JP2008199804A - 充電制御回路への電源供給を行う電源回路、その電源回路を備えた充電装置及び充電制御回路への電源供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一般的な定電流−定電圧充電方式を行うことができ、しかも充電効率を向上させることができる充電制御回路への電源供給を行う電源回路、その電源回路を備えた充電装置及び充電制御回路への電源供給方法を得る。
【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ２が、二次電池１０の電圧である電池電圧Ｖｂａｔに応じた電圧、例えば電池電圧Ｖｂａｔよりも所定の電圧だけ大きくなるように第１電圧Ｖ１を昇圧して出力電圧Ｖｏｕｔ１として充電制御回路３に出力し、充電制御回路３は、該出力電圧Ｖｏｕｔ１を電源にして二次電池１０に対して所定の定電流−定電圧充電を行うようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の充電を行う充電制御回路への電源供給を行う電源回路、その電源回路を備えた充電装置及び充電制御回路への電源供給方法に関し、特に燃料電池や太陽電池といった発電素子を電源に使用した場合においても高効率の充電を行うことができる充電制御回路への電源供給を行う電源回路、その電源回路を備えた充電装置及び充電制御回路への電源供給方法に関する。

携帯電子機器では、経済性、利便性、電力の出力密度等の観点から二次電池、特に最近ではリチウムイオン電池が多く使用されている。
また、携帯電子機器のアプリケーションは増加の一途をたどり、最近では地上デジタル放送、いわゆる１セグ放送がスタートし、携帯電子機器でテレビを視聴することが一般化されようとしていること等から、携帯電子機器の消費電力が飛躍的に増大している。これに対して、リチウムイオン電池では、出力密度は満足できるものの、エネルギー密度が不足していることから、リチウムイオン電池を使用した携帯電子機器は、短時間の動作しか行うことができなかった。また、携帯電子機器の消費電力の増加に電池性能の向上が追いつかず、携帯電子機器の動作時間がユーザーの要求に応えられなくなってきている。

このような状況を解決するために、電源に燃料電池を使用することが期待されている。特に、燃料にメタノールを使い、ポンプ等の補機を用いないパッシブ型ＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell）は小型化を図ることが可能であり、携帯電話等の小型携帯電子機器の電源として期待されている。
燃料電池のエネルギー密度は、重量当たりでリチウムイオン電池の約１０倍あり、体積当りでも３倍以上ある。しかも、燃料電池は、燃料であるメタノールを追加すれば継続して電力を供給することができるため、携帯電子機器の動作時間に対する要求を満たすことができる。しかし、燃料電池は、出力密度が小さく、現状の携帯電子機器の要求をまだ満たすことができない。

このことから、現状の燃料電池を使用して二次電池を充電する充電装置が考えられる。燃料電池を使用して二次電池の充電を行う場合は、限られた燃料をできるだけ有効に活用するために充電効率を向上させることが非常に重要である。しかし、従来のＡＣアダプタ等を使用した充電装置は、充電効率よりも充電時間の短縮に主眼を置いており、充電効率は良くなかった。
図５は、従来の充電装置の構成例を示したブロック図である。図５の充電装置では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１と、二次電池１２０の電圧Ｖｏｕｔ２との電圧差に基づいて発生する電力損失はすべて充電制御回路１４０で消費している。

充電制御回路１４０での電力消費を減少させるには、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１と、二次電池１２０の電圧Ｖｏｕｔ２との電圧差が小さく、かつ充電電流が小さいほどよい。しかし、従来のＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１は一定であり、しかも二次電池１２０が満充電になるまでは定電流充電を行っている。このことから、二次電池１２０の電圧Ｖｏｕｔ２が小さい場合には、ＤＣ−ＤＣコンバータ１３０の出力電圧Ｖｏｕｔ１との電圧差が大きく、更に充電電流も大きいため、充電制御回路１４０における電力損失が非常に大きなものになっていた。
このような電力損失は、すべて直流電源１１０から供給されており、従来の充電装置の充電効率はよくなかった。

図６は、燃料電池を使用した充電装置の従来例を示したブロック図である（例えば、特許文献１参照。）。
図６において、演算増幅回路１６３は、燃料電池１６１の出力電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの電圧差に応じた出力信号をスイッチコントローラ１６４に出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２のスイッチング素子のデューティサイクルを制御している。
図６では、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の出力端子に直接二次電池１６５を接続することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の出力電圧を二次電池１６５の電圧と等しくして、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２を無調節電源として動作させている。このため、図６の充電装置は、図５で示した充電制御回路１４０による電力損失がなくなり充電効率が向上している。更に、図６では、燃料電池１６１の出力電圧又は出力電流を所望の値になるように動的に制御することにより、燃料電池１６１の電力出力及び燃料効率を最適化している。
特表２００６−５０１７９８号公報

