JP2007060778A

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Publication number: JP2007060778A
Application number: JP2005241795A
Authority: JP
Inventors: Shinya Manabe; 晋也真鍋
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】ＵＳＢインターフェースに接続されている他の周辺機器で使用しているＶｂｕｓの電流値を気にすることなく、しかも充電電流を十分大きく取ることができるようにする。
【解決手段】ＵＳＢインターフェースのＶｂｕｓを電源として二次電池ＢＡＴの充電を行う。充電電流制御素子Ｍ４は、Ｖｂｕｓから二次電池ＢＡＴへの充電電流をオン、オフするスイッチング素子である。抵抗Ｒ３、Ｒ４は、Ｖｂｕｓの電圧を検出する。演算増幅回路ＡＭＰ３は、電圧の検出値と規準電圧Ｖｒ３とを比較して、Ｖｂｕｓの電圧が大きいときは、Ｈレベル信号を出力して充電電流制御素子Ｍ４をオンにし、Ｖｂｕｓから二次電池ＢＡＴへ充電電流を流す。
【選択図】図１
PROBLEM TO BE SOLVED: To make a charging current sufficiently large without worrying about a current value of Vbus used in other peripheral devices connected to a USB interface.
A secondary battery BAT is charged using a Vbus of a USB interface as a power source. The charging current control element M4 is a switching element that turns on and off the charging current from Vbus to the secondary battery BAT. Resistors R3 and R4 detect the voltage of Vbus. The operational amplifier circuit AMP3 compares the detected voltage value and the reference voltage Vr3. When the voltage of Vbus is large, the operational amplifier circuit AMP3 outputs an H level signal to turn on the charging current control element M4, and from the Vbus to the secondary battery BAT. Supply charging current to
[Selection] Figure 1

Description

Translated fromJapanese

本発明は、ＵＳＢインターフェースのＶｂｕｓから電源を供給して充電を行う二次電池の充電装置に関する。 The present invention relates to a charging device for a secondary battery that performs charging by supplying power from Vbus of a USB interface.

従来、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの携帯機器に内蔵されている二次電池の充電には商用交流電源であるＡＣ１００Ｖの電源を整流し、ＤＣ−ＤＣコンバータで所望の電圧に変換した直流電源を用いている。このため、ＡＣアダプタの小型化、軽量化が困難であり、携帯機器と一緒に持ち運ぶことが困難であった。
そこで、充電器の小型化軽量化を実現するため、近年パーソナルコンピュータのシリアルバスとして広く採用されているＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースのＶｂｕｓ端子から供給されているＤＣ５Ｖ電源を用いて、二次電池の充電を行う充電器が使用されるようになっている。特許文献１の技術はこのような例の１つであるが、これは単にＶｂｕｓの出力電圧を携帯電話の電源ラインに接続しているものである。
しかしながら、Ｖｂｕｓから供給可能な電流はトータルで５００ｍＡという制限がある。ＵＳＢインターフェースにはＵＳＢハブなどを介して多数の周辺機器が接続でき、各々の周辺機器でＶｂｕｓからの電源を使用している可能性があるため、二次電池の充電電流にまわせる電流は通常５００ｍＡ以下の電流となる。よって、特許文献１に開示の技術では、充電電流を取りすぎるとＶｂｕｓの電圧が低下してしまい、周辺機器が誤動作をするなどの問題が発生する不具合がある。
これに対して、特許文献２に開示の技術はＵＳＢインターフェースの電源供給を利用した充電器の例である。図３は、この充電器を説明する回路図である。図３に示す充電器は、ＵＳＢインターフェースを介して信号を送受信するデータ通信部１０１、バッテリ１０６を充電するバッテリ充電制御回路１０２、Ｖｂｕｓの電圧を充電電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータ１０３、Ｖｂｕｓの電力をデータ通信用と充電用とに振り分けを行う分配回路１０４、及びこれらの回路を集中的に制御するマイコン１０５などを備えている。分配回路１０４は、データ通信部１０１の動作時にはＶｂｕｓの電源をデータ通信部１０１に供給し、データ通信部１０１が非動作時にはＶｂｕｓの電源をバッテリ充電制御回路１０２に供給するようにして、Ｖｂｕｓから取り出す電流を平均化している。さらに、分配回路１０４はデータ通信時にＶｂｕｓの余剰電力を二次電池の充電に供給するようにもしている。
特開２０００−２０１２０４公報特開２００１−２０２１６３公報Conventionally, for charging a secondary battery built in a portable device such as a personal computer (PC), a DC power source obtained by rectifying a commercial AC power source of AC 100 V and converting it to a desired voltage using a DC-DC converter is used. ing. For this reason, it is difficult to reduce the size and weight of the AC adapter, and it is difficult to carry it together with the portable device.
Therefore, in order to reduce the size and weight of the charger, a secondary battery using a DC5V power supply supplied from the Vbus terminal of a USB (Universal Serial Bus) interface that has been widely adopted as a serial bus of personal computers in recent years. Chargers that charge are used. The technology of Patent Document 1 is one such example, which simply connects the output voltage of Vbus to the power line of the mobile phone.
However, the total current that can be supplied from Vbus is limited to 500 mA. Since many peripheral devices can be connected to the USB interface via a USB hub, etc., and there is a possibility that the power source from Vbus is used in each peripheral device, the current to be charged to the charging current of the secondary battery is usually 500 mA. The following current is obtained. Therefore, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem in that if the charging current is excessively increased, the voltage of Vbus is lowered, causing a problem such as malfunction of the peripheral device.
On the other hand, the technique disclosed inPatent Document 2 is an example of a charger that uses power supply of a USB interface. FIG. 3 is a circuit diagram illustrating the charger. The charger shown in FIG. 3 includes adata communication unit 101 that transmits and receives signals via a USB interface, a batterycharging control circuit 102 that charges abattery 106, a DC-DC converter 103 that converts a Vbus voltage into a charging voltage,A distribution circuit 104 that distributes electric power for data communication and charging, and amicrocomputer 105 that centrally controls these circuits are provided. Thedistribution circuit 104 supplies the Vbus power to thedata communication unit 101 when thedata communication unit 101 is operating, and supplies the Vbus power to the batterycharge control circuit 102 when thedata communication unit 101 is not operating. The extracted current is averaged. Further, thedistribution circuit 104 supplies the Vbus surplus power to charge the secondary battery during data communication.
JP 2000-201204 A JP 2001-202163 A

