JP2009525723A

JP2009525723A - 携帯機器の電源アダプタ及び蓄電ユニット

Info

Publication number: JP2009525723A
Application number: JP2008553397A
Authority: JP
Inventors: チャン、シャオヤン
Original assignee: フレクストロニクスエーピー，リミテッドライアビリティカンパニー
Priority date: 2006-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: WO2007092376A2; US20070190848A1; US7989981B2; EP1984997A4; JP5841706B2; WO2007092376A3; EP1984997A2

Abstract

電源アダプタ及び蓄電ユニットは、携帯電子機器と、携帯電力モジュールとに同時に電力を供給するよう構成される。幾つかの実施の形態では、携帯電力モジュールは、電源アダプタに統合される。電源アダプタは、電子機器では使用不能な電力が供給され、この電力を使用可能な形に変換し、変換電力の一部を蓄電し、可能であれば、この電力を機器に供給する。

Description

関連出願

本出願は、米国特許法第１１９条第（ｅ）項に基づき、２００６年２月２日に出願された、係属中の米国仮特許出願、発明の名称「携帯機器用の電源アダプタ／バックアップユニット（POWER ADAPTOR/BACKUP UNIT FOR PORTABLE DEVICES）」の優先権を主張する。この特許文献は、引用により本願に援用される。

本発明は、包括的には、携帯可能な、及び電池駆動民生用携帯電子機器用の電源アダプタに関する。

現在、様々な電池駆動民生用電子機器がある。例えば、携帯電話機、デジタルカメラ、ラップトップコンピュータ及びＭＰ３プレーヤがある。この種の製品では、多くの場合、充電可能な２次電池（rechargeable battery）が使用されている。また、使い捨ての１次電池（disposable battery）を使用できる製品もある。

このよう製品の殆どは、ＤＣ電力入力を備え、外部電源アダプタは、同梱されている場合と、別売の場合とがある。ＤＣ電力入力には、適切なＤＣ電圧が供給され、２次電池がある場合は、２次電池を充電し、及び機器を駆動するように構成されている。

このような機器にＤＣ電力を供給するための電源アダプタの構成は周知である。典型的な例としては、一般家庭用のコンセントに接続されて、家庭用のＡＣ電力が供給され、このＡＣ電力を、ＤＣ駆動機器（以下、単にＤＣ機器という。）に適したＤＣ電力に変換して、変換電力をＤＣ機器に供給するＡＣ／ＤＣアダプタがある。他の具体例として、自動車の電源（シガーソケット）から供給される１２ＶのＤＣ電力を、機器に適した電圧のＤＣ電力に変換して、変換電力を機器に供給するＤＣ／ＤＣ変換器も知られている。

実際、２次電池を含む最新の機器の多くは、少なくともＡＣ／ＤＣアダプタが同梱されている。したがって、２次電池の電力が低下すると、コンセントが使用可能な場合、単にＡＣ／ＤＣアダプタのプラグをコンセントに差し込み、ＡＣ／ＤＣアダプタを機器に接続するだけで、機器を容易に駆動し、２次電池を充電することができる。

しかしながら、家庭用又はその他のコンセント及び他の電源は、何時でも使用できるわけではない。この問題を解決するために、様々な携帯電力モジュール（portable power modules：ＰＰＭ）が市販されている。ＰＰＭは、基本的には予備の電池であり、例えば、携帯電話機等のＤＣ駆動機器のＤＣ入力に接続され、放電し、適切な電圧を供給するように設計されている。

ＰＰＭ内の電池には、様々な手法で電力が供給される。幾つかのＰＰＭは、１次電池が装着されており、これらの電力を適切な電圧に変換するように構成されている。他のＰＰＭは、典型的なＤＣ駆動機器と同様に、入力を介してＤＣ電力が供給されるよう構成された、２次電池を備える。所定のＤＣ駆動機器の用のＰＰＭは、通常、アフターサービス市場で販売されるので、ＰＰＭは、そのＤＣ駆動機器用のＡＣ／ＤＣアダプタから電力が供給されて、２次電池を充電するような構成が一般的である。

ここで、このような設計では、所定のＤＣ駆動機器、例えば携帯電話機のユーザは、あらゆる状況で外部電力を確実に使用するためには、専用のＡＣ／ＤＣアダプタと、適切なＰＰＭとの両方を持ち歩かなくてはならない。更に、携帯電話機の２次電池と、ＰＰＭの２次電池との両方を充電するためには、ユーザは、ＡＣ／ＤＣアダプタの出力を２つの機器間で繋ぎ代えなくてはならない。