しかし、図６の充電装置では、図示されていないが、ＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の出力電圧が二次電池１６５の許容電圧を超えないように、電流バイパス回路が設けられており、二次電池１６５が満充電になった後は、該電流バイパス回路がＤＣ−ＤＣコンバータ１６２の出力電流をバイパスするようにしている。このため、二次電池が満充電になった後に前記電流バイパス回路によって無駄に電力が消費されるという問題があった。

また、図６の充電装置では、リチウムイオン電池の充電方法として一般的に行われている定電流−定電圧充電方式を行うことができず、高精度な充電を行うことができなかった。このため、二次電池の電圧が小さい場合等は過度の充電電流を供給してしまう可能性があり、更に二次電池の満充電時の電圧を精度よく設定することができない等の問題があった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、一般的な定電流−定電圧充電方式を行うことができ、しかも充電効率を向上させることができる充電制御回路への電源供給を行う電源回路、その電源回路を備えた充電装置及び充電制御回路への電源供給方法を得ることを目的とする。

この発明に係る電源回路は、二次電池の充電を行う充電制御回路への電源供給を行う電源回路において、
所定の第１電圧を生成して出力する第１直流電源と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該第１直流電源から入力される第１電圧を、該検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
を備えるものである。

具体的には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出した前記二次電池の電圧との電圧差が所定値になるように、前記第１直流電源から入力される第１電圧の電圧変換を行って出力するようにした。

また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の電圧が所定値以下になると、該二次電池の電圧に関係なく前記充電制御回路が作動するために必要な所定の最小電圧を生成して前記充電制御回路に出力するようにした。

前記第１直流電源は、前記第１電圧を発電して出力する燃料電池又は太陽電池であるようにした。

また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧型のスイッチングレギュレータであるようにした。

また、所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧のみを電源として出力し、前記第２電圧が第２所定値未満になると、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して該第２電圧と共に前記充電制御回路に電源として出力するようにした。

また、所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧を電源として出力し、該第２電圧が第２所定値未満である場合は、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に電源として出力するようにしてもよい。

また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の電圧から該二次電池が満充電であることを検出すると、前記第１電圧を変換して出力する動作を停止するようにした。

また、この発明に係る充電装置は、二次電池の充電を行う充電制御回路と、該充電制御回路への電源供給を行う電源回路とを備えた二次電池の充電を行う充電装置において、
前記電源回路は、
所定の第１電圧を生成して出力する第１直流電源と、
前記二次電池の電圧検出を行い、該第１直流電源から入力される第１電圧を、該検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
を備えるものである。

具体的には、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出した前記二次電池の電圧との電圧差が所定値になるように、前記第１直流電源から入力される第１電圧の電圧変換を行って出力するようにした。

また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の電圧が所定値以下になると、該二次電池の電圧に関係なく前記充電制御回路が作動するために必要な所定の最小電圧を生成して前記充電制御回路に出力するようにした。

前記第１直流電源は、前記第１電圧を発電して出力する燃料電池又は太陽電池であるようにした。

また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧型のスイッチングレギュレータであるようにした。

また、前記電源回路は、所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧のみを電源として出力し、前記第２電圧が第２所定値未満になると、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して該第２電圧と共に前記充電制御回路に電源として出力するようにした。

また、前記電源回路は、所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧を電源として出力し、該第２電圧が第２所定値未満である場合は、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に電源として出力するようにしてもよい。

また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の電圧から該二次電池が満充電であることを検出すると、前記第１電圧を変換して出力する動作を停止するようにした。

また、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ及び充電制御回路は、１つのＩＣに集積されるようにした。

また、この発明に係る充電制御回路への電源供給方法は、二次電池の充電を行う充電制御回路への電源供給方法において、
前記二次電池の電圧検出を行い、
所定の第１電圧を生成して出力する第１直流電源から入力される第１電圧を、該検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に出力するようにした。

具体的には、検出した前記二次電池の電圧との電圧差が所定値になるように、前記第１直流電源から入力される第１電圧の電圧変換を行って前記充電制御回路に出力するようにした。

また、前記二次電池の電圧が所定値以下になると、該二次電池の電圧に関係なく前記充電制御回路が作動するために必要な所定の最小電圧を生成して前記充電制御回路に出力するようにした。

また、所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源から入力される第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧のみを電源として出力し、
前記第２電圧が第２所定値未満になると、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して該第２電圧と共に前記充電制御回路に電源として出力するようにした。

また、所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源から入力される第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧を電源として出力し、
前記第２電圧が第２所定値未満である場合は、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に電源として出力するようにしてもよい。

また、前記二次電池の電圧から該二次電池が満充電であることを検出すると、前記第１電圧を変換して出力する動作を停止するようにした。

本発明の充電制御回路への電源供給を行う電源回路、その電源回路を備えた充電装置及び充電制御回路への電源供給方法によれば、前記二次電池の電圧検出を行い、所定の第１電圧を生成して出力する第１直流電源から入力される第１電圧を、該検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に出力するようにした。このことから、二次電池に対して一般的な定電流−定電圧充電方式を行うことができるため充電条件の厳しいリチウムイオン電池の充電も高精度に行うことができ、燃料電池や太陽電池を用いて二次電池の充電を行う際に充電制御回路に供給する電圧を、二次電池の電池電圧に最低限必要な電圧を加えた電圧にすることができるため、充電制御回路における電力損失が大幅に減少し、充電効率を向上させることができる。

