(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングレギュレータの入力端子において、電源からの第１の入力電圧および第１の入力電流を受け取るステップと、
前記スイッチングレギュレータから電池の端子への第１の出力電圧および第１の出力電流を発生するステップと、ここにおいて前記スイッチングレギュレータは、前記第１の入力電流および前記第１の出力電流のうちの少なくとも１つを制御し、前記電池への前記第１の出力電流は、前記第１の入力電流より大きく、前記第１の入力電圧は、前記第１の出力電圧より大きい、
前記スイッチングレギュレータが前記第１の入力電流に基づく電流制御モードにあるときに、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて、前記第１の入力電流がほぼ一定に維持されるように前記第１の出力電流を低減するステップと、ここにおいて前記第１の入力電流は前記電源および前記スイッチングレギュレータ間で感知され、さらに前記第１の出力電流は前記スイッチングレギュレータへの総電力が前記電源から利用可能な総電力を超えないように低減される、
を含むことを特徴とする電池充電方法。
【請求項２】
前記電池への前記第１の出力電圧を感知し、前記第１の出力電圧に従って前記第１の出力電流を調整して、前記入力電流を第１の値より小さくするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の入力電流に従って前記第１の出力電流を調整して、第１の値より小さくするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記スイッチングレギュレータのスイッチング出力電流およびスイッチング出力電圧を、フィルタを介して前記電池の前記端子に結合するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の出力電流は、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて、複数の電流値にわたって低減されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の出力電流は、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて、連続的に低減されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の出力電流は、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて、段階的に低減されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の出力電流は、前記スイッチングレギュレータへの前記第１の入力電流が一定に維持されるように連続的に低減されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の出力電流は、前記スイッチングレギュレータへの前記第１の入力電流が閾値より大きく増加した場合に段階的に低減されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記電池への前記第１の出力電圧を感知するステップと、
感知された前記第１の出力電圧が第１の閾値より大きい場合に、プログラマブルデータストレージ素子内の充電パラメータを、第１の一定出力電流に対応する第１の値から、第２の一定出力電流に対応する第２の値に変更するステップであって、前記第１の一定出力電流は、前記第２の一定出力電流より大きいステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
感知された前記第１の出力電圧の増加に応答して、前記充電パラメータを、順次に減少する複数の一定出力電流に対応する値の範囲にわたって変更するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
感知された前記第１の入力電流が第１の閾値より大きい場合に、プログラマブルデータストレージ素子内の充電パラメータを、第１の一定出力電流に対応する第１の値から、第２の一定出力電流に対応する第２の値に変更するステップであって、前記第１の一定出力電流は、前記第２の一定出力電流より大きいステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
感知された前記第１の入力電流に応答して、前記充電パラメータを、順次に減少する複数の一定出力電流に対応する値の範囲にわたって変更するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記スイッチングレギュレータの前記入力端子は、ＵＳＢポートに結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記スイッチングレギュレータの前記出力端子は、リチウムイオン電池、ニッケル金属水素化物電池、またはニッケルカドミウム電池に結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の出力電流は、予め定めたソフトウェアアルゴリズムにしたがって低減されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記電池への前記第１の出力電圧は、前記第１の出力電流が複数の電流値にわたって減少するのと同一の期間に複数の電圧値にわたって増加することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
第１の入力端子、第１の出力端子、および制御入力端子を有するスイッチングレギュレータであって、前記第１の入力端子は、電源からの第１の入力電圧および第１の入力電流を受け取り、前記第１の出力端子は、電池に結合されて、第１の出力電圧および第１の出力電流を供給するスイッチングレギュレータと、
前記電源からの前記第１の入力電流を感知するように前記スイッチングレギュレータの前記第１の入力端子、並びに前記第１の出力電圧の変化を検出するように前記電池、又は前記第１の出力電流の変化を検出するように前記スイッチングレギュレータの前記第１の出力端子に結合された少なくとも１つの入力端子を有する調整可能な電流コントローラであって、前記スイッチングレギュレータの制御入力端子に結合された少なくとも１つの出力端子をさらに有する調整可能な電流コントローラとを備え、
ここにおいて前記スイッチングレギュレータは、前記第１の入力電流より大きい前記第１の出力電流を前記電池に供給し、前記第１の出力電流は、前記スイッチングレギュレータが前記第１の入力電流に基づく電流制御モードにあるときに、前記電池の前記電圧が増加するにつれて、前記第１の入力電流がほぼ一定に維持されるように低減され、前記第１の入力電流は前記電源および前記スイッチングレギュレータ間で感知され、前記第１の入力電流は前記電源および前記スイッチングレギュレータ間で感知され、さらに前記第１の出力電流は、前記スイッチングレギュレータへの総電力が前記電源から利用可能な総電力を超えないように低減されることを特徴とする電池充電器。
【請求項１９】
前記第１の出力電流を感知するための、前記スイッチングレギュレータの前記第１の出力端子と前記電池との間に結合された感知抵抗をさらに備え、
前記調整可能な電流コントローラの前記少なくとも１つの入力端子は、前記感知抵抗の第１の端子に結合された第１の入力端子および前記感知抵抗の第２の端子に結合された第２の入力端子を備えることを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項２０】
前記第１の出力電流は、前記第１の入力電流が第１の値以下に保たれるように調整されることを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項２１】
前記第１の入力電流を感知する感知回路をさらに備え、
前記調整可能な電流コントローラは、前記第１の入力電流の変化を検出するために前記感知回路に結合されることを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項２２】
前記感知回路は、前記スイッチングレギュレータの前記入力端子に結合された第１の抵抗を備えることを特徴とする請求項２１に記載の電池充電器。
【請求項２３】
前記感知回路と前記調整可能な電流コントローラとの間に結合された第１のコントローラであって前記第１の入力電流が第１の閾値より大きく増加した場合に、前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子における制御電圧を変更する第１のコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項２１に記載の電池充電器。
【請求項２４】
前記第１のコントローラはデジタルコントローラであり、前記デジタルコントローラは、前記第１の入力電流が第１の閾値より大きく増加した場合に、少なくとも１つのプログラマブルデータストレージ素子内のデジタルビットを変更することを特徴とする請求項２３に記載の電池充電器。
【請求項２５】
前記第１のコントローラは、アナログコントローラであり、前記アナログコントローラは、前記感知回路に結合された少なくとも１つの入力端子と、前記調整可能な電流コントローラに結合された少なくとも１つの出力端子とを有し、
前記アナログコントローラは、前記第１の入力電流が第１の閾値より大きく増加した場合に、前記調整可能な電流コントローラに結合される電圧を変更することを特徴とする請求項２３に記載の電池充電器。
【請求項２６】
前記調整可能な電流コントローラの前記少なくとも１つの入力端子は、前記第１の出力電圧の変化を検出するために、前記電池に結合されることを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項２７】
前記電池に結合された少なくとも１つの入力端子と、前記調整可能な電流コントローラの前記少なくとも１つの入力端子に結合された出力端子とを有するデジタルコントローラをさらに備え、前記デジタルコントローラは、前記第１の出力電圧が第１の閾値より大きく増加した場合に、少なくとも１つのプログラマブルデータストレージ素子内のデジタルビットを変更し、変更結果に従い、前記第１の出力電流を低減するために、前記調整可能な電流コントローラの前記少なくとも１つの入力端子における電圧を変更することを特徴とする請求項２６に記載の電池充電器。
【請求項２８】
前記電池と前記デジタルコントローラの前記少なくとも１つの入力端子との間に結合されたＡ／Ｄコンバータと、前記プログラマブルデータストレージ素子と前記調整可能な電流コントローラの前記少なくとも１つの入力端子との間に結合されたＤＡＣとをさらに備えることを特徴とする請求項２７に記載の電池充電器。
【請求項２９】
前記プログラマブルデータストレージ素子はレジスタであることを特徴とする請求項２７に記載の電池充電器。
【請求項３０】
前記プログラマブルデータストレージ素子はレジスタであり、
前記デジタルコントローラは、揮発性メモリから前記レジスタ内にデジタルビットをロードすることにより前記レジスタ内のデジタルビットを変更することを特徴とする請求項２７に記載の電池充電器。
【請求項３１】
