(57)【要約】  本発明は、ポータブルな装置のためのインテリジェントなバッテリ切替回路ブロックを提供し、それは主バッテリと外部バッテリの電圧を比較して比較結果の高い値または低い値の指示を出力する比較器と、比較結果の指示が低い値と高い値との間の切替えを行うときポータブルな装置の電源として主バッテリを選択する回路とを備えている。バッテリ切替回路ブロックは１対の機械的スイッチを備え、それらスイッチは外部バッテリの挿入の前には閉じられており、外部バッテリがポータブルな装置中に挿入されたときには開かれるように構成されている。【選択図】    図１
2007529983.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポータブルな装置用のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロックにおいて、
主バッテリから供給される電圧と外部バッテリから供給される電圧とを比較してその比較の結果を示す第１の論理レベルまたは第２の論理レベルの指示を出力する比較器と、
前記比較器の出力する指示が第１の論理レベルと第２の論理レベルとを切替える比較器出力の切替え指示であるとき、ポータブルな装置の電源として主バッテリを選択するサブ回路とを具備しているインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項２】
前記サブ回路は、
比較器出力に電気的に接続された第１のナンドゲート入力と、第２のナンドゲート入力とを有しているナンドゲートと、
前記ナンドゲートからの論理出力に応答して主バッテリまたは外部バッテリのいずれかからポータブルな装置へ電力を供給するマルチプレクサとを具備しており、
前記ナンドゲートは第１のナンドゲート入力部において比較器出力の切替えの指示を受取り、第２のナンドゲート入力部において第１の論理レベルを受取るときロックモードに入り、このロックモードは、第１のナンドゲート入力部への入力には関係なく、ナンドゲートに第２の論理レベルを出力させ、
マルチプレクサは、ナンドゲートからの第２の論理レベル出力に応答して主バッテリからポータブルな装置に電力を供給する請求項１記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項３】
前記サブ回路はさらにフリップフロップを具備し、
このフリップフロップは第２のナンドゲート入力部に電気的に接続された出力部を具備し、このフリップフロップは比較器出力の切替え指示を入力として受取り、ナンドゲート入力部への出力に応答して第１のナンドゲート入力部への入力には関係なく、第２の論理レベルを出力する請求項２記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項４】
前記フリップフロップはＤ型フリップフロップであり、
接地されたデータ入力部と、
クロック入力部と、
プリセットピンとを備え、
このフリップフロップは、クロック入力部における比較器出力の切替え指示の立上がりエッジが受信されたとき接地されたデータ入力部の入力に対応している第２の論理レベルへ切換えられ、プリセットピンが接地されるまでフリップフロップは第２の論理レベルに維持される請求項３記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項５】
さらに、プリセットピンに電気的に接続されている第１の機械的スイッチを具備し、この第１の機械的スイッチは外部バッテリがポータブルな装置から取外されたとき閉じられ、外部バッテリがポータブルな装置に挿入されたときに開かれるように構成され、
プリセットピンは機械的スイッチが閉じられているとき接地電位にされる請求項４記載の方法。
【請求項６】
比較の結果の指示により、外部バッテリの電圧が主バッテリの電圧よりも大きいことが示された場合には、バッテリ切替回路ブロックは、外部バッテリをポータブルな装置へ電力を供給するために選択する請求項１記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項７】
比較の結果の指示により、外部バッテリの電圧が主バッテリの電圧よりもしきい値電圧値以上大きいことが示された場合には、バッテリ切替回路ブロックは外部バッテリをポータブルな装置へ電力を供給するために選択する請求項１記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項８】
さらに、主バッテリを比較器およびサブ回路に接続する第１ダイオードと、外部バッテリを比較器およびサブ回路に接続する第２ダイオードとを具備し、それによりインテリジェントなバッテリ切替回路ブロックの動作のために比較器およびサブ回路に大きい方の電圧のバッテリが接続されるように構成されている請求項１記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項９】
