(57)【要約】【課題】本実施形態によれば、電力損失を低減し、電流測定精度を良好な精度とし得る、充電装置、充電方法及び電子機器を提供する。【解決手段】本実施形態では、レギュレータは電源電圧が供給され、充電のための充電電圧及び充電電流を出力する第１のスイッチ素子と、前記充電電圧に基づいて生成した電圧と基準電圧との差に基づく制御電圧で前記第１のスイッチ素子の出力を制御する演算増幅器を有する。第２のスイッチ素子は、前記第１のスイッチ素子よりも小さく、前記演算増幅器からの前記制御電圧に基づく電圧及び電流を出力する。電圧検出回路が、前記第１のスイッチ素子の出力電圧の所定値以上を検出し、電流検出回路が、前記第２のスイッチ素子の出力電流の所定値以下を検出し、論理回路が、前記電圧検出回路と前記電流検出回路の出力の論理演算結果に基づいて、前記充電の継続または停止を決める。【選択図】図１
2014217211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧が供給され、充電電圧及び充電電流を出力する第１のスイッチ素子と、前記充電電圧を用いて生成した電圧と基準電圧との差に基づく制御電圧で前記第１のスイッチ素子の出力を制御する演算増幅器を有するレギュレータと、
前記電源電圧が供給され、前記第１のスイッチ素子よりも小さく、前記演算増幅器からの前記制御電圧に基づく電圧及び電流を出力する第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の出力電圧の所定値以上を検出する電圧検出回路と、
前記第２のスイッチ素子の出力電流の所定値以下を検出する電流検出回路と、
前記電圧検出回路と前記電流検出回路の出力の論理演算結果に基づいて、前記充電の継続または停止を決める制御信号を得る論理回路と、
を有する充電装置。
【請求項２】
前記第１のスイッチ素子に流れる第１の電流よりも、前記第２のスイッチ素子に流れる第２の電流が小さい請求項１記載の充電装置。
【請求項３】
前記第１及び第２のスイッチ素子の高さが同じ場合は、前記１のスイッチ素子の面積が前記第２のスイッチ素子の面積のｎ倍（ｎは正の整数）であり、前記第１のスイッチ素子に流れる第１の電流が、前記第２のスイッチ素子に流れる第２の電流のｎ倍である請求項１記載の充電装置。
【請求項４】
前記電流検出回路は、前記第２のスイッチ素子の出力電流を電圧変換するトランスインピーダンスアンプを有し、このトランスアンプインピーダンスのバイアス電圧が、前記レギュレータの出力電圧に基づいて生成されている、請求項１記載の充電装置。
【請求項５】
前記電流検出回路は、さらに
前記トランスインピーダンスアンプの出力電圧と基準電圧を比較し、前記出力電流の所定値以下を検出する比較器とを有する、
請求項４記載の充電装置。
【請求項６】
前記トランスインピーダンスアンプの前記バイアス電圧は、前記第１のスイッチ素子の出力電圧に基づいて作成されており、該出力電圧に追従する、請求項４記載の充電装置。
【請求項７】
前記電圧検出回路は、前記第１のスイッチ素子の出力電圧を分圧した分圧電圧と、基準電圧を比較する比較器により構成される、請求項１記載の充電装置。
【請求項８】
電源電圧が供給され、充電電圧及び充電電流を出力する第１のスイッチ素子と、前記充電電圧を用いて生成した電圧と基準電圧との差に基づく制御電圧で前記第１のスイッチ素子の出力を制御する演算増幅器を有するレギュレータと、前記第１のスイッチ素子の出力電圧の所定値以上を検出する電圧検出回路と、を有する充電装置の充電方法において、
前記電源電圧が供給され、前記第１のスイッチ素子よりも小さく、前記演算増幅器からの前記制御電圧に基づく電圧及び電流を出力する第２のスイッチ素子を使用し、
前記第２のスイッチ素子の出力電流の所定値以下を検出し、
前記電圧検出回路と前記電流検出回路の出力の論理演算結果に基づいて、前記充電の継続または停止を決めるようにした、
充電装置の充電方法。
【請求項９】
さらに、前記トランスインピーダンスアンプの出力電圧と基準電圧を比較し、前記出力電流の所定値以下を検出する、
請求項８記載の充電装置の充電方法。
【請求項１０】
バッテリーに充電するための充電回路を内蔵しており、前記充電回路が
電源電圧が供給され、充電電圧及び充電電流を出力する第１のスイッチ素子と、前記充電電圧を用いて生成した電圧と基準電圧との差に基づく制御電圧で前記第１のスイッチ素子の出力を制御する演算増幅器を有するレギュレータと、
