(57)【要約】  バッテリを充電するバッテリ充電器装置であって、該バッテリ充電器装置は、充電電流制御信号を受け、入力源（例えば、ＵＳＢポート又はラインアダプタ）から引き出される充電電流の量を制御するための充電電流制御回路と、バッテリを充電するのに使用される充電電流の最大量を表すアナログ制御信号を生成するアナログ制御回路と、デジタル充電低減ループと、を備え、デジタル充電低減ループが、入力源の電源電圧に基づいて充電電流調整信号を決定するための回路と、充電電流調整信号に基づいてデジタルカウント値を生成するカウンタと、バッテリを充電するのに使用される充電電流の低減量を表すデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）制御信号をカウンタのデジタルカウント値に基づいて生成するためのＤＡＣと、を含み、バッテリ充電器装置には、電源電圧に基づいてアナログ制御信号か又はデジタルＤＡＣ制御信号の一方を選択するスイッチング機構が設けられ、選択された制御信号が、充電電流制御回路に対する充電電流制御信号として使用されることを特徴とする。【選択図】      図１
2010509903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリを充電するバッテリ充電器装置であって、
充電電流制御信号を受け取り、入力源から引き出される充電電流の量を制御するための充電電流制御回路と、
バッテリを充電するのに使用される充電電流の最大量を表すアナログ制御信号を生成するアナログ制御回路と、
デジタル充電低減ループと、
を備え、前記デジタル充電低減ループが、
前記入力源の電源電圧に基づいて充電電流調整信号を決定する回路と、
前記充電電流調整信号に基づいてデジタルカウント値を生成するカウンタと、
バッテリの充電に使用する充電電流の低減量を表すデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）制御信号を前記カウンタのデジタルカウント値に基づいて生成するＤＡＣと、
を含み、
前記バッテリ充電器装置には、前記電源電圧に基づいて前記アナログ制御信号か又は前記デジタルＤＡＣ制御信号の一方を選択するスイッチング機構が設けられ、前記選択された制御信号が、前記充電電流制御回路に対する充電電流制御信号として使用される、
ことを特徴とするバッテリ充電器装置。
【請求項２】
前記充電電流制御回路が、前記バッテリが処理可能な最大充電電流に前記充電電流を制限するよう動作する、
請求項１に記載のバッテリ充電器。
【請求項３】
前記充電電流調整信号を決定するための回路が、
前記電源電圧に基づく第１の電圧を基準電圧と比較して、前記カウンタを制御するための第１コンパレータ出力信号を生成する第１コンパレータと、
前記電源電圧に基づく第２の電圧を基準電圧と比較して、前記スイッチング機構を制御するための第２コンパレータ出力信号を生成する第２コンパレータと、
を含む、
請求項１に記載のバッテリ充電器。
【請求項４】
前記第１コンパレータ出力信号がロジック・ハイ値であるときに、前記カウンタがカウントアップするよう動作する、
請求項３に記載のバッテリ充電器。
【請求項５】
前記第１コンパレータ出力信号がロジック・ロウ値であるときに、
前記カウンタがカウントダウンするよう動作する、
請求項４に記載のバッテリ充電器。
【請求項６】
前記第２コンパレータ出力信号がロジック・ロウ値であるときに、前記スイッチング機構が充電電流制御信号としてＤＡＣ制御信号を選択するよう動作し、前記カウンタが所定デジタル値にリセットするよう動作する、
請求項３に記載のバッテリ充電器。
【請求項７】
前記カウンタのデジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、前記スイッチング機構がアナログ制御信号を選択するよう動作する、
請求項１に記載のバッテリ充電器。
【請求項８】
前記デジタル充電低減ループが更にクロック信号を発生するクロック発振器を含み、前記カウンタが、前記クロック信号と協働して前記デジタルカウント値を修正するよう動作する、
請求項１に記載のバッテリ充電器。
【請求項９】
前記充電電流調整信号を決定するための回路が、前記電源電圧に基づく第１の電圧を基準電圧と比較して、前記カウンタ及び前記スイッチング機構を制御するためのコンパレータ制御信号を生成するコンパレータを含む、
請求項１に記載のバッテリ充電器。
【請求項１０】
前記コンパレータ制御信号がロジック・ハイ値であるときに、前記カウンタがカウントアップするよう動作する、
請求項９に記載のバッテリ充電器。
【請求項１１】
前記コンパレータ制御信号がロジック・ロウ値であるときに、
前記カウンタがカウントダウンするよう動作する、
請求項１０に記載のバッテリ充電器。
【請求項１２】
前記コンパレータ制御信号がロジック・ロウ値であり、且つ前記デジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、前記スイッチング機構が充電電流制御信号として前記ＤＡＣ制御信号を選択するよう動作し、前記カウンタがリセットするよう動作する、
請求項９に記載のバッテリ充電器。
【請求項１３】
前記デジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、前記スイッチング機構が充電電流制御信号としてアナログ制御信号を選択するよう動作する、
請求項９に記載のバッテリ充電器。
【請求項１４】
前記スイッチング機構が、
前記電源電圧がトリップ電圧閾値を下回るときにリセット信号を受け取り、前記デジタルカウント値が所定デジタル値であるときにセット信号を受け取り、ＲＳ出力信号を生成するよう動作するＲＳフリップフロップと、
前記ＲＳ出力信号に基づいて前記アナログ制御信号又は前記ＤＡＣ制御信号の一方を選択するマルチプレクサと、
を含む、
請求項１に記載のバッテリ充電器。
【請求項１５】
前記入力源がＵＳＢポートである、
請求項１に記載のバッテリ充電器。
【請求項１６】
前記入力源がラインアダプタである、
請求項１に記載のバッテリ充電器。
【請求項１７】
バッテリを充電する方法であって、
バッテリを充電するのに使用される充電電流の最大量を表す第１のアナログ制御信号を生成する段階と、
入力源の電源電圧に基づいて充電電流調整信号を決定する段階と、
前記充電電流調整信号に基づいてデジタルカウント値を生成する段階と、
バッテリを充電するのに使用される充電電流の低減量を表す第２のアナログ制御信号を前記カウンタのデジタルカウント値に基づいて生成する段階と、
前記電源電圧に基づいて第１のアナログ制御信号又は第２のアナログ制御信号の一方を選択し、充電電流制御回路に対する充電電流制御信号として使用する段階と、
を含む方法。
【請求項１８】
前記充電電流を前記バッテリが処理可能な最大充電電流に制限する段階を更に含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記充電電流調整信号を決定する段階が、
前記電源電圧に基づいて第１の電圧を基準電圧と比較して、前記デジタルカウント値の生成を制御するための第１コンパレータ出力信号を生成する段階と、
前記電源電圧に基づいて第２の電圧を基準電圧と比較して、前記選択を制御するための第２コンパレータ出力信号を生成する段階と、
