JP4668836B2 - 充電制御回路ならびにそれらを用いた充電回路および電子機器 - Google Patents

充電制御回路ならびにそれらを用いた充電回路および電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、電池を充電する充電回路に関し、特に充電電流の設定技術に関する。
近年の携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)、ノート型パーソナルコンピュータなどのさまざまな電子機器には、デジタル信号処理を行うCPU(Central Processing Unit)や、DSP(Digital Signal Processor)、あるいは、液晶パネル、その他のアナログ、デジタル回路など、多くの電子回路が搭載される。電源として電池が搭載される電池駆動型の電子機器においては、機器内部の各電子回路は、電池からの電池電圧によって動作する。
電池がリチウムイオン電池などの2次電池である場合、電子機器には充電回路が内蔵されることになる。この充電回路は、外部からのACアダプタなどから供給される電圧供給を受け、電池に充電電流を供給する。たとえば、特許文献1には、関連技術が開示されている。
特開平9−219935号公報
こうした充電回路では、外部電源から電池に向かって流れる充電電流をモニタし、この電流が所定値に保たれるように、電池を充電するのが一般的である。充電電流をモニタする方法としては、充電経路に、電流検出用の抵抗素子を設けて、この抵抗素子に発生する電圧降下をモニタする手法が一般的である。ここで、充電電流が数百mA〜数Aと大きい場合、抵抗素子での電力損失を低減するために、その抵抗値を、数mΩ〜数十mΩに設計することが望ましい。このような低抵抗素子は、充電状態を制御する充電制御回路の外部に設けられ、あるいはLSI内部に設けられる。
ここで、抵抗素子の抵抗値がばらつくと、充電電流を正確に見積もることができなくなるという問題がある。抵抗素子を、チップ部品などを利用して充電制御回路の外部に設けた場合、製品の検査工程あるいは製造工程において、抵抗素子を交換することにより、このばらつきの問題を解消することができる。ところが、抵抗素子をLSI内部に設けた場合、プロセスばらつきによって、抵抗値に数十%のばらつきが発生する上、低抵抗素子は、トリミングなどによって抵抗値を調節することが困難であるという問題がある。その結果、抵抗素子をLSI内部に設けた場合、抵抗素子のばらつきに起因する充電電流の変動を抑制することが課題となる。
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電流検出用の抵抗素子を、LSI内部に設けた充電制御回路において、充電電流を精度よく設定する技術の提供にある。
本発明のある態様は、電源から充電対象となる電池に流れ込む充電電流を調節する充電制御回路に関する。この充電制御回路は、電源から電池に至る充電経路上に設けられた検出抵抗と、検出抵抗に発生する電圧降下と所定の基準電圧との誤差電圧にもとづいて、充電電流を調節する充電電流調節回路と、を備えて一体集積化されており、充電電流が入力される電流入力端子と、充電電流を電池に出力する電池端子と、検査工程において検出抵抗の抵抗値を測定するための端子と、検査工程において基準電圧を測定するための端子と、を具備する。
この態様によると、検査工程において、検出抵抗の抵抗値と、基準電圧を測定することができるため、これらに応じて、基準電圧の値を再設定することにより、検出抵抗の抵抗値がばらついた場合でも、充電電流を精度よく設定することができる。
ある態様において、充電電流調節回路は、検出抵抗に発生する電圧降下を、接地電圧を基準とした電圧に変換する電圧変換回路と、所定の基準電圧を生成する可変電圧源と、基準電圧および電圧降下の誤差電圧を生成する誤差増幅器と、誤差増幅器から出力される誤差電圧に応じて、充電経路上に設けられた充電トランジスタのオン状態を調節する電流調節部と、を含んでもよい。可変電圧源は、トリミングによる基準電圧の調節手段を具備してもよい。この場合、可変電圧源を用いることにより基準電圧を再設定することができる。
ある態様において、充電制御回路は、複数の入力端子と、ひとつの出力端子を具備し、いずれかの入力端子と出力端子間を選択的に導通するスイッチパス回路をさらに備えてもよい。スイッチパス回路の出力端子は、外部から電圧をモニタし、あるいは電圧を印加可能に構成されており、複数の入力端子に、本充電制御回路内部の端子のうち、検査工程において測定すべき電圧が現れる端子であって、実際の充電動作時においては、外部と接続する必要のない端子を接続してもよい。検査工程において測定すべき電圧が現れる端子は、検出抵抗の端子および基準電圧が現れる端子であってもよい。
