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JP4703742B2 - 電源アダプタの電源供給能力を判別し充電方法を変更する電子機器 - Google Patents

電源アダプタの電源供給能力を判別し充電方法を変更する電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、パーソナルコンピュータのような電子機器を駆動するバッテリの充電制御を行う電子機器に関する。
一般的に、パーソナルコンピュータのような電子機器を駆動するバッテリは、充電可能な二次電池が使用されている。このようなバッテリにおいては、外部電源であるACアダプタ等を用いて充電を行う。ACアダプタおよびバッテリの双方が急速充電に対応している場合は、短時間で充電を行うことができる。例えば、特許文献1では、ACアダプタの供給電流が定格値を超えない範囲で充電電流を大きくすることで、バッテリの充電時間を短縮させる技術が開示されている。
特開2003−189501号公報
しかし、特許文献1においては、一種類のACアダプタのみを用いており、大型で急速充電に対応したACアダプタと、小型で持ち運びに適した通常充電のみが行えるACアダプタとを判別して適切に制御することはできない。
そこで、本発明は、急速充電に対応したACアダプタと通常充電のみが行えるACアダプタとを判別して適切に制御することができる電子機器を提供することを目的とする。
一実施形態によれば、外部電源および該外部電源によって充電可能なバッテリによって駆動可能な電子機器であって、前記外部電源からの電力を用いて前記バッテリへ、急速充電のための第1の充電電流、あるいは前記第1の充電電流より低く通常充電のための第2の充電電流を供給するように構成される電源回路と、前記電源回路を制御するように構成される制御部とを具備し、前記制御部は前記バッテリに前記第2の充電電流より低い第3の充電電流を供給している状態における前記外部電源の第1の電圧と、前記バッテリに前記第1、第2いずれの充電電流も供給していない状態における前記外部電源の第2の電圧との差がしきい値より小さい場合は、前記第1の充電電流を前記バッテリに供給するように前記電源回路を制御する電子機器が提供される。
他の実施形態によれば、外部電源および該外部電源によって充電可能なバッテリによって駆動可能な電子機器であって、前記外部電源からの電力を用いて前記バッテリへ、急速充電のための第1の充電電流、あるいは前記第1の充電電流より低く通常充電のための第2の充電電流を供給するように構成される電源回路と、前記電源回路を制御するように構成される制御部と、を具備し、前記制御部は前記バッテリに前記第2の充電電流より低い第3の充電電流を供給している状態における前記外部電源の第1の電圧、前記バッテリに前記第3の充電電流より低い第4の充電電流を供給している状態における前記外部電源の第2の電圧との差との差がしきい値より小さい場合は、前記第1の充電電流を前記バッテリに供給するように前記電源回路を制御する構成される電子機器が提供される。
本発明は、急速充電に対応したACアダプタと通常充電のみが行えるACアダプタとを判別して適切に制御することができる。
本発明の一実施形態に係るコンピュータの概観の例を示す斜視図。 図1のコンピュータのシステム構成の例を示すブロック図。 図1のコンピュータで用いられるACアダプタ、電源コントローラ(PSC)および電源回路を中心とした構成を示したブロック図。 図1のコンピュータで用いられるACアダプタ、電源コントローラ(PSC)および電源回路を中心とした構成をさらに詳細に示したブロック図。 図1のコンピュータによって実行される充電制御処理の手順の例を示すフローチャート。 図1のコンピュータによって実行される充電制御処理の際に用いられる各種パラメータの例を示す図。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、図1および図2を参照して、本発明の一実施形態に係る電子機器の構成について説明する。この電子機器は、例えば、バッテリ駆動可能なノートブック型の携帯型パーソナルコンピュータ10として実現されている。
