二次電池充電電路的製作方法
2023-04-27 02:45:11 2
專利名稱：二次電池充電電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及進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：
例如在鋰離子電池等二次電池中，在以高於規定的滿充電電壓的電壓持續 充電時，發生電池內壓異常上升或發熱等問題。另外，當充電電流過大時也發 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， 一般在電池組中內置保護電路。
另夕卜，作為與本申請的發明相關聯的技術，公開了如下技術。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2中公開了具有根據蓄電池 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l:特開平07-143683號公報
專利文獻2:實開昭57-183029號公報
發明內容
如上所述，向二次電池的過充電產生很大問題。因此，為了不產生這種問 題，需要釆取多重對策。特別地，本發明人研究了是否可以完全排除以下問題 當限制來自電源的輸入電壓或輸入電流、變換為規定的充電電壓或充電電流的 雙極性電晶體(bipolartransistor)或電場效應電晶體損壞時，或者保護電路非 正常動作時，高電源電壓被直接輸入二次電池，以高於規定的滿充電電壓的電
壓繼續充電。
研究的結果，本發明人認為通過將電源電壓設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，關於充電方法或保護電路的設置方 法與電源電壓較高時的設置方法不同，需要採取新的方法。
本發明的目的在於，提供一種即使在控制充電電壓或充電電流的電晶體等 損壞、或者保護電路非正常地動作時，也不產生向二次電池的過充電的安全性高的充電電路。
本發明，為了達成上述目的而構成為在通過所輸入的電源電壓進行二次
電池的充電的二次電池充電電路中，將所述電源電壓設定為低於二次電池的滿 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，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成'具有檢測所述電源電壓的電源電壓檢測電路(3: 圖5)，當該電源電壓檢測電路檢測出所述電源電壓低於滿充電電壓時，使充 電動作啟動。而且可以如下構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開關元件(FET0:圖5)，當所述電源電壓4企測 電路^f全測出所述電源電壓高於滿充電電壓時，斷開所述第1開關元件。
通過這種結構，例如在連接輸出電壓不同的AC適配器等錯誤地輸入了高 的電源電壓時，或者由於電源電壓的誤動作等電源電壓暫時成為高電壓時，也 可以提前防止由此而導致的過充電。
具體而言，可以如下構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),當二次電池的 電壓比所述電源電壓低時，所述電流電路動作，進行不伴隨升壓的恆流充電， 當二次電池的電壓比所述電源電壓高、比滿充電電壓低時，所述升壓電路動作， 進行伴隨升壓的恆流充電。
通過這種結構，可以使用低於滿充電電壓的電源電壓對二次電池進行滿充 電。在升壓電路中，當起到升壓作用的開關元件損壞時輸出電壓降低，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，可以如下構成具有糹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恆流充電的 期間中，根據通過所述差電壓檢測電路檢測出所述差電壓達到基準值以下，啟 動所述升壓電路，轉移到所述伴隨升壓的恆流充電。或者，可以如下構成具有;^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恆流充電的期間中，根據通過所述電流檢測電路 檢測出充電電流降低了規定量，啟動所述升壓電路，轉移到所述伴隨升壓的恆 流充電。
通過這種結構，可以在適當的時刻使升壓電路啟動。
另夕卜，理想的是可以如下構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，可以如下構成所述電流電^各，當二次電池的電壓比通過該二 次電池的電壓供給而動作的系統的最低動作電壓高時，將充電電流控制為第1 電流值，另一方面，當二次電池的電壓比所述最低動作電壓低時，將充電電流 控制為比所述第1電流值小的電流值。
