(57)【要約】【課題】ＴＤＭＡ方式やＴＤＤ方式などの携帯通信端末のバッテリの使用時間を長くすると共に小型軽量化する。【解決手段】制御回路６３により、バッテリ５９から送信用パワーアンプ５７に対して予め設定された電流値に制限された出力電流が供給されると共に電気二重層キャパシタ６４が充電されて電力が蓄積され、同電気二重層キャパシタ６４から同制御回路６３と共に送信用パワーアンプ５７に対して電源が供給されるので、バースト期間に送信用パワーアンプ５７の消費電力が増大しても、バッテリ５９の出力電圧の低下は小さい。このため、同出力電圧がバッテリ５９の終止電圧に到達するまでの時間が長くなり、バッテリ５９の寿命が延長される。また、バッテリ５９が低温環境下におかれ、内部抵抗が増加した場合でも、バッテリ５９の寿命が短くなることが回避される。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バースト期間と非バースト期間とが交互に繰り返される送信信号に対して増幅を行う送信用パワーアンプと、
動作処理に応じた電力を消費する負荷回路とを有する通信機器に用いられ、
前記送信用パワーアンプ及び負荷回路に対して電源を供給する電源供給部と、
該電源供給部の出力電圧を監視し、該出力電圧が所定の基準レベルまで低下したとき、前記出力電圧の低下を通知する電圧監視部とを備えてなる電源回路であって、
前記電源供給部から前記送信用パワーアンプに対して供給される出力電流を制御する制御回路と、
前記非バースト期間に該制御回路の前記出力電流により充電されて電力を蓄積し、前記バースト期間に前記制御回路と共に前記送信用パワーアンプに対して電源を供給する電力貯蔵部とが設けられていることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記送信用パワーアンプは、該送信用パワーアンプが正常に動作するための第１の動作電圧の下限値を有し、
前記負荷回路は、該負荷回路が正常に動作するための第２の動作電圧の下限値を有し、
前記第２の動作電圧の下限値は、前記第１の動作電圧の下限値よりも高く設定され、
前記基準レベルは、前記第２の動作電圧の下限値以上に設定され、
電源供給部は、バッテリ、又は出力電流の上限に制限のある直流電源で構成されていることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項３】
前記制御回路は、
前記バースト期間中に前記電力貯蔵部の電圧が前記電源供給部の電圧よりも低くなったとき、この後の前記非バースト期間中に前記電力貯蔵部の電圧が前記電源供給部の電圧とほぼ等しくなるまで該電力貯蔵部を充電する構成とされていることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項４】
前記制御回路の前記出力電流は、
前記送信用パワーアンプに対し、１バースト期間と１非バースト期間とからなる１フレーム周期における消費電力をほぼ供給できる電流値が設定されていることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項５】
前記電力貯蔵部は、
前記バースト期間中の前記送信用パワーアンプの消費電力が前記制御回路が供給できる電力よりも大きいとき、放電することによって該送信用パワーアンプに電力を補充供給し、
前記制御回路は、
前記非バースト期間中の前記送信用パワーアンプの消費電力が当該制御回路が供給できる電力よりも小さいとき、前記バースト期間中に放電した前記電力貯蔵部に対して充電することを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項６】
前記バースト期間の立上がり／立下がり時における該電源供給部の出力電流の立上がり／立下がりを遅延させる遅延手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項７】
前記制御回路は、
表面実装型に形成されると共に回路実装部上に実装され、
前記電力貯蔵部は、
前記回路実装部上の前記制御回路の近傍に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項８】
前記電力貯蔵部は、
電気二重層キャパシタで構成されていることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項９】
前記電気二重層キャパシタは、
シート状の電気二重層構造によるキャパシタとして構成された単位セルを有し、所定の耐電圧及び静電容量に対応して該単位セルが任意数積層されてなる積層セルを備えてなることを特徴とする請求項８記載の電源回路。
【請求項１０】
前記送信信号は、
ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ）方式又はＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式に対応していることを特徴とする請求項１記載の電源回路。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のうちのいずれか一に記載の電源回路を備えたことを特徴とする通信機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源回路、及び該電源回路を備えた通信機器に係り、特に、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ）方式又はＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式の携帯電話機などに用いて好適な電源回路、及び該電源回路を備えた通信機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＤＭＡ方式やＴＤＤ方式の携帯通信機器（たとえば、携帯電話機）では、バースト期間と非バースト期間とが交互に繰り返される送信信号が送信用パワーアンプで増幅されて送信電波として発信される。この場合、バースト期間では、送信用パワーアンプが電波を送信するため、消費電力が大きく、非バースト期間では携帯電話機の受信部が電波を受信するので、消費電力が小さい。このため、負荷電流がバースト状に増減している。また、送信用パワーアンプの電源は、通常、バッテリから供給され、同バッテリがバースト期間と非バースト期間との繰り返し周期に同期して放電する。
【０００３】
このバッテリは、携帯電話機のＣＰＵ（中央処理装置）などの内部回路にも電源を供給しているが、同バッテリの電圧がＣＰＵなどの動作電圧の下限値を一瞬でも下回ると、同ＣＰＵなどがフリーズ（ｆｒｅｅｚｅ）状態となって携帯電話機が動作不能となるため、バッテリの残存容量の判定は、様々な動作状態における最低電圧値を検出したり、瞬間的な重負荷状態を予測してマージンをもたせた高めの終止電圧を設定することにより行われている。このような状況下で、バッテリを大容量化したり、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を用いることにより、携帯電話機を長時間使用するための研究開発が行われている。なお、ＴＤＭＡ方式には、日本国内で用いられているＰＤＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｅｇｉｔａｌ  Ｃｅｌｌｕｌａｒ  ）方式、ヨーロッパなどで用いられているＧＳＭ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｍｏｂｉｌｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ）方式及びＧＰＲＳ（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐａｃｋｅｔ  Ｒａｄｉｏ  Ｓｅｒｖｉｃｅ）方式などがある。
