JP4245571B2 - 充電制御回路及び充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば携帯電話等の二次電池への充電を制御する充電制御回路及びこれを備えた充電装置に関し、特に充電時の発熱の低減を図った充電制御回路及び充電装置に関する。

一般に、携帯電話等では、電源として二次電池（蓄電池）が使用されている。従来の携帯電話等の電池を充電する充電装置について、図７を参照して説明する。図７に示すように、従来の充電装置１０１は、二次電池１１１に充電電流を供給する充電電流供給部１１０と、充電電流供給部１１０を制御する充電制御装置１２０とを有する。充電電流供給部１１０は、アダプタ電圧に接続される充電用トランジスタ１１２、ダイオード１１４、検出抵抗１１３、及び二次電池１１１が直列に接続されて構成される。充電用トランジスタ１１２に流れる充電電流Ｉが二次電池１１１に供給され、二次電池１１１が充電される。

充電制御回路１２０は、充電用トランジスタ１１２から二次電池１１１に供給される充電電流Ｉに応じて検出抵抗１１３の両端に現れる電圧を検出し、この検出結果に応じて充電用トランジスタ１１２を制御する。すなわち、充電制御回路１２０は、検出抵抗１１３の両端に現れる電圧を検出する検出回路１３０と、この検出結果に応じた制御信号Ｓ１を出力する制御回路１４０と、制御信号Ｓ１に応じて充電用トランジスタ１１２を制御するオペアンプ１４１とを有する。検出回路１３０は、その−端子（反転入力端子）が検出抵抗１１３の一端と外部接続端子１１７及び抵抗１３３を介して接続され、＋端子（非反転入力端子）が検出抵抗１１３の他端と外部接続端子１１８及び抵抗１３４を介して接続されたオペアンプ１３１を有する。更に、オペアンプ１３１の−端子には、その出力との間に帰還抵抗１３２が接続され、また＋端子には接地に接続された抵抗１３５が接続されている。この充電制御回路１２０は、検出抵抗１１３の両端に現れる電圧が一定になるように充電用トランジスタ１１２を制御している。

また、このような二次電池の充電を制御する回路として、特許文献１には、充電初期に二次電池を短時間で急速充電するために充電用トランジスタをオンし、満充電後は、二次電池が急速充電に伴う過充電を行わないように微小電流で充電動作を継続させるために充電用トランジスタをオフし、充電用トランジスタよりも小さいトランジスタをオンさせる方法が開示されている。

ところで、近年、二次電池を有する機器にもさまざまな機能が搭載されるにつれて、その電池容量も増大させる必要が出てきた。その電池容量の増大に伴い、その充電時間を短縮するために充電電流を増大する傾向にある。

充電電流を増大させると、発熱量が多くなってしまう。そこで、二次電池を有する機器に、所定の電流値以上の電流を流さないような電流制限機能を有するアダプタ（以下、電流制限付きアダプタという。）を使用して充電するものがある。電流制限付きアダプタの特性は図８のとおりである。電流制限付きアダプタは、図８に示すように、所定の最大電
流以上の電流が流れるとアダプタ電圧が低下する。このようなアダプタを使用し、一般的な充電方式である定電流−定電圧充電を行なうことによって、大きな充電電流を供給して充電を行なう定電流充電期間にその発熱を抑えている。

図９（ａ）乃至図９（ｂ）は、それぞれ充電時の時間に対する電流及び電圧特性を示す模式図である。充電時間は、一般的に、図９（ａ）に示すように、予備充電期間Ｔ１、定電流充電期間Ｔ２、定電圧充電期間Ｔ３を有する。予備充電期間Ｔ１は、二次電池が例えば３．２Ｖなどの所定の電圧Ｖ１まで、一定の電流ＩＳ１で充電する期間である。また、定電流充電期間Ｔ２は、二次電池が例えば４．２Ｖなどの所定の電圧Ｖ２まで、上記電流ＩＳ１より大きい一定の電流ＩＳ２で充電する期間である。また、定電圧充電期間Ｔ３は、二次電池が例えば４．２Ｖなどの所定の電圧Ｖ２に達した後、この電圧Ｖ２を一定に維持するよう充電電流ＩＳ３を制御して充電する期間である。

この場合、アダプタ電圧は図９（ｂ）のように変化する。例えばアダプタ電圧が５．５Ｖの場合、予備充電期間Ｔ１は、比較的小さい電流ＩＳ１で充電するため、その電圧値Ｖａｄｐは５．５Ｖに維持される。この間、二次電池は、電圧Ｖ１まで除々に充電される。そして、電圧Ｖ１まで充電されると定電流充電期間Ｔ２となる。定電流充電時、充電電流がたとえば所定の電流値を超えると、図９（ｂ）に示すように、電流制限付きアダプタはそのアダプタ電圧Ｖａｄｐを下げるように動作する。
したがって、この期間は、
（アダプタ電圧−充電電圧）×充電電流
で示される充電用トランジスタに加わる電力はアダプタ電圧Ｖａｄｐが一定電圧を供給するものに比べて小さくなる。

その後、二次電池が電圧Ｖ２まで充電されると定電圧充電期間Ｔ３となり、二次電池の電圧Ｖｂ＝Ｖ２を維持するよう、充電電流ＩＳ３が除々に減少するよう制御される。
特開平９−８４２７６号公報

このように、充電時間を短縮化するべく充電電流を増大させると発熱量が多くなってしまう。そこで、本願発明者等は、定電流充電期間において発熱量を低減させることができる充電制御の方法及び回路、並びにこれを備えた充電装置について既に出願している（特願２００４−２８０８４５号）。また、上述のように、電流制限付きアダプタを使用して発熱量を低減させる方法がある。

