JP3992999B2 - 充電電流検出回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は充電電流検出回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、携帯機器が急激に普及しており、これら携帯機器の長時間動作の要求に対応して高精度な充電電流検出回路への要望が高まっている。長時間動作させるためには被充電電池の最大蓄積電力(満充電)まで充電した段階で充電をストップさせる必要がある。充電電流検出回路は充電電流量で満充電を判定し、充電をストップさせる機能を担っているが、この判定精度が悪いと被充電電池の最大蓄積電荷以上の電力を充電してしまう可能性があるため、安全を見越して満充電前に充電をストップする設定にする必要が生じ、結果として携帯機器の動作時間が短くなってしまう。充電電流判定精度が充電電流検出回路の最重要スペックである。満充電の判定は、充電電流が所定電流以下になったことを検出することにより行う。
【0003】
図5は従来の充電電流検出回路の構成を示すブロック図である。図5において、1は外部電源端子、2は電池端子、3は出力端子、4は被充電電池、5は充電電流検出用抵抗、6は増幅器、15は充電を完了するときの充電電流値に対応した値であるリファレンスデータ、16はA/Dコンバータ、17は加算器、18はCPUである。
【0004】
以下、従来の充電電流検出回路について図5を参照しながら動作を説明する。
【0005】
外部電源端子1から充電電流ICHGが、充電電流検出用抵抗5を通過して被充電電池4に供給される。そこで、充電電流検出用抵抗5の抵抗値Rと充電電流ICHGの積により充電電流検出電圧ΔVin(=ICHG×R)を検出することができる。つまり、外部電源端子1と電池端子2との間の電位差として、充電電流検出電圧ΔVin(=ICHG×R)が得られる。
【0006】
しかし、充電電流検出電圧ΔVinは、数mVと非常に小さい値であり、そのまままでは充電電流判定を行うことが困難であるため、増幅器6により充電電流検出電圧ΔVinをα(増幅度)倍に増幅する必要がある。
【0007】
この増幅器6の出力電圧ΔVoは、
ΔVo=α×ΔVin
で表されるが、この電圧ΔVoをCPU18で制御されているA/Dコンバータ16に入力してデジタル値に変換し、A/Dコンバータ16の出力デジタル値を、リファレンスデータ15と加算器17で比較し、その結果を出力端子3に出力する。
【0008】
ここで、加算器17の構成および動作について具体的に説明する。例えば、A/Dコンバータ16が8bitで、0Ah(hは16進数を意味する)までA/D出力が小さくなったら充電を止めると仮定すると、リファレンスデータには、−0Ahを入れておき、その加算データが正の値の間は充電を続行し、負の値になったら充電を停止させるという動作を行う。
【0009】
図5では、加算器17は、加算後のデータの極性(±)を示す1bitのデータを出力する端子を出力端子3として備えている。
【0010】
上記が理想的な充電電流検出回路の動作であるが、実際には増幅器6の入力直流オフセット電圧ΔVoffsetが充電電流検出電圧ΔVinに加算された状態で増幅器6にて増幅される。そのため、増幅器6の出力電圧ΔVoは
ΔVo=α×(ΔVin+ΔVoffset)
となる。
【0011】
入力直流オフセット電圧ΔVoffsetは、充電電流検出電圧ΔVinとほぼ同等の絶対値があり、このままでは検出精度が悪くなる。入力直流オフセット電圧ΔVoffsetは、増幅器6の内部の入力差動トランジスタの相対誤差が原因であり、1つの製品あたりの絶対値は固定であるが、各製品毎にばらつきが生じる。
【0012】
そこで、製品出荷時に各製品毎に入力直流オフセット電圧ΔVoffsetを測定し、入力直流オフセット電圧ΔVoffsetの測定結果を考慮して正確な充電動作の停止ポイントをデジタルデータでリファレンスデータ15として内部に書き込むことで対策している。この動作を実現するため、リファレンスデータ15、A/Dコンバータ16、加算器17、CPU18が必要となっている。
