(57)【要約】  開示された実施形態は、ポータブル電子デバイスのバッテリ（３２２）の使用を管理するためのシステムを提供する。動作の間、システムは、電源（３０２）の入力電圧（Ｖｂｕｓ）を、バッテリ（３２２）を充電するため、並びにポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム（３５０）及び高電圧サブシステム（３５２、３５４、３５６）に電力供給するための出力電圧のセット（ＶＨＩｎ、ＶＬＯ）に変換する充電回路（３３０、３３４、３３６、３４０、３４２、３４４、３４６）を提供する。低電圧状態のバッテリ（３２２）の放電を検出すると、システムは充電回路を用いて、バッテリのバッテリ電圧から低電圧サブシステムに直接電力供給し、バッテリ電圧をアップコンバートして高電圧サブシステムに電力供給する。
2017525327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポータブル電子デバイス内のバッテリの使用を管理するための方法であって、
電源からの入力電圧を、前記バッテリを充電するため、並びに前記ポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換する、充電回路を提供することと、
低電圧状態の前記バッテリの放電を検出すると、前記充電回路を用いて、
前記低電圧サブシステムに前記バッテリのバッテリ電圧から直接電力供給することと、
前記バッテリ電圧をアップコンバートして前記高電圧サブシステムに電力供給することと、
を含む方法。
【請求項２】
電力不足の電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける前記低電圧状態を検出すると、前記充電回路を用いて、
前記低電圧サブシステムに前記バッテリの目標電圧から電力供給することと、
前記高電圧サブシステムに前記電力不足の電源から電力供給することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バッテリの開回路電圧よりも低い、前記低電圧サブシステムの電圧を検出すると、前記充電回路を用いて、前記高電圧サブシステムに、前記入力電圧及び前記アップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から電力供給することを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
電力不足の電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける高電圧状態を検出すると、前記充電回路を用いて、前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに、前記高電圧サブシステムの電圧要求よりも高い前記バッテリの目標電圧から、電力供給することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バッテリの開回路電圧よりも低い、前記低電圧サブシステムの電圧を検出すると、前記充電回路を用いて、前記高電圧サブシステムに、前記入力電圧、及び前記アップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から電力供給することを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
電力不足の電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける電圧不足状態を検出すると、
前記ポータブル電子デバイスを電源オフすることと、
前記充電回路を用いて、前記入力電圧から前記バッテリを充電することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける低電圧状態を検出すると、前記充電回路を用いて、
前記高電圧サブシステムに前記電源から電力供給することと、
前記入力電圧を前記バッテリの目標電圧までダウンコンバートすることと、
前記目標電圧から、前記バッテリを充電し、前記低電圧サブシステムに電力供給することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける満充電状態を検出すると、前記充電回路を用いて、
前記バッテリの充電を中断することと、
前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに、前記満充電状態の前記バッテリの前記バッテリ電圧より高い目標電圧から電力供給することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記充電回路は、
入力端子及び負荷端子を有するインダクタと、
前記入力端子を前記電源又は基準電圧のいずれかに結合するように構成されている第１のスイッチング機構と、
前記負荷端子を前記バッテリ、前記高電圧サブシステム、及び前記低電圧サブシステムに結合するように構成されている第２のスイッチング機構と、
前記入力電圧を前記高電圧サブシステムに結合するように構成されている第３のスイッチング機構と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記低電圧状態の前記バッテリ電圧は、前記高電圧サブシステムの電圧要求より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ポータブル電子デバイスのための充電システムであって、
双方向コンバータと、
前記双方向コンバータを用いて、電源からの入力電圧を、前記ポータブル電子デバイス内の前記バッテリを充電するため、並びに前記ポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換するように構成されている制御回路と、
を備える充電システム。
【請求項１２】
前記制御回路は、
前記バッテリからのバッテリ電圧を、前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力供給するための前記出力電圧のセットに変換するように更に構成されている、請求項１１に記載の充電システム。
【請求項１３】
前記出力電圧のセットは、
前記電源からの前記入力電圧をダウンコンバートすること、又は、
前記バッテリの放電の間に前記バッテリからの前記バッテリ電圧をアップコンバートすること、
によって生成される、請求項１２に記載の充電システム。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記出力電圧のセットを、
前記電源からの標準的な充電、
電力不足の電源からの充電、及び、
前記バッテリの放電
の間に、生成するように構成されている、請求項１２に記載の充電システム。
【請求項１５】
前記制御回路は、前記出力電圧のセットを、
前記バッテリにおける電圧不足状態、
前記バッテリにおける低電圧状態、
前記バッテリにおける高電圧状態、及び、
前記バッテリにおける満充電状態
の間に、生成するように構成されている、請求項１２に記載の充電システム。
【請求項１６】
前記双方向コンバータは、
入力端子及び負荷端子を有するインダクタと、
前記入力端子を前記電源又は基準電圧のいずれかに結合するように構成されている第１のスイッチング機構と、
前記負荷端子を前記バッテリ、前記高電圧サブシステム、及び前記低電圧サブシステムに結合するように構成されている第２のスイッチング機構と、
前記入力電圧を前記高電圧サブシステムに結合するように構成されている第３のスイッチング機構と、
を含む、請求項１１に記載の充電システム。
【請求項１７】
前記第１、第２、及び第３のスイッチング機構は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項１６に記載の充電システム。
【請求項１８】
ポータブル電子デバイスであって、
高電圧サブシステム内の第１のコンポーネントのセットと、
低電圧サブシステム内の第２のコンポーネントのセットと、
バッテリと、
電源からの入力電圧を、前記バッテリを充電するため、並びに前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換するように構成されている充電回路と、
を備えるポータブル電子デバイス。
【請求項１９】
前記制御回路は、
前記バッテリからのバッテリ電圧を、前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力供給するための前記出力電圧のセットに変換するように更に構成されている、請求項１８に記載のポータブル電子デバイス。
【請求項２０】
前記出力電圧のセットは、
前記電源からの前記入力電圧をダウンコンバートすること、又は、
前記バッテリの放電の間に前記バッテリからの前記バッテリ電圧をアップコンバートすること、
によって生成される、請求項１９に記載のポータブル電子デバイス。
【請求項２１】
前記充電回路は、
入力端子及び負荷端子を有するインダクタと、
前記入力端子を前記電源又は基準電圧のいずれかに結合するように構成されている第１のスイッチング機構と、
前記負荷端子を前記バッテリ、前記高電圧サブシステム、及び前記低電圧サブシステムに結合するように構成されている第２のスイッチング機構と、
前記入力電圧を前記高電圧サブシステムに結合するように構成されている第３のスイッチング機構と、
を含む、請求項１８に記載のポータブル電子デバイス。
【請求項２２】
前記第１、第２、及び第３のスイッチング機構は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む、請求項２１に記載のポータブル電子デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明される実施形態は、全般的には、ポータブル電子デバイスのためのバッテリに関する。より具体的には、説明される実施形態は、バッテリの放電中の電圧を昇圧するためにバッテリのインダクタを再利用するための技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル電子デバイスは、通常はバッテリが所定の最低電圧に達するとシャットダウンするように構成され、その所定の最低電圧は、バッテリの最低動作電圧より高いことがある。例えば、リチウムイオンバッテリは、バッテリ電圧が３．０Ｖに達すると、空であると考えられ得るが、コンピュータデバイスの特定のコンポーネント（例えば、携帯電話又はタブレットコンピュータの無線機及びスピーカ）は、動作のために３．４Ｖの最低電圧を必要とし得、デバイスはこれらのコンポーネントをブラウンアウト（brown out）することを回避するため３．４Ｖでシャットダウンするように構成され得る。その結果、バッテリは３．０Ｖから３．４Ｖの間の未使用の容量を含み得る。
【０００３】
未使用の容量の量は、バッテリの負荷電流、温度、及び使用年数に依存し得る。暖かな、新品のバッテリで負荷が軽ければ、未使用の容量は通常は全容量の僅か数％である。しかしながら、冷たい、又は年数を経たバッテリでは、未使用の容量は劇的に増大し得る。例えば、図１は２つの異なる温度において所与の負荷（例えば、０．５Ｃ負荷。これは、バッテリが２時間で放電するのに必要とされる電流である）で放電されたバッテリの例を示す。図に示すように、２５℃での放電では、全容量の数％が（図１で３．４Ｖとして示す）カットオフ電圧を下回る結果になるが、０℃での放電では、全容量の３０％相当がカットオフ電圧を下回る結果になる。したがって、この未使用容量を利用できるシステムを有することが望まれ得る。
【発明の概要】