図1はコンピュータ10のディスプレイユニットを開いた状態における斜視図である。本コンピュータ10は、コンピュータ本体11と、ディスプレイユニット12とから構成されている。ディスプレイユニット12には、LCD(Liquid Crystal Display)17から構成される表示装置が組み込まれており、そのLCD17の表示画面はディスプレイユニット12のほぼ中央に位置されている。
ディスプレイユニット12は、コンピュータ本体11に対して開放位置と閉塞位置との間を回動自在に取り付けられている。コンピュータ本体11はバッテリが取り外し自在に装着可能な例えば薄い箱形の筐体を有している。バッテリは、コンピュータ本体11の例えば底面に設けられたバッテリ収容スペースに装着される。また、バッテリを充電する場合は、外部電源としてACアダプタを接続する。ACアダプタの接続端子は、例えばコンピュータ10の背面に設けられている。
コンピュータ本体11の上面にはキーボード13、本コンピュータ10をパワーオン/オフするためのパワーボタンスイッチ14、およびタッチパッド15などが配置されている。
次に、図2を参照して、本コンピュータ10のシステム構成について説明する。
本コンピュータ10は、図2に示されているように、CPU111、ノースブリッジ114、主メモリ115、グラフィクスコントローラ116、サウスブリッジ117、BIOS−ROM120、ハードディスクドライブ(HDD)121、光ディスクドライブ(ODD)122、各種PCIデバイス123、エンベデッドコントローラ/キーボードコントローラIC(EC/KBC)140、電源コントローラ(PSC)141、電源回路142、ACアダプタ(外部電源)143およびバッテリ150等を備えている。
CPU111は本コンピュータ10の動作を制御するために設けられたプロセッサであり、HDD121から主メモリ115にロードされるオペレーティングシステムおよび各種アプリケーションプログラムを実行する。また、CPU111は、BIOS−ROM120に格納されたシステムBIOS(Basic Input Output System)も実行する。システムBIOSはハードウェア制御のためのプログラムである。
ノースブリッジ114はCPU111のローカルバスとサウスブリッジ117との間を接続するブリッジデバイスである。ノースブリッジ114には、主メモリ115をアクセス制御するメモリコントローラも内蔵されている。また、ノースブリッジ114は、PCI Expressバスなどを介してグラフィクスコントローラ116との通信を実行する機能も有している。
グラフィクスコントローラ116は本コンピュータ10のディスプレイモニタとして使用されるLCD17を制御する表示コントローラである。このグラフィクスコントローラ116はビデオメモリ(VRAM)116Aを有しており、OS/アプリケーションプログラムによってビデオメモリ(VRAM)116Aに書き込まれた表示データから、LCD17に表示すべき表示イメージを形成する映像信号を生成する。
サウスブリッジ117はPCIバス1に接続されており、PCIバス1を介してPCIデバイス123との通信を実行する。また、サウスブリッジ117は、ハードディスクドライブ(HDD)121および光ディスクドライブ(ODD)122を制御するためのIDE(Integrated Drive Electronics)コントローラやSerial ATAコントローラを内蔵している。
エンベデッドコントローラ/キーボードコントローラIC(EC/KBC)140は、電力管理のためのエンベデッドコントローラと、キーボード(KB)13およびタッチパッド15を制御するためのキーボードコントローラとが集積された1チップマイクロコンピュータである。このEC/KBC140は、ユーザによるパワーボタンスイッチ14の操作に応じて本コンピュータ10をパワーオン/パワーオフする機能を有している。本コンピュータ10のパワーオン/パワーオフの制御は、EC/KBC140と電源コントローラ(PSC)141との共同動作によって実行される。EC/KBC140から送信されるON信号を受けると、電源コントローラ(PSC)141は電源回路142を制御して本コンピュータ10をパワーオンする。また、EC/KBC140から送信されるOFF信号を受けると、電源コントローラ(PSC)141は電源回路142を制御して本コンピュータ10を電源オフする。
