(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と電池との間に設けられ、該電源から該電池に供給される電流を制御する制御トランジスタを有する充電制御回路において、
前記電源から印加される電源電圧により駆動され、前記制御トランジスタを制御する充電制御手段を有し、
前記充電制御手段は、
基準電圧を発生する基準電圧回路と、
前記電池の充電電圧を入力する入力回路と、
前記基準電圧回路で生成された前記基準電圧と前記入力回路に入力される前記電池の充電電圧との差電圧を検出する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路で検出された前記差電圧に応じて前記制御トランジスタを制御する出力回路とを有し、
前記基準電圧回路は、定電圧を発生する電圧源と、該電圧源で発生した定電圧に応じた電流を電源から引き込むトランジスタと、前記差動増幅回路の動作点を制御する第１のダイオードと、該第１のダイオードのカソードから定電流を引き込む定電流源とから構成され、基準電圧を発生し、前記差動増幅回路の反転入力端子に供給し、
前記入力回路は、前記差動増幅回路の動作点を制御する第２のダイオードと、該第２のダイオードから駆動電流を引き込む定電流源とから構成され、前記電池の充電電圧をレベルシフトした電圧を発生し、前記差動増幅回路の非反転入力端子に供給する構成とされており、
前記充電制御手段を、前記電池の電圧が前記電源から印加される電源電圧より大きい状態であっても前記制御トランジスタを制御可能な動作状態とし、前記差動増幅回路の非反転入力端子に供給される前記電池の充電電圧をレベルシフトした電圧が前記差動増幅回路の反転入力端子に供給される前記基準電圧回路で発生した基準電圧より大きい状態のときに、前記充電制御手段によって前記制御トランジスタをオフすることにより、前記電源と前記電池との間にダイオードを接続することなく、前記電池から前記電源への電流の逆流を防止することを特徴とする充電制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充電制御回路に係り、特に、逆流防止機能を有する充電制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話などの電池の充電装置などには、電池が所定の充電電圧になった時に電源と電池との接続を切断する充電制御回路が設けられている。
図３に従来の充電制御回路の一例のブロック構成図を示す。
従来の充電制御回路１は、充電すべき電池２と充電電流を供給する電源電圧Ｖccとの間に設けられ、電池２に印加される充電電圧Ｖbat に応じて電源電圧Ｖccから電池２に供給される充電電流Ｉbat を制御する。
【０００３】
充電制御回路１は、電源電圧Ｖccと電池２との間に接続され、電源電圧Ｖccから電池２に供給される電流を制御する制御トランジスタ１１、基準電圧Ｖref を発生する基準電圧源１２、電池２の充電電圧Ｖbat と基準電圧源１２で生成された基準電圧Ｖref とを比較して、充電電圧Ｖbat と基準電圧Ｖref との差電圧を検出し、差電圧に応じて制御トランジスタ１１を制御するオペアンプ１３、電池２と制御トランジスタ１１との間に接続され、電源Ｖccが切断された場合等に電池２からオペアンプ１３側への電流の逆流を防止する逆流防止ダイオード１４から構成される。
【０００４】
制御トランジスタ１１は、ＰＮＰトランジスタから構成され、エミッタに電源電圧Ｖccが印加され、コレクタが逆流防止用ダイオード１４を介して電池２の正極に接続され、ベースがオペアンプ１３の出力端子に接続される。逆流防止用ダイオード１４は、アノードが制御トランジスタ１１のコレクタに接続され、カソードが電池２の正極に接続される。すなわち、逆流防止用ダイオード１４は、電源電圧Ｖccから電池２の方向が順方向となるように接続される。
【０００５】
オペアンプ１３は、非反転入力端子が逆流防止用ダイオード１４のカソードと電池２の正極との接続点に接続され、充電電圧Ｖbat が供給され、反転入力端子が基準電圧源１２に接続され、基準電圧Ｖref が供給される。オペアンプ１３は、充電電圧Ｖbat と基準電圧Ｖref との差電圧を出力端子から出力し、制御トランジスタ１１のベースに供給される。
