JPH09261885A - 定電流充電における設定電流値切換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度な充電電流の切換制御を行える定電流
充電における設定電流値切換回路を提供する。 【解決手段】 定電流で充電しようとする充電対象に対
して出力される定電流制御回路１０からの充電電流Ｉｏ
ｕｔを検出し、切換可能な多数の設定電流値に対応した
充電電流制御信号Ｓ２を定電流制御回路１０に出力して
充電電流Ｉｏｕｔを設定電流値に制御し、多数の設定電
流値は各大きさに分かれた偶数段階に分かれており、こ
れら各段階の設定電流値に対応した増幅特性を有する充
電電流検出用増幅回路３０ａ〜３０Ｎをそれぞれ設け、
これら増幅回路は検出した充電電流Ｉｏｕｔに基づき設
定電流値に対応した充電電流制御信号Ｓ２を出力する。
また設定電流値は定常充電モード用の比較的小さな値と
急速充電モード用の大きな値に分かれることにより充電
電流を定常充電モード用あるいは急速充電モードに切換
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ノート型パソコ
ンや携帯電話等の携帯機器に組み込まれたバッテリー等
を定電流充電する際にその充電電流の設定切換を行う回
路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ノート型パソコン等の携帯機器に
組み込まれたバッテリーを定電流充電するにあたって、
大きな充電電流を流して短時間で充電を完了する急速充
電モードと比較的小さな充電電流で充電を行う定常充電
モードとに切換えることが可能になっており、このよう
な切換充電ができる充電装置として図３に示すようなも
のがある。

【０００３】図３に示す充電装置は、直流入力Ｖｉｎを
バッテリーに供給する所定の直流出力Ｖout ，Ｉout に
変換するとともに所定の設定電流値に充電電流Ｉout を
制御出力する定電流制御回路１０と、この回路１０のプ
ラス側出力に直列接続された充電電流検出用抵抗Ｒｄ
と、この検出用抵抗Ｒｄの両端に接続した設定電流値切
換回路２０とから構成されている。

【０００４】定電流制御回路１０は、よく知られた降圧
型チョッパ回路であって、スイッチング素子Ｑ１をオン
・オフ駆動してその駆動パルスのデューティ比を適宜に
制御することで安定な一定の充電電流Ｉout を得ること
ができる。

【０００５】具体的に説明すると、直流入力Ｖｉｎから
検出用抵抗Ｒｄに至る入力電流ラインには、パワーＭＯ
ＳＦＥＴからなるスイッチング素子Ｑ１およびインダク
タＬ１が直列に接続されるとともに、コンデンサＣ３０
が入力ライン間に接続されており、このコンデンサＣ３
０に並列してコンデンサＣ４０およびダイオードＤ３０
が接続されている。スイッチング素子Ｑ１のオン・オフ
駆動はＰＷＭ制御ＩＣによって行われ、スイッチング素
子Ｑ１のオン期間は入力Ｖｉｎからスイッチング素子Ｑ
１、インダクタＬ１を通してコンデンサＣ３０およびバ
ッテリーに電流が流れ、スイッチング素子Ｑ１のオフ時
にはダイオードＤ３０を通してインダクタＬ１およびバ
ッテリーに電流が流れるようになっている。

【０００６】このＰＷＭ制御ＩＣは、設定電流値切換回
路２０から出力される充電電流制御信号Ｓ２によって、
そのデューティ比を変化させ、急速充電モードあるいは
定常充電モードに応じた充電電流Ｉout を出力するよう
に動作する。

【０００７】また設定電流値切換回路２０は、充電電流
検出用抵抗Ｒｄに充電電流が流れることによって生じた
電圧降下を検出し、急速充電モードあるいは定常充電モ
ードの指令信号Ｓ１に基づいて充電電流制御信号Ｓ２を
ＰＷＭ制御ＩＣに出力するようになっている。

