專利名稱：二次電池充電電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行例如鋰離子電池等二次電池的充電的二次電池充電電路。
背景技術(shù)：
例如在鋰離子電池等二次電池中，在以高于規(guī)定的滿充電電壓的電壓持續(xù) 充電時(shí)，發(fā)生電池內(nèi)壓異常上升或發(fā)熱等問題。另外，當(dāng)充電電流過大時(shí)也發(fā) 生同樣的問題。因此，在鋰離子電池等中，為使充電電壓或充電電流不過大， 一般在電池組中內(nèi)置保護(hù)電路。
另夕卜，作為與本申請的發(fā)明相關(guān)聯(lián)的技術(shù)，公開了如下技術(shù)。即，在專利
電路控制充電電壓的充電電路。另夕卜，在專利文獻(xiàn)2中公開了具有根據(jù)蓄電池 的電池電壓的上升使充電電壓上升的電路的蓄電池充電裝置。
專利文獻(xiàn)l:特開平07-143683號(hào)公報(bào)
專利文獻(xiàn)2:實(shí)開昭57-183029號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，向二次電池的過充電產(chǎn)生很大問題。因此，為了不產(chǎn)生這種問 題，需要釆取多重對策。特別地，本發(fā)明人研究了是否可以完全排除以下問題 當(dāng)限制來自電源的輸入電壓或輸入電流、變換為規(guī)定的充電電壓或充電電流的 雙極性晶體管(bipolartransistor)或電場效應(yīng)晶體管損壞時(shí)，或者保護(hù)電路非 正常動(dòng)作時(shí)，高電源電壓被直接輸入二次電池，以高于規(guī)定的滿充電電壓的電
壓繼續(xù)充電。
研究的結(jié)果，本發(fā)明人認(rèn)為通過將電源電壓設(shè)定到滿充電電壓以下，大體 可以完全排除上述狀況，但在這種情況下，關(guān)于充電方法或保護(hù)電路的設(shè)置方 法與電源電壓較高時(shí)的設(shè)置方法不同，需要采取新的方法。
本發(fā)明的目的在于，提供一種即使在控制充電電壓或充電電流的晶體管等 損壞、或者保護(hù)電路非正常地動(dòng)作時(shí)，也不產(chǎn)生向二次電池的過充電的安全性高的充電電路。
本發(fā)明，為了達(dá)成上述目的而構(gòu)成為在通過所輸入的電源電壓進(jìn)行二次
電池的充電的二次電池充電電路中，將所述電源電壓設(shè)定為低于二次電池的滿 充電電壓的電壓。
通過這種手段，即使在充電電路的控制元件損壞，電源電壓被直接輸入二 次電池時(shí)，也不施加滿充電電壓以上的電壓，可以避免向二次電池的過充電。 而且，即使在二次電池的充電率低的階段直接輸入了電源電壓，與輸入高電壓 的情況相比，也可以減少過大充電電流的流入。
理想的是可以如下構(gòu)成'具有檢測所述電源電壓的電源電壓檢測電路(3: 圖5)，當(dāng)該電源電壓檢測電路檢測出所述電源電壓低于滿充電電壓時(shí)，使充 電動(dòng)作啟動(dòng)。而且可以如下構(gòu)成在連接所述電源電壓和二次電池的電流;洛徑 上具有開閉該電流3各徑的第1開關(guān)元件(FET0:圖5)，當(dāng)所述電源電壓4企測 電路^f全測出所述電源電壓高于滿充電電壓時(shí)，斷開所述第1開關(guān)元件。
通過這種結(jié)構(gòu)，例如在連接輸出電壓不同的AC適配器等錯(cuò)誤地輸入了高 的電源電壓時(shí)，或者由于電源電壓的誤動(dòng)作等電源電壓暫時(shí)成為高電壓時(shí)，也 可以提前防止由此而導(dǎo)致的過充電。
具體而言，可以如下構(gòu)成具有控制從所述電源電壓向二次電池供給的電 流的電流電路(20)、和將所述電源電壓升壓的升壓電路(30),當(dāng)二次電池的 電壓比所述電源電壓低時(shí)，所述電流電路動(dòng)作，進(jìn)行不伴隨升壓的恒流充電， 當(dāng)二次電池的電壓比所述電源電壓高、比滿充電電壓低時(shí)，所述升壓電路動(dòng)作， 進(jìn)行伴隨升壓的恒流充電。
通過這種結(jié)構(gòu)，可以使用低于滿充電電壓的電源電壓對二次電池進(jìn)行滿充 電。在升壓電路中，當(dāng)起到升壓作用的開關(guān)元件損壞時(shí)輸出電壓降低，此外， 輸出電壓上升這樣的的故障因素可以非常小。因此，與輸入高電源電壓時(shí)相比， 在使用了升壓電路的情況下安全性顯著提高。
而且，具體而言，可以如下構(gòu)成具有纟全測所述電源電壓和二次電池的電
壓的差電壓的差電壓檢測電路(60:圖9)，在所述不伴隨升壓的恒流充電的 期間中，根據(jù)通過所述差電壓檢測電路檢測出所述差電壓達(dá)到基準(zhǔn)值以下，啟 動(dòng)所述升壓電路，轉(zhuǎn)移到所述伴隨升壓的恒流充電。或者，可以如下構(gòu)成具有;^測充電電流的降低的電流P爭4氐4企測電路(52: 圖10)，在所述不伴隨升壓的恒流充電的期間中，根據(jù)通過所述電流檢測電路 檢測出充電電流降低了規(guī)定量，啟動(dòng)所述升壓電路，轉(zhuǎn)移到所述伴隨升壓的恒 流充電。
通過這種結(jié)構(gòu)，可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻使升壓電路啟動(dòng)。
另夕卜，理想的是可以如下構(gòu)成具有檢測二次電池的電壓的電池電壓檢測 電^各(40:圖12)，所述電流電路根據(jù)所述二次電池的電壓值切換充電電流的 大小。
具體而言，可以如下構(gòu)成所述電流電^各，當(dāng)二次電池的電壓比通過該二 次電池的電壓供給而動(dòng)作的系統(tǒng)的最低動(dòng)作電壓高時(shí)，將充電電流控制為第1 電流值，另一方面，當(dāng)二次電池的電壓比所述最低動(dòng)作電壓低時(shí)，將充電電流 控制為比所述第1電流值小的電流值。
或者可以如下構(gòu)成具有從通過二次電池的電壓供給而動(dòng)作的系統(tǒng)輸入表 示系統(tǒng)的動(dòng)作模式的信號(hào)的控制端子(tl:圖15)，所述電流電路根據(jù)所述控 制端子的信號(hào)切換充電電流的大小。
