(57)【要約】【課題】充電電流のモニター電流出力回路とGNDの間に接続されたI/V変換用の抵抗において、一方の端子がオープンとなった場合、該モニター電流を出力する回路の出力部の電圧が高電位になるのを防止し、次段に接続されたCPU等のデジタルＩＣが破壊されないようにした二次電池充電回路、システム電源ＩＣ、二次電池充電システム、電子装置を提供する。【解決手段】モニター電流を出力する回路の出力部の電圧が過電圧になるのを防止し、次段に接続されたCPU等のデジタルＩＣが破壊されないようにした充電電流検出回路、システム電源ＩＣ、二次電池充電ステム、電子装置を得ることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池に入力される充電電流に比例した大きさのモニター電流を出力するモニター電流出力回路と、前記モニター電流出力回路の出力部電圧を監視する過電圧検出回路と、を備え、
前記過電圧検出回路は、前記モニター電流出力回路の出力部電圧が第１の電圧より高い場合は、前記モニター電流出力回路の動作を停止し、該出力部電圧を前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に設定することを特徴とする、二次電池充電回路。
【請求項２】
前記過電圧検出回路は、前記モニター電流出力回路の出力部電圧を監視する際にヒステリシスを持っており、そのヒステリシス幅は前記第１の電圧と前記第２の電圧との差より大きいことを特徴とする、請求項１に記載の二次電池充電回路。
【請求項３】
前記過電圧検出回路は、ヒステリシス付きインバータ回路によって前記モニター電流出力回路の出力部電圧を監視することを特徴とする、請求項２に記載の二次電池充電回路。
【請求項４】
前記過電圧検出回路は、ヒステリシス付きコンパレータ回路によって前記モニター電流出力回路の出力部電圧を監視することを特徴とする、請求項２に記載の二次電池充電回路。
【請求項５】
定電圧を出力する定電圧回路をさらに備え、前記第２の電圧は前記定電圧回路より供給されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の二次電池充電回路。
【請求項６】
二次電池を充電するための回路を含むシステム電源ＩＣであって、
少なくとも充電アダプターが接続されるアダプター端子と、二次電池が接続され充電電流が出力されるバッテリー端子と、前記充電電流に比例した大きさのモニター電流が出力されるモニター電流出力端子と、前記モニター電流出力端子の電圧を監視する過電圧検出回路とを備え、
前記過電圧検出回路は前記モニター電流出力端子の電圧が第１の電圧より高いと検出された場合は、該端子電圧を前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に設定することを特徴とする、システム電源ＩＣ。
【請求項７】
前記過電圧検出回路は、前記モニター電流出力端子電圧を監視する際にヒステリシスを持っており、そのヒステリシス幅は前記第１の電圧と前記第２の電圧との差より大きいことを特徴とする、請求項６に記載のシステム電源ＩＣ。
【請求項８】
前記モニター電流出力端子を前記第２の電圧の電圧に設定する電圧レギュレータ回路をさらに備える、請求項６または７に記載のシステム電源ＩＣ。
【請求項９】
前記電圧レギュレータ回路から出力される前記第２の電圧を出力するための端子をさらに備える、請求項８に記載のシステム電源ＩＣ。
【請求項１０】
二次電池に入力される充電電流に比例した大きさのモニター電流を出力するモニター電流出力部と、前記モニター電流が入力され、それに対応する電圧を出力する電圧変換部と、前記電圧変換部から出力される電圧を監視する監視部と、
第１の定電圧を出力する電源回路と、前記電源回路の出力を電源として動作する制御部と、を備え、
前記制御部には前記電圧変換部から出力される電圧が入力され、前記監視部は前記電圧変換部から出力される電圧が第２の電圧より高い場合は、前記モニター電流出力部の動作を停止し、前記モニター電流出力部の出力電圧を前記第２の電圧よりも低い第１の電圧に設定することを特徴とする、二次電池充電システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の二次電池充電システムであって、前記電圧変換部は抵抗により構成されていることを特徴とする、二次電池充電システム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記モニター電流出力部の出力電圧が前記第２の電圧よりも低い第１の電圧に設定された場合、二次電池充電システムが異常動作していると判断することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の二次電池充電システム。
