充电控制电路以及充电控制用半导体集成电路的制作方法
专利名称：充电控制电路以及充电控制用半导体集成电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及二次电池的充电装置的温度上升抑制技术，例如涉及一种有 效用于充电控制电路或者安装有该充电控制电路的充电控制用IC (半导体集 成电路)的技术。
背景技术：
在二次电池的充电装置中，为抑制电池或装置内部的异常的温度上升，
使用装载了控制充电电流的充电控制电路的IC。作为关于这样的充电装置的
发明，例如具有在专利文献l中记载的发明。该发明在温度上升最高的发热部 件或者温度裕度最小的部件的内部或者附近具有温度检测部，在所述温度检测 部的输出超过规定的温度时降低向二次电池的充电电流，或者对其进行停止控制。
.另外，在充电装置中，为了防止由于控制充电电流的充电控制用IC自身
的发热导致的可靠性降低进而发生故障，还在芯片上设置温度检测元件设有抑 制温度上升的功能。
专利文献1特开2001 — 145274号公报
现有的充电控制用IC的温度上升抑制技术，在芯片温度例如超过150°C 这样的预定温度时，只不过是关断电流控制用晶体管来切断充电电流这样的简 单的技术。该控制方法通过重复进行温度上升一充电电流切断一温度下降一充 电电流再次恢复一温度上升这样的循环，能够使芯片温度不超过设定温度。
但是，因为在芯片温度超过150。C这样的预定温度时完全切断充电电流， 所以然后再次恢复充电电流时，由于反馈控制环的响应延迟，在电流控制用晶 体管中急剧地流过较大的电流，有可能引起电流切断一电流再次恢复一电流切 断一电流再次恢复这样的跳跃(chattering)现象。另外，可知由于在电流再 次恢复时，大电流急剧地流入二次电池，因此存在有可能使二次电池的特性恶 化以及缩短电池寿命的课题。
发明内容
本发明是着眼于上述课题而作出的，其目的在于，在具有以下功能的充
电控制电路或充电控制用IC中，能够避免由于监视对象的温度的上下变动引
起电流的接通/切断这样的跳跃现象。上述功能为对应进行监视的芯片等的温 度，控制充电电流。
本发明的另一目的在于，在具有以下功能的充电控制电路或充电控制用
IC中，能够防止在电流再次恢复时，大电流急剧地流入二次电池二次电池的
特性恶化。上述功能为对应进行监视的芯片等的温度，对充电电流进行接通、 切断控制。
为了实现上述目的，本发明在具有控制对二次电池提供的充电电流的功
能的充电控制电路中，在进行监视的温度上升到预定的设定温度(例如140°C ) 以上时切断充电电流，并且在进行监视的温度处于比所述电流切断设定温度低 的预定的温度范围(例如90。C 10(TC)内时，温度越升高越降低充电电流， 在进行监视的温度低于所述温度范围的下限温度的状态下流过预定的电流值 的充电电流，从所述温度范围的上限温度到所述电流切断设定温度流过比所述 预定的电流值小的充电电流。
更具体说，在具有在电压输入端子和输出端子之间设置的电流控制用晶 体管；控制该电流控制用晶体管来控制对二次电池提供的充电电流的控制电 路；以及具有检测芯片温度的温度检测元件，输出与检测温度对应的电压的芯 片温度检测电路的充电控制用半导体集成电路中，所述控制电路控制所述电流 控制用晶体管，以便在芯片温度处于比所述电流切断设定温度低的预定的温度 范围内时，温度越升高越降低充电电流，在芯片温度比所述温度范围的下限温 度低的状态下流过预定的电流值的充电电流，在从所述温度范围的上限温度到 所述电流切断设定温度流过比所述预定的电流值小的电流。
根据这样的结构，当芯片温度这样的进行监视的温度成为比电流切断设 定温度低的预定的温度以上时，因为使充电电流减小温度难以上升，所以能够 避免电流的接通/切断这样的跳跃现象。另外，能够减小大电流急剧流入二次 电池的电流再次恢复频度，由此能够防止二次电池的特性恶化。
这里，希望具有恒流控制放大器，该恒流控制放大器被反馈与输出充电电流对应的电压，对控制电压进行控制，以使所述电流控制用晶体管上流过恒
流控制放大器。由此，能够在芯片温度不超过规定的温度的范围内通过预定的 电流对二次电池进行充电。
另外，所述温度范围的下限温度是8(TC 10(TC,所述温度范围的上限温 度是90。C ~ 120°C,所述温度差在5。C以上20。C以下。或者，所述温度范围内 的充电电流的变化率为0.04C/°C 0.08C/°C。由此，能够在通常的充电中把芯 片温度维持在预定的范围内。
并且，希望所述芯片温度检测电路具有电压比较电路，该电压比较电路
出进行控制以便在所述电流控制用晶体管中不流过电流的信号。由此，能够在 芯片温度异常生高时切断充电电流。
另外，具有电流监视用晶体管，该电流监视用晶体管具有与所述电流控 制用晶体管相同的结构，尺寸比所述电流控制用晶体管小，被施加与所述电流 控制用晶体管相同的控制电压，把该电流监视用晶体管生成的电压反馈给所述 恒流控制放大器，生成对应于与所述参照侧电压的电位差的控制电压，并提供 给所述电流控制用晶体管。由此，与为了检测流过所述电流控制用晶体管的电 流与该晶体管串联连接电阻的情况相比，能够减少电力损失。
并且，具有恒压控制放大器和电压检测电路，恒压控制放大器接收所述 输出端子的电压，生成对应于与预定的参照电压的电位差的电压，输出对所述 电流控制用晶体管进行恒压控制的电压，电压检测电路检测所述输出端子的电 压是否达到了预定的电压，在所述输出端子的电压达到预定的电压前，根据所 述恒流控制放大器的输出控制所述电流控制用晶体管，在所述输出端子的电压 达到了预定的电压后，才艮据所述恒压控制放大器的输出控制所述电流控制用晶 体管。由此，在芯片温度比所述温度范围高时能够通过预定的低电压进行充电。
