(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧に応じた参照電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を電圧として検出するためのセンス抵抗と、該センス抵抗の検出電圧が上乗せされた基準電圧を生成する基準電圧源と、前記参照電圧と前記基準電圧の第１分圧電圧との誤差を検出する誤差検出回路と、前記基準電圧の第２分圧電圧と目標電圧との差電圧を増幅出力するオペアンプと、該オペアンプの出力に応じて前記基準電圧の第１分圧電圧を変動させる電圧変動回路と、前記誤差検出回路の出力に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う出力トランジスタと、を有して成る定電流定電圧回路であって、前記基準電圧の第２分圧電圧は、前記基準電圧源の出力端と前記センス抵抗の高電位端との間で得られる分圧電圧であり、前記目標電圧は、前記基準電圧源の出力端と前記センス抵抗の低電位端との間で得られる分圧電圧であることを特徴とする定電流定電圧回路。
【請求項２】
前記誤差検出回路は、前記基準電圧の第１分圧電圧と前記参照電圧が差動入力され、両電圧の差分に応じて前記出力トランジスタの開閉制御を行う差動回路であることを特徴とする請求項１に記載の定電流定電圧回路。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の定電流定電圧回路を有して成り、二次電池の充電に際して、充電電流の定電流制御及び充電電圧の定電圧制御を行うことを特徴とする充電器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う定電流定電圧回路、及びこれを用いた充電器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は定電流定電圧回路の一従来例を示す回路図である。本図に示す定電流定電圧回路は、出力電圧に応じた参照電圧を検出する出力電圧検出回路４１と、所定の基準電圧を生成する基準電圧源４２と、参照電圧と基準電圧との差電圧を増幅出力する第１オペアンプ４３と、出力電流を電圧として検出するために電源供給ラインに直列接続されたセンス抵抗４４と、センス抵抗４４の検出電圧を増幅出力する第２オペアンプ４５と、第１、第２オペアンプ４３、４５の両出力電圧に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う出力トランジスタ４６と、を有して成る。なお、センス抵抗４４は回路に影響を与えない微少抵抗である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
確かに、上記構成から成る定電流定電圧回路であれば、出力電圧検出回路４１で得られた参照電圧及びセンス抵抗４４の検出電圧に応じて、出力トランジスタ４６による電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行うことが可能である。
【０００４】
しかしながら、センス抵抗４４の検出電圧は非常に微少値（例えば、センス抵抗４４の抵抗値が０．５［Ω］で出力電流の設定値が０．５[Ａ]である場合、その検出電圧は０．２５［Ｖ］）であるため、該検出電圧を第２オペアンプ４５（例えば、動作電圧５［Ｖ］）に直接入力する上記構成では、第２オペアンプ４５を入力ダイナミックレンジの下限付近で動作させる必要があった。そのため、上記構成から成る定電流定電圧回路では、第２オペアンプ４５として、入力ダイナミックレンジの下限付近でも支障なく動作する高性能オペアンプを用いねばならず、これに起因するコストアップが第１の課題となっていた。
【０００５】
また、参照電圧と基準電圧との差電圧及びセンス抵抗４４の検出電圧それぞれに応じて直接的に出力トランジスタ４６の定電流制御及び定電圧制御を行う上記構成では、両制御の安定性向上を図るために、出力トランジスタ４６への両入力経路を同一の形式としておかねばならなかった。