(57)【要約】  負荷に電力を供給するための電源装置（１）であって、負荷はデジタルカメラ（図示せず）用のフラッシュドライバ回路（４）の形をしている。電源装置は、回路（４）に電力を供給するための、スーパーキャパシタ（８）の形をした超容量性装置を含む。誘導レギュレータ（１０）の形をしたレギュレータユニットが、スーパーキャパシタ（８）を充電する。
2008529177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の負荷とＬＥＤフラッシュとを有する携帯電話用の電源装置であって、
電源に接続するための入力と、
第１の負荷に接続するための第１の出力と、
ＬＥＤフラッシュに接続するための第２の出力と、
第２の出力に接続され、ＬＥＤフラッシュに電力を供給するための超容量性装置と、
入力に接続され、超容量性装置を充電するためのレギュレータユニットとを含む、電源装置。
【請求項２】
レギュレータは電源と直列であり、これらはともに超容量性装置と並列である、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
超容量性装置および電源がともにＬＥＤフラッシュと並列であるよう、超容量性装置は入力と直列である、請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
超容量性装置を充電するための充電モードと、
ＬＥＤフラッシュに電力を供給するために超容量性装置を放電するための放電モードとを含む複数のモードで動作可能である、請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
充電モードおよび放電モードは同時に動作する、請求項４に記載の電源装置。
【請求項６】
充電モードおよび放電モードは互いに独占的に選択的に動作する、請求項４に記載の電源装置。
【請求項７】
電源装置が充電モードであるか放電モードであるかにかかわらず、第１の負荷は電力を供給される、請求項４に記載の電源装置。
【請求項８】
レギュレータユニットは、スーパーキャパシタ用の充電電流を予め定められた値未満に制限する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
予め定められた値は約２アンペアである、請求項８に記載の電源装置。
【請求項１０】
予め定められた値は約１アンペアである、請求項８に記載の電源装置。
【請求項１１】
電源から引込まれる電流を予め定められた値未満に制限する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１２】
予め定められた値は約２アンペアである、請求項１１に記載の電源装置。
【請求項１３】
予め定められた値は約１アンペアである、請求項１１に記載の電源装置。
【請求項１４】
第１の出力は第２の出力を規定する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１５】
第１の出力は第２の出力を選択的に規定する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１６】
第１の負荷は通信モジュールである、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１７】
第１の負荷は電力増幅器である、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１８】
ＬＥＤフラッシュ用の電源装置であって、
電源に接続するための入力と、
ＬＥＤフラッシュに接続するための出力と、
出力に接続され、ＬＥＤフラッシュに電力を供給するための超容量性装置と、
入力に接続され、超容量性装置を充電するためのレギュレータユニットとを含む、電源装置。
【請求項１９】
それぞれの負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩN（Ｎ≧２）を引込む複数の負荷用の電源装置であって、
最小電源電圧ＶSを提供する電源に接続するための入力と、
負荷の１つ以上と選択的に接続し、負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩNをそれぞれの予め定められた負荷電圧Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNで提供するための出力とを含み、Ｖ1≠Ｖ2、…、およびＶ1≠ＶNであり、前記電源装置はさらに、
出力と並列である超容量性装置と、
入力と出力との間に配置され、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの１つを出力に選択的に印加するための制御回路とを含む、電源装置。
【請求項２０】
Ｖ1、Ｖ2、…、およびＶNのうちの１つ以上≧ＶSである、請求項１９に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
この発明は電源装置に関し、特に、少なくとも１つの負荷に電力を供給するための電源装置に関する。
【０００２】
この発明は主として、フラッシュ付内蔵デジタルカメラを有する携帯電話といった携帯型電子装置において使用されるために開発されたものであり、その用途を参照して以下に説明される。この発明はその特定の使用分野に限定されておらず、他の携帯型電子装置、たとえばＰＤＡ、ラップトップコンピュータ、デジタルカメラ、ＭＰ３プレイヤー、または、携帯型であろうとなかろうと１つ以上の公称電圧においてそれぞれのピーク電力需要を有する複数の負荷を有する他のコンピューティング装置にも適用可能であることが、理解されるであろう。この発明はまた、ハイブリッド電気自動車および電気自動車といった高電力装置にも適用可能である。
【背景技術】
【０００３】
先行技術の説明
携帯型電子装置は、装置内に含まれる電子回路に電力を供給するための内蔵電源を含む。従来、電源は、１つの二次バッテリ、または多数のそのようなバッテリである。これらの携帯型装置の設計は通常、装置のサイズ、バッテリを再充電しなければならなくなるまでに必要な有効動作時間、提供可能な機能性、および装置を構築するために必要な部品のコストに特に敏感である。通常、傾向としては、サイズはより小さくなり、動作時間はより長くなり、機能性は高められ、コストは削減されている。これらの傾向は互いに相反することが理解されるであろう。たとえば、より長い動作時間を達成するための１つの選択肢は、容量がより大きいバッテリを含むことであるが、それは、所与の機能性を提供するために、通常、装置のサイズおよびコストの双方を増加させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
携帯型装置に技術がますます収束されるにつれて、すなわち、付加的機能性とそれらの機能性を提供するために必要なハードウェアおよび回路とが所与の装置内に含まれるにつれて、より高いバッテリ負荷電流に対する、特により高いバッテリピーク負荷電流に対する要望がある。これは通常、それぞれの機能性を提供する別個の回路にバッテリが同時に電流を供給しなければならないために生じる。この対立に対処しようとして、異なる機能性を互いに独占的に使用できるようにすることにのみ関与する部分的な解決法が見つかっている。にもかかわらず、現在使用されていない回路によって引込まれる待機電流に起因して、ピーク負荷電流は依然として高いことが多く、装置の動作時間は依然としてかなり影響を受ける。これは、携帯電話技術を提供する装置で特に問題である。
【０００５】
ピークバッテリ電流を低下させる前述の努力は、スーパーキャパシタをバッテリと並列に、またはバッテリとスーパーキャパシタとの間に何らかの電流制限回路を有する状態で配置して、放電されたスーパーキャパシタへの突入電流を制限することを含んでいる。この場合、特に、供給を受けている負荷のうちの一方が高電流ＬＥＤフラッシュである場合、スーパーキャパシタはＬＥＤフラッシュドライバへの入力の位置にある。これにより、ＬＥＤフラッシュドライバは、非常に高い電流をサポートし、かつ携帯電話といった小型携帯用途において非実用的な実装を行なわなければならなくなる。
【０００６】
明細書全体を通し、先行技術のいかなる説明も、そのような先行技術が広く公知である
こと、または分野における一般常識の一部を形成することを認めるものとして考えられるべきではない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の開示
この発明の一目的は、先行技術の欠点のうちの少なくとも１つを克服または改善すること、もしくは有用な代替案を提供することである。
【０００８】
この明細書に使用されているような「超容量性装置」という用語は、一般に「スーパーキャパシタ」と呼ばれているエネルギ蓄積装置を含むよう意図されている。超容量性装置は電荷を電界に蓄積し、通常、高いキャパシタンスと高い出力密度とを有する。「スーパーキャパシタ」はとりわけ「ウルトラキャパシタ」、「電気二重層キャパシタ」、「電気化学キャパシタ」といった用語でも表され、それらはすべて、この明細書内で使用されるような「超容量性装置」という用語に含まれる、ということが理解されるであろう。超容量性装置のサブセットは、燃料電池素子またはバッテリ素子と組合された超容量性素子を含む、いわゆる「ハイブリッド装置」である。たとえば、ハイブリッドスーパーキャパシタ／バッテリは通常、１つ以上の電界および１つ以上の電気化学セルにエネルギを蓄積するための素子を含む単一のパッケージを含んでいる。場合によっては、超容量性装置は、直列または並列、もしくはそれらの組合せで接続された複数の超容量性セルを含む。実際、この明細書のために、超容量性装置は、正味の超容量性効果を生成するスーパーキャパシタと他の構成要素との任意の妥当な組合せを含むよう意図されている。そのような「マルチセル」超容量性装置が、それぞれのセル上で保たれる電圧のバランスを取るための他の素子を含むことは、珍しいことではない。これらの他の素子は、能動および／または受動電子部品を含む。
【０００９】
この発明の第１の局面によれば、少なくとも１つの負荷に電力を供給するための電源装置が提供され、この電源装置は、その少なくとも１つの負荷に電力を供給するための超容量性装置と、超容量性装置を充電するためのレギュレータユニットとを含む。
【００１０】
好ましくは、レギュレータユニットは、スーパーキャパシタの充電電流を第１の予め定められた値に制限する。より好ましくは、この予め定められた値は約２アンペア未満である。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１アンペア未満である。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１００ｍＡ未満である。しかしながら、他の実施例では、この予め定められた値は約２アンペア以外の値である。
【００１１】
好ましくは、電源装置ユニットは、バッテリの電流を第２の予め定められた値に制限する。より好ましくは、この予め定められた値は約２アンペア未満である。しかしながら、他の実施例では、第２の予め定められた値は約２アンペア以外の値である。
【００１２】
好ましくは、レギュレータユニットは電圧レギュレータを含む。より好ましくは、電圧レギュレータは電圧ブースタである。しかしながら、他の実施例では、電圧レギュレータはステップダウンレギュレータ、たとえば線形レギュレータまたはバック（buck）レギュレータである。
【００１３】
好ましくは、電源装置は、レギュレータを電源に選択的に接続するための入力を含む。同様に好ましくは、超容量性装置が負荷に電力を供給している際、この入力はレギュレータを電源から分離する。いくつかの実施例では、超容量性装置は少なくとも１つの負荷と並列である。同様に好ましくは、超容量性装置が負荷に電力を供給している際、レギュレータは、予め定められた値に制限された超容量性装置用の充電電流を電源から引込む。いくつかの実施例では、超容量性装置は少なくとも１つの負荷と並列である。より好ましく
は、これらの実施例において、レギュレータは電源と直列であり、これらはともに超容量性装置と並列である。しかしながら、代替的な実施例では、超容量性装置は電源と直列である。すなわち、代替的な実施例では、超容量性装置と電源との直列の組合せはともに、負荷と並列である。さらに別の実施例では、超容量性装置は選択的に電源と並列におよび直列に接続される。
【００１４】
好ましい一実施例では、電源装置は電源から電源電流を引込み、少なくとも１つの負荷は、電源装置からそれぞれの負荷電流を引込む２つのパルス負荷を含み、電源装置は電源電流を予め定められたしきい値未満に抑える。通常、超容量性装置は、電源電流が予め定められたしきい値未満のままである間に電源装置がパルス負荷を満たすことができるようにする。
【００１５】
より好ましくは、負荷電流のうちの少なくとも１つは、電源電流を予め定められたしきい値未満に抑えるよう制御される。しかしながら、いくつかの実施例では、超容量性装置は負荷電流のすべてまたはほとんどを供給し、電源により供給可能な予め定められた最大電流よりもはるかに高い負荷電流を可能にする。パルス負荷が２つ以上ある好ましい一形態では、負荷のうちの一方が高い優先順位を有し、負荷のうちの他方が低い優先順位を有し、電源電流を抑えるために、レギュレータユニットは、より低い優先順位を有する負荷用の負荷電流を優先的に制御する。他の実施例では、双方の負荷電流が制御される。さらに別の実施例では、負荷の優先順位は時間とともに、またはユーザによる設定に従って変化する。同様に好ましくは、負荷のうちの一方は携帯電話送信機回路であり、負荷のうちの別のものはフラッシュ回路である。より好ましくは、携帯電話回路が高い優先順位を有し、フラッシュ回路が低い優先順位を有する。双方の負荷が、それぞれの負荷電流を互いに独占的にのみ引込むにもかかわらず、同時に動作可能である一方で、フラッシュ回路への負荷電流が制御されるか、またはこれに代えて、フラッシュ回路への負荷電流が超容量性装置により供給され、フラッシュ回路への電源電流の寄与が制御されることを確実にすることにより、電源電流は抑えれる。フラッシュ回路への負荷電流の制御は、負荷電流が携帯電話回路によって引込まれることに応答する。すなわち、携帯電話回路によって負荷電流が引込まれている際、フラッシュ回路への負荷電流は実質的にゼロにまで低下される。すなわち、電源電流は常に予め定められたしきい値未満に保たれ、そのしきい値を結果的に上回るであろう負荷電流を優先順位の高い負荷と優先順位の低い負荷との双方が同時に要求する限りにおいて、優先順位の低い負荷電流が低下される。いくつかの実施例では、優先順位の低い負荷電流は、優先順位の高い負荷電流がなければ提供されたであろう負荷電流の一部にまで低下され、一方、他の実施例では、優先順位の低い負荷電流は実質的にゼロにまで低下される。他の実施例では、優先順位の低い負荷が電源装置によって供給されている間、優先順位の高い負荷は電源から直接供給可能である。
【００１６】
好ましくは、電源装置は、負荷のうちの少なくとも他の１つに電力を供給するためのレギュレータを含む。
【００１７】
この発明の第２の局面によれば、第１の負荷に電力を供給するためのレギュレータユニットと、レギュレータユニットによって充電可能であり、第２の負荷に電力を供給するための超容量性装置とを含む電源装置が提供される。
【００１８】
好ましくは、超容量性装置を充電することと第２の負荷に電力を供給することとは互いに独占的に行なわれる。より好ましくは、電源装置は、第１および第２の負荷をそれぞれ規定する通信モジュールおよびフラッシュ駆動回路を有する携帯電話内に含まれる。
【００１９】
好ましくは、電源装置は、電源に接続するための入力を含む。いくつかの実施例では、超容量性装置は少なくとも１つの負荷と並列である。より好ましくは、これらの実施例で
は、レギュレータは電源と直列であり、これらはともに超容量性装置と並列である。しかしながら、代替的な実施例では、超容量性装置は電源と直列である。すなわち、代替的な実施例では、超容量性装置と電源との直列の組合せはともに、負荷と並列である。さらに別の実施例では、超容量性装置は選択的に電源と並列におよび直列に接続される。
【００２０】
いくつかの実施例では、第１および第２の負荷は互いに独占的に電力を供給される。他の実施例では、第１および第２の負荷は同時に電力を供給される。好ましくは、第２の負荷はパルス負荷である。
【００２１】