【０００８】つまり、充電モードを決定する指令信号Ｓ
１および充電電流検出用抵抗Ｒｄの電圧降下に基づいて
設定電流値切換回路２０が充電電流制御信号Ｓ２を出力
し、この信号Ｓ２に基づいてＰＷＭ制御ＩＣがスイッチ
ング素子Ｑ１のオン・オフ駆動することによって、急速
充電モードあるいは定常充電モードに対応した電流値の
充電電流が出力されるのである。

【０００９】本発明の対象とする技術思想はこのような
用途で用いられる設定電流値切換回路２０に関するもの
であり、その従来の技術について説明すると、図４に示
すように、充電電流を検出して充電電流制御信号とする
にあたって充電電流検出用抵抗Ｒｄの電圧降下を増幅器
Ａｍｐ４０で増幅して充電電流制御信号Ｓ２として定電
流制御回路１０に出力している。

【００１０】この図４に示した回路にあっては、充電モ
ード信号Ｓ１によってＳＷ４を開閉させて充電電流検出
用抵抗をＲｄ１あるいはＲｄ２に切換え、その抵抗の値
を変化させることによって、負帰還増幅器Ａｍｐ４０に
入力される電圧降下信号を変化させている。このことに
より、負帰還増幅器Ａｍｐ４０から出力される充電電流
制御信号Ｓ２を急速充電モードあるいは定常充電モード
のものに切換えるようにしている。

【００１１】このとき、負帰還増幅器Ａｍｐ４０として
は、現実の回路実装として増幅器が２つ１組のＩＣを用
いることが圧倒的に多く、図４の回路構成では増幅器が
１つ余ってしまい、無駄になっていた。

【００１２】また、充電電流検出用抵抗の抵抗値を変化
させる場合には、切換用のスイッチング素子ＳＷ４がオ
ンの時に充電電流Ｉout がこれにそのまま流れ込んでく
ることになり、その電流値に耐えうるだけのいわゆる大
きなスイッチング素子ＳＷ４が必要となる。

【００１３】この場合、大きな充電電流による発熱によ
って温度が上昇してスイッチング特性が変化してしまう
ことを防ぐためにヒートシンク等の放熱対策を施す必要
がある。しかしながら、このような対策を施しても、ス
イッチング素子の特性のばらつきが温度上昇によって大
きくなってしまい、そのスイッチング特性の変動や他の
回路素子への放熱の影響を免れ得ず、充電電流の制御動
作全体に悪影響がでて、出力する充電電流がばらついて
しまうといった不具合が生じる。

【００１４】そこで、このような不具合を防止するもの
として図５に示すような回路が考えられ、この回路にあ
っては、負帰還増幅器Ａｍｐ５０ａの基準値側（−端子
側）に接続された抵抗Ｒ５０あるいはＲ５２、Ｒ５３を
充電モード信号Ｓ１によって切換えることにより、Ａｍ
ｐ５０ａの基準値を変化させ、これによって負帰還増幅
器Ａｍｐ５０ｂから出力される充電電流制御信号Ｓ２を
急速充電モードあるいは定常充電モードに対応したもの
に切換えるようにしている。この構成ではスイッチング
素子Ｑ５１、Ｑ５２、およびＱ５３を充電電流Ｉout の
出力ラインに介装しないため、図４の回路のような発熱
による不具合を解消できる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すような回路にあっては、定常充電モードあるいは急
速充電モードに応じて充電電流Ｉout が変化すると両モ
ードに共通して用いられる充電電流検出用抵抗Ｒｄによ
る電圧降下も変動するが、このとき両モードに共通して
用いられる増幅器Ａｍｐ５０ａの垂下特性が変化してし
まう。このため、充電電流検出用抵抗Ｒｄでの電圧降下
信号に対するＡｍｐ５０ａの出力特性の精度を上げるこ
とができない。したがって、両モードに対して高精度な
充電電流制御信号Ｓ２を出力することが困難となる。

【００１６】そこで、増幅器Ａｍｐ５０ａの負帰還用抵
抗Ｒ６４の値を充電モードに応じて変化させてその垂下
特性を一定にする方法も考えられるが、増幅器Ａｍｐ５
０ａの入出力は高インピーダンスであるためスイッチン
グ素子などでこの値を変化させることは困難であり現実
的ではない。

