蓄电池充电电路、蓄电池充电电路中的电源切换方法、及电源单元

摘要

一种公开的充电电路通过使用产生和输出第一电压的第一直流电源为蓄电池充电。将所述第一直流电源的第一电压、来自外部电源产生的第二电压、和所述蓄电池的蓄电池电压中最高的电压作为电源提供给所述充电电路。

说明书

技术领域

本发明涉及在诸如移动电话和膝上型计算机的小型便携电子设备中使 用的蓄电池(secondary battery/蓄电池)的充电电路、蓄电池充电电路中执 行的电源切换方法、和电源单元，具体地，涉及这样的蓄电池的充电电路、 在蓄电池的充电电路中执行的电源切换方法、和电源单元，其中，诸如燃料 电池或太阳能电池的低压直流电源被用作初级电源，从该直流电源输出的电 压被升压，以对蓄电池充电。

背景技术

近年来以及未来，全球环境保护和节能正变成主要关注点。因而，对环 境影响小的燃料电池和太阳能电池正逐渐被采用作为便携设备的电源。随着 数字地面广播和下一代通信标准的应用，尤其是移动电话消耗的电量在增 加，这减少了电池待机时间。此外，膝上型计算机需要具有较长的持续工作 时间。这样，为解决这些问题，人们期望低功耗设备和高能量密度电池。

太阳能电池和燃料电池与锂离子电池相比具有较高的能量密度；但是， 它们的每个电池单元(cell)的发电电压一般很低，约为0.3V-1.23V，因此 如此低的电压不能驱动负载。此外，由于太阳能电池和燃料电池具有极低的 输出密度，所以采用所谓的混合配置。详细地，在这样的混合配置中，发电 电压由升压电路升压，升压的电压被存储在并联连接并具有高输出密度的蓄 电池中，并从该蓄电池向负载提供该发电电压。但是，通过如此低的电压驱 动升压电路及其控制电路极为困难。

一种方法是提供存储单元，以便为驱动升压器转换器的控制电路提供电 压。首先，从该存储单元向控制电路提供电源，以激活升压器转换器，在升 压器转换器被激活后，来自该升压器转换器的输出被用于驱动该控制电路。 然后，利用开关和反向电流阻止单元将存储单元与负载和控制电路分开。因 此，低压直流电源可以被用作驱动负载的主要电源，而且存储单元的容量可 以很小。该技术使得即使发电电压低于激活升压器电路所需的电压，也能够 驱动负载(参见例如，专利文献1)。

专利文献1：日本公开专利申请第2004-147409号

但是，在上述技术中，当便携设备在没有来自主电源的电压输出的情况 下弃置很长时间时，电流从开关和反向电流阻止单元中稍微泄漏，或者引起 存储单元的自然自放电。因而，存储单元的电压下降到控制电路不能被激活 的电平。结果，不能激活升压器转换器，不能从主电源向负载提供电源，设 备变得永久性不可用。

发明内容

本发明提供一种蓄电池的充电电路、在蓄电池的充电电路中执行的电源 切换方法、和电源单元，其中消除了一个或多个上述缺点。

本发明的优选实施例提供了一种蓄电池的充电电路、在充电电路中执行 的电源切换方法、和具有蓄电池的充电电路的电源单元，其中采用诸如燃料 电池或太阳能电池的低压直流电源作为主电源，即使被用作主电源的直流电 源的电压低于驱动充电电路所需的电压，也能够控制为蓄电池充电的操作， 确保对应于负载的设备在任何环境下可工作，并最小化从仅具有有限电量的 直流电源提供的电量，从而提高了效率。

本发明的实施例提供了一种用于通过使用产生和输出第一电压的第一 直流电源为蓄电池充电的充电电路，所述充电电路包括：充电电路单元，其 被配置为利用从第一直流电源接收的第一电压为蓄电池充电；和电源切换电 路单元，其被配置为接收来自第一直流电源的第一电压、由来自外部的电源 所产生的第二电压、和来自蓄电池的蓄电池电压，并将所接收的电压中最高 的电压作为电源提供给充电电路单元。

本发明的实施例提供了一种用于通过使用产生和输出第一电压的第一 直流电源为蓄电池充电的充电电路，所述充电电路包括：充电电路单元，其 被配置为利用从第一直流电源接收的第一电压为蓄电池充电；升压器电路单 元，其被配置为以预定的升压比升压第一电压，以产生和输出第三电压；和 电源切换电路单元，其被配置为接收来自第一直流电源的第一电压、来自升 压器电路单元的第三电压、和来自蓄电池的蓄电池电压，并将所接收的电压 中最高的电压作为电源提供给充电电路单元。

本发明的实施例提供了一种用于通过使用产生和输出第一电压的第一 直流电源为蓄电池充电的充电电路，所述充电电路包括：充电电路单元，其 被配置为利用从第一直流电源接收的第一电压为蓄电池充电；升压器电路单 元，其被配置为以预定的升压比升压第一电压，以产生和输出第三电压；和 电源切换电路单元，其被配置为接收来自第一直流电源的第一电压、由来自 外部的电源产生的第二电压、来自升压器电路单元的第三电压、和来自蓄电 池的蓄电池电压，并将所接收的电压中最高的电压作为电源提供给充电电路 单元。

本发明的实施例提供了一种用于通过使用产生和输出第一电压的第一 直流电源为蓄电池充电的充电电路，所述充电电路包括：充电电路单元，其 被配置为利用从第一直流电源接收的第一电压为蓄电池充电；和电源切换电 路单元，其被配置为接收来自第一直流电源的第一电压和来自蓄电池的蓄电 池电压，并将所接收的电压中较高的电压作为电源提供给充电电路单元。

