JP4655850B2 - 電源供給制御回路 - Google Patents

Description

本発明は電源供給制御回路に係り、特に、電源と負荷との間に設けられたトランジスタを制御することにより電源から負荷に供給される電流を制御する電源供給制御回路に関する。

近年、電子機器を携帯可能とした携帯電子機器が多く出回っている。このような携帯機器はリチウムイオン電池などの２次電池によって駆動される。携帯機器の２次電池はＡＣアダプタやＵＳＢポートなどの直流電源によって充電される。

このとき、直流電源と２次電池とリチウムイオン電池などの２次電池間に接続されて、直流電源から２次電池に供給される電流を制御しつつ２次電池を充電する充電制御回路がある（特許文献１、２参照）。

図２は従来の一例の回路構成図を示す。

充電制御回路１１には、直流電源１２から直流電圧が供給されている。直流電圧はキャパシタＣ１によって平滑化されて、制御用トランジスタＭ１のソースに印加される。制御用トランジスタＭ１はｐチャネルＭＯＳトランジスタから構成されており、ドレインは検出用抵抗Ｒｓを介して２次電池１３に接続されている。また、制御用トランジスタＭ１のソース−ゲート間には起動用抵抗Ｒ１が接続されている。２次電池１３には並列にキャパシタＣ２が接続されている。キャパシタＣ２は、２次電池１３の印加電圧を平滑化する。

制御用トランジスタＭ１は、制御回路２１からの制御信号に応じて制御され、直流電源１２から二次電池１３側に供給される電流を制御している。制御回路２１には、検出用抵抗Ｒｓの両端の電圧が印加されている。制御回路２１は、２次電池１３の印加電圧が定電圧、或いは、２次電池１３に供給される電流が定電流となるように制御用トランジスタＭ１を制御する。

このとき、制御トランジスタＭ１のドレイン−バックゲート間には、２次電池１３側から直流電源１２側に向かう方向が順方向となるようにボディーダイオードＤ１が寄生している。したがって、２次電池１３の電圧が直流電源１２の電圧より大きくなると、ボディーダイオードＤ１を通して２次電池１３側から直流電源１２側に電流が逆流する。

この電流の逆流を防止するための一つの方法として直流電源１２側から２次電池１３側へ向かう方向が順方向となるようにダイオードを直列に挿入する方法が提案されている（特許文献１参照）。また、他の方法として制御用トランジスタのバックゲートの電圧を制御する方法も提案されている（特許文献２参照）。
特開平１１−６９６４９号公報 特開２００１−５１７３５号公報

しかるに、直流電源１２と２次電池１３との間にダイオードを直列に挿入する方法では、直流電源１２と２次電池１３との間にダイオードの順方向電圧分の電圧降下が生じるため、効率が悪くなるなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、負荷側から電源側への電流の逆流を確実に防止することができる電源供給制御回路を提供することを目的とする。

本発明は、直流電源（１０２）と負荷（１０３）との間に設けられた制御用トランジスタ（Ｍ１）を制御することにより直流電源から負荷に供給される電流を制御する電源供給制御回路であって、負荷（１０３）から直流電源（１０２）に流れる逆流電流を検出する逆流検出回路（１２１）と、逆流電流検出回路（１２１）により逆流電流が検出されたときに、直流電源（１０２）と制御用トランジスタ（Ｍ１）との接続を切断する逆流防止回路（１２２）とを有し、逆流防止回路（１２２）は、直流電源（１０２）と制御用トランジスタ（Ｍ１）との間に接続され、制御用トランジスタ（Ｍ１）側から直流電源（１０２）側に向かう方向が逆方向とされたボディーダイオード（Ｄ１２）が形成された逆流防止用トランジスタ（Ｍ１２）と、前記逆流検出回路（１２１）の出力により前記逆流防止用トランジスタ（Ｍ１２）を駆動する駆動回路（Ｍ１１、Ｒ３１、１６１、１６２）と、を有し、前記駆動回路（Ｍ１１、Ｒ３１、１６１、１６２）は、前記逆流防止用トランジスタ（Ｍ１２）と前記制御用トランジスタ（Ｍ１）との接続点と接地点との間に、抵抗（Ｒ３１）と、前記逆流検出回路（１２１）の出力により制御される前記逆流防止用トランジスタ（Ｍ１２）のスイッチングを行う逆流防止制御用トランジスタ（Ｍ１１）と、が直列に接続されており、前記抵抗（Ｒ３１）と前記逆流防止制御用トランジスタ（Ｍ１１）との接続点と、前記逆流防止用トランジスタ（Ｍ１２）の制御端子との間に複数のインバータ回路（１６１、１６２）が接続されていることを特徴とする。

逆流検出回路（１２１）は、電源（１０２）側の電圧と負荷（１０３）側の電圧との差に応じて逆流を検出しており、電源（１０２）側の電圧より負荷（１０３）側の電圧がわずかに小さい電圧で逆流電流を検出することを特徴とする。

