JP2012120267A

JP2012120267A - 充電制御装置

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Publication number: JP2012120267A
Application number: JP2010265341A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Masumoto; 本博増; Shigeto Saegusa; 枝茂人三
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-21
Also published as: US9214824B2; CN102480150B; US20120133340A1; CN102480150A

Abstract

【課題】消費電力を低減することが可能な充電制御装置を提供する。
【解決手段】充電制御装置は、入力端子を介して入力された入力電圧をＤＣ−ＤＣ変換し、得られた出力電圧を出力端子に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するスイッチング制御回路と、を備える。充電制御装置は、出力電圧を検出する出力電圧検出回路を備える。充電制御装置は、バッテリ端子と出力端子との間に流れるバッテリ電流を検出するバッテリ電流検出回路と、バッテリ端子のバッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、を備える。充電制御装置は、出力端子とバッテリ端子との間に接続された第１のスイッチＭＯＳトランジスタと、バッテリ電圧に応じて、第１のスイッチＭＯＳトランジスタの動作を制御する電圧制御回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、二次電池（バッテリ）を充電する充電制御装置に関する。

従来の充電制御回路には、例えば、バッテリとシステム回路（負荷）が直結されたものがある。この従来の充電制御回路は、システム負荷が起動する電圧までバッテリが充電されないとシステムが起動しない問題がある。

また、他の従来の充電制御装置には、バッテリとシステム回路（負荷）に対して、別々の制御部(ＤＣ−ＤＣコンバータ)が設けられたものがある。この他の従来の充電制御回路は、２つのＤＣ−ＤＣコンバータが必要となり、平滑化のための外付けインダクタ・容量の数も２倍必要となり、実装面積やコストが増加する問題がある。

米国特許第７、７１０、０７９号明細書

消費電力を低減することが可能な充電制御装置を提供する。

実施例に従った充電制御装置は、バッテリ端子に接続されたバッテリの充電を制御するとともに、システム回路に必要な電圧および電流を、出力端子を介して供給する充電制御装置である。充電制御装置は、入力端子を介して入力された入力電圧をＤＣ−ＤＣ変換し得られた出力電圧を前記出力端子に出力するＤＣ−ＤＣコンバータを、制御するスイッチング制御回路と、を備える。充電制御装置は、前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、前記バッテリ端子と前記出力端子との間に流れるバッテリ電流を検出するバッテリ電流検出回路と、を備える。充電制御装置は、前記バッテリ端子のバッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、前記出力端子と前記バッテリ端子との間に接続された第１のスイッチＭＯＳトランジスタと、前記バッテリ電圧に応じて、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタの動作を制御する電圧制御回路と、を備える。

図１は、実施例１に係る充電制御装置１００を含む充電制御システム１０００の構成の一例を示す図である。図２は、図１に示す充電制御システム１０００の動作の一例を示すフローチャートである。図３は、図２に示すステップＳ６における、バッテリ１１１を充電する際の、充電制御装置１００の充電動作の一例を示すフローチャートである。図４は、バッテリ１１１を充電する場合における、図１に示す充電制御装置１００の電流電圧特性の一例を示す図である。図５は、実施例２に係る充電制御装置２００を含む充電制御システム２０００の構成の一例を示す図である。図６は、図５に示す充電制御システム２０００の動作の一例を示すフローチャートである。図７は、実施例３に係る充電制御装置３００を含む充電制御システム３０００の構成の一例を示す図である。図８は、図７に示す充電制御システム３０００の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、各実施例について図面に基づいて説明する。

図１は、実施例１に係る充電制御装置１００を含む充電制御システム１０００の構成の一例を示す図である。

図１に示すように、充電制御システム１０００は、充電制御装置１００と、システム回路（負荷）１０４と、バッテリ（二次電池）１１１と、を備える。

充電制御装置１００は、バッテリ端子Ｔ_ＢＡＴＴに接続されたバッテリ１１１の充放電を制御するとともに、システム回路１０４に必要な電圧および電流を、出力端子Ｔ_ＯＵＴを介して供給するようになっている。

この充電制御装置１００は、入力電流検出回路１０２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３と、スイッチング制御回路１０５と、出力電圧検出回路１０６と、電圧制御回路１０８と、バッテリ電流検出回路１０９と、バッテリ電圧検出回路１１０と、入力電圧検出回路１１２と、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰと、を有する。

