(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電極を接地側に接続した２次電池を備え、前記２次電池に流される充電電流の値を測定する充電電流検出回路において、
一端が前記２次電池の基準電極と反対の電極側に接続されて前記２次電池に直列に接続される電流検出用抵抗の両端に生じる電圧降下を差動増幅器で検出する電圧検出手段と、
前記差動増幅器の出力電圧を増幅する電圧増幅手段と、
前記増幅された出力電圧を再び電流値に変換する電圧−電流変換手段と、
前記電流値を増幅した電流を出力するカレントミラー回路と、
前記差動増幅器の動作領域を所定の遷移領域に設定するための基準電圧を作り出す基準電圧設定手段と、
を備え、
前記基準電圧設定手段は、前記電流検出用抵抗の前記一端の電位から常に一定電位だけ低い電位を作り出すと共に該電位をバッファ回路を介して前記差動増幅器の基準電位とする、もしくは、前記電流検出用抵抗の前記一端の電位を分圧した電位を作り出すと共に該電位をバッファ回路を介して前記差動増幅器の基準電位とする、ことを特徴とする充電電流検出回路。
【請求項２】
前記基準電圧設定手段は、前記電流検出用抵抗の前記２次電池接続側と前記バッファ回路の入力側との間にツェナーダイオードを接続することにより前記電流検出用抵抗の前記一端の電位から常に一定電位だけ低い電位を作り出すことを特徴とする請求項１記載の充電電流検出回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電電流検出回路に関し、主にリチウム・イオン電池を充電対象として充電制御を行う充電電流検出回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、２次電池を対象とした充電器においては、電池の種類による多少の例外はあるものの、多くの場合、２次電池に流される充電電流の値を監視する回路が使用されている。
【０００３】
特に、リチウム・イオン電池については、充電時の電圧管理を行うことも重要であるが、充電電流についても充電動作モード毎に設定された値を管理することが行われている。即ち、従来は、小電流での微小充電を行うモードから、大電流で急速充電を行うモードに至るまでの各モードについて、充電電流を監視することにより、その値を制御している。
【０００４】
また、充電終了時点の判定は、充電電流が急速充電電流の約１／１０以下になった時点をもって充電終了時点と判断する方式が多く採用されている。
図１１は、従来の充電電流検出方法の１例を示す回路図である。
【０００５】
図１１（ａ）に示す回路では、充電対象の電池Ｂ９１を流れる電流を抵抗Ｒ９１の両端の電圧降下として検出し、この電圧降下を電池（同相）電位抑制用の抵抗Ｒ９２，Ｒ９３を介して差動増幅器Ａ９１で増幅している。なお、抵抗Ｒ９４は差動増幅器Ａ９１の遷移領域を狭めて線型性を良好に確保するための抵抗である。また、抵抗Ｒ９５は、差動増幅器Ａ９１の基準電圧（通常は、＋側入力端子に印加する）を与える。
【０００６】
この抵抗Ｒ９５を介した基準電圧は、差動増幅器Ａ９１の遷移領域における動作特性を示したグラフの原点に相当する電圧となる。
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）を簡易化した回路である。
【０００７】
図１２は、従来の充電電流検出回路の１構成例を示す回路図である。
図１２に示す従来の充電電流検出回路では、図１１（ａ）に示す回路に、さらに充電対象の電池Ｂ９１の直前に直列に接続された整流用ダイオードＤ９１と、所定のタイミング（一般には、急速充電を開始する時点と定電流充電を開始する時点）で所定の大きさの電流値を検出するように検出される電流の値を調整するための可変電圧源Ｔ９１と、差動増幅器Ａ９１の出力と差動増幅器Ａ９１の基準電圧との差を増幅する差動増幅器Ａ９２とが追加されている。
【０００８】
