JP3833649B2

JP3833649B2 - 充電装置及びこれを備える携帯電子機器

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Publication number: JP3833649B2
Application number: JP2003400293A
Authority: JP
Inventors: 伊知郎横溝; 良幸唐澤
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2003-11-28
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2023-11-28
Also published as: KR20050052405A; US20050116687A1; CN100364202C; TW200518372A; CN1622422A; JP2005168102A

Description

本発明は、機器を動作させながら内蔵した２次電池の充電が可能な充電装置及びこれを備える携帯電子機器に関する。

近年、携帯電話などの携帯電子機器は、その機器を動作させながら２次電池の充電が可能なものが多く存在する（例えば特許文献１）。図４は、従来の充電装置を備える携帯電子機器のブロック図である。この携帯電子機器１０１は、例えば送受信回路や音声処理回路等の携帯電子機器の機能を実現して電力を消費する部分である負荷１０４と、充電装置１０３とから構成される。充電装置１０３は、２次電池１０５と、この２次電池１０５を充電する充電回路１０６と、充電中は点灯（発光）する発光素子１０７と、から構成される。この２次電池１０５を充電するときは、商用交流電源ライン１０９に接続されたＡＣアダプタ１０２のＤＣ出力に携帯電子機器１０１を接続する。

充電回路１０６は、充電初期の予備充電時には２次電池１０５に予備充電電流を流し、その後の急速充電時には急速充電電流を流すものであり、後述の充電電流制御回路１１３により制御されて２次電池１０５への充電電流と負荷１０４への負荷電流を制御する電流制御素子１１１と、電流制御素子１１１と２次電池１０５との間に介装されて充電電流を流す電流検出抵抗１１２と、電流検出抵抗１１２に流れる充電電流が急速充電時に所定の急速充電電流値になるように充電電流制御回路１１３へ検出信号を入力する充電電流モニタ回路１１４と、電流検出抵抗１１２に流れる充電電流が所定の終止電流値になるとこれを検出する終止電流検出回路１１６と、２次電池１０５の電圧が所定の電圧値になるとこれを検出する充電電圧検出回路１１７と、これらモニタ或いは検出回路１１４、１１６、１１７から検出信号を入力して電流制御素子１１１を制御する充電電流制御回路１１３と、検出回路１１６、１１７等から検出信号を入力して発光素子１０７を制御する発光素子制御回路１１８と、発光素子１０７を駆動する発光素子駆動素子１１９と、から構成される。

この携帯電子機器１０１は、ＡＣアダプタ１０２のＤＣ出力に接続されると、充電装置１０３が２次電池１０５の充電を開始してその電圧を上昇させ、それとともに発光素子１０７が点灯する。そして、２次電池１０５の充電が進み、充電容量の最大値付近に近づくと充電電流が減少する。やがて、充電電流が終止電流値に至ると、終止電流検出回路１１６が検出信号を充電電流制御回路１１３と発光素子制御回路１１８に入力するので、電流制御素子１１１はＡＣアダプタ１０２からの電流を流さなく（オフに）なり、発光素子１０７が消灯して２次電池１０５の充電が完了する。

特開平８−１０６９２６号公報

このように、携帯電子機器１０１の充電装置１０３では、充電回路１０６によって２次電池１０５の充電の制御が行われる。ところで、充電と同時に携帯電子機器１０１を動作させる場合は、２次電池１０５に向かって充電電流が流れるとともに、負荷１０４に向かって比較的大きな負荷電流が流れる。これらの充電電流と負荷電流はＡＣアダプタ１０２から電流制御素子１１１を通って供給される。

しかし、最近では、例えば動画を送受信して表示する携帯電話等のように負荷電流として非常に大きな電流を流す携帯電子機器が製品化され始めている。この負荷電流がＡＣアダプタ１０２のリミット電流値（例えば９００ｍＡ）を超える程大きいと（例えば１Ａ以上）、２次電池１０５から逆流して負荷１０４に向かって電流が供給される可能性が生じる。もし、充電容量の最大値付近まで近づいた２次電池１０５から逆流したならば、終止電流検出回路１１６が充電電流が終止電流値に至ったとして検出し、充電未完了にも係わらず、電流制御素子１１１がオフになるとともに、発光素子１０７の発光が止まって充電完了を示すことになる。

