JP2010051113A - 二次電池の充電回路、その充電制御方法及びその充電回路を備えた電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池Ｂａｔが接続されていない場合に負荷電流が急激に増加したときでも、負荷にリセットがかかることを防止することができる二次電池の充電回路、その充電制御方法及びその充電回路を備えた電源回路を得る。
【解決手段】充電回路３の動作を停止させず、充電完了後は切り換えスイッチＳＷ１を制御して演算増幅回路１２の入力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｓ４になるようにし、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔを、再充電電圧Ｖ３よりも小さく、リセット電圧Ｖｒｓｔよりも大きい電圧Ｖ４に設定するようにして、二次電池Ｂａｔが接続されていない場合に負荷１０への負荷電流が急激に増加したときでも、負荷１０にリセットがかかることを防止することができるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電回路及びその充電回路を備えた電源回路に関し、特に電子機器から取り外すことができる二次電池に対して充電を行う充電回路に関する。

近年、携帯電話やデジタルカメラ等の携帯電子機器が広く普及しており、これら携帯電子機器の電源には小型の二次電池が多く用いられている。このような二次電池の充電は、ＡＣアダプタを携帯電子機器に接続して、該機器内に備わっている充電回路を介して行われる場合が多い。また、二次電池が消耗している場合でも、ＡＣアダプタを接続することによって携帯電子機器の動作が可能になり、しかも二次電池の充電も行われるようになっているものが一般的である。

図３は、このような用途の携帯電子機器に使用されている電源回路の回路例を示した図である（例えば、特許文献１参照。）。
図３では、ＡＣアダプタ１０１が機器に接続されている場合は、ＡＣアダプタ１０１によって充電回路１０２に電力が供給され、充電回路１０２は二次電池Ｂａｔの充電を行う。充電回路１０２は、二次電池Ｂａｔの電圧や充電電流等を検出して、二次電池Ｂａｔが満充電になった場合は二次電池Ｂａｔへの充電を停止する。また、ＡＣアダプタ１０１の出力電圧は、通常、二次電池Ｂａｔの電圧よりも大きいため、ダイオードＤ１０１がオンしてＡＣアダプタ１０１の出力電圧が定電圧回路１０３に入力される。なお、ダイオードＤ１０２は、ダイオードＤ１０１を介して出力されているＡＣアダプタ１０１の電圧で二次電池Ｂａｔが充電されないようにするための逆流防止用ダイオードをなす。定電圧回路１０３は、入力された電圧を負荷１０４の動作に適した電圧に変換して出力する。

このように、ＡＣアダプタ１０１が接続されている場合は、通常、負荷１０４への電力供給はＡＣアダプタ１０１から行われる。
次に、ＡＣアダプタ１０１が接続されていない場合は、ダイオードＤ１０２がオンして、二次電池Ｂａｔの電圧が定電圧回路１０３に入力される。この場合、ダイオードＤ１０１は、ＡＣアダプタ１０１側に二次電池Ｂａｔから電力供給ができないようにするための逆流防止用ダイオードをなす。

ここで、定電圧回路１０３の消費電力について考える。
定電圧回路１０３の出力電圧は一定であるから、負荷１０４へ出力する負荷電流が同じであれば、定電圧回路１０３の消費電力は入力電圧が大きいほど大きくなる。通常、ＡＣアダプタ１０１の出力電圧の方が二次電池Ｂａｔの電圧よりも大きいため、ＡＣアダプタ１０１を使用したときの方が定電圧回路１０３の消費電力は大きくなる。すなわち、図３の構成では、定電圧回路１０３内で使用されている電圧制御用トランジスタ（図示せず）のトランジスタサイズを、ＡＣアダプタ１０１の出力電圧に合わせて大きくする必要があり、コストアップの要因になっていた。

また、逆流防止用ダイオードをなすダイオードＤ１０１及びＤ１０２がそれぞれ必要であるため、ダイオードＤ１０１及びＤ１０２による電圧降下が大きく、電源の効率を低下させていた。特に、定電圧回路１０３の出力電圧が小さいほどこのような影響が大きくなっていた。近年において、低消費電力化が進み動作電圧が低下していることを考慮すると、ダイオードＤ１０１及びＤ１０２における損失は無視できなくなっていた。また、ダイオードＤ１０１及びＤ１０２の代わりに、ＭＯＳトランジスタ等を使用して電源効率を向上させるようにしたものもあるが、ＭＯＳトランジスタを制御するための回路を追加する必要があるため、回路が複雑で大きくなるという問題があった。

図４は、従来の電源回路の他の例を示した図である（例えば、特許文献２参照。）。なお、図４では、図３と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
図４では、ＡＣアダプタ１０１が機器に接続されている場合は、ＡＣアダプタ１０１から充電回路１０２に電力が供給され、充電回路１０２によって二次電池Ｂａｔが充電される。また、充電回路１０２は、出力端子ＢＡＴＴが定電圧回路１０３の入力端にも接続されているため、定電圧回路１０３を介して負荷１０４へも電力を供給する。

