CN101083401B - 电池充电电路、便携式电子设备以及半导体集成电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供当电池的电压在满充电电压附近时可避免在电池上施加超过额定值的电压的电池充电电路、便携式电子设备以及半导体集成电路。与直流电源(2)相连来使用的电池充电电路(1)具备：控制晶体管(Tr1)，被设置于直流电源(2)与电池(3)之间的充电通路中，对来自直流电源(2)的直流电压进行电压控制并输出充电电压(Vchg)；逆流防止晶体管(Tr2)，被设置在充电通路中，将充电电压(Vchg)输出至电池(3)，并且当电流从电池(3)向直流电源(2)逆向流动时成为非导通状态；以及充电控制电路(11)，在开始向电池(3)充电时使逆流防止晶体管(Tr2)导通，从充电开始起经过一定时间后，使控制晶体管(Tr1)导通。

Description

电池充电电路、便携式电子设备以及半导体集成电路

技术领域

本发明涉及可对电池充电的电池充电电路、便携式电子设备以及半导体集成电路。

背景技术

便携式电话机、个人手持电话系统(Personal Handphone System即PHS)终端、个人数字助理(PDA)以及个人计算机(PC)等便携式电子设备中，放电特性优秀、可再充电的锂电池等二次电池得到了广泛应用。

已知一种对电池进行充电的电池充电电路，其具有：用于对电池提供电源的充电ON/OFF单元；和连接在该充电ON/OFF单元与电池之间，防止电池放电的逆流防止单元(例如，参照专利文献1)。

【专利文献1】特开2001-119867号公报

发明内容

然而，在使用p沟道型MOS晶体管(以下称为“pMOS晶体管”)等具有寄生二极管的元件来作为逆流防止单元的情况下，当施加在电池上的电压增加，电池的电压在满充电电压附近时，可能会在电池上施加超过额定值的电压。由于施加了超过额定值的电压，在现在主流的锂离子电池等中，最坏的情况会导致起火。

鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种当电池的电压在满充电电压附近时，可以避免在电池上施加超过额定值的电压的电池充电电路、便携式电子设备以及半导体集成电路。

为达到上述目的，本发明的第一特征是一种与直流电源连接来使用的电池充电电路，其具备：控制晶体管，被设置于所述直流电源与电池之间的充电通路中，对来自所述直流电源的直流电压进行电压控制，并输出充电电压；逆流防止晶体管，被设置在所述充电通路中，将所述充电电压输出至所述电池，并且当电流从所述电池向所述直流电源逆向流动时成为非导通状态；以及充电控制电路，在开始向所述电池充电时使所述逆流防止晶体管导通，从所述充电开始起经过一定时间后，使所述控制晶体管导通。

本发明的第二特征是，在第一特征的充电控制电路中还具备：第一控制电路，检测所述电池的电压，控制所述控制晶体管的导通度，以使所述电池的电压在规定值以下；以及第二控制电路，检测在所述充电通路中流动的电流的方向，当电流从所述直流电源流向所述电池时，使所述逆流防止晶体管导通，当电流从所述电池流向所述直流电源时，使所述逆流防止晶体管成为非导通。

本发明的第三特征是，在第一特征相关的充电控制电路中，在从所述充电开始经过一定时间后，所述充电控制电路许可所述第二控制电路使所述逆流防止晶体管成为非导通。

本发明的第四特征是一种具备可充电的电池、以及特征1至3中任意一项所述的电池充电电路的便携式电子设备。

本发明的第五特征是一种半导体集成电路，其与直流电源、电池、以及控制晶体管相连来使用，所述控制晶体管被设置在所述直流电源与电池之间的充电通路中、对来自所述直流电源的直流电压进行电压控制并输出充电电压，该半导体集成电路具备：逆流防止晶体管，被设置在所述充电通路中，向所述电池输出所述充电电压，并且当电流从所述电池向所述直流电源逆向流动时，成为非导通状态；以及充电控制电路，当开始向所述电池充电时，使所述逆流防止晶体管导通，在从所述充电开始经过一定时间后，使所述控制晶体管导通。