図９（ｃ）は、充電時間とその電流源の温度との関係を示す模式図である。二次電池の電圧が所定の電圧値Ｖ２に到達すると、充電制御回路は二次電池の電圧をＶ２以上に上昇させず、一定電圧に維持したままで充電（定電圧充電）を始める。この定電圧充電においては二次電池を充電するための充電電流が徐々に減少するように充電用トランジスタを制御する。このとき、接続されているアダプタは充電電流が減少するため、その電圧を例えば本来の電圧５．５Ｖに戻すよう上昇させる。したがって、このときアダプタ電圧Ｖａｄｐと二次電池の充電電圧Ｖｂとの差が最も大きくなる。すなわち、
（アダプタ電圧−充電電圧）×充電電流
で示される充電用トランジスタに加わる電力は、定電圧充電に移行直後にピークを迎えることとなる。これにより、充電用トランジスタの発熱もピークを向かえ、通常小さいパッケージに搭載されている充電用トランジスタからは大きな熱が発生してしまう。したがって、定電流充電期間のみならず、定電圧充電期間等においても同じく発熱量を低減させることが望ましい。

本発明にかかる充電制御回路は、二次電池に第１の電流を供給する充電用トランジスタを制御する充電用トランジスタ制御部と、前記二次電池に第２の電流を供給する充電電流供給部を有し、定電圧充電が開始されると前記第１の電流と共に前記電流供給部からの前記第２の電流を充電電流として前記二次電池を充電するものである。

本発明においては、定電圧充電期間において、外部の充電用トランジスタからの第１の電流を二次電池に供給することに併せて、充電制御回路に含まれる充電電流供給部からの第２の電流を供給することにより、充電用トランジスタのみで充電を行なうときに比べて第１の電流量を減らすことができる。すなわち、定電圧充電期間における充電電流に起因する発熱を分散させ低減することができる。

本発明にかかる充電装置は、二次電池に第１の電流を供給する充電用トランジスタと、前記充電用トランジスタを制御する充電制御回路とを備え、前記充電制御回路は、前記二次電池に第２の電流を供給する電流供給部を有し、定電圧充電が開始されると前記二次電池に前記第１の電流を供給すると共に前記電流供給部により前記第２の充電電流を供給するものである。

本発明においては、定電圧充電期間において充電用トランジスタからの第１の電流と電流供給部からの第２の電流とにより二次電池を充電するため、定電圧充電期間であっても第１の電流と第２の電流とに分流することで発熱を分散することができ、結果、充電装置としての発熱を低減することができる。

本発明に係る充電装置及び充電制御回路によれば、定電流充電期間における充電による発熱を抑えることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、充電時の発熱を分散させることができる充電制御回路及びこれを使用した充電装置に適用したものである。本実施の形態においては、例えば携帯電話等に使用される二次電池を充電する際の予備充電、定電流充電、定電圧充電の各充電期間における充電装置の発熱を低く抑える方法について説明する。

上述したように、一般に、二次電池の充電は、定電流で充電される定電流充電期間（Ｔ１、Ｔ２）と、定電圧で充電される定電圧充電期間Ｔ３とを有する。定電流充電期間においては、例えば１０〜１５０ｍＡ程度の小さい電流値ＩＳ１で、例えば３〜３．４Ｖ程度の所定の電圧Ｖ１まで充電を行う予備充電期間Ｔ１と、所定の電圧値Ｖ１から例えば４．２Ｖ等の目的の電圧Ｖ２まで大きい電流値ＩＳ２で充電を行う定電流充電期間（本充電期間）Ｔ２とを有する。本発明の第１の実施の形態にかかる充電装置は、これらの充電期間のうち、定電圧充電期間Ｔ３における発熱を低減させるものである。

第１の実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる充電装置を示す図である。充電装置１ａは、二次電池１１を充電する第１の充電電流供給部１０と、充電電流供給部１０を制御すると共に二次電池１１を充電可能な充電制御回路２０ａとを有する。

充電電流供給部１０は、二次電池１１に直列に接続されたＰチャンネルＦＥＴ（field effect transistor）などからなる充電用トランジスタ１２を有する。充電用トランジスタ１２は、アダプタ電圧Ｖａｄｐに接続され、二次電池１１に第１の電流として電流Ｉ１を供給する。充電電流供給部１０には、後述するように、充電制御回路２０ａから第２の
電流Ｉ２が供給される。本実施の形態における充電装置における二次電池１１は、定電流充電期間Ｔ２には電流Ｉ１が充電電流Ｉとして二次電池１１に供給され、この充電電流Ｉにより充電される。また、定電圧充電期間Ｔ３には、電流Ｉ１と電流Ｉ２とが充電電流Ｉとして二次電池１１に供給され、この充電電流Ｉにより充電される。

充電電流供給部１０は、更に、充電電流Ｉを検出するための検出抵抗１３、及びアダプタ電圧から二次電池１１方向へのみ電流を流すためのダイオード１４を有する。

充電制御回路２０ａは、１つのＩＣからなるものであって、検出抵抗１３の両端に現れる電圧に応じて充電電流Ｉを検出する検出回路３０ａと、この検出結果に応じて充電用トランジスタ１２を制御する充電用トランジスタ制御部４０ａと、二次電池１１に電流Ｉ２を供給する電流源５０と、電流Ｉ１に応じて、電流源５０が供給する電流Ｉ２を制御する電流源制御部６０ａとを有する。電流源５０及び電流源制御部６０ａは、第２の電流を供給する充電電流供給部として機能する。