并且，所述芯片温度检测电路具有从预定的电压中减去通过所述温度 检测元件生成的电压的减法电路；对该减法电路的输出进行反转放大的反转放 大电路；比较该反转放大电路的输出和第一电压的第一比较器；通过该第一比 较器的输出被控制的、在所述反转放大电路的输出比所述第一电压低时选择所述反转放大电路的输出传递给后级，此外在所述反转放大电路的输出比所述第
一电压高时选择所述第一电压传递给后级的第一选择单元；比较所述反转放大 电路的输出和比所述第一电压低的第二电压的第二比较器；以及通过该第二比 较器的输出被控制的、在所述反转放大电路的输出比所述第二电压高时选择所 述反转放大电路的输出传递给后级，此外在所述反转放大电路的输出比所述第 二电压低时选择所述第二电压传递给后级的第二选择单元。由此，能够比较容 易地设计能够在芯片温度为希望的温度范围内进行充电的充电控制电路。
根据本发明，在具有根据进行监视的芯片等的温度控制充电电流的功能 的充电控制电路或充电控制用IC中，能够避免由于监视对象的温度的上下变 动引起电流的接通/切断这样的跳跃现象。另外，具有能够防止在电流再次恢 复时大电流急剧地流入二次电池使二次电池的特性恶化的效果。
图1是表示作为应用本发明的优选的IC的一个例子的充电控制用IC的
概要结构的结构图。
图2是表示本发明实施方式的基于温度充电电流控制的芯片温度和充电
电流的关系的图表。
图3是表示芯片温度检测电路的具体例的电路结构图。
图4是表示图3的芯片温度检测电路内的各部的电压的变化的图表。
图5是表示不进行温度电流控制的充电控制用IC中的充电动作的时序图。
图6是表示进行温度电流控制的本实施方式的充电控制用IC中的充电动 作的时序图。 符号说明
10充电控制用IC; 11内部控制电路；12调节器；13芯片温度检测电路； 14计时器电路；15振荡电路；31过热保护检测电路；32电压跟随器；33减 法电路；34反转放大器；35、 37比较器；36、 38选择器；20直流电源；40 二次电池；50电池温度传感器(热敏电阻)；SNS温度检测元件
具体实施例方式
下面根据
本发明的优先的实施方式。图l表示应用本发明的优选的二次电池的充电控制用IC的一实施方式的
概要结构。
如图l所示，在该实施方式的充电控制用IC10中，具有输入来自外部的 AC适配器那样的直流电源20的直流电压的电压输入端子VIN;连接充电对 象的锂离子电池那样的二次电池40的电池端子BAT;在所述电压输入端子 VIN和电池端子BAT之间设置的电流控制用晶体管Ql;以及为了进行恒压控 制比较电池电压Vbat和参照电压Vrefl生成Q1的栅极控制电压的恒压控制放 大器AMPl。
另夕卜，具备为了检测与流过晶体管Ql的电流成比例的电流来进行电流控 制，具有Q1的1/N的大小，源极端子与上述电压输入端子VIN连接，在控制 端子(栅极端子)上施加与Ql相同的电压的监视用晶体管Q2;连接Q2的漏 极端子，可在外部连接附加电阻的外部端子PROG;以及为了进行恒流控制， 比较该端子PROG的电压与参照电压Vcref、生成Ql的纟册极控制电压的恒流 控制放大器AMP2。
并且，在该实施方式的充电控制用IC10中，具备为了保护芯片不受从外 部向所述电压输入端子VIN输入的直流电压Vin的影响，比较例如5.8V的参 照电压Vref2和Vin来检测异常的比较器CMP1;比较电池端子BAT的电压和 参照电压Vref3的比较器CMP2;比较连接检测电池附近的温度的热敏电阻等 温度传感器50的外部端子TH的电压和参照电压Vref4的比较器CMP3;以及 内部控制电路11，其根据这些比较器CMP1 CMP3的输出判定监视对象的电 压是否成为异常的电压，在为异常的电压时，为了使电流控制用晶体管Q1成 为关闭状态生成并输出对在Ql的栅极上连接了漏极的开集电极(叩en collector)的晶体管Q3的栅极进行控制的电压。
另外，设置有生成无温度依赖性的恒压Vreg的调节器12;以及芯片温度 检测电路13，该芯片温度检测电路13检测芯片温度在检测到异常的温度时， 生成使所述开关晶体管Q3接通的信号，并且对应检测温度生成提供给所述恒 流控制放大器AMP2的参照电压Vcref。
通过使用电阻Rl 、 R2对调节器12生成的恒压Vreg进行分压来生成上述 的参照电压Vref4。另外，向外部端子VREG输出恒压Vreg,该外部端子VREG连接与温度传感器50串联连接的外加电阻Rt的另一端子。并且，设置有由计 数器等构成的计时器电路14;以及例如生成64 kHz的频率的振荡信号的振荡 电路15。上述计数器对时间进行计时，该时间用于管理预备充电时间或快速 充电时间等。
图3表示所述芯片温度检测电路13的具体的电路结构例。
该实施例的芯片温度检测电路13具有过热保护检测电路31,该过热保护 检测电路31由以下构成串联连接在芯片上形成的具有负的温度特性的4个 二极管Dl D4构成的芯片温度检测元件SNS;使电流流过该二极管列的恒流 源CS;对恒压Vreg进行分压的电阻R3、 R4;以及比较由R3、 R4分压的电 压VI与恒流源CS和温度4企测元件SNS的连4妾节点Na的电位Va (= 4VF ) 的、具有滞后特性的比较器CMPO。
上述恒流源CS的电流I0和电阻R3、 R4的电阻比，在芯片温度高于140 。C时设定为V1>4VF。 VF是二极管的正向电压。由此，当芯片温度变得比140 'C高时，比较器CMPO的输出TS变为高电平，内部控制电路11检测到该高 电平，输出使晶体管Q3关闭的电压。由此，使电流控制用晶体管Ql成为关 闭状态，切断对二次电池提供的充电电流。此外，希望在发热量最多的电流控 制用晶体管Ql的附近形成作为芯片温度检测元件SNS的二极管Dl ~D4。