【０００４】
この種の携帯電話機は、従来では、たとえば図１５に示すように、送信用パワーアンプ１と、回路ブロック２と、電源回路３とから構成されている。送信用パワーアンプ１は、増幅回路（ＡＭＰ）１１と、コンデンサ１２と、増幅回路（ＡＭＰ）１３と、コンデンサ１４と、増幅回路（ＡＭＰ）１５と、バイアス回路１６とから構成されている。増幅回路１１，１３，１５は、バイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタなどで構成され、バイアス回路１６は、これらの増幅回路１１，１３，１５を正常動作させるためのバイアス電圧を発生する。また、送信用パワーアンプ１及び回路ブロック２は、それぞれ正常に動作するための動作電圧の下限値を有している。この送信用パワーアンプ１では、バースト期間と非バースト期間とが交互に繰り返されるＧＳＭ方式に対応した送信信号ＲＦＩＮが、増幅回路１１に入力される。送信信号ＲＦＩＮは増幅回路１１で増幅され、同増幅回路１１から出力信号Ｋが出力される。出力信号Ｋは、コンデンサ１２で直流成分が遮断されて増幅回路１３に入力されて増幅され、同増幅回路１３から出力信号Ｍが出力される。出力信号Ｍは、コンデンサ１４で直流成分が遮断されて増幅回路１５に入力されて増幅され、同増幅回路１５から送信電波として発信するための無線信号ＲＦＯＵＴ  が出力される。
【０００５】
回路ブロック２は、送信用パワーアンプ１の増幅以外の所定の動作をほぼ一定の消費電力で行う各種回路であり、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２１や、送信用パワーアンプ以外の負荷２２などで構成され、動作電圧の下限値は、送信用パワーアンプ１の動作電圧の下限値よりも高く設定されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路２１は、電源回路３の出力電圧を昇圧又は降圧する。送信用パワーアンプ以外の負荷２２は、たとえば、マイクロコンピュータ用電源、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）用電源、ＳＩＭ（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ  Ｉｄｅｎｔｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌｅ）カード用電源、メモリ用電源、ヒューマン・インターフェース機器（たとえば、音声機器、入出力機器、撮像機器など）用電源などで構成され、電源回路３の出力電圧で動作するものは、同電源回路３の出力電圧が直接印加され、同電源回路３の出力電圧では動作せず、電圧の変換を必要とするものは、同電源回路３の出力電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ回路２１により昇圧又は降圧されて印加されるようになっている。
【０００６】
電源回路３は、バッテリ３１と、電源マネジメント回路３２と、バッテリ充電回路３３と、電源バイパスコンデンサ３４とから構成されている。バッテリ３１は、たとえばリチウムイオン電池であり、素電池３５と、内部抵抗３６と、保護回路３７とから構成されている。電源マネジメント回路３２は、バッテリ３１の出力電圧を監視して残存容量を検出し、同残存容量が少なくなって同出力電圧が回路ブロック２の動作電圧の下限値以上に設定された所定の基準レベルになったとき、たとえば充電警告表示を行うための制御信号の発生など、同出力電圧が低下した旨を通知する。バッテリ充電回路３３は、図示しない外部電源が接続され、電源マネジメント回路３２からの制御信号により、所定の充電条件にてバッテリ３１を充電する。電源バイパスコンデンサ３４は、バースト期間の立上がり／立下がり時におけるバッテリ３１の出力電流の立上がり／立下がりを遅延させる。
【０００７】
図１６は、図１５の携帯電話機の動作を説明するためのタイムチャートである。また、図１７は、図１５中のバッテリ３１の放電電圧の範囲、電源マネジメント回路３２に設定されているバッテリ３１の残存容量の検出基準、送信用パワーアンプ１の動作電圧の許容範囲、及び回路ブロック２の動作電圧の許容範囲を示す図である。
これらの図を参照して、図１５の携帯電話機の動作を説明する。
なお、図１５では、電源回路３に送信用パワーアンプ１が接続されているため、バッテリ３１の出力電圧は、送信用パワーアンプ１の動作電圧と同一値となる。
まず、時刻ｔαにおいて、送信動作の開始による送信バースト期間の立上り時、送信用パワーアンプ１の消費電流は急峻に電流値０Ａから電流値ＩＰＡまで立ち上る。バッテリ３１の出力電流も、送信バースト期間の立上りに同期して電流値ＩＢ０から電流値ＩＢｍａｘまで増加するが、電源バイパス・コンデンサ３４の放電によるサージ吸収作用により、立上がりが遅延している。これにより、送信バースト期間の立上がりによるバッテリ３１の出力電圧の揺れが抑制される。送信バースト期間の立上り時における出力電流の増加により、バッテリ３１の出力電圧は、内部抵抗３６と保護回路３７との直列抵抗分によって降下し、電圧値ＶＢ０（＝送信用パワーアンプ１の動作電圧ＶＰＡ０）から電圧値ΔＶＢＲｘ（＝ΔＶＲｘ）だけ低下する。
【０００８】
期間Ｔβにおいて、送信バースト期間では、送信用パワーアンプ１が送信動作を保持しているため、消費電流は一定の電流値ＩＰＡである。バッテリ３１の出力電流は、電源バイパス・コンデンサ３４による遅延がなくなり、送信用パワーアンプ１の消費電流と、回路ブロック２のほぼ一定の消費電流（電流値ＩＢ０）との合計である電流値ＩＢｍａｘで安定している。バッテリ３１の出力電圧は、電流値ＩＢｍａｘの出力電流によって同バッテリ３１の静電容量成分における電圧降下が発生するため、電圧値ΔＶＢＣｘ（＝ΔＶＣｘ）だけ低下する。従って、期間Ｔβの終了時のバッテリ３１の出力電圧の変化量は、時刻ｔαにおける電圧値ΔＶＢＲｘに加えて電圧値ΔＶＢＣｘの落ち込みが加わるため、ΔＶＢｘ（＝ΔＶＰＡｘ＝ΔＶＢＲｘ＋ΔＶＢＣｘ）となり、同バッテリ３１の出力電圧は、電圧値ＶＢ０から電圧値ＶＢ１（＝ＶＰＡ１）に低下する。
【０００９】
時刻ｔβにおいて、送信動作の終了による送信バースト期間の立下り時、送信用パワーアンプ１の消費電流は電流値ＩＰＡから急激にほぼ０Ａとなる。バッテリ３１の出力電流も、送信バースト期間の立下りに同期して回路ブロック２の消費電流（電流値ＩＢ０）まで減少するが、電源バイパス・コンデンサ３４の充電によるサージ吸収作用により、立下がりが遅延している。これにより、送信バースト期間の立下がりによるバッテリ３１の出力電圧の揺れが抑制される。バッテリ３１の出力電圧ＶＢ１は、送信バースト期間の立下りに同期して内部抵抗３６及び保護回路３７の直列抵抗分による電圧降下が減少し、電圧値ΔＶＢＲｘ（＝ΔＶＲｘ）だけ上昇する。
【００１０】
期間Ｔαにおいて、受信非バースト期間では、受信部が受信動作を保持しているため、送信用パワーアンプ１は動作していないので、同送信用パワーアンプ１の消費電流はほぼ０Ａである。バッテリ３１の出力電流は、電源バイパス・コンデンサ３４による遅延がなくなり、回路ブロック２の消費電流である電流値ＩＢ０で安定している。バッテリ３１の出力電圧は、出力電流が電流値ＩＢｍａｘから電流値ＩＢ０へ急激に減少したため、内部抵抗３６及び保護回路３７の直列抵抗分と同バッテリ３１の静電容量成分とによる時定数に基づいて上昇する。
【００１１】
そして、再び時刻ｔαにおける状態となり、以降、時刻ｔα→期間Ｔβ→時刻ｔβ→期間Ｔα→時刻ｔα→…の順序で動作が繰り返される。このように、送信バースト期間における送信用パワーアンプ１の消費電流により、バッテリ３１の出力電圧は、変化量が電圧値ΔＶＢｘとなり、受信非バースト期間の電圧値ＶＢ０から送信バースト期間における最低の電圧値ＶＢ１に低下する。この電圧値ＶＢ１が携帯電話機のＣＰＵなどの内部回路の動作電圧の下限値を一瞬でも下回ると、同携帯電話機が動作不能となるため、バッテリ３１の寿命の判定は、同電圧値ＶＢ１に基づいて行われる。