を含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記デジタルカウント値を生成する段階が、前記第１コンパレータ出力信号がロジック・ハイ値であるときに前記デジタルカウント値を増大させる段階を含む、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記デジタルカウント値を生成する段階が、前記第１コンパレータ出力信号がロジック・ロウ値であるときに前記デジタルカウント値を減少させる段階を含む、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２コンパレータ出力信号がロジック・ロウ値であるときに、前記選択段階が充電電流制御信号として前記ＤＡＣ制御信号を選択する段階を含み、
前記方法が更に、
前記デジタルカウント値を所定デジタル値にリセットする段階を含む、
請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記デジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、前記選択段階が、アナログ制御信号を選択する段階を含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
クロック信号を生成する段階を更に含み、前記選択段階が前記クロック信号と協働して前記デジタルカウント値を修正する段階を含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記充電電流制御信号を決定する段階が、前記電源電圧に基づいた第１の電圧を基準電圧と比較して、前記デジタルカウント値を生成し選択する段階を制御するためのコンパレータ制御信号を生成する段階を含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記デジタルカウント値を生成する段階が、前記コンパレータ制御信号がロジック・ハイ値であるときにカウントアップする段階を含む、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記デジタルカウント値を生成する段階が、前記コンパレータ制御信号がロジック・ロウ値であるときにカウントダウンする段階を含む、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記コンパレータ制御信号がロジック・ロウ値であり且つ前記デジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、前記選択段階が充電電流制御信号として前記ＤＡＣ制御信号を選択する段階を含み、
前記デジタルカウント値をリセットする段階を更に含む、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記選択段階が、前記デジタルカウント値が所定デジタル値であるときに前記充電電流制御信号として前記アナログ制御信号を選択する段階を含む、
請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記電源電圧がトリップ電圧閾値を下回るときにリセット信号を受け取る段階と、
前記デジタルカウント値が所定デジタル値であるときにセット信号を受け取る段階と、
前記受け取った信号に基づいてＲＳ出力信号を生成する段階と、
を更に含み、
前記選択段階が、前記ＲＳ出力信号に基づいて前記アナログ制御信号又は前記ＤＡＣ制御信号の一方を選択する段階を含む、
請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記入力源がＵＳＢポートである、
請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
前記入力源がラインアダプタである、
請求項１７に記載の方法。
【請求項３３】
バッテリ充電器におけるデジタル充電低減ループであって、
入力源の電源電圧に基づいて充電電流調整信号を決定するための回路と、
前記充電電流調整信号に基づいてデジタルカウント値を生成するカウンタと、
バッテリを充電するのに使用される充電電流の量を表すデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）制御信号を前記カウンタのデジタルカウント値に基づいて生成するためのＤＡＣと、
を備えるデジタル充電低減ループ。
【請求項３４】
バッテリ充電器用のデジタル充電低減ループであって、
入力源の電源電圧に基づいて充電電流調整信号を決定する手段と、
前記充電電流調整信号に基づいてデジタルカウント値を生成する手段と、
バッテリを充電するのに使用される充電電流の量を表すアナログ制御信号を前記デジタルカウント値に基づいて生成する手段と、
を含むデジタル充電低減ループ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（著作権の帰属）
本特許文書の開示の一部には著作権保護の対象となる内容が含まれる。著作権者は特許商標庁の特許ファイル又はレコード内に表されるようにマイクロフイッシュ付録を正確に複製することについては異議を有さないが,それ以外は,全ての著作権を留保する。
【０００２】
（技術分野）
本発明は、全体としてバッテリ充電器に関し、より詳細には、デジタル充電低減ループを備えたバッテリ充電器装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）は、電子デバイスを相互接続するために最も広範に使用されている技術の１つになってきた。ＵＳＢは、当初はコンピュータと標準的周辺機器（例えば、プリンタ、ディスクドライブ、その他）を相互接続するのに使用されていたが、あらゆるポータブルＵＳＢデバイス（例えば、携帯電話、携帯情報端末、カメラ、パーソナル音楽プレーヤ、その他）をサポートするまでに成長した。
【０００４】
ＵＳＢデバイスは、ＵＳＢポートを介してＵＳＢホスト（例えば、ＰＣ、ラップトップ、タブレットＰＣ、その他）に接続される。一般に、１つのＵＳＢホストは、最大７つのＵＳＢデバイスをサポートすることができる。７つよりも多いＵＳＢデバイスが必要となった場合、ＵＳＢハブを使用することができる。各ＵＳＢハブは、独自の７つのＵＳＢデバイスのセット（又は必要に応じてハブ）に接続することができる。ＵＳＢホスト、ＵＳＢハブ、及びＵＳＢデバイス間のＵＳＢ接続により、データ（例えば、名前、電話番号、カレンダー、写真、音楽、その他）をＵＳＢホストとＵＳＢデバイスとの間で流すことが可能になる。
【０００５】
一般に、ＵＳＢ接続は、ＶＢＵＳと呼ばれることが多いＤＣ電源ラインと、アースと、Ｄ＋及びＤ−と呼ばれることが多いデータラインのツイストペアとを有する。ＵＳＢ２．０規格によれば、正規のＵＳＢホストは、５ボルト及び５００ミリアンペアを超えない電流をサポートする必要がある。更に、ＵＳＢポートは、電流制限保護を提供することが要求されており、最低１００ミリアンペアから最大５．０アンペアまでに設定することができる。しかしながら、全ＵＳＢポートがＵＳＢ規格に準拠するとは限らない。更に、ＵＳＢホストは、ＡＣ電源ポート（例えば、ホストＰＣ及び給電ハブ）、非給電ポート（例えば、バッテリ電源で動作するノートブックコンピュータ）、パッシブポート（例えば、パッシブハブ）、その他を含む、様々なタイプのポートを有する。各ポートのタイプは、異なる電源供給能力を有する。例えば、ＡＣ電源ポートは、５ボルト及び５００ミリアンペアの電流又はそれ以上の電源を供給することができる。非給電（バッテリ給電）ポートは５ボルトの電源を供給することができるが、ＵＳＢホスト上の他のＵＳＢポートと５００ミリアンペアの電流を共用する可能性がある。従って、非給電ポートは、５００ミリアンペアの電流未満の電源を供給することが多い。パッシブポートは、５ボルト及び１００ミリアンペアの電源しか供給することができない。
【０００６】
