(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、
前記二次電池の充電停止指令に応じて、前記二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御する充電制御回路を備え、
前記充電制御回路は、
前記充電電流に応じた検出信号と前記充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅する第１誤差増幅器と、
前記充電停止指令に応じて、前記差分のうち前記充電電流が前記目標値に未達であることを示す前記差分を縮小するオフセット値を、前記検出信号または／および前記基準信号に付与するオフセット回路とを備えることを特徴とする電源装置の制御回路。
【請求項２】
前記オフセット回路は、前記検出信号の伝送経路上に備えられ、
前記充電停止指令がされていない際には前記検出信号を出力し、
前記充電停止指令に応じて前記検出信号の電圧値の絶対値を大きくする前記オフセット値を前記検出信号に加えて出力することを特徴とする請求項１に記載の電源装置の制御回路。
【請求項３】
前記オフセット値は、前記基準信号以上の値とされることを特徴とする請求項２に記載の電源装置の制御回路。
【請求項４】
前記オフセット回路は、前記基準信号の伝送経路上に備えられ、前記充電停止指令がされていない際には前記基準信号を出力し、前記充電停止指令に応じて接地電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載の電源装置の制御回路。
【請求項５】
前記負荷と前記二次電池とは、前記電源装置に対して並列に接続されることを特徴とする請求項１に記載の電源装置の制御回路。
【請求項６】
バックゲートが接地電圧に接続される４極構造のＭＯＳトランジスタからなる出力トランジスタを備えることを特徴とする請求項１に記載の電源装置の制御回路。
【請求項７】
二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、
前記二次電池の充電停止指令に応じて、前記二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御する充電制御回路を備え、
前記充電制御回路は、
前記充電電流に応じた検出信号と前記充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅する第１誤差増幅器と、
前記充電停止指令に応じて、前記差分のうち前記充電電流が前記目標値に未達であることを示す前記差分を縮小するオフセット値を、前記検出信号または／および前記基準信号に付与するオフセット回路とを備えることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、
前記二次電池への充電電流に応じた検出信号と前記充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅するステップと、
前記二次電池の充電停止指令に応じて、前記差分のうち前記充電電流が前記目標値に未達であることを示す前記差分を縮小するオフセット値を、前記検出信号または／および前記基準信号に付与するステップとを備え、
前記充電停止指令に応じて、前記充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御することを特徴とする電源装置の制御方法。
【請求項９】
前記充電電流に応じた検出信号と前記充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅するステップと、
前記充電停止指令に応じて、前記差分のうち前記充電電流が前記目標値に未達であることを示す前記差分を縮小するオフセット値を、前記検出信号または／および前記基準信号に付与するステップと
を備えることを特徴とする請求項８に記載の電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源制御装置及び電源制御方法に関し、特に二次電池と機器とが出力に並列接続されている電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコン用の汎用インターフェイスバスとして使用されるＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）やＩＥＥＥ１３９４などは、インターフェイス手段だけでなく電力供給ラインも含んでいる。しかし、電力供給ラインからの供給電力には制限がある。例えばＵＳＢインタフェースで供給される電源は、５Ｖ・５００ｍＡという電流制限がある。そして制限値を超える電力を機器側が要求すると、保護回路が動作することにより、機器への電源供給が遮断される設定となっている。しかし、インターフェイスバスに接続される機器の中には、ハードディスク装置やＤＶＤ装置などの、モータの起動時など短時間、過渡的に大きな消費電流を必要とするような機器がある。
【０００３】
このような機器を安定動作させるために、二次電池と機器とが出力に並列接続された電源装置がある。このような電源装置では、インターフェイスバスから供給可能な電力に余裕があるときに、当該余剰電力によって二次電池が充電される。そして機器が使用する電力がインターフェイスバスの電力供給能力を超えるときには、二次電池から不足する電力が機器に供給される。
【０００４】
尚、上記の関連技術として特許文献１ないし６が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２８８５３７号公報
【特許文献２】特開２００５−１２８８９号公報
【特許文献３】特開２００５−２７５６１１号公報
【特許文献４】特開平１０−３２３０２６号公報
