JP2005033948A - Ac adaptor and charging method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ACアダプタに関する。 The present invention relates to an AC adapter.
この種のACアダプタは、携帯電話機などの本体に内蔵又は装着された二次電池を充電するために用いられる。二次電池はリチウムイオン電池であって良い。 This type of AC adapter is used to charge a secondary battery built in or attached to a main body such as a mobile phone. The secondary battery may be a lithium ion battery.
図1に、ACアダプタ10が携帯電話機などの本体20に接続された状態を示す。ACアダプタ10は、抵抗値を持つケーブルを介して本体20に接続されている。ACアダプタ10は陽極(カソード)11と陰極(アノード)12とを持ちその端子間にアダプタ電圧VADPを発生している。
FIG. 1 shows a state where the
一方、本体20は、逆流防止ダイオードDと、充電制御素子としてトランジスタなどの充電制御素子Qと、二次電池21と、充電制御回路22とを有する。充電制御回路22は充電制御素子Qを制御することによって、二次電池21の充電を制御する。充電制御回路22は、図示はしないが、その内部にレギュレータを持っている。二次電池21は電池電圧(充電電圧)VBATTを発生している。
On the other hand, the
図2に示されるように、ACアダプタのV−I特性は、定電流/定電圧特性をしている。 As shown in FIG. 2, the VI characteristic of the AC adapter has a constant current / constant voltage characteristic.
本体20の二次電池21を充電制御する場合、定電圧については、図1から明らかなように、ACアダプタ10と二次電池21との間に、ケーブルロス、接触抵抗によるロス、逆流防止ダイオードDのVfなどがあるので、充電電圧VBATTの精度が出ない。その為、上述したように、充電制御回路22はレギュレータを持っている。
When charging control is performed on the
また、ACアダプタ10のアダプタ電圧VADPは、上記の電圧ロスを発生する要因が最大にばらついても充電できる電圧を供給できるように、高めの電圧設定になっている。
Further, the adapter voltage V ADP of the
この種のACアダプタは、トランスの一次巻線に印加される直流電圧をスイッチング素子によりオンオフする一次側回路と、トランスの二次巻線に誘起される電流を整流平滑化して二次側出力電圧を出力する二次側回路とを備えている。 This type of AC adapter includes a primary side circuit that turns on and off a DC voltage applied to the primary winding of the transformer by a switching element, and a secondary output voltage that rectifies and smoothes the current induced in the secondary winding of the transformer. The secondary side circuit which outputs.
このようなACアダプタにおいては、一次側回路と二次側回路とは、感電などの事故を防ぐために、電気的に絶縁分離されている必要がある。電気的に絶縁分離する手段としては、一般に、フォトカプラ又は絶縁トランスが使用される。また、ACアダプタにおいては、定電流制御と定電圧制御とを行う必要がある。このため、二次側回路で流れる電流の変化を定電流制御信号として、又、二次側出力電圧の変化を定電圧制御信号として一次側回路に戻す必要がある。この場合、定電流制御信号と定電圧制御信号とは、二次側回路からフォトカプラを介して一次側回路に戻される(帰還される)。 In such an AC adapter, the primary circuit and the secondary circuit need to be electrically insulated and separated in order to prevent accidents such as electric shock. In general, a photocoupler or an insulating transformer is used as means for electrically insulating and separating. In the AC adapter, it is necessary to perform constant current control and constant voltage control. For this reason, it is necessary to return the change in the current flowing in the secondary side circuit as a constant current control signal and the change in the secondary side output voltage as a constant voltage control signal to the primary side circuit. In this case, the constant current control signal and the constant voltage control signal are returned (feedback) from the secondary side circuit to the primary side circuit via the photocoupler.