【0013】
以上の構成で、入力直流オフセット電圧ΔVoffsetの影響をなくし正確な充電電流検出を実現している。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の回路構成では、増幅器6の入力直流オフセット電圧ΔVoffsetには温度に起因した変動があるため、増幅器6の出力電圧ΔVoに温度変動が発生してしまう。そのため、製品出荷時に上記調整を行っても、実際の充電中には、周囲温度変化の影響で充電電流検出精度が悪化するという欠点がある。
【0015】
また、製品出荷時に各製品毎に入力直流オフセット電圧ΔVoffsetを測定し、正確な充電動作の停止ポイントをデジタルデータであるリファレンスデータ15として内部に書き込むことが必要なため、製品出荷時に調整のための工数が必要なことと、精度向上のためにリファレンスデータ15、A/Dコンバータ16、加算器17、CPU18が必要となって回路規模が増加し、コストがかさむという欠点とを有していた。
【0016】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、温度変動がなく高精度で、製品出荷時の調整工程が不要で、コストの安い充電電流検出回路を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の第1の充電電流検出回路は、アナログ値を用いた充電電流検出回路であって、被充電電池と直列に接続された充電電流検出用抵抗と、一方および他方の入力端子間に加えられる電圧を増幅する増幅器と、第1の位相で増幅器の一方および他方の入力端子間に零電圧を入力し、第2の位相で増幅器の一方および他方の入力端子間に充電電流検出用抵抗の両端に現れる充電電流検出電圧を入力する第1のスイッチと、増幅器の出力端子に現れる電圧を記憶する電圧記憶素子と、増幅器の出力端子に一端が接続され電圧記憶素子に他端が接続されて第1および第2の位相の何れか一方で閉じて増幅器の出力端子に現れる電圧を電圧記憶素子に書き込ませる第2のスイッチと、増幅器の出力端子に一端が接続されて第1および第2の位相の何れか他方で閉じる第3のスイッチと、第3のスイッチの他端に現れる電圧に充電動作の停止ポイントを規定するリファレンス電圧を加算した電圧と電圧記憶素子の記憶電圧とを比較する比較器と、比較器の出力を保持するラッチ回路とを備えている。
【0018】
この構成によれば、充電電流検出電圧が入力される状態における増幅器の出力端子の電圧にリファレンス電圧を加算した電圧と、零電圧が入力される状態における増幅器の出力端子の電圧とを比較器で比較することになる。その結果、充電電流検出電圧が入力される状態における増幅器の出力端子の電圧に現れる増幅器の入力オフセット電圧による誤差分が、零電圧が入力される状態における増幅器の出力端子の電圧に現れる増幅器の入力直流オフセット電圧による誤差分でキャンセルされることになる。したがって、充電電流検出の際に増幅器の入力直流オフセット電圧の影響を排除することができる。したがって、充電電流検出結果に増幅器の入力直流オフセット電圧による温度変動が生じることがなくなり、高精度に充電電流検出を行うことが可能となる。
【0019】
また、従来例のような製品出荷時の調整工程が不要であり、しかも精度向上のためにA/D変換器、CPU、リファレンスデータ、加算器などの部品は不要でコストの安い充電電流検出回路を得ることができる。
上記構成においては、電圧記憶素子が容量素子であることが好ましい。
