JP2005500791A5 - - Google Patents

Description

図１は、例示的な実施例による電圧モード電池充電システム１０を示す。システム１０は、ＤＣ電源（source）１４を用いて１つ以上の電池１６を充電するための電圧モード電池充電回路１２を含む。ＤＣ電源は、ＡＣ／ＤＣアダプターまたは他の電力電源であり得る。回路１２は、スイッチ２０を経て（従来技術において十分に理解されているように、インダクタとキャパシタとを具備する）バック変換回路（Buck converter circuit）１８のデューティサイクル（duty cycle）を制御するように動作して、電池１６に供給される充電電力の量を制御する。概略的に、回路１２は、電源電流と、電池充電電流（電流モード）と、電池電圧（電圧モード）とを監視することにより、バック変換器１８のデューティサイクルを制御する。感知抵抗（または、インピーダンス）Ｒschを横切る電池充電電流が感知される。（従来型の電流モードトポロジーにおけるように）インダクタを通る電流を感知する代わりに、本発明は、Ｒschを横切る電流を感知することにより、電圧モードトポロジーを用いる。こうして、かつ、電池電流制御および電圧制御の両方を利用することにより、本発明は、充電サイクルの終了まで、より正確な電池充電を達成し、かつ、従来型の電流モード充電トポロジーによって達成されるよりも正確な充電終了をもたらす。システム１０の詳細について、以下に説明する。

〈電流制御〉
電流制御部（回路）は、感知増幅器２６と、相互コンダクタンス増幅器２８とを含む。感知増幅器２６は、感知インピーダンスＲsch２４を横切る電池充電電流を監視し、かつ、電池充電電流に比例した信号を生成する。相互コンダクタンス増幅器２８は、感知増幅器２６の出力を受け取り、かつ、この信号を、プログラムされた（望ましい）電池電流信号Ｉchと比較する。概略的に、相互コンダクタンス増幅器２８の入力は電圧信号であり、かつ、出力は比例的な電流信号である。相互コンダクタンス増幅器の出力は電流制御信号６２であり、該電流制御信号６２は、電池充電電流が前記プログラムされたＩchを超過する量に比例する。電池充電電流が前記プログラムされた電流値Ｉchを超過するまで、電流制御信号６２はゼロである。プログラムされた値Ｉchは、特定の電池の型および必要条件（requirements）に従って設定される（例えば、従来技術において十分に理解されているように、従来型のリチウムイオン（LiIon）電池を充電するように設定される）。

〈電圧制御〉
電圧制御部（回路）は、加算ブロック３０と、相互コンダクタンス増幅器３２とを含む。例示的な実施例において、加算ブロック３０は、高精度の基準またはトリム（trim）電圧Ｒｅｆ信号、電圧設定（Ｖset）信号、および、電圧訂正（Ｖcor）信号という３つの入力を含む。例示的な実施例において、電池１６は、リチウムイオン電池である。リチウムイオン電池は、過電圧状態に対して非常に感度が高く、実際に、過剰に充電されれば危険な状態となる。したがって、基準またはトリム信号Ｒｅｆは、電池により要求される許容誤差の範囲内まで正確である。リチウムイオンについて、許容誤差は、約＋／−０．５％である。しかしながら、本明細書においては、他の電池の型および基準電圧の必要条件もまた等しく予想される。Ｖsetは、電池の製造業者により供給される電圧設定値を示す。Ｖcorは、充電電流に比例した訂正信号であり、かつ、充電装置の詳細部分と、電池と関連した寄生抵抗とのための補償電流として供給される（その理由は、電池電圧については、直接的に測定できず、かつ、寄生抵抗を要因として考慮に入れる必要があるためである）。図示されてはいないが、Ｖcorについては、感知増幅器２６の出力と並列に配置された電圧分配器をつなぐこと（tapping）により得ることができる。これら３つの信号は、加算ブロック３０において、重みづけされた（weighted）様式で合計される。例えば、加算ブロック３０の出力については、基準電圧＋（Ｖset／ｘ）＋（Ｖcor／ｙ）に設定することができる（ｘ，ｙは、望ましい電圧設定値および訂正値に従って、それぞれ選択される）。ＶcorおよびＶsetは、基準電圧ほど正確である必要はないが、その理由は、これらの寄与がｘ，ｙにより除算されて減少するためである。

感知増幅器３４は、感知インピーダンスＲsac２２を渡って電源１４により供給されるアダプター電流の総量を監視する。アダプター（電源）電流の総量は、システム電流（すなわち、電源１４に接続された携帯用システム（図示せず）に供給される電流）と、電池充電回路１２により制御される充電電流（バック変換器１８のデューティサイクルにより分割される充電電流の算定基準）とを含む。感知抵抗Ｒsacを横切る信号は、アダプター電流の総量に比例した信号である。相互コンダクタンス増幅器３６は、感知増幅器３４の出力を受け取り、かつ、この信号を、電力閾値信号Ｉac_limと比較する。これにより、感知抵抗Ｒsacを横切る信号がＩac_limよりも大きければ、このことは、システムがより多くの電力を必要としていることを示し、かつ、これに応じて、電池充電電流を低減させるべきである。もちろん、この制限信号については、固定することもでき、または、システムの動的な電力の必要条件および／または電源における変化に基づいて調整することもできる。相互コンダクタンス増幅器の出力は電力制御信号６６であり、該電力制御信号６６は、電池充電器とアクティブシステムとにより必要とされる電力が閾値Ｉac_limを超過するまでゼロである。

Claims (25)

1. ＰＷＭ信号のデューティサイクルを制御するための回路であって、
   電池充電電流が所定の電池充電電流閾値を超過する量に比例した電流制御信号を生成する電池電流制御部と、
   電池電圧が所定の電池電圧閾値を超過する量に比例した電圧制御信号を生成する電池電圧制御部と、
   前記電流制御信号、および／または、前記電圧制御信号の振幅に基づいて、ＰＷＭ信号を生成する比較器と
   を具備することを特徴とする回路。
2. 補償キャパシタ、および、該補償キャパシタを充電する電流源をさらに具備し、
   前記電流源と、前記電流制御信号と、前記電圧制御信号とは、共通のノードにおいて共に合計され、
   前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルは、前記補償キャパシタ上の電圧に基づき、
   前記電流制御信号、および／または、前記電圧制御信号は、前記補償キャパシタ上の電圧を低減させ、これにより、前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルが低減することを特徴とする請求項１に記載の回路。
3. アクティブシステムと電池充電器とにより必要とされる電流の総量に比例した電力制御信号を生成する電力制御部をさらに具備し、
   前記電流源と、前記電流制御信号と、前記電圧制御信号と、前記電力制御信号とは、前記共通のノードにおいて共に合計され、
   前記電流制御信号、および／または、前記電圧制御信号、および／または、前記電力制御信号は、前記補償キャパシタ上の電圧を低減させ、これにより、前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルが低減することを特徴とする請求項２に記載の回路。
4. 前記電力制御部は、
   前記電源により生成される電流の総量を感知するための、かつ、ＤＣ電源により生成される前記電流の総量を示す信号を生成するための感知増幅器と、
   前記電源により生成される前記電流の総量を示す前記信号を、所定の電力閾値信号と比較する相互コンダクタンス増幅器と
   を具備することを特徴とする請求項３に記載の回路。
5. 前記電源により生成される前記電流の総量を示す前記信号が前記電力閾値信号を超過する場合には、前記電力制御信号は、ゼロではない値を有することを特徴とする請求項４に記載の回路。
6. 前記電流制御部は、
   前記電池に供給される充電電流を感知するための、かつ、前記電池に供給される充電電流を示す信号を生成するための感知増幅器と、
   前記供給される充電電流を示す前記信号を、所定の充電電流信号と比較するための、かつ、前記電流制御信号を生成するための相互コンダクタンス増幅器と
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の回路。
7. 前記電池に供給される充電電流を示す前記信号が前記所定の充電電流信号を超過する場合には、前記電流制御信号は、ゼロではない値を有することを特徴とする請求項６に記載の回路。
8. 前記電圧制御部は、
   所定の電池電圧信号を生成する加算ブロックと、
   電池電圧を示す前記信号を前記所定の信号と比較し、かつ、前記電圧制御信号を生成する相互コンダクタンス増幅器と
   を具備することを特徴とする請求項１に記載の回路。
9. 前記加算ブロックは、前記電池のための閾値電圧に従って選択される基準電圧信号である第１入力信号と、前記電池により生成される電池電圧設定信号である第２入力信号と、前記電池の寄生容量を補償する電圧訂正信号である第３入力信号とを有し、
   前記加算ブロックは、前記第１入力信号、第２入力信号、および、第３入力信号の重みづけされた合計を与えて、前記電池電圧閾値信号を生成することを特徴とする請求項８に記載の回路。
10. 固定周波数のノコギリ波信号を生成する発振器をさらに具備し、
    前記比較器は、前記ノコギリ波信号と前記充電キャパシタ上の電圧の前記振幅とを比較し、かつ、前記充電キャパシタ上の電圧の前記振幅により調整されたデューティサイクルを有する前記ＰＷＭ信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の回路。
11. 複数のスイッチとＤＣ電力電源とに連結されたバックＤＣ／ＤＣ変換器をさらに具備し、
    前記ＰＷＭ信号は、前記スイッチの伝導状態を制御して、前記バック変換器のデューティサイクルを制御して、前記ＤＣ電力電源から前記電池に供給される充電電流の量を調整することを特徴とする請求項１に記載の回路。