図４の電源回路では、定電圧回路１０３に入力される電圧が二次電池Ｂａｔの満充電電圧以上にならないため、図３の場合よりも、定電圧回路１０３内で使用されている電圧制御用トランジスタのトランジスタサイズを小さくすることができる。また、逆流防止用のダイオードＤ１０１及びＤ１０２が不要となり、電源効率を上げることができる。
しかし、図４のような構成では、二次電池Ｂａｔが取り外された状態で、ＡＣアダプタ１０１だけで作動させようとした場合に、次に説明するような問題が発生していた。

図５は、図４の回路において、二次電池Ｂａｔがある場合と、ない場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５において、「負荷＋充電電流」は、充電回路１０２が動作を停止している場合では、二次電池Ｂａｔから負荷１０４に供給されている負荷電流であり、充電回路１０２が作動している場合では、充電回路１０２から出力される電流であり、該電流は負荷電流と充電電流の和になっている。また、ＢＡＴＴ端子電圧は出力端子ＢＡＴＴの電圧を示している。
二次電池Ｂａｔが装着されている場合の動作について説明する。
図５において、時刻ｔ１以前は充電回路１０２の動作が停止しており、負荷１０４への電力供給は二次電池Ｂａｔから行われている。このため、二次電池Ｂａｔの電圧が次第に低下する。

時刻ｔ１になって再充電電圧Ｖ３以下になると、充電回路１０２は動作を開始する。充電回路１０２にはソフトスタート回路（図示せず）が設けられており、充電回路１０２の出力電流は、時間Ｔｓをかけて徐々に増加する。このため、ＢＡＴＴ端子電圧は、時間Ｔｓが経過した時刻ｔ２から上昇を始める。時刻ｔ３でＢＡＴＴ端子電圧が充電完了電圧Ｖ２を超え、更に充電が進むと、充電回路１０２は、満充電電圧Ｖ１での定電圧充電を行う。該定電圧充電では、次第に充電電流が減少して、時刻ｔ４で「負荷＋充電電流」が電流ｉ２を下回ると、充電回路１０２は二次電池Ｂａｔへの充電を停止し、「負荷＋充電電流」は、充電開始前の負荷電流に戻る。充電回路１０２が動作を停止すると、負荷１０４へは二次電池Ｂａｔから電力供給が行われるため、二次電池Ｂａｔの電圧は低下を始め、時刻ｔ１以前と同じ状態に戻る。以下、このような動作が繰り返して行われる。

次に、二次電池Ｂａｔが取り外されている場合の動作を説明する。
時刻ｔ５以前では充電回路１０２の動作が停止しており、負荷１０４への電力供給はコンデンサＣｏから行われているため、ＢＡＴＴ端子電圧が次第に低下する。
時刻ｔ５でＢＡＴＴ端子電圧が再充電電圧Ｖ３以下になると、充電回路１０２は動作を開始する。充電回路１０２にはソフトスタート回路が設けられており、充電回路１０２の出力電流は、時間Ｔｓをかけて徐々増加する。このため、ＢＡＴＴ端子電圧は、時間Ｔｓが経過した時刻ｔ６から上昇を始める。なお、時刻ｔ６におけるＢＡＴＴ端子電圧は、負荷電流が小さいために再充電電圧Ｖ３よりも僅かに低下した値になっているが、リセット電圧Ｖｒｓｔよりも大きいため特に問題はない。

時刻ｔ７でＢＡＴＴ端子電圧が満充電電圧Ｖ１になると、コンデンサＣｏへの充電が完了するため、充電回路１０２からの出力電流は急激に減少し、負荷１０４に供給される負荷電流だけになる。該負荷電流は充電完了電流ｉ２よりも小さいため、充電回路１０２は充電を停止する。負荷電流が充電完了電流ｉ２よりも小さい間はこのような動作が繰り返して行われる。
特開２００６−２１７７９７号公報 特開２０００−２７８８７７号公報

しかし、時刻ｔ８で負荷電流が急激に増加すると、負荷１０４への電力供給はコンデンサＣｏから行っているため、ＢＡＴＴ端子電圧が急速に低下する。時刻ｔ９でＢＡＴＴ端子電圧が再充電電圧Ｖ３以下となり、充電回路１０２が動作を開始する。充電回路１０２のソフトスタート回路が作動している時間Ｔｓ中においてもＢＡＴＴ端子電圧は低下を続けるため、時刻ｔ１０でＢＡＴＴ端子電圧はリセット電圧Ｖｒｓｔ以下になり、負荷１０４には電圧低下によるリセットがかかり、すべての動作がリセットされてしまうという問題が発生していた。

