(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
前記二次電池から入力される入力電圧を出力電圧に降圧して負荷に対して出力する電源回路と、
を含み、
前記電源回路は、前記入力電圧の低下に応じて前記出力電圧を段階的に低下させる回路であって、前記入力電圧が所定の第１閾値以上の状態から前記第１閾値未満の状態に遷移した場合、前記入力電圧が前記第１閾値未満の状態が所定の第１時間継続するのを待ってから、前記出力電圧を、前記入力電圧が前記第１閾値以上の場合の出力電圧よりも低下させ、前記入力電圧が所定の第２閾値未満の状態から前記第２閾値以上の状態に遷移した場合、前記入力電圧が当該第２閾値以上の状態が所定の第２時間継続するのを待ってから、前記出力電圧を上昇させ、
前記第２閾値は前記第１閾値より大きく、
前記第１時間は前記第２時間よりも短い
ことを特徴とする電気機器。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機器において、
前記入力電圧が前記第１閾値以上の場合における前記電源回路の出力電圧は、前記負荷が通常動作を行うために必要とする要求電圧であって、
前記入力電圧が前記第１閾値未満の場合における前記電源回路の出力電圧は、前記要求電圧より小さな電圧である
ことを特徴とする電気機器。
【請求項３】
二次電池から入力される入力電圧を出力電圧に降圧して負荷に対して出力する電源回路の制御方法であって、
前記入力電圧が低下した場合に、前記出力電圧を段階的に低下させるステップであって、前記入力電圧が所定の第１閾値以上の状態から前記第１閾値未満の状態に遷移した場合、前記入力電圧が前記第１閾値未満の状態が所定の第１時間継続するのを待ってから、前記出力電圧を、前記入力電圧が前記第１閾値以上の場合の出力電圧よりも低下させるステップと、
前記入力電圧が所定の第２閾値未満の状態から前記第２閾値以上の状態に遷移した場合、前記入力電圧が当該第２閾値以上の状態が所定の第２時間継続するのを待ってから、前記出力電圧を上昇させるステップと、
を含み、
前記第２閾値は前記第１閾値より大きく、
前記第１時間は前記第２時間よりも短い
ことを特徴とする電源回路の制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の電源回路の制御方法において、
前記入力電圧が前記第１閾値以上の場合における前記電源回路の出力電圧は、前記負荷が通常動作を行うために必要とする要求電圧であって、
前記入力電圧が前記第１閾値未満の場合における前記電源回路の出力電圧は、前記要求電圧より小さな電圧である
ことを特徴とする電源回路の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池が供給する電力により動作する電気機器、及び当該電気機器に内蔵される電源回路の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池の電池電圧は、電池容量が減少するにつれて徐々に低下する。一方で、二次電池が供給する電力によって動作する負荷には、通常、一定の要求電圧が設定されており、この要求電圧に合わせて電力を供給することが要請される。要求電圧とは、負荷が通常動作を行って規格上の性能を発揮するために必要とする電圧であって、予め負荷に対して定められている規格値である。二次電池と負荷の種類によっては、満充電の状態であれば二次電池の電池電圧が負荷の要求電圧を上回るが、二次電池の電池容量が空に近くなるとその電池電圧が負荷の要求電圧を下回ってしまう場合がある。このような場合、負荷への電力供給を行う電源回路は、二次電池の電池電圧が低下したときにも負荷に対して要求電圧を出力できるように、二次電池の電池電圧を昇圧する昇圧回路を備えている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