しかしながら、特許文献２の技術によっても、ＵＳＢインターフェースに接続されている全ての周辺機器で使用しているＶｂｕｓの電流値を把握してはいないため、二次電池の充電にまわせる電流値がどのくらいあるのかは分からない。そのため、充電電流の最大値はＶｂｕｓの制限電流よりかなり少ない電流値に設定せざるを得なく、充電に時間が掛かってしまうという不具合がある。
また、Ｖｂｕｓの制限電流よりかなり少ない電流値に設定しているにもかかわらず、ＵＳＢインターフェースに接続されている他の周辺機器で使用されている電流が極めて大きい場合や、他の周辺機器が動作を開始したため急にＶｂｕｓの電流が増加した場合など、充電電流と合せるとＶｂｕｓの電流規格を超えてしまう場合がある不具合もある。
さらに、Ｖｂｕｓの電流規格をオーバーすると、Ｖｂｕｓの電圧規格の下限電圧である４.４Ｖ以下まで低下してしまう可能性があり、Ｖｂｕｓの電圧が４.４Ｖ以下になると、ＵＳＢインターフェースに接続されている周辺機器が誤動作を発生するという不具合もあった。
そこで、本発明の目的は、ＵＳＢインターフェースに接続されている他の周辺機器で使用しているＶｂｕｓの電流値を気にすることなく、しかも充電電流を十分大きく取ることができるようにすることである。However, even the technology ofPatent Document 2 does not grasp the current value of Vbus used in all peripheral devices connected to the USB interface, so there is a current value that can be used for charging the secondary battery. I do n’t know. For this reason, the maximum value of the charging current has to be set to a value much smaller than the current limit of Vbus, and there is a problem that it takes time to charge.
In addition, even when the current value is set to be considerably smaller than the Vbus current limit, the current used by other peripheral devices connected to the USB interface is extremely large, or other peripheral devices are operating. In some cases, such as when the Vbus current suddenly increases due to the start of charging, the current standard of the Vbus may be exceeded when combined with the charging current.
Furthermore, if the Vbus current standard is exceeded, the voltage may drop to 4.4 V or lower, which is the lower limit voltage of the Vbus voltage standard. When the Vbus voltage becomes 4.4 V or lower, it is connected to the USB interface. There was also a problem that some peripheral devices malfunctioned.
Therefore, an object of the present invention is to make it possible to obtain a sufficiently large charging current without worrying about the current value of Vbus used in other peripheral devices connected to the USB interface. is there.

