JP2012196084A - 充電装置、電子機器、及び充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外部電源装置からの供給電力により二次電池の充電を行う充電装置及び充電方法において、ＦＥＴの発熱を抑制し、これにより充電装置や、これを搭載した携帯端末等の電子機器の小型化を可能とする。
【解決手段】
充電装置１０は、外部電源装置２１からの供給電流により二次電池３０の充電を行う。充電装置１０は、二次電池３０の充電電流が流れるＦＥＴ１１と、ＦＥＴ１１のドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出手段１６と、ＦＥＴ１１に流れる充電電流Ｉｃｈｇを検出する充電電流検出手段１８と、充電電流検出手段１８で検出された充電電流Ｉｃｈｇと電圧検出手段１６で検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいてＦＥＴ１１での電力損失を算出する損失算出手段１３と、損失算出手段１３で算出された電力損失が所定値を超えたときに、充電電流により外部電源装置２１の出力電圧が低下するように、外部電源装置２１の電流供給能力を低下させる信号を外部電源装置２１に出力する制御手段１４とを備える。
【選択図】図１

Description

外部電源装置（外部機器）からの供給電力により二次電池を充電する充電装置、電子機器、及び充電方法に関する。

携帯端末等の電子機器においては電源としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の二次電池が広範に利用されている。

このような二次電池の充電は、例えばパソコンのＵＳＢ端子等にＵＳＢケーブルを介して充電装置を接続し、この充電装置を介して行うことがある。ＵＳＢ(Universal Serial Bus)３．０規格では、電流供給能力がＵＳＢ２．０規格の５００ｍＡから１８００ｍＡに拡大されており、充電能力が高まっている。以後、本明細書でＵＳＢというときは、ＵＳＢ３．０のことを意味する。

充電装置は、例えばＵＳＢホストに接続された電源ラインと二次電池との間に配置されるＦＥＴを有し、このＦＥＴを制御することにより、二次電池への充電電流の大きさを制御する。

このような構成の場合、ＦＥＴにはＵＳＢ電源ラインの電圧と二次電池の電圧との差分の電圧が印加される。そして、この差分の電圧とＦＥＴに流れる電流とに応じて、ＦＥＴが発熱する。特に、二次電池の容量が低下して電圧が低下しているときには、差分の電圧が大きくなり、ＦＥＴでの発熱量が大きくなる。その結果、ＦＥＴでの発熱を放熱させるための手段やスペースが必要となって、充電装置や、これを搭載した携帯端末等の電子機器の小型化が困難となり、また、コストの低減が困難となる。

特許文献１には、充電装置におけるＦＥＴの発熱に対処するため、二次電池の充電中に、二次電池の電圧が所定電圧以下の状態が所定時間継続したときは、二次電池の充電を一時停止し、所定のタイミングで充電を再開することが開示されている。

特許文献１のように二次電池の充電を一時停止すると、充電に要する時間が長くなるという問題がある。

なお、ＵＳＢ電源の電力を利用した二次電池の充電において、ＤＣ／ＤＣコンバータを利用して二次電池に対する充電電圧を制御することにより、上記のような発熱を回避することができる。しかし、この場合、大型のコイルや大容量のコンデンサが必要となり、その結果、充電装置や、これを搭載した携帯端末等の電子機器の小型化が困難となる。また、コストも高くなる。

特に、ＵＳＢ３．０規格では、電流供給能力が前述のようにＵＳＢ２．０規格の５００ｍＡから１８００ｍＡに拡大されているため、発熱の問題が顕著となる。

本発明は、外部電源装置（例えば、ＵＳＢ３．０規格のＵＳＢホスト）からの供給電力により二次電池の充電を行う充電装置及び充電方法において、ＦＥＴの発熱を抑制し、これにより充電装置や、これを搭載した携帯端末等の電子機器の小型化を可能とすることを目的とする。

本発明の第１の態様において、外部電源装置からの供給電力により二次電池の充電を行う充電装置が提供される。この充電装置は、二次電池の充電電流が流れるＦＥＴと、ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出手段と、ＦＥＴに流れる充電電流を検出する充電電流検出手段と、ＦＥＴ電流検出手段で検出された充電電流と電圧検出手段で検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいてＦＥＴでの電力損失を算出する損失算出手段と、損失算出手段で算出された電力損失が所定値を超えたときに、充電電流により外部電源装置の出力電圧が低下するように、外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を外部電源装置に出力する制御手段とを備える。

