(57)【要約】    【課題】  充電時間を長くすることなく、充電時の温度上昇を抑制することができると共に高周波ノイズの発生を抑制することができる充電回路及びその充電回路を備えた半導体装置を得る。    【解決手段】  充電制御回路３が、充電電流生成回路４に対して、温度検出回路２で検出された温度が所定の第１の温度Ｔ１以上になると第２の充電電流値ｉｃ２の充電電流ｉｃを２次電池７に供給させ、第２の充電電流値ｉｃ２の充電電流ｉｃを２次電池７に供給させてから所定時間ｔｄ内における２次電池７への第１の充電電流値ｉｃ１の充電電流ｉｃの供給を禁止するようにした。【選択図】  図１
2007020245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池の充電を行う充電回路において、
入力された制御信号に応じて、所定の第１の充電電流値又は該第１の充電電流値よりも小さい第２の充電電流値のいずれかを、前記２次電池の充電時に生成して該２次電池に供給する充電電流生成回路部と、
該充電電流生成回路部の動作制御を行う充電制御回路部と、
前記充電電流生成回路部及び該充電制御回路部の周辺温度の検出を行う温度検出回路部と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記充電電流生成回路部に対して、温度検出回路部で検出された温度が所定の第１の温度以上になると前記第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させ、該第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させてから第１の所定時間内における前記第１の充電電流値への切り換えを禁止することを特徴とする充電回路。
【請求項２】
前記充電制御回路部は、前記温度検出回路部で検出された温度が第１の温度よりも小さい第２の温度以下になると共に前記第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させてから第１の所定時間経過した場合、前記充電電流生成回路部に対して、前記第１の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させることを特徴とする請求項１記載の充電回路。
【請求項３】
前記温度検出回路部は、
温度に応じた電圧を生成して出力する温度−電圧変換回路と、
該温度が前記第１の温度又は前記第２の温度のときに、該温度−電圧変換回路から出力される電圧に等しい比較電圧を生成して出力する比較電圧生成回路と、
前記温度−電圧変換回路からの出力電圧と、該比較電圧生成回路からの比較電圧との電圧比較を行うコンパレータと、
を備え、
前記コンパレータは、ヒステリシス特性を備え、該ヒステリシス特性の電圧幅が、前記第１の温度における温度−電圧変換回路からの出力電圧と、前記第２の温度における温度−電圧変換回路から出力電圧との電圧差に等しくなるように設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の充電回路。
【請求項４】
前記充電電流生成回路部は、２次電池への充電電流を前記第２の充電電流値から第１の充電電流値に増加させる場合、第２の所定時間をかけて該充電電流を増加させることを特徴とする請求項１、２又は３記載の充電回路。
【請求項５】
前記充電制御回路部は、前記２次電池に対して定電圧充電が行われる場合、前記温度検出回路部で検出された温度に応じた２次電池への充電電流の電流値の切り換えを停止することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の充電回路。
【請求項６】
前記充電電流生成回路部、充電制御回路部及び温度検出回路部は、１つのＩＣに集積され、前記温度検出回路部は、該ＩＣの温度検出を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の充電回路。
【請求項７】
２次電池の充電を行う充電回路を備えた半導体装置において、
前記充電回路は、
入力された制御信号に応じて、所定の第１の充電電流値又は該第１の充電電流値よりも小さい第２の充電電流値のいずれかを、前記２次電池の充電時に生成して該２次電池に供給する充電電流生成回路部と、
該充電電流生成回路部の動作制御を行う充電制御回路部と、
