JP4025580B2 - 充電装置及び充電装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池の充電を行う充電装置及びその制御方法に関するもので、特に、過電圧が入力されたり、逆方向の入力電圧が入力されたときに、検出制御回路が破壊されてしまうことを防止するためのものに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話端末やＰＤＡ(Personal Digital Assistant)等の携帯型の電子機器には、ニッケルカドミウム電子、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマ電池等の二次電池が装着される。
【０００３】
図１２は、このような二次電池を充電するための従来の充電回路の一例である。図１２において、電源入力端子１０１には、正の直流電源が供給され、接地端子１０２には接地レベルが供給される。この直流電源は、例えば、商用交流電源を変圧、整流して形成される。電源入力端子１０１からの直流電源は、電源ライン１２１、トランジスタ１０３、電源ライン１２２を介して、充電端子１０７に供給される。電源ライン１２１の経路中には、スイッチ回路１０４が配設される。なお、スイッチ回路１０４より入力側の電源ライン１２１を電源ライン１２１Ａとし、スイッチ回路１０４より出力側の電源ライン１２１を電源ライン１２１Ｂとしている。電源ライン１２２の経路中には、電流検出用の抵抗１０６が配設される。一方、接地端子１０２からの接地レベルは、接地ライン１２３を介して、充電端子１０８に供給される。
【０００４】
充電端子１０７と充電端子１０８との間には、二次電池１１０が装着される。二次電池１１０は充電可能な電池であり、二次電池１１０としては、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマ電池等が用いられる。
【０００５】
二次電池１１０の充電を制御するために、検出制御回路１１５が設けられる。検出制御回路１１５には、電圧検出回路１１１、電流検出回路１１２、制御回路１１３が配設される。検出制御回路１１５には、電源ライン１２５及び接地ライン１２６を介して、電源が供給される。検出制御回路１１５に配されている電圧検出回路１１１、電流検出回路１１２、制御回路１１３は、この電源により駆動される。検出制御回路１１５の電源ライン１２５は、装置の電源ライン１２１Ｂに接続される。検出制御回路１１５の接地ライン１２６は、装置の接地ライン１２３に接続される。
【０００６】
検出制御回路１１５には、電圧検出回路１１１、電流検出回路１１２、制御回路１１３が配設される。電圧検出回路１１１は、電源ライン１２２と接地ライン１２３との間の電圧を検出することで、二次電池１１０に印加される充電電圧を検出している。この電圧検出回路１１１の検出出力が制御回路１１３に供給される。
【０００７】
電流検出回路１１２は、抵抗１０６の両端の電圧を検出することで、二次電池１１０に流される充電電流を検出している。この電流検出出力が制御回路１１３に供給される。
【０００８】
制御回路１１３は、電圧検出回路１１１からの電圧検出出力及び電流検出回路１１２からの電流検出出力に応じて、トランジスタ１０３のベースに制御信号を与えて、充電制御を行っている。トランジスタ１０３は、充電を制御する半導体素子である。例えば、制御回路１１３で、電圧検出回路１１１からの電圧検出出力が所定値となるようにトランジスタ１０３を制御することで、二次電池１１０を定電圧で充電することができる。また、制御回路１１３で、電流検出回路１１２からの電流検出出力が所定値となるようにトランジスタ１０３を制御することで、二次電池１１０を定電流で充電することができる。
【０００９】
スイッチ回路１０４は、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に過大な電源電圧が印加されたり、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に逆方向に電圧が印加されたときに、検出制御回路１１５が破壊されてしまうのを防止するためのもので、スイッチ回路１０４は、入力電圧検出回路１１４の出力により制御される。
【００１０】
すなわち、電源ライン１２１Ａと接地ライン１２３との間に、入力電圧検出回路１１４が設けられる。入力電圧検出回路１１４により、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に、過大な入力電圧が与えられたことや、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に、逆方向の入力電圧が供給されたことが検出される。この入力電圧検出回路１１４の検出出力がスイッチ回路１０４に供給される。
【００１１】
電源入力端子１０１及び接地端子１０２から入力される電源が正常な状態なら、スイッチ回路１０４はオンされている。スイッチ回路１０４がオンされているときには、検出制御回路１１５には、電源入力端子１０１及び電源ライン１０２から、電源ライン１２１及び接地ライン１２３、電源ライン１２５及び接地ライン１２６を介して、電源が供給される。
【００１２】
電源入力端子１０１及び接地端子１０２に過大な電源電圧が印加されたり、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に逆方向に電圧が印加されると、入力電圧検出回路１１４の検出出力がスイッチ回路１０４に供給され、スイッチ回路１０４がオフされる。これにより、検出制御回路１１５への電源が止められ、検出制御回路１１５に過大な電圧が供給されたり、逆方向の電圧が供給されることにより、検出制御回路１１５が破壊されることが防止される。
【００１３】
スイッチ回路１０４としては、図１３に示すようなバイポーラトランジスタ１３１による構成のものの他、図１４に示すように、ＭＯＳ ＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)１４１、１４２、ダイオード１４３、１４４からなる構成のものを用いることができる。
【００１４】
図１４に示すようなＦＥＴを用いた構成のスイッチ回路では、端子１５２から端子１５３の方向に流れる電流のスイッチングと、端子１５３から端子１５２の方向に流れる電流のスイッチングとが行える。
【００１５】
すなわち、端子１５２から端子１５３の方向に流れる電流をスイッチングする際には、端子１５１に印加される電圧がハイレベルのときには、ＦＥＴ１４２がオンし、端子１５２から、ダイオード１４３、ＦＥＴ１４２を介して、端子１５３に電流が流れる。端子１５１に印加される電圧がローレベルのときには、ＦＥＴ１４２がオフし、端子１５２から端子１５３の方向に流れる電流が止められる。
【００１６】
端子１５３から端子１５２の方向に流れる電流をスイッチングする際には、端子１５１に印加される電圧がハイレベルのときには、ＦＥＴ１４１がオンし、端子１５３から、ダイオード１４４、ＦＥＴ１４１を介して、端子１５２に電流が流れる。端子１５１に印加される電圧がローレベルのときには、ＦＥＴ１４１がオフし、端子１５３から端子１５２の方向に流れる電流が止められる。
【００１７】
なお、スイッチ回路１０４は、過大な入力電圧や逆方向の入力電圧の場合の保護ばかりでなく、各種の異常に対する保護回路として機能する。例えば、図１５に示すように、温度保護回路１５５には、端子１５６から温度情報が供給される。温度保護回路１５５の出力がスイッチ回路１０４に供給される。過大な温度が検出されると、温度保護回路１５５から制御信号が出力される。この温度保護回路１５５からの制御信号により、スイッチ回路１０４がオフされる。これにより、過大な温度に対する保護が図られる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の充電回路においては、入力電圧検出回路１１４及びスイッチ回路１０４が設けられており、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に過電圧が供給されたり、逆方向の電圧が供給されたときには、スイッチ回路１０４がオフされ、検出制御回路１１５への電圧の供給が停止され、検出制御回路１１５の保護が図られている。
【００１９】
ところが、このような従来の構成では、スイッチ回路１０４が二次電池１１０に充電電流を流す経路中に設けられるため、スイッチ回路１０４として、電流容量の大きなものを用いる必要があり、小型、軽量化の障害になるという問題がある。
【００２０】
