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技術 電子機器、電源制御装置、および電源システム

出願人 富士通クライアントコンピューティング株式会社
発明者 中澤重晶
出願日 2015年6月1日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2015-111019
公開日 2016年12月28日 (3年10ヶ月経過) 公開番号 2016-226183
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路 直流の給配電 DC‐DCコンバータ
主要キーワード コンパレータ出力電圧 ピークホールド回路出力 当たり変化量 システム負荷情報 アンプ出力電圧 回路部位 検出用コンパレータ DCケーブル
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題

バッテリにかかる電圧変動応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減できる。

解決手段

電源ステム1は、電源アダプタ2と、電源アダプタ2と電気的に接続が可能な電子機器3とを含む。電子機器3は、電源アダプタ2とバッテリ3bとから入力される電力が供給される供給路上に負荷部3cを配置し、電源アダプタ2またはバッテリ3bから負荷部3cに電力供給を受ける。電源制御部3dは、負荷部3cの負荷を検出する。電源制御部3dは、検出した負荷にもとづいて電源アダプタ2に対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する。電源アダプタ2は、制御信号を入力し、出力電圧変更部2aが電源制御部3dから入力する制御信号にもとづいて電子機器3への出力電圧を変更する。

概要

背景

可搬型電子機器は、AC(Alternating Current)アダプタまたはバッテリからシステム電源電力の供給を受け、システム電源から各デバイスに電力を供給する電源ステムを採用している。このような電子機器の多くは、ACアダプタから充電回路を経由してバッテリを充電する。

また、このようなシステム電源は、ACアダプタとバッテリの両方からの電力供給に対応するため、入力電圧の範囲が広い(たとえば、7.5Vから21V)。このため、近年の電源システムは、ACアダプタからの入力電圧を充電回路でバッテリの入力電圧程度まで降圧してから、システム電源に入力する構成が増えつつある。そのため電源システムは、充電回路がシステム電源への電力の供給とバッテリへの充電電力の供給とを同時に担う。

また一方で、可搬型の電子機器に対する小型化の要請があり、充電回路をACアダプタに内蔵させて、電子機器の小型化に応える提案がある。このような電源システムは、ACアダプタの出力制御回路充電制御を追加しても、パワー部品に大きな変更がないため、ACアダプタのサイズに与える影響が小さい。また、このような電源システムは、充電中にバッテリ直近バッテリ電圧を測定し、ACアダプタにフィードバックするため、バッテリに供給される充電電圧の精度を向上できる。

概要

バッテリにかかる電圧変動応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減できる。電源システム1は、電源アダプタ2と、電源アダプタ2と電気的に接続が可能な電子機器3とを含む。電子機器3は、電源アダプタ2とバッテリ3bとから入力される電力が供給される供給路上に負荷部3cを配置し、電源アダプタ2またはバッテリ3bから負荷部3cに電力供給を受ける。電源制御部3dは、負荷部3cの負荷を検出する。電源制御部3dは、検出した負荷にもとづいて電源アダプタ2に対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する。電源アダプタ2は、制御信号を入力し、出力電圧変更部2aが電源制御部3dから入力する制御信号にもとづいて電子機器3への出力電圧を変更する。

目的

本発明は、バッテリにかかる電圧変動の応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減できる電子機器、電源制御装置、および電源システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
1件

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請求項1

電源アダプタ電気的に接続が可能な電子機器であって、前記電源アダプタから供給された電力充電されるバッテリと、前記電源アダプタと前記バッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される負荷部と、前記負荷部の負荷を検出し、前記負荷にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する電源制御部と、を備える電子機器。

請求項2

前記電源アダプタまたは前記バッテリから供給される電力から前記負荷部に供給する電力を生成する電源部を備え、前記電源制御部は、前記電源部から前記負荷部に入力される電圧の変化または電流の変化から前記負荷を検出する、請求項1記載の電子機器。

請求項3

前記電源制御部は、前記電源部から前記負荷部に入力される電圧または電流のうち、前記負荷部が備えるプロセッサに入力される電圧または電流から前記負荷を検出する、請求項2記載の電子機器。

請求項4

前記電源制御部は、前記バッテリの充電時に前記制御信号を生成する、請求項1記載の電子機器。

請求項5

前記電源制御部は、前記負荷の時間当たり変化量が所定の閾値を超える場合に前記制御信号を生成する、請求項1記載の電子機器。

請求項6

前記電源制御部は、前記バッテリの電圧または電流にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる第1信号と、前記負荷にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる第2信号とから前記制御信号を生成する、請求項1記載の電子機器。

請求項7

電源アダプタから供給された電力が充電されるバッテリと、前記電源アダプタと前記バッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される負荷部と、を備える電子機器の電源制御をおこなう電源制御装置であって、前記負荷部の負荷を検出し、前記負荷にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する電源制御装置。