また、電源コントローラ(PSC)141は、コンピュータ本体11にバッテリ150が装着されたか否かを判別する機能、およびコンピュータ本体11に外部電源(ACアダプタ143)が接続されているか否かを判別する機能を有している。判別結果は、電源コントローラ(PSC)141によってEC/KBC140内のステータスレジスタに設定される。
電源回路142は、コンピュータ本体11に装着されたバッテリ150からの電力、またはコンピュータ本体11に外部電源として接続されるACアダプタ143からの電力を用いて、各コンポーネントへの動作電源を生成する。コンピュータ本体11に外部電源(ACアダプタ143)が接続されている場合には、電源回路142は、外部電源からの電力を用いて各コンポーネントへの動作電源を生成すると共に、外部電源からの電力を用いてバッテリ150を充電する。また、コンピュータ本体11に外部電源(ACアダプタ143)が接続される場合は、コンピュータ本体11およびバッテリ150は、急速充電に対応しているため、急速充電に対応したACアダプタか急速充電には対応せずに通常充電のみに対応するACアダプタかのいずれかのACアダプタが接続される。この場合、電源回路142は、ACアダプタが急速充電に対応しているか否かを判別する機能を備えている。
バッテリ150は複数の2次電池および不揮発性メモリ151から構成されている。不揮発性メモリ151には、バッテリ150の能力を示す定格情報が予め格納されている。定格情報は、例えば、バッテリ150の最大放電電流を示す放電電流定格(A)、バッテリ150の定格容量(Ah)、バッテリ150に搭載された2次電池の個数を示すセル数情報、充放電が実行された回数を示すサイクル数、バッテリ150の使用時間の総計値などが含まれている。
EC/KBC140、電源コントローラ(PSC)141、電源回路142、およびバッテリ150は、I2Cバスのようなシリアルバス2を介して相互接続されている。コンピュータ本体11にバッテリ150が装着されている期間中、またはコンピュータ本体11にACアダプタ143が接続されている期間中においては、EC/KBC140および電源コントローラ(PSC)141には、電源回路142から動作電源が常時供給される。
次に図3は、ACアダプタ143、電源コントローラ(PSC)141および電源回路142を中心とした構成の概念を示したブロック図である。ACアダプタ143から充電用IC(電源回路)142に電力が供給される。供給された電力を充電用IC(電源回路)142がバッテリ150を充電する充電電流に変換する。電源マイコン(PSC)141は、充電用IC(電源回路)142に対して充電電流値を設定する。また、電源マイコン(PSC)141は、ACアダプタ143の電圧値を監視する。電源マイコン(PSC)141は、充電用IC(電源回路)142に対してテスト用充電電流をバッテリ150に供給するように制御を行い、ACアダプタ143の電圧降下値を取得する。取得した電源の電圧降下値がしきい値より小さければ、接続されているACアダプタ143は、急速充電に対応していると判別し、急速充電用に充電電流値を充電用IC(電源回路)142に対して設定する。
次に図4は、ACアダプタ143、電源コントローラ(PSC)141および電源回路142を中心とした構成をさらに詳細に示したブロック図である。
電源回路142は、ACアダプタ143から供給される電力を変換(DC/DCコンバータ)し、充電電流を生成する。電源コントローラ(PSC)141で生成された充電電流によりバッテリ150が充電される。急速充電に対応したACアダプタ143を用いる場合は、電源コントローラ(PSC)141は、高い充電電流(第1の充電電流)をバッテリ150に供給する。一方、急速充電に対応していないACアダプタ143を用いる場合は、電源コントローラ(PSC)141は、第1の充電電流より低い充電電流(第2の充電電流)をバッテリ150に供給する。また、電源コントローラ(PSC)141は、ACアダプタ143が急速充電に対応しているか否かを判別する機能を備えている。この判別には、バッテリ150を充電する目的でないテスト用充電電流を用いる。テスト用充電電流は、第2の充電電流より低い充電電流(第3、第4の充電電流)が用いられる。