図１４は、従来の充電電流検出回路の他の１構成例を示す回路図である。
図１４に示す回路では、電流検出用の抵抗Ｒ８１の両端の電圧降下を複数の抵抗（Ｒ８２とＲ８６、Ｒ８３とＲ８７）で分圧する構成とすることにより、各抵抗値のバランスを取る手段を与えている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１２に示す従来の充電電流検出回路では、充電の進行に伴う電池Ｂ９１の電位（即ち、差動増幅器Ａ９１の同相入力）の上昇に伴い、エラー電圧が増加（もしくは減少）し、電流値に測定誤差が生じるといった問題点が有った。
【００１０】
このエラー電圧とは、抵抗Ｒ９１の両端の電圧（即ち、電流検出用電圧）に加算される余計な電圧であり、このエラー電圧が増大すると、直接的な誤差の他にも、差動増幅器Ａ９１の動作領域が本来の遷移領域（入力電圧から出力電圧に変換するに際しての線型性が保証されている領域）から外れてしまうことになり、その影響は無視することができない。
【００１１】
差動増幅器Ａ９１とは限らず、一般的な差動増幅器においても同相成分入力は邪魔な入力である。従って、一般に逆相成分に対する増幅度は同相成分に対する増幅度よりも大であることが好ましい。
【００１２】
そこで従来から、差動増幅器自体の良さを判定するための一つの評価尺度として両者の比である同相除去比（ＣＭＭＲ：Common Mode Rejection Ratio）が用いられている。
【００１３】
なお、差動増幅器における上記同相入力の問題自体は、周知の事実であり、種々の演算増幅器の解説書に開示されているので、ここでは詳説しない。
図１３は、従来の充電電流検出回路において、電池の電位（同相電圧）上昇に起因して電流検出用電圧に加算されるエラー電圧を示すグラフである。
【００１４】
図１３に示すグラフは、電流検出用抵抗に一定電圧を印加（一定電流の導通状態に相当する）しておき、同相電圧となる電池電圧を変化させた時の電流検出用電圧に加算されるエラー電圧をプロットしたものである。
【００１５】
図１３の複数の線分は、複数のチップでの測定結果に対応しており、全体として上記ＣＭＭＲのバラツキを示している。
また、従来の充電電流検出回路では、差動増幅器への入力電圧の大きさを調整したり、同相成分を除去したりするための前段抵抗の系列が複雑となり、素子数も増大するといった問題点が有った。
【００１６】
さらには、同相成分を除去する目的で差動増幅器への前段抵抗の抵抗値をバランスさせる仕事は、非常に微妙であり、僅かの誤差も電流値の測定に大きな誤差を与えてしまうといった問題点が有った。
【００１７】
充電電流検出回路は、制御モードを切り替えるタイミングを把握するために使用されるので、一般に電流値の測定誤差は、そのまま大きな制御誤差となって顕れる。
【００１８】
なお、図１１に示す従来の充電電流検出方法の回路構成では、充電対象の電池Ｂ９１の基準とする側の電極がＧＮＤ（接地）電位になっていないといった問題点が有った。
【００１９】
充電対象の電池Ｂ９１の基準とする側の電極がＧＮＤ電位になっていないと、内部の他の回路、または外部の装置（例えば、検出電流に対応した電圧を測定するための電圧計）との整合性がとれず、使い勝手が悪くなる。
【００２０】
本発明は、以上のような従来の充電電流検出回路における問題点に鑑みてなされたものであり、充電対象の電池の基準電極を接地電位にする構成を採用すると共に、該電池の電位上昇に影響されずに充電電流の測定を行うことができる充電電流検出回路を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記の課題を解決するために、基準電極を接地側に接続した２次電池を備え、前記２次電池に流される充電電流の値を測定する充電電流検出回路において、一端が前記２次電池の基準電極と反対の電極側に接続されて前記２次電池に直列に接続される電流検出用抵抗の両端に生じる電圧降下を差動増幅器で検出する電圧検出手段と、前記差動増幅器の出力電圧