請求項8

電源アダプタと、前記電源アダプタと電気的に接続が可能な電子機器とを備える電源システムであって、前記電子機器は、前記電源アダプタから供給された電力が充電されるバッテリと、前記電源アダプタと前記バッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される負荷部と、前記負荷部の負荷を検出し、前記負荷にもとづいて前記電源アダプタに対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する電源制御部と、を備え、前記電源アダプタは、前記制御信号にもとづいて出力電圧を変更する出力電圧変更部を備える、電源システム。

技術分野

0001

本発明は、電子機器電源制御装置、および電源ステムに関する。

背景技術

0002

可搬型の電子機器は、AC(Alternating Current)アダプタまたはバッテリからシステム電源電力の供給を受け、システム電源から各デバイスに電力を供給する電源システムを採用している。このような電子機器の多くは、ACアダプタから充電回路を経由してバッテリを充電する。

0003

また、このようなシステム電源は、ACアダプタとバッテリの両方からの電力供給に対応するため、入力電圧の範囲が広い(たとえば、7.5Vから21V)。このため、近年の電源システムは、ACアダプタからの入力電圧を充電回路でバッテリの入力電圧程度まで降圧してから、システム電源に入力する構成が増えつつある。そのため電源システムは、充電回路がシステム電源への電力の供給とバッテリへの充電電力の供給とを同時に担う。

0004

また一方で、可搬型の電子機器に対する小型化の要請があり、充電回路をACアダプタに内蔵させて、電子機器の小型化に応える提案がある。このような電源システムは、ACアダプタの出力制御回路充電制御を追加しても、パワー部品に大きな変更がないため、ACアダプタのサイズに与える影響が小さい。また、このような電源システムは、充電中にバッテリ直近バッテリ電圧を測定し、ACアダプタにフィードバックするため、バッテリに供給される充電電圧の精度を向上できる。

先行技術

0005

特開2001−211564号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、電子機器にはバッテリを電源として負荷部を駆動する駆動時間拡大の要請があり、これに応えるため電子機器は、待機状態を設けて電力消費節減している。このような電子機器は、負荷部における電力消費の変動が激しく、負荷部への入力電圧が急峻に変化する傾向にある。

0007

また、ACアダプタは、商用電源で発生する瞬断や瞬低をカバーするために容量が大きい出力コンデンサを備える。このため、ACアダプタは、システム電源と比較して負荷応答が遅い。このようにACアダプタは、電圧変動に対して応答性が悪い。そのため、ACアダプタにおける出力制御は、負荷部への入力電圧の急峻な変動が、バッテリに入力される電圧を上昇させてバッテリに負荷をかける。

0008

1つの側面では、本発明は、バッテリにかかる電圧変動の応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減できる電子機器、電源制御装置、および電源システムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するために、電源システムが提供される。電源システムは、電源アダプタと、電源アダプタと電気的に接続が可能な電子機器とを備える。電子機器は、バッテリと、負荷部と、電源制御部とを備える。バッテリは、電源アダプタから供給された電力が充電される。負荷部は、電源アダプタとバッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される。電源制御部は、負荷部の負荷を検出し、負荷にもとづいて電源アダプタに対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する。電源アダプタは、出力電圧変更部を備える。出力電圧変更部は、制御信号にもとづいて出力電圧を変更する。

0010

また、上記課題を解決するために、電源アダプタから供給された電力が充電されるバッテリと、電源アダプタとバッテリとから入力される電力が供給される供給路上に配置される負荷部と、を備える電子機器の電源制御をおこなう電源制御装置が提供される。電源制御装置は、負荷部の負荷を検出し、負荷にもとづいて電源アダプタに対して出力電圧を変更させる制御信号を出力する。

発明の効果

0011

1態様によれば、電子機器、電源制御装置、および電源システムは、バッテリにかかる電圧変動の応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減できる。

図面の簡単な説明

0012

第1の実施形態の電源システムの一例を示す図である。
第2の実施形態の電源システムの一例を示す図である。
第2の実施形態のACアダプタの回路構成の一例を示す図である。
第2の実施形態のPC本体の回路構成の一例を示す図である。
第2の実施形態のACアダプタ制御回路の回路構成の一例を示す図である。
第2の実施形態のシステム負荷エラーアンプの回路構成の一例を示す図である。
第2の実施形態の大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。
第2の実施形態の大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。
第2の実施形態の小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。
第2の実施形態のACアダプタが備える発振/制御回路の回路構成の一例を示す図である。
ACアダプタ出力電圧の波形とシステム電源入力電圧の波形について、システム負荷情報の有無別の比較例を示す図である。

実施例

0013

以下、実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
[第1の実施形態]
まず、第1の実施形態の電源システムについて図1を用いて説明する。図1は、第1の実施形態の電源システムの一例を示す図である。

0014

電源システム1は、電源アダプタ2と、電子機器3とを含む。たとえば、電源アダプタ2はACアダプタであり、電子機器はノートPC(Personal Computer)などの携帯機器である。電源アダプタ2は、商用電源4から供給される交流直流に変換する。電子機器3は、電源アダプタ2と接続部3aで電気的に接続可能であって、電源アダプタ2から直流で供給される電力を消費する。