請求項１に記載の発明は、ＵＳＢインターフェースのＶｂｕｓを電源として二次電池の充電を行う充電装置において、前記Ｖｂｕｓから前記二次電池への充電電流をオン、オフするスイッチング素子と、前記Ｖｂｕｓの電圧を検出する第１電圧検出回路と、前記電圧の検出値と予め設定された第１基準値とを比較する第１比較手段と、前記比較に基づいて前記スイッチング素子を制御して前記二次電池の充電を行う第１制御手段と、を備えていることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の充電装置において、前記第１比較手段は演算増幅回路であり、当該演算増幅回路に入力する電圧は前記Ｖｂｕｓの電圧と第１基準値となる基準電圧とをそれぞれ同じ所定の比率で分圧した電圧としている、ことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の充電装置において、前記電圧の検出値と第２基準値とを比較する第２比較手段と、前記Ｖｂｕｓから前記二次電池への充電電流を検出する電流検出回路と、前記電圧の検出値が前記第２基準値以下のときには、前記電流検出回路の検出に基づいて前記スイッチング素子を制御して前記Ｖｂｕｓから前記二次電池への充電電流を一定に制御する定電流充電を行う第２制御手段と、前記二次電池の充電電圧を検出する第２電圧検出回路と、前記第１電圧検出回路の電圧の検出値が前記第２基準値より大きいときには前記スイッチング素子を制御して前記二次電池の充電電圧を一定に制御する定電圧充電を行う第３制御手段と、をさらに備えていることを特徴とする。The invention according to claim 1 is a charging device that charges a secondary battery using a USB bus Vbus as a power source, a switching element for turning on and off a charging current from the Vbus to the secondary battery, A first voltage detecting circuit for detecting a voltage; first comparing means for comparing the detected value of the voltage with a preset first reference value; and controlling the switching element based on the comparison to control the secondary And a first control means for charging the battery.
According to a second aspect of the present invention, in the charging device according to the first aspect, the first comparison means is an operational amplifier circuit, and the voltage input to the operational amplifier circuit is the voltage of the Vbus, the first reference value, and the like. And a reference voltage divided by the same predetermined ratio.
According to a third aspect of the present invention, in the charging device according to the first or second aspect, a second comparison means for comparing the detected value of the voltage with a second reference value, and the Vbus to the secondary battery. A current detection circuit for detecting a charging current; and when the detected value of the voltage is equal to or less than the second reference value, the switching element is controlled based on detection of the current detection circuit to transfer the Vbus to the secondary battery. A second control means for performing constant current charging for controlling the charging current to be constant; a second voltage detecting circuit for detecting a charging voltage of the secondary battery; and a detected value of the voltage of the first voltage detecting circuit is the second voltage detecting circuit. Third control means for performing constant voltage charging for controlling the switching element to control the charging voltage of the secondary battery to be constant when the switching element is larger than a reference value is further provided.

請求項１に記載の発明によれば、Ｖｂｕｓ電圧を監視して、Ｖｂｕｓ電圧が第１基準値以下に低下しない範囲では必要十分な電流値を二次電池の充電電流に振り向けるようにできるので、充電時間の短縮が図れる。また、Ｖｂｕｓ電圧を監視して充電電流を制御するため、ＵＳＢインターフェースに接続された他の周辺装置の動作状況を監視する必要が無くなり、前述した分配回路も不要となる。
請求項２に記載の発明によれば、演算増幅回路の電源にＶｂｕｓ電圧が使用できるようになるので、昇圧用のコンバータ等が不要となる。
請求項３に記載の発明によれば、従来から用いられている定電流−定電圧充電方式にわずかな回路要素などを付加するだけで、充電時間を短縮し、分配回路も不要とすることができる。According to the first aspect of the present invention, the Vbus voltage can be monitored so that a necessary and sufficient current value can be directed to the charging current of the secondary battery in a range where the Vbus voltage does not fall below the first reference value. The charging time can be shortened. Further, since the charging current is controlled by monitoring the Vbus voltage, it is not necessary to monitor the operation status of other peripheral devices connected to the USB interface, and the above-described distribution circuit is also unnecessary.
According to the second aspect of the present invention, the Vbus voltage can be used as the power source of the operational amplifier circuit, so that a boosting converter or the like is not required.
According to the third aspect of the present invention, it is possible to shorten the charging time and eliminate the need for a distribution circuit simply by adding a few circuit elements to the constant current-constant voltage charging method used conventionally. it can.

