(57)【要約】【課題】ポータブル電子装置におけるバッテリの使用を管理するシステムを提供する。【解決手段】動作時に、前記システムは、電源からの入力電圧を、前記バッテリの充電並びに前記ポータブル電子装置内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムへの電力の供給のための一組の出力電圧に変換するための充電回路を動作させる。前記システムは、前記充電回路が動作している間に、前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリ内の低電圧状態を検出すると、前記充電回路内の第１のインダクタ群を用いて、前記入力電圧を、前記高電圧サブシステムの電圧要求よりも低い前記バッテリの目標電圧にダウンコンバートする。前記システムは更に、前記充電回路内の第２のインダクタ群を用いて前記目標電圧をアップコンバートし、前記高電圧サブシステムに電力を供給する。【選択図】図２
2020065439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポータブル電子装置におけるバッテリの使用を管理する方法であって、
電源からの入力電圧を、前記バッテリの充電並びに前記ポータブル電子装置内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムへの電力の供給のための一組の出力電圧に変換するための充電回路を動作させることと、
前記充電回路が動作している間に、前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリの低電圧状態を検出すると、
前記充電回路内の第１のインダクタ群を用いて、前記入力電圧を、前記高電圧サブシステムの電圧要求よりも低い前記バッテリの目標電圧にダウンコンバートすることと、
前記充電回路内の第２のインダクタ群を用いて、前記目標電圧をアップコンバートし、前記高電圧サブシステムに電力を供給することと、
を含む方法。
【請求項２】
前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリ内の高電圧状態を検出すると、前記第１及び第２のインダクタ群を用いて、
前記入力電圧を前記バッテリの目標電圧にダウンコンバートすることと、
前記電源の入力電流から、前記バッテリを充電すると共に、前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力を供給することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電源からの前記入力電圧及び前記高電圧状態と前記低電圧状態との間である前記バッテリ内の電圧状態を検出すると、
前記第１のインダクタ群を用いて、前記入力電圧を前記バッテリの前記目標電圧にダウンコンバートすることと、
前記高電圧サブシステムに、
前記第２のインダクタ群からの前記アップコンバートされた目標電圧と、
前記第１及び第２のインダクタ群からの前記目標電圧と、
のうちの少なくとも一方から電力を供給することと、
を更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記低電圧状態における前記バッテリの放電の間に、
前記第２のインダクタ群を用いて、前記バッテリのバッテリ電圧をアップコンバーし、前記高電圧サブシステムに電力を供給することと、
前記充電回路を用いて、前記バッテリ電圧から前記低電圧サブシステムに直接に電力を供給することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ポータブル電子装置への外部負荷の結合を検出すると、前記第１のインダクタ群を用いて、前記バッテリ電圧をアップコンバートし、前記外部負荷に電力を供給することを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記低電圧状態と高電圧状態との間で前記バッテリを放電している間に、前記高電圧サブシステムに、
前記第２のインダクタ群からの前記アップコンバートされたバッテリ電圧と、
前記充電回路における前記高電圧サブシステムへのバイパス路を介した前記バッテリ電圧と、
のうちの少なくとも一方から電力を供給することを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記第１及び第２のインダクタ群のそれぞれが１つ以上のインダクタを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
高電圧サブシステムの電圧要求と前記バッテリのバッテリ電圧との間の閾値を超えた変化を検出すると、あるインダクタの前記第１及び第２のインダクタ群間での属性を、前記充電回路の動作を容易とするように切り替えることを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記充電回路の動作が、
前記入力電圧をダウンコンバートすることと、
前記バッテリの目標電圧をアップコンバートすることと、
前記バッテリのバッテリ電圧をアップコンバートすることと、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ポータブル電子装置のための充電システムであって、
第１のインダクタ群及び第２のインダクタ群を備えるスイッチングコンバータと、
前記スイッチングコンバータを使用して、電源からの入力電圧を、前記ポータブル電子装置内のバッテリの充電並びに前記ポータブル電子装置内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムへの電力の供給のための一組の出力電圧に変換するように構成された制御回路と、
を備え、
前記制御回路が、前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリ内の低電圧状態を検出した時に、
前記第１のインダクタ群を用いて、前記入力電圧を、前記高電圧サブシステムの電圧要求よりも低い前記バッテリの目標電圧にダウンコンバートし、
前記第２のインダクタ群を用いて、前記目標電圧をアップコンバートし、前記高電圧サブシステムに電力を供給する、
ように更に構成されている、
充電システム。
【請求項１１】
前記制御回路が、前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリ内の高電圧状態を検出すると、
前記第１及び第２のインダクタ群を用いて、
前記入力電圧を前記バッテリの目標電圧にダウンコンバートし、
前記電源の入力電流から、前記バッテリを充電すると共に、前記高電圧サブシステム及び前記低電圧サブシステムに電力を供給する、
ように更に構成されている、請求項１０の充電システム。
【請求項１２】
前記制御回路が、前記電源からの前記入力電圧及び前記低電圧状態と前記高電圧状態との間である前記バッテリ内の電圧状態を検出すると、
前記第１のインダクタ群を用いて、前記入力電圧を、前記バッテリの前記目標電圧にダウンコンバートし、
前記高電圧サブシステムに、
前記第２のインダクタ群からの前記アップコンバートされた目標電圧と、
前記第１及び第２のインダクタ群からの前記目標電圧と、
のうちの少なくとも一方から電力を供給する、
ように更に構成されている、請求項１１に記載の充電システム。
【請求項１３】
前記制御回路が、前記低電圧状態における前記バッテリの放電の間に、
前記第２のインダクタ群を用いて、前記バッテリのバッテリ電圧をアップコンバートして、前記高電圧サブシステムに電力を供給し、
前記バッテリ電圧から前記低電圧サブシステムに電力を直接に供給する、
ように更に構成されている、請求項１０に記載の充電システム。
【請求項１４】
前記制御回路が、前記ポータブル電子装置への外部負荷の結合を検出すると、
前記第１のインダクタ群を用いて、前記バッテリ電圧をアップコンバートし、前記外部負荷に電力を供給する、
ように更に構成されている、請求項１３に記載の充電システム。
【請求項１５】
前記制御回路が、前記低電圧状態と高電圧状態の間における前記バッテリの放電の間に、
前記高電圧サブシステムに、
前記第２のインダクタ群からの前記アップコンバートされたバッテリ電圧と、
前記高電圧サブシステムへのバイパス路を介したバッテリ電圧と、
のうちの少なくとも一方から充電する、
ように更に構成されている、請求項１３に記載の充電システム。
【請求項１６】
前記制御回路が、前記高電圧サブシステムの電圧要求と前記バッテリのバッテリ電圧との間の閾値を超えた変化を検出すると、
あるインダクタの前記第１及び第２のインダクタ群間での属性を、前記充電回路の動作を容易とするように切り替える、
ように更に構成されている、請求項１０に記載の充電システム。
【請求項１７】
ポータブル電子装置であって、
高電圧サブシステム内の第１の組の部品と、
低電圧サブシステム内の第２の組の部品と、
バッテリと、
第１のインダクタ群及び第２のインダクタ群を備えるスイッチングコンバータと、
前記スイッチングコンバータを用いて、電源からの入力電圧を、前記バッテリを充電するため並びに前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力を供給するための一組の出力電圧に変換するように構成された、制御回路と、
を備え、
前記制御回路が、前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリ内の低電圧状態を検出すると、
前記第１のインダクタ群を用いて、前記入力電圧を、前記高電圧サブシステムの電圧要求よりも低い前記バッテリの目標電圧にダウンコンバートし、
前記第２のインダクタ群を用いて、前記目標電圧をアップコンバートし、前記高電圧サブシステムに電力を供給する、
ように更に構成されている、
ポータブル電子装置。
【請求項１８】
前記制御装置が、前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリ内の高電圧状態を検出すると、
前記第１及び第２のインダクタ群を用いて、
前記入力電圧を前記バッテリの目標電圧にダウンコンバートし、
前記電源の入力電流から、前記バッテリを充電すると共に、前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力を供給する、
ように更に構成されている、請求項１７に記載のポータブル電子装置。
【請求項１９】
前記制御回路が、前記電源からの前記入力電圧及び前記低電圧状態と前記高電圧状態との間である前記バッテリの電圧状態を検出すると、
前記第１のインダクタ群を用いて、前記入力電圧を前記バッテリの前記目標電圧にダウンコンバートし、
前記高電圧サブシステムに、
前記第２のインダクタ群からの前記アップコンバートされた目標電圧と、
前記第１及び第２のインダクタ群からの前記目標電圧と、
のうちの少なくとも一方から電力を供給する、
ように更に構成されている、請求項１８に記載のポータブル電子装置。
【請求項２０】
前記制御回路が、前記低電圧状態における前記バッテリの放電の間に、
前記第２のインダクタ群を用いて、前記バッテリのバッテリ電圧をアップコンバートして、前記高電圧サブシステムに電力を供給し、