【０００４】
開示された実施形態は、ポータブル電子デバイスのバッテリの使用を管理するためのシステムを提供する。動作中に、このシステムは、電源からの入力電圧を、バッテリを充電するため、並びにポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換する、充電回路を提供する。低電圧状態のバッテリの放電を検出すると、システムは充電回路を用いて、バッテリのバッテリ電圧から低電圧サブシステムに直接電力供給し、バッテリ電圧をアップコンバートして高電圧サブシステムに電力供給する。
【０００５】
いくつかの実施形態では、電力不足の電源からの入力電圧及びバッテリにおける低電圧状態を検出すると、システムは充電回路を用いて、バッテリの目標電圧から低電圧サブシステムに電力供給し、電力不足の電源から高電圧サブシステムに電力供給する。更に、バッテリの開回路電圧よりも低い、低電圧サブシステムの電圧を検出すると、システムは充電回路を用いて、高電圧サブシステムに、入力電圧、及びアップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から電力供給する。
【０００６】
いくつかの実施形態では、電力不足の電源からの入力電圧及びバッテリにおける高電圧状態を検出すると、システムは充電回路を用いて、低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに、高電圧サブシステムの電圧要求よりも高いバッテリの目標電圧から、電力供給する。更に、バッテリの開回路電圧よりも低い、低電圧サブシステムの電圧を検出すると、システムは充電回路を用いて、高電圧サブシステムに、入力アダプタ、及びアップコンバートされたバッテリ電圧からの電流を合わせることによって電力供給する。
【０００７】
いくつかの実施形態では、電力不足の電源からの入力電圧及びバッテリにおける電圧不足状態を検出すると、システムは、ポータブル電子デバイスを電源オフし、充電回路を用いて、バッテリを入力電圧から充電する。
【０００８】
いくつかの実施形態では、電源からの入力電圧及びバッテリにおける低電圧状態を検出すると、システムは充電回路を用いて、
（ｉ）高電圧サブシステムに電源から電力供給し、
（ｉｉ）入力電圧をバッテリの目標電圧までダウンコンバートし、
（ｉｉｉ）目標電圧から、バッテリを充電し、かつ低電圧サブシステムに電力供給する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、電源からの入力電圧及びバッテリにおける満充電状態を検出すると、システムは充電回路を用いて、バッテリへの充電を中断し、低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに、満充電状態のバッテリのバッテリ電圧よりも高い目標電圧から、電力供給する。
【００１０】
いくつかの実施形態では、充電回路は、
（ｉ）入力端子及び負荷端子を有するインダクタと、
（ｉｉ）入力端子を電源又は基準電圧のいずれかに結合するように構成されている第１のスイッチング機構と、
（ｉｉｉ）負荷端子をバッテリ、高電圧サブシステム、及び低電圧サブシステムに結合するように構成されている第２のスイッチング機構と、
（ｉｖ）入力電圧を高電圧サブシステムに結合するように構成されている第３のスイッチング機構と、を含む。
【００１１】
いくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３のスイッチング機構は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、低電圧状態のバッテリ電圧は、高電圧サブシステムの電圧要求より低い。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】開示された実施形態に係るバッテリに関する、使用された容量に対する電圧のプロットを示す。
【図２】開示された実施形態に係る標準的なバッテリ充電回路を示す。
【図３Ａ】開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイスのための充電回路を示す。
【図３Ｂ】開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイスのための充電システムを示す。
【図３Ｃ】開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイスのための充電回路を示す。
【図４】開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイス内のバッテリの使用を管理するプロセスを説明するフロー図を示す。
【図５】開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイス内のバッテリの使用を管理するプロセスを説明するフロー図を示す。
【図６】開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイス内のバッテリの使用を管理するプロセスを説明するフロー図を示す。
【図７】開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図中、同じ参照番号は同じ図要素を表している。
【００１５】
以下の記述は、あらゆる当業者が実施形態を作製、使用できるように提示されており、特定の用途及びその要件のコンテキストにおいて提供されている。開示された実施形態に対する様々な改良は、当業者にはすぐ分かるであろう。本明細書において定義されている一般原理は、本開示の精神や範囲から逸脱することなく他の実施形態、及び応用に適用可能である。したがって、本発明は、示されている実施形態に限定されるものではなく、本明細書で開示された原理及び特徴と矛盾しない最も広い範囲を許容するものとする。
【００１６】
この「発明を実施するための形態」に記述されているデータ構造及びコードは典型的に、コンピュータ可読記憶媒体上に記憶される。このコンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータシステムで使用されるコード及び／又はデータを記憶できる任意のデバイス又は媒体であってよい。コンピュータ可読記憶媒体には、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ディスクドライブ、磁気テープ、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（ディジタル多用途ディスク、若しくは、ディジタルビデオディスク）等の磁気及び光学記憶デバイス、又は、現在公知であるか、あるいは、今後開発されるコード及び／又はデータを記憶可能とする他の媒体が含まれるが、これらに限定されるものではない。
【００１７】
上述したように、「発明を実施するための形態」の項に記載されている方法及びプロセスは、コンピュータ可読記憶媒体に記憶され得るコード及び／又はデータとして具現化され得る。コンピュータシステムが、コンピュータ可読記憶媒体上に記憶されたコード及び／又はデータを読み取り、これを実行すると、コンピュータシステムは、データ構造及びコードとして具現化され、かつ、コンピュータ可読記憶媒体内に記憶された方法及びプロセスを実行する。
【００１８】
更に、本明細書で述べられる方法及びプロセスは、ハードウェアモジュール、又は、装置に含まれてもよい。これらのモジュール又は装置には、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定時刻において特定のソフトウェアモジュール若しくはコードの一部を実行する専用若しくは共用プロセッサ、及び／又は、現在公知であるか、若しくは、今後開発される他のプログラマブルロジックデバイスを含むことが可能であるが、これらに限定されるものではない。ハードウェアモジュール又は装置がアクティブ化されると、その内部に含まれている方法及びプロセスを実行する。
【００１９】
開示された実施形態は、ポータブル電子デバイスのバッテリの使用を管理するための方法及びシステムを提供する。より具体的には、開示された実施形態は、ポータブル電子デバイスの１つの以上のサブシステムにアップコンバートされた電圧を提供し得る充電回路を提供する。いくつかの例では、充電回路はポータブル電子デバイス内の電圧をアップコンバートする（例えば、昇圧する）ための再利用インダクタを含み得る。これらの例では、インダクタは、充電回路が第１の構成若しくは構成のセットであるときにダウンコンバートされた電圧を生成し、充電回路が第２の構成若しくは構成のセットであるときにアップコンバートされた電圧を生成し得る。再利用インダクタは、充電回路によって専有されるボードスペースの増加を回避し、それによって、バッテリのサイズ及び／又はランタイムを減らすことなく、バッテリ内の未使用の容量にアクセスすることを可能にし得る。
【００２０】
図２は、システム電圧が最低動作電圧、例えば、３．４Ｖ、を下回るとディセーブルされるシステムのための典型的な充電回路を示す。そこに示すように、充電回路は、断続的な電源２０２（例えば、電源アダプタ）、バッテリ２１４、及び、バッテリ２１４によって電力供給される１つ以上のシステム２０４に接続し得る。いくつかの例では、システムは、断続的な電源と充電回路との間のコネクタ（図示せず）を備え得、これによって、電源２０２が充電回路に接続される、又は、充電回路から接続解除されることが可能になり得る。電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）Ａ  ２０６は、逆電圧に対して保護し、電流がバッテリからコネクタへ流れるのを防止する（例えば、電源２０２をもたらす電源アダプタがシステムに接続されていないときに）。ＦＥＴ  Ｂ  ２０８及びＦＥＴ  Ｃ  ２１０は、交互にスイッチングするＦＥＴであり、インダクタ２１６と共に、インダクタの出力ＶMAINに降圧された電圧を生成する降圧コンバータを形成する。バッテリ電圧が最低動作電圧（例えば、３．４Ｖ）を下回る場合、ＶMAINは降圧コンバータによって最低動作電圧になるよう制御され得、ＦＥＴ  Ｄ  ２１２は、電圧ＶBATを、バッテリ２１４を充電するための目標電圧まで下げるようにリニアに制御される。ＦＥＴ  Ｄ  ２１２はまた、バッテリ２１４がフルのときに、充電を止めるようにディセーブルされる。バッテリ２１４が放電されて１つ以上のシステム２０４に電力供給しているとき、ＦＥＴ  Ｂ  ２０８及びＣ  ２１０はスイッチングを止め、ＦＥＴ  Ｄ  ２１２は完全にオンしてバッテリ２１４を１つ以上のシステム２０４に接続する。
【００２１】
標準的な昇圧コンバータが、バッテリ２１４がカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）になるまで放電したときに、バッテリ２１４のバッテリ電圧を最低動作電圧まで、又は最低動作電圧以上に（例えば、３．４Ｖより高く）昇圧するために、バッテリ２１４とシステム２０４との間に追加されてもよい。しかしながら、この選択肢は望ましくない可能性がある。なぜなら、昇圧コンバータ（特に、そのインダクタ）のサイズは、利用可能なボードスペースに著しく影響するためである。スペースに制約のあるポータブル電子デバイス内の回路のためのボードスペースを減らすことは、典型的にはバッテリサイズが小さくなることに繋がり、その結果、ポータブル電子デバイスのランタイムが短くなり得る。これによって、デバイスのサブシステムが必要とする電圧までバッテリ電圧を昇圧することによって得られる、いくらかの容量のゲインが相殺され得る。本明細書では、バッテリ充電回路によって占められるボードスペースを著しく増加させずに、バッテリ充電回路の昇圧機能を提供するための機構が説明される。