また、複数の入力端子に、本充電制御回路内部の端子のうち、検査工程時において外部から電圧を印加すべき端子であって、実際の充電動作時においては、外部と接続する必要のない端子を接続してもよい。検査工程時において外部から電圧を印加すべき端子は、検出抵抗の端子および基準電圧が現れる端子であってもよい。
スイッチパス回路を設けることにより、電極パッドの個数を減らすことができる。
ある態様の充電制御回路は、検査工程において外部から電圧を印加可能に構成される補助端子と、補助端子および検出抵抗の一端の間に設けられた補助抵抗と、をさらに備えてもよい。充電電流調節回路は、検出抵抗および補助抵抗の両端の電圧と、所定の基準電圧にもとづいて、充電電流を調節してもよい。
この場合、検査工程において、検出抵抗に大電流を流さなくても、回路動作の検証を行うことが可能となる。
補助抵抗と並列に設けられ、検査工程においてオフし、充電動作中においてオンするバイパススイッチをさらに備えてもよい。この場合、充電動作中において、検出抵抗および補助抵抗の両端の電圧、すなわち2つの抵抗に発生する電圧降下の合計を、検出抵抗の電圧降下に近づけることができるため、より高精度で充電電流を制御することができる。
本発明の別の態様は、電源からの電源電圧にもとづいて電池を充電する充電回路である。この充電回路は、電源から電池への経路上に設けられた充電トランジスタと、充電トランジスタのオン状態を調節して、電池に供給する充電電流を調節する上述のいずれかの態様の充電制御回路と、を備える。
本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、電池と、電源からの電源電圧にもとづいて電池を充電する上述の充電回路と、電池により駆動される負荷回路と、を備える。
本発明のさらに別の態様は、充電電流の補正方法である。この方法は、電源から電池に至る経路上に設けられた検出抵抗と、検出抵抗に発生する電圧降下と所定の基準電圧との誤差電圧にもとづいて、充電電流を調節する充電電流調節回路と、を含んで構成される充電制御回路の充電電流の補正方法である。この補正方法は、検出抵抗の抵抗値を測定するステップと、基準電圧を測定するステップと、測定された基準電圧を、測定された検出抵抗の抵抗値で除して、充電電流を算出するステップと、算出された充電電流と、充電電流の目標値の差電流を算出するステップと、算出された差電流を、検出抵抗の抵抗値で除して、基準電圧の調節量を算出するステップと、基準電圧に対して、算出された基準電圧の調節量を加算もしくは減算するステップと、を備える。
この態様によると、検出抵抗がばらついても、充電電流を高い精度で所定の設計値に近づけることができる。
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明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。
本発明によれば、電流検出用の抵抗素子を、LSI内部に設けた充電制御回路において、充電電流を高い精度で設定することができる。
以下、本発明の実施の形態に係る充電制御回路について、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、以下の説明において、電圧信号、電流信号あるいは抵抗、容量などに付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値あるいは抵抗値、容量値を表すものとして用いることとする。
(第1の実施の形態)
図1は、第1の実施の形態に係る充電回路200を備える電子機器1000全体の構成を示す回路図である。電子機器1000は、たとえば携帯電話端末や、PDA、ノート型PCなどの電池駆動型の情報端末機器である。電子機器1000は、充電回路200、電池220を備える。電子機器1000は、これらに加えて、図示しない電源回路や、DSP、液晶パネルをはじめ、その他のアナログ、デジタルを備える。
電池220は、リチウムイオンやNiCd(ニッケルカドミウム)電池などの2次電池であり、その電池電圧Vbatが、電子機器1000のその他の回路ブロックへと供給される。
外部電源210は、電子機器1000に接続され、商用交流電圧を直流電圧に変換するACアダプタや、車載バッテリ等の電圧を降圧するDC/DCコンバータなどであり、電子機器1000に接続される。外部電源210は、充電回路200に対して、直流の電源電圧Vdcを供給する。
充電回路200は、外部電源210からの電源電圧Vdcにもとづいて電池220を充電する。充電回路200は、充電トランジスタTr1、充電制御回路100、およびその他の回路素子を備える。
