(57)【要約】【課題】バッテリからの供給電圧の一時的な急峻な電圧降下を避けるために電流消費を増やす機能、例えば、電力増幅器のゲインを段階的に上げるバッテリ駆動による装置の電圧供給方法を提供する。【解決手段】一時的な電圧降下があると電圧供給動作が禁止され、バッテリがもはや使用不能に見えるため交換してしまうことが起こりうる。事前に規定した段階シーケンスにより又は供給電圧を監視する制御ループを用いてこの機能を段階的に駆動できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラとバッテリと負荷とを備えるバッテリ駆動による装置の電圧供給方法であって、前記コントローラが前記負荷に対して少なくとも二段階のシーケンスでバッテリ電流を段階的に活性化させることを備え、
前記少なくとも二段階の内の第一段階で、前記コントローラが、前記負荷への入力信号の印加のための前記負荷の入力を監視し、前記入力信号が安定しているかチェックし、そうであれば、前記負荷の第一の部分を表し且つ前記バッテリに接続される最終バッテリ電流の第一の部分を引き出す第一の負荷増加を起こさせ、
バッテリ電圧が所定レベルまで回復する期間待機し、
前記少なくとも二段階の内の少なくとも第二段階で、前記コントローラが、前記負荷の第二の部分を表し且つ前記最終バッテリ電流の第二の部分を引き出す、又は、前記バッテリに接続される前記最終バッテリ電流を引き出す前記負荷全体を表す、第二の負荷増加を起こさせ、
前記第一及び第二の負荷増加の和が前記負荷全体に等しくない場合、前記バッテリ電圧が所定レベルまで回復する期間待機し、
前記少なくとも二段階の内の少なくとも第三段階で、前記負荷の第三の部分を表し且つ前記最終バッテリ電流の第三の部分を引き出す、又は、前記最終バッテリ電流を引き出す前記負荷全体を表す、第三の増加による複数動作のサイクルを繰り返す電圧供給方法。
【請求項２】
前記コントローラは、バッテリ電圧供給曲線をモデリングする手段と、前記負荷の一部分の前記バッテリへの接続と前記バッテリ電圧の所定レベルへの回復の間の期間を予測する手段と有する請求項１に記載の電圧供給方法。
【請求項３】
前記第一の負荷増加は前記最終バッテリ電流の半分を引き出す請求項１又は２に記載の電圧供給方法。
【請求項４】
コントローラとバッテリと、そして、少なくとも二つの増加負荷から成る負荷とを備え、最終電流の一部分を引き出す前記少なくとも二つの増加負荷の各々が前記コントローラの制御の基に前記バッテリに結合されることができるバッテリ駆動による装置であって、
前記コントローラが、前記負荷に対して少なくとも二段階のシーケンスでバッテリ電流を段階的に活性化させる手段を備え、
前記少なくとも二段階の内の第一段階で、前記コントローラは、前記負荷への入力信号の印加のための前記負荷の入力を監視する手段と、前記入力信号が安定しているかチェックする手段とを活性化させ、前記入力信号が安定であることに応じて、前記少なくとも二つの増加負荷の内の第一の増加負荷を前記バッテリに接続させる手段と、バッテリ電圧が所定レベルまで回復する期間待機する手段とを活性化させ、
前記少なくとも二段階の内の少なくとも第二段階で、前記コントローラは、前記負荷の第二の部分を表し且つ前記最終バッテリ電流の第二の部分を引き出す、又は、前記バッテリに接続される前記最終バッテリ電流を引き出す前記負荷全体を表す、第二の負荷増加を起こさせる手段を活性化させ、
前記第一及び第二の負荷増加の和が前記負荷全体に等しくない場合、前記バッテリ電圧が所定レベルまで回復する期間待機する手段を活性化させ、
前記少なくとも二段階の内の少なくとも第三段階で、前記負荷の第三の部分を表し且つ前記最終バッテリ電流の第三の部分を引き出す、又は、前記最終バッテリ電流を引き出す前記負荷全体を表す、第三の負荷増加による複数動作のサイクルを繰り返すバッテリ駆動による装置。
【請求項５】
前記コントローラは、バッテリ電圧供給曲線をモデリングする手段と、前記負荷の一部分の前記バッテリへの接続と前記バッテリ電圧の所定レベルへの回復の間の期間を予測する手段と有する請求項４に記載のバッテリ駆動による装置。
【請求項６】
前記第一の増加負荷は前記最終バッテリ電流の半分を引き出す請求項４又は５に記載のバッテリ駆動による装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電圧供給過程において供給電圧が敷値レベル以下にならないような手段を有するバッテリにより駆動される装置の電圧供給方法に関する。このような装置にはバッテリ駆動のラジオ、ラップトップコンピュータ、ポータブルビデオカメラ、ＣＤプレーヤ等が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