在例如便攜式電話等可以在裝置中安裝著二次電池來進(jìn)行充電的系統(tǒng)的 情況下，充電用的電源電壓在二次電池的充電過程中有時(shí)兼用作系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電 源。此時(shí)，當(dāng)來自電源的供給電力大量消耗在充電中時(shí)，有時(shí)對基于電源電壓 的系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)造成妨礙。因此，如上述結(jié)構(gòu)那樣，當(dāng)二次電池的電壓低時(shí)或者根 據(jù)系統(tǒng)的啟動(dòng)狀態(tài)將充電電流切換得較小，由此，可以在二次電池的充電和系 統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)中恰當(dāng)?shù)胤窒黼娫吹墓┙o電力。
另外，理想的是可以如下構(gòu)成具有設(shè)置在連接所述電源電壓和二次電池 的電流路徑上的熔絲(82:圖16、圖17);;險(xiǎn)測所述電源電壓和輸入電流的電 壓電流檢測電路(80);以及與所述熔絲直接連接的第2開關(guān)元件(FET1), 當(dāng)所述電源電壓或輸入電流超過限制值時(shí)，使所述第2開關(guān)元件接通來切斷所 述熔絲。
更理想的是可以如下構(gòu)成具有當(dāng)使所述第2開關(guān)元件接通時(shí)，為不使來 自二次電池的電流流過該第2開關(guān)元件而可以切斷來自所述二次電池的電流 的整流元件(Dl:圖16)或第3開關(guān)元件(FET2:圖17)。
6通過保護(hù)單元，即使萬一由于故障而輸入了過大電壓或過大電流，通過切 斷熔絲來與二次電池分離可以確保高安全性。另外，當(dāng)切斷熔絲時(shí)也可以防止
來自二次電;也的過ii電。
此外，在該項(xiàng)目的說明中，通過括號(hào)記載了表示與實(shí)施方式的對應(yīng)關(guān)系的 符號(hào)，但本發(fā)明不限定于此。
如上所述，纟艮據(jù)本發(fā)明，具有即使在充電電路的控制元件損壞或者保護(hù)電 路非正常動(dòng)作時(shí)，也可以提供不發(fā)生對二次電池的過充電的高安全性的效果。


圖l是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是將圖1的充電系統(tǒng)的充電電路部分展開后的框圖。 圖3是表示第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)的一例的結(jié)構(gòu)圖。 圖4是表示第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)的一例的結(jié)構(gòu)圖。 圖5是說明了第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的動(dòng)作內(nèi)容的充電特性曲線圖。 圖6是表示第2實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的框圖。 圖7是表示第2實(shí)施方^的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)的一例的結(jié)構(gòu)圖。 圖8是表示第2實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的動(dòng)作步驟的一例的流程圖。 圖9是表示第3實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖IO是表示第4實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖11是表示第4實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的動(dòng)作的充電特性圖。 圖12是表示第5實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖13是表示第5實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的動(dòng)作的充電特性圖。 圖14是表示第5實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的動(dòng)作的變形例的充電特性圖。 圖15是表示第6實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖16是表示第7實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖17是表示切斷熔絲的結(jié)構(gòu)的變形例的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖18是表示第8實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖19是表示可以經(jīng)由充電電路從二次電池向系統(tǒng)電路供給電力的第1變 形例的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖20是表示可以經(jīng)由充電電路從二次電池向系統(tǒng)電路供給電力的第2變形例的電路結(jié)構(gòu)圖。 符號(hào)說明
2:電源裝置；3:電源電壓4全測電路；4:充電電3各；E2: 二次電池；20: 恒流電路；Ql:電流控制用晶體管；21:恒流控制電路；25:檢測控制&恒流 控制電路；30:電壓調(diào)節(jié)器(升壓電路)；Ll.'電抗器；Dl:整流元件；FET2: 同步整流用晶體管；FET1:晶體管；31: SW控制電路；40:電壓檢測電路； 50:切換控制電路；60:差電壓檢測電路；70:電流切換控制電路；tl:輸入 端子(控制端子)；80:異常檢測電路；82:熔絲；90:放電控制電路；100: 系統(tǒng)電^各。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)