本発明の第2の充電電流検出回路は、被充電電池と直列に接続された充電電流検出用抵抗と、一方および他方の入力端子間に加えられる電圧を増幅する増幅器と、第1の位相で増幅器の一方および他方の入力端子間に零電圧を入力し、第2の位相で増幅器の一方および他方の入力端子間に充電電流検出用抵抗の両端に現れる充電電流検出電圧を入力する第1のスイッチと、増幅器の出力端子に一端を接続し他端を固定電位とした容量素子と、増幅器の出力端子に一端が接続されて容量素子の一端に他端が接続され第1および第2の位相の何れか一方で閉じて増幅器の出力端子に現れる電圧を容量素子に与える第2のスイッチと、増幅器の出力端子に一端が接続されて第1および第2の位相の何れか他方で閉じる第3のスイッチと、第3のスイッチの他端に現れる電圧に充電動作の停止ポイントを規定するリファレンス電圧を加算した電圧と容量素子の一端の電圧とを比較する比較器と、比較器の出力を保持するラッチ回路とを備えている。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図1を用いて説明する。
【0021】
図1は本発明の実施の形態における充電電流検出回路の構成を示すブロック図である。図1において、1は外部電源端子、2は電池端子、3は出力端子、4は被充電電池、5は充電電流検出用抵抗、6は増幅器、7は比較器、8は容量素子などの電圧記憶素子、9は第1の位相で電池端子2側に切り替わり、第2の位相で外部電源端子1側に切り替わる切替スイッチ、10は第1の位相で閉じるスイッチ、11は第2の位相で閉じるスイッチ、12はラッチ回路、13はクロック発生回路、14は充電を完了するときの充電電流値に対応した電圧(負値)であるリファレンス電圧である。
【0022】
以下、充電電流検出回路について動作を説明する。外部電源端子1から充電電流ICHGが、充電電流検出用抵抗5を通過して被充電電池4に供給される。充電電流検出用抵抗5の抵抗値Rと充電電流ICHGの積により充電電流検出電圧ΔVin(=ICHG×R)を検出することができる。つまり、外部電源端子1と電池端子2との間の電位差として、充電電流検出電圧ΔVin(=ICHG×R)が得られる。
【0023】
まず、第1の位相において、切替スイッチ9により増幅器6の両入力端子をショートすると、零電圧が入力される、つまり、増幅器6の両入力端子にともに電池端子4の電圧が入力されることになるため、増幅器6の出力電圧ΔVo1は
ΔVo1=α×ΔVoffset
となる。この値を第1の位相で閉じるスイッチ10を介して電圧記憶素子8に入力する。
【0024】
つぎに、第2の位相において、切替スイッチ9により増幅器6の両入力端子間に、充電電流検出電圧ΔVin(=ICHG×R)を与える。このとき、増幅器6の出力電圧ΔVo2は
ΔVo2=α×(Vin+ΔVoffset)
となる。このとき、スイッチ10は開いているので、スイッチ10の両端の電圧差ΔVoaveは
ΔVoave=ΔVo2−ΔVo1=α×Vin
となり、増幅器6の入力直流オフセット電圧ΔVoffsetの影響は相殺されてなくなる。
【0025】
そして、この電圧差ΔVoaveとリファレンス電圧14とを第2の位相で閉じるスイッチ11を介して加算し、比較器7の一方の入力端子間に入力する。比較器7の他方の入力端子には、電圧記憶素子8に現れる電圧が入力される。これにより、比較器7は増幅器6の入力直流オフセット電圧ΔVoffsetの影響を受けることなく、高精度な比較動作を実現できる。そして、比較器7の出力をラッチ回路12が第2の位相が終わるタイミングでラッチして出力端子3より出力する。
【0026】
ここで、比較器7における比較動作について、図2の等価回路図を参照しながら具体的に説明する。図2においては、増幅器6、リファレンス電圧14および電圧記憶素子8を電圧源で表している。ここで、電圧記憶素子8の電圧をΔVo1とし、増幅器6の電圧をΔVo2とし、リファレンス電圧14を−α・Vin0とする。ただし、
ΔVo1=α・ΔVoffset
ΔVo2=α・(Vin+ΔVoffset)
である。
【0027】
充電電流がまだ大きいとき、つまりVin>Vin0のときは、比較器7の上側入力端子の電圧(ΔVo2−α・Vin0)は、比較器7の下側入力端子の電圧ΔVo1より大きい。
【0028】
充電が進んで、Vin=Vin0となったときに、比較器7の上側入力端子の電圧(ΔVo2−α・Vin0)は、比較器7の下側入力端子の電圧ΔVo1と同じになり、比較器7の出力が反転する。