【０００６】
次に、充電制御回路１の動作を図面とともに説明する。
図４に従来の充電制御回路の一例の動作波形図を示す。図４（Ａ）は充電電圧Ｖbat 、図４（Ｂ）はオペアンプ１３の出力電圧、図４（Ｃ）は制御トランジスタ１１のコレクタ電流を示す。
時刻ｔ１の電池２が十分に充電されていない状態では、充電電圧Ｖbat は、基準電圧Ｖref より小さくなる。充電電圧Ｖbat が基準電圧Ｖref より小さくなると、オペアンプ１３の出力電圧は基準電圧Ｖref より小さくなる。このため、制御トランジスタ１１のベース電位が低下するので、制御トランジスタ１１はオンし、電源電圧Ｖccから電池２に充電電流が流れる。
【０００７】
また、時刻ｔ２で、電池２が十分に充電されると、充電電圧Ｖbat が基準電圧Ｖref より大きくなる。充電電圧Ｖbat が基準電圧Ｖref より大きくなると、オペアンプ１３の出力電圧は基準電圧Ｖref より大きくなる。このため、制御トランジスタ１１のベース電位が上昇するので、制御トランジスタ１１はオフし、電源Ｖccから電池２への充電電流の供給が切断される。
【０００８】
さらに、時刻ｔ３で、電池２の充電電圧Ｖbat が電源電圧Ｖccより大きくなり、電流が電池２側から電源電圧Ｖcc側に逆流しようとすると、逆流防止用ダイオード１１の接続方向は、電池２側から電源電圧Ｖcc側に逆方向となるように接続されるため、電池２側から電源電圧Ｖcc側には逆流しない。
ここで、上記の充電制御回路１では、通常の動作時には
Ｖcc＞Ｖref ＞Ｖbat
でオペアンプ１３の出力がローレベルとなり、制御トランジスタ１１がオンすることにより充電が行われる。
【０００９】
また、電池２が充電され、充電電圧Ｖbat が上昇し、
Ｖcc＞Ｖbat ＞Ｖref
となると、オペアンプ１３の出力がハイレベルとなり、制御トランジスタ１１がオフし、充電が停止される。
さらに、電池２の電圧が大きく、
Ｖbat ＞Ｖcc＞Ｖref
になると、逆流防止用ダイオード１４に逆方向電圧が印加されるので、電池２側から電源電圧Ｖcc側への逆流は防止される。
【００１０】
ここで、図３の従来の充電制御回路１で、逆流防止用ダイオード１４がない場合について考える。
電池２の電圧Ｖbatが大きくなり、
Ｖbat＞Ｖcc＞Ｖref
になると、オペアンプ１３は入力電圧が駆動電圧より大きくなり、動作範囲外となるので、オペアンプ１３による制御トランジスタ１１の制御がきかなくなる。
【００１１】
オペアンプ１３による制御トランジスタ１１の制御がきかない状態では、通常、図４（Ｃ）に破線で示すように制御トランジスタ１１がオンし、電池２側から電源電圧Ｖcc側に逆流電流が流れる。このため、電源電圧Ｖccと電池２との間に電池２側から電源電圧Ｖcc側に逆方向となるように直列に接続される逆流防止用ダイオード１４が必要となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、従来の充電制御回路は、電源電圧Ｖccの切断時などの逆流防止に大容量のダイオードを用いており、このとき用いられるダイオードは電流能力の大きいものが必要となるため、コスト高となる。
また、充電時には順方向に定常的に電流が流れるので、発熱が大きい等の問題点があった。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で、逆流電流を防止できる充電制御回路を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源と電池（２）との間に設けられ、該電源から該電池（２）に供給される電流を制御する制御トランジスタ（１１０）を有する充電制御回路において、
前記電源から印加される電源電圧（Ｖcc）により駆動され、前記制御トランジスタ（１１０）を制御する充電制御手段を有し、
前記充電制御手段は、
基準電圧を発生する基準電圧回路（１２０）と、
前記電池（２）の充電電圧を入力する入力回路（１３０）と、
前記基準電圧回路（１２０）で生成された前記基準電圧と前記入力回路に入力される前記電池（２）の充電電圧との差電圧を検出する差動増幅回路（１４０）と、
前記差動増幅回路（１４０）で検出された前記差電圧に応じて前記制御トランジスタ（１１０）を制御する出力回路（１３０）とを有し、
