JP2011244549A

JP2011244549A - 充電制御回路

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Publication number: JP2011244549A
Application number: JP2010112627A
Authority: JP
Inventors: Michitaka Toshimoto; 道隆利元
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-05-14
Filing date: 2010-05-14
Publication date: 2011-12-01

Abstract

【課題】優れた安全性を具備するとともに、高効率で充電を行うことができる充電制御回路を提供する。
【解決手段】充電制御回路１０は、逆流防止機能が搭載されたレギュレータ１１と、レギュレータ１１と並列に接続されている、Ｐチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ１６・１７により構成されたバイパス回路１２と、リチウムイオン電池２に流れる電流を検出する電流検出部１３と、リチウムイオン電池２の電圧を検出する電圧検出器１４と、マイコン１５とを備え、マイコン１５は、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖよりも小さく、かつ、リチウムイオン電池２の電流が設定電流値以上の場合、バイパス回路１２を導通状態に切り替え、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖよりも小さく、かつ、リチウムイオン電池２の電流が設定電流値よりも小さい場合、並びに、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖ以上の場合、バイパス回路１２を遮断状態に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池から２次電池への充電を制御する充電制御回路に関するものであり、特に、安全性および充電効率の向上を図る技術に関するものである。

従来、例えば携帯電話機などの各種電子機器には、ソーラー発電（太陽光発電）を利用して２次電池を充電する充電システムが搭載されている。このような充電システムでは、効率良く充電を行うために、充電制御回路が、太陽電池などを含むソーラーモジュールと２次電池との間に電気的に接続して設けられている。充電制御回路は、ソーラーモジュールにより発生した発電電流（充電電流）の２次電池への供給を制御する。

ところで、２次電池への充電は、ソーラーモジュールの電圧（出力電圧）が２次電池の電圧（電位）よりも高いときに行われる。このため、ソーラーモジュールの電圧が２次電池の電圧よりも低下すると、２次電池への充電が行われないばかりか、ソーラーモジュール側に電流が逆流するという問題があった。そこで、充電制御回路に逆流防止機能を搭載させることが提案されている。このような充電制御回路としては、例えば特許文献１に記載された逆流防止装置がある。

図７は、特許文献１に記載された逆流防止装置１００の概略構成を示す回路図である。図７に示すように、逆流防止装置１００は、太陽電池１１０の発電電流を検出する電流検出手段１０１と、太陽電池１１０と２次電池１１１間の導通および遮断を切り替えるスイッチング手段としてのＰチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ（以下ＰｃｈＦＥＴと記載する）１０２とを備えている。電流検出手段１０１は、太陽電池１１０と２次電池１１１間に直列接続されたセンス抵抗１０３の両端の電圧を比較器１０４で比較することによって、太陽電池１１０の発電電流を検出する。ＰｃｈＦＥＴ１０２には、寄生ダイオード１０５が形成されている。

日照量が多くて太陽電池１１０の発電量すなわち発電電流が大きいとき、電流検出手段１０１はＰｃｈＦＥＴ１０２をオンに切り替える。この結果、発電電流は、寄生ダイオード１０５を流れず、抵抗の小さいＰｃｈＦＥＴ１０２を通って２次電池１１１に流れる。よって、電力損失を低減させながら充電が行われる。

一方、日照量が少ないまたはゼロで太陽電池１１０の発電電流が所定値以下となると、電流検出手段１０１はＰｃｈＦＥＴ１０２をオフに切り替える。このとき、逆方向の電流が寄生ダイオード１０５により阻止されて、２次電池１１１側から太陽電池１１０側への逆流が防止される。このように、ＰｃｈＦＥＴ１０２の寄生ダイオード１０５が、逆流防止に利用されている。

特開平８−２５１８１８号公報（１９９６年９月２７日公開）

しかしながら、特許文献１に記載の逆流防止装置１００では、安全性に欠けるという問題を有している。つまりは、太陽電池１１０の電圧が２次電池１１１の電圧よりも高いと、寄生ダイオード１０５に順方向バイアス電圧が印加されるため、その間、発電電流が寄生ダイオード１０５を通して２次電池１１１に流れ続ける。２次電池１１１は、過度に充電すると発熱し、破裂および発火するので、大変危険である。逆流防止装置１００には、このような過充電に対する防止策がない。

また、逆流防止装置１００では、太陽電池１１０の電圧と２次電池１１１の電圧との電位差によって２次電池１１１へ発電電流を流す構成であるため、２次電池１１１の電圧が太陽電池１１０の電圧に近づくにつれ、すなわち電位差が小さくなるにつれ、発電電流が徐々に減少する。よって、充電速度が低下するため、充電効率が低いという問題もある。

