CN103378633A - 充电控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够减少过电流的充电控制电路。该充电控制电路具备：充放电电路，在来自输入电源的输入电流小于第1电流的情况下对电容器进行充电，在输入电流大于第1电流的情况下对电容器放电；放电电路，在输入电流大于比第1电流大的第2电流时对电容器放电；误差放大电路，对电容器的充电电压以及与输出电压的最大值相应的基准电压之中的较低的一方的电压、和与输出电压相应的反馈电压之间的误差进行放大；和驱动电路，按照误差变小的方式对升压电路的晶体管进行开关，该升压电路包括被供给输入电流的电感器、和在被导通时使电感器中流动的电感器电流增加的晶体管，并且在晶体管截止时电感器电流供给至端子从而使得输出电压上升。

Description

充电控制电路

技术领域

本发明涉及充电控制电路。

背景技术

对锂离子电池等电池(二次电池)进行充电的充电电路，一般在以恒流的方式对电池进行充电的恒流模式、或以恒压的方式对电池进行充电的恒压模式下进行动作(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2009-284585号公报

然而，在充电电路中，即便是电池未连接到充电电路的状态，为了驱动与充电电路的输出端子连接的负载(例如微型计算机等)，也会生成恒压。当这种充电电路的输出端子连接了具有充电余地的电池、即电池电压有所降低的电池时，过电流会从充电电路的输入侧流向电池。

发明内容

本发明正是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够减少过电流的充电控制电路。

为了达成上述目的，本发明的一个方面所涉及的充电控制电路，对充电电路进行控制，所述充电电路在连接有电池的端子生成用于从输入电源向所述电池充电的输出电压，所述充电控制电路具备：充放电电路，在来自所述输入电源的输入电流小于第1电流的情况下对电容器进行充电，在所述输入电流大于所述第1电流的情况下使所述电容器放电；放电电路，在所述输入电流大于第2电流时使所述电容器放电，所述第2电流比所述第1电流大；误差放大电路，对所述电容器的充电电压以及与所述输出电压的最大值相应的基准电压之中的较低的一个电压、各与所述输出电压相应的反馈电压之间的误差进行放大；和驱动电路，按照所述误差变小的方式使升压电路的晶体管进行开关动作，该升压电路包括被供给所述输入电流的电感器、和在被导通时使所述电感器中流动的电感器电流增加的晶体管，并且在所述晶体管截止时向所述端子供给所述电感器电流以使所述输出电压上升。

发明效果

可提供能够减少过电流的充电控制电路。

附图说明

图1是表示应用了本发明的充电电路10的概要的图。

图2是表示开关控制电路35的一例的图。

图3是用于说明端子G连接有电池15、16时的充电电路10的动作的图。

具体实施方式

根据本说明书以及附图的记载，至少可明确以下事项。

<<充电电路10的概要>>

图1是表示应用了本发明的充电电路10的结构的图。充电电路10是以恒流或恒压对2个单体的锂离子电池(以下简单称为电池)15、16进行充电的电路。另外，由于1个单体的锂离子电池的电压例如从2.4V变化到4.2V，因此在2个单体的电池15、16中产生的电压成为4.8V～8.4V。此外，充电电路10基于从例如USB(Universal Serial Bus)总线供给的电源17，对电池15、16进行充电。

充电电路10构成为包括充电控制IC(Integrated Circuit)20、电容器21～24、电感器25、以及电阻26。

充电控制IC20(充电控制电路)是通过对电感器25中流动的电感器电流IL进行控制由此生成比来自电源17的输入电压Vin(例如5V)还高的输出电压Vout的电路，构成为包括NMOS晶体管30～32、输入电流检测电路33、输出电流检测电路34、开关控制电路35、以及端子A～G。另外，NMOS晶体管31、32可以作为外带部件，NMOS晶体管32可以是二极管或PMOS晶体管。

对端子A施加来自电源17(输入电源)的输入电压Vin，并且连接有用于使输入电压Vin稳定化的电容器21。

NMOS晶体管30的漏极与端子A连接，源极与端子B连接。

输入电流检测电路33是对来自电源17的经由端子A所输入的输入电流Iin进行检测，生成随着输入电流Iin的增加而上升的电压Va(第2电压)的电路。另外，输入电流检测电路33采用电流检测电阻或NMOS晶体管30的电流反射镜电路等，对输入电流Iin进行检测。此外，输入电流检测电路33在输出电压Vout被升压时，将NMOS晶体管30处于完全导通状态的电压施加于NMOS晶体管30的栅极。