前記電源電圧が供給され、前記第１のスイッチ素子よりも小さく、前記演算増幅器からの前記制御電圧に基づく電圧及び電流を出力する第２のスイッチ素子と、
前記第１のスイッチ素子の出力電圧の所定値以上を検出する電圧検出回路と、
前記第２のスイッチ素子の出力電流の所定値以下を検出する電流検出回路と、
前記電圧検出回路と前記電流検出回路の出力の論理演算結果に基づいて、前記充電の継続または停止を決める制御信号を得る論理回路と、
を有することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の実施形態は、充電装置、充電方法及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の充電装置は、充電電流及び充電電圧を出力するレギュレータの出力側にセンス抵抗を直列接続している。充電終了を判別する判別回路は、センス抵抗の充電電流を検出し、充電終了の判別をしている。ところがセンス抵抗は、電力損失を伴うので、このセンス抵抗の値は、抵抗で消費される電力損失と電流測定精度のトレードオフで決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６６８１２号公報
【特許文献２】特開２００７−２２６３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本実施形態によれば、電力損失を低減し、電流測定精度を良好な精度とし得る、充電装置、充電方法及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態によれば、電源電圧が供給される第１のスイッチ素子を有しこの第１のスイッチ素子の出力電圧の分圧電圧と基準電圧との比較結果に基づいて、前記第１のスイッチ素子の制御端子にフィードバック電圧を供給する比較回路を有するレギュレータと、
前記電源電圧が供給され、前記第１のスイッチ素子よりも小さく、前記フィードバック電圧に基づく電圧及び電流を出力する第２のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子の出力電流の所定値以下を検出する電流検出回路と、
前記第２のスイッチ素子の出力電圧の所定値以上を検出する電圧検出回路と、
前記電流検出回路と前記電圧検出回路の論理演算結果に基づいて、前記電源電圧の供給または遮断を決める制御信号を得る論理回路とを有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】充電装置の一実施形態の構成例を示す図である。
【図２】図１の装置の一動作例を説明するために示した電圧、電流並びに論理判定出力の波形図である。
【図３】図１の装置のブロック内の構成例をさらに示した回路図である。
【図４】充電装置の利用形態の例を示す図である。
【図５】充電装置の他の利用形態の例を示す図である。
【図６】充電装置のさらに他の利用形態の例を示す図である。
【図７】充電装置のまた他の利用形態の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、充電装置１００の一実施形態の基本構成例を示す図である。
【０００８】
入力端子１１は、整流器を含むアダプアを介して商用電源コンセントに接続される。入力端子１１には、例えば商用電源を整流した充電用電源電圧が供給される。
【０００９】
入力端子１１は、レギュレータ１２０のパワー半導体素子で成るスイッチ素子１２１のソース端子に接続されている。スイッチ素子１２１のドレイン端子は、充電用の出力電圧Ｖｏｕｔ（充電電圧）及び電流Ｉｂａｔ（充電電流）を出力する出力端子１２に接続されている。
【００１０】
この出力端子１２は、充電可能な二次電池２００のプラス極端子に接続されることができる。また出力端子１２には、負荷１５１の電源端子が接続される。尚この負荷１５１は例えば中央演算処理器（ＣＰＵ）などの制御部である。なお二次電池はバッテリーと称しても良い。
【００１１】
レギュレータ１２０に戻って説明する。出力端子１２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の直列回路を介して接地電位端子に接続されている。抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点は、演算増幅器１２２の正入力端子に接続されており、この演算増幅器１２２の負入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆ１が供給されている。
