(57)【要約】【課題】  充電回路において、過大電流防止用の保護手段と、逆電流防止用の逆流防止手段を設けると共に、これら手段を設けても充電回路における飽和電圧を低くする。【解決手段】  電源の一方と二次電池１の一方との間に接続される電流検出抵抗Ｒ２とツェナーダイオードＺＤとスイッチングトランジスタＴｒ２とを含む充電電流制御部と、電源の他方と二次電池の他方との間にコレクターエミッタが接続され、トランジスタＴｒ２によりオンオフ制御される逆電流防止用トランジスタＴｒ１とから、充電回路が構成される。トランジスタＴｒ１はコレクタ−エミッタが二次電池からの逆電流に対して逆方向となるため、逆電流を防止する。また、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧が低いことにより、充電回路の飽和電圧を低く維持できる。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の一方端と二次電池の一方端との間に接続される電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗とツェナーダイオードの電圧に基づいて充電電流を制御するスイッチングトランジスタと、
前記電源の他方端と前記二次電池の他方端との間にコレクターエミッタが接続され、前記スイッチングトランジスタによりオンオフ制御される逆電流防止用トランジスタと、
を具備することを特徴とするバッテリ充電回路。
【請求項２】
前記ツェナーダイオードに代えて発光ダイオードを使用することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電回路。
【請求項３】
電源と接続するための電源接続部が設けられ、この電源接続部は、前記電源が切り離されたとき、前記電流検出抵抗を短絡する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ充電回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を充電するためのバッテリ充電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、携帯電話、ＰＤＡなどの二次電池駆動で動作する小型電子機器が増えてきている。このため、ＮｉＣｄ電池、Ｎｉ−ＭＨ電池、リチウムイオン電池などの内蔵二次電池を効率良く充電するバッテリ充電回路が必要となってきている。
【０００３】
バッテリ充電回路は、次の（１）−（３）の要件を満たす必要がある。
（１）バッテリ充電回路に過大な充電電流が流れないように保護をする必要がある。
定電流充電方式は、元々充電電流を制限する機能があるため、小型バッテリの充電方式として多く使用されている。
【０００４】
（２）バッテリ充電回路においては、充電中でないときに、電池から充電回路に逆に電流が回り込むことを防止しなくてはならない。この逆電流防止を行わないと、二次電池の自然放電が進んだり、電源端子に金属片が接触した場合に大電流が流れて、発火、発煙の原因になったりする。
【０００５】
（３）電源電圧が低電圧である場合、充電回路の飽和電圧を低く抑えなければならない。最近、１．５Ｖの一次電池で１．２ＶのＮｉＣｄ電池などを充電したいと言うように、低い電源電圧で二次電池を充電したいと言う要求が高くなっている。このような場合に、充電回路の飽和電圧が高いと、効率良く充電ができない。
【０００６】
従来、一次電池で二次電池を充電した後に、一次電池を外した場合であっても、二次電池から一次側に逆電流が流れ込まないようにした充電回路が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この充電回路では、過電流、飽和電圧についての考慮はされていない。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２４５３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
