(57)【要約】【課題】スイッチ素子の低減が可能な電源システムを提供する。【解決手段】電源システムは、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１が負荷１２５と充電器１２２に電力を供給する。充電器は同期整流方式で動作するハイ・サイドＦＥＴ１０２とロー・サイドＦＥＴ１０３を含み、バッテリィ１０８、１０９を充電する。商用電源が停電になったときは、充電器に設けられた停電検出回路がそれを検出して停電信号を出力する。停電信号を受け取った充電器は、ハイ・サイドＦＥＴをオン・キープに設定し、バッテリィからの放電電流は放電経路１１９を通じて流れる。この結果、他の電源システムに比べてＦＥＴの数を減らすことができる。【選択図】図４
2007306647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源に接続された直流電圧源から電力の供給を受けて負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記直流電圧源の出力電圧が低下したことを検出して停電信号を出力する停電検出回路と、
前記直流電圧源が生成した出力電圧をスイッチング動作をして調整し前記停電信号に応答してオン・キープに設定されるスイッチ素子を含む充電器と、
前記充電器で充電され前記スイッチ素子がオン・キープに設定されたときに前記負荷に電力を供給するバッテリィと
を有する電源システム。
【請求項２】
前記充電器が、アノードが前記バッテリィ側に接続されカソードが前記負荷側に接続されたダイオードを含む請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
商用電源に接続された直流電圧源から電力の供給を受けて負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記直流電圧源の出力電圧が低下したことを検出して停電信号を出力する停電検出回路と、
前記直流電圧源が生成した出力電圧をスイッチング動作をして調整し前記停電信号に応答してオン・キープに設定されるＦＥＴを含む充電器と、
前記充電器で充電され前記ＦＥＴがオン・キープに設定されたときに前記負荷に電力を供給するバッテリィと
を有する電源システム。
【請求項４】
前記ＦＥＴが、アノードが前記バッテリィ側に接続されカソードが前記負荷側に接続された寄生ダイオードを含む請求項３記載の電源システム。
【請求項５】
前記ＦＥＴが同期整流方式で動作するハイ・サイドＦＥＴとロー・サイドＦＥＴで構成され、前記停電信号が出力されてから所定の遅延時間が経過したのちに前記ハイ・サイドＦＥＴがオン・キープに設定される請求項３記載の電源システム。
【請求項６】
前記ＦＥＴが同期整流方式で動作するハイ・サイドＦＥＴとロー・サイドＦＥＴで構成され、前記ロー・サイドＦＥＴがオフであることを条件にして前記ハイ・サイドＦＥＴが前記停電信号に応答してオン・キープに設定される請求項３記載の電源システム。
【請求項７】
商用電源に接続された直流電圧源から電力の供給を受けて負荷に電力を供給する電源システムであって、
前記直流電圧源の出力電圧が低下したことを検出して停電信号を出力する停電検出回路と、
同期整流方式で動作するハイ・サイドＦＥＴとロー・サイドＦＥＴを含み前記ハイ・サイドＦＥＴが前記停電信号に応答してオン・キープに設定される充電器と、
前記充電器の出力に接続された第１の充放電パスと
前記充電器の出力に接続された第２の充放電パスと、
前記第１の充放電パスに接続された第１のバッテリィと、
前記第２の充放電パスに接続された第２のバッテリィと
を有する電源システム。
【請求項８】
前記直流電圧源と前記負荷との間に接続され、前記第１のバッテリィまたは前記第２のバッテリィから前記負荷に放電電流が流れるときにオフに設定されるＦＥＴを有する請求項７記載の電源システム。
【請求項９】
前記第１の充放電パスと前記第２の充放電パスがそれぞれ直列に接続された２個のＦＥＴを含む請求項７記載の電源システム。
【請求項１０】
商用電源に接続された直流電圧源から負荷に電力の供給を受ける電子機器であって、
前記直流電圧源の出力電圧が低下したことを検出して停電信号を出力する停電検出回路と、
前記直流電圧源が生成した出力電圧をスイッチング動作をして調整し前記停電信号に応答してオン・キープに設定されるスイッチ素子を含む充電器と、
前記充電器で充電され前記スイッチ素子がオン・キープに設定されたときに前記負荷に電力を供給するバッテリィと
