(57)【要約】【課題】電池の充電時の発熱を最小にする。【解決手段】携帯電話機は、電力供給用の電池パック１４と、充電器１７からの電圧を定電流または定電圧に変換して電池パック１４に供給するトランジスタ１６１と、電池パック１４の電圧に応じてトランジスタ１６１をスイッチング制御またはリニア制御する制御手段とを有する。【選択図】        図２
2004282846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給用の電池と、
充電器からの電圧を定電流または定電圧に変換して前記電池に供給するトランジスタと、
前記電池の電圧に応じて前記トランジスタをスイッチング制御またはリニア制御する制御手段とを有することを特徴とする携帯電話機の充電回路。
【請求項２】
請求項１記載の携帯電話機の充電回路において、
前記制御手段は、前記電池の電圧が所定の第１のしきい値以下の場合、前記電池への充電電流が所定の第１の電流値で一定となるトリクル充電を行うトリクル充電制御手段と、前記電池電圧が前記第１のしきい値より高い所定の第２のしきい値に達した場合、前記電池電圧が前記第２のしきい値で一定となる定電圧充電を行う定電圧充電制御手段と、前記電池電圧が前記第１のしきい値より高く前記第２のしきい値より低い場合、前記充電電流が前記第１の電流値より大きい所定の第２の電流値で一定となる定電流充電を行う定電流充電制御手段とを備えることを特徴とする携帯電話機の充電回路。
【請求項３】
請求項２記載の携帯電話機の充電回路において、
前記トリクル充電制御手段と前記定電圧充電制御手段とは、前記トリクル充電と前記定電圧充電のときに前記トランジスタをリニア制御し、
前記定電流充電制御手段は、前記定電流充電のときに前記トランジスタをスイッチング制御することを特徴とする携帯電話機の充電回路。
【請求項４】
請求項１記載の携帯電話機の充電回路において、
前記トランジスタは、ＭＯＳトランジスタであることを特徴とする携帯電話機の充電回路。
【請求項５】
請求項１記載の携帯電話機の充電回路において、
前記電池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする携帯電話機の充電回路。
【請求項６】
請求項１記載の携帯電話機の充電回路において、
前記制御手段は、前記電池が搭載されていない場合、前記トランジスタの出力電圧が一定となるように前記トランジスタをスイッチング制御して、前記トランジスタの出力電圧を機器の各要素に給電することを特徴とする携帯電話機の充電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯電話機に係り、特に携帯電話機に搭載された２次電池を充電する携帯電話機の充電回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、携帯電話機においては、高性能化および多機能化が進み、電力消費量も増大の一途をたどっている。そのことに伴い、電池パックの容量も大きくなってきている。一方、機器自体は小型化をたどっている。また、最近の携帯電話機では、電池パックを内蔵し、電池パックを機器本体に搭載したまま充電することが多くなってきている。これらのことを考えると、大容量電池パックを接続したまま、小型の携帯電話機に充電器を接続すると、発熱の問題が生じてくる。また、消費電力を抑えながら、充電をすると充電時間がかかってしまう。これらのことを考慮すると、効率のよい充電方法が要求される。
【０００３】
図１２は従来の携帯電話機の構成を示すブロック図である。図１２の携帯電話機１は、音声データや通信データを送受信するアンテナ２および無線送受信部３と、音声データの処理を行うベースバンド処理部４と、送話器／受話器５と、無線送受信部３とベースバンド処理部４と送話器／受話器５とからなる通信系を制御する通信系制御部６と、音楽再生やゲームなどの非通信系のアプリケーションデバイス７と、利用者が携帯電話機１を操作するためのキー入力部８と、利用者に対して画面表示を行うＬＣＤ等の表示部９と、データを記憶しておくためのメモリ１０と、着信音などを鳴らすためのスピーカ１１と、アプリケーションデバイス７とキー入力部８と表示部９とメモリ１０とスピーカ１１とからなる非通信系を制御する非通信系制御部１２と、携帯電話機１の各構成要素に対して電源供給を行う電源制御回路１３と、電源制御回路１３に対して電圧を供給する電池パック１４と、電池パック１４を充電する充電制御回路１５とから構成される。
【０００４】
図１３は充電制御回路１５の構成を示すブロック図である。充電制御回路１５は、電池パック１４に充電電圧を供給または遮断するためのＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１５１と、充電電流を検出するための低い抵抗値を有する抵抗１５２と、充電電圧と充電電流を制御する充電制御コントローラ１５３と、充電電圧と充電電流のリニア制御用のＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１５４とから構成される。充電制御コントローラ１５３は、定電圧充電制御部１５３１と、定電流充電制御部１５３２と、オン／オフ制御回路１５３３とから構成される。図１３の充電制御回路１５では、充電制御コントローラ１５３からＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１５４をリニアに制御することにより、電池パック１４への充電電圧と充電電流を制御していた。
【０００５】
一方、電池の充電回路としてＤＣ／ＤＣコンバータを使用する方法も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−０７８７７０号公報
【特許文献２】
特開平４−３０８４７７号公報
【特許文献３】
特開平７−０８７６７７号公報
【特許文献４】
特開平８−２５１８３２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示した充電制御回路１５では、定電流領域においてＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５４は、抵抗１５２の電圧を一定にするため、すなわち定電流を流すために、充電器１７の電圧をリニアにレギュレーションするので、充電器１７の電圧とＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５４の出力電圧との電位差により発熱するという問題点があった。特に、定電流充電状態における電池電圧の低い領域では、充電器１７の電圧とレギュレーションした電圧との差分がもっとも大きいため、発熱量が最大となる。
