JP2002304239A - Ｃｐｕ電力の抑制によるバッテリ放電電流の低減 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】バッテリパックが限界温度を超えないように、
負荷の要求に応じてCPUの電力消費量を制御すること。 【解決手段】バッテリパックのバッテリ・セルが限界温
度に達しないようにするため、CPUの電力消費が、バッ
テリパック40の放電電流62に関連して抑制される。放電
電流測定回路68が、放電電流がしきい値レベル72を超え
たことを検知すると、抑制信号74がアクティブにされ
る。これに応じて、CPU停止制御線52がCPUの電力消費を
低減させるために制御される。所定の時間経過後、放電
電流がもう１つのしきい値以下に下がると、抑制信号は
撤回される。CPU停止制御線のデューティーサイクルＴ
は、過剰放電電流（即ち、安全しきい値電流レベルより
小さい実際の放電電流レベル）の関数として判定され
る。実際の放電電流の超過が大きくなればなるほど、CP
U停止制御線のデューティーサイクルは大きくなり、CPU
の電力消費の削減量も大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリの放電を
調節するための方法及び装置に関するものであり、とり
わけ、バッテリによる電力供給を受けるコンピュータシ
ステムにおいてバッテリから引き出される電力を制御す
るための方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯用コンピュータのための従来のバッ
テリには、リチウムイオン（Ｌｉイオン）・バッテリパ
ック、ニッケル金属水素化物（ＮｉＭＨ）、及び、ニッ
ケル・カドミウム（「ＮｉＣａｄ」）・バッテリパック
が含まれる。バッテリパックの電力供給能力は、一般
に、パック内のバッテリ・セル数と単一セルによって発
生することが可能な最大電力の積である。バッテリパッ
クから引き出される放電電流は、負荷要求に基づく。携
帯用コンピュータに関しては、より強力で豊富な機能の
システムが所望されるのに応じて、負荷要求は絶えず増
加している。従って、例えば、プロセッサ技術の進歩に
より、プロセッサに要求される電力はそれに応じて増大
している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、進歩する技術
による電力要求の増大に応じて、供給する放電電流を増
大させると問題が生じる。放電電流が増すにつれて、バ
ッテリ源の温度が上昇する。放電電流が過剰になると、
セルの温度は、修復不能な損傷を受ける温度を超えて、
きわめて高いレベルまで上昇してしまう場合がある。こ
うした過剰な温度状態を防止するため、放電電流が安全
限界を超えると、バッテリはその放電を停止する。その
結果、負荷に電力の損失が生じる。コンピュータの場
合、こうした電力の損失によって、望ましくないことに
は、データの損失が生じる可能性がある。従って、負荷
が、バッテリ・システムから許容限界を超える電力を要
求し始めたとき、コンピュータシステムにおいて、電力
の損失、及び、それに応じたデータの損失を回避するこ
とが必要になる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、プロセ
ッサの電力要求は、バッテリパックがその限界温度に近
づくと、削減される。これによって、バッテリ放電電流
が減少され、同時に、バッテリパックの発熱を低減させ
る。従って、バッテリパックの温度は、限界温度より低
い温度に安全に保たれる。

【０００５】バッテリ放電電流が測定される。本発明の
態様の１つによれば、放電電流測定回路が、放電電流が
第１の電流しきい値レベルを超えたことを検出すると、
抑制信号がシステムのＣＰＵチップ・セットに送られ
る。これに応答して、ＣＰＵチップ・セットは、ＣＰＵ
停止制御線を調節して、電力消費を減少させる。要する
に、停止制御線がアクティブな間、ＣＰＵは停止する。
停止制御線が調節されると、ＣＰＵは、この停止制御信
号のデューティ・サイクルに従って減速する。

【０００６】抑制信号の生起とＣＰＵ停止調節動作の開
始の間には、遅延が生じる。放電電流が、電流しきい値
（または第２の電流しきい値）未満にまで減少すると、
抑制信号は撤回される。さまざまな実施態様において、
第２のしきい値は第１のしきい値未満であり、ヒステリ
シス効果が生じる。さらに、あるいは、代わりに、抑制
信号の撤回前に、時間遅延が加えられる。