好ましくは、電源装置は、レギュレータユニットが第１の負荷に電力を供給する第１のモードと、レギュレータユニットが超容量性装置を充電する第２のモードと、第２の負荷に電力を提供するために超容量性装置が放電される第３のモードとを含む複数のモードで選択的に動作可能である。
【００２２】
好ましくは、第１のモードでは、超容量性装置は電源から分離される。同様に好ましくは、第３のモードでは、レギュレータユニットは充電電流をスーパーキャパシタに供給しない。同様に好ましくは、第２および第３のモードでは、第１の負荷は電力を供給される。そのため、電源が第１の負荷に十分に供給できるよう、第２のモードでは超容量性装置に、第３のモードでは第２の負荷に供給するために電源から引込まれる電流が制限されることを、レギュレータユニットは確実にする。いくつかの実施例では、第２および第３のモードでは、第１の負荷は電源から分離される。
【００２３】
好ましくは、レギュレータユニットは、スーパーキャパシタの充電電流を予め定められた値に制限する。より好ましくは、この予め定められた値は約２アンペア未満である。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１アンペア未満である。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１００ｍＡ未満である。
【００２４】
いくつかの実施例では、レギュレータユニットは電圧レギュレータである。好ましくは、電圧レギュレータは、電源によって供給される電圧をブーストする。
【００２５】
いくつかの実施例では、レギュレータユニットは電圧レギュレータとバイパス回路とを含む。好ましくは、バイパス回路と電圧レギュレータとは互いに独占的に利用される。より好ましくは、バイパス回路は第１のモードで利用され、電圧レギュレータは第２のモードで利用される。第３のモードではレギュレータユニットが電源から分離可能であること、または第３のモードではレギュレータユニットは制限された充電電流を超容量性装置に依然として供給可能であることが理解されるであろう。
【００２６】
この発明の第３の局面によれば、複数の負荷に電力を供給するための電源装置が提供され、この電源装置は、電源に接続するための入力と、第１の負荷に接続するための第１の出力と、第２の負荷に接続するための第２の出力と、出力のうちの少なくとも１つに接続され、それぞれの負荷に電力を供給するための超容量性装置と、入力に接続され、超容量性装置を充電するためのレギュレータユニットとを含む。
【００２７】
好ましくは、第１の出力は第２の出力を規定する。
好ましくは、レギュレータユニットは、スーパーキャパシタの充電電流を予め定められた値に制限する。より好ましくは、この予め定められた値は約２アンペア未満である。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１アンペア未満である。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１００ｍＡ未満である。
【００２８】
いくつかの実施例では、超容量性装置は第２の負荷と並列である。より好ましくは、こ
れらの実施例では、レギュレータは電源と直列であり、これらはともに超容量性装置と並列である。しかしながら、代替的な実施例では、超容量性装置は入力と直列である。すなわち、これらの代替的な実施例では、超容量性装置と電源との直列の組合せはともに、負荷と並列である。さらに別の実施例では、超容量性装置は選択的に電源と並列におよび直列に接続される。
【００２９】
好ましくは、レギュレータユニットは、レギュレータユニットが超容量性装置を充電する充電モードと、第２の負荷に電力を提供するために超容量性装置が放電される放電モードとを含む複数のモードで選択的に動作可能である。
【００３０】
好ましくは、放電モードでは、レギュレータユニットは超容量性装置から分離される。
いくつかの実施例では、第１および第２の負荷は互いに独占的に電力を供給される。他の実施例では、第１および第２の負荷は同時に電力を供給される。
【００３１】
この発明の第４の局面によれば、それぞれの負荷電流を引込む複数の負荷用の電源装置が提供され、この電源装置は、予め定められた範囲内の電源電圧で予め定められた最大電源電流を提供する電源に接続するための入力と、負荷と選択的に接続し、出力電圧を提供するための出力と、出力と並列である超容量性装置と、入力と出力との間に配置され、電源電流を予め定められた値未満に保ちながら負荷電流が提供されるように出力電圧を制御するための制御回路とを含む。
【００３２】
好ましくは、負荷のうちの少なくとも１つはパルス負荷である。他の実施例では、負荷のうちの１つ以上は、負荷電流が比較的低い待機モードと負荷電流が比較的高い動作可能モードとの間で切換わるパルス負荷である。より好ましくは、パルス負荷は約５０％未満のデューティサイクルを有する。さらにより好ましくは、任意の所与の時間間隔の間、負荷電流のうちの１つだけがそのピーク値またはその近くにあり、同時に、任意の他の負荷によって引込まれる電流はそれらの静止電流レベルまたはその近くにある。すなわち、任意の所与の負荷サイクルの間、すべての負荷によって引込まれる平均電力は、予め定められた最大電源電流×電源電圧よりも小さい。
【００３３】
さらにより好ましくは、超容量性装置は負荷電流のうちの少なくとも１つに寄与する。いくつかの実施例では、超容量性装置は負荷電流のすべてに寄与する。負荷のうちの少なくとも１つがパルス負荷である実施例では、超容量性装置は好ましくは、電源から電流をその予め定められた値まで受取り、負荷が動作するのに十分な電圧を保ちながら、パルス負荷の１サイクル間の負荷電流の総計を供給するのに十分な容量を有する。いくつかの実施例では、所与の時間間隔の間、単一の負荷電流のみがゼロではない値を有することが理解されるであろう。この場合、超容量性装置の容量は、最も多くのエネルギを要求している負荷の単一のサイクル中に、そのようなサイクルに供給するのに十分でありさえすればよい。
【００３４】
同様に好ましくは、負荷のうちの少なくとも１つは、その負荷を出力から分離するための開設定とその負荷を出力と接続するための閉設定との間で進むスイッチにより、出力に接続される。すなわち、スイッチが開設定にされ、負荷が出力から分離されてその負荷がイネーブルになっていない場合、その負荷用の負荷電流はゼロである。逆に、スイッチが閉設定にされ、それぞれの負荷が出力に接続されてその負荷がイネーブルになっている場合、その負荷用の負荷電流はゼロではない。好ましい一実施例では、スイッチは、開設定と閉設定との間で進むための制御回路に応答する。これにより、負荷に提示される電圧が変更され得る。１つの負荷を駆動するのに必要な電圧が他の負荷のどれにとっても高過ぎる場合、それらの任意の他の負荷は、それらに対する損傷の危険を低減させるために切断される。好ましくは、スイッチはトランジスタであり、より好ましくはＦＥＴである。
【００３５】
いくつかの実施例では、超容量性装置は常に出力に電気的に接続されている。しかしながら、他の実施例では、超容量性装置は選択的に出力から電気的に切断される。より好ましくは、超容量性装置は、負荷電流の合計が予め定められた期間の間、予め定められたしきい値を下回ることに応答して、選択的に出力から電気的に切断される。これは、マルチセルスーパーキャパシタとともに使用されるスーパーキャパシタリーク電流および何らかのスーパーキャパシタ平衡用回路電流が、電源からのエネルギを消耗することを防ぐ。したがって、二次バッテリを含む電源を有する電子装置については、装置の動作時間が増加する。
【００３６】
好ましくは、負荷はそれぞれの動作電圧を含み、これらの動作電圧のうちの少なくとも１つは、他のすべての動作電圧と異なる。すなわち、動作電圧Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNで負荷はそれぞれの負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩNを引込み、ここで、Ｎ≧２、およびＶ1≠Ｖ2、…、ならびにＶ1≠ＶNである。より好ましくは、制御回路は、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNを出力で選択的に提供するよう、出力電圧を制御する。
【００３７】
好ましい一形態では、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの少なくとも１つは、予め定められた電源電圧よりも大きい。より好ましくは、制御回路は、電源電圧よりも大きいＶ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの少なくとも１つにまたはその近くに出力電圧を選択的に保つよう動作可能なレギュレータを含む。さらにより好ましくは、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの選択された１つよりも電源電圧が大きい場合、レギュレータはスイッチを用いて選択的にディスエーブルにされ、バイパスされる。好ましい実施例ではスイッチはＦＥＴであり、一方、他の実施例では、代替的なトランジスタが使用される。いくつかの実施例では、レギュレータはブースト回路であり、一方他の実施例では、レギュレータはバックブースト（buck-boost）回路である。バックブースト回路が使用される場合、電源電圧が必要な負荷電圧よりも大きい場合には、スイッチを用いてレギュレータをバイパスする必要はない。これにより、スイッチおよびその関連制御論理が不要となる。
【００３８】
好ましい実施例では、予め定められた電源電圧は時間とともに変化する。より好ましくは、電源は、携帯型電子装置用のバッテリまたはバッテリパック、もしくはＡＣアダプタであり、負荷はその携帯型電子装置のそれぞれの回路である。バッテリまたはバッテリパックから供給される電圧は、バッテリの放電特性、バッテリの内部抵抗、およびバッテリパックに使用される任意の関連電子保護回路に起因して、時間とともにかなり変化することが理解されるであろう。ＡＣアダプタによって供給される電圧も、バッテリまたはバッテリパックによって供給される電圧とは異なる。
【００３９】
他の実施例では、電源は、燃料電池、またはエネルギの他の携帯型蓄積装置である。さらに別の実施例では、電源は本線の電源である。より好ましくは、電源は調整された電源である。
【００４０】
この発明の第５の局面によれば、それぞれの負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩN（Ｎ≧２）を引込む複数の負荷用の電源装置が提供され、この電源装置は、予め定められた最大電源電流ＩSで予め定められた範囲内の電源電圧ＶSを提供する電源に接続するための入力と、負荷の１つ以上と選択的に接続し、負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩNをそれぞれの予め定められた負荷電圧Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNで提供するための出力とを含み、Ｖ1≠Ｖ2、…、およびＶ1≠ＶNであり、この電源装置はさらに、出力と並列である超容量性装置と、入力と出力との間に配置され、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの１つを出力に選択的に印加するための制御回路とを含む。
【００４１】
好ましくは、Ｖ1、Ｖ2、…、およびＶNのうちの１つ以上≧ＶSである。より好ましくは
、負荷は、負荷が出力で電圧を受け入れる場合のみ、出力に選択的に接続される。したがって、いくつかの実施例では負荷はすべて互いに独占的に出力に接続され、一方、他の実施例では、２つ以上の負荷が同時に出力に接続される。
【００４２】
この発明の第６の局面によれば、電源装置が提供され、この電源装置は、電源電流で予め定められた範囲内の電源電圧を提供する電源に接続するための入力と、ピーク値（ＩLP）を有するパルス負荷電流（ＩL1）を引込む負荷と接続するための出力と、入力と出力との間に配置され、予め定められたピーク値（ＩOP）を有する出力電流（ＩO）を出力に供給するための制御回路とを含み、ＩOP＜ＩLPであり、この電源装置はさらに、出力と並列であり、ＩLP＝（ＩOP＋ＩC）を保つ容量性電流（ＩC）を提供するための超容量性装置を含む。
【００４３】
通常、ＩLP＝（ＩOP＋ＩC）から、ＩOP＜ＩLPおよびＩOP＜予め定められた最大値がわかる。場合によっては、パルス負荷の放電中、ＩOP＝０である。
【００４４】
好ましくは、出力は、パルス負荷電流（ＩL2）を引込む別の負荷と選択的に接続し、超容量性装置は、（ＩLP＋ＩL2）≦（ＩOP＋ＩC）を保つ容量性電流（ＩC）を提供する。
【００４５】
この発明の第７の局面によれば、電源装置が提供され、この電源装置は、予め定められた範囲内の電源電圧を提供する電源に接続するための入力と、出力電圧を提供し、その出力電圧で負荷電流を引込む負荷と接続するための出力と、出力と並列に接続された超容量性装置と、入力と出力との間に配置され、出力電圧が電源電圧に実質的に等しい第１の状態と、出力電圧が実質的に電源電圧の調整された形である第２の状態との間を進むための制御回路とを含む。
【００４６】
好ましくは、第１の状態では、電源電圧は出力に実質的に直接印加される。より好ましくは、制御回路は、第１の状態中は閉じており、第２の状態中は開いているスイッチを入力と出力との間に含む。好ましい実施例では、スイッチはＦＥＴであり、一方、他の実施例では、代替的なスイッチが使用される。
【００４７】
同様に好ましくは、制御回路は、出力電圧を予め定められた値に保つために選択的に動作可能なレギュレータを含む。より好ましくは、レギュレータの動作は、第２の状態と一致するよう選択される。いくつかの実施例では、制御回路が第２の状態にある場合、出力電圧は電源電圧よりも大きい。すなわち、レギュレータはブーストコンバータである。他の実施例では、出力電圧は電源電圧よりも低いかまたは高い。すなわち、レギュレータはバックブーストレギュレータである。さらに別の実施例では、出力電圧は電源電圧よりも小さく、レギュレータは線形電圧レギュレータである。レギュレータがバックブーストレギュレータである実施例では、レギュレータは、第１の状態から第２の状態への移行を自動的に管理する。レギュレータはイネーブルのままであり、バイパススイッチは必要ない。これは、第１の状態中に依然としてバックブーストレギュレータを使用しなければならないという小さな効率損失を犠牲にするものの、バイパススイッチおよび関連する制御論理を節約する。
【００４８】
この発明の第８の局面によれば、電源装置が提供され、この電源装置は、予め定められた範囲内の電源電圧を提供する電源に接続するための入力と、出力電圧を提供し、その出力電圧で負荷電流を引込む負荷と接続するための出力と、出力と並列に接続された第１の状態と出力と並列に接続されていない第２の状態との間で進む超容量性装置と、入力と出力との間に配置され、電源電圧に応答して出力電圧を生成するための制御回路とを含み、この回路はまた、超容量性装置を第１の状態と第２の状態との間で進める。
【００４９】
好ましくは、制御回路は、電源電圧および出力電圧のうちの１つ以上に応答して、超容量性装置を状態のうちの一方から他方へと進める。より好ましくは、制御回路は、電源電圧および出力電圧の双方に応答して、超容量性装置を状態のうちの一方から他方へと進める。他の実施例では、制御回路は、負荷電流に応答して超容量性装置を状態のうちの一方から他方へと進める。
【００５０】
この発明の第９の局面によれば、電源装置が提供され、この電源装置は、予め定められた範囲内の電源電圧を提供する電源に接続するための入力と、電源電圧を含むある範囲の電圧から選択された出力電圧を提供する出力とを含み、出力は１つ以上の負荷と接続しており、この電源装置はさらに、出力と並列に接続された超容量性装置と、入力と出力との間に配置され、電源電圧に応答して出力電圧を生成し、出力電流を予め定められた最大値に制限するための制御回路とを含む。
【００５１】
好ましくは、出力電圧が電源電圧より小さい場合でも、制御回路は出力電流を予め定められた最大値に制限する。より好ましくは、制御回路は、インダクタを有するブーストコンバータの形をしたレギュレータと、ブーストコンバータと直列であるＦＥＴまたは他のトランジスタと、トランジスタと直列であるダイオードとを含む。これは、出力電圧が十分高くなるまで、高電流が超容量性装置に流れないようにする。すなわち、電源からブーストコンバータのインダクタンスおよびダイオードを介してスーパーキャパシタに至る電流の順方向導通が起こり得ない。これは、スーパーキャパシタを充電する際の過度の突入電流を防止し、電源電流を予め定められた最大値よりも下に保つ。