したがって、この発明の目的は、過電圧が入力されたり、逆方向の入力電圧が入力されたときに、検出制御回路が破壊されてしまうことを防止すると共に、スイッチ回路として大電流容量のものを用いる必要がなく、小型、軽量化が図れるようにした充電装置及びその制御方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、二次電池と、二次電池が装着される充電端子と、二次電池を充電するための直流電源が供給される電源入力端子と、充電端子に装着された二次電池の充電を制御する半導体素子と、第１の接地ラインと、充電端子と接続される電源ラインとの間から充電電圧を検出し、二次電池の充電電流を検出し、充電電圧及び充電電流に応じて半導体素子に制御信号を供給する検出制御手段と、第１の接地ラインと、充電端子と接続される第２の接地ラインとの間に設け、検出制御手段を動作させるための電源をオン／オフするスイッチ手段と、スイッチ手段の両端に発生する電圧を検出する両端電圧検出手段と、電源入力端子に過大な入力電圧や逆方向の極性の入力電圧が供給されたことを検出する入力電圧検出手段とを備え、検出制御手段で検出された充電電圧の検出値を、両端電圧検出手段で検出されたスイッチ手段の両端電圧で補正することにより、スイッチ手段が定常状態でオンしているときに、スイッチ手段の両端に発生する電圧の影響を除去し、入力電圧検出手段により、電源入力端子に過大な入力電圧又は逆方向の極性の入力電圧が供給されたことが検出されたら、検出制御手段が破壊されるのを防止するために、スイッチ手段をオフして、検出制御手段への電源を止めるようにした充電装置である。
【００２２】
この発明は、電源入力端子からの電源を半導体素子により制御して充電端子に装着された二次電池に与え、検出制御手段で第１の接地ラインと、充電端子と接続される電源ラインとの間から充電電圧を検出し、二次電池の充電電流を検出し、充電電圧及び充電電流に応じて半導体素子に制御信号を供給し、第１の接地ラインと、充電端子と接続される第２の接地ラインとの間にスイッチ手段を設け、検出制御手段を動作させるための電源をオン／オフし、スイッチ手段の両端に発生する電圧を検出し、電源入力端子に過大な入力電圧や逆方向の極性の入力電圧が供給されたことを検出し、検出制御手段で検出された充電電圧の検出値を、検出されたスイッチ手段の両端電圧で補正することにより、スイッチ手段が定常状態でオンしているときに、スイッチ手段の両端に発生する電圧の影響を除去し、電源入力端子に過大な入力電圧又は逆方向の極性の入力電圧が供給されたことが検出されたら、検出制御手段が破壊されるのを防止するために、検出制御手段の接地側に設けられたスイッチ手段をオフして、検出制御手段への電源を止めるようにした充電装置の制御方法である。
【００２３】
この発明に係わる充電回路は、二次電池に印加される充電電圧を検出する電圧検出回路と、二次電池に流される充電電流を検出する電流検出回路と、電圧検出回路からの電圧検出出力や電流検出回路からの電流検出出力に応じて充電の制御を行う制御回路を含む検出制御回路と、検出制御回路からの制御信号出力に基づいて二次電池の充電電圧や充電電流を制御する制御用の半導体素子としてのトランジスタとからなる。
【００２４】
そして、この発明に係わる充電回路では、過大な入力電圧や逆方向の入力電圧から検出制御回路を保護するためのスイッチ回路を、検出制御回路の接地ライン中に設けている。このようにすると、スイッチ回路に二次電池の充電電流が流れることがなくなり、スイッチ回路として、電流容量の大きいものを用いる必要がなくなる。これにより、機器の小型、軽量化が可能になる。
【００２５】
このように、スイッチ回路を検出制御回路の接地ライン中に設けると、スイッチ回路の内部抵抗により、スイッチ回路の両端に電圧が発生し、検出制御回路の接地レベルがその分上昇する。
【００２６】
そこで、検出電圧を電源側を基準にして検出することで検出電圧の誤差を軽減する。また、検出制御回路と接地ラインとの間に、高抵抗値の抵抗を挿入して、検出制御回路の接地レベルを装置の接地レベルとする。更に、スイッチ回路の両端の電圧を計測し、この計測値により、二次電池の検出電圧を補正する。これにより、スイッチ回路を検出制御回路の接地ライン中に設けた場合でも、スイッチ回路の内部抵抗による誤差が生じなくなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用された充電回路の基本構成を示すものである。
【００２８】
図１において、電源入力端子１には、正の直流電源が供給され、接地端子２には接地レベルが供給される。この直流電源は、例えば、商用交流電源を変圧、整流して形成される。電源入力端子１からの直流電源は、電源ライン２１、トランジスタ３、電源ライン２２を介して、充電端子７に供給される。電源ライン２２の経路中には、電流検出用の抵抗６が配設される。一方、接地端子２からの接地レベルは、接地ライン２３を介して、充電端子８に供給される。
【００２９】
充電端子７と充電端子８との間には、二次電池１０が装着される。二次電池１０は充電可能な電池であり、二次電池１０としては、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマ電池等が用いられる。
【００３０】
二次電池１０の充電を制御するために、検出制御回路１５が設けられる。検出制御回路１５は、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、制御回路１３が配設される。検出制御回路１５には、電源ライン２５及び接地ライン２６を介して、電源が供給される。検出制御回路１５に配されている電圧検出回路１１、電流検出回路１２、制御回路１３は、この電源により駆動される。検出制御回路１５の電源ライン２５は、装置の電源ライン２１に接続される。検出制御回路１５の接地ライン２６は、装置の接地ライン２３に接続される。接地ライン２６の経路中には、スイッチ回路４が設けられる。
【００３１】
検出制御回路１５には、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、制御回路１３が配設される。電圧検出回路１１は、電源ライン２２と接地ライン２６との間の電圧を検出することで、二次電池１０に印加される充電電圧を検出している。この電圧検出回路１１の検出出力が制御回路１３に供給される。
【００３２】
電流検出回路１２は、抵抗６の両端の電圧を検出することで、二次電池１０に流される充電電流を検出している。この電流検出出力が制御回路１３に供給される。
【００３３】
制御回路１３は、電圧検出回路１１からの電圧検出出力及び電流検出回路１２からの電流検出出力に応じて、トランジスタ３のベースに制御信号を供給し、充電制御を行っている。トランジスタ３は、充電を制御する半導体素子である。例えば、制御回路１３で、電圧検出回路１１からの電圧検出出力が所定値となるようにトランジスタ３を制御することで、二次電池１０を定電圧で充電することができる。また、制御回路１３で、電流検出回路１２からの電流検出出力が所定値となるようにトランジスタ３を制御することで、二次電池１０を定電流で充電することができる。
【００３４】
スイッチ回路４は、電源入力端子１及び接地端子２に過大な電源電圧が印加されたり、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向に電圧が印加されたときに、検出制御回路１５が破壊されてしまうのを防止するためのもので、スイッチ回路４は、入力電圧検出回路１４の出力により制御される。
【００３５】
すなわち、電源ライン２１と接地ライン２３との間に、入力電圧検出回路１４が設けられる。入力電圧検出回路１４により、電源入力端子１及び接地端子２に、過大な入力電圧が与えられたことや、電源入力端子１及び接地端子２に、逆方向の入力電圧が供給されたことが検出される。この入力電圧検出回路１４の検出出力がスイッチ回路４に供給される。
【００３６】
電源入力端子１及び接地端子２から入力される電源が正常な状態なら、スイッチ回路４はオンされている。スイッチ回路４がオンされているときには、検出制御回路１５には、電源入力端子１及び接地端子２から、電源ライン２１及び接地ライン２３、電源ライン２５及び接地ライン２６を介して、電源が供給される。
【００３７】
電源入力端子１及び接地端子２に過大な電源電圧が印加されたり、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向に電圧が印加されると、入力電圧検出回路１４の検出出力がスイッチ回路４に供給され、スイッチ回路４がオフされる。これにより、検出制御回路１５への電源が止められ、検出制御回路１５に過大な電圧が供給されたり、逆方向の電圧が供給されることにより、検出制御回路１５が破壊されることが防止される。
【００３８】
なお、スイッチ回路４は、過大な入力電圧や逆方向の入力電圧の場合の保護ばかりでなく、各種の異常に対する保護回路として機能する。
【００３９】
例えば、図２に示すように、温度保護回路１８には、端子１９から温度情報が供給される。温度保護回路１８の出力がスイッチ回路４に供給される。過大な温度が検出されると、温度保護回路１８から制御信号が出力される。この温度保護回路１８からの制御信号により、スイッチ回路４がオフされる。これにより、過大な温度に対する保護が図られる。