0015

電子機器3は、バッテリ3bと、負荷部3cと、電源制御部3dとを含む。負荷部3cは、電源アダプタ2またはバッテリ3bから電力供給を受ける。バッテリ3bは、電源アダプタ2から供給された電力が充電される。バッテリ3bは、たとえば、リチウムイオン電池などである。バッテリ3bは、充電された電力を負荷部3cに供給することができる。負荷部3cは、電源アダプタ2またはバッテリ3bが供給する電力を消費する。また、負荷部3cは、電源アダプタ2とバッテリ3bとから入力される電力が供給される供給路上に配置される。

0016

電源制御部3dは、負荷部3cの負荷を検出する。たとえば、電源制御部3dは、負荷部3cの負荷として、負荷部3cに流れる電流を検出する。電源制御部3dは、検出した負荷にもとづいて制御信号を出力する。制御信号は、電源アダプタ2に対して出力電圧を変更させる信号である。たとえば、電源制御部3dは、制御信号を電圧レベルで出力する。

0017

電源アダプタ2は、出力電圧変更部2aを備える。出力電圧変更部2aは、電源制御部3dから入力される制御信号にもとづいて電子機器3への出力電圧を変更する。
このように、電源システム1は、負荷部3cにかかる負荷を検出して直ちに電源アダプタ2に制御信号を出力するので、電源アダプタ2の応答が速い。したがって、電源システム1は、電源アダプタ2の出力電圧を検出しておこなう電源制御と比較して、高速に出力電圧を変更できる電源制御を実現する。

0018

これにより、電源システム1は、負荷部3cにおける負荷変動もとづく電源アダプタ2の出力電圧の変動幅を抑制して、バッテリ3bにかかる電圧の精度を向上することができる。したがって、電源システム1は、バッテリ3bにかかる電圧変動による負荷を軽減できる。

0019

[第2の実施形態]
次に、第2の実施形態の電源システムについて図2を用いて説明する。図2は、第2の実施形態の電源システムの一例を示す図である。

0020

電源システム1aは、PC本体10と、ACアダプタ20とを含む。ACアダプタ20は、電源アダプタの一形態である。ACアダプタ20は、商用電源4と電力線21で接続する。商用電源4は、交流電源である。ACアダプタ20は、入力された交流を直流(DC:Direct Current)に変換して出力する。ACアダプタ20とPC本体10は、電力線22と信号線23とで接続する。ACアダプタ20は、電力線22に直流を出力し、信号線23からACアダプタ制御信号が入力される。ACアダプタ20は、ACアダプタ制御信号にもとづいて出力電圧を変更する。また、ACアダプタ20は、商用電源で発生する瞬断や瞬低をカバーするために容量が大きい出力コンデンサを有する。当該出力コンデンサの一例として、アルミ電解コンデンサ固体コンデンサ等が相当する。したがって、ACアダプタ20は、当該出力コンデンサの容量が大きいことで、電圧変動による応答が悪い。PC本体10は、電源システム1aにとって負荷となる負荷部であり、電力を消費する。PC本体10は、電力線22から直流電力の供給を受けて負荷部を駆動し、負荷に応じたACアダプタ制御信号を信号線23から出力する。

0021

次に、第2の実施形態のACアダプタの回路構成について図3を用いて説明する。図3は、第2の実施形態のACアダプタの回路構成の一例を示す図である。
ACアダプタ20は、交流入力部21aから交流(たとえば、AC100V)が入力され、直流出力部22aから直流(たとえば、DC7.5Vから13V)を出力する。また、ACアダプタ20は、制御信号入力部23aからACアダプタ制御信号が入力される。

0022

ACアダプタ20は、整流回路24と、発振/制御回路25と、トランス26と、整流平滑回路27とを含む。交流入力部21aから入力された交流は、整流回路24により整流された後、発振/制御回路25により高周波の交流に変換され、トランス26によって変圧され、整流/平滑回路27によって整流かつ平滑されて、直流として直流出力部22aから出力される。

0023

制御信号入力部23aから入力されたACアダプタ制御信号は、発振/制御回路25に入力される。発振/制御回路25は、ACアダプタ制御信号にもとづいて出力調整をおこなう。これにより、ACアダプタ20は、直流出力部22aから出力される直流の電圧を変更することができる。

0024

次に、第2の実施形態のPC本体の回路構成について図4を用いて説明する。図4は、第2の実施形態のPC本体の回路構成の一例を示す図である。
PC本体10は、システム電源部11と、システム12と、充放電切替スイッチ13と、バッテリ電圧/電流センス回路14と、バッテリ15と、ACアダプタ制御回路100とを含む。システム電源部11は、ACアダプタ20またはバッテリ15から電力供給を受けて、システム12に供給する電源を生成する。なお、システム電源部11は、2以上の異なる電圧の電源を生成するものであってもよい。システム12は、システム電源部11を電源として駆動する。システム12は、PC本体10において大電力を消費する駆動部として、たとえばプロセッサを含む。システム電源部11およびシステム12は、ACアダプタ20またはバッテリ15から供給される電力を消費することから、PC本体10における広義の負荷部である。システム12は、PC本体10において電力を消費する主要部であることから、PC本体10における狭義の負荷部(主要負荷部)である。

