(57)【要約】混成の電源装置は、一次電池セルからエネルギーを受け充電式セルにエネルギーを送るようになっているスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータであって、充電式セルのフル充電電圧未満の一定の出力電圧を供給するように設定されたスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータを備えている。混成の電源装置は、一次電池電流を検出するとともにコンバータの動作の一部分を制御して混成の電源装置の一次電池側において一定電流で放電させる一次電池電流制御部を、有する回路をさらに備えている。
2005518773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電池セルからエネルギーを受け充電式セルにエネルギーを送るようになっているスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータであって、充電式セルのフル充電電圧未満の一定の出力電圧を供給するように設定されたスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータを備えた
ことを特徴とする混成の電源装置。
【請求項２】
一次電池電流を検出するとともにコンバータの動作の一部分を制御して混成の電源装置の一次電池側において一定電流で放電させる一次電池電流制御部を、有する回路をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の混成の電源装置。
【請求項３】
回路は、一次電流検出増幅器／コンパレータと、一次電流検出増幅器／コンパレータを遮断する電力遮断回路と、をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の混成の電源装置。
【請求項４】
制御回路は、コンバータのフィードバック入力に接続され、一定の出力電圧を充電式セルのフル充電電圧未満に調整する一対の外部の抵抗をさらに有する
ことを特徴とする請求項１に記載の混成の電源装置。
【請求項５】
一次電池は、アルカリセル、亜鉛−空気セル、燃料セル、太陽セル、または他の電流が制限された電力源である
ことを特徴とする請求項１に記載の混成の電源装置。
【請求項６】
充電式電池は、リチウム−イオン充電式セルまたはリチウム−ポリマー充電式セルである
ことを特徴とする請求項１に記載の混成の電源装置。
【請求項７】
一次電池制御部は、一次電池電流検出抵抗とともに一次電池電流制御部をもたらす演算増幅器を有し、増幅器の出力はコンバータの閉フィードバックループに接続されている
ことを特徴とする請求項１に記載の混成の電源装置。
【請求項８】
コンバータの閉フィードバックループは、コンバータの出力とフィードバック端子との間に接続された抵抗をさらに有する
ことを特徴とする請求項９に記載の混成の電源装置。
【請求項９】
回路は充電式セルの略９０％充電に対応する出力電圧を送り込む
ことを特徴とする請求項１に記載の混成の電源装置。
【請求項１０】
一次電池セルからエネルギーを受け充電式セルにエネルギーを送るようになっているスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータと、
スイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータを制御するように設けられた回路と、を備え、
回路は、コンバータのフィードバック入力に接続された抵抗分圧器であって、充電式セルのフル充電電圧未満の一定の出力電圧を供給するように選択された抵抗分圧器を有する
ことを特徴とする混成の電源装置。
【請求項１１】
ＤＣ／ＤＣコンバータのフィードバック制御ループ内に含まれた一次電池電流検出器／コンパレータをさらに備え、
一次電池電流検出器／コンパレータはコンバータの動作の一部分を制御して混成の電源装置の一次電池側において一定電流で放電させる
ことを特徴とする請求項１に記載の混成の電源装置。
【請求項１２】
一次セルは、アルカリセル、亜鉛−空気セル、燃料セル、太陽セル、または他の電流が制限された電力源である
ことを特徴とする請求項１２に記載の混成の電源装置。