【００１２】
たとえば、ＴＤＭＡ方式の代表的な方式であるＧＳＭ方式の携帯電話機で通話したときの電圧値ΔＶＢｘのシミュレーション値は、以下のシミュレーション条件を設定した場合、約３００ｍＶとなる。
シミュレーション条件
内部抵抗３６；１５０ｍΩ
送信バースト期間；０．５ｍｓｅｃ
受信非バースト期間；４．５ｍｓｅｃ
バッテリ３１の出力電流；
ＩＢｍａｘ；２．１Ａ、ＩＢ０；０．１Ａ
ΔＶＢＲｘ＝０．１５×（２．１−０．１）＝０．３Ｖ
ΔＶＢＣｘ＝（０．０００５×２．１）／バッテリ３１静電容量＞０
∴ΔＶＢｘ＝ΔＶＢＲｘ＋ΔＶＢＣｘ＞３００ｍＶ
【００１３】
つまり、バッテリ３１の出力電圧は、受信非バースト期間にたとえば３．５Ｖある場合、送信バースト期間では３．２Ｖ以下となり、図１７に示すバッテリ３１の残存容量の検出基準に基づいて充電警告レベルとなるため、電源マネジメント回路３２により、同出力電圧が低下した旨が通知される。なお、図１７では、送信用パワーアンプ１の動作電圧の許容範囲は４．２〜２．７Ｖ、及び回路ブロック２の動作電圧の許容範囲が４．２〜３．０Ｖであることが示され、下限値に０．３Ｖ（ΔＶＭ）程度の差がある。この理由は、送信用パワーアンプ１は、アナログ回路で構成されているため、比較的低電圧で動作可能であるが、回路ブロック２は、ＣＰＵやデジタル回路で構成されているため、低電圧では動作不可能であることによる。
【００１４】
上記の携帯電話機の他、従来、この種の技術としては、たとえば、次のような文献に記載されるものがあった。
特許文献１に記載されたバースト無線通信装置では、バッテリから昇圧手段を介してコンデンサが１０Ｖに充電され、送信バースト期間にスイッチ手段が閉となって同コンデンサからパワーアンプに電源が供給される。このとき、同パワーアンプでバースト信号が増幅されて送信される。また、非バースト期間では、スイッチ手段が開となってコンデンサが充電される。
【００１５】
【特許文献１】
特開平４−３１５３２０号公報（第１頁、図１）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の携帯電話機では、次のような問題点があった。
すなわち、バッテリ３１の出力電圧は、受信非バースト期間にたとえば３．５Ｖあるとしても、送信バースト期間では３．２Ｖ（終止電圧）以下となって充電警告レベルとなるため、電源マネジメント回路３２により、同出力電圧が低下した旨が通知され、同バッテリ３１の出力電圧が実際の終止電圧に達する前に携帯電話機が使用不能になるという問題点がある。この問題点を解決するために、バッテリ３１の容量を増加することが考えられる。ところが、バッテリ３１の容量を増加すると、携帯電話機を小型・軽量化することが困難となり、現在の市場の要求である長時間通話及び小型・軽量化に対応できないという問題点がある。
【００１７】
また、特許文献１に記載されたバースト無線通信装置では、バッテリから昇圧手段を介して充電されたコンデンサにより、パワーアンプに電源が供給されるが、現在の主流のパワーアンプは、携帯電話機のバッテリ電圧（リチウムイオン電池の場合、平均約３．７Ｖ）が印加されるようになっているものが多く、コンデンサから１０Ｖ程度の電圧が印加されると、同パワーアンプの耐電圧（５Ｖ程度）を超えてしまうため、同パワーアンプの内部の素子が破壊されるおそれがある。また、コンデンサの電圧をレギュレータにより降圧しても、２段のＤＣ／ＤＣ変換回路が使用されることになるので、電力効率が著しく低下するという問題点がある。
【００１８】
また、このバースト無線通信装置では、送信バースト期間にスイッチ手段が閉となり、非バースト期間にスイッチ手段が開となるが、このような非送信時（非バースト期間）の空きスロット時間にコンデンサを充電する方法は、送信時間の比率が比較的小さい（デューティ比が１／８程度）装置でのみ有効である。すなわち、送信時間の比率が増加するほど短時間でコンデンサを充電する必要があるため、効果が低下していき、前記比率が５０％を超えると、スイッチ手段は逆効果となる。近年では、携帯電話機の機能は、従来の音声通話のみからデータ通信に拡大する傾向にあるが、この機能拡大は、ＴＤＭＡ方式では送信スロットが増加し、送信時間の比率が増加することになるので、スイッチ手段は長時間通話に有効な手段とはならない。
【００１９】
携帯電話機などの携帯通信機器では、人間が持ち歩く際に支障とならない大きさ及び重量であることが重要な性能の一つであり、特に近年では、折り畳み式の筐体が主流であるため、より薄く、かつ、より軽くすることが要求されている。ところが、このバースト無線通信装置では、昇圧手段は、コイル、抵抗及び半導体などで構成されたＤＣ−ＤＣ変換回路であり、スイッチ手段は機械式スイッチ素子または半導体式スイッチ素子で構成され、コンデンサが１００ｍｍ３  程度の大きさであり、これらの部品を全て携帯電話機の内部に実装すると、同携帯電話機が非常に大きく、かつ重くなり、携帯性能を損なうという問題点がある。
【００２０】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、長時間通話及び小型・軽量化に対応できる電源回路、及び該電源回路を備えた通信機器を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、バースト期間と非バースト期間とが交互に繰り返される送信信号に対して増幅を行う送信用パワーアンプと、動作処理に応じた電力を消費する負荷回路とを有する通信機器に用いられ、前記送信用パワーアンプ及び負荷回路に対して電源を供給する電源供給部と、該電源供給部の出力電圧を監視し、該出力電圧が所定の基準レベルまで低下したとき、前記出力電圧の低下を通知する電圧監視部とを備えてなる電源回路に係り、前記電源供給部から前記送信用パワーアンプに対して供給される出力電流を制御する制御回路と、前記非バースト期間に該制御回路の前記出力電流により充電されて電力を蓄積し、前記バースト期間に前記制御回路と共に前記送信用パワーアンプに対して電源を供給する電力貯蔵部とが設けられていることを特徴としている。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の電源回路に係り、前記送信用パワーアンプは、該送信用パワーアンプが正常に動作するための第１の動作電圧の下限値を有し、前記負荷回路は、該負荷回路が正常に動作するための第２の動作電圧の下限値を有し、前記第２の動作電圧の下限値は、前記第１の動作電圧の下限値よりも高く設定され、前記基準レベルは、前記第２の動作電圧の下限値以上に設定され、電源供給部は、バッテリ、又は出力電流の上限に制限のある直流電源で構成されていることを特徴としている。
【００２３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の電源回路に係り、前記制御回路は、前記バースト期間中に前記電力貯蔵部の電圧が前記電源供給部の電圧よりも低くなったとき、この後の前記非バースト期間中に前記電力貯蔵部の電圧が前記電源供給部の電圧とほぼ等しくなるまで該電力貯蔵部を充電する構成とされていることを特徴としている。
【００２４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の電源回路に係り、前記制御回路の前記出力電流は、前記送信用パワーアンプに対し、１バースト期間と１非バースト期間とからなる１フレーム周期における消費電力をほぼ供給できる電流値が設定されていることを特徴としている。