本発明の第２の態様において、外部電源装置からの供給電力により負荷装置に電力を供給しつつ二次電池の充電を行う充電装置が提供される。この充電装置は、負荷装置の負荷電流と記二次電池の充電電流とが流れるＦＥＴと、ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出手段と、ＦＥＴに流れる電流を検出するＦＥＴ電流検出手段と、ＦＥＴ電流検出手段で検出されたＦＥＴ電流と電圧検出手段で検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいてＦＥＴでの電力損失を算出する損失算出手段と、損失算出手段で算出された電力損失が所定値を超えたときに、ＦＥＴ電流により外部電源装置の出力電圧が低下するように、外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を外部電源装置に出力する制御手段とを備える。

本発明の第３の態様において、前記第１の態様または第２の態様の充電装置を備えた電子機器が提供される。

本発明の第４の態様において、外部電源装置からの供給電力により二次電池の充電を行う充電方法が提供される。この充電方法は、二次電池の充電電流が流れるＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出ステップと、充電電流と前記電圧検出ステップで検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいてＦＥＴでの電力損失を算出する損失算出ステップと、損失算出ステップで算出された電力損失が所定値を超えたときに、充電電流により外部電源装置の出力電圧が低下するように、外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を外部電源装置に出力する供給電流制御ステップとを含む。

本発明の第５の態様において、外部電源装置からの供給電力により負荷装置に電力を供給しつつ二次電池の充電を行う充電方法が提供される。この方法は、負荷装置の負荷電流及び二次電池の充電電流が流れるＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出ステップと、負荷装置の負荷電流及び前記二次電池の充電電流と電圧検出ステップで検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいてＦＥＴでの電力損失を算出する損失算出ステップと、損失算出ステップで算出された電力損失が所定値を超えたときに、ＦＥＴ電流により前記外部電源装置の出力電圧が低下するように、外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を外部電源装置に出力する供給電流制御ステップとを含む。

本発明によれば、損失算出手段（損失算出ステップ）で算出されたＦＥＴでの電力損失が所定値を超えたとき、すなわちＦＥＴでの発熱が所定量を超えたときに、充電電流により外部電源装置の出力電圧が低下するように、外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を外部電源装置に出力する。これにより、外部電源装置の出力電圧と二次電池の電圧との差分であるＦＥＴのドレイン−ソース間電圧が低下する。したがって、ＦＥＴでの電力損失、すなわち発熱を抑制することができ、大きな放熱スペースが不要となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータで必要となる大型のコイルや容量の大きいコンデンサ等も不要である。したがって、本発明によれば、充電装置及びこれを内蔵した携帯端末等の電子機器を小型化することができ、かつ小型化によってコスト低減も可能となる。

本発明の実施形態１の充電システムの構成図である。 本発明の実施形態１の充電システムによる充電制御の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態２の充電システムの構成図である。 本発明の実施形態２の充電システムによる充電制御の一例を説明するための図である。 本発明の実施形態１または２の充電装置を備えた電子機器の構成図である。

本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

（実施形態１）
１．構成
図１は、本発明の実施形態１の充電システムの構成図である。充電システムは、充電電力を供給するＵＳＢ装置２０と、充電電力を受けて二次電池３０に充電を行う充電装置１０とから構成される。充電装置１０は、ＵＳＢ装置２０に備えられたＵＳＢホスト２１から電力の供給を受けて二次電池３０を充電するための装置である。ＵＳＢ装置２０は、パーソナルコンピュータやテレビ等の電気機器であり、ＵＳＢホスト２１は、それらの機器に備えられたＵＳＢの機能を実現する手段である。充電装置１０は、電源ラインＰＬ、信号ラインＤＬ等を有するＵＳＢケーブルを介してＵＳＢホスト２１に接続することができる。ＵＳＢホスト２１は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus)３．０に準拠するように構成されている。ＵＳＢホスト２１はＵＳＢ３．０で規定された電圧Ｖｏ（5.25Ｖ）を出力する。以後、ＵＳＢホスト２１から供給される電圧を「ＵＳＢ電圧」ＶＢＵＳという。また、ＵＳＢホスト２１は、電流供給能力ＩＢＵＳが外部信号に基づいて制御可能になっている。ＵＳＢホスト２１の電流最大供給能力は１８００ｍＡであり、外部信号を受けることにより、電流供給能力ＩＢＵＳを例えば７００ｍＡに低下させることができる。

充電装置１０は、ＦＥＴ１１、ＦＥＴ制御部１２、ＦＥＴ損失算出部１３、ＵＳＢ制御部１４、充電制御部１５、ＦＥＴ電圧／電流検出部１６、及び二次電池電圧検出部１８を有する。

ＦＥＴ１１は、例えばＰ型電界効果トランジスタにより構成される。

ＦＥＴ制御部１２は、充電制御部１５からの制御信号に基づいてＦＥＴ１１のゲート電圧を制御することにより、ＦＥＴ１１に流れる電流の大きさ及び二次電池３０の電圧ＶＢＡＴを制御する。

