合されているユーザー接続機器に調整された2つの電圧を送る。
【0011】
一実施形態では、電源12は入力端子16および18に到達した各入力電圧をそれぞれフィルタにかけるための一対のノイズ・フィルタリング回路24および26を含んでいる。電源12は更に、フィルタにかけられたDC電圧を15ボルトDCと24ボルトDCの間の電圧へと上昇させ、その後、これを共用DC回路34に送るDC−DCコンバータ回路30をも含んでいる。同様に、電源12はフィルタにかけられたAC電圧を15ボルトDCと24ボルトDCの間のDC信号へと変換するAC−DCコンバータ回路32を含んでいる。AC−DCコンバータ回路32の出力も共用DC回路34に入力される。端子20および22を経て共用DC回路34を出る電圧は、ユーザーが多様な異なるユーザー接続モバイル機器(単数または複数)に給電するために使用できる調整された一対のDC出力電圧を含んでいる。その上、本発明のユーザーは調整されたDC電圧出力、並びに電流出力の大きさを別個に取り外し可能なプログラミング・キーを用いて制御することができる。共用DC回路34およびプログラミング・キー15についてのより詳細な説明は、教示内容が参照によって本明細書に組み込まれている係争中の米国特許出願第10/005,961号「プログラム可能なDC入力を有する二重入力ACおよびDC電源」を共に参照されたい。
【0012】
電力コンバータ10は更に、コネクタ・プラグ50を用いて電源12をそれぞれのノードN1、N2、N3で分岐させる別個の、取り外し可能なバッテリ・パック14をも備えている。バッテリ・パック14は再充電可能なバッテリ36と、電池充電器(battery charger)38と、第一スイッチ40、第二スイッチ42、およびインバータ・ゲート44を備えたスイッチ回路40とを備えている。
【0013】
本発明を2つの異なる動作モードの1つで動作するように構成してもよい。すなわち、第一に、それぞれの入力端子16および18に供給されるいずれかの入力電圧から入力電力を引き出すことによって、電源12が調整されたDC出力電圧を発生する直接電力モードであり、第二に、電源12が、代替として取り外し可能なバッテリ・パック14のバッテリー36から出される同様に調整されたDC出力電圧を供給するバッテリ・モードである。好適なことに本発明は、双方の外部入力電圧が瞬間的に遮断されたり、電源12から除去されたりすると、自動的にバッテリ・モードで動作する。
【0014】
直接電力モードでは、物理的に取付けられたバッテリ・パック14はノードN3を経て、出力端子22にも給電する電源12に電気的に接続される。バッテリ・パック14は、間にインバータ・ゲート44が結合されていて、各々が最初は図示のように常開位置から動作する第一スイッチ40と第二スイッチ42とを含んでいる。バッテリ・パック14は更に電池充電器38と再充電可能なバッテリ36を含んでいる。
【0015】
動作時には、受電されたDCまたはAC電圧をフィルタ回路24または26のいずれかがそれぞれ検知すると、この回路は線46に電力オン信号を発生し、これがインバータ・ゲート44によって検知される。線46上の電力オン信号は第一スイッチ40をトリガしてこれを閉じるようにする。この同じ電力オン信号46はインバータ・ゲート44によって反転され、かつ第二スイッチ42によって受けられて、これが常開位置に留まるようにされる。第一スイッチ40が閉じられると、ノードN3に供給される調整されたDC電流の一部がスイッチ40によって電池充電器38に送られる。電池充電器38は給電されると充電電流を再充電可能なバッテリ36の正の電極に送ってこれを充電する。更に、第二スイッチ42は常開位置に留まっているので、スイッチ42は再充電可能なバッテリがノードN1に給電することを妨げ、それによって電源12が追加のDC入力電力を受けることが防止される。
【0016】
したがって、直接電力モードでは、本発明は端子22にてモバイル機器に、またバッテリ・パック14に調整されたDC出力電圧を送る。有利なことに、本発明のユーザーにはバッテリ・パック14を充電するために別のバッテリ・パック電池充電器を購入するわずらわしさがない。
【0017】
