電力管理システム
【課題】コンパクトなパッケージ、小型のプリント基板、低コスト、低電力消費であるような集積回路が求められている。
【解決手段】電力管理システムが、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第1および第2のスイッチに接続された制御器とを含んでいる。第1のスイッチは第1の転送端子を有する。第2のスイッチは第2の転送端子を有する。制御器は、第3のスイッチを周期的にオンにすることによって電力変換を制御する。第1および第2の転送端子と、第3のスイッチの第3の転送端子とは、共通ノードに接続されている。第1の転送端子と共通ノードとの間の抵抗と、第2の転送端子と共通ノードとの間の抵抗と、第3の転送端子と共通ノードとの間の抵抗とは、実質的にゼロに等しい。
【解決手段】電力管理システムが、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第1および第2のスイッチに接続された制御器とを含んでいる。第1のスイッチは第1の転送端子を有する。第2のスイッチは第2の転送端子を有する。制御器は、第3のスイッチを周期的にオンにすることによって電力変換を制御する。第1および第2の転送端子と、第3のスイッチの第3の転送端子とは、共通ノードに接続されている。第1の転送端子と共通ノードとの間の抵抗と、第2の転送端子と共通ノードとの間の抵抗と、第3の転送端子と共通ノードとの間の抵抗とは、実質的にゼロに等しい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、2007年12月20日に出願された米国仮特許出願第61/008,427号の優先権を主張する、2008年12月17日に出願され、発明の名称を「Power Management Systems with Charge Pumps(チャージポンプを備えた電力管理システム)」とする米国特許出願第12/336,783の一部継続出願であり、それら両方が引用によりそのまま本願明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
電力管理システム、電力変換システムのような多くの分野では、集積回路が広く利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
コンパクトなパッケージ、小型のプリント基板、低コスト、低電力消費であるような集積回路が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一実施形態において、電力管理システムが、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第1および第2のスイッチに接続された制御器とを含んでいる。第1のスイッチは、第1の転送端子を有する。第2のスイッチは、第2の転送端子を有する。制御器は、第3のスイッチを周期的にオンにすることによって、電力変換を制御する。第1および第2の転送端子、ならびに、第3のスイッチの第3の転送端子は、共通ノードに接続されている。第1の転送端子と共通ノードとの間の抵抗と、第2の転送端子と共通ノードとの間の抵抗と、第3の転送端子と共通ノードとの間の抵抗とは、実質的にゼロに等しい。
【0005】
下記の詳細記述が進むにつれて、また、図面を参照すれば、請求項に記載された発明の実施形態の特徴および利点が明らかになるであろう。図面中、類似の番号は類似の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本発明の一実施形態による、電力管理システムの一例のブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態による、スイッチ制御信号と駆動信号との波形の例を示す図である。
【図3】本発明の別の実施形態による、電力管理システムの一例のブロック図である。
【図4】本発明の別の実施形態による、電源を制御する方法のフローチャートである。
【図5】本発明の一実施形態による、電力管理システムの一例の回路図である。
【図6A】本発明の実施形態による、スイッチと共通ノードとの例の配線図である。
【図6B】本発明の実施形態による、スイッチと共通ノードとの例の配線図である。
【図7】本発明の一実施形態による、電力制御回路部の一例の配線図である。
【図8A】本発明の実施形態による、電力制御回路部の例の配線図である。
【図8B】本発明の実施形態による、電力制御回路部の例の配線図である。
【図8C】本発明の実施形態による、電力制御回路部の例の配線図である。
【図8D】本発明の実施形態による、電力制御回路部の例の配線図である。
【図9】本発明の一実施形態による、電力管理システムを製造するステップの例を示す図である。
【図10】本発明の一実施形態による、電力管理システムによって行われる動作の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。本発明について、これらの実施形態に関連して記述するが、本発明をこれらの実施形態に限定する意図はないことは理解されるであろう。逆に、本発明は、代替形態、修正形態、同等形態もカバーすることが意図されており、それらは、添付の請求項によって定義される本発明の精神と範囲とに含まれうる。
【0008】
さらに、下記の本発明の詳細記述において、本発明の完全な理解を提供することを目的として数々の特定の詳細が述べられている。しかし、当業者であれば、これらの特定の詳細がなくても本発明が実施されうることは理解するであろう。他の例では、周知の方法、手順、コンポーネント、および回路は、本発明の態様を不要に分かりにくくしないようにするため、詳細には記述していない。
【0009】
図1は、本発明の一実施形態による、NMOSスイッチと対応する駆動回路とを用いた電力管理システム100の一例を示すブロック図である。電力管理システム100は、一実施形態において、例えばAC/DCアダプタ102および/またはバッテリパック104のような電源から、2つのNMOSスイッチ106および108を介してシステム110までの電力供給を制御するように動作可能である。図1に示すように、システム110のための電源は、出力制御可能AC/DCアダプタ102およびバッテリパック104であってもよく、バッテリパック104は、充電式バッテリパックであってもよい。しかし、システム110のための電源は、例えば固定出力のAC/DCアダプタ、DC「シガレット」タイプアダプタ、バッテリパックなどのような各種の電源のいずれかであってもよい。バッテリパック104は、例えばリチウムイオン、ニッケルカドミウム、ニッケル水素電池などのような、いずれかのタイプの充電式バッテリパックを含んでいてもよい。システム110は、サーバコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末などを含む各種の電子デバイスのいずれかであってもよいが、それらに限定されない。
【0010】
また、一実施形態では、電力管理システム100は、NMOSスイッチ106および108を介してバッテリパック104を充電するため、AC/DCアダプタ102からの電力を制御するように動作可能である。電力管理システム100は、一実施形態ではさらに、システム110の電力供給ステータスとバッテリパック104のステータスとを監視するように動作可能な制御ユニット114を含んでいる。システム110とバッテリパック104とのステータスに応じて、制御ユニット114は、電力管理システム100のための作動モードを選択する。これらのモードには、デフォルトモードと、動作モードと、充電動作モードと、放電モードと、重負荷モードとが含まれるが、それらに限定されない。デフォルトモードでは、NMOSスイッチ106および108はいずれもオフ状態にあり、システム110および電力管理システム100は、それぞれのスイッチ106および108に本質的に内蔵されているボディーダイオード106−1または108−1のいずれか一方を通じてAC/DCアダプタ102またはバッテリパック104(どちらか出力電圧が高い方)によって電力供給される。動作モードでは、NMOSスイッチ106はオンにされ、NMOSスイッチ108はオフにされてもよく、従って、システム110は、スイッチ106を介してAC/DCアダプタ102によって電力供給される。充電モードでは、NMOSスイッチ106および108はいずれもオン状態にあり、従って、AC/DCアダプタ102は、システム110に電力供給すると同時にバッテリパック104を充電してもよい。放電モードでは、NMOSスイッチ106はオフ状態にあって、NMOSスイッチ108はオン状態にあり、従って、システム110は、バッテリパック104から電力を取り出すことができる。重負荷モードでは、スイッチ106および108はいずれもオン状態にあり、従って、AC/DCアダプタ102およびバッテリパック104は、同時に電力を、重い負荷を有する(例えばシステム110の電力要求条件がAC/DCアダプタ102の出力定格より大きい)システム110に供給できる。
【0011】
それぞれの作動モードでは、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106および108のコンダクタンスステータスを制御するために、かつ、AC/DCアダプタ102の出力(例えば出力電流、出力電圧、および/または出力電力)を制御するために、制御信号(例えばスイッチ制御信号114−1および114−2)を生成してもよい。本明細書で前述したように、NMOSスイッチは、そのソース端子での電圧レベルを上回る電圧レベルを有する駆動信号を必要とすることがある。従って、一実施形態では、NMOSスイッチ106および108を駆動する適切な駆動信号を生成するように駆動回路112が構成されることにより、NMOSスイッチ106および108が完全にオンにされたりオフにされたりしてもよい。
【0012】
また、他の実施形態では、電力管理システム100は、複数の電源および/または複数のバッテリパックからシステム110への電力供給を、複数のNMOSスイッチと対応する駆動回路とを用いて制御してもよい。さらに、複数のNMOSスイッチを用いて、電力管理システム100は、複数のバッテリパックを同時にまたは個別に充電してもよい。
【0013】
図1に示すように、NMOSスイッチ106および108はそれぞれ、2つの検出抵抗器118および120を介して共通ノードに接続されている。一実施形態では、AC/DCアダプタ102および/またはバッテリパック104からの電力供給は、共通ノード116を介してシステム110へ供給される。一実施形態では、NMOSスイッチ106および108のコンダクタンスステータスは、制御ユニット114によって生成される2つのスイッチ制御信号114−1および114−2によって制御される。一実施形態では、駆動回路112を用いてスイッチ制御信号114−1および114−2がそれぞれ適切な駆動信号112−1および112−2に変換される。
【0014】
一実施形態では、駆動回路112は、2つの駆動器124−1および124−2を含んでおり、それらはそれぞれ、制御ユニット114と、NMOSスイッチ106および108との間に接続される。また、駆動器124−1および124−2に加えて、チャージポンプユニット122も駆動回路112に含まれている。一実施形態では、チャージポンプユニット122は、2つの入力端子122−1および122−2と2つの出力端子122−3および122−4とを有している。入力端子122−1および122−2はそれぞれ、AC/DCアダプタ102の出力端子およびバッテリパック104の出力端子に接続されている。出力端子122−3および122−4はそれぞれ、駆動器124−1および124−2に接続されている。チャージポンプユニット122は、電源電圧より大きい電圧をチャージポンプユニット122の入力端子122−1および122−2から生成するように動作可能である。一実施形態では、チャージポンプユニット122の電源電圧は、AC/DCアダプタ102の出力電圧(Vad)およびバッテリパック104の出力電圧(Vbatt)であってもよい。従って、チャージポンプユニット122は、Vadの電圧レベルより高い電圧レベルを有する出力信号を出力端子122−3で駆動器124−1に提供することができる。また、Vbattの電圧レベルより高い電圧レベルを有するもう1つの出力信号を出力端子122−4で出力して、駆動器124−2に提供することもできる。従って、駆動器124−1および124−2はそれぞれ、チャージポンプユニット122の出力信号を受信して、NMOSスイッチ106および108を完全にオン/オフにするのに適した出力電圧レベルを有する駆動信号112−1および112−2を生成する。駆動器124−1または124−2が制御ユニット114からスイッチ制御信号を受信すると、駆動器124−1または124−2は、NMOSスイッチ106および108を駆動するのに適した電圧レベルを有する駆動信号112−1(または112−2)を提供することができる。
【0015】
図2は、本発明の一実施形態による、電力管理システム100におけるスイッチ制御信号(114−1および114−2)と駆動信号(112−1および112−2)との波形の例を示す図である。図2の例に示すように、スイッチ制御信号114−1(または114−2)は、2つの電圧レベルV0(例えば0ボルト)およびV1(例えば1.8ボルトまたは3.3ボルト)を有している。一実施形態では、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106(または108)をオフにするように駆動回路112に命令するための電圧レベルV0を有するスイッチ制御信号114−1(または114−2)を生成する。また、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106(または108)をオンにするように駆動回路112に命令するための電圧レベルV1を有するスイッチ制御信号114−1(または114−2)を生成してもよい。駆動回路112を用いて、スイッチ制御信号114−1(または114−2)を、駆動信号112−1(または112−2)に変換することができる。図2に示すように、駆動信号112−1は、2つの電圧レベルVad(例えば12ボルト)およびVon1(例えば18ボルト)を有している。駆動信号112−2は、2つの電圧レベルVbatt(例えば4.2ボルト)およびVon2(例えば10ボルト)を有している。一実施形態では、NMOSスイッチ106(または108)は、駆動信号112−1(または112−2)が電圧レベルVad(またはVbatt)を有する場合、完全にオフにされる。一実施形態では、駆動信号112−1(または112−2)が電圧レベルVon1(またはVon2)を有する場合、NMOSスイッチ106(または108)は、完全にオンにされる。従って、チャージポンプユニット122と駆動器124−1および124−2との組み合わせによって、NMOSスイッチ106および108を駆動するのに適した駆動信号112−1および112−2を提供することができる。
【0016】
図1に戻ると、一実施形態では、チャージポンプユニット122は、2つの個別のチャージポンプによって実装されてもよい。例えば、入力端子122−1は、Vadより高い電圧レベルを有する信号を出力端子で生成する第1のチャージポンプの入力であってもよい。入力端子122−2は、Vbattより高い電圧レベルを有する信号を出力端子122−4で生成する第2のチャージポンプの入力であってもよい。また、一実施形態では、チャージポンプユニット122は、出力信号を駆動器124−1または124−2に提供するように動作可能な単一のチャージポンプであってもよい。しかし、別の実施形態では、電力管理システム100において複数のNMOSスイッチが採用される時に複数の駆動器に電圧信号を提供するために、複数の個別のチャージポンプがチャージポンプユニット122の中で用いられてもよい。さらに別の実施形態では、タイムシェアリング方式で複数の駆動器に電圧信号を交互に提供するため、単一のチャージポンプがチャージポンプユニット122の中で用いられてもよい。タイムシェアリング方式では、1つの駆動器のアイドル時間を他の駆動器にサービス提供するように割り当てることによって、チャージポンプユニット122の中の単一のチャージポンプによって提供される電圧信号を複数の駆動器が共有してもよい。