また、第２直流電源にＡＣアダプタ等を使用した場合、ＡＣアダプタでの充電を優先させるようにしたことから、第１直流電源に燃料電池を使用した際に燃料電池の燃料消費を抑制することができる。

更に、本発明の充電制御回路への電源供給を行う電源回路、及びその電源回路を備えた充電装置によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータに昇圧型のスイッチングレギュレータを使用した場合、ＤＣ−ＤＣコンバータの昇圧率を小さくすることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータを高効率で動作させることができるため、より充電効率を向上させることができる。

次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第１の実施の形態．
図１は、本発明の第１の実施の形態における充電装置の構成例を示した概略のブロック図である。
図１において、充電装置１は、リチウムイオン電池等のような二次電池１０の充電を行うものであり、例えば昇圧型のスイッチングレギュレータ等のようなＤＣ−ＤＣコンバータ２と、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から出力された出力電圧Ｖｏｕｔ１を使用して二次電池１０に所定の定電流−定電圧充電を行う充電制御回路３と、燃料電池や太陽電池や各種電池等からなる第１直流電源１１とを備えている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２には、第１直流電源１１から第１電圧Ｖ１が入力されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、二次電池１０の電圧である電池電圧Ｖｂａｔに応じた電圧、例えば電池電圧Ｖｂａｔよりも所定の電圧だけ大きくなるように第１電圧Ｖ１を昇圧して出力電圧Ｖｏｕｔ１として充電制御回路３に出力する。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ２及び第１直流電源１１は電源回路をなしている。

図２は、充電時におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔ１と二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔの変化例を示した図であり、横軸は時間を示している。
図２において、実線はＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔ１を、破線は二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔをそれぞれ示しており、一点鎖線は従来のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を示している。

従来のＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が約５.４Ｖで固定されているのに対して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔ１は、二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔよりも約０.２Ｖ大きい電圧になっている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔ１と二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔとの電圧差である０.２Ｖは、充電制御回路３の動作に必要な電圧差であり、充電制御回路３を構成している素子や、二次電池１０への充電電流値によって決定される。このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔに応じて出力電圧Ｖｏｕｔ１を変化させている。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔ１には、下限電圧に制限が設けられており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔが所定の電圧以下の場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ１が例えば２.５Ｖ以下にならないように制限している。このようにするのは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔ１が、充電制御回路３の動作可能な電圧以下まで低下すると、充電制御回路３が二次電池１０への充電を開始することができなくなってしまうためである。このようなことから、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、出力電圧Ｖｏｕｔ１の下限電圧が充電制御回路３の動作可能な最小電圧付近になるように制限する。

直流電源１１として使用される燃料電池や太陽電池は１セルあたりの電圧が１Ｖ以下と小さく、複数のセルを直列に接続することで２Ｖ程度の電圧を出力する。例えば直流電源１１からの第１電圧Ｖ１が２Ｖである場合、前記のようにＤＣ−ＤＣコンバータ２に昇圧型のスイッチングレギュレータを使用する。スイッチングレギュレータの効率は、入力電圧と出力電圧との比が小さいほどよくなることが知られている。このため、第１直流電源１１からの第１電圧Ｖ１が小さく、ＤＣ−ＤＣコンバータ２から電池電圧Ｖｂａｔに近い電圧を出力する場合は、従来のように５.４Ｖ一定の電圧を出力する場合よりもＤＣ−ＤＣコンバータ２自体の効率もよくなり、より高効率な充電を行うことができる。

例えば、第１電圧Ｖ１を２Ｖ、二次電池１０の充電中における平均電圧を３Ｖ、充電電流を５００ｍＡ、充電制御回路３の自己消費電流を３ｍＡにそれぞれし、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔ１を二次電池電圧Ｖｂａｔに０.２Ｖを加えた電圧になるようにする。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の効率は、入力電圧Ｖｉｎ１が２Ｖで出力電圧Ｖｏｕｔ１が５.４Ｖである場合は８１.８％であり、入力電圧Ｖｉｎ１が２Ｖで出力電圧Ｖｏｕｔ１が３.２Ｖである場合は９３.６％であるとすると、従来の方式での充電効率は、
充電効率＝０.８１８×（３.０×０.５）／（５.４×（０.５＋０.００３））×１００≒４５.２％
であるのに対して、本発明での充電効率は、
充電効率＝０.９３６×（３.０×０.５）／（３.２×（０.５＋０.００３））×１００≒８７.２％
になり、従来の２倍近い効率を得ることができる。

