JP3624180B2 - 充電制御装置及び電子装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を簡略な構成に従って正確に充電できるようにする充電制御装置と、その充電制御装置を実装する電子装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン等の携帯型電子機器においては、装置用の電源として電池が搭載されているが、装置の運用コストや瞬間的に放電可能な電流容量等の関係で、ＮｉｃｄやＮｉＭＨやＬｉ＋等のような二次電池（充電可能な電池）が搭載されているのが一般的である。また、装置にＡＣアダプタ等を接続するだけで簡単に装置内蔵の二次電池に対して充電ができるようにと充電器を内蔵している例が多い。
【０００３】
このような携帯型電子機器では、装置の電源として通常は内蔵の二次電池を使用するのが普通であるが、机上での動作などにおいては、ＡＣアダプタ等の外部電源より電力の供給を受けて動作させるような運用もある。
【０００４】
装置に接続されるＡＣアダプタから供給できる電力が、装置の使用する最大電力と二次電池の充電に必要な最大電力よりも十分に大きければ、装置の動作と内蔵二次電池への充電動作を同時に行うことが可能である。しかし、ＡＣアダプタの能力がそれよりも小さい場合には、装置の動作と内蔵二次電池への両方への給電は不可能となるため、装置の状態に応じて、いずれか片方を動作させることとなる。実際に装置に使用されるＡＣアダプタでは、コスト・サイズ等の関係で供給電力に制限があり、一般的には両方の動作を同時に行うことは稀である。
【０００５】
通常は、ＡＣアダプタのコストとサイズを最小限にするために、ＡＣアダプタの能力を、内蔵二次電池の充電に必要な最大電力値と、装置の使用する最大電力値の内の大きい方に設定するのが一般的である。また、電池での運用を意図した装置では、装置の最大消費電力よりも内蔵二次電池への充電電力の方が大きいのも一般的である。これが逆転した状態では、電池への充電時間よりも電池での運転時間の方が短くなり、装置として実用的でないからである。
【０００６】
このようなことを背景にして、これまでは、装置に内蔵される充電器は、装置の状態を常に監視して、装置の電源がＯＦＦ状態にあるときに二次電池への充電を行い、装置の電源がＯＮ状態に入ると二次電池への充電を停止して、装置の電源がＯＦＦ状態に戻ると充電を再開するという方法を採っていた。すなわち、装置が非動作状態にあるときに二次電池への充電を行い、装置が動作状態にあるときに二次電池への充電を停止するという構成を採っていたのである。
【０００７】
しかし、これでは、ＡＣアダプタの能力に余裕があるときに、効率的な充電処理を実行できないことから、最近では、装置の使用する最大電力に比してある程度ＡＣアダプタの能力が大きい場合には、装置の電源がＯＮ状態にあるときは、二次電池への充電電流値を下げて充電を続け、装置の電源がＯＦＦ状態にあるときは、本来の充電電流値で充電を行うという方法を採るようになってきた。すなわち、装置が非動作状態にあるときには大きい充電電流を生成して二次電池への充電を行い、装置が動作状態にあるときには小さい充電電流を生成して二次電池への充電を行うという構成を採るようになってきた。
【０００８】
図１３に、この従来構成を図示する。
【０００９】
図中、二次電池は、直列接続の電池セルで構成される充電可能な電池である。ＤＣコネクタは、ＡＣアダプタ等の外部電源で装置を運転するとき、あるいは、ＡＣアダプタ等の外部電源で装置内蔵の二次電池に充電するときに、外部からの電源供給を受け取るためのコネクタである。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣコネクタ経由で供給される外部電源又は二次電池から電力の供給を受けて、装置が必要とする電圧を作成するための装置用の電源である。
【００１０】
充電器は、ＤＣコネクタ経由で外部より電力が供給されているとき、二次電池を充電するのに必要な電力を作成するための定電流源である。充電制御部は、ＤＣコネクタからの電力供給や装置の動作状態に応じて、二次電池の充電開始や充電終了を制御するとともに、充電器の生成する充電電流の大きさを制御するための制御機構である。
【００１１】
Ｄ１ 及びＤ４ は、ＡＣアダプタにＡＣ電源が供給されていない等の理由により、ＡＣアダプタが非動作状態にあるときに、二次電池から電力が外部に流出するのを防止するための逆流阻止用保護ダイオードである。Ｄ２ は、外部より電力が供給されていないときに、ＤＣ／ＤＣコンバータに二次電池からの電力を供給するとともに、ＤＣコネクタ経由で外部より電力が供給されているときに、その電圧が二次電池に印加されるのを防止するための保護ダイオードである。
【００１２】
充電器は、ＰＷＭ制御方式で動作するＤＣーＤＣ回路であり、ＯＮ・ＯＦＦ制御されるスイッチング用のメイントランジスタＴｒ１ と、チョークコイルＬ１ と、フライホィールダイオードＤ３ と、平滑用コンデンサＣ１ と、電流制御用の抵抗Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ と、定電流制御処理を司るＤＣーＤＣ制御部とで構成される。この抵抗Ｒ０ は、二次電池に充電される電流値を測定するためのセンス抵抗であり、この電流による電圧降下は、抵抗Ｒ１ と抵抗Ｒ２ とで分圧されるとともに、抵抗Ｒ３ と抵抗Ｒ４ とで分圧されてＤＣーＤＣ制御部に入力される。抵抗Ｒ５ は、抵抗Ｒ０ により測定される充電電流のセンス電位を制御するための分圧抵抗であり、並列接続される抵抗Ｒ４ の抵抗値を変化させることで生成される電流値の大きさを切り換えることになる。
【００１３】
この充電器は、抵抗Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ の抵抗値によって一義的に決められる電流値を生成すべく動作して、充電制御部より指示される抵抗Ｒ５ の有効・非有効に応じて２つの電流モ−ドで動作することになる。この定電流動作は、スイッチング方式のレギュレータと同じものである。
【００１４】
このように構成されるときにあって、ＤＣコネクタにＡＣアダプタ等が接続されることで外部より電力が供給されているときには、ダイオードＤ１ を介してその外部電力がＤＣ／ＤＣコンバータに供給され、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータが装置の必要とする電圧を作成する。このとき、その外部電力は、ダイオードＤ２ に阻止されて二次電池に印加されることはない。
【００１５】
一方、外部より電力が供給されているときに、二次電池に対して電力が供給され充電が行われるのは、充電が指示されていることで、充電器が動作しているときだけである。充電器が停止しているときには、メイントランジスタＴｒ１ により回路が遮断されて二次電池への電力供給は行われない。そして、外部からの電力供給が途絶えると、ダイオードＤ２ を介して二次電池の電力がＤＣ／ＤＣコンバータに供給され、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータが装置の必要とする電圧を作成する。このとき、その電力は、ダイオードＤ１，Ｄ４ に阻止されて外部に流出することはない。
【００１６】
外部より電力が供給されて充電器が動作しているときには、充電器で作成された電力は、ダイオードＤ４ を介して二次電池に与えられ、これにより二次電池は充電されることになる。このとき、ＤＣコネクタから入力される電圧が充電器の電圧よりも高いことでダイオードＤ２ が逆バイアス状態にあることから、二次電池の充電電流がＤＣ／ＤＣコンバータ側に漏れることはない。
【００１７】
この充電処理を実行するにあたって、充電制御部は、常にＤＣコネクタからの電力供給の有無と、装置の電源のＯＮ・ＯＦＦ状態とを監視して、充電器のＯＮ・ＯＦＦ制御と、充電電流の切換制御とを実行する。すなわち、ＤＣコネクタを介して外部から電力が供給されるときに、装置の電源がＯＦＦ状態にあることで装置が非動作状態にあるときには、抵抗Ｒ５ を制御することで二段階用意される充電電流の内の大きな方を生成して二次電池を充電し、装置の電源がＯＮ状態にあることで装置が動作状態にあるときには、抵抗Ｒ５ を制御することで二段階用意される充電電流の内の小さな方を生成して二次電池を充電するという制御処理を実行することになる。
【００１８】
このような充電処理にあって、充電の完了を正確に把握して充電を終了させないと、二次電池に悪影響を及ぼし、電池寿命の低下につながる問題がある。例えば充電量が不足であれば、電池としての十分な容量能力を引き出すことが出来ないこととなり、電池での機器の運用時間の低下をもたらす。ＮｉｃｄやＮｉＭＨやＬｉ＋等のような二次電池では、充電不足は定格容量がでないという問題だけであるが、鉛蓄電池のような二次電池では充電不足は電池の劣化を引き起こすこととなる。また、逆に、電池の容量を十分に引き出すために充電量を増やし過ぎると過充電状態となって、これも電池の劣化の原因となる。
【００１９】
二次電池が適切に充電されたことを知る手段としては、充電開始からの時間経過を使って知る方法や、二次電池の電圧値が最大電圧値に到達したことをもって知る方法や、二次電池の温度が最大温度値に到達したことをもって知る方法や、二次電池の温度変化率が最大温度変化率に到達したことをもって知る方法や、二次電池の電圧が充電完了段階に若干降下するという特性（−ΔＶ特性）を使って知る方法がある。しかし、充電電流値が容量値に比して小さい値で充電するという長時間充電では、この内の最大電圧制御や、最大温度変化率制御や、−ΔＶ特性制御は使うことができない。
【００２０】
これから、従来では、通常、時間経過制御や最大温度制御を用いて充電完了を検出する方法を採っているが、この２つの内、特に、充電開始からの時間経過を使って充電完了を検出していくことが広く用いられている。
【００２１】
また、このような充電処理にあって、二次電池の放電電流についても測定したいという要求が出ることがあるが、このような要求に対して、従来では、図１４に示すように、二次電池の充電電流を検出するセンス抵抗Ｒ０ とは別に、二次電池の放電電流を検出するセンス抵抗Ｒｘ を用意する構成を採って、このセンス抵抗Ｒｘ を使って二次電池の放電電流を検出するという方法を採っている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術のように、装置の電源がＯＦＦ状態にあるときには、二段階用意される充電電流の内の大きな方を生成して二次電池を充電し、装置の電源がＯＮ状態にあるときには、二段階用意される充電電流の内の小さな方を生成して二次電池を充電するという方法を採っていると、効率的な充電処理を実行できないという問題点があった。
【００２３】
すなわち、この従来技術に従うと、装置の消費電流の大きさに関係なく充電電流の大きさを設定していかなくてはならないことから、装置の電源がＯＮ状態にあるときの充電電流を、最も消費電流の大きくなる最低のもので設定するしかなく、これがために、ＡＣアダプタ等の外部電力の能力を最大限に使って充電処理を実行していないという問題点があったのである。
【００２４】
また、装置の電源をＯＮ状態にしておくと、実際に装置が動作しているいないにかかわらず、小さな充電電流でもって二次電池が充電されることになることから、効率的な充電処理を実行していないという問題点があったのである。
【００２５】
そして、従来技術のように、充電開始からの時間経過を使って二次電池の充電完了を検出していくという方法を採っていると、充電器の生成する充電電流が動的に変化するような場合には、二次電池の充電完了を正確に検出できないという問題点があった。
【００２６】
そして、従来技術のように、二次電池の充電電流を検出するセンス抵抗と、二次電池の放電電流を検出するセンス抵抗とを別々に用意するという方法を採っていると、センス抵抗が２個必要となって、二次電池の充放電電流を簡略な構成に従って測定できないという問題点があった。
【００２７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、二次電池を簡略な構成に従って正確に充電できるようにする新たな充電制御技術の提供を目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
図１に本発明の概要構成を図示する。
【００２９】
図中、１は本発明を具備する電子機器であって、信号処理を実行する負荷回路と、負荷回路に電力を供給する二次電池３と、外部電源から与えられる電力を使って二次電池３の充電電流を生成する充電回路４とを備えるものである。
この図では省略してあるが、本発明を具備する電子機器１では、外部電源から与えられる電力を装置電源回路に供給するように構成されている。そして、二次電池３は、外部電源から電力が与えられない場合に、自電池の電力を装置電源回路に供給するように構成されている。そして、充電回路４は、この外部電源からの電力を入力として、装置電源回路に電力を供給する二次電池３の充電に使用する電流を生成することになる。
【００３０】
本発明の電子機器１は、図１（ａ）に示すように、二次電池３に流入する充電電流と二次電池３から流出する放電電流とを検出する検出手段３０と、検出手段３０の検出する充電電流及び放電電流を積算して二次電池３の持つ電流容量を算出する積算手段３１と、充電回路４に対して充電終了指示を発行する発行手段３２とを備える。
この検出手段３０は、図１（ｂ）に示すように、充電回路４と装置電源回路との接続点よりも二次電池３側に、二次電池３に流入する充電電流と二次電池３から流出する放電電流とを検出するためのセンス抵抗４０と、センス抵抗４０の両端電位を入力するとともに、２つの出力口を有して、センス抵抗４０に充電電流が流れるときには、その一方の出力口に充電電流の大きさに応じた電圧を出力し、センス抵抗４０に放電電流が流れるときには、もう一方の出力口に放電電流の大きさに応じた電圧を出力することで充電電流及び放電電流を検出する電流測定手段４１とを備えることで構成される。
ここで、図１では図示していないが、本発明の電子機器１は、（ｉ）センス抵抗４０を含む複数の抵抗で構成され、二次電池３とグランドとの間に設けられて、センス抵抗４０の両端電位を検出することにより二次電池３に流入する充放電電流の大きさを検出して、充電電流の大きさについて充電回路４に通知する分圧手段と、（ ii ）外部電源から電力が与えられる場合には、その分圧手段とグランドとの間を接続し、与えられない場合には、その接続を切り離すスイッチ手段とを備えている。
【００３２】
このように構成される本発明の電子機器１では、充電回路４が装置の動作条件に応じて変化する充電電流を生成して二次電池３を充電するときにあって、検出手段３０は、二次電池３に流入する充電電流と二次電池３から流出する放電電流とを検出し、この検出結果を受けて、積算手段３１は、検出手段３０が放電電流を検出するときには、その放電電流を積算して、それに従って二次電池３の持つ電流容量を減算する形で更新し、一方、検出手段３０が充電電流を検出するときには、その充電電流を積算して、それに従って二次電池３の持つ電流容量を加算する形で更新する。
