JP2012137341A - 電子機器、及び同電子機器における蓄電器静電容量検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電器の端子電圧が安定しない状態でも、当該端子電圧を一時的に安定させることにより、当該蓄電器の静電容量を高精度に検出できるようにする。
【解決手段】実施形態によれば、電子機器は、蓄電器と、電源デバイスと、放電手段と、静電容量検出手段とを具備する。蓄電器はバックアップ電源である。電源デバイスは蓄電器を充電する。放電器は蓄電器を放電する。静電容量検出手段は、電源デバイスの動作時間を制御することにより蓄電器の端子電圧を一定時間一定レベルに維持する。静電容量検出手段は、この一定時間後に放電手段による放電を開始させることにより、放電の過渡応答特性に基づき、蓄電器の静電容量を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、蓄電器を備えた電子機器、及び同電子機器における蓄電器静電容量検出方法に関する。

近年、ソリッドステートディスクドライブ（ＳＳＤ）のような電子機器として、バックアップ電源を備えた電子機器が出現している。このバックアップ電源には、一般に、キャパシタ（例えば電気二重層コンデンサ）のような蓄電器が用いられる。

蓄電器の劣化は当該蓄電器の静電容量の変化として現れる。そこで蓄電器の急速な劣化を予知するために、当該蓄電器の静電容量を検出することが知られている。また、蓄電器の静電容量を検出（または測定）するのに、蓄電器に蓄えられた電荷を放電した際の過渡応答特性を利用することも知られている。

バックアップ電源に蓄電器を備えた近年の電子機器は、蓄電器の劣化の原因となる過充電を防止するために、当該蓄電器を間欠的に充電する間欠充電制御機能を備えている。

特開平８−９４６８４号公報

充電直後の状態、或いは蓄電器が間欠的に充電される状態では、蓄電器に印加される電圧、つまり蓄電器の端子電圧は一定でない。このような状態では、蓄電器の静電容量が飽和していないため、過渡応答特性を利用して当該静電容量を高精度に検出することは難しい。

本発明の目的は、蓄電器の端子電圧が安定しない状態でも、当該蓄電器の静電容量を高精度に検出できる、蓄電器を備えた電子機器、及び同電子機器における蓄電器静電容量検出方法を提供することである。

実施形態によれば、電子機器は、蓄電器と、電源デバイスと、放電手段と、静電容量検出手段とを具備する。前記蓄電器はバックアップ電源である。前記電源デバイスは前記蓄電器を充電する。前記放電器は前記蓄電器を放電する。前記静電容量検出手段は、前記電源デバイスの動作時間を制御することにより前記蓄電器の端子電圧を一定時間一定レベルに維持する。前記静電容量検出手段は、この一定時間後に前記放電手段による放電を開始させることにより、前記放電の過渡応答特性に基づき、前記蓄電器の静電容量を検出する。

第１の実施形態に係る電子機器の主要な構成を示すブロック図。 キャパシタの静電容量の検出時及び検出前後における当該キャパシタの端子電圧の時間に対する関係を示す電圧波形図。 キャパシタを充電する際の充電電流の時間に対する関係と当該キャパシタの端子電圧の時間に対する関係とをそれぞれ示す波形図。 図３に示すように充電電流及び端子電圧が変化する場合に、キャパシタの静電容量が時間の経過に応じて安定する様子を示す図。 キャパシタの過渡応答時における当該キャパシタの端子電圧の時間に対する関係を示す波形図。 第２の実施形態に係る電子機器の主要な構成を示すブロック図。 第２の実施形態で適用される、キャパシタの静電容量の検出手順を示すフローチャート。 第３の実施形態に係る電子機器の主要な構成を示すブロック図。

以下、実施の形態につき図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態に係る電子機器の主要な構成を示すブロック図である。第１の実施形態において、図１に示す電子機器はＳＳＤであるものとする。しかし、図１に示す電子機器が、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）であってもよく、更にはＳＳＤまたはＨＤＤのようなストレージ装置とは異なる電子機器であってもよい。

図１に示す電子機器は、キャパシタ１１、電源デバイス１２、放電部１３及びコントロールユニット１４を備えている。
キャパシタ１１は、図１に示す電子機器のバックアップ電源として用いられる蓄電器である。キャパシタ１１は、例えば電気二重層コンデンサである。しかし、キャパシタ１１が電気二重層コンデンサである必要はない。

電源デバイス１２は動作可能状態において、キャパシタ１１を充電する。電源デバイス１２は、コントロールユニット１４からのイネーブル信号１２０が入力されるイネーブル端子ＥＮを備えている。電源デバイス１２は、イネーブル信号１２０がアサートされている時間、動作可能状態に設定される。電源デバイス１２は、例えば定電圧・定電流（Constant Voltage Constant Current）電源デバイス（ＣＶＣＣ）である。電源デバイス１２は、充電の初期段階では定電流制御によりキャパシタ１１に定電流Ｉｃを供給する。キャパシタ１１が一定時間以上十分に充電されると、当該キャパシタ１１の端子電圧Ｖは定電圧ＶＨに到達する。この状態で電源デバイス１２は、定電圧制御に移行する。定電圧ＶＨを第１の電圧ＶＨまたは電圧ＶＨと称する。