なお、時刻ｔ１１でソフトスタート期間Ｔｓが過ぎるとＢＡＴＴ端子電圧は上昇する。このときの電流は、負荷電流にコンデンサＣｏを充電する充電電流が加わるため、負荷電流よりも大きくなる。時刻ｔ１２でＢＡＴＴ端子電圧が満充電電圧Ｖ１まで上昇すると、コンデンサＣｏへの充電が停止する。また、時刻ｔ７のときと異なり、時刻ｔ１２では負荷電流が充電完了電流ｉ２よりも大きいため、充電回路１０２は動作を停止せず、定電圧回路として作動して満充電電圧Ｖ１の電圧を出力する。このように、図４の回路では、時刻ｔ１１で負荷１０４をリセットしてしまうため、機器が正常に動作を行うことができなくなる場合があった。

また、図６で示すように、二次電池Ｂａｔを内蔵したバッテリパック１０５内に電池取り付け有無を検出するための抵抗Ｒｂを備えることも考えられるが、このようにすると、二次電池Ｂａｔの有無を検出するためのＩＤ端子を備えたバッテリパック１０５しか使用することができず、バッテリパック１０５にＩＤ端子を設けると、その分バッテリパック１０５が大型になるという問題があった。また、バッテリパック１０５と充電回路１０２との接続スペースが多く必要になり、結果的に携帯電子機器の小型化の妨げになると共に、コストアップの要因になるという問題があり、更に、バッテリパック１０５と充電回路１０２との接続端子数が増えることによる信頼性の低下にもつながっていた。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、二次電池への充電完了後は、ＢＡＴＴ端子電圧を、再充電電圧Ｖ３よりも小さく且つリセット電圧Ｖｒｓｔよりも大きい電圧に設定するようにして、二次電池Ｂａｔが接続されてない場合に負荷電流が急激に増加したときでも、負荷にリセットがかかることを防止することができる二次電池の充電回路、その充電制御方法及びその充電回路を備えた電源回路を得ることを目的とする。

この発明に係る充電回路は、入力端子に入力された電圧を電源にして出力端子に接続された二次電池の充電を行う充電回路において、
制御電極に入力された制御信号に応じて、前記二次電池への充電電流の供給制御を行う充電電流制御用トランジスタと、
前記充電電流の電流値を検出する電流検出回路部と、
前記出力端子の電圧を検出する電圧検出回路部と、
前記電圧検出回路部で検出された電圧が所定の満充電電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタを動作制御して定電圧充電を行う制御回路部と、
を備え、
前記制御回路部は、前記出力端子の電圧が前記満充電電圧よりも小さい所定の再充電電圧以下に低下すると前記充電電流制御用トランジスタをオンさせて前記充電電流の供給を開始させ、前記電流検出回路部で検出された充電電流と前記電圧検出回路部で検出された電圧から、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧よりも小さく且つ前記二次電池に接続される負荷が動作可能な電圧以上である所定値になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うものである。

また、前記制御回路部は、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧以下に低下すると、前記出力端子の電圧が前記満充電電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うようにした。

具体的には、前記電圧検出回路部は、前記出力端子の電圧に比例した比例電圧を生成して出力し、前記制御回路部は、該比例電圧が設定した基準電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行い、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記出力端子の電圧が前記所定値になるように前記基準電圧の設定値を変えて前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うようにした。

この場合、前記制御回路部は、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧以下に低下したことを検出すると、前記出力端子の電圧が前記満充電電圧になるように前記基準電圧の設定値を変えて前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うようにした。

また、前記制御回路部は、前記出力端子の電圧が、前記再充電電圧よりも大きく且つ前記満充電電圧よりも小さい所定の充電完了電圧以上になると共に、前記充電電流が所定の電流値未満になると、前記二次電池の充電が完了したと判定するようにした。

また、前記電流検出回路部は、検出した前記充電電流を電圧に変換して出力し、前記制御回路部は、前記二次電池の充電を開始すると、該電流検出回路部から出力された電圧が所定の電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタを動作制御して定電流充電を行った後、前記定電圧充電を行うようにした。

また、この発明に係る充電回路の充電制御方法は、制御電極に入力された制御信号に応じて、二次電池への充電電流の供給制御を行う充電電流制御用トランジスタと、
前記充電電流の電流値を検出する電流検出回路部と、
前記二次電池が接続される出力端子の電圧を検出する電圧検出回路部と、
を備え、
入力端子に入力された電圧を電源にして前記出力端子に接続された前記二次電池の充電を行う充電回路の充電制御方法において、
前記出力端子の電圧が所定の再充電電圧以下に低下すると前記充電電流制御用トランジスタをオンさせて前記充電電流の供給を開始させ、
前記電圧検出回路部で検出された電圧が前記再充電電圧よりも大きい所定の満充電電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタを動作制御して定電圧充電を行い、
前記電流検出回路部で検出された充電電流と前記電圧検出回路部で検出された電圧から、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧よりも小さく且つ前記二次電池に接続される負荷が動作可能な電圧以上である所定値になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うようにした。

