JP4546445B2 - 充電式電源装置及び半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、サイン波充電器または負荷が接続される充電式電源装置、及び、その充電式電源装置におけるバッテリを制御する半導体装置に関する。

近年、携帯用の電子機器が普及している。この電子機器はバッテリによって動作している。バッテリが正常に動作しない場合、ユーザが移動先で電子機器を使用できなくなったり、不測の事故が発生したりすることがあるので、バッテリの充放電は監視されている（例えば、特許文献１参照）。

バッテリが充電されている場合、バッテリの電圧が過充電状態を検出する時の過充電検出電圧以上になり、過充電状態を確定するために必要な過充電確定時間が経過すると、バッテリの過充電状態が確定し、充電が禁止される。

バッテリが放電している場合、バッテリの電圧が過放電状態を検出する時の過放電検出電圧未満になり、過放電状態を確定するために必要な過放電確定時間が経過すると、バッテリの過放電状態が確定し、放電が禁止される。その後、充電式電源装置内部の一部の回路の動作が停止し、充電式電源装置の消費電力が低くなる。この状態を、パワーダウン状態という。このパラーダウン状態に移行するか否かを監視するＶＭ端子が充電式電源装置に設けられていて、ＶＭ端子の電圧がパワーダウン電圧以上になると充電式電源装置はパワーダウン状態に移行し、ＶＭ端子の電圧がパワーダウン電圧未満になると充電式電源装置はパワーダウン状態が解除される。

また、パワーダウン状態でバッテリに充電器が接続されると、パワーダウン状態が解除され、充電が開始される。バッテリの電圧が過放電検出電圧以上になり、過放電状態の解除を確定するために必要な過放電解除確定時間が経過すると、バッテリの通常状態が確定し。さらに充電が進むと、バッテリの電圧は過充電検出電圧以上になり、過充電確定時間が経過すると、バッテリの過充電状態が確定する。
特開２００１−１７８０１１号公報

ここで、バッテリを充電する充電器はサイン波充電器であり、過放電解除確定時間はサイン波充電器の充電電圧の１／２周期よりも長いとする。この時、充電式電源装置がパワーダウン状態に移行していて、そのバッテリをサイン波充電器が充電した場合、バッテリの電圧が過放電検出電圧を超えても、超えている時間が過放電解除確定時間よりも短いので、過放電解除確定時間が必ず経過しないことになってしまう。よって、バッテリの過放電状態が解除されなくなるので、充電が止まらなくなっているにも拘らずに過充電状態が検出されなくなってしまう。なお、この時、図４に示すように、パワーダウン状態の移行及び解除が繰り返されている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、サイン波充電器によってバッテリを充電してもバッテリの過充電状態を正確に検出することができる充電式電源装置及び半導体装置を提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、サイン波充電器または負荷が接続される充電式電源装置において、バッテリと、前記バッテリの電圧が過充電状態を検出する時の過充電検出電圧以上になったことを検出する過充電検出回路と、前記バッテリの電圧が過放電状態を検出する時の過放電検出電圧未満になったことを検出し、前記バッテリの電圧が前記過放電検出電圧以上になったことを検出する過放電検出回路と、前記過充電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過充電状態を確定するために必要な過充電確定時間が経過したか否かをカウントし、前記過放電検出電圧未満の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電状態を確定するために必要な過放電確定時間が経過したか否かをカウントし、前記過放電状態で前記過放電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電状態の解除を確定するために必要な過放電解除確定時間が経過したか否かをカウントし、前記サイン波充電器の充電電圧の１／２周期が前記過放電解除確定時間よりも短い場合で、前記過放電状態で前記過放電検出電圧を超えて前記過充電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電解除確定時間を０秒にする遅延回路と、前記バッテリの充電及び放電の経路に設けられ、前記過充電状態が確定した場合、充電を禁止する第一スイッチング素子と、前記第一スイッチング素子と直列に前記バッテリの充電及び放電の経路に設けられ、前記過放電状態が確定した場合、放電を禁止し、前記過放電状態の解除が確定した場合、放電の禁止を解除する第二スイッチング素子と、を備えていることを特徴とする充電式電源装置を提供する。