【００５２】
この発明の第１０の局面によれば、電源から負荷に電力を供給するための方法が提供され、この方法は、電源と負荷との中間でスーパーキャパシタとレギュレータユニットとを電気的に接続するステップと、レギュレータユニットを用いてスーパーキャパシタを充電するステップと、負荷に電力を供給するためにスーパーキャパシタを放電するステップとを含む。
【００５３】
好ましくは、レギュレータユニットは、スーパーキャパシタの充電電流を予め定められた値に制限する。より好ましくは、この予め定められた値は約２アンペア未満である。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１アンペア未満である。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１００ｍＡ未満である。
【００５４】
好ましくは、レギュレータユニットは電圧レギュレータを含む。より好ましくは、電圧レギュレータは電圧ブースタである。いくつかの実施例では、超容量性装置が負荷に電力を供給している際、レギュレータユニットは電源から分離される。
【００５５】
いくつかの実施例では、超容量性装置は少なくとも１つの負荷と並列である。より好ましくは、これらの実施例では、レギュレータは電源と直列であり、これらはともに超容量性装置と並列である。しかしながら、代替的な実施例では、超容量性装置は電源と直列である。すなわち、代替的な実施例では、超容量性装置と電源との直列の組合せはともに、負荷と並列である。さらに別の実施例では、超容量性装置は選択的に電源と並列におよび直列に接続される。
【００５６】
この発明の第１１の局面によれば、第１の負荷および第２の負荷に電力を供給するための方法が提供され、この方法は、レギュレータユニットを用いて第１の負荷に電力を供給するステップと、レギュレータユニットにより充電可能な超容量性装置を用いて第２の負荷に電力を供給するステップとを含む。
【００５７】
この発明の第１２の局面によれば、複数の負荷に電力を供給するための方法が提供され
、この方法は、電源に接続するステップと、第１の負荷に第１の出力を接続するステップと、第２の負荷に第２の出力を接続するステップと、それぞれの負荷に電力を供給するために出力のうちの少なくとも１つに超容量性装置を接続するステップと、超容量性装置を充電するために入力にレギュレータユニットを接続するステップとを含む。
【００５８】
この発明の第１３の局面によれば、それぞれの負荷電流を引込む複数の負荷に電力を供給するための方法が提供され、この方法は、予め定められた範囲内の電源電圧で予め定められた最大電源電流を提供する電源に入力を接続するステップと、出力を負荷と選択的に接続し、出力電圧を提供するステップと、超容量性装置を出力と並列に設けるステップと、電源電流を予め定められた値未満に保ちながら負荷電流が提供されるように出力電圧を制御するために、入力と出力との間に制御回路を配置するステップとを含む。
【００５９】
この発明の第１４の局面によれば、それぞれの負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩN（Ｎ≧２）を引込む複数の負荷に電力を供給するための方法が提供され、この方法は、予め定められた最大値ＩSを有する電源電流で予め定められた範囲内の電源電圧ＶSを提供する電源に入力を接続するステップと、負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩNをそれぞれの予め定められた負荷電圧Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNで提供するために、出力を負荷の１つ以上と選択的に接続するステップを含み、Ｖ1≠Ｖ2、…、およびＶ1≠ＶNであり、この方法はさらに、超容量性装置を出力と並列に設けるステップと、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの１つを出力に選択的に印加するために、入力と出力との間に制御回路を配置するステップとを含む。
【００６０】
この発明の第１５の局面によれば、電力を供給する方法が提供され、この方法は、電源電流で予め定められた範囲内の電源電圧を提供する電源に入力を接続するステップと、ピーク値（ＩLP）を有するパルス負荷電流（ＩL1）を引込む負荷と出力とを接続するステップと、予め定められたピーク値（ＩOP）を有する出力電流（ＩO）を出力に供給するために、入力と出力との間に制御回路を配置するステップとを含み、ＩOP＜ＩLPであり、この方法はさらに、ＩLP≦（ＩOP＋ＩC）を保つ容量性電流（ＩC）を提供するために、超容量性装置を出力と並列に設けるステップを含む。
【００６１】
この発明の第１６の局面によれば、電力を供給する方法が提供され、この方法は、予め定められた範囲内の電源電圧を提供する電源に入力を接続するステップと、出力電圧を、その出力電圧で負荷電流を引込む負荷と接続された出力で提供するステップと、出力と並列に接続された超容量性装置を接続するステップと、出力電圧が電源電圧に実質的に等しい第１の状態と、出力電圧が実質的に電源電圧の調整された形である第２の状態との間を進むために、入力と出力との間に制御回路を配置するステップとを含む。
【００６２】
この発明の第１７の局面によれば、電力を供給する方法が提供され、この方法は、予め定められた電源電圧を提供する電源に入力を接続するステップと、出力電圧を、その出力電圧で負荷電流を引込む負荷と接続された出力で提供するステップと、出力と並列に接続された第１の状態と出力と並列に接続されていない第２の状態との間で超容量性装置を進めるステップと、電源電圧に応答して出力電圧を生成するために入力と出力との間に制御回路を配置するステップとを含み、この回路はまた、超容量性装置を第１の状態と第２の状態との間で進める。
【００６３】
この発明の第１８の局面によれば、電力を供給するための方法が提供され、この方法は、予め定められた範囲内の電源電圧を提供する電源に入力を接続するステップと、電源電圧を含むある範囲の電圧から選択された出力電圧を出力で提供するステップとを含み、出力は１つ以上の負荷と接続しており、この方法はさらに、超容量性装置を出力と並列に接続するステップと、電源電圧に応答して出力電圧を生成し、出力電流を予め定められた最大値に制限するために、入力と出力との間に制御回路を配置するステップとを含む。
【００６４】
この発明の第１９の局面によれば、第１の負荷とＬＥＤフラッシュとを有する携帯電話用の電源装置が提供され、この電源装置は、電源に接続するための入力と、第１の負荷に接続するための第１の出力と、ＬＥＤフラッシュに接続するための第２の出力と、第２の出力に接続され、ＬＥＤフラッシュに電力を供給するための超容量性装置と、入力に接続され、超容量性装置を充電するためのレギュレータユニットとを含む。
【００６５】
いくつかの実施例では、レギュレータは電源と直列であり、これらはともに超容量性装置と並列である。他の実施例では、超容量性装置および電源がともにＬＥＤフラッシュと並列になるよう、超容量性装置は入力と直列である。
【００６６】
好ましくは、電源装置は、超容量性装置を充電するための充電モードと、ＬＥＤフラッシュに電力を提供するために超容量性装置を放電するための放電モードとを含む複数のモードで動作可能である。
【００６７】
いくつかの実施例では、充電モードおよび放電モードは同時に動作する。他の実施例では、充電モードおよび放電モードは互いに独占的に選択的に動作する。好ましくは、電源装置が充電モードであるか放電モードであるかにかかわらず、第１の負荷は電力を供給される。
【００６８】
好ましくは、レギュレータユニットは、スーパーキャパシタ用の充電電流を予め定められた値未満に制限する。より好ましくは、この予め定められた値は約２アンペアである。さらにより好ましくは、この予め定められた値は約１アンペアである。
【００６９】
好ましくは、電源装置は、電源から引込まれる電流を予め定められた値に制限する。好ましくは、この予め定められた値は約２アンペアである。より好ましくは、この予め定められた値は約１アンペアである。
【００７０】
いくつかの実施例では、第１の出力は第２の出力を規定する。さらに別の実施例では、第１の出力は第２の出力を選択的に規定する。
【００７１】
いくつかの実施例では、第１の負荷は通信モジュールである。いくつかの実施例では、第１の負荷は電力増幅器である。
【００７２】
この発明の第２０の局面によれば、ＬＥＤフラッシュ用の電源装置が提供され、この電源装置は、電源に接続するための入力と、ＬＥＤフラッシュに接続するための出力と、出力に接続され、ＬＥＤフラッシュに電力を供給するための超容量性装置と、入力に接続され、超容量性装置を充電するためのレギュレータユニットとを含む。
【００７３】
この発明のさらに別の局面によれば、それぞれの負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩN（Ｎ≧２）を引込む複数の負荷用の電源装置が提供され、この電源装置は、最小電源電圧ＶSを提供する電源に接続するための入力と、負荷の１つ以上と選択的に接続し、負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩNをそれぞれの予め定められた負荷電圧Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNで提供するための出力とを含み、Ｖ1≠Ｖ2、…、およびＶ1≠ＶNであり、この電源装置はさらに、出力と並列である超容量性装置と、入力と出力との間に配置され、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの１つを出力に選択的に印加するための制御回路とを含む。
【００７４】
好ましくは、Ｖ1、Ｖ2、…、およびＶNのうちの１つ以上≧ＶSである。
ここで、添付図面を参照して、この発明の好ましい実施例を、例示のためにのみ説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７５】
好ましい実施例の説明
図１および図２を参照すると、負荷に各々電力を供給するための電源装置１および２０がそれぞれ設けられており、負荷は、デジタルカメラ（図示せず）用のフラッシュドライバ回路４の形を取っている。各電源装置は、回路４に電力を供給するための、スーパーキャパシタ８の形をした超容量性装置を含む。誘電レギュレータ１０の形をしたレギュレータユニットが、スーパーキャパシタ８を充電する。
【００７６】
各電源装置は、リチウムイオンバッテリ６の形をした電源に接続するための入力５を含む。他の実施例では、代替的なバッテリタイプを含むがこれに限定されない、代替的な電源が使用される。
【００７７】
図１の実施例では、レギュレータ１０はバッテリ６と直列であり、これらはともにスーパーキャパシタ８と並列であり、一方、図２の実施例では、スーパーキャパシタ８はバッテリ６と直列である。
【００７８】
レギュレータユニットは、スーパーキャパシタの充電電流を予め定められた値に制限する。図２の実施例では、予め定められた値は約０．５アンペアであり、一方、図１の実施例では、それは約０．１アンペアである。他の実施例では、代替的な予め定められた値が使用される。
【００７９】
図示された実施例では、レギュレータ１０は電圧レギュレータであり、より特定的には電圧ブーストレギュレータである。いくつかの実施例では、バックレギュレータまたはバックブーストレギュレータが使用される。別の実施例では、レギュレータユニットはチャージポンプの形をしている。
【００８０】
いくつかの実施例では、回路全体にわたって機能性、論理および／または選択的局面を管理するために、光制御ブロック９が使用される。いくつかの実施例では、制御ブロック９は、電源装置外部のプロセッサによって規定される。他の実施例は、電源装置１または２０は固有の自己管理のために設計される。
【００８１】
図１の実施例では、スイッチ１１および１３は、スーパーキャパシタ８の充電／放電および回路４への電力供給を管理するために、開状態と閉状態との間で進む。スイッチ１１が開き、かつスイッチ１３が閉じている場合、回路４がバッテリ６から分離され、レギュレータ１０がスーパーキャパシタ８を充電することが理解されるであろう。スイッチ１１が閉じると、回路４に電力を供給するためにスーパーキャパシタ８は放電される。いくつかの実施例では、電流リークを低減させるために、スイッチ１３が開いてスーパーキャパシタ８をバッテリ６から分離させる。しかしながら、多くの実施例においてスイッチ１３が短絡回路に置き換えられることが理解されるであろう。
【００８２】
図１およびこの明細書内のさまざまな他の図では、選択的な接続はスイッチによって表わされている。これにもかかわらず、いくつかの実施例では、負荷に選択的に電力を供給するために代替的な機構が使用されることが理解される。たとえば、いくつかの実施例では、負荷は、物理的に接続または切断されるのに対して選択的にイネーブルまたはディスエーブルにされる。これは同じ機能性を提供すること−すなわち、負荷は常に物理的に電気的に接続されているものの、選択的にしか電力供給されないということ−が理解されるであろう。他の機構は、１つ以上のＦＥＴ、トランジスタなどを含むスイッチの使用、またはレギュレータ１０をイネーブル／ディスエーブルにすることを含む。この開示のために、また、便利な視覚表示を可能とするために、スイッチは、選択的接続性を可能にする
ためのこれらのまたは他の適切な機構のいずれか１つ以上を概略的に表わすために使用される。
【００８３】
図２の実施例では、電源装置２０の機能性を管理するために、３つのスイッチ１５、１６および１７が、それらのそれぞれの開状態と閉状態との間で選択的に進む。いくつかの実施例では、これらのスイッチのすべてが使用されるわけではない。他の実施例では、さらに別のスイッチが使用される。
【００８４】
スイッチ１５、１６および１７は、レギュレータユニットがスーパーキャパシタ８を充電する充電モード、および、負荷４に電力を供給するためにスーパーキャパシタ８が放電される放電モードにおいて、電源装置が選択的に動作可能となるようにする。充電モードでは、スイッチ１５および１６は閉状態にあり、スイッチ１７は開状態にある。回路４に電力を供給することが望まれる場合、スイッチ１７は閉状態に進められ、回路４に電力を供給するためのスーパーキャパシタ８の放電を可能にする。本実施例では、放電モードでは、レギュレータ１０はスーパーキャパシタ８から分離され、そのため、スイッチ１７が閉状態に進められるときはいつでも、スイッチ１５は開状態に進められる。いくつかの実施例では、スイッチ１７が閉状態に進む場合、スイッチ１５は閉状態のままである。そのような実施例では、スーパーキャパシタ８の放電中にレギュレータ１０が何らかの負荷電流を提供することが理解されるであろう。これは、より小型のスーパーキャパシタの使用を可能にするが、バッテリ６に対する応力の増加、またはバッテリ６から引込まれる電流により、トレードオフが存在する。
【００８５】
図１および図２の実施例は、この発明の実施例を実現するための以下の２つの主な選択肢を示している：
・スーパーキャパシタ８を回路４と並列に配置する
・スーパーキャパシタ８を回路４と並列にかつバッテリ６と直列に配置する。
【００８６】
これらの選択肢の各々はそれぞれ独自の利点を有する。これらの主な選択肢の各々の利点は、この明細書全体にわたり、さらに別の実施例の説明を介して扱われる。
【００８７】
図１７は、上述の選択肢の双方を利用可能な電源装置１２０の概略図である。図１７は図２と同様の態様で提示されているが、スイッチ１７はここでは３つの状態間で進み、さらに別のスイッチ１２１が含まれている。当業者であれば、電源装置１２０のレイアウトにより、上述の直列の選択肢および並列の選択肢の双方において、スーパーキャパシタ８の極性が適切に構成されるようになっていることを認識するであろう。
【００８８】