【０００８】
ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５１と抵抗１５２とにおける消費電力（発熱量）は、抵抗１５２の抵抗値をＲ、充電器１７から流れる電流をＩｃｈｇ、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５１のオン抵抗をＲｏｎとすると、図１４に示したように、（Ｒ＋Ｒｏｎ）×Ｉｃｈｇ２  となる。そして、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５４における消費電力は、充電器１７の電圧をＶｃｈｇ、電池電圧をＶｂａｔとすると、Ｉｃｈｇ×｛Ｖｃｈｇ−（Ｒ＋Ｒｏｎ）×Ｉｃｈｇ−Ｖｂａｔ｝となる。
【０００９】
一方、電池の充電回路としてＤＣ／ＤＣコンバータを使用する方法では、定電流充電時の回路の発熱を抑えることができる。しかしながら、この方法では、低電流充電時にＤＣ／ＤＣコンバータの効率が悪化してＤＣ／ＤＣコンバータの発熱が大きくなるという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、充電時の発熱を最小にして、安全性の高い定電流・定電圧充電を行うことができる携帯電話機の充電回路を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の携帯電話機は、電力供給用の電池と、充電器からの電圧を定電流または定電圧に変換して前記電池に供給するトランジスタと、前記電池の電圧に応じて前記トランジスタをスイッチング制御またはリニア制御する制御手段とを有するものである。トランジスタのスイッチング制御またはリニア制御を切り替えることにより、スイッチング制御またはリニア制御のどちらか効率の良い方を電池電圧に応じて選択することができる。
【００１２】
また、本発明の携帯電話機の充電回路の１構成例において、前記制御手段は、前記電池の電圧が所定の第１のしきい値以下の場合、前記電池への充電電流が所定の第１の電流値で一定となるトリクル充電を行うトリクル充電制御手段と、前記電池電圧が前記第１のしきい値より高い所定の第２のしきい値に達した場合、前記電池電圧が前記第２のしきい値で一定となる定電圧充電を行う定電圧充電制御手段と、前記電池電圧が前記第１のしきい値より高く前記第２のしきい値より低い場合、前記充電電流が前記第１の電流値より大きい所定の第２の電流値で一定となる定電流充電を行う定電流充電制御手段とを備えるものである。
また、本発明の携帯電話機の充電回路の１構成例において、前記トリクル充電制御手段と前記定電圧充電制御手段とは、前記トリクル充電と前記定電圧充電のときに前記トランジスタをリニア制御し、前記定電流充電制御手段は、前記定電流充電のときに前記トランジスタをスイッチング制御するものである。
【００１３】
また、本発明の携帯電話機の充電回路の１構成例において、前記トランジスタは、ＭＯＳトランジスタである。
また、本発明の携帯電話機の充電回路の１構成例において、前記電池は、リチウムイオン電池である。
また、本発明の携帯電話機の充電回路の１構成例において、前記制御手段は、前記電池が搭載されていない場合、前記トランジスタの出力電圧が一定となるように前記トランジスタをスイッチング制御して、前記トランジスタの出力電圧を機器の各要素に給電するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
［第１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て詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態である携帯電話機の構成を示すブロック図である。図１に示す携帯電話機１ａは、音声データや通信データを送受信するアンテナ２および無線送受信部３と、音声データの処理を行うベースバンド処理部４と、送話器／受話器５と、無線送受信部３とベースバンド処理部４と送話器／受話器５とからなる通信系を制御する通信系制御部６と、音楽再生やゲームなどの非通信系のアプリケーションデバイス７と、利用者が携帯電話機１ａを操作するためのキー入力部８と、利用者に対して画面表示を行うＬＣＤ等の表示部９と、データを記憶しておくためのメモリ１０と、着信音などを鳴らすためのスピーカ１１と、アプリケーションデバイス７とキー入力部８と表示部９とメモリ１０とスピーカ１１とからなる非通信系を制御する非通信系制御部１２と、携帯電話機１ａの各構成要素に対して電源供給を行う電源制御回路１３と、電源制御回路１３に対して電圧を供給する電池パック１４と、電池パック１４を充電する充電制御回路１５ａと、外部の充電器（ＡＣアダプタ）１７から電池パック１４に供給される充電電圧を制御するＤＣ／ＤＣコンバータ１６とから構成される。このような携帯電話機１ａの各構成間を接続する線のうち、太線は電源ラインを示し、実線は信号ラインを示している。
【００１５】
図１２に示した従来の携帯電話機１に比べて、本実施の形態においては、充電器１７と充電制御回路１５ａとの間にＤＣ／ＤＣコンバータ１６を設け、このＤＣ／ＤＣコンバータ１６により電圧−電流変換を行うようになっている。図２は充電制御回路１５ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ１６の構成を示すブロック図である。
【００１６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、充電器１７からの電圧を定電流または定電圧に変換して電池パック１４に供給するＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１と、ショットキーバリアダイオード１６２と、インダクタンス１６３と、リップル除去用のキャパシタンス１６４と、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１を駆動するＤＣ／ＤＣコントローラ１６５と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧、すなわちインダクタンス１６３とキャパシタンス１６４との接続点の電圧を調整する電圧調整回路１６６とから構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧は、電圧調整のために電圧調整回路１６６にフィードバックされる。
