JP2004364487A - 充電器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の充電池を並列に充電するパラ充電方式において、１つのフィードバック型充電圧補正回路を用いた構成で個々の充電池に対する充電電流を正確に設定する。
【解決手段】充電制御トランジスタ４３、４４は、エミッタフォロア構造で接続され、エミッタが充電電流設定用の抵抗４５、４６を介して充電端子部２１、２２の入力端に接続されている。２つの充電制御トランジスタ４３、４４の一方だけにエミッタ出力をフィードバック制御するシャントレギュレータＩＣ５０を設け、このフィードバック電圧出力を２つの充電制御トランジスタ４３、４４のベースに入力することで、各充電用トランジスタ４３、４４の周囲の温度変化等による変化などによるエミッタ電圧の変動を補正し、これにより各充電池１１への充電電流を高精度に制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の充電池を並列にセットして同時に充電を行なういわゆるパラ充電方式の充電器に関する。

従来より、例えばニッカド電池やニッケル水素電池等の充電器においては、ユーザの誤使用によって同形状の乾電池が装着された場合の漏液対策等を施す必要があり、その方法として、端子電圧が１．５Ｖの乾電池に対し、充電池の充電電圧が約１．２Ｖであることを利用して、充電池に供給する電圧を例えば１．５Ｖに抑えることにより、乾電池に対する不正な充電を防止するような方法が用いられている。
この場合、１．２Ｖに対して１．５Ｖと０．３Ｖの電位差で充電電流を設定することになるため、僅かの電圧の変動により、充電電流が大きく変わることになり、この１．５Ｖをしっかり定電圧化する必要がある。そのためトランジスタのＶＢＥの温度による変化も抑えたい。
したがって、定電圧回路を構成する充電用トランジスタのエミッタ出力から基準電圧源（温度変化を持たない）にフィードバックをかければ、そのトランジスタの温度変化による電圧変動を補正するような制御を行ない、充電池への電圧値を精度よく保持することができる。
また、複数の充電池を充電できる構成としては、複数の充電池をセットする複数組の充電端子を直列に接続した、いわゆるシリーズ充電方式のもの（例えば、特許文献１参照）や、複数組の充電端子を並列に接続した、いわゆるパラ充電方式ものが知られている。

特開２０００−９２７３１号公報

しかしながら、上述のように複数の充電池を充電する充電器において、乾電池の誤装着対策として充電端子電圧を制御する方法を用いる場合、複数の充電池に適正な充電を行なうには、各充電池毎に端子電圧を正確に制御し、さらに各充電池毎に過充電を防止することが必要となり、回路構成の複雑化や高コスト化を招くという問題があった。

そこで本発明の目的は、複数の充電池を並列に充電するパラ充電方式において、１つのフィードバック型充電圧補正回路を用いた構成で個々の充電池に対する充電電流を正確に設定できるとともに、簡易に過充電防止を図ることができ、回路構成が簡単で小型化や低廉化を実現できる充電器を提供することにある。

本発明は前記目的を達成するため、充電用の電源電圧を供給する電圧源に接続された電源ラインと、前記電源ラインに対して並列に設けられる複数の充電端子部と、前記複数の充電端子部に対応して電源ラインと各充電端子部の入力端子との間にエミッタフォロア接続で設けられた互いに同一特性を有する複数の充電用トランジスタと、前記複数の充電端子部に対応して電源ラインと各充電端子部の入力端子との間に前記充電用トランジスタとそのエミッタに直列に接続された複数の抵抗と、前記複数の充電用トランジスタのうち１つの充電用トランジスタのエミッタ出力を検出し、その検出値と基準値との差を補正するためのフォードバック電圧を前記複数の充電用トランジスタのベースに供給する充電電圧補正回路とを有することを特徴とする。これは、いわゆるエミッタ出力の定電圧回路で本説明の回路以外にも色々な構成が考えられる。

また本発明は、前記充電池への充電制限時間を計時する計時手段と、前記複数の充電端子部の少なくとも１つの充電端子部への充電池の装着を検出して前記計時手段による充電制限時間の計時を起動するとともに、全ての充電端子部からの充電池の離脱を検出して前記計時手段による充電制限時間の計時を停止する計時制御手段と、前記計時手段によって充電制限時間の計時が開始された場合に前記充電用トランジスタをオンして充電動作を開始するとともに、前記計時手段によって充電制限時間の計時が終了された場合に前記充電用トランジスタをオフして充電動作を終了する充電制御手段とを有することを特徴とする。