【請求項１３】
少なくとも二次電池と、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の二次電池充電システムとを備える電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に利用される２次電池の充電電流検出回路、システム電源ＩＣ、二次電池充電システム、電子装置に関し、詳しくは充電電流検出部の保護回路、充電電流監視システムを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は小型・軽量であり、かつエネルギー密度が高いことから、携帯電話やPDAなどのような携帯用電子機器に広く用いられている。リチウムイオン電池の充電方式は、一般にCC/CV充電方式と言われているが、電池電圧によって以下のようなモードを持つ。
【０００３】
第１のモードは、電池電圧が低い場合であって、充電電流は微小におさえる必要がある。これを一般にトリクル充電と呼ぶ。
第２のモードは、トリクル充電後であって、さらに電池電圧が高くなっている場合であって、定電流出力回路によって充電が行われる。第３のモードは、電池電圧がフル充電電圧に近い場合であって、定電圧出力回路によって充電が行われる。
【０００４】
充電電流は、上記した動作モード毎に監視されている。また、充電終了の判定は、第３のモードにおける充電電流が、第２のモードにおける定電流値に対して10％の値となった場合を検出して行われていることが多い。
【０００５】
図６には、従来の充電電流検出回路の一例を示す。（特許文献１の図１）この回路では、充電電流Iが抵抗R1に流れて両端に電位差が発生する。抵抗R1の両端に発生した電位差は、差動増幅器A1,A2により増幅されて出力される。トランジスタTr1は、該増幅された出力電圧を出力電流に変換する。Tr2、Tr3、Tr4より構成されるカレントミラー回路は、該出力電流を折り返しの比にしたがって増幅し、抵抗R8、R9に流して電流―電圧変換（I/V変換）を行う。
【０００６】
通常、変換された電圧信号は、例えばADコンバータによって符号化され、CPU等によって監視が行われる。特許文献２の図２には、電流検出抵抗RsによってI/V変換された電圧を、ADコンバータを通して制御マイコンで処理していることが記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２５７９０９号公報
【特許文献２】特開平８−１３６５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、モニター電流を出力する回路とGNDの間に接続された、I/V変換用の抵抗において、いずれかの一方の端子接続がオープンとなった場合、該モニター電流を出力する回路の出力部の電圧が高電位（例えば充電アダプターの入力電圧）となってしまう。
【０００８】
I/V変換後の電圧は、電流値の監視のため、CPU等のI/F部にあるADコンバータに入力される。ここで、CPU等はデジタルＩＣであるため、製造プロセスの微細化に伴い、充電アダプターの入力電圧近傍の電位に対して耐圧を有していないのが通常である。よってCPU等は破壊されてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に対してなされたものであり、充電電流のモニター電流出力回路とGNDの間に接続されたI/V変換用の抵抗において、一方の端子がオープンとなった場合、該モニター電流を出力する回路の出力部の電圧が高電位になるのを防止し、次段に接続されたCPU等のデジタルＩＣが破壊されないようにした充電電流検出回路、二次電池充電システム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】
【００１０】
