专利名称：更换电池期间可连续工作的计算机的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算机、基于控制器的其它处理器，更一般地涉及需要不间断电源以便不间断地保存数据和状态的任何电设备。尤其是，本发明涉及用电池供电的需要经常更换电池的便携式、手持式或膝面式(laplop)计算机或其他在主电源中断时必须能维持工作的逻辑电路。
许多便携式计算机依靠电池作电源。这里所使用的术语“便携式”一词广义地包括依靠电池或可以依靠电池为电源的所有小型计算机，包括那些熟知的便携式计算机，膝面式计算机，手持式计算机或夹板式计算机(如在与本发明同时递交，申请号为No，题为“手持式计算机”的申请中所述的那些计算机，该申请与本发明转让给同一受让人，在此援引作为参考)。
多数电池供电的便携式计算机包括一个例如LED那样的指示器，当电池电压低需充电时，它就发出信号给操作者。一般来说，当低电池电压信号灯被触发时，操作者可以有约10至15分钟的时间结束他正在工作的项目，在此期间计算机不会停机。然后计算机必须关闭，取出并更换电池，若操作者在此期间没有机会结束他的项目时，电池的更换就可能造成损失。其它电设备不管是否包括微处理机，常需要一个不中断的电源。这包括便携式电池供电的装置，也包括通常靠电力线供电运行的设备，例如交通灯控制器，即使在电源发生故障，交通灯本身已暂停工作期间，其状态和定时也应在低消耗功率下保持运行。
本发明提供一种置入计算机中，不需定期更换的“桥接电池”，(bridge battery)它允许主计算机电池取出更换而不必关闭计算机，该桥接电池在没有主电池时能在短时间内向计算机或仅向计算机中的必要电路供电。
该桥接电池最好在计算机运转期间始终与计算机相连。但当主电池存在时，尽管它与计算机相连，基本上此桥接电池并无功率消耗，因为计算机由主电池取用电流。
桥接电池不从计算机取出，因此它必须在原地充电。因而，为了在所有时间维持充电，该桥接电池必须从主电池充电。
有几种方式可以完成桥接电池的充电，即通过连续补充充电(trickle charging)或快速充电。在本发明的一个较佳实施例中，用了快速充电，因为它优于单独连续补充充电，单独连续补充充电所需功率虽小，但要不断地消耗功率。当桥接电池的电完全放完时，在下一次主电池需要更换前，连续补充充电不能提供足够的充电量。因而在本发明的较佳实施例中包括了一个对桥接电池充电的快速充电电路。在每次新的主电池插入计算机时，该电路短时间(例如5分钟)内从主电池取得功率以高速率向桥接电池充电。高速快速充电的时间是很短的，仅持续桥接电池充分充电所必需的时间。
在一较佳实施例中，充电电路也输出很低的连续补充充电电流以便在再次需要该桥接电池之前确保该电池充至满容量。
因而，本发明的目的之一是使计算机在更换电池期间能连续操作来增强电池供电的便携式计算机的效用。本发明进一步目的是为了完成这一点而利用一个置入计算机的桥接电池，当电池更换时，它能为计算机提供持续时间虽短但足以供计算机用的过滤功率。在较佳实施例中，当新电池安装入计算机时，该桥接电池从新电池快速充电。
本发明的其它和进一步的目的，从下面结合附图所作的说明和权利要求中将会更为清楚。这些附图以举例说明的方式表示本发明的较佳实施例及其原理以及应用这些原理的、目前认为最好的方式。本领域的技术人员如果希望，可以应用同一或等同的原理作出本发明的其它实施例以及作出种种改变和变换，但所有这些都仍落在本发明及所附权利要求的精神实质的范围之内。
图1是表示本发明用于计算机的桥接电池系统的基本工作的简化示意框图。
图2是表示用于对桥接电池快速充电，随后是连续补充充电的桥接电池充电电路的一个例子的电路图。
图2A、2B和2C是说明图2电路工作的简单波形图。
图3是包括图2的桥接电池充电电路的计算机主电源电路图。
现参照附图叙述本发明的实施例。
在附图中，图1是按照本发明的，使设备(例如便携式计算机)在更换电池期间能不间断其工作的系统的简单框图。
在图1中，10表示计算机，它通常连到主电池组12或外电源14。主电池组12和外电源14都可能移开或失效。对野外不能对主电池再充电时，在使用一定时间后，主电池组12必须用新充电的电池组代替。