以下、本発明を実施するための最良の一形態について説明する。
図１は、本実施形態である充電装置の回路図である。この充電装置はＰＣなどの電子機器に搭載される。図１において、ＢＡＴは二次電池であり、符号１０は二次電池ＢＡＴの充電回路を含む半導体装置であり、符号２０はＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェースのＶｂｕｓ電源である。
半導体装置１０は、定電流（ＣＣ）充電制御を行うための基準電圧電源Ｖｒ１、演算増幅回路ＡＭＰ１、制御トランジスタＭ１、及びＩ−Ｖ変換回路１と、定電圧（ＣＶ）充電制御を行うための基準電圧電源Ｖｒ２、演算増幅回路ＡＭＰ２、制御トランジスタＭ２、及び電池電圧検出回路２と、Ｖｂｕｓの電圧が所定の電圧まで低下した場合に充電電流を制限する制御を行うための基準電圧電源Ｖｒ３、演算増幅回路ＡＭＰ３、及び制御トランジスタＭ３と、を備えている。
制御トランジスタＭ１〜Ｍ３はＮＭＯＳトランジスタで構成され、これらは直列接続されており、抵抗Ｒ１を介して半導体装置１０の端子Ｔ１に接続されている。また、制御トランジスタＭ３のソースは接地されている。
また、二次電池ＢＡＴの充電電流を検出するための抵抗Ｒ２と、ＰＭＯＳトランジスタで構成された充電電流制御素子Ｍ４とが二次電池ＢＡＴと直列接続され、ＶｂｕｓとＧＮＤとの間に接続されている。充電電流制御素子Ｍ４はＶｂｕｓから二次電池ＢＡＴに流れる充電電流をオン、オフするスイッチング素子である。Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
FIG. 1 is a circuit diagram of a charging apparatus according to the present embodiment. This charging device is mounted on an electronic device such as a PC. In FIG. 1, BAT is a secondary battery, reference numeral 10 is a semiconductor device including a charging circuit for the secondary battery BAT, andreference numeral 20 is a Vbus power supply of a USB (Universal Serial Bus) interface.
The semiconductor device 10 includes a reference voltage power supply Vr1 for performing constant current (CC) charge control, an operational amplifier circuit AMP1, a control transistor M1, and an IV conversion circuit 1, and performs constant voltage (CV) charge control. Reference voltage power supply Vr2, operational amplifier circuit AMP2, control transistor M2, batteryvoltage detection circuit 2, and reference voltage power supply Vr3 for performing control to limit the charging current when the voltage of Vbus drops to a predetermined voltage An amplifier circuit AMP3 and a control transistor M3 are provided.
The control transistors M1 to M3 are composed of NMOS transistors, which are connected in series, and are connected to the terminal T1 of the semiconductor device 10 via the resistor R1. The source of the control transistor M3 is grounded.
In addition, a resistor R2 for detecting the charging current of the secondary battery BAT and a charging current control element M4 composed of a PMOS transistor are connected in series with the secondary battery BAT, and connected between Vbus and GND. Yes. The charging current control element M4 is a switching element that turns on and off the charging current flowing from Vbus to the secondary battery BAT.