0025

負荷部は、ACアダプタ20とバッテリ15とから入力される電力が供給される供給路上に配置される。そして、負荷部が電力消費の状態を遷移させた場合に、ACアダプタ20とバッテリ15とから電力が供給される供給路上の電圧または電流が変化する。たとえば、システム12がアイドル状態からアクティブ状態に遷移した場合、システム12で消費される電力が増えるために当該供給路上の電圧は下降する。また、システム12がアクティブ状態からアイドル状態に遷移した場合、システム12で消費される電力が減ることで当該供給路上の電圧は上昇する。

0026

システム電源部11は、入力平滑部111と、発振回路112と、発振制御部113と、電流センス部114と、電圧センス部115と、コイル116と、コンデンサ117とを含む。システム電源部11は、直流入力部22bまたはバッテリ15から電力の供給を受ける。入力平滑部111は、入力される電圧を平滑する。発振回路112は、入力平滑部111から入力される電圧を変圧する。コイル116とコンデンサ117は、入力平滑部111が出力する直流に含まれる脈動成分を除去した後にシステム12に出力する。電流センス部114は、コイル116を流れる電流、すなわちシステム12の負荷電流(システム電源負荷電流)を検出する。電圧センス部115は、システム電源部11の出力電圧、すなわちシステム12の入力電圧を検出する。発振制御部113は、電流センス部114が検出した電流値または電圧センス部115が検出した電圧値、あるいはその両方をフィードバックして発振回路112を制御する。

0027

充放電切替スイッチ13は、バッテリ15の充電と放電切り替えをおこなう。たとえば、充放電切替スイッチ13は、ACアダプタ20の出力とバッテリ15の入力を接続する経路の接続と遮断、およびバッテリ15の出力とシステム電源部11の入力を接続する経路の接続と遮断をおこなう。バッテリ電圧/電流センス回路14は、バッテリ15の電圧(たとえば、充電電圧)と電流(たとえば、充電電流)を検出する。バッテリ15は、二次電池であり、たとえばリチウムイオン電池である。

0028

ACアダプタ制御回路100は、ACアダプタ制御信号を出力してACアダプタ20を制御する電源制御装置の一形態である。ACアダプタ制御回路100は、システム電源部11に入力される電圧を検出する。ACアダプタ制御回路100が検出した電圧は、システム電源入力電圧情報としてACアダプタ制御回路100に入力される。また、ACアダプタ制御回路100は、電流センス部114が出力するシステム負荷情報と、バッテリ電圧/電流センス回路14が出力するバッテリ電圧・電流情報と、システム12が出力するバッテリ充電制御信号とが入力される。ACアダプタ制御回路100は、システム電源入力電圧情報と、システム負荷情報と、バッテリ電圧・電流情報と、バッテリ充電制御信号とが入力され、これらのうち1以上を用いてACアダプタ制御信号を生成する。ACアダプタ制御回路100は、信号出力部23bからACアダプタ制御信号を出力して、ACアダプタ20を制御する。

0029

システム負荷情報は、電流センス部114が検出した電流値にもとづいて生成される情報であり、システム12の負荷を示す情報である。バッテリ電圧・電流情報は、バッテリ電圧/電流センス回路14が検出した電圧値と電流値にもとづいて生成される情報であり、バッテリ15の充放電状態を示す情報である。バッテリ充電制御信号は、バッテリ15の充電制御をおこなう信号である。たとえば、システム12は、バッテリ電圧・電流情報にもとづいてバッテリ充電制御信号を生成することで、バッテリ15の蓄電量に応じた充電制御をおこなう。

0030

次に、第2の実施形態のACアダプタ制御回路100の回路構成について図5を用いて説明する。図5は、第2の実施形態のACアダプタ制御回路の回路構成の一例を示す図である。

0031

ACアダプタ制御回路100は、定電圧/定電流切替検出用コンパレータ101と、定電圧制御用エラーアンプ102と、定電流制御用エラーアンプ103と、電圧制御用エラーアンプ104と、システム負荷用エラーアンプ105と、MUX106とを含む。

0032

MUX106は、定電圧モード定電流モードを切り替えるためのモード制御信号が定電圧/定電流切替検出用コンパレータ101から入力される。定電圧/定電流切替検出用コンパレータ101は、バッテリ電圧/電流センス回路14が出力するバッテリ電圧・電流情報のうちバッテリ電圧情報にもとづいてモード制御信号を生成して出力する。モード制御信号は、定電圧モードまたは定電流モードを切り替えるための制御信号である。たとえば、定電圧/定電流切替検出用コンパレータ101は、バッテリ電圧情報からバッテリ15の電圧が所定の閾値以上である場合に定電圧モードとするモード制御信号を生成し、閾値未満である場合に定電流モードとするモード制御信号を生成する。

