JP5118534B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

この発明は、二次電池の充電装置に、特に、充電時における充電用半導体素子の発熱温度を低く抑えた充電装置に関するものである。

従来より、携帯電話機やモバイルコンピュータなどに内蔵されるリチウムイオン電池などの二次電池を充電するための定電流定電圧充電装置が、携帯電話機やモバイルコンピュータなどに搭載されている。

従来より、リチウムイオンの二次電池においては、二次電池が過放電状態にあるときには、比較的小さい電流で充電（予備受電）し、その後、大きい充電電流による定電流充電を行い、電圧が所定値に達すると、定電圧充電を行う方法が採られている。

従来の充電装置の一例を図４に示す。図４は、リチウムイオン電池を充電するための充電装置を示すブロック回路図である。

この充電装置１０１は、着脱可能なＡＣアダプタ（直流電源）１０３と、二次電池１０４とを備え、ＡＣアダプタ１０３と二次電池１０４間の充電経路には、充電用半導体素子１０５、逆流防止用ダイオード１０７及び充電電流検出用抵抗体１０８が直列に接続されている。

充電用半導体素子１０５は、例えば、Ｐチャネル型ＭＯＳ（ＰＭＯＳ）ＦＥＴで構成され、ＦＥＴ制御回路１１０が充電用半導体素子１０５のゲート電圧を後述するように制御することにより、充電経路に流れる電流（Ｉ）または二次電池１０４に印加される電池電圧（Ｖ）を制御する。

ＡＣアダプタ１０３が充電装置１０１に接続されたとき、アダプタ検出回路１１４は、これを示す信号を検知して、充電制御回路１１６に出力する。充電制御回路１１６は、この出力信号をトリガとして、この充電装置１０１による充電動作を開始し、制御する。

充電動作が開始されると、充電電流検出用抵抗１０８と二次電池１０４の間に接続されたノードを有する電池電圧検出回路１１８により、二次電池１０４の電池電圧（Ｖ）を検出し、これを示す電池電圧信号が充電制御回路１１６に出力される。

一般に、二次電池１０４の充電電力が十分に消費されて、その両端の電池電圧（Ｖ）が第１の所定値（Ｖ１）より低い過放電状態にあるときに（Ｖ＜Ｖ１）、二次電池１０４に大電流を供給して充電すると、二次電池１０４の充電サイクルが劣化したり、液漏れや破裂が生じることがある。そこで、二次電池１０４が過放電状態にあるときには、電池電圧（Ｖ）が第１の所定値（Ｖ１）より高くなるまで、数ｍＡ〜数十ｍＡ（例えば１０ｍＡ）の比較的に小さい電流で二次電池１０４を充電する（これを予備充電という。）必要がある。そして、予備充電により、電池電圧（Ｖ）が第１の所定値（Ｖ１）より高くなると（Ｖ＞Ｖ１）、３００ｍＡ〜７００ｍＡ（例えば６００ｍＡ）のより大きい電流で二次電池１０４を充電する（これを急速充電という。）。

この充電装置１０１は、予備充電および急速充電中に充電すべき電流量を設定・格納する定電流基準テーブル１２０を有し、これらの電流量を示す出力信号が切り換えスイッチ１２２に供給される。一方、電池電圧信号が供給された充電制御回路１１６は、二次電池１０４が過放電状態にあるかどうか判断し、過放電状態にある場合には予備充電時の電流量、過放電状態にない場合には急速充電時の電流量を選択するように、切り換えスイッチ１２２を制御する。

また、充電電流検出用抵抗１０８の両端には、充電電流検出回路１２６が設けられ、その両端の電位差から充電経路に流れる電流（Ｉ）をモニタし、その電流（Ｉ）を示す電流信号はＦＥＴ制御回路１１０に出力される。

二次電池１０４が過放電状態にあるとき、ＦＥＴ制御回路１１０は、予備充電時に供給すべき第１の電流量、および実際に充電経路に流れる電流量が入力され、実際の電流量が設定された第１の電流量となるように、充電用半導体素子１０５のゲート電圧を制御する。