【0017】
一実施形態では、電力管理システム100の電源がオンになる前は、電力管理システム100はデフォルトモードであり、その場合にNMOSスイッチ106および108はいずれもオフ状態にある。電力管理システム100の電源がオンになると、電力をAC/DCアダプタ102および/またはバッテリパック104からシステム110へ供給することができる。NMOSスイッチ106および108はオフ状態にあるが、電力は、NMOSスイッチ106および108に本質的に内蔵されているボディーダイオード106−1および108−1を介して供給することができる。図1に示すように、ボディーダイオード106−1の陽極は本質的にNMOSスイッチ106のソース端子に接続され、陰極はNMOSスイッチ106のドレイン端子に接続されている。また、ボディーダイオード108−1の陽極および陰極はそれぞれ、NMOSスイッチ108のソース端子およびドレイン端子に接続されている。
【0018】
一実施形態では、AC/DCアダプタ102が利用できない場合、システム110および電力管理システム100は、バッテリパック104によって電源がオンにされてもよい。一実施形態では、そのような環境下では、ボディーダイオード108−1は、順バイアスされ、バッテリパック104によって生成される電流は、ボディーダイオード108−1を通してシステム110まで流れてもよい。
【0019】
一実施形態では、ACDCアダプタ102およびバッテリパック104は、同時に存在してもよい。従って、一実施形態では、システム110および電力管理システム100は、ACDCアダプタ102またはバッテリパック104のいずれか一方によって電力供給されてもよい。VadがVbattより高い場合、ボディーダイオード106−1は順バイアスされ、ボディーダイオード108−1は逆バイアスされる。結果として、ACDCアダプタ102によって生成された電流は、ボディーダイオード106−1を通して流れることができる。従って、システム110および電力管理システム100は、ACDCアダプタ102から電力を取り出すことができる。そうでない場合、デフォルトモードでは、VadがVbattより低いならば、ボディーダイオード106−1は逆バイアスされ、ボディーダイオード108−1は順バイアスされ、そしてシステム110および電力管理システム100は、バッテリパック104によって電力供給される。VadがVbattと等しいならば、システム110および電力管理システム100は、ACDCアダプタ102および/またはバッテリパック104から、ランダムに電力を取り出すことができる。
【0020】
システム110および電力管理システム100の電源がオンになった後、制御ユニット114が、システム110の電力供給の管理とバッテリパック104の充電プロセスとを開始する。電力管理システム100およびシステム110の電源がオンになれば、制御ユニット114の制御の下で、NMOSスイッチ106および108を完全にオンにすることができる。NMOSスイッチのオン状態の抵抗は比較的小さいことがあるので、通電中のNMOSスイッチにかかる電圧降下は、そのボディーダイオードの通電閾値を超えないことがありうる。その結果として、ボディーダイオードは、有効な電流を通さない可能性がある。従って、システム110の電源がオンになった後、ACDCアダプタ102および/またはバッテリパック104によって生成される電流は、ボディーダイオード106−1および/または108−1を通って流れないことがありうる。
【0021】
一実施形態では、制御ユニット114は、ACDCアダプタ102およびバッテリパック104のステータスを監視することができる。図1に示すように、制御ユニット114は、3つの検出端子114−3、114−4、114−5を有している。一実施形態では、検出端子114−3は、NMOSスイッチ106のドレイン端子に接続されている。検出端子114−4は、共通ノード116に接続されている。検出端子114−5は、NMOSスイッチ108のドレイン端子に接続されている。検出端子114−3、114−4、114−5を介して、例えば、Vad、VSYS(システム110の入力電圧)、Vbattのような情報を監視することができる。さらに、検出抵抗器118および120についての電圧降下、および、検出抵抗器118および120を通して流れる電流も、検出端子114−3、114−4、114−5からの監視された情報によって得ることができる。例えば、NMOSスイッチ106を通って流れる電流は、検出抵抗器118にかかる電圧降下(Vad−VSYS)を検出抵抗器118の抵抗で除することによって測定することができる。
【0022】
一実施形態では、ACDCアダプタ102およびバッテリパック104のステータスに従って、制御ユニット114は、指定の作動モードに入り、複数の制御信号を生成する。
【0023】
バッテリパック104が電圧不足状態であることを制御ユニット114が検出した場合、制御ユニット114は、充電動作モードに入ってもよく、その場合、AC/DCアダプタ102は、システム110に電力供給して、バッテリパック104を充電する。充電動作モードでは、電圧レベルV1を有するスイッチ制御信号114−1および114−2が、制御ユニット114によって生成される。スイッチ制御信号114−1および114−2を受信した時点で、電圧レベルVon1およびVon2を有する駆動信号112−1および112−2が生成され、それらが次に、NMOSスイッチ106および108をオンにする。また、さらに、AC/DCアダプタ制御信号114−6が、制御ユニット114によって生成されてもよい。一実施形態では、ACDCアダプタ制御信号114−6は、システム110の電力要求条件およびバッテリパック104の充電電力要求条件を満たすため、AC/DCアダプタ102の出力(例えば出力電流、出力電圧、および/または出力電力)を調整してもよい。充電動作モードでは、AC/DCアダプタ102の出力電流は、NMOSスイッチ106を通って共通ノード116まで流れる。次いで、充電電流ICHARGEが、NMOSスイッチ108を通ってバッテリパック104まで流れ、そして、システム電流ISYSが、システム110まで流れる。
【0024】
一実施形態では、バッテリパック104がフル充電されたことを制御ユニット114が検出するまで、充電動作モードが続く。次いで、一実施形態では、制御ユニット114が動作モードに入り、その場合、アダプタ102がシステム110に電力供給する。動作モードでは、制御ユニット114がNMOSスイッチ108をオフにしてNMOSスイッチ106をオンにすることにより、ISYSと等しい電流がNMOSスイッチ106を通ってシステム110まで流れる。NMOSスイッチ108はオフにされ、それによって今度は、バッテリパック104の過充電状態が回避される。
【0025】
一実施形態では、AC/DCアダプタ102が利用できない場合には、システム110および電力管理システム100の適切な動作を維持するため、電力管理デバイス100は放電モードに入る。放電モードでは、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106をオフにしてNMOSスイッチ108をオンにする。従って、バッテリパック104によってシステム110に電力供給することができる。
【0026】
加えて、システム110の電力要求条件がAC/DCアダプタ102の設計電力定格を上回った場合、電力管理システム110は、重負荷モードに入る。重負荷モードでは、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106および108をオンにするためのスイッチ制御信号114−1および114−2を生成することができる。従って、システム110は、同時にAC/DCアダプタ102とバッテリパック104とによって電力供給されることができる。また、システム110の適切な動作を維持するのに十分な電力を提供するために、スイッチ制御信号114−1および114−2に加えて、制御ユニット114はAC/DCアダプタ102の出力を調整することもできる。
【0027】
一実施形態では、有利には、NMOSスイッチは、同じサイズのPMOSスイッチよりオン状態の抵抗が実質的に小さい可能性があるため、NMOSスイッチ106および108によってもたらされる電力損失を減らすことができる。電力管理システム100の各動作モードにおける各NMOSスイッチに関する電力損失は、判定することができる。例えば、各NMOSスイッチのオン状態の抵抗が10ミリオーム(mΩ)であると仮定すると、電力管理システム100は、充電動作モードで作動する(例えば、ISYS=4A、ICHARGE=3Aで、AC/DCアダプタ102の出力電圧は12V)。ゆえに、NMOSスイッチ106に関する電力損失は、およそ0.49Wである(10mΩ×(4A+3A)2=0.49W)。NMOSスイッチ108に関する電力損失は、およそ0.09Wである(10mΩ×(3A)2=0.09W)。従って、NMOSスイッチ106および108に関する総電力損失は、およそ0.58Wである。結果として、一実施形態では、電力管理システム100において、NMOSスイッチ106および108に関する電力損失は、電力管理システム100の電力転送効率が0.7%減少するだけである。有利には、複数のNMOSスイッチが用いられた場合、これらのNMOSスイッチは、電力管理システム100の電力転送効率を大幅に増大させることができる。さらに、NMOSスイッチに関する電力損失は減少するため、全体的な性能と安定性とを高めることができる。
【0028】
図3は、別の実施形態による、NMOSスイッチと、駆動回路と、DC/DCコンバータとが用いられている電力管理システム300の一例のブロック図である。電力管理システム300は、システム326に電力を提供すると同時に、各種の電池を含みうるバッテリパック304を充電するようにも動作可能である。図3に示すように、一実施形態では、電力管理システム300は、2つのNMOSスイッチ306および308と、制御ユニット310と、駆動回路312と、DC/DCコンバータ314とを含んでいる。NMOSスイッチ306および308は、一実施形態では、電源302、例えばAC/DCアダプタおよび/または充電式バッテリパック304からシステム326までの電力供給を制御するように動作可能である。電力管理システム300は、電力管理システム100と同様の機能性を有する。
【0029】
一実施形態では、NMOSスイッチ306のソース端子が、電源302の出力端子に接続されている。NMOSスイッチ306のドレイン端子は、検出抵抗器320を介して共通ノード324に接続されている。NMOSスイッチ308のソース端子とドレイン端子とはそれぞれ、充電式バッテリパック304の出力端子と共通ノード324とに接続されている。図3に示すように、一実施形態では、DC/DCコンバータ314は、共通ノードと、充電式バッテリパック304の出力に一端を接続された検出抵抗器322との間に接続されている。
【0030】
一実施形態では、制御ユニット310は、4つの検出端子310−1、310−2、310−3、310−4を有している。図3に示すように、検出端子310−1乃至310−4はそれぞれ、NMOSスイッチ306のドレイン端子、共通ノード324、DC/DCコンバータの出力端子、および充電式バッテリパック304の出力端子に接続されている。一実施形態では、電源302および充電式バッテリパック304のステータスを検出することによって、制御ユニット310は、NMOSスイッチ306および308のコンダクタンスステータスを制御することができる。
【0031】
一実施形態では、充電式バッテリパック304が電圧不足状態であることを制御ユニット310が検出した場合、制御ユニット310は、NMOSスイッチ306をオンにしてNMOSスイッチ308をオフにしてもよい。DC/DCコンバータ314は、電源302の出力電圧を受け取って、それをバッテリパック304を充電するのに適した電圧に変換する。変換された電圧は、さらに、充電式バッテリパック304を充電するのに用いられてもよい。DC/DCコンバータ314には、降圧型コンバータ、昇圧型コンバータ、または降圧−昇圧コンバータが含まれうるが、それらに限定されない。例えば、電源302の出力電圧レベルが、充電式バッテリパック304が必要とする充電電圧より低い場合、昇圧型コンバータが用いられてもよい。また、電源302の出力電圧レベルがバッテリパック304の最大充電電圧より高い場合、降圧型コンバータが用いられてもよい。有利には、電力管理システム300は、電力転送効率を高め、そして、各種の電源および充電式バッテリパックと共に用いられてもよい。
【0032】
図4は、本発明の一実施形態による、システムへの電力供給を制御するための方法のフローチャートである。ブロック400では、システムへの電力供給を制御するため、システムのステータスが監視されてもよい。一実施形態では、ブロック402で、システムの入力電流(または電圧)およびシステム内のバッテリパックの出力電圧が監視されてもよい。監視されたシステムのステータスに従って、システムの電力要求条件が判定されてもよい。ブロック404では、システムの電力要求条件が満たされている場合、システムのステータスがさらに監視されてもよい。システムの電力要求条件が満たされていない場合、ブロック406で複数の制御信号が生成および/または調整されてもよい。一実施形態では、前述の複数の制御信号は、複数のNMOSスイッチのコンダクタンスステータスを制御するのに用いられうる複数のNMOSスイッチ制御信号であってもよい。一実施形態では、前述の複数のNMOSスイッチの各々は、電源とシステムとの間に接続されてもよい。システムに十分な電力を提供するため、複数のNMOSスイッチ制御信号を用いて、1つ以上のNMOSスイッチがオンにされてもよい。ブロック408では、前述の複数の制御信号がさらに、NMOSスイッチを完全にオン/オフにするのに適した駆動能力を有する駆動信号に変換されてもよい。一実施形態では、NMOSスイッチを完全にオン/オフにするため、NMOSスイッチ制御信号が、NMOSスイッチの電源電圧より高い電圧レベルを有する駆動電圧に変換されてもよい。ブロック410では、複数の駆動信号を用いて、システムに十分な電力を提供するためにシステムの複数のNMOSスイッチが完全にオン/オフにされてもよい。一実施形態では、チャージポンプユニットを含む駆動回路を用いて、複数の制御信号が複数の駆動信号に変換されてもよい。ブロック412では、複数のNMOSスイッチのコンダクタンスステータスを制御することに加えて、複数の電源の出力(例えば出力電力、出力電流または出力電圧)を制御するため、複数の電源出力制御信号が生成されてもよい。一実施形態では、電源出力制御信号が、電源の出力電圧を調整してもよい。ブロック414で、複数の出力制御信号を用いて、システムに供給される出力電力が、システムの電力要求条件に従って調整されてもよい。
【0033】
一実施形態では、電力管理システムは、電力を選択するための電力選択スイッチと、電力管理システムの電力変換を制御するために高圧側スイッチと低圧側スイッチとを交互にオンにする制御器とを含んでいる。そのような一実施形態では、電力選択スイッチと、制御器と、高圧側スイッチと、低圧側スイッチとが、1つのパッケージに統合されている。電力選択スイッチと高圧側スイッチとは、共通ノードを共有しており、従って、それらはパッケージの1つのピンを共有することができる。有利には、共通ノードを共有することによって、スイッチと制御器とを、よりコンパクトにパッケージに統合することができる。加えて、電力管理システムのためのプリント基板のサイズ、コスト、電力消費を削減することができる。
【0034】