入力電流検出回路１０２は、入力端子Ｔ_ＩＮに入力される入力電流Ｉ_ＩＮを検出するようになっている。

入力電圧検出回路１１２は、入力端子Ｔ_ＩＮに入力される入力電圧Ｖ_ＩＮを検出するようになっている。

出力電圧検出回路１０６は、出力電圧Ｖ_Ｏを検出するようになっている。

バッテリ電流検出回路１０９は、バッテリ端子Ｔ_ＢＡＴＴと出力端子Ｔ_ＯＵＴとの間に流れるバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴを検出するようになっている。

バッテリ電圧検出回路１１０は、バッテリ端子Ｔ_ＢＡＴＴのバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴを検出するようになっている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３は、入力端子Ｔ_ＩＮを介して入力された入力電圧Ｖ_ＩＮ（入力電流Ｉ_ＩＮ）をＤＣ−ＤＣ変換し、得られた出力電圧Ｖ_Ｏ（出力電流Ｉ_Ｏ）を出力端子Ｔ_ＯＵＴに出力するようになっている。

このＤＣ−ＤＣコンバータは、図１に示すように、例えば、ローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬと、ハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨと、インダクタＬと、キャパシタＣと、を有する。

ハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨは、入力端子Ｔ_ＩＮに一端（ソース）が接続され、スイッチ制御回路１０５にゲートが接続されている。このハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨは、スイッチング制御回路により動作が制御されるようになっている。このハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨは、図１の例ではｐＭＯＳトランジスタであるが、スイッチ制御回路１０５内でチャージポンプ回路等の昇圧回路を追加すればｎＭＯＳトランジスタでもよい。

ローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬは、ハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨの他端（ドレイン）に一端（ソース）が接続され、スイッチ制御回路１０５にゲートが接続されている。このローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬは、スイッチング制御回路１０５により動作が制御されるようになっている。このローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬは、図１の例ではｎＭＯＳトランジスタであるが、ｐＭＯＳトランジスタでもよい。

インダクタＬは、ハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨの他端（ドレイン）に一端が接続され、出力端子Ｔ_ＯＵＴに他端が接続されている。

キャパシタＣは、インダクタＬの他端と接地との間に接続されている。

インダクタＬ及びキャパシタＣは充電制御装置１００内に実装せず外付け部品を用いる。

スイッチング制御回路１０５は、入力電圧Ｖ_ＩＮ、入力電流Ｉ_ＩＮ、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴ、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴ、出力電圧Ｖ_Ｏ、および、システム回路の起動状態の情報等が入力されるようになっている。このスイッチ回路１０５は、これらの情報に基づいて、出力電圧Ｖｏおよびバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴが目標値になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を制御するようになっている。

このスイッチング制御回路１０５は、例えば、ハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨとローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬとを交互にオンさせて、入力電圧Ｖ_ＩＮから矩形波電圧を発生させ、この矩形波電圧をインダクタＬとキャパシタＣとにより平滑化して出力電圧Ｖ_Ｏを生成する。

第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰは、出力端子Ｔ_ＯＵＴとバッテリ端子Ｔ_ＢＡＴＴとの間に接続されている。図１の例では、この第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰは、ｐＭＯＳトランジスタであるが、電圧制御回路１０８内でチャージポンプ回路等の昇圧回路を追加すればｎＭＯＳトランジスタであってもよい。

電圧制御回路１０８は、入力電圧Ｖ_ＩＮ、入力電流Ｉ_ＩＮ、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴ、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴ、出力電圧Ｖ_Ｏ、および、システム回路の起動状態の情報等が入力されるようになっている。この電圧制御回路１０８は、これらの情報に基づいて、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰの動作を制御するようになっている。

なお、電圧制御回路１０８と、バッテリ電流検出回路１０９と、バッテリ電圧検出回路１１０と、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰとは、リニア制御回路１０７を構成する。

次に、以上のような構成を有する充電制御システム１０００の動作の一例について説明する。

ここで、図２は、図１に示す充電制御システム１０００の動作の一例を示すフローチャートである。

図２に示すように、充電制御システム１０００は、先ず、入力電圧Ｖ_ＩＮが規定範囲内（下限値Ｖ_ＵＶＬＯと上限値Ｖ_ＯＶＬＯの間）であるか否かを判断する（ステップＳ１）。