ＵＳＢインターフェース電源２０のＶｂｕｓラインは、端子Ｔ１及び充電電流制御素子Ｍ４のドレインに接続され、ＧＮＤラインは接地されている。充電電流制御素子Ｍ４のゲートは半導体装置１０の端子Ｔ２に接続され、抵抗Ｒ１と制御トランジスタＭ１のドレインの交点に接続されている。
抵抗Ｒ２の両端は半導体装置１０の端子Ｔ３と端子Ｔ４とにそれぞれ接続されており、抵抗Ｒ２の電流はＩ−Ｖ変換回路１に入力され、定電流充電制御時に用いる電圧に変換される。Ｉ−Ｖ変換回路１はＶｂｕｓから２次電池ＢＡＴに流れる充電電流の電流値を検出する電流検出回路となる。また、端子４の電位は電池電圧検出回路２にも入力されており、定電圧充電制御時に用いる電圧を生成する。
二次電池ＢＡＴのマイナス側は接地され、また、半導体装置の端子Ｔ５に接続されている。
演算増幅回路ＡＭＰ１の非反転入力端子（プラス端子）には基準電圧Ｖｒ１が、反転入力端子（マイナス端子）にはＩ−Ｖ変換回路１の出力電圧が入力されている。また、演算増幅回路ＡＭＰ１の出力端子は制御トランジスタＭ１のゲートに接続されている。
演算増幅回路ＡＭＰ２の非反転入力端子（プラス端子）には基準電圧Ｖｒ２が、反転入力端子（マイナス端子）には電池電圧検出回路２の出力電圧が入力されている。また、演算増幅回路ＡＭＰ２の出力端子は制御トランジスタＭ２のゲートに接続されている。
演算増幅回路ＡＭＰ３の非反転入力端子（プラス端子）には端子Ｔ１を介してＶｂｕｓ電圧が、反転入力端子（マイナス端子）には基準電圧Ｖｒ３が入力されている。また、演算増幅回路ＡＭＰ３の出力端子は制御トランジスタＭ３のゲートに接続されている。The Vbus line of the USBinterface power supply 20 is connected to the terminal T1 and the drain of the charging current control element M4, and the GND line is grounded. The gate of the charging current control element M4 is connected to the terminal T2 of the semiconductor device 10, and is connected to the intersection of the resistor R1 and the drain of the control transistor M1.
Both ends of the resistor R2 are respectively connected to the terminal T3 and the terminal T4 of the semiconductor device 10, and the current of the resistor R2 is input to the IV conversion circuit 1 and converted into a voltage used during constant current charge control. The IV conversion circuit 1 is a current detection circuit that detects the current value of the charging current flowing from Vbus to the secondary battery BAT. Further, the potential of the terminal 4 is also input to the batteryvoltage detection circuit 2, and generates a voltage used during constant voltage charging control.
The negative side of the secondary battery BAT is grounded and connected to the terminal T5 of the semiconductor device.
The reference voltage Vr1 is input to the non-inverting input terminal (plus terminal) of the operational amplifier circuit AMP1, and the output voltage of the IV conversion circuit 1 is input to the inverting input terminal (minus terminal). The output terminal of the operational amplifier circuit AMP1 is connected to the gate of the control transistor M1.
The reference voltage Vr2 is input to the non-inverting input terminal (plus terminal) of the operational amplifier circuit AMP2, and the output voltage of the batteryvoltage detection circuit 2 is input to the inverting input terminal (minus terminal). The output terminal of the operational amplifier circuit AMP2 is connected to the gate of the control transistor M2.
A Vbus voltage is input to the non-inverting input terminal (plus terminal) of the operational amplifier circuit AMP3 via the terminal T1, and a reference voltage Vr3 is input to the inverting input terminal (minus terminal). The output terminal of the operational amplifier circuit AMP3 is connected to the gate of the control transistor M3.