図３を参照すると、レギュレータ１０がバッテリ６と直列であり、これらがともにスーパーキャパシタ８と並列である選択肢を同様に利用した、電源装置１の代替的な一実施例が提供されている。この実施例では、電源装置１は、電話用無線送信機３および電話と一体化されたデジタルカメラ（図示せず）用のフラッシュドライバ回路４の形をした、それぞれの負荷電流を引込む複数の内部電気パルス負荷を有する携帯電話用のものである。電源装置１は、取外し可能かつ再充電可能なマルチセル・リチウムイオン・バッテリパック６の形を取っている電話２の電源に接続するための入力５を含む。この実施例では、バッテリパック６は、予め定められた範囲内の電源電圧で予め定められた最大電源電流を提供する。出力７は、送信機３およびドライバ回路４と選択的に接続し、出力電圧を提供する。５００ｍＦのスーパーキャパシタ８の形をした超容量性装置は、出力７と並列である。他の場合、他の値を有する超容量性装置が使用される。制御ブロック９およびレギュレータ１０の形をした制御回路が、電源電流を予め定められた値未満に保ちながら負荷電流が提供されるように出力電圧を制御するために、入力５と出力７との間に配置されている。
【００８９】
出力７への各負荷の接続は、負荷が選択的に電力を供給され得るよう、選択的である。図３の実施例では、送信機３およびドライバ回路４は、制御ブロック９によって開状態と閉状態との間を進められるそれぞれの状態スイッチ１１および１２により、出力７に選択的に接続される。この実施例では、制御ブロック９は、電話２内に含まれるマイクロコントローラ・ファームウェアの一部であり、負荷が互いに独占的に出力７に接続されることを確実にする。すなわち、送信機３およびドライバ回路４のうちの一方が出力７に接続される場合、他方は接続されない。これは以下の理由によって起こる：
・負荷全体に提供されなければならないピーク電流、ひいてはバッテリパック６によって送出されなければならないピーク電流を制限するため
・レギュレータ１０が、任意の所与の時点で、複数の電圧のうちの１つを出力で提供するため。この実施例では、送信機３および回路４がそれぞれ接続されている場合、レギュレータ１０は３．６ボルトかまたは５．５ボルトを出力で提供する。送信機３が５．５ボルトを受けることは、壊滅的ではないにしろ有害であり、そのためそれは、出力での電圧がより高い電圧に上昇した場合にはスイッチ１１を開状態に進めることにより、出力７から分離される。
【００９０】
実際の問題として、２つの機能性を同時に使用できないことがユーザにとって不利になることはない。また、高強度の光がフラッシュ撮影用に必要とされる場合、回路４のみが５ボルトよりも大きい電圧を必要とすることに留意することが有用である。より低い強度の光が適当である場合、回路４はより低い電圧でより低い電流を引込む。たとえば、「フラッシュ光モード」では、回路４は通常、３．６ボルトで約２００ｍＡを引込む。そのモードでは、引込まれる総平均電流が予め定められた最大電流よりも小さければ、回路４は送信機３とともに動作可能である。
【００９１】
他の実施例では、追加の負荷が、送信機３および回路４と同時にまたは互いに独占的に、出力と選択的に接続されることが理解されるであろう。
【００９２】
スーパーキャパシタ８は、状態スイッチ１３によって出力７と選択的に接続される。このスイッチは制御ブロック９によって動作され、主として、負荷により要求される電流が低い場合にスーパーキャパシタ８を出力７から分離する。これは、再充電間の期間が長くなるという点で、バッテリパック６の動作寿命の増加に寄与する。これは、バッテリパックがスーパーキャパシタ８のリーク電流を供給する必要性の低下に起因する損失の低減から生じる。
【００９３】
負荷により要求される電流が、十分に長い期間の間低いままであり続けない場合には、スイッチ１３は排除され、スーパーキャパシタは常に負荷と並列に接続されたままとなる。また、これに代えて、スーパーキャパシタによりサポートされる負荷が定期的には使用されず、長期の不活性が通常である場合、図１１の構成が使用される。特に、スイッチ１３は、レギュレータ１０からスーパーキャパシタ８、送信機３および回路４を同時に切断するよう配置される。図１１では、図３に対応する形状構成が対応する参照番号で示されている、ということが理解されるであろう。
【００９４】
携帯電話または他の携帯型デジタル装置で、負荷のうちの少なくとも１つは、負荷電流が比較的低い待機モードと負荷電流が比較的高い動作可能モードとの間で切換わるパルス負荷である。たとえば、送信機３は、電力消費が比較的高い送信モードと、電力消費が比較的低い待機モードとの間で進むような負荷を含む。さらに、ＧＲＰＳクラス１２の送信機である送信機３によって表わされるパルス負荷は、約５０％のデューティサイクルを有する。この実施例で説明されている他方の特定の負荷であるドライバ回路４は、使用の際、約２〜１０％（通常約４〜５％）のデューティサイクルを有する。当業者であれば、他の実施例では代替的な負荷が異なるデューティサイクルを有することを、理解するであろ
う。
【００９５】
図３の電源装置は、バッテリパック６およびレギュレータ１０の双方が比較的低いピーク電流用に設計されることを可能にする。これは以下の理由によって起こる：
・負荷は通常、比較的低いデューティサイクルを有する
・制御ブロック９によるスイッチ１１および１２の動作は、任意の所与の時間間隔の間、負荷電流のうちの少なくとも１つをゼロかまたはゼロに近い値にする
・制御ブロック９によるスイッチ１３の動作は、任意の所与の時間間隔の間、スーパーキャパシタにリーク電流を供給する際のバッテリパックに対する損失を最小限にする
・送信機３および回路４のうちの一方がそれぞれの負荷電流を出力７から引込み、スーパーキャパシタ８が出力と接続されている場合、スーパーキャパシタは負荷電流に寄与する。このため、制御回路の出力から要求されるピーク負荷電流の低下が起こる。特に、レギュレータ１０から要求されるピーク電流、およびバッテリ６から要求されるピーク電流の低下が起こる。
【００９６】
スーパーキャパシタ８は、レギュレータ１０から最大許容電流を受取っている間、パルス負荷の１サイクル間の負荷電流の総計を供給するのに十分なキャパシタンスを有する。送信機３および回路４は同時には出力７と接続されないため、これによりレギュレータ１０は、比較的高い電力モードにある場合に送信機によって必要とされる電流の平均に近いピーク電流を供給するよう設計されるようになる。このような実施例では、所与の時間間隔の間、単一の負荷電流のみがゼロではない値を有する。この場合、スーパーキャパシタの容量は、最も多くのエネルギを要求している負荷の単一のサイクル中に、そのようなサイクルに供給するのに十分でありさえすればよい。しかしながら、いくつかの実施例では、２つ以上の負荷が同時に出力に接続され、そのため、バッテリパック６およびレギュレータ１０は、そのような負荷の組合せに固有の必要なピーク電流を提供するよう構成されなければならない。この場合、バッテリパック６およびレギュレータ１０により供給される電流は、組合された負荷の１サイクルにわたる平均電流であり、一方、スーパーキャパシタ８は組合された負荷に、バッテリパック６およびレギュレータ１０により供給される電流と負荷の組合せにより供給されるピーク電流との差を提供する。
【００９７】
スイッチ１１、１２および１３は、制御ブロック９に応答して、開設定と閉設定との間で進む。好ましくは、これらのスイッチはそれぞれトランジスタであり、より好ましくはそれぞれＦＥＴである。
【００９８】
制御ブロック９は、スイッチ１１、１２および１３の状態を判断するための複数の変数に応答する。たとえば、この実施例では、制御ブロック９は、スーパーキャパシタ８を出力と接続させるか否かを判断するための予め定められたしきい値を、負荷電流が下回っていることに応答する。しかしながら、他の実施例では、負荷電流が予め定められた期間、しきい値を下回ると、超容量性装置は出力から選択的に電気的に切断される。他の実施例では、負荷電流がしきい値を下回り、かつ出力電圧が電源電圧未満であると、超容量性装置は出力から選択的に電気的に切断される。他の実施例では、カメラ付電話で写真を撮影するといった、ユーザが選択した機能に依存して、制御ブロック９はスイッチ１１、１２、１３の状態を設定する。
【００９９】
上述の実施例のいくつかの主要原則は、以下のように表わされ得る。
第１に、負荷はそれぞれの動作電圧を含んでおり、それらの動作電圧のうちの少なくとも１つは、他のすべての動作電圧と異なる。より特定的には、負荷は、動作電圧Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNでそれぞれの負荷電流Ｉ1、Ｉ2、…、ＩNを引込み、ここで、Ｎ≧２、およびＶ1≠Ｖ2、…、ならびにＶ1≠ＶNである。制御回路は、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNを出力で選択的に提供するよう、出力電圧を制御する。より特定的には、制御ブロック９は、Ｖ1、Ｖ2、
…、ＶNを出力で選択的に提供するよう、レギュレータ１０をスイッチ１１、１２および１３とともに制御する。
【０１００】
出力で提供されるこれらの異なる負荷電圧は、単一のスーパーキャパシタが通常、出力と並列に保たれている間に、そのように提供されることが理解されるであろう。
【０１０１】
第２に、Ｖ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの少なくとも１つは、予め定められた電源電圧よりも大きい。すなわち、制御回路は、バッテリパック６により提供される電源電圧よりも大きいＶ1、Ｖ2、…、ＶNのうちの少なくとも１つに、またはその付近の値に出力電圧を選択的に保つよう動作可能なレギュレータ１０を含む。他の実施例では、レギュレータは、バッテリパック６により提供される電圧が負荷を介して直接印加されることを可能にするよう、選択的にディスエーブルにされる。これは、状況がそのような接続を可能とする時間の間、レギュレータは不要となるため、効率の増加をもたらす。
【０１０２】
この発明のいくつかの実施例では、レギュレータ１０は、バッテリパック６により提供される電圧よりも大きい出力電圧を提供するブースト回路である。他の実施例では、レギュレータ１０は、バッテリパック６により提供される電圧よりも大きい、または小さい、もしくはほぼそれに等しい出力電圧を提供するバックブースト回路である。
【０１０３】
バッテリパック６により提供される電圧および電流は、たとえばバッテリパック内のバッテリの放電特性、バッテリの内部抵抗、およびバッテリパック内で使用される任意の関連電子保護回路に起因して、時間とともに変わる。最終的には、バッテリパックは消耗され、電話２はもはや動作しない。しかしながら、バッテリパック６により供給される異なる負荷によって引込まれるピーク電流のはるかにより小さい相違に起因して、すなわち、負荷と並列のスーパーキャパシタ８の使用に起因して、それ以外の場合よりも多くの動作時間をバッテリパックから得ることが可能である。
【０１０４】
他の実施例では、電源は、燃料電池、またはエネルギの他の携帯型蓄積装置である。さらに別の実施例では、電源は本線の電源である。より好ましくは、電源は調整された電源である。いかなる場合も、負荷と並列のスーパーキャパシタ８、または他の超容量性装置の使用は、以下のものを少なくする効果を有する：
・所与のパルス負荷について電源が経験するピーク電流
・異なる負荷に起因して電源が経験するピーク電流の広がり。
【０１０５】
当業者には理解されるように、大きなキャパシタンスは、電流および電力平均化効果をもたらす。重要なことに、図３の電源装置内の主なキャパシタンス、すなわち、スーパーキャパシタ８により提供されるキャパシタンスは、バッテリパックにとってだけではなくレギュレータにとっても下流に配置される。したがって、達成される平均化効果は、バッテリパック６により入力５に送出される必要がある電流と、レギュレータ１０により出力７に送出される必要がある電流との双方に関する。これにより、以下のうちの１つまたはそれらの組合せが可能になる：
・バッテリパックおよびレギュレータのサイズの減少、ひいては電話２のサイズの減少
・再充電間の期間がより長くなった状態での、電話２への同じ機能性の提供
・電話２における付加的機能性の提供。
【０１０６】
スーパーキャパシタ８により提供されるキャパシタンスの値は、携帯電話または他の機器内で対応する体積を占めている従来のキャパシタにより提供されるものよりも、１桁以上大きい。
【０１０７】
上述の実施例において行なわれてきたように、レギュレータの負荷側に大きなキャパシ
タンスを印加すること、ましてや超容量性装置を用いてそれを行なうことは、直感ではわからないことである、ということが発明者等により理解されている。なぜなら、レギュレータの負荷側のそのような低インピーダンス装置は、レギュレータおよび／またはバッテリに負荷をかけ過ぎる突入電流を作り出すためである。しかしながら、必要とされるレギュレータおよびスイッチ１１、１２および１３を上回る最小限のハードウェア複雑性により、そのような電流を防ぎつつ、かなりの付加的利点も達成することが可能であることも、発明者等は理解している。これらの利点を、この発明の以下の実施例を参照してさらに説明する。
【０１０８】
図４を参照すると、内蔵デジタルカメラを有するバッテリ電源式携帯電話（「カメラ付電話」と呼ばれる）の一部である回路２１が概略的に示されている。同じ原理が、携帯電話およびカメラ機能を有するＰＤＡに適用可能であることが、当業者により理解されるであろう。
【０１０９】
回路２１の機能は、ＬＥＤ−この実施例ではカメラ用フラッシュ光として使用される−か、またはＧＰＲＳ通信モジュールにピーク電力を提供することである。他の実施例では、通信モジュールは、ＧＳＭ規格またはＣＤＭＡ規格のうちの１つ以上に従って動作する。本実施例に戻ると、回路２１は以下のような通信モジュールでの使用に好適である：
・シーメンス（Siemens）ＭＣ４５
・ウェブコム（Wavecomm）Ｑ２４００。
【０１１０】
さらに別の実施例では、回路２１は、以下のようなＧＳＭ、ＧＰＲＳまたはＣＤＭＡ通信用のＲＦ電力増幅器用に構成されている：
・モトローラ（Motorola）ＭＲＦＩＣ０９７０
・モトローラＭＲＦＩＣ１８７０
・日立ＰＦ０８１２２Ｂ。
【０１１１】
「ブースト制御」の形をしたバッテリおよびレギュレータは、通信モジュールおよびＬＥＤの双方を動作するのに必要なピーク電力を同時には提供できない。便宜上、図４におけるさまざまな回路ブロックに入力される電力を示すために、Ｖ+を用いる。しかしながら、さまざまな回路ブロックへのこれらの入力が常に等しいというわけではない、ということが理解されるであろう。特に、回路ブロックのうちのいくつか−ピーク電流が低いもの−では、Ｖ+がバッテリの正の端子、すなわちレギュレータの入力に直接、連続的に接続されている。しかしながら、通信モジュールといった他の回路ブロックでは、Ｖ+はレギュレータの出力に選択的に接続される。この電圧は、２セルスーパーキャパシタＳＣＡＰの両端の電圧でもあるが、ＶSCAPと呼ばれる。
【０１１２】
カメラ付電話、ＰＤＡ、および同様の携帯型電子装置は、それらの機能性の多くを実現するマイクロコントローラを有する。本実施例では、制御ブロック２２はマイクロコントローラ・ファームウェアの一部として実現されている。しかしながら、そのマイクロコントローラが２つ未満のＡ／Ｄ入力と不十分なデジタルＩ／Ｏとを有する実施例では、この機能性は、マイクロコントローラ・ファームウェアと外部インターフェイシングハードウェアとの組合せとして実現され得る。さらに別の実施例では、この機能性は、任意のマイクロコントローラに加え、ハードウェアにおける実現を介して提供される。
【０１１３】
回路２１の主要な特徴を以下に説明する。これらの特徴は、図２の回路を動作させるために制御ブロックによって使用される論理を示す表である表１の情報に照らして読むべきである。
【０１１４】
回路２１は、ブースト制御２３として示された標準チップの周りに基づく、ブーストコ
ンバータの形をした電圧レギュレータを含む。ブーストコンバータは電圧を、どの時点においても以下のいずれかを駆動するために必要な電圧に設定する：
・フラッシュ機能が必要とされる場合、ＬＥＤ  Ｄ２（表１ではＦＬＡＳＨモードのＶFLASHとして示されている）；または
・通信が必要とされる場合、通信モジュール２４（表１ではＣＯＭＭＳモードのＶCOMMSとして示されている）。
【０１１５】
いくつかの実施例では、ＬＥＤ  Ｄ２は並列の多数のＬＥＤによって規定される。さらに別の実施例では、ＬＥＤ  Ｄ２は直列の多数のＬＥＤによって規定されるが、これはマルチセル超容量性装置を必要とすることが理解されるであろう。
【０１１６】