【００２５】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の電源回路に係り、前記電力貯蔵部は、前記バースト期間中の前記送信用パワーアンプの消費電力が前記制御回路が供給できる電力よりも大きいとき、放電することによって該送信用パワーアンプに電力を補充供給し、前記制御回路は、前記非バースト期間中の前記送信用パワーアンプの消費電力が当該制御回路が供給できる電力よりも小さいとき、前記バースト期間中に放電した前記電力貯蔵部に対して充電することを特徴としている。
【００２６】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の電源回路に係り、前記バースト期間の立上がり／立下がり時における該電源供給部の出力電流の立上がり／立下がりを遅延させる遅延手段が設けられていることを特徴としている。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の電源回路に係り、前記制御回路は、表面実装型に形成されると共に回路実装部上に実装され、前記電力貯蔵部は、前記回路実装部上の前記制御回路の近傍に接続されていることを特徴としている。
【００２８】
請求項８記載の発明は、請求項１記載の電源回路に係り、前記電力貯蔵部は、電気二重層キャパシタで構成されていることを特徴としている。
【００２９】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の電源回路に係り、前記電気二重層キャパシタは、シート状の電気二重層構造によるキャパシタとして構成された単位セルを有し、所定の耐電圧及び静電容量に対応して該単位セルが任意数積層されてなる積層セルを備えてなることを特徴としている。
【００３０】
請求項１０記載の発明は、請求項１記載の電源回路に係り、前記送信信号は、ＴＤＭＡ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ  ）方式又はＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）方式に対応していることを特徴としている。
【００３１】
請求項１１記載の発明は、携帯通信機器に係り、請求項１乃至１０のうちのいずれか一に記載の電源回路を備えたことを特徴としている。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。
第１の実施形態
図１は、この発明の第１の実施形態である電源回路を備えた通信機器の電気的構成を示すブロック図である。
この形態の通信機器は、同図に示すように、携帯電話機であり、アンテナ４１と、アンテナスイッチ４２と、受信器４３と、局部発振器４４と、送信器４５と、無線部インターフェース４６と、ヒューマン・インターフェース４７と、電源回路４８とから構成されている。アンテナ４１は、図示しない無線基地局との間で電波を送受信するものであり、通信に使用する電波の波長に基づいて長さが設定される。アンテナスイッチ４２は、受信器４３又は送信器４５を選択してアンテナ４１と接続する。
【００３３】
受信器４３は、受信信号の増幅や周波数変換などを行う。局部発振器４４は、受信信号又は送信信号の周波数変換に必要となる基準周波数の信号を無線部インターフェース４６の制御信号により発生する。送信器４５は、送信信号の周波数変換や増幅などを行う。無線部インターフェース４６は、受信信号や送信信号のコード化などを行い、ヒューマン・インターフェース４７に伝送する他、局部発振器４４を常時制御する。ヒューマン・インターフェース４７は、たとえば、図示しないスピーカ、マイクなどの音声機器、キーボード、表示器などの入出力機器、カメラなどの撮像機器等のアナログ入出力機器が接続され、ユーザと携帯電話機との間を仲介する。電源回路４８は、上記各部に電源を供給する。
【００３４】
この携帯電話機では、電波の受信期間にアンテナ４１がアンテナスイッチ４２を介して受信器４３に接続される。アンテナ４１で受信された電波は、受信器４３で増幅され、更に局部発振器４４からの信号により受信信号の周波数がダウンコンバートされた受信波となり、無線部インターフェース４６に送出される。受信波は、無線部インターフェース４６で復調やデコーディングが行われ、さらに、ヒューマン・インターフェース４７を介してユーザに伝送される。また、電波の送信期間では、アンテナ４１がアンテナスイッチ２４を介して送信器４５と接続される。ユーザは、ヒューマン・インターフェース４７に接続されているマイクやキーボードやカメラなどを用いて、送信先に伝えたい情報を音声や文字や画像として入力する。入力された情報は、無線部インターフェース４６に伝送されてエンコーディングや変調が行われ、送信器４５に伝送される。送信器４５では、送信信号が局部発振器４４からの信号により高周波にアップコンバートされて増幅され、アンテナスイッチ４２を介してアンテナ４１から電波として送信される。
【００３５】
図２は、図１中のアンテナ４１、アンテナスイッチ４２、局部発振器４４、送信器４５、無線部インタフェース４６及びヒューマン・インタフェース４７を抽出した図であり、同送信器４５及び無線部インタフェース４６の要部の電気的構成が示されている。
無線部インタフェース４６は、図２に示すように、信号処理部５１と、中間周波部（ＩＦ）５２とから構成されている。信号処理部５１は、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などで構成され、ヒューマン・インターフェース４７から送出される送信データ（音声信号や映像信号など）に対してフィルタリングなどのデジタル信号処理を行う。中間周波部（ＩＦ）５２は、信号処理部５１から送出される信号に対して変調及び中間周波増幅を行う。
【００３６】
送信器４５は、帯域通過フィルタ５３と、ミキサ（ＭＩＸ）５４と、帯域通過フィルタ５５と、バッファ（ＢＵＦＦ）５６と、送信用パワーアンプ（ＰＡ）５７とから構成されている。帯域通過フィルタ５３は、無線部インタフェース４６の中間周波部（ＩＦ）５２から送出される送信信号に対してノイズ除去などを行う。ミキサ（ＭＩＸ）５４は、局部発振器４４からの基準周波数を用いて送信信号の周波数をアップコンバートして高周波に変換する。帯域通過フィルタ５５は、ミキサ（ＭＩＸ）５４から送出される信号に対してノイズ除去などを行う。バッファ（ＢＵＦＦ）５６は、高周波にアップコンバートされた信号を高入力インピーダンスで受けて低出力インピーダンスで送信用パワーアンプ（ＰＡ）５７へ送出する。送信用パワーアンプ（ＰＡ）５７は、バッファ５６から送出される信号に対して送信電波とするための電力増幅を行う。
【００３７】
無線部インタフェース４６では、ヒューマン・インターフェース４７から送出された送信データが信号処理部５１に入力されてデジタル信号処理され、中間周波部（ＩＦ）５２で変調されて中間周波増幅が行われ、送信信号が出力される。この送信信号は、中間周波増幅に伴って付加されたノイズが送信器４５の帯域通過フィルタ５３で除去される。帯域通過フィルタ５３から送出された送信信号は、ミキサ（ＭＩＸ）５４で局部発振器４４の基準周波数を受け、周波数がアップコンバートされて高周波に変換される。ミキサ（ＭＩＸ）５４から送出された送信信号は、高周波変換により発生したノイズが帯域通過フィルタ５５で除去される。帯域通過フィルタ５５から送出された送信信号は、バッファ（ＢＵＦＦ）５６を経て送信用パワーアンプ（ＰＡ）５７へ送出される。バッファ５６から送出された送信信号は、送信用パワーアンプ（ＰＡ）５７で電力増幅され、アンテナスイッチ４２を介してアンテナ４１から電波として送信される。
【００３８】
図３は、図１中の電源回路４８、図２中の送信用パワーアンプ５７、及び回路ブロック５８の要部の電気的構成を示す回路図である。