放電部１３は、キャパシタ１１の静電容量を検出する際に用いられ、当該キャパシタ１１を放電する。つまり放電部１３は、キャパシタ１１に蓄積されている電荷を放電する。放電部１３は、抵抗１３１及びスイッチ１３２から構成される。抵抗１３１及びスイッチ１３２は、キャパシタ１１の一端１１１に直列接続されている。抵抗１３１の抵抗値Ｒは既知である。スイッチ１３２は、コントロールユニット１４内の後述する放電制御部１５１からの制御信号１３０に応じてオン／オフ（閉／開）される。スイッチ１３２は、例えばＦＥＴスイッチである。しかし、スイッチ１３２がＦＥＴスイッチである必要はない。

コントロールユニット１４は、電子機器内の各部を制御する。コントロールユニット１４は、静電容量検出部１５及び間欠充電制御部１６を備えている。静電容量検出部１５は、キャパシタ１１の静電容量Ｃを検出する。静電容量検出部１５は、放電制御部１５１、電圧検出部１５２、タイマ１５３及び静電容量計算部１５４を備えている。

放電制御部１５１は、キャパシタ１１の静電容量を検出する際に、放電部１３を（より詳細には放電部１３内のスイッチ１３２を）オン状態に設定することにより、放電部１３によるキャパシタ１１の放電を開始させる。放電部１３（より詳細には放電部１３内のスイッチ１３２）は、放電制御部１５１によって制御信号１３０がアサートされている時間、オン状態に設定される。放電制御部１５１は、キャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＬＨ（第２の電圧）以上となった時点から一定時間Ｔｈｏｌｄが経過した場合に、制御信号１３０をアサートする。電圧ＶＬＨは、電圧ＶＨ（第１の電圧）よりも低く、次に述べる電圧ＶＬ（第３の電圧）よりも高い。つまり、ＶＬ＜ＶＬＨ＜ＶＨである。より詳細に述べるならば、本実施形態において電圧ＶＬＨの検出は、端子電圧Ｖが電圧ＶＨに到達して当該電圧ＶＨに維持されることを事前に検出するために行われる。このため、電圧ＶＬＨは電圧ＶＨよりも一定値ΔＶだけ低く、電圧ＶＬよりも高い値に設定される。つまりＶＬ＜ＶＬＨ（＝ＶＨ−ΔＶ）＜ＶＨである。

放電制御部１５１はまた、制御信号１３０をアサートしている状態で、キャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＬ以下となった場合に、当該制御信号１３０をデアサートする。第１の実施形態において放電制御部１５１は、例えばプログラムメモリに格納されている制御プログラム（以下、ファームウェアと称する）をマイクロプロセッサが読み取って実行することにより実現される機能モジュール（つまり、ソフトウェアモジュール）であるものとする。しかし放電制御部１５１がハードウェアモジュールで構成されていても構わない。

電圧検出部１５２は、第１の電圧検出部１５２ａ及び第２の電圧検出部１５２ｂを備えている。第１の電圧検出部１５２ａはキャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＬＨ以上となったことを検出する。第１の実施形態において第１の電圧検出部１５２ａはハードウェアモジュールであり、例えば、端子電圧Ｖを基準の電圧としての電圧ＶＬＨと比較する比較器である。第２の電圧検出部１５２ｂはキャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＬ以下になったことを検出する。第１の実施形態において第２の電圧検出部１５２ｂはハードウェアモジュールであり、例えば、端子電圧Ｖを基準の電圧としての電圧ＶＬと比較する比較器である。しかし、第１の電圧検出部１５２ａ及び第２の電圧検出部１５２ｂが、ソフトウェアモジュールによって構成されていても構わない。

タイマ１５３は、キャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＬＨ以上となったことが検出された時点から一定時間Ｔｈｏｌｄを計測する。タイマ１５３はまた、制御信号１３０がアサートされている時間Ｔcを計測する。つまりタイマ１５３は、一定時間Ｔｈｏｌｄを計測し終えた時点からキャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＬ以下となったことが検出される時点までの時間Ｔcをも計測する。第１の実施形態においてタイマ１５３は、ハードウェアタイマである。しかし、タイマ１５３がソフトウェアタイマであっても構わない。

静電容量計算部１５４は、計測された時間Ｔcに基づいて、キャパシタ１１の静電容量Ｃを算出（検出）する。第１の実施形態において静電容量計算部１５４はソフトウェアモジュールである。しかし静電容量計算部１５４がハードウェアモジュールであっても構わない。

