KR100881487B1 - 전지 충전 방법, 전지 충전 회로 및 전지를 갖는 휴대전자 기기 - Google Patents

전지 충전 방법, 전지 충전 회로 및 전지를 갖는 휴대전자 기기 Download PDF

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Abstract

리튬 전지 등의 2차 전지의 충전 방법, 전지 충전 회로, 및 그 전지나 충전 회로를 구비한 휴대 전자 기기에 있어서, 정전압 회로의 제어 트랜지스터에서 소비되는 전력을 확실하게 절감하고, 그 제어 트랜지스터에 요구되는 허용 손실을 감소시킨다.
전류 제한 기능이 있는 정전압 직류 전원과, 차동 비교 회로를 갖고, 전류 제한치를 변경할 수 있는 정전압 회로를 직렬로 이용하여 전지를 충전함으로써, 전지의 충전 상태에 따라, 전류 제한 기능이 있는 정전압 직류 전원에 의한 전류 제한치의 전류로 충전하는 기간에 계속하여, 그 전류 제한치보다 작게 한 정전압 회로의 전류 제한치로 충전하는 기간을 설정한다. 또한, 전지의 충전 상태의 검출을, 차동 비교 회로의 전류원의 전류치와 그 차동 비교 회로의 차동 출력의 비교에 의해 검출한다.

Description

전지 충전 방법, 전지 충전 회로 및 전지를 갖는 휴대 전자 기기 {METHOD FOR CHARGING BATTERY, CIRCUIT FOR CHARGING BATTERY AND PORTABLE ELECTRONIC EQUIPMENT INCLUDING THE BATTERY}
도 1은 본 발명의 실시형태에 관계된 전체 구성도.
도 2는 도 1의 정전압 제어 회로 및 전류 제한 신호 발생 회로의 구성도.
도 3은 전지의 입력 전압, 충전 전압, 충전 전류의 시간 경과를 나타내는 도면.
도 4는 전지의 충전 상태의 변화를 제어 특성으로 나타내는 도면.
도 5는 각 상태에 있어서 제어 트랜지스터의 손실을 모식적으로 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : AC 어댑터 11 : 교류 전원
20 : 휴대 전자 기기 21 : 리튬 전지
22 : 제어 트랜지스터 23,24 : 저항
25 : NPN 트랜지스터 26 : 전류 검출 저항
27 : 쇼트키 배리어ㆍ다이오드 30 : 충전 제어 IC 칩
40 : 정전압 제어 회로 41,47 : 정전류원
42,43 : 차동 트랜지스터
46,48 : 커런트 미러 회로의 입출력측 트랜지스터
50 : 전류 제한 신호 발생 회로 51 : 연산 증폭기
52,54,56 : 저항 55 : 가변 저항
57 : 비교기 58 : NMOS 트랜지스터
60 : 제한 전류치 명령 회로 Vad : 어댑터 출력 직류 전압
Ilim : 어댑터 제한 전류치 Ichg : 충전 전류
Vbat : 전지 전압 Scv : 정전압 제어 신호
Slim : 전류 제한 신호 Smod : 차동 비교 출력
CL1∼CL4 : 제1∼제4 제한 전류 명령치
Icl1,Icl2 : 제1, 제2 예비 충전 전류치
Icl3,Icl4 : 제1, 제2 전류치 V1∼V5 : 제1∼제5 전압
본 발명은 리튬 전지 등의 재충전이 가능한 2차 전지를 충전하는 방법, 충전 회로, 및 상기 전지나 충전 회로를 구비한 휴대 전자 기기에 관한 것이다.
휴대 전화기, PHS(Personal Handy Phone)단말, PDA(Personal Digital Assistant), 퍼스널 컴퓨터 등의 휴대 전자 기기에는 방전 특성이 우수하고 재충전이 가능한 리튬 전지 등의 2차 전지가 자주 이용되고 있다.
종래에, 2차 전지로서 리튬 전지를 이용하는 휴대 전자 기기에 있어서, 충전 초기에는 정전류 제어에 의한 충전을 행하고, 그 후기에는 정전압 제어에 의한 충전을 행하고 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이 종래의 휴대 전자 기기에서는, AC 어댑터로부터 직류 전압이 공급되고, 정전류를 제어하는 정전류 제어 회로와 정전압을 제어하는 정전압 제어 회로를 구비한다. 충전의 초기 상태에서는, 먼저 정전류 제어 회로의 정전류 제어 트랜지스터를 제어하여 정전류로 전지를 충전한다. 이 정전류 충전에 의해 전지 전압이 소정치까지 상승하면, 정전류 제어로부터 정전압 제어 회로에 의한 정전압 제어로 전환하고, 정전압 제어 트랜지스터를 제어하여 일정한 전압까지 전지를 충전하고, 정격 전압까지 충전이 이루어지면 충전 제어를 종료한다.