以下、図3を参照して、従来のACアダプタについて説明する。図示のスイッチング式ACアダプタは、一次側回路として、整流/平滑回路31、トランスTの一次巻線Np、スイッチング制御回路32、およびスイッチング(SW)素子33を含む。
Hereinafter, a conventional AC adapter will be described with reference to FIG. The illustrated switching AC adapter includes a rectifying /
AC電源から供給される入力AC電圧は整流/平滑回路31で整流/平滑化され入力直流電圧に変換される。この入力直流電圧は、トランスTの一次巻線Npに印加され、スイッチング素子33によってオンオフされる。このスイッチング素子33のオンオフは、スイッチング制御回路32から供給されるオンオフ制御信号によって制御される。
The input AC voltage supplied from the AC power supply is rectified / smoothed by the rectifying /
また、図示のACアダプタ回路は、二次側回路として、トランスTの二次巻線Nsおよび整流/平滑回路41を含む。トランスTの二次巻線Nsに誘起されたAC電圧は、整流/平滑回路41で整流/平滑化され、アダプタ電圧VADPを出力する。
The illustrated AC adapter circuit includes a secondary winding Ns of the transformer T and a rectifying /
二次側回路には、定電圧制御回路42、定電流制御回路43、および基準電圧発生回路44が設けられている。定電圧制御回路42は、アダプタ電圧VADPの変化を検出して、定電圧制御信号を出力する。この定電圧制御信号は、オアゲートGおよびフォトカプラPCを介して帰還信号として一次側回路に設けられたスイッチング制御回路32へ帰還される。定電流制御回路43は、二次側回路を流れる電流を検出して、定電流制御信号を出力する。この定電流制御信号も、オアゲートGおよびフォトカプラPCを介して帰還信号として一次側回路に設けられたスイッチング制御回路32へ帰還される。基準電圧発生回路44は、定電圧制御回路42および定電流制御回路43へ基準電圧を供給するためのものである。
The secondary circuit is provided with a constant
アノード12には、抵抗器R1、R2の一端が接続されており、抵抗器R1の他端および抵抗器R2の他端は定電流制御回路43に接続されている。また、カソード11と抵抗器R2の他端との間には、アダプタ電圧VADPを分圧するための抵抗器R3、R4が直列に接続されている。抵抗器R3とR4との接続点からはアダプタ電圧VADPの分圧電圧が定電圧制御回路42に供給されている。基準電圧発生回路44はカソード11に接続されており、基準電圧発生回路44と抵抗器R2の他端との間には、基準電圧を分圧するための抵抗器R5、R6が直列に接続されている。抵抗器R5とR6との接続点からは、基準電圧の分圧電圧が定電流制御回路43に供給されている。
One end of resistors R 1 and R 2 is connected to the
尚、トランスTには補助巻線NBが巻き回されており、補助巻線NBの一端は、スイッチング素子33、整流/平滑回路31及びスイッチング制御回路32に接続され、補助巻線NBの他端は、スイッチング制御回路32およびフォトカプラPCのフォトトランジスタのコレクタに接続されている。
Incidentally, the transformer T is wound auxiliary winding N B, one end of the auxiliary winding N B, the
とにかく、従来のACアダプタ10では、固定の基準電圧を用いて定電圧制御を行っている。
In any case, the
図4に従来のACアダプタ10の充電特性を示す。横軸に時間t[h]を、縦軸に電圧V,電流Iを示している。電池電圧VBATTが低い間は、一定の充電電流Icで充電され、電池電圧VBATTが所定の電圧に達すると定電圧充電が行われる。図4に示されるように、アダプタ電圧VADPは電池電圧VBATTより常に高い。
FIG. 4 shows the charging characteristics of the
しかしながら、従来のACアダプタ10の構成では、定電圧充電領域において、アダプタ電圧VADPと電池電圧VBATTとの間に高い電圧差ΔV’が発生し、本体20内部の充電制御トランジスタ(充電制御素子)Qを発熱させるという問題がある。なお、この跳ね上がり電圧(ΔV’−ΔV)は、機種・製品により異なるが約0.5Vである。
However, in the configuration of the
次に、図5を参照して、定電流充電領域から定電圧充電領域に切り変わるときに、電圧の跳ね上がりが発生する理由について説明する。図5(A),(B),(C)では、ACアダプタ10のV−I特性を太い実線で、充電制御回路22のV−I特性を細い実線で示している。
Next, with reference to FIG. 5, the reason why the voltage jumps when switching from the constant current charging region to the constant voltage charging region will be described. 5A, 5 </ b> B, and 5 </ b> C, the VI characteristic of the
図5(A)に示されるように、電池電圧VBATTが低いときには、定電流充電状態にあり、電池電圧VBATTとアダプタ電圧VADPとは最低限必要な電位差ΔVをもって徐々に上昇していく。 As shown in FIG. 5A, when the battery voltage V BATT is low, the battery is in a constant current charge state, and the battery voltage V BATT and the adapter voltage V ADP gradually increase with a minimum potential difference ΔV. .
