(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を制御するためのデバイスであって、
充電電流を導通するように適合された通過素子を備え、前記通過素子は、第１および第２の電流スイッチと、演算増幅器と、抵抗器とを含み、前記第１の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の非反転入力に第１のスケール電流を出力するように動作し、前記第２の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の反転入力に第２のスケール電流を出力するように動作し、前記第１のスケール電流が電流制限値よりも大きい場合、前記第１のスケール電流と前記電流制限値との差分が前記抵抗器を介して流れ、前記デバイスは、さらに、
ソフトスタート・コントローラ及びソフトスタート構成部品を含む電力ループ制御回路を備え、前記ソフトスタート・コントローラは、前記通過素子を通る前記充電電流の増分ステップに対応する制御信号を生成するように適合され、前記ソフトスタート構成部品は、前記制御信号に従って前記充電電流の増大を前記電流制限値に至るまで増分ステップで管理するように適合され、前記電流制限値は、前記通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けられる、デバイス。
【請求項２】
前記制御信号は１つまたはそれ以上の制御ビットを含み、前記１つまたはそれ以上の制御ビットの数は前記増分ステップの数に関係付けられている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記制御信号は１つまたはそれ以上の制御ビットを含み、前記１つまたはそれ以上の制御ビットの数は、前記ソフトスタート・コントローラにより前記充電電流が前記電流制限値に近付くことが可能になる予め設定された分解能に関係付けられている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記ソフトスタート・コントローラはコンパレータおよび論理回路を含み、前記コンパレータは、前記論理回路に前記増分ステップを増減するように促すための論理信号を生成するように適合され、前記論理回路は、前記増分ステップを増減するときに前記制御信号を調整するように適合されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記論理回路はカウンタを含み、前記コンパレータは、前記カウンタにカウントアップまたはカウントダウンするように促すためのＵＰ／ＤＮ信号を生成するように適合され、前記カウンタは、カウントアップ及びカウントダウンするときに前記制御信号を調整するように適合される、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ソフトスタート・コントローラは、前記コンパレータに動作可能に結合された定電流源を更に含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記ソフトスタート・コントローラに動作可能に結合され、前記コンパレータが応答して論理信号を生成するセンサ信号を生成するように適合された温度センサを更に備える、請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
ゼロ温度係数の電圧基準部を更に備え、前記コンパレータは、前記温度センサ及び前記ゼロ温度係数電圧基準部に動作可能に接続され、これに応答して前記論理信号を生成するように適合される、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記温度センサは、互いに直列に動作可能に結合された１つ又はそれ以上の温度感知素子を含む、請求項７に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記各温度感知素子は、その絶対温度に反比例する順電圧降下を有し、前記温度感知素子は前記増分ステップ間で前記充電電流を調節することによって、全体的に予め設定された温度レベルを維持する、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記カウンタは、上限と下限の間でカウントアップ及びカウントダウンするように適合されている、請求項５に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記カウンタは前記上限に達した場合にカウントダウンのみを行い、前記下限に達した場合にはカウントアップのみを行うように更に適合される、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記ソフトスタート構成部品は、前記制御信号に応答してターンオン及びオフするように適合された１つ又はそれ以上の電流スイッチを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記通過素子に動作可能に結合され、前記電流制限値を検出して前記充電電流を前記電流制限値以下に制限することによって管理するように動作する電流制限検出器を有する電流制限コントローラを更に備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記ソフトスタート・コントローラ、前記ソフトスタート構成部品、又はその両方が、マイクロコントローラを用いて実施される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記マイクロコントローラは、その入力においてアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）に動作可能に接続され、その出力においてデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）に動作可能に接続されるように更に実施される、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
温度センサを更に備え、前記ＡＤＣが前記温度センサに動作可能に結合され、前記ＤＡＣが前記通過素子に動作可能に結合される、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記電力ループ制御回路は、前記充電電流が前記電流制限値又はその近傍に達すると、前記通過素子にわたって消散される電力が前記予め設定された電力制限値を超えないように前記充電電流を調節するよう適合されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記電力ループ制御回路は、電荷蓄積デバイス、システム負荷、又はその両方のための調節された前記充電電流を生成するように適合される、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
集積回路（ＩＣ）又はＩＣの機能ブロックにおいて具現化される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記ＩＣはダイ領域に分割され、前記各ダイ領域が異なるスケールのデバイスに適合される、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
温度センサが、前記通過素子を含む熱源が存在するダイ領域上に配置される、請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
方法であって、
ソフトスタート・コントローラにおいて制御信号を生成することによって、通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連する電流制限値まで前記通過素子を通る充電電流を増分ステップで増大させるステップを含み、前記通過素子は、第１および第２の電流スイッチと、演算増幅器と、抵抗器とを含み、前記第１の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の非反転入力に第１のスケール電流を出力するように動作し、前記第２の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の反転入力に第２のスケール電流を出力するように動作し、前記第１のスケール電流が前記電流制限値よりも大きい場合、前記第１のスケール電流と前記電流制限値との差分が前記抵抗器を介して流れ、前記方法は、さらに、
