JPH09163621A - バッテリー充電モード制御回路 - Google Patents
バッテリー充電モード制御回路Info
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- JPH09163621A JPH09163621A JP8109980A JP10998096A JPH09163621A JP H09163621 A JPH09163621 A JP H09163621A JP 8109980 A JP8109980 A JP 8109980A JP 10998096 A JP10998096 A JP 10998096A JP H09163621 A JPH09163621 A JP H09163621A
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Abstract
ストを実現するバッテリ充電モード制御回路に提供する
こと。 【解決手段】 電圧増幅回路100とピーク検出回路2
00を備え、ピーク検出回路200は微分回路と比較回
路230からなるものとする。これによって、アナログ
−ディジタル変換器を必要としないので、IC化した場
合、小さなチップサイズと低コストを実現できる。
Description
リの急速充電の際、その充電状態に応じて充電モードを
自動変換するように制御するためのバッテリ充電モード
制御回路に関する。
電子機器の需要が急増している。これに合わせて、携帯
用電子機器のバッテリは急速充電ができ、より長持ち
で、さらにより長い寿命を有することが求められる。
おいて、最も注意深く考慮すべき事項はバッテリの急速
充電モード時バッテリが完全充電される時点を正確に検
出して、バッテリの充電モードが低速充電モードに切替
えられるかバッテリの充電が中断されるかいずれにする
ことである。しかし、バッテリが完全充電された後も充
電モードの変換が行われずバッテリに続いて充電電流が
供給されると、そのバッテリは過充電されることに伴っ
てその内部温度が急上昇するためバッテリの寿命が短縮
される。特に、セルの耐性の弱いNiMH(nickel-met
al hydride)バッテリの場合に過充電の影響はきわめて
致命的であると言われている。したがって、急速充電
時、バッテリの寿命を短縮しないようにすることが非常
に大切で、バッテリの完全充電以降はその内部温度が急
上昇する前に充電を遮断しなければならない。
するための技術としては、バッテリ充電時間に応じた電
圧変化(dVbatt/dt)を利用する技術、充電終了時
点でのバッテリ電圧の降下値(−ΔVbatt)を利用する
技術、充電によるバッテリの温度変化を利用する技術な
どがあるが、これらの適用はバッテリの種類によって異
なることになる。例えば、NiCdバッテリの場合、−
ΔV検出器が主検出手段として使われ、相対的にセルの
耐性の弱いNiMHバッテリの場合には、バッテリ電圧
(Vbatt)のピークを検出するピーク検出器が主検出手
段として使用される。
にバッテリ電圧のピークを検出するには、アナログ−デ
ィジタル変換器により所定の時間間隔を置いてバッテリ
電圧(Vbatt)を測定し、予め定められた2つの時点か
らの測定値を互いに比較することによってバッテリ電圧
のピークを検出した(U.S.Pat.No.4,74
6,852)。
によると、アナログ−ディジタル変換器を用いているの
で、IC化した場合、チップのサイズが増加するように
なり、そして製品のコストが高くなる問題点があった。
決するために、次のようなバッテリ充電モード制御回路
とする。すなわち、バッテリに接続される入力端子を有
し、時間によるバッテリ電圧の変化量を増幅する電圧増
幅回路と、この電圧増幅回路の出力端子に接続される入
力端子と充電モードの変換のための充電モード変換回路
に接続される出力端子を有し、バッテリ電圧のピークを
検出するピーク検出回路とを備え、ピーク検出回路は、
前記電圧増幅回路の出力を微分する微分回路と、この微
分回路の出力電圧と所定の基準電圧とを比較する比較回
路を含むものとする。
よるバッテリ充電モード制御回路の実施の形態を詳細に
説明するが、その前に本発明の回路の原理的構成を説明