本発明の好ましい実施の形態では、ＡＣ／ＤＣラインから、又はＤＣ電源、例えば自動車のシガーソケットから電力を供給できる電源アダプタと、電池バックアップモジュールとを１つのユニット内に統合する。本発明が提供する電源アダプタは、携帯電力モジュールと、この電源アダプタに対応する携帯電子機器とを同時に充電することができる。好ましくは、本発明の電源アダプタは、入力電力、内部電池及び携帯電力モジュールのうちの１つを用いて、選択的に動作する電子機器用に設計される。更に、幾つかの実施の形態では、電源アダプタには、電子機器が使用できない他の形で電力が供給される。幾つかの実施の形態では、電源アダプタには、蓄電できない他の形で電力が供給され、電源アダプタは、この電力を蓄電可能な形に変換する。何れの場合も、「蓄電可能」とは、蓄電ユニット又は所定の実施の形態における機器を用いて、蓄電できることを意味する。同様に「使用可能」とは、携帯電子機器又は所定の実施の形態が対象とする機器を駆動及び／又は充電できることを意味する。

例えば、幾つかの実施の形態では、電源アダプタ及び蓄電ユニットは、外部電源から電源電力が、電子機器によって使用不可能な形で供給され、電源電力を入力電力に変換する第１の回路と、入力電力を供給して、電子機器を駆動するパススルー回路と、入力電力を携帯電力モジュールに蓄電する蓄電回路と、携帯電力モジュールからの入力電力を供給して、電子機器を駆動する放電回路とを備える。

幾つかの実施の形態では、携帯機器用の電源アダプタ及び蓄電ユニットを提供する。電源アダプタ及び蓄電ユニットは、電力変換器ユニットと、エネルギ蓄積ユニットと、電力パススルーユニットと、電力出力ユニットと、コントローラユニットとを備える。これらの構成要素には、様々な特定の機能及び構成がある。

例えば、電力変換器ユニットは、外部電源から電力が、携帯機器によって使用不可能な形で選択的に供給され、この電力から、使用可能な電力と蓄電可能な電力とを同時に生成する。エネルギ蓄積ユニットは、電力変換器ユニットに接続され、電力変換器ユニットから蓄電可能な電力が供給され、この電力をエネルギとして蓄積する。電力パススルーユニットは、電力変換器ユニットに接続され、使用可能な電力を携帯機器に流す。電力出力ユニットは、エネルギ蓄積ユニットに接続され、エネルギ蓄積ユニット内のエネルギから使用可能な電力を生成して携帯機器に供給する。コントローラユニットは、電力変換器ユニットからエネルギ蓄積ユニットへの蓄電可能な電力の供給を制御し、電力パススルーユニットを介した携帯機器への使用可能な電力の流れを制御し、エネルギ蓄積ユニットから電力出力ユニットを介した携帯機器へのエネルギの供給を制御する。また、幾つかの実施の形態では、コントローラユニットは、様々なパラメータを監視し、保護機能、例えば温度保護、過電流及び過電圧保護の機能を提供する。

幾つかの実施の形態は、電子機器用の電源アダプタ及びバックアップ電源ユニットを提供する。この電源アダプタ及びバックアップ電源ユニットは、電力変換器と、エネルギ蓄積ユニットと、第１、第２及び第３のスイッチングモジュールと、コントローラとを備える。これらの構成要素には、様々な特定の機能及び構成がある。

幾つかの実施の形態では、電子機器用の電源アダプタ及びバックアップ電源ユニットを提供する。電力変換器は、外部電源から、電子機器によって使用不可能な電力が選択的に供給され、電子機器によって使用可能な変換電力を生成する。エネルギ蓄積ユニットは、電力変換器に第１のスイッチングモジュールを介して接続された入力と、第２のスイッチングモジュールに接続された出力とを有する。第３のスイッチングモジュールは、電力変換器に接続されている。コントローラは、第１、第２及び第３のスイッチングモジュールに接続され、第１、第２及び第３のスイッチングモジュールの動作を制御して、電力変換器からの変換電力を、エネルギ蓄積ユニット及び第３のスイッチングモジュールのうちの１つを介して、当該電源アダプタの及びバックアップ電源ユニットの出力に選択的に供給する。幾つかの実施の形態では、第３のスイッチングモジュールは、パススルースイッチであり、第１のスイッチングモジュールは、充電スイッチであり、第２のスイッチングモジュールは、放電スイッチである。

幾つかの実施の形態では、携帯電子機器用の電源アダプタ及び蓄電ユニットを提供する。電源アダプタ及び蓄電ユニットは、電力変換器ユニットと、蓄積ユニットと、出力ユニットと、コントローラとを備える。これらの構成要素には、様々な特定の機能及び構成がある。

例えば、幾つかの実施の形態において、電力変換器ユニットは、外部電源から電力が、携帯電子機器によって使用不可能な形で選択的に供給され、電力が外部電源から供給されたときに、供給電力から、第１の使用可能な出力電力と蓄電可能な出力電力を生成する。幾つかの実施の形態において、蓄積ユニットは、電力変換器ユニットから蓄電可能な出力電力が供給され、エネルギレベル及び総容量を有し、エネルギレベルが総容量よりも少ない場合は、出力電力をエネルギとして蓄積する。幾つかの実施の形態において、出力ユニットは、蓄積ユニットからエネルギが供給され、供給されたエネルギから第２の使用可能な出力電力を生成する。幾つかの実施の形態において、コントローラは、外部電源から電力変換器に電力が供給されたかを判定し、外部電源から電力が供給されていない場合は、第２の使用可能な出力電力を生成して、第２の使用可能な出力電力を携帯電子機器に供給するように、出力ユニットに指示する。