すなわち、本実施の形態における充電制御回路２０ａは、定電流充電期間Ｔ２及び定電圧充電期間Ｔ３において充電電流供給部１０の充電用トランジスタ１２を制御する制御回路としての機能と、定電圧充電期間Ｔ３において二次電池１１を充電する充電電流供給部としての機能とを有する。すなわち、定電圧充電期間Ｔ３においては、電流Ｉ１を制御すると共に電流Ｉ２により二次電池１１の充電を行う。この定電圧充電期間Ｔ３において充電電流Ｉを電流Ｉ１、Ｉ２に分流することで、電流制限付きアダプタにより充電する充電装置において、定電流充電期間Ｔ２から定電圧充電期間Ｔ３への移行直後に増大してしまう充電用トランジスタ１２へ供給される電力を抑え、発熱を低減することができる。

ここで、本実施の形態においては、定電流期間Ｔ１、Ｔ２においては、充電用トランジスタ１２による電流Ｉ１＝充電電流Ｉとして二次電池１１を充電するものとして説明するが、後述するように、定電流期間Ｔ２において、電流Ｉ１、Ｉ２により二次電池１１の充電を行なうようにしてもよいことは勿論である。また、予備充電期間Ｔ１を有する場合においては、この予備充電期間Ｔ１においても、電流Ｉ１、Ｉ２により予備充電を行なうようにしてもよい。更に、本実施の形態においては、電流制限付きアダプタに接続して充電装置を充電する場合について説明するが、そのようなアダプタを使用しない場合であっても、予備充電期間Ｔ１、定電流充電期間Ｔ２、定電圧充電期間Ｔ３の各充電期間の一部又は全部において、電流Ｉ１、Ｉ２により充電電流を分流して充電することで、充電用トランジスタ１２及び充電装置全体の発熱を低減することができる。

検出回路３０ａは、検出抵抗１３の両端に現れる電位差に応じた出力をするオペアンプ３１を有する。このオペアンプ３１の−端子（反転入力端子）には、その出力と接続された帰還抵抗３２が接続される。更にオペアンプ３１の−端子には、検出抵抗１３の一端と外部接続端子１７を介して接続された抵抗３３が接続される。また、オペアンプ３１の＋端子（非反転入力端子）には、接地された抵抗３５が接続されると共に、検出抵抗１３の他端の外部接続端子１８を介して接続された抵抗３４が接続される。検出回路３０ａは、検出抵抗１３に流れる充電電流Ｉ＝第１の電流Ｉ１＋第２の電流Ｉ２に応じて検出抵抗１３の両端に現れる電位差を検出し、この電位差に応じた検出結果を充電用トランジスタ制御部４０ａへ出力する。

充電用トランジスタ制御部４０ａは、二次電池１１の電圧値（充電電圧）に応じて充電用トランジスタ１２を制御するオペアンプ４１ａを有する。オペアンプ４１ａの＋端子は、外部接続端子１８と接続され、二次電池１１の充電電圧とされる。また、−端子は、接地に接続された電源４２に接続され、基準電圧ＶＲＥＦ１とされる。基準電圧ＶＲＥＦ１は、定電圧充電が開始される例えば４．２Ｖなどの電圧Ｖ２となっている。充電用トランジスタ制御部４０ａは、二次電池１１の充電電圧Ｖｂと基準電圧ＶＲＥＦ１との電位差に応じた信号（制御信号）を出力し、外部接続端子１５を介して充電用トランジスタ１２のゲートに供給する。充電用トランジスタ制御部４０ａは、二次電池１１の充電電圧Ｖｂが基準電圧ＶＲＥＦと同一となるよう、充電用トランジスタ１２に流れる電流Ｉ１を制御する。

更に、充電制御回路２０ａは、アダプタ電圧Ｖａｄｐに接続された際に、アダプタ電圧Ｖａｄｐが供給される電源端子２１を有する。充電制御回路２０ａには図示しないアダプタ検出回路を有し、このアダプタ検出回路によりアダプタ電圧に接続されたことを検出すると、充電制御回路２０ａは、後述するように二次電池１１の充電動作を開始する。

電流源５０は、電流源制御部６０ａからの出力（制御信号）が＋端子に供給されるオペアンプ５１を有する。また、オペアンプ５１の出力にベースが接続されたトランジスタ５２を有する。このトランジスタ５２のコレクタには、トランジスタ５３、５４からなり、一端がアダプタ電圧に接続されたカレントミラー回路５５が接続され、トランジスタ５２のエミッタには、接地に接続された抵抗５６が接続される。この電流源５０は、電流源制御部６０ａからの制御信号に応じてトランジスタ５２がオンし、カレントミラー回路５５から電流Ｉ２を、外部接続端子１６を介して充電電流供給部１０へ出力する。外部接続端子１６は、充電用トランジスタ１２とダイオード１４との接点に接続されている。したがって、電流Ｉ２は、充電電流供給部１０へ出力されると充電用トランジスタ１２から供給される電流Ｉ１と合流し、電流Ｉ１と共にダイオード１４及び検出抵抗１３を経て二次電池１１に供給される。

電流源制御部６０ａは、＋端子に比較電位ＶＲＥＦ２の電源６４が接続され、−端子に電流検出回路３０の出力が接続されたオペアンプ６１と、オペアンプ６１の出力に応じた電流を流す可変電流回路６２と、可変電流回路６２と接地電位の間に接続された抵抗６３とをさらに備える。比較電位ＶＲＥＦ２は、下記を満たす。
比較電位ＶＲＥＦ２＝抵抗Ｒ０×電流値ＩＳ２×ＧＡＩＮ
ここで、抵抗Ｒ０は、抵抗１３の抵抗値であり、電流値ＩＳ２は定電流充電期間Ｔ２における充電電流Ｉの値で、例えば５００ｍＡなどである。また、ＧＡＩＮは、オペアンプ３１のゲインである。