を有する電子機器。
【請求項１１】
商用電源に接続された直流電圧源から負荷に電力の供給を受けるノート型コンピュータであって、
前記直流電圧源の出力電圧が低下したことを検出して停電信号を出力する停電検出回路と、
同期整流方式で動作するハイ・サイドＦＥＴとロー・サイドＦＥＴを含み前記ハイ・サイドＦＥＴが前記停電信号に応答してオン・キープに設定される充電器と、
前記充電器の出力に接続された第１の充放電パスと
前記充電器の出力に接続された第２の充放電パスと、
前記第１の充放電パスに接続された第１のバッテリィと、
前記第２の充放電パスに接続された第２のバッテリィと
を有するノート型コンピュータ。
【請求項１２】
前記第１のバッテリィと前記第１の充放電パスが同一のケースに収納されてバッテリィ・パックを形成し、該バッテリィ・パックが前記ノート型コンピュータのベイに装着されている請求項１１記載のノート型コンピュータ。
【請求項１３】
前記第１のバッテリィがケースに収納されてバッテリィ・パックを形成し、該バッテリィ・パックが前記ノート型コンピュータのベイに装着され、前記第１の充放電パスが前記ノート型コンピュータの本体に実装されている請求項１１記載のノート型コンピュータ。
【請求項１４】
前記直流電圧源がＡＣ／ＤＣアダプタである請求項１１記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電源が存在するときは商用電源でバッテリィを充電しながら負荷に電力を供給し、商用電源が存在しないときはバッテリィから負荷に電力を供給する電源システムに関し、さらに詳細にはスイッチ素子の数を減らしたトポロジーを備える電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル環境において利用可能なノート型パーソナル・コンピュータ（以下、ノートＰＣという。）は、内部に充電式のバッテリィが搭載されている。そして、オフィスや家庭などの商用電源を利用できる環境では、商用電源に接続したＡＣ／ＤＣアダプタを使って負荷に電力を供給しながらバッテリィを充電する。商用電源を利用できない環境では、負荷に対する電力供給を中断しないようにバッテリィ給電に切り換えて電力を供給する。図１は、ノートＰＣで一般に採用されている電源システムのブロック図である。ＡＣ／ＤＣアダプタ１０は交流電圧を直流電圧に変換し、経路１１にしたがって負荷１４に電力を供給する。充電中は、ＦＥＴ１と、ＦＥＴ８またはＦＥＴ９のいずれかがオンに設定される。さらにＦＥＴ５またはＦＥＴ７がＦＥＴ８またはＦＥＴ９に対応してオンに設定される。
【０００３】
ＦＥＴコントローラ１７、ＦＥＴ２、およびＦＥＴ３は充電器を構成する。ＦＥＴコントローラ１７は、ＦＥＴ２およびＦＥＴ３を同期整流方式でスイッチング制御して、ＡＣ／ＤＣアダプタ１０が生成した直流電圧を充電に適した直流電圧に変換する。ＡＣ／ＤＣアダプタ１０が生成した電力は、充電中に経路１１にしたがって負荷１４に供給され、かつ、経路１２または経路１３にしたがってバッテリィ１５またはバッテリィ１６に充電のために供給される。
【０００４】
商用電源からバッテリィに切り替わるときにはＦＥＴ１がオフに設定され、充電中のバッテリィに対応するＦＥＴ８またはＦＥＴ９がオフに設定されてＦＥＴ４またはＦＥＴ６がオンに設定される。そして、充電中のバッテリィから経路１８または経路１９にしたがって負荷１４に電力が供給される。図１に示した電源システムではＦＥＴが９個採用されている。図２は、ノートＰＣに従来から採用されている他の電源システムのブロック図である。図２では、図１と同一要素には同一の参照番号を付している。図２の電源システムでは、図１に比べてＦＥＴが１個少なく、８個になっている。図２の電源システムからは、図１のＦＥＴ８、９が除去され、バッテリィから負荷１４に電流を流す放電経路を構成するためにＦＥＴ２０が設けられている。ＦＥＴ２０は、放電中はオンに設定されて放電電流を通過させ、充電中はオフに設定され充電器の電圧がバッテリィに有効に印加できるようになっている。
【０００５】
特許文献１には、１個のバッテリィを充電しながらＡＣアダプタからセット内回路に電力を供給する電源システムが開示されている。特許文献２には、２個のバッテリィを充電しながらＤＣ−ＩＮから電力消費装置に電力を供給する電源システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３０４９７６号