根据本发明，能够提供当电池电压在满充电电压附近时可避免在电池上施加超过额定值的电压的电池充电电路、便携式电子设备以及半导体集成电路。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式中的电池充电电路的结构例的电路框图。

图2是表示本发明的实施方式中的充电控制电路的控制流程的流程图。

图3是表示本发明的实施方式中的电池充电电路的动作例的时序图。

图4是表示本发明的实施方式中的便携式电子设备的结构例的示意图。

图5是表示本发明的实施方式中的半导体集成电路的结构例的电路框图。

符号说明

1电池充电电路；2直流电源；3电池；11充电控制电路；12计时器电路；13、14反相器；20第一控制电路；21方向检测电路；22第二控制电路；31比较器；50半导体集成电路；51～54端子；100便携式电子设备；101线缆；Q1～Q3npn晶体管；R1、R2电阻；R3电流检测电阻；Tr1控制晶体管；Tr2逆流防止晶体管；Tr3 nMOS晶体管

具体实施方式

接下来，参照附图说明本发明的实施方式。在以下实施方式中的附图记载中，对于相同或类似的部分标记相同或类似的符号。

(电池充电电路)

本发明的实施方式中的电池充电电路1，如图1所示，与直流电源2以及可充电的电池3相连来使用。直流电源2是例如AC适配器，其将来自省略图示的商用交流电源的交流电变换为5.5V左右的直流电压Vadp进行输出。作为电池3，可以使用例如锂离子电池等可充电电池。

首先，对电池充电电路1的概略构成进行说明。电池充电电路1具有：控制晶体管Tr1、逆流防止晶体管Tr2、方向检测电路21、第一控制电路20、第二控制电路22、充电控制电路11以及计时器电路12。

控制晶体管Tr1和逆流防止晶体管Tr2分别使用pMOS晶体管。控制晶体管Tr1被设置在从直流电源2至电池3的充电通路上，对来自直流电源2的直流电压Vadp进行电压控制，以使电池3的电压(以下称为“电池电压”)Vbat在规定值例如4.2V以下，并输出充电电压Vchg。

逆流防止晶体管Tr2被设置在从直流电源2至电池3的充电通路上，将充电电压Vchg输出至电池3，并且当电流从电池3向直流电源2逆向流动时成为非导通状态。

第一控制电路20检测电池电压Vbat，对控制晶体管Tr1的导通度进行控制，以使电池电压Vbat在例如4.2V以下。方向检测电路21检测在充电通路中流动的电流的方向。当方向检测电路21检测出逆流时，第二控制电路22使逆流防止晶体管Tr2为非导通。

充电控制电路11，当开始向电池3充电时，使逆流防止晶体管Tr2导通，从逆流防止晶体管Tr2导通起经过一定时间后，使控制晶体管Tr1导通。计时器电路12由充电控制电路11控制，对使逆流防止晶体管Tr2强制导通(以下称为“强制ON”)的时刻起的经过时间进行计时。此外，作为计时器电路12，可以使用例如对来自外部的时钟信号进行计数的计数器。

以下，详细说明电池充电电路1的构成。

控制晶体管Tr1的源极与直流电源2相连，背栅与源极互相连接。逆流防止晶体管Tr2的源极与控制晶体管Tr1的漏极相连，背栅与漏极互相连接。

通过构成逆流防止晶体管Tr2的源极的p型半导体区域、与构成背栅的n型半导体区域的pn接合，构成了寄生二极管。从而，当电池电压Vbat在满充电电压附近时，充电电压Vchg会上升0.7V左右。

然而，通过如上所述在充电开始时使逆流防止晶体管Tr2导通，从充电开始经过一定时间后使控制晶体管Tr1导通，寄生二极管不起作用，避免了充电电压Vchg上升0.7V左右。

接下来，详细说明第一控制电路20。第一控制电路20具备：恒压控制电路30、反相器(inverter)13、n沟道型MOS晶体管(以下称为“nMOS晶体管”)Tr3、npn型双极性晶体管(以下称为“npn晶体管”)Q1以及电阻R1。

