JP2005261142A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の充電回路は、特定の外部電源に対応して作られているため、複数の特性の異なる外部電源からの充電が適切に行われなかった。
【解決手段】少なくとも第１外部電源と第２外部電源とに接続するコネクタと、第１外部電源への電流の逆流を防止する第１逆流防止手段および第２逆流防止手段と、第２外部電源への電流の逆流を防止する第３逆流防止手段と、第１外部電源または第２外部電源からの電流を制御しつつ２次電池へ出力する充電制御手段と、第１外部電源の有無を検出する電源検出手段と、電源検出手段からの指示により２次電池とシステム回路の間を接続状態または切断状態とする第４逆流防止手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電回路に関し、特に複数の外部電源を選択して充電を行う充電回路に関する。

充電可能な２次電池を搭載した電子機器を充電するための充電回路は広く知られるところである。一般的な充電回路としては、図７に示すものがある。７０１はコネクタ、７０２は外部電源、７０３は充電制御手段、７０４はシステム回路、７０５は２次電池である。
外部電源７０２は、充電電流を供給する。コネクタ７０１は、外部電源７０２を接続するためのものである。充電制御回路７０３は、外部電源７０２より供給された電流量を制御する。システム回路７０４は、充電制御手段７０３または２次電池７０５より電流供給を受けることにより動作する回路である。
外部電源７０２は、コネクタ７０１を介して充電制御手段７０３に接続される。充電制御手段７０３からの出力は、２次電池７０５およびシステム回路７０４に接続されている。

外部電源７０２が接続されていない状態では、システム回路７０４は、２次電池７０５より電流の供給を受け動作する。コネクタ７０１に外部電源７０２が接続されると、外部電源７０２は、コネクタ７０１を通して充電制御手段７０３に電流の供給を開始する。
携帯電話や携帯情報端末などに使われる一般的なリチウムイオン電池では、電池セルの破壊を防止するため、充電電流を制限する必要がある。充電制御手段７０３も、このような充電電流の制御を行う。例えば、容量６００ｍＡｈの電池を充電する場合、充電制御手段７０３は充電電流を最大６００ｍＡに設定し、出力する。

従って、図７の構成では、充電制御手段７０３の出力に２次電池７０５とシステム回路７０４とが両方接続されているため、充電制御手段７０３からの出力電流６００ｍＡは２次電池を充電する用途とシステム回路７０４を駆動する用途とに使われることになる。
この構成では、電流の供給経路は充電制御手段７０３を通る１つのみであるため、外部電源７０２から供給される電流量は充電制御手段で設定された６００ｍＡを越えることがない。近年広く用いられているインターフェース規格であるＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ
Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）は、規格により供給可能な電流が規定されている。このＵＳＢのインターフェースを外部電源７０２として使う場合に、システム回路７０４がそのＵＳＢの電流供給可能な範囲以下で動作するように設計された回路の場合、システム回路７０４の動作状態を気にする必要なしで充電を行える、という利点がある。

しかしながら、システム回路７０４がＵＳＢからの電流供給を前提として動作するように特別に設計された回路ではなく、一般的な回路であった場合は、説明してきたように、充電電流は、システム回路７０４の動作状態により変化することになる。
２次電池７０５への充電電流は、充電制御手段で設定された６００ｍＡからシステム回路７０４の消費電流を引いた値ということになり、システム回路７０４の消費電流が大きいほど充電電流が小さくなり、充電時間が長くなる。さらに、システム回路７０４の消費電流が６００ｍＡ以上の場合は全く充電が行われなくなる、といった欠点もある。

このような状況を防ぐためには、システム回路７０４の動作に制限を加え、消費電流を抑えるようにすれば良いが、実際には、携帯電話や携帯情報端末などの動作は複雑であるため、通常の使用時のいかなる場合においても常に消費電流を低く抑えるように制御を行
うことは困難である。また、消費電流を小さくする制御を行うということは、使用可能な機能が限定されるといったことに繋がる場合がある。例えば、携帯電話において、充電中に、大きな消費電流を必要とする機能である通話を行おうとしても、それが出来ないなどといった不都合が起こる可能性がある。

このような不具合を解決するために多くの提案をみるところである（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に示した従来技術を図８を用いて説明する。図８において、８０１は外部電源、８０２はＤＣプラグ、８０３はソケットコネクタ、８０３ａは第１の接続端子、８０３ｂは第２の接続端子、８０３ｃは可動切片、８０４は充電制御手段、８０５は２次電池、８０６はスイッチ手段、８０７と８０８とは抵抗、８０９はシステム回路、８１０は逆流防止手段である。
ＤＣプラグ８０２は、外部電源８０１を接続するためのものである。ソケットコネクタ８０３は、ＤＣプラグ８０２が接続されるものである。