通常、ＵＳＢデバイスは、動作出力及びバッテリ充電のための制御システムに電源を供給するために再充電可能リチウムイオン／ポリマーバッテリを有する。ＵＳＢ規格によれば、ＵＳＢデバイスは、システムコアを動作させるためと、バッテリを充電するための両方のために、ＵＳＢポートの電源ラインから電力を取得することができる。バッテリ充電器を有するＵＳＢデバイスは、通常、充電電流を調整して充電プロセスが過剰な電流を引き出して残りのＵＳＢデバイスの電流を枯渇させるのを防ぐための装置を含む。充電電流調整は通常、バッテリへの充電電流及びシステムコアへの負荷電流を監視するために２つの電流感知抵抗を用いて行われる。この機構は有効ではあるが、幾つかの欠点がある。これらのうち、バッテリ充電器が２つの充電電流すなわち５００ミリアンペア又は１００ミリアンペアのうちの１つだけしか選択できないことが挙げられる。１００ミリアンペアでは、８００ミリアンペアバッテリに対してバッテリ充電に８〜１０時間を要することがある。ユーザは、苛立つようになり、ＵＳＢデバイス及び／又はＵＳＢ充電器を不良品として返却する可能性がある。また、ＵＳＢホスト又はハブが１００ミリアンペアを上回り且つ５００ミリアンペアを下回って供給できるときには、従来の充電電流調整は、過剰な能力が存在しないものとして動作する。従って、従来の充電電流調整では、充電プロセスが不必要に遅くなる。
【０００７】
バッテリ給電のＵＳＢデバイスのバッテリを充電するためにＵＳＢ電位をより有効に利用可能にするシステム及び方法が必要とされている。
【０００８】
同様の問題が典型的なＡＣアダプタ電力供給装置にも存在する。再充電可能バッテリを使用する電子デバイスは、通常、電子デバイスの充電電流需要をサポートするよう定格にされたＡＣ電源アダプタにより供給される。しかしながら、一部の電子デバイスは、電源アダプタにより供給されず、多くの場合、サードパーティの電源アダプタが使用される。電子デバイスに承認されていない電源アダプタを使用すると、過剰な充電電流が引き出されることに起因して、デバイスのシステムコアを枯渇状態にする危険がある。従って、バッテリ充電器で作動しているときには、ＵＳＢポート及びＡＣ電源アダプタ能力は、バッテリ充電プロセスがシステムオペレーションを枯渇状態にしないよう保証する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開番号２００６／００３３４７４公報
【発明の概要】
【００１０】
１つの実施形態によれば、本発明は、バッテリを充電するバッテリ充電器装置を提供し、該バッテリ充電器装置は、充電電流制御信号を受け取り、入力源（例えば、ＵＳＢポート又はラインアダプタ）から引き出される充電電流の量を制御するための充電電流制御回路と、バッテリを充電するのに使用される充電電流の最大量を表すアナログ制御信号を生成するアナログ制御回路と、デジタル充電低減ループと、を備え、デジタル充電低減ループが、入力源の電源電圧に基づいて充電電流調整信号を決定するための回路と、充電電流調整信号に基づいてデジタルカウント値を生成するカウンタと、バッテリを充電するのに使用される充電電流の低減量を表すデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）制御信号をカウンタのデジタルカウント値に基づいて生成するためのＤＡＣと、を含み、バッテリ充電器装置には、電源電圧に基づいてアナログ制御信号か又はデジタルＤＡＣ制御信号の一方を選択するスイッチング機構が設けられ、選択された制御信号が、充電電流制御回路に対する充電電流制御信号として使用されることを特徴とする。
【００１１】
充電電流制御回路は、バッテリが処理可能な最大充電電流に充電電流を制限することができる。充電電流調整信号を決定するための回路は、電源電圧に基づく第１の電圧を基準電圧と比較してカウンタを制御するための第１コンパレータ出力信号を生成する第１コンパレータと、電源電圧に基づく第２の電圧を基準電圧と比較してスイッチング機構を制御するための第２コンパレータ出力信号を生成する第２コンパレータとを含むことができる。カウンタは、第１コンパレータ出力信号がロジック・ハイ（論理「高」）値であるときにカウントアップすることができる。カウンタは、第１コンパレータ出力信号がロジック・ロウ値であるときにカウントダウンすることができる。第２コンパレータ出力信号がロジック・ロウ値であるときに、スイッチング機構は、充電電流制御信号としてＤＡＣ制御信号を選択することができ、カウンタは所定デジタル値にリセットすることができる。カウンタのデジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、スイッチング機構は、アナログ制御信号を選択することができる。デジタル充電低減ループがクロック信号を発生するクロック発振器を更に含むことができ、カウンタは、クロック信号と協働してデジタルカウント値を修正することができる。充電電流調整信号を決定するための回路が、電源電圧に基づく第１の電圧を基準電圧と比較して、カウンタ及びスイッチング機構を制御するためのコンパレータ制御信号を生成するコンパレータを含むことができる。カウンタは、コンパレータ制御信号がロジック・ハイ値であるときにカウントアップすることができる。カウンタは、コンパレータ制御信号がロジック・ロウ値であるときにカウントダウンすることができる。コンパレータ制御信号がロジック・ロウ値であり且つデジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、スイッチング機構は充電電流制御信号としてＤＡＣ制御信号を選択することができ、カウンタはリセットすることができる。デジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、スイッチング機構は充電電流制御信号としてアナログ制御信号を選択することができる。スイッチング機構は、電源電圧がトリップ電圧閾値を下回るときにリセット信号を受け取り且つデジタルカウント値が所定デジタル値であるときにセット信号を受け取り、ＲＳ出力信号を生成するよう動作するＲＳフリップフロップと、ＲＳ出力信号に基づいてアナログ制御信号又はＤＡＣ制御信号の一方を選択するマルチプレクサとを含むことができる。
【００１２】
本発明の別の実施形態によれば、本発明は、バッテリを充電する方法を提供し、該方法は、バッテリを充電するのに使用される充電電流の最大量を表す第１のアナログ制御信号を生成する段階と、入力源（例えば、ＵＳＢポート又はラインアダプタ）の電源電圧に基づいて充電電流制御信号を生成する段階と、充電電流制御信号に基づいてデジタルカウント値を生成する段階と、バッテリを充電するのに使用される充電電流の低減量を表す第２のアナログ制御信号をカウンタのデジタルカウント値に基づいて生成する段階と、電源電圧に基づいて第１のアナログ制御信号又は第２のアナログ制御信号の一方を選択し、充電電流制御回路に対する充電電流制御信号として使用する段階とを含む。
【００１３】