前記充電電流が前記電流制限値又はその近傍に達したときに電力ループ制御回路において前記充電電流を調節するステップと、
増大された後に調節された前記充電電流を電荷蓄積デバイス、システム負荷またはその両方に出力するステップとを含む、方法。
【請求項２４】
前記充電電流を増大させるステップは前記増分ステップの分解能に基づいており、前記制御信号が１つ又はそれ以上の制御ビットを含み、前記分解能は前記１つ又はそれ以上の制御ビットの数に関係付けられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記充電電流を増分ステップで増大させるステップは、前記電力ループ制御回路の温度を感知して、前記増分ステップ間で前記充電電流を調節することによって前記電力ループ制御回路の予め設定された温度レベルを維持するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記充電電流を増分ステップで増大させるステップは、前記生成された制御信号に応答して前記ソフトスタート・コントローラにより１つ又はそれ以上の電流スイッチをターンオン及びオフすることによって、前記充電電流を増大及び低減するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記調節ステップは、前記電流制限値を検出して、前記充電電流を前記電流制限値以下に維持するように制御するステップを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
デバイスであって、
電流を導通するよう適合された通過素子を備え、前記通過素子は、第１および第２の電流スイッチと、演算増幅器と、抵抗器とを含み、前記第１の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の非反転入力に第１のスケール電流を出力するように動作し、前記第２の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の反転入力に第２のスケール電流を出力するように動作し、前記第１のスケール電流が電流制限値よりも大きい場合、前記第１のスケール電流と前記電流制限値との差分が前記抵抗器を介して流れ、前記デバイスは、さらに、
ソフトスタート・コントローラ及びソフトスタート構成部品を含む電力ループ制御回路を備え、前記ソフトスタート・コントローラは、前記通過素子を通る前記電流の増分ステップに対応する調整可能な制御信号に関する出力を含み、前記ソフトスタート構成部品が、前記制御信号の調整に従って前記電流を前記電流制限値まで増分ステップで管理するよう適合され、前記電流制限値は前記通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けられる、デバイス。
【請求項２９】
回路であって、
前記回路に動作可能に結合された通過素子の温度に基づいてセンサ信号を供給するように構成された温度センサを備え、前記通過素子は、第１および第２の電流スイッチと、演算増幅器と、抵抗器とを含み、前記第１の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の非反転入力に第１のスケール電流を出力するように動作し、前記第２の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の反転入力に第２のスケール電流を出力するように動作し、前記第１のスケール電流が電流制限値よりも大きい場合、前記第１のスケール電流と前記電流制限値との差分が前記抵抗器を介して流れ、前記回路は、さらに、
前記温度センサに動作可能に結合されたソフトスタート・コントローラであって、前記センサ信号に応答して論理信号を供給するように適合されたコンパレータと、前記論理信号に応答して、前記通過素子を通る充電電流の増分ステップに対応する制御信号を供給するように適合された論理回路とを含む、ソフトスタート・コントローラと、
前記制御信号に従って充電電流の増加を前記電流制限値まで増分ステップで管理するように適合され、前記電流制限値は前記通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けられる、ソフトスタート構成部品とを備える、回路。
【請求項３０】
デバイスであって、
通過素子を備え、前記通過素子は、第１および第２の電流スイッチと、演算増幅器と、抵抗器とを含み、前記第１の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の非反転入力に第１のスケール電流を出力するように動作し、前記第２の電流スイッチがターンオンすると、前記演算増幅器の反転入力に第２のスケール電流を出力するように動作し、前記第１のスケール電流が電流制限値よりも大きい場合、前記第１のスケール電流と前記電流制限値との差分が前記抵抗器を介して流れ、前記デバイスは、さらに、
前記通過素子の温度に基づいてセンサ信号を供給するように構成された温度センサと、
前記温度センサに動作可能に結合されたソフトスタート・コントローラであって、前記センサ信号に応答して論理信号を供給するように適合されたコンパレータと、前記論理信号に応答して、前記通過素子を通る充電信号の増分ステップに対応する制御信号を供給するように適合された論理回路とを含む、ソフトスタート・コントローラと、
前記制御信号に従って充電電流の増加を前記電流制限値まで増分ステップで管理するように適合され、前記電流制限値は前記通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けられる、ソフトスタート構成部品とを備える、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、システム負荷及び電荷蓄積デバイスの電力管理に関し、より具体的には、電力源への充電電流の調節のような用途に対する電力を温度の関数として管理することに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力制御とは、例えば、電力が予め設定された電力制限未満にとどまるように電力を制限し調節する手法である。電力は電流と電圧の関数であるので、電力制御は電流制御を含むことができる。電流制御の典型的な目的は、電流を生成又は伝達する回路（例えば電力供給装置）を例えば短絡に起因する有害な作用から保護することである。例えば、電源を用いて理想キャパシタのような理想的な電荷蓄積デバイスを充電する場合、電流は無限大に近づく。図１は、所望の電流制限値に関するこのような理想的な充電電流を示す。現実のキャパシタにおいても、キャパシタを充電するのに必要な過電流は、電力供給装置が生成できる電流よりも大きくなり得る。現実のキャパシタが電流制限されない限り、過電流はヒューズを溶断させる可能性がある。電源としてバッテリが用いられる場合には、負荷への充電電流における初期サージのために、バッテリは殆ど短絡回路とみなすことができる。しかも、充電電流が流れると、温度が急速に上昇する傾向がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従って、電力制御デバイスの改善された設計に対する必要性が存在する。このような設計の１つの望ましい態様は、制御された方式で温度を低下させ調節するために充電電力を制限することを含む、充電電流が流れ始めたときに温度を制御する機能を実質的に高めることができることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、前述の所見に部分的には基づいており、この目的に従って、本発明の種々の実施形態は、電力を制御するためのデバイス及び方法を含む。一般に、電力を制御するためのデバイスの種々の実施には、電荷蓄積デバイスが充電される温度が考慮される。電力を制御するためのデバイスの種々の実施は、ソフトスタート構成部品と一体化された温度センサを用いることができる。ソフトスタート構成部品は、増分ステップで電力を制御可能にする。上述の設計に対する実施可能な代替形態として、融通性のない、又は用途が限られる、或いはその両方とすることができ、種々の実施は、集積回路（ＩＣ）又は電流の制御すなわち電力の制御において通常融通性があり効率的なディスクリート構成部品を幾つか用いることができる。例証のために以下に幾つかの実施例が提供される。