例えば、幾つかの実施の形態では、電源アダプタ／バックアップユニットは、ＤＣ駆動機器のＤＣ入力に接続され、外部電源として機能する。電源アダプタ／バックアップユニットは、ある使用状態では、電池電力を供給し、他の使用状態では、例えば、家庭用ＡＣ電源又は自動車のシガーソケット等の他の電源からの電力を適切に変換して、ＤＣ駆動機器に供給しながら、同時に、内部電池の充電を行う。これらの実施の形態は、それぞれ、２次電池、充電回路、放電回路、パススルー及び適切な電源管理を確実に行うためのマイクロコントローラを含む。これらの実施の形態のそれぞれにおいて、電源アダプタ／バックアップユニットは、外部電源に接続されて、内部電池の充電を行い、及びパススルーを介してＤＣ駆動機器に変換電力を提供する。このように、これらの実施の形態によって、充電と、ＤＣ駆動機器への変換電力の供給とを同時に行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の広範な実施の形態を説明する。これらの実施の形態における特定の構成要素の説明は、本明細書に開示する構成の等価物を除外するとは解釈されない。

携帯電子機器及び電源モジュール
図４Ａ及び図４Ｂは、一般的な携帯電子機器（以下、単に機器ともいう。）４００と、その電源アダプタ４１０と、携帯電力モジュール（portable power module：ＰＰＭ）４２０とを示している。機器、例えば機器４００は、多くの場合、２つの電源に対応するように出荷される。すなわち、機器４００は、通常、電力入力４０２と、内部電池４０６とを備える。機器４００は、内部電池４０６からの電力又は電力入力４０２に供給される電力によって駆動される。携帯機器は、電力入力に電気的に接続された充電可能な２次電池を備えることが多くなっている。

このような携帯機器は、通常、電源アダプタと共に使用されるように設計されている。例えば、機器４００には、電源アダプタ４１０が接続される。外部電源が利用可能な場合には、電源アダプタ４１０は、外部電力を機器４００で使用可能な形に変換し、変換された電力（以下、変換電力という。）を機器４００の電力入力４０２に供給する。このようにしてユーザは、入力電力で機器４００の内部電池４０６を充電でき、及び／又は機器４００を動作させることができる。

電源アダプタ４１０は、外部電源、この場合、ＡＣコンセントに差し込まれるプラグ４１７を備える。更に、電源アダプタ４１０は、携帯電子機器４００の電力入力４０２に差し込まれる出力端子４１５を備える。図４Ａでは、出力端子４１５は、携帯電子機器４００の電力入力４０２に接続されている。

携帯電子機器と共に使用される様々なバックアップ電源機器が設計されている。例えば、図４Ｂに示すＰＰＭ４２０は、携帯電子機器４００用に設計されている。ＰＰＭ４２０は、一般的な構成として、電力入力４２２と、電力出力端子４２５と、２次電池（図示せず）とを備える。電力入力４２２には、電源アダプタ４１０の出力端子４１５が接続され、電源アダプタ４１０が外部電源に接続されると、電源アダプタ４１０の出力端子４１５から電力が供給されるように構成されている。電力出力端子４２５は、携帯電子機器４００の電力入力４０２に接続されるように構成されている。２次電池が充電された状態で、電力出力端子４２５が電力入力４０２に接続されると、ＰＰＭ４２０は、携帯電子機器４００に電力を供給して、携帯電子機器４００を駆動し、又はその内部電池４０６を充電する。

構造
図１に示す第１の実施の形態では、ＡＣ電源アダプタ／バックアップユニット１００は、入力に接続されたＡＣ／ＤＣ変換器１１０を備える。ＡＣ／ＤＣ変換器１１０は、外部ＡＣ電源に取り外し可能に接続することができる。図１では、ＡＣ電源アダプタ／バックアップユニット１００の入力は、外部ＡＣ電源１００’に取り外し可能に接続されている。ＡＣ／ＤＣ変換器１１０の出力は、パススルー１５０及び充電回路１２０の両方に接続されている。充電回路１２０は、２次電池１２５に接続されており、２次電池１２５は、放電回路として機能するＤＣ／ＤＣ変換器１４０に接続されている。パススルー１５０、充電回路１２０及びＤＣ／ＤＣ変換器１４０は全て、マイクロコントローラ１３０に接続されており、マイクロコントローラ１３０は、２次電池１２５の充電レベルを検出する。パススルー１５０及びＤＣ／ＤＣ変換器１４０は、共に、ＤＣ出力１６０に接続されており、ＤＣ出力１６０は、ＤＣ機器（図示せず）に接続することができる。