【００４０】
スイッチ回路４としては、バイポーラトランジスタを用いたスイッチ回路や、ＦＥＴを用いたスイッチ回路が適用できる。
【００４１】
図３は、スイッチ回路４として、バイポーラトランジスタ３１を使った例である。また、図１における入力電圧検出回路１４は、図３に示すように、トランジスタ３２、ツェナダイオード３３、抵抗３４〜３６で構成できる。
【００４２】
なお、以下、図１と同様な部分については、同一符号を付し、重複説明は省略する。
【００４３】
図３において、入力電圧検出回路１４は、トランジスタ３２、ツェナダイオード３３、抵抗３４〜３６により構成される。
【００４４】
すなわち、電源ライン２１と接地ライン２３との間に、ツェナダイオード３３、抵抗３４、抵抗３５の直列接続が接続される。抵抗３４と抵抗３５との接続点がトランジスタ３２のベースに接続される。トランジスタ３２のエミッタが接地ライン２３に接続される。トランジスタ３２のコレクタが抵抗３６を介して電源ライン２１に接続されるとともに、抵抗３７を介して接地ライン２３に接続される。これと共に、トランジスタ３２のコレクタがトランジスタ３１のベースに接続される。
【００４５】
トランジスタ３１のコレクタが接地ライン２６に接続され、トランジスタ３１のエミッタが接地ライン２３に接続される。トランジスタ３１は、検出制御回路１５を保護するためのスイッチ回路４として動作する。
【００４６】
電源入力端子１及び接地端子２に供給される電源電圧が通常の電圧の範囲内なら、ツェナダイオード３３は、オフしている。このため、トランジスタ３２がオフする。トランジスタ３２がオフしているときには、トランジスタ３１のベースに与えられる電圧が高くなり、トランジスタ３１はオンしている。
【００４７】
例えば、電源入力端子１及び接地端子２との間に過大な入力電圧が印加されると、ツェナダイオード３３がオンし、ツェナダイオード３３、抵抗３４、抵抗３５を介して電流が流れる。これにより、トランジスタ３２のベース電圧が上昇し、トランジスタ３２がオンする。
【００４８】
トランジスタ３２がオンすると、トランジスタ３１のベース電圧が低レベルになり、トランジスタ３１がオフする。これにより、検出制御回路１５の電源が止められ、検出制御回路１５が保護される。
【００４９】
また、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向の電圧が供給されると、トランジスタ３１がオフする。これにより、検出制御回路１５の電源が止められ、検出制御回路１５が保護される。
【００５０】
このように、図１から図３に示した構成の充電回路では、検出制御回路１５の破壊を防止するためのスイッチ回路４が、検出制御回路１５の接地ライン２６の経路中に設けられ、このスイッチ回路４により、入力電圧が過電圧の場合や、入力電圧が逆方向の場合に、検出制御回路１５に送られる電源が止められる。この接地ライン２６は検出制御回路１５の接地ラインであり、ここには二次電池１０に流される充電電流は流れない。このため、スイッチ回路４としては、電流容量の大きいものを用いる必要はない。これにより、回路の小型、軽量化が図れるとともに、コストダウンが図れる。
【００５１】
ところが、このような構成では、定常動作時に、スイッチ回路４がオンしているとき、スイッチ回路４の内部抵抗によりその両端に電圧が発生するため、電圧検出回路１１で、二次電池１０の充電電圧を正確に検出できなくなるという問題が生じてくる。
【００５２】
つまり、図３に示したように、スイッチ回路４としては、例えばバイポーラトランジスタ３１が用いられる。このトランジスタ３１には内部抵抗がある。このため、スイッチ回路４がオンしているときにも、その両端に電圧が発生しており、検出制御回路１５の接地レベルは、この電圧の分だけ上がっていることになり、検出電圧にその誤差が生じてくる。スイッチ回路４としてＦＥＴを使った場合にも、同様である。
【００５３】
すなわち、図４に示すように、スイッチ回路４（トランジスタ３１）がオンしているときにも、スイッチ回路４の内部抵抗により、スイッチ回路４の両端には電圧ΔＶが発生している。電圧検出回路１１では、電源ライン２２と接地ライン２６との間の電圧を検出しており、接地ライン２６のレベルは接地レベルＧＮＤに対してΔＶだけ上がっている。したがって、電圧検出回路１１で検出される二次電池１０の検出電圧は、スイッチ回路４の内部抵抗により生じる両端電圧ΔＶだけ誤差が生じる。
【００５４】
そこで、電圧検出回路１１で、接地ラインを基準にして電源を検出するのではなく、電源ラインの電圧を基準にして電圧検出を行うことが考えられる。
【００５５】
つまり、一般的に、電圧検出回路は、図５に示すように、電源ラインＶＬ１と接地ラインＶＬ２との間に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とを設け、この抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間から検出電圧を得るようにしている。そして、接地ラインＶＬ２を基準にして、基準電圧源Ｖrefを設け、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点から得られる検出電圧と、基準電圧源Ｖrefの電圧とをコンパレータＣＭＰ１で比較するような構成とされている。基準電圧源Ｖrefは、ツェナダイオードで構成される。
【００５６】
通常では、このように、接地ラインＶＬ２を基準として、電圧を計測する構成となっている。ところが、図１〜図４の例では、検出制御回路１５の接地側の接地ライン２６の経路中にはスイッチ回路４があり、スイッチ回路４には内部抵抗がある。このため、接地ライン２６のレベルを接地レベルとし、このレベルを基準にしたのでは、基準レベルに誤差が生じてしまう。
【００５７】
そこで、図６に示すように、電源ラインＶＬ１の方を基準にして電圧を計測する方式を採用する。つまり、図６に示すように、電源ラインＶＬ１と接地ラインＶＬ２との間に、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とを設け、この抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との間から検出電圧を得る。そして、電源ラインＶＬ１を基準にして、基準電圧源Ｖrefを設け、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続点から得られる検出電圧と、基準電圧源Ｖrefの電圧とをコンパレータＣＭＰ１１で比較する。基準電圧源Ｖrefは、ツェナダイオードで構成される。
【００５８】
このように、電源ラインＶＬ１を基準として、電圧を計測する構成、すなわち、図１〜図４の構成なら、電圧検出回路１１は、電源ライン２２を基準にして、電圧を検出する構成とすると、基準電圧がスイッチ回路４の内部抵抗の影響を受けるということがなくなる。
【００５９】
また、図７に示すように、電圧検出回路１１と接地ライン２３との間に、抵抗４０を設けるようにする。抵抗４０としては、電源入力端子１及び接地端子２に過大な電圧が印加されたり、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向の電圧が印加された場合にも、検出制御回路１５に影響を及ぼさないように、高い抵抗値のものが用いられる。
【００６０】
このように、電圧検出回路１１と接地ライン２３との間に、抵抗４０を設けると、電圧検出回路１１で接地レベルからの電圧を検出できるようになる。
【００６１】
以上のように、入力電圧が過電圧であったり、入力電圧が逆方向の場合に、検出制御回路１５に対する電源を停止して、検出制御回路１５の破壊を防止するためのスイッチ回路４を、検出制御回路１５の接地ラインとなる接地ライン２６の経路中に設けるようにすると、スイッチ回路４として大電流容量のものを用いる必要がなくなり、小型、軽量化、低価格化が図れる。また、スイッチ回路４の内部抵抗による影響は、電圧検出の基準を電源ライン２２側にして計測を行ったり、電圧検出回路１１と接地ライン２３との間に、高抵抗値の抵抗４０を挿入することで除去できる。
【００６２】
更に、図８に示すように、スイッチ回路４の内部抵抗により発生する電圧ΔＶを検出し、この電圧ΔＶだけ、検出電圧を補正するようにしても良い。なお、図８において、図１から図４と同一部分については、同一符号が付されている。
【００６３】
図８において、スイッチ回路４により発生される電圧ΔＶがΔＶ検出回路５１で検出される。ΔＶ検出回路５１は、スイッチ回路４の両端電圧を検出する両端電圧検出回路である。ΔＶ検出回路５１の検出出力がΔＶ補正回路５２に供給される。ΔＶ補正回路５２の出力が電圧検出回路１１に供給され、電圧検出回路１１で検出される二次電池１０の充電電圧がΔＶだけ補正される。すなわち、電圧検出回路１１で検出される検出電圧は、接地レベルがΔＶだけ上がっているので、その分を下げるように補正される。これにより、電圧検出回路１１で検出される検出電圧は、二次電池１０の充電電圧と等しくなる。