【請求項１３】
充電式セルは、リチウム−イオン充電式セルまたはリチウム−ポリマー充電式セルである
ことを特徴とする請求項１２に記載の混成の電源装置。
【請求項１４】
回路は充電式セルの略９０％充電に対応する出力電圧を送り込む
ことを特徴とする請求項１５に記載の混成の電源装置。
【請求項１５】
一次セルから充電式セルへスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータを介して充電式セルのフル充電電圧未満の一定の出力電圧でエネルギーを送り込むことを含む
ことを特徴とする混成の電源装置を動作させる方法。
【請求項１６】
一次電池電流を検出するとともにコンバータの動作の一部分を制御して混成の電源装置の一次電池側において一定電流で放電させる回路を制御することをさらに含む
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
一次セルは、アルカリセル、亜鉛−空気セル、燃料セル、太陽セル、または他の電流が制限された電力源である
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
充電式セルは、リチウム−イオン充電式セルまたはリチウム−ポリマー充電式セルである
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
回路は充電式セルの略９０％充電に対応する出力電圧を送り込む
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
本発明は、持ち運び可能な電気機器の電力供給に関する。
【０００２】
持ち運び可能な電気機器は、通常、一次電池または充電式（二次）電池のどちらかにより電力を供給される。持ち運び可能な電気機器の市場の成長と取り扱いパターンにおける変化とによって、一次式電力源と充電式電力源とを融合させて、電気機器に電力供給する機会が生じてきた。一次電池はエネルギー密度が高いが、一次電池の内部抵抗は大きく、一次電池は（放電率が０．２Ｃを超える）消費の多い電気機器への適応性が低い。充電式電池は大きな負荷を扱えるが、多数の用途のための十分なエネルギー容量を有していない。
【０００３】
本発明の一態様によれば、混成の電源装置は、一次電池セルからエネルギーを受け充電式セルにエネルギーを送るようになっているスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータであって、充電式セルのフル充電電圧未満の一定の出力電圧を供給するように設定されたスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータを備えている。
【０００４】
本発明の別途の態様によれば、混成の電源装置は、一次電池セルからエネルギーを受け充電式セルにエネルギーを送るようになっているスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータと、スイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータを制御するように設けられた回路と、を備えている。回路は、コンバータのフィードバック入力に接続された抵抗分圧器であって、充電式セルのフル充電電圧未満の一定の出力電圧を供給するように選択された抵抗分圧器を有する。
【０００５】
本発明の別途の態様によれば、混成の電源装置を動作させる方法は、一次セルから充電式セルへスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータを介して充電式セルのフル充電電圧未満の一定の出力電圧でエネルギーを送り込むことを含む。
【０００６】
本発明の１以上の態様は、１以上の以下の利点を有してもよい。
【０００７】