【０００７】抑制信号がアクティブの場合、ＣＰＵ停止
制御線は、特定のデューティ・サイクルに調節される。
デューティ・サイクルのアクティブ部分の間、ＣＰＵは
停止する。非アクティブ部分の間、ＣＰＵは通常に動作
する。従って、ＣＰＵを周期的に停止させることによっ
てＣＰＵの電力消費を削減し、これに応じて、バッテリ
パックから引き出される放電電流も削減する。

【０００８】本発明の別の態様について述べると、実施
態様のいくつかにおいては、ＣＰＵ停止制御線のデュー
ティ・サイクルは、過剰放電電流（すなわち、電流しき
い値レベル未満の実際の放電電流レベル）の関数として
制御される。実際の放電電流が過剰になるほど、ＣＰＵ
停止制御線のデューティ・サイクルも増すことになる。
従って、放電電流が過剰になるほど、それに比例して、
ＣＰＵは長時間停止させられ、ＣＰＵ電力消費の削減の
度合いがより大きくなる。

【０００９】本発明の利点は、日々強力になってゆくＣ
ＰＵに対して、より小さなバッテリパックを安全に利用
できるようにすることにある。特に、コンピュータシス
テムがバッテリを用いずに交流モードの線電流で動作し
ている場合、ＣＰＵは、システム性能を最大限に発揮す
るのに必要な電力を引き出して、最大速度で動作するこ
とが可能である。システムがバッテリパックから切り離
されて動作している場合、過剰電力を引き出すことのな
い多くのアプリケーションに対してパフォーマンスが影
響を受けることはないであろう。パフォーマンスは、大
電力が引き出される状況下において、コストの削減とバ
ッテリパックの小型軽量化との交換によりトレードオフ
される。その結果、多くの計算機用途の要求に応じるた
め、より小さいバッテリパックが安全に使用される。こ
れは、とりわけ、コストが重要な要素である携帯用コン
ピュータ市場の分野にとって有益であろう。本発明の以
上の及びその他の態様及び利点については、添付の図面
と共に発明の詳細な説明を参照することによってさらに
良く理解できるであろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１を参照すると、ＣＰＵ抑制実
施態様は、当該技術において周知のタイプの汎用プログ
ラム式携帯用コンピュータシステム１０を母体としてい
る。携帯用コンピュータシステム１０は、ディスプレイ
・パネル１２、キーボード１４、ボタン１８を備えたポ
インティング装置１６、中央演算処理装置（ＣＰＵ）チ
ップ・セット２２及びランダム・アクセス・メモリ（Ｒ
ＡＭ）２４を備えたシステム・ボード２０、ハードディ
スクを備えたハードディスク・ドライブ２６、及び、オ
プションによる１つ以上のネットワーク・インターフェ
イス２８（例えば、モデム、イーサネット(R)・アダプ
タ、赤外線アダプタ）、及び、１つ以上の可搬式記憶媒
体ドライブ３０及び媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭドライ
ブ、ＤＶＤ−ＲＯＭドライブ、フロッピー(R)ディスク
・ドライブ、ジップ・ドライブ、ベルヌーイ・ドライ
ブ）を備えている。さまざまなコンポーネントが、１つ
以上のバス３２を介して接続され、データ及びコマンド
を交換している。コンピュータシステム１０は、キーボ
ード１４、ポインティング／クリック装置１６／１８、
ネットワーク・インターフェイス２８、または、別の入
力装置または入力ポートを介する入力によって情報を受
信する。コンピュータシステム１０は、バッテリパック
４０からの直流電流または交流ライン信号４２から変換
された直流電流によって電力供給を受ける。

【００１１】図２を参照すると、抑制装置４４は、バッ
テリパック４０、及び、バッテリパック４０によって電
力供給を受ける負荷４６に接続されている。抑制装置４
４は、負荷４６の電力消費を抑制する。望ましい実施態
様の場合、負荷４６は、ＣＰＵ、ＣＰＵチップ・セット
２２、または、システム・ボード２０である。代替実施
態様の場合、負荷４６は、コンピュータシステム１０の
別のシステム・コンポーネントである。従って、種々の
実施態様において、システム電力消費は、ＣＰＵ、シス
テム・ボード・コンポーネント、または、システム１０
の別のコンポーネントまたは周辺装置の電力消費を抑制
することによって抑制される。特に、バッテリパック４
０の放電電流４８を供給する能力を制限するのではな
く、負荷４６による電力需要を抑制しているという点に
留意してほしい。

