(57)【要約】【課題】  この発明は、発熱や電力損失が小さく、高精度に二次電池の満充電状態を検出することができる充電装置を提供する。【解決手段】  この発明は、充電池１４に対して定電圧充電を行う定電圧充電部１８と、充電池に対して定電流充電を行う定電流充電部２０と、充電電流を電圧に変換する抵抗Ｒ１と、半導体集積回路の外部に充電電流をカレントミラーした電流が流れることにより充電電流をモニターする抵抗Ｒ２と、充電電流を検出する充電電流検出回路２２と、充電電流検出回路２２の出力に基づき定電圧充電部１８および定電流充電部２０を制御する制御部２４と、を備え、充電電流検出回路２２に抵抗Ｒ１からの出力と抵抗Ｒ２により充電電流をカレントミラーした電流により電圧変換された出力とを与え、半導体集積回路の温度特性による誤差を補償する。【選択図】    図１
2009225594.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電池に対して定電圧充電を行う定電圧充電部と、充電池に対して定電流充電を行う定電流充電部と、充電電流を電圧に変換する第１の抵抗と、半導体集積回路の外部に充電電流をカレントミラーした電流が流れることにより充電電流をモニターする第２の抵抗と、充電電流を検出する充電電流検出手段と、前記充電電流検出手段の出力に基づき前記定電圧充電部及び定電流充電部を制御する制御部と、を備え、前記充電電流検出手段に前記第１の抵抗からの出力と前記第２の抵抗により充電電流をカレントミラーした電流により電圧変換された出力とを与え、半導体集積回路の温度特性による誤差を補償することを特徴とする二次電池の充電装置。
【請求項２】
前記定電圧充電部は、所定の定電圧を生成して出力する定電圧発生回路と、前記二次電池の電圧とその定電圧とを比較し、その比較結果を示す信号を出力する電圧比較器と、前記比較結果を示す信号に応じた電流を、所定の直流電源から前記二次電池に出力する制御トランジスタとを備えることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電装置。
【請求項３】
前記電圧比較器の出力をカレントミラー用として前記定電流充電部に与えることを特徴とする請求項２に記載の二次電池の充電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、携帯電話装置等に用いられる二次電池の充電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、携帯電話等の移動無線通信機では、電源として二次電池が使用される。特に、リチウムイオン電池は、単位体積当たりのエネルギー密度および単位質量当たりのエネルギー密度が大きく、それを搭載する機器の小型軽量化を可能にする。リチウムイオン電池を充電する場合、電池の電圧を一定に保って充電電流を供給する定電圧充電方式や、定電流充電の後に定電圧充電を行う定電流・定電圧充電方式が採用される。いずれの方式を実現する充電回路も、定電圧充電時に充電電流があらかじめ決められた満充電電流以下になったことを検出して、充電を完了する。
【０００３】
以下に、従来の二次電池の充電装置について説明する。図２は、従来の二次電池の充電回路を示す図である。図２において、充電回路は、充電電流を供給するＡＣアダプタ１１０、ＡＣアダプタ１１０が接続されたことを検出するアダプタ検出回路１１２、二次電池１１４の電圧を検出する電池電圧検出回路１１６、二次電池１１４に対して定電圧充電を行う定電圧回路１１８、二次電池１１４に流れる充電電流を検出する充電電流検出回路１２２、二次電池１１４に定電流を供給する定電流回路１２０、充電電流を電圧に変換する抵抗Ｒ１、二次電池１１４からＡＣアダプタ１１０へ流れる電流を阻止するダイオードＤ１、および、定電圧回路１１８の駆動制御を行う充電制御回路１２４から成る。ここで、ＡＣアダプタ１１０は端子１３０に接続される。二次電池１１４は端子１４０に接続される。
【０００４】
定電圧回路１１８は、基準電圧Ｅ１を発生する定電圧発生回路１４０と制御トランジスタＭ１とオペアンプＡ１とから構成される。また、充電電流検出回路１２２は、基準電圧Ｅ２を発生する定電圧発生回路１４２とオペアンプＡ２とから構成される。また、アダプタ検出回路１１２は、基準電圧Ｅ３を発生する定電圧発生回路１４４とオペアンプＡ３とから構成される。抵抗Ｒ１は、ＡＣアダプタ１１０とＰチャネル型ＭＯＳ（以下、ＰＭＯＳという。）トランジスタからなる制御トランジスタＭ１との間に接続され、ダイオードＤ１は、制御トランジスタＭ１と二次電池１１４との間に接続される。
【０００５】
