JP2023034189A - Charge control circuit, and electronic apparatus - Google Patents

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Abstract

To provide a charge control circuit capable of generating an appropriate system voltage in a combination with batteries having various number of cells.SOLUTION: A target voltage generation circuit 396 generates a target voltage of a system voltage VSYS in a non-charge mode. A constant current circuit CS51 sinks a constant current Ic. A first resistor R51 is connected between a first transistor M51 and the constant current circuit CS51. A first operational amplifier OA51 receives a voltage Vn1 and a battery voltage detection signal VBAT_DET and an output node is connected with a control terminal of the first transistor M51. A voltage Vn2 of a node n2 specifies the target voltage of the system voltage VSYS.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、二次電池の充電回路に関する。 The present disclosure relates to a secondary battery charging circuit.

スマートホン、タブレット端末、ノート型コンピュータ、ポータブルオーディオプレイヤ、デジタルカメラをはじめとする電池駆動型の電子機器は、再充電可能な二次電池(以下、単にバッテリと称する)を備える。電子機器の多くは、充電回路を内蔵しており、USB(Universal Serial Bus)のバス電圧を利用して、バッテリが充電可能となっている。 Battery-driven electronic devices such as smart phones, tablet terminals, notebook computers, portable audio players, and digital cameras are equipped with rechargeable secondary batteries (hereinafter simply referred to as batteries). Many electronic devices incorporate a charging circuit, and can charge a battery using a USB (Universal Serial Bus) bus voltage.

特許第6838879号公報Japanese Patent No. 6838879

充電回路によるバッテリの充電完了後、バッテリの消費を避けるために、内部回路に供給される充電回路の出力電圧(DC/DCコンバータの出力電圧)を、バッテリ電圧よりもわずかに高く維持する必要がある。 After the charging circuit completes charging the battery, it is necessary to keep the output voltage of the charging circuit (the output voltage of the DC/DC converter) supplied to the internal circuit slightly higher than the battery voltage in order to avoid battery consumption. be.

本発明者は、バッテリ電圧を定数K倍(K>1)した基準電圧を生成し、DC/DCコンバータの出力電圧(システム電圧VSYSともいう)をこの基準電圧に一致させることについて検討した。2セルのバッテリを想定すると、バッテリ電圧は8.86V程度である。K=1.15とすると、内部回路に供給されるシステム電圧VSYSは、10Vを超えることとなる。この場合、内部回路の耐圧を、10Vより高くする必要があり、10V耐圧のICや素子を使用することができなくなる。この問題は、Kの値を1に近づけることにより解消できるが、その場合、1セルのバッテリを想定したときに、バッテリ電圧とシステム電圧の差が小さくなり、回路動作が不安定になる。 The present inventors have studied generating a reference voltage that is a constant K times the battery voltage (K>1) and matching the output voltage of the DC/DC converter (also referred to as system voltage VSYS ) to this reference voltage. Assuming a 2-cell battery, the battery voltage is about 8.86V. With K=1.15, the system voltage VSYS supplied to the internal circuitry will exceed 10V. In this case, the withstand voltage of the internal circuit needs to be higher than 10V, making it impossible to use ICs and elements with a withstand voltage of 10V. This problem can be solved by making the value of K closer to 1, but in that case, when a one-cell battery is assumed, the difference between the battery voltage and the system voltage becomes small and the circuit operation becomes unstable.

本開示のある態様は係る状況においてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、さまざまなセル数のバッテリとの組み合わせにおいて、適切なシステム電圧を生成可能な充電制御回路の提供にある。 It is in this context that certain aspects of the present disclosure have been made, and one exemplary objective thereof is to provide a charging control circuit capable of generating appropriate system voltages in combination with batteries of varying cell counts. .

本開示のある態様は、外部電圧を利用したバッテリの充電を制御する充電制御回路に関する。充電制御回路は、充電回路を構成するDC/DCコンバータを制御するコンバータコントローラを備える。コンバータコントローラは、目標電圧を生成する目標電圧生成回路と、DC/DCコンバータの出力電圧に応じたシステム電圧検出信号と目標電圧の誤差を増幅するエラーアンプと、エラーアンプの出力に応じたパルス信号を生成するパルス変調器と、を備える。目標電圧生成回路は、第1トランジスタと、定電流をシンクする定電流回路と、第1トランジスタと定電流回路の間に接続された第1抵抗と、第1入力ノード、第2入力ノードおよび出力ノードを有し、第1入力ノードに第1抵抗と定電流回路の接続ノードの電圧を受け、第2入力ノードにバッテリの電圧に応じたバッテリ電圧検出信号を受け、出力ノードが第1トランジスタの制御端子と接続された第1オペアンプと、を含み、目標電圧は、第1トランジスタと第1抵抗の接続ノードの電圧に応じている。 One aspect of the present disclosure relates to a charge control circuit that controls charging of a battery using an external voltage. The charge control circuit includes a converter controller that controls the DC/DC converter that constitutes the charge circuit. The converter controller includes a target voltage generation circuit that generates a target voltage, an error amplifier that amplifies an error between a system voltage detection signal corresponding to the output voltage of the DC/DC converter and the target voltage, and a pulse signal corresponding to the output of the error amplifier. and a pulse modulator that generates The target voltage generation circuit includes a first transistor, a constant current circuit that sinks a constant current, a first resistor connected between the first transistor and the constant current circuit, a first input node, a second input node, and an output. A first input node receives the voltage of the connection node of the first resistor and the constant current circuit, a second input node receives a battery voltage detection signal corresponding to the voltage of the battery, and an output node is the first transistor. and a first operational amplifier connected to the control terminal, the target voltage depending on the voltage at the connection node of the first transistor and the first resistor.

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Arbitrary combinations of the above constituent elements, and mutually replacing constituent elements and expressions in methods, apparatuses, systems, and the like are also effective as embodiments of the present invention.

本開示のある態様によれば、さまざまなセル数のバッテリとの組み合わせにおいて、適切なシステム電圧を生成できる。 According to certain aspects of the present disclosure, suitable system voltages can be generated in combination with batteries of various cell counts.

図1は、実施形態に係る充電回路を備える電子機器のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of an electronic device including a charging circuit according to an embodiment. 図2は、実施形態に係る充電制御ICの回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram of the charge control IC according to the embodiment. 図3は、パルス変調器の構成例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a pulse modulator. 図4は、非充電モードに関連するパルス変調器の一部の構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of part of the pulse modulator related to the non-charging mode. 図5は、定電流回路の構成例を示す回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of a constant current circuit. 図6は、充電制御ICを備える電子機器の動作を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of an electronic device that includes the charging control IC. 図7は、充電制御ICを備える電子機器の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of an electronic device including a charge control IC.

(実施形態の概要)
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
(Overview of embodiment)
SUMMARY OF THE INVENTION Several exemplary embodiments of the disclosure are summarized. This summary presents, in simplified form, some concepts of one or more embodiments, as a prelude to the more detailed description that is presented later, and for the purpose of a basic understanding of the embodiments. The size is not limited. This summary is not a comprehensive overview of all possible embodiments, and it is intended to neither identify key elements of all embodiments nor delineate the scope of some or all aspects. For convenience, "one embodiment" may be used to refer to one embodiment (example or variation) or multiple embodiments (examples or variations) disclosed herein.