本發(fā)明的實(shí)施方式。 (第1實(shí)施方式)
圖l是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的框圖，圖2是 表示充電電路的結(jié)構(gòu)的框圖，圖3和圖4是表示該充電電路的電路結(jié)構(gòu)的一例 的結(jié)構(gòu)圖。另夕卜，在圖5中表示說明了該充電系統(tǒng)的動(dòng)作內(nèi)容的充電特性曲線 圖。
該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)是通過例如從AC適配器等電源裝置2供給的電源 電壓，進(jìn)行例如鋰離子電池等二次電池E2的充電的充電系統(tǒng)。并且具有輸入 電源電壓，向二次電池E 2輸出充電電壓的充電電^各4 。
鋰離子電池等的一般的充電方法如下。即，鋰離子電池當(dāng)充電率較小時(shí)端 子間電壓低，在該狀態(tài)下通過施加比電池電壓稍高的電壓就開始充電。然后， 隨著充電率增大，端子間電壓上升，達(dá)到防止電池構(gòu)造惡化的規(guī)定的滿充電電 壓(例如4.1V或4.2V)。若達(dá)到滿充電電壓，則通過持續(xù)施加滿充電電壓來 進(jìn)行恒定電壓充電，而且，隨著充電率增大，充電電流減小。然后，當(dāng)充電電 流變得足夠小時(shí)充電結(jié)束。
在該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)中，將從電源裝置2輸入的電源電壓設(shè)定為低于 二次電池E2的滿充電電壓的電壓。作為電源電壓，不進(jìn)行特別限制，但可以 設(shè)定為例如3.5V 4.0V等。
在充電電路4中如圖2所示，具有控制向二次電池E2側(cè)輸出的電流的恒流電路20、 20B;通過開關(guān)控制可以進(jìn)行升壓動(dòng)作的電壓調(diào)節(jié)器(regulator) 30;用于檢測施加在二次電池E2上的充電電壓的電壓檢測電路40;根據(jù)該電 壓的檢測值，切換恒流電路20、 20B和電壓調(diào)節(jié)器30的動(dòng)作的切換控制電路 50。
此外，在圖2中用點(diǎn)劃線表示的部分表示可以是包含該點(diǎn)劃線部分的電路 結(jié)構(gòu)、和不包含該點(diǎn)劃線部分的電路結(jié)構(gòu)的兩種情況。圖3表示不包含點(diǎn)劃線 部分的電路結(jié)構(gòu)，圖4表示包含點(diǎn)劃線部分的電路結(jié)構(gòu)。
首先，對不包含點(diǎn)劃線部分的電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。
恒流電路20如圖3所示，由通過非飽和區(qū)域的動(dòng)作使導(dǎo)通電阻變化或者 通過開關(guān)動(dòng)作控制輸出電流的晶體管(雙極性晶體管)Ql、和通過電阻Rl等 檢測輸入電流來控制晶體管Ql的恒流控制電路21構(gòu)成。
該恒流電路20，除了將輸出電流保持恒定的恒流動(dòng)作以外，還可以成為 根據(jù)來自切換控制電路50的信號(hào)使晶體管Ql為導(dǎo)通狀態(tài)來直接向后級(jí)電路 輸出電源電壓的停止?fàn)顟B(tài)、以及使晶體管Q1為截止?fàn)顟B(tài)來切斷電源電壓的輸 入的保護(hù)動(dòng)作狀態(tài)。
電壓調(diào)節(jié)器30如圖3所示，由通過流過電流來積蓄能量的電抗器L1、通 過開關(guān)動(dòng)作向電抗器L1流過電流的晶體管(電場效應(yīng)晶體管)FET1、在該晶 體管FET1導(dǎo)通時(shí)防止來自輸出側(cè)的電流的逆流的整流元件Dl、以及進(jìn)行晶 體管FET1的導(dǎo)通 截止控制的SW控制電路31構(gòu)成。
該電壓調(diào)節(jié)器30,在不動(dòng)作時(shí)通過電抗器Ll平滑從恒流電路20輸出的 電流，然后提供給二次電池E2。另外，在動(dòng)作時(shí)進(jìn)行以規(guī)定的頻率以及規(guī)定 的占空比使晶體管FET動(dòng)作的升壓動(dòng)作，若輸出電壓達(dá)到了滿充電電壓，則 維持該電壓地進(jìn)行動(dòng)作。
接著，對上述結(jié)構(gòu)的充電系統(tǒng)的動(dòng)作進(jìn)行說明。
在該充電系統(tǒng)中，在正常情況下，從電源裝置2供給低于滿充電電壓(例 如4.2V )的電源電壓(例如4.0V )。充電電路4的動(dòng)作狀態(tài)如圖5所示，存在 以下三種狀態(tài)與僅恒流電路20動(dòng)作的升壓不相伴的恒流充電的狀態(tài)；與恒 流電路20和電壓調(diào)節(jié)器30動(dòng)作的升壓相伴的恒流充電的狀態(tài)；僅電壓調(diào)節(jié)器 30動(dòng)作的恒壓充電的狀態(tài)。并且，根據(jù)電池電壓的檢測，從切換控制電路50
9向恒流控制電路21和SW控制電路31輸出停止信號(hào)或動(dòng)作信號(hào)，由此進(jìn)4亍上 述動(dòng)作狀態(tài)的切換。
切換控制電路50,當(dāng)充電過程中的電池電壓低于滿充電電壓時(shí)使恒流電 路20動(dòng)作，若達(dá)到滿充電電壓則向恒流控制電路21輸出停止信號(hào)，使晶體管 Ql成為導(dǎo)通狀態(tài)。另外，在充電過程中的電池電壓達(dá)到電源電壓附近之前， 不使電壓調(diào)節(jié)器30動(dòng)作，若達(dá)到電源電壓附近，則向SW控制電路31輸出動(dòng) 作信號(hào)，使升壓動(dòng)作開始。
在此，例如，通過設(shè)定與電源電壓大體相同或者稍低的基準(zhǔn)電壓，將該基 準(zhǔn)電壓和電池電壓進(jìn)行比較，可以生成電壓調(diào)節(jié)器30的動(dòng)作時(shí)刻。若電源電 壓為4.0V，則基準(zhǔn)電壓可以設(shè)定為例如3.9V 4.0V。