前記プログラマブルデータストレージ素子はレジスタであり、前記デジタルコントローラは、不揮発性メモリから前記レジスタ内にデジタルビットをロードすることにより前記レジスタ内のデジタルビットを変更することを特徴とする請求項２７に記載の電池充電器。
【請求項３２】
前記スイッチングレギュレータは、スイッチングトランジスタ、誤差増幅器、およびスイッチング回路をさらに備え、前記調整可能な電流コントローラの前記少なくとも１つの出力端子は、前記誤差増幅器および前記スイッチング回路を介して、前記スイッチングトランジスタの制御端子に結合されることを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項３３】
前記スイッチングレギュレータは、パルス幅変調回路を備えることを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項３４】
前記調整可能な電流コントローラは前記スイッチングレギュレータへの第１の制御信号を発生して、前記電池への前記第１の出力電流を形成し、調整可能な電流コントローラは、前記電池の電圧が増加するにつれて、前記第１の制御信号を変更して前記出力電流を連続的に低減することを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項３５】
前記調整可能な電流コントローラは、前記スイッチングレギュレータへの第１の制御信号を発生して前記電池への前記第１の出力電流を形成し、前記調整可能な電流コントローラに結合された少なくとも１つのデータストレージ素子は、前記第１の入力電流または第１の出力電圧の増加に応答してコントローラにより再プログラムされ、その再プログラム結果に従い、前記調整可能な電流コントローラは、前記第１の制御信号を変更して前記一定出力電流を段階的に低減することを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項３６】
前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子に結合されたレジスタをさらに備え、前記レジスタ内のデジタルビットは、前記第１の入力電流または第１の出力電圧の増加に応答して、第１の値から第２の値に変更され、変更結果に従い、前記第１の出力電流は低減されることを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【請求項３７】
前記電池への前記第１の出力電圧は、前記第１の出力電流が複数の電流値にわたって減少するのと同一の期間に複数の電圧値にわたって増加することを特徴とする請求項１８に記載の電池充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電池充電器に関し、より詳細には、スイッチング電池充電システムおよび電池充電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、モバイル電子デバイスの動力源として長く使用されている。電池は、回路の動作を可能にする電流および電圧の形で、エネルギーを供給する。しかしながら、電池に蓄えられたエネルギーの量は限られており、電子デバイスが使用されていると、電池は電力を失う。電池のエネルギー供給が消耗されると、電池の電圧はその定格電圧から下がり始め、電力を電池に頼っている電子デバイスは最早適切に動作しなくなる。そのような閾値は、異なる種類の電子デバイスでは異なる。
【０００３】
多くの種類の電池は、使い捨て用に設計されている。そのような電池は、充電が消耗されると廃棄される。しかしながら、いくつかの電池は、充電可能に設計されている。充電可能な電池は一般に、なんらかの形の電池充電システムを要する。一般的な電池充電システムは、たとえばＡＣ壁コンセントなどの電力源から電力を電池内に移動する。充電プロセスは一般に、電源からの電圧および電流を処理するステップおよび調整するステップを含み、それにより、電池に供給される電圧および電流は、特定の電池の充電仕様を満たす。たとえば、電池に供給される電圧または電流が大きすぎると、電池は損傷を受けたり、破裂さえしたりする可能性がある。一方、電池に供給される電圧または電流が小さすぎると、充電プロセスは極めて非効率的であったり、まったく非効率的であったりする可能性がある。電池の充電仕様の非効率的な使用は、たとえば、極めて長い充電時間につながる可能性がある。加えて、充電プロセスが効率的に実行されないと、電池のセル容量（つまり、電池が保持することのできるエネルギーの量）が最適化されない場合がある。さらに、非効率的な充電は、電池の使用可能な寿命（つまり、特定の電池で利用可能な充電／放電サイクルの数）に影響を与える可能性がある。さらに、非効率的な充電は、電池の特性が経時的に変化することから生じる可能性がある。これらの問題は、電池の規定電圧および充電電流を含む電池の特性は電池ごとに異なりうる、という事実により悪化される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
既存の電池充電器は、一般に静的システムである。充電器は、特定の電源から電力を受け取り、電池の充電仕様に基づいて特定の電池に電圧および電流を供給するように構成されている。しかしながら、既存の充電器の柔軟性のなさは、上述の非効率性や問題の多くをもたらす。既存のシステムよりもより柔軟な電池充電システムおよび電池充電方法、または特定の電池もしくは変化する電池の充電環境に適合することさえできる電池充電システムおよび電池充電方法を得ることは望ましい。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電池充電プロセスの効率を改善する、改善された電池充電器システムおよび電池充電器方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、スイッチングレギュレータを用いた電池充電システムおよび電池充電方法を提供することにより、これら及び他の問題を解決する。
【０００７】
一実施形態において、本発明は、スイッチングレギュレータの入力端子において、第１の入力電圧および第１の入力電流を受け取るステップと、前記スイッチングレギュレータの出力端子を電池の端子に結合するステップと、前記電池の前記端子において、第１の出力電圧および第１の出力電流を発生するステップとを含み、前記スイッチングレギュレータは、前記第１の出力電流を制御し、前記電池への前記第１の出力電流は前記第１の入力電流より大きく、前記第１の入力電圧は前記第１の出力電圧より大きく、さらに、前記第１の出力電流を、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて低減させるステップを含むことを特徴とする電池充電方法を含む。
【０００８】
一実施形態において、本発明は、前記電池への前記第１の出力電圧を感知し、その感知結果に従って前記第１の出力電流を調整して、前記第１の入力電流を第１の値より小さくするステップをさらに含むことを特徴とする。
【０００９】
一実施形態において、本発明は、前記スイッチングレギュレータへの前記第１の入力電流を感知し、その感知結果に従って前記第１の出力電流を調整して、前記第１の入力電流を第１の値より小さくするステップをさらに含むことを特徴とする。
一実施形態において、本発明は、前記スイッチングレギュレータのスイッチング出力電流およびスイッチング出力電圧を、フィルタを介して電池の端子に結合するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
一実施形態において、前記第１の出力電流は、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて、複数の電流値にわたって低減されることを特徴とする。
【００１１】
一実施形態において、前記第１の出力電流は、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて、連続的に低減されることを特徴とする。
【００１２】
一実施形態において、前記第１の出力電流は、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて、段階的に低減されることを特徴とする。
【００１３】
一実施形態において、前記第１の出力電流は、連続的に低減されて、前記スイッチングレギュレータへの一定の第１の入力電流を維持することを特徴とする。
【００１４】
一実施形態において、前記第１の出力電流は、前記スイッチングレギュレータへの前記第１の入力電流が閾値より大きく増加した場合に段階的に低減されることを特徴とする。
【００１５】
一実施形態において、本発明は、前記電池への前記第１の出力電圧を感知するステップと、前記感知された第１の出力電圧が第１の閾値より大きい場合に、プログラマブルデータストレージ素子内の充電パラメータを、第１の一定出力電流に対応する第１の値から、第２の一定出力電流に対応する第２の値に変更するステップであって、前記第１の一定出力電流は、前記第２の一定出力電流より大きいステップとをさらに含むことを特徴とする。
【００１６】
一実施形態において、本発明は、前記感知された第１の出力電圧の増加に応答して、充電パラメータを、順次に減少する複数の一定出力電流に対応する値の範囲にわたって変更するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１７】
一実施形態において、本発明は、前記スイッチングレギュレータへの前記第１の入力電流を感知するステップと、前記感知された第１の入力電流が第１の閾値より大きい場合に、プログラマブルデータストレージ素子内の充電パラメータを、第１の一定出力電流に対応する第１の値から、第２の一定出力電流に対応する第２の値に変更するステップであって、前記第１の一定出力電流は、前記第２の一定出力電流より大きいステップと
をさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
一実施形態において、本発明は、前記感知された第１の入力電流の増加に応答して、充電パラメータを、順次に減少する複数の一定出力電流に対応する値の範囲にわたって変更するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００１９】
一実施形態において、前記スイッチングレギュレータの前記入力端子は、ＵＳＢポートに結合されることを特徴とする。
【００２０】
一実施形態において、前記スイッチングレギュレータの前記出力端子は、リチウムイオン電池、ニッケル金属水素化物電池、またはニッケルカドミウム電池の結合されることを特徴とする。
【００２１】
一実施形態において、前記第１の出力電流は、予め定めたソフトウェアアルゴリズムにしたがって低減されることを特徴とする。
【００２２】
別の実施形態において、本発明は、スイッチングレギュレータの入力端子において、第１の入力電圧および第１の入力電流を受け取るステップと、前記スイッチングレギュレータへの前記第１の入力電流より大きい、前記スイッチングレギュレータから前記電池への第１の制御された出力電流を発生するステップと、前記電池の電圧または前記スイッチングレギュレータへの前記第１の入力電流を感知するステップと、前記第１の制御された出力電流を、前記電池の前記電圧が増加するにつれて低減させるステップとを含むことを特徴とする電池充電方法を含む。
【００２３】
一実施形態において、前記スイッチングレギュレータは、電流制御モードで動作することを特徴とする。
