(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エミッタに第１の抵抗器を接続しベース・コレクタ間をダイオード接続した第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのベースにベースを接続しエミッタを第２の抵抗器に接続した第２のトランジスタとから成るカレントミラー回路と、
前記第１，第２の抵抗器を共通接続した第１の共通接続点と、
前記第１のトランジスタのコレクタに一端を接続した第３の抵抗器と、
前記第３の抵抗器の他端と前記第１のトランジスタのエミッタとの間に接続された充電電池と、
前記第３の抵抗器の他端と前記第２のトランジスタのコレクタとの間に接続された表示素子とを備え、
前記第３の抵抗器の他端と前記第１の共通接続点とを介して、前記充電電池に充電電流を供給することを特徴とする充電表示装置。
【請求項２】
少なくとも第１，第２の抵抗器および第１，第２のトランジスタを集積回路内に集積化して、少なくとも前記第１の抵抗器だけは金属配線材料で構成したことを特徴とする請求項１記載の充電表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電表示装置に係り、携帯用電子機器のＡＣアダプタ等に使用され、充電動作中であることを表示する充電表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、充電電池を電源とする携帯用電子機器において、安全性の面から充電動作中であることを表示して、人に知らせる充電表示装置が用いられている。以下図面を参照しながら上述の従来の充電表示回路について説明する。
【０００３】
図３は従来の充電表示装置の回路図である。図３において、ＶｃｃはＡＣアダプタ（図示せず）の正電極が繋がる電源端子、ＧＮＤはＡＣアダプタの負電極が繋がる接地端子、ＬＥＤは表示素子としての発光ダイオード、Ｄ１はダイオード、Ｒ４は電流制限用の抵抗器、Ｒ５は充電電流検出用の抵抗器、Ｅ１は充電電池、Ｓ１は電源スイッチ、Ｑ３は発光ダイオードを点灯制御する為のトランジスタである。
【０００４】
点灯制御用のトランジスタＱ３は、ベース・エミッタ間にはダイオードＤ１と抵抗器５による直列回路が接続されており、ベース・エミッタ間電圧に適当なバイアス電圧を与えるためにダイオードＤ１を接続している。また、コレクタには、電流制限用の抵抗器Ｒ４と発光ダイオードＬＥＤとの直列回路が接続され、トランジスタＱ３のベースと電源端子Ｖｃｃとの間に充電電池Ｅ１が接続される。
【０００５】
そして、電源端子Ｖｃｃ及び接地端子ＧＮＤには、図示されないＡＣアダプタの正電極及び負電極が接続される。また、接地端子ＧＮＤに接続された電源スイッチＳ１をオンすると、電源端子Ｖｃｃから充電電池Ｅ１、次にダイオードＤ１と抵抗器Ｒ５の直列回路を経由して接地端子ＧＮＤの電流経路で充電される。そして、抵抗器Ｒ５の電圧降下に応じてトランジスタＱ３がオンして、発光ダイオードＬＥＤを点灯する。なお、充電電流の殆どはダイオードＤ１と抵抗器Ｒ５の直列回路を経由し、トランジスタＱ３側にはベース電流として僅かに流す程度である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の構成では、発光ダイオードＬＥＤを点灯させるために必要な電源電圧は、充電電池Ｅ１に与える電圧に加えて、トランジスタＱ３のベース・エミッタ間電圧（ＶＢＥ＝０．７Ｖ）以上の電圧が必要となる。例えば、充電電池２個に充電する場合、充電電池１個分の充電電圧が１．５Ｖだったとすると、充電電池２個分の充電電圧３ＶにＶＢＥ＝０．７Ｖを加算した３．７Ｖの電源電圧が充電動作に必要となる。従来構成では、充電電池Ｅ１に印加される以外の電圧（ベース・エミッタ間電圧ＶＢＥ＝０．７Ｖ）が電源電圧Ｖｃｃに占める割合が大きく、電源電圧の利用効率が悪いという欠点を有している。
【０００７】