充電トランジスタTr1は、外部電源210から電池220へ至る充電経路上に設けられる。本実施の形態において、充電トランジスタTr1、充電制御回路100の電流入力端子106、後述の検出抵抗Rsense、電池端子108を介して電池220に至る経路が充電経路となる。充電トランジスタTr1は、PNP型バイポーラトランジスタであって、エミッタが外部電源210に接続されている。充電トランジスタTr1のエミッタおよびベース間には、第1抵抗R1が接続される。また、充電トランジスタTr1のベースおよび固定電圧端子である接地端子間には、充電制御トランジスタTr2が接続される。充電制御トランジスタTr2は、NPN型バイポーラトランジスタであって、コレクタが充電トランジスタTr1のベースに、エミッタが接地端子に接続される。充電トランジスタTr1のコレクタは、充電制御回路100に接続される。
充電制御回路100は、半導体基板上に機能ICとして集積化され、充電トランジスタTr1のオン状態を調節して、電池220に供給する充電電流Ichgを調節する。充電制御回路100は、入出力用の端子として、電源端子102、充電制御端子104、電流入力端子106、電池端子108を備える。また、電流入力端子106、電池端子108は、充電制御回路100の検査工程において、検出抵抗Rsenseの抵抗値を測定するための端子として機能する。
電池端子108には、電池220が接続され、電流入力端子106には、充電トランジスタTr1のコレクタが接続される。充電制御端子104からは、充電トランジスタTr1のオンの程度を制御する制御電圧Vcntが出力される。この制御電圧Vcntは、充電制御トランジスタTr2のベースに入力される。電源端子102は、充電制御回路100自体の電源端子であって、外部電源210から電源電圧Vddが供給される。充電制御回路100内部の回路素子は、電源電圧Vddにもとづいて動作する。
以下、充電制御回路100の内部の構成について説明する。充電制御回路100は、検出抵抗Rsense、電圧変換回路10、誤差電圧生成部20、電流調節部30を備える。検出抵抗Rsenseは、電池220への充電電流Ichgをモニタするために設けられており、電流入力端子106と電池端子108の間に、すなわち、外部電源210から電池220に至る充電経路上に設けられる。検出抵抗Rsenseの両端には、その抵抗値Rsenseと、充電電流Ichgに比例した電圧降下ΔVが発生する。
電圧変換回路10、誤差電圧生成部20、電流調節部30を含む充電電流調節回路40は、検出抵抗Rsenseに発生する電圧降下ΔVと所定の基準電圧Vrefとの誤差電圧Verrにもとづいて、充電電流を調節する。すなわち、充電電流調節回路40は、検出抵抗Rsenseに発生する電圧降下ΔVを、充電電流Ichgとみなして、充電トランジスタTr1のオンの程度を調節する。具体的には、充電制御回路100は、検出抵抗Rsenseの電圧降下が、所定の電圧値に近づくように、充電トランジスタTr1のオンの程度をフィードバックにより調節する。
電圧変換回路10は、検出抵抗Rsenseに発生する電圧降下ΔVを、接地電圧を基準とした検出電圧Vsenseに変換する。電圧変換回路10は、第2抵抗R2、第3抵抗R3、第1バイポーラトランジスタQ1、第1演算増幅器12、を含む。
検出抵抗Rsenseの低電圧側の端子は、第1演算増幅器12の非反転入力端子に接続されている。第2抵抗R2は、検出抵抗Rsenseの高電圧側の端子と、第1演算増幅器12の非反転入力端子の間に設けられる。第1バイポーラトランジスタQ1は、PNP型バイポーラトランジスタであって、エミッタが第2抵抗R2および第1演算増幅器12の反転入力端子に接続され、ベースが第1演算増幅器12の出力端子に接続されている。第3抵抗R3は、接地端子と第1バイポーラトランジスタQ1のコレクタの間に設けられる。
電圧変換回路10において、第1演算増幅器12にイマジナリショートが成り立つと仮定すると、第1演算増幅器12の非反転入力端子と反転入力端子の電圧は等しいとみなせる。このとき、検出抵抗Rsenseに生じる電圧降下ΔVは、第2抵抗R2に印加され、第1電流I1=ΔV/R2が生成される。第1電流I1は、第1バイポーラトランジスタQ1、第3抵抗R3に流れ、第3抵抗R3には、I1×R3で与えられる検出電圧Vsenseが接地電圧を基準として生成される。ここで、Vsense=ΔV×R3/R2が成り立っており、検出電圧Vsenseは、検出抵抗Rsenseに発生する電圧降下ΔVに比例した電圧となる。第2抵抗R2、第3抵抗R3はペアリングして形成するのが好ましい。
誤差電圧生成部20は、電圧変換回路10により生成された検出電圧Vsenseを受け、所定の基準電圧Vrefと比較し、2つの電圧の誤差を増幅した誤差電圧Verrを生成する。誤差電圧生成部20は、可変電圧源22、第2演算増幅器24、第1MOSトランジスタM1、第4抵抗R4を含む。