そもそもソーラー発電を利用する場合、ソーラー発電は構成に応じて数ｍＶ〜数百Ｖまで発電することが可能であるので、安全性・効率などに関しては特に考慮せねばならない。しかし、特許文献１では、太陽電池１１０の電圧について何ら記載されていない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、優れた安全性を具備するとともに、高効率で充電を行うことができる充電制御回路を提供することにある。

本発明の充電制御回路は、上記課題を解決するために、太陽電池から２次電池への充電を制御する充電制御回路であって、入力端子が上記太陽電池に電気的に接続され、出力端子が上記２次電池に電気的に接続されている、逆流防止機能が搭載されたレギュレータと、上記レギュレータと並列に接続され、導通状態および遮断状態のいずれかとなるバイパス回路と、上記２次電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、上記２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記バイパス回路の導通状態および遮断状態を切り替える制御手段とを備え、上記バイパス回路は、パワーＭＯＳＦＥＴを含み、かつ当該パワーＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを通る電流が阻止されるように構成され、上記制御手段は、上記電圧検出手段により検出された検出電圧値が設定電圧値よりも小さく、かつ、上記電流検出手段により検出された検出電流値が設定電流値以上の場合、上記バイパス回路を導通状態に切り替え、上記検出電圧値が上記設定電圧値よりも小さく、かつ、上記検出電流値が上記設定電流値よりも小さい場合、並びに、上記検出電圧値が上記設定電圧値以上の場合、上記バイパス回路を遮断状態に切り替えることを特徴としている。

上記の構成によれば、バイパス回路は、２次電池の充電が満充電となるまでに余裕がある場合に導通状態となる。バイパス回路が導通状態になると、太陽電池からの充電電流はバイパス回路を通って、２次電池に流れる。よって、太陽電池の出力と２次電池とを直結でつなげて充電するのと同等の効率で、２次電池への充電を行うことが可能となる。よって、充電時間を大幅に短縮することが可能となる。

また、バイパス回路は、２次電池の充電が満充電となる場合に遮断状態となる。バイパス回路が遮断状態になると、レギュレータによって２次電池の電圧は安定化される。よって、過電圧を防止することが可能となる。したがって、２次電池の電圧を監視しながら、バイパス回路を用いて充電を行うことで、高い安全性を持ちながら、高効率で充電を行うことが可能となる。

また、バイパス回路が遮断状態であり、かつ、太陽電池の電圧が２次電池の電圧よりも大きい場合、レギュレータによって２次電池の電圧が安定化されている一方で、バイパス回路の寄生ダイオードに順方向バイアス電圧が印加されることで、太陽電池からの充電電流がバイパス回路を通過しようとする。

これに対し、上記の構成によれば、バイパス回路は寄生ダイオードを通る電流が阻止されるように構成されているので、太陽電池からの充電電流は、バイパス回路を通過することができない。よって、２次電池に過充電電流が流れ込むことを防止することが可能となる。

また、バイパス回路が遮断状態であり、かつ、太陽電池の電圧が２次電池の電圧よりも小さい場合、２次電池側から太陽電池側への逆流が発生しようとする。

これに対し、上記の構成によれば、レギュレータには逆流防止機能が付いているので、レギュレータを通る逆流は防止される。また、バイパス回路は寄生ダイオードを通る電流が阻止されるように構成されているので、２次電池からの電流は、バイパス回路を通過することができない。よって、太陽電池に逆流が流れ込むことを防止することが可能となる。

したがって、充電制御回路では、優れた安全性を具備するとともに、高効率で充電を行うことが可能となる。充電制御回路は、太陽電池の発電を最大限利用して充電することができる。

また、本発明の充電制御回路は、上記バイパス回路は、上記パワーＭＯＳＦＥＴを複数含んでいることが好ましい。

特にバイパス回路を簡単な構成で実現するために、本発明の充電制御回路は、上記バイパス回路は、２つのＰチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴを含んでいることが望ましい。

また、本発明の充電制御回路は、上記レギュレータは、動作状態および停止状態のいずれかとなり、上記制御手段は、上記バイパス回路を導通状態に切り替えるときには、上記レギュレータを停止状態に切り替えることが好ましい。

上記の構成によれば、バイパス回路を使って２次電池へ充電を行っている間はレギュレータを停止させ、レギュレータにおける電力損失を無くすことが可能となる。したがって、充電制御回路全体としての電力効率を向上することが可能となる。

また、本発明の充電制御回路は、上記２次電池の周囲温度を検出する温度検出手段をさらに備え、上記レギュレータは、動作状態および停止状態のいずれかとなり、上記制御手段は、上記温度検出手段により検出された検出温度が設定温度を満たす場合、上記レギュレータを停止状態に切り替えるとともに上記バイパス回路を遮断状態に切り替えることが好ましい。