[특허 문헌 1]
일본 특개평 8-106926호 공보
그러나 종래의 충전 제어 방법에서는, 정전류 제어에서의 정전류치를 전지의 초기 충전 전류의 특성에 맞추어 낮게 억압한다면 충전하는데 장시간이 필요하다. 또한, 정전류 충전으로부터 정전압 충전으로의 전환을 신속하게 행한다면 충전 시간이 단축될 수 있지만, 이 전환 시점으로부터 전지의 충전 전압과의 차이에 의해 그 시점에서 허용되는 값보다 큰 전류가 흐르게 된다.
또한, 정전류, 정전압 제어 트랜지스터는 시리즈 레귤레이터로 기능하기 때문에, 어댑터로부터의 직류 전압과 전지 전압의 차전압과 충전 전류의 곱에 의해 큰 열손실이 발생하게 된다. 이 열손실에 대처하기 위해서 제어 트랜지스터를 보다 큰 허용 손실의 것을 사용해야 된다.
그래서, 본 발명은 어댑터를 전류 제한 기능이 있는 정전압 직류 전원으로 하여, 전류 제한치를 변경한 정전압 회로를 이용하여 전지를 충전하고, 전류 제한치의 변경을 적시에 행함으로써, 전지의 충전 시간을 단축함과 동시에 정전압 회로의 제어 트랜지스터에서 소비되는 전력을 확실하게 절감하고, 그 제어 트랜지스터에 요구되는 허용 손실을 감소시킬 수 있는 전지 충전 방법, 전지 충전 회로, 및 그 전지나 충전 회로를 구비한 휴대 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 전지 충전 방법은 전원 제한 전류치 Ilim로 전류 제한하고, 제1 전압 V1로 정전압 제어하는 직류 전원으로부터, 차동 비교 회로를 갖고 있는 전류 제한치가 변경 가능하게 되고 상기 전원 제한 전류치 Ilim보다 큰 제1 전류치 Icl3로 전류 제한하고, 상기 제1 전압 V1보다 낮은 제2 전압 V2로 정전압 제어하는 정전압 제어부를 통하여, 상기 전원 제한 전류치 Ilim의 충전 전류로 전지를 충전하고,
상기 전지의 충전 전압 Vbat를 상기 제2 전압 V2에 대응하는 참조 전압 Vref1과 상기 차동 비교 회로로 차동 비교하고,
상기 충전 전압 Vbat가 상기 참조 전압 Vref1보다 낮은 상태로부터 상승하고, 상기 차동 비교 회로가 선형 동작을 행하는 상태가 될 때, 상기 차동 비교 회로로부터 정전압 제어 신호 Scv와는 다른 차동 비교 출력 Smod를 발생하고,
상기 차동 비교 출력 Smod에 의해, 상기 전류 제한치를 상기 제1 전류치 Icl3으로부터 상기 전원 제한 전류치 Ilim보다 작은 제2 전류치 Icl4로 변경하는 것을 특징으로 한다.
청구항 2의 전지 충전 방법은, 청구항 1에 기재된 전지 충전 방법에 있어서, 상기 차동 비교 출력 Smod는 상기 차동 비교 회로에 이용하는 전류원(41)의 전류치 I0에 관련된 전류치와 상기 차동 비교에 의한 한쪽의 전류 I1과의 비교에 의해 출력되는 것을 특징으로 한다.
청구항 3의 전지 충전 회로는, 전원 제한 전류치 Ilim으로 전류 제한하고, 제1 전압 V1로 정전압 제어하는 직류 전원으로부터 전력을 공급받는 전지 충전 회로로서, 전지의 충전경로에 설치되어 정전압 제어 신호 Scv에 의해 제어되는 제어 트랜지스터(22)와, 상기 전지의 충전 전압 Vbat에 비례하는 전압과 참조 전압 Vref1을, 전류원(41)을 이용한 차동 비교 회로에 의해 차동 비교하고, 상기 충전 전압 Vbat가 상기 제1 전압 V1보다 낮은 제2 전압 V2로 되도록 상기 정전압 제어 신호 Scv를 출력함과 동시에, 차동 비교의 한쪽의 전류 I1에 근거하여 차동 비교 출력 Smod를 발생하는 정전압 제어 회로(40)와, 상기 전지의 충전 전류와, 전류 제한치가 설정 변경 가능하고 상기 전원 제한 전류치 Ilim보다 큰 제1 전류치 Icl3으로 설정되어 있는 전류 제한치를 비교하고, 상기 충전 전류가 상기 전류 제한치를 넘을 때, 상기 정전압 제어 신호 Scv를 억압하는 전류 제한 신호 발생 회로(50)를 구비하고, 상기 정전압 제어 회로(40)로부터 차동 비교 신호 Smod가 발생되면 상기 전류 제한치를 상기 제1 전류치 Icl3으로부터 상기 전원 제한 전류치 Ilim 보다 작은 제2 전류치 Icl4로 설정 변경하는 것을 특징으로 한다.