また、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧以下に低下すると、前記出力端子の電圧が前記満充電電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うようにした。

また、この発明に係る電源回路は、負荷に電源電圧を供給する電源回路において、
前記請求項１から請求項６のいずれかに記載の充電回路と、
該充電回路の前記出力端子に接続され、該充電回路によって充電が行われる二次電池と、
前記充電回路における前記出力端子の電圧を所定の定電圧に変換して前記負荷に供給する定電圧回路と、
を備えるようにした。

本発明の充電回路、その充電制御方法及びその充電回路を備えた電源回路によれば、充電回路の動作を停止させず、充電完了後は前記出力端子の電圧を所定の再充電電圧よりも小さく且つ前記二次電池に接続される負荷が動作可能な電圧以上である所定値になるようにしたことから、二次電池が接続されていない場合に前記出力端子に接続された負荷への電流が急激に増加した場合においても、該負荷にリセットがかかることを防止することができる。

また、二次電池の有無を検出するためのＩＤ端子が不要であるため、小型化を図ることができると共に信頼性の向上を図ることができ、ＩＤ端子付きのバッテリパックの充電も行うことができ、汎用性を高めることができる。

また、電源効率を低下させる逆流防止用のダイオードが不要である、電源効率を向上させることができる。

また、本発明の電源回路によれば、定電圧回路に満充電電圧以上の電圧が印加されないようにしたことから、該定電圧回路内の電圧制御用トランジスタのトランジスタサイズを小さくすることができる。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における充電回路を備えた電源回路の構成例を示した図である。
図１において、電源回路１は、ＡＣアダプタ２、二次電池Ｂａｔ、二次電池Ｂａｔの充電を行う充電回路３、二次電池Ｂａｔの電圧又は充電回路３の出力電圧を所定の定電圧に変換して負荷１０に出力する定電圧回路４及びコンデンサＣｏを備えている。

また、充電回路３は、ＰＭＯＳトランジスタからなる充電電流制御用トランジスタＭ１、ＰＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ３、演算増幅回路１１，１２、充電制御回路１３、所定の基準電圧Ｖｓ１を生成して出力する基準電圧発生回路１４、所定の基準電圧Ｖｓ４を生成して出力する基準電圧発生回路１５、所定の基準電圧Ｖｓ５を生成して出力する基準電圧発生回路１６、切り換えスイッチＳＷ１及び抵抗Ｒ１〜Ｒ４で構成されている。なお、ＰＭＯＳトランジスタＭ２及び抵抗Ｒ１は電流検出回路部を、抵抗Ｒ２及びＲ３は電圧検出回路部を、演算増幅回路１１，１２、充電制御回路１３、基準電圧発生回路１４〜１６、切り換えスイッチＳＷ１、ＰＭＯＳトランジスタＭ３及び抵抗Ｒ４は制御回路部をそれぞれなす。

ＡＣアダプタ２から出力された電源電圧Ｖａｄｐは、充電回路３の入力端子ＡＤＰに入力され、充電回路３の出力端子ＢＡＴＴと接地電圧ＧＮＤとの間には、二次電池ＢａｔとコンデンサＣｏが並列に接続され、更に出力端子ＢＡＴＴは定電圧回路４の入力端に接続されている。定電圧回路４の出力端と接地電圧ＧＮＤとの間には負荷１０が接続されている。
充電回路３において、入力端子ＡＤＰと出力端子ＢＡＴＴとの間に充電電流制御用トランジスタＭ１が接続され、出力端子ＢＡＴＴと接地電圧ＧＮＤとの間に抵抗Ｒ２及びＲ３が直列に接続されている。抵抗Ｒ２及びＲ３は出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔを分圧して分圧電圧Ｖｂを生成し、演算増幅回路１２の非反転入力端と充電制御回路１３にそれぞれ出力する。

入力端子ＡＤＰと接地電圧ＧＮＤとの間には、ＰＭＯＳトランジスタＭ２と抵抗Ｒ１が直列に接続され、ＰＭＯＳトランジスタＭ２のドレインと抵抗Ｒ１との接続部の電圧Ｖｉｃは、演算増幅回路１１の反転入力端と充電制御回路１３にそれぞれ入力されている。また、入力端子ＡＤＰと演算増幅回路１２の出力端との間にはＰＭＯＳトランジスタＭ３と抵抗Ｒ４が直列に接続されている。充電電流制御用トランジスタＭ１及びＰＭＯＳトランジスタＭ２の各ゲートは接続され、該接続部はＰＭＯＳトランジスタＭ３のドレインと抵抗Ｒ４との接続部に接続されている。

