專利名稱：充電控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及充電控制裝置，用于執(zhí)行電雙層電容器的充電控制。
背景技術(shù)：
圖18是示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于電雙層電容器(electrical double-layercapacitor)的充電控制裝置示例的電路圖。相關(guān)技術(shù)的充電控制裝置XlO通過電阻器X3和電阻器X4對用于電雙層電容器X20的充電電壓分壓，并產(chǎn)生分壓電壓。然后，充電控制裝置XlO通過使用放大器X2來控制連接在電源端子(VCC端子)與電雙層電容器X20之間的PMOS FET (P型金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)的導(dǎo)通性，以使得分壓電壓等于預(yù)定參考電壓。因此，充電控制裝置XlO被構(gòu)造為執(zhí)行充電控制(即恒壓充電控制)，以將電雙層電容器X20的充電電壓維持為預(yù)定目標電壓值。可以列舉專利文獻I (日本專利公開No. 2009-95076)作為與二次電池(例如鋰離子電池)的充電控制裝置有關(guān)的相關(guān)技術(shù)的示例。然而，根據(jù)相關(guān)技術(shù)執(zhí)行用于電雙層電容器X20的恒壓充電控制的充電控制裝置XlO具有以下三個問題。(I)在充電的開始時段期間產(chǎn)生涌入電流(inrush current) ； (2)很難判定電雙層電容器X20的異常(例如正端子故障，或正端子與負端子之間的短路)；
(3)很難控制流入電雙層電容器X20的充電電流。關(guān)于問題(I)，當(dāng)從電雙層電容器X20被完全放電的狀態(tài)開始充電時，很大的涌入電流流入電雙層電容器X20。如果不對充電控制裝置XlO提供過電流保護功能，則由于晶體管Xl的制造波動(即驅(qū)動能力或?qū)娮璧牟▌?，輸出電壓的下降開始電流也會波動，于是電雙層電容器X20的充電時間也有所波動(參見圖19)。與例如鋰離子電池的二次電池不同，盡管電雙層電容器X20不會被涌入電流損壞，但是當(dāng)大負載基于涌入電流而耗盡了電源電路(即電源電壓Vcc的提供裝置)時，可能導(dǎo)致不可預(yù)期的故障，例如系統(tǒng)停機。因此，為充電控制裝置XlO提供了用于防止涌入電流的過電流保護功能。作為返折特性型(fold back characteristic type)(參見圖 20)和關(guān)停型(shut down type)(參見圖21)列舉了已知的過電流保護功能的示例。當(dāng)充電電流(晶體管Xl的源極電流)達到預(yù)定過電流保護值(參見圖20)時，返折特性型過電流保護功能減小輸出電壓，以防止過熱造成的內(nèi)部電路故障，或防止外圍電路故障。但是，當(dāng)返折特性型過電流保護功能被用作用于充電控制裝置Xio的涌入電流保護功能時，一旦激活過電流保護，充電操作就不會再繼續(xù)，除非負載變低。因此，需要很長時間來從完全放電的狀態(tài)充電。同時，關(guān)停型過電流保護功能是重復(fù)充電操作的關(guān)停和再繼續(xù)(不具有閂鎖功能(off-latch))，直到涌入電流不達到過電流保護值(參見圖23)。但是，當(dāng)關(guān)停型過電流保護功能被用作執(zhí)行恒壓充電控制的充電控制裝置XlO的涌入電流保護功能時，存在關(guān)停期間充電時間不準確或功率損失等問題。
電雙層電容器X20是彼此并聯(lián)連接的具有小電容的電容器單元的集合的等效元件。與端子(即正端子和負端子)最靠近的電容器單元的ESR(等效串聯(lián)電阻)分量最小，位于端子相對側(cè)的電容器單元具有最大特征值。因此，單元的ESR分量彼此不同(參見圖24)。因此，關(guān)于形成電雙層電容器X20的電容器單元而言，如果電容器單元離兩個端子(即正端子或負端子)都較遠，則該電容器單元的AC阻抗特征值變大。因此，當(dāng)執(zhí)行用于電雙層電容器X20的恒壓充電控制時，最靠近端子(即正端子和負端子)的具有最小ESR分量的電容器單元比其他電容器單元更快地被完全充電。因此，甚至當(dāng)位于遠離端子處的電容器單元尚未完全充電時，正端子的電壓就被判定為達到了充電目標值。然后，為了補償電容器單元中發(fā)生的彼此之間的電荷重分配所導(dǎo)致的正端子的電壓下降，連續(xù)執(zhí)行恒壓充電控制。結(jié)果，流到電雙層電容器X20的充電電流隨時間減小，導(dǎo)致需要很長時間才能完全充電的問題。電雙層電容器用于大能耗的大型電氣設(shè)備(例如復(fù)印機或空調(diào))，因此上述問題不是很嚴重的問題。