청구항 4의 전지 충전 회로는, 청구항 3의 전지 충전 회로에 있어서, 상기 정전압 제어 회로(40)는 상기 전류원(41)의 전류에 비례한 신호와 상기 차동 비교에 의한 전류 I1에 비례한 신호를 비교하여, 상기 차동 비교 출력 Smod를 발생하는 것을 특징으로 한다.
청구항 5의 전지 충전 회로는, 청구항 4의 전지 충전 회로에 있어서, 상기 전류원(41)의 전류에 비례한 신호 또는 상기 차동 비교에 의해 전류(12)에 비례한 신호 중 적어도 어느 하나가 오프셋을 갖게 하는 것을 특징으로 한다.
청구항 6의 휴대 전자 기기는, 충전할 수 있는 전지와, 청구항 3∼5 중 어느 하나에 기재된 전지 충전 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 전지 충전 방법, 전지 충전 회로, 및 전지를 갖는 휴대 전자 기기의 실시형태에 관하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관계된 전지 및 전지 충전 회로를 구비한 휴대 전자 기기(20) 및 AC 어댑터(10)로 된 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명의 정전압 제어 회로(40) 및 전류 제한 신호 발생 회로(50)의 구체적인 회로를 나타내는 도면이다. 도 3은 전지의 충전 상태를, 충전 시간에 대한 입력 전압, 전지 전압(즉, 충전 전압), 충전 전류에 대하여 나타내는 도면이다. 도 4는 전지의 충전 상태의 변화를 어댑터 제한 전류치 Ilim으로 전류 제한하고, 제1 전압 V1로 정전압 제어하는 직류 전원(즉, AC 어댑터)의 특성과, 변경 가능한 전류 제한치로 전류 제한하여 제1 전압 V1보다 낮은 제2 전압 V2로 정전압 제어하는 정전압 제어부의 특성을 이용하여 설명하는 도면이다. 또한, 도 5는 각 상태시에 있어서 제어 트랜지스터의 손실을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, AC 어댑터(10)는 상용 교류 전원(11)으로부터의 교류 전력을 변환하여 소정의 어댑터 출력 직류 전압 Vad를 제1 전압 V1(예를 들면, 5.5V)로 출력하고, 이 출력 전류에 어댑터 제한 전류치 Ilim(예를 들면, 600mA)로 전류 제한을 걸게 되어 있다.
휴대 전화기 등의 휴대 전자 기기(20)는 AC 어댑터(10)로부터의 직류 전압 Vad가 공급된다. 이 직류 전압 Vad가 리튬 전지(21)에 제어 트랜지스터인 PMOS 트랜지스터(22)를 통해 공급된다. 직렬로 삽입되는 다이오드(27)는 역류 방지용으로 설치되고, 그 순방향의 강하 전압은 작은 쇼트키 배리어ㆍ다이오드(schottky barrier diode)가 적합하다. 또한, 직렬로 삽입되어 있는 저항(26)은 충전 전류 검출용 저저항이다. 전지(21)의 단자 전압은 충전 전압 Vbat로 하고, 전류 검출 저항(26)의 전압 강하분은 강하 전압 △V로서 충전 제어 IC칩(30)에 공급된다. 또한, 저항(23,24) 및 NPN 트랜지스터(25)는 정전압 제어 신호 Scv를 받아서 제어 트랜지스터(22)의 도통도(導通度)를 제어하기 위한 것이다.
충전 제어 IC칩(30)에서는 정전압 제어 회로(40)와 전류 제한 신호 발생 회로(50)와 제한 전류치 명령 회로(60)가 포함되어 있다. 정전압 제어 회로(40)는 전지 전압 Vbat를 내부의 제1 기준 전압 Vref1과 차동 비교하여, 전지 전압 Vbat를 소정의 제2 전압 V2(예를 들면 4.2V)에 충전하도록 정전압 제어 신호 Scv를 발생한다. 또한, 전지 전압 Vbat가 낮은 전압으로부터 서서히 상승하고, 제2 전압 V2보다 약간 낮은 제3 전압(예를 들면, 약 4.0V)이 될 때 차동 비교 출력 Smod를 발생하여, 제한 전류치 명령 회로(60)에 공급한다.