外部電源８０１は、ＡＣアダプタが想定されており、ケーブルによりＤＣプラグ８０２に接続され、ソケットコネクタ８０３に挿入することにより電流を供給することができる。
ソケットコネクタ８０３の内部は、第１の接続端子８０３ａと第２の接続端子８０３ｂと可動切片８０３ｃとから構成される。第１の接続端子８０３ａは、正極側（以下ＶＣＣという）の接続端子であり、逆流防止手段８１０と充電制御手段８０４に接続されている。ここで、逆流防止手段８１０は、ダイオードが想定されている。
第２の接続端子８０３ｂは、負極側（以下ＧＮＤという）の接続端子である。可動切片８０３ｃは、第２の接続端子８０３ｂと接触する接点スイッチを構成しており、ＤＣプラグ８０２が挿入されていないときは、第２の接続端子８０２ｂと接触し、ＤＣプラグ８０２が挿入されているときは、第２の接続端子８０２ｂと離れるような機構となっている。可動切片８０３ｃは、抵抗８０８を介してスイッチ手段８０６を制御するようになっている。
特許文献１に示した従来技術において、スイッチ手段８０６は、ＰチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、単にＰＭＯＳＦＥＴと称する）が想定されている。以後スイッチ手段８０６は、ＰＭＯＳＦＥＴ８０６として説明する。

充電制御手段８０４の出力は、２次電池８０５およびＰＭＯＳＦＥＴ８０６のドレインに接続されている。ＰＭＯＳＦＥＴ８０６のソースは逆流防止手段８１０とシステム回路８０９と抵抗８０７とに接続されている。また、ＰＭＯＳＦＥＴ８０６のゲートは、抵抗８０７および抵抗８０８に接続されている。

ＤＣプラグ８０２が挿入されていない状態では、第２の接続端子８０３ｂと可動切片８０３ｃとは接触しており、ＰＭＯＳＦＥＴ８０６のゲートは、抵抗８０８を介してＧＮＤレベルとなっている。これにより、ＰＭＯＳＦＥＴ８０６は接続状態となり、２次電池８０５からシステム回路８０９へ電流が供給される。

ＤＣプラグ８０２が挿入されている状態では、逆流防止手段８１０を通してＰＭＯＳＦＥＴ８０６のソースは、ＶＣＣレベルとなっている。第２の接続端子８０３ｂと可動切片８０３ｃとは離れているため、ＰＭＯＳＦＥＴ８０６のゲートは、抵抗８０７によりＶＣＣレベルとなる。これにより、ＰＭＯＳＦＥＴ８０６は切断状態となり、外部電源８０１からの電流がＰＭＯＳＦＥＴ８０６を通して２次電池８０５に流れ込むことはない。

第１の接続端子８０３ａは充電制御手段８０４にも接続されている。ＤＣプラグ８０２
が挿入されている場合、充電制御手段８０４は外部電源８０１から供給された電流を制御し、一定の電流で２次電池８０５への充電を行う。この時、ＰＭＯＳＦＥＴ８０６は切断状態にあるため、充電電流の供給経路は充電制御手段８０４からのみであり、充電は制御された一定の電流のみで行われることになり、２次電池８０５が壊れることはない。

さらに、ＤＣプラグ８０２挿入時、システム回路８０９へ供給される電流と充電に使われる電流とが別々に供給されるため、システム回路８０９の消費電流量にかかわらず、最大の電流量で２次電池８０５へ充電を行うことができる。従って、充電時のシステム回路８０９の機能を制限したりする必要がなく、また、常に最短時間での充電を実現できる。

特開２００１−１９００３４号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、特許文献１に示した従来技術では、外部電源８０１からの電流供給量が充電電流とシステム回路８０９の消費電流との和となるため、流せる最大電流量を見積もることが困難である。
外部電源８０１としてＡＣアダプタのように供給能力に十分余裕のあるものを使用する場合は良いが、規格で電流供給量が規定されているもの、例えば、ＵＳＢのようなものを使う場合、システム回路８０９の動作状態によっては規定を超えてしまい、ＵＳＢのホスト側（例えば、パーソナルコンピュータ本体）を破損してしまう恐れがある。
例えば、５００ｍＡの電流制限があるＵＳＢから充電を行うとし、充電電流を４００ｍＡに設定した場合、システム回路８０９において消費電流を１００ｍＡ以下に抑えるという制御は非常に複雑なものとなる。逆にシステム回路８０９の動作に従って充電電流を制御する、といったことも考えられるが、これも困難である。

ＡＣアダプタのように供給電流に余裕を持ったものを使用できる電源と、ＵＳＢのように電流制限がある電源とを選択して充電を行う充電回路の場合は、図７に示す一般的な技術を採用すると、ＵＳＢからの充電時は、システム回路７０４の動作状態を制御しながら充電を行う必要がないという長所がある反面、ＡＣアダプタからの充電時は、余裕を持った充電電流が供給可能であるにもかかわらず、最短時間での充電ができないという問題がある。

一方、特許文献１に示す従来技術の構成を採用すると、ＡＣアダプタからの充電を選択した際には、システム回路８０９の動作状態にかかわらず最短時間での充電を行うことができるが、ＵＳＢからの充電を選択した際には、システム回路８０９の動作に複雑な制限を施さない場合には、システム回路８０９の動作状態により、ＵＳＢ規格における供給可能な電流量を越えてしまい、ＵＳＢのホスト側を壊してしまう恐れがある。