送信用パワーアンプ５７は、図３に示すように、増幅回路（ＡＭＰ）７１と、コンデンサ７２と、増幅回路（ＡＭＰ）７３と、コンデンサ７４と、増幅回路（ＡＭＰ）７５と、バイアス回路７６とから構成されている。増幅回路７１，７３，７５は、バイポーラトランジスタやＭＯＳトランジスタなどで構成され、バイアス回路７６は、これらの増幅回路７１，７３，７５を正常動作させるためのバイアス電圧を発生する。また、送信用パワーアンプ５７及び回路ブロック５８は、それぞれ正常に動作するための動作電圧の下限値を有している。この送信用パワーアンプ５７では、バースト期間と非バースト期間とが交互に繰り返されるＴＤＭＡ方式（たとえば、ＧＳＭ方式）又はＴＤＤ方式に対応した送信信号ＲＦＩＮが、増幅回路７１に入力される。送信信号ＲＦＩＮは増幅回路７１で増幅され、同増幅回路７１から出力信号Ｋが出力される。出力信号Ｋは、コンデンサ７２で直流成分が遮断されて増幅回路７３に入力されて増幅され、同増幅回路７３から出力信号Ｍが出力される。出力信号Ｍは、コンデンサ７４で直流成分が遮断されて増幅回路７５に入力されて増幅され、同増幅回路７５から送信電波として発信するための無線信号ＲＦＯＵＴ  が出力される。
【００３９】
回路ブロック５８は、図２中の送信用パワーアンプ５７以外の各種回路であり、たとえば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路８１や、送信用パワーアンプ以外の負荷８２などで構成され、送信用パワーアンプ５７の動作電圧の許容範囲よりも下限値の高い動作電圧の許容範囲を有し、動作処理に応じた電力を消費する。ＤＣ−ＤＣコンバータ回路８１は、電源回路４８の出力電圧を昇圧又は降圧する。送信用パワーアンプ以外の負荷８２は、たとえば、マイクロコンピュータ用電源、ＤＳＰ用電源、ＳＩＭカード用電源、メモリ用電源、ヒューマン・インターフェース機器（たとえば、音声機器、入出力機器、撮像機器など）用電源などで構成され、電源回路４８の出力電圧で動作するものは、同電源回路４８の出力電圧が直接印加され、同電源回路４８の出力電圧では動作せず、電圧の変換を必要とするものは、同電源回路４８の出力電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ回路８１により昇圧又は降圧されて印加されるようになっている。
【００４０】
電源回路４８は、バッテリ５９と、電源マネジメント回路６０と、バッテリ充電回路６１と、入力コンデンサ６２と、制御回路６３と、電気二重層キャパシタ６４とから構成され、同入力コンデンサ６２、制御回路６３及び電気二重層キャパシタ６４が、回路実装部６５に実装されている。バッテリ５９は、たとえばリチウムイオン電池であり、放電電圧範囲は、一般に４．２Ｖから２．５Ｖ程度である。バッテリ５９は、素電池９１と、内部抵抗９２と、保護回路９３とから構成され、同内部抵抗９２は、電解液や電極接続抵抗や電荷移動抵抗などの合成抵抗によって発生する。保護回路９３は、トランジスタやサーミスタなどで構成され、過充電、過放電、過電流、発熱などを検出してバッテリ５９を負荷から絶縁する。
【００４１】
電源マネジメント回路６０は、従来技術の図１７に示す検出基準に基づいてバッテリ５９の出力電圧を監視して残存容量を検出し、同残存容量が少なくなって同出力電圧が回路ブロック５８の動作電圧の下限値以上に設定された所定の基準レベルになったとき、たとえば充電警告表示を行うための制御信号の発生など、同出力電圧が低下した旨を通知する。たとえば、バッテリ５９の出力電圧が４．２Ｖ程度のとき、残存容量は満充電レベルであり、同バッテリ５９は、送信用パワーアンプ５７及び回路ブロック５８を駆動するための十分な電圧を有している。また、バッテリ５９の出力電圧が３．７Ｖ程度のとき、残存容量は中間レベルであり、同バッテリ５９は、送信用パワーアンプ５７及び回路ブロック５８を駆動するための十分な電圧を有している。また、バッテリ５９の出力電圧が３．２Ｖ程度のとき、残存容量は充電警告レベルであり、充電が必要な状態である。このとき、バッテリ５９は、送信用パワーアンプ５７を駆動するには十分な電圧を有しているが、回路ブロック５８の動作電圧の許容範囲の下限値（３．０Ｖ）に近付いているため、動作電圧が不足する状態になりつつある。この３．２Ｖがバッテリ５９の終止電圧として設定されている。
【００４２】
バッテリ充電回路６１は、図示しない外部電源を接続することにより、電源マネジメント回路６０からの制御信号に基づき、所定の電圧及び電流によりバッテリ５９を充電する。入力コンデンサ６２は、送信用パワーアンプ５７の消費電流が急激に増減するときに充放電され、バースト期間の立上がり／立下がり時におけるバッテリ５９の出力電流の立上がり／立下がりを遅延させる。
【００４３】
制御回路６３は、ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ（以下、「ｐＭＯＳ」という）１０１と、ゲート制御ブロック１０２と、電流制御ブロック１０３とから構成されている。電流制御ブロック１０３は、ｐＭＯＳ１０１のドレイン・ソース間の電圧に基づいてドレイン電流を検出し、同ドレイン電流が予め設定された値になるようにゲート制御ブロック１０２ヘ制御信号Ｃを送出する。ゲート制御ブロック１０２は、制御信号Ｃに基づいて、ｐＭＯＳ１０１のドレイン・ソース間の抵抗値を制御するためのゲート制御電圧Ｇを発生する。ｐＭＯＳ１０１は、ゲート制御電圧Ｇに基づいてドレイン・ソース間の抵抗値が制御され、同抵抗値に基づくドレイン電流が流れる。
【００４４】
この制御回路６３は、バッテリ５９から送信用パワーアンプ５７に対して予め設定された電流値に制限された出力電流を供給し、バースト期間中に電気二重層キャパシタ６４の電圧がバッテリ５９の電圧よりも低くなったとき、この後の非バースト期間中に同電気二重層キャパシタ６４の電圧が同バッテリ５９の電圧とほぼ等しくなるまで同電気二重層キャパシタ６４を充電する。また、制御回路６３の出力電流（ｐＭＯＳ１０１のドレイン電流）は、送信用パワーアンプ５７に対し、１バースト期間と１非バースト期間とからなる１フレーム周期における消費電力をほぼ供給できる電流値が設定されている。この１フレーム周期は、ＧＳＭ方式などの場合、数ミリ秒である。また、制御回路６３は、非バースト期間中の送信用パワーアンプ５７の消費電力が同制御回路６３が供給できる電力よりも小さいとき、バースト期間中に放電した電気二重層キャパシタ６４に対して充電する。
【００４５】
電気二重層キャパシタ６４は、たとえば、静電容量１１１と、内部抵抗１１２とから構成され、制御回路６３の出力電流により充電されて電力を蓄積し、同制御回路６３と共に送信用パワーアンプ５７に対して電源を供給する。静電容量１１１は、数十ｍＦ以上であり、内部抵抗１１２は、５００ｍΩ以下である。また、電気二重層キャパシタ６４は、バースト期間中の送信用パワーアンプ５７の消費電力が制御回路６３が供給できる電力よりも大きいとき、放電することによって同送信用パワーアンプ５７に電力を補充供給する。
【００４６】
回路実装部６５は、入力コンデンサ６２、制御回路６３、及び電気二重層キャパシタ６４が実装され、入力側に電源端子３１３及び接地端子３１４が設けられ、出力側に電源端子３１１及び接地端子３１２が設けられている。
【００４７】
図４は、図３中の回路実装部６５の構成図である。
この回路実装部６５は、たとえばフレキシブルプラスチック基板（ＦＰＣ基板）で構成され、図４に示すように、表面実装型に形成された入力コンデンサ６２及び制御回路６３が実装され、かつ、電気二重層キャパシタ６４が一方の端部に実装されているため、厚みは２ｍｍ以下、長さと幅の積が２００ｍｍ２  程度で形成されている。また、回路実装部６５の一方の端部に電源端子３１３及び接地端子３１４が設けられ、他方の端部に電源端子３１１及び接地端子３１２が設けられている。
【００４８】
図５は、図４中の電気二重層キャパシタ６４の構成図である。
この電気二重層キャパシタ６４は、同図５に示すように、薄いシート状の電気二重層構造によるキャパシタとして構成された６つの単位セル１２１，…，１２１を備え、これらの単位セル１２１，…，１２１が積層され、送信用パワーアンプ５７の電源として必要な耐電圧及び静電容量を有する積層セル１２２が構成されている。また、最上部の単位セル１２１の端部には正電極１２３が設けられ、最下部の単位セル１２１の端部には負電極１２４が設けられている。さらに、絶縁フィルム１２５により積層セル１２２が挟み込まれ、正電極１２３及び負電極１２４が露出するようになっている。
