JP6151338B2 - 充電制御回路、充電制御方法、及び関連する電源管理集積回路 - Google Patents

Description

リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）バッテリは、それらが、高い温度において、高い充電電圧及び充電電流により充電される場合に、危険になる傾向がある。従って、電子情報技術産業協会（Japan Electronics and Information Technology Industries Association：ＪＥＩＴＡ）標準は、人間の安全性リスクを回避するために、安全要求事項及びバッテリ充電器の解決策を扱う。

ＪＥＩＴＡ標準では、充電電圧及び充電電流は、高い温度又は低い温度において削減される必要がある。従来の技術では、高い／低い温度における充電電圧及び充電電流を調整するために、アナログ比較器か又はソフトウェア解決法が使用される。しかしながら、アナログ比較器は、あまりにも多くのダイ領域を必要とするとともに、温度しきい値設定値が弾力的ではなく、そして、ソフトウェア解決法は、高い／低い温度においてソフトウェアが動作を停止するかどうかのリスクをまだ有している。

したがって、上記の問題を解決するために、充電制御回路、充電制御方法、及び関連する電源管理集積回路を提供することが本発明の目的である。

本発明の一実施例によれば、充電制御回路は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と制御ユニットとを備え、ＡＤＣは、バッテリの温度を監視するとともに、監視された温度をデジタル値に変換するために配置され、制御ユニットは、アナログ／デジタル変換器に連結されるとともに、デジタル値に従ってバッテリの充電電流又は充電電圧を調整するための制御信号を生成するか否かを判定するために配置され、ＡＤＣ及び制御ユニットは、完全なハードウェア構成である。

本発明の別の実施例によれば、電源管理集積回路は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と制御ユニットとを備え、ＡＤＣは、バッテリの温度を監視するとともに、監視された温度をデジタル値に変換するために配置され、制御ユニットは、アナログ／デジタル変換器に連結されるとともに、デジタル値に従ってバッテリの充電電流又は充電電圧を調整するための制御信号を生成するか否かを判定するために配置される。

本発明の別の実施例によれば、充電制御方法は、完全なハードウェア構成を使用して、バッテリの温度を監視するとともに、監視された温度に対してデジタル値へのアナログ／デジタル変換動作を実行するステップと、デジタル値に従ってバッテリの充電電流又は充電電圧を調整するための制御信号を生成するか否かを判定するステップとを含む。

本発明のこれら及び他の目的は、様々な図表及び図面において例示される好ましい実施例の下記の詳細な説明を読んだあとで、当業者に疑いなく明らかになるであろう。

本発明の一実施例による電子装置を例示する図である。 本発明の一実施例によるバッテリパック及びＰＭＩＣの詳細な構成を例示する図である。 本発明の一実施例による温度しきい値設定値のしきい値、並びに対応する充電電圧及び充電電流を例示する図である。 本発明の一実施例による充電制御方法を例示する図である。

特定のシステムの構成要素を参照するために、いくつかの用語が下記の説明及び特許請求の範囲を通して使用される。当業者が認識することになるように、製造業者は異なる名前によって構成要素を参照し得る。この文献は、名前は異なるがしかし機能は異ならない構成要素を区別することを意図していない。下記の説明において、そして特許請求の範囲において、“〜を含む（including）”及び“〜を備える（comprising）”という用語は、制約のない様式（open-ended fashion）で使用され、したがって、“〜を含むがそれに限定されない”ということを意味すると解釈されるべきである。“連結する（couple及びcouples）”という用語は、間接的な電気接続か、又は直接的な電気接続のいずれかを意味することを意図している。したがって、もし第１のデバイスが第２のデバイスに連結するならば、その接続は、直接的な電気接続を経由しているか、又は他のデバイス及び接続を介した間接的な電気接続を経由している。

本発明の一実施例による電子装置１００を例示する図である図１を参照する。図１において示されたように、電子装置１００は、バッテリパック１１０と、充電器１２０と、電源管理集積回路（power management integrated circuit：ＰＭＩＣ）１３０と、ベースバンドプロセッサ１４０と、コネクタ１５０とを備え、コネクタは、電子装置１００のバッテリパック１１０を充電するために電源アダプタ１０２のコネクタに接続するように配置される。さらに、この実施例において、電子装置１００は、携帯電話、タブレット、ノートブック、又はバッテリパックを有する他の携帯機器であり得るとともに、バッテリパック１１０は、リチウムイオンバッテリパックであり得る。