但是，隨著尺寸的小型化，近來將電雙層電容器用于小型電氣設(shè)備(例如電視接收機或手機)。這種小型電氣設(shè)備強烈需要縮短充電時間和減小電源電路的負載。因此，不能將具有上述問題的相關(guān)技術(shù)的充電技術(shù)(即恒壓充電控制)不加改變地用于小型電氣設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)的上述問題，本公開提供了用于適當(dāng)?shù)貙﹄婋p層電容器充電的充電控制裝置。為實現(xiàn)上述目的，本公開的充電控制裝置包括充電器，在電雙層電容器的充電開始之后，在恒流充電時段上執(zhí)行恒流充電控制，以將到電雙層電容器的充電電流維持在預(yù)定充電電流值。通過以下描述、附圖和權(quán)利要求，本公開的其他特征、元件、步驟、優(yōu)點和特性將變
得清楚明白。


圖1是示出根據(jù)本公開的充電控制裝置的實現(xiàn)方式的框圖。圖2是說明端子的示意圖。圖3是說明啟動操作的時序圖。圖4是說明OVP操作的時序圖。圖5是說明LVP操作的時序圖。圖6是示出信號輸出部30的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。圖7是示出第一信號輸入部40的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。圖8是說明遙控信號的檢測操作的模式圖。圖9是示出第二信號輸入部50的示例的電路圖。圖10是示出電源系統(tǒng)電路的結(jié)構(gòu)示例的框圖。圖11是說明電力選擇操作的時序圖。圖12是說明CC/CC充電控制的時序圖。
圖13是說明CC/CV充電控制的時序圖。圖14是說明CC/CC/CV充電控制的時序圖。圖15是示出充電器10的第一結(jié)構(gòu)示例(CC/CC/CV)的電路圖。圖16是示出充電器10的第二結(jié)構(gòu)示例(CC/CV)的電路圖。圖17是示出充電器10的第三結(jié)構(gòu)示例(CC/CC)的電路圖。圖18是示出根據(jù)相關(guān)技術(shù)的充電控制裝置的示例的電路圖。圖19是說明輸出電壓的下降開始電流的波動的示意圖。圖20是說明返折特性型OCP操作的示意圖(1-V)。圖21是說明關(guān)停型OCP操作的示意圖(1-V，t-1)。圖22是說明返折特性型OCP操作的示意圖(t-V，t-1)。圖23是說明關(guān)停型OCP操作的示意圖(t-V，t-1)。圖24是電雙層電容器的等效電路圖。
具體實施例方式〈整體框圖〉圖1是示出根據(jù)本公開的充電控制裝置的實現(xiàn)方式的框圖。充電控制裝置I是充電控制1C，用于執(zhí)行對電雙層電容器2的充電控制，并且包括充電器10、控制邏輯部20、信號輸出部30、第一信號輸入部40、第二信號輸入部50、振蕩器60、調(diào)節(jié)器70、參考電壓發(fā)生器80、電力選擇器90、以及電壓檢測器100。充電器10執(zhí)行對電雙層電容器2的充電控制。后面將描述充電器10的結(jié)構(gòu)和操作。控制邏輯部20總體上控制充電控制裝置I的整體操作。因此，在下面對操作的說明中，主要由充電控制裝置I控制的操作實際上是由控制邏輯部20控制的。信號輸出部30輸出從控制邏輯部20提供的電源的中繼控制信號、遙控器信號通道的導(dǎo)通信號、以及5鍵(five key)信號通道的導(dǎo)通信號。第一信號輸入部40接收從外部提供的遙控器檢測信號，并將該信號發(fā)送到控制邏輯部20。第二信號輸入部50接收從外部提供的5鍵檢測信號，并將該信號發(fā)送給控制邏輯部20。振蕩器60生成具有預(yù)定頻率的時鐘信號，并將其提供給控制邏輯部20。調(diào)節(jié)器70基于電力選擇器90選擇的電壓(VCC/VCAP)，生成調(diào)節(jié)器電壓VREG (3. 3V)。參考電壓發(fā)生器80基于電力選擇器90選擇的電壓(VCC/VCAP)，生成在充電控制裝置I中使用的參考電壓VREF。電力選擇器90在電源電壓VDD與充電電壓VCAP之間選擇較高的電壓，并輸出選擇的電壓。電壓檢測器100將電雙層電容器2的充電電壓VCAP與過壓保護值V0VP、充電目標值VMAX、充電再繼續(xù)(resume)判定值VRCHG、以及低壓保護值VLVP這四個值分別進行比較。然后，電壓檢測器100將相應(yīng)的比較結(jié)果輸出到控制邏輯部20。