このように、本第１の実施の形態における充電装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が、二次電池１０の電圧である電池電圧Ｖｂａｔに応じた電圧、例えば電池電圧Ｖｂａｔよりも所定の電圧だけ大きくなるように第１電圧Ｖ１を昇圧して出力電圧Ｖｏｕｔ１として充電制御回路３に出力し、充電制御回路３は、該出力電圧Ｖｏｕｔ１を電源にして二次電池１０に対して所定の定電流−定電圧充電を行うようにした。このことから、二次電池に対して一般的な定電流−定電圧充電方式を行うことができるため充電条件の厳しいリチウムイオン電池の充電も高精度に行うことができ、燃料電池や太陽電池を用いて二次電池１０の充電を行う際に充電制御回路３に供給する電圧を、二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔに最低限必要な電圧を加えた電圧にすることができるため、充電制御回路３における電力損失が大幅に減少し、充電効率を向上させることができる。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２の昇圧率も小さくて済むため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２を高効率で動作させることができ、より充電効率を上げることができる。

第２実施の形態．
前記第１の実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２に第１直流電源１１のみから電源が供給されていたが、第１直流電源と第２直流電源の２つの直流電源から電源が供給されるようにし、第２直流電源からの電源電圧が所定値未満になると第１直流電源からの電源電圧を昇圧して充電制御回路に供給するようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第２の実施の形態とする。
図３は、本発明の第２の実施の形態における充電装置の回路例を示した図である。なお、図３では、図１と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。

図３において、充電装置１ａは、リチウムイオン電池等のような二次電池１０の充電を行うものであり、昇圧型のスイッチングレギュレータをなすＤＣ−ＤＣコンバータ２ａと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａから出力された出力電圧Ｖｏｕｔ１を使用して二次電池１０に所定の定電流−定電圧充電を行う充電制御回路３ａと、燃料電池や太陽電池や各種電池等からなる第１直流電源１１と、外部から供給された電源を基にして所定の電圧を生成して出力するＡＣアダプタ等のような第２直流電源１２とを備えている。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａ、第１直流電源１１及び第２直流電源１２は電源回路をなしている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａには、第１直流電源１１から第１電圧Ｖ１が入力されると共に、第２直流電源１２から所定の第２電圧Ｖ２が入力されている。
第２直流電源１２が接続されていない場合の、充電時におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１と二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔの変化例を示した図は、図２と同様であるので省略する。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａは、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の電圧検出を行い、第２電圧Ｖ２が第２所定値未満である場合（第２電圧Ｖ２が入力されていない場合も含む）は、図２で示したように第１電圧を昇圧して出力電圧Ｖｏｕｔ１として充電制御回路３ａに出力する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａは、第２電圧Ｖ２が第２所定値以上である場合は、第１電圧Ｖ１に対する昇圧動作を停止することにより第２電圧Ｖ２を出力電圧Ｖｏｕｔとして充電制御回路３ａに出力する。充電制御回路３ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａから入力された電圧Ｖｏｕｔ１を電源にして作動し、二次電池１０に対して所定の定電流−定電圧充電を行う。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａは、ＮＭＯＳトランジスタからなるスイッチングトランジスタＭ２１と、ＰＭＯＳトランジスタからなる同期整流用トランジスタＭ２２と、逆流防止用のダイオードＤ２１，Ｄ２２と、インダクタＬ２１と、平滑用の抵抗Ｒ２１及び出力コンデンサＣｏと、第１電圧Ｖ１の検出を行う第１電圧検出回路２１と、第２電圧Ｖ２の検出を行う第２電圧検出回路２２と、スイッチングトランジスタＭ２１及び同期整流用トランジスタＭ２２の動作制御を行う制御回路２３とを備えている。

また、充電制御回路３ａは、ゲートに入力された信号に応じた電流を二次電池１０に供給するＰＭＯＳトランジスタからなる充電用トランジスタＭ３１と、二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔを分圧して分圧電圧Ｖｄとして出力する抵抗Ｒ３１，Ｒ３２と、プルアップ抵抗をなす抵抗Ｒ３３と、充電電流検出用の抵抗Ｒｓと、抵抗Ｒｓの両端電圧から二次電池１０への充電電流ｉｃｈの検出を行う充電電流検出回路３１と、演算増幅回路３２，３３と、所定の第１基準電圧Ｖｒ１を生成して出力する第１基準電圧発生回路３４と、所定の第２基準電圧Ｖｒ２を生成して出力する第２基準電圧発生回路３５と、ＮＭＯＳトランジスタＭ３２，Ｍ３３とを備えている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａにおいて、第１電圧Ｖ１はダイオードＤ２１のアノードに入力され、ダイオードＤ２１のカソードと接地電圧との間には、インダクタＬ１とスイッチングトランジスタＭ２１が直列に接続されている。第２電圧Ｖ２はダイオードＤ２２のアノードに入力され、ダイオードＤ２２のカソードは充電用トランジスタＭ３１のソースに接続されている。ダイオードＤ２２と充電用トランジスタＭ３１との接続部と、インダクタＬ２１とスイッチングトランジスタＭ２１との接続部との間には同期整流用トランジスタＭ２２が接続されている。