【特許文献５】特開２０００−２９５４４号公報
【特許文献６】特開平８−１８２２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、二次電池と機器とを並列接続すると、二次電池に常時電圧が印加され充電状態が続くことになる。すると二次電池には、満充電になった以後も充電電流が流入し過充電状態となるため、電池寿命が短くなるなどの性能劣化や、二次電池の破裂・発火などの障害が発生するため問題である。
【０００６】
本発明は前記背景技術の課題の少なくとも１つを解消するためになされたものであり、二次電池の過充電を防止することができると共に、二次電池から機器へ電力を供給することが可能である電源装置の制御回路および電源装置の制御方法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】
前記目的を達成するために、本発明における電源装置の制御回路では、二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、二次電池の充電停止指令に応じて、二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御する充電制御回路を備え、充電制御回路は、充電電流に応じた検出信号と充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅する第１誤差増幅器と、充電停止指令に応じて、差分のうち充電電流が目標値に未達であることを示す差分を縮小するオフセット値を、検出信号または／および基準信号に付与するオフセット回路とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また本発明における電源装置では、  二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、二次電池の充電停止指令に応じて、二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御する充電制御回路を備え、充電制御回路は、充電電流に応じた検出信号と充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅する第１誤差増幅器と、充電停止指令に応じて、差分のうち充電電流が目標値に未達であることを示す差分を縮小するオフセット値を、検出信号または／および基準信号に付与するオフセット回路とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また本発明における電源装置の制御方法では、二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、二次電池への充電電流に応じた検出信号と充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅するステップと、二次電池の充電停止指令に応じて、差分のうち充電電流が目標値に未達であることを示す差分を縮小するオフセット値を、検出信号または／および基準信号に付与するステップとを備え、二次電池の充電停止指令に応じて、二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御することを特徴とする。
【００１０】
電源装置からは、負荷と二次電池とに対して電力が供給される。ここで、電源装置の電力供給能力以上の電力を負荷が使用するときは、電源装置からの電力と二次電池からの電力の両方で負荷の電力をまかなう形態とすることができる。ここで電源装置は、二次電池の充電器として用いられてもよいし、各種機器への電源供給装置として用いられてもよい。
【００１１】
充電停止指令は、二次電池の充電が満充電となったことを報知する指令信号である。充電停止指令は、ＣＰＵ等に代表される、二次電池の充電量監視回路によって行われる。充電量監視回路において、二次電池が満充電であることが検出されると、その旨を報知する充電停止指令が充電量監視回路から出力される。充電制御回路は、充電停止指令に応じて、二次電池への充電電流がゼロとなるように、出力電圧を制御する。よって二次電池への充電が停止される。
【００１２】
満充電後においても二次電池の充電状態が続くと、二次電池には充電電流が流入し過充電状態となる。例えば二次電池を充電完了後長期間放置すると、電池内部での自己放電により充電残量が減少し、電池電圧が低下するため、トリクル充電が発生する。すると、電池寿命が短くなるなどの性能劣化や、二次電池の破裂・発火などの障害が発生するおそれがある。しかし本発明により、充電停止指令に応じて二次電池への充電電流をゼロとし、充電制御を停止することで、満充電後においては二次電池に充電が行われることを防止することができる。これにより、二次電池の過充電を防止することができるため、二次電池の劣化を防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の電源装置の制御回路、電源装置、および電源装置の制御方法によれば、二次電池の過充電を防止することができると共に、機器の消費電力が電源装置からの電力供給能力以上の値になる場合には、二次電池から機器へ電力を供給することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の原理図を図１に示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｇは、制御回路３Ｇ、電力供給回路ＰＳ、電流測定回路ＲＳ２Ｇを備える。また制御回路３Ｇは、誤差増幅器ＥＲＡ１Ｇ、オフセット回路１５Ｇ、基準電圧設定部ｅ１ＲＧを備える。またＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｇから出力される充電電流ＣＣＧおよび負荷電流ＬＣＧは、それぞれ、二次電池２Ｇおよび機器５Ｇに入力される。電流測定回路ＲＳ２Ｇから出力される検出信号Ｖｘ１Ｇは、二次電池２Ｇへ充電される充電電流ＣＣＧに応じた信号である。基準電圧設定部ｅ１ＲＧから出力される基準電圧ｅ１Ｇは、充電電流ＣＣＧの制限値を設定する信号である。