二次電池電圧検出部１８は、二次電池３０の電圧ＶＢＡＴを検出する。

ＦＥＴ電圧／電流検出部１６は、ＦＥＴ１１のドレイン−ソース間の電圧ＶＦＥＴを検出する。この電圧は、ＵＳＢホスト２１から出力されるＵＳＢ電圧ＶＢＵＳと二次電池３０の電圧ＶＢＡＴとの差でもある。また、ＦＥＴ電圧／電流検出部１６は、二次電池３０に流れる充電電流Ｉｃｈｇを検出する。検出された電流Ｉｃｈｇは、ＦＥＴ１１を流れる電流でもある。

ＦＥＴ損失算出部１３は、ＦＥＴ電圧／電流検出部１６で検出されたＦＥＴ１１のドレイン−ソース間の電圧ＶＦＥＴと、充電電流Ｉｃｈｇとに基づいて、ＦＥＴ１１で生じる電力損失ＬＦＥＴを算出する。この電力損失ＬＦＥＴは、ＦＥＴ１１での発熱でもある。

充電制御部１５は、二次電池３０の充電開始後、二次電池電圧検出部１８で検出された二次電池３０の電圧ＶＢＡＴ及びＦＥＴ電圧／電流検出部１６で検出された充電電流Ｉｃｈｇに基づいて、二次電池３０に対する充電の制御を行う。具体的には、充電制御部１５は、二次電池電圧検出部１８で検出された二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが第１所定値ＶＢＡＴ１未満のときは、ＦＥＴ電圧／電流検出部１６で検出される充電電流Ｉｃｈｇが第１所定電流となるように、予備充電（定電流充電）を行う。

また、充電制御部１５は、二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが第１所定値ＶＢＡＴ１以上、第２所定値ＶＢＡＴ２未満のときは、ＦＥＴ電圧／電流検出部１６で検出される充電電流Ｉｃｈｇが第２所定電流（第１所定電流よりも大きな電流）となるように、急速充電（定電流充電）を行う。

また、充電制御部１５は、第２所定値ＶＢＡＴ２未満のときは、電池電圧検出部１６で検出される二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが所定電圧となるように、定電圧充電を行う。

充電制御部１５は、このような充電状態制御が実現されるように、ＦＥＴ制御部１２に対して制御信号を出力する。

ＵＳＢ制御部１４は、ＦＥＴ損失算出部１３で算出されたＦＥＴ１１の電力損失ＬＦＥＴが所定値ＬＦＥＴ０を超えると、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１に対して、電流供給能力ＩＢＵＳを低下させることを指示するコマンドを出力する。このコマンドを受けて、ＵＳＢホスト２１は、電流供給能力ＩＢＵＳ（電力供給能力）を低下させる。なお、この低下後の電流供給能力ＩＢＵＳは、ＦＥＴ電圧／電流検出部１６で検出された二次電池３０の充電電流Ｉｃｈｇに基づいて設定される。具体的には、電流供給能力ＩＢＵＳは、ＦＥＴ電圧／電流検出部１６で検出された二次電池３０の充電電流Ｉｃｈｇよりも所定量小さい値に設定される。これは、電流供給能力ＩＢＵＳ以上の充電電流ＩｃｈｇをＵＳＢホスト２１から供給させることによりＵＳＢホスト２１の出力電圧を低下させるためである。低下後における電流供給能力ＩＢＵＳは上述のように充電電流Ｉｃｈｇよりも所定量小さい値に設定されるので、充電電流Ｉｃｈｇが変化した場合、電流供給能力ＩＢＵＳも充電電流Ｉｃｈｇの変化に追随して変化することとなる。

２．動作
図２は、本発明の実施形態１の充電システムによる充電制御の一例を説明するための図である。なお、図中における破線は従来技術による例を示す。

二次電池３０への予備充電が開始すると、二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが徐々に上昇する。予備充電中、二次電池充電電流Ｉｃｈｇ、ＵＳＢ電圧ＶＢＵＳ、及びＵＳＢ電流ＩＢＵＳは一定となる。これに対し、ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴは、ＵＳＢ電圧ＶＢＵＳが一定である一方で二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが上昇するので、徐々に低下する。また、これに伴って、ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴと二次電池充電電流Ｉｃｈｇとに基づいて定まるＦＥＴ損失ＬＦＥＴは徐々に低下する。

二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが第１所定値ＶＢＡＴ１まで上昇すると、充電制御部１５は急速充電を開始する。これにより、二次電池３０の充電電流Ｉｃｈｇが予備充電における充電電流よりも増加し、これに伴い、二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが予備充電時よりも大きな傾きで増加する。ここで、急速充電が開始すると、ＦＥＴ１１を流れる充電電流Ｉｃｈｇが増加する。そのため、ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴと充電電流Ｉｃｈｇとに基づいて定まるＦＥＴ１１での電力損失ＬＦＥＴ、つまり発熱が従来においては破線で示すように急増する。