予備充電が進むと、二次電池１０４の電池電圧（Ｖ）が上昇し、第１の所定値（Ｖ１）よりも高くなる（Ｖ＞Ｖ１）。このとき、充電制御回路１１６は、急速充電時の電流量を選択するように切り換えスイッチ１２２を制御し、ＦＥＴ制御回路１１０は、実際の電流量が急速充電時に供給すべき所定の電流量となるように充電用半導体素子１０５のゲート電圧を制御する。こうして、ＦＥＴ制御回路１１０は、予備充電および急速充電において、実際に充電経路に流れる電流量がほぼ一定に維持され、すなわち、定電流による予備充電および急速充電が実現されるように、充電用半導体素子１０５のゲート電圧を制御する。

急速充電が進むと、二次電池１０４の電池電圧（Ｖ）がさらに上昇し、第２の所定値（Ｖ２）よりも高くなる（Ｖ＞Ｖ２＞Ｖ１）。この状態で、定電流充電を継続して行うと、例えば、二次電池がリチウムイオン電池である場合、電池内部に金属リチウムが析出し、極めて危険である。そこで、一般には、充電がある程度進み、二次電池１０４の電池電圧が第２の所定値（Ｖ２）に達すると、定電流による充電ではなく、二次電池１０４に印加される電圧が一定となるように定電圧による充電（これを定電圧充電という。）が行われる。

具体的には、電池電圧検出回路１１８により検出された二次電池１０４の電池電圧（Ｖ）がＦＥＴ制御回路１１０に出力され、電池電圧（Ｖ）が第２の所定値（Ｖ２）よりも高いとき、定電圧基準テーブル１２８に格納された所定の第３の所定値（Ｖ３）が呼び出され、電池電圧（Ｖ）が第３の所定値（Ｖ３）となるように、充電用半導体素子１０５のゲート電圧が制御される。

さらに、定電圧による充電中、充電電流検出回路１２６は、充電経路に流れる電流量を継続的にモニタし、この信号を充電完了検出回路１３０に出力し、充電完了検出回路１３０は、所定の電流量以下になったと判断したとき、充電が完了したことを示す信号を充電制御回路１１６に出力する。そして、充電制御回路１１６は、一連の充電動作を完了する。

この充電方法において、二次電池をより大きい充電電流で充電する急速充電が行われている。この急速充電中に充電用半導体素子１０５から生じる発熱量が増大する。この発熱は、定電流領域においては、ＰＭＯＳＦＥＴからなる充電用半導体素子１０５は、抵抗１０８の電圧を一定するため、即ち、定電流を流すために、ＡＣアダプタ１０３の電圧をリニアにレギュレーションするので、ＡＣアダプタ１０３の電圧と充電用半導体素子１０５の出力電圧との電位差により発熱するという問題があった。特に、定電流充電状態における電池電圧の低い領域では、ＡＣアダプタ１０３の電圧とレギュレーションした電圧との差分が大きいため、発熱量も多くなる。

この充電時の発熱に対しては、種々の対策が採られている。例えば、特許文献１には、ＰＭＯＳＦＥＴを２つ有し、充電用ＰＭＯＳＦＥＴに印加される電圧をほぼ一定に保つように、他方のＰＭＯＳＦＥＴのゲート電圧を制御するように構成したものが示されている。
特許第３９１７９６３号

しかし、上記した従来の技術においては、電源供給側の電圧とＰＭＯＳＦＥＴの出力電圧との電位差による発熱に対しては、根本的な対策にはなっていない。

また、直流電源としてＵＳＢを用いた充電方法も用いられている。最近、ＵＳＢを電力供給源とする動きが活発化しており、ＵＳＢ／ＩＦは現在の５００ｍＡから１８００ｍＡに増加する方向である。ＵＳＢの電流が増加することにより、充電用半導体素子の発熱問題は顕著になる。

そこで、本発明の目的は、電子機器に内蔵される二次電池の充電に関し、充電時の発熱を抑制することにある。

この発明は、ＵＳＢホストから電流および電圧を供給可能な充電経路と、
前記充電経路に設けられて定電流制御に用いられる半導体素子と、
前記半導体素子を制御して前記充電経路に供給される電流及び電圧を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記半導体素子を定電流制御して前記充電経路に供給される前記電流及び電圧を制御して二次電池を充電させる充電装置であって、
前記制御手段は、前記ＵＳＢホストから提供される給電情報に基づき、前記充電経路内の制限電流と前記ＵＳＢホストの制限電流を比較して、前記ＵＳＢホストの制限電流が前記充電経路内の制限電流より大きい場合に、前記ＵＳＢホストから与えられる制限電流値を前記充電経路の制限電流値より小さい値に変更するように指示する指示手段を備えることを特徴とする。

