專利名稱:更換電池期間可連續(xù)工作的計算機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及計算機、基于控制器的其它處理器,更一般地涉及需要不間斷電源以便不間斷地保存數(shù)據(jù)和狀態(tài)的任何電設(shè)備。尤其是,本發(fā)明涉及用電池供電的需要經(jīng)常更換電池的便攜式、手持式或膝面式(laplop)計算機或其他在主電源中斷時必須能維持工作的邏輯電路。
許多便攜式計算機依靠電池作電源。這里所使用的術(shù)語“便攜式”一詞廣義地包括依靠電池或可以依靠電池為電源的所有小型計算機,包括那些熟知的便攜式計算機,膝面式計算機,手持式計算機或夾板式計算機(如在與本發(fā)明同時遞交,申請?zhí)枮镹o,題為“手持式計算機”的申請中所述的那些計算機,該申請與本發(fā)明轉(zhuǎn)讓給同一受讓人,在此援引作為參考)。
多數(shù)電池供電的便攜式計算機包括一個例如LED那樣的指示器,當電池電壓低需充電時,它就發(fā)出信號給操作者。一般來說,當?shù)碗姵仉妷盒盘枱舯挥|發(fā)時,操作者可以有約10至15分鐘的時間結(jié)束他正在工作的項目,在此期間計算機不會停機。然后計算機必須關(guān)閉,取出并更換電池,若操作者在此期間沒有機會結(jié)束他的項目時,電池的更換就可能造成損失。其它電設(shè)備不管是否包括微處理機,常需要一個不中斷的電源。這包括便攜式電池供電的裝置,也包括通??侩娏€供電運行的設(shè)備,例如交通燈控制器,即使在電源發(fā)生故障,交通燈本身已暫停工作期間,其狀態(tài)和定時也應(yīng)在低消耗功率下保持運行。
本發(fā)明提供一種置入計算機中,不需定期更換的“橋接電池”,(bridge battery)它允許主計算機電池取出更換而不必關(guān)閉計算機,該橋接電池在沒有主電池時能在短時間內(nèi)向計算機或僅向計算機中的必要電路供電。
該橋接電池最好在計算機運轉(zhuǎn)期間始終與計算機相連。但當主電池存在時,盡管它與計算機相連,基本上此橋接電池并無功率消耗,因為計算機由主電池取用電流。
橋接電池不從計算機取出,因此它必須在原地充電。因而,為了在所有時間維持充電,該橋接電池必須從主電池充電。
有幾種方式可以完成橋接電池的充電,即通過連續(xù)補充充電(trickle charging)或快速充電。在本發(fā)明的一個較佳實施例中,用了快速充電,因為它優(yōu)于單獨連續(xù)補充充電,單獨連續(xù)補充充電所需功率雖小,但要不斷地消耗功率。當橋接電池的電完全放完時,在下一次主電池需要更換前,連續(xù)補充充電不能提供足夠的充電量。因而在本發(fā)明的較佳實施例中包括了一個對橋接電池充電的快速充電電路。在每次新的主電池插入計算機時,該電路短時間(例如5分鐘)內(nèi)從主電池取得功率以高速率向橋接電池充電。高速快速充電的時間是很短的,僅持續(xù)橋接電池充分充電所必需的時間。
在一較佳實施例中,充電電路也輸出很低的連續(xù)補充充電電流以便在再次需要該橋接電池之前確保該電池充至滿容量。
因而,本發(fā)明的目的之一是使計算機在更換電池期間能連續(xù)操作來增強電池供電的便攜式計算機的效用。本發(fā)明進一步目的是為了完成這一點而利用一個置入計算機的橋接電池,當電池更換時,它能為計算機提供持續(xù)時間雖短但足以供計算機用的過濾功率。在較佳實施例中,當新電池安裝入計算機時,該橋接電池從新電池快速充電。
本發(fā)明的其它和進一步的目的,從下面結(jié)合附圖所作的說明和權(quán)利要求中將會更為清楚。這些附圖以舉例說明的方式表示本發(fā)明的較佳實施例及其原理以及應(yīng)用這些原理的、目前認為最好的方式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果希望,可以應(yīng)用同一或等同的原理作出本發(fā)明的其它實施例以及作出種種改變和變換,但所有這些都仍落在本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神實質(zhì)的范圍之內(nèi)。