これに対して、本実施形態では、ＦＥＴ１１での電力損失ＬＦＥＴの急増を防止するため、ＦＥＴ１１での電力損失ＬＦＥＴが所定値ＬＦＥＴ０以上となると、充電制御部１５は、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１の出力電圧が低下するように、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１にコマンドを発行し、その電流供給能力ＩＢＵＳを低下させる。この低下後の電流供給能力ＩＢＵＳは、二次電池３０の充電電流Ｉｃｈｇよりも所定量小さい値に設定される。これによりＵＳＢ電圧ＶＢＵＳが低下する。その結果、ＵＳＢ電圧ＶＢＵＳと二次電池３０の電圧ＶＢＡＴとの電圧差つまりＦＥＴ電圧ＶＦＥＴも低下する。これにより、ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴと充電電流Ｉｃｈｇとに基づいて定まる電力損失ＬＦＥＴの急増が防止される。

二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが第２所定値ＶＢＡＴ２まで上昇すると、充電制御部１５は定電圧充電を開始する。定電圧充電中、蓄電池の容量が増加するととともに、充電電流Ｉｃｈｇが低下する。定電圧充電中においても、電力損失ＬＦＥＴが所定値ＬＦＥＴ０を超えている限り、急速充電に引き続き、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１の電流供給能力ＩＢＵＳが低下された状態が維持される。なお、定電圧充電中の電流供給能力ＩＢＵＳは、充電電流Ｉｃｈｇの低下に追随して低下する。前述のように、電力損失ＬＦＥＴが所定値ＬＦＥＴ０を超えているときにおける電流供給能力ＩＢＵＳは、その時点における充電電流Ｉｃｈｇよりも所定量小さい値に設定されるからである。これにより、急速充電中と同様、電力損失ＬＦＥＴの発生が極力抑制される。

３．まとめ
以上説明したように、実施形態１の充電装置１０は、二次電池３０の充電電流Ｉｃｇが流れるＦＥＴ１１と、ＦＥＴ１１のドレイン−ソース間電圧ＶＦＥＴを検出する電圧検出部１６と、充電電流Ｉｃｈｇと電圧検出部１６で検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいてＦＥＴ１１での電力損失を算出するＦＥＴ損失算出部４３と、ＦＥＴ損失算出部４３で算出された電力損失ＬＦＥＴが所定値ＬＦＥＴ０を超えたときに、充電電流ＩｃｈｇによりＵＳＢホスト２１の出力電圧ＶＢＵＳが低下するように、ＵＳＢホスト２１の電流供給能力ＩＢＵＳを低下させるコマンド（制御信号）をＵＳＢホスト２１に出力するＵＳＢ制御部１４とを備える。

このような構成によれば、ＵＳＢホスト２１の出力電圧ＶＢＵＳと二次電池３０の電圧ＶＢＡＴとの差分であるＦＥＴ１１のドレイン−ソース間電圧が低下する。したがって、ＦＥＴ１１での電力損失ＬＦＥＴ、すなわち発熱を抑制することができ、大きな放熱スペースが不要となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータで必要となる大型のコイルや容量の大きいコンデンサ等も不要である。したがって、本実施形態によれば、充電装置及びこれを内蔵した携帯端末等の電子機器を小型化することができ、かつ小型化によってコスト低減も可能となる。

（実施形態２）
１．構成
実施形態１では、充電装置１０は、二次電池３０にのみ電力を供給し、充電電流ＩｃｈｇとＦＥＴ１１のドレイン−ソース間電圧とに基づいてＦＥＴ１１での電力損失ＬＦＥＴを算出し、算出された電力損失ＬＦＥＴが所定値ＬＦＥＴ０を超えたときに、ＵＳＢホスト２１の電流供給能力ＩＢＵＳを低下させた。これに対し、実施形態２では、後に図３を参照して説明するように、充電装置１０は、二次電池３０と負荷装置５０とに電力を供給し、充電電流Ｉｃｈｇと負荷電流Ｉｌｏａｄとの合計である負荷システム電流Ｉｓｙｓと、この負荷システム電流Ｉｓｙｓが流れる第２ＦＥＴ５１のドレイン−ソース間電圧とに基づいて、第２ＦＥＴ５１での電力損失ＬＦＥＴ２を算出し、算出された電力損失ＬＦＥＴ２が所定値ＬＦＥＴ０を超えたときに、ＵＳＢホスト２１の電流供給能力ＩＢＵＳを低下させる。以下、実施形態２についてくわしく説明する。