抵抗６３には並列にスイッチＳＷ１が設けられており、二次電池１１の充電電圧Ｖｂの値に応じてそのオンオフが制御される。スイッチＳＷ１は、充電電流Ｖｂが定電流充電となる電圧値Ｖ２（例えば４．２Ｖ）に達するまではオンされ、オペアンプ５１の＋端子を接地し、二次電池１１の充電電圧Ｖｂ＝Ｖ２になったタイミング、すなわち定電流充電期間Ｔ２から定電圧充電期間Ｔ３へ移行するタイミングでオフされ、オペアンプ５１の＋端子を可変電流回路６２と接続させるものである。これらオペアンプ６１、可変電流回路６２および抵抗６３は、充電電流Ｉに応じて電流Ｉ２に流れる電流量を制御するものである。

これらの構成により、二次電池１１の充電電圧Ｖｂが電圧Ｖ２に達するまでの定電流期間Ｔ２において、二次電池１１に一定値の電流Ｉ１が充電電流Ｉとして供給され、二次電池１１の充電電圧Ｖｂが電圧Ｖ２で一定とされながら充電される定電圧充電期間Ｔ３において、電流Ｉ１及び電流Ｉ２が充電電流Ｉとして供給されよう制御される。

次に、本実施の形態における充電装置１ａの充電動作について説明する。先ず、アダプタ電圧Ｖａｄｐが接続され、二次電池１１の定電流充電が開始される充電電圧＝電圧Ｖ１（例えば３．２Ｖ）又は定電圧充電が開始される充電電圧＝電圧Ｖ２（例えば４．２Ｖ）未満であるか否かに応じた信号がオペアンプ４１ａから出力される。例えば電圧Ｖ２未満であれば定電流充電を開始するため充電用トランジスタ１２をオンする。充電用トランジスタ１２がオンすることにより電流Ｉ１が流れる。ここで、予備充電期間Ｔ１、定電流充電期間（本充電期間）Ｔ２は、スイッチＳＷ１がオンし、電流源５０から電流Ｉ２が供給されることはない。

充電電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ２に達するまでの定電流充電期間Ｔ２（図９（ｂ）参照）においては、充電電流Ｉ＝Ｉ１が予備充電期間に比して大きく、アダプタの電流制限により、アダプタが電圧Ｖａｄｐを下げる。充電用トランジスタ１２にかかる電力、すなわち
（アダプタ電圧Ｖａｄｐ−充電電圧）×電流Ｉ１
で示される電力は、アダプタ電圧Ｖａｄｐの値が下がるので、予備充電期間Ｔ１においてアダプタの一定の電圧値（例えば５．５Ｖ）で供給される場合に比べて小さくなり、充電用トランジスタＩ１の発熱量は小さくなる。

次に、二次電池１１の充電電圧Ｖｂが所定電位Ｖ２になり、定電圧充電が開始される。まず、充電電圧Ｖｂ＝Ｖ２となるとスイッチＳＷ１がオフされる。スイッチＳＷ１がオフすることによって、オペアンプ６１は、オペアンプ３１の出力に応じて可変電流回路６２を制御し、これに応じて電流源５０から電流Ｉ２が流れる。電流源５０からの電流Ｉ２は、電流Ｉ１と合流して充電電流Ｉとして二次電池１１に供給される。なお、可変電流回路６２は、オペアンプ６１に入力される入力端子間の電位差、すなわちオペアンプ３１の出力と基準電圧ＶＲＥＦとの電位差が大きければ大きいほど小さい電流となるものである。充電電流Ｉは、定電圧充電期間Ｔ３（図９（ａ）参照）においては、充電電圧Ｖｂを一定に維持するよう制御される。ここで、定電流充電期間Ｔ２においては、充電用トランジスタ１２に流れる電流Ｉ１＝充電電流Ｉであったのに対し、定電圧充電期間Ｔ３においては、充電制御回路２０ａからの電流Ｉ２により、充電用トランジスタ１２に流れる電流Ｉ１＝充電電流Ｉ−電流Ｉ２となるため、充電用トランジスタ１２のみで二次電池を充電する従来の方法に比して、充電用トランジスタ１２に流れる電流Ｉ１を小さくすることができる。

この定電圧充電が開始されると、充電用トランジスタ１２のゲート電圧は徐々に上昇し、これに応じて電流Ｉ１が徐々に減少する。電流Ｉ１の減少に伴い充電電流Ｉが減少するため、オペアンプ６１の入力端子間の電位差は大きくなる。その結果、可変電流回路６２が流す電流が減少し、電流源５０の流す電流Ｉ２も減少する。このように、電流Ｉ１、電流Ｉ２の電流値が減少していくため、アダプタ電圧Ｖａｄｐは元の電圧値（例えば５．５Ｖ）に戻る。アダプタ電圧Ｖａｄｐと充電電圧との差が大きくなるが、充電電流Ｉは電流源５０からも供給されるので充電用トランジスタ１２が流す電流Ｉ１は少なくてすむ。すなわち、
（アダプタ電圧Ｖａｄｐ−充電電圧）×電流Ｉ
の電力における電流Ｉを、充電制御回路２０ａからの電流Ｉ２と分流することで、充電用トランジスタ１２にかかる電力を抑えられ、その結果、発熱を抑えることができる。

ここで、本実施の形態における充電装置１ａにおいては、定電圧充電期間Ｔ３において電流Ｉ１、電流Ｉ２は同じ比率でその電流値が減少していくものであるが、後述するように、電流Ｉ２の供給により、電流Ｉ１が減少を開始するタイミングを定電圧充電期間が開始するタイミングより前としたり、定電圧充電期間において、電流Ｉ１、電流Ｉ２の減少率を、例えば充電制御回路２０ａ及び充電用トランジスタ１２の放熱性に応じた減少率、すなわち充電用トランジスタ１２に流れる電流Ｉ１の減少率を放熱性がより高い充電制御回路２０ａからの電流Ｉ２の減少率より大きくすることも可能である。これにより、放熱性が低い充電用トランジスタ１２の発熱を更に低く抑えることができる。