【００１７】本発明は前述したような問題を鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、高精度な充電電流の切換
制御を行える定電流充電における設定電流値切換回路を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１に係る発
明では、定電流で充電しようとする充電対象に対して出
力される定電流制御回路からの充電電流を検出し、切換
可能な２つの設定電流値に対応した充電電流制御信号を
前記定電流制御回路に出力して前記充電電流を前記設定
電流値に制御してなる定電流充電における設定電流値切
換回路において、２つの前記設定電流値は定常充電モー
ド用の比較的小さな値と急速充電モード用の大きな値と
に分かれており、これら２つの前記設定電流値に対応し
た増幅特性を有する充電電流検出用増幅回路をそれぞれ
設け、前記増幅回路は検出した前記充電電流に基づき前
記設定電流値に対応した前記充電電流制御信号を出力し
てなる。

【００１９】また請求項２に係る発明では、定電流で充
電しようとする充電対象に対して出力される定電流制御
回路からの充電電流を検出し、切換可能な多数の設定電
流値に対応した充電電流制御信号を前記定電流制御回路
に出力して前記充電電流を前記設定電流値に制御してな
る定電流充電における設定電流値切換回路において、多
数の前記設定電流値は各大きさに分かれた偶数段階に分
かれており、これら各段階の設定電流値に対応した増幅
特性を有する充電電流検出用増幅回路をそれぞれ設け、
前記増幅回路は検出した前記充電電流に基づき前記設定
電流値に対応した前記充電電流制御信号を出力してな
る。

【００２０】前述したような構成の本発明にあっては、
充電電流の各設定電流値に対応してそれぞれ充電電流検
出用増幅回路を設けたので、各設定電流値に対応した増
幅回路の増幅特性を得ることができ、充電電流を各設定
電流値に切換制御するにあたってばらつくことのない高
精度な制御を実現できる。

【００２１】また、充電電流検出用増幅回路として増幅
器が２個１組のＩＣを用いた場合には、前述の図４に示
した従来の回路のように一つの増幅器で充電電流を検出
するようにすると一方の増幅器が余ってしまっていた
が、本発明のように設定した各充電電流に対してそれぞ
れ充電電流検出用増幅回路を２つまたは偶数段設けた構
成にすると、増幅器を一つも余らすことなく使いきるこ
とができる。特に請求項１に記載された本発明のように
充電電流検出用増幅回路を２つとした場合には、従来で
は余っていた増幅器を使用することになるので部品点数
が増加することがないのである。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第１形態による設
定電流値切換回路について図１を参照にして説明する。
図１の回路２０は、前述した図３の充電装置の出力ライ
ンに接続されるものであって、定電流制御回路１０から
の充電電流Ｉout による充電電流検出用抵抗Ｒｄの電圧
降下を検出し、定常充電モードあるいは急速充電モード
の指令信号Ｓ１に対応した充電電流制御信号Ｓ２をＰＷ
Ｍ制御回路に出力することにより、充電電流Ｉout を設
定電流値としての定常充電モード用の比較的小さな値あ
るいは急速充電モード用の大きな値に切換制御するもの
である。

【００２３】この設定電流値切換回路２０にあっては、
図１に示すように、２つの設定電流値に対応した各増幅
特性を有する充電電流検出用増幅回路３０ａ、３０ｂを
備えており、増幅回路３０ａは定常充電用であって負帰
還増幅器Ａｍｐ１、負帰還抵抗Ｒ１、およびコンデンサ
Ｃ１を備え、増幅回路３０ｂは急速充電用であって負帰
還増幅器Ａｍｐ２、負帰還抵抗Ｒ２、およびコンデンサ
Ｃ２を備えている。そして、充電モード指令信号Ｓ１が
Ｌの場合には定常充電モードであって、定常充電モード
専用の増幅特性を有する負帰還増幅器Ａｍｐ１、負帰還
抵抗Ｒ１、およびコンデンサＣ１が動作して充電電流検
出用抵抗Ｒｄの電圧降下に応じて定常充電モード専用の
充電電流制御信号Ｓ２を出力するようになっている。同
様に、充電モード指令信号Ｓ１がＨの場合には急速充電
モードであって、急速充電モード専用の増幅特性を有す
る負帰還増幅器Ａｍｐ２、負帰還抵抗Ｒ２、およびコン
デンサＣ２が動作して急速充電モード専用の充電電流制
御信号Ｓ２を出力する。