一実施形態に係る充電制御回路は、外部電圧を利用したバッテリの充電を制御する。充電制御回路は、充電回路を構成するDC/DCコンバータを制御するコンバータコントローラを備える。コンバータコントローラは、目標電圧を生成する目標電圧生成回路と、DC/DCコンバータの出力電圧に応じたシステム電圧検出信号と目標電圧の誤差を増幅するエラーアンプと、エラーアンプの出力に応じたパルス信号を生成するパルス変調器と、を備える。目標電圧生成回路は、第1トランジスタと、定電流をシンクする定電流回路と、第1トランジスタと定電流回路の間に接続された第1抵抗と、第1入力ノード、第2入力ノードおよび出力ノードを有し、第1入力ノードに第1抵抗と定電流回路の接続ノードの電圧を受け、第2入力ノードにバッテリの電圧に応じたバッテリ電圧検出信号を受け、出力ノードが第1トランジスタの制御端子と接続された第1オペアンプと、を含み、目標電圧は、第1トランジスタと第1抵抗の接続ノードの電圧に応じている。 A charging control circuit according to one embodiment controls charging of a battery using an external voltage. The charge control circuit includes a converter controller that controls the DC/DC converter that constitutes the charge circuit. The converter controller includes a target voltage generation circuit that generates a target voltage, an error amplifier that amplifies an error between a system voltage detection signal corresponding to the output voltage of the DC/DC converter and the target voltage, and a pulse signal corresponding to the output of the error amplifier. and a pulse modulator that generates The target voltage generation circuit includes a first transistor, a constant current circuit that sinks a constant current, a first resistor connected between the first transistor and the constant current circuit, a first input node, a second input node, and an output. A first input node receives the voltage of the connection node of the first resistor and the constant current circuit, a second input node receives a battery voltage detection signal corresponding to the voltage of the battery, and an output node is the first transistor. and a first operational amplifier connected to the control terminal, the target voltage depending on the voltage at the connection node of the first transistor and the first resistor.

第1オペアンプによって、第1抵抗と定電流回路の接続ノードの第1電圧Vn1は、バッテリ電圧検出信号VBAT_DETに安定化される。第1トランジスタと第1抵抗の接続ノードの第2電圧Vn2は、第1電圧Vn1よりも、Ic×R1だけ高くなる。
Vn2=Vn1+Ic×R1=VBAT_DET+Ic×R1
Icは定電流の電流量であり、R1は第1抵抗の抵抗値である。
この第2電圧Vn2を目標電圧として、システム電圧検出信号VSYS_DETを安定化することにより、システム電圧VSYSを、バッテリ電圧VBATよりも所定の電圧幅ΔVだけ高い電圧レベルに安定化できる。この電圧幅ΔVは、IcとR1で決まるものであり、バッテリ電圧VBATには依存しないため、セル数が変化しても、電圧幅は一定である。したがって、さまざまなセル数のバッテリとの組み合わせにおいて、適切なシステム電圧を生成できる。
The first operational amplifier stabilizes the first voltage Vn1 at the connection node between the first resistor and the constant current circuit to the battery voltage detection signal V BAT_DET . The second voltage Vn2 at the connection node between the first transistor and the first resistor is higher than the first voltage Vn1 by Ic×R1.
Vn2=Vn1+Ic×R1=V BAT_DET +Ic×R1
Ic is the amount of constant current, and R1 is the resistance value of the first resistor.
By stabilizing the system voltage detection signal V SYS_DET with the second voltage Vn2 as the target voltage, the system voltage V SYS can be stabilized at a voltage level higher than the battery voltage V BAT by a predetermined voltage width ΔV. This voltage width ΔV is determined by Ic and R1 and does not depend on the battery voltage VBAT , so the voltage width is constant even if the number of cells changes. Therefore, an appropriate system voltage can be generated in combination with batteries having various numbers of cells.

一実施形態において、定電流回路は、基準電流を生成する基準電流源と、基準電流を折り返すカレントミラー回路と、を含んでもよい。 In one embodiment, the constant current circuit may include a reference current source that generates a reference current and a current mirror circuit that folds the reference current.

一実施形態において、カレントミラー回路は、しきい値電圧が0.2Vより低い電界効果トランジスタで構成されてもよい。 In one embodiment, the current mirror circuit may consist of field effect transistors with a threshold voltage lower than 0.2V.

充電制御回路を、1セルのバッテリと組み合わせて使用する場合、バッテリ電圧VBATは2.4V程度まで低下しうる。このとき第1抵抗と定電流回路の接続ノードの電圧は非常に低くなる。この場合に、しきい値電圧が0.2V以下のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いてカレントミラー回路を構成することで、電流を正確に折り返すことが可能となる。 When the charge control circuit is used in combination with a single cell battery, the battery voltage V BAT can drop as low as 2.4V. At this time, the voltage at the connection node between the first resistor and the constant current circuit becomes very low. In this case, by forming a current mirror circuit using a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) with a threshold voltage of 0.2 V or less, it is possible to accurately fold back the current.

一実施形態において、目標電圧生成回路は、第1トランジスタと第1抵抗の接続ノードが、所定の最低電圧を下回らないようにクランプするクランプ回路をさらに備えてもよい。これにより、バッテリが過放電した状態において、システム電圧が内部回路の最低動作電圧を下回るのを防止できる。 In one embodiment, the target voltage generation circuit may further include a clamp circuit that clamps the connection node between the first transistor and the first resistor so that it does not drop below a predetermined minimum voltage. This prevents the system voltage from falling below the minimum operating voltage of the internal circuit when the battery is over-discharged.

一実施形態において、クランプ回路は、第1端に電源電圧を受け、第2端が第1トランジスタと第1抵抗の接続ノードと接続された第2トランジスタと、第1入力ノード、第2入力ノードおよび出力ノードを有し、第1入力ノードに、最低電圧を規定する設定電圧を受け、第2入力ノードに、第1トランジスタと第1抵抗の接続ノードの電圧を受け、出力ノードが第2トランジスタの制御端子と接続された第2オペアンプと、を含んでもよい。 In one embodiment, the clamp circuit includes a second transistor having a first end receiving a power supply voltage and a second end connected to a connection node between the first transistor and the first resistor, a first input node, and a second input node. and an output node, the first input node receives a set voltage that defines the minimum voltage, the second input node receives the voltage of the connection node between the first transistor and the first resistor, and the output node is the second transistor a second operational amplifier connected to the control terminal of the .

一実施形態において充電制御回路は、ひとつの半導体基板に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。回路を1つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。 In one embodiment, the charging control circuit may be monolithically integrated on one semiconductor substrate. "Integrated integration" includes the case where all circuit components are formed on a semiconductor substrate, and the case where the main components of a circuit are integrated. A resistor, capacitor, or the like may be provided outside the semiconductor substrate. By integrating the circuits on one chip, the circuit area can be reduced and the characteristics of the circuit elements can be kept uniform.

(実施形態)
以下、好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
(embodiment)
Preferred embodiments will be described below with reference to the drawings. The same or equivalent constituent elements, members, and processes shown in each drawing are denoted by the same reference numerals, and duplication of description will be omitted as appropriate. Moreover, the embodiments are illustrative rather than limiting the invention, and not all features and combinations thereof described in the embodiments are necessarily essential to the invention.

本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, "a state in which member A is connected to member B" refers to a case in which member A and member B are physically directly connected, or a case in which member A and member B are electrically connected to each other. It also includes the case of being indirectly connected through other members that do not substantially affect the connected state or impair the functions and effects achieved by their combination.

同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に接続された状態」、とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 Similarly, "the state in which member C is provided between member A and member B" and "the state in which member C is connected between member A and member B" refer to member A and member C, Or, in addition to the case where the member B and the member C are directly connected, it does not substantially affect their electrical connection state, or impair the functions and effects achieved by their connection, etc. Including the case where it is indirectly connected via a member of

図1は、実施形態に係る充電回路200を備える電子機器100のブロック図である。電子機器100は、主として、バッテリ102、USB(Universal Serial Bus)レセプタクル104、内部回路110、充電回路200を備える。バッテリ102は、繰り返し充電可能な二次電池であり、たとえばリチウムイオン電池やリチウムイオンポリマー電池、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などが例示される。本実施形態では、バッテリ102は1セルから4セルのリチウムイオン電池であるとする。 FIG. 1 is a block diagram of an electronic device 100 including a charging circuit 200 according to an embodiment. The electronic device 100 mainly includes a battery 102 , a USB (Universal Serial Bus) receptacle 104 , an internal circuit 110 and a charging circuit 200 . The battery 102 is a secondary battery that can be repeatedly charged, and examples thereof include a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, a nickel hydrogen battery, a nickel cadmium battery, and the like. In this embodiment, the battery 102 is assumed to be a 1- to 4-cell lithium ion battery.