【００４９】
図６は、図５中の単位セル１２１の構成図である。
単位セル１２１は、同図６に示すように、集電体１３１と、セパレータ１３２と、活性炭層１３３と、ガスケット１３４とから構成されている。集電体１３１は正極又は負極となり、セパレータ１３２は正極と負極とを分離する。活性炭層１３３は、電荷を蓄積し、ガスケット１３４によって保持される。このような層状の単位セル１２１を形成することにより、薄いシート形状の電気二重層の原理によるキャパシタが構成される。電気二重層キャパシタは、セラミックコンデンサやアルミ電解コンデンサやタンタルコンデンサなどよりも大きな静電容量を有し、同静電容量は、たとえば、長さと幅の積が１０００ｍｍ２  程度、厚さが２ｍｍ程度で、３０ｍＦ（耐電圧；たとえば５Ｖ）以上となる。一方、現在の携帯電話機の外装ケース（筐体）と内部の部品実装部との隙間の有効寸法は、高さ２ｍｍ程度、面積１５００ｍｍ２  程度と想定されるが、この実施形態の回路実装部６５及び電気二重層キャパシタ６４が上記隙間に収まるため、携帯電話機の携帯性能を損なうことなく、電源回路が実装される。
【００５０】
図７は、図３中の電源回路４８及び送信用パワーアンプ５７の動作を説明するためのタイムチャート、図８及び図９がバッテリの寿命の延長効果を説明する図である。
これらの図を参照して、この形態の携帯電話機の動作について説明する。
まず、時刻ｔ０において、送信動作の開始による送信バースト期間の立上り時、送信用パワーアンプ５７の消費電流は急峻に０Ａから電流値ＩＰＡまで立ち上る。電気二重層キャパシタ６４からＩＤＣＧの放電電流が送信用パワーアンプ５７へ供給される。バッテリ５９の出力電流は、送信バースト期間の立上りに同期して、制御回路６３により設定された上限の電流値ＩＢｍａｘまで増加するが、入力コンデンサ６２の放電によるサージ吸収作用により、立上がりが遅延している。これにより、送信バースト期間の立上がりによるバッテリ５９の出力電圧の揺れが抑制される。そして、電気二重層キャパシタ６４の電流値ＩＤＣＧとバッテリ５９の電流値ＩＢｍａｘとが合成され、送信用パワーアンプ５７に電流値ＩＰＡの電流が供給される。電気二重層キャパシタ６４から送信用パワーアンプ５７に印加される電圧は、同電気二重層キャパシタ６４の内部抵抗１１２と放電電流量とにより決まる電圧降下により、送信バースト期間の立上りに同期して電圧値ＶＰＡ０から電圧値ΔＶＲｙだけ低下する。バッテリ５９の出力電圧は、内部抵抗９２と保護回路９３との直列抵抗分によって降下し、電圧値ＶＢ０から電圧値ΔＶＢＲｙだけ低下する。
【００５１】
期間Ｔ１において、送信バースト期間では、送信用パワーアンプ５７が送信動作を保持しているため、消費電流は一定の電流値ＩＰＡである。電気二重層キャパシタ６４から放電電流（電流値ＩＤＣＧ）が送信用パワーアンプ５７へ継続して供給される。バッテリ５９の出力電流は、入力コンデンサ６２による遅延がなくなり、制御回路６３により設定された電流値ＩＢｍａｘが継続されている。電気二重層キャパシタ６４からの放電電流（電流値ＩＤＣＧ）とバッテリ５９の放電電流（電流値ＩＢｍａｘ）との合成電流（ＩＰＡ＝ＩＢｍａｘ＋ＩＤＣＧ）により、送信用パワーアンプ５７に対して電流値ＩＰＡの電流供給が継続される。電気二重層キャパシタ６４から送信用パワーアンプ５７に印加される電圧は、同電気二重層キャパシタ６４の放電に伴う電圧降下により、電圧値ΔＶＣｙだけ低下する。従って、期間Ｔ１の終了時に送信用パワーアンプ５７に印加されている電圧は、時刻ｔ０のときの電圧値ΔＶＲｙの低下に加えて電圧値ΔＶＣｙの低下が加わるため、電圧値ΔＶＰＡｙ（＝ΔＶＲｙ＋ΔＶＣｙ）だけ低下し、電圧値ＶＰＡ０から電圧値ＶＰＡ１となる。バッテリ５９の出力電圧は、電流値ＩＢｍａｘの出力電流によって同バッテリ５９の静電容量成分における電圧降下が発生するため、時刻ｔ０における電圧値ΔＶＢＲｙの低下に加えて、電圧値ΔＶＢＣｙだけ低下する。
【００５２】
時刻ｔ１において、送信動作の終了による送信バースト期間の立下り時、送信用パワーアンプ５７の消費電流は電流値ＩＰＡから急激にほぼ０Ａとなる。電気二重層キャパシタ６４は、放電状態から電流値ＩＣＨＧの電流による充電状態に切り替えられる。バッテリ５９の出力電流は、制御回路６３により設定された電流値ＩＢｍａｘが継続され、同出力電流により、電気二重層キャパシタ６４が電流値ＩＣＨＧの電流で充電されると共に回路ブロック５８に電流値ＩＢ０の電流が供給される。
この場合、関係式
ＩＢｍａｘ＝ＩＣＨＧ＋ＩＢ０
が成立している。電気二重層キャパシタ６４から送信用パワーアンプ５７に印加される電圧は、送信バースト期間の立下りに同期して、電気二重層キャパシタ６４の内部抵抗１１２と電気二重層キャパシタ６４の充電電流量とにより決まる電圧上昇により、電圧値ＶＰＡ１から電圧値ΔＶＲｙだけ上昇する。バッテリ５９の出力電圧は、時刻ｔ０における電圧値ΔＶＢＲｙの低下に加え、電流値ＩＢｍａｘの出力電流によって同バッテリ５９の静電容量成分における電圧降下が発生するため、さらに低下している。
【００５３】
期間Ｔ２において、受信非バースト期間では、受信部が受信動作を保持しているため、送信用パワーアンプ５７は動作していないので、同送信用パワーアンプ５７の消費電流はほぼ０Ａである。電気二重層キャパシタ６４では、電流値ＩＣＨＧの電流による充電状態が継続されている。バッテリ５９の出力電流は、電流値ＩＢｍａｘが継続されている。電気二重層キャパシタ６４から送信用パワーアンプ５７に印加される電圧は、同電気二重層キャパシタ６４が電流値ＩＣＨＧの電流によって充電されるため、指数関数的に上昇する。バッテリ５９の出力電圧は、電流値ＩＢｍａｘの出力電流によって同バッテリ５９の静電容量成分における電圧降下が発生するため、電圧値ΔＶＢＣｙだけ低下している。従って、期間Ｔ２の終了時におけるバッテリ５９の出力電圧は、時刻ｔ０における電圧値ΔＶＢＲｙの低下に加え、電圧値ΔＶＢＣｙの低下があるため、電圧値ΔＶＢｙ（＝ΔＶＢＲｙ＋ΔＶＢＣｙ）だけ低下し、電圧値ＶＢ０から電圧値ＶＢ１となる。
【００５４】
時刻ｔ２において、受信非バースト期間では、受信器４３が受信動作を保持しているため、送信用パワーアンプ５７は動作していないので、同送信用パワーアンプ５７の消費電流はほぼ０Ａである。電気二重層キャパシタ６４では、充電電流が電流値ＩＣＨＧから減少し始める。バッテリ５９の出力電流は、電気二重層キャパシタ６４の充電電流の減少に同期して、電流値ＩＢｍａｘから減少し始める。このとき、バッテリ５９の出力電流は、入力コンデンサ６２の充電によるサージ吸収作用により、立下がりが遅延している。電気二重層キャパシタ６４から送信用パワーアンプ５７に印加される電圧は、同電気二重層キャパシタ６４が電流値ＩＣＨＧよりも小さい電流によって充電されるため、徐々に上昇する。バッテリ５９の出力電圧は、同バッテリ５９の出力電流が内部抵抗９２と保護回路９３との直列抵抗分によって制限され、徐々に上昇する。
【００５５】
期間Ｔ３において、受信非バースト期間では、受信器４３が受信動作を保持しているため、送信用パワーアンプ５７は動作していないので、同送信用パワーアンプ５７の消費電流はほぼ０Ａである。電気二重層キャパシタ６４の電圧は、バッテリ５９の出力電圧に近づき、充電が終了しつつある。これにより、充電電流が０Ａに近づいている。バッテリ５９の出力電流は、電気二重層キャパシタ６４の充電電流の減少に同期して電流値ＩＢｍａｘから減少し、回路ブロック５８の負荷電流（電流値ＩＢ０）へ近づく。電気二重層キャパシタ６４から送信用パワーアンプ５７に印加される電圧は、同電気二重層キャパシタ６４が充電されることにより、徐々にバッテリ５９の出力電圧に近づく。バッテリ５９の出力電圧は、出力電流の減少に伴い、バッテリ５９の静電容量と抵抗成分との時定数に基づいて指数関数的に上昇する。