間欠充電制御部１６は、キャパシタ１１を間欠的に充電するための周知の間欠充電制御機能を有している。間欠充電制御部１６は、間欠充電モードに設定されている場合、動作可能状態となる。間欠充電制御部１６による間欠充電制御により、キャパシタ１１の劣化の原因となる過充電を防止して当該キャパシタ１１の寿命を延ばすことが可能となる。第１の実施形態において間欠充電制御部１６は、周知のシュミットトリガから構成されるハードウェアモジュールである。しかし間欠充電制御部１６がソフトウェアモジュールであっても構わない。

次に、第１の実施形態の動作について、キャパシタ１１の静電容量Ｃを検出する場合を例に、図２を参照して説明する。図２は、キャパシタ１１の静電容量Ｃの検出時及び検出前後における当該キャパシタ１１の端子電圧Ｖの時間に対する関係を示す電圧波形図である。

まず、静電容量検出部１５の放電制御部１５１が、時点ｔ0において、イネーブル信号１２０をアサートし、且つ制御信号１３０をデアサートし、且つ間欠充電モードをオフ状態に設定したものとする。電源デバイス１２はイネーブル信号１２０がアサートされることにより、動作可能状態（オン状態）に設定される。これにより電源デバイス１２は、電子機器の主電源（図示せず）によって印加される電源電圧ＶＣＣに基づき動作する。より具体的には、電源デバイス１２は、キャパシタ１１の状態（つまり負荷状態）に応じて、予め設定された電圧値・電流値の範囲内で当該キャパシタ１１を充電するための定電圧・定電流電源として動作する。電源デバイス１２は、充電の初期は、キャパシタ１１に定電流Ｉｃを供給する。これによりキャパシタ１１の端子電圧Ｖは図２に示すように上昇する。

やがて、端子電圧Ｖが時点ｔ1で電圧ＶＬＨに到達したものとする。すると第１の電圧検出部１５２ａは、端子電圧ＶがＶＬＨ以上となったことを検出する。タイマ１５３は、端子電圧ＶがＶＬＨ以上となったことが検出された時点ｔ1から一定時間Ｔｈｏｌｄを計測する。この一定時間Ｔｈｏｌｄの間にも、電源デバイス１２の定電流制御により端子電圧Ｖは上昇する。このとき、間欠充電制御部１６は間欠充電モードに設定されていないため、間欠充電制御の不可状態（または停止状態）にある。つまり、キャパシタ１１を対象とする間欠充電制御が抑止されている。したがって、キャパシタ１１の端子電圧Ｖは、例えば時点ｔ4で電圧ＶＨに到達すると、電源デバイス１２の定電圧制御により当該電圧ＶＨに維持される。

一定時間Ｔｈｏｌｄは、端子電圧Ｖが電圧ＶＨに維持されるのに十分な時間に設定されている。一定時間Ｔｈｏｌｄの初期に、端子電圧Ｖは電圧ＶＬＨから電圧ＶＨまで上昇する。しかし、一定時間Ｔｈｏｌｄの残りの期間は端子電圧Ｖは電圧ＶＨに維持される。つまり一定時間Ｔｈｏｌｄにおいて、端子電圧Ｖは電圧ＶＨに維持されることが保証される。そこで、この一定時間Ｔｈｏｌｄにおける端子電圧Ｖの状態を、一定レベルに維持されている状態と表現する。また、この一定時間Ｔｈｏｌｄの間にキャパシタ１１を充電する操作を、事前充電（より詳細には、キャパシタ１１の静電容量Ｃを検出するための事前充電）と称する。

図３は、キャパシタ１１を充電する際の充電電流Ｉの時間ｔに対する関係と当該キャパシタ１１の端子電圧Ｖの時間ｔに対する関係とをそれぞれ示す波形図である。図３から明らかなように、端子電圧Ｖが上昇する充電初期の期間（ｔ0からｔ4までの期間）は、電源デバイス１２の定電圧・定電流電源としての機能により定電流制御が行われる。このため、充電電流Ｉは一定であり、定電流Ｉｃに等しい。端子電圧Ｖが時点ｔ4で所定の定電圧である電圧ＶＨに達すると、電源デバイス１２は、定電圧制御に移行する。

しかし定電圧制御に移行した時間ｔ4の直後は、図３において楕円枠３１で示すように、充電電流Ｉは、緩やかに低下する。その理由は、電源デバイス１２の定電圧・定電流電源としての機能により、端子電圧Ｖは一定（ＶＨ）であるが、キャパシタ１１の静電容量Ｃが緩やかに上昇しているためである。定電圧制御に移行した後には、静電容量Ｃと電流Ｉの関係は後述するように、ｄＶ／ｄｔ＝０とした式（１０）に従う。定電圧制御に移行した後は、静電容量Ｃは時間ｔの経過と共に緩やかに一定値に落ち着く。充電電流Ｉ及び端子電圧Ｖが図３に示すように変化する場合に、静電容量Ｃが時間ｔの経過に応じて安定する様子を図４に示す。