以下に、この充電回路の動作を説明する。充電回路の電源であるＡＣアダプタ１１０が端子１３０で回路に接続され、端子１３０に接続されたオペアンプＡ３の一方の入力端電圧が所定の基準電圧Ｅ３以上になると、アダプタ検出回路１１２は、充電制御回路１２４に所定の信号Ｓｇ１を送る。
【０００６】
また、電池電圧検出回路１１６は、二次電池１４の電圧を検出し、電池電圧信号Ｓｇ２を生成して充電制御回路１２４に出力する。充電制御回路１２４は、信号Ｓｇ１が入力されると起動し、電池電圧信号Ｓｇ２が入力されると、定電流回路１２０に定電流制御信号Ｓｇ３を出力する。定電流回路１２０は、定電流制御信号Ｓｇ３が入力されると起動する。ここで、定電流回路１２０は、その内部に２つの電流源を備え、電流値の異なる２種類の電流のうち一方を、Ｉｂによって示される向きに出力することができる。充電制御回路１２４は、入力された電池電圧信号Ｓｇ２から二次電池１１４の電圧が所定の電圧Ｖ１より小さいことを検出すると、定電流回路１２０に対し、定電流制御信号Ｓｇ３と共に、定電流値切替信号Ｓｇ４を出力する。これは、二次電池１４の電圧がＶ１より小さい場合、つまり、二次電圧１１４が過放電状態にある場合は、いきなり大電流で充電すると不具合が生じるので、充電電流を絞るために行う。これにより、定電流回路１２０は、定電流値切替信号Ｓｇ４が入力されると、予備充電用の電流を出力する。
【０００７】
充電制御回路１２４は、二次電池１１４が予備充電用の電流で充電され、電池電圧検出回路１１６からの電池電圧信号Ｓｇ２によって、二次電池１１４の電圧が所定の電圧Ｖ１に到達したことを検知すると、二次電池１１４が正常な電池であると判断して、定電流回路１２０に定電流値切替信号Ｓｇ４を出力する。これにより、定電流回路１２０は、予備充電用よりも大きい急速充電用電流を二次電池１１４に出力する。ここで、急速充電用電流は、定電圧充電が完了したときに二次電池１１４に流れる満充電電流と同じ値である。さらに、充電制御回路１２４は、定電圧回路１１８に充電制御信号Ｓｇ５を出力し、定電圧回路１１８を起動させる。定電圧回路１１８は、二次電池１１４に対し、Ｉcによって示される向きに充電電流を出力する。以降、二次電池１１４は、定電圧回路１１８と定電流回路１２０の両方から出力される電流で充電される。
【０００８】
上記定電流回路１２０には、カレントミラー回路が設けられ、当該カレントミラー回路を用いて定電流制御が行われている。
【０００９】
その後、二次電池１１４の電圧がさらに上昇して、定電圧回路１１８の基準電圧Ｅ１にほぼ等しい電圧Ｖ２に到達すると、二次電池１１４の電圧はそれ以上上昇せずに一定に保持され、充電電流だけが徐々に減少するようになる。このとき、オペアンプＡ１は、二次電池１１４の電圧と基準電圧Ｅ１とを比較し、その差に応じてｐＭＯＳトランジスタＭ１のゲート（制御端子）に正のゲート電圧（制御電圧）を印加している。
【００１０】
二次電池１１４の電圧が大きくなると、印加されるゲート電圧も大きくなるので、ドレイン電流が徐々に制限される。つまり、二次電池１１４に供給される充電電流が除々に減少する。二次電池１１４の電圧が電圧Ｖ２に到達すると、定電流充電から定電圧充電に移行する。そして、満充電電流以下になったことを検出して、充電を完了する。
【００１１】
充電制御装置内に設けた抵抗素子で充電電流を検出することは種々の装置に用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−３４８７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように従来の充電装置は、充電電流を検出するために抵抗Ｒ１を用いている。しかし、充電開始時において、充電電流は大電流であり、大きな電圧降下を伴うことから、抵抗Ｒ１の発熱が非常に大きくなる。また、これによる電力損失も大きい。このような発熱や電力の無駄を少なくするために、抵抗Ｒ１の抵抗値を小さくすることも考えられるが、定電圧充電を行うことにより、充電完了を検出する時の、電流が小さくなるので、抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧が小さくなる。
【００１３】
また、電流検出回路１２２のオペアンプやその他の回路を構成するトランジスタ、抵抗Ｒ１には、温度特性があり、この温度特性により、充電電流の電流検出精度が左右され、充電電流の検出精度が低下するという問題があった。特に、抵抗Ｒ１の抵抗値を小さくした場合に影響が大きい。
【００１４】
この発明は、発熱や電力損失が小さく、高精度に二次電池の満充電状態を検出することができる充電装置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】