ＰＭＯＳトランジスタＭ３のゲートは演算増幅回路１１の出力端に接続され、演算増幅回路１１の非反転入力端には基準電圧Ｖｓ５が入力されている。演算増幅回路１２の反転入力端は、切り換えスイッチＳＷ１の共通端子Ｃに接続され、切り換えスイッチＳＷ１の端子Ａには基準電圧Ｖｓ１が、切り換えスイッチＳＷ１の端子Ｂには基準電圧Ｖｓ４がそれぞれ入力されている。切り換えスイッチＳＷ１は、充電制御回路１３からの制御信号ＣＮＴに応じて、共通端子Ｃを端子Ａ又は端子Ｂのいずれか一方に接続する。

このような構成において、充電電流制御用トランジスタＭ１及びＰＭＯＳトランジスタＭ２の各ゲートが接続されると共に各ソースが接続されていることから、充電電流制御用トランジスタＭ１及びＰＭＯＳトランジスタＭ２の各ドレイン電流は比例する。また、ＰＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電流は抵抗Ｒ１で電圧に変換されることから、抵抗Ｒ１の電圧降下を調べることにより充電電流制御用トランジスタＭ１のドレイン電流の電流値を調べることができる。充電電流制御用トランジスタＭ１のドレインから出力端子ＢＡＴＴを介して出力される出力電流ｉｏｕｔは、二次電池Ｂａｔへの充電電流と、負荷１０に供給される負荷電流ｉＬとの和になる。

演算増幅回路１１は、出力電流ｉｏｕｔが所定の定電流ｉ１になって定電流充電を行うときに使用される増幅回路であり、抵抗Ｒ１の電圧降下である電圧Ｖｉｃが基準電圧Ｖｓ５に等しくなるようにＰＭＯＳトランジスタＭ３のゲート電圧を制御する。充電電流制御用トランジスタＭ１とＰＭＯＳトランジスタＭ２の各ドレイン電流の電流値比をＫとすると、定電流ｉ１、抵抗Ｒ１の抵抗値ｒ１及び基準電圧Ｖｓ５の関係は下記（１）式のようになる。
ｉ１＝Ｋ×Ｖｓ５／ｒ１………………（１）
但し、出力電流ｉｏｕｔが電流ｉ１未満の場合は、演算増幅回路１１は、出力信号をハイレベルにしてＰＭＯＳトランジスタＭ３をオフさせて遮断状態にするため、充電制御には関わらなくなる。

演算増幅回路１２は、二次電池Ｂａｔに対して定電圧充電を行うときに使用される増幅回路である。演算増幅回路１２は、分圧電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｓ１又はＶｓ４に等しくなるように充電電流制御用トランジスタＭ１のゲート電圧を制御する。切り換えスイッチＳＷ１によって、演算増幅回路１２の反転入力端に基準電圧Ｖｓ１が入力されたときの出力端子ＢＡＴＴの電圧ＶｂａｔをＶ１とし、演算増幅回路１２の反転入力端に基準電圧Ｖｓ４が入力されたときの出力端子ＢＡＴＴの電圧ＶｂａｔをＶ４とすると、電圧Ｖ１と電圧Ｖ４は下記（２）式及び（３）式で表される。
Ｖ１＝Ｖｓ１×（ｒ２＋ｒ３）／ｒ３………………（２）
Ｖ４＝Ｖｓ４×（ｒ２＋ｒ３）／ｒ３………………（３）

なお、前記（２）式及び（３）式において、ｒ２及びｒ３は、抵抗Ｒ２及びＲ３の抵抗値を示している。また、電圧Ｖ１は、二次電池Ｂａｔが満充電されたときの電圧である満充電電圧であり、電圧Ｖ４は、二次電池Ｂａｔに対して再び充電を行う際の目安となる電圧である再充電電圧Ｖ３と負荷１０にリセットがかかるリセット電圧Ｖｒｓｔとの間の電圧であり、所定値をなしている。

図２は、図１の充電回路３の動作を説明するためのタイミングチャートであり、図２を参照しながら図１の充電回路３の動作について説明する。
図２において、二次電池Ｂａｔが接続されている場合について説明する。
時刻ｔ１以前は、切り換えスイッチＳＷ１の共通端子Ｃは端子Ｂに接続されている。このような状態では、演算増幅回路１２の反転入力端には基準電圧Ｖｓ４が入力されるため、演算増幅回路１２は、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔが電圧Ｖ４になるように充電電流制御用トランジスタＭ１を制御する。しかし、このとき出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔは、電圧Ｖ４よりも大きい再充電電圧Ｖ３以上になっているため、演算増幅回路１２の出力信号はハイレベルになり、充電電流制御用トランジスタＭ１とＰＭＯＳトランジスタＭ２はそれぞれオフして遮断状態になる。

