JP2007124740A - 充電回路、電子装置、及び充電回路の電流制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充電電流制御ＦＥＴの発熱を正確に抑え、ひいては装置自体の発熱をも正確に抑えることが可能な充電回路、その充電回路を備えた電子装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路であって、負荷電流の絶対値を検出し、絶対値と所定の閾値とを比較し、比較の結果、絶対値が閾値より大きい場合、少なくとも１以上の電池を充電回路から切り離すように制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、外部電源から定電圧給電される定電流充電タイプの充電回路、電子装置、及び充電回路の電流制御方法に関する。

従来技術として、外部電源から定電圧給電される定電流充電タイプの充電回路の構成例を図５に示し、以下に説明する。

図５において、外部から端子１へ定電圧化された電流が供給される。この電流はダイオード２を介して充電電流制御部（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ／以下、充電電流制御ＦＥＴという）３へ供給される。以下、充電電流制御ＦＥＴ３はｎチャンネルタイプとして説明する。

制御部７は、電流検出器４からの信号により充電電流を検出する。制御部７は、ソースとドレイン間に流れる電流値、すなわち電流検出器４からの信号を検出し、検出した信号からソースとドレイン間に流れる電流があらかじめ決められた一定電流値になるように充電電流制御ＦＥＴ３のゲート電圧を変化調整する。すなわちこれが定電流充電タイプの動作である。また、電流検出器４は、この検出器の両端の電位差は無い構成とする。

外部から端子１へ給電される定電圧化された電流は、負荷側に流れ込む電流ＩＬと、電池側に流れ込む電流ＩＢとに分流し、電流ＩＢは電池６の充電に供される。電池６は電流ＩＢにより充電され、電池電圧ｂが上昇する。

このような従来の充電回路の構成の場合、充電電流制御ＦＥＴ３により電流ＩＬと電流ＩＢの合計電流は定電流化されているため、負荷の電流ＩＬが大きい場合は、相対的に電池充電の電流ＩＢが減少する。すなわち電池電圧ｂはゆるやかに上昇し、充電電流制御ＦＥＴ３のドレインとソース間の電位差aは、図２においてＡに示すように、ゆるやかに減少することになる。

このとき、図２に示すように充電電流制御ＦＥＴ３の両端の電位差ａが大きい時間が多いため、図３に示すようにＦＥＴ３の発熱は大きく温度上昇も激しい。従って、充電回路部分は高温となり、この充電回路を備えた電子装置の筐体表面も高温となり易く、装置の使用者へ不快感や不安感を与えるという問題があった。

従来技術例として、複数の動作モードに最適な充電制御を行うと共に、ＡＣアダプタの容量を超えそうなときに、小電流充電あるいは充電停止して電圧ドロップの発生を防止できる「バッテリ制御装置」がある（例えば、特許文献１参照）。また、別の従来技術例として、外部電源の大型化ならびに機器の使い勝手の悪化を招くことなく、内蔵した複数組の電池を最適に充電することができる「電池可動電子機器およびその充電制御方法」がある（例えば、特許文献２参照）。
特開平０７−２４１０４７号公報 特許第２７７８７７２号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の発明は、電圧ドロップにより負荷に流れる電流を二次的に検出するものであり、一般的にはユーザ自身が市場で購入したＡＣアダプタを使用する場合もあり、ＡＣアダプタは個々のばらつきも大きいので、電圧ドロップの値の測定では負荷電流の検出の正確性は低くなり、正確に発熱を抑えることはできない。
一方、上記特許文献２記載の発明は、負荷電流を検出して電池容量を切り替える機能を有していないので、例えば２つの電池が並列に接続されている場合、一方の電池が充電されず、ユーザの利便性が低いという問題がある。