このように、キャパシタ１１の静電容量Ｃが安定するまでには多少の時間がかかる。もし、静電容量Ｃが安定しない状態でキャパシタ１１を放電させて、過渡応答特性を利用して当該静電容量Ｃを検出した場合、後述するように当該静電容量Ｃを正確に検出することは難しい。そこで放電制御部１５１は、キャパシタ１１を放電させる前に、キャパシタ１１の静電容量Ｃが安定するように、つまりキャパシタ１１の端子電圧Ｖが一定電圧（ＶＨ）に安定するように、事前充電を十分に実施する。なお、図２及び図３の例では、時点ｔ0における端子電圧Ｖは０である。しかし、時点ｔ0における端子電圧Ｖが必ずしも０であるとは限らない。

さて、タイマ１５３が図２に示す時点ｔ2（ｔ2＞ｔ4）において時間Ｔｈｏｌｄを計測し終えたとする。この時点ｔ2において放電制御部１５１は、イネーブル信号１２０をデアサートし、且つ制御信号１３０アサートする。これにより放電部１３のスイッチ１３２がオンする。するとキャパシタ１１に蓄積されていた電荷が、放電部１３の抵抗１３１を介して放電される。つまりキャパシタ１１から抵抗１３１に電流Ｉが流れる。タイマ１５３は、時点ｔ2から再び時間計測を開始する。

キャパシタ１１が放電されると、当該キャパシタ１１の端子電圧Ｖは図２に示すように低下する。やがて、端子電圧Ｖが時点ｔ3で電圧ＶＬに到達したものとする。すると第２の電圧検出部１５２ｂは、端子電圧ＶがＶＬ以下となったことを検出する。タイマ１５３は、時点ｔ2から時点ｔ3（つまり端子電圧ＶがＶＬ以下となったことが検出された時点ｔ3）までの時間Ｔｃを計測する。

静電容量計算部１５４は、計測された時間Ｔｃに基づいて、キャパシタ１１の静電容量Ｃを計算する。以下、静電容量計算部１５４による静電容量Ｃの計算について、詳細に説明する。

まず、キャパシタ１１が十分に充電されている状態における、当該キャパシタ１１の端子電圧ＶがＶ₀であるものとする。この状態で、放電部１３を介してキャパシタ１１を放電させると、キャパシタ１１の端子電圧Ｖは、過渡応答を表す次式（１）
Ｖ＝Ｖ₀ｅｘｐ（−ｔ／ＲＣ） （１）
に従って低下する。ここで、Ｖ₀は、放電開始時のキャパシタ１１の端子電圧Ｖ、つまり過渡応答における電圧Ｖの初期値である。Ｒは抵抗１３１の抵抗値、Ｃはキャパシタ１１の静電容量Ｃである。また、ｔは放電開始時からの経過時間（つまり過渡応答時間）である。図５は、このような過渡応答時における端子電圧の時間に対する関係を示す波形図である。

式（１）から明らかなように、当該式（１）に従って、キャパシタ１１の静電容量Ｃを算出することができる。第１の実施形態では、静電容量計算部１５４は、放電開始時ｔ2から端子電圧ＶがＶＬ以下となった時点ｔ3までの時間Ｔｃに基づいて、式（１）に従って静電容量Ｃを算出する。この場合静電容量計算部１５４は、式（１）におけるＶ0（電圧初期値），Ｖ（静電容量検出時の電圧）及びｔ（過渡応答時間）として、それぞれＶＨ，ＶＬ及びＴｃを用いる。

つまり静電容量計算部１５４は、次式（２）
ＶＬ＝ＶＨｅｘｐ（−Ｔｃ／ＲＣ） （２）
に従って静電容量Ｃを算出する。式（２）から、静電容量Ｃは次式（３）
Ｃ＝−Ｔｃ／Ｒ（１／ｌｎ（ＶＬ／ＶＨ）） （３）
で表される。

式（３）から明らかなように、静電容量検出部１６は、計測された時間Ｔcと、放電部１３の抵抗１３１の抵抗値Ｒと、電圧ＶＨと、電圧ＶＬとに基づいて、静電容量Ｃを算出する。ここで、時間Ｔc以外の要素、即ちＲ、ＶＨ及びＶＬは、既知である。静電容量検出部１５は、静電容量計算部１５４によって算出された静電容量Ｃに基づき、キャパシタ１１の寿命を判定することができる。

ここで、第１の実施形態と異なって、例えば端子電圧Ｖが電圧ＶＨに到達した図２に示す時点ｔ4でキャパシタ１１を放電させて、静電容量Ｃを算出するものとする。この場合、以下に述べるように、静電容量Ｃを正確に検出することは難しい。

