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JP6017183B2 - Charge control circuit, charging circuit - Google Patents
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Description

本発明は、充電制御回路、充電回路に関する。   The present invention relates to a charging control circuit and a charging circuit.

リチウムイオン電池等の電池(二次電池)を充電する充電回路は、一般に、定電流で電池を充電する定電流モード、または定電圧で電池を充電する定電圧モードで動作する(例えば、特許文献1参照)。   A charging circuit for charging a battery (secondary battery) such as a lithium-ion battery generally operates in a constant current mode in which the battery is charged with a constant current or a constant voltage mode in which the battery is charged with a constant voltage (for example, Patent Documents). 1).

特開2009−284585号公報JP 2009-284585 A

ところで、充電回路には、電池が充電回路に接続されていない状態であっても、充電回路の出力端子に接続された負荷(例えば、マイコン等)を駆動するために所定の定電圧を生成するものもある。このような充電回路の出力端子に、所定の定電圧より高い電池電圧の電池が接続されると、接続された電池から充電回路の入力側(入力電源)へと逆電流が流れてしまう。   By the way, the charging circuit generates a predetermined constant voltage for driving a load (for example, a microcomputer or the like) connected to the output terminal of the charging circuit even when the battery is not connected to the charging circuit. There are also things. When a battery having a battery voltage higher than a predetermined constant voltage is connected to the output terminal of such a charging circuit, a reverse current flows from the connected battery to the input side (input power supply) of the charging circuit.

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、電池から入力側へ流れる逆電流を防止することができる充電制御回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a charge control circuit capable of preventing a reverse current flowing from a battery to an input side.

上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る入力電源から電池の充電に用いる出力電圧を、前記電池が接続される端子に生成する充電回路を制御する充電制御回路は、前記出力電圧の最大値が生成されている際の前記端子に接続された負荷に流れる負荷電流と比べて小さい第1電流より、前記入力電源からの入力電流が小さいか否かを判定する判定回路と、前記出力電圧の最大値に応じた基準電圧と、前記出力電圧に応じた帰還電圧との誤差を増幅する誤差増幅回路と、前記入力電流が供給されるインダクタに直列に接続され、オンされると前記インダクタに流れるインダクタ電流を増加させる第1MOSトランジスタと、前記インダクタ及び前記第1MOSトランジスタに直列に接続され、オンされると前記インダクタ電流を前記端子に供給して前記出力電圧を上昇させる第2MOSトランジスタとを、前記入力電流が前記第1電流より大きいことが判定された場合、前記誤差が小さくなるように相補的にスイッチングし、前記入力電流が前記第1電流より小さいことが判定された場合、前記第2MOSトランジスタをオフする駆動回路と、を備える。   In order to achieve the above object, a charge control circuit for controlling a charging circuit that generates an output voltage used for charging a battery from an input power source according to one aspect of the present invention at a terminal to which the battery is connected is the output voltage. A determination circuit for determining whether or not an input current from the input power supply is smaller than a first current that is smaller than a load current flowing in a load connected to the terminal when the maximum value is generated; An error amplification circuit that amplifies an error between a reference voltage corresponding to the maximum value of the output voltage and a feedback voltage corresponding to the output voltage, and an inductor to which the input current is supplied are connected in series, and when turned on, A first MOS transistor for increasing an inductor current flowing in the inductor; and the inductor and the first MOS transistor connected in series; When the input current is determined to be larger than the first current, the second MOS transistor for supplying to the child to raise the output voltage is complementarily switched so that the error is reduced, and the input current And a drive circuit that turns off the second MOS transistor when it is determined that is smaller than the first current.

電池から入力側へ流れる逆電流を防止することができる充電制御回路を提供することができる。   It is possible to provide a charge control circuit that can prevent reverse current flowing from the battery to the input side.

本発明を適用した充電回路10の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the charging circuit 10 to which this invention is applied. スイッチング制御回路34の一例を示す図である。3 is a diagram illustrating an example of a switching control circuit 34. FIG. 端子Gに電池15,16が接続された際の充電回路10の動作を説明するための図である。6 is a diagram for explaining the operation of the charging circuit 10 when batteries 15 and 16 are connected to the terminal G. FIG.

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。   At least the following matters will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

<<充電回路10の概要>>
図1は、本発明を適用した充電回路10の構成を示す図である。充電回路10は、2セルのリチウムイオン電池(以下、単に電池と称する)15,16を、定電流または定電圧で充電する回路である。なお、1セルのリチウムイオン電池の電圧は、例えば、2.4Vから4.2Vまで変化するため、2セルの電池15,16に発生する電圧は、4.8V〜8.4Vとなる。また、充電回路10は、例えばUSB(Universal Serial Bus)バスから供給される電源17に基づいて、電池15,16を充電するとともに、マイコン等の負荷18に電源を供給する。
<< Overview of Charging Circuit 10 >>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a charging circuit 10 to which the present invention is applied. The charging circuit 10 is a circuit that charges two-cell lithium ion batteries (hereinafter simply referred to as batteries) 15 and 16 with a constant current or a constant voltage. In addition, since the voltage of the lithium ion battery of 1 cell changes from 2.4V to 4.2V, for example, the voltage which generate | occur | produces in the batteries 15 and 16 of 2 cells will be 4.8V-8.4V. The charging circuit 10 charges the batteries 15 and 16 and supplies power to a load 18 such as a microcomputer based on a power supply 17 supplied from, for example, a USB (Universal Serial Bus) bus.