ＵＳＢインターフェースの物理的仕様は図２に示すようにＶｂｕｓと呼ばれる１本の電源ラインと、１本のＧＮＤライン、および２本の信号線Ｄ＋とＤ−で構成されている。ＵＳＢインターフェースのＶｂｕｓの規格は出力電流が５００ｍＡ、電圧規格は４.４Ｖ〜５.２５Ｖと定められている。すなわちＶｂｕｓの電圧が電圧規格範囲内であればＵＳＢインターフェースに接続されている周辺機器の動作は保証される。そこで、Ｖｂｕｓの電圧を監視し、この電圧が下限電圧の４.４Ｖを保証できる範囲で二次電池の充電を行うようにしている。
すなわち、Ｖｂｕｓの電圧が基準電圧Ｖｒ３より高い場合は、演算増幅回路ＡＭＰ３の出力はＨレベルとなり制御トランジスタＭ３をオンにする。このとき、二次電池ＢＡＴの充電電圧が低く、電池電圧検出回路２で検出された充電電圧が基準電圧Ｖｒ２より低いときは、演算増幅回路ＡＭＰ２の出力はＨレベルとなるので、制御トランジスタＭ２をオンにする。つまり、この条件での充電は、抵抗Ｒ２の電圧降下を検出して出力電圧を生成するＩ−Ｖ変換回路１の出力電圧が、基準電圧Ｖｒ１の電圧と同じ電圧を出力する電流が抵抗Ｒ２に流れるように第２比較手段、第２制御手段となる演算増幅回路ＡＭＰ１が制御トランジスタＭ１のゲート電圧を制御する定電流充電となる。
第２電圧検出回路となる電池電圧検出回路２から出力された電圧が基準電圧Ｖｒ２と同じ電圧になると、第３比較手段、第３制御手段となる演算増幅回路ＡＭＰ２の出力はＨレベルから低下し、制御トランジスタＭ２のゲート電圧を制御して、電池電圧検出回路２から出力された電圧が基準電圧Ｖｒ２を超えないように充電電流を減少させる。すると、抵抗Ｒ２の電圧降下が小さくなり、Ｉ−Ｖ変換回路１の出力電圧は基準電圧Ｖｒ１の電圧より低下するので、演算増幅回路ＡＭＰ１の出力はＨレベルとなり制御トランジスタＭ１をオンにする。すなわち定電圧制御に移行する。As shown in FIG. 2, the physical specification of the USB interface is composed of one power line called Vbus, one GND line, and two signal lines D + and D−. The USB interface Vbus standard specifies an output current of 500 mA and a voltage standard of 4.4 V to 5.25 V. That is, if the voltage of Vbus is within the voltage standard range, the operation of the peripheral device connected to the USB interface is guaranteed. Therefore, the voltage of Vbus is monitored, and the secondary battery is charged in a range where this voltage can guarantee the lower limit voltage of 4.4V.
That is, when the voltage of Vbus is higher than the reference voltage Vr3, the output of the operational amplifier circuit AMP3 becomes H level and turns on the control transistor M3. At this time, when the charging voltage of the secondary battery BAT is low and the charging voltage detected by the batteryvoltage detection circuit 2 is lower than the reference voltage Vr2, the output of the operational amplifier circuit AMP2 becomes H level. turn on. In other words, charging under this condition is such that the output voltage of the IV conversion circuit 1 that detects the voltage drop of the resistor R2 and generates the output voltage outputs a current that outputs the same voltage as the reference voltage Vr1 to the resistor R2. The operational amplifier circuit AMP1 serving as the second comparison unit and the second control unit performs constant current charging so as to control the gate voltage of the control transistor M1.
When the voltage output from the batteryvoltage detection circuit 2 serving as the second voltage detection circuit becomes the same voltage as the reference voltage Vr2, the output of the operational amplifier circuit AMP2 serving as the third comparison means and the third control means decreases from the H level. The gate voltage of the control transistor M2 is controlled to reduce the charging current so that the voltage output from the batteryvoltage detection circuit 2 does not exceed the reference voltage Vr2. Then, the voltage drop of the resistor R2 becomes small and the output voltage of the IV conversion circuit 1 falls below the voltage of the reference voltage Vr1, so that the output of the operational amplifier circuit AMP1 becomes H level and the control transistor M1 is turned on. That is, the process shifts to constant voltage control.