或者可以如下構成具有從通過二次電池的電壓供給而動作的系統輸入表 示系統的動作模式的信號的控制端子(tl:圖15)，所述電流電路根據所述控 制端子的信號切換充電電流的大小。
在例如可攜式電話等可以在裝置中安裝著二次電池來進行充電的系統的 情況下，充電用的電源電壓在二次電池的充電過程中有時兼用作系統的驅動電 源。此時，當來自電源的供給電力大量消耗在充電中時，有時對基於電源電壓 的系統驅動造成妨礙。因此，如上述結構那樣，當二次電池的電壓低時或者根 據系統的啟動狀態將充電電流切換得較小，由此，可以在二次電池的充電和系 統的驅動中恰當地分享電源的供給電力。
另外，理想的是可以如下構成具有設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開關元件(FET1), 當所述電源電壓或輸入電流超過限制值時，使所述第2開關元件接通來切斷所 述熔絲。
更理想的是可以如下構成具有當使所述第2開關元件接通時，為不使來 自二次電池的電流流過該第2開關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開關元件(FET2:圖17)。
6通過保護單元，即使萬一由於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，當切斷熔絲時也可以防止
來自二次電;也的過ii電。
此外，在該項目的說明中，通過括號記載了表示與實施方式的對應關係的 符號，但本發明不限定於此。
如上所述，糹艮據本發明，具有即使在充電電路的控制元件損壞或者保護電 路非正常動作時，也可以提供不發生對二次電池的過充電的高安全性的效果。
圖l是表示本發明的第1實施方式的充電系統的基本結構的框圖。
圖2是將圖1的充電系統的充電電路部分展開後的框圖。 圖3是表示第1實施方式的充電系統的電路結構的一例的結構圖。 圖4是表示第1實施方式的充電系統的電路結構的一例的結構圖。 圖5是說明了第1實施方式的充電系統的動作內容的充電特性曲線圖。 圖6是表示第2實施方式的充電系統的基本結構的框圖。 圖7是表示第2實施方^的充電系統的電路結構的一例的結構圖。 圖8是表示第2實施方式的充電系統的動作步驟的一例的流程圖。 圖9是表示第3實施方式的充電系統的電路結構圖。 圖IO是表示第4實施方式的充電系統的電路結構圖。 圖11是表示第4實施方式的充電系統的動作的充電特性圖。 圖12是表示第5實施方式的充電系統的電路結構圖。 圖13是表示第5實施方式的充電系統的動作的充電特性圖。 圖14是表示第5實施方式的充電系統的動作的變形例的充電特性圖。 圖15是表示第6實施方式的充電系統的電路結構圖。 圖16是表示第7實施方式的充電系統的電路結構圖。 圖17是表示切斷熔絲的結構的變形例的電路結構圖。 圖18是表示第8實施方式的充電系統的電路結構圖。 圖19是表示可以經由充電電路從二次電池向系統電路供給電力的第1變 形例的電路結構圖。
圖20是表示可以經由充電電路從二次電池向系統電路供給電力的第2變形例的電路結構圖。 符號說明
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: 恆流電路；Ql:電流控制用電晶體；21:恆流控制電路；25:檢測控制&恆流 控制電路；30:電壓調節器(升壓電路)；Ll.'電抗器；Dl:整流元件；FET2: 同步整流用電晶體；FET1:電晶體；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: 系統電^各。
具體實施例方式
以下，根據
本發明的實施方式。 (第1實施方式)
圖l是表示本發明的第1實施方式的充電系統的基本結構的框圖，圖2是 表示充電電路的結構的框圖，圖3和圖4是表示該充電電路的電路結構的一例 的結構圖。另夕卜，在圖5中表示說明了該充電系統的動作內容的充電特性曲線 圖。
該實施方式的充電系統是通過例如從AC適配器等電源裝置2供給的電源 電壓，進行例如鋰離子電池等二次電池E2的充電的充電系統。並且具有輸入 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，鋰離子電池當充電率較小時端 子間電壓低，在該狀態下通過施加比電池電壓稍高的電壓就開始充電。然後， 隨著充電率增大，端子間電壓上升，達到防止電池構造惡化的規定的滿充電電 壓(例如4.1V或4.2V)。若達到滿充電電壓，則通過持續施加滿充電電壓來 進行恆定電壓充電，而且，隨著充電率增大，充電電流減小。然後，當充電電 流變得足夠小時充電結束。