電源コントローラ(PSC)141は、制御部160および記憶部161を備える。制御部160は、判別部160aを備えている。判別部160aは、バッテリ150に上述したテスト用充電電流を供給して得られるACアダプタ143の電圧降下値を取得することで、接続されたACアダプタ143が急速充電に対応しているか否かを判別する。記憶部161は、充電電流値記憶領域161aおよび電圧のしきい値記憶領域161bを備えている。充電電流値記憶領域161aには、各種充電電流が記憶されている。例えば、急速充電用充電電流値(第1の充電電流値)、通常充電用の充電電流値(第2の充電電流値)、テスト用充電電流値(第3、第4の充電電流値)等が記憶されている。電圧のしきい値記憶領域161bには、電圧のしきい値が記憶されている。電圧のしきい値は、1つまたは2つ以上である。
電源回路142は、バッテリ150に急速充電を行うための第1の充電電流、および通常充電を行うための第1の充電電流より低い第2の充電電流を供給する。制御部141は、電源回路142からバッテリ150に第2の充電電流より低い第3の充電電流を供給している状態におけるACアダプタ143の第1の電圧値と、電源回路142からバッテリ150に充電電流を供給していない状態におけるACアダプタ143の第2の電圧値との差分値が電圧のしきい値より小さい場合はACアダプタ143が急速充電に対応していると判別し、第1の充電電流をバッテリ150に供給して急速充電を行う。
さらに、電源回路142は、バッテリ150に急速充電を行うための第1の充電電流、および通常充電を行うための第1の充電電流より低い第2の充電電流を供給する。制御部160は、電源回路142からバッテリ150に第2の充電電流より低い第3の充電電流を供給している状態におけるACアダプタ143の第1の電圧値と、電源回路142からバッテリ150に第3の充電電流より低い第4の充電電流を供給している状態におけるACアダプタ143の第2の電圧値との差分値が電圧のしきい値より小さい場合はACアダプタ143が急速充電に対応していると判別し、第1の充電電流をバッテリ150に供給して急速充電を行う。
次に、図5のフローチャートを参照して、適切なACアダプタ143の制御を行い、バッテリ150を最適に充電するための充電制御処理の手順の例を説明する。
電源コントローラ(PSC)141は、コンピュータ本体11にACアダプタ143が装着されているか否かを判別する(ステップS101)。電源コントローラ(PSC)141は、例えば、ACアダプタ143との通信用の電極群の一つの電圧値を監視し、電圧値が所定の論理レベルに変化したときに、コンピュータ本体11にACアダプタ143が装着されたと判別する。コンピュータ本体11に外部電源(ACアダプタ143)が接続されていない時においても、バッテリ150が装着されると、その時点で電源コントローラ(PSC)141およびEC/KBC140にそれぞれ動作電源が供給される。これにより、たとえコンピュータ本体11に外部電源(ACアダプタ143)が接続されていない時においても、電源コントローラ(PSC)141は、コンピュータ本体11にACアダプタ143が装着されたことを検知することができる。
ステップS101で、電源コントローラ(PSC)141によって、コンピュータ本体11にACアダプタ143が装着されたと判別された場合は(ステップS101のYES)、電源コントローラ(PSC)141は、記憶部161に記憶されているテスト用充電電流値を電源回路142に設定し、テスト用充電電流をバッテリ150に供給させる(ステップS102)。テスト用充電電流をバッテリ150に供給させると、電源コントローラ(PSC)141は、ACアダプタ143の電源の電圧を監視しており、ACアダプタ143の電圧降下値を測定する。ACアダプタ143の電圧降下値は、例えば、電源回路142からバッテリ150にテスト用充電電流(第3の充電電流)を供給している状態におけるACアダプタ143の第1の電圧値と、電源回路142からバッテリ150に充電電流を供給していない状態におけるACアダプタ143の第2の電圧値との差分値を算出する。