【０００５】
一実施形態によれば、電力を制御するためのデバイスは、通過素子及び電力ループ制御回路を備える。電力ループ制御回路は、ソフトスタート・コントローラ及びソフトスタート構成部品を含む。ソフトスタート・コントローラは、通過素子を通る充電電流の増分ステップに対応する制御信号を生成するように適合される。ソフトスタート構成部品は、制御信号に応答して、充電電流の増大を電流制限値に至るまで増分ステップで管理するように適合される。
【０００６】
このようなデバイスにおいて、制御信号は、１つ又はそれ以上の制御ビットを含むことができる。ソフトスタート構成部品は、制御信号に応答してターンオン／オフするように適合された１つ又はそれ以上の電流スイッチを含むことができる。このような電流スイッチはトランジスタを含むことができる。ソフトスタート・コントローラは、コンパレータ及び論理回路を含むことができる。論理回路はカウンタを含むことができる。コンパレータは、論理回路に増分ステップを増減するよう促す（例えば、カウンタに上限と下限の間でカウントアップ又はカウントダウンするように促す）ための論理信号（例えばＵＰ／ＤＮ信号）を生成するよう適合することができる。論理回路は、増分ステップを増減させるときに制御信号を調整するように適合させることができる。カウンタは、例えば、カウントアップ及びカウントダウンするときに制御ビットを調整するように適合させることができる。カウンタは、上限に達した場合にカウントダウンのみを行い、下限に達した場合にはカウントアップのみを行うように適合させることができる。ソフトスタート・コントローラはまた、コンパレータに動作可能に結合された定電流源を含むことができる。
【０００７】
本デバイスはまた、ソフトスタート・コントローラに動作可能に結合された温度センサを含むことができる。温度センサは、コンパレータがそれに応答して論理信号（例えば、ＵＰ／ＤＮ信号）を生成するためのセンサ信号を生成するように適合させることができる。更に、本デバイスはゼロ温度係数電圧基準部を含むことができる。コンパレータは、温度センサ及びゼロ温度係数電圧基準部に動作可能に接続され、これに応答して論理信号を生成するように適合させることができる。温度センサは、互いに直列に動作可能に結合された１つ又はそれ以上の温度感知素子を含むことができる。各温度感知素子は、その絶対温度に反比例する順電圧降下を有することができる。全体として、温度感知素子は、増分ステップ間の充電電流を調節することにより、予め設定された温度レベルを維持する。温度感知素子は、バイポーラ接合ダイオード、サーミスタ、又はトランジスタ、或いはこれらの１つ又はそれ以上の組合せを含むことができる。温度センサは、全部又は部分的に本デバイスの電力ループ制御回路に組み込むことができる。
【０００８】
本デバイスは、通過素子に動作可能に結合された電流制限検出器を有する電流制限コントローラを更に含むことができる。電流制限検出器は電流制限値を検出し、充電電流を電流制限値以下に制限することにより充電電流を管理するように動作する。このようなデバイスにおいて、電力ループ制御回路は、充電電流が電流制限値又はその近傍に達すると、通過素子にわたって消散される電力が予め設定された電力制限値を超えないように充電電流を調節するよう適合させることができる。電力ループ制御回路はまた、電荷蓄積デバイス、システム負荷、又はその両方に対して調節された充電電流を生成するように適合させることができる。通過素子は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、金属酸化膜半導体ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）、及び絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）のうちの１つ又はそれ以上を含む１つ又はそれ以上のトランジスタを含むことができる。
【０００９】
本デバイスの１つの実施において、ソフトスタート・コントローラ及びソフトスタート構成部品の１つ又はそれ以上は、マイクロコントローラを用いて実施することができる。マイクロコントローラは、その入力をアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）に動作可能に接続し、その出力をデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）に動作可能に接続することができる。このようなデバイスは、マイクロコントローラのＡＤＣに動作可能に結合された温度センサを更に備えることができる。この場合、ＤＡＣは通過素子に動作可能に結合することができる。
【００１０】
別の実施形態によれば、電力を制御する方法は、通過素子を通る充電電流を電流制限値まで増分ステップで増大させる段階と、充電電流が電流制限値又はその近傍に達したときに充電電流を調節する段階と、増大させ調節された充電電流を電荷蓄積デバイス、システム負荷、又はその両方に出力する段階とを含む。充電電流の増大は、ソフトスタート・コントローラ内で制御信号を生成することにより実施される。充電電流の調節は、電力ループ制御回路内で実施される。
【００１１】
このような方法において、充電電流を増大させる段階は、増分ステップの分解能に基づいて行うことができる。分解能は、制御ビットに関係付けることができ、この場合、分解能は、制御信号の１つ又はそれ以上の制御ビットの数に関係付けることができる。充電電流を増大させる段階は、種々の動作を含むことができる。この増大段階は、電力ループ制御回路の温度を感知する段階を含むことができる。また増大段階は、増分ステップ間で充電電流を調節することにより、電力ループ制御回路の予め設定された温度レベルを維持する段階を含むことができる。本増大段階は更に、生成された制御信号に応答してソフトスタート・コントローラにより１つ又はそれ以上の電流スイッチをターンオン／オフすることによって、充電電流を増大及び低減する段階を含むことができる。調節段階は、電流制限値を検出して、充電電流を電流制限値以下に維持するように充電電流を制御する段階を含むことができる。
【００１２】
更に別の実施形態によれば、電力を制御するためのデバイスは、通過素子及び電力ループ制御回路を備える。電力ループ制御回路は、ソフトスタート・コントローラ及びソフトスタート構成部品を含む。ソフトスタート・コントローラは、通過素子を通る電流の増分ステップに対応する制御信号に関する出力を含む。ソフトスタート構成部品は、制御信号の調整に従って、電流制限値に至るまで電流の増加を増分ステップで管理するように適合される。電流制限値は、通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けられる。
【００１３】
このようなデバイスにおいて、制御信号はまた、１つ又はそれ以上の制御ビットを含むことができる。ソフトスタート・コントローラは、調整可能な制御信号を出力において生成するように適合された論理回路を含むことができる。ソフトスタート・コントローラはまた、コンパレータ、及びコンパレータに動作可能に結合された定電流源を含むことができる。ソフトスタート構成部品は、制御信号に応答するターンオン／オフ状態を有する１つ又はそれ以上の電流スイッチを含むことができる。
【００１４】
このデバイスはまた、ソフトスタート・コントローラに動作可能に結合され、コンパレータが制御信号を調整するためのＵＰ／ＤＮ信号をそれに応答して生成できるセンサ信号を生成するように適合された、温度センサを含むことができる。本デバイスは更に、電圧基準部を含むことができる。コンパレータは、温度センサ及び電圧基準部に動作可能に接続し、ＵＰ／ＤＮ信号を生成するように適合させることができる。更に、本デバイスは、通過素子に動作可能に結合され、電流制限値を検出して電流を電流制限値以下に制限することにより該電流を管理するように動作する、電流制限検出器を有する電流制限コントローラを含むことができる。
【００１５】
このようなデバイスにおいて、ソフトスタート・コントローラ、ソフトスタート構成部品、又はその両方は、マイクロコントローラを用いて実施することができる。マイクロコントローラは、その入力をＡＤＣに、出力をＤＡＣに動作可能に接続することができる。本デバイスはまた、温度センサを含むことができる。ＡＤＣは温度センサに動作可能に結合することができる。ＤＡＣは通過素子に動作可能に結合することができる。電力ループ制御回路は、電流が電流制限値又はその近傍に達すると、通過素子にわたって消散される電力が予め設定された電力制限値を超えないように電流を調節するように適合させることができる。電力ループ制御回路は、電荷蓄積デバイス、システム負荷、又はその両方のための調節された電流を生成するように適合させることができる。