可変電圧源22は、所定の基準電圧Vrefを生成する。可変電圧源22は、基準電圧Vrefの値をトリミングによって調節可能に構成される。可変電圧源22により生成された基準電圧Vrefは、第2演算増幅器24の反転入力端子に入力される。なお、本実施の形態において、可変電圧源22の出力である基準電圧Vrefは、少なくとも、充電制御回路100の検査工程において、外部からモニタ可能に構成されている。図1の充電制御回路100では、可変電圧源22の出力には、電圧モニタ端子110が設けられる。なお、電圧モニタ端子110は、何らかの方法によって、外部から電圧を測定可能であればよく、電極パッドとして形成されている必要はない。
第2演算増幅器24の非反転入力端子には、電圧変換回路10から出力された検出電圧Vsenseが入力される。第2演算増幅器24は、検出電圧Vsenseと、基準電圧Vrefの誤差を増幅し、誤差電圧Verr’を出力する。第1MOSトランジスタM1は、NチャンネルMOSFETであって、ソースが接地され、ゲートに第2演算増幅器24の出力端子が接続されている。第4抵抗R4は、その一端が第1MOSトランジスタM1のドレインに接続され、他端に現れる電圧を、誤差電圧Verrとして出力する。
電流調節部30は、誤差電圧生成部20から出力される誤差電圧Verrを受け、この誤差電圧Verrに応じた制御電圧Vcntを生成し、充電制御端子104を介して充電制御トランジスタTr2のベース電圧を調節する。制御電圧Vcntによって、充電制御トランジスタTr2のオンの程度が制御されると、充電制御トランジスタTr2のコレクタ電流が変化して、第2抵抗R2に生ずる電圧降下が変化する。その結果、充電トランジスタTr1のベースエミッタ間電圧が変化し、充電トランジスタTr1のオンの程度が調節される。
電流調節部30は、第2MOSトランジスタM2、第5抵抗R5、第6抵抗R6、第7抵抗R7、第1キャパシタC1を含む。第2MOSトランジスタM2は、NチャンネルMOSFETであり、そのゲートには誤差電圧生成部20からの誤差電圧Verrが入力される。第2MOSトランジスタM2のゲートドレイン間には、回路の安定化を図るために、第1キャパシタC1、第6抵抗R6が直列に設けられている。第2MOSトランジスタM2のソースと接地端子間には、第6抵抗R6が設けられる。第7抵抗R7は、一端が第2MOSトランジスタM2のソースに接続され、他端が充電制御端子104に接続される。
なお、充電制御回路100の内部において、電流入力端子106から電池端子108に至る充電経路上には、充電電圧を遮断するためのスイッチなど、図示しない回路素子が設けられていてもよい。
以上のように構成された充電回路200の動作について説明する。充電制御回路100は、外部電源210から外部電源電圧Vdcが供給されて起動する。充電制御回路100は、電池端子108の電圧をモニタする電池電圧検出部(図示せず)を内蔵しており、電池電圧Vbatが低い状態を検出すると、充電動作を開始する。
充電動作を開始すると、充電トランジスタTr1、電流入力端子106、検出抵抗Rsense、電池端子108を経て電池220に至る充電経路に、充電電流Ichgが流れる。このとき、検出抵抗Rsenseには、ΔV=Rsense×Ichgの電圧降下が発生する。電圧降下ΔVは、電圧変換回路10により接地電圧を基準とした検出電圧Vsenseに変換される。
第2演算増幅器24を含む誤差電圧生成部20は、フィードバックによって、検出電圧Vsenseが、可変電圧源22に一致するように、誤差電圧Verrを出力する。この誤差電圧Verrに応じて、電流調節部30は、充電制御トランジスタTr2のベース電圧を調節する。
上述のように、ΔV=Ichg×Rsense、Vsense=ΔV×R3/R2、が成り立つから、Vsense=Ichg×Rsense×R3/R2が成り立つ。いま、フィードバックによって、Vref=Vsenseが成り立つように、充電トランジスタTr1のオンの程度が制御されるとすると、充電電流Ichgは、Vref/Rsense×R2/R3で与えられる電流値に安定化される。
このように、本実施の形態に係る充電制御回路100、充電回路200は、充電制御回路100に内蔵した検出抵抗Rsenseによって、充電電流Ichgを電圧Vsenseに変換し、フィードバックによりVsenseの値を一定に保つことにより、充電電流を制御する。したがって、検出抵抗Rsenseの抵抗値がばらつくと、充電電流Ichgが、所望の電流値と異なった値に安定化されるため、充電電流Ichgがばらつくことになり、充電動作に影響を及ぼすことになる。
本実施の形態に係る充電制御回路100は、検査工程において、以下の調整を行うことによって、充電電流Ichgのばらつきを低減する。
図2は、第1の実施の形態に係る充電電流の調節方法を示すフローチャートである。
まず検出抵抗Rsenseの抵抗値を測定する(S100)。また、可変電圧源22により生成される基準電圧Vrefを測定する(S110)。ステップS100とS110は順序が逆でもよい。次いで、測定した抵抗値Rsenseおよび基準電圧Vrefを用いて、関係式Ichg’=Vref/Rsenseにより、充電電流Ichg’を算出する(S120)。