前記充電電流生成回路部及び該充電制御回路部の周辺温度の検出を行う温度検出回路部と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記充電電流生成回路部に対して、温度検出回路部で検出された温度が所定の第１の温度以上になると前記第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させ、該第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させてから第１の所定時間内における前記第１の充電電流値への切り換えを禁止することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池を充電する充電回路及びその充電回路を備えた半導体装置に関し、特に充電時の温度上昇を抑制すると共に高周波ノイズの発生を抑制することができる充電回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２次電池を急速充電するために所定の電流値による定電流充電が行われており、この場合、充電電流は比較的大きいため充電回路の温度上昇が発生する。特に、温度上昇の大きい部品としては充電電流を直接制御する出力トランジスタがあり、充電回路をＩＣ化した場合は、発熱の大きい該出力トランジスタはＩＣに外付けにする方式が一般的であった。しかし、比較的小容量で携帯機器に用いられる充電装置においては、小型軽量化のために、１チップＩＣに充電回路と出力トランジスタを内蔵する要求が強くなってきた。
出力トランジスタを内蔵した場合、ＩＣチップの温度上昇に対する対策が必要である。回路の温度変動は、環境温度や系の熱抵抗等にも依存することから、あらゆる場合を想定して充電回路の温度設計を行うことは困難であった。そこで、ＩＣに限らず、充電回路の温度上昇を抑制する方法が数多く提案されてきた。
【０００３】
例えば、電源回路の発熱部品の温度を温度センサで検出し、検出温度が設定値以上になると充電電流を減少させ、減少させたときには、２次電池の満充電の検出を中断するものがあった（例えば、特許文献１参照。）。また、充電回路部の温度が第１の温度以上になったときに充電電流を変化させ、更に充電回路部の温度が第２の温度以下になったとき前記充電電流値に戻す方式があった（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平７−２２２３７０号公報
【特許文献２】特開平１１−１０３４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前者の場合、一旦、温度センサが作動して充電電流を減少させると、以後は減少した電流値で満充電まで充電を行うため、充電時間が長くなるという問題があった。また、後者の場合、第１の温度と第２の温度を検出するたびに充電電流を変化させるため、第１の温度と第２の温度との温度差が小さい場合は、頻繁に充電電流が切り換わり、高周波ノイズ及び高調波ノイズを発生する。これはシステムに対してのＥＭＩノイズとなり、システムに耐ノイズ部品等を付加する必要があり、２次電池を電源とする携帯機器の小型軽量化に障害になるという問題があった。また、充電電流が頻繁に切り換わらないようにするため、第１の温度と第２の温度との温度差を５℃以上にしているため、システムの放熱性によっては、一旦充電電流が減少すると長時間充電電流が元に戻らない状態が継続することから、やはり満充電までの充電時間が長くなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、第１の温度と第２の温度との温度差を小さくしても、充電電流が頻繁に切り換わることがなくなり、充電時間を長くすることなく、充電時の温度上昇を抑制することができると共に高周波ノイズの発生を抑制することができる充電回路及びその充電回路を備えた半導体装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る充電回路は、２次電池の充電を行う充電回路において、
入力された制御信号に応じて、所定の第１の充電電流値又は該第１の充電電流値よりも小さい第２の充電電流値のいずれかを、前記２次電池の充電時に生成して該２次電池に供給する充電電流生成回路部と、
該充電電流生成回路部の動作制御を行う充電制御回路部と、