本发明的实施例提供了一种在充电电路中的电源切换方法，其中所述充 电电路用于通过使用产生和输出第一电压的第一直流电源为蓄电池充电，所 述方法包括步骤：将第一直流电源的第一电压、来自外部电源所产生的第二 电压、和蓄电池的蓄电池电压中最高的电压作为电源提供给充电电路。

本发明的实施例提供了一种在充电电路中的电源切换方法，其中所述充 电电路用于通过使用产生和输出第一电压的第一直流电源为蓄电池充电，所 述方法包括步骤：将第一直流电源的第一电压、由升压第一电压产生的第三 电压、和蓄电池的蓄电池电压中最高的电压作为电源提供给充电电路。

本发明的实施例提供了一种在充电电路中的电源切换方法，其中所述充 电电路通过使用产生和输出第一电压的第一直流电源为蓄电池充电，所述方 法包括步骤：将第一直流电源的第一电压、来自外部电源所产生的第二电压、 由升压第一电压产生的第三电压、和蓄电池的蓄电池电压中最高的电压作为 电源提供给充电电路。

本发明的实施例提供了一种在充电电路中的电源切换方法，其中所述充 电电路通过使用产生和输出第一电压的第一直流电源为蓄电池充电，所述方 法包括步骤：将第一直流电源的第一电压和蓄电池的蓄电池电压中较高的电 压作为电源提供给充电电路。

本发明的实施例提供了一种用于为蓄电池充电并向负载提供所述蓄电 池的蓄电池电压的电源单元，所述电源单元包括：第一直流电源，其被配置 为产生和输出第一电压；充电电路，其被配置为通过使用从第一直流电源接 收的第一电压为蓄电池充电；和第二直流电源，其被配置为从外部电源产生 第二电压并输出该第二电压；其中，所述充电电路包括：充电电路单元，其 被配置为利用从第一直流电源接收的第一电压为蓄电池充电；和电源切换电 路单元，其被配置为接收来自第一直流电源的第一电压、来自第二直流电源 的第二电压、和来自蓄电池的蓄电池电压，并将所接收的电压中最高的电压 作为电源提供给充电电路单元。

本发明的实施例提供了一种用于为蓄电池充电并向负载提供所述蓄电 池的蓄电池电压的电源单元，所述电源单元包括：第一直流电源，其被配置 为产生和输出第一电压；和充电电路，其被配置为通过使用从第一直流电源 接收的第一电压为蓄电池充电；其中，所述充电电路包括：充电电路单元， 其被配置为利用从第一直流电源接收的第一电压为蓄电池充电；升压器电路 单元，其被配置为以预定的升压比升压第一电压，以产生和输出第三电压； 和电源切换电路单元，其被配置为接收来自第一直流电源的第一电压、来自 蓄电池的蓄电池电压、和来自升压器电路单元的第三电压，并将所接收的电 压中最高的电压作为电源提供给充电电路单元。

本发明的实施例提供了一种用于为蓄电池充电并向负载提供所述蓄电 池的蓄电池电压的电源单元，所述电源单元包括：第一直流电源，其被配置 为产生和输出第一电压；充电电路，其被配置为通过使用从第一直流电源接 收的第一电压为蓄电池充电；和第二直流电源，其被配置为从外部电源产生 第二电压并输出该第二电压；其中，所述充电电路包括：充电电路单元，其 被配置为利用从第一直流电源接收的第一电压为蓄电池充电；升压器电路单 元，其被配置为以预定的升压比升压第一电压，以产生和输出第三电压；和 电源切换电路单元，其被配置为接收来自第一直流电源的第一电压、来自第 二直流电源的的第二电压、来自蓄电池的蓄电池电压、和来自升压器电路单 元的第三电压，并将所接收的电压中最高的电压作为电源提供给充电电路单 元。

本发明的实施例提供了一种用于为蓄电池充电并向负载提供所述蓄电 池的蓄电池电压的电源单元，所述电源单元包括：第一直流电源，其被配置 为产生和输出第一电压；和充电电路，其被配置为通过使用从第一直流电源 接收的第一电压为蓄电池充电；其中，所述充电电路包括：充电电路单元， 其被配置为利用从第一直流电源接收的第一电压为蓄电池充电；和电源切换 电路单元，其被配置为接收来自第一直流电源的第一电压和来自蓄电池的蓄 电池电压，并将所接收的电压中较高的电压作为电源提供给充电电路单元。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的包括用于为蓄电池充电的充电电路 的电源单元的框图；

图2是图1所示的充电电路单元和电源切换电路单元的内部配置的框 图；

图3是图2所示的控制电路的内部配置的示意框图；

图4是根据本发明的第二实施例的包括用于为蓄电池充电的充电电路 的电源单元的框图；

图5是图4所示的充电电路单元和电源切换电路单元的内部配置的框 图；

图6是根据本发明的第三实施例的包括用于为蓄电池充电的充电电路 的电源单元的框图；

图7是图6所示的充电电路单元和电源切换电路单元的内部配置的框 图；

图8是根据本发明的第四实施例的包括用于为蓄电池充电的充电电路 的电源单元的框图；以及

图9是图8所示的充电电路单元和电源切换电路单元的内部配置的框 图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的实施例。