図5は、本発明の一実施形態による、電力管理システム500の一例の回路図である。電力管理システム500は、アダプタ504と、電力制御回路部502と、バッテリパック510と、システム負荷534とを有する。バッテリパック510は、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、鉛酸蓄電池、太陽電池など、いずれかのタイプの充電式バッテリを含みうる。電力制御回路部502は、アダプタ504とバッテリパック510とシステム負荷534との間の電力フローを制御する。
【0035】
図5に示すように、電力制御回路部502は、第1のスイッチ512(例えば電力選択スイッチ)と、第2のスイッチ514(例えば電力選択スイッチ)と、第3のスイッチ516(例えば高圧側スイッチ)と、第4のスイッチ518(例えば低圧側スイッチ)とを含んでいる。第1のスイッチ512は、第1の転送端子512A(例えばドレインまたはソース)と、転送端子512B(例えばソースまたはドレイン)と、制御端子512G(例えばゲート)と、ボディーダイオード522とを含んでいる。第2のスイッチ514は、第2の転送端子514A(例えばドレインまたはソース)と、転送端子514B(例えばソースまたはドレイン)と、制御端子514G(例えばゲート)と、ボディーダイオード524とを含んでいる。第3のスイッチ516は、第3の転送端子516A(例えばドレインまたはソース)と、転送端子516B(例えばソースまたはドレイン)と、制御端子516G(例えばゲート)と、ボディーダイオード526とを含んでいる。第1の転送端子512Aと第2の転送端子514Aと第3の転送端子516Aとは、共通ノード530に接続されている。また、ボディーダイオード522、524、526の各陰極も、共通ノード530に接続されている。加えて、第4のスイッチ518は、第3のスイッチ516の転送端子516Bに陰極が接続されたボディーダイオード528を含んでいる。第1のスイッチ512と第2のスイッチ514とは、異なる電源、例えばアダプタ504およびバッテリパック510から電力を選択するのに用いられてもよい。第3のスイッチ516と第4のスイッチ518とは、電力を変換するのに用いられてもよい。電力制御回路部502はさらに、スイッチ512、514、516、518を制御するためにスイッチ512、514、516、518の制御端子に接続された制御器520を含んでいる。
【0036】
制御器520は、第1のスイッチ512が電力をアダプタ504からシステム負荷534まで共通ノード530を介して転送するように、スイッチ512、514、516、518を制御することができる。例えば、制御器520は、第1のスイッチ520をオンにしてスイッチ514、516、518をオフにする。従って、アダプタ504からの供給電流が、第1のスイッチ512および共通ノード530を通ってシステム負荷534まで流れることができる。また、制御器520は、第2のスイッチ514が電力をバッテリパック510からシステム負荷534まで共通ノード530を介して転送するように、スイッチ512、514、516、518を制御することができる。例えば、制御器520は、第2のスイッチ514をオンにしてスイッチ512、516、518をオフにする。従って、バッテリパック510からの供給電流は、第2のスイッチ514および共通ノード530を通ってシステム負荷534まで流れることができる。また、制御器520は、スイッチ512および514をオンにしてスイッチ516および518をオフにすることができる。従って、アダプタ504とバッテリパック510とが並行して、共通ノード530を介してシステム負荷534に電力供給することができる。
【0037】
また、制御器520は、第1のスイッチ512および第2のスイッチ514が、共通ノード530を介してバッテリパック510を充電するために電力をアダプタ504から転送するように、スイッチ512、514、516、518を制御することができる。例えば、制御器520は、第2のスイッチ514をオンにしてスイッチ512、516、518をオフにする。アダプタ504からの充電電流は、第1のスイッチ512のボディーダイオード522と、共通ノード530と、第2のスイッチ514のドレイン−ソースチャネルとを通ってバッテリパック510まで流れることができる。別の例では、制御器520は、スイッチ512および514をオンにしてスイッチ516および518をオフにする。アダプタ504からの充電電流は、第1のスイッチ512のボディーダイオード522とドレイン−ソースチャネルとを両方通って、共通ノード530を通って、第2のスイッチ514のドレイン−ソースチャネルを通って、バッテリパック510まで流れることができる。
【0038】
加えて、制御器520と、スイッチ516および518と、誘導器506と、キャパシタ508とが、直流から直流への(DC/DC)変換回路部として、例えば、降圧回路、昇圧回路、または降圧−昇圧回路として動作してもよい。制御器520は、負荷サイクルを用いて周期的に第3のスイッチ516をオンにすることによって、DC/DC変換回路部によって行われる電力変換を制御してもよい。また、制御器520は、第3のスイッチ516の負荷サイクルを調整することによって、電力管理システム500の出力電力、例えば共通ピン532(P3と示した)での出力電力またはピンP4での出力電力を、調整してもよい。
【0039】
詳細には、一実施形態では、制御器520がスイッチ512、514、516を制御することにより、例えば降圧変換回路として動作する変換回路部が、例えばバッテリパック510を充電するために入力電力、例えば入力電圧および/または入力電流を、アダプタ504から共通ノード530を介して受信し、そして入力電力を出力電力に、例えば出力電圧および/または出力電流に変換する。制御器520は、第1のスイッチ512をオンにして第2のスイッチ514をオフにし、そして、パルス幅変調(PWM)信号を生成してスイッチ516および518を交互にオンにしてもよい。制御器520は、PWM信号の負荷サイクル、例えば第3のスイッチ516の負荷サイクルを増やすことによって、バッテリパック510への出力電力を増やしてもよいし、あるいは、負荷サイクルを減らすことによって出力電力を減らしてもよい。別の実施形態では、制御器520がスイッチ512、514、516、518を制御することにより、例えば昇圧変換回路として動作する変換回路部が、入力電力、例えば入力電圧および/または入力電流を、バッテリパック510から受信し、そして入力電力を出力電力に、例えば出力電圧および/または出力電流に変換して、共通ノードを介して出力電力をシステム負荷534に転送する。制御器520は、スイッチ512、514をオフにし、そして、パルス幅変調(PWM)信号を生成してスイッチ516および518を交互にオンにする。制御器520はPWM信号の負荷サイクル、例えば第3のスイッチ516の負荷サイクルを増やすことによって、システム負荷534への出力電力を減らしてもよいし、あるいは、負荷サイクルを減らすことによって出力電力を増やしてもよい。
【0040】
一実施形態では、スイッチ512、514、516、518と制御器520とが、1つのパッケージに統合されている。第1のスイッチ512の第1の転送端子512Aと、第2のスイッチ514の第2の転送端子514Aと、第3のスイッチ516の第3の転送端子516Aとが、共通ノード530に直接接続されている。詳細には、第1の転送端子512Aと共通ノード530との間の抵抗RTC1と、第2の転送端子514Aと共通ノード530との間の抵抗RTC2と、第3の転送端子516Aと共通ノード530との間の抵抗RTC3とは、実質的にゼロに等しい。本明細書で用いられる「実質的にゼロに等しい」とは、共通ノード530と転送端子512A、514A、516Aとの間の抵抗が比較的小さくて、無視できることを意味する。一例として、スイッチ512、514、および516、例えば金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)は、同じ半導体回路基板、例えばnタイプ回路基板上に製作することができる。半導体回路基板は、転送端子512A、514A、516A、例えばスイッチ512、514、516のドレインを含んでおり、また共通ノード530も含んでいる。この例では、抵抗RTC1と、RTC2と、RTC3とは、ゼロであるか、実質的にゼロに等しいと考えられる。別の例では、転送端子512A、514A、または516Aは、結合線、例えば金属線、金線、アルミニウム線などを介して共通ノード530に接続されている。この例でも、抵抗RTC1と、RTC2と、RTC3とは、ゼロであるか、実質的にゼロに等しいと考えられる。
【0041】
有利には、例えば電力を選択するための第1のスイッチ512と、例えば電力を選択するための第2のスイッチ514と、例えば電力を変換するための第3のスイッチ516とは、共通ノード530を共有している。従って、電力制御回路部502の中の回路、例えば制御器520およびスイッチ512、514、516、518は、一層コンパクトにパッケージとして統合することができる。加えて、第1のスイッチ512と、第2のスイッチ514と、第3のスイッチ516とは、共通ピン532を共有している。従って、電力制御回路部502のためのプリント基板のサイズは、減らすことができる。また、電力制御回路部502についてのコストおよび電力消費も減らすことができる。
【0042】
図6Aは、本発明の一実施形態による、スイッチ(例えばスイッチ512、514、516)および共通ノード530の例である配線図の符号636Aおよび638Aを図示している。図6Aは、図5と組み合わせて記述する。符号636Aは、スイッチの断面を示す図である。符号638Aは、スイッチの回路モデルを示す図である。符号636Aのスイッチは、垂直チャネルU型MOSFETであるが、本発明はそれに限定されない。スイッチは、例えばU型MOSFET、V型MOSFET、二重拡散型MOSFETなど、いかなるタイプの垂直チャネルMOSFETであってもよい。また、スイッチは、表面チャネルMOSFETであってもよい。
【0043】
一実施形態では、スイッチは、nチャネルMOSFET(NMOSFET)である。詳細には、符号636Aおよび638Aに示すように、「D」と示した端子がドレインを表し、「S」と示した端子がソースを表し、「G」と示した端子がゲートを表す。スイッチには、n型半導体ウェル640(以下、本明細書ではn−ウェル640)と、p型半導体ウェル642(以下、本明細書ではp−ウェル642)と、n型半導体レイヤ644(以下、本明細書ではn−レイヤ644)と、n型半導体基板646(以下、本明細書ではn−基板646)とが含まれる。スイッチの閾値電圧より高いゲート‐ソース電圧が端子GおよびSに適用される時、n−ウェル640がn−レイヤ644に接続される。従って、n−ウェル640とn−レイヤ644とn−基板646とが、n型半導体チャネル(nチャネル)を形成する。
【0044】
加えて、p−ウェル642とn−レイヤ644とがボディーダイオードを形成し、ボディーダイオードの陰極がn−基板646に接続される。従って、そのような一実施形態では、n−基板646が共通ノード530に接続される。
【0045】
図6Bは、本発明の別の実施形態による、スイッチ(例えばスイッチ512、514、516)および共通ノード530の例である配線図の符号636Bおよび638Bを図示している。図6Bは、図5と組み合わせて記述する。符号636Bは、スイッチの断面を示す図である。符号638Bは、スイッチの回路モデルを示す図である。符号636Bのスイッチは、垂直チャネルU型MOSFETであるが、本発明はそれに限定されない。スイッチは、例えばU型MOSFET、V型MOSFET、二重拡散型MOSFETなど、いかなるタイプの垂直チャネルMOSFETであってもよい。また、スイッチは、表面チャネルMOSFETであってもよい。
【0046】
一実施形態では、スイッチは、pチャネルMOSFET(PMOSFET)である。詳細には、符号636Bおよび638Bに示すように、「D」と示した端子がドレインを表し、「S」と示した端子がソースを表し、「G」と示した端子がゲートを表す。スイッチには、p−ウェル650と、n−ウェル652と、p−レイヤ654と、p−基板656とが含まれる。スイッチの閾値電圧より低いゲート‐ソース電圧が端子GおよびSに適用される時、p−ウェル650がp−レイヤ654に接続される。従って、p−ウェル650とp−レイヤ654とp−基板656とが、p型半導体チャネル(pチャネル)を形成する。
【0047】
加えて、n−ウェル652とp−レイヤ654とがボディーダイオードを形成し、ボディーダイオードの陰極がp−ウェル650に接続される。従って、そのような一実施形態では、p−ウェル650が共通ノード530に接続される。
【0048】
図7は、本発明の一実施形態による、電力制御回路部502‘の一例の配線図である。図7は、図5および図6Aと組み合わせて記述する。一実施形態では、電力制御回路部502’の構造が、電力制御回路部502に適用される。一実施形態では、制御器520およびスイッチ512、514、516、518が、パッケージに統合され、例えば、非導電基板760に接続またははんだ付けされる。
【0049】
図7の例では、第1のスイッチ512と、第2のスイッチ514と、第3のスイッチ516とは、NMOSFETであり、図6Aに示す構造と同様の構造を有しうる。従って、第1のスイッチ512と、第2のスイッチ514と、第3のスイッチ516とは、共通の半導体基板730、例えばn型半導体基板上に製作されてもよい。この例では、半導体基板730は、第1のスイッチ512の第1の転送端子512A、例えばドレインと、第2のスイッチ514の第2の転送端子514A、例えばドレインと、第3のスイッチ516の第3の転送端子516A、例えばドレインとを含んでいる。また、半導体基板730は、共通ノード530も含んでいる。
【0050】
詳細には、図7に示すように、第1のスイッチ512のソースは512Sと示され、第1のスイッチ512のゲートは512Gと示されている。第2のスイッチ514のソースは514Sと示され、第2のスイッチ514のゲートは514Gと示されている。第3のスイッチ516のソースは516Sと示され、第3のスイッチ516のゲートは516Gと示されている。スイッチ512、514、516のドレインは、半導体基板730に含まれている。第1のスイッチ512のソース512Sは、例えばアダプタ504のための電力を転送するピンP1に接続されている。第2のスイッチ514のソース514Sは、例えばバッテリパック510のための電力を転送するピンP2に接続されている。第3のスイッチ516のソース516Sは、例えば電力制御回路部502のための電力を転送するピンP4に接続されている。制御器520は、スイッチ512、514、516を制御するためのゲート512G、514G、516Gに接続されている。さらに、半導体基板730は、例えば、結合線(例えば金属線、金線、アルミニウム線など)を介して、アダプタ504、バッテリパック510、電力制御回路部502、およびシステム負荷534のための電力を転送する共通ピン532に接続されている。
【0051】
有利には、第1のスイッチ512と、第2のスイッチ514と、第3のスイッチ516とは、半導体基板を共有する。電力制御回路部502’は、一層コンパクトに統合することができる。プリント基板のサイズだけでなくコストおよび電力消費もさらに削減される。
【0052】
図8A乃至8Dは、本発明のその他の実施形態による、電力制御回路部の例502A、502B、502C,502Dの配線図である。図8A乃至8Dについて、図5、図6Aおよび図6Bと組み合わせて記述する。
【0053】
図8Aの例において、第1のスイッチ512および第2のスイッチ514はNMOSFETであり、第3のスイッチ516はPMOSFETである。第1のスイッチ512および第2のスイッチ514は、スイッチ512および514の例えばドレインである転送端子512Aおよび514Aを含めて、共通の半導体基板832上に製作することができる。半導体基板832は、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。また、第3のスイッチ516のソース516Sも、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。加えて、第1のスイッチ512のソース512SはピンP1に接続され、第1のスイッチ512のソース514SはピンP2に接続され、第3のスイッチ516のドレイン、例えばp型半導体基板は、ピンP4に接続されている。