前記基準電圧回路（１２０）は、定電圧（Ｖref0）を発生する電圧源（１２１）と、該電圧源（１２１）で発生した定電圧に応じた電流を電源電圧（Ｖcc）から引き込むトランジスタと、前記差動増幅回路（１４０）の動作点を制御する第１のダイオード（Ｄ1）と、該第１のダイオード（Ｄ1）のカソードから定電流を引き込む定電流源（１２２）とから構成され、基準電圧（Ｖref1）を発生し、前記差動増幅回路（１４０）の反転入力端子に供給し、
前記入力回路（１３０）は、前記差動増幅回路（１４０）の動作点を制御する第２のダイオード（Ｄ2、Ｄ3）と、該第２のダイオード（Ｄ2、Ｄ3）から駆動電流を引き込む定電流源（１３）とから構成され、前記電池の充電電圧（Ｖbat）をレベルシフトした電圧（Ｖbat'）を発生し、前記差動増幅回路（１４０）の非反転入力端子に供給する構成とされており、
前記充電制御手段を、前記電池（２）の電圧が前記電源から印加される電源電圧（Ｖcc）より大きい状態であっても前記制御トランジスタ（１１０）を制御可能な動作状態とし、前記差動増幅回路（１４０）の非反転入力端子に供給される前記電池（２）の充電電圧をレベルシフトした電圧（Ｖbat'）が前記差動増幅回路（１４０）の反転入力端子に供給される前記基準電圧回路（１２０）で発生した基準電圧（Ｖref1）より大きい状態のときに、前記充電制御手段によって前記制御トランジスタ（１１０）をオフすることにより、前記電源と前記電池（２）との間にダイオードを接続することなく、前記電池（２）から前記電源への電流の逆流を防止することを特徴とする。
なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載を限定しようとするものではない。
【００１５】
請求項１によれば、被充電回路に印加される電源電圧が切断されたときでも、充電制御手段が動作し、電流制御手段を確実にオフさせることができるので、電源電圧と被充電回路との間に逆流防止用ダイオードなどの特別な素子を追加することなく、電流が電流制御手段を通過して逆流することを防止できる。
また、電源電圧と被充電回路との間に逆流防止用ダイオードが不用となるため、電源電圧から被充電回路に供給される電流のうち逆流防止用ダイオードにより消費されていた電流を低減することができるので、低消費電力化することができるとともに、逆流防止用ダイオードでの発熱をなくすことができるので、回路全体の発熱を大幅に低減できる。
【００１６】
さらに、逆流防止用ダイオードの実装分、実装面積を低減することができ、小型化できる。
請求項２は、前記充電制御手段が、基準電圧を発生する基準電圧源と、
前記基準電圧源で発生された基準電圧と前記充電電圧との差電圧を発生し、該差電圧に応じて前記電流制御手段を制御する差動増幅回路と、
前記基準電圧源とで発生された基準電圧を逆流が発生する電圧に応じてシフトして前記差動増幅回路に供給する基準電圧回路と、
前記充電電圧が供給され、供給された充電電圧を前記基準電圧のシフトに応じてシフトして前記差動増幅回路の供給する入力回路とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２によれば、基準電圧回路により基準電圧をシフトし、入力回路により充電電圧をシフトさせることにより、基準電圧の動作点を制御して、前記充電電圧が前記電源電圧より大きくなったときでも、充電制御手段が動作し、電流制御手段を確実にオフさせることができるので、電源電圧と被充電回路との間に逆流防止用ダイオードなどの特別な素子を追加することなく、電流が電流制御手段を通過して逆流することを防止できる。
【００１８】
請求項３は、前記基準電圧回路が、前記差動増幅回路に供給する基準電位をダイオードによりシフトすることを特徴とする。
請求項３によれば、ダイオードにより基準電圧をシフトし、電流制御手段を制御できるので、簡単な構成で実現できる。
請求項４は、前記入力回路が、前記差動増幅回路に供給する前記充電電圧をダイオードによりシフトすることを特徴とする。
【００１９】
請求項４によれば、ダイオードにより差動増幅回路に供給する充電電圧をシフトし、電流制御手段を制御できるので、簡単な構成で実現できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の充電制御回路の一実施例の回路構成図を示す。