第一实施例

图1是根据本发明的第一实施例的包括用于为蓄电池充电的充电电路的 电源单元的框图。

如图1所示，电源单元1包括：第一直流电源2，包括产生和输出第一 电压V1的燃料电池或太阳能电池；第二直流电源3，基于外部电源(如， 从AC适配器)产生和输出预定的第二电压V2；蓄电池4，被配置为锂离子 电池；充电电路5，利用通过将来自第一直流电源2的第一电压V1升压而 得到的电压为蓄电池4充电。

充电电路5包括：充电电路单元11，其利用通过将来自第一直流电源2 的第一电压V1升压而得到的电压为蓄电池4充电；和电源切换电路单元12， 其检测第一电压V1、第二电压V2、和作为蓄电池4的电池电压的蓄电池电 压Vb，选择第一电压V1、第二电压V2、或蓄电池电压Vb中的一个，并将 该选择出的电压作为电源提供给充电电路单元11。电源切换电路单元12接 收来自第一直流电源2、第二直流电源3、和蓄电池4的电压，检测输入到 其中的第一电压V1、第二电压V2、和蓄电池电压Vb的电压电平，并将最 高的电压作为电源输出到充电电路单元11。充电电路单元11通过利用从电 源切换电路单元12接收的电压作为电源而工作。

下面描述一个示例，其中采用燃料电池作为第一直流电源2，充当主电 源，采用锂离子电池作为上述配置中的蓄电池4。

当从第二直流电源3接收到第二电压V2时，第二电压V2的电压电平 通常是最高的，电源切换电路单元12将第二电压V2作为电源输出到充电电 路单元11。如果由于某种原因，从第二直流电源3输出的第二电压V2低于 从第一直流电源2(燃料电池)输出的第一电压V1和蓄电池电压Vb，则将 接收的第一电压V1和蓄电池电压Vb中的较高电压作为电源输出到充电电 路单元11。充电的蓄电池4(锂离子电池)的蓄电池电压Vb根据其放电特 性一般为3.2V-4.4V。蓄电池电压Vb通常高于第一电压V1，电源切换电 路单元12将蓄电池电压Vb作为电源提供给充电电路单元11。

图2是图1所示的充电电路单元11和电源切换电路单元12的内部配置 的框图。

如图2所示，充电电路单元11包括电感器L1、电容器C1、电阻R1、 R2、和充电控制电路13。充电控制电路13包括：开关元件M1，其被配置 为执行开关操作的NMOS晶体管，以控制来自第一直流电源2(燃料电池) 的第一电压V1的输出；和同步整流开关元件M2，其被配置为PMOS晶体 管。此外，充电控制电路13包括电流检测电路21和控制电路22。电流检测 电路21基于被用于电流检测的电阻R1两端的压降检测向蓄电池4(锂离子 电池)提供的充电电流，并产生和输出指示所检测的电流电平的信号Si。控 制电路22根据来自电流检测电路21的信号Si和蓄电池电压Vb控制开关元 件M1和同步整流开关元件M2之间的开关操作。

电源切换电路单元12包括第一电压检测电路31、第二电压检测电路32、 蓄电池电压检测电路33、转换(switchover)开关34、和电源转换控制电路 35。第一电压检测电路31检测来自第一直流电源2(燃料电池)的第一电压 V1的电压电平并产生和输出指示所检测的电压电平的信号S1。第二电压检 测电路32检测来自第二直流电源3的第二电压V2的电压电平并产生和输出 指示所检测的电压电平的信号S2。蓄电池电压检测电路33检测来自蓄电池 4(锂离子电池)的蓄电池电压Vb的电压电平并产生和输出指示所检测的电 压电平的信号Sb。转换开关34根据接收的控制信号唯一地输出第一电压V1、 第二电压V2、和蓄电池电压Vb中的一个。电源转换控制电路35基于从第 一电压检测电路31、第二电压检测电路32、和蓄电池电压检测电路33接收 的信号确定第一电压V1、第二电压V2、和蓄电池电压Vb中的最高电压， 并控制转换开关34向用于配置包括控制电路22的充电电路单元11的一些 或全部元件输出确定的电压。电源切换电路单元12和充电控制电路13集成 于单个IC上。该IC也包括端子T1-T6。

经由端子T1向转换开关34的b端和第一电压检测电路31输入第一电 压V1。电感器L1被从外部提供于端子T1和端子T2之间，电阻R2和电容 器C1组成的串联电路被从外部提供于端子T3和地电压之间。开关元件M1 连接于端子T2和地电压之间，同步整流开关元件M2连接于端子T2和端子 T3之间。开关元件M1和同步整流开关元件M2的栅极连接于控制电路22 上，而控制电路22执行开关控制操作，以在开关元件M1和同步整流开关 元件M2之间切换。

端子T3和端子T4彼此外部互连，电阻R1连接于端子T4和端子T5之 间，端子T4和端子T5连接于电流检测电路21。蓄电池电压Vb经由端子 T5被输入到控制电路22、转换开关34的c端、和蓄电池电压检测电路33。 负载10连接到端子T5并接收电源。控制电路22连接到转换开关34的公共 端com，并接收来自公共端com的电源。根据来自电源转换控制电路35的 控制信号Sc控制转换开关34。经由端子T6向转换开关34的a端和第二电 压检测电路32输入第二电压V2。