另外，芯片温度4全测电路13具备对节点Na的电位Va进行阻抗变换然 后进行输出的电压跟随器32;把该电压跟随器32的输出电位和通过电阻 Rll -R14的电阻电路决定的电位作为输入的减法电路33;以及反转放大该减 法电路33的输出电位Vb的反转放大器34。
并且，在该反转放大器34的后级设置有比较反转放大器34的输出Vc 和恒压Vreg的比较器35和根据该比较器35的输出进行控制的、向后级传送 所述反转放大器34的输出或恒压Vreg (2.5V)中的某一个的选择器36;比较 所述反转放大器34的输出Vc与使用电阻R21、 R22对恒压Vreg进行分压后 的电压Vd的比较器37;以及根据该比较器37的输出进行控制的、把所述选 择器36的输出或者电压Vd中的某一个作为参照电压Vcref进行输出的选择器 38。使电压Vd例如为0.5 V那样的电位。
下面使用图4说明上述那样构成的芯片温度检测电路13的动作。
9在本实施例的芯片温度检测电路中，因为作为温度检测元件的二极管的
正向电压VF具有负的温度特性，所以节点Na的电位Va，如图4(a)中的虚 线A所示，沿着随温度升高而降低的直线变化。在芯片温度为90。C时例如成 为2.27V那样地决定Va。另一方面，因为减法电路33输出从使用电阻R11 R14的电阻电路决定的电位中减去Va那样的电位，所以其输出Vb如图4(a) 中的实线B所示，沿随温度升高而升高的直线变化。决定电阻R11 R14的电
转放大器34的输出Vc如图4 (b)中点划线C所示，沿着在芯片温度为90。C 时通过2.5V的点的、随温度升高而降低的直线进^f亍变化。另外，设定输入电 阻R31和反馈电阻R32的电阻比，以使反转放大器34的输出Vc在芯片温度 为IOO'C时成为0.5V。
然后，通过后级的选择器36，在反转放大器34的输出Vc比2.5V高时 选择2.5V的Vreg，此外在反转放大器34的输出Vc比2.5V低时选择反转放 大器34的输出Vc，并且通过选择器38,在反转放大器34的输出Vc比0.5V 高时选择反转放大器34的输出Vc，此外在比0.5V低时选择0.5V的电压Vd。 因此，输出的参照电压Vcref如图4(c)所示进行变化，在90。C以下时为2.5V 并且恒定，在90。C ~ IO(TC的范围内沿着随温度升高而降低的直线变化，在100 。C以上时为0.5V并且恒定。
并且，当温度超过140'C时，如上所述根据过热保护检测电路31的输出 切断电流控制用晶体管Ql,所以通过Ql向二次电池40提供的充电电流IBAT 如图2所示，被控制为在9(TC以下为0.8C并且恒定，在90。C 100。C的范围 内沿着随温度升高而降低的直线变化，在100。C 140。C为0.2C并恒定，并且 在140。C以上成为0。
在此，所谓0.8C充电是指对于根据二次电池的特性决定的额定电流(1C ) 使用80%的电流值进行充电。不取1C而取0.8C是因为考虑到与反复充电相 伴的电池恶化。另外，当充电电流小时充电时间变长。因此，在与充电时间的 关系中，希望控制为在90。C以下使用0.7C~ 1C之间的任意的恒流进行充电。 另外，才艮据所使用的IC、充电对象的电池等的特性决定了给予切换控制的时机的9(TC、 IOO'C的温度，但并不限于这样的温度。
另外，在上述实施例中，把使充电电流变化的温度范围设为卯。C 100 °C，但不限于此。希望的温度范围的下限温度是8(TC 10(TC，上限温度是卯 °C~120°C，上述温度范围的温度差在5。C以上20。C以下，并且希望的温度差 在8。C以上15。C以下。并且，在上述的实施例中，在变化10。C的期间使充电 电流从0.8C向0.2C变化，即电流变化率为0.06C厂C，但是不限于此。希望的 电流变化率为0.04C厂C 0.08C厂C的范围。通过设定为这样的条件，能够把充 电中的芯片温度维持在希望的范围内。
下面，与仅具有过热保护检测电路的充电控制电路的充电动作(图5)进 行比较来说明具有图3那样的芯片温度检测电路，执行图2那样的温度电流控 制的本实施方式的充电控制用IC10中的充电动作(图6)。过热保护检测是在 通常的充电动作中很少动作的故障安全(fail safe)的功能，在以下的说明中 也假设没有过热保护的情况来进行说明。图6中的芯片温度是芯片的平均温 度，形成有温度检测用二极管的局部的芯片温度比图6的芯片温度高。
在不进行温度电流控制的现有的充电控制电路的充电动作(图5)中，通 过接通来自适配器等的输入电压Vin (时刻tl),立即开始流过0.8C的充电电 流IBAT，进行恒流控制的充电，电池电压VBAT緩緩上升，当到达4.2V那样 的预定压时切换为恒压控制的充电(时刻t2)。由此，充电电流减小，芯片温 度也降低。但是，在基于恒流控制的充电过程中，芯片温度超过90。C,由于 装置的周围温度有时可能超过140°C,所以此时过热保护检测电路31动作， 切断充电电 流o
另一方面，在进行温度电流控制的本实施方式的充电控制用IC10的充电 动作中，如图6所示，通过接通输入电压Vin (时刻tl )，暂时流过0.8C的充 电电流IBAT，由此当芯片温度上升超过90。C时，充电电流被降低，所以在芯 片温度为90。C附近的情况下进行充电。其后，当充电电流IBAT增加达到0.8C 时变为恒流控制的充电动作(期间Tl )，并且在此之后，当电池电压VBAT达 到4.2V那样的预定电压时切换为恒压控制的充电(时刻t2 )。
此外，在切换为恒压控制后，进行以下的控制例如使用计时器14在经
过预定时间后判定为充电结束，或者因为通过恒压控制充电电流'隄慢减小，所以监^L充电电流例如在成为0.1C以下的电流的时刻或者>^人该时刻经过预定时 间后判定为充电结束，使电流控制用晶体管Ql成为关闭状态。