さらに、主バッテリを外部バッテリに直接接続し、それにより外部バッテリの挿入期間中の比較器出力の切替えを阻止するために、外部バッテリが完全にポータブルな装置に挿入されるまで、主バッテリからポータブルな装置に電力を供給するように、主バッテリを外部バッテリに直接接続するの第２の機械的スイッチを具備しており、この第２の機械的スイッチは、外部バッテリがポータブルな装置に完全に挿入されたときに開かれるように構成されている請求項１記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項１０】
さらに、主バッテリを外部バッテリに直接接続し、それにより外部バッテリの挿入期間中の比較器出力の切替えを阻止するために、外部バッテリが完全にポータブルな装置に挿入されるまで、主バッテリからポータブルな装置に電力を供給するように、主バッテリを外部バッテリに直接接続するの第２の機械的スイッチを具備しており、この第２の機械的スイッチは、外部バッテリがポータブルな装置に完全に挿入されたときに開かれるように構成され、
第１および第２の機械的スイッチは外部バッテリをポータブルな装置に挿入したとき共通の共用トリガーによって同時に開かれるように構成されている請求項５記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項１１】
さらに、ナンドゲートからの出力が装置へ電力を供給するために主バッテリと外部バッテリのいずれが選択されるか指示する請求項２記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【請求項１２】
さらに、バッテリ切替回路ブロックが外部バッテリを電源に使用して装置に電力を供給するように強制するためのユーザ選択入力部を備えている請求項２記載のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリで給電されるポータブルな装置に関し、特に、バッテリで給電されるポータブルな装置における複数のバッテリ電源間の切替えを行う回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術の装置において、複数のバッテリ電源間の切替えを行うことが知られている。これらの装置は主バッテリ（例えば内部バッテリ）が消耗し、または消耗しようとしているとき、ユーザが外部バッテリまたは電源に切り換えなければならないことをシステムが指示することが必要である。しかしながら、従来技術の装置においては、電源間の切替えのとき装置の動作の中断が生じる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この問題を解決するために、外部バッテリが装置中にプラグ結合された後で充分な電力を有するか否かを検出することのできるインテリジェントなバッテリ切替回路ブロックを提供することが求められている。バッテリの動作時間を最大にするために、高い残留電力を有するバッテリにより装置を給電することが望ましい。また、外部バッテリと主（内部）バッテリとの間の内部充電を避けることも望まれている。
【０００４】
本発明は、従来技術の装置の問題を解決するために、ポータブルな装置用のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロックを提供する。本発明は外部バッテリと主（内部）バッテリとの間の内部充電を阻止する。それはまた外部バッテリが挿入されてそのバッテリが使用されている場合に頑強な指示を与える。さらに、電源間の切替え中に装置動作の妨害が生じない。これらの目的はキャパシタ、インダクタ等のような大きいエネルギを蓄積する部品を使用しないで達成される。本発明はまた使用することが好ましい装置として外部バッテリまたは主バッテリのいずれかをユーザが選択することを可能にする。本発明は外部バッテリの挿入および取外しが機械的に頑丈な装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
特に、本発明は、ポータブルな装置用のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロックを提供し、それは主バッテリと外部バッテリの電圧を比較して比較の結果による高い値または低い値の指示を出力する比較器を備えている。このブロックには比較結果の指示が低い値と高い値との間の切替えを行うとき、ポータブルな装置の電源として主バッテリを選択するサブ回路が含まれている。バッテリ切替回路ブロックは１対の機械的スイッチを備え、それらのスイッチは外部バッテリが挿入される前には閉じられており、外部バッテリがポータブルな装置中に挿入されたときには開かれるように構成されている。
【０００６】