本発明は、以上の事由に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、機器の動作をさせながら２次電池に充電することが可能な携帯電子機器において、機器の負荷電流が大きいものであって２次電池から逆流して負荷に向かって電流が供給されても、ＡＣアダプタから電流を供給する電流制御素子がオフになったり充電中であることを示す発光素子が充電完了を示すのを防止することができる充電装置及びこれを有する携帯電子機器を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に係わる充電装置は、２次電池と、２次電池を充電する充電回路と、を備え、２次電池への充電電流と負荷への負荷電流とがＡＣアダプタより供給される充電装置において、前記充電回路は、２次電池への充電電流と負荷への負荷電流のＡＣアダプタからの供給を共に制御する電流制御素子と、電流制御素子と２次電池との間に介装されて充電電流を流す電流検出抵抗と、２次電池から電流検出抵抗を通って負荷に向かう電流が流れるとこれを検出する充電電流方向検出回路と、電流検出抵抗に流れる充電電流が終止電流値になるとこれを検出する終止電流検出回路と、終止電流検出回路から検出信号が入力されると充電完了となるように電流が流れないように、かつその時、充電電流方向検出回路から検出信号が入力されると充電完了とならないように終止電流検出回路の検出信号を無効とするように、電流制御素子を制御する充電電流制御回路と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係わる充電装置は、請求項１に記載の充電装置において、充電中であることを示す発光素子を更に備え、前記充電回路は、発光素子を制御し、終止電流検出回路から検出信号が入力されると充電の完了を示すように、かつその時、充電電流方向検出回路から検出信号が入力されると充電の完了を示さないように、発光素子を制御する発光素子制御回路と、発光素子を駆動する発光素子駆動素子と、を更に備えることを特徴とする。

請求項３に係る充電装置は、請求項１又は２に記載の充電装置において、前記充電回路は、充電初期の予備充電時には２次電池に予備充電電流を流し、その後の急速充電時には急速充電電流を流すものであり、電流検出抵抗に流れる充電電流が急速充電時に所定の急速充電電流値になるように充電電流制御回路へ検出信号を入力する充電電流モニタ回路と、２次電池の電圧が予備充電時に予備充電電圧になるとこれを検出し、急速充電時に規定電圧以上であるとこれを検出し、充電電流制御回路へ検出信号を入力する充電電圧検出回路と、を更に備えることを特徴とする。

請求項４に係る携帯電子機器は、請求項１乃至３の何れかに記載の充電装置と、充電中にも所定の機能を実現して電力を消費する負荷と、を備えることを特徴とする。

本発明の充電装置及びこれを有する携帯電子機器は、動作をしながら２次電池に充電することが可能な携帯電子機器において、機器の負荷電流が大きいものであって２次電池から逆流して負荷に向かって電流が供給されても、充電電流方向検出回路により逆流電流を検出し、終止電流検出回路から充電電流制御回路や発光素子制御回路へ終止電流の検出信号が入力されてもこれを無効にするので、ＡＣアダプタから電流を供給する電流制御素子がオフになったり充電中であることを示す発光素子が充電完了を示すのを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施形態である充電装置を含む携帯電子機器のブロック図である。この携帯電子機器１は、負荷４と充電装置３とを備える。負荷４は、例えば送受信回路、音声処理回路、画像（動画及び静止画）処理回路等の携帯電子機器の機能を実現して電力を消費する部分である。充電装置３は、２次電池５と、この２次電池５を充電する充電回路６と、充電中であることを示すために点灯（発光）する発光素子７と、を備える。そして、この携帯電子機器１の２次電池５を充電するときには、その充電のための電源となるＡＣアダプタ２のＤＣ出力に接続する。ＡＣアダプタ２の入力側は商用交流電源ライン９に接続される。ＡＣアダプタ２は、そのＤＣ出力はリミット電流値（例えば９００ｍＡ）が設定されており、その出力電圧は、このリミット電流値までは通常の電圧、例えば５．８Ｖ、であり、リミット電流値になるかそれを超えると電圧は下降するようになる。