反相器13被连接在充电控制电路11的输出端与nMOS晶体管Tr3的栅极之间。恒压控制电路30的输入端与电池3的一端相连。nMOS晶体管Tr3的源极接地，背栅与漏极互相连接。电阻R1的一端与直流电源2相连。npn晶体管Q1的集电极与电阻R1的另一端相连，基极与nMOS晶体管Tr3的漏极以及恒压控制电路30的输出端相连，发射极接地。在npn晶体管Q1的集电极与电阻R1的连接节点上连接了控制晶体管Tr1的栅极。

因此，通过npn晶体管Q1的导通度来控制流过电阻R1的电流，对控制晶体管Tr1的栅极电压进行控制。恒压控制电路30检测电池电压Vbat，控制npn晶体管Q1的导通度，以使电池电压Vbat为规定值(例如，4.2V)。

反相器13将来自充电控制电路11的第一控制信号CHG1反相。使用第一控制信号CHG1，以便在充电动作时使控制晶体管Tr1为导通状态。

nMOS晶体管Tr3根据反相器13的输出信号而导通。即，nMOS晶体管Tr3当反相器13的输出信号为高电平时导通，当反相器13的输出信号为低电平时为非导通。

而且，当nMOS晶体管Tr3为导通状态时，npn晶体管Q1成为非导通状态，通过恒压控制电路30来控制npn晶体管Q1的导通度。

另外，当npn晶体管Q1为非导通状态时，通过电阻R1在控制晶体管Tr1的栅极上施加高电平的电压，控制晶体管Tr1成为非导通状态。当npn晶体管Q1为导通状态时，在控制晶体管Tr1的栅极上施加对应于npn晶体管Q1的导通度的电压。

其结果，当第一控制信号CHG1为低电平时，控制晶体管Tr1成为非导通状态，当第一控制信号CHG1为高电平时，通过恒压控制电路30对控制晶体管Tr1进行控制。

接着，详细说明方向检测电路21的构成。方向检测电路21具有电流检测电阻R3以及比较器31。电流检测电阻R3被连接在逆流防止晶体管Tr2的漏极与电池3的一端之间。比较器31的非反相输入端(+)与电流检测电阻R3的一端相连，其反相输入端(-)与电流检测电阻R3的另一端相连。

当充电通路中流动的电流的方向为顺流方向，即从直流电源2向电池3的方向时，由于电流检测电阻R3中产生的电压降，非反相输入端(+)的电位变得高于反相输入端(-)的电位。因此，当充电通路中流动的电流的方向为顺流方向时，比较器31的输出信号Vcnt成为高电平。

反之，当充电通路中流动的电流的方向为逆流方向，即从电池3向直流电源2的方向时，由于在电流检测电阻R3中产生的电压降，反相输入端(-)的电位变得高于非反相输入端(+)的电位。因此，当充电通路中流动的电流的方向为逆流方向时，比较器31的输出信号Vcnt成为低电平。

接下来，详细说明第二控制电路22的构成。第二控制电路22具备反相器14、npn晶体管Q2、电阻R2以及npn晶体管Q3。

反相器14被连接在充电控制电路11的输出端与npn晶体管Q2的基极之间。npn晶体管Q2的集电极与逆流防止晶体管Tr2的栅极相连，发射极接地。电阻R2的一端与逆流防止晶体管Tr2的漏极相连。npn晶体管Q3的集电极与电阻R2的另一端相连，基极与比较器31的输出端相连，发射极接地。另外，npn晶体管Q2、Q3各自的集电极互相连接，同时与逆流防止晶体管Tr2的栅极相连。