在上述配置中，控制电路22以恒定电流或恒定电压为蓄电池4(锂离子 电池)充电。为了提供恒定电流，控制电路22基于从电流检测电路21接收 的信号Si检测向蓄电池4(锂离子电池)提供的电流。控制电路22执行PWM 控制或PFM控制，以使得开关元件M1执行开关操作，以便于检测的充电 电流变为恒定于预定电平。此外，控制电路22使得同步整流开关元件M2 执行与开关元件M1的操作相反的开关操作。当开关元件M1导通并变为导 电而同步整流开关元件M2被截止并变为断开时，能量被存储于电感器L1 中。

随后，当开关元件M1被截止并变为断开而同步整流开关元件M2被导 通并变为导电时，存储于电感器L1中的能量施加于第一电压V1上并向端 子T3输出，被电阻R2和电容器C1进行平滑处理，以使得第一电压V1被 升压并提供给蓄电池4(锂离子电池)。

图3是控制电路22的内部配置的示意性框图。

如图3所示，控制电路22包括充电电流控制电路单元41和充电电压控 制电路单元42。充电电流控制电路单元41执行对于开关元件M1和同步整 流开关元件M2的开关控制操作，以使得以恒定电压为蓄电池4(锂离子电 池)充电。控制电路22还包括数字控制电路单元43、参考电压源电路单元 44、和参考电流源电路单元45。数字控制电路单元43控制充电电流控制电 路单元41和充电电压控制电路单元42的操作，以跟随预定充电控制流。参 考电压源电路单元44向充电电流控制电路单元41和充电电压控制电路单元 42提供预定的参考电压。参考电流源电路单元45向充电电流控制电路单元 41和充电电压控制电路单元42提供预定的参考电流。

数字控制电路单元43监控第一直流电源2(燃料电池)的第一电压V1 并确定是否能从第一直流电源2(燃料电池)提供电源。例如，当确定不能 从第一直流电源2(燃料电池)提供电源时，数字控制电路单元43控制充电 电压控制电路单元42和充电电流控制电路单元41的操作，以截止开关元件 M1和同步整流开关元件M2，从而停止为蓄电池4(锂离子电池)充电。数 字控制电路单元43从例如检测蓄电池4(锂离子电池)的温度的温度传感器 (未示出)接收温度检测信号St。当基于该温度检测信号St确定蓄电池4 (锂离子电池)的温度不正常时，例如，高于或等于预定值时，数字控制电 路单元43使充电电压控制电路单元42和充电电流控制电路单元41截止开 关元件M1和同步整流开关元件M2并停止为蓄电池4(锂离子电池)充电。

下面，将描述电源切换电路单元12的操作。

电源转换控制电路35基于从第一电压检测电路31接收的信号S 1、从 第二电压检测电路32接收的信号S2、和从蓄电池电压检测电路33接收的 信号Sb确定第一电压V1、第二电压V2、和蓄电池电压Vb中的最高电压， 并控制转换开关34向用于配置包括控制电路22的充电电路单元11的一些 或全部元件输出确定的电压。例如，当第二电压V2最高时，电源转换控制 电路35控制转换开关34，以使得公共端com连接到端a。转换开关34包括 开关元件和二极管元件，并切断在不同电源之间的不期望的电流路径。如果 转换开关34被配置为MOS晶体管，则可以使用该MOS晶体管的寄生二极 管代替该二极管。

如上所述，在根据本发明的第一实施例的用于为蓄电池4充电的充电电 路5中，电源切换电路单元12检测由诸如燃料电池或太阳能电池的第一直 流电源2产生的第一电压V1、由第二直流电源3基于诸如AC适配器的外 部电源产生的第二电压V2、和蓄电池4的蓄电池电压Vb中的最高电压。然 后电源切换电路单元12将此最高电压作为电源输出到充电电路单元11。充 电电路单元11通过利用从电源切换电路单元12接收的电压作为电源而工 作。因此，即使通过利用具有比驱动充电电路5所需的电压低的电压的诸如 燃料电池或太阳能电池的直流电源为蓄电池4充电，也能够为蓄电池4充电， 确保对应于负载10的设备在任何环境下可操作，并最小化从仅具有有限电 量的直流电源提供的电量，从而提高了效率。

第二实施例

在第一实施例中，第二直流电源基于从诸如AC适配器的外部接收的电 源产生第二电压V2。在根据本发明的第二实施例中，代替第二直流电源， 采用升压来自第一直流电源的第一电压V1的升压器电路。

图4是根据本发明的第二实施例的包括用于为蓄电池充电的充电电路的 电源单元的框图。在图4中，使用相同的参考数字表示与图1中的元件对应 的元件，并不再进行描述。下面仅描述图4和图1的不同之处。

图4和图1的不同之处是提供升压器电路7代替图1中所示的第二直流 电源3。因此，图1中所示的电源切换电路单元12被电源切换电路单元12a 代替、图1中所示的充电电路5被充电电路5a代替、以及图1中所示的电 源单元1被电源单元1a代替。

如图4所示，电源单元1a包括：第一直流电源2、升压来自第一直流电 源2的第一电压V1以产生和输出第三电压V3的升压器电路7、蓄电池4、 和充电电路5a。升压器电路7是电容器类型电路，并甚至能够利用低压工作。

充电电路5a包括：充电电路单元11和电源切换电路单元12a，该电源 切换电路单元12a检测第一电压V1和作为蓄电池4的电压的蓄电池电压Vb， 选择第一电压V1、第三电压V3、或蓄电池电压Vb中的一个，并将该选择 出的电压作为电源输出到充电电路单元11。充电电路单元11通过利用从电 源切换电路单元12a接收的电压作为电源而工作。