また、充電装置は、ＡＣアダプタから供給される電流及び電圧とＵＳＢホストから供給される電流及び電圧のいずれか一方を前記充電経路に切り替えて供給させるスイッチを更に備えることが出来る。しかも、前記制御手段は、前記ＡＣアダプタから供給される電流及び電圧と前記ＵＳＢホストから供給される電流及び電圧のいずれが前記充電経路に供給されているかを前記電圧検出部で検出した電圧に基づいて判断して、前記ＵＳＢホストからＵＳＢ用のコネクタに供給される電流及び電圧が前記充電経路に供給されている場合、前記ＵＳＢホストの制限電流を前記指示手段で指示れた前記制限電流値に設定して給電させ、前記ＡＣアダプタから前記アダプタ用のコネクタに供給される電流及び電圧が前記充電経路に供給されている場合、前記充電経路の制限電流を前記ＡＣアダプタの制限電流より大きく設定して、前記二次電池に定電流を流して充電させるようにできる。
また、前記スイッチは、前記ＡＣアダプタから供給される電流及び電圧とＵＳＢホストから供給される電流及び電圧のいずれか一方を優先的に切り替えて前記充電経路に供給させる構成すると良い。

更に、充電装置は、ＡＣアダプタが接続されるアダプタ用のコネクタと、ＵＳＢホストが接続されるＵＳＢ用のコネクタと、前記アダプタ用のコネクタに供給される電流及び電圧を検出させるアダプタ用の電圧検出部と、 前記ＵＳＢ用のコネクタに供給される電流及び電圧を検出させるＵＳＢ用の電圧検出部と、前記スイッチから前記充電経路に出力される電圧を検出する充電経路用の電圧検出部と、前記半導体素子から前記二次電池に供給される電圧を検出する充電用の電圧検出部を備えることができる。そして、前記制御手段は、前記アダプタ用の電圧検出部が前記ＡＣアダプタからの電圧を検出したとき、前記ＡＣアダプタがアダプタ用のコネクタに接続されているのを検知し、前記ＵＳＢ用の電圧検出部が前記ＵＳＢホストからの電圧を検出したとき、前記ＵＳＢホストがＵＳＢ用のコネクタに接続されているのを検知する一方、前記スイッチから出力される前記充電経路用の電圧検出部および前記充電用の電圧検出部からの出力に基づいて前記二次電池への充電用の電流及び電圧を制御させる構成とできる。

この発明は、ＵＳＢホストによる定電流充電の際、簡易な構成で定電流充電時の半導体素子の発熱を抑制することができる。

この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施形態にかかる充電装置を示すブロック回路図である。図１に示すように、充電装置３６は、例えば、携帯電話機、電子カメラ等の電子機器３０に搭載され、装置負荷に給電する二次電池３４を充電する。充電装置３６には、充電用ＩＣ３８が設けられている。装置負荷は、二次電池３４から供給される電気エネルギを消費する負荷である。二次電池３４は、リチウムイオン電池等の放電及び充電が可能な二次電池である。充電用ＩＣ３８は、充電装置３６において、電源部や制御部等、ＩＣ化可能な回路部を集積化したものであり、二次電池３４の充電制御や充電パターンの切換え等に用いられる。

二次電池３４の充電ソースには、外部電源として例えば、ＡＣアダプタ４０、充電のための給電能力を備えた外部機器として例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ホスト４２が用いられる。ＡＣアダプタ４０は例えば、商用交流電源ＡＣのコンセントにより接続され、その商用交流を所望の電圧の直流（ＤＣ）に変換する交流−直流変換器からなる電源装置である。ＵＳＢホスト４２は例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等の給電能力を有する電子機器であって、ＵＳＢケーブル４４を通じて給電する。

充電装置３６には、接続部であるアダプタコネクタ４６を以てＡＣアダプタ４０が接続されるとともに、接続部であるＵＳＢコネクタ４８によりＵＳＢホスト４２のＵＳＢケーブル４４が接続される。スイッチ５０は、充電ソースの選択に用いられ、例えば、ＡＣアダプタ４０及びＵＳＢホスト４２の双方が接続された場合には、何れか一方又は給電能力の高い側の機器として例えば、ＡＣアダプタ４０の接続を優先する等の切換えに用いられる。