まず、ある時点ｔにおけるキャパシタ１１の電荷Ｑ（ｔ）、静電容量Ｃ（ｔ）及び端子電圧Ｖ（ｔ）の間には、次式（４）
Ｑ（ｔ）＝Ｃ（ｔ）Ｖ（ｔ） （４）
のような関係がある。式（３）の両辺をｔで微分すると、次式（５）
ｄＱ（ｔ）／ｄｔ＝Ｃ（ｔ）∂Ｖ（ｔ）／∂ｔ
＋Ｖ（ｔ）∂Ｃ（ｔ）／∂ｔ （５）
が得られる。

図２に示す時点ｔ0から時点ｔ1の間では、式（５）の右辺の第２項の寄与は小さい。したがって、式（５）は、次式（６）
ｄＱ（ｔ）／ｄｔ＝Ｃ（ｔ）ｄＶ（ｔ）／ｄｔ （６）
のように近似される。

次に、図２に示す時点ｔ4から時点ｔ2の間では、電圧Ｖはほぼ一定である。このため、時点ｔにおいてキャパシタ１１に供給される電流をＩ（ｔ）とするならば、式（５）は、次式（７）
ｄＱ（ｔ）／ｄｔ＝Ｖ（ｔ）ｄＣ（ｔ）／ｄｔ
＝Ｉ（ｔ） （７）
のように近似される。式（７）を変形すると、次式（８）
ｄＣ（ｔ）／ｄｔ＝Ｉ（ｔ）／Ｖ（ｔ） （８）
が得られる。

式（８）の両辺を、時点ｔ4から時点ｔ2の期間で、次式（９）
∫_t4-t2｛ｄＣ（ｔ）／ｄｔ｝＝∫_t4-t2｛Ｉ（ｔ）／Ｖ（ｔ）｝ （９）
のように積分する。ここで、∫_t4-t2｛ｄＣ（ｔ）／ｄｔ｝は、ｄＣ（ｔ）／ｄｔを時点ｔ4から時点ｔ2まで積分することを示す。∫_t4-t2｛Ｉ（ｔ）／Ｖ（ｔ）｝は、Ｉ（ｔ）／Ｖ（ｔ）を時点ｔ4から時点ｔ2まで積分することを示す。

式（９）から、キャパシタ１１の、時点ｔ2における静電容量Ｃ（ｔ2）と時点ｔ4における静電容量Ｃ（ｔ4）との差分ΔＣは、次式（１０）
ΔＣ＝Ｃ（ｔ2）−Ｃ（ｔ4）
＝∫_t4-t2Ｉ（ｔ）／Ｖ
＝｛Ｑ（ｔ2）−Ｑ（ｔ4）｝／Ｖ （１０）
のように表される。

この式（１０）からも明らかなように、キャパシタ１１の静電容量Ｃは、当該静電容量Ｃを検出するタイミングによって異なる。このため、静電容量Ｃが安定する（飽和する）状態で当該静電容量Ｃを検出するとよい。図４の例では、静電容量Ｃは、時点ｔ4と時点ｔ2との間の時点ｔ5以降で飽和している。つまり、静電容量Ｃは、少なくとも時点ｔ2では確実に飽和している。その理由は、前述したように時点ｔ4以降でキャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＨに維持（つまり安定状態に維持）されているためである。

そこで第１の実施形態では放電制御部１５１は、過渡応答を利用した静電容量Ｃの検出のために、当該静電容量Ｃが確実に飽和している時点ｔ2においてキャパシタ１１の放電を開始している。これにより、静電容量Ｃを正確に検出することが可能となる。これに対し、例えば時点ｔ4においてキャパシタ１１の放電を開始したならば、静電容量Ｃを正確に検出することは難しい。また、静電容量Ｃを検出する際に、第１の実施形態と異なって、間欠充電制御部１６によりキャパシタ１１を対象とする間欠充電制御が実施されているものとする。この場合も、静電容量Ｃは変化する。したがって間欠充電制御の期間に静電容量Ｃを正確に検出することは難しい。

第１の実施形態によれば、例えば電源投入直後の静電容量Ｃの検出精度が、従来技術と比較して約１０％高まる。これにより静電容量Ｃの検出結果に対する信頼度が上がり、静電容量Ｃが異常であると判定するのに用いられる基準値（閾値）の下限を上げることができる。例えば、累積動作時間が７万時間で静電容量Ｃが初期値の７０％に低下するキャパシタのサンプルで、この初期値の７０％を寿命であると判定する際の閾値とするものとする。この場合、従来技術では、２．３万時間で寿命であると判定しなければならない。これに対して第１の実施形態によれば、静電容量Ｃの検出精度が１０％高まることから、寿命であるとの判定を４．６万時間まで延ばすことができる。