USBレセプタクル104には、USBケーブルを介して外部機器や充電器などの外部電源が接続され、外部電圧VBUSが供給される。 The USB receptacle 104 is connected to an external power source such as an external device or a charger via a USB cable, and supplied with an external voltage V BUS .

内部回路110は、電子機器100の主回路であり、CPU(Central Processing Unit)やマイクロコントローラ、ディスプレイ、電源回路、オーディオ回路などを含む。内部回路110の構成は、電子機器100の種類に応じて様々であり特に限定されない。 The internal circuit 110 is the main circuit of the electronic device 100 and includes a CPU (Central Processing Unit), a microcontroller, a display, a power supply circuit, an audio circuit, and the like. The configuration of the internal circuit 110 varies depending on the type of the electronic device 100 and is not particularly limited.

充電回路200は、電子機器100に外部電源が接続され、外部電圧VBUSが供給されているとき、外部電圧VBUSを利用して、バッテリ102を充電する。外部電圧VBUSが供給されているとき、内部回路110には、バッテリ102からの電力に加えて、あるいはそれに代えて、外部電源からの電力が供給される。 The charging circuit 200 charges the battery 102 using the external voltage V BUS when the external power supply is connected to the electronic device 100 and the external voltage V BUS is supplied. When the external voltage V BUS is supplied, the internal circuitry 110 is supplied with power from the external power supply in addition to or instead of power from the battery 102 .

充電回路200は、充電制御IC300とその周辺回路210を備える。周辺回路210は、DC/DCコンバータの主回路(単にDC/DCコンバータという)212や、第1スイッチSW1、第2スイッチSW2を含む。 The charging circuit 200 includes a charging control IC 300 and its peripheral circuit 210 . The peripheral circuit 210 includes a DC/DC converter main circuit (simply referred to as a DC/DC converter) 212, a first switch SW1, and a second switch SW2.

第1スイッチSW1は、USBレセプタクル104のVBUS端子とDC/DCコンバータ212の入力端子の間に設けられる。充電制御IC300は、外部電圧VBUSが供給されているとき、第1スイッチSW1をオンする。これにより外部電圧VBUSがDC/DCコンバータ212に供給される。 A first switch SW1 is provided between the VBUS terminal of the USB receptacle 104 and the input terminal of the DC/DC converter 212 . The charge control IC 300 turns on the first switch SW1 when the external voltage VBUS is supplied. This supplies the external voltage V BUS to the DC/DC converter 212 .

DC/DCコンバータ212の出力は、内部回路110と接続される。またDC/DCコンバータ212の出力は、第2スイッチSW2を介してバッテリ102と接続される。本実施形態においてDC/DCコンバータ212は昇降圧コンバータであり、トランジスタM11~M14、インダクタL1、キャパシタC1,C2を含む。充電制御IC300は、トランジスタM11~M14を制御し、外部電圧VBUSを昇圧または降圧してバッテリ102を充電する。 The output of DC/DC converter 212 is connected to internal circuit 110 . Also, the output of the DC/DC converter 212 is connected to the battery 102 via the second switch SW2. In this embodiment, DC/DC converter 212 is a buck-boost converter and includes transistors M11-M14, inductor L1, and capacitors C1 and C2. The charge control IC 300 controls the transistors M11 to M14 to step up or step down the external voltage V BUS to charge the battery 102 .

充電制御IC300のVBAT端子には、バッテリ電圧VBATが入力される。また電流検出端子SRには、バッテリ102への充電電流ICHGを示す電流検出信号VSRが入力される。たとえば充電経路上に、センス抵抗を挿入し、このセンス抵抗の電圧降下を、電流検出信号VSRとしてもよい。 A battery voltage V BAT is input to the VBAT terminal of the charge control IC 300 . A current detection signal VSR indicating a charging current ICHG to the battery 102 is input to the current detection terminal SR . For example, a sense resistor may be inserted in the charging path and the voltage drop of this sense resistor may be used as the current detection signal VSR .

具体的には、充電制御IC300は、バッテリ102の電圧VBATが低い状態では、充電電流が一定であるCC(Constant Current)モードでDC/DCコンバータ212を制御する。CCモードでは、電流検出信号VSRが目標値VSR(REF)に近づくように、DC/DCコンバータ212のスイッチングが制御される。 Specifically, when the voltage V BAT of battery 102 is low, charge control IC 300 controls DC/DC converter 212 in a CC (Constant Current) mode in which the charging current is constant. In the CC mode, switching of the DC/DC converter 212 is controlled so that the current detection signal VSR approaches the target value VSR (REF) .

バッテリ102が満充電状態に近づくと、充電制御IC300は、バッテリ102の電圧VBATを、満充電電圧に相当する目標電圧に安定化するCV(Constant Voltage)モードでDC/DCコンバータ212を制御する。CVモードでは、バッテリ電圧VBATが目標値VBAT(REF)に近づくように、DC/DCコンバータ212のスイッチングが制御される。 When the battery 102 approaches a fully charged state, the charge control IC 300 controls the DC/DC converter 212 in a CV (Constant Voltage) mode that stabilizes the voltage V BAT of the battery 102 to a target voltage corresponding to the fully charged voltage. . In CV mode, switching of DC/DC converter 212 is controlled such that battery voltage V BAT approaches target value V BAT(REF) .

充電制御IC300は、CCモードあるいはCVモードでのバッテリ102の充電中に、第2スイッチSW2をオン(フルオン)する。充電制御IC300は、CVモードにおいて充電電流ICHGが終端電流ITERMまで低下すると、DC/DCコンバータ212のスイッチングを停止してバッテリ102の充電を完了する。充電が完了すると充電制御IC300は第2スイッチSW2をオフする。 The charge control IC 300 turns on (fully turns on) the second switch SW2 during charging of the battery 102 in CC mode or CV mode. Charging control IC 300 stops switching DC/DC converter 212 to complete charging of battery 102 when charging current I CHG drops to termination current I TERM in CV mode. When charging is completed, the charge control IC 300 turns off the second switch SW2.

充電完了後、第2スイッチSW2をオフした後、外部電圧VBUSが供給されている間、充電制御IC300は、内部回路110に供給されるシステム電圧VSYSを、バッテリ102の電圧VBATよりもわずかに高い目標レベルVSYS(REF)に安定化する。これにより、バッテリ102を消費せずに、外部電源によって内部回路を動作させることができる。 After the charging is completed and the second switch SW2 is turned off, while the external voltage V BUS is being supplied, the charging control IC 300 sets the system voltage V SYS supplied to the internal circuit 110 higher than the voltage V BAT of the battery 102. Stabilize to slightly higher target level V SYS(REF) . Thereby, the internal circuit can be operated by the external power source without consuming the battery 102 .

また充電制御IC300は、バッテリ102が深く放電した状態において、微小電流によるトリクル充電を行う際には、電流検出信号VSRがトリクル充電用の目標値に近づくように、第2スイッチSW2の制御端子の電圧をフィードバック制御してもよい。 When the battery 102 is deeply discharged and trickle charging is performed with a minute current, the charging control IC 300 controls the control terminal of the second switch SW2 so that the current detection signal VSR approaches the target value for trickle charging. may be feedback-controlled.