このスイッチ５０と二次電池３４との間には充電経路５２が形成されている。この充電経路５２には、充電制御用の回路素子としてＰＭＯＳＦＥＴ５４、逆流防止用の回路素子としてダイオード５６、電流検出素子としてセンス抵抗５８が設けられ、これらは直列回路を構成している。ＰＭＯＳＦＥＴ５４は、充電用ＩＣ３８により制御され、充電経路５２を通じて二次電池３４に充電電流を流す。ダイオード５６は、二次電池３４から充電経路５２を通してＡＣアダプタ４０やＵＳＢホスト４２に対する電流の逆流を阻止する。センス抵抗５８は充電経路５２に流れる充電電流を電圧に変換して検出し、その検出電圧が制御情報として充電用ＩＣ３８に与えられる。

充電用ＩＣ３８には、アダプタ検出端子６０、ＵＳＢ検出端子６２が設けられているとともに、制御部６４、内蔵電源部としてスイッチング電源６６等が備えられている。スイッチング電源６６は、定電流出力又は定電圧出力を発生する例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータであって、充電用ＩＣ３８に内蔵された電源回路を構成している。制御部６４は例えば、マイクロプロセッサで構成されている。充電用ＩＣ３８には、アダプタ検出端子６０を通してＡＣアダプタ４０の出力電圧が与えられるとともに、ＵＳＢ検出端子６２を通してＵＳＢホスト４２の出力電圧が与えられる。スイッチング電源６６の出力は、インダクタ７０及びキャパシタ７２からなる平滑回路７４により平滑されて充電経路５２に与えられる。

制御部６４は、ＡＣアダプタ４０又はＵＳＢホスト４２に対応した充電パターン等の充電制御に用いられる。ＡＣアダプタ４０又はＵＳＢホスト４２の接続は、アダプタ検出端子６０、ＵＳＢ検出端子６２に与えられる電圧情報により知ることができる。そこで、ＡＣアダプタ４０が接続された場合には、ＰＭＯＳＦＥＴ５４の制御により、予備充電、定電流による定電流充電、スイッチング電源６６の制御により定電圧による定電圧充電が行われる。また、ＵＳＢホスト４２が接続された場合には、ＰＭＯＳＦＥＴ５４の制御により予備充電、スイッチング電源６６の制御により定電流による定電流充電または定電圧Ｖｃによる定電圧充電が行われる。予備充電は、二次電池３４の放電が著しい場合に対応し、充電の迅速化のために予備的に行われる充電であり、常に必要なわけではない。

この構成によれば、ＡＣアダプタ４０及びＵＳＢホスト４２の双方が接続されている場合には、この実施の形態では、スイッチ５０により、ＡＣアダプタ４０の接続が選択され、ＵＳＢホスト４２の接続は無視され、ＡＣアダプタ４０の給電により、予備充電が必要に応じて行われ、この予備充電の後、ＡＣアダプタ４０の出力及びＰＭＯＳＦＥＴ５４の定電流制御により、定電流Ｉccによる定電流充電ＣＣが行われ、この充電の後、スイッチング電源６６の出力である定電流による定電流充電が行われ、この充電の後、スイッチング電源６６の出力である定電圧による定電圧充電ＣＶが行われ、二次電池３４が所定電圧に充電される。この充電において、充電電流はセンス抵抗５８により検出され、その検出電流が制御情報として制御部６４に加えられ、ＰＭＯＳＦＥＴ５４の定電流制御、スイッチング電源６６の定電流制御又は定電圧制御が行われる。

また、ＵＳＢホスト４２のみが接続され、又は、ＵＳＢホスト４２が選択された場合には、ＵＳＢホスト４２の給電により、予備充電が必要に応じて行われ、この予備充電の後、スイッチング電源６６の出力である定電流による定電流充電が行われ、この充電の後、スイッチング電源６６の出力である定電圧Ｖｃによる定電圧充電ＣＶが行われ、二次電池３４が所定電圧に充電される。この充電においても、充電電流はセンス抵抗５８により検出され、その検出電流が制御情報として制御部６４に加えられ、スイッチング電源６６の定電流制御及び定電圧制御が行われる。