入力電圧Ｖ_ＩＮが該規定範囲内である場合には、充電制御システム１０００は、充電制御装置１００を動作させて出力端子に出力電圧Ｖ_ｏを出力する（ステップＳ２）。

次に、充電制御システム１０００は、システム回路１０４を起動する信号が来ているか否かを判断する（ステップＳ３）。システム回路１０４を起動する信号が来ていると判断すればシステム回路１０４を起動し（ステップＳ４）、システム回路１０４を起動する信号が来ていないと判断すればシステム回路１０４の起動をスキップする。

次に、充電制御システム１０００は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴがシステム回路１０４を駆動するシステム電圧Ｖｓｙｓよりも高く設定された設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも高いか否かを判断する（ステップＳ５）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも低いと判断した場合は充電制御装置１００によりバッテリ１１１を充電する（ステップＳ６）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも高いと判断した場合は、充電制バッテリ１１１の充電動作をスキップし終了する。

一方、入力電圧Ｖ_ＩＮが該規定範囲外である場合には、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰのバッテリ１１１に接続された端子（ソース）からシステム１０４に接続された端子（ドレイン）に形成された寄生ダイオードによって、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴより寄生ダイオードの順方向電圧Ｖ_Ｆだけ低い電圧がＶ_ｏに出力される。よって、システム回路を起動する信号が来ていると判断された場合（ステップＳ７）には、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴより寄生ダイオードの順方向電圧だけ低い電圧がシステム１０４を起動できる電圧であれば、システム１０４が起動される（ステップＳ８）。なお、寄生ダイオードの順方向電圧は、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを内蔵した場合０．６Ｖから０．７Ｖ程度である。

ここで、図３は、図２に示すステップＳ６における、バッテリ１１１を充電する際の、充電制御装置１００の充電動作の一例を示すフローチャートである。また、図４は、バッテリ１１１を充電する場合における、図１に示す充電制御装置１００の電流電圧特性の一例を示す図である。

なお、図３、４において、設定電流Ｉ_Ｂ１は、例えば、トリクル充電時のバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴの値であり、任意に設定される。また、設定電流Ｉ_Ｂ２は、例えば、プリチャージ充電時のバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴの値であり、設定電流Ｉ_Ｂ１よりも大きく設定される。また、設定電流Ｉ_Ｂ３は、例えば、一定電流充電時のバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴの値であり、設定電流Ｉ_Ｂ２よりも大きく設定される。また、停止電流Ｉ_Ｓは、予め設定され、バッテリ１１１の充電を停止させる基準となるバッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴの値である。

また、設定電圧Ｖ_Ｂ１は、トリクル充電とプリチャージ充電とを切り替える基準となるバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴの値である。また、設定電圧Ｖ_Ｂ２は、設定電圧Ｖ_Ｂ１よりも高く設定され、プリチャージ充電と一定電流充電を切り替える基準となるバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴの値である。また、設定電圧Ｖ_Ｂ３は、設定電圧Ｖ_Ｂ２よりも高く設定され、充電の目標電圧となるバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴの値である。

図３に示すように、バッテリ１１１を充電する際に、先ず、充電制御装置１００（スイッチング制御回路１０５、電圧制御回路１０８）は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ１未満であるか否かを判断する（ステップＳ６１）。

そして、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ１未満の場合は、スイッチング制御回路１０５は出力端子の電圧がＶ_ｏとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を制御する。電圧制御回路１０８は、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを飽和領域で、且つ、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴが設定電流Ｉ_Ｂ１になるように、動作させる（ステップＳ６２）。これにより、バッテリ１１１が設定電流Ｉ_Ｂ１で充電される。

これらのステップＳ６１、Ｓ６２は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ１以上になるまで、繰り返される（図４の時間Ｔ０〜Ｔ１）。

次に、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが第１の設定電圧Ｖ_Ｂ１以上になると、充電制御装置１００（スイッチング制御回路１０５、電圧制御回路１０８）は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ２未満であるか否かを判断する（ステップＳ６３）。

そして、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ２未満の場合は、スイッチング制御回路１０５は出力端子の電圧がＶ_ｏとなるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を制御する。電圧制御回路１０８は、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを飽和領域で、且つ、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴが設定電流Ｉ_Ｂ２になるように、動作させる（ステップＳ６４）。これにより、バッテリ１１１が設定電流Ｉ_Ｂ２で充電される。