【００１６】
これらの実施形態においては、種々の可能な属性が存在することができる。電流は充電電流とすることができる。電流制限値は通過素子にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けることができる。制御ビットの数は、増分ステップの数、ソフトスタート・コントローラが充電電流を電流制限値まで近付けるようにする予め設定された分解能、又はその両方に関係付けることができる。電流スイッチはトランジスタを含むことができる。本デバイスは、ＩＣ内又はＩＣ内の機能ブロックとして具現化することができる。ＩＣはダイ領域に分割することができ、各々のダイ領域を異なるスケールのデバイスに適合させることができる。温度センサは通過素子を含む熱源が存在するダイ領域に配置することができる。このようなＩＣはまた、モバイル・デバイスに用いるように適合させることもできる。
【００１７】
本発明のこれら及び他の実施形態、特徴、態様、並びに利点は、以下で説明する本明細書の説明、添付の請求項、及び添付図面からより良く理解されるであろう。
【００１８】
本明細書に組み込まれてその一部を構成する添付図面は、本発明の種々の態様を例証し、本明細書と併せてその原理を説明するのに役立つ。好都合である場合、同じ参照符号は図面全体を通して同じ又は類似の要素を示すのに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】所望の電流制限値と関連して理想の充電電流を示す図である。
【図２】従来の充電電力制御機構のブロック図である。
【図３Ａ】充電が開始したときの通過素子及び周辺構成部品の経時的な一般温度挙動を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の例示的な実施形態によるデジタル式ソフトスタートの挙動を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の例示的な実施形態によるアナログ式ソフトスタートの挙動を示す図である。
【００２０】
【図４】本発明の一実施形態による集積チップ（ＩＣ）ダイ上の充電電力制御デバイスの構造図である。
【図５】本発明の一実施形態による充電電力制御機構のブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態による別の充電電力制御機構のブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態による、温度センサ及びソフトスタート・コントローラの回路詳細を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による、通過素子の回路詳細を含む充電電力制御機構の図である。
【図９】本発明の一実施形態による、ソフトスタート構成部品及び通過素子の回路詳細を含む、図８の充電電力制御機構の図である。
【図１０】本発明の一実施形態による別の充電電力制御機構のブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態による、通過素子を通る調節された充電電流レベルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
モバイル・デバイスで用いられるような電荷蓄積デバイス（例えば、バッテリ又はスーパーキャパシタ）は、限られた時間期間持続するエネルギーを提供する傾向がある。従って、これらは適宜、供給装置を用いて充電する必要がある。このような充電中、電流が電荷蓄積デバイスに流れると温度が急速に上昇する可能性がある。従って、電力量すなわち電荷蓄積デバイスに流れ込む電流の量を制限して温度を制御することに関心がもたれる可能性がある。
【００２２】
図２は、従来の充電電力制御機構２００のブロック図である。この機構２００は、供給装置２０２、通過素子（パス・エレメント）２０４、及び電荷蓄積デバイス２０６を含む。一般に、通過素子（パス・エレメント）は、直流（ＤＣ）電力源（例えば供給装置２０２）に直列の、制御可変な抵抗デバイスである。通過素子は、増幅されたエラー信号により駆動することができ、出力電流が低下するようになると抵抗を増大させ、出力電流が上昇するようになると抵抗を減少させるように動作する。図２において、通過素子２０４の両端電圧は、抵抗値Ｒと通過素子２０４を流れる電流Ｉとを乗算したものであり、その電流は、Ｒにより増幅されるエラー信号である。電荷蓄積デバイス２０６の両端電圧Ｖは、供給装置２０２からの電圧ＶSと、Ｒ×Ｉとの間の差である。供給装置２０２がオンにされると、電荷蓄積デバイス２０６への電流は急速に増大する（図１参照）。更に、図３Ａに示すように、通過素子２０４及び周辺の構成部品の温度は、充電が始まると急速に上昇する傾向がある。充電電力制御機構２００の構成部品を起こり得る損傷から保護するために、電荷蓄積デバイス２０６に流れる電流Ｉ及び温度を制限するのが好ましい。
【００２３】
従って、本発明の種々の実施形態は、充電中に電流、温度、又はその両方を制御するために電荷蓄積デバイスへの電力を制限するためのデバイス及び方法を含む。充電電力制御機構は、制御された方式で温度過渡特性を緩和するためにソフトスタート構成部品と組み合わされた温度制御部を含むことができる。図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ、本発明の例示的な実施形態によるデジタル式及びアナログ式ソフトスタートの挙動を示す図である。
【００２４】
図３Ｂにその動作を示すデジタル式ソフトスタートの実施において、２n個のステップが充電電流を増分ステップに分割する。各ステップは、充電電力制御機構内のソフトスタート構成部品により異なる電圧を生成する。ソフトスタート構成部品は、電流のレベルを好ましくは緩やかに、例えば段階的に上昇させる。ｎ＝３、４、５、６、その他では、デジタル式ソフトスタート構成部品は、２n、すなわち８、１６、３２、６４、その他の増分ステップを含むことができる。
【００２５】
ソフトスタート構成部品により、温度を漸次的に上昇させることが可能になり、温度過渡特性を緩和する。本質的に、デジタル式ソフトスタート構成部品により、量子化され制御された方式で温度を上昇させることが可能になる。ソフトスタートを温度制御と組み合わせることで、電流のレベルの段階的制御が可能になる。アナログ式ソフトスタート構成部品は、その変化が通常は段階的増分ではなく滑らかなものとなる点を除いて、デジタル式ソフトスタート構成部品と実質的に同じ性能を示す。アナログ式ソフトスタートは図３Ｃに示される。
【００２６】
充電電力制御機構の１つの構成では、熱サイクル用の温度センサを利用する。図４は、本発明の一実施形態による、集積チップ（ＩＣ）ダイ４００上に実装された充電電力制御デバイスの構造図である。ＩＣダイ領域は、領域４０２ａ〜ｈに分割することができる。各ダイ領域４０２ａ〜ｈは、異なるスケール（すなわち寸法）のデバイスに適合させることができる。図６〜１０を参照して説明するように、充電電力制御機構は、充電電流を制限するように適合される制御回路を含むことができる。このような回路は、異なるスケールのトランジスタを用いて実施することができる。トランジスタは、異なるダイ領域４０２ａ〜ｈ内に配置することができる。ＩＣダイ４００は更に、ダイ領域４０２ａ〜ｈの両側に結合された１つ又は複数の入力側ボンドワイヤ４０６及び１つ又は複数の出力側ボンドワイヤ４０８を含むことができる。ボンドワイヤ４０６及び４０８は、ＩＣダイ４００と外部構成部品との間の相互接続を形成するように適合される。ＩＣダイ４００は更に、加熱されるダイ領域４０２、例えば熱源が存在し得るダイ領域４０２ｅに配置される、温度センサ４０４を含むことができる。具体的には、電力を消散する構成部品を支持するシリコン領域が加熱される傾向にある。充電電力制御デバイスにおいて、充電電力が消散される領域４０２ｅは、温度上昇に敏感である。従って、温度センサ４０４は熱に対して最も敏感な領域（すなわち４０２ｅ）又はほぼその近傍に配置される。
【００２７】