【0029】
ここで、第1の位相および第2の位相を設定する信号はクロック発生回路13により生成されて、切替スイッチ9と、スイッチ10,11とラッチ回路12とに与えられる。第1の位相と第2の位相とは交互に繰り返される。S1は第1の位相でアクティブとなる信号であり、S2は第2の位相でアクティブとなる信号である。
【0030】
図3に図1の充電電流検出回路の各部のタイミング図を示す。図3には、クロック発生回路13から出力される信号S1,S2と、切替スイッチ9およびスイッチ10,11の状態と、ラッチ回路12のラッチタイミングとが示されている。図3では、信号S1がローで信号S2がハイのときに、切替スイッチ9が外部電源端子1側に切り替わり、スイッチ10がオフで、スイッチ11がオンとなっている。信号S1がハイで信号S2がローのときに、切替スイッチ9が電池端子2側に切り替わり、スイッチ10がオンで、スイッチ11がオフとなっている。ラッチ回路12のラッチタイミングは、信号S2がハイからローに切り替わるタイミングである。なお、図3のタイミング図では、信号S1と信号S2とがちょうど逆相になって、両信号S1,S2のハイ区間の間に休止期間はなかったが、休止期間があってもよい。
【0031】
また、図1の各部の電流・電圧の充電の進行に伴う時間的変化を図4に示す。図4には、信号S1と、充電電流ICHGと、増幅器6の出力と、比較器7の上側入力、下側入力および出力と、ラッチ回路12のラッチタイミングと、出力端子3の状態とが示されている。
【0032】
図4では、充電電流は時間の経過とともに徐々に減少している。増幅器6の出力は、信号S1がローのときには充電電流に対応した電圧となり、信号S1がハイのときにはオフセット電圧になる。比較器7の上側入力は信号S1がローのときに増幅器6の出力が入力され、信号S1がハイのときは不定となる。比較器7の下側入力は、つねに電圧記憶素子8の保持電圧(オフセット電圧)となる。比較器7の出力は、信号S1がローのときは、上側入力と下側入力の比較結果に応じた値となり、信号S1がハイのときは不定となる。ラッチ回路12のラッチタイミングはこの例では、信号S1がローからハイに変化するタイミング(信号S2がハイからローに変化するタイミング)である。出力端子3の値は、ラッチタイミングに同期して変化する。
【0033】
この構成を採用することにより、増幅器6の入力直流オフセット電圧ΔVoffsetの影響を相殺してしまうので、入力オフセット電圧ΔVoffsetの温度依存性も相殺できる。
【0034】
また、入力オフセット電圧ΔVoffsetの影響がないため、製品出荷時の調整・書き込み工程が不要となり、併せて、回路規模を大きくする要因となるリファレンスデータ15、A/Dコンバータ16、加算器17、CPU18が不要となり、コスト低下が図れることとなる。
【0035】
なお、増幅器6の両入力端子をショートするときに、増幅器7の入力端子に与える電圧は外部電源電圧1でも電池電圧2でも、またその他のリファレンス等の電圧でもよい。つまり、任意の電圧を与えることができる。
【0036】
また、第1の位相と第2の位相、および、充電電流検出電圧ΔVinを増幅器6に与える位相と増幅器6の入力端子をショートする位相は、どちらの組み合わせでも同様の効果が得られる。つまり、上記の実施の形態では、スイッチ10は第1の位相で閉じ、スイッチ11は第2の位相で閉じる構成としたが、逆にスイッチ10が第2の位相で閉じ、スイッチ11が第1の位相で閉じる構成としてもよい。
【0037】
【発明の効果】
以上のように、本発明の充電電流検出回路によれば、充電電流検出電圧が入力される状態における増幅器の出力端子の電圧にリファレンス電圧を加算した電圧と、零電圧が入力される状態における増幅器の出力端子の電圧とを比較器で比較することになる。その結果、充電電流検出電圧が入力される状態における増幅器の出力端子の電圧に現れる増幅器の入力オフセット電圧による誤差分が、零電圧が入力される状態における増幅器の出力端子の電圧に現れる増幅器の入力直流オフセット電圧による誤差分でキャンセルされることになる。したがって、充電電流検出の際に増幅器の入力直流オフセット電圧の影響を排除することができる。したがって、充電電流検出結果に増幅器の入力直流オフセット電圧による温度変動が生じることがなくなり、高精度に充電電流検出を行うことが可能となる。