次に、電子機器３０、充電装置３６、充電用ＩＣ３８及びＵＳＢホスト４２の構成について、図１を参照してさらに説明する。

この充電装置３６の搭載された電子機器３０にはＣＰＵ（Central Processing Unit ）等からなるプロセッサ７６が設けられ、また、ＵＳＢホスト４２にはＣＰＵ等からなるプロセッサ７８が内蔵されている。これらプロセッサ７６、７８は、ＵＳＢケーブル４４及びＵＳＢコネクタ４８を介して接続され、プロセッサ７６、７８間で情報の授受が行われる。 この実施の形態では、プロセッサ７６の問い合わせに対し、プロセッサ７８からＵＳＢホスト４２が持つ給電能力を表す情報が制御情報としてプロセッサ７６に伝達される。プロセッサ７６が取得した制御情報は制御部６４に伝達される。

充電用ＩＣ３８には、既述の制御部６４、スイッチング電源６６が設けられているとともに、電圧検出部８０、８２、８３、８４及び電流検出部８６が設けられている。制御部６４の制御出力はＰＭＯＳＦＥＴ５４のゲートに加えられている。電圧検出部８０はＡＣアダプタ４０の出力電圧を検出し、電圧検出部８２はＵＳＢホスト４２の出力電圧を検出する。電圧検出部８３は、スイッチ５０を通して充電用ＩＣ３８のスイッチング電源６６に与えられる入力電圧を検出する。これらの検出電圧は、ＡＣアダプタ４０又はＵＳＢホスト４２の認識情報として用いられる。この情報は、スイッチ５０の切換えに用いられる。電圧検出部８４は、電圧検出端子８８を通して与えられる二次電池３４の電圧を検出し、その検出電圧が充電制御情報に用いられる。例えば、予備充電が必要であるか否か、充電途上では、予備充電ＰＲから定電流充電への切換え、定電流充電から定電圧充電への切換え、充電の終了等に用いられる。

この充電用ＩＣ３８におけるスイッチング電源６６は例えば、ＡＣアダプタ４０又はＵＳＢホスト４２の出力を受けて直流出力を取り出すＤＣ−ＤＣコンバータで構成されている。スイッチング電源６６の出力は、平滑回路７４を通して充電経路５２に加えられている。

この実施形態においては、充電ソースとしてのＡＣアダプタ４０の給電能力は、電圧５．９Ｖ、制限電流６５０ｍＡであり、ＵＳＢホスト４２の給電能力は、電圧５Ｖ、制限電流１８００ｍＡである。

従来の問題点で述べたように、定電流充電の際、ＡＣアダプタ４０の電圧とＰＭＯＳＦＥＴ５４の出力電圧との電位差により発熱するという問題があった。

そこで、この実施形態においては、定電流充電の際のＡＣアダプタ４０の電圧とＰＭＯＳＦＥＴ５４の出力電圧との電位差を小さくして、発熱を防止している。

図２にこの実施形態における電池電圧と、給電側の電圧並びに充電電流の関係を示す。

この実施形態では、定電流充電の際のＡＣアダプタ４０の電圧とＰＭＯＳＦＥＴ５４の出力電圧との電位差を小さくするため、給電側の制限電流より大きな電流を充電装置３６が電流値に設定している。例えば、充電装置３６の制限電流を７６０ｍＡに設定している。定電流充電状態では、充電装置３６は７６０ｍＡに設定した電流を流すようにＡＣアダプタ４０に要求している。しかし、ＡＣアダプタ４０側では７６０ｍＡの電流は流せないので、アダプタ電圧４０が落ちて行く。すなわち、図１のＰＭＯＳＦＥＴ５４がフルオン状態として動作する。この実施形態では、電圧検出部８４で検出した電池電圧が３．０Ｖになると、予備充電から定電流充電へ切り替わる。定電流充電が開始されると、このアダプタ電圧は、５．９Ｖから３．３Ｖまで落ちていく。この結果、差電圧が小さくなり、発熱を抑制することができる。そして、発熱を抑制した定電流充電を行い、電圧検出部８４で検出した電池電圧が４．２Ｖに達すると、定電流充電から４．２Ｖの定電圧充電に切り替わる。

一方、この実施形態においては、ＵＳＢホスト４２の給電能力は、電圧５Ｖ、制限電流１８００ｍＡとなっている。このため、定電流充電を行う場合には、充電装置３６の制限電流を７６０ｍＡより、ＵＳＢホスト４２側の制限電流が大きい。このため、このまま定電流充電を行えば、ＵＳＢホスト４２の電圧は下がらず、とＰＭＯＳＦＥＴ５４の出力電圧との電位差が大きくなり、発熱を抑えることができない。