回路はリチウム−イオン充電式電池またはリチウム−ポリマー充電式電池の充電電圧特性についての利点を利用してもよい。例えば、都合の良いことに、リチウム−イオン電池の充電電圧は広い範囲に渡ってのその充電状態に関係する。これにより、回路が所望の充電状態に対応したレベルでＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力電圧を生ずるようにすることができる。回路は充電式電池をフル充電せず、機器の最大連続使用時間の数パーセントを犠牲にする。しかしながら、フル充電されない構成は以下の利点を生み出す。回路は、充電式電池により高いエネルギー効率をもたらす。充電式電池の充電末期において、熱損失を生じてしまう。最大充電しないことにより、そのような損失は避けられる。同様に、（充電電圧がより低いことから）充電式電池の自己放電率はより低くなる。さらに、長期間蓄電することによる損傷をできる限り少なくすることができる。充電式電池がフル充電された状態で蓄電されたならば、リチウム−イオン電池はそのキャパシティの一部を永久的に失ってしまうだろう。同様に、回路は充電制御器および保護回路の必要性をできる限り少なくする。
【０００８】
同様に、回路はＤＣ／ＤＣコンバータ回路に対する精度要件を緩和する。リチウム−イオン充電器は、典型的には、出力電圧において０．５％よりも良い精度を必要とされる。このことは、標準的に、ＤＣ／ＤＣコンバータの後に第２の充電装置を必要する。フル充電しない場合、リチウム−イオンセルは電圧のプラスマイナスの許容範囲を有しており、これにより、簡単かつ高価でないＤＣ／ＤＣコンバータを使用することができる。回路１０の機器への電力供給端子における電圧は狭い範囲となっている（これにより、機器内部の電圧調整をより効率的にする）。回路は充電式電池から使用されるエネルギー量を自動的に補償し、非常に低い静止電流特性を有した回路となる。回路は効率的に一次電池のエネルギーを使用し、電磁界干渉レベル（EMI levels）を低くし、そして、リチウム−イオン電力供給を受ける実存している機器内に組み込まれ得る。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一以上の実施の形態の詳細が、添付図面および以下の説明に示されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明、図面、そして特許請求の範囲から明らかにされる。
【００１０】
図１を参照すると、混成の電源装置１０は、一次セル１４からエネルギーを受けて二次セル、例えば充電式セル１６にエネルギーを送るスイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータ１２を備えている。充電式セル１６は、必要に応じて、機器２０に電力を送る。機器２０はいずれのタイプの電気機器でもよく、とりわけ、例えば携帯電話や個人用携帯情報端末（personal digital assistant）やデジタルカメラ等の無線装置のような持ち運び可能な装置でもよい。スイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータ１２は、充電式セル１６の充電電圧未満の一定の出力電圧と、充電式セル１の充電電流の一部に制限された電流と、を供給するように構成されている。この構成において、スイッチングタイプＤＣ／ＤＣブーストタイプコンバータ１２は二次電池のための充電器としても機能する。充電式セル１６は充電可能なリチウム−イオンタイプでもよい。好ましい例は、リチウム−イオン充電式セルまたはリチウム−ポリマー充電式セルである。これらの充電式セルは、他の候補となる充電式セルに比べて比較的長い時間の間に渡って機器１８に電力を供給することができ、長期間の連続使用に渡って効率的である。一次電力源１４はアルカリセル、亜鉛−空気セル、および燃料セルとしてもよいが、これらに限定されるものではない。
【００１１】
リチウム−イオン充電式電池またはリチウム−ポリマー充電式電池を使用することによって、回路１０はそのような電池の充電電圧特性についての長所を利用することができる。例として、リチウム−イオン電池の充電電圧は、都合が良いことに、幅広い範囲に渡ってその充電状態に関係する。これにより、回路１０は、望ましい充電状態に対応するレベルでＤＣ／ＤＣコンバータ１２から出力電圧を送り込むことができる。例えば、略４Ｖの電圧で、充電電圧の略９０％のレベルとなる。回路１０は充電式電池１６をフル充電せず、機器２０の最大連続使用時間の１０％が捨てられる。フル充電されていない装置は以下の利点を有する。回路１０は充電式電池１６の高エネルギー効率をもたらす。充電式電池１６の充電末期に、熱損失が生ずる。最大充電しないことによって、そのような熱損失を回避することができる。また、（より低い充電電圧にすることによって）充電式電池１６の自己放電率はより低くなる。さらに、長期間の蓄電にともなう損傷を最小限に抑えることができる。もし、充電式電池１６がフル充電の状態で蓄電されたならば、リチウム−イオン電池はキャパシティの一部を永久的に失うであろう。また、回路１０は充電制御器および保護回路の必要性を最小限に抑える。