回路ブロックは、比較の結果として主バッテリの電圧よりも外部バッテリの電圧が大きいことを示し、特にそれがしきい値電圧値よりも大きいときにポータブルな装置に電力を供給するために外部バッテリを選択する。
【０００７】
ナンドゲートは比較器出力に接続された第１のナンドゲート入力部を有し、また、第２のナンドゲート入力部を有している。マルチプレクサは，ナンドゲートからの出力に応答して主バッテリまたは外部バッテリのいずれか一方からポータブルな装置へ電力を供給する。ナンドゲートは第１のナンドゲート入力部において切替え比較器出力を受取り、第２のナンドゲート入力部において第１の論理レベルを受取るときロックモードに入る。このロックモードは、第１のナンドゲート入力部への入力には関係なく、ナンドゲートに第２の論理レベルを出力させる。マルチプレクサは、ナンドゲートからの第２の論理レベル出力に応じて主バッテリからポータブルな装置へ電力を供給する。
【０００８】
サブ回路はフリップフロップを含んでおり、そのフリップフロップは第２のナンドゲート入力部に接続された出力部を有し、入力として切替え比較器出力の指示を受取る。指示に応じて第１のナンドゲート入力部への入力には関係なく、ナンドゲート入力へに第２の論理レベルを出力する。
【０００９】
ナンドゲートからの出力は装置に電力を供給するために主バッテリと外部バッテリのいずれが選択されるべきかを指示する。
【００１０】
１実施形態ではフリップフロップはＤ型フリップフロップであり、接地されたデータ入力と、クロック入力と、プリセットピンとを備えている。フリップフロップは切替え比較器出力を示すクロック入力における立上がりエッジ信号を受信するとき接地されたデータ入力に対応している第２の論理レベルへ切換える。フリップフロップはプリセットピンが接地されるまでは第２の論理レベルに維持される。
【００１１】
第１および第２のダイオードが主バッテリおよび外部バッテリを比較器およびサブ回路に接続し、それによりインテリジェントなバッテリ切替回路ブロックの動作のために比較器およびサブ回路に大きい方の電圧の電源が電力を供給する。
【００１２】
第１の機械的スイッチはプリセットピンに電気的に接続されている。この第１の機械的スイッチは外部バッテリがポータブルな装置から取外されたときに閉じられ、外部バッテリがポータブルな装置に挿入されたときに開かれる。また、プリセットピンは機械的スイッチが閉じられたとき接地電位にされる。
【００１３】
第２の機械的スイッチは主バッテリを外部バッテリに直接接続し、それ故、外部バッテリの挿入期間中の比較器出力の切替えを阻止するために、主バッテリからポータブルな装置に電力が供給される。この第２の機械的スイッチは、外部バッテリがポータブルな装置に完全に挿入されたときに開かれる。
【００１４】
第１および第２の機械的スイッチは外部バッテリをポータブルな装置に挿入したとき共通の共用トリガーによって同時に開かれる。
【００１５】
ユーザにより選択された入力はバッテリ切替回路ブロックが外部バッテリを電源に使用して装置に電力を供給させるように強制するために使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のさらに好ましい特徴を添付図面を参照にした例示として示された実施形態によって説明する。  
本発明のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロック100 は図１に示されている。回路ブロック100 はバッテリで給電されるポータブルな装置で使用されて主バッテリ127 が低電力状態になったとき、主バッテリ127 と外部バッテリ129 との切替えを行う。この回路は、比較器101 と、Ｄ型フリップフロップ103 と、ダイオードＤ1  105およびＤ2 107 と、インバータ165 と、アナログマルチプレクサ109 と、ナンドゲート111 と、アンドゲート113 と、１対の分圧器131 および133 を形成している抵抗Ｒ1  115、Ｒ2  117、Ｒ3  119、Ｒ4  121およびキャパシタＣ1  135、Ｃ2  137と、１対の機械的スイッチＳＷ1  123およびＳＷ2  125とを備えている。主バッテリ127 と外部バッテリ129 はバッテリ切替回路ブロック100 に接続されて示されており、電圧Ｖbatt main 151およびＶbatt ext 153 を供給する。
【００１７】