逆流検出回路（１２１）は、電源（１０２）の電圧と負荷（１０３）の電圧とを差分を出力する引算回路（１３１）と、引算回路（１３１）の出力と基準電圧とを比較して、その比較結果を出力する比較回路（１３２）とを有することを特徴とする。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって特許請求の範囲の記載が制限されるものではない。

本発明によれば、負荷から電源に流れる逆流電流を検出し、逆流電流が検出されたときに、電源と制御用トランジスタとの接続を切断することにより、負荷側から電源側への電流の逆流を防止することができる。

〔全体構成〕
図１は本発明の一実施例の回路構成図を示す。同図中、図２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。

電源供給制御回路１０１は、電源制御ＩＣ１１１、電流検出用抵抗Ｒｓ、キャパシタＣ１、Ｃ２から構成されており、電源１０２と負荷１０３との間に接続される。

電源供給制御回路１０１は、逆流検出回路１２１及び逆流防止回路１２２が追加された構成とされている。

〔逆流検出回路１２１〕
逆流検出回路１２１は、引算回路１３１、比較回路１３２から構成されている。

引算回路１３１は、抵抗Ｒ11〜Ｒ14、差動アンプ１４１から構成されており、端子Ｔinの電圧から端子Ｔoutの電圧を引算した信号を出力する。引算回路１３１の出力は、端子Ｔinの電圧が端子Ｔoutの電圧より大きい状態、すなわち、直流電源１０２側から負荷１０３側に電流が流れている状態では大きくなり、端子Ｔinの電圧が端子Ｔoutの電圧より小さい、すなわち、負荷１０３側から直流電源１０２側に電流が流れている状態では小さくなる。引算回路１３１の出力は、比較回路１３２に供給される。

比較回路１３２は、基準電圧源１５１、抵抗Ｒ21、Ｒ22、コンパレータ１５２から構成されており、基準電圧源１５１及び抵抗Ｒ21、Ｒ22で生成された基準電圧と引算回路１３１の出力とを比較する。比較回路１３２は、引算回路１３１の出力が基準電圧より小さい、すなわち、逆流検出状態であれば出力がローレベルとなり、引算回路１３１の出力が基準電圧より小さい、すなわち、非逆流検出状態であれば出力はハイレベルとなる。なお、このとき、逆流検出回路１２１は、直流電源１０２側の電圧より負荷１０３側の電圧がわずかに小さい電圧で逆流電流を検出するように抵抗Ｒ11〜Ｒ14、Ｒ21、Ｒ22が調整されている。抵抗Ｒ11〜Ｒ14、Ｒ21、Ｒ22の調整は、例えば、レーザートリミングなどの手法を用いて行なわれる。

〔逆流防止回路１２２〕
逆流防止回路１２２は、トランジスタＭ11、Ｍ12、抵抗Ｒ31、インバータ１６１、１６２から構成されている。

トランジスタＭ11は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタから構成されており、ゲートには逆流検出回路１２１の比較回路１３２の出力が供給されおり、ソースは接地端子Ｔgndに接続されており、ドレインは抵抗Ｒ31を介してトランジスタＭ１のソースに接続されている。抵抗Ｒ31は、一端がトランジスタＭ12のソースとトランジスタＭ１のソースとの接続点に接続され、他端がトランジスタＭ11のドレインとインバータ１６１の入力との接続点に接続されている。

また、トランジスタＭ11のドレインと抵抗Ｒ31との接続点は、インバータ１６１、１６２を介してトランジスタＭ12のゲートに接続されている。トランジスタＭ12は、ドレインが端子Ｔinに接続され、ソースがトランジスタＭ１のソースに接続されている。トランジスタＭ12には、その構造上、ボディーダイオードＤ12が形成されている。

トランジスタＭ12は、トランジスタＭ11、抵抗Ｒ31、インバータ１６１、１６２から構成される駆動回路によってドライブされてスイッチングされる。このとき、トランジスタＭ11、抵抗Ｒ31、インバータ１６１、１６２から構成される駆動回路は、トランジスタＭ１のソースとトランジスタＭ12のソースとの接続点から駆動電源を得ており、トランジスタＭ12がオフした場合であってもトランジスタＭ11のボディーダイオードＤ１を介して負荷１０３側から電源を得て、トランジスタＭ12を駆動可能な構成とされている。

〔動作〕
トランジスタＭ11は、逆流検出回路１２１の出力がローレベル、すなわち、逆流検出時にはオフする。トランジスタＭ11がオフすると、インバータ１６１の入力はハイレベルとなる。これにより、インバータ１６２の出力はハイレベルとなり、トランジスタＭ12のゲートがハイレベルとなる。これによって、トランジスタＭ12がオフする。トランジスタＭ12がオフすることにより、端子ＴinがトランジスタＭ１のソースから切断される。このとき、トランジスタＭ12のボディーダイオードＤ12は、トランジスタＭ１のソース側から端子Ｔin側が逆方向となるため、トランジスタＭ１のソース側から端子Ｔin側に電流が逆流することを防止できる。

