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公開番号2020205655
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201224
出願番号2019110750
出願日20190614
発明の名称チャージポンプ制御回路及びバッテリ制御回路
出願人エイブリック株式会社
代理人
主分類H02M 3/07 20060101AFI20201127BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】充電及び放電トランジスタの各々のゲートに備えられた保護素子のインピーダンスが異なっても、保護素子のインピーダンスの低い方のゲート電圧を所定の電圧とするようにチャージポンプ回路の駆動を制御するチャージポンプ制御回路を提供する。
【解決手段】バッテリ装置1において、チャージポンプ制御回路5は、バッテリ20からの放電を制御する放電トランジスタ11に第1ゲート電圧を供給するチャージポンプドライバ4及びバッテリに対する充電を制御する充電トランジスタ12に第2ゲート電圧を供給するチャージポンプドライバ3のそれぞれを駆動するためのクロックを供給する発振器54と、第1ゲート電圧と第2ゲート電圧とのいずれか低い方の電圧を制御対象電圧とし、制御対象電圧に対応して、発振器によるクロックの生成を制御する駆動制御回路51、52、53と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
バッテリからの放電を制御する放電トランジスタに第1ゲート電圧を供給するチャージポンプドライバ、及び前記バッテリに対する充電を制御する充電トランジスタに第2ゲート電圧を供給するチャージポンプドライバのそれぞれが駆動するためのクロックを供給する発振器と、
前記第1ゲート電圧と前記第2ゲート電圧とのいずれか低い方の電圧を制御対象電圧とし、当該制御対象電圧に対応して、前記発振器による前記クロックの生成を制御する駆動制御回路と
を備えることを特徴とするチャージポンプ制御回路。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記駆動制御回路が、
前記バッテリの放電を制御する放電イネーブル信号及び前記バッテリの充電を制御する充電イネーブル信号のいずれかあるいは双方がイネーブル状態を示し、かつ前記制御対象電圧が所定の設定電圧未満の場合、前記発振器に対して前記クロックを生成させる
ことを特徴とする請求項1に記載のチャージポンプ制御回路。
【請求項3】
前記放電イネーブル信号及び前記充電イネーブル信号の少なくともいずれかがイネーブル状態となった時点から所定の時間まで、前記発振器の前記クロックの周波数を高くする周波数制御回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項2に記載のチャージポンプ制御回路。
【請求項4】
前記第1ゲート電圧に対応する検出電圧及び電源電圧の各々のいずれかを、前記放電トランジスタの前記第1ゲート電圧を示す第1検出電圧として、また、前記第2ゲート電圧に対応する検出電圧及び前記電源電圧の各々のいずれかを、前記充電トランジスタの前記第2ゲート電圧を示す第2検出電圧として出力するかを、それぞれ前記放電イネーブル信号、前記充電イネーブル信号により切り替えるスイッチ回路をさらに備える
ことを特徴とする請求項2または請求項3に記載のチャージポンプ制御回路。
【請求項5】
バッテリからの放電を制御する放電トランジスタと、
前記バッテリに対する充電を制御する充電トランジスタと、
前記放電トランジスタの第1ゲート電圧を、当該第1ゲート電圧に対応した第1検出電圧として取得する第1電圧変換回路と、
前記充電トランジスタの第2ゲート電圧を、当該第2ゲート電圧に対応した第2検出電圧として取得する第2電圧変換回路と、
前記放電トランジスタに前記第1ゲート電圧を供給する放電チャージポンプドライバと、
前記充電トランジスタに前記第2ゲート電圧を供給する充電チャージポンプドライバと、
前記放電チャージポンプドライバ及び前記充電チャージポンプドライバの各々が駆動するためのクロックを供給する発振器と、
前記第1検出電圧及び前記第2検出電圧のいずれか低い方の電圧を制御対象電圧とし、当該制御対象電圧に対応して、前記発振器による前記クロックの生成を制御する駆動制御回路と
を備えることを特徴とするバッテリ制御回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、チャージポンプ制御回路及びバッテリ制御回路に関する。
