JP2009177930A

JP2009177930A - 充電回路

Info

Publication number: JP2009177930A
Application number: JP2008013204A
Authority: JP
Inventors: Hiroyo Yamada; 裕代山田
Original assignee: NEC Saitama Ltd
Current assignee: NEC Saitama Ltd
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】電池の接続時に未接続と誤認された場合、定電圧動作での電池充電を防止する。
【解決手段】電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認されずかつ電池流入電流検出回路115からの電池流入電流検出信号により閾値以上の電池への流入電流を検出した場合充電電流電圧制御用ＦＥＴ110を制御し装置電源供給113への電圧供給を停止し電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認されずかつ電池流入電流検出部からの電池流入電流検出信号により閾値未満の電池への流入電流を検出した場合定電圧制御回路112からの電圧検出信号により充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御し装置電源供給への一定電圧供給を行いかつ電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認された場合充電器供給電流検出回路108からの電流検出信号により充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御し電池への一定電流供給を行う充電制御回路109とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は携帯電話機等に用いる定電流定電圧充電方式の充電回路に関する。特に、本発明は、電池接続時に電池未接続と誤認した場合に電池が定電圧で充電されるのを防止するための充電回路に関する。

近年、電池の寿命について使用者は重要視してきており、電池への充電動作についても電池の劣化を考慮した充電回路が必要とされ、仮に電池と電池端子の接触が悪く異常接続された場合においても電池劣化の進行を抑え、電池寿命を長く保てる充電回路の提供が必要とされている。
本発明の前提となる携帯電話機等の充電方式として、電池充電に定電流定電圧充電方式があり、電池の接続有無を電池接続検出端子等により判断し、電池の接続がない場合には充電回路の定電圧回路を用いて装置電源供給として以下のように定電圧動作を行う充電回路がある。

図４は本発明の前提となる充電回路の概略構成を示すブロック図である。なお、全図を通して同一の構成要素に同一の符号を付して説明を行う。本図に示すように、充電回路１００には外部コネクタ電源端子１０１及び外部コネクタＧＮＤ（接地）端子１０２が設けられ、外部コネクタ電源端子１０１及び外部コネクタＧＮＤ（接地）端子１０２は外部充電器又は外部電源と接続される。

さらに、充電回路１００には電池電源端子１０３及び電池ＧＮＤ端子１０４が設けられ、電池電源端子１０３及び電池ＧＮＤ端子１０４には電池が接続される。
さらに、充電回路１００には電池接続検出端子１０５が設けられ、電池接続検出端子１０５は電池接続の有無を検出するために使用される。
外部コネクタ電源端子１０１には逆流防止ダイオード１０６のアノードが接続され、逆流防止ダイオード１０６は充電器の逆接続により異常電流を回避する。

逆流防止ダイオード１０６のカソードには電流検出抵抗１０７が接続され、電流検出抵抗１０７は充電器からの供給電流により電位差を発生させる。
電流検出抵抗１０７の両端には充電器供給電流検出回路１０８が接続され、充電器供給電流検出回路１０８は電流検出抵抗１０７で発生した電位差により充電器から電池に一定の電流を供給するために電流を検出する。

電流検出抵抗１０７と電池電源端子１０３の間に充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０が設けられ、充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０はｐチャンネル金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０のソースが電流検出抵抗１０７に接続され、充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０のドレーンが電池電源端子１０３に接続される。

充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０のドレーンには定電圧制御回路１１２と装置電源供給１１３が接続され、定電圧制御回路１１２は装置電源供給１１３に一定の電圧を供給するために電圧を検出する。
電池接続検出端子１０５、充電器供給電流検出回路１０８、定電圧制御回路１１２及び充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０のゲートである充電電流電圧制御用ＦＥＴ制御端子１１１には充電制御回路１０９が接続される。

充電制御回路１０９は電池接続検出端子１０５から電池接続有無検出信号、充電器供給電流検出回路１０８から電流検出信号及び定電圧制御回路１１２から電圧検出信号を入力し、これらの検出信号により充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０を制御する。
図５は図４の充電回路１００における充電制御回路１０９の一連の動作例を説明するフローチャートである。本図に示すように、ステップＳ４０１において、外部コネクタ電源端子１０１及び外部コネクタＧＮＤ端子１０２より外部から電源供給された状態とする。