この積算手段３１による積算結果を受けて、発行手段３２は、二次電池３の持つ電流容量が最大電流容量に到達したのか否かを判断して、到達を判断すると、充電回路４に対して充電終了指示を発行する。
【００３３】
このようにして、本発明の電子機器１では、充電回路４の生成する充電電流が動的に変化するようなことがあっても、充電電流及び放電電流を使って、二次電池３の充電完了を正確に検出できるようになるのである。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、本発明の電子機器１は、充電回路４と装置電源回路との接続点よりも二次電池３側に、二次電池３に流入する充電電流と二次電池３から流出する放電電流とを検出するためのセンス抵抗４０を備えるとともに、センス抵抗４０の両端電位を入力するとともに、２つの出力口を有して、この２つの入力電位の内のいずれが大きいのかを識別しつつ、この２つの入力電位の差分値に応じた電圧を発生する電流測定手段４１を備えるという構成を採る。
この構成に従って、本発明の電子機器１では、充電回路４は、センス抵抗４０の検出する充電電流を使って、二次電池３の充電に使用する充電電流を生成していくことになるが、このセンス抵抗４０には、二次電池３の放電電流も流れることになる。これから、このセンス抵抗４０に流れる充放電電流を受けて、電流測定手段４１は、センス抵抗４０に充電電流が流れるときには、２つの出力口のうちの一方の出力口に、充電電流の大きさに応じた電圧を出力し、反対に、センス抵抗４０に放電電流が流れるときには、もう一方の出力口に、放電電流の大きさに応じた電圧を出力するように動作する。
【００３５】
このようにして、本発明の電子機器１では、充電電流の検出に用いるセンス抵抗と、放電電流の検出に用いるセンス抵抗とを共通化することで、二次電池３の充放電電流を簡略な構成に従って測定できるようになるのである。
そして、この構成を採るときに、本発明の電子機器１では、上述のスイッチ手段を備える構成を採ることで、外部電源から電力が与えられていない場合には、上述の分圧手段とグランドとの間を切り離すことで、二次電池３の電力が無駄にグランドに流れ落ちることを防止できるようになっている。そして、外部電源から電力が与えられている場合には、上述の分圧手段とグランドとの間を接続することで、センス抵抗４０に流れる充放電電流を検出できるようになっている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
【００４１】
実施の形態の説明に入る前に、本発明に関連する技術について説明する。
【００４２】
図２及び図３に、本発明に関連する技術を実装する電子機器１の構成を図示する。
【００４３】
図２及び図３に図示する電子機器１は、信号処理を実行する負荷回路２と、負荷回路２に電力を供給する二次電池３と、外部電源から与えられる電力を使って二次電池３の充電電流を生成する充電回路４とを備えるものである。
【００４４】
図２に図示する電子機器１は、二次電池３に流入する充電電流を検出する充電電流検出手段１０と、負荷回路２の消費する消費電流を検出する消費電流検出手段１１と、二次電池３の許容する最大許容充電電流と、充電電流検出手段１０の検出する充電電流との差分値を検出する第１の検出手段１２と、外部電源の許容する最大供給可能電流と、消費電流検出手段１１の検出する消費電流との差分値を検出することで最大使用可能電流を検出する第２の検出手段１３と、第２の検出手段１３の検出する最大使用可能電流と、充電電流検出手段１０の検出する充電電流との差分値を検出する第３の検出手段１４と、二次電池３の許容する最大許容印加電圧と、二次電池３に印加される電圧との差分値を検出する第４の検出手段１５と、充電回路４の生成する充電電流を制御する制御手段１６とを備える。
【００４５】
また、図３に図示する電子機器１は、二次電池３に流入する充電電流を検出する充電電流検出手段２０と、二次電池３の許容する最大許容充電電流と、充電電流検出手段２０の検出する充電電流との差分値を検出する第１の検出手段２１と、外部電源の許容する最低許容出力電圧と、外部電源の出力する電圧との差分値を検出する第２の検出手段２２と、二次電池３の許容する最大許容印加電圧と、二次電池３に印加される電圧との差分値を検出する第３の検出手段２３と、充電回路４の生成する充電電流を制御する制御手段２４とを備える。
【００４６】
このように構成される図２に図示する電子機器１では、外部電源から与えられる電力を使って装置を駆動しているときにあって、制御手段１６は、第１の検出手段１２・第３の検出手段１４・第４の検出手段１５の検出する差分値に従い、二次電池３に流入する充電電流が最大許容充電電流及び最大使用可能電流を超えず、かつ、二次電池３に印加される電圧が最大許容印加電圧を超えない範囲で、充電回路４が最大の充電電流を生成するようにと制御する。
【００４７】
すなわち、第１の検出手段１２・第３の検出手段１４・第４の検出手段１５の検出する差分値の中に制限値をオーバーするものがあるときには、最も制限値をオーバーする差分値を特定し、制限値をオーバーするものがないときには、最もゼロ値に近い差分値を特定して、その特定した差分値がゼロ値になるようにと充電回路４の生成する充電電流を制御するのである。
【００４８】
この制御手段１６の制御処理に従って、図２に図示する電子機器１では、二次電池３及び外部電源の許容される範囲の最大充電電流でもって二次電池３の充電が実行されることから、電子機器１の動作時に、二次電池３を最速に充電できるようになるのである。
【００４９】
また、このように構成される図３に図示する電子機器１では、外部電源から与えられる電力を使って装置を駆動しているときにあって、制御手段２４は、第１の検出手段２１・第２の検出手段２２・第３の検出手段２３の検出する差分値に従い、二次電池３に流入する充電電流が最大許容充電電流を超えず、かつ、外部電源の出力する出力電圧が最低許容出力電圧以下に低下せず、かつ、二次電池３に印加される電圧が最大許容印加電圧を超えない範囲で、充電回路４が最大の充電電流を生成するようにと制御する。
【００５０】
すなわち、第１の検出手段２１・第２の検出手段２２・第３の検出手段２３の検出する差分値の中に制限値をオーバーするものがあるときには、最も制限値をオーバーする差分値を特定し、制限値をオーバーするものがないときには、最もゼロ値に近い差分値を特定して、その特定した差分値がゼロ値になるようにと充電回路４の生成する充電電流を制御するのである。
【００５１】
この制御手段２４の制御処理に従って、図３に図示する電子機器１では、二次電池３及び外部電源の許容される範囲の最大充電電流でもって二次電池３の充電が実行されることから、電子機器１の動作時に、二次電池３を最速に充電できるようになるのである。
【００５２】
図４に、本発明を具備する電子機器１の一実施形態例を図示する。
【００５３】
図中、５０は二次電池であって、直列接続の電池セルで構成される充電可能な電池、５１はＤＣコネクタであって、ＡＣアダプタで装置を運転するとき、あるいは、ＡＣアダプタで装置内蔵の二次電池５０に充電をするときに、外部からの電源供給を受け取るコネクタ、５２はＤＣ／ＤＣコンバータであって、ＤＣコネクタ５１経由で供給される外部電源又は二次電池５０から電力の供給を受けて、装置が必要とする電圧を作成するための装置用の電源、５３は充電器であって、ＤＣコネクタ５１経由で外部より電力が供給されているときに、二次電池５０を充電するのに必要な電力を作成するための定電流源、５４は充電器５３に展開される制御回路であって、ＰＷＭ制御方式に従って定電流制御を実行する制御機構、５５は電流測定回路であって、二次電池５０の充放電電流を測定する測定回路、５６はμコントローラであって、充電の開始及び終了を指示する充電制御機構である。
【００５４】
Ｄ１ 及びＤ４ は、ＡＣアダプタにＡＣ電源が供給されていない等の理由により、ＡＣアダプタが非動作状態にあるときに、二次電池５０から電力が外部に流出するのを防止するための逆流阻止用保護ダイオードである。Ｄ２ は、外部より電力が供給されていないときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２に二次電池５０からの電力を供給するとともに、ＤＣコネクタ５１経由で外部より電力が供給されているときに、その電圧が二次電池５０に印加されるのを防止するための保護ダイオードである。
【００５５】
Ｔｒ１ は、制御回路５４からの指示に従ってＯＮ・ＯＦＦ動作するスイッチング用のメイントランジスタ、Ｌ１ はチョークコイル、Ｄ３ はフライホィールダイオード、Ｃ１ は平滑用コンデンサである。
【００５６】
Ｒ０ は、二次電池５０に流入する充電流値を測定するためのセンス抵抗であり、このセンス抵抗Ｒ０ を流れる充電電流により発生される電圧降下は、抵抗Ｒ１，Ｒ２ で分圧されるとともに、抵抗Ｒ３，Ｒ４ で分圧されて制御回路５４のＥＲＲ１端子に入力される。Ｒ６ は、装置が使用する消費電流値を測定するためのセンス抵抗であり、このセンス抵抗Ｒ６ を流れる消費電流による電圧降下は、抵抗Ｒ７，Ｒ８ で分圧されるとともに、抵抗Ｒ９，Ｒ１０で分圧されて制御回路５４のＥＲＲ２端子に入力される。
【００５７】
制御回路５４のＡＣＡＤＰ端子に与えられる電圧ｅ１ は、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値を制御回路５４に通知するためのものであり、電流値に対応した電圧値として与えられる。制御回路５４のＭＡＸＣ端子に与えられるｅ２ は、二次電池５０の許容する最大充電電流値を制御回路５４に通知するためのものであり、電流値に対応した電圧値として与えられる。制御回路５４のＶｒ 端子に与えられるｅ３ は、電池の許容する最大印加電圧値を制御回路５４に通知するためのものであり、電圧値として与えられる。
【００５８】
Ｔｒ２ は、ＤＣコネクタ５１より電力が供給されていないときに、制御回路５４のグランド側を切り離すことにより、二次電池５０の電位が制御回路５４に印加されることを防止するとともに、抵抗Ｒ１ 〜Ｒ４ を介して二次電池５０から電力が漏れるのを防止するための保護用のスイッチ回路である。Ｒ２１， Ｒ２２は、ＤＣコネクタ５１より電力が供給されていないときに、それを検出してスイッチ回路Ｔｒ２ をＯＦＦさせるための電圧検出抵抗である。
【００５９】
図５に、制御回路５４の一例を図示する。
【００６０】
この図に示すように、制御回路５４は、６個の誤差増幅器５４０−ｉ（ｉ＝１〜６）と、三角波発振器５４１と、ＰＷＭ比較器５４２と、ドライバ５４３とから構成される。
【００６１】
この第１の誤差増幅器５４０−１（ＥＲＡ１）は、センス抵抗Ｒ０ の発生する電圧降下を測定するための増幅器であり、センス抵抗Ｒ０ に流れる充電電流値に比例した電圧を出力する。第４の誤差増幅器５４０−４（ＥＲＡ４）は、第１の誤差増幅器５４０−１の出力する充電電流値と、ＭＡＸＣ端子に与えられる二次電池５０の許容する最大充電電流値（ｅ２）との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。
【００６２】
第２の誤差増幅器５４０−２（ＥＲＡ２）は、センス抵抗Ｒ６ の発生する電圧降下を測定するための増幅器であり、センス抵抗Ｒ６ に流れる消費電流値に比例した電圧を出力する。第５の誤差増幅器５４０−５（ＥＲＡ５）は、第２の誤差増幅器５４０−２の出力する消費電流値と、ＡＣＡＤＰ端子に与えられるＡＣアダプタの供給可能な最大供給電流値（ｅ１）との差分値を増幅して最大使用可能電流値として出力する。
【００６３】
第６の誤差増幅器５４０−６（ＥＲＡ６）は、第１の誤差増幅器５４０−１の出力する充電電流値と、第５の誤差増幅器５４０−５の出力する最大使用可能電流値との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。第３の誤差増幅器５４０−３（ＥＲＡ３）は、第１の誤差増幅器５４０−１に入力される二次電池５０への印加電圧と、Ｖｒ 端子に与えられる二次電池５０の許容する最大印加電圧値（ｅ３）との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。
【００６４】
ここで、制限値を入力とする誤差増幅器５４０−ｉは、測定値と制限値とが等しいときには、規定の電圧値を出力し、制限値が測定値よりも大きいときには、その規定電圧値よりも大きな電圧値を出力し、測定値が制限値より大きいときには負の値又は“０”を出力するように動作する。
【００６５】
三角波発振器５４１は、規定の周期に従う三角波電圧を発生してＰＷＭ比較器５４２に入力する。ＰＷＭ比較器５４２は、第４の誤差増幅器５４０−４・第６の誤差増幅器５４０−６・第３の誤差増幅器５４０−３の出力する電圧値と、三角波発振器５４１の出力する三角波電圧とを入力として、入力電圧に応じたパルス幅を持つパルスを生成する。ドライバ５４３は、メイントランジスタＴｒ１ を駆動するためのドライブ回路であり、ＰＷＭ比較器５４２がハイレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＮさせるとともに、ＰＷＭ比較器５４２がローレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＦＦさせる。
【００６６】
図６に、ＰＷＭ比較器５４２の一例を図示する。
【００６７】
この図に示すＰＷＭ比較器５４２は、３つの誤差増幅器からの入力電圧対応に設けられて、誤差増幅器の出力電圧と、三角波発振器５４１の生成する三角波電圧とを比較して、入力三角波電圧の方が小さいときにはハイレベルを出力し、入力三角波電圧の方が大きいときにはローレベルを出力する比較回路と、全比較回路の出力値の論理積値を算出して出力するＡＮＤ回路とから構成される。これから、比較回路は、誤差増幅器の出力電圧に応じたパルス幅を持つパルスを生成するのであって、測定値が制限値を超える誤差増幅器に対応付けられる比較回路は、誤差増幅器が負の値又は“０”を出力することからパルスを生成しないように動作することになる。
【００６８】
この構成に従って、ＰＷＭ比較器５４２の持つ各加算回路は、図７（ａ）に示すように、誤差増幅器からの入力電圧が制限値の範囲内に入るときには、余裕のある程ハイレベルの長いパルスを発生するとともに、範囲内に入らないときには、パルスを生成しない。そして、ＰＷＭ比較器５４２の持つＡＮＤ回路は、これらの比較回路の出力を受けて、図７（ｂ）に示すように、最もハイレベルの短いものに合わせたパルスを出力する。
【００６９】
すなわち、ＰＷＭ比較器５４２は、３つの誤差増幅器からの入力電圧の中に、制限値をオーバーするものがあるときは、パルスを生成しないとともに、制限値をオーバーするものがないときには、最も制限値に近いものを特定して、それに応じた長さを持つハイレベルのパルスを生成するのである。
【００７０】
このＰＷＭ比較器５４２のパルス生成を受けて、ドライバ５４３は、ＰＷＭ比較器５４２がハイレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＮさせるとともに、ＰＷＭ比較器５４２がローレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＦＦさせることで、ＰＷＭ比較器５４２のパルス生成元となった誤差増幅器の出力電圧がゼロ値になるようにと充電器５３の生成する充電電流の大きさを制御する。