また、ニッケル水素を用いた大容量充電電池では、充電時に大きな充電電流を必要とし、しかも最近では充電時間を短縮する為に充電電流を大きくする傾向にあり、充電時には大きな充電電流（数百ｍＡ〜１Ａ）を充電電池Ｅ１に供給する必要がある。従って、電源効率の悪い従来の構成では、無駄な電力損失も大きく、発熱を放熱するために高価な放熱器が必要になるという不都合もあった。
【０００８】
本発明は、充電動作時の充電表示を可能にするとともに、電源効率を改善することができる充電表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の充電表示装置は、エミッタに第１の抵抗器を接続しベース・コレクタ間をダイオード接続した第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのベースにベースを接続しエミッタを第２の抵抗器に接続した第２のトランジスタとから成るカレントミラー回路と、前記第１，第２の抵抗器を共通接続した第１の共通接続点と、前記第１のトランジスタのコレクタに一端を接続した第３の抵抗器と、前記第３の抵抗器の他端と前記第１のトランジスタのエミッタとの間に接続された充電電池と、前記第３の抵抗器の他端と前記第２のトランジスタのコレクタとの間に接続された表示素子とを備え、前記第３の抵抗器の他端と前記第１の共通接続点とを介して、前記充電電池に充電電流を供給することを特徴とする構成である。
【００１０】
この構成によれば、第１の抵抗器の端子間電圧を検出して充電電流を検出することができ、カレントミラー回路の出力電流をスイッチング制御して、表示素子を駆動することができる。また、充電電流経路には従来のようにダイオードが介在しないため、第１の抵抗器を小さな値に設定していれば、充電動作における電源利用効率が良くなり、電力損失を軽減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における充電表示装置の回路構成を示す図である。図１において、図３と同じ構成要素については同じ符号を用いて説明を省略する。
【００１３】
図１において、Ｑ１，Ｑ２はＮＰＮ型のトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗器、Ｅ１は充電電池、Ｖｃｃは電源端子、ＧＮＤは接地端子、Ｓ１は電源スイッチ、ＬＥＤは発光ダイオード等による表示素子である。この実施形態では、外部にＡＣアダプタ（図示せず）が存在して、電源端子ＶｃｃにはＡＣアダプタの正電極が接続され、接地端子ＧＮＤにはＡＣアダプタの負電極が接続されるものとして説明する。
【００１４】
図１に示すように、電源端子Ｖｃｃには充電電池Ｅ１の正電極が接続され、同じく負電極は電流検出用の抵抗器Ｒ１の一端に接続され、抵抗器Ｒ１の他端は電源スイッチＳ１を介して接地端子ＧＮＤに接続されている。充電電池Ｅ１への充電電流はこの電流経路で流れる。
【００１５】
トランジスタＱ１はベース・エミッタ間を接続するダイオード結線を行って、トランジスタＱ１およびＱ２によってカレントミラー回路と同様の構成をしている。トランジスタＱ１はトランジスタＱ２のベース・エミッタ間に所定のバイアス電圧を与える為のものであり、トランジスタＱ１の動作電流Ｉ１は抵抗器Ｒ３によってほぼ決定される。この動作電流Ｉ１は、低消費電力による回路動作に主眼を置くのであれば、数十μＡ〜１ｍＡの範囲に設定するのが妥当であろう。
【００１６】
電流検出用の抵抗器Ｒ１は、充電動作時における端子間の電圧降下が０．２Ｖ以下になるように、小さな抵抗値のものが選ばれ、具体的には０．１Ω〜１Ωに設定される。
【００１７】