一“桥”接电池22如图所示连在计算机上。小而容量较低的桥接电池22可以如所示的一直与计算机相连，用于当主电池组12取出更换时向计算机短时间(例如几分钟)供电。这使计算机10能不间断地连续工作。如下所述，如果希望，桥接电池也可以足够大以便以静态方式(quiescent mode)向计算机供电，时间可以比更换电池所需时间长得多。例如，如果电池电压已很低，计算机自动置于备用方式(standby mode)，则通过桥接电池对备用方式较长时间供电，能给操作者以足够的时间外出购买新乾电池或甚至有足够时间对再充式电池组进行充电。
图1示出了使用新更换的电池组12或新连接的外电源14对桥接电池22进行充电的设施。当主开关接通(包括当电池电压低时外电源的连接)或若当主开关接通有已充电的电源可用时(如框18所示)，就短时间地例如3分钟对桥接电池22进行快速充电。充电控制电路30控制这种快速充电。在一个实施例中，每当主开关闭合时，充电控制30就提供一个慢充电，连续允许从主电池12或外电源向桥接电池22提供小电流的连续补充充电。
如上所述，在更换主电池组12时，希望先进行快速充电以保证桥接电池在需要时可以供电。这样，如图1中框18所示，主电池组12的更换意味着经充电控制电路30的快速充电的触发。这也可以在已充电电池组插入时通过机械连接或电传感器件来实现。
图1表示桥接电池22仅向计算机10的RAM24暂时供电。下面将进一步说明，当主电池行将更换时(或电池电压对计算机工作来说已太低时)，所有有效程序和数据最好经人工或自动备用开关26存入RAM24。
图2表示本发明的系统的电池充电电路30，图2A、2B和2C是说明电路30工作的图形。
从图2可见，每当主电源开关32闭合并且每当新主电池置入计算机10中或其它装置中或外电源供电时，就对桥接电池22进行快速充电。
若主电源开关32断开，则主电池更换将不产生任何作用，只要开关32断开则无充电(快速充电或连续补充充电)发生。当开关32闭合时，只要有电源连接到计算机，就将开始桥接电池的充电，不论该电源是主电池20还是外电源即连到计算机或装置10的DC变换器。
如果要在主电源开关接通时更换主电池20，按照本发明的一个实施例，计算机10必须首先置于“备用”方式。备用开关和备用方式在计算机的其余部分关闭时，把有效程序和数据保存在RAM内。设备操作者可以先用该备用开关把计算机置于备用方式，然后更换主电池，然后通过再次使用备用开关重新使计算机转入工作状态。在一个较佳实施例中，每当主电池取出或在没有已充电的主电池可用而外电源移去时，计算机可以自动置于备用方式，在任何情况下，每当计算机在“低电池”警告灯亮以后运行且接近于不足以维持显示贮存器和程序贮存器时，最好触发备用方式。这是通过传感器和软件来实现的，以防止有效程序和数据的丢失。此功能在图1用方块33表示，它表示已检测到低电压电池并且向计算机或备用开关26(或两者)发出一信号，以通过软件和/或硬件完成该功能。在此期间，桥接电池可以放慢主电池的耗电，或者，若使用者移去电池组12，则桥接电池被单独使用。
当主电源开关32闭合时或在主电源开关32接通时更换主电池，则在本发明的较佳实施例中，电路30将向桥接电池22提供约3分钟的快速充电。
在主电源开关32处接通计算机或在主电源开关接通时更换主电池，引起电路30中在所示位置34处产生电压跳变(见图2)，这个跳变示意性地表示在图2A中。电容36阻碍该电压跳变且在电容的另一侧(图2中38处)电压相应升高。这示于图2B。如图2B所示，这种升高的电压只能持续大约3分钟的短时间。该升高的电压通过图2中接地电阻40(阻值为10MΩ)放电。
与此同时，在电荷泄放到一定电平之前(图2中42)，N沟道FET44由于高电压而“导通”，有效地在电路30中成为短路。
这样，当N沟道FET44导通时，充电电流通过电阻46(图2所示为1000欧姆)对桥接电池22进行充电而不经过2.2KΩ的电阻48。这样充电电流由电阻46确定并且是处于快速充电的高电平或图2C中所示的25C。