つまり、従来知られているどちらの技術を使った場合でも、特性の異なる複数の外部電源から、効率的で安全な充電を行うことができない、といった問題があった。

この問題を解決するために、本発明の目的は、供給電流に余裕を持った外部電源と供給電流に制限がある外部電源とを選択して充電を行う充電回路において、供給電流に余裕がある電源からの充電が選択された場合は、常に最大の充電電流で、最短時間で充電を行い、供給電流に制限がある外部電源からの充電が選択された場合には、システム回路への複雑な制御を行わなくとも外部電源を破壊することのない充電回路を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の充電回路は、下記に示す構造を採用する。

外部電源と、システム回路と、外部電源と接続可能なコネクタと、充電制御手段と、電源検出手段と、２次電池と、電流の逆流を防止する逆流防止手段と、を有する充電回路において、
逆流防止手段は、第１逆流防止手段と第２逆流防止手段と第３逆流防止手段と第４逆流防止手段とを有し、
第１逆流防止手段と第２逆流防止手段と第３逆流防止手段とは、外部電源への電流の逆流を防止し、第４逆流防止手段は、充電制御手段と２次電池への電流の逆流を防止し、
コネクタは、少なくとも第１外部電源と第２外部電源とに接続できる構造を有し、電源検出手段は、第１外部電源からの電圧供給の有無を検出し、充電制御手段は、第１外部電源または第２外部電源あるいはその両方からの電流を制御して２次電池への充電電流とし、
第１逆流防止手段と第２逆流防止手段とは、第１外部電源への電流の逆流を防止し、第３逆流防止手段は、第２外部電源への電流の逆流を防止し、第４逆流防止手段は、電源検出手段からの指示により２次電池とシステム回路との間を接続状態または切断状態とすることを特徴とする。

第３逆流防止手段は、電源検出手段からの指示により第外部電源と充電制御手段との間を接続状態または切断状態とすることを特徴とする。

充電制御手段は、電源検出手段からの指示により２次電池への充電電流の量を切り換えることを特徴とする。

本発明では、第１外部電源が接続されているときに第４逆流防止手段を切断状態とする。これにより、第１外部電源が接続されているときは、２次電池への充電電流は充電制御手段から行い、システム回路への駆動用電流は第１逆流防止手段を介して行い、別々の経路で供給することになる。
従って、第１外部電源を電流供給能力に十分余裕のあるものを使用すると、システム回路の動作状態にかかわらず、最大の充電電流で２次電池を充電することが可能となる。すなわち、充電時間を最短にすることができる。また、充電中のシステム回路の機能を制限する必要がないことから、制限手段を実現するための回路やソフトウェアによる複雑な処理を必要としない。

一方、第２外部電源のみ接続されているときは第４逆流防止手段を接続状態とする。これにより、充電制御手段からの出力が充電電流とシステム回路の駆動用電流に分割され電流が供給される。
従って、第２外部電源を電流供給能力に制限のあるものを使用すると、第２外部電源において必要とされる電流量は、充電制御手段から出力される電流量と等しくなり、第２外部電源から過剰な電流が流れることがない。すなわち、第２外部電源を破壊するといった危険を冒さずに安全に２次電池を充電することが可能となる。

以上のように、供給電流に余裕のある第１外部電源と電流制限を持つ第２外部電源を選択して充電を行う場合でも、それぞれの外部電源の特性に応じて、できるだけ短時間で、かつ、安全な充電を行うことができる。

さらに、接続される外部電源の特性により充電方式を切り換えることができるため、本発明の充電回路を搭載した機器は、従来に比べ多様な使用場所および充電元に対応できる。

以下図面により、本発明の実施の形態を詳述する。図１は、本発明における充電回路の第１の実施例を示すブロック図である。図２は、本発明における充電回路の第２の実施例を示すブロック図である。図３は、本発明における充電回路の第３の実施例を示すブロック図である。図４は、本発明における充電回路の電源検出手段を示す回路例である。図５は、本発明における充電回路の第１の実施例の充電制御手段を示す回路例である。図６は、本発明における充電回路の第３の実施例の充電制御手段を示す回路例である。

［構造、回路図の説明：図１］
まず図１を用いて本発明による充電回路の第１の実施例の詳細な動作を説明する。１は充電部、１０１はコネクタ、１０２は第１外部電源、１０３は第２外部電源、１０４は電源検出手段、１０５は充電制御手段、１０６はシステム回路、１０７は２次電池、１１１は第１逆流防止手段、１１２は第２逆流防止手段、１１３は第３逆流防止手段、１１４は第４逆流防止手段、１１４ａは第１ＰＭＯＳＦＥＴ、１１４ｂは第２ＰＭＯＳＦＥＴである。Ｓ１０１は電源入力信号、Ｓ１０２は充電出力信号、Ｓ１０３は第１電源入力信号、Ｓ１０４は指示信号である。充電部１は、第１外部電源１０２および第２外部電源１０３とシステム回路１０６との間に設けている。

コネクタ１０１は、第１外部電源１０２および第２外部電源１０３と接続可能なものである。電源検出手段１０４は、第１外部電源１０２の接続を検出する。充電制御手段１０５は、第１外部電源１０２あるいは第２外部電源１０３、もしくはその両方から供給される電流を制御して出力する。２次電池１０７は、本発明の実施の形態ではリチウムイオン電池を想定している。システム回路１０６は、２次電池１０７または第１外部電源１０２から電流の供給を受け動作する回路である。