【００１７】
図２の例では非同期整流タイプのＤＣ／ＤＣコンバータ１６を示しているが、ショットキーバリアダイオード１６２をスイッチング用のＮチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴに置き換えることによって同期整流タイプのＤＣ／ＤＣコンバータを実現することもできる。
【００１８】
一方、充電制御回路１５ａは、電池パック１４に充電電圧を供給または遮断するためのＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１５１と、充電電流を検出するための低い抵抗値を有する抵抗１５２と、充電電圧と充電電流を制御する充電制御コントローラ１５３ａとから構成される。充電制御コントローラ１５３ａは、定電圧充電を行うための定電圧充電制御部１５３１ａと、トリクル充電および定電流充電を行うための定電流充電制御部１５３２ａと、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１５１を駆動するオン／オフ制御回路１５３３とから構成される。ＤＣ／ＤＣコントローラ１６５と充電制御コントローラ１５３ａの電源としては、電池パック１４からの電圧と充電器１７から供給される電圧のダイオードＯＲで構成される。
【００１９】
充電制御コントローラ１５３ａの定電圧充電制御部１５３１ａおよび定電流充電制御部１５３２ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６のＤＣ／ＤＣコントローラ１６５および電圧調整回路１６６とは、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をスイッチング制御する制御手段を構成している。
【００２０】
次に、本実施の形態の充電制御回路１５ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ１６の動作を説明する。本発明では、電池パック１４がリチウムイオン２次電池であることを考慮して、定電流・定電圧充電の動作を目標としている。図３は本実施の形態の携帯電話機１ａにおける電池電圧、充電電圧および充電電流の様子を示すタイミングチャート図、図４、図５は携帯電話機１ａにおける定電流・定電圧充電動作を示すフローチャートである。
【００２１】
まず、図３を用いて本実施の形態の定電流・定電圧充電の動作を説明する。電池電圧が所定の第１のしきい値（図３の例では、３．０Ｖ）以下の低電圧の場合、図３に示すように、電池パック１４の安全性を考慮して一定の低電流でトリクル充電を行う。このときは、抵抗１５２間の電圧が一定になるように定電流充電制御部１５３２ａからＤＣ／ＤＣコンバータ１６の電圧調整回路１６６に信号を送り、充電器１７からの電圧を調整してＤＣ／ＤＣコンバータ１６から出力させる。
【００２２】
トリクル充電により、電池電圧が上昇して第１のしきい値より高くなると、トリクル充電から、より充電電流の大きい定電流充電に切り替える。このときも、トリクル充電と同様に、抵抗１５２間の電圧が一定になるように定電流充電制御部１５３２ａからＤＣ／ＤＣコンバータ１６の電圧調整回路１６６に信号を送り、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６によりリアルタイムに出力電圧を調整する。
【００２３】
さらに充電が進んで、電池電圧が第１のしきい値より高い所定の第２のしきい値（図３の例では、４．２Ｖ）に到達すると、定電流充電状態から定電圧充電状態に切り替える。このとき、充電制御コントローラ１５３ａにおいて、定電流充電制御部１５３２ａが定電流充電を続けようとすると、電池電圧がさらに上昇してしまうため、定電圧充電制御部１５３１ａは、充電電圧、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧が電池電圧より高い一定の電圧になるように設定する。
【００２４】
ただし、充電電圧を一定の定電圧にした場合、充電電流が定電流充電のときよりも多く流れる可能性があるので、充電電流が定電流充電より大きくならないように定電流充電制御部１５３２ａを動作させる。つまり、定電圧充電における電池パック１４の保護のため、定電圧充電制御部１５３１ａと定電流充電制御部１５３２ａとは、電池電圧が過電圧になることなく第２のしきい値で一定となり、かつ充電電流が定電流充電時の充電電流以下となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を設定する。
【００２５】
図３の例では、定電流充電時におけるＤＣ／ＤＣコンバータ１６の最大出力電圧、すなわち電池電圧４．２Ｖにおいて充電電流が６００ｍＡ流れたときのＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧がそのまま定電圧充電における充電電圧となる。
【００２６】
次に、本実施の形態の定電流・定電圧充電の動作を図４、図５を用いてより詳細に説明する。まず、充電器１７の接続から電池パック１４の充電が開始されるまでのシーケンシャルな動作を図４を用いて説明する。充電制御コントローラ１５３ａは、携帯電話機１ａに充電器１７が接続されると（図４ステップＡ１においてＹＥＳ）と、電池パック１４の有無を確認する（ステップＡ２）。携帯電話機１ａに充電器１７が接続されているか否かは、充電器１７からの電圧を検出することで判断する。
【００２７】
電池パック１４が存在する場合、定電圧充電制御部１５３１ａと定電流充電制御部１５３２ａとは、電池パック１４の状態（電池電圧）を確認して（ステップＡ３）、電池電圧の状態に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を調整する。
【００２８】