これらのステップＳ６３、Ｓ６４は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ２以上になるまで、繰り返される（図４の時間Ｔ１〜Ｔ２）。

次に、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ２以上になると、充電制御装置１００（スイッチング制御回路１０５、電圧制御回路１０８）は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３未満であるか否かを判断する（ステップＳ６５）。

そして、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ２以上、設定電圧Ｖ_Ｂ３未満の場合は、電圧制御回路１０８は、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを線形領域で動作させ、且つ、スイッチング制御回路１０５は、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴが設定電流Ｉ_Ｂ３になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を制御する（ステップＳ６６）。これにより、バッテリ１１１が設定電流Ｉ_Ｂ３で充電される。

これらのステップＳ６５、Ｓ６６は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３以上になるまで、繰り返される（図４の時間Ｔ２〜Ｔ３）。

次に、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３以上になると、充電制御装置１００（スイッチング制御回路１０５、電圧制御回路１０８）は、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴが停止電流Ｉ_ｓを超えている否かを判断する（ステップＳ６７）。

そして、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３以上であって、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴが停止電流Ｉ_ｓを超えている場合には、電圧制御回路１０８は、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを線形領域で動作させ、且つ、スイッチング制御回路１０５は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３になるように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を制御する（ステップＳ６８）。

これらのステップＳ６５、Ｓ６６は、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴが停止電流Ｉ_ｓ以下になるまで、繰り返される（図４の時間Ｔ３〜Ｔ４）。

そして、バッテリ電流Ｉ_ＢＡＴＴが停止電流Ｉ_ｓ以下になると、電圧制御回路１０８は、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰをオフして、バッテリ１１１の充電を停止させる。これにより、バッテリ１１１が設定電圧Ｖ_Ｂ３に充電される。

以上のように、充電制御システム１０００は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが、システム回路１０４が起動するために必要な電圧未満であっても、システム回路１０４を起動させ、さらに、バッテリ１１１を所定の電圧に充電することが可能となる。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータを２つ用いる従来の充電制御装置では、バッテリを充電する際、例えば、入力電圧が５Ｖ、バッテリ電圧が３Ｖ、バッテリ電流が１Ａの場合、２Ｗの損失が発生する。

しかし、本実施例１に係る充電制御装置１００は、バッテリを充電する際に、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを線形領域で動作させるため、飽和領域で動作させるよりもその抵抗値が低くなり、同様の条件で、損失が０．４４Ｗ（効率９０パーセント）に低減される。

すなわち、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰにおける熱損失を抑制され、充電制御装置１００の消費電流を低減することができる。

さらに、既述のように、充電制御装置１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を１つ（平滑化のためのインダクタとキャパシタが１組）しか有さないので、実装面積やコストの増加を抑制することができる。

以上のように、本実施例に係る充電制御装置によれば、消費電力を低減することができる。

本実施例２においては、バッテリからシステム回路に給電する場合に、消費電力を低減するための構成の一例について説明する。

ここで、図５は、実施例２に係る充電制御装置２００を含む充電制御システム２０００の構成の一例を示す図である。なお、図５において、図１の符号と同じ符号は、実施例１と同様の構成を示す。

図５に示すように、充電制御システム２０００は、充電制御装置２００と、システム回路（負荷）１０４と、バッテリ（二次電池）１１１と、を備える。この充電制御システム２０００の充電制御装置２００以外の構成は、実施例１の充電制御システム１０００と同様である。

充電制御装置２００は、バッテリ端子Ｔ_ＢＡＴＴに接続されたバッテリ１１１の充放電を制御するとともに、システム回路１０４に必要な電圧および電流を、出力端子Ｔ_ＯＵＴを介して供給するようになっている。

この充電制御装置２００は、入力電流検出回路１０２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３と、スイッチング制御回路１０５と、出力電圧検出回路１０６と、電圧制御回路１０８と、バッテリ電流検出回路１０９と、バッテリ電圧検出回路１１０と、入力電圧検出回路１１２と、電圧比較回路１１３と、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰと、を有する。この充電制御装置２００の電圧比較回路１１３以外の構成、機能は、実施例１の充電制御装置１００と同様である。

ここで、電圧比較回路１１３は、出力電圧Ｖ_Ｏとバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴとを比較し、この比較結果を電圧制御回路１０８に出力するようになっている。

