(57)【要約】【課題】簡易な構成でフィードバックが可能な電流制御回路を提供する。【解決手段】充電制御部３０ａは、外部電圧Ｖｅｘｔを受け電池１１０を充電する。検出抵抗Ｒｓは、電池１１０の充電経路上に設けられる。基準抵抗Ｒｒｅｆは、第１端子が、検出抵抗Ｒｓの第１端子と共通に接続される。定電流源５４は、基準抵抗Ｒｒｅｆに所定の定電流Ｉｃ１を供給する。誤差増幅器５２は、検出抵抗Ｒｓの第２端子の検出電圧Ｖｓと基準抵抗Ｒｒｅｆの第２端子の基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差に応じた誤差電圧Ｖｅｒｒを生成する。充電ドライバ５０は、誤差増幅器５２からの誤差電圧Ｖｅｒｒを受け、フィードバックにより検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆと一致するように電池１１０に充電電流Ｉｃｈｇを供給して充電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電圧を受け電池を充電する充電制御回路であって、
前記電池の充電経路上に設けられた検出抵抗と、
第１端子が、前記検出抵抗の第１端子と共通に接続された基準抵抗と、
前記基準抵抗に所定の定電流を供給する定電流源と、
前記検出抵抗の第２端子の検出電圧と前記基準抵抗の第２端子の基準電圧との誤差に応じた誤差電圧を生成する誤差増幅器と、
前記誤差増幅器からの前記誤差電圧を受け、フィードバックにより前記検出電圧が前記基準電圧と一致するように前記電池に充電電流を供給して充電する充電ドライバと、
を備えることを特徴とする充電制御回路。
【請求項２】
前記検出抵抗の前記第１端子と前記基準抵抗の前記第１端子は、前記電池が接続される電池端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の充電制御回路。
【請求項３】
前記誤差増幅器の電源電圧を前記外部電圧としたことを特徴とする請求項１または２に記載の充電制御回路。
【請求項４】
電池と、
外部電源が着脱可能なアダプタ端子と、
前記電池を充電する請求項１または２に記載の充電制御回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。
【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制御回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の携帯電話、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、ノート型パーソナルコンピュータなどのさまざまな電子機器には、デジタル信号処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）や、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、あるいは、液晶パネル、その他のアナログ、デジタル回路など、多くの電子回路が搭載される。電源として電池が搭載される電池駆動型の電子機器においては、機器内部の各電子回路は、電池からの電池電圧によって動作する。
【０００３】
近年では、再充電が可能なリチウムイオン電池やニッケル水素電池などの２次電池が利用される。２次電池の充電動作は、一般に以下のプロセスを経る。すなわち、電池電圧が低い状態では予備充電を行い、電池電圧がある程度大きくなると充電電流をフィードバックし、充電電流が一定となるように充電を行い（定電流充電）、電池電圧が満充電状態に近づくと電池電圧をフィードバックし、電池電圧が所定の基準電圧（満充電電圧）と一致するように充電を行う（定電圧充電）。電池電圧が基準電圧と一致すると、フル充電が検出され、充電動作が停止する。充電完了後、電池の消耗にともなって電池電圧が所定のしきい値電圧（再充電検出電圧）まで低下すると、再充電が開始される（再充電検出）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３１３４４８号公報
【特許文献２】特開２００１−１８６６８４号公報
