JPH1014127A - バッテリーで電力供給される装置用のサプライ電圧レギュレーターとして自己整列する多機能バッテリー充電器 - Google Patents
バッテリーで電力供給される装置用のサプライ電圧レギュレーターとして自己整列する多機能バッテリー充電器Info
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- JPH1014127A JPH1014127A JP8168528A JP16852896A JPH1014127A JP H1014127 A JPH1014127 A JP H1014127A JP 8168528 A JP8168528 A JP 8168528A JP 16852896 A JP16852896 A JP 16852896A JP H1014127 A JPH1014127 A JP H1014127A
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- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
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- H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電話器のような携帯機器の再充電可能なバッ
テリーにより電力供給される負荷へのサプライ電圧の調
整を行なう。 【構成】 電流感知抵抗（Ｒ３）と第１のエラー増幅器
（Ａ１）を含む第１の電流モード制御ループ、及び出力
電圧感知ディバイダー（Ｒ１−Ｒ２）と第２のエラー増
幅器（Ａ２）を含む第２の電圧モード制御ループを含ん
で成り、２個のダイオード（Ｄａ及びＤｂ）を好適にバ
イアスして、前記電流感知抵抗（Ｒ３）への電流の流れ
を遮断して、該抵抗を含む電流モードループの動作を制
限するようにしたバッテリー充電回路。
テリーにより電力供給される負荷へのサプライ電圧の調
整を行なう。 【構成】 電流感知抵抗（Ｒ３）と第１のエラー増幅器
（Ａ１）を含む第１の電流モード制御ループ、及び出力
電圧感知ディバイダー（Ｒ１−Ｒ２）と第２のエラー増
幅器（Ａ２）を含む第２の電圧モード制御ループを含ん
で成り、２個のダイオード（Ｄａ及びＤｂ）を好適にバ
イアスして、前記電流感知抵抗（Ｒ３）への電流の流れ
を遮断して、該抵抗を含む電流モードループの動作を制
限するようにしたバッテリー充電回路。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、携帯可能な装置の回路
用のサプライ電圧のレギュレーターとしても構成されて
いる定電流及び定電圧制御モード下のスイッチングモー
ドで機能する携帯可能な電子装置用のバッテリー充電シ
ステムに関する。
用のサプライ電圧のレギュレーターとしても構成されて
いる定電流及び定電圧制御モード下のスイッチングモー
ドで機能する携帯可能な電子装置用のバッテリー充電シ
ステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】再充電可能なリチウムバッテリー（リチ
ウムイオン又はリチウム金属バッテリー）は再充電可能
なＮｉＣｄ又はＮｉＭｈバッテリーと比較してより高い
性能、例えば同じ体積の場合にアンペア時で表した際に
大きいキャパシティーを提供しかつ最大許容充電条件を
弱らせることを回避するために特別な工夫を必要としな
い充電特性を提供する。
ウムイオン又はリチウム金属バッテリー）は再充電可能
なＮｉＣｄ又はＮｉＭｈバッテリーと比較してより高い
性能、例えば同じ体積の場合にアンペア時で表した際に
大きいキャパシティーを提供しかつ最大許容充電条件を
弱らせることを回避するために特別な工夫を必要としな
い充電特性を提供する。
【０００３】これと対照的にリチウム電池電圧は充電の
状態に応じて、最小の2.7 Ｖ（完全に放電した電池）か
ら最大の4.2 Ｖ（完全に充電された電池）まで大きく変
化する。幾つかの使用条件例えば携帯電話では、電力供
給するリチウムバッテリーの負荷を構成する回路用に要
求されるサプライ電圧は通常5.0 Ｖである。この場合バ
ッテリーのパックは少なくとも２個の電池を含まなけれ
ばならず、従ってバッテリー電圧は5.4 Ｖ（完全に放電
したバッテリー）と8.4 Ｖ（完全に充電されたバッテリ
ー）の間で変化することができる。バッテリー電圧のこ
の広い変化範囲は重要なパラメーターを提示し、電力供
給される集積回路の一体性に対する危険となる。
状態に応じて、最小の2.7 Ｖ（完全に放電した電池）か
ら最大の4.2 Ｖ（完全に充電された電池）まで大きく変
化する。幾つかの使用条件例えば携帯電話では、電力供
給するリチウムバッテリーの負荷を構成する回路用に要
求されるサプライ電圧は通常5.0 Ｖである。この場合バ
ッテリーのパックは少なくとも２個の電池を含まなけれ
ばならず、従ってバッテリー電圧は5.4 Ｖ（完全に放電
したバッテリー）と8.4 Ｖ（完全に充電されたバッテリ
ー）の間で変化することができる。バッテリー電圧のこ
の広い変化範囲は重要なパラメーターを提示し、電力供
給される集積回路の一体性に対する危険となる。
【０００４】リチウム及び他のタイプの再充電可能なバ
ッテリーにおいて、完全に充電されたバッテリーの場合
の過度のサプライ電圧条件を回避するために、バッテリ
ーと負荷回路の間に電圧調節回路を置いて、バッテリー
の充電状態にかかわらず該負荷回路が実質的に放電され
たバッテリーの最小電圧より小さいか最高でもそれに等
しいほぼ一定のサプライ電圧で電力供給されるようにす
る必要が生ずることがある。集積の程度が増大している
現在の電子システムで要求されるように、必然的に３Ｖ
で電力供給されなければならない負荷電子回路の場合に
電圧レギュレーターの必要性は更に厳格になる。このこ
とは当然に、携帯機器中の再充電可能なバッテリーの下
流側に好適な専用回路を含めることを意味する。更に多
くの装置は、完全なバッテリー充電システム、又は少な