本実施例の充電制御回路１００は、充電すべき電池２と充電電流を供給する電源電圧Ｖccとの間に設けられ、電池２に印加される充電電圧Ｖbat に応じて電源電圧Ｖccから電池２に供給される充電電流Ｉbat を制御する。
【００２１】
充電制御回路１００は、電源電圧Ｖccと電池２との間に接続され、電源電圧Ｖccから電池２に供給される電流を制御する制御トランジスタ１１０、基準電圧Ｖref を発生する基準電圧回路１２０、電池２の充電電圧Ｖbat を入力する入力回路１３０、基準電圧回路１２０で生成された基準電圧Ｖref1 と入力回路１３０から供給された電圧Ｖbat´とを比較して、電圧Ｖbat´と基準電圧Ｖref1 との差電圧を出力する差動増幅回路１４０、差動増幅回路１４０の差電圧に応じて制御トランジスタ１１０を制御する出力回路１５０、電池２と電源電圧Ｖcc側で電位差を発生させる抵抗Ｒ０から構成される。
【００２２】
制御トランジスタ１１０は、ＰＮＰトランジスタから構成され、エミッタに電源電圧Ｖccが印加され、コレクタが抵抗Ｒ0 を介して電池２の正極に接続され、ベースが出力回路１５０の出力端子に接続される。
電源電圧Ｖccと制御トランジスタ１１０のエミッタとの接続点は、基準電圧回路１２０、入力回路１３０、差動増幅回路１４０、出力回路１５０に接続される。基準電圧回路１２０、入力回路１３０、差動増幅回路１４０、出力回路１５０は、電源電圧Ｖccが印加され駆動される。
【００２３】
基準電圧回路１２０は、電圧Ｖref0を発生する電圧源１２１、電圧Ｖref0に応じた電流を供給するＮＰＮトランジスタＱ1 、差動増幅回路１４０の動作点を制御するダイオードＤ1 、ダイオードＤ1 のカソードから定電流を引き込む定電流源１２２から構成され、基準電圧Ｖref1を発生し、差動増幅回路１４０の反転入力端子に供給する。
【００２４】
入力回路１３０は、差動増幅回路１４０の動作点を制御するダイオードＤ2 ，Ｄ3 、駆動電流を引き込む定電流源１３１から構成され、電池２の充電電圧Ｖbat をレベルシフトした電圧Ｖbat´を発生し、差動増幅回路１４０の非反転入力端子に供給する。差動増幅回路１４０は、駆動電流を発生する定電流源１４１、入力トランジスタを構成するＰＮＰトランジスタＱ2 ，Ｑ3 、トランジスタＱ2 ，Ｑ3 から定電流を引き込む定電流回路を構成するＮＰＮトランジスタＱ4 ，Ｑ5 、差電圧を出力する出力回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ6 、定電流源１４２から構成される。差動増幅回路１４０は、基準電圧回路１２０で生成された基準電圧Ｖref1及び入力回路１３０でレベルシフトされた電圧Ｖbat' との差電圧を生成し、出力回路１５０に供給する。
【００２５】
出力回路１５０は、ＮＰＮトランジスタＱ7 ，Ｑ8 、抵抗Ｒ1 から構成され、差動増幅回路１４０で生成された差電圧に応じて制御トランジスタ１１０のベース電位を制御する。
このとき、基準電圧回路１２０のダイオードＤ1 により、ダイオードＤ1 の順方向電圧により差動増幅回路１４０のトランジスタＱ2 のベースと制御トランジスタ１１０のエミッタとの間に電位差を持たせてることにより逆流時でも差動増幅回路１４０に基準電圧Ｖref1を供給し、差動増幅回路１４０を動作状態に維持できるように構成されている。
【００２６】
また、このとき、入力回路１３０のダイオードＤ2 ，Ｄ3 により充電電圧Ｖbat がシフトされ、電圧Ｖbat´と基準電圧Ｖref1 との関係を一定に保持している。基準電圧回路１２０及び入力回路１３０により基準電圧Ｖref0及び充電電圧Ｖbatを次の関係としたときでも差動増幅回路１４０の出力をローレベルに保持する。
【００２７】
Ｖbat＞Ｖcc＞Ｖref0 ・・・（１）
式（１）の関係で、差動増幅回路１４０の出力をローレベルに保持することにより出力回路１５０のトランジスタＱ7 ，Ｑ8 がオフ状態に保持されるため、制御トランジスタ１１０をオフに維持し、電池２側から電源電圧Ｖcc側への電流の逆流を防止できる。
【００２８】
次に、充電制御回路１００の動作を図面とともに説明する。図２に本発明の充電制御回路の一実施例の動作波形図を示す。