ブーストコンバータにより生成される電圧は、図４ではＶBOOSTとして示されており、任意の負荷に印加されるのは、この電圧からＦＥＴ  Ｑ３の両端に現われる任意の電圧降下を減じたものである。当該負荷−ＬＥＤ  Ｄ２および通信モジュール２４−に対し、必要とされる負荷電圧−それぞれＶFLASHおよびＶCOMMS−の値が異なることが理解されるであろう。本実施例では、ＶFLASHおよびＶCOMMSの値はそれぞれ約５．５ボルトおよび３．６ボルトである。他の実施例では、ＶFLASHおよびＶCOMMSとは異なる電圧にＶBOOSTが選択的に設定されることを要求する追加の負荷が含まれる。
【０１１７】
ブーストコントローラは、存在する負荷に依存して、ＶFLASHまたはＶCOMMSのいずれかになるよう、ＶBOOSTを選択する。この電圧の値は、ブーストコンバータの基準電圧入力ＶREFを設定することにより制御される。この実施例ではその電圧は制御ブロック２２から直接制御されるが、他の実施例では代替的な構成が使用される。一代替例は、関連する入力を抵抗分割器により提供される電圧基準に接続すること、およびＦＥＴを用いて、さらに別の抵抗を必要に応じて回路内および回路外となるよう切換えることである。この一例を図５に概略的に示す。Ｄ／Ａコンバータ、または他の構成要素の使用を含む他の構成が可能であることが理解されるであろう。
【０１１８】
図４のブーストコンバータは、ブースト制御２３の外部にあり、スイッチング用のダイオードＤ１と組合されて含まれているＦＥＴ  Ｑ２を有する。当業者により理解されるように、スイッチングは、他の構成要素と組合されたインダクタＬ１に、Ｖbattよりも大きいＶBOOST用の値を生成させるために起こる。ＦＥＴ  Ｑ２およびダイオードＤ１の組合せに対する他の代替例は、以下を含む：
・Ｄ１がＰＦＥＴによって置き換えられた同期ブーストコンバータ
・ＩＣの内部に同様の構成要素を含むブーストコンバータＩＣ。
【０１１９】
ここの開示の恩恵により、当業者には他の組合せが明らかであろう。
所与の負荷についてバッテリ電圧ＶbattがＶBOOSTよりも小さい場合、制御ブロック２２は、ブースト制御２３のピンＥＮをハイに保つことにより、ブーストコンバータをイネーブルにする。同時に、制御ブロック２２は、ＦＥＴ  Ｑ１がオフとなるよう、ＦＥＴ  Ｑ１のゲートをハイにする。逆に、バッテリ電圧Ｖbattが必要なＶBOOSTよりも大きいかまたはそれに等しい場合、ブーストコンバータはディスエーブルにされ、Ｑ１はオンにされる。
【０１２０】
事象のこの組合せは、バッテリが高充電状態にある場合には回路２１の効率を高め、バッテリが低充電状態にある場合には回路２１が引続き動作することを可能にする。さらに、レギュレータの負荷側におけるスーパーキャパシタの使用により、バッテリに対するピーク電流負荷が低下するため、これも、バッテリからより多くのエネルギを引込む能力の増加に寄与する。特に、バッテリの内部抵抗に起因するＶbattのピーク降下が減少する。
【０１２１】
いくつかの実施例では、Ｖbattが約１．５ボルトになるまで回路２１および関連する携帯電話を動作させることが可能である。リチウムイオンバッテリの場合、それは、バッテリへの損傷を防ぐために、このレベルにまでは消耗されない。しかしながら、それは通常約３ボルトにまで消耗され、その時点では、バッテリに残っているエネルギは非常に少ない。それはまた、直列の２つの単３電池、または直列の３つの単３電池といった代替的なバッテリによって回路２１が電力を供給されるようにするという利点を有する。この機能性により、電話のユーザは、標準バッテリが放電されて使用が望まれる時点の前に再充電できない場合に、コスト効果の高い短期の電源装置を探し求めることができるようになる。これは、非常事態において特別の利点を有する。
【０１２２】
携帯型電子装置用のバッテリパックは通常、１つ以上の再充電可能なバッテリと、充電中、再充電中、および使用中にそれらのバッテリに損傷を与える危険を低減させるための保護回路とを含む。保護回路は、Ｖbattが「シャットダウン電圧」にまで低下することに応答して、バッテリのさらなる放電を防止する。これは、バッテリによっては重要である。なぜなら、低過ぎるレベルにまで放電することは、バッテリへの損傷の危険を高めるためである。しかしながら、一次バッテリについては、通常約１．５ボルトであるブーストコンバータの最小入力電圧をバッテリ電圧が下回るまで、回路２１は動作する。
【０１２３】
回路２１は、２セルスーパーキャパシタＳＣＡＰの形をした単一の超容量性装置を含む。このスーパーキャパシタはキャップ−エックス・エックス・リミテッドにより製造され、ＧＳ２０６と呼ばれている。他の実施例では代替的なスーパーキャパシタが使用されることが理解されるであろう。
【０１２４】
スーパーキャパシタＳＣＡＰは、フラッシュが必要な場合にはＬＥＤ  Ｄ２に、通信が必要とされる場合には通信モジュール２４にパルス電流を提供する。
【０１２５】
スーパーキャパシタＳＣＡＰは、ブースト制御２３およびＦＥＴ  Ｑ３を介して充電される。この組合せは、レギュレータにより提供される電流が制御され、ひいては、スーパーキャパシタＳＣＡＰが低充電状態にある場合にそれへの突入電流を制限することを可能にする。レギュレータの出力電圧が、レギュレータへの入力電圧（Ｖbatt）からダイオードＤ１の両端の電圧降下を減じたものより一旦大きくなると、ブースト制御２２における電流制限機能のみが働くことが理解されるであろう。ダイオードＤ１の両端の電圧降下は通常約０．５ボルトであるため、ＶBOOST＞Ｖbatt−０．５ボルトである場合、レギュレータは電流を制限することにのみ効果的である。
【０１２６】
この条件が満たされるまで、ダイオードＤ１は導通し、電流はインダクタＬ１およびダイオードＤ１を通って負荷に流れる。
【０１２７】
スーパーキャパシタＳＣＡＰが充電を必要とする場合、制御ブロック２３は、ＶBOOST＞ＶbattになるまでＦＥＴ  Ｑ３をオフにし、次にＦＥＴ  Ｑ３をオンにする。一旦この状態になると、スーパーキャパシタＳＣＡＰはＶBOOSTのレベルにまで漸進的に充電される。
【０１２８】
ＦＥＴ  Ｑ３および関連する制御論理に対する一代替例は、図９に示すようなＰＮＰトランジスタの使用である。参照を容易にするため、ＰＮＰトランジスタをトランジスタＱ３と呼ぶ。このトランジスタは、ＶBOOSTがＶbattよりも約０．７ボルト大きくなるまで導通せず、その時点では、トランジスタＱ３をオンにするのに十分なベース−エミッタ電圧がある。図１０は、この実施例のための充電電流およびスーパーキャパシタ電圧を示しており、ブースト電流制限は約６００ｍＡに設定されている。
【０１２９】
ＦＬＡＳＨモードに必要なＶBOOSTの値が、通信モジュール２４の電力入力で許容可能な最大電圧よりも大きい場合には、回路２１がＦＬＡＳＨモードにある場合にモジュール２４を分離するためにＦＥＴ  Ｑ４が含まれる。
【０１３０】
ＦＬＡＳＨモードに必要なＶBOOSTの値がスーパーキャパシタＳＣＡＰの動作寿命を短くしていると思われる場合には、ＦＬＡＳＨモードが必要とされない場合にＶBOOSTが低下される。たとえば、この実施例では、制御ブロック２２はタイムアウト期間を抑える。最後のユーザ作業が起こってからタイムアウト期間の間、カメラ付電話がＦＬＡＳＨモードのままである場合には、ユニットは非ＦＬＡＳＨモードに復帰し、ＶBOOSTはＣＯＭＭＳモードで必要とされるレベルにまで低下される。この実施例ではタイムアウト期間は１分であるが、他の実施例ではタイムアウト期間は異なる。通常、タイムアウト期間は約３０秒〜約５分の範囲内にある。上述のユーザ作業は、たとえばカメラの焦点を合わせること、写真を撮ること、カメラ用のモードを選択することといった作業を例として含む。
【０１３１】
図４に示す実施例では、スーパーキャパシタをＶFLASHからＶCOMMSへと迅速に放電するために、ＦＥＴ  Ｑ５および抵抗Ｒ３が含まれている。他の実施例では、ＦＥＴ  Ｑ５および抵抗Ｒ３は省略され、スーパーキャパシタはダイオードＤ２、ＦＥＴ  Ｑ６、および抵抗Ｒ４を介して放電される。
【０１３２】
別の実施例では、ＬＥＤ  Ｄ２を駆動するために必要な順方向電圧が十分低いので、ＶFLASHは通信モジュール２４用の最大動作電圧よりも小さい。そのため、回路２１は以下の簡素化を含む：
・ＶBOOST＝ＶFLASH＝ＶCOMMSであるので、ＶBOOSTは単一の値に固定される。これにより、ブーストコンバータ（または他の実施例ではバックブーストコンバータ）に対する電圧基準が固定されるようになる。すなわち、現在ブースト制御２３から電流を引込んでいる負荷にＶBOOSTが整合されることを確実にするために、制御ブロック２２が基準電圧を選択する必要は、もはやない
・表１の状態７〜１２は必要とされない
・通信モジュール２４のＶ＋が直接ＶSCAPに接続可能であるため、ＦＥＴ  Ｑ４は必要とされない
・スーパーキャパシタＳＣＡＰをＶFLASHからＶCOMMSへと放電するために、ＦＥＴ  Ｑ５およびその関連する制御論理はもはや必要ない。したがって、ＦＥＴ  Ｑ５に加え、制御ブロック２２において抵抗Ｒ３および関連する制御論理なしで済ますことも可能である。
【０１３３】
制御ブロック２２、カメラ付電話で使用されている他の回路２７、およびＬＥＤ電流制御２８の最大動作電圧がすべてＶFLASHよりも小さい場合、それぞれの電力供給ピンは、いくつかの実施例では、ＶbattにではなくＶBOOSTに直接接続され、より良好に調整された電源を提供する。加えて、この代替例により、回路２１は、バッテリが非常に低い充電状態にある場合でも動作できるようになる。なぜなら、ブーストコンバータがＶBOOSTをＶbattよりも大きいレベルに保つよう動作できるからである。カメラ付電話内のさらに別のどの回路も、バッテリから直接というよりはむしろブーストコントローラの出力側から、電力を引込むことができる。そのような他の回路は、たとえば、他の電圧レギュレータ、およびＤＣ−ＤＣコンバータ、または他の電源装置を含む。
【０１３４】
上述のように、スーパーキャパシタＳＣＡＰは、２つのセルが直列接続されたマルチセルスーパーキャパシタである。各セルは約２．５ボルトの公称動作電圧を有する。スーパーキャパシタに永続的に損傷を与えることなく、この電圧を上回ることは可能であるが、より高い電圧でより長い期間動作することはスーパーキャパシタの有効寿命を劣化させるおそれがある。十分な電圧が一旦印加されると、スーパーキャパシタは最終的には壊れる
。
【０１３５】
スーパーキャパシタＳＣＡＰは、ある電圧下で保たれるとリーク電流を引込む。さらに、スーパーキャパシタのセル間で電圧のバランスを取るために、平衡用回路３１が使用される。回路３１の目的は、いずれか一方のセルが過電圧となってスーパーキャパシタに損傷を与えることを防止することである。この実施例は平衡用回路の最も単純な形のうちの１つを含んでおり、それは、スーパーキャパシタＳＣＡＰの各セルと並列になっている、２つの直列接続された等しい値の抵抗Ｒ１およびＲ２を含んでいる。抵抗Ｒ１およびＲ２は平衡用抵抗と呼ばれる。
【０１３６】
平衡用回路３１も電流を引込む。スーパーキャパシタＳＣＡＰのリーク電流と回路３１により引込まれる電流との組合せは、カメラ付電話がオフとなっている場合、または待機モードにある場合のバッテリの望ましくない浪費の元である。一選択肢は、制御ブロック２２が、そのような低負荷電流要件の期間中に、ブースト制御２３およびＦＥＴ  Ｑ３の双方をオフにすることである。カメラ付電話が送信しそうであることを制御ブロック２２が感知すると−たとえば、ユーザが電話をかけるべき電話番号の入力を開始すると−、スーパーキャパシタＳＣＡＰはＦＥＴ  Ｑ３を介して要求される電圧にまで漸進的に充電される。この漸進的充電は、スーパーキャパシタ突入電流を制御するために行なわれる。この実施例では、制御ブロック２２およびカメラ付電話の他の回路２７はＶbattから直接電力を供給され、そのため、スーパーキャパシタＳＣＡＰの充電状態とは独立してイネーブルにされる。
【０１３７】
他の実施例では、上述のように、制御ブロック２２、他の回路２７、およびＬＥＤ電流制御２８はＶBOOSTから電力を供給される。それらの実施例では、スーパーキャパシタおよび平衡抵抗からのリーク電流からの損失の減少は、低負荷電流要求の期間において、ブースト制御２３をイネーブルのままにし、かつＦＥＴ  Ｑ３をオフにすることによって達成される。
【０１３８】
また、これに代えて、通信モジュール２８が周期的に送信を要求される場合、ＦＥＴ  Ｑ３はオンのままにされる。これは、たとえば、ネットワークからのポーリングに応答して起こる。この場合、バッテリまたは他の電源は、図４に示す平衡回路からのエネルギ損失を許容しなければならない。これに対する改良は、非常に低電流の能動平衡回路を使用することである。通常、低電流能動回路からの電流は、スーパーキャパシタリーク電流を含め、約５μＡ未満であろう。
【０１３９】
他の実施例では、ＦＥＴ  Ｑ３は図１２に示すように配置される。これは、スーパーキャパシタおよび関連する平衡回路をブースト制御２３の出力から切断しつつ、通信モジュール２４が電力供給を受けてネットワークからのポーリングに応答できるようにしておく。ポーリングへの応答は通常、１つのＧＰＲＳタイムスロット（すなわち５７７μＳ）のみであり、それは、いくつかの実施例では、スーパーキャパシタＳＣＡＰにより提供されるものよりも小さいキャパシタンスによってサポートされている。
【０１４０】
表１は、回路２１において使用される論理を提供している。当業者を支援するために、以下の見解が提供される。
【０１４１】
Ｖbattはバッテリ電圧であり、通信モジュール２４用の公称または必要負荷電圧ＶCOMMSより大きくても小さくてもよい。
【０１４２】
通信モジュール２４はＶbattの最大可能値から直接動作すると仮定される。Ｖbatt＞ＶCOMMSである場合、通信モジュールは、バッテリおよびスーパーキャパシタＳＣＡＰによ
って直接電力を供給される。すなわち、ＦＥＴ  Ｑ１、Ｑ３およびＱ４はオンであり、ブースト制御２３はディスエーブルにされている。
【０１４３】
いくつかの実施例では、図４のブーストのみのレギュレータのトポロジーの代わりに、図６に示すバックブーストレギュレータのトポロジーが使用される。これにより、バイパスＦＥＴ  Ｑ１および関連する論理に対する必要性がなくなる。さらに、インダクタ経路に電流センスがある場合、これにより、ＦＥＴ  Ｑ３およびその関連する論理に対する必要性がなくなる。しかしながら、いくつかの実施例では、（上述のような）バックブーストレギュレータの出力からスーパーキャパシタを切断することが望ましく、そのため、ＦＥＴ  Ｑ３は保持される。
【０１４４】
ＬＥＤ  Ｄ２にパルス電力を供給するためにスーパーキャパシタがその電圧まで充電される必要がある最小電圧は、回路を依然として十分に動作可能に保ちつつバッテリがその電圧まで放電する最小電圧よりも大きい。このため、ブーストコンバータまたはバックブーストコンバータの形をしたレギュレータが使用される。
【０１４５】
ブーストコンバータが使用される場合、ＦＥＴ  Ｑ３の制御のためにＶbattとＶBOOSTとの比較を実行することは、ヒステリシス効果に対する補償を最適に含む。
【０１４６】
ＤＶは、関連するＦＥＴをオンにする前にスーパーキャパシタがその電圧まで充電されなければならないターゲット電圧からの公差である。あらゆる場合について１つの表記、すなわち「ＤＶ」が使用されているが、異なる場合では、ＤＶは列挙された状態の各々について同じまたは異なる値を有する、ということが理解されるであろう。
【０１４７】
ピーク電流を抑えるには、放電されたスーパーキャパシタを充電する際に突入電流を制御することが必要である。それを行なうためのいくつかの方法論がＰＣＴ／ＡＵ０２／０１７６２に開示されており、その主題はここに相互参照により援用される。ブーストコンバータまたはレギュレータにおける電流制限機能の典型的な実現は、レギュレータにより提供されるブースト電圧がそのレギュレータへの入力電圧よりも大きくなるまで、スーパーキャパシタ突入電流を制限しない。これは、通常の電流センス機能がしばしば、ＦＥＴ
Ｑ２の接地脚において実現されているためである。図４に示すように、その接地脚はＦＥＴ  Ｑ２のソースである。
【０１４８】
レギュレータの出力電圧が、レギュレータの入力電圧からダイオードＤ１の両端のダイオード降下を減じたものよりも小さい場合、以下のことが起こる：
・ＦＥＴ  Ｑ２はオフになる
・アクティブである電流センスはない
・電流はＬ１およびＤ１を通って流れる。
【０１４９】