第１逆流防止手段１１１と第２逆流防止手段１１２とは、第１外部電源１０２への電流の逆流を防止する。第３逆流防止手段１１３は、第２外部電源１０３への電流の逆流を防止する。本発明の第１の実施例では、第１逆流防止手段１１１、第２逆流防止手段１１２および第３逆流防止手段１１３としてはダイオードを用いる例を示している。

第４逆流防止１１４は、２次電池１０７とシステム回路１０６との間を切断状態あるいは接続状態とするものである。本発明の第１の実施例では、第４逆流防止手段１１４として、２個のＰＭＯＳＦＥＴを用いる例を示している。図示するように、第４逆流防止手段１１４は、第１ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ａと第２ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ｂとをソース同士が向かい合うように組み合わせたものを用いている。なお、ＭＯＳＦＥＴには、ソースおよびドレインに寄生ダイオードが存在する。第１ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ａと第２ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ｂとにもその寄生ダイオードを記号で示している。

第１外部電源１０２および第２外部電源１０３は、コネクタ１０１に接続する。第１外部電源１０２は、コネクタ１０１を介して第１逆流防止手段１１１および第２逆流防止手段１１２のアノードに接続する。同様に第２外部電源１０３は、コネクタ１０１を介して第３逆流防止手段１１３のアノードに接続する。

第１逆流防止手段１１１のカソードは、電源検出手段１０４の入力、システム回路１０６および第４逆流防止手段１１４の第２ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ｂのドレインに接続する。この信号を第１電源入力信号Ｓ１０３という。
電源検出手段１０４の出力は、第４逆流防止手段１１４のゲートに接続する。この信号を指示信号Ｓ１０４という。
第２逆流防止手段１１２のカソードは、第３逆流防止手段１１３のカソードおよび充電
制御手段１０５の入力に接続する。これを電源入力信号Ｓ１０１という。
充電制御手段１０５の出力は２次電池１０７および第４逆流防止手段１１４の第１ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ａのドレインに接続する。この信号を充電出力信号Ｓ１０２という。

［全体動作の説明：図１］
第１外部電源１０２、第２外部電源１０３のどちらも接続されていない時、電源入力信号Ｓ１０１には、電流が供給されないため２次電池１０７への充電は行われない。同時に、第１電源入力信号Ｓ１０３にも電流が供給されないので、電源検出手段１０４は、指示信号Ｓ１０４にＧＮＤレベルを出力する。これにより、第４逆流防止手段１１４のゲートがＧＮＤレベルとなる。第４逆流防止手段１１４のソースには、第１ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ａにある寄生ダイオードの働きにより、２次電池１０７の電圧がかかっている。本発明の実施の形態において、２次電池１０７はリチウムイオン電池を想定しているためこの電圧は３．０Ｖ〜４．２Ｖである。従って、第４逆流防止手段１１４は接続状態となり、２次電池１０７からシステム回路１０６に電流が供給されることになる。

本発明の第１の実施例において、第１外部電源１０２として、６．０Ｖ出力のＡＣアダプタを想定する。第１外部電源１０２のみがコネクタ１０１に接続されると、第１逆流防止手段１１１を通して第１電源入力信号Ｓ１０３が６．０Ｖとなる。
次に、電源検出手段１０４は第４逆流防止手段１１４に対し、６．０Ｖの指示信号Ｓ１０４を出力する。第４逆流防止手段１１４のソースは３．０Ｖ〜４．２Ｖなのでゲートの電圧が６．０Ｖである場合、第４逆流防止手段１１４は切断状態となる。これにより、第２ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ｂのドレインには６．０Ｖの電圧がかかった状態でも電流が第１ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ａのドレインへ逆流することはない。この状態では、システム回路１０６は２次電池１０７ではなく、第１外部電源１０２から直接電流の供給を受けて動作する。

第１外部電源１０２が接続されている時、第２逆流防止手段１１２を通して充電制御手段１０５へ電流が供給される。充電制御手段１０５は、電流、電圧を制御しながら２次電池１０７を充電する。この時、第４逆流防止手段１１４は切断状態であるため、２次電池１０７からシステム回路１０６へ電流が供給されることはなく、言い換えれば、２次電池１０７が消耗することなく、充電が行われる。また、第３逆流防止手段１１３の働きにより、第２外部電源側への電流の逆流も起こらない。

このような構成は、システム回路１０６を動作させながら、２次電池１０７を消耗せずに充電ができるので、ＡＣアダプタのような供給電流に余裕がある電源を接続する場合に有効である。

本発明の第１の実施例において、第２外部電源１０３として５．０Ｖ出力のＵＳＢのインタフェースを想定する。第２外部電源１０３がコネクタ１０１に接続されても、第２逆流防止手段１１２の働きにより、第１外部電源側への電流の逆流は起こらない。従って、電源検出手段１０４は指示信号Ｓ１０４にＧＮＤレベルを出力し、その結果、第４逆流防止手段１１４は、接続状態となる。同時に、第３逆流防止手段１１３を通して電源入力信号Ｓ１０１は、５．０Ｖとなり、充電制御手段１０５へ電流が供給され、充電制御手段１０５は、電流、電圧を制御しながら２次電池１０７を充電する。第４逆流防止手段１１４は接続状態のため、充電制御手段１０５からの充電出力信号Ｓ１０２は、システム回路１０６の動作用と２次電池１０７の充電用とに分割される。