本発明では上記の課題を解決するため、二次電池に入力される充電電流に比例した大きさのモニター電流を出力するモニター電流出力回路と、前記モニター電流出力回路の出力部電圧を監視する過電圧検出回路とを備えた二次電池充電回路において、前記過電圧検出回路は、前記モニター電流出力回路の出力部電圧が第１の電圧より高い場合は、前記モニター電流出力回路の動作を停止し、該出力部電圧を前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に設定することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、モニター電流を出力する回路の出力部の電圧が過電圧になるのを防止し、次段に接続されたCPU等のデジタルＩＣが破壊されないようにした二次電池充電回路、システム電源ＩＣ、二次電池充電システム、電子装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態である二次電池充電回路の構成を示す。ADP、BATT、IMONIは端子であって、ADP端子には充電アダプターの電源が接続され、BATT端子には二次電池の正極が接続され充電電流（Ichg）が供給され、IMONI端子からは充電電流に比例したモニター電流（Im）が出力される。
P型トランジスタQ1は充電電流出力回路を、P型トランジスタQ2はモニター電流出力回路を構成する。Q1とQ2のソースはADP端子に接続され、Q1のゲートは、図示しないCC/CV制御回路から来るCTL信号に接続されている。ここでCTL信号は電圧信号であって、その電圧値に応じてQ1からの充電電流が決定される。Q1のドレインはBATT端子を経て二次電池へ接続されており、Q2のドレインはIMONI端子を経て電圧変換用の抵抗R1の一端に接続されている。抵抗R1の抵抗値はr1である。
【００１３】
ここで、Q1とQ2は所定のサイズ比で構成されており、カレントミラーを形成しているため、サイズ比に応じた電流がQ1とQ2に流れる。例えばサイズ比を1000:1とした場合、充電電流（Ichg）を1000mA(1A)とすれば、モニター電流（Im）は1mAとなる。抵抗R1の他端はGNDに接続される。
【００１４】
ヒステリシス付きインバータINV1の入力はQ2のドレインに接続され、出力はインバータINV2、INV3の入力へ接続されている。INV2の出力はスイッチSW1のオンオフ制御に使われる。SW１は一端がQ2のドレインと接続されており、他端は図示しない電圧レギュレータの出力(REG1)に接続される。ここでSW1はINV2の出力論理によってオンオフ制御され、H（Highレベル電圧）のときオンし、L（Lowレベル電圧）のときオフする。
【００１５】
スイッチSW2の一端はCTL信号に接続され、他端はQ2のゲートに接続される。スイッチSW３の一端はADP端子に接続され、他端はQ2のゲートに接続される。SW2はINV3の出力によりオンオフ制御され、Hのときオフし、Lのときオフする。SW3はINV1の出力によりオンオフ制御され、Hのときオフし、Lのときオフする。これら、INV1、INV2、INV3、SW1、SW2、SW3は過電圧検出回路を構成する。
【００１６】
次に動作について説明する。まず、通常の充電動作時について説明する。
図示しないCC/CV回路から入力されたCTL信号に応じて、Q1は所定の充電電流（Ichg）を二次電池へ出力する。SW2はオンし、SW3はオフしているため、Q1とQ2はカレントミラー回路を構成する。Q2はカレントミラー回路のサイズ比に応じて、充電電流に比例したモニター電流（Im）を出力する。モニター電流は抵抗R1によって電圧(Vm)に変換され、CPU等で監視される。ここでVm=r1×Imである。
【００１７】
過電圧検出を行うヒステリシス付きインバータINV1は、上記モニター電流が抵抗R1によって変換された電圧(Vm)を監視している。抵抗R1の両端が正しく接続されていれば、Im×r1の電圧が入力される。INV1の入力電圧と出力電圧の関係について図２に示す。横軸はINV1の入力電圧であり、縦軸はINV1の出力電圧を示している。
前述したように、抵抗R1の両端の接続が正しければ、通常の充電時に入力される電圧であるIm×r1は第１の電圧より低くなるようにしている。したがってINV1の出力はHとなる。INV1の出力がHの場合、INV2、INV3の出力はLとなるため、SW1はオフ、SW2はオン、SW3はオフとなっている。
【００１８】
次に、ボード上のはんだ不良といった接続不良によって、抵抗R1の両端のうちいずれかがオープンになっていた場合の動作を説明する。この場合、抵抗R1に電流が流れなくなるから、モニター電流出力回路であるQ2のドレインの電圧は充電アダプター電位に向けて上がっていく。
【００１９】