<外部端子>作為電連接到外部設(shè)備的端子，充電控制裝置I包括REG端子、RMIN端子、FKIN端子、SSRON端子、RMON端子、FKON端子、VCC端子、STBYON端子、WAKEUP端子、CAP端子、IADJ端子、OVP端子、以及GND端子。圖2是說明充電控制裝置I的端子的圖。REG端子是3. 3V調(diào)節(jié)器輸出端子。RMIN端子是用于遙控器檢測信號的輸入端子。FKIN端子是用于5鍵檢測信號的輸入端子。SSRON端子是用于電源的中繼控制信號的輸出端子。RMON端子是用于遙控器信號通道的導(dǎo)通(switch ON)端子。FKON端子是用于5鍵信號通道的導(dǎo)通端子。VCC端子是電源輸入端子。STBYON端子是用于生態(tài)(eco)模式控制信號的輸入端子。WAKEUP端子是用于啟動信號的輸出端子。CAP端子是用于連接電雙層電容器2的端子。IADJ端子是用于連接用于充電電流控制的電阻器RX4的端子。OVP端子是用于設(shè)置OVP參考電壓的端子。GND端子是接地端子。<外部裝置>電阻器Rxl和Rx4以及電容器Cxl和Cx2從外部連接到充電控制裝置I。電阻器Rxl和Rx2構(gòu)成階梯電阻，以便通過對調(diào)節(jié)器電壓VREG分壓來設(shè)置過壓保護值V0VP。電阻器Rx3是連接在STBYON端子與REG端子之間的上拉電阻器。電阻器Rx4是用于設(shè)置充電電流的電阻器，連接到IADJ端子。電容器Cxl是連接到VCC端子的輸入平滑電容器。電容器Cx2是連接到REG端子的輸出平滑電容器?！磫硬僮鳌祱D3是說明啟動操作的時序圖。當(dāng)經(jīng)由VCC端子或CAP端子將電源提供給充電控制裝置I時，內(nèi)部電路被重置。在重置之后，低壓保護功能被無效(即處于遮蔽狀態(tài))，直到充電電壓VCAP第一次達到充電目標值VMAX。在充電電壓VCAP達到充電目標值VMAX之后，充電控制裝置I根據(jù)從CAP端子提供的充電電壓執(zhí)行間歇操作(intermittentoperation)。充電電壓VCAP在充電目標值VMAX與充電再繼續(xù)判定值VRCHG之間擺動。<0VP (過壓保護)操作>圖4是說明OVP操作的時序圖。描述了充電電壓VCAP、計數(shù)器控制信號、和SSRON信號。如果充電電壓VCAP在預(yù)定時段上大于過壓保護值V0VP，則充電控制裝置I檢測到充電電壓VCAP的過壓狀態(tài)。如果檢測到過壓狀態(tài)，則充電控制裝置I將SSRON信號固定為高電平，以停止對電雙層電容器2的充電。如果充電電壓VCAP在該預(yù)定時段期間小于過壓保護值V0VP，則充電控制裝置I繼續(xù)正常操作。 〈LVP (低壓保護)操作>圖5是說明LVP操作的時序圖。如果充電電壓VCAP低于低壓保護值VLVP，則充電控制裝置I檢測到充電電壓VCAP處于低壓狀態(tài)。如果檢測到低壓狀態(tài)，則充電控制裝置I將SSRON固定為高電平，以停止對電雙層電容器2的充電?！碈AP保護檢測操作>圖6是示出信號輸出部30的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。該實現(xiàn)方式的輸出部30包括緩沖器31、NM0S FET (場效應(yīng)晶體管)32、PMOS FET33和34、以及電阻器35和36。緩沖器31的輸入端子連接到控制邏輯部20。緩沖器31的輸出端子連接到SSRON端子(即緩沖器31的輸出端子也連接到RMON端子或FKON端子)。晶體管32的漏極端子經(jīng)由電阻器35連接到VCC端子。晶體管32的源極端子連接到接地端子。晶體管32的柵極端子連接到控制邏輯部20。晶體管33的漏極端子連接到VCC端子。晶體管33的源極端子連接到晶體管34的源極端子。晶體管34的漏極端子經(jīng)由電阻器36連接到SSRON端子。晶體管33和34的柵極端子均連接到晶體管32的漏極端子。如果檢測到充電電壓VCAP的異常，則充電控制裝置I終止充電控制裝置I的充電操作，然后SSRON端子、RMON端子、以及FKON端子被設(shè)置為高電平。晶體管32到34被導(dǎo)通，SSRON端子、RMON端子、以及FKON端子被上拉到電源電壓Vcc。然后，雖然控制邏輯部20的操作停止了(凍結(jié)狀態(tài))，但是調(diào)節(jié)器70維持為活動狀態(tài)，以穩(wěn)定內(nèi)部操作。當(dāng)充電控制裝置I通過使用電力選擇器90自動切換從VCC端子或CAP端子提供的電源電壓時，外部電流負載不能被提供給充電控制裝置I。當(dāng)控制邏輯部20的操作停止時，從VCC端子提供電源電壓。<遙控檢測>圖7是示出第一信號輸入部40的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。該實現(xiàn)方式的第一信號輸入部40包括NMOS FET 41和電阻器42。晶體管41的漏極端子經(jīng)由電阻器42連接到調(diào)節(jié)器電壓VREG的電壓施加端子，還連接到控制邏輯部20中包括的計數(shù)器21的輸入端子。