在恒流電路20的動(dòng)作期間，從恒流電^各20輸出恒定電流(例如1C: C 是以1小時(shí)對電池容量進(jìn)行充電的電流值)，通過電壓調(diào)節(jié)器30被輸入二次電 池。由此進(jìn)行1C的恒流充電。在充電電壓比電源電壓高的期間，電壓調(diào)節(jié)器 30進(jìn)行升壓動(dòng)作向二次電池E1供給電流，由此保持1C的恒流充電。
此外，在圖3的電路中，在電壓調(diào)節(jié)器30的動(dòng)作時(shí)，在恒流電路20的電 流-險(xiǎn)測用電阻Rl上除了充電電流以外還流過電壓調(diào)節(jié)器30的開關(guān)電流，因 此，為了除去該電流的增加量后對二次電池輸出1C的恒定電流，在恒流控制 電路21中構(gòu)成為進(jìn)行輸出電流和檢測電流的換算處理。此外，如圖3所示， 不在電壓調(diào)節(jié)器30的前級(jí)進(jìn)行電流檢測，而在電壓調(diào)節(jié)器30的后級(jí)部分設(shè)置 電流檢測用電阻來在該后級(jí)部分進(jìn)行電流檢測，由此可以省去上述換算處理。
另外，在恒流電路20停止、僅電壓調(diào)節(jié)器30動(dòng)作的期間，使恒流電路的 晶體管Ql成為導(dǎo)通狀態(tài)，電壓調(diào)節(jié)器30進(jìn)行恒定電壓的控制動(dòng)作來維持滿 充電電壓的電壓輸出。然后，將該電壓施加給二次電池E2，進(jìn)行恒壓充電。
通過這樣的充電處理，使用低于滿充電電壓的電源電壓將二次電池E2充 滿電。
此外，在上述的充電處理中，例如通過電壓檢測電路40檢測出大于滿充 電電壓的電壓時(shí)，可以從切換控制電路50向恒流控制電路21在一定時(shí)間輸出 異常信號(hào)，通過該異常信號(hào)將晶體管Q1截止，把來自電源裝置2的電源電壓 的供給切斷一定時(shí)間。接著，說明包含圖2的點(diǎn)劃線部分的電路結(jié)構(gòu)的充電電路。圖4表示該電 路結(jié)構(gòu)圖。
該充電電路，在與圖3同樣的結(jié)構(gòu)以外，還設(shè)置了不經(jīng)由電壓調(diào)節(jié)器30 而直接向二次電池E2進(jìn)行電流輸出的第2恒流電路20B。即，該第2恒流電 路20B如圖4所示，在電源電壓端子和二次電池E2的端子間具有不經(jīng)由電抗 器等而連接的晶體管Q2。進(jìn)行晶體管Q2的動(dòng)作控制的電路，與通過恒流控 制電路21控制晶體管Ql的控制用途一致，以一個(gè)框來表示，但也可以是不 同的控制電路。
在這種電路結(jié)構(gòu)中，在電池電壓比電源電壓低的期間進(jìn)行控制，以便使第 1恒流電路20不動(dòng)作、〗又使第2恒流電3各20B動(dòng)作來進(jìn)行二次電池E2的恒流 充電。通過這種控制，在不伴隨升壓的恒流充電時(shí)，可以消除在電抗器L1和 整流元件D1中的損失。
并且，若電池電壓變得比電源電壓高，則使第2恒流電路20B停止，使晶 體管Q2截止，使第1恒流電路20和電壓調(diào)節(jié)器30動(dòng)作來進(jìn)行與升壓相伴的 恒流充電。此后的動(dòng)作與圖3的充電電路相同。
此外，在圖4的電路中，在電壓調(diào)節(jié)器30中設(shè)置了即使在切斷電壓調(diào)節(jié) 器30的輸入時(shí)也可以繼續(xù)向電抗器Ll供給電流的、把陽極與地端子相連的 整流元件D2。由此，在電壓調(diào)節(jié)器30的動(dòng)作時(shí)，即使恒流電路的晶體管Q1 被突然截止，也經(jīng)由整流元件D2向電抗器Ll流過電流，因此可以防止元件 的損壞。另外，可以使恒流電路的開關(guān)控制和電壓調(diào)節(jié)器的開關(guān)控制不同步等， 從而增加控制動(dòng)作的自由度。
如上所述，通過該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，將電源電壓設(shè)定得低于滿充電電 壓，因此即使在控制充電電流或充電電壓的晶體管損壞時(shí)，也不對二次電池 E2施加滿充電電壓以上的電壓，可以避免過充電。 (第2實(shí)施方式)
圖6是表示第2實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的框圖，圖7是表示該電 路結(jié)構(gòu)的一例的結(jié)構(gòu)圖。
第2實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，將電源電壓設(shè)定為低于滿充電電壓的電壓；在 充電時(shí)根據(jù)電池電壓進(jìn)行不與升壓相伴的恒流充電、與升壓相伴的恒流充電、以滿充電電壓進(jìn)行的恒壓充電，以上兩點(diǎn)與第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)大體相 同。
在該第2實(shí)施方式的充電系統(tǒng)中，除了上述結(jié)構(gòu)以外還具有檢測來自電源
裝置2的輸入電壓的電源電壓檢測電路3，在確認(rèn)電源電壓在滿充電電壓以下 之后，使得可以進(jìn)行充電處理電路(恒流電路或電壓調(diào)節(jié)器)的動(dòng)作。另夕卜， 該充電系統(tǒng)具有當(dāng)電源電壓在滿充電電壓以上時(shí)切斷電源電壓的豐lr入的結(jié)構(gòu)。 電源電壓檢測電路3如圖7所示，由輸出檢測電壓的分割電阻R2、 R3和 檢測控制&恒流控制電路25構(gòu)成，該檢測控制&恒流控制電路25根據(jù)該檢測 電壓使恒流電路的晶體管FET0截止、或者進(jìn)行向電壓調(diào)節(jié)器30的SW控制 電路31輸出啟動(dòng)信號(hào)等的檢測控制。此外，該檢測控制&恒流控制電路25也 兼用作在恒流充電時(shí)控制晶體管FET0來進(jìn)行恒流輸出的恒流電路的控制電 路。