バッテリ・モードでは、すなわち入力AC電力、または入力DC電力が電源12に供給されない場合は、バッテリ・パック14は自動的に二次DC入力電源として機能する。この場合、電源12によって電力オン信号は線46上でアクティブにされない(not asserted)。したがって、第一スイッチ40は常開位置に留まり、そこでインバータ・ゲート44は第二スイッチ42をトリガして、常開位置から閉位置へと移行させる。その結果、第二スイッチ42は電源12のノードN1を再充電可能なバッテリ36の正の端子へと電気的に結合する。その上、第二スイッチ42が閉じられると、再充電可能なバッテリ36は5ボルトと24ボルトの間のDC電圧をノードN1に送る。ノードN1におけるこの入力バッテリ電圧はDC−DCコンバータ30の入力に給電し、その結果、DC−DCコンバータ30はこれに応答して上昇したDC電圧を発生し、これをDC共用回路34の入力に送る。次に共用DC回路34は5ボルトと24ボルトの間の調整された2つのDC電圧を発生し、これを出力端子20および22を経てこれに接続されたユーザーのモバイル機器に送る。このように、バッテリ・パック14は有利なことに、それぞれの端子16および18における各々の外部入力電圧が一時的に停止され、または遮断された場合でも、電源12に継続的にDC入力電圧を供給する代替のDC入力電源としての役割を果たす。
【0018】
電源12は、外部ACまたはDC入力電圧のいずれかが端子16および18に再確立されると常に、自動的に直接電力モードでの動作に戻る。直接電力モードでの動作に戻る際に、電源12は再び線46上に内部電力オン信号を発生して、第一スイッチ40を閉じ、スイッチ42を開くようにして、電池充電器38が再充電可能なバッテリ36を充電するようにさせる。前述のように、この同じ電力オン信号46はインバータ・ゲート44によって反転されて、第二スイッチ42が常開位置にあるようにされる。それによって再充電可能なバッテリ36の正の端子はノードN1から有功に遮断され、それによって、バッテリ電力が電源12に送られることが有功に停止される。
【0019】
好適なことに、スイッチ40と42との間に結合されているインバータ・ゲート44によって、各スイッチが確実に他のスイッチとは逆の状態で動作するようにされる。すなわち、インバータ・ゲート44は、電源12が3つの外部電源の全てから同時に入力電力を受けることが確実にないように、バッテリ・パック14を適切に作動停止させる。
【0020】
代替実施形態では、電池充電器38は再充電可能なバッテリ36の双方の化学特性と適合して、バッテリ・パック14が複数個の積み重ねた再充電可能なバッテリ52および54を含むことができるような特性を有している。図2に示すように、これらの追加の再充電可能なバッテリを電源12に付加的な蓄電容量を備えるように有利に構成してもよい。
【0021】
本出願の多くの革新的な教示内容は現時点で好適な実施形態を特に参照して説明される。しかし、この種類の実施形態は多くの有利な用途、および革新的な教示内容の2,3の例に過ぎないことを理解されたい。一般に、本出願の明細書でなされる記述は必ずしも特許請求されているいずれかの発明の範囲を限定するものではない。更に、ある記述はある発明的特徴に当てはまるが、別の発明的特徴に当てはまらないこともある。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の実施例による取り外し可能なバッテリ・パックを結合したAC/DC入力電力コンバータを示した図面である。
【図2】取り外し可能なバック(detachable back)が複数個の積み重ね可能なバッテリを含むAC/DC入力電力コンバータを示した図面である。
Claims (20)
- 電力コンバータであって、
調整されたDC出力電圧を供給し、かつ第一の回路と第二の回路とを有していて、該第一の回路と第二の回路のそれぞれでAC入力電圧およびDC入力電圧を受け、かつこれに応答して第一ノードでDC出力電圧を供給する電源回路と、