晶體管41的源極端子連接到接地端子。晶體管41的柵極端子連接到RMIN端子。對于計數(shù)器21，從連接到RMIN端子的遙控器IC提供高電平信號。如果晶體管41導(dǎo)通，則計數(shù)器21開始對從振蕩器60提供的時鐘信號的脈沖的數(shù)目進行計數(shù)?？刂七壿嫴?0中包括的檢測器22檢測計數(shù)器21的計數(shù)值，如圖8所示，如果從遙控器IC提供的高電平信號持續(xù)IOOms到200ms，則判定為從遙控器IC提供信號。結(jié)果，從RMON端子提供高電平信號。<5鍵檢測>圖9是示出第二信號輸入部50的結(jié)構(gòu)示例的電路圖。該實現(xiàn)方式的第二信號輸入部50包括比較器51和52，用于將FKIN的端子電壓與兩種閾值電壓進行比較?？刂七壿嫴?0中包括的邏輯乘運算電路23將比較器51和52的輸出信號邏輯相乘，并輸出結(jié)果信號。關(guān)于控制邏輯部20中包括的計數(shù)器24，當(dāng)從連接到FKIN端子的5鍵模塊提供高電平信號時，并且當(dāng)邏輯乘運算電路23輸出高電平信號時，計數(shù)器24開始對從振蕩器60提供的脈沖的數(shù)目進行計數(shù)。控制邏輯部20中包括的檢測器25檢測計數(shù)器24的計數(shù)值。如果來自5鍵模塊的高電平信號持續(xù)多于100ms，則檢測器25將其判定為來自5鍵模塊的輸入信號。然后從FKON端子提供高電平信號?！?.3V 調(diào)節(jié)器〉圖10是示出電源系統(tǒng)電路(調(diào)節(jié)器70、參考電壓發(fā)生器80、和電力選擇器90)的結(jié)構(gòu)示例的框圖。調(diào)節(jié)器70為充電控制IC的內(nèi)部電路和外部電路二者提供電力。調(diào)節(jié)器70的電流輸出容量最大為20mA。電力選擇器90將電源電壓VCC與充電電壓VCAP進行比較，并自動輸出較高的電壓。如圖11所示，如果電源電壓VCC高于充電電壓VCAP，則電力選擇器90選擇性地輸出電源電壓VCC。如果電源電壓VCC降低到從充電電壓VCAP減去預(yù)定滯后量而計算得到的電壓(即VCAP-hys)，則電力選擇器90選擇性地輸出充電電壓VCAP0<電雙層電容器的充電控制操作>下面參考3個技術(shù)示例(即CC/CC (恒流/恒流)、CC/CV (恒流/恒壓)、和CC/CC/CV)來描述充電器10對電雙層電容器2的充電控制操作。
〈CC/CC 充電控制〉圖12是說明充電器10的CC/CC充電控制的時序圖。到電雙層電容器2的輸出電壓(即到電雙層電容器2的充電電壓VCAP)在圖12的上部示出，到電雙層電容器2的充電電流在圖12的下部示出。充電器10在時刻til開始對已完全放電的電雙層電容器2 (沒有電荷被充電的狀態(tài))充電，并在第一恒流充電時段Tl (時刻til到tl2)期間執(zhí)行恒流充電控制，以將到電雙層電容器2的充電電流維持為第一充電電流值。第一恒流充電時段Tl是如下時段其中到電雙層電容器2的充電電流被維持為第一充電電流，直到電雙層電容器2的充電電壓上升到預(yù)定充電目標值(完全充電值)。該結(jié)構(gòu)在充電開始時執(zhí)行對電雙層電容器2的恒流充電控制，使得能夠防止涌入電流，而不使用過流保護功能。如果在預(yù)定時段上內(nèi)輸出電壓不上升，則可以容易地判定電雙層電容器2異常(正端子故障或正端子與負端子之間短路)。關(guān)于在充電開始時執(zhí)行對電雙層電容器2的恒流充電控制的結(jié)構(gòu)，通過考慮到電雙層電容器2的ESR分量的AC特征來適當(dāng)?shù)卦O(shè)置第一充電電流值，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置輸出電壓(上升曲線的傾斜狀態(tài))。因此，可以優(yōu)化縮短充電時間與減小電源電路負載之間的平衡。例如，當(dāng)將充電控制裝置I裝備到需要盡量縮短對電雙層電容器2的充電時間的設(shè)備(即電子設(shè)備)時，設(shè)置第一充電電流，以最大化第一恒流充電時段Tl期間充電電流的積分值。此外，當(dāng)將充電控制裝置I裝備到需要盡量減小對電源電路的負載的設(shè)備(即電子設(shè)備)時，可以根據(jù)電源電路的電流提供能力，將第一充電電流設(shè)置為較小值。如果在經(jīng)過第一電流充電時段Tl之后，在時刻tl2處，輸出電壓達到預(yù)定充電目標值(即通過第一充電電流完全充電)，則到電雙層電容器2的輸出電壓根據(jù)構(gòu)成電雙層電容器2的電容器單元之間的電荷重分配而下降。因此，在經(jīng)過時刻tl2之后，在第二恒流充電時段Tl’(即時刻tl2到時刻tl3)上，充電器10執(zhí)行恒流充電控制，以將到電雙層電容器2的充電電流維持為第二充電電流值(第一充電電流值大于第二充電電流值)。