【００１２】
同様に、回路１０はＤＣ／ＤＣコンバータ回路１２に対する精度要件を緩和する。リチウム−イオン充電器は、標準的には、出力電圧において０．５％よりも良い精度を必要とされる。このことは、典型的に、ＤＣ／ＤＣコンバータの後に第２の充電装置を必要とする。フル充電しない場合、リチウム−イオン電池は、３．９から４．１Ｖにおいて電圧のプラスマイナス２．５％の許容範囲を有している。これは、簡単かつ高価でないＤＣ／ＤＣコンバータの標準的な出力電圧精度である。回路１２はリチウム−イオン電池を過充電してしまう可能性を低減し、これにより、保護回路（図示せず）は簡単化される。回路１０の機器への電力供給端子における電圧は狭い範囲となっている（これにより、機器内部の電圧調整をより効率的にする）。回路１０は充電式電池１６から使用されるエネルギー量を自動的に補償し、非常に低い静止電流特性を有した回路となる。回路１０は効率的に一次電池のエネルギーを使用し、電磁界干渉レベル（EMI levels）を低くし、そして、リチウム−イオン電力供給を受ける実存している機器内に組み込まれ得る。
【００１３】
リチウム−イオンセルの充電において、充電電流を制限することが要求される。コンバータは自身によって充電電流を制限することができるだろう。この方法において、ステップ−アップ電圧コンバータは、充電式電池の電圧がコンバータの出力電圧に到達するまで一定電流源として、その後一定電圧源として動作して、Ｌｉ＋電池の充電器としても機能する。出力電圧まで到達した後、電流はわずかの時間のうちに略零まで急激に落ちる。この状態において、システムからは無視し得る程度少量の静止電流（数十ｕＡ）が排出される。
【００１４】
標準的なコンバータは二次（充電）電流を制御し、充電電流を一定値に保つ。コンバータによっては電流を制御しないものもある。二次側での一定電流は、結果として一次電池の不定電流を引き起こし、一次電池の電圧が減少するにつれて増大する。これは一定電力タイプの放電であり、一次電池にあまり好ましくない。これを避けるために、回路は一次電池電流制御部を備え、一次電池電流制御部は一次電池電流を検出し、ＤＣ／ＤＣコンバータの閉フィードバックループに関与して、確実に一次側において低一定電流で放電させて一次電池の効率を大幅に改良するようになっている。
【００１５】
一つの欠点は、とりわけ一次電池の交換後に、リチウム−イオンセルを十分に充電して機器を操作するために必要とされる、初期遅れ（the initial delay）である。良い解決法は、機器内の一次電池電圧を（燃料計、低電池警告、および遮断を介して）モニターし、二次セルのさらなる放電を防止することである。この方法においては、一次電池が放電され、二次電池が未だ略フル充電の場合に、機器は使用者に注意を促し、最終的に遮断する、そして一次電池を交換した後には、即座に使用の準備が整のうだろう。充電式電池は機器内に組み込まれ、使用者に触れられないようにしてもよい。
【００１６】
図２を参照すると、回路３０が示されており、回路３０はステップ−アップ（ブースト）ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の動作を制御して最適要件を規定する。回路３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２用のバイアス制御回路３２と、一次電流検出増幅器と、電力遮断部３４と、充電遮断スイッチ３６と、を有している。さらに、保護フューズ３８が設けられている。
【００１７】