【0054】
図8Bの例において、第2のスイッチ514および第3のスイッチ516はNMOSFETであり、第1のスイッチ512はPMOSFETである。第2のスイッチ514および第3のスイッチ516は、スイッチ514および516の例えばドレインである転送端子514Aおよび516Aを含めて、共通の半導体基板834上に製作することができる。半導体基板834は、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。また、第1のスイッチ512のソース512Sも、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。加えて、第1のスイッチ512のドレイン、例えばp型半導体基板は、ピンP1に接続され、第2のスイッチ514のソース514Sは、ピンP2に接続され、第3のスイッチ516のソース516Sは、ピンP4に接続されている。
【0055】
図8Cの例において、第1のスイッチ512および第3のスイッチ516はNMOSFETであり、第2のスイッチ514はPMOSFETである。第1のスイッチ512および第3のスイッチ516は、スイッチ512および516の例えばドレインである転送端子512Aおよび516Aを含めて、共通の半導体基板836上に製作することができる。半導体基板836は、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。また、第2のスイッチ514のソース514Sも、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。加えて、第1のスイッチ512のソース512Sは、ピンP1に接続され、第3のスイッチ516のソース516Sは、ピンP4に接続され、第2のスイッチ514のドレイン、例えばp型半導体基板は、ピンP2に接続されている。
【0056】
図8Dの例において、第1のスイッチ512、第2のスイッチ514、および第3のスイッチ516は、PMOSFETである。ソース512S、514S、516Sはそれぞれ、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。スイッチ512、514および第3のスイッチ516のドレイン、例えばp型半導体基板は、ピンP1、P2、P4にそれぞれ接続されている。
【0057】
図9は、本発明の一実施形態による、電力管理システムについての製造ステップの例を示す図である。図9について、図5、図6Aおよび6B、図7、図8A、8B、8C、8Dと組み合わせて記述する。
【0058】
ブロック902で、第1のスイッチ512の第1の転送端子512Aが共通ノード530に接続される。ブロック904で、第2のスイッチ514の第2の転送端子514Aが共通ノード530に接続される。ブロック906で、第3のスイッチ516の第3の転送端子516Aが共通ノード530に接続される。
【0059】
第3のスイッチ516は、例えば制御器520によって、周期的にオンにされることによって、電力変換を制御するように動作可能である。第1の転送端子512Aと共通ノード530との間の抵抗RTC1と、第2の転送端子514Aと共通ノード530との間の抵抗RTC2と、第3の転送端子516Aと共通ノード530との間の抵抗RTC3とは、実質的にゼロに等しい。
【0060】
図10は、本発明の一実施形態による、電力管理システム500によって行われる動作の例を示す図である。図10について、図5、図6Aおよび6B、図7、図8A、8B、8C、8Dと組み合わせて記述する。
【0061】
ブロック1002で、第1のスイッチ512が、第1のスイッチ512の第1の端子512Aを介して電力を転送する。
【0062】
ブロック1004で、第2のスイッチ514が、第2のスイッチ514の第2の端子514Aを介して電力を転送する。
【0063】
ブロック1006で、制御器520が、第3のスイッチ516を周期的にオンにすることによって、電力変換を制御する。詳細には、制御器520が、第3のスイッチ516と第4のスイッチ518とを交互に周期的にオンにすることによって、電力変換を制御する。第1の転送端子512Aと、第2の転送端子514Aと、第3の転送端子516Aとが、共通ノード116に直接接続されている。言い換えると、第1の転送端子512Aと共通ノード530との間の抵抗と、第2の転送端子514Aと共通ノード530との間の抵抗と、第3の転送端子516Aと共通ノード530との間の抵抗とは、実質的にゼロに等しい。
【0064】
要約すると、本発明による諸実施形態が、電力管理システムを提供する。電力管理システムは、異なる電源から電力を選択するための第1のスイッチと第2のスイッチとを含んでいる。また、電力管理システムは、電力を変換するための第3のスイッチと第4のスイッチとを含んでいる。第1、第2、および第3のスイッチは、共通ノード/ピンを共有しているため、PCBサイズ、コスト、電力消費が削減される。ボディーダイオードがスイッチの中に存在しているため、スイッチを、スイッチのタイプに応じて異なるかたちでパッケージとして統合することができる。第1、第2、および第3のスイッチがNMOSFETである場合、それらを、共通の半導体基板、例えば共通ノード上に製作することができる。第1、第2、第3のスイッチのうちの1つがPMOSFETである場合、そのスイッチは他の2つのスイッチと切り離されてもよく、スイッチの半導体ウェル、例えばp−ウェルが、結合線によって共通ノードに接続されてもよい。電力管理システムは、例えば携帯用メディアプレーヤ、携帯電話、携帯用コンピュータ、電気自動車のような、多くの用途で用いることができる。
【0065】
前述の記述および図面は本発明の実施形態を表すものだが、各種の付加形態、修正形態、代替形態が、添付の請求項の中で定義される本発明の原理の精神と範囲とから逸脱することなく本発明の中で行われうることは理解されるであろう。特定の環境や動作要件に具体的に適合された、本発明の実施において用いられる形態、構造、装置、割合、材料、要素、コンポ―ネント、その他の多くの修正と共に、本発明の原理から逸脱することなく本発明が用いられうることを、当業者であれば理解するであろう。従って、本開示による実施形態は、あらゆる点で例示的であって限定的ではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれらの法的均等物によって示されており、前述の記述に限定されない。
【符号の説明】
【0066】
102 ACDCアダプタ
112−1 駆動信号
112−2 駆動信号
114 制御ユニット
114−1 スイッチ制御信号
114−2 スイッチ制御信号
122 チャージポンプユニット
124−1 駆動器
124−2 駆動器
302 ACDCアダプタ
310 制御ユニット
314 DCDCコンバータ
504 アダプタ
520 制御器
534 システム負荷
【技術分野】
【0001】
本願は、2007年12月20日に出願された米国仮特許出願第61/008,427号の優先権を主張する、2008年12月17日に出願され、発明の名称を「Power Management Systems with Charge Pumps(チャージポンプを備えた電力管理システム)」とする米国特許出願第12/336,783の一部継続出願であり、それら両方が引用によりそのまま本願明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
電力管理システム、電力変換システムのような多くの分野では、集積回路が広く利用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
コンパクトなパッケージ、小型のプリント基板、低コスト、低電力消費であるような集積回路が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0004】
一実施形態において、電力管理システムが、第1のスイッチと、第2のスイッチと、第1および第2のスイッチに接続された制御器とを含んでいる。第1のスイッチは、第1の転送端子を有する。第2のスイッチは、第2の転送端子を有する。制御器は、第3のスイッチを周期的にオンにすることによって、電力変換を制御する。第1および第2の転送端子、ならびに、第3のスイッチの第3の転送端子は、共通ノードに接続されている。第1の転送端子と共通ノードとの間の抵抗と、第2の転送端子と共通ノードとの間の抵抗と、第3の転送端子と共通ノードとの間の抵抗とは、実質的にゼロに等しい。
【0005】
下記の詳細記述が進むにつれて、また、図面を参照すれば、請求項に記載された発明の実施形態の特徴および利点が明らかになるであろう。図面中、類似の番号は類似の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】本発明の一実施形態による、電力管理システムの一例のブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態による、スイッチ制御信号と駆動信号との波形の例を示す図である。
【図3】本発明の別の実施形態による、電力管理システムの一例のブロック図である。
【図4】本発明の別の実施形態による、電源を制御する方法のフローチャートである。
【図5】本発明の一実施形態による、電力管理システムの一例の回路図である。
【図6A】本発明の実施形態による、スイッチと共通ノードとの例の配線図である。
【図6B】本発明の実施形態による、スイッチと共通ノードとの例の配線図である。
【図7】本発明の一実施形態による、電力制御回路部の一例の配線図である。
【図8A】本発明の実施形態による、電力制御回路部の例の配線図である。
【図8B】本発明の実施形態による、電力制御回路部の例の配線図である。
【図8C】本発明の実施形態による、電力制御回路部の例の配線図である。
【図8D】本発明の実施形態による、電力制御回路部の例の配線図である。
【図9】本発明の一実施形態による、電力管理システムを製造するステップの例を示す図である。
【図10】本発明の一実施形態による、電力管理システムによって行われる動作の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。本発明について、これらの実施形態に関連して記述するが、本発明をこれらの実施形態に限定する意図はないことは理解されるであろう。逆に、本発明は、代替形態、修正形態、同等形態もカバーすることが意図されており、それらは、添付の請求項によって定義される本発明の精神と範囲とに含まれうる。
【0008】
さらに、下記の本発明の詳細記述において、本発明の完全な理解を提供することを目的として数々の特定の詳細が述べられている。しかし、当業者であれば、これらの特定の詳細がなくても本発明が実施されうることは理解するであろう。他の例では、周知の方法、手順、コンポーネント、および回路は、本発明の態様を不要に分かりにくくしないようにするため、詳細には記述していない。
【0009】
図1は、本発明の一実施形態による、NMOSスイッチと対応する駆動回路とを用いた電力管理システム100の一例を示すブロック図である。電力管理システム100は、一実施形態において、例えばAC/DCアダプタ102および/またはバッテリパック104のような電源から、2つのNMOSスイッチ106および108を介してシステム110までの電力供給を制御するように動作可能である。図1に示すように、システム110のための電源は、出力制御可能AC/DCアダプタ102およびバッテリパック104であってもよく、バッテリパック104は、充電式バッテリパックであってもよい。しかし、システム110のための電源は、例えば固定出力のAC/DCアダプタ、DC「シガレット」タイプアダプタ、バッテリパックなどのような各種の電源のいずれかであってもよい。バッテリパック104は、例えばリチウムイオン、ニッケルカドミウム、ニッケル水素電池などのような、いずれかのタイプの充電式バッテリパックを含んでいてもよい。システム110は、サーバコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末などを含む各種の電子デバイスのいずれかであってもよいが、それらに限定されない。
【0010】
また、一実施形態では、電力管理システム100は、NMOSスイッチ106および108を介してバッテリパック104を充電するため、AC/DCアダプタ102からの電力を制御するように動作可能である。電力管理システム100は、一実施形態ではさらに、システム110の電力供給ステータスとバッテリパック104のステータスとを監視するように動作可能な制御ユニット114を含んでいる。システム110とバッテリパック104とのステータスに応じて、制御ユニット114は、電力管理システム100のための作動モードを選択する。これらのモードには、デフォルトモードと、動作モードと、充電動作モードと、放電モードと、重負荷モードとが含まれるが、それらに限定されない。デフォルトモードでは、NMOSスイッチ106および108はいずれもオフ状態にあり、システム110および電力管理システム100は、それぞれのスイッチ106および108に本質的に内蔵されているボディーダイオード106−1または108−1のいずれか一方を通じてAC/DCアダプタ102またはバッテリパック104(どちらか出力電圧が高い方)によって電力供給される。動作モードでは、NMOSスイッチ106はオンにされ、NMOSスイッチ108はオフにされてもよく、従って、システム110は、スイッチ106を介してAC/DCアダプタ102によって電力供給される。充電モードでは、NMOSスイッチ106および108はいずれもオン状態にあり、従って、AC/DCアダプタ102は、システム110に電力供給すると同時にバッテリパック104を充電してもよい。放電モードでは、NMOSスイッチ106はオフ状態にあって、NMOSスイッチ108はオン状態にあり、従って、システム110は、バッテリパック104から電力を取り出すことができる。重負荷モードでは、スイッチ106および108はいずれもオン状態にあり、従って、AC/DCアダプタ102およびバッテリパック104は、同時に電力を、重い負荷を有する(例えばシステム110の電力要求条件がAC/DCアダプタ102の出力定格より大きい)システム110に供給できる。
【0011】
それぞれの作動モードでは、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106および108のコンダクタンスステータスを制御するために、かつ、AC/DCアダプタ102の出力(例えば出力電流、出力電圧、および/または出力電力)を制御するために、制御信号(例えばスイッチ制御信号114−1および114−2)を生成してもよい。本明細書で前述したように、NMOSスイッチは、そのソース端子での電圧レベルを上回る電圧レベルを有する駆動信号を必要とすることがある。従って、一実施形態では、NMOSスイッチ106および108を駆動する適切な駆動信号を生成するように駆動回路112が構成されることにより、NMOSスイッチ106および108が完全にオンにされたりオフにされたりしてもよい。
【0012】
また、他の実施形態では、電力管理システム100は、複数の電源および/または複数のバッテリパックからシステム110への電力供給を、複数のNMOSスイッチと対応する駆動回路とを用いて制御してもよい。さらに、複数のNMOSスイッチを用いて、電力管理システム100は、複数のバッテリパックを同時にまたは個別に充電してもよい。
【0013】
図1に示すように、NMOSスイッチ106および108はそれぞれ、2つの検出抵抗器118および120を介して共通ノードに接続されている。一実施形態では、AC/DCアダプタ102および/またはバッテリパック104からの電力供給は、共通ノード116を介してシステム110へ供給される。一実施形態では、NMOSスイッチ106および108のコンダクタンスステータスは、制御ユニット114によって生成される2つのスイッチ制御信号114−1および114−2によって制御される。一実施形態では、駆動回路112を用いてスイッチ制御信号114−1および114−2がそれぞれ適切な駆動信号112−1および112−2に変換される。