电源切换电路单元12a通过利用存储单元等识别在升压器电路7中初始 指定的升压比。因此，能够通过检测第一电压V1的电压电平检测第三电压 V3的电压电平。从而，不需用于检测第三电压V3的电路以便于设备能够制 成小型化。电源切换电路单元12a接收来自于第一直流电源2、升压器电路 7、和蓄电池4的电压，并将第一电压V1、第三电压V3、和蓄电池电压Vb 中的最高电压作为电源输出到充电电路单元11。充电电路单元11通过利用 从电源切换电路单元12a接收的电压作为电源而工作。

下面描述一个示例，其中采用燃料电池作为第一直流电源2，充当主电 源，采用锂离子电池作为上述配置中的蓄电池4。

充电的蓄电池4(锂离子电池)的蓄电池电压Vb根据其放电特性一般 为3.2V-4.4V。这足够驱动充电电路单元11。因此电源切换电路单元12a 确定蓄电池4(锂离子电池)是最佳的，并且蓄电池4(锂离子电池)被用 作充电电路单元11的电源。

由于第一直流电源2(燃料电池)的能量是有限的，除非补充燃料，否 则输出电压下降并且其变得不能供电。如果第一直流电源2(燃料电池)未 能被补充燃料，并变得不能向蓄电池4(锂离子电池)供电，则蓄电池4(锂 离子电池)的电压也会下降。结果，充当负载10的设备不能被驱动。

在这种情况下，从该设备向用户发送报告存在燃料短缺的信息，而用户 为第一直流电源2(燃料电池)补充燃料。当第一直流电源2(燃料电池) 被补充了燃料时，第一直流电源2(燃料电池)能够再次开始供电。但是， 在这点上，蓄电池4(锂离子电池)是过放电状态，并不能提供足够用来驱 动充电电路单元11的电压。在这样的情况下，电源切换电路单元12a确定 升压器电路7是最佳电源，而升压器电路7被用作充电电路单元11的电源。 例如，当第一直流电源2(燃料电池)包括以堆叠方式串联放置的多个电池 单元并且能够提供足够用来驱动充电电路单元11的电压时，电源切换电路 单元12a确定第一直流电源2(燃料电池)是最佳的，并且第一直流电源2 (燃料电池)可被用作充电电路单元11的电源。

如果第一直流电源2(燃料电池)不具有以堆叠方式放置的多个电池单 元以使得便携设备能被制成小型化，并且第一直流电源2(燃料电池)不能 提供驱动充电电路单元11所需的电压，则电源切换电路单元12a确定升压 器电路7是最佳电源，而升压器电路7被用作充电电路单元11的电源。

如上所述，电源切换电路单元12a能够基于升压比和输入到升压器电路 7的第一电压V1估计从升压器电路7输出的第三电压V3。升压器电路7在 正常环境下不工作；仅当电源切换电路单元12a选择了升压器电路7时升压 器电路7才工作。这样，能够显著减少电源单元1a的无功功率。

图5是图4所示的充电电路单元11和电源切换电路单元12a的内部配 置的框图。在图5中，使用相同的参考数字表示与图2中的元件对应的元件。 在图5中所示的充电电路单元11的配置和操作与图2所述的相同，因此不 再做进一步的描述。

如图5所示，电源切换电路单元12a包括第一电压检测电路31和蓄电 池电压检测电路33。第一电压检测电路31检测来自第一直流电源2(燃料 电池)的第一电压V1的电压电平并产生和输出指示所检测的电压电平的信 号S 1。蓄电池电压检测电路33检测来自蓄电池4(锂离子电池)的蓄电池 电压Vb的电压电平并产生和输出指示所检测的电压电平的信号Sb。

此外，电源切换电路单元12a包括转换开关34和电源转换控制电路35。 转换开关34根据接收的控制信号唯一地输出第一电压V1、第三电压V3、 和蓄电池电压Vb中的一个。电源转换控制电路35基于从第一电压检测电路 31和蓄电池电压检测电路33接收到的信号确定第一电压V1、第三电压V3、 和蓄电池电压Vb中的最高电压，并控制转换开关34向用于配置包括控制电 路22的充电电路单元11的一些或全部元件输出确定的电压。下列被集成于 一个单独的IC上：升压器电路7；包括在充电电路单元11中的开关元件 M1、同步整流开关元件M2、电流检测电路21、和控制电路22；以及电源 切换电路单元12a。该IC还包括端子T1-T5。

端子T3和端子T4彼此外部互连，电阻R1连接于端子T4和端子T5之 间，端子T4和端子T5连接于电流检测电路21。蓄电池电压Vb经由端子 T5被输入到控制电路22、转换开关34的c端、和蓄电池电压检测电路33。 负载10连接到端子T5并接收电源。控制电路22连接到转换开关34的公共 端com，并接收来自公共端com的电源。根据来自电源转换控制电路35的 控制信号Sc控制转换开关34。根据来自电源转换控制电路35的控制信号 Sc控制升压器电路7。向转换开关34的a端输入第三电压V3。

在上述配置中，第一电压检测电路31和蓄电池电压检测电路33分别检 测第一直流电源2(燃料电池)和蓄电池4(锂离子电池)的连接状态和输 出电压。第一电压检测电路31和蓄电池电压检测电路33分别向电源转换控 制电路35输出指示所检测结果的信号S1和信号Sb。电源转换控制电路35 根据信号S 1和信号Sb控制转换开关34，以使得从第一直流电源2(燃料电 池)、蓄电池4(锂离子电池)、和升压器电路7中的最佳电源经由转换开关 34向用于配置包括控制电路22的充电电路单元11的一些或全部元件供电。