該電源回路に選択的に結合され、二次DC入力電圧を蓄積する蓄電回路とを備え、該蓄電回路は、前記AC電圧およびDC電圧が一時的に除去されると常に、前記二次DC入力電圧を前記電源回路に送る電力コンバータ。 - 前記蓄電回路は電池充電器と、再充電可能なバッテリとを含み、前記電池充電器は前記電源回路の第一ノードに結合され、前記調整されたDC出力電圧の一部を利用して、前記再充電可能なバッテリを充電する請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記蓄電回路は、各入力電圧が前記電源回路に供給されないと常に、前記で電源回路にエネルギを供給する請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記蓄電回路は更に第一スイッチと第二スイッチとを有し、前記電池充電器は前記第一スイッチおよび第二スイッチに応答して、前記再充電可能なバッテリを充電する請求項2に記載の電力コンバータ。
- 前記再充電可能なバッテリは前記電源回路により前記第二スイッチが閉じられ、また前記第一スイッチが開かれるとそれに応答して、前記回路の1つにDC電圧を供給する請求項4に記載の電力コンバータ。
- 前記蓄電回路はインバータ・ゲートを含み、該インバータ・ゲートは前記第一スイッチおよび前記第二スイッチに結合され、これらを制御する請求項5に記載の電力コンバータ。
- 前記第一回路はAC−DCコンバータを備え、該AC−DCコンバータは15VDCと24VD Cとの間のDC出力電圧を供給するように構成されている請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記第二回路はDC−DCブースト・コンバータを備え、該DC−DCブースト・コンバータは15VDCと24VD Cとの間のDC出力電圧を供給するように構成されている請求項7に記載の電力コンバータ。
- 第三回路を更に備え、該第三回路は前記第一回路と第二回路の前記出力電圧に応答して、取り外し可能なプログラミング・キーに応じて、プログラム可能なDC出力電圧をノードに供給する請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記蓄電回路は再充電可能なバッテリを有するバッテリ・バックを備え、前記電源回路は前記再充電可能なバッテリから充電電圧を受けるとそれに応答して、前記調整されたDC出力電圧を供給する請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記電源回路は共通のコネクタを介して複数の異なるノードで前記蓄電回路に結合される請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記電源回路は5VDCと24VDCとの間の調整された一対のDC出力電圧を供給するように構成されている請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記電源回路は、前記AC入力電圧およびDC入力電圧のいずれかが前記第一回路および第二回路に供給されると常に、直接電力モードで動作するように構成されている請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記電源回路は、前記AC入力およびAC入力が前記第一回路および第二回路によって検知されないと常に、バッテリ・モードで動作するように構成されている請求項1に記載の電力コンバータ。
- 前記蓄電回路は積み重ねられた複数個のバッテリを組み込むように構成されている請求項1に記載の電力コンバータ。
- 電力コンバータの動作方法であって、
AC入力電圧またはDC入力電圧に応答して、電力コンバータを使用してDC出力電圧を発生するステップと、
前記AC入力電圧またはDC入力電圧が前記電力コンバータから除去されると常に、これにバックアップDC入力電圧を送り、かつそれに応答して前記DC出力電圧を発生するステップとを含む方法。 - 再充電可能なバッテリを含む蓄電装置は前記バックアップDC入力電圧を供給する請求項16に記載の方法。
- 前記AC入力電圧またはDC入力電圧のいずれかが前記電力コンバータに供給されると、前記再充電可能なバッテリを再充電するために前記DC出力の一部が前記蓄電回路に供給される請求項17に記載の方法。
- 前記電力コンバータはAC−DCコンバータおよびDC−DCコンバータを含む請求項17に記載の方法。
- 前記取り付けステップは更に、共通コネクタを使用して複数個のノードで前記電力コンバータを分岐させるステップを含む請求項16に記載の方法。
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