を増幅する電圧増幅手段と、前記増幅された出力電圧を再び電流値に変換する電圧−電流変換手段と、前記電流値を増幅した電流を出力するカレントミラー回路と、前記差動増幅器の動作領域を所定の遷移領域に設定するための基準電圧を作り出す基準電圧設定手段と、を備え、前記基準電圧設定手段は、前記電流検出用抵抗の前記一端の電位から常に一定電位だけ低い電位を作り出すと共に該電位をバッファ回路を介して前記差動増幅器の基準電位とする、もしくは、前記電流検出用抵抗の前記一端の電位を分圧した電位を作り出すと共に該電位をバッファ回路を介して前記差動増幅器の基準電位とする、ことを特徴とする充電電流検出回路が提供される。
【００２２】
即ち、本発明では、充電対象の電池（但し、基準電極をＧＮＤ側に接続されている２次電池）に流される充電電流の値を測定するために、該２次電池に直列接続された所定抵抗値（電流検出用抵抗）の両端に生じる電圧降下を差動増幅器で検出する手段と、該差動増幅器の出力電圧を増幅する手段と、該増幅された出力電圧を再び電流値に変換する手段と、該電流値を増幅すると共に増幅して電流値測定回路に出力するカレントミラー回路と、差動増幅器の動作領域を所定の遷移領域（線型領域）に設定するための基準電圧を作り出す基準電圧設定手段とを備え、基準電圧設定手段が電流検出用抵抗の一端の電位から所定の電位だけ低い電位を作り出すと共に該電位をバッファ回路を介して差動増幅器の基準電位とすることで、上記２次電池の基準電極を接地電位にした構成を採用すると共に、該２次電池の電位上昇に影響されずに充電電流の測定を行うことができるようにしている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路の１構成例を示す回路図である。
【００２４】
本構成例の充電電流検出回路は、測定すべき充電電流Ｉを電圧降下に変換する電流検出用抵抗Ｒ１と、電流検出用抵抗Ｒ１の両端の電圧降下を線型増幅する差動増幅器Ａ１と、充電電流Ｉの逆流を防止するダイオードＤ１と、充電対象の電池Ｂ１（２次電池）と、差動増幅器Ａ１の基準電圧を調整する回路（ツェナーダイオードＤ２，Ｄ３と、抵抗Ｒ５，Ｒ６と、可変電圧源Ｔ１と、差動増幅器Ａ３とを含む回路）と、差動増幅器Ａ１の出力電圧を増幅する差動増幅器Ａ２と、該増幅された出力電圧と上記基準電圧との電位差を電流（検出電流）に変換するトランジスタＴｒ１と、差動増幅器Ａ１の出力電圧と比較用電圧源Ｂ２の電圧とを比較して前記検出電流のレベルを検出する差動増幅器Ａ４と、前記検出電流を入力してＧＮＤとの間の出力電流として増幅するカレントミラー回路（トランジスタＴｒ２〜Ｔｒ４と、抵抗Ｒ８，Ｒ９とを含む回路）を備える。
【００２５】
電流検出用抵抗Ｒ１は、差動増幅器Ａ１の動作特性（遷移領域の狭さ）を考慮して低抵抗とする。
ツェナーダイオードＤ２，Ｄ３は、他の電圧制限素子で代用することも可能である。
【００２６】
上記の差動増幅器Ａ１の基準電圧を調整する回路は、電流検出用抵抗Ｒ１とダイオードＤ１との接続点と、ＧＮＤとの間に直列接続された（ツェナーダイオードＤ２、抵抗Ｒ６、可変電圧源Ｔ１）の配線系列と、抵抗Ｒ６、可変電圧源Ｔ１に並列接続されたツェナーダイオードＤ３と、ツェナーダイオードＤ２と抵抗Ｒ６の接続点を＋側端子に接続すると共に出力端子と−側端子とを短絡した差動増幅器Ａ３とを備える。
【００２７】
図２は、本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路が採用している回路方式を説明するための回路図である。
本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路では、充電対象の電池Ｂ１の基準電極はＧＮＤ側に接続するものとする。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路が採用する基本回路の回路構成を説明するための回路図である。