如此，在本实施方式的充电控制用IC10的充电动作中，当芯片温度上升 超过卯。C时，因为充电电流被降低所以抑制芯片温度的上升。所以几乎不会 出现过热保护检测电路的故障安全的功能发挥作用的情况，避免了由于芯片温 度上升引起充电电流切断一由于再次恢复芯片温度急剧上升一切断充电电流 这样的跳跃现象的发生。因此，还能够防止电流再次恢复时大电流急剧流入二 次电池，二次电池的特性恶化加深这样的状况。
以上叙述了本发明的一实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，根 据本发明的技术思想能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，作为芯片 温度检测元件Dl ~ D4使用了 二极管，但是也可以把NPN晶体管的基极.发 射极间PN结作为温度检测元件来使用。另外，在上述实施方式中，设置检测 芯片温度的元件，对于芯片温度的上升进行温度控制，但是也可以根据来自检 测电池温度的热敏电阻的电压进行在上述实施方式中说明的电流控制。
并且，在图3的芯片温度检测电路中，为了在90。C以下输出2.5V(恒定)， 在IO(TC以上输出0.5V (恒定)，设置了比较器35、 37和选择器36、 38，但 也可以取代这些电路，设置由二极管等組成的钳位单元，对输出电压进行钳位， 输出和实施例相同的输出波形的电压。
在以上的说明中，说明了在二次电池的充电控制用IC中应用本发明的例 子，但本发明不限于此，除了二次电池的充电控制电路之外，还可以在DC-DC 变换器或LDO (低饱和线性稳压器)这样的直流电源电路、安装了 WLED (白 色发光二极管)驱动电路等多个电源系统电路的功率管理IC这样的多功能电 源控制用IC中使用本发明。
1权利要求
1. 一种充电控制电路，具有控制对二次电池提供的充电电流的功能，其特征在于，在进行监视的温度上升到预定的设定温度以上时切断充电电流，并且在进行监视的温度处于比所述电流切断设定温度低的预定的温度范围内时，温度越升高越降低充电电流，在进行监视的温度低于所述温度范围的下限温度的状态下流过预定的电流值的充电电流，从所述温度范围的上限温度到所述电流切断设定温度流过比所述预定的电流值小的充电电流。
2. —种充电控制用半导体集成电路，具有在电压输入端子和输出端子之 间设置的电流控制用晶体管；控制该电流控制用晶体管来控制对二次电池提供 的充电电流的控制电路；以及具有检测芯片温度的温度检测元件，输出与检测 温度对应的电压的芯片温度检测电路，该充电控制用半导体集成电路的特征在 于，所述控制电路控制所述电流控制用晶体管，以便在芯片温度处于比电流 切断设定温度低的预定的温度范围内时，温度越升高越降低充电电流，在芯片 温度比所述温度范围的下限温度低的状态下流过预定的电流值的充电电流，在 从所述温度范围的上限温度到所述电流切断设定温度流过比所述预定的电流 值小的电流。
3. 根据权利要求2所述的充电控制用半导体集成电路，其特征在于， 具有恒流控制放大器，该恒流控制放大器被反馈与输出充电电流对应的电压，对控制电压进行控制以使所述电流控制用晶体管中流过恒定的电流，将所述芯片温度检测电路的输出电压作为参照侧电压提供给所述恒流控 制放大器。
4. 根据权利要求2或3所述的充电控制用半导体集成电路，其特征在于， 所述温度范围的下限温度是80°C~100°C,所述温度范围的上限温度是90°C~120°C，所述温度差为5。C以上20。C以下。
5. 根据权利要求3或4所述的充电控制用半导体集成电路，其特征在于， 所述温度范围内的充电电流的变化率为0.04C厂C 0.08C厂C。
6. 根据权利要求2-5的任何一项所述的充电控制用半导体集成电路，其 特征在于，所述芯片温度检测电路具有电压比较电路，该电压比较电路在通过所述 温度检测元件生成的电压变得比预定的恒定电压低时或者高时，输出进行控制 以便在所述电流控制用晶体管中不流过电流的信号。
7. 根据权利要求2-6的任何一项所述的充电控制用半导体集成电路，其 特征在于，所述芯片温度检测电路具有减法电路，从预定的电压中减去通过所述温度检测元件生成的电压； 反转放大电路，对该减法电路的输出进行反转放大； 第一比较器，比较该反转放大电路的输出和第一电压； 第一选择单元，通过该第一比较器的输出控制所述第一选择单元，所述第一选择单元在所述反转放大电路的输出比所述第一电压低时选择所述反转放大电路的输出传递给后级，此外在所述反转放大电路的输出比所述第一电压高时选择所述第一电压传递给后级；第二比较器，比较所述反转放大电路的输出和比所述第一电压低的第二电压；以及第二选择单元，通过该第二比较器的输出控制所述第二选择单元，所述 第二选择单元在所述反转放大电路的输出比所述第二电压高时选择所述反转 放大电路的输出传递给后级，此外在所述反转放大电路的输出比所述第二电压 低时选择所述第二电压传递给后级。
全文摘要
本发明提供一种充电控制电路以及充电控制用半导体集成电路，在具有根据芯片温度控制充电电流的功能的充电控制用IC中，避免芯片温度的上下变动引起电流的接通/切断这样的跳跃现象。在具有控制对二次电池提供的充电电流的功能的充电控制用半导体集成电路中，在芯片温度上升到预定的设定温度(例如140℃)以上时切断充电电流，并且在芯片温度处于比所述电流切断设定温度低的预定的温度范围(例如90℃～100℃)内时随温度升高降低充电电流，在芯片温度比所述温度范围的下限温度低的状态下流过预定的电流值的充电电流，从所述温度范围的上限温度到所述电流切断设定温度流过比所述预定的电流值小的充电电流。
文档编号H02J7/10GK101546920SQ20091012758
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月23日 优先权日2008年3月24日