次に、以上のような構成を有する充電制御システム２０００の動作の一例について説明する。

ここで、図６は、図５に示す充電制御システム２０００の動作の一例を示すフローチャートである。なお、図６において、図２の符号と同じ符号は、実施例１と同様のフローを示す。特に、図６に示すステップＳ６における充電制御装置２００の充電動作のフローは、実施例１の図３に示すフローと同様である。

図６に示すように、ステップＳ１において、入力電圧Ｖ_ＩＮが規定範囲内（下限値Ｖ_ＵＶＬＯと上限値Ｖ_ＯＶＬＯの間）であるかと判断された場合には、充電制御システム２０００は、充電制御装置２００を動作させて出力端子に出力電圧Ｖ_ｏを出力し（ステップＳ２）、システム回路１０４を起動する信号が来ているか否かを判断する（ステップＳ３）。

そして、システム回路１０４を起動する信号が来ていると判断すればシステム回路１０４を起動し（ステップＳ４）、システム回路１０４を起動する信号が来ていないと判断すればシステム回路１０４の起動をスキップする。

次に、充電制御システム２０００は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴがシステム回路１０４を駆動するシステム電圧Ｖｓｙｓよりも高く設定された設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも高いか否かを判断する（ステップＳ５）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも低いと判断した場合は充電制御装置１００によりバッテリ１１１を充電する（ステップＳ６）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも高いと判断した場合は、充電制バッテリ１１１の充電動作をスキップし終了する。

一方、入力電圧Ｖ_ＩＮが該規定範囲外である場合には、充電制御システム１０００は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが出力電圧Ｖ_ｏよりも高いか否かを判断する（ステップＳ２０１）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが出力電圧Ｖ_ｏよりも高ければ、システム回路１０４を起動する信号が来ているか否かを判断する（ステップＳ７）。システム回路１０４を起動する信号が来ていると判断すれば、電圧制御回路１０８は、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを線形領域で動作させ（ステップＳ２０２）、バッテリ１１１から第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを介してシステム回路１０４に給電し、システム回路１０４を起動する（ステップＳ２０３）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが出力電圧Ｖ_ｏよりも低いと判断すれば、システム回路１０４の起動動作スキップし、終了する。

以上のように、バッテリ１１１からシステム回路１０４に給電する際に、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰを線形領域で動作させることにより、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰの寄生ダイオードを利用して給電する場合と比較して、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰにおける熱損失が抑制され、充電制御装置２００の消費電流を低減し、バッテリ１１１の寿命を延ばすことができる。

さらに、実施例１と同様に、充電制御装置２００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０３を１つ（平滑化のためのインダクタとキャパシタが１組）しか有さないので、実装面積やコストの増加を抑制することができる。

以上のように、本実施例に係る充電制御装置によれば、実施例１と同様に、消費電力を低減することができる。

本実施例３においては、バッテリからシステム回路に給電する場合に、消費電力を低減するための構成の一例について説明する。

ここで、図７は、実施例３に係る充電制御装置３００を含む充電制御システム３０００の構成の一例を示す図である。なお、図７において、図５の符号と同じ符号は、実施例２と同様の構成を示す。

図７に示すように、充電制御システム３０００は、充電制御装置３００と、システム回路（負荷）１０４と、バッテリ（二次電池）１１１と、を備える。この充電制御システム３０００の充電制御装置３００以外の構成は、実施例２の充電制御システム２０００と同様である。

充電制御装置３００は、バッテリ端子Ｔ_ＢＡＴＴに接続されたバッテリ１１１の充放電を制御するとともに、システム回路１０４に必要な電圧および電流を、出力端子Ｔ_ＯＵＴを介して供給するようになっている。

この充電制御装置３００は、入力電流検出回路１０２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３と、スイッチング制御回路１０５と、出力電圧検出回路１０６と、電圧制御回路１０８と、バッテリ電流検出回路１０９と、バッテリ電圧検出回路１１０と、入力電圧検出回路１１２と、電圧比較回路１１３と、第１のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰと、第２のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰ２と、を有する。この充電制御装置３００のＤＣ−ＤＣコンバータ３０３と第２のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰ２以外の構成、機能は、実施例２の充電制御装置２００と同様である。