【００１２】バッテリパック４０は、Ｌｉイオン・バッ
テリパックまたはＮｉＭＨバッテリパックのような、携
帯用コンピュータシステムに用いられるタイプの従来型
バッテリパックである。バッテリパック４０は複数のバ
ッテリ・セルを含んでいる。従来、バッテリパックに
は、バッテリパックの放電電流の時間平均をモニタする
ための内部回路要素も含まれている。放電電流に大きく
なりすぎると、バッテリパックの温度は、バッテリ・セ
ルに回復不能な損傷を生じる可能性のある限界レベルに
近づくことになる。こうした時間平均が、所定の安全限
界を超えると、バッテリパックは自体をオフにする。こ
れが、バッテリパックに対する回復不能な損傷を防止す
るためのバッテリパックの安全機能である。しかし、そ
れ自体をオフにすることによって、もはや、コンピュー
タシステム１０に対して電力は供給されなくなる。これ
により、コンピュータシステム１０は、データの損失を
被る可能性がある。

【００１３】従来のＣＰＵチップ・セットの中には、あ
る固定デューティ・サイクルでＣＰＵを周期的に停止さ
せることのできるＣＰＵ停止線が含まれているものもあ
る。ＣＰＵ停止線は、熱による温度過昇信号とも呼ばれ
る。ＣＰＵ速度が増すと、ＣＰＵの電力要求も増加して
しまう。ＣＰＵは、消費する電力が増すにつれて、より
多くの熱を発生する。ＣＰＵ技術の進歩は、コンピュー
タにおける他の技術をしのいでいる。したがって、ＣＰ
Ｕが発生する熱量を制御して、他のコンポーネントに損
傷を与えないようにすることが必要とされている。特
に、ＣＰＵは、大電力を消費して動作する際、大量の熱
を発生して周囲の領域の温度を上昇させる。隣接するチ
ップが、所望の動作温度範囲外の温度にさらされる可能
性がある。損傷を回避するため、設計者は、ＣＰＵの電
力消費を制御してＣＰＵの熱発生及び周囲の温度を制限
する手段として、ＣＰＵ停止線を取り入れてきた。イン
テル・プロセッサの場合、この信号は、「ＳＴＰＣＬＫ
＃」信号として知られている。

【００１４】図３を参照すると、実施態様の１つにおい
て、抑制装置４４の一部５０は、常駐パルス幅制御器
（ＰＷＭ）７０を介して、ＣＰＵ停止線５２に接続して
いる。ＰＷＭ７０は、温度モニタ８２からの熱による温
度過昇信号５１または抑制装置の一部５０からのＣＰＵ
抑制制御信号７４を受信する。熱による温度過昇信号５
１は、ＣＰＵ温度を制御するための従来の技法に基づく
ものである。ＣＰＵ抑制制御信号７４は、バッテリ放電
電流レベルとしきい値レベルの比較に基づいている。

【００１５】ＰＷＭ７０は、バッテリパック放電電流状
況によるＣＰＵ抑制信号７４に応答して、ＣＰＵ停止線
５２を駆動する。バッテリパック４０のリード５４の１
つが、コンピュータシステムの電力入力３３に接続され
て、コンピュータシステム１０に電力を供給する。もう
１つのリード５６は、電流測定抵抗器Ｒ及び増幅器５８
に接続されている。増幅器５８は、バッテリ放電電流６
２に比例した電圧信号６０を出力する。こうした電圧信
号６０は、時定数が電流測定抵抗器／増幅器よりはるか
に小さい低域フィルタ６５を通過する。図３及び４を参
照すると、フィルタされた信号６６が、比較器６８に供
給され、この比較器は、基準７２からの基準信号６４も
受信する。放電電流６２が基準７２を超えると、比較器
６８が抑制制御信号７４を駆動し、これがＣＰＵチップ
・セット２２へ出力される。

