(57)【要約】電子装置の平均電流消費量は、装置１の典型的な操作シーケンスの間で、かつ設定された測定時間Ｔ内に、設定された上閾値Ｕｓｏと設定された下閾値Ｕｓｕとの間で、エネルギー蓄積器Ｃが装置１へ、繰り返し充電および放電することで測定される。測定時間Ｔ内に生じる充電プロセスの数Ｎが、カウントされ、設定された値を考慮に入れながら、平均電流消費量が算出される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置、特にマイクロコントローラおよび／またはシグナルプロセッサで制御され、エネルギー源、特に電池または蓄電池によって駆動可能な装置の平均電流消費量を測定する方法であって、
前記エネルギー源と前記装置の間に接続されるエネルギー蓄積器は、前記装置の典型的な操作シーケンスの間で、かつ設定された測定時間内に、設定された上閾値と設定された下閾値の間で繰り返し充電および放電され、
前記エネルギー蓄積器は、装置のそれぞれの電流消費量の結果として、前記装置へ下閾値まで放電され、
測定時間内に生じる充電および／または放電プロセスの数がカウントされ、
平均電流消費量は、カウントされた前記充電および／または放電プロセスの数から、ならびに、設定された前記測定時間と、前記エネルギー蓄積器の大きさと、設定された前記上閾値と、設定された前記下閾値とから、算出される、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記測定時間は、その時間内に、装置の典型的な作動状態が生じるように設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記上閾値および前記下閾値は、前記エネルギー源が前記装置を駆動可能な範囲内に存在するように設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
キャパシタが、エネルギー蓄積器として用いられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
充電時間は、生じている放電時間と比較して非常に短くなるように選定されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
電池駆動電子装置の平均電流消費量を測定する回路装置であって、
スイッチング素子が、エネルギー源と前記装置の間に位置し、
前記エネルギー源から、前記スイッチング素子へ充電可能で、かつ前記装置へ放電可能な、エネルギー蓄積器が設けられ、
比較器アセンブリが、前記エネルギー蓄積器の充電状態を測定し、前記比較器アセンブリは、所定の上閾値を上まわった場合、前記スイッチング素子を非伝導状態にスイッチし、下閾値を下まわった場合、前記スイッチング素子を伝導状態にスイッチし、
前記エネルギー蓄積器は、前記スイッチング素子が伝導状態の時、充電され、前記スイッチング素子が非伝導状態のとき、装置のそれぞれの電流消費量に応じて前記装置へ放電し、
所定の測定時間内に生じる充電および／または放電プロセスの数をカウントするカウンタが設けられ、
前記数と、前記測定時間と、測定された前記エネルギー蓄積器の大きさと、ならびに、前記上閾値と前記下閾値とから、平均電流消費量を計算する演算装置が設けられている、
ことを特徴とする電池駆動電子装置の平均電流消費量を測定する回路装置。
【請求項７】
前記エネルギー蓄積器は、キャパシタであることを特徴とする請求項６に記載の回路装置。
【請求項８】
前記キャパシタの容量は、約５ｍＦから４０ｍＦ、特に７ｍＦから２０ｍＦに達することを特徴とする請求項７に記載の回路装置。
【請求項９】
前記測定時間は、１秒から４５秒、特に５秒から３０秒に達し、
前記キャパシタの容量は、典型的な操作シーケンスの場合で、測定時間の間に、複数の充電および放電プロセスが生じ、特に約１００から１０００の放電プロセスが生じるような大きさである、ことを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の回路装置。
【請求項１０】
前記上閾値は、約４．２Ｖと３．６Ｖの間、特に、３．８Ｖに存在し、前記下閾値は、約３．５Ｖと３．０Ｖの間、特に３．５Ｖに存在する、ことを特徴とする請求項６乃至請求項９のいずれかに記載の回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置、特にマイクロコントローラおよび／またはシグナルプロセッサによって制御され、エネルギー源、特に電池もしくは蓄電池によって駆動可能な装置の平均電流消費量を測定する方法に関する。本発明は、加えて、この方法を実行するための回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池駆動の装置、例えば携帯電話装置の技術的な説明として、使用者が２つの電池充電作業間における装置の可能な稼働時間を把握できるように、充電された電池ごとに可能な駆動期間が示されなければならない。
【０００３】