ステップＳ４０２において、充電制御回路１０９では、電池接続検出端子１０５からの電池接続有無検出信号を入力し、電池接続なしか否かの確認を行う。
ステップＳ４０３において、充電制御回路１０９では、正常な電池接続ありと確認した場合には電池電源端子１０３及び電池ＧＮＤ端子１０４に接続されている電池に対して通常の充電動作を行う。

ステップＳ４０４において、充電完了しない場合にはステップＳ４０２に進み、以上の動作を繰り返す。
ステップＳ４０５において、充電完了した場合には充電制御回路１０９の動作を完了する。
ステップＳ４０６において、充電制御回路１０９では、電池接続なしと確認した場合には、定電圧制御回路１１２と充電制御回路１０９の制御より充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０を制御し、装置電源供給１１３に定電圧で電源供給を行い、ステップＳ４０２に戻り上記動作を継続し、定電圧動作を維持する。

このようにして充電回路１００の充電制御回路１０９では、電池が接続されている場合に、電池への充電のみを行い、電池が接続されていない場合のみ装置電源供給１１３への定電圧の供給を行うように制御を行う。
しかしながら、電池電源端子１０３及び電池ＧＮＤ端子１０４の接触部分は板バネ方式等のバネ圧により電池との接触を確保するようになっているため、電池電源端子１０３及び電池ＧＮＤ端子１０４の接触部分の板バネの変形、汚れ付着等による接触不良により、電池接続検出端子１０５が外れ未接続と誤って認識された場合、電池が接続されているにも関わらず、定電圧動作で電池へ充電してしまう可能性があり、電池の劣化を早めるとの問題がある。

このように、電池への充電回路に関連する従来技術には以下のものがある。
従来、負荷電流の変動が大きい場合でも、定電圧を負荷に供給するため、外部電源端子から供給される電圧を負荷へ供給する電源回路であって、逆流防止用ダイオード、電流制限抵抗、および充電制御用トランジスタを含む電源供給回路において、逆流防止用ダイオードと電流制限抵抗とを充電制御用トランジスタより外部電源端子側に配置し、電流制限抵抗の両端に接続され、それらの電位差より電流を検出して電流検出信号を出力する充電器供給電流検出回路と、電流検出信号と電池有無検出信号とに応答して、充電制御用トランジスタを制御する充電制御回路と、負荷に一端が接続された抵抗と、この抵抗の他端に接続され、充電制御用トランジスタを、負荷へ供給される電圧が定電圧となるように制御する定電圧制御回路とを含むものもある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、上記特許文献１では、電池への充電のみを行い、電池が接続されていない場合のみ負荷への定電圧の供給を行うように制御を行うが、電池が接続されているにも関わらず接続していないと誤って認識した場合には電池が定電圧で充電されてしまうという可能性がある。
また、従来、少なくとも充電の初期に、トリクル充電回路に充電器からの充電電流を制限させて２次電池を充電させるトリクル充電を行うことで、過放電電池への充電によるダメージを抑制するようにした電池パックにおいて、２次電池に異常な大電流が流れることを確実に防止するため、充電制御判定部は、電流検出抵抗でトリクル充電中の充電電流を監視し、予め定める値以上となると、トリクル充電回路や充電器に異常が生じ、或いは正規品ではない不適正な充電器が接続されているものと判断し、前記充電器から組電池への充電経路に介在されるＦＥＴをＯＦＦし、したがって、組電池に異常な大電流が流れることを確実に防止することができ、また、不適正な充電器を排除することができるものがある（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、上記特許文献２では、組電池に異常な大電流が流れることを確実に防止することができ、また、不適正な充電器を排除するが、電池が接続されているにも関わらず接続していないと誤って認識した場合には電池が定電圧で充電されてしまうという問題を解決するものではない。

特開２０００−２１７２５２号公報特開２００７−１１０８７７号公報

したがって、本発明は上記問題点に鑑みて、接触不良により、電池が接続されているにも関わらず、未接続と誤って認識された場合、定電圧動作で電池へ充電することを防止するための充電回路を提供することを目的とする。