ステップS103で、電源コントローラ(PSC)141によって、測定されたACアダプタ143の電圧降下値が記憶部161に記憶された電圧値のしきい値未満であると判別された場合は(ステップS103のYES)、電源コントローラ(PSC)141は、記憶部161に記憶された急速充電用の充電電流値(第1の充電電流値:例えば10A)を電源回路142に設定することで、バッテリ150に急速充電用の充電電流を供給させる(ステップS104)。一方、ステップS103で、電源コントローラ(PSC)141によって、測定されたACアダプタ143の電圧降下値が記憶部161に記憶された電圧値のしきい値以上であると判別された場合は(ステップS103のNO)、電源コントローラ(PSC)141は、記憶部161に記憶された通常充電用の充電電流値(第2の充電電流値:例えば3A)を電源回路142に設定することで、バッテリ150に通常充電用の充電電流を供給させる(ステップS105)。
ここで、ACアダプタ143の電圧降下値について説明する。図6は、ACアダプタ143の定格と電圧降下のデータの一例を示した図である。急速充電に対応したACアダプタ(75W Adaptor)および通常充電のみに対応したACアダプタ(45W Adaptor)は、図6のようなグラフを示す。すなわち、急速充電に対応したACアダプタは、通常充電のみに対応したACアダプタよりも電源の電圧降下値が少ない。ACアダプタ143の電圧降下値のしきい値は、例えば20mVとする。テスト用充電電流2Aをバッテリ150に供給した場合は、負荷αでのACアダプタ143の電圧降下値は、V1(急速充電に対応したACアダプタ(75W Adaptor))およびV2(通常充電のみに対応したACアダプタ(45W Adaptor))となる。例えば、V1は、バッテリ150に充電電流を供給していない状態でACアダプタ143の電圧降下値が0であるので(コンピュータ10が稼働していない状態において)、V1−V0=V1となる。V2も同様に、V2−V0=V2となる。図6に示されるように、V1はしきい値である20mV(0.02V)未満であるので、急速充電に対応したACアダプタと判別され、V2はしきい値である20mV(0.02V)以上であるので、通常充電のみに対応したACアダプタと判別される。なお、コンピュータ10の電源がONして稼働している場合においては、コンピュータ10が消費する電力を差し引いて残りの電力を充電電流とするため、充電電流値の初期値は0Aとして、徐々に充電電流値を引き上げるようにする。徐々に充電電流値を引き上げる過程において、ACアダプタ143の電圧降下値を測定する。
以上、上述した実施形態によれば、接続されたACアダプタの性能に応じた適切なバッテリの充電制御を行うことができる。このため、例えば、屋内では大型の急速充電に対応したACアダプタを使用して短時間でバッテリを充電し、屋外では小型の持ち運びにすぐれた小型の通常充電のみに対応したACアダプタを使用する場合等においては、ユーザが意識することなく、既存のACアダプタを用いて自動的に最適な充電制御を行うことができる。
次に、上述した実施形態の変形例について説明する。上述した実施形態では、例えばV1は、バッテリ150に充電電流を供給していない状態でACアダプタ143の電圧降下値が0であるので(コンピュータ10が稼働していない状態において)、V1−V0=V1として電源の電圧降下値を算出しているが、コンピュータ10が稼働している等の理由でV0の値が必ずしも0Aとは判別できない場合は、テスト用充電電流値を2つ用いてACアダプタ143の電圧降下値の測定を行ってもよい。すなわち、電源回路142からバッテリ150に第3の充電電流(テスト用充電電流値1)を供給している状態におけるACアダプタ143の第1の電圧値(V2)と、電源回路142からバッテリ150に第3の充電電流より低い第4の充電電流(テスト用充電電流値2)を供給している状態におけるACアダプタ143の第2の電圧値(V1)との差分値がしきい値より小さい場合はACアダプタ143が急速充電に対応していると判別する。このようにすることで、コンピュータ10が稼働している等の理由でV0の値が必ずしも0Aとは判別できない場合においても精度良くACアダプタ143が急速充電に対応しているか否かを判別することができる。