また充電制御IC300は、電子機器100に外部電圧VBUSが供給されていないとき、つまり非充電状態において、スイッチSW2をオン状態とし、バッテリ102の電圧VBATを内部回路110に供給する。 When the external voltage V BUS is not supplied to the electronic device 100 , that is, in the non-charging state, the charge control IC 300 turns on the switch SW 2 and supplies the voltage V BAT of the battery 102 to the internal circuit 110 .

以上が電子機器100の構成である。続いて充電制御IC300の構成を説明する。図2は、実施形態に係る充電制御IC300の回路図である。充電制御IC300はひとつの半導体基板に集積化された機能ICである。 The above is the configuration of the electronic device 100 . Next, the configuration of the charging control IC 300 will be described. FIG. 2 is a circuit diagram of the charging control IC 300 according to the embodiment. The charging control IC 300 is a functional IC integrated on one semiconductor substrate.

充電制御IC300は、パワーパス制御部310、ゲートドライバ312、電圧選択回路320、第1レギュレータ322、第2レギュレータ324、コンバータコントローラ330、USBチャージャ検出器340、インタフェース回路342、ロジック回路350、ラッチ回路360、スイッチ制御部370を備える。 The charging control IC 300 includes a power path control section 310, a gate driver 312, a voltage selection circuit 320, a first regulator 322, a second regulator 324, a converter controller 330, a USB charger detector 340, an interface circuit 342, a logic circuit 350, and a latch circuit. 360 and a switch control unit 370 .

パワーパス制御部310は、VBUS端子の電圧VBUSを監視し、外部電圧VBUSが供給されているか否かを検出する。ACGATE端子には、第1スイッチSW1であるMOSFETのゲートが接続される。ゲートドライバ312は、外部電圧VBUSが検出されるとき、ACGATE端子に接続される第1スイッチSW1をオンする。 The power path control unit 310 monitors the voltage VBUS of the VBUS terminal and detects whether or not the external voltage VBUS is supplied. The ACGATE terminal is connected to the gate of the MOSFET that is the first switch SW1. The gate driver 312 turns on the first switch SW1 connected to the ACGATE terminal when the external voltage V BUS is detected.

充電制御IC300のVIN端子には、第1スイッチSW1の出力側と接続される。電圧選択回路320は、VIN端子の電圧VIN、VBUS端子の電圧VBUS、バッテリ端子BATTの電圧VBATのうち、有効である(言い換えると最も高い)ひとつを選択する。電圧選択回路320は、ダイオードOR回路で構成することができる。 The VIN terminal of the charging control IC 300 is connected to the output side of the first switch SW1. The voltage selection circuit 320 selects the effective (in other words, the highest) one of the voltage V IN of the VIN terminal, the voltage V BUS of the VBUS terminal, and the voltage V BAT of the battery terminal BATT. The voltage selection circuit 320 can be composed of a diode OR circuit.

電圧選択回路320の出力電圧VORは第1レギュレータ322に入力される。第1レギュレータ322は電圧VORを受け、所定の目標レベル(たとえば5V)に安定化された第1電源電圧VREGを生成する。 The output voltage V OR of the voltage selection circuit 320 is input to the first regulator 322 . A first regulator 322 receives voltage V OR and produces a first power supply voltage V REG regulated to a predetermined target level (eg, 5V).

第2レギュレータ324は、第1電源電圧VREGを受け、それより低い目標レベル(たとえば1.5V)に安定化された第2電源電圧VREFを生成する。第2電源電圧VREFは、ロジック回路350の電源電圧として使用される。 A second regulator 324 receives the first power supply voltage V REG and produces a second power supply voltage V REF regulated to a lower target level (eg, 1.5V). The second power supply voltage V REF is used as the power supply voltage for the logic circuit 350 .

第2レギュレータ324および第1レギュレータ322は、リニアレギュレータ(LDO:Low Drop Outputともいう)で構成することができる。 The second regulator 324 and the first regulator 322 can be composed of linear regulators (also called LDO: Low Drop Output).

コンバータコントローラ330は、DC/DCコンバータ212を駆動、制御する。パルス変調器331は、DC/DCコンバータ212を制御するためのパルス信号Spを生成する。パルス変調器331は、CCモードにおいては、電流検出信号VSRがその目標電圧に近づくように、パルス信号Spのデューティサイクルをフィードバック制御する。電流検出信号VSRは、センス抵抗の電圧降下を増幅した電圧であってもよい。またパルス変調器331は、CVモードにおいては、バッテリ電圧VBATがその目標電圧に近づくように、パルス信号Spのデューティサイクルをフィードバック制御する。 Converter controller 330 drives and controls DC/DC converter 212 . A pulse modulator 331 generates a pulse signal Sp for controlling the DC/DC converter 212 . In CC mode, pulse modulator 331 feedback-controls the duty cycle of pulse signal Sp so that current detection signal VSR approaches its target voltage. The current sense signal VSR may be an amplified voltage drop across the sense resistor. In the CV mode, the pulse modulator 331 feedback-controls the duty cycle of the pulse signal Sp so that the battery voltage V BAT approaches its target voltage.

パルス変調器331は、充電完了後、第2スイッチSW2をオフした後、外部電圧VBUSが供給されている間、内部回路110に供給されるシステム電圧VSYSが、バッテリ102の電圧VBATよりもわずかに高い目標レベルVSYS(REF)に近づくように、パルス信号Spのデューティサイクルをフィードバック制御する。 After the charging is completed, the pulse modulator 331 turns off the second switch SW2, and while the external voltage V BUS is being supplied, the system voltage V SYS supplied to the internal circuit 110 is higher than the voltage V BAT of the battery 102. The duty cycle of the pulse signal Sp is feedback controlled so that it approaches the slightly higher target level V SYS(REF) .

PWMロジック部334は、パルス変調器331が生成するパルス信号Spを受け、降圧用ドライバ336および昇圧用ドライバ338を制御する。具体的には、PWMロジック部334は、VIN>VBATであるとき降圧モード、VIN<VBATであるとき、昇圧モードとなる。降圧モードでは、昇圧用ドライバ338は、LG2端子をローに固定し、HG2端子をハイに固定する。これにより、図1のトランジスタM13がオフ、トランジスタM14がオンになる。降圧用ドライバ336は、LG1端子とHG1端子から、パルス信号Spにもとづく相補的なゲート信号を出力し、トランジスタM13とM14を相補的にスイッチングする。 The PWM logic section 334 receives the pulse signal Sp generated by the pulse modulator 331 and controls the step-down driver 336 and the step-up driver 338 . Specifically, the PWM logic unit 334 is in the step-down mode when V IN >V BAT , and in the step-up mode when V IN <V BAT . In buck mode, the boost driver 338 locks the LG2 terminal low and the HG2 terminal high. As a result, the transistor M13 in FIG. 1 is turned off and the transistor M14 is turned on. The step-down driver 336 outputs complementary gate signals based on the pulse signal Sp from the LG1 terminal and the HG1 terminal to complementarily switch the transistors M13 and M14.

昇圧モードでは、降圧用ドライバ336は、LG1端子をローに固定し、HG1端子をハイに固定する。これにより、図1のトランジスタM11がオン、トランジスタM12がオフとなる。昇圧用ドライバ338は、LG2端子とHG2端子から、パルス信号Spにもとづく相補的なゲート信号を出力し、トランジスタM13とM14を相補的にスイッチングする。 In the boost mode, the buck driver 336 will tie the LG1 terminal low and the HG1 terminal high. As a result, the transistor M11 in FIG. 1 is turned on and the transistor M12 is turned off. The boosting driver 338 outputs complementary gate signals based on the pulse signal Sp from the LG2 terminal and the HG2 terminal, and complementarily switches the transistors M13 and M14.