温度センサは、制御回路と協働して充電電力を制限することができる。電荷蓄積デバイスに流れる電力を制限する１つの手法は、電力ループ制御回路を用いることである。図５は、本発明の一実施形態による充電電力制御機構５００のブロック図である。充電電力制御機構５００は、充電電力を供給するための電源すなわち供給装置５０４と、電荷蓄積デバイス５０６、システム負荷５１２、又はその両方との間を連結する充電電力制御デバイス５０２を含む。
【００２８】
供給装置５０４は、バッテリ、化学燃料電池、ＤＣ電力供給装置、又はあらゆる他のエネルギー蓄積システムのような、何らかの電力供給装置を含むことができる。システム負荷５１２は、動作中に電流を引き出すことができるあらゆるデバイスを含むことができる。システム負荷５１２の実施例は、ＰＣＭＣＩＡカード及びカメラのフラッシュＬＥＤを含む。
【００２９】
充電電力制御デバイス５０２は、スーパーキャパシタ又はウルトラキャパシタ充電ＩＣとして実施することができ、図４にその一実施例を示す。実施されるように、充電電力制御デバイス５０２は、電力ループ制御回路５０８及び通過素子５１０を含む。通過素子５１０は、複数の通過素子構成部品を含むことができる。通過素子構成部品の実施例は、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、金属酸化膜半導体ＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ）、及び絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）などのトランジスタを含む。充電電力制御デバイス５０２は、通過素子５１０全体の電力消散を制御し、従って、電荷蓄積デバイス５０６への充電電力及びシステム負荷５１２への電流を制御する。電力ループ制御回路５０８の要素を図６から図１０を参照しながらて更に詳細に説明する。
【００３０】
電荷蓄積デバイス５０６は、バースト電力のような高レベルの電力を供給するように適合されたエネルギー貯蔵部として動作する。電荷蓄積デバイス５０６の実施例は、ブースト・コンバータ、及びスーパーキャパシタのようなエネルギー蓄積デバイスを含む。一般に、ブースト・コンバータは、電圧ステップアップ・コンバータであり、これはスイッチングモード電力供給装置と見なされることが多い。エネルギー蓄積デバイスは、ブースト・コンバータとは異なり、電荷蓄積に基づいており、電力供給装置として用いることができる。スーパーキャパシタは、繰り返し充電及び再充電され、放電動作の間の急速再充電により瞬間的な高い放電電流を供給するように設計された高エネルギー蓄積デバイスの１つのタイプである。電荷蓄積デバイス５０６はまた、ブースト・コンバータ、スーパーキャパシタ、及び他の何れかのタイプのエネルギー蓄積デバイスの組合せを含むことができる。この実施形態において、電荷蓄積デバイス５０６は、直列に結合された２つのキャパシタＣ１及びＣ２と、互いに直列に且つキャパシタＣ１、Ｃ２と並列に結合された２つの抵抗器Ｒ１及びＲ２とを備えたスーパーキャパシタを含む。
【００３１】
動作中、充電電力制御機構５００は、通過素子５１０全体の電力消散を設定電力制限値又はそれ以下のレベルに制限する。電力制限値が２ワット、すなわちＩＣパッケージが２ワットの電力に耐えることができると仮定する。しかしながら、初期の電力消散はより高くなる傾向がある可能性がある。供給装置５０４は、４．５Ｖの電圧を供給することができる。電力Ｐは、電圧Ｖと電流Ｉとを乗算したもの、すなわちＰ＝Ｖ×Ｉとして計算される。電力は、例えば、４．５Ｗとすることができる（Ｐ＝４．５ボルト×１．０アンペア＝４．５ワット）。この場合、電力は、電力制限値２Ｗを下回って制限する必要がある。電力の制限は、電力ループ制御回路５０８を用いて電流を制限することによって達成することができる。電力ループ制御回路５０８は、例えば、合計電力が２ワットを超えないように電流を調節することができる。このような調節には、温度変動に応じて電流のオン／オフを繰り返すステップを含めることができる。このような調節は更に、電流レベルを調節するステップを含むことができる。
【００３２】
具体的には、動作中、電荷蓄積デバイス５０６の両端すなわち端子Ａにおける電圧は、電荷蓄積デバイス５０６が充電されるにつれて上昇することができる。最初は、電荷蓄積デバイス５０６（すなわちキャパシタＣ１、Ｃ２）の両端の電圧降下はゼロボルトとすることができ、すなわち、端子Ａにおける電圧は０Ｖとすることができる。従って、電荷蓄積デバイス５０６は、充電前にはアースへの短絡回路のように動作することができる。これに対応して、最初は充電電流が高くなり、通過素子５１０の両端電圧が高くなることができる。通過素子５１０の両端での結果として生じる消散電力も同様に高くなることができる。例えば電圧が０．５Ｖに達すると、電流が０．５Ａの場合、通過素子５１０にわたる電力は２Ｗとなる（（４．５−０．５）Ｖ×０．５Ａ＝２Ｗと計算される）。通過素子５１０にわたる電力を監視することができ、充電電力制御デバイス５０２は、電力を電力制限値２ワット以下に維持するよう電流を調節することができる。すなわち、充電電力制御デバイス５０２は、通過素子５１０にわたる電力消散が２ワットに達したときに電流制御を開始することができる。端子Ａにおける電圧が上昇するにつれて、通過素子５１０の両端の電圧差は低下することができ、より高い充電電流を許容することができる。一実施例において、Ａ点における電圧が１．５Ｖに達すると、通過素子５１０の両端電圧は３Ｖ（４．５Ｖ−１．５Ｖ）に等しくなることができる。充電電力制御デバイス５１０は、電力を電力制限値以下に維持しながら、電流が最大になるまで増大可能にすることができる。従って、電流は０．６６Ａ（２Ｗ／３Ｖ＝０．６６Ａ）まで増大するよう許容することができる。
【００３３】
別の実施例において、端子Ａにおける電圧が２．５Ｖに達すると、充電電力制御デバイス５０２により、電流が１Ａ（２Ｗ／（４．５−２．５）Ｖ＝１Ａ）にまで増大可能にすることができる。図１に示すように、電力が電力制限値を超えない条件下では、電流が大きくなるほど充電は速くなる。従って、充電電力制御デバイス５０２は、通過素子５１０にわたる電力が減少するとき、及び電荷蓄積デバイス５０６の両端の（端子Ａにおける）電圧が上昇するときに電流を増大させることによって、電力を２Ｗの電力制限値以下に維持することができる。よって、充電電力制御デバイス５０２によって充電電流が制限及び調節されて、電源（又はバッテリ、すなわち供給装置５０４）が保護される。
【００３４】
図６は、本発明の一実施形態による別の充電電力制御機構６００のブロック図である。機構６００は、供給装置６０４、充電電力制御デバイス６０２、温度センサ６１２、電荷蓄積デバイス５０６、及びシステム負荷５１２を含む。充電電力制御デバイス６０２は、電流制限値検出及び制御機能を有する電力ループ制御回路６０８と、通過素子６１０と、電流制限コンバータ６３０とを含む。電流制限コンバータ６３０は、電圧を電流に変換するように動作する。供給装置６０４及び温度センサ６１２は共に、電力ループ制御回路６０８に動作可能に結合され、電力ループ制御回路６０８は、電流制限コンバータ６３０及び通過素子６１０に結合される。通過素子６１０は、電荷蓄積デバイス５０６、システム負荷５１２、又はその両方に結合することができる。
【００３５】
電力ループ制御回路６０８は、ソフトスタート・コントローラ６１４と、ソフトスタート構成部品６１６と、電流制限検出器６２０を有する電流制限コントローラ６１８と、供給装置６３２とを含む。ソフトスタート・コントローラ６１４は、温度センサ６１２、ソフトスタート構成部品６１６、及び供給装置６３２に動作可能に結合される。ソフトスタート構成部品６１６は、電流制限コントローラ６１８に動作可能に結合される。電流制限コントローラ６１８は、電流制限コンバータ６３０を介して通過素子６１０に動作可能に結合される。
【００３６】
電力ループ制御回路６０８は、充電電力制御デバイス６０２の１つ又はそれ以上の要素に供給される電流を調節するように適合される。電流を調節する目的は、短絡事象、過熱、又は同様の問題に起因する有害な影響から充電電力制御デバイス６０２を保護することである。電流制限コントローラ６１８は、予め設定された上限電流値に対して電流を調節する。電流制限コントローラ６１８は、電流制限値のレベルを検出し、その電流制限値を電流制限コントローラ６１８に伝達するように動作する電流制限検出器６２０を含む。種々の電流制限検出器及び電流制限コントローラは、当業者にはよく知られているものであろう。その例示的な実施が図８及び図９に示される。しかしながら、電流を検出し管理することができるあらゆるデバイスを用いることができる。