くとも定電流充電プロセスの及びある最大充電電池電圧
に達した後に充電状態のまま置かれた場合にバッテリー
の損傷を防止するための定電圧トリクル充電プロセスの
少なくとも１個のコントロール回路を組み込んでいる。
ッテリーにおいて、完全に充電されたバッテリーの場合
の過度のサプライ電圧条件を回避するために、バッテリ
ーと負荷回路の間に電圧調節回路を置いて、バッテリー
の充電状態にかかわらず該負荷回路が実質的に放電され
たバッテリーの最小電圧より小さいか最高でもそれに等
しいほぼ一定のサプライ電圧で電力供給されるようにす
る必要が生ずることがある。集積の程度が増大している
現在の電子システムで要求されるように、必然的に３Ｖ
で電力供給されなければならない負荷電子回路の場合に
電圧レギュレーターの必要性は更に厳格になる。このこ
とは当然に、携帯機器中の再充電可能なバッテリーの下
流側に好適な専用回路を含めることを意味する。更に多
くの装置は、完全なバッテリー充電システム、又は少な
くとも定電流充電プロセスの及びある最大充電電池電圧
に達した後に充電状態のまま置かれた場合にバッテリー
の損傷を防止するための定電圧トリクル充電プロセスの
少なくとも１個のコントロール回路を組み込んでいる。
【０００５】
【発明の目的】本発明は、バッテリーが実質的な充電状
態に達するまで（定電流制御モードで）充電電流を制御
し、その後、充電プロセスが完全に終了したときに再充
電電流の主たる又は任意の他の外部の電源から遮断した
後に、それ自身を自動的に形成してバッテリーで電力供
給される回路（負荷）に供給される電圧の電圧レギュレ
ーターとして機能するようにできる、電圧を制御するこ
とによりバッテリーを充電するための、又外部電源に接
続した後にこの逆を行なうようにした二重機能統合シス
テムを提供しようとするものである。
態に達するまで（定電流制御モードで）充電電流を制御
し、その後、充電プロセスが完全に終了したときに再充
電電流の主たる又は任意の他の外部の電源から遮断した
後に、それ自身を自動的に形成してバッテリーで電力供
給される回路（負荷）に供給される電圧の電圧レギュレ
ーターとして機能するようにできる、電圧を制御するこ
とによりバッテリーを充電するための、又外部電源に接
続した後にこの逆を行なうようにした二重機能統合シス
テムを提供しようとするものである。
【０００６】
【発明の構成】実際に、単一の調整システムは自動的に
それ自身をバッテリー充電器として及びサプライ電圧レ
ギュレーターとして構成し、これにより使用する素子数
とコストを大きく減少させる。単一の電子システムによ
り二重再充電器及び充電器の機能を得る可能性は、携帯
機器中にバッテリー充電システムを一体化し、装置の機
能回路のサプライ電圧を調整するための同じ制御回路を
開発することを促進する。勿論、本発明の二重機能シス
テムは、ＮｉＣｄ又はＮｉＭＨバッテリーで電力供給さ
れる装置や、それらの特性のため充電の状態の関数とし
ての電池電圧の変化を補償するためにサプライ電圧の調
整を必要とする任意の他のタイプの再充電可能なバッテ
リーを使用する装置でも有用である。
それ自身をバッテリー充電器として及びサプライ電圧レ
ギュレーターとして構成し、これにより使用する素子数
とコストを大きく減少させる。単一の電子システムによ
り二重再充電器及び充電器の機能を得る可能性は、携帯
機器中にバッテリー充電システムを一体化し、装置の機
能回路のサプライ電圧を調整するための同じ制御回路を
開発することを促進する。勿論、本発明の二重機能シス
テムは、ＮｉＣｄ又はＮｉＭＨバッテリーで電力供給さ
れる装置や、それらの特性のため充電の状態の関数とし
ての電池電圧の変化を補償するためにサプライ電圧の調
整を必要とする任意の他のタイプの再充電可能なバッテ
リーを使用する装置でも有用である。
【０００７】実質的に本発明は、典型的には第１の電流
モードフィードバック・ループにより及び第２の電圧モ
ードフィードバック・ループにより形成される同じステ
ップダウン・スイッチング・モード・レギュレーターを
使用し、かつ携帯機器の機能回路がバッテリーにより電
力供給されている際にレギュレーターの入力にバッテリ
ー電圧を印加することにより、更に電流モードフィード
バック・ループを自動的に使用不能にし、電圧モードフ
ィードバック・ループを使用可能にしてその出力電圧デ
ィバイダーの比を修正し、これにより電力供給されてい
る回路で必要とされる値に出力電圧を調整することによ
り、制御されるバッテリー充電回路である。バッテリー
充電器としての又は電圧レギュレーターとしての回路の
構成は、バッテリーを充電するためのバッテリーのタイ
プに関連した最小値より大きい電圧の印加、又はステッ
プダウン・レギュレーターの入力モードからの遮断によ
り、それぞれ自動的に行なわれる。
モードフィードバック・ループにより及び第２の電圧モ
ードフィードバック・ループにより形成される同じステ
ップダウン・スイッチング・モード・レギュレーターを
使用し、かつ携帯機器の機能回路がバッテリーにより電
力供給されている際にレギュレーターの入力にバッテリ
ー電圧を印加することにより、更に電流モードフィード
バック・ループを自動的に使用不能にし、電圧モードフ
ィードバック・ループを使用可能にしてその出力電圧デ
ィバイダーの比を修正し、これにより電力供給されてい
る回路で必要とされる値に出力電圧を調整することによ
り、制御されるバッテリー充電回路である。バッテリー
充電器としての又は電圧レギュレーターとしての回路の
構成は、バッテリーを充電するためのバッテリーのタイ
プに関連した最小値より大きい電圧の印加、又はステッ
プダウン・レギュレーターの入力モードからの遮断によ
り、それぞれ自動的に行なわれる。
【０００８】図１は、定電流及び定電圧バッテリー充電
回路の基本的な図であり、図２は本発明により実現され
る二重機能回路を示す。バッテリー例えばリチウムバッ
テリーは予め設定された定電流で充電できることは周知
の知識である。充電の間、充電電圧Ｖbatt（例えば２個
の電池を有するバッテリーパックでは）は約5.4 Ｖの最
小値（完全に放電したバッテリーの初期値）から約8.4