図３は、本発明の実施形態２の充電システム４０の構成図である。実施形態２の充電装置４０は、ＵＳＢ装置２０に備えられたμＵＳＢホスト２１から電力の供給を受けて、実施形態１同様の二次電池３０の充電を行うだけでなく、負荷装置５０に対しても電力を供給する。実施形態２の充電装置４０は、実施形態１と同様の第１ＦＥＴ４１、第１ＦＥＴ制御部４２、ＦＥＴ損失算出部４３、ＵＳＢ制御部４４、充電制御部４５、充電電流検出部４７、及び二次電池電圧検出部４８を有する。実施形態２では、充電装置４０はさらに、第２ＦＥＴ５１、第２ＦＥＴ制御部５２、及びＦＥＴ電圧／電流検出部５３、及びシステム電流検出部５４を有する。

ＦＥＴ４１は、例えばＰ型電界効果トランジスタにより構成される。

ＦＥＴ制御部４２は、充電制御部４５からの制御信号に基づいてＦＥＴ４１のゲート電圧を制御することにより、ＦＥＴ４１に流れる電流の大きさ及び二次電池３０の電圧ＶＢＡＴを制御する。

二次電池電圧検出部４６は、二次電池３０の電圧ＶＢＡＴを検出する。

充電電流検出部４７は、二次電池３０に流れる充電電流Ｉｃｈｇを検出する。検出された電流Ｉｃｈｇは、ＦＥＴ４１を流れる電流でもある。

第２ＦＥＴ５１は、例えばＰ型電界効果トランジスタにより構成される。

第２ＦＥＴ制御部５２は、外部信号等に基づいて第２ＦＥＴ５１のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

ＦＥＴ電圧／電流検出部５３は、第２ＦＥＴ５１のドレイン−ソース間の電圧ＶＦＥＴ２を検出する。また、ＦＥＴ電圧／電流検出部５３は、二次電池３０の充電電流Ｉｃｈｇと負荷装置５０の負荷電流Ｉｌｏａｄとの合計電流であるシステム電流Ｉｓｙｓを検出する。検出された電流Ｉｓｙｓは、第２ＦＥＴ５１を流れる電流でもある。

ＦＥＴ損失算出部４３は、ＦＥＴ電圧／電流検出部５３で検出されたドレイン−ソース間の電圧ＶＦＥＴと、システム電流検出部５４で検出されたシステム電流Ｉｓｙｓとに基づいて、第２ＦＥＴ５１で生じる電力損失ＬＦＥＴ２を算出する。この電力損失ＬＦＥＴ２は、第２ＦＥＴ５１での発熱でもある。

充電制御部４５は、二次電池３０の充電開始後、二次電池電圧検出部４８で検出された二次電池３０の電圧ＶＢＡＴ及び充電電流検出部４７で検出された充電電流Ｉｃｈｇに基づいて、二次電池３０に対する充電の制御を行う。具体的には、充電制御部４５は、二次電池電圧検出部４８で検出された二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが第１所定値ＶＢＡＴ１未満のときは、充電電流検出部４７で検出される充電電流Ｉｃｈｇが第１所定電流となるように、予備充電（定電流充電）を行う。

また、充電制御部４５は、二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが第１所定値ＶＢＡＴ１以上、第２所定値ＶＢＡＴ２未満のときは、充電電流検出部４７で検出される充電電流Ｉｃｈｇが第２所定電流（第１所定電流よりも大きな電流）となるように、急速充電（定電流充電）を行う。

また、充電制御部４５は、第２所定値ＶＢＡＴ２未満のときは、電池電圧検出部４６で検出される二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが所定電圧となるように、定電圧充電を行う。

充電制御部４５は、このような充電状態制御が実現されるように、ＦＥＴ制御部４２に対して制御信号を出力する。

ＵＳＢ制御部４４は、ＦＥＴ損失算出部４３で算出された第２ＦＥＴ５１の電力損失ＬＦＥＴ２が所定値ＬＦＥＴ０を超えると、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１に対して、電流供給能力ＩＢＵＳを後述するように低下させることを指示するコマンドを出力する。このコマンドを受けて、ＵＳＢホスト２１は、電流供給能力ＩＢＵＳ（電力供給能力）を低下させる。なお、この低下後の電流供給能力ＩＢＵＳは、ＦＥＴ電圧／電流検出部５３で検出されたシステム電流Ｉｓｙｓ（負荷装置５０の消費電流Ｉｌｏａｄと二次電池３０の充電電流Ｉｃｈｇとの合計）に基づいて設定される。具体的には、この電流供給能力ＩＢＵＳは、ＦＥＴ電圧／電流検出部５３で検出されたシステム電流Ｉｓｙｓよりも所定量小さい値に設定される。これは、電流供給能力ＩＢＵＳ以上の実電流ＩｓｙｓをＵＳＢホスト２１から供給させることによりＵＳＢホスト２１の出力電圧を低下させるためである。低下後における電流供給能力ＩＢＵＳは上述のようにシステム電流Ｉｓｙｓよりも所定量小さい値に設定されるので、システム電流Ｉｓｙｓが充電電流Ｉｃｈｇの変化等により変化した場合、電流供給能力ＩＢＵＳもシステム電流Ｉｓｙｓの変化に追随して変化することとなる。