ここで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、入力端子Ｔ_ＩＮを介して入力された入力電圧Ｖ_ＩＮ（入力電流Ｉ_ＩＮ）をＤＣ−ＤＣ変換し、得られた出力電圧Ｖ_Ｏ（出力電流Ｉ_Ｏ）を出力端子Ｔ_ＯＵＴに出力するようになっている。

このＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、図１に示すように、例えば、ローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬと、ハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨと、インダクタＬと、キャパシタＣと、第２のハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨＢと、を有する。すなわち、実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ１０３と比較して、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３は、第２のハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨＢをさらに有する。

この第２のハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨＢは、インダクタＬの一端（ハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨのドレイン）とバッテリ端子Ｔ_ＢＡＴＴとの間に接続され、ゲートがスイッチング制御回路１０５に接続されている。この第２のハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨＢは、スイッチング制御回路により動作が制御されるようになっている。

このスイッチング制御回路１０５は、例えば、ハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨをオフした状態で、第２のハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨＢとローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬとを交互にオンさせて、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴから矩形波電圧を発生させ、この矩形波電圧をインダクタＬとキャパシタＣとにより平滑化して出力電圧Ｖ_Ｏを生成する。

次に、第２のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰ２は、一端（ドレイン）が出力端子Ｔ_ＯＵＴに接続され、他端（ソースが）が第１のスイッチＭＯＳトランジスタの端子（ソース）との間に接続され、制御端子（ゲート）が電圧制御回路１０８と接続されており、バッテリ１１１からシステム回路１０４への給電時以外には常にオンするよう、電圧制御回路１０８と電圧比較回路１１３により制御される。

次に、以上のような構成を有する充電制御システム３０００の動作の一例について説明する。

ここで、図８は、図７に示す充電制御システム３０００の動作の一例を示すフローチャートである。図８に示すステップＳ６における充電制御装置３００の充電動作のフローは、実施例１の図３に示すフローと同様である。

図８に示すように、ステップＳ１において、入力電圧Ｖ_ＩＮが規定範囲内（下限値Ｖ_ＵＶＬＯと上限値Ｖ_ＯＶＬＯの間）であるかと判断された場合には、充電制御システム３０００は、充電制御装置３００を動作させて出力端子に出力電圧Ｖ_ｏを出力し（ステップＳ２）、システム回路１０４を起動する信号が来ているか否かを判断する（ステップＳ３）。

次に、充電制御システム３０００は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴがシステム回路１０４を駆動するシステム電圧Ｖｓｙｓよりも高く設定された設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも高いか否かを判断する（ステップＳ５）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも低いと判断した場合は充電制御装置３００によりバッテリ１１１を充電する（ステップＳ６）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが設定電圧Ｖ_Ｂ３よりも高いと判断した場合は、充電制バッテリ１１１の充電動作をスキップし終了する。

一方、入力電圧Ｖ_ＩＮが該規定範囲外である場合には、充電制御システム３０００は、バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが出力電圧Ｖ_ｏよりも高いか否かを判断する（ステップＳ７）。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが出力電圧Ｖ_ｏよりも高ければ、システム回路１０４を起動する信号が来ているか否かを判断する（ステップＳ８）。システム回路１０４を起動する信号が来ていると判断すれば、電圧制御回路１０８は、且つ、スイッチング制御回路１０５は、第２のスイッチＭＯＳトランジスタＳＷＰ２及びハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨをオフし、ローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬおよび第２のハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨＢを制御して（ステップＳ３０１）、バッテリ１１１から第２のハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨＢを介してシステム回路１０４に給電し、システム回路１０４を起動する。バッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴが出力電圧Ｖ_ｏよりも低いと判断すれば、システム回路１０４の起動動作スキップし、終了する。

以上のように、バッテリ１１１からシステム回路１０４に給電する際に、インダクタＬ、キャパシタＣ、ローサイドＭＯＳトランジスタＳＷＬおよび第２のハイサイドＭＯＳトランジスタＳＷＨＢがＤＣ−ＤＣコンバータとして動作するので、システム１０４の起動に必要な出力電圧Ｖ_ｏがバッテリ電圧Ｖ_ＢＡＴＴよりも低い場合に、バッテリ１１１から飽和領域で動作する第１のスイッチＭＯＳトランジスタを介してシステム回路１０４に給電する場合よりも、システム回路１０４の消費電流を低減し、バッテリ１１１の寿命を延ばすことができる。