表示素子ＬＥＤとして発光ダイオードを用いる場合、一般的には５ｍＡ以上の点灯電流であれば充分な輝度が得られるが、ＡＣアダプタに組み込む際の実装状態によって表示光の見易さが左右される。従って、実装状態に合わせて点灯電流のレベルを設定すれば良い。発光ダイオード（ＬＥＤ）は、順方向導通する時に表示光を発光するため、図１のようにＮＰＮ型のトランジスタＱ２で駆動される場合は、トランジスタＱ２のコレクタにカソード側を接続し、アノード側を電源端子Ｖｃｃに接続して使用される。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）は、順方向ダイオード電圧ＶＦが１．２〜１．８Ｖであり、順方向ダイオード電圧ＶＦを越える電圧で電圧駆動されると、過大な点灯電流が流れて破損する危険性があり、抵抗器Ｒ４を挿入することで電流制限している。この抵抗器Ｒ４の抵抗値は、表示素子ＬＥＤの許容損失、及び許容最大電流を配慮して設計すれば良い。
【００１８】
抵抗器Ｒ２は、端子間の電圧降下が０．１Ｖの時に最低限必要な点灯電流を流せるように抵抗値を選択すれば良い。なお、抵抗器Ｒ２の主な役割は、充電電池Ｅ１の接続が外されて充電電流が流れなくなった時、トランジスタＱ２の動作電流を小さくして、表示素子ＬＥＤの輝度を抑制することである。
【００１９】
接地端子ＧＮＤに接続された電源スイッチＳ１は、ＡＣアダプタに充電電池Ｅ１を装着する操作に連動して切り替え動作するように設定されているのが一般的である。しかし、電源スイッチＳ１は単独で切り替え動作しても構わないし、充電電池を装着しない時の電力損失を軽視するのであれば、電源スイッチＳ１は必ずしも設けなくても良い。
【００２０】
次に、上述のことを踏まえて、各抵抗器における抵抗値の設定方法を説明する。例えば、トランジスタＱ１に流すバイアス電流ＩB を１００μＡに設定するものとし、充電動作時には、５００ｍＡの充電電流Ｉ１が充電電池Ｅ１に流れるものとする。表示動作の確実性を配慮すると、上記充電電流Ｉ１より少し低い電流値（３００ｍＡ）を充電検出電流Ｉｓとして、Ｉｓ＝３００ｍＡ以上で検出できるように設定する必要がある。そして、充電検出電流Ｉｓ＝３００ｍＡとなる時、電圧降下Ｖｓが１００ｍＶになるように第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値を設定し、更にトランジスタＱ２に流れる電流（点灯電流ＩL ）が５ｍＡになるように第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値を決める。従って、第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値はＲ１＝Ｖｓ／Ｉｓで概算することができ、その抵抗値は０．３３Ωとなる。また、トランジスタＱ１はそのベース・エミッタ間電圧がトランジスタＱ２のベース・エミッタ間電圧を補償するように作用するため、第２の抵抗器Ｒ２の端子間電圧は第１の抵抗器Ｒ１の端子間電圧とほぼ等しいと考えれば良いため、第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値はＲ２＝Ｖｓ／ＩL で概算することができ、その抵抗値は２０Ωとなる。第３の抵抗器Ｒ３の抵抗値は、充電電池を幾つ直列接続するかによって決まり、仮に２個の充電電池Ｅ１に充電する時の充電電圧がＥ１＝３Ｖであるものとすれば、第３の抵抗器の抵抗値は次式で求められる。
【００２１】
0003693027.tif 000002
なお、第４の抵抗器Ｒ４が無い場合は、充電電流Ｉ１が大きくなると、抵抗器Ｒ１の電圧降下がそれに応じて大きくなり、点灯電流ＩL も大きくなるため、点灯電流ＩL を適当な値で制限するように抵抗器Ｒ４の抵抗値を設定すれば良い。
【００２２】
次に、以上のように第１〜第３の抵抗器Ｒ１〜Ｒ３を設定した場合の回路動作について以下に説明する。
【００２３】
電源スイッチＳ１が投入されると、電源端子Ｖｃｃから充電電池Ｅ１→第１の抵抗器Ｒ１→電源スイッチＳ１→接地端子ＧＮＤの電流経路を経由して、充電電池Ｅ１への充電が行われる。充電電流Ｉ１の最大値が５００ｍＡで行われるものとすると、第１の抵抗器Ｒ１＝０．３３（Ω）での電圧降下は１６５ｍＶとなり、その電圧レベルが充電検出する時の電圧（１００ｍＶ）より大きいため、トランジスタＱ２が導通して、表示素子ＬＥＤに５ｍＡ以上の点灯電流ＩL が流れ、表示素子ＬＥＤは点灯して充電動作状態を表示する。