トランジスタＭ11は、逆流検出回路１２１の出力がハイレベル、すなわち、非逆流検出時にはオンする。トランジスタＭ11がオンすると、インバータ１６１の入力はローレベルとなる。これにより、インバータ１６２の出力はローレベルとなり、トランジスタＭ12のゲートがローレベルとなる。これによって、トランジスタＭ12がオンする。トランジスタＭ12がオンすることにより、端子ＴinとトランジスタＭ１のソースとが接続状態となり、端子Ｔin側からトランジスタＭ１のソース側に電流が流れる。トランジスタＭ１を介して端子Ｔout側に電流が供給できる。

〔効果〕
本実施例によれば、端子Ｔinの電圧が端子Ｔoutの電圧より大きく、直流電源１０２側から負荷１０３側に電流の供給が可能な状態ではトランジスタＭ12をオンして、低損失で電流の供給を可能とし、端子Ｔinの電圧が端子Ｔoutの電圧より小さく、負荷１０３側から直流電源１０２側に電流の供給が可能な状態ではトランジスタＭ12をオフして、トランジスタＭ12のボディーダイオードＤ12により電流の逆流を防止できる。

また、本実施例によれば、逆流検出回路１２１に含まれる抵抗Ｒ11〜Ｒ14、Ｒ21、Ｒ22をレーザトリミングなどによって調整することが可能となり、確実に逆流の防止を行なうことが可能となる。

〔その他〕
なお、端子Ｔinの電圧をＶin、端子Ｔoutの電圧をＶoutとしたとき、
Ｖin＜Ｖout
を逆流検出条件とするのではなく、
（Ｖin＋α）＜Ｖout（例えば、α＝１００ｍＶ）
とすることにより、確実に逆流を防止することが可能となる。

また、ここで、直流電源１０２は、例えば、ＡＣアダプタ、ＵＳＢポートの電源供給ライン、乾電池などの１次電池、２次電池などを含む。

さらに、負荷１０３は、リチウムイオン電池、ニッケル電池などの２次電池一般を含むものである。

本発明の一実施例の回路構成図である。 従来の一例の回路構成図である。

符号の説明

１１ 制御回路
１０１ 電源供給制御回路、１０２ 直流電源、１０３ 負荷
１１１ 電源制御ＩＣ
１２１ 逆流検出回路、１２２ 逆流防止回路
１３１ 引算回路、１３２ 比較回路
１４１ 差動アンプ
１５１ 基準電圧源、１５２ コンパレータ
１６１、１６２ インバータ
Ｍ１、Ｍ11、Ｍ12 トランジスタ
Ｄ１、Ｄ12 ボディーダイオード
Ｃ１、Ｃ２ キャパシタ
Ｒｓ、Ｒ１、Ｒ11〜Ｒ14、Ｒ21、Ｒ22、Ｒ31 抵抗

Claims (3)

1. 直流電源と負荷との間に設けられた制御用トランジスタを制御することにより該直流電源から該負荷に供給される電流を制御する電源供給制御回路であって、
   前記負荷から前記直流電源に流れる逆流電流を検出する逆流検出回路と、
   前記逆流電流検出回路により逆流電流が検出されたときに、前記直流電源と前記制御用トランジスタとの接続を切断する逆流防止回路とを有し、
   前記逆流防止回路は、
   前記直流電源と前記制御用トランジスタとの間に接続され、前記制御用トランジスタ側から前記直流電源側に向かう方向が逆方向とされたボディーダイオードが形成された逆流防止用トランジスタと、
   前記逆流検出回路の出力により前記逆流防止用トランジスタを駆動する駆動回路と、を有し、
   前記駆動回路は、
   前記逆流防止用トランジスタと前記制御用トランジスタとの接続点と接地点との間に、抵抗と、前記逆流検出回路の出力により制御される前記逆流防止用トランジスタのスイッチングを行う逆流防止制御用トランジスタと、が直列に接続されており、
   前記抵抗と前記逆流防止制御用トランジスタとの接続点と、前記逆流防止用トランジスタの制御端子との間に複数のインバータ回路が接続されている電源供給制御回路。
2. 前記逆流検出回路は、前記電源側の電圧と前記負荷側の電圧との差に応じて逆流を検出しており、
   前記電源側の電圧より前記負荷側の電圧がわずかに小さい電圧で逆流電流を検出することを特徴とする請求項１記載の電源供給制御回路。
3. 前記逆流電流検出回路は、前記電源の電圧と前記負荷の電圧とを差分を出力する引算回路と、
   前記引算回路の出力と基準電圧とを比較して、その比較結果を出力する比較回路とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の電源供給制御回路。

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