JPH09219935A - 蓄電池充電回路 - Google Patents
蓄電池充電回路Info
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Abstract
安全性の高い充電ができる電池充電回路を実現すること
である。 【解決手段】所定の電流を電池が接続される正極側の端
子に供給する充電電流供給回路と、正極側が接地されて
常時電流が流れても問題のない、数μAか、それ以下の
微小定電流を前記の端子に流出する定電流源と、前記の
端子と充電電流供給回路の充電電流をそのON/OFF
により送出/停止させるスイッチ回路と、前記の端子の
電圧を検出して電池が所定の充電可能な範囲にあるか否
かを判定してこの範囲にあるときに前記のスイッチ回路
をON/OFFのいずれか一方にして充電電流を送出さ
せる判定回路とを備えるものである。
Description
に関し、詳しくは、十分に充電したことを検出して充電
を自動停止する機能を有する、例えばリチウム・イオン
蓄電池等の充電において、簡単な回路でかつ安全性の高
いような蓄電池充電回路に関する。
ついては、一般に、先ず蓄電池が放電後の状態の場合に
は、例えば300mAの定電流での充電が行われ、次に
かなり充電されて充電状態が進んだ場合には定電圧での
充電形態に切り換わり、この定電圧充電の下で、充電電
流が例えば5mA以下となったとき、あるいは充電電圧
が所定値以上になったとき、十分に充電が行われたもの
として充電を終了させる。
例を示す。1はマイクロコンピュータ等からなるコント
ローラ、2はその制御信号に応じて充電動作を開始又は
停止する充電電流供給回路、3は、充電電流供給回路2
からの充電電流により充電されるリチウム・イオン電池
(以下電池)、4は端子電圧判定回路、5は、接点スイ
ッチ、6aは、電源側の端子、6bは、グランド端子で
あり、6cは充電電流供給回路2の制御端子である。こ
こで、電池3が装填されたときには、接点スイッチ5の
接点が点線で示す状態から移動して、電池3の端子3
a,3bに電源側の端子6aと端子6bとがそれぞれ接
触して電池3にこれら端子が接続され、さらに、制御端
子6cを端子6bに接続させる。これにより、電池3に
充電電流供給回路2から電力が供給される。なお、後述
するスイッチSWは、通常、ON状態にされていて、端
子6bがこのスイッチSWを介してグランドGNDに接
続されている。
と端子6aとの間に接続されたLED素子2aを介し
て、順次接続された保護抵抗R1、PNPトランジスタ
Q1、そして保護ダイオードDの直列回路からなるもの
で、端子6aの電圧が所定値以上上昇したときには、保
護ダイオードDにより電流の供給が遮断される。ここ
で、コントローラ1は、電池3の充電状態を監視してい
る。そのために、その+Voutの端子が保護ダイオード
D1を介して端子6aに接続され、−Voutの端子がスイ
ッチSWを介して端子6bに接続されている。そして、
端子6aと端子6bとの間の電圧を端子電圧判定回路4
が判定する。端子電圧判定回路4は、下側検出のコンパ
レータ4a,上側検出のコンパレータ4bとアンドゲー
ト4cとにより構成され、端子電圧が、例えば、4.2
V±0.04の範囲にあるときに、検出信号をアンドゲ
ート4cよりコントローラ1に送出する。コントローラ
1がこの検出信号を受けたときには、スイッチSWは、
OFFにされ、充電完了になる。
は、一例として、図4に示すように、内蔵電池3cに対
して、正側の電極は、そのまま正側端子3aに接続され
るが、その負側の電極は、Nch型(NPN型)のFE
TトランジスタF1,F2を介して負側端子3bに接続さ
れている。FETトランジスタF1,F2は、リチウム電
池保護回路(IC)3dにより制御されてON/OFF
される。保護回路3dは、電池3cの電池がほぼ完全放
電(過放電)状態のときに、トランジスタF1をOFF
させ、完全充電(過充電)状態のときに、トランジスタ
F2をOFFさせることで電池3cを保護する。過放電
の場合にトランジスタF1がOFF状態であっても、端
子3a,3b間に電流を流すと、トランジスタF1に形
成される点線で示すようなボディダイオード(寄生ダイ
オード)D2を介して電流が流れるので、電池3の端子
3a,3bに所定値以上の電圧が加われば、この充電電
流により過放電状態を検出できる。なお、前記の充電電
流供給回路2は、コントローラ1からの制御信号に応じ
て定電流型と定電圧型とが切り替わる形態のものであっ
てもよい。このような充電回路などでは、点線で示すよ
うな制御信号がコントローラ1から充電電流供給回路2
に送出されるが、ここでは、この発明との関係でより単
純化した回路を例として挙げている。
充電回路では、充電の安全性を確保するために、接点ス
イッチ5が用いられているが、異物の混入により接触不