ダイオードＤ２２と、同期整流用トランジスタＭ２２との接続部は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａの出力端をなしており、該出力端の電圧であるＤＣ−ＤＣコンバータ２ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１は制御回路２３に入力されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａの出力端と接地電圧との間に抵抗Ｒ２１と出力コンデンサＣｏが直列に接続されている。また、第１電圧検出回路２１には第１電圧Ｖ１が、第２電圧検出回路２２には第２電圧Ｖ２がそれぞれ入力されており、第１電圧検出回路２１及び第２電圧検出回路２２の各検出結果はそれぞれ制御回路２３に出力される。

充電制御回路３ａにおいて、出力電圧Ｖｏｕｔ１と充電用トランジスタＭ３１のゲートとの間には抵抗Ｒ３３が接続され、充電用トランジスタＭ３１のソースには、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａからの出力電圧Ｖｏｕｔ１が入力されており、充電用トランジスタＭ３１のドレインと二次電池１０の正側電極との間に抵抗Ｒｓが接続され、二次電池１０の負側電極は接地電圧に接続されている。抵抗Ｒｓと二次電池１０との接続部と接地電圧との間には抵抗Ｒ３１及びＲ３２が直列に接続され、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２との接続部から電池電圧Ｖｂａｔを分圧した分圧電圧Ｖｄが、制御回路２３、及び演算増幅回路３２の反転入力端にそれぞれ出力される。

また、抵抗Ｒｓの両端電圧はそれぞれ充電電流検出回路３１に入力されており、充電電流検出回路３１は、検出した充電電流ｉｃｈの電流値を示す信号Ｖｓｅｎを制御回路２３、及び演算増幅回路３３の反転入力端にそれぞれ出力する。充電用トランジスタＭ３１のゲートと接地電圧との間には、ＮＭＯＳトランジスタＭ３２及びＭ３３が直列に接続されている。演算増幅回路３２において、非反転入力端には第１基準電圧Ｖｒ１が入力されており、出力端はＮＭＯＳトランジスタＭ３２のゲートに接続されている。また、演算増幅回路３３において、非反転入力端には第２基準電圧Ｖｒ２が入力され、出力端はＮＭＯＳトランジスタＭ３３のゲートに接続されている。
なお、第１電圧検出回路２１及び制御回路２３は第１電圧Ｖ１を電源にして作動し、第２電圧検出回路２２は第２電圧Ｖ２を電源にして作動し、充電制御回路３ａはＤＣ−ＤＣコンバータ２ａからの出力電圧Ｖｏｕｔ１を電源にして作動する。

このような構成において、第１電圧検出回路２１は、第１直流電源１１からの第１電圧Ｖ１が第１所定値以上であるか否かを示す信号を制御回路２３に出力する。同様に、第２電圧検出回路２２は、第２直流電源１２からの第２電圧Ｖ２が第２所定値以上であるか否かを示す信号を制御回路２３に出力する。制御回路２３は、第２電圧検出回路２２が、第２直流電源１２からの第２電圧Ｖ２が第２所定値以上であることを検出すると、スイッチングトランジスタＭ２１と同期整流用トランジスタＭ２２を共にオフさせて遮断状態にし、昇圧動作を停止する。この状態では、充電制御回路３ａには、第２直流電源１２からの第２電圧Ｖ２がダイオードＤ２２を介して入力され、充電制御回路３ａは、第２電圧Ｖ２を電源にして二次電池１０への充電を行う。なお、この状態では、第１電圧検出回路２１が、第１直流電源１１からの第１電圧Ｖ１が第１所定値以上であることを検出しても、制御回路２３は、第１電圧検出回路２１から入力された検出結果を無視する。

第２電圧検出回路２２が、第２電圧Ｖ２が第２所定値未満であることを検出すると共に、第１電圧検出回路２１が、第１電圧Ｖ１が第１所定値以上であることを検出すると、制御回路２３は、出力電圧Ｖｏｕｔ１に比例した電圧Ｖｆｂが、設定された基準電圧Ｖｒｅｆになるように、例えばＰＷＭ制御等を行ってスイッチングトランジスタＭ２１と同期整流用トランジスタＭ２２を相補的にオン／オフ制御して第１電圧Ｖ１を昇圧し、該昇圧した電圧が出力電圧Ｖｏｕｔ１として充電制御回路３ａに出力される。このことから、二次電池１０の充電は第１直流電源１１を電源にして行われる。

ここで、制御回路２３は、電池電圧Ｖｂａｔを分圧した分圧電圧Ｖｄが入力されており、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１が二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔに対して例えば０.２Ｖ大きい電圧になるように、分圧電圧Ｖｄに応じて基準電圧Ｖｒｅｆの電圧値を変える。なお、出力電圧Ｖｏｕｔ１を二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔに対してどれだけ大きくするかは、充電制御回路３ａの充電用トランジスタＭ３１の特性と抵抗Ｒｓによって変わる。また、制御回路２３は、図２で説明したように、二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔが所定の電圧以下の場合は、出力電圧Ｖｏｕｔ１が例えば２.５Ｖ以下にならないように基準電圧Ｖｒｅｆを設定する。