在端子B连接有电容器22和电感器25的一端，在端子C连接有电感器25的另一端、NMOS晶体管31的漏极、NMOS晶体管32的源极。此外，在被接地的端子F连接有NMOS晶体管31的源极。

因而，电感器25、NMOS晶体管31、32构成将输入电压Vin进行升压的升压斩波电路(升压电路)。具体而言，当NMOS晶体管32截止、NMOS晶体管31导通时，电感器25中流动的电感器电流IL增加。而且，当NMOS晶体管31截止、NMOS晶体管32导通时，电感器25中蓄积的能量经由端子G而向电容器24放出。因此，在端子G产生的输出电压Vout被升压。此外，在端子G连接有电池15、16。另外，电池15、16与端子G之间的开关SW实际上并没有设置，是为了容易理解电池15、16是否与端子G连接而描绘出的。此外，在端子G连接有以输出电压Vout进行动作的微型计算机等的负载(未图示)。

输出电流检测电路34是生成随着NMOS晶体管31中流动的电流Ib的增加而上升的电压Vb的电路。另外，输出电流检测电路34也与输入电流检测电路33同样地，采用电流检测电阻或NMOS晶体管31的电流反射镜电路等来检测电流Ib。

开关控制电路35基于电压Va、Vb、输出电压Vout，对NMOS晶体管31、32的开关进行控制。开关控制电路35如图2所示，构成为包括充放电电路50、放电电路51、判定电路52、以及开关电路53。另外，由于图2是用于说明开关控制电路35的详细的图，因此在图2中适当地省略了图1所示的端子A、NMOS晶体管30等。

充放电电路50在输入电流Iin小于充电电路10对电池15、16进行横流充电时的电流I1(第1电流)的情况下对电容器23进行充电，在输入电流Iin大于电流I1的情况下将电容器23放电。充放电电路50构成为包括寄存器60、偏置电压生成电路61、以及跨导放大器62。

寄存器60(存储电路)存储经由端子D而从微型计算机(未图示)发送的数据DA。另外，数据DA是表示电流I1的电流值的数据。

偏置电压生成电路61(电压生成电路)基于在寄存器60中保存的数据DA，生成与电流I1的电流值相应的电压V1(第1电压)。在本实施方式中，随着所设定的电流I1的电流值变高，电压V1的电压值也变高。

跨导放大器62以与输入电流Iin增加时则变高的电压Va、和表示电流I1的电压V1相应的电流，对电容器23进行充放电。具体而言，在电流Iin低于电流I1的情况下、即电压Va低于电压V1的情况下，跨导放大器62对电容器23进行充电。另一方面，在电流Iin高于电流I1的情况下、即电压Va高于电压V1的情况下，跨导放大器62将电容器23放电。此外，在这里，将电容器23的充电电压设为电压Vcap。

当输入电流Iin变得大于规定的电流I2(＞I1)时，放电电路51对电容器23进行放电。放电电路51构成为包括偏置电压生成电路70、比较器71、开关72、以及恒流电路73。

偏置电压生成电路70生成与电流I2(第2电流)的电流值相应的电压V2。另外，在本实施方式中，为使电流I2大于电流I1，而将电压V2的电压值设定得高于电压V1的电压值。

当电压Va变得高于电压V2时，比较器71(控制电路)将开关72接通，当电压Va变得低于电压V2时，比较器71(控制电路)将开关72断开。开关72的一端与电容器23连接，另一端与恒流电路73连接。因此，当开关72接通时，恒流电路73以恒流对电容器23的电荷进行放电。

判定电路52基于电压Vb来判定NMOS晶体管31中流动的电流Ib是否为过电流。具体而言，判定电路52是在电流Ib大于表示过电流的规定的电流I3(＞I2)的情况下判定电流Ib为过电流的电路。

开关电路53构成为包括：电阻90～92、基准电压电路93、运算放大器94、电容器95、以及驱动电路96。

电阻90、91对输出电压Vout进行分压来生成反馈电压Vfb，基准电压电路93生成与输出电压Vout的最大值(例如8.4V)相应的规定的基准电压Vref。

运算放大器94具有2个正相输入端子(+)、和1个反相输入端子(-)，输出与施加给2个正相输入端子(+)的每一个端子的电压之中的较低一方的电压与施加给反相输入端子(-)的电压之间的误差相应的电压。在此，对2个正相输入端子(+)之中的一个端子施加基准电压Vref，对另一个端子施加电压Vcap。因此，在电压Vcap低于基准电压Vref的情况下，电压Vcap与反馈电压Vfb之间的误差被放大，在基准电压Vref低于电压Vcap的情况下，基准电压Vref与反馈电压Vfb之间的误差被放大。在运算放大器94的输出连接有用于对开关电路53的反馈环的相位进行补偿的电阻92以及电容器95。另外，将电容器95的电压设为电压Vc。