【００６４】
図９は、スイッチ回路４として、ＦＥＴを用いると共に、スイッチ回路４の両端に発生する電圧ΔＶを検出して、電圧検出値を補正するようにした構成である。
【００６５】
図９において、検出制御回路１５には、電源ライン２５及び接地ライン２６を介して、電源が供給される。検出制御回路１５に配されている電圧検出回路１１、電流検出回路１２、制御回路１３は、この電源により駆動される。接地ライン２６の経路中には、ＦＥＴ６１及び６２からなるスイッチ回路４が設けられる。
【００６６】
電源ライン２１と接地ライン２３との間に、ツェナダイオード３３、抵抗３４、抵抗３５の直列接続が接続される。抵抗３４と抵抗３５との接続点がトランジスタ３２のベースに接続される。トランジスタ３２のエミッタが接地ライン２３に接続される。トランジスタ３２のコレクタが抵抗３６を介して電源ライン２１に接続されるとともに、抵抗３７を介して接地ライン２６Ａに接続される。これと共に、トランジスタ３２のコレクタがＦＥＴ６１及び６２のゲートに接続される。
【００６７】
ＦＥＴ６１のソース・ドレイン間には、ダイオード６３が接続される。ＦＥＴ６２のソース・ドレイン間には、ダイオード６４が接続される。ＦＥＴ６３のソースが接地ライン２６Ａに接続される。ＦＥＴ６１のドレインとＦＥＴ６２のドレインが接続される。ＦＥＴ６２のソースが接地ライン２６Ｂに接続される。接地ライン２６Ｂが接地ライン２３に接続される。
【００６８】
接地ライン２６Ａと接地ライン２３との間の電圧がΔＶ検出回路５１で検出される。このΔＶ検出回路５１の出力がΔＶ補正回路５２に供給される。ΔＶ補正回路５２で、検出制御回路１５の電圧検出回路１１の検出出力が補正される。
【００６９】
電源入力端子１及び接地端子２に供給される電源電圧が通常の電圧の範囲内なら、ツェナダイオード３３は、オフしている。このため、トランジスタ３２がオフする。トランジスタ３２がオフしているときには、ＦＥＴ６１、ＦＥＴ６２がオンしている。ＦＥＴ６２がオンしているときには、接地ライン２６Ａと接地ライン２６Ｂとの間で、ダイオード６３、ＦＥＴ６２を介して、電流が流れる。
【００７０】
例えば、電源入力端子１及び接地端子２との間に過大な入力電圧が印加されると、ツェナダイオード３３がオンし、ツェナダイオード３３、抵抗３４、抵抗３５を介して電流が流れる。これにより、トランジスタ３２のベース電圧が上昇し、トランジスタ３２がオンする。
【００７１】
トランジスタ３２がオンすると、ＦＥＴ６１、６２のゲート電圧が低レベルになり、ＦＥＴ６１、６２がオフする。これにより、検出制御回路１５の電源が止められ、検出制御回路１５が保護される。
【００７２】
また、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向の電圧が供給されると、ＦＥＴ６１、６２がオフする。これにより、検出制御回路１５の電源が止められ、検出制御回路１５が保護される。
【００７３】
このように、この例では、ΔＶ検出回路５１により、スイッチ回路４がオンしているときにスイッチ回路４の両端に発生する電圧が検出され、このΔＶ検出回路５１の出力により、検出制御回路１５の電圧検出回路１１の検出出力が補正される。これにより、スイッチ回路４の両端に発生する電圧の影響を受けずに、正確な充電電圧を検出することができる。
【００７４】
なお、図１０に示すように、ΔＶ検出回路５１の検出出力を充電停止回路５３に供給し、ΔＶ検出回路５１で検出される電圧が基準値より大きい場合には、検出制御回路１５に充電を停止信号を供給し、充電を停止させるようにすると、より安全に動作させることができる。
【００７５】
更に、図１１に示すように、電源ライン２１と接地ライン２６Ａとの間で、入力電源電圧を検出する電圧検出回路５４を設け、ΔＶ補正回路５５により、ΔＶ検出回路５１の検出出力によりこの検出電圧を補正することで、入力電圧を検出することができる。
【００７６】
そして、この補正され入力電圧の検出値が所定値以上なら、充電停止回路５７から検出制御回路１５に充電を停止信号を供給し、充電を停止させるようにすると、より安全に動作させることができる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明によれば、過大な入力電圧や逆方向の入力電圧から検出制御回路を保護するためのスイッチ回路が検出制御回路の接地ライン中に設けてられている。このようにすると、スイッチ回路に二次電池の充電電流が流れることがなくなり、スイッチ回路として、電流容量の大きいものを用いる必要がなくなる。
【００７８】
このように、スイッチ回路を検出制御回路の接地ライン中に設けると、スイッチ回路の内部抵抗により、スイッチ回路の両端に電圧が発生し、検出制御回路の接地レベルがその分上昇する。
【００７９】
そこで、検出電圧を電源側を基準にして検出することで検出電圧の誤差を軽減する。また、検出制御回路と装置の接地ラインとの間に、高抵抗値の抵抗を挿入して、検出制御回路の接地レベルを装置の接地レベルとする。更に、スイッチ回路の両端の電圧を計測し、この計測値により、二次電池の検出電圧を補正する。
【００８０】
これにより、スイッチ回路を検出制御回路の接地ライン中に設けた場合でも、スイッチ回路の内部抵抗による誤差が生じなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明が適用された充電装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】この発明が適用された充電装置の変形例を示すブロック図である。
【図３】この発明が適用された充電装置の具対構成を示すブロック図である。
【図４】スイッチ回路の両端電圧の影響の説明に用いるブロック図である。
【図５】電圧検出の説明に用いる接続図である。
【図６】電圧検出の説明に用いる接続図である。
【図７】この発明が適用された充電装置における検出誤差の改善例の一例の説明に用いるブロック図である。
【図８】この発明が適用された充電装置における検出誤差の改善例の他の例の説明に用いるブロック図である。
【図９】この発明が適用された充電装置における検出誤差の改善例の他の例の具体的構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明が適用された充電装置の変形例を示すブロック図である。
【図１１】この発明が適用された充電装置の他の変形例を示すブロック図である。
【図１２】従来の充電装置の一例のブロック図である。
【図１３】従来の充電装置におけるスイッチ回路の一例のブロック図である。
【図１４】従来の充電装置におけるスイッチ回路の他の例のブロック図である。
【図１５】従来の充電装置の他の例のブロック図である。
【符号の説明】
１・・・電源入力端子、２・・・接地端子、３・・・トランジスタ、４・・・スイッチ回路、 ７。８・・・充電端子、１０・・・二次電池、１１・・・電圧検出回路、１２・・・電流検出回路、１３・・・制御回路、１４・・・入力電圧検出回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池の充電を行う充電装置及びその制御方法に関するもので、特に、過電圧が入力されたり、逆方向の入力電圧が入力されたときに、検出制御回路が破壊されてしまうことを防止するためのものに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話端末やＰＤＡ(Personal Digital Assistant)等の携帯型の電子機器には、ニッケルカドミウム電子、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマ電池等の二次電池が装着される。
【０００３】
図１２は、このような二次電池を充電するための従来の充電回路の一例である。図１２において、電源入力端子１０１には、正の直流電源が供給され、接地端子１０２には接地レベルが供給される。この直流電源は、例えば、商用交流電源を変圧、整流して形成される。電源入力端子１０１からの直流電源は、電源ライン１２１、トランジスタ１０３、電源ライン１２２を介して、充電端子１０７に供給される。電源ライン１２１の経路中には、スイッチ回路１０４が配設される。なお、スイッチ回路１０４より入力側の電源ライン１２１を電源ライン１２１Ａとし、スイッチ回路１０４より出力側の電源ライン１２１を電源ライン１２１Ｂとしている。電源ライン１２２の経路中には、電流検出用の抵抗１０６が配設される。一方、接地端子１０２からの接地レベルは、接地ライン１２３を介して、充電端子１０８に供給される。
【０００４】