充電回路10は、充電制御IC(Integrated Circuit)20、コンデンサ21〜24、インダクタ25、及び抵抗26を含んで構成される。   The charging circuit 10 includes a charging control IC (Integrated Circuit) 20, capacitors 21 to 24, an inductor 25, and a resistor 26.

充電制御IC20(充電制御回路)は、インダクタ25に流れるインダクタ電流ILを制御することにより、電源17からの入力電圧Vin(例えば、5V)より高い出力電圧Voutを生成する回路であり、NMOSトランジスタ30〜32、電流検出回路33、スイッチング制御回路34、及び端子A〜Gを含んで構成される。   The charge control IC 20 (charge control circuit) is a circuit that generates an output voltage Vout higher than the input voltage Vin (for example, 5 V) from the power supply 17 by controlling the inductor current IL flowing through the inductor 25. The NMOS transistor 30 To 32, a current detection circuit 33, a switching control circuit 34, and terminals A to G.

端子Aには、電源17(入力電源)からの入力電圧Vinが印加されるとともに、入力電圧Vinを安定化させるためのコンデンサ21が接続されている。   An input voltage Vin from a power source 17 (input power source) is applied to the terminal A, and a capacitor 21 for stabilizing the input voltage Vin is connected.

NMOSトランジスタ30は、ドレインが端子Aに接続され、ソースが端子Cに接続されている。   The NMOS transistor 30 has a drain connected to the terminal A and a source connected to the terminal C.

端子Cには、コンデンサ22とインダクタ25の一端が接続され、端子Dには、インダクタ25の他端、NMOSトランジスタ31のドレイン、NMOSトランジスタ32のソースが接続されている。また、接地された端子Fには、NMOSトランジスタ31のソースが接続されている。   One end of the capacitor 22 and the inductor 25 is connected to the terminal C, and the other end of the inductor 25, the drain of the NMOS transistor 31, and the source of the NMOS transistor 32 are connected to the terminal D. The source of the NMOS transistor 31 is connected to the grounded terminal F.

このため、インダクタ25,NMOSトランジスタ31,32は、入力電圧Vinを昇圧する昇圧チョッパ回路を構成する。具体的には、NMOSトランジスタ32(第2MOSトランジスタ)がオフし、NMOSトランジスタ31(第1MOSトランジスタ)がオンすると、インダクタ25に流れるインダクタ電流ILは増加する。そして、NMOSトランジスタ31がオフし、NMOSトランジスタ32がオンすると、インダクタ25に蓄えられたエネルギーは、端子Gを介してコンデンサ24に放出される。したがって、端子Gに発生する出力電圧Voutは昇圧される。なお、NMOSトランジスタ31,32のそれぞれのソース及びドレインの間のダイオードD1,D2は、ボディダイオード(寄生ダイオード)である。   Therefore, the inductor 25 and the NMOS transistors 31 and 32 constitute a boost chopper circuit that boosts the input voltage Vin. Specifically, when the NMOS transistor 32 (second MOS transistor) is turned off and the NMOS transistor 31 (first MOS transistor) is turned on, the inductor current IL flowing through the inductor 25 increases. When the NMOS transistor 31 is turned off and the NMOS transistor 32 is turned on, the energy stored in the inductor 25 is released to the capacitor 24 via the terminal G. Therefore, the output voltage Vout generated at the terminal G is boosted. The diodes D1 and D2 between the sources and drains of the NMOS transistors 31 and 32 are body diodes (parasitic diodes).

端子Gには、出力電圧Voutで動作するマイコン等の負荷18が接続されている。また、端子Gには、電池15,16が適宜接続される。なお、端子Gと電池15,16との間のスイッチSWは実際には設けられていないが、電池15,16が端子Gに接続されているか否かの理解を容易にするために描かれている。   Connected to the terminal G is a load 18 such as a microcomputer that operates at the output voltage Vout. Further, the batteries 15 and 16 are appropriately connected to the terminal G. Note that the switch SW between the terminal G and the batteries 15 and 16 is not actually provided, but is drawn to facilitate understanding of whether or not the batteries 15 and 16 are connected to the terminal G. Yes.

電流検出回路33(電流生成回路)は、電源17からの端子Aを介して入力される入力電流Iinを検出し、入力電流Iinの増加に応じた増加する電流Iaを生成する回路である。また、電流検出回路33は、電流Iaを端子Bに接続された抵抗26に供給するため、端子Bには、入力電流Iinの増加に応じて上昇する電圧Va(第1電圧)を生成される。なお、電流検出回路33は、電流検出抵抗や、NMOSトランジスタ30のカレントミラー回路等を用いて入力電流Iinを検出する。また、電流検出回路33は、出力電圧Voutが昇圧されている際に、NMOSトランジスタ30がフルオン状態となる電圧をNMOSトランジスタ30のゲートに印加する。   The current detection circuit 33 (current generation circuit) is a circuit that detects an input current Iin input via the terminal A from the power supply 17 and generates a current Ia that increases in accordance with an increase in the input current Iin. Further, since the current detection circuit 33 supplies the current Ia to the resistor 26 connected to the terminal B, a voltage Va (first voltage) that rises in accordance with the increase in the input current Iin is generated at the terminal B. . The current detection circuit 33 detects the input current Iin using a current detection resistor, a current mirror circuit of the NMOS transistor 30, or the like. Further, the current detection circuit 33 applies a voltage at which the NMOS transistor 30 is fully turned on to the gate of the NMOS transistor 30 when the output voltage Vout is boosted.