제한 전류치 명령 회로(60)는 로직 회로에 의해 구성되어 있고, 차동 비교 출력 Smod 이외에 전지 전압 Vbat가 입력되고, 이 입력에 따라 제1 예비 충전 전류치 Icl1(예를 들면, 50mA), 제2 예비 충전 전류치 Icl2 (예를 들면, 150mA), 제1 전류치 Icl3 (예를 들면, 700mA), 제2 전류치 Icl4 (예를 들면, 300mA)등 때문에 제1∼제4 제한 전류 명령치 CL1∼CL4를 발생하고, 전류 제한 신호 발생 회로(50)에 공급한다. 또한, 제1 전류치 Icl3은 어댑터 제한 전류치 Ilim보다 크면 좋고, 극단적인 말하면 무한대도 좋다.
전류 제한 신호 발생 회로(50)는 강하 전압 △V와 이 시점에서의 제한 전류 명령치 CL1∼CL4를 비교하여, 강하 전압 △V가 제한 전류 명령치 CL1∼CL4r에 도달할 때, 전류 제한 신호 Slim을 발생하고, 정전압 제어 회로(40)에 공급하여 정전압 제어 신호 Scv를 억압한다. 이에 의해, 충전 전류 Ichg를 제한 전류 명령치 CL1∼CL4에 따른 값에 제한한다.
또한, 이 정전압 제어 회로(40), 전류 제한 신호 발생 회로(50) 및 전류 제한치 명령 회로(60)는 직류 전압 Vad를 동작 전원으로 하고 있다. 쇼트키 배리어ㆍ다이오드(27)는 어댑터(10)가 휴대 전자 기기(20)에서 해제될 때 각 회로에 전원이 공급되는 것을 저지하는 것이다.
도 2에 있어서, 정전압 제어 회로(40)는 정전류치 I0의 제1 정전류원(41)과 베이스에 제1 기준 전압 Vref1(예를 들면, 1.2V)가 인가된 PNP 트랜지스터인 제1 차동 트랜지스터(42)와 베이스에 전지 전압 Vbat를 분압한 검출 전압이 인가된 PNP 트랜지스터로 되는 제2 차동 트랜지스터(43)의 트랜지스터 차동쌍으로 차동 비교 회로가 형성되어 있다.이 트랜지스터 차동쌍의 제2 차동 트랜지스터(43)의 베이스에는 전지(21)의 전지 전압 Vbat가 있는 소정의 제2 전압 V2 (예를 들면,4.2V) 시에 제1 기준 전압 Vref1과 같은 검출 전압이 인가된다.분압 저항(44,45)의 저항치가 그와 같이 설정되어 있다.
제2 차동 트랜지스터(43)의 출력이 정전압 제어 신호 Scv로 된다. 한편, 제1 차동 트랜지스터(42)의 출력은 커런트 미러 회로의 입력측이고, 컬렉터와 베이스가 접속된 NPN 트랜지스터(46)에 공급된다. 또한, 정전류치I0/2의 정전류원(47)과, 커런트 미러 회로의 출력측이고, 베이스가 NPN 트랜지스터(46)의 베이스에 접속된 NPN 트랜지스터(48)가 직렬로 접속되어 있고, 그 접속점에서 차동 비교 출력 Smod가 출력된다.
이 정전압 제어 회로(40)에 있어서, 트랜지스터 차동쌍은 양 차동 트랜지스터(42,43)의 베이스 전압과 같을 때(Vbat=V2), 각각의 전류 I1, I2는 같아진다(I1=I2=I0/2). 그러나, 전지 전압 Vbat가 낮고, 제2 차동 트랜지스터(43)의 베이스 전압이 제1 차동 트랜지스터(42)의 베이스 전압보다 낮을 때에는, 제2 차동 트랜지스터(43)는 완전 도통하고, 그 전류 I2는 커진다(I2=IO). 이 때, 제1 차동 트랜지스터(42) 및 커런트 미러 회로의 입출력측 트랜지스터(46,48)는 완전 비도통(I1=0)이고, 차동 비교 출력 Smod는 고(H) 레벨로 된다.
전지 전압 Vbat가 서서히 높아져서, 제2 전압 V2에 가까운 제3 전압 V3(예를 들면, 4.0V) 정도로 되면, 트랜지스터 차동쌍의 양 트랜지스터(42,43)는 선형 동작 영역으로 들어간다. 여기서 선형 동작은 제1, 제2 차동 트랜지스터(42,43)의 한쪽이 완전 도통이고, 다른 한쪽이 비도통 상태에서 벗어나고, 전류원(41)의 전류 I0가 양 차동 트랜지스터(42,43)에 분류하는 동작 상태를 말한다.
이 선형 동작 영역으로 들어감으로써, 전류원(41)의 정전류 I0은 이 동작 상태에 따라 양 트랜지스터(42,43)에 전류 I1, I2로 배분된다. 제1 차동 트랜지스터(42)의 전류 I1이 흐르기 시작하고, 미러 회로의 출력측 트랜지스터(48)가 도통되면 차동 비교 출력 Smod는 저(L) 레벨로 된다.