充電端子１０７と充電端子１０８との間には、二次電池１１０が装着される。二次電池１１０は充電可能な電池であり、二次電池１１０としては、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマ電池等が用いられる。
【０００５】
二次電池１１０の充電を制御するために、検出制御回路１１５が設けられる。検出制御回路１１５には、電圧検出回路１１１、電流検出回路１１２、制御回路１１３が配設される。検出制御回路１１５には、電源ライン１２５及び接地ライン１２６を介して、電源が供給される。検出制御回路１１５に配されている電圧検出回路１１１、電流検出回路１１２、制御回路１１３は、この電源により駆動される。検出制御回路１１５の電源ライン１２５は、装置の電源ライン１２１Ｂに接続される。検出制御回路１１５の接地ライン１２６は、装置の接地ライン１２３に接続される。
【０００６】
検出制御回路１１５には、電圧検出回路１１１、電流検出回路１１２、制御回路１１３が配設される。電圧検出回路１１１は、電源ライン１２２と接地ライン１２３との間の電圧を検出することで、二次電池１１０に印加される充電電圧を検出している。この電圧検出回路１１１の検出出力が制御回路１１３に供給される。
【０００７】
電流検出回路１１２は、抵抗１０６の両端の電圧を検出することで、二次電池１１０に流される充電電流を検出している。この電流検出出力が制御回路１１３に供給される。
【０００８】
制御回路１１３は、電圧検出回路１１１からの電圧検出出力及び電流検出回路１１２からの電流検出出力に応じて、トランジスタ１０３のベースに制御信号を与えて、充電制御を行っている。トランジスタ１０３は、充電を制御する半導体素子である。例えば、制御回路１１３で、電圧検出回路１１１からの電圧検出出力が所定値となるようにトランジスタ１０３を制御することで、二次電池１１０を定電圧で充電することができる。また、制御回路１１３で、電流検出回路１１２からの電流検出出力が所定値となるようにトランジスタ１０３を制御することで、二次電池１１０を定電流で充電することができる。
【０００９】
スイッチ回路１０４は、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に過大な電源電圧が印加されたり、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に逆方向に電圧が印加されたときに、検出制御回路１１５が破壊されてしまうのを防止するためのもので、スイッチ回路１０４は、入力電圧検出回路１１４の出力により制御される。
【００１０】
すなわち、電源ライン１２１Ａと接地ライン１２３との間に、入力電圧検出回路１１４が設けられる。入力電圧検出回路１１４により、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に、過大な入力電圧が与えられたことや、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に、逆方向の入力電圧が供給されたことが検出される。この入力電圧検出回路１１４の検出出力がスイッチ回路１０４に供給される。
【００１１】
電源入力端子１０１及び接地端子１０２から入力される電源が正常な状態なら、スイッチ回路１０４はオンされている。スイッチ回路１０４がオンされているときには、検出制御回路１１５には、電源入力端子１０１及び電源ライン１０２から、電源ライン１２１及び接地ライン１２３、電源ライン１２５及び接地ライン１２６を介して、電源が供給される。
【００１２】
電源入力端子１０１及び接地端子１０２に過大な電源電圧が印加されたり、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に逆方向に電圧が印加されると、入力電圧検出回路１１４の検出出力がスイッチ回路１０４に供給され、スイッチ回路１０４がオフされる。これにより、検出制御回路１１５への電源が止められ、検出制御回路１１５に過大な電圧が供給されたり、逆方向の電圧が供給されることにより、検出制御回路１１５が破壊されることが防止される。
【００１３】
スイッチ回路１０４としては、図１３に示すようなバイポーラトランジスタ１３１による構成のものの他、図１４に示すように、ＭＯＳ ＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)１４１、１４２、ダイオード１４３、１４４からなる構成のものを用いることができる。
【００１４】
図１４に示すようなＦＥＴを用いた構成のスイッチ回路では、端子１５２から端子１５３の方向に流れる電流のスイッチングと、端子１５３から端子１５２の方向に流れる電流のスイッチングとが行える。
【００１５】
すなわち、端子１５２から端子１５３の方向に流れる電流をスイッチングする際には、端子１５１に印加される電圧がハイレベルのときには、ＦＥＴ１４２がオンし、端子１５２から、ダイオード１４３、ＦＥＴ１４２を介して、端子１５３に電流が流れる。端子１５１に印加される電圧がローレベルのときには、ＦＥＴ１４２がオフし、端子１５２から端子１５３の方向に流れる電流が止められる。
【００１６】
端子１５３から端子１５２の方向に流れる電流をスイッチングする際には、端子１５１に印加される電圧がハイレベルのときには、ＦＥＴ１４１がオンし、端子１５３から、ダイオード１４４、ＦＥＴ１４１を介して、端子１５２に電流が流れる。端子１５１に印加される電圧がローレベルのときには、ＦＥＴ１４１がオフし、端子１５３から端子１５２の方向に流れる電流が止められる。
【００１７】
なお、スイッチ回路１０４は、過大な入力電圧や逆方向の入力電圧の場合の保護ばかりでなく、各種の異常に対する保護回路として機能する。例えば、図１５に示すように、温度保護回路１５５には、端子１５６から温度情報が供給される。温度保護回路１５５の出力がスイッチ回路１０４に供給される。過大な温度が検出されると、温度保護回路１５５から制御信号が出力される。この温度保護回路１５５からの制御信号により、スイッチ回路１０４がオフされる。これにより、過大な温度に対する保護が図られる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の充電回路においては、入力電圧検出回路１１４及びスイッチ回路１０４が設けられており、電源入力端子１０１及び接地端子１０２に過電圧が供給されたり、逆方向の電圧が供給されたときには、スイッチ回路１０４がオフされ、検出制御回路１１５への電圧の供給が停止され、検出制御回路１１５の保護が図られている。
【００１９】
ところが、このような従来の構成では、スイッチ回路１０４が二次電池１１０に充電電流を流す経路中に設けられるため、スイッチ回路１０４として、電流容量の大きなものを用いる必要があり、小型、軽量化の障害になるという問題がある。
【００２０】
したがって、この発明の目的は、過電圧が入力されたり、逆方向の入力電圧が入力されたときに、検出制御回路が破壊されてしまうことを防止すると共に、スイッチ回路として大電流容量のものを用いる必要がなく、小型、軽量化が図れるようにした充電装置及びその制御方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、二次電池と、二次電池が装着される充電端子と、二次電池を充電するための直流電源が供給される電源入力端子と、充電端子に装着された二次電池の充電を制御する半導体素子と、第１の接地ラインと、充電端子と接続される電源ラインとの間から充電電圧を検出し、二次電池の充電電流を検出し、充電電圧及び充電電流に応じて半導体素子に制御信号を供給する検出制御手段と、第１の接地ラインと、充電端子と接続される第２の接地ラインとの間に設け、検出制御手段を動作させるための電源をオン／オフするスイッチ手段と、スイッチ手段の両端に発生する電圧を検出する両端電圧検出手段と、電源入力端子に過大な入力電圧や逆方向の極性の入力電圧が供給されたことを検出する入力電圧検出手段とを備え、検出制御手段で検出された充電電圧の検出値を、両端電圧検出手段で検出されたスイッチ手段の両端電圧で補正することにより、スイッチ手段が定常状態でオンしているときに、スイッチ手段の両端に発生する電圧の影響を除去し、入力電圧検出手段により、電源入力端子に過大な入力電圧又は逆方向の極性の入力電圧が供給されたことが検出されたら、検出制御手段が破壊されるのを防止するために、スイッチ手段をオフして、検出制御手段への電源を止めるようにした充電装置である。
【００２２】
