JP4003311B2 - 充電制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充電制御装置に係り、特に、電池の充電及び保護を行う充電制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の充電制御回路の一例のブロック構成図を示す。
充電制御回路１は、ＡＣアダプタ２と電池３との間に接続され、ＡＣアダプタ２で生成された電源電圧により電池３を充電する。充電制御回路１は、主に充電制御トランジスタＱ１、充電制御ＩＣ４、保護ＩＣ５、放電制御ＦＥＴＱ２、充電制御ＦＥＴＱ３、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ１〜Ｒ３から構成される。
【０００３】
充電制御トランジスタＱ１は、エミッタ−コレクタがＡＣアダプタ２と電池３との間に接続され、充電制御ＩＣ４から供給される制御信号に応じてＡＣアダプタ２から電池３に供給する充電電流を制御する。
充電制御ＩＣ４は、ＡＣアダプタ２で生成される電源電圧Ｖccにより駆動され、電池３の充電電圧を検出して、電池３の充電電圧に応じて充電制御トランジスタＱ１を制御する。
【０００４】
図６は従来の一例の充電制御ＩＣのブロック構成図を示す。
充電制御ＩＣ４は、主に、基準電圧回路部１１、比較回路部１２、電流検知回路部１３から構成される。
基準電圧回路部１１は、ＡＣアダプタ２で生成された直流電圧Ｖccから基準電圧を生成する。基準電圧回路部１１で生成された基準電圧は、比較回路部１２の反転入力端子に供給される。また、比較回路部１２の非反転入力端子には、電池３の電池電圧が供給される。
【０００５】
比較回路部１２は、基準電圧と電池電圧との差電圧に応じてトランジスタＱ１のベース電流を制御し、電池電圧が基準電圧となるように定電圧充電を行う。電流検知回路１３は、トランジスタＱ１のベース電流を検知し、ベース電流が一定、すなわち、充電電流が一定になるように比較回路部１２を制御する。
充電制御ＩＣ４は、電池電圧を検出して、電池電圧に応じて上記電流検知回路部１３による定電流充電と上記基準電圧回路部１１及び比較回路部１２による定電圧充電とを切り換えている。すなわち、電池３の電圧が低いときには、定電流充電により効率よく充電を行い、電池３の電圧が十分に充電されたときには、定電圧充電により一定の電圧に保持するように充電制御を行う。
【０００６】
以上のように従来の電池３の充電制御は充電制御ＩＣ４により電池電圧に応じて定電流充電から定電圧充電の切換を行い、目的の電圧まで充電していた。一方、保護ＩＣ５は、電池電圧を監視し、電池電圧によりＡＣアダプタ２と電池３との接続を制御することにより、充放電の制御を行っていた。このとき、充電制御中に過充電保護がかからないように保護ＩＣ５の過充電制御電圧は充電制御ＩＣ４での定電流充電と定電圧充電との切換制御電圧より高いレベルに設定していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、保護ＩＣ５では過充電制御電圧を、また、充電制御ＩＣ４では定電流充電と定電圧充電との切換制御電圧を設定する必要があり、このとき、保護ＩＣ５と充電制御ＩＣ４とで動作電圧を夫々別々に調整するので、調整が煩雑となる等の問題点があった。
【０００８】
また、保護ＩＣ５の過充電制御電圧を十分に高いレベルに設定する必要があるので、過充電制御電圧の絶対値が決められている場合には、充電制御ＩＣ４の切替制御電圧を下げなければならず、充電時間が長くなる等の問題点があった。
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、動作電圧の設定を容易にかつ正確に行える充電制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源（２）から電池（３）への充電動作を制御する充電制御装置であって、電源（２）から電池（３）への充電動作を制御する充電制御ＩＣ（１０１）と、電池（３）の過充電状態が所定の不感応時間より長く継続したとき、電源（２）と電池（３）との接続を切断し、電池（３）を保護する保護ＩＣ（１０２）とを有し、保護ＩＣ（１０２）は、電池（３）の過充電状態が検出されたとき、電池の過充電状態を充電制御ＩＣ（１０１）に通知し、充電制御ＩＣ（１０１）は保護ＩＣ（１０２）から過充電状態が検出されたときに、電池（３）の充電方式を定電流充電から定電圧充電に切り換えることを特徴とする。