【００２２】
図３Ａは、本開示の実施形態に係る、ポータブル電子デバイスのための充電回路の変形例を示す。例えば、図３Ａは、ラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、デジタルカメラ、及び／又は、その他のバッテリで電力供給される電子デバイスに、電源を供給するのに使用され得る。これらの変形例では、ポータブル電子デバイスは、バッテリ３２２によって電力供給され得る、１つ以上の高電圧サブシステム３０６と１つ以上の低電圧サブシステム３０４とを備え得る。１つ以上の低電圧サブシステム３０４は、ポータブル電子デバイスの動作中に、１つ以上の高電圧サブシステム３０６が必要とする第２の電圧よりも低い、第１の電圧を必要とし得る。例えば、いくつかの変形例では、低電圧サブシステム３０４はバッテリ３２２のカットオフ電圧以下の第１の電圧（例えば、３．０Ｖ）を必要とする一方、高電圧サブシステム３０６はバッテリのカットオフ電圧より高い第２の電圧（例えば、３．４Ｖ）を必要とし得る。その他の変形例では、１つ以上の低電圧サブシステム３０４によって必要とされる第１の電圧は、バッテリ３２２のカットオフ電圧よりも高い場合がある。充電回路は、例えば、バッテリ３２２の電圧が第２の電圧より低いときに、１つ以上の高電圧サブシステム３０６に電力供給し得る、昇圧機能を提供し得る。他方で、低電圧サブシステム３０４は、高電圧サブシステム３０６及び／又はバッテリ３２２のカットオフ電圧よりも著しく低い電圧を必要とし得、いくつかの例ではバッテリ３２２によって直接電力供給され得る。
【００２３】
例えば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、及び／又は集積回路レールを含む、ポータブル電子デバイスのコンポーネントの大半は、バッテリ３２２の例示的な３．０Ｖカットオフ電圧よりはるかに低い電圧を必要とし得る。他方で、ポータブル電子デバイスの無線機及びスピーカシステムは、動作のために例示的な３．４Ｖの最低電圧を必要とし得る。結果として、３．０Ｖから電力供給される低電圧サブシステム３０４と、最低で３．４Ｖを必要とする高電圧サブシステム３０６とのように、ポータブル電子デバイスのサブシステムは２つ以上のグループに分割され得る。
【００２４】
図３Ａに示すように、昇圧機能を有する充電回路は、インダクタ３０８と６つのＦＥＴ  ３１０〜３２０を含み、電源３０２に接続され得る。ＦＥＴ  Ａ  ３１０は、電源３０２が利用可能であると識別されるとオンにされ得、ディセーブルされると、誤って設計された、若しくは逆向きに接続された電源からの逆電圧保護を提供する。ＦＥＴ  Ａ  ３１０は、電源３０２が利用可能でない（例えば、外部電源アダプタが接続されていない）ときにオフにされ、ポータブル電子デバイスが、利用可能でない電源３０２又は電源が接続され得るコネクタのいずれかに電力を伝送することを防止する。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２及びＣ  ３１４は、インダクタ３０８の入力端子を、電圧ノードＶX、及び接地などの基準電圧にそれぞれ結合する。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２及びＣ  ３１４は、切り換えられて、インダクタ３０８の入力を、電圧ノードＶX又は基準電圧に選択的に結合し得る。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６はバッテリ３２２を電圧ノードＶLOに結合し得る（この電圧ノードは、１つ以上の低電圧サブシステム５０４及びインダクタ３０８の負荷端子に接続され得る）。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は、電圧ノードＶLOを電圧ノードＶHIに結合し得（この電圧ノードは、１つ以上の高電圧サブシステム３０６に接続され得る）、又は、いくつかの変形例では、ＶHIをバッテリ３２２に直接結合し得る。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、電圧ノードＶXを電圧ノードＶHIに結合し得、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、電源３０２からの入力電圧、及び／又は、インダクタ３０８からの昇圧されたバッテリ電圧を高電圧サブシステム３０６に結合するのに使用され得る。バッテリ３２２の放電中に充電インダクタ３０８を昇圧インダクタとして再利用することによって、必要なボードスペースを大幅に増やすことなく、ポータブル電子デバイスのランタイムを延ばすことができる。
【００２５】
図３Ｂは、開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイスのための充電システムを示す。図３Ｂの充電システムは、電源３０２からの入力電圧及び／又はバッテリ３２２からのバッテリ電圧を、バッテリ３２２を充電するための、並びに／又は、１つ以上の低電圧サブシステム３０４及び１つ以上の高電圧サブシステム３０６に電力供給するための出力電圧のセットに変換し得る。
【００２６】
図３Ｂに示すように、充電システムはスイッチングコンバータ３３０を含む。スイッチングコンバータ３３０は、１つ以上のインダクタと、ＦＥＴ、ダイオード、及び／又は他の電子スイッチングコンポーネントなどのスイッチング機構のセットとを含み得る。例えば、スイッチングコンバータ３３０は、図３Ａで示されるコンバータによって提供され得る。このコンバータは、入力端子及び負荷端子を有するインダクタ３０８と、２つのスイッチング機構（例えば、ＦＥＴ  ３１２〜３１４によって提供されるような）とを含み、これらのスイッチング機構は、前述したように、上記の入力端子を電圧ノードＶX（電源３０８の出力に接続され得る）、又は、基準電圧（例えば、接地）のいずれかに結合するように構成される。充電システムは、スイッチング機構３３２及び３３６、並びにレギュレータ３３４及び３３８を含み得、これらはまとめて、スイッチングコンバータ３３０の出力をバッテリ３２２、高電圧サブシステム３０６、及び／又は低電圧サブシステム３０４のいずれかに結合し、電源３０８を高電圧サブシステム３０６に結合するのに使用され得る。各スイッチング機構は、異なる電圧ノード同士を選択的に結合し得、スイッチ、（図３ＡのＦＥＴ  ３１０及び３１８などの）ＦＥＴ、ダイオード、などを含み得る。各レギュレータは、１つ以上の電圧ノードにおける電圧を制御するか、又はスイッチとして機能するように選択的に制御され得、（図３ＡのＦＥＴ  ３１６及び３２０などの）ＦＥＴ、可変抵抗、などを含み得る。
【００２７】
例えば、スイッチング機構３３２は、不適切に機能する電源３０２（例えば、誤った設計の電源又は誤って接続された電源３０２）からの逆電圧保護を提供し得、電圧ノードＶXから電源３０２（ＶBUSとして図示されている）へ電流が流れるのを防止し得る。スイッチングコンバータ３３０は、電圧ノードＶXを電圧ノードＶLOに結合し得、電圧ノードＶLOは続いて、低電圧サブシステム３０４に結合され得る。レギュレータ３３８は、電圧ノードＶXを電圧ノードＶHIに、直接、又は、ＶHIをＶXより低い電圧にリニアに調節することによってのいずれかで選択的に結合し得、電圧ノード電圧ノードＶHIは続いて、高電圧サブシステム３０６に結合され得る。スイッチング機構３３６は、電圧ノードＶHIを電圧ノードＶLOに選択的に結合し得、いくつかの例では、電圧ノードＶHIをバッテリ３２２に選択的に結合し得る。レギュレータ３３４は、電圧ノードＶLOをバッテリ３２２に、直接、又は、バッテリ電圧をＶLOより低い電圧にリニアに調節することによってのいずれかで選択的に結合し得る。以下で詳細に説明されるように、スイッチング機構は、高電圧サブシステム３０６及び低電圧サブシステム３０４への電力を制御するのに使用し得る。
【００２８】
図３Ｃは、開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイスのための充電回路を示す。充電回路は、電源３０２及び／又はバッテリ３２２からのバッテリ電圧を、バッテリ３２２を充電するための、及び／又は、異なる電圧要求を伴うポータブル電子デバイスの多数のサブシステム３５０〜３５６に電力供給するための、出力電圧のセット（例えば、ＶLO、ＶHI1、ＶHI2、ＶHI3）に変換し得る（図では４つのサブシステムを有するように示されているが、充電回路は異なる電圧要求を有する任意の数のサブシステム、例えば、２つ、３つ、４つ、又は５つ又はそれ以上のサブシステム、に電力供給し得る）。例えば、充電システムは、第１の電圧要求（いくつかの変形例では、バッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）以下である）を有する１つ以上のサブシステムと、第１の電圧要求よりも高い第２の電圧要求（バッテリ３２２のカットオフ電圧よりも少し高い（例えば、３．２Ｖ）場合がある）を有する１つ以上のサブシステムと、第２の電圧要求よりも高い第３の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）を有する１つ以上のサブシステムと、ポータブル電子デバイスにおいて最も高い電圧要求（例えば、３．６Ｖのように、第３の電圧要求より高い第４の電圧要求）を有する１つ以上のサブシステムとに電力供給し得る。
【００２９】
図３Ｂの充電システムと同様に、図３Ｃの充電システムは、スイッチングコンバータ３３０を含み、このスイッチングコンバータは、１つ以上のインダクタと、ＦＥＴ、ダイオード、及び／又は他の電子スイッチングコンポーネントなどのスイッチング機構のセットとによってもたらされ得る。具体的には、スイッチングコンバータ３３０は、降圧コンバータ、昇圧コンバータ、反転コンバータ、降圧昇圧コンバータ、Ｃｕｋコンバータ、シングルエンド１次インダクタコンバータ（single-ended primary-inductor converter、ＳＥＰＩＣ）、及び／又はＺｅｔａコンバータなどの任意の種類の双方向コンバータであり得る。
【００３０】
追加のスイッチング機構３３６、３４０及び３４４、並びにレギュレータ３３４、３３８、３４２、及び３４６は、スイッチングコンバータ３３０の出力をバッテリ３２２及びサブシステム３５０〜３５６に結合し、電源３０２及び／又はバッテリ３２２からサブシステム３５０〜３５６に電力供給し、サブシステム３５０〜３５６の電圧要求を満たす出力電圧を生成するのに使用され得る。
【００３１】
スイッチング機構３３６、３４０、及び３４４、並びにレギュレータ３３４は、スイッチングコンバータ３３０をバッテリ３２２及びサブシステム３５０〜３５６に結合する。図３Ｃに示すように、レギュレータ３３４は、バッテリ３２２を電圧ノードＶLOに選択的に結合し得る（電圧ノードＶLOは、コンバータ３３０の負荷端子及びサブシステム３５０に接続され得る）。スイッチング機構３３６は、電圧ノードＶLOを電圧ノードＶHI1に選択的に結合し得、電圧ノードＶHI1は続いて、サブシステム３５２に接続され得る。スイッチング機構３４０は、電圧ノードＶHI1を電圧ノードＶHI3に選択的に結合し得、電圧ノードＶHI3は続いて、サブシステム３５４に接続され得る。スイッチング機構３４４は、電圧ノードＶHI2を電圧ノードＶHI3に選択的に結合し得、ＶHI3は続いて、サブシステム３５６に接続され得る。他の変形例においては、スイッチング機構３３６、３４０、及び３４４の各々は、バッテリ３２２を、サブシステム３５２、３４５、及び３５６にそれぞれ直接結合し得る。