【００２４】
一実施形態において、前記電池の前記電圧は、感知され、前記電池の増加する電圧を感知することに応答して、前記第１の制御された出力電流は連続的に低減されることを特徴とする。
【００２５】
一実施形態において、前記電池の前記電圧は、感知され、前記電池の増加する電圧を感知することに応答して、前記第１の制御された出力電流は段階的により小さい値に設定されることを特徴とする。
【００２６】
一実施形態において、前記第１の入力電流は、感知され、前記第１の制御された出力電流は連続的に低減されて、前記スイッチングレギュレータへの一定の第１の入力電流を維持することを特徴とする。
【００２７】
一実施形態において、前記第１の入力電流は、感知され、前記第１の制御された出力電流は、前記スイッチングレギュレータへの前記第１の入力電流が閾値を超えて増加した場合に、段階的に低減される。
【００２８】
一実施形態において、前記方法は、プログラマブルデータストレージ素子内の充電パラメータを、第１の一定出力電流に対応する第１の値から、第２の一定出力電流に対応する第２の値に変更するステップであって、前記第１の一定出力電流は、前記第２の一定出力電流より大きいステップをさらに含むことを特徴とする。
【００２９】
一実施形態において、前記方法は、プログラマブルデータストレージ素子内の充電パラメータを、前記電池の増加する電圧に応答して、順次に減少する一定出力電流に対応する値の範囲にわたって変更するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００３０】
一実施形態において、前記方法は、プログラマブルデータストレージ素子内の充電パラメータを、第１の一定出力電流に対応する第１の値から、前記第１の入力電流が閾値を超えて増加した場合に前記第１の出力電流より小さい第２の一定出力電流に対応する第２の値に変更するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００３１】
別の形態において、本発明は、第１の入力端子、第１の出力端子、および制御入力端子を有するスイッチングレギュレータであって、前記第１の入力端子は、第１の入力電圧および第１の入力電流を受け取り、前記第１の出力端子は、電池に結合されて、第１の出力電圧および第１の出力電流を供給するスイッチングレギュレータと、前記第１の出力電流を感知するように結合された少なくとも１つの入力端子、前記スイッチングレギュレータの制御入力端子に結合された少なくとも１つの出力端子、および前記第１の入力電流の変化を検出するために前記スイッチングレギュレータの前記第１の入力端子に結合された、または前記第１の出力電圧の変化を検出するために前記電池に結合された第２の入力端子を有する調整可能な電流コントローラであって、前記第２の入力端子は、前記第１の入力電流または前記第１の出力電圧に応答して、前記電池への前記第１の出力電流を変更する調整可能な電流コントローラとを備え、前記スイッチングレギュレータは、前記第１の入力電流より大きい第１の出力電流を前記電池に供給し、前記第１の出力電流は、前記電池の前記電圧が増加するにつれて低減されることを特徴とする電池充電器を含む。
【００３２】
一実施形態において、前記電池充電器は、前記第１の出力電流を感知するための、前記スイッチングレギュレータの前記第１の出力端子と前記電池との間に結合された感知抵抗をさらに備え、前記調整可能な電流コントローラの前記少なくとも１つの入力端子は、前記感知抵抗の第１の端子に結合された第１の入力端子および前記感知抵抗の第２の端子に結合された第２の入力端子を備えることを特徴とする。
【００３３】
一実施形態において、前記スイッチングレギュレータは、電流制御モードで動作することを特徴とする。
【００３４】
一実施形態において、前記第１の出力電流は、前記第１の入力電流が第１の値以下に保たれるように調整されることを特徴とする。
【００３５】
一実施形態において、前記電池充電器は、前記第１の入力電流を感知する感知回路をさらに備え、前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子は、前記入力電流の変化を検出するための前記感知回路に結合されていることを特徴とする。
【００３６】
一実施形態において、前記感知回路は、前記スイッチングレギュレータの前記入力端子に結合された第１の抵抗を備えることを特徴とする。
【００３７】
一実施形態において、前記電池充電器は、前記感知回路と前記調整可能な電流コントローラとの間に結合されたアナログまたはデジタルコントローラをさらに備え、前記アナログまたはデジタルコントローラは、前記第１の入力電流が第１の閾値より大きく増加した場合に、前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子における制御電圧を変更することを特徴とする。
【００３８】
一実施形態において、前記コントローラは、デジタルコントローラであり、前記デジタルコントローラは、前記第１の入力電流が第１の閾値より大きく増加した場合に、少なくとも１つのプログラマブルデータストレージ素子内のデジタルビットを変更することを特徴とする。
【００３９】
一実施形態において、前記コントローラは、アナログコントローラであり、前記アナログコントローラは、前記感知回路に結合された少なくとも１つの入力端子と、前記調整可能な電流コントローラに結合された少なくとも１つの出力端子とを有し、前記アナログコントローラは、前記第１の入力電流が第１の閾値より大きく増加した場合に、前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子における電圧を変更することを特徴とする。
【００４０】
一実施形態において、前記調整可能な電流コントローラの第２の入力端子は、前記第１の出力電圧の変化を検出するために、前記電池に結合されていることを特徴とする。
【００４１】
一実施形態において、前記充電器は、前記電池に結合された少なくとも１つの入力端子と、前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子に結合された出力端子とを有するデジタルコントローラであって、前記デジタルコントローラは、前記第１の出力電圧が第１の閾値より大きく増加した場合に、少なくとも１つのプログラマブルデータストレージ素子内のデジタルビットを変更し、変更結果に従い、前記第１の出力電流を低減するために、前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子における電圧を変更することを特徴とする。
【００４２】
一実施形態において、前記充電器は、前記電池と前記デジタルコントローラの前記少なくとも１つの入力端子との間に結合されたＡ／Ｄコンバータと、前記プログラマブルデータストレージ素子と前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子との間に結合されたＤＡＣとをさらに備えることを特徴とする。
【００４３】
一実施形態において、前記プログラマブルデータストレージ素子はレジスタであることを特徴とする。
【００４４】
一実施形態において、前記プログラマブルデータストレージ素子はレジスタであり、前記デジタルコントローラは、揮発性メモリから前記レジスタ内にデジタルビットをロードすることにより、前記レジスタ内のデジタルビットを変更することを特徴とする。
【００４５】
一実施形態において、前記プログラマブルデータストレージ素子はレジスタであり、前記デジタルコントローラは、不揮発性メモリから前記レジスタ内にデジタルビットをロードすることにより、前記レジスタ内のデジタルビットを変更することを特徴とする。
【００４６】
一実施形態において、前記スイッチングレギュレータは、スイッチングトランジスタ、誤差増幅器、およびスイッチング回路をさらに備え、前記調整可能な電流コントローラの前記少なくとも１つの出力端子は、前記誤差増幅器およびスイッチング回路を介して、前記スイッチングトランジスタの制御端子に結合されていることを特徴とする。
【００４７】
一実施形態において、前記スイッチングレギュレータは、パルス幅変調回路を備えることを特徴とする。
【００４８】
一実施形態において、前記調整可能な電流コントローラは、前記スイッチングレギュレータへの第１の制御信号を発生して、前記電池への一定の第１の出力電流を形成し、前記調整可能な電流コントローラは、前記電池の電圧が増加するにつれて、前記第１の制御信号を変更して前記一定の第１の出力電流を連続的に低減することを特徴とする。
【００４９】
一実施形態において、前記調整可能な電流コントローラは、前記スイッチングレギュレータへの第１の制御信号を発生して、前記電池への一定の第１の出力電流を形成し、前記調整可能な電流コントローラに結合された少なくとも１つのデータストレージ素子は、前記第１の入力電流または第１の出力電圧の増加に応答してコントローラにより再プログラムされ、その再プログラム結果に従い、前記調整可能な電流コントローラは、前記第１の制御信号を変更して前記一定の第１の出力電流を段階的に低減することを特徴とする。
【００５０】
一実施形態において、前記充電器は、前記調整可能な電流コントローラの前記第２の入力端子に結合されたレジスタをさらに備え、前記レジスタ内のデジタルビットは、前記第１の入力電流または第１の出力電圧の増加に応答して、第１の値から第２の値に変更され、変更結果に従い、前記第１の出力電流は低減されることを特徴とする。
【００５１】
別の実施形態において、本発明は、電池充電方法であって、スイッチングトランジスタの第１の端子において、第１の電圧および第１の電流を受け取るステップであって、前記第１の電圧および第１の電流は、前記スイッチングトランジスタの前記第１の端子に電源から結合されるステップと、前記スイッチングトランジスタの制御入力端子においてスイッチング信号を受け取り、前記スイッチング信号に従い、第２の電圧および第２の電流を、前記スイッチングトランジスタの第２の端子に発生するステップと、前記第２の電圧および第２の電流をフィルタリングして、フィルタリングされた電圧およびフィルタリングされた電流を生成するステップと、前記フィルタリングされた電圧およびフィルタリングされた電流を、電池の端子に結合するステップであって、前記電池の前記端子における前記フィルタリングされた電圧は、前記スイッチングトランジスタの前記第１の端子における前記第１の電圧より小さく、前記電池の前記端子への前記フィルタリングされた電流は、前記スイッチングトランジスタの前記第１の端子への前記第１の電流より大きいステップと、前記第１の電圧より小さい値に対応する範囲にわたって前記電池の前記電圧が増加するにつれて、前記第１の電流の値より大きい電流値の範囲にわたって前記フィルタリングされた電流を低減するステップとを含むことを特徴とする方法を含む。
【００５２】
一実施形態において、フィルタリングするステップは、前記第２の電流を、少なくとも１つのインダクタを介して、前記電池に結合するステップを含むことを特徴とする。
【００５３】
一実施形態において、前記フィルタリングされた電流は、前記第１の電流が、第１の値より小さく保たれるように調整されることを特徴とする。
【００５４】
一実施形態において、前記方法は、前記フィルタリングされた電流および前記電池の前記電圧を感知して、その感知結果に従い、前記フィルタリングされた電流を制御するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００５５】