そのため、上記構成から成る定電流定電圧回路では、センス抵抗４４の検出電圧を増幅する第２オペアンプ４５が必須構成要素である限り、それに合わせて、本来必要のない第１オペアンプ４３を設けねばならず、これに起因するコストアップが第２の課題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記した第１、第２の課題に鑑み、従来に比べて簡易かつ安価な構成で電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行うことが可能な定電流定電圧回路及びこれを用いた充電器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る定電流定電圧回路は、出力電圧に応じた参照電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を電圧として検出するためのセンス抵抗と、該センス抵抗の検出電圧が上乗せされた基準電圧を生成する基準電圧源と、前記参照電圧と前記基準電圧の第１分圧電圧との誤差を検出する誤差検出回路と、前記基準電圧の第２分圧電圧と目標電圧との差電圧を増幅出力するオペアンプと、該オペアンプの出力に応じて前記基準電圧の第１分圧電圧を変動させる電圧変動回路と、前記誤差検出回路の出力に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う出力トランジスタと、を有して成る構成としている。
【０００８】
なお、本発明に係る定電流定電圧回路は、出力電圧に応じた参照電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を電圧として検出するためのセンス抵抗と、該センス抵抗の検出電圧が上乗せされた基準電圧を生成する基準電圧源と、前記参照電圧と前記基準電圧との差電圧を増幅出力する第１オペアンプと、前記基準電圧の分圧電圧と目標電圧との差電圧を増幅出力する第２オペアンプと、第１、第２オペアンプの出力に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う出力トランジスタと、を有して成る構成にしてもよい。
【０００９】
また、本発明に係る定電流定電圧回路は、出力電圧に応じた参照電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を電圧として検出するためのセンス抵抗と、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、前記参照電圧と前記基準電圧との誤差を検出する誤差検出回路と、前記センス抵抗の検出電圧を増幅出力するオペアンプと、該オペアンプの出力に応じて前記基準電圧を変動させる電圧変動回路と、前記誤差検出回路の出力に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う出力トランジスタと、を有して成る構成にしてもよい。
【００１０】
一方、本発明に係る充電器は、上記構成から成る定電流定電圧回路を有して成り、二次電池の充電に際して、充電電流の定電流制御及び充電電圧の定電圧制御を行う構成としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、電子機器用の充電器を構成する定電流定電圧回路として、本発明に係る定電流定電圧回路を採用した場合を例に挙げて詳細な説明を行う。
【００１２】
図１は本発明に係る充電器の一実施形態を示す概略構成図である。本図に示すように、給電側である充電器１は、商用交流電源を所定の直流電源に変換する電源回路１１と、電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う定電流定電圧回路１２と、電子機器２との間で電気的結合を得るための給電端子１３と、を有して成る。一方、受電側である電子機器２（携帯電話機や携帯オーディオ機器等）は、充電器１との間で電気的結合を得るための受電端子２１と、充電動作を制御する充電制御回路２２と、機器の駆動電源となる二次電池２３（ニッケル水素電池やリチウム電池等）と、を有して成る。なお、本図の二次電池２３は、電子機器２に対して容易に着脱可能な構成である。
【００１３】
本実施形態の定電流定電圧回路１２は、基準電圧Ｖａを生成する基準電圧源１２１と、充電器１の出力電圧に応じた参照電圧Ｖｂを検出する出力電圧検出回路１２２と、参照電圧Ｖｂと基準電圧Ｖａの分圧電圧Ｖｃとの誤差を検出する誤差検出回路１２３と、誤差検出回路１２３の出力に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行うために電源回路１１の出力端子（高電位側）と給電端子１３（高電位側）との間に直列接続された出力トランジスタ１２４と、充電器１の出力電流Ｉを電圧として検出するために電源回路１１の出力端子（低電位側）と給電端子１３（低電位側）との間に直列接続されたセンス抵抗Ｒｓ（抵抗値Ｒｓ）と、基準電圧Ｖａを分圧して得た分圧電圧Ｖｄ、Ｖｅの差電圧を増幅出力するオペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１〜Ｒ７（各抵抗値Ｒ１〜Ｒ７）と、を有して成る。なお、センス抵抗Ｒｓは回路に影響を与えない微少抵抗である。