圖1是表示本發(fā)明用于計算機的橋接電池系統(tǒng)的基本工作的簡化示意框圖。
圖2是表示用于對橋接電池快速充電,隨后是連續(xù)補充充電的橋接電池充電電路的一個例子的電路圖。
圖2A、2B和2C是說明圖2電路工作的簡單波形圖。
圖3是包括圖2的橋接電池充電電路的計算機主電源電路圖。
現(xiàn)參照附圖敘述本發(fā)明的實施例。
在附圖中,圖1是按照本發(fā)明的,使設(shè)備(例如便攜式計算機)在更換電池期間能不間斷其工作的系統(tǒng)的簡單框圖。
在圖1中,10表示計算機,它通常連到主電池組12或外電源14。主電池組12和外電源14都可能移開或失效。對野外不能對主電池再充電時,在使用一定時間后,主電池組12必須用新充電的電池組代替。
一“橋”接電池22如圖所示連在計算機上。小而容量較低的橋接電池22可以如所示的一直與計算機相連,用于當主電池組12取出更換時向計算機短時間(例如幾分鐘)供電。這使計算機10能不間斷地連續(xù)工作。如下所述,如果希望,橋接電池也可以足夠大以便以靜態(tài)方式(quiescent mode)向計算機供電,時間可以比更換電池所需時間長得多。例如,如果電池電壓已很低,計算機自動置于備用方式(standby mode),則通過橋接電池對備用方式較長時間供電,能給操作者以足夠的時間外出購買新乾電池或甚至有足夠時間對再充式電池組進行充電。
圖1示出了使用新更換的電池組12或新連接的外電源14對橋接電池22進行充電的設(shè)施。當主開關(guān)接通(包括當電池電壓低時外電源的連接)或若當主開關(guān)接通有已充電的電源可用時(如框18所示),就短時間地例如3分鐘對橋接電池22進行快速充電。充電控制電路30控制這種快速充電。在一個實施例中,每當主開關(guān)閉合時,充電控制30就提供一個慢充電,連續(xù)允許從主電池12或外電源向橋接電池22提供小電流的連續(xù)補充充電。
如上所述,在更換主電池組12時,希望先進行快速充電以保證橋接電池在需要時可以供電。這樣,如圖1中框18所示,主電池組12的更換意味著經(jīng)充電控制電路30的快速充電的觸發(fā)。這也可以在已充電電池組插入時通過機械連接或電傳感器件來實現(xiàn)。
圖1表示橋接電池22僅向計算機10的RAM24暫時供電。下面將進一步說明,當主電池行將更換時(或電池電壓對計算機工作來說已太低時),所有有效程序和數(shù)據(jù)最好經(jīng)人工或自動備用開關(guān)26存入RAM24。
圖2表示本發(fā)明的系統(tǒng)的電池充電電路30,圖2A、2B和2C是說明電路30工作的圖形。
從圖2可見,每當主電源開關(guān)32閉合并且每當新主電池置入計算機10中或其它裝置中或外電源供電時,就對橋接電池22進行快速充電。
若主電源開關(guān)32斷開,則主電池更換將不產(chǎn)生任何作用,只要開關(guān)32斷開則無充電(快速充電或連續(xù)補充充電)發(fā)生。當開關(guān)32閉合時,只要有電源連接到計算機,就將開始橋接電池的充電,不論該電源是主電池20還是外電源即連到計算機或裝置10的DC變換器。