0033

定電圧制御用エラーアンプ102は、バッテリ電圧・電流情報のうちバッテリ電圧情報が入力される。定電圧制御用エラーアンプ102は、バッテリ電圧情報から定電圧制御用の信号(定電圧制御信号)を生成して出力する。定電流制御用エラーアンプ103は、バッテリ電圧・電流情報のうちバッテリ電流情報が入力される。定電流制御用エラーアンプ103は、バッテリ電流情報から定電流制御用の信号(定電流制御信号)を生成して出力する。電圧制御用エラーアンプ104は、システム電源入力電圧情報が入力される。電圧制御用エラーアンプ104は、システム電源入力電圧情報から電圧制御用の信号(電圧制御信号)を生成して出力する。システム負荷用エラーアンプ105は、システム負荷情報が入力される。システム負荷用エラーアンプ105は、システム負荷情報から電圧制御用の信号(システム負荷信号)を生成して出力する。

0034

MUX106は、マルチプレクサであり、バッテリ充電制御信号と、モード制御信号と、定電圧制御信号と、定電流制御信号と、電圧制御信号と、システム負荷信号とが入力される。MUX106は、バッテリ充電制御信号と、モード制御信号と、定電圧制御信号と、定電流制御信号と、電圧制御信号と、システム負荷信号とにもとづいてACアダプタ制御信号を生成して出力する。

0035

詳しくは、MUX106は、バッテリ充電制御信号からバッテリ15が充電中であるか否かを検出することができる。バッテリ15が充電中でない場合、MUX106は、電圧制御信号からACアダプタ制御信号を生成する。また、MUX106は、モード制御信号から定電圧モードと定電流モードとを検出することができる。

0036

バッテリ15が充電中かつ定電圧モードである場合、MUX106は、定電圧制御信号とシステム負荷信号とからACアダプタ制御信号を生成する。たとえば、MUX106は、定電圧制御信号にシステム負荷信号を重畳してACアダプタ制御信号を生成する。バッテリ15が充電中かつ定電流モードである場合、MUX106は、定電流制御信号とシステム負荷信号とからACアダプタ制御信号を生成する。たとえば、MUX106は、定電流制御信号にシステム負荷信号を重畳してACアダプタ制御信号を生成する。

0037

次に、第2の実施形態のシステム負荷用エラーアンプ105の回路構成について図6を用いて説明する。図6は、第2の実施形態のシステム負荷用エラーアンプの回路構成の一例を示す図である。

0038

システム負荷用エラーアンプ105は、高周波フィルタ1051と、微分回路1052と、アンプ1053と、コンパレータ1054と、SW(スイッチ)1055と、RCフィルタ1056を含む。さらに、システム負荷用エラーアンプ105は、ピークホールド回路1057とV−T(電圧−期間)変換回路1058を含む。

0039

高周波フィルタ1051は、入力信号から高周波ノイズを除去する。高周波フィルタ1051は、システム負荷情報が入力されて、高周波ノイズを除去したシステム負荷情報を出力する。システム負荷情報は、システム電源負荷電流の大きさに比例した大きさの電圧変化の情報を有する。

0040

微分回路1052は、入力信号の微分波形を出力する。微分回路1052は、高周波フィルタ1051によって高周波ノイズが除去されたシステム負荷情報が入力されて、微分波形を出力する。微分回路1052は、システム負荷情報の変化量が大きいほど、かつその変化が急峻であるほど、大きな振幅の波形を出力する。

0041

アンプ1053は、微分回路1052が出力する信号が入力される。アンプ1053は、入力信号を反転し、ゲイン調整をおこなった信号を出力する。これにより、アンプ1053は、微分回路出力電圧の負方向への変化を正方向の変化に変換して、バッテリ充電電圧が一時的に大きく持ち上がる変化に対する制御を容易にする。

0042

コンパレータ1054は、アンプ1053が出力する信号が入力される。コンパレータ1054は、入力信号の電圧と閾値とを比較し、比較結果を電圧レベルの信号で出力する。コンパレータ1054は、入力信号の電圧が閾値未満のときにローレベルの電圧を出力し、入力信号の電圧が閾値以上のときにハイレベルの電圧を出力する。

0043

SW1055は、コンパレータ1054が出力する信号によって制御される。SW1055は、コンパレータ1054が出力する信号の電圧がハイレベルであるときにオンし、コンパレータ1054が出力する信号の電圧がローレベルであるときにオフする。これにより、SW1055は、アンプ1053からRCフィルタ1056への信号入力を制限する。

0044

RCフィルタ1056は、SW1055に制限されたアンプ1053の信号出力が入力される。すなわち、RCフィルタ1056は、コンパレータ1054が出力する信号の電圧がハイレベルであるときにアンプ1053が出力する信号が入力され、コンパレータ1054が出力する信号の電圧がローレベルであるときにローレベルの電圧が入力される。RCフィルタ1056は、入力信号を鈍らせた信号を出力する。

0045

ピークホールド回路1057は、入力信号のピークホールドした信号を出力する。ピークホールド回路1057は、コンパレータ1054が出力する信号を入力し、コンパレータ1054が出力する信号がハイレベルである間、RCフィルタ1056から入力される信号の電圧のピークをホールドする。