【００３２】
レギュレータ３３８、３４２及び３４６は、電圧ノードＶX（このノードは、次に、電源３０２からの入力電圧、及び／又はスイッチングコンバータ３３０からの昇圧された電圧を提供し得る）を、サブシステム３５２〜３５６それぞれに、直接又はＶXより低い電圧にリニアに調節することによってのいずれかで結合する。例えば、図３Ｃに示すように、レギュレータ３３８は、電圧ノードＶXを電圧ノードＶHI1及びサブシステム３５２に、直接又はＶXより低い電圧ＶHI1にリニアに調節することによってのいずれかで選択的に結合し得る。レギュレータ３４２は、電圧ノードＶXを電圧ノードＶHI2及びサブシステム３５４に、直接又はＶXより低い電圧ＶHI2にリニアに調節することによってのいずれかで選択的に結合し得る。レギュレータ３４６は、電圧ノードＶXを電圧ノードＶHI3及びサブシステム３５６に、直接又はＶXより低い電圧ＶHI3にリニアに調節することによってのいずれかで選択的に結合し得る。
【００３３】
充電システムの動作中には、考慮すべき３つの充電用電源３０２の状態がある、すなわち、電源３０２からの標準的な充電、電力不足の電源３０２、及びバッテリ３２２からの放電、である。電力不足の電源は、アダプタ電流ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限に達したことによりシステムに所望の電力が提供できない、任意の電源（例えば、電源３０２）である。例えば、電流ｉBUS又はＶBUS制限が１００〜２４０Ｖの電圧を有するＡＣ商用電源用に設計されているが、電源３０２がｉBUS若しくはＶBUS制限よりも低い電流若しくは電圧を有する電源（例えば、コンピュータシステムのユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ））にプラグインされていた場合、電源３０２は電力不足となり得る。
【００３４】
同様に、考慮すべき４つ又はそれ以上のバッテリ電圧状態がある、すなわち、電圧不足状態、１つ以上の低電圧状態、降圧状態、及び満充電状態、である。バッテリ３２２のバッテリ電圧がバッテリの所定のカットオフ電圧（例えば、最低動作電圧）（例えば、３．０Ｖ）以下である場合、及び、バッテリ３２２が有用な電荷残量を持たない場合、バッテリ３２２は電圧不足と考えられる。低電圧バッテリ３２２は、低電圧サブシステム３０４によって直接使用できるが、高電圧サブシステム３０６では使用できない（例えば、３．０Ｖ〜３．４Ｖの）バッテリ電圧を有し得る。高電圧バッテリ３２２は、すべてのサブシステムによって直接使用できる（例えば、３．４Ｖよりも高い）が電圧を有し得るが、満充電はまだされていない。満充電バッテリ３２２は、バッテリ３２２の最大電圧状態であり得、したがって、これ以上は充電できない。デバイスが、図３Ｃに示すように、異なる電圧要求を有する３つ以上のサブシステムを有する例では、バッテリは複数の低電圧状態（例えば、バッテリ電圧がサブシステム３５０に電力供給するのに十分高いが、サブシステム３５２〜３５６に電力供給するほどには高くない第１の低電圧状態、バッテリがサブシステム３５０及び３５２に電力供給するのに十分高いが、サブシステム３５４及び３５６に電力供給するほどには高くない第２の低電圧状態、バッテリがサブシステム３５２〜３５４に電力供給するのに十分高いが、サブシステム３５６に電力供給するほどには高くない第３の低電圧状態）を有し得る。
【００３５】
アダプタ状態及びバッテリ３２２の電圧状態の組み合わせにより、考慮すべき１２個の一意的な状態が生じる。以下のセクションで、これらの状態の各々について、図３Ａ〜図３Ｂの充電システムの詳細な動作を説明する。
状態１：電圧不足のバッテリを用いた標準的な充電
【００３６】
電圧不足のバッテリ３２２を用いた標準的な充電中は、制御回路はバッテリ３２２を充電するのに電源３０２を使用し得る。制御回路はまた、スイッチングコンバータ３３０を使用して、電源３０２からの入力電圧をサブシステムに電力供給するための１つ以上の出力電圧に変換し得る。これらの例では、電源の入力電圧を使用して、バッテリに充電用電圧を提供し、各サブシステムの要求電圧を満足する電圧を各サブシステムに提供し得る。
【００３７】
例えば、図３Ａに示す充電回路では、制御回路は、以下の方法で、電圧不足のバッテリ３２２を用いた標準的な充電を実行するように充電回路を構成し得る。（直流（ＤＣ）電源であり得る）電源３０２が、イネーブルされたＦＥＴ  Ａ  ３１０に接続される。電圧ノードＶLOが、アダプタ電流ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限によって制限されなければ、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が、電圧ノードＶLO（例えば、低電圧サブシステム３０４の電圧）を低電圧サブシステムに電力供給するのに十分な電圧（例えば、バッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）であり得る）へと制御する、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部としてスイッチングする。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングする。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６がリニアに動作して、ＶBATを、バッテリ３２２を充電するための、３．０Ｖより低い場合がある目標電圧へと制御し得る。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は理想ダイオードとして動作し得、この状態ではオフされ得る。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０がアクティブ化されて、１つ以上の高電圧サブシステム３０６に電力供給するのに十分な電圧を、電圧ノードＶHIへ供給し得る。いくつかの例では、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０がリニアに動作して、高電圧サブシステム３０６の電圧ノードＶHIがＶHI_MAXに等しく保持され得る。ＶHI_MAXは、高電圧サブシステム３０６の最高電圧制限を越えないで、電源３０２からの入力電圧にできる限り近い電圧である。低電圧サブシステム３０４は第１の電圧（例えば、バッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ））で電力供給される一方、高電圧サブシステム３０６は、電源３０２からＦＥＴ  Ｆ  ３２０を介して電力供給され、ＶHI_MAXである。
状態２：低電圧バッテリを用いた標準的な充電
【００３８】
低電圧バッテリを用いた標準的な充電中は、制御回路はバッテリ３２２を充電するのに電源３０２を使用し得る。制御回路はまた、スイッチングコンバータ３３０を使用して、電源３０２からの入力電圧をサブシステムに電力供給するための１つ以上の出力電圧に変換し得る。これら出力電圧には、バッテリ３２２の目標電圧が含まれ得る。これらの例では、電源の入力電圧を使用して、バッテリに充電用電圧を提供し、各サブシステムの要求電圧を満足する電圧を各サブシステムに提供し得る。
【００３９】
例えば、制御回路は、以下の方法で、低電圧バッテリ３２２を用いた標準的な充電を実行するように図３Ａの充電回路を構成し得る。電源３０２（例えば、ＤＣ電圧電源であり得る）が、イネーブルされたＦＥＴ  Ａ  ３１０に接続される。電圧ノードＶLOが、アダプタ電流ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限によって制限されなければ、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が、ＶLOを低電圧サブシステム３０４の電圧要求（バッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）であり得る）と高電圧サブシステム３０６によって要求される電圧（例えば、３．４Ｖ）との間の目標電圧へと制御する、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部としてスイッチングする。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングし、いずれの方向にも電流を流すことができる。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６は完全にオンしており、これによって、ＶBATとＶLOは両方とも目標電圧である。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は理想ダイオードとして動作し得、この状態ではオフであり得る。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０がアクティブ化されて、１つ以上の高電圧サブシステム３０６に電力供給するのに十分な電圧を、電圧ノードＶHIへ供給し得る。いくつかの例では、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、リニアに動作し、上述のように、ＶHIをＶHI_MAXに等しく維持する。低電圧サブシステム３０４は、降圧コンバータ（例えば、ＦＥＴ  Ｂ〜Ｃ  ３１２〜３１４とインダクタ３０８）によって電力供給され、バッテリ３２２の目標電圧（例えば、３．０〜３．４Ｖ）であり、一方、高電圧サブシステム３０６は、電源３０２からＦＥＴ  Ｆ  ３２０を介して電力供給され、ＶHI_MAXである。
【００４０】
効率を向上するために、ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、代わりに、理想ダイオードとして動作し、電流が接地（例えば、基準電圧）へと流れることを防止するように構成されることもできる。サーボ機構（例えば、制御回路）が突然にアダプタ制限を受けて、下記の状態６で述べるような電力不足の電源と低電圧バッテリとを用いた充電に遷移させられた場合、ＦＥＴ  Ｃ  ３１４はもはや理想ダイオードとして構成されないことがあり、代わりに、ＦＥＴ  Ｃ  ３１４はＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングし、バッテリ３２２からの電流を増加することを可能にすることできる。
状態３：高電圧バッテリを用いた標準的な充電
【００４１】
高電圧バッテリを用いた標準的な充電中は、制御回路はバッテリ３２２を充電するのに電源３０２を使用し得る。制御回路はまた、スイッチングコンバータ３３０を使用して、電源３０２からの入力電圧をバッテリ３２２の目標電圧に変換し得、また、この目標電圧は、ポータブル電子デバイスの１つ以上のサブシステムに電力供給するのに使用される。これらの例では、電源の入力電圧を使用して、バッテリに充電用電圧を提供し、各サブシステムの要求電圧を満足する電圧を各サブシステムに提供し得る。
【００４２】