前記バッテリ電圧から前記低電圧サブシステムに直接に電力を供給する、
ように更に構成されている、請求項１７に記載のポータブル電子装置。
【請求項２１】
前記制御回路が、前記ポータブル電子装置への外部負荷の結合を検出すると、
前記第１のインダクタ群を用いて、前記バッテリ電圧をアップコンバートして、前記外部負荷に電力を供給する、
ように更に構成されている、請求項２０に記載のポータブル電子装置。
【請求項２２】
前記制御回路が、前記低電圧状態と前記高電圧状態との間における前記バッテリの放電の間に、
前記高電圧サブシステムに、
前記第２のインダクタ群からの前記アップコンバートされたバッテリ電圧と、
前記高電圧サブシステムへのバイパス路を介した前記バッテリ電圧と、
のうちの少なくとも一方から電力を供給する、
ように更に構成されている、請求項２０に記載のポータブル電子装置。
【請求項２３】
前記制御回路が、前記高電圧サブシステムの電圧要求と前記バッテリのバッテリ電圧との間の閾値を超えた変化を検出すると、
あるインダクタの前記第１及び第２のインダクタ群間での属性を、前記充電システムの動作を容易とするように切り替える、
ように更に構成されている、請求項１７に記載のポータブル電子装置。
【請求項２４】
ポータブル電子装置におけるバッテリの使用を管理するための方法であって、
電源からの入力電圧を、前記バッテリの充電並びに前記ポータブル電子装置内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムへの電力の供給のための一組の出力電圧に変換するための充電回路を動作させることと、
前記充電回路が動作している間に、前記入力電圧及び低電圧電流を検出すると、
前記充電回路内の第１のインダクタ群を用いて、前記入力電圧を、前記高電圧サブシステムの電圧要求よりも低い前記バッテリの目標電圧にダウンコンバートし、
前記充電回路内の第２のインダクタ群を用いて、前記入力電圧をダウンコンバートして、前記高電圧サブシステムに電力を供給する、
ことを含む方法。
【請求項２５】
高電圧状態からの前記バッテリの放電の間に、前記第２のインダクタ群を用いて前記バッテリのバッテリ電圧をダウンコンバートして、前記高電圧サブシステムに電力を供給することを更に含む、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、ポータブル電子装置用のバッテリに関する。より具体的には、本開示の実施形態は、昇圧バイパスでバッテリの多相充電を実行する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ポータブル電子装置は、バッテリが所定の最小電圧に達すると停止するように構成され、所定最小電圧はバッテリの最低動作電圧より高くしてもよい。例えば、リチウムイオンバッテリはバッテリ電圧が３．０Ｖに達するときに空であるとみなすことができるが、コンピューティングデバイスの特定の構成要素（例えば、携帯電話又はタブレットコンピュータの無線及びスピーカサブシステム）は動作するのに３．４Ｖの最小電圧を必要とする場合がある。よって、コンピューティングデバイスはこれらの部品の電圧低下を避けるため、３．４Ｖで停止するように構成することができる。その結果、バッテリは、３．０Ｖ〜３．４Ｖの未使用容量を含む場合がある。
【０００３】
未使用容量の量は、バッテリの負荷電流、温度及び寿命に左右されることがある。ウォーム状態の新しいバッテリに軽い負荷がかかる場合、未使用容量は通常、全容量のわずか数パーセントである。しかしながら、バッテリがコールド状態に又はより古くなればなるほどバッテリ未使用容量が劇的に増えることがある。例えば、図１は、２つの異なる温度で、所与の負荷（２時間でバッテリを放電するのに必要な電流である０．５Ｃ負荷）で放電されたバッテリの１例を示す。図示するように、２５℃でバッテリを放電すると、カットオフ電圧（図１では３．４Ｖとして示す）未満で発生する未使用容量は全容量の数パーセントとなる場合があるが、０℃でバッテリを放電すると、カットオフ電圧未満で発生する未使用容量は３０％にも及ぶ可能性がある。したがって、この未使用容量を利用することができるシステムを備えることが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の実施形態は、ポータブル電子装置内のバッテリの使用を管理するシステムを提供する。動作中、該システムは、電源からの入力電圧を、バッテリの充電並びにポータブル電子装置内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムへの電力の供給のための一組の出力電圧に変換するための充電回路を動作させる。充電回路が動作している間に、電源からの入力電圧及びバッテリの低電圧状態を検出すると、充電回路内の第１のインダクタ群を用いて、入力電圧を、高電圧サブシステムの電圧要求よりも低いバッテリの目標電圧にダウンコンバートする。また、該システムは、充電回路内の第２のインダクタ群を用いて、該目標電圧をアップコンバートし、該高電圧サブシステムに電力を供給する。
【０００５】
いくつかの実施形態では、電源からの入力電圧及びバッテリ内の高電圧状態を検出すると、第１及び第２のインダクタ群を用いて、
（ｉ）入力電圧をバッテリの目標電圧にダウンコンバートし、
（ｉｉ）電源の入力電流から、バッテリを充電すると共に、低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力を供給する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、電源からの入力電圧及び低電圧状態と高低電圧状態との間であるバッテリ内の電圧状態を検出すると、該システムは第１のインダクタ群を用いて、入力電圧をバッテリの目標電圧にダウンコンバートする。次に、該システムは、第２のインダクタ群からのアップコンバートされた目標電圧と、第１及び第２のインダクタ群からの目標電圧とのうちの少なくとも一方から電力を供給する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、低電圧状態におけるバッテリの放電を検出すると、該システムは第２のインダクタ群を用いて、バッテリのバッテリ電圧をアップコンバートし、高電圧サブシステムに電力を供給するとともに、充電回路を用いて、バッテリ電圧から低電圧サブシステムに直接に電力を供給する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、ポータブル電子装置への外部負荷の結合を検出すると、該システムは第１のインダクタ群を用いて、バッテリ電圧をアップコンバートし、外部負荷に電力を供給する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、低電圧状態と高電圧状態との間でバッテリを放電している間に、該システムは第２のインダクタ群からのアップコンバートされたバッテリ電圧と、充電回路における高電圧サブシステムへのバイパス路を介したバッテリ電圧とのうちの少なくとも一方から電力を供給する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、第１及び第２のインダクタ群のそれぞれが１つ以上のインダクタを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、高電圧サブシステムの電圧要求とバッテリのバッテリ電圧との間の閾値を超えた変化を検出すると、該システムは第１及び第２のインダクタ群間での属性を、充電回路の動作を容易とするように切り替える。
【００１２】
いくつかの実施形態では、充電回路の動作が、入力電圧をダウンコンバートすること、バッテリの目標電圧をアップコンバートすること、及び／又はバッテリのバッテリ電圧をアップコンバートすることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態に係るバッテリの電圧対使用容量を示す図である。
【図２】本開示の実施形態に係る標準バッテリ充電回路を示す図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路を示す図である。
【図３Ｂ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電システムを示す図である。
【図３Ｃ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路を示す図である。
【図４Ａ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路を示す図である。
【図４Ｂ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｃ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｄ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｅ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【００１４】
【図４Ｆ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｇ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｈ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｉ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｊ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｋ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【００１５】
【図４Ｌ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｍ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｎ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図４Ｏ】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す図である。
【図５】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電システムを示す図である。
【図６】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置のバッテリを管理する工程を示すフローチャートである。
【図７】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置のバッテリを管理する工程を示すフローチャートである。
【図８】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置のバッテリを管理する工程を示すフローチャートである。