この発明の実施例は、突入電流が防止されるかまたは少なくとも制御されることを確実にするよう構成されている。この明細書に含まれる２つの解決策は、図４および図６にそれぞれ提供されているものである。最初に図４に戻ると、回路２１は、ＦＥＴ  Ｑ３と、入力電圧（Ｖbatt）を出力電圧（ＶBOOST）と比較するためのヒステリシス付比較器とを含む。この実施例の入力電圧は二次バッテリにより提供されるが、他の実施例では、それは、必ずしもバッテリではない異なる電源により提供されることが理解されるであろう。
【０１５０】
ヒステリシス値はＶＤ１の２倍に設定され、ここで、ＶＤ１は、Ｄ１が導通し始めた際のＤ１の両端の電圧降下である。図４から確認されたように、ダイオードＤ１はショットキダイオードであり、通常約５００ｍＶの電圧降下ＶＤ１を有する。他の実施例では、代替的なダイオードおよびヒステリシス値が使用される。
【０１５１】
ＶBOOST＞（Ｖbatt＋ＶＤ１）である場合、ＦＥＴ  Ｑ３はオンになる。これは、キャパシタＣ２をスーパーキャパシタＳＣＡＰへと放電させる。ＶBOOST＜（Ｖbatt−ＶＤ１）である場合、ＦＥＴ  Ｑ３はオフにされる。これは、ブースト制御２３がキャパシタＣ２をもう一度充電することを可能にする。ＶBOOST＜（Ｖbatt−ＶＤ１）である場合、ダイオードＤ１はちょうど導通し始めたばかりであるので、過度の突入電流も防止される。突入電流を防止するためにＶbattとＶBOOSTとの電圧差が十分に小さくなるよう、スーパーキャパシタＳＣＡＰに対する充電がなされるまで、このサイクルは続く。
【０１５２】
図７は、この発明の実施例で使用される突入電流制限機能の１つの可能なハードウェア実現化例を示す。図８は、スーパーキャパシタが充電されている際のスーパーキャパシタ電圧およびバッテリ電流のＳＰＩＣＥシミュレーションである。他の実施例では、ヒステリシス値はＶＤ１未満に設定され、その結果、スーパーキャパシタを充電するのにより長い時間がかかる。
【０１５３】
比較機能は、他の実施例において、Ａ／Ｄコンバータおよびマイクロコントローラを用いて実現される。マイクロコントローラは以下のアルゴリズムを実行する：
・ＶBOOST＞（Ｖbatt＋ＶＤ１）である場合：ＦＥＴ  Ｑ３をオンにする
・ＶBOOST＞（Ｖbatt−ＶＤ１）である場合：ＦＥＴ  Ｑ３をオフにする。
【０１５４】
いくつかの実施例では、Ａ／Ｄコンバータ、およびＡ／Ｄへの２つ以上の入力チャネルを切換える能力は、マイクロコントローラにおいてすでに利用可能である。従って、そのような実施例では、完全な機能性がファームウェアにおいて実現される。マイクロコントローラＡ／Ｄへの入力チャネルが１つだけ利用可能である代替的な実施例では、ＶbattおよびＶBOOSTは、マイクロコントローラの外部の２つのＦＥＴまたはアナログスイッチを用いて、この入力チャネルに切換えられる。別の代替例は、マイクロコントローラの外部のＡ／Ｄコンバータを使用することである。マイクロコントローラはＶbattまたはＶBOOSTをＡ／Ｄの入力に適宜切換え、結果を読取る。次に、上述のアルゴリズムに従ってＦＥＴ  Ｑ３のゲートが制御される。
【０１５５】
電流を制限するためにＦＥＴ  Ｑ３を使用する利点は以下のとおりである：
・突入電流制御のためのハードウェア実現化例について：ＶBOOSTは（Ｖbatt＋比較器で使用されるヒステリシス電圧の半分）と同じくらい低く設定可能である
・突入電流制御のためのファームウェア実現化例について：ヒステリシスは、ＶBOOST＞Ｖbattである場合にはＦＥＴ  Ｑ３をオンにすることにより、ＶBOOST＜（Ｖbatt−ＶＨ）である場合にはＦＥＴ  Ｑ３をオフにすることにより、簡単にオフセット可能であり、ここで、ＶＨは、バッテリから流れる電流を最大限度よりも下に抑えるよう設定される。ＶBOOSTがＶbattに設定されるようになるため、ＶＤ１はＶＨとして適した選択であることがわかっている
・ＦＥＴ  Ｑ３はオフかオンであり、スイッチング中、瞬時を除き、決してその線形領域にはいないため、ＦＥＴ  Ｑ３における電流損失はほとんどない。これにより、ＦＥＴ
Ｑ３は小型の装置となり得る。
【０１５６】
スーパーキャパシタへの突入電流を制限するかまたは防止すための第２の解決策を、図９に示す。この特定の実現化例では、回路４１はトランジスタＱ３を含み、それは、型式番号がＺＸＴ１３Ｐ１２ＤＥ６であるＢＪＴである。他の実施例では、異なるトランジスタが使用される。トランジスタＱ３は以下の目的のために選択される：
・スーパーキャパシタＳＣＡＰの充電中にそれが受ける電力散逸を管理する
・低飽和電圧を有する。それは次に電力散逸を低下させる。
【０１５７】
回路４１では、ブースト制御２３への電圧フィードバック入力（ＶFB）がスーパーキャパシタ電圧（ＶSCAP）に接続されている。ブースト制御２３がイネーブルにされると、キャパシタＣ２は充電される。しかしながら、フィードバック入力がＶSCAPに接続されているので、ＶFBは０ボルトのままである（スーパーキャパシタが十分に放電されていると仮定する）。キャパシタＣ２での電圧（ＶBOOST）がＶbattとトランジスタＱ３のベース−エミッタ・ターンオン電圧との合計よりも大きい場合、そのトランジスタはオンとなり、スーパーキャパシタの部分的充電を可能にする。この充電中、電流を制限するブースト制御２３の通常の機能が動作する。抵抗Ｒ５は、抵抗Ｒ５を通る電流が過度になることなくトランジスタＱ３が飽和を達成することを可能にするよう選択される。抵抗Ｒ５用の典型的な値は、約２７オーム〜１００オームの範囲内にある。
【０１５８】
回路４１の主な利点のうちの１つは、それが特別な論理制御を必要としないことである。しかしながら、重要なことには、この回路は、ＶBOOSTが（Ｖbatt＋ＶBE）よりも常に大きい用途にとって最も好適であり、ここで、ＶBEはトランジスタＱ３のターンオン電圧である。通常、ＶBEは約０．６ボルトである。ＶBOOST＞（Ｖbatt＋０．６ボルト）である場合、トランジスタＱ３のコレクタおよびベースにより形成されるｐｎ接合を通って電流が流れることを防止するために、トランジスタＱ３のコレクタとスーパーキャパシタとの間にＤ１と同様の別のショットキダイオードを配置することが有益である。
【０１５９】
図１０は、充電中のスーパーキャパシタがＣＡＰ−ＸＸ  ＧＷ２０１スーパーキャパシタである場合の回路４１の実験波形を示す。このスーパーキャパシタの特徴は、キャパシタンスが３００ｍＦ、およびＥＳＲが８０ｍΩであることである。スーパーキャパシタは、レギュレータの出力側に配置され、Ｖbattが３ボルト、バッテリ電流制限が５００ｍＡであるバッテリから、３．８ボルトにまで充電される。
【０１６０】
上述の実施例のうちのいくつかは、ＦＥＴ  Ｑ３を制御する比較機能のために、ヒステリシスと組合された電流制限機能を用いる。その組合せが実施される場合、バッテリから直接、通信モジュール２４に電力を供給するためのＶBOOSTおよび最小バッテリ電圧の選択に対し、何らかの考慮を行なうべきである。
【０１６１】
ＦＥＴ  Ｑ３が以下の論理により制御される場合を取上げる：
・ＶBOOST＞Ｖbatt＋ＶHである場合、ＦＥＴ  Ｑ３をオンにする
・ＶBOOST＜Ｖbatt−ＶLである場合、ＦＥＴ  Ｑ３をオフにする。
【０１６２】
ここで、ＶHは高ヒステリシス電圧、ＶLは低ヒステリシス電圧である。通信モジュール２４が、バッテリにより直接というよりもむしろブースト制御２３により電力を供給される場合に、ＶCOMMSがブースト制御２３からの出力電圧であるならば、ブースト制御２３およびＦＥＴ  Ｑ１を以下の論理により制御することが最適である：
・Ｖbatt＞ＶCOMMS−ＶLである場合、ブースト制御２３をディスエーブルにし、ＦＥＴ
Ｑ１をオンにする
・Ｖbatt＜ＶCOMMS−ＶLである場合、ブースト制御２３をイネーブルにし、ＦＥＴ  Ｑ１をオフにする。
【０１６３】
これを実現するために、制御ブロック２２における状態はそれ相応に変更される。
【０１６４】
【表１−１】
2008529177.tif 000003
【０１６５】
【表１−２】
2008529177.tif 000004
【０１６６】
図４に提供されたブースト制御＋バイパスＦＥＴ  Ｑ１の構成に対する一代替例として、バックブーストコントローラの形をしたレギュレータが使用される。バックブーストコ
ントローラにより提供される調整を含むこの発明の一実施例が図６に示されており、そこでは、対応する形状構成は対応する参照符号で示されている。図６は、以下の主要な利点を有する回路５１を提供する：
・図４の回路と比べると、ＦＥＴ  Ｑ１およびその関連する制御論理がない
・電流がインダクタＬ１へと流れているのをバックブーストコンバータが感知すると、ＦＥＴ  Ｑ３はもはや電流制御には必要とされない。なぜなら、これはコンバータ自体により制御可能なためである。図示された実施例では、使用されているコンバータはＬＴＣ３４１１であり、それはインダクタにおける電流の流れを感知するよう構成可能である。
【０１６７】
電流がインダクタＬ１へと流れているのをバックブーストコンバータが感知すると、以下の場合にスーパーキャパシタリーク電流および平衡用回路電流をなくすために、電源−この実施例ではバッテリ−からスーパーキャパシタを切断することが望ましければ、ＦＥＴ  Ｑ３は依然として含まれていてもよい：
・通信モジュール２４が待機モードにある場合
・カメラ付電話が送信する、またはフラッシュ撮影をする準備をしなくてもよい場合
・バックブーストコンバータが依然としてイネーブルにされている場合。
【０１６８】
また、これに代えて、バックブーストコンバータが待機モードでイネーブルにされる必要がなければ、スーパーキャパシタリーク電流をなくすために待機モードでバックブーストコンバータをディスエーブルにすることが可能である。この場合、ＦＥＴ  Ｑ３は省略され、ＶSCAPは直接ＶBOOSTに接続される。すなわちＶSCAP＝ＶBOOSTである。
【０１６９】
電源装置の全体的効率が重要ではない用途において、回路５１は最も有利である。なぜなら、Ｖbatt＞ＶBOOSTである場合、支払うべき効率コストがわずかであるためである。回路５１はしたがって、Ｖbatt≦ＶBOOSTである電子機器にも好適である。
【０１７０】
図６に示すバックブーストレギュレータは、スイッチング用の内部ＦＥＴを有する。しかしながら、他の実施例では、外部ＦＥＴおよび／またはダイオードを有するものを含む他のバックブーストレギュレータが使用される。
【０１７１】
ＶFLASHが通信モジュール２４用の最大動作電圧よりも小さくなるよう、ＬＥＤ  Ｄ２を駆動するために必要な順方向電圧が十分に低い場合、回路５１は回路２１と同様に簡略化され得る。その状態が持続すれば、図６の電力アーキテクチャに対して以下の簡略化が行なわれる：
・ＶBOOST＝ＶFLASH＝ＶCOMMSであるので、ＶBOOSTは固定される。この場合、バックブーストコンバータに対する電圧基準は固定され、制御ブロック２２によって制御されない
・表１の状態７〜１２はもはや必要とされない
・ＦＥＴ  Ｑ４は必要とされない。図１０を参照すると、通信モジュール２４のＶ+は直接ＶSCAPに接続される。
【０１７２】
要約すると、この発明の実施例の主な利点のうちのいくつかは、以下のとおりである：
・レギュレータにより供給される複数の異なる電圧を供給するために、単一の超容量性装置がレギュレータの出力側で使用される
・所与の負荷について、電源およびレギュレータに対するピーク電流要求が低減されている。したがって、所与の負荷について、これらの構成要素により要求される回路基板面積が低減され得る。
【０１７３】
電源電流は、レギュレータの出力電圧がレギュレータへの入力電圧よりも大きい場合だけでなく、常に制御される。
【０１７４】
図１３〜１６は、スーパーキャパシタがバッテリと直列であるこの発明の実施例を示す。
【０１７５】
図１３は、携帯電話２用の代替的な電源装置である電源装置６０の形をしたこの発明の一実施例を示す。図１３では、図３からの対応する形状構成を示すために、対応する参照番号が使用されている。この実施例では、スーパーキャパシタ８はバッテリパック６と直列に接続されている。この実施例を、電源装置の物理的サイズが最小限に抑えられているある特定の構成を参照して説明する。いくつかの実施例では、サイズを最小限に抑えるために、電源装置６０の同じ線に沿って、同様の対策を取っていない。すなわち、スーパーキャパシタ８をバッテリパック６と直列に位置付けるという一般的な設計選択が適用されているが、代替的な詳細を有している。
【０１７６】
電源装置６０について基礎をなす前提は、バッテリパック６が常に存在し、連続電力定格を有することである。そのため、要求中の負荷−たとえば回路４−は定格バッテリ電力を利用すべきであり、超容量性装置は、その電力と負荷に必要な電力との差を補うべきである。これを実質的に達成する目的で、スーパーキャパシタ８は、バッテリパック６と回路８との中間に直列で接続されている。そのようなアプローチは、公知の先行技術と比較するとバッテリパック６に応力をかける危険を低減させ、したがって、バッテリの寿命および動作時間を少なくする危険を低減する。さらに、回路に全体として影響を与える電圧垂下が実質的に回避される。バッテリパック６が過電流保護を含む実施例では、内蔵保護機構を作動させる機会も少なくなる。
【０１７７】
この例示的な実施例のために、送信機３の好適な動作のためにスーパーキャパシタ８の効果が必要とされないと仮定する。すなわち、バッテリパック６は送信機３に電力を提供することが比較的可能であり、応力は一般に、回路４に電力を供給することに関してのみ経験される。これはｌｅｄフラッシュが既存の電話設計に取入れられる際に起こり得る状況であることが理解されるであろう。これに従って、スーパーキャパシタ８は回路４とともに独占的に使用される−すなわち、スーパーキャパシタ８は送信機３に影響を与えない。その根拠は、この特定の例では、送信機３がスーパーキャパシタの支援を必要とするほど十分には要求していない、ということである。そうではない実施例では、必要な電圧、電流および／または電力を送信機３に提供するのを支援するために、スーパーキャパシタ８、または追加の１つ以上のスーパーキャパシタが使用される。これは電源装置の物理的サイズを増加させることが理解されるであろう。
【０１７８】
出力７への各負荷の接続は選択的である−送信機３および回路４は、開状態と閉状態との間を進むそれぞれの状態スイッチ６１および６２により、出力７に互いに独占的に選択的に接続される。すなわち、送信機３およびドライバ回路４のうちの一方が出力７に接続される場合、他方は接続されない。スーパーキャパシタ８は、スイッチ６３とスイッチ６１との中間に位置付けられている。スイッチ６１と同期して動作するためにイネーブルにされるさらに別のスイッチ６３は、回路４が出力７に接続される場合、スーパーキャパシタ８をバッテリパック６に直列に接続する。そのため、回路４が通電されると、スーパーキャパシタ８は、バッテリパック６と直列に、ドライバ回路４と直列に、および出力７と並列に接続される。この開示における他の例と同様に、スイッチのうちのいくつかはいくつかの実施例から任意で外される。そのような一例は、スイッチ６２を短絡回路と置き換えることである。
【０１７９】
この実施例では、状態スイッチ６２が閉じると、スーパーキャパシタ８は出力から分離される。その結果、送信機３の使用時にバッテリパック６がスーパーキャパシタ８のリーク電流を供給する必要性が低減する。これは、バッテリパックの動作時間を増加させるはずである。
【０１８０】
この実施例のさらに別の利点として、スーパーキャパシタ８にかかる電圧応力が比較的より低い。なぜなら、必要な負荷電圧がスーパーキャパシタだけではなくバッテリから作られるためである。加えて、バッテリは電力を提供し、それは、いくつかの他の実施例よりもキャパシタンスが少ないスーパーキャパシタの使用を可能にする。バッテリと並列のスーパーキャパシタを用いる上述の実施例のうちのいくつかは、バッテリに対してさらに低減した応力をかける、ということが理解されるであろう。これにもかかわらず、この実施例におけるバッテリに対する応力は、特に電話２といった携帯型家電装置において、受け入れ可能性の現在の観念を満たすのに十分である。
【０１８１】
上述の実施例では、電源装置は、以下を含む複数のモードにおいて選択的に動作可能である：
・レギュレータ１０が送信機３に電力を供給する第１のモード
・レギュレータ１０がスーパーキャパシタ８を充電する第２のモード
・回路４に電力を供給するためにスーパーキャパシタ８が放電される第３のモード。
【０１８２】