【特許文献２】特開２０００−３２６８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１および図２の電源システムでは、いずれもバッテリィから負荷に対して流れる放電電流が充電器を構成するＦＥＴ２には流れないようになっており、結果として９個または８個のＦＥＴが必要となっている。電源システムの機能を維持しながらＦＥＴの数を低減することができれば、コスト低減につながるので望ましい。そこで本発明の目的は、商用電源が利用できるときは、商用電源から負荷に電力を供給しながらバッテリィを充電し、商用電源が利用できないときは、バッテリィから負荷に電力を供給するように切り換える電源システムにおいて、スイッチ素子の数を低減するトポロジーを備えた電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる電源システムは、商用電源で負荷に電力を供給しながらバッテリィを充電し、商用電源の利用ができないときはバッテリィから負荷に電力を供給する電源システムにおいて、スイッチ素子の数を減らすことができるトポロジーを備えている。本発明の原理は、バッテリィからの放電電流が流れる放電経路に充電器を含める点にある。この構成により、バッテリィからの放電経路に充電器を含ませない従来の電源システムよりもスイッチ素子の数を低減することができる。充電器に、アノードがバッテリィ側に接続されカソードが負荷側に接続されたダイオードを含むようにすると、負荷に対する電力供給源を商用電源に接続された直流電圧源からバッテリィに切り替えるときに負荷の電圧を瞬断させることがない。
【０００８】
スイッチ素子をＦＥＴで構成する場合には、ダイオードとしてＦＥＴの寄生ダイオードを利用することができる。ＦＥＴの寄生ダイオードを通じて長時間放電電流を流すと、ＦＥＴが過熱されるので、停電検出回路から停電信号が出力されたらＦＥＴをオン・キープに設定する。オン・キープとは、スイッチング動作におけるオン状態とは異なり、バッテリィから負荷に放電電流を流す間ＦＥＴをオンにしておくことをいう。ＦＥＴを同期整流方式で動作するハイ・サイドＦＥＴとロー・サイドＦＥＴで構成するときは、停電信号が出力されてから所定の遅延時間が経過してからハイ・サイドＦＥＴをオン・キープに設定する。所定の遅延時間は、ハイ・サイドＦＥＴとロー・サイドＦＥＴが同時にオンになって短絡電流が流れることを防ぐために設ける。あるいはロー・サイドＦＥＴがオフであることを条件にしてハイ・サイドＦＥＴが停電信号に応答してオン・キープに設定されるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、商用電源が利用できるときは、商用電源から負荷に電力を供給しながらバッテリィを充電し、商用電源が利用できないときは、バッテリィから負荷に電力を供給するように切り換える電源システムにおいて、スイッチ素子の数を低減するトポロジーを備えた電源システムを提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図３は本発明の実施の形態にかかる電源システムを搭載したノートＰＣ２００の概略構成を示すブロック図である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）２１１は、ノートＰＣ２００のユーザに対する表示部である。ＣＰＵ２１５は、ノートＰＣ２００の中枢機能を担う演算処理装置で、ＯＳ、ＢＩＯＳ、デバイス・ドライバ、あるいはアプリケーション・プログラムなどを実行する。ＣＰＵ２１５は、システム・バスとしてのＦＳＢ(Front Side Bus)２１７、ＣＰＵ２１５と周辺機器との間の通信を行うためのＰＣＩ(Peripheral Component Interconnect)バス２１９、ＩＳＡバスに代わるインタフェースであるＬＰＣ(Low Pin Count)バス２２０という３段階のバスを介して各デバイスに接続されて信号の送受を行っている。
【００１１】
ＦＳＢ２１７とＰＣＩバス２１９は、メモリ/ＰＣＩチップと呼ばれるＣＰＵブリッジ２２１によって連絡されている。ＣＰＵブリッジ２２１は、メイン・メモリ２２３へのアクセス動作を制御するためのメモリ・コントローラ機能や、ＦＳＢ２１７とＰＣＩバス２１９との間のデータ転送速度の差を吸収するためのデータ・バッファ機能などを含んだ構成となっている。メイン・メモリ２２３は、ＣＰＵ２１５が実行するプログラムの読み込み領域、処理データを書き込む作業領域として利用される書き込み可能メモリである。ビデオ・カード２２５は、ビデオ・チップおよびＶＲＡＭ（ともに図示せず）を含み、ＣＰＵ２１５からの描画命令を受けて描画すべきイメージを生成して、ディスプレイ２１１に描画データとして送る。