図5(B)に示されるように、充電が進行し、電池電圧VBATTが充電制御回路22のV−I特性の角(充電制御モードが定電流充電制御モードから定電圧充電制御モードに切り換わる時点)に来るまでは、電池電圧VBATTとアダプタ電圧VADPとは最低限必要な電位差ΔVをもって徐々に上昇していく。 As shown in FIG. 5B, charging proceeds and the battery voltage V BATT is changed to the corner of the VI characteristic of the charge control circuit 22 (the charge control mode is switched from the constant current charge control mode to the constant voltage charge control mode). The battery voltage V BATT and the adapter voltage V ADP gradually increase with a minimum necessary potential difference ΔV until the point of change).
図5(C)に示されるように、電池電圧VBATTが充電制御回路22のV−I特性の定電圧部分に入ったとする。この場合、ACアダプタ10の充電電流Icと二次電池21を流れる充電電流とは同じなので、自ずと、アダプタ電圧VADPもACアダプタ10のV−I特性の定電圧充電領域に入る。このため、アダプタ電圧VADPは、図5(B)から図5(C)のポイントに、跳ね上がることになる。
Assume that the battery voltage V BATT enters the constant voltage portion of the VI characteristic of the
これが、定電圧充電領域において、アダプタ電圧VADPと電池電圧VBATTとの間に高い電圧差ΔV’が発生する理由である。 This is the reason why a high voltage difference ΔV ′ occurs between the adapter voltage V ADP and the battery voltage V BATT in the constant voltage charging region.
特に、図2に示すA点(定電流充電領域から定電圧充電領域に切り換わる点)においては、充電電流Icが最大であるので、充電制御トランジスタ(充電制御素子)Qの発熱が最大となるポイントである。 In particular, at point A shown in FIG. 2 (the point at which the constant current charging region is switched to the constant voltage charging region), since the charging current Ic is maximum, the heat generation of the charge control transistor (charge control element) Q is maximum. It is a point.
したがって、本発明の課題は、本体内部の充電制御素子の発熱を抑えることができる、ACアダプタを提供することにある。 Therefore, the subject of this invention is providing the AC adapter which can suppress the heat_generation | fever of the charge control element inside a main body.