すなわち、充電回路３は作動しているが、充電電流制御用トランジスタＭ１がオフしているので、ＡＣアダプタ２から出力端子ＢＡＴＴへの電流供給が停止する。このため、負荷１０には二次電池Ｂａｔから電流が供給され、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔは次第に低下する。なお、ＰＭＯＳトランジスタＭ２がオフすると、抵抗Ｒ１には電流が流れず、電圧Ｖｉｃは０Ｖになる。このため、演算増幅回路１１の出力信号もハイレベルになり、ＰＭＯＳトランジスタＭ３もオフして遮断状態になり、演算増幅回路１１は、充電動作には関与しなくなる。

出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔが時刻ｔ１で再充電電圧Ｖ３以下になると、充電制御回路１３は分圧電圧Ｖｂからそれを検知し、切り換えスイッチＳＷ１に対して、制御信号ＣＮＴを使用して共通端子Ｃを端子Ａに接続させる。このため、演算増幅回路１２の反転入力端には基準電圧Ｖｓ１が入力され、前記（２）式で示したように、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔの設定が満充電電圧Ｖ１に変更される。
また、演算増幅回路１２の反転入力端に基準電圧Ｖｓ１が入力されると、演算増幅回路１２において、反転入力端の電圧が非反転入力端に入力された分圧電圧Ｖｂよりも大きくなる。このことから、演算増幅回路１２の出力信号はローレベルになり、充電電流制御用トランジスタＭ１とＰＭＯＳトランジスタＭ２がそれぞれオンする。

このため、ＡＣアダプタ２から充電電流制御用トランジスタＭ１を介して出力端子ＢＡＴＴに電流が供給される。ＰＭＯＳトランジスタＭ２のドレイン電流は、充電電流制御用トランジスタＭ１のドレイン電流に比例するため、抵抗Ｒ１に電流が流れ電圧Ｖｉｃが上昇する。電圧Ｖｉｃが基準電圧Ｖｓ５に近づくにつれ演算増幅回路１１の出力電圧が低下し、ＰＭＯＳトランジスタＭ３のインピーダンスを小さくする。ＰＭＯＳトランジスタＭ３のインピーダンスが小さくなると、充電電流制御用トランジスタＭ１とＰＭＯＳトランジスタＭ２の各ゲート電圧がそれぞれ上昇する。

演算増幅回路１１は、電圧Ｖｉｃが基準電圧Ｖｓ５に等しくなるようにＰＭＯＳトランジスタＭ３のゲート電圧を制御することになり、このときの充電電流制御用トランジスタＭ１のドレイン電流が出力電流ｉｏｕｔの最大電流であり、前記（１）式で示した電流ｉ１になる。すなわち、時刻ｔ１からは電流値ｉ１の出力電流ｉｏｕｔが出力端子ＢＡＴＴから供給され、負荷１０への給電と二次電池Ｂａｔへの充電に使用される。但し、実際には回路の遅延があるため、時刻ｔ１から電流ｉ１になるまでには少し時間がかかる。

時刻ｔ２で二次電池Ｂａｔの電圧が充電完了電圧Ｖ２を超え、更に充電が進むと出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔは満充電電圧Ｖ１になる。すると、演算増幅回路１２の非反転入力端に入力された分圧電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｓ１に等しくなり、演算増幅回路１２の出力電圧が上昇する。このため、充電電流制御用トランジスタＭ１のゲート電圧が上昇し、充電電流制御用トランジスタＭ１のドレイン電流が減少する。すると、電圧Ｖｉｃが低下し、演算増幅回路１１の出力信号はハイレベルになり、ＰＭＯＳトランジスタＭ３はオフして遮断状態になる。ＰＭＯＳトランジスタＭ３がオフすると充電制御に関わらなくなるため、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔは演算増幅回路１２によって満充電電圧Ｖ１になるように制御され、充電回路３は満充電電圧Ｖ１での定電圧充電に移行する。満充電電圧Ｖ１による定電圧充電では、次第に二次電池Ｂａｔへの充電電流が減少し、該減少に比例して電圧Ｖｉｃも低下する。電圧Ｖｉｃは、充電制御回路１３で常時監視されている。

時刻ｔ３で電圧Ｖｉｃが所定値以下になると、充電制御回路１３は、充電完了信号として、切り換えスイッチＳＷ１に対して、共通端子Ｃを再び端子Ｂに接続するように制御信号ＣＮＴを出力する。なお、電圧Ｖｉｃが前記所定値と等しくなった時点の出力電流ｉｏｕｔは電流ｉ２になる。
演算増幅回路１２の反転入力端に基準電圧Ｖｓ４が入力されると、演算増幅回路１２の出力信号はハイレベルになり、充電電流制御用トランジスタＭ１とＰＭＯＳトランジスタＭ２はそれぞれオフする。このため、ＡＣアダプタ２から出力端子ＢＡＴＴへの電力供給が停止し、この状態は前述した時刻ｔ１以前の状態と同じである。時刻ｔ３以後は、負荷１０への負荷電流が二次電池Ｂａｔから供給されるため、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔが次第に低下し、以降前記のような動作が繰り返し行われる。