Ｖの最大値まで上昇する。電池の保全と妥協しないため
に8.4 Ｖを超えないことは非常に重要である。
回路の基本的な図であり、図２は本発明により実現され
る二重機能回路を示す。バッテリー例えばリチウムバッ
テリーは予め設定された定電流で充電できることは周知
の知識である。充電の間、充電電圧Ｖbatt（例えば２個
の電池を有するバッテリーパックでは）は約5.4 Ｖの最
小値（完全に放電したバッテリーの初期値）から約8.4
Ｖの最大値まで上昇する。電池の保全と妥協しないため
に8.4 Ｖを超えないことは非常に重要である。
【０００９】従ってリチウムバッテリーの場合に8.4 Ｖ
とすることができる予備設定されたバッテリー電圧の最
大値に一旦達すると、充電システムは定電流発生器とし
ての動作モードから定電圧源としての動作のモードにス
イッチしなければならない。バッテリーの充電は充電プ
ロセスのこの最後のフェーズの間も定電圧で継続する。
このフェーズではバッテリーにより吸収される電流は徐
々に零に低下する。これによりバッテリーは、その保全
に対する負の効果を生ずることなく、不確定ではあるが
再充電電源に接続されたままになる。
とすることができる予備設定されたバッテリー電圧の最
大値に一旦達すると、充電システムは定電流発生器とし
ての動作モードから定電圧源としての動作のモードにス
イッチしなければならない。バッテリーの充電は充電プ
ロセスのこの最後のフェーズの間も定電圧で継続する。
このフェーズではバッテリーにより吸収される電流は徐
々に零に低下する。これによりバッテリーは、その保全
に対する負の効果を生ずることなく、不確定ではあるが
再充電電源に接続されたままになる。
【００１０】バッテリー充電回路の典型例を図１に示
す。図１に示された回路は、実質的にステップダウン・
スイッチング・レギュレーター(STEP DOWN REGULATOR)
、電流限定インダクターＬ、フィルター・キャパシタ
ーＣ、及び前記レギュレーターのパワースイッチの非導
電フェーズ間に前記インダクターＬを放電するための電
流循環ダイオードＤを含んで成っている。図１のスキー
ムに示すように分離ゲートパワーＭＯＳトランジスター
であっても良いスイッチの導電インターバル（デューテ
ィーサイクル）は、駆動論理回路（Ton Control ）によ
り制御される。前記デューティーサイクルの調整は、充
電電流を追跡するための感知抵抗Ｒ３と、それにより生
成するシグナルが前記制御論理回路（Ton Control ）に
より処理される第１のエラー増幅器Ａ１から成る第１の
電流モード・フィードバック・ループを使用することに
より行なわれる。
す。図１に示された回路は、実質的にステップダウン・
スイッチング・レギュレーター(STEP DOWN REGULATOR)
、電流限定インダクターＬ、フィルター・キャパシタ
ーＣ、及び前記レギュレーターのパワースイッチの非導
電フェーズ間に前記インダクターＬを放電するための電
流循環ダイオードＤを含んで成っている。図１のスキー
ムに示すように分離ゲートパワーＭＯＳトランジスター
であっても良いスイッチの導電インターバル（デューテ
ィーサイクル）は、駆動論理回路（Ton Control ）によ
り制御される。前記デューティーサイクルの調整は、充
電電流を追跡するための感知抵抗Ｒ３と、それにより生
成するシグナルが前記制御論理回路（Ton Control ）に
より処理される第１のエラー増幅器Ａ１から成る第１の
電流モード・フィードバック・ループを使用することに
より行なわれる。
【００１１】該ループは、Vref2 によりセットされる最
大充電電圧に達するまでのバッテリー充電プロセスの間
に、Vref1 によりセットされる予備設定された値の関数
として充電電流を調整する。この予備設定された最大バ
ッテリー電圧Vbatt に達すると、調整された出力電圧の
電圧ディバイダーＲ１−Ｒ２及びその出力シグナルが制
御論理回路（Ton Control ）により処理される第２のエ
ラー増幅器Ａ２から成る第２の電圧モード・フィードバ
ック・ループがスイッチ・デューティーサイクルを引継
ぎ、ステップダウン・レギュレーターの出力電圧を予備
設定された値（換言すると最大許容バッテリー電圧に等
しい値）に一定に維持する。
大充電電圧に達するまでのバッテリー充電プロセスの間
に、Vref1 によりセットされる予備設定された値の関数
として充電電流を調整する。この予備設定された最大バ
ッテリー電圧Vbatt に達すると、調整された出力電圧の
電圧ディバイダーＲ１−Ｒ２及びその出力シグナルが制
御論理回路（Ton Control ）により処理される第２のエ
ラー増幅器Ａ２から成る第２の電圧モード・フィードバ
ック・ループがスイッチ・デューティーサイクルを引継
ぎ、ステップダウン・レギュレーターの出力電圧を予備
設定された値（換言すると最大許容バッテリー電圧に等
しい値）に一定に維持する。
【００１２】バッテリー充電器の入力電圧Ｖinは調整さ
れていない整流電圧でも良く、又その値が必然的にバッ
テリーパックの最大充電電圧より高くなければならない
車両用バッテリー電圧でも良い。該調整されていない入
力電圧Ｖinは、トランスフォーマーの二次素子、又は充
電されるべきバッテリーパックの最大充電電圧より高い
電圧の任意の他のＤＣ電圧源に接続された整流ダイオー
ドブリッジのフィルターされた出力電圧とすることがで
きる。
れていない整流電圧でも良く、又その値が必然的にバッ
テリーパックの最大充電電圧より高くなければならない
車両用バッテリー電圧でも良い。該調整されていない入
力電圧Ｖinは、トランスフォーマーの二次素子、又は充
電されるべきバッテリーパックの最大充電電圧より高い
電圧の任意の他のＤＣ電圧源に接続された整流ダイオー
ドブリッジのフィルターされた出力電圧とすることがで
きる。
【００１３】図１に示した従来のバッテリー充電器回路
用の本発明の態様を図２に示す。この例は、バッテリー
電圧Ｖbattが約5.4 から約8.4 Ｖまで変化し、かつスイ
ッチング・ステップダウン・レギュレーターの調整され