ステップ−アップ（ブースト）ＤＣ／ＤＣコンバータ１２として、例えば、リニアー・クノロジー（Linear Technology）のＬＴＣ３４００（Ｕ１）を用いてもよい。多数の他の機器、例えば、マキシム（Maxim）のＭＡＸ１７６５が用いられ得る。ＬＴＣ３４００（Ｕ１）は、他のほとんどの部品において効率が略８０％またはそれより低いのに対して、低電流レベルにおいて（９０％より高い）優れた効率を有している。コンバータ１２用のバイアス回路３２はコンバータ１２を横断して接続されたインダクタＬ１（例えば６．８ｕｈ）を有し、インダクタＬ１はコンバータ１２の変換効率を改良するために最適化されている。ステップ−アップ（ブースト）ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電圧の範囲は、本実施例において０．７から５．５Ｖである。出力電圧は２つの外部の抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して調整可能である。出力電圧が出力（Ｖｏｕｔ）において４Ｖの場合、出力電圧はコンバータ１２のフィードバック入力（ＦＢ）において内部の電圧基準（例えば１．２５Ｖ）と等しくなるように調整される。出力電圧は正常に動作するようコンバータ１２に対する入力電圧よりも高いままであるべきである。したがって、出力電圧レベル４ボルトの制限は、この特定の装置において入力電圧範囲を０．７−３．３Ｖに規制する。これは、１つまたは直列接続された２つの一次セル（アルカリ、亜鉛−空気）、あるいは１つのリチウム一次セルにより適合可能である。入力電圧が０．７Ｖより高くて出力電圧を超えたならば、ＤＣ／ＤＣコンバータチップ内のボディーダイオード（body diode）は順方向バイアスをかけられ、電流が一次側から二次側へ両電池の内部抵抗および２つのシステム間の電圧差のみに制限された状態で送られ、結果として大突入電流が生じるだろう。
【００１８】
このコンバータの内部の出力電流制限は６００ｍＡである。低域側の電流制限は１０−１００ｍＡの範囲であり、さらに効率を改善するとともに大きさおよびコストを低減するために望ましい。回路１０は、（おそらく、インダクタＬ１と、特定用途のために外部から一次電流を調整するために用いられ得る電流検出抵抗とを除く）ほとんどの外部の構成部品を組み入れた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であることが理想的である。コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、コンバータ１２の入力時および出力時におけるスイッチングパルスを除去して変動を防止することに用いられる。Ｃ４はコンバータを“徐々に始動させる（soft start）”ため、および安定性を改善するために用いられる。
【００１９】
回路３０は電力遮断部３４とともに一次電流検出器／増幅器を有し、一次電流検出抵抗をもたらす抵抗Ｒ４，Ｒ５を有した演算増幅器Ｕ２を有している。抵抗Ｒ４，Ｒ５の抵抗値は非常に低い値となっており、抵抗Ｒ５（例えば、１００ｍＡ時に０．２５オーム）間の電圧降下すなわちＩＲ損失を最小にする。非常に小さい（平均２５ｍＶ）ＩＲ降下は、コンバータ１２のフィードバック入力にＦＢに接続された演算増幅器Ｕ２によって５０倍に増幅される。演算増幅器Ｕ２のゲイン（利得）はＲ２／Ｒ３の比率により設定され、ダイオードＤ１の出力において１．２５Ｖに達する。この方法において、Ｒ１を越える出力電圧信号と、ダイオードＤ１を通過して進む入力電流信号とがコンバータのフィードバック入力において、中間の干渉なしで“最大側のみ”の基準で（on a “largest -on ” basis）合わせられ、内部の基準電圧と比較される。システムは最初に１．２５Ｖに達するいずれかの信号に反応してコンバータのスイッチングを停止し、これにより、出力電圧を減少させる。このことは一定出力電圧と同時に一定入力電流であるタイプの電池充電源を提供する。
【００２０】
出力電圧は４Ｖまでに制限されるとともに、出力電流は同様にＩｏｕｔ＝Ｉｉｎ×Ｖｉｎ／Ｖｏｕｔまでに制限される。これにより、電圧コンバータは、ＣＶ／ＣＣ（一定電圧／一定電流）が求められるリチウム−イオン充電器となる。通常、リチウム−イオンの化学反応はＶ＝４．１Ｖまたは４．２Ｖ、そしてＩ＜１Ｃ毎（1C rate）を要件とする。回路１０において、Ｖ＝４Ｖ、Ｉ≪１Ｃ毎であり、これはより安全側であって、追加の保護回路を不要にし得る。異常な状態が予想される場合には、余分な保護を付加するようにしてもよい（例えば、より高電圧を一次電池端子に印可した場合、先だって記載したシステムにとって安全ではないだろう）。
