JP2005508129A - 二重入力を有するａｃ／ｄｃバッテリ作動電源 - Google Patents

Abstract

ラップトップ・コンピュータや携帯電話のようなユーザー接続機器に連続的な、調整されたＤＣ電圧出力を供給する二重入力を有するバッテリ援用電力コンバータ１０である。電力コンバータ１０は電源回路１２と、再充電可能なバッテリ３６を有するバッテリ・パック１４を備えた別個の取り外し可能な蓄電回路とを備えている。電源１２は一対のそれぞれの出力端子に、極性が反対の一対の調整されたＤＣ出力を供給するように構成されている。好ましくは、これらの出力電圧は２つの外部入力電圧：ＡＣ入力電圧とＤＣ入力電圧から導出される。有利なことに、双方の外部入力電圧が一時的に除去されると、バッテリ・パック１４は有利に代替ＤＣ入力電源として機能し、それによって電源１２はユーザー接続モバイル機器に中断なく同じ調整されたＤＣ出力電圧を供給することができる。その上、いずれかの外部入力電圧が再確立されると、バッテリ・パック１４はバッテリ・パック１４を再充電するために、ノードで自動的に電源１２の出力端子を分岐させる。

Description

【技術分野】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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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