第二恒流充電時段Tl’是如下時段其中到電雙層電容器2的充電電流被維持為第二充電電流，直到電雙層電容器2的充電電壓上升到預(yù)定充電目標值。因此，充電器10的CC/CC充電控制逐漸降低到電雙層電容器2的充電電流值，并且反復(fù)地設(shè)置恒流充電時段。采用該充電技術(shù)使得可以在經(jīng)過第一恒流充電時段Tl之后，高效地繼續(xù)對電雙層電容器2的充電(即用于補償電容器單元之間的重分配造成的電壓下降的充電，以及對完全放電的電容器單元的充電)?！碈C/CV 充電控制〉圖13是說明充電器10的CC/CV充電控制的時序圖。圖13的上部示出了到電雙層電容器2的輸出電壓(即到電雙層電容器2的充電電壓VCAP)，圖13的下部示出了到電雙層電容器2的充電電流。圖13中的時刻t21到時刻t22等同于圖12中的恒流充電時段Tl (時刻til到時刻tl2)，因此省略對其的重復(fù)說明。在經(jīng)過第一恒流充電時段Tl，輸出電壓在時刻t22達到預(yù)定充電目標值之后，在恒壓充電時段T2 (即時刻t22到時刻t23)上，充電器10執(zhí)行恒壓充電控制，以將充電電壓維持為充電目標值。恒壓充電時段T2是如下時段其中到電雙層電容器2的充電電壓被維持為充電目標值，直到電雙層電容器2的充電電流下降到充電完成判定值。關(guān)于充電器10的CC/CV充電控制，在經(jīng)過恒流充電時段Tl之后，輸出電壓達到充電目標值時，通過開始恒壓充電控制，可以繼續(xù)對電雙層電容器2的充電(即用于補償電容器單元之間的重分配造成的電壓下降的充電，以及對完全放電的電容器單元的充電)，而無需前述的類似于CC/CC充電控制的切換控制?！碈C/CC/CV 充電控制 >圖14是說明充電器10的CC/CC/CV充電控制的時序圖。圖14的上部示出了到電雙層電容器2的輸出電壓(即到電雙層電容器2的充電電壓VCAP)，圖14的下部示出了到電雙層電容器2的充電電流。圖14中的時刻t31到時刻t32等同于圖12中的恒流充電時段Tl (時刻til到時刻tl2)。圖14中的時刻t32到時刻t33等同于圖12中的恒流充電時段Tl’ (時刻tl2到時刻tl3)。圖14中的時刻t33到時刻t34等同于圖13中的恒壓充電時段T2 (時刻t22到時刻t23)。換言之，充電器10的CC/CC/CV充電控制是CC/CC充電控制和CC/CV充電控制的結(jié)合。采用該技術(shù)使得可以通過恒流充電控制縮短充電時間，并且恒壓充電控制可以充分利用電雙層電容器2的充電容量?！闯潆娖?0的電路結(jié)構(gòu)>圖15是示出充電器10的第一結(jié)構(gòu)示例(圖14中的CC/CC/CV充電控制)的電路圖。該實現(xiàn)方式的充電器10包括恒流充電控制電路11、恒壓充電控制電路12、和控制電路13。恒流充電控制電路11包括PMOS FET (場效應(yīng)晶體管)Pl和P2、NMOS FET NI和N2、齊納二極管D1、放大器AMPl和AMP2、電阻器Rl到R5、以及電容器Cl到C5。恒壓充電控制電路12與恒流充電控制電路11共享PMOS FETPl、NMOS FET NI和N2、齊納二極管Dl、電阻器R5、以及電容器C5，并且還包括放大器AMP3、電阻器R6到R8、以及電容器C6到C8。控制電路13包括控制器CTRL、比較器CMPl到CMP3、以及電阻器R9和R10。晶體管Pl的源極端子經(jīng)由電阻器Rl連接到電源電壓VCC的輸入端子。晶體管Pl的漏極端子連接到齊納二極管Dl的陽極端子。齊納二極管Dl的陰極端子連接到電雙層電容器2的正端子。電雙層電容器2的負端子連接到接地端子。晶體管Pl的柵極端子連接到電阻器R5的第一端子和電容器C5的第一端子。電阻器R5的第二端子和電容器C5的第二端子連接到電源電壓VCC的輸入端子。晶體管NI的漏極端子連接到晶體管Pl的柵極端子。晶體管NI的源極端子連接到接地端子。晶體管P2的源極端子經(jīng)由電阻器R2連接到電源電壓VCC的輸入端子。晶體管P2的漏極端子經(jīng)由電阻器R3連接到接地端子。晶體管P2的柵極端子連接到放大器AMPl的輸出端子。放大器AMPl的正相輸入端子(+)連接到晶體管Pl的源極端子。放大器AMPl的反相輸入端子(_)連接到晶體管P2的源極端子。放大器AMP2的正相輸入端子(+)連接到電阻器R4的第一端子。電阻器R4的第二端子連接到晶體管P2的漏極端子，并且經(jīng)由電容器Cl連接到放大器AMP2的輸出端子。放大器AMP2的反相輸入端子㈠連接到第一參考電壓Vrefl的輸入端子。電容器C2和C3彼此并聯(lián)在放大器AMP2的反相輸入端子(_)與放大器AMP2的輸出端子之間。