【００３７】
ソフトスタート・コントローラ６１４及び電流制限コントローラ６１８は、協働して電流を制限するように適合される。本質的に、電流制限コントローラ６１８は、電流制限値を検出し且つ電流を調節し、電流を実質的に電流制限値以下に低減した後維持するように適合される。ソフトスタート・コントローラ６１４は、増分的な電流ステップ（デジタル又はアナログ）で電流を調節することによって、電流の充電が開始したときに電流の調節を補助するように適合される。従って、動作中、ソフトスタート・コントローラ６１４は、電流が実質的に電流制限値に達するまで増分的に増加できるようにすることで電流を調節する。このようなときに、電流制限コントローラ６１８は、電流を実質的に電流制限値以下に維持するように調節する。
【００３８】
この実施例において、ソフトスタート・コントローラ６１４は、定電流源６２８と、２つの入力及び１つの出力を有するコンパレータ６２２と、論理回路６２４とを含む。定電流源６２８は、供給装置６３２に動作可能に結合され、該供給装置６３２から電流を受け取るように適合される。定電流源６２８はまた、出力において、温度センサ６１２及びコンパレータ６２２に動作可能に結合される。定電流源６２８は、温度センサ６１２を通って流れてコンパレータ６２２の１つの入力において温度に関連する電圧を生成する電流を供給するように動作する。定電流源６２８は、実質的に一定の電流を供給及び／又は吸収できるあらゆる電流源又はシステムとすることができる。コンパレータ６２２の他方の入力は、温度制御された電圧源ＶREFに結合される。端子Ｂにおける電圧は、温度に伴って減少する傾向を有する。コンパレータ６２２は、入力における電圧を比較し、比較結果に応じて論理回路６２４に信号ＵＰ／ＤＮを出力するように適合される。コンパレータ６２２は、出力において論理回路６２４に結合され、この回路が電流の増分ステップを増減させるように適合される。一実施形態において、論理回路６２４はカウンタ６２４を含む。このような実施形態において、カウンタ６２４は、ＵＰ／ＤＮ信号に基づいて、上限と下限との間でカウントアップ及びカウントダウンするように動作する。論理回路６２４は更に、ソフトスタート構成部品６１６に制御信号６２６を出力するように適合される。ソフトスタート構成部品６１６は、こうした制御信号６２６を受け取り、電流すなわち電力を図３Ｂ及び図３Ｃに示すように増分的に調節するように適合される。ソフトスタート構成部品６１６は、制御信号６２６に応答して開閉することができる１つ又はそれ以上の電流スイッチ（ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、など）を含む。ソフトスタート構成部品６１６は、その電流が電流制限コントローラ６１８により検出される電流制限値に達するまで、漸次的に変化する充電電流を供給する。このように、充電電力制御デバイス６０２は、充電電力が電力サージとしてではなく漸次的に且つ制限値の条件下で増大できるようにする。定電流源６２８、コンパレータ６２２、論理回路６２４、及びソフトスタート構成部品６１６は、図７から図１０を参照しながら更に詳細に説明する。幾つかの実施形態において、温度センサ６１２は、図６に示すように、充電電力制御デバイス６０２の外部に配置することができる。他の実施形態においては、温度センサ６１２の全体又は一部分を充電電力制御デバイス６０２の一部分とすることができる（図４に示すように）。
【００３９】
図７は、本発明の一実施形態による、温度センサ７１２及びソフトスタート・コントローラ７１４の回路詳細２関する図である。温度センサ７１２及びソフトスタート・コントローラ７１４は、端子Ｂにおいて互いに動作可能に結合される。
【００４０】
一実施形態において、温度センサ７１２は、互いに直列に動作可能に結合された１つ又はそれ以上の温度感知素子Ｄ１〜Ｄ３（図示せず）を備える。温度感知素子Ｄ１〜Ｄ３は通常、電流が一方向（通常のオン位置）に流れることを可能にし、逆方向に電流が流れることを阻止するように適合される。温度感知素子Ｄ１〜Ｄ３の実施例は、バイポーラ接合ダイオード、サーミスタ、トランジスタ、及び反比例の特性を示す他の何らかの温度感知デバイスを含む。温度感知素子Ｄ１〜Ｄ３が通常のオン位置で動作すると、順電圧降下Ｖfはその絶対温度に反比例する。動作中、温度感知素子Ｄ１〜Ｄ３の組合せは、全体として、特定の温度レベルを維持するよう出力電流（すなわち、電荷蓄積デバイスに流れる充電電流）を調節する。調節ステップは、図３Ｂに示すように、出力電流を１つ又はそれ以上の増分ステップで増加させた後、出力電流を１つ又はそれ以上の増分ステップで減少させるステップを含むことができる。ソフトスタート・コントローラ７１４はソフトスタート構成部品（例えば、ソフトスタート構成部品６１６）と協働して、最初にこの電流レベルを電流制限値まで緩慢に上昇させる。その後、電流制限コントローラ６１８は、電流すなわち電力レベルを予め設定された電力制限値以下に維持する。
【００４１】
この実施例において、ソフトスタート・コントローラ７１４は、コンパレータ７２２及び論理回路７２４を備える。コンパレータ７２２は、端子Ｂにおいて温度センサ７１２に動作可能に結合される。コンパレータ７２２は、２つの入力と１つの出力とを含むことができる。入力のうちの１つは、端子Ｂに動作可能に結合され且つ端子Ｂの電圧を受け取るように適合された、オンチップ（ＯＴＣ）入力とすることができる。端子Ｂの電圧は、温度と共に減少する傾向がある。他方の入力は、バンドギャップ基準電圧を受けるように適合されたＶREF入力とすることができる。バンドギャップ基準電圧は、ゼロ温度係数の電圧基準とすることができる。一般に、ゼロ温度係数の抵抗率を示す構成部品は、絶対零度（すなわちゼロ・ケルビン）において負の値から正の値に変化する。従って、典型的な充電電力制御機構においてゼロ温度電圧基準は温度によって変化しない。
【００４２】
コンパレータ７２２は、その入力に印加された電圧（すなわちＶREF及び端子Ｂの電圧）を比較して、論理回路７２４に充電電流を増加又は減少するよう命令するための信号ＵＰ／ＤＮを出力するように適合される。一実施形態において、論理回路７２４は、カウントアップ又はカウントダウンするように適合されたカウンタ７２４を含む。このようなカウンタ７２４は、ＵＰ／ＤＮ信号を受け取って、上限と下限の間でカウントアップ及びカウントダウンを行い、上限に達した場合にはカウントダウンのみを行うように適合させることができる。同様に、カウンタ７２４は、下限に達した場合にはカウントアップのみを行うように適合させることができる。カウンタ７２４は更に、制御信号７２６を出力するように適合させることができる。制御信号７２６は、制御ビット（例えば、ＢＩＴ０からＢＩＴ５）を含むことができる。制御信号７２６のビット数は、図３Ｂに示す増分ステップの分解能のような電流ステップの所望の分解能に依存することができる。一般に、温度センサ７１２に含まれる温度感知素子の数の増加と共に、分解能が増大する傾向がある。
【００４３】
カウンタ７２４はまた、カウントアップ又はカウントダウンのタイミングを制御するクロック信号ＣＬＫを受信するように適合される。カウンタ７２４は、ＲＥＳＥＴ信号に応答してリセットすることができる。
【００４４】
例えば、コンパレータ７２２は、その入力に印加された電圧に基づいて、電流を増大させる必要があると判断し、ＵＰ信号を出力することができる。次のＣＬＫ信号において、カウンタ７２４は、上限に達していない条件下では、ＵＰ信号に応答して１つ又はそれ以上のステップをカウントアップすることができる。次いでカウンタ７２４は、ビットの１つ又はそれ以上の状態変更を含むことができる制御ビット７２６を出力する。例えば、ＢＩＴ４をアサートすることができる（又は、ＢＩＴ２をネゲートする）。アサートされたＢＩＴ４を受信すると、ソフトスタート構成部品（図示せず）は、電流スイッチの１つ（例えばＳＷ４）をオン状態に切り換えて、電流がその電流スイッチを流れるようにすることができ、その結果、充電電流を増大させることができる。ネゲートされたＢＩＴ２は、ＳＷ２をオフ状態に切り換えてそこを流れる電流を遮断し、電流をある程度低減することができる（すなわち、ＵＰカウントによる電流低下を生じる）。同様に、カウンタ７２４は、ＤＮ信号に応答して、（下限に達していない条件下で）１つ又はそれ以上のステップだけカウントダウンすることができ、更に、充電電流を低減するようにソフトスタート構成部品に１つ又はそれ以上の電流スイッチをオフに切り換えるよう命令する制御ビット７２６を出力することができる。最初の実施例に戻ると、カウンタ７２４が既に上限に達している場合、カウンタ７２４は、ＵＰ信号に応答して同じ制御ビット７２６を出力することができる。制御ビット７２６は、カウンタ７２４がコンパレータ７２２からＤＮ信号を受信するまでは変更することはできない。幾つかの実施形態において、カウンタ７２４の上限及び／又は下限は、例えば、電流制限コントローラ６１８により検出される電流制限値により決定され、或いはこれに関連付けることができる。