スイッチング制御回路34は、電圧Va、出力電圧Voutに基づいて、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを制御する。スイッチング制御回路34は、図2に示すように、充放電回路50、判定回路51、及びスイッチング回路52を含んで構成される。なお、図2は、スイッチング制御回路34の詳細を説明するための図であるため、図2においては、図1に示された端子AやNMOSトランジスタ30等は適宜省略されている。   The switching control circuit 34 controls switching of the NMOS transistors 31 and 32 based on the voltage Va and the output voltage Vout. As shown in FIG. 2, the switching control circuit 34 includes a charge / discharge circuit 50, a determination circuit 51, and a switching circuit 52. 2 is a diagram for explaining the details of the switching control circuit 34. In FIG. 2, the terminal A, the NMOS transistor 30, and the like shown in FIG. 1 are omitted as appropriate.

充放電回路50は、入力電流Iinが、充電回路10が電池15,16を定電流充電する際の電流I0より小さい場合、コンデンサ23を充電し、入力電流Iinが電流I0より大きい場合、コンデンサ23を放電する。充放電回路50は、バイアス電圧生成回路60、及びトランスコンダクタンスアンプ61を含んで構成される。バイアス電圧生成回路60は、電流I0の電流値を示す電圧V1を生成する。   The charging / discharging circuit 50 charges the capacitor 23 when the input current Iin is smaller than the current I0 when the charging circuit 10 charges the batteries 15 and 16 at a constant current, and charges the capacitor 23 when the input current Iin is larger than the current I0. To discharge. The charge / discharge circuit 50 includes a bias voltage generation circuit 60 and a transconductance amplifier 61. The bias voltage generation circuit 60 generates a voltage V1 indicating the current value of the current I0.

トランスコンダクタンスアンプ61は、入力電流Iinが増加すると高くなる電圧Vaと、電流I0を示す電圧V1とに応じた電流でコンデンサ23を充放電する。具体的には、電流Iinが電流I0より低い場合、つまり、電圧Vaが電圧V1より低い場合には、トランスコンダクタンスアンプ61は、コンデンサ23を充電する。一方、電流Iinが電流I0より高い場合、つまり、電圧Vaが電圧V1より高い場合には、トランスコンダクタンスアンプ61は、コンデンサ23を放電する。なお、ここでは、コンデンサ23の充電電圧を電圧Vcapとする。   The transconductance amplifier 61 charges and discharges the capacitor 23 with a current corresponding to a voltage Va that increases as the input current Iin increases and a voltage V1 that indicates the current I0. Specifically, when the current Iin is lower than the current I0, that is, when the voltage Va is lower than the voltage V1, the transconductance amplifier 61 charges the capacitor 23. On the other hand, when the current Iin is higher than the current I0, that is, when the voltage Va is higher than the voltage V1, the transconductance amplifier 61 discharges the capacitor 23. Here, the charging voltage of the capacitor 23 is assumed to be the voltage Vcap.

判定回路51は、入力電流Iinが、所定の電流I1(第1電流)より小さいか否かを判定する。なお、電流I1の電流値は、出力電圧Voutの最大値(8.4V)が生成されている際の負荷18に流れる負荷電流の電流値よりも小さい。判定回路51は、バイアス電圧生成回路70、コンパレータ71、及びカウンタ72を含んで構成される。   The determination circuit 51 determines whether or not the input current Iin is smaller than a predetermined current I1 (first current). The current value of the current I1 is smaller than the current value of the load current flowing through the load 18 when the maximum value (8.4V) of the output voltage Vout is generated. The determination circuit 51 includes a bias voltage generation circuit 70, a comparator 71, and a counter 72.

バイアス電圧生成回路70は、所定のバイアス電圧Vbiasを生成する。   The bias voltage generation circuit 70 generates a predetermined bias voltage Vbias.

コンパレータ71(比較回路)は、バイアス電圧Vbiasに基づいて、2つの電圧をコンパレータ71内で生成するヒステリシスコンパレータである。コンパレータ71は、例えば、バイアス電圧Vbiasの1.1倍の電圧Vbと、バイアス電圧Vbiasの1.2倍の電圧Vcとを生成する。なお、電圧Vb(第2電圧)は、所定の電流I1の電流値を示す電圧であり、電圧Vc(第3電圧)は、電流I1と比べて大きい所定の電流I2(第2電流)の電流値を示す電圧である。また、電流I2の電流値も、出力電圧Voutの最大値(8.4V)が生成されている際の負荷18に流れる負荷電流の電流値よりも小さい。   The comparator 71 (comparison circuit) is a hysteresis comparator that generates two voltages in the comparator 71 based on the bias voltage Vbias. For example, the comparator 71 generates a voltage Vb that is 1.1 times the bias voltage Vbias and a voltage Vc that is 1.2 times the bias voltage Vbias. The voltage Vb (second voltage) is a voltage indicating the current value of the predetermined current I1, and the voltage Vc (third voltage) is a current of a predetermined current I2 (second current) that is larger than the current I1. This is a voltage indicating a value. Further, the current value of the current I2 is also smaller than the current value of the load current flowing through the load 18 when the maximum value (8.4 V) of the output voltage Vout is generated.