比較器101 は、出力電圧Ｖcomp143 を得るために入力電圧Ｖ+139とＶ-141とを比較することによりどちらのバッテリ127, 129が大きい充電であるかを決定する。入力電圧Ｖ+139がＶ-141よりも高い場合には、出力電圧Ｖcomp143 は１（高）になる。そうでなければ、出力電圧Ｖcomp143 は０（低）になる。入力電圧Ｖ+139は分圧器133 により外部バッテリ129 から得られる。入力電圧Ｖ-141は分圧器131 により外部バッテリ127 から得られる。分電器の部品の値は、外部バッテリＶbatt ext 153 が主バッテリからの出力電圧よりも少なくともあるしきい値ΔＶ（例えば０．２５Ｖ）だけ高い場合に、ナンドゲート111 へ比較器が（高）信号を出力するように選択される（すなわち、Ｖbatt ext −Ｖbatt main≧ΔＶ）。反対に、外部バッテリが主バッテリからの出力電圧よりも０．２５Ｖ高い電圧よりも低い場合（すなわちＶbatt ext −Ｖbatt main＜ΔＶ）には、比較器はナンドゲート111 へ比較器が（低）信号を出力する。
【００１８】
分圧器131 および133 を形成している部品の数値はインピーダンス整合と電流消費との妥協により選択される。抵抗と比較器101 への入力との間に良好なインピーダンス整合を与えるために、抵抗Ｒ1 ＋Ｒ2 およびＲ3 ＋Ｒ4 の値の合計を小さくすることが好ましい。しかしながら、これらの合計の値を小さくすると電流の消費量が増加する。何故ならば、分圧器131 を流れる電流はＶbatt main／（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）であり、分圧器133 を流れる電流はＶbatt ext ／（Ｒ3 ＋Ｒ4 ）であるからである。キャパシタＣ1  135とＣ2  137は電気雑音を減少させるためのものである。
【００１９】
比較器101 からの出力電圧Ｖcomp143 は電源として機能するバッテリを選択するために使用される。ナンドゲート111 は出力電圧Ｖcomp143 をその１入力で受取り、Ｄ型フリップフロップ103 からの信号Ｑを他方の入力として受取る。
【００２０】
Ｄ型フリップフロップ103 は、データ入力Ｄ 167とクロック入力ＣＬＫ 159とを備えている。それはまた相補的な出力Ｑ145 および出力／Ｑ（／は反対極性を示している）を有している。またプリセットピン／ＰＲ 155およびＶcc供給電力を受取る入力も図示されている。クロックが低レベルであるとフリップフロップは記憶またはリセット状態にある。クロックが高レベルになると、フリップフロップはクロックの立上がりエッジの直前のＤライン上にある論理レベルを獲得する。この実施形態では、入力Ｄは接地レベルであり、それ故、フリップフロップはクロックの立上がりエッジの検出時に接地されたＤの低論理レベルを得る。したがって、フリップフロップはエッジでトリガーされる。フリップフロップはプリセットピン／ＰＲ 155がスイッチＳＷ1  123を閉じることにより接地電位にされるまでこの論理レベルに維持される。
【００２１】
バッテリ給電されたポータブルな装置の正常の使用中、電力は主バッテリ127 により供給される。外部バッテリ129 が接続されないとき、或いは外部バッテリ129 により供給されることができる電圧Ｖ+139よりも大きい電圧Ｖ-141を主バッテリ127 が供給するとき  （すなわち、Ｖbatt main＞Ｖbatt ext −ΔＶ）、電力は主バッテリ127 により供給される。これらの状態では、Ｄ型フリップフロップ103 に供給される電圧Ｖcomp143 は低レベルである。また、Ｄ型フリップフロップ103 により出力される信号Ｑ 145は高レベルの値である。
【００２２】
Ｄ型フリップフロップ103 により与えられる信号Ｑ 145の値はスイッチＳＷ1 123 とＣＬＫ入力 159により決定される。外部バッテリ129 が挿入されないとき、スイッチＳＷ1 123 はプリセットピン／ＰＲ 155を接地電位に接続してＤ型フリップフロップ103 をＱ 145のプリセットされた高レベル値に設定する。
【００２３】
同様に、外部バッテリ129 がバッテリ切替回路100 に接続されているが、主バッテリ127 により供給される電圧Ｖ-141よりも大きい電圧Ｖ;139を供給しないとき（すなわち、Ｖbatt main＞Ｖbatt ext −ΔＶ））、電力は主バッテリ127 により供給される。この状態では、Ｄ型フリップフロップ103 に供給される電圧Ｖcomp143 は低レベルである。
【００２４】
また、Ｄ型フリップフロップ103 により出力される信号Ｑ 145は、外部バッテリ129 がバッテリ切替回路100 に挿入されるとき高レベルに維持される。外部バッテリ129 がバッテリ切替回路100 に接続されるとき、スイッチＳＷ1 123 は開かれて、もはやプリセットピン／ＰＲ 155は接地電位に接続されなくなる。Ｄ型フリップフロップ103 は出力信号Ｑ 145を依然として高レベル値に維持している。その理由は、外部バッテリ129 の挿入は電圧Ｖcomp143 の値を変化せず、したがって発生されるクロック信号の立上がりエッジは存在せず、ＣＬＫ入力 159への入力はないからである。
【００２５】
ナンドゲート111 が電圧Ｖcomp143 の低い値を受取り、信号Ｑ 145に対して高い値を受取るとき、高い値を有する出力信号batt in use147を生成する。この信号batt in use147は、装置を給電するためにどちらのバッテリが選択されるべきかを装置に通知するために使用される。