上記のように、ＵＳＢホスト４２のプロセッサ７８、機器３０のプロセッサ７８は、ＵＳＢケーブル４４及びＵＳＢコネクタ４８を介して接続され、プロセッサ７６、７８間で情報の授受が行われる。

この実施の形態では、プロセッサ７６の問い合わせに対し、プロセッサ７８からＵＳＢホスト４２が持つ給電能力を表す情報が制御情報としてプロセッサ７６に伝達される。このとき、充電装置３６の制限電流よりＵＳＢホスト４２の制限電流が大きいと判断されると、プロセッサ７６がＵＳＢホスト４２のプロセッサ７６に対して、ＵＳＢホスト４２の制限電流を充電装置３６の制限電流より小さい電流値に設定するように指示する。この実施形態では６００ｍＡに設定するように指示する。ＵＳＢホスト４２は、指示に従い制限電流６００ｍＡでの給電を行う。すなわち、図１のＰＭＯＳＦＥＴ５４がフルオン状態として動作する。上記のＡＣアダプタ４０の充電と同様に、この実施形態では、電圧検出部８４で検出した電池電圧が３．０Ｖになると、予備充電から定電流充電へ切り替わる。定電流充電が開始されると、このＵＳＢホスト４２の電圧は、５Ｖから３．３Ｖまで落ちていく。この結果、差電圧が小さくなり、発熱を抑制することができる。そして、発熱を抑制した定電流充電を行い、電圧検出部８４で検出した電池電圧が４．２Ｖに達すると、定電流充電から４．２Ｖの定電圧充電に切り替わる。この結果、定電流充電を開始すると、ＵＳＢホスト４２の電圧は下がり、差電圧が小さくなり、発熱を抑制することができる。

次に、この実施の形態に係る充電制御方法について説明する。図３は、充電制御の一例を示すフローチャートである。

二次電池３４の充電に際し、その二次電池３４について、電池状態チェックが実行される（ステップＳ１）。この電池状態チェックは、二次電池３４の存在、電池温度、電池電圧等の状態が電圧検出部８４の検出電圧等を参照して確認される。この電池状態チェックは、既述した予備充電の要否等の情報となる。

この電池状態チェックの後、電圧検出部８０、８２の出力により、ＡＣアダプタ４０による充電であるかＵＳＢホスト４２による充電であるかが判断される。二次電池３４に異常がなければ、充電ソースを検出する（ステップＳ２）。

ＡＣアダプタ４０による充電の場合には、ステップＳ３に進む。ＵＳＢホスト４２による充電の場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ３においては、充電装置３６の制限電流をＡＣアダプタ４０の制限電流より大きい電流値に設定する。この実施形態においては、７６０ｍＡに設定する。二次電池３４が過放電状態である場合には、電圧検出部８４の検出電圧に基づき、予備充電が実行される（ステップＳ４）。この場合、制御部６４によりＡＣアダプタ４０の給電により、ＰＭＯＳＦＥＴ５４の制御し、二次電池３４の予備充電が行われる（ステップＳ４）。予備電流としての定電流Ｉｐｒｅが、充電経路５２から二次電池３４に供給される。この定電流は、センス抵抗５８を通して電流検出部８６に検出されて制御部６４に取り込まれ、予備充電中であることを制御部６４で認識できるとともに、スイッチング電源６６の出力制御に用いられる。

この予備充電の結果、二次電池３４を所定電圧に到達させた後、急速充電のための定電流充電ＣＣが実行される（ステップＳ５）。この定電流充電では、ＡＣアダプタ４０の出力とともに、制御部６４によるＰＭＯＳＦＥＴ５４の定電流制御により、急速充電用の定電流Ｉｃｃが充電経路５２を通して二次電池３４に供給される。この定電流はセンス抵抗５８を通して電流検出部８６に検出されて制御部６４に取り込まれ、制御部６４によりＰＭＯＳＦＥＴ５４の定電流制御に用いられ、ＰＭＯＳＦＥＴ５４を通して定電流が充電経路５２に流れる。この場合、ダイオード５６を動作させ、逆電流の防止が図られる。この定電流充電は、定電圧充電まで電池電圧を上昇させる。