ていない入力電圧Ｖinが約10Ｖより高くなければならな
い２個の電池から成るリチウムバッテリーパックの場合
を示している。図１の回路の場合と正確に同じように、
その間にＶin入力電圧がインダクタンスＬに直接印加さ
れるパワーＭＯＳトランジスターの周期的な導電インタ
ーバルＴonであるステップダウン・レギュレーターのデ
ューティーサイクルを交互に制御する定電流及び定電圧
制御モードの２個のフィードバック・ループは、当初は
充電電流の調整を行ない、かつ充電プロセスの終わりの
フェーズの間は充電電圧の調整を行なう。
用の本発明の態様を図２に示す。この例は、バッテリー
電圧Ｖbattが約5.4 から約8.4 Ｖまで変化し、かつスイ
ッチング・ステップダウン・レギュレーターの調整され
ていない入力電圧Ｖinが約10Ｖより高くなければならな
い２個の電池から成るリチウムバッテリーパックの場合
を示している。図１の回路の場合と正確に同じように、
その間にＶin入力電圧がインダクタンスＬに直接印加さ
れるパワーＭＯＳトランジスターの周期的な導電インタ
ーバルＴonであるステップダウン・レギュレーターのデ
ューティーサイクルを交互に制御する定電流及び定電圧
制御モードの２個のフィードバック・ループは、当初は
充電電流の調整を行ない、かつ充電プロセスの終わりの
フェーズの間は充電電圧の調整を行なう。
【００１４】スイッチが導電していないときは、インダ
クタンスＬに蓄えられたエネルギーは電流をダイオード
Ｄを通して循環させることにより放電される。導電イン
ターバルＴonの間、インダクタＬを通る電流は次の式に
従って時間とともに増加する。 Ｉ＝（Ｖin−Ｖbatt）Ｔon／Ｌ Ｖinが一定でない電圧であることができかつＶbattがバ
ッテリーの充電の状態に従って変化するという事実か
ら、充電電流の調整は、システムに、Ｖref1の値を調節
することによりセットできる定電流を伝達させるため
に、時間インターバルＴonを好適に調整することにより
行なえる。
クタンスＬに蓄えられたエネルギーは電流をダイオード
Ｄを通して循環させることにより放電される。導電イン
ターバルＴonの間、インダクタＬを通る電流は次の式に
従って時間とともに増加する。 Ｉ＝（Ｖin−Ｖbatt）Ｔon／Ｌ Ｖinが一定でない電圧であることができかつＶbattがバ
ッテリーの充電の状態に従って変化するという事実か
ら、充電電流の調整は、システムに、Ｖref1の値を調節
することによりセットできる定電流を伝達させるため
に、時間インターバルＴonを好適に調整することにより
行なえる。
【００１５】この目的のため、電流モード・フィードバ
ック・ループは、抵抗Ｒ３の電流Ｉにより生ずる電圧降
下を連続的に感知する。このような降下は参照電圧Ｖre
f1と比較され、その差が、電流Ｉを一定に維持する次の
式を満足するようにステップダウン・レギュレーターの
時間Ｔonに直接作用するエラー増幅器Ａ１により増幅さ
れる。 Ｉ・Ｒ３＝Ｖref1 式及びを組み合わせると、次の式 Ｔon＝Ｖref1・Ｌ／Ｒ３（Ｖin−Ｖbatt） が得られ、ここでＴonは瞬間毎に電圧差Ｖin−Ｖbattに
常に反比例することに注目すべきである。
ック・ループは、抵抗Ｒ３の電流Ｉにより生ずる電圧降
下を連続的に感知する。このような降下は参照電圧Ｖre
f1と比較され、その差が、電流Ｉを一定に維持する次の
式を満足するようにステップダウン・レギュレーターの
時間Ｔonに直接作用するエラー増幅器Ａ１により増幅さ
れる。 Ｉ・Ｒ３＝Ｖref1 式及びを組み合わせると、次の式 Ｔon＝Ｖref1・Ｌ／Ｒ３（Ｖin−Ｖbatt） が得られ、ここでＴonは瞬間毎に電圧差Ｖin−Ｖbattに
常に反比例することに注目すべきである。
【００１６】充電の間、バッテリー電圧Ｖbattは時間と
ともに増加する。このような電圧は抵抗である電圧ディ
バイダーＲ１−Ｒ２により連続的に感知され、参照電圧
Ｖref2と比較される。下記式が満足されると、 Ｖbatt・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｖref2 エラー増幅器Ａ２は式を満足するようにステップダウ
ン・レギュレーターの時間Ｔonに応じて動作し、これに
より電圧Ｖbattを一定に維持する。
ともに増加する。このような電圧は抵抗である電圧ディ
バイダーＲ１−Ｒ２により連続的に感知され、参照電圧
Ｖref2と比較される。下記式が満足されると、 Ｖbatt・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＝Ｖref2 エラー増幅器Ａ２は式を満足するようにステップダウ
ン・レギュレーターの時間Ｔonに応じて動作し、これに
より電圧Ｖbattを一定に維持する。
【００１７】この定電圧の機能モードでは、Ｔonをバッ
テリー電圧Ｖbattの予備設定された最大充電電圧と結び
付ける関係は、 Ｔon＝Ｖbatt・Ｔ／Ｖin であることを示すことができ、ここでＴは一般に10から
数百KHz であるレギュレーターのスイッチング周波数の
周期である。従って時間Ｔonは、定電流が伝達されるフ
ェーズの間は式に従って電流モード・フィードバック
・ループにより、又定出力電圧を提供するフェーズの間
は式に従って電圧モード・フィードバック・ループに
より調整される。
テリー電圧Ｖbattの予備設定された最大充電電圧と結び
付ける関係は、 Ｔon＝Ｖbatt・Ｔ／Ｖin であることを示すことができ、ここでＴは一般に10から
数百KHz であるレギュレーターのスイッチング周波数の
周期である。従って時間Ｔonは、定電流が伝達されるフ
ェーズの間は式に従って電流モード・フィードバック
・ループにより、又定出力電圧を提供するフェーズの間
は式に従って電圧モード・フィードバック・ループに
より調整される。
【００１８】前記２個のフィードバック・ループは電圧
Ｖbattの関数として交互に「作用する」。前記説明から
判るように、バッテリー充電フェーズの間、つまり十分
高い電圧Ｖinがレギュレーターの入力に印加される際に
は、図２に示した本発明のバッテリー充電システムの機