【００７１】
この構成の制御回路５４に従って、充電器５３は、センス抵抗Ｒ０ により検出される充電電流（その制限値は、二次電池５０の許容する最大充電電流値と、第５の誤差増幅器５４０−５の出力する最大使用可能電流値とである）と、二次電池５０への印加電圧（その制限値は、二次電池５０の許容する最大印加電圧値である）の内、最初に制限値に到達したもので制限される充電電流に従って、二次電池５０を充電していくのである。
【００７２】
このようにして、二次電池５０及びＡＣアダプタの許容される範囲の最大充電電流でもって二次電池５０の充電が実行されることから、電子機器１の動作時に、二次電池５０を最速に充電できるようになるのである。
【００７３】
図４に示す電子機器１の充電動作について更に説明すると、ＤＣコネクタ５１にＡＣアダプタが接続されることで外部より電力が供給されているときには、Ｄ１ を介してその外部電力がＤＣ／ＤＣコンバータ５２に供給され、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ５２が装置の必要とする電圧を作成する。
【００７４】
このとき、μコントローラ５６から制御回路５４に対して充電動作の指示があると、制御回路５４は、以下の動作に入って充電電流を生成する。
【００７５】
すなわち、センス抵抗Ｒ６ によりＤＣ／ＤＣコンバータ５２の消費電流が検出されると、その消費電流状態のときに使用可能となるＡＣアダプタの最大使用可能電流値を求めて、センス抵抗Ｒ０ により検出される二次電池５０の充電電流が、その最大使用可能電流値を超えないように制御するとともに、その充電電流が、二次電池５０の許容する最大充電電流値を超えないように制御する。そして、センス抵抗Ｒ０ により検出される二次電池５０への印加電圧が、二次電池５０の許容する最大印加電圧を超えないように制御する。
【００７６】
今、図４に示す電子機器１にあって、二次電池５０の許容する最大充電電流値を１０００ｍＡ、二次電池５０の電池容量を１０００ｍＡＨ 、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値を１５００ｍＡ、装置が動作時に使用する消費電流の最大値を１１００ｍＡ、装置が動作時に使用する消費電流の平均値を４００ｍＡ 、装置が動作していないときの消費電流をＯｍＡ と仮定するとともに、二次電池５０に印加電圧の制限がないことを仮定する。
【００７７】
装置が停止状態にあるときは、ＡＣアダプタから供給される電流は全て二次電池５０の充電電流として使用可能であるため、電池が許容する最大電流値１０００ｍＡでの充電が可能となる。従って、このときの充電時間は約１時間で終了する。
【００７８】
一方、装置が動作しているとき消費電流は０ 〜１１００ｍＡの間で動的に変化するが、図４に示す電子機器１では、この動的な変化に合わせて、充電電流値を１０００ｍＡ〜４００ｍＡ の間で動的に変化させながら充電を行うことになる。装置の平均的な消費電流値が４００ｍＡ であることから、この充電電流値も平均的には１０００ｍＡとなる。この１０００ｍＡの充電電流値は、装置が停止状態のときと変わらない電流値であり、従って、装置が動作していても約１時間で充電できることになる。
【００７９】
このように、図４に示す電子機器１では、装置側の消費電流値を測定する機能を設けて、装置側の消費電流に応じて充電器５３の充電電流値を動的に変化させることで、常にＡＣアダプタの最大能力で充電を行う方法を採ることから、二次電池５０の充電時間を大幅に短縮することができるようになる。
【００８０】
これに対して従来技術では、動的に変化する装置側の消費電力を動的に検出する構成を採っていないことから、最大消費電力を考慮した設計となる。これから、装置の動作時の最大消費電力が１１００ｍＡであり、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値が１５００ｍＡであるときには、充電器５３の使用できる電流値は４００ｍＡ となることから、その結果、装置動作時はその消費電流値の如何に関わらず常に４００ｍＡ で充電を行うこととなって、約３時間の充電時間が必要となる。
【００８１】
このように、図４に示す電子機器１では、外部電源の能力に応じた充電を行うことにより、二次電池５０の充電時間を大幅に短縮できるようになるのである。
【００８２】
次に、図４に示す電子機器１で備える本発明に係る電流測定回路５５と、本発明に係るμコントローラ５６の機能について説明する。
【００８３】
本発明の電流測定回路５５は、センス抵抗Ｒ０ に流れる電流の大きさを測定するために用意されるものである。
【００８４】
このセンス抵抗Ｒ０ は、上述したように、充電器５３の定電流制御用抵抗として機能し、更に、図４の回路構成から分かるように、二次電池５０の放電電流の経路に設けられる。すなわち、二次電池５０の充電時には、このセンス抵抗Ｒ０ には充電電流が流れ、一方、ＤＣコネクタ５１にＡＣアダプタが接続されていないときには、二次電池５０の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ５２に与えられることから、このセンス抵抗Ｒ０ には放電電流が流れることになるのである。従って、この電流測定回路５５は、二次電池５０に流入する充電電流と、二次電池５０から流出する放電電流との双方を測定することになる。
【００８５】
図８に、本発明の電流測定回路５５の一実施形態例を図示する。
【００８６】
この図に示すように、本発明の電流測定回路５５は、第１の演算増幅器５５０−１（ＯＰ１）と、第２の演算増幅器５５０−２（ＯＰ２）と、第３の演算増幅器５５０−３（ＯＰ３）と、第４の演算増幅器５５０−４（ＯＰ４）とで構成され、この第１の演算増幅器５５０−１（ＯＰ１）は、センス抵抗Ｒ０ の一方の電位を＋端子に入力するとともに、−端子を抵抗Ｒ３１を介して第２の演算増幅器５５０−２の−端子に接続し、第２の演算増幅器５５０−２は、センス抵抗Ｒ０ の他方の電位を＋端子に入力するとともに、−端子を抵抗Ｒ３１を介して第１の演算増幅器５５０−１の−端子に接続し、第３の演算増幅器５５０−３は、第１の演算増幅器５５０−１の出力電圧を抵抗Ｒ３４を介して−端子に入力するとともに、＋端子を抵抗Ｒ３７を介してグランドに接続し、第４の演算増幅器５５０−４は、第２の演算増幅器５５０−２の出力電圧をＲ４１を介して−端子に入力するとともに、＋端子を抵抗Ｒ４４を介してグランドに接続する。
【００８７】
この構成に従って、本発明の電流測定回路５５は、第１の演算増幅器５５０−１の＋端子に入力される電圧と、第２の演算増幅器５５０−２の＋端子に入力される電圧との差分値を増幅して出力する。
【００８８】
すなわち、第３の演算増幅器５５０−３は、第１の演算増幅器５５０−１の＋端子の入力電位が第２の演算増幅器５５０−２の＋端子の入力電位よりも高いときに、両者の電位差を増幅して出力することで、センス抵抗Ｒ０ を流れる放電電流値に比例した電圧を出力する。また、第４の演算増幅器５５０−４は、第１の演算増幅器５５０−１の＋端子の入力電位が第２の演算増幅器５５０−２の＋端子の入力電位よりも低いときに、両者の電位差を増幅して出力することで、センス抵抗Ｒ０ を流れる充電電流値に比例した電圧を出力する。
【００８９】
このようにして、本発明の電流測定回路５５は、センス抵抗Ｒ０ に流れる充電電流と放電電流の両方を測定対象にして、センス抵抗Ｒ０ に流れる電流が充電電流であるのか放電電流であるのかを識別しつつ、その電流値の大きさに応じた電圧値を発生していくのである。
【００９０】
一方、本発明に係る機能を実現するμコントローラ５６は、この電流測定回路５５の測定結果を受けて、制御回路５４を制御することで充電制御処理を行うことになる。
【００９１】
図９に、本発明に係る機能を実現するμコントローラ５６の実行する処理フローを図示する。
【００９２】
μコントローラ５６は、電源が投入されると、図９の処理フローに示すように、先ず最初に、ステップ１で、ＡＣアダプタが装着されているのか否かを検出する。この検出処理は、図４では省略したが、ＡＣアダプタの出力電圧を監視することで実行されることになる。
【００９３】
このステップ１で、ＡＣアダプタが装着されていることを検出すると、ステップ２に進んで、制御回路５４を起動することで二次電池５０の充電実行を指示し、続くステップ３で、セーブしておいた二次電池５０のバッテリ残量を読み出す。続いて、ステップ４で、電流測定回路５５の出力電圧を読み取ることで、センス抵抗Ｒ０ を流れる充電電流を読み取って、それを積算していくことで二次電池５０のバッテリ残量を更新する。
【００９４】
続いて、ステップ５で、装置停止の指示が発行されたのか否かを検出して、装置停止の指示が発行されていないことを検出するときには、ステップ６に進んで、更新していくバッテリ残量が満充電に到達したのか否かを判断する。この判断で満充電への未到達を判断するときには、ステップ４に戻って、バッテリ残量の更新を続行し、満充電への到達を判断するときには、ステップ７に進んで、制御回路５４を停止させ、続くステップ８で、バッテリ残量をセーブして処理を終了する。
【００９５】
そして、ステップ５で、装置停止の指示が発行されたことを検出するときには、直ちにステップ７に進んで、制御回路５４を停止させ、続くステップ８で、バッテリ残量をセーブして処理を終了する。
【００９６】
一方、ステップ１で、ＡＣアダプタが装着されていないことを検出するとき、すなわち、二次電池５０の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５２に供給するときには、ステップ９に進んで、セーブしておいた二次電池５０のバッテリ残量を読み出す。続いて、ステップ１０で、電流測定回路５５の出力電圧を読み取ることで、センス抵抗Ｒ０ を流れる放電電流を読み取って、それを積算していくことで二次電池５０のバッテリ残量を更新する。続いて、ステップ１１で、装置停止の指示が発行されたのか否かを検出して、装置停止の指示が発行されていないことを検出するときには、ステップ１０に戻って、バッテリ残量の更新を続行し、装置停止の指示が発行されたことを検出するときには、ステップ８に進んで、バッテリ残量をセーブして処理を終了する。
【００９７】
このようにして、本発明に係る機能を実現するμコントローラ５６は、充電器５３の生成する充電電流が動的に変化するようなことがあっても、二次電池５０の充電完了を正確に検出してその充電を停止していくのである。
【００９８】
図４に示す電子機器１では、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値を予め制御回路５４のＡＣＡＤＰ端子に入力する構成を採ったが、ＡＣアダプタの特性を使うことで、このＡＣアダプタの電力供給能力を自動的に検出する構成を採ることも可能であり、これを使うことで、本発明を更に実用的なものとすることができる。
【００９９】
図１０に、ＡＣアダプタの持つ出力電流値と出力電圧値との対応関係の一例を図示する。このＡＣアダプタは、定格出力電圧が１６．０Ｖ 、定格出力電流値が１５００ｍＡであることを示している。
【０１００】
この図に示すように、ＡＣアダプタは、出力電流値が０ 〜１５００ｍＡといった定格出力電流値内にあるときには、定格出力電圧値の電圧出力を維持するが、定格出力電流値以上の電流値が要求されると、出力電圧値を例えば１５．０Ｖ まで低下させることで過負荷状態であることを負荷側に知らせ、更に大きな電流値が要求されると、重過負荷状態となって電圧出力を遮断していく機能を有している。
【０１０１】
このことは、ＡＣアダプタの出力電圧値が規定の最低許容出力電圧値まで低下するときには、ＡＣアダプタの電力供給能力の限界に到達したことを意味しており、これから、この特性を使って、ＡＣアダプタの出力電圧値が最低許容出力電圧値まで低下したら、充電器５３の充電電流を制限していくことで、図４に示す制御回路５４に入力要求されたＡＣアダプタの最大供給電流値を省略できることを意味している。
【０１０２】
図１１に、この方法を用いる本発明を具備する電子機器１の一実施形態例を図示する。
【０１０３】
図中、図４で説明したものと同じものについては同一の記号で示してある。
【０１０４】
図４に示す電子機器１と異なっている点は、センス抵抗Ｒ６ 及び抵抗Ｒ７ 〜Ｒ１０を備える代わりに、ＤＣコネクタ５１に接続されるＡＣアダプタの出力電圧を監視するための抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を備える構成を採って、この抵抗Ｒ１１，Ｒ１２で分圧されるＡＣアダプタの出力電圧を、制御回路５４のＥＲＲ２−端子に入力する構成を採っている点である。なお、二次電池５０の許容する最大充電電流値に対応する電圧値ｅ１ については、制御回路５４のＥＲＣ１端子に入力している。また、図４に示す電子機器１では外部から与えた二次電池５０の許容する最大印加電圧値については、制御回路５４の内部で発生する構成を採っている。
【０１０５】
図１２に、図１１に示す電子機器１で用いる制御回路５４の一例を図示する。
【０１０６】
この図に示すように、図１１に示す電子機器１で用いる制御回路５４は、図４に示す電子機器１で用いる制御回路５４（図５に示したもの）の備える６個の誤差増幅器５４０−ｉの代わりに、４個の誤差増幅器５４４−ｉ（ｉ＝１〜４）を備える構成を採ることになる。
【０１０７】
この第１の誤差増幅器５４４−１（ＥＲＡ１）は、センス抵抗Ｒ０ の発生する電圧降下を測定するための増幅器であり、センス抵抗Ｒ０ に流れる充電電流値に比例した電圧を出力する。第３の誤差増幅器５４４−３（ＥＲＡ３）は、第１の誤差増幅器５４４−１の出力する充電電流値と、ＥＲＣ１端子に与えられる二次電池５０の許容する最大充電電流値（ｅ１）との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。
【０１０８】
第２の誤差増幅器５４４−２（ＥＲＡ２）は、第１の誤差増幅器５４４−１に入力される二次電池５０への印加電圧と、内蔵電池により与えられる二次電池５０の許容する最大印加電圧値との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。第４の誤差増幅器５４４−４（ＥＲＡ４）は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により検出されるＡＣアダプタの出力電圧と、内蔵電池により与えられるＡＣアダプタの最低許容出力電圧（例えば１５．０Ｖ に設定される）との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。
【０１０９】
この第３の誤差増幅器５４４−３・第２の誤差増幅器５４４−２・第４の誤差増幅器５４４−４の出力する電圧値と、三角波発振器５４１の出力する三角波電圧とをを受けて、ＰＷＭ比較器５４２は、入力電圧に応じたパルス幅を持つパルスを生成し、このパルスを受けて、ドライバ５４３は、ＰＷＭ比較器５４２がハイレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＮさせるとともに、ＰＷＭ比較器５４２がローレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＦＦさせる。