この実施例において、電子装置１００のベースバンドプロセッサ１４０又は他のメモリ回路は、温度しきい値設定値を記録し得るとともに、この温度しきい値設定値は、プログラム可能である。さらに、温度しきい値設定値は、複数の温度に対応する複数のしきい値を含み得る。

本発明の一実施例によるバッテリパック１１０及びＰＭＩＣ１３０の詳細な構成を例示する図である図２を参照する。図２において、バッテリパック１１０は、端子Ｐ＋、Ｐ−、及びＮ１を少なくとも含み、ここで、端子Ｐ＋及びＰ−は、充電電圧を受け取るために充電器１２０に接続されており、端子Ｎ１は、バッテリパック１１０の負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタＲ_ＮＴＣ、抵抗Ｒ１、及びＰＭＩＣ１３０のバッテリ−オン（ＢＡＴＯＮ）端子に接続されている。ＰＭＩＣ１３０は、充電制御回路２００を含み、そして充電制御回路２００は、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）２１０と、制御ユニット２２０とを備える。さらに、ＡＤＣ２１０及び制御ユニット２２０は完全なハードウェア構成であり、制御ユニット２２０はデジタル領域において操作される。図２は、本発明に関連する要素を単に示し、当業者はバッテリパック１１０及びＰＭＩＣ１３０が他の端子及び要素を有すると理解するべきである、ということに注意が必要である。

この実施例において、充電器１２０、ＰＭＩＣ１３０、及びベースバンドプロセッサ１４０は、異なるチップである。しかしながら、他の実施例において、充電器１２０はＰＭＩＣ１３０内に統合され得るか、又は、充電制御回路２００は充電器１２０内に配置され得る。これらの代替設計は、本発明の範囲内に当然含まれるであろう。

この実施例において、ＡＤＣ２１０は、１２ビットの分解能を有し得るとともに、温度しきい値設定値の各しきい値は、１２ビットであり得る。従って、技術者は、温度しきい値設定値のうちの所望のしきい値を自由に設定することができる。

図１及び図２で示された要素の動作では、電源アダプタ１０２がコネクタ１５０に接続される場合に、ベースバンドプロセッサ１４０（ソフトウェア）は、初期設定を実行して、例えばパラメータＨＷ＿ＪＥＩＴＡ＝１を設定し、そして、温度しきい値設定値のしきい値及び関連する充電電圧／電流を設定し、充電器１２０は、コネクタ１５０からの電圧／電流に従ってバッテリパック１１０を充電するために、バッテリパック１１０に対して充電電圧及び充電電流を生成することを開始するとともに、充電制御回路２００は、温度しきい値設定値のしきい値をロードする。充電器１２０がバッテリパック１１０を充電する間、ＡＤＣ２１０は、ＰＭＩＣ１３０のＢＡＴＯＮ端子の電圧レベルを測定することによりバッテリパック１１０の温度を監視するとともに、監視された温度（すなわち、ＢＡＴＯＮ端子の電圧レベル）をデジタル値に変換する。図２において示されたように、ＮＴＣサーミスタＲ_ＮＴＣの電気抵抗は温度によって変わるので、ＢＡＴＯＮ端子の電圧レベル、すなわち“Ｖｒｅｆ×（Ｒ_ＮＴＣ／（Ｒ１＋Ｒ_ＮＴＣ））”は、バッテリパック１１０の温度を反映することができる。その場合に、制御ユニット２２０は、充電器１２０に対して、デジタル値、及び温度しきい値設定値のしきい値に従ってバッテリの充電電流又は充電電圧を調整するための少なくとも１つの制御信号Ｖｃを生成するか否かを判定する。詳細には、しきい値は、複数の温度範囲を定義することができ、各温度範囲は、充電電圧又は充電電流に対応し、制御ユニット２２０は、バッテリパック１１０がその中に存在する特定の温度範囲を判定し得るとともに、バッテリパック１１０を充電するために対応する充電電圧／電流を使用するように、制御信号Ｖｃを充電器１２０に対して送信し得る。