檢測控制&恒流控制電路25除了恒流控制以外，僅在電源電壓在滿充電 電壓以下時(shí)，進(jìn)行向SW控制電路31提供啟動(dòng)信號(hào)來使電壓調(diào)節(jié)器可以動(dòng)作 的控制；在電源電壓在滿充電電壓以上時(shí)，進(jìn)行使進(jìn)行恒流控制的晶體管FET0 截止來切斷向二次電池E2側(cè)的電流的控制。
另外，在第2實(shí)施方式中，作為電壓調(diào)節(jié)器30的整流元件而應(yīng)用了進(jìn)行 同步整流的晶體管FET2，由此實(shí)現(xiàn)了降低電壓調(diào)節(jié)器30中的損失。另外，作 為恒流電路的控制晶體管，使用電場效應(yīng)晶體管FET1來實(shí)現(xiàn)高耐壓化和低損 失化，由此，即使在作為電源電壓而施加了較高電壓時(shí)，也可以切斷電流的輸 入。
圖8是表示了該充電系統(tǒng)的動(dòng)作步驟的 一例的流程圖。 在該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)中，若連接電源裝置來進(jìn)行電源電壓的供給(步 驟S1)，則通過電源電壓檢測電路3檢測電源電壓的電壓(步驟S2),確認(rèn)是 否在滿充電電壓以下(步驟S3)，若大于滿充電電壓，則通過檢測控制&恒流 控制電路25的控制，將恒流電路的晶體管FETO截止，使向SW控制電路31 的啟動(dòng)信號(hào)保持無效(negate )。
由此，當(dāng)輸入了大于滿充電電壓的電源電壓時(shí)，切斷電源電壓的輸入，以 便不進(jìn)行充電處理。另一方面，若確認(rèn)電源電壓小于滿充電電壓，則從4企測控制&恒流控制電
路25向SW控制電路31輸出啟動(dòng)信號(hào)，電壓調(diào)節(jié)器30成為可動(dòng)作的狀態(tài)(步 驟S4)。然后，基于切換控制電路50的電池電壓的監(jiān)視，根據(jù)電池電壓，恒 流電路和電壓調(diào)節(jié)器30協(xié)同工作來進(jìn)行充電動(dòng)作(步驟S5 )。
在充電動(dòng)作過程中，當(dāng)電源電壓超過滿充電電壓時(shí)，通過4全測控制&恒流 控制電路25將晶體管FET0截止，使向SW控制電路31的啟動(dòng)信號(hào)無效(步 驟S6)，將充電處理異常結(jié)束。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，即使在例如錯(cuò)誤地連接輸出電壓 高的電源裝置、或者由于電源裝置的故障等輸入了高的電源電壓時(shí)，也可以將 其切斷來防止二次電池E2進(jìn)行過充電。 (第3實(shí)施方式)
圖9表示第3實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。
第3實(shí)施方式的充電系統(tǒng)與第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)是大體相同的結(jié)構(gòu)， 僅變更了生成電壓調(diào)節(jié)器30的動(dòng)作時(shí)刻的結(jié)構(gòu)。
在該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)中，作為使晶體管FET1進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作來開始升 壓動(dòng)作的時(shí)刻，通過差電壓檢測電路60檢測電源電壓和電池電壓的差電壓， 檢測該差電壓達(dá)到基準(zhǔn)電壓的時(shí)刻、例如達(dá)到電源電壓E0-電池電壓EK基 準(zhǔn)電壓"0.05 0.2V"的時(shí)刻。然后，在該時(shí)刻從差電壓檢測電路60輸出檢 測信號(hào)，切換控制電路50根據(jù)該檢測信號(hào)向SW控制電路31輸出動(dòng)作信號(hào)。 由此，可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻，從不伴隨升壓的恒流充電轉(zhuǎn)移到伴隨升壓的恒流充電。
此外，檢測二次電池E2的電池電壓的電壓檢測電路40，為了在電池電壓 達(dá)到滿充電電壓時(shí)使恒流電路20的控制動(dòng)作停止是必要的，沒有省略。
于是，即使根據(jù)電源電壓和電池電壓的差電壓使電壓調(diào)節(jié)器30的升壓動(dòng) 作開始，也可以實(shí)現(xiàn)最佳的動(dòng)作控制。 (第4實(shí)施方式)
圖IO表示第4實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖，圖ll表示該充電系統(tǒng) 的充電特性圖。
第4實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，從第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)中變更了產(chǎn)生電壓調(diào)節(jié)器30的動(dòng)作時(shí)刻的結(jié)構(gòu)。在該實(shí)施方式中，作為使電壓調(diào)節(jié)器30動(dòng)作的
時(shí)刻，在不伴隨升壓動(dòng)作的恒流充電時(shí)進(jìn)行電流值的監(jiān)視，是根據(jù)電流值降低
了基準(zhǔn)量來使電壓調(diào)節(jié)器30的動(dòng)作開始的時(shí)刻。
因此，在該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)中，向切換控制電路52輸入充電電流的 檢測電壓，通過切換控制電路52監(jiān)視恒流充電的電流值，并且，根據(jù)該電流 值的一定量的降低，從切換控制電路52向電壓調(diào)節(jié)器30的SW控制電路31 輸出動(dòng)作信號(hào)。
參照圖11來i兌明該充電系統(tǒng)的動(dòng)作。
根據(jù)這種充電系統(tǒng)，如圖11所示，當(dāng)電池電壓比電源電壓足夠低時(shí)，電 壓調(diào)節(jié)器30不動(dòng)作僅恒流電路20動(dòng)作來進(jìn)行恒流充電。在該恒流充電中，當(dāng) 充電量增多時(shí)，電池電壓升高而接近電源電壓，無法維持恒流充電的電壓，充 電電流降低。