如果要在主電源開關(guān)接通時更換主電池20,按照本發(fā)明的一個實施例,計算機10必須首先置于“備用”方式。備用開關(guān)和備用方式在計算機的其余部分關(guān)閉時,把有效程序和數(shù)據(jù)保存在RAM內(nèi)。設(shè)備操作者可以先用該備用開關(guān)把計算機置于備用方式,然后更換主電池,然后通過再次使用備用開關(guān)重新使計算機轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)。在一個較佳實施例中,每當主電池取出或在沒有已充電的主電池可用而外電源移去時,計算機可以自動置于備用方式,在任何情況下,每當計算機在“低電池”警告燈亮以后運行且接近于不足以維持顯示貯存器和程序貯存器時,最好觸發(fā)備用方式。這是通過傳感器和軟件來實現(xiàn)的,以防止有效程序和數(shù)據(jù)的丟失。此功能在圖1用方塊33表示,它表示已檢測到低電壓電池并且向計算機或備用開關(guān)26(或兩者)發(fā)出一信號,以通過軟件和/或硬件完成該功能。在此期間,橋接電池可以放慢主電池的耗電,或者,若使用者移去電池組12,則橋接電池被單獨使用。
當主電源開關(guān)32閉合時或在主電源開關(guān)32接通時更換主電池,則在本發(fā)明的較佳實施例中,電路30將向橋接電池22提供約3分鐘的快速充電。
在主電源開關(guān)32處接通計算機或在主電源開關(guān)接通時更換主電池,引起電路30中在所示位置34處產(chǎn)生電壓跳變(見圖2),這個跳變示意性地表示在圖2A中。電容36阻礙該電壓跳變且在電容的另一側(cè)(圖2中38處)電壓相應(yīng)升高。這示于圖2B。如圖2B所示,這種升高的電壓只能持續(xù)大約3分鐘的短時間。該升高的電壓通過圖2中接地電阻40(阻值為10MΩ)放電。
與此同時,在電荷泄放到一定電平之前(圖2中42),N溝道FET44由于高電壓而“導(dǎo)通”,有效地在電路30中成為短路。
這樣,當N溝道FET44導(dǎo)通時,充電電流通過電阻46(圖2所示為1000歐姆)對橋接電池22進行充電而不經(jīng)過2.2KΩ的電阻48。這樣充電電流由電阻46確定并且是處于快速充電的高電平或圖2C中所示的25C。
但是,如圖2B曲線所示,當線路38中的電壓降到點42時,晶體管44截止,變成高阻抗而成為斷開的開關(guān)。此時,電流主要經(jīng)電阻46(例如1000歐姆)和電阻48(例如2.2KΩ)。這形成了第二充電電流或如圖2C所示大約為0.04C。這是每當計算機或裝置10接通且在快速充電短時間后向橋接電池22恒定地供電的連續(xù)補充充電。
圖2B表示快速充電的時間常數(shù)T由電阻40從線路38的放電的速率確定。
在高電流電平上對橋接電池22的快速充電能維持大約3分鐘而對電阻22沒有實質(zhì)的危險(該電池可由兩個3.6伏的鎳鎘電池串聯(lián)組成)。
在本發(fā)明的一個實施例中,如圖2所示,輸入電壓可從大約11伏變到18伏。最低的電壓將在計算機中的主電池20是低電壓時發(fā)生。18伏最高的電壓當外電源即DC變換器連到計算機時發(fā)生。
圖2中所示的電路30說明按照本發(fā)明的用于橋接電池充電電路的一個實施例,它提供短時間的快速充電以后提供連續(xù)補充充電。圖3表示可用于上述共同待批申請中所述的手持筆記本式計算機的電路30。
圖3表示用于計算機10的主PC板電源電路,其中有本發(fā)明的橋接電池電路。
橋接電池充電電路30在圖3中左下方?,F(xiàn)在從圖3的電路圖的頂部開始敘述,直流輸入插座50經(jīng)噪聲濾除電路52和共模變壓器54連接到一“或”門二極管D10。當外電源接到50中時,由探測器56進行探測。
線路58向下到主電源電路,它由二極管使電池成“或”關(guān)系-在BC4處的一次電池(例如堿性電池)或在BC5處的鎳鎘電池?;蜷T二極管(diode OR-ing)由二極管D10、D5和D4完成且它使所有三個電源即一次電池、鎳鎘電池或外電源成“或”關(guān)系。當連接外電源時,通過或門二極管,電路將始終使用外電源,因為它比那兩種電池的電壓高。