【0014】
一実施形態では、駆動回路112は、2つの駆動器124−1および124−2を含んでおり、それらはそれぞれ、制御ユニット114と、NMOSスイッチ106および108との間に接続される。また、駆動器124−1および124−2に加えて、チャージポンプユニット122も駆動回路112に含まれている。一実施形態では、チャージポンプユニット122は、2つの入力端子122−1および122−2と2つの出力端子122−3および122−4とを有している。入力端子122−1および122−2はそれぞれ、AC/DCアダプタ102の出力端子およびバッテリパック104の出力端子に接続されている。出力端子122−3および122−4はそれぞれ、駆動器124−1および124−2に接続されている。チャージポンプユニット122は、電源電圧より大きい電圧をチャージポンプユニット122の入力端子122−1および122−2から生成するように動作可能である。一実施形態では、チャージポンプユニット122の電源電圧は、AC/DCアダプタ102の出力電圧(Vad)およびバッテリパック104の出力電圧(Vbatt)であってもよい。従って、チャージポンプユニット122は、Vadの電圧レベルより高い電圧レベルを有する出力信号を出力端子122−3で駆動器124−1に提供することができる。また、Vbattの電圧レベルより高い電圧レベルを有するもう1つの出力信号を出力端子122−4で出力して、駆動器124−2に提供することもできる。従って、駆動器124−1および124−2はそれぞれ、チャージポンプユニット122の出力信号を受信して、NMOSスイッチ106および108を完全にオン/オフにするのに適した出力電圧レベルを有する駆動信号112−1および112−2を生成する。駆動器124−1または124−2が制御ユニット114からスイッチ制御信号を受信すると、駆動器124−1または124−2は、NMOSスイッチ106および108を駆動するのに適した電圧レベルを有する駆動信号112−1(または112−2)を提供することができる。
【0015】
図2は、本発明の一実施形態による、電力管理システム100におけるスイッチ制御信号(114−1および114−2)と駆動信号(112−1および112−2)との波形の例を示す図である。図2の例に示すように、スイッチ制御信号114−1(または114−2)は、2つの電圧レベルV0(例えば0ボルト)およびV1(例えば1.8ボルトまたは3.3ボルト)を有している。一実施形態では、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106(または108)をオフにするように駆動回路112に命令するための電圧レベルV0を有するスイッチ制御信号114−1(または114−2)を生成する。また、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106(または108)をオンにするように駆動回路112に命令するための電圧レベルV1を有するスイッチ制御信号114−1(または114−2)を生成してもよい。駆動回路112を用いて、スイッチ制御信号114−1(または114−2)を、駆動信号112−1(または112−2)に変換することができる。図2に示すように、駆動信号112−1は、2つの電圧レベルVad(例えば12ボルト)およびVon1(例えば18ボルト)を有している。駆動信号112−2は、2つの電圧レベルVbatt(例えば4.2ボルト)およびVon2(例えば10ボルト)を有している。一実施形態では、NMOSスイッチ106(または108)は、駆動信号112−1(または112−2)が電圧レベルVad(またはVbatt)を有する場合、完全にオフにされる。一実施形態では、駆動信号112−1(または112−2)が電圧レベルVon1(またはVon2)を有する場合、NMOSスイッチ106(または108)は、完全にオンにされる。従って、チャージポンプユニット122と駆動器124−1および124−2との組み合わせによって、NMOSスイッチ106および108を駆動するのに適した駆動信号112−1および112−2を提供することができる。
【0016】
図1に戻ると、一実施形態では、チャージポンプユニット122は、2つの個別のチャージポンプによって実装されてもよい。例えば、入力端子122−1は、Vadより高い電圧レベルを有する信号を出力端子で生成する第1のチャージポンプの入力であってもよい。入力端子122−2は、Vbattより高い電圧レベルを有する信号を出力端子122−4で生成する第2のチャージポンプの入力であってもよい。また、一実施形態では、チャージポンプユニット122は、出力信号を駆動器124−1または124−2に提供するように動作可能な単一のチャージポンプであってもよい。しかし、別の実施形態では、電力管理システム100において複数のNMOSスイッチが採用される時に複数の駆動器に電圧信号を提供するために、複数の個別のチャージポンプがチャージポンプユニット122の中で用いられてもよい。さらに別の実施形態では、タイムシェアリング方式で複数の駆動器に電圧信号を交互に提供するため、単一のチャージポンプがチャージポンプユニット122の中で用いられてもよい。タイムシェアリング方式では、1つの駆動器のアイドル時間を他の駆動器にサービス提供するように割り当てることによって、チャージポンプユニット122の中の単一のチャージポンプによって提供される電圧信号を複数の駆動器が共有してもよい。
【0017】
一実施形態では、電力管理システム100の電源がオンになる前は、電力管理システム100はデフォルトモードであり、その場合にNMOSスイッチ106および108はいずれもオフ状態にある。電力管理システム100の電源がオンになると、電力をAC/DCアダプタ102および/またはバッテリパック104からシステム110へ供給することができる。NMOSスイッチ106および108はオフ状態にあるが、電力は、NMOSスイッチ106および108に本質的に内蔵されているボディーダイオード106−1および108−1を介して供給することができる。図1に示すように、ボディーダイオード106−1の陽極は本質的にNMOSスイッチ106のソース端子に接続され、陰極はNMOSスイッチ106のドレイン端子に接続されている。また、ボディーダイオード108−1の陽極および陰極はそれぞれ、NMOSスイッチ108のソース端子およびドレイン端子に接続されている。
【0018】
一実施形態では、AC/DCアダプタ102が利用できない場合、システム110および電力管理システム100は、バッテリパック104によって電源がオンにされてもよい。一実施形態では、そのような環境下では、ボディーダイオード108−1は、順バイアスされ、バッテリパック104によって生成される電流は、ボディーダイオード108−1を通してシステム110まで流れてもよい。
【0019】
一実施形態では、ACDCアダプタ102およびバッテリパック104は、同時に存在してもよい。従って、一実施形態では、システム110および電力管理システム100は、ACDCアダプタ102またはバッテリパック104のいずれか一方によって電力供給されてもよい。VadがVbattより高い場合、ボディーダイオード106−1は順バイアスされ、ボディーダイオード108−1は逆バイアスされる。結果として、ACDCアダプタ102によって生成された電流は、ボディーダイオード106−1を通して流れることができる。従って、システム110および電力管理システム100は、ACDCアダプタ102から電力を取り出すことができる。そうでない場合、デフォルトモードでは、VadがVbattより低いならば、ボディーダイオード106−1は逆バイアスされ、ボディーダイオード108−1は順バイアスされ、そしてシステム110および電力管理システム100は、バッテリパック104によって電力供給される。VadがVbattと等しいならば、システム110および電力管理システム100は、ACDCアダプタ102および/またはバッテリパック104から、ランダムに電力を取り出すことができる。
【0020】
システム110および電力管理システム100の電源がオンになった後、制御ユニット114が、システム110の電力供給の管理とバッテリパック104の充電プロセスとを開始する。電力管理システム100およびシステム110の電源がオンになれば、制御ユニット114の制御の下で、NMOSスイッチ106および108を完全にオンにすることができる。NMOSスイッチのオン状態の抵抗は比較的小さいことがあるので、通電中のNMOSスイッチにかかる電圧降下は、そのボディーダイオードの通電閾値を超えないことがありうる。その結果として、ボディーダイオードは、有効な電流を通さない可能性がある。従って、システム110の電源がオンになった後、ACDCアダプタ102および/またはバッテリパック104によって生成される電流は、ボディーダイオード106−1および/または108−1を通って流れないことがありうる。
【0021】
一実施形態では、制御ユニット114は、ACDCアダプタ102およびバッテリパック104のステータスを監視することができる。図1に示すように、制御ユニット114は、3つの検出端子114−3、114−4、114−5を有している。一実施形態では、検出端子114−3は、NMOSスイッチ106のドレイン端子に接続されている。検出端子114−4は、共通ノード116に接続されている。検出端子114−5は、NMOSスイッチ108のドレイン端子に接続されている。検出端子114−3、114−4、114−5を介して、例えば、Vad、VSYS(システム110の入力電圧)、Vbattのような情報を監視することができる。さらに、検出抵抗器118および120についての電圧降下、および、検出抵抗器118および120を通して流れる電流も、検出端子114−3、114−4、114−5からの監視された情報によって得ることができる。例えば、NMOSスイッチ106を通って流れる電流は、検出抵抗器118にかかる電圧降下(Vad−VSYS)を検出抵抗器118の抵抗で除することによって測定することができる。
【0022】
一実施形態では、ACDCアダプタ102およびバッテリパック104のステータスに従って、制御ユニット114は、指定の作動モードに入り、複数の制御信号を生成する。
【0023】
バッテリパック104が電圧不足状態であることを制御ユニット114が検出した場合、制御ユニット114は、充電動作モードに入ってもよく、その場合、AC/DCアダプタ102は、システム110に電力供給して、バッテリパック104を充電する。充電動作モードでは、電圧レベルV1を有するスイッチ制御信号114−1および114−2が、制御ユニット114によって生成される。スイッチ制御信号114−1および114−2を受信した時点で、電圧レベルVon1およびVon2を有する駆動信号112−1および112−2が生成され、それらが次に、NMOSスイッチ106および108をオンにする。また、さらに、AC/DCアダプタ制御信号114−6が、制御ユニット114によって生成されてもよい。一実施形態では、ACDCアダプタ制御信号114−6は、システム110の電力要求条件およびバッテリパック104の充電電力要求条件を満たすため、AC/DCアダプタ102の出力(例えば出力電流、出力電圧、および/または出力電力)を調整してもよい。充電動作モードでは、AC/DCアダプタ102の出力電流は、NMOSスイッチ106を通って共通ノード116まで流れる。次いで、充電電流ICHARGEが、NMOSスイッチ108を通ってバッテリパック104まで流れ、そして、システム電流ISYSが、システム110まで流れる。
【0024】
一実施形態では、バッテリパック104がフル充電されたことを制御ユニット114が検出するまで、充電動作モードが続く。次いで、一実施形態では、制御ユニット114が動作モードに入り、その場合、アダプタ102がシステム110に電力供給する。動作モードでは、制御ユニット114がNMOSスイッチ108をオフにしてNMOSスイッチ106をオンにすることにより、ISYSと等しい電流がNMOSスイッチ106を通ってシステム110まで流れる。NMOSスイッチ108はオフにされ、それによって今度は、バッテリパック104の過充電状態が回避される。
【0025】
一実施形態では、AC/DCアダプタ102が利用できない場合には、システム110および電力管理システム100の適切な動作を維持するため、電力管理デバイス100は放電モードに入る。放電モードでは、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106をオフにしてNMOSスイッチ108をオンにする。従って、バッテリパック104によってシステム110に電力供給することができる。
【0026】
加えて、システム110の電力要求条件がAC/DCアダプタ102の設計電力定格を上回った場合、電力管理システム110は、重負荷モードに入る。重負荷モードでは、制御ユニット114は、NMOSスイッチ106および108をオンにするためのスイッチ制御信号114−1および114−2を生成することができる。従って、システム110は、同時にAC/DCアダプタ102とバッテリパック104とによって電力供給されることができる。また、システム110の適切な動作を維持するのに十分な電力を提供するために、スイッチ制御信号114−1および114−2に加えて、制御ユニット114はAC/DCアダプタ102の出力を調整することもできる。
【0027】
一実施形態では、有利には、NMOSスイッチは、同じサイズのPMOSスイッチよりオン状態の抵抗が実質的に小さい可能性があるため、NMOSスイッチ106および108によってもたらされる電力損失を減らすことができる。電力管理システム100の各動作モードにおける各NMOSスイッチに関する電力損失は、判定することができる。例えば、各NMOSスイッチのオン状態の抵抗が10ミリオーム(mΩ)であると仮定すると、電力管理システム100は、充電動作モードで作動する(例えば、ISYS=4A、ICHARGE=3Aで、AC/DCアダプタ102の出力電圧は12V)。ゆえに、NMOSスイッチ106に関する電力損失は、およそ0.49Wである(10mΩ×(4A+3A)2=0.49W)。NMOSスイッチ108に関する電力損失は、およそ0.09Wである(10mΩ×(3A)2=0.09W)。従って、NMOSスイッチ106および108に関する総電力損失は、およそ0.58Wである。結果として、一実施形態では、電力管理システム100において、NMOSスイッチ106および108に関する電力損失は、電力管理システム100の電力転送効率が0.7%減少するだけである。有利には、複数のNMOSスイッチが用いられた場合、これらのNMOSスイッチは、電力管理システム100の電力転送効率を大幅に増大させることができる。さらに、NMOSスイッチに関する電力損失は減少するため、全体的な性能と安定性とを高めることができる。
【0028】
図3は、別の実施形態による、NMOSスイッチと、駆動回路と、DC/DCコンバータとが用いられている電力管理システム300の一例のブロック図である。電力管理システム300は、システム326に電力を提供すると同時に、各種の電池を含みうるバッテリパック304を充電するようにも動作可能である。図3に示すように、一実施形態では、電力管理システム300は、2つのNMOSスイッチ306および308と、制御ユニット310と、駆動回路312と、DC/DCコンバータ314とを含んでいる。NMOSスイッチ306および308は、一実施形態では、電源302、例えばAC/DCアダプタおよび/または充電式バッテリパック304からシステム326までの電力供給を制御するように動作可能である。電力管理システム300は、電力管理システム100と同様の機能性を有する。
【0029】