【００２４】
また、充電電池Ｅ１がＡＣアダプタ（図示せず）から外れたり、又は充電電池Ｅ１への充電が完了して充電電流ＩL が流れなくなると、第１の抵抗器Ｒ１にはバイアス電流ＩB しか流れなくなる。従って、ＩB ＝１００μＡの時の抵抗Ｒ１＝０．３３（Ω）の電圧降下は、３３μＶと非常に小さな電圧値になる。第２の抵抗器Ｒ２の電圧降下もそれとほぼ同等の値となるため、トランジスタＱ２を流れる電流は数十μＡまで低下する。トランジスタＱ２は完全なオフにはならないが、数十μＡの電流で表示素子ＬＥＤを駆動したのでは、表示素子ＬＥＤが発光した時の輝度が非常に弱く、消灯しているのに等しい。
【００２５】
また、充電電池Ｅ１への充電電流の大きさは、充電を開始する時点における充電電池Ｅ１の電荷の蓄積量によって左右されるところがあり、充電開始時の蓄積量が大きければ充電電流が小さく、蓄積量が小さければ充電電流が大きくなる傾向がある。しかし、上述した事例のように設定すれば、第１の抵抗器Ｒ１での電圧降下が最大で０．２Ｖ程度の電圧降下であり、ＡＣアダプタの電源端子Ｖｃｃから供給する電源電圧Ｖｃｃが３．２Ｖの状態で充電動作することができる。これに対して、図３の従来例は充電電池Ｅ１の端子電圧にダイオードＤ１の順方向ダイオード電圧（０．７Ｖ）を加算した電圧、３．７Ｖの電源電圧Ｖｃｃが必要であり、上述した本発明の方が電源利用効率が良く、低い電源電圧で動作することが判る。
【００２６】
また、図１に示す実施形態では、充電電流Ｉ１＝５００ｍＡ時における抵抗器Ｒ１の電力損失は、Ｉ１2 ・Ｒ１＝８３（ｍＷ）になる。これに対して図３に示す従来例では、ダイオードＤ１を経由して充電電流が流れるため、順方向ダイオード電圧０．７Ｖと充電電流Ｉ１＝５００ｍＡとの積に当たる３５０ｍＷが電力損失になる。即ち、上述した実施形態では、従来例に比べて約１／４の電力損失に低減することができる。
【００２７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る充電表示装置について、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２の実施形態における充電表示装置の回路構成を示す図である。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００２８】
図２において、Ｑ１，Ｑ２はＰＮＰ型のトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ４は抵抗器、Ｅ１は充電電池、Ｖｃｃは電源端子、ＧＮＤは接地端子、Ｓ１は電源スイッチ、ＬＥＤは発光ダイオード等による表示素子である。この実施形態では、外部にＡＣアダプタ（図示せず）が存在して、電源端子ＶｃｃにはＡＣアダプタの正電極が接続され、接地端子ＧＮＤにはＡＣアダプタの負電極が接続されるものとして説明する。
【００２９】
図２に示すように、接地端子ＧＮＤには充電電池Ｅ１の負電極が接続され、同じく正電極は電流検出用の抵抗器Ｒ１の一端に接続され、抵抗器Ｒ１の他端は電源スイッチＳ１を介して電源端子Ｖｃｃに接続されている。充電電池Ｅ１への充電電流はこの電流経路で流れる。
【００３０】
図２において、トランジスタＱ１，Ｑ２にＰＮＰ型のトランジスタを採用したことが、図１に示す第１の実施形態と異なる点であり、表示素子ＬＥＤとして発光ダイオードを使用する場合には、その発光ダイオードの接続方向を電流方向に合わせること、充電電池Ｅ１の接続方向も電流方向に合わせることを配慮すれば、上述の第１の実施形態と同様に動作して、同様の効果が得られる。