上記の構成によれば、異常とみなす温度を設定温度とすることで、異常温度が検出された場合、充電を停止させ、２次電池の保護を図ることが可能となる。したがって、安全面を一層強化することが可能となる。

以上のように、本発明の充電制御回路は、入力端子が上記太陽電池に電気的に接続され、出力端子が上記２次電池に電気的に接続されている、逆流防止機能が搭載されたレギュレータと、上記２次電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、上記２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、上記レギュレータと並列に接続され、導通状態および遮断状態のいずれかとなるバイパス回路と、上記バイパス回路の導通状態および遮断状態を切り替える制御手段とを備え、上記バイパス回路は、パワーＭＯＳＦＥＴを含み、かつ当該パワーＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを通る電流が阻止されるように構成され、上記制御手段は、上記電圧検出手段により検出された検出電圧値が設定電圧値よりも小さく、かつ、上記電流検出手段により検出された検出電流値が設定電流値以上の場合、上記バイパス回路を導通状態に切り替え、上記検出電圧値が上記設定電圧値よりも小さく、かつ、上記検出電流値が上記設定電流値よりも小さい場合、並びに、上記検出電圧値が上記設定電圧値以上の場合、上記バイパス回路を遮断状態に切り替える構成を有する。

それゆえ、充電制御回路では、優れた安全性を具備するとともに、高効率で充電を行うことができるという効果を奏する。充電制御回路は、太陽電池の発電を最大限利用して充電することができる。

本発明における充電制御回路の第１実施形態を示す回路図である。上記充電制御回路におけるバイパス回路のオン・オフ切替条件を示す図である。上記充電制御回路における充電電流とリチウムイオン電池の電圧との関係を示すグラフである。本発明における充電制御回路の第２実施形態を示す回路図である。上記充電制御回路におけるレギュレータおよびバイパス回路のオン・オフ切替条件を示す図である。本発明における充電制御回路の第３実施形態を示す回路図である。従来の逆流防止装置の概略構成を示す回路図である。

本発明の各実施形態について図面に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、各実施の形態において説明すること以外の構成は、前述の実施の形態と同じである。また、説明の便宜上、各実施の形態においては、前述の実施の形態の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

〔実施の形態１〕
図１は、本実施の形態の充電制御回路１０の一構成例を示す回路図である。本実施の形態の充電制御回路１０は、太陽電池１からリチウムイオン電池２（２次電池）への充電を制御する回路である。充電制御回路１０は、太陽電池１とリチウムイオン電池２との間に電気的に接続して設けられている。図１に示すように、充電制御回路１０は、レギュレータ１１、バイパス回路１２、電流検出部１３（電流検出手段）、電圧検出器１４（電圧検出手段）、およびマイコン１５（制御手段）を備えている。

レギュレータ１１は、ＬＤＯ（Low Drop Out：低ドロップアウト）レギュレータであり、逆流防止機能が搭載されている。レギュレータ１１としては、例えば、ＲＩＣＯＨのＲ１１６３ｘシリーズのレギュレータＩＣなどがある。このレギュレータＩＣは、逆流防止機能が搭載されている。但し、レギュレータ１１としては、逆流防止機能が搭載されていれば特に限定されない。レギュレータ１１は、少なくとも入力端子および出力端子を有している。レギュレータ１１の入力端子は、太陽電池１に接続されている。レギュレータ１１の出力端子は、電流検出部１３に接続されている。レギュレータ１１の出力電圧は、４Ｖに設定されている。

バイパス回路１２は、太陽電池１からリチウムイオン電池２に流れる充電電流をバイパスするための回路である。バイパス回路１２は、レギュレータ１１と並列に接続されるとともに、マイコン１５に接続されている。バイパス回路１２は、マイコン１５により、導通（オン）および遮断（オフ）が切り替えられる。

バイパス回路１２は、具体的には、Ｐチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ（以下ＰｃｈＦＥＴと記載する）１６・１７により構成されている。ＰｃｈＦＥＴ１６・１７は、オン抵抗が小さい（数十ｍΩ）。ＰｃｈＦＥＴ１６のソース端子は、レギュレータ１１の入力端子に接続されている。ＰｃｈＦＥＴ１６のドレイン端子は、ＰｃｈＦＥＴ１７のドレイン端子に接続されている。ＰｃｈＦＥＴ１７のソース端子は、レギュレータ１１の出力端子に接続されている。ＰｃｈＦＥＴ１６のゲート端子およびＰｃｈＦＥＴ１７のゲート端子は、マイコン１５に共通に接続されている。ＰｃｈＦＥＴ１６・１７は、マイコン１５から出力される切替信号がハイレベルの場合はオフになり、ローレベルの場合はオンになる。ＰｃｈＦＥＴ１６・１７がオンになると、バイパス回路１２は導通（オン）状態となる。ＰｃｈＦＥＴ１６・１７がオフになると、バイパス回路１２は遮断（オフ）状態となる。