发明者山中佑司, 松田裕树, 竹下顺司 申请人:三美电机株式会社
技术领域：
本发明涉及二次电池的充电装置的温度上升抑制技术，例如涉及一种有 效用于充电控制电路或者安装有该充电控制电路的充电控制用IC (半导体集 成电路)的技术。
背景技术：
在二次电池的充电装置中，为抑制电池或装置内部的异常的温度上升，
使用装载了控制充电电流的充电控制电路的IC。作为关于这样的充电装置的
发明，例如具有在专利文献l中记载的发明。该发明在温度上升最高的发热部 件或者温度裕度最小的部件的内部或者附近具有温度检测部，在所述温度检测 部的输出超过规定的温度时降低向二次电池的充电电流，或者对其进行停止控制。
.另外，在充电装置中，为了防止由于控制充电电流的充电控制用IC自身
的发热导致的可靠性降低进而发生故障，还在芯片上设置温度检测元件设有抑 制温度上升的功能。
专利文献1特开2001 — 145274号公报
现有的充电控制用IC的温度上升抑制技术，在芯片温度例如超过150°C 这样的预定温度时，只不过是关断电流控制用晶体管来切断充电电流这样的简 单的技术。该控制方法通过重复进行温度上升一充电电流切断一温度下降一充 电电流再次恢复一温度上升这样的循环，能够使芯片温度不超过设定温度。
但是，因为在芯片温度超过150。C这样的预定温度时完全切断充电电流， 所以然后再次恢复充电电流时，由于反馈控制环的响应延迟，在电流控制用晶 体管中急剧地流过较大的电流，有可能引起电流切断一电流再次恢复一电流切 断一电流再次恢复这样的跳跃(chattering)现象。另外，可知由于在电流再 次恢复时，大电流急剧地流入二次电池，因此存在有可能使二次电池的特性恶 化以及缩短电池寿命的课题。
发明内容
本发明是着眼于上述课题而作出的，其目的在于，在具有以下功能的充
电控制电路或充电控制用IC中，能够避免由于监视对象的温度的上下变动引
起电流的接通/切断这样的跳跃现象。上述功能为对应进行监视的芯片等的温 度，控制充电电流。
本发明的另一目的在于，在具有以下功能的充电控制电路或充电控制用
IC中，能够防止在电流再次恢复时，大电流急剧地流入二次电池二次电池的
特性恶化。上述功能为对应进行监视的芯片等的温度，对充电电流进行接通、 切断控制。
为了实现上述目的，本发明在具有控制对二次电池提供的充电电流的功
能的充电控制电路中，在进行监视的温度上升到预定的设定温度(例如140°C ) 以上时切断充电电流，并且在进行监视的温度处于比所述电流切断设定温度低 的预定的温度范围(例如90。C 10(TC)内时，温度越升高越降低充电电流， 在进行监视的温度低于所述温度范围的下限温度的状态下流过预定的电流值 的充电电流，从所述温度范围的上限温度到所述电流切断设定温度流过比所述 预定的电流值小的充电电流。
更具体说，在具有在电压输入端子和输出端子之间设置的电流控制用晶 体管；控制该电流控制用晶体管来控制对二次电池提供的充电电流的控制电 路；以及具有检测芯片温度的温度检测元件，输出与检测温度对应的电压的芯 片温度检测电路的充电控制用半导体集成电路中，所述控制电路控制所述电流 控制用晶体管，以便在芯片温度处于比所述电流切断设定温度低的预定的温度 范围内时，温度越升高越降低充电电流，在芯片温度比所述温度范围的下限温 度低的状态下流过预定的电流值的充电电流，在从所述温度范围的上限温度到 所述电流切断设定温度流过比所述预定的电流值小的电流。
根据这样的结构，当芯片温度这样的进行监视的温度成为比电流切断设 定温度低的预定的温度以上时，因为使充电电流减小温度难以上升，所以能够 避免电流的接通/切断这样的跳跃现象。另外，能够减小大电流急剧流入二次 电池的电流再次恢复频度，由此能够防止二次电池的特性恶化。
这里，希望具有恒流控制放大器，该恒流控制放大器被反馈与输出充电电流对应的电压，对控制电压进行控制，以使所述电流控制用晶体管上流过恒
流控制放大器。由此，能够在芯片温度不超过规定的温度的范围内通过预定的 电流对二次电池进行充电。
另外，所述温度范围的下限温度是8(TC 10(TC,所述温度范围的上限温 度是90。C ~ 120°C,所述温度差在5。C以上20。C以下。或者，所述温度范围内 的充电电流的变化率为0.04C/°C 0.08C/°C。由此，能够在通常的充电中把芯 片温度维持在预定的范围内。
并且，希望所述芯片温度检测电路具有电压比较电路，该电压比较电路
出进行控制以便在所述电流控制用晶体管中不流过电流的信号。由此，能够在 芯片温度异常生高时切断充电电流。
另外，具有电流监视用晶体管，该电流监视用晶体管具有与所述电流控 制用晶体管相同的结构，尺寸比所述电流控制用晶体管小，被施加与所述电流 控制用晶体管相同的控制电压，把该电流监视用晶体管生成的电压反馈给所述 恒流控制放大器，生成对应于与所述参照侧电压的电位差的控制电压，并提供 给所述电流控制用晶体管。由此，与为了检测流过所述电流控制用晶体管的电 流与该晶体管串联连接电阻的情况相比，能够减少电力损失。
并且，具有恒压控制放大器和电压检测电路，恒压控制放大器接收所述 输出端子的电压，生成对应于与预定的参照电压的电位差的电压，输出对所述 电流控制用晶体管进行恒压控制的电压，电压检测电路检测所述输出端子的电 压是否达到了预定的电压，在所述输出端子的电压达到预定的电压前，根据所 述恒流控制放大器的输出控制所述电流控制用晶体管，在所述输出端子的电压 达到了预定的电压后，才艮据所述恒压控制放大器的输出控制所述电流控制用晶 体管。由此，在芯片温度比所述温度范围高时能够通过预定的低电压进行充电。