在判定出电流Ib不是过电流的情况下，驱动电路96基于电压Vc的电平而以互补的方式使NMOS晶体管31和NMOS晶体管32进行开关动作。具体而言，驱动电路96对NMOS晶体管31、32进行开关，以便随着电压Vc的电平变高而输出电压Vout上升。此外，在判定出电流Ib是过电流的情况下，驱动电路96使NMOS晶体管31截止。另外，在NMOS晶体管31导通时流动的电流Ib大致等于输入电流Iin。因而，输入电流Iin的电流值以电流I3的电流值进行限制。

<<连接有电池15、16的状态下的充电电路10的动作>>

＝＝恒流充电＝＝

首先，说明电压Vcap低于基准电压Vref、且充电电路10以恒流的方式对电池15、16进行充电时的动作。

例如，当输入电流Iin随着电池15、16的充电电流的增加而变得大于电流I1时，电压Va变得比表示规定的电流I1的电压VI还高。由此，跨导放大器62对电容器23放电，因而电压Vcap降低。此外，由于当电压Vcap降低时电容器95被放电，因此输出电压Vout降低。当电池15、16的充电中用到的输出电压Vout降低时，电池15、16的充电电流减少，因此输入电流Iin也减少。这样，当输入电流Iin变得大于电流I1时，充电电路10使输入电流Iin减少。

另一方面，例如当输入电流Iin随着充电电流的减少而变得小于电流I1时，与上述的情况相反，输出电压Vout变高。其结果，充电电流以及输入电流Iin增加。这样，开关控制电路35按照输入电流Iin成为电流I1的方式，以恒流的方式对电池15、16进行充电。

然而，当电池15、16以恒流(电流I1)进行充电时，电池15、16的电池电压Vbat逐渐变高。在这种状态下，若假设输出电压Vout恒定，则充电电流以及输入电流Iin逐渐减少。但是，当电池电压Vbat逐渐变高、输入电流Iin减少时，开关控制电路35如上述那样使电压Vcap上升从而使输出电压Vout上升。其结果，即便是电池电压Vbat已上升的情况下，充电电路10也能够高精度地以恒流的方式对电池15、16持续充电。

＝＝恒压充电＝＝

如前所述那样，当以恒流的方式对电池15、16持续充电时，电池电压Vbat上升。而且，当电池电压Vbat接近于作为最大值的8.4V时，跨导放大器62按照输出电压Vout变得高于8.4V的方式对电容器23进行充电。其结果，电压Vcap变得比输出电压Vout为8.4V时的基准电压Vref还高。因而，在本实施方式中，当电池电压Vbat接近于作为最大值的8.4V时，开关电路53按照反馈电压Vfb的电平与基准电压Vref的电平相一致的方式，对NMOS晶体管31、32进行开关。也就是说，当充电电压Vbat变高时，充电电路10从以恒流的方式对电池15、16进行充电从而使输入电流Iin与电流I1相一致的恒流模式起，在以8.4V的输出电压Vout对电池15、16进行充电的恒压模式下动作。

<<电池15、16与端子G连接时的充电电路10的动作>>

其次，参照图3对充电余地充分的电池15、16与端子G连接时的充电电路10的动作进行说明。另外，图3是表示在电池15、16与端子G连接的前后的充电电路10的主要波形的图。此外，在本实施方式中，与端子G连接的微型计算机等的负载(未图示)的消耗电流比电流I1足够小。

在这种状态下，输入电流Iin小于电流I1，电压Va低于电压V1。因此，电容器62被跨导放大器62持续充电，电压Vcap(实线)上升到使跨导放大器62动作的电源电压Vdd的电平附近为止。此外，此时由于电压Vcap高于基准电压Vref(一点划线)，因此持续生成8.4V的输出电压Vout。

在时刻t1，如果在被施加了8.4V的输出电压Vout的端子G连接有例如电池电压Vbat为6V的电池15、16，则过电流从充电电路10的输入侧流向电池15、16。因而，输入电流Iin急剧增加。其中，如前所述那样，在本实施方式中，输入电流Iin以电流I3进行限制。此外，此时由于输入电流Iin大于电流I1，因此跨导放大器62开始电容器23的放电。进而，在此输入电流Iin变得大于电流I2(I1＜I2＜I3)。因此，图2中的开关72变成接通，恒流电路73也对电容器23放电。由此，电压Vcap急剧降低。另外，此时由于电压Vcap高于基准电压Vref，因此充电电路10以恒压模式进行动作。

