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

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１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３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。

Images