次に、二次電池Ｂａｔが取り外されている場合の動作について説明する。
時刻ｔ４以前は切り換えスイッチＳＷ１の共通端子Ｃが端子Ｂに接続されており、前記した時刻ｔ１以前とまったく同じ動作が行われる。但し、二次電池Ｂａｔが接続されていないため、負荷１０への電力供給はコンデンサＣｏから行われており、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔの低下速度は速くなる。
時刻ｔ４で、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔが再充電電圧Ｖ３以下になると、充電制御回路１３は、切り換えスイッチＳＷ１に対して、共通端子Ｃの接続を端子Ａに切り換えさせる。すると、演算増幅回路１２の反転入力端には基準電圧Ｖｓ１が入力され、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔの設定値が前記（２）式で示したような満充電電圧Ｖ１に変更される。

演算増幅回路１２の反転入力端に基準電圧Ｖｓ１が入力されると、演算増幅回路１２において、反転入力端の電圧が非反転入力端の電圧よりも大きくなるため、出力信号がローレベルになり、充電電流制御用トランジスタＭ１をオンさせる。このため、時刻ｔ１で説明したようにＡＣアダプタ２から充電電流制御用トランジスタＭ１を介して出力端子ＢＡＴＴに電流値ｉ１の電流が供給される。出力端子ＢＡＴＴには二次電池Ｂａｔが接続されていないため、出力端子ＢＡＴＴに供給された電力は負荷１０への負荷電流とコンデンサＣｏの充電に使用される。

コンデンサＣｏの容量は二次電池Ｂａｔよりも極めて小さいため短時間で充電され、電圧Ｖｂａｔは時刻ｔ５で満充電電圧Ｖ１に到達する。すると、出力電流ｉｏｕｔは負荷１０への負荷電流だけになり、電圧Ｖｉｃが低下する。充電制御回路１３は電圧Ｖｉｃの該低下を検出して、充電完了信号である制御信号ＣＮＴを出力して切り換えスイッチＳＷ１の接続が端子Ｂ側に変更される。このため、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔの設定値は電圧Ｖ４に変更され、演算増幅回路１２の出力信号はハイレベルになり、充電電流制御用トランジスタＭ１はオフする。このような状態は時刻ｔ４以前の場合と同じであるため、負荷１０への負荷電流が電流値ｉ２以上に増えない限り前記のような動作を繰り返す。

時刻ｔ６で出力電流ｉｏｕｔが電流値ｉ２以上に急増すると、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔは急激に低下する。時刻ｔ７で電圧Ｖｂａｔが再充電電圧Ｖ３以下になると、充電制御回路１３は、制御信号ＣＮＴを使用して切り換えスイッチＳＷ１を制御し、演算増幅回路１２の反転入力端の電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｓ１になるようにする。しかし、演算増幅回路１２の反転入力端の電圧Ｖｓを基準電圧Ｖｓ１に変更するまでには時間Ｔｄの遅れがある。この間においても出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔは低下するが、演算増幅回路１２は、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔが電圧Ｖ４になるように作動している。このため、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔが電圧Ｖ４まで低下すると、充電電流制御用トランジスタＭ１をオンさせて、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔが電圧Ｖ４で維持されるように動作する。

この結果、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔは、従来回路のようにリセット電圧Ｖｒｓｔまで低下することがなくなり、負荷１０にリセットがかかって異常動作になることを防止することができる。
遅延時間Ｔｄが経過した時刻ｔ８で、演算増幅回路１２の入力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｓ１に切り換わると、出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔは満充電電圧Ｖ１まで上昇する。電圧Ｖｂａｔが満充電電圧Ｖ１に達した後も、出力電流ｉｏｕｔが充電完了電流ｉ２以上であるため、演算増幅回路１２を中心に構成された定電圧充電を行う回路が定電圧回路として作動し続ける。

このように、本第１の実施の形態における充電回路を備えた電源回路は、充電回路３の動作を停止させず、充電完了後は出力端子ＢＡＴＴの電圧Ｖｂａｔを再充電電圧Ｖ３よりも小さく、リセット電圧Ｖｒｓｔよりも大きい電圧Ｖ４に設定するようにしたことから、二次電池Ｂａｔが接続されていない場合に負荷１０への負荷電流が急激に増加したときでも、負荷１０にリセットがかかることを防止することができる。

また、二次電池Ｂａｔの有無を検出するためのＩＤ端子を設ける必要がなく、小型で信頼性の高い充電回路を得ることができる。
また、定電圧回路４に満充電電圧Ｖ１以上の電圧が入力されないようにすることができ、定電圧回路４内の電圧制御用トランジスタのトランジスタサイズを小さくすることができる。
更に、電源効率を低下させる逆流防止用のダイオードを使用する必要がないため、電源効率が向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態における充電回路を備えた電源回路の構成例を示した図である。 図１の充電回路３の動作を説明するためのタイミングチャートである。 従来の電源回路の回路例を示した図である。 従来の電源回路の他の回路例を示した図である。 図４の回路の動作を説明するためのタイミングチャートである。 従来の電源回路の他の回路例を示した図である。