また、ＰｃｈＦＥＴ１６・１７には、寄生ダイオード２１・２２がそれぞれ形成されている。寄生ダイオード２１は、アノードが太陽電池１側に接続され、カソードがリチウムイオン電池２に接続されている。寄生ダイオード２２は、カソードが太陽電池１側に接続され、アノードがリチウムイオン電池２に接続されている。このように設置された寄生ダイオード２１・２２により、バイパス回路１２は、寄生ダイオード２１・２２を通る電流が阻止されるように構成されている。

電流検出部１３は、リチウムイオン電池２に流れ込む充電電流の電流値を検出する。電流検出部１３は、リチウムイオン電池２およびマイコン１５に接続されている。電流検出部１３は、検出した電流値を示す電流検出信号をマイコン１５に出力する。

電流検出部１３は、具体的には、センス抵抗１８およびオペアンプ１９により構成されている。センス抵抗１８は、レギュレータ１１とリチウムイオン電池２との間に直列に接続されている。オペアンプ１９は、２つの入力端子がセンス抵抗１８の両端にそれぞれ接続され、出力端子がマイコン１５に接続されている。オペアンプ１９は、センス抵抗１８の両端の電圧差に応じた信号を、適宜増幅して、マイコン１５に出力する。このオペアンプ１９の出力信号が上記電流検出信号となる。

電圧検出器１４は、リチウムイオン電池２の電圧が、４Ｖ以上であるかどうかを検出する。電圧検出器１４は、リチウムイオン電池２およびマイコン１５に接続されている。電圧検出器１４は、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖ以上であることを検出すると、当該検出を示す電圧検出信号をマイコン１５に出力する。電圧検出信号は、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖよりも小さいとローレベルとなり、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖ以上になるとハイレベルとなる。電圧検出器１４としては、従来の一般的な構成を用いればよく、その具体的構成は特に限定されない。

マイコン１５は、電流検出部１３からの電流検出信号、および、電圧検出器１４からの電圧検出信号に基づいて、バイパス回路１２のオンおよびオフを切り替える。なお、マイコン１５は、充電制御回路１０の専用として備える必要はなく、他のマイコンを共用してもよい。

（充電制御回路の動作）
次に、上記構成を有する充電制御回路１０の動作について説明する。充電制御回路１０は、充電が空の状態の（満充電の状態ではない）リチウムイオン電池２に対して、充電制御を開始する。

＜充電効率向上＞
太陽光の照射により太陽電池１が発電し、太陽電池１の電圧がリチウムイオン電池２の電圧よりも高くなると、リチウムイオン電池２への充電が開始される。このとき、マイコン１５により、バイパス回路１２はオフ状態に維持されている。それゆえ、太陽電池１からの充電電流は、レギュレータ１１を通って、リチウムイオン電池２に流れる。

一方、電流検出部１３は、リチウムイオン電池２に流れる充電電流の電流値を検出し、電流検出信号をマイコン１５に出力している。マイコン１５は、電流検出信号を監視しており、充電電流が設定電流値（例えば１０ｍＡ以上）を満たすことを検出すると、バイパス回路１２をオンに切り替える。つまりは、マイコン１５は、充電電流が設定電流値を満たすと、切替信号をハイレベルからローレベルに切り替える。これにより、バイパス回路１２がオン状態となり、太陽電池１からの充電電流は、オン抵抗の小さいバイパス回路１２を通って、リチウムイオン電池２に流れる。よって、太陽電池１の出力とリチウムイオン電池２とを直結でつなげて充電するのと同等の効率で、リチウムイオン電池２への充電を行うことが可能となる。

なお、マイコン１５は、電流検出部１３からの電流検出信号をＡＤ変換するなどして、充電電流の電流値を認識することができるが、充電電流の電流値の認識方法は特に限定されない。

一方、リチウムイオン電池２への充電が行われている間、電圧検出器１４は、リチウムイオン電池２の電圧を監視している。この監視の間、電圧検出器１４は、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖ以上であることを検出すると、電圧検出信号をマイコン１５に出力する。

マイコン１５は、電圧検出信号が入力されると、バイパス回路１２をオフに切り替える。つまりは、マイコン１５は、電圧検出信号がローレベルからハイレベルに切り替わると、切替信号をローレベルからハイレベルに切り替える。これにより、バイパス回路１２がオフ状態となる。バイパス回路１２がオフ状態になると、このときのリチウムイオン電池２の電圧は４Ｖ付近（満充電）であるので、レギュレータ１１によって安定化される。よって、過電圧を防止することが可能となる。