또한, 커런트 미러 회로의 입ㆍ출력측 트랜지스터(46,48)의 사이즈 등에 소정 비율(1:n)을 설정함으로써, 동작치에 오프셋을 부여할 수 있다. 또한, 이 오프셋은 제2 정전류원(47)의 전류치를 다르게 하는 것을 가지고도 부여할 수 있다.
이 트랜지스터 차동쌍의 양 트랜지스터(42,43)가 선형 동작 영역으로 들어가는 제3 전압 V3은 AC 어댑터(10)에서의 전류 제한 동작 상태로부터 정전압 제어 회로(40)에서의 정전압 동작 상태로 이동하는 시점 또는 그 직전의 시점에서의 전지 전압 VbatD에 대응하도록 설정되어 있다.
도 2에 있어서, 전류 제한 신호 발생 회로(50)에서는 연산 증폭기(51)의 비반전 입력단자(+)에 강하 전압 △V의 하측 전위가 입력되고, 강하 전압 △V의 상측 전위가 저항(52), PNP 트랜지스터(53) 및 저항(54)를 통하여 그라운드에 접지된다. 그리고, 저항(52)과 PNP 트랜지스터(53)과의 접속점의 전위가 연산 증폭기(51)의 반전 입력단자(-)에 입력된다. 이에 의해, 저항(54)에서, 강하 전압 △V에 비례한 소정 전압 kㆍ△V(k는 계수)가 얻어진다. 저항(52)와 저항(54)의 저항치를 동일하게 한다면, 계수 k는 1이다.
한편, 제2 기준 전압 Vref2와 그라운드 사이에 제한 전류치 명령 회로(60)로부터의 제1∼제4 전류치 명령 CL1∼CL4에 의해 저항치가 그 명령치 CL1∼CL4에 따라 변경되는 가변 저항(55)와 저항(56)이 직렬로 접속된다. 이에 의해, 저항(56)에 명령치 CL1∼CL4에 따른 전압이 얻어진다.
비교기(57)에서, 저항(54)의 전압(즉, 강하 전압 △V)과 저항(56)의 전압(즉, 명령치 CL1∼CL4)이 비교되고, 강하 전압 △V가 이 때의 명령치를 넘으면 출력이 H 레벨로 반전한다. 이 비교기(57)의 출력이 게이트에 인가되는 NMOS 트랜지스터(58)가 제2 차동 트랜지스터(43)의 컬렉터와 그라운드 사이에 접속된다. 이에 의해, 비교기(57)의 출력이 H 레벨로 되면, 정전압 제어 신호 Scv가 억압되어 전류 제한이 행해진다.
이와 같이 구성된 본 발명의 충전 동작을 도 3∼도 5도 참조하고 설명한다. 본 발명에서는 전지의 충전 동작이 어댑터 제한 전류치 Ilim(600mA)로 전류 제한하고, 제1 전압 V1(5.5V)로 정전압 제어하는 AC 어댑터(10)와, 제1 전압 V1보다 낮은 제2 전압 V2(4.2V)로 정전압 제어하고, 다양한 전류치로 전류 제한하되, 휴대 전자 기기 내부의 정전압 제어부의 양쪽 특성에 따라 행해진다.
전지의 충전에 있어서, 전지 전압 Vbat가 낮은 값인 경우 제한 전류치 명령 회로(60)는 전지 전압 Vbat가 제5 전압(=2.5V) 이하이므로, 제1 명령치 CL1(=50mA)을 출력한다. 제1 예비 충전 기간①에서는 충전 전류 Ichg에 의한 강하 전압 △V가 명령치 CL1과 비교되고, 이 비교 결과 전류 제한 신호 Slim이 정전압 제어 회로(40)에 공급되어 정전압 제어 신호 Scv를 억압한다. 이에 의해, 정전압 제어 회로(40)는 충전 전류 Ichg가 제1 예비 충전 전류치 Icl1에 제한되도록 하여, 제어 트랜지스터(22)를 제어한다. 제1 예비 충전 기간①에서는 제1 예비 충전 전류치 Icl1이 흐르고, 전지 전압 Vbat가 제5 전압 V5(=2.5V)로 향하여 서서히 상승한다.
이 충전 기간①에서, AC 어댑터(1O)에는 전류 제한이 걸리지 않기 때문에 휴대 전자 기기(20)에는 제1 전압 V1이 공급되어 있다. 제1 전압 V1과 전지 전압 Vbat의 차전압(V1-Vbat)은 제어 트랜지스터(22), 쇼트키 배리어ㆍ다이오드(schottky barrier diode)(27), 전류 검출 저항(26)에 분산되어 인가되어 있다. 쇼트키 배리어ㆍ다이오드(27), 전류 검출 저항(26)의 인가 전압은 작기 때문에 간단화하기 위해서 무시하면, 제어 트랜지스터(22)에서 소비되는 전력은 차전압(V1-Vbat)과 제1 예비 충전 전류치 Icl1의 곱으로 되어, 가장 클 때에도 도 5(a)와 같이 쇼트키 배리어ㆍ다이오드(27)의 전력소비 값이 275mW로 된다.