本方法は、充電電流を前記バッテリが処理可能な最大充電電流に制限する段階を更に含むことができる。充電電流調整信号を決定する段階が、電源電圧に基づいて第１の電圧を基準電圧と比較して、デジタルカウント値の生成を制御するための第１コンパレータ出力信号を生成する段階と、電源電圧に基づいて第２の電圧を基準電圧と比較して、選択を制御するための第２コンパレータ出力信号を生成する段階とを含むことができる。デジタルカウント値を生成する段階が、第１コンパレータ出力信号がロジック・ハイ値であるときにデジタルカウント値を増大させる段階を含むことができる。デジタルカウント値を生成する段階が、第１コンパレータ出力信号がロジック・ロウ値であるときにデジタルカウント値を減少させる段階を含むことができる。第２コンパレータ出力信号がロジック・ロウ値であるときに、選択段階が充電電流制御信号としてＤＡＣ制御信号を選択する段階を含むことができる、本方法が更に、デジタルカウント値を所定デジタル値にリセットする段階を含むことができる。デジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、選択段階がアナログ制御信号を選択する段階を含むことができる。本方法が更にクロック信号を生成する段階を含み、選択段階が、クロック信号と協働してデジタルカウント値を修正する段階を含むことができる。充電電流制御信号を決定する段階が、電源電圧に基づいた第１の電圧を基準電圧と比較して、デジタルカウント値を生成し選択する段階を制御するためのコンパレータ制御信号を生成する段階を含むことができる。デジタルカウント値を生成する段階が、コンパレータ制御信号がロジック・ハイ値であるときにカウントアップする段階を含むことができる。デジタルカウント値を生成する段階が、コンパレータ制御信号がロジック・ロウ値であるときにカウントダウンする段階を含むことができる。コンパレータ制御信号がロジック・ロウ値であり且つデジタルカウント値が所定デジタル値であるときに、選択段階が、充電電流制御信号としてＤＡＣ制御信号を選択する段階を含むことができ、本方法は更に、デジタルカウント値をリセットする段階を含むことができる。選択段階が、デジタルカウント値が所定デジタル値であるときに充電電流制御信号としてアナログ制御信号を選択する段階を含むことができる。本方法は更に、電源電圧がトリップ電圧閾値を下回るときに、リセット信号を受け取る段階と、デジタルカウント値が所定デジタル値であるときにセット信号を受け取る段階と、受け取った信号に基づいてＲＳ出力信号を生成する段階とを更に含み、選択段階が、ＲＳ出力信号に基づいてアナログ制御信号又はＤＡＣ制御信号の一方を選択する段階を含む。
【００１４】
別の実施形態によれば、本発明は、バッテリ充電器におけるデジタル充電低減ループを提供し、該ループが、入力源の電源電圧に基づいて充電電流調整信号を決定するための回路と、充電電流調整信号に基づいてデジタルカウント値を生成するカウンタと、バッテリを充電するのに使用される充電電流の量を表すデジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）制御信号をカウンタのデジタルカウント値に基づいて生成するためのＤＡＣとを備える。
【００１５】
別の実施形態によれば、本発明は、バッテリ充電器用のデジタル充電低減ループを提供し、該ループが、入力源の電源電圧に基づいて充電電流調整信号を決定する手段と、充電電流調整信号に基づいてデジタルカウント値を生成する手段と、バッテリを充電するのに使用される充電電流の量を表すアナログ制御信号をデジタルカウント値に基づいて生成する手段とを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態による、ＵＳＢホスト及びＵＳＢデバイスを有するバッテリ充電システムの回路図である。
【図２】本発明の実施形態による、デジタル充電低減ループを有するバッテリ充電器の詳細を示す回路図である。
【図３】本発明の実施形態による、図２のバッテリ充電器の動作の電圧／時間の図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による、図２のバッテリ充電器の動作の電圧／時間及び電流／時間の図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態による、図２のバッテリ充電器の動作の電圧／時間及び電流／時間の図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態による、図２のバッテリ充電器の動作の電圧／時間及び電流／時間の図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態による、図２のバッテリ充電器の動作の電圧／時間及び電流／時間の図である。
【図５】本発明の別の実施形態による、デジタル充電低減ループを有するバッテリ充電器の詳細を示す回路図である。
【図６Ａ】標準的なＵＳＢポートよりも大きな電流量を供給できるラインアダプタからの充電電流を管理するデジタル充電低減ループの電圧／時間及び電流／時間の図である。
【図６Ｂ】標準的なＵＳＢポートよりも大きな電流量を供給できるラインアダプタからの充電電流を管理するデジタル充電低減ループの電圧／時間及び電流／時間の図である。
【図６Ｃ】標準的なＵＳＢポートよりも大きな電流量を供給できるラインアダプタからの充電電流を管理するデジタル充電低減ループの電圧／時間及び電流／時間の図である。
【図６Ｄ】標準的なＵＳＢポートよりも大きな電流量を供給できるラインアダプタからの充電電流を管理するデジタル充電低減ループの電圧／時間及び電流／時間の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下の説明は、当業者が本発明を実施及び利用することを可能にするために提供され、特定の応用及びその要件の関連において提供される。当業者には実施形態に対して種々の修正形態が可能であり、本明細書で定められる一般原理は、本発明の技術的思想及び範囲から逸脱することなく、これら及び他の実施形態及び用途に適用することができる。従って、本発明は、図示の実施形態に対する限定を意図するものではなく、本明細書で開示された原理、特徴、及び教示と一致する最も広い範囲を認められるべきである。
【００１８】
名称「ＵＳＢ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｃｈａｒｇｅｒ」で２００４年８月１１に出願されたシリアル番号１１／９１６，３３９である米国特許出願公開番号２００６／００３３４７４は、引用により本明細書に組み込まれる。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態による、ＵＳＢホスト１０５及びバッテリ給電ＵＳＢデバイス１２０を有するバッテリ充電システム１００の回路図である。ＵＳＢホスト１０５は、ＵＳＢデバイス１１０に直接又はＵＳＢケーブル１１５を介して結合することができる。ＵＳＢホスト１０５及びＵＳＢデバイス１１０が相互接続されると、ＵＳＢホスト１０５及びＵＳＢデバイス１１０はデータを交換することができ、及び／又はＵＳＢホスト１０５は、ＵＳＢデバイス１１０のバッテリを充電することができる。
【００２０】
ＵＳＢホスト１０５は、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、タブレットＰＣ、その他を含むことができる。ＵＳＢホスト１０５は、電源１６５を含む。ＵＳＢホスト１０５がデスクトップコンピュータであるときには、電源１６５は、ＡＣ電力供給装置１２０（及びその対応する回路）を含むことができる。ＵＳＢホスト１０５がラップトップ、タブレットＰＣ、又は他のポータブルコンピュータシステムであるときには、電源１６５は、ＡＣ電力供給装置１２０とバッテリ１２５（及び対応する回路）の両方を含むことができ、ＡＣコンセント（図示せず）に接続されたときには、ＡＣ電力供給装置１２０がＵＳＢホスト１０５に給電し、ＡＣコンセント（図示せず）に接続されていないときには、バッテリ１２５がＵＳＢホスト１０５に給電するようにする。ＵＳＢホスト１０５はまた、１つ又はそれ以上のＵＳＢポート１３０（１つだけ図示されている）を含み、各々が、ＵＳＢデバイス１１０に直接又はＵＳＢケーブル１５０を介して接続することができる。電源１６５はＵＳＢポート１３０に給電する。
【００２１】