【特許文献３】特開２００３−２０４６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献に記載されるように、定電流充電を行うためには、電池に供給される充電電流を電圧に変換し、基準電圧と一致するようにフィードバックをかけるのが一般的である。通常、充電電流を電圧に変換する場合、検出抵抗に充電電流に応じた電流を流し、その結果発生する電圧降下を利用する。かかる回路において、検出抵抗の一端が接地されていない場合には、電圧降下を接地電圧を基準とする電圧に再変換する変換回路が必要であった。つまり変換回路によって、電圧降下を電流に変換し、一端が接地された抵抗にその電流を流すことにより接地電圧を基準とする電圧に変換し、誤差増幅器によって基準電圧との比較を行う。そのための変換回路が必要となり、回路面積が増大するという問題があった。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成でフィードバックが可能な電流制御回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、外部電圧を受け電池を充電する充電制御回路に関する。この充電制御回路は、外部電源から外部電圧を受ける入力端子と、電池が接続される電池端子と、電池の充電経路上に設けられた検出抵抗と、第１端子が、検出抵抗の第１端子と共通に接続された基準抵抗と、基準抵抗に所定の定電流を供給する定電流源と、検出抵抗の第２端子の検出電圧と、基準抵抗の第２端子の基準電圧との誤差に応じた誤差電圧を生成する誤差増幅器と、誤差増幅器からの誤差電圧を受け、フィードバックにより検出電圧が基準電圧と一致するように電池に充電電流を供給して充電する充電ドライバと、を備える。
【０００８】
この態様によれば、検出抵抗には充電電流に比例した電圧降下が発生し、基準抵抗には定電流に比例した電圧降下が発生する。したがって、２つの電圧降下が一致するようにフィードバックをかけることにより、検出電圧に生ずる電圧を電圧電流変換、電流電圧変換というプロセスを経ずに、基準電圧と比較することができる。
【０００９】
検出抵抗の第１端子と基準抵抗の第１端子は、電池端子と接続されてもよい。
【００１０】
誤差増幅器の電源電圧を外部電圧としてもよい。この態様によれば、誤差増幅器の電源電圧を電池電圧にする必要がないため外部電圧を利用することができ、電池電圧が低くても定電流充電を行うことができる。
【００１１】
本発明の別の態様は、電子機器である。この電子機器は、電池と、外部電源が着脱可能なアダプタ端子と、上述の充電制御回路と、を備える。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡易な構成でフィードバックをかけることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１５】
本明細書において、「部材Ａが部材Ｂに接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００１６】
また本明細書において、電圧信号あるいは抵抗に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値あるいは抵抗値を表すものとする。
【００１７】
図１は、実施の形態に係る電源管理回路１００を備える電子機器２００の構成を示す回路図である。電子機器２００は、たとえば携帯電話端末や、ＰＤＡ、ノート型ＰＣなどの電池駆動型の情報端末機器である。電子機器２００は、電源管理回路１００、電池１１０、アダプタ端子１１４、負荷１１２を備える。
【００１８】
電池１１０は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などの２次電池であり電池電圧Ｖｂａｔを出力する。アダプタ端子１１４は、ＡＣアダプタやＵＳＢ（Universal Serial Bus）などの外部電源２１０が着脱可能な端子であり、外部電源２１０からの電圧（以下、外部電圧という）Ｖｅｘｔを受ける。電源管理回路１００は、外部電圧Ｖｅｘｔを利用して電池１１０を充電する。また電源管理回路１００は電池電圧Ｖｂａｔを所定の電圧に昇圧もしくは降圧して安定化させ、負荷１１２に供給する。負荷１１２は図示しないＤＳＰ、液晶パネルをはじめ、その他のアナログ回路、デジタル回路を含む。