然后，當(dāng)該電流降低量達(dá)到一定值A(chǔ)I時(shí)，切換控制電路52向SW控制電 路31輸出動(dòng)作信號(hào)來使電壓調(diào)節(jié)器30啟動(dòng)，轉(zhuǎn)移到伴隨升壓動(dòng)作的恒流充電。 此后，與第1實(shí)施方式的情況下相同地，若電池電壓達(dá)到滿充電電壓，則使恒 流電路20停止來進(jìn)行基于電壓調(diào)節(jié)器30的動(dòng)作的恒壓充電，持續(xù)充電直到達(dá) 到滿充電。
如上所述，如該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)那樣，即使根據(jù)充電電流的降低量使 電壓調(diào)節(jié)器30動(dòng)作，也可以進(jìn)行恒流充電時(shí)的電壓調(diào)節(jié)器30的最佳的動(dòng)作控 制。
(第5實(shí)施方式)
圖12表示第5實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖13是表示該充電系統(tǒng)的 動(dòng)作的動(dòng)作特性圖。
該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)可以應(yīng)用于如下系統(tǒng)在通過來自二次電池E2的 電力供給而動(dòng)作的系統(tǒng)中榕載著二次電池E2來進(jìn)行充電，同時(shí)在二次電池E2 的充電過程中，乂人充電用的電源裝置2向系統(tǒng)電路100側(cè)也供給電力，^f吏該系 統(tǒng)電路100可以動(dòng)作的系統(tǒng)(例如便攜式電話^幾等)。
在該系統(tǒng)中考慮到，在電源裝置2的輸出電力中沒有太多余量的情況下， 當(dāng)充電電流大、并且向系統(tǒng)電路100的電力供給增大時(shí)，由于輸出不足而導(dǎo)致
14電源電壓降低，對系統(tǒng)的動(dòng)作'造成障礙。
因此，在本實(shí)施方式的充電系統(tǒng)中，為了不產(chǎn)生這樣的不^f更，當(dāng)二次電池
E2的電壓低于系統(tǒng)電路100的最低動(dòng)作電壓時(shí)，即在二次電池E2無法向系統(tǒng) 電路100供給電力的電池電壓的情況下，減小充電電流、不使從電源裝置2 向系統(tǒng)電路100側(cè)的電力供給不足。
為了實(shí)現(xiàn)上述功能，該充電系統(tǒng)除了第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以 外，還設(shè)置根據(jù)二次電池E2的電池電壓切換恒流電路20的控制動(dòng)作的電流 切換控制電if各70。
如圖13所示，電流切換控制電路70，當(dāng)二次電池E2的電池電壓低于系 統(tǒng)電路100的最低動(dòng)作電壓時(shí)，向恒流控制電路21輸出減小充電電流的控制 信號(hào)。由此，恒流電路20將輸出電流設(shè)定為更低的值(例如0.1 0.3C)。另 外，電流切換控制電路70,當(dāng)二次電池E2的電池電壓比系統(tǒng)電路100的最低 動(dòng)作電壓包含余量而增大時(shí)，使減小充電電流的控制信號(hào)無效。由此，恒流電 路20將電流值恢復(fù)為規(guī)定值(例如1C )。
此外，恒流電路20，當(dāng)輸入了電流小的切換信號(hào)時(shí)，也可以不控制成使 輸出電流成為較小的一定電流，而如圖14所示，通過才艮據(jù)電池電壓使輸出電 流的大小變化，控制成使從電源裝置2向系統(tǒng)電路100供給的電源電壓成為一 定電壓。
如上所述，通過該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，當(dāng)將電源電壓4吏用于二次電池 E2的充電和系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)兩者時(shí)，可以避免充電的電力負(fù)荷增大而無法進(jìn)行系 統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)這樣的不便。 (第6實(shí)施方式)
圖15表示第6實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。
該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，與第5實(shí)施方式的情況同樣地，當(dāng)通過電源電壓 進(jìn)行二次電池E2的充電和系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)的雙方時(shí)，用于避免電力負(fù)荷僅偏向二 次電池E2的充電而使從電源裝置2向系統(tǒng)電路IOO側(cè)的電力供給不足。
因此，在該充電系統(tǒng)中，具有從系統(tǒng)電路IOO輸入表示系統(tǒng)的動(dòng)作模式的 信號(hào)的輸入端子tl。并且，根據(jù)該輸入端子tl的信號(hào)，當(dāng)系統(tǒng)是通常動(dòng)作模 式或高負(fù)荷的動(dòng)作模式時(shí)進(jìn)行控制，以便減小恒流電路20的輸出電流，使從電源裝置2向系統(tǒng)電5^ 100側(cè)可以供給的電力增加。
通過這種充電系統(tǒng)，當(dāng)將電源電壓使用于二次電池E2的充電和系統(tǒng)的驅(qū) 動(dòng)兩者時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷增高時(shí)，可以使充電電流減小來確保充電用的電力， 因此可以避免充電的電力負(fù)荷增大而使系統(tǒng)的動(dòng)作停止的不便。
(第7實(shí)施方式)