【図９】本開示の実施形態に係るポータブル電子装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
これらの図面で、類似の参照符号は同一の図面要素を指す。
【００１７】
以下の説明は、当業者が実施形態を作成し使用することができるように提示し、具体的な用途とその要件を背景として提供する。本開示の実施形態に対する様々な変更は当業者にとって容易に自明であり、本明細書に定義される一般的な原則は、本開示の精神と範囲を逸脱せずに他の実施形態や用途に適用することができる。よって、本発明は図示する実施形態に限定されず、本明細書に開示する原理と特徴と合致する最大の範囲に従うべきである。
【００１８】
詳細な説明に記載するデータ構造及びコードは通常、コンピュータ可読記憶媒体に記憶され、該媒体は、コンピュータシステムによって使用されるコード及び／又はデータを記憶することができる任意の装置又は媒体であってもよい。コンピュータ可読記憶媒体は、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、磁気及び光学記憶装置、例えば、ディスクドライブ、磁気テープ、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル汎用ディスク又はデジタルビデオディスク）又は現在既知である又は後に開発されるコード及び／又はデータを記憶することのできるその他の媒体などを含むが、それらに限定されない。
【００１９】
詳細な説明に記載する方法及び工程は、上述するようなコンピュータ可読記憶媒体に記憶することができるコード及び／又はデータとして具体化することができる。コンピュータシステムは、コンピュータ可読記憶媒体に記憶されるコード及び／又はデータを読み出し、実行するとき、データ構造及びコードとして具体化され、コンピュータ可読記憶媒体内に記憶される方法及び工程を実行する。
【００２０】
さらに、本明細書に記載する方法及び工程は、ハードウェアモジュール及び装置に含めることができる。これらのモジュール及び装置は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定のソフトウェアモジュールまたは１コードを特定の時間に実行する専用又は共有プロセッサ及び／又は現在既知である又は後で開発されるその他のプログラマブル論理装置を含むことができるが、それらに限定されない。ハードウェアモジュール又は装置は起動されると、そこに含まれる方法及び工程を実行する。
【００２１】
本開示の実施形態は、ポータブル電子装置のバッテリの使用を管理する方法及びシステムを提供する。より具体的には、本開示の実施形態は、アップコンバートされた電圧及び／又はダウンコンバートされた電圧をポータブル電子装置の１以上のサブシステムに供給することができる充電回路を設ける。場合によっては、充電回路は２以上のインダクタ群を含むことができ、各インダクタ群は１以上のインダクタを含む。このような場合、各インダクタ群を使用して、別個のアップコンバートされた又はダウンコンバートされた電圧を生成し、その電圧をバッテリの充電、ポータブル電子装置の１以上のサブシステムへの電力供給及び／又は外部負荷への電力供給に使用することができる。その結果、充電回路は、単相コンバータ及びリニアレギュレータを使用する充電回路よりも電力損失が少なく、様々な電圧要求でサブシステムに電力を供給することができる。また、２以上のインダクタの使用は、単独の大きなインダクタによって占められる空間の増加を回避することによって、ポータブル電子装置の高さ制限を超えずに、バッテリの未使用容量にアクセスすることができる。
【００２２】
図２は、システム電圧が３．４Ｖなどの最小動作電圧を下回ると動作停止になるシステム用の典型的な充電回路を示す。図示するように、充電回路は、間欠電源２０２（例えば、パワーアダプタ）、バッテリ２１４及びバッテリ２１４から電力を供給される１以上のシステム２０４に接続することができる。場合によっては、該システムは間欠電源と充電回路間のコネクタ（図示せず）を含み、電源２０２を充電回路と脱着させることができる。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ａ２０６は逆電圧を防ぎ、（例えば、電源２０２を提供するパワーアダプタが該システムに接続されていないとき）電流がバッテリからコネクタに流れるのを防止する。ＦＥＴ  Ｂ２０８及びＦＥＴ  Ｃ２１０は交互切り替えＦＥＴであり、インダクタ２１６と共に、インダクタＶMAINの出力で降圧される電圧を生成する降圧コンバータを形成する。バッテリ電圧が最小動作電圧（例えば、３．４Ｖ）よりも低い場合、ＶMAINは降圧コンバータを用いて最小動作電圧まで制御することができ、ＦＥＴ  Ｄ２１２は、バッテリ２１４を充電するためＶBATでの電圧を目標電圧まで低下するように線形に制御される。また、ＦＥＴ  Ｄ２１２は、バッテリ２１４がフルであるときに充電を停止するように構成される。バッテリ２１４が１以上のシステム２０４に電力を供給するように放電している間、ＦＥＴ  Ｂ２０８及びＣ２１０は切り替えを停止し、ＦＥＴ  Ｄ２１２は完全にオンとなって、バッテリ２１４を１以上のシステム２０４に接続する。
【００２３】
図３Ａは、本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路の変形を示す。例えば、図３Ａは、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ及び／又はその他のバッテリ駆動電子装置の構成要素に電力を供給するために使用することができる。これらの変形では、ポータブル電子装置は、バッテリ３２２から電力を供給することのできる１以上の高電圧サブシステム３０６及び１以上の低電圧サブシステム３０４を含むことができる。１以上の低電圧サブシステム３０４は、ポータブル電子装置の動作中、１以上の高電圧サブシステム３０６が要求する第２の電圧よりも低い第１の電圧を要求することができる。例えば、いくつかの変形では、低電圧サブシステム３０４がバッテリ３２２のカットオフ電圧以下である第１の電圧（例えば、３．０Ｖ）を要求する一方、高電圧サブシステム３０６がバッテリのカットオフ電圧超の第２の電圧（例えば、３．４Ｖ）を要求することができる。他の変形では、１以上の低電圧サブシステム３０４の要求する第１の電圧は、バッテリ３２２のカットオフ電圧より大きくすることができる。充電回路は、例えば、バッテリ３２２の電圧が第２の電圧未満であるときに１以上の高電圧サブシステム３０６に電力を供給することができる昇圧機能を提供してもよい。一方、低電圧サブシステム３０４は、高電圧サブシステム３０６及び／又はバッテリ３２２のカットオフ電圧よりもずっと小さな電圧を要求することがあり、場合によっては、バッテリ３２２から直接電力を供給することができる。
【００２４】
例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）及び／又は集積回路レールなどのポータブル電子装置の構成要素の大部分は、バッテリ３２２にとって例示的な３．０Ｖのカットオフ電圧よりもずっと小さな電圧しか要求しないことがある。一方、ポータブル電子装置の無線及びスピーカサブシステムは、動作させるのに３．４Ｖの例示的な最小電圧を要求することがある。その結果、ポータブル電子装置のサブシステムは、２以上の群、例えば、３．０Ｖから電力を供給することができる低電圧サブシステム３０４と、最低３．４Ｖを要求する高電圧サブシステム３０６とに分割することができる。
【００２５】
図３Ａに示すように、昇圧機能を備えた充電回路はインダクタ３０８及び６つのＦＥＴ３１０〜３２０を含み、電源３０２に接続することができる。ＦＥＴ  Ａ３１０は、特定される電源３０２が利用可能であるときにオンにし、動作停止にされるとき、誤って設計された又は逆に接続された電源からの逆電圧を防ぐことができる。ＦＥＴ  Ａ３１０は、電源３０２が利用可能ではない（例えば、外部パワーアダプタが接続されない）ときにオフにされて、ポータブル電子装置が、利用不能な電源３０２又は電源を接続することができるコネクタのいずれかに電力を供給するのを防止する。ＦＥＴ  Ｂ３１２及びＣ３１４は、インダクタ３０８の入力端子を電圧ノードＶXと接地電圧などの基準電圧にそれぞれ結合する。ＦＥＴ  Ｂ３１２及びＣ３１４は、インダクタ３０８の入力をＶXまたは基準電圧に選択的に結合するように切り替えることができる。ＦＥＴ  Ｄ３１６は、バッテリ３２２を電圧ノードＶLO（１以上の低電圧サブシステム３０４とインダクタ３０８の負荷端子に接続することができる）に結合することができる。ＦＥＴ  Ｅ３１８は、ＶLOを電圧ノードＶHI（１以上の高電圧サブシステム３０６に接続することができる）に結合することができる、あるいは他の変形では、ＶHIを直接バッテリ３２２に結合することができる。ＦＥＴ  Ｆ３２０はＶXをＶHIに結合し、電源３０２からの入力電圧及び／又はインダクタ３０８からの昇圧されたバッテリ電圧を高電圧サブシステム３０６に結合するために使用することができる。
【００２６】
図３Ｂは、本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電システムを示す。図３Ｂの充電システムは、電源３０２からの入力電圧及び／又はバッテリ３２２からのバッテリ電圧を、バッテリ３２２を充電する、及び／又は１以上の低電圧サブシステム３０４及び１以上の高電圧サブシステム３０６に電力を供給するための１セットの出力電圧に変換することができる。
【００２７】
図３Ｂに示すように、充電システムはスイッチングコンバータ３３０を含む。スイッチングコンバータ３３０は、１以上のインダクタと、ＦＥＴ、ダイオード、及び／又は他の電子切り替え部品などの１セットのスイッチング機構とを含むことができる。例えば、スイッチングコンバータ３３０は図３Ａに示すコンバータによって提供することができ、入力端子及び負荷端子と２つのスイッチング機構（例えば、ＦＥＴ３１２〜３１４によって提供される）を有するインダクタ３０８を含み、該スイッチング機構は上述したように、入力端子を電圧ノードＶX（電源３０２の出力に接続することができる）又は基準電圧（例えば、接地電圧）のいずれかに結合するように構成される。充電システムはスイッチング機構３３２及び３３６とレギュレータ３３４及び３３８を含み、それらをまとめて使用して、スイッチングコンバータ３３０の出力をバッテリ３２２、高電圧サブシステム３０６及び／又は低電圧サブシステム３０４のいずれかに結合し、電源３０２を高電圧サブシステム３０６に結合することができる。各スイッチング機構は異なる電圧ノードを選択的に結合することができ、スイッチ、ＦＥＴ（例えば、図３ＡのＦＥＴ３１０及び３１８）、ダイオードなどを含むことができる。各レギュレータは１以上の電圧ノードで電圧を制御する、又はスイッチとして機能するように選択的に制御することができ、ＦＥＴ（例えば、図３ＡのＦＥＴ３１６及び３２０）、可変抵抗器などを含むことができる。
【００２８】