并且，所述芯片温度检测电路具有从预定的电压中减去通过所述温度 检测元件生成的电压的减法电路；对该减法电路的输出进行反转放大的反转放 大电路；比较该反转放大电路的输出和第一电压的第一比较器；通过该第一比 较器的输出被控制的、在所述反转放大电路的输出比所述第一电压低时选择所述反转放大电路的输出传递给后级，此外在所述反转放大电路的输出比所述第
一电压高时选择所述第一电压传递给后级的第一选择单元；比较所述反转放大 电路的输出和比所述第一电压低的第二电压的第二比较器；以及通过该第二比 较器的输出被控制的、在所述反转放大电路的输出比所述第二电压高时选择所 述反转放大电路的输出传递给后级，此外在所述反转放大电路的输出比所述第 二电压低时选择所述第二电压传递给后级的第二选择单元。由此，能够比较容 易地设计能够在芯片温度为希望的温度范围内进行充电的充电控制电路。
根据本发明，在具有根据进行监视的芯片等的温度控制充电电流的功能 的充电控制电路或充电控制用IC中，能够避免由于监视对象的温度的上下变 动引起电流的接通/切断这样的跳跃现象。另外，具有能够防止在电流再次恢 复时大电流急剧地流入二次电池使二次电池的特性恶化的效果。
图1是表示作为应用本发明的优选的IC的一个例子的充电控制用IC的
概要结构的结构图。
图2是表示本发明实施方式的基于温度充电电流控制的芯片温度和充电
电流的关系的图表。
图3是表示芯片温度检测电路的具体例的电路结构图。
图4是表示图3的芯片温度检测电路内的各部的电压的变化的图表。
图5是表示不进行温度电流控制的充电控制用IC中的充电动作的时序图。
图6是表示进行温度电流控制的本实施方式的充电控制用IC中的充电动 作的时序图。 符号说明
10充电控制用IC; 11内部控制电路；12调节器；13芯片温度检测电路； 14计时器电路；15振荡电路；31过热保护检测电路；32电压跟随器；33减 法电路；34反转放大器；35、 37比较器；36、 38选择器；20直流电源；40 二次电池；50电池温度传感器(热敏电阻)；SNS温度检测元件
具体实施例方式
下面根据
本发明的优先的实施方式。图l表示应用本发明的优选的二次电池的充电控制用IC的一实施方式的
概要结构。
如图l所示，在该实施方式的充电控制用IC10中，具有输入来自外部的 AC适配器那样的直流电源20的直流电压的电压输入端子VIN;连接充电对 象的锂离子电池那样的二次电池40的电池端子BAT;在所述电压输入端子 VIN和电池端子BAT之间设置的电流控制用晶体管Ql;以及为了进行恒压控 制比较电池电压Vbat和参照电压Vrefl生成Q1的栅极控制电压的恒压控制放 大器AMPl。
另夕卜，具备为了检测与流过晶体管Ql的电流成比例的电流来进行电流控 制，具有Q1的1/N的大小，源极端子与上述电压输入端子VIN连接，在控制 端子(栅极端子)上施加与Ql相同的电压的监视用晶体管Q2;连接Q2的漏 极端子，可在外部连接附加电阻的外部端子PROG;以及为了进行恒流控制， 比较该端子PROG的电压与参照电压Vcref、生成Ql的纟册极控制电压的恒流 控制放大器AMP2。
并且，在该实施方式的充电控制用IC10中，具备为了保护芯片不受从外 部向所述电压输入端子VIN输入的直流电压Vin的影响，比较例如5.8V的参 照电压Vref2和Vin来检测异常的比较器CMP1;比较电池端子BAT的电压和 参照电压Vref3的比较器CMP2;比较连接检测电池附近的温度的热敏电阻等 温度传感器50的外部端子TH的电压和参照电压Vref4的比较器CMP3;以及 内部控制电路11，其根据这些比较器CMP1 CMP3的输出判定监视对象的电 压是否成为异常的电压，在为异常的电压时，为了使电流控制用晶体管Q1成 为关闭状态生成并输出对在Ql的栅极上连接了漏极的开集电极(叩en collector)的晶体管Q3的栅极进行控制的电压。
另外，设置有生成无温度依赖性的恒压Vreg的调节器12;以及芯片温度 检测电路13，该芯片温度检测电路13检测芯片温度在检测到异常的温度时， 生成使所述开关晶体管Q3接通的信号，并且对应检测温度生成提供给所述恒 流控制放大器AMP2的参照电压Vcref。
通过使用电阻Rl 、 R2对调节器12生成的恒压Vreg进行分压来生成上述 的参照电压Vref4。另外，向外部端子VREG输出恒压Vreg,该外部端子VREG连接与温度传感器50串联连接的外加电阻Rt的另一端子。并且，设置有由计 数器等构成的计时器电路14;以及例如生成64 kHz的频率的振荡信号的振荡 电路15。上述计数器对时间进行计时，该时间用于管理预备充电时间或快速 充电时间等。
图3表示所述芯片温度检测电路13的具体的电路结构例。
该实施例的芯片温度检测电路13具有过热保护检测电路31,该过热保护 检测电路31由以下构成串联连接在芯片上形成的具有负的温度特性的4个 二极管Dl D4构成的芯片温度检测元件SNS;使电流流过该二极管列的恒流 源CS;对恒压Vreg进行分压的电阻R3、 R4;以及比较由R3、 R4分压的电 压VI与恒流源CS和温度4企测元件SNS的连4妾节点Na的电位Va (= 4VF ) 的、具有滞后特性的比较器CMPO。
上述恒流源CS的电流I0和电阻R3、 R4的电阻比，在芯片温度高于140 。C时设定为V1>4VF。 VF是二极管的正向电压。由此，当芯片温度变得比140 'C高时，比较器CMPO的输出TS变为高电平，内部控制电路11检测到该高 电平，输出使晶体管Q3关闭的电压。由此，使电流控制用晶体管Ql成为关 闭状态，切断对二次电池提供的充电电流。此外，希望在发热量最多的电流控 制用晶体管Ql的附近形成作为芯片温度检测元件SNS的二极管Dl ~D4。
另外，芯片温度4全测电路13具备对节点Na的电位Va进行阻抗变换然 后进行输出的电压跟随器32;把该电压跟随器32的输出电位和通过电阻 Rll -R14的电阻电路决定的电位作为输入的减法电路33;以及反转放大该减 法电路33的输出电位Vb的反转放大器34。
