(57)【要約】【課題】二次電池を充電しながら負荷回路を安定動作させる。【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ(11)は、入力電圧(VIN)を駆動電圧(VDD)に変換する。充電制御回路(12)は、駆動電圧(VDD)を受けて、二次電池(20)を充電する。スイッチ回路(13)は、駆動電圧(VDD)および二次電池の電池電圧(VBAT)を負荷回路(30)に選択的に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の充電および負荷回路への電力供給を実行する電源供給回路であって、
入力電圧を駆動電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記駆動電圧を受けて前記二次電池を充電する充電制御回路と、
前記駆動電圧および前記二次電池の電池電圧を前記負荷回路に選択的に供給するスイッチ回路とを備える
ことを特徴とする電源供給回路。
【請求項２】
請求項１において、
前記スイッチ回路は、前記入力電圧が所定電圧以上である場合には前記駆動電圧を前記負荷回路に供給し、前記入力電圧が前記所定電圧よりも低い場合には前記電池電圧を前記負荷回路に供給する
ことを特徴とする電源供給回路。
【請求項３】
請求項１において、
前記スイッチ回路は、前記入力電圧が所定電圧以上である場合には前記駆動電圧を前記負荷回路に供給し、前記入力電圧が前記所定電圧よりも低く前記電池電圧が前記所定電圧以上である場合には前記電池電圧を前記負荷回路に供給し、前記入力電圧および前記電池電圧のいずれもが前記所定電圧よりも低い場合には、前記駆動電圧および前記電池電圧のいずれも前記負荷回路に供給しない
ことを特徴とする電源供給回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電池電圧が所定電圧から所定の電圧差を差し引いて得られる判定電圧よりも低い場合には、前記駆動電圧が前記所定電圧に一致するように前記駆動電圧を制御し、前記電池電圧が前記判定電圧以上である場合には、前記駆動電圧と前記電池電圧との差が前記所定の電圧差で維持されるように前記駆動電圧を制御する
ことを特徴とする電源供給回路。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項において、
前記所定電圧は、前記負荷回路の動作可能な下限電圧に相当する
ことを特徴とする電源供給回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池を充電する電源供給回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラや携帯電話などのモバイル機器は、リチウムイオン電池のような二次電池を内蔵しているものが多い。近年、二次電池の高容量化に伴い、充電技術には安全設計および効率設計が求められている。二次電池を充電する場合、電子機器から二次電池を取り出し、その二次電池をＡＣアダプタなどを供給源とする充電器に装着するのが一般的である。また、燃料電池や太陽電池などを利用して二次電池を充電する方法も提案されている（例えば、特許文献１など）。特許文献１の充電装置では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、燃料電池や太陽電池などから供給された入力電圧を昇圧して出力電圧として出力し、充電制御回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が供給されて、二次電池に所定の定電流充電／定電圧充電を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９９８０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年では、二次電池を充電しながら負荷回路を動作させることが求められていることが多い。二次電池の充電と負荷回路の動作とを両立するために負荷回路を二次電池と並列に直結した場合、二次電池の電池電圧が負荷回路の動作可能な下限電圧よりも低くなると、負荷回路の動作が不安定になる可能性がある。
【０００５】
また、負荷回路を二次電池と並列に直結した場合、二次電池に対して定電流充電を行う際に、充電制御回路から負荷回路に電流が流れてしまうので、充電制御回路から二次電池へ供給される充電電流が減少してしまう。そのため、二次電池の充電時間が長くなってしまう可能性がある。
【０００６】