例えば、スイッチング機構３３２は、不適切に機能する電源３０２（例えば、誤って設計された電源又は誤って接続された電源３０２）からの逆電圧を防ぎ、電流が電圧ノードＶXから電源３０２（ＶBUSとして示す）に流れるのを防止することができる。スイッチングコンバータ３３０は、電圧ノードＶXと電圧ノードＶLOを結合し、次に低電圧サブシステム３０４に結合することができる。レギュレータ３３８は、直接又はＶHIをＶX未満の電圧に線形に調節することによってＶXと電圧ノードＶHIを選択的に結合し、次に高電圧サブシステム３０６に結合することができる。スイッチング機構３３６はＶHIとＶLOを選択的に結合し、あるいは場合によっては、ＶHIとバッテリ３２２を選択的に結合することができる。レギュレータ３３４は、直接又はバッテリ電圧をＶLO未満の電圧に線形に調節することによって、ＶLOをバッテリ３２２に選択的に結合することができる。以下詳述するように、スイッチング機構を使用して、高電圧サブシステム３０６及び低電圧サブシステム３０４への電力を制御することができる。
【００２９】
図３Ｃは、本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路を示す。充電回路は、バッテリ３２２を充電する及び／又は電圧要求の異なるポータブル電子装置の複数のサブシステム３５０〜３５６に電力を供給するため（４つのサブシステムを有するように図示されているが、充電回路は、電圧要求の異なる任意数のサブシステム、例えば、２、３、４、５又はそれ以上のサブシステムに電力を供給することができる）、電源３０２からの入力電圧及び／又はバッテリ３２２からのバッテリ電圧を１セットの出力電圧（例えば、ＶLO、ＶHI1、ＶHI2、ＶHI3）に変換することができる。例えば、充電システムは、第１の電圧要求（いくつかの変形では、バッテリ３２２のカットオフ電圧以下である（例えば、３．０Ｖ））を有する１以上のサブシステム、第１の電圧要求より高い第２の電圧要求（バッテリ３２２のカットオフ電圧よりもわずかに高くすることができる（例えば、３．２Ｖ））を有する１以上のサブシステム、第２の電圧要求よりも高い第３の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）を有する１以上のサブシステム及びポータブル電子装置の最高電圧要求（第３の電圧要求よりも高い第４の電圧要求、例えば、３．６Ｖ）を有する１以上のサブシステムに電力を供給することができる。
【００３０】
図３Ｂの充電システムと同様、図３Ｃの充電システムは、スイッチングコンバータ３３０を含み、１以上のインダクタと、ＦＥＴ、ダイオード、及び／又はその他の電子切り替え部品などの１セットのスイッチング機構とによって提供することができる。具体的には、スイッチングコンバータ３３０は、降圧コンバータ、昇圧コンバータ、反転コンバータ、降圧−昇圧コンバータ、Cｕｋコンバータ、シングルエンドプライマリ・インダクタコンバータ（ＳＥＰＩＣ）及び／又はＺｅｔａコンバータなどの任意の種類の双方向コンバータであってもよい。
【００３１】
追加のスイッチング機構３３６、３４０及び３４４とレギュレータ３３４、３３８、３４２及び３４６を使用して、スイッチングコンバータ３３０の出力をバッテリ３２２及びサブシステム３５０〜３５６に結合し、電源３０２及び／又はバッテリ３２２からサブシステム３５０〜３５６に電力を供給し、サブシステム３５０〜３５６の電圧要求を満たす出力電圧を生成することができる。
【００３２】
スイッチング機構３３６、３４０及び３４４とレギュレータ３３４は、スイッチングコンバータ３３０の出力をバッテリ３２２及びサブシステム３５０〜３５６に結合する。図３Ｃに示すように、レギュレータ３３４は、バッテリ３２２を電圧ノードＶLO（スイッチングコンバータ３３０の負荷端子とサブシステム３５０に接続することができる）に選択的に結合することができる。スイッチング機構３３６は、電圧ノードＶLOを電圧ノードＶHI1に選択的に結合し、次にサブシステム３５２に接続することができる。スイッチング機構３４０は、電圧ノードＶHI1を電圧ノードＶHI2に選択的に結合し、次にサブシステム３５４に接続することができる。スイッチング機構３４４は、電圧ノードＶHI2を電圧ノードＶHI3に選択的に結合し、次にサブシステム３５６に接続することができる。他の変形では、スイッチング機構３３６、３４０及び３４４は、バッテリ３２２をサブシステム３５２、３５４及び３５６にそれぞれ直接接続することができる。
【００３３】
レギュレータ３３８、３４２及び３４６は、直接又はＶX未満の電圧に線形に調節することによって、電圧ノードＶX（次に、電源３０２からの入力電圧及び／又はスイッチングコンバータ３３０から昇圧されたバッテリ電圧を提供することができる）をサブシステム３５２〜３５６にそれぞれ結合する。例えば、図３Ｃに示すように、レギュレータ３３８は、直接又はＶX未満の電圧ＶHI1に線形に調節することによって、電圧ノードＶXを電圧ノードＶHI1及びサブシステム３５２に選択的に結合することができる。レギュレータ３４２は、直接又はＶX未満の電圧ＶHI2に線形に調節することによって、電圧ノードＶXを電圧ノードＶHI2及びサブシステム３５４に選択的に結合することができる。レギュレータ３４６は、直接又はＶX未満の電圧ＶHI3に線形に調節することによって、電圧ノードＶXを電圧ノードＶHI3及びサブシステム３５６に選択的に結合することができる。
【００３４】
充電システムの動作中、該システムは、電源３０２及び／又はバッテリ３２２から電力を供給することができる。同様に、バッテリ３２２は、不足電圧状態、１以上の低電圧状態、高電圧状態、及び／又は満充電状態などのいくつかの電圧状態をとることができる。バッテリ３２２のバッテリ電圧がバッテリの所定のカットオフ電圧（例えば、最小動作電圧）（例えば、３．０Ｖ）以下である場合、バッテリ３２２は電圧不足と考えられ、バッテリ３２２は有効な残余充電量を有していない。低電圧バッテリ３２２は、高電圧サブシステム３０６（例えば、３．０Ｖ〜３．４Ｖ）ではなく、低電圧サブシステム３０４が直接使用可能なバッテリ電圧を有することができる。高電圧バッテリ３２２は、すべてのサブシステムが直接使用することができる電圧（例えば、３．４Ｖ〜３．６Ｖ超）を有することができるが、まだ完全には充電されていない。完全に充電されたバッテリ３２２は、バッテリ３２２の最大電圧を有するため、それ以上充電することはできない。例えば、図３Ｃに示すように、該装置が電圧要求の異なる３以上のサブシステムを有する場合、バッテリは複数の低電圧状態（例えば、バッテリ電圧がサブシステム３５２〜３５６ではなくサブシステム３５０に電力を供給するほど高い第１の低電圧状態、バッテリがサブシステム３５４及び３５６ではなくサブシステム３５０及び３５２に電力を供給するほど高い第２の低電圧状態、サブシステム３５６ではなくサブシステム３５２〜３５４に電力を供給するほど高い第３の低電圧状態）をとることができる。
【００３５】
図４Ａは、本開示の実施形態に係るポータブル電子装置用の充電回路を示す。図３Ａの充電回路と同様、図４Ａの充電回路は、ポータブル電子装置の構成要素に電力を供給するために使用することができる。ポータブル電子装置は、１以上の高電圧サブシステム４０６及び１以上の低電圧サブシステム４０４を含むことができ、両サブシステムはバッテリ４３４から電力を供給することができる。低電圧サブシステム４０４は、ポータブル電子装置の動作中、高電圧サブシステム４０６が要求する第２の電圧よりも低い第１の電圧を要求することができる。例えば、いくつかの変形では、低電圧サブシステム４０４はバッテリ４３４のカットオフ電圧以下である第１の電圧（例えば、３．０Ｖ）を要求し、高電圧サブシステム４０６はバッテリのカットオフ電圧超の第２の電圧（例えば、３．４Ｖ）を要求することができる。他の変形では、１以上の低電圧サブシステム４０４が要求する第１の電圧は、バッテリ４３４のカットオフ電圧より大きくすることができる。
【００３６】
充電回路は、例えば、バッテリ４３４の電圧が第２の電圧未満であるときに１以上の高電圧サブシステム４０６に電力を供給することができる昇圧機能を提供してもよい。一方、低電圧サブシステム４０４は高電圧サブシステム４０６よりもずっと低い電圧及び／又はバッテリ４３４のカットオフ電圧を要求することがあり、場合によっては、バッテリ４３４から直接電力を供給することができる。
【００３７】
図３Ａの充電回路と異なり、図４Ａの充電回路は、同時に昇圧機能と降圧機能の両方を提供することができる。図４Ａに示すように、昇圧機能と降圧機能の両方を備える充電回路は、２つのインダクタ４０８〜４１０と８つのＦＥＴ４１８〜４３２を含む。ＦＥＴ４１８〜４２６の動作は第１の制御回路４１２によって制御することができ、ＦＥＴ４２８の動作は第２の制御回路４１４によって制御することができ、ＦＥＴ４３０〜４３２の動作は第３の制御回路４１６によって制御することができる。制御回路４１２はＦＥＴ４２０〜４２６及びインダクタ４０８〜４１０を使用して、充電回路の電圧を降圧及び／又は昇圧させることができる。
制御回路４１４はＦＥＴ４２８を使用して、バッテリ４３４を充電回路に接続する、又はバッテリ４３４を充電回路から分離することによって、充電回路を通じてバッテリ４３４の充放電を可能又は不可能にすることができる。制御回路４１６は制御回路４１２によって制御されるＦＥＴ４２４と共にＦＥＴ４３０〜４３２を使用して、インダクタ４１０及びＦＥＴ４２６及び４３２を通じてバッテリ電圧及び／又は目標電圧ＶBATをアップコンバートする昇圧経路、又は高電圧サブシステム４０６にバッテリ電圧又は目標電圧を直接供給するバイパス路を介して、電流を高電圧サブシステム４０６に送ることができる。また、充電回路は、バッテリ４３４を充電する及び／又は低電圧サブシステム４０４及び高電圧サブシステム４０６に電力を供給するための入力電圧を供給するパワーアダプタなどの電源４０２に接続することができる。
【００３８】
ＦＥＴ４１８は、電源４０２が利用可能であるときにオンにして、動作停止にされるとき、誤って設計及び／又は接続された電源からの逆電圧を防ぐことができる。また、ＦＥＴ４１８は、電源４０２が利用不能である（例えば、外部パワーアダプタが接続されていない）ときに使用不能として、ポータブル電子装置が、利用不能な電源４０２及び／又は電源を接続することのできるコネクタに電力を送るのを防止することができる。ＦＥＴ４２０及び４２２は、インダクタ４０８の入力端子を入力電圧と接地電圧などの基準電圧にそれぞれ結合する。ＦＥＴ４２４及び４２６は、インダクタ４１０の入力端子を入力電圧と基準電圧にそれぞれ結合する。ＦＥＴ４２８は、バッテリ４３４をインダクタ４０８〜４１０の負荷端子及び低電圧サブシステム４０４に結合することができる。ＦＥＴ４３０は、バッテリ４３４から高電圧サブシステム４０６へのバイパス路に沿ってインダクタ４１０の負荷端子を高電圧サブシステム４０６に結合することができ、ＦＥＴ４３２はバッテリ４３４から高電圧サブシステム４０６への昇圧経路に沿ってインダクタ４１０の入力端子に結合することができる。
【００３９】