【００１２】
演算増幅器１２２の出力端子は、半導体で構成されたスイッチ素子１２１のゲート（制御端子）に接続される。さらに演算増幅器１２２の出力端子は、半導体で構成されたスイッチ素子１４１の制御端子に接続される。これによりスイッチ素子１２１、１４１は共に演算増幅器１２２の出力に応じて出力電圧及びまたは出力電流が制御される。
【００１３】
ここでスイッチ素子１４１のサイズ（例えば面積）は、スイッチ素子１２１よりも小さい。例えば、スイッチ素子１２１，１４１の高さ（深さ）が同じ場合は、スイッチ素子１４１は、スイッチ素子１２１の面積の1/n（nは整数）のサイズである。したがって、上記スイッチ素子１２１と１４１を検査するために検査装置で拡大視して比較した場合、スイッチ素子１２１，１４１の高さが同じ場合は、スイッチ素子１２１の面積がスイッチ素子１４１の面積よりも大きい。言い換えると、スイッチ素子１４１の面積がスイッチ素子１２１の面積よりも物理的に小さい。これによりスイッチ素子１４１に流れる電流は、スイッチ素子１２１に流れる電流に対して、面積に略比例して小さいと判断できる。これにより電流検出のための消費電力を小さくできる。
【００１４】
スイッチ素子１４１は、ソースが入力端子１１に接続されドレインが電流検出回路１４３に接続される。スイッチ素子１４１に流れる電流は、理想的にはスイッチ素子１２１に流れる電流（i）よりも小さい電流（i×（1/n））で追従する。ｎは、レギュレータ１２０の自己消費電流に対して十分小さくなるよう設定されている。
【００１５】
電流検出回路１４２は、スイッチ素子１４１のドレインに流れる電流を電圧に変換し、変換した電圧が、所定の電圧Ｖｒｅｆ２を越えると、検出出力Ｖｉｄｅｔを出力し、論理回路１４５の一方の入力端子に供給する。
【００１６】
電流検出回路１４２は、スイッチ素子１４１のドレイン電流を電圧に変換する際、抵抗と演算増幅器を用いたトランスインピーダンス増幅器を利用している（詳細回路は図３で説明する）。そしてこのときに利用するバイアス電圧を、レギュレータ１２０の出力電圧Ｖｏｕｔに追従させている。
【００１７】
このために、スイッチ素子１２１と１４１との動作条件が揃うことになり、スイッチ素子１４１のドレイン電流がスイッチ素子１２１のドレイン電流に追従する精度も高くなっている。
【００１８】
１４４は電圧検出回路であり、レギュレータ１２０の出力電圧Ｖｏｕｔの分圧電圧と、基準電圧Ｖｒｅｆ３とを比較する。そして電圧検出回路１４４は、出力電圧Ｖｏｕｔ（電池電圧）が所定値を超えたことを検出したとき、検出出力Ｖｖｄｅｔを出力し、論理回路１４５に供給する。
【００１９】
論理回路１４５は、検出出力Ｖｉｄｅｔと検出出力Ｖｖｄｅｔとが例えばハイレベルになると、充電完了検出出力ＰＧｏｏｄを出力し、負荷回路１５１に供給する。負荷回路１５１は、充電完了検出出力ＰＧｏｏｄが入力したとき、図示していないが、充電が完了したときは、負荷回路（ＣＰＵを含む）１５１側からの制御信号でスイッチ素子１２１、１４１をオフする。逆に充電をスタートするときは、負荷回路（ＣＰＵを含む）１５１側からの制御信号でスイッチ素子１２１、１４１をオンする。また、制御信号により、例えば充放電の様子をインジケータ（例えばＬＥＤなど）の発光色を変化させることで、充電中、充電完了などを利用者に認識させることができる。
【００２０】
図２は、上記の装置の一動作例を説明するために示した電圧、電流並びに論理判定出力の波形図である。レギュレータ１２０の出力電圧Ｖｏｕｔは、充電が開始されると、急峻に立ち上がり、所定電圧Ｖｒｅｆ３を越える（例えば時点ｔ１）。このとき電圧検出回路１４４は、検出出力Ｖｖｄｅｔ（ハイレベル）を出力する。また二次電池２００に流れる電流Ｉｂａｔも急峻に立ち上がり、その後、次第に低下する。そして一定時間経過して例えば時点充電の終了を目安とする電流値よりも低下する。このとき、電流検出回路１４３は、検出出力Ｖｉｄｅｔ（ハイレベル）を出力する。
【００２１】
上記検出出力Ｖｖｄｅｔと検出出力Ｖｉｄｅｔが得られたときに、論理回路１４５は充電完了を示す論理出力ＰＧＧｏｏｄを出力する。これにより、