此外，当电源转换控制电路35控制转换开关34，使得从除了升压器电 路7之外的电源供电时，电源转换控制电路35停止升压器电路7的操作。

在升压器电路7中，任意指定输入电压和输出电压之间的升压比。通过 检测作为输入电压的第一直流电源2(燃料电池)的第一电压V1，同时基于 升压比也能够检测出从升压器电路7输出的第三电压V3。因此，不需要提 供用于检测升压器电路7的第三电压V3的电路；但是，可以提供用于检测 第三电压V3的电路，以简化电源转换控制电路35。

如上所述，在根据本发明的第二实施例的用于为蓄电池4充电的充电电 路5a中，电源切换电路单元12a检测由诸如燃料电池或太阳能电池的第一 直流电源2产生的第一电压V1、通过在升压器电路7中升压第一电压V1 所产生的第三电压V3、和作为蓄电池4的电压的蓄电池电压Vb中的最高电 压。然后电源切换电路单元12a将此最高电压作为电源输出到充电电路单元 11。充电电路单元11通过利用从电源切换电路单元12a接收的电压作为电 源而工作。因此，能够达到如第一实施例的效果相同的效果。此外，不必需 时升压器电路7不工作，因此，能够减少来自燃料电池的无功功率的消耗， 使得能够显著延长便携设备的连续工作时间。

第三实施例

可以在根据第一实施例的充电电路中提供根据第二实施例的升压器电 路。根据本发明的第三实施例具有这样的配置。

图6是根据本发明的第三实施例的包括用于为蓄电池充电的充电电路的 电源单元的框图。在图6中，使用相同的参考数字表示与图1或4的元件对 应的元件，不再对其做进一步的描述。下面仅描述图6和图1的不同之处。

图6和图1的不同之处是在图1所示的电源单元1中提供图4所示的升 压器电路7。因而，图1中所示的电源切换电路单元12被电源切换电路单元 12b代替、图1中所示的充电电路5被充电电路5b代替、以及图1中所示的 电源单元1被电源单元1b代替。

如图6所示，电源单元1b包括：第一直流电源2、第二直流电源3、蓄 电池4、充电电路5b、和升压器电路7。

充电电路5b包括：充电电路单元11和电源切换电路单元12b，该电源 切换电路单元12b检测第一电压V1、第二电压V2、第三电压V3、和蓄电 池电压Vb，选择第一电压V1、第二电压V2、第三电压V3、和蓄电池电压 Vb中的一个，并将该选择出的电压作为电源输出到充电电路单元11。

电源切换电路单元12b通过利用存储单元等识别在升压器电路7中初始 指定的升压比。因此，能够通过检测第一电压V1的电压电平检测第三电压 V3的电压电平。从而，不需用于检测第三电压V3的电路以便于设备能够制 成小型化。电源切换电路单元12b接收来自于第一直流电源2、第二直流电 源3、升压器电路7、和蓄电池4的电压，并将第一电压V1、第二电压V2、 第三电压V3、和蓄电池电压Vb中的最高电压作为电源输出到充电电路单元 11。充电电路单元11通过利用从电源切换电路单元12b接收的电压作为电 源而工作。

下面描述一个示例，其中采用燃料电池作为第一直流电源2，充当主电 源，采用锂离子电池作为上述配置中的蓄电池4。

当从第二直流电源3接收到第二电压V2时，第二电压V2的电压电平 通常是最高的，电源切换电路单元12b将第二电压V2作为电源输出到充电 电路单元11。如果由于某种原因，从第二直流电源3输出的第二电压V2低 于从第一直流电源2(燃料电池)输出的第一电压V1和蓄电池电压Vb，则 将接收的第一电压V1、第三电压V3、和蓄电池电压Vb中的最高电压作为 电源输出到充电电路单元11。

充电的蓄电池4(锂离子电池)的蓄电池电压Vb根据其放电特性一般 为3.2V-4.4V，从而可以提供了足够的用于驱动充电电路单元11的电压。 因此，电源切换电路单元12b确定蓄电池4(锂离子电池)是最佳的，并且 蓄电池4(锂离子电池)被用作充电电路单元11的电源。

由于第一直流电源2(燃料电池)的能量是有限的，除非对其补充燃料， 否则输出电压下降并且其变得不能供电。如果第一直流电源2(燃料电池) 未能被补充燃料，并变得不能向蓄电池4(锂离子电池)供电，则蓄电池4 (锂离子电池)的电压也会下降。结果，充当负载10的设备不能被驱动。

在这种情况下，从该设备向用户发送报告存在燃料短缺的信息，而用户 为第一直流电源2(燃料电池)补充燃料。当第一直流电源2(燃料电池) 被补充了燃料时，第一直流电源2(燃料电池)能够再次开始供电。但是， 在这点上，蓄电池4(锂离子电池)是过放电状态，并不能提供足够用来驱 动充电电路单元11的电压。在这样的情况下，电源切换电路单元12b确定 升压器电路7是最佳电源，并且升压器电路7被用作充电电路单元11的电 源。例如，当第一直流电源2(燃料电池)具有以堆叠方式串联放置的多个 电池单元的配置并且能够提供足够用来驱动充电电路单元11的电压时，电 源切换电路单元12b确定第一直流电源2(燃料电池)是最佳的，并且第一 直流电源2(燃料电池)可被用作充电电路单元11的电源。