図２に示す第２の実施の形態では、ＤＣ電源アダプタ／バックアップユニット２００は、入力に接続された第１のＤＣ／ＤＣ変換器２１０を備える。第１のＤＣ／ＤＣ変換器２１０は、外部ＤＣ電源に取り外し可能に接続することができる。図２では、ＤＣ電源アダプタ／バックアップユニット２００の入力は、外部ＤＣ電源２００’に取り外し可能に接続されている。第１のＤＣ／ＤＣ変換器２１０の出力は、パススルー２５０及び充電回路２２０の両方に接続されている。充電回路２２０は、２次電池２２５に接続されており、２次電池２２５は、放電回路として機能する第２のＤＣ／ＤＣ変換器２４０に接続されている。パススルー２５０、充電回路２２０及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器２４０は全て、マイクロコントローラ２３０に接続されており、２次電池２２５の充電レベルを検出する。パススルー２５０及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器２４０は、共に、ＤＣ出力２６０に接続されており、ＤＣ出力２６０は、ＤＣ機器（図示せず）に接続することができる。

第２の実施の形態は、様々な非専用の電源に適応化された電源コネクタ及び変換器を備えることができる。具体例としては、例えば、ラップトップコンピュータ用の電源等の様々なＡＣ／ＤＣアダプタの出力、太陽電池のＤＣ出力、自動車のシガーソケットのＤＣ出力等がある。

図３に示す第３の実施の形態では、ＡＣ又はＤＣ電源アダプタ／バックアップユニット３００は、第１の入力に接続されたＡＣ／ＤＣ変換器３１０Ａと、第２の入力に接続された第１のＤＣ／ＤＣ変換器３１０Ｂとを備える。第１のＤＣ／ＤＣ変換器３１０Ｂは、外部ＤＣ電源に取り外し可能に接続することができる。更に、ＡＣ／ＤＣ変換器３１０Ａは、外部ＡＣ電源に取り外し可能に接続することができる。図３では、ＡＣ又はＤＣ電源アダプタ／バックアップユニット３００の第１及び第２の入力は、それぞれ外部ＡＣ電源３００Ａ、外部ＤＣ電源３００Ｂに取り外し可能に接続されている。第１のＤＣ／ＤＣ変換器３１０Ｂ及びＡＣ／ＤＣ変換器３１０Ａの出力は、パススルー３５０及び充電回路３２０の両方に接続されている。図３では、変換器３１０Ａ、３１０Ｂは、互いに接続されているが、好ましくは、この接続は、一方から他方に電流が流れないように行われる。

充電回路３２０は、２次電池３２５に接続されており、２次電池３２５は、放電回路として機能する第２のＤＣ／ＤＣ変換器３４０に接続されている。パススルー３５０、充電回路３２０及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器３４０は全て、マイクロコントローラ３３０に接続されており、マイクロコントローラ３３０は、２次電池３２５の充電レベルを検出する。パススルー３５０及び第２のＤＣ／ＤＣ変換器３４０は、共に、ＤＣ出力３６０に接続されており、ＤＣ出力３６０は、ＤＣ機器（図示せず）に接続することができる。

図５Ａは、本発明の他の実施の形態を示している。電源アダプタ及び蓄電ユニット５００は、入力に接続された変換器回路５１０を備える。変換器回路５１０は、外部電源に取り外し可能に接続することができる。図５Ａでは、電源アダプタ及び蓄電ユニット５００の入力は、外部電源５００’に取り外し可能に接続されている。変換器回路５１０の出力は、パススルー５５０及び蓄電インタフェース５２０の両方に接続されている。

蓄電インタフェース５２０は、ＰＰＭ５８０に接続されており、ＰＰＭ５８０を充電するとともに、ＰＰＭ５８０から放電する。更に、蓄電インタフェース５２０は、電源アダプタ及び蓄電ユニット５００の出力を介して携帯機器５９０に接続されている。

ＰＰＭ５８０は、電源アダプタ及び蓄電ユニット５００から電力が供給され、又は携帯機器５９０に電力を供給するために、電源アダプタ及び蓄電ユニット５００に対して放電するように、蓄電インタフェース５２０に選択的に接続することができる。更に、ＰＰＭ５８０は、オプションとして、携帯機器５９０に直接接続して、電力を直接供給することもできる。図５Ａは、携帯機器５９０に電力を供給する電源アダプタ及び蓄電ユニット５００に対応するＰＰＭ５８０を示している。

図６は、本発明の他の種類の実施の形態を示している。電源アダプタ及びバックアップ電源ユニット６００は、入力に接続された変換器回路６１０を備える。変換器回路６１０は、外部電源に取り外し可能に接続することができる。図６では、電源アダプタ及びバックアップ電源ユニット６００の入力は、外部電源６００’に取り外し可能に接続されている。変換器回路６１０の出力は、パススルースイッチ６０２及び蓄電スイッチ６０１の両方に接続されている。