【００１５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｇには、機器５Ｇと二次電池２Ｇとが互いに並列接続されるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｇの電力供給能力以上の電力を機器５Ｇが使用するときは、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｇからの電力と二次電池２Ｇからの電力の両方で機器５Ｇの電力をまかなうことができる。
【００１６】
オフセット回路１５Ｇは、二次電池２Ｇが充電状態であるか非充電状態であるかに応じてオフセット値を変更する回路である。二次電池２Ｇがまだ充電未完了である場合には、二次電池２Ｇは充電状態とされる。一方、二次電池２Ｇが満充電状態である場合には、二次電池２Ｇは非充電状態とされる。
【００１７】
充電状態の際における、制御回路３Ｇの作用を説明する。充電状態の際においては、二次電池２Ｇは、基準電圧ｅ１Ｇにより設定される制限値を超えない充電電流ＣＣＧで充電される。これにより、機器５Ｇの負荷電流ＬＣＧがゼロとなり、ＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｇから供給される全ての電力が二次電池２Ｇに供給できる状態であっても、二次電池２Ｇの許容能力以上の電流で二次電池２Ｇが充電されることを防止することができる。
【００１８】
また非充電状態の際における、制御回路３Ｇの作用を説明する。充電電流ＣＣＧが基準電圧ｅ１Ｇで設定される制限値に未達である場合には、検出信号Ｖｘ１Ｇは基準電圧ｅ１Ｇよりも低くなる。そしてオフセット回路１５Ｇは、充電禁止信号ＣＡＳに応じて、検出信号Ｖｘ１Ｇまたは基準電圧ｅ１Ｇに対して、オフセット値を付与する動作を行う。
【００１９】
オフセット回路１５により、検出信号Ｖｘ１Ｇに対してオフセット値が付与される場合を説明する。この場合、検出信号Ｖｘ１Ｇには、検出信号Ｖｘ１Ｇと基準電圧ｅ１Ｇとの差電圧が縮小するような正のオフセットが付与される。そしてオフセット回路１５Ｇは、オフセット付与後の信号を検出信号Ｖｅ４Ｇとして誤差増幅器ＥＲＡ１Ｇに対して出力する。すると誤差増幅器ＥＲＡ１Ｇは、充電電流ＣＣがオフセット値分だけ多く流れていると認識して、充電電流ＣＣＧ量を電流制限値に応じて制御する動作を行う。その結果、実際に流れている充電電流ＣＣＧをオフセット分だけ減少させることができる。そして、オフセット値を基準電圧ｅ１Ｇの値と等しく設定すれば、誤差増幅器ＥＲＡ１Ｇが行う「充電電流ＣＣＧを制限値以下に維持する制御」は、「実際の充電電流ＣＣＧをゼロ以下に維持する制御」と等価になるため、充電電流ＣＣＧをゼロにすることができる。
【００２０】
一方、オフセット回路１５により、基準電圧ｅ１Ｇに対してオフセット値が付与される場合を説明する。この場合、基準電圧ｅ１Ｇには、検出信号Ｖｘ１Ｇと基準電圧ｅ１Ｇとの差電圧が縮小するような負のオフセットが付与される。そしてオフセット回路１５Ｇは、オフセット付与後の信号を検出信号Ｖｅ５Ｇとして誤差増幅器ＥＲＡ１Ｇに対して出力する。すると誤差増幅器ＥＲＡ１Ｇの制限値が低下する。そして誤差増幅器ＥＲＡ１Ｇは、低下後の制限値に応じて充電電流ＣＣＧを制御する動作を行う。その結果、充電電流ＣＣＧをオフセット分だけ減少させることができる。そして、検出信号Ｖｅ５Ｇの値がゼロとなるように設定すれば、誤差増幅器ＥＲＡ１Ｇによって充電電流ＣＣＧをゼロにする制御が行われるため、充電電流ＣＣＧをゼロにすることができる。
【００２１】
以上より、機器５Ｇと並列接続された二次電池２Ｇの過充電を防止することが可能となると共に、機器５Ｇの消費電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｇからの電力供給能力以上になるときは、二次電池２Ｇから機器５Ｇへ電力を供給することでＤＣ−ＤＣコンバータ１Ｇの供給能力を超える分を補うことが可能となる。
【００２２】
本発明に係る実施形態を、図２を用いて説明する。図２に、本実施形態に係る充電器用のＤＣ−ＤＣコンバータ１を示す。ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、機器５に電力を供給するとともに、二次電池２を充電する動作をするコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータ１の入力端子は、不図示の汎用インターフェイスバス（ＵＳＢなど）に接続され、入力電圧Ｖｉｎが入力される。またＤＣ−ＤＣコンバータ１の出力端子は、二次電池２および機器５に接続される。二次電池２および機器５には、それぞれ出力電圧Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２が供給される。ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、制御回路３、パワー回路４、電流測定抵抗ＲＳ１およびＲＳ２を備える。入力電圧Ｖｉｎは、電流測定抵抗ＲＳ１の入力端子及び制御回路３の入力端子ＣＳ１に接続される。そして電流測定抵抗ＲＳ２の出力端子は、二次電池２の入力端子に接続されると共に、制御回路３の入力端子ＦＢ２に接続される。
【００２３】