次に、Ｖｂｕｓの電圧が基準電圧Ｖｒ３と同じ電圧の場合を説明する。この状態は前述の定電流充電を行っているときにＵＳＢインターフェースに他の周辺装置が接続された場合や、既に接続されていた周辺機器が動作を開始して消費電流が増えた場合などが想定できる。
Ｖｂｕｓの電圧は第１電圧検出回路となる抵抗Ｒ３、Ｒ４でＶｂｕｓの電圧を分圧して検出することができる。Ｖｂｕｓの電圧が基準電圧Ｖｒ３の電圧とほぼ等しい電圧まで低下すると、第１比較手段、第１制御手段となる演算増幅回路ＡＭＰ３の出力はＨレベルから低下し、制御トランジスタＭ３のゲート電圧を下げ、ドレイン電流を制限する。すると、端子２を介して充電電流制御素子Ｍ４のゲート電圧を上昇させるので充電電流を減少させることができる。前述の定電流充電を行っていた場合は、充電電流が減少すると、Ｉ−Ｖ変換回路１の出力電圧が低下するので演算増幅回路ＡＭＰ１の出力はＨレベルとなり制御トランジスタＭ１をオンにする。また、前述の定電圧充電を行っていた場合でも、充電電流が減少すると二次電池ＢＡＴの電圧が低下するので、演算増幅回路ＡＭＰ２の出力がＨレベルとなり制御トランジスタＭ２をオンにする。結局、Ｖｂｕｓの電圧が基準電圧Ｖｒ３の電圧とほぼ等しい電圧まで低下すると、いままでの充電モードに関わり無く、演算増幅回路ＡＭＰ３と制御トランジスタＭ３による充電制御に切り換り、充電電流をいままでより少なくなるように制御することになる。なお、Ｖｂｕｓの電圧が基準電圧Ｖｒ３の電圧を下回った場合は、演算増幅回路ＡＭＰ３の出力はＬレベルとなり、制御トランジスタＭ３をオフにする。すると、端子Ｔ２の電圧はＶｂｕｓ電圧と同じになり、充電電流制御素子Ｍ４をオフして充電電流を完全にカットし、Ｖｂｕｓからの電流負担を少なくすることができる。
なお、基準電圧Ｖｒ３の電圧は、Ｖｂｕｓの電圧規格の下限値である４.４Ｖとしてもよいが、多少余裕を見て４.８Ｖ前後に設定するのが望ましい。
さらに、図１の回路では演算増幅回路ＡＭＰ３の入力にはＶｂｕｓ電圧と基準電圧Ｖｒ３を直接入力しているが、もちろん、両入力電圧を同じ比率で分圧した電圧を入力しても構わない。このように、分圧した電圧を入力した場合は、演算増幅回路ＡＭＰ３の電源としてＶｂｕｓの電圧を直接用いることができ、ＤＣ−ＤＣコンバータのような昇圧回路が不用となり、回路の小型化、軽量化を図ることができる。Next, the case where the voltage of Vbus is the same voltage as the reference voltage Vr3 will be described. This state is assumed when other peripheral devices are connected to the USB interface while performing the above-described constant current charging, or when the connected peripheral device starts operating and the current consumption increases. it can.
The voltage of Vbus can be detected by dividing the voltage of Vbus with resistors R3 and R4 serving as a first voltage detection circuit. When the voltage of Vbus decreases to a voltage substantially equal to the voltage of the reference voltage Vr3, the output of the operational amplifier circuit AMP3 serving as the first comparison unit and the first control unit decreases from the H level, and the gate voltage of the control transistor M3 is decreased. Limit drain current. Then, since the gate voltage of the charging current control element M4 is increased via theterminal 2, the charging current can be decreased. In the case where the above-described constant current charging is performed, when the charging current decreases, the output voltage of the IV conversion circuit 1 decreases, so the output of the operational amplifier circuit AMP1 becomes H level and the control transistor M1 is turned on. Even when the above-described constant voltage charging is performed, the voltage of the secondary battery BAT decreases when the charging current decreases, so the output of the operational amplifier circuit AMP2 becomes H level and the control transistor M2 is turned on. Eventually, when the voltage of Vbus drops to a voltage almost equal to the voltage of the reference voltage Vr3, the charge current is switched to the charge control by the operational amplifier circuit AMP3 and the control transistor M3 regardless of the current charge mode, and the charge current is more than ever. It will be controlled to reduce. When the voltage of Vbus falls below the voltage of the reference voltage Vr3, the output of the operational amplifier circuit AMP3 becomes L level, and the control transistor M3 is turned off. Then, the voltage at the terminal T2 becomes the same as the Vbus voltage, and the charging current control element M4 is turned off to completely cut the charging current, thereby reducing the current burden from Vbus.
The voltage of the reference voltage Vr3 may be 4.4V, which is the lower limit value of the Vbus voltage standard, but is preferably set to around 4.8V with some margin.
Further, in the circuit of FIG. 1, the Vbus voltage and the reference voltage Vr3 are directly input to the input of the operational amplifier circuit AMP3, but it is also possible to input a voltage obtained by dividing both input voltages at the same ratio. As described above, when the divided voltage is input, the voltage of Vbus can be directly used as the power source of the operational amplifier circuit AMP3, and a booster circuit such as a DC-DC converter is not required, and the circuit is reduced in size and weight. Can be achieved.

以上のように、本実施形態の充電装置によれば、Ｖｂｕｓ電圧を監視して、Ｖｂｕｓ電圧が所定の電圧以下に低下しない範囲では、必要十分な電流量を二次電池の充電電流に振り向けることができるようにしたので、充電時間の短縮が図れる。
また、Ｖｂｕｓ電圧を監視して充電電流を制御するため、ＵＳＢインターフェースに接続された他の周辺装置の動作状況を監視する必要が無くなり、前述の従来技術で説明した分配回路も不要となる。
このように、従来の定電流−定電圧充電方式の回路に少ない回路要素を追加するだけで、ＵＳＢインターフェースに接続された他の周辺装置に対する誤動作の心配がなく、しかも充電時間が短い充電装置を提供することができる。As described above, according to the charging apparatus of the present embodiment, the Vbus voltage is monitored, and a necessary and sufficient amount of current is directed to the charging current of the secondary battery in a range where the Vbus voltage does not drop below a predetermined voltage. As a result, the charging time can be shortened.
Further, since the charging current is controlled by monitoring the Vbus voltage, it is not necessary to monitor the operation status of other peripheral devices connected to the USB interface, and the distribution circuit described in the above-described prior art is also unnecessary.
In this way, a charging device that does not have to worry about malfunction of other peripheral devices connected to the USB interface and has a short charging time can be obtained by adding a small number of circuit elements to the conventional constant current-constant voltage charging circuit. Can be provided.