充電アダプター電位向けてINV1の入力電位が上がっていくと、過電圧検出を行うINV1の閾値電圧より高くなるため、INV1の出力はLへと反転する。閾値電圧は第1の電圧に相当し、CPU等のデジタルＩＣの耐圧より低い電圧である。INV1の出力がLレベルとなると、INV2、INV3の出力も順次反転するため、各スイッチはSW1がオンし、SW2がオフし、SW3がオンする。よってトランジスタQ2はオフされる。
【００２０】
ここでSW1がオンするため、トランジスタQ2のゲート電位は電圧レギュレータの出力電圧に設定される。このとき、SW2がオフし、かつSW3がオンしているからQ2はゲートソース間電圧がゼロとなるからモニター電流（Im）は流れない。電圧レギュレータの出力（REG1）は図２の第２の電圧に相当し、過電圧検出を行うINV1のヒステリシス幅の内側にある。よって、INV1の出力はLレベルを保持する。
【００２１】
したがって、仮にQ2のドレインが、CPU等へ接続されていたとしても、充電アダプター電位まで上がる過程においてINV1により過電圧が検出され、Q2のドレイン電位は電圧レギュレータによって設定されるから、CPU等に過電圧が印加されることはなく破壊を防止することができる。
【００２２】
〔第２の実施の形態〕
図３は本発明の第２の実施形態であるシステム電源ＩＣを示す。このシステム電源ＩＣは、例えば二次電池を使って駆動される電子機器に搭載され、CPU、アプリケーションＩＣ、メモリ等に適切な電圧の電源電圧を供給するための電圧レギュレータや二次電池の充電回路等を１つのＩＣとして集積したものである。
【００２３】
この実施形態のシステム電源ＩＣは、電圧レギュレータを２つ集積している。それぞれの電圧レギュレータの出力端子は、REG1OとREG2Oである。例えばREG1Oの出力はCPUのI/F部に電源として接続される。また、REG2Oの出力はCPUのコア部に電源として接続される。
【００２４】
システム電源ＩＣは、さらに二次電池の充電回路を搭載している。ADP端子は充電用のアダプターが接続され、充電回路の電源および充電電流の供給源となる。BATT端子は二次電池の正極が接続され、CC/CV充電方式にしたがって充電電流が供給される。IMONI端子は、BATT端子から供給される充電電流に比例したモニター電流を出力する端子である。
【００２５】
システム電源ＩＣの二次電池充電回路は、図４に示す回路となっている。ここで図１と同じ記号で示した素子は図１と同一の素子であり説明を省略する。
充電電流を出力するトランジスタQ1とモニター電流出力回路であるトランジスタQ2のソースはADP端子に接続されている。Q1のドレインはBATT端子に接続されている。差動増幅回路AMP1とその出力に接続されているP型トランジスタQ3は、BATT端子電圧とQ2のドレイン電位を等しくするように制御するためのものである。AMP1の正相入力はBATT端子と接続され、AMP１の逆相入力はQ2のドレインおよびQ3のソースと接続される。AMP1の出力はQ3のゲートに接続され、Q3のドレインはINV1の入力およびIMONI端子と接続されている。
【００２６】
INV1の出力はAMP1のイネーブル端子に接続されている。AMP1はイネーブル端子がLのとき、AMP1の出力をプルアップしてQ3をオフする。また、IMONI端子とGNDの間には抵抗R1が接続され、電流/電圧変換された信号がCPU等のADコンバータ部へ入力される。
【００２７】
次に図４に示す回路の動作について、図１と異なる箇所を中心に説明する。通常の充電動作時、AMP1とQ3によってQ1とQ2のドレイン電位は等しくなるように制御される。よって、Q1とQ2においてドレインソース間電圧が等しくなるため、モニター電流の絶対値精度が向上する。
【００２８】
次に、ボード上のはんだ不良といった接続不良によって、抵抗R1の両端のうちいずれかがオープンになっていた場合の動作を説明する。この場合、抵抗R1に電流が流れなくなるから、IMONI端子の電位はADP端子電位に向けて上がっていく。つまり、INV1の入力電位が上がる。図２に示したように第１の電圧である閾値電圧より高くなると、INV1の出力はLへと反転する。さらにINV2の出力も順次反転する。
【００２９】
INV1の出力がLとなると、AMP1によってQ3はオフされる。INV2出力が反転するからSW1はオンしIMONI端子は電圧レギュレータ(REG1)からの出力電圧に設定される。
したがって、IMONI端子がCPU等へ接続されていたとしても、充電アダプター電位まで上がる過程においてINV1により過電圧が検出され、その後IMONI端子電圧は電圧レギュレータによって設定されるから、CPU等に過電圧が印加されることはなく破壊を防止することができる。