このように、本実施の形態においては、最も発熱量が大きくなる定電圧充電移行時に、充電用トランジスタ１２からだけではなく充電制御回路２０ａの内部に設けられた電流源５０からも電流Ｉ２を供給することで、充電用トランジスタ１２にて流す電流Ｉ１を減らすことができ、結果、充電用トランジスタによる発熱量を抑えることができる。また、充電制御回路２０は、１つのＩＣからなり、かつ充電用トランジスタ１２に比べてパッケージサイズが大きい。このため、放熱性に優れており、充電制御回路２０ａの内部に電流源５０を設けて電流Ｉ２を供給したとしてもその総発熱量は小さくなる。特に、電流制限付きアダプタを用いた場合には、定電圧充電移行時の発熱の問題が顕著となるが、その際、充電電流Ｉの供給源を分散させることにより、発熱量を有効的に抑えることができる。

第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。上述した第１の実施の形態においては、定電圧充電期間に充電電流Ｉを電流Ｉ１、電流Ｉ２に分流することで、充電装置の発熱を低く抑えるものであったのに対し、本実施の形態においては、予備充電期間、定電流充電期間においても、充電制御回路２０ａの電流源５０からの電流Ｉ２により充電を行なうものである。

図２は、本実施の形態における充電装置１ｂを示す回路図である。なお、図２に示す第２の実施の形態及び後述する図５に示す第３の実施の形態において、図１に示す第１の実施の形態と同一構成要素には同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。

図２に示すように、本実施の形態における充電装置１ｂは、第１の実施の形態において定電流充電から定電圧充電に切り替わるタイミングで電流源５０の制御を開始させるスイッチＳＷ１の替わりに、スイッチＳＷ２を有する。すなわち、本実施の形態における電流源制御部６０ｂは、電源６４に加え、オペアンプ６１の＋端子に基準電圧ＶＲＥＦ３を供給する電源６５及びスイッチＳＷ２からなる電圧源６６を有している。

電源６５は、比較電位ＶＲＥＦ３の電源であり、電源６４は、上述同じく比較電位ＶＲＥＦ２の電源である。スイッチＳＷ２は、例えば外部接続端子１８などを介して二次電池１１の充電電圧Ｖｂを検出し、この充電電圧Ｖｂに応じてオペアンプ６１の＋端子を比較電位ＶＲＥＦ２又はＶＲＥＦ３のいずれかに切り替える。ここで、比較電位ＶＲＥＦ３は、下記を満たす。
比較電位ＶＲＥＦ３＝抵抗Ｒ０×電流値ＩＳ１×ＧＡＩＮ
ここで、抵抗Ｒ０は抵抗１３の抵抗値、ＧＡＩＮはオペアンプ３１のゲインであって、電流値ＩＳ１は予備充電期間Ｔ１における充電電流Ｉの値であり、上述の電流値ＩＳ２より小さい値である。

また、充電用トランジスタ制御部４０ｂのオペアンプ４１ｂには、オペアンプ４１ｂをオンオフするスイッチＳＷ３が設けられている。スイッチＳ３は、例えば外部接続端子１８などを介して二次電池１１の充電電圧Ｖｂを検出し、この充電電圧Ｖｂに応じてオペアンプ４１ｂのオンオフを制御する。

ここで、本実施の形態においては、予備充電期間Ｔ１においては充電用トランジスタ１２からの充電は行なわず、充電制御回路２０ｂにおける電流源５０からの電流Ｉ２のみにて充電を行い、定電流充電期間Ｔ２、定電圧充電期間Ｔ３においては、充電用トランジスタ１２からの電流Ｉ１及び充電制御回路２０ｂからの電流Ｉ２により、充電電流Ｉを分流
して充電を行なうものである。

したがって、スイッチＳＷ２は、予備充電期間Ｔ１が終わるまで、すなわち二次電池１１の充電電圧Ｖｂが定電流充電期間Ｔ２の電圧値Ｖ１（例えば３．２Ｖ）になるまでは、電源６５を選択する。これにより、オペアンプ６１の＋端子はＶＲＥＦ２とされ、電流源５０から電流Ｉ２＝ＩＳ１が供給されるよう、電流源５０を制御する。

また、スイッチＳＷ３は、充電電圧Ｖｂが定電流充電期間Ｔ２における電圧値Ｖ２（例えば４．２Ｖ）になるまでオペアンプ４１ｂをオフにし、定電流充電期間Ｔ２に移行するタイミングでオペアンプ４１ｂをオンする。これにより、充電用トランジスタ１２から一定の電流Ｉ１が二次電池１１へ供給される。このタイミングで同時にスイッチＳＷ３が電源６４側に切り替わり、オペアンプ６１の＋端子はＶＲＥＦ１とされる。これにより、充電電流Ｉが一定となるよう、一定の電流Ｉ２を供給するよう、電流源５０を制御する。

次に、本実施の形態における動作について説明する。図３（ａ）は、予備充電期間〜定電圧充電期間における時間と充電電圧Ｖｂとの関係を示すグラフ図、図３（ｂ）は、予備充電期間〜定電圧充電期間における時間と充電電流Ｉとの関係を示すグラフ図である。

先ず、二次電池１１の充電電圧が電圧Ｖ１になるまでの予備充電期間Ｔ１において、スイッチＳＷ３はオフされているため、図３（ｂ）に示すように電流Ｉ１＝０である。この予備充電期間Ｔ１においては、電圧源６６から基準電圧ＶＲＥＦ３が出力され、電流源制御部６０ｂは電流源５０が電流Ｉ２＝ＩＳ１（＝Ｉ）を流すよう制御信号を出力する。