２．動作
図４は、本発明の実施形態１の充電イステムによる充電制御の一例を説明するための図である。なお、負荷電流Ｉｌｏａｄは一定であるものとする。二次電池３０への予備充電が開始すると、二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが徐々に上昇する。予備充電中、二次電池充電電流Ｉｃｈｇ、システム電流ＩＳｙｓ、ＵＳＢ電圧ＶＢＵＳ、及びＵＳＢ電流ＩＢＵＳは一定となる。これに対し、第１ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴ１及び第２ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴ２は、ＵＳＢ電圧ＶＢＵＳが一定である一方で二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが上昇するので、徐々に低下する。また、これに伴って、第１ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴ１と二次電池充電電流Ｉｃｈｇとに基づいて定まる第１ＦＥＴ損失ＬＦＥＴ１、及び第２ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴ２とシステム電流Ｉｓｙｓとに基づいて定まる第２ＦＥＴ損失ＬＦＥＴ２は徐々に低下する。

二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが第１所定値ＶＢＡＴ１まで上昇すると、充電制御部１５は、急速充電を開始する。これにより、二次電池３０の充電電流Ｉｃｈｇが予備充電における充電電流よりも増加し、これに伴い、二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが予備充電時よりも大きな傾きで増加する。急速充電が開始すると、第２ＦＥＴ５１を流れるシステム電流Ｉｓｙｓ、及び第１ＦＥＴ４１を流れる充電電流Ｉｃｈｇが増加する。そのため、第２ＦＥＴ５１及び第１ＦＥＴ４１での電力損失ＬＦＥＴ２及びＬＦＥＴ１、つまり発熱が従来においては破線で示すように急増する。

これに対して、本実施形態では、第２ＦＥＴ５１及び第１ＦＥＴ４１での電力損失ＬＦＥＴ２及びＬＦＥＴ１が急増するのを防止するため、第２ＦＥＴ５１での電力損失ＬＦＥＴ２が所定値ＬＦＥＴ０以上となると、充電制御部４５は、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１の出力電圧が低下するように、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１にコマンドを発行し、その電流供給能力ＩＢＵＳを低下させる。この低下後の電流供給能力ＩＢＵＳは、二次電池３０のシステム電流Ｉｓｙｓよりも所定量小さい値に設定される。これによりＵＳＢ電圧ＶＢＵＳが低下する。その結果、ＵＳＢ電圧ＶＢＵＳと二次電池３０の電圧ＶＢＡＴとの電圧差つまり第２ＦＥＴ５１及び第１ＦＥＴ４１に印加される電圧ＶＦＥＴも低下する。これにより、第１ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴ１と充電電流Ｉｃｈｇとに基づいて定まる第１ＦＥＴ４１のＦＥＴ損失ＬＦＥＴ１、及び第２ＦＥＴ電圧ＶＦＥＴ２と充電電流Ｉｓｙｓとに基づいて定まる第２ＦＥＴ５１の電力損失ＬＦＥＴ２の急増が防止される。

二次電池３０の電圧ＶＢＡＴが第２所定値ＶＢＡＴ２まで上昇すると、充電制御部４５は、定電圧充電を開始する。定電圧充電中、蓄電池の容量が増加するととともに、充電電流Ｉｃｈｇが低下する。定電圧充電中においても、第２ＦＥＴ５１の電力損失ＬＦＥＴ２が所定値ＬＦＥＴ０を超えている限り、急速充電に引き続き、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１からの電流供給能力ＩＢＵＳが低下された状態が維持される。なお、定電圧充電中の電流供給能力ＩＢＵＳは、充電電流Ｉｃｈｇの低下に追随して低下する。前述のように、電力損失ＬＦＥＴ２が所定値ＬＦＥＴ０を超えているときの電流供給能力ＩＢＵＳは、その時点における充電電流Ｉｃｈｇと負荷装置５０の消費電流Ｉｌｏａｄとの合計であるシステム電流Ｉｓｙｓよりも所定量小さい値に設定されるからである。これにより、急速充電中と同様、第１ＦＥＴ４１及び第２ＦＥＴ５１での電力損失ＬＦＥＴ２の発生が極力抑制される。