図２（Ａ）は充電電圧Ｖbat 、図２（Ｂ）は差動増幅回路１４０の出力電圧、図２（Ｃ）は制御トランジスタ１１０のコレクタ電流を示す。
時刻ｔ11の電池２が十分に充電されていない状態では、電圧Ｖbat´は、基準電圧Ｖref1より小さくなる。電圧Ｖbat´が基準電圧Ｖref1 より小さくなると、出力回路１５０の出力電圧はローレベルとなる。このため、制御トランジスタ１１０のベース電位が低下するので、制御トランジスタ１１０はオンし、電源電圧Ｖccから電池２に充電電流が流れる。
【００２９】
また、時刻ｔ12で、電池２が十分に充電されると、電圧Ｖbat´が基準電圧Ｖref1 より大きくなる。電圧Ｖbat´が基準電圧Ｖref1 より大きくなると、出力回路１５０の出力電圧はハイレベルとなる。このため、制御トランジスタ１１０のベース電位が上昇するので、制御トランジスタ１１０はオフし、電源Ｖccから電池２への充電電流の供給が切断される。
【００３０】
さらに、時刻ｔ13で、電源電圧Ｖccの切断等により、電池２の充電電圧Ｖbatが電源電圧Ｖccより大きくなり、
Ｖbat ＞Ｖcc＞Ｖref0
となった場合でも、本実施例では、差動増幅回路１４０は基準電圧回路１２０のダイオードＤ1 により基準電圧Ｖref1の供給が維持されるため、動作状態に維持される。
【００３１】
このとき、差動増幅回路１４０に供給される充電電圧Ｖbat ’は、基準電圧Ｖref1より大きいため、差動増幅回路１４０の出力はローレベルとなり、出力回路１５０は確実にオフされる。出力回路１５０がオフされると、制御トランジスタ１１０のベース電位がハイレベルとなるので、制御トランジスタ１１０は確実にオフする。
【００３２】
制御トランジスタ１１０が確実にオフに維持されるので、電池２側から電源Ｖcc側に電流が逆流することはない。
以上、本実施例によれば、電源Ｖccが切断されたときに、制御トランジスタ１１０を確実にオフすることにより、制御トランジスタ１１０で逆流を防止できるため、電源Ｖccと電池２との間にダイオードを直列に接続する必要がなく、よって、ダイオードでの電力消費をなくすことができ、消費電力を低減できる。
【００３３】
また、電源Ｖccと電池２との間にダイオードを直列に接続する必要がなく、充電制御回路１００を実装する基板上でダイオードのスペースを削除でき、したがって、実装面積を縮小することができる。
さらに、大電流が流れるダイオードがないので、ダイオードでの発熱をなくすことができ、よって、充電時の発熱を減少させることができ、実装の自由度を向上することができる。
【００３４】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、被充電回路に印加される電源電圧が切断された時でも、充電制御手段が動作し、電流制御手段を確実にオフさせることができるので、逆流防止用ダイオードなどの特別な素子を追加することなく、電流が電流制御手段を通過して逆流することを防止できる。このため、逆流防止用ダイオードにより消費されていた電流を低減することができるので、低消費電力化することができるとともに、逆流防止用ダイオードでの発熱をなくすことができるので、回路全体の発熱を大幅に低減でき、また、逆流防止用ダイオードの実装分、実装面積を低減することができ、小型化できる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の充電制御回路の一実施例の回路構成図である。
【図２】本発明の充電制御回路の一実施例の動作波形図である。
【図３】従来の充電制御回路の一例のブロック構成図である。
【図４】従来の充電制御回路の一例の動作波形図である。
【符号の説明】
２  電池
１００  充電制御回路
１１０  制御トランジスタ
１２０  基準電圧回路
１２１  基準電圧源
１２２  定電流源
１３０  入力回路
１３１  定電流源
１４０  差動増幅回路
１４１  定電流源
１５０  出力回路
Ｒ0 ，Ｒ1   抵抗
Ｄ1 〜Ｄ3   ダイオード
Ｑ1 ，Ｑ4 ，Ｑ5 ，Ｑ7 ，Ｑ8   ＮＰＮトランジスタ
Ｑ2 ，Ｑ3 ，Ｑ6   ＰＮＰトランジスタ
【図１】
0003983854.tif 000002
【図２】
0003983854.tif 000003
【図３】
0003983854.tif 000004
【図４】
0003983854.tif 000005