放大器AMP2的輸出端子連接到晶體管N2的柵極端子，并且經(jīng)由電容器C4連接到第二參考電壓Vref2的輸入端子。晶體管N2的漏極端子連接到晶體管NI的柵極端子。晶體管N2的源極端子連接到接地端子。放大器AMP3的正相輸入端子(+)連接到第二參考電壓Vref2的輸入端子。放大器AMP3的反相輸入端子(_)經(jīng)由電阻器R7連接到接地端子。電阻器R6的第一端子和電容器CS的第一端子連接到放大器AMP3的反相輸入端子(_)。電阻器R6的第二端子和電容器CS的第二端子連接到電雙層電容器2的正端子。放大器AMP3的輸出端子經(jīng)由電阻器R8連接到晶體管NI的柵極端子。電容器C6的第一端子和電容器C7的第一端子連接到放大器AMP3的輸出端子。電容器C6的第二端子和電容器C7的第二端子連接到放大器AMP3的反相輸入端子(_)。電阻器R9的第一端子連接到電雙層電容器2的正端子。電阻器R9的第二端子經(jīng)由電阻器RlO連接到接地端子，并且還連接到比較器CMP2的正相輸入端子(+)和比較器CMP3的正相輸入端子(+)。比較器CMPl的正相輸入端子(+)連接到晶體管P2的漏極端子。比較器CMPl的反相輸入端子(_)連接到第一閾值電壓Vthl (即充電完成判定值)的輸入端子。比較器CMP2的反相輸入端子(_)連接到第二閾值電壓Vth2(即充電再繼續(xù)判定值)的輸入端子。比較器CMP3的反相輸入端子(_)連接到第三閾值電壓Vth3(即充電目標值)的輸入端子。因此，包括上述結(jié)構(gòu)的充電器10包括連接在電源電壓VCC與電雙層電容器2的正端子之間的輸出開關(guān)(P1)，還包括第一反饋控制器(P2、N1、N2、AMP1、AMP2、R1到R3、R5)，使得響應(yīng)于到電雙層電容器2的充電電流Ichg的第一反饋電壓信號Va等于第一參考電壓Vrefl ;以及第二反饋控制器(N1，N2，AMP3，R5到R8)，使得響應(yīng)于到電雙層電容器2的充電電壓VCAP的第二反饋電壓信號Vb等于第二參考電壓Vref2。電阻器R4和電容器Cl到CS是相位補償元件。盡管在圖15中將控制電路13描述為充電器10的組件，但是關(guān)于控制電路13，圖1中的控制邏輯部20或電壓檢測器100的功能也可以用于構(gòu)造控制電路13?！春懔鞒潆娍刂撇僮鳌店P(guān)于上述結(jié)構(gòu)的充電器10，恒流充電控制電路11執(zhí)行針對晶體管Pl的反饋控制，以使得在電阻器R3的一端產(chǎn)生的第一反饋電壓信號Va等于第一參考電壓Vrefl。因此，流至IJ電雙層電容器2的充電電流Ichg等于預(yù)定目標值(=R2/(Rl*R3)*Vrefl)。如果充電電流Ichg大于預(yù)定目標值，則晶體管N2的柵極電壓增大。于是晶體管N2的導(dǎo)通性增大，并且晶體管NI的柵極電壓降低。因此，晶體管NI的導(dǎo)通性降低，晶體管Pl的柵極電壓增大，晶體管Pl的導(dǎo)通性降低，充電電流Ichg降低。相反，如果充電電流Ichg小于目標值，則晶體管N2的柵極電壓降低，晶體管N2的導(dǎo)通性降低，晶體管NI的柵極電壓增大。因此，晶體管NI的導(dǎo)通性增大，晶體管Pl的柵極電壓降低，晶體管Pl的導(dǎo)通性增大，充電電流Ichg增大。此外，恒流充電控制電路11包括第一反饋電流信號發(fā)生器(R1，R2，P2，AMP1)，根據(jù)充電電流I chg生成第一反饋電流信號11 ;以及第一反饋電壓信號發(fā)生器(R3)，通過對第一反饋電流信號Il執(zhí)行電流/電壓變換來生成第一反饋電壓信號Va。通過變更電阻器R3的電阻，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)充電電流Ichg的目標值。<恒壓充電控制操作>關(guān)于包括上述結(jié)構(gòu)的充電器10，恒壓充電控制電路12執(zhí)行針對晶體管Pl的反饋控制，以使得在電阻器R6和R7的連接節(jié)點生成的第二反饋電壓Vb等于第二參考電壓Vref2。此外，提供給電雙層電容器2的充電電壓VCAP等于預(yù)定目標值(即R7/(R6+R7)*Vref2)。如果充電電壓VCAP大于預(yù)定目標值，則晶體管NI的柵極電壓降低。因此，晶體管NI的導(dǎo)通性降低，晶體管Pl的柵極電壓增大，晶體管Pl的導(dǎo)通性降低，充電電壓VCAP降低。相反，如果充電電壓VCAP小于目標值，則晶體管NI的柵極電壓增大。因此，晶體管NI的導(dǎo)通性增大，晶體管Pl的柵極電壓降低，晶體管Pl的導(dǎo)通性增大，充電電壓VCAP增大?！闯潆婋娏鞯那袚Q操作>關(guān)于從第一恒流充電時段Tl到第二恒流充電時段Tl’的切換操作(參見圖14中的時刻t32)，比較器CMP3將在電阻器R9與電阻器RlO的連接節(jié)點處生成的輸出反饋電壓Vb與第三閾值電壓Vth3 (=充電目標電壓)相比較。