【００１０】
保護ＩＣ（１０２）は、電池（３）の過充電状態が検出されたとき電池（３）の過充電状態を充電制御ＩＣ（１０１）に通知する通知端子を有し、充電制御ＩＣ（１０１）は通知端子（ＯＣ１）から電池（３）の過充電状態が通知される切換端子（Ｔcnt）を有することを特徴とする。
【００１１】
また、保護ＩＣ（１０２）は、電池（３）の電圧を検出し、電池（３）の過充電状態を検出する過充電検出回路（１１０）と、過充電検出回路（１１０）の過充電検出結果に所定の不感応時間を設定する不感応時間設定回路（１２０）と、過充電検出回路（１１０）での検出結果を外部に出力する通知端子（ＯＣ１）と、不感応時間設定回路の出力する出力端子（ＯＣ２）とを有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、充電制御ＩＣ（１０１）は、電池（３）の過充電状態を示す切換信号が供給される切換端子（Ｔcnt）と、切換端子（Ｔcnt）に供給される切換信号に応じて電池（３）の充電方式を定電流充電から定電圧充電動作に切り換える充電回路を有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。同図中、図５と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施例の充電制御回路１００は、充電制御ＩＣ１０１及び保護ＩＣ１０２の構成が図５とは相違する。
【００１４】
本実施例の保護ＩＣ１０２は、電池３の充電電圧を検出して、電池３の充電電圧に応じて放電制御ＦＥＴＱ２及び充電制御ＦＥＴＱ３を制御するとともに、充電制御ＩＣ１０１の定電流、定電圧充電を切り換える。
図２は本発明の一実施例の保護ＩＣの回路構成図を示す。
保護ＩＣ１０２は、過充電電圧検出回路部１１０及び出力不感応時間設定回路部１２０から構成される。
【００１５】
過充電電圧検出回路部１１０は、充電電圧入力回路部１１１、基準電圧回路部１１２、比較回路１１３、出力回路部１１４から構成される。
充電電圧入力回路部１１１は、抵抗Ｒ11〜Ｒ14、スイッチ１１５から構成される。充電電圧入力回路部１１１には、電池３の充電電圧が印加され、充電電圧を抵抗Ｒ11〜Ｒ14により分圧して比較器１１３の非反転入力端子に供給する。このとき、抵抗Ｒ14は、スイッチ１１５のオン・オフにより抵抗Ｒ11に並列に接続又は非接続状態となる。スイッチ１１５は、出力不感応時間設定回路部１２０の出力制御信号に応じてオン・オフされる。
【００１６】
また、基準電圧回路部１１２は、定電流源１１６及びツェナーダイオードＤz1から構成される。基準電圧回路部１１２には、充電電圧が印加され、充電電圧から基準電圧を生成し、比較回路１１３の反転入力端子に供給する。
比較回路１１３は、充電電圧入力回路部１１１で分圧された充電電圧と基準電圧回路部１１２で生成された基準電圧とを比較し、充電電圧が基準電圧より大きいときにはハイレベル、充電電圧が基準電圧より小さいときにはローレベルの出力信号を出力する。比較回路１１３の出力信号は、出力回路部１１４に供給される。
【００１７】
出力回路部１１４は、ＮＰＮトランジスタＱ11、ＰＮＰトランジスタＱ12、Ｑ13から構成され、カレントミラー回路からなる定電流回路を構成している。比較回路１１３の出力信号は、トランジスタＱ11のベースに供給される。ＮＰＮトランジスタＱ11は、比較器１１３からの出力信号がハイレベルでオンし、ローレベルでオフする。
【００１８】
トランジスタＱ11は、エミッタが接地され、コレクタがトランジスタＱ12，Ｑ13から構成されるカレントミラー回路に供給される。トランジスタＱ11がオンするとトランジスタＱ12，Ｑ13がオンし、制御端子ＯＣ１がハイレベルになる。また、トランジスタＱ11がオフするとトランジスタＱ12，Ｑ13がオフし、制御端子ＯＣ１がローレベルになる。また、トランジスタＱ12，Ｑ13のベースは、出力不感応時間設定回路部１２０に接続される。