本発明は前記問題点を解決するために、逆接続による異常電流を回避し電池に電流を供給しかつ装置電源供給に電圧を供給する充電回路において、電池への電流を制御しかつ供給電源供給への電圧を制御する充電電流電圧制御用ＦＥＴと、電池への供給電流により電位差を発生させる電流検出抵抗と、前記電流検出抵抗の両端に接続され発生する電位差により電池への供給電流を検出し電流検出信号を出力する充電器供給電流検出回路と、
装置電源供給に供給する電圧を検出する定電圧制御回路と、電池への流入電流により電位差を発生させる電池流入電流検出抵抗と、前記電池流入電流検出抵抗の両端に接続され発生する電位差により電池への流入電流を検出し電池流入電流検出信号を出力する電池流入電流検出回路と、電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認されずかつ前記電池流入電流検出回路からの電池流入電流検出信号により閾値以上の電池への流入電流を検出した場合に前記充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への電圧供給を停止し、電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認されずかつ前記電池流入電流検出部からの電池流入電流検出信号により閾値未満の電池への流入電流を検出した場合には前記定電圧制御回路からの電圧検出信号により前記充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への一定電圧供給を行いかつ電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認された場合には前記充電器供給電流検出回路からの電流検出信号により前記充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して電池への一定電流供給を行う充電制御回路とを備えることを特徴とする充電回路を提供する。

さらに、前記電池流入電流検出抵抗及び前記電池流入電流検出回路に代わり、定電圧供給電流検出回路を設け、前記定電圧供給電流検出回路は前記電流検出抵抗の両端に接続され前記電流検出抵抗で発生した電位差により電池への定電圧供給電流を検出し、定電圧供給電流検出信号を前記充電制御回路に出力し、前記充電制御回路は、定電圧動作時の前記装置電源供給で消費される電流以上の閾値を定電圧供給電流検出閾値として設定し、定電圧供給電流検出閾値を超える電流を検出した場合には、前記充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への電圧供給を停止する。

以上説明したように、本発明によれば、逆接続による異常電流を回避し電池に電流を供給しかつ装置電源供給に電圧を供給する充電回路において、電池への電流を制御しかつ供給電源供給への電圧を制御する充電電流電圧制御用ＦＥＴと、電池への供給電流により電位差を発生させる電流検出抵抗と、電流検出抵抗の両端に接続され発生する電位差により電池への供給電流を検出し電流検出信号を出力する充電器供給電流検出回路と、装置電源供給に供給する電圧を検出する定電圧制御回路と、電池への流入電流により電位差を発生させる電池流入電流検出抵抗と、電池流入電流検出抵抗の両端に接続され発生する電位差により電池への流入電流を検出し電池流入電流検出信号を出力する電池流入電流検出回路と、電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認されずかつ電池流入電流検出回路からの電池流入電流検出信号により閾値以上の電池への流入電流を検出した場合に充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への電圧供給を停止し、電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認されずかつ電池流入電流検出部からの電池流入電流検出信号により閾値未満の電池への流入電流を検出した場合には定電圧制御回路からの電圧検出信号により充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への一定電圧供給を行いかつ電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認された場合には充電器供給電流検出回路からの電流検出信号により充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して電池への一定電流供給を行う充電制御回路とを備えることを特徴とする充電回路を提供するようにしたので、定電圧制御動作中に装置電源供給以外に電池流入電流検出回路により電池側への流入電流が流れたことを検出し、定電圧動作を停止させることで、電池端子の変形及び汚れ等で電池が接続されているにも関わらず電池接続検出端子が非接触状態となり、電池が未接続と検出された場合に電池への充電電流が流れるため充電を停止することが可能となり、電池の劣化への懸念を回避することが可能となる。

さらに、電池流入電流検出抵抗及び電池流入電流検出回路に代わり、定電圧供給電流検出回路を設け、定電圧供給電流検出回路は電流検出抵抗の両端に接続され電流検出抵抗で発生した電位差により電池への定電圧供給電流を検出し、定電圧供給電流検出信号を充電制御回路に出力し、充電制御回路は、定電圧動作時の装置電源供給で消費される電流以上の閾値を定電圧供給電流検出閾値として設定し、定電圧供給電流検出閾値を超える電流を検出した場合には、充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への電圧供給を停止するようにしたので、前述と同様の作用効果を得ることが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係る充電回路１００の概略構成を示すブロック図である。本図に示すように、図４と比較して、携帯電話機等の充電回路１００には電池流入電流検出抵抗１１４及び電池流入電流検出回路１１５が設けられる。
電池流入電流検出抵抗１１４は充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０のドレーンと電池電源端子１０３の間に設けられ、電池への流入電流により電位差を発生させる。