定電圧充電まで電池電圧を上昇させた後、定電圧充電ＣＶが実行される（ステップＳ６）。この定電圧充電ＣＶは、制御部６４によりスイッチング電源６６を制御することにより、スイッチング電源６６の平滑回路７４側に定電圧出力を発生させ、この定電圧出力が二次電池３４に印加される。この結果、二次電池３４の充電電圧が所定電圧に到達した後、充電電流が処置値に達すると充電を完了する。

ステップＳ２において、ＵＳＢホスト４２による充電であると判断されると、ＵＳＢホスト４２の制限電流を充電装置３６の制限電流より小さい電流値に設定するように指示する。この実施形態では６００ｍＡに設定するように指示する（ステップＳ７）。

ステップＳ８においては、充電装置３６の制限電流をＵＳＢホスト４２の制限電流より大きい電流値に設定する。この実施形態においては、７６０ｍＡに設定に設定する。二次電池３４が過放電状態である場合には、電圧検出部８４の検出電圧に基づき、予備充電が実行される（ステップＳ９）。この場合、制御部６４によりＵＳＢホスト４２の給電により、ＰＭＯＳＦＥＴ５４の制御し、二次電池３４の予備充電が行われる。予備電流としての定電流Ｉｐｒｅが、充電経路５２から二次電池３４に供給される。この定電流は、センス抵抗５８を通して電流検出部８６に検出されて制御部６４に取り込まれ、予備充電中であることを制御部６４で認識できるとともに、スイッチング電源６６の出力制御に用いられる。

この予備充電の結果、二次電池３４を所定電圧に到達させた後、急速充電のための定電流充電ＣＣが実行され（ステップＳ１０）、この定電流充電では、ＵＳＢホスト４２の出力とともに、制御部６４によるＰＭＯＳＦＥＴ５４の定電流制御により、急速充電用の定電流Ｉｃｃが充電経路５２を通して二次電池３４に供給される。この定電流はセンス抵抗５８を通して電流検出部８６に検出されて制御部６４に取り込まれ、制御部６４によりＰＭＯＳＦＥＴ５４の定電流制御に用いられ、ＰＭＯＳＦＥＴ５４を通して定電流が充電経路５２に流れる。この場合、ダイオード５６を動作させ、逆電流の防止が図られる。この定電流充電は、定電圧充電まで電池電圧を上昇させる。

定電圧充電まで電池電圧を上昇させた後、定電圧充電ＣＶが実行される（ステップＳ１１）。この定電圧充電ＣＶは、制御部６４によりスイッチング電源６６を制御することにより、スイッチング電源６６の平滑回路７４側に定電圧出力を発生させ、この定電圧出力が二次電池３４に印加される。この結果、二次電池３４の充電電圧が所定電圧に到達した後、充電電流が所定値に達すると充電を完了する。

この例では、二次電池３４に例えば、定格電圧４．２Ｖのリチウムイオン電池が用いられた場合であって、二次電池３４の電圧が低く、予備充電ＰＲが必要な場合で、充電ソースにＡＣアダプタ４０またはＵＳＢホスト４２が用いられている。

二次電池３４の出力電圧が低く、過放電状態であるので、定電流Ｉpreで予備充電ＰＲが行われ、二次電池３４を充電電圧Ｖ１（例えば、３Ｖ）まで上昇させ、この充電電圧Ｖ１に到達したとき、予備充電ＰＲを終了させる。充電電圧Ｖ１は、電圧検出部８４によって検出される。

この予備充電ＰＲの後、定電流充電ＣＣが行われ、定電流Ｉccにより、二次電池３４は充電電圧Ｖ１から充電電圧Ｖ２（例えば、４．２Ｖ）まで充電される。この定電流Ｉccは、既述の通り、ＡＣアダプタ４０またはＵＳＢホスト４２の出力を受け、制御部６４によるＰＭＯＳＦＥＴ５４の定電流制御により得られる。

この定電流充電ＣＣの後、定電圧充電ＣＶに切り換えられ、二次電池３４には、スイッチング電源６６の定電圧制御により、定電圧Ｖｃが加えられ、定電圧充電ＣＶが行われる。この定電圧充電ＣＶが経過すると、充電電流が減少し、所定値以下に充電電流が低下したとき、充電完了となる。この場合の充電電圧Ｖ２（例えば、４．２Ｖ）である。充電電流は電流検出部８６により検出され、充電電流が例えば、無視できる程度の小さい値に移行したとき、充電完了とする。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施形態にかかる充電装置を示すブロック回路図である。 この実施形態における電池電圧と、給電側の電圧並びに充電電流の関係を示す図である。 この実施形態における充電制御の一例を示すフローチャートである。 従来のリチウムイオン電池を充電するための充電装置を示すブロック回路図である。