【００１６】図の実施例において、ＣＰＵチップ・セッ
ト２２には、ＣＰＵ２１、ＣＰＵ温度モニタ回路８２
が、内蔵パルス幅制御回路７０と共に含まれる。ＣＰＵ
温度モニタ回路８２は、ＣＰＵ２１がしきい値温度を超
えると、ＣＰＵ停止線５２を駆動する。さらに、抑制回
路部分５０の抑制制御信号７４が、ＰＷＭ７０内へ供給
される。抑制回路部分５０または温度モニタ回路８２か
らの入力がアクティブであれば、パルス幅制御回路７０
は、固定デューティ・サイクルでＣＰＵ停止線５２を調
節する。このように、ＣＰＵ２１は、固定デューティ・
サイクルで動作する。デューティ・サイクルの一部８６
にある間、ＣＰＵは停止させられる。残りの部分にある
間、ＣＰＵは通常に動作する。従って、抑制制御信号７
４がアクティブの場合、内蔵ＰＷＭ回路７０は、固定デ
ューティ・サイクルでＣＰＵを動作させる。一般に、内
蔵ＰＷＭ回路７０には前述の遅延が含まれるため、ＣＰ
Ｕ停止調節が駆動されても、抑制制御信号７４のレベル
に関係なく一定の時間は非活動状態とはならない。これ
によって、ＰＷＭ回路７０のバウンスが防止される。こ
の実施態様の場合、抑制装置４４には、チップ・セット
２２の内蔵パルス幅制御回路要素７０に加え、回路部分
５０も含まれる。

【００１７】図５を参照すると、代替実施態様の１つに
おいて、パルス幅制御が、ＣＰＵチップ・セット２２と
は別個に実施される。こうした実施態様の場合、抑制回
路４４は、ＣＰＵ２１に直接接続される。図３の実施態
様と同様に、バッテリパック４０のリードの一方５４
が、コンピュータシステムの電力入力３３に接続され、
コンピュータシステムに電力を供給する。もう一方のリ
ード５６は、電流測定抵抗器Ｒ及び増幅器５８に接続さ
れる。増幅器５８は、バッテリ放電電流６２に比例した
電圧信号６０を出力する。こうした電圧信号６０は、時
定数が電流測定抵抗器／増幅器よりもはるかに小さい低
域フィルタ６５を通過する。フィルタされた信号６６
は、基準７２からの基準信号６４も受信する比較器６８
へ供給される。放電電流６２が、基準７２のレベルを超
えると、比較器６８は、ワン・ショット（ワン・ショッ
ト・デバイス）７６に抑制制御信号７４´を出力する。
ワン・ショット７６は、トランジスタ７８をオンにし、
抑制制御信号８０をＣＰＵ２１のＣＰＵ停止線５２へ供
給できるようにする。

【００１８】フィルタされた信号６６が、基準信号６４
を超えると、ワン・ショットが出力される。ワン・ショ
ットの出力時間８６は固定である。従って、ＣＰＵ２１
が停止させられる時間Ｌ１も固定である。しかし、ワン
・ショットを出力する時間間隔の時間Ｌ２は、実施態様
に応じて様々である。実施態様によっては、出力間の時
間間隔Ｌ２は固定される場合もある。ある実施態様で
は、図５及び６に示されるように、出力間の時間間隔Ｌ
２が放電電流に従って変動する。詳しく述べると、フィ
ルタ６５は、測定される信号６０に比例した時間遅延を
信号６６に加える。測定される信号６０が大きいほど
（すなわち、放電電流としきい値レベルの差が大きいほ
ど）、出力間の時間間隔Ｌ２は短くなる。測定される電
流が減少するにつれて、出力間の時間間隔Ｔは長くな
る。こうした実施態様によれば、出力時間長Ｌ１（すな
わち、ＣＰＵの停止時間）は固定されるが、ＣＰＵのオ
ン時間Ｌ２は変化する。デューティ・サイクルは、放電
電流６２に関連して変化する。図６を参照すると、フィ
ルタされた信号６６、基準信号６４、比較器出力信号７
４´、ＣＰＵ停止線５２、及び、抑制制御信号８０が示
されている。固定長（Ｌ１）の停止時間パルス８６と様
々な長さの時間Ｔに留意されたい。大電流が測定された
場合の周期はＴ１である。その後、より小さい電流が測
定された場合、周期Ｔ２は長くなっている。