前記充電電流生成回路部及び該充電制御回路部の周辺温度の検出を行う温度検出回路部と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記充電電流生成回路部に対して、温度検出回路部で検出された温度が所定の第１の温度以上になると前記第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させ、該第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させてから第１の所定時間内における前記第１の充電電流値への切り換えを禁止するものである。
【０００７】
また、前記充電制御回路部は、前記温度検出回路部で検出された温度が第１の温度よりも小さい第２の温度以下になると共に前記第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させてから第１の所定時間経過した場合、前記充電電流生成回路部に対して、前記第１の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させるようにした。
【０００８】
具体的には、前記温度検出回路部は、
温度に応じた電圧を生成して出力する温度−電圧変換回路と、
該温度が前記第１の温度又は前記第２の温度のときに、該温度−電圧変換回路から出力される電圧に等しい比較電圧を生成して出力する比較電圧生成回路と、
前記温度−電圧変換回路からの出力電圧と、該比較電圧生成回路からの比較電圧との電圧比較を行うコンパレータと、
を備え、
前記コンパレータは、ヒステリシス特性を備え、該ヒステリシス特性の電圧幅が、前記第１の温度における温度−電圧変換回路からの出力電圧と、前記第２の温度における温度−電圧変換回路から出力電圧との電圧差に等しくなるように設定されるようにした。
【０００９】
また、前記充電電流生成回路部は、２次電池への充電電流を前記第２の充電電流値から第１の充電電流値に増加させる場合、第２の所定時間をかけて該充電電流を増加させるようにした。
【００１０】
また、前記充電制御回路部は、前記２次電池に対して定電圧充電が行われる場合、前記温度検出回路部で検出された温度に応じた２次電池への充電電流の電流値の切り換えを停止するようにした。
【００１１】
また、前記充電電流生成回路部、充電制御回路部及び温度検出回路部は、１つのＩＣに集積され、前記温度検出回路部は、該ＩＣの温度検出を行うようにした。
【００１２】
また、この発明に係る半導体装置は、２次電池の充電を行う充電回路を備えた半導体装置において、
前記充電回路は、
入力された制御信号に応じて、所定の第１の充電電流値又は該第１の充電電流値よりも小さい第２の充電電流値のいずれかを、前記２次電池の充電時に生成して該２次電池に供給する充電電流生成回路部と、
該充電電流生成回路部の動作制御を行う充電制御回路部と、
前記充電電流生成回路部及び該充電制御回路部の周辺温度の検出を行う温度検出回路部と、
を備え、
前記充電制御回路部は、前記充電電流生成回路部に対して、温度検出回路部で検出された温度が所定の第１の温度以上になると前記第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させ、該第２の充電電流値の充電電流を前記２次電池に供給させてから第１の所定時間内における前記第１の充電電流値への切り換えを禁止するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の充電回路及びその充電回路を備えた半導体装置によれば、充電回路の温度が急速に変化しても、２次電池への充電電流が第２の充電電流値になると第１の所定時間以上経過しないと第１の充電電流値に戻らないようにした。このため、第１の温度と第２の温度との温度差を小さくしても、頻繁に第１の充電電流値と第２の充電電流値が切り換わることがなくなり、充電時間を長くすることなく、充電時の温度上昇を抑制することができると共に高周波ノイズの発生を抑制できる。また、２次電池への充電電流を第２の充電電流値から第１の充電電流値に増加させる場合は、第２の所定時間をかけて該充電電流を増加させるようにしたことから、高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【００１４】