【００２４】具体的に説明すると、図１に示すように、
負帰還増幅器Ａｍｐ１の入力端子＋，−には、充電電流
検出用抵抗Ｒｄが抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４およびスイッチン
グ素子Ｔｒ１を介して接続されており、Ａｍｐ２の入力
端子＋，−には、充電電流検出用抵抗Ｒｄが抵抗Ｒ３、
抵抗Ｒ５およびスイッチング素子Ｔｒ２を介して接続さ
れている。スイッチング素子Ｔｒ１のベースは抵抗Ｒ６
を介してスイッチング素子Ｔｒ３のコレクタに接続さ
れ、スイッチング素子Ｔｒ２のベースは抵抗Ｒ７および
ダイオードＤ１を介してスイッチング素子Ｔｒ３のベー
スおよびＴｒ４のコレクタに接続されている。これらス
イッチング素子Ｔｒ３のベースおよびＴｒ４のコレクタ
には補助電源Ｖｃｃが抵抗Ｒ８およびダイオードＤ２を
介して接続されている。スイッチング素子Ｔｒ４のベー
スには抵抗Ｒ９に接続されるとともにそのベース・エミ
ッタ間には抵抗Ｒ１０が接続されている。また、スイッ
チング素子Ｔｒ１、Ｔｒ２のエミッタ・ベース間にはそ
れぞれ抵抗Ｒ１１、Ｒ１２が接続され、Ａｍｐ１、２の
出力端子にはダイオードＤ３、Ｄ４がそれぞれ接続され
ている。

【００２５】このような回路２０の各部の動作を説明す
ると、定常充電モードの状態で充電モード指令信号Ｓ１
がＬであると、スイッチング素子Ｔｒ４はオフの状態で
あってＴｒ３がオンになり、このためＴｒ１がオンにな
る。すると、充電電流検出用抵抗Ｒｄの電圧降下信号は
抵抗Ｒ３、Ｒ４およびオン状態のＴｒ１を介して定常充
電モード専用の負帰還増幅器Ａｍｐ１の入力端子＋，−
に印加される。この増幅器Ａｍｐ１からはその電圧降下
信号に基づき定常充電モードに対応した充電電流制御信
号Ｓ２を出力する。そして充電電流Ｉout は比較的小さ
な設定電流値に制御される。

【００２６】次に、急速充電モードに切換えるために充
電モード指令信号Ｓ１がＨになると、スイッチング素子
Ｔｒ４がオンになり、これによってスイッチング素子Ｔ
ｒ２がオンになるとともにスイッチング素子Ｔｒ３およ
びＴｒ１がカットオフする。このことによって充電電流
検出用抵抗Ｒｄの電圧降下信号は抵抗Ｒ３、Ｒ５および
オン状態のＴｒ２を介して急速充電モード専用の負帰還
増幅器Ａｍｐ２の入力端子＋，−に印加される。この増
幅器Ａｍｐ２からはその電圧降下信号に基づき急速充電
モードに対応した充電電流制御信号Ｓ２を出力する。そ
して充電電流Ｉout は比較的大きな設定電流値に制御さ
れる。

【００２７】以上説明した図１の設定電流値切換回路２
０にあっては、充電電流Ｉout の急速充電モードあるい
は定常充電モードの設定電流値に対応してそれぞれ充電
電流検出用の定常充電用増幅回路３０ａおよび急速充電
用増幅回路３０ｂを設けたので、各設定電流値に対応し
た増幅器Ａｍｐ１、Ａｍｐ２の垂下特性を得ることがで
き、充電電流Ｉout を各設定電流値に切換制御するにあ
たってばらつくことのない高精度な制御を実現できる。