パワー回路４の構成を説明する。パワー回路４は、チョークコイルＬ１、平滑コンデンサＣ１を備える。チョークコイルＬ１の出力端子は、電流測定抵抗ＲＳ２の入力端子、グランドとの間の平滑コンデンサＣ１、制御回路３の入力端子ＣＳ２、および機器５に接続される。
【００２４】
制御回路３の構成を説明する。制御回路３は、メインスイッチングトランジスタであるトランジスタＦＥＴ１、同期整流スイッチ回路であるトランジスタＦＥＴ２、入力電流監視回路１１、出力電流監視回路１２，出力電圧監視回路１３、充電残量監視回路１４、ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１を備える。トランジスタＦＥＴ１は、ドレイン・ドレイン・ゲート・バックゲートの４極構造を備えるＭＯＳトランジスタである。トランジスタＦＥＴ１の入力端子には電流測定抵抗ＲＳ１の出力端子が接続され、出力端子にはチョークコイルＬ１の入力端子が接続される。またトランジスタＦＥＴ１の制御端子にはＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の非反転出力端子Ｑ１が接続され、ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１によりオン／オフされる。トランジスタＦＥＴ２の入力端子はグランドに接地され、出力端子はチョークコイルＬ１の入力端子に接続される。またトランジスタＦＥＴ２の制御端子にはＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の反転出力端子＊Ｑ１が接続される。
【００２５】
ここで、トランジスタＦＥＴ１を、制御回路３と同一のＬＳＩに形成するいわゆるオンチップ構造にすれば、バックゲート端子の設計の自由度が高まるため、バックゲートを接地する構成をより容易に実現することができる。なおトランジスタＦＥＴ１を、独立した素子であるディスクリート素子として、制御回路３と別途に構成する形態とすることができることは言うまでもない。また同様に、トランジスタＦＥＴ２もディスクリートのパワー素子で構成されてもよいことは言うまでもない。
【００２６】
入力電流監視回路１１は、電圧増幅器ＡＭＰ２、誤差増幅器ＥＲＡ３および基準電圧設定部ｅ３Ｒを備える。電圧増幅器ＡＭＰ２の非反転入力端子には入力端子ＣＳ１が接続され、反転入力端子には入力端子ＦＢ１が接続され、出力電圧Ｖｘ２が出力される。誤差増幅器ＥＲＡ３の反転入力には出力電圧Ｖｘ２が入力され、非反転入力にはグランドからの基準電圧ｅ３が入力される。誤差増幅器ＥＲＡ３の出力電圧Ｖｏｐ３は、ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の第１の非反転入力に入力される。
【００２７】
出力電流監視回路１２は、電圧増幅器ＡＭＰ１、誤差増幅器ＥＲＡ１、オフセット回路１５、基準電圧設定部ｅ１Ｒを備える。オフセット回路１５は、スイッチ回路ＳＷ１およびオフセット電圧設定部ｅ４Ｒを備える。電圧増幅器ＡＭＰ１の反転入力端子には入力端子ＦＢ２が接続され、非反転入力端子には入力端子ＣＳ２が接続され、出力電圧Ｖｘ１が出力される。スイッチ回路ＳＷ１には充電禁止信号ＣＡＳが入力され、電圧増幅器ＡＭＰ１の出力端子を、オフセット電圧設定部ｅ４Ｒまたは誤差増幅器ＥＲＡ１の非反転入力端子の何れか一方に接続する。誤差増幅器ＥＲＡ１の反転入力には、出力電圧Ｖｘ１または出力電圧Ｖｘ１にオフセット電圧設定部ｅ４Ｒの出力電圧Ｖｅ４を加えた電圧が入力され、非反転入力にはグランドからの基準電圧ｅ１が入力される。誤差増幅器ＥＲＡ１の出力電圧Ｖｏｐ１は、ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の第２の非反転入力に入力される。
【００２８】
図２に於いて、充電禁止信号ＣＡＳは充電器回路が二次電池２の充電を行うか禁止するかを指定する制御信号であり、Ｌｏｗレベルを出力しているとき二次電池２の充電を許可し、Ｈｉｇｈレベルを出力しているとき二次電池２の充電が禁止される。スイッチ回路ＳＷ１は、充電禁止信号ＣＡＳに応じて、二次電池２の充電電流を切り換えるスイッチ回路である。
【００２９】
出力電圧監視回路１３は、入力抵抗Ｒ１、接地抵抗Ｒ２、誤差増幅器ＥＲＡ２および基準電圧設定部ｅ２Ｒを備える。入力端子ＣＳ２とグランド間に直列接続される入力抵抗Ｒ１と接地抵抗Ｒ２との回路により、出力電圧Ｖｏｕｔ２は分圧電圧ＤＶへ分圧された上で、誤差増幅器ＥＲＡ２の反転入力に入力される。また誤差増幅器ＥＲＡ２の非反転入力には、グランドからの基準電圧ｅ２が入力される。誤差増幅器ＥＲＡ２の出力電圧Ｖｏｐ２は、ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の第３の非反転入力に入力される。
【００３０】
充電残量監視回路１４は、電圧比較器ＣＯＭＰ１および基準電圧設定部ｅ５Ｒを備える。電圧比較器ＣＯＭＰ１の反転入力には分圧電圧ＤＶが入力され、非反転入力には基準電圧ｅ５が入力される。電圧比較器ＣＯＭＰ１から出力される出力電圧Ｖｃ１は、出力端子ＣＲＥＱから出力される。
【００３１】
ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の反転入力端子には、三角波発振器ＯＳＣ１の出力端子が接続される。ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の非反転出力端子Ｑ１はトランジスタＦＥＴ１の制御端子に接続され、反転出力端子＊Ｑ１はトランジスタＦＥＴ２の制御端子に接続される。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１の動作を説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１は、出力電圧Ｖｏｕｔ２により機器５を動作させるとともに、出力電圧Ｖｏｕｔ２により二次電池２を充電する充電器である。そして、ＵＳＢなどのインターフェイスバス規格により定まる入力電力の制限値を、機器５の消費電力が超える場合には、制限値を超える電力を二次電池２から機器５へ供給することができる充電器である。