例えば、制御回路は、以下の方法で、高電圧バッテリ３２２を用いた標準的な充電を実行するように図３Ａの充電回路を構成し得る。電源３０２が、イネーブルされたＦＥＴ  Ａ  ３１０に接続される。ＶLOが、アダプタ電流ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限によって制限されなければ、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が、ＶLOを高電圧サブシステム３０６の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）より高い目標電圧へと制御する、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部としてスイッチングする。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングし、いずれの方向にも電流を流すことができる。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６は完全にオンしており、これによって、ＶBATとＶLOは両方とも目標電圧である。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８はオンしており（かつ、理想ダイオードとして動作していてもよく）、それによって、ＶHIはＶLOに等しい。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０はまた、オンしており（例えば、リニアに動作しており）、ＶHIを高電圧サブシステム３０６の電圧要求以上に維持し得る。しかし、ＶHIがイネーブルされたＦＥＴ  Ｅ  ３１８によって電圧要求より高い電圧で駆動されたとき、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０はスイッチオフする。高電圧サブシステム３０６及び低電圧サブシステム３０４の両方は、降圧コンバータにより電力供給され、バッテリの目標電圧にある。
【００４３】
状態２（低電圧バッテリを用いた標準的な充電）で説明したように、ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は代わりに、下記の状態７で述べるような電力不足の電源と高電圧バッテリとを用いた充電への遷移に素早く反応できることを犠牲にして、効率を向上するために理想ダイオードとして動作するように構成され得る。
状態４：満充電バッテリを用いた標準的な充電
【００４４】
満充電バッテリを用いた標準的な充電の間、制御回路は、電源３０２からのバッテリ３２２の充電を中断し得る。制御回路はまた、スイッチングコンバータ３３０を使用して、電源３０２からの入力電圧をポータブル電子デバイスのサブシステムに電力供給するための出力電圧に変換し得る。出力電圧は、満充電状態のバッテリ３２２のバッテリ電圧よりも高いことがある。
【００４５】
例えば、制御回路は、以下の方法で、満充電バッテリ３２２を用いた標準的な充電を実行するように図３Ａの充電回路を構成し得る。電源３０２が、イネーブルされたＦＥＴ  Ａ  ３１０に接続される。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が、ＶLOを低電圧サブシステム３０４に電力供給するのに十分な目標電圧へと制御する、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部としてスイッチングする。いくつかの変形例では、この電圧は、アダプタ電流  ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限によって制限されなければ、バッテリ３２２の満充電電圧よりも（例えば、１００ｍＶだけ）高くなるように構成される。これによって、バッテリから放電する必要なしに、電流パルスのための電圧ヘッドルームがもたらされ得る。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングし、いずれの方向にも電流を流すことができる。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６はオフであり得、理想ダイオードとして動作し得、バッテリ３２２が充電されることを防止する。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は理想ダイオードとして動作しており、この状態ではオンであり、ＶHIはＶLOに等しい。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、リニアに動作して、ＶHIを高電圧サブシステム３０６の電圧要求以上に維持し得る。しかし、ＶHIがイネーブルされたＦＥＴ  Ｅ  ３１８によって電圧要求より高い電圧で駆動されたとき、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０はスイッチオフする。高電圧サブシステム３０６及び低電圧サブシステム３０４の両方は、降圧コンバータにより電力供給され、目標電圧にあり、この目標電圧は、高電圧サブシステム３０６の電圧要求よりも高い。
【００４６】
状態２（低電圧バッテリを用いた標準的な充電）で説明したように、ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は代わりに、下記の状態８で述べるような電力不足の電源と満充電バッテリとを用いた充電への遷移に素早く反応できることを犠牲にして、効率を向上するために理想ダイオードとして動作するように構成され得る。
状態５：電力不足の電源と電圧不足のバッテリとを用いた充電
【００４７】
電力不足の電源３０２と電圧不足のバッテリ３２２とを用いた充電の間、制御回路はポータブル電子デバイスを電源オフして、電源３０２からの限られた電力をすべて利用してバッテリ３２２を充電し得る。例えば、制御回路は、以下の方法で、電力不足の電源３２０と電圧不足のバッテリ３２２とを用いた充電を実行するように図３Ａの充電回路を構成し得る。電源３０２（例えば、ＤＣ電圧電源であり得る）が、イネーブルされたＦＥＴ  Ａ  ３１０に接続される。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が、ＶLOをバッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）へと制御するように試みる、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部としてスイッチングする。しかし、代わりに、ＶLOは、アダプタ電流ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限によって制限される。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングする。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６はリニアに動作し、ＶBATをバッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）よりも低い目標電圧へと制御する。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は理想ダイオードとして動作しており、この状態ではオフである。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、リニアに動作しており、ＶHIをＶHI_MAXに等しく維持する。低電圧サブシステム３０４は、降圧コンバータで電力供給され、バッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ））より低い電圧にある一方、高電圧サブシステム３０６は、電源３０２からリニアに動作するＦＥＴ  Ｆ  ３２０を介して電力供給され、ＶHI_MAXにある。ＶLOはバッテリ３２２のカットオフ電圧より低いため、システムは電源オフにされ、高電圧サブシステム３０６及び低電圧サブシステム３０４のいずれかにおいても電流パルスを考慮する必要はない。限定的なアダプタ電力のすべては、充電回路が状態１（電圧不足のバッテリを用いた標準的な充電）又は状態６（電力不足の電源と低電圧バッテリとを用いた充電）に遷移するまでは、バッテリの充電に入る。
状態６：電力不足の電源と低電圧バッテリとを用いた充電
【００４８】
電力不足の電源３０２と低電圧バッテリ３２２とを用いた充電の間、制御回路は低電圧サブシステムにはバッテリの目標電圧から電力供給し、高電圧サブシステムには電力不足の電源３０２から電力供給し得る。制御回路がバッテリ３２２の開回路電圧よりも低い、低電圧サブシステムの電圧を検出した場合、制御回路は、高電圧サブシステムには、入力電圧、及びスイッチングコンバータ３３０からのアップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から電力供給し得る。
【００４９】
例えば、制御回路は、以下の方法で、電力不足の電源３０２と低電圧バッテリ３２２とを用いた充電を実行するように図３Ａの充電回路を構成し得る。電源３０２が、イネーブルされたＦＥＴ  Ａ  ３１０に接続される。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が、ＶLOを、バッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）と高電圧サブシステム３０６によって必要とされる電圧（例えば、３．４Ｖ）との間の目標電圧へと制御するように試みる、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部としてスイッチングする。しかし、代わりに、ＶLOは、アダプタ電流ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限によって制限される。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングし、いずれの方向にも電流を流すことができる。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６は完全にオンしており、これによって、ＶBATとＶLOは両方とも目標電圧である。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は理想ダイオードとして動作しており、この状態ではオフである。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、リニアに動作しており、ＶHIをＶHI_MAXに等しく維持する。低電圧サブシステム３０４は、降圧コンバータで電力供給され、バッテリ３２２の目標電圧より低い電圧にある一方、高電圧サブシステム３０６は、電源３０２からリニアに動作するＦＥＴ  Ｆ  ３２０を介して電力供給され、ＶHI_MAXである。
【００５０】
ＶLOがバッテリ３２２の開回路電圧より低い場合、バッテリ３２２は充電する代わりに放電する。この場合、電荷が、ＶLOにおけるバッテリから、インダクタ３０８並びにＦＥＴ  Ｂ  ３１２及びＣ  ３１４によってＶXまで昇圧される。低電圧サブシステム３０４はバッテリ３２２によって電力供給され得、高電圧サブシステム３０６は、リニアに動作するＦＥＴ  Ｆ  ３２０を介して制御され、ＶHI_MAXで、アダプタ電力、及び昇圧されたバッテリ電力からの電流の和によって電力供給され得る。
状態７：電力不足の電源と高電圧バッテリとを用いた充電
【００５１】
電力不足の電源３０２と高電圧バッテリ３２２とを用いた充電の間、制御回路は、高電圧サブシステムの電圧要求よりも高いバッテリ３２２の目標電圧から、低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給し得る。制御回路がバッテリ３２２の開回路電圧よりも低い、低電圧サブシステムの電圧を検出した場合、制御回路は、電力低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに、入力電圧、及びスイッチングコンバータ３３０からのアップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から電力供給し得る。