【０１１０】
このＰＷＭ比較器５４２は、図６で説明したように、３つの誤差増幅器からの入力電圧対応に設けられて、誤差増幅器の出力電圧と、三角波発振器５４１の生成する三角波電圧とを比較して、入力三角波電圧の方が小さいときにはハイレベルを出力し、入力三角波電圧の方が大きいときにはローレベルを出力する比較回路と、全比較回路の出力値の論理積値を算出して出力するＡＮＤ回路とから構成される。これから、比較回路は、誤差増幅器の出力電圧に応じたパルス幅を持つパルスを生成するのであって、測定値が制限値を超える誤差増幅器に対応付けられる比較回路は、誤差増幅器が負の値又は“０”を出力することからパルスを生成しないように動作することになる。
【０１１１】
この構成に従って、ＰＷＭ比較器５４２の持つ各加算回路は、図７（ａ）に示したように、誤差増幅器からの入力電圧が制限値の範囲内に入るときには、余裕のある程ハイレベルの長いパルスを発生するとともに、範囲内に入らないときには、パルスを生成しない。そして、ＰＷＭ比較器５４２の持つＡＮＤ回路は、これらの比較回路の出力を受けて、図７（ｂ）に示したように、最もハイレベルの短いものに合わせたパルスを出力する。
【０１１２】
すなわち、ＰＷＭ比較器５４２は、３つの誤差増幅器からの入力電圧の中に、制限値をオーバーするものがあるときは、パルスを生成しないとともに、制限値をオーバーするものがないときには、最も制限値に近いものを特定して、それに応じた長さを持つハイレベルのパルスを生成するのである。
【０１１３】
このＰＷＭ比較器５４２のパルス生成を受けて、ドライバ５４３は、ＰＷＭ比較器５４２がハイレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＮさせるとともに、ＰＷＭ比較器５４２がローレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＦＦさせることで、ＰＷＭ比較器５４２のパルス生成元となった誤差増幅器の出力電圧がゼロ値になるようにと充電器５３の生成する充電電流の大きさを制御する。
【０１１４】
この構成の制御回路５４に従って、充電器５３は、センス抵抗Ｒ０ により検出される充電電流（その制限値は、二次電池５０の許容する最大充電電流値である）と、二次電池５０への印加電圧（その制限値は、二次電池５０の許容する最大印加電圧値である）と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により検出されるＡＣアダプタの出力電圧（その制限値は、ＡＣアダプタの最低許容出力電圧値である）の内、最初に制限値に到達したもので制限される充電電流に従って、二次電池５０を充電していくのである。つまり、ＡＣアダプタの許容する最大出力電流値までは、充電器５３の生成する充電電流を制限しない。
【０１１５】
このようにして、二次電池５０及びＡＣアダプタの許容される範囲の最大充電電流でもって二次電池５０の充電が実行されることから、電子機器１の動作時に、二次電池５０を最速に充電できるようになるのである。
【０１１６】
今、図１１に示す電子機器１にあって、二次電池５０の許容する最大充電電流値を１０００ｍＡ、二次電池５０の電池容量を１０００ｍＡＨ 、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値を１５００ｍＡ、装置が動作時に使用する消費電流の最大値を１１００ｍＡ、装置が動作時に使用する消費電流の平均値を４００ｍＡ 、装置が動作していないときの消費電流をＯｍＡ と仮定するとともに、二次電池５０に印加電圧の制限がないことを仮定する。
【０１１７】
装置が停止状態にあるときは、ＡＣアダプタから供給される電流は全て二次電池５０の充電電流として使用可能であるため、電池が許容する最大電流値１０００ｍＡでの充電が可能となる。従って、このときの充電時間は約１時間で終了する。
【０１１８】
一方、装置が動作しているとき消費電流は０ 〜１１００ｍＡの間で動的に変化するが、いま装置の消費電流が１０００ｍＡであると仮定する。充電器５３は、二次電池５０の最大許容充電電流値が１０００ｍＡであるため、１０００ｍＡを出力するように動作する。しかし、充電器５３の生成する充電電流が５００ｍＡ に達すると、ＡＣアダプタの負荷電流値が１５００ｍＡとなり、この１５００ｍＡを超える時点から、ＡＣアダプタの出力電圧が垂下し始める。制御回路５４は、上述したように、このＡＣアダプタの出力電圧を監視して出力電圧が低下し始める点で、充電器５３の出力を制限するように動作し、その結果、充電器５３の生成する充電電流は、５００ｍＡ の値に制限される。
【０１１９】
装置の消費電流値が増加して１１００ｍＡになると、この消費電流値の増加に伴ってＡＣアダプタの電圧垂下が起こるため、充電器５３は、制御回路５４の指示に従って生成する充電電流値を更に減少させて４００ｍＡ まで減少させる。続いて、装置の消費電流値が減少して８００ｍＡ になると、ＡＣアダプタの出力電圧は定格電圧に復活する。その結果、ＡＣアダプタの出力電圧値による制限がフリーとなることから、充電器５３は、制御回路５４の指示に従って生成する充電電流を増加させていって、７００ｍＡ まで増加させた時点でＡＣアダプタの電圧垂下時点に遭遇し、そこで電流制限を受ける。
【０１２０】
このようにして、図１１に示す電子機器１では、ＡＣアダプタの容量に応じ、装置の消費電流値の動的な変化に合わせて充電電流値を１０００ｍＡ〜４００ｍＡ の間で動的に変化させながら充電を行うことになる。装置の平均的な消費電流値が４００ｍＡ であることから、この充電電流値も平均的には１０００ｍＡとなる。この１０００ｍＡの充電電流値は、装置が停止状態のときと変わらない電流値であり、従って、装置が動作していても約１時間で充電できることになる。
【０１２１】
このように、図１１に示す電子機器１では、ＡＣアダプタの出力電圧を監視することで装置側の消費電流値を測定する機能を設けて、装置側の消費電流に応じて充電器５３の充電電流値を動的に変化させることで、常にＡＣアダプタの最大能力で充電を行う方法を採ることから、二次電池５０の充電時間を大幅に短縮することができるようになる。
【０１２２】
これに対して従来技術では、動的に変化する装置側の消費電力を動的に検出する構成を採っていないことから、最大消費電力を考慮した設計となる。これから、装置の動作時の最大消費電力が１１００ｍＡであり、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値が１５００ｍＡであるときには、充電器５３の使用できる電流値は４００ｍＡ となることから、その結果、装置動作時はその消費電流値の如何に関わらず常に４００ｍＡ で充電を行うこととなって、約３時間の充電時間が必要となる。
【０１２３】
このように、図１１に示す電子機器１では、ＡＣアダプタの能力に応じた充電を行うことにより、二次電池５０の充電時間を大幅に短縮できるようになるのである。
【０１２４】
図示実施例に従って本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施例では、印加電圧の制限される二次電池５０を使って本発明を開示したが、印加電圧の制限されない二次電池５０を使うことも可能であって、この場合には、この印加電圧により充電電流を制限していく構成を採る必要はない。
【０１２５】
（付記１）外部電源から与えられる電力を使って装置を駆動するとともに、該外部電力を入力として充電電流を生成する充電回路を備えて、該充電回路の生成する充電電流を使って装置の持つ二次電池を充電する構成を採る電子機器において、二次電池の許容する最大許容充電電流と、該二次電池に流入する充電電流との差分値を検出する第１の検出手段と、外部電源の許容する最大供給可能電流と、装置の消費電流との差分値を検出することで最大使用可能電流を検出する第２の検出手段と、上記最大使用可能電流と、二次電池に流入する充電電流との差分値を検出する第３の検出手段と、上記第１及び第３の検出手段の検出する差分値に従い、二次電池に流入する充電電流が上記最大許容充電電流及び上記最大使用可能電流を超えない範囲で、充電回路が最大の充電電流を生成するようにと制御する制御手段とを備えることを、特徴とする充電制御方式。
【０１２６】
（付記２）付記１記載の充電制御方式において、二次電池の許容する最大許容印加電圧と、該二次電池に印加される電圧との差分値を検出する第４の検出手段を備え、制御手段は、第１、第３及び第４の検出手段の検出する差分値に従い、二次電池に流入する充電電流が最大許容充電電流及び最大使用可能電流を超えず、かつ、二次電池に印加される電圧が上記最大許容印加電圧を超えない範囲で、充電回路が最大の充電電流を生成するようにと制御するよう処理することを、特徴とする充電制御方式。
【０１２７】
（付記３）外部電源から与えられる電力を使って装置を駆動するとともに、該外部電力を入力として充電電流を生成する充電回路を備えて、該充電回路の生成する充電電流を使って装置の持つ二次電池を充電する構成を採る電子機器において、二次電池の許容する最大許容充電電流と、該二次電池に流入する充電電流との差分値を検出する第１の検出手段と、外部電源の許容する最低許容出力電圧と、該外部電源の出力する出力電圧との差分値を検出する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出手段の検出する差分値に従い、二次電池に流入する充電電流が上記最大許容充電電流を超えず、かつ、外部電源の出力する出力電圧が上記最低許容出力電圧以下に低下しない範囲で、充電回路が最大の充電電流を生成するようにと制御する制御手段とを備えることを、特徴とする充電制御方式。
【０１２８】
（付記４）付記３記載の充電制御方式において、二次電池の許容する最大許容印加電圧と、該二次電池に印加される電圧との差分値を検出する第３の検出手段を備え、制御手段は、第１、第２及び第３の検出手段の検出する差分値に従い、二次電池に流入する充電電流が最大許容充電電流を超えず、かつ、外部電源の出力する出力電圧が最低許容出力電圧以下に低下せず、かつ、二次電池に印加される電圧が上記最大許容印加電圧を超えない範囲で、充電回路が最大の充電電流を生成するようにと制御するよう処理することを、特徴とする充電制御方式。
【０１２９】
（付記５）付記１、２、３又は４記載の充電制御方式において、制御手段は、検出手段の検出する差分値の中に制限値をオーバーするものがあるときには、最も制限値をオーバーする差分値を特定し、制限値をオーバーするものがないときには、最もゼロ値に近い差分値を特定して、その特定した差分値がゼロ値になるようにと充電回路の生成する充電電流を制御するよう処理することを、特徴とする充電制御方式。
【０１３０】
（付記６）装置の動作条件に応じて変化する充電電流を生成する充電回路を備えて、該充電回路の生成する充電電流を使って装置の持つ二次電池を充電する構成を採る電子機器において、二次電池に流入する充電電流を検出する検出手段と、上記検出手段の検出する充電電流を積算する積算手段と、上記積算手段の積算する充電電流量と、充電開始時に二次電池の持つ電流容量との合計値が二次電池の最大電流容量に到達したのか否かを判断して、到達を判断するときに、充電回路に対して充電終了指示を発行する発行手段とを備えることを、特徴とする充電制御方式。
【０１３１】
（付記７）装置電源回路へ電力を供給する二次電池と、該二次電池の充電に使用する定電流を生成する充電回路とを備える電子機器において、二次電池に流入する充電電流を検出するためのセンス抵抗を、装置電源回路と充電回路との接続点よりも二次電池側に設けることで、該センス抵抗を使って、該二次電池からの放電電流を測定可能にする構成を採るとともに、上記センス抵抗の両端電位を入力として、この２つの入力電位の内のいずれが大きいのかを識別しつつ、この２つの入力電位の差分値に応じた電圧を発生することで充電電流及び放電電流を検出する電流測定手段を備えることを、特徴とする電子機器。
【０１３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子機器が二次電池を備えるときにあって、その二次電池の充電電流及び放電電流が動的に変化するようなことがあっても、その二次電池の充電完了を正確に検出できるようになる。
そして、本発明によれば、電子機器が二次電池を備えるときにあって、その二次電池の充電電流の検出に用いるセンス抵抗と、二次電池の放電電流の検出に用いるセンス抵抗とを共通化することで、二次電池の充放電電流を簡略な構成に従って測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要構成図である。
【図２】本発明に関連する技術を実装する電子機器の構成図である。
【図３】本発明に関連する技術を実装する電子機器の構成図である。
【図４】本発明を具備する電子機器の一実施形態例である。
【図５】制御回路の一例である。
【図６】ＰＷＭ比較器の一例である。
【図７】ＰＷＭ比較器の動作説明図である。
【図８】本発明の電流測定回路の一実施形態例である。
【図９】本発明に係る機能を実現するμコントローラの実行する処理フローである。
【図１０】ＡＣアダプタの特性図である。
【図１１】本発明を具備する電子機器の一実施形態例である。
【図１２】制御回路の一例である。
【図１３】従来技術の説明図である。
【図１４】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１ 電子機器
２ 負荷回路
３ 二次電池
４ 充電回路
３０ 検出手段
３１ 積算手段
３２ 発行手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を簡略な構成に従って正確に充電できるようにする充電制御装置と、その充電制御装置を実装する電子装置とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノートパソコン等の携帯型電子機器においては、装置用の電源として電池が搭載されているが、装置の運用コストや瞬間的に放電可能な電流容量等の関係で、ＮｉｃｄやＮｉＭＨやＬｉ＋等のような二次電池（充電可能な電池）が搭載されているのが一般的である。また、装置にＡＣアダプタ等を接続するだけで簡単に装置内蔵の二次電池に対して充電ができるようにと充電器を内蔵している例が多い。
【０００３】
このような携帯型電子機器では、装置の電源として通常は内蔵の二次電池を使用するのが普通であるが、机上での動作などにおいては、ＡＣアダプタ等の外部電源より電力の供給を受けて動作させるような運用もある。
【０００４】
装置に接続されるＡＣアダプタから供給できる電力が、装置の使用する最大電力と二次電池の充電に必要な最大電力よりも十分に大きければ、装置の動作と内蔵二次電池への充電動作を同時に行うことが可能である。しかし、ＡＣアダプタの能力がそれよりも小さい場合には、装置の動作と内蔵二次電池への両方への給電は不可能となるため、装置の状態に応じて、いずれか片方を動作させることとなる。実際に装置に使用されるＡＣアダプタでは、コスト・サイズ等の関係で供給電力に制限があり、一般的には両方の動作を同時に行うことは稀である。