この発明は、電源入力端子からの電源を半導体素子により制御して充電端子に装着された二次電池に与え、検出制御手段で第１の接地ラインと、充電端子と接続される電源ラインとの間から充電電圧を検出し、二次電池の充電電流を検出し、充電電圧及び充電電流に応じて半導体素子に制御信号を供給し、第１の接地ラインと、充電端子と接続される第２の接地ラインとの間にスイッチ手段を設け、検出制御手段を動作させるための電源をオン／オフし、スイッチ手段の両端に発生する電圧を検出し、電源入力端子に過大な入力電圧や逆方向の極性の入力電圧が供給されたことを検出し、検出制御手段で検出された充電電圧の検出値を、検出されたスイッチ手段の両端電圧で補正することにより、スイッチ手段が定常状態でオンしているときに、スイッチ手段の両端に発生する電圧の影響を除去し、電源入力端子に過大な入力電圧又は逆方向の極性の入力電圧が供給されたことが検出されたら、検出制御手段が破壊されるのを防止するために、検出制御手段の接地側に設けられたスイッチ手段をオフして、検出制御手段への電源を止めるようにした充電装置の制御方法である。
【００２３】
この発明に係わる充電回路は、二次電池に印加される充電電圧を検出する電圧検出回路と、二次電池に流される充電電流を検出する電流検出回路と、電圧検出回路からの電圧検出出力や電流検出回路からの電流検出出力に応じて充電の制御を行う制御回路を含む検出制御回路と、検出制御回路からの制御信号出力に基づいて二次電池の充電電圧や充電電流を制御する制御用の半導体素子としてのトランジスタとからなる。
【００２４】
そして、この発明に係わる充電回路では、過大な入力電圧や逆方向の入力電圧から検出制御回路を保護するためのスイッチ回路を、検出制御回路の接地ライン中に設けている。このようにすると、スイッチ回路に二次電池の充電電流が流れることがなくなり、スイッチ回路として、電流容量の大きいものを用いる必要がなくなる。これにより、機器の小型、軽量化が可能になる。
【００２５】
このように、スイッチ回路を検出制御回路の接地ライン中に設けると、スイッチ回路の内部抵抗により、スイッチ回路の両端に電圧が発生し、検出制御回路の接地レベルがその分上昇する。
【００２６】
そこで、検出電圧を電源側を基準にして検出することで検出電圧の誤差を軽減する。また、検出制御回路と接地ラインとの間に、高抵抗値の抵抗を挿入して、検出制御回路の接地レベルを装置の接地レベルとする。更に、スイッチ回路の両端の電圧を計測し、この計測値により、二次電池の検出電圧を補正する。これにより、スイッチ回路を検出制御回路の接地ライン中に設けた場合でも、スイッチ回路の内部抵抗による誤差が生じなくなる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用された充電回路の基本構成を示すものである。
【００２８】
図１において、電源入力端子１には、正の直流電源が供給され、接地端子２には接地レベルが供給される。この直流電源は、例えば、商用交流電源を変圧、整流して形成される。電源入力端子１からの直流電源は、電源ライン２１、トランジスタ３、電源ライン２２を介して、充電端子７に供給される。電源ライン２２の経路中には、電流検出用の抵抗６が配設される。一方、接地端子２からの接地レベルは、接地ライン２３を介して、充電端子８に供給される。
【００２９】
充電端子７と充電端子８との間には、二次電池１０が装着される。二次電池１０は充電可能な電池であり、二次電池１０としては、例えば、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマ電池等が用いられる。
【００３０】
二次電池１０の充電を制御するために、検出制御回路１５が設けられる。検出制御回路１５は、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、制御回路１３が配設される。検出制御回路１５には、電源ライン２５及び接地ライン２６を介して、電源が供給される。検出制御回路１５に配されている電圧検出回路１１、電流検出回路１２、制御回路１３は、この電源により駆動される。検出制御回路１５の電源ライン２５は、装置の電源ライン２１に接続される。検出制御回路１５の接地ライン２６は、装置の接地ライン２３に接続される。接地ライン２６の経路中には、スイッチ回路４が設けられる。
【００３１】
検出制御回路１５には、電圧検出回路１１、電流検出回路１２、制御回路１３が配設される。電圧検出回路１１は、電源ライン２２と接地ライン２６との間の電圧を検出することで、二次電池１０に印加される充電電圧を検出している。この電圧検出回路１１の検出出力が制御回路１３に供給される。
【００３２】
電流検出回路１２は、抵抗６の両端の電圧を検出することで、二次電池１０に流される充電電流を検出している。この電流検出出力が制御回路１３に供給される。
【００３３】
制御回路１３は、電圧検出回路１１からの電圧検出出力及び電流検出回路１２からの電流検出出力に応じて、トランジスタ３のベースに制御信号を供給し、充電制御を行っている。トランジスタ３は、充電を制御する半導体素子である。例えば、制御回路１３で、電圧検出回路１１からの電圧検出出力が所定値となるようにトランジスタ３を制御することで、二次電池１０を定電圧で充電することができる。また、制御回路１３で、電流検出回路１２からの電流検出出力が所定値となるようにトランジスタ３を制御することで、二次電池１０を定電流で充電することができる。
【００３４】
スイッチ回路４は、電源入力端子１及び接地端子２に過大な電源電圧が印加されたり、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向に電圧が印加されたときに、検出制御回路１５が破壊されてしまうのを防止するためのもので、スイッチ回路４は、入力電圧検出回路１４の出力により制御される。
【００３５】
すなわち、電源ライン２１と接地ライン２３との間に、入力電圧検出回路１４が設けられる。入力電圧検出回路１４により、電源入力端子１及び接地端子２に、過大な入力電圧が与えられたことや、電源入力端子１及び接地端子２に、逆方向の入力電圧が供給されたことが検出される。この入力電圧検出回路１４の検出出力がスイッチ回路４に供給される。
【００３６】
電源入力端子１及び接地端子２から入力される電源が正常な状態なら、スイッチ回路４はオンされている。スイッチ回路４がオンされているときには、検出制御回路１５には、電源入力端子１及び接地端子２から、電源ライン２１及び接地ライン２３、電源ライン２５及び接地ライン２６を介して、電源が供給される。
【００３７】
電源入力端子１及び接地端子２に過大な電源電圧が印加されたり、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向に電圧が印加されると、入力電圧検出回路１４の検出出力がスイッチ回路４に供給され、スイッチ回路４がオフされる。これにより、検出制御回路１５への電源が止められ、検出制御回路１５に過大な電圧が供給されたり、逆方向の電圧が供給されることにより、検出制御回路１５が破壊されることが防止される。
【００３８】
なお、スイッチ回路４は、過大な入力電圧や逆方向の入力電圧の場合の保護ばかりでなく、各種の異常に対する保護回路として機能する。
【００３９】
例えば、図２に示すように、温度保護回路１８には、端子１９から温度情報が供給される。温度保護回路１８の出力がスイッチ回路４に供給される。過大な温度が検出されると、温度保護回路１８から制御信号が出力される。この温度保護回路１８からの制御信号により、スイッチ回路４がオフされる。これにより、過大な温度に対する保護が図られる。
【００４０】
スイッチ回路４としては、バイポーラトランジスタを用いたスイッチ回路や、ＦＥＴを用いたスイッチ回路が適用できる。
【００４１】
図３は、スイッチ回路４として、バイポーラトランジスタ３１を使った例である。また、図１における入力電圧検出回路１４は、図３に示すように、トランジスタ３２、ツェナダイオード３３、抵抗３４〜３６で構成できる。
【００４２】
なお、以下、図１と同様な部分については、同一符号を付し、重複説明は省略する。
【００４３】
図３において、入力電圧検出回路１４は、トランジスタ３２、ツェナダイオード３３、抵抗３４〜３６により構成される。
【００４４】
すなわち、電源ライン２１と接地ライン２３との間に、ツェナダイオード３３、抵抗３４、抵抗３５の直列接続が接続される。抵抗３４と抵抗３５との接続点がトランジスタ３２のベースに接続される。トランジスタ３２のエミッタが接地ライン２３に接続される。トランジスタ３２のコレクタが抵抗３６を介して電源ライン２１に接続されるとともに、抵抗３７を介して接地ライン２３に接続される。これと共に、トランジスタ３２のコレクタがトランジスタ３１のベースに接続される。
【００４５】
トランジスタ３１のコレクタが接地ライン２６に接続され、トランジスタ３１のエミッタが接地ライン２３に接続される。トランジスタ３１は、検出制御回路１５を保護するためのスイッチ回路４として動作する。
【００４６】
電源入力端子１及び接地端子２に供給される電源電圧が通常の電圧の範囲内なら、ツェナダイオード３３は、オフしている。このため、トランジスタ３２がオフする。トランジスタ３２がオフしているときには、トランジスタ３１のベースに与えられる電圧が高くなり、トランジスタ３１はオンしている。
【００４７】