【００３３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１の動作には、二次電池２の充電中の動作と、充電完了後の動作との２種類がある。まず、充電中の動作について説明する。充電動作中においては、不図示の制御回路（ＣＰＵなど）から出力されるローレベルの充電禁止信号ＣＡＳが、スイッチ回路ＳＷ１に入力される。スイッチ回路ＳＷ１は、充電禁止信号ＣＡＳに応じて、電圧増幅器ＡＭＰ１の出力端子と誤差増幅器ＥＲＡ１の反転入力とを接続する。これにより二次電池２は充電状態とされる。
【００３４】
図２のＤＣ−ＤＣコンバータ１において、出力電圧Ｖｏｕｔ２は次式（１）で与えられる。
Ｖｏｕｔ２＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）×Ｖｉｎ・・・式（１）
ここでオン時間ＴｏｎはトランジスタＦＥＴ１が導通状態とされている時間であり、オフ時間ＴｏｆｆはトランジスタＦＥＴ１が非導通状態とされている時間である。式（１）より、デューティサイクルの制御によって、出力電圧Ｖｏｕｔ２を制御可能であることが分かる。また充電電流ＣＣは出力電圧Ｖｏｕｔ２によって制御できるため、デューティサイクルの制御によって充電電流ＣＣを制御することも可能である。
【００３５】
また、チョークコイルＬ１に流れる電流は、トランジスタＦＥＴ１がオンの間は入力電圧ＶｉｎからトランジスタＦＥＴ１を介して供給され、トランジスタＦＥＴ１がオフの間はトランジスタＦＥＴ２を介して供給される。従って入力電流ＩＣの平均値は、出力電流ＯＣの平均値とトランジスタＦＥＴ１のオンデューティとの積に等しいため、以下の式（２）で表される。
ＩＣ＝Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）×ＯＣ・・・式（２）
式（２）より、入力電流ＩＣの平均値の値は、トランジスタＦＥＴ１のオンデューティの制御によって制御可能であることが分かる。
【００３６】
ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１は３つの非反転入力と１つの反転入力を持つ電圧比較器であり、３つの非反転入力に入力される出力電圧Ｖｏｐ１ないしＶｏｐ３のうちの最も低い入力電圧と反転入力の電圧を比較する。そして非反転入力に入力される誤差増幅器の電圧の方が、反転入力に入力される三角波の電圧よりも高いときにパルスを出力する電圧パルス幅変換器である。
【００３７】
出力電流監視回路１２により、ＤＣ−ＤＣコンバータ１が制御される場合を説明する。すなわち、出力電圧Ｖｏｐ１ないしＶｏｐ３のうち、出力電圧Ｖｏｐ１が最も低い場合である。出力電流監視回路１２の電圧増幅器ＡＭＰ１は、電流測定抵抗ＲＳ２の両端に発生する電圧降下を増幅することで、充電電流ＣＣに応じた電圧を出力する電圧増幅器である。また誤差増幅器ＥＲＡ１は、電圧増幅器ＡＭＰ１の出力電圧Ｖｘ１と基準電圧ｅ１の差を増幅して出力電圧Ｖｏｐ１を出力する増幅器である。またＰＷＭ比較器ＰＷＭ１は、出力電圧Ｖｏｐ１ないしＶｏｐ３のうちの最も低い電圧である出力電圧Ｖｏｐ１を選択し、出力電圧Ｖｏｐ１が三角波発振器ＯＳＣ１の出力電圧よりも高いときにパルスを出力する。電流測定抵抗ＲＳ２を流れる充電電流ＣＣ（充電器から電池へ流れる向きを正とする）が増加すると、電流測定抵抗ＲＳ２の両端に発生する電圧降下が大きくなるため、出力電圧Ｖｘ１は上昇する。すると出力電圧Ｖｘ１と基準電圧ｅ１との差が小さくなるので、誤差増幅器ＥＲＡ１の出力電圧Ｖｏｐ１が下がる。その結果、ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の出力パルス幅は狭くなり、トランジスタＦＥＴ１のオンデューティが小さくなるので、出力電圧Ｖｏｕｔ２が低下する。よって二次電池２の充電電流ＣＣが低下する。これにより出力電流監視回路１２によって、基準電圧ｅ１で定められる許容電流以上の電流で、二次電池２が充電される事態を防止することができる。
【００３８】
出力電圧監視回路１３により、ＤＣ−ＤＣコンバータ１が制御される場合を説明する。すなわち、出力電圧Ｖｏｐ１ないしＶｏｐ３のうち、出力電圧Ｖｏｐ２が最も低い場合である。誤差増幅器ＥＲＡ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧Ｖｏｕｔ２の分圧電圧ＤＶと基準電圧ｅ２の差を増幅して、出力電圧Ｖｏｐ２を出力する。またＰＷＭ比較器ＰＷＭ１は、出力電圧Ｖｏｐ２をパルス信号に変換する。出力電圧Ｖｏｕｔ２が上昇すると、分圧電圧ＤＶは上昇するため、誤差増幅器ＥＲＡ２の出力電圧Ｖｏｐ２が低下する。その結果、ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の出力パルス幅は狭くなり、トランジスタＦＥＴ１のオンデューティが小さくなるので、出力電圧Ｖｏｕｔ２が低下する。これにより出力電圧監視回路１３によって、出力電圧Ｖｏｕｔ２が、基準電圧ｅ２で定められる二次電池２の充電時の最大電圧値を超えないように制御される。
【００３９】
入力電流監視回路１１により、ＤＣ−ＤＣコンバータ１が制御される場合を説明する。すなわち、出力電圧Ｖｏｐ１ないしＶｏｐ３のうち、出力電圧Ｖｏｐ３が最も低い場合である。入力電流監視回路１１の電圧増幅器ＡＭＰ２は、電流測定抵抗ＲＳ１の両端に発生する電圧降下を増幅する。誤差増幅器ＥＲＡ３は、電圧増幅器ＡＭＰ２の出力電圧Ｖｘ２と基準電圧ｅ３の差を増幅して出力電圧Ｖｏｐ３を出力する。そしてＰＷＭ比較器ＰＷＭ１は、出力電圧Ｖｏｐ３の大きさに応じたパルス幅のパルスを出力する。