バッテリ駆動による装置をオンにすると瞬時にバッテリに加わる負荷により供給電圧が急激に下がる。この装置に供給電圧監視手段が備えられている場合、この急激な電圧降下によりスイッチオン過程に支障を来たすが、供給電圧が上昇するとスイッチオンサイクルが再開始し供給電圧がまた降下することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来からこのスイッチオン、オフそして再度オンとなるサイクルはモータボティングと呼ばれている。このモータボティングを避けるために電圧供給回路に供給電圧を維持するための大容量のコンデンサを用いることが多い。しかし大容量コンデンサは大きく、スペースが重要な要素となるコンパクトな装置を作る上では避けたいという要望がある。
【０００４】
この発明は、信頼性が高いバッテリ駆動による装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の第１の観点によれば、バッテリ（又は供給源）からの供給電圧の一時的な急峻な電圧降下を避けるために電流消費を上げる機能の段階的活性化によりバッテリ駆動による装置の電圧供給を図る方法が提供される。
【０００６】
この発明の第２の観点によれば、バッテリ（又は供給源）からの供給電圧の一時的な急峻な電圧降下を避けるように電流消費を増やす機能を段階的に活性化する手段を備えたバッテリ駆動による装置が提供される。
【０００７】
この発明は、リチウム−鉄高容量バッテリのような十分な電流が引き抜かれると瞬時に電圧降下を起こす新しいタイプのバッテリを基にしている。１０ｍｓをも継続しないような瞬時な電圧降下であっても、マイクロコントローラ等の装置で仕様を越えて使用をするとメモリのデータが消滅したり装置がリセットされる等の問題を引き起こすには十分である。大容量のコンデンサを用いずとも、バッテリ供給電圧の一時的な急峻な電圧降下を避けることによりこれらの問題を解決することができる。
【０００８】
各段の回路を順に駆動することにより電流消費を段階的に増やすことができる。各段階における駆動はバッテリ電圧が回復してから行われるが、これは例えば、バッテリ端子電圧を監視しバッテリ電圧が回復してから次段をオンにする、又は、バッテリ電圧供給曲線をモデリングしそして負荷増加と電圧供給曲線回復間の期間を予測し、そして動作時には、さらなる負荷増加が起きる前に少なくとも予測した期間だけ待つことにより行われる。
【０００９】
信頼性高い電圧供給を行うには、実負荷の電流の半分程度を消費する少なくとも一つのダミー負荷を高電流消費負荷として用いればよい。動作時、第一電圧供給段階でダミー負荷をバッテリに接続し一度バッテリを回復させる。次に第二電圧供給段階（又は二つ以上のダミー負荷を用いる場合は次の段階で）でダミー負荷を外して実負荷をバッテリに接続して高電流を供給することにより一時的な急峻な電圧降下を避けることができる。
【００１０】
負荷電流を一部引き出す間にはいくらかエネルギを消費するが急峻な電圧降下を避けることによりバッテリの寿命が尽きるまでコンスタントに長く用いることができるようになる。これにより、バッテリ寿命が延び、例えば自動記録計のようなバッテリ交換にコストがかかるバッテリ駆動遠隔計測器に有用である。
【発明の効果】
【００１１】
ラジオ、ラップコンピュータ、ＣＤプレーヤ等のバッテリ駆動による装置のバッテリ寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図を参照してこの発明を詳細に説明する。なお、図面において同様な要素には同じ参照番号を付してある。
【００１３】
図１に示す曲線Ａにおいて、スイッチオン以前では点１０に示すようにバッテリ端子電圧は３．７ボルトである。回路に電圧が供給されるとバッテリ電圧は瞬時に点１２に示す約１．８ボルトまで降下し、約２０ｍｓ後に点１４に示す約３．０ボルトまで回復する。ここで、特に丸く囲まれた部分１６の回復期間は重要である。というのは、マイクロコントローラ等の装置では低電圧スパイクをバッテリの充電状態が未だ低いと判断してリセットして装置のさらなる駆動を禁止するからである。０．１μｍ以下の短期間でも供給電圧が敷値より降下するとマイクロコントローラがリセットする場合がある。このような状態になると、点１０'、１２’、１４’で示す曲線Ｂ、点１０’’、１２’’、１４’’で示す曲線Ｃのようにバッテリが疲労してしまう。これでは実際に必要な時期より早くバッテリを交換することになりかねない。
【００１４】
既に述べたように大容量コンデンサによりこのような突然な電圧降下を避けることはできるが大容量コンデンサを用いると幾つか不都合なことも出てくる。