しておく。図2は本発明によるバッテリ充電モード制御
回路の原理的構成を示しているブロック図である。この
図2において、電圧増幅回路100は時間によるバッテ
リ電圧(Vbatt)の変化量を増幅してピーク検出回路2
00へ出力する。ピーク検出回路200は前記電圧増幅
回路100の出力を受けてバッテリ電圧のピークを検出
し、これを充電モード変換回路300に出力する。これ
により、充電モード変換回路300はバッテリが完全充
電されたと判断してバッテリの充電モードを低速充電モ
ードに切替えるとか、もしくはバッテリの充電を中止さ
せる。
御回路の望ましい実施の形態を示している。図1を参照
すると、この回路は、フィルタ回路10と、バッファ回
路20と、電圧増幅回路100と、ピーク検出回路20
0と、充電モード変換回路300とにより構成される。
フィルタ回路10は抵抗11とコンデンサ12とにより
構成されており、入力が図示しないバッテリに接続され
る。バッファ回路20はフィルタ回路10の出力に入力
が接続される。電圧増幅回路100はバッファ回路20
の出力に入力が接続され、差動増幅器105と、この差
動増幅器105の非反転入力端子、反転入力端子ならび
に出力端子にそれぞれ接続される抵抗101〜104を
備え、抵抗104には第1の基準電圧Vref1が供給され
る。
0の出力に入力が接続され、サンプル/ホールド回路2
10及び電圧−電流変換回路220からなる微分回路
と、この微分回路と充電モード変換回路300との間に
接続される比較回路230とから構成される。サンプル
/ホールド回路210は、所定の周期ΔTのクロックパ
ルスCLKが制御端子へ供給され、入力端子が差動増幅
器105の出力に接続される伝達ゲート211と保持コ
ンデンサ212からなり、電圧−電流変換回路220は
トランスコンダクタンス増幅器221とコンデンサ22
2とから構成される。トランスコンダクタンス増幅器2
21は非反転入力端子が差動増幅器105の出力に接続
される一方、反転入力端子が伝達ゲート211の出力に
接続される。比較回路230は抵抗231と比較器23
2からなり、トランスコンダクタンス増幅器221の出
力に並列に接続された前記抵抗231と比較器232の
反転入力端子には第2の基準電圧Vref2が供給される。
作について詳細に説明する。SMPS(switching mode
power supply)による急速充電により生じられるバッテ
リ電圧のスイッチングノイズはフィルタ回路10により
除去される。バッファ回路20はノイズ除去の為のフィ
ルタ回路10によるバッテリ電圧の損失を防止する働き
をする。一方、SMPSの代わりに定電流源としてバッ
テリを充電する場合にはフィルタ回路10とバッファ回
路20とを必要とすることはない。
ッファ回路20の出力電圧間の差電圧、つまり、時間に
よるバッテリ電圧の変化量を伝達関数Kで増幅する。言
い替えれば、この電圧増幅回路100は、時間変化に応
じたバッテリ電圧変化特性が極めて少ないので、これを
大きくしてくれる役割を果たす。したがって、電圧増幅
回路100の出力である点Aでの電圧はK・Vbattの値
を有する。
Vbatt)は2つの経路を介してサンプル/ホールド回路
210と電圧−電流変換回路220とからなる微分回路
にそれぞれ供給されるが、トランスコンダクタンスの増
幅器221の入力端子に関しては、非反転入力端子に電
圧増幅回路100の出力電圧がそのまま提供されるのに
対し、それの反転入力端子にはサンプル/ホールド回路
210により所定のサンプリング周波数でサンプルされ
た電圧が供給される。この際、電圧増幅回路100の出
力電圧に対するサンプリングは、所定の周期(ΔT)を
持つクロックパルスCLKが供給される伝達ゲート21
1により行われるが、伝達ゲート211の代わりにCM
OSトランジスタ、もしくはバイポーラトランジスタが
使われることもある。
及び点B(トランスコンダクタンス増幅器221の反転
入力端子)における電圧波形を示している。この時、サ
ンプル/ホールド回路210及び電圧−電流変換回路2
20からなる微分回路の伝達特性をGとし、時間t1 に
おいて電圧増幅回路100の出力電圧の増加量をΔV
battとすると、時間間隔t1 〜t2 の間、微分回路によ