一実施例において、ＡＤＣ２１０は、定期的に（例えば、毎秒）ＢＡＴＯＮ端子の電圧レベルを読み取ることができるとともに、ＡＤＣ２１０は、複数のデジタル値をそれぞれ生成するために、ＢＡＴＯＮ端子の電圧レベルを複数回（例えば、１０回）読み取り、制御ユニット２２０は、全てのデジタル値がしきい値のうちの１つより大きいか、又は全てのデジタル値がしきい値のうちの１つより小さい場合にのみ、バッテリパック１１０の充電電流及び充電電圧をリセット／調整するための制御信号Ｖｃを生成する。

さらに、もし充電電圧又は充電電流が変更されるならば、制御ユニット２２０は、ベースバンドプロセッサ１４０に通知することになる。

本発明の一実施例による温度しきい値設定値のしきい値、並びに対応する充電電圧及び充電電流を例示する図である図３を参照する。図３には、３つの充電電圧レベル、Ｖ１、Ｖ２、及び０と、３つの充電電流レベル、Ｉ１、Ｉ２、及び０と、４つのしきい値、Ｔｃｏｌｄ、Ｔｃｏｏｌ、Ｔｗａｒｍ、及びＴｈｏｔと、５つの温度範囲、“Ｃｏｌｄ（冷たい）”、“Ｃｏｏｌ（少し冷たい）”、“Ｎｏｒｍａｌ（標準）”、“Ｗａｒｍ（暖かい）”、及び“Ｈｏｔ（熱い）”とが存在し、この実施例において、Ｖ１＝４．２Ｖ、Ｖ２＝４．１Ｖ、Ｉ１＝６００ｍＡ、Ｉ２＝２００ｍＡであるとともに、しきい値Ｔｃｏｌｄ、Ｔｃｏｏｌ、Ｔｗａｒｍ、及びＴｈｏｔは、それぞれ、−１０℃、１０℃、４５℃、及び６０℃に対応する。しかしながら、図３に対する上記の配置は、本発明の限定ではなく、実例となる目的のためだけのものである。

図１〜図３を一緒に参照すると、制御ユニット２２０が、ＡＤＣ２１０により出力されるデジタル値がしきい値ＴｃｏｏｌとＴｗａｒｍとの間にあることを判定する場合に、充電器１２０は、バッテリパック１１０を充電するために、充電電圧Ｖ１及び充電電流Ｉ１を使用する。制御ユニット２２０が、ＡＤＣ２１０により出力されるデジタル値がしきい値ＴｃｏｌｄとＴｃｏｏｌとの間又はしきい値ＴｗａｒｍとＴｈｏｔとの間にあることを判定する場合に、制御ユニット２２０は、バッテリパック１１０を充電するために充電電圧Ｖ２及び充電電流Ｉ２を使用するように、充電器１２０に対して制御信号Ｖｃを生成する。さらに、制御ユニット２２０が、ＡＤＣ２１０により出力されるデジタル値がしきい値Ｔｈｏｔより大きいか又はしきい値Ｔｃｏｌｄより小さいことを判定する場合に、制御ユニット２２０は、バッテリパック１１０を充電することを中止するように、充電器１２０に対して制御信号Ｖｃを生成する（すなわち、充電電圧と充電電流の両方はゼロになる）。

本発明の一実施例による充電制御方法を例示する図である図４を参照する。図１〜図４を一緒に参照すると、フローは下記のように説明される。

ステップ４００：フローが始まる。

ステップ４０２：ベースバンドプロセッサ１４０（ソフトウェア）は、初期設定を実行して、例えば上記で言及されたパラメータＨＷ＿ＪＥＩＴＡ＝１を設定し、そして、しきい値Ｔｃｏｌｄ、Ｔｃｏｏｌ、Ｔｗａｒｍ、及びＴｈｏｔと、充電電圧Ｖ１及びＶ２と、充電電流Ｉ１及びＩ２を設定する。

ステップ４０４：充電器１２０は、バッテリパック１１０を充電するためにデフォルトの充電モードを使用し、ここで、デフォルトの充電モードは充電電圧Ｖ１及び充電電流Ｉ１に対応する。

ステップ４０６：バッテリパック１１０の温度を複数回監視するとともにしきい値と比較する。

ステップ４０８：制御ユニット２２０は、監視された温度（ＴＳ）がしきい値ＴｈｏｔとＴｗａｒｍとの間又はしきい値ＴｃｏｌｄとＴｃｏｏｌとの間にあるかどうかを判定する。もし“はい（yes）”ならば、フローはステップ４１４に入り、もし“いいえ（no）”ならば、フローはステップ４１０に入る。