例えば、電源入力端子１及び接地端子２との間に過大な入力電圧が印加されると、ツェナダイオード３３がオンし、ツェナダイオード３３、抵抗３４、抵抗３５を介して電流が流れる。これにより、トランジスタ３２のベース電圧が上昇し、トランジスタ３２がオンする。
【００４８】
トランジスタ３２がオンすると、トランジスタ３１のベース電圧が低レベルになり、トランジスタ３１がオフする。これにより、検出制御回路１５の電源が止められ、検出制御回路１５が保護される。
【００４９】
また、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向の電圧が供給されると、トランジスタ３１がオフする。これにより、検出制御回路１５の電源が止められ、検出制御回路１５が保護される。
【００５０】
このように、図１から図３に示した構成の充電回路では、検出制御回路１５の破壊を防止するためのスイッチ回路４が、検出制御回路１５の接地ライン２６の経路中に設けられ、このスイッチ回路４により、入力電圧が過電圧の場合や、入力電圧が逆方向の場合に、検出制御回路１５に送られる電源が止められる。この接地ライン２６は検出制御回路１５の接地ラインであり、ここには二次電池１０に流される充電電流は流れない。このため、スイッチ回路４としては、電流容量の大きいものを用いる必要はない。これにより、回路の小型、軽量化が図れるとともに、コストダウンが図れる。
【００５１】
ところが、このような構成では、定常動作時に、スイッチ回路４がオンしているとき、スイッチ回路４の内部抵抗によりその両端に電圧が発生するため、電圧検出回路１１で、二次電池１０の充電電圧を正確に検出できなくなるという問題が生じてくる。
【００５２】
つまり、図３に示したように、スイッチ回路４としては、例えばバイポーラトランジスタ３１が用いられる。このトランジスタ３１には内部抵抗がある。このため、スイッチ回路４がオンしているときにも、その両端に電圧が発生しており、検出制御回路１５の接地レベルは、この電圧の分だけ上がっていることになり、検出電圧にその誤差が生じてくる。スイッチ回路４としてＦＥＴを使った場合にも、同様である。
【００５３】
すなわち、図４に示すように、スイッチ回路４（トランジスタ３１）がオンしているときにも、スイッチ回路４の内部抵抗により、スイッチ回路４の両端には電圧ΔＶが発生している。電圧検出回路１１では、電源ライン２２と接地ライン２６との間の電圧を検出しており、接地ライン２６のレベルは接地レベルＧＮＤに対してΔＶだけ上がっている。したがって、電圧検出回路１１で検出される二次電池１０の検出電圧は、スイッチ回路４の内部抵抗により生じる両端電圧ΔＶだけ誤差が生じる。
【００５４】
そこで、電圧検出回路１１で、接地ラインを基準にして電源を検出するのではなく、電源ラインの電圧を基準にして電圧検出を行うことが考えられる。
【００５５】
つまり、一般的に、電圧検出回路は、図５に示すように、電源ラインＶＬ１と接地ラインＶＬ２との間に抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２とを設け、この抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間から検出電圧を得るようにしている。そして、接地ラインＶＬ２を基準にして、基準電圧源Ｖrefを設け、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点から得られる検出電圧と、基準電圧源Ｖrefの電圧とをコンパレータＣＭＰ１で比較するような構成とされている。基準電圧源Ｖrefは、ツェナダイオードで構成される。
【００５６】
通常では、このように、接地ラインＶＬ２を基準として、電圧を計測する構成となっている。ところが、図１〜図４の例では、検出制御回路１５の接地側の接地ライン２６の経路中にはスイッチ回路４があり、スイッチ回路４には内部抵抗がある。このため、接地ライン２６のレベルを接地レベルとし、このレベルを基準にしたのでは、基準レベルに誤差が生じてしまう。
【００５７】
そこで、図６に示すように、電源ラインＶＬ１の方を基準にして電圧を計測する方式を採用する。つまり、図６に示すように、電源ラインＶＬ１と接地ラインＶＬ２との間に、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２とを設け、この抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との間から検出電圧を得る。そして、電源ラインＶＬ１を基準にして、基準電圧源Ｖrefを設け、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２との接続点から得られる検出電圧と、基準電圧源Ｖrefの電圧とをコンパレータＣＭＰ１１で比較する。基準電圧源Ｖrefは、ツェナダイオードで構成される。
【００５８】
このように、電源ラインＶＬ１を基準として、電圧を計測する構成、すなわち、図１〜図４の構成なら、電圧検出回路１１は、電源ライン２２を基準にして、電圧を検出する構成とすると、基準電圧がスイッチ回路４の内部抵抗の影響を受けるということがなくなる。
【００５９】
また、図７に示すように、電圧検出回路１１と接地ライン２３との間に、抵抗４０を設けるようにする。抵抗４０としては、電源入力端子１及び接地端子２に過大な電圧が印加されたり、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向の電圧が印加された場合にも、検出制御回路１５に影響を及ぼさないように、高い抵抗値のものが用いられる。
【００６０】
このように、電圧検出回路１１と接地ライン２３との間に、抵抗４０を設けると、電圧検出回路１１で接地レベルからの電圧を検出できるようになる。
【００６１】
以上のように、入力電圧が過電圧であったり、入力電圧が逆方向の場合に、検出制御回路１５に対する電源を停止して、検出制御回路１５の破壊を防止するためのスイッチ回路４を、検出制御回路１５の接地ラインとなる接地ライン２６の経路中に設けるようにすると、スイッチ回路４として大電流容量のものを用いる必要がなくなり、小型、軽量化、低価格化が図れる。また、スイッチ回路４の内部抵抗による影響は、電圧検出の基準を電源ライン２２側にして計測を行ったり、電圧検出回路１１と接地ライン２３との間に、高抵抗値の抵抗４０を挿入することで除去できる。
【００６２】
更に、図８に示すように、スイッチ回路４の内部抵抗により発生する電圧ΔＶを検出し、この電圧ΔＶだけ、検出電圧を補正するようにしても良い。なお、図８において、図１から図４と同一部分については、同一符号が付されている。
【００６３】
図８において、スイッチ回路４により発生される電圧ΔＶがΔＶ検出回路５１で検出される。ΔＶ検出回路５１は、スイッチ回路４の両端電圧を検出する両端電圧検出回路である。ΔＶ検出回路５１の検出出力がΔＶ補正回路５２に供給される。ΔＶ補正回路５２の出力が電圧検出回路１１に供給され、電圧検出回路１１で検出される二次電池１０の充電電圧がΔＶだけ補正される。すなわち、電圧検出回路１１で検出される検出電圧は、接地レベルがΔＶだけ上がっているので、その分を下げるように補正される。これにより、電圧検出回路１１で検出される検出電圧は、二次電池１０の充電電圧と等しくなる。
【００６４】
図９は、スイッチ回路４として、ＦＥＴを用いると共に、スイッチ回路４の両端に発生する電圧ΔＶを検出して、電圧検出値を補正するようにした構成である。
【００６５】
図９において、検出制御回路１５には、電源ライン２５及び接地ライン２６を介して、電源が供給される。検出制御回路１５に配されている電圧検出回路１１、電流検出回路１２、制御回路１３は、この電源により駆動される。接地ライン２６の経路中には、ＦＥＴ６１及び６２からなるスイッチ回路４が設けられる。
【００６６】
電源ライン２１と接地ライン２３との間に、ツェナダイオード３３、抵抗３４、抵抗３５の直列接続が接続される。抵抗３４と抵抗３５との接続点がトランジスタ３２のベースに接続される。トランジスタ３２のエミッタが接地ライン２３に接続される。トランジスタ３２のコレクタが抵抗３６を介して電源ライン２１に接続されるとともに、抵抗３７を介して接地ライン２６Ａに接続される。これと共に、トランジスタ３２のコレクタがＦＥＴ６１及び６２のゲートに接続される。
【００６７】
ＦＥＴ６１のソース・ドレイン間には、ダイオード６３が接続される。ＦＥＴ６２のソース・ドレイン間には、ダイオード６４が接続される。ＦＥＴ６３のソースが接地ライン２６Ａに接続される。ＦＥＴ６１のドレインとＦＥＴ６２のドレインが接続される。ＦＥＴ６２のソースが接地ライン２６Ｂに接続される。接地ライン２６Ｂが接地ライン２３に接続される。
【００６８】
接地ライン２６Ａと接地ライン２３との間の電圧がΔＶ検出回路５１で検出される。このΔＶ検出回路５１の出力がΔＶ補正回路５２に供給される。ΔＶ補正回路５２で、検出制御回路１５の電圧検出回路１１の検出出力が補正される。