蓄電スイッチ６０１は、蓄電ユニット６２０に接続されており、蓄電ユニット６２０は、放電スイッチ６０３に接続されている。蓄電ユニット６２０は、変換器回路６１０が外部電源６００’に接続され、蓄電スイッチ６０１がオンになると、蓄電スイッチ６０１を介して電力が供給される。蓄電ユニット６２０は、放電スイッチ６０３がオンになるとともに、負荷が存在している場合には、放電スイッチ６０３を介して、負荷に放電する。パススルースイッチ６０２、蓄電スイッチ６０１及び放電スイッチ６０３は全て、コントローラ６３０に接続されており、コントローラ６３０は、各スイッチを切り換えて、電力の供給及び蓄電を制御する。

パススルースイッチ６０２及び放電スイッチ６０３は共に、出力６６０に接続されており、出力６６０は、電子機器（図示せず）に接続することができる。

幾つかの実施の形態では、コントローラ６３０は、変換器回路６１０及び／又は蓄電ユニット６２０に接続されており、動作中の変換器回路６１０及び／又は蓄電ユニット６２０の特性を判定及び／又は制御する。例えば、幾つかの実施の形態では、コントローラ６３０は、蓄電ユニット６２０の充電レベル又はエネルギレベルを判定する。

動作
図１〜図３に示す実施の形態の動作は、高いレベルでは類似しており、同時に説明することができる。したがって、以下では、図１の実施の形態を説明するが、この説明は、適切な構成要素名を読み替えることによって、図２又は図３の実施の形態にも同様に適用することができる。

電源アダプタ／バックアップユニット（以下、単にユニットという。）１００は、充電のみ、充電及び変換、変換のみ、放電を含む幾つかの動作状態がある。これらの状態については、理想的な動作について説明する。実際のユニットは、電子回路に生じる漏洩のために、この理想的な動作に近似した動作を示すこととなる。

充電状態では、ユニット１００は、外部電源、例えば外部ＡＣ電源１００’に接続されており、これによって、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０には電力が供給されている。更に、ユニット１００のＤＣ出力１６０は、機器が電気的に接続されておらず、開回路となっている。マイクロコントローラ１３０は、ＤＣ出力１６０が開回路であることを検出すると、パススルー１５０及びＤＣ／ＤＣ変換器１４０をシャットダウンする。

ＡＣ／ＤＣ変換器１１０に供給された電力は、ＡＣからＤＣに変換され、充電回路１２０に供給される。充電回路１２０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、ＤＣ電力を２次電池１２５に供給して、２次電池１２５を充電する。また、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０は、パススルー１５０にも接続されているが、この２つの構成要素間では、電流は殆ど又は全く流れない。更に、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０をシャットダウンすることによって、２次電池１２５の放電が制限される。マイクロコントローラ１３０は、好ましくは、２次電池１２５が完全に充電されると、充電回路１２０への電力の供給を抑える。

充電及び変換状態では、ユニット１００は、外部電源、例えば外部ＡＣ電源１００’に接続されており、これによって、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０には電力が供給されている。この状態では、ユニット１００のＤＣ出力１６０は、ユニット１００から電力を得るＤＣ駆動機器に電気的に接続されている。マイクロコントローラ１３０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０を介する２次電池１２５の放電を調整して、ＤＣ出力１６０から出力される電圧を適切な値に維持しながら、充電時間が最短となるようにする。

ＡＣ／ＤＣ変換器１１０に供給された電力は、ＡＣからＤＣに変換され、充電回路１２０及びパススルー１５０に供給される。充電回路１２０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、ＤＣ電力を２次電池１２５に供給して、２次電池１２５を充電する。また、パススルー１５０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、変換されたＤＣ電圧を、ＤＣ出力１６０を介してＤＣ駆動機器に供給する。マイクロコントローラ１３０は、好ましくは、２次電池１２５が完全に充電されると、充電回路１２０への電力の供給と、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０を介する放電とを制限する。この時点で、ユニット１００は、変換のみの状態に移行する。

変換のみの状態では、ユニット１００は、外部電源、例えば外部ＡＣ電源１００’に接続されており、これによって、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０には電力が供給されている。この状態では、ユニット１００のＤＣ出力１６０は、外部ＡＣ電源１００’からユニット１００を介して電力を得るＤＣ駆動機器に電気的に接続されている。マイクロコントローラ１３０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０を介する２次電池１２５の放電を制限する。

ＡＣ／ＤＣ変換器１１０に供給された電力は、ＡＣからＤＣに変換され、パススルー１５０に供給される。充電回路１２０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、消費電力を制限する。また、パススルー１５０は、マイクロコントローラ１３０の制御の下に、変換されたＤＣ電圧を、ＤＣ出力１６０を介してＤＣ駆動機器に供給する。ユニット１００が電力をＤＣ駆動機器に供給している最中に、外部ＡＣ電源１００’から切断されると、ユニット１００は、放電状態に移行する。

放電状態では、ユニット１００は、外部電源に接続されておらず、ＡＣ／ＤＣ変換器１１０には、電力が供給されていない。この状態では、ユニット１００のＤＣ出力１６０は、ユニット１００から電力を得るＤＣ駆動機器に電気的に接続されている。マイクロコントローラ１３０は、ＤＣ／ＤＣ変換器１４０を介する２次電池１２５の放電を調整して、ＤＣ出力１６０から出力される電圧を適切な値に維持する。マイクロコントローラ１３０の制御の下に、電力は、２次電池１２５から、ＤＣ／ＤＣ変換器及びＤＣ出力１６０を介して、ＤＣ駆動機器に供給される。