３．まとめ
以上説明したように、実施形態２の充電装置２０は、二次電池３０のシステム電流Ｉｓｙｓが流れる第２ＦＥＴ５１と、第２ＦＥＴ５１のドレイン−ソース間電圧ＶＦＥＴを検出するＦＥＴ電圧／電流検出部５３と、システム電流検出部５４で検出されたシステム電流ＩｓｙｓとＦＥＴ電圧／電流検出部５３で検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいて第２ＦＥＴ５１での電力損失ＬＦＥＴ２を算出するＦＥＴ損失算出部４３と、ＦＥＴ損失算出部４３で算出された第２ＦＥＴ５１の電力損失ＬＦＥＴ２が所定値ＬＦＥＴ０を超えたときに、システム電流ＩｓｙｓによりＵＳＢホスト２１の出力電圧ＶＢＵＳが低下するように、ＵＳＢホスト２１の電流供給能力ＩＢＵＳを低下させる信号（コマンド）をＵＳＢホスト２１に出力するＵＳＢ制御部４４とを備える。

このような構成によれば、ＵＳＢホスト２１の出力電圧ＶＢＵＳと二次電池３０の電圧ＶＢＡＴとの差分である第２ＦＥＴ５１のドレイン−ソース間電圧ＶＦＥＴ２、及び第１ＦＥＴ４１のドレイン−ソース間電圧ＶＦＥＴ１が低下する。したがって、第１ＦＥＴ４１、第２ＦＥＴ５１での電力損失ＬＦＥＴ１、ＬＦＥＴ２、すなわち発熱を抑制することができ、大きな放熱スペースが不要となる。また、ＤＣ／ＤＣコンバータで必要となる大型のコイルや容量の大きいコンデンサ等も不要である。したがって、本実施形態によれば、充電装置及びこれを内蔵した携帯端末等の電子機器を小型化することができ、かつ小型化によってコスト低減も可能となる。

なお、実施形態２では、負荷装置５０の消費電流Ｉｌｏａｄが一定であるものとして説明した。しかし、実施形態２の思想は、負荷装置５０の消費電流Ｉｌｏａｄが負荷装置５０の使用状態等に応じて変化する場合にも有効である。負荷装置５０の消費電流Ｉｌｏａｄが変化すると、負荷装置５０の消費電流Ｉｌｏａｄと充電電流Ｉｃｈａｇとの合計であるシステム電流Ｉｓｙｓも負荷装置５０の使用状態に応じて、つまり消費電流Ｉｌｏａｄに応じて変化する。本実施形態では、負荷装置５０の消費電流Ｉｌｏａｄと充電電流Ｉｃｈａｇとの合計である電流供給能力ＩＢＵＳは、システム電流Ｉｓｙｓよりも所定量小さい値に設定されるので、システム電流Ｉｓｙｓが変化すると、電流供給能力ＩＢＵＳもシステム電流Ｉｓｙｓの変化に追随して変化することとなる。例えば、図４を参照して説明すると、負荷電流Ｉｌｏａｄが二点鎖線で示すように変化すると、システム電流Ｉｓｙｓも二点鎖線で示すように変化する。すると、電流供給能力ＩＢＵＳもシステム電流Ｉｓｙｓの変化に追随して二点鎖線で示すように変化することとなる。よって、負荷装置５０の消費電流Ｉｌｏａｄが使用状態等に応じて変化する場合でも、第１ＦＥＴ４１及び第２ＦＥＴ５１での電力損失ＬＦＥＴ２の発生が極力抑制されることとなる。

また、実施形態２では、第２ＦＥＴ５１での電力損失ＬＦＥＴ２を算出し、この損失ＬＦＥＴ２が所定値ＬＦＥＴ０以上となったときに、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１の電流供給能力ＩＢＵＳを低下させる。しかし実施形態１同様、第１ＦＥＴ４１での電力損失ＬＦＥＴ１を算出し、この損失ＬＦＥＴ１が所定値以上となったときに、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１の電流供給能力ＩＢＵＳを低下させるように構成してもよい。また、第１ＦＥＴ４１及び第２ＦＥＴ５１の両方での電力損失ＬＦＥＴ１、ＬＦＥＴ２を検出し、いずれか一方での電力損失がそれぞれの所定値以上となっとき、または両方の電力損失ＬＦＥＴ１、ＬＦＥＴ２がそれぞれの所定値以上となったときに、ＵＳＢ装置２０のＵＳＢホスト２１の電流供給能力を低下させるように構成してもよい。

（実施形態３）
実施形態１、２で説明した充電装置は、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant)、情報端末等の種々の電子機器に適用することができる。例えば、図５に示すように、電子機器は、電子機器の機能を実現する回路と、この回路に電力を供給する二次電池と、この二次電池を充電し及び／または回路に電力を供給する充電装置とを有している。電子機器の充電装置は、このような電子機器の二次電池を、ＵＳＢ装置のＵＳＢホストから電力の供給を受けて充電する。このような場合に、ＵＳＢ装置のＵＳＢホストに対して、電流供給能力を制御する。