良や、接点がON状態にされて充電電流供給回路2のト
ランジスタQ1がONになり、過大な大電流が流れる虞
がある。特に、最近は、いわゆる高速充電の要求も高ま
っており、これに呼応して、充電電流が数100mA程
度からそれ以上に増大する傾向にある。その結果、前記
のような従来の回路では、安全性や信頼性の面では十分
なものとは言えず、このままでは、高速充電の要求にも
応えられない。また、コントローラ等を用いることによ
り、回路構成素子が多くなり、ノイズ等で誤動作の危険
性も高い。この発明の目的は、このような従来技術の問
題点を解決するものであって、接点スイッチを用いるこ
となく、簡単な回路で安全性の高い充電ができる電池充
電回路を実現することにある。
るこの発明の電池充電回路の構成は、所定の電流を電池
が接続される正極側の端子に供給する充電電流供給回路
と、正極側が接地されて常時電流が流れても問題のな
い、数μAか、それ以下の微小定電流を前記の端子に流
出する定電流源と、前記の端子と充電電流供給回路の充
電電流をそのON/OFFにより送出/停止させるスイ
ッチ回路と、前記の端子の電圧を検出して電池が所定の
充電可能な範囲にあるか否かを判定してこの範囲にある
ときに前記のスイッチ回路をON/OFFのいずれか一
方にして充電電流を送出させる判定回路とを備えるもの
である。
は、充電電流供給回路による充電電流に対し、正極が接
地されて常時電流を流しても問題のない、数μAか、そ
れ以下の、充電電流に対して千分の1以下の微小定電流
を流出する定電流源を設けることにより、μAか、それ
以下の定電流値で電池の状態を検出できる。しかも、定
電流であるので、その範囲判定にばらつきが発生し難
く、また、千分の1以下の微小定電流であるので、保護
回路のFETのボディダイオードも痛めることなく、接
点スイッチを使用せずに直接電池を接続することができ
る。
回路図であって、図3と同一の構成要素は同一の符号で
示してある。そこで、それの説明を割愛する。図1の電
池充電回路10では、図3のコントローラ1に換えて、
保護ダイオードD3を介して接触端子7aに出力側が直
接接続された微小定電流源7が設けられている。また、
充電電流供給回路8と接触端子7aとの間にスイッチ回
路SW1が設けられ、接点スイッチ5は設けていない。
接触端子7bは直接接地され、電池3は、接触端子7
a,7bに直接接続されている。
定回路4と異なり、ここでは、電池3について、充電可
能な範囲を検出する。したがって、下側コンパレータ9
aの比較電圧Vref1は、電池3の充電可能下限電圧値以
上を検出するように設定され、上側コンパレータ9bの
比較電圧Vref2は、電池3の過充電電圧値以下を検出す
るように設定されている。アンドゲート9cは、下側コ
ンパレータ9aと上側コンパレータ9bとの検出信号の
アンド条件においてスイッチ回路SW1をONさせる信
号を発生する。なお、比較電圧Vref1は、電池3に内蔵
されたトランジスタF1がONするスレショルド電圧に
対応する0.7V(寄生ダイオードD2の順方向電圧)
であり、比較電圧Vref2は、4.2Vである。また、コ
ンパレータ9bの入力側に挿入されたダイオードD4
は、保護ダイオードであり、電池3の充電電圧が4.2
Vを越えて4.2+0.7V=4.9V以上に上昇しな
いようにするとともに、電池が過充電状態になって、高
インピーダンス状態のときには、微小電流を別経路に流
して誤動作を防ぐ回路になっている。
充電電流供給回路8と接触端子7aとの間に挿入され、
通常は、OFF状態にあって、アンドゲート9cからの
信号を受けてONになる。このようにすることで、電池
3と電池充電回路10とは、電池が装填された状態で接
触端子7a,7bを介して直接接続される。したがっ
て、最初に電源ライン+Vccから微小定電流源7を介し
て電池3に微小電流が流れる。微小定電流源7の電流
は、ここでは、充電電流供給回路8の数百mA単位のも
のに対して千分の1より小さい数μAからそれ以下の
0.数μA程度の定電流を流出する。
ているFETのボディダイオードを保護できる状態で電
池3の充電状態を検出でき、電池3に前記の電流を流す
ことにより接触端子7a,7b間の電圧が0.7Vから
4.2Vの範囲にあるときには、電池3に対して充電電
流供給回路8からその初期において数百mA程度の電流
値で充電が開始される。そして、充電が進むに従って、
その電流値は、順次低下していく。接触端子7bの電圧
が充電が完了する電圧4.2Vを越えたときには、アン
ドゲート9cの信号がOFFになり、スイッチ回路SW
1がOFFして充電電流供給回路8からの充電電流が停
止する。ことのき微小定電流源7の電流の0.数μA程
度は、流れ続けるが、これは、ダイオードD4によりク
ランプされ、微小定電流源7の誤動作を防ぎ、安全な充
電回路となる。一方、リチウム電池では、内部にスイッ