本発明の一実施形態である充電装置の回路図である。It is a circuit diagram of the charging device which is one Embodiment of this invention.ＵＳＢインターフェースの物理的仕様を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the physical specification of a USB interface.従来の充電器を説明する回路図である。It is a circuit diagram explaining the conventional charger.

符号の説明Explanation of symbols

１Ｉ−Ｖ変換回路、２電池電圧検出回路、Ｒ３、Ｒ４抵抗、ＡＭＰ１、ＡＭＰ２、ＡＭＰ３演算増幅回路、Ｍ４充電電流制御素子、ＢＡＴ２次電池 1 IV conversion circuit, 2 battery voltage detection circuit, R3, R4 resistance, AMP1, AMP2, AMP3 operational amplifier circuit, M4 charging current control element, BAT secondary battery

Claims

Translated fromJapanese

ＵＳＢインターフェースのＶｂｕｓを電源として二次電池の充電を行う充電装置において、
前記Ｖｂｕｓから前記二次電池への充電電流をオン、オフするスイッチング素子と、
前記Ｖｂｕｓの電圧を検出する第１電圧検出回路と、
前記電圧の検出値と予め設定された第１基準値とを比較する第１比較手段と、
前記比較に基づいて前記スイッチング素子を制御して前記二次電池の充電を行う第１制御手段と、
を備えていることを特徴とする充電装置。In the charging device that charges the secondary battery using the Vbus of the USB interface as a power source,
A switching element for turning on and off a charging current from the Vbus to the secondary battery;
A first voltage detection circuit for detecting the voltage of Vbus;
First comparison means for comparing the detected value of the voltage with a preset first reference value;
First control means for controlling the switching element based on the comparison to charge the secondary battery;
A charging device comprising:

前記第１比較手段は演算増幅回路であり、当該演算増幅回路に入力する電圧は前記Ｖｂｕｓの電圧と第１基準値となる基準電圧とをそれぞれ同じ所定の比率で分圧した電圧としている、ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。 The first comparison means is an operational amplifier circuit, and the voltage input to the operational amplifier circuit is a voltage obtained by dividing the voltage of the Vbus and the reference voltage serving as the first reference value at the same predetermined ratio. The charging device according to claim 1.

前記電圧の検出値と第２基準値とを比較する第２比較手段と、
前記Ｖｂｕｓから前記二次電池への充電電流を検出する電流検出回路と、
前記電圧の検出値が前記第２基準値以下のときには、前記電流検出回路の検出に基づいて前記スイッチング素子を制御して前記Ｖｂｕｓから前記二次電池への充電電流を一定に制御する定電流充電を行う第２制御手段と、
前記二次電池の充電電圧を検出する第２電圧検出回路と、
前記第１電圧検出回路の電圧の検出値と前記第２基準値とを比較する第３比較手段と、
前記第１電圧検出回路の電圧の検出値が前記第２基準値より大きいときには前記スイッチング素子を制御して前記二次電池の充電電圧を一定に制御する定電圧充電を行う第３制御手段と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の充電装置。Second comparison means for comparing the detected value of the voltage with a second reference value;
A current detection circuit for detecting a charging current from the Vbus to the secondary battery;
When the detected value of the voltage is less than or equal to the second reference value, the switching element is controlled based on the detection of the current detection circuit to control the charging current from the Vbus to the secondary battery to be constant. Second control means for performing
A second voltage detection circuit for detecting a charging voltage of the secondary battery;
Third comparison means for comparing the detected value of the voltage of the first voltage detection circuit with the second reference value;
Third control means for performing constant voltage charging to control the switching element to control the charging voltage of the secondary battery to be constant when the detection value of the voltage of the first voltage detection circuit is larger than the second reference value;
The charging device according to claim 1, further comprising: