JP2007135352A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】２次電池の充電回路の小型化・コストダウンを図る。
【解決手段】本発明の充電回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、単一セルのＤＭＦＣ２０の電圧を昇圧して、リチウムイオン電池のような２次電池２１に供給する充電電力供給部１１と、充電電力供給部１１をパルス駆動するパルス制御部１２を備えている。そして、充電電力供給部１１とパルス制御部１２に対する電源系統を２つに分け、充電電力供給部１１に対しては単一セルのＤＭＦＣ２０の出力電圧（約０．３Ｖ）を供給し、パルス制御部１２に対しては２次電池２１の出力電圧を供給した。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次電池を充電するための充電回路に関する。

従来、携帯電話等の携帯電子機器用の電源システムにおいて、直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣと略称する）の出力電圧をスイッチングレギュレータ方式のＤＣ−ＤＣコンバータで昇圧して２次電池を充電していた。図４はそのような充電回路の回路図である。

ＤＣ−ＤＣコンバータ５０は、１次電池であるＤＭＦＣ６０の電圧を昇圧して、リチウムイオン電池のような２次電池６１に供給する充電電力供給部５１と、充電電力供給部５１にクロックパルスを供給して、これを駆動するパルス制御部５２を備えている。ＤＭＦＣ６０は、単一セルの出力電圧は小さい（最大１．２Ｖ、負荷接続時０．３Ｖ）。そのため、単一セルのＤＭＦＣ６０では出力電圧が不足であり、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０のパルス制御部５２を起動できない。そこで、ＤＭＦＣ６０を複数個、直列接続して、十分な出力電圧を確保してＤＣ−ＤＣコンバータ５０の充電電力供給部５１及びパルス制御部５２に供給していた。

この充電回路によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０から定電圧出力を２次電池６１に供給してこれを充電すると同時に、２次電池６１を放電することにより、負荷６２（携帯電子機器）に電力を供給することができる。

なお、２次電池の充電回路は、特許文献１〜４に記載されている。
特開平５−９５６３８号公報 特開平５−１１１１７６号公報 特開平５−２７６６８８号公報 特開平５−１６５４０２号公報

上述の充電回路では、ＤＭＦＣ６０を複数個、直列接続して、ＤＣ−ＤＣコンバータ５０に給電していたため、このため、小型化が困難であると共にコストアップを招いていた。

そこで、本発明の充電回路は、１次電池と、２次電池と、前記１次電池の出力電圧が供給され、この出力電圧を昇圧して得られた昇圧電圧を前記２次電池に供給する充電電力供給部と、前記２次電池の出力電圧が供給され、前記充電電力供給部にクロックパルスを供給して駆動するためのパルス制御部とを備えることを特徴とするものである。

本発明の充電回路によれば、低電圧でも動作可能な充電電力供給部には１次電池から給電し、パルス制御部には２次電池から給電しているので、１次電池を単一の電池（例えば、単一セルのＤＭＦＣ）で構成することができる。このため、充電回路の小型化・コストダウンが可能になる。

図１は、本発明の充電回路の基本ブロック図である。ＤＣ−ＤＣコンバータ１０は、単一セルのＤＭＦＣ２０の電圧を昇圧して、リチウムイオン電池のような２次電池２１に供給する充電電力供給部１１と、充電電力供給部１１にクロックパルスを供給し、これを駆動するパルス制御部１２を備えている。

本発明は、充電電力供給部１１とパルス制御部１２に対する電源系統を２つに分け、充電電力供給部１１に対しては単一セルのＤＭＦＣ２０の出力電圧（約０．３Ｖ）を供給し、パルス制御部１２に対しては２次電池２１の出力電圧を供給したものである。通常、２次電池２１には使用後であっても２．８Ｖ程度の出力電圧が残存しているので、この残存した出力電圧を利用してパルス制御部１２を起動させ、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０を昇圧動作させている。そして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０から得られた昇圧電圧Ｖｏｕｔを２次電池２１に供給してこれを充電すると同時に、２次電池２１を放電することにより、負荷２２（携帯電子機器）に電力を供給することができる。

本発明によれば、単一セルのＤＭＦＣ２０で１次電池から成る発電機を構成できるので、充電回路の小型化・コストダウンが可能になる。なお、２次電池２１には、例えばリチウムイオン電池、コンデンサ（特に大容量コンデンサが好ましい）が含まれる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る充電回路について図２を参照して説明する。
この充電回路は、図１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０が、Ｎ段のチャージポンプ回路で構成されたものである。このチャージポンプ回路は、直列接続されたスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，・・と、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２，・・の接続点に一端が接続されたコンデンサＣ１，Ｃ２と、コンデンサＣ１，Ｃ２の他端にパルス制御部１２からのクロックパルスを印加するクロックドライバーＣＬＤ１，ＣＬＤ２を備えている。

パルス制御部１２には２次電池２１の出力電圧が電源電圧として供給される。パルス制御部１２は、例えば、リングオシレータとリングオシレータの動作開始と停止を制御する制御回路から構成され、所定の周波数のクロックパルスを発生する。

クロックドライバーＣＬＤ１，ＣＬＤ２はインバータであり、隣接するコンデンサＣ１，Ｃ２には互いに逆相のクロックパルスが印加される。また、１段目のスイッチング素子ＳＷ１には単一セルのＤＭＦＣ２０の出力電圧ＶＦＣが印加されている。さらに、クロックドライバーＣＬＤ１，ＣＬＤ２の電源電圧として単一セルのＤＭＦＣ２０の出力電圧ＶＦＣが印加されている。

スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２・・・はＭＯＳトランジスタ等で構成され、クロックドライバーＣＬＤ１，ＣＬＤ２からのクロックパルスに同期して交互にスイッチングする。例えば、２段チャージポンプ回路の場合、クロックドライバーＣＬＤ１の出力がロウの時、スイッチング素子ＳＷ１はオン、ＳＷ２はオフする。これにより、コンデンサＣ１はＤＭＦＣ２０の出力電圧ＶＦＣに充電される。次に、クロックドライバーＣＬＤ１の出力がハイの時、スイッチング素子ＳＷ１はオフ、ＳＷ２はオンする。これにより、ＤＭＦＣ２０の出力電圧ＶＦＣの２倍の電圧（２×ＶＦＣ）がスイッチング素子ＳＷ２を通して昇圧電圧Ｖｏｕｔとして出力される。Ｎ段のチャージポンプ回路の場合は、昇圧電圧Ｖｏｕｔは、（Ｎ＋１）×ＶＦＣとなる。この昇圧電圧Ｖｏｕｔを２次電池２１に供給してこれを充電すると同時に、２次電池２１を放電することにより、負荷２２（携帯電子機器）に電力を供給することができる。

また、チャージポンプ回路の昇圧電圧Ｖｏｕｔを検出する電圧検出回路２３が設けられている。パルス制御回路１２は、電圧検出回路２３によって検出された昇圧電圧Ｖｏｕｔに応じてクロックパルスを制御する。例えば、パルス制御回路１２は、電圧検出回路２３の検出した昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標値（例えば、３．６Ｖ）に到達した時に、クロックパルスの出力を停止する。これにより、２次電池２１を過充電から保護することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る充電回路について図３を参照して説明する。
この充電回路は、図１のＤＣ−ＤＣコンバータ１０が、スイッチングレギュレータ回路で構成されたものである。単一セルのＤＭＦＣ２０の出力電圧ＶＦＣがコイルＬの一端に供給され、コイルＬの他端にＭＯＳトランジスタＳＴのドレインが接続されている。ＭＯＳトランジスタＳＴのソースは接地されている。コイルＬとＭＯＳトランジスタＳＴの接続点は逆流防止用ダイオードＤを通して２次電池２１に接続されている。パルス制御部１２には２次電池２１の出力電圧が電源電圧として供給されている。

ＭＯＳトランジスタＳＴのゲートにはパルス制御部１２からのクロックパルスが印加されており、クロックパルスがハイの時はＭＯＳトランジスタＳＴはオンし、クロックパルスがロウの時はＭＯＳトランジスタＳＴはオフする。ＭＯＳトランジスタＳＴがオンすると、コイルＬにエネルギーが蓄積され、ＭＯＳトランジスタＳＴがオフすると、コイルＬに充電されたエネルギーが逆流防止用ダイオードＤを通して２次電池２１に供給される。従って、ＭＯＳトランジスタＳＴがクロックパルスに応じてオンオフ動作を繰り返すことにより、出力電圧ＶＦＣより高い、昇圧電圧Ｖｏｕｔが２次電池２１に供給されることになる。そして、この昇圧電圧Ｖｏｕｔにより２次電池２１は充電されると同時に、２次電池２１を放電することにより、負荷２２（携帯電子機器）に電力を供給することができる。

尚、本実施形態では、逆流防止用素子として逆流防止用ダイオードＤを用いているが、ダイオードに限定されるものではない。例えばトランジスタ等でも構わない。

また、第１の実施形態と同様に、スイッチングレギュレータ回路の昇圧電圧Ｖｏｕｔを検出する電圧検出回路２３が設けられている。パルス制御回路１２は、電圧検出回路２３によって検出された昇圧電圧Ｖｏｕｔに応じてクロックパルスを制御する。例えば、パルス制御回路１２は、電圧検出回路２３の検出した昇圧電圧Ｖｏｕｔが目標値（例えば、３．６Ｖ）に到達した時に、クロックパルスの出力を停止する。これにより、２次電池２１を過充電から保護することができる。

本発明の実施形態に係る充電回路の基本ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る充電回路の回路図である。 本発明の第２の実施形態に係る充電回路の回路図である。 従来例に係る充電回路の回路図である。

符号の説明

１０，５０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１１，５１ 充電電力供給部
１２，５２ パルス制御部
２０，６０ ＤＭＦＣ（直接メタノール型燃料電池）
２１，６１ ２次電池
２３ 電圧検出回路
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
ＣＬＤ１，ＣＬＤ２ クロックドライバー
Ｌ コイル
Ｄ 逆流防止用ダイオード
ＳＴ ＭＯＳトランジスタ
ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチング素子

Claims (6)

1. １次電池と、２次電池と、前記１次電池の出力電圧が供給され、この出力電圧を昇圧して得られた昇圧電圧を前記２次電池に供給する充電電力供給部と、前記２次電池の出力電圧が供給され、前記充電電力供給部にクロックパルスを供給して駆動するためのパルス制御部とを備えることを特徴とする充電回路。
2. 前記充電電力供給部は、直列接続された複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子の接続点に接続されたコンデンサと、前記コンデンサに前記パルス制御部からのクロックパルスを印加するクロックドライバーとを備えることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
3. 前記クロックドライバーの電源電圧として前記１次電池の電圧が供給さ
   れることを特徴とする請求項２に記載の充電回路。
4. 前記充電電力供給部は、前記１次電池の出力電圧が一端に供給されたコイルと、前記コイルの他端に接続されたスイッチング素子と、逆流防止用素子とを備え、前記スイッチング素子は前記パルス制御部からのクロックパルスに応じてスイッチングすることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
5. 前記昇圧電圧を検出する電圧検出回路を備え、前記パルス制御回路は、前記電圧検出回路によって検出された電圧に応じて前記クロックパルスを制御することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の充電回路。
6. 前記１次電池は直接メタノール型燃料電池から成る発電機であることを特徴とする請求項１、２、３、４、５のいずれかに記載の充電回路。