【００４０】
出力電流ＯＣが増加すると、式（２）より、電流測定抵抗ＲＳ１を流れる入力電流ＩＣが増加する。入力電流ＩＣの増加に伴い、電流測定抵抗ＲＳ１の両端に発生する電圧降下が大きくなるため、出力電圧Ｖｘ２が高くなる。すると出力電圧Ｖｘ２と基準電圧ｅ３との差が小さくなるので、誤差増幅器ＥＲＡ３の出力電圧Ｖｏｐ３が低下する。その結果、ＰＷＭ比較器ＰＷＭ１の出力パルス幅は狭くなり、トランジスタＦＥＴ１のオンデューティが小さくなるため、出力電圧Ｖｏｕｔ２が低下する。すると、出力電流ＯＣも低下するため、式（２）より、入力電流ＩＣも低下する。これにより、入力電流監視回路１１によって、出力電流ＯＣを制御することで入力電流ＩＣを制御することにより、入力電流ＩＣが、基準電圧ｅ３で定められる最大電流値（５００（ｍＡ））を超えないように制御することが可能となる。
【００４１】
以上により、入力電流監視回路１１によって、機器５の消費電流が増加すると二次電池２の充電電流が減少し、機器５の消費電流が減少すると二次電池２の充電電流が増加するので、ＵＳＢ等の外部電源からの電力が供給能力を超えないように二次電池２の充電電流ＣＣが制御される。また出力電流監視回路１２によって、機器５の負荷電流ＬＣが零となり外部から供給される全ての電力が二次電池２に供給できる状態で有っても、二次電池２の許容能力以上の電流で充電される事態を防止することができる。従って、二次電池２の充電電流ＣＣは、ＵＳＢインタフェースから供給可能な最大電流（５００ｍＡ）から機器５が所要する電流を減じた値と、二次電池２が許容できる最大電流値とのうちの小さい方の値になるように制御される。また出力電圧監視回路１３によって、出力電圧Ｖｏｕｔ２が、二次電池２の充電時の最大電圧値を超えないように制御される。よって入力電流ＩＣと、充電電流ＣＣと、Ｖｏｕｔ２の各々の制限値の全てを守るように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１が動作する。これにより、定電圧・定電流による充電が可能となるため、二次電池２の性能が劣化することを防止することができる。さらに、ＵＳＢなどのインターフェイスバス規格により定まる入力電力の制限値を、機器５の消費電力が超える場合には、制限値を超える電力を二次電池２から機器５へ供給することができる。
【００４２】
次に、二次電池の充電が完了したときの動作に付いて説明する。不図示の制御回路（ＣＰＵなど）により、二次電池２が満充電状態になったことが検知されると、当該制御回路からは二次電池２の充電を禁止する旨のハイレベルの充電禁止信号ＣＡＳが出力され、制御回路３に入力される。ハイレベルの充電禁止信号ＣＡＳが入力されると、スイッチ回路ＳＷ１は、電圧増幅器ＡＭＰ１の出力端子とオフセット電圧設定部ｅ４Ｒとを接続する。するとオフセット電圧設定部ｅ４Ｒから出力される出力電圧Ｖｅ４の値は、電圧増幅器ＡＭＰ１の出力電圧Ｖｘ１にオフセット電圧ｅ４が加算された値となる。これにより誤差増幅器ＥＲＡ１は、充電電流ＣＣが正の方向にオフセット電圧ｅ４分だけ多く流れていると認識して、充電電流ＣＣを基準電圧ｅ１に応じて制御する動作を行う。その結果、実際の充電電流ＣＣ量を、オフセット分だけ減少させることができる。
【００４３】
そして、オフセット電圧ｅ４の値を基準電圧ｅ１の値と等しくすれば、基準電圧ｅ１により定まる電流分だけ多く流れていると認識されている充電電流ＣＣを、基準電圧ｅ１により定まる電流値以下にする制御が行われることになる。すると、実際の充電電流ＣＣをゼロ以下にする制御が行われることと等価になる。これにより、二次電池２の非充電状態の際において、充電電流ＣＣをゼロ以下にする制御を行うことが可能となる。
【００４４】
また、オフセット電圧ｅ４の値を基準電圧ｅ１よりも大きい値とすれば、基準電圧ｅ１により定まる電流よりも多く流れている充電電流ＣＣを、基準電圧ｅ１により定まる電流値にする制御が行われることになる。すると、実際の充電電流ＣＣを負（二次電池２から電流が流出する方向）にする制御が行われることと等価になる。すなわち、充電電流ＣＣを負の定電流に制御する動作が行われる。この状態では二次電池２の充電が発生しないので、二次電池２の過充電を防止することができる。
【００４５】
また充電残量監視回路１４の作用を説明する。二次電池２は、充電完了後長期間放置すると、電池内部での自己放電により充電残量が減少し、電池電圧が低下する。そしてＤＣ−ＤＣコンバータ１では充電電流ＣＣがゼロ以下となるように制御しているので、二次電池２の充電残量の減少による出力電圧Ｖｏｕｔ１の低下と共に、出力電圧Ｖｏｕｔ２も低下する。すると二次電池２の充電残量が減少しても、二次電池２は充電状態とならないため、充電完了後の二次電池２の電池電圧の低下を防止することができない。そこで充電残量監視回路１４が必要となる。
【００４６】
充電残量監視回路１４は、充電完了後、所定期間経過した場合に動作する回路である。充電残量監視回路１４の電圧比較器ＣＯＭＰ１は、出力電圧Ｖｏｕｔ２の分圧電圧ＤＶが基準電圧ｅ５よりも高いときにはローレベルの出力電圧Ｖｃ１を出力端子ＣＲＥＱに出力し、分圧電圧ＤＶが基準電圧ｅ５よりも低いときにはハイレベルの出力電圧Ｖｃ１を出力端子ＣＲＥＱに出力する。すなわち充電残量監視回路１４により、出力電圧Ｖｏｕｔ２を監視することで、二次電池２の残量が所定の値より減少したことを出力電圧Ｖｃ１により不図示の制御回路などへ報知することができる。そして報知を受けた制御回路は、二次電池２の残量が減少したことに応じて、二次電池２の充電を開始する旨のローレベルの充電禁止信号ＣＡＳを出力する。そしてＤＣ−ＤＣコンバータ１は、ローレベルの充電禁止信号ＣＡＳに応じて二次電池２に対して充電を開始する。これにより、二次電池２の電池電圧の低下を防止することができる。