ステップ４１０：制御ユニット２２０は、監視された温度（ＴＳ）が、しきい値Ｔｈｏｔより大きいかどうか、又はしきい値Ｔｃｏｌｄより小さいかどうかを判定する。もし“はい（yes）”ならば、フローはステップ４１２に入り、もし“いいえ（no）”ならば、フローはステップ４０８に入る。

ステップ４１２：制御ユニット２２０は、バッテリパック１１０を充電することを中止するように、充電器１２０に対して制御信号Ｖｃを生成する。

ステップ４１４：制御ユニット２２０は、割り込みフラグを送信することによりベースバンドプロセッサ１４０に通知する。

ステップ４１６：制御ユニット２２０は、充電電圧及び充電電流をリセット／調整するように、すなわちバッテリパック１１０を充電するために充電電圧Ｖ２及び充電電流Ｉ２を使用するように、充電器１２０に対して制御信号Ｖｃを生成する。

ステップ４１８：制御ユニット２２０は、現在の監視された温度（ＴＳ）がしきい値ＴｃｏｏｌとＴｗａｒｍとの間にあるかどうかを判定する。もし“はい（yes）”ならば、フローはステップ４０４に戻り、もし“いいえ（no）”ならば、フローはステップ４１８にとどまる。

図４において示されたフローチャートにおいて、一度ベースバンドプロセッサ１４０が、電源アダプタ１０２が挿入されたことを検出すれば、ソフトウェアは、充電器１２０内の又はＰＭＩＣ１３０内の充電制御回路２００に、充電器に関連する初期設定（例えば、充電電流／充電電圧しきい値及びＨＷ＿ＪＥＩＴＡなど）を実行することになる。その場合に、充電動作は、ハードウェア自動制御（充電器１２０又はＰＭＩＣ１３０）であるとともに、ＢＡＴＯＮの電圧は、ＪＥＩＴＡの保護（JEITA protection）を実行するために、定期的に監視される。もしＪＥＩＴＡの保護を誘発するならば、充電器１２０又はＰＭＩＣ１３０は、充電器の状態を更新するために、割り込みフラグをベースバンドプロセッサ１４０に送信することになる。

簡潔に要約すると、本発明の充電制御回路、充電制御方法、及び関連する電源管理集積回路では、充電電圧及び充電電流の制御ステップはデジタル領域において実行されるとともに、ダイ領域を節約し、そして製造原価を下げるために、充電制御回路においてアナログ比較器は使用されない。さらに、本発明では、ソフトウェアが動作を停止する場合の起こり得るリスクを回避するために、全ての主要な動作はハードウェアにより実行される。

当業者は、本発明の教示を保持しながらデバイス並びに方法の多くの修正及び変更が行われ得ることに容易に気づくことになる。したがって、上記の開示は、添付された特許請求の範囲の境界及び範囲によってのみ限定されると解釈されるべきである。

Claims (15)