如果第一直流电源2(燃料电池)不具有以堆叠方式放置的多个电池单 元以使得便携设备能被制成小型化，并且第一直流电源2(燃料电池)不能 提供驱动充电电路单元11所需的电压，则电源切换电路单元12b确定升压 器电路7是最佳电源，并且升压器电路7被用作充电电路单元11的电源。

如上所述，电源切换电路单元12b能够基于升压比和输入到升压器电路 7的第一电压V1估计从升压器电路7输出的第三电压V3。升压器电路7在 正常情况下不工作；仅当电源切换电路单元12b选择了升压器电路7时升压 器电路7才工作。这样，能够显著减少电源单元1b的无功功率。

图7是图6所示的充电电路单元11和电源切换电路单元12b的内部配 置的框图。在图7中，使用相同的参考数字表示与图2中的元件对应的元件。 在图7中所示的充电电路单元11的配置和操作与图2所述的相同，因此不 再做进一步的描述。

如图7所示，电源切换电路单元12b包括第一电压检测电路31、第二电 压检测电路32、和蓄电池电压检测电路33。第一电压检测电路31检测来自 第一直流电源2(燃料电池)的第一电压V1的电压电平并产生和输出指示 所检测的电压电平的信号S1。第二电压检测电路32检测来自第二直流电源 3的第二电压V2的电压电平并产生和输出指示所检测的电压电平的信号S2。 蓄电池电压检测电路33检测来自蓄电池4(锂离子电池)的蓄电池电压Vb 的电压电平并产生和输出指示所检测的电压电平的信号Sb。

此外，电源切换电路单元12b包括转换开关34b、和电源转换控制电路 35。转换开关34b根据接收的控制信号唯一地输出第一电压V1、第二电压 V2、第三电压V3、和蓄电池电压Vb中的一个。电源转换控制电路35基于 从第一电压检测电路31、第二电压检测电路32、和蓄电池电压检测电路33 接收到的信号确定第一电压V1、第二电压V2、第三电压V3、和蓄电池电 压Vb中的最高电压，并控制转换开关34b向用于配置包括控制电路22的充 电电路单元11的一些或全部元件输出确定的电压。下述被集成于单个的IC 上：升压器电路7；包括在充电电路单元11中的开关元件M1、同步整流开 关元件M2、电流检测电路21、和控制电路22；以及电源切换电路单元12b。 该IC也包括端子T1-T6。

根据来自电源转换控制电路35的控制信号Sc控制转换开关34b。在转 换开关34b的各端中，第二电压V2被输入到a端、第一电压被输入到b端、 蓄电池电压Vb被输入到c端、第三电压V3被从升压器电路7输入到d端。 控制电路22连接到转换开关34b的公共端com，并接收来自公共端com的 电源。

在上述配置中，第一电压检测电路31、第二电压检测电路32、和蓄电 池电压检测电路33分别检测第一直流电源2(燃料电池)、第二直流电源3、 和蓄电池4(锂离子电池)的连接状态和输出电压。第一电压检测电路31、 第二电压检测电路32、和蓄电池电压检测电路33分别向电源转换控制电路 35输出指示各检测结果的信号S1、信号S2、和信号Sb。电源转换控制电路 35根据信号S1、信号S2、和信号Sb控制转换开关34b，以使得从第一直流 电源2(燃料电池)、第二直流电源3、蓄电池4(锂离子电池)、和升压器电 路7中的最佳电源经由转换开关34b向用于配置包括控制电路22的充电电 路单元11的一些或全部元件供电。

此外，当电源转换控制电路35控制转换开关34b，使得从除了升压器电 路7之外的电源向控制电路22供电时，电源转换控制电路35停止升压器电 路7的操作。

在升压器电路7中，任意指定输入电压和输出电压之间的升压比。通过 检测作为输入电压的第一直流电源2(燃料电池)的第一电压V1，同时基于 升压比也能够检测出从升压器电路7输出的第三电压V3。因此，不需要提 供用于检测升压器电路7的第三电压V3的电路；但是，可以提供用于检测 第三电压V3的电路，以简化电源转换控制电路35。

如上所述，在根据本发明的第三实施例的蓄电池4的充电电路5b中， 电源切换电路单元12b检测由诸如燃料电池或太阳能电池的第一直流电源2 产生的第一电压V1、基于诸如AC适配器的外部电源由第二直流电源3产 生的第二电压V2、通过在升压器电路7中升压第一电压V1所产生的第三电 压V3、和作为蓄电池4的电压的蓄电池电压Vb中的最高电压。然后电源切 换电路单元12b将此最高电压作为电源输出到充电电路单元11。充电电路单 元11通过利用从电源切换电路单元12b接收的电压作为电源而工作。因此， 能够达到如第一和第二实施例的效果相同的效果。

第四实施例

第一实施例采用了第二直流电源，其基于从诸如AC适配器的外部接收 的电源产生第二电压V2。在根据本发明的第四实施例中，省略第二直流电 源，仅提供第一直流电源。

图8是根据本发明的第四实施例的包括用于为蓄电池充电的充电电路的 电源单元的框图。在图8中，使用相同的参考数字表示与图1中的元件对应 的元件，并不再做进一步的描述。下面仅描述图8和图1的不同之处。

图8和图1的不同之处是省略了图1所示的第二直流电源3。因而，图 1中所示的电源切换电路单元12被电源切换电路单元12c代替、图1中所示 的充电电路5被充电电路5c代替、以及图1中所示的电源单元1被电源单 元1c代替。