【００１９】別の実施態様としては、図７に示すよう
に、フィルタされた信号６６が基準信号６４を超える限
り、ワン・ショットは固定周期８７で出力する。従っ
て、プロセッサは、固定デューティ・サイクルで停止さ
せられる。

【００２０】さらにもう１つの実施態様では、ＣＰＵの
オン時間ではなく、ＣＰＵ停止時間の長さを制御するこ
とによって、デューティ・サイクルを変動させる。オン
時間またはオフ時間のいずれを変更することによる目的
も、測定電流６０に関するデューティ・サイクルを変化
させることにある。ＣＰＵの停止は、比較器信号７４´
が基準信号６４を超える時間全体にわたって行われるの
ではなく、期間の一部について周期的に行われることが
望ましいという点に留意されたい。

【００２１】実施態様によっては、ＣＰＵを停止させる
ことが可能な時間量は、基準７２からより高基準９２に
切り替えることによって、さらに制限される場合もあ
る。高基準９２には、フィルタされた信号６６が取り得
るいかなる値よりも大きな値が選択される。ある実施態
様では、発振器９４を用いて基準７２と高基準の切り替
えが行われる。高基準９２が比較器６８に接続される場
合、ＣＰＵは、常にオン状態で動作する。基準７２が比
較器６８に接続される場合、ＣＰＵは、上述のように、
あるデューティ・サイクルで停止させられる（放電電流
がしきい値レベルを超えると）。基準７２と高基準９２
を切り替えるための発振周波数は、ＣＰＵが、データの
損失を避けるために最低限の動作を維持するのに十分な
頻度で動作することを保証するように選択される。

【００２２】本発明の望ましい実施態様について例示
し、解説してきたが、さまざまな代替、修正、及び、同
等物を用いることも可能である。例えば、抑制回路４４
は、ハードウェア回路として例示されているが、別の実
施態様では、組み込みコントローラまたはプログラマブ
ル・プロセッサがソフトウェアによる分析を実施して、
抑制制御信号８０及び／またはＣＰＵ停止制御信号５２
を生成することもできる。従って、上記の説明は本発明
の権利範囲を限定するものではなく、それは付加した特
許請求の範囲によって規定されると解釈されるべきであ
る。

【００２３】以下においては、本発明の種々の構成要件
の組み合わせからなる例示的な実施態様を示す。 １．携帯用コンピュータ(10)に電力を供給するバッテリ
パック(40)の平均放電電流を低減して、前記バッテリパ
ックが規定の温度に達しないようにするための装置であ
って、前記平均放電電流がしきい値レベルを超えると、
抑制信号(74)を発生する第１の回路(68,21)と、前記抑
制信号に応答して前記コンピュータシステムのデバイス
(20,22,24,26,28,20,12)の電力需要を低減させ、この電
力需要の低減によって前記平均放電電流が低減されるよ
うに構成される第２の回路(70,76,21)と、からなる装
置。 ２．前記デバイスがプロセッサ(21,22)であることと、
前記第２の回路が、前記抑制信号に応答して前記プロセ
ッサを減速させること含む項番１の装置。 ３．前記デバイスが、ハード・ディスク・ドライブ(2
6)、プリンタ、ディスプレイ(12)、及び、フロッピー
(R)ディスク・ドライブ(30)からなる周辺装置グループ
のうちの１つの周辺装置である、項番１の装置。 ４．前記第１の回路と第２の回路がプロセッサ(21)から
なる、項番１の装置。 ５．前記第２の回路が、前記抑制信号を受信するパルス
幅制御器(70)を含む、項番１〜３のうちいずれか１つに
記載の装置。 ６．前記第１の回路が、比較器及びワン・ショット・デ
バイス(76)からなる、項番１、２、４、または５のうち
いずれか１つに記載の装置。 ７．前記第２の回路が、前記しきい値レベルを超える前
記バッテリ放電電流の超過分に比例して、デューティ・
サイクルの一部についてプロセッサを停止させる、項番
２の装置。 ８．しきい値レベル(72)に関連した、バッテリ(40)から
の過剰放電電流(62)を低減するための方法であって、前
記バッテリからの放電電流を測定するステップと、測定
された放電電流と前記しきい値レベルとの差を求めるス
テップと、前記測定された放電電流が基準信号を超える
と、抑制信号(74)をアクティブにするステップと、前記
抑制信号がアクティブになると、デューティ・サイクル
の一部Ｌ１について、前記バッテリにより電力供給を受
けるプロセッサ(22)を減速させるステップと、からなる
方法。 ９．前記測定された放電電流に関連してデューティ・サ
イクルＴを制御するステップをさらに含む、項番８の方
法。