また、図５Ａ及び図５Ｂに示す電源アダプタ及び蓄電ユニット（以下、単にユニットという。）５００も、幾つかの動作状態がある。この動作状態には、蓄電のみ、蓄電及び供給、供給のみ、放電が含まれる。これらの状態については、理想的な動作について説明する。実際のユニットは、電子回路に生じる漏洩のために、この理想的な動作に近似した動作を示すこととなる。

蓄電のみの状態では、ユニット５００は、外部電源、例えば外部電源５００’に接続されており、これによって、変換器回路５１０には電力が供給されている。更に、ユニット５００と携帯機器５９０は、電気的に接続されていないので、パススルー５５０及び蓄電インタフェース５２０は、開回路となっている。蓄電インタフェース５２０の放電素子は、この開回路に起因して、シャットダウンされる。

変換器回路５１０に供給された電力は、変換されて、蓄電インタフェース５２０に供給される。変換電力は、蓄電インタフェース５２０からＰＰＭ５８０に供給され、例えば２次電池を充電することによって、蓄電される。また、変換器回路５１０は、パススルー５５０にも接続されているが、この２つの構成要素間では、電流は殆ど又は全く流れない。更に、放電素子をシャットダウンすることによって、ＰＰＭ５８０から蓄電インタフェース５２０を介する放電が制限される。

蓄電及び供給の状態では、ユニット５００は、外部電源、例えば外部電源５００’に接続されており、これによって、変換器回路５１０には電力が供給されている。この状態では、ユニット５００は、ユニット５００から電力を得る携帯機器５９０に電気的に接続されている。充電時間を最小化するために、蓄電インタフェース５２０の放電素子は、ＰＰＭ５８０に蓄電されている電力を殆ど又は全く使用しない。同時に、変換器回路５１０は、変換電力を、パススルー５５０を介して携帯機器５９０に適切な電圧で供給する。

変換器回路５１０に供給された電力は、変換されて、蓄電インタフェース５２０及びパススルー５５０に供給される。蓄電インタフェース５２０は、変換電力をＰＰＭ５８０に供給し、ここで、変換電力が蓄電される。パススルー５５０は、変換電力を携帯機器５９０に供給する。蓄電インタフェース５２０は、ＰＰＭ５８０が一旦完全に蓄電されると、好ましくは、ＰＰＭ５８０への電力の供給を制限する。この時点で、ユニット５００は、供給のみの状態に移行する。

供給のみの状態では、ユニット５００は、外部電源、例えば外部電源５００’に接続されており、これによって、変換器回路５１０には電力が供給されている。この状態では、ユニット５００は、ユニット５００から電力を得る携帯機器５９０に電気的に接続されている。充電時間を最小化するために、蓄電インタフェース５２０の放電素子は、ＰＰＭ５８０に蓄電されている電力を殆ど又は全く使用しない。同時に、変換器回路５１０は、変換電力を、パススルー５５０を介して携帯機器５９０に適切な電圧で供給する。

変換器回路５１０に供給された電力は、変換されて、蓄電インタフェース５２０及びパススルー５５０に供給される。蓄電インタフェース５２０は、完全に蓄電されたＰＰＭ５８０の消費電力を制限する。パススルー５５０は、変換電力を携帯機器５９０に供給する。ユニット５００が携帯機器５９０に電力を供給している最中に、外部電源５００’から切断されると、ユニット５００は、放電状態に移行する。

放電状態では、ユニット５００は、外部電源に接続されておらず、変換器回路５１０には、電力が供給されない。この状態では、ユニット５００は、ユニット５００から電力を得る携帯機器５９０に電気的に接続されている。蓄電インタフェース５２０は、ＰＰＭ５８０からの放電を調整して、携帯機器５９０に対する電圧を適切な値に維持する。

図５Ｂに示すように、ユニット５００は、ＰＰＭ５８０が携帯機器５９０に直接接続される放電状態の変化形をサポートする。この状態では、ＰＰＭ５８０は、変換器回路５１０及び蓄電インタフェース５２０によって、既に蓄電されている。好ましくは、この変化形をサポートするために、ＰＰＭ５８０は、蓄電インタフェース５２０とのインタフェースから独立した、携帯機器５９０との直接的なインタフェースとして構成可能な放電素子を備える。幾つかの実施の形態では、ＰＰＭ５８０の蓄電インタフェース５２０に対するインタフェースを、携帯機器５９０にも接続できるように構成してもよい。

また、図６に示す電源アダプタ及びバックアップ電源ユニット（以下、単にユニットという。）６００も、幾つかの動作状態がある。この動作状態には、蓄電のみ、蓄電及び供給、供給のみ、放電が含まれる。これらの状態については、理想的な動作について説明する。実際のユニットは、電子回路に生じる漏洩のために、この理想的な動作に近似した動作を示すこととなる。