本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路が採用する基本回路は、図２に示す回路の電流検出用抵抗Ｒ１と充電対象の電池Ｂ１との間に整流（逆流防止）用のダイオードＤ１を接続するものとする。
【００２９】
以下、図１〜３を参照して本実施の形態に係る充電電流検出回路の動作を説明する。
電流検出用抵抗Ｒ１は、充電対象の電池Ｂ１と直列に接続されているので、充電対象の電池Ｂ１に流し込まれる充電電流Ｉが流れており、両端に充電電流Ｉに比例する電圧降下を生じる。差動増幅器Ａ１は、電流検出用抵抗Ｒ１の両端に生じる上記電圧降下を線型に増幅して出力電圧に変換する。ダイオードＤ１は、充電電流Ｉの逆流を阻止する。
【００３０】
充電対象の電池Ｂ１は、充電電流Ｉが流し込まれる充電対象の電池である。この電池は、上記差動増幅器Ａ１の基準電圧を設定するためにも利用する。
上記の差動増幅器Ａ１の基準電圧を調整する回路は、電流検出用抵抗Ｒ１と充電対象の電池Ｂ１との接続点の電位（抵抗Ｒ２を介して差動増幅器Ａ１の−側端子に加算入力される電位）から所定の一定電圧だけ低い電位を常に差動増幅器Ａ１の基準電圧として設定するように機能する。
【００３１】
即ち、同相電圧となる充電対象の電池Ｂ１の電位が０（Ｖ）から上昇していくと、電流検出用抵抗Ｒ１と充電対象の電池Ｂ１との接続点の電位が上昇（従って、差動増幅器Ａ１の−側端子に加算入力される電位も上昇する）することとなり、他方、同時に、該電位からは常に所定の電圧（即ち、ツェナーダイオードＤ２の電圧降下分）だけ低い電位も、差動増幅器Ａ３（低インピーダンスのバッファ）を介して差動増幅器Ａ１の基準電圧として加算入力されることとなる。
【００３２】
ツェナーダイオードＤ３は、充電対象の電池Ｂ１の電位がなおも上昇した時に、差動増幅器Ａ１およびＡ３を保護するための電圧クランプ回路として機能する。
【００３３】
差動増幅器Ａ２とトランジスタＴｒ１は、差動増幅器Ａ１の出力電圧と基準電圧との電位差を再び電流（即ち、検出電流）に変換し、検出電流の一方の電位を上記の基準電圧に合わせて上記のカレントミラー回路に流し込む。差動増幅器Ａ１は、線型性を高めるために遷移領域が低くなっており、従って電流検出用抵抗Ｒ１に流れる充電電流Ｉを同相電圧を排した高い精度で出力電圧に変換するだけの機能しか持っておらず、増幅機能自体は不足している。このため、差動増幅器Ａ２は、電圧→電流変換器として機能すると共に、この差動増幅器Ａ１の増幅能力をカバーするための差動増幅器として機能する。
【００３４】
上記のカレントミラー回路は、この検出電流の電流値を増幅して抵抗Ｒ８，Ｒ９を介してＧＮＤ間に流し込む。
この流し込まれる電流は、抵抗Ｒ８，Ｒ９により電圧に変換されるこの電圧を電流比例の電圧としてモニターすることができる。
【００３５】
可変電圧源Ｔ１は、所定のタイミング（一般には、急速充電を開始する時点と定電流充電を開始する時点）において、所定の大きさの電流値を検出することができるように検出される電流の値を予め調整しておくためのものである。
【００３６】
差動増幅器Ａ４は、差動増幅器Ａ１の出力電圧を比較用電源Ｂ２の電圧とを比較することで、前記検出電流のレベルを代用的に検出する機能を備える。但し、この回路はオプショナルであり、省略することができる。
【００３７】
図４〜６は、図１に示す充電電流検出回路の動作特性を説明するためのグラフである。
図４は、差動増幅器Ａ１の基準電圧を調整する回路を備えていない充電電流検出回路の動作特性を示し、図５は、充電対象の電池Ｂ１の電圧をツェナーダイオードを用いて分圧しただけの調整回路を用いた充電電流検出回路（図示は省略）の動作特性を示し、図６は、図１に示す充電電流検出回路の動作特性を示す。
【００３８】
図７は、本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路の他の１構成例を示す回路図である。