充電回路において上記（１）（２）の要件を満たすためには、定電流制御用及び逆電流防止用の回路素子を充電回路中に設けることになる。これらの回路素子が設けられることにより、充電回路の飽和電圧が大きくなり、上記（３）の要件を満たすことが困難になってくる。
本発明は、充電回路において、過大電流防止用の保護手段と、逆電流防止用の逆流防止手段を設けると共に、これら手段を設けても充電回路における飽和電圧を低く抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の充電回路は、電源の一方と二次電池の一方との間に接続される電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗とツェナーダイオードの電圧に基づいて充電電流を制御するスイッチングトランジスタと、前記電源の他方と前記二次電池の他方との間にコレクターエミッタが接続され、前記スイッチングトランジスタによりオンオフ制御される逆電流防止用トランジスタとから構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の充電回路によれば、定電流制御部のスイッチングトランジスタにより逆電流防止用トランジスタがオンオフ制御されることにより、定電流制御が行われる。
また、逆電流防止用トランジスタは、コレクタ−エミッタが二次電池からの逆電流に対して逆方向ダイオードとして作用するため、逆電流が防止できる。
さらに、逆電流防止用トランジスタは、飽和電圧が低いコレクタ−エミッタが充電回路中に挿入されるので、充電回路の飽和電圧を低く維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の充電回路の実施例を説明する前に、本発明の実施例の理解を容易にするため、前提となる技術を説明する。
本発明においては、充電方式として定電流充電方式を採用する。定電流充電方式は電流制限がかかるため、過大電流に対する保護手段を別途設ける必要がない。
【００１２】
（前提技術１）
図１は、定電流素子を使用した定電流充電回路の例を示す。
二次電池１と直列に定電流ダイオード（又は、定電流ＦＥＴ）２が接続される。定電流ダイオード２は、電源電圧Ｖｉｎが変動をしても、充電電流Ｉを一定値に保つという機能を、１つの素子でもって実現することができる。したがって、部品点数が少なくて済み、また、逆電流が発生しないという利点もある。しかし、定電流ダイオード２は飽和電圧が二次電池１の電圧に比べて約３Ｖと高いため、電源電圧Ｖｉｎが二次電池の電圧に近い場合は、図１の回路は使用できない。
【００１３】
（前提技術２）
図２は、ツェナーダイオードＺＤとスイッチングトランジスタＴｒ２を使用した定電流充電回路の例を示す。
図示の回路においては、電源電圧Ｖｉｎが印加されると、スイッチングトランジスタＴｒ２がオンとなって充電電流が流れ始める。充電電流が増加して電流検出抵抗Ｒ２における電圧降下が大きくなるとスイッチングトランジスタＴｒ２がオフし、その結果、充電電流Ｉが一定値となる。
【００１４】
なお、以下の説明においては、「スイッチングトランジスタＴｒ２」を「トランジスタＴｒ２」、「電流検出抵抗Ｒ２」を「抵抗Ｒ２」などというように、用語を簡略化することがある。
充電電流Ｉの値は、Ｉ＝（Ｖｚ−Ｖｂｅ）÷Ｒ２となる。ただし、ＶｚはツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧、ＶｂｅはトランジスタＴｒ２のベース−エミッタ間の電圧降下である。
【００１５】
この回路では、電源電圧Ｖｉｎに対して、二次電池１、トランジスタＴｒ２のコレクターエミッタ、抵抗Ｒ２が直列に接続される。トランジスタＴｒ２のコレクタ−エミッタにおける電圧降下は低いので、図示の回路における飽和電圧は、Ｉ＊Ｒ（Ｉ：充電電流、Ｒ：抵抗Ｒ２の抵抗値）となり、低く抑えることができる。
【００１６】
しかしながら、図２の回路では、二次電池１からは、トランジスタＴｒ２のベース−コレクタがダイオードの順方向に見えるため、充電中以外のときに、二次電池１から充電回路に逆電流Ｉ２が回り込むことになる。このため、自然放電により電池の動作時間が短くなると言う問題がある。
【００１７】
図３は、図２の逆電流Ｉ２を、ダイオードＤを挿入することにより防止する充電回路の例を示す。