如图8所示，电源单元1c包括：第一直流电源2、蓄电池4、和充电电 路5c。

充电电路5c包括：充电电路单元11和电源切换电路单元12c，该电源 切换电路单元12c检测第一电压V1和作为蓄电池4的电压的蓄电池电压Vb， 选择第一电压V1或蓄电池电压Vb中的一个，并将该选择出的电压作为电 源输出到充电电路单元11。充电电路单元11通过利用从电源切换电路单元 12c接收的电压作为电源而工作。

下面描述一个示例，其中采用燃料电池作为第一直流电源2，充当主电 源，采用锂离子电池作为上述配置中的蓄电池4。

充电的蓄电池4(锂离子电池)的蓄电池电压Vb根据其放电特性一般 为3.2V-4.4V，从而能够提供足够用来驱动充电电路单元11的电压。因此 电源切换电路单元12c确定蓄电池4(锂离子电池)是最佳的电源，并且蓄 电池4(锂离子电池)被用作充电电路单元11的电源。

由于第一直流电源2(燃料电池)的能量是有限的，除非对其补充燃料， 否则输出电压下降并且其变得不能供电。如果第一直流电源2(燃料电池) 未能被补充燃料，并变得不能向蓄电池4(锂离子电池)供电，则蓄电池4 (锂离子电池)的电压也会下降。结果，充当负载10的设备不能被驱动。

在这种情况下，从该设备向用户发送报告存在燃料短缺的信息，而用户 为第一直流电源2(燃料电池)补充燃料。当第一直流电源2(燃料电池) 被补充了燃料时，第一直流电源2(燃料电池)能够再次开始供电。但是， 在这点上，蓄电池4(锂离子电池)是过放电状态，并不能提供足够用来驱 动充电电路单元11的电压。在这样的情况下，电源切换电路单元12c确定 第一直流电源2(燃料电池)是最佳电源，并且第一直流电源2(燃料电池) 被用作充电电路单元11的电源。

图9是图8所示的充电电路单元11和电源切换电路单元12c的内部配 置的框图。在图9中，使用相同的参考数字表示与图2中的元件对应的元件。 在图9中所示的充电电路单元11的配置和操作与图2所述的相同，因此不 再做进一步的描述。

如图9所示，电源切换电路单元12c包括第一电压检测电路31和蓄电 池电压检测电路33。第一电压检测电路31检测来自第一直流电源2(燃料 电池)的第一电压V1的电压电平并产生和输出指示所检测的电压电平的信 号S1。蓄电池电压检测电路33检测来自蓄电池4(锂离子电池)的蓄电池 电压Vb的电压电平并产生和输出指示所检测的电压电平的信号Sb。

此外，电源切换电路单元12c包括转换开关34c和电源转换控制电路35。 转换开关34c根据接收的控制信号唯一地输出第一电压V1或蓄电池电压Vb 中的一个。电源转换控制电路35基于从第一电压检测电路31和蓄电池电压 检测电路33接收到的信号确定第一电压V1或蓄电池电压Vb中的较高电压， 并控制转换开关34c向用于配置包括控制电路22的充电电路单元11的一些 或全部元件输出确定的电压。下列被集成于单个IC芯片上：包括在充电电 路单元11中的开关元件M1、同步整流开关元件M2、电流检测电路21、和 控制电路22，以及电源切换电路单元12c。该IC芯片也包括端子T1-T5。

端子T3和端子T4彼此外部互连，电阻R1连接于端子T4和端子T5之 间，端子T4和端子T5连接于电流检测电路21。蓄电池电压Vb经由端子 T5被输入到控制电路22、转换开关34c的b端、和蓄电池电压检测电路33。 负载10连接到端子T5并接收电源。控制电路22连接到转换开关34c的公 共端com，并接收来自公共端com的电源。根据来自电源转换控制电路35 的控制信号Sc控制转换开关34c。向转换开关34c的a端输入第一电压V1。

在上述配置中，第一电压检测电路31和蓄电池电压检测电路33分别检 测第一直流电源2(燃料电池)和蓄电池4(锂离子电池)的连接状态和输 出电压。第一电压检测电路31和蓄电池电压检测电路33分别向电源转换控 制电路35输出指示检测结果的信号S1和信号Sb。电源转换控制电路35根 据信号S1和信号Sb控制转换开关34c，以使得从第一直流电源2(燃料电 池)或蓄电池4(锂离子电池)中的最佳电源经由转换开关34c向用于配置 包括控制电路22的充电电路单元11的一些或全部元件供电。

如上所述，在根据本发明的第四实施例的蓄电池4的充电电路5c中， 电源切换电路单元12c检测由诸如燃料电池或太阳能电池的第一直流电源2 产生的第一电压V1和作为蓄电池4的电压的蓄电池电压Vb中的较高电压。 然后电源切换电路单元12c将此较高电压作为电源输出到充电电路单元11。 充电电路单元11通过利用从电源切换电路单元12c接收的电压作为电源而 工作。因此，能够达到如第一实施例的效果相同的效果。

根据本发明的一个实施例，即使用作主电源的诸如燃料电池或太阳能电 池的第一直流电源的电压低于驱动充电电路所需的电压，也能够控制对蓄电 池充电的操作，确保对应于负载的设备在任何环境下都可工作，并最小化从 仅具有有限电量的直流电源提供的电量，从而提高了效率。

本发明不限于所述特定公开的实施例，在不脱离本发明的范围的情况 下，可以进行对本发明进行修改和扩展。

本申请基于2006年2月15日提交的、申请号为第2006-037506号的日 本优先权专利申请，该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。