一実施形態において、前記方法は、前記第１の電流および前記フィルタリングされた電流を感知して、その感知結果に従い、前記フィルタリングされた電流を制御するステップをさらに含むことを特徴とする。
【００５６】
一実施形態において、前記電源は、ＵＢＳポートであることを特徴とする。
【００５７】
別の実施形態において、本発明は、少なくとも１つのスイッチングトランジスタを備えるスイッチングレギュレータであって、前記スイッチングトランジスタは、第１の入力電圧および第１の入力電流を受け取る第１の入力端子、および第１の出力電圧および第１の出力電流を供給するために電池に結合された第１の出力端子を有するスイッチングレギュレータと、前記電池への前記第１の出力電流を制御するための電流コントローラであって、前記電池への前記第１の出力電流を感知するための少なくとも１つの入力端子、制御信号に応答して前記出力信号を調整するための第２の入力端子、および前記スイッチングレギュレータに結合された第１の出力端子を有する電流コントローラと、前記スイッチングトランジスタの前記第１の入力端子または前記電池に結合された第１の入力端子、および前記電流コントローラの前記第２の入力端子に結合された少なくとも１つの出力端子を有するコントローラとを備える充電器であって、前記コントローラは、前記第１の入力電流または前記第１の出力電圧の増加に応答し、前記コントローラは、前記第１の入力電流または第１の出力電圧が増加した場合に、前記電流コントローラの前記第２の入力端子における前記制御信号を変更して前記第１の出力電流を低減し、前記スイッチングレギュレータは、前記第１の入力電流より大きい第１の出力電流を前記電池に供給し、前記第１の出力電流は、前記電池への前記第１の出力電圧が増加するにつれて、低減されることを特徴とする充電器を含む。
【００５８】
一実施形態において、前記充電器は、前記スイッチングトランジスタの前記第１の出力端子に結合されて前記第１の出力電流を感知する出力感知抵抗をさらに備え、前記電流コントローラは、前記第１の出力電流を制御するために、前記出力感知抵抗の第１および第２の端子に結合されていることを特徴とする。
【００５９】
一実施形態において、前記充電器は、前記スイッチングトランジスタの前記第１の入力端子に結合されて前記第１の入力電流を感知する入力感知抵抗をさらに備え、前記コントローラは、前記入力感知抵抗の第１および第２の端子に結合されていることを特徴とする。
【００６０】
一実施形態において、前記コントローラは、アナログコントローラを備え、前記アナログコントローラは、前記第１の入力電流に応答して、前記電流コントローラの前記第２の入力端子において制御電圧を発生して前記第１の出力電流を低減することを特徴とする。
【００６１】
一実施形態において、前記コントローラは、デジタルコントローラを備え、前記回路は、前記入力感知抵抗の両端間に結合された入力端子および前記デジタルコントローラに結合された出力端子を有するＡ／Ｄコンバータと、前記デジタルコントローラに結合されたレジスタと、前記レジスタに結合された入力端子および前記電流コントローラの前記第２の入力端子に結合された出力端子を有するＤＡＣとをさらに備え、前記デジタルコントローラは、前記第１の入力電流の増加に応答して前記レジスタを再プログラムし、その再プログラム結果に従い、前記第１の出力電流が低減されることを特徴とする。
【００６２】
一実施形態において、前記電池充電器は、不揮発性メモリをさらに備え、前記デジタルコントローラは、前記不揮発性メモリ内に格納されたパラメータで前記レジスタを再プログラムすることを特徴とする。
【００６３】
一実施形態において、前記電池充電器は、揮発性メモリをさらに備え、前記デジタルコントローラは、前記揮発性メモリ内に格納されたパラメータで前記レジスタを再プログラムすることを特徴とする。
【００６４】
一実施形態において、前記コントローラの前記第１の入力端子は、前記電池に結合されていることを特徴とする。
【００６５】
一実施形態において、前記コントローラは、アナログコントローラを備え、前記アナログコントローラは、前記電流コントローラの前記第２の入力端子において制御電圧を発生して、前記第１の出力電圧に応答して前記第１の出力電流を低減することを特徴とする。
【００６６】
一実施形態において、前記コントローラは、デジタルコントローラを備え、前記回路は、前記電池に結合された入力端子および前記デジタルコントローラに結合された出力端子を有するＡ／Ｄコンバータと、前記デジタルコントローラに結合されたレジスタと、前記レジスタに結合された入力端子および前記電流コントローラの前記第２の入力端子に結合された出力端子を有するＤＡＣとをさらに備え、前記デジタルコントローラは、前記第１の出力電圧の増加に応答して前記レジスタを再プログラムし、その再プログラム結果に従い、前記第１の出力電流が低減されることを特徴とする。
【００６７】
一実施形態において、前記電池充電器は、不揮発性メモリをさらに備え、前記デジタルコントローラは、前記不揮発性メモリ内に格納されたパラメータで前記レジスタを再プログラムすることを特徴とする。
【００６８】
一実施形態において、前記電池充電器は、揮発性メモリをさらに備え、前記デジタルコントローラは、前記揮発性メモリ内に格納されたパラメータで前記レジスタを再プログラムすることを特徴とする。
【００６９】
一実施形態において、前記コントローラと前記電流コントローラは、同一の集積回路上にあることを特徴とする。
【００７０】
一実施形態において、前記コントローラと前記電流コントローラは、異なる集積回路上にあることを特徴とする。
【００７１】
別の実施形態において、本発明は、少なくとも１つのスイッチングトランジスタを備えるスイッチングレギュレータであって、前記スイッチングトランジスタは、第１の入力電圧および第１の入力電流を受け取る第１の入力端子、および第１の出力電圧および第１の出力電流を供給するための、電池に結合された第１の出力端子を有するスイッチングレギュレータと、前記スイッチングレギュレータに結合され、前記電池への前記出力電流を感知して制御し、および制御信号に応答して前記電池への前記第１の出力電流を変更するための電流コントローラ手段と、前記第１の入力電流または第１の出力電圧に応答して、前記電流コントローラ手段への前記制御信号を発生するためのコントローラ手段とを備え、前記スイッチングレギュレータは、前記第１の入力電流より大きい第１の出力電流を前記電池に供給し、前記第１の出力電流は、前記電池の前記電圧が増加するにつれて調整されることを特徴とする。
【００７２】
一実施形態において、前記電池充電器は、前記第１の入力電流を感知するための感知回路手段をさらに備えることを特徴とする。
【００７３】
一実施形態において、前記電池充電器は、前記第１の出力電流を感知するための感知回路手段をさらに備えることを特徴とする。
【００７４】
一実施形態において、前記コントローラ手段は、アナログ回路を備えることを特徴とする。
【００７５】
一実施形態において、前記コントローラ手段は、デジタル回路を備えることを特徴とする。
【００７６】
一実施形態において、前記電流コントローラ手段は、前記第１の出力電流に対応する電圧を受け取るための第１および第２の入力端子と、前記電池の前記電圧が増加するにつれて、前記第１の出力電流を低減するための制御信号を受け取るための第２の入力端子とを備えることを特徴とする。
【００７７】
一実施形態において、前記電池充電器は、前記第１の出力電圧を制御するための電圧制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００７８】
一実施形態において、前記スイッチングレギュレータは、前記スイッチングトランジスタの制御端子に、スイッチング信号を供給するためのスイッチング回路手段をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００７９】
本発明によれば、スイッチングレギュレータを制御することにより、電池充電プロセスの効率を改善する、改善された電池充電器システムおよび電池充電器方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
以下の詳細な説明および添付の図面は、本発明の性質および利点のより正確な理解を提供する。
【００８１】
本明細書で説明されるのは、スイッチング電池充電システムおよび電池充電方法の技術である。以下の記述において、説明の目的から、多くの例および具体的詳細が、本発明の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、当業者は、特許請求の範囲により規定される本発明は、これらの例の中のいくつか又はすべての特徴を、単独で、または以下に記述する他の特徴と組み合わせて含むことができ、さらに、本明細書に記述される特徴および概念の明らかな修正や等価物を含むことができることを理解するだろう。
【００８２】
図１は、本発明の一実施形態によるスイッチング電池充電器を備える電子デバイス１０１を備えるシステム１００を示している。電子デバイス１０１は、電池１５０を動力源としたデバイス電子機器１０２を備える。電池は、スイッチング電池充電器１０３を用いて再充電することができる。スイッチング電池充電器１０３は、第１の電源１１０（たとえば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポートの電源供給ラインからの入力電圧Ｖｉｎ）に結合された第１の入力端子と第１の出力端子とを備え、以下に詳細に説明されるフィルタを通じて、少なくとも１つの電池に安定化出力を供給する。フィルタに供給された出力電圧および電流は、スイッチングされた波形である。本説明の目的のために、スイッチングレギュレータの出力をフィルタの出力とし、この出力は、電池へのフィルタされた出力電流（すなわち、電池充電電流）と、電池端子におけるフィルタされた出力電圧とを含む。充電器１０３は、たとえば、入力電流、電池電流および／または電圧を感知するための内部回路をさらに備えてもよい。充電器１０３は、そのような情報を使用して、電源１１０から電池１５０の端子への、電圧および電流の移送を制御してもよい。
【００８３】
一実施形態において、スイッチング電池充電器１０３は、電流制御モードで動作し、充電サイクルの第１の時間にわたって、電池１５０に制御された電流を供給する。充電サイクルの第２の時間にわたって、充電器１０３は、電圧制御モードで動作し、電池１５０に制御された電圧を供給する。電流制御モードにおいて、スイッチング充電器の出力電流（すなわち、電池への電流）は、回路の制御パラメータとして使用される（たとえば、電池への電流を用いて、スイッチングを制御するフィードバックループを制御することができる）。同様に、電圧制御モードにおいて、スイッチング充電器の出力電圧（すなわち、電池への電圧）は、回路の制御パラメータとして使用される（たとえば、電池の電圧を用いて、スイッチングを制御するフィードバックループを制御することができる）。たとえば、充電器が電流制御モードであるとき（たとえば、電池電圧がある閾値以下であるとき）、スイッチングレギュレータは、電池に供給される出力電流を制御してもよい。ついで、システムは、電池の電圧が指定された閾値を超えて増加した場合、電流制御モードから電圧制御モードに切り替わる。電池の電圧が特定のレベルまで上昇すると、システムは、ついで、電池の電圧を（たとえば、一定の電池電圧を維持することにより）制御し、このとき制御されていない電流は、次第に減少する。一実施形態において、スイッチングレギュレータ１０３により電池１５０に供給される電流を、電池が充電されるにつれて（たとえば、電池電圧が増加するにつれて）変更することができる。ある具体的な例では、供給される電流は、プログラマブルデータストレージ素子（たとえば、レジスタまたはメモリ）に格納された格納充電パラメータを変化させるデジタルコントローラにより変化される。別の具体的な例では、供給される電流は、出力電流を制御する電流コントローラの制御入力端子において制御信号を変化させるアナログコントローラにより変化される。