但是，如图2B曲线所示，当线路38中的电压降到点42时，晶体管44截止，变成高阻抗而成为断开的开关。此时，电流主要经电阻46(例如1000欧姆)和电阻48(例如2.2KΩ)。这形成了第二充电电流或如图2C所示大约为0.04C。这是每当计算机或装置10接通且在快速充电短时间后向桥接电池22恒定地供电的连续补充充电。
图2B表示快速充电的时间常数T由电阻40从线路38的放电的速率确定。
在高电流电平上对桥接电池22的快速充电能维持大约3分钟而对电阻22没有实质的危险(该电池可由两个3.6伏的镍镉电池串联组成)。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，输入电压可从大约11伏变到18伏。最低的电压将在计算机中的主电池20是低电压时发生。18伏最高的电压当外电源即DC变换器连到计算机时发生。
图2中所示的电路30说明按照本发明的用于桥接电池充电电路的一个实施例，它提供短时间的快速充电以后提供连续补充充电。图3表示可用于上述共同待批申请中所述的手持笔记本式计算机的电路30。
图3表示用于计算机10的主PC板电源电路，其中有本发明的桥接电池电路。
桥接电池充电电路30在图3中左下方。现在从图3的电路图的顶部开始叙述，直流输入插座50经噪声滤除电路52和共模变压器54连接到一“或”门二极管D10。当外电源接到50中时，由探测器56进行探测。
线路58向下到主电源电路，它由二极管使电池成“或”关系-在BC4处的一次电池(例如碱性电池)或在BC5处的镍镉电池。或门二极管(diode OR-ing)由二极管D10、D5和D4完成且它使所有三个电源即一次电池、镍镉电池或外电源成“或”关系。当连接外电源时，通过或门二极管，电路将始终使用外电源，因为它比那两种电池的电压高。
在图3中所示的，由Q27、RB132、D9和RB131组成的电路60分路D4。如果是镍镉可充电电池，这是用于对它充电的电路。接点BC1-BC5在电池盒中，它们可以按申请号No 、题目为“电池盒”的与本申请同时提交的待批专利所揭示的那样作成，该专利与本发明转让给同一受让人，授引在此作为参考。
主电源开关SW1是双刀双掷(DPDT)开关。当该主开关闭合时，它把电池或外电源(或从图3中62处所示的扩展组件来的电源)连到图3中标有SWTCHD DC的64处，它通向一DC-DC转换器，它产生运行机器所需的电压。
如图所示，主电源开关SW1也把电源切换到桥接电池电路30并把桥接电池电路30与一标有Q33的5伏稳压器相连。稳压器Q33的右边是在D6和D7处的另一个二极管“或”门。进入D7的线路接收来自由64供给的转换器的电源，这一系统电压由D6和D7相“或”。只有当系统置于备用方式且主电源移出时稳压器Q33才工作，在这种情况下，DC-DC转换器关闭，桥接电池22经稳压器Q33接管RAM(参见RAM VCC)。桥接电池22和稳压器只向RAM供电。
这样，D6和D7在来自DC-DC的转换器的5伏电源和由桥接电池22供电的5伏稳压器Q33之间提供另一个“或”门电路。Q33的辅助稳压器只有在电源开关闭合且主电池和外电源失去时才由桥接电池供电。
如上所述用备用开关或自动形成的备用方式由软件读出。软件着手关闭DC-DC转换器，取出机器所有关键的参数。它取出正在运行的程序存贮器的信息和机器状态并存入主RAM。当这些完成时，然后软件关闭DC-DC转换器。此后，主电池(如果装上)或桥接电池保持主RAM有效。
当桥接电池向存贮器供电而放电时，二极管VSK140用作提供从Q33到地的电流通路。
当操作者再次使用备用开关时，就恢复所有程序以及以前的视频显示等。通过插入新的电池、连接外电源等再次带来电源后，所有硬件的参数都一起恢复。
图3也表示标有VRAM PU的66，在备用方式期间可以由主电池或桥接电池供电。这是在备用方式期间把显示存贮器芯片置于低功率方式。
电源配线电容器(power distributing capacitors)68示于图3中右下方，用于减少RAM VCC线上的噪声。它们不吸收任何功率，但具有提供低阻抗源或储存功率的容器的目的。
虽然我们已经说明和叙述了我们发明的较佳实施例，但应该理解，这些实施例是能够加以变化和改变的，因而我们不希望把我们的发明局限于所述的细节，我们希望这些变化和改变仍落在下述权项的范围之内。