図２に、充電制御回路１０におけるバイパス回路１２のオンおよびオフの切替条件を示す。上記切替条件は、リチウムイオン電池２に流れる充電電流と、リチウムイオン電池２の電圧（電池電圧）とにより決まる。
（１）電池電圧が４Ｖよりも小さく、かつ、充電電流が１０ｍＡよりも小さい場合、マイコン１５はバイパス回路１２をオフに切り替える。
（２）電池電圧が４Ｖよりも小さく、かつ、充電電流が１０ｍＡ以上の場合、マイコン１５はバイパス回路１２をオンに切り替える。
（３）電池電圧が４Ｖ以上の場合は、充電電流の値に関係なく、マイコン１５はバイパス回路１２をオフに切り替える。
バイパス回路１２は、リチウムイオン電池２の充電が、満充電となるまでに余裕がある場合のみにオン状態となる。

図３に、充電制御回路１０における充電電流とリチウムイオン電池２の電圧との関係を示す。図３では、縦軸が充電電流を示し、横軸がリチウムイオン電池２の電圧（電池電圧）を示し、グラフ中の破線はバイパス回路１２がオフ（ＯＦＦ）の場合を示し、グラフ中の実線はバイパス回路１２がオン（ＯＮ）の場合を示す。

バイパス回路１２がオフ状態の場合、レギュレータ１１を通して充電が行われる。レギュレータ１１で充電を行う場合、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖ付近、ここでは３．７Ｖを超えた辺りから、安定化作用が働き、レギュレータ１１からリチウムイオン電池２に流れる充電電流が徐々に減少する。

一方、バイパス回路１２がオン状態の場合、バイパス回路１２を通して充電が行われる。バイパス回路１２で充電を行う場合、リチウムイオン電池２の電圧が４Ｖに到達するまで、充電電流は、その大きさが変化することなく流れ続ける。よって、バイパス回路１２を用いた場合は、バイパス回路１２を用いない場合と比較して、充電時間を大幅に短縮することが可能となる。

したがって、充電制御回路１０では、電圧検出器１４によりリチウムイオン電池２の電圧を監視しながら、バイパス回路１２を用いて充電を行うことで、高い安全性を持ちながら、高効率で充電を行うことが可能となる。

＜過充電防止＞
バイパス回路１２がオフ状態であり、かつ、太陽電池１の電圧がリチウムイオン電池２の電圧よりも大きい場合、レギュレータ１１によってリチウムイオン電池２の電圧が安定化されている一方、バイパス回路１２の寄生ダイオードに順方向バイアス電圧が印加されることで、太陽電池１からの充電電流がバイパス回路１２を通過しようとする。

しかし、バイパス回路１２において、ＰｃｈＦＥＴ１７の寄生ダイオード２２が、カソードが太陽電池１側に接続され、アノードがリチウムイオン電池２側に接続されている。このため、太陽電池１からの充電電流は、バイパス回路１２を通過することができない。よって、リチウムイオン電池２に過充電電流が流れ込むことを防止することが可能となる。

＜逆流防止＞
バイパス回路１２がオフ状態であり、かつ、太陽電池１の電圧がリチウムイオン電池２の電圧よりも小さい場合、リチウムイオン電池２側から太陽電池１側への逆流が発生しようとする。

しかし、レギュレータ１１には逆流防止機能が付いているので、レギュレータ１１を通る逆流は防止される。また、バイパス回路１２において、ＰｃｈＦＥＴ１６の寄生ダイオード２１が、アノードが太陽電池１側に接続され、カソードがリチウムイオン電池２側に接続されている。このため、リチウムイオン電池２からの電流は、バイパス回路１２を通過することができない。よって、太陽電池１に逆流が流れ込むことを防止することが可能となる。

以上のように、充電制御回路１０は、入力端子が太陽電池１に電気的に接続され、出力端子がリチウムイオン電池２に電気的に接続されている、逆流防止機能が搭載されたレギュレータ１１と、レギュレータ１１と並列に接続され、導通状態および遮断状態のいずれかとなるバイパス回路１２と、リチウムイオン電池２に流れる電流を検出する電流検出部１３と、リチウムイオン電池２の電圧を検出する電圧検出器１４と、バイパス回路１２の導通状態および遮断状態を切り替えるマイコン１５とを備えている。バイパス回路１２は、ＰｃｈＦＥＴ１６・１７により構成されている。マイコン１５は、電圧検出器１４により検出されたリチウムイオン電池２の電圧（検出電圧値）が４Ｖ（設定電圧値）よりも小さく、かつ、電流検出部１３により検出されたリチウムイオン電池２の電流（検出電流値）が１０ｍＡ（設定電流値）以上の場合、バイパス回路１２を導通状態に切り替える。また、マイコン１５は、リチウムイオン電池２の電圧（検出電圧値）が４Ｖ（設定電圧値）よりも小さく、かつ、リチウムイオン電池２の電流（検出電流値）が１０ｍＡ（設定電流値）よりも小さい場合、並びに、リチウムイオン電池２の電圧（検出電圧値）が４Ｖ（設定電圧値）以上の場合、バイパス回路１２を遮断状態に切り替える。