ＵＳＢデバイス１１０は、携帯電話、個人携帯情報端末（ＰＤＡ）、パーソナル音楽プレーヤ、カメラ、その他を含むことができる。ＵＳＢデバイス１１０は、再充電可能バッテリ１３５（例えば、リチウムイオンバッテリ）と、バッテリ１３５に結合されたバッテリ充電器１４０（デジタル充電低減ループを備えた）とを含む。ＵＳＢデバイス１１０は、バッテリ充電器１４０及びＵＳＢデバイス１１０のシステムコア１７０に結合されたＵＳＢポート１４５を含む。システムコア１７０は、ＵＳＢデバイス１１０（例えば携帯電話、ＰＤＡ、パーソナル音楽プレーヤ、カメラ、その他）のコア機能を動作させる、マイクロプロセッサ、電気回路網、メモリ、記憶装置及び／又は同様のものを含む。
【００２２】
ＵＳＢデバイス１１０がＵＳＢホスト１０５に接続されていないときには、ＵＳＢデバイス１１０のシステムコア１７０は、内部バッテリ１３５により給電される。しかしながら、ＵＳＢデバイス１１０がＵＳＢホスト１０５に接続されているときには、システムコア１７０には、ＵＳＢホスト１０５からＵＳＢポート１４５の電源ラインを介して供給される電力により完全に又は部分的に給電することができる。更に、バッテリ充電器１４０は、ＵＳＢポート１４５の電源ラインから電力を引き出し、バッテリ１３５を充電することができる。１つの実施形態において、バッテリ充電器１４０は、システムコア１７０を枯渇状態にすることなく、できる限りＵＳＢポート１４５からの電流だけを取り込むよう動作する。システムコア１７０が不作動状態である場合、バッテリ充電器１４０は、ＵＳＢポート１４５が供給できる及び／又はバッテリ充電器１４０が損傷を受けることなく受け取ることができる最大可能充電電流（例えば、５００ミリアンペア）を取り込む。システムコア１７０が作動状態であり、負荷電流を引き出している場合、バッテリ充電器１４０は、利用可能な及び／又はバッテリ充電器１４０が受け取ることができる残りの電流を使用する。例えば、システムコア１７０が２００ミリアンペアの負荷電流を必要とする場合、バッテリ充電器１４０は、最大で５００ミリアンペアの電流を供給できるＵＳＢポート１３０の残りの３００ミリアンペアを取り込む。デジタル充電低減ループを備えた第１の例示的なバッテリ充電器１４０’が図２に示されている。図５には、デジタル充電低減ループを備えた第２の例示的なバッテリ充電器１４０’’が図示されている。
【００２３】
一般に、バッテリ充電器１４０は、回路が入力源から利用可能な電流よりも多くの電流を引き出したときに電源電圧が低下することを活用している。ＵＳＢ２．０規格によれば、ＵＳＢポートは、４．４ボルトに低下する場合があり、従って、ＵＳＢデバイス１１０は、４．４ボルトの低い入力電圧で動作可能でなければならない。１つの実施形態によれば、バッテリ充電器１４０は、最初に最大充電電流を引き出す。ＵＳＢポート１３０の電圧がトリップ電圧閾値（例えば４．４ボルト）よりも低くなった場合、バッテリ充電器１４０は、電源電圧が安全電圧閾値（例えば、４．５ボルト）を上回って復帰するまで最小充電電流しか引き出さない。その後、バッテリ充電器１４０は、ＵＳＢポート１４５から引き出す充電電流を段階的に（例えば、所定のアンペア数ずつ）増大させ、電源電圧が安全電圧閾値よりも低くなるまでＵＳＢポート１４５の電源電圧を監視する。電源電圧が安全電圧閾値よりも低くなると、バッテリ充電器１４０は、電源電圧が安全電圧閾値より高くなる（又は最大充電電流に達する）まで、引き出される充電電流を段階的に減少させる。バッテリ充電器１４０は、引き続き電源電圧を監視し、充電電流の段階的増大と段階的減少を繰り返し、従って、充電電流が所与の時間に可能な最大充電電流の前後を周期的に変動するようになる。負荷電流が変化するときは常に、バッテリ充電器１４０は上記の手順に従う。
【００２４】
例えば、ＵＳＢポート１３０が最大５００ミリアンペアの電流を供給できると仮定する。システムコア１７０が負荷電流を引き出していない場合、バッテリ充電器１４０は、バッテリ１３５を充電するために５００ミリアンペア全てを充電電流として引き出す。システムコア１７０が２００ミリアンペアの負荷電流を引き出している場合、バッテリ充電器１４０は、ＵＳＢポート１４５での電圧降下がトリップ電圧閾値を下回っていることを認識する。バッテリ充電器１４０は、これに応じて、電源電圧が安全電圧閾値を上回って復帰するまで最小充電電流にまで低下させる。バッテリ充電器１４０は、電源電圧降下が安全電圧閾値よりも低くなるまで、充電電流を段階的に増大させる。次いで、バッテリ充電器１４０は、充電電流を段階的に減少させ、電源電圧が安全電圧閾値よりも高くなる。従って、電源電圧は、安全電圧閾値において安定（その前後で変動する）し、充電電流な、可能な最大充電電流において安定する（その前後で変動する）。ＵＳＢポート１３０が５００ミリアンペアを供給することができ、負荷電流が約２００ミリアンペアである場合、充電電流は、３００ミリアンペアで安定する（その前後で変動する）ことになる。
【００２５】
図２は、本発明の実施形態による、デジタル充電低減ループ２００を備えたバッテリ充電器１４０’の詳細を示す回路図である。バッテリ充電器１４０’は図１のバッテリ充電器１４０の例示的な実施形態である。バッテリ充電器１４０’は、入力源２４５（例えば、ＵＳＢポート１４５のＶＢＵＳ）に結合されたデジタル充電低減ループ２００と、アナログ充電電流制御回路２４０と、デジタル充電低減ループ２００及びアナログ充電電流制御回路２４０に結合されたマルチプレクサ２２５と、入力源２４５及びマルチプレクサ２２５に結合された充電電流制限／制御回路２３０とを含む。
【００２６】
一般に、アナログ充電電流制御回路２４０は、最大充電電流が入力源２４５から利用可能であるときに、通常モードの間に動作する。アナログ充電電流制御回路２４０は、所定の電圧信号、修正可能な電圧信号、又は他のアナログ制御信号の生成回路を含むことができる。デジタル充電低減ループ２００は、最大充電電流未満が入力源２４５から利用可能であるときには、低充電電流モードの間に動作する。マルチプレクサ２２５は、アナログ充電電流制御回路２４０又はデジタル充電低減ループ２００の一方を充電電流制御回路として選択し、充電電流制限／制御回路２３０を制御するよう動作する。充電電流制限／制御回路２３０は、マルチプレクサ２２５から受け取る制御信号に基づいて、充電電流を入力源２４５からバッテリ１３５に引き出すように動作するが、損傷を受ける危険性がなくバッテリ１３５が受け取ることができる最大充電電流（例えば１Ａ）に制限される。充電電流制限／制御回路２３０は、ゲート型ＭＯＳ（例えば、ＰＭＯＳ又はＮＭＯＳ）を含むことができる。
【００２７】
デジタル充電低減ループ２００は、入力源２４５に結合されたソース電圧解析回路２０５と、ソース電圧解析回路２０５に結合されたアップ／ダウンカウンタ２１０（例えば、シフター）と、アップ／ダウンカウンタ２１０及びマルチプレクサ２２５に結合されたデジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）２２０と、ソース電圧解析回路２０５、アップ／ダウンカウンタ２１０及びマルチプレクサ２２５に結合されたＲＳフリップフロップ２１５と、アップ／ダウンカウンタ２１０に結合されたクロック発振器２３５とを含む。
【００２８】
ソース電圧解析回路２０５は、入力源２４５の電源電圧を監視する。入力源２４５の電流需要により電源電圧がトリップ電圧閾値よりも低くなった場合、マルチプレクサ２２５は、デジタル充電低減ループ２００を選択して充電電流を制御する。本質的に、電源電圧がトリップ電圧閾値よりも低くなったときには、ソース電圧解析回路２０５がＲＳフリップフロップ２１５をリセットし、これによりマルチプレクサ２２５がデジタル充電低減ループ２００を選択して充電電流制限／制御回路２３０を制御するようになる。