つぎに、算出した充電電流の目標値Ichg’と、充電電流Ichgの設計値Ichg_dsnを比較し、その誤差電流ΔIを、関係式ΔI=Ichg’−Ichg_dsnから求める(S130)。たとえば、算出した充電電流Ichg’が0.7Aであり、設計値Ichg_dsnが1Aの場合、その誤差電流ΔIは、−0.3Aとなる。
つぎに、こうして求めた誤差電流ΔIにもとづき、可変電圧源22により生成される基準電圧Vrefを調節する(S140)。具体的には、充電電流Ichg’が設計値Ichg_dsnに近づく方向に可変電圧源22により生成される基準電圧Vrefをシフトさせる。ここで、基準電圧Vrefの調節量ΔVrefは、ΔVref=ΔI/Rsenseから求めることができる。ここで、Rsenseは、測定により求めた検出抵抗Rsenseの抵抗値である。
こうした調節は、一例として以下の回路により実現することが可能である。図3は、図1の充電制御回路100の検査工程における回路構成を示す。なお、図3の充電制御回路100は、簡略化して示している。
検査工程において、充電制御回路100の電流入力端子106に電流源400を接続し、電流入力端子106および電池端子108の間には、電圧計402が接続される。
電流源400により所定の試験電流Itestを流す。このとき、検出抵抗Rsenseには、Rsense×Itestで与えられる電圧降下が発生する。電圧計402によって、検出抵抗Rsenseにおいて発生する電圧降下を測定する。検出抵抗Rsenseの抵抗値は、電圧計402において測定した電圧(以下、測定電圧Vtestという)を用いて、Rsense=Vtest/Itestから求めることができる。なお、高精度の抵抗値測定器を用いて、検出抵抗Rsenseの抵抗値を直接測定してもよい。
また、検査工程においては、可変電圧源22により生成される基準電圧Vrefを、電圧モニタ端子110を介して電圧計404により測定する。測定により求めた基準電圧Vrefと、上述の関係式から求めた検出抵抗Rsenseの抵抗値を用いると、充電電流Ichgが安定化される電流値Ichg’が、Ichg’=Vref/Rsenseから算出される。
つぎに、算出した充電電流の目標値Ichg’と、充電電流Ichgの設計値Ichg_dsnを比較し、その誤差電流ΔIを算出する。こうして求めた誤差電流ΔI、検出抵抗Rsenseの抵抗値を用いて、基準電圧Vrefの調節量ΔVrefを、ΔVref=ΔI/Rsenseから決定する。
たとえば、可変電圧源22は、図4に示すように構成してもよい。図4は、可変電圧源22の構成例を示す回路図である。可変電圧源22は、複数の抵抗Rd1〜Rd6と、バンドギャップレギュレータ回路などの基準電圧源26と、ヒューズF1〜F4とを含む。
複数の抵抗Rd1〜Rd6は直列に接続された抵抗群を形成し、抵抗群の一端は接地され、抵抗群の他端には、基準電圧源26により生成される基準電圧Vbgrが入力される。ヒューズF1〜F4は、過電圧あるいは過電流の印加、あるいはレーザの照射によって、切断可能な素子であり、それぞれ抵抗Rd1、Rd2、Rd5、Rd6と並列に設けられる。この可変電圧源22によれば、このヒューズをトリミングにより適宜切断することによって、分圧比を変更することとができるため、基準電圧Vrefを調節することができる。
本実施の形態に係る充電制御回路100によれば、検出抵抗Rsenseの両端の電圧をモニタするための端子を設けることにより、検査工程において検出抵抗Rsenseの抵抗値のばらつきを測定することができる。さらに、測定された検出抵抗Rsenseの抵抗値のばらつきに応じて、基準電圧Vrefを調節することにより、検出抵抗Rsenseの抵抗値を直接調節しなくても、充電電流Ichgのばらつきを抑えて、設計値に近づけることが可能となる。
(第2の実施の形態)
図5は、第2の実施の形態に係る充電制御回路100aの構成を示す回路図である。なお、図5の充電制御回路100aは、図1と同一の構成要素については省略して示している。
図5の充電制御回路100aでは、検出抵抗Rsenseと直列に、回路素子50が設けられている。この回路素子50は、たとえば、電池220に対する充電動作を停止する場合に、充電経路を遮断するためのスイッチ素子などである。この場合、検出抵抗Rsenseの少なくとも一方の端子は、外部回路との接続用の端子106、108と直接接続されない構成となっている。具体的にいえば、図5においては、第1抵抗R1の高電位側の端子N1が、電流入力端子106と直接接続されない構成となる。第1の実施の形態では、充電制御回路100の検出抵抗Rsenseの両端子N1、N2が直接、外部の回路と接続するためのパッドとして構成されており、この点で第1の実施の形態と第2の実施の形態は異なっている。このような状況は、回路素子50として、充電トランジスタTr1を充電制御回路100の内部に集積化した場合にも発生する。