それゆえ、バイパス回路１２は、リチウムイオン電池２の充電が満充電となるまでに余裕がある場合に導通状態となる。バイパス回路１２が導通状態になると、太陽電池１からの充電電流はバイパス回路１２を通って、リチウムイオン電池２に流れる。よって、太陽電池１の出力とリチウムイオン電池２とを直結でつなげて充電するのと同等の効率で、リチウムイオン電池２への充電を行うことが可能となる。よって、充電時間を大幅に短縮することが可能となる。

また、バイパス回路１２は、リチウムイオン電池２の充電が満充電となる場合に遮断状態となる。バイパス回路１２が遮断状態になると、レギュレータ１１によってリチウムイオン電池２の電圧は安定化される。よって、過電圧を防止することが可能となる。したがって、リチウムイオン電池２の電圧を監視しながら、バイパス回路１２を用いて充電を行うことで、高い安全性を持ちながら、高効率で充電を行うことが可能となる。

また、バイパス回路１２が遮断状態であり、かつ、太陽電池１の電圧がリチウムイオン電池２の電圧よりも大きい場合、レギュレータ１１によってリチウムイオン電池２の電圧が安定化されている一方で、バイパス回路１２の寄生ダイオードに順方向バイアス電圧が印加されることで、太陽電池１からの充電電流がバイパス回路１２を通過しようとする。

これに対し、充電制御回路１００では、バイパス回路１２は寄生ダイオード２１・２２を通る電流が阻止されるように構成されているので、太陽電池１からの充電電流は、バイパス回路１２を通過することができない。よって、リチウムイオン電池２に過充電電流が流れ込むことを防止することが可能となる。

また、バイパス回路１２が遮断状態であり、かつ、太陽電池１の電圧がリチウムイオン電池２の電圧よりも小さい場合、リチウムイオン電池２側から太陽電池１側への逆流が発生しようとする。

これに対し、充電制御回路１００では、レギュレータ１１には逆流防止機能が付いているので、レギュレータ１１を通る逆流は防止される。また、バイパス回路１２は寄生ダイオード２１・２２を通る電流が阻止されるように構成されているので、リチウムイオン電池２からの電流は、バイパス回路１２を通過することができない。よって、太陽電池１に逆流が流れ込むことを防止することが可能となる。

したがって、充電制御回路１００では、優れた安全性を具備するとともに、高効率で充電を行うことが可能となる。充電制御回路１００は、太陽電池１の発電を最大限利用して充電することができる。

〔実施の形態２〕
図３は、本実施の形態の充電制御回路２０の一構成例を示す回路図である。図３に示すように、本実施の形態の充電制御回路２０は、前記実施の形態１の充電制御回路１０の構成に加えて、マイコン１５がレギュレータ１１の動作および停止を切り替える構成を備えている。

レギュレータ１１は、チップイネーブル端子（ＣＥ）を有している。チップイネーブル端子は、レギュレータ１１と接続されており、マイコン１５から出力されるチップイネーブル信号が入力される。レギュレータ１１は、チップイネーブル信号がハイレベルの場合は動作（オン）状態となり、チップイネーブル信号がローレベルの場合は停止（オフ）状態となる。

マイコン１５は、上述した充電制御回路１０における動作に加えて、バイパス回路１２のオンおよびオフの切り替えに応じて、レギュレータ１１のオンおよびオフを切り替えるという動作を行う。

上述した充電制御回路１０では、レギュレータ１１が常に動作している中で、マイコン１５はバイパス回路１２のオンおよびオフを切り替えていた。これに対し、本実施の形態の充電制御回路２０では、マイコン１５は、バイパス回路１２がオン状態の間は、レギュレータ１１をオフ状態にする。つまりは、マイコン１５は、バイパス回路１２をオフからオンに切り替えるとき、レギュレータ１１をオンからオフに切り替える。また、マイコン１５は、バイパス回路１２をオンからオフに切り替えるとき、レギュレータ１１をオフからオンに切り替える。すなわち、マイコン１５は、切替信号をハイレベルからローレベルに切り替えるときは、チップイネーブル信号をハイレベルからローレベルに切り替え、切替信号をローレベルからハイレベルに切り替えるときは、チップイネーブル信号をローレベルからハイレベルに切り替える。これにより、バイパス回路１２を使ってリチウムイオン電池２へ充電を行っている間、レギュレータ１１は停止する。