続きを表示(約 6,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来から、携帯機器には、その携帯動作時の電源としてバッテリ装置が付属されている。
上記バッテリ装置には、所望のバッテリ電圧を得るようにした充電可能なバッテリとともに、このバッテリに対して充放電の制御を行うバッテリ制御回路が搭載されている。
【0003】
図9は、従来例によるバッテリ制御回路を備えるバッテリ装置を示す回路図である。バッテリ装置1100は、バッテリ242とバッテリ制御装置1200とから構成されている。バッテリ制御装置1200は、接続されている接続機器930が充電器の場合、充電器からバッテリ242に充電電流を供給し、接続機器930が負荷の場合、バッテリ242から負荷に駆動電流(放電電流)を供給する。
【0004】
図9において、充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218の各々は、nチャネル型MOSトランジスタである。
充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218の各々のゲートソース間電圧Vgsが、閾値電圧Vthを超え、チャネル抵抗を低下させるように、ゲート電圧を昇圧して用いる必要がある。
【0005】
このため、バッテリ制御装置1200には、チャージポンプ回路910及び1110の各々を制御するチャージポンプ制御回路1300が備えられている。
チャージポンプ回路910は放電トランジスタ218のゲート電圧を昇圧し、一方、チャージポンプ回路1110は充電トランジスタ216のゲート電圧を昇圧する。
V/I変換回路1130は、充電トランジスタ216のゲート電圧を、センス電流に変換して、発振器906に対して出力している。
また、V/I変換回路904は、放電トランジスタ218のゲート電圧を、センス電流に変換して、発振器906に対して出力している。
【0006】
発振器906は、V/I変換回路904及び1130の各々のセンス電流を合成した電流に対応して、充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218のゲート電圧が所定の電圧に維持されるように、チャージポンプ回路910、1110のそれぞれを駆動するクロックの周波数を調整する。
これにより、充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218の各々は、バッテリ242の充電時及び放電時の通常動作におけるゲート電圧が閾値以上の所定の電圧に維持される。
【0007】
また、充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218の各々には、一般的に、ゲート電圧の過度な上昇による絶縁破壊を防止するため、ソース/ゲート間に保護素子(不図示)が備えられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特許第6018749号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上記特許文献1において、充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218の各々の保護素子のインピーダンスは、同一である必要があるが、一般的にプロセスばらつきが発生してしまう。
【0010】
一方、発振器906は、充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218の各々のセンス電流を合成して、合成された電流により発振するクロックの周波数が生成されており、平均化されたセンス電流に対応した周波数によりクロックを発振する。
このため、充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218の各々のゲート電圧は、クロックの周波数に対応して予め設定された電圧とはならない。
【0011】
すなわち、充電トランジスタ216及び放電トランジスタ218の保護素子のインピーダンスが低い方が、ゲート電圧が所定の電圧より低くなり、チャネル抵抗が所望より高くなることや、トランジスタがオフすることにより、必要な充電電流あるいは放電電流が供給されない。