【００１９】
出力不感応時間設定回路部１２０は、遅延回路部１２１、基準電圧回路部１２２、比較回路１２３、出力回路部１２４から構成される。遅延回路部１２１は、ＰＮＰトランジスタＱ14、コンデンサＣ11から構成される。トランジスタＱ14は、過充電電圧検出回路部１１０を構成するトランジスタＱ12，Ｑ13のベースに接続され、トランジスタＱ12，Ｑ13とともにカレントミラー回路を構成している。
【００２０】
トランジスタＱ14は、トランジスタＱ11がオンするとオンしてコンデンサＣ11に電流を供給する。コンデンサＣ11は、トランジスタＱ14から供給される電流を充電する。コンデンサＣ11に充電された電圧は比較器１２３の非反転入力端子に供給される。
基準電圧回路部１２２は、定電流源１２５及びツェナーダイオードＤz2から構成される。基準電圧回路部１２２には、電池３の充電電圧が印加され、充電電圧から基準電圧を生成する。
【００２１】
比較回路１２３は、コンデンサＣ11の充電電圧と基準電圧回路部１２２で生成された基準電圧とを比較し、コンデンサＣ11の充電電圧が基準電圧回路部１２２で生成された基準電圧より大きければハイレベル、小さければローレベルの信号を出力する。比較回路１２３の出力信号は、出力回路部１２４に供給される。
出力回路部１２４は、ＮＰＮトランジスタＱ21、ＰＮＰトランジスタＱ22〜Ｑ24から構成され、カレントミラー回路から構成される定電流回路を構成している。
【００２２】
比較回路１２３の出力信号は、トランジスタＱ21のベースに供給される。トランジスタＱ21は、比較回路１２３の出力がハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。トランジスタＱ21はエミッタが接地され、コレクタがトランジスタＱ22，Ｑ23，Ｑ24のベースに接続される。トランジスタＱ21がオンすると、トランジスタＱ22，Ｑ23，Ｑ24がオンしてコレクタから一定の電流を出力する。
【００２３】
トランジスタＱ23のコレクタは、過充電電圧検出回路部１１０のスイッチ１１５の制御端子に接続される。スイッチ１１５は、トランジスタＱ23から電流が供給されるとオンし、抵抗Ｒ14を抵抗Ｒ11に並列に接続する。
トランジスタＱ24のコレクタは、保護ＩＣ１０２の充電制御用出力端子ＯＣ２に接続される。充電制御用出力端子ＯＣ２は、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 を介して接地される。充電制御用出力端子ＯＣ２は、抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 、トランジスタＱ4 を介して充電制御ＦＥＴＱ3 のゲートに接続される。
【００２４】
ここで、再び図１に戻って説明を続ける。
抵抗Ｒ1 ，Ｒ2 は、充電制御用出力端子ＯＣ２と接地との間に直列に接続され、充電制御用出力端子ＯＣ２から電流が供給されたときに電圧を発生する。抵抗Ｒ1 と抵抗Ｒ2 との接続点にはトランジスタＱ4 のベースが接続される。
トランジスタＱ4 は、エミッタが接地され、コレクタが充電制御ＦＥＴＱ3 のゲートに接続される。なお、充電制御ＦＥＴＱ3 のゲートは、抵抗Ｒ3 を介して電池３の充電電圧が印加される。
【００２５】
トランジスタＱ4 は、保護ＩＣ１０２の充電制御用出力端子ＯＣ２がハイレベルのときにオンし、ローレベルのときにオフする。トランジスタＱ4 がオンすると、充電制御ＦＥＴＱ3 のゲート電位がローレベルとなるので、充電制御ＦＥＴＱ3 がオフする。充電制御ＦＥＴＱ3 がオフすると、ＡＣアダプタ２と電池３との接続が切断され、充電が停止される。
【００２６】
また、トランジスタＱ4 がオフのときには、充電制御ＦＥＴＱ3 のゲート電位がハイレベルとなるので、充電制御ＦＥＴＱ3 がオンする。充電制御ＦＥＴＱ3 がオンすると、ＡＣアダプタ２と電池３とが接続され、充電可能な状態とされる。
次に、充電制御ＩＣ１０１について説明する。
【００２７】
図３は本発明の一実施例の充電制御ＩＣのブロック構成図を示す。同図中、図６と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