２つのインダクタ４０８〜４１０を充電回路に含めることで、充電回路は、個別に（電源４０２が利用可能な場合）電源４０２からの入力電圧をバッテリ４３４の目標電圧に降圧し、目標電圧を高電圧サブシステム４０６に電力を供給する出力電圧ＶHIに昇圧する多相スイッチングコンバータを提供することができる。電源４０２が利用不能であり、バッテリ４３４が放電中である場合、制御回路は多相スイッチングコンバータを使用して、バッテリ４３４のバッテリ電圧を、高電圧サブシステム４０６及び／又は外部負荷に電力を供給するための１以上の出力電圧まで昇圧することができる。インダクタ４０８〜４１０は、同一の電流を生成するのに使用可能である単独の大きなインダクタよりも低い高さを占めることができる。図４Ｂ〜４Ｆを参照して、充電回路の動作を以下詳述する。
【００４０】
充電回路はＦＥＴ４１８〜４３２を線形に動作させないため、充電回路は、図３Ａの充電回路よりもずっと電力損失が少ない場合がある。例えば、図３Ａの充電回路のＦＥＴ  Ｆ３２０の線形動作は、出力電流とＶXとＶHI間の差との積の電力消散を招く可能性がある。ＶXでの電力消散の比例的上昇と、結果として生じるＦＥＴ  Ｆ３２０の線形動作からの熱消散により、バッテリ３２２が高電圧サブシステム３０６に直接電力を供給するのに十分なバッテリ電圧に達するまで、高電圧及び／又は電流での充電を防止することができる。次いで、図３Ａの充電回路は、高入力電圧、高電圧サブシステムレールへの高負荷及び／又は大バッテリを使用するポータブル電子装置での使用には適さないかもしれない。一方、バッテリ４３４のバッテリ電圧を、高電圧サブシステム４０６に電力を供給する出力電圧まで昇圧することに関連する電力損失は主に、インダクタ４１０、ＦＥＴ４２４〜４２６及び４３２、及び／又はバッテリ４３４から高電圧サブシステム４０６への昇圧経路に沿った他の構成要素の伝導損失及び／又は切り替え損失を含むことができる。その結果、図４Ａの充電回路は、高速充電及び／又は図３Ａの充電回路よりも低い電力及び熱消散を提供することができる。
【００４１】
図４Ｂは、本開示の実施形態によるポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す。より具体的には、図４Ｂは、低電圧状態にあるバッテリ４３４の充電中における図４Ａの充電回路の動作を示す。低電圧状態において、バッテリ４３４は、低電圧サブシステム３０４が直接使用できるが高電圧サブシステム３０６は直接使用することができないバッテリ電圧（例えば、３．０Ｖ〜３．４Ｖ）を有してよい。
【００４２】
充電バッテリ４３４を充電するには、電源４０２から入力電圧と入力電流を供給することができ、及び、ＦＥＴ４１８、４２８を有効にして、電源４０２とバッテリ４３４をそれぞれ充電回路に接続することができる。入力電流は、ＦＥＴ４１８〜４２０、４２８及びインダクタ４０８を含む降圧経路４３６に沿ってバッテリ４３４に供給され得る。制御回路４１２は、ＦＥＴ４２０〜４２２及びインダクタ４０８を使用することで、入力電圧を、高電圧サブシステム４０６の電圧要求よりも低い、電流バッテリ４３４の目標電圧ＶBATにダウンコンバートすることができる。同じ目標電圧を使用して、低電圧サブシステム４０４に電力を供給することができる。例えば、制御回路４１２は、補完的方法でのＦＥＴ４２０〜４２２のオン／オフ切り替えを、ＶBATとＶLOの両方をバッテリ４３４の目標電圧に制御するというサーボ機構フィードバックループの一部分として行うことができる。制御回路４１４は、ＦＥＴ４２８をオンにすることで、バッテリ４３４を入力電流及び目標電流から充電できるようになる。
【００４３】
高電圧サブシステム４０６に電力を供給するために、インダクタ４１０及びＦＥＴ４３２を含む昇圧経路４３８に沿って入力電流を高電圧サブシステム４０６に入力できる。電流を昇圧経路４３８に沿って「逆」方向に流すには、制御回路４１６がＦＥＴ４３０をオフにし、ＦＥＴ４３２をオンにする。加えて、制御回路４１２はＦＥＴ４２６、４３２及びインダクタ４１０を使用して、バッテリ４３４の目標電圧を、高電圧サブシステム４０６への電力供給に用いられるＶHIにアップコンバートすることができる。例えば、制御回路４１２はＦＥＴ４２４をオフにして、インダクタ４１０にかけて逆方向に流れる電流の流れが高電圧サブシステム４０６へ誘導されるようにする。
制御回路４１２は、これに加え、補間的な方法でのＦＥＴ４２６、４３２のオン／オフ切り替えを、インダクタ４１０の入力端子及びＶHIを高電圧サブシステム４０６の電圧要求に、又はこれよりも高い電圧要求（例えば、３．４Ｖ以上）に制御するという、別のサーボ機構フィードバックループの一部分として行うことができる。
【００４４】
図４Ｃは、本開示の実施形態によるポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す。より具体的には、図４Ｃは、高電圧状態にあるバッテリ４３４の充電中における図４Ａの充電回路の動作を示す。高電圧状態において、バッテリ３２２は、全てのサブシステムによって直接使用され得る電圧（例えば、３．４〜３．６Ｖよりも高い電圧）を有するが、まだ完全に充電されてはいない。
【００４５】
図４Ｂと同様に、入力電圧及び入力電流を電源４０２から供給でき、ＦＥＴ４１８、４２８を有効にすることができる。ＦＥＴ４２８は実質的に、バッテリ４３４が満充電状態に達すると、バッテリ４３４の充電を中止するべく充電を停止するように構成されてよい。入力電流は、ＦＥＴ４１８〜４２０、４２８、及びインダクタ４０８を含む降圧経路４３６に沿ってバッテリ４３４に供給することができる。制御回路４１２はＦＥＴ４２０〜４２２及びインダクタ４０８を使用し、入力電圧を、高電圧サブシステム４０６の電圧要求である、又はこれよりも高い電圧要求であるバッテリ４３４の目標電圧ＶBATにダウンコンバートすることができる。例えば、制御回路４１２は、インダクタ４０８の負荷端子にて目標電圧を生成する、サーボ機構フィードバックループの一部分として、ＦＥＴ４２０〜４２２を交互にオン／オフ切り替えすることができる。その結果、低電圧サブシステム４０４と高電圧サブシステム４０６の両方を、バッテリ４３４の目標電圧によって直接電力を供給できるようになる。
【００４６】
制御回路４１２は、インダクタ４１０及びＦＥＴ４２４、４３０を含む第２の降圧経路４４０に沿って、更なる入力電流を提供することもできる。言い換えれば、制御回路４１２はＦＥＴ４２４〜４２６及びインダクタ４１０を使用し、入力電圧をバッテリ４３４の目標電圧にダウンコンバートすることも可能である。例えば、制御回路４１２は、インダクタ４１０の負荷端子にて目標電圧を生成する、サーボ機構フィードバックループの一部分として、ＦＥＴ４２４〜４２６を交互にオン／オフ切り替えすることができる。次に、目標電圧と両経路４３６、４４０からの入力電流とを使用して、バッテリ４３４への充電、低電圧サブシステム４０４及び高電圧サブシステム４０６へ電力を供給する。
【００４７】
制御回路４１６は、電流がインダクタ４１０にかけて逆流することを防止するために、ＦＥＴ４３２をオフにする。又、制御回路４１６は、入力電流をインダクタ４０８〜４１０の負荷端子から高電圧サブシステム４０６へ誘導するために、ＦＥＴ４３０をオンにする。
【００４８】
低電圧状態と高電圧状態の間（例えば、３．４〜３．６Ｖ）にあるバッテリ４３４の充電中に、充電回路が経路４３８と経路４４０を交互に用いて高電圧サブシステム４０６へ電力を供給する。言い換えれば、充電回路が、インダクタ４１０、ＦＥＴ４２６、及び／又は経路４３８からのアップコンバートされた目標電圧から、高電圧サブシステム４０６に電力を供給する、或いは、充電回路が、目標電圧の昇圧をバイパスするための経路４４０に沿って、バッテリ４３４の目標電圧から高電圧サブシステム４０６に直接電力を供給することが可能である。こうした昇圧モードと回避モードの間の切り替えにより、充電回路が電流過渡及び／又は負荷過渡に応答できるようになることで、充電回路の効率的な動作が促進される。例えば、高電圧サブシステム４０６上での電流過渡は、経路４４０に沿って高電圧サブシステム４０６に電力を供給することが経路４３８を介した目標電圧の昇圧よりも効率的な瞬間的期間を生じさせ得る。その結果、充電回路は、高電圧サブシステム４０６上における電流過渡を検出し、この電流過渡に応答して、高電圧サブシステム４０６への電力供給に最も効率的な経路４３８〜４４０を選択する機能を含む。
【００４９】
図４Ｄは、本開示の実施形態によるポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す。特に、図４Ｄは、低電圧状態にあるバッテリ４３４の充電中における図４Ａの充電回路の動作を示す。低電圧状態において、バッテリ４３４は、低電圧サブシステム３０４が直接使用できるが高電圧サブシステム３０６が直接使用することはできないバッテリ電圧を有してよい（例えば、３．０Ｖ〜３．４Ｖ）。
【００５０】
バッテリ４３４は放電中であるため、電源４０２からの入力電圧は利用不能である。次に、バッテリ４３４からの電流が利用不能な及び／又は不適正に接続された電源４０２へ流れないようにするために、制御回路４１２がＦＥＴ４１８〜４２２を無効にする。バッテリ４３４のバッテリ電圧は、バッテリ４３４を放電させるために有効にされたＦＥＴ４２８を含む経路４４２に沿って低電圧サブシステム４０４に直接電力を供給するために使用できる。その後、バッテリの放電を中止するために、バッテリ４３４のカットオフ電圧に達すると充電を停止するようにＦＥＴ４２８を構成することができる。より具体的には、バッテリがカットオフ電圧にまで放電されたら、電源４０２が検出されるまで全てのＦＥＴ４１８〜４３２がオフに切り替えられる。
【００５１】
低電圧状態の電圧４３４の放電中、バッテリ４３４のバッテリ電圧は高電圧サブシステム４０６に直接電力を供給するのに十分でない可能性がある。その代り、インダクタ４１０及びＦＥＴ４３２を含む昇圧経路４４４に沿ってバッテリ電圧を昇圧することができる。電流が昇圧経路４４４に沿って「逆」方向に流れるようにするために、制御回路４１６がＦＥＴ４３０をオフに、ＦＥＴ４３２をオンにする。加えて、制御回路４１２は、ＦＥＴ４２６、４３２及びインダクタ４１０を使用して、バッテリ電圧を高電圧サブシステム４０６の電力供給に用いられるＶHIにアップコンバートすることができる。例えば、制御回路４１２はＦＥＴ４２４をオフにして、インダクタ４１０にかけて逆方向に流れる電流の流れが高電圧サブシステム４０６へ誘導されるようにする。制御回路４１２は、インダクタ４１０の入力端子及びＶHIを高電圧サブシステム４０６の電圧要求に、又はこれよりも高い電圧要求（例えば、３．４Ｖ以上）に制御するという、サーボ機構フィードバックループの一部分として、ＦＥＴ４２６、４３２を交互にオン／オフ切り替えすることができる。
【００５２】
図４Ｅは、本開示の実施形態によるポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す。特に、図４Ｅは、低電圧状態にあるバッテリ４３４の放電中で、電源４０２の代わりに外部負荷４４８が接続している、図４Ａの充電回路の動作を示す。例えば、外部負荷４４８は、バッテリ４３４から電力を受けるために電源４０２と同じコネクタ（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタ）を使用する周辺装置であってよい。
【００５３】