一実施形態では、NMOSスイッチ306のソース端子が、電源302の出力端子に接続されている。NMOSスイッチ306のドレイン端子は、検出抵抗器320を介して共通ノード324に接続されている。NMOSスイッチ308のソース端子とドレイン端子とはそれぞれ、充電式バッテリパック304の出力端子と共通ノード324とに接続されている。図3に示すように、一実施形態では、DC/DCコンバータ314は、共通ノードと、充電式バッテリパック304の出力に一端を接続された検出抵抗器322との間に接続されている。
【0030】
一実施形態では、制御ユニット310は、4つの検出端子310−1、310−2、310−3、310−4を有している。図3に示すように、検出端子310−1乃至310−4はそれぞれ、NMOSスイッチ306のドレイン端子、共通ノード324、DC/DCコンバータの出力端子、および充電式バッテリパック304の出力端子に接続されている。一実施形態では、電源302および充電式バッテリパック304のステータスを検出することによって、制御ユニット310は、NMOSスイッチ306および308のコンダクタンスステータスを制御することができる。
【0031】
一実施形態では、充電式バッテリパック304が電圧不足状態であることを制御ユニット310が検出した場合、制御ユニット310は、NMOSスイッチ306をオンにしてNMOSスイッチ308をオフにしてもよい。DC/DCコンバータ314は、電源302の出力電圧を受け取って、それをバッテリパック304を充電するのに適した電圧に変換する。変換された電圧は、さらに、充電式バッテリパック304を充電するのに用いられてもよい。DC/DCコンバータ314には、降圧型コンバータ、昇圧型コンバータ、または降圧−昇圧コンバータが含まれうるが、それらに限定されない。例えば、電源302の出力電圧レベルが、充電式バッテリパック304が必要とする充電電圧より低い場合、昇圧型コンバータが用いられてもよい。また、電源302の出力電圧レベルがバッテリパック304の最大充電電圧より高い場合、降圧型コンバータが用いられてもよい。有利には、電力管理システム300は、電力転送効率を高め、そして、各種の電源および充電式バッテリパックと共に用いられてもよい。
【0032】
図4は、本発明の一実施形態による、システムへの電力供給を制御するための方法のフローチャートである。ブロック400では、システムへの電力供給を制御するため、システムのステータスが監視されてもよい。一実施形態では、ブロック402で、システムの入力電流(または電圧)およびシステム内のバッテリパックの出力電圧が監視されてもよい。監視されたシステムのステータスに従って、システムの電力要求条件が判定されてもよい。ブロック404では、システムの電力要求条件が満たされている場合、システムのステータスがさらに監視されてもよい。システムの電力要求条件が満たされていない場合、ブロック406で複数の制御信号が生成および/または調整されてもよい。一実施形態では、前述の複数の制御信号は、複数のNMOSスイッチのコンダクタンスステータスを制御するのに用いられうる複数のNMOSスイッチ制御信号であってもよい。一実施形態では、前述の複数のNMOSスイッチの各々は、電源とシステムとの間に接続されてもよい。システムに十分な電力を提供するため、複数のNMOSスイッチ制御信号を用いて、1つ以上のNMOSスイッチがオンにされてもよい。ブロック408では、前述の複数の制御信号がさらに、NMOSスイッチを完全にオン/オフにするのに適した駆動能力を有する駆動信号に変換されてもよい。一実施形態では、NMOSスイッチを完全にオン/オフにするため、NMOSスイッチ制御信号が、NMOSスイッチの電源電圧より高い電圧レベルを有する駆動電圧に変換されてもよい。ブロック410では、複数の駆動信号を用いて、システムに十分な電力を提供するためにシステムの複数のNMOSスイッチが完全にオン/オフにされてもよい。一実施形態では、チャージポンプユニットを含む駆動回路を用いて、複数の制御信号が複数の駆動信号に変換されてもよい。ブロック412では、複数のNMOSスイッチのコンダクタンスステータスを制御することに加えて、複数の電源の出力(例えば出力電力、出力電流または出力電圧)を制御するため、複数の電源出力制御信号が生成されてもよい。一実施形態では、電源出力制御信号が、電源の出力電圧を調整してもよい。ブロック414で、複数の出力制御信号を用いて、システムに供給される出力電力が、システムの電力要求条件に従って調整されてもよい。
【0033】
一実施形態では、電力管理システムは、電力を選択するための電力選択スイッチと、電力管理システムの電力変換を制御するために高圧側スイッチと低圧側スイッチとを交互にオンにする制御器とを含んでいる。そのような一実施形態では、電力選択スイッチと、制御器と、高圧側スイッチと、低圧側スイッチとが、1つのパッケージに統合されている。電力選択スイッチと高圧側スイッチとは、共通ノードを共有しており、従って、それらはパッケージの1つのピンを共有することができる。有利には、共通ノードを共有することによって、スイッチと制御器とを、よりコンパクトにパッケージに統合することができる。加えて、電力管理システムのためのプリント基板のサイズ、コスト、電力消費を削減することができる。
【0034】
図5は、本発明の一実施形態による、電力管理システム500の一例の回路図である。電力管理システム500は、アダプタ504と、電力制御回路部502と、バッテリパック510と、システム負荷534とを有する。バッテリパック510は、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、鉛酸蓄電池、太陽電池など、いずれかのタイプの充電式バッテリを含みうる。電力制御回路部502は、アダプタ504とバッテリパック510とシステム負荷534との間の電力フローを制御する。
【0035】
図5に示すように、電力制御回路部502は、第1のスイッチ512(例えば電力選択スイッチ)と、第2のスイッチ514(例えば電力選択スイッチ)と、第3のスイッチ516(例えば高圧側スイッチ)と、第4のスイッチ518(例えば低圧側スイッチ)とを含んでいる。第1のスイッチ512は、第1の転送端子512A(例えばドレインまたはソース)と、転送端子512B(例えばソースまたはドレイン)と、制御端子512G(例えばゲート)と、ボディーダイオード522とを含んでいる。第2のスイッチ514は、第2の転送端子514A(例えばドレインまたはソース)と、転送端子514B(例えばソースまたはドレイン)と、制御端子514G(例えばゲート)と、ボディーダイオード524とを含んでいる。第3のスイッチ516は、第3の転送端子516A(例えばドレインまたはソース)と、転送端子516B(例えばソースまたはドレイン)と、制御端子516G(例えばゲート)と、ボディーダイオード526とを含んでいる。第1の転送端子512Aと第2の転送端子514Aと第3の転送端子516Aとは、共通ノード530に接続されている。また、ボディーダイオード522、524、526の各陰極も、共通ノード530に接続されている。加えて、第4のスイッチ518は、第3のスイッチ516の転送端子516Bに陰極が接続されたボディーダイオード528を含んでいる。第1のスイッチ512と第2のスイッチ514とは、異なる電源、例えばアダプタ504およびバッテリパック510から電力を選択するのに用いられてもよい。第3のスイッチ516と第4のスイッチ518とは、電力を変換するのに用いられてもよい。電力制御回路部502はさらに、スイッチ512、514、516、518を制御するためにスイッチ512、514、516、518の制御端子に接続された制御器520を含んでいる。
【0036】
制御器520は、第1のスイッチ512が電力をアダプタ504からシステム負荷534まで共通ノード530を介して転送するように、スイッチ512、514、516、518を制御することができる。例えば、制御器520は、第1のスイッチ520をオンにしてスイッチ514、516、518をオフにする。従って、アダプタ504からの供給電流が、第1のスイッチ512および共通ノード530を通ってシステム負荷534まで流れることができる。また、制御器520は、第2のスイッチ514が電力をバッテリパック510からシステム負荷534まで共通ノード530を介して転送するように、スイッチ512、514、516、518を制御することができる。例えば、制御器520は、第2のスイッチ514をオンにしてスイッチ512、516、518をオフにする。従って、バッテリパック510からの供給電流は、第2のスイッチ514および共通ノード530を通ってシステム負荷534まで流れることができる。また、制御器520は、スイッチ512および514をオンにしてスイッチ516および518をオフにすることができる。従って、アダプタ504とバッテリパック510とが並行して、共通ノード530を介してシステム負荷534に電力供給することができる。
【0037】
また、制御器520は、第1のスイッチ512および第2のスイッチ514が、共通ノード530を介してバッテリパック510を充電するために電力をアダプタ504から転送するように、スイッチ512、514、516、518を制御することができる。例えば、制御器520は、第2のスイッチ514をオンにしてスイッチ512、516、518をオフにする。アダプタ504からの充電電流は、第1のスイッチ512のボディーダイオード522と、共通ノード530と、第2のスイッチ514のドレイン−ソースチャネルとを通ってバッテリパック510まで流れることができる。別の例では、制御器520は、スイッチ512および514をオンにしてスイッチ516および518をオフにする。アダプタ504からの充電電流は、第1のスイッチ512のボディーダイオード522とドレイン−ソースチャネルとを両方通って、共通ノード530を通って、第2のスイッチ514のドレイン−ソースチャネルを通って、バッテリパック510まで流れることができる。
【0038】
加えて、制御器520と、スイッチ516および518と、誘導器506と、キャパシタ508とが、直流から直流への(DC/DC)変換回路部として、例えば、降圧回路、昇圧回路、または降圧−昇圧回路として動作してもよい。制御器520は、負荷サイクルを用いて周期的に第3のスイッチ516をオンにすることによって、DC/DC変換回路部によって行われる電力変換を制御してもよい。また、制御器520は、第3のスイッチ516の負荷サイクルを調整することによって、電力管理システム500の出力電力、例えば共通ピン532(P3と示した)での出力電力またはピンP4での出力電力を、調整してもよい。
【0039】
詳細には、一実施形態では、制御器520がスイッチ512、514、516を制御することにより、例えば降圧変換回路として動作する変換回路部が、例えばバッテリパック510を充電するために入力電力、例えば入力電圧および/または入力電流を、アダプタ504から共通ノード530を介して受信し、そして入力電力を出力電力に、例えば出力電圧および/または出力電流に変換する。制御器520は、第1のスイッチ512をオンにして第2のスイッチ514をオフにし、そして、パルス幅変調(PWM)信号を生成してスイッチ516および518を交互にオンにしてもよい。制御器520は、PWM信号の負荷サイクル、例えば第3のスイッチ516の負荷サイクルを増やすことによって、バッテリパック510への出力電力を増やしてもよいし、あるいは、負荷サイクルを減らすことによって出力電力を減らしてもよい。別の実施形態では、制御器520がスイッチ512、514、516、518を制御することにより、例えば昇圧変換回路として動作する変換回路部が、入力電力、例えば入力電圧および/または入力電流を、バッテリパック510から受信し、そして入力電力を出力電力に、例えば出力電圧および/または出力電流に変換して、共通ノードを介して出力電力をシステム負荷534に転送する。制御器520は、スイッチ512、514をオフにし、そして、パルス幅変調(PWM)信号を生成してスイッチ516および518を交互にオンにする。制御器520はPWM信号の負荷サイクル、例えば第3のスイッチ516の負荷サイクルを増やすことによって、システム負荷534への出力電力を減らしてもよいし、あるいは、負荷サイクルを減らすことによって出力電力を増やしてもよい。
【0040】
一実施形態では、スイッチ512、514、516、518と制御器520とが、1つのパッケージに統合されている。第1のスイッチ512の第1の転送端子512Aと、第2のスイッチ514の第2の転送端子514Aと、第3のスイッチ516の第3の転送端子516Aとが、共通ノード530に直接接続されている。詳細には、第1の転送端子512Aと共通ノード530との間の抵抗RTC1と、第2の転送端子514Aと共通ノード530との間の抵抗RTC2と、第3の転送端子516Aと共通ノード530との間の抵抗RTC3とは、実質的にゼロに等しい。本明細書で用いられる「実質的にゼロに等しい」とは、共通ノード530と転送端子512A、514A、516Aとの間の抵抗が比較的小さくて、無視できることを意味する。一例として、スイッチ512、514、および516、例えば金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)は、同じ半導体回路基板、例えばnタイプ回路基板上に製作することができる。半導体回路基板は、転送端子512A、514A、516A、例えばスイッチ512、514、516のドレインを含んでおり、また共通ノード530も含んでいる。この例では、抵抗RTC1と、RTC2と、RTC3とは、ゼロであるか、実質的にゼロに等しいと考えられる。別の例では、転送端子512A、514A、または516Aは、結合線、例えば金属線、金線、アルミニウム線などを介して共通ノード530に接続されている。この例でも、抵抗RTC1と、RTC2と、RTC3とは、ゼロであるか、実質的にゼロに等しいと考えられる。
【0041】
有利には、例えば電力を選択するための第1のスイッチ512と、例えば電力を選択するための第2のスイッチ514と、例えば電力を変換するための第3のスイッチ516とは、共通ノード530を共有している。従って、電力制御回路部502の中の回路、例えば制御器520およびスイッチ512、514、516、518は、一層コンパクトにパッケージとして統合することができる。加えて、第1のスイッチ512と、第2のスイッチ514と、第3のスイッチ516とは、共通ピン532を共有している。従って、電力制御回路部502のためのプリント基板のサイズは、減らすことができる。また、電力制御回路部502についてのコストおよび電力消費も減らすことができる。
【0042】
図6Aは、本発明の一実施形態による、スイッチ(例えばスイッチ512、514、516)および共通ノード530の例である配線図の符号636Aおよび638Aを図示している。図6Aは、図5と組み合わせて記述する。符号636Aは、スイッチの断面を示す図である。符号638Aは、スイッチの回路モデルを示す図である。符号636Aのスイッチは、垂直チャネルU型MOSFETであるが、本発明はそれに限定されない。スイッチは、例えばU型MOSFET、V型MOSFET、二重拡散型MOSFETなど、いかなるタイプの垂直チャネルMOSFETであってもよい。また、スイッチは、表面チャネルMOSFETであってもよい。
【0043】
一実施形態では、スイッチは、nチャネルMOSFET(NMOSFET)である。詳細には、符号636Aおよび638Aに示すように、「D」と示した端子がドレインを表し、「S」と示した端子がソースを表し、「G」と示した端子がゲートを表す。スイッチには、n型半導体ウェル640(以下、本明細書ではn−ウェル640)と、p型半導体ウェル642(以下、本明細書ではp−ウェル642)と、n型半導体レイヤ644(以下、本明細書ではn−レイヤ644)と、n型半導体基板646(以下、本明細書ではn−基板646)とが含まれる。スイッチの閾値電圧より高いゲート‐ソース電圧が端子GおよびSに適用される時、n−ウェル640がn−レイヤ644に接続される。従って、n−ウェル640とn−レイヤ644とn−基板646とが、n型半導体チャネル(nチャネル)を形成する。
【0044】
加えて、p−ウェル642とn−レイヤ644とがボディーダイオードを形成し、ボディーダイオードの陰極がn−基板646に接続される。従って、そのような一実施形態では、n−基板646が共通ノード530に接続される。