0046

V−T変換回路1058は、コンパレータ1054が出力する信号が入力される。V−T変換回路1058は、コンパレータ1054が出力する信号の電圧がローレベルからハイレベルに変化するエッジトリガリセットされる。V−T変換回路1058は、リセットから入力電圧の大きさに応じた期間だけ、システム負荷信号として所定の電圧を出力する。システム負荷信号は、ハイレベルのときACアダプタ出力電圧を低下させる作用を有し、ローレベルのときACアダプタ出力電圧を低下させる作用を有しない。

0047

このようにして、システム負荷用エラーアンプ105は、入力されたシステム負荷情報からシステム負荷信号を生成して出力する。
次に、第2の実施形態の大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプ105における各部波形について図7を用いて説明する。図7は、第2の実施形態の大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。

0048

システム電源負荷電流は、タイミングt0からタイミングt2で、大きな変化量で急峻に変化する波形を示す。システム負荷用エラーアンプ105は、システム電源負荷電流がタイミングt0からタイミングt2で大きな変化量で急峻に変化するとき、同じくタイミングt0からタイミングt2で大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力される。

0049

微分回路1052は、タイミングt0からタイミングt2で大きな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されて、タイミングt0からタイミングt2で負方向に大きく急峻に変化し、タイミングt2以降に緩やかに復帰するような波形を出力する。アンプ1053は、微分回路出力を反転した波形を出力する。

0050

微分回路1052は、たとえば、コンデンサと抵抗を含んで実現可能であり、システム負荷情報の時間当たり変化量検出特性時定数により設定できる。
コンパレータ1054は、アンプ出力電圧が入力される。コンパレータ1054は、アンプ出力電圧が閾値Vt以上となるタイミングt1でローレベルからハイレベルとなり、アンプ出力電圧が閾値Vt未満となるタイミングt3でハイレベルからローレベルとなるコンパレータ出力電圧を出力する。

0051

RCフィルタ1056は、RCフィルタ入力電圧が示すように、タイミングt1からタイミングt3でアンプ出力が入力され、その他のタイミングでローレベルが入力される。RCフィルタ1056は、RCフィルタ出力電圧が示すように、RCフィルタ入力電圧を鈍らせた波形を出力する。

0052

ピークホールド回路1057は、タイミングt1からタイミングt3でRCフィルタ出力電圧のピークをホールドしたピークホールド回路出力電圧を出力する。V−T変換回路1058は、タイミングt1でリセットされ、タイミングt1からタイミングt4までの間、システム負荷信号としてV−T変換回路出力電圧を出力する。

0053

システム負荷信号は、MUX106に入力され、ACアダプタ制御信号を生成する信号の1つとなる。ACアダプタ制御信号は、システム負荷信号にもとづいて生成され得る。このような大きな変化量で急峻に変化するシステム電源負荷電流にもとづいて生成されたACアダプタ制御信号は、タイミングt1からタイミングt4までの間、システム負荷信号にもとづいてACアダプタ出力電圧を低下させることができる。

0054

このように、システム負荷信号は、ローレベルからハイレベルとなるタイミングにより、ACアダプタ出力電圧を低下させるタイミングに関する情報を有する。また、システム負荷信号は、閾値VtによりACアダプタ出力電圧を低下させる電圧の大きさに関する情報を有する。

0055

これにより、ACアダプタ制御回路100は、定電圧制御信号にもとづく定電圧制御、あるいは定電流制御信号にもとづく定電流制御をおこないつつ、システム負荷信号による電源制御をおこなうことができる。このような電源制御により、ACアダプタ制御回路100は、ACアダプタ出力電圧を安定して制御することができる。

0056

次に、第2の実施形態の大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプ105における各部波形について図8を用いて説明する。図8は、第2の実施形態の大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。

0057

システム電源負荷電流は、タイミングt10からタイミングt11で、大きな変化量で緩やかに変化する波形を示す。システム負荷用エラーアンプ105は、システム電源負荷電流がタイミングt10からタイミングt11で大きな変化量で緩やかに変化するとき、同じくタイミングt10からタイミングt11で大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力される。

0058

微分回路1052は、タイミングt10からタイミングt11で大きな変化量で緩やかに変化するシステム負荷情報が入力されて、タイミングt10からタイミングt11で負方向に緩やかに変化し、タイミングt11以降に緩やかに復帰するような信号を出力する。アンプ1053は、微分回路出力電圧を反転した信号を出力する。

0059

コンパレータ1054は、アンプ出力電圧が入力され、アンプ出力電圧が閾値Vt未満であることからローレベルとなるコンパレータ出力電圧を出力する。
これにより、RCフィルタ1056およびピークホールド回路1057、V−T変換回路1058は、ローレベルの信号が入力され、ACアダプタ制御回路100は、システム負荷信号としてローレベルの信号を出力する。