このような構成は、第２外部電源１０３から、充電制御手段１０５の出力電流量と同量の電流しか供給する必要がないため、ＵＳＢのように規格などで供給可能な電流量が規定されている場合に有効である。

第１外部電源１０２および第２外部電源１０３の両方が接続されている場合は、第１外部電源１０２のみが接続されている場合と同様に、第４逆流防止手段１１４は切断状態となる。また、第１外部電源１０２は６．０ＶのＡＣアダプタであり、第２外部電源１０３は５．０ＶのＵＳＢであるため、充電制御回路１０５への電流の供給は、第１外部電源１０２から行われる。従って、第１外部電源１０２のみの接続時と同様の動作となる。

本発明の第１の実施例において、第１外部電源１０２であるＡＣアダプタの電圧を６．０Ｖ、第２外部電源１０３であるＵＳＢを５．０Ｖとしているのは、第３逆流防止手段１１３として、ダイオードを用いているため、両方の電源が接続されている時にも供給電流に余裕のある第１外部電源１０２を優先して使用する場合に、第１外部電源１０２の電圧を第２外部電源１０３の電圧より高くする必要があるためである。言い換えれば、第１外部電源１０２の電圧を第２外部電源１０３の電圧より高くすることにより、第３逆流防止手段１１３に複雑なスイッチを設ける必要がなく、ダイオードのみの簡単で安価な構成が実現できる。

以上が全体の動作説明であるが、引き続き電源検出手段１０４、充電制御手段１０５について本発明の第１の実施例における回路例および動作について説明する。

［電源検出手段の説明：図４］
図４において、４０１は電圧検出器、４０２は抵抗である。電圧検出器４０１のＶＣＣ端子には第１電源入力信号Ｓ１０３が接続している。電圧検出器４０１のＯＵＴ端子からは、指示信号Ｓ１０４が出力している。抵抗４０２は、ＶＣＣ端子とＯＵＴ端子との間に設けている。

電圧検出器４０１は、ＶＣＣ端子に３．５Ｖ以下の電圧が加わるとＯＵＴ端子にＧＮＤレベルを出力し、３．５Ｖ以上の電圧が加わるとＯＵＴ端子が、ハイインピーダンスになる回路を有している。従って、３．５Ｖ以上の電圧印加時は抵抗４０２の働きにより指示信号Ｓ１０４はＶＣＣレベルとなる。

電圧検出器４０１は、一般的に知られている電圧検出器（例えば、ローム社製の電圧検出用ＩＣ、型番：ＢＤ４８３５）によって構成されている。

第１外部電源１０２が接続されると、電圧検出器４０１のＶＣＣ端子が３．５Ｖ以上の６．０Ｖとなることにより、指示信号Ｓ１０４に６．０Ｖが出力されることになる。

本発明の第１の実施例では、検出電圧が３．５Ｖのものを用いているが、特に限定されるものではなく使用する外部電源の電圧未満であれば良い。

［充電制御手段の説明：図５］
図５において、５０１は充電制御器、５０２は抵抗である。充電制御器５０１のＶＣＣ端子には電源入力信号Ｓ１０１が接続している。ＢＡＴ端子からは充電出力信号Ｓ１０２が出力している。ＰＲＯＧ端子とＧＮＤ間には抵抗５０２が接続している。

充電制御器５０１は、ＶＣＣ端子に４．５Ｖ〜６．５Ｖの電圧を入力すると、設定された電流量の充電出力信号Ｓ１０２が出力され、定電流充電を行う。電池電圧が４．２Ｖ付近になったところで定電圧充電に切り替わり、充電出力信号Ｓ１０２の電流量が減少してゆく。充電出力信号Ｓ１０２の電流量が設定された電流量の１０％になると充電が終了する。充電出力信号Ｓ１０２の電流量の設定は、ＰＲＯＧ端子に接続する抵抗５０２により行う。

充電制御器５０１は、一般的に知られている充電制御器（例えば、リニアテクノロジー社製の充電制御用ＩＣ、型番：ＬＴＣ１７３３）によって構成されている。
ＬＴＣ１７３３における充電出力信号Ｓ１０２の電流量（単位：アンペア）は、（１．５／抵抗５０２値）×１０００という式に従い設定される。この式で、抵抗５０２値に３．０ｋΩを当てはめれば、（１．５／３０００）×１０００＝０．５Ａ＝５００ｍＡになる。充電出力信号Ｓ１０２の電流量を５００ｍＡに設定したい場合は、抵抗５０２を３ｋΩとすればよい。

充電出力信号Ｓ１０２の電流量を５００ｍＡに設定した場合、第１外部電源１０２が接続されると、充電制御器５０１は５００ｍＡを定電流で出力し、２次電池１０７への充電を開始する。この時、第４逆流防止手段１１４は切断状態のため、５００ｍＡ全てが充電のために使われる。２次電池１０７の電圧が４．２Ｖ付近になると、４．２Ｖでの定電圧充電に切り替わる。充電出力信号Ｓ１０２の電流量が減少して行き、５０ｍＡになったところで充電終了となる。