【０００５】
通常は、ＡＣアダプタのコストとサイズを最小限にするために、ＡＣアダプタの能力を、内蔵二次電池の充電に必要な最大電力値と、装置の使用する最大電力値の内の大きい方に設定するのが一般的である。また、電池での運用を意図した装置では、装置の最大消費電力よりも内蔵二次電池への充電電力の方が大きいのも一般的である。これが逆転した状態では、電池への充電時間よりも電池での運転時間の方が短くなり、装置として実用的でないからである。
【０００６】
このようなことを背景にして、これまでは、装置に内蔵される充電器は、装置の状態を常に監視して、装置の電源がＯＦＦ状態にあるときに二次電池への充電を行い、装置の電源がＯＮ状態に入ると二次電池への充電を停止して、装置の電源がＯＦＦ状態に戻ると充電を再開するという方法を採っていた。すなわち、装置が非動作状態にあるときに二次電池への充電を行い、装置が動作状態にあるときに二次電池への充電を停止するという構成を採っていたのである。
【０００７】
しかし、これでは、ＡＣアダプタの能力に余裕があるときに、効率的な充電処理を実行できないことから、最近では、装置の使用する最大電力に比してある程度ＡＣアダプタの能力が大きい場合には、装置の電源がＯＮ状態にあるときは、二次電池への充電電流値を下げて充電を続け、装置の電源がＯＦＦ状態にあるときは、本来の充電電流値で充電を行うという方法を採るようになってきた。すなわち、装置が非動作状態にあるときには大きい充電電流を生成して二次電池への充電を行い、装置が動作状態にあるときには小さい充電電流を生成して二次電池への充電を行うという構成を採るようになってきた。
【０００８】
図１３に、この従来構成を図示する。
【０００９】
図中、二次電池は、直列接続の電池セルで構成される充電可能な電池である。ＤＣコネクタは、ＡＣアダプタ等の外部電源で装置を運転するとき、あるいは、ＡＣアダプタ等の外部電源で装置内蔵の二次電池に充電するときに、外部からの電源供給を受け取るためのコネクタである。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＤＣコネクタ経由で供給される外部電源又は二次電池から電力の供給を受けて、装置が必要とする電圧を作成するための装置用の電源である。
【００１０】
充電器は、ＤＣコネクタ経由で外部より電力が供給されているとき、二次電池を充電するのに必要な電力を作成するための定電流源である。充電制御部は、ＤＣコネクタからの電力供給や装置の動作状態に応じて、二次電池の充電開始や充電終了を制御するとともに、充電器の生成する充電電流の大きさを制御するための制御機構である。
【００１１】
Ｄ１ 及びＤ４ は、ＡＣアダプタにＡＣ電源が供給されていない等の理由により、ＡＣアダプタが非動作状態にあるときに、二次電池から電力が外部に流出するのを防止するための逆流阻止用保護ダイオードである。Ｄ２ は、外部より電力が供給されていないときに、ＤＣ／ＤＣコンバータに二次電池からの電力を供給するとともに、ＤＣコネクタ経由で外部より電力が供給されているときに、その電圧が二次電池に印加されるのを防止するための保護ダイオードである。
【００１２】
充電器は、ＰＷＭ制御方式で動作するＤＣーＤＣ回路であり、ＯＮ・ＯＦＦ制御されるスイッチング用のメイントランジスタＴｒ１ と、チョークコイルＬ１ と、フライホィールダイオードＤ３ と、平滑用コンデンサＣ１ と、電流制御用の抵抗Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ と、定電流制御処理を司るＤＣーＤＣ制御部とで構成される。この抵抗Ｒ０ は、二次電池に充電される電流値を測定するためのセンス抵抗であり、この電流による電圧降下は、抵抗Ｒ１ と抵抗Ｒ２ とで分圧されるとともに、抵抗Ｒ３ と抵抗Ｒ４ とで分圧されてＤＣーＤＣ制御部に入力される。抵抗Ｒ５ は、抵抗Ｒ０ により測定される充電電流のセンス電位を制御するための分圧抵抗であり、並列接続される抵抗Ｒ４ の抵抗値を変化させることで生成される電流値の大きさを切り換えることになる。
【００１３】
この充電器は、抵抗Ｒ０，Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ の抵抗値によって一義的に決められる電流値を生成すべく動作して、充電制御部より指示される抵抗Ｒ５ の有効・非有効に応じて２つの電流モ−ドで動作することになる。この定電流動作は、スイッチング方式のレギュレータと同じものである。
【００１４】
このように構成されるときにあって、ＤＣコネクタにＡＣアダプタ等が接続されることで外部より電力が供給されているときには、ダイオードＤ１ を介してその外部電力がＤＣ／ＤＣコンバータに供給され、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータが装置の必要とする電圧を作成する。このとき、その外部電力は、ダイオードＤ２ に阻止されて二次電池に印加されることはない。
【００１５】
一方、外部より電力が供給されているときに、二次電池に対して電力が供給され充電が行われるのは、充電が指示されていることで、充電器が動作しているときだけである。充電器が停止しているときには、メイントランジスタＴｒ１ により回路が遮断されて二次電池への電力供給は行われない。そして、外部からの電力供給が途絶えると、ダイオードＤ２ を介して二次電池の電力がＤＣ／ＤＣコンバータに供給され、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータが装置の必要とする電圧を作成する。このとき、その電力は、ダイオードＤ１，Ｄ４ に阻止されて外部に流出することはない。
【００１６】
外部より電力が供給されて充電器が動作しているときには、充電器で作成された電力は、ダイオードＤ４ を介して二次電池に与えられ、これにより二次電池は充電されることになる。このとき、ＤＣコネクタから入力される電圧が充電器の電圧よりも高いことでダイオードＤ２ が逆バイアス状態にあることから、二次電池の充電電流がＤＣ／ＤＣコンバータ側に漏れることはない。
【００１７】
この充電処理を実行するにあたって、充電制御部は、常にＤＣコネクタからの電力供給の有無と、装置の電源のＯＮ・ＯＦＦ状態とを監視して、充電器のＯＮ・ＯＦＦ制御と、充電電流の切換制御とを実行する。すなわち、ＤＣコネクタを介して外部から電力が供給されるときに、装置の電源がＯＦＦ状態にあることで装置が非動作状態にあるときには、抵抗Ｒ５ を制御することで二段階用意される充電電流の内の大きな方を生成して二次電池を充電し、装置の電源がＯＮ状態にあることで装置が動作状態にあるときには、抵抗Ｒ５ を制御することで二段階用意される充電電流の内の小さな方を生成して二次電池を充電するという制御処理を実行することになる。
【００１８】
このような充電処理にあって、充電の完了を正確に把握して充電を終了させないと、二次電池に悪影響を及ぼし、電池寿命の低下につながる問題がある。例えば充電量が不足であれば、電池としての十分な容量能力を引き出すことが出来ないこととなり、電池での機器の運用時間の低下をもたらす。ＮｉｃｄやＮｉＭＨやＬｉ＋等のような二次電池では、充電不足は定格容量がでないという問題だけであるが、鉛蓄電池のような二次電池では充電不足は電池の劣化を引き起こすこととなる。また、逆に、電池の容量を十分に引き出すために充電量を増やし過ぎると過充電状態となって、これも電池の劣化の原因となる。
【００１９】
二次電池が適切に充電されたことを知る手段としては、充電開始からの時間経過を使って知る方法や、二次電池の電圧値が最大電圧値に到達したことをもって知る方法や、二次電池の温度が最大温度値に到達したことをもって知る方法や、二次電池の温度変化率が最大温度変化率に到達したことをもって知る方法や、二次電池の電圧が充電完了段階に若干降下するという特性（−ΔＶ特性）を使って知る方法がある。しかし、充電電流値が容量値に比して小さい値で充電するという長時間充電では、この内の最大電圧制御や、最大温度変化率制御や、−ΔＶ特性制御は使うことができない。
【００２０】
これから、従来では、通常、時間経過制御や最大温度制御を用いて充電完了を検出する方法を採っているが、この２つの内、特に、充電開始からの時間経過を使って充電完了を検出していくことが広く用いられている。
【００２１】
また、このような充電処理にあって、二次電池の放電電流についても測定したいという要求が出ることがあるが、このような要求に対して、従来では、図１４に示すように、二次電池の充電電流を検出するセンス抵抗Ｒ０ とは別に、二次電池の放電電流を検出するセンス抵抗Ｒｘ を用意する構成を採って、このセンス抵抗Ｒｘ を使って二次電池の放電電流を検出するという方法を採っている。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術のように、装置の電源がＯＦＦ状態にあるときには、二段階用意される充電電流の内の大きな方を生成して二次電池を充電し、装置の電源がＯＮ状態にあるときには、二段階用意される充電電流の内の小さな方を生成して二次電池を充電するという方法を採っていると、効率的な充電処理を実行できないという問題点があった。
【００２３】
すなわち、この従来技術に従うと、装置の消費電流の大きさに関係なく充電電流の大きさを設定していかなくてはならないことから、装置の電源がＯＮ状態にあるときの充電電流を、最も消費電流の大きくなる最低のもので設定するしかなく、これがために、ＡＣアダプタ等の外部電力の能力を最大限に使って充電処理を実行していないという問題点があったのである。
【００２４】
また、装置の電源をＯＮ状態にしておくと、実際に装置が動作しているいないにかかわらず、小さな充電電流でもって二次電池が充電されることになることから、効率的な充電処理を実行していないという問題点があったのである。
【００２５】
そして、従来技術のように、充電開始からの時間経過を使って二次電池の充電完了を検出していくという方法を採っていると、充電器の生成する充電電流が動的に変化するような場合には、二次電池の充電完了を正確に検出できないという問題点があった。
【００２６】
そして、従来技術のように、二次電池の充電電流を検出するセンス抵抗と、二次電池の放電電流を検出するセンス抵抗とを別々に用意するという方法を採っていると、センス抵抗が２個必要となって、二次電池の充放電電流を簡略な構成に従って測定できないという問題点があった。
【００２７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、二次電池を簡略な構成に従って正確に充電できるようにする新たな充電制御技術の提供を目的とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
図１に本発明の概要構成を図示する。
【００２９】
図中、１は本発明を具備する電子機器であって、信号処理を実行する負荷回路と、負荷回路に電力を供給する二次電池３と、外部電源から与えられる電力を使って二次電池３の充電電流を生成する充電回路４とを備えるものである。
この図では省略してあるが、本発明を具備する電子機器１では、外部電源から与えられる電力を装置電源回路に供給するように構成されている。そして、二次電池３は、外部電源から電力が与えられない場合に、自電池の電力を装置電源回路に供給するように構成されている。そして、充電回路４は、この外部電源からの電力を入力として、装置電源回路に電力を供給する二次電池３の充電に使用する電流を生成することになる。
【００３０】
本発明の電子機器１は、図１（ａ）に示すように、二次電池３に流入する充電電流と二次電池３から流出する放電電流とを検出する検出手段３０と、検出手段３０の検出する充電電流及び放電電流を積算して二次電池３の持つ電流容量を算出する積算手段３１と、充電回路４に対して充電終了指示を発行する発行手段３２とを備える。
この検出手段３０は、図１（ｂ）に示すように、充電回路４と装置電源回路との接続点よりも二次電池３側に、二次電池３に流入する充電電流と二次電池３から流出する放電電流とを検出するためのセンス抵抗４０と、センス抵抗４０の両端電位を入力するとともに、２つの出力口を有して、センス抵抗４０に充電電流が流れるときには、その一方の出力口に充電電流の大きさに応じた電圧を出力し、センス抵抗４０に放電電流が流れるときには、もう一方の出力口に放電電流の大きさに応じた電圧を出力することで充電電流及び放電電流を検出する電流測定手段４１とを備えることで構成される。
ここで、図１では図示していないが、本発明の電子機器１は、（ｉ）センス抵抗４０を含む複数の抵抗で構成され、二次電池３とグランドとの間に設けられて、センス抵抗４０の両端電位を検出することにより二次電池３に流入する充放電電流の大きさを検出して、充電電流の大きさについて充電回路４に通知する分圧手段と、（ ii ）外部電源から電力が与えられる場合には、その分圧手段とグランドとの間を接続し、与えられない場合には、その接続を切り離すスイッチ手段とを備えている。
【００３２】
このように構成される本発明の電子機器１では、充電回路４が装置の動作条件に応じて変化する充電電流を生成して二次電池３を充電するときにあって、検出手段３０は、二次電池３に流入する充電電流と二次電池３から流出する放電電流とを検出し、この検出結果を受けて、積算手段３１は、検出手段３０が放電電流を検出するときには、その放電電流を積算して、それに従って二次電池３の持つ電流容量を減算する形で更新し、一方、検出手段３０が充電電流を検出するときには、その充電電流を積算して、それに従って二次電池３の持つ電流容量を加算する形で更新する。
この積算手段３１による積算結果を受けて、発行手段３２は、二次電池３の持つ電流容量が最大電流容量に到達したのか否かを判断して、到達を判断すると、充電回路４に対して充電終了指示を発行する。
【００３３】
このようにして、本発明の電子機器１では、充電回路４の生成する充電電流が動的に変化するようなことがあっても、充電電流及び放電電流を使って、二次電池３の充電完了を正確に検出できるようになるのである。
【００３４】
図１（ｂ）に示すように、本発明の電子機器１は、充電回路４と装置電源回路との接続点よりも二次電池３側に、二次電池３に流入する充電電流と二次電池３から流出する放電電流とを検出するためのセンス抵抗４０を備えるとともに、センス抵抗４０の両端電位を入力するとともに、２つの出力口を有して、この２つの入力電位の内のいずれが大きいのかを識別しつつ、この２つの入力電位の差分値に応じた電圧を発生する電流測定手段４１を備えるという構成を採る。
この構成に従って、本発明の電子機器１では、充電回路４は、センス抵抗４０の検出する充電電流を使って、二次電池３の充電に使用する充電電流を生成していくことになるが、このセンス抵抗４０には、二次電池３の放電電流も流れることになる。これから、このセンス抵抗４０に流れる充放電電流を受けて、電流測定手段４１は、センス抵抗４０に充電電流が流れるときには、２つの出力口のうちの一方の出力口に、充電電流の大きさに応じた電圧を出力し、反対に、センス抵抗４０に放電電流が流れるときには、もう一方の出力口に、放電電流の大きさに応じた電圧を出力するように動作する。