【００５２】
例えば、制御回路は、以下の方法で、電力不足の電源３０２と高電圧バッテリ３２２とを用いた充電を実行するように図３Ａの充電回路を構成し得る。電源３０２が、イネーブルされたＦＥＴ  Ａ  ３１０に接続される。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が、ＶLOを高電圧サブシステム３０６により必要とされる電圧（例えば、３．４Ｖ）より高い目標電圧へと制御することを試みる、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部としてスイッチングする。しかし、代わりに、ＶLOは、アダプタ電流ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限によって制限される。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングし、いずれの方向にも電流を流すことができる。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６は完全にオンしており、これによって、ＶBATとＶLOは両方とも目標電圧である。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は理想ダイオードとして動作しており、この状態ではオンであり、ＶHIはＶLOに等しい。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、リニアに動作して、ＶHIを高電圧サブシステム３０６の電圧要求以上に維持し得る。しかし、ＶHIがイネーブルされたＦＥＴ  Ｅ  ３１８によって電圧要求より高い電圧で駆動されたとき、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０はスイッチオフする。高電圧サブシステム３０６及び低電圧サブシステム３０４の両方は、降圧コンバータにより電力供給され、高電圧サブシステム３０６の電圧要求よりも高い電圧にある。
【００５３】
ＶLOがバッテリ３２２の開回路電圧より低い場合、バッテリ３２２は充電する代わりに放電する。この場合では、高電圧サブシステム３０６は、降圧コンバータを介して電源３０２から電力供給され得、バッテリ３２２からの電流によって補完される。
状態８：電力不足の電源と満充電バッテリとを用いた充電
【００５４】
電力不足の電源３０２と満充電バッテリ３２２を用いた充電の間、制御回路は、電源３０２からのバッテリ３２２の充電を中断し得る。制御回路はまた、スイッチングコンバータ３３０を使用して、ポータブル電子デバイス内のすべてのサブシステムに電力供給するための出力電圧を生成し得る。出力電圧がバッテリ３２２のバッテリ電圧より低い場合、制御回路はバッテリ３２２からの電力で出力電圧を補完し得る。
【００５５】
例えば、制御回路は、以下の方法で、電力不足の電源３０２と満充電バッテリ３２２とを用いた充電を実行するように図３Ａの充電回路を構成し得る。電源３０２が、イネーブルされたＦＥＴ  Ａ  ３１０に接続される。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が、ＶLOをバッテリ３２２の満充電電圧より（例えば、１００ｍＶだけ）高い目標電圧へと制御する、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部としてスイッチングする。しかし、代わりに、ＶLOは、アダプタ電流ｉBUS又はアダプタ電圧ＶBUSの制限によって制限される。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４は、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２と相補的にスイッチングし、いずれの方向にも電流を流すことができる。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６は理想ダイオードとして動作しており、この状態ではオフであり、バッテリ３２２が充電されることを防止する。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は理想ダイオードとして動作しており、この状態ではオンであり、ＶHIはＶLOに等しい。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、リニアに動作して、ＶHIを高電圧サブシステム３０６の電圧要求以上に維持し得る。しかし、ＶHIがイネーブルされたＦＥＴ  Ｅ  ３１８によって電圧要求より高い電圧で駆動されたとき、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０はスイッチオフする。高電圧サブシステム３０６及び低電圧サブシステム３０４の両方は、降圧コンバータが供給できる最高電圧にある。
【００５６】
降圧コンバータの電圧がバッテリ電圧より低い場合、ＦＥＴ  Ｄ  ３１６は理想ダイオードとして動作して、ちょうど状態７（電力不足の電源と高電圧バッテリとを用いた充電）のように、バッテリ電力がアダプタ電力を補完することを可能にする。
状態９：電圧不足のバッテリを用いた放電
【００５７】
電圧不足のバッテリ３２２を用いた放電の間、システムには有用な電力がなく、ポータブル電子デバイスはスイッチオフされる。例えば、図３Ａの充電回路内のすべてのＦＥＴ  ３１０〜３２０はディセーブルされ得、電源３０２が検出されるのを待つ。
状態１０：低電圧バッテリを用いた放電
【００５８】
低電圧バッテリを用いた放電の間、制御回路はバッテリ３２２のバッテリ電圧から低電圧サブシステムに直接電力供給し、バッテリ電圧をアップコンバートして高電圧サブシステムに電力供給し得る。例えば、制御回路は、以下の方法で、低電圧バッテリ３２２を放電するように図３Ａの充電回路を構成し得る。ＦＥＴ  Ａ  ３１０は、電流が未接続のアダプタプラグに到達することを防止するためにディセーブルされる。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４が、ＶXを高電圧サブシステム３０６の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）へと制御する、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部として昇圧構成にスイッチングする。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２は理想ダイオードとして動作しており、ＦＥＴ  Ｃ  ３１４と相補的にスイッチングする。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６は理想ダイオードとして動作しており、完全にオンである。ＦＥＴ  Ｅ  ３１８は理想ダイオードとして動作しており、完全にオフである。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、リニアに動作して、ＶHIを高電圧サブシステム３０６の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）に等しく維持し得、完全にオンである。低電圧サブシステム３０４は、バッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）と高電圧サブシステム３０６の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）との間の電圧で、バッテリ３２２によって直接電力供給される。高電圧サブシステム３０６は、逆方向に動作する充電用降圧コンバータによって高電圧サブシステム３０６の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）まで昇圧されたバッテリ電圧によって電力供給される。
状態１１：高電圧バッテリを用いた放電
【００５９】
高電圧バッテリを用いた放電の間、制御回路はすべてのサブシステムにバッテリ３２２のバッテリ電圧から直接電力供給し得る。例えば、制御回路は、以下の方法で、高電圧バッテリ３２２を放電するように図３Ａの充電回路を構成し得る。ＦＥＴ  Ａ  ３１０は、電流が未接続のアダプタプラグに到達することを防止するためにディセーブルされる。ＦＥＴ  Ｂ  ３１２は理想ダイオードとして動作しており、ＦＥＴ  Ｃ  ３１４がオフのときはオンであり、ＶXをＶLOに等しく維持する。ＦＥＴ  Ｃ  ３１４が、ＶXを高電圧サブシステム３０６の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）へと制御する、サーボ機構フィードバックループ（例えば、制御回路内に実装されている）の一部として昇圧構成にスイッチングし、ＶXは通常ＶLOになる（３．４Ｖより高い）ため、通常オフである。ＦＥＴ  Ｄ  ３１６及びＥ  ３１８の両方は理想ダイオードとして動作しており、完全にオンである。ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、リニアに動作して、ＶHIを高電圧サブシステム３０６の電圧要求以上に維持し得る。しかし、ＶHIがイネーブルされたＦＥＴ  Ｅ  ３１８によって電圧要求より高い電圧で駆動されたとき、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０はスイッチオフする。高電圧サブシステム３０６及び低電圧サブシステム３０４の両方は、バッテリ電圧に直接接続され、バッテリ電圧はどちらのサブシステムの電圧要求よりも高い。
状態１２：満充電バッテリを用いた放電
【００６０】
状態は、高電圧バッテリを用いた放電を説明した状態１１と同じである。
充電器の遷移
【００６１】
状態間の遷移は、バッテリ３２２の電圧、電源３０２がプラグインされる若しくはプラグが外される、又は、システム負荷の１つで大きな瞬時電流が生じた際に、起きる。提案の充電器は、本明細書で詳細に説明した特定の遷移によって、これらの遷移に優雅に対処する。
【００６２】
典型的な遷移は、高電圧バッテリ３２２と低電圧バッテリ３２２との間で遷移が起きた際に、起きる。この場合、高電圧サブシステム３０６のための電圧ＶHIは、高電圧サブシステム３０６のための最低高電圧レベル（例えば、３．４Ｖ）から、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０経由で電力供給されるＶHI_MAXへ遷移することになる。この遷移は、充電するときと放電するときで、単に反転される。唯一の相違点は、高電圧サブシステム３０６のための電源である。高電圧から低電圧へのいずれの方向にも遷移は円滑であり、２つの状態の間でバウンシングを防ぐための小レベルのヒステリシスが必要とされるだけである。
【００６３】