二次電池１の下流側に、充電電流Ｉに対して順方向となる逆電流防止用ダイオードＤが挿入される。このダイオードＤは逆電流Ｉ２に対して逆方向となるので、逆電流Ｉ２が防止できる。しかしながら、ダイオードＤは順方向の電圧降下Ｖｄが０．６Ｖ程度と高いため、充電回路の飽和電圧はＩ＊Ｒ＋Ｖｄと大きくなる。
【００１８】
図４は、図３の逆電流防止用ダイオードＤの代わりに、逆電流防止用トランジスタＴｒ１を使用する充電回路の例を示す。
二次電池１の下流側に逆電流防止用トランジスタＴｒ１のエミッタが接続され、トランジスタＴｒ１のベースがトランジスタＴｒ２のコレクタに接続され、コレクタが電流検出抵抗Ｒ２に接続される。トランジスタＴｒ１のベース−エミッタは、逆電流Ｉ２に対して逆方向ダイオードとして動作するので、逆電流Ｉ２を防止することができる。
【００１９】
図４の充電回路の飽和電圧は、Ｉ＊Ｒ＋Ｖｂｅ（Ｖｂｅ：トランジスタＴｒ１のベース−エミッタ間電圧）となる。Ｖｂｅの電圧降下は、約０．６Ｖと高いため、図４の回路でも図３の回路と同様に高い飽和電圧となる。
【実施例１】
【００２０】
図５を用いて本発明の充電回路の第１の実施例を説明する。
図５の回路は、逆電流防止用トランジスタＴｒ１が二次電池１の上流側に挿入される点が図４の回路と異なる。
電源電圧Ｖｉｎに対して、抵抗Ｒ１とツェナーダイオードＺＤが直列に接続される。また、逆電流防止用トランジスタＴｒ１のエミッタ、コレクタと二次電池１と電流検出抵抗Ｒ２が直列に接続される。ツェナーダイオードＺＤと並列に、スイッチングトランジスタＴｒ２のベース−エミッタと電流検出抵抗Ｒ２の直列体が接続される。トランジスタＴｒ２のコレクタがトランジスタＴｒ１のベースに接続される。
【００２１】
電源電圧Ｖｉｎが印加されると、抵抗Ｒ１−トランジスタＴｒ２のベース、エミッタ−抵抗Ｒ２へと電流が流れてトランジスタＴｒ２がオンする。すると、トランジスタＴｒ１のエミッタ、ベース−トランジスタＴｒ２のコレクタへと電流が流れて、トランジスタＴｒ１がオンする。これにより、トランジスタＴｒ１のエミッタ、コレクタ−二次電池１−抵抗Ｒ２と充電電流Ｉが流れる。充電電流Ｉが増えると、抵抗Ｒ２の電圧降下が大きくなり、Ｖｚ−Ｖｂｅを超えると、トランジスタＴｒ２がオフする（Ｖｚ：ツェナーダイオードＺＤのツェナー電圧、Ｖｂｅ：トランジスタＴｒ２のベース−エミッタ間電圧）。この結果、充電電流Ｉは、Ｉ＝（Ｖｚ−Ｖｂｅ）÷Ｒ２と一定になり、定電流制御が実現される。
【００２２】
図５の回路の飽和電圧について説明する。
充電電流が流れるのは、トランジスタＴｒ１のエミッタ、コレクタ−二次電池１−抵抗Ｒ２である。したがって、充電回路の飽和電圧は、Ｒ２＊Ｉ＋Ｖｃｅとなる（Ｖｃｅ：トランジスタＴｒ２のコレクタ−エミッタ間電圧）。Ｖｃｅは５０ｍＶ程度であるため、実質的に飽和電圧はＲ２＊Ｉとなる。したがって、Ｒ２＊Ｉを小さく選べば、電源電圧は、バッテリ電圧＋１００ｍＶ〜５００ｍＶで済むことになる。
【００２３】
図５の回路の逆電流について説明する。
電源電圧Ｖｉｎが印加されていない場合、又は、電源側が外部でショートされた場合、二次電池１の正極側から電源側へ流れようとする逆電流Ｉ２は、トランジスタＴｒ１のベース、エミッタが逆方向ダイオードとなるため、流れることはない。また、トランジスタＴｒ１のコレクタからベースには逆電流Ｉ３が流れようとするが、トランジスタＴｒ２のコレクタ、ベースが逆方向ダイオードとなるため流れることはない。
【００２４】
以上説明したように、本例によれば、回路の保護、逆電流の防止、飽和電圧の低下といった充電回路に対する要求を、簡単な回路構成ですべて満たすことができる。
【実施例２】
【００２５】
図６を用いて、本発明の充電回路の第２の実施例を説明する。
図６の充電回路は、図５の充電回路におけるツェナーダイオードＺＤの代わりに発光ダイオードＬＥＤを使用したものである。
発光ダイオードＬＥＤは、充電中は、図５のツェナーダイオードＺＤと同様に動作をして、充電電流Ｉが定電流になるように機能する。また、充電中は、抵抗Ｒ２に充電電流Ｉが流れて大きな電圧降下を発生するため、発光ダイオードＬＥＤにも大きな電圧が印加される。したがって、発光ダイオードＬＥＤは点灯をする。