以上のことから、負荷電流について正確に絶対値を検出し、適切に電池容量を切り替えることにより、正確に発熱を抑えることができる充電回路が望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の電池を並列に接続した充電回路において、検出した負荷電流ＩＬの絶対値に応じて、適切に電池容量を切り替えることにより、充電電流制御ＦＥＴの発熱を正確に抑え、ひいては装置自体の発熱をも正確に抑えることが可能な充電回路、その充電回路を備えた電子装置、及びその充電回路の電流制御方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路であって、負荷電流の絶対値を検出し、絶対値と所定の閾値とを比較し、比較の結果、絶対値が閾値より大きい場合、少なくとも１以上の電池を充電回路から切り離すように制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路であって、電池に対応して設けられたスイッチ手段と、負荷電流の絶対値を検出する負荷電流検出手段と、絶対値と所定の閾値とを比較し、比較の結果、絶対値が閾値より大きい場合、少なくとも１以上の電池を充電回路から切り離すようにスイッチ手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、比較の結果、絶対値が閾値に満たない場合、少なくとも１以上の電池を充電回路に接続するように制御することを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の充電回路を有することを特徴とする。

請求項５記載の発明は、少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路の電流制御方法であって、負荷電流の絶対値を検出し、絶対値と所定の閾値とを比較し、比較の結果、絶対値が閾値より大きい場合、少なくとも１以上の電池を充電回路から切り離すように制御することを特徴とする。

請求項６記載の発明は、少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路の電流制御方法であって、負荷電流の絶対値を検出する負荷電流検出ステップと、絶対値と所定の閾値とを比較し、比較の結果、絶対値が閾値より大きい場合、少なくとも１以上の電池を充電回路から切り離すように、電池に対応して設けられたスイッチ手段を制御する制御ステップと、を有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の発明において、制御ステップにて、比較の結果、絶対値が閾値に満たない場合、少なくとも１以上の電池を充電回路に接続するように制御することを特徴とする。

本発明によれば、充電電流制御ＦＥＴの発熱を正確に抑え、ひいては装置自体の発熱をも正確に抑えることが可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

本発明は、携帯端末等の電子装置に使用される充電回路である。また、本発明は、複数の電池を並列に接続し、外部電源から定電圧給電される定電流タイプの充電回路であり、あらかじめ決められた負荷電流ＩＬの大きさに応じて電池の一つもしくは一部の電池容量のみを接続して充電することにより、電池容量を変更することができる構成である。この構成では、充電中でも充電電流制御ＦＥＴ３の温度上昇を減少せしめることが可能であり、ひいては装置自体の筐体表面温度の上昇を抑えることができる。

図１において、制御部７により制御されるスイッチ８は、複数の電池が並列に構成されたうちの一部の電池６−２を充電回路から切り離し、充電する電池容量を減少せしめる。このように負荷容量に応じて電池容量を減少させることができる構成とすれば、充電電流制御ＦＥＴ３の両端の電位差aは急速に減少し、充電電流制御ＦＥＴ３の発熱量すなわち温度上昇を抑えることができる。

本発明によれば、負荷電流により充電する電池容量を減少せしめているので、電池電圧が比較的急速に上昇し、充電電流制御ＦＥＴ３のドレインとソース間の電位差ａが急速に減少することから、充電電流制御ＦＥＴ３の発熱を抑え、ひいては装置自体の発熱をも正確に抑えることが可能となる。

図１は、本発明の一実施例である充電回路の構成を示す図である。また、本実施例では、図１に示す充電回路を備える電子装置を、携帯電話等の携帯端末装置とする。なお、既に上記にて従来構成の図５を用いて各構成を説明しており、図１においても同様の説明であるので省略する。図１において、上記従来構成の図５と異なる部分のみ説明する。

図１において、電池は電池６−１と電池６−２の２つが並列に接続されている。電池６−１と電池６−２とを合わせた電池容量は、携帯端末に必要とされる電池容量と同等とする。すなわち、従来構成と比較すれば、電池６−１と電池６−２とを合わせた電池容量は、従来構成である図５の電池６と同じ電池容量である。

電流ＩＢは、それぞれ電流ＩＢ−１と電流ＩＢ−２に分流する。更に電池６−２には電流ＩＢ−２が電池６−２に流れ込まないようにスイッチ８を設けている。すなわち電池６−２はスイッチ８の動作により充電回路から切り離されることができる。このスイッチ８は、制御部７の制御により、接続／非接続（以下、ＯＮ／ＯＦＦと記す）の動作が可能である。