すなわち、定電流充電制御部１５３２ａは、電池電圧が第１のしきい値（図３の例では、３．０Ｖ）以下の低電圧の場合、図３で説明したように、一定の低電流でトリクル充電を行う。このとき、定電流充電制御部１５３２ａは、抵抗１５２間の電圧が一定、すなわち抵抗１５２を流れる充電電流が所定の第１の電流値（図３の例では、４０ｍＡ）で一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧設定値を決定して、この出力電圧設定値をＤＣ／ＤＣコンバータ１６の電圧調整回路１６６に送る（ステップＡ４）。
【００２９】
電圧調整回路１６６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧（インダクタンス１６３とキャパシタンス１６４との接続点の電圧）が定電流充電制御部１５３２ａによって設定された出力電圧設定値と一致するようにＤＣ／ＤＣコントローラ１６５に電圧上昇または電圧低下の指示を送る。ＤＣ／ＤＣコントローラ１６５は、電圧調整回路１６６の指示に応じてＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のオン／オフを開始する。
【００３０】
このとき、ＤＣ／ＤＣコントローラ１６５は、電圧調整回路１６６から電圧上昇の指示を受けた場合には、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１がオンする時間を長くし、電圧低下の指示を受けた場合には、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１がオンする時間を短くするといったようにＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１がオン／オフする時間を調整する。こうして、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１は、充電器１７の電圧をスイッチングしてパルス電圧に変換する。ショットキーバリアダイオード１６２とインダクタンス１６３とキャパシタンス１６４とは、このパルス電圧を平滑した電圧を出力する（ステップＡ５）。
【００３１】
続いて、充電制御コントローラ１５３ａのオン／オフ制御回路１５３３は、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５１をオンさせることにより、電池パック１４および電源制御回路１３にＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧を供給する（ステップＡ６）。これにより、電池パック１４の充電が開始される。
【００３２】
一方、ステップＡ３において、電池電圧が第１のしきい値より高い場合、定電流充電制御部１５３２ａは、抵抗１５２を流れる充電電流が所定の第２の電流値（図３の例では、６００ｍＡ）で一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧設定値を決定して、この出力電圧設定値をＤＣ／ＤＣコンバータ１６の電圧調整回路１６６に送る（ステップＡ４）。
【００３３】
電圧調整回路１６６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧が定電流充電制御部１５３２ａによって設定された出力電圧設定値と一致するようにＤＣ／ＤＣコントローラ１６５に指示を送り、ＤＣ／ＤＣコントローラ１６５は、電圧調整回路１６６の指示に応じてＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のオン／オフを開始する（ステップＡ５）。
【００３４】
また、ステップＡ２において電池パック１４が存在しないと判断した場合、定電圧充電制御部１５３１ａと定電流充電制御部１５３２ａとは、抵抗１５２の出力端（電池パック１４側の端子）の電圧が電池電圧レベル（例えば４．２Ｖ）となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧設定値を決定して、この出力電圧設定値をＤＣ／ＤＣコンバータ１６の電圧調整回路１６６に送る（ステップＡ４）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６は、上記と同様にＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のオン／オフを開始する（ステップＡ５）。
【００３５】
次に、充電中の状態から充電完了までのシーケンシャルな動作を図５を用いて説明する。充電制御コントローラ１５３ａの定電流充電制御部１５３２ａは、電池電圧が３．０Ｖ以下の場合（図５ステップＢ２においてＮＯ）、トリクル充電制御を行い、抵抗１５２を流れる充電電流が第１の電流値（図３の例では、４０ｍＡ）で一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧設定値を決定してトリクル充電を行う（ステップＢ１）。定電流充電制御部１５３２ａは、電池電圧が３．０Ｖ以下の場合、このようなトリクル充電制御を常時行う。
【００３６】
続いて、定電流充電制御部１５３２ａは、電池電圧が３．０Ｖより高くなると（ステップＢ２においてＹＥＳ）、定電流充電制御に移行し、抵抗１５２を流れる充電電流が第２の電流値（図３の例では、６００ｍＡ）で一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧設定値を決定して定電流充電を行う（ステップＢ３）。定電流充電制御部１５３２ａは、電池電圧が３．０Ｖより高く４．２Ｖより低い場合、このような定電流充電制御を常時行う。
【００３７】
次に、電池電圧が４．２Ｖに到達すると（ステップＢ４においてＹＥＳ）、定電圧充電制御部１５３１ａと定電流充電制御部１５３２ａとは、定電圧充電制御に移行して、電池電圧４．２Ｖにおいて充電電流が６００ｍＡ流れたときの値で充電電圧が固定されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力電圧設定値を固定して定電圧充電を行う（ステップＢ５）。なお、図５のステップＢ４の判定では、電池電圧が４．２Ｖ以上としているが、実際には電池電圧が過電圧になることなく４．２Ｖで一定となるように定電圧充電制御部１５３１ａによって制御される。