【００１５】
この発明は、充電池に対して定電圧充電を行う定電圧充電部と、充電池に対して定電流充電を行う定電流充電部と、充電電流を電圧に変換する第１の抵抗と、半導体集積回路の外部に充電電流をカレントミラーした電流が流れることにより充電電流をモニターする第２の抵抗と、充電電流を検出する充電電流検出手段と、前記充電電流検出手段の出力に基づき前記定電圧充電部および定電流充電部を制御する制御部と、を備え、前記充電電流検出手段に前記第１の抵抗からの出力と前記第２の抵抗により充電電流をカレントミラーした電流により電圧変換された出力とを与え、半導体集積回路の温度特性による誤差を補償することを特徴とする。
【００１６】
前記定電圧充電部は、所定の定電圧を生成して出力する定電圧発生回路と、前記二次電池の電圧とその定電圧とを比較し、その比較結果を示す信号を出力する電圧比較器と、前記比較結果を示す信号に応じた電流を、所定の直流電源から前記二次電池に出力する制御トランジスタとを備えて構成される。
【００１７】
また、前記電圧比較器の出力をカレントミラー用として前記定電流充電部に与えるように構成すればよい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明は、モニター用抵抗素子を半導体集積回路とは別の外付けの素子で構成しているので、半導体集積回路の温度特性による誤差を補償することができ、充電電流の電流検出精度を向上させることができる。また、半導体集積回路の製造の際のばらつきには無関係で、正確な抵抗値のものが容易に得られる。従って、充電電流の電流検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。
【００２０】
図１は、この発明の第１の実施の形態による充電装置を示す回路図である。図１において、充電回路は、充電電流を供給するＡＣアダプタ１０、ＡＣアダプタ１０が接続されたことを検出するアダプタ検出回路１２、二次電池１４の電圧を検出する電池電圧検出回路１６、二次電池１４に対して定電圧充電を行う定電圧回路１８、二次電池１４に定電流を供給する定電流回路２０、充電電流を電圧に変換する抵抗Ｒ１、充電電流検出回路２２、二次電池１４からＡＣアダプタ１０へ流れる電流を阻止するダイオードＤ１、モニター用抵抗Ｒ２および、定電圧回路１８と定電流回路２０の駆動制御を行う充電制御回路２４からなる。
【００２１】
ＡＣアダプタ１０は、端子３０に接続される。二次電池１４は端子３２に接続される。定電圧回路１８は、基準電圧Ｅ１を発生する定電圧発生回路４０とＰＭＯＳトランジスタからなる制御トランジスタＭ１とオペアンプＡ１とから構成され、制御トランジスタＭ１の駆動を制御する。また、オペアンプＡ１の出力はカレントミラー用に定電流回路２０に与えられている。
【００２２】
半導体集積回路１の端子には、外付けのモニター用抵抗Ｒ２が設けられ、この抵抗Ｒ２は、他端は接地されている。この抵抗Ｒ２に充電電流をカレントミラーした電流が流れる。抵抗Ｒ２の定電流回路２０のノード２０ａには、充電電流をカレントミラーした電流が流れることにより、充電電流に対応する電圧が得られる。この外付けのモニター用抵抗Ｒ２は、半導体集積回路1内の半導体素子の温度特性を補償するために設けられる。このため、モニター用抵抗Ｒ２の温度特性は小さいもので構成される。さらに、半導体集積回路の製造ばらつきに関係なく抵抗値も精度が良いものを用いている。このノード２０ａの出力が電流検出回路２２に与えられる。
【００２３】
電流検出回路２２は、抵抗Ｒ１の両端の電圧とノード２０ａからの充電電流をカレントミラーした電流により抵抗Ｒ２により生じた電圧とが与えられ、ノード２０ａの電圧で、抵抗Ｒ１並びに電流検出回路２２内の各素子の温度特性を補償するように動作させ、温度特性による誤差を小さくした検出出力を充電制御回路２４に出力する。
【００２４】
アダプタ検出回路１２は、基準電圧Ｅ３を発生する定電圧発生回路４４とオペアンプＡ３とから構成される。また、ダイオードＤ１は、制御トランジスタＭ１と二次電池１４との間に接続され、二次電池１４から制御トランジスタＭ１および抵抗Ｒ１を介してＡＣアダプタ１０に電流が逆流することを防止する。
【００２５】
以下に、この充電回路の動作を説明する。ＡＣアダプタ１０が端子３０で回路に接続され、かつ、ＡＣアダプタ１０の電圧が所定値以上になると、アダプタ検出回路１２は、充電制御回路２４に所定の信号ＳＧ１を出力する。また、電池電圧検出回路１６は、二次電池１４の電圧を検出して電池電圧信号ＳＧ２を出力する。
【００２６】