さて、放電制御部１５１は、端子電圧Ｖが電圧ＶＬ以下になると、制御信号１３０をデアサートし、且つ間欠充電モードをオン状態に設定する。これにより間欠充電制御部１６はキャパシタ１１を間欠的に充電するための間欠充電制御を開始する。第１の実施形態では、間欠充電制御部１６はキャパシタ１１の端子電圧Ｖが第２の閾値電圧以下になると、例えば静電容量検出部１５を介してイネーブル信号１２０をアサートする。第１の実施形態において、第２の閾値電圧は、上記ＶＬである。しかし第２の閾値電圧が、ＶＬよりも低くても構わない。なお、放電制御部１５１から出力されるイネーブル信号及び間欠充電制御部１６から出力されるイネーブル信号をオアするオアゲートを備え、当該オアゲートの出力信号をイネーブル信号１２０として用いてもよい。

やがて、端子電圧Ｖが第２の閾値電圧より高い第１の閾値電圧以上になると、間欠充電制御部１６はイネーブル信号１２０をデアサートする。第１の実施形態において、第１の閾値電圧はＶＨである。イネーブル信号１２０がデアサートされると、端子電圧Ｖは、図２に示すように、キャパシタ１１の自己放電により徐々に下降する。もし、このような状態で、例えば図２に示す時点ｔ10において、キャパシタ１１の静電容量Ｃを再度測定する必要があるものとする。この場合、放電制御部１５１は、時点ｔ10において、イネーブル信号１２０をアサートし、且つ制御信号１３０をデアサートし、且つ間欠充電モードをオフ状態に設定する。

その後、時点ｔ11において端子電圧Ｖが再び電圧ＶＬＨ以上になると、タイマ１５３は時間Ｔｈｏｌｄを計測する。この時間Ｔｈｏｌｄの間に、端子電圧Ｖは電圧ＶＨに到達し、当該電圧ＶＨに維持される。タイマ１５３が図２に示す時点ｔ12において時間Ｔｈｏｌｄを計測し終えると、放電制御部１５１は、イネーブル信号１２０をデアサートし、且つ制御信号１３０アサートする。これによりキャパシタ１１の放電が再び開始される。

やがて、端子電圧Ｖが時点ｔ13で電圧ＶＬに到達したものとする。すると静電容量計算部１５４は、時点ｔ12から時点ｔ13までの時間Ｔｃ′に基づいて、キャパシタ１１の静電容量Ｃを計算する。時間Ｔｃ′は、前述の時間Ｔｃに相当する。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。
図６は第２の実施形態に係る電子機器の主要な構成を示すブロック図である。図６において、図１と等価な要素には同一符号を付してある。

図６に示す電子機器が、図１に示す電子機器と相違する点は、コントロールユニット１４に代えて、コントロールユニット１４Ａが用いられている点にある。コントロールユニット１４Ａは、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１４１とソフトウェアモジュール集合１４２とを備えている。アナログ／デジタル変換器１４１は、キャパシタ１１の端子電圧Ｖをデジタル化する。

ソフトウェアモジュール集合１４２は、静電容量検出部１５及び間欠充電制御部１６を備えている。図６では省略されているが、静電容量検出部１５は、図１に示される放電制御部１５１、電圧検出部１５２、タイマ１５３及び静電容量計算部１５４を備えている。但し、第２の実施形態では、放電制御部１５１及び静電容量計算部１５４だけでなく、電圧検出部１５２もソフトウェアモジュールである。またタイマ１５３は、ソフトウェアタイマ（つまりソフトウェアモジュール）である。第２の実施形態では更に、間欠充電制御部１６もソフトウェアモジュールである。なお、間欠充電制御部１６が、第１の実施形態と同様に、ハードウェアモジュールであっても構わない。

次に、第２の実施形態の動作について、キャパシタ１１の静電容量Ｃを検出する場合を例に、図２及び図７を参照して説明する。図７は、キャパシタ１１の静電容量Ｃの検出手順を示すフローチャートである。

まず、静電容量検出部１５が、キャパシタ１１の静電容量Ｃを検出するために、時点ｔ0において放電制御部１５１（図１参照）として機能したものとする。この場合、静電容量検出部１５は、時点ｔ0において、イネーブル信号１２０をアサートし、且つ制御信号１３０をデアサートし、且つ間欠充電制御部１６をオフ状態に設定する（ステップ７０１）。つまり静電容量検出部１５は、電源デバイス１２をオン状態に、放電部１３を非放電状態（放電オフ状態）に、そして間欠充電モードをオフ状態に、それぞれ設定する。

次に静電容量検出部１５は電圧検出部１５２（図１参照）として機能して、キャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＬＨ以上であるか（Ｖ≧ＶＬＨ）を例えば定期的に判定する（ステップ７０２）。もし、Ｖ≧ＶＬＨであるならば（ステップ７０２のＹｅｓ）、静電容量検出部１５は、タイマ１５３（図１参照）として機能して、Ｖ≧ＶＬＨが判定（検出）された時点ｔ1からの時間Ｔを計測する。