また、第１電圧検出回路２１が、第１電圧Ｖ１が第１所定値未満であることを検出すると共に、第２電圧検出回路２２が、第２電圧Ｖ２が第２所定値未満であることを検出すると、制御回路２３は、スイッチングトランジスタＭ２１及び同期整流用トランジスタＭ２２をそれぞれオフさせて遮断状態にし、昇圧動作を停止する。この状態では、充電制御回路３ａには、第２所定値未満の第２電圧Ｖ２がダイオードＤ２２を介して入力されているが、充電制御回路３ａは、二次電池１０への充電を行うだけの電源を得ることができず、実質的に二次電池１０への充電が停止する。

次に、充電制御回路３ａの動作について説明する。
二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔが小さく、分圧電圧Ｖｄが第１基準電圧Ｖｒ１より小さい場合は、演算増幅回路３２の出力信号ＣＶはハイレベルになり、ＮＭＯＳトランジスタＭ３２がオンする。演算増幅回路３３は、充電電流検出回路３１の出力信号Ｖｓｅｎが第２基準電圧Ｖｒ２と同電圧になるようにＮＭＯＳトランジスタＭ３３の動作を制御し、充電用トランジスタＭ３１のドレイン電流である充電電流ｉｃｈを制御する。すなわち、二次電池１０に対して、充電用トランジスタＭ３１のドレイン電流による定電流充電が行われる。

分圧電圧Ｖｄの電圧が第１基準電圧Ｖｒ１以上になると、演算増幅回路３２の出力信号ＣＶの電圧は低下し、演算増幅回路３２は、分圧電圧Ｖｄが第１基準電圧Ｖｒ１と同電圧になるように、ＮＭＯＳトランジスタＭ３２を介して充電用トランジスタＭ３１を制御するようになり、定電圧充電が行われるようになる。なお、定電圧充電状態になると、充電用トランジスタＭ３１のドレイン電流は定電流充電時よりも減少するため、充電電流検出回路３１からの信号Ｖｓｅｎは、第２基準電圧Ｖｒ２よりも小さくなる。このことから、演算増幅回路３３の出力信号ＣＣはハイレベルになり、ＮＭＯＳトランジスタＭ３３がオンして導通状態になることにより定電流充電は終了し、充電用トランジスタＭ３１のドレイン電流による定電圧充電が行われる。

制御回路２３は、定電圧充電中に、充電電流検出回路３１からの信号Ｖｓｅｎから充電電流ｉｃｈが所定値以下になったことを検出すると、スイッチングトランジスタＭ２１と同期整流用トランジスタＭ２２を共にオフさせて昇圧動作を停止する。このため、図２で示すように、第２直流電源１２が接続されていない場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１は０Ｖになり、充電制御回路３ａによる二次電池１０への充電が停止する。なお、図２において、定電圧充電時に、出力電圧Ｖｏｕｔ１は０Ｖになる前に、充電電流ｉｃｈが所定値以下に低下してＮＭＯＳトランジスタＭ３３がオフして遮断状態になり、充電用トランジスタＭ３１がオフして遮断状態になる。また、第２直流電源１２が接続されていて第２電圧Ｖ２が第２所定値未満である場合においても、第１電圧Ｖ１の電圧に関係なく二次電池１０への充電は停止する。

このように、本第２の実施の形態における充電装置は、第１直流電源１１とＡＣアダプタ等で構成された第２直流電源１２とを併用した場合は、第２直流電源１２からの第２電圧Ｖ２を優先的に使用して二次電池１０の充電を行うようにした。このことから、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができると共に、第１直流電源１１に燃料電池を使用した場合に燃料消費を抑制することができる。

第３の実施の形態．
前記第２の実施の形態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は第２電圧Ｖ２の出力制御を行わず、第１電圧Ｖ１の昇圧動作の制御のみを行うようにしたが、ＤＣ−ＤＣコンバータ２が、第２電圧Ｖ２の電圧値に応じて第２電圧Ｖ２の充電制御回路３ａへの出力制御を行うようにしてもよく、このようにしたものを本発明の第３の実施の形態とする。
図４は、本発明の第３の実施の形態における充電装置の回路例を示した図である。なお、図４では、図３と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略すると共に図３との相違点のみ説明する。