【0012】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、充電トランジスタ及び放電トランジスタの各々のゲートに備えられた保護素子のインピーダンスが異なっていても、保護素子のインピーダンスの低い方のゲート電圧が所定の電圧となるようにチャージポンプ回路の駆動を制御するチャージポンプ制御回路及びバッテリ制御回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明のチャージポンプ制御回路は、バッテリからの放電を制御する放電トランジスタに第1ゲート電圧を供給するチャージポンプドライバ、及び前記バッテリに対する充電を制御する充電トランジスタに第2ゲート電圧を供給するチャージポンプドライバのそれぞれが駆動するためのクロックを供給する発振器と、前記第1ゲート電圧と前記第2ゲート電圧とのいずれか低い方の電圧を制御対象電圧とし、当該制御対象電圧に対応して、前記発振器による前記クロックの生成を制御する駆動制御回路とを備えることを特徴とする。
【0014】
本発明のバッテリ制御回路は、バッテリからの放電を制御する放電トランジスタと、前記バッテリに対する充電を制御する充電トランジスタと、前記放電トランジスタの第1ゲート電圧を、当該第1ゲート電圧に対応した第1検出電圧として取得する第1電圧変換回路と、前記充電トランジスタの第2ゲート電圧を、当該第2ゲート電圧に対応した第2検出電圧として取得する第2電圧変換回路と、前記放電トランジスタに前記第1ゲート電圧を供給する放電チャージポンプドライバと、前記充電トランジスタに前記第2ゲート電圧を供給する充電チャージポンプドライバと、前記放電チャージポンプドライバ及び前記充電チャージポンプドライバの各々が駆動するためのクロックを供給する発振器と、前記第1検出電圧及び前記第2検出電圧のいずれか低い方の電圧を制御対象電圧とし、当該制御対象電圧に対応して、前記発振器による前記クロックの生成を制御する駆動制御回路とを備えることを特徴とする。
【0015】
この発明によれば、充電トランジスタ及び放電トランジスタの各々のゲートに備えられた保護素子のインピーダンスが異なっていても、保護素子のインピーダンスの低い方のゲート電圧が所定の電圧となるようにチャージポンプ回路の駆動を制御するチャージポンプ制御回路及びバッテリ制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
第1の実施形態によるチャージポンプ制御回路を用いたバッテリ装置の構成例を示す概略ブロック図である。
本実施形態におけるスイッチ回路51及び比較回路52の構成例を示す回路図である。
本実施形態における駆動回路53の構成例を示す回路図である。
本実施形態における第1電圧変換回路6の構成例を示す回路図である。
第2の実施形態における第1電圧変換回路6Aの構成例を示す回路図である。
第2の実施形態における第1電圧変換回路6Bの構成例を示す回路図である。
第3の実施形態によるチャージポンプ制御回路を用いたバッテリ装置の構成例を示す概略ブロック図である。
第3の実施形態における発振器54C及び周波数制御回路55の構成例を示すブロック図である。
従来例によるバッテリ制御回路を備えるバッテリ装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【0018】
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態によるチャージポンプ制御回路を用いたバッテリ装置の構成例を示す概略ブロック図である。
この図1において、バッテリ装置1は、バッテリ制御回路10及びバッテリ20を備えている。バッテリ制御回路10は、放電トランジスタ11、充電トランジスタ12、充電チャージポンプドライバ3、放電チャージポンプドライバ4、チャージポンプ制御回路5、第1電圧変換回路6及び第2電圧変換回路7を備えている。チャージポンプ制御回路5は、スイッチ回路51、比較回路52、駆動回路53及び発振器54を備えている。また、スイッチ回路51、比較回路52及び駆動回路53の各々は、発振器54のクロックの生成を制御する駆動制御回路を構成している。
【0019】
放電トランジスタ11は、nチャネル型MOSトランジスタであり、ソースが接続機器30の正極端子に接続され、ゲートが放電チャージポンプドライバ4の出力端子及び第1電圧変換回路6の入力端子に接続され、ドレインが充電トランジスタ12のドレインと接続されている。また、放電トランジスタ11には、ソースとゲートとの間に保護素子81が設けられている。
充電トランジスタ12は、nチャネル型MOSトランジスタであり、ソースがバッテリ20の正極端子に接続され、ゲートが充電チャージポンプドライバ3の出力端子及び第2電圧変換回路7の入力端子に接続されている。また、充電トランジスタ12には、ソースとゲートとの間に保護素子82が設けられている。
チャージポンプ制御回路5は、第1入力端子に第1電圧変換回路6の出力が接続され、第2入力端子に第2電圧変換回路7の出力端子が接続され、出力端子が充電チャージポンプドライバ3及び放電チャージポンプドライバ4の入力端子に接続されている。充電チャージポンプドライバ3は、出力端子が充電トランジスタ12のゲートに接続されている。放電ャージポンプドライバ4は、出力端子が放電トランジスタ11のゲートに接続されている。
【0020】
充電チャージポンプドライバ3は、充電イネーブル信号EN_CHGがイネーブル状態である場合、充電トランジスタ12のゲート電圧VG2を、供給されるクロックに対応して電源電圧VDDから所定の電圧に昇圧する。一方、充電チャージポンプドライバ3は、充電イネーブル信号EN_CHGがディセーブル状態である場合、昇圧動作を停止する。
【0021】
放電チャージポンプドライバ4は、放電イネーブル信号EN_DSGがイネーブル状態である場合、放電トランジスタ11のゲート電圧VG1を、供給されるクロックに対応して電源電圧VDDから所定の電圧に昇圧する。一方、放電チャージポンプドライバ4は、放電イネーブル信号EN_DSGがディセーブル状態である場合、昇圧動作を停止する。
【0022】
上述した充電イネーブル信号EN_CHGは、電源電圧VDDが過充電電圧未満の場合にイネーブル状態とされ、過充電電圧以上の場合にディセーブル状態とされる。
また、放電イネーブル信号EN_DSGは、電源電圧VDDが過放電電圧以下の場合にディセーブル状態とされ、過放電電圧を超えた場合にイネーブル状態とされる。
この充電イネーブル信号EN_CHG及び放電イネーブル信号EN_DSGの制御は、バッテリ20の電源電圧VDDを監視する監視制御回路(不図示)により行われる。
【0023】
第1電圧変換回路6は、入力される放電トランジスタ11のゲート電圧VG1を、所定の比で分圧して、ゲート電圧VG1に対応した第1検出電圧VDT1として出力する。
第2電圧変換回路7は、入力される充電トランジスタ12のゲート電圧VG2を、所定の比で分圧して、ゲート電圧VG2に対応した第2検出電圧VDT2として出力する。
【0024】
チャージポンプ制御回路5は、供給される第1検出電圧VDT1及び第2検出電圧VDT2の各々のいずれか低い方の電圧に対応し、充電チャージポンプドライバ3と放電チャージポンプドライバ4とに対してクロックを印加するか否かの制御を行う。
【0025】
スイッチ回路51は、放電イネーブル信号EN_DSGがイネーブル状態である場合、第1検出電圧VDT1を比較回路52に対して第1比較電圧として出力する。一方、スイッチ回路51は、放電イネーブル信号EN_DSGがディセーブル状態である場合、電源電圧VDDを比較回路52に対して第1比較電圧として出力する。
また、スイッチ回路51は、充電イネーブル信号EN_CHGがイネーブル状態である場合、第2検出電圧VDT2を比較回路52に対して第2比較電圧として出力する。一方、スイッチ回路51は、充電イネーブル信号EN_CHGがディセーブル状態である場合、電源電圧VDDを比較回路52に対して第2比較電圧として出力する。
【0026】
比較回路52は、第1比較電圧及び第2比較電圧の各々と、基準電圧Vrefとの比較を行う。ここで、比較回路52は、第1比較電圧及び第2比較電圧のいずれか低い方の電圧が、基準電圧Vref未満であった場合、駆動イネーブル信号をイネーブル状態として、駆動回路53に対して出力する。一方、比較回路52は、第1比較電圧及び第2比較電圧のいずれか低い方の電圧が、基準電圧Vref以上であった場合、駆動イネーブル信号をディセーブル状態として、駆動回路53に対して出力する。
【0027】
駆動回路53は、放電イネーブル信号EN_DSGまたは充電イネーブル信号EN_CHGのいずれか一方がイネーブル状態であり、かつ駆動イネーブル信号がイネーブル状態である場合、駆動信号を駆動状態で出力する。
【0028】
発振器54は、予め設定された周波数のクロックを発生し、充電チャージポンプドライバ3及び放電チャージポンプドライバ4に供給する。
【0029】
図2は、本実施形態におけるスイッチ回路51及び比較回路52の構成例を示す回路図である。
スイッチ回路51は、スイッチ回路51a及び51bを備えている。スイッチ回路51aは、スイッチ51a_1及び51a_2を備えている。スイッチ回路51bは、スイッチ51b_1及び51b_2を備えている。
【0030】
スイッチ51a_1及び51a_2は、それぞれ制御端子TSに対して充電イネーブル信号EN_CHGの信号線が接続されている。
また、スイッチ51a_1は、入力端子TIに第2検出電圧VDT2の信号線が接続され、出力端子TOに第2比較電圧の信号線が接続されている。スイッチ51a_2は、入力端子TIに電源電圧VDDの電源線が接続され、出力端子TOに第2比較電圧の信号線が接続されている。
(【0031】以降は省略されています)

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