【００２６】
信号batt in use147はまたアンドゲート113 に送られる。アンドゲート113 は別の入力 force batt ext を受取り、それは通常は高い値に設定されている。したがって、アンドゲート113 は、この例では高い値を有している信号batt in use147をマルチプレクサ109 へ転送する。このマルチプレクサ109 への高い値の入力によって、マルチプレクサは、装置へ電力を供給する電圧Ｖbatt 157として主バッテリ電圧Ｖbatt main 151を供給する。
【００２７】
マルチプレクサ109 は、マルチプレクサ制御電圧が高いとき電圧Ｖbatt 157として電圧Ｖbatt main 151を装置へ供給し、マルチプレクサ制御電圧が低いとき電圧Ｖbatt 157として電圧Ｖbatt ext 153 を装置へ供給する。１実施形態では、マルチプレクサ109 の電流限度は３Ａであり、スイッチング時間は５ナノ秒より短い。そのような実施形態では、次のように仮定されている。  
ａ）各ＩＣに対する電力供給ラインは    値Ｃ＝１００ｎＦのキャパシタによって接地されて減結合され、
ｂ）許容電圧降下ΔＶはスイッチング中１％であり、電源が３．３Ｖだあるとき０．００３３Ｖであり、
ｃ）各ＩＣに対する最大電流消費量は５００ｍＡであり、その時の最大と電話時間は次の式によって計算される。すなわち、
Δｔ＝ΔＶ×Ｃ／Ｉ＝（0.0033×100 ×10-9）／（500 ×10-3）
＝6.6 ×10-9秒
充分に充電された外部バッテリ129 がバッテリ切替回路100 に接続されている場合（或いは少なくとも外部バッテリ129 がＶbatt ext ≧Ｖbatt main＋ΔＶを満足させる場合）には、バッテリ切替回路100 は切換えられて電圧Ｖbatt ext 153 を使用して電圧Ｖbatt 157を供給する。この状態では、Ｖbatt ext −Ｖbatt main≧ΔＶであるため、比較器101 は電圧Ｖcomp 143として高い値をナンドゲート111 へ出力する。
【００２８】
この場合に、Ｄ型フリップフロップ103 により出力された信号Ｑ 145は依然として高い値を有している。外部バッテリ129 がバッテリ切替回路100 に接続されたとき、スイッチＳＷ1  123は開かれ、プレセットピン／ＰＲ 155はもはや接地電位に接続されない。しかしながら、Ｄ型フリップフロップ103 は信号Ｑ 145を依然として高い値を維持している。その理由は、外部バッテリ129 の挿入はＶcomp 143の立上がりパルスを生じて、それはインバータ165 によって反転されて下降パルスとしてＣＬＫ 159に入力されるからである。信号Ｑ 145の値は下降パルスがＣＬＫ 159に入力されるときではなく、立上がりパルスがＣＬＫ 159に入力されるときに低値に変化する。
【００２９】
ナンドゲート111 がＶcomp 143として高い電圧を受取り、信号Ｑ 145を高い値で受取るとき、低い値を有する出力信号batt in use147を生じる。
【００３０】
信号batt in use147はその後、アンドゲート113 へ転送される。このアンドゲート113 は入力 force batt ext 149 を受取り、それは通常高値に設定されている。したがって、アンドゲート113 はマルチプレクサ109 へこの例では低値を有する信号batt in use147を供給する。このマルチプレクサ109 への低値の入力によって、装置へ電力を供給するのためにマルチプレクサは電圧Ｖbatt 157として外部バッテリ電圧Ｖbatt ext 153 を供給する。
【００３１】
別の状況では外部バッテリ129 は主バッテリ127 により供給される電圧Ｖ-141にほぼ等しい電圧Ｖ+139を供給するようなレベルへ放電される（すなわちＶbatt mainはＶbatt ext −ΔＶにほぼ等しいこれは）。これは、バッテリ切替回路100 に接続されたときに、或いは時により装置が外部バッテリ129 を使用した後で発生する可能性のある外部バッテリ129 が放電状態にあるときに生じ、その場合には外部バッテリ129 はＶbatt ext がＶbatt main＋ΔＶにほぼ等しいレベルまで放電している。この状況では、比較器の出力は高値および低値を有するＶcomp 143の出力間の切替えが始まることが予想される。本発明の特徴が使用されないならば、これはデータの損失を生じて、システムの動作を混乱させる可能性がある。本発明では、Ｖbatt ext 153 とＶbatt main151 との差がしきい値電圧ΔＶよりも大きい値からしきい値電圧ΔＶよりも小さい値に変化するとき、Ｖcomp 143の値は１から０へ（高から低へ）変化する。