図４における図３との相違点は、第２電圧検出回路２２による第２電圧Ｖ２の電圧検出結果に応じて、第２電圧Ｖ２の充電制御回路３ａへの出力制御行うＰＭＯＳトランジスタＭ４１を追加したことにある。これに伴って、図３のＤＣ−ＤＣコンバータ２ａをＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂに、図３の充電装置１ａを充電装置１ｂにした。
図４において、充電装置１ｂは、二次電池１０の充電を行うものであり、昇圧型のスイッチングレギュレータをなすＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂと、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂから出力された出力電圧Ｖｏｕｔ１を使用して二次電池１０に所定の定電流−定電圧充電を行う充電制御回路３ａと、第１直流電源１１と、第２直流電源１２とを備えている。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂ、第１直流電源１１及び第２直流電源１２は電源回路をなしている。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂには、第１直流電源１１から第１電圧Ｖ１が入力されると共に、第２直流電源１２から第２電圧Ｖ２が入力されている。
第２直流電源１２が接続されていない場合の、充電時におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂの出力電圧Ｖｏｕｔ１と二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔの変化例を示した図は、図２と同様であるので省略する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂは、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の電圧検出を行い、第２電圧Ｖ２が第２所定値未満である場合（第２電圧Ｖ２が入力されていない場合も含む）は、第２電圧Ｖ２の充電制御回路３ａへの出力を遮断して、図２で示したように第１電圧Ｖ１を昇圧して出力電圧Ｖｏｕｔ１として充電制御回路３ａに出力する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂは、第２電圧Ｖ２が第２所定値以上である場合は、第１電圧Ｖ１に対する昇圧動作を停止して第２電圧Ｖ２を出力電圧Ｖｏｕｔとして充電制御回路３ａに出力する。充電制御回路３ａは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂから入力された電圧Ｖｏｕｔ１を電源にして作動し、二次電池１０に対して所定の定電流−定電圧充電を行う。

ＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂは、スイッチングトランジスタＭ２１と、同期整流用トランジスタＭ２２と、逆流防止用のダイオードＤ２１，Ｄ２２と、インダクタＬ２１と、平滑用の抵抗Ｒ２１及び出力コンデンサＣｏと、第１電圧検出回路２１と、第２電圧検出回路２２と、制御回路２３と、ＰＭＯＳトランジスタＭ４１とを備えている。なお、第１電圧検出回路２１及び制御回路２３は第１電圧Ｖ１を電源にして作動し、第２電圧検出回路２２は第２電圧Ｖ２を電源にして作動し、充電制御回路３ａはＤＣ−ＤＣコンバータ２ｂからの出力電圧Ｖｏｕｔ１を電源にして作動する。
第２電圧検出回路２２は、第２電圧Ｖ２が第２所定値未満であるときだけＰＭＯＳトランジスタＭ４１をオフさせて遮断状態にし、第２電圧Ｖ２が第２所定値以上であるときはＰＭＯＳトランジスタＭ４１をオンさせて導通状態にする。その他の動作は図３と同様であるのでその説明は省略する。

このように、本第３の実施の形態における充電装置は、第１直流電源１１とＡＣアダプタ等で構成された第２直流電源１２とを併用した場合は、第２直流電源１２からの第２電圧Ｖ２を優先的に使用して二次電池１０の充電を行うようにし、第２電圧Ｖ２が第２所定値未満である場合（第２電圧Ｖ２が入力されていない場合も含む）は、第２電圧Ｖ２の充電制御回路３ａへの出力を遮断するようにした。このことから、前記第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、前記第２及び第３の実施の形態における第２所定値が、充電用トランジスタＭ３１のオン時の電圧降下と、抵抗Ｒｓの電圧降下と、満充電時の二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔを加えた電圧になるように設定されるようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態における充電装置の構成例を示した概略のブロック図である。 充電時におけるＤＣ−ＤＣコンバータ２の出力電圧Ｖｏｕｔ１と二次電池１０の電池電圧Ｖｂａｔの変化例を示した図である。 本発明の第２の実施の形態における充電装置の回路例を示した図である。 本発明の第３の実施の形態における充電装置の回路例を示した図である。 従来の充電装置の構成例を示したブロック図である。 燃料電池を使用した充電装置の従来例を示したブロック図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ 充電装置
２，２ａ，２ｂ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３，３ａ 充電制御回路
１０ 二次電池
１１ 第１直流電源
１２ 第２直流電源
２１ 第１電圧検出回路
２２ 第２電圧検出回路
２３ 制御回路
３１ 充電電流検出回路
３２，３３ 演算増幅回路
３４ 第１基準電圧発生回路
３５ 第２基準電圧発生回路
Ｍ２１ スイッチングトランジスタ
Ｍ２２ 同期整流用トランジスタ
Ｍ３１ 充電用トランジスタ
Ｍ３２，Ｍ３３ ＮＭＯＳトランジスタ
Ｍ４１ ＰＭＯＳトランジスタ
Ｌ２１ インダクタ
Ｒ２１，Ｒｓ，Ｒ３１〜Ｒ３３ 抵抗
Ｄ２１，Ｄ２２ ダイオード
Ｃｏ 出力コンデンサ

Claims (25)