能は、図１の一般的な回路のそれと全ての点で類似して
いる。
Ｖbattの関数として交互に「作用する」。前記説明から
判るように、バッテリー充電フェーズの間、つまり十分
高い電圧Ｖinがレギュレーターの入力に印加される際に
は、図２に示した本発明のバッテリー充電システムの機
能は、図１の一般的な回路のそれと全ての点で類似して
いる。
【００１９】実際、入力電圧Ｖinは（バッテリー充電器
出力の）ステップダウン・レギュレーターによる電圧出
力より大きく、ダイオードＤｂは逆バイアスされ、従っ
て全体として影響はない。更に、与えられた値より大き
い電圧（Ｖin＞10Ｖ）の持続に起因して、ツェナーダイ
オードＤｚ及び抵抗Ｒ５により構成されかつツェナー電
圧がバッテリーを充電するために必要な入力電圧Ｖinの
最小値より小さいようなバイアスラインは、トランジス
ターＴを導電状態に維持し、これにより実質的にそれ
が、バッテリー充電器（図１参照）の調整された出力電
圧のディバイダーＲ１−Ｒ２に直列接続された抵抗Ｒ４
を短絡させ、バッテリー充電システムの通常な機能に関
して抵抗Ｒ４の存在の影響を無くす。
出力の）ステップダウン・レギュレーターによる電圧出
力より大きく、ダイオードＤｂは逆バイアスされ、従っ
て全体として影響はない。更に、与えられた値より大き
い電圧（Ｖin＞10Ｖ）の持続に起因して、ツェナーダイ
オードＤｚ及び抵抗Ｒ５により構成されかつツェナー電
圧がバッテリーを充電するために必要な入力電圧Ｖinの
最小値より小さいようなバイアスラインは、トランジス
ターＴを導電状態に維持し、これにより実質的にそれ
が、バッテリー充電器（図１参照）の調整された出力電
圧のディバイダーＲ１−Ｒ２に直列接続された抵抗Ｒ４
を短絡させ、バッテリー充電システムの通常な機能に関
して抵抗Ｒ４の存在の影響を無くす。
【００２０】図１の基本図に対して追加された分離ダイ
オードＤａの存在のみが、該分離ダイオードＤａの電圧
降下を考慮して、出力電圧ディバイダーの抵抗Ｒ１及び
Ｒ２間の比を好適に修正することにより、説明付けられ
なければならない。実際には次の関係が立証され、 Ｖref2（１＋Ｒ１／Ｒ２）−ＶDA−Ｉ・Ｒ３＝Ｖbatt＝8.4 Ｖ ここでＶDAは定充電電流Ｉに起因するダイオードＤａの
電圧降下である。従って再充電フェーズ間のバッテリー
の負荷を実質的に零と仮定すると（つまりバッテリーで
電力供給される負荷回路による無視できない電流吸収が
ない場合）、バッテリー充電フェーズのシステムの機能
は図１に示した基本回路のそれのレプリカとなる。
オードＤａの存在のみが、該分離ダイオードＤａの電圧
降下を考慮して、出力電圧ディバイダーの抵抗Ｒ１及び
Ｒ２間の比を好適に修正することにより、説明付けられ
なければならない。実際には次の関係が立証され、 Ｖref2（１＋Ｒ１／Ｒ２）−ＶDA−Ｉ・Ｒ３＝Ｖbatt＝8.4 Ｖ ここでＶDAは定充電電流Ｉに起因するダイオードＤａの
電圧降下である。従って再充電フェーズ間のバッテリー
の負荷を実質的に零と仮定すると（つまりバッテリーで
電力供給される負荷回路による無視できない電流吸収が
ない場合）、バッテリー充電フェーズのシステムの機能
は図１に示した基本回路のそれのレプリカとなる。
【００２１】バッテリー充電器が入力電圧Ｖin源から遮
断されていると、前記回路は、例えばＶout ＝５Ｖであ
るバッテリー充電電圧より小さい予備設定された値で負
荷回路が電力供給されるサプライ電圧Ｖout （Ｖout ＜
Ｖbatt）のレギュレーターとしてそれ自身が構成され
る。実際、スレッショルド値より大きい入力電圧（Ｖin
＞10Ｖ）が存在しないと、バッテリー電圧Ｖbattは導電
するようになったダイオードＤｂを通してステップダウ
ン・レギュレーター(STEP DOWN REGULATOR）の入力モー
ドに印加され、他方逆方向にバイアスされたダイオード
Ｄａは感知抵抗Ｒ３を通ってバッテリーの充電ラインに
沿う電流の流れをブロックし、従ってシステムの電流モ
ード制御ループを実質的に使用不能にする。
断されていると、前記回路は、例えばＶout ＝５Ｖであ
るバッテリー充電電圧より小さい予備設定された値で負
荷回路が電力供給されるサプライ電圧Ｖout （Ｖout ＜
Ｖbatt）のレギュレーターとしてそれ自身が構成され
る。実際、スレッショルド値より大きい入力電圧（Ｖin
＞10Ｖ）が存在しないと、バッテリー電圧Ｖbattは導電
するようになったダイオードＤｂを通してステップダウ
ン・レギュレーター(STEP DOWN REGULATOR）の入力モー
ドに印加され、他方逆方向にバイアスされたダイオード
Ｄａは感知抵抗Ｒ３を通ってバッテリーの充電ラインに
沿う電流の流れをブロックし、従ってシステムの電流モ
ード制御ループを実質的に使用不能にする。
【００２２】更に、バッテリー電圧Ｖbattがダイオード
Ｄｚのツェナー電圧より小さいと該ダイオードはオフ状
態になり、従ってトランジスターＴもオフ状態になる。
これらの状態では、抵抗Ｒ４はＲ２に効果的に接続さ
れ、従って出力電圧感知ディバイダーの分割比つまりレ
ギュレーターの増幅器Ａ２により検知されるエラーシグ
ナルを修正する。従って出力電圧Ｖout は次の式により
与えられる値を有する。 Ｖout ＝Ｖref2〔１＋｛Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ４）｝〕＝５Ｖ
Ｄｚのツェナー電圧より小さいと該ダイオードはオフ状
態になり、従ってトランジスターＴもオフ状態になる。
これらの状態では、抵抗Ｒ４はＲ２に効果的に接続さ
れ、従って出力電圧感知ディバイダーの分割比つまりレ
ギュレーターの増幅器Ａ２により検知されるエラーシグ
ナルを修正する。従って出力電圧Ｖout は次の式により
与えられる値を有する。 Ｖout ＝Ｖref2〔１＋｛Ｒ１／（Ｒ２＋Ｒ４）｝〕＝５Ｖ
【００２３】Ｒ１及びＲ２の値は、バッテリー最大出力
電圧を固定する式に従って選択されなければならず、
他方Ｒ４の値はサプライ電圧のレギュレーターとしてシ
ステムの出力電圧を固定する式により指定される。Ｖ