それ故、インバータ165 によるＶcomp 143の反転後、立上がりエッジがＤ型フリップフロップ145 のＣＬＫピン 159に入力される。このＣＬＫ入力の立上がりエッジがＤ型フリップフロップ103 の出力Ｑ 145を０（低値）へ変化させる。Ｄ型フリップフロップの出力Ｑ145 の値が低値（Ｑ＝０）になると、スイッチＳＷ1  123を閉じて外部バッテリ129 を除去することにより、或いは／ＰＲを低値になるようにソフトウエアにより強制することによってプリセットピン／ＰＲ155 が再び接地電位にされない限り、出力Ｑ 145は低値に維持される。出力Ｑ 145が低値であるとき、ナンドゲート111 はディスエーブルすなわち動作を阻止される。したがってナンドゲート111 からの出力はＶcomp 143の値とは無関係に高値である。このようにして、切替え問題は外部バッテリ129 がＶbatt ext がＶbatt main＋ΔＶとほぼ等しいような低い充電レベルにある時には常に主バッテリから電力を供給することによって阻止される。
【００３２】
上述の説明から明らかなように、ナンドゲート111 はＤ型フリップフロップ103 の出力Ｑ 145によりディスエーブルまたはエネーブルにされることができると言える。Ｑ＝１  （高）のとき、ナンドゲート111 はエネーブルにされ、ナンドゲート111 の出力はＶcomp 143の値によって決定される（batt in use ＝／Ｖcomp）。Ｑ＝０（低）のときナンドゲート111 はディスネーブルにされ、或いは阻止される。したがってナンドゲート111 からの出力はＶcomp143 の値には関係なく（１）高値である。このモードは“ロックモード”と呼ばれる。回路は、外部バッテリ129 が取外されてそれによりスイッチ123 が閉じられてプリセットピン／ＰＲ155 が再び接地電位にされる場合には“ロックモード”を解除されることができる。その代りに高い信号 force batt ext 149 が使用されて外部バッテリ129 を選択するようにマルチプレクサ109 を強制してもよい。
【００３３】
上述の実施形態において外部バッテリを挿入する前に、スイッチＳＷ1 が閉じられて接地される。これはＤ型フリップフロップをＱ＝１（高）に予め設定し、それによりナンドゲート111 の動作をエネーブルにする。外部バッテリ129 の挿入後、スイッチＳＷ1 123 は開かれ、電圧Ｖcomp 143の切替えがないかぎり、出力Ｑ145 の値は高いままである。
【００３４】
図１はまたダイオードＤ1 105 が主バッテリ127 に接続され、ダイオードＤ2 107 が外部バッテリ129 に接続されていることを示している。このダイオードの配置は、バッテリ切替回路100 の他の部品に高い電圧でバッテリに電力を供給させる。これらのダイオードはまた２つのバッテリの間の内部充電を阻止する。各ダイオードの両端間の電圧降下は典型的に約０．３５Ｖである。
【００３５】
バッテリ切替回路100 は、装置へ電力を供給する外部バッテリ129 が低い充電状態で挿入されたとき、または外部バッテリ129 が放電されて主バッテリ127 よりも低い電圧を供給するようになったときでさえもその自己の動作のための信頼できる電力を維持することができる。図１に示されているように、電圧Ｖcc 161はバッテリ切替回路100 に電力を供給し、特に、比較器101 およびＤ型フリップフロップ103 に電力を供給する。電圧Ｖcc 161は主バッテリ127 または外部バッテリ129 のいずれかの、それぞれダイオード105, 107の電圧降下（例えば0.35V の電圧降下）の後の電圧が大きいバッテリにより給電される。したがって、電圧Ｖcc 157はＶcc＝Ｍａｘ（Ｖbatt main，Ｖbatt ext ）−０．３５Ｖにより与えられる。このようにしてバッテリ切替回路100 の動作には中断は生じない。
【００３６】
本発明では、外部バッテリ129 が装置のバッテリ切替回路100 に挿入されたときに発生するバウンド効果を阻止することが重要である。このバウンド効果はれによってＤ型フリップフロップ103 を望ましくない“ロックモード”にするので、特に本発明では望ましくない。上述のように、“ロックモード”は、比較器101 の出力Ｖcomp 143の高、低間の切替えを生じさせるのに充分に近い値を主バッテリ127 および外部バッテリ129 が有する場合には常に電源としてナンドゲート111 に主バッテリ127 を選択させるようにロックすることを意図している。望ましくない“ロックモード”は、外部バッテリ129 が挿入されたとき、バッテリのコンタクトが対応する装置のコンタクトと反復的に接触、非接触を繰り返す（バウンド）ために生じる。すなわち、外部バッテリ129 の電圧が主バッテリ127 の電圧よりも高い値と低い値との間で切換えられるような状態となる。したがって比較器101 の出力電圧Ｖcomp 143が高い値と低い値との間で切換えられてＣＬＫ 159の立上がりエッジとＤ型フリップフロップ103 の低い出力Ｑ145 とを生じさせる。Ｄ型フリップフロップ103 の出力Ｑ145 の値が低くなると、外部バッテリ129 を除去することによりプリセットピン／ＰＲ 155が再び接地電位になるまでは低い状態に維持される。バウンド効果の結果として、外部バッテリ129 により装置に供給される電力を阻止する“ロックモード”を付勢せずに外部バッテリ129 を挿入することは困難である。