【００２８】しかも、各設定電流値に対応して充電電流
検出用増幅回路３０ａ、３０ｂをそれぞれ設けたので充
電電流検出用抵抗Ｒｄは共用の一つで済む。したがっ
て、充電電流を各設定電流値Ｉout に切換えるにあたっ
て切換用のスイッチング素子Ｔｒ１〜４を充電電流検出
用抵抗Ｒｄに対して直列に設けることがなく、素子Ｔｒ
１〜４に充電電流Ｉout が流れないように構成できる。
このため、スイッチング素子Ｔｒ１〜４が発熱して温度
が上昇し、回路全体の動作特性が変動するといったこと
がない。したがって、充電電流のさらに高精度な切換制
御を確保できる。また、スイッチング素子Ｔｒ１〜４を
電力用ではなくバイポーラ等の安価な小型のものを用い
ることができる。

【００２９】また、増幅器Ａｍｐ１、２として増幅器が
２個１組のＩＣを用いた場合には、前述の図４に示した
従来の回路のように一つのＡｍｐ４０で充電電流を検出
するようにすると一方の増幅器が余ってしまっていた
が、本発明のように設定電流値に対してそれぞれ充電電
流検出用増幅回路３０ａ、３０ｂを２つ設けた構成にす
ると、増幅器を余らすことなく使いきることができると
ともにわざわざ新たに増幅器を増やすこともないので部
品点数が増加しない。さらに、前述した従来の図５で示
した回路２０の場合でも、部品点数は２１点であった
が、図１の本回路にあっては１８点と約１４％減らすこ
とができた。この場合、ダイオードおよびスイッチング
素子をそれぞれ２つ１組のものを用いたのでこれら１組
を部品点数で１点とした。この部品点数の低減によっ
て、携帯機器に組み込む場合に極めて要求される小型軽
量化および低価格化に対応することができるのである。

【００３０】次に本発明の実施の第２形態による設定電
流値切換回路について図２を参照にして説明する。本形
態の回路２０は、前述した第１形態のものにおいて設定
電流値が定常充電モードと急速充電モードとの２段階で
あったものを各大きさに分かれた多数のＮ段階としたも
のであり、これを特に偶数段階としている。即ち、多数
の偶数段階の設定電流値に制御された充電電流を供給す
るためのものとなっている。

【００３１】回路構成としては、前記第１形態の図１の
回路において充電電流検出用増幅回路３０ａに並列して
接続された増幅回路３０ｂを多数のＮ−１個に増やし、
これに伴って多段階の充電モード指令信号Ｓ１によって
開閉する切換用スイッチング素子およびこれらに付帯す
る素子も増えた構成になっている。また、回路の構成お
よび動作を分かり易くするため切換用のスイッチング素
子をトランジスタで表記せずに、ＳＷ１〜Ｎで示された
開閉記号で表しているが、実際の回路としては第１形態
のような回路構成とする。以上説明した事項以外は基本
的に前記第１形態と同様の構成である。

【００３２】以上の構成の設定電流値切換回路にあって
は、多数の設定電流値の中からある一つの値を決定する
充電モード指令信号Ｓ１によって、例えばその設定電流
値に対応したスイッチング素子ＳＷＮが一つだけオンに
なり、それ以外のスイッチング素子１〜Ｎ−１はオフに
なる。すると、前記第１の形態と同様に、オンになった
スイッチング素子ＳＷＮに−端子側が接続された増幅器
ＡｍｐＮを備えた充電電流検出用増幅回路３０Ｎのみが
アクティブに動作し、この増幅器ＡｍｐＮからは充電電
流検出用抵抗Ｒｄの電圧降下信号に基づき充電モード指
令信号Ｓ１に対応した充電電流制御信号Ｓ２を出力す
る。そして充電電流Ｉout は指令信号Ｓ１に対応した設
定電流値に制御される。