第2の実施の形態に係る充電制御回路100aにおいて、検出抵抗Rsenseの両端の電圧をモニタするためには、電流入力端子106に加えて、検出抵抗Rsenseの端子N1に端子を設ける必要がある。ところが、この端子N1は、充電動作中には使用されないため、パッドとして設けると回路面積の観点から無駄が発生する。図1において、可変電圧源22の基準電圧Vrefをモニタするための電圧モニタ端子110についても同様である。
本実施の形態では、こうした無駄なパッドを極力減らすために、スイッチパス回路60を備える。スイッチパス回路60は、複数の入力端子と、ひとつの出力端子62を具備し、いずれかの入力端子と出力端子62間を選択的に導通するものである。いずれの入力端子を選択するかは、外部からのコマンドにより制御可能に構成される。スイッチパス回路60の入力端子には、検査工程時においてモニタすべき電圧が現れる端子、あるいは外部から電圧を印加すべき端子であって、実際の充電動作時においては、外部と接続する必要のない端子N1、N3が接続される。さらに、本実施の形態においては、検出抵抗Rsenseの端子N2が接続される。スイッチパス回路60の出力端子62は、充電制御回路100aの外部から電圧がモニタ可能となるように、あるいは外部から電圧を印加できるように、電極パッドとして形成される。
本実施の形態に係る充電制御回路100aによれば、スイッチパス回路60によって、複数の端子の電圧を切り換えて、出力端子62から出力するため、モニタすべき端子ごとにパッドを設ける必要がなくなり、回路面積を縮小することが可能となる。
(第3の実施の形態)
検査工程においては、第1、第2の実施の形態で説明した充電電流Ichgの補正を行った前、あるいは後に、回路が正常に動作するかを検査したい場合がある。たとえば、検出電圧Vsenseが、基準電圧Vrefを超えた場合に、第2演算増幅器24の出力である誤差電圧Verr’が正常に変化するかを検査する場合などが該当する。
検出抵抗Rsenseの抵抗値は、上述したように、電力損失の低減のために非常に小さな値に設定される。したがって、検出抵抗Rsenseに十分な電圧降下Vtestを発生させるためには、検出抵抗Rsenseに、実際の充電電流と同程度の大電流を流す必要がある。ところが、検査工程に使用されるテスタがこのような大電流に対応していない場合も想定される。第3の実施の形態では、検査工程において、検出抵抗Rsenseに流す電流を小さくするための技術を提供する。
図6は、第3の実施の形態に係る充電制御回路100bの構成を示す回路図である。充電制御回路100bは、検出抵抗Rsense、電圧変換回路10に加えて、補助抵抗Rsub、バイパススイッチM3を含む。また、端子として新たに補助端子112を備える。
補助端子112は、検査工程において外部から電圧を印加可能に構成される。本実施の形態においても、検出抵抗Rsenseは、充電電流が入力される電流入力端子106と、電池端子108の間に設けられている。補助抵抗Rsubは、検出抵抗Rsenseの一端と、補助端子112の間に設けられる。補助抵抗Rsubの抵抗値は、検出抵抗Rsenseの抵抗値に比べて十分に大きく、数千倍から数万倍の範囲に設定する。たとえば、検出抵抗Rsense=0.4Ωの場合、補助抵抗Rsubは、数kΩに設定するのが望ましい。補助抵抗Rsubは、検出抵抗Rsenseよりも高電圧側に設けてもよい。
バイパススイッチM3は、たとえばMOSFETであって、補助抵抗Rsubと並列に設けられる。バイパススイッチM3のオン抵抗は、数十Ω程度と、補助抵抗Rsubの抵抗値に対して十分に小さく設計するのが望ましい。バイパススイッチM3は、充電動作中、オンに設定され、補助抵抗Rsubをバイパスする。
電圧変換回路10は、電流入力端子106と補助端子112との間に発生する電圧、すなわち検出抵抗Rsenseおよび補助抵抗Rsubの両端に発生する電圧ΔV’を、接地電圧を基準とした電圧Vsenseに変換する。
以上のように構成された充電制御回路100bの動作について、充電動作時と、検査工程時に分けて説明する。充電動作時においてバイパススイッチM3はオンする。充電電流Ichgは、電流入力端子106、検出抵抗Rsense、電池端子108を介して電池220へと流れる。したがって、第1の実施の形態と同様に、検出抵抗RsenseにΔV=Rsense×Ichgで与えられる電圧降下が発生する。バイパススイッチM3のオン抵抗は低く設計されるため、バイパススイッチM3の電圧降下は、検出抵抗Rsenseにおける電圧降下に比べて非常に小さくなる。したがって、ΔV’≒ΔVが成り立ち、
電圧変換回路10は、検出抵抗Rsenseの電圧降下ΔVとほぼ等しい電圧を、接地電圧を基準とした検出電圧Vsenseに変換することができる。
次に、検査工程時の動作について説明する。図7は、検査工程時における図6の充電制御回路100bの接続例を示す回路図である。一例として、ここでは、電圧変換回路10に、280mVの電圧を印加する場合について説明する。