【００６９】
電源入力端子１及び接地端子２に供給される電源電圧が通常の電圧の範囲内なら、ツェナダイオード３３は、オフしている。このため、トランジスタ３２がオフする。トランジスタ３２がオフしているときには、ＦＥＴ６１、ＦＥＴ６２がオンしている。ＦＥＴ６２がオンしているときには、接地ライン２６Ａと接地ライン２６Ｂとの間で、ダイオード６３、ＦＥＴ６２を介して、電流が流れる。
【００７０】
例えば、電源入力端子１及び接地端子２との間に過大な入力電圧が印加されると、ツェナダイオード３３がオンし、ツェナダイオード３３、抵抗３４、抵抗３５を介して電流が流れる。これにより、トランジスタ３２のベース電圧が上昇し、トランジスタ３２がオンする。
【００７１】
トランジスタ３２がオンすると、ＦＥＴ６１、６２のゲート電圧が低レベルになり、ＦＥＴ６１、６２がオフする。これにより、検出制御回路１５の電源が止められ、検出制御回路１５が保護される。
【００７２】
また、電源入力端子１及び接地端子２に逆方向の電圧が供給されると、ＦＥＴ６１、６２がオフする。これにより、検出制御回路１５の電源が止められ、検出制御回路１５が保護される。
【００７３】
このように、この例では、ΔＶ検出回路５１により、スイッチ回路４がオンしているときにスイッチ回路４の両端に発生する電圧が検出され、このΔＶ検出回路５１の出力により、検出制御回路１５の電圧検出回路１１の検出出力が補正される。これにより、スイッチ回路４の両端に発生する電圧の影響を受けずに、正確な充電電圧を検出することができる。
【００７４】
なお、図１０に示すように、ΔＶ検出回路５１の検出出力を充電停止回路５３に供給し、ΔＶ検出回路５１で検出される電圧が基準値より大きい場合には、検出制御回路１５に充電を停止信号を供給し、充電を停止させるようにすると、より安全に動作させることができる。
【００７５】
更に、図１１に示すように、電源ライン２１と接地ライン２６Ａとの間で、入力電源電圧を検出する電圧検出回路５４を設け、ΔＶ補正回路５５により、ΔＶ検出回路５１の検出出力によりこの検出電圧を補正することで、入力電圧を検出することができる。
【００７６】
そして、この補正され入力電圧の検出値が所定値以上なら、充電停止回路５７から検出制御回路１５に充電を停止信号を供給し、充電を停止させるようにすると、より安全に動作させることができる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明によれば、過大な入力電圧や逆方向の入力電圧から検出制御回路を保護するためのスイッチ回路が検出制御回路の接地ライン中に設けてられている。このようにすると、スイッチ回路に二次電池の充電電流が流れることがなくなり、スイッチ回路として、電流容量の大きいものを用いる必要がなくなる。
【００７８】
このように、スイッチ回路を検出制御回路の接地ライン中に設けると、スイッチ回路の内部抵抗により、スイッチ回路の両端に電圧が発生し、検出制御回路の接地レベルがその分上昇する。
【００７９】
そこで、検出電圧を電源側を基準にして検出することで検出電圧の誤差を軽減する。また、検出制御回路と装置の接地ラインとの間に、高抵抗値の抵抗を挿入して、検出制御回路の接地レベルを装置の接地レベルとする。更に、スイッチ回路の両端の電圧を計測し、この計測値により、二次電池の検出電圧を補正する。
【００８０】
これにより、スイッチ回路を検出制御回路の接地ライン中に設けた場合でも、スイッチ回路の内部抵抗による誤差が生じなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明が適用された充電装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】この発明が適用された充電装置の変形例を示すブロック図である。
【図３】この発明が適用された充電装置の具対構成を示すブロック図である。
【図４】スイッチ回路の両端電圧の影響の説明に用いるブロック図である。
【図５】電圧検出の説明に用いる接続図である。
【図６】電圧検出の説明に用いる接続図である。
【図７】この発明が適用された充電装置における検出誤差の改善例の一例の説明に用いるブロック図である。
【図８】この発明が適用された充電装置における検出誤差の改善例の他の例の説明に用いるブロック図である。
【図９】この発明が適用された充電装置における検出誤差の改善例の他の例の具体的構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明が適用された充電装置の変形例を示すブロック図である。
【図１１】この発明が適用された充電装置の他の変形例を示すブロック図である。
【図１２】従来の充電装置の一例のブロック図である。
【図１３】従来の充電装置におけるスイッチ回路の一例のブロック図である。
【図１４】従来の充電装置におけるスイッチ回路の他の例のブロック図である。
【図１５】従来の充電装置の他の例のブロック図である。
【符号の説明】
１・・・電源入力端子、２・・・接地端子、３・・・トランジスタ、４・・・スイッチ回路、 ７。８・・・充電端子、１０・・・二次電池、１１・・・電圧検出回路、１２・・・電流検出回路、１３・・・制御回路、１４・・・入力電圧検出回路
Claims (6)
- 二次電池と、
上記二次電池が装着される充電端子と、
上記二次電池を充電するための直流電源が供給される電源入力端子と、
上記充電端子に装着された二次電池の充電を制御する半導体素子と、
第１の接地ラインと、上記充電端子と接続される電源ラインとの間から充電電圧を検出し、上記二次電池の充電電流を検出し、上記充電電圧及び充電電流に応じて上記半導体素子に制御信号を供給する検出制御手段と、
上記第１の接地ラインと、上記充電端子と接続される第２の接地ラインとの間に設け、上記検出制御手段を動作させるための電源をオン／オフするスイッチ手段と、
上記スイッチ手段の両端に発生する電圧を検出する両端電圧検出手段と、
上記電源入力端子に過大な入力電圧や逆方向の極性の入力電圧が供給されたことを検出する入力電圧検出手段とを備え、
上記検出制御手段で検出された充電電圧の検出値を、上記両端電圧検出手段で検出された上記スイッチ手段の両端電圧で補正することにより、上記スイッチ手段が定常状態でオンしているときに、上記スイッチ手段の両端に発生する電圧の影響を除去し、
上記入力電圧検出手段により、上記電源入力端子に過大な入力電圧又は逆方向の極性の入力電圧が供給されたことが検出されたら、上記検出制御手段が破壊されるのを防止するために、上記スイッチ手段をオフして、上記検出制御手段への電源を止めるようにした充電装置。 - 上記両端電圧検出手段で検出された上記スイッチ手段の両端電圧が所定電圧より大きい場合には、充電を停止するようにした請求項１に記載の充電装置。
- 上記検出制御手段の接地ラインを基準にして入力電圧を検出する手段を設け、上記検出制御手段の接地ラインを基準にして検出された入力電圧を上記両端電圧検出手段で検出された上記スイッチ手段の両端電圧で補正し、上記補正された入力電圧が所定電圧より大きい場合には、充電を停止するようにした請求項１に記載の充電装置。
- 電源入力端子からの電源を半導体素子により制御して充電端子に装着された二次電池に与え、
検出制御手段で第１の接地ラインと、上記充電端子と接続される電源ラインとの間から充電電圧を検出し、上記二次電池の充電電流を検出し、上記充電電圧及び充電電流に応じて上記半導体素子に制御信号を供給し、
上記第１の接地ラインと、上記充電端子と接続される第２の接地ラインとの間にスイッチ手段を設け、上記検出制御手段を動作させるための電源をオン／オフし、
上記スイッチ手段の両端に発生する電圧を検出し、
上記電源入力端子に過大な入力電圧や逆方向の極性の入力電圧が供給されたことを検出し、
上記検出制御手段で検出された充電電圧の検出値を、上記検出された上記スイッチ手段の両端電圧で補正することにより、上記スイッチ手段が定常状態でオンしているときに、上記スイッチ手段の両端に発生する電圧の影響を除去し、
上記電源入力端子に過大な入力電圧又は逆方向の極性の入力電圧が供給されたことが検出されたら、上記検出制御手段が破壊されるのを防止するために、上記検出制御手段の接地側に設けられたスイッチ手段をオフして、上記検出制御手段への電源を止めるようにした充電装置の制御方法。 - 検出された上記スイッチ手段の両端電圧が所定電圧より大きい場合には、充電を停止するようにした請求項４に記載の充電装置の制御方法。
- 上記検出制御手段の接地ラインを基準にして入力電圧を検出し、上記検出制御手段の接地ラインを基準にして検出された入力電圧を上記検出された上記スイッチ手段の両端電圧で補正し、上記補正された入力電圧が所定電圧より大きい場合には、充電を停止するようにした請求項４に記載の充電装置の制御方法。
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