圖16表示第7實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)圖。
該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，在第1實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以外，還具有 當(dāng)向電源端子輸入了過大電壓或過大電流時(shí)，切斷熔絲82來切斷來自電源端 子的輸入的功能。
該充電系統(tǒng)具有在連接電源端子和二次電池E2的電流路徑的電源端子 側(cè)連接的熔絲82;和監(jiān)視電源端子的輸入電壓或輸入電流，當(dāng)有過大的輸入 時(shí)輸出切斷熔絲82的切斷信號(hào)的異常檢測電路80。
熔絲82可以使用在額定電流以上切斷的通常的熔絲、或者包含電阻成分， 在規(guī)定的功率以上切斷的電阻熔絲等。
異常檢測電路80在檢測出異常時(shí)，向電壓調(diào)節(jié)器30的SW控制電路31 或恒流電路20的控制電路21輸出切斷信號(hào)。各控制電路21、 31根據(jù)該切斷 信號(hào)使晶體管Ql或晶體管FET1導(dǎo)通，經(jīng)由熔絲82通過從二次電池E2分離 的電流路徑使電源端子間短路，切斷熔絲82。
圖17表示在充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)中切斷熔絲的結(jié)構(gòu)的變形例。
如圖17所示，當(dāng)作為電壓調(diào)節(jié)器30的整流元件而采用了同步整流用的晶 體管FET2時(shí)，當(dāng)為切斷熔絲82而使晶體管FET1導(dǎo)通時(shí)，可以從二次電池 E2通過該晶體管FET1進(jìn)行放電。因此，當(dāng)像這樣采用了同步整流方式的電 壓調(diào)節(jié)器30時(shí)可以進(jìn)行控制，以便在輸入切換信號(hào)時(shí)將晶體管FET2截止， 從而切斷二次電池E2的放電。
此外，如圖17中的點(diǎn)劃線所示，當(dāng)熔絲82切斷時(shí)，可以不通過電壓調(diào)節(jié) 器30的SW控制電路31對晶體管FET1、 FET2進(jìn)行導(dǎo)通.截止控制，而由異 常檢測電路80直接驅(qū)動(dòng)這些晶體管FET1、 FET2來實(shí)現(xiàn)同樣的動(dòng)作。
另外，可以專門準(zhǔn)備熔絲切斷用的開關(guān)元件或電流路徑，對該開關(guān)元件進(jìn) 行導(dǎo)通 截止控制來切斷熔絲82。另外，此時(shí)，當(dāng)產(chǎn)生二次電池E2的放電路
16徑時(shí)設(shè)有切斷該放電路徑的開關(guān)元件，為切斷放電路徑而進(jìn)行控制。
如上所述，通過該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，即使在由于意外事故從電源端子 輸入高電壓或大電流時(shí)，通過熔絲82的切斷，可以避免其影響波及二次電池
E2,進(jìn)一步提高充電系統(tǒng)的安全性。 (第8實(shí)施方式)
圖18表示第8實(shí)施方式的充電系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)。
該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，當(dāng)電源端子開路(open)時(shí)，可以經(jīng)由充電電路 從二次電池E2向系統(tǒng)電路100供給電力。
因此，在該充電系統(tǒng)中，首先，采用了作為電壓調(diào)節(jié)器30的整流元件而 使用晶體管FET2的同步整流方式的電壓調(diào)節(jié)器30。
而且，與恒流電路20的電流控制元件(晶體管Ql )并列地連接了以輸入 側(cè)為陰極的整流元件D3。
通過這種結(jié)構(gòu)，通過導(dǎo)通電壓調(diào)節(jié)器30的同步整流用晶體管FET2，可以 經(jīng)由晶體管FET2、電抗器L1、整流'元件D3從二次電池E2向系統(tǒng)電路100 輸出電流。而且，通過逆向的輸出使電壓調(diào)節(jié)器30作為降壓型的開關(guān)調(diào)節(jié)器 而動(dòng)作，由此，也可以調(diào)整向系統(tǒng)電路100輸出的電壓。
圖19和圖20表示可以經(jīng)由充電電路從二次電池E2向系統(tǒng)電路供給電力 的充電系統(tǒng)的變形例。
作為繞過恒流電路20從二次電池E2向系統(tǒng)電路100供給電流的結(jié)構(gòu)，可 以應(yīng)用各種結(jié)構(gòu)。例如圖19所示，作為恒流電路20的電流控制用的晶體管， 使用具有使輸入側(cè)成為陰極的體二極管的電場效應(yīng)晶體管FET3，由此可以得 到與圖18相同的作用。即，可以經(jīng)由晶體管FET3的體二極管向系統(tǒng)電路側(cè) 流過電流。
即，通過這種結(jié)構(gòu)將電壓調(diào)節(jié)器30的同步整流用晶體管FET2導(dǎo)通，由 此可以經(jīng)由晶體管FET2、電抗器L1、晶體管FET3的體二極管，從二次電池 E2向系統(tǒng)電路100輸出電流。
另外，如圖20所示，也可以構(gòu)成為與電流控制用的晶體管Ql或電壓調(diào) 節(jié)器30的電抗器Ll并列地連接電場效應(yīng)晶體管FET4,通過放電控制電路90 可以進(jìn)行該晶體管FET4的導(dǎo)通.截止控制。并且，在放電模式時(shí)放電控制電路
1790對晶體管FET4進(jìn)行導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)，可以從二次電池E2向系統(tǒng)電路IOO供給電
流o
如上所述，通過該實(shí)施方式的充電系統(tǒng)，通過在電源端子上并列地連4秦系
統(tǒng)電路100,也可以進(jìn)行從二次電池E2向系統(tǒng)電路100的放電。