充電制御回路２４は、信号Ｓｇ１が入力されると起動し、電池電圧信号Ｓｇ２が入力されると、定電流回路２０に定電流制御信号Ｓｇ３を出力する。定電流回路２０は、定電流制御信号Ｓｇ３が入力されると起動する。定電流回路２０は、その内部に２つの電流源を備え、電流値の異なる２種類の電流のうち一方を、ＩＢによって示される向きに出力することができる。充電制御回路２４は、入力された電池電圧信号Ｓｇ２から二次電池１４の電圧が所定の電圧Ｖ１より小さいことを検出すると、定電流回路２０に対し、定電流制御信号Ｓｇ３と共に、定電流値切替信号Ｓｇ４を出力する。これは、二次電池１４の電圧がＶ１より小さい場合、つまり、二次電圧１４が過放電状態にある場合は、いきなり大電流で充電すると不具合が生じるので、充電電流を絞るために行う。これにより、定電流回路２０は、定電流値切替信号Ｓｇ４が入力されると、予備充電用の電流を出力する。
【００２７】
リチウムイオン電池の場合、電圧Ｖ１は、約２．５Ｖに設定され、予備充電用電流値は、通常、数ｍＡ〜数十ｍＡ程度である。以上のように、定電流回路２０に定電流制御信号Ｓｇ３が出力されると、二次電池１４の充電が始まる。
【００２８】
充電制御回路２４は、二次電池１４が予備充電用の電流で充電され、電池電圧検出回路１６からの電池電圧信号Ｓｇ２によって、二次電池１４の電圧が所定の電圧Ｖ１に到達したことを検知すると、二次電池１４が正常な電池であると判断して、定電流回路２０に定電流値切替信号Ｓｇ４を出力する。これにより、定電流回路２０は、予備充電用よりも大きい急速充電用電流を二次電池１４に出力する。ここで、急速充電用電流は、定電圧充電が完了したときに二次電池１４に流れる満充電電流と同じ値であり、この実施形態では６５０ｍＡである。さらに、充電制御回路２４は、定電圧回路１８に充電制御信号Ｓｇ５を出力し、定電圧回路１８を起動させる。定電圧回路１８は、二次電池１４に対し、Ｉcによって示される向きに充電電流を出力する。以降、二次電池１４は、定電圧回路１８と定電流回路２０の両方から出力される電流で充電される。
【００２９】
上記定電流回路２０には、カレントミラー回路が設けられ、当該カレントミラー回路を用いて定電流制御が行われている。
【００３０】
充電電流は、抵抗素子Ｒ１により電圧に変換され、充電電流の電位が電圧検出回路２２に与えられる。上述したように、電圧検出回路２２にノード２０ａからの充電電流をカレントミラーした電流により抵抗Ｒ２により発生した電圧とが与えられる。そして、その電圧は、充電電流検出回路２２に入力される。充電電流検出回路２２は、その入力された両電圧を用いて、充電電流が所定値を下回ったことを検知すると、充電制御回路２４に、所定の充電完了信号ＳＧ６を送る。充電制御回路２４は、充電完了信号ＳＧ６が入力されると、充電制御信号ＳＧ５を出力して、定電圧回路１８の動作を停止させる。
【００３１】
その後、二次電池１４の電圧がさらに上昇して、定電圧回路１８の基準電圧Ｅ１にほぼ等しい電圧Ｖ２に到達すると、二次電池１４の電圧はそれ以上上昇せずに一定に保持され、充電電流だけが徐々に減少するようになる。このとき、オペアンプＡ１は、二次電池１４の電圧と基準電圧Ｅ１とを比較し、その差に応じてｐＭＯＳトランジスタＭ１のゲート（制御端子）に正のゲート電圧（制御電圧）を印加している。
【００３２】
二次電池１４の電圧が大きくなると、印加されるゲート電圧も大きくなるので、ドレイン電流が徐々に制限される。つまり、二次電池１４に供給される充電電流が除々に減少する。リチウムイオン電池の場合、この電圧Ｖ２は、約４．２Ｖに設定される。それ以上電圧を上げると、二次電池内部に金属リチウムが析出して不具合が生じる。二次電池１４の電圧が電圧Ｖ２に到達すると、定電流充電から定電圧充電に移行する。そして、満充電電流以下になったことを検出して、充電を完了する。
【００３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施形態による充電装置を示す回路図である。
【図２】従来の充電装置を示す回路図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ＡＣアダプタ、１２  アダプタ検出回路、１４  二次電池、１６  電池電圧検出回路、１８  定電圧回路、２２  充電電流検出回路、充電制御回路２４、Ｒ１  抵抗素子、Ｒ２  モニター用抵抗素子。
【図１】
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【図２】
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