【００３８】
このような定電圧充電が進むと、電池パック１４に流れる充電電流が減少していく。抵抗１５２を流れる充電電流が第１の電流値（図３の例では、４０ｍＡ）より小さくなると（ステップＢ６においてＹＥＳ）、充電制御回路１５ａとＤＣ／ＤＣコンバータ１６とは、充電完了状態に移行する。つまり、充電制御コントローラ１５３ａのオン／オフ制御回路１５３３は、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５１をオフにして、定電圧充電制御部１５３１ａと定電流充電制御部１５３２ａとは、電圧調整回路１６６に指示してＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力をオフ、すなわちＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をオフにさせる（ステップＢ７）。
【００３９】
充電が完了して、電池パック１４のみにより携帯電話機１ａの各構成に電源を供給し始めると、電池電圧が次第に低下し始める。充電制御コントローラ１５３ａは、電池電圧がある一定の電圧（図５の例では、４Ｖ）を下回ると（ステップＢ８においてＹＥＳ）、ステップＢ２に戻って、再びトリクル充電、定電流充電あるいは定電圧充電を行う。
【００４０】
なお、以上のステップＢ１〜Ｂ８の処理と並行して、充電制御コントローラ１５３ａは、充電器１７が取り外される場合を考慮して充電器１７の電圧を常時検出しており、充電器の電圧が例えば３．８Ｖを下回った場合（ステップＢ９においてＹＥＳ）、充電器１７が取り外されたか、あるいは充電器１７に不具合があると見なして、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５１をオフにし、また電圧調整回路１６６に指示してＤＣ／ＤＣコンバータ１６の出力をオフ、すなわちＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をオフにさせる（ステップＢ１０）。
【００４１】
図４で説明したように、従来の携帯電話機１の構成では、定電流領域においてＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５４は、抵抗１５２の電圧を一定にするため、すなわち定電流を流すために、充電器１７の電圧をリニアにレギュレーションするので、充電器１７の電圧とＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５４の出力電圧との電位差により発熱するという問題点があった。
【００４２】
このときのＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５４での消費電力（発熱量）は、抵抗１５２の抵抗値をＲ、充電器１７の電圧をＶｃｈｇ、電池電圧をＶｂａｔ、充電器１７から流れる電流をＩｃｈｇ、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５１のオン抵抗をＲｏｎとすると、図１４に示したように、Ｉｃｈｇ×｛Ｖｃｈｇ−（Ｒ＋Ｒｏｎ）×Ｉｃｈｇ−Ｖｂａｔ｝となる。
【００４３】
これに対して、本実施の形態では、充電器１７の電圧をＭＯＳ−ＦＥＴでリニアに変化させずに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６で電流電圧変換を効率よくすることにより、発熱量を抑えることができる。図６に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の消費電力（発熱量）を示す。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６の消費電力は、抵抗１５２の抵抗値をＲ、電池電圧をＶｂａｔ、充電器１７から流れる電流をＩｃｈｇ、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５１のオン抵抗をＲｏｎ、ＤＣ／ＤＣコンバータの効率をη（ηは０〜１００）とすると、｛Ｖｂａｔ×（Ｒ＋Ｒｏｎ）×Ｉｃｈｇ｝×Ｉｃｈｇ×（１００−η）／ηとなる。
【００４４】
図７は、定電流充電時の電池電圧と携帯電話機１，１ａの発熱量との関係を示す図である。従来の携帯電話機１の充電制御回路１５では、電池電圧が低くなると発熱量が最大となる。これに対して、本実施の形態の携帯電話機１ａの充電制御回路１５ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ１６では、図１３に示したＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５４の機能をＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１に転用し、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をスイッチング制御することにより、効率のよい充電を行うことができる。その結果、充電制御回路１５ａおよびＤＣ／ＤＣコンバータ１６の発熱量が電池電圧に依存することが少なく、発熱量を低く抑えることができる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６により、電圧電流変換を行うため、充電器１７の負荷を低減することができる。
【００４５】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、携帯電話機全体の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。図８は本実施の形態の充電制御回路１５ｂおよびＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの構成を示すブロック図であり、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。
【００４６】
充電制御回路１５ｂは、ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ１５１と、抵抗１５２と、充電制御コントローラ１５３ｂとから構成され、充電制御コントローラ１５３ｂは、定電圧充電制御部１５３１ｂと、定電流充電制御部１５３２ｂと、オン／オフ制御回路１５３３とから構成される。