【００２６】
充電が終了して充電電流Ｉが小さくなると、抵抗Ｒ２の電圧降下が低下するので、発光ダイオードＬＥＤは点灯をしなくなる。また、二次電池１が取り外されたときも、抵抗Ｒ２に流れる電流が小さくなるので、同様に発光ダイオードＬＥＤは点灯をしない。
このように、発光ダイオードＬＥＤは、正常充電時には点灯をし、そのほかの場合は点灯をしない。ツェナーダイオードＺＤの代わりに発光ダイオードＬＥＤを使用することで、正常充電の表示に使うことができる。
【実施例３】
【００２７】
図７を用いて、本発明の充電回路の第３の実施例を説明する。
本例の充電回路は、電源側に、ＡＣアダプタと接続するコネクタ３が設けられる。負荷側には、負荷８と接続するための出力端子５、６が設けられ、一方の出力端子５は、二次電池１の正極側に接続される。他方の出力端子６は、接地側に接続される。充電回路自体の構成は、図５又は図６に示したものが使用される。
【００２８】
コネクタ３には、ＡＣアダプタからのプラグ（図示省略）が接続可能である。コネクタ３には、常時はコネクタ３の接地側と接触し、プラグが挿入されて充電回路が電源と接続されると、接地側から切り離されるように構成されたスイッチ部４が設けられる。スイッチ部４は、二次電池１と抵抗Ｒ２の接続点に接続される。
なお、コネクタ３に接続される電源としては、ＡＣアダプタだけでなく、鉛電池、アルカリ電池などからの任意のＤＣ電源が使用可能である。
【００２９】
充電中は、プラグがコネクタ３に挿入されるので、スイッチ部４はオフとなる。このときの充電回路の構成は、図５、図６に示したとおりとなる。つまり、二次電池１の負極側は、抵抗Ｒ２を介して接地される。したがって、抵抗Ｒ２は電流検出抵抗として機能し、定電流制御が可能となる。充電中、負荷８が出力端子５、６に接続されると、負荷８は、直接ＡＣアダプタから給電される。このため、ＡＣアダプタは大型なものが必要となる。
【００３０】
プラグがコネクタ３から取り外されると、スイッチ部４がオンとなる。すると抵抗Ｒ２は、スイッチ部４により短絡される。これにより、出力端子５、６間には、二次電池１だけが接続されることになる。したがって、バッテリ駆動時にも、負荷８には高い電圧が供給できると共に、電流検出抵抗Ｒ２によるロスの発生を防止できる。
【００３１】
なお、二次電池１の負極側から直接出力端子７を引き出し、出力端子５、７間に負荷８を接続するようにすることもできる。この場合は、充電中に負荷８を接続すると、負荷８に対しては二次電池１から給電がされることになる。したがって、ＡＣアダプタは充電専用の小型なものにできる。
【００３２】
以上、本発明の実施例について説明をしてきたが、本発明は、種々の変形が可能である。
例えば、トランジスタＴｒ１としてｐｎｐトランジスタの代わりにｎｐｎトランジスタを使用し、トランジスタＴｒ２としてｎｐｎトランジスタの代わりにｐｎｐトランジスタを使用するように回路構成を変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】充電回路の前提技術（その１）を示す図である。
【図２】充電回路の前提技術（その２）を示す図である。
【図３】充電回路の前提技術（その３）を示す図である。
【図４】充電回路の前提技術（その４）を示す図である。
【図５】本発明の充電回路の第１の実施例を示す図である。
【図６】本発明の充電回路の第２の実施例を示す図である。
【図７】本発明の充電回路の第３の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…二次電池
２…定電流ダイオード
３…コネクタ
４…スイッチ部
５、６、７…出力端子
８…負荷
Ｄ…逆電流防止用ダイオード
Ｉ…充電電流
Ｉ２…逆電流
ＬＥＤ…発光ダイオード
Ｒ２…電流検出抵抗
Ｔｒ１…逆電流防止用トランジスタ
Ｔｒ２…スイッチングトランジスタ
Ｖｉｎ…電源電圧
ＺＤ…ツェナーダイオード
【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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