図７に示す充電電流検出回路は、図１に示す充電電流検出回路に比べて、図１のツェナーダイオードＤ２に代えて、分圧用の抵抗Ｒ１０を使用している点だけが異なっており、他の構成は図１に示す充電電流検出回路と同じである。
【００３９】
よって、図１に示す充電電流検出回路からツェナーダイオードＤ２の電圧クランプ回路としての機能が除かれるだけであり、他の機能は図１に示す充電電流検出回路と同じである。
【００４０】
図８〜１０は、図７に示す充電電流検出回路の動作特性を説明するためのグラフである。
図８は、差動増幅器Ａ１の基準電圧を調整する回路を備えていない充電電流検出回路の動作特性を示し、図９は、充電対象の電池Ｂ１の電圧を抵抗Ｒ１０を用いて分圧しただけの調整回路を用いた充電電流検出回路（図示は省略）の動作特性を示し、図１０は、図７に示す充電電流検出回路の動作特性を示す。
【００４１】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明では、充電対象となる２次電池（但し、基準電極を接地側に接続されている２次電池）に流される充電電流の値を測定するために、該２次電池に直列接続された所定抵抗値の電流検出用抵抗の両端に生じる電圧降下を差動増幅器で検出し、かつ該差動増幅器の出力電圧を増幅し、かつ該増幅された出力電圧を再び電流値に変換し、かつ該電流値を増幅すると共に増幅して電流値測定回路に出力することと、差動増幅器の動作領域を所定の遷移領域（線型領域）に設定するための基準電圧設定回路を、電流検出用抵抗の一端の電位から所定の電位だけ低い電位を作り出し、該電位をバッファ回路を介して差動増幅器の基準電位としたので、上記２次電池の基準電極を接地電位側とすると共に、上記２次電池の電位上昇に影響されずに充電電流の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路の１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充電電流検出回路が採用している回路方式を説明するための回路図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路が採用する基本回路の回路構成を説明するための回路図である。
【図４】図１に示す充電電流検出回路の動作特性を説明するためのグラフである。
【図５】図１に示す充電電流検出回路の動作特性を説明するためのグラフである。
【図６】図１に示す充電電流検出回路の動作特性を説明するためのグラフである。
【図７】本発明の実施の形態に係る充電電流検出回路の他の１構成例を示す回路図である。
【図８】図７に示す充電電流検出回路の動作特性を説明するためのグラフである。
【図９】図７に示す充電電流検出回路の動作特性を説明するためのグラフである。
【図１０】図７に示す充電電流検出回路の動作特性を説明するためのグラフである。
【図１１】従来の充電電流検出方法の１例を示す回路図である。
【図１２】従来の充電電流検出回路の１構成例を示す回路図である。
【図１３】従来の充電電流検出回路において、電池の電位（同相電圧）上昇に起因して電流検出用電圧に加算されるエラー電圧を示すグラフである。
【図１４】従来の充電電流検出回路の他の１構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ａ１〜Ａ４      差動増幅器
Ｂ１            充電対象の電池
Ｂ２            比較用電源
Ｄ１            ダイオード
Ｄ２，Ｄ３      ツェナーダイオード
Ｉ              充電電流
Ｒ１            電流検出用抵抗
Ｒ２〜Ｒ９      抵抗
Ｔｒ１〜Ｔｒ４  トランジスタ
【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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