【００１４】
基準電圧源１２１の出力端子は、抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して、給電端子１３（低電位側）に接続されており、抵抗Ｒ１、Ｒ２の接続ノードは、誤差検出回路１２３の一入力端子に接続されている。また、基準電圧源１２１の出力端子は、抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して、電源回路１１の出力端子（低電位側）に接続されており、抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続ノードは、オペアンプＯＰ１の一入力端子に接続されている。また、基準電圧源１２１の出力端子は、抵抗Ｒ５、Ｒ６を介して、給電端子１３（低電位側）に接続されており、抵抗Ｒ５、Ｒ６の接続ノードは、オペアンプＯＰ１の他入力端子に接続されている。なお、基準電圧源１２１のグランド端子は、給電端子１３（低電位側）に接続されており、オペアンプＯＰ１の出力端子は、抵抗Ｒ７を介して、誤差検出回路１２３の一入力端子に接続されている。
【００１５】
出力電圧検出回路１２２の入力端子は、給電端子１３（高電位側）に接続されている。また、出力電圧検出回路１２２のグランド端子は、給電端子１３（低電位側）に接続されている。また、出力電圧検出回路１２２の出力端子は、誤差検出回路１２３の他入力端子に接続されている。
【００１６】
誤差検出回路１２３のグランド端子は、給電端子１３（低電位側）に接続されている。また、誤差検出回路１２３の出力端子は、出力トランジスタ１２４の制御端子に接続されている。なお、誤差検出回路１２３の内部構成及び動作については、後ほど詳細に説明を行う。
【００１７】
ここで、本実施形態の定電流定電圧回路１２は、出力電圧に応じた参照電圧と基準電圧との差電圧に応じて電源出力の定電圧制御を行う点で従来構成と一致するが、次の点において新規な特徴部分を有している。
【００１８】
まず、本実施形態の定電流定電圧回路１２における第１の特徴部分は、電源出力の定電流制御を行うに際して、センス抵抗Ｒｓの検出電圧Ｉ・ＲｓをオペアンプＯＰ１に直接入力するのではなく、出力電流Ｉに応じて変動する基準電圧Ｖａの分圧電圧Ｖｄ、ＶｅをオペアンプＯＰ１に入力する構成としている点である。
【００１９】
上記で説明したように、本実施形態の定電流定電圧回路１２では、基準電圧源１２１のグランド端子がセンス抵抗Ｒｓの一端（高電位側）に接続されているため、基準電圧Ｖａは、電源回路１１の出力端子（低電位側）を基準（グランド）とした場合、次の（１）式で示すように、本来生成しようとする固定基準電圧Ｖにセンス抵抗Ｒｓの検出電圧Ｉ・Ｒｓが上乗せされた変動値となる。
【数１】
0003818927.tif 000002
【００２０】
従って、オペアンプＯＰ１に入力される分圧電圧Ｖｄ、Ｖｅは、それぞれ次の（２）式及び（３）式で表されることになる。
【数２】
0003818927.tif 000003
【００２１】
上記（３）式から、出力電流Ｉに応じた検出電圧としてオペアンプＯＰ１に入力される分圧電圧Ｖｅは、従来ならオペアンプＯＰ１に直接入力されていたセンス抵抗Ｒｓの検出電圧Ｉ・Ｒｓを、抵抗Ｒ５、Ｒ６で決定される電圧分だけ高電位側にオフセットさせた電圧であることが分かる。
【００２２】
従って、分圧電圧ＶｅがオペアンプＯＰ１の入力ダイナミックレンジの中心付近で変動するように抵抗Ｒ５、Ｒ６を調整すれば、オペアンプＯＰ１として、入力ダイナミックレンジの下限付近でも支障なく動作する高性能オペアンプを用いる必要はなくなるので、充電器１のコストダウンを図ることが可能となる。図２は出力電流Ｉと分圧電圧Ｖｅとの関係を示す相関図であり、抵抗Ｒ５、Ｒ６の一設定例を示している。
【００２３】
また、上記（２）式から、分圧電圧Ｖｅの目標値としてオペアンプＯＰ１に入力される分圧電圧Ｖｄも、センス抵抗Ｒｓの検出電圧Ｉ・Ｒｓを抵抗Ｒ３、Ｒ４で決定される電圧分だけ高電位側にオフセットさせた電圧であることが分かる。
【００２４】
ここで、センス抵抗Ｒｓの検出電圧Ｉ・Ｒｓに対する分圧電圧Ｖｄの変化率は分圧電圧Ｖｅのそれに比べて、抵抗Ｒ３、Ｒ４で決定される分圧比の分だけ小さく抑えられている。従って、出力電流Ｉの所望定電流値を上記（２）式に代入した上で、分圧電圧ＶｄがオペアンプＯＰ１の入力ダイナミックレンジの中心となるように抵抗Ｒ３、Ｒ４を調整すれば、出力電流Ｉに依存しない基準電圧源を別途新設することなく、実使用上問題ないレベルで分圧電圧Ｖｅの目標値を得ることができるので、回路規模の不必要な拡大を回避することが可能となる。
【００２５】