図４Ｄの充電回路の動作と同様、ＦＥＴ４２８が有効にされ、経路４４２に沿ってバッテリ４３４から低電圧サブシステム４０４に直接電力供給され、高電圧サブシステム４０６が、インダクタ４１０、ＦＥＴ４２６、経路４４４を使用してアップコンバートされたバッテリ電圧から電力供給される。外部負荷４４８に電力を供給するために、制御回路４１２がインダクタ４０８とＦＥＴ４２０〜４２２とを使用して、バッテリ電圧を外部負荷４４８の電圧要求値に、又はそれよりも高い電圧要求値にアップコンバートする。例えば、制御回路４１２はインダクタ４０８とＦＥＴ４２０〜４２２とを使用して、バッテリ電圧を、高電圧サブシステム４０６が要求した３．４Ｖ〜３．６Ｖよりも高い５Ｖにまで逆方向昇圧することができる。外部負荷４４８に電力を供給するための出力電圧を生成するには、制御回路４１２が、バッテリ電圧を逆方向へ昇圧させてインダクタ４０８の入力端子にて５Ｖを発生させるという、サーボ機構フィードバックループの一部分として、ＦＥＴ４２０〜４２２のオン／オフ切り替えを補完的な方法で行う。すると、外部負荷４４８が、インダクタ４０８とＦＥＴ４１８〜４２０とを含んだ経路４４６に沿って流れる電流によって電力供給される。
【００５４】
図４Ｆは、本開示の実施形態によるポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す。特に、図４Ｆは、高電圧状態にあるバッテリ４３４の充電中における図４Ａの充電回路の動作を示す。高電圧状態において、バッテリ４３４は、全てのサブシステムによって直接使用され得る電圧（例えば、３．４Ｖ〜３．６Ｖよりも高い電圧）を有するが、まだ完全に充電されてはいない。
【００５５】
図４Ｄ〜４Ｅと同様に、バッテリ４３４は、経路４４２に沿った低電圧サブシステム４０４への電力供給に直接使用され得るバッテリ電圧を有する。さらに、バッテリ電圧は、降圧サブシステム４０６の電圧要求値よりも高いので、バッテリ電圧を用いて、バイパス路４４８に沿って高電圧サブシステム４０６に直接電力を供給することができる。電流がバッテリ４３４から経路４４８に沿って流れるようにするために、制御回路４１６がＦＥＴ４３０をオンにし、ＦＥＴ４３２をオフにし、又、制御回路４１２がＦＥＴ４２０〜４２６をオフにする。これにより、低電圧サブシステム４０４と高電圧サブシステム４０６に電力を供給するために、バッテリ電圧がアップコンバート又はダウンコンバートされることがなくなる。
【００５６】
低電圧状態と高電圧状態の間（例えば、３．４〜３．６Ｖ）にあるバッテリ４３４の放電中に、充電回路が経路４４４と経路４４８の使用を交替させて、高電圧サブシステム４０６に電力を供給することができる。言い換えれば、充電回路が、インダクタ４１０、ＦＥＴ４２６、及び／又は経路４４４からのアップコンバートされたバッテリ電圧から、高電圧サブシステム４０６に電力を供給する、或いは、充電回路が、バッテリ電圧のアップコンバートをバイパスするための経路４４８に沿って、バッテリ４３４の目標電圧から高電圧サブシステム４０６に直接電力を供給することが可能である。こうした昇圧モードとバイパスモードの間の切り替えにより、充電回路が電流過渡及び／又は負荷過渡に応答できるようになることで、充電回路の効率的な動作が促進される。例えば、高電圧サブシステム４０６上での電流過渡は、経路４４８に沿って高電圧サブシステム４０６に電力を供給することが経路４４４を介した目標電圧の昇圧よりも効率的な瞬間的期間を生じさせ得る。その結果、充電回路は、高電圧サブシステム４０６上における電流過渡を検出し、この電流過渡に応答して、高電圧サブシステム４０６への電力供給に最も効率的な経路を選択する機能を含む。
【００５７】
外部負荷（例えば、図４Ｅの外部負荷）が充電回路に接続している場合には、経路４４２、４４８を引き続き使用して、低電圧サブシステム４０４と高電圧サブシステム４０６の両方にバッテリ電圧を直接供給することができる。次に、充電回路が経路４４６を使用して、バッテリ電圧を、外部負荷の電圧要求値の、又はこれよりも高い値の出力電圧にアップコンバートすることができる。例えば、制御回路４１２はインダクタ４０８とＦＥＴ４２０〜４２２とを使用して、バッテリ電圧を、高電圧サブシステム４０６が要求した３．４Ｖ〜３．６Ｖよりも高い５Ｖにまで逆方向昇圧することができる。外部負荷４４８に電力を供給するための５Ｖの出力電圧を生成するには、制御回路４１２が、バッテリ電圧を逆方向へ昇圧させるサーボ機構フィードバックループの一部分として、ＦＥＴ４２０〜４２２のオン／オフ切り替えを補完的な方法で行う。バッテリ４３４からの電流は、外部負荷に電力を供給するために、経路４４６に沿って流れることもできる。
【００５８】
図４Ａ〜図４Ｆの充電回路では、高電圧サブシステムレールを次の２回にわたって規制する：入力電圧からバッテリ４３４の目標電圧への降圧中に１回目、その後、バッテリ４３４から降圧サブシステム４０６への昇圧中に２回目。その結果、高電圧サブシステムレールの効率が、昇圧段階効率×降圧段階効率の分だけ低減する。
【００５９】
高電圧サブシステムレールの効率を向上させるために、高電圧サブシステムレールを、低電圧サブシステムのレールからではなく、入力電圧から直接規制することができる。このタイプの規制を達成するために、図４Ａ〜図４Ｆの充電回路に単一電源ＦＥＴを追加してもよい。特に、図４Ｇは、バッテリ４３４及び追加のＦＥＴ４５０の低電流充電中における図４Ａの充電回路の動作を示す。充電回路の動作中、ＦＥＴ４３２、４５０がオフに切り替えられ、又、低電圧サブシステムのレール４５２及び高電圧サブシステムレール４５４のそれぞれに沿って入力電圧のダウンコンバージョンからバッテリ４３４に充電する及び高電圧サブシステム４０６に電力を供給するために、ＦＥＴ４２８〜４３０がバイパスモードにて有効にされる。
【００６０】
ＦＥＴ４５０は、スイッチングコンバータの両位相を２つの個別の降圧部として独立して動作させることができる。インダクタ４１０を第１位相に使用して、高電圧サブシステム４０６のための電圧を高電圧サブシステムレール４５４に沿って生成することができ、又、インダクタ４０８を第２の位相に使用して、低電圧サブシステムのレール４５２に沿って低電圧サブシステム４０４に電力を供給することができる。上で述べたように、これと同じ機構は、１つ以上のＦＥＴ（例えば、ＦＥＴ４３０）をリニア規制（linear regulation）モードで動作させることによっても達成できるが、これは非常に非効率的であり、又、大きな下流負荷によって電力が消散するため高電圧入力が使用できなくなる。図４Ｇの充電回路の動作は著しく効率的な降圧規制構築を提供し、この構築では、リニア規制については「ＩＲ」で表す２つの方法の間の電力損失に差が生じ、降圧規制については入力電力が１５％未満となる。
【００６１】
バッテリ充電電流が十分に低く、２つの位相が要求されない時には常に、インダクタ４１０を用いて入力電圧から高電圧サブシステムレール４５４に電力を供給する。このような低いバッテリ充電電流は、例えば、動力不足の電源４２０を充電回路に接続している最中に見つかる。動力不足の電源４２０はバッテリ４３４にフル充電電流を供給できないので、制御回路４１２がインダクタ４１０を使用して、電源４０２からの入力電圧をダウンコンバートすることにより、高電圧サブシステムレール４５４に電流を供給する。第２の実施例では、充電回路が低電圧サブシステム４０４及び高電圧サブシステム４０６のみに電流を供給すればよい場合、充電周期の最後に低いバッテリ充電電流が発生する第３実施例では、低いバッテリ充電電流はバッテリ４３４の定電圧充電と一致してよい。充電電流がフル充電電流の約５０％にまで減少すると、制御回路４１２が、高電圧サブシステムレール４５４に供給するために入力電圧をダウンコンバートする。充電回路の動作モードの選択は、ハードウェア及び／又はソフトウェアを介して行われ、又、バッテリ４３４の充電状態、システムの熱測定、及び／又はその他のシステムレベル情報に依存する。
【００６２】
図４Ｈ〜図４Ｊは、本開示の実施形態によるポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す。特に、図４Ｈは、バッテリ４３４の高電流充電中における図４Ｇの充電回路の動作を示す。制御回路４１２は、高電圧サブシステムレール４５４に供給するために入力電圧をインダクタ４１０及びＦＥＴ４２４〜４２６を使用してダウンコンバートする第１位相にて動作できる。制御回路４１２は、低電圧サブシステムのレール４５２に供給するために入力電圧をインダクタ４０８及びＦＥＴ４２０〜４２２を使用してダウンコンバートし、バッテリ４３４にその目標電圧にて充電する第２の位相においても動作できる。
【００６３】
図４Ｈの充電回路では、ＦＥＴ４３２をオフに切り替え、又、入力電圧から高電圧サブシステムレール４５４へ供給するべくＦＥＴ４３０がリニアレギュレータとして動作できる。或いは、高電圧サブシステムレール４５４の電圧要求が電源４０２からの入力電圧と互換する場合には、ＦＥＴ４３０をバイパススイッチとして使用して電力損失を改善することができる。
【００６４】
図４Ｉは低電圧バッテリ４３４の放電中における図４Ｇの充電回路の動作を示し、図４Ｊは高電圧バッテリ４３４の放電中における図４Ｇの充電回路の動作を示す。図４Ｉ〜図４Ｊ中のバッテリ４３４を放電するための充電回路の使用は、図４Ｄ〜図４Ｆ中でバッテリ４３４の放電中にける充電回路の動作と類似する。図４Ｉでは、インダクタ４１０を使用して、バッテリ４３４からのバッテリ電圧を高電圧サブシステムレール４５４に供給するべく昇圧させている。図４Ｊの高電圧バッテリ４３４の放電中に、高電圧サブシステムレール４５４の電圧がＦＥＴ４３０から直線状に規制されることで、電力損失が増加しかねない。
【００６５】
図４Ｇ〜図４Ｊの充電回路にかけて電力損失を更に減少させるために、インダクタ４１０を４スイッチ型バックブーストに変換することができる。図４Ｋ〜図４Ｏは、本開示の実施形態によるポータブル電子装置用の充電回路の動作を示す。図４Ｋ〜図４Ｏの充電回路は、図４Ｇ〜図４Ｊの充電回路よりもＦＥＴ４５６を１つ多く含む。ＦＥＴ４５６は、充電、放電、高バッテリ電圧、低バッテリ電圧の全ての場合について、インダクタ４１０を、高電圧サブシステムレール４５４への効率的な電力供給が可能な４スイッチ型バックブーストに変換させることができる。
【００６６】
より具体的には、図４Ｋは、高電圧バッテリ４３４の放電中における充電回路の動作を示す。図４Ｋでは、バッテリ４３４からのバッテリ電圧を高電圧サブシステムレール４５４に供給する前にダウンコンバートするために、ＦＥＴ４１８〜４２６、４３０がオフにされ、ＦＥＴ４３２がバイパスモードで動作され、ＦＥＴ４５０、４５６が昇圧モードで動作される。
【００６７】
図４Ｌは、低電圧バッテリ４３４の低電流充電中における充電回路の動作を示す。図４Ｌでは、ＦＥＴ４３２、４５０、４５６がオフにされ、ＦＥＴ４２４〜４２６とインダクタ４１０を使用して、高電圧サブシステムレール４５４に供給するために入力電圧をダウンコンバートし、バッテリ４３４の目標電圧にて、低電圧サブシステムのレール４５２に供給し、バッテリ４３４に充電するために、入力電圧をダウンコンバートする。ＦＥＴ４２８〜４３０は、高電圧サブシステムレール４５４に沿ってダウンコンバートされた入力電圧で、バッテリ４３４の充電と高電圧サブシステム４０６へ電力を供給するようにするために、バイパスモードで動作する。