【００２９】
デジタル充電低減ループ２００は、充電電流制御回路として選択されると、充電電流を所定の最小値に低下させることにより、入力源２４５における電源電圧が安全電圧閾値（この場合、ノードＶ１で測定されるが、いずれのノードでも測定可能である）を上回るポイントまで回復できるようになる。回復すると、デジタル充電低減ループ２００は、電源電圧が安全電圧閾値よりも低くなるまで充電電流を漸増させる。この時点で、デジタル充電低減ループ２００は、充電電流を漸減させ、これにより電源電圧が再度上昇できるようになる。繰り返して、デジタル充電低減ループ２００は、入力源２４５が過負荷でなく且つバッテリ１３５が利用可能な最大充電電流を用いて充電されている「定常状態」の充電電流を識別する。
【００３０】
入力源２４５の容量が増大した場合、又は負荷電流需要が低下した場合には、アップ／ダウンカウンタ２１０は、最終的に最大カウント（ｂｎ）に達することができる。最大カウントに達すると、アップ／ダウンカウンタ２１０は、ＲＳフリップフロップ２１５をセットするためのＥＮＤ信号を送信し、これによりマルチプレクサ２２５は、充電電流の制御をアナログ制御回路２４０に戻すようにする。
【００３１】
この実施形態において、ソース電圧解析回路２０５は、入力源２４５と接地との間でそれぞれ直列に結合された３つの抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３を含む。第１コンパレータＡが、抵抗Ｒ１とＲ２との間のノードＶ１及び基準電圧ＶＲＥＦ（例えば、２．０Ｖ（又は他の電圧））に結合される。第２コンパレータＢが、Ｒ２とＲ３との間のノードＶ０及び基準電圧ＶＲＥＦに結合される。３つの抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３並びに基準電圧ＶＲＥＦは、電圧閾値、すなわちトリップ電圧閾値及び安全電圧閾値を設定する。ノードＶ０で測定されるトリップ電圧閾値（デジタル充電低減ループ２００イネーブル）は１．９８Ｖに設定され、アップ／ダウンカウンタ２１０をリセットし、マルチプレクサ２２５によりデジタル充電低減ループ２００が選択されるようになる。ノードＶ１で測定される安全電圧閾値（デジタル充電低減ループ２００制御）は２．０２Ｖに設定され、デジタルカウンタ２１０のアップ／ダウンカウントを制御し、これによりＤＡＣ２２０が制御され、ひいては充電電流制限／制御回路２３０が制御される。
【００３２】
特定の実施形態において、入力源２４５が４．５Ｖよりも大きいときには、Ｖ０は１．９８Ｖよりも大きくなる。従って、アナログ制御回路２４０はバッテリ１３５に対する充電電流を制御する。入力源２４５が充電電流を供給できない場合、又は負荷電流及び充電電流が入力源２４５の電流容量を超えた場合、入力源２４５における電源電圧は、４．５Ｖよりも低下することになる。Ｖ０及びＶ１は、抵抗Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の値に基づいて均等スケールで引き続き低下することになる。Ｖ０がトリップ電圧閾値（例えば、１．９８Ｖ）を下回ると、コンパレータＡがＲＳフリップフロップ２１５をリセットし、マルチプレクサ２２５が、充電電流の制御をアナログ充電電流制御回路２４０からデジタル充電低減ループ２００に移行させる。更に、コンパレータＡはアップ／ダウンカウンタ２１０を最低レベルにリセットし、ＤＡＣ２２０を所定の最小値に設定し、その結果、充電電流を所定の最小値まで低下させることになる。これにより、入力源２４５の完全性が復元され、シャットダウン又は入力源２４５又はシステムコア１７０に対する可能性のある損傷が阻止される。
【００３３】
コンパレータＢは、ノードＶ１での電圧を基準電圧ＶＲＥＦに比較し、これに応じて制御信号を発生する。ノードＶ１での電圧が安全電圧閾値（Ｖ１で測定したとき）よりも高い（例えば、２．０２Ｖ）場合、コンパレータＢはロジック・ハイの制御信号を発生する。そうでない場合、コンパレータＢは、ロジック・ロウ制御信号を発生する。クロック周期後、アップ／ダウンカウンタ２１０がコンパレータＢから制御信号をサンプリングする。コンパレータＢにより見られる電圧が（低負荷電流に対して予想されるように）ロジック・ハイである場合、ロジック・ハイの制御信号によりアップ／ダウンカウンタ２１０が１つずつカウントアップするようになり、従って、ｂ０ビットを設定し、ＤＡＣ２２０の出力電圧を所定の１ステップずつ増大させる。充電電流が漸増すると、充電電流は、入力源２４５に加わる電流需要を増大させ、電源電圧の減少を引き起こすようになる。電源電圧が安全電圧閾値よりも低くなると、制御信号がロジック・ロウ状態に移行し、アップ／ダウンカウンタ２１０においてダウンカウントを生じさせる。ダウンカウントにより、ＤＡＣ２２０の出力電圧の漸減的低下が生じ、充電電流の段階的低下を引き起こす。幾つかのクロック周期後、デジタル充電低減ループ２００は、入力源２４５によりサポートされる最大充電電流で安定する（例えば、その前後で変動する）。
【００３４】
電源故障が解消し、又は負荷電流が減少すると、デジタル充電低減ループ２００は充電電流を漸増する。アップ／ダウンカウンタ２１０が最大レベルに達すると、該アップ／ダウンカウンタ２１０は、ＲＳフリップフロップ２１５をセットするためにＥＮＤ信号を送信し、制御をアナログ充電電流制御回路２４０に戻すようにマルチプレクサ２２５を制御する。
【００３５】
アップ／ダウンカウンタ２１０は、電圧／電流ステップをどれ位粗く又は細かくするかに応じて、あらゆる分解能（例えば、３２ステップ、又は６４ステップ）でシフトすることができる点は理解されるであろう。分解能がより粗いほど、応答をより速くすることができる。更に、分解能がより高いほど、より長いシフターを必要となる可能性がある。また、１つの実施形態では、アナログ充電電流制御回路２４０が無く、デジタル充電低減ループ２００だけで実施することができる点は理解されるであろう。
【００３６】
図３は、本発明の実施形態による、図２のバッテリ充電器１４０’の電圧と時間に関する図３００である。図に示すように、用語「デジタル充電低減ループ」は、便宜上「ＤＣＨＲ」として記述することができる。図３００は、デジタル充電低減ループ２００の４つのステージを示している。ステージ３０５の間、アナログ充電電流制御回路２４０は充電電流を制御し、デジタル充電低減ループ２００は、入力源２４５の電源電圧を測定する。図示のように、入力源２４５の過負荷はステージ３０５の間に起こり、よって電源電圧が低下するようになる。ステージ３１０は、電源電圧がトリップ電圧閾値にまで低下したことをデジタル充電低減ループ２００が認識したときから始まり、従って、充電電流制御がアナログ充電電流制御回路２４０からデジタル充電低減ループ２００に移行するようになる。デジタル充電低減ループ２００は、充電電流を所定最小値まで低減し、従って、電源電圧が安全電圧閾値を上回るポイントまで回復する（この場合、約４．６Ｖまで戻る）ことが可能になる。ステージ３１５は、電源電圧が安全電圧閾値を上回るポイントまで回復したときに始まり、この時点で、デジタル充電低減ループ２００は各クロックサイクルで充電電流を漸増し始める。充電電流の漸増に応じて、ステージ３１５は、安全電圧閾値に達するまで電源電圧が漸減することを説明している。ステージ３２０は、電源電圧が安全電圧閾値に達したときに始まり、この時点で、デジタル充電低減ループ２００は充電電流を漸減し始め、よって電源電圧が安全電圧閾値よりも高くなる。安全電圧閾値よりも高くなると、デジタル充電低減ループ２００は充電電流を漸増し、よって電源電圧が安全電圧閾値よりも低くなる。従って、ステージ３２０の間、電源電圧が安全電圧閾値で安定する（例えば、この前後で変動する）ので、デジタル充電低減ループ２００は、定常状態充電電流を生じさせる。