本発明によれば、本体(20)に内蔵又は装着された二次電池(21)を充電するために用いられるACアダプタ(10A)であって、トランス(T)の一次巻線(Np)に印加される入力直流電圧をスイッチング素子(33)によりオンオフする一次側回路と、トランスの二次巻線(Ns)に誘起されるAC電圧を整流平滑してアダプタ電圧(VADP)を出力する二次側回路と、アダプタ電圧の変化を検出して定電圧制御信号を出力する定電圧制御回路(42)と、二次側回路を流れる充電電流を検出して定電流制御信号を出力する定電流制御回路(43)と、定電圧制御信号および定電流制御信号を帰還信号として一次側回路へ帰還するフォトカプラ(PC)と、帰還信号に応答してスイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御回路(32)とを備えたACアダプタにおいて、二次側回路に設けられて、充電状態が定電流充電領域から定電圧充電領域へ移行する時に発生するアダプタ電圧の跳ね上がりを検出して、検出信号を出力する検出手段(45)と、検出信号に応答して、跳ね上がりの電圧分だけアダプタ電圧を下げる電圧調整手段(44,R5,R6’)とを有することを特徴とするACアダプタが得られる。 According to the present invention, the AC adapter (10A) used for charging the secondary battery (21) built in or attached to the main body (20), the primary winding (Np) of the transformer (T). A primary side circuit that turns on and off the input DC voltage applied by the switching element (33), and an AC voltage induced in the secondary winding (Ns) of the transformer is rectified and smoothed to output an adapter voltage (V ADP ). A secondary circuit, a constant voltage control circuit (42) for detecting a change in adapter voltage and outputting a constant voltage control signal, and a constant current for detecting a charging current flowing through the secondary circuit and outputting a constant current control signal A control circuit (43), a photocoupler (PC) that feeds back a constant voltage control signal and a constant current control signal to a primary side circuit as feedback signals, and switching that controls on / off of the switching element in response to the feedback signals In the AC adapter provided with the control circuit (32), it is provided in the secondary side circuit to detect and detect a jump in the adapter voltage that occurs when the charging state shifts from the constant current charging region to the constant voltage charging region. An AC adapter comprising: a detection means (45) for outputting a signal; and a voltage adjustment means (44, R5, R6 ′) for reducing the adapter voltage by an amount corresponding to the jumping voltage in response to the detection signal. It is done.
上記ACアダプタにおいて、定電圧制御回路に基準電圧を供給するための基準電圧発生回路(44)をさらに有し、この基準電圧発生回路は可変抵抗器(R6’)によって基準電圧を可変できるように構成されており、電圧調整手段は、可変抵抗器の抵抗値を調整することによってアダプタ電圧を低下させるようにして良い。また、本体は、例えば、携帯電話機であって良い。 The AC adapter further includes a reference voltage generation circuit (44) for supplying a reference voltage to the constant voltage control circuit, and the reference voltage generation circuit can vary the reference voltage by a variable resistor (R6 ′). The voltage adjusting means may be configured to reduce the adapter voltage by adjusting the resistance value of the variable resistor. The main body may be a mobile phone, for example.
また、本発明によれば、本体(20)又は装着に内蔵された二次電池(21)をアダプタ電圧(VADP)で充電する方法であって、a)二次電池の電池電圧(VBATT)が低い間、定電流充電を行うステップと、b)二次電池の電池電圧が所定の電圧に達したときに、充電状態を定電流充電から定電圧充電に切換えるステップと、c)充電状態を定電流充電から定電圧充電に移行させる時に発生するアダプタ電圧の跳ね上がりを検出する(45)と、跳ね上がりの電圧分だけアダプタ電圧を下げるステップとを含む充電方法が得られる。 In addition, according to the present invention, there is provided a method of charging a main battery (20) or a secondary battery (21) incorporated in a mounting with an adapter voltage (V ADP ), and a) a battery voltage (V BATT of the secondary battery). B) a step of performing constant current charging while b) is low; b) a step of switching the charging state from constant current charging to constant voltage charging when the battery voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage; Is detected (45), and a charging method including the step of lowering the adapter voltage by the amount of the jumping voltage is obtained.
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。 In addition, the code | symbol in the said parenthesis is attached | subjected in order to make an understanding of this invention easy, and it is only an example, and of course is not limited to these.