【００２１】
電力供給される場合、演算増幅器Ｕ２から２０−３０マイクロアンペア排出されるので、システムの静止電流を減ずるために省電力遮断機構（a power-save shutdown mechanism）が演算増幅器Ｕ２の遮断ピン（the shutdown pin）を用いて動作する。コンバータが動作しスイッチングした場合、ダイオードＤ２を通るパルスは演算増幅器Ｕ２の遮断ピンにおける電圧を十分に減少させ演算増幅器Ｕ２を作動させる。停止している場合、プルアップ抵抗（the pull-up resister）Ｒ８を通る電流がコンデンサＣ５を充電して演算増幅器Ｕ２への電力を遮断する。
【００２２】
回路３０は同様にスイッチ回路３６を有している。リチウム−イオンセルは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体  電界効果トランジスタ）スイッチＱ１を介して接続されている。スイッチ回路３６は、一次電池が放電中にＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力側において遮断電圧に達した場合、リチウム−イオンセルのＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力を介した（数ミリアンペアの）放電を防止する。スイッチ回路３６は同様にシステムの一次遮断電圧を、選択された充電式電池化学材料からなる１つまたは直列に接続された２つのセルに対して所望のレベルに調整することに用いられ得るだろう。充電スイッチ回路３６はコンバータ入力遮断電圧に達する前に遮断する。示された例は、１つのアルカリセルに対する装置である。ＭＯＳＦＥＴＱ１はバイポーラトランジスタＱ２のエミッタ−コレクタ接続点を介してバイアスをかけられ、バイポーラトランジスタＱ２のベース−エミッタ接続点はＲ７を介して一次電池からバイアスをかけられる。一次電圧が０．７Ｖより下に落ちた場合、Ｑ２はオフとなり、Ｑ１をターンオフして充電を停止する。抵抗Ｒ６は、開放されている場合、Ｑ２を介して漏れ電流を吸い込みＱ２の高インピーダンスゲートにバイアスをかけてしまうことを防止する。充電が“オフ”に切り替わって、コンバータの出力Ｖｏｕｔおよびこれにともなって一次電池から負荷が取り除かれている間、一次電池の電圧は上昇し、充電が再開する。そして、設定された遮断電圧に対して使用可能な一次電池のすべてのエネルギーが充電式電池１６に移送されるまで、回路３６が再び動作して切り替わる。通常、電力源の遮断電圧に最初に達した場合に機器が遮断されていくらかの量のエネルギーが未使用のまま一次電池に取り残される他の方法から、この方法は区別される。本方法は、一次電池が終了前にそのすべてのエネルギーを送り込むことを可能にする。
【００２３】
リチウム−イオン電池はフューズ（Ｆ１）を有するフューズ回路３８を有しており、フューズ（Ｆ１）は充電経路および出力の両者に直列に配置されている。フューズは保護のために用いられ、回路が短絡された状態となった場合に永久的に開放するようになっている。
【００２４】
混成の電力システムを設計する場合に、最適化すべきいくつかのパラメータがある。例えば、一次電池１４のエネルギーは機器の所望の合計使用時間をまかなうことができるように最適化される。充電式電池１６のエネルギーは機器の１サイクルあたりの所望の連続使用時間をまかなうことができるように最適化される。充電式セルの電力は機器のピーク電力に適切となるように選択され、充電速度（the charge rate）は、一次電池をほとんど完全に使用しきって機器の所望の断続的な使用を満足させるように最適化される。
【００２５】
最適化は、一方における効率、充電時間、大きさ、および価格からと、他方における能率からとの歩み寄りである。充電式電池がほとんど放電された状態の場合、充電を加速するため、充電速度に関連する電圧をコンバータの設計においてマキシムのＭＡＸ１７６５ＥＶ回路のようにしてもよい。Ｌｉ＋充電電圧は迅速に３Ｖ−３．７Ｖの範囲に上昇するため、高速充電はほんの短時間しか続かず、一次電池に重大な影響を及ぼすことはない。