本発明では、サイン波充電器の充電電圧の１／２周期が過放電解除確定時間よりも短い場合で、過放電状態で過放電検出電圧を超えて過充電検出電圧以上のバッテリの電圧が検出された場合、遅延回路が過放電解除確定時間を０秒にするので、過放電状態の解除が瞬時に確定し、第二スイッチング素子が放電の禁止を解除する。よって、サイン波充電器によってバッテリが充電されたりサイン波のようなノイズが充電電圧にのったりしても、バッテリの過放電状態が解除されるので、バッテリが過充電状態になれば、その過充電状態が正確に検出される。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

まず、充電式電源装置について説明する。図１は、充電式電源装置の回路ブロック図である。

充電式電源装置は、ＥＢ（＋）端子及びＥＢ（−）端子を備えている。また、充電式電源装置は、バッテリ１、抵抗２、ＦＥＴ３Ａ、ＦＥＴ３Ｂ及びバッテリ制御回路４を備えている。

リチウムイオンバッテリ等のバッテリ１は、ＥＢ（＋）端子及びＥＢ（−）端子に接続されたサイン波充電器（図示せず）によって充電されるかＥＢ（＋）端子及びＥＢ（−）端子に接続された負荷（図示せず）を駆動するかする。バッテリ制御回路４は、ＶＤＤ端子及びＶＳＳ端子の電圧に基づいて寄生ダイオードを有するＦＥＴ３Ａ及び寄生ダイオードを有するＦＥＴ３Ｂをオンオフ制御し、バッテリ１の充電及び放電を制御する。ＣＯ端子に接続されたＦＥＴ３Ａは、オフすることによって充電制限を行い、ＤＯ端子に接続されたＦＥＴ３Ｂは、オフすることによって放電制限を行う。また、バッテリ制御回路４は、抵抗２に発生した電圧をＶＭ端子によってモニターし、その電圧に基づいてＦＥＴ３Ｂをオンオフ制御し、バッテリ１の放電を制御する。

ここで、バッテリ１が通常状態になっている時、ＦＥＴ３Ａ及びＦＥＴ３Ｂがオンし、充電及び放電が可能になっている。また、過充電状態になっている時、バッテリ１の電圧は過充電状態を検出する時の過充電検出電圧以上であり、ＦＥＴ３Ａがオフし、充電が禁止されている。また、過放電状態になっている時、バッテリ１の電圧は過放電状態を検出する時の過放電検出電圧未満であり、ＦＥＴ３Ｂがオフし、放電が禁止されている。

次に、充電式電源装置内部のバッテリ制御回路４について説明する。図２は、バッテリ制御回路の回路ブロック図である。

バッテリ制御回路４は、ＶＤＤ端子、ＶＳＳ端子（図示せず）、ＶＭ端子、ＤＯ端子及びＣＯ端子を備えている。また、バッテリ制御回路４は、過充電検出回路４１、プルアップ回路４２、過電流検出回路４３、過放電検出回路４４、遅延回路４５、ロジック回路４６、パワーダウン回路４７及び負荷短絡検出回路４８を備えている。

過充電検出回路４１は、バッテリ１の電圧（ＶＤＤ端子の電圧）が過充電検出電圧以上になったことを検出すると、その後、遅延回路４５が、過充電状態を確定するために必要な過充電確定時間（例えば、１秒）が経過したか否かをカウントする。過充電確定時間が経過すると、つまり、バッテリ１の電圧が過充電検出電圧以上になっている時間が遅延回路４５で作られる過充電確定時間よりも長くなると、バッテリ１の過充電状態が確定し、ロジック回路４６がＣＯ端子に接続されたＦＥＴ３Ａをオンオフ制御する。この時のＦＥＴ３Ａは、オフになり、寄生ダイオードを介して放電電流を流し、充電を禁止する。