マイクロコントローラおよび／またはシグナルプロセッサは、多くの電池駆動装置に使用されている。これらの装置の電流消費量は、使用されるハードウェア、および使用されるソフトウェアにも、かなりの程度依存する。電流消費量は、装置の各作動状態および実行される特定のプログラムコードに左右される。
【０００４】
稼働時間を測定する、１つの可能な方法は、完全に充電した電池で装置をスイッチオンにし、装置のスイッチオンとスイッチオフの間の時間を測ることである。このようなスイッチオフは、装置が確実に作動できなくなるところまで電池が放電された場合に、自動的に起こる。この時間は、装置の稼働時間である。この方法に伴う問題は、電池稼働時間は非常に長く、何週間、何ヶ月、または何年にもわたるかもしれないということである。測定時間は、それに対応して長くしなければならないが、そのような長い測定時間は、実際には受容できない。
【０００５】
もう１つの選択肢は、装置の必須な作動状態が生じている、限定された期間にわたって平均電流消費量を測定することである。その際、装置の稼働時間は、完全に充電した電池の公称容量と、平均電流消費量から計算される。従来の技術によれば、電流測定は、流れる電流に電圧が比例するオーミック抵抗における電圧降下を使って行う。さらにデジタル処理をするためには、多くの電圧値が、その期間にわたって測定されなければならない。電子装置における電流消費量は、しばしば大きな振幅ダイナミクスで急速に変動するため、誤差の少ない測定は、簡単にはできない。例えば、携帯電話の場合、電流消費量は、典型的な作動状態では、約２ｍＡと２Ａの間で変動する。
【０００６】
装置の電流消費量の測定方法は、米国特許第５５２８１３６号、米国特許第６２９１９７１号、米国特許第５８６９９６０号、および欧州特許１０２２５７５号に開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、装置の電流消費量が、時間とともに、振幅に関して非常に、急速に変動する場合でも、装置の平均電流消費量が、簡単に、低い誤差率で測定できる方法と回路装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、前述した目的は、請求項１の特徴による方法に関して、および請求項６による回路装置に関して達成される。
【０００９】
前述した方法および前述した装置の場合、測定されるべき電流が流れる測定抵抗は、必要でなく、設置されない。エネルギー蓄積器は、設定された測定時間内に繰り返し充電され、装置へ放電される。放電プロセスの存続時間は、装置のそれぞれの電流消費量によって長かったり、短かったりする。それぞれの電流は、時間に変換される。設定された測定時間内に生じる充電プロセスの数がカウントされ、平均電流消費量が、その数と、設定された値から計算される。
【００１０】
このようにして、装置の平均電流消費量の非常に正確な測定が、時間とともに、振幅に関して電流消費フェイズが著しく変動する場合でも、可能である。
【００１１】
測定時間は、好ましくは、典型的な操作シーケンスが時間内に起こるように設定される。測定時間は、エネルギー源(energy source)、電池(battery)、又は、蓄電池(accumulator)の稼働時間より、実質的に短い。
【００１２】
上閾値と下閾値は、エネルギー源が装置を駆動できる範囲内に存在するように、設定される。したがって、装置は、下閾値に達してもまだスイッチオフしない。
【００１３】
キャパシタが、好ましくはエネルギー蓄積器として使用される。その際、上閾値と下閾値は、キャパシタの電圧降下に対する電圧閾値である。しかしながら、インダクタンス、特にコイルをエネルギー蓄積器として使用することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
例えば携帯電話である電子装置１の場合、平均電流消費量Ｉａｖｇを測定する必要がある。装置１は、その機能を制御するために、マイクロコントローラおよび／またはシグナルプロセッサ（図示せず）を含む。装置１の電流消費量は、様々なプログラム制御された操作シーケンスによって、相当に、そしていくぶん急速に変動する。例えば、電流消費量は、２ｍＡから２Ａの間で変動する。装置に電流を供給するために、電池、特に再充電可能な電池が、エネルギー源として設けられている。
【００１５】
平均電流消費量を測定するために、図１において点線で示された回路装置２が設けられる。回路装置２は、エネルギー源３に接続されている。エネルギー源３は、装置１の駆動のために設けられる電池もしくはそれに相当する電力供給装置であってよい。回路装置２のスイッチング素子Ｓは、装置１の接続端子１’と、エネルギー源３の接続端子３’の間に直列に接続できる。キャパシタＣは、エネルギー蓄積器として、装置１の接続端子１’と１”に並列接続される。キャパシタの容量は、例えば５ｍＦから４０ｍＦ程度であり、特に７ｍＦから２０ｍＦである。
【００１６】