【００３５】
このようにして、本発明の電子機器１では、充電電流の検出に用いるセンス抵抗と、放電電流の検出に用いるセンス抵抗とを共通化することで、二次電池３の充放電電流を簡略な構成に従って測定できるようになるのである。
そして、この構成を採るときに、本発明の電子機器１では、上述のスイッチ手段を備える構成を採ることで、外部電源から電力が与えられていない場合には、上述の分圧手段とグランドとの間を切り離すことで、二次電池３の電力が無駄にグランドに流れ落ちることを防止できるようになっている。そして、外部電源から電力が与えられている場合には、上述の分圧手段とグランドとの間を接続することで、センス抵抗４０に流れる充放電電流を検出できるようになっている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に従って本発明を詳細に説明する。
【００４１】
実施の形態の説明に入る前に、本発明に関連する技術について説明する。
【００４２】
図２及び図３に、本発明に関連する技術を実装する電子機器１の構成を図示する。
【００４３】
図２及び図３に図示する電子機器１は、信号処理を実行する負荷回路２と、負荷回路２に電力を供給する二次電池３と、外部電源から与えられる電力を使って二次電池３の充電電流を生成する充電回路４とを備えるものである。
【００４４】
図２に図示する電子機器１は、二次電池３に流入する充電電流を検出する充電電流検出手段１０と、負荷回路２の消費する消費電流を検出する消費電流検出手段１１と、二次電池３の許容する最大許容充電電流と、充電電流検出手段１０の検出する充電電流との差分値を検出する第１の検出手段１２と、外部電源の許容する最大供給可能電流と、消費電流検出手段１１の検出する消費電流との差分値を検出することで最大使用可能電流を検出する第２の検出手段１３と、第２の検出手段１３の検出する最大使用可能電流と、充電電流検出手段１０の検出する充電電流との差分値を検出する第３の検出手段１４と、二次電池３の許容する最大許容印加電圧と、二次電池３に印加される電圧との差分値を検出する第４の検出手段１５と、充電回路４の生成する充電電流を制御する制御手段１６とを備える。
【００４５】
また、図３に図示する電子機器１は、二次電池３に流入する充電電流を検出する充電電流検出手段２０と、二次電池３の許容する最大許容充電電流と、充電電流検出手段２０の検出する充電電流との差分値を検出する第１の検出手段２１と、外部電源の許容する最低許容出力電圧と、外部電源の出力する電圧との差分値を検出する第２の検出手段２２と、二次電池３の許容する最大許容印加電圧と、二次電池３に印加される電圧との差分値を検出する第３の検出手段２３と、充電回路４の生成する充電電流を制御する制御手段２４とを備える。
【００４６】
このように構成される図２に図示する電子機器１では、外部電源から与えられる電力を使って装置を駆動しているときにあって、制御手段１６は、第１の検出手段１２・第３の検出手段１４・第４の検出手段１５の検出する差分値に従い、二次電池３に流入する充電電流が最大許容充電電流及び最大使用可能電流を超えず、かつ、二次電池３に印加される電圧が最大許容印加電圧を超えない範囲で、充電回路４が最大の充電電流を生成するようにと制御する。
【００４７】
すなわち、第１の検出手段１２・第３の検出手段１４・第４の検出手段１５の検出する差分値の中に制限値をオーバーするものがあるときには、最も制限値をオーバーする差分値を特定し、制限値をオーバーするものがないときには、最もゼロ値に近い差分値を特定して、その特定した差分値がゼロ値になるようにと充電回路４の生成する充電電流を制御するのである。
【００４８】
この制御手段１６の制御処理に従って、図２に図示する電子機器１では、二次電池３及び外部電源の許容される範囲の最大充電電流でもって二次電池３の充電が実行されることから、電子機器１の動作時に、二次電池３を最速に充電できるようになるのである。
【００４９】
また、このように構成される図３に図示する電子機器１では、外部電源から与えられる電力を使って装置を駆動しているときにあって、制御手段２４は、第１の検出手段２１・第２の検出手段２２・第３の検出手段２３の検出する差分値に従い、二次電池３に流入する充電電流が最大許容充電電流を超えず、かつ、外部電源の出力する出力電圧が最低許容出力電圧以下に低下せず、かつ、二次電池３に印加される電圧が最大許容印加電圧を超えない範囲で、充電回路４が最大の充電電流を生成するようにと制御する。
【００５０】
すなわち、第１の検出手段２１・第２の検出手段２２・第３の検出手段２３の検出する差分値の中に制限値をオーバーするものがあるときには、最も制限値をオーバーする差分値を特定し、制限値をオーバーするものがないときには、最もゼロ値に近い差分値を特定して、その特定した差分値がゼロ値になるようにと充電回路４の生成する充電電流を制御するのである。
【００５１】
この制御手段２４の制御処理に従って、図３に図示する電子機器１では、二次電池３及び外部電源の許容される範囲の最大充電電流でもって二次電池３の充電が実行されることから、電子機器１の動作時に、二次電池３を最速に充電できるようになるのである。
【００５２】
図４に、本発明を具備する電子機器１の一実施形態例を図示する。
【００５３】
図中、５０は二次電池であって、直列接続の電池セルで構成される充電可能な電池、５１はＤＣコネクタであって、ＡＣアダプタで装置を運転するとき、あるいは、ＡＣアダプタで装置内蔵の二次電池５０に充電をするときに、外部からの電源供給を受け取るコネクタ、５２はＤＣ／ＤＣコンバータであって、ＤＣコネクタ５１経由で供給される外部電源又は二次電池５０から電力の供給を受けて、装置が必要とする電圧を作成するための装置用の電源、５３は充電器であって、ＤＣコネクタ５１経由で外部より電力が供給されているときに、二次電池５０を充電するのに必要な電力を作成するための定電流源、５４は充電器５３に展開される制御回路であって、ＰＷＭ制御方式に従って定電流制御を実行する制御機構、５５は電流測定回路であって、二次電池５０の充放電電流を測定する測定回路、５６はμコントローラであって、充電の開始及び終了を指示する充電制御機構である。
【００５４】
Ｄ１ 及びＤ４ は、ＡＣアダプタにＡＣ電源が供給されていない等の理由により、ＡＣアダプタが非動作状態にあるときに、二次電池５０から電力が外部に流出するのを防止するための逆流阻止用保護ダイオードである。Ｄ２ は、外部より電力が供給されていないときに、ＤＣ／ＤＣコンバータ５２に二次電池５０からの電力を供給するとともに、ＤＣコネクタ５１経由で外部より電力が供給されているときに、その電圧が二次電池５０に印加されるのを防止するための保護ダイオードである。
【００５５】
Ｔｒ１ は、制御回路５４からの指示に従ってＯＮ・ＯＦＦ動作するスイッチング用のメイントランジスタ、Ｌ１ はチョークコイル、Ｄ３ はフライホィールダイオード、Ｃ１ は平滑用コンデンサである。
【００５６】
Ｒ０ は、二次電池５０に流入する充電流値を測定するためのセンス抵抗であり、このセンス抵抗Ｒ０ を流れる充電電流により発生される電圧降下は、抵抗Ｒ１，Ｒ２ で分圧されるとともに、抵抗Ｒ３，Ｒ４ で分圧されて制御回路５４のＥＲＲ１端子に入力される。Ｒ６ は、装置が使用する消費電流値を測定するためのセンス抵抗であり、このセンス抵抗Ｒ６ を流れる消費電流による電圧降下は、抵抗Ｒ７，Ｒ８ で分圧されるとともに、抵抗Ｒ９，Ｒ１０で分圧されて制御回路５４のＥＲＲ２端子に入力される。
【００５７】
制御回路５４のＡＣＡＤＰ端子に与えられる電圧ｅ１ は、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値を制御回路５４に通知するためのものであり、電流値に対応した電圧値として与えられる。制御回路５４のＭＡＸＣ端子に与えられるｅ２ は、二次電池５０の許容する最大充電電流値を制御回路５４に通知するためのものであり、電流値に対応した電圧値として与えられる。制御回路５４のＶｒ 端子に与えられるｅ３ は、電池の許容する最大印加電圧値を制御回路５４に通知するためのものであり、電圧値として与えられる。
【００５８】
Ｔｒ２ は、ＤＣコネクタ５１より電力が供給されていないときに、制御回路５４のグランド側を切り離すことにより、二次電池５０の電位が制御回路５４に印加されることを防止するとともに、抵抗Ｒ１ 〜Ｒ４ を介して二次電池５０から電力が漏れるのを防止するための保護用のスイッチ回路である。Ｒ２１， Ｒ２２は、ＤＣコネクタ５１より電力が供給されていないときに、それを検出してスイッチ回路Ｔｒ２ をＯＦＦさせるための電圧検出抵抗である。
【００５９】
図５に、制御回路５４の一例を図示する。
【００６０】
この図に示すように、制御回路５４は、６個の誤差増幅器５４０−ｉ（ｉ＝１〜６）と、三角波発振器５４１と、ＰＷＭ比較器５４２と、ドライバ５４３とから構成される。
【００６１】
この第１の誤差増幅器５４０−１（ＥＲＡ１）は、センス抵抗Ｒ０ の発生する電圧降下を測定するための増幅器であり、センス抵抗Ｒ０ に流れる充電電流値に比例した電圧を出力する。第４の誤差増幅器５４０−４（ＥＲＡ４）は、第１の誤差増幅器５４０−１の出力する充電電流値と、ＭＡＸＣ端子に与えられる二次電池５０の許容する最大充電電流値（ｅ２）との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。
【００６２】
第２の誤差増幅器５４０−２（ＥＲＡ２）は、センス抵抗Ｒ６ の発生する電圧降下を測定するための増幅器であり、センス抵抗Ｒ６ に流れる消費電流値に比例した電圧を出力する。第５の誤差増幅器５４０−５（ＥＲＡ５）は、第２の誤差増幅器５４０−２の出力する消費電流値と、ＡＣＡＤＰ端子に与えられるＡＣアダプタの供給可能な最大供給電流値（ｅ１）との差分値を増幅して最大使用可能電流値として出力する。
【００６３】
第６の誤差増幅器５４０−６（ＥＲＡ６）は、第１の誤差増幅器５４０−１の出力する充電電流値と、第５の誤差増幅器５４０−５の出力する最大使用可能電流値との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。第３の誤差増幅器５４０−３（ＥＲＡ３）は、第１の誤差増幅器５４０−１に入力される二次電池５０への印加電圧と、Ｖｒ 端子に与えられる二次電池５０の許容する最大印加電圧値（ｅ３）との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。
【００６４】
ここで、制限値を入力とする誤差増幅器５４０−ｉは、測定値と制限値とが等しいときには、規定の電圧値を出力し、制限値が測定値よりも大きいときには、その規定電圧値よりも大きな電圧値を出力し、測定値が制限値より大きいときには負の値又は“０”を出力するように動作する。
【００６５】
三角波発振器５４１は、規定の周期に従う三角波電圧を発生してＰＷＭ比較器５４２に入力する。ＰＷＭ比較器５４２は、第４の誤差増幅器５４０−４・第６の誤差増幅器５４０−６・第３の誤差増幅器５４０−３の出力する電圧値と、三角波発振器５４１の出力する三角波電圧とを入力として、入力電圧に応じたパルス幅を持つパルスを生成する。ドライバ５４３は、メイントランジスタＴｒ１ を駆動するためのドライブ回路であり、ＰＷＭ比較器５４２がハイレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＮさせるとともに、ＰＷＭ比較器５４２がローレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＦＦさせる。
【００６６】
図６に、ＰＷＭ比較器５４２の一例を図示する。
【００６７】
この図に示すＰＷＭ比較器５４２は、３つの誤差増幅器からの入力電圧対応に設けられて、誤差増幅器の出力電圧と、三角波発振器５４１の生成する三角波電圧とを比較して、入力三角波電圧の方が小さいときにはハイレベルを出力し、入力三角波電圧の方が大きいときにはローレベルを出力する比較回路と、全比較回路の出力値の論理積値を算出して出力するＡＮＤ回路とから構成される。これから、比較回路は、誤差増幅器の出力電圧に応じたパルス幅を持つパルスを生成するのであって、測定値が制限値を超える誤差増幅器に対応付けられる比較回路は、誤差増幅器が負の値又は“０”を出力することからパルスを生成しないように動作することになる。
【００６８】
この構成に従って、ＰＷＭ比較器５４２の持つ各加算回路は、図７（ａ）に示すように、誤差増幅器からの入力電圧が制限値の範囲内に入るときには、余裕のある程ハイレベルの長いパルスを発生するとともに、範囲内に入らないときには、パルスを生成しない。そして、ＰＷＭ比較器５４２の持つＡＮＤ回路は、これらの比較回路の出力を受けて、図７（ｂ）に示すように、最もハイレベルの短いものに合わせたパルスを出力する。
【００６９】
すなわち、ＰＷＭ比較器５４２は、３つの誤差増幅器からの入力電圧の中に、制限値をオーバーするものがあるときは、パルスを生成しないとともに、制限値をオーバーするものがないときには、最も制限値に近いものを特定して、それに応じた長さを持つハイレベルのパルスを生成するのである。
【００７０】
このＰＷＭ比較器５４２のパルス生成を受けて、ドライバ５４３は、ＰＷＭ比較器５４２がハイレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＮさせるとともに、ＰＷＭ比較器５４２がローレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＦＦさせることで、ＰＷＭ比較器５４２のパルス生成元となった誤差増幅器の出力電圧がゼロ値になるようにと充電器５３の生成する充電電流の大きさを制御する。
【００７１】
この構成の制御回路５４に従って、充電器５３は、センス抵抗Ｒ０ により検出される充電電流（その制限値は、二次電池５０の許容する最大充電電流値と、第５の誤差増幅器５４０−５の出力する最大使用可能電流値とである）と、二次電池５０への印加電圧（その制限値は、二次電池５０の許容する最大印加電圧値である）の内、最初に制限値に到達したもので制限される充電電流に従って、二次電池５０を充電していくのである。
【００７２】
このようにして、二次電池５０及びＡＣアダプタの許容される範囲の最大充電電流でもって二次電池５０の充電が実行されることから、電子機器１の動作時に、二次電池５０を最速に充電できるようになるのである。
【００７３】
図４に示す電子機器１の充電動作について更に説明すると、ＤＣコネクタ５１にＡＣアダプタが接続されることで外部より電力が供給されているときには、Ｄ１ を介してその外部電力がＤＣ／ＤＣコンバータ５２に供給され、これに応じてＤＣ／ＤＣコンバータ５２が装置の必要とする電圧を作成する。
【００７４】
このとき、μコントローラ５６から制御回路５４に対して充電動作の指示があると、制御回路５４は、以下の動作に入って充電電流を生成する。
【００７５】
すなわち、センス抵抗Ｒ６ によりＤＣ／ＤＣコンバータ５２の消費電流が検出されると、その消費電流状態のときに使用可能となるＡＣアダプタの最大使用可能電流値を求めて、センス抵抗Ｒ０ により検出される二次電池５０の充電電流が、その最大使用可能電流値を超えないように制御するとともに、その充電電流が、二次電池５０の許容する最大充電電流値を超えないように制御する。そして、センス抵抗Ｒ０ により検出される二次電池５０への印加電圧が、二次電池５０の許容する最大印加電圧を超えないように制御する。