전지 전압 Vbat가 제5 전압 V5에 도달하면 제한 전류치 명령 회로(60)는 제2 명령치 CL2(=150mA)를 출력한다. 이 제2 예비 충전 기간②에서 정전압 제어 회로(40)는 충전 전류 Ichg가 제2 예비 충전 전류치 Icl2에 제한되도록 하여, 제어 트랜지스터(22)를 제어한다. 전지(21)에는 제2 예비 충전 전류치 Icl2가 흐르고, 전지 전압 Vbat가 제4 전압 V4(=3.3V)에 향하여 서서히 상승한다.
이 충전 기간②에서, AC 어댑터(10)에는 역시 전류 제한이 걸리지 않기 때문에 휴대 전자 기기(20)에는 제1 전압 V1이 공급되어 있다. 충전 기간①과 동일하게 계산하면 제어 트랜지스터(22)에서 소비되는 전력은 차전압(V1-Vbat)과 제2 예비 충전 전류치 Icl2의 곱으로 되어, 가장 클 때에 도 5(b)와 같이 450mW로 된다.
전지 전압 Vbat가 제4 전압 V4에 도달하면, 전지(21)의 예비 충전 기간①②는 종료하고, 계속해서 보다 큰 전류치로 충전을 행하고, 제1 정전류 충전 기간③에 들어간다. 그 제1 정전류 충전 기간③에의 이행은 전지 전압 Vbat가 제4 전압 V4에 도달한 것을 제한 전류치 명령 회로(60)가 검출하고 제3 명령치 CL3(=70OmA)를 출력함으로써 행해진다.
또한, 전지의 충전 개시시, 전지 전압 Vbat가 그다지 저하되지 않고, 제5 전압 V5 이상 또는 제4 전압 V4 이상인 경우 당연히 제1예비 충전 또는 제1, 제2 예비 충전은 행해지지 않는다.
제1 정전류 충전 기간③에서, 제3 명령치 CL3은 AC 어댑터(10)의 전류 제한치로 되는 어댑터 제한 전류치 Ilim보다 크게 설정되어 있고, 전지 전압 Vbat는 정전압 제어 회로(40)가 정전압 동작하는 제2 전압 V2에 도달하고 있지 않음으로써, AC 어댑터(10)로 어댑터 제한 전류치 Ilim에서의 전류 제한 동작이 기능한다. 또한, 제어 트랜지스터(22)는 완전 도통의 상태이다.
AC 어댑터(10)에서 전류 제한 동작이 행해짐에 따라, 그 직류 전압 Vad는 전지 전압 Vbat에 제어 트랜지스터(22)의 온 저항에 의한 전압 강하분, 쇼트키 배리어ㆍ다이오드(27)의 전압 강하분, 전류 검출 저항(26)의 전압 강하분을 합계한 전압α를 가산한 전압으로 된다. 따라서 직류 전압 Vad는 어댑터 제한 전류치 Ilim의 충전에 의한 전지 전압 Vbat의 상승과 함께 상승해간다.
제1 정전류 충전 기간③에서, 전압α 를 0.2v로 하고, 예컨대 이것이 전부 제어 트랜지스터(22)에 인가되었다고 가정해도, 제어 트랜지스터(22)에서 소비되는 전력은 전압α 와 어댑터 제한 전류치 Ilim의 곱으로 되어, 도 5(c)과 같이 120mW에 넘지 않는다.
그리고, 제1 정전류 충전 기간③에서 충전을 진행하여, 전지 전압 Vbat가 제2 전압 V2보다 조금 낮은 제3 전압 V3(약, 4.0V)에 근접하게 되면, 차동쌍의 제1, 제2 차동 트랜지스터(42,43)가 선형 동작 영역으로 들어온다. 선형 동작 영역으로 들어오기 이전의 전지 전압 Vbat가 낮은 구간에서 제1 차동 트랜지스터(42)는 차단 상태이고, 반대로 제2 차동 트랜지스터(43)가 완전 전통 상태이고, 전류원(41)의 정전류 I0는 전부 제2 차동 트랜지스터(43)에 흐르고 있다(I2=I0).
제1, 제2 차동 트랜지스터(42,43)가 선형 동작 영역으로 들어오면 전류원(41)의 정전류 I0는 양 차동 트랜지스터 각각의 베이스 전위에 따라, 양 차동 트랜지스터(42,43)에 전류 I1, I2로서 배분된다. 제1 차동 트랜지스터(42)의 전류 I1은 커런트 미러 회로의 입력측 트랜지스터(46)에 흐르고, 그 커런트 미러비(n:1)에 대응한 전류를 그 출력측 트랜지스터(48)에 흐르도록 동작한다.