0060

したがって、ACアダプタ制御回路100は、システム負荷情報の変化量が大きくても、変化が緩くアンプ出力が閾値Vt未満となるような場合には、定電圧制御信号にもとづく定電圧制御、あるいは定電流制御信号にもとづく定電流制御がおこなわれる。

0061

次に、第2の実施形態の小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプ105における各部波形について図9を用いて説明する。図9は、第2の実施形態の小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されたときのシステム負荷用エラーアンプにおける回路部位ごとの出力波形の一例を示す図である。

0062

システム電源負荷電流は、タイミングt20からタイミングt21で、小さな変化量で急峻に変化する波形を示す。システム負荷用エラーアンプ105は、システム電源負荷電流がタイミングt20からタイミングt21で小さな変化量で急峻に変化するとき、同じくタイミングt20からタイミングt21で小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力される。

0063

微分回路1052は、タイミングt20からタイミングt21で小さな変化量で急峻に変化するシステム負荷情報が入力されて、タイミングt20からタイミングt21で負方向に急峻に変化し、タイミングt21以降に緩やかに復帰するような信号を出力する。アンプ1053は、微分回路出力電圧を反転した信号を出力する。

0064

コンパレータ1054は、アンプ出力電圧が入力され、アンプ出力電圧が閾値Vt未満であることからローレベルとなるコンパレータ出力電圧を出力する。
これにより、RCフィルタ1056およびピークホールド回路1057、V−T変換回路1058は、ローレベルの信号が入力され、ACアダプタ制御回路100は、システム負荷信号としてローレベルの信号を出力する。

0065

したがって、ACアダプタ制御回路100は、システム負荷情報の変化量が急峻であっても、変化量が小さくアンプ出力が閾値Vt未満となるような場合には、定電圧制御信号にもとづく定電圧制御、あるいは定電流制御信号にもとづく定電流制御を継続できる。

0066

次に、第2の実施形態のACアダプタが備える発振/制御回路25の回路構成について図10を用いて説明する。図10は、第2の実施形態のACアダプタが備える発振/制御回路の回路構成の一例を示す図である。

0067

発振/制御回路25は、保護回路251と、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調回路252と、駆動回路253と、PowerMOS−FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)254とを含む。

0068

保護回路251は、整流回路24からの出力が入力されるとともに、過電圧突入電流から発振/制御回路25を保護する。PWM回路252は、保護回路251からの出力と、ACアダプタ制御信号とが入力されて、ACアダプタ制御信号に含まれる制御タイミングおよび制御量に関する情報に応じてパルス幅変調をおこない、駆動回路253に出力する。駆動回路253は、PWM回路252から入力される制御信号にしたがいPowerMOS−FET254を駆動する。Power MOS−FET254は、駆動回路253から入力された信号にしたがいスイッチングをおこなう。

0069

これにより、ACアダプタ20は、PC本体10が出力するACアダプタ制御信号にもとづいてACアダプタ出力電圧を制御できる。また、ACアダプタ20は、定電圧制御信号にもとづくACアダプタ制御信号により、ACアダプタ出力電圧の定電圧制御をおこなう。また、ACアダプタ20は、定電流制御信号にもとづくACアダプタ制御信号により、ACアダプタ出力電圧の定電流制御をおこなう。また、ACアダプタ20は、電圧制御信号にもとづくACアダプタ制御信号により、ACアダプタ出力電圧の電圧制御をおこなう。これに加えて、ACアダプタ20は、システム負荷信号にもとづくACアダプタ制御信号により、負荷に応じて直ちにACアダプタ出力電圧を変更可能な電源制御をおこなうことができる。

0070

次に、第2の実施形態のACアダプタ出力電圧とシステム電源入力電圧について、システム負荷情報が貢献する効果について図11を用いて説明する。図11は、ACアダプタ出力電圧の波形とシステム電源入力電圧の波形について、システム負荷情報の有無別の比較例を示す図である。

0071

システム電源負荷電流は、タイミングt30からタイミングt31で、大きな変化量で急峻に変化する波形を示す。このとき、システム電源出力電圧は、負荷応答の遅延によりタイミングt32でオーバーシュートする。システム電源入力電流は、システム電源出力電圧のオーバーシュートに遅れて、システム電源出力の電荷の逆流によりタイミングt33でアンダーシュートする。ACアダプタ負荷電流は、システム電源入力電流とほぼ同じ波形となり、DCケーブル(電力線22)両端の電位差は、ACアダプタ負荷電流に比例する大きさとなる。

0072

このとき、システム負荷情報を反映せずにACアダプタ出力電圧を制御する場合、ACアダプタ出力電圧は、ACアダプタ出力電圧1に示す波形のように電圧が変化する。このような出力波形は、システム電源入力電圧をフィードバックする制御によるもので、DCケーブル両端の電位差を解消する方向の電圧変化を含む。

0073

これにより、システム電源入力電圧1は、ACアダプタ出力電圧1がDCケーブル両端の電位差だけ電圧降下した波形(太線で図示)となる。これによれば、システム電源入力電圧1は、負荷応答遅延とシステム電源入力電流のアンダーシュートとを含む要因から、電圧が(Va+Vb)だけ上昇する。