【００３１】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る充電表示装置について説明する。第３の実施形態は、図１に示された第１の実施形態と同じ回路構成を、集積回路内に集積化する場合の発明である。
【００３２】
通常、集積回路内に作り込まれる抵抗体には、拡散抵抗と薄膜抵抗との２種類の抵抗体がある。そのうちの拡散抵抗は、半導体基板にｎ型不純物またはｐ型不純物を導入して拡散層をパターン化して形成し、そのパターン化した拡散層の両端に金属配線材料を接続して抵抗体の電極としている。もう一方の薄膜抵抗は、半導体基板上に形成された酸化膜の更にその上に多結晶シリコンによる薄膜を形成しｎ型不純物またはｐ型不純物を導入した後、その薄膜をパターン化する。そのパターン化した薄膜の両端に金属配線材料を接続して抵抗体の電極としている。
【００３３】
上述した２種類の抵抗体は、１００Ω〜数ＫΩ／□のシート抵抗で作り込まれるため、集積回路上に作り易い抵抗値は５０Ω〜１００ＫΩの範囲とされている。抵抗値の小さい抵抗体を設計する場合には、抵抗体の長さよりも横幅を広くすれば良い。但し、抵抗値が小さ過ぎると、抵抗幅が極端に扁平な形状になり、抵抗体の占有面積が大きくなる、或いは製造ばらつきが大きくなる等の、種々の問題が発生して、幾ら小さくとも１０Ωの抵抗体を作るのが精一杯である。従って、第１の抵抗器Ｒ１を如何にして集積回路内に作り込むかが問題となる。
【００３４】
そこで、第３の実施形態では、少なくともトランジスタＱ１およびＱ２を半導体基板上に作り込み、第１の抵抗器Ｒ１は集積回路内に形成される金属配線材料で作り込むものである。代表的な金属配線材料であるアルミニウムは約１μｍの厚さで形成され、シート抵抗は約３０ｍΩ／□である。従って、電流検出のために使用する第１の抵抗Ｒ１は、第１の実施形態で上述したように０．５Ω前後の抵抗値であり、金属配線材料の長さと幅との比を１０倍から２０倍にして、製造ばらつきの小さい縦長の抵抗体が容易に作り込まれ、充電表示装置の回路構成を集積回路内に作り込むことが可能になる。
【００３５】
例えば、シリコン等の半導体基板（図示せず）にトランジスタＱ１及びＱ２を作り込み、その作り込みの過程で半導体基板上に形成された絶縁膜（図示せず）の上に形成するボンディングパッドと、第１のトランジスタＱ１のエミッタ電極との間を１０μｍ幅のアルミニウム配線で接続する場合、そのアルミニウム配線を１６７μｍの長さで配線すれば、配線を兼ねて第１の抵抗Ｒ１＝０．５Ωを接続したことになる。なお、もう一方の抵抗体である第２の抵抗器Ｒ２＝２０Ωは、拡散抵抗でも薄膜抵抗でも作り込むことが可能であり、金属配線材料で作り込んでも構わない。第３の抵抗器Ｒ３に至っては、２３ＫΩと作り易い抵抗値であり、無理なく精度の良い抵抗体で作り込むことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の充電表示装置によれば、第１の抵抗器の端子間電圧を検出して充電電流を検出することができ、カレントミラー回路の出力電流をスイッチング制御して、表示素子を駆動することができる。また、充電電流経路には従来のようにダイオードが介在しないため、第１の抵抗器を小さな値に設定していれば、充電動作における電源利用効率が良くなり、電力損失を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における充電表示装置の回路構成図
【図２】本発明の第２の実施の形態における充電表示装置の回路構成図
【図３】従来の充電表示装置の回路構成図
【符号の説明】
Ｖｃｃ  電源端子
ＧＮＤ  接地端子
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  抵抗器
Ｅ１  充電電池
Ｑ１，Ｑ２  トランジスタ
Ｓ１  電源スイッチ
ＬＥＤ  表示素子（発光ダイオード）
【図１】
0003693027.tif 000003
【図２】
0003693027.tif 000004
【図３】
0003693027.tif 000005