本発明では、充電状態を定電流充電から定電圧充電に移行させる時に発生するアダプタ電圧の跳ね上がりを検出すると、この跳ね上がりの電圧分だけアダプタ電圧を下げるようにしたので、定電流充電時のアダプタ電圧と電池電圧との電位差である必要最低限の電圧を保ったまま、定電圧充電を行うことができる。この結果、本体内部の充電制御素子の発熱を抑えることができる、という作用効果を奏する。 In the present invention, when the adapter voltage jumping that occurs when the state of charge is changed from constant current charging to constant voltage charging is detected, the adapter voltage is lowered by this jumping voltage. The constant voltage charging can be performed while maintaining the minimum necessary voltage which is the potential difference between the battery voltage and the battery voltage. As a result, there is an effect that heat generation of the charge control element inside the main body can be suppressed.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図6を参照して、本発明の一実施の形態に係るACアダプタ10Aについて説明する。図示のACアダプタ10Aは、抵抗器R6の代わりに可変抵抗器R6’を使用すると共に、ΔV検出回路45が付加された点を除いて、図3に示した従来のACアダプタ10と同様の構成を有する。図3に示した構成要素と同様の機能を有するものには同一の参照符号を付して、説明の簡略化のためにそれらの説明については省略する。
An
ΔV検出回路45はカソード11に接続されている。ΔV検出回路45は、充電状態が定電流充電領域から定電圧充電領域へ移行する時に発生するアダプタ電圧VADPの跳ね上がりを検出して、検出信号を出力する。この検出信号に応答して、可変抵抗器R6’の抵抗値が小さく調整される。
The
以下、図6に加えて図7をも参照して、ACアダプタ10Aの動作について説明する。図7は図6に図示したACアダプタ10Aの充電特性を示す図である。横軸に時間t[h]を、縦軸に電圧V,電流Iを示している。
Hereinafter, the operation of the
定電流充電領域では、定電流制御回路43は常に充電電流Icを監視している。そして、この充電電流Icが一定となるように、定電流制御回路43は定電流制御信号を出力する。この定電流制御信号はオアゲートGおよびフォトカプラPCを介して帰還信号として一次側回路のスイッチング制御回路32へ帰還される。すなわち、二次電池21の電池電圧VBATTが低い間は、定電流充電が行われる。
In the constant current charging region, the constant
このとき、ACアダプタ10Aのアダプタ電圧VADPは、本体20内の充電制御回路22の電圧降下が最小となっているので、電池電圧VBATTに電圧降下分ΔVを加えて得られる電圧(VBATT+ΔV)になっている。
At this time, the adapter voltage V ADP of the
徐々に二次電池21の電池電圧VBATTが上昇し、電池電圧VBATTが所定の電圧に達すると、充電状態が定電流充電から定電圧充電に切換えられる。この充電状態が定電流充電から定電圧充電に移行させようとした時点で、上述したように、本体20内の充電の定電圧値とACアダプタ10Aの定電圧値との差ΔV’が生じ、アダプタ電圧VADPが跳ね上がる。
When the battery voltage V BATT of the
このアダプタ電圧VADPの跳ね上がりをΔV検出回路45が検出すると、ΔV検出回路45は検出信号を可変抵抗器R6’に供給する。この検出信号に応答して、可変抵抗器R6’は、その抵抗値を小さくする。すなわち、この跳ね上がり電圧分(ΔV’−ΔV)だけアダプタ電圧VADPを下げるように、定電圧制御回路42に供給する基準電圧を調整する。
When the
これ以降は、この基準電圧値を固定して、満充電状態まで推移する。これにより、必要最低限電位差ΔVを保持することができる。 Thereafter, the reference voltage value is fixed, and the state changes to a fully charged state. Thereby, the minimum potential difference ΔV can be maintained.
このため、従来のACアダプタ10においては、定電圧充電領域では、アダプタ電圧VADPは規定の電圧値をもっていたが(図4参照)、本実施の形態によるACアダプタ10Aでは、定電流充電領域から定電圧充電領域に切り換わってからの所定の短い期間を除いて、必要最低限電位差ΔVを維持しながら充電している。所定の短い期間は、例えば10ミリ秒である。換言すれば、本実施の形態によるACアダプタ10Aは、定電流充電時のアダプタ電圧VADPと電池電圧VBATTとの電位差(VADP−VBATT)である必要最低限の電圧ΔVを保ったまま、定電圧充電を行う。この結果、本体20内部の充電制御素子Qの発熱を抑えることができる。
Therefore, in the
以上、本発明について実施の形態によって例を挙げて説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。たとえば、上述した実施の形態では、本発明を携帯電話機用ACアダプタに適用した場合を例に挙げて説明したが、携帯電話機以外についても充電回路へ電力供給するACアダプタにも適用できるのは勿論である。 As described above, the present invention has been described with reference to the embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments. For example, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to an AC adapter for a mobile phone has been described as an example. However, the present invention can be applied to an AC adapter that supplies power to a charging circuit in addition to a mobile phone. It is.