【００７６】
今、図４に示す電子機器１にあって、二次電池５０の許容する最大充電電流値を１０００ｍＡ、二次電池５０の電池容量を１０００ｍＡＨ 、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値を１５００ｍＡ、装置が動作時に使用する消費電流の最大値を１１００ｍＡ、装置が動作時に使用する消費電流の平均値を４００ｍＡ 、装置が動作していないときの消費電流をＯｍＡ と仮定するとともに、二次電池５０に印加電圧の制限がないことを仮定する。
【００７７】
装置が停止状態にあるときは、ＡＣアダプタから供給される電流は全て二次電池５０の充電電流として使用可能であるため、電池が許容する最大電流値１０００ｍＡでの充電が可能となる。従って、このときの充電時間は約１時間で終了する。
【００７８】
一方、装置が動作しているとき消費電流は０ 〜１１００ｍＡの間で動的に変化するが、図４に示す電子機器１では、この動的な変化に合わせて、充電電流値を１０００ｍＡ〜４００ｍＡ の間で動的に変化させながら充電を行うことになる。装置の平均的な消費電流値が４００ｍＡ であることから、この充電電流値も平均的には１０００ｍＡとなる。この１０００ｍＡの充電電流値は、装置が停止状態のときと変わらない電流値であり、従って、装置が動作していても約１時間で充電できることになる。
【００７９】
このように、図４に示す電子機器１では、装置側の消費電流値を測定する機能を設けて、装置側の消費電流に応じて充電器５３の充電電流値を動的に変化させることで、常にＡＣアダプタの最大能力で充電を行う方法を採ることから、二次電池５０の充電時間を大幅に短縮することができるようになる。
【００８０】
これに対して従来技術では、動的に変化する装置側の消費電力を動的に検出する構成を採っていないことから、最大消費電力を考慮した設計となる。これから、装置の動作時の最大消費電力が１１００ｍＡであり、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値が１５００ｍＡであるときには、充電器５３の使用できる電流値は４００ｍＡ となることから、その結果、装置動作時はその消費電流値の如何に関わらず常に４００ｍＡ で充電を行うこととなって、約３時間の充電時間が必要となる。
【００８１】
このように、図４に示す電子機器１では、外部電源の能力に応じた充電を行うことにより、二次電池５０の充電時間を大幅に短縮できるようになるのである。
【００８２】
次に、図４に示す電子機器１で備える本発明に係る電流測定回路５５と、本発明に係るμコントローラ５６の機能について説明する。
【００８３】
本発明の電流測定回路５５は、センス抵抗Ｒ０ に流れる電流の大きさを測定するために用意されるものである。
【００８４】
このセンス抵抗Ｒ０ は、上述したように、充電器５３の定電流制御用抵抗として機能し、更に、図４の回路構成から分かるように、二次電池５０の放電電流の経路に設けられる。すなわち、二次電池５０の充電時には、このセンス抵抗Ｒ０ には充電電流が流れ、一方、ＤＣコネクタ５１にＡＣアダプタが接続されていないときには、二次電池５０の電力がＤＣ／ＤＣコンバータ５２に与えられることから、このセンス抵抗Ｒ０ には放電電流が流れることになるのである。従って、この電流測定回路５５は、二次電池５０に流入する充電電流と、二次電池５０から流出する放電電流との双方を測定することになる。
【００８５】
図８に、本発明の電流測定回路５５の一実施形態例を図示する。
【００８６】
この図に示すように、本発明の電流測定回路５５は、第１の演算増幅器５５０−１（ＯＰ１）と、第２の演算増幅器５５０−２（ＯＰ２）と、第３の演算増幅器５５０−３（ＯＰ３）と、第４の演算増幅器５５０−４（ＯＰ４）とで構成され、この第１の演算増幅器５５０−１（ＯＰ１）は、センス抵抗Ｒ０ の一方の電位を＋端子に入力するとともに、−端子を抵抗Ｒ３１を介して第２の演算増幅器５５０−２の−端子に接続し、第２の演算増幅器５５０−２は、センス抵抗Ｒ０ の他方の電位を＋端子に入力するとともに、−端子を抵抗Ｒ３１を介して第１の演算増幅器５５０−１の−端子に接続し、第３の演算増幅器５５０−３は、第１の演算増幅器５５０−１の出力電圧を抵抗Ｒ３４を介して−端子に入力するとともに、＋端子を抵抗Ｒ３７を介してグランドに接続し、第４の演算増幅器５５０−４は、第２の演算増幅器５５０−２の出力電圧をＲ４１を介して−端子に入力するとともに、＋端子を抵抗Ｒ４４を介してグランドに接続する。
【００８７】
この構成に従って、本発明の電流測定回路５５は、第１の演算増幅器５５０−１の＋端子に入力される電圧と、第２の演算増幅器５５０−２の＋端子に入力される電圧との差分値を増幅して出力する。
【００８８】
すなわち、第３の演算増幅器５５０−３は、第１の演算増幅器５５０−１の＋端子の入力電位が第２の演算増幅器５５０−２の＋端子の入力電位よりも高いときに、両者の電位差を増幅して出力することで、センス抵抗Ｒ０ を流れる放電電流値に比例した電圧を出力する。また、第４の演算増幅器５５０−４は、第１の演算増幅器５５０−１の＋端子の入力電位が第２の演算増幅器５５０−２の＋端子の入力電位よりも低いときに、両者の電位差を増幅して出力することで、センス抵抗Ｒ０ を流れる充電電流値に比例した電圧を出力する。
【００８９】
このようにして、本発明の電流測定回路５５は、センス抵抗Ｒ０ に流れる充電電流と放電電流の両方を測定対象にして、センス抵抗Ｒ０ に流れる電流が充電電流であるのか放電電流であるのかを識別しつつ、その電流値の大きさに応じた電圧値を発生していくのである。
【００９０】
一方、本発明に係る機能を実現するμコントローラ５６は、この電流測定回路５５の測定結果を受けて、制御回路５４を制御することで充電制御処理を行うことになる。
【００９１】
図９に、本発明に係る機能を実現するμコントローラ５６の実行する処理フローを図示する。
【００９２】
μコントローラ５６は、電源が投入されると、図９の処理フローに示すように、先ず最初に、ステップ１で、ＡＣアダプタが装着されているのか否かを検出する。この検出処理は、図４では省略したが、ＡＣアダプタの出力電圧を監視することで実行されることになる。
【００９３】
このステップ１で、ＡＣアダプタが装着されていることを検出すると、ステップ２に進んで、制御回路５４を起動することで二次電池５０の充電実行を指示し、続くステップ３で、セーブしておいた二次電池５０のバッテリ残量を読み出す。続いて、ステップ４で、電流測定回路５５の出力電圧を読み取ることで、センス抵抗Ｒ０ を流れる充電電流を読み取って、それを積算していくことで二次電池５０のバッテリ残量を更新する。
【００９４】
続いて、ステップ５で、装置停止の指示が発行されたのか否かを検出して、装置停止の指示が発行されていないことを検出するときには、ステップ６に進んで、更新していくバッテリ残量が満充電に到達したのか否かを判断する。この判断で満充電への未到達を判断するときには、ステップ４に戻って、バッテリ残量の更新を続行し、満充電への到達を判断するときには、ステップ７に進んで、制御回路５４を停止させ、続くステップ８で、バッテリ残量をセーブして処理を終了する。
【００９５】
そして、ステップ５で、装置停止の指示が発行されたことを検出するときには、直ちにステップ７に進んで、制御回路５４を停止させ、続くステップ８で、バッテリ残量をセーブして処理を終了する。
【００９６】
一方、ステップ１で、ＡＣアダプタが装着されていないことを検出するとき、すなわち、二次電池５０の電力をＤＣ／ＤＣコンバータ５２に供給するときには、ステップ９に進んで、セーブしておいた二次電池５０のバッテリ残量を読み出す。続いて、ステップ１０で、電流測定回路５５の出力電圧を読み取ることで、センス抵抗Ｒ０ を流れる放電電流を読み取って、それを積算していくことで二次電池５０のバッテリ残量を更新する。続いて、ステップ１１で、装置停止の指示が発行されたのか否かを検出して、装置停止の指示が発行されていないことを検出するときには、ステップ１０に戻って、バッテリ残量の更新を続行し、装置停止の指示が発行されたことを検出するときには、ステップ８に進んで、バッテリ残量をセーブして処理を終了する。
【００９７】
このようにして、本発明に係る機能を実現するμコントローラ５６は、充電器５３の生成する充電電流が動的に変化するようなことがあっても、二次電池５０の充電完了を正確に検出してその充電を停止していくのである。
【００９８】
図４に示す電子機器１では、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値を予め制御回路５４のＡＣＡＤＰ端子に入力する構成を採ったが、ＡＣアダプタの特性を使うことで、このＡＣアダプタの電力供給能力を自動的に検出する構成を採ることも可能であり、これを使うことで、本発明を更に実用的なものとすることができる。
【００９９】
図１０に、ＡＣアダプタの持つ出力電流値と出力電圧値との対応関係の一例を図示する。このＡＣアダプタは、定格出力電圧が１６．０Ｖ 、定格出力電流値が１５００ｍＡであることを示している。
【０１００】
この図に示すように、ＡＣアダプタは、出力電流値が０ 〜１５００ｍＡといった定格出力電流値内にあるときには、定格出力電圧値の電圧出力を維持するが、定格出力電流値以上の電流値が要求されると、出力電圧値を例えば１５．０Ｖ まで低下させることで過負荷状態であることを負荷側に知らせ、更に大きな電流値が要求されると、重過負荷状態となって電圧出力を遮断していく機能を有している。
【０１０１】
このことは、ＡＣアダプタの出力電圧値が規定の最低許容出力電圧値まで低下するときには、ＡＣアダプタの電力供給能力の限界に到達したことを意味しており、これから、この特性を使って、ＡＣアダプタの出力電圧値が最低許容出力電圧値まで低下したら、充電器５３の充電電流を制限していくことで、図４に示す制御回路５４に入力要求されたＡＣアダプタの最大供給電流値を省略できることを意味している。
【０１０２】
図１１に、この方法を用いる本発明を具備する電子機器１の一実施形態例を図示する。
【０１０３】
図中、図４で説明したものと同じものについては同一の記号で示してある。
【０１０４】
図４に示す電子機器１と異なっている点は、センス抵抗Ｒ６ 及び抵抗Ｒ７ 〜Ｒ１０を備える代わりに、ＤＣコネクタ５１に接続されるＡＣアダプタの出力電圧を監視するための抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を備える構成を採って、この抵抗Ｒ１１，Ｒ１２で分圧されるＡＣアダプタの出力電圧を、制御回路５４のＥＲＲ２−端子に入力する構成を採っている点である。なお、二次電池５０の許容する最大充電電流値に対応する電圧値ｅ１ については、制御回路５４のＥＲＣ１端子に入力している。また、図４に示す電子機器１では外部から与えた二次電池５０の許容する最大印加電圧値については、制御回路５４の内部で発生する構成を採っている。
【０１０５】
図１２に、図１１に示す電子機器１で用いる制御回路５４の一例を図示する。
【０１０６】
この図に示すように、図１１に示す電子機器１で用いる制御回路５４は、図４に示す電子機器１で用いる制御回路５４（図５に示したもの）の備える６個の誤差増幅器５４０−ｉの代わりに、４個の誤差増幅器５４４−ｉ（ｉ＝１〜４）を備える構成を採ることになる。
【０１０７】
この第１の誤差増幅器５４４−１（ＥＲＡ１）は、センス抵抗Ｒ０ の発生する電圧降下を測定するための増幅器であり、センス抵抗Ｒ０ に流れる充電電流値に比例した電圧を出力する。第３の誤差増幅器５４４−３（ＥＲＡ３）は、第１の誤差増幅器５４４−１の出力する充電電流値と、ＥＲＣ１端子に与えられる二次電池５０の許容する最大充電電流値（ｅ１）との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。
【０１０８】
第２の誤差増幅器５４４−２（ＥＲＡ２）は、第１の誤差増幅器５４４−１に入力される二次電池５０への印加電圧と、内蔵電池により与えられる二次電池５０の許容する最大印加電圧値との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。第４の誤差増幅器５４４−４（ＥＲＡ４）は、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により検出されるＡＣアダプタの出力電圧と、内蔵電池により与えられるＡＣアダプタの最低許容出力電圧（例えば１５．０Ｖ に設定される）との差分値を増幅してＰＷＭ比較器５４２に入力する。
【０１０９】
この第３の誤差増幅器５４４−３・第２の誤差増幅器５４４−２・第４の誤差増幅器５４４−４の出力する電圧値と、三角波発振器５４１の出力する三角波電圧とをを受けて、ＰＷＭ比較器５４２は、入力電圧に応じたパルス幅を持つパルスを生成し、このパルスを受けて、ドライバ５４３は、ＰＷＭ比較器５４２がハイレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＮさせるとともに、ＰＷＭ比較器５４２がローレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＦＦさせる。
【０１１０】
このＰＷＭ比較器５４２は、図６で説明したように、３つの誤差増幅器からの入力電圧対応に設けられて、誤差増幅器の出力電圧と、三角波発振器５４１の生成する三角波電圧とを比較して、入力三角波電圧の方が小さいときにはハイレベルを出力し、入力三角波電圧の方が大きいときにはローレベルを出力する比較回路と、全比較回路の出力値の論理積値を算出して出力するＡＮＤ回路とから構成される。これから、比較回路は、誤差増幅器の出力電圧に応じたパルス幅を持つパルスを生成するのであって、測定値が制限値を超える誤差増幅器に対応付けられる比較回路は、誤差増幅器が負の値又は“０”を出力することからパルスを生成しないように動作することになる。
【０１１１】
この構成に従って、ＰＷＭ比較器５４２の持つ各加算回路は、図７（ａ）に示したように、誤差増幅器からの入力電圧が制限値の範囲内に入るときには、余裕のある程ハイレベルの長いパルスを発生するとともに、範囲内に入らないときには、パルスを生成しない。そして、ＰＷＭ比較器５４２の持つＡＮＤ回路は、これらの比較回路の出力を受けて、図７（ｂ）に示したように、最もハイレベルの短いものに合わせたパルスを出力する。
【０１１２】
すなわち、ＰＷＭ比較器５４２は、３つの誤差増幅器からの入力電圧の中に、制限値をオーバーするものがあるときは、パルスを生成しないとともに、制限値をオーバーするものがないときには、最も制限値に近いものを特定して、それに応じた長さを持つハイレベルのパルスを生成するのである。
【０１１３】
このＰＷＭ比較器５４２のパルス生成を受けて、ドライバ５４３は、ＰＷＭ比較器５４２がハイレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＮさせるとともに、ＰＷＭ比較器５４２がローレベルを出力している間、メイントランジスタＴｒ１ をＯＦＦさせることで、ＰＷＭ比較器５４２のパルス生成元となった誤差増幅器の出力電圧がゼロ値になるようにと充電器５３の生成する充電電流の大きさを制御する。