なお、分圧電圧Ｖｅの目標値を出力電流Ｉに依存しない固定値としたい場合には、出力電流Ｉに依存しない新たな基準電圧源を別途設けて、その出力電圧を分圧電圧Ｖｅの目標値としてオペアンプＯＰ１に入力する構成とすればよい。
【００２６】
次に、本実施形態の定電流定電圧回路１２における第２の特徴部分は、電源出力の定電流制御を行うに際して、オペアンプＯＰ１の出力を直接出力トランジスタ１２４に与えるのではなく、該オペアンプＯＰ１の出力に応じて、誤差検出回路１２３に入力される基準電圧Ｖｃを変動させる構成としている点である。
【００２７】
図３は誤差検出回路１２３の一実施形態を示す回路図である。本図に示すように、本実施形態の誤差検出回路１２３は、１組のｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱａ、Ｑｂを有して成る差動回路である。
【００２８】
誤差検出回路１２３の一入力端子に相当するトランジスタＱａのベースは、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ７の各一端に接続されており、該ベースには、抵抗Ｒ１、Ｒ２による基準電圧Ｖａの分圧電圧Ｖｃが入力されている。誤差検出回路１２３の他入力端子に相当するトランジスタＱｂのベースは、出力電圧検出回路１２２の出力端子に接続されており、該ベースには、出力電圧に応じた参照電圧Ｖｂが入力されている。
【００２９】
トランジスタＱａ、Ｑｂのエミッタは互いに接続されており、その接続ノードは、定電流源Ｉａを介して、給電端子１３（低電位側）に接続されている。トランジスタＱａ、Ｑｂのコレクタは、それぞれ抵抗Ｒａ、Ｒｂを介して、電源電圧ラインに接続されている。また、トランジスタＱｂのコレクタは、ｎｐｎ型バイポーラトランジスタＱｃのベースにも接続されている。トランジスタＱｃのコレクタは、出力トランジスタ１２４（ｐｎｐ型バイポーラトランジスタ）のベースに接続されている。また、トランジスタＱｃのエミッタは、給電端子１３（低電位側）に接続されている。
【００３０】
まず、上記構成から成る誤差検出回路１２３における電源出力の定電圧制御について説明する。出力電圧の上昇に応じて参照電圧Ｖｂが高くなった場合、抵抗Ｒｂに流れるトランジスタＱｂのコレクタ電流が増加するため、トランジスタＱｃのベース電圧は低下し、トランジスタＱｃのコレクタ電流（すなわち、出力トランジスタ１２４のベース電流）が減少する。従って、出力電圧は出力トランジスタ１２４によって下げられる。逆に、参照電圧Ｖｂが低くなった場合には、上記と逆の動作によって、出力電圧が上げられる。
【００３１】
次に、上記構成から成る誤差検出回路１２３における電源出力の定電流制御について説明する。なお、本実施形態のオペアンプＯＰ１は、出力電流Ｉの増大に応じて分圧電圧Ｖｅが高くなった場合に基準電圧Ｖｃを下げるように働く構成である。出力電流Ｉの増大に応じて基準電圧Ｖｃが低くなった場合、抵抗Ｒｂに流れるトランジスタＱｂのコレクタ電流が増大するため、トランジスタＱｃのベース電圧は低下し、トランジスタＱｃのコレクタ電流（すなわち、出力トランジスタ１２４のベース電流）が減少する。従って、出力電流Ｉは出力トランジスタ１２４によって下げられる。逆に、基準電圧Ｖｃが高くなった場合には、上記と逆の動作によって、出力電流Ｉが上げられる。
【００３２】
このように、電源出力の定電流制御を行うに際して、オペアンプＯＰ１の出力を直接出力トランジスタ１２４に与えるのではなく、該オペアンプＯＰ１の出力に応じて、誤差検出回路１２３に入力される基準電圧Ｖｃを変動させる構成とすることにより、誤差検出回路１２３を簡易な差動回路等で実現することができるので、充電器１のコストダウンを図ることが可能となる。
【００３３】
なお、上記の実施形態では、電子機器用の充電器を構成する定電流定電圧回路に本発明を適用した場合を例に挙げて説明を行ったが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、様々な電気機器や電源装置の定電流定電圧回路に適用が可能である。
【００３４】
また、上記の実施形態では、本発明の第１特徴部分（センス抵抗の検出電圧をオペアンプに直接入力せず、出力電流に応じて変動する基準電圧の分圧電圧をオペアンプに入力する点）と、第２特徴部分（オペアンプの出力を直接出力トランジスタに与えず、該オペアンプの出力に応じて誤差検出回路に入力される基準電圧を変動させる点）を両方具備した定電流定電圧回路を例に挙げて説明を行ったが、本発明に係る定電流定電圧回路の構成はこれに限定されるものではなく、解決すべき課題に応じて、いずれか一方の特徴部分を有する構成としてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