【００３７】
図４は、本発明の実施形態による、図２のバッテリ充電器１４０’の電圧／時間及び電流／時間に関する線図（ダイアグラム）４００を示している。
【００３８】
線図４００（ａ）は、１２ミリ秒（ｍｓ）の時間期間にわたる負荷電流を示している。図示のように、ｔ＝０ｍｓからｔ＝１ｍｓまでは、ＵＳＢデバイス１１０のシステムコア１７０は電流を引き出さない。約ｔ＝１ｍｓから約ｔ＝５ｍｓまでは、システムコア１７０が約３００ｍＡの電流を引き出す。約ｔ＝５ｍｓから約ｔ＝１０ｍｓまでは、システムコア１７０は約２３０ｍＡの電流を引き出す。約ｔ＝１０ｍｓの後、システムコア１７０は電流を引き出さない。
【００３９】
線図４００（ｂ）は、同じ時間期間にわたる入力源２４５の電源電圧を示している。図示のように、ｔ＝０ｍｓから約ｔ＝１ｍｓ（システムコア１７０が負荷電流を引き出さない間）までは、電源電圧は約４．６Ｖで安定している。約ｔ＝１ｍｓでは、システムコア１７０が３００ｍＡの負荷電流を引き出し始めると、電源電圧は、約４．４Ｖのトリップ電圧閾値よりも低くなる。その後直ちに（デジタル充電低減ループ２００が充電電流制御を引き継ぐと）、電源電圧は約４．５Ｖの安全電圧閾値に戻り、約４．４５Ｖで安定する。約ｔ＝５ｍｓでは、システムコア１７０が負荷電流を約３００ｍＡから約２３０ｍＡまで低下させると、電源電圧は僅かに上昇する。約ｔ＝５ｍｓから約ｔ＝５．５ｍｓまでは（デジタル充電低減ループ２００が充電電流を漸増すると）、電源電圧は再度安全電圧閾値まで降下する。約ｔ＝５．５ｍｓから約ｔ＝１０ｍｓまでは、電源電圧は安全電圧閾値で安定を維持する。約ｔ＝１０ｍｓ（システムコア１７０があらゆる負荷電流の引き出しを停止した後）では、電源電圧は立ち上がる。約ｔ＝１０．５ｍｓでは（アナログ充電電流制御回路２４０が充電電流の制御を引き継ぐと）、電源電圧は約４．６Ｖで横ばいになる。
【００４０】
線図４００（ｃ）は、同じ時間期間にわたるループの作動／作動停止を示している。図示のように、デジタル充電低減ループ２００は、ｔ＝０ｍｓで作動停止にされ、約ｔ＝１ｍｓで作動され（電源電圧がトリップ電圧閾値よりも低くなったとき）、次いで、約ｔ＝１０．５ｍｓで作動停止にされる（充電電流が、デジタル充電低減ループ２００によって制御される最大充電電流よりも高くなったとき）。
【００４１】
線図４００（ｄ）は、同じ時間期間にわたる充電電流を示している。図示のように、ｔ＝０ｍｓから約ｔ＝１ｍｓ（システムコア１７０が負荷電流を引き出さず、アナログ充電電流制御回路２４０が制御状態にあるとき）では、充電電流は約４２０ｍＡで安定している。約ｔ＝１ｍｓでは（トリップ電圧閾値よりも低下した電源電圧を検出したとき、負荷電流が３００ｍＡまで増大した後、及びデジタル充電低減ループ２００がアナログ充電電流制御回路２４０から充電電流の制御を取り込んだ後）、充電電流は、４２０ｍＡから約１７０ｍＡの所定最小値にまで低下する。次いで、約ｔ＝１ｍｓの少し後（電源電圧が回復した後）、デジタル充電低減ループ２００は、電源電圧が約ｔ＝２ｍｓにて約４．５Ｖの安全電圧閾値に達するまで充電電流を漸増する。約ｔ＝２ｍｓでは、充電電流は約２７０ｍＡで安定（例えば、その前後で変動）する。次いで、約ｔ＝５ｍｓでは（負荷電流が３００ｍＡから約２３０ｍＡまで減少したことに起因して、電源電圧が僅かに増大したことをデジタル充電低減ループ２００が認識すると）、充電電流は漸増し始める。約ｔ＝５．５ｍｓでは（電源電圧が安全電圧閾値で安定すると）、充電電流は約３５０ｍＡで安定する。約ｔ＝１０ｍｓでは（システムコア１７０が負荷電流を引き出さないことに起因して、電源電圧の増大をデジタル充電低減ループ２００が認識すると）、デジタル充電低減ループ２００は充電電流を漸増する。約ｔ＝１０．５ｍｓでは（アナログ充電電流制御回路２４０が充電電流の制御をデジタル充電低減ループ２００から引き継ぐと）、充電電流は約４２０ｍＡで再び横ばいになる。
【００４２】
図５は、本発明の実施形態による、デジタル充電低減ループ５００を有するバッテリ充電器１４０’’の詳細を示す回路図である。バッテリ充電器１４０’’は、図２のバッテリ充電器１４０の第２の例示的な実施形態である。バッテリ充電器１４０’と同様に、バッテリ充電器１４０’’は、入力源２４５（例えば、ＵＳＢポート１４５のＶＢＵＳ）に結合されたデジタル充電低減ループ５００と、アナログ充電電流制御回路２４０と、デジタル充電低減ループ５００及びアナログ充電電流制御回路２４０に結合されたマルチプレクサ２２５と、入力源２４５及びマルチプレクサ２２５に結合された充電電流制限／制御回路２３０とを含む。
【００４３】
図示のように、デジタル充電低減ループ５００は、１つのコンパレータすなわちコンパレータＣだけを用いた低レンジヒステリシスにより実施することができる。この場合、トリップ電圧閾値及び安全電圧閾値は、ヒステリシスレベルによって分離される。入力源２４５の電源電圧が最大にされる（アップ／ダウンカウンタ５１０がその最大カウントであるように）と、マルチプレクサ２２５により、アナログ充電電流制御回路２４０が充電電流を制御するようになる。電源電圧がトリップ電圧閾値を下回る（コンパレータＣがハイからロウ閾値になる）と、デジタル充電低減ループ５００が作動状態にされる。ＲＳフリップフロップ２１５が「ＳＥＴ」ステージ（Ｑ出力がロジック・ハイ）であるときにはコンパレータＣの出力信号が低くなり、これによりアップ／ダウンカウンタ５１０をリセットし、アップ／ダウンカウンタ５１０のデジタルカウント値を所定最小値にまで低下するようになる。また、アップ／ダウンカウンタ５１０をリセットすることによって、アップ／ダウンカウンタ５１０は、ＲＳフリップフロップ２１５をリセットし、これによりマルチプレクサ２２５が、充電電流の制御をアナログ充電電流制御回路２４０からデジタル充電低減ループ５００に移行するようになる。
【００４４】
デジタル充電低減ループ５００は、充電電流を所定最小値にまで低減し、これにより電源電圧が安全電圧閾値を上回って回復するようになる。コンパレータＣの出力信号がハイであるクロック周期毎に、アップ／ダウンカウンタ５１０は、ＤＡＣ２２０に対するその出力カウント（ｂ０−ｂｎ）を漸増して、充電電流制限／制御回路２３０を制御し、その結果、充電電流が制御される。コンパレータＣの出力信号がロウである（アップ／ダウンカウンタ５１０がその最大カウントにある）クロック周期毎では、アップ／ダウンカウンタ５１０はカウントダウンする。電源電圧は、トリップ／安全電圧閾値で安定する（例えば、その前後で変動する）。アップ／ダウンカウンタ５１０がその最大カウントに達すると、アップ／ダウンカウンタ５１０はＲＳフリップフロップ２１５にＥＮＤ信号を送信し、充電電流の制御をアナログ充電電流制御回路２４０に戻すようにマルチプレクサ２２５を制御する。
【００４５】
デジタル充電低減ループの実施形態は、アナログ／線形充電低減ループよりも優れた複数の利点を提供することができる。例えば、トリップ及び安全電圧閾値がより容易に調整することができ、ヒステリシスを付加して、電源に関してのライン及び負荷過渡作用に対して充電低減ループの安定性を高めることができる。デジタル充電低減ループ２００／５００は、デジタル充電低減ループの立ち上がり及び応答時間の調整を極めて容易にすることができる。クロック発振器２３５、アップ／ダウンカウンタ２１０／５１０、及びＤＡＣ２２０の応答は、所与の用途のタイミング要求に合わせて調整することができる。デジタル充電低減ループは、ＤＣ−ＤＣスイッチング充電電流調整システムに付随することが多い有害なノイズ問題を生じる傾向を少なくすることができ、ＤＣ−ＤＣスイッチングバッテリ充電器用集積回路への実装がより好ましくなる。更に、バッテリ充電集積回路（ＩＣ）用途では、デジタル充電低減ループは、回路の素子（システムクロック及びカウンタなど）をＩＣ内の他の関係のない制御回路（温度制御部など）と共用できるので、スペース及びコストを節約することができる。回路素子を共用することで、ＩＣダイのサイズ低減、すなわちスペース要件及び製造コストの低減が可能になる。