【００６８】
図４Ｍは、低電圧バッテリ４３４の放電中における充電回路の動作を示す。図４Ｍでは、ＦＥＴ４１８〜４２４、４３０、４５６はオフになっている。低電圧サブシステムのレール４５２はバッテリ４３４のバッテリ電圧から直接供給される。ＦＥＴ４５０は、インダクタ４１０及びＦＥＴ４２６、４３２がバッテリ４３４からのバッテリ電圧を高電圧サブシステム４０６の電圧要求にアップコンバートできるように、バイパスモードで動作する。
【００６９】
図４Ｎは、高電圧バッテリ４３４の高電流充電中における充電回路の動作を示す。図４Ｎでは、高電流での充電時には、ＦＥＴ４３０が高電圧サブシステムレール４５４に直線状に充電することができる。ＦＥＴ４３２、４５６はオフに切り替えられ、ＦＥＴ４５０は、入力電圧を、バッテリ４３４と低電圧サブシステムレール４５２への電力供給に使用されるバッテリ４３４の目標電圧にダウンコンバートするべく、バイパスモードで動作される。
【００７０】
図４Ｏは、高電圧バッテリ４３４の低電流充電中における充電回路の動作を示す。図４Ｏでは、ＦＥＴ４３２、４５０、４５６はオフになっている。ＦＥＴ４２８〜４３０は、バッテリ４３４の充電と、高電圧サブシステム４０６への電力供給を可能にするべく、バイパスモードで動作される。入力電圧は、インダクタ４０８及びＦＥＴ４２０〜４２２によってバッテリ４３４の目標電圧にダウンコンバートされ、目標電圧は、バッテリ４３４の充電と、低電圧サブシステムのレール４５２への電力供給とに使用される。入力電圧は、更に、高電圧サブシステムレール４５４に電力を供給するためにダウンコンバートされる。
【００７１】
図５は、本開示の実施形態によるポータブル電子装置用の充電システムを示す。図５の充電システムは、電源５０２からの入力電圧、及び／又はバッテリ５２２からのバッテリ電圧を、バッテリ５２２の充電、及び／又は、１つ以上の低電圧サブシステム５０４及び１つ以上の高電圧サブシステム５０６への電力供給に用いるための１組の出力電圧に変換することができる。
【００７２】
図５に示すように、充電システムはスイッチングコンバータ５０８を含む。スイッチングコンバータ５０８は、１つ以上のインダクタと、ＦＥＴ、ダイオード、及び／又はその他の電子スイッチング構成要素のような１組のｋとを含んでよい。例えば、スイッチングコンバータ５０８は、各々が入力端子と負荷端子を設けた２つのインダクタ（例えば、インダクタ４０８〜４１０）を含む、図４Ａに示す多相式スイッチングコンバータによって提供されてよい。
インダクタ４０８は、インダクタ４０８の入力端子を入力電圧又は基準電圧（例えば、接地）に接続するように構成された２つのスイッチング機構（例えば、ＦＥＴ４２０〜４２２によって提供されるもの）に関連付けられていてよい。インダクタ４１０は、更に、インダクタ４１０の入力端子を入力電圧、基準電圧、高電圧サブシステム４０６に、又、インダクタ４１０の負荷端子を高電圧サブシステム４０６にそれぞれ接続するように構成された、多数のスイッチング機構（例えば、ＦＥＴ４２４〜４２６、４３０〜４３２によって提供されるもの）に関連付けられていてもよい。
【００７３】
充電システムは、電源５０２、バッテリ５２２、高電圧サブシステム５０６、及び／又は低電圧サブシステム５０４を互いに、及び／又はスイッチングコンバータ５０８に接続するために集合的に使用できる、スイッチング機構５１０〜５１６を含んでよい。各スイッチング機構は、異なる電圧ノードどうしを選択的に接続することができ、又、スイッチ、ＦＥＴ（例えば、図４ＡのＦＥＴ４１８〜４３２）、ダイオード、及び／又はその他のスイッチング機構を含むことができる。例えば、スイッチング機構５１０は、不適切に機能する電源５０２（例えば、欠陥設計による電源、又は不正確に接続された電源５０２）から保護する逆電圧保護を提供でき、更に、電圧ノードＶXからの電流が電源５０２（図５にＶBUSとして示される）へ流れることを防ぐことができる。スイッチング機構５１６は、高電圧サブシステム５０６に電力を供給するためのバッテリ５２２のバッテリ電圧及び／又は目標電圧ＶBATにアップコンバートするべくスイッチングコンバータ５０８によって使用される昇圧経路に高圧サブシステム５０６を接続してよい。スイッチング機構５１４は、バッテリ電圧及び／又は目標電圧から高電圧サブシステム５０６に直接電力を供給するべく充電システムによって使用されるバイパス路に高電圧サブシステム５０６を接続してよい。スイッチング機構５１２は、バッテリ５２２の充電又は放電を有効化又は無効化するために、電圧ノードＶLOをバッテリ５２２に選択的に接続できる。
【００７４】
スイッチングコンバータ５０８内のインダクタは、２つ以上のインダクタ群に更にグループ分けできる。言い換えれば、スイッチングコンバータ５０８は、入力電圧をバッテリ５２２の目標電圧にダウンコンバートするために、及び／又は、バッテリ５２２のバッテリ電圧を、電源５０２の代わりとなり得る外部負荷に電力を供給するべくアップコンバートするために使用される第１インダクタ群を含んでよい。スイッチングコンバータ５０８は、目標電圧及び／又はバッテリ電圧を、高電圧サブシステム５０６に電力を供給するべくアップコンバートするために使用される第２インダクタ群を更に含んでよい。
【００７５】
或るインダクタ群が２つ以上のインダクタを含む場合には、そのインダクタ群内の１つのインダクタのメンバーシップを別のインダクタ群に切り替えることで、充電システムの動作を促進することが可能である。例えば、第１インダクタ群内の２つのインダクタのうち１つを第２インダクタ群に切り替えて、１つのインダクタが第２インダクタ群の動作を向上させることができる。加えて、高電圧サブシステム５０６の電圧要求とバッテリ又はバッテリ５２２の目標電圧との間の差が閾値を超えて変化する場合には、スイッチをトリガしてよい。例えば、バッテリ５２２放電中の、バッテリ電圧が高電圧サブシステム５０６の電圧要求よりも０．４Ｖ以上降下した後に、インダクタを第１インダクタ群から第２インダクタ群へ切り替えることで、バッテリ電圧の電圧要求へのアップコンバートが促進される。反対に、バッテリ５２２充電中の、バッテリ電圧が高圧サブシステム５０６の電圧要求の付近まで又はこれを越えて上昇した後に、インダクタを第２インダクタ群から第１インダクタ群へ切り替えることで、バッテリ２２の効率的な充電が促進される。
【００７６】
図６は、本開示の実施形態によるポータブル電子装置内のバッテリの使用を管理する工程を例証したフローチャートを示す。１つ以上の実施形態において、１つ以上のステップを省略、反復する、及び／又は、異なる順序で実行することができる。したがって、図６に示すステップの特定の配置は実施形態の範囲の限定として解釈されるべきでない。
【００７７】
まず、電源からの入力電圧を一組の出力電圧に変換し、バッテリを充電し、ポータブル電子装置の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムを駆動する充電回路を動作させる（動作６０２）。充電回路は、第一インダクタ群と第二インダクタ群を含んでいてもよい。各インダクタ群は、入力電圧、及び／又はバッテリの目標電圧を昇圧又は降圧するように構成可能な一つ以上のインダクタを含んでいてもよい。充電回路の動作中、第一インダクタ群を用いて、入力電圧、及びバッテリの満充電状態（動作６０４）より低いバッテリ電圧の検出時に、入力電圧をバッテリの目標電圧にダウンコンバートする。言い換えると、第一インダクタ群を用いて、入力電圧より低いバッテリの目標電圧においてバッテリを充電できる。
【００７８】
充電回路の追加の動作は、バッテリの電圧状態に基づいていてもよい（動作６０６）。バッテリが低電圧状態の場合、第二インダクタ群を用いて、目標電圧をアップコンバートし、高電圧サブシステムを駆動する（動作６０８）。例えば、バッテリの低電圧状態は、バッテリの充電に用いられる目標電圧から高電圧サブシステムの直接駆動を除外するので、目標電圧はアップコンバート（例えば、昇圧）される。
【００７９】
バッテリが高電圧状態の場合、両方のインダクタ群を用いて、入力電圧を目標電圧にダウンコンバートし（動作６１２）、バッテリを充電し、電源の入力電流から両方のサブシステムを駆動する（動作６１４）。高電圧状態では、目標電圧は、高電圧サブシステムの電圧要求以上である。その結果、両方のインダクタ群を用いて、電源から入力電流を供給し、入力電圧を目標電圧にダウンコンバートすることで、バッテリの効率的な充電を容易にし、同じ目標電圧から両方のサブシステムを駆動可能にする。
【００８０】
バッテリが低電圧状態と高電圧状態の間にある場合、高電圧サブシステムは、第二インダクタ群からのアップコンバートされた目標電圧、及び／又は両方のインダクタ群からの目標電圧から駆動される（動作６１０）。言い換えると、高電圧サブシステムは、充電回路の同じ動作によって、低電圧状態（例えば、アップコンバートされた目標電圧）又は高電圧状態（例えば、目標電圧）として駆動され、高電圧サブシステム及び／又は充電回路に関連した過渡電流及び／又は他のファクタに依存する。
【００８１】
図７は、開示された実施形態によるポータブル電子装置のバッテリの使用を管理する過程を示すフローチャートを示す。一つ以上の実施形態では、一つ以上のステップを省略することも、繰り返すことも、及び／又は異なる順番で実行することもできる。従って、図７に示したステップの特定の配置は、本実施形態の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００８２】
まず、バッテリからのバッテリ電圧を一組の出力電圧に変換し、ポータブル電子装置の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムを駆動する充電回路を動作させる（動作７０２）。充電回路は、第一インダクタ群と第二インダクタ群を含んでいてもよい。充電回路の動作中、充電回路を用いて、バッテリの放電中、バッテリ電圧から低電圧サブシステムを直接駆動する（動作７０４）。従って、低電圧サブシステムは、バッテリのカットオフ電圧以下の電圧要求を有していてもよい。更に、バッテリがいったんカットオフ電圧に到達すると、バッテリの放電は中断される。
【００８３】
充電回路の追加の動作は、バッテリの電圧状態に基づいていてもよい（動作７０６）。バッテリが低電圧状態の場合、第二インダクタ群を用いて、バッテリ電圧をアップコンバートし、高電圧サブシステムを駆動する（動作７０８）。例えば、バッテリの低電圧状態は、放電中のバッテリのバッテリ電圧から高電圧サブシステムの直接駆動を除外するので、バッテリ電圧はアップコンバート（例えば、昇圧）される。
【００８４】
バッテリが高電圧状態の場合、高電圧サブシステムは、高電圧サブシステムへのバイパス路に沿って、バッテリ電圧から駆動される。高電圧状態では、目標電圧は、高電圧サブシステムの電圧要求以上である。その結果、バイパス路は第二インダクタ群をバイパスし、バッテリ電圧から高電圧サブシステムを直接駆動できる。
【００８５】