また、前記温度−電圧変換回路からの出力電圧と、前記比較電圧生成回路からの比較電圧とを比較する温度検出回路部のコンパレータが有するヒステリシス特性の電圧幅が、前記第１の温度における温度−電圧変換回路からの出力電圧と、前記第２の温度における温度−電圧変換回路から出力電圧との電圧差に等しくなるように設定されるようにしたことから、２ポイントの温度検出を行うにも関わらず、１つの比較電圧と１つのコンパレータで構成することができ、温度検出回路部を簡素化することができる。
【００１５】
更に、充電回路を前記のような構成にしたことから、該充電回路を１チップＩＣに集積することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における充電回路の例を示したブロック図である。
図１において、充電回路１は、２次電池７の充電を行うものであり、温度検出回路２、充電制御回路３及び充電電流生成回路４で構成されている。なお、温度検出回路２は温度検出回路部を、充電制御回路３は充電制御回路部を、充電電流生成回路４は充電電流生成回路部をそれぞれなす。
温度検出回路２は、充電回路１の温度の検出を行い、検出した温度が第１の温度Ｔ１以上になるとハイレベルの検出信号Ｔｏを、検出した温度が第１の温度Ｔ１より低い第２の温度Ｔ２以下になるとローレベルの検出信号Ｔｏをそれぞれ生成して出力する。
【００１７】
充電制御回路３は、パルス生成回路１１と、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１と、定電流−定電圧充電制御回路１２とを備えている。パルス生成回路１１は、温度検出回路２が第１の温度Ｔ１以上であることを検出してハイレベルの検出信号Ｔｏを充電制御回路３に出力すると、所定時間ｔｄのパルス幅を有するハイレベルのパルス信号Ｄｏを生成して出力する。なお、所定時間ｔｄは第１の所定時間をなす。ＮＡＮＤ回路ＮＡ１は、温度検出回路２の出力信号Ｔｏと、パルス生成回路１１の出力信号Ｄｏが共にローレベルの場合はハイレベルの信号Ｃｏを出力する。また、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１は、温度検出回路２の出力信号Ｔｏがハイレベルであるか、又はパルス生成回路１１からの遅延信号Ｄｏがハイレベルである場合はローレベルの信号Ｃｏを出力する。定電流−定電圧充電制御回路１２は、２次電池７の電圧をモニタし、２次電池７の電圧が所定の電圧以下の場合は定電流充電を行い、２次電池７の電圧が所定の電圧を超えると定電圧充電を行うための制御信号Ｓｃを充電電流生成回路４に出力する。
【００１８】
充電電流生成回路４は、２次電池７への充電電流ｉｃを増加する際に、所定時間をかけて該充電電流ｉｃを徐々に増加させるようにするソフトスタート回路１５を備えている。なお、該所定の時間は第２の所定時間をなす。定電流−定電圧充電制御回路１２からの制御信号Ｓｃが定電流充電を行うことを示している場合、充電電流生成回路４は、充電制御回路３の出力信号Ｃｏからハイレベルの出力信号Ｃｏが入力されると２次電池７に供給する充電電流ｉｃを第１の充電電流値ｉｃ１に設定する。また、出力信号Ｃｏがローレベルの場合は、充電電流ｉｃを第２の充電電流値ｉｃ２に設定する。第１の充電電流値ｉｃ１は２次電池７を急速充電するための電流値であり、第２の充電電流値ｉｃ２は第１の充電電流値ｉｃ１より小さい電流値、例えば第１の充電電流値ｉｃ１の１０％程度の電流値である。また、定電流−定電圧充電制御回路１２から定電圧充電を行うための信号Ｓｃが出力されている場合、充電電流生成回路４は、充電制御回路３の出力信号Ｃｏに応じた充電電流ｉｃの電流値変更を行わないようにする。
【００１９】
次に、図２は、図１の充電回路１の動作例を示したタイミングチャートであり、図２を参照しながら充電回路１の動作についてもう少し詳細に説明する。なお、以下、充電回路１は１つのＩＣに集積され、温度検出回路２は該ＩＣの半導体チップの温度検出を行う場合を例にして説明する。
２次電池７への充電が開始され、半導体チップの温度が上昇し、該温度がＡ点で第１の温度Ｔ１を超えると、温度検出回路２の出力信号Ｔｏはローレベルからハイレベルに反転すると共に、パルス生成回路１１はパルス幅ｔｄのハイレベルのパルス信号を出力する。このため、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１の出力信号は、前記Ａ点でハイレベルからローレベルに反転する。