【００１９】
電源管理回路１００は、充電制御部３０ａ、電源回路６２を含む。アダプタ端子１０２には外部電圧Ｖｅｘｔが印加されるとともに、電池端子１０４には電池１１０が接続される。電源回路６２はスイッチングレギュレータやリニアレギュレータを含み、電池電圧Ｖｂａｔまたは外部電圧Ｖｅｘｔのいずれかを選択、安定化し、負荷１１２に出力する。
【００２０】
充電制御部３０ａは、外部電圧Ｖｅｘｔを受け電池１１０を充電する。充電制御部３０ａは、すなわち電池１１０に一定の充電電流Ｉｃｈｇを供給して充電する。
【００２１】
充電制御部３０ａは、外部電圧Ｖｅｘｔを受ける。充電制御部３０ａは、充電ドライバ５０、誤差増幅器５２、定電流源５４、検出抵抗Ｒｓ、基準抵抗Ｒｒｅｆを含む。
【００２２】
検出抵抗Ｒｓは、アダプタ端子１０２から充電ドライバ５０を経て電池１１０へと至る充電経路上に、言い換えれば充電電流Ｉｃｈｇの経路上に設けられる。検出抵抗Ｒｓの第１端子は電池端子１０４と接続される。
【００２３】
検出抵抗Ｒｓに充電電流Ｉｃｈｇが流れると、充電電流Ｉｃｈｇに比例した電圧降下ΔＶｓ（＝Ｉｃｈｇ×Ｒｓ）が発生する。検出抵抗Ｒｓの第２端子に生ずる検出電圧Ｖｓは、Ｖｓ＝Ｖｂａｔ＋ΔＶｓで与えられる。
【００２４】
基準抵抗Ｒｒｅｆは、その第１端子が、検出抵抗Ｒｓの第１端子と共通に接続される。つまり基準抵抗Ｒｒｅｆの第１端子は、電池端子１０４と接続される。定電流源５４は、基準抵抗Ｒｒｅｆに所定の定電流Ｉｃ１を供給する。基準抵抗Ｒｒｅｆには定電流Ｉｃ１に比例した電圧降下ΔＶｒｅｆが発生する。基準抵抗Ｒｒｅｆの第２端子に生ずる基準電圧Ｖｒｅｆは、Ｖｒｅｆ＝Ｖｂａｔ＋ΔＶｒｅｆで与えられる。
【００２５】
誤差増幅器５２は、検出抵抗Ｒｓの第２端子の検出電圧Ｖｓと基準抵抗Ｒｒｅｆの第２端子の基準電圧Ｖｒｅｆとの誤差に応じた誤差電圧Ｖｅｒｒを生成する。
充電ドライバ５０は誤差増幅器５２からの誤差電圧Ｖｅｒｒを受け、フィードバックにより充電電流Ｉｃｈｇが所定の定電流と一致するように電池１１０を充電する。充電ドライバ５０は、一端が電池１１０側に接続され、他端が外部電源２１０側に接続された出力トランジスタを含んでもよい。この場合、出力トランジスタのゲート（ベース）に誤差電圧Ｖｅｒｒに応じた電圧を印加し、出力トランジスタのオン抵抗を制御することにより充電状態が調節される。ただし、充電ドライバ５０は、このようなリニアレギュレータ形式に限定されず、スイッチングレギュレータ形式でもよい。スイッチングレギュレータの場合、誤差電圧Ｖｅｒｒを三角波もしくはのこぎり波状の周期電圧でスライスし、パルス幅変調された信号を生成し、この信号にもとづいてスイッチング素子のオン、オフを制御する。充電ドライバ５０はこのほか、公知のさまざまな回路を利用できる。
【００２６】
誤差増幅器５２の電源電圧は、外部電圧Ｖｅｘｔである。つまり、誤差増幅器５２は電池電圧Ｖｂａｔの大小にかかわらず、外部電源２１０が接続された状態において常に動作可能である。
【００２７】
以上のように構成された充電制御部３０ａの動作を説明する。誤差増幅器５２の一方の入力端子には検出電圧Ｖｓが入力され、他方の入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。充電ドライバ５０は誤差電圧Ｖｅｒｒを受け、フィードバックにより充電電流Ｉｃｈｇを調整するから、フィードバックの安定状態において、誤差増幅器５２の２つの入力電圧にはイマジナリショートが成り立つ。
Ｖｓ＝Ｖｒｅｆ  …（１）
Ｖｓ＝Ｖｂａｔ＋Ｉｃ１×Ｒｒｅｆ  …（２）
Ｖｒｅｆ＝Ｖｂａｔ＋Ｉｃｈｇ×Ｒｓ  …（３）
【００２８】
式（１）〜（３）より、充電電流Ｉｃｈｇが安定化された状態では、
Ｖｂａｔ＋Ｉｃ１×Ｒｒｅｆ＝Ｖｂａｔ＋Ｉｃｈｇ×Ｒｓ  …（４）
が成り立つ。両辺からＶｂａｔを減ずれば、
Ｉｃ１×Ｒｒｅｆ＝Ｉｃｈｇ×Ｒｓ  …（５）
を得、さらに式（５）を変形すれば、
Ｉｃｈｇ＝Ｉｃ１×Ｒｒｅｆ／Ｒｓ  …（６）
を得る。
【００２９】
図１の充電制御部３０ａによれば、充電電流Ｉｃｈｇを式（６）で与えられる目標値に近づけて定電流充電を行うことができる。