図５に、充電制御回路２０におけるレギュレータ１１およびバイパス回路１２のオンおよびオフの切替条件を示す。上記切替条件は、リチウムイオン電池２に流れる充電電流と、リチウムイオン電池２の電圧（電池電圧）とにより決まる。
（１）電池電圧が４Ｖよりも小さく、かつ、充電電流が１０ｍＡよりも小さい場合、マイコン１５は、バイパス回路１２をオフに切り替えるとともに、レギュレータ１１をオンに切り替える。
（２）電池電圧が４Ｖよりも小さく、かつ、充電電流が１０ｍＡ以上の場合、マイコン１５は、バイパス回路１２をオンに切り替えるとともに、レギュレータ１１をオフに切り替える。
（３）電池電圧が４Ｖ以上の場合は、充電電流の値に関係なく、マイコン１５は、バイパス回路１２およびレギュレータ１１をオフに切り替える。

よって、充電制御回路２０では、バイパス回路１２を使ってリチウムイオン電池２へ充電を行っている間はレギュレータ１１を停止させ、レギュレータ１１における電力損失を無くすことが可能となる。したがって、充電制御回路２０全体としての電力効率を向上することが可能となる。

また、マイコン１５は、例えば外部から停止命令が与えられることによって、レギュレータ１１およびバイパス回路１２をともにオフに切り替えることもできる。リチウムイオン電池２への充電を一時的に停止させたいときなどは、このように強制的にレギュレータ１１およびバイパス回路１２をオフ状態にすることで、不意に充電電流がリチウムイオン電池２へ流れることを防止したり、無駄な消費電力の削減を図ることが可能となる。

〔実施の形態３〕
リチウムイオン電池２は、周囲環境が暖かく熱せられると、最悪の場合は破裂および発火する。一方、周囲環境が寒く冷却されると、最悪の場合は破裂および凍結する。それゆえ、リチウムイオン電池２の周囲温度を監視し、異常温度にあるときは充電を停止することが望まれる。

図４は、本実施の形態の充電制御回路３０の一構成例を示す回路図である。図４に示すように、本実施の形態の充電制御回路３０は、前記実施の形態２の充電制御回路２０の構成に加えて、温度検出部３１（温度検出手段）を備えている。

温度検出部３１は、リチウムイオン電池２の周囲温度が、予め定められた設定温度（設定温度範囲）を満たすかどうかを検出する。温度検出部３１は、マイコン１５に接続されている。温度検出部３１は、周囲温度が設定温度を満たすことを検出すると、当該検出を示す温度検出信号をマイコン１５に出力する。温度検出信号は、周囲温度が設定温度を満たさないとローレベルとなり、周囲温度が設定温度を満たすとハイレベルとなる。温度検出部３１は、例えば、サーミスタなどを用いた温度センサ回路により構成されるが、その具体的構成は特に限定されない。

マイコン１５は、上述した充電制御回路２０における動作に加えて、温度検出部３１からの温度検出信号に基づいて、レギュレータ１１およびバイパス回路１２をオフに切り替えるという動作を行う。

充電制御回路３０に電源が供給されている間、充電制御回路３０の各部が動作している一方、温度検出部３１はリチウムイオン電池２の周囲温度を監視している。この監視の間、温度検出部３１は、周囲温度（検出温度）が設定温度（例えば、０℃以下かつ６０℃以上）を満たすことを検出すると、温度検出信号をマイコン１５に出力する。

マイコン１５は、温度検出信号が入力されると、レギュレータ１１およびバイパス回路１２をオフに切り替える。すなわち、マイコン１５は、温度検出信号がローレベルからハイレベルに切り替わると、チップイネーブル信号をハイレベルからローレベルに切り替えるとともに、切替信号をローレベルからハイレベルに切り替える。なお、レギュレータ１１およびバイパス回路１２のいずれかがオフ状態であった場合は、オフ状態を維持させる。これにより、レギュレータ１１およびバイパス回路１２ともにオフ状態となり、リチウムイオン電池２への充電が停止される。図５に示した電池電圧が４Ｖ以上の場合の切替ケースが、充電制御回路３０における周囲温度が０℃以下かつ６０℃以上の場合の切替ケースに相当する。

よって、充電制御回路３０では、異常温度における充電を停止させ、リチウムイオン電池２の保護を図ることが可能となる。したがって、安全面を一層強化することが可能となる。