そこで、この発明は、二次電池を充電しながら負荷回路を安定動作させることができる電源供給回路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】
【０００７】
この発明の１つの局面に従うと、電源供給回路は、二次電池の充電および負荷回路への電力供給を実行する電源供給回路であって、入力電圧を駆動電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、上記駆動電圧を受けて上記二次電池を充電する充電制御回路と、上記駆動電圧および上記二次電池の電池電圧を上記負荷回路に選択的に供給するスイッチ回路とを備える。
【０００８】
また、上記スイッチ回路は、上記入力電圧が所定電圧以上である場合には上記駆動電圧を上記負荷回路に供給し、上記入力電圧が上記所定電圧よりも低い場合には上記電池電圧を上記負荷回路に供給しても良い。
【０００９】
または、上記スイッチ回路は、上記入力電圧が所定電圧以上である場合には上記駆動電圧を上記負荷回路に供給し、上記入力電圧が上記所定電圧よりも低く上記電池電圧が上記所定電圧以上である場合には上記電池電圧を上記負荷回路に供給し、上記入力電圧および上記電池電圧のいずれもが上記所定電圧よりも低い場合には、上記駆動電圧および上記電池電圧のいずれも上記負荷回路に供給しなくても良い。
【００１０】
また、上記ＤＣ／ＤＣコンバータは、上記電池電圧が所定電圧から所定の電圧差を差し引いて得られる判定電圧よりも低い場合には、上記駆動電圧が上記所定電圧に一致するように上記駆動電圧を制御し、上記電池電圧が上記判定電圧以上である場合には、上記駆動電圧と上記電池電圧との差が上記所定の電圧差で維持されるように上記駆動電圧を制御しても良い。
【００１１】
なお、上記所定電圧は、上記負荷回路の動作可能な下限電圧に相当するものであっても良い。
【発明の効果】
【００１２】
上記電源供給回路では、二次電池を充電しながら負荷回路を安定動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】電源供給回路の構成例を示す図。
【図２】図１に示した電源供給回路による動作について説明するための図。
【図３】図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ，充電制御回路，およびスイッチ回路の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、電源供給回路１０の構成例を示す。電源供給回路１０は、二次電池２０の充電や負荷回路３０への電力供給を実行するものであり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１と、充電制御回路１２と、スイッチ回路１３とを備える。
【００１６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、入力ノードＮｉｎに供給された入力電圧ＶＩＮが規定電圧以上である場合（例えば、ＡＣアダプタのような直流電源が入力ノードＮｉｎに接続されている場合）には、入力電圧ＶＩＮを駆動電圧ＶＤＤに変換する。規定電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の動作可能な下限電圧に相当する。充電制御回路１２は、駆動電圧ＶＤＤを受けて二次電池２０を充電する。一方、入力電圧ＶＩＮが規定電圧よりも低い場合（例えば、直流電源が入力ノードＮｉｎに接続されていない場合）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１および充電制御回路１２は、駆動しない。
【００１７】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、二次電池２０の電池電圧ＶＢＡＴが判定電圧Ｖｘ（所定電圧Ｖａから電圧差Ｖｄを差し引いて得られる電圧）よりも低い場合には、駆動電圧ＶＤＤが所定電圧Ｖａに一致するように駆動電圧ＶＤＤを制御し、電池電圧ＶＢＡＴが判定電圧Ｖｘ以上である場合には、駆動電圧ＶＤＤと電池電圧ＶＢＡＴとの差が電圧差Ｖｄで維持されるように駆動電圧ＶＤＤを制御する。所定電圧Ｖａは、負荷回路３０の動作可能な下限電圧に相当する。また、電圧差Ｖｄは、充電制御回路１２が充電電流を制御可能な電圧差（定電流充電を実現できる程度の電圧差）に相当する。充電制御回路１２は、電池電圧ＶＢＡＴが満充電電圧Ｖｍａｘよりも低い場合には二次電池２０に対して定電流充電を実行し、電池電圧ＶＢＡＴが満充電電圧Ｖｍａｘ以上である場合には二次電池２０に対して定電圧充電を実行する。