【００１２】
ＰＣＩバス２１９には、Ｉ／Ｏブリッジ２２７、ＣａｒｄＢｕｓコントローラ２２９、ｍｉｎｉＰＣＩスロット２３５、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）コントローラ２３９がそれぞれ接続されている。ＣａｒｄＢｕｓコントローラ２２９は、ＰＣＩバス２１９とＰＣカード２３３とのデータ転送を制御するコントローラである。ＣａｒｄＢｕｓコントローラ２２９にはＣａｒｄＢｕｓスロット２３１が接続され、ＣａｒｄＢｕｓスロット２３１には、ＰＣカード２３３が装着される。ｍｉｎｉＰＣＩスロット２３５には、例えばワイヤレスＬＡＮモジュールが内蔵されたｍｉｎｉＰＣＩカード２３７が装着される。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）コントローラ２３９は、ノートＰＣ２００をＬＡＮに接続するためのコントローラである。
【００１３】
Ｉ／Ｏブリッジ２２７は、ＰＣＩバス２１９とＬＰＣバス２２０とのブリッジ機能を備えている。また、Ｉ／Ｏブリッジ２２７は、ＩＤＥ(Integrated Device Electronics)インタフェース機能を備えており、ハード・ディスク・ドライブ(ＨＤＤ)２４３および光学ドライブ２４５（ＣＤドライブ、ＤＶＤドライブ等）が接続される。また、Ｉ／Ｏブリッジ２２７にはＵＳＢコネクタ２４１が接続されている。ＬＰＣバス２２０には、エンベデッド・コントローラ２４７、ＢＩＯＳフラッシュＲＯＭ２５１、Ｉ／Ｏコントローラ２４９が接続されている。Ｉ／Ｏコントローラ２４９にはＩ／Ｏコネクタ２５３が接続されている。
【００１４】
エンベデッド・コントローラ２４７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどで構成されたマイクロ・コンピュータであり、複数チャネルのＡ／Ｄ入力端子、Ｄ／Ａ出力端子、およびデジタル入出力端子を備えている。エンベデッド・コントローラ２４７には、それらの入出力端子を介して電源装置システム１００が接続されている。電源システム１００は、ＡＣアダプタ、バッテリー、および充電器などを含んで構成され、エンベデッド・コントローラ２４７により制御される。
【００１５】
図４は、本発明の実施の形態にかかる電源システム１００の構成を示すブロック図である。電源システム１００は主として、直流電圧源としてのＡＣ／ＤＣアダプタ１２１と、バッテリィ１０８、１０９と、バッテリィを充電する充電器１２２と、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１またはバッテリィ１０８、１０９から電力の供給を受ける負荷１２５とで構成されている。電源システム１００は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１が負荷１２５に電力を供給しながらバッテリィを充電する充電モードと、バッテリィから負荷に電力を供給する放電モードの２つの動作モードで動作する。
【００１６】
ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１は、ノートＰＣ２００の外部装置として構成される。ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１は、一端が商用電源のアウトレットに接続され、他端がノートＰＣ２００に接続される。ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１は、ノートＰＣ２００の内部に組み込んでもよい。ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１は交流電圧を直流電圧に変換して負荷１２５および充電器１２２に電力を供給する。ＦＥＴ１０１はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴで構成され、バッテリィ１０８またはバッテリィ１０９から負荷１２５に電力を供給するときにオフに設定されて、放電電流がＡＣ／ＤＣアダプタ１２１に電流が流れ込むのを防止する。充電器１２２は、ＦＥＴコントローラ１２３、ハイ・サイドＦＥＴ１０２、ロー・サイドＦＥＴ１０３、インダクタ１１０、およびキャパシタ１１１を含む。
【００１７】