負荷５に流れ込む負荷電流ＩＬは、負荷電流検出器９により検出される。負荷電流検出器９は、正確に負荷電流ＩＬの絶対値を検出する。これは、従来技術（例えば特許文献１）のように、電圧ドロップによる２次的な検出方法であると、検出の正確性が低くなり、発熱の危険性があり、Product Liability（ＰＬ）の問題になりかねない。本実施例では、この負荷電流検出器９により正確に負荷電流ＩＬの絶対値を検出できるため、正確に電池容量を切り替え、正確に発熱を抑えることができる。

制御部７は、負荷電流検出器９から負荷５に流れ込む負荷電流ＩＬの絶対値を受け取った後、この絶対値と、予め決められた閾値Ｉｔｈとを比較する。制御部７は、比較の結果、負荷電流ＩＬの絶対値が所定の閾値Ｉｔｈ未満であると判断した場合、スイッチ８をＯＮとし、電池６−２の電池へ充電されるように制御する。すなわち、合計の電池容量は図５で説明した従来構成と同等である。一方、負荷電流ＩＬの絶対値が所定の閾値Ｉｔｈよりも大きいと判断した場合、制御部７は、スイッチ８をＯＦＦとし、電池６−２には電流が流れないように（充電されないように）制御する。

ここで、負荷電流ＩＬがあらかじめ決められた閾値Ｉｔｈよりも大きく、スイッチ８をＯＦＦしたときの動作を詳述する。
充電電流ＩＢは、電池６−２へは流れずに全て電池６−１へ流れ込み、電池電圧ｂは急速に上昇する。よって、図２において、Ｂに示す通り充電電流制御ＦＥＴ３のドレインとソース間の電位差ａは、従来構成のときのＡに比較して急速に減少する。すなわち端子１へは外部から定電圧給電されるため、充電電流制御ＦＥＴ３のドレイン側は一定電圧である一方、ソース側は電池電圧ｂと同等なので、電位差ａは急速に減少することになる。

充電電流制御ＦＥＴ３の発熱はドレインとソース間に流れる電流と、ドレインとソース間の電位差ａの両方に比例する。本実施例では定電流タイプの充電回路を対象としており、定電流タイプの充電回路ではいかなる電池容量と負荷電流ＩＬであってもドレインとソース間の電流は一定である。従って、ＦＥＴ３の発熱へ影響するのはドレインとソース間の電位差ａである。従って、電位差ａが急速に減少するために、図３に示すＦＥＴ３の発熱量はＢに示すように、従来構成のＡに比較して低いという効果を得ることができる。

一方、負荷電流ＩＬがあらかじめ決められた閾値Ｉｔｈよりも低い場合について説明する。
端子１へ給電される電流は負荷電流ＩＬが小さいのでほとんど電池充電電流ＩＢへ供される。ここで、電池６−１と電池６−２との合計の電池容量の充電が必要となるが、充電電流ＩＢが大きいので電池電圧ｂの上昇もはやく、ＦＥＴの電位差ａも急速に小さくなり発熱量は小さい。従って、負荷電流ＩＬがあらかじめ決められた閾値Ｉｔｈよりも低いときにはスイッチ８をＯＮとしても発熱量は小さいので問題ない。また、スイッチ８をＯＮとすることにより、電池６−１と電池６−２の両方の電池に十分充電ができるので利便性も高いというメリットがある。

次に、本実施例の充電回路の動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、負荷電流ＩＬの閾値Ｉｔｈを制御部７の記憶部（図示せず）へあらかじめ記憶させ、適時読み出しできる状態とする（ステップＳ１）。制御部７は、負荷電流検出器９から信号線１０の信号により負荷電流ＩＬの絶対値を受け取り（ステップＳ２）、所定の負荷電流ＩＬの閾値Ｉｔｈを記憶部から読み出し、負荷電流ＩＬの絶対値と比較する（ステップＳ３）。比較の結果、負荷電流ＩＬの絶対値が閾値Ｉｔｈよりも大きい場合は（ステップＳ３／ＹＥＳ）、制御部７は、スイッチ８をＯＦＦに制御する（ステップＳ４）。一方、負荷電流ＩＬの絶対値が閾値Ｉｔｈに満たない場合は（ステップＳ３／ＮＯ）、スイッチ８をＯＮに制御する（ステップＳ５）。以降は、負荷電流ＩＬの変化と閾値Ｉｔｈの関係を比較するため、ステップＳ４及びステップＳ５の後、ステップＳ２の負荷電流ＩＬの検出を繰り返す。