コンパレータ71は、入力電流Iinが電流I1(<I2)より小さくなると、つまり、電圧Vaが電圧Vb(<Vc)より低くなると、ローレベル(以下、“L”レベル)の信号Vcomp(比較結果)を出力する。一方、コンパレータ71は、入力電流Iinが電流I2(>I1)より大きくなると、つまり、電圧Vaが電圧Vc(>Vb)より高くなると、ハイレベル(以下、“H”レベル)の信号Vcompを出力する。   When the input current Iin becomes smaller than the current I1 (<I2), that is, when the voltage Va becomes lower than the voltage Vb (<Vc), the comparator 71 outputs a low level (hereinafter, “L” level) signal Vcomp (comparison result). Is output. On the other hand, when the input current Iin becomes larger than the current I2 (> I1), that is, when the voltage Va becomes higher than the voltage Vc (> Vb), the comparator 71 outputs a high level (hereinafter, “H” level) signal Vcomp. To do.

カウンタ72は、“H”レベルの信号Vcompが入力されると、カウント値CNTをリセットし、“L”レベルの信号Vcompが入力されている際には、クロック信号CLKに基づいてカウント値CNTをインクリメントする。なお、カウンタ72のカウント値CNTは、リセットされると“0”(10進数)となる。   When the “H” level signal Vcomp is input, the counter 72 resets the count value CNT. When the “L” level signal Vcomp is input, the counter 72 sets the count value CNT based on the clock signal CLK. Increment. The count value CNT of the counter 72 becomes “0” (decimal number) when reset.

スイッチング回路52は、NMOSトランジスタ31,32のオン、オフを制御する回路であり、抵抗90〜92、基準電圧回路93、オペアンプ94、コンデンサ95、及び駆動回路96を含んで構成される。   The switching circuit 52 is a circuit that controls on / off of the NMOS transistors 31 and 32, and includes resistors 90 to 92, a reference voltage circuit 93, an operational amplifier 94, a capacitor 95, and a drive circuit 96.

抵抗90,91は、出力電圧Voutを分圧して帰還電圧Vfbを生成し、基準電圧回路93は、出力電圧Voutの最大値(8.4V)に応じた所定の基準電圧Vrefを生成する。   The resistors 90 and 91 divide the output voltage Vout to generate a feedback voltage Vfb, and the reference voltage circuit 93 generates a predetermined reference voltage Vref corresponding to the maximum value (8.4 V) of the output voltage Vout.

オペアンプ94は、2つの非反転入力端子(+)と、1つの反転入力端子(−)を有し、2つの非反転入力端子(+)の夫々に印加された電圧のうち、低い方の電圧と、反転入力端子(−)に印加された電圧との誤差に応じた電圧を出力する。ここでは、2つの非反転入力端子(+)のうち、一方の端子には基準電圧Vrefが印加され、他方の端子には電圧Vcapが印加されている。したがって、電圧Vcapが基準電圧Vrefより低い場合、電圧Vcapと帰還電圧Vfbとの誤差が増幅され、基準電圧Vrefが電圧Vcapより低い場合、基準電圧Vrefと帰還電圧Vfbとの誤差が増幅される。オペアンプ94の出力には、スイッチング回路52の帰還ループの位相を補償するための抵抗92及びコンデンサ95が接続されている。なお、コンデンサ95の電圧を電圧Vdとする。   The operational amplifier 94 has two non-inverting input terminals (+) and one inverting input terminal (−), and the lower one of the voltages applied to the two non-inverting input terminals (+). And a voltage corresponding to an error between the voltage applied to the inverting input terminal (−). Here, the reference voltage Vref is applied to one of the two non-inverting input terminals (+), and the voltage Vcap is applied to the other terminal. Therefore, when the voltage Vcap is lower than the reference voltage Vref, an error between the voltage Vcap and the feedback voltage Vfb is amplified. When the reference voltage Vref is lower than the voltage Vcap, an error between the reference voltage Vref and the feedback voltage Vfb is amplified. A resistor 92 and a capacitor 95 for compensating the phase of the feedback loop of the switching circuit 52 are connected to the output of the operational amplifier 94. The voltage of the capacitor 95 is assumed to be the voltage Vd.

駆動回路96は、カウント値CNTが所定値(以下、例えば“5”(10進数)とする)となるまでは、電圧Vdのレベルに基づいて、NMOSトランジスタ31と、NMOSトランジスタ32とを相補的にスイッチングする。具体的には、駆動回路96は、電圧Vdのレベルが高くなるにつれて出力電圧Voutが上昇するよう、NMOSトランジスタ31,32をスイッチングする。   The drive circuit 96 complements the NMOS transistor 31 and the NMOS transistor 32 based on the level of the voltage Vd until the count value CNT reaches a predetermined value (hereinafter, for example, “5” (decimal number)). Switching to Specifically, the drive circuit 96 switches the NMOS transistors 31 and 32 so that the output voltage Vout increases as the level of the voltage Vd increases.