并且，在该反转放大器34的后级设置有比较反转放大器34的输出Vc 和恒压Vreg的比较器35和根据该比较器35的输出进行控制的、向后级传送 所述反转放大器34的输出或恒压Vreg (2.5V)中的某一个的选择器36;比较 所述反转放大器34的输出Vc与使用电阻R21、 R22对恒压Vreg进行分压后 的电压Vd的比较器37;以及根据该比较器37的输出进行控制的、把所述选 择器36的输出或者电压Vd中的某一个作为参照电压Vcref进行输出的选择器 38。使电压Vd例如为0.5 V那样的电位。
下面使用图4说明上述那样构成的芯片温度检测电路13的动作。
9在本实施例的芯片温度检测电路中，因为作为温度检测元件的二极管的
正向电压VF具有负的温度特性，所以节点Na的电位Va，如图4(a)中的虚 线A所示，沿着随温度升高而降低的直线变化。在芯片温度为90。C时例如成 为2.27V那样地决定Va。另一方面，因为减法电路33输出从使用电阻R11 R14的电阻电路决定的电位中减去Va那样的电位，所以其输出Vb如图4(a) 中的实线B所示，沿随温度升高而升高的直线变化。决定电阻R11 R14的电
转放大器34的输出Vc如图4 (b)中点划线C所示，沿着在芯片温度为90。C 时通过2.5V的点的、随温度升高而降低的直线进^f亍变化。另外，设定输入电 阻R31和反馈电阻R32的电阻比，以使反转放大器34的输出Vc在芯片温度 为IOO'C时成为0.5V。
然后，通过后级的选择器36，在反转放大器34的输出Vc比2.5V高时 选择2.5V的Vreg，此外在反转放大器34的输出Vc比2.5V低时选择反转放 大器34的输出Vc，并且通过选择器38,在反转放大器34的输出Vc比0.5V 高时选择反转放大器34的输出Vc，此外在比0.5V低时选择0.5V的电压Vd。 因此，输出的参照电压Vcref如图4(c)所示进行变化，在90。C以下时为2.5V 并且恒定，在90。C ~ IO(TC的范围内沿着随温度升高而降低的直线变化，在100 。C以上时为0.5V并且恒定。
并且，当温度超过140'C时，如上所述根据过热保护检测电路31的输出 切断电流控制用晶体管Ql,所以通过Ql向二次电池40提供的充电电流IBAT 如图2所示，被控制为在9(TC以下为0.8C并且恒定，在90。C 100。C的范围 内沿着随温度升高而降低的直线变化，在100。C 140。C为0.2C并恒定，并且 在140。C以上成为0。
在此，所谓0.8C充电是指对于根据二次电池的特性决定的额定电流(1C ) 使用80%的电流值进行充电。不取1C而取0.8C是因为考虑到与反复充电相 伴的电池恶化。另外，当充电电流小时充电时间变长。因此，在与充电时间的 关系中，希望控制为在90。C以下使用0.7C~ 1C之间的任意的恒流进行充电。 另外，才艮据所使用的IC、充电对象的电池等的特性决定了给予切换控制的时机的9(TC、 IOO'C的温度，但并不限于这样的温度。
另外，在上述实施例中，把使充电电流变化的温度范围设为卯。C 100 °C，但不限于此。希望的温度范围的下限温度是8(TC 10(TC，上限温度是卯 °C~120°C，上述温度范围的温度差在5。C以上20。C以下，并且希望的温度差 在8。C以上15。C以下。并且，在上述的实施例中，在变化10。C的期间使充电 电流从0.8C向0.2C变化，即电流变化率为0.06C厂C，但是不限于此。希望的 电流变化率为0.04C厂C 0.08C厂C的范围。通过设定为这样的条件，能够把充 电中的芯片温度维持在希望的范围内。
下面，与仅具有过热保护检测电路的充电控制电路的充电动作(图5)进 行比较来说明具有图3那样的芯片温度检测电路，执行图2那样的温度电流控 制的本实施方式的充电控制用IC10中的充电动作(图6)。过热保护检测是在 通常的充电动作中很少动作的故障安全(fail safe)的功能，在以下的说明中 也假设没有过热保护的情况来进行说明。图6中的芯片温度是芯片的平均温 度，形成有温度检测用二极管的局部的芯片温度比图6的芯片温度高。
在不进行温度电流控制的现有的充电控制电路的充电动作(图5)中，通 过接通来自适配器等的输入电压Vin (时刻tl),立即开始流过0.8C的充电电 流IBAT，进行恒流控制的充电，电池电压VBAT緩緩上升，当到达4.2V那样 的预定压时切换为恒压控制的充电(时刻t2)。由此，充电电流减小，芯片温 度也降低。但是，在基于恒流控制的充电过程中，芯片温度超过90。C,由于 装置的周围温度有时可能超过140°C,所以此时过热保护检测电路31动作， 切断充电电 流o
另一方面，在进行温度电流控制的本实施方式的充电控制用IC10的充电 动作中，如图6所示，通过接通输入电压Vin (时刻tl )，暂时流过0.8C的充 电电流IBAT，由此当芯片温度上升超过90。C时，充电电流被降低，所以在芯 片温度为90。C附近的情况下进行充电。其后，当充电电流IBAT增加达到0.8C 时变为恒流控制的充电动作(期间Tl )，并且在此之后，当电池电压VBAT达 到4.2V那样的预定电压时切换为恒压控制的充电(时刻t2 )。
此外，在切换为恒压控制后，进行以下的控制例如使用计时器14在经
过预定时间后判定为充电结束，或者因为通过恒压控制充电电流'隄慢减小，所以监^L充电电流例如在成为0.1C以下的电流的时刻或者>^人该时刻经过预定时 间后判定为充电结束，使电流控制用晶体管Ql成为关闭状态。