次に放電制御部１５１は、計測された時間Ｔが一定時間Ｔｈｏｌｄ以上となったか（Ｔ≧Ｔｈｏｌｄ）を例えば定期的に判定する（ステップ７０３）。ここでは、図２に示すように、時点ｔ2においてＴ≧Ｔｈｏｌｄとなったものとする（ステップ７０３のＹｅｓ）。この場合、静電容量検出部１５は再び放電制御部１５１として機能して、時点ｔ2において、イネーブル信号１２０をデアサートし、且つ制御信号１３０をアサートする（ステップ７０４）。つまり静電容量検出部１５は、電源デバイス１２をオフ状態に、放電部１３を放電状態（放電オン状態）に設定する。このとき、間欠充電モードは依然としてオフ状態にある。

また静電容量検出部１５は、再びタイマ１５３として機能して、Ｔ≧Ｔｈｏｌｄが判定（検出）された時点ｔ2からの時間を計測する。静電容量検出部１５は同時に電圧検出部１５２として機能して、キャパシタ１１の端子電圧Ｖが電圧ＶＬ以下であるか（Ｖ≦ＶＬ）を例えば定期的に判定する（ステップ７０５）。もし、Ｖ≦ＶＬであるならば（ステップ７０５のＹｅｓ）、静電容量検出部１５は、時点ｔ2からＶ≦ＶＬが判定（検出）された時点ｔ3までの計測時間Ｔｃを取得する（ステップ７０６）。

すると静電容量検出部１５は、静電容量計算部１５４（図１参照）として機能して、時間Ｔｃに基づいて、キャパシタ１１の静電容量Ｃを計算する（ステップ７０７）。次に静電容量検出部１５は、放電制御部１５１として機能して、放電部１３を放電オフ状態に、間欠充電モードをオン状態に、それぞれ設定する（ステップ７０８）。間欠充電制御部１６は、間欠充電モードがオン状態に設定されると、間欠充電制御を開始する。

間欠充電制御の期間においてもキャパシタ１１の静電容量Ｃを再度測定する必要がある場合、静電容量検出部１５は上記ステップ７０１から始まる処理を再び実行する。
このように第２の実施形態によれば、ソフトウェアモジュール集合１４２を用いて、静電容量検出部１５及び間欠充電制御部１６を実現できる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。
図８は第３の実施形態に係る電子機器の主要な構成を示すブロック図である。図８において、図１と等価な要素には同一符号を付してある。

図８に示す電子機器が、図１に示す電子機器と相違する点は、コントロールユニット１４に代えて、コントロールユニット１４Ｂが用いられている点にある。コントロールユニット１４Ｂは、静電容量検出部１５０及び間欠充電制御部１６０を備えている。静電容量検出部１５０は、放電制御部１５１、第１の電圧検出部１５２ａ、タイマ１５３及び静電容量計算部１５４を備えている。静電容量検出部１５０は、図１に示す静電容量検出部１５と異なり、第２の電圧検出部１５２ｂを備えていない。

間欠充電制御部１６０は、シュミットトリガ１６１から構成される。シュミットトリガ１６１は、間欠充電モードに設定されている場合に間欠充電制御を開始する。シュミットトリガ１６１は、キャパシタ１１の端子電圧Ｖが第２の閾値電圧以下になると、例えば静電容量検出部１５０を介してイネーブル信号１２０をアサートする。シュミットトリガ１６１は、端子電圧Ｖが第２の閾値電圧より高い第１の閾値電圧以上となると、イネーブル信号１２０をデアサートする。このようにシュミットトリガ１６１は、第１の閾値電圧及び第２の閾値電圧を検出する電圧検出機能を有する。

そこで第３の実施形態では、シュミットトリガ１６１の第２の閾値電圧を電圧ＶＬに一致させることにより、シュミットトリガ１６１を第１の実施形態における第２の電圧検出部１５２ｂとして兼用する。そのためシュミットトリガ１６１は、間欠充電モードに設定されていない場合にも動作して、端子電圧Ｖが第２の閾値電圧、つまり電圧ＶＬ以下になったことを検出する。放電制御部１５１は、間欠充電モードに設定されていない場合に、シュミットトリガ１６１の出力がイネーブル信号１２０として電源デバイス１２に出力されるのを抑止する。

このように、第３の実施形態においてシュミットトリガ１６１は、実質的に第２の電圧検出部１５２ｂを備えている。つまり、第３の実施形態では、第１の電圧検出部１５２ａ及び第２の電圧検出部１５２ｂを備えた電圧検出部１５２は、静電容量検出部１５０及び間欠充電制御部１６０にまたがって存在する。第３の実施形態によれば、専用の第２の電圧検出部１５２ｂを不要とすることができる。しかも、間欠充電制御部１６０をシュミットトリガ１６１で構成することにより、キャパシタ１１の放電中においても、端子電圧Ｖの最低電圧としてＶＬを保証することができる。これにより、キャパシタ１１の電源バックアップ機能を保持しながら、当該キャパシタ１１の静電容量Ｃを検出することができる。