電池流入電流検出抵抗１１４の両端に電池流入電流検出回路１１５が接続され、電池流入電流検出回路１１５は電池流入電流検出抵抗１１４で発生した電位差により電池への流入電流を検出し、電池流入電流検出信号を充電制御回路１０９に出力する。
充電制御回路１０９は、電池接続検出端子１０５からの電池接続有無検出信号により電池接続なしの確認に対して、電池流入電流検出回路１１５からの電池流入電流検出信号により閾値以上の電池流入電流を検出した場合には、充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０を制御して装置電源供給１１３への電圧供給を停止させる。

図２は図１の充電回路１００における充電制御回路１０９の一連の動作例を説明するフローチャートである。本図に示すように、ステップＳ５０１において、外部コネクタ電源端子１０１及び外部コネクタＧＮＤ端子１０２より外部から電源供給された状態とする。
ステップＳ５０２において、充電制御回路１０９では、電池接続検出端子１０５からの電池接続有無検出信号を入力し、電池接続なしか否かの確認を行う。

ステップＳ５０３において、充電制御回路１０９では、正常な電池接続ありと確認した場合には電池電源端子１０３及び電池ＧＮＤ端子１０４に接続されている電池に対して通常の充電動作を行う。
ステップＳ５０４において、充電完了しない場合にはステップＳ５０２に進み、以上の動作を繰り返す。

ステップＳ５０５において、充電完了した場合には充電制御回路１０９の動作を終了する。
ステップＳ５０６において、充電制御回路１０９では、電池接続なしと確認した場合には、定電圧制御回路１１２と充電制御回路１０９の制御より充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０を制御し、装置電源供給１１３に定電圧で電源供給を行う。

ステップＳ５０７において、充電制御回路１０９では、電池流入電流検出回路１１５への電池流入電流検出が閾値以上か否かを確認する。定電圧で電源供給を行った際に電池電源端子１０３及び電池ＧＮＤ端子１０４に電池が接続されていない場合、電池流入電流検出抵抗１１４にはほとんど電流が流れないため、電池流入電流検出回路１１５の電池流入電流検出では閾値以上にならず、ステップＳ５０２に戻り、定電圧動作を維持する。

ステップＳ５０８において、もし、電池接続検出端子１０５のみが変形、汚れによる接触不良の場合には、電池電源端子１０３及び電池ＧＮＤ端子１０４が接続されているため、電池に対して電流が流れ電池流入電流検出抵抗１１４の電位差が電池流入電流検出回路１１５の閾値以上となり、充電制御回路１０９は異常な状態と確認した場合には充電電流電圧制御用ＦＥＴ制御端子１１１を制御し、充電電流電圧制御用ＦＥＴ１１０をＯＦＦとすることで、装置電源供給１１３への定電圧動作を停止し、充電制御回路１０９の動作を終了する。

このようにして、本発明によれば、電池接続検出端子の電池なしを検出し、充電制御回路にて定電圧制御動作により装置電源供給を行う充電回路において、定電圧制御動作中に装置電源供給以外に電池流入電流検出回路により電池側への流入電流が流れたことを検出し、定電圧動作を停止させることで、電池端子の変形及び汚れ等で電池が接続されているにも関わらず電池接続検出端子が非接触状態となり、電池が未接続と検出された場合に電池への充電電流が流れるため充電を停止することが可能となり、電池の劣化への懸念を回避することが可能となる。

図３は図１の変形例であり、充電回路１００の概略構成を示すブロック図である。本図に示すように、図１と比較して、携帯電話機等の充電回路１００には、電池流入電流検出抵抗１１４及び電池流入電流検出回路１１５に代わり、電流検出抵抗１０７の両端に定電圧供給電流検出回路１１６が設けられる。定電圧供給電流検出回路１１６は電流検出抵抗１０７で発生した電位差により電池への定電圧供給電流を検出し、定電圧供給電流検出信号を充電制御回路１０９に出力する。