バッテリが、高電圧状態と低電圧状態の間にある場合、高電圧サブシステムは、アップコンバートされたバッテリ電圧、及び／又はバイパス路に沿ったバッテリ電圧から駆動される（動作７１０）。従って、高電圧サブシステムは、充電回路の同じ動作によって、低電圧状態（例えば、アップコンバートされたバッテリ電圧）又は高電圧状態（例えば、目標電圧及びバイパス路）として駆動され、高電圧サブシステム及び／又は充電回路に関連した過渡電流及び／又は他のファクタに依存する。
【００８６】
ポータブル電子装置への外部負荷の結合も検出される（動作７１４）。外部負荷が検出されない場合、充電回路は、バッテリの電圧状態に基づいて動作を継続できる。外部負荷が検出された場合、第一インダクタ群を用いて、バッテリ電圧をアップコンバートし、外部負荷を駆動する（動作７１６）。例えば、第一インダクタ群を用いて、バッテリ電圧より高く、外部負荷の電圧要求に適合する出力電圧を生成する。
【００８７】
図８は、開示された実施形態によるポータブル電子装置のバッテリの使用を管理する過程を示すフローチャートである。一つ以上の実施形態では、一つ以上のステップを省略することも、繰り返すことも、及び／又は異なる順番で実行することもできる。従って、図８に示したステップの特定の配置は、本実施形態の範囲を限定するものと解釈すべきではない。
【００８８】
まず、電源からの入力電圧、及び／又はバッテリからのバッテリ電圧を一組の出力電圧に変換し、バッテリを充電し、ポータブル電子装置の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムを駆動する充電回路を動作させる（動作８０２）。充電回路は、それぞれ一つ以上のインダクタを含む二つのインダクタ群を含んでいてもよい。充電回路の動作は、入力電圧をダウンコンバートすること、バッテリの目標電圧をアップコンバートすること、及び／又はバッテリのバッテリ電圧をアップコンバートすることを含んでいてもよい。
【００８９】
次に、インダクタ群の間でインダクタのメンバシップを切り替え、高電圧サブシステムの電圧要求の変化、及び閾値を超えるバッテリのバッテリ電圧の検出時に、充電回路の動作を容易にする（動作８０４）。例えば、インダクタを第一インダクタ群から第二インダクタ群に切り替え、バッテリの効率的な充電、及び／又は高電圧サブシステムの電圧要求へのバッテリ電圧の昇圧を容易にできる。
【００９０】
上記の充電回路は、任意の種類の電子装置で一般に用いられる。例えば、図９は、プロセッサ９０２、メモリ９０４及びディスプレイ９０８を含むポータブル電子装置９００を示し、それらは、電源９０６によって全て駆動される。ポータブル電子装置９００は、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、ポータブルメディアプレーヤ、デジタルカメラ、及び／又は他の種類のバッテリ駆動の電子装置に対応できる。電源９０６は、図４Ａに示したコンバータ等のスイッチングコンバータ、昇圧コンバータ、反転コンバータ、Ｃｕｋコンバータ、ＳＥＰＩＣ、Ｚｅｔａコンバータ、及び／又は昇圧−降圧コンバータを含んでいてもよい。スイッチングコンバータは、第一インダクタ群と第二インダクタ群を含んでいてもよい。電源９０６は制御回路を含んでいてもよく、制御回路は、スイッチングコンバータを用いて、電源からの入力電圧、及び／又はポータブル電子装置９００のバッテリからのバッテリ電圧を一組の出力電圧に変換し、バッテリを充電し、低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムを含むポータブル電子装置９００の二つ以上のサブシステムを駆動する。例えば、制御回路は、第一及び第二インダクタ群を用いて、入力電圧及び／又はバッテリ電圧を一組の出力電圧に別個に降圧及び／又は昇圧し、バッテリを充電し、低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムを駆動できる。
【００９１】
様々な実施形態の上記の説明は、例示及び説明のためだけに提示される。それらは、包括的なものではなく、開示された形態に本発明を限定するものではない。従って、多くの修正及び変形形態が、当業者には明らかである。更に、上記の開示内容は、本発明を限定するものではない。
【図１】
2020065439.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図４Ｊ】
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【図４Ｋ】
2020065439.tif 000018
【図４Ｌ】
2020065439.tif 000019
【図４Ｍ】
2020065439.tif 000020
【図４Ｎ】
2020065439.tif 000021
【図４Ｏ】
2020065439.tif 000022
【図５】
2020065439.tif 000023
【図６】
2020065439.tif 000024
【図７】
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【図８】
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【図９】
2020065439.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月29日(2020.1.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポータブル電子装置のバッテリの使用を管理する方法であって、
前記バッテリの放電中に、前記ポータブル電子装置の充電回路を動作させて、ポータブル電子装置の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに同時に電力供給することを含み、前記充電回路は複数のインダクタを備え、
低電圧状態のバッテリの放電中に、前記充電回路を動作させることは、
前記複数のインダクタの第１のインダクタ群を使用して、前記バッテリのバッテリ電圧をアップコンバートして、前記高電圧サブシステムに電力供給することと、
前記充電回路を使用して、前記複数のインダクタをバイパスして、前記バッテリ電圧から前記低電圧サブシステムに電力供給することと、を含み、
前記低電圧状態の上の状態のバッテリの放電中に、前記充電回路を動作させることは、
前記充電回路の前記高電圧サブシステムへのバイパス路に沿って、前記バッテリ電圧から前記高電圧サブシステムに電力供給することと、
第２のインダクタ群を使用して、前記バッテリのバッテリ電圧をダウンコンバートして、前記低電圧サブシステムに電力供給することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記高電圧サブシステムの電圧要求と前記バッテリのバッテリ電圧との間の閾値を超える変化を検出すると、前記充電回路の動作を容易にするように、前記第１のインダクタ群と前記第２のインダクタ群との間でインダクタの属性を切り換えることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ポータブル電子装置への外部負荷の接続を検出すると、前記第１のインダクタ群を用いて、前記バッテリ電圧をアップコンバートして、前記外部負荷に電力供給することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１及び第２のインダクタ群の各々は、１つ以上のインダクタを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ポータブル電子装置の充電システムであって、
第１のインダクタ群及び第２のインダクタ群を備えるスイッチングコンバータと、
前記スイッチングコンバータを使用して、バッテリ電圧を１組の出力電圧に変換して、前記ポータブル電子装置の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに同時に電力供給するように構成される制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
低電圧状態のバッテリの放電中に、前記第１及び第２のインダクタ群をバイパスして、前記バッテリ電圧から前記低電圧サブシステムに電力供給し、前記第２のインダクタ群を使用して、前記バッテリのバッテリ電圧をアップコンバートして、前記高電圧サブシステムに電力供給し、
前記低電圧状態の上の状態のバッテリの放電中に、前記高電圧サブシステムへのバイパス路に沿って、前記バッテリ電圧から前記高電圧サブシステムに電力供給し、第１のインダクタ群を使用して、前記バッテリのバッテリ電圧をダウンコンバートして、前記低電圧サブシステムに電力供給するように、さらに構成されている、充電システム。
【請求項６】
前記高電圧サブシステムの電圧要求と前記バッテリのバッテリ電圧との間の閾値を超える変化を検出すると、前記制御回路は、前記充電システムの動作を容易にするように、前記第１のインダクタ群と前記第２のインダクタ群との間でインダクタの属性を切り換えるように、さらに構成されている、請求項５に記載の充電システム。
【請求項７】
前記ポータブル電子装置への外部負荷の接続を検出すると、前記制御回路は、前記第１のインダクタ群を用いて、前記バッテリ電圧をアップコンバートして、前記外部負荷に電力供給するように、さらに構成されている、請求項５に記載の充電システム。
【請求項８】
高電圧サブシステムの第１セットの部品と、
低電圧サブシステムの第２セットの部品と、
バッテリと、
第１のインダクタ群及び第２のインダクタ群を備えるスイッチングコンバータと、
前記スイッチングコンバータを使用して、前記バッテリの電圧を１組の出力電圧に変換して、低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに同時に電力供給するように構成される制御回路と、を備えるポータブル電子装置であって、
前記制御回路は、
低電圧状態のバッテリの放電中に、前記第１及び第２のインダクタ群をバイパスして、前記バッテリの電圧から前記低電圧サブシステムに電力供給し、前記第２のインダクタ群を使用して、前記バッテリのバッテリ電圧をアップコンバートして、前記高電圧サブシステムに電力供給し、
前記低電圧状態の上の状態のバッテリの放電中に、前記高電圧サブシステムへのバイパス路に沿って、前記バッテリ電圧から前記高電圧サブシステムに電力供給し、
前記第１のインダクタ群を使用して、前記バッテリ電圧をダウンコンバートして、前記低電圧サブシステムに電力供給するように、さらに構成されている、ポータブル電子装置。
【請求項９】
前記高電圧サブシステムの電圧要求と前記バッテリのバッテリ電圧との間の閾値を超える変化を検出すると、前記制御回路は、前記充電システムの動作を容易にするように、前記第１のインダクタ群と前記第２のインダクタ群との間でインダクタの属性を切り換えるように、さらに構成されている、請求項８に記載のポータブル電子装置。
【請求項１０】
前記ポータブル電子装置への外部負荷の接続を検出すると、前記制御回路は、前記第１のインダクタ群を用いて、前記バッテリ電圧をアップコンバートして、前記外部負荷に電力供給するように、さらに構成されている、請求項８に記載のポータブル電子装置。
【外国語明細書】
2020065439000001.pdf