【００３０】
〔第３の実施の形態〕
図は本発明の第３の実施例である二次電池充電システムを示す。この二次電池充電システムは、携帯電話、PDA、デジタルカメラ、携帯ゲーム機、携帯音楽プレーヤ、ノートPCなどの電子機器の内部に搭載されているものである。
CPUは、例えば低消費電力で高速に動作するRISCプロセッサであって、I/F部にはA/Dコンバータを備えており、外部よりアナログ信号を入力してデジタル変換して処理を行うことができる。このCPUは制御部を構成する。
【００３１】
本実施の形態では、第２の実施形態に示したシステム電源ＩＣを用いている。システム電源ＩＣは、二次電池を充電する電流とそれに比例したモニター電流を供給する充電部と、電源回路として動作する電圧レギュレータREG1を搭載している。
抵抗R1は、モニター電流に対応する電圧値を出力する電圧変換部を構成する。モニター電流をIm、抵抗値をr1とすれば、変換された電圧Vm=Im×r1と表される。この電圧はCPUのI/F部にあるA/Dコンバータへ入力される。CPUはA/D変換された上記電圧値を処理することによって、充電電流値や二次電池の充電状態を監視することができる。
【００３２】
次に、二次電池充電システムの動作、外付け抵抗値r1とモニター電流Imの決定について具体的に説明する。
まず通常の充電動作の場合について説明する。充電電流（Ichg）の最大値が1000mA（CC充電時）とすると、モニター電流（Im）の最大値Immax=1mAとなる。抵抗値r=2.7kΩ（E12系列から選択）を電圧変換用に用いると、CPUのA/Dコンバータに入力される最大電圧は2.7Vとなる。
【００３３】
電圧レギュレータREG1より供給されるCPUのI/F部の電源電圧が3.3Vとすれば、A/Dコンバータのフルスケールが3.3Vとなる。A/Dコンバータは8bitとすれば、前記最大電圧の2.7VはD0(16進数)となる。これはフルスケールであるFF（16進数）より小さい値である。
【００３４】
次に、抵抗R1のいずれか一方端が断線した場合、すなわち異常動作の例を説明する。この場合、第２の実施の形態で説明したように、IMONI端子の電圧は、電圧レギュレータREG1の電圧と等しくなる。よってCPUのI/F部にあるA/Dコンバータの出力はFF(16進数)となりフルスケールと同じになる。
つまり、本実施の形態の二次電池充電システムにおいては、抵抗値r1、モニター電流ImとA/Dコンバータのフルスケール電圧（REG1の出力電圧）の関係を適切に選択することで、二次電池充電システムにおける異常動作の１つを、CPUにて判断することができる。
【００３５】
すなわち、断線などが無く通常動作をしている場合には、A/Dコンバータの出力はフルスケールより小さい値を取るように選択する。逆に、断線などで異常が生じた場合には、A/Dコンバータの出力がフルスケールとなるようにする。よって、CPUではA/Dコンバータの値を処理することで、充電部およびその周辺回路についての正常または異常の判断をすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態に係る二次電池充電回路の構成例を示す回路図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る過電圧検出回路の入力と出力の関係を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るシステム電源ＩＣを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る二次電池充電回路の別の構成例を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る二次電池充電システムの構成例を示す図である。
【図６】従来の二次電池充電回路の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３７】
INV1〜INV3    インバータ
Q1、Q2、Q3    P型トランジスタ
R1、R2    抵抗
SW1〜SW3    スイッチ
【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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