【００３７】
本発明は図２に示されている機械的スイッチ123 および125 を使用して、外部バッテリ129 が装置のバッテリ切替回路100 に挿入されるときに生じる可能性のあるバウンド効果を阻止する。１実施形態では、４ｍＡおよび２Ａの電流のスイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 が使用される。外部バッテリ129 が挿入方向201 で装置中に挿入されるとき、バッテリの正端子（＋）203 および負端子（−）205 が装置の正端子（＋）207 および負端子（−）209 と接続される。装置の正端子（＋）207 および負端子（−）209 は弾性部材211, 213を有し、それらは外部バッテリ129 が距離“Ｄ”215 まで挿入されたとき弾性力によりバッテリの端子と装置の端子とを押付ける。端子は強固に接触されてバッテリが距離“Ｄ”215 に位置する機械的トリガー217 を押すとそれによりスイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 が同時に開かれる。同様に外部バッテリ129 が装置から取外されるとき、機械的トリガー217 はスイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 とを同時に解除し、それにより外部バッテリ129 が装置から取外される前にスイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 は閉じられる。
【００３８】
有効な距離“Ｄ”215 は特定の実施形態に対して算定される。例えば、外部バッテリ129 の最大挿入速度が２００ｍｍ／秒である場合にはバッテリ切替回路に対する設定時間は１０ｍ秒であり、したがって、“Ｄ”215 は２ｍｍ以上でなければならない。
【００３９】
スイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 とが開かれる前に、主バッテリ127 と外部バッテリ129 はスイッチＳＷ2 125 により短絡される。ナンドゲート111 はプリセットピン／ＰＲ 155が接地されているのでエネーブルであるが、Ｖbatt ext −Ｖbatt main＝０，Ｖbatt ext −Ｖbatt main＜ΔＶであり、比較器出力Ｖcomp 143はバウンド効果には関係なく低い値に維持される。したがって、外部バッテリ129 の挿入のときに生じる可能性のあるバウンド期間中に、ナンドゲート111 が“ロックモード”に入ることなく、電源は主バッテリ127 に固定されたままである。スイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 とが開かれるとき、バウンド効果は生じない。それは端子203 と205 が端子207 と209 にしっかりと接触しているからである。
【００４０】
図３は、主バッテリ127 により供給されるよりも高い電圧を最初に外部バッテリ129 が供給するときの状態（すなわち、Ｖbatt EXT ＞Ｖbatt main＋ΔＶ）に対するバッテリ切替回路100 の例示的な信号のタイミング図を示している。図３は図１および２の参照符号を参照にして説明される。電圧Ｖcc 161が主バッテリ127 により最初にバッテリ切替回路100 に供給される。時間ｔ＝ｔ0 において、外部バッテリ129 がバッテリ切替回路100 に挿入され、端子207 および209 と接触を形成する。スイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 は、時間ｔ1 ＝ｔ0 ＋Δｔで距離“Ｄ”215 まで外部バッテリ129 がバッテリ切替回路100 中に挿入されるまで閉じられたままである。時間ｔ1 で機械的トリガー217 が外部バッテリ129 によってトリガーされる。ここで、Δｔは外部バッテリ129 が距離“Ｄ”215 を移動するのに必要な時間であり上記の計算により１０ｍ秒以上に選択される。
【００４１】
また、この図にはＶcomp 143の切替が示されており、機械的スイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 がない場合に“ロックモード”が生じる可能性のあるＤ型フリップフロップ103 へのＣＬＫ信号159 の立上りエッジが示されている。
【００４２】