（その他の実施形態）
上記各実施形態では、充電装置に充電電力を供給する外部電源装置がＵＳＢホストである場合について説明した。しかし、外部機器（外部電源装置）が、充電装置から電流供給能力を低下させる信号を受けて、電流供給能力を低下させることができる機能を有するものであれば、本発明の思想を適用可能である。

本発明は、外部電源装置（例えばＵＳＢ３．０規格のＵＳＢホスト）からの供給電流により二次電池の充電を行う充電装置において、ＦＥＴの発熱を抑制し、もって充電装置や、これを搭載した携帯端末等の電子機器の小型化を可能とすることができる。よって、外部電源装置からの供給電流により二次電池の充電を行う充電装置、及びこれを利用する電子機器に広く利用できる。

１０ 充電装置
１１ ＦＥＴ
１２ ＦＥＴ制御部
１３ ＦＥＴ損失算出部
１４ ＵＳＢ制御部
１５ 充電制御部
１６ ＦＥＴ電圧／電流検出部
１７ 充電電流検出部
１８ 二次電池電圧検出部
２０ ＵＳＢ装置
２１ ＵＳＢホスト
３０ 二次電池
４０ 充電装置
４１ 第１ＦＥＴ
４２ 第１ＦＥＴ制御部
４３ ＦＥＴ損失算出部
４４ ＵＳＢ制御部
４５ 充電制御部
４７ システム電流検出部
４８ 二次電池電圧検出部
５１ 第２ＦＥＴ
５２ 第２ＦＥＴ制御部
５３ ＦＥＴ電圧／電流検出部
５４ システム電流検出部

特許第４４６６６５６号公報

Claims (7)

1. 外部電源装置からの供給電流により二次電池の充電を行う充電装置であって、
   二次電池の充電電流が流れるＦＥＴと、
   前記ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記ＦＥＴに流れる充電電流を検出する充電電流検出手段と、
   前記充電電流検出手段で検出された充電電流と前記電圧検出手段で検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいて前記ＦＥＴでの電力損失を算出する損失算出手段と、
   前記損失算出手段で算出された電力損失が所定値を超えたときに、前記充電電流により前記外部電源装置の出力電圧が低下するように、前記外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を前記外部電源装置に出力する制御手段とを備える充電装置。
2. 外部電源装置からの供給電流により負荷装置に電力を供給しつつ二次電池の充電を行う充電装置であって
   前記負荷装置の負荷電流と前記二次電池の充電電流とが流れるＦＥＴと、
   前記ＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記ＦＥＴに流れる電流を検出するＦＥＴ電流検出手段と、
   前記ＦＥＴ電流検出手段で検出されたＦＥＴ電流と前記電圧検出手段で検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいて前記ＦＥＴでの電力損失を算出する損失算出手段と、
   前記損失算出手段で算出された電力損失が所定値を超えたときに、前記ＦＥＴ電流により前記外部電源装置の出力電圧が低下するように、前記外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を前記外部電源装置に出力する制御手段とを備える充電装置。
3. 前記外部電源装置はＵＳＢホストである、請求項１または２に記載の充電装置。
4. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載の充電装置を備えた電子機器。
5. 外部電源装置からの供給電流により二次電池の充電を行う充電方法であって、
   二次電池の充電電流が流れるＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出ステップと、
   前記充電電流と前記電圧検出ステップで検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいて前記ＦＥＴでの電力損失を算出する損失算出ステップと、
   前記損失算出ステップで算出された電力損失が所定値を超えたときに、前記充電電流により前記外部電源装置の出力電圧が低下するように、前記外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を前記外部電源装置に出力する供給電流制御ステップとを含む充電方法。
6. 外部電源装置からの供給電流により負荷装置に電力を供給しつつ二次電池の充電を行う充電方法であって、
   前記負荷装置の負荷電流及び前記二次電池の充電電流が流れるＦＥＴのドレイン−ソース間電圧を検出する電圧検出ステップと、
   前記負荷装置の負荷電流及び前記二次電池の充電電流と前記電圧検出ステップで検出されたドレイン−ソース間電圧に基づいて前記ＦＥＴでの電力損失を算出する損失算出ステップと、
   前記損失算出ステップで算出された電力損失が所定値を超えたときに、前記ＦＥＴ電流により前記外部電源装置の出力電圧が低下するように、前記外部電源装置の電流供給能力を低下させる信号を前記外部電源装置に出力する供給電流制御ステップとを含む充電方法。
7. 前記外部電源装置はＵＳＢホストである、請求項５または６に記載の充電方法。

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