次に、二次電池１１の電圧が電圧Ｖ１になると、定電流充電期間Ｔ２に移行する。この場合、スイッチＳＷ３がオンしてオペアンプ４１ｂが動作を開始し、充電用トランジスタ１２に電流Ｉ１が流れる。これと共にスイッチＳＷ２が切り替わり、電圧源６６からは基準電圧ＶＲＥＦ２が出力され、電流源制御部６０ｂは電流源５０が充電電流Ｉ−電流Ｉ２を流すよう制御する。これにより、充電電圧Ｖｂが所定電圧Ｖ２（例えば４．２Ｖ）になるまで、充電電流Ｉが一定である定電流充電が行なわれる。オペアンプ４１ｂは、二次電池１１の充電電圧ＶｂとＶＲＥＦ１との電位差に応じた制御信号を出力して充電用トランジスタ１２を制御する。また、オペアンプ３１が抵抗１３の両端の電位差に応じて生成する制御信号とＶＲＥＦ２との電位差に応じて可変電流回路６２から電流を出力し、電流源５０はそれに応じて電流Ｉ２を出力することとなる。そして、充電電圧Ｖｂが所定の電圧Ｖ２まで上昇すると、定電圧充電期間Ｔ３に移行する。定電圧充電期間Ｔ３における充電装置１０１の動作は、上述の充電装置１と同様である。

なお、図３（ｂ）においては、定電流充電期間Ｔ２の電流Ｉ２＝予備充電期間の電流ＩＳ１としているが、定電流充電期間Ｔ２の電流Ｉ２を充電用トランジスタ１２に流れる電流Ｉ１より大きくしてもよい。上述したように、充電制御回路の方が充電用トランジスタ１２のパッケージより放熱性が高い場合には、電流Ｉ２を電流Ｉ１より大きくすることで、充電用トランジスタ１２からの発熱を抑えることができる。

本実施の形態においては、予備充電期間Ｔ１においては、充電制御回路２０ｂからの電流Ｉ２を使用して充電し、定電流充電期間Ｔ２においても定電圧充電期間Ｔ３と同じく充電電流Ｉの供給源を分散させることによって、充電用トランジスタ１２からの電流供給量を減らすことができ、充電期間を通して発熱を抑えることができる。

ここで、本実施の形態においては、予備充電期間Ｔ１において、充電制御回路２０ｂからの電流Ｉ２を使用することとしたが、スイッチＳＷ３のオンオフを適宜制御する等して、充電用トランジスタ１２からの電流Ｉ１により予備充電を行なうようにしてもよい。また必要であれば、予備充電期間においても、充電電流Ｉを電流Ｉ１と電流Ｉ２とに分流し
て充電するようにしてもよい。

次に、本実施の形態における効果について説明する。図４は、本実施の形態における充電制御を適用した場合の温度特性を示すグラフ図である。図４において、外付けＦＥＴ（実施例）は、本実施の形態における充電制御を適用した場合の充電用トランジスタ１２の温度変化を示し、ＩＣ（実施例）は、本実施の形態における充電制御を適用した場合の充電制御回路２０ｂの温度変化を示す。また、図４において、外付けＦＥＴ（比較例）、ＩＣ（比較例）として、充電用トランジスタのみで二次電池を充電した場合における充電用トランジスタ１１、充電制御回路２０ｂの温度変化を併せて示す。なお、本図では、予備充電期間Ｔ１を除く、定電流充電期間Ｔ２及び定電圧充電期間Ｔ３のみを示す。

図４において、充電時間がおよそ１４分の時点が定電流充電から定電圧充電へ移行するタイミングを示し、この定電圧充電直後のＴｍａｘで示す期間（充電時間がおよそ１５〜２０分の間）、充電電流Ｉが減少することなるが、これに伴いアダプタ電圧Ｖａｄｐが上昇している。この期間において、充電用トランジスタ１２（ＦＥＴ（実施例）、ＦＥＴ（比較例））に大きな電力が供給されることとなり、表面温度が最も温度が高くなっている。ここで、定電圧充電期間Ｔ３において、実施例では、充電制御回路（ＩＣ（実施例））からの電流Ｉ２による充電が併せて開始されるため、充電用制御回路（ＩＣ（実施例））の温度が若干上昇するものの、実施例にかかる充電用トランジスタ（ＦＥＴ（実施例）の表面温度が、比較例にかかる充電用トランジスタＦＥＴ（比較例）の表面温度より約５℃低下していることが分かる。

第３の実施の形態
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、充電電圧をモニターして充電用トランジスタ１２に流れる電流Ｉ１を制御するものであって、最も発熱が大きい定電圧充電期間Ｔ３に以降する前に、予め充電用トランジスタ１２に流れる電流Ｉ１を低くしておくことで、充電用トランジスタ１２の発熱を更に低減させるものである。

図５は、本実施の形態にかかる充電装置を示す回路図であり、図６（ａ）は、本実施の形態にかかる充電装置の二次電池の充電する際の充電時間と充電電圧の関係を示す模式図、図６（ｂ）は、充電時間と電流Ｉ１、電流Ｉ２、充電電流Ｉの関係を示す模式図である。

本実施の形態にかかる充電装置１ｃの充電制御回路２０ｃは、外部接続端子１８を介して供給される充電電圧Ｖｂと電源４３との電位差に基づき充電用トランジスタ１２を制御する充電用トランジスタ制御部４０ｃと、外部接続端子１８を介して供給される充電電圧Ｖｂと電源６４との電位差に応じて電流源５０を制御する電流源制御部６０ｃとを有する。