以上，根據(jù)實(shí)施方式說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式。例如，作為二次電池而舉例說明了鋰離子電池，但只要具有同樣的充電特性也可以應(yīng)用其它二次電池。此外，在實(shí)施方式中具體說明的電路結(jié)構(gòu)或動(dòng)作內(nèi)容，在不
脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以適當(dāng)變更。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
該發(fā)明可以利用于進(jìn)行例如鋰離子電池等二次電池的充電的二次電池充電電路。
權(quán)利要求
1. 一種通過所輸入的電源電壓進(jìn)行二次電池的充電的二次電池充電電路，其特征在于，將所述電源電壓設(shè)定為低于二次電池的滿充電電壓的電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池充電電路，其特征在于， 具有4企測所述電源電壓的電源電壓檢測電路，該電源電壓檢測電路，當(dāng)檢測出所述電源電壓低于滿充電電壓時(shí),使充電 動(dòng)作啟動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池充電電路，其特征在于， 在連^l妄所述電源電壓和二次電池的電流路徑上，具有開閉該電流;洛徑的第1開關(guān)元件，所述電源電壓檢測電路，當(dāng)檢測出所述電源電壓高于滿充電電壓時(shí)，斷開 所述第1開關(guān)元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的二次電池充電電路，其特征在于， 具有控制從所述電源電壓向二次電池供給的電流的電流電路；和 將所述電源電壓升壓的升壓電路，當(dāng)二次電池的電壓比所述電源電壓低時(shí)，所述電流電路動(dòng)作，進(jìn)行不伴隨 升壓的恒流充電，當(dāng)二次電池的電壓比所述電源電壓高、比滿充電電壓低時(shí)，所述升壓電路 動(dòng)作，進(jìn)行伴隨升壓的恒流充電。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的二次電池充電電路，其特征在于， 具有檢測所述電源電壓與二次電池的電壓之間的差電壓的差電壓檢測電路，在所述不伴隨升壓的恒流充電的期間中，根據(jù)由所述差電壓檢測電路檢測 出所述差電壓達(dá)到基準(zhǔn)值以下，啟動(dòng)所述升壓電路，轉(zhuǎn)移到所述伴隨升壓的恒 流充電。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的二次電池充電電路，其特征在于，具有檢測充電電流的降低的電流降低檢測電路，在所述不伴隨升壓的恒流充電的期間中，根據(jù)通過所述電流檢測電路檢測 出充電電流降低了規(guī)定量，啟動(dòng)所述升壓電路，轉(zhuǎn)移到所述伴隨升壓的恒流充 電。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項(xiàng)所述的二次電池充電電路，其特征在于， 具有檢測二次電池的電壓的電池電壓檢測電路， 所述電流電路根據(jù)所述二次電池的電壓值切換充電電流的大小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的二次電池充電電路，其特征在于， 所述電流電路，當(dāng)二次電池的電壓比通過該二次電池的電壓供給而動(dòng)作的系統(tǒng)的最低動(dòng)作電壓高時(shí)，將充電電流控制為第1電流值，另一方面，當(dāng)二次 電池的電壓比所述最低動(dòng)作電壓低時(shí)，將充電電流控制為比所述第1電流值小 的電流1直。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的二次電池充電電路，其特征在于， 具有從通過二次電池的電壓供給而動(dòng)作的系統(tǒng)輸入表示系統(tǒng)的動(dòng)作模式的信號(hào)的控制端子，所述電流電路根據(jù)所述控制端子的信號(hào)切換充電電流的大小。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的二次電池充電電路，其特征在于， 具有設(shè)置在連接所述電源電壓和二次電池的電流路徑上的熔絲； 檢測所述電源電壓和輸入電流的電壓電流4全測電路；和 與所述熔絲直接連接的第2開關(guān)元件，當(dāng)所述電源電壓或輸入電流超過限制值時(shí)，使所述第2開關(guān)元件接通來切 斷所述熔絲。
11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的二次電池充電電路，其特征在于， 具有當(dāng)使所述第2開關(guān)元件接通時(shí)，為不^f吏來自二次電池的電流流過該 第2開關(guān)元件而可以切斷來自所述二次電池的電流的整流元件或第3開關(guān)元
全文摘要
本發(fā)明提供即使控制充電電壓或充電電流的晶體管等損壞、或者保護(hù)電路非正常地動(dòng)作時(shí)，也不發(fā)生向二次電池的過充電的安全性高的充電電路。在通過所輸入的電源電壓進(jìn)行二次電池(E2)的充電的二次電池充電電路(4)中，將所述電源電壓設(shè)定為低于二次電池(E2)的滿充電電壓(例如4.2V)的電壓(例如4.0V)，當(dāng)二次電池(E2)的電壓低于電源電壓時(shí)，恒流電路動(dòng)作，進(jìn)行不伴隨升壓的恒流充電，當(dāng)二次電池(E2)的電壓高于電源電壓、低于滿充電電壓時(shí)，升壓電路動(dòng)作，進(jìn)行伴隨升壓的恒流充電。
文檔編號(hào)H02J7/04GK101467329SQ20078002199
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月14日
發(fā)明者寺田幸弘, 山崎和夫, 永井民次, 田中秀憲 申請人:三美電機(jī)株式會(huì)社