さらに、実施例２と同様に、充電制御装置３００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０３が外付け部品を１組（平滑化のためのインダクタＬとキャパシタＣ）しか必要としないため、実装面積やコストの増加を抑制することができる。

なお、実施形態は例示であり、発明の範囲はそれらに限定されない。

１００、２００、３００充電制御装置
１０４システム回路（負荷）
１１１バッテリ（二次電池）
１０００、２０００、３０００充電制御システム

Claims

バッテリ端子に接続されたバッテリの充電を制御するとともに、システム回路に必要な電圧および電流を、出力端子を介して供給する充電制御装置であって、
入力端子を介して入力された入力電圧をＤＣ−ＤＣ変換し得られた出力電圧を前記出力端子に出力するＤＣ−ＤＣコンバータを、制御するスイッチング制御回路と、
前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記バッテリ端子と前記出力端子との間に流れるバッテリ電流を検出するバッテリ電流検出回路と、
前記バッテリ端子のバッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、
前記出力端子と前記バッテリ端子との間に接続された第１のスイッチＭＯＳトランジスタと、
前記バッテリ電圧に応じて、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタの動作を制御する電圧制御回路と、を備える
ことを特徴とする充電制御装置。
前記バッテリを充電する際に、
前記バッテリ電圧が第１の設定電圧未満の場合は、
前記電圧制御回路は、前記バッテリ電流が第１の設定電流になるように前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを飽和領域で動作させ、且つ、前記スイッチング制御回路は、前記出力電圧が第３の設定電圧になるように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、
前記バッテリ電圧が前記第１の設定電圧以上、前記第１の設定電圧よりも高い第２の設定電圧未満の場合は、
前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させ、且つ、前記スイッチング制御回路は、前記バッテリ電流が前記第１の設定電流よりも大きい第２の設定電流になるように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、
前記バッテリ電圧が前記第２の設定電圧以上の場合は、
前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させ、且つ、前記スイッチング制御回路は、前記バッテリ電圧が前記第２の設定電圧になるように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、その後、前記バッテリ電流が予め設定された停止電流以下の場合は、前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタをオフして、前記バッテリの充電を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の充電制御装置。
前記出力電圧と前記バッテリ電圧とを比較し、この比較結果を前記電圧制御回路に出力する電圧比較回路をさらに備え、
前記出力電圧が前記バッテリ電圧よりも低い場合には、前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させ、前記バッテリから前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを介して前記システム回路に給電されるようにする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の充電制御装置。
前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、
前記入力端子に一端が接続され、前記スイッチング制御回路により動作が制御されるハイサイドＭＯＳトランジスタと、
前記ハイサイドＭＯＳトランジスタの他端に一端が接続され、前記スイッチング制御回路により動作が制御されるローサイドＭＯＳトランジスタと、
前記ハイサイドＭＯＳトランジスタの他端に一端が接続され、前記出力端子に他端が接続されたインダクタと、
前記インダクタの他端と接地との間に接続されたキャパシタと、
前記インダクタの一端と前記バッテリ端子との間に接続され、前記スイッチング制御回路により動作が制御される第２のハイサイドＭＯＳトランジスタと、
前記インダクタの他端と前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタの一端に接続され前記電圧制御回路により制御される第２のスイッチＭＯＳトランジスタと、を有し、
前記入力電圧が規定範囲外であり、且つ、前記出力電圧が前記バッテリ電圧よりも低い場合には、前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタと前記第２のスイッチＭＯＳトランジスタとをオフし、且つ、前記スイッチング制御回路は、前記ハイサイドＭＯＳトランジスタをオフし、前記ローサイドＭＯＳトランジスタおよび前記第２のハイサイドＭＯＳトランジスタを制御して、前記バッテリから前記第２のハイサイドＭＯＳトランジスタを介して前記システム回路に給電されるようにする
ことを特徴とする請求項１または２に記載の充電制御装置。
バッテリと、
システム回路と、
バッテリ端子に接続された前記バッテリの充電を制御するとともに、前記システム回路に必要な電圧および電流を、出力端子を介して供給する充電制御装置と、を備え、
前記充電制御装置は、