充電用トランジスタ制御部４０ｃは、充電用トランジスタを制御するオペアンプ４１ｃと、このオペアンプの−入力端子に基準電圧ＶＲＥＦ４を供給する電源４３とを有する。オペアンプ４１ｃは、オペアンプ４１ａと同じくその＋端子が充電電圧Ｖｂとされているのに対し、−端子が基準電圧ＶＲＥＦ１ではなく基準電圧ＶＲＥＦ４とされる。基準電圧ＶＲＥＦ１は、定電圧充電の際の充電電圧Ｖｂ＝所定電圧Ｖ２であったのに対し、基準電圧ＶＲＥＦ４は、この所定電圧Ｖ２未満の値とされる。例えば、所定電圧Ｖ２＝４．２Ｖの場合、基準電圧ＶＲＥＦ４＝４．１９Ｖなどに設定することができる。

また、電流検出回路３０はなく、オペアンプ６１の替わりに、−端子がＶＲＥＦ２＝所定電圧Ｖ２とされ、＋端子に充電電圧Ｖｂが供給されるオペアンプ７１が設けられている。また、可変電流回路６２の変わりに、オペアンプ７１の入力端子間の電位差が大きければ大きいほど多くの電流を流す特性の可変電流回路７２を設ける。更に、オペアンプ５１の＋端子は、スイッチＳＷ４を介して可変電流回路７２、又は定電流源７３のいずれかに接続される。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である。

次に、本実施の形態における充電装置の動作について説明する。充電用トランジスタ１２の制御は、図１と同様である。すなわち、定電流充電期間Ｔ２においては、充電電圧ＶｂがＶＲＥＦ４になるまでの間は、一定の電流Ｉ１により二次電池１１を充電する。

また、定電流充電期間Ｔ２においては、スイッチＳＷ４がオペアンプ５１の＋端子と定電流源７３とを接続するように切り替えられおり、定電流源７３に応じて電流源５０から一定の電流Ｉ２が流れる。充電用トランジスタ１２は、二次電池の電圧がＶＲＥＦ４で設定した電圧になるとゲートにかかる電圧が上昇し、電流Ｉ１が減少する。また、二次電池の電圧がＶＲＥＦ２（４．２Ｖ）になると、スイッチＳＷ４はオペアンプ５１の＋端子と可変電流回路７２とを接続するように切り替わり、オペアンプ７１は電池の電圧４．２Ｖを保つように供給電流Ｉ２を徐々に減少していく。このとき、ＶＲＥＦ４をＶＲＥＦ２よりも小さい電圧値と設定することにより、充電用トランジスタの電流Ｉ１を、充電制御回路２０ｃからの電流Ｉ２よりも先に減少させることができる。このように、放熱性が劣る充電用トランジスタ１２から供給する電流Ｉ１を電流Ｉ２より先に減少させることによって、上述した期間Ｔｍａｘで示す定電圧充電に移行直後の発熱をより抑えることができる。すなわち、充電用トランジスタ１２における上記期間Ｔｍａｘを定電圧充電期間移行前に設定することができる。充電制御回路２０ｃは、充電用トランジスタ１２に比べて放熱性に優れたパッケージに搭載されているものの期間Ｔｍａｘにおいては若干発熱するため、これらの期間Ｔｍａｘをも充電用トランジスタ１２と充電制御回路２０ｃとで分散させることで、その総発熱量をさらに抑えることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、制限付きアダプタに接続される充電装置において、定電圧充電に移行した場合に、発熱が一時的に増加する所定の期間Ｔｍａｘのみ、充電電流Ｉを電流Ｉ１、電流Ｉ２に分流してもよい。すなわち、上述の図４に示すように、定電圧充電期間に移行後、所定期間Ｔｍａｘを経過すると、充電電流Ｉの減少に伴い、充電用トランジスタの発熱も減少する。したがって、少なくとも発熱が大きい定電圧充電期間移行後の所定期間Ｔｍａｘにおいて、充電電流Ｉを電流Ｉ１、電流Ｉ２に分流することで、充電装置全体の発熱、充電用トランジスタ１２の発熱を分散させるようにしてもよい。

また、定電圧充電期間Ｔ３において、充電制御回路からの電流Ｉ２のみで充電を行なうことができる。電流制限付きアダプタを使用して二次電池１１を充電すると、定電圧充電期間に移行直後の発熱が特に問題となる。しかし、充電電流Ｉを分流しない場合であっても、充電用トランジスタ１２に充電電流Ｉを流すのに比べると、放熱性が高い充電制御回
路からの電流Ｉ２を充電電流Ｉとして充電することで、充電装置の発熱を抑えることができる。この場合、定電流充電期間においては、充電電流Ｉを電流Ｉ１、電流Ｉ２に分流する等すれば、定電流充電期間における発熱を分散させることができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる充電装置を示す図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる充電装置を示す回路図である。 （ａ）は、予備充電期間〜定電圧充電期間における時間と充電電圧Ｖｂとの関係を示すグラフ図、（ｂ）は、予備充電期間〜定電圧充電期間における時間と充電電流Ｉとの関係を示すグラフ図である。 本発明の第２の実施の形態の形態における充電制御を適用した場合の温度特性を示すグラフ図である。 本発明の第３の実施の形態にかかる充電装置を示す回路図である。 （ａ）は、同充電装置の二次電池の充電する際の充電時間と充電電圧の関係を示す模式図、（ｂ）は、充電時間と電流Ｉ１、電流Ｉ２、充電電流Ｉの関係を示す模式図である。 従来の充電装置を示す図である。 電流制限付きアダプタの特性を示す図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、それぞれ充電時の時間に対する電流、電圧、及び温度特性を示す模式図である。

符号の説明

１１ 充電用トランジスタ、１１ 二次電池、
１２ 充電用トランジスタ、
１３，３２，３３，３４，３５，５６，６３ 抵抗、
１４ ダイオード、１５，１６，１７，１８ 外部接続端子、
２０ 充電制御回路、２１ 電源端子、
３０ 検出回路、３１ オペアンプ、
４０ 充電用トランジスタ制御部、
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，５１，６１，７１ オペアンプ、
４２，４３，６４，６５ 電源、
５０ 電流源、５２，５３，５４ トランジスタ、
５５ カレントミラー回路、６２，７２ 可変電流回路