【００１８】
スイッチ回路１３は、駆動電圧ＶＤＤおよび二次電池２０の電池電圧ＶＢＡＴを選択的に負荷回路３０に供給する。例えば、スイッチ回路１３は、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２と、スイッチ制御部１３ｃとを含む。スイッチ素子ＳＷ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力と負荷回路３０に接続された出力ノードＮｏｕｔとの間に接続され、スイッチ素子ＳＷ２は、二次電池２０と出力ノードＮｏｕｔとの間に接続される。スイッチ制御部１３ｃは、入力電圧ＶＩＮおよび電池電圧ＶＢＡＴに応じて、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフを制御する。
【００１９】
〔動作１〕
次に、入力電圧ＶＩＮが所定電圧Ｖａ（負荷回路３０の動作可能な下限電圧）よりも低い場合における電源供給回路１０の動作について説明する。
【００２０】
入力電圧ＶＩＮが所定電圧Ｖａよりも低く、電池電圧ＶＢＡＴが所定電圧Ｖａ以上である場合、スイッチ回路１３は、電池電圧ＶＢＡＴを出力電圧ＶＯＵＴとして負荷回路３０に供給する。すなわち、スイッチ制御部１３ｃは、スイッチ素子ＳＷ１をオフ状態に設定するとともにスイッチ素子ＳＷ２をオン状態に設定する。これにより、負荷回路３０は、二次電池２０から電池電圧ＶＢＡＴを受けて動作することができる。一方、入力電圧ＶＩＮおよび電池電圧ＶＢＡＴのいずれもが所定電圧Ｖａよりも低い場合、スイッチ回路１３は、駆動電圧ＶＤＤおよび電池電圧ＶＢＡＴのいずれも負荷回路３０に供給しない。すなわち、スイッチ制御部１３ｃは、スイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２の両方をオフ状態に設定する。
【００２１】
〔動作２〕
次に、図２を参照しつつ、入力電圧ＶＩＮが所定電圧Ｖａ（負荷回路３０の動作可能な下限電圧）以上である場合における電源供給回路１０の動作について説明する。なお、電池電圧ＶＢＡＴの初期値は“０”であるものとする。
【００２２】
時刻ｔ０〜ｔ１の期間では、電池電圧ＶＢＡＴが判定電圧Ｖｘよりも低いので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、駆動電圧ＶＤＤを所定電圧Ｖａに設定する。また、電池電圧ＶＢＡＴが満充電電圧Ｖｍａｘよりも低いので、充電制御回路１２は、駆動電圧ＶＤＤを受けて二次電池２０を定電流充電する。これにより、電池電圧ＶＢＡＴが徐々に上昇する。時刻ｔ１になると、電池電圧ＶＢＡＴが判定電圧Ｖｘに到達する。すなわち、駆動電圧ＶＤＤと電池電圧ＶＢＡＴとの差が電圧差Ｖｄに一致する。時刻ｔ１〜ｔ２の期間では、電池電圧ＶＢＡＴが判定電圧Ｖｘよりも高いので、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、駆動電圧ＶＤＤと電池電圧ＶＢＡＴとの差が電圧差Ｖｄで維持されるように駆動電圧ＶＤＤを制御する。これにより、駆動電圧ＶＤＤは、電池電圧ＶＢＡＴの上昇に追随して徐々に上昇していく。次に、時刻ｔ２になると、電池電圧ＶＢＡＴが満充電電圧Ｖｍａｘに到達する。これにより、充電制御回路１２は、定電流充電から定電圧充電に切り替える。このようにして、電池電圧ＶＢＡＴは、満充電電圧Ｖｍａｘで維持される。
【００２３】
また、スイッチ回路１３は、入力電圧ＶＩＮが所定電圧Ｖａ以上である場合、駆動電圧ＶＤＤを出力電圧ＶＯＵＴとして負荷回路３０に供給する。すなわち、スイッチ制御部１３ｃは、スイッチ素子ＳＷ１をオン状態に設定するとともにスイッチ素子ＳＷ２をオフ状態に設定する。図２に示したように、駆動電圧ＶＤＤは、所定電圧Ｖａ（負荷回路３０の動作可能な下限電圧）以上に設定されているので、負荷回路３０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１から駆動電圧ＶＤＤを受けて動作することができる。
【００２４】
以上のように、二次電池２０を充電しながら負荷回路３０に十分な電力（負荷回路２０の動作可能な電圧）を供給して負荷回路３０を安定動作させることができる。
【００２５】
さらに、充電制御回路１２を介さずにＤＣ／ＤＣコンバータ１１から負荷回路３０へ電流が供給されるので、二次電池２０に供給される充電電流の減少を抑制できる。例えば、入力ノードＮｉｎに接続される電源回路（例えば、ＡＣアダプタなど）が十分な電力供給能力を有している場合（例えば、ＡＣアダプタが二次電池２０への充電電流と負荷回路３０の消費電流の和よりも大きい電力供給能力を有している場合）、二次電池２０に供給される充電電流は、負荷回路３０の消費電流に左右されず一定となる。これにより、二次電池２０の充電時間が短縮することを抑制できる。