【0038】
また、従来例のような製品出荷時の調整工程が不要であり、しかも精度向上のためにA/D変換器、CPU、リファレンスデータ、加算器などの部品は不要でコストの安い充電電流検出回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における充電電流検出回路の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態の充電電流検出回路の動作を説明するための等価回路図である。
【図3】本発明の実施の形態の充電電流検出回路の動作を示すタイミング図である。
【図4】本発明の実施の形態の充電電流検出回路の動作を示すタイミング図である。
【図5】従来の充電電流検出回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 外部電源端子
2 電池端子
3 出力端子
4 被充電電池
5 充電電流検出用抵抗
6 増幅器
7 比較器
8 電圧記憶素子
9 切替スイッチ(第1のスイッチ)
10 スイッチ(第2のスイッチ)
11 スイッチ(第3のスイッチ)
12 ラッチ回路
13 クロック発生回路
14 リファレンス電圧
15 リファレンスデータ
16 A/Dコンバータ
17 加算器
18 CPU
Claims (3)
- アナログ値を用いた充電電流検出回路であって、
被充電電池と直列に接続された充電電流検出用抵抗と、
一方および他方の入力端子間に加えられる電圧を増幅する増幅器と、
第1の位相で前記増幅器の一方および他方の入力端子間に零電圧を入力し、第2の位相で前記増幅器の一方および他方の入力端子間に前記充電電流検出用抵抗の両端に現れる充電電流検出電圧を入力する第1のスイッチと、
前記増幅器の出力端子に現れる電圧を記憶する電圧記憶素子と、
前記増幅器の出力端子に一端が接続され前記電圧記憶素子に他端が接続されて前記第1および第2の位相の何れか一方で閉じて前記増幅器の出力端子に現れる電圧を前記電圧記憶素子に書き込ませる第2のスイッチと、
前記増幅器の出力端子に一端が接続されて前記第1および第2の位相の何れか他方で閉じる第3のスイッチと、
前記第3のスイッチの他端に現れる電圧に充電動作の停止ポイントを規定するリファレンス電圧を加算した電圧と前記電圧記憶素子の記憶電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の出力を保持するラッチ回路とを備えた充電電流検出回路。 - 前記電圧記憶素子が容量素子であることを特徴とする請求項1記載の充電電流検出回路。
- 被充電電池と直列に接続された充電電流検出用抵抗と、
一方および他方の入力端子間に加えられる電圧を増幅する増幅器と、
第1の位相で前記増幅器の一方および他方の入力端子間に零電圧を入力し、第2の位相で前記増幅器の一方および他方の入力端子間に前記充電電流検出用抵抗の両端に現れる充電電流検出電圧を入力する第1のスイッチと、
前記増幅器の出力端子に一端を接続し他端を固定電位とした容量素子と、
前記増幅器の出力端子に一端が接続されて前記容量素子の前記一端に他端が接続され前記第1および第2の位相の何れか一方で閉じて前記増幅器の出力端子に現れる電圧を前記容量素子に与える第2のスイッチと、
前記増幅器の出力端子に一端が接続されて前記第1および第2の位相の何れか他方で閉じる第3のスイッチと、
前記第3のスイッチの他端に現れる電圧に充電動作の停止ポイントを規定するリファレンス電圧を加算した電圧と前記容量素子の前記一端の電圧とを比較する比較器と、
前記比較器の出力を保持するラッチ回路とを備えた充電電流検出回路。
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