昇圧回路の実装は、電源回路の大型化やコスト増を招くおそれがある。本発明はこのような事情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、昇圧回路を備えずとも可能な限り安定的に負荷への電力供給を行うことのできる電気機器、及び当該電気機器に内蔵される電源回路の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る電気機器は、二次電池と、前記二次電池から入力される入力電圧を出力電圧に降圧して負荷に対して出力する電源回路と、を含み、前記電源回路は、前記入力電圧の低下に応じて前記出力電圧を段階的に低下させることを特徴とする。
【０００５】
また、本発明に係る電源回路の制御方法は、二次電池から入力される入力電圧を出力電圧に降圧して負荷に対して出力する電源回路の制御方法であって、前記入力電圧が低下した場合に、前記出力電圧を段階的に低下させることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施の形態に係る電気機器の回路構成図である。
【図２】電源回路の入力電圧と出力電圧の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明の一実施形態に係る電気機器１の回路構成図である。同図に示すように、電気機器１は、電源端子１０と、二次電池１１と、充電制御回路１２と、電源回路１３と、負荷１４と、を含んで構成されている。電気機器１は、例えば携帯型ゲーム機や携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなど、二次電池１１を電力供給源として動作する各種の機器であってよい。
【０００９】
電源端子１０は、外部の電力供給源（例えば商用電源からの電力を供給するＡＣアダプタやＵＳＢホスト機器など）と接続される端子である。電源端子１０に接続された電力供給源から供給される電力によって、二次電池１１の充電が行われる。
【００１０】
二次電池１１は、リチウムイオン電池等の充電可能な電池であって、電気機器１の外部から供給される電力によって充電され、充電によって蓄積した電力を電気機器１内の負荷１４に供給する。
【００１１】
充電制御回路１２は、集積回路等であって、電源端子１０に接続された電力供給源から供給される電力を二次電池１１に供給して、二次電池１１の充電を行う。また、充電制御回路１２は、二次電池１１が供給する電力を電源回路１３に対して出力する。
【００１２】
電源回路１３は、集積回路等であって、充電制御回路１２経由で二次電池１１から供給される電力を変圧して負荷１４に対して出力する。以下では、二次電池１１から電源回路１３に入力される電圧を入力電圧Ｖｉと表記し、電源回路１３が負荷１４に対して出力する電圧を出力電圧Ｖｏと表記する。図１に示すように、電源回路１３は降圧回路１３ａ及び制御部１３ｂを含んで構成されている。
【００１３】
降圧回路１３ａは、ＬＤＯ（Low  Drop  Out）レギュレータやＤＣ−ＤＣコンバータなどであって、入力電圧Ｖｉを出力電圧Ｖｏに降圧して出力する。具体的に降圧回路１３ａは、出力電圧Ｖｏが入力電圧Ｖｉよりも低い所与の目標電圧を維持するように制御する。なお、安定的に一定の出力電圧Ｖｏを負荷１４に対して出力するためには、通常、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏの差を０にすることはできず、両者の間にある程度の電位差が必要となる。制御部１３ｂは、入力電圧Ｖｉの値を監視し、その値に応じて降圧回路１３ａの目標電圧を変更する。特に本実施形態において、制御部１３ｂは、入力電圧Ｖｉの低下に応じて、降圧回路１３ａの目標電圧を段階的に低下させる。制御部１３ｂの具体的な制御内容については、後述する。
【００１４】