また、駆動回路96は、カウント値CNTがインクリメントされ“5”となると(“5”以上となると)、NMOSトランジスタ32をオフする。   Further, the drive circuit 96 turns off the NMOS transistor 32 when the count value CNT is incremented to be “5” (becomes “5” or more).

<<電池15,16が接続されている状態での充電回路10の動作>>
==定電流充電==
まず、電圧Vcapが基準電圧Vrefよりも低く、充電回路10が定電流で電池15,16を充電する際の動作を説明する。
<< Operation of Charging Circuit 10 with Batteries 15 and 16 Connected >>
== Constant current charging ==
First, the operation when the voltage Vcap is lower than the reference voltage Vref and the charging circuit 10 charges the batteries 15 and 16 with a constant current will be described.

例えば、電池15,16の充電電流の増加に応じて入力電流Iinが電流I0より大きくなると、電圧Vaが所定の電流I0を示す電圧V1より高くなる。これにより、トランスコンダクタンスアンプ62は、コンデンサ23を放電するため電圧Vcapは低下する。また、電圧Vcapが低下するとコンデンサ95は放電されるため、電圧Vdは低下する。この結果、NMOSトランジスタ31がオンされる期間が短くなり、出力電圧Voutは低下する。電池15,16の充電に用いられる出力電圧Voutが低下すると、電池15,16の充電電流は減少するため、入力電流Iinも減少することになる。このように、入力電流Iinが電流I0より大きくなると、充電回路10は入力電流Iinを減少させる。   For example, when the input current Iin becomes larger than the current I0 as the charging current of the batteries 15 and 16 increases, the voltage Va becomes higher than the voltage V1 indicating the predetermined current I0. Thereby, since the transconductance amplifier 62 discharges the capacitor 23, the voltage Vcap decreases. Further, when the voltage Vcap is lowered, the capacitor 95 is discharged, so that the voltage Vd is lowered. As a result, the period during which the NMOS transistor 31 is turned on is shortened, and the output voltage Vout decreases. When the output voltage Vout used for charging the batteries 15 and 16 decreases, the charging current of the batteries 15 and 16 decreases, and the input current Iin also decreases. Thus, when the input current Iin becomes larger than the current I0, the charging circuit 10 decreases the input current Iin.

一方、例えば、充電電流の減少に応じて入力電流Iinが電流I0より小さくなると、前述した場合とは逆に出力電圧Voutが高くなる。この結果、充電電流及び入力電流Iinは増加することになる。このように、スイッチング制御回路34は、入力電流Iinが電流I0となるように、電池15,16を定電流で充電する。   On the other hand, for example, when the input current Iin becomes smaller than the current I0 in accordance with the decrease in the charging current, the output voltage Vout becomes higher, contrary to the above case. As a result, the charging current and the input current Iin increase. Thus, the switching control circuit 34 charges the batteries 15 and 16 with a constant current so that the input current Iin becomes the current I0.

ところで、電池15,16が定電流(電流I0)で充電されると、電池15,16の電池電圧Vbatは徐々に高くなる。このような状態で、仮に出力電圧Voutが一定であると、充電電流及び入力電流Iinは徐々に減少することになる。しかしながら、電池電圧Vbatは徐々に高くなり、入力電流Iinが減少すると、スイッチング制御回路34は、前述のように電圧Vcapを上昇させて出力電圧Voutを上昇させる。この結果、充電回路10は、電池電圧Vbatが上昇した場合であっても、精度良く電池15,16を定電流で充電し続けることができる。   By the way, when the batteries 15 and 16 are charged with a constant current (current I0), the battery voltage Vbat of the batteries 15 and 16 gradually increases. In such a state, if the output voltage Vout is constant, the charging current and the input current Iin gradually decrease. However, when the battery voltage Vbat gradually increases and the input current Iin decreases, the switching control circuit 34 increases the voltage Vcap and increases the output voltage Vout as described above. As a result, the charging circuit 10 can continue to charge the batteries 15 and 16 with a constant current with high accuracy even when the battery voltage Vbat increases.

==定電圧充電==
前述のように、電池15,16を定電流で充電し続けると、電池電圧Vbatが上昇する。そして、電池電圧Vbatが最大値である8.4Vに近づくと、トランスコンダクタンスアンプ61は、出力電圧Voutが8.4Vより高くなるよう、コンデンサ23を充電する。この結果、電圧Vcapは、出力電圧Voutが8.4Vの際の基準電圧Vrefよりも高くなる。このため、本実施形態では、電池電圧Vbatが最大値である8.4Vに近づくと、スイッチング回路52は、帰還電圧Vfbのレベルが、基準電圧Vrefのレベルに一致するよう、NMOSトランジスタ31,32をスイッチングすることになる。つまり、充電回路10は、充電電圧Vbatが高くなると、入力電流Iinを電流I0に一致させて電池15,16を定電流で充電する定電流モードから、8.4Vの出力電圧Voutで電池15,16を充電する定電圧モードで動作する。
== Constant voltage charging ==
As described above, when the batteries 15 and 16 are continuously charged with a constant current, the battery voltage Vbat increases. When the battery voltage Vbat approaches 8.4 V, which is the maximum value, the transconductance amplifier 61 charges the capacitor 23 so that the output voltage Vout becomes higher than 8.4 V. As a result, the voltage Vcap becomes higher than the reference voltage Vref when the output voltage Vout is 8.4V. Therefore, in the present embodiment, when the battery voltage Vbat approaches 8.4 V, which is the maximum value, the switching circuit 52 causes the NMOS transistors 31 and 32 so that the level of the feedback voltage Vfb matches the level of the reference voltage Vref. Will be switched. That is, when the charging voltage Vbat increases, the charging circuit 10 causes the battery 15, with an output voltage Vout of 8.4 V, from the constant current mode in which the input current Iin is made to coincide with the current I0 and the batteries 15, 16 are charged with a constant current. 16 operates in a constant voltage mode for charging 16.