また、本発明の実施の形態では基準電圧発生回路44に接続された可変抵抗器R6’の抵抗値を小さくしてアダプタ電圧VADPを下げているが、定電圧制御回路42に接続されている基準電圧発生回路44を電圧可変型の基準電圧発生回路として、この電圧可変型の基準電圧発生回路の基準電圧を下げてアダプタ電圧VADPを下げるようにしても良い。この場合は、定電流制御回路43には別途、固定の基準電圧が供給されるような基準電圧発生回路が必要となる。
In the embodiment of the present invention, the adapter voltage V ADP is lowered by reducing the resistance value of the variable resistor R6 ′ connected to the reference
10A ACアダプタ
20 本体(携帯電話機)
21 二次電池
22 充電制御回路
31 整流/平滑回路
32 スイッチング制御回路
33 SW素子
41 整流/平滑回路
42 定電圧制御回路
43 定電流制御回路
44 基準電圧発生回路
45 ΔV検出回路
T トランス
Np 一次巻線
Ns 二次巻線
NB 補助巻線
R6’ 可変抵抗器
21
Claims (4)
前記二次側回路に設けられて、充電状態が定電流充電領域から定電圧充電領域へ移行する時に発生する前記アダプタ電圧の跳ね上がりを検出して、検出信号を出力する検出手段と、
前記検出信号に応答して、前記跳ね上がりの電圧分だけ前記アダプタ電圧を下げる電圧調整手段と
を有することを特徴とするACアダプタ。 An AC adapter used for charging a secondary battery built in or attached to a main body, a primary side circuit for turning on and off an input DC voltage applied to a primary winding of a transformer by a switching element, and a second side of the transformer A secondary circuit that rectifies and smoothes an AC voltage induced in the secondary winding and outputs an adapter voltage; a constant voltage control circuit that detects a change in the adapter voltage and outputs a constant voltage control signal; and the secondary A constant current control circuit that detects a charging current flowing through the side circuit and outputs a constant current control signal; a photocoupler that feeds back the constant voltage control signal and the constant current control signal to the primary side circuit as a feedback signal; and In an AC adapter comprising a switching control circuit for controlling on / off of the switching element in response to a feedback signal,
Detection means provided in the secondary side circuit for detecting a jump of the adapter voltage that occurs when a charging state shifts from a constant current charging region to a constant voltage charging region, and outputting a detection signal;
An AC adapter comprising: voltage adjusting means for reducing the adapter voltage by an amount corresponding to the rising voltage in response to the detection signal.
a)前記二次電池の電池電圧が低い間、定電流充電を行うステップと、
b)前記二次電池の電池電圧が所定の電圧に達したときに、充電状態を前記定電流充電から定電圧充電に切換えるステップと、
c)前記充電状態を前記定電流充電から前記定電圧充電に移行させる時に発生する前記アダプタ電圧の跳ね上がりを検出すると、前記跳ね上がりの電圧分だけ前記アダプタ電圧を下げるステップと
を含む充電方法。
A method of charging a secondary battery built in or attached to a main body with an adapter voltage,
a) performing constant current charging while the battery voltage of the secondary battery is low;
b) switching the charging state from the constant current charging to the constant voltage charging when the battery voltage of the secondary battery reaches a predetermined voltage;
and c) a step of decreasing the adapter voltage by the amount of the jumping voltage when a jumping of the adapter voltage that occurs when the charging state is shifted from the constant current charging to the constant voltage charging is detected.
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