図３は、図１の装置のブロック内の構成例をさらに詳しく示した回路図である。電流検出回路１４３は、スイッチ素子１４１のドレインに負端子が接続された演算増幅器Ａ２とこの演算増幅器Ａ２の出力端子と負端子間に接続された抵抗Ｒ３からなるトランスインピーダンスアンプを有する。このトランスインピーダンスアンプは、スイッチ素子１４１のドレインに流れる電流を電圧に変換する。
【００２２】
演算増幅器Ａ２の正端子と接地電位間には、抵抗Ｒ４，Ｒ５の直列回路が接続されるとともに、レギュレータ１２０の出力端子が接続されている。演算増幅器Ａ２の電圧出力端子は比較器ＣＭＰ１の負端子に接続され、この比較器ＣＭＰ１の正端子には基準電圧Ｖｒｅｆ２が供給される。この比較器ＣＭＰ１の出力端子に先の検出出力Ｖｉｄｅｔが得られる。
【００２３】
抵抗Ｒ４、Ｒ５の接続点は、比較器ＣＭＰ２の正端子に接続され、この比較器ＣＭＰ２の負端子には基準電圧Ｖｒｅｆ３が供給される。比較器ＣＭＰ２の出力端子に先のＶｖｄｅｔが得られる。
【００２４】
二次電池（或いは蓄電素子）２００は、内部抵抗Ｒｉｎｔと容量Ｃを持つので、図２で説明したように、充電電流Ｉｂａｔは、電圧印加時は大きな値で流れるが、充電が進むにしたがって値が小さくなる。
【００２５】
ここで
Ｖｏｕｔ＝Ｒｉｎｔ  ×  Ｉｂａｔ  ＋  Ｃｖ
の関係がある。
【００２６】
Ｖｏｕｔ・・レギュレータ出力電圧、Ｒｉｎｔ・・・二次電池内部抵抗、Ｃｖ・・・電池電圧、Ｉｂａｔ・・・電池電流である。
【００２７】
上記した充電装置は、従来の如く電流検出のためのセンス抵抗を用いていない。微小な電流を流す第２のスイッチ素子を用いている。この結果、従来の充電装置に比べて、電力損失が少なく、しかも、高精度で充電電流を検出することができる。なお演算増幅器、比較器などは従来の充電装置でも用いられているので、演算増幅器、比較器により電力損失は従来装置と同等とみなせる。しかし、比較的大きな電力を消費する従来のセンス抵抗の分を考慮した場合は、本実施例のほうが電力消費を軽減できる。
【００２８】
上記した充電装置１００は、独立して構成されてもよいし、電子機器（デジタルカメラ、携帯端末、パーソナルコンピュータ、タブレット、携帯電話器、充電電池使用テレビジョン受信機、記録再生装置など）に組み込まれていてもよい。
【００２９】
図４は、図１で説明した充電装置１００を含む充電器３００であって、充電対象となる二次電池２００が着脱可能な充電器である。この充電器３００は、プラグを有し、このプラグが商用電源コンセントに挿入されて使用される。充電が完了すると、二次電池２００は、離脱されて使用される電子機器（例えばデジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビジョン受信機など）の電池装着部に装着される。
【００３０】
図４の例は、充電装置１００が独立して構成されているが、図５、図６、図７に示すように、電子機器内部に組み込まれていてもよい。
【００３１】
図５はデジタルカメラ３２０であり、このデジタルカメラ３２０内部に図１に示した充電装置１００が内蔵されている。図６は、商用電源及び二次電池（バッテリー）からの電力の両方を用いることができるテレビジョン受信機３３０の例を示している。図７は、タブレット或いは携帯電話などの携帯端末３４０の例を示している。
【００３２】
上記した説明において、「回路」、「部」などは、「装置」、「器」、「ブロック」及び「モジュール」に置き換えても本発明の範疇であることは勿論である。さらにまた、請求項の各構成要素において、構成要素を分割して表現した場合、或いは複数を合わせて表現した場合、或いはこれらを組み合わせて表現した場合であっても本発明の範疇である。また請求項を方法として表現した場合であっても本発明の装置を適用したものである。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。  
【符号の説明】
【００３４】
１００・・・充電装置、１２０・・・レギュレータ、１２１・・・第１のスイッチ素子、１２２・・・演算増幅器、１４１・・・第２のスイッチ素子、１４３・・・電流検出回路、１４４・・・電圧検出回路、１４５・・・論理回路、１５１・・・負荷、２００・・・二次電池、Ａ２・・・演算増幅器、ＣＭＰ１、ＣＭＰ２・・・比較器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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