蓄電のみの状態では、ユニット６００は、外部電源、例えば外部電源６００’に接続されており、これによって、変換器回路６１０には電力が供給されている。更に、ユニット６００は、機器に電気的に接続されていないので、パススルースイッチ６０２及び放電スイッチ６０３は、開回路となっている。この開回路は、好ましくはコントローラ６３０によって検出され、放電スイッチ６０３は、コントローラ６３０によって、シャットダウンされている。コントローラ６３０は、好ましくは、変換器回路６１０から供給される電力を検出して、蓄電スイッチ６０１をオンにする。

変換器回路６１０は、供給された電力を変換し、蓄電スイッチ６０１を介して蓄電ユニット６２０に供給する。蓄電ユニット６２０内において、変換電力は、例えば２次電池を充電することによって、蓄電される。また、変換器回路６１０は、パススルースイッチ６０２にも接続されているが、この２つの構成要素間では、電流は殆ど又は全く流れない。更に、放電スイッチ６０３をシャットダウンすることによって、蓄電ユニット６２０からの放電が制限される。

蓄電及び供給の状態では、ユニット６００は、外部電源、例えば外部電源６００’に接続されており、これによって、変換器回路６１０には電力が供給されている。この状態では、ユニット６００は、ユニット６００から電力を得る携帯機器（図示せず）に電気的に接続されている。充電時間を最小化するために、放電スイッチ６０３はオフにされ、蓄電ユニット６２０に蓄電されている電力は、殆ど又は全く使用されない。同時に、変換器回路６１０は、変換電力を、パススルースイッチ６０２を介して携帯機器に適切な電圧で供給する。

変換器回路６１０に供給された電力は、変換されて、蓄電ユニット６２０及びパススルースイッチ６０２に供給される。変換器回路６１０は、変換電力を蓄電ユニット６２０に供給し、ここで、変換電力が蓄電される。パススルースイッチ６０２は、変換電力を出力６６０に供給する。一旦蓄電ユニット６２０が完全に蓄電されると、好ましくは、コントローラ６３０は、蓄電スイッチ６０１をオフにすることによって、蓄電ユニット６２０への電力の供給を制限する。この時点で、ユニット６００は、供給のみの状態に移行する。

供給のみの状態では、ユニット６００は、外部電源、例えば外部電源６００’に接続されており、これによって、変換器回路６１０には電力が供給されている。この状態では、ユニット６００は、ユニット６００から電力を得る携帯機器（図示せず）に電気的に接続されている。充電時間を最小化するために、放電スイッチ６０３はオフにされ、蓄電ユニット６２０に蓄電されている電力は、殆ど又は全く使用されない。同時に、変換器回路６１０は、変換電力を、パススルースイッチ６０２を介して出力６６０に、機器に適した電圧で供給する。

変換器回路６１０に供給された電力は、変換されて、パススルースイッチ６０２に供給される。コントローラ６３０は、放電スイッチ６０３をオフに切り換えることによって、蓄電ユニット６２０の消費電力を制限する。パススルースイッチ６０２は、変換電力を、出力６６０及びその先の機器に供給する。ユニット６００が機器に電力を供給している最中に、外部電源６００’から切断されると、ユニット６００は、放電状態に移行する。

放電状態では、ユニット６００は、外部電源に接続されておらず、変換器回路６１０には、電力が供給されない。この状態では、ユニット６００は、出力６６０を介して機器に電気的に接続されており、機器は、ユニット６００から電力を得る。コントローラ６３０及び蓄電ユニット６２０は、蓄電ユニット６２０からの放電を調整して、機器に対する電圧を適切な値に維持する。

使用
通常の使用時には、電源アダプタ／バックアップユニットは、非常に頻繁に、上述した様々な状態間を移行する。好ましい実施の形態では、電源アダプタ／バックアップユニットに含まれるマイクロコントローラは、全ての可能な変換を最適に実行し、迅速な２次電池の充電と、有効で一貫性がある電力供給とのバランスをとりながら、電力を管理する。

本発明の構成及び動作の原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施の形態を用いて本発明を説明した。このような特定の実施の形態の説明及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施の形態を変形できることは、当業者にとって明らかである。

ＡＣ／ＤＣ変換及びバックアップ電池電力を提供する本発明の好ましい実施の形態を示す図である。ＤＣ／ＤＣ変換及びバックアップ電池電力を提供する本発明の変形例を示す図である。ＤＣ／ＤＣ変換、ＡＣ／ＤＣ変換及びバックアップ電池電力を提供する本発明の変形例を示す図である。Ａは、典型的な携帯電子機器及び例示的なアダプタを示す図であり、Ｂは、例示的な携帯電力モジュールを示す図である。Ａは、本発明の幾つかの実施の形態に基づく電源アダプタと、携帯電力モジュール及び携帯機器との可能な相互動作を説明する図であり、Ｂは、携帯電力モジュールと、電子機器との可能な相互動作を説明する図である。本発明の幾つかの実施の形態に基づく電源アダプタ及びバックアップ電源ユニットを示す図である。