out ＜Ｖbattであるため、ダイオードＤａは逆バイアス
状態に維持され、従ってバッテリー電圧は出力電圧Ｖou
t に影響を与えない。従って出力電流Ｉout はＶout に
接続された負荷の特性によってのみ決定され、最終的に
ステップダウン・レギュレーター(STEP DOWN REGULATO
R）により伝達可能な最大値に制限される。
電圧を固定する式に従って選択されなければならず、
他方Ｒ４の値はサプライ電圧のレギュレーターとしてシ
ステムの出力電圧を固定する式により指定される。Ｖ
out ＜Ｖbattであるため、ダイオードＤａは逆バイアス
状態に維持され、従ってバッテリー電圧は出力電圧Ｖou
t に影響を与えない。従って出力電流Ｉout はＶout に
接続された負荷の特性によってのみ決定され、最終的に
ステップダウン・レギュレーター(STEP DOWN REGULATO
R）により伝達可能な最大値に制限される。
【００２４】ショットキータイプのダイオードＤｂ，つ
まり特別に低い直列電圧降下、及び低ＲDSONパワーＭＯ
Ｓトランジスター製造技術で実現されるステップダウン
・レギュレーターのパワースイッチを有するダイオード
を使用することにより、リチウムバッテリーの全充電電
圧範囲（例えば最大8.4 Ｖ、最小5.4 Ｖ）でＶout ＝５
Ｖと一定に維持することが可能になる。図２の回路は、
バッテリー充電器として、又バッテリーで負荷回路に電
力供給する場合に出力電圧レギュレーターとして動作で
きる。再充電プロセスの間に時間及び／又はバッテリー
パック温度で変化するバッテリーの電圧特性の共通感知
デバイスを最終的に有する同じシステムをＮｉＣｄ及び
ＮｉＭＨタイプのバッテリーにも都合良く使用できる。
本発明のシステムの有用性はリチウムバッテリーのみに
限定されないことは明らかである。
まり特別に低い直列電圧降下、及び低ＲDSONパワーＭＯ
Ｓトランジスター製造技術で実現されるステップダウン
・レギュレーターのパワースイッチを有するダイオード
を使用することにより、リチウムバッテリーの全充電電
圧範囲（例えば最大8.4 Ｖ、最小5.4 Ｖ）でＶout ＝５
Ｖと一定に維持することが可能になる。図２の回路は、
バッテリー充電器として、又バッテリーで負荷回路に電
力供給する場合に出力電圧レギュレーターとして動作で
きる。再充電プロセスの間に時間及び／又はバッテリー
パック温度で変化するバッテリーの電圧特性の共通感知
デバイスを最終的に有する同じシステムをＮｉＣｄ及び
ＮｉＭＨタイプのバッテリーにも都合良く使用できる。
本発明のシステムの有用性はリチウムバッテリーのみに
限定されないことは明らかである。
【図１】定電流及び定電圧バッテリー充電回路の基本的
な回路図。
な回路図。
【図２】本発明により実現される二重機能回路。
STEP DOWN REGULATOR ・・・ステップダウン・レギュレ
ーター Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５・・・抵抗 Ａ
１、Ａ２・・・エラー増幅器 Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｚ・
・・ダイオード Ton Control ・・・駆動論理回路（制
御論理回路） Ｌ・・・インダクタンス Ｖbatt・・・充電電圧（バッ
テリー電圧） Ｖin・・・入力電圧 Ｖout ・・・出力
電圧 Ｖref1、Ｖref2・・・参照電圧
ーター Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５・・・抵抗 Ａ
１、Ａ２・・・エラー増幅器 Ｄ、Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｚ・
・・ダイオード Ton Control ・・・駆動論理回路（制
御論理回路） Ｌ・・・インダクタンス Ｖbatt・・・充電電圧（バッ
テリー電圧） Ｖin・・・入力電圧 Ｖout ・・・出力
電圧 Ｖref1、Ｖref2・・・参照電圧
Claims (7)
- 【請求項１】 そのスイッチ・デューティーサイクルが
第１の電流モードループにより及び第２の電圧モードル
ープにより制御されるステップダウン・スイッチング・
レギュレーターを使用する充電回路により、充電プロセ
スの少なくとも第１のフェーズの間に定電流で、かつ前
記充電プロセスの最終的な又は充電維持フェーズ間に定
電圧でバッテリーを充電し、かつ調整されたサプライ電
圧でバッテリー負荷に電力供給を行なうためのシステム
において、 前記レギュレーターの入力ノードにバッテリー電圧を印
加することにより調整されたサプライ電圧出力を生成す
るためにバッテリー充電器の同じステップダウン・スイ
ッチング・レギュレーターを使用し；入力電圧のレベル
により制御可能なトランジスターを通して短絡できる抵
抗を出力電圧感知ディバイダーと直列接続することによ
り前記レギュレーターの前記感知ディバイダーの分割比
を修正し、前記第１の電流モードループを使用不能にし
かつ前記第２の電圧モードループを通して前記調整スイ
ッチのデューティーサイクルを調整することを含んで成
ることを特徴とするシステム。 - 【請求項２】 対応するバッテリー極とレギュレーター
の入力ノード間にダイオードを接続して前記レギュレー
ターの入力にバッテリー電圧を印加し、かつバッテリー
電圧より大きい再充電電圧が前記入力ノードに印加され
る際のバッテリー再充電フェーズ間に、前記ダイオード
を逆バイアスするようにした請求項１に記載のシステ
ム。 - 【請求項３】 レギュレーターの出力ノード及び前記バ
ッテリー極間にダイオードを接続し、負荷に電力を供給
するフェーズの間で前記レギュレーターの入力ノードに
バッテリー電圧より高い再充電電圧が存在しないときに
前記ダイオードを逆バイアスすることにより負荷に電力
供給するフェーズ間にレギュレーターの出力ノードから
前記バッテリー極を分離するようにした請求項１に記載
のシステム。 - 【請求項４】 ステップダウン・スイッチング・レギュ
レーター(STEP DOWN REGULATOR）；電流制限インダクタ