【００２６】
機器を最大連続使用時間使用した直後に緊急的に使用するという起こりそうにない出来事において、効率を犠牲にして、一次電池１４からフル電力で充電式電池１６に供給することができるだろう。
【００２７】
多くの機器２０において、最初に特定された大きさより小さいリチウム−イオン電池が必要なピーク電力を供給することができ、永久的な充電によって、十分な連続使用を可能とするだろう。
【００２８】
図３を参照すると、ステップ−アップ（ブースト）ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の動作を制御する別の回路が示されている。回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２用のバイアス制御回路と、一次電流検出コンパレータ６４と、電力遮断回路６２に接続された充電遮断コンパレータ６６と、を有している。さらに、保護フューズ６８が設けられている。
【００２９】
ステップ−アップ（ブースト）ＤＣ／ＤＣコンバータ１２として、例えば、リニアー・クノロジー（Linear Technology）のＬＴＣ３４００（Ｕ１）を用いてもよい。多数の他の機器、例えば、上述したマキシム（Maxim）のＭＡＸ１７６５が用いられ得る。コンバータ１２の外部部品としてコンバータ１２を横断して接続されたインダクタＬ１１（例えば６．８ｕｈ）が設けられており、インダクタＬ１１は変換効率を最適にするよう選択されている。ステップ−アップ（ブースト）ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力電圧の範囲は、本実施例において０．７から５．５Ｖである。出力電圧は２つの外部の抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して調整可能である。出力電圧が出力（Ｖｏｕｔ）において４Ｖの場合、出力電圧はコンバータ１２のフィードバック入力（ＦＢ）において内部の電圧基準（例えば１．２５Ｖ）と等しくなるように調整される。出力電圧は正常に動作するようコンバータ１２に対する入力電圧よりも高いままであるべきである。したがって、出力電圧レベル４ボルトの制限は、この特定の装置において入力電圧範囲を０．７−３．３Ｖに規制する。これは、１つまたは直列接続された２つの一次セル（アルカリ、亜鉛−空気）、あるいは１つのリチウム一次セルにより適合可能である。入力電圧が出力電圧を超えたならば、電流が一次側から二次側へ両電池の内部抵抗および２つのシステム間の電圧差のみに制限された状態で送られ、結果として大突入電流が生じるだろう。
【００３０】
上述したように、１０−１００ｍＡの範囲であるＤＣ／ＤＣコンバータの低域側の内部の出力電流制限は、さらに効率を改善するとともに大きさおよびコストを低減するために望ましい。（おそらく、インダクタＬ１と、特定用途のため一次電流値を設定するために用いられ得る電流検出抵抗とを除く）ほとんどの外部の構成部品を組み入れた特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって、これはもたらされ得るだろう。コンデンサＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３は、コンバータ１２の入力時および出力時におけるスイッチングパルスを除去して変動を防止することに用いられる。コンデンサＣ１８はコンバータを“徐々に始動させる（soft start）”ことを確実にするために用いられる。回路６４は一次電流検出器／コンパレータと、電力遮断部６２とを有している。一次電流検出器／コンパレータは、一次電流検出抵抗をもたらす抵抗Ｒ１４，Ｒ１５を有した演算増幅器Ｕ５−Ａ（一対のオペアンプが二重パッケージされた（a dual packaged op amp pair）１つの演算増幅器）を有している。抵抗Ｒ１４，Ｒ１５は、抵抗Ｒ１５（例えば、１００ｍＡ時に０．２５オーム）間の電圧降下（すなわちＩＲ損失）を最小にするため非常に低い抵抗値にするべきである。非常に小さい（平均２５ｍＶ）ＩＲ降下は演算増幅器Ｕ２によって（基準電圧源Ｄ２および分圧器Ｒ１９／Ｒ１３によって生じられる）基準電圧と比較される。