如此，在本实施方式的充电控制用IC10的充电动作中，当芯片温度上升 超过卯。C时，因为充电电流被降低所以抑制芯片温度的上升。所以几乎不会 出现过热保护检测电路的故障安全的功能发挥作用的情况，避免了由于芯片温 度上升引起充电电流切断一由于再次恢复芯片温度急剧上升一切断充电电流 这样的跳跃现象的发生。因此，还能够防止电流再次恢复时大电流急剧流入二 次电池，二次电池的特性恶化加深这样的状况。
以上叙述了本发明的一实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，根 据本发明的技术思想能够进行各种变更。例如，在上述实施方式中，作为芯片 温度检测元件Dl ~ D4使用了 二极管，但是也可以把NPN晶体管的基极.发 射极间PN结作为温度检测元件来使用。另外，在上述实施方式中，设置检测 芯片温度的元件，对于芯片温度的上升进行温度控制，但是也可以根据来自检 测电池温度的热敏电阻的电压进行在上述实施方式中说明的电流控制。
并且，在图3的芯片温度检测电路中，为了在90。C以下输出2.5V(恒定)， 在IO(TC以上输出0.5V (恒定)，设置了比较器35、 37和选择器36、 38，但 也可以取代这些电路，设置由二极管等組成的钳位单元，对输出电压进行钳位， 输出和实施例相同的输出波形的电压。
在以上的说明中，说明了在二次电池的充电控制用IC中应用本发明的例 子，但本发明不限于此，除了二次电池的充电控制电路之外，还可以在DC-DC 变换器或LDO (低饱和线性稳压器)这样的直流电源电路、安装了 WLED (白 色发光二极管)驱动电路等多个电源系统电路的功率管理IC这样的多功能电 源控制用IC中使用本发明。
1权利要求
1. 一种充电控制电路，具有控制对二次电池提供的充电电流的功能，其特征在于，在进行监视的温度上升到预定的设定温度以上时切断充电电流，并且在进行监视的温度处于比所述电流切断设定温度低的预定的温度范围内时，温度越升高越降低充电电流，在进行监视的温度低于所述温度范围的下限温度的状态下流过预定的电流值的充电电流，从所述温度范围的上限温度到所述电流切断设定温度流过比所述预定的电流值小的充电电流。
2. —种充电控制用半导体集成电路，具有在电压输入端子和输出端子之 间设置的电流控制用晶体管；控制该电流控制用晶体管来控制对二次电池提供 的充电电流的控制电路；以及具有检测芯片温度的温度检测元件，输出与检测 温度对应的电压的芯片温度检测电路，该充电控制用半导体集成电路的特征在 于，所述控制电路控制所述电流控制用晶体管，以便在芯片温度处于比电流 切断设定温度低的预定的温度范围内时，温度越升高越降低充电电流，在芯片 温度比所述温度范围的下限温度低的状态下流过预定的电流值的充电电流，在 从所述温度范围的上限温度到所述电流切断设定温度流过比所述预定的电流 值小的电流。
3. 根据权利要求2所述的充电控制用半导体集成电路，其特征在于， 具有恒流控制放大器，该恒流控制放大器被反馈与输出充电电流对应的电压，对控制电压进行控制以使所述电流控制用晶体管中流过恒定的电流，将所述芯片温度检测电路的输出电压作为参照侧电压提供给所述恒流控 制放大器。
4. 根据权利要求2或3所述的充电控制用半导体集成电路，其特征在于， 所述温度范围的下限温度是80°C~100°C,所述温度范围的上限温度是90°C~120°C，所述温度差为5。C以上20。C以下。
5. 根据权利要求3或4所述的充电控制用半导体集成电路，其特征在于， 所述温度范围内的充电电流的变化率为0.04C厂C 0.08C厂C。
6. 根据权利要求2-5的任何一项所述的充电控制用半导体集成电路，其 特征在于，所述芯片温度检测电路具有电压比较电路，该电压比较电路在通过所述 温度检测元件生成的电压变得比预定的恒定电压低时或者高时，输出进行控制 以便在所述电流控制用晶体管中不流过电流的信号。
7. 根据权利要求2-6的任何一项所述的充电控制用半导体集成电路，其 特征在于，所述芯片温度检测电路具有减法电路，从预定的电压中减去通过所述温度检测元件生成的电压； 反转放大电路，对该减法电路的输出进行反转放大； 第一比较器，比较该反转放大电路的输出和第一电压； 第一选择单元，通过该第一比较器的输出控制所述第一选择单元，所述第一选择单元在所述反转放大电路的输出比所述第一电压低时选择所述反转放大电路的输出传递给后级，此外在所述反转放大电路的输出比所述第一电压高时选择所述第一电压传递给后级；第二比较器，比较所述反转放大电路的输出和比所述第一电压低的第二电压；以及第二选择单元，通过该第二比较器的输出控制所述第二选择单元，所述 第二选择单元在所述反转放大电路的输出比所述第二电压高时选择所述反转 放大电路的输出传递给后级，此外在所述反转放大电路的输出比所述第二电压 低时选择所述第二电压传递给后级。
全文摘要
本发明提供一种充电控制电路以及充电控制用半导体集成电路，在具有根据芯片温度控制充电电流的功能的充电控制用IC中，避免芯片温度的上下变动引起电流的接通/切断这样的跳跃现象。在具有控制对二次电池提供的充电电流的功能的充电控制用半导体集成电路中，在芯片温度上升到预定的设定温度(例如140℃)以上时切断充电电流，并且在芯片温度处于比所述电流切断设定温度低的预定的温度范围(例如90℃～100℃)内时随温度升高降低充电电流，在芯片温度比所述温度范围的下限温度低的状态下流过预定的电流值的充电电流，从所述温度范围的上限温度到所述电流切断设定温度流过比所述预定的电流值小的充电电流。
文档编号H02J7/10GK101546920SQ20091012758
公开日2009年9月30日 申请日期2009年3月23日 优先权日2008年3月24日
发明者山中佑司, 松田裕树, 竹下顺司 申请人:三美电机株式会社
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