入力端子を介して入力された入力電圧をＤＣ−ＤＣ変換し、得られた出力電圧を前記出力端子に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御するスイッチング制御回路と、
前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記バッテリ端子と前記出力端子との間に流れるバッテリ電流を検出するバッテリ電流検出回路と、
前記バッテリ端子のバッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、
前記出力端子と前記バッテリ端子との間に接続された第１のスイッチＭＯＳトランジスタと、
前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタの動作を制御する電圧制御回路と、
前記出力電圧と前記バッテリ電圧とを比較し、この比較結果を前記電圧制御回路に出力する電圧比較回路と、を有する
ことを特徴とする充電制御システム。
前記バッテリを充電する際に、
前記バッテリ電圧が第１の設定電圧未満の場合は、
電圧制御回路は、前記バッテリ電流が第１の設定電流になるように前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを飽和領域で動作させ、且つ、前記スイッチング制御回路は、前記出力電圧が第３の設定電圧になるように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、
前記バッテリ電圧が前記第１の設定電圧以上、前記第１の設定電圧よりも高い第２の設定電圧未満の場合は、
前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させ、且つ、前記スイッチング制御回路は、前記バッテリ電流が前記第１の設定電流よりも大きい第２の設定電流になるように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、
前記バッテリ電圧が前記第２の設定電圧以上の場合は、
前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させ、且つ、前記スイッチング制御回路は、前記バッテリ電圧が前記第２の設定電圧になるように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータを制御し、
前記バッテリ電流が予め設定された停止電流以下の場合は、
前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタをオフして、前記バッテリの充電を停止させる
ことを特徴とする請求項５に記載の充電制御システム。
前記出力電圧が前記バッテリ電圧よりも低い場合には、
前記スイッチング制御回路は、ハイサイドＭＯＳトランジスタとローサイドＭＯＳトランジスタとをオフし、前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを線形領域で動作させ、前記バッテリから前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタを介して前記システム回路に給電されるようにする
ことを特徴とする請求項５に記載の充電制御システム。
前記充電制御装置は、
前記ハイサイドＭＯＳトランジスタと前記バッテリとの間に接続された第２のハイサイドＭＯＳトランジスタと、
前記出力端子と前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタとの間に接続された第２のスイッチＭＯＳトランジスタと、を有し、
前記出力電圧が前記バッテリ電圧よりも低い場合には、
前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタと前記第２のスイッチＭＯＳトランジスタとをオフし、前記バッテリから前記第２のハイサイドＭＯＳトランジスタを介して前記システム回路に給電されるようにする
ことを特徴とする請求項５に記載の充電制御システム。
バッテリ端子に接続されたバッテリの充電を制御するとともに、システム回路に必要な電圧および電流を、接地との間にキャパシタが接続され得る出力端子を介して供給する充電制御装置であって、
入力電圧が入力される入力端子に一端が接続され、インダクタの一端が他端に接続され得るハイサイドＭＯＳトランジスタと、
前記ハイサイドＭＯＳトランジスタの他端に一端が接続されたローサイドＭＯＳトランジスタと、
前記出力端子と前記バッテリ端子との間に接続された第１のスイッチＭＯＳトランジスタと、
前記ハイサイドＭＯＳトランジスタ、および前記ローサイドＭＯＳトランジスタの動作を制御するスイッチング制御回路と、
前記出力電圧を検出する出力電圧検出回路と、
前記バッテリ端子と前記出力端子との間に流れるバッテリ電流を検出するバッテリ電流検出回路と、
前記バッテリ端子のバッテリ電圧を検出するバッテリ電圧検出回路と、
前記バッテリ電圧に応じて、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタの動作を制御する電圧制御回路と、を備えた
ことを特徴とする充電制御装置。
前記ローサイドＭＯＳトランジスタの一端と前記バッテリ端子との間に接続され、前記スイッチング制御回路により動作が制御される第２のハイサイドＭＯＳトランジスタを更に備え、
前記入力電圧が規定範囲外であり、且つ、前記出力電圧が前記バッテリ電圧よりも低い場合には、前記電圧制御回路は、前記第１のスイッチＭＯＳトランジスタをオフし、且つ、前記スイッチング制御回路は、前記ハイサイドＭＯＳトランジスタをオフし、前記ローサイドＭＯＳトランジスタおよび前記第２のハイサイドＭＯＳトランジスタを制御して、前記バッテリから前記第２のハイサイドＭＯＳトランジスタを介して前記システム回路に給電されるようにする
ことを特徴とする請求項９に記載の充電制御装置。