Δｔの期間中に、スイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 が開かれる前に、主バッテリ127 と外部バッテリ129 とが共に短絡されて、それにより比較器の出力Ｖcomp 143は低いままに保持される。同時にスイッチＳＷ1 123 はプリセットピン／ＰＲ 155を接地電位に接続してＤ型フリップフロップ103 の出力Ｑ145 をそのプリセットされた高い値に設定する。
【００４３】
時間時間ｔ＝ｔ1 において、スイッチＳＷ1 123 とＳＷ2 125 は開路され、そのためＶbatt main151 とＶbatt EXT 153 はもはや短絡されず、そのためプリセットピン／ＰＲ 155は接地されなくなる。Ｑ145 の値はプリセットされた高いレベルに保持される。それはＣＬＫ信号159 の立上りエッジが存在しないからである。また、外部バッテリ129 は主バッテリ127 より少なくともしきい値ΔＶだけ高い電圧を有している。それ故、Ｖcomp 143の値は高く変化し、同時にバッテリの供給は外部バッテリ129 に切換えられ出力信号batt in use 147 は主バッテリ27として使用されているバッテリの指示から外部バッテリ129 へ切換えられる。
【００４４】
ある時間にわたって装置が外部バッテリ129 から給電されて動作した後、外部バッテリ129 は放電して主バッテリ127 により供給され電圧Ｖ-141にほぼ等しい電圧Ｖ+139を比較器101 に供給するようなレベルに低下する（すなわち、Ｖbatt EXT はＶbatt main＋ΔＶとほぼ等しい）。したがって時間ｔ＝ｔ2 において、“ロックモード”が発生してバッテリ切替回路100 は主バッテリに戻るように切換えられ、出力信号batt in use 147 により示されるように、外部バッテリ129 から主バッテリ127 へ切換えられる使用中のバッテリの指示を与える。
【００４５】
時間ｔ＝ｔ3 において、主バッテリ127 は放電して、再びレベルがＶbatt main＜Ｖbatt EXT ＋ΔＶに変化する。しかしながら、この時点において回路はすでに“ロックモード”にあり、外部バッテリ129 が再挿入され、或いは随意選択的に装置中のソフトウエアアプリケーションによりプリセットピン／ＰＲ 155が低いレベルとなるように強制されるまで、外部バッテリ129 に切替て戻されることはない。
【００４６】
図１に示されているように、バッテリ切替回路100 はまた“外部バッテリ存在”出力 ext batt present 163 を含んでいる。この信号は機械的スイッチＳＷ1 123 から来る。外部バッテリ129 が挿入されるならば、ＳＷ1 123 が開かれ、出力 ext batt present 163 は高いレベルとなる。そうでない場合には ext batt present 163 は低いレベルである。
【００４７】
上記において、値“１”は“高レベル”に対して割当てられ、値“０”は“低レベル”に対して割当てられる。しかしながら、実際の回路では、当業者に知られているように特定の電圧値が“高レベル”および“低レベル”に割当てられる。また、さらに一般的には、これらの値は“論理レベル”と呼ばれることができる。これらの“論理レベル”は、同じ“論理レベル”を表す電圧間の対応が維持されることができる限り異なった装置により異なった電圧により表されることができる。さらに、２つの論理レベルとして検出される電圧範囲がある。すなわち、“高い”電圧として検出される電圧範囲と、“低い”電圧として検出される電圧範囲とがある。重要なことは、２つの電圧範囲が、一方は“高い”として識別され、他方は“低い”として識別されるために互いに区別されることができることである。また、上記の説明とは反対に、“高い”および“低い”値を有する回路は、これらは絶対値ではなく相対値であるから本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４８】
本発明はまた、単一の主バッテリおよび外部バッテリに限定されず、多数の外部バッテリおよび、または主バッテリの種々の組合わせにより動作することができる。
【００４９】
以上、本発明は特定の実施形態を使用して上述のように説明したが、特許請求の範囲に記載されている技術的範囲内で多くの変形、変更が可能であることは当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のポータブルな装置用のインテリジェントなバッテリ切替回路ブロックを示す回路図。
【図２】図１の回路の機械的スイッチの動作の説明図。
【図３】図１の回路の例示的な信号のタイミング図。
【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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