【００５６】
時刻ｔ３において、受信非バースト期間では、受信部が受信動作を保持しているため、送信用パワーアンプ５７は動作していないので、同送信用パワーアンプ５７の消費電流はほぼ０Ａである。電気二重層キャパシタ６４では、充電が完了し、充電電流は０Ａとなっている。バッテリ５９は、電気二重層キャパシタ６４に対する充電が終了しているので、回路ブロック５８に対して電流値ＩＢ０の電流を供給する。電気二重層キャパシタ６４から送信用パワーアンプ５７に印加される電圧は、同電気二重層キャパシタ６４の充電の完了により、バッテリ５９の出力電圧とほぼ等しくなっている。バッテリ５９の出力電圧は、回路ブロック５８に供給する電流値ＩＢ０に見合う値となっている。
【００５７】
期間Ｔ０において、受信非バースト期間では、受信部が受信動作を保持しているため、送信用パワーアンプ５７は動作していないので、同送信用パワーアンプ５７の消費電流はほぼ０Ａである。電気二重層キャパシタ６４では、充電が完了し、充電電流は０Ａを継続している。バッテリ５９の出力電流は、電気二重層キャパシタ６４に対する充電が終了しているので、回路ブロック５８に供給する電流値ＩＢ０が継続している。電気二重層キャパシタ６４から送信用パワーアンプ５７に印加される電圧は、同電気二重層キャパシタ６４の充電の完了により、バッテリ５９の出力電圧とほぼ等しい値で継続している。バッテリ５９の出力電圧は、回路ブロック５８に供給する電流値ＩＢ０に見合う値で継続している。そして、再度時刻ｔ０の状態となり、以降、時刻ｔ０→期間Ｔ１→時刻ｔ１→期間Ｔ２→時刻ｔ２→期間Ｔ３→時刻ｔ３→期間Ｔ０→時刻ｔ０…の順序で動作が繰り返される。
【００５８】
この実施形態の携帯電話機では、バッテリ５９の寿命の判定は、送信バースト期間における最低の電圧値ＶＢ１に基づいて行われる。この電圧値ＶＢ１を求めるための電圧値ΔＶＢｙのシミュレーション値は、以下のシミュレーション条件を設定した場合、約９０ｍＶとなり、従来の３００ｍＶと比較して１／３以下となる。
シミュレーション条件
内部抵抗９２；１５０ｍΩ
送信バースト期間；０．５ｍｓｅｃ
受信非バースト期間；４．５ｍｓｅｃ
バッテリ５９の出力電流；
ＩＢｍａｘ；０．７Ａ、ＩＢ０；０．１Ａ
電気二重層キャパシタ６４の放電電流；ＩＤＣＧ＝１．４Ａ
ΔＶＢＲｙ＝０．１５×（０．７−０．１）＝０．０９Ｖ
ΔＶＢＣｙ＝（０．０００５×０．７）／バッテリ５９静電容量＞０
ΔＶＢｙ＝ΔＶＢＲｙ＋ΔＶＢＣｙ＞９０ｍＶ
∴ΔＶＢｙ＜＜ΔＶＢｘ
つまり、この実施形態の携帯電話機では、バッテリ５９の出力電圧は、受信非バースト期間に３．３Ｖ程度になるまで送信バースト期間に３．２Ｖ（終止電圧）以下となることがないため、同バッテリ５９が従来よりも低電圧になるまで使用され、寿命が延長され。
【００５９】
次に、図８を参照して、バッテリ５９の周囲温度が２０℃程度の常温である場合の寿命について説明する。
同図８では、曲線Ａは、従来の図１６中の時刻ｔαにおけるバッテリ３１の電圧値ＶＢ０（＝ＶＰＡ０）の推移、及び図７中の時刻ｔ０におけるバッテリ５９の電圧値ＶＢ０の推移を示す。曲線Ｂは、図７中の時刻ｔ２におけるバッテリ５９の電圧値ＶＢ１の推移を示す。破曲線Ｃは、図１６中の時刻ｔαにおけるバッテリ３１の電圧値ＶＢ１（＝ＶＰＡ１）の推移を示す。点曲線Ｄは、図７中の時刻ｔ１における送信用パワーアンプ５７の動作電圧値ＶＰＡ１の推移を示す。
【００６０】
従来では、送信バースト期間におけるバッテリ３１の出力電圧は、破曲線Ｃに示すように推移し、時刻Ｌ１の時点でバッテリ３１の寿命と判定される。この実施形態では、送信バースト期間におけるバッテリ５９の出力電圧は、曲線Ｂに示すように推移し、時刻Ｌ２の時点でバッテリ５９の寿命と判定され、バッテリ３１よりも長寿命となる。また、電流値ＩＢｍａｘ、電気二重層キャパシタ６４の内部抵抗１１２及び静電容量１１１を適切に設定することにより、点曲線Ｄに示すように、送信用パワーアンプ５７の動作電圧ＶＰＡ１が同送信用パワーアンプ５７の動作電圧の下限値に到達する時点が時刻Ｌ２よりも後となる。これにより、外形サイズや製造コスト的にもマッチングの取れた送信用パワーアンプの電源回路が実現する。
【００６１】
次に、図９を参照して、バッテリ５９の周囲温度が零下の低温である場合の寿命について説明する。
電気化学反応により動作するバッテリは、一般に周囲温度の低下により内部抵抗が増加する。これにより、バッテリの出力電圧は、内部抵抗の増加に対応して低下することとなる。一方、電源マネジメント回路６０に設定されているバッテリの終止電圧は、図１７中に示すように、周囲温度に関係なく一定に設定されているため、低温環境下ではバッテリの寿命が著しく低下する。従来では、送信バースト期間におけるバッテリ３１の出力電圧は、破曲線Ｃに示すように推移し、時刻Ｌ１ＬＴの時点でバッテリ３１の寿命と判定され、常温時よりも極端に短寿命となる。この実施形態では、送信バースト期間におけるバッテリ５９の出力電圧は、曲線Ｂに示すように推移し、送信バースト期間における低下が小さいため、時刻Ｌ２ＬＴの時点でバッテリ５９の寿命と判定され、バッテリ３１のように極端な短寿命となることはない。
【００６２】
以上のように、この第１の実施形態では、制御回路６３により、バッテリ５９から送信用パワーアンプ５７に対して予め設定された電流値に制限された出力電流が供給されると共に電気二重層キャパシタ６４が充電されて電力が蓄積され、同電気二重層キャパシタ６４から同制御回路６３と共に送信用パワーアンプ５７に対して電源が供給されるので、バースト期間に送信用パワーアンプ５７の消費電力が増大しても、バッテリ５９の出力電圧の低下は小さい。このため、同出力電圧がバッテリの終止電圧に到達するまでの時間が長くなり、バッテリ５９の寿命が延長される。また、バッテリ５９が低温環境下におかれ、内部抵抗が増加した場合でも、バッテリ５９の寿命が短くなることが回避される。また、電気二重層キャパシタ６４は、薄いシート状の単位セル１２１，…，１２１を備え、これらの単位セル１２１，…，１２１が積層されて構成されているので、折り畳み式の携帯電話機の筐体の厚みを増すことなく実装が可能である。
【００６３】
第２の実施形態
図１０は、この発明の第２の実施形態である携帯電話機の電気的構成を示すブロック図であり、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この形態の携帯電話機では、図１中の無線部インターフェース４６及びヒューマン・インターフェース４７に代えて、新たな機能が付加された無線部インターフェース４６Ａ及びヒューマン・インターフェース４７Ａが設けられ、さらに、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ  ）機能ブロック１４１が設けられている。ＰＤＡ機能ブロック１４１には、オペレーティング・システム（ＯＳ）が搭載され、さらにソフトウェアがインストールされている。無線部インターフェース４６Ａ及びヒューマン・インターフェース４７Ａは、無線部インターフェース４６及びヒューマン・インターフェース４７の機能に加え、ＰＤＡ機能ブロック１４１と所定のデータのやりとりを行う。他は、図１と同様の構成である。
【００６４】
この携帯電話機では、第１の実施形態の携帯電話機の動作に加え、ＰＤＡ機能ブロック１４１により、たとえばスケジュール管理や計算機としての動作も行われる。
【００６５】
第３の実施形態
図１１は、この発明の第３の実施形態である携帯電話機の電気的構成を示すブロック図である。