Claims

入力電力、内部電池及び携帯電力モジュールのうちの１つを用いて選択的に動作する電子機器用の電源アダプタ及び蓄電ユニットにおいて、
ａ．外部電源から電源電力が、上記電子機器によって使用不可能な形で供給され、該電源電力を上記入力電力に変換する第１の回路と、
ｂ．上記入力電力を供給して、上記電子機器を駆動するパススルー回路と、
ｃ．上記入力電力を上記携帯電力モジュールに蓄電する蓄電回路と、
ｄ．上記携帯電力モジュールからの上記入力電力を供給して、上記電子機器を駆動する放電回路とを備える電源アダプタ及び蓄電ユニット。
上記電源電力は、ＡＣ電力であり、上記入力電力は、ＤＣ電力であることを特徴とする請求項１記載の電源アダプタ及び蓄電ユニット。
上記電源電力は、ある電圧のＤＣ電力であり、上記入力電力は、異なる電圧のＤＣ電力であることを特徴とする請求項１記載の電源アダプタ及び蓄電ユニット。
異なる種類の電源電力が、上記電子機器によって使用不可能な形で供給され、該異なる種類の電源電力を上記入力電力に変換する第２の回路を更に備える請求項１記載の電源アダプタ及び蓄電ユニット。
携帯機器用の電源アダプタ及び蓄電ユニットにおいて、
ａ．外部電源から電力が、上記携帯機器によって使用不可能な形で選択的に供給され、該電力から、使用可能な電力と蓄電可能な電力とを同時に生成する電力変換器ユニットと、
ｂ．上記電力変換器ユニットに接続され、該電力変換器ユニットから上記蓄電可能な電力が供給され、該電力をエネルギとして蓄積するエネルギ蓄積ユニットと、
ｃ．上記電力変換器ユニットに接続され、上記使用可能な電力を上記携帯機器に流す電力パススルーユニットと、
ｄ．上記エネルギ蓄積ユニットに接続され、該エネルギ蓄積ユニット内のエネルギから使用可能な電力を生成して上記携帯機器に供給する電力出力ユニットと、
ｅ．上記電力変換器ユニットから上記エネルギ蓄積ユニットへの上記蓄電可能な電力の供給を制御し、上記電力パススルーユニットを介した上記携帯機器への上記使用可能な電力の流れを制御し、上記エネルギ蓄積ユニットから上記電力出力ユニットを介した上記携帯機器への上記エネルギの供給を制御するコントローラユニットとを備える電源アダプタ及び蓄電ユニット。
上記エネルギ蓄積ユニットは、２次電池と、充電回路とを備えることを特徴とする請求項５記載の電源アダプタ及び蓄電ユニット。
上記電力出力ユニットは、放電回路を備えることを特徴とする請求項５記載の電源アダプタ及び蓄電ユニット。
上記電力出力ユニットは、電力変換器を備えることを特徴とする請求項５記載の電源アダプタ及び蓄電ユニット。
携帯電子機器用の電源アダプタ及びバックアップ電源ユニットにおいて、
ａ．外部電源から、上記電子機器によって使用不可能な電力が選択的に供給され、該電子機器によって使用可能な変換電力を生成する電力変換器と、
ｂ．上記電力変換器に第１のスイッチングモジュールを介して接続された入力と、第２のスイッチングモジュールに接続された出力とを有するエネルギ蓄積ユニットと、
ｃ．上記電力変換器に接続された第３のスイッチングモジュールと、
ｄ．上記第１、第２及び第３のスイッチングモジュールに接続され、該第１、第２及び第３のスイッチングモジュールの動作を制御して、上記電力変換器からの変換電力を、上記エネルギ蓄積ユニット及び第３のスイッチングモジュールのうちの１つを介して、当該電源アダプタの及びバックアップ電源ユニットの出力に選択的に供給するコントローラとを備える電源アダプタ及び蓄電ユニット。
携帯電子機器用の電源アダプタ及び蓄電ユニットにおいて、
ａ．外部電源から電力が、上記携帯電子機器によって使用不可能な形で選択的に供給され、電力が該外部電源から供給されたときに、該供給電力から、第１の使用可能な出力電力と蓄電可能な出力電力を生成する電力変換器ユニットと、
ｂ．上記電力変換器ユニットから上記蓄電可能な出力電力が供給され、エネルギレベル及び総容量を有し、該エネルギレベルが該総容量よりも少ない場合は、該出力電力をエネルギとして蓄積する蓄積ユニットと、
ｃ．上記蓄積ユニットからエネルギが供給され、該供給されたエネルギから第２の使用可能な出力電力を生成する出力ユニットと、
ｄ．上記外部電源から上記電力変換器に電力が供給されたかを判定し、該外部電源から電力が供給されていない場合は、上記第２の使用可能な出力電力を生成して、該第２の使用可能な出力電力を上記携帯電子機器に供給するように、上記出力ユニットに指示するコントローラとを備える電源アダプタ及び蓄電ユニット。