【００４７】
また本実施形態に係るトランジスタＦＥＴ１について説明する。トランジスタＦＥＴ１は、ドレイン・ドレイン・ゲート・バックゲートの４極構造のＭＯＳＦＥＴであり、バックゲートが接地される構成を有する。
【００４８】
従来は、大電力用のパワートランジスタとしてＮ型ＤＭＯＳやＰ型ＤＭＯＳのトランジスタが使用されていた。これらのトランジスタは、素子の断面縦方向（バルク方向）に電流が流れる特性を有するトランジスタである。しかし、Ｎ型ＤＭＯＳはソースからドレイン方向に寄生ダイオードが存在し、Ｐ型ＤＭＯＳではドレインからソース方向に寄生ダイオードが存在するため、スイッチ動作は片方にしか動作しない。するとパソコンなどのインターフェイスバスとＤＣ−ＤＣコンバータ１とを物理的に接続した状態でインタフェースバスからの電力供給が遮断されると、二次電池２からインターフェイスバスに対して、メイントランジスタの寄生ダイオードを介して電流漏洩が発生する問題があった。よって従来は、電流漏洩の防止のためにＤＭＯＳトランジスタを互いに逆向きに直列接続して使用するか、ダイオードを挿入する必要があったため、回路規模増大や部品点数の増加の問題があった。
【００４９】
しかし本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１では、パワートランジスタとして、ドレイン・ドレイン・ゲート・バックゲートの４極構造を備え、バックゲートが接地されるＮ型のＭＯＳＦＥＴであるトランジスタＦＥＴ１を用いている。トランジスタＦＥＴ１は、素子の断面横方向に電流が流れる特性を有するトランジスタである。よってバックゲートを接地することで、ドレイン・ドレイン間に互いに逆向きの寄生ダイオードを２つ形成することができる。これにより、別途トランジスタやダイオード等を用いることなく、トランジスタＦＥＴ１のみによって電流漏洩の発生を防止することできるため、回路規模の縮小化や部品点数の削減などを図ることが可能となる。
【００５０】
以上詳細に説明したとおり、本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ１では、充電状態時には二次電池２に定電圧・定電流充電を行い、非充電状態時には充電電流ＣＣがゼロ以下となるように、充電状態を制御することが可能となる。これにより、二次電池２と機器５とを並列接続した充電器において、二次電池２の過充電を防止することができるため、二次電池２の劣化を防止できる。そして機器５の消費電力がＤＣ−ＤＣコンバータ１からの電力供給能力以上の値になる際には、機器５と並列接続された二次電池２から機器５へ電力を供給することができる。
【００５１】
また充電残量監視回路１４によって出力電圧Ｖｏｕｔ２を監視することにより、二次電池２の自己放電による電池電圧低下を検出することができる。よって、二次電池２の電池電圧の低下を防止することができる。
【００５２】
またメインスイッチングトランジスタとして、ドレイン・ドレイン・ゲート・バックゲートの４極構造のＭＯＳＦＥＴであり、バックゲートが接地されるトランジスタＦＥＴ１が用いられる。バックゲートを接地することで、ドレイン・ドレイン間に互いに逆向きの寄生ダイオードを２つ形成することができる。これにより電流漏洩を防止することができるため、別途トランジスタやダイオード等を用いることなく、二次電池２からの外部電源への電流の漏洩を防止することが可能となる。
【００５３】
尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることは言うまでもない。図２のオフセット回路１５では、電圧増幅器ＡＭＰ１の出力電圧Ｖｘ１にオフセット電圧ｅ４を付与することにより、充電電流ＣＣがゼロ以下となるように制御したが、この形態に限られない。図３に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１ａに備えられる出力電流監視回路１２ａのように、基準電圧ｅ１にオフセットを付与する形態でもよい。
【００５４】
出力電流監視回路１２ａは、図２のオフセット回路１５に代えて、オフセット回路１５ａを備える。オフセット回路１５ａに備えられるスイッチ回路ＳＷ１ａは、接地電位と基準電圧設定部ｅ１Ｒとを、充電禁止信号ＣＡＳに応じて択一に選択して、誤差増幅器ＥＲＡ１の非反転入力端子へ入力する。
【００５５】
二次電池２の充電状態時においては、二次電池２の充電を許可する旨のローレベルの充電禁止信号ＣＡＳがスイッチ回路ＳＷ１ａに入力される。スイッチ回路ＳＷ１ａは、充電禁止信号ＣＡＳに応じて、基準電圧設定部ｅ１Ｒと誤差増幅器ＥＲＡ１の非反転入力とを接続する。よって充電電流ＣＣの制限値は基準電圧ｅ１に応じた値となる。
【００５６】
一方、二次電池２の非充電状態時においては、二次電池の充電を禁止する旨のハイレベルの充電禁止信号ＣＡＳがスイッチ回路ＳＷ１ａに入力される。スイッチ回路ＳＷ１ａは、充電禁止信号ＣＡＳに応じて、接地電位と誤差増幅器ＥＲＡ１の非反転入力とを接続する。すると充電電流ＣＣの制限値がゼロとなるため、誤差増幅器ＥＲＡ１は充電電流ＣＣをゼロ以下にする制御を行う。以上によりオフセット回路１５ａを用いることにより、二次電池２の非充電状態の際において充電電流ＣＣをゼロ以下に制御することが可能となる。
【００５７】
また本実施形態では、図２に示すＤＣ−ＤＣコンバータ１はスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータであるとしたが、この形態に限られない。図４に示すように、ドライバ回路２０を備える制御回路３ｂを有したリニアレギュレータ方式のＤＣ−ＤＣコンバータ１ｂであっても良いことは言うまでもない。
【００５８】