なお、降圧用ドライバ336および昇圧用ドライバ338は、NチャンネルのトランジスタM11,M14を駆動するために、ブートストラップ回路あるいはチャージポンプを含むが、図1および図2では省略している。 Although the step-down driver 336 and the step-up driver 338 include a bootstrap circuit or charge pump for driving the N-channel transistors M11 and M14, they are omitted in FIGS.

充電制御IC300のDPI端子およびDPO端子は、USBのデータ信号線D+,D-と接続される。USB充電器は、データ信号線D+,D-を利用した通信を行わないため、充電器側でデータ信号線D+,D-が短絡されている。USBチャージャ検出器340は、データ信号線D+,D-が短絡されているかを監視し、USBレセプタクル104に接続されたのが、USB充電器であるか、一般的なUSBポートであるのかを判定する。 The DPI and DPO terminals of the charge control IC 300 are connected to the USB data signal lines D+ and D-. Since the USB charger does not perform communication using the data signal lines D+ and D-, the data signal lines D+ and D- are short-circuited on the charger side. The USB charger detector 340 monitors whether the data signal lines D+ and D- are shorted, and determines whether the USB receptacle 104 is connected to a USB charger or a general USB port. do.

インタフェース回路342は、充電制御IC300が外部回路(図1に不図示)と通信するために設けられる。たとえばインタフェース回路342は、IC(Inter IC)インタフェースやSPI(Serial Peripheral Interface)である。 The interface circuit 342 is provided for the charge control IC 300 to communicate with an external circuit (not shown in FIG. 1). For example, the interface circuit 342 is an I 2 C (Inter IC) interface or SPI (Serial Peripheral Interface).

ロジック回路350は、充電制御IC300全体を統括的に制御する制御ロジックである。ロジック回路350は、第2レギュレータ324が生成する第2電源電圧VREFを電源として動作する。 The logic circuit 350 is a control logic that controls the charging control IC 300 as a whole. The logic circuit 350 operates using the second power supply voltage V REF generated by the second regulator 324 as a power supply.

スイッチ制御部370は、充電回路200の動作状態に応じて、BGATE端子に接続される第2スイッチSW2を制御する。具体的には、CCモード、CVモードでの充電中に、第2スイッチSW2をフルオンする。またトリクル充電中(あるいはプリチャージ中)は、充電電流ICHGがトリクル充電(あるいはプリチャージ)の目標値に近づくように、第2スイッチSW2であるMOSFETのゲート電圧を調節する。また電子機器100に外部電圧VBUSが供給されていないときには、第2スイッチSW2をフルオンする。 The switch control unit 370 controls the second switch SW2 connected to the BGATE terminal according to the operation state of the charging circuit 200. FIG. Specifically, the second switch SW2 is fully turned on during charging in the CC mode and the CV mode. During trickle charging (or precharging), the gate voltage of the MOSFET, which is the second switch SW2, is adjusted so that the charging current ICHG approaches the target value for trickle charging (or precharging). When the external voltage VBUS is not supplied to the electronic device 100, the second switch SW2 is fully turned on.

図3は、パルス変調器331の構成例を示す回路図である。パルス変調器331は、複数のオペアンプOA41~OA43、トランジスタM41~M43、電流源390、PWMコンパレータ392、オシレータ394を備える。オペアンプOA41は、CCモード用のエラーアンプであり、電流検出信号VSRとその目標電圧VSR(REF)の誤差を増幅する。オペアンプOA42は、CVモード用のエラーアンプであり、バッテリ電圧検出信号VBATとその目標電圧VBAT(REF)の誤差を増幅する。オペアンプOA43は、非充電モード用のエラーアンプであり、システム電圧VSYSとその目標電圧VSYS(REF)の誤差を増幅する。 FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of the pulse modulator 331. As shown in FIG. The pulse modulator 331 comprises a plurality of operational amplifiers OA41-OA43, transistors M41-M43, a current source 390, a PWM comparator 392 and an oscillator 394. The operational amplifier OA41 is an error amplifier for CC mode and amplifies the error between the current detection signal VSR and its target voltage VSR (REF) . The operational amplifier OA42 is an error amplifier for CV mode and amplifies the error between the battery voltage detection signal V BAT and its target voltage V BAT (REF) . The operational amplifier OA43 is an error amplifier for non-charging mode, and amplifies the error between the system voltage V SYS and its target voltage V SYS (REF) .

3個のオペアンプOA41~OA43の出力は、トランジスタM41~M43を含むオープンドレイン回路によって結合される。トランジスタM41~M43のドレインは、電流源390と接続され、それらの接続ノードに生ずる誤差電圧VERRが、PWMコンパレータ392に供給される。PWMコンパレータ392は、オシレータ394が生成する三角波あるいはのこぎり波のキャリア信号を、誤差電圧VERRと比較し、比較結果を示すパルス信号Spを出力する。 The outputs of the three operational amplifiers OA41-OA43 are combined by an open-drain circuit including transistors M41-M43. The drains of the transistors M41-M43 are connected to the current source 390, and the error voltage VERR generated at their connection node is supplied to the PWM comparator 392. The PWM comparator 392 compares the triangular wave or sawtooth wave carrier signal generated by the oscillator 394 with the error voltage V ERR and outputs a pulse signal Sp indicating the comparison result.

図4は、非充電モードに関連するパルス変調器331の一部の構成を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of part of pulse modulator 331 related to the non-charging mode.

パルス変調器331は、目標電圧生成回路396およびオペアンプOA43、抵抗R61~R64、トランジスタM61を備える。 The pulse modulator 331 includes a target voltage generation circuit 396, an operational amplifier OA43, resistors R61 to R64, and a transistor M61.

エラーアンプEA51は、DC/DCコンバータ212の出力であるシステム電圧VSYSに応じたシステム電圧検出信号VSYS_DETとその目標電圧VSYS_DET(REF)の誤差を増幅する。SYS端子と接地の間には、抵抗R61、抵抗R62が直列に接続される。抵抗R61、抵抗R62は分圧回路であり、システム電圧VSYSを分圧し、システム電圧検出信号VSYS_DETを生成する。エラーアンプEA51および抵抗R61,62は、図3のオペアンプOA43に相当する。 The error amplifier EA51 amplifies the error between the system voltage detection signal V SYS_DET corresponding to the system voltage V SYS output from the DC/DC converter 212 and its target voltage V SYS_DET (REF) . A resistor R61 and a resistor R62 are connected in series between the SYS terminal and ground. A resistor R61 and a resistor R62 are voltage dividing circuits that divide the system voltage VSYS to generate a system voltage detection signal VSYS_DET . Error amplifier EA51 and resistors R61 and R62 correspond to operational amplifier OA43 in FIG.

BATT端子と接地の間には、抵抗R63、トランジスタM61、抵抗R64が直列に接続される。トランジスタM61は、非充電モードにおいてオンとなる。抵抗R63、抵抗R64は分圧回路であり、バッテリ電圧VBATを分圧し、バッテリ電圧検出信号VBAT_DETを生成する。目標電圧生成回路396には、バッテリ電圧検出信号VBAT_DETが入力される。目標電圧生成回路396は、バッテリ電圧検出信号VBAT_DETにもとづいて、目標電圧VSYS_DET(SYS)を生成する。 A resistor R63, a transistor M61, and a resistor R64 are connected in series between the BATT terminal and the ground. Transistor M61 is on in the non-charging mode. A resistor R63 and a resistor R64 are voltage dividing circuits that divide the battery voltage V BAT to generate a battery voltage detection signal V BAT_DET . A battery voltage detection signal V BAT_DET is input to the target voltage generation circuit 396 . A target voltage generation circuit 396 generates a target voltage V SYS_DET (SYS) based on the battery voltage detection signal V BAT_DET .