より難しい遷移は、状態２（低電圧バッテリを用いた充電）であるシステムで、高電圧システムで電流パルスが生じた際に、起きる。この場合、高電圧システムへの電力は、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０がリニアに動作して、ＶHIをＶHI_MAXに維持することによって供給される。ＶHI電圧ノードが低下しすぎることを防止するために、ＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、高バンド幅を有するリニア制御を提供することが望ましいことがある。更に、ＶHI目標電圧をできる限り高い電圧（ＶHI_MAX）に設定することは、高電圧サブシステム３０６をブラウンアウトすることなく、電流サージに対する電圧ヘッドルームをもたらし得る。更に、できるだけ多くのシステムを低電圧サブシステム３０４に一緒にして、高電圧サブシステム３０６に含まれる必要があるシステム及び／又は電流負荷の数を制限することが望ましいことがある。
【００６４】
高電圧サブシステム３０６での電流パルスが非常に大きく、その結果、降圧サーボ機構がアダプタ電流又はアダプタ電圧によって制限されることになる場合、高電圧サブシステム３０６への電力は、状態６（電力不足の電源と低電圧バッテリとを用いた充電）で説明されたように、バッテリ電圧をアップコンバートすることによって補完され得る。
【００６５】
他の例では、状態１１（高電圧バッテリを用いた放電）における高電圧サブシステム３０６での電流パルスは、パルスに起因するＶLOレール上の電圧降下により、状態１０（低電圧バッテリを用いた放電）への遷移を起こし得る。パルスの前には、高電圧サブシステム３０６はバッテリ３２２に直接接続されており、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２が理想ダイオードとして動作することにより、ＶX電圧もバッテリ電圧に等しい。パルスが生じると、リニアに動作して、ＶHIを高電圧サブシステム３０６の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）より高く維持しているＦＥＴ  Ｆ  ３２０は、ＶXからの電荷をＶHIに転送することになり、同時に、昇圧サーボ機構を制御するＦＥＴ  Ｃ  ３１４がＶXを３．４Ｖに維持するようにスイッチングし始める。
【００６６】
更に他の例では、状態２（低電圧バッテリを用いた標準的な充電）の間の電源３０２の接続解除は、状態１０（低電圧バッテリを用いた放電）への遷移を生じ得る。この場合、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２及びＦＥＴ  Ｃ  ３１４は当初は降圧コンバータとしてスイッチングし、ＦＥＴ  Ｄ  ３１６経由でＶLOに接続されているバッテリ３２２を、バッテリ３２２のカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）と高電圧サブシステム３０６の電圧要求（例えば、３．４Ｖ）との間の電圧まで充電する。プラグを抜かれる事象の後、インダクタ３０８を通る電流はできるだけ速やかに方向を反転する必要があり得、同時に、ＦＥＴ  Ｂ  ３１２及びＦＥＴ  Ｃ  ３１４が今度は昇圧コンバータとしてスイッチングし、ＶHIをＶHI_MAXへと制御する。プラグを抜かれる事象の後、ＶHI電圧は、リニアに動作するＦＥＴ  Ｆ  ３２０を経由してＶHI_MAXへと制御され、ＶHI電圧が高電圧サブシステム３０６の電圧要求より低く降下する前に電流が反転するための電圧ヘッドルームを提供し得る。これらの場合において、インダクタ３０８の値、スイッチング周波数、及びＶHIの容量は、電圧降下を制限するための助けとなり得る。
【００６７】
図４は、開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイス内のバッテリの使用を管理するプロセスを説明するフロー図を示す。１つ以上の実施形態において、ステップのうちの１つ以上の省略、反復実行、及び／又は、異なる順序での実行が可能である。したがって、図４で示すステップの特定の構成は、実施形態の範囲を限定するものとして解釈すべきでない。
【００６８】
初めに、電源からの入力電圧及び／又はバッテリからのバッテリ電圧を、バッテリを充電するため、並びにポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換する、充電回路が提供される（動作４０２）。充電回路は双方向コンバータ及び制御回路を含み得る。双方向コンバータは、入力端子及び負荷端子を有するインダクタと、３つのスイッチング機構とを含み得、これらのスイッチング機構は、上記の入力端子を電源又は基準電圧のいずれかに結合し、上記の負荷端子をバッテリ、高電圧サブシステム、及び低電圧サブシステムに結合し、上記の入力電圧を高電圧サブシステムに結合する、ように構成される。スイッチング機構はＦＥＴ及び／又は他のスイッチングコンポーネントによってもたらされ得る。あるいは、Ｃｕｋコンバータ、反転コンバータ、昇圧コンバータ、シングルエンド１次インダクタコンバータ（single-ended primary-inductor converter、ＳＥＰＩＣ）、Ｚｅｔａコンバータ、及び／又は、降圧昇圧コンバータなどの他の種類の双方向コンバータが使用されてもよい。
【００６９】
次に、電源からの入力電圧が検出される（動作４０４）。例えば、入力電圧は、電源コンセントにプラグインされた電源から検出され得る。続いて、充電回路はポータブル電子デバイス内のバッテリのバッテリ状態に基づいて動作し得る（動作４０６）。バッテリが電圧不足状態にある場合、充電回路は、バッテリを充電するため、並びに、低電圧のサブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための異なる出力電圧を提供するように使用される（動作４０８）。例えば、充電回路は、バッテリのカットオフ電圧よりも低い、バッテリを充電するための目標電圧、カットオフ電圧以上で低電圧サブシステムに電力供給するためのダウンコンバートされた電圧（例えば、降圧された電圧）、及び、高電圧サブシステムの電圧要求以上で高電圧サブシステムに電力供給するための電源からのより高い電圧を生成し得る。
【００７０】
バッテリが低電圧状態にある場合、充電回路は、バッテリの目標電圧から低電圧サブシステムに電力供給し、電源から高電圧サブシステムに電力供給するように使用される（動作４１０）。例えば、目標電圧は、バッテリのカットオフ電圧（例えば、３．０Ｖ）と高電圧サブシステムの電圧要求との間であり、高電圧サブシステムは、高電圧サブシステムの最大電圧制限以下の電圧から電力供給され得る。
【００７１】
バッテリが高電圧状態にある場合、充電回路は、バッテリの目標電圧からすべてのサブシステムに電力供給するように使用される（動作４１２）。例えば、同じ目標電圧が、低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムの両方に電力供給し、バッテリを充電するように使用され得る。
【００７２】
最後に、バッテリが満充電状態にある場合、バッテリの充電は中断され（動作４１４）、両方のサブシステムは、満充電状態のバッテリのバッテリ電圧より高い目標電圧から電力供給される（動作４１６）。例えば、充電回路は、入力電圧を、バッテリの満充電電圧より１００ｍＶ高い目標電圧に変換し、電圧ヘッドルームを設けて、電流パルスの間のバッテリの放電を防止するように使用され得る。
【００７３】
図５は、開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイス内のバッテリの使用を管理するプロセスを説明するフロー図を示す。１つ以上の実施形態において、ステップのうち１つ以上の省略、反復実行、及び／又は、異なる順序での実行が可能である。したがって、図５に示すステップの特定の構成は、実施形態の範囲を限定するものとして解釈すべきでない。
【００７４】
初めに、電源からの入力電圧及び／又はバッテリからのバッテリ電圧を、バッテリを充電するため、並びにポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換する、充電回路が提供される（動作５０２）。次に、電力不足の電源からの入力電圧が検出される（動作５０４）。例えば、入力電圧は、コンピュータシステム及び／又はポータブル電子デバイスのＵＳＢポートにプラグインされた電源（例えば、電源アダプタ）から検出され得る。あるいは、電源は一方又は両方のサブシステム上での電流パルスの間に、一時的に電力不足になった可能性がある。
【００７５】
続いて、充電回路は、ポータブル電子デバイス内のバッテリのバッテリ状態に基づいて動作し得る（動作５０６）。バッテリが電圧不足状態にある場合、ポータブル電子デバイスは電源オフされ（動作５０８）、充電回路は入力電圧からバッテリを充電するように使用される（動作５１０）。ポータブル電子デバイスは、充電回路が電源からの標準的な充電に遷移し、かつ／又は、バッテリが低電圧状態に遷移するまで、オフのままであり得る。
【００７６】
バッテリが低電圧状態にある場合、充電回路は、バッテリの目標電圧から低電圧サブシステムに電力供給し、電力不足の電源から高電圧サブシステムに電力供給するように使用される（動作５１２）。例えば、目標電圧は、高電圧サブシステムに電力供給するために充電回路によってアップコンバートされ（例えば、昇圧され）得る。更に、低電圧サブシステムの電圧がバッテリの開回路電圧よりも低い場合、充電回路は、高電圧サブシステムに、電力不足の電源からの入力電圧、及びアップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から電力供給するように使用され得る。
【００７７】
バッテリが高電圧状態にある場合、充電回路は、高電圧サブシステムの電圧要求より高いバッテリの目標電圧から両方のサブシステムに電力供給するように使用される（動作５１４）。例えば、充電回路は、バッテリを充電し、両方のサブシステムに電力供給するために同じ目標電圧を生成し得る。加えて、低電圧サブシステムの電圧がバッテリの開回路電圧よりも低い場合、充電回路は、高電圧サブシステムに、電力不足の電源からの入力電圧、及びアップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から、電力供給するように使用され得る。
【００７８】
最後に、バッテリが満充電状態にある場合、バッテリの充電は中断され（動作５１６）、両方のサブシステムは、満充電状態のバッテリのバッテリ電圧より高い目標電圧から電力供給される（動作５１８）。高電圧状態での充電と同様に、低電圧サブシステムの電圧がバッテリの開回路電圧よりも低い場合、電源からの電力はバッテリの電力によって補完され得る。
【００７９】
図６は、開示された実施形態に係る、ポータブル電子デバイス内のバッテリの使用を管理するプロセスを説明するフロー図を示す。１つ以上の実施形態において、ステップのうちの１つ以上の省略、反復実行、及び／又は、異なる順序での実行が可能である。したがって、図６で示すステップの特定の構成は、実施形態の範囲を限定するものとして解釈すべきでない。
【００８０】
図４及び図５のフロー図と同様に、電源からの入力電圧及び／又はバッテリからのバッテリ電圧を、バッテリを充電するため、並びにポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換する、充電回路が提供される（動作６０２）。次に、バッテリの放電が検出される（動作６０４）。例えば、電源がポータブル電子デバイスに接続されていない場合、バッテリは放電している場合がある。
【００８１】
充電回路は、ポータブル電子デバイス内のバッテリのバッテリ状態に基づいて動作し得る（動作６０６）。バッテリが電圧不足状態にある場合、ポータブル電子デバイスは電源オフされ（動作６０８）、ポータブル電子デバイス内に有用な電力がないため、電源の検出を待つ（動作６１０）。
【００８２】