【００３０】
図１の充電制御部３０ａの効果、利点は、図２の回路との対比によってより明確となる。図２は、接地電圧を基準とした電圧比較を行う充電制御部３０ｂの回路図である。図２の充電制御部３０ｂは、充電電流Ｉｃｈｇの経路上に設けられた検出抵抗Ｒｓと、検出抵抗Ｒｓに発生する電圧降下ΔＶｓを電流Ｉ１に変換し、電流Ｉ１を接地電圧を基準とした検出電圧Ｖｓに変換する変換回路７０と、基準電圧Ｖｒｅｆと検出電圧Ｖｓの誤差を増幅した誤差電圧Ｖｅｒｒを生成する誤差増幅器７８と、誤差電圧Ｖｅｒｒにもとづいてフィードバックにより充電電流Ｉｃｈｇを調節する充電ドライバ５０を備える。
【００３１】
変換回路７０は、誤差増幅器７１、抵抗Ｒ７０、Ｒ７１、トランジスタ７２を含む。抵抗Ｒ７０、トランジスタ７２、抵抗Ｒ７１は、検出抵抗Ｒｓの一端と接地端子間に直列に設けられる。誤差増幅器７１の一方の入力端子は、抵抗Ｒ７０とトランジスタ７２の接続点と接続され、誤差増幅器７１の他方の入力端子は、検出抵抗Ｒｓの他端と接続される。誤差増幅器７１の出力はトランジスタ７２のゲートに接続される。検出抵抗Ｒｓに発生する電圧降下ΔＶｓ（＝Ｉｃｈｇ×Ｒｓ）が抵抗Ｒ７０の両端に印加され、抵抗Ｒ７０、トランジスタ７２、抵抗Ｒ７１を含む経路には、電流Ｉ１（＝ΔＶｓ／Ｒ７０）が流れる。電流Ｉ１が抵抗Ｒ７１に流れると、電圧降下Ｖｓ（＝Ｉ１×Ｒ７１）が発生する。つまり、検出電圧Ｖｓは、
Ｖｓ＝Ｉｃｈｇ×Ｒｓ／Ｒ７０×Ｒ７１
となる。Ｖｓ＝Ｖｒｅｆが成り立つようにフィードバックがかかり、充電電流Ｉｃｈｇは、
Ｉｃｈｇ＝Ｖｒｅｆ／Ｒｓ×Ｒ７０／Ｒ７１
を目標値として安定化される。
【００３２】
図２の回路には以下の問題点がある。
第１に、図２の回路を用いると変換回路７０が必要となるため、回路面積が増大してしまう。
第２に、誤差増幅器７１にはイマジナリショートが成り立つから、トランジスタ７２と抵抗Ｒ７０の接続点の電位は、電池電圧Ｖｂａｔと等しくなる。電池電圧Ｖｂａｔが低下すると、トランジスタ７２が飽和し、電圧降下ΔＶｓを検出電圧Ｖｓに変換できなくなり、定電流充電が不能となる。
第３に、電池電圧Ｖｂａｔが低い場合に電池１１０を充電可能なプリチャージ回路８０を設ける必要がある。
【００３３】
図１の充電制御部３０ａを用いれば、上記３つの問題点の少なくともひとつを解決できる。すなわち、変換回路７０が不要であるため、回路面積を小さくできる。また、電池電圧Ｖｂａｔが低下しても、図１の充電制御部３０ａは外部電圧Ｖｅｘｔを電源電圧として動作するために動作不能とならず、定電流充電を行うことができる。さらに、電池電圧Ｖｂａｔが低下しても定電流充電が可能であるため、プリチャージ回路８０が不要となるという利点がある。
【００３４】
また、定電流Ｉｃ１を調節することにより、もしくは検出抵抗Ｒｓ、基準抵抗Ｒｒｅｆのいずれかをトリミングすることによって充電電流Ｉｃｈｇの目標値を調節できる。
【００３５】
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３６】
たとえば実施の形態では、検出抵抗Ｒｓの第１端子、基準抵抗Ｒｒｅｆの第１端子を電池端子１０４に接続したが、本発明はこれに限定されない。検出抵抗Ｒｓや基準抵抗Ｒｒｅｆは、第１端子同士が共通接続されていればよく、配置箇所は適宜変更して構わない。
【００３７】
実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施の形態に係る電源管理回路を備える電子機器の構成を示す回路図である。
【図２】接地電圧を基準とした電圧比較を行う充電制御部の回路図である。
【符号の説明】
【００３９】
１００…電源管理回路、１０２…アダプタ端子、１０４…電池端子、１１０…電池、１１２…負荷、１１４…アダプタ端子、２００…電子機器、２１０…外部電源、３０ａ…充電制御部、５０…充電ドライバ、５２…誤差増幅器、５４…定電流源、６２…電源回路、Ｒｒｅｆ…基準抵抗、Ｒｓ…検出抵抗、Ｖｒｅｆ…基準電圧、Ｖｓ…検出電圧、Ｖｅｘｔ…外部電圧、Ｖｂａｔ…電池電圧。
【図１】
2009071963.tif 000003
【図２】
2009071963.tif 000004