當(dāng)輸出反饋電壓Vfb變得大于第三閾值電壓Vth3時，執(zhí)行控制器CTRL對電阻器R3的電阻控制，以提高電阻器R3的電阻。<充電控制技術(shù)的切換操作>關(guān)于包括上述結(jié)構(gòu)的充電器10，主要由恒流充電控制電路11執(zhí)行操作，直到充電電壓VCAP達到目標值。在充電電壓VCAP達到目標值之后，主要由恒壓充電控制電路12執(zhí)行操作。因此，關(guān)于從第二恒流充電時段Tl’到恒壓充電時段T2的切換操作(參見圖14中的時刻t33)，自動進行充電控制技術(shù)的切換，無需使用特定的改變控制器?！闯潆娡Ｖ共僮鳌店P(guān)于從恒壓充電時段T2到放電時段T3的切換操作(參見圖14中的時刻t34)，比較器CMPl將在電阻器R3 —端生成的第一反饋電壓信號Va與第一閾值電壓Vthl (=充電完成判定值)進行比較。當(dāng)?shù)谝环答侂妷盒盘朧a變得小于第一閾值電壓Vthl時，控制器CTRL將晶體管Pl強制截止，以停止對電雙層電容器2的充電操作。關(guān)于強制截止晶體管Pl的技術(shù)，可以使用任何技術(shù)，類似于禁用放大器AMP3(即把放大器AMP3的輸出電平變?yōu)榈碗娖?和強制截止晶體管NI?！闯潆娫倮^續(xù)操作>關(guān)于從充電時段T3的充電再繼續(xù)操作，比較器CMP2將在電阻器R9和RlO的連接節(jié)點處生成的輸出反饋電壓Vb與第二閾值電壓Vth2(即充電再繼續(xù)判定值)相比較。當(dāng)輸出反饋電壓Vb變?yōu)樾∮诘诙撝惦妷篤th2時，通過使用控制器CTRL解除對晶體管Pl的強制截止，從而再繼續(xù)對電雙層電容器2的充電操作?！闯潆娖鞯牧硪粚崿F(xiàn)方式〉在圖15中，作為充電器10的第一結(jié)構(gòu)示例，盡管描述了用于實現(xiàn)圖14中的CC/CC/CV充電控制的結(jié)構(gòu)，但是也可以使用圖16中的第二結(jié)構(gòu)示例來實現(xiàn)圖13中的CC/CV充電控制。關(guān)于第二結(jié)構(gòu)示例，不需要對充電電流的切換控制。因此，與圖15中的第一結(jié)構(gòu)示例相比，可以省略比較器CMP3和從控制器CTRL到電阻器R3的電阻切換信號線。此外，為了實現(xiàn)圖12中的CC/CC充電控制，可以采用圖17中所示的第三結(jié)構(gòu)示例。在該第三結(jié)構(gòu)示例中，不需要恒壓充電控制。因此，如圖15中所示的第一結(jié)構(gòu)示例相比，省略了恒壓充電控制電路12和比較器CMPl，并且放大器AMP2的輸出端子直接連接到晶體管Pl的柵極端子?！磧?yōu)點〉本說明書公開的充電控制裝置使得可以適當(dāng)?shù)貙﹄婋p層電容器充電?！垂I(yè)應(yīng)用〉作為適當(dāng)?shù)貙﹄婋p層電容器充電的技術(shù)，本公開可用于各種應(yīng)用(即電氣設(shè)備)。〈其他實現(xiàn)方式〉此外，除了上述實現(xiàn)方式之外，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以做出各種修改和改變。因此，以上實現(xiàn)方式應(yīng)被視為說明性的，本發(fā)明不限于此。應(yīng)當(dāng)基于權(quán)利要求而非對以上實現(xiàn)方式的說明來解釋本公開的技術(shù)范圍。應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求等同物范圍內(nèi)的任何其他實現(xiàn)方式均包括在本公開的范圍內(nèi)。附圖標記列表I充電控制裝置(充電控制IC)2電雙層電容器10 充電器11 恒流充電控制電路

12 恒壓充電控制電路13 控制電路20 控制邏輯部21 計數(shù)器22 檢測器23 邏輯乘運算電路24計數(shù)器25檢測器30信號輸出部31緩沖器32N溝道型MOS場效應(yīng)晶體管33，34 P溝道型MOS場效應(yīng)晶體管35，36 電阻器40第一信號輸入部41N溝道型MOS場效應(yīng)晶體管42電阻器50第二信號輸入部51，52 比較器60振蕩器70調(diào)節(jié)器80參考電壓發(fā)生器90電力選擇器
100 電壓檢測器Rxl到Rx4電阻器(外部連接的)Cxl，Cx2電容器(外部連接的)Rl到RlO 電阻器Cl到C7 電容器AMPI，AMP2，AMP3 放大器PI, P2 P溝道型MOS場效應(yīng)晶體管NI, N2 N溝道型MOS場效應(yīng)晶體管Dl 齊納二極管CTRL 控制器CMPl比較器(用于充電完成判定)CMP2比較器(用于充電再繼續(xù)判定)CMP3比較器(用于充電電流切換判定)。