過放電検出回路４４は、バッテリ１の電圧が過放電検出電圧未満になったことを検出すると、その後、遅延回路４５が、過放電状態を確定するために必要な過放電確定時間が経過したか否かをカウントする。過放電確定時間が経過すると、つまり、バッテリ１の電圧が過放電検出電圧未満になっている時間が遅延回路４５で作られる過放電確定時間よりも長くなると、バッテリ１の過放電状態が確定し、ロジック回路４６がＤＯ端子に接続されたＦＥＴ３Ｂをオンオフ制御する。この時のＦＥＴ３Ｂは、オフになり、寄生ダイオードを介して充電電流を流し、放電を禁止する。その後、充電式電源装置内部の一部の回路の動作が停止し、充電式電源装置の消費電力が低くなる。この状態を、パワーダウン状態という。このパラーダウン状態に移行するか否かを監視するＶＭ端子が、充電式電源装置に設けられていて、そのＶＭ端子が、プルアップ回路４２によってプルアップされ、パワーダウン回路４７は、ＶＭ端子の電圧が充電式電源装置のパワーダウン状態時のパワーダウン電圧（例えば、バッテリ１の最大電圧よりも１．０Ｖ低い電圧）以上になったことを検出すると、充電式電源装置は、パワーダウン状態に移行する。また、パワーダウン回路４７は、ＶＭ端子の電圧がパワーダウン電圧未満になったことを検出すると、充電式電源装置は、パワーダウン状態が解除される。

また、過放電検出回路４４は、過放電状態のバッテリ１に充電器が接続されて充電が開始された場合、バッテリ１の電圧が過放電検出電圧以上になったことを検出すると、その後、遅延回路４５が、過放電状態の解除を確定するために必要な過放電解除確定時間が経過したか否かをカウントする。過放電解除確定時間が経過すると、つまり、バッテリ１の電圧が過放電検出電圧以上になっている時間が遅延回路４５で作られる過放電解除確定時間よりも長くなると、バッテリ１の過放電状態の解除が確定し、ロジック回路４６がＦＥＴ３Ｂをオンオフ制御する。この時のＦＥＴ３Ｂは、オンになり、放電の禁止を解除する（放電を許可する）。

ここで、サイン波充電器の充電電圧の１／２周期が過放電解除確定時間よりも短いとする。この時、過充電検出回路４１及び過放電検出回路４４は、過放電状態のバッテリ１に充電器が接続されて充電が開始された場合、バッテリ１の電圧が過放電検出電圧を超えて過充電検出電圧以上になったことを検出すると、その後、遅延回路４５は、過放電解除確定時間が経過したか否かをカウントしない。つまり、遅延回路４５は過放電解除確定時間を０秒にし、バッテリ１は過放電状態が瞬時に解除される。その後、遅延回路４５が、過充電状態を確定するために必要な過充電確定時間が経過したか否かをカウントする。過充電確定時間が経過すると、バッテリ１の過充電状態が確定し、ロジック回路４６がＦＥＴ３Ａをオンオフ制御する。この時のＦＥＴ３Ａは、オフになり、充電を禁止する。

なお、バッテリ１の電圧が過放電検出電圧を超えて過充電検出電圧以上になった場合、バッテリ１は過放電状態が瞬時に解除されているが、バッテリ１の電圧が過放電検出電圧と過充電検出電圧との間の所定電圧以上になった場合でも、バッテリ１は過放電状態が瞬時に解除されてもよい。この時、例えば、過充電検出回路４１は通常１つのコンパレータ回路を備えていて、そのコンパレータ回路がもう１つ設けられ、これらの回路によって過充電検出回路４１の出力信号に対する閾値が調整される。

過電流検出回路４３は、異常な負荷電流が流れること等によってバッテリ１の放電電流が過電流状態を検出する時の過電流検出電流以上になったことを検出すると、その後、遅延回路４５が、過電流状態を確定するために必要な過電流確定時間が経過したか否かをカウントする。過電流確定時間が経過すると、バッテリ１の過電流状態が確定し、ロジック回路４６がＦＥＴ３Ｂをオンオフ制御する。この時のＦＥＴ３Ｂは、オフになり、放電を禁止する。

負荷短絡検出回路４８は、負荷が短絡されること等によってバッテリ１の放電電流が負荷短絡状態を検出する時の負荷短絡検出電流以上になったことを検出すると、その後、遅延回路４５が、負荷短絡状態を確定するために必要な負荷短絡確定時間が経過したか否かをカウントする。負荷短絡確定時間が経過すると、バッテリ１の負荷短絡状態が確定し、ロジック回路４６がＦＥＴ３Ｂをオンオフ制御する。この時のＦＥＴ３Ｂは、オフになり、放電を禁止する。なお、この負荷短絡検出電流の値は、過電流検出電流の値よりも大きくなっている。