回路装置２は、論理回路７に接続される２つの比較器５、６を持つ比較器アセンブリ４を備える。調整可能な上の電圧閾値Ｕｓｏ、および、キャパシタＣに存在する測定される電圧Ｕｍ（ｔ）は、それぞれ、比較器５に印加される。調整可能な下の電圧閾値Ｕｓｕ、および、キャパシタＣに存在する測定される電圧Ｕｍ（ｔ）は、それぞれ、比較器６に印加される。論理回路７は、電圧Ｕｍ（ｔ）がＵｓｏより大きくなる場合、スイッチング素子Ｓを非伝導状態にスイッチする。論理回路７は、電圧Ｕｍ（ｔ）が電圧閾値Ｕｓｕより小さくなる場合、スイッチング素子Ｓを伝導状態にスイッチする。電圧閾値は、装置１が作動継続する電圧の範囲に存在する。装置１の作動電圧が、例えば４．２Ｖから３．０Ｖの場合、上閾値は、例えば３．８Ｖに設定され、下閾値が３．５Ｖに設定される。
【００１７】
スイッチング素子Ｓが伝導状態にスイッチされると、キャパシタＣは、エネルギー源３によって充電され、電圧Ｕｍ（ｔ）は、電圧閾値Ｕｓｏまで急速に上がる。上閾値Ｕｓｏに達すると、スイッチング素子Ｓは、開き、するとキャパシタＣは装置１中に、下電圧閾値Ｕｓｕに達するまで放電する。以下のように、キャパシタＣへの充電時間はゼロで、キャパシタＣの放電は、電圧閾値ＵｓｏとＵｓｕの間で実質的に直線状に進行すること、考えられる（図２参照）。
【００１８】
放電フェイズでは、装置１は、それぞれの作動状態に対応する電流消費量で作動する。キャパシタＣの放電時間は、それぞれの作動状態における電流消費量に依存する。下電圧閾値Ｕｓｕに達すると、スイッチング素子Ｓは、伝導にスイッチバックされ、それによってキャパシタＣは再充電される。充電／放電プロセスは繰り返される。図２の電圧図は、複数のこのような充電プロセスを示し、それぞれが、装置の、異なる作動フェイズまたは電流消費量により異なる放電時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４・・・ｔＮを持つ。
【００１９】
設定された測定時間Ｔにおいて生ずる充電プロセスの数Ｎをカウントするために、回路装置２は、クロック発生器９を持つカウンタ８を備える。カウンタ８は、スイッチング素子Ｓのスイッチオンおよび／またはオフに応答する。測定時間Ｔは、装置１の典型的な作動状態がその時間内に生じるように設定される。従来の携帯電話の場合、１秒から６０秒、特に５秒から３０秒の測定時間Ｔが適していることが明らかにされている。測定時間Ｔは、しかしながら、異なる電流消費量を持って起こり得る作動プロセスに対応して、異なるように選定されてもよい。
【００２０】
回路装置２の演算装置１０は、スイッチングプロセスまたは測定時間Ｔに起こる放電プロセスのカウントされた数Ｎと、設定された上および下電圧閾値Ｕｓｏ，Ｕｓｕと共に設定された測定時間Ｔと、キャパシタＣの既知の容量から平均電流消費量を測定する。それぞれの時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４・・・ｔＮにおける電流Ｉｎは、
【数１】
2005517962.tif 000003
であり、ここで
Ｉｎは、それぞれの放電プロセスの平均電流量、
Ｃは、キャパシタＣの容量、
Ｕｄは、上電圧閾値Ｕｓｏと下電圧閾値Ｕｓｕの間の電圧差、
ｔｎは、それぞれの放電プロセスの継続時間を表す。
【００２１】
全測定時間Ｔにわたる平均電流Ｉａｖｇは、演算装置１０により、
【数２】
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から算出され、次の式を導く。
【数３】
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【００２２】
すると、予想される電池稼働時間は、平均電流Ｉａｖｇで電池の容量を割ることにより、平均電流Ｉａｖｇから算出することができる。
【００２３】
測定時間Ｔ、キャパシタ容量Ｃ、および電圧閾値ＵｓｕとＵｓｏの間の差が一定に保たれる場合、平均電流Ｉａｖｇを測定するためには、ただ１つの値、すなわち測定時間Ｔにおける放電プロセスの数Ｎが、測定されるべきであることが好ましい。このため、平均電流はまた、時間とともに、振幅に関して著しく変化する電流消費量の場合でさえ、かなり正確に（テスト設定における実際に流れる電流との差が＜５％）検出される。測定抵抗が必要でないため、高い負荷電流が生じた場合の装置における電圧降下に関する問題が、生じない。
【００２４】
前述した回路装置は、アナログ回路構造における構成要素４およびＣ、ならびに、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、マイクロコントローラ、またはアナログ値処理が可能な接続されたコンピュータなどのプログラム可能なロジックを有するデジタルロジックを持つディスクリート構造における構成要素８，９，１０によっても、製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明は、図面に示された実施形態を参照してさらに説明されるが、本発明はこれらの図面に限定されない。
【図１】図１は、電池駆動電子装置の平均電流消費量を測定する回路装置のブロック図である。
【図２】図２は、測定時間中のエネルギー蓄積器での充電図の例を示す。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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