以上説明したように、本実施例の充電回路によれば、負荷電流の絶対値を検出し、閾値との比較結果に基づいて、充電する電池容量を減少せしめているので、電池電圧が比較的急速に上昇し充電電流制御ＦＥＴ３のドレインとソース間の電位差ａが急速に減少することから、ＦＥＴ３の発熱を抑えることができる。また、携帯端末装置自体の発熱をも抑えることが可能となる。

上記実施例１では、図１において、あらかじめ決められた閾値Ｉｔｈより負荷電流ＩＬが大きい場合、制御部７がスイッチ８をＯＦＦ制御することにより、電池６−２を充電回路から切り離すようにしたが、別の実施例として、図１において、６−１にもスイッチを設け、スイッチ８に対する制御と同様にＯＦＦ制御し、全ての電池（図１では６−１及び６−２）を切り離すようにしてもよい。なお、携帯端末の一例である携帯電話では、負荷にバースト動作をする無線部を有しており、急激な負荷変動による無線特性劣化を防ぐために小容量でも電池を充電回路すなわち無線部への給電回路に接続するのが普通である。よって、このような場合は実施例１の制御を用いるのがよい。

以上、本発明の実施例について説明したが、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。

本発明は、外部から定電供給される定電流タイプの充電回路全般及びその充電回路を備える電子装置全般に適用できる。

本発明の実施例である充電回路の構成を示す図である。 時間と電位差との関係を示すグラフである。 時間と発熱量との関係を示すグラフである。 本発明の実施例である充電回路の動作を示すフローチャートである。 従来の充電回路の構成を示す図である。

符号の説明

１ 端子
２ ダイオード
３ 充電電流制御ＦＥＴ
４ 電流検出器
５ 負荷
６、６−１、６−２ 電池
７ 制御部
８ スイッチ
９ 負荷電流検出器
ＩＬ、ＩＢ 電流

Claims (7)

1. 少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路であって、
   負荷電流の絶対値を検出し、該絶対値と所定の閾値とを比較し、該比較の結果、該絶対値が該閾値より大きい場合、前記少なくとも１以上の電池を前記充電回路から切り離すように制御することを特徴とする充電回路。
2. 少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路であって、
   前記電池に対応して設けられたスイッチ手段と、
   負荷電流の絶対値を検出する負荷電流検出手段と、
   該絶対値と所定の閾値とを比較し、該比較の結果、該絶対値が該閾値より大きい場合、前記少なくとも１以上の電池を前記充電回路から切り離すように前記スイッチ手段を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする充電回路。
3. 前記比較の結果、前記絶対値が前記閾値に満たない場合、前記少なくとも１以上の電池を前記充電回路に接続するように制御することを特徴とする請求項１又は２記載の充電回路。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の充電回路を有することを特徴とする電子装置。
5. 少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路の電流制御方法であって、
   負荷電流の絶対値を検出し、該絶対値と所定の閾値とを比較し、該比較の結果、該絶対値が該閾値より大きい場合、前記少なくとも１以上の電池を前記充電回路から切り離すように制御することを特徴とする充電回路の電流制御方法。
6. 少なくとも１以上の電池が並列に接続され、外部電源からの定電圧給電により充電を行う充電回路の電流制御方法であって、
   負荷電流の絶対値を検出する負荷電流検出ステップと、
   該絶対値と所定の閾値とを比較し、該比較の結果、該絶対値が該閾値より大きい場合、前記少なくとも１以上の電池を前記充電回路から切り離すように、前記電池に対応して設けられたスイッチ手段を制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする充電回路の電流制御方法。
7. 前記制御ステップにて、前記比較の結果、前記絶対値が前記閾値に満たない場合、前記少なくとも１以上の電池を前記充電回路に接続するように制御することを特徴とする請求項５又は６記載の充電回路の電流制御方法。

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