【0045】
図6Bは、本発明の別の実施形態による、スイッチ(例えばスイッチ512、514、516)および共通ノード530の例である配線図の符号636Bおよび638Bを図示している。図6Bは、図5と組み合わせて記述する。符号636Bは、スイッチの断面を示す図である。符号638Bは、スイッチの回路モデルを示す図である。符号636Bのスイッチは、垂直チャネルU型MOSFETであるが、本発明はそれに限定されない。スイッチは、例えばU型MOSFET、V型MOSFET、二重拡散型MOSFETなど、いかなるタイプの垂直チャネルMOSFETであってもよい。また、スイッチは、表面チャネルMOSFETであってもよい。
【0046】
一実施形態では、スイッチは、pチャネルMOSFET(PMOSFET)である。詳細には、符号636Bおよび638Bに示すように、「D」と示した端子がドレインを表し、「S」と示した端子がソースを表し、「G」と示した端子がゲートを表す。スイッチには、p−ウェル650と、n−ウェル652と、p−レイヤ654と、p−基板656とが含まれる。スイッチの閾値電圧より低いゲート‐ソース電圧が端子GおよびSに適用される時、p−ウェル650がp−レイヤ654に接続される。従って、p−ウェル650とp−レイヤ654とp−基板656とが、p型半導体チャネル(pチャネル)を形成する。
【0047】
加えて、n−ウェル652とp−レイヤ654とがボディーダイオードを形成し、ボディーダイオードの陰極がp−ウェル650に接続される。従って、そのような一実施形態では、p−ウェル650が共通ノード530に接続される。
【0048】
図7は、本発明の一実施形態による、電力制御回路部502‘の一例の配線図である。図7は、図5および図6Aと組み合わせて記述する。一実施形態では、電力制御回路部502’の構造が、電力制御回路部502に適用される。一実施形態では、制御器520およびスイッチ512、514、516、518が、パッケージに統合され、例えば、非導電基板760に接続またははんだ付けされる。
【0049】
図7の例では、第1のスイッチ512と、第2のスイッチ514と、第3のスイッチ516とは、NMOSFETであり、図6Aに示す構造と同様の構造を有しうる。従って、第1のスイッチ512と、第2のスイッチ514と、第3のスイッチ516とは、共通の半導体基板730、例えばn型半導体基板上に製作されてもよい。この例では、半導体基板730は、第1のスイッチ512の第1の転送端子512A、例えばドレインと、第2のスイッチ514の第2の転送端子514A、例えばドレインと、第3のスイッチ516の第3の転送端子516A、例えばドレインとを含んでいる。また、半導体基板730は、共通ノード530も含んでいる。
【0050】
詳細には、図7に示すように、第1のスイッチ512のソースは512Sと示され、第1のスイッチ512のゲートは512Gと示されている。第2のスイッチ514のソースは514Sと示され、第2のスイッチ514のゲートは514Gと示されている。第3のスイッチ516のソースは516Sと示され、第3のスイッチ516のゲートは516Gと示されている。スイッチ512、514、516のドレインは、半導体基板730に含まれている。第1のスイッチ512のソース512Sは、例えばアダプタ504のための電力を転送するピンP1に接続されている。第2のスイッチ514のソース514Sは、例えばバッテリパック510のための電力を転送するピンP2に接続されている。第3のスイッチ516のソース516Sは、例えば電力制御回路部502のための電力を転送するピンP4に接続されている。制御器520は、スイッチ512、514、516を制御するためのゲート512G、514G、516Gに接続されている。さらに、半導体基板730は、例えば、結合線(例えば金属線、金線、アルミニウム線など)を介して、アダプタ504、バッテリパック510、電力制御回路部502、およびシステム負荷534のための電力を転送する共通ピン532に接続されている。
【0051】
有利には、第1のスイッチ512と、第2のスイッチ514と、第3のスイッチ516とは、半導体基板を共有する。電力制御回路部502’は、一層コンパクトに統合することができる。プリント基板のサイズだけでなくコストおよび電力消費もさらに削減される。
【0052】
図8A乃至8Dは、本発明のその他の実施形態による、電力制御回路部の例502A、502B、502C,502Dの配線図である。図8A乃至8Dについて、図5、図6Aおよび図6Bと組み合わせて記述する。
【0053】
図8Aの例において、第1のスイッチ512および第2のスイッチ514はNMOSFETであり、第3のスイッチ516はPMOSFETである。第1のスイッチ512および第2のスイッチ514は、スイッチ512および514の例えばドレインである転送端子512Aおよび514Aを含めて、共通の半導体基板832上に製作することができる。半導体基板832は、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。また、第3のスイッチ516のソース516Sも、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。加えて、第1のスイッチ512のソース512SはピンP1に接続され、第1のスイッチ512のソース514SはピンP2に接続され、第3のスイッチ516のドレイン、例えばp型半導体基板は、ピンP4に接続されている。
【0054】
図8Bの例において、第2のスイッチ514および第3のスイッチ516はNMOSFETであり、第1のスイッチ512はPMOSFETである。第2のスイッチ514および第3のスイッチ516は、スイッチ514および516の例えばドレインである転送端子514Aおよび516Aを含めて、共通の半導体基板834上に製作することができる。半導体基板834は、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。また、第1のスイッチ512のソース512Sも、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。加えて、第1のスイッチ512のドレイン、例えばp型半導体基板は、ピンP1に接続され、第2のスイッチ514のソース514Sは、ピンP2に接続され、第3のスイッチ516のソース516Sは、ピンP4に接続されている。
【0055】
図8Cの例において、第1のスイッチ512および第3のスイッチ516はNMOSFETであり、第2のスイッチ514はPMOSFETである。第1のスイッチ512および第3のスイッチ516は、スイッチ512および516の例えばドレインである転送端子512Aおよび516Aを含めて、共通の半導体基板836上に製作することができる。半導体基板836は、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。また、第2のスイッチ514のソース514Sも、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。加えて、第1のスイッチ512のソース512Sは、ピンP1に接続され、第3のスイッチ516のソース516Sは、ピンP4に接続され、第2のスイッチ514のドレイン、例えばp型半導体基板は、ピンP2に接続されている。
【0056】
図8Dの例において、第1のスイッチ512、第2のスイッチ514、および第3のスイッチ516は、PMOSFETである。ソース512S、514S、516Sはそれぞれ、結合線を介して、共通ピン532、例えば共通ノード530に接続されている。スイッチ512、514および第3のスイッチ516のドレイン、例えばp型半導体基板は、ピンP1、P2、P4にそれぞれ接続されている。
【0057】
図9は、本発明の一実施形態による、電力管理システムについての製造ステップの例を示す図である。図9について、図5、図6Aおよび6B、図7、図8A、8B、8C、8Dと組み合わせて記述する。
【0058】
ブロック902で、第1のスイッチ512の第1の転送端子512Aが共通ノード530に接続される。ブロック904で、第2のスイッチ514の第2の転送端子514Aが共通ノード530に接続される。ブロック906で、第3のスイッチ516の第3の転送端子516Aが共通ノード530に接続される。
【0059】
第3のスイッチ516は、例えば制御器520によって、周期的にオンにされることによって、電力変換を制御するように動作可能である。第1の転送端子512Aと共通ノード530との間の抵抗RTC1と、第2の転送端子514Aと共通ノード530との間の抵抗RTC2と、第3の転送端子516Aと共通ノード530との間の抵抗RTC3とは、実質的にゼロに等しい。
【0060】
図10は、本発明の一実施形態による、電力管理システム500によって行われる動作の例を示す図である。図10について、図5、図6Aおよび6B、図7、図8A、8B、8C、8Dと組み合わせて記述する。
【0061】
ブロック1002で、第1のスイッチ512が、第1のスイッチ512の第1の端子512Aを介して電力を転送する。
【0062】
ブロック1004で、第2のスイッチ514が、第2のスイッチ514の第2の端子514Aを介して電力を転送する。
【0063】
ブロック1006で、制御器520が、第3のスイッチ516を周期的にオンにすることによって、電力変換を制御する。詳細には、制御器520が、第3のスイッチ516と第4のスイッチ518とを交互に周期的にオンにすることによって、電力変換を制御する。第1の転送端子512Aと、第2の転送端子514Aと、第3の転送端子516Aとが、共通ノード116に直接接続されている。言い換えると、第1の転送端子512Aと共通ノード530との間の抵抗と、第2の転送端子514Aと共通ノード530との間の抵抗と、第3の転送端子516Aと共通ノード530との間の抵抗とは、実質的にゼロに等しい。
【0064】
要約すると、本発明による諸実施形態が、電力管理システムを提供する。電力管理システムは、異なる電源から電力を選択するための第1のスイッチと第2のスイッチとを含んでいる。また、電力管理システムは、電力を変換するための第3のスイッチと第4のスイッチとを含んでいる。第1、第2、および第3のスイッチは、共通ノード/ピンを共有しているため、PCBサイズ、コスト、電力消費が削減される。ボディーダイオードがスイッチの中に存在しているため、スイッチを、スイッチのタイプに応じて異なるかたちでパッケージとして統合することができる。第1、第2、および第3のスイッチがNMOSFETである場合、それらを、共通の半導体基板、例えば共通ノード上に製作することができる。第1、第2、第3のスイッチのうちの1つがPMOSFETである場合、そのスイッチは他の2つのスイッチと切り離されてもよく、スイッチの半導体ウェル、例えばp−ウェルが、結合線によって共通ノードに接続されてもよい。電力管理システムは、例えば携帯用メディアプレーヤ、携帯電話、携帯用コンピュータ、電気自動車のような、多くの用途で用いることができる。
【0065】
前述の記述および図面は本発明の実施形態を表すものだが、各種の付加形態、修正形態、代替形態が、添付の請求項の中で定義される本発明の原理の精神と範囲とから逸脱することなく本発明の中で行われうることは理解されるであろう。特定の環境や動作要件に具体的に適合された、本発明の実施において用いられる形態、構造、装置、割合、材料、要素、コンポ―ネント、その他の多くの修正と共に、本発明の原理から逸脱することなく本発明が用いられうることを、当業者であれば理解するであろう。従って、本開示による実施形態は、あらゆる点で例示的であって限定的ではないと考えられるべきであり、本発明の範囲は、添付の請求項およびそれらの法的均等物によって示されており、前述の記述に限定されない。
【符号の説明】
【0066】
102 ACDCアダプタ
112−1 駆動信号
112−2 駆動信号
114 制御ユニット
114−1 スイッチ制御信号
114−2 スイッチ制御信号
122 チャージポンプユニット
124−1 駆動器
124−2 駆動器
302 ACDCアダプタ
310 制御ユニット
314 DCDCコンバータ
504 アダプタ
520 制御器
534 システム負荷
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力管理システムであって、
第1の転送端子を有する第1のスイッチと、
第2の転送端子を有する第2のスイッチと、
前記第1および第2のスイッチに接続され、第3のスイッチを周期的にオンにすることによって電力変換を制御するように動作可能な制御器と
を備え、
前記第1および第2の転送端子と、前記第3のスイッチの第3の転送端子とが共通ノードに接続され、かつ、
前記第1の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と、
前記第2の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と、
前記第3の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と
が実質的にゼロに等しいことを特徴とする電力管理システム。
【請求項2】
前記第1のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第2のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第3のスイッチのボディーダイオードの陰極とが、前記共通ノードに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項3】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの1つのスイッチが、nチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(NMOSFET)を含み、かつ、前記スイッチの半導体基板が前記共通ノードに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項4】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの1つのスイッチが、pチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(PMOSFET)を含み、かつ、前記スイッチの半導体ウェルが前記共通ノードに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項5】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの各スイッチがNMOSFETを含み、かつ、前記第1、第2、および、第3のスイッチが共通の半導体基板上に製作され、かつ、前記共通の半導体基板が、前記第1、第2、および、第3の転送端子を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項6】
前記第1のスイッチがPMOSFETを含み、かつ、前記第1の転送端子が、前記共通ノードに結合線を介して接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項7】
前記制御器が、前記第3のスイッチと、前記第3のスイッチに接続された第4のスイッチとを交互にオンにするためのパルス幅変調(PWM)信号を生成するように動作可能であり、かつ、前記PWM信号の負荷サイクルを調整することによって前記電力管理システムの出力電力を調整するように動作可能であることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項8】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記第1のスイッチが前記共通ノードを介して電力をアダプタから負荷へと転送することを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項9】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記第2のスイッチが前記共通ノードを介して電力をバッテリパックから負荷へと転送することを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項10】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記第1および第2のスイッチが前記共通ノードを介して電力をアダプタからバッテリパックを充電するために転送することを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項11】