さらに、別の変形例について説明する。上述した実施形態では、ACアダプタ143の電圧降下値(差分値)のしきい値を1つ設定し、2種類のACアダプタを判別しているが、設定されるしきい値を複数個設定してもよい。すなわち、しきい値を2つ設定した場合は、第1のしきい値および当該第1のしきい値より大きい値である第2のしきい値を設定する。そして、差分値が第1のしきい値より小さい場合、第1のしきい値より大きく第2のしきい値より小さい場合、および第2のしきい値より大きい場合の3つの場合の判別を行う。このように、3つの場合の判別を行うことにより3種類のACアダプタを判別し、これらのACアダプタに対応した充電電流を用いてバッテリ150に充電を行うことができる。
また、本実施形態の電子機器はコンピュータ10によって実現するのみならず、例えば、PDA(Personal Digital Assistant)のような様々な電子機器によって実現することもできる。
また、本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。
10…コンピュータ、11…コンピュータ本体、111…CPU、112,113…コア、140…EC/KBC、141…電源コントローラ(PSC)、142…電源回路、143…ACアダプタ、150…バッテリ、151…不揮発性メモリ。

Claims (6)

  1. 外部電源および該外部電源によって充電可能なバッテリによって駆動可能な電子機器であって、
    前記外部電源からの電力を用いて前記バッテリへ、急速充電のための第1の充電電流、あるいは前記第1の充電電流より低く通常充電のための第2の充電電流を供給するように構成される電源回路と、
    前記電源回路を制御するように構成される制御部とを具備し、
    前記制御部は前記バッテリに前記第2の充電電流より低い第3の充電電流を供給している状態における前記外部電源の第1の電圧と、前記バッテリに前記第1、第2いずれの充電電流も供給していない状態における前記外部電源の第2の電圧との差がしきい値より小さい場合は、前記第1の充電電流を前記バッテリに供給するように前記電源回路を制御する電子機器。
  2. 外部電源および該外部電源によって充電可能なバッテリによって駆動可能な電子機器であって、
    前記外部電源からの電力を用いて前記バッテリへ、急速充電のための第1の充電電流、あるいは前記第1の充電電流より低く通常充電のための第2の充電電流を供給するように構成される電源回路と、
    前記電源回路を制御するように構成される制御部と、を具備し、
    前記制御部は前記バッテリに前記第2の充電電流より低い第3の充電電流を供給している状態における前記外部電源の第1の電圧、前記バッテリに前記第3の充電電流より低い第4の充電電流を供給している状態における前記外部電源の第2の電圧との差との差がしきい値より小さい場合は、前記第1の充電電流を前記バッテリに供給するように前記電源回路を制御する構成される電子機器。
  3. 前記第1の充電電流は、前記バッテリの充電電流の上限および前記電源回路の所定の電流範囲の上限のいずれかである請求項1または請求項2記載の電子機器。
  4. 前記制御部は、前記差が前記しきい値より大きい場合は前記外部電源が急速充電に対応していないと判別し、前記第2の充電電流を前記バッテリに供給するように構成される請求項1または請求項2記載の電子機器。
  5. 前記制御部は、3つのパターンを決定するように構成され、該3つのパターンは第1のしきい値より小さい前記差を具備する第1のパターンと、前記第1のしきい値と等しいか、またはより大きく、前記第1のしきい値より大きい第2のしきい値より小さい前記差を具備する第2のパターンと、前記第2のしきい値と等しいか、またはより大きい前記差を具備する第3のパターンとを具備し、前記制御部は3つの種類の外部電源に対応する充電電流を用いて前記バッテリを充電するように構成される請求項1または請求項2記載の電子機器。
  6. 前記差は、前記外部電源の電圧降下である請求項1または請求項2記載の電子機器。
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