目標電圧生成回路396は、定電流回路CS51、第1トランジスタM51、第1抵抗R51、第1オペアンプOA51、クランプ回路397を備える。 The target voltage generation circuit 396 includes a constant current circuit CS51, a first transistor M51, a first resistor R51, a first operational amplifier OA51, and a clamp circuit 397.

第1トランジスタM51はPチャンネルMOSFETであり、そのソースは5V系(VREG)の電源ラインと接続される。 The first transistor M51 is a P-channel MOSFET, and its source is connected to a 5V system (V REG ) power supply line.

定電流回路CS51は、定電流Icをシンクする。第1抵抗R51は、第1トランジスタM51のドレインと定電流回路CS51の間に接続される。 Constant current circuit CS51 sinks constant current Ic. The first resistor R51 is connected between the drain of the first transistor M51 and the constant current circuit CS51.

第1オペアンプOA51の第1入力ノード(-)には、バッテリ電圧検出信号VBAT_DETが入力され、第2入力ノード(+)には、第1抵抗R51と定電流回路CS51の接続ノードn1の電圧Vn1が入力される。第1オペアンプOA51の出力は、第1トランジスタM51のゲートと接続される。 The first input node (-) of the first operational amplifier OA51 receives the battery voltage detection signal V BAT_DET , and the second input node (+) receives the voltage of the connection node n1 between the first resistor R51 and the constant current circuit CS51. Vn1 is input. The output of the first operational amplifier OA51 is connected to the gate of the first transistor M51.

目標電圧VSYS_DET(REF)は、第1トランジスタM51と第1抵抗R51の接続ノードn2の電圧Vn2に応じている。第2抵抗R52は、接続ノードn2と接地の間に接続される。 The target voltage VSYS_DET(REF) corresponds to the voltage Vn2 at the connection node n2 between the first transistor M51 and the first resistor R51. A second resistor R52 is connected between the connection node n2 and the ground.

第1オペアンプOA51によって、Vn1=VBAT_DETとなるようにトランジスタM51のゲート電圧が調節される。第1抵抗R51には、定電流回路CS51が生成する定電流Icが流れるから、電圧降下ΔV=R51×Icが発生する。つまり、ノードn2の電圧Vn2は、式(1)で表される。
Vn2=VSYS_DET(REF)=Vn1+ΔV
=VBAT_DET+R51×Ic …(1)
The first operational amplifier OA51 adjusts the gate voltage of the transistor M51 so that Vn1=V BAT_DET . Since the constant current Ic generated by the constant current circuit CS51 flows through the first resistor R51, a voltage drop ΔV=R51×Ic occurs. That is, the voltage Vn2 of the node n2 is represented by Equation (1).
Vn2= VSYS_DET(REF) =Vn1+ΔV
=V BAT_DET +R51×Ic (1)

クランプ回路397は、第1トランジスタM51と第1抵抗R51の接続ノードn2が、所定の最低電圧VMINを下回らないようにクランプする。クランプ回路397は、第2トランジスタM52および第2オペアンプOA52を含む。 The clamp circuit 397 clamps the connection node n2 between the first transistor M51 and the first resistor R51 so as not to fall below a predetermined minimum voltage VMIN . Clamp circuit 397 includes a second transistor M52 and a second operational amplifier OA52.

第1トランジスタM51はPチャンネルMOSFETであり、そのソースは5V系(VREG)の電源ラインと接続され、そのドレインはノードn2と接続される。第2オペアンプOA52の第1入力ノード(-)には、最低電圧VMINを規定する設定電圧VDACが入力される。設定電圧VDACはD/Aコンバータ399により生成され、調節可能とすることができる。 The first transistor M51 is a P-channel MOSFET, its source is connected to the 5V system (V REG ) power supply line, and its drain is connected to the node n2. A set voltage V DAC that defines the minimum voltage V MIN is input to the first input node (-) of the second operational amplifier OA52. A set voltage V DAC is generated by a D/A converter 399 and may be adjustable.

第2オペアンプOA52の第2入力ノード(+)には、接続ノードn2の電圧Vn2が入力され、第2オペアンプOA52の出力ノードは、第2トランジスタM52の制御端子(ゲート)と接続される。 The second input node (+) of the second operational amplifier OA52 receives the voltage Vn2 of the connection node n2, and the output node of the second operational amplifier OA52 is connected to the control terminal (gate) of the second transistor M52.

以上がパルス変調器331の構成である。
抵抗R61,R62の分圧比がα、抵抗R63,R64の分圧比がβであるとする。
SYS_DET=α・VSYS
BAT_DET=β・VBAT
これを式(1)に代入すると、
SYS_DET(REF)=β・VBAT+R51×Ic …(1’)
The above is the configuration of the pulse modulator 331 .
Assume that the voltage dividing ratio of the resistors R61 and R62 is α, and the voltage dividing ratio of the resistors R63 and R64 is β.
V SYS_DET = α V SYS
V BAT_DET =β·V BAT
Substituting this into equation (1), we get
VSYS_DET(REF) =β· VBAT +R51×Ic (1′)

定常状態において、
SYS_DET=VSYS_DET(REF)
が成り立つから、式(2)を得る。
α・VSYS=β・VBAT+R51×Ic …(2)
したがって、定常状態におけるシステム電圧VSYSの目標レベルVSYS(REF)は式(3)で表される。
SYS(REF)=β/α・VBAT+R51×Ic/α …(3)
At steady state,
VSYS_DET = VSYS_DET(REF)
holds, we obtain equation (2).
α· VSYS =β· VBAT +R51×Ic (2)
Therefore, the target level V SYS(REF) of the system voltage V SYS in the steady state is expressed by equation (3).
VSYS(REF) =β/ αVBAT +R51×Ic/α (3)

α=βとすれば、式(3’)を得る。
SYS(REF)=VBAT+R51×Ic/α …(3’)
If we let α=β, then we obtain equation (3′).
VSYS(REF) = VBAT +R51×Ic/α (3′)

R51×Ic/αは、100mV~300mV程度とすることができ、たとえば200mVとしてもよい。 R51×Ic/α can be about 100 mV to 300 mV, and may be 200 mV, for example.

このパルス変調器331によれば、式(3)で示すように、システム電圧VSYSを、バッテリ電圧VBATよりも、R51×Ic/αで表される電圧幅ΔVだけ高い電圧レベルに安定化することができる。この電圧幅ΔVは、第1抵抗R51の抵抗値、定電流回路CS51が生成する定電流Icと、分圧比αに応じて決まり、バッテリ電圧VBATの影響を受けない。 According to this pulse modulator 331, the system voltage V SYS is stabilized at a voltage level higher than the battery voltage V BAT by the voltage width ΔV represented by R51×Ic/α, as shown in equation (3). can do. This voltage width ΔV is determined according to the resistance value of the first resistor R51, the constant current Ic generated by the constant current circuit CS51, and the voltage division ratio α, and is not affected by the battery voltage V BAT .

図5は、定電流回路CS51の構成例を示す回路図である。定電流回路CS51は、基準電流源CCS71と、カレントミラー回路CM71を含む。基準電流源CCS71は、基準電流IREFを生成する。カレントミラー回路CM71は、基準電流IREFを折り返し、定電流Icを生成する。 FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration example of the constant current circuit CS51. Constant current circuit CS51 includes a reference current source CCS71 and a current mirror circuit CM71. A reference current source CCS71 produces a reference current IREF . A current mirror circuit CM71 folds back the reference current IREF to generate a constant current Ic.