前記電力変換を行うように動作可能である変換回路部をさらに備えた請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項12】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記変換回路部が前記共通ノードを介して入力電力を受け取り、前記入力電力をバッテリパックを充電するための出力電力に変換することを特徴とする請求項11に記載の電力管理システム。
【請求項13】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記変換回路部が入力電力をバッテリパックから受け取って、前記入力電力を出力電力に変換し、そして前記共通ノードを介して前記出力電力を負荷へと転送することを特徴とする請求項11に記載の電力管理システム。
【請求項14】
第1のスイッチを用いて前記第1のスイッチの第1の転送端子を介して電力を転送するステップと、
第2のスイッチを用いて前記第2のスイッチの第2の転送端子を介して電力を転送するステップと、
第3のスイッチを周期的にオンにすることによって電力変換を制御するステップと
を含み、
前記第1および第2の転送端子と、前記第3のスイッチの第3の転送端子とが共通ノードに接続され、かつ、
前記第1の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と、
前記第2の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と、
前記第3の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と
が実質的にゼロに等しいことを特徴とする方法。
【請求項15】
前記第1のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第2のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第3のスイッチのボディーダイオードの陰極とが、前記共通ノードに接続されていることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの各スイッチがNMOSFETを含み、かつ、前記第1、第2、および、第3のスイッチが共通の半導体基板上に製作され、かつ、前記共通の半導体基板が、前記第1、第2、および、第3の転送端子を含んでいることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記第1のスイッチがPMOSFETを含み、かつ、前記第1の転送端子が、前記共通ノードに結合線を介して接続されていることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項18】
前記制御するステップが、
前記第3のスイッチと、前記第3のスイッチに接続された第4のスイッチとを交互にオンにするためのパルス幅変調(PWM)信号を生成するステップと、
前記PWM信号の負荷サイクルを調整することによって前記電力変換を制御するステップと
を含んでいることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項19】
電力管理システムであって、
第1のスイッチと、第2のスイッチと、第3のスイッチを周期的にオンにすることによって電力変換を制御するように動作可能な制御器とを備えた集積回路と、
前記第1のスイッチの第1の転送端子と、前記第2のスイッチの第2の転送端子と、前記第3のスイッチの第3の転送端子とに接続されたピンと
を備え、
前記第1の転送端子と前記ピンとの間の抵抗と、
前記第2の転送端子と前記ピンとの間の抵抗と、
前記第3の転送端子と前記ピンとの間の抵抗と
が実質的にゼロに等しいことを特徴とする電力管理システム。
【請求項20】
前記第1のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第2のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第3のスイッチのボディーダイオードの陰極とが、前記共通ピンに接続されていることを特徴とする請求項19に記載の電力管理システム。
【請求項21】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの各スイッチがNMOSFETを含み、かつ、前記第1、第2、および、第3のスイッチが共通の半導体基板上に製作され、かつ、前記共通の半導体基板が、前記第1、第2、および、第3の転送端子を含んでいることを特徴とする請求項19に記載の電力管理システム。
【請求項22】
前記第1のスイッチがPMOSFETを含み、かつ、前記第1の転送端子が、前記ピンに結合線を介して接続されていることを特徴とする請求項19に記載の電力管理システム。
【請求項1】
電力管理システムであって、
第1の転送端子を有する第1のスイッチと、
第2の転送端子を有する第2のスイッチと、
前記第1および第2のスイッチに接続され、第3のスイッチを周期的にオンにすることによって電力変換を制御するように動作可能な制御器と
を備え、
前記第1および第2の転送端子と、前記第3のスイッチの第3の転送端子とが共通ノードに接続され、かつ、
前記第1の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と、
前記第2の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と、
前記第3の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と
が実質的にゼロに等しいことを特徴とする電力管理システム。
【請求項2】
前記第1のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第2のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第3のスイッチのボディーダイオードの陰極とが、前記共通ノードに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項3】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの1つのスイッチが、nチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(NMOSFET)を含み、かつ、前記スイッチの半導体基板が前記共通ノードに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項4】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの1つのスイッチが、pチャネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(PMOSFET)を含み、かつ、前記スイッチの半導体ウェルが前記共通ノードに接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項5】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの各スイッチがNMOSFETを含み、かつ、前記第1、第2、および、第3のスイッチが共通の半導体基板上に製作され、かつ、前記共通の半導体基板が、前記第1、第2、および、第3の転送端子を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項6】
前記第1のスイッチがPMOSFETを含み、かつ、前記第1の転送端子が、前記共通ノードに結合線を介して接続されていることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項7】
前記制御器が、前記第3のスイッチと、前記第3のスイッチに接続された第4のスイッチとを交互にオンにするためのパルス幅変調(PWM)信号を生成するように動作可能であり、かつ、前記PWM信号の負荷サイクルを調整することによって前記電力管理システムの出力電力を調整するように動作可能であることを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項8】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記第1のスイッチが前記共通ノードを介して電力をアダプタから負荷へと転送することを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項9】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記第2のスイッチが前記共通ノードを介して電力をバッテリパックから負荷へと転送することを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項10】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記第1および第2のスイッチが前記共通ノードを介して電力をアダプタからバッテリパックを充電するために転送することを特徴とする請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項11】
前記電力変換を行うように動作可能である変換回路部をさらに備えた請求項1に記載の電力管理システム。
【請求項12】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記変換回路部が前記共通ノードを介して入力電力を受け取り、前記入力電力をバッテリパックを充電するための出力電力に変換することを特徴とする請求項11に記載の電力管理システム。
【請求項13】
前記制御器が前記第1、第2、および、第3のスイッチを制御するように動作可能であることにより、前記変換回路部が入力電力をバッテリパックから受け取って、前記入力電力を出力電力に変換し、そして前記共通ノードを介して前記出力電力を負荷へと転送することを特徴とする請求項11に記載の電力管理システム。
【請求項14】
第1のスイッチを用いて前記第1のスイッチの第1の転送端子を介して電力を転送するステップと、
第2のスイッチを用いて前記第2のスイッチの第2の転送端子を介して電力を転送するステップと、
第3のスイッチを周期的にオンにすることによって電力変換を制御するステップと
を含み、
前記第1および第2の転送端子と、前記第3のスイッチの第3の転送端子とが共通ノードに接続され、かつ、
前記第1の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と、
前記第2の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と、
前記第3の転送端子と前記共通ノードとの間の抵抗と
が実質的にゼロに等しいことを特徴とする方法。
【請求項15】
前記第1のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第2のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第3のスイッチのボディーダイオードの陰極とが、前記共通ノードに接続されていることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項16】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの各スイッチがNMOSFETを含み、かつ、前記第1、第2、および、第3のスイッチが共通の半導体基板上に製作され、かつ、前記共通の半導体基板が、前記第1、第2、および、第3の転送端子を含んでいることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項17】
前記第1のスイッチがPMOSFETを含み、かつ、前記第1の転送端子が、前記共通ノードに結合線を介して接続されていることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項18】
前記制御するステップが、
前記第3のスイッチと、前記第3のスイッチに接続された第4のスイッチとを交互にオンにするためのパルス幅変調(PWM)信号を生成するステップと、
前記PWM信号の負荷サイクルを調整することによって前記電力変換を制御するステップと
を含んでいることを特徴とする請求項14に記載の方法。
【請求項19】
電力管理システムであって、
第1のスイッチと、第2のスイッチと、第3のスイッチを周期的にオンにすることによって電力変換を制御するように動作可能な制御器とを備えた集積回路と、
前記第1のスイッチの第1の転送端子と、前記第2のスイッチの第2の転送端子と、前記第3のスイッチの第3の転送端子とに接続されたピンと
を備え、
前記第1の転送端子と前記ピンとの間の抵抗と、
前記第2の転送端子と前記ピンとの間の抵抗と、
前記第3の転送端子と前記ピンとの間の抵抗と
が実質的にゼロに等しいことを特徴とする電力管理システム。
【請求項20】
前記第1のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第2のスイッチのボディーダイオードの陰極と、前記第3のスイッチのボディーダイオードの陰極とが、前記共通ピンに接続されていることを特徴とする請求項19に記載の電力管理システム。
【請求項21】
前記第1、第2、および、第3のスイッチのうちの各スイッチがNMOSFETを含み、かつ、前記第1、第2、および、第3のスイッチが共通の半導体基板上に製作され、かつ、前記共通の半導体基板が、前記第1、第2、および、第3の転送端子を含んでいることを特徴とする請求項19に記載の電力管理システム。
【請求項22】
前記第1のスイッチがPMOSFETを含み、かつ、前記第1の転送端子が、前記ピンに結合線を介して接続されていることを特徴とする請求項19に記載の電力管理システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9】
【図10】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9】
【図10】
【公開番号】特開2012−186991(P2012−186991A)
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−30301(P2012−30301)
【出願日】平成24年2月15日(2012.2.15)
【出願人】(500521843)オーツー マイクロ, インコーポレーテッド (138)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年9月27日(2012.9.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成24年2月15日(2012.2.15)
【出願人】(500521843)オーツー マイクロ, インコーポレーテッド (138)
【Fターム(参考)】
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