第２外部電源１０３のみが接続されている場合も同様に充電制御器５０１からは５００ｍＡの電流が出力されるが、第４逆流防止手段１１４が接続状態であるため、この５００ｍＡからシステム回路１０６の消費分を引いた電流が充電にまわされることになる。一部分がシステム回路１０６に消費されることにより、充電に要する時間が長くなるという違いはあるが、電池電圧が４．２Ｖ付近で定電圧充電に切り替わり、その後、充電出力信号Ｓ１０２の電流量が５０ｍＡ以下になると充電終了という動作に変わりはない。

［構造、回路図の説明：図２］
次に、図２を用いて本発明における第２の実施例の詳細な動作を説明する。本発明の第２の実施例と本発明の第１の実施例との違いは、第３逆流防止手段である。図２において、充電部２を構成する要素である第３逆流防止手段２１３以外の構成要素については、本発明における第１の実施例と同じであるために、その説明は省略する。

第２の実施例では、第３逆流防止手段２１３は、第２外部電源１０３と充電制御手段１０５との間を接続状態あるいは切断状態とするスイッチ手段である。
第３逆流防止手段２１３は、２個のＰＭＯＳＦＥＴをソース同士が向かい合うように組み合わせたものを用いており、第３ＰＭＯＳＦＥＴ２１３ａと第４ＰＭＯＳＦＥＴ２１３ｂとから構成している。第３逆流防止手段２１３にも、図１で示す第４逆流防止手段１１４と同じく、ＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを図示している。
電源検出手段１０４の出力である指示信号Ｓ１０４は、第３逆流防止手段２１３のゲート、第４逆流防止手段１１４のゲートに接続されている。

［全体動作の説明：図２］
第１外部電源１０２、第２外部電源１０３のどちらも接続されていない時は、電源入力信号Ｓ１０１および第１電源入力信号Ｓ１０３には電流が供給されず、第１の実施と同様の動作をするのでここでの説明は省略する。

本発明の第２の実施例として、第１外部電源１０２として、４．５Ｖ出力のＡＣアダプタを想定する。第１外部電源１０２のみがコネクタ１０１に接続されると、第１逆流防止手段１１１を介して第１電源入力信号Ｓ１０３が４．５Ｖとなる。
次に、電源検出手段１０４は第４逆流防止手段１１４に対し、４．５Ｖの指示信号Ｓ１０４を出力する。第４逆流防止手段１１４のソースは３．０Ｖ〜４．２Ｖなのでゲートの電圧が４．５Ｖである場合、第４逆流防止手段１１４は切断状態となる。これにより、第
２ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ｂのドレインには４．５Ｖの電圧がかかるが、第１ＰＭＯＳＦＥＴ１１４ａのドレインへ逆流することはない。この状態では、システム回路１０６は２次電池１０７からではなく、第１外部電源１０２から直接電流の供給を受けて動作する。

第１外部電源１０２が接続されている時、第２逆流防止手段１１２を通して充電制御手段１０５へ電流が供給される。充電制御手段１０５は、電流、電圧を制御しながら２次電池１０７を充電する。この時、第４逆流防止手段１１４は切断状態であるため、２次電池１０７からシステム回路１０６へ電流が供給されることはなく、言い換えれば、２次電池１０７が消耗することなく、充電が行われる。

第１外部電源１０２が接続されている時、第３逆流防止手段２１３のソースは、第４ＰＭＯＳＦＥＴ２１３ｂの寄生ダイオードの働きにより、４．５Ｖの電位となっている。さらに、指示信号Ｓ１０４が４．５Ｖであるため第３逆流防止手段２１３は切断状態となり、第２外部電源１０３側への電流の逆流は起こらない。

本発明の第２の実施例において、第２外部電源１０３としては５．０Ｖ出力のＵＳＢのインタフェースを想定する。第２外部電源１０３のみがコネクタ１０１に接続されている時、第３逆流防止手段２１３のソースは第３ＰＭＯＳＦＥＴ２１３ａの寄生ダイオードの働きにより、５．０Ｖの電位にある。第１外部電源１０２は接続されておらず、第３逆流防止手段２１３のゲートはＧＮＤレベルとなるため、第３逆流防止手段２１３は接続状態となり、電流が充電制御手段１０５へ供給され、充電制御手段１０５は、電流、電圧を制御しながら２次電池１０７を充電する。同時に、第４逆流防止手段１１４は、接続状態となる。この時、第２逆流防止手段１１２の働きにより、第１外部電源側１０２への電流の逆流は起こらず、電源検出手段１０４から出力される指示信号Ｓ１０４はＧＮＤレベルを保持することになる。そして、第１の実施例と同様に、充電制御手段１０５からの充電出力信号Ｓ１０２は、システム回路１０６の動作用と２次電池１０７の充電用とに分割される。

第１外部電源１０２および第２外部電源１０３の両方が接続されている場合は、第１外部電源１０２のみが接続されている場合と同様に、第３逆流防止手段２１３および第４逆流防止手段１１４は切断状態となる。従って、第１外部電源１０２のみ接続時と同様の動作となる。

本発明の第２の実施例における、電源検出手段１０４および充電制御手段１０５の詳細についても第１の実施例と同じであるので説明は省略する。

本発明の第２の実施例では、第３逆流防止手段２１３としてＰＭＯＳＦＥＴを用いているため、第１の実施例の第３逆流防止手段１１３にダイオードを使用している時のように、第１外部電源１０２の電圧を第２外部電源１０３の電圧より高く設定する必要がない。すなわち、第１外部電源１０２と第２外部電源１０３との選択範囲が広がるのである。