カレントミラー回路CM71は、トランジスタM71,M72を含む。1セルのバッテリ102とともに使用する場合、バッテリ電圧VBATは最低で2.4V程度まで低下しうる。抵抗R63、R64の分圧比が1/24であるとすると、第1抵抗R51と定電流回路CS51の接続ノードの電圧Vn1は0.1Vとなる。この場合、トランジスタM71,M72として、しきい値電圧が0.5V以上の通常のMOSFETを用いると、カレントミラー回路CM71が正常に動作しないおそれがある。そこで、トランジスタM71,M72は、しきい値電圧が0.2V以下のMOSFETを用いるとよい。これにより、システム電圧VSYSが低くなった場合にも、電流を正確に折り返すことが可能となる。 Current mirror circuit CM71 includes transistors M71 and M72. When used with a one-cell battery 102, the battery voltage V BAT can drop as low as 2.4V. Assuming that the voltage division ratio of the resistors R63 and R64 is 1/24, the voltage Vn1 at the connection node between the first resistor R51 and the constant current circuit CS51 is 0.1V. In this case, if normal MOSFETs with a threshold voltage of 0.5 V or more are used as the transistors M71 and M72, the current mirror circuit CM71 may not operate normally. Therefore, MOSFETs with a threshold voltage of 0.2 V or less are preferably used for the transistors M71 and M72. Thereby, even when the system voltage VSYS becomes low, the current can be accurately folded back.

図6は、充電制御IC300を備える電子機器100の動作を説明する図である。横軸は時間である。左の縦軸は電圧、右の縦軸は電流を表す。 FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of electronic device 100 including charging control IC 300. As shown in FIG. The horizontal axis is time. The left vertical axis represents voltage, and the right vertical axis represents current.

バッテリが深く放電した状態では、トリクル充電が行われる。トリクル充電の間、充電制御IC300は、DC/DCコンバータ212の出力電圧(システム電圧)VSYSを所定の目標電圧VSYSREGに安定化する。第2スイッチSW2のオン抵抗がフィードバック制御され、トリクル充電の目標値ITRに安定化された充電電流ICHGによりバッテリ102が充電される。これによりバッテリ電圧VBATは上昇する。 When the battery is deeply discharged, trickle charging is performed. During trickle charging, charge control IC 300 stabilizes the output voltage (system voltage) V SYS of DC/DC converter 212 to a predetermined target voltage V SYSREG . The on-resistance of the second switch SW2 is feedback-controlled, and the battery 102 is charged with the charging current ICHG stabilized at the trickle charge target value ITR . This causes the battery voltage V BAT to rise.

バッテリ電圧VBATがプリチャージ用のしきい値を越えると、プリチャージに切り替わる。プリチャージでは、トリクル充電よりも大きな充電電流ICHG(=IPRE)でバッテリ102が充電される。 When the battery voltage V BAT exceeds the threshold for precharging, it switches to precharging. In precharging, the battery 102 is charged with a charging current I CHG (=I PRE ) that is higher than in trickle charging.

バッテリ電圧VBATが、電圧VSYSREGに到達すると、CCモードとなり、充電電流ICHGが定電流ICCに安定化される。バッテリ102の充電が進むと、充電電流ICHGが定電流ICCを維持できなくなり、減少していき、CVモードに移行する。充電電流ICHGが終端電流ITERMまで低下すると、充電が完了する。 When the battery voltage V BAT reaches the voltage V SYSREG , the CC mode is entered and the charging current I CHG is regulated to the constant current I CC . As the charging of the battery 102 progresses, the charging current I CHG can no longer maintain the constant current I CC and decreases, shifting to the CV mode. Charging is complete when the charging current I - - CHG drops to the termination current I - - TERM .

受電完了後、第2スイッチSW2がオフされる。また充電制御IC300は、非充電モードとなり、システム電圧VSYSを、バッテリ電圧VBATよりも電圧幅ΔV高い電圧レベルに安定化する。 After the power reception is completed, the second switch SW2 is turned off. Also, the charge control IC 300 enters the non-charge mode and stabilizes the system voltage V SYS to a voltage level higher than the battery voltage V BAT by a voltage width ΔV.

以上が電子機器100の動作である。続いてその利点を説明する。 The above is the operation of the electronic device 100 . Next, its advantages will be explained.

充電制御IC300をたとえば2セルのバッテリ102とともに使用するシステムを考える。バッテリ電圧VBATが8.86V、ΔV=200mVであるとき、システム電圧VSYSは、9.06Vに安定化されることとなる。つまり内部回路110の耐圧は、10Vで足りることとなり、部品の選択肢が増えることとなる。 Consider a system that uses the charge control IC 300 with a two-cell battery 102, for example. When the battery voltage V BAT is 8.86V and ΔV=200 mV, the system voltage V SYS will be regulated at 9.06V. In other words, the withstand voltage of the internal circuit 110 is sufficient with 10V, and the choice of parts increases.

またパルス変調器331にクランプ回路397を設けたことにより、バッテリ102が過放電した状態において、システム電圧VSYSが内部回路110の最低動作電圧を下回るのを防止できる。 Further, by providing the clamp circuit 397 in the pulse modulator 331, it is possible to prevent the system voltage VSYS from falling below the minimum operating voltage of the internal circuit 110 when the battery 102 is over-discharged.

(用途)
続いて充電制御IC300の用途を説明する。図7は、充電制御IC300を備える電子機器100の斜視図である。この例において電子機器100は、スマートホンやタブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ポータブル音楽プレイヤなどの電池駆動型のデバイスである。電子機器100には、USBケーブルを指すためのレセプタクル104が設けられる。電子機器100の筐体の内部には、バッテリ102、充電制御IC300、周辺回路210、内部回路110が収容される。
(Application)
Next, the application of the charge control IC 300 will be explained. FIG. 7 is a perspective view of electronic device 100 including charging control IC 300. As shown in FIG. In this example, electronic device 100 is a battery-powered device such as a smart phone, tablet computer, laptop computer, portable music player, or the like. The electronic device 100 is provided with a receptacle 104 for pointing a USB cable. A battery 102 , a charge control IC 300 , a peripheral circuit 210 , and an internal circuit 110 are housed inside the housing of the electronic device 100 .

(変形例)
以上、実施の形態について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
(Modification)
The embodiment has been described above. It should be understood by those skilled in the art that this embodiment is merely an example, and that various modifications can be made to the combination of each component and each treatment process, and that such modifications are within the scope of the present invention. be. Such modifications will be described below.

(変形例1)
DC/DCコンバータ212は、降圧コンバータであってもよいし、昇圧コンバータであってもよい。DC/DCコンバータ212の形式は、外部電圧VBUSとバッテリ102の電圧の大小関係に応じて定めればよい。
(Modification 1)
DC/DC converter 212 may be a step-down converter or a step-up converter. The type of DC/DC converter 212 may be determined according to the magnitude relationship between the external voltage V BUS and the voltage of battery 102 .

(変形例2)
図1のトランジスタM11~M14は、充電制御IC300に集積化されてもよい。また第1スイッチSW1や第2スイッチSW2も、充電制御IC300に集積化されてもよい。
(Modification 2)
Transistors M11-M14 of FIG. 1 may be integrated into charge control IC 300. FIG. Also, the first switch SW1 and the second switch SW2 may be integrated into the charge control IC 300 .

(変形例3)
実施形態では、USBによる給電を説明したが、USBの規格は限定されず、USB-PDであってもよいし、USBTypeCであってもよい。また外部電圧VBUSの供給はUSBに限定されず、その他の形式の給電にも本開示は適用可能である。
(Modification 3)
In the embodiment, power supply by USB has been described, but the USB standard is not limited, and may be USB-PD or USB Type C. Also, the supply of the external voltage V BUS is not limited to USB, and the present disclosure is applicable to other forms of power supply.