<<電池15,16が端子Gに接続された際の充電回路10の動作>>
つぎに、図3を参照しつつ、出力電圧Voutの最大値である8.4Vより高い電池電圧Vbat(例えば、8.5V)の電池15,16が端子Gに接続された際の充電回路10の動作について説明する。なお、図3は、電池15,16が端子Gに接続される前後における充電回路10の主要な波形を示す図である。
<< Operation of Charging Circuit 10 When Batteries 15 and 16 are Connected to Terminal G >>
Next, referring to FIG. 3, the charging circuit 10 when the batteries 15 and 16 having a battery voltage Vbat (for example, 8.5 V) higher than 8.4 V, which is the maximum value of the output voltage Vout, are connected to the terminal G. Will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating main waveforms of the charging circuit 10 before and after the batteries 15 and 16 are connected to the terminal G.

負荷電流は定電流充電の際の電流I0より小さいため、電圧Vaは電圧V1より低い。したがって、コンデンサ23は、トランスコンダクタンスアンプ62により充電され続けるため、電圧Vcap(実線)は、トランスコンダクタンスアンプ62を動作させる電源電圧Vddのレベル近くまで上昇している。また、この際、電圧Vcapは、基準電圧Vref(一点鎖線)より高くなるため、8.4Vの出力電圧Voutが生成されている。   Since the load current is smaller than the current I0 during constant current charging, the voltage Va is lower than the voltage V1. Therefore, since the capacitor 23 continues to be charged by the transconductance amplifier 62, the voltage Vcap (solid line) rises to near the level of the power supply voltage Vdd that operates the transconductance amplifier 62. At this time, since the voltage Vcap is higher than the reference voltage Vref (dashed line), an output voltage Vout of 8.4 V is generated.

時刻t1に、8.4Vの出力電圧Voutが印加されている端子Gに、電池電圧Vbatが8.5Vの電池15,16が接続されると、負荷18には電池15,16から電流が供給される。このため、入力電流Iinは急激に減少する。そして、時刻t2に入力電流Iinが電流I1より小さくなると、つまり、電圧Vaが電圧Vbより小さくなると、信号Vcompは“L” レベルとなる。また、時刻t2に“0”であったカウント値CNTが、時刻t3に“5”となると、駆動回路96は、NMOSトランジスタ32をオフする。したがって、端子Gに高い電池電圧Vbatの電池15,16が接続された場合であっても、充電回路10の出力側(電池15,16側)から充電回路10の入力側(電源17側)に逆電流が流れることを防ぐことができる。なお、NMOSトランジスタ32がオフされている際には、入力電流Iinは、ダイオードD2を介して端子Gへと流れることになる。また、駆動回路96は、例えば、電池15,16が端子Gから取り外され、入力電流Iinが電流I2より大きくなるまで、NMOSトランジスタ32をオフし続ける。そして、駆動回路96は、入力電流Iinが電流I2より大きくなると、NMOSトランジスタ31,32のスイッチングを再開する。   At time t1, when batteries 15 and 16 having a battery voltage Vbat of 8.5V are connected to a terminal G to which an output voltage Vout of 8.4V is applied, current is supplied from the batteries 15 and 16 to the load 18. Is done. For this reason, the input current Iin decreases rapidly. When the input current Iin becomes smaller than the current I1 at time t2, that is, when the voltage Va becomes smaller than the voltage Vb, the signal Vcomp becomes “L” level. In addition, when the count value CNT that was “0” at time t2 becomes “5” at time t3, the drive circuit 96 turns off the NMOS transistor 32. Therefore, even when the batteries 15 and 16 having a high battery voltage Vbat are connected to the terminal G, the output side (batteries 15 and 16 side) of the charging circuit 10 is changed to the input side (power supply 17 side) of the charging circuit 10. It is possible to prevent a reverse current from flowing. When the NMOS transistor 32 is turned off, the input current Iin flows to the terminal G through the diode D2. The drive circuit 96 continues to turn off the NMOS transistor 32 until, for example, the batteries 15 and 16 are removed from the terminal G and the input current Iin becomes larger than the current I2. Then, when the input current Iin becomes larger than the current I2, the driving circuit 96 resumes switching of the NMOS transistors 31 and 32.