在該實施方式的充電系統中，將從電源裝置2輸入的電源電壓設定為低於 二次電池E2的滿充電電壓的電壓。作為電源電壓，不進行特別限制，但可以 設定為例如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側輸出的電流的恆流電路20、 20B;通過開關控制可以進行升壓動作的電壓調節器(regulator) 30;用於檢測施加在二次電池E2上的充電電壓的電壓檢測電路40;根據該電 壓的檢測值，切換恆流電路20、 20B和電壓調節器30的動作的切換控制電路 50。
此外，在圖2中用點劃線表示的部分表示可以是包含該點劃線部分的電路 結構、和不包含該點劃線部分的電路結構的兩種情況。圖3表示不包含點劃線 部分的電路結構，圖4表示包含點劃線部分的電路結構。
首先，對不包含點劃線部分的電路結構進行說明。
恆流電路20如圖3所示，由通過非飽和區域的動作使導通電阻變化或者 通過開關動作控制輸出電流的電晶體(雙極性電晶體)Ql、和通過電阻Rl等 檢測輸入電流來控制電晶體Ql的恆流控制電路21構成。
該恆流電路20，除了將輸出電流保持恆定的恆流動作以外，還可以成為 根據來自切換控制電路50的信號使電晶體Ql為導通狀態來直接向後級電路 輸出電源電壓的停止狀態、以及使電晶體Q1為截止狀態來切斷電源電壓的輸 入的保護動作狀態。
電壓調節器30如圖3所示，由通過流過電流來積蓄能量的電抗器L1、通 過開關動作向電抗器L1流過電流的電晶體(電場效應電晶體)FET1、在該晶 體管FET1導通時防止來自輸出側的電流的逆流的整流元件Dl、以及進行晶 體管FET1的導通 截止控制的SW控制電路31構成。
該電壓調節器30,在不動作時通過電抗器Ll平滑從恆流電路20輸出的 電流，然後提供給二次電池E2。另外，在動作時進行以規定的頻率以及規定 的佔空比使電晶體FET動作的升壓動作，若輸出電壓達到了滿充電電壓，則 維持該電壓地進行動作。
接著，對上述結構的充電系統的動作進行說明。
在該充電系統中，在正常情況下，從電源裝置2供給低於滿充電電壓(例 如4.2V )的電源電壓(例如4.0V )。充電電路4的動作狀態如圖5所示，存在 以下三種狀態與僅恆流電路20動作的升壓不相伴的恆流充電的狀態；與恆 流電路20和電壓調節器30動作的升壓相伴的恆流充電的狀態；僅電壓調節器 30動作的恆壓充電的狀態。並且，根據電池電壓的檢測，從切換控制電路50
9向恆流控制電路21和SW控制電路31輸出停止信號或動作信號，由此進4亍上 述動作狀態的切換。
切換控制電路50,當充電過程中的電池電壓低於滿充電電壓時使恆流電 路20動作，若達到滿充電電壓則向恆流控制電路21輸出停止信號，使電晶體 Ql成為導通狀態。另外，在充電過程中的電池電壓達到電源電壓附近之前， 不使電壓調節器30動作，若達到電源電壓附近，則向SW控制電路31輸出動 作信號，使升壓動作開始。
在此，例如，通過設定與電源電壓大體相同或者稍低的基準電壓，將該基 準電壓和電池電壓進行比較，可以生成電壓調節器30的動作時刻。若電源電 壓為4.0V，則基準電壓可以設定為例如3.9V 4.0V。
在恆流電路20的動作期間，從恆流電^各20輸出恆定電流(例如1C: C 是以1小時對電池容量進行充電的電流值)，通過電壓調節器30被輸入二次電 池。由此進行1C的恆流充電。在充電電壓比電源電壓高的期間，電壓調節器 30進行升壓動作向二次電池E1供給電流，由此保持1C的恆流充電。
此外，在圖3的電路中，在電壓調節器30的動作時，在恆流電路20的電 流-險測用電阻Rl上除了充電電流以外還流過電壓調節器30的開關電流，因 此，為了除去該電流的增加量後對二次電池輸出1C的恆定電流，在恆流控制 電路21中構成為進行輸出電流和檢測電流的換算處理。此外，如圖3所示， 不在電壓調節器30的前級進行電流檢測，而在電壓調節器30的後級部分設置 電流檢測用電阻來在該後級部分進行電流檢測，由此可以省去上述換算處理。
另外，在恆流電路20停止、僅電壓調節器30動作的期間，使恆流電路的 電晶體Ql成為導通狀態，電壓調節器30進行恆定電壓的控制動作來維持滿 充電電壓的電壓輸出。然後，將該電壓施加給二次電池E2，進行恆壓充電。
通過這樣的充電處理，使用低於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檢測出大於滿充 電電壓的電壓時，可以從切換控制電路50向恆流控制電路21在一定時間輸出 異常信號，通過該異常信號將電晶體Q1截止，把來自電源裝置2的電源電壓 的供給切斷一定時間。接著，說明包含圖2的點劃線部分的電路結構的充電電路。圖4表示該電 路結構圖。
該充電電路，在與圖3同樣的結構以外，還設置了不經由電壓調節器30 而直接向二次電池E2進行電流輸出的第2恆流電路20B。即，該第2恆流電 路20B如圖4所示，在電源電壓端子和二次電池E2的端子間具有不經由電抗 器等而連接的電晶體Q2。進行電晶體Q2的動作控制的電路，與通過恆流控 制電路21控制電晶體Ql的控制用途一致，以一個框來表示，但也可以是不 同的控制電路。
在這種電路結構中，在電池電壓比電源電壓低的期間進行控制，以便使第 1恆流電路20不動作、〗又使第2恆流電3各20B動作來進行二次電池E2的恆流 充電。通過這種控制，在不伴隨升壓的恆流充電時，可以消除在電抗器L1和 整流元件D1中的損失。
並且，若電池電壓變得比電源電壓高，則使第2恆流電路20B停止，使晶 體管Q2截止，使第1恆流電路20和電壓調節器30動作來進行與升壓相伴的 恆流充電。此後的動作與圖3的充電電路相同。
此外，在圖4的電路中，在電壓調節器30中設置了即使在切斷電壓調節 器30的輸入時也可以繼續向電抗器Ll供給電流的、把陽極與地端子相連的 整流元件D2。由此，在電壓調節器30的動作時，即使恆流電路的電晶體Q1 被突然截止，也經由整流元件D2向電抗器Ll流過電流，因此可以防止元件 的損壞。另外，可以使恆流電路的開關控制和電壓調節器的開關控制不同步等， 從而增加控制動作的自由度。
如上所述，通過該實施方式的充電系統，將電源電壓設定得低於滿充電電 壓，因此即使在控制充電電流或充電電壓的電晶體損壞時，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實施方式)
圖6是表示第2實施方式的充電系統的基本結構的框圖，圖7是表示該電 路結構的一例的結構圖。
第2實施方式的充電系統，將電源電壓設定為低於滿充電電壓的電壓；在 充電時根據電池電壓進行不與升壓相伴的恆流充電、與升壓相伴的恆流充電、以滿充電電壓進行的恆壓充電，以上兩點與第1實施方式的充電系統大體相 同。
在該第2實施方式的充電系統中，除了上述結構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，在確認電源電壓在滿充電電壓以下 之後，使得可以進行充電處理電路(恆流電路或電壓調節器)的動作。另夕卜， 該充電系統具有當電源電壓在滿充電電壓以上時切斷電源電壓的豐lr入的結構。 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&恆流控制電路25構成，該檢測控制&恆流控制電路25根據該檢測 電壓使恆流電路的電晶體FET0截止、或者進行向電壓調節器30的SW控制 電路31輸出啟動信號等的檢測控制。此外，該檢測控制&恆流控制電路25也 兼用作在恆流充電時控制電晶體FET0來進行恆流輸出的恆流電路的控制電 路。
檢測控制&恆流控制電路25除了恆流控制以外，僅在電源電壓在滿充電 電壓以下時，進行向SW控制電路31提供啟動信號來使電壓調節器可以動作 的控制；在電源電壓在滿充電電壓以上時，進行使進行恆流控制的電晶體FET0 截止來切斷向二次電池E2側的電流的控制。
另外，在第2實施方式中，作為電壓調節器30的整流元件而應用了進行 同步整流的電晶體FET2，由此實現了降低電壓調節器30中的損失。另外，作 為恆流電路的控制電晶體，使用電場效應電晶體FET1來實現高耐壓化和低損 失化，由此，即使在作為電源電壓而施加了較高電壓時，也可以切斷電流的輸 入。
圖8是表示了該充電系統的動作步驟的 一例的流程圖。 在該實施方式的充電系統中，若連接電源裝置來進行電源電壓的供給(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),確認是 否在滿充電電壓以下(步驟S3)，若大於滿充電電壓，則通過檢測控制&恆流 控制電路25的控制，將恆流電路的電晶體FETO截止，使向SW控制電路31 的啟動信號保持無效(negate )。
由此，當輸入了大於滿充電電壓的電源電壓時，切斷電源電壓的輸入，以 便不進行充電處理。另一方面，若確認電源電壓小於滿充電電壓，則從4企測控制&恆流控制電
路25向SW控制電路31輸出啟動信號，電壓調節器30成為可動作的狀態(步 驟S4)。然後，基於切換控制電路50的電池電壓的監視，根據電池電壓，恆 流電路和電壓調節器30協同工作來進行充電動作(步驟S5 )。
在充電動作過程中，當電源電壓超過滿充電電壓時，通過4全測控制&恆流 控制電路25將電晶體FET0截止，使向SW控制電路31的啟動信號無效(步 驟S6)，將充電處理異常結束。
如上所述，根據該實施方式的充電系統，即使在例如錯誤地連接輸出電壓 高的電源裝置、或者由於電源裝置的故障等輸入了高的電源電壓時，也可以將 其切斷來防止二次電池E2進行過充電。 (第3實施方式)
圖9表示第3實施方式的充電系統的電路結構圖。
第3實施方式的充電系統與第1實施方式的充電系統是大體相同的結構， 僅變更了生成電壓調節器30的動作時刻的結構。
在該實施方式的充電系統中，作為使電晶體FET1進行開關動作來開始升 壓動作的時刻，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， 檢測該差電壓達到基準電壓的時刻、例如達到電源電壓E0-電池電壓EK基 準電壓"0.05 0.2V"的時刻。然後，在該時刻從差電壓檢測電路60輸出檢 測信號，切換控制電路50根據該檢測信號向SW控制電路31輸出動作信號。 由此，可以在適當的時刻，從不伴隨升壓的恆流充電轉移到伴隨升壓的恆流充電。
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 達到滿充電電壓時使恆流電路20的控制動作停止是必要的，沒有省略。
於是，即使根據電源電壓和電池電壓的差電壓使電壓調節器30的升壓動 作開始，也可以實現最佳的動作控制。 (第4實施方式)
圖IO表示第4實施方式的充電系統的電路結構圖，圖ll表示該充電系統 的充電特性圖。
第4實施方式的充電系統，從第1實施方式的充電系統中變更了產生電壓調節器30的動作時刻的結構。在該實施方式中，作為使電壓調節器30動作的
時刻，在不伴隨升壓動作的恆流充電時進行電流值的監視，是根據電流值降低
了基準量來使電壓調節器30的動作開始的時刻。
因此，在該實施方式的充電系統中，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監視恆流充電的電流值，並且，根據該電流 值的一定量的降低，從切換控制電路52向電壓調節器30的SW控制電路31 輸出動作信號。
參照圖11來i兌明該充電系統的動作。
根據這種充電系統，如圖11所示，當電池電壓比電源電壓足夠低時，電 壓調節器30不動作僅恆流電路20動作來進行恆流充電。在該恆流充電中，當 充電量增多時，電池電壓升高而接近電源電壓，無法維持恆流充電的電壓，充 電電流降低。
然後，當該電流降低量達到一定值AI時，切換控制電路52向SW控制電 路31輸出動作信號來使電壓調節器30啟動，轉移到伴隨升壓動作的恆流充電。 此後，與第1實施方式的情況下相同地，若電池電壓達到滿充電電壓，則使恆 流電路20停止來進行基於電壓調節器30的動作的恆壓充電，持續充電直到達 到滿充電。
如上所述，如該實施方式的充電系統那樣，即使根據充電電流的降低量使 電壓調節器30動作，也可以進行恆流充電時的電壓調節器30的最佳的動作控 制。
(第5實施方式)
圖12表示第5實施方式的充電系統的結構圖。圖13是表示該充電系統的 動作的動作特性圖。
該實施方式的充電系統可以應用於如下系統在通過來自二次電池E2的 電力供給而動作的系統中榕載著二次電池E2來進行充電，同時在二次電池E2 的充電過程中，乂人充電用的電源裝置2向系統電路100側也供給電力，^f吏該系 統電路100可以動作的系統(例如可攜式電話^幾等)。
在該系統中考慮到，在電源裝置2的輸出電力中沒有太多餘量的情況下， 當充電電流大、並且向系統電路100的電力供給增大時，由於輸出不足而導致
14電源電壓降低，對系統的動作'造成障礙。
因此，在本實施方式的充電系統中，為了不產生這樣的不^f更，當二次電池
E2的電壓低於系統電路100的最低動作電壓時，即在二次電池E2無法向系統 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 向系統電路100側的電力供給不足。
為了實現上述功能，該充電系統除了第1實施方式的充電系統的結構以 外，還設置根據二次電池E2的電池電壓切換恆流電路20的控制動作的電流 切換控制電if各70。
如圖13所示，電流切換控制電路70，當二次電池E2的電池電壓低於系 統電路100的最低動作電壓時，向恆流控制電路21輸出減小充電電流的控制 信號。由此，恆流電路20將輸出電流設定為更低的值(例如0.1 0.3C)。另 外，電流切換控制電路70,當二次電池E2的電池電壓比系統電路100的最低 動作電壓包含餘量而增大時，使減小充電電流的控制信號無效。由此，恆流電 路20將電流值恢復為規定值(例如1C )。
此外，恆流電路20，當輸入了電流小的切換信號時，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向系統電路100供給的電源電壓成為一 定電壓。
如上所述，通過該實施方式的充電系統，當將電源電壓4吏用於二次電池 E2的充電和系統的驅動兩者時，可以避免充電的電力負荷增大而無法進行系 統的驅動這樣的不便。 (第6實施方式)
圖15表示第6實施方式的充電系統的電路結構圖。
該實施方式的充電系統，與第5實施方式的情況同樣地，當通過電源電壓 進行二次電池E2的充電和系統的驅動的雙方時，用於避免電力負荷僅偏向二 次電池E2的充電而使從電源裝置2向系統電路IOO側的電力供給不足。
因此，在該充電系統中，具有從系統電路IOO輸入表示系統的動作模式的 信號的輸入端子tl。並且，根據該輸入端子tl的信號，當系統是通常動作模 式或高負荷的動作模式時進行控制，以便減小恆流電路20的輸出電流，使從電源裝置2向系統電5^ 100側可以供給的電力增加。
通過這種充電系統，當將電源電壓使用於二次電池E2的充電和系統的驅 動兩者時，當系統的負荷增高時，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荷增大而使系統的動作停止的不便。
(第7實施方式)
圖16表示第7實施方式的充電系統的電路結構圖。
該實施方式的充電系統，在第1實施方式的充電系統的結構以外，還具有 當向電源端子輸入了過大電壓或過大電流時，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 側連接的熔絲82;和監視電源端子的輸入電壓或輸入電流，當有過大的輸入 時輸出切斷熔絲82的切斷信號的異常檢測電路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，向電壓調節器30的SW控制電路31 或恆流電路20的控制電路21輸出切斷信號。各控制電路21、 31根據該切斷 信號使電晶體Ql或電晶體FET1導通，經由熔絲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表示在充電系統的電路結構中切斷熔絲的結構的變形例。
如圖17所示，當作為電壓調節器30的整流元件而採用了同步整流用的晶 體管FET2時，當為切斷熔絲82而使電晶體FET1導通時，可以從二次電池 E2通過該電晶體FET1進行放電。因此，當像這樣採用了同步整流方式的電 壓調節器30時可以進行控制，以便在輸入切換信號時將電晶體FET2截止， 從而切斷二次電池E2的放電。
此外，如圖17中的點劃線所示，當熔絲82切斷時，可以不通過電壓調節 器30的SW控制電路31對電晶體FET1、 FET2進行導通.截止控制，而由異 常檢測電路80直接驅動這些電晶體FET1、 FET2來實現同樣的動作。
另外，可以專門準備熔絲切斷用的開關元件或電流路徑，對該開關元件進 行導通 截止控制來切斷熔絲82。另外，此時，當產生二次電池E2的放電路
16徑時設有切斷該放電路徑的開關元件，為切斷放電路徑而進行控制。
如上所述，通過該實施方式的充電系統，即使在由於意外事故從電源端子 輸入高電壓或大電流時，通過熔絲82的切斷，可以避免其影響波及二次電池
E2,進一步提高充電系統的安全性。 (第8實施方式)
圖18表示第8實施方式的充電系統的電路結構。
該實施方式的充電系統，當電源端子開路(open)時，可以經由充電電路 從二次電池E2向系統電路100供給電力。
因此，在該充電系統中，首先，採用了作為電壓調節器30的整流元件而 使用電晶體FET2的同步整流方式的電壓調節器30。
而且，與恆流電路20的電流控制元件(電晶體Ql )並列地連接了以輸入 側為陰極的整流元件D3。
通過這種結構，通過導通電壓調節器30的同步整流用電晶體FET2，可以 經由電晶體FET2、電抗器L1、整流'元件D3從二次電池E2向系統電路100 輸出電流。而且，通過逆向的輸出使電壓調節器30作為降壓型的開關調節器 而動作，由此，也可以調整向系統電路100輸出的電壓。
圖19和圖20表示可以經由充電電路從二次電池E2向系統電路供給電力 的充電系統的變形例。
作為繞過恆流電路20從二次電池E2向系統電路100供給電流的結構，可 以應用各種結構。例如圖19所示，作為恆流電路20的電流控制用的電晶體， 使用具有使輸入側成為陰極的體二極體的電場效應電晶體FET3，由此可以得 到與圖18相同的作用。即，可以經由電晶體FET3的體二極體向系統電路側 流過電流。
即，通過這種結構將電壓調節器30的同步整流用電晶體FET2導通，由 此可以經由電晶體FET2、電抗器L1、電晶體FET3的體二極體，從二次電池 E2向系統電路100輸出電流。
另外，如圖20所示，也可以構成為與電流控制用的電晶體Ql或電壓調 節器30的電抗器Ll並列地連接電場效應電晶體FET4,通過放電控制電路90 可以進行該電晶體FET4的導通.截止控制。並且，在放電模式時放電控制電路
1790對電晶體FET4進行導通驅動，可以從二次電池E2向系統電路IOO供給電
流o
如上所述，通過該實施方式的充電系統，通過在電源端子上並列地連4秦系
統電路100,也可以進行從二次電池E2向系統電路100的放電。
以上，根據實施方式說明了本發明，但本發明不限於上述實施方式。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用其它二次電池。此外，在實施方式中具體說明的電路結構或動作內容，在不
脫離發明的主旨的範圍內可以適當變更。產業上的可利用性
該發明可以利用於進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。
權利要求
1. 一種通過所輸入的電源電壓進行二次電池的充電的二次電池充電電路，其特徵在於，將所述電源電壓設定為低於二次電池的滿充電電壓的電壓。
2. 根據權利要求1所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 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，當檢測出所述電源電壓低於滿充電電壓時,使充電 動作啟動。
3. 根據權利要求2所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 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開關元件，所述電源電壓檢測電路，當檢測出所述電源電壓高於滿充電電壓時，斷開 所述第1開關元件。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 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，當二次電池的電壓比所述電源電壓低時，所述電流電路動作，進行不伴隨 升壓的恆流充電，當二次電池的電壓比所述電源電壓高、比滿充電電壓低時，所述升壓電路 動作，進行伴隨升壓的恆流充電。
5. 根據權利要求4所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 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恆流充電的期間中，根據由所述差電壓檢測電路檢測 出所述差電壓達到基準值以下，啟動所述升壓電路，轉移到所述伴隨升壓的恆 流充電。
6. 根據權利要求4所述的二次電池充電電路，其特徵在於，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恆流充電的期間中，根據通過所述電流檢測電路檢測 出充電電流降低了規定量，啟動所述升壓電路，轉移到所述伴隨升壓的恆流充 電。
7. 根據權利要求4至6中任一項所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 具有檢測二次電池的電壓的電池電壓檢測電路， 所述電流電路根據所述二次電池的電壓值切換充電電流的大小。
8. 根據權利要求7所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 所述電流電路，當二次電池的電壓比通過該二次電池的電壓供給而動作的系統的最低動作電壓高時，將充電電流控制為第1電流值，另一方面，當二次 電池的電壓比所述最低動作電壓低時，將充電電流控制為比所述第1電流值小 的電流1直。
9. 根據權利要求4至8中任一項所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 具有從通過二次電池的電壓供給而動作的系統輸入表示系統的動作模式的信號的控制端子，所述電流電路根據所述控制端子的信號切換充電電流的大小。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 具有設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開關元件，當所述電源電壓或輸入電流超過限制值時，使所述第2開關元件接通來切 斷所述熔絲。
11.根據權利要求IO所述的二次電池充電電路，其特徵在於， 具有當使所述第2開關元件接通時，為不^f吏來自二次電池的電流流過該 第2開關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開關元
全文摘要
本發明提供即使控制充電電壓或充電電流的電晶體等損壞、或者保護電路非正常地動作時，也不發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，將所述電源電壓設定為低於二次電池(E2)的滿充電電壓(例如4.2V)的電壓(例如4.0V)，當二次電池(E2)的電壓低於電源電壓時，恆流電路動作，進行不伴隨升壓的恆流充電，當二次電池(E2)的電壓高於電源電壓、低於滿充電電壓時，升壓電路動作，進行伴隨升壓的恆流充電。
文檔編號H02J7/04GK101467329SQ20078002199
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月13日 優先權日2006年6月14日
發明者寺田幸弘, 山崎和夫, 永井民次, 田中秀憲 申請人:三美電機株式會社