【００４６】
デジタル充電低減ループ２００／５００は、入力源２４５としてＵＳＢポートを用いてバッテリ充電すること以外の事象にも適用可能であることは理解されるであろう。例えば、バッテリ充電は、一般に「ラインアダプタ」と呼ばれる高電流外部電力供給装置で実施することができる。上述のように、設計者は、システム及びバッテリ充電動作の電流要求に適合又はこれを上回るよう定格にされた仕様をラインアダプタに提供することができる。しかしながら、承認されていない入力源２４５が不十分な電流処理能力を有するデバイス１１０と共に使用されたときには、デジタル充電低減ループ２００／５００は、場合によってはＵＳＢポートの限界よりも良好な安全レベルにまで充電電流を低減することができる。
【００４７】
図６は、標準的なＵＳＢポートよりも大きな電流量を供給できるラインアダプタからの充電電流を管理するデジタル充電低減ループの電圧／時間及び電流／時間の線図（ダイアグラム）６００を示す。
【００４８】
線図６００（ａ）は、１２ｍｓの時間期間にわたる負荷電流を示している。図示のように、図示のように、ｔ＝０ｍｓからｔ＝１ｍｓまでは、ＵＳＢデバイス１１０のシステムコア１７０は電流を引き出さない。約ｔ＝１ｍｓから約ｔ＝５ｍｓまでは、システムコア１７０が約１Ａの電流を引き出す。約ｔ＝５ｍｓから約ｔ＝１０ｍｓまでは、システムコア１７０は約７００ｍＡの電流を引き出す。約ｔ＝１０ｍｓの後、システムコア１７０は電流を引き出さない。
【００４９】
線図６００（ｂ）は、同じ時間期間にわたる入力源２４５の電源電圧を示している。図示のように、ｔ＝０ｍｓから約ｔ＝１ｍｓ（システムコア１７０が負荷電流を引き出さない間）までは、電源電圧は約４．６Ｖで安定している。約ｔ＝１ｍｓでは（システムコア１７０が１Ａの負荷電流を引き出し始めたとき）、電源電圧は、約４．３Ｖのトリップ電圧閾値よりも低くなる。その後直ちに（デジタル充電低減ループ２００／５００が充電電流制御を引き継ぐと）、電源電圧は、直ぐに約４．４Ｖの安全電圧閾値に戻り、約４．４Ｖで安定になる。約ｔ＝５ｍｓでは（システムコア１７０が負荷電流を約１Ａから約７００ｍＡまで低下させると）、電源電圧は約４．５Ｖまで僅かに上昇する。約ｔ＝５ｍｓから約ｔ＝５．５ｍｓまでは（デジタル充電低減ループ２００／５００が充電電流を漸増すると）、電源電圧は再度安全電圧閾値まで降下する。約ｔ＝５．５ｍｓから約ｔ＝１０ｍｓまでは、電源電圧は安全電圧閾値で安定を維持する。約ｔ＝１０ｍｓ（システムコア１７０があらゆる負荷電流の引き出しを停止した後）では、電源電圧が直ぐに立ち上がる。約ｔ＝１０．５ｍｓでは（アナログ充電電流制御回路２４０が充電電流の制御をデジタル充電低減ループ２００／５００から引き継ぐと）、電源電圧は約４．５Ｖで横ばいになる。
【００５０】
線図６００（ｃ）は、同じ時間期間にわたるループの作動／作動停止を示している。図示のように、デジタル充電低減ループ２００／５００は、ｔ＝０ｍｓで作動停止にされ、約ｔ＝１ｍｓで作動され、次いで、約ｔ＝１０．５ｍｓで作動停止にされる。
【００５１】
線図６００（ｄ）は、同じ時間期間にわたる充電電流を示している。図示のように、ｔ＝０ｍｓから約ｔ＝１ｍｓ（システムコア１７０が負荷電流を引き出さず、アナログ充電電流制御回路２４０が制御状態にあるとき）では、充電電流は約１．２５Ａで安定している。約ｔ＝１ｍｓでは（トリップ電圧閾値よりも低下した電源電圧を検出したとき、負荷電流が１Ａまで増大した後、及びデジタル充電低減ループ２００／５００がアナログ充電電流制御回路２４０から充電電流の制御を受け継いだ後）、充電電流は、１．２５Ａから約５００ｍＡの所定最小値にまで低下する。次いで、デジタル充電低減ループ２００／５００は、電源電圧が約４．４Ｖの安全電圧閾値に達するまで充電電流を漸増する。約ｔ＝１．２ｍｓでは、充電電流は約６５０ｍＡで安定（例えば、その前後で変動）する。次いで、約ｔ＝５ｍｓでは（負荷電流が１Ａから約７００ｍＡまで減少したことに起因して、電源電圧が僅かに増大したことをデジタル充電低減ループ２００が認識すると）、デジタル充電低減ループ２００／５００は、充電電流を漸増し始める。約ｔ＝５．５ｍｓでは（電源電圧が安全電圧閾値で安定すると）、充電電流は約９５０ｍＡで安定する。約ｔ＝１０ｍｓでは（システムコア１７０が負荷電流を引き出さないことに起因して、電源電圧の増大をデジタル充電低減ループ２００が認識すると）、デジタル充電低減ループ２００／５００は充電電流を漸増する。約ｔ＝１０．５ｍｓでは（アナログ充電電流制御回路２４０が充電電流の制御をデジタル充電低減ループ２００／５００から引き継ぐと）、充電電流は約１．２５Ａで再び横ばいになる。
【００５２】
充電電流を可能な限り最大にすることにより、バッテリ充電器１４０は特定の入力源２４５から利用可能な電力を十分に活用し、充電時間が劇的に短縮される。一部の実施形態では、バッテリ充電器１４０は、最大充電電流を５００ミリアンペアに制限するよう構成する必要はなく、充電電流を適切なレベルにまで低下させるためにデジタル充電低減に依存することができる。また、ＵＳＢコントローラ（図示せず）付きのＵＳＢデバイス１．１０がＵＳＢホスト１０５に接続された場合、ＵＳＢコントローラは、コンピュータシステムのＵＳＢポート１３０にプラグ接続されていることを認識する必要があり、タイプＡ（５００ミリアンペア）ポートとタイプＢ（１００ミリアンペア）ポートとを区別することになる。しかしながら、ＵＳＢコントローラの無いＵＳＢデバイス１．１０がＵＳＢホスト１０５に接続された場合、ＵＳＢデバイス１．１０は、ＵＳＢポートにプラグ接続されたことを認識することができない。（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈヘッドセットは、データ交換に使用されないので、ＵＳＢコントローラを有有していない）デジタル充電低減を利用すると、ＵＳＢコントローラの無いＵＳＢデバイス１．１０は、ＵＳＢポートにより充電することができる。デジタル充電低減では、ＵＳＢデバイス１．１０は、引き出される電流を自動的に段階的に低減されることになる。外部制御は必要とされない。
【００５３】
本発明の好ましい実施形態の上記の説明は例証に過ぎず、上記教示に照らして上述の実施形態及び方法の変形形態及び修正形態が実施可能である。構成要素は、プログラムド汎用デジタルコンピュータを用いて、又は特定用途向け集積回路を用いて、或いは相互接続された従来の構成要素及び回路のネットワークを用いて実施することができる。本明細書で記載された実施形態は網羅的又は限定を意図するものではない。本発明は添付の請求項によってのみ限定される。
【符号の説明】
【００５４】
１００  バッテリ充電システム；  １０５  ＵＳＢホスト；  
１１０  ＵＳＢデバイス；  １１５，１５０  ＵＳＢケーブル；  
１２０  ＡＣ電力供給装置；  １２５  バッテリ；  １３０，１４５  ＵＳＢポート；  
１３５  再充電可能バッテリ；  １４０  バッテリ充電器；  １６５  電源部；  
１７０  システムコア。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【国際調査報告】
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