【００２６】
（各回路の構成例）
次に、図３を参照して、図１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ１１，充電制御回路１２，およびスイッチ回路１３の構成例について説明する。
【００２７】
〔ＤＣ／ＤＣコンバータ〕
ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、例えば、降圧型のスイッチングレギュレータであり、ｐＭＯＳトランジスタＭＰ１と、ｎＭＯＳトランジスタＭＮ１と、インダクタＬ１と、コンデンサＣ１と、電圧源１０１，１０２と、誤差増幅器１０３と、ＰＷＭ回路１０４とを含んでいても良い。ｐＭＯＳトランジスタＭＰ１およびｎＭＯＳトランジスタＭＮ１は、入力ノードＮｉｎと接地ノードとの間に直列に接続される。インダクタＬ１およびコンデンサＣ１は、ｐＭＯＳトランジスタＭＰ１とｎＭＯＳトランジスタＭＮ１との接続点に発生する電圧を平滑化して駆動電圧ＶＤＤとして出力する。電圧源１０１は、所定電圧Ｖａを生成する。電圧源１０２は、電池電圧ＶＢＡＴにオフセット電圧（電圧差Ｖｄに相当する電圧）を加えて比較電圧Ｖｂとして出力する。誤差増幅器１０３は、駆動電圧ＶＤＤ，所定電圧Ｖａ，および比較電圧Ｖｂ（＝電池電圧ＶＢＡＴ＋電圧差Ｖｄ）を、負入力端子，第１の正入力端子，および第２の正入力端子にそれぞれ受け、所定電圧Ｖａおよび比較電圧Ｖｂのうち高い方の電圧と駆動電圧ＶＤＤとを比較する。ＰＷＭ回路１０４は、誤差増幅器１０３の出力に応じてｐＭＯＳトランジスタＭＰ１およびｎＭＯＳトランジスタＭＮ１をスイッチング駆動する。
【００２８】
駆動電圧ＶＤＤが所定電圧Ｖａ（または、比較電圧Ｖｂ）よりも高い場合、ＰＷＭ回路１０４は、ｐＭＯＳトランジスタＭＰ１のオン時間を短縮するとともにｎＭＯＳトランジスタＭＮ１のオン時間を延長する。これにより、インダクタＬ１およびコンデンサＣ１に供給される電力が減少するので、駆動電圧ＶＤＤが低下する。一方、駆動電圧ＶＤＤが所定電圧Ｖａ（または、比較電圧Ｖｂ）よりも低い場合、ＰＷＭ回路１０４は、ｐＭＯＳトランジスタＭＰ１のオン時間を延長するとともにｎＭＯＳトランジスタＭＮ１のオン時間を短縮する。これにより、駆動電圧ＶＤＤが上昇する。このようにして、駆動電圧ＶＤＤが所定電圧Ｖａおよび比較電圧Ｖｂのうち高い方の電圧に一致するように駆動電圧ＶＤＤが制御される。すなわち、電池電圧ＶＢＡＴが判定電圧Ｖｘ（所定電圧Ｖａから電圧差Ｖｄを差し引いて得られる電圧）よりも低い場合には、駆動電圧ＶＤＤは、所定電圧Ｖａに設定され、電池電圧ＶＢＡＴが判定電圧Ｖｘ以上である場合には、駆動電圧ＶＤＤは、電池電圧ＶＢＡＴに電圧差Ｖｄを加えて得られる電圧に設定される。
【００２９】
〔充電制御回路〕
充電制御回路１２は、制御トランジスタＴ１と、駆動抵抗Ｒ１と、検出抵抗Ｒ２と、電圧源２０１と、増幅器２０２と、電圧源２０３と、増幅器２０４と、ダイオードＤ１，Ｄ２とを含んでいても良い。
【００３０】
制御トランジスタＴ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力に接続される。駆動抵抗Ｒ１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１の出力と制御トランジスタＴ１のゲートとの間に接続される。検出抵抗Ｒ２は、制御トランジスタＴ１の出力と二次電池２０との間に接続され、充電電流ＩＣＨＧを検出する。電圧源２０１は、検出電圧Ｖｃを生成する。増幅器２０２は、検出抵抗Ｒ２の両端電圧および検出電圧Ｖｃを入力する。電圧源２０３は、満充電電圧Ｖｍａｘを生成する。増幅器２０４は、電池電圧ＶＢＡＴおよび満充電電圧Ｖｍａｘを入力する。ダイオードＤ１のカソードは増幅器２０２の出力に接続され、ダイオードＤ１のアノードは制御トランジスタＴ１のゲートに接続される。ダイオードＤ２のカソードは増幅器２０４の出力に接続され、ダイオードＤ２のアノードは、制御トランジスタＴ１のゲートに接続される。
【００３１】
電池電圧ＶＢＡＴが満充電電圧Ｖｍａｘよりも低い場合、増幅器２０４の出力はハイレベルになるので、制御トランジスタＴ１の制御は、増幅器２０２に委ねられる。増幅器２０２は、検出抵抗Ｒ２の両端電圧が検出電圧Ｖｃに一致するようにダイオードＤ１を介して制御トランジスタＴ１のゲート電圧を調整する。ここで、検出抵抗Ｒ２の抵抗値を“ＲＳ”とすると、充電電流ＩＣＨＧは“ＩＣＨＧ＝Ｖｃ／ＲＳ”と表現できる。このようにして、定電流充電が実現される。