［構造、回路図の説明：図３］
次に、図３を用いて本発明における第３の実施例の詳細な動作を説明する。本発明の第３の実施例と第２の実施例との違いは、充電制御手段である。図３において、充電部３を構成する要素である充電制御手段３０５以外の構成要素については、本発明における第２の実施例と同じであるために、その説明は省略する。

第３の実施例では、充電制御手段３０５は、電源検出手段１０４からの指示により、充電電流を切り換える機能を持っている。
電源検出手段１０４の出力信号である指示信号Ｓ１０４は、第３逆流防止手段２１３のゲート、第４逆流防止手段１１４のゲートおよび充電制御手段３０５に接続されている。

［全体動作の説明：図３］
第１外部電源１０２、第２外部電源１０３のどちらも接続されていない時は、電源入力信号Ｓ１０１および第１電源入力信号Ｓ１０３への電流の供給は行われず、本発明の第１の実施例や第２の実施例と同様の動作をするのでここでの説明は省略する。

本発明の第３の実施例において、第１外部電源１０２として、６．０Ｖ出力のＡＣアダプタを想定する。しかし、第３逆流防止手段２１３は、本発明の第２の実施例で説明したとおり、第２外部電源１０３より低い電圧であってもかまわない。
第１外部電源１０２のみがコネクタ１０１に接続されると、第１逆流防止手段１１１を通して第１電源入力信号Ｓ１０３が６．０Ｖとなる。次に、電源検出手段１０４は第４逆流防止手段１１４に対し、６．０Ｖの指示信号Ｓ１０４を出力する。これにより、本発明の第２の実施例と同様に、第４逆流防止手段１１４は切断状態となり、システム回路１０６は２次電池１０７からではなく、第１外部電源１０２から直接電流の供給を受けて動作する。また、第３逆流防止手段２１３も切断状態となるので第２外部電源１０３への電流の逆流は起こらない。

第１外部電源１０２が接続されている時、第２逆流防止手段１１２を通して充電制御手段３０５へ電流が供給される。電源検出手段１０４からの指示信号Ｓ１０４が６．０Ｖであることにより、充電制御手段３０５は、第１外部電源１０２接続時の電流量を充電出力信号Ｓ１０２に出力し、２次電池１０７の充電を行う。

本発明の第３の実施例において、第２外部電源１０３としては５．０Ｖ出力のＵＳＢのインタフェースを想定する。第２外部電源１０３のみがコネクタ１０１に接続されている時、第３逆流防止手段２１３および第４逆流防止手段１１４は、本発明の第２の実施例と同様に、接続状態となる。充電制御手段３０５は、電源検出手段１０４からの指示信号Ｓ１０４がＧＮＤレベルであることにより、第２外部電源１０３接続時の電流量を充電出力信号Ｓ１０２に出力する。そして、本発明の第２の実施例と同様に、充電制御手段３０５からの充電出力信号Ｓ１０２は、システム回路１０６の動作用と２次電池１０７の充電用とに分割される。

第１外部電源１０２および第２外部電源１０３の両方が接続されている場合は、第１外部電源１０２のみが接続されている場合と同様に、第３逆流防止手段２１３および第４逆流防止手段１１４は切断状態となる。さらに、充電制御手段３０５は、第１外部電源１０２接続時の電流量を充電出力信号Ｓ１０２に出力する。

引き続き、電源検出手段１０４および充電制御手段３０５の回路例について図面をもとに説明する。本発明の第３の実施例における電源検出手段１０４は第１の実施例と同様であるので説明は省略する。

［充電制御手段の説明：図６］
本発明の第３の実施例における、充電制御手段３０５の回路例について図６を用いて説明する。５０１は充電制御器、６０２と６０３とは抵抗、６０４はスイッチ手段である。
本発明の第３の実施例のスイッチ手段６０４は、ＮチャンネルＭＯＳ型電界効果トランジスタ（以下、単にＮＭＯＳＦＥＴと称する）を用いるものとして説明する。以下スイッチ手段６０４は、ＮＭＯＳＦＥＴ６０４として説明する。

充電制御器５０１のＶＣＣ端子には電源入力信号Ｓ１０１が接続している。ＢＡＴ端子
からは充電出力信号Ｓ１０２が出力している。ＰＲＯＧ端子とＧＮＤとの間には、抵抗６０２と抵抗６０３とが直列に接続している。そして、ＮＭＯＳＦＥＴ６０４は、抵抗６０２と抵抗６０３との接続点とＧＮＤとの間に、抵抗６０３と並列に設けている。ＮＭＯＳＦＥＴ６０４のドレインは抵抗６０２と抵抗６０３との接続点に接続し、ソースはＧＮＤに接続している。ゲートは指示信号Ｓ１０４が印加する。

充電制御器５０１は、本発明の第１の実施例と同様に、一般的に知られている充電制御器（例えば、リニアテクノロジー社製の充電制御用ＩＣ、型番：ＬＴＣ１７３３）によって構成されている。従って、説明は省略する。

