JP2006174612A - Charger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バッテリー駆動の各種電子機器内に設けられ、外部電源から電力が供給されてバッテリーの充電を行う充電器に関するものである。 The present invention relates to a charger that is provided in various battery-driven electronic devices and that is charged with power from an external power supply.
近年、バッテリーを有する携帯機器などの電子機器に設けられる充電器には、急速かつ高効率な充電機能が要求されている。 In recent years, a charger provided in an electronic device such as a portable device having a battery is required to have a rapid and highly efficient charging function.
従来、充電器としては、図3に示すような回路構成の装置が用いられていた。 Conventionally, as a charger, an apparatus having a circuit configuration as shown in FIG. 3 has been used.
図3において、充電器12には外部電源1より電力が供給されており、PチャネルMOSFETからなる逆流防止用のスイッチ4,PチャネルMOSFETからなる制御素子13,定電流制御用検出抵抗9、および制御回路14が設けられている。
In FIG. 3, the charger 12 is supplied with power from the
外部電源1から供給された直流電流は、スイッチ4,制御素子13,抵抗9を介してバッテリー3を充電する。スイッチ4は制御素子13によって制御され、外部電源1から電力供給されることによるバッテリー3への充電動作中はオン状態となり、外部電源1からの電力供給がない場合にはバッテリー3からの放電電流が逆流しないようにオフ状態となる。
The direct current supplied from the
したがって、以下の充電器12の充電動作の説明においては、逆流防止用スイッチ4はオン状態である。
Therefore, in the following description of the charging operation of the charger 12, the
図4は、外部電源1の出力特性と充電器12の出力特性を示したものである。
FIG. 4 shows the output characteristics of the
図4に示すように、外部電源1は、所定の電圧Vaを出力する定