출력측 트랜지스터(48)에 흐르는 전류가 제로인 구간에서, 정전류원(47)과의 접속점의 전위, 즉 차동 비교 출력 Smod는 항상 H 레벨이다. 출력측 트랜지스터(48)에 전류가 흐르면 차동 비교 출력 Smod는 L 레벨로 반전한다.
제한 전류치 명령 회로(60)는 차동 비교 출력 Smod가 L 레벨로 되는 것을 검지하여, 명령치를 제3 명령치 CL3(700mA)에서 제4 명령치 CL4(300mA)로 변경한다. 이 명령치 CL4로의 변경에 의해, 전류 제한 신호 발생 회로(50)로부터 전류 제한 신호 Slim가 정전압 제어 회로(40)에 부여되어, 제어 트랜지스터(22)에 제2 전류치 Icl4(300mA)를 가지고 제2 전류치 Icl4(300mA)로 전류 제한 동작이 행해진다. 이에 의해, 제2 정전류 충전 기간④이 시작된다. 이 때, AC 어댑터(1O)는 전류 제한 동작이 해제되어 그 직류 전압 Vad는 다시 제1 전압 V1에 복귀한다.
본 발명에서는 제1 정전류 충전 기간③으로부터 제2 정전류 충전 기간④으로의 전환 시점의 검출을, 정전압 제어를 행하기 위한 차동 비교 회로의 동작 상태의 변화에 근거하여 행한다. 따라서, 정전압 제어 회로(40)에서의 정전압 제어가 행해지는 시점 또는 그 직전의 시점을 정확하게 검출할 수 있다.
이 충전 기간④의 사이는, AC 어댑터(10)에는 전류 제한이 걸리지 않기 때문에 휴대 전자 기기(20)에는 제1 전압 V1이 공급된다. 충전 기간①②와 동일하게 계산하면 제어 트랜지스터(22)에서 소비되는 전력은 차전압(V1-Vbat)과 제2 전류치 Icl4의 곱으로 되고, 가장 클 때 도 5(d)와 같이 450mW로 된다. 이는 충전 기간②일 때의 소비 전력과 동일하다.
또한, 충전 기간④에서 제2 정전류 충전을 행하고 있을 때, 또한 충전이 진행되어 충전 전류 Ichg가 제2 전류치 Icl4보다 적어질 때, 자동적으로 정전압 충전 제어가 행해지게 된다.
여기서, 전지(21) 자체의 충전 제어로서는, 제1 예비 충전, 제2 예비 충전 및 제1 정전류 충전이 순차적으로 행해지는데 있어서, 본 발명과 같이 충전 전류 Ichg를 작게 한 제2 정전류 충전 기간④을 설정할 필요성은 없다.
그러나 이 제2 정전류 충전을 행하지 않는 경우(기간④'라 함)를 생각하면, 제1 정전류 충전 기간③이 종료되고, 정전압 제어 회로(40)에 의한 정전압 제어로 이행할 시, 충전 전류 Ichg는 거기까지의 값과 거의 동일한 전류(약 600mA)가 흐름과 동시에, AC 어댑터(10)의 직류 전압 Vad는 전류 제한이 걸리지 않기 때문에 제1 전압 V1로 된다(도 3의 파선으로 표시한 특성을 참조). 따라서 기간④'에서는 제어 트랜지스터(22)에는 도 5(e)와 같이 제1 전압 V1과 전지 전압 Vbat의 차전압(V1-Vbat)과 전류(약 60OmA)와의 곱의 소비 전력(약 900mW)이 손실로서 발생한다.
이 기간④'에서의 손실은 다른 기간①②의 손실에 비하여 큰 것이고, 제어 트랜지스터(22)를 파괴할 우려도 있다. 이 파괴를 피하기 위해서 제어 트랜지스터(22)로서 보다 큰 허용 손실의 것을 사용해야한다. 본 발명에서는 이와 같은 문제가 해결되고, 특히 예시하는 바와 같이 큰 충전 전류를 이용하는 고용량 배터리의 충전에 있어서 특히 효과가 크다.
또한, 제3 충전 기간③에서 제4 충전 기간④로의 전환은 AC 어댑터(10)에서의 정전류 충전이 종료되고 정전압 제어 회로(40)에서의 정전압 제어로 이행하는 시점 또는 그 직전에 행해지는 것이, 충전 시간의 단축과 제어 트랜지스터(22)의 파괴 방지의 측면에서 요구된다.