なお、第１の実施形態における電圧検出部１５２をシュミットトリガ１６１と同様のシュミットトリガ（以下、電圧検出シュミットトリガと称する）で構成することも可能である。この場合、電圧検出シュミットトリガの第１の閾値電圧をＶＬＨに、第２の閾値電圧をＶＬに、それぞれ一致させればよい。また、第２の実施形態において、この電圧検出シュミットトリガを適用してもよい。この場合、静電容量検出部１５内の電圧検出部１５２をソフトウェアモジュールで構成する必要はなく、静電容量検出部１５は電圧監視から解放されるため静電容量Ｃの測定が容易となる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、蓄電器の端子電圧が安定しない状態でも、当該蓄電器の静電容量を高精度に検出できる、蓄電器を備えた電子機器、及び同電子機器における蓄電器静電容量検出方法を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…キャパシタ、１２…電源デバイス、１３…放電部、１４，１４Ａ，１４Ｂ…コントロールユニット、１５，１５０…静電容量検出部、１６，１６０…間欠充電制御部、１３１…抵抗、１３２…スイッチ、１４１…アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）、１４２…ソフトウェアモジュール集合、１５１…放電制御部、１５２…電圧検出部、１５２ａ…第１の電圧検出部、１５２ｂ…第２の電圧検出部、１５３…タイマ、１５４…静電容量計算部、１６１…シュミットトリガ。

Claims (10)

1. バックアップ電源としての蓄電器と、
   前記蓄電器を充電するための電源デバイスと、
   前記蓄電器を放電するための放電手段と、
   前記電源デバイスの動作時間を制御することにより前記蓄電器の端子電圧を一定時間一定レベルに維持し、前記一定時間後に前記放電手段による前記放電を開始させることにより、前記放電の過渡応答特性に基づき、前記蓄電器の静電容量を検出する静電容量検出手段と
   を具備する電子機器。
2. 前記静電容量検出手段は、前記端子電圧が、前記電源デバイスの動作により到達することが予測される第１の電圧よりも低い第２の電圧以上となった時点から前記一定時間を、前記端子電圧が前記一定レベルである時間として検出する放電制御手段を備えている請求項１記載の電子機器。
3. 前記放電制御手段は、前記端子電圧が前記第２の電圧より低い第３の電圧以下となった場合に、前記放電手段による前記放電を停止させる請求項２記載の電子機器。
4. 前記静電容量検出手段は、前記放電が開始されてから前記放電が停止されるまでの時間に基づいて前記蓄電器の静電容量を算出する静電容量計算手段を備えている請求項３記載の電子機器。
5. 前記蓄電器を間欠的に充電する間欠充電制御手段を更に具備し、
   前記放電制御手段は、少なくとも前記一定時間の間、前記間欠充電制御手段の動作を禁止する
   請求項４記載の電子機器。
6. 前記間欠充電制御手段は、前記端子電圧が第１の閾値電圧以上となったことを検出することにより前記蓄電器を間欠的に充電するための間欠充電制御を停止し、前記端子電圧が前記第１の閾値電圧よりも低い第２の閾値電圧以下となったことを検出することにより前記間欠充電制御を開始する請求項５記載の電子機器。
7. 前記端子電圧が前記第２の電圧以上であることを検出する第１の電圧検出手段と、
   前記端子電圧が前記第３の電圧以下であることを検出する第２の電圧検出手段とを更に具備し、
   前記放電制御手段は、前記端子電圧が前記第２の電圧以上であることが前記第１の電圧検出手段によって検出された時点からの経過時間が前記一定時間以上となったかを検出し、前記端子電圧が前記第３の電圧以下であることが前記第２の電圧検出手段によって検出される場合に、前記放電を停止させる請求項６記載の電子機器。
8. 前記第２の閾値電圧は前記第３の電圧に等しく、
   前記間欠充電制御手段は、前記端子電圧が前記第３の電圧以下であることを検出するシュミットトリガを備えており、
   前記シュミットトリガは、前記第２の電圧検出手段を備えている
   請求項７記載の電子機器。
9. 前記第１の閾値電圧が前記第１の電圧に等しい請求項６記載の電子機器。
10. バックアップ電源としての蓄電器と、前記蓄電器を充電するための電源デバイスと、前記蓄電器に蓄えられた電荷を放電するための放電手段とを備える電子機器において、前記蓄電器の静電容量を検出するための蓄電器静電容量検出方法であって、
    前記電源デバイスの動作時間を制御することにより前記蓄電器の端子電圧を一定時間一定レベルに維持し、
    前記一定時間後に前記放電手段による前記放電を開始させ、
    前記放電の過渡応答特性に基づき、前記蓄電器の静電容量を検出する
    蓄電器静電容量検出方法。

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