【００３３】以上説明した本形態の設定電流値切換回路
にあっては、前述した第１形態と同様の作用効果を奏す
ることができる。

【００３４】なお、本形態にあっては、設定電流値を多
数の偶数段階としたが、これに限らず複数の奇数段階で
もよく、この場合では、増幅器が２つ１組のＩＣを用い
た場合には増幅器が一つ余るものの、充電電流Ｉout を
各設定電流値に切換制御するにあたって高精度な制御を
実現できるといった格別の効果を奏することに変わりは
ない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明した本発明にあっては、充電電
流の各設定電流値に対応してそれぞれ充電電流検出用増
幅回路を設けたので、充電電流を各設定電流値に切換制
御するにあたって高精度な制御を実現できる。

【００３６】また、充電電流検出用増幅回路として増幅
器が２個１組のＩＣを用いた場合には、設定した各充電
電流に対してそれぞれ充電電流検出用増幅回路を２つま
たは偶数段設けた構成であるため、増幅器を一つも余ら
すことなく使いきることができる。特に請求項１に係る
本発明のように充電電流検出用増幅回路を２つとした場
合には、従来では余っていた増幅器を使用することにな
るので部品点数が増加することがないのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態による定電流充電にお
ける設定電流値切換回路の構成図である。

【図２】本発明の実施の第２形態による定電流充電にお
ける設定電流値切換回路の構成図である。

【図３】本発明および従来の設定電流値切換回路を含む
充電装置全体を示す構成図である。

【図４】従来の定電流充電における設定電流値切換回路
の構成図である。

【図５】従来の他の定電流充電における設定電流値切換
回路の構成図である。

【符号の説明】

１０ 定電流制御回路 ２０ 設定電
流値切換回路 ３０ａ、３０ｂ 充電電流検出用増幅回路 Ｉout 充電電流 Ｒｄ 充電電
流検出用抵抗 Ｓ１ 充電モード指令信号 Ｓ２ 充電電
流制御信号 Ｉout 充電電流 Ｖｃｃ 補
助電源 Ａｍｐ１、２ 負帰還増幅器 Ｒ１、Ｒ２ 負
帰還抵抗 Ｃ１、Ｃ２ コンデンサ Ｄ１〜Ｄ４ ダ
イオード Ｔｒ１〜Ｔｒ４、ＳＷ１〜Ｎ スイッチング素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定電流で充電しようとする充電対象に対
   して出力される定電流制御回路（１０）からの充電電流
   （Ｉout ）を検出し、切換可能な２つの設定電流値に対
   応した充電電流制御信号（Ｓ２）を該定電流制御回路
   （１０）に出力して該充電電流（Ｉout ）を該設定電流
   値に制御してなる定電流充電における設定電流値切換回
   路（２０）において、２つの該設定電流値は定常充電モ
   ード用の比較的小さな値と急速充電モード用の大きな値
   とに分かれており、これら２つの該設定電流値に対応し
   た増幅特性を有する充電電流検出用増幅回路（３０ａ、
   ３０ｂ）をそれぞれ設け、該増幅回路（３０ａ、３０
   ｂ）は検出した該充電電流（Ｉout ）に基づき該設定電
   流値に対応した該充電電流制御信号（Ｓ２）を出力して
   なることを特徴とする定電流充電における設定電流値切
   換回路。
2. 【請求項２】 定電流で充電しようとする充電対象に対
   して出力される定電流制御回路（１０）からの充電電流
   （Ｉout ）を検出し、切換可能な多数の設定電流値に対
   応した充電電流制御信号（Ｓ２）を該定電流制御回路
   （１０）に出力して該充電電流（Ｉout ）を該設定電流
   値に制御してなる定電流充電における設定電流値切換回
   路（２０）において、多数の該設定電流値は各大きさに
   分かれた偶数段階に分かれており、これら各段階の設定
   電流値に対応した増幅特性を有する充電電流検出用増幅
   回路（３０ａ〜３０Ｎ）をそれぞれ設け、該増幅回路
   （３０ａ〜３０Ｎ）は検出した該充電電流（Ｉout ）に
   基づき該設定電流値に対応した該充電電流制御信号（Ｓ
   ２）を出力してなることを特徴とする定電流充電におけ
   る設定電流値切換回路。