【００２０】
充電電流生成回路４は、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１の出力信号Ｃｏがローレベルの場合は、前記したように２次電池７に第２の充電電流値ｉｃ２の充電電流ｉｃを供給して２次電池７を充電する。半導体チップの温度を低下させるために、第２の充電電流値ｉｃ２は第１の充電電流値ｉｃ１よりも十分小さい電流値に設定されており、図２で示すようにＡ点以降は半導体チップの温度は低下する。半導体チップの温度が低下し、Ｂ点で第２の温度Ｔ２を下回ると、温度検出回路２の出力信号Ｔｏはハイレベルからローレベルに反転する。この時点では、すでに所定時間ｔｄ以上経過していることから、パルス生成回路１１の出力信号Ｄｏはローレベルに立ち下がっている。このため、温度検出回路２の出力信号Ｔｏがハイレベルからローレベルに反転しても、パルス生成回路１１の出力信号Ｄｏはローレベルのまま変化しない。
【００２１】
ＮＡＮＤ回路ＮＡ１は、両入力端にそれぞれローレベルの信号が入力されると出力端がハイレベルになることから、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１からの出力信号ＣｏはＢ点でローレベルからハイレベルに反転する。充電電流生成回路４は、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１の出力信号Ｃｏがハイレベルの場合は、前記したように第１の充電電流値ｉｃ１の充電電流ｉｃを供給して２次電池７を充電する。ただし、２次電池７に対する充電電流が増加する場合は、前記したソフトスタート回路１５が作動し、図２の充電電流ｉｃの波形に示すように、充電電流ｉｃが第２の充電電流値ｉｃ２から第１の充電電流値ｉｃ１まで増加する際は、充電電流ｉｃは所定の時間をかけて徐々に増加するため、高調波ノイズの発生を抑えることができる。
【００２２】
充電電流ｉｃが第１の充電電流値ｉｃ１になると再び半導体チップの温度が上昇し、Ｃ点で第１の温度Ｔ１を超えると、前記と同様、温度検出回路２の出力信号Ｔｏとパルス生成回路１１の出力信号Ｄｏは、それぞれ反転してハイレベルになる。また、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１の出力信号Ｃｏはローレベルになり、充電電流ｉｃは第２の充電電流値ｉｃ２に減少する。この結果、再び半導体チップの温度は低下する。半導体チップの温度がＤ点で第２の温度Ｔ２を下回ると、温度検出回路２の出力信号Ｔｏは反転してローレベルになるが、パルス生成回路１１の出力信号Ｄｏは、まだ所定時間ｔｄが経過していないことからハイレベルのままである。このため、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１の出力信号Ｃｏはローレベルで保持されることから、充電電流ｉｃも第２の充電電流ｉｃ２のままである。所定時間ｔｄが経過して、パルス生成回路１１の出力信号ＤｏがＥ点でローレベルになると、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１の出力信号Ｃｏは反転してハイレベルになり、充電電流ｉｃは第１の充電電流値ｉｃ１に戻る。
【００２３】
このように、半導体チップの温度が急速に変化しても、一旦、充電電流ｉｃが第２の充電電流値ｉｃ２になると、パルス生成回路１１に設定された時間ｔｄ以上経過しないと充電電流ｉｃが第１の充電電流値ｉｃ１に戻らないようにした。このため、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２との温度差を小さくしても、充電電流ｉｃが頻繁に第１の充電電流値ｉｃ１と第２の充電電流値ｉｃ２とに切り換わることがなくなり、高周波ノイズの発生を抑制することができる。更に、充電電流ｉｃを増加させる場合は、ソフトスタート回路１５を作動させるようにしたことから、高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【００２４】
次に、図３は、図１の温度検出回路２の回路例を示した図である。