Claims (13)

1. 二次電池に第１の電流を供給する充電用トランジスタを制御する充電用トランジスタ制御部と、
   前記二次電池に第２の電流を供給する電流源と、前記電流源を制御する電流源制御部とを備える充電電流供給部を有し、
   定電圧充電が開始されると前記第１の電流と共に前記電流供給部からの前記第２の電流を充電電流として前記二次電池を充電し、
   前記電流源制御部は、前記第２の電流が前記二次電池に対して前記第１の電流と一定の比率を保つよう前記電流源を制御する充電制御回路。
2. 前記充電用トランジスタ制御部及び前記電流源制御部の少なくともいずれか一方は、定電流充電期間では一定の電流で前記二次電池を充電するよう制御する定電流充電モードとなり、前記定電圧充電期間では前記二次電池の充電電圧を一定として充電するよう制御する定電圧充電モードとなる
   ことを特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
3. 前記充電用トランジスタ制御部及び前記電流源制御部は、前記定電流充電期間にそれぞれ前記充電用トランジスタ及び前記電流源が前記第１の電流及び前記第２の電流を前記充電電流として前記二次電池に供給するよう制御する
   ことを特徴とする請求項２記載の充電制御回路。
4. 前記充電用トランジスタ制御部及び前記電流源制御部の少なくともいずれか一方は、前記定電流充電期間より前の予備充電期間に前記充電電流より低い充電電流で予備充電するよう制御する予備充電モードとなる
   ことを特徴とする請求項２記載の充電制御回路。
5. 前記電流源制御部は、前記電流源が前記予備充電期間に前記第２の電流を前記充電電流として前記二次電池に供給するよう制御する
   ことを特徴とする請求項４記載の充電制御回路。
6. 電流制限機能を有するアダプタを使用して充電する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の充電制御回路。
7. 前記定電流充電期間は、前記二次電池の充電電圧が、第１の電圧から第２の電圧になるまでの期間であり、前記定電圧充電期間は、前記充電電圧が前記第２の電圧に維持される期間であって、
   前記充電用トランジスタ制御部は、前記定電流充電期間に前記定電流充電モードとなり前記第１の電流により前記充電電圧が前記第２の電圧になるまで充電させ、
   前記充電用トランジスタ制御部及び前記電流源制御部は、前記充電電圧が前記第２の電圧となるタイミングで前記定電圧充電モードとなりそれぞれ前記第１の電流及び第２の電流により前記二次電池を充電させる
   ことを特徴とする請求項２記載の充電制御回路。
8. 前記定電流充電期間は、前記二次電池の充電電圧が、第１の電圧から第２の電圧になるまでの期間であり、前記定電圧充電期間は、前記二次電池の充電電圧が前記第２の電圧に維持される期間であって、
   前記電流源制御部は、前記定電流充電期間は前記定電流充電モードとなり前記第２の電流により前記充電電圧が前記第２の電圧になるまで充電させ、
   前記充電用トランジスタ制御部は、前記充電電圧が前記第２の電圧となるタイミングでオンし、前記電流源制御部と共に前記定電圧充電モードとなりそれぞれ前記第１の電流及び第２の電流により前記二次電池を充電させる
   ことを特徴とする請求項２記載の充電制御回路。
9. 前記定電流充電期間は、前記二次電池の充電電圧が、第１の電圧から第２の電圧になるまでの期間であり、前記定電圧充電期間は、前記二次電池の充電電圧が前記第２の電圧に維持される期間であって、
   前記充電用トランジスタ制御部及び前記電流源制御部は、前記充電電圧が前記第１の電圧となるタイミングで前記定電流充電モードとなり、それぞれ前記第１の電流及び第２の電流により前記二次電池を充電させ、
   前記電流源制御部は、前記充電電圧が前記第２の電圧となるタイミングで前記定電圧充電モードとなり、前記第２の電流により前記二次電池を充電させ、
   前記充電用トランジスタ制御部は、前記電流源制御部より早いタイミングで前記定電圧充電モードに移行し、前記第１の電流により前記二次電池を充電させる
   ことを特徴とする請求項２記載の充電制御回路。
10. 前記予備充電期間は前記二次電池の充電電圧が第１の電圧になるまでの期間であり、前記定電流充電期間は、前記充電電圧が、第１の電圧から第２の電圧になるまでの期間であり、前記定電圧充電期間は、前記二次電池の充電電圧が前記第２の電圧に維持される期間であって、
    前記電流源制御部は、前記充電電圧が前記第１の電圧になるまで前記予備充電モードとなり、前記充電電圧が前記第１の電圧となるタイミングで前記定電流充電モードとなり、
    前記充電用トランジスタ制御部は、前記充電電圧が前記第２の電圧となるタイミングでオンし、前記電流源制御部と共に前記定電圧充電モードなる
    ことを特徴とする請求項２記載の充電制御回路。
11. 二次電池に第１の電流を供給する充電用トランジスタと、
    前記充電用トランジスタを制御する充電制御回路とを備え、
    前記充電制御回路は、前記二次電池に第２の電流を供給する電流源と、前記電流源を制御する電流源制御部とを備える電流供給部を有し、定電圧充電が開始されると前記二次電池に前記第１の電流を供給すると共に前記電流供給部により前記第２の電流を供給し、前記電流源制御部は、前記第２の電流が前記二次電池に対して前記第１の電流と一定の比率を保つよう前記電流源を制御する充電装置。
12. 前記充電制御回路は、前記充電用トランジスタよりも熱抵抗が小さい
    ことを特徴とする請求項１１記載の充電装置。
13. 電流制限機能を有するアダプタを使用して充電する
    ことを特徴とする請求項１１又は１２記載の充電装置。

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