ー（Ｌ）；フィルターキャパシター（Ｃ）；前記レギュ
レーターのスイッチの非導電フェーズの間に前記インダ
クター（Ｌ）を放電するための電流循環ダイオード
（Ｄ）；電流感知抵抗（Ｒ３）及び、該抵抗（Ｒ３）の
電圧降下の関数として前記スイッチのデューティーサイ
クルを論理回路（Ton Control ）を通して制御するため
の第１のエラー増幅器（Ａ１）から成る第１の電流モー
ド制御ループ；及び調整された出力電圧感知ディバイダ
ー（Ｒ１−Ｒ２）及び、出力電圧の関数として前記スイ
ッチのデューティーサイクルを前記論理回路（Ton Cont
rol ）を通して制御するための第２のエラー増幅器（Ａ
２）から成る第２の電圧モード制御ループを含んで成
る、バッテリーを充電しかつバッテリー負荷へ伝達され
るサプライ電圧を調整するための二重機能回路におい
て、 更に前記電圧ディバイダー（Ｒ１−Ｒ２）に直列接続さ
れた少なくとも１個の抵抗（Ｒ４）、 前記電流感知抵抗（Ｒ３）及び対応するバッテリー極間
に接続された少なくとも１個の第１の分離ダイオード
（Ｄａ）、 前記バッテリー極及び前記レギュレーター(STEP DOWN R
EGULATOR）の入力ノード間に接続された少なくとも１個
の第２のダイオード（Ｄｂ）、 前記入力ノードでのバッテリー電圧より高い電圧の存在
に応答して、かつ前記入力ノードと回路の共通ポテンシ
ャルノード間に直列接続された少なくとも１個のツェナ
ーダイオード（Ｄｚ）と抵抗（Ｒ５）を含んで成るバイ
アスラインにより制御される、接続抵抗（Ｒ４）を短絡
するための少なくとも１個のトランジスター（Ｔ）を含
んで成ることを特徴とする二重機能回路。 - 【請求項５】 少なくとも１個の前記第１のダイオード
（Ｄｂ）が比較的低い直列電圧降下を有するショットキ
ーダイオードであり、かつ前記スイッチが比較的低い導
電抵抗のパワーＭＯＳトランジスターである請求項４に
記載の二重機能回路。 - 【請求項６】 バッテリー充電回路が請求項４の二重機
能回路である、バッテリー充電器を組み込んだ再充電可
能なバッテリーパックにより電流供給される携帯電話
器。 - 【請求項７】 前記再充電可能なバッテリーが、少なく
とも２個の直列のリチウム電池から成るバッテリーであ
る請求項６に記載の携帯電話器。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP95830239A EP0752748B1 (en) | 1995-06-07 | 1995-06-07 | Multiple function battery charger, self-configuring as supply voltage regulator for battery powered apparatuses |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1014127A true JPH1014127A (ja) | 1998-01-16 |
Family
ID=8221943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8168528A Pending JPH1014127A (ja) | 1995-06-07 | 1996-06-07 | バッテリーで電力供給される装置用のサプライ電圧レギュレーターとして自己整列する多機能バッテリー充電器 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5736832A (ja) |
| EP (1) | EP0752748B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1014127A (ja) |
| DE (1) | DE69508746T2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6297617B1 (en) | 1999-09-07 | 2001-10-02 | Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho | Battery charger and charge control circuit |
| WO2002052705A1 (de) * | 2000-12-27 | 2002-07-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Tiefsetzsteller |
| WO2018143290A1 (ja) * | 2017-02-01 | 2018-08-09 | Fdk株式会社 | 充電装置 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6014030A (en) * | 1996-05-03 | 2000-01-11 | National Semiconductor Corp. | Current-level monitor with hierarchical precision |
| DE69929033T2 (de) | 1999-04-29 | 2006-08-24 | Stmicroelectronics S.R.L., Agrate Brianza | Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler verwendbar als Batterieladegerät und Ladeverfahren zum Aufladen einer Batterie |
| EP1049230B1 (en) * | 1999-04-29 | 2005-12-14 | STMicroelectronics S.r.l. | DC-DC converter usable as a battery charger, and method for charging a battery |
| DE19932379A1 (de) | 1999-07-13 | 2001-01-18 | Braun Gmbh | Drosselwandler |