この実施例では、第１のモードでは、スーパーキャパシタ８はバッテリ６から分離される。また、第３のモードでは、レギュレータ１０は回路４から分離される。さらに、第２および第３のモードでは、送信機３はバッテリ６から分離される。いくつかの実施例では、送信機３は第２および第３のモードで電力を供給され、また、送信機３による送信中に第２および第３のモードを中断する選択肢も存在する。
【０１８３】
図１４は、図１３の実施例と同様の、電力装置１１０の形をした代替的な一実施例を示す。回路６０と同様、電源装置１１０は、バッテリ６に接続するための入力５と、バッテリ６と直列であるスーパーキャパシタ８とを含む。これにもかかわらず、電源装置１１０は以下の２つの出力を含む：
・送信機３に接続するための第１の出力１１１
・回路４に接続するための第２の出力７。
【０１８４】
レギュレータ１０はスーパーキャパシタ８を充電するが、バイパス回路１１２の形をしたさらに別の構成要素がレギュレータ１０と組合さってレギュレータユニットを規定する。レギュレータユニットは、以下の複数のモードにおいて動作可能である：
・バッテリ６がバイパス回路を介して送信機３に電力を供給する第１のモード。このモードでは、スイッチ１１５は閉じている。スイッチ１１５を開くと送信機３が分離されることが理解されるであろう
・レギュレータ１０が送信機３に電力を供給する第２のモード。このモードでは、スイッチ１１３および１１４は閉じており、一方でスイッチ１１６は開いており、回路４をスーパーキャパシタ８から分離する
・回路４に電力を供給するためにスーパーキャパシタ８が放電される第３のモード。
【０１８５】
この実施例では、レギュレータユニットは常に第１のモードで使用される。すなわち、バッテリ６は送信機３に連続的に電力を供給する。第２または第３のモードは、充電および放電が排反事象であるように、互いに独立して使用されるが、第１のモードとは同時に使用される。
【０１８６】
電源装置１１０は通常、電源装置６０と同じ利点を有するが、コントローラ９は必要なく、結果として付加的なコストおよびサイズ利点をもたらす。理由としては、レギュレータ１０は、複数の別個の電圧を供給する必要がないこと、および、バッテリ６により提供される電圧を、回路４のデューティサイクルに従ってスーパーキャパシタ８を効率的に充電可能な電圧に単にブーストするに過ぎないことが挙げられる。電源装置１１０は、問題
のある電流要求をバッテリ６に課することなく、送信機３とともに回路４を動作させるための比較的小規模で効率的な解決策を提供する、ということが理解されるであろう。
【０１８７】
図１５および図１６は、スーパーキャパシタがバッテリと直列である例示的な回路８０および１００を示す。回路８０および１００は、携帯電話に含まれる代替的な回路である。
【０１８８】
回路８０は２つの負荷−ＬＥＤフラッシュ８１と通信モジュール８２とを含む。回路８０はリチウムイオンバッテリ８３により電力を供給されるが、他の実施例では代替的な電源が使用される。電圧ブースタ８４は、インダクタ８５、ダイオード８６、トランジスタ８７、および抵抗８８、８９ならびに９０とともに動作して、フラッシュが生成されるのに必要な電流を提供する。スーパーキャパシタ９１はバッテリ８３と直列に接続されている。この実施例では単セルキャパシタが使用されるが、他の実施例では、並列および／または直列の複数のスーパーキャパシタといった代替的な超容量性装置が使用される。回路８０は、抵抗９３およびトランジスタ９４とともに動作する、フラッシュ８１用の電流制御モジュール９２も含む。
【０１８９】
この特定の例では、フラッシュ８１は、意図されたカメラの使用にとって十分に明るいフラッシュを与えるために、約５．５ボルト（レギュレータユニットの両端の電圧降下を含む−ＬＥＤの両端の実際の電圧降下は５ボルトに近い）で約２アンペアを引込む。抵抗８８を調節することは低充電電流の選択を可能にし、これは実質的には２アンペアよりも低い。インダクタ８５、ダイオード８６およびトランジスタ８７が物理的により小さく、低い電流定格を有することが可能であるならば、充電電流を少なくすることにより、回路のサイズの減少が可能になる。
【０１９０】
低充電電流のさらに別の利点は、バッテリ電圧に対する著しい垂下の可能性が減少することである。そのような垂下はしばしば、回路の他の部分に問題をもたらし、このため回避するのが有用である。
【０１９１】
スーパーキャパシタ９１は、フラッシュ８１の所望のデューティサイクルに従って、電力用電子機器および充電電流とともに選択される。
【０１９２】
スーパーキャパシタ９１の配置は突入電流の問題を排除し、したがって、典型的なブースト回路の場合のように追加の電流制限回路を必要としない。これは省スペースという利点を有し、関連する生産コストを低減させるはずである、ということが理解されるであろう。
【０１９３】
この実施例では、ピークバッテリ電流はフラッシュの負荷電流と実質的に等しく、２Ａである。典型的なブースト設計では、バッテリ電流は、以下の式に従い、負荷電流よりも大きくなる。
【０１９４】
【数１】
2008529177.tif 000005
【０１９５】
ここで、ηは効率である。この例では、バッテリ８３がリチウムイオンバッテリであることに留意すると、Ｖout＝５．５ボルト、Ｖin＝３．３ボルト、η＝０．８５、およびＩout＝２アンペアであることが予想される。その結果、この式は、Ｉinが３．９２アンペアであることをもたらす。当業者であれば、この量のバッテリ電流は通常受け入れられ
ないことを理解するであろう。アルカリバッテリを使用する例では状況はさらに悪化し、これらはより低いＶinに起因する。この例におけるピークバッテリ電流が、受け入れ可能な２アンペアであるならば、この実施例の例はより望ましい。
【０１９６】
図１４の実施例は、実質的な有害な影響をバッテリに与えることなく、携帯電話においてＬＥＤフラッシュを駆動するのに有用な比較的小さい回路を提供する、ということが理解されるであろう。
【０１９７】
回路１００は、モジュール８２が電圧ブースタ８４とともに使用されるという点で、回路８０とは異なる。より特定的には、ブースタ８４は、インダクタ８５、ダイオード８６、トランジスタ８７、および抵抗８８、８９ならびに９０とともに動作して、それぞれの負荷に必要な電流および電圧を提供する。これらの負荷は、フラッシュ８１およびモジュール８２をそれぞれ含む。この実施例では、通電される負荷に応答して複数の別個の電圧が供給されるよう、ブースタ８４がコントローラを含む、ということが理解されるであろう。
【０１９８】
ここで、入力１５３と出力１５４とを有する電圧レギュレータ１５２の形をした先行技術の電源装置を含むカメラ付携帯電話１５１を示す図１８を参照する。リチウムイオンバッテリ１５５の形をした電源が、約４．２ボルト（十分に充電された場合）〜約３．３ボルト（実際に十分に放電される直前の値）の範囲内のバッテリ電圧を入力１５３に提供する。レギュレータ１５２は、約３．８ボルトの調整電圧を出力１５４に提供する。出力１５３でのバッテリ電圧が調整電圧より大きい場合および小さい場合、レギュレータ１５２は線形モードおよびブーストモードでそれぞれ動作する。他の実施例では、レギュレータ１５２は線形レギュレータではなくバックレギュレータであり、そのため、入力１５３でのバッテリ電圧が調整電圧より大きい場合、レギュレータ１５２はバックモードで動作する。
【０１９９】
カメラ付電話１５１は、いくつかある回路の中でも特に、関連するアンテナ１５８を駆動する際に出力１５４から１アンペアのピーク電流を引込むＧＰＲＳ電力増幅器１５６を含む。カメラ付電話はまた、電流コントローラ１５９を有するＬＥＤフラッシュ回路１５８と、出力１５４とコントローラ１５９との間に延在するＬＥＤ１６０とを含む。コントローラはイネーブル入力１６１を含み、それは、ハイ状態に保たれると、ＬＥＤ１６０を順方向バイアスしてそのＬＥＤからのフラッシュの生成を可能にする。この実施例では、フラッシュの生成中、コントローラ１６０は、最大３５０ｍＡがＬＥＤ１６０を通って流れることを可能にする。したがって、レギュレータ１５２により提供されるピーク電流は１．３５アンペアであり、それは、レギュレータの効率を考慮すると、２アンペアのピークバッテリ電流ということになる。
【０２００】
カメラ付電話１５１は、図１８に示したものに加え、他の回路を含むことが、当業者により理解されるであろう。この他の回路は、ピークバッテリ電流に最も顕著に寄与する２つの負荷−すなわち、増幅器１５６および回路１５８−に明確に焦点を当てるため、省略されている。
【０２０１】
ここで、対応する形状構成が対応する参照番号により示されている図１９を参照する。特に、カメラ付電話１５１は、図１８により提供されるもののような先行技術の電源装置ではなく電源装置１６５を含む。より特定的には、電源装置１６５は、負荷電流を引込むためにバッテリ１５５に接続された入力１６６を含む。バッテリの長寿命および動作時間の増加のために、ピークバッテリ電流は２アンペアまたはそれ未満に制限されるべきである。電源装置１６５は、ＬＥＤフラッシュ回路１６８の形をした第１の負荷に接続するための第１の出力１６７と、増幅器１５６の形をした第２の負荷に接続するための第２の出
力１６９とを含む。
【０２０２】
レギュレータ１５２は、図１８の先行技術の構成と同様に、線形モードまたはブーストモードで引続き動作する。しかしながら、レギュレータは増幅器１５６に電力および電源を提供しているだけであることがわかるであろう。出力１６９での電圧は調整された３．８ボルトであり、引込まれるのに利用可能なピーク電流は１．３５アンペアである。重要なことには、このピーク電流は、図１８の実施例における増幅器１５６が利用可能なピーク電流よりも大きい。したがって、その先行技術の例と比較すると、電源装置１６５はより大きな電力を増幅器１５６に提供可能であり、通話の音飛びの減少、通信が確立されつつある基地局からのより良好な範囲、およびエレベータ、電車、トンネルなどの低信号区域におけるより良好な送信という結果をもたらす。
【０２０３】
バッテリ電流が、上述の２アンペアという制限より高いしきい値よりも下に抑えられるべきである実施例では、１．３５アンペアよりも大きい電流を増幅器１５６に引込ませることが可能である。たとえば、いくつかのＧＰＲＳ増幅器は、それらの効率に依存して、最大２アンペアまでを要求してもよい。
【０２０４】
電源装置１６５は、単セルスーパーキャパシタ１７１の形をした超容量性装置と並列である、低電流チャージポンプ１７０の形をしたレギュレータユニットを含む。スーパーキャパシタは、入力１６６と出力１６７との間に直列に接続され、６．５ボルトの最大電圧（すなわち、４．２ボルトの最大バッテリ電圧と２．３ボルトの最大スーパーキャパシタ電圧との合計である）で回路１６８に電力を供給するためにポンプ１７０により選択的に充電される。
【０２０５】
この実施例では、ポンプ１７０は、バッテリ１５５の充電状態に関わらず、スーパーキャパシタ１７１を十分に充電するよう動作する。すなわち、スーパーキャパシタは、その電極間の電圧差が２．３ボルトになるまで充電される。これは簡潔性という利点を有するが、スーパーキャパシタにおけるより大きな損失を結果的にもたらし、また、おそらく、そのスーパーキャパシタの寿命を制限することにも寄与する。他の実施例では、スーパーキャパシタ１７１は、高電圧電極がある規定された電圧であるよう充電される。バッテリが放電するにつれて、それが提供する電圧の変化が起こり、そのため、ポンプ１７０により印加されるようなスーパーキャパシタの両端の電圧は、バッテリ１５５が放電する間増加する。いずれの場合も、スーパーキャパシタの両端の電圧は、それが仕様内に留まることを確実にするよう、または、そうではない場合にはその状態が長続きしないことを確実にするよう、制御される。
【０２０６】
ポンプ１７０は、適切な電圧信号が印加されるとスーパーキャパシタ１７１を充電するようポンプ１７０を起動するイネーブル入力１７２を含む。
【０２０７】
ポンプ１７０とスーパーキャパシタ１７１との組合せは、約２アンペアでピークに達し、かつＧＰＲＳ１パルスの期間にわたって平均すると約１．５アンペアである負荷電流を、回路１６８に供給できる。さらに、これは、同時に以下の事項を行ないながら実行される：
・バッテリ電流を約２アンペア未満に抑える
・増幅器１５６を動作させて、ＧＰＲＳ信号を送信し、約１．３５アンペアでピークに達し、かつＧＰＲＳパルスの期間にわたって平均すると約３４０ｍＡである負荷電流を引込む。
【０２０８】
上述の説明から、増幅器１５６はクラス１０の送信用に動作していることが理解されるであろう。すなわち、ピーク電流では２５％のデューティサイクルがある。他の実施例で
は、他のクラスの送信が対処されたピークである。
【０２０９】
利用可能な電流容量の増加により、回路１６８は、互いに並列に配置され、電流コントローラ１５９と直列である２つのＬＥＤ１７３および１７４を含む。コントローラ１５９は、フラッシュ光がＬＥＤ１７３および１７４から生成されることを、予め定められた最大値までの電流の流れが可能にするように機能する。
【０２１０】
電源装置１６５の構成は、カメラ付電話１５１の携帯電話機能が使用中か否かに関わらず、バッテリ１５５を過度に酷使することなく実質的なフラッシュが生成されるようにする。すなわち、カメラ付電話１５１のユーザは、フラッシュ機能を動作させるために通話を止める必要がない。
【０２１１】
携帯電話機能の通常の動作中、レギュレータ１５２は、要求される通信信号が送信、受信および処理されるようにするのに十分な最大１．３５アンペアのピーク電流を引込む能力を、増幅器１５６に提供する。他の実施例では、増幅器１５６の効率に起因して、１．３５アンペアよりも大きい電流が増幅器１５６によって引込まれる。
【０２１２】
通話が行なわれていない場合、または、通話が行なわれているなら増幅器がピーク電流パルスを引込んでいない場合にのみ、ポンプ１７０は必要に応じてスーパーキャパシタ１７１を充電する。後者の状態を以下により詳細に説明する。より特定的には、カメラ付電話１５１の始動とともに、ポンプ１７０は、最初にスーパーキャパシタ１７１を充電し、次にスーパーキャパシタを十分に充電された状態に保つ。明らかに、フラッシュが提供された後、スーパーキャパシタ１７１は少なくとも部分的に放電される。
【０２１３】
他の実施例では、ユーザが、たとえばカメラ付電話の視覚表示上のメニューからカメラ機能を選択して、回路１６８からのフラッシュが必要とされるかまたは必要とされそうであることを示した場合のみ、ポンプ１７０は、最初にスーパーキャパシタ１７１を充電する。
【０２１４】
ＧＰＲＳ１パルスが増幅器１５６によって生成されている際、線１７２はローに保たれている−すなわち、ポンプ１７０はディスエーブルにされている−ということが、図１９からわかるであろう。しかしながら、ＧＰＲＳ信号の期間の残りの部分については−この実施例では、これはこの期間の７５％に等しい−、線１７２はハイに保たれ、ポンプ１７０はイネーブルにされて、スーパーキャパシタ１７１を充電するよう動作可能である。
【０２１５】
スーパーキャパシタ１７０が一旦（いくつかの実施例では瞬時に）充電されると、ユーザはカメラを起動して画像を取込むことができる。その場合、カメラ付電話１５１の可能な動作のモードは２つあり、これらは、携帯電話機能が同時に使用される場合、および使用されない場合である。最初に、携帯電話機能が使用されていない場合を見てみると、これは、ｎｏｔ（ＧＰＲＳ）の条件が線１６１および１７２の双方にとって真ではないという結果をもたらす。それら２つの線についての他の条件は論理的に正反対のものであり、したがって、電流がＬＥＤ１７３および１７４ならびにコントローラ１５９を通って流れている間、ポンプ１７０はアクティブにはならない。このモードでは、回路１６８によって引込まれるピークおよび平均電流は約２アンペアである。すなわち、ダイオード１７３および１７４の各々が約１アンペアずつ引込む。そのようなダイオードの一例は、ルミレッズ（Lumileds）により製造され、ＰＷＦ１と呼ばれている、製造業者の推奨最大電流が１アンペアであるものである。図１９の実施例で使用されるようなダイオードは、図１８に示す先行技術の構成のそれを確かに十分上回るかなりのフラッシュを提供する。より特定的には、図１９の実施例はそのようなＬＥＤを２つ含んでおり、それらは各々、１アンペアのピーク電流で駆動され得る。
【０２１６】