【００８４】
本発明の実施形態は、多様な電子デバイスにおいて使用することができ、また多様な種類および構成の電池を充電するために使用することができる。本発明のある側面の利点を説明するために、リチウムイオン（「Ｌｉ＋」）電池を充電することに関連して例を説明する。しかしながら、以下の例は、説明の目的のためのみであり、リチウムポリマー電池、ニッケル金属水素化物電池、またはニッケルカドミウム電池などの、異なる電圧および充電仕様を有する他の種類の電池も、本明細書に説明する技術を使用して有利に充電することができることを理解されたい。
【００８５】
図２は、本発明の一実施形態によるスイッチングレギュレータ２０３を備えるスイッチング電池充電器２０１を示している。デバイス電子機器２０２は、電池２５０から電力を受け取る電源供給端子（「Ｖｃｃ」）を備える。電池２５０が消耗されたとき、電源２１０からの電圧および電圧を、スイッチングレギュレータ２０３およびフィルタ２０４を通じて、電池２５０に結合することにより再充電することができる。たとえば、電源はＤＣ電源とすることができる。本明細書に説明される技術は、ＡＣ電源に適用することもできることを理解されたい。それゆえ、図２は、ＤＣ電力を用いる１つの例示的システムである。スイッチングレギュレータ２０３は、スイッチングデバイス２２１、スイッチング回路（「スイッチャー」）２２２、調節可能電流コントローラ２２３、出力感知回路２２５、および入力感知回路２２４を備えることができる。スイッチングレギュレータ２０３は、トランジスタ２２１の制御端子においてスイッチング制御信号２２１Ａを発生するスイッチング回路２２２を備える点で、線形レギュレータと区別される。たとえば、スイッチングデバイス２２１は、ＰＭＯＳトランジスタとすることができる。しかしながら、スイッチングデバイスは、たとえば、１つ又は複数のバイポーラまたはＭＯＳトランジスタなどの、他の種類のデバイスを用いて実装することができることを理解されたい。
【００８６】
電流制御モードにおいて、出力感知回路２２５が、電池への出力電流を感知する。電流コントローラ２２３が、出力感知回路２２５に結合されて出力電流を制御する。電流コントローラ２２３は、出力電流に対応する入力を出力感知回路から受け取る。電流コントローラ２２３は、これらの入力を用いてスイッチング回路２２２を制御し、スイッチング回路２２２は次に、スイッチングデバイス２２１の制御端子に出力電流を修正する信号を供給する。例示的なスイッチング制御の仕組みには、スイッチングデバイス２２１の制御端子をパルス幅変調することが含まれる。スイッチングレギュレータ２０３の出力端子は、フィルタ２０４を通じて電池２５０の端子に結合される。電池端子における電圧または電流は、電池への電池電圧または電流を感知することにより制御することができる。電流制御モードにおいて、電流コントローラ２２３は、感知された電池電流を受け取り制御信号２２２Ａを修正して、スイッチング回路２２２およびスイッチングデバイス２２１のふるまいを変化させて、電池電圧を制御された値に維持することができる。同様に、電圧制御モードにおいて、（以下に述べる）電圧コントローラは、感知された電池電圧を受け取り制御信号２２２Ａを修正して、スイッチング回路２２２およびスイッチングデバイス２２１のふるまいを変化させて、電池電圧を制御された値に維持することができる。このようにして、電池への電圧または電流を、制御された値に維持することができる。以下により詳細に説明するように、電流コントローラ２２３は、電池の電圧、またはスイッチングレギュレータへの入力電流のいずれかに結合された別の入力端子を備え、電池の電圧が増加するにつれて、電池電流の変更を制御することができる。この目的のために電池電圧または入力電流のいずれをも使用することができるので、システムは、入力感知回路２２４を備えても備えなくともよい。
【００８７】
一実施形態において、スイッチングレギュレータ２０３は、電源２１０から電圧および電流を受け取り、電源から受け取った電流よりも大きい充電電流を電池に供給する。たとえば、電源から受け取った電圧が電池電圧よりも大きい場合、スイッチングレギュレータは次いで、スイッチングレギュレータへの入力電流よりも大きな充電電流を電池に供給することができる。スイッチングレギュレータの入力端子での電圧が電池の電圧よりも大きいとき（しばしば「バック（Ｂｕｃｋ）」構成と呼ばれる）、スイッチングレギュレータの「理想的」な電圧と電流の関係は次式で与えられる。
Ｖｏｕｔ＝Ｃ＊Ｖｉｎ，
Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎ／Ｃ
ここでＣは定数である。たとえば、パルス幅変調されたスイッチングレギュレータにおいて、Ｃは、スイッチングデバイスの制御入力端子におけるスイッチング波形の「デューティサイクル」Ｄである。上記数式は次のように、出力電流は、入力電流、入力電圧および出力電圧の関数であることを明らかにする。
Ｉｏｕｔ＝Ｉｉｎ＊（Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔ）
この数式は、「理想的」バックレギュレータに対して当てはまることを理解されたい。現実の実装においては、出力は非理想性（すなわち、効率ロス）のために出力レベルが下がり、それは１０％程度である場合がある（すなわち、効率η＝９０％）。この式は、電池２５０への充電電流は、入力電流より大きい可能性があることを示している（すなわち、入力電圧Ｖｉｎが出力電圧よりも大きいとき）。さらに、充電サイクルの初期では、電池電圧は、充電サイクルの後の時点よりも小さい。それゆえ、充電サイクルの初期において（すなわち、Ｖｂａｔｔ＝Ｖｏｕｔとして、Ｖｉｎ／Ｖｂａｔｔがより大きいとき）、電池への電流は、充電サイクルの後の時点（すなわち、Ｖｉｎ／Ｖｂａｔｔがより小さいとき）における電池への電流よりも大きい。一実施形態において、電池への電流（すなわち、スイッチングレギュレータの出力電流）は制御されて初期値に設定され、そして電池電圧が増加するにつれ、出力電流が減少される。上記数式は、電池電圧が増加するにつれて、スイッチングレギュレータの出力における所与の電流に対して、スイッチングレギュレータへの電流が増加し始めることを示している。この効果は、先に示したスイッチングレギュレータの電圧と電流の関係からもたらされる。たとえば、ＩｏｕｔおよびＶｉｎが固定の場合、Ｉｉｎは、Ｖｏｕｔが増加するにつれて増加しなければならない。したがって、異なる実施形態では出力電圧または入力電流が感知され、そして電池電圧が増加するにつれて電池への電流が減少される。
【００８８】
たとえば、スイッチングレギュレータ２０３は、電流制御モードで動作することができ、このとき、出力感知回路２２５は、スイッチングレギュレータの出力電流（すなわち、電池入力電流）を感知し、電流コントローラ２２３は、電池の電圧が増加するにつれて、電池への電流の低減を制御する。一実施形態において、電流コントローラ２２３は、増加する電池電圧に対応する制御信号に応答して電池電流を低減することができ、制御信号は、電流コントローラ２２３に電池電流を低減するよう伝える。別の実施形態において、入力感知回路２２４は、スイッチングレギュレータへの入力電流を感知し、電流コントローラ２２３は、増加する入力電流に対応する制御信号に応答して、電池への電流を低減する。等価的に、入力電流または電池電圧に関係する他のパラメータをモニタして、電池への電流を調整するための所望の情報を取得することもできる。一実施形態において、（以下により詳細に説明する）コントローラを用いて、第１の入力電流または第１の出力電圧に応答して、電流コントローラへの１つ又は複数の制御信号を発生する。コントローラは、感知されたパラメータ（たとえば、アナログまたはデジタル信号としての入力電流または電池電圧）を受け取り、電流コントローラ２２３への１つ又は複数の制御信号を発生する回路であり、出力端子における電流を調整する。感知回路、コントローラおよび電流コントローラは、電池に印加されるスイッチングレギュレータ出力電圧が増加するにつれてスイッチングレギュレータ出力電流（すなわち、電池充電電流）が連続的に低減されるように、（全体を又は一部を）アナログ回路として実装することができる。別の実施形態において、コントローラおよび／または電流コントローラは、電池電圧が増加するにつれて電池充電電流が段階的に低減されるように、（全体を又は一部を）デジタル回路として実装することができる。これら回路の例を以下に述べる。
【００８９】
図３は、本発明の一実施形態によるスイッチングレギュレータを用いた電池の充電を示している。３０１で、入力電圧および入力電流が、スイッチングレギュレータの入力端子で受け取られる。３０２で、スイッチングレギュレータの出力端子におけるスイッチング出力電流および電圧が、電池の端子に結合される。たとえば、スイッチングトランジスタの出力端子を、フィルタを介して電池端子に結合することができる。３０３で、出力電圧（すなわち、電池電圧）および出力電流（すなわち、電池入力電流）が、スイッチングレギュレータの出力端子に発生される。３０４で、電池への出力電圧が増加するにつれて電池への電流が低減される。上述のように、スイッチングレギュレータは、電池電圧を直接に感知するか、入力電流または他の関連するパラメータを感知することのいずれかにより、電池電圧の上昇を検出することができる。
【００９０】
図４Ａ〜４Ｂは、本発明の一実施形態によるスイッチングレギュレータを用いた電池の充電を示している。図４Ａのグラフは、横軸の時間に対して、右の縦軸に電流、左の縦軸に電池の電圧をプロットしたものである。時間に応じた電池の電圧が線４０１で示され、電池への電流が線４０２で示され、スイッチングレギュレータへの電流が線４０３で示されている。この例は、深く消耗されたＬｉ＋電池を充電するための充電サイクルを示している。電池は、２つの基本的モードで充電される。それらは、電流制御モード（ｔ＝０，ｔ２）と電圧制御モード（ｔ＝ｔ２，ｔ３）である。この例では、電池の電圧は、最初、なんらかの特定の閾値（たとえば、３ボルト）以下であり、電池が深く消耗されていることを示している。したがって、電流制御モードは、最初、一定のプリチャージ（ｐｒｅｃｈａｒｇｅ）電流４１０（たとえば、１００ｍＡ）を発生することができる。一定のプリチャージ電流４１０は、電池電圧の増加を引き起こす。電池電圧がプリチャージ閾値４２０（たとえば、３ボルト）を超えて増加すると、システムは、電池へ供給される電流を増加する。第２の電流は、しばしば「高速充電（ｆａｓｔ  ｃｈａｒｇｅ）」電流と呼ばれる。
【００９１】