【００４５】
図８は、本発明の一実施形態による、通過素子８０２の回路の詳細を含む充電電力制御機構８００の図である。この実施形態は、温度センサ６１２、ソフトスタート・コントローラ６１４、ソフトスタート構成部品６１６、電流制限コントローラ６１８、電流制限検出器６２０（ここでは電流制限コントローラ６１８から分離して図示されている）、電流制限コンバータ６３０、通過素子８０２、電荷蓄積デバイス５０６、及びシステム負荷５１２を含む。通過素子８０２は、電流スイッチＴ１０及びＴ１１、演算増幅器８０４、及び抵抗器ＲSを含む。温度センサ６１２、ソフトスタート・コントローラ６１４、ソフトスタート構成部品６１６、電流制限コントローラ６１８、電流制限検出器６２０、電流制限コンバータ６３０、電荷蓄積デバイス５０６、及びシステム負荷５１２は各々、図５から図７におけるそれぞれの対応する要素と実質的に同じものとすることができる。
【００４６】
この実施形態において、電流スイッチＴ１０は、ラージスケールトランジスタであり、電流スイッチＴ１１は、スモールスケールトランジスタである。Ｔ１０は１Ｘにスケーリングされ、Ｔ１１は０．００２Ｘにスケーリングされている。サイズの整合は、トランジスタのスケーリング（すなわちデバイス寸法の縮小）及び同様のことにおいてトランジスタ基準に合致するために重要とすることができる。特定のスケール（すなわちサイズ）のトランジスタは通常、ＩＣダイ（例えば、図４のＩＣダイ４００）上の同じ領域内に配置される。トランジスタＴ１０、Ｔ１１は、互いに、電流制限コントローラ６１８に、及び電流制限コンバータ６３０を介してソフトスタート構成部品６１６に動作可能に結合される。トランジスタＴ１０及びＴ１１は、オン及びオフになるように動作し、ソフトスタート構成部品６１６に含まれる電流スイッチ（図示せず）をターンオン及びオフにされるように動作する。Ｔ１０のソースは、演算増幅器８０４の反転入力に動作可能に結合される。Ｔ１１のソースは、演算増幅器８０４の非反転入力に動作可能に結合される。
【００４７】
スモールスケールトランジスタＴ１１がターンオンすると、演算増幅器８０４の非反転入力にスモールスケール電流Ｉを出力するように動作する。ラージスケールトランジスタＴ１０がターンオンすると、演算増幅器８０４の反転入力にラージスケール電流ＩOUTを出力するように動作する。両電流は、これらの間にＴ１０とＴ１１のサイズ比により決定される実質的に一定の比を有する。図示の実施形態においては、そのサイズ比は５００である（１／０．００２＝５００）。従って、Ｔ１０は、Ｔ１１に対するカレントミラーであり、スモールスケール電流を５００倍に増幅したものである。
【００４８】
図示の実施形態において、ＲSは、演算増幅器８０４の反転入力と非反転入力との間に接続されている。上述のように、演算増幅器８０４は、非反転入力においてＩを受け取り、反転入力においてＩOUTを受け取る。従って、演算増幅器８０４への差動入力電圧は、ＲS×（Ｉ−ＩLIM）である。演算増幅器８０４は、差動入力電圧に応じた電流を出力するように動作する。このような出力電流は、Ｔ１０及びＴ１１のそれぞれのゲートにフィードバックされる。図２に関して上述したように、一般に、通過素子は制御された可変抵抗デバイスである。通過素子は、増幅されたエラー信号により駆動され、出力電流が低下すると抵抗を増大させ、出力電流が増大すると抵抗を減少させるように動作することができる。図８から分かるように、エラー信号は、電流ＩとＩOUTとの間の差とすることができる。このようなエラー信号の増幅は、演算増幅器８０４単独の利得により、又はＴ１０とＴ１１のサイズ比と組み合わせて実施することができる。出力電流が上昇するか又は降下するかは、電流制限コンバータ６３０に流れる電流制限値ＩLIMとスモールスケール電流Ｉとの間の関係によって決まる。
【００４９】
要約すると、スモールスケール電流Ｉが電流制限値ＩLIMよりも大きい場合には、演算増幅器８０４は、Ｉが実質的にＩLIMに等しくなるまで電流を低減しようとする。この低減は、スモールスケールトランジスタＴ１１をターンオフすることによって達成することができる。ＩがＩLIMを下回った場合には、演算増幅器８０４はＩをＩLIM以下に実質的に維持する。このような維持は、両方のトランジスタＴ１０及びＴ１１をターンオンにし、より高い電流を生じさせることによって達成することができる。
【００５０】
より具体的には、スモールスケール電流Ｉが電流制限値ＩLIMよりも大きい場合には、電流の差分（すなわち、Ｉ−ＩLIM）がＲSを介して流れる。演算増幅器８０４への差動入力電圧は（Ｉ−ＩLIM）×ＲSとなり、これが演算増幅器８０４をトリガし、Ｉが実質的にＩLIMと等しくなるまで電流を低減させる。従って、演算増幅器８０４からの出力電流は、トランジスタＴ１１がターンオフされるようになり、このことがＴ１１からの出力電流を減少させる。この減少は、少なくとも部分的には演算増幅器８０４の利得に応じて、漸次的に又は急速に生じることができる。幾つかの実施形態においては、より急速なターンオフが有利とすることができる。
【００５１】
ＩがＩＬＩＭを下回った場合、演算増幅器８０４からの出力電流は、Ｔ１０及びＴ１１をターンオンにし、これにより低い抵抗を示してＩを増大させることができる。このことによって、Ｉが実質的にＩＬＩＭ以下に維持されるようにすることができる。ＩOUTの値は、例えば、５００×Ｉとすることができる。正味の作用は、充電電力制御機構８００がＩLIMまで減少させた後に実質的にＩLIM以下に維持するよう電流を調節することである。
【００５２】
抵抗器ＲSは、電流を電圧に変換するように適合された電流感知抵抗器とすることができる。一般に、電流感知抵抗器は、電力消費を最小にするように低抵抗に設計される。較正抵抗は、流れる電流を電圧降下の形で感知し、これを制御回路が（例えば演算増幅器８０４が）検出し監視することができる。
【００５３】
本明細書で開示された実施形態の種々の構成が可能である。例えば、電流スイッチＴ１０、Ｔ１１は、ＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴ、又はこれらのあらゆる組み合わせなどのトランジスタを含むことができる。電流スイッチはまた、ＢＪＴを含むことができ、この場合、以前のゲート及びソース（Ｎ−チャネルＦＥＴ用の用語）に対する言及が、ベース及びエミッタ（ＮＰＮ  ＢＪＴ用の用語）に対応するようになる。抵抗器ＲSは、電流感知抵抗器以外の抵抗器を含むことができるが、幾つかの構成において、これは最適とはいえない性能をもたらす可能性がある。例えば、電力消費が最適ではない程度に最小化される可能性があり、より多くの構成部品を用いる必要がある可能性がある、などである。
【００５４】
図９は、本発明の一実施形態による、ソフトスタート構成部品６１６及び通過素子８０２の回路詳細を含む、図８の充電電力制御機構の図である。この実施形態は、温度センサ６１２、ソフトスタート・コントローラ６１４、電流制限コントローラ６１８、電流制限検出器６２０、ソフトスタート構成部品６１６、電流コンバータ６３０、及び通過素子８０２を含む。
【００５５】
この実施形態において、ソフトスタート構成部品６１６は、ソフトスタートの増分電流ステップを制御するためのスイッチＳＷ１〜ＳＷ５、演算増幅器９０２、電流スイッチＴ１〜Ｔ９、及びソフトスタート抵抗器ＲSSを含む。電流スイッチＴ１〜Ｔ９は、トランジスタとすることができる。演算増幅器９０２は、入力の一方において電流制限検出器６２０に結合され、入力の他方において端子Ｃに結合される。演算増幅器９０２は、電流制限検出器６２０により検出された電流制限値を受け取り、受け取った電流制限値を電流Ｉ１〜Ｉ５の合計であるソフトスタート電流ＩSSと比較するように動作する。ソフトスタート電流は更に、例えば、カレントミラーのサイズ比に応じた係数により出力電流ＩOUTと関連付けられる。