ハイ・サイドＦＥＴ１０２およびロー・サイドＦＥＴ１０３はともにＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。ハイ・サイドＦＥＴ１０２には、内部にアノードがバッテリィ側に接続されカソードが負荷側に接続された寄生ダイオードが形成されている。また、ロー・サイドＦＥＴ１０３には、内部にアノードがグランド側に接続されカソードがハイ・サイドＦＥＴ１０２側に接続された寄生ダイオードが形成されている。ＦＥＴコントローラ１２３は、ハイ・サイドＦＥＴ１０２とロー・サイドＦＥＴ１０３を交互にオン、オフを繰り返すようにスイッチング制御して同期整流方式を実現し、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１が生成した出力電圧をバッテリィの充電に適した所定の電圧に調整する。ただし、ＦＥＴコントローラ１２３は、ハイ・サイドＦＥＴ１０２とロー・サイドＦＥＴ１０３が同時にオンになって短絡電流が流れないようにそれらを制御する。
【００１８】
インダクタ１１０とキャパシタ１１１は、ハイ・サイドＦＥＴ１０２がオフでロー・サイドＦＥＴ１０３がオンの期間にそれぞれに蓄えられたエネルギーを放出することにより出力電流を平滑化する。負荷１２５には、図３で示した多くのデバイスが含まれる。負荷１２５には、各デバイスに供給する電圧を制御するためのＤＣ−ＤＣコンバータ、および負荷に供給される電圧が瞬間的に低下した場合に短時間だけ電圧を維持するキャパシタを含む。バッテリィ１０８は、ケースに収納されたバッテリィ・パックとして構成され、ノートＰＣ２００のバッテリィ専用ベイに装着される。バッテリィ１０９もケースに収納されたバッテリィ・パックとして構成され、ノートＰＣ２００の共有ベイに光学ドライブや補助ＨＤＤと選択的に装着される。
【００１９】
バッテリィ１０８とバッテリィ１０９は、米国インテル社および米国デュラバッテリィ社によって提唱されたスマート・バッテリィ・システム（ＳＢＳ：Smart Battery System)と呼ばれる規格に準拠したＩＣや温度センサを含むバッテリィ・パックであってもよい。バッテリィ１０８は、放電制御用ＦＥＴ１０４と充電制御用ＦＥＴ１０５で構成された充放電パスで充電器１２２の出力に接続されている。バッテリィ１０９は、放電制御用ＦＥＴ１０６と充電制御用ＦＥＴ１０７で構成された充放電パスで充電器１２２の出力に接続されている。放電制御用ＦＥＴ１０４、１０６はＰチャネル型ＭＯＳＦＥＴであり、充電制御用ＦＥＴ１０５、１０７はＮチャネル型ＭＯＳＦＥＴである。これらのＦＥＴの内部にはいずれも図示する方向に寄生ダイオードが形成されている。
【００２０】
ＦＥＴコントローラ１２３には、エンベデッド・コントローラ２４７が接続されている。エンベデッド・コントローラ２４７は、負荷１２５の一部であり、電源システム１００の動作を制御する。エンベデッド・コントローラ２４７は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧が所定の値に維持されているときは、ＦＥＴコントローラ１２３に信号を送って充電器１２２に充電動作をさせる。エンベデッド・コントローラ２４７は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧が所定の値より低下したときは、ＦＥＴコントローラ１２３に信号を送って充電器１２２の充電動作を停止させる。エンベデッド・コントローラは、充電モードと放電モードを実現するために、ＦＥＴ１０１、１０４、１０５、１０６，１０７の動作を制御する。
【００２１】
図５（Ａ）は、ＦＥＴコントローラ１２３の内部構成を示すブロック図で、図５（Ｂ）は、充電モードから放電モードへ切り換えるときの状態を示す信号波形である。停電検出回路１３１は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧を受け取って停電信号を出力する。停電検出回路１３１の出力は遅延回路１３３に接続されている。停電検出回路１３１は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧が所定値以上である間、出力端の停電信号をネゲートする。ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１が商用電源のアウトレットから引き抜かれたり、商用電源に停電が発生したりしてＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧が所定の値より低下した場合には、停電検出回路１３１は出力端の停電信号をアサートする。以後、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧が所定の値より低下した状態を停電が発生したということにする。遅延回路１３３は、停電検出回路１３１から受け取った停電信号を所定時間だけ遅延させてＦＥＴ制御信号としてＯＲ論理素子１３７に出力する。