負荷１４は、電気機器１の本来的な機能を実現するための回路であって、例えば電気機器１が携帯型ゲーム機等の情報処理装置の場合、演算素子や記憶素子などであってよい。負荷１４は、電源回路１３から供給される電力によって動作する。負荷１４には、その回路構成などに応じて一定の要求電圧Ｖｏ１が設定されている。この要求電圧Ｖｏ１は、負荷１４が通常動作を行うために必要とする電圧であって、この要求電圧Ｖｏ１で電力供給が行われることによって、負荷１４は本来想定される規格上の性能を発揮するように設計されている。
【００１５】
以下、本実施形態において電源回路１３が実現する制御内容について、図２のグラフを用いて説明する。図２のグラフは、まず負荷１４への電力供給によって二次電池１１の電池容量が徐々に減少して空に近づき、その後、充電制御回路１２による充電によって再び増加するという状況における、入力電圧Ｖｉ及び出力電圧Ｖｏの時間変化を示している。
【００１６】
まず、入力電圧Ｖｉが所定の第１閾値Ｖｉ１以上である間、制御部１３ｂは降圧回路１３ａの目標電圧を負荷１４の要求電圧Ｖｏ１に設定する。そのため、降圧回路１３ａの出力電圧Ｖｏは要求電圧Ｖｏ１に維持され、負荷１４は通常動作を行う。
【００１７】
負荷１４への電力供給によって二次電池１１の電池容量が減少すると、これに伴って入力電圧Ｖｉは徐々に低下する。その結果、入力電圧Ｖｉはあるタイミングで所定の第１閾値Ｖｉ１を下回る（図２の時刻ｔ１）。入力電圧Ｖｉが第１閾値Ｖｉ１を下回っている状態が予め定められた第１時間Ｔ１にわたって継続すると、入力電圧Ｖｉを監視している制御部１３ｂは、降圧回路１３ａの目標電圧を要求電圧Ｖｏ１から電圧Ｖｏ２に変更する（時刻ｔ２）。ここで電圧Ｖｏ２は、予め定められた値であって、要求電圧Ｖｏ１よりも低い値である。この目標電圧変更に応じて、降圧回路１３ａの出力電圧Ｖｏは電圧Ｖｏ２まで低下する。電圧Ｖｏ２は要求電圧Ｖｏ１よりも低いので、この状態では負荷１４の性能が十分に発揮されない場合も生じ得る。例えば負荷１４が無線通信の信号を出力する通信回路である場合、無線通信が可能な通信距離が短くなるなどの影響が出る可能性がある。しかしながら、要求電圧Ｖｏ１と電圧Ｖｏ２の差がそれほど大きくなければ、出力電圧Ｖｏが電圧Ｖｏ２に低下したとしても負荷１４はある程度の性能を発揮しながら動作し続けることができる。
【００１８】
その後、二次電池１１の充電が開始されると、再び入力電圧Ｖｉは上昇を始める。その結果、あるタイミングで入力電圧Ｖｉは所定の第２閾値Ｖｉ２を上回る（時刻ｔ３）。入力電圧Ｖｉが第２閾値Ｖｉ２を上回っている状態が予め定められた第２時間Ｔ２にわたって継続すると、制御部１３ｂは、降圧回路１３ａの目標電圧を電圧Ｖｏ２から要求電圧Ｖｏ１に変更する（時刻ｔ４）。これにより、降圧回路１３ａの出力電圧Ｖｏは要求電圧Ｖｏ１まで上昇し、それ以降、再び入力電圧Ｖｉが第１閾値Ｖｉ１未満に低下するまでは、要求電圧Ｖｏ１で負荷１４への電力供給が行われる。
【００１９】
以上説明したように、制御部１３ｂは、入力電圧Ｖｉが第１閾値Ｖｉ１未満に低下した場合に、降圧回路１３ａの出力電圧Ｖｏを要求電圧Ｖｏ１よりも低い電圧Ｖｏ２まで低下させる。これにより、可能な限り長時間にわたって要求電圧Ｖｏ１を負荷１４に入力しつつ、入力電圧Ｖｉが低下して要求電圧Ｖｏ１を維持することが困難になったときだけ負荷１４への出力電圧Ｖｏを低下させることができる。なお、一般に、二次電池１１の電池電圧は電池容量の減少に伴って線形に低下するのではなく、使用開始直後にはほとんど低下せず、電池容量が空に近づいた段階で急激に低下する傾向がある。そのため、以上説明したような制御によれば、電池容量が空に近い状態になるまでの比較的長い期間にわたって、要求電圧Ｖｏ１での負荷１４への電力供給を維持することができる。
【００２０】
なお、第２閾値Ｖｉ２は第１閾値Ｖｉ１と同じ値であってもよいが、図２の例では第２閾値Ｖｉ２は第１閾値Ｖｉ１より大きな値であるとしている。これは、降圧回路１３ａの目標電圧の切り替えにヒステリシスを持たせ、出力電圧Ｖｏが頻繁に上下動することを避けるためのものである。
【００２１】