図４Ａが示すように、電池への電流は、スイッチングレギュレータが受け取る電流よりも大きくなりうる。たとえば、高速充電サイクルの始めでは、電池への電流を７５０ｍＡ、スイッチングレギュレータへの電流を５００ｍＡに初期設定することができる。したがって、電池の電圧は、電池が充電されるにつれて増加しだす。電池電圧が増加するにつれて、電池への電流を低減して、入力電流がほぼ一定を保つようにしてもよい。上述したように、電池の電圧が増加すると、そしてスイッチングレギュレータにより供給される電流が一定に保たれると、スイッチングレギュレータへの電流は増加しだす。いくつかの応用では、入力電流を何らかの閾値以下に維持して、スイッチングレギュレータへの総電力が電源で利用可能な総電力を超えないようにすることが望まれる場合がある。この例では、入力電流はほぼ一定に維持され、電池への電流が、電池電圧が増加するにつれて減少される。たとえば、電池電圧が４２０Ｂにおいて約３ボルトを超えて増加すると、電池への電流は約７００ｍＡに低減される。図４Ａから、電池の電圧が増加するにつれて電流が順次に減少され、入力電流がほぼ一定に維持されていることが分かる。上述のように、アナログまたはデジタル技術のいずれを用いても、電池電流を制御することができる。加えて、このシステムは、スイッチングレギュレータへの入力電流または電池電圧のいずれを感知しても、電池電流制御を実装することができる。
【００９２】
電池の電圧が時刻ｔ２において閾値４３０Ａを超えて増加すると、システムは、自動的に電池に一定電圧（すなわち、「フロート（ｆｌｏａｔ）」電圧）を供給するように遷移する。電流制御モード中に電池がフロート電圧まで増加すると、システムは、電圧制御モードに遷移し、電池におけるフロート電圧を維持する。システムが電圧制御モードである間、電池への電流４３０は、減少し出す（すなわち、「次第に減少」または「下落」する）。いくつかの実施形態において、電流がなんらかの最小閾値４４０に達した後に、充電器をオフにすることが望ましいことがある。それゆえ、電池電流が最小値より下に下がると、システムは自動的に充電器を停止し、時刻ｔ３で充電サイクルを終える。
【００９３】
図４Ｂは、電池電圧に対して、スイッチングレギュレータへの入力電流と、スイッチングレギュレータにより供給される電池電流を示している。図４Ｂのグラフは、左の縦軸に電流を、横軸に電池電圧をプロットしたものである。最初、電池電圧はなんらかの閾値（たとえば、３ボルト）以下であり、システムはプリチャージモードであり、またスイッチングレギュレータは電池に一定のプリチャージ電流４１０Ａ（たとえば、１００ｍＡ）を供給するように設定されている。したがって、入力電流４１０Ｂは、電池電流よりも小さい（たとえば、１００ｍＡ未満）。システムが（たとえば、電池電圧が３ボルトなどのなんらかの閾値を超えて増加することの結果として）高速充電モードに遷移すると、電池電流をプリチャージ値から最大値４０２Ａ（たとえば、７００ｍＡ）にリセットすることができる。スイッチングレギュレータから電池に供給される電流が増加すると、入力電流も同様に新しい値４０３Ａ（たとえば、約４７５ｍＡ）に増加する。しかしながら、出力電流が一定に保たれているとすると、電池電圧が閾値を超えて増加するにつれて入力電流は増加する。いくつかの応用では、ＵＳＢ電源等の電源は、なんらかの最大値（たとえば、ＵＳＢに関して５００ｍＡ）を超えて入力電流をスイッチングレギュレータに供給することができない場合がある。電池への電流を設定するとき、最大入力値を考慮にいれることがある。したがって、入力電流がなんらかの閾値（たとえば、５００ｍＡなどの許容可能な最大のレベル）まで増加すると、システムは、電池電流を先の値より小さい新たな値４０２Ｂにリセットすることができ、入力電流はそれに従い４０３Ｂにおいて閾値（たとえば、約４５０ｍＡ）より小さく低減される。電池への出力電流は、電池への出力電圧が増加するにつれて段階的に低減することができ、その結果、図４Ｂに示すように、入力電流が閾値以下に保たれる。一実施形態において、出力電流は、スイッチングレギュレータへの入力電流の感知および入力電流が閾値を超えて増加したことの判定に応答して、段階的に低減される。別の実施形態では、出力電流は、電池電圧の感知に応答して段階的に低減される。
【００９４】
図５は、本発明の一実施形態による電池充電システム５００の例示的実装を示している。この例は、電池電圧が増加するにつれて電池電流を調整するために、デジタルコントローラ５４５およびプログラマブルストレージを用いる、１つの可能な実装を示している。電池充電器５００は、電源からの入力電圧および電流を受け取るための入力端子を有するスイッチングレギュレータ５１０を備える。スイッチングレギュレータ５１０の出力端子は、インダクタ５０３およびキャパシタ５０４で構成されたフィルタを介して、電池５５０に接続されている。電流感知抵抗５０１は、電池への電流経路内に含めることもできる。電流コントローラ５２０は、電池電流を感知するために、電流感知抵抗５０１の第１の端子に結合された第１の入力端子と、電流感知抵抗５０１の第２の端子に結合された第２の入力端子とを有する。電流制御モードにおいて、電流コントローラ５２０は、感知された電池電流を受け取り、スイッチングレギュレータ５１０の制御入力端子に制御信号を提供する。この例では、電流コントローラ５２０は、調整可能な電流コントローラであり、スイッチングレギュレータにより発生される出力電流を調整するための制御信号を受け取る制御入力端子５２０Ａを備える。システム５００は、充電サイクルの電圧制御モードのための電圧コントローラ５３０をさらに備える。電圧コントローラ５３０は、電池電圧を感知するために電池の端子に結合された第１の入力端子を備える。電圧制御モードにおいて、電圧コントローラ５３０の出力端子は、スイッチングレギュレータ５１０への制御信号を発生する。この例では、電圧コントローラ５３０は、調整可能な電圧コントローラであり、スイッチングレギュレータにより発生される出力電流を調整するための制御入力端子５３０Ａを備える。
【００９５】
充電システム５００は、電流制御モードおよび電圧制御モードにおいてスイッチングレギュレータを設定するために、電流コントローラ５２０および電圧コントローラ５３０に結合されたデータストレージをさらに備える。レジスタまたはメモリなどのプログラマブルデータストレージ素子は、電池５５０の充電中にスイッチングレギュレータ５１０を制御するための複数の充電パラメータを格納することができる。パラメータは、電池の充電に使用される電圧および／または電流、または他のパラメータを変更し、それによって電池充電効率を改善するように再プログラムされることが可能である。データストレージは、たとえば揮発性メモリまたは不揮発性メモリのいずれでもよく、充電パラメータは、異なる充電サイクルにわたって又は（電池が充電されている）単一の充電サイクルの間に再プログラムされることが可能である。
【００９６】
この例では、デジタルコントローラ５４５を使用して、電池の電圧が増加するにつれて、電流コントローラ５２０の制御入力を変更して電池電流を変更する。一実施形態において、感知回路（たとえば、入力感知抵抗５０２）は、スイッチングレギュレータの入力電流を感知するのに使用することができる。この例では、入力感知抵抗５０２は、スイッチングレギュレータが受け取る第１の入力電流を感知する手段である。同等の感知手段には、たとえばトランジスタや誘導的感知技術を含むことができる。抵抗５０２の端子は、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータ５４８を通してデジタルコントローラ５４５に結合されている。別の実施形態では、電池の電圧を、Ａ／Ｄ５４９を通してデジタルコントローラ５４５に結合することができる。コントローラ５４５は、感知された入力電流または出力電圧を受け取って電流コントローラ５２０を調整し、上述のように電池電流を制御する。たとえば、デジタルコントローラ５４５を用いて、データストレージ素子を充電パラメータでプログラムする。充電パラメータは次に、アナログ信号に変換されて、電流コントローラ５２０の制御入力端子５２０Ａに結合される。データストレージ内の充電パラメータは、たとえばデジタルバス５４１（たとえば、シリアルバスまたはパラレルバス）を用いて、コントローラ５４５を介してプログラムすることができる。したがって、充電パラメータは、予め定めたソフトウェアアルゴリズムの制御の下で変更することができる。コントローラ５４５は、スイッチングレギュレータおよびスイッチング電池充電器回路と同一の集積回路上に備えることができ、または、電子デバイス内の別の集積回路上に備えることができる。一実施形態において、デジタルバスは、たとえばＩ2ＣバスまたはＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）を使用して結合または実装することができる。
【００９７】
一実施形態において、充電パラメータは、それぞれ複数のデジタルビットとして格納することができ、そして異なる充電パラメータを、ローカルまたはリモートでありうる（たとえば、同一の集積回路もしくはシステム上にあるか、または別の集積回路もしくはシステム上にある）揮発性メモリ５４６または不揮発性メモリ５４７からレジスタ５２２内にプログラムすることができる。複数の充電パラメータに対応するデジタルビットはついで、電圧または電流などのアナログパラメータに変換されることができる。アナログパラメータは次に、電流コントローラ５２０の制御入力端子に結合され、そして続いてスイッチングレギュレータ５１０の制御入力端子に結合されて、電池電流を変化させることができる。一実施形態において、デジタルビットは、たとえばＤＡＣ（ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−ａｎａｌｏｇ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）５２４を用いてアナログパラメータに変換することができる。Ａ／ＤおよびＤＡＣについては、多様な技術を用いることができる。この例では、ＤＡＣ５２４と、レジスタ５２２と、デジタルコントローラ５４５と、Ａ／Ｄ５４８またはＡ／Ｄ５４９のいずれかとは、第１の入力電流または第１の出力電圧に応答して電流コントローラへの制御信号を発生する手段を構成する。他の感知および制御回路技術を用いることが可能であり、抵抗による感知、Ａ／Ｄ、レジスタやＤＡＣは単なる例示であることを理解されたい。
【００９８】
一実施形態において、充電サイクルは、プリチャージおよび高速充電電流制御モード、ならびに電圧制御モードを含む。たとえば、電池への電流は、レジスタ５２１および５２２内にデジタル値として格納されているパラメータによりプログラムすることができる。レジスタ５２１は、デジタルプリチャージパラメータ値を格納し、レジスタ５２２は、１つ又は複数のデジタル高速充電パラメータ値を格納することができる。異なる高速充電パラメータ値は、選択的に電流コントローラ５２０に結合され、感知された電池電圧または感知された電池電流のいずれかに基づいて電池に供給される電流を設定することができる。この例では、レジスタ５２５は、プリチャージ閾値を設定するためのデジタル値を保持することができる。レジスタ５２５のビットは、ＤＡＣ５２６への入力とすることができ、ＤＡＣ５２６は、ビットを電圧等のアナログパラメータに移す。ＤＡＣ５２６の電圧出力は、基準として使用することができ、コンパレータ５２７の電池電圧と比較される。電池電圧がプログラムされたプリチャージ閾値より小さいとき、コンパレータは、選択回路５２３（たとえば、マルチプレクサ）を使用して、レジスタ５２１内の格納されたプリチャージ電流値をＤＡＣ５２４に結合することができる。ＤＡＣ５２４は次に、プリチャージ電流に対応するデジタル値を受け取り、レギュレータを制御するためのアナログパラメータを発生してプログラムされた電流値を発生する。電池電圧がレジスタ５２５内にプログラムされた値を超えて増加すると、コンパレータは状態を変更し、選択回路５２３が、レジスタ５２２内の格納された高速充電電流値をＤＡＣ５２４に結合する。ＤＡＣ５２４は次に、高速充電電流に対応する新しいデジタル値を受け取り、スイッチングレギュレータを制御するためのアナログパラメータを発生して新しくプログラムされた電流値を伝える。上述の回路は単なる例示的実装の１つであることを理解されたい。別の例では、プリチャージ閾値は、電池電圧を用いて制御し、分圧器を駆動することができる。分圧器の特定のタップは、プログラマブルレジスタによりデジタルに選択することができる。選択されたタップは次いで、コンパレータに結合され、たとえば参照電圧と比較される。