【００１５】
この発明の段階的な負荷駆動方法の効果を図２に示す。スイッチをオンすると、点１０に示すように負荷の一部のみがバッテリに接続される（段階ＳＴ１）。最初は点１２に示すように急激に電圧が下がるが点１４まで回復する。第二段階ＳＴ２において、負荷の第二部分が加わって点２０から点２２まで供給電圧は急降下するが点２４まで回復する。第三そして最終段階ＳＴ３において、負荷の最終部分が加わって点３０から点３２まで供給電圧は急降下するが、バッテリの通常放電特性範囲内である点３４まで回復する。
【００１６】
図１と図２を比較すると図２において電圧スパイクが起きるのは概ね２．５ボルト以下で非常に短いことが分かる。バッテリの疲労が進んでも、負荷の段階的な駆動により交換するまでバッテリを長く使用することが可能になる。これは、バッテリが低電圧状態で充電又は交換すべきとマイクロコントローラが判断する低電圧グリッチを引き起こす以前にバッテリ端子電圧を低くすることができるからである。
【００１７】
図３に示すマイクロコントローラ４０はバッテリ４２と負荷である電力増幅器４４が接続されている。バッテリ４２の端子電圧がマイクロコントローラ４０の入力４３で測定される。電力増幅器４４の入力４６には入力信号である変調キャリア信号が供給され、出力４８はアンテナ５０等の信号伝播装置が接続される。
【００１８】
図示しないマンマシン・インターフェースからの起動又はソフトウエアにより発生した制御信号に応答してマイクロコントローラ４０は端子５２から電力増幅器オン/オフ信号を発生する。他の端子５４からはゲイン設定入力信号が発生する。この信号により負荷が段階的に駆動されて増幅器ゲインが段階的に上がり、そしてバッテリから引き抜かれる電流量が増えてバッテリ端子電圧が下がる。
【００１９】
このマイクロコントローラ４０による負荷の段階的な駆動は様々な方法により達成できる。図４に示すフローチャートではゲイン設定による負荷の段階的な駆動を行う二つの方法が示されている。ブロック６０で、電力増幅器４４（図３）の入力に入力信号が与えられる。ブロック６２で、電力増幅器４４への入力信号が安定しているか判断する。安定していない場合（Ｎ）はブロック６０に戻る。安定している場合（Ｙ）はブロック６４で電力増幅器４４がオンしゲインが最小値に設定される。ブロック６６でこの制御プロセスにおいて待機期間が設定される。この待機期間は所定の一定期間でもよいし制御方法によって変えてもよい。待機期間が所定の一定期間の場合、バッテリ４２の放電特性がモデリングされ、負荷即ちこの例ではゲインの増加からの回復時間が決定され、これが一定待機期間となる。待機期間が可変の場合は、監視制御ループで、バッテリ電圧が所定レベルに回復するのをマイクロコントローラ４０により監視し、回復状態により負荷を増加する。待機期間が経過するとブロック６８で負荷を増加する。ブロック７０で、負荷が所望のレベルに達したか判断する。そうであれば（Ｙ）、プロセスは終了し回路が通常動作する。負荷が所望のレベルに達していない場合（Ｎ）はブロック６０に戻る。
【００２０】
この回路を用いる場合、図２の点１２、２２、３２で示す急峻な降下であるスパイクを小さくし又は除去するために小容量コンデンサ７２（図３）を設けてもよい。
【００２１】
回路の使用状況により負荷増加そして待機期間が変わる。待機期間が所定の増加の程度に関係するように事前に設定した段階シーケンスに応じて負荷を増加することができる。
【００２２】
電流消費の多い負荷では、一つ以上のダミー負荷により段階的電圧供給を行うことができる。複数ダミー負荷を用いる場合、ダミー負荷を一つ用いた場合の電流の例えば半分である電流の一部分が各ダミー負荷により引き抜かれることになる。ダミー負荷一つの場合、第一段階でダミー負荷がバッテリに接続され、バッテリが回復すると、第二段階でダミー負荷が外され実負荷がバッテリに接続される。これにより、一次的な急峻な電圧降下が起こらず十分な電流供給が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】一回の動作で過大な負荷が加わった場合のリチウム−鉄バッテリの供給電圧（Ｖ）対経過時間（秒）を示すグラフである。
【図２】負荷が段階的に加わった場合のリチウム−鉄バッテリの供給電圧（Ｖ）対経過時間（秒）を示すグラフである。
【図３】電力増幅器を含む装置の一般的なブロックダイアグラムを示す図である。
【図４】この発明の方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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