検査工程時において、バイパススイッチM3はオフ状態に設定される。電圧変換回路10に、入力電圧としてΔV’=280mVを印加する場合、電流入力端子106と補助端子112の間に、電圧源406を接続し、試験電圧Vtest=280mVを印加すればよい。このとき、検出抵抗Rsenseに流れる電流は、280mV/(0.4Ω+15kΩ)≒18.6μAとなる。このような微小な電流は、電圧源406、すなわちテスタから容易に供給することが可能である。
一方、図1、図3の充電制御回路100において、同様のテストを実行する場合、280mVをすべて検出抵抗Rsenseに印加する必要があるため、検出抵抗Rsenseには、280mV/0.4Ω=700mAの大電流が流れることになる。このような大電流は、充電制御回路100の検査工程において使用するテスタの選択肢を著しく狭めることになる。
本実施の形態に係る充電制御回路100bによれば、検出抵抗Rsenseと直列に、補助抵抗Rsubを設け、検査工程時において、検出抵抗Rsenseおよび補助抵抗Rsubを含む経路の両端に電圧を印加することにより、検出抵抗Rsenseに大電流を流さなくても、実動作状態に近い試験を行うことが可能となる。また、実際の充電時においては、充電電流Ichgは、電流入力端子106、検出抵抗Rsense、電池端子108を含む経路に流れるため、補助抵抗RsubおよびバイパススイッチM3における電圧降下を無視することができ、検出抵抗Rsenseでの電圧降下にもとづいて、充電電流Ichgを調節することができる。
なお、本実施の形態において、バイパススイッチM3を省略してもよい。この場合、充電動作時において、検出抵抗Rsenseの電圧降下ΔVに、補助抵抗Rsubの電圧降下が加算されて、電圧変換回路10に入力されることになる。電圧変換回路10の入力インピーダンスが十分に高ければ、充電動作中に、補助抵抗Rsubに電流はほとんど流れないため、補助抵抗Rsubの電圧降下は無視することができ、ΔV’≒ΔVが成り立つことになる。その結果、バイパススイッチM3を省略しても、充電電流Ichgを、目標値に近づくように制御することができる。
図6の充電制御回路100bに、スイッチパス回路60を設けてもよい。この場合、補助端子112を、スイッチパス回路60の入力端子に接続すれば、補助端子112を電極パッドとして設ける必要がなくなるため、回路面積の増加を抑えることができる。
上記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合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。
実施の形態において、充電トランジスタTr1、充電制御トランジスタTr2や第1抵抗R1などは、充電制御回路100の外部に設けられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらの素子は、一部あるいは全部が充電制御回路100に集積化されていてもよい。
第1の実施の形態に係る充電回路を備える電子機器全体の構成を示す回路図である。 第1の実施の形態に係る充電電流の調節方法を示すフローチャートである。 図1の充電制御回路の検査工程における回路構成を示す図である。 可変電圧源の構成例を示す回路図である。 第2の実施の形態に係る充電制御回路の構成を示す回路図である。 第3の実施の形態に係る充電制御回路の構成を示す回路図である。 検査工程時における図6の充電制御回路の接続例を示す回路図である。
符号の説明
10 電圧変換回路、 22 可変電圧源、 30 電流調節部、 40 充電電流調節回路、 100 充電制御回路、 106 電流入力端子、 108 電池端子、 112 補助端子、 200 充電回路、 210 外部電源、 220 電池、 1000 電子機器、 Tr1 充電トランジスタ、 Rsense 検出抵抗、 Rsub 補助抵抗、 M3 バイパススイッチ、 60 スイッチパス回路。

Claims (10)

  1. 電源から充電対象となる電池に流れ込む充電電流を調節する充電制御回路であって、
    前記電源から前記電池に至る充電経路上に設けられた検出抵抗と、
    前記検出抵抗に発生する電圧降下と所定の基準電圧との誤差電圧にもとづいて、前記充電電流を調節する充電電流調節回路と、
    を備えて一体集積化されており、
    前記充電電流が入力される電流入力端子と、
    充電電流を前記電池に出力する電池端子と、
    検査工程において前記検出抵抗の抵抗値を測定するための端子と、
    検査工程において前記基準電圧を測定するための端子と、
    複数の入力端子と、ひとつの出力端子を具備し、いずれかの入力端子と出力端子間を選択的に導通するスイッチパス回路と、