【００４７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂは、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１と、ショットキーバリアダイオード１６２と、インダクタンス１６３と、キャパシタンス１６４と、ＤＣ／ＤＣコントローラ１６５と、電圧調整回路１６６ｂと、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のリニア制御またはスイッチング制御を切り替える制御切替回路１６７とから構成される。
【００４８】
充電制御コントローラ１５３ｂの定電圧充電制御部１５３１ｂおよび定電流充電制御部１５３２ｂと、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂのＤＣ／ＤＣコントローラ１６５および電圧調整回路１６６ｂとは、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をスイッチング制御またはリニア制御する制御手段を構成している。
【００４９】
図９は本実施の形態の携帯電話機における電池電圧、充電電圧および充電電流の様子を示すタイミングチャート図、図１０、図１１本実施の形態の携帯電話機における定電流・定電圧充電動作を示すフローチャートである。
まず、図９を用いて本実施の形態の定電流・定電圧充電の動作を説明する。電池電圧が第１のしきい値（図９の例では、３．０Ｖ）以下の低電圧の場合、図９に示すように、一定の低電流でトリクル充電を行う。このときは、抵抗１５２間の電圧が一定になるように定電流充電制御部１５３２ｂからＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの電圧調整回路１６６ｂに信号を送り、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をリニア制御する。
【００５０】
トリクル充電により、電池電圧が上昇して第１のしきい値より高くなると、トリクル充電から定電流充電に切り替える。このときの定電流充電は第１の実施の形態と同じである。
【００５１】
さらに充電が進み、電池電圧が所定の第２のしきい値（図９の例では、４．２Ｖ）に到達すると、定電流充電状態から定電圧充電状態に切り替える。このときは、電池電圧が第２のしきい値で一定となり、かつ充電電流が定電流充電時の充電電流以下となるように定電圧充電制御部１５３１ｂと定電流充電制御部１５３２ｂとから電圧調整回路１６６ｂに信号を送り、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をリニア制御する。
【００５２】
次に、本実施の形態の定電流・定電圧充電の動作を図１０、図１１を用いてより詳細に説明する。まず、充電器１７の接続から電池パック１４の充電が開始されるまでのシーケンシャルな動作を図１０を用いて説明する。図１０のステップＣ１，Ｃ２の動作は図４のステップＡ１，Ａ２と同じである。
【００５３】
充電制御コントローラ１５３ｂの定電流充電制御部１５３２ｂは、電池電圧が３．０Ｖ以下の場合（ステップＣ３においてＮＯ）、図９で説明したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂのＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をリニア制御して、一定の低電流でトリクル充電を行う（ステップＣ６）。
【００５４】
このとき、定電流充電制御部１５３２ｂは、抵抗１５２間の電圧が一定、すなわち抵抗１５２を流れる充電電流が第１の電流値（図９の例では、４０ｍＡ）で一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧設定値を決定して、この出力電圧設定値とリニア制御の実行指示信号とをＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの電圧調整回路１６６ｂに送る。
【００５５】
電圧調整回路１６６ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧（インダクタンス１６３とキャパシタンス１６４との接続点の電圧）が定電流充電制御部１５３２ｂによって設定された出力電圧設定値と一致するようにＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のゲート電圧を決定し、決定したゲート電圧とリニア制御の実行指示信号とを制御切替回路１６７に送る。リニア制御の実行指示信号を受けた制御切替回路１６７は、電圧調整回路１６６ｂから出力されたゲート電圧をＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のゲート端子に印加する。こうして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧が設定される。ステップＣ７の動作は図４のステップＡ６と同じである。
【００５６】
一方、ステップＣ３において電池電圧が３．０Ｖより高い場合、充電制御コントローラ１５３ｂの定電流充電制御部１５３２ｂは、図９で説明したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂのＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をスイッチング制御してＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧を調整し、定電流充電を行う（ステップＣ４）。
【００５７】
このとき、定電流充電制御部１５３２ｂは、抵抗１５２を流れる充電電流が第２の電流値（図９の例では、６００ｍＡ）で一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧設定値を決定して、この出力電圧設定値とスイッチング制御の実行指示信号とをＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの電圧調整回路１６６ｂに送る。