充電回路６は、後述の充電電流制御回路１３により制御されて電源（すなわちＡＣアダプタ２の出力）から供給される電流、すなわち、２次電池５への充電電流と負荷４への負荷電流を制御する電流制御素子１１と、電流制御素子１１と２次電池５との間に介装されて充電電流を流す電流検出抵抗１２と、電流検出抵抗１２に流れる電流が２次電池５から負荷４に向かう方向になるとこれを検出する充電電流方向検出回路１５と、電流検出抵抗１２に流れる充電電流が所定の終止電流値になるとこれを検出する終止電流検出回路１６と、電流制御素子１１を制御し、終止電流検出回路１６から検出信号が入力されると電流が流れないように、かつ充電電流方向検出回路１５から検出信号が入力されると終止電流検出回路１６の検出信号を無効とするように、電流制御素子１１を制御する充電電流制御回路１３と、を備える。充電電流方向検出回路１５は、その具体回路は図３に基づいて後に詳述する。このような構成要素を備えることで、動作をしながら２次電池５に充電することが可能な携帯電子機器１において、機器の負荷電流が大きいものであって２次電池５から逆流して負荷４に向かって電流が供給されても、ＡＣアダプタ２から電流を供給する電流制御素子１１がオフになるのを防止することができる。

更に、充電回路６は、充電中であることを示す発光素子７を制御し、終止電流検出回路１６から検出信号が入力されると充電の完了を示すように、かつ充電電流方向検出回路１５から検出信号が入力されると終止電流検出回路１６の検出信号を無効とするように、発光素子７を制御する発光素子制御回路１８と、発光素子７を駆動する発光素子駆動素子１９と、を備える。このような構成要素を付加することで、動作をしながら２次電池５に充電することが可能な携帯電子機器１において、機器の負荷電流が大きいものであって２次電池５から逆流して負荷４に向かって電流が供給されても、発光素子７が充電完了を示す（発光が止まる）のを防止することができる。

更に、充電回路６は、電流検出抵抗１２に流れる充電電流が急速充電時に所定の急速充電電流値になるように充電電流制御回路１３へ検出信号を入力する充電電流モニタ回路１４と、２次電池５の電圧が予備充電時に予備充電電圧になるとこれを検出し、急速充電時に規定電圧以上であるとこれを検出し、充電電流制御回路１３へ検出信号を入力する充電電圧検出回路１７と、を備える。このような構成要素を付加することで、充電回路６が充電初期の予備充電時には２次電池５に予備充電電流を流し、その後の急速充電時には急速充電電流を流す制御を行うことができる。

次に、充電の動作を図２に示す波形図に基づいて説明する。携帯電子機器１、具体的には、その充電装置３をＡＣアダプタ２に接続すると、ＡＣアダプタ３から充電のための十分な電源が供給されており、かつ２次電池５の電圧Ｖｐａｔが所定電圧よりも低ければ、充電電流制御回路１３は、電流制御素子１１を流れる充電電流Ｉｃｈｇが一定の予備充電電流（例えば１００ｍＡ）になるように電流制御素子１１を制御し、充電初期の予備充電状態となる。また、発光素子制御回路１８は、発光素子駆動素子１９を駆動制御して発光素子７を点灯させ、充電中であることを示す。

２次電池５の電圧Ｖｐａｔが上昇して予備充電電圧（例えば２．９Ｖ）になると（充電時間ｔ_０）、これを充電電圧検出回路１７が検出して検出信号を充電電流制御回路１３に入力し予備充電状態から急速充電状態に移る。充電電流制御回路１３は電流検出抵抗１２を流れる充電電流Ｉｃｈｇが一定の急速充電の最大電流（急速充電電流）になるように電流制御素子１１を制御する。この一定の急速充電電流は、ＡＣアダプタ２のリミット電流値から決められており、例えば９００ｍＡである。この急速充電電流が流れる状態になる（すなわち、ＡＣアダプタ２からリミット電流値の電流が流れる）と、ＡＣアダプタ２の出力電圧Ｖａｄは２次電池５の電圧Ｖｐａｔに向かって下降し、２次電池５の電圧Ｖｐａｔよりも電流制御素子１１の飽和電圧（Ｖｓａｔ）分だけ高い電圧となる。

そして、２次電池５が充電容量の最大値付近まで近づくと、２次電池５に流し込むことが可能な電流が減少し、その結果、急速充電状態ではあるけれど充電電流Ｉｃｈｇが減少し始める（充電時間ｔ_１）。そうすると、ＡＣアダプタ２の出力電圧Ｖａｄは通常の電圧（例えば５．８Ｖ）に戻る。この状態でも、徐々にではあるが、２次電池５の電圧Ｖｐａｔは上昇し続ける。更に電流検出抵抗１２に流れる充電電流Ｉｃｈｇが減少して終止電流値（例えば５０ｍＡ）に至ると（充電時間ｔ_２）、終止電流検出回路１６がこれを検出してその検出信号を充電電流制御回路１３及び発光素子制御回路１８に入力する。そのとき、２次電池５の電圧Ｖｐａｔが規定電圧値（例えば３．９５Ｖ）を超えていればこれを充電電圧検出回路１７が検出して検出信号を充電電流制御回路１３及び発光素子制御回路１８に入力し、充電電流制御回路１３は電流制御素子１１をオフする（電流が流れないようにする）とともに、発光素子制御回路１８は発光素子駆動素子１９を駆動制御して発光素子７を消灯（発光停止）させ、充電完了であることを示して充電が完了する。