図３において、温度検出回路２は、オペアンプＡＭＰ１とコンパレータＣＭＰ２、所定の基準電圧Ｖｓを生成して出力する基準電圧発生回路２１、設定された値の比較電圧Ｖｒを生成して出力する比較電圧生成回路２２、ＰＮＰトランジスタＱ１及び抵抗Ｒ１で構成されている。コンパレータＣＭＰ２の入力にはヒステリシス特性を持たせている。なお、オペアンプＡＭＰ１、基準電圧発生回路２１、ＰＮＰトランジスタＱ１及び抵抗Ｒ１は温度−電圧変換回路をなす。
オペアンプＡＭＰ１の非反転入力端には基準電圧Ｖｓが入力され、オペアンプＡＭＰ１の反転入力端は出力端に接続されている。更に、オペアンプアンプＡＭＰ１の出力端は、抵抗Ｒ１を介してＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタに接続され、ＰＮＰトランジスタＱ１のベースとコレクタはそれぞれ接地電圧に接続されている。
【００２５】
コンパレータＣＭＰ２の非反転入力端には比較電圧Ｖｒが入力され、コンパレータＣＭＰ２の反転入力端はＰＮＰトランジスタＱ１のエミッタに接続されている。オペアンプＡＭＰ１の出力端は、基準電圧Ｖｓと同じ電圧になっていることから、ＰＮＰトランジスタＱ１には、抵抗Ｒ１を介してオペアンプＡＭＰ１から電流が供給される。ＰＮＰトランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電圧Ｖｂｅは温度に反比例することから、コンパレータＣＭＰ２の反転入力端の電圧は、温度が高くなるほど低くなり、温度が低くなるほど高くなる。
【００２６】
図４は、図３の温度検出回路２における出力信号Ｔｏの電圧Ｖｔｏと、半導体チップの温度Ｔ又はＰＮＰトランジスタＱ１のベース電圧Ｖｂｅとの関係例を示した特性図である。
図４において、半導体チップの温度Ｔが上昇して第１の温度Ｔ１になると、出力信号Ｔｏはハイレベルになり、温度Ｔが低下して第２の温度Ｔ２になると、出力信号Ｔｏはローレベルになる。比較電圧Ｖｒを第１の温度Ｔ１又は第２の温度Ｔ２を示す電圧に設定し、コンパレータＣＭＰ２のヒステリシス幅を、第１の温度Ｔ１時のベース電圧Ｖｂｅの電圧値Ｖｂｅ１と、第２の温度Ｔ２時のベース電圧Ｖｂｅの電圧値Ｖｂｅ２との電圧差（Ｖｂｅ２−Ｖｂｅ１）に等しくなるようにすることで、温度検出回路２を１つずつの比較電圧とコンパレータで構成でき、温度検出回路２を簡素化することができる。
【００２７】
このように、本第１の実施の形態における充電回路は、充電制御回路３が、充電電流生成回路４に対して、温度検出回路２で検出された温度が所定の第１の温度Ｔ１以上になると第２の充電電流値ｉｃ２の充電電流ｉｃを２次電池７に供給させ、第２の充電電流値ｉｃ２の充電電流ｉｃを２次電池７に供給させてから所定時間ｔｄ内における２次電池７への第１の充電電流値ｉｃ１の充電電流ｉｃの供給を禁止するようにした。このことから、第１の温度Ｔ１と第２の温度Ｔ２との温度差を小さくしても、充電電流ｉｃが頻繁に第１の充電電流値ｉｃ１と第２の充電電流値ｉｃ２とに切り換わることがなくなり、充電時間を長くすることなく、充電時の温度上昇を抑制することができると共に高周波ノイズの発生を抑制することができる。更に、充電電流ｉｃを増加させる場合は、ソフトスタート回路１５を作動させるようにしたことから、高調波ノイズの発生を抑制することができる。
【００２８】
なお、前記説明では、充電回路１は１つのＩＣに集積され、温度検出回路２は該ＩＣの半導体チップの温度検出を行う場合を例にしたが、前記充電回路１が他の回路と共に１つのＩＣに集積された半導体装置を構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における充電回路の例を示したブロック図である。
【図２】図１の充電回路１の動作例を示したタイミングチャートである。
【図３】図１の温度検出回路２の回路例を示した図である。
【図４】図３の温度検出回路２の内部特性例を示した図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  充電回路
２  温度検出回路
３  充電制御回路
４  充電電流生成回路
７  ２次電池
１１  パルス生成回路
１２  定電流−定電圧充電制御回路
１５  ソフトスタート回路
【図１】
2007020245.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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