【０１１４】
この構成の制御回路５４に従って、充電器５３は、センス抵抗Ｒ０ により検出される充電電流（その制限値は、二次電池５０の許容する最大充電電流値である）と、二次電池５０への印加電圧（その制限値は、二次電池５０の許容する最大印加電圧値である）と、抵抗Ｒ１１，Ｒ１２により検出されるＡＣアダプタの出力電圧（その制限値は、ＡＣアダプタの最低許容出力電圧値である）の内、最初に制限値に到達したもので制限される充電電流に従って、二次電池５０を充電していくのである。つまり、ＡＣアダプタの許容する最大出力電流値までは、充電器５３の生成する充電電流を制限しない。
【０１１５】
このようにして、二次電池５０及びＡＣアダプタの許容される範囲の最大充電電流でもって二次電池５０の充電が実行されることから、電子機器１の動作時に、二次電池５０を最速に充電できるようになるのである。
【０１１６】
今、図１１に示す電子機器１にあって、二次電池５０の許容する最大充電電流値を１０００ｍＡ、二次電池５０の電池容量を１０００ｍＡＨ 、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値を１５００ｍＡ、装置が動作時に使用する消費電流の最大値を１１００ｍＡ、装置が動作時に使用する消費電流の平均値を４００ｍＡ 、装置が動作していないときの消費電流をＯｍＡ と仮定するとともに、二次電池５０に印加電圧の制限がないことを仮定する。
【０１１７】
装置が停止状態にあるときは、ＡＣアダプタから供給される電流は全て二次電池５０の充電電流として使用可能であるため、電池が許容する最大電流値１０００ｍＡでの充電が可能となる。従って、このときの充電時間は約１時間で終了する。
【０１１８】
一方、装置が動作しているとき消費電流は０ 〜１１００ｍＡの間で動的に変化するが、いま装置の消費電流が１０００ｍＡであると仮定する。充電器５３は、二次電池５０の最大許容充電電流値が１０００ｍＡであるため、１０００ｍＡを出力するように動作する。しかし、充電器５３の生成する充電電流が５００ｍＡ に達すると、ＡＣアダプタの負荷電流値が１５００ｍＡとなり、この１５００ｍＡを超える時点から、ＡＣアダプタの出力電圧が垂下し始める。制御回路５４は、上述したように、このＡＣアダプタの出力電圧を監視して出力電圧が低下し始める点で、充電器５３の出力を制限するように動作し、その結果、充電器５３の生成する充電電流は、５００ｍＡ の値に制限される。
【０１１９】
装置の消費電流値が増加して１１００ｍＡになると、この消費電流値の増加に伴ってＡＣアダプタの電圧垂下が起こるため、充電器５３は、制御回路５４の指示に従って生成する充電電流値を更に減少させて４００ｍＡ まで減少させる。続いて、装置の消費電流値が減少して８００ｍＡ になると、ＡＣアダプタの出力電圧は定格電圧に復活する。その結果、ＡＣアダプタの出力電圧値による制限がフリーとなることから、充電器５３は、制御回路５４の指示に従って生成する充電電流を増加させていって、７００ｍＡ まで増加させた時点でＡＣアダプタの電圧垂下時点に遭遇し、そこで電流制限を受ける。
【０１２０】
このようにして、図１１に示す電子機器１では、ＡＣアダプタの容量に応じ、装置の消費電流値の動的な変化に合わせて充電電流値を１０００ｍＡ〜４００ｍＡ の間で動的に変化させながら充電を行うことになる。装置の平均的な消費電流値が４００ｍＡ であることから、この充電電流値も平均的には１０００ｍＡとなる。この１０００ｍＡの充電電流値は、装置が停止状態のときと変わらない電流値であり、従って、装置が動作していても約１時間で充電できることになる。
【０１２１】
このように、図１１に示す電子機器１では、ＡＣアダプタの出力電圧を監視することで装置側の消費電流値を測定する機能を設けて、装置側の消費電流に応じて充電器５３の充電電流値を動的に変化させることで、常にＡＣアダプタの最大能力で充電を行う方法を採ることから、二次電池５０の充電時間を大幅に短縮することができるようになる。
【０１２２】
これに対して従来技術では、動的に変化する装置側の消費電力を動的に検出する構成を採っていないことから、最大消費電力を考慮した設計となる。これから、装置の動作時の最大消費電力が１１００ｍＡであり、ＡＣアダプタの供給可能な最大電流値が１５００ｍＡであるときには、充電器５３の使用できる電流値は４００ｍＡ となることから、その結果、装置動作時はその消費電流値の如何に関わらず常に４００ｍＡ で充電を行うこととなって、約３時間の充電時間が必要となる。
【０１２３】
このように、図１１に示す電子機器１では、ＡＣアダプタの能力に応じた充電を行うことにより、二次電池５０の充電時間を大幅に短縮できるようになるのである。
【０１２４】
図示実施例に従って本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施例では、印加電圧の制限される二次電池５０を使って本発明を開示したが、印加電圧の制限されない二次電池５０を使うことも可能であって、この場合には、この印加電圧により充電電流を制限していく構成を採る必要はない。
【０１２５】
（付記１）外部電源から与えられる電力を使って装置を駆動するとともに、該外部電力を入力として充電電流を生成する充電回路を備えて、該充電回路の生成する充電電流を使って装置の持つ二次電池を充電する構成を採る電子機器において、二次電池の許容する最大許容充電電流と、該二次電池に流入する充電電流との差分値を検出する第１の検出手段と、外部電源の許容する最大供給可能電流と、装置の消費電流との差分値を検出することで最大使用可能電流を検出する第２の検出手段と、上記最大使用可能電流と、二次電池に流入する充電電流との差分値を検出する第３の検出手段と、上記第１及び第３の検出手段の検出する差分値に従い、二次電池に流入する充電電流が上記最大許容充電電流及び上記最大使用可能電流を超えない範囲で、充電回路が最大の充電電流を生成するようにと制御する制御手段とを備えることを、特徴とする充電制御方式。
【０１２６】
（付記２）付記１記載の充電制御方式において、二次電池の許容する最大許容印加電圧と、該二次電池に印加される電圧との差分値を検出する第４の検出手段を備え、制御手段は、第１、第３及び第４の検出手段の検出する差分値に従い、二次電池に流入する充電電流が最大許容充電電流及び最大使用可能電流を超えず、かつ、二次電池に印加される電圧が上記最大許容印加電圧を超えない範囲で、充電回路が最大の充電電流を生成するようにと制御するよう処理することを、特徴とする充電制御方式。
【０１２７】
（付記３）外部電源から与えられる電力を使って装置を駆動するとともに、該外部電力を入力として充電電流を生成する充電回路を備えて、該充電回路の生成する充電電流を使って装置の持つ二次電池を充電する構成を採る電子機器において、二次電池の許容する最大許容充電電流と、該二次電池に流入する充電電流との差分値を検出する第１の検出手段と、外部電源の許容する最低許容出力電圧と、該外部電源の出力する出力電圧との差分値を検出する第２の検出手段と、上記第１及び第２の検出手段の検出する差分値に従い、二次電池に流入する充電電流が上記最大許容充電電流を超えず、かつ、外部電源の出力する出力電圧が上記最低許容出力電圧以下に低下しない範囲で、充電回路が最大の充電電流を生成するようにと制御する制御手段とを備えることを、特徴とする充電制御方式。
【０１２８】
（付記４）付記３記載の充電制御方式において、二次電池の許容する最大許容印加電圧と、該二次電池に印加される電圧との差分値を検出する第３の検出手段を備え、制御手段は、第１、第２及び第３の検出手段の検出する差分値に従い、二次電池に流入する充電電流が最大許容充電電流を超えず、かつ、外部電源の出力する出力電圧が最低許容出力電圧以下に低下せず、かつ、二次電池に印加される電圧が上記最大許容印加電圧を超えない範囲で、充電回路が最大の充電電流を生成するようにと制御するよう処理することを、特徴とする充電制御方式。
【０１２９】
（付記５）付記１、２、３又は４記載の充電制御方式において、制御手段は、検出手段の検出する差分値の中に制限値をオーバーするものがあるときには、最も制限値をオーバーする差分値を特定し、制限値をオーバーするものがないときには、最もゼロ値に近い差分値を特定して、その特定した差分値がゼロ値になるようにと充電回路の生成する充電電流を制御するよう処理することを、特徴とする充電制御方式。
【０１３０】
（付記６）装置の動作条件に応じて変化する充電電流を生成する充電回路を備えて、該充電回路の生成する充電電流を使って装置の持つ二次電池を充電する構成を採る電子機器において、二次電池に流入する充電電流を検出する検出手段と、上記検出手段の検出する充電電流を積算する積算手段と、上記積算手段の積算する充電電流量と、充電開始時に二次電池の持つ電流容量との合計値が二次電池の最大電流容量に到達したのか否かを判断して、到達を判断するときに、充電回路に対して充電終了指示を発行する発行手段とを備えることを、特徴とする充電制御方式。
【０１３１】
（付記７）装置電源回路へ電力を供給する二次電池と、該二次電池の充電に使用する定電流を生成する充電回路とを備える電子機器において、二次電池に流入する充電電流を検出するためのセンス抵抗を、装置電源回路と充電回路との接続点よりも二次電池側に設けることで、該センス抵抗を使って、該二次電池からの放電電流を測定可能にする構成を採るとともに、上記センス抵抗の両端電位を入力として、この２つの入力電位の内のいずれが大きいのかを識別しつつ、この２つの入力電位の差分値に応じた電圧を発生することで充電電流及び放電電流を検出する電流測定手段を備えることを、特徴とする電子機器。
【０１３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子機器が二次電池を備えるときにあって、その二次電池の充電電流及び放電電流が動的に変化するようなことがあっても、その二次電池の充電完了を正確に検出できるようになる。
そして、本発明によれば、電子機器が二次電池を備えるときにあって、その二次電池の充電電流の検出に用いるセンス抵抗と、二次電池の放電電流の検出に用いるセンス抵抗とを共通化することで、二次電池の充放電電流を簡略な構成に従って測定できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要構成図である。
【図２】本発明に関連する技術を実装する電子機器の構成図である。
【図３】本発明に関連する技術を実装する電子機器の構成図である。
【図４】本発明を具備する電子機器の一実施形態例である。
【図５】制御回路の一例である。
【図６】ＰＷＭ比較器の一例である。
【図７】ＰＷＭ比較器の動作説明図である。
【図８】本発明の電流測定回路の一実施形態例である。
【図９】本発明に係る機能を実現するμコントローラの実行する処理フローである。
【図１０】ＡＣアダプタの特性図である。
【図１１】本発明を具備する電子機器の一実施形態例である。
【図１２】制御回路の一例である。
【図１３】従来技術の説明図である。
【図１４】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
１ 電子機器
２ 負荷回路
３ 二次電池
４ 充電回路
３０ 検出手段
３１ 積算手段
３２ 発行手段
Claims (2)
- 外部電源からの電力を装置電源回路に供給するか、該外部電力が与えられない場合には二次電池の電力を装置電源回路に供給し、さらに、該外部電力を入力として、該二次電池に流入する充電電流に応じて該充電電流を生成する充電回路を備える電子装置で用いられる充電制御装置において、
前記電子装置には、当該装置の電源回路と充電回路との接続点よりも二次電池側に、充電回路から二次電池に流れる充電電流と、二次電池から装置電源回路に流れる放電電流との双方を１つの抵抗でもって検出するためのセンス抵抗が設けられ、
かつ、前記センス抵抗を含む複数の抵抗で構成され、二次電池とグランドとの間に設けられて、前記センス抵抗の両端電位を検出することにより二次電池に流入する充放電電流の大きさを検出して、充電電流の大きさについて前記充電回路に通知する分圧手段と、
前記外部電源から電力が与えられる場合には、前記分圧手段とグランドとの間を接続し、与えられない場合には、その接続を切り離すスイッチ手段と、
前記センス抵抗の両端電位を入力するとともに、２つの出力口を有して、前記センス抵抗に充電電流が流れるときには、その一方の出力口に充電電流の大きさに応じた電圧を出力し、前記センス抵抗に放電電流が流れるときには、もう一方の出力口に放電電流の大きさに応じた電圧を出力することで充電電流及び放電電流を検出する電流測定手段と、
前記電流測定手段が放電電流を検出するときには、該放電電流を積算して、それに従って二次電池の持つ電流容量を減算する形で更新し、一方、前記電流測定手段が充電電流を検出するときには、該充電電流を積算して、それに従って二次電池の持つ電流容量を加算する形で更新する電流容量算出手段と、
前記二次電池の持つ電流容量が最大電流容量に到達したのか否かを判断して、到達を判断するときに、充電回路に対して充電終了指示を発行する発行手段とを備えることを、
特徴とする充電制御装置。 - 外部電源からの電力を装置電源回路に供給するか、該外部電力が与えられない場合には二次電池の電力を装置電源回路に供給し、さらに、該外部電力を入力として、該二次電池に流入する充電電流に応じて該充電電流を生成する充電回路を備える電子装置において、
装置電源回路と充電回路との接続点よりも二次電池側に設けられて、充電回路から二次電池に流れる充電電流と、二次電池から装置電源回路に流れる放電電流との双方を１つの抵抗でもって検出するためのセンス抵抗と、
前記センス抵抗を含む複数の抵抗で構成され、二次電池とグランドとの間に設けられて、前記センス抵抗の両端電位を検出することにより二次電池に流入する充放電電流の大きさを検出して、充電電流の大きさについて前記充電回路に通知する分圧手段と、
前記外部電源から電力が与えられる場合には、前記分圧手段とグランドとの間を接続し、与えられない場合には、その接続を切り離すスイッチ手段と、
前記センス抵抗の両端電位を入力するとともに、２つの出力口を有して、前記センス抵抗に充電電流が流れるときには、その一方の出力口に充電電流の大きさに応じた電圧を出力し、前記センス抵抗に放電電流が流れるときには、もう一方の出力口に放電電流の大きさに応じた電圧を出力することで充電電流及び放電電流を検出する電流測定手段と、
前記電流測定手段が放電電流を検出するときには、該放電電流を積算して、それに従って二次電池の持つ電流容量を減算する形で更新し、一方、前記電流測定手段が充電電流を検出するときには、該充電電流を積算して、それに従って二次電池の持つ電流容量を加算する形で更新する電流容量算出手段と、
前記二次電池の持つ電流容量が最大電流容量に到達したのか否かを判断して、到達を判断するときに、充電回路に対して充電終了指示を発行する発行手段とを備えることを、
特徴とする電子装置。
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