1. 充電制御回路であって、
   バッテリの温度を監視するとともに、前記の監視された温度をデジタル値に変換するために配置されたアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
   前記アナログ／デジタル変換器に連結されるとともに、前記デジタル値に従ってバッテリの充電電流又は充電電圧を調整するための制御信号を生成するか否かを判定するために配置された制御ユニットとを備え、
   前記バッテリが充電され始める場合に、当該充電制御回路が複数のしきい値をロードするとともに、前記制御ユニットが、前記デジタル値を前記しきい値のうちの少なくとも一部分と比較し、前記デジタル値が温度上限値より大きい場合、又は前記デジタル値が温度下限値より小さい場合に、前記バッテリを充電することを中止し、
   前記ＡＤＣ及び前記制御ユニットが完全なハードウェア構成である、充電制御回路。
2. 前記ＡＤＣが、端子の電圧レベルを測定することにより前記バッテリ温度を監視するとともに、前記端子が、前記バッテリの負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタに接続するために配置される、請求項１に記載の充電制御回路。
3. 前記制御ユニットが、前記デジタル値を前記しきい値のうちの少なくとも一部分と比較することにより、前記制御信号を生成するか否かを判定する、請求項１に記載の充電制御回路。
4. 前記ＡＤＣが、複数のデジタル値をそれぞれ生成するために、前記バッテリの前記温度を複数回監視するとともに、前記制御ユニットが、全てのデジタル値が前記しきい値のうちの１つより大きいか、又は全ての前記デジタル値が前記しきい値のうちの１つより小さい場合にのみ、前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するための前記制御信号を生成する、請求項３に記載の充電制御回路。
5. 前記制御ユニットが、前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するための前記制御信号を生成することを判定する場合に、前記制御ユニットが、プロセッサに通知するための信号を送信する、請求項１に記載の充電制御回路。
6. 電源管理集積回路であって、
   バッテリの温度を監視するとともに、前記の監視された温度をデジタル値に変換するために配置されたアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）と、
   前記アナログ／デジタル変換器に連結されるとともに、前記デジタル値に従ってバッテリの充電電流又は充電電圧を調整するための制御信号を生成するか否かを判定するために配置された制御ユニットとを備え、
   前記バッテリが充電され始める場合に、当該電源管理集積回路が複数のしきい値をロードするとともに、前記制御ユニットが、前記デジタル値を前記しきい値のうちの少なくとも一部分と比較し、前記デジタル値が温度上限値より大きい場合、又は前記デジタル値が温度下限値より小さい場合に、前記バッテリを充電することを中止する、電源管理集積回路。
7. 前記バッテリの負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタに接続するために配置された端子を更に備え、
   前記ＡＤＣが、前記端子の電圧レベルを測定することにより前記バッテリ温度を監視する、請求項６に記載の電源管理集積回路。
8. 前記制御ユニットが、前記デジタル値を前記しきい値のうちの少なくとも一部分と比較することにより、前記制御信号を生成するか否かを判定する、請求項６に記載の電源管理集積回路。
9. 前記ＡＤＣが、複数のデジタル値をそれぞれ生成するために、前記バッテリの前記温度を複数回監視するとともに、前記制御ユニットが、全てのデジタル値が前記しきい値のうちの１つより大きいか、又は全ての前記デジタル値が前記しきい値のうちの１つより小さい場合にのみ、前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するための前記制御信号を生成する、請求項８に記載の電源管理集積回路。
10. 前記制御ユニットが、前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するための前記制御信号を生成することを判定する場合に、前記制御ユニットが、プロセッサに通知するための信号を送信する、請求項６に記載の電源管理集積回路。
11. 充電制御方法であって、
    完全なハードウェア構成を使用して、
    バッテリの温度を監視するとともに、前記の監視された温度に対してデジタル値へのアナログ／デジタル変換動作を実行するステップと、
    前記デジタル値に従ってバッテリの充電電流又は充電電圧を調整するための制御信号を生成するか否かを判定するステップと、
    前記バッテリが充電され始める場合に複数のしきい値をロードするステップと、
    前記デジタル値を前記しきい値のうちの少なくとも一部分と比較し、前記デジタル値が温度上限値より大きい場合、又は前記デジタル値が温度下限値より小さい場合に、前記バッテリを充電することを中止するステップとを含む、充電制御方法。
12. 前記バッテリの前記温度を監視するとともに、前記の監視された温度に対して前記デジタル値への前記アナログ／デジタル変換動作を実行する前記ステップが、
    端子の電圧レベルを測定することにより前記温度を監視するステップであって、前記端子が前記バッテリの負温度係数（ＮＴＣ）サーミスタに接続するために配置される、ステップを含む、請求項１１に記載の充電制御方法。
13. 前記デジタル値に従って前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するための前記制御信号を生成するか否かを判定する前記ステップが、
    前記デジタル値を前記しきい値のうちの少なくとも一部分と比較することにより前記制御信号を生成するか否かを判定するステップを含む、請求項１１に記載の充電制御方法。
14. 前記デジタル値に従って前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するための前記制御信号を生成するか否かを判定する前記ステップが、
    複数のデジタル値をそれぞれ生成するために、前記バッテリの前記温度を複数回監視するステップと、
    全てのデジタル値が前記しきい値のうちの１つより大きいか、又は全ての前記デジタル値が前記しきい値のうちの１つより小さい場合にのみ、前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するための前記制御信号を生成するステップとを含む、請求項１３に記載の充電制御方法。
15. 前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するための前記制御信号を生成することが判定される場合に、前記バッテリの前記充電電流又は前記充電電圧を調整するために前記制御信号が生成されるときにプロセッサに通知するための信号を送信するステップを更に含む、請求項１１に記載の充電制御方法。

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