【００５６】
ソフトスタート構成部品６１６は、論理回路６２４（ソフトスタート・コントローラ６１４に含まれる）から出力された制御信号６２６を受け取り、これに応答してスイッチＳＷ１〜ＳＷ５の１つ又はそれ以上の状態を変更（オン／オフ）するように動作する。動作中、例えば、電流スイッチＴ１のみがターンオンされた場合（すなわちＴ２〜Ｔ５がターンオフされる）、電流Ｉ１は電流スイッチＴ６及びＴ７のゲートに流れることになる。これにより電流スイッチＴ６及び／又はＴ７をターンオンにすることができ、電流がソフトスタート・コントローラ６１４に流れることができるようになる。電流スイッチＴ７は、電流スイッチＴ８及びＴ９のゲートに動作可能に結合される。電流スイッチＴ７から流れる電流は、電流スイッチＴ８及び／又はＴ９をターンオンすることができる。次いで、電流は、電流スイッチＴ９から電流制限コンバータ６３０を介して通過素子８０２に流れることができる。
【００５７】
電流スイッチＴ１〜Ｔ５はスケーリングすることができる。一実施形態において、Ｔ１は１Ｘにスケーリングされ、Ｔ２は２Ｘにスケーリングされ、Ｔ３は４Ｘにスケーリングされ、Ｔ４は８Ｘにスケーリングされ、Ｔ５は１６Ｘにスケーリングすることができる。分解能を向上させるために、この実施形態においては、制御信号６２６が５つの制御ビットＢＩＴ０〜ＢＩＴ４を含み、各制御ビットはスイッチＳＷ１〜ＳＷ５のうちの１つを制御する。一般に、制御信号６２６に含まれる制御ビットの数が増加するにつれて、通過素子８０２から出力される充電電流ＩOUTの増分ステップで達成可能な分解能も同様に向上する。制御信号６２６が（最上位ビットから最下位ビットに向かって）００００１である場合、すなわちＢＩＴ０がＨｉｇｈである場合、ＳＷ１がターンオンになると、電流Ｉ１はトランジスタＴ６及びＴ７のゲートに流れる。制御信号６２６が１００００である場合には、電流Ｉ５が、ソフトスタート・コントローラ６１４並びにトランジスタＴ６及びＴ７のソースに流れることになる。この実施例においては、５つの制御ビットにより、Ｔ５とＴ１のサイズ比に基づいて、Ｉ５はＩ１の３２倍の大きさになることができる（２5＝３２であるので）。別の実施形態において、電流スイッチＴ１〜Ｔ５は、例えば対数的、指数関数的、又は同様のものなど、異なる形式でスケーリングすることができる。従って、電流Ｉ１〜Ｉ５のレベルは同様に、対数的、指数関数的、その他などの関係にすることができる。電流スイッチＴ１〜Ｔ５、スイッチＳＷ１〜ＳＷ５、又はその両方の他の組合せが実施可能である。
【００５８】
図示の実施形態において、電流スイッチＴ６及びＴ７が１つのカレントミラーを形成し、電流スイッチＴ８及びＴ９が別のカレントミラーを形成する。この実施形態において、ソフトスタート抵抗器ＲSSを流れるソフトスタート電流ＩSSは、設計により小さくする必要がある可能性がある。複数のカレントミラーを含むことにより、最終的にＩOUTとして出力される電流を逐次的に増大させることができる。例えば、電流スイッチＴ８とＴ９のスケール間のサイズ比を、Ｔ６とＴ７との間のサイズ比よりも大きくすることができる。カレントミラー間のサイズ比の逐次的な増大は、線形的、対数的、指数関数的、或いは他の何らかの関係を有することができる。
【００５９】
このようにして、充電電流は、ソフトスタート・コントローラ６１４及びソフトスタート構成部品６１６により制御され、これにより増分ステップで電流制限値まで増大する。充電電流は更に、電流制限コントローラ６１８により電流制限値を超えないように制御される。電流制限値は、電流制限検出器６２０により検出され、通過素子８０２にわたって消散される電力の予め設定された電力制限値に関連付けられる。全体として、充電電力制御機構９００の要素は協働して、電力すなわち通過素子８０２を流れる電流を制御し、これにより電荷蓄積デバイス、システム負荷、又はその両方（図示せず）に流れる充電電流ＩOUTを調節する。
【００６０】
図１０は、本発明の一実施形態による、別の充電電力制御機構１０００のブロック図である。この機構１０００は、供給装置５０４、温度センサ６１２、充電電力制御デバイス１００２、電荷蓄積デバイス５０６、及びシステム負荷５１２を含む。この実施形態において、充電電力制御デバイス１００２は、アナログ・デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１００４と、マイクロコントローラ１００６と、デジタル・アナログ変換器（Ｄ／Ａ）１０１０との組合せとして実施される電力ループ制御回路１００８を含む。マイクロコントローラ１００６は、いずれかのタイプのプロセッサとすることができる。マイクロコントローラ１００６は、制御信号６２６（例えば、制御ビット６２６）をＤ／Ａ１０１０に出力するように動作する。制御信号６２６は、ソフトスタート構成部品のスイッチ（例えば図９のＳＷ１〜ＳＷ５）、並びに充電電力制御機構の他の場所に含まれる電流スイッチ（例えばＴ１からＴ１１）の状態を変更し、これにより通過素子１０１０を流れる電流を制御するように動作する。
【００６１】
図１１は、本発明の一実施形態に従って調節された、通過素子を通る充電電流レベルＩOUTを示す図である。端子Ｂにおける電圧は、図７に示すように、温度センサにおける電圧であり、コンパレータ７２２の入力ＯＴＣに印加することができる。
【００６２】
充電電力制御デバイスのような充電電力制御機構の１つ又はそれ以上の要素は、幾つかの方法で実施することができる。１つの実施は、ディスクリート構成部品を使用し、好ましくは、ＩＣ内又はＩＣ内の機能ブロックとして具現化することができる。このようなＩＣは更に、モバイル・デバイスで用いるように適合させることができる。モバイル・デバイスの実施例は、ラップトップ、携帯電話、デジタルカメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、ゲームボーイ、他のバッテリ駆動の玩具、及び同様のものを含む。
【００６３】
要約すると、本発明は、本発明の幾つかの好ましい形態に関して詳細に説明してきたが、他の形態も実施可能である。従って、添付の請求項の技術的思想及び範囲は、本明細書に包含される好ましい形態の説明に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６４】
２００  従来の充電電力制御機構；  ２０２  供給装置；  ２０４  通過素子；  
２０６  電荷蓄積デバイス；  ４００  集積チップ（ＩＣ）ダイ；  
４０２ａ〜ｈ  ダイ領域；  ４０４  温度センサ；  ４０６  ボンドワイヤ(入力側)； 
４０８  ボンドワイヤ(出力側)；  
５００、６００、８００、９００、１０００  充電電力制御機構;  
５０２、６０２、１００２  充電電力制御デバイス;  
５０４、６０４、６３２  供給装置；  ５０６  電荷蓄積デバイス；  
５０８、６０８、１００８  電力ループ制御回路；  
５１０、６１０、８０２  通過素子；  ５１２  システム負荷；  
６１２、７１２  温度センサ；  ６１４、７１４  ソフトスタート・コントローラ；  
６１６  ソフトスタート構成部品；  ６１８  電流制限コントローラ；  
６２０  電流制限検出器；  ６２２、７２２  コンパレータ；  
６２４、７２４  論理回路（カウンタ）；  ６２６、７２６  制御信号(制御ビット)；  
６２８  定電流源;  ６３０  電流制限コンバータ；  ８０４、９０２  演算増幅器；  
１００６  マイクロコントローラ；  １００４  アナログ・デジタル(Ａ／Ｄ)変換器；  
１０１０  デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器。
【図１】
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【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４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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