一次電流が予め設定された制限を超えた場合、演算増幅器Ｕ５−Ａの出力は高くなりコンバータを遮断する。抵抗Ｒ２０と、演算増幅器Ｕ５−Ａの負フィードバックループに接続されたコンデンサＣ１６とによって、遅れを生じさせる積分器が形成され、これにより、コンパレータの応答を安定させる。ダイオードＤ１は電圧制御回路と電流制御回路との間の干渉を防止する。この方法において、Ｒ１１を通過して進む出力電圧信号と、ダイオードＤ１を通過して進む入力電流信号とがコンバータのフィードバック入力において、中間の干渉なしで“最大側のみ”の基準で（on a “largest -on ” basis）合わせられ、内部の基準電圧と比較される。システムは最初に１．２５Ｖに達するいずれかの信号に反応してコンバータスイッチングを停止し、これにより、出力電圧を減少させる。
【００３１】
リチウム−イオンセルは、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体  電界効果トランジスタ）スイッチＱ１１を介して接続されている。遮断制御回路６６は、一次電池が放電中にＤＣ／ＤＣコンバータ１２の入力側において遮断電圧に達した場合（本実施例において、直列接続された２つのアルカリセルに対して１．４Ｖ）、リチウム−イオンセルのＤＣ／ＤＣコンバータ１２の出力を介した（数ミリアンペアの）放電を防止する。同様に遮断制御回路６６は、システムの一次遮断電圧を、選択された電池化学材料からなる１つの電池または直列に接続された２つのセルに対して所望のレベルに調整することに用いられ得るだろう。遮断回路６６はコンバータ入力遮断電圧に達する前にＱ１１を介して遮断する。演算増幅器Ｕ５−Ｂは抵抗Ｒ２４を介しＤＣ／ＤＣコンバータへの入力電圧があるしきい値を下まわった場合を検出するコンパレータとして用いられ、ＭＯＳＦＥＴＱ１１は演算増幅器Ｕ５−Ｂの出力を介してバイアスをかけられる。しきい電圧は、抵抗Ｒ１７，Ｒ２３と定電圧ダイオード（Zener diode）Ｄ２とによって決定される。本実施例においては、Ｕ５−Ｂの負フィードバックループ内のＲ１８を用いてヒステリシスが生じさせられる。Ｖが１．４０ボルトまたはそれより低い場合、トランジスタＱ１２によって形成されるインバータ回路６２を介してコンバータが遮断され、Ｑ１１を介して充電が停止し、コンバータの出力を介したリチウム−イオンセルの放電が防止される。Ｖが１．４５ボルトまたはそれより高い場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは“オン”に切り替わり、回路は充電する。入力電圧が１．４Ｖより低くなり、Ｑ１１およびＱ１２を動作させた場合、信号“交換一次（Replace Primary）”が発報する。一次電圧が略１．４Ｖより下に落ちた場合、Ｑ２はオフとなり、Ｕ１をターンオフさせて充電を停止する。抵抗Ｒ１６は、開放されている場合に漏れ電流を吸い込みＱ１１の高インピーダンスゲートにおいてバイアスをかけてしまうことを防止する。充電が“オフ”に切り替わることによってコンバータの出力Ｖｏｕｔおよびこれにともなって一次電池から負荷を取り除き、一次電池の電圧が復帰して充電が再開する。このスイッチングおよびこれにともなう充電は、上述したように、設定された遮断電圧に対して使用可能な一次電池のすべてのエネルギーが移送されるまで、減衰された負荷サイクルにおいて継続するだろう。
【００３２】
リチウム−イオン電池はフューズ（Ｆ１）を有するフューズ回路６８を有しており、フューズ（Ｆ１）は充電経路および出力の両者に直列に配置されている。フューズは保護のために用いられ、回路が短絡された状態となった場合に永久的に開放するようになっている。
【００３３】
本発明の複数の実施形態が説明されてきたが、他の実施形態も特許請求の範囲の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】混成のＤＣ電源装置のブロックダイアグラムを示す。
【図２】混成のＤＣ電源装置用の制御回路の回路図を示す。
【図３】混成のＤＣ電源装置用のもう一つの制御回路の回路図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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