在圖3中所示的,由Q27、RB132、D9和RB131組成的電路60分路D4。如果是鎳鎘可充電電池,這是用于對它充電的電路。接點BC1-BC5在電池盒中,它們可以按申請?zhí)朜o 、題目為“電池盒”的與本申請同時提交的待批專利所揭示的那樣作成,該專利與本發(fā)明轉(zhuǎn)讓給同一受讓人,授引在此作為參考。
主電源開關(guān)SW1是雙刀雙擲(DPDT)開關(guān)。當該主開關(guān)閉合時,它把電池或外電源(或從圖3中62處所示的擴展組件來的電源)連到圖3中標有SWTCHD DC的64處,它通向一DC-DC轉(zhuǎn)換器,它產(chǎn)生運行機器所需的電壓。
如圖所示,主電源開關(guān)SW1也把電源切換到橋接電池電路30并把橋接電池電路30與一標有Q33的5伏穩(wěn)壓器相連。穩(wěn)壓器Q33的右邊是在D6和D7處的另一個二極管“或”門。進入D7的線路接收來自由64供給的轉(zhuǎn)換器的電源,這一系統(tǒng)電壓由D6和D7相“或”。只有當系統(tǒng)置于備用方式且主電源移出時穩(wěn)壓器Q33才工作,在這種情況下,DC-DC轉(zhuǎn)換器關(guān)閉,橋接電池22經(jīng)穩(wěn)壓器Q33接管RAM(參見RAM VCC)。橋接電池22和穩(wěn)壓器只向RAM供電。
這樣,D6和D7在來自DC-DC的轉(zhuǎn)換器的5伏電源和由橋接電池22供電的5伏穩(wěn)壓器Q33之間提供另一個“或”門電路。Q33的輔助穩(wěn)壓器只有在電源開關(guān)閉合且主電池和外電源失去時才由橋接電池供電。
如上所述用備用開關(guān)或自動形成的備用方式由軟件讀出。軟件著手關(guān)閉DC-DC轉(zhuǎn)換器,取出機器所有關(guān)鍵的參數(shù)。它取出正在運行的程序存貯器的信息和機器狀態(tài)并存入主RAM。當這些完成時,然后軟件關(guān)閉DC-DC轉(zhuǎn)換器。此后,主電池(如果裝上)或橋接電池保持主RAM有效。
當橋接電池向存貯器供電而放電時,二極管VSK140用作提供從Q33到地的電流通路。
當操作者再次使用備用開關(guān)時,就恢復(fù)所有程序以及以前的視頻顯示等。通過插入新的電池、連接外電源等再次帶來電源后,所有硬件的參數(shù)都一起恢復(fù)。
圖3也表示標有VRAM PU的66,在備用方式期間可以由主電池或橋接電池供電。這是在備用方式期間把顯示存貯器芯片置于低功率方式。
電源配線電容器(power distributing capacitors)68示于圖3中右下方,用于減少RAM VCC線上的噪聲。它們不吸收任何功率,但具有提供低阻抗源或儲存功率的容器的目的。
雖然我們已經(jīng)說明和敘述了我們發(fā)明的較佳實施例,但應(yīng)該理解,這些實施例是能夠加以變化和改變的,因而我們不希望把我們的發(fā)明局限于所述的細節(jié),我們希望這些變化和改變?nèi)月湓谙率鰴?quán)項的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置在具有外殼和顯示并由主電池供電使之操作的計算機中的、用于在該主電池更換期間防止計算機中有效存貯信息和數(shù)據(jù)丟失的系統(tǒng),其特征在于包括用于取出及更換所述主電池的電池更換裝置;設(shè)置在計算機外殼內(nèi)并與計算機相連、具有足夠容量,能在足夠所述主電池更換的短時間內(nèi)向至少計算機一部分供電的橋接電池裝置;和用于在主電池更換期間由于向計算機供電,橋接電池裝置容量降低后向其再充電的充電裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的充電裝置包括使用來自新更換的主電池的功率向所述橋接電池充電的裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的充電裝置包括用于在主電池更換后從主電池向所述橋接電池裝置提供短時間快速充電的快充電裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)進一步包括,用于在所述快速充電后,從所述主電池向所述橋接電池提供很低而連續(xù)的補充充電的連續(xù)補充充電裝置。