| JP2005086843A (ja) * | 2003-09-04 | 2005-03-31 | Taiyo Yuden Co Ltd | 電力供給源の出力制御装置 |
| US20070159279A1 (en) * | 2004-05-12 | 2007-07-12 | Ryuichi Shimada | Alternating-current power supply device recovering magnetic energy |
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| US7701173B2 (en) | 2005-12-13 | 2010-04-20 | Research In Motion Limited | Charging and power supply for mobile devices |
| DE102006008927B4 (de) * | 2006-02-23 | 2008-04-24 | Peter Braun | Schaltung für eine akkugestützte Energieversorgung mit Ladeautomatik und Umschaltsteuerung |
| DE102007014399B4 (de) | 2007-03-26 | 2012-06-06 | Texas Instruments Deutschland Gmbh | Regelschleife mit zwei Betriebsarten für getakteten Stromwandler |
| US20100141210A1 (en) * | 2009-12-07 | 2010-06-10 | Remy Technologies, L.L.C. | Alternator for charging multiple electric storage devices |
| WO2011143156A2 (en) * | 2010-05-13 | 2011-11-17 | Massachusetts Institute Of Technology | Battery charger circuit and control schemes |
| US8698458B2 (en) * | 2010-07-08 | 2014-04-15 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Battery pack having boosting charge function and method thereof |
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| CN103036284B (zh) * | 2012-12-07 | 2016-01-13 | 陕西千山航空电子有限责任公司 | 一种航空机载记录器独立电源 |
| CN103138573B (zh) * | 2013-02-28 | 2016-03-09 | 上海新进半导体制造有限公司 | 降压式开关电源及其控制电路 |
| CA2963392A1 (en) * | 2014-10-03 | 2016-04-07 | Elitise Llc | Battery module architecture with horizontal and vertical expandability |
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| JP3384027B2 (ja) * | 1993-05-14 | 2003-03-10 | ソニー株式会社 | 充電方法および充電器 |
-
1995
- 1995-06-07 EP EP95830239A patent/EP0752748B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1995-07-07 DE DE69508746T patent/DE69508746T2/de not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-06-07 US US08/662,779 patent/US5736832A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-06-07 JP JP8168528A patent/JPH1014127A/ja active Pending
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| US6784645B2 (en) | 2000-12-27 | 2004-08-31 | Siemens Aktiengesellschaft | Step-down converter |
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| US11817735B2 (en) | 2017-02-01 | 2023-11-14 | Fdk Corporation | Charging device that can optimize charging current of a secondary battery |
Also Published As
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|---|---|
| EP0752748A1 (en) | 1997-01-08 |
| US5736832A (en) | 1998-04-07 |
| EP0752748B1 (en) | 1999-03-31 |
| DE69508746T2 (de) | 1999-08-19 |
| DE69508746D1 (de) | 1999-05-06 |
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