【００２４】

【発明の効果】価値のある有益な効果について、本発明
の利点は、日々強力になってゆくＣＰＵに対し、より小
さなバッテリパックを安全に利用できるようにすること
にある。特に、コンピュータシステムがバッテリを用い
ずに交流モードの線電流で動作している場合、ＣＰＵ
は、システムの性能を最大限に発揮するのに必要な電力
を引き出して、最大速度で動作することが可能である。
システムがバッテリパックから切り離されて動作してい
る場合、過剰電力を引き出すことのない多くのアプリケ
ーションに対してパフォーマンスが影響を受けることは
ないであろう。パフォーマンスは、いくつか状況下にお
いて、コストの削減と最適なバッテリパックのさらなる
小型軽量化との交換によりトレードオフされる。その結
果、多くの計算機用途の要求に応じるため、より小さい
バッテリパックが安全に使用される。これは、とりわ
け、コストが重要な要素とされる携帯用コンピュータ市
場の分野にとって有益であろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】携帯用コンピュータシステムのブロック図であ
る。

【図２】バッテリパックからの電力使用量を抑制するた
めのシステムに関するブロック図である。

【図３】本発明の特定の実施態様による図２のシステム
の概略図である。

【図４】図３の抑制装置によって発生する特定信号のチ
ャートである。

【図５】本発明のもう１つの特定の実施態様による図２
のシステムの概略図である。

【図６】図５の抑制装置によって発生する特定信号のチ
ャートである。

【図７】もう１つの実施態様による図５の抑制装置によ
って発生する特定信号のチャートである。

【符号の説明】

１０ 携帯用コンピュータ １２ ディスプレイ ２０ システム・ボード ２１ プロセッサ ２２ プロセッサ ２４ ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ） ２６ ハード・ディスク・ドライブ ２８ ネットワーク・インタフェース ３０ フロッピー(R)ディスク・ドライブ ４０ バッテリパック ６２ バッテリ放電電流 ６８ 比較器 ７０ パルス幅制御器 ７４ 抑制信号 ７６ ワン・ショット・デバイス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャドウィック・ダブリュー・ストライカ ー アメリカ合衆国オレゴン州97321，アルバ ニー，サウスイースト・コリングウッド・ ストリート・2670 (72)発明者 アンドリュー・エル・バン・ブロックリン アメリカ合衆国オレゴン州97330，コーバ リス，ノースウエスト・ハッピー・バレ イ・ドライブ・6050 Ｆターム(参考） 5B011 DA06 EA04 EA05 GG06 JA12 LL11 5G003 BA01 DA02 FA04 GA01 GC05

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】携帯用コンピュータ(10)に電力を供給する
   バッテリパック(40)の平均放電電流を低減して、前記バ
   ッテリパックが規定の温度に達しないようにするための
   装置であって、 前記平均放電電流がしきい値レベルを超えると、抑制信
   号(74)を発生する第１の回路(68,21)と、 前記抑制信号に応答して前記コンピュータシステムのデ
   バイス(20,22,24,26,28,20,12)の電力需要を低減させ、
   この電力需要の低減によって前記平均放電電流が低減さ
   れるように構成される第２の回路(70,76,21)と、 からなる装置。