反相器14将来自充电控制电路11的第二控制信号CHG2反相。使用第二控制信号CHG2，以便在充电开始时将逆流防止晶体管Tr2强制ON。

npn晶体管Q2根据反相器14的输出信号导通。即，npn晶体管Q2当反相器14的输出信号为高电平时导通，当反相器14的输出信号为低电平时成为非导通状态。

当npn晶体管Q2导通时，逆流防止晶体管Tr2的栅极电压成为低电平，逆流防止晶体管Tr2导通。反之，当反相器14的输出信号为低电平时，npn晶体管Q2成为非导通状态，因此逆流防止晶体管Tr2通过电阻R2以及npn晶体管Q3得到控制。

当比较器31的输出信号Vcnt为高电平时，npn晶体管Q3导通，逆流防止晶体管Tr2的栅极电压成为低电平。其结果，逆流防止晶体管Tr2成为导通状态。

当比较器31的输出信号Vcnt为低电平时，即产生了来自电池3的逆流时，npn晶体管Q3成为非导通状态，将来自电阻R2的高电平的电压施加在逆流防止晶体管Tr2的栅极上。其结果，逆流防止晶体管Tr2成为非导通状态。

<充电控制电路的控制流程例>

接下来，详细说明充电控制电路11。充电控制电路11以图2所示的顺序来控制充电动作。

在步骤S100中，充电控制电路11检测出直流电源2已与电池充电电路1相连。例如通过电池充电电路1外部的CPU(省略图示)通知直流电源2已与电池充电电路1相连的情况。

在步骤S101中，充电控制电路11使用第二控制信号CHG2，将逆流防止晶体管Tr2强制ON。

在步骤S102中，充电控制电路11使计时器电路12对从将逆流防止晶体管Tr2强制ON的时刻开始的经过时间进行计时。

在步骤S103中，在计时器电路12计时了一定时间T1之前，充电控制电路11为等待状态。当计时器电路12计时了一定时间T1后，转移至步骤S104。

在步骤S104中，充电控制电路11使用第一控制信号CHG1，使控制晶体管Tr1导通。

在步骤S105中，在计时器电路12计时了一定时间T2前，充电控制电路11为等待状态。当计时器电路12计时了一定时间T2后，转移至步骤S106。

在步骤S106中，充电控制电路11使用第二控制信号CHG2，解除针对逆流防止晶体管Tr2的强制ON。

<电池充电电路的充电动作例>

接下来，参照图3所示的时序图，详细说明电池充电电路1的充电动作开始时的动作。

在时刻t1，直流电源2与电池充电电路1相连，开始向电池3充电。控制电路，当检测出连接了直流电源2时，如图3(b)所示，将第二控制信号CHG2从高电平降为低电平。其结果，逆流防止晶体管Tr2成为导通状态。

在从时刻t1经过一定时间T1后的时刻t2，充电控制电路11如图3(a)所示，将第一控制信号CHG1从低电平升高为高电平。当第一控制信号CHG1成为高电平时，控制晶体管Tr1成为导通状态。当控制晶体管Tr1成为导通状态时，通过控制晶体管Tr1以及逆流防止晶体管Tr2将直流电压Vadp施加在电流检测电阻R3上。

其结果，将来自电流检测电阻R3的电流提供给电池3，并且如图3(c)所示，在时刻t3比较器31的输出信号Vcnt成为高电平。

在从时刻t1经过一定时间T2后的时刻t4，充电控制电路11将第二控制信号CHG2从低电平升高为高电平。其结果，解除了逆流防止晶体管Tr2的强制ON，因此，第二控制电路22成为可以在逆流发生时使逆流防止晶体管Tr2成为非导通的状态。

如上文详细说明的那样，根据本发明的实施方式，通过在电池3的充电开始时在使控制晶体管Tr1导通前使逆流防止晶体管Tr2导通，可以使逆流防止晶体管Tr2的寄生二极管不起作用。从而，当充电开始时在电池电压Vbat已在满充电电压附近的情况下，可以防止在电池3上施加超过额定值的电压。

(便携式电子设备)

上述电池充电电路1以及电池3，如图4所示可以安装在便携式电子设备100中。在图4的例子中，便携式电子设备100与直流电源2通过线缆101相连。

此外，作为便携式电子设备举例表示了便携式电话机或PHS终端，但也可以是PDA、笔记本PC、便携式音乐播放器(Music Player)或便携式游戏机等。

(半导体集成电路)