また、制御部１３ｂは、入力電圧Ｖｉが第１閾値Ｖｉ１以上の状態から第１閾値Ｖｉ１未満の状態に遷移した場合、直ちに降圧回路１３ａの目標電圧を電圧Ｖｏ２に切り替えるのではなく、入力電圧Ｖｉが第１閾値Ｖｉ１未満の状態が所定の第１時間Ｔ１継続するのを待ってから、出力電圧Ｖｏを低下させることとしている。同様に、入力電圧Ｖｉが第２閾値Ｖｉ２未満の状態から第２閾値Ｖｉ２以上の状態に遷移した場合にも、入力電圧Ｖｉが第２閾値Ｖｉ２以上の状態が所定の第２時間Ｔ２継続するのを待ってから、出力電圧Ｖｏを上昇させることとしている。これも、降圧回路１３ａの目標電圧が頻繁に変更されることを避けるためである。なお、第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２は同じ長さであってもよいが、ここでは第１時間Ｔ１が第２時間Ｔ２よりも短いものとしている。これは、特に入力電圧Ｖｉが低下して入力電圧Ｖｉと目標電圧との差が小さくなると、降圧回路１３ａの出力特性を維持するのが困難になるため、比較的素早く目標電圧を低下させる必要があるためである。
【００２２】
以上説明した本実施形態に係る電気機器１によれば、負荷１４への電力供給のために昇圧回路による昇圧を行う必要がなく、その一方で、入力電圧Ｖｉの変化に応じて出力電圧Ｖｏを変化させることにより、負荷１４の動作中常に電圧Ｖｏ２で電力供給を行う場合と異なり、比較的長時間にわたって要求電圧Ｖｏ１で負荷１４への電力供給を行うことができる。
【００２３】
なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば以上の説明において、入力電圧Ｖｉが低下した場合に目標電圧を切り替えるための閾値、及び入力電圧Ｖｉが上昇した場合に目標電圧を切り替えるための閾値は、それぞれ一つずつ設定されるものとし、入力電圧Ｖｉの低下及び上昇のそれぞれについて、制御部１３ｂは目標電圧の切り替えを一段階しか行わないこととした。しかしながら制御部１３ｂは、入力電圧Ｖｉの低下及び上昇のそれぞれについて複数の閾値を用いて判定を行い、段階的に目標電圧を切り替えることとしてもよい。例えば制御部１３ｂは、満充電に近い状態では降圧回路１３ａの目標電圧を要求電圧Ｖｏ１に設定し、入力電圧Ｖｉが第１閾値Ｖｉ１未満になった場合には目標電圧を要求電圧Ｖｏ１よりも低い電圧Ｖｏ２に切り替える。そして、さらに入力電圧Ｖｉが第１閾値Ｖｉ１よりも低い第３閾値Ｖｉ３未満になった場合には、目標電圧を電圧Ｖｏ２よりも低い電圧Ｖｏ３に切り替える。その後、入力電圧Ｖｉが第４閾値Ｖｉ４（ここで、Ｖｉ３＜Ｖｉ４＜Ｖｉ１）以上まで上昇すれば目標電圧を再び電圧Ｖｏ２に切り替え、さらに入力電圧Ｖｉが第２閾値Ｖｉ２以上まで上昇すれば目標電圧を要求電圧Ｖｏ１に切り替える。こうすれば、入力電圧Ｖｉの変動に応じて可能な限り高い出力電圧Ｖｏを維持しながら、負荷１４への電力供給を行うことができる。
【００２４】
また、制御部１３ｂは、以上の説明における第１閾値Ｖｉ１や第２閾値Ｖｉ２などの閾値、また電圧Ｖｏ１や電圧Ｖｏ２などの降圧回路１３ａの目標電圧を、電気機器１内の温度に応じて変化させることとしてもよい。二次電池１１の電池容量と電池電圧との関係は、周囲の温度に応じて変化するからである。
【００２５】
また、電気機器１は、それぞれ要求電圧Ｖｏ１や回路特性の異なる複数の負荷１４を備えることが多い。複数の負荷１４に対して互いに独立に電力供給を行うために、電源回路１３は、複数の負荷１４に対応して複数の降圧回路１３ａを備える必要がある。この場合、第１閾値Ｖｉ１や第２閾値Ｖｉ２などの閾値、及び電圧Ｖｏ１や電圧Ｖｏ２などの降圧回路１３ａの目標電圧は、複数の降圧回路１３ａのそれぞれに対して異なる値が設定されてよい。
【符号の説明】
【００２６】
１  電気機器、１０  電源端子、１１  二次電池、１２  充電制御回路、１３  電源回路、１３ａ  降圧回路、１３ｂ  制御部、１４  負荷。
【図１】
0005603379.tif 000002
【図２】
0005603379.tif 000003