この充電と同時に携帯電子機器１を動作させる場合は、２次電池５に向かって充電電流が流れるとともに、負荷４に向かって負荷電流が流れる。通常は、これらの充電電流と負荷電流はＡＣアダプタ２から電流制御素子１１を通って供給される。しかし、負荷電流がＡＣアダプタ２のリミット電流値（例えば９００ｍＡ）を超える程大きく（例えば１Ａ以上）、２次電池５から負荷４へ向かう方向に逆流して負荷電流が供給された場合、終止電流検出回路１６は充電電流が終止電流値に至ったものとして検出信号を充電電流制御回路１３と発光素子制御回路１８とに入力する。そのとき同時に、充電電流方向検出回路１５が逆流であることを検出してその検出信号も充電電流制御回路１３と発光素子制御回路１８とに入力する。これにより、充電電流制御回路１３と発光素子制御回路１８は、終止電流検出回路１６から入力された検出信号を無効にする。

したがって、充電容量の最大値付近まで近づいた（すなわち電圧Ｖｐａｔが上記規定電圧値（例えば３．９５Ｖ）を超えた）２次電池５から逆流が起こっても、電流制御素子１１がオフになったり、発光素子７が消灯することを防止するのである。そして、携帯電子機器１において負荷電流が小さい動作状態または動作停止状態に移ると、２次電池５の充電が再開されることになる。

次に、充電電流方向検出回路１５の具体的な回路例を図３に示して説明する。同図において、入力端子ＳＥＮＳＥ１及びＳＥＮＳＥ２にはそれぞれ電流検出抵抗１２の両端の電圧Ｖ_１、Ｖ_２が入力される。電流検出抵抗１２に順方向の電流が流れている場合は、電圧Ｖ_１が電圧Ｖ_２よりも高い。出力端子ＤＩＲからは充電電流制御回路１３と発光素子制御回路１８に充電電流方向の検出信号が出力される。入力端子ＳＥＮＳＥ２は抵抗値Ｒａの抵抗３１が接続され、抵抗３１の他端は電流値Ｉａの定電流源３４と増幅器３５の非反転入力端子とに接続されている。増幅器３５の出力にはＰ型ＭＯＳトランジスタのゲートが接続され、そのソースは抵抗値Ｒｂの抵抗３２を介して入力端子ＳＥＮＳＥ１に、そのドレインは抵抗値Ｒｃの抵抗３３を介して接地電位に接続されている。更に、Ｐ型ＭＯＳトランジスタのソースは増幅器３５の反転入力端子に接続され、ドレインは増幅器３８の反転入力端子に接続されている。増幅器３８の非反転入力端子は充電電流方向検出用基準電源３７に接続され、増幅器３８の出力は出力端子ＤＩＲに接続されている。

入力端子ＳＥＮＳＥ２の入力電圧Ｖ_２は、定電流源３４に流れ込む電流が抵抗３１に流れることにより下降し、増幅器３５の非反転入力端子の電圧はＶ_２−Ｉａ×Ｒａとなる。そして、この電圧はＰ型ＭＯＳトランジスタのソース電圧となる。もし、入力端子ＳＥＮＳＥ１及びＳＥＮＳＥ２の電圧Ｖ_１、Ｖ_２が等しい（すなわち電流検出抵抗１２に電流が流れていない）場合は、抵抗３２にＩａ×Ｒａ／Ｒｂの電流が流れ、その電流は抵抗３３にも流れるのでＰ型ＭＯＳトランジスタのドレイン電圧はＩａ×Ｒａ×Ｒｃ／Ｒｂとなる。この電圧値を充電電流方向検出用基準電源３７の電圧値としておくと、入力端子ＳＥＮＳＥ１の電圧Ｖ_１が入力端子ＳＥＮＳＥ２の電圧Ｖ_２よりも高い（すなわち電流検出抵抗１２に順方向の電流が流れている）場合は出力端子ＤＩＲの出力はローレベルになる。入力端子ＳＥＮＳＥ１の電圧Ｖ_１が入力端子ＳＥＮＳＥ２の電圧Ｖ_２よりも低い（すなわち電流検出抵抗１２に逆流の電流が流れている）場合は出力端子ＤＩＲの出力はハイレベルになる。こうして、電流検出抵抗１２に逆流の電流が流れると、出力端子ＤＩＲから検出信号が出力される。