    を備え、
    前記スイッチパス回路の出力端子は、外部から電圧をモニタし、あるいは電圧を印加可能に構成されており、
    前記複数の入力端子に、本充電制御回路内部の端子のうち、検査工程において測定すべき電圧が現れる端子であって、実際の充電動作時においては、外部と接続する必要のない端子を接続したことを特徴とする充電制御回路。
  2. 前記検査工程において測定すべき電圧が現れる端子は、前記検出抵抗の端子および前記基準電圧が現れる端子であることを特徴とする請求項に記載の充電制御回路。
  3. 電源から充電対象となる電池に流れ込む充電電流を調節する充電制御回路であって、
    前記電源から前記電池に至る充電経路上に設けられた検出抵抗と、
    前記検出抵抗に発生する電圧降下と所定の基準電圧との誤差電圧にもとづいて、前記充電電流を調節する充電電流調節回路と、
    を備えて一体集積化されており、
    前記充電電流が入力される電流入力端子と、
    充電電流を前記電池に出力する電池端子と、
    検査工程において前記検出抵抗の抵抗値を測定するための端子と、
    検査工程において前記基準電圧を測定するための端子と、
    複数の入力端子と、ひとつの出力端子を具備し、いずれかの入力端子と出力端子間を選択的に導通するスイッチパス回路と、
    を備え、
    前記複数の入力端子に、本充電制御回路内部の端子のうち、検査工程時において外部から電圧を印加すべき端子であって、実際の充電動作時においては、外部と接続する必要のない端子を接続したことを特徴とする充電制御回路。
  4. 前記検査工程時において外部から電圧を印加すべき端子は、前記検出抵抗の端子および前記基準電圧が現れる端子であることを特徴とする請求項に記載の充電制御回路。
  5. 検査工程において外部から電圧を印加可能に構成される補助端子と、
    前記補助端子および前記検出抵抗の一端の間に設けられた補助抵抗と、
    をさらに備え、
    前記充電電流調節回路は、前記検出抵抗および前記補助抵抗の両端の電圧と、前記所定の基準電圧にもとづいて、前記充電電流を調節することを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の充電制御回路。
  6. 電源から充電対象となる電池に流れ込む充電電流を調節する充電制御回路であって、
    前記電源から前記電池に至る充電経路上に設けられた検出抵抗と、
    前記検出抵抗に発生する電圧降下と所定の基準電圧との誤差電圧にもとづいて、前記充電電流を調節する充電電流調節回路と、
    を備えて一体集積化されており、
    前記充電電流が入力される電流入力端子と、
    充電電流を前記電池に出力する電池端子と、
    検査工程において前記検出抵抗の抵抗値を測定するための端子と、
    検査工程において前記基準電圧を測定するための端子と、
    検査工程において外部から電圧を印加可能に構成される補助端子と、
    前記補助端子および前記検出抵抗の一端の間に設けられた補助抵抗と、
    を備え、
    前記充電電流調節回路は、前記検出抵抗および前記補助抵抗の両端の電圧と、前記所定の基準電圧にもとづいて、前記充電電流を調節することを特徴とする充電制御回路。
  7. 前記補助抵抗と並列に設けられ、検査工程においてオフし、充電動作中においてオンするバイパススイッチをさらに備えることを特徴とする請求項5または6に記載の充電制御回路。
  8. 前記充電電流調節回路は、
    前記検出抵抗に発生する電圧降下を、接地電圧を基準とした電圧に変換する電圧変換回路と、
    前記所定の基準電圧を生成する可変電圧源と、
    前記基準電圧および前記電圧降下の誤差電圧を生成する誤差増幅器と、
    前記誤差増幅器から出力される前記誤差電圧に応じて、充電経路上に設けられた充電トランジスタのオン状態を調節する電流調節部と、
    を含み、前記可変電圧源は、トリミングによる前記基準電圧の調節手段を具備することを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の充電制御回路。
  9. 電源からの電源電圧にもとづいて電池を充電する充電回路であって、
    前記電源から前記電池への経路上に設けられた充電トランジスタと、
    前記充電トランジスタのオン状態を調節して、前記電池に供給する充電電流を調節する請求項1から8のいずれかに記載の充電制御回路と、
    を備えることを特徴とする充電回路。
  10. 電池と、
    電源からの電源電圧にもとづいて前記電池を充電する請求項9に記載の充電回路と、
    前記電池により駆動される負荷回路と、
    を備えることを特徴とする電子機器。
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