この形態の携帯電話機では、図１中のヒューマン・インターフェース４７に代えて、デジタルインターフェース１４２が設けられている。また、デジタルインターフェース１４２には、たとえば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）ポート又はＰＣカードスロットを介してパーソナル・コンピュータ１４３が接続されている。ＰＣカードスロットは、ＰＣＭＣＩＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｍｅｍｏｒｙｃａｒｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）に準拠している。
【００６６】
この携帯電話機では、通常、パーソナル・コンピュータ１４３から電源が供給され、同パーソナルコンピュータ１４３が、たとえばバッテリ駆動のノートパソコンである場合、電源回路４８を用いることにより、ＴＤＭＡ方式による通信時間が延長される。また、送信器４５の電源として、ＵＳＢのバスパワー電源のような出力電流に制限のある電源を使用する場合、通信時における送信バースト期間に電源電流が制限値以上となり、通信できないことがあるが、この場合、電源回路４８を用いることにより、送信バースト期間の電源電流が低く抑えられ、通信が可能となる。
【００６７】
第４の実施形態
図１２は、この発明の第４の実施形態である電源回路の回路実装部の構成図であり、第１の実施形態を示す図４中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この形態の回路実装部６５Ａは、図３中の回路実装部６５に代えて設けられるもでのであり、両端部に電気二重層キャパシタ６４Ａ，６４Ｂが実装されている。これらの電気二重層キャパシタ６４Ａ，６４Ｂは、所定の電気特性を得るために、直列接続または並列接続されている。
【００６８】
第５の実施形態
図１３は、この発明の第５の実施形態である電源回路の回路実装部の構成図である。
この形態の回路実装部６５Ｂでは、図４中の回路実装部６５と同様に、一方の端部に電気二重層キャパシタ６４Ｃが実装されている。
【００６９】
図１４は、図１３中の電気二重層キャパシタ６４Ｃの構成図であり、第１の実施形態を示す図５中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
電気二重層キャパシタ６４Ｃでは、同図１４に示すように、たとえば３つの単位セル１２１，…，１２１が積層されて２つの積層セル１２２Ａ，１２２Ａが構成されている。そして、これらの積層セル１２２Ａ，１２２Ａは、導電性のセル間結合板１２６上に載置されることにより、接続されている。この構成により、図５に示す電気二重層キャパシタ６４よりも更に簿くすることが可能となる。
【００７０】
以上、この発明の実施形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、図３中のバッテリ５９に一次電池が用いられる場合は、バッテリ充電回路６１が削除される。また、図３中の回路ブロック５８は、所定の動作をほぼ一定の消費電力で行うものであれば、任意のもので良い。また、上記各実施形態では、携帯電話機を例にして説明したが、この発明は、たとえばトランシーバなど、携帯通信機器全般に適用できる。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の構成によれば、制御回路により、電源供給部から送信用パワーアンプに対して出力電流が供給されると共に電力貯蔵部が充電されて電力が蓄積され、同電力貯蔵部から同制御回路と共に送信用パワーアンプに対して電源が供給されるので、バースト期間に送信用パワーアンプの消費電力が増大しても、電源供給部の出力電圧の低下は小さい。このため、同出力電圧が電源供給部の終止電圧に到達するまでの時間が長くなり、同電源供給部の寿命を延長できる。また、電源供給部が低温環境下におかれ、内部抵抗が増加した場合でも、同電源供給部の寿命が短くなることを回避できる。また、電力貯蔵部である電気二重層キャパシタは、薄いシート状の単位セルを備え、同単位セルが複数積層されて構成されているので、薄型の形状にできるため、折り畳み式の携帯電話機の筐体の厚みを増すことなく実装が可能となる。
【００７２】
また、この発明の電源回路では、特許文献１に記載されている昇圧手段は用いられないため、送信用パワーアンプの動作電圧が電源供給部の電圧よりも高くなることはない。また、この発明の電源回路は、電源供給部の出力電流を、ＴＤＭＡ方式やＴＤＤ方式の送受信タイミングに無関係に、予め設定された上限電流値に制限する制御回路を備えているため、送信時間の比率増加により効果が低下することはない。
【００７３】
また、この発明の電源回路は、制御回路、コンデンサで構成された遅延手段、及び電気二重層キャパシタで構成された電力貯蔵部の３つの部品で構成されているが、同コンデンサ及び制御回路が表面実装型に形成され、電気二重層キャパシタが薄型の形状に形成されているため、現在主流の折り畳み式の携帯電話機の筐体の厚みを増すことなく実装が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態である電源回路を備えた携帯通信機器の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】図１中のアンテナ４１、アンテナスイッチ４２、局部発振器４４、送信器４５、無線部インタフェース４６及びヒューマン・インタフェースを抽出した図である。
【図３】図１中の電源回路４８、図２中の送信用パワーアンプ５７、及び回路ブロック５８の要部の電気的構成を示す回路図である。
【図４】図３中の回路実装部６５の構成図である。
【図５】図４中の電気二重層キャパシタ６４の構成図である。
【図６】図５中の単位セル１２１の構成図である。
【図７】図３中の電源回路４８及び送信用パワーアンプ５７の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図８】バッテリの寿命の延長効果を説明する図である。
【図９】バッテリの寿命の延長効果を説明する図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態である携帯電話機の電気的構成を示すブロック図である。
【図１１】この発明の第３の実施形態である携帯電話機の電気的構成を示すブロック図である。
【図１２】この発明の第４の実施形態である電源回路の回路実装部の構成図である。
【図１３】この発明の第５の実施形態である電源回路の回路実装部の構成図である。
【図１４】図１３中の電気二重層キャパシタ６４Ｃの構成図である。
【図１５】従来の携帯電話機の要部の構成図である。
【図１６】図１５の携帯電話機の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図１７】図１５中のバッテリ３１の放電電圧の範囲、電源マネジメント回路３２に設定されているバッテリ３１の残存容量の検出基準、送信用パワーアンプ１の動作電圧の許容範囲、及び回路ブロック２の動作電圧の許容範囲を示す図である。
【符号の説明】
４８      電源回路
５７      送信用パワーアンプ
５８      回路ブロック（負荷回路）
５９      バッテリ（電源供給部）
６０      電源マネジメント回路（電圧監視部）
６２      入力コンデンサ（遅延手段）
６３      制御回路
６４，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ      電気二重層キャパシタ（電力貯蔵部）
６５，６５Ａ      回路実装部
７１，７３，７５      増幅回路（ＡＭＰ、送信用パワーアンプの一部）
７２，７４      コンデンサ（送信用パワーアンプの一部）
７６      バイアス回路（送信用パワーアンプの一部）
１２１      単位セル
１２２，１２２Ａ      積層セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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