【００３２】
一方、電池電圧ＶＢＡＴが満充電電圧Ｖｍａｘよりも高くなろうとすると、増幅器２０４の出力が低下するので、制御トランジスタＴ１の制御は、増幅器２０４に委ねられる。すなわち、電池電圧ＶＢＡＴが満充電電圧Ｖｍａｘに一致するように充電電流ＩＣＨＧが減少する。このようにして、定電流充電から定電圧充電に切り替えられる。
【００３３】
〔スイッチ回路〕
スイッチ制御部１０３ｃは、電圧源３０１と、比較器３０２と、比較器３０３と、ＮＯＲ回路３０４とを含んでいても良い。電圧源３０１は、所定電圧Ｖａを生成する。比較器３０２は、入力電圧ＶＩＮと所定電圧Ｖａとを比較する。比較器３０３は、電池電圧ＶＢＡＴと所定電圧Ｖａとを比較する。ＮＯＲ回路３０４は、比較器３０２，３０３の否論理和を出力する。なお、電圧源３０１を設けずにＤＣ／ＤＣコンバータ１１の電圧源１０２を電圧源３０１として共用しても良い。
【００３４】
入力電圧ＶＩＮが所定電圧Ｖａ以上である場合、比較器３０２の出力がハイレベルになり、スイッチ素子ＳＷ１がオン状態に設定される。一方、入力電圧ＶＩＮが所定電圧Ｖａよりも低い場合、比較器３０２の出力がローレベルになり、スイッチ素子ＳＷ１がオフ状態に設定される。また、電池電圧ＶＢＡＴが所定電圧Ｖａ以上である場合、比較器３０３の出力はハイレベルになり、スイッチ素子ＳＷ２がオン状態に設定される。一方、電池電圧ＶＢＡＴが所定電圧Ｖａよりも低い場合、比較器３０３の出力はローレベルになり、スイッチ素子ＳＷ２がオフ状態に設定される。
【００３５】
（その他の実施形態）
以上の説明において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、降圧型スイッチングレギュレータであっても良いし、昇圧型スイッチングレギュレータであっても良いし、昇降圧型スイッチングレギュレータであっても良い。例えば、入力電圧ＶＩＮが充電制御回路１２および負荷回路３０を動作させることが充分可能な電圧である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、降圧型スイッチングレギュレータであっても良い。また、太陽電池や燃料電池から入力電圧ＶＩＮが供給される場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１は、昇圧型スイッチングレギュレータで構成されることが好ましい。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１を昇降圧型スイッチングレギュレータで構成することにより、入力電圧ＶＩＮをより広範囲に設定できる。
【００３６】
また、スイッチ回路１３は、入力電圧ＶＩＮが所定電圧Ｖａ以上である場合には駆動電圧ＶＤＤを負荷回路３０に供給し、入力電圧ＶＩＮが所定電圧Ｖａよりも低い場合には電池電圧ＶＢＡＴを負荷回路３０に供給するように構成されていても良い。この場合、スイッチ制御部１３ｃは、入力電圧ＶＩＮに応じてスイッチ素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフを制御しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、上述の電源供給回路は、二次電池を充電しながら負荷回路を安定動作させることができるので、モバイル機器などの電子機器に好適である。
【符号の説明】
【００３８】
１０    電源供給回路
２０    二次電池
３０    負荷回路
１１    ＤＣ／ＤＣコンバータ
１２    充電制御回路
１３    スイッチ回路
ＳＷ１，ＳＷ２    スイッチ素子
１３ｃ    スイッチ制御部
ＭＰ１    ｐＭＯＳトランジスタ
ＭＮ１    ｎＭＯＳトランジスタ
Ｌ１    インダクタ
Ｃ１    コンデンサ
１０１    電圧源
１０２    オフセット電圧源
１０３    誤差増幅器
１０４    ＰＷＭ回路
Ｔ１    制御トランジスタ
Ｒ１    駆動抵抗
Ｒ２    検出抵抗
２０１，２０３    電圧源
２０２，２０４    増幅器
Ｄ１，Ｄ２    ダイオード
３０１    電圧源
３０２，３０３    比較器
３０４    ＮＯＲ回路
【図１】
2011004516.tif 000003
【図２】
2011004516.tif 000004
【図３】
2011004516.tif 000005