【００２２】
ＰＷＭコントローラ１３５は、エンベデッド・コントローラ２４７から充電の開始または停止の信号を受け取って動作し、ドライバ１３９、１４１を動作させるためのＦＥＴ制御信号を出力する。エンベデッド・コントローラ２４７は、停電が発生して電源システム１００を充電モードから放電モードに切り換えるときＰＷＭコントローラ１３５の動作を停止させる。ＯＲ論理素子１３７は、遅延回路１３３から出力されたＦＥＴ制御信号またはＰＷＭコントローラ１３５から出力されたＦＥＴ制御信号のいずれかがアサートされたときに出力をドライバ１３９に供給する。ドライバ１３９はＯＲ論理素子１３７から出力されたＦＥＴ制御信号をＦＥＴ１０２の動作電圧に変換してハイ・サイドＦＥＴ１０２のゲートに出力する。ドライバ１４１はＰＷＭコントローラ１３５から出力されたＦＥＴ制御信号をロー・サイドＦＥＴ１０３の動作電圧に変換してロー・サイドＦＥＴ１０３のゲートに出力する。
【００２３】
つぎに図４、図５に基づいて、電源システム１００の動作を説明する。ノートＰＣ２００には、専用ベイにバッテリィ１０８を含むバッテリィ・パックが装着され、共有ベイにはバッテリィ１０９を含むバッテリィ・パックが装着されている。そしてＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の一端が商用電源に接続され、他端がノートＰＣ２００に接続されて、負荷１２５が電力を消費しているものとする。エンベデッド・コントローラ２４７は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧が所定の範囲にあることを判断して、ＦＥＴ１０１をオンに設定し、さらに、ＰＷＭコントローラ１３５に動作開始の信号を送る。ＰＷＭコントローラ１３５はハイ・サイドＦＥＴ１０２とロー・サイドＦＥＴ１０３を交互にオン、オフするスイッチング動作をさせる信号を出力する。スイッチング動作のデューティ比は、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧と、充電にかかるバッテリィ１０８、１０９の充電開始時の電圧により決定される。
【００２４】
さらに、エンベデッド・コントローラ２４７は、バッテリィ１０８とバッテリィ１０９のいずれを充電するかを決定する。本実施の形態にかかる電源システム１００では、バッテリィ１０８とバッテリィ１０９は充電時にいずれか一方だけが選択される。ただし、本発明ではバッテリィ１０８とバッテリィ１０９を同時に充電する同時充電方式を採用することもできる。この時点では、エンベデッド・コントローラ２４７はバッテリィ１０８を先に充電するように設定しているものとする。よってエンベデッド・コントローラ２４７は、ＦＥＴ１０４、１０５をオンに設定し、ＦＥＴ１０６、１０７をオフに設定する。ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧が所定の値以上あるので、停電検出回路１３１はその出力端に生成する停電信号をネゲートしている。
【００２５】
停電検出回路１３１の出力端で停電信号がネゲートされている間は、遅延回路１３３の出力もネゲートされているのでＯＲ論理素子１３７の出力に影響を与えない。したがって、ハイ・エンドＦＥＴ１０２は、ＰＷＭコントローラ１３５の出力に応じて動作する。ＰＷＭコントローラ１３５は、図示しない電圧センサでＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧と充電器１２２の出力電圧を検出し、ハイ・サイドＦＥＴ１０２のデューティ比を調整して充電器１２２の出力電圧を所定の範囲に調整する。この状態でＡＣ／ＤＣアダプタ１２１からは、ライン１１の経路で負荷１２５に負荷電流が流れ、ライン１１３の経路でバッテリィ１０８に充電電流が流れる。エンベデッド・コントローラ２４７がバッテリィ１０９を充電対象として選択しているときは、ＦＥＴ１０４、１０５がオフに設定され、ＦＥＴ１０６、１０７がオンに設定されてライン１１５の経路でバッテリィ１０９に充電電流が流れる。