【００５８】
電圧調整回路１６６ｂは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧が定電流充電制御部１５３２ｂによって設定された出力電圧設定値と一致するようにＤＣ／ＤＣコントローラ１６５に電圧上昇または電圧低下の指示を送ると共に、スイッチング制御の実行指示信号を制御切替回路１６７に送る。スイッチング制御の実行指示信号を受けた制御切替回路１６７は、ＤＣ／ＤＣコントローラ１６５の出力端子とＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のゲート端子とを接続する。ＤＣ／ＤＣコントローラ１６５は、電圧調整回路１６６ｂの指示に応じてＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のオン／オフを開始する（ステップＣ５）。
【００５９】
また、ステップＣ２において電池パック１４が存在しないと判断した場合、定電圧充電制御部１５３１ｂと定電流充電制御部１５３２ｂとは、抵抗１５２の出力端の電圧が電池電圧レベル（例えば４．２Ｖ）となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧設定値を決定して、この出力電圧設定値とスイッチング制御の実行指示信号とをＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの電圧調整回路１６６ｂに送る（ステップＣ４）。ＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂは、上記と同様にＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のオン／オフを開始する（ステップＣ５）。
【００６０】
次に、充電中の状態から充電完了までのシーケンシャルな動作を図１１を用いて説明する。充電制御コントローラ１５３ｂの定電流充電制御部１５３２ｂは、電池電圧が３．０Ｖ以下の場合（図１１ステップＤ２においてＮＯ）、抵抗１５２を流れる充電電流が第１の電流値（図９の例では、４０ｍＡ）で一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧設定値を決定して、この出力電圧設定値とリニア制御の実行指示信号とをＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂに送ってトリクル充電を行う（ステップＤ１）。定電流充電制御部１５３２ｂは、電池電圧が３．０Ｖ以下の場合、このようなトリクル充電制御を常時行う。
【００６１】
続いて、定電流充電制御部１５３２ｂは、電池電圧が３．０Ｖより高くなると（ステップＤ２においてＹＥＳ）、定電流充電制御に移行して、抵抗１５２を流れる充電電流が第２の電流値（図９の例では、６００ｍＡ）で一定となるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧設定値を決定して、この出力電圧設定値とスイッチング制御の実行指示信号とをＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂに送って定電流充電を行う（ステップＤ３）。定電流充電制御部１５３２ｂは、電池電圧が３．０Ｖより高く４．２Ｖより低い場合、このような定電流充電制御を常時行う。
【００６２】
次に、電池電圧が４．２Ｖに到達すると（ステップＤ４においてＹＥＳ）、定電圧充電制御部１５３１ｂと定電流充電制御部１５３２ｂとは、定電圧充電制御に移行し、電池電圧４．２Ｖにおいて充電電流が６００ｍＡ流れたときの値で充電電圧が固定されるようにＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂの出力電圧設定値を固定し、この出力電圧設定値とリニア制御の実行指示信号とをＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂに送って定電圧充電を行う（ステップＤ５）。
【００６３】
抵抗１５２を流れる充電電流が４０ｍＡより小さくなると（ステップＤ６においてＹＥＳ）、充電制御回路１５ｂとＤＣ／ＤＣコンバータ１６ｂとは、充電完了状態に移行する（ステップＤ７）。このステップＤ７の動作は、図５のステップＢ７と同じである。充電の完了後、充電制御コントローラ１５３ｂは、電池電圧がある一定の電圧（図１１の例では、４Ｖ）を下回ると（ステップＤ８においてＹＥＳ）、ステップＤ２に戻って、再びトリクル充電、定電流充電あるいは定電圧充電を行う。
【００６４】
また、ステップＤ１〜Ｄ８の処理と並行して、充電制御コントローラ１５３ｂは、ステップＤ９，Ｄ１０の処理を行う。ステップＤ９，Ｄ１０の動作は、図５のステップＢ９，Ｂ１０と同じである。
【００６５】
以上のように、本実施の形態では、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をリニア制御して充電電流・充電電圧を制御する方法と、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をスイッチング制御して充電電流・充電電圧を制御する方法のいずれかを選択的に用いることにより、電池パック１４を充電する。
【００６６】
これにより、本実施の形態では、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１のスイッチング制御の効率のピークを定電流充電時の電流値に合わせこむことができ、効率の悪い低電流充電時の発熱を極力抑えることができる。たとえば、図９のようにトリクル充電時や定電圧充電時のように充電電流が低い場合には、ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をリニア制御し、定電流充電時にはＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ１６１をスイッチング制御することにより、発熱量を少なくすることができる。
【００６７】