前述の実施例では、電池の異常接続の確認方法として電池側へ電池流入電流検出抵抗１１４と電池流入電流検出回路１１５を電池への流入電流の確認に使用したが、図３の実施例では、電流検出抵抗１０７の電位差による電流検出回路として電池流入電流検出回路１１５を追加し、電流検出閾値を定電圧動作時の装置電源供給１１３で消費される電流以上の閾値を定電圧供給電流閾値として設定しておけば、装置電源供給１１３以外に電池等の電流を引き込む回路が接続された場合、定電圧供給電流閾値以上を検出し、装置電源供給１１３への定電圧動作を停止することができ、前述の実施例と同様の効果が得られる。

以上、携帯電話機等の充電回路について説明したが、これに限らず、ＰＨＳ（簡易型携帯電話機）、ＰＤＡ（携帯情報端末）にも本発明の利用が可能である。

本発明に係る充電回路１００の概略構成を示すブロック図である。図１の充電回路１００における充電制御回路１０９の一連の動作例を説明するフローチャートである。図１の変形例であり、充電回路の概略構成を示すブロック図である。本発明の前提となる充電回路１００の概略構成を示すブロック図である。図４の充電回路１００における充電制御回路１０９の一連の動作例を説明するフローチャートである。

符号の説明

１００…充電回路
１０１…外部コネクタ電源端子
１０２…外部コネクタＧＮＤ（接地）端子
１０３…電池電源端子
１０４…電池ＧＮＤ端子
１０５…電池接続検出端子
１０６…逆流防止ダイオード
１０７…電流検出抵抗
１０８…充電器供給電流検出回路
１０９…充電制御回路
１１０…充電電流電圧制御用ＦＥＴ
１１１…充電電流電圧制御用ＦＥＴ制御端子
１１２…定電圧制御回路
１１３…装置電源供給
１１４…電池流入電流検出抵抗
１１５…電池流入電流検出回路
１１６…定電圧供給電流検出回路

Claims

逆接続による異常電流を回避し電池に電流を供給しかつ装置電源供給に電圧を供給する充電回路において、
電池への電流を制御しかつ供給電源供給への電圧を制御する充電電流電圧制御用ＦＥＴと、
電池への供給電流により電位差を発生させる電流検出抵抗と、
前記電流検出抵抗の両端に接続され発生する電位差により電池への供給電流を検出し電流検出信号を出力する充電器供給電流検出回路と、
装置電源供給に供給する電圧を検出する定電圧制御回路と、
電池への流入電流により電位差を発生させる電池流入電流検出抵抗と、
前記電池流入電流検出抵抗の両端に接続され発生する電位差により電池への流入電流を検出し電池流入電流検出信号を出力する電池流入電流検出回路と、
電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認されずかつ前記電池流入電流検出回路からの電池流入電流検出信号により閾値以上の電池への流入電流を検出した場合に前記充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への電圧供給を停止し、電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認されずかつ前記電池流入電流検出部からの電池流入電流検出信号により閾値未満の電池への流入電流を検出した場合には前記定電圧制御回路からの電圧検出信号により前記充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への一定電圧供給を行いかつ電池の接続端子からの電池接続検出信号により電池接続が確認された場合には前記充電器供給電流検出回路からの電流検出信号により前記充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して電池への一定電流供給を行う充電制御回路とを備えることを特徴とする充電回路。
前記電池流入電流検出抵抗及び前記電池流入電流検出回路に代わり、定電圧供給電流検出回路を設け、前記定電圧供給電流検出回路は前記電流検出抵抗の両端に接続され前記電流検出抵抗で発生した電位差により電池への定電圧供給電流を検出し、定電圧供給電流検出信号を前記充電制御回路に出力し、前記充電制御回路は、定電圧動作時の前記装置電源供給で消費される電流以上の閾値を定電圧供給電流検出閾値として設定し、定電圧供給電流検出閾値を超える電流を検出した場合には、前記充電電流電圧制御用ＦＥＴを制御して装置電源供給への電圧供給を停止することを特徴とする、請求項１に記載の充電回路。