【００２６】
ここで、停電が発生したときには、エンベデッド・コントローラ２４７がこれを検出して、ＦＥＴ１０１をオフに設定し、かつ、ＰＷＭコントローラ１３５の動作を停止させる。ＦＥＴ１０４、１０５はオンに設定されているため、バッテリィ１０８から負荷に対する放電経路が形成されている。本発明の実施の形態では、放電モードにおいて負荷１２５にバッテリィ１０８または１０９から電力を供給する放電経路に充電器１２２の回路を含む。具体的には、ハイ・サイドＦＥＴ１０２を通じてライン１１９の経路でバッテリィ１０８から負荷１２５に電流を供給する。バッテリィ１０９が充電されているときに停電が発生した場合は、ハイ・サイドＦＥＴ１０２を通じてライン１１７の経路でバッテリィ１０９から負荷１２５に電流を供給する。
【００２７】
そのために、停電が発生したあとは、ハイ・サイドＦＥＴ１０２をオン・キープに設定し、ロー・サイドＦＥＴをオフ・キープにする必要がある。オン・キープとは、スイッチング動作におけるオン状態とは異なり、ハイ・サイドＦＥＴ１０２が放電モードの間継続的にオンになっていることをいう。ロー・サイドＦＥＴに関するオフ・キープの意味も同様である。
【００２８】
ＰＷＭコントローラ１３５がエンベデッド・コントローラ２４７からの動作停止信号に応じて動作を停止した瞬間は、スイッチング動作をしていたハイ・サイドＦＥＴ１０２とロー・サイドＦＥＴ１０３のオン、オフ状態は不確定であり、ロー・サイドＦＥＴ１０３がオンでハイ・サイドＦＥＴ１０２がオフの場合もある。また、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１には停電後の短時間は電圧が残存しており、負荷１２５にもキャパシタに蓄えられた電圧が残存している。したがって、停電検出回路１３１から停電信号がアサートされたあとにただちにハイ・サイドＦＥＴ１０２をオンに設定すると、ハイ・サイドＦＥＴ１０２とロー・サイドＦＥＴ１０３が同時にオンに設定されて、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１および負荷１２５からグランドに向かって短絡電流が流れる可能性がある。
【００２９】
本発明の実施の形態では、停電が発生して停電検出回路１３１が停電信号をアサートしてから所定の遅延時間が経過したのちに、遅延回路１３３がＯＲ論理素子１３７にＦＥＴ制御信号を出力することで短絡電流の発生を防ぐ。図５（Ｂ）は、時刻ｔ１で停電が発生したときの停電信号とＦＥＴ１０２、１０３の動作状態を示す。時刻ｔ１までは、ハイ・サイドＦＥＴ１０２とロー・サイドＦＥＴ１０３は、交互に同期したオン、オフを繰り返すようにスイッチング動作をしている。ハイ・サイドＦＥＴ１０２は、時刻ｔ１より１０μ秒といった所定の遅延時間が経過したのちにオン・キープに設定されている。ロー・サイドＦＥＴ１０３は、ＰＷＭコントローラ１３５の出力に応じてオフ・キープに設定される。
【００３０】
ロー・サイドＦＥＴ１０３は、デューティ比の変化に応じてオン期間が変化することもあり、停電が発生してからオフ・キープになるまでの時間が変動するが、遅延時間はロー・サイドＦＥＴ１０３がオンになっている可能性のある最大の時間よりも長くしてあるので、ハイ・サイドＦＥＴ１０２がオン・キープになる前には、ロー・サイドＦＥＴ１０３は必ずオフ・キープになっている。
【００３１】
遅延時間が経過するまでの間はハイ・サイドＦＥＴ１０２はオフになっているが、バッテリィ１０８から放電された電流は、ハイ・サイドＦＥＴ１０２の寄生ダイオードを流れるので、充電モードから放電モードに切り換えるときに負荷１２５に供給する電圧が低下するおそれはない。寄生ダイオードに長時間電流を流すと発熱するが、遅延時間が経過したあとはハイ・サイドＦＥＴ１０２がオン・キープに設定されるので、寄生ダイオードには電流が流れなくなる。本実施の形態を実現するために必要な遅延時間程度であれば、寄生ダイオードにおける発熱は問題にならない。また、寄生ダイオードの電圧降下は１Ｖ程度と小さいため、寄生ダイオードから放電電流が流れている期間の電圧低下も負荷の動作に支障がでるほど大きくない。停電が復旧したときは、エンベデッド・コントローラ２４７はそれを検知して、ＦＥＴ１０１をオンに設定して負荷１２５に電力を供給し、ＰＷＭコントローラ１３５を動作させてバッテリィの充電を開始する。
【００３２】