本発明の充電器では、互いに同一特性を有する充電用トランジスタのエミッタフォロア回路によって複数の充電端子部に充電電流を供給するとともに、１つの充電用トランジスタのエミッタからのみ、定電圧回路にフィードバックをかけることで、同じように接続されている他の同一品種の充電用トランジスタの周囲の温度変化等による変化などによるエミッタ電圧の変動も補正でき、各充電池への充電電流を高精度に制御することができる。
したがって、１つのフィードバック型充電圧補正回路を用いた構成で個々の充電池に対する充電電流を正確に設定できる。また、それぞれのコレクタ側に適切な抵抗を入れることで、例えばショート状態になっているような異常な乾電池の誤装着による過電流対策等を実現した充電器を安価に提供することが可能である。
さらに、全体の充電時間を制限することにより、充電終了の忘れなどによる必要以上の時間の充電（過充電）を防止できる。つまり簡易な構成で過充電防止を図ることができ、過充電による充電池の寿命の低下を軽減することができる。

１つのフィードバック型充電圧補正回路を用いた構成で個々の充電池に対する充電電流の設定を正確に行なうとともに、簡易に過充電防止を行ない、回路構成を簡単にして小型化や低廉化を図るという目的を、互いに同一特性を有する充電用トランジスタのエミッタフォロア回路によって複数の充電端子部に充電電流を供給するとともに、１つの充電用トランジスタのエミッタからのみ、定電圧回路にフィードバックをかけることによって実現した。

以下、本発明による充電器の実施例について説明する。
図１は本発明の実施例１による充電器の構成を示すブロック回路図である。
この充電器は、２つの充電池１１、１２を同時にパラ充電するものであり、２つの充電端子部２１、２２は、電源ライン３１に対して並列に設けられ、例えば単三電池型の充電池を装着して充電を行なう構造となっている。なお、電源には例えば３Ｖから４ＶのＡＣアダプタ（図示せず）を用いることができる。

また、電源ライン３１と各充電端子部２１、２２との間には、各充電端子部２１、２２に対応して過電流制限用の抵抗４１、４２（リミット抵抗）と定電圧回路を構成する充電制御（ＮＰＮ型）トランジスタ４３、４４が直列に挿入されている。
すなわち、過電流制限用の抵抗４１、４２は、一端が電源ライン３１に接続され、他端が充電制御トランジスタ４３、４４のコレクタに接続されており、例えば２２Ωの抵抗値によって過電流を制限している。
また、充電制御トランジスタ４３、４４は、エミッタフォロア構造で接続され、エミッタが充電電流設定用の抵抗４５、４６（例えば２．２ｋΩ）を介して充電端子部２１、２２の入力端に接続されている。また、充電制御トランジスタ４３、４４のベースには、後述するフィードバック型充電圧補正回路としてのシャントレギュレータＩＣ５０からの制御電圧が印加されている。
したがって、電源ライン３１からの充電電流は、抵抗４１、４２、充電制御トランジスタ４３、４４、及び抵抗４５、４６を通して充電端子部２１、２２に供給される。

また、充電制御トランジスタ４３、４４のエミッタは、それぞれ抵抗４７、４８を介して抵抗６１に共通接続され、この抵抗６１を介してタイマ制御用（ＰＮＰ型）トランジスタ（計時制御手段）６０のベースに接続されている。また、タイマ制御用トランジスタ６０のベースは、抵抗６２（例えば１．５ｋΩ）を介して電源ライン３１に接続されており、エミッタは電源ライン３１に接続されている。
また、タイマ制御用トランジスタ６０のコレクタは、抵抗６３（例えば１ｋΩ）を介してタイマＩＣ７０の入力端に接続されている。
したがって、少なくとも一方の充電端子部２１、２２に電池１１、１２が装着されると、タイマ制御用トランジスタ６０のベース電圧が下がり、このトランジスタ６０がオンし、そのコレクタ出力であるタイマＩＣ７０へのタイマ起動信号がオンする。

タイマＩＣ７０は、このタイマ起動信号がオンすることにより、計時動作を開始し、予め設定された時間の計時を行なうものであり、この時間が経過した時点、あるいは時間経過前にタイマ起動信号が再びオフする、すなわち、全ての充電池１１、１２が抜き取られた時点で、その計時動作を終了する。
このタイマＩＣ７０には、抵抗７１（例えば１００ｋΩ）、コンデンサ７２（０．０２２Ｆ）、抵抗７３（例えば２２０ｋΩ）による時間設定端子が設けられており、この抵抗値及び容量値の調整によってタイマ時間を設定できる。本例では、例えば１２時間に設定しているものとする。
また、タイマＩＣ７０には、コンデンサ７４（例えば１０μＦ）及び抵抗７５（例えば１００ｋΩ）よりなるバックアップ回路が接続される。このバックアップ回路は、例えば充電池の着脱操作時に端子同士が小刻みに接離することによってタイマ起動信号に瞬断が生じた場合でも、この瞬断をバックアップして計時動作を継続させるためのものである。
また、抵抗７６（例えば１ｋΩ）、コンデンサ７７（例えば０．１Ｆ）及びコンデンサ７８（例えば１０μＦ）は電源回路であり、電源からのノイズなどによる誤動作防止用のものである。
このようなタイマＩＣ７０では、タイマ起動信号によって計時を開始して所定時間が経過して計時動作が終了する、あるいはタイマ起動信号がオフになって計時動作を終了するまでの間に、計時動作信号をオン（図示の例では負論理）となる出力端子より出力し、充電回路オン／オフ（ＰＮＰ型）トランジスタ（充電制御手段）８０にベース電流を供給する（オンにする）。