權(quán)利要求
1.一種充電控制裝置，包括 充電器，用于在電雙層電容器的充電開始之后，在恒流充電時段上執(zhí)行恒流充電控制，以將到所述電雙層電容器的充電電流維持為預(yù)定充電電流值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制裝置，其中恒流充電時段是直到所述電雙層電容器的充電電壓升高到充電目標值為止的時段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電控制裝置，其中在經(jīng)過恒流充電時段之后，在恒壓充電時段上充電器執(zhí)行恒壓充電控制，以將充電電壓維持為充電目標值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電控制裝置，其中恒壓充電時段是直到充電電流下降到充電完成判定值為止的時段。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制裝置，其中隨著充電電流值下降，反復(fù)地設(shè)置恒流充電時段。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制裝置，其中在電雙層電容器的充電完成之后，并且當(dāng)充電電壓下降到充電再繼續(xù)判定值時，充電器再繼續(xù)電雙層電容器的充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制裝置，其中充電器包括 輸出開關(guān)，連接在電源端子與電雙層電容器之間； 第一反饋控制器，用于執(zhí)行針對所述輸出開關(guān)的反饋控制，以使根據(jù)充電電流的第一反饋電壓信號等于第一參考電壓值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電控制裝置，其中充電器還包括 第二反饋控制器，用于執(zhí)行針對所述輸出開關(guān)的反饋控制，以使根據(jù)充電電壓的第二反饋電壓信號等于第二參考電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制裝置，還包括 電壓檢測器，用于將電雙層電容器的充電電壓與過壓保護值相比較。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的充電控制裝置，還包括 控制邏輯部，用于當(dāng)檢測到充電電壓的過壓狀態(tài)時停止對電雙層電容器的充電。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電控制裝置，還包括 電壓檢測器，用于將電雙層電容器的充電電壓與充電目標值相比較。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充電控制裝置，還包括 電壓檢測器，用于將電雙層電容器的充電電壓與充電再繼續(xù)判定值相比較。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電控制裝置，還包括 電壓檢測器，用于將電雙層電容器的充電電壓與低壓保護值相比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的充電控制裝置，還包括 控制邏輯部，用于當(dāng)檢測到充電電壓的低壓狀態(tài)時，停止對電雙層電容器的充電。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電控制裝置，其中第一反饋控制器包括 第一反饋電流信號發(fā)生器，用于根據(jù)充電電流生成第一反饋電流信號； 第一反饋電壓信號發(fā)生器，用于通過執(zhí)行針對第一反饋電流信號的電流/電壓變換，來生成第一反饋電壓信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的充電控制裝置，其中第一反饋電壓信號發(fā)生器是第一反饋電流信號流入的電阻器。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的充電控制裝置，其中在對充電電流值進行變換時，可變地控制所述 電阻器的電阻值。
全文摘要
本公開提供了一種充電控制裝置，包括充電器，在電雙層電容器的充電開始之后，在恒流充電時段上執(zhí)行恒流充電控制，以將到電雙層電容器的充電電流維持為預(yù)定充電電流值。
文檔編號H02J7/00GK103066629SQ20111032056
公開日2013年4月24日 申請日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者原英夫 申請人:羅姆股份有限公司