チ回路としてトランジスタF2が設けられているので、
これがOFFになり、この微小定電流源7の微小電流
は、停止する。なお、端子電圧判定回路9には、電流が
流れるので判定には変化はなく、スイッチSW1は、O
FFに維持される。また、電池3も保護される。端子7
あ,7bに異物が付いてショートしたときには、端子7
a,7b間が0.7V以下になるので、この場合も大電
流はながれない。
成して、カレントミラーにより充電電流の遮断制御を行
う充電電流供給回路を用いた具体例である。図2におい
て、11は、充電電流供給回路であって、トランジスタ
Q2とQ3とからなるカレントミラーで構成され、出力側
のトランジスタQ3は、入力側のトランジスタQ2に対し
てn倍のエミッタ面積を持つ出力段トランジスタになっ
ている。トランジスタQ2の下流には、スイッチ回路を
構成するNPN型トランジスタQ10が設けられていて、
これを介してトランジスタQ2は接地されている。トラ
ンジスタQ10は、エミッタがグランドGNDに接続さ
れ、ベースが差動増幅回路12の出力を受けてON/O
FFされる。その動作開始電圧(ONする下側電圧)が
1Vf(コレクタエミッタ間順方向電圧≒0.7V)に
なっている。そこで、ここでは、このトランジスタQ10
自体が図1における下側コンパレータ9aの役割を果た
す。そして、差動増幅回路12が上側コンパレータ9b
の役割を果たす。
ンジスタQ4,Q5とカレントミラー負荷のNPN型のト
ランジスタQ6,Q7、そしてトランジスタQ4,Q5の上
流側で電源ライン+Vccとの間に設けられた電流源13
とからなる。その出力は、トランジスタQ7とトランジ
スタQ3のコレクタの接続点より取り出され、これが下
側電圧のスイッチ回路になっているトランジスタQ10の
ベースに送出される。一方、微小電流定回路7は、電源
ライン+Vccに接続された定電流源14とその下流に設
けられたPNP型のトランジスタQ8とで構成されてい
る。定電流源14の出力は、トランジスタQ8のコレク
タ側に接続されてエミッタ側を通して接地され、ベース
側から接触端子7aに出力が取り出される。これによ
り、定電流源14の定電流値Iは、I/hfeになり、
0.数μAの定電流値に変換される。さらに、トランジ
スタQ8のコレクタ−ベース間によりここに順方向にダ
イオードが形成され、これが保護ダイオードとなってい
る。
ースは、このンジスタQ8のコレクタと接続されて、出
力電圧をここで検出する。また、この差動増幅回路12
ンパレータとしての動作のバランスを採るために、トラ
ンジスタQ5側にも定電流源14に対応する電流値Iの
定電流源15が設けられ、さらに、トランジスタQ8に
対称に配置されるように、同様な接続関係においてトラ
ンジスタQ9が設けられている。この差動増幅回路12
のコンパレータとしての比較電圧は、このトランジスタ
Q9のベースとグランドGNDとの間に設けられた定電
圧源Vref2により発生する。
きに、トランジスタQ8のベースを経て接触端子7aに
0.数μAの定電流値が供給される。これにより接触端
子7a,7b間に電圧が発生し、これを差動増幅回路1
2が検出して、この初期状態ではトランジスタQ8のベ
ース電圧がトランジスタQ9のベース電圧より低いの
で、トランジスタQ4,Q9がOFF状態になり、トラン
ジスタQ3,Q8がON状態になる。そして、トランジス
タQ10のベース電圧が0.7V以上であるときに、トラ
ンジスタQ10がONにされ、出力段のトランジスタQ3
から接触端子7aへと充電電流が供給される。
接触端子7aの電圧が4.2Vを越えたときには、トラ
ンジスタQ8のベース電圧がトランジスタQ9の電圧より
高くなり、トランジスタQ4,Q9がON状態になり、ト
ランジスタQ3,Q8がOFF状態になる。その結果、ト
ランジスタQ10がOFFしてトランジスタQ3がOFF
になり、接触端子7aへの充電電流は停止する。なお、
このときでも、接触端子7aには、トランジスタQ8の
ベースを経て0.数μAの電流は流れる。しかし、この
端子電圧4.2V以下にならない限り、充電は開始され
ない。
P型トランジスタは、NPN型トランジスタに置き換え
ることができ、また逆に、NPN型トランジスタは、P
NP型トランジスタに置き換えることができる。また、
充電電流供給回路8と接触端子7aとの間にLED素子
等やその他の保護回路を設けてもよいことはもちろんで
ある。また、実施例では、リチウム電池の例を挙げてい
るが、この発明は、正極側が接地されて常時電流が流れ
ても問題のない、数μAか、それ以下の微小定電流を電
流するだけであるので、その他の電池の充電回路でも利
用可能である。
発明の電池充電回路にあっては、充電電流供給回路によ
る充電電流に対し、正極が接地されて常時電流を流して
も問題のない、数μAか、それ以下の、充電電流に対し