なお、前記実施の形態１〜３における充電制御回路１０・２０・３０の構成は、上述した構成に限るものではない。

例えば、バイパス回路１２は、ＰｃｈＦＥＴ１６・１７により構成されていたが、これに限らない。バイパス回路１２は、オン抵抗が小さく（数十ｍΩ）、寄生ダイオードが形成されたパワーＭＯＳＦＥＴを含み、かつ、寄生ダイオードを通る電流が阻止されるように構成された構成であればよく、Ｐチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴおよびＮチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴのいずれを用いてもよいし、３つ以上のパワーＭＯＳＦＥＴを組み合わせて用いてもよい。

また、マイコン１５は、バイパス回路１２の構成に応じて切替信号を出力すればよい。さらに、上述の説明では、ハイレベルでアクティブとしていたが、ローレベルでアクティブとしても同様に実現することができる。

また、充電制御回路１０・２０・３０が適用可能な電池は、リチウムイオン電池２に限らない。２次電池（例えば、ニッケル・カドミウム電池およびニッケル水素電池など）であれば適用可能である。

さらに、上述の説明では、リチウムイオン電池２に合わせて、レギュレータ１１の出力値および電圧検出器１４の検出値を４Ｖとしたが、これに限定するものではなく、これらの値は２次電池の種類に合わせて適宜設定することができる。

また、電流検出部１３の構成も上述の構成に限らない。なお、電流検出部１３がセンス抵抗１８を備える構成であったため、レギュレータ１１は、センス抵抗１８を介してリチウムイオン電池２に電気的に接続されていたが、電流検出部１３の構成に応じては、レギュレータ１１はリチウムイオン電池２に直結されていてもよい。

また、太陽電池１は、あくまでも一例を図示しているだけであり、従来の一般的な太陽電池（太陽モジュール）の構成で実現可能である。充電制御回路１０・２０・３０は、小型の太陽電池１から大型の太陽電池１まで適用可能である。

それゆえ、充電制御回路１０・２０・３０は、比較的発電量が小さく、充電量が小さい充電システム（携帯電話機などに搭載される）から、発電量が非常に大きく、充電量が大きい充電システム（野外ソーラーパネルなどにより構成される太陽光発電システムなど）まで、広範囲にわたって適用することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、太陽電池から２次電池への充電を制御する充電制御回路に関する分野に好適に用いることができるだけでなく、充電制御回路の製造方法に関する分野に好適に用いることができ、さらには、充電制御回路を備える、携帯電話機などの電子機器や、野外ソーラーパネルなどにより構成される太陽光発電システム、などの分野にも広く用いることができる。

１太陽電池
２リチウムイオン電池（２次電池）
１０，２０，３０充電制御回路
１１レギュレータ
１２バイパス回路
１３電流検出部（電流検出手段）
１４電圧検出器（電圧検出手段）
１５マイコン（制御手段）
１６，１７Ｐチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴ
１８センス抵抗
１９オペアンプ
２１，２２寄生ダイオード
３１温度検出部（温度検出手段）

Claims

太陽電池から２次電池への充電を制御する充電制御回路であって、
入力端子が上記太陽電池に電気的に接続され、出力端子が上記２次電池に電気的に接続されている、逆流防止機能が搭載されたレギュレータと、
上記レギュレータと並列に接続され、導通状態および遮断状態のいずれかとなるバイパス回路と、
上記２次電池に流れる電流を検出する電流検出手段と、
上記２次電池の電圧を検出する電圧検出手段と、
上記バイパス回路の導通状態および遮断状態を切り替える制御手段とを備え、
上記バイパス回路は、パワーＭＯＳＦＥＴを含み、かつ当該パワーＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを通る電流が阻止されるように構成され、
上記制御手段は、
上記電圧検出手段により検出された検出電圧値が設定電圧値よりも小さく、かつ、上記電流検出手段により検出された検出電流値が設定電流値以上の場合、上記バイパス回路を導通状態に切り替え、
上記検出電圧値が上記設定電圧値よりも小さく、かつ、上記検出電流値が上記設定電流値よりも小さい場合、並びに、上記検出電圧値が上記設定電圧値以上の場合、上記バイパス回路を遮断状態に切り替えることを特徴とする充電制御回路。
上記バイパス回路は、上記パワーＭＯＳＦＥＴを複数含んでいることを特徴とする請求項１に記載の充電制御回路。
上記バイパス回路は、２つのＰチャネル型パワーＭＯＳＦＥＴを含んでいることを特徴とする請求項２に記載の充電制御回路。
上記レギュレータは、動作状態および停止状態のいずれかとなり、
上記制御手段は、上記バイパス回路を導通状態に切り替えるときには、上記レギュレータを停止状態に切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御回路。
上記２次電池の周囲温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
上記レギュレータは、動作状態および停止状態のいずれかとなり、
上記制御手段は、上記温度検出手段により検出された検出温度が設定温度を満たす場合、上記レギュレータを停止状態に切り替えるとともに上記バイパス回路を遮断状態に切り替えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の充電制御回路。