り得られる電圧増幅回路100の出力電圧の微分値、す
なわち、図1の点C(比較器232の非反転入力端子)
における電圧値はほぼ次の式1のようになる。
ランスコンダクタンス増幅器221の反転入力端子へ供
給され、サンプル/ホールド回路210の出力がトラン
スコンダクタンス増幅器221の非反転入力端子に供給
されるようにすると、点Cにおける微分値は−G・
[(ΔT・K・ΔVbatt)/2]になる。
る時点での点A,Bにおける電圧波形が示されている。
バッテリが完全充電される時点まではバッテリ電圧の変
化量が増加するものの、バッテリの完全充電時点t4 の
以降はバッテリの自然放電によりバッテリ電圧がむしろ
減少される。したがって、完全充電される時間t4 にお
ける電圧増幅回路100の出力電圧の増加量をΔV
batt1 とし、時間t5 におけるそれを−ΔVbatt2 とす
れば、時間間隔t3 〜t5 間、微分回路により得られる
点Cでの微分値は次の式2の通りである。
充電時点t4 において、すなわちバッテリ充電電圧曲線
のピークの周りでのバッテリ電圧変化量であるので、Δ
Vbatt1 ≒ΔVbatt2 となる。したがって、時間間隔t
3 〜t5 間、微分回路により得られる点Cでの微分値は
ほぼ0になる。
たのちの点A,Bにおける電圧波形が示されている。図
5に示された、バッテリが完全充電された以後の区間で
はバッテリの自然放電が間断なく続くので、バッテリ電
圧の変化量は負の値を有するため、微分回路により得ら
れる点Cでの微分値は次の式3のようである。
圧曲線の傾きに比例することが分かる。したがって、比
較器232の基準電圧Vref2を完全充電時点での点Cの
電圧値に設定すると、点Dでの電圧、すなわち、比較器
232の出力電圧Vout は、図6に示すように、バッテ
リの完全充電前は‘ハイレベル’を維持しながら時間間
隔t3 〜t5 においては‘ローレベル’に遷移される。
したがって、これを持って、充電モード変換回路300
はバッテリの充電モードを急速充電モードより低速充電
モードに変換させるか、またはバッテリの充電を終了す
ることになる。
制御回路によれば、アナログ−ディジタル変換器を必要
とせずに、アナログ的にバッテリ充電モード制御回路が
実現可能となり、IC化した場合、小さいチップサイズ
と低コストを実現できる。
施の形態を示す回路図。
理的構成例を示すブロック図。
で、バッテリが完全充電される前の電圧波形図。
で、バッテリが完全充電される時点における電圧波形
図。
で、バッテリが完全充電された以降の電圧波形図。
Claims (3)
- 【請求項1】 バッテリに接続される入力端子を有し、
時間によるバッテリ電圧の変化量を増幅する電圧増幅回
路と、 前記電圧増幅回路の出力端子に接続される入力端子と充
電モードの変換のための充電モード変換回路に接続され
る出力端子を有し、バッテリ電圧のピークを検出するピ
ーク検出回路とを備え、 前記ピーク検出回路は、前記電圧増幅回路の出力を微分
する微分回路と、 前記微分回路の出力電圧と所定の基準電圧とを比較する
比較回路とを含むことを特徴とするバッテリ充電モード
制御回路。 - 【請求項2】 請求項1記載のバッテリ充電モード制御
回路において、前記バッテリに接続される入力端子を有
しバッテリ電圧のノイズを取除くフィルタ回路と、 前記フィルタ回路の出力端子と前記電圧増幅回路の前記
入力端子との間に接続され前記フィルタ回路による前記
バッテリ電圧の損失を防止するバッファ回路とを更に備
えることを特徴とするバッテリ充電モード制御回路。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載のバッテリ充電モー
ド制御回路において、 前記微分回路は、所定のサンプリング周波数で前記電圧
増幅回路の出力電圧をサンプリングして保持するサンプ
ル/ホールド回路と、 前記電圧増幅回路の前記出力端子に接続される非反転端
子と前記サンプル/ホールド回路の出力端子に接続され
る反転端子とを有する電圧−電流変換回路とを含むこと
を特徴とするバッテリ充電モード制御回路。
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