(変形例4)
図5の定電流回路CS51を用いる場合に、トランジスタM71,M72を通常(0.5~0.7V)のしきい値のMOSFETで構成してもよい。たとえば、充電制御IC300の仕様を、2セル以上のバッテリのみをサポートするように定める場合、低電圧のしきい値のMOSFETは不要である。あるいは1セルのバッテリをサポートするように仕様を定める場合、分圧比βを大きくとることにより、電圧Vn2を高くすることができ、低電圧のしきい値電圧が不要となる。
(Modification 4)
When the constant current circuit CS51 of FIG. 5 is used, the transistors M71 and M72 may be composed of normal (0.5 to 0.7 V) threshold MOSFETs. For example, if the charge control IC 300 is specified to support only batteries with 2 or more cells, no low voltage threshold MOSFETs are required. Alternatively, if the specifications are set so as to support a one-cell battery, the voltage Vn2 can be increased by increasing the voltage division ratio β, eliminating the need for a low threshold voltage.

(変形例5)
実施形態において、MOSFETで示したトランジスタは、バイポーラトランジスタで構成してもよい。
(Modification 5)
In embodiments, the transistors shown as MOSFETs may be configured with bipolar transistors.

具体的な用語を用いて説明される実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 The embodiments described using specific terms merely show the principle and application of the present invention, and the embodiments do not deviate from the spirit of the present invention defined in the scope of claims. , many modifications and changes in arrangement are permitted.

100 電子機器
102 バッテリ
104 USBレセプタクル
110 内部回路
200 充電回路
210 周辺回路
212 DC/DCコンバータ
300 充電制御IC
SW1 第1スイッチ
SW2 第2スイッチ
310 パワーパス制御部
312 ゲートドライバ
320 電圧選択回路
322 第1レギュレータ
324 第2レギュレータ
330 コンバータコントローラ
331 パルス変調器
334 PWMロジック部
336 降圧用ドライバ
338 昇圧用ドライバ
340 USBチャージャ検出器
342 インタフェース回路
350 ロジック回路
370 スイッチ制御部
390 電流源
392 PWMコンパレータ
394 オシレータ
396 目標電圧生成回路
R51 第1抵抗
R52 第2抵抗
OA51 第1オペアンプ
OA52 第2オペアンプ
CS51 定電流回路
CCS71 基準電流源
EA51 エラーアンプ
M41,M42,M43 トランジスタ
OA41,OA42,OA43 オペアンプ
R61,R62,R63,R64 抵抗
100 Electronic Device 102 Battery 104 USB Receptacle 110 Internal Circuit 200 Charging Circuit 210 Peripheral Circuit 212 DC/DC Converter 300 Charging Control IC
SW1 first switch SW2 second switch 310 power path control section 312 gate driver 320 voltage selection circuit 322 first regulator 324 second regulator 330 converter controller 331 pulse modulator 334 PWM logic section 336 step-down driver 338 step-up driver 340 USB charger detector 342 interface circuit 350 logic circuit 370 switch controller 390 current source 392 PWM comparator 394 oscillator 396 target voltage generation circuit R51 first resistor R52 second resistor OA51 first operational amplifier OA52 second operational amplifier CS51 constant current circuit CCS71 reference current source EA51 Error amplifiers M41, M42, M43 Transistors OA41, OA42, OA43 Operational amplifiers R61, R62, R63, R64 Resistors

Claims (7)

外部電圧を利用したバッテリの充電を制御する充電制御回路であって、
充電回路を構成するDC/DCコンバータを制御するコンバータコントローラを備え、
前記コンバータコントローラは、
目標電圧を生成する目標電圧生成回路と、
前記DC/DCコンバータの出力電圧に応じたシステム電圧検出信号と前記目標電圧の誤差を増幅するエラーアンプと、
前記エラーアンプの出力に応じたパルス信号を生成するパルス変調器と、
を備え、
前記目標電圧生成回路は、
第1トランジスタと、
定電流をシンクする定電流回路と、
前記第1トランジスタと前記定電流回路の間に接続された第1抵抗と、
第1入力ノード、第2入力ノードおよび出力ノードを有し、前記第1入力ノードに前記第1抵抗と前記定電流回路の接続ノードの電圧を受け、前記第2入力ノードに前記バッテリの電圧に応じたバッテリ電圧検出信号を受け、前記出力ノードが前記第1トランジスタの制御端子と接続された第1オペアンプと、
を含み、前記目標電圧は、前記第1トランジスタと前記第1抵抗の接続ノードの電圧に応じている、充電制御回路。
A charging control circuit for controlling charging of a battery using an external voltage,
A converter controller that controls a DC/DC converter that constitutes a charging circuit,
The converter controller
a target voltage generation circuit that generates a target voltage;
an error amplifier that amplifies an error between a system voltage detection signal corresponding to the output voltage of the DC/DC converter and the target voltage;
a pulse modulator that generates a pulse signal corresponding to the output of the error amplifier;
with
The target voltage generation circuit is
a first transistor;
a constant current circuit that sinks constant current;
a first resistor connected between the first transistor and the constant current circuit;
It has a first input node, a second input node and an output node, the voltage of the connection node of the first resistor and the constant current circuit is received at the first input node, and the voltage of the battery is at the second input node. a first operational amplifier receiving a corresponding battery voltage detection signal, the output node of which is connected to the control terminal of the first transistor;
wherein the target voltage is according to the voltage of a connection node between the first transistor and the first resistor.
前記定電流回路は、
基準電流を生成する基準電流源と、
前記基準電流を折り返すカレントミラー回路と、
を含む、請求項1に記載の充電制御回路。
The constant current circuit is
a reference current source for generating a reference current;
a current mirror circuit that folds back the reference current;
2. The charge control circuit of claim 1, comprising:
前記カレントミラー回路は、しきい値電圧が0.2Vより低い電界効果トランジスタで構成される、請求項2に記載の充電制御回路。 3. The charge control circuit according to claim 2, wherein said current mirror circuit is composed of field effect transistors having a threshold voltage lower than 0.2V. 前記目標電圧生成回路は、
前記第1トランジスタと前記第1抵抗の接続ノードが、所定の最低電圧を下回らないようにクランプするクランプ回路をさらに備える、請求項1から3のいずれかに記載の充電制御回路。
The target voltage generation circuit is
4. The charge control circuit according to claim 1, further comprising a clamp circuit that clamps a connection node between said first transistor and said first resistor so that it does not fall below a predetermined minimum voltage.
前記クランプ回路は、
第1端に電源電圧を受け、第2端が前記第1トランジスタと前記第1抵抗の前記接続ノードと接続された第2トランジスタと、
第1入力ノード、第2入力ノードおよび出力ノードを有し、前記第1入力ノードに、前記最低電圧を規定する設定電圧を受け、前記第2入力ノードに、前記第1トランジスタと前記第1抵抗の前記接続ノードの電圧を受け、前記出力ノードが前記第2トランジスタの制御端子と接続された第2オペアンプと、
を含む、請求項4に記載の充電制御回路。
The clamp circuit is
a second transistor having a first end receiving a power supply voltage and a second end connected to the connection node between the first transistor and the first resistor;
having a first input node, a second input node and an output node, receiving a set voltage defining the minimum voltage at the first input node, and receiving the first transistor and the first resistor at the second input node; a second operational amplifier receiving the voltage of the connection node of and having the output node connected to the control terminal of the second transistor;
5. The charge control circuit of claim 4, comprising:
ひとつの半導体基板に一体集積化される、請求項1から5のいずれかに記載の充電制御回路。 6. The charging control circuit according to any one of claims 1 to 5, which is monolithically integrated on one semiconductor substrate. バッテリと、
前記バッテリへの充電を制御する請求項1から6のいずれかに記載の充電制御回路と、
を備える、電子機器。
a battery;
a charging control circuit according to any one of claims 1 to 6, which controls charging of the battery;
An electronic device.
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