上記で説明した通り、本発明に係る定電流定電圧回路は、出力電圧に応じた参照電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を電圧として検出するためのセンス抵抗と、センス抵抗の検出電圧が上乗せされた基準電圧を生成する基準電圧源と、参照電圧と基準電圧の第１分圧電圧との誤差を検出する誤差検出回路と、基準電圧の第２分圧電圧と目標電圧との差電圧を増幅出力するオペアンプと、オペアンプの出力に応じて基準電圧の第１分圧電圧を変動させる電圧変動回路と、誤差検出回路の出力に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う出力トランジスタと、を有して成る構成としている。
【００３６】
このような構成とすることにより、第２分圧電圧がオペアンプの入力ダイナミックレンジの中心付近で変動するように分圧比を調整すれば、オペアンプとして入力ダイナミックレンジの下限付近でも支障なく動作する高性能オペアンプを用いる必要がなくなるとともに、誤差検出回路を簡易な差動回路等で実現することができるので、回路のコストダウンを図ることが可能となる。
【００３７】
なお、本発明に係る定電流定電圧回路は、出力電圧に応じた参照電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を電圧として検出するためのセンス抵抗と、センス抵抗の検出電圧が上乗せされた基準電圧を生成する基準電圧源と、参照電圧と基準電圧との差電圧を増幅出力する第１オペアンプと、基準電圧の分圧電圧と目標電圧との差電圧を増幅出力する第２オペアンプと、第１、第２オペアンプの出力に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う出力トランジスタと、を有して成る構成にしてもよい。
【００３８】
このような構成とすることにより、基準電圧の分圧電圧が第２オペアンプの入力ダイナミックレンジの中心付近で変動するように分圧比を調整すれば、第２オペアンプとして入力ダイナミックレンジの下限付近でも支障なく動作する高性能オペアンプを用いる必要がなくなるので、回路のコストダウンが実現できる。
【００３９】
また、本発明に係る定電流定電圧回路は、出力電圧に応じた参照電圧を検出する出力電圧検出回路と、出力電流を電圧として検出するためのセンス抵抗と、所定の基準電圧を生成する基準電圧源と、前記参照電圧と前記基準電圧との誤差を検出する誤差検出回路と、前記センス抵抗の検出電圧を増幅出力するオペアンプと、該オペアンプの出力に応じて前記基準電圧を変動させる電圧変動回路と、前記誤差検出回路の出力に応じて電源出力の定電流制御及び定電圧制御を行う出力トランジスタと、を有して成る構成にしてもよい。このような構成とすることにより、誤差検出回路を簡易な差動回路等で実現することができるので、回路のコストダウンを図ることが可能となる。
【００４０】
一方、本発明に係る充電器は、上記構成から成る定電流定電圧回路を有して成り、二次電池の充電に際して、充電電流の定電流制御及び充電電圧の定電圧制御を行う構成としている。このような構成とすることにより、従来に比べて簡易かつ安価な構成で充電電流の定電流制御及び充電電圧の定電圧制御を行うことが可能な充電器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る充電器の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】  出力電流Ｉと分圧電圧Ｖｅとの関係を示す相関図である。
【図３】  誤差検出回路１２３の一実施形態を示す回路図である。
【図４】  定電流定電圧回路の一従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
１    充電器
１１    電源回路
１２    定電流定電圧回路
１３    給電端子
１２１    基準電圧源
１２２    出力電圧検出回路
１２３    誤差検出回路
１２４    出力トランジスタ
Ｒ１〜Ｒ７    抵抗
Ｒｓ    センス抵抗
ＯＰ１    オペアンプ
Ｒａ、Ｒｂ    抵抗
Ｑａ、Ｑｂ、Ｑｃ    ｎｐｎ型バイポーラトランジスタ
Ｉａ    定電流源
２    電子機器
２１    受電端子
２２    充電制御回路
２３    二次電池
【図１】
0003818927.tif 000004
【図２】
0003818927.tif 000005
【図３】
0003818927.tif 000006
【図４】
0003818927.tif 000007