なお、ＦＥＴ３Ａ及びＦＥＴ３Ｂは、ＦＥＴであるが、他のスイッチング素子でもよく、トランジスタでもよい。

また、過充電確定時間が長くなると、ノイズによる誤った過充電状態の検出が少なくなるが、バッテリ１を過充電してしまう弊害が大きくなる。また、過充電確定時間が短くなると、バッテリ１を過充電してしまう弊害が小さくなるが、ノイズによる誤った過充電状態の検出が多くなる。よって、ノイズによる誤った過充電状態の検出が少なくなるよう、さらに、バッテリ１を過充電してしまう弊害も小さくなるよう過充電確定時間が設定される必要がある。過放電解除確定時間、過放電確定時間、過電流確定時間及び負荷短絡確定時間も同様である。

また、バッテリ制御回路４は、一つの半導体装置として設けられている。

充電式電源装置の回路ブロック図である。 バッテリ制御回路の回路ブロック図である。 従来のパワーダウン状態の移行及び解除を示す図である。

符号の説明

４１ 過充電検出回路 ４２ プルアップ回路 ４３ 過電流検出回路
４４ 過放電検出回路 ４５ 遅延回路 ４６ ロジック回路
４７ パワーダウン回路 ４８ 負荷短絡検出回路

Claims (2)

1. サイン波充電器または負荷が接続される充電式電源装置において、
   バッテリと、
   前記バッテリの電圧が過充電状態を検出する時の過充電検出電圧以上になったことを検出する過充電検出回路と、
   前記バッテリの電圧が過放電状態を検出する時の過放電検出電圧未満になったことを検出し、前記バッテリの電圧が前記過放電検出電圧以上になったことを検出する過放電検出回路と、
   前記過充電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過充電状態を確定するために必要な過充電確定時間が経過したか否かをカウントし、前記過放電検出電圧未満の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電状態を確定するために必要な過放電確定時間が経過したか否かをカウントし、前記過放電状態で前記過放電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電状態の解除を確定するために必要な過放電解除確定時間が経過したか否かをカウントし、前記サイン波充電器の充電電圧の１／２周期が前記過放電解除確定時間よりも短い場合で、前記過放電状態で前記過放電検出電圧を超えて前記過充電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電解除確定時間を０秒にする遅延回路と、
   前記バッテリの充電及び放電の経路に設けられ、前記過充電状態が確定した場合、充電を禁止する第一スイッチング素子と、
   前記第一スイッチング素子と直列に前記バッテリの充電及び放電の経路に設けられ、前記過放電状態が確定した場合、放電を禁止し、前記過放電状態の解除が確定した場合、放電の禁止を解除する第二スイッチング素子と、
   を備えていることを特徴とする充電式電源装置。
2. サイン波充電器または負荷が接続される充電式電源装置におけるバッテリを制御する半導体装置において、
   前記バッテリの電圧が過充電状態を検出する時の過充電検出電圧以上になったことを検出する過充電検出回路と、
   前記バッテリの電圧が過放電状態を検出する時の過放電検出電圧未満になったことを検出し、前記バッテリの電圧が前記過放電検出電圧以上になったことを検出する過放電検出回路と、
   前記過充電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過充電状態を確定するために必要な過充電確定時間が経過したか否かをカウントし、前記過放電検出電圧未満の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電状態を確定するために必要な過放電確定時間が経過したか否かをカウントし、前記過放電状態で前記過放電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電状態の解除を確定するために必要な過放電解除確定時間が経過したか否かをカウントし、前記サイン波充電器の充電電圧の１／２周期が前記過放電解除確定時間よりも短い場合で、前記過放電状態で前記過放電検出電圧を超えて前記過充電検出電圧以上の前記バッテリの電圧が検出された場合、前記過放電解除確定時間を０秒にする遅延回路と、
   を備えていることを特徴とする半導体装置。

Images