1. 二次電池の充電を行う充電制御回路への電源供給を行う電源回路において、
   所定の第１電圧を生成して出力する第１直流電源と、
   前記二次電池の電圧検出を行い、該第１直流電源から入力される第１電圧を、該検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
   を備えることを特徴とする電源回路。
2. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出した前記二次電池の電圧との電圧差が所定値になるように、前記第１直流電源から入力される第１電圧の電圧変換を行って出力することを特徴とする請求項１記載の電源回路。
3. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の電圧が所定値以下になると、該二次電池の電圧に関係なく前記充電制御回路が作動するために必要な所定の最小電圧を生成して前記充電制御回路に出力することを特徴とする請求項１又は２記載の電源回路。
4. 前記第１直流電源は、前記第１電圧を発電して出力する燃料電池であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の電源回路。
5. 前記第１直流電源は、前記第１電圧を発電して出力する太陽電池であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の電源回路。
6. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧型のスイッチングレギュレータであることを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の電源回路。
7. 所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧のみを電源として出力し、前記第２電圧が第２所定値未満になると、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して該第２電圧と共に前記充電制御回路に電源として出力することを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の電源回路。
8. 所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧を電源として出力し、該第２電圧が第２所定値未満である場合は、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に電源として出力することを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載の電源回路。
9. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の電圧から該二次電池が満充電であることを検出すると、前記第１電圧を変換して出力する動作を停止することを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の電源回路。
10. 二次電池の充電を行う充電制御回路と、該充電制御回路への電源供給を行う電源回路とを備えた二次電池の充電を行う充電装置において、
    前記電源回路は、
    所定の第１電圧を生成して出力する第１直流電源と、
    前記二次電池の電圧検出を行い、該第１直流電源から入力される第１電圧を、該検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に出力するＤＣ−ＤＣコンバータと、
    を備えることを特徴とする充電装置。
11. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、検出した前記二次電池の電圧との電圧差が所定値になるように、前記第１直流電源から入力される第１電圧の電圧変換を行って出力することを特徴とする請求項１０記載の充電装置。
12. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の電圧が所定値以下になると、該二次電池の電圧に関係なく前記充電制御回路が作動するために必要な所定の最小電圧を生成して前記充電制御回路に出力することを特徴とする請求項１０又は１１記載の充電装置。
13. 前記第１直流電源は、前記第１電圧を発電して出力する燃料電池であることを特徴とする請求項１０、１１又は１２記載の充電装置。
14. 前記第１直流電源は、前記第１電圧を発電して出力する太陽電池であることを特徴とする請求項１０、１１又は１２記載の充電装置。
15. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、昇圧型のスイッチングレギュレータであることを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３又は１４記載の充電装置。
16. 前記電源回路は、所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧のみを電源として出力し、前記第２電圧が第２所定値未満になると、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して該第２電圧と共に前記充電制御回路に電源として出力することを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３、１４又は１５記載の充電装置。
17. 前記電源回路は、所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源を備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、該第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧を電源として出力し、該第２電圧が第２所定値未満である場合は、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に電源として出力することを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３、１４又は１５記載の充電装置。
18. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、前記二次電池の電圧から該二次電池が満充電であることを検出すると、前記第１電圧を変換して出力する動作を停止することを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６又は１７記載の充電装置。
19. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータ及び充電制御回路は、１つのＩＣに集積されることを特徴とする請求項１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７又は１８記載の充電装置。
20. 二次電池の充電を行う充電制御回路への電源供給方法において、
    前記二次電池の電圧検出を行い、
    所定の第１電圧を生成して出力する第１直流電源から入力される第１電圧を、該検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に出力することを特徴とする充電制御回路への電源供給方法。
21. 検出した前記二次電池の電圧との電圧差が所定値になるように、前記第１直流電源から入力される第１電圧の電圧変換を行って前記充電制御回路に出力することを特徴とする請求項２０記載の充電制御回路への電源供給方法。
22. 前記二次電池の電圧が所定値以下になると、該二次電池の電圧に関係なく前記充電制御回路が作動するために必要な所定の最小電圧を生成して前記充電制御回路に出力することを特徴とする請求項２０又は２１記載の充電制御回路への電源供給方法。
23. 所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源から入力される第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧のみを電源として出力し、
    前記第２電圧が第２所定値未満になると、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して該第２電圧と共に前記充電制御回路に電源として出力することを特徴とする請求項２０、２１又は２２記載の充電制御回路への電源供給方法。
24. 所定の第２電圧を生成して出力する第２直流電源から入力される第２電圧が第２所定値以上である場合は、前記充電制御回路に該第２電圧を電源として出力し、
    前記第２電圧が第２所定値未満である場合は、前記第１直流電源からの第１電圧を、検出した二次電池の電圧に応じた電圧に変換して前記充電制御回路に電源として出力することを特徴とする請求項２０、２１又は２２記載の充電制御回路への電源供給方法。
25. 前記二次電池の電圧から該二次電池が満充電であることを検出すると、前記第１電圧を変換して出力する動作を停止することを特徴とする請求項２０、２１、２２、２３又は２４記載の充電制御回路への電源供給方法。

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