以上、本発明の一実施形態である充電制御IC20を適用した充電回路10について説明した。出力電圧Voutより高い電池電圧Vbatの電池15,16が端子Gに接続されると、NMOSトランジスタ32はオフされる。このため、充電制御IC20は、電池15,16から入力側(電源17側)へ流れる逆電流を防止することができる。このため、逆電流により入力電圧Vinが上昇することを防ぐことができる。   The charging circuit 10 to which the charging control IC 20 according to the embodiment of the present invention is applied has been described above. When the batteries 15 and 16 having the battery voltage Vbat higher than the output voltage Vout are connected to the terminal G, the NMOS transistor 32 is turned off. For this reason, the charging control IC 20 can prevent a reverse current flowing from the batteries 15 and 16 to the input side (power source 17 side). For this reason, it is possible to prevent the input voltage Vin from increasing due to the reverse current.

また、コンパレータ71は、ヒステリシスコンパレータである。したがって、本実施形態では、ダイオード整流モード(NMOSトランジスタ32がオフし、NMOSトランジスタ31がスイッチングされるモード)と、同期整流モード(NMOSトランジスタ31,32がスイッチングされるモード)とが頻繁に切り替わることを防ぐことができる。このため、駆動回路96は、より安定にNMOSトランジスタ31,32をスイッチングすることができる。   The comparator 71 is a hysteresis comparator. Therefore, in this embodiment, the diode rectification mode (mode in which the NMOS transistor 32 is turned off and the NMOS transistor 31 is switched) and the synchronous rectification mode (mode in which the NMOS transistors 31 and 32 are switched) are frequently switched. Can be prevented. Therefore, the drive circuit 96 can switch the NMOS transistors 31 and 32 more stably.

また、駆動回路96は、カウント値CNTが例えば“5”となるまでNMOSトランジスタ32をオフしない。したがって、過渡的なノイズ等により、NMOSトランジスタ32が誤ってオフされることを防ぐことができる。   Further, the drive circuit 96 does not turn off the NMOS transistor 32 until the count value CNT becomes, for example, “5”. Therefore, it is possible to prevent the NMOS transistor 32 from being turned off by mistake due to transient noise or the like.

また、本実施形態では、利用者が抵抗26の抵抗値を変更することができる。このため、電池15,16を定電流する際の電流I0の電流値を利用者が設定することが可能となる。   In the present embodiment, the user can change the resistance value of the resistor 26. For this reason, the user can set the current value of the current I0 when the batteries 15 and 16 are made constant current.

なお、上記実施例は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。   In addition, the said Example is for making an understanding of this invention easy, and is not for limiting and interpreting this invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.

10 充電回路
15,16 電池
17 電源
18 負荷
20 充電制御IC
21〜24,95 コンデンサ
25 インダクタ
26,90〜92 抵抗
30〜32 NMOSトランジスタ
33 電流検出回路
34 スイッチング制御回路
50 充放電回路
51 判定回路
52 スイッチング回路
60,70 バイアス電圧生成回路
61 トランスコンダクタンスアンプ
71 コンパレータ
93 基準電圧回路
94 オペアンプ
96 駆動回路
SW スイッチ
D1,D2 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Charging circuit 15,16 Battery 17 Power supply 18 Load 20 Charge control IC
21-24, 95 Capacitor 25 Inductor 26, 90-92 Resistance 30-32 NMOS transistor 33 Current detection circuit 34 Switching control circuit 50 Charging / discharging circuit 51 Determination circuit 52 Switching circuit 60, 70 Bias voltage generation circuit 61 Transconductance amplifier 71 Comparator
93 Reference voltage circuit 94 Operational amplifier 96 Drive circuit SW switch D1, D2 Diode

Claims (5)