符号の説明

１ 電源回路
２ ＡＣアダプタ
３ 充電回路
４ 定電圧回路
１０ 負荷
１１，１２ 演算増幅回路
１３ 充電制御回路
１４〜１６ 基準電圧発生回路
Ｂａｔ 二次電池
Ｃｏ コンデンサ
Ｍ１ 充電電流制御用トランジスタ
Ｍ２，Ｍ３ ＰＭＯＳトランジスタ
Ｒ１〜Ｒ４ 抵抗
ＳＷ１ 切り換えスイッチ

Claims (9)

1. 入力端子に入力された電圧を電源にして出力端子に接続された二次電池の充電を行う充電回路において、
   制御電極に入力された制御信号に応じて、前記二次電池への充電電流の供給制御を行う充電電流制御用トランジスタと、
   前記充電電流の電流値を検出する電流検出回路部と、
   前記出力端子の電圧を検出する電圧検出回路部と、
   前記電圧検出回路部で検出された電圧が所定の満充電電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタを動作制御して定電圧充電を行う制御回路部と、
   を備え、
   前記制御回路部は、前記出力端子の電圧が前記満充電電圧よりも小さい所定の再充電電圧以下に低下すると前記充電電流制御用トランジスタをオンさせて前記充電電流の供給を開始させ、前記電流検出回路部で検出された充電電流と前記電圧検出回路部で検出された電圧から、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧よりも小さく且つ前記二次電池に接続される負荷が動作可能な電圧以上である所定値になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うことを特徴とする充電回路。
2. 前記制御回路部は、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧以下に低下すると、前記出力端子の電圧が前記満充電電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うことを特徴とする請求項１記載の充電回路。
3. 前記電圧検出回路部は、前記出力端子の電圧に比例した比例電圧を生成して出力し、前記制御回路部は、該比例電圧が設定した基準電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行い、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記出力端子の電圧が前記所定値になるように前記基準電圧の設定値を変えて前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の充電回路。
4. 前記制御回路部は、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧以下に低下したことを検出すると、前記出力端子の電圧が前記満充電電圧になるように前記基準電圧の設定値を変えて前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うことを特徴とする請求項３記載の充電回路。
5. 前記制御回路部は、前記出力端子の電圧が、前記再充電電圧よりも大きく且つ前記満充電電圧よりも小さい所定の充電完了電圧以上になると共に、前記充電電流が所定の電流値未満になると、前記二次電池の充電が完了したと判定することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の充電回路。
6. 前記電流検出回路部は、検出した前記充電電流を電圧に変換して出力し、前記制御回路部は、前記二次電池の充電を開始すると、該電流検出回路部から出力された電圧が所定の電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタを動作制御して定電流充電を行った後、前記定電圧充電を行うことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の充電回路。
7. 制御電極に入力された制御信号に応じて、二次電池への充電電流の供給制御を行う充電電流制御用トランジスタと、
   前記充電電流の電流値を検出する電流検出回路部と、
   前記二次電池が接続される出力端子の電圧を検出する電圧検出回路部と、
   を備え、
   入力端子に入力された電圧を電源にして前記出力端子に接続された前記二次電池の充電を行う充電回路の充電制御方法において、
   前記出力端子の電圧が所定の再充電電圧以下に低下すると前記充電電流制御用トランジスタをオンさせて前記充電電流の供給を開始させ、
   前記電圧検出回路部で検出された電圧が前記再充電電圧よりも大きい所定の満充電電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタを動作制御して定電圧充電を行い、
   前記電流検出回路部で検出された充電電流と前記電圧検出回路部で検出された電圧から、前記二次電池の充電が完了したと判定すると、前記出力端子の電圧が前記再充電電圧よりも小さく且つ前記二次電池に接続される負荷が動作可能な電圧以上である所定値になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うことを特徴とする充電回路の充電制御方法。
8. 前記出力端子の電圧が前記再充電電圧以下に低下すると、前記出力端子の電圧が前記満充電電圧になるように前記充電電流制御用トランジスタの動作制御を行うことを特徴とする請求項７記載の充電回路の充電制御方法。
9. 負荷に電源電圧を供給する電源回路において、
   前記請求項１から請求項６のいずれかに記載の充電回路と、
   該充電回路の前記出力端子に接続され、該充電回路によって充電が行われる二次電池と、
   前記充電回路における前記出力端子の電圧を所定の定電圧に変換して前記負荷に供給する定電圧回路と、
   を備えることを特徴とする電源回路。

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