단지, 전지 전압 Vbat나 충전 전류 Ichg를 검출하고 이 전환점을 정확하게 검출한 것은 곤란하다. 본 발명에서는 정전압 제어를 행하기 위한 전류 차동 회로의 동작 상태의 변화 상황을 이용함으로써, 정전류 충전에서 정전압 제어로의 이행시점 또는 그 직전의 시점을 정확하게 검출할 수 있으며 적은 부가 회로를 사용해 서 실현할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 전류 제한 기능이 있는 정전압 직류 전원과 전류 제한치를 변경할 수 있는 정전압 회로를 직렬로 이용하여 전지를 충전하도록 하여, 전지의 충전 상태에 따라, 전류 제한 기능이 있는 정전압 직류 전원에 의한 전류 제한치의 전류로 충전하는 기간에 계속하여, 그 전류 제한치보다 작게 한 정전압 회로의 전류 제한치로 충전하는 기간을 설정함으로써, 전지의 충전 시간을 단축함과 동시에, 정전압 회로의 제어 트랜지스터에 요구된 허용 손실을 작게 할 수 있다.
또한, 정전압 회로의 전류 제한치를 정전압 직류 전원의 전류 제한치보다 작게 하기 위한 전지의 충전 상태의 검출을, 차동 비교 회로의 전류원의 전류치와 그 차동 비교 회로의 차동 출력의 비교에 의해 검출함으로써, 충전 시간의 단축 효과를 축소시키지 않고, 또한 정전압 회로의 제어 트랜지스터에서 소비되는 전력을 확실하게 절감할 수 있다.

Claims (6)

  1. 전원 제한 전류치로 전류 제한하고, 제1 전압으로 정전압 제어하는 직류 전원으로부터, 차동 비교 회로를 갖고 전류 제한치가 변경 가능하고 상기 전원 제한 전류치보다 큰 제1 전류치로 전류 제한하고, 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압으로 정전압 제어하는 정전압 제어부를 통하여, 상기 전원 제한 전류치의 충전 전류로 전지를 충전하고,
    상기 전지의 충전 전압을 상기 제2 전압에 대응하는 참조 전압과 상기 차동 비교 회로로 차동 비교하고,
    상기 충전 전압이 상기 참조 전압보다 낮은 상태로부터 상승하고 상기 차동 비교 회로가 선형 동작을 행하는 상태로 됐을 때, 상기 차동 비교 회로로부터 정전압 제어 신호와는 다른 차동 비교 출력을 발생하고,
    상기 차동 비교 출력에 의해 상기 전류 제한치를 상기 제1 전류치로부터 상기 전원 제한 전류치보다 작은 제2 전류치로 변경하는 것을 특징으로 하는 전지 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차동 비교 출력은, 상기 차동 비교 회로에 이용하는 전류원의 전류치에 관련된 상기 차동 비교에 의한 한 쪽의 전류와 다른 쪽의 전류의 비교에 의해 출력되는 것을 특징으로 하는 전지 충전 방법.
  3. 전원 제한 전류치로 전류 제한하고, 제1 전압으로 정전압 제어하는 직류 전원으로부터 전력을 공급받는 전지 충전 회로에 있어서,
    전지로의 충전 경로에 설치되고, 정전압 제어 신호에 의해 제어되는 제어 트랜지스터와,
    상기 전지의 충전 전압에 비례하는 전압과 참조 전압을, 전류원을 이용한 차동 비교 회로에 의해 차동 비교하여, 상기 충전 전압이 상기 제1 전압보다 낮은 제2 전압으로 되도록 상기 정전압 제어 신호를 출력함과 동시에, 상기 차동 비교의 한 쪽의 전류와 다른 쪽의 전류에 근거하여 차동 비교 출력을 발생하는 정전압 제어 회로와,
    상기 전지의 충전 전류와, 전류 제한치가 설정 변경 가능하고 상기 전원 제한 전류치보다 큰 제1 전류치로 설정되어 있는 전류 제한치를 비교하고, 상기 충전 전류가 상기 전류 제한치를 넘을 때 상기 정전압 제어 신호를 억압하는 전류 제한 신호 발생 회로를 구비하고,
    상기 정전압 제어 회로로부터 차동 비교 신호가 발생되면 상기 전류 제한치를 상기 제1 전류치로부터 상기 전원 제한 전류치보다 작은 제2 전류치로 설정 변경하는 것을 특징으로 하는 전지 충전 회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정전압 제어 회로는 상기 전류원의 전류에 비례한 신호와, 상기 차동 비교에 의한 전류에 비례한 신호를 비교하고, 상기 차동 비교 출력을 발생하는 것 을 특징으로 하는 전지 충전 회로.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전류원의 전류에 비례한 신호 및 상기 차동 비교에 의한 전류에 비례 한 신호 중 적어도 하나가 오프셋을 갖게 하는 것을 특징으로 하는 전지 충전 회로.
  6. 충전할 수 있는 전지와, 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전지 충전 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 휴대 전자 기기.
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