入力電源から電池の充電に用いる出力電圧を、前記電池が接続される端子に生成する充電回路を制御する充電制御回路であって、
前記出力電圧の最大値が生成されている際の前記端子に接続された負荷に流れる負荷電流と比べて小さい第1電流より、前記入力電源からの入力電流が小さいか否かを判定する判定回路と、
前記出力電圧の最大値に応じた基準電圧と、前記出力電圧に応じた帰還電圧との誤差を増幅する誤差増幅回路と、
前記入力電流が供給されるインダクタに直列に接続され、オンされると前記インダクタに流れるインダクタ電流を増加させる第1MOSトランジスタと、前記インダクタ及び前記第1MOSトランジスタに直列に接続され、オンされると前記インダクタ電流を前記端子に供給して前記出力電圧を上昇させる第2MOSトランジスタとを、前記入力電流が前記第1電流より大きいことが判定された場合、前記誤差が小さくなるように相補的にスイッチングし、前記入力電流が前記第1電流より小さいことが判定された場合、前記第2MOSトランジスタをオフする駆動回路と、
を備えることを特徴とする充電制御回路。
A charge control circuit for controlling a charging circuit that generates an output voltage used for charging a battery from an input power source at a terminal to which the battery is connected,
A determination circuit that determines whether or not the input current from the input power source is smaller than a first current that is smaller than a load current flowing through a load connected to the terminal when the maximum value of the output voltage is generated When,
An error amplifying circuit for amplifying an error between a reference voltage corresponding to the maximum value of the output voltage and a feedback voltage corresponding to the output voltage;
A first MOS transistor that is connected in series to the inductor to which the input current is supplied and is turned on to increase an inductor current flowing in the inductor; a first MOS transistor that is connected in series to the inductor and the first MOS transistor; When it is determined that the input current is larger than the first current, the second MOS transistor that supplies the inductor current to the terminal to raise the output voltage is complementarily switched so that the error is reduced. A drive circuit for turning off the second MOS transistor when it is determined that the input current is smaller than the first current;
A charge control circuit comprising:
請求項1に記載の充電制御回路であって、
前記判定回路は、
前記入力電流に応じた第1電圧と、前記第1電流を示す第2電圧とを比較するとともに、前記第1電圧と、前記第1電流と比べて大きい第2電流を示す第3電圧とを比較する比較回路を含み、
前記駆動回路は、
前記比較回路の比較結果に基づいて、前記入力電流が前記第2電流より大きい場合、前記誤差が小さくなるように前記第1及び第2MOSトランジスタを相補的にスイッチングし、前記入力電流が前記第1電流より小さい場合、前記第2MOSトランジスタをオフすること、
を特徴とする充電制御回路。
The charge control circuit according to claim 1,
The determination circuit includes:
A first voltage corresponding to the input current is compared with a second voltage indicating the first current, and the first voltage and a third voltage indicating a second current larger than the first current are compared. Including a comparison circuit to compare,
The drive circuit is
Based on the comparison result of the comparison circuit, when the input current is larger than the second current, the first and second MOS transistors are complementarily switched to reduce the error, and the input current is changed to the first current. If less than the current, turning off the second MOS transistor;
A charge control circuit characterized by the above.
請求項2に記載の充電制御回路であって、
前記判定回路は、
前記入力電流が前記第2電流より大きいこと示す前記比較結果が入力されるとカウント値をリセットし、前記入力電流が前記第1電流より小さいことを示す前記比較結果が入力されている際には前記カウント値を変化させるカウンタを更に含んで構成され、
前記駆動回路は、
前記カウント値が所定値となるまでは、前記誤差が小さくなるように前記第1及び第2MOSトランジスタを相補的にスイッチングし、前記カウント値が前記所定値となると、前記第2MOSトランジスタをオフすること、
を特徴とする充電制御回路。
The charge control circuit according to claim 2,
The determination circuit includes:
When the comparison result indicating that the input current is larger than the second current is input, the count value is reset, and when the comparison result indicating that the input current is smaller than the first current is input. A counter for changing the count value;
The drive circuit is
Until the count value reaches a predetermined value, the first and second MOS transistors are complementarily switched so as to reduce the error, and when the count value reaches the predetermined value, the second MOS transistor is turned off. ,
A charge control circuit characterized by the above.
請求項2または請求項3に記載の充電制御回路であって、
前記充電制御回路は集積回路であり、
抵抗が接続される端子と、
前記入力電流に応じた前記第1電圧が前記抵抗に発生するよう、前記端子を介して前記入力電流に応じた電流を前記抵抗に供給する電流生成回路と、
を備えることを特徴とする充電制御回路。
The charge control circuit according to claim 2 or claim 3,
The charge control circuit is an integrated circuit;
A terminal to which a resistor is connected;
A current generation circuit for supplying a current corresponding to the input current to the resistor via the terminal so that the first voltage corresponding to the input current is generated in the resistor;
A charge control circuit comprising:
入力電源から電池の充電に用いる出力電圧を、前記電池が接続される端子に生成する充電回路であって、
前記入力電源からの入力電流が供給されるインダクタと、
前記インダクタに直列に接続され、オンされると前記インダクタに流れるインダクタ電流を増加させる第1MOSトランジスタと、
前記インダクタ及び前記第1MOSトランジスタに直列に接続され、オンされると前記インダクタ電流を前記端子に供給して前記出力電圧を上昇させる第2MOSトランジスタと、
前記端子に接続された負荷に流れる負荷電流と比べて小さい第1電流より、前記入力電源からの前記入力電流が小さいか否かを判定する判定回路と、
前記出力電圧の最大値に応じた基準電圧と、前記出力電圧に応じた帰還電圧との誤差を増幅する誤差増幅回路と、
前記入力電流が前記第1電流より大きいことが判定された場合、前記誤差が小さくなるように前記第1及び第2MOSトランジスタを相補的にスイッチングし、前記入力電流が前記第1電流より小さいことが判定された場合、前記第2MOSトランジスタをオフする駆動回路と、
を備えることを特徴とする充電回路。
A charging circuit for generating an output voltage used for charging a battery from an input power source at a terminal to which the battery is connected,
An inductor supplied with an input current from the input power supply;
A first MOS transistor connected in series to the inductor and increasing an inductor current flowing in the inductor when turned on;
A second MOS transistor connected in series to the inductor and the first MOS transistor, and when turned on, supplies the inductor current to the terminal to raise the output voltage;
Smaller than the first current as compared with the load current flowing in the load connected to the terminal, a determination circuit whether the input current from the input power supply is small,
An error amplifying circuit for amplifying an error between a reference voltage corresponding to the maximum value of the output voltage and a feedback voltage corresponding to the output voltage;
When it is determined that the input current is larger than the first current, the first and second MOS transistors are complementarily switched so as to reduce the error, and the input current is smaller than the first current. A drive circuit for turning off the second MOS transistor, if determined;
A charging circuit comprising:
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