また本実施形態では、電圧モード型のＤＣ−ＤＣコンバータについて説明した。ここで本発明のポイントは、二次電池２の非充電状態の際には充電電流ＣＣをゼロ以下になるように制御することにある。具体的には、オフセット回路１５において、充電状態に応じてオフセット値を切り替えることが特徴である。よって、電圧モード型のみならず、電流モード型のＤＣ−ＤＣコンバータにおいても本発明を適用することができることは言うまでもない。
【００５９】
なお、出力電圧Ｖｘ１にオフセット電圧を与える場合（図２）と、基準電圧ｅ１にオフセット電圧を与える場合（図３）とを別々に説明したが、この形態に限られない。出力電圧Ｖｘ１と基準電圧ｅ１との両方にオフセット与える形態であってもよいことは言うまでもない。
【００６０】
また本実施形態の制御回路３は、単一または複数の半導体チップなどにより構成してもよい。またＤＣ−ＤＣコンバータ１を単一または複数の半導体チップにより構成してもよい。またＤＣ−ＤＣコンバータ１および制御回路３は、モジュールとして構成してもよい。またＤＣ−ＤＣコンバータ１を、補助電力を備えた電源装置として用いる形態としてもよい。この場合、二次電池２はＤＣ−ＤＣコンバータ１に備えられる。そして必要に応じて二次電池２には充電が行われる。またＤＣ−ＤＣコンバータ１を、充電器として用いる形態としてもよい。この場合、二次電池２は機器５側に備えられる。
【００６１】
なお、充電禁止信号ＣＡＳは充電停止指令の一例、誤差増幅器ＥＲＡ１は第１誤差増幅器の一例、出力電圧Ｖｘ１は検出信号の一例、基準電圧ｅ１は基準信号のそれぞれ一例である。
【００６２】
ここで、本発明の技術思想により、背景技術における課題を解決するための手段を以下に列記する。
（付記１）
二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、前記二次電池の充電停止指令に応じて、前記二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御する充電制御回路を備えることを特徴とする電源装置の制御回路。
（付記２）
前記充電制御回路は、前記充電電流に応じた検出信号と前記充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅する第１誤差増幅器と、前記充電停止指令に応じて、前記差分のうち前記充電電流が前記目標値に未達であることを示す前記差分を縮小するオフセット値を、前記検出信号または／および前記基準信号に付与するオフセット回路とを備えることを特徴とする付記１に記載の電源装置の制御回路。
（付記３）
前記オフセット回路は、前記検出信号の伝送経路上に備えられ、前記充電停止指令がされていない際には前記検出信号を出力し、前記充電停止指令に応じて前記検出信号の電圧値の絶対値を大きくする前記オフセット値を前記検出信号に加えて出力することを特徴とする付記２に記載の電源装置の制御回路。
（付記４）
前記オフセット値は、前記基準信号以上の値とされることを特徴とする付記３に記載の電源装置の制御回路。
（付記５）
前記オフセット回路は、前記基準信号の伝送経路上に備えられ、前記充電停止指令がされていない際には前記基準信号を出力し、前記充電停止指令に応じて接地電圧を出力することを特徴とする付記２に記載の電源装置の制御回路。
（付記６）
前記二次電池が非充電状態の際に、前記二次電池の出力電圧と予め定められる設定電圧とを比較する比較器を備えることを特徴とする付記１に記載の電源装置の制御回路。
（付記７）
前記負荷と前記二次電池とは、前記電源装置に対して並列に接続されることを特徴とする付記１に記載の電源装置の制御回路。
（付記８）
バックゲートが接地電圧に接続される４極構造のＭＯＳトランジスタからなる出力トランジスタを備えることを特徴とする付記１に記載の電源装置の制御回路。
（付記９）
二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、前記二次電池の充電停止指令に応じて、前記二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御する充電制御回路を備えることを特徴とする電源装置。
（付記１０）
二次電池および負荷に電力を供給する電源装置において、前記二次電池の充電停止指令に応じて、前記二次電池への充電電流がゼロとなるように出力電圧を制御することを特徴とする電源装置の制御方法。
（付記１１）
前記充電電流に応じた検出信号と前記充電電流の目標値を設定する基準信号との差分を増幅するステップと、前記充電停止指令に応じて、前記差分のうち前記充電電流が前記目標値に未達であることを示す前記差分を縮小するオフセット値を、前記検出信号または／および前記基準信号に付与するステップとを備えることを特徴とする付記１０に記載の電源装置の制御方法。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の原理図
【図２】ＤＣ−ＤＣコンバータ１の回路図
【図３】ＤＣ−ＤＣコンバータ１ａの回路図
【図４】リニアレギュレータ方式のＤＣ−ＤＣコンバータ１ｂの回路図
【符号の説明】
【００６４】
２  二次電池
３  制御回路
５  機器
１２  出力電流監視回路
１３  出力電圧監視回路
１４  充電残量監視回路
１５  オフセット回路
ＡＭＰ１、ＡＭＰ２  電圧増幅器
ＣＡＳ  充電禁止信号
ＣＣ  充電電流
ＥＲＡ１ないしＥＲＡ３  誤差増幅器
ＦＥＴ１、ＦＥＴ２  トランジスタ
ＬＣ  負荷電流
ＯＣ  出力電流
ＳＷ１  スイッチ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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