符号の説明

３０ 電子機器、３４ 二次電池、３６ 充電装置、３８ 充電用ＩＣ、４０ ＡＣアダプタ、４２ ＵＳＢホスト、４６ アダプタコネクタ、４４ ＵＳＢケーブル、４８ ＵＳＢコネクタ、５０ スイッチ、５２ 充電経路、５４ ＰＭＯＳＦＥＴ５４、５６ 逆流防止用のダイオード、５８ センス抵抗、６０ アダプタ検出端子、６２ ＵＳＢ検出端子、６６ スイッチング電源、７０ インダクタ、７２ キャパシタ７２、７４ 平滑回路、７６、７８ プロセッサ、８０、８２、８３、８４ 電圧検出部、８６ 電流検出部。

Claims (4)

1. ＵＳＢホストから電流および電圧を供給可能な充電経路と、
   前記充電経路に設けられて定電流制御に用いられる半導体素子と、
   前記半導体素子を制御して前記充電経路に供給される電流及び電圧を制御する制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記半導体素子を定電流制御して前記充電経路に供給される前記電流及び電圧を制御して二次電池を充電させる充電装置であって、
   前記制御手段は、前記ＵＳＢホストから提供される給電情報に基づき、前記充電経路内の制限電流と前記ＵＳＢホストの制限電流を比較して、前記ＵＳＢホストの制限電流が前記充電経路内の制限電流より大きい場合に、前記ＵＳＢホストから与えられる制限電流値を前記充電経路の制限電流値より小さい値に変更するように指示する指示手段を備えることを特徴とする充電装置。
2. 請求項１に記載の充電装置において、ＡＣアダプタから供給される電流及び電圧とＵＳＢホストから供給される電流及び電圧のいずれか一方を前記充電経路に切り替えて供給させるスイッチを更に備え、
   前記制御手段は、前記ＡＣアダプタから供給される電流及び電圧と前記ＵＳＢホストから供給される電流及び電圧のいずれが前記充電経路に供給されているかを前記電圧検出部で検出した電圧に基づいて判断して、前記ＵＳＢホストからＵＳＢ用のコネクタに供給される電流及び電圧が前記充電経路に供給されている場合、前記ＵＳＢホストの制限電流を前記指示手段で指示れた前記制限電流値に設定して給電させ、前記ＡＣアダプタから前記アダプタ用のコネクタに供給される電流及び電圧が前記充電経路に供給されている場合、前記充電経路の制限電流を前記ＡＣアダプタの制限電流より大きく設定して、前記二次電池に定電流を流して充電させることを特徴とする充電装置。
3. 前記スイッチは、前記ＡＣアダプタから供給される電流及び電圧とＵＳＢホストから供給される電流及び電圧のいずれか一方を優先的に切り替えて前記充電経路に供給させることを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
4. ＡＣアダプタが接続されるアダプタ用のコネクタと、
   ＵＳＢホストが接続されるＵＳＢ用のコネクタと、
   前記アダプタ用のコネクタに供給される電流及び電圧を検出させるアダプタ用の電圧検出部と、
   前記ＵＳＢ用のコネクタに供給される電流及び電圧を検出させるＵＳＢ用の電圧検出部と、
   前記スイッチから前記充電経路に出力される電圧を検出する充電経路用の電圧検出部と、
   前記半導体素子から前記二次電池に供給される電圧を検出する充電用の電圧検出部を備え、
   前記制御手段は、前記アダプタ用の電圧検出部が前記ＡＣアダプタからの電圧を検出したとき、前記ＡＣアダプタがアダプタ用のコネクタに接続されているのを検知し、前記ＵＳＢ用の電圧検出部が前記ＵＳＢホストからの電圧を検出したとき、前記ＵＳＢホストがＵＳＢ用のコネクタに接続されているのを検知する一方、前記スイッチから出力される前記充電経路用の電圧検出部および前記充電用の電圧検出部からの出力に基づいて前記二次電池への充電用の電流及び電圧を制御させることを特徴とする請求項２又は３に記載の充電装置。

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