バッテリが低電圧状態にある場合、充電回路は、バッテリ電圧から低電圧サブシステムに直接電力供給し、バッテリ電圧をアップコンバートし高電圧サブシステムに電力供給するように使用される（動作６１２）。例えば、低電圧サブシステムは、バッテリのカットオフ電圧と高電圧サブシステムの電圧要求との間の、バッテリ電圧から電力供給され得、高電圧サブシステムは、バッテリ電圧を電圧要求より高い電圧までアップコンバートすることによって電力供給され得る。
【００８３】
最後に、バッテリが高電圧状態又は満充電状態にある場合、両方のサブシステムはバッテリ電圧から電力供給される（動作６１４）。例えば、バッテリ電圧は高電圧サブシステムの電圧要求よりも高い場合があり、したがって、バッテリ電圧の追加のアップコンバートを必要とせずに、バッテリ電圧から高電圧サブシステム及び低電圧サブシステムの両方に直接電力供給できる。
【００８４】
上述した充電回路は、概して、任意のタイプの電子デバイスで用いることができる。例えば、図７は、プロセッサ７０２、メモリ７０４及びディスプレイ７０８を含み、これらすべてが電源７０６によって電力供給される、ポータブル電子デバイス７００を示す。ポータブル電子デバイス７００はラップトップコンピュータ、タブレットコンピュータ、携帯電話、ポータブルメディアプレーヤー、デジタルカメラ、及び／又はその他のタイプのバッテリ駆動型の電子デバイスに対応し得る。電源７０６は、図３に示したコンバータ、昇圧コンバータ、反転コンバータ、Ｃｕｋコンバータ、ＳＥＰＩＣコンバータ、Ｚｅｔａコンバータ、及び／又は降圧昇圧コンバータなどの双方向コンバータを含み得る。電源７０６はまた、双方向コンバータを用いて、電源からの入力電圧及び／又はポータブル電子デバイス７００内のバッテリからのバッテリ電圧を、バッテリを充電するため、並びに低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムを含むポータブル電子デバイス７００内の２つ以上のサブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換する、制御回路を含み得る。
【００８５】
様々な実施形態に関する前述の説明を、例示と説明のためにのみに提示してきた。これらは、網羅的であること、あるいは、開示された形態に本発明を限定することを意図していない。そのため、多くの修正及び変形態様が、当業者には明らかとなるであろう。更に、上記の開示は、本発明を制限することを意図していない。
【図１】
2017525327.tif 000003
【図２】
2017525327.tif 000004
【図３Ａ】
2017525327.tif 000005
【図３Ｂ】
2017525327.tif 000006
【図３Ｃ】
2017525327.tif 000007
【図４】
2017525327.tif 000008
【図５】
2017525327.tif 000009
【図６】
2017525327.tif 000010
【図７】
2017525327.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月22日(2016.12.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポータブル電子デバイス内のバッテリの使用を管理するための方法であって、
電源からの入力電圧を、前記バッテリを充電するため、並びに前記ポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換する、充電回路を提供することと、
低電圧状態の前記バッテリの放電を検出すると、前記充電回路を用いて、
前記低電圧サブシステムに前記バッテリのバッテリ電圧から直接電力供給することと、
前記バッテリ電圧をアップコンバートして前記高電圧サブシステムに電力供給することと、
を含む方法。
【請求項２】
電力不足の電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける前記低電圧状態を検出すると、前記充電回路を用いて、
前記低電圧サブシステムに前記バッテリの目標電圧から電力供給することと、
前記高電圧サブシステムに前記電力不足の電源から電力供給することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バッテリの開回路電圧よりも低い、前記低電圧サブシステムの電圧を検出すると、前記充電回路を用いて、前記高電圧サブシステムに、前記入力電圧、及び前記アップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から電力供給することを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
電力不足の電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける高電圧状態を検出すると、前記充電回路を用いて、前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに、前記高電圧サブシステムの電圧要求よりも高い前記バッテリの目標電圧から、電力供給することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バッテリの開回路電圧よりも低い、前記低電圧サブシステムの電圧を検出すると、前記充電回路を用いて、前記高電圧サブシステムに、前記入力電圧、及び前記アップコンバートされたバッテリ電圧からの電流の和から電力供給することを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
電力不足の電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける電圧不足状態を検出すると、
前記ポータブル電子デバイスを電源オフすることと、
前記充電回路を用いて、前記入力電圧から前記バッテリを充電することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける低電圧状態を検出すると、前記充電回路を用いて、
前記高電圧サブシステムに前記電源から電力供給することと、
前記入力電圧を前記バッテリの目標電圧までダウンコンバートすることと、
前記目標電圧から、前記バッテリを充電し、前記低電圧サブシステムに電力供給することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記電源からの前記入力電圧及び前記バッテリにおける満充電状態を検出すると、前記充電回路を用いて、
前記バッテリの充電を中断することと、
前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに、前記満充電状態の前記バッテリの前記バッテリ電圧より高い目標電圧から電力供給することと、
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記充電回路は、
入力端子及び負荷端子を有するインダクタと、
前記入力端子を前記電源又は基準電圧のいずれかに結合するように構成されている第１のスイッチング機構と、
前記負荷端子を前記バッテリ、前記高電圧サブシステム、及び前記低電圧サブシステムに結合するように構成されている第２のスイッチング機構と、
前記入力電圧を前記高電圧サブシステムに結合するように構成されている第３のスイッチング機構と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記低電圧状態の前記バッテリ電圧は、前記高電圧サブシステムの電圧要求より低い、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ポータブル電子デバイスのための充電システムであって、
双方向コンバータと、
前記双方向コンバータを用いて、電源からの入力電圧を、前記ポータブル電子デバイス内の前記バッテリを充電するため、並びに前記ポータブル電子デバイス内の低電圧サブシステム及び高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換するように構成されている制御回路と、
を備える充電システム。
【請求項１２】
前記制御回路は、
前記バッテリからのバッテリ電圧を、前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力供給するための前記出力電圧のセットに変換するように更に構成されている、請求項１１に記載の充電システム。
【請求項１３】
前記出力電圧のセットは、
前記電源からの前記入力電圧をダウンコンバートすること、又は、
前記バッテリの放電の間に前記バッテリからの前記バッテリ電圧をアップコンバートすること、
によって生成される、請求項１２に記載の充電システム。
【請求項１４】
前記制御回路は、前記出力電圧のセットを、
前記電源からの標準的な充電、
電力不足の電源からの充電、及び、
前記バッテリの放電
の間に、生成するように構成されている、請求項１２に記載の充電システム。
【請求項１５】
前記制御回路は、前記出力電圧のセットを、
前記バッテリにおける電圧不足状態、
前記バッテリにおける低電圧状態、
前記バッテリにおける高電圧状態、及び、
前記バッテリにおける満充電状態
の間に、生成するように構成されている、請求項１２に記載の充電システム。
【請求項１６】
前記双方向コンバータは、
入力端子及び負荷端子を有するインダクタと、
前記入力端子を前記電源又は基準電圧のいずれかに結合するように構成されている第１のスイッチング機構と、
前記負荷端子を前記バッテリ、前記高電圧サブシステム、及び前記低電圧サブシステムに結合するように構成されている第２のスイッチング機構と、
前記入力電圧を前記高電圧サブシステムに結合するように構成されている第３のスイッチング機構と、
を含む、請求項１１に記載の充電システム。
【請求項１７】
ポータブル電子デバイスであって、
高電圧サブシステム内の第１のコンポーネントのセットと、
低電圧サブシステム内の第２のコンポーネントのセットと、
バッテリと、
電源からの入力電圧を、前記バッテリを充電するため、並びに前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力供給するための出力電圧のセットに変換するように構成されている充電回路と、
を備えるポータブル電子デバイス。
【請求項１８】
前記制御回路は、
前記バッテリからのバッテリ電圧を、前記低電圧サブシステム及び前記高電圧サブシステムに電力供給するための前記出力電圧のセットに変換するように更に構成されている、請求項１７に記載のポータブル電子デバイス。
【請求項１９】
前記出力電圧のセットは、
前記電源からの前記入力電圧をダウンコンバートすること、又は、
前記バッテリの放電の間に前記バッテリからの前記バッテリ電圧をアップコンバートすること、
によって生成される、請求項１８に記載のポータブル電子デバイス。
【請求項２０】
前記充電回路は、
入力端子及び負荷端子を有するインダクタと、
前記入力端子を前記電源又は基準電圧のいずれかに結合するように構成されている第１のスイッチング機構と、
前記負荷端子を前記バッテリ、前記高電圧サブシステム、及び前記低電圧サブシステムに結合するように構成されている第２のスイッチング機構と、
前記入力電圧を前記高電圧サブシステムに結合するように構成されている第３のスイッチング機構と、
を含む、請求項１７に記載のポータブル電子デバイス。
【国際調査報告】
2017525327.tif 000012
2017525327.tif 000013
2017525327.tif 000014