【００９９】
電池電圧が増加するにつれて、デジタルコントローラ５４５は、レジスタ５２２を再プログラムして電池電流を変えることができる。たとえば、デジタルコントローラ５４５は、電池電圧を閾値と（ソフトウェアまたはハードウェアのいずれかで）比較して、電池電圧が閾値より大きければレジスタを再プログラムすることができる。電池電圧が増加するにつれて、コントローラ５４５は、電池電圧を異なる閾値と比較して出力電流を変えることができる。閾値は、たとえば、線形に間隔を空けることができ、または特定のシステム要件にしたがって決定することができる。あるいは、デジタルコントローラ５４５は、レギュレータ入力電流を閾値と（ソフトウェアまたはハードウェアのいずれかで）比較して、入力電流が閾値よりも大きければレジスタを再プログラムすることができる。
【０１００】
電圧制御モードについて、電圧コントローラ５３０は、電流制御から電圧制御に変更するための閾値を格納するレジスタ５３１に結合されている。レジスタ５３１は、閾値をデジタル値として格納する。レジスタ５３１のデジタルビットは、ＤＡＣ４３２に入力され、電池の一定のプログラムされた電圧を維持するためのアナログパラメータに変換される。電池電圧がレジスタ５３１内にプログラムされた電圧を超えて増加すると、システムは電圧制御モードに遷移し、レギュレータの出力端子において一定のプログラムされた電圧が維持され、電流は徐々に減少する。
【０１０１】
デジタルコントローラ５４５は、システムの他のデジタル情報を操作するのに使用することもできる。コントローラは、たとえばメモリまたはレジスタから読み書きするための回路や、シリアルまたはパラレルバスを介して他の電子機器とのインターフェイスをとるなどの他のシステム制御機能を含むことができる。上述のように、充電パラメータは、たとえばＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリ５４７、または揮発性メモリ５４６内に格納することができる。不揮発性または揮発性メモリは、スイッチングレギュレータと同一の集積回路上にあることができ、またはメモリは外部であってもよい。メモリが外部である場合、システムは、外部資源にアクセスするためのインターフェイス（図示せず）をさらに備えることができる。この例では、パラメータは、不揮発性メモリ５４６内に格納され、レジスタ５２１、５２２、５２５および５３１に伝えられる。
【０１０２】
本発明の実施形態は、さらに、予め定めたソフトウェアアルゴリズムに従って１つ又は複数の充電パラメータを再プログラムすることを含む。充電プロセスを制御するソフトウェアは、充電プロセスを動的に制御するために、前もって書き込んで電子デバイスにロードすることができる。たとえば、電子デバイスは、マイクロプロセッサやマイクロコントローラとすることのできるプロセッサを備えることができる。プロセッサは、揮発性または不揮発性メモリ内の充電制御ソフトウェアにアクセスすることができ、充電パラメータを再プログラムするためのアルゴリズムを実行することができる。アルゴリズムは、たとえば電池が充電されている間に１つ又は複数の充電パラメータを変更することができ、または、複数の充電サイクルにわたって１つ又は複数の充電パラメータを変更することができる。アルゴリズムは、（たとえば、動的プログラミングのための）レジスタまたは（たとえば、静的プログラミングのための）不揮発性メモリのいずれかの中のパラメータ値を変更することができる。たとえば、アルゴリズムは、入力端子が電池の状態を感知したときに受け取られることができ、そしてアルゴリズムは、そのような状態に基づいてプログラムされた高速充電電流を修正することができる。図５に示された例から、デジタル制御をシステムに備えることは、多様なパラメータの柔軟なプログラマビリティを可能にし、それらパラメータには、出力電流の変化を制御するための、充電中に電池に供給される電流や、電池電圧または入力電流と比較される閾値などが含まれる。そのような閾値は、複数の充電サイクルにわたって修正することができ、単一の充電サイクルの間でさえ修正することができる。
【０１０３】
図６は、本発明の一実施形態による電池充電システム６００の例示的実装を示している。この例は、電池電圧が増加するにつれて電池電流を調整するためのアナログコントローラ６４５を用いた可能な実装の１つを示している。電池充電器６００は、電源からの電圧および電流を受け取るための入力端子を有するスイッチングレギュレータ６１０を備える。スイッチングレギュレータ６１０の出力端子は、インダクタ６０３およびキャパシタ６０４で構成されたフィルタを介して電池６５０に結合されている。図５の電池充電器システム５００に関して説明したように、電流制御モードにおいて、電流コントローラ６２０は、出力電流を感知し、電池に供給される電流を制御するために、スイッチングレギュレータ６１０の制御入力端子に制御信号を供給する。この例では、電流感知抵抗６０１は、電池への電流経路内に含まれ、電流コントローラ６２０は、電池電流を感知するための、電流感知抵抗６０１の第１の端子に結合された第１の入力端子と、電流感知抵抗６０１の第２の端子に結合された第２の入力端子とを有する。図５の充電器５００のように、電流コントローラ６２０は、調整可能な電流コントローラであり、スイッチングレギュレータにより発生された出力電流を調整するための制御信号を受け取る制御入力端子６４６を備える。システム６００は、充電サイクルの電圧制御モードのための電圧コントローラ６３０をさらに備える。電圧コントローラ６３０は、電池の端子に結合された第１の入力端子を備えて電池電圧を感知する。電圧制御モードにおいて、電圧コントローラ６３０の出力端子は、スイッチングレギュレータ６１０への制御信号を発生する。
【０１０４】
この例では、アナログコントローラ６４５は、第１の入力電流または第１の出力電圧に応答して、電流コントローラに制御信号を発生するための手段を提供する。アナログコントローラ６４５は、電池電圧を感知するための電池端子、またはスイッチングレギュレータへの入力電流を感知するための入力電流感知回路のいずれかに結合することができる。この例では、入力電流感知回路は、スイッチングレギュレータ６１０の入力端子に結合された電流感知抵抗６０２である。この例では、アナログコントローラ６４５は、電池に結合された入力端子を有してもよいし、または、感知抵抗６０１の両端に結合された２つの入力端子を備えてもよい。感知入力電流または電池電圧のいずれかに応答して、アナログコントローラは、電流コントローラ６２０の制御入力端子６４６の１つ又は複数の制御信号を変更して、電池電流を変更する。アナログコントローラ６４５は、多様な異なる入力端子または出力回路技術を使用して入力電流または電池電圧を感知し、電流コントローラ６２０の具体的実装に応じて適切な１つ又は複数の信号を発生することができる。アナログコントローラ６４５は、たとえば、増幅器、電流源、リミッタおよび／または比較回路などを備え、感知した電圧または電流を処理して電流コントローラ６２０への制御入力端子６４６に１つ又は複数の制御信号を発生して、電池電流を調整することができる。多様な感知回路およびアナログ回路を使用することができることを理解されたい。それゆえ、電流制御モードにおいて発生された電池電流は、感知された電池電圧入力または感知された入力電流のいずれかに応答して、アナログコントローラ６４５により調整することができる。したがって、電流コントローラ６２０は、上述のように、スイッチングレギュレータへの電流よりも大きい電池への電流を発生することができる。電流コントローラ６２０は、電池への入力電流およびアナログコントローラ６４５からの制御信号を感知することができ、電池電流は、電池の電圧が増加するにつれて低減することができる。
【０１０５】
図７は、本発明の一実施形態による電池充電器の例である。電池充電器７００は、電圧コントローラ７０１、電流コントローラ７０２、および入力端子７０８と出力端子７０９との間に結合された電圧および電流を制御するためのトランジスタ７０７（たとえば、ＰＭＯＳトランジスタ）に結合されたスイッチングレギュレータ７０３を備える。電流コントローラ７０２は、出力電流感知抵抗（たとえば、０．１オームの抵抗）を介して電流を感知するための第１の入力端子７１０と第２の入力端子７１１を備える。端子７１０は、抵抗の正端子に結合され、この正端子は、トランジスタ７０７の端子７０９と結合され、端子７１１は抵抗の負端子に結合され、この負端子は電池に結合される（スイッチングレギュレータでは、端子７０９はインダクタに結合され、インダクタの他端子は、端子７１０に結合されることができる）。電流コントローラ７０２は、端子７１０と端子７１１との間で感知された電流に応答して、スイッチングレギュレータにより発生される電流の量を制御するための制御入力端子７５０をさらに備える。電流コントローラ７０２の出力端子は、レギュレータ７０３の入力端子に結合される。電圧コントローラ７０１は、電池に結合されている電池感知入力端子７１２と、たとえばＤＡＣに結合することができる制御入力端子７５１とを備える。電圧コントローラ７０１の出力端子も、スイッチングレギュレータ７０３の入力端子に結合されている。スイッチングレギュレータ７０３は、基準電圧７１４（たとえば、１ボルト）に結合された第１の入力端子と、電圧コントローラ７０１および電流コントローラ７０２の出力端子と結合された第２の入力端子とを有する誤差増幅器７０４を備えることができる。誤差増幅器７０４の出力端子は、たとえばパルス幅変調（「ＰＷＭ」）回路のデューティサイクル制御入力端子などの、スイッチング回路７０５の入力端子に結合される。本発明を実施するのに種々のスイッチング技術を用いることができることを理解されたい。ノード７１３は、レギュレータの負帰還ノードである。それゆえ、電流制御または電圧制御のいずれの条件下においても、ループは、誤差増幅器の基準電圧（たとえば、１ボルト）と同一の電圧にノード７１３を向かわせる。
【０１０６】