所述逆流防止晶体管Tr2、方向检测电路21、第一控制电路20、第二控制电路22、充电控制电路11以及计时器电路12，可以如图5所示，在半导体芯片(省略图示)上单片集成化，构成为半导体集成电路50。

半导体集成电路50具备：施加直流电压Vadp的端子51、施加来自第一控制电路20的输出电压的端子52、施加充电电压Vchg的端子53、施加电池电压Vbat的端子54。

(其他实施方式)

如上所述，通过实施方式记述了本发明，但应该知道构成此公开的一部分的论述以及附图并不限定本发明。根据该公开内容，本领域技术人员可以实施多种替代实施方式、实施例以及运用技术。

在所述的实施方式中，说明了第一控制电路20具备反相器13和nMOS晶体管Tr3的一例，但也可以是使用pMOS晶体管来代替nMOS晶体管Tr3，不需要反相器13的结构。或者，也可以使用npn晶体管来代替nMOS晶体管Tr3。

另外，还说明了第二控制电路22具备反相器14和npn晶体管Q2的一例，但也可以是使用pnp型的双极性晶体管来代替npn晶体管Q2，不需要反相器14的结构。或者，也可以使用nMOS晶体管来代替npn晶体管Q2。

此外，还说明了第二控制电路22具备与比较器31的输出端相连的npn晶体管Q3的一例，但也可以使用nMOS晶体管来代替npn晶体管Q3。

这样，应该理解为本发明包含在此未记载的多种实施方式等。因此，根据该公开，仅由适当权利要求范围的发明特定事项来限定本发明。

Claims (4)

1.一种与直流电源连接来使用的电池充电电路，其特征在于，具备：

控制晶体管，被设置在所述直流电源与电池之间的充电通路中，对来自所述直流电源的直流电压进行电压控制，并输出充电电压；

逆流防止晶体管，被设置在所述充电通路中，将所述充电电压输出至所述电池，并且当电流从所述电池向所述直流电源逆向流动时成为非导通状态；和

充电控制电路，在开始向所述电池充电时使所述逆流防止晶体管导通，从所述充电开始起经过一定时间后，使所述控制晶体管导通，

所述电池充电电路还具备：

第一控制电路，检测所述电池的电压，控制所述控制晶体管的导通度，以使所述电池的电压在规定值以下；和

第二控制电路，检测在所述充电通路中流动的电流的方向，当电流从所述直流电源流向所述电池时，使所述逆流防止晶体管导通，当电流从所述电池流向所述直流电源时，使所述逆流防止晶体管成为非导通。

2.根据权利要求1所述的电池充电电路，其特征在于，

所述充电控制电路，在从所述充电开始经过一定时间后，许可所述第二控制电路使所述逆流防止晶体管成为非导通。

3.一种便携式电子设备，其特征在于，具备：

可充电的电池；和

权利要求1或2所述的电池充电电路。

4.一种半导体集成电路，其与直流电源、电池、控制晶体管连接来使用，所述控制晶体管被设置在所述直流电源与电池之间的充电通路中、对来自所述直流电源的直流电压进行电压控制并输出充电电压，该半导体集成电路的特征在于，具备：

逆流防止晶体管，被设置在所述充电通路中，向所述电池输出所述充电电压，并且当电流从所述电池向所述直流电源逆向流动时，成为非导通状态；和

充电控制电路，当开始向所述电池充电时使所述逆流防止晶体管导通，在从所述充电开始经过一定时间后，使所述控制晶体管导通，

所述半导体集成电路还具备：

第一控制电路，检测所述电池的电压，控制所述控制晶体管的导通度，以使所述电池的电压在规定值以下；和

第二控制电路，检测在所述充电通路中流动的电流的方向，当电流从所述直流电源流向所述电池时，使所述逆流防止晶体管导通，当电流从所述电池流向所述直流电源时，使所述逆流防止晶体管成为非导通。

Images