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的充電裝置包括使用來自所述主電池的功率向所述橋接電池裝置充電以及在大約3分鐘內(nèi)向橋接電池裝置充電、使所述橋接電池裝置在所述短時間內(nèi)能提供足夠功率支持計算機的所述部分的裝置。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述的計算機包括備用裝置,該裝置把計算機置于備用方式,即除計算機顯示存貯器及主RAM部分外,計算機的功率消耗元件全部關(guān)閉的狀態(tài),且在主電池移出時在備用方式期間,所述的橋接電池裝置能向主RAM和顯示存貯器供電,使顯示存貯信息和有效存貯信息得以保存;所述的備用裝置包括用于在主電池更換后把計算機恢復(fù)至全操作狀態(tài)的恢復(fù)裝置。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng),其特征在于,所述的備用裝置包括當主電池達到預(yù)定的低電平時自動把計算機置于備用方式并然后用橋接電池裝置維持RAM的裝置。
8.在一個以主電池工作的計算機中,一個在該主電池更換期間,維持對主隨機存貯器或RAM供電使之有效的電路,其特征在于它包括接在電路中、容量小于所述主電池的橋接電池;在所述電路中、用于檢測計算機主電源開關(guān)接通或當主電源開關(guān)閉合時,檢測對計算機供電的電源向較高電壓電源變化的檢測裝置;響應(yīng)所述主開關(guān)接通或響應(yīng)檢測到向所述高電壓源的變化,起動向橋接電池短時間快速充電的裝置;和當主電源開關(guān)閉合且無其他電源存在時,使所述橋接電池向計算機的主RAM供電的裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的電路,其特征在于,該電路進一步包括在所述快速充電之后利用所述較高電壓的電源向所述橋接電池提供低的連續(xù)補充充電的裝置。
10.如權(quán)利要求8所述的電路,其特征在于,該電路進一步包括用于把計算機置于備用方式的備用裝置,在該方式中,每當主電池從計算機移出時,主RAM被維持而計算機所有其它耗電元件均被關(guān)閉。
11.如權(quán)利要求10所述的電路,其特征在于,所述的備用裝置包括當電池達到預(yù)定的低電平時,自動把計算機置于備用方式然后以橋接電池維持RAM的裝置。
全文摘要
在電池供電的計算機中,當主電池移出更換時,一個橋接電池電路向計算機短時間供電。這使得當電池更換時,計算機被部分接通但處靜態(tài)而不用把有效程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)貯至盤片或卡片存貯器。一旦主電池移出,在把計算機轉(zhuǎn)移到所有有效程序暫時存儲入RAM的備用方式之后,一很小預(yù)置的電池或橋接電池自動向計算機RAM供電。計算機中的快速充電電路當新電池插入時向橋接電池提供幾分鐘的快速充電。在快速充電后,可以提供一很低的連續(xù)補充充電。
文檔編號G06F1/30GK1050100SQ90104408
公開日1991年3月20日 申請日期1990年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1989年6月12日
發(fā)明者肯·L·杜拉尼, 菲利普·托德·納什 申請人:柵格體系有限公司