トランジスタ８０は、タイマＩＣ７０の出力端子がベースに接続されており、この出力端子に出力される負論理の計時動作信号がオンする（立ち下がる）ことにより、抵抗８１を通して充電制御トランジスタ４３、４４のベースに供給する制御信号がオンし、各充電制御トランジスタ４３、４４を定電圧状態でオンにする。エミッタ抵抗により、各充電制御トランジスタ４３、４４のエミッタ電圧と充電電池電圧差による電流が電池端子部２１、２２に供給され、各充電池１１、１２への充電が開始される。
また、この充電開始時に、充電制御用トランジスタ８０によって抵抗８３（例えば２２０ｋΩ）を介してＬＥＤ８２が点灯され、充電中であることが表示される。

また、一方の充電制御トランジスタ４３のエミッタ出力は、分圧抵抗９１、９２（例えば２．７ｋΩと１０ｋΩ）に接続され、この分圧抵抗９１、９２の接続中点がシャントレギュレータＩＣ５０の入力端子に接続されている。すなわち、ここで使っているレギュレータの基準電圧は約１．１８Ｖであり、欲しい定電圧出力は１．５Ｖである。そのために１０ｋΩと２．７ｋΩで調整する｛（１０ｋ×１．５／１．１８）−１０ｋ｝。
シャントレギュレータＩＣ５０は、この分圧抵抗９１、９２から充電制御トランジスタ４３の出力電圧の変動を検出し、その変動量に応じた制御電圧を２つの充電制御トランジスタ４３、４４のベースに印加することにより、各充電制御トランジスタ４３、４４のエミッタ出力値を補正するものである。
図２はシャントレギュレータＩＣ５０の構成例を示す回路図である。なお、図中の端子番号は図１に示す端子番号と一致したものである。
このシャントレギュレータＩＣ５０は、演算増幅器５１と出力トランジスタ５２とから構成されている。演算増幅器５１は、−入力端子に基準電圧ＶREF が入力され、＋入力端子に上述した分圧抵抗９１、９２による充電制御トランジスタ４３の出力電圧の修正値が入力されている。したがって、演算増幅器５１の出力端子からは両電圧値の差分電圧が出力され、出力トランジスタ５２のベースに入力される。

このようなシャントレギュレータＩＣ５０では、充電制御トランジスタ４３のエミッタ出力電圧が下がると、その分、出力トランジスタ５２の出力電圧レベルが上昇し、２つの充電制御トランジスタ４３、４４のベースに印加される電圧レベルが上昇することになり、充電制御トランジスタ４３、４４のエミッタ出力電圧を上昇させる方向に作用する。
また反対に、充電制御トランジスタ４３のエミッタ出力電圧が上がると、出力トランジスタ５２の出力電圧レベルが低下し、２つの充電制御トランジスタ４３、４４のエミッタ出力電圧を下降させる方向に作用する。
なお、２つの充電制御トランジスタ４３、４４は同一特性を有することから、双方のベース電圧が等しい場合には、双方のエミッタ出力電圧も等しいことになる。
このようなフィードバック制御によって、シャントレギュレータＩＣ５０は、２つの充電制御トランジスタ４３、４４のエミッタ出力電圧を一定レベルに保持するように制御する。これにより、例えばトランジスタ４３、４４のエミッタ出力レベルを温度変化等によるトランジスタのＶｆ特性の変化に抗して充電電圧を一定（例えば１．５Ｖに）に保持することができ、充電池への有効な充電動作を確保できる。