抵抗６０２、抵抗６０３およびＮＭＯＳＦＥＴ６０４は、第１外部電源１０２を接続した時と第２外部電源１０３のみを接続したときとで、充電出力信号Ｓ１０２の電流量を切り換える働きをする。第１外部電源１０２が接続されると、指示信号Ｓ１０４が６．０Ｖになる。これにより、ＮＭＯＳＦＥＴ６０４は接続状態となり、その結果、抵抗６０３はその両端が短絡されることで抵抗成分は無視され、充電制御器５０１のＰＲＯＧ端子とＧＮＤ間の抵抗値は抵抗６０２のみの値となる。

第２外部電源１０３のみが接続されると、指示信号Ｓ１０４はＧＮＤレベルとなり、ＮＭＯＳＦＥＴ６０４は切断状態となる。その結果、充電制御器５０１のＰＲＯＧ端子とＧＮＤ間の抵抗値は抵抗６０２の値と抵抗６０３との値の和となる。

例えば、抵抗６０２および抵抗６０３に１．５ｋΩを使用したとすると、第１外部電源１０２が接続されたときは、充電制御器５０１のＰＲＯＧ端子に１．５ｋΩの抵抗が接続されていることになり、充電出力信号Ｓ１０２に１０００ｍＡを出力する。
第２外部電源１０３のみが接続されたときは、充電制御器５０１のＰＲＯＧ端子に３．０ｋΩの抵抗が接続されていることになり、充電出力信号Ｓ１０２に５００ｍＡの電流が出力されることになる。

このように、接続される電源により、充電出力信号Ｓ１０２の電流量は変化するが、充電制御手段３０５の動作は、本発明の第１の実施例と第２の実施例と同様である。

以上の説明の通り、本発明の第３の実施例では、第１の実施例の機能に加えて、接続される電源により充電電流の量を切り換えることが可能である。
仮に２次電池１０７に容量１０００ｍＡという大きなものを使いたい時、第１外部電源１０２からの充電においては、充電電流を１０００ｍＡに切り換え可能としておけば、最短時間での充電が可能となる。

以上のように、本発明の充電回路は、接続される外部電源により充電方式を切り換えるので、さまざまな異なる特性の外部電源に対応することができる。これにより、携帯機器に必須とされる場所を選ばない使用および充電を実現することができる。

本発明の充電回路は、接続される電源の特性により充電方式を切り換えることができるため、さまざまな場所で使用される或いはさまざまな電源から充電する必要のある電子機器に適用することができる。特に２次電池を搭載し、充電の機会が多い携帯機器には好適である。

本発明における充電回路の第１の実施例を示すブロック図である。 本発明における充電回路の第２の実施例を示すブロック図である。 本発明における充電回路の第３の実施例を示すブロック図である。 本発明における充電回路の電源検出手段を示す回路例である。 本発明における充電回路の第１の実施例における充電制御手段を示す回路例である。 本発明における充電回路の第３の実施例における充電制御手段を示す回路例である。 従来技術による充電回路を示すブロック図である。 従来技術による充電回路を示すブロック図である。

符号の説明

１ 充電部
２ 充電部
３ 充電部
１０１ コネクタ
１０２ 第１外部電源
１０３ 第２外部電源
１０４ 電源検出手段
１０５ 充電制御手段
１０６ システム回路
１０７ ２次電池
１１１ 第１逆流防止手段
１１２ 第２逆流防止手段
１１３ 第３逆流防止手段
１１４ 第４逆流防止手段
３０５ 充電制御手段
４０１ 電圧検出器
５０１ 充電制御器

Claims (3)

1. 外部電源と、システム回路と、該外部電源と接続可能なコネクタと、充電制御手段と、電源検出手段と、２次電池と、電流の逆流を防止する逆流防止手段とを有する充電回路において、
   前記逆流防止手段は、第１逆流防止手段と第２逆流防止手段と第３逆流防止手段と第４逆流防止手段とを有し、
   前記第１逆流防止手段と前記第２逆流防止手段と前記第３逆流防止手段とは、前記外部電源への電流の逆流を防止し、前記第４逆流防止手段は、前記充電制御手段と前記２次電池への電流の逆流を防止し、
   前記コネクタは、少なくとも第１外部電源と第２外部電源とに接続できる構造を有し、前記電源検出手段は、前記第１外部電源からの電圧供給の有無を検出し、前記充電制御手段は、前記第１外部電源または前記第２外部電源あるいはその両方からの電流を制御して前記２次電池への充電電流とし、
   前記第１逆流防止手段と前記第２逆流防止手段とは、前記第１外部電源への電流の逆流を防止し、前記第３逆流防止手段は、前記第２外部電源への電流の逆流を防止し、前記第４逆流防止手段は、前記電源検出手段からの指示により前記２次電池と前記システム回路との間を接続状態または切断状態とすることを特徴とする充電回路。
2. 前記第３逆流防止手段は、前記電源検出手段からの指示により前記第２外部電源と前記充電制御手段との間を接続状態または切断状態とすることを特徴とする請求項１に記載の充電回路。
3. 前記充電制御手段は、前記電源検出手段からの指示により前記２次電池への充電電流の量を切り換えることを特徴とする請求項１または２に記載の充電回路。

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