以上説明したように、充電電流方向検出回路１５は、逆流電流を検出して終止電流検出回路１６での終止電流の検出が無効になるようにするので、充電装置３を、例えば動画を送受信して表示する携帯電話等のように負荷電流として非常に大きな電流を流す携帯電子機器に用いることで、充電未完了にも係わらず、負荷と２次電池とに電流を供給する電流制御素子１１がオフになったり、充電中を示す発光素子７が消灯することを防止することができる。

なお、上記の実施形態は、種々の変形が可能である。充電電圧検出回路１７は、２次電池５の電圧が予備充電電圧と規定電圧とを検出して検出信号を充電電流制御回路１３へ入力するようにしているが、終止電流検出回路１６が終止電流値を検出するときは２次電池５の電圧は規定電圧に達しているとみなすようにすれば規定電圧の検出は省略することが可能である。また、発光素子制御回路１８は、充電中は発光素子７を点灯し充電完了時に消灯しているが、逆に充電中は発光素子７を消灯し充電完了時に点灯してもよい。また、発光素子７として発光色が異なるものを２個設け、例えば充電中は赤色、充電完了時は緑色の発光素子を点灯させるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る充電装置を含む携帯電子機器のブロック図。同上の充電時の各波形図。同上の充電電流方向検出回路の回路図。背景技術の実施形態に係る充電装置を含む携帯電子機器のブロック図。

符号の説明

１携帯電子機器
２ＡＣアダプタ
３充電装置
４負荷
５２次電池
６充電回路
７発光素子
１１電流制御素子
１２電流検出抵抗
１３充電電流制御回路
１４充電電流モニタ回路
１５充電電流方向検出回路
１６終止電流検出回路
１７充電電圧検出回路
１８発光素子制御回路
１９発光素子駆動素子

Claims

２次電池と、２次電池を充電する充電回路と、を備え、２次電池への充電電流と負荷への負荷電流とがＡＣアダプタより供給される充電装置において、
前記充電回路は、２次電池への充電電流と負荷への負荷電流のＡＣアダプタからの供給を共に制御する電流制御素子と、
電流制御素子と２次電池との間に介装されて充電電流を流す電流検出抵抗と、
２次電池から電流検出抵抗を通って負荷に向かう電流が流れるとこれを検出する充電電流方向検出回路と、
電流検出抵抗に流れる充電電流が終止電流値になるとこれを検出する終止電流検出回路と、
終止電流検出回路から検出信号が入力されると充電完了となるように電流が流れないように、かつその時、充電電流方向検出回路から検出信号が入力されると充電完了とならないように終止電流検出回路の検出信号を無効とするように、電流制御素子を制御する充電電流制御回路と、を備えることを特徴とする充電装置。
請求項１に記載の充電装置において、
充電中であることを示す発光素子を更に備え、
前記充電回路は、発光素子を制御し、終止電流検出回路から検出信号が入力されると充電の完了を示すように、かつその時、充電電流方向検出回路から検出信号が入力されると充電の完了を示さないように、発光素子を制御する発光素子制御回路と、発光素子を駆動する発光素子駆動素子と、を更に備えることを特徴とする充電装置。
請求項１又は２に記載の充電装置において、
前記充電回路は、充電初期の予備充電時には２次電池に予備充電電流を流し、その後の急速充電時には急速充電電流を流すものであり、
電流検出抵抗に流れる充電電流が急速充電時に所定の急速充電電流値になるように充電電流制御回路へ検出信号を入力する充電電流モニタ回路と、
２次電池の電圧が予備充電時に予備充電電圧になるとこれを検出し、急速充電時に規定電圧以上であるとこれを検出し、充電電流制御回路へ検出信号を入力する充電電圧検出回路と、を更に備えることを特徴とする充電装置。
請求項１乃至３の何れかに記載の充電装置と、充電中にも所定の機能を実現して電力を消費する負荷と、を備えることを特徴とする携帯電子機器。