而且，当在时刻t2电压Vcap变得低于基准电压Vref时，充电电路10开始恒流模式的动作。因而，输入电流Iin以成为电流I1的方式被控制。

以上，对作为本发明的一实施方式的应用了充电控制IC20的充电电路10进行说明。在本实施方式中，当产生过电流时，电容器23被跨导放大器62以及恒流电路73双方放电。因而，例如较之电容器23仅被跨导放大器62放电的情况，从恒压模式向恒流模式转变的时间变短。此外，当充电电路10以恒流模式进行动作时，输入电流Iin(充电电流)以电流I1进行限制。这样，在输入电流Iin成为过电流时，充电电路10能够缩短使输入电流Iin减少到电流I1为止的时间。因此，充电电路10能够减少过电流。

此外，虽然电容器23被恒流电路73放电，但是例如也可以利用开关72直接将电容器23的电荷放电。即便在这种情况下，也可减少过电流。

当利用开关72直接将电容器23放电时，输入电流Iin会变得过小，有时使输入电流Iin增加到电流I1会花费时间。当利用恒流电路73对电容器23放电时，能够防止电容器23的电压Vcap变得过低。因此，在这种情况下能够以更短的时间将输入电流Iin(充电电流)变为电流I1，因而能够缩短充电时间。

此外，电流I1是基于数据DA进行规定的。因此，充电电路10能够将充电电流(输入电流Iin)设为利用者所期望的值。

此外，当NMOS晶体管31中流动的电流Ib成为过电流(电流I3)时，驱动电路96关断NMOS晶体管31。因而，驱动电路96能够防止NMOS晶体管31等被过电流击穿。

另外，上述实施例用于容易理解本发明，并不是用于限定地解释本发明。本发明在不脱离其宗旨的情况下可以进行变更、改良，并且其等效方式也包含在本发明中。

符号说明

10    充电电路

15、16  电池

17    电源

20    充电控制IC

21～24、95  电容器

25    电感器

26、46、90～92  电阻

30～32  NMOS晶体管

33    输入电流检测电路

34    输出电流检测电路

35    开关控制电路

50    充放电电路

51    放电电路

52    判定电路

53    开关电路

60    寄存器

61、70  偏置电压生成电路

62    跨导放大器

71    比较器

72、SW  开关

73    恒流电路

93    基准电压电路

94    运算放大器

96    驱动电路

Claims (5)

1.一种充电控制电路，对充电电路进行控制，所述充电电路在连接有电池的端子生成用于从输入电源向所述电池充电的输出电压，

所述充电控制电路的特征在于，具备：

充放电电路，其在来自所述输入电源的输入电流小于第1电流的情况下对电容器进行充电，在所述输入电流大于所述第1电流的情况下使所述电容器放电；

放电电路，其在所述输入电流大于比所述第1电流大的第2电流时使所述电容器放电；

误差放大电路，其对所述电容器的充电电压以及与所述输出电压的最大值相应的基准电压之中的较低的一个电压、和与所述输出电压相应的反馈电压之间的误差进行放大；和

驱动电路，其按照所述误差变小的方式使升压电路的晶体管进行开关动作，所述升压电路包括被供给所述输入电流的电感器、和在被导通时使所述电感器中流动的电感器电流增加的所述晶体管，并且在所述晶体管截止时将所述电感器电流供给至所述端子从而使得所述输出电压上升。

2.根据权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，

所述放电电路包括：

开关，其按照在被接通时使所述电容器放电的方式与所述电容器连接；和

控制电路，其在所述输入电流大于所述第2电流时接通所述开关，在所述输入电流小于所述第2电流时关断所述开关。

3.根据权利要求2所述的充电控制电路，其特征在于，

所述放电电路还包括：恒流电路，其在所述开关接通时使所述电容器以恒电流放电。

4.根据权利要求1～3任一项所述的充电控制电路，其特征在于，

还具备：存储电路，其存储表示所述第1电流的大小的数据；和

电压生成电路，其生成与所述存储电路中存储的所述数据相应的第1电压，

所述充放电电路基于所述第1电压以及与所述输入电流相应的第2电压，在所述输入电流小于所述第1电流的情况下对所述电容器进行充电，在所述输入电流大于所述第1电流的情况下使所述电容器放电。

5.根据权利要求1～4任一项所述的充电控制电路，其特征在于，

还具备：判定电路，其判定所述晶体管中流动的电流是否大于第3电流，所述第3电流比所述第2电流大，

所述驱动电路在所述第1晶体管中流动的电流小于所述第3电流的情况下按照所述误差变小的方式使所述晶体管进行开关动作，在所述晶体管中流动的电流大于所述第3电流的情况下使所述晶体管截止。

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