12. 前記感知増幅器は、
    感知抵抗と並列に連結された演算増幅器と、
    前記演算増幅器の１入力とグラウンドとの間に連結されたスイッチと、
    前記感知抵抗と前記演算増幅器の前記１入力との間に、および、前記スイッチと基準ノードとの間に、それぞれ配置された第１および第２利得抵抗と
    を具備し、
    前記演算増幅器は、感知抵抗を通る電流を感知し、前記感知抵抗を通る前記電流は、前記電池に供給される前記電流を示し、
    前記スイッチの伝導状態は、前記演算増幅器の出力により制御され、
    前記電池に供給される前記充電電流を示す前記信号は、前記第２抵抗と前記スイッチとの間のノードから得られることを特徴とする請求項４に記載の回路。
13. 前記アクティブシステムは、携帯用コンピュータを具備することを特徴とする請求項３に記載の回路。
14. 前記ＤＣ電源は、ＡＣ／ＤＣアダプターを具備することを特徴とする請求項４に記載の回路。
15. ＰＷＭ信号のデューティサイクルを制御するための方法であって、
    電池充電電流が所定の電池充電電流閾値を超過する量に比例した電流制御信号を生成する段階と、
    電池電圧が所定の電池電圧閾値を超過する量に比例した電圧制御信号を生成する段階と、
    前記電流制御信号、および／または、前記電圧制御信号の振幅に基づいて、ＰＷＭ信号を生成する段階と
    を具備することを特徴とする方法。
16. 前記電池に連結された感知抵抗を横切る前記電池充電電流を感知する段階をさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記補償キャパシタを充電する段階と、
    前記電流源と、前記電流制御信号と、前記電圧制御信号とを、共通のノードにおいて共に合計する段階と、
    前記電流制御信号、および／または、前記電圧制御信号に基づいて、前記補償キャパシタ上の電圧を低減させ、これにより、前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルを低減させる段階と
    をさらに具備することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
18. アクティブシステムと電池充電器とにより必要とされる電流の総量に比例した電力制御信号を生成する段階と、
    前記電流源と、前記電流制御信号と、前記電圧制御信号と、前記電力制御信号とを、前記共通のノードにおいて共に合計する段階と、
    前記電流制御信号、および／または、前記電圧制御信号、および／または、前記電力制御信号に基づいて、前記補償キャパシタ上の電圧を低減させ、これにより、前記ＰＷＭ信号のデューティサイクルを低減させる段階と
    をさらに具備することを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 再充電可能な電池に供給される充電パラメータを制御するための充電回路であって、
    前記電池に供給される電池充電電流を監視するように構成設定された第１経路と
    前記電池に供給される電池充電電圧を監視するように構成設定された第２経路と
    前記電池充電電流が電池充電電流閾値を超過する場合に、前記電池に供給される前記充電パラメータを低減させるように構成設定された調整回路と
    を具備することを特徴とする充電回路。
20. 前記調整回路は、前記電池充電電圧が電池電圧閾値を超過する場合に、前記電池に対する前記充電パラメータを低減させるようにさらに構成設定されることを特徴とする請求項１９に記載の充電回路。
21. 再充電可能な電池に供給される充電パラメータを制御するための方法であって、
    前記電池に供給される電池充電電流レベルを監視する段階と、
    前記電池に供給される電池充電電圧レベルを監視する段階と、
    前記充電電流レベルが電池充電電流閾値を超過する場合に、前記電池に供給される前記充電パラメータを低減させる段階と
    を具備することを特徴とする方法。
22. 前記充電電圧レベルが電池電圧閾値を超過する場合に、前記電池に対する前記充電パラメータを低減させる段階をさらに具備することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記電池と関連システムとに供給される供給電流を監視する段階と、
    前記供給電流が供給電流閾値を超過する場合に、前記電池に供給される前記充電パラメータを低減させる段階と
    をさらに具備することを特徴とする請求項２１に記載の方法。
24. ＤＣ電源または再充電可能な電池により電源供給することができる電子装置であって、
    前記電池に充電パラメータを供給するように構成設定されたＤＣ／ＤＣ変換器と、
    前記充電パラメータを制御するように構成設定された充電回路と
    を具備し、
    前記充電回路は、
    前記電池に供給される電池充電電流を監視するように構成設定された第１経路と
    前記電池に供給される電池充電電圧を監視するように構成設定された第２経路と
    前記電池充電電流が電池充電電流閾値を超過する場合に、前記電池に供給される前記充電パラメータを低減させるように構成設定された調整回路と
    を具備することを特徴とする電子装置。
25. 前記調整回路は、前記電池充電電圧が電池電圧閾値を超過する場合に、前記電池に対する前記充電パラメータを低減させるようにさらに構成設定されることを特徴とする請求項２４に記載の電子装置。

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