权利要求
1.一种设置在具有外壳和显示并由主电池供电使之操作的计算机中的、用于在该主电池更换期间防止计算机中有效存贮信息和数据丢失的系统，其特征在于包括用于取出及更换所述主电池的电池更换装置；设置在计算机外壳内并与计算机相连、具有足够容量，能在足够所述主电池更换的短时间内向至少计算机一部分供电的桥接电池装置；和用于在主电池更换期间由于向计算机供电，桥接电池装置容量降低后向其再充电的充电装置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的充电装置包括使用来自新更换的主电池的功率向所述桥接电池充电的装置。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述的充电装置包括用于在主电池更换后从主电池向所述桥接电池装置提供短时间快速充电的快充电装置。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括，用于在所述快速充电后，从所述主电池向所述桥接电池提供很低而连续的补充充电的连续补充充电装置。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的充电装置包括使用来自所述主电池的功率向所述桥接电池装置充电以及在大约3分钟内向桥接电池装置充电、使所述桥接电池装置在所述短时间内能提供足够功率支持计算机的所述部分的装置。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述的计算机包括备用装置，该装置把计算机置于备用方式，即除计算机显示存贮器及主RAM部分外，计算机的功率消耗元件全部关闭的状态，且在主电池移出时在备用方式期间，所述的桥接电池装置能向主RAM和显示存贮器供电，使显示存贮信息和有效存贮信息得以保存;所述的备用装置包括用于在主电池更换后把计算机恢复至全操作状态的恢复装置。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的备用装置包括当主电池达到预定的低电平时自动把计算机置于备用方式并然后用桥接电池装置维持RAM的装置。
8.在一个以主电池工作的计算机中，一个在该主电池更换期间，维持对主随机存贮器或RAM供电使之有效的电路，其特征在于它包括接在电路中、容量小于所述主电池的桥接电池;在所述电路中、用于检测计算机主电源开关接通或当主电源开关闭合时，检测对计算机供电的电源向较高电压电源变化的检测装置;响应所述主开关接通或响应检测到向所述高电压源的变化，起动向桥接电池短时间快速充电的装置;和当主电源开关闭合且无其他电源存在时，使所述桥接电池向计算机的主RAM供电的装置。
9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，该电路进一步包括在所述快速充电之后利用所述较高电压的电源向所述桥接电池提供低的连续补充充电的装置。
10.如权利要求8所述的电路，其特征在于，该电路进一步包括用于把计算机置于备用方式的备用装置，在该方式中，每当主电池从计算机移出时，主RAM被维持而计算机所有其它耗电元件均被关闭。
11.如权利要求10所述的电路，其特征在于，所述的备用装置包括当电池达到预定的低电平时，自动把计算机置于备用方式然后以桥接电池维持RAM的装置。
全文摘要
在电池供电的计算机中，当主电池移出更换时，一个桥接电池电路向计算机短时间供电。这使得当电池更换时，计算机被部分接通但处静态而不用把有效程序和数据转贮至盘片或卡片存贮器。一旦主电池移出，在把计算机转移到所有有效程序暂时存储入RAM的备用方式之后，一很小预置的电池或桥接电池自动向计算机RAM供电。计算机中的快速充电电路当新电池插入时向桥接电池提供几分钟的快速充电。在快速充电后，可以提供一很低的连续补充充电。
文档编号G06F1/30GK1050100SQ90104408
公开日1991年3月20日 申请日期1990年6月11日 优先权日1989年6月12日
发明者肯·L·杜拉尼, 菲利普·托德·纳什 申请人:栅格体系有限公司