本実施例の充電制御ＩＣ１０１には、保護ＩＣ１０２の出力端子ＯＣ１が接続され、充電制御ＩＣ１０１は出力端子ＯＣ１から供給される制御信号に応じて定電流充電と定電圧充電とを切り換える。定電流充電は、一定の電流で充電を行うように充電を制御する動作である。また、定電圧充電は、一定の充電電圧となるように充電を制御する動作である。
【００２８】
保護ＩＣ１０２の出力端子ＯＣ１は、充電制御ＩＣ１０１の制御端子Ｔcontに接続される。制御端子Ｔcontは、入力回路１３１を介して電流検知回路に接続される。入力回路１３１は、ＮＰＮトランジスタＱ31、抵抗Ｒ31，Ｒ32から構成される。抵抗Ｒ31，Ｒ32は、制御端子Ｔcontと接地との間に直列に接続される。抵抗Ｒ31と抵抗Ｒ32との接続点には、保護ＩＣ１０２の出力端子ＯＣ１から供給される電流により電圧が発生する。抵抗Ｒ31と抵抗Ｒ32との接続点は、トランジスタＱ31のベースに接続される。
【００２９】
トランジスタＱ31は、エミッタが接地され、コレクタが電流検知回路に接続される。電流検知回路は、トランジスタＱ31がオンすると、その動作がオン・オフし、定電流充電をオン・オフさせる。
図４は本発明の一実施例の動作説明図を示す。図４（Ａ）は電池電圧、図４（Ｂ）は保護ＩＣ１０２の出力端子ＯＣ１の出力、図４（Ｃ）は保護ＩＣ１０２の充電制御用出力端子ＯＣ２の出力を示す。
【００３０】
充電制御ＩＣ１０１は、充電が不十分な電池３が接続されると、電池電圧が基準電圧より低いので、トランジスタＱ１をオンして、電池３に充電電流を供給する。このとき、充電制御ＩＣ１０１は、トランジスタＱ１のベース電流を検知して、トランジスタＱ１から電池３に供給される充電電流が一定になるように制御する。すなわち、定電流充電が行われる。
【００３１】
定電流充電により電池３が充電され、図４の時刻ｔ1 で充電電圧が所定の基準電圧になると、保護ＩＣ１０２に設けられた過充電検出回路部１１０がこれを検出する。過充電検出回路部１１０は、出力端子ＯＣ１をハイレベルにする。過充電検出回路部１１０の出力端子ＯＣ１がハイレベルになると、充電制御ＩＣ１０１は、電流検知回路の動作をオフして、充電方式を定電流充電から定電圧充電に切り換える。
【００３２】
充電制御ＩＣ１０１は、定電圧充電になると電池３の充電電圧を監視し、充電電圧が基準電圧になるように充電制御トランジスタＱ１を制御する。充電制御ＩＣ１０１が定電流充電から定電圧充電に切り替わると、電池３のインピーダンスにより電池電圧が低下する。
よって、過充電電圧検出回路部１１０の出力は直ぐにローレベルに切り替わる。このため、出力不感応時間設定回路部１２０は、コンデンサＣ11が十分に充電されず、充電制御用出力端子ＯＣ２は、ローレベルに維持され、充電制御ＦＥＴＱ３はオンのまま動作することはない。
【００３３】
なお、電池３に異常があり、充電制御ＩＣ１０１により定電圧制御が行われるようになった後も、過充電状態が続くと、出力不感応時間設定回路部１２０の出力端子ＯＣ２の出力がハイレベルになる。出力不感応時間設定回路部１２０の出力端子ＯＣ２の出力がハイレベルになると、充電制御ＦＥＴＱ３がオフする。充電制御ＦＥＴＱ３がオフすると、ＡＣアダプタ２と電池３との接続が切断され、充電が停止され、保護動作が行われる。
【００３４】
また、このとき、過充電検出回路部１１０のスイッチ１１５がオンする。スイッチ１１５がオンすると、抵抗Ｒ11に抵抗Ｒ14が並列に接続され、検出電圧が低下する。検出電圧が低下することにより検出電圧にヒステリシスがかかる。
なお、保護ＩＣ１０２は、上記の図２に示す過充電制御を行う回路の他に放電制御を行う回路もあり、放電制御用回路により異常放電による保護も行う。
【００３５】
以上、本実施例によれば、充電制御ＩＣ１０１の定電流充電から定電圧充電への切り換えを保護ＩＣ１０２での過充電検出回路部１１０の検出結果により行うことにより、充電制御ＩＣ１０１と保護ＩＣ１０２との過充電検出電圧を一致させることができ、充電制御ＩＣ１０１と保護ＩＣ１０２とでの過充電検出電圧の調整を不要にできる。
【００３６】