て千分の1以下の微小定電流を流出する定電流源を設け
ることにより、μAか、それ以下の定電流値で電池の状
態を検出できる。しかも、定電流であるので、その範囲
判定にばらつきが発生し難く、また、千分の1以下の微
小定電流であるので、保護回路のFETのボディダイオ
ードも痛めることなく、接点スイッチを使用せずに直接
電池を接続することができる。その結果、電池に対して
接点スイッチを用いることなく、かつ充電回路や充電電
池の特性のばらつきに影響されることが少ない回路を提
供できる。また、回路構成が単純で、信頼性と安全性の
高い回路を充電回路を実現できる。
路図である。
の回路図である。
る。
3…蓄電池、4…端子電圧判定回路、5…接点スイッ
チ、6a,6b…端子、7a…電源側の接触端子、7b
…グランド接触端子、6c…制御端子、7…微小定電流
源、9…端子電圧判定回路、9a,9b…コンパレー
タ、10…電池充電回路、12…差動増幅回路、13…
電流源、14…定電流源、Q1〜Q10…トランジスタ、
SW1…スイッチ回路。
Claims (2)
- 【請求項1】所定の電流を蓄電池が接続される正極側の
端子に供給する充電電流供給回路と、前記正極側が接地
されて常時電流が流れても問題のない、数μAか、それ
以下の微小定電流を前記端子に流出する定電流源と、前
記端子と前記充電電流供給回路の充電電流をそのON/
OFFにより送出/停止させるスイッチ回路と、前記端
子の電圧を検出して前記蓄電池が所定の充電可能な範囲
にあるか否かを判定して前記範囲にあるときに前記スイ
ッチ回路をON/OFFのいずれか一方にして前記充電
電流を送出させる判定回路とを備える蓄電池充電回路。 - 【請求項2】さらに、前記蓄電池が過電流状態になって
高インピーダンス状態のときには微小電流を別経路にな
流して誤動作を防ぐ回路を有し、 前記蓄電池は、内部
にスイッチ回路を内蔵するリチウム・イオン蓄電池であ
り、充電電圧が所定の過電圧になったときに前記スイッ
チ回路がOFFすることを特徴とする請求項1記載の蓄
電池充電回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP05087596A JP3674794B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 蓄電池充電回路 |
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---|---|---|---|
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Publications (2)
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JPH09219935A true JPH09219935A (ja) | 1997-08-19 |
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ID=12870903
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---|---|---|---|
JP05087596A Expired - Fee Related JP3674794B2 (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 蓄電池充電回路 |
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---|---|
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Cited By (8)
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US8639959B2 (en) | 2009-10-02 | 2014-01-28 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor apparatus having a controller arranged to turn on a first switch and turn off a second switch during a period in which a judgement unit judges a device type of a device |
-
1996
- 1996-02-14 JP JP05087596A patent/JP3674794B2/ja not_active Expired - Fee Related
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