他のモードでは、カメラ付電話１５１は、画像を捉え、かつ増幅器１５６を駆動するために同時に使用される。線１６１および１７２に対する論理入力の後は、動作は上述のモードの動作と同様である。しかしながら、重要なことには、ＧＰＲＳパルスの間−すなわち、増幅器１５６が１．３５アンペアを引込んでいる時間の２５％の間−、線１６１および１７２は双方ともローである。すなわち、増幅器１５６がピーク電流を要求するる期間の間、ポンプ１７０および回路１６８は双方ともディスエーブルにされ、電流がなければほとんど電流を引込まない。増幅器１５６がはるかにより小さい電流を引込んでいるサイクルの他の７５％の間、線１６１はハイであり、ＬＥＤ１７３および１７４によってフラッシュが生成される。したがって、ＧＰＲＳ信号の期間にわたり、フラッシュはパルス化される。
【０２１７】
上述の例に関し、携帯電話機能性が使用されている場合でも、フラッシュを生成するために利用可能な平均電流は約１．５アンペア（ＧＰＲＳ１パルスの期間にわたって平均化されたもの）であり、それは、先行技術により提供されることが公知であるものよりも著しく大きい。より特定的には、このモードでは、図１９の実施例は図１８の先行技術よりも４３０％大きい電流を提供し、一方、増幅器１５６に３５％大きい電流を同時に提供する。しかしながら、動作の他のモード−すなわち、携帯電話機能性が同時には使用されていない場合−を参照すると、回路１６８への電流の増加はさらにより大きい。
【０２１８】
上述の改良は以下の事項により達成される：
・ＬＥＤ１７３および１７４にとって必要な余分のエネルギをスーパーキャパシタ１７１に蓄積する
・ＧＰＲＳ送信がない場合、ＬＥＤ１７３および１７４のみを駆動する。
【０２１９】
典型的なＣＣＤについてのＣＭＯＳ露光時間が約１００〜２００ｍｓであり、電流のパルスがオフにされる期間がたった約４．６ｍｓであるため、ＬＥＤへの電流をパルス化すること（すなわち、フラッシュとして提供される光をパルス化すること）は受け入れ可能であることが、当業者により理解されるであろう。同様に当業者により理解されるように、重要なのは、瞬間的なピークではなく、ＣＭＯＳセンサにあたる光強度の一体化（光全体）である。
【０２２０】
図１９の実施例の説明から、増幅器１５６の形をした携帯電話回路が高い優先順位を有し、フラッシュ回路１６８が低い優先順位を有することがわかるであろう。これらの負荷は双方とも、それぞれの負荷電流を互いに独占的に引込むだけであるにも関わらず、同時に動作可能であり、一方、回路１６８への負荷電流が制御されることを確実にすることにより、電源電流（バッテリ１５５から引込まれる電流）は抑えられる。すなわち、負荷電流（この場合、ピーク負荷電流）が増幅器１５６によって引込まれている際、回路１６８への負荷電流は実質的にゼロにまで低下される。すなわち、電源電流は常に予め定められたしきい値よりも下に保たれる。そのしきい値を結果的に上回るであろう負荷電流を優先順位の高い負荷と優先順位の低い負荷との双方が同時に要求する限りにおいて、優先順位の低い負荷電流が低下される。他の実施例では、優先順位の低い負荷電流は、優先順位の高い負荷電流がなければ提供されたであろう負荷電流の一部にまで低下される。
【０２２１】
いくつかの実施例では、レギュレータ１５２は省略され、増幅器１５６への電力入力は直接、バッテリ出力１６６に接続される。ＧＰＲＳ送信中、スーパーキャパシタ８および／またはフラッシュイネーブルの充電は中断され、そのためそれらはバッテリから電流を引込まない。
【０２２２】
より低コストの実施例では、ＬＥＤ１７３および１７４の一方が省略される。これらの
実施例ではさらに、増幅器１５６が利用可能な電流は依然として１．３５アンペアに増加され、残りのＬＥＤは、ＬＥＤ製造業者が許可するのと同じぐらい高く駆動され得る。この用途に好適な公知のＬＥＤについて、典型的な最大値は、７５％のデューティサイクルで１アンペアのピークであり、７５０ｍＡの平均電流をもたらす。これは、発明者等にとって公知の最も優れた先行技術に対し、２１４％の改良（３５０ｍＡ−７５０ｍＡ）を表わす。
【０２２３】
広い意味では、図１９の実施例により提供される解決策は、大きすぎるバッテリ電流を要求したであろう２つの機能性の効果的な同時使用を可能にする、バッテリ電流の効率的な時分割である。電力増幅器を含むＧＰＲＳ回路は、時間の２５％の間、２アンペアしか必要とせず、電源装置１６５は、この期間中にそれが優先順位を受けることを確実にするよう構成されている。しかしながら、その期間の他の７５％の間は、ＬＥＤ回路が２アンペアを受取る。フラッシュが一旦提供されると（および対応する写真が撮られると）、フラッシュ回路を駆動するのに費やされた「時間の７５％」は、スーパーキャパシタを再充電するのに利用可能である。この実施例では、スーパーキャパシタは、約１００ｍＡの充電電流を提供するポンプ１７０によって充電される。しかしながら、他の実施例では、異なる充電電流が使用される。完全性のために、図１９の実施例では、カメラおよび携帯電話機能性が双方とも使用される場合、ＬＥＤは７５％のデューティサイクルでパルス化され、平均光出力はピーク光出力の７５％であることを述べておく。
【０２２４】
他の実施例では、電源装置１６５は、レギュレータ１５２の出力１３８と並列に接続されたデュアルセルスーパーキャパシタ（図示せず）の形をした追加の超容量性装置を含む。この追加のスーパーキャパシタは、図１のスーパーキャパシタ８と同様に機能する。すなわち、以下に説明するような、この発明の実施例のアーキテクチャは双方とも、組合せて使用可能である。
【０２２５】
より高品質の画像を捉えるより高度でかつ高価な装置では、使用される画像取込システムはＬＥＤパルスと同期している。すなわち、画素が取込まれていない場合、ＬＥＤ電流は供給されない。これは、スーパーキャパシタのエネルギ蓄積要件を最小限に抑え、より小さくより薄いスーパーキャパシタが使用されることを可能にする。
【０２２６】
図２０は、図１９のものと同様の線に沿った実施例を示しており、この実施例は電源装置１８０の形を取っている。主な相違点は、図２０の実施例では、バッテリ１５５がＬＥＤフラッシュ１８１の動作に邪魔されずに自由に増幅器１５６を駆動することである。すなわち、少なくともＬＥＤフラッシュが関与する限りにおいて、カメラ付電話１５１の一次的な電話通信局面の性能は、二次的な撮像局面による影響を受けない。
【０２２７】
電源装置１８０は、負荷電流を引込むためにバッテリ１５５に接続された入力１６６を含む。第１の出力１８２は、増幅器１５６の形をした第１の負荷に接続される。第２の出力１８３は、ＬＥＤフラッシュ１８１の形をした第２の負荷に接続される。スーパーキャパシタ１８４は、ＬＥＤフラッシュ１８１に電力を供給するために出力１８３に接続される。レギュレータユニット１８５は、スーパーキャパシタ１８４を充電するために入力１６６に接続される。
【０２２８】
レギュレータ１８５は、バッテリ１５５から低電流のみを引込む。電流の大きさは通常、スーパーキャパシタ１８４を適時に充電しつつ、バッテリ１５５に予め定められたしきい値レベルを上回る応力を実質的に与えないようにするのに十分であるよう決定される。これは、上述の制約−たとえば、バッテリ電流が最大２アンペアに制限されること−を意味する。
【０２２９】
この電源装置の機能は信号１８６の影響を受ける。この信号は以下の２つのモードを提供する：
・ＬＥＤフラッシュ１８１が分離されるようスイッチ１８７が開き、スーパーキャパシタ１８４を充電するようレギュレータ１８５がイネーブルにされる、第１のモード
・ＬＥＤフラッシュ１８１がイネーブルにされるようスイッチ１８７が閉じられ、フラッシュに電力を供給するためにスーパーキャパシタ１８４が放電する、第２のモード。このモードでは、レギュレータ１８５は、それがバッテリ１５５から電流を引込まないようディスエーブルにされる。その結果、ＬＥＤフラッシュ１８１は、スーパーキャパシタ１８４の放電によってのみ電力を供給される。
【０２３０】
そのようなアプローチは、ＬＥＤフラッシュ１８０の使用中、レギュレータ１８５、スーパーキャパシタ１８４およびＬＥＤフラッシュ１８１を、電話１５１内の回路の残りの部分から効率的に分離することが理解されるであろう。すなわち、電話の残りの部分は、フラッシュの使用に関連する電力要求による影響を受けない。
【０２３１】
同様の実施例では、第２のモードでレギュレータ１８５はイネーブルのままである。すなわち、第２のモードで、スーパーキャパシタ１８４はＬＥＤフラッシュ１８１に電力を供給するために放電し、一方、レギュレータ１８５は、スーパーキャパシタ１８４を充電するために引続き低電流を引込む。そのような場合、信号１８６は、スイッチ１８７に影響を与えるためだけに動作する。
【０２３２】
上述の実施例は２つの電源装置アーキテクチャのうちの一方、またはそれらの組合せを利用しており、これらのアーキテクチャは以下のとおりである：
・電圧レギュレータの負荷側にある超容量性装置
・バッテリと直列である超容量性装置。
【０２３３】
これらのアーキテクチャは、単一の電源装置内で個別にまたは組合されて使用可能である。たとえば、この発明の一実施例では、電源装置は、第１および第２のアーキテクチャの回路によってそれぞれ電力を供給される２つの負荷を含む。いくつかの実施例では、関連する電源に過度に負荷をかけることを防止するために、図１９の実施例で起こったように、負荷への電力供給を時分割する必要があることが、当業者により理解されるであろう。
【０２３４】
第２のアーキテクチャは、所与の負荷のための負荷電流を供給可能なバッテリ（または他の電源）を有する装置に最良に適用される。超容量性装置をバッテリと直列におくことにより、超容量性装置の物理的サイズが比較的小さくなる。なぜなら、それは全負荷電圧よりも小さい電圧を受けるためである。すなわち、超容量性装置（１群のスーパーキャパシタであり得る）の両端の電圧はより小さくなり、ひいては、超容量性装置で必要とされる、直列接続された超容量性セルが少なくなる。さらに、超容量性装置から必要とされるキャパシタンスが少なくなる。なぜなら、それが搬送する電流は、負荷電流のそれに制限されるためである。
【０２３５】
上述の２つのアーキテクチャは多くの用途にとって好適であるが、特に、既存の電源装置における制限が明らかである用途にとって好適である。より特定的には、上述のアーキテクチャは、関連する電源から以下の事項を要求する負荷と組合されると、かなりの利点をもたらす：
・電源の平均電力性能以下である平均電力
・電源のピーク電力性能よりも大きいピーク電力。
【０２３６】
これら２つの条件が存在する場合、最初の問合せは、電源の電流容量に対するものであ
る。これが、負荷により要求されるピーク電流よりも大きいかまたはそれに等しい場合、上述のアーキテクチャのうちの第２のものが当てはまる。しかしながら、電源の電流容量が負荷のピーク電流要件よりも小さい場合、上述のアーキテクチャのうちの第１のものが当てはまる。
【０２３７】
所与のパルス電力負荷について、および電源装置にスーパーキャパシタがない場合と比較して、第１のアーキテクチャは、より低電力のバッテリ（または他の電源）およびより小さい容量の電圧レギュレータの使用を可能にする。第２のアーキテクチャは、所与のバッテリについて、負荷へのより大きなピーク電力の提供を可能にする。
【０２３８】
実施例は、低電力装置に適用されるような上述のアーキテクチャを例示している。低電力装置の別の例は、低電圧（すなわち単セルまたはマルチセルの）アルカリバッテリにより電力を供給される電子装置のクラスである。これは、ＭＰ３プレイヤー、ＣＤプレイヤー、ラジオといった携帯型音楽再生機器を例として含む。低電力装置の他の特定の例は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯電話、ＰＤＡ、ポケベル、およびラップトップコンピュータを含む。この発明は、制限された電源装置を有するパルス電流負荷を有する非携帯型装置にも適用可能である。たとえば、この発明は、デスクトップコンピュータ内の負荷に電力を供給するために適用可能である。なぜなら、コンピュータの一次電源装置が本線の供給源に接続されている−この場合、およびこの明細書の用語では、本線の供給源は「電源」であり、一次電源装置は「電源装置」である−一方で、コンピュータ内には、一次電源装置から電力を別個に引込み、電力および／または電流の量が制限されている二次電源装置を有する多数の構成要素があるためである。すなわち、基準点が二次電源装置である場合、この明細書の用語では一次電源装置が「電源」になる。二次電源装置を含む電子装置の例は、ＤＶＤプレイヤー、ＰＣＭＣＩＡカード、ハードドライブ、またはコンピュータのＵＳＢポートを介して電力を供給される任意の装置を含む。二次電源装置をこの発明に従った電源装置に置き換えることにより、一次電源から利用可能な平均電力のより良好な使用が可能になる。
【０２３９】
上述の２つのアーキテクチャは、中電力および高電力機器にも好適である。そのような用途の例は、ハイブリッド電気自動車および電気自動車用のＵＰＳおよび駆動システムを含む。
【０２４０】
特定の例を参照してこの発明を説明してきたが、それは多くの他の形で実施され得ることが、当業者により理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０２４１】
【図１】この発明の一実施例に従った電源装置の概略図である。
【図２】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図３】この発明の一実施例に従った電源装置の概略図である。
【図４】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図５】図の回路のブーストコントローラに基準電圧を提供するための可変抵抗分割器の概略図である。
【図６】バックブーストレギュレータを含むこの発明の代替的な一実施例の概略図である。
【図７】この発明の一実施例で使用されるスーパーキャパシタへの突入電流を制限するハードウェア実現化例を示す図である。
【図８】図４のスーパーキャパシタが突入電流を防止しながら充電されている際のスーパーキャパシタ電圧およびバッテリ電流の実験波形を示す図である。
【図９】図７のものに対する代替的なハードウェア実現化例を示す図である。
【図１０】図７９の回路についての実験波形を示す図である。
【図１１】この発明の代替的な一実施例の、図３のものと同様の概略図である。
【図１２】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図１３】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図１４】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図１５】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図１６】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図１７】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図１８】先行技術の電源装置の概略図である。
【図１９】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図２０】この発明の別の実施例に従った電源装置の概略図である。
【図１】
2008529177.tif 000006
【図２】
2008529177.tif 000007
【図３】
2008529177.tif 000008
【図４】
2008529177.tif 000009
【図５】
2008529177.tif 000010
【図６】
2008529177.tif 000011
【図７】
2008529177.tif 000012
【図８】
2008529177.tif 000013
【図９】
2008529177.tif 000014
【図１０】
2008529177.tif 000015
【図１１】
2008529177.tif 000016
【図１２】
2008529177.tif 000017
【図１３】
2008529177.tif 000018
【図１４】
2008529177.tif 000019
【図１５】
2008529177.tif 000020
【図１６】
2008529177.tif 000021
【図１７】
2008529177.tif 000022
【図１８】
2008529177.tif 000023
【図１９】
2008529177.tif 000024
【図２０】
2008529177.tif 000025
【国際調査報告】
2008529177.tif 000026
2008529177.tif 000027
2008529177.tif 000028