なお、第１、第２の実施の形態では、第１のしきい値を３．０Ｖ、第２のしきい値を４．２Ｖ、第１の電流値を４０ｍＡ、第２の電流値を６００ｍＡとしているが、これらの値は電池パック１４の特性に応じて適切に設定されるべきものであることは言うまでもない。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、充電器からの電圧を定電流または定電圧に変換して電池に供給するトランジスタと、電池の電圧に応じてトランジスタをスイッチング制御またはリニア制御する制御手段とを設けることにより、電池の電圧に応じてトランジスタのスイッチング制御またはリニア制御を切り替えるようにしたので、トランジスタのスイッチング制御の効率のピークを定電流充電時の電流値に合わせこむことができ、効率の悪い低電流充電時の発熱を極力抑えることができる。その結果、トランジスタのリニア制御のみを行う従来の充電回路、あるいはトランジスタのスイッチング制御のみを行う従来の充電回路と比べて、充電回路の発熱量を最小にすることができ、安全性の高い定電流・定電圧充電を効率良く行うことができる。
【００６９】
また、電池の電圧が所定の第１のしきい値以下の場合、電池への充電電流が所定の第１の電流値で一定となるトリクル充電を行うトリクル充電制御手段と、電池電圧が第１のしきい値より高い所定の第２のしきい値に達した場合、電池電圧が第２のしきい値で一定となる定電圧充電を行う定電圧充電制御手段と、電池電圧が第１のしきい値より高く第２のしきい値より低い場合、充電電流が第１の電流値より大きい所定の第２の電流値で一定となる定電流充電を行う定電流充電制御手段とを設けることにより、充電の各状態（トリクル充電、定電流充電、定電圧充電）において、トランジスタの出力電圧を制御することにより、定電流・定電圧充電を実現することができる。また、電池電圧が第２のしきい値より高くならないように抑えることができ、充電電流が第２の電流値より大きくならないように抑えることができるので、電池を保護することができる。
【００７０】
また、トリクル充電制御手段と定電圧充電制御手段とは、トリクル充電と定電圧充電のときにトランジスタをリニア制御し、定電流充電制御手段は、定電流充電のときにトランジスタをスイッチング制御することにより、トランジスタのスイッチング制御の効率のピークを定電流充電時の電流値に合わせこむことができ、効率の悪い低電流充電時の発熱を極力抑えることができる。定電流充電の場合、充電電流がほぼ決まっているので、その電流値付近で効率のピークが設定されるように設計を容易に行うことができる。
【００７１】
また、充電器からの電圧を定電流または定電圧に変換するトランジスタを、ＭＯＳトランジスタとすることにより、充電回路自体の消費電流を抑えることができる。
【００７２】
また、電池が搭載されていない場合、トランジスタの出力電圧が一定となるようにトランジスタをスイッチング制御して、トランジスタの出力電圧を機器の各要素に給電することにより、電池が搭載されていない場合であっても、携帯電話機を動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である携帯電話機の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における充電制御回路およびＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における電池電圧、充電電圧および充電電流の様子を示すタイミングチャート図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態において充電器の接続から電池パックの充電が開始されるまでの動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態において電池パックの充電中から充電完了までの動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態における充電制御回路とＤＣ／ＤＣコンバータの消費電力を示す図である。
【図７】定電流充電時の電池電圧と図１、図１２の携帯電話機の発熱量との関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態における充電制御回路およびＤＣ／ＤＣコンバータの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態における電池電圧、充電電圧および充電電流の様子を示すタイミングチャート図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態において充電器の接続から電池パックの充電が開始されるまでの動作を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態において電池パックの充電中から充電完了までの動作を示すフローチャートである。
【図１２】従来の携帯電話機の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２の携帯電話機における充電制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１４】従来の携帯電話機において充電制御回路の消費電力を示す図である。
【符号の説明】
１ａ…携帯電話機、２…アンテナ、３…無線送受信部、４…ベースバンド処理部、５…送話器／受話器、６…通信系制御部、７…アプリケーションデバイス、８…キー入力部、９…表示部、１０…メモリ、１１…スピーカ、１２…非通信系制御部、１３…電源制御回路、１４…電池パック、１５ａ…充電制御回路、１６、１６ｂ…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１７…充電器、１５１…ＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴ、１５２…抵抗、１５３ａ、１５３ｂ…充電制御コントローラ、１５３１ａ…定電圧充電制御部、１５３２ａ…定電流充電制御部、１５３３…オン／オフ制御回路、１６１…ＰチャネルパワーＭＯＳ−ＦＥＴ、１６２…ショットキーバリアダイオード、１６３…インダクタンス、１６４…リップル除去用キャパシタンス、１６５…ＤＣ／ＤＣコントローラ。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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