図８は、本発明の一実施形態による電圧コントローラの例である。電圧コントローラ８００は、本発明の異なる実施形態を実施するのに使用することができる制御回路の単なる例示の１つである。この例では、電池感知端子８０１は、充電されるべき電池に結合されている。第２の入力端子８０２は、ＶＤＡＣ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  ａｎａｌｏｇ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の出力端子に結合され、電池端子の電圧をプログラムされた電圧値に設定する。端子８０２は、ＶＤＡＣを介して、充電パラメータを格納するレジスタまたはメモリに結合して、電池の電圧を設定することができる。電池電圧は、充電パラメータを変更し、それによって端子８０２における電圧を異なる値の範囲にわたり変更することで調整することができる。たとえば、上述のように、電圧コントローラ８００の出力ＤＩＦＦは、誤差増幅器基準と同一の電圧、この例では１ボルトに駆動される。増幅器８０４および８０５と抵抗８０６〜８１２の回路網を備える差動加算回路網（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｕｍｍｉｎｇ  ｎｅｔｗｏｒｋ）は、出力端子における電圧ＤＩＦＦ、電池電圧ＢＳＥＮＳＥおよびＤＡＣ電圧ＶＤＡＣ（Ｖ）の間に次の関係を確立する。
ＤＩＦＦ＝ＢＳＥＮＳＥ−（２．４５Ｖ＋ＶＤＡＣ（Ｖ））
それゆえ、ＤＩＦＦがフィードバップループにより１ボルトに駆動されるとき、電池電圧はＤＡＣの出力端子における電圧の関数である。
ＤＩＦＦ＝１ボルトのとき、ＢＳＥＮＳＥ＝３．４５＋ＶＤＡＣ（Ｖ）
したがって、電池電圧は、ＤＡＣの入力端子に結合されたビットのデジタル値を変更することでプログラムすることができる。
【０１０７】
図９は、本発明の一実施形態における電流コントローラの例である。電流コントローラ９００は、本発明の異なる実施形態を実施するのに使用することができる制御回路の単なる例示の１つである。この例では、正電流感知端子９０２および負電流感知端子９０３が、充電されるべき電池の入力端子における感知抵抗の両端間に結合される。制御入力端子９０１は、制御電圧（「Ｖｃｔｒｌ」）に結合され、デジタルまたはアナログコントローラに応答して、電池への制御された電流を設定する。たとえばＶｃｔｒｌは、出力電圧または入力電流のいずれかに応答するアナログ回路からアナログ電圧を受け取って、電池電流が増加するにつれて電池電流を低減する。あるいはまた、端子９０１は、ＤＡＣを介して、電池への電流を設定するための充電パラメータを格納するレジスタまたはメモリに結合することができる。電池電流は、充電パラメータを変更し、電池電圧または入力電流のいずれかに応答するデジタルコントローラにより調整し、それによって端子９０１の電圧を異なる値の範囲にわたって変更することができる。例として、上述したように、電流コントローラ９００の出力ＤＩＦＦは、誤差増幅器基準と同一の電圧に駆動され、その電圧はこの例では１ボルトである。増幅器９０５および９０６と抵抗９０７〜９１４の回路網を備える差動加算回路網は、出力端子における電圧ＤＩＦＦ、電圧で測定された電池電流、ＣＳＥＮＳＥ＋およびＣＳＥＮＳＥ−、ならびに制御電圧の間に次の関係を確立する。
ＤＩＦＦ＝Ｒ２／Ｒ１（ＣＳＥＮＳＥ＋−ＣＳＥＮＳＥ−）＋Ｖｃｔｒｌ
それゆえ、ＤＩＦＦがフィードバップループにより１ボルトにドライブされるとき、電池電流はＶｃｔｒｌの電圧の関数である。
ＤＩＦＦ＝１ボルト、およびＲ２／Ｒ１＝５のとき、（ＣＳＥＮＳＥ＋−ＣＳＥＮＳＥ−）＝（１Ｖ−Ｖｃｔｒｌ）／５
したがって、スイッチングレギュレータにより電池に供給される電流は、制御電圧を変化させることにより（たとえば、ＤＡＣの入力端子に結合されたビットのデジタル値を変化させることにより）変化させることができる。上述した図７〜８の回路は差動加算技術を使用するが、他の電流および／または電圧加算技術を使用して出力電池電流および電圧を感知し、制御信号を発生して、スイッチングレギュレータの制御入力端子を駆動することができることを理解されたい。
【０１０８】
図７〜９を参照すると、本発明の１つの特徴に、「ワイヤードＯＲ」構成を用いて、電流コントローラおよび電圧コントローラの出力端子をレギュレータに接続することを含めることができる。たとえば、一実施形態において、電圧コントローラ８００内の増幅器８０５の出力プル・ダウン・トランジスタと、電流コントローラ９００内の増幅器９０６の出力プル・ダウン・トランジスタは、「弱い（ｗｅａｋ）」デバイスである。たとえば、ＤＩＦＦノードから電流をシンクするためのデバイスは、ＤＩＦＦノードに電流を供給するための増幅器８０５および９０６内のデバイスよりもかなり小さい。電流制御モードの間、電池電圧がＶＤＡＣ（Ｖ）によりプログラムされた値よりも小さいとき、増幅器８０５の正入力（ＢＳＥＮＳＥ）は、負入力よりも低く、増幅器８０５の出力端子は、ＤＩＦＦから電流をシンクしようとする。しかしながら、電流コントローラ増幅器９０６の出力は、ＤＩＦＦノードを正方向に駆動する。それゆえ、増幅器８０５のプル・ダウン出力が増幅器９０６のプル・ダウン出力より弱いので、システムは、一定電流コントローラ９００により支配される。同様に、電池の電圧（ＢＳＥＮＳＥ）が、増幅器８０５の正入力および負入力が等しい点まで増加したとき、電圧コントローラが、支配的になる。この点で、感知抵抗を通じた電流は減少し始め、増幅器９０６の出力は下がり始める。しなしながら、増幅器９０６のプル・ダウン出力は増幅器８０５のプル・アップ出力よりも弱いので、システムは、一定電圧コントローラ８００により支配される。
【０１０９】
図１０は、本発明の一実施形態によるアナログコントローラの例を示している。電流コントローラ１０２０は、「Ｃｓｅｎｓｅ＋」に結合された第１の入力端子と、「Ｃｓｅｎｓｅ−」に結合された第２の入力端子とを備える。ここで、Ｃｓｅｎｓｅ＋は出力電流感知抵抗の正端子に結合され、Ｃｓｅｎｓｅ−は出力電流感知抵抗の負端子に結合される。電流コントローラ１０２０は、スイッチングレギュレータ１００１の制御入力端子１００４に制御信号を発生する。スイッチングレギュレータ１００１は、スイッチング回路１００３を備え、このスイッチング回路１００３は次に、スイッチングトランジスタ１００２のゲートにスイッチング信号（たとえば、パルス幅変調信号）を発生する（スイッチングレギュレータ１００１は誤差増幅器も備えることができるが説明のために省略されている）。電流コントローラ１０２０はさらに、制御入力端子Ｖｃｔｒｌを備える。Ｖｃｔｒｌにおける電圧は、電池電流を制御するために使用することができる。この例では、電流コントローラ１０２０の制御入力端子における電圧は、抵抗１０４６（「Ｒ１」）への電流源１０４５により設定される。システムがプリチャージモードのとき、電流源１０４５により供給される電流は、システムが高速充電モードにあるときに供給される電流よりも小さくすることができる。システムが最初に高速充電モードにはいるとき、抵抗１０４６への電流は、所望の最大出力電流に対応するＶｃｔｒｌにおける最大電圧を設定することができる。高速充電サイクルの始めにおける最大出力電流は、抵抗１０４６の選択を含む種々の方法で設計上の選択により設定することができる。電圧Ｖｓｅｎｓｅは、スイッチングレギュレータ入力電圧または電池電圧のいずれかから引き出される。当初、高速充電モードが始まるとき、電圧Ｖｓｅｎｓｅは、導電状態の端にあるトランジスタ１０４８をバイアスする。電池の電圧が増加するにつれて、またはスイッチングレギュレータへの入力電流が増加するにつれて、Ｖｓｅｎｓｅが増加する。Ｖｓｅｎｓｅが増加するにつれて、トランジスタ１０４８はオンになり、電流（すなわち、Ｖｓｅｎｓｅ／Ｒ２）が導通する。トランジスタ１０４８は、抵抗１０４６から電流を奪い、それにより電流コントローラ１０２０の制御入力端子における電圧の低減を引き起こす。したがって、Ｖｃｔｒｌが減少するにつれて、電流コントローラ１０２０は、スイッチングレギュレータ１００１により発生される出力電流を低減する。それゆえ、電池電圧が増加するにつれて、または入力電流が増加するにつれて、Ｖｓｅｎｓｅは、電流コントローラ１０２０に出力電池電流を低減させる。
【０１１０】
上述の記述は、本発明の様々な実施形態を、本発明の側面がどのように実装されうるかの例とともに説明する。上述の例および実施形態は、唯一の実施形態として考えるべきではなく、特許請求の範囲により規定される本発明の柔軟性および利点を明らかにするために提示されている。以上の開示、および特許請求の範囲に基づいて、他の構成、実施形態、実装および等価物が当業者には明らかとなり、また特許請求の範囲により規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなく用いることができる。本明細書に用いた用語および表現は、様々な実施形態および例を記述するために用いられている。これらの用語および表現は、図示され説明された特徴の等価物またはその一部を排除するものと解釈すべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲内で種々の変形が可能であることを認識されたい。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の一実施形態による、スイッチング電池充電器を備える電子デバイスを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、スイッチングレギュレータを備えるスイッチング電池充電器を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、スイッチングレギュレータを用いた電池の充電を示す図である。
【図４Ａ】本発明の複数の実施形態による、スイッチングレギュレータを用いた電池の充電を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の複数の実施形態による、スイッチングレギュレータを用いた電池の充電を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、電池充電システムの例示的実装を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、電池充電システムの例示的実装を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態による、電池充電器の例を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による、電圧コントローラの例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による、電流コントローラの例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態による、アナログコントローラの例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１５０  電池
２２１Ａ  スイッチング制御信号
２２２Ａ  制御信号
２５０  電池
５０１  電流感知抵抗
５０２  入力感知抵抗
５０３  インダクタ
５０４  キャパシタ
５２０Ａ  制御入力端子
５２７  コンパレータ
５３０Ａ  制御入力端子
５４１  デジタルバス
５５０  電池
６０１、６０２  電流感知抵抗
６０３  インダクタ
６０４  キャパシタ
６４６  制御入力端子
６５０  電池
７０７  トランジスタ
７０８  入力端子
７０９  出力端子
７１０、７１１  入力端子
７１２  電流感知入力端子
７１３  ノード
７１４  基準電圧
７５１  制御入力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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