0074

このような電圧上昇は、バッテリ15の充電時にバッテリ15に印加され、充電制御で許容される電圧の範囲から逸脱し、たとえば、バッテリ15に過電圧が印加される場合がある。したがって、このようなACアダプタ出力電圧の制御は、充電時のバッテリ15にかかる負荷が大きい。

0075

また、システム電源入力電圧1は、タイミングt35までのタイムラグを有して定常電圧に復帰する。このような大きなタイムラグは、バッテリ15の充電制御を非効率なものとする場合がある。

0076

一方、システム負荷情報を反映してACアダプタ出力電圧を制御する場合、ACアダプタ出力電圧は、ACアダプタ出力電圧2に示す波形のように電圧が変化する。ACアダプタ出力電圧2は、システム負荷情報を反映してタイミングt31から出力電圧が低減する。

0077

これにより、システム電源入力電圧2は、ACアダプタ出力電圧2がDCケーブル両端の電位差だけ電圧降下した波形(太線で図示)となる。これによれば、システム電源入力電圧2は、負荷応答遅延とシステム電源入力電流のアンダーシュートとを含む要因から、電圧が上昇するもののシステム電源入力電圧1と比較して小さくなる。たとえば、システム電源入力電圧2は、破線V1として図示したシステム電源入力電圧1よりも電圧上昇をVcだけ抑制される。

0078

このような電圧上昇の抑制は、バッテリ15の充電制御における印加電圧の精度向上に寄与する。したがって、このようなACアダプタ出力電圧の制御は、バッテリ15にかかる電圧変動の応答を速くするとともに電圧変動による負荷を軽減することができる。

0079

また、システム電源入力電圧2は、システム電源入力電圧1が有したタイムラグを短縮して定常電圧に復帰する。このようなタイムラグの短縮は、バッテリ15の充電制御の効率化に寄与する。

0080

なお、PC本体10は、負荷部となる電子機器の一例である。PC本体10は、たとえば、アイドル状態とアクティブ状態とを高速かつ頻繁に切り替えるなどして、システム負荷の変動幅が大きくまた急峻である。さらに今後、システム負荷の変動幅とその変化の急峻さは、システムのレスポンス向上と電子機器の小型軽量化とを図る上でより顕著な方向に進む傾向にある。電源システム1aは、このような電子機器が備えるバッテリの負荷を軽減して充電制御をおこなうことができる。また、電源システム1aは、このような電子機器が備えるバッテリの充電制御を効率的におこなうことができる。

0081

また、一般的に、変換効率などの観点で電源を最適化するためには、設計条件が限定されることが望ましい。電源システム1aは、入力電圧の変動幅を抑制することができることから、設計条件を限定して、電源部の最適化を容易にする。

0082

なお、電源システム1aは、電圧レベルのアナログ信号により、PC本体10からACアダプタ20にACアダプタ制御信号を通知したが、コマンド通信によりPC本体10からACアダプタ20にACアダプタ制御信号を通知するものであってもよい。

0083

なお、第2の実施形態では、電源システム1aは、電源アダプタの一形態としてDC−AC変換をおこなうACアダプタ20を備えたが、入力電源が直流である場合には、ACアダプタ20に代えてDC−DCコンバータを備えるものであってもよい。この場合、DC−DCコンバータは、電源アダプタの一形態である。

0084

また、電源システム1aは、システム電源部11の出力負荷出力電流の大きさとして検出したが、これに限らず、システム12から負荷情報の通知を受けるものであってもよい。たとえば、ACアダプタ制御回路100は、システム12が備えるプロセッサから消費電力あるいは駆動量に関する情報の通知を受けるものであってもよい。これによれば、電源システム1aは、出力負荷の測定検出よりもタイムラグの少ない制御をおこなうことができる。

0085

以上、実施形態を例示したが、実施形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。

0086

1,1a電源システム
2電源アダプタ
2a出力電圧変更部
3電子機器
3a 接続部
3b,15バッテリ
3c負荷部
3d電源制御部
4商用電源
10 PC本体
11システム電源部
12 システム
13充放電切替スイッチ
14バッテリ電圧/電流センス回路
20ACアダプタ
21,22電力線
21a交流入力部
22a直流出力部
22b直流入力部
23信号線
23a制御信号入力部
23b信号出力部
24整流回路
25発振/制御回路
26トランス
27整流/平滑回路
100 ACアダプタ制御回路
101 定電圧/定電流切替検出用コンパレータ
102定電圧制御用エラーアンプ
103定電流制御用エラーアンプ
104電圧制御用エラーアンプ
105システム負荷用エラーアンプ
106 MUX
111 入力平滑部
112発振回路
113発振制御部
114電流センス部
115 電圧センス部
116コイル
117コンデンサ
251保護回路
252PWM回路
253駆動回路
254 PowerMOS−FET
1051高周波フィルタ
1052微分回路
1053アンプ
1054コンパレータ
1055 SW
1056RCフィルタ
1057ピークホールド回路
1058 V−T変換回路

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