以上説明したように、本実施例によれば、２つの充電制御トランジスタ４３、４４の一方だけにエミッタ出力をフィードバック制御で補正するシャントレギュレータＩＣ５０を設けることで、２つの充電制御トランジスタ４３、４４のエミッタ出力電圧を一定レベルに制御することができ、各充電池１１への充電電流を高精度に制御することが可能となる。換言すれば、１つのフィードバック型充電圧補正回路を用いた構成で個々の充電池１１に対する充電電流を正確に設定できる効果がある。
また、各充電端子部２１、２２毎に過電流制限用の抵抗４１、４２を設けたことにより、各充電端子部２１、２２毎にショート等の障害が生じた場合でも、過電流を有効に防止できるため、過電流対策等を実現した充電器を安価に提供できる効果がある。
また、タイマＩＣ７０を設けて最大充電時間を例えば１２時間として制限するため、簡単な構成で過充電を防止できる。すなわち、全体の充電時間を制限することにより、簡易な構成で充電終了の忘れなどによる過充電防止を図ることできるとともに、過充電１１による充電池の寿命の低下を軽減できる効果がある。
なお、上述した特許文献１に開示されるものは、大電流によって急速充電を行なう構成であり、この場合には、個々に過充電の検出手段を設けて過充電を検出した際に迅速に対応しなければ充電池の損傷を招くことになるが、本例の充電器は、例えば７０ｍＡ程度の充電電流で比較的時間をかけて充電を行なう構成であるため、過充電に対してそれほど迅速な対応を必要としないものであり、例えば１２時間の最大充電時間を決めて充電動作を停止することで、充電池を損傷させない十分な対応を実現することが可能なものである。
また、ここで過充電とは、フル充電された電池に対する充電のことをいう。

実施例１では、２つの充電池をパラ充電する充電器について説明したが、本発明は３つ以上の充電池をパラ充電する充電器にも容易に対応できるものである。
実施例２の充電器は、４つの充電池をパラ充電するように構成されている。
図３は実施例２の充電器の構成例を示すブロック回路図であり、図１に示す構成例と共通する構成には同一符号を付している。
図示のように、図１に示す抵抗４１、４２、充電制御トランジスタ４３、４４、抵抗４５、４６、充電端子部２１、２２に並列に、抵抗１４１、１４２、充電制御トランジスタ１４３、１４４、抵抗１４５、１４６、及び充電端子部１２１、１２２を設け、抵抗４７、４８と並列に抵抗１４７、１４８を設けるだけで、上述した実施例１と全く同様の作用によって４つの充電池１１、１２、１３、１４のパラ充電を行なう充電器を実現することが可能であり、実施例１と同様の効果を奏することができる。

本発明の実施例１による充電器の構成を示すブロック回路図である。 図１に示す充電器に用いるシャントレギュレータＩＣの構成例を示す回路図である。 本発明の実施例２による充電器の構成を示すブロック回路図である。

符号の説明

１１……充電池、２１、２２……充電端子部、３１……電源ライン、４１、４２……過電流制限用抵抗、４３、４４……充電制御トランジスタ、４５、４６……充電電流設定用の抵抗、５０……シャントレギュレータＩＣ、６０……タイマ制御用トランジスタ、７０……タイマＩＣ、８０……充電制御用トランジスタ、９１、９２……分圧抵抗。

Claims (7)

1. 充電用の電源電圧を供給する電圧源に接続された電源ラインと、
   前記電源ラインに対して並列に設けられる複数の充電端子部と、
   前記複数の充電端子部に対応して電源ラインと各充電端子部の入力端子との間にエミッタフォロア接続で設けられた互いに同一特性を有する複数の充電用トランジスタと、
   前記複数の充電端子部に対応して電源ラインと各充電端子部の入力端子との間に前記充電用トランジスタとそのエミッタに直列に接続された充電電流設定用抵抗と、
   前記複数の充電用トランジスタのうち１つの充電用トランジスタのエミッタ出力を検出し、その検出値と基準値との差を補正するためのフォードバック電圧を前記複数の充電用トランジスタのベースに供給する充電電圧補正回路と、
   を有することを特徴とする充電器。
2. 前記充電池への充電制限時間を計時する計時手段と、前記複数の充電端子部の少なくとも１つの充電端子部への充電池の装着を検出して前記計時手段による充電制限時間の計時を起動するとともに、全ての充電端子部からの充電池の離脱を検出して前記計時手段による充電制限時間の計時を停止する計時制御手段と、前記計時手段によって充電制限時間の計時が開始された場合に前記充電用トランジスタをオンして充電動作を開始するとともに、前記計時手段によって充電制限時間の計時が終了された場合に前記充電用トランジスタをオフして充電動作を終了する充電制御手段とを有することを特徴とする請求項１記載の充電器。
3. 前記計時手段による計時の開始及び終了に応じて充電状態を示す表示灯を点灯する表示灯制御手段を有することを特徴とする請求項２記載の充電器。
4. 前記表示灯制御手段は前記充電制御手段に含まれることを特徴とする請求項２記載の充電器。
5. 前記計時制御手段から計時手段に対する制御信号の瞬断をバックアップして計時動作を継続させるバックアップ手段を有することを特徴とする請求項２記載の充電器。
6. 前記充電電圧補正回路は、シャント型レギュレータ回路を含んでいることを特徴とする請求項１記載の充電器。
7. 前記電源ラインと各充電用トランジスタのコレクタとの間に過電流を防止するためのリミット抵抗を設けたことを特徴とする請求項１記載の充電器。
   

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