図４に示した電源システム１００では、図２の従来の電源システムのＦＥＴ２０が除去されており、放電経路に充電器１２２を含めている点が異なっている。図２のＦＥＴ２０は、充電中に充電器の出力電圧をバッテリィに印加するために必要であったが、図４の電源システム１００では、図２のＦＥＴ２０に相当する個所が回路的に切り離されているので、ＦＥＴ２０を除去しても充電には支障が生じない。そしてＦＥＴ２０が形成していたバッテリィからの放電経路を充電器１２２を利用して形成することで、負荷に対する放電経路にも支障が生じないようになっている。
【００３３】
つぎに図６を参照して充電モードから放電モードに切り換える他の実施形態を説明する。図６（Ａ）は、ＦＥＴコントローラ１２３の内部構成を示すブロック図で、図６（Ｂ）は、充電状態から放電状態へ切り換えるときの状態を示す信号波形である。充電器１２２を放電経路に利用するトポロジーにおいて、充電モードから放電モードに切り換えるためには、ハイ・エンドＦＥＴ１０２とロー・エンドＦＥＴ１０３が同時にオンにならないように制御する必要があるが、図６の方法は、図５の遅延回路１３３に代えてＮＯＲ論理素子１３８を利用する。ＮＯＲ論理素子１３８の一方の入力に停電検出回路１３１の出力が接続され、他方の入力にはＰＷＭ１３５のドライバ１４１に対する出力が接続されている。ＮＯＲ論理素子１３８の出力はＯＲ論理素子１３７の一方の入力に接続されている。
【００３４】
図６（Ａ）では、停電検出回路１３１が、ＡＣ／ＤＣアダプタ１２１の出力電圧が所定値以上のときに停電信号をアサートし、停電したときに停電信号ネゲートする。時刻ｔ１で停電したとすると、ＰＷＭコントローラ１３５は動作を停止してやがてロー・サイドＦＥＴ１０３がオフ・キープ状態になる。ＮＯＲ論理素子１３８は、停電信号がネゲートされ、かつ、ＰＷＭコントローラ１３５のドライバ１４１に対するＦＥＴ制御信号が、ＦＥＴ１０３をオフ・キープにする状態になったときにその出力をＯＲ論理素子１３７に出力する。したがって、ハイ・サイドＦＥＴ１０２は、ロー・サイドＦＥＴ１０３がオフ・キープに設定され、停電信号がネゲートされたことを条件としてオン・キープに設定されて、停電信号が再びアサートされるまでその状態を維持する。よって、放電モードでハイ・サイドＦＥＴ１０２とロー・サイドＦＥＴ１０３が同時にオンになることはない。
【００３５】
図７は、電源システムの他の例を示すブロック図である。電源システム３００は、図４に示した電源システム１００とは、スマート・バッテリィ・システムに適合したバッテリィ・パック１５１、１５３で構成されている点で異なる。ＦＥＴ１０４、１０５およびバッテリィ１０８はケースに収納されてバッテリィ・パック１５１を構成し、ＦＥＴ１０６、１０７、およびバッテリィ１０９はケースに収納されて、バッテリィ・パック１５３を構成する。各バッテリィ・パックには、充電状態や放電状態を監視したり、保護回路を動作させたりするコントローラ１５５、１５７がそれぞれ収納され、エンベデッド・コントローラ２４７と通信することができるようになっている。なお、本実施の形態をバッテリィ・パックが２個の場合を例にして説明したが、本発明はバッテリィ・パックを１個だけまたは３個以上含む電源システムに適用することもできる。
【００３６】
これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
携帯型電子器の電源システムに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の電源システムのブロック図である。
【図２】従来の電源システムのブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる電源システムを搭載したノートＰＣの概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる電源システムの構成を示すブロック図である。
【図５】ＦＥＴコントローラの内部構成と、充電モードから放電モードへ切り換えるときの波形を示す図である。
【図６】ＦＥＴコントローラの内部構成と、充電モードから放電モードへ切り換えるときの波形を示す図である。
【図７】電源システムの他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００…電源システム
１２２…充電器
２００…ノートＰＣ
【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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