また、出力不感応時間設定回路部１２０により過充電による保護動作を所定時間不感応とすることにより、電池３に異常がなければ、過充電検出時に定電流充電から定電圧充電への切り換えにより直ぐに電池３の電池電圧が電池３のインピーダンスにより低下し、過電圧検出状態ではなくなるため、保護動作がかかることはない。また、電池３に異常があり、過電圧検出状態が続くようであれば、保護動作がかかる。
【００３７】
よって、過充電検出電圧を充電制御ＩＣ１０１の定電流充電から定電圧充電への切り換え電圧と保護動作電圧とで同一電圧にできる。すなわち、保護動作電圧を低下させることができ、低い電圧で保護動作をかけることができる。よって、十分な保護機能を果たすことができる。
【００３８】
【発明の効果】
上述の如く、本発明によれば、電池の充電制御と保護とを共通の検出手段で行うため、充電制御のための動作電圧と保護制御のための動作電圧との調整が不要となる等の特長を有する。
また、本発明のよれば、充電制御と保護とを同一の検出電圧で行えるため、保護電圧を有効な電圧まで低下させることができる等の特長を有する。
【００３９】
さらに、本発明によれば、保護手段で過充電検出を行うことにより保護手段の制御素子など介さずに電池電圧を直接に検出できるので、正確な充電制御を行うことができる等の特長を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のブロック構成図である。
【図２】本発明の一実施例の保護ＩＣのブロック構成図である。
【図３】本発明の一実施例の充電制御ＩＣのブロック構成図である。
【図４】本発明の一実施例の動作説明図である。
【図５】従来の一例のブロック構成図である。
【図６】従来の一例の充電制御ＩＣのブロック構成図である。
【符号の説明】
２ ＡＣアダプタ
３ 電池
１００ 充電制御回路
１０１ 充電制御ＩＣ
１０２ 保護ＩＣ
１１０ 過充電電圧検出回路部
１１１ 入力回路部
１１２ 基準電圧回路部
１１３ 比較回路
１１４ 出力回路部
１２０ 出力不感応時間設定回路部
１２１ 入力回路部
１２２ 基準電圧回路部
１２３ 比較回路
１２４ 出力回路部
Ｑ１ 充電制御トランジスタ
Ｑ２ 放電制御ＦＥＴ
Ｑ３ 充電制御ＦＥＴ

Claims (4)

1. 電源から電池への充電動作を制御する充電制御装置であって、
   前記電源から前記電池への充電動作を制御する充電制御ＩＣと、
   前記電池の過充電状態が所定の不感応時間より長く継続したとき、前記電源と前記電池との接続を切断し、前記電池を保護する保護ＩＣとを有し、
   前記保護ＩＣは、前記電池の前記過充電状態が検出されたとき、前記電池の過充電状態を前記充電制御ＩＣに通知し、
   前記充電制御ＩＣは、前記保護ＩＣから前記過充電状態が検出されたときに、前記電池の充電方式を定電流充電から定電圧充電に切り換えることを特徴とする充電制御装置。
2. 前記保護ＩＣは、前記電池の前記過充電状態が検出されたとき、前記電池の過充電状態を前記充電制御ＩＣに通知する通知端子を有し、
   前記充電制御ＩＣは、前記通知端子から前記電池の過充電状態が通知される切換端子を有することを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
3. 前記保護ＩＣは、
   前記電池の電圧を検出し、前記電池の過充電状態を検出する過充電検出回路と、
   前記過充電検出回路の過充電検出結果に前記所定の不感応時間を設定する不感応時間設定回路と、
   前記過充電検出回路での検出結果を外部に出力する過充電通知端子と、
   前記不感応時間設定回路の出力する出力端子とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の充電制御装置。
4. 前記充電制御ＩＣは、
   前記電池の過充電状態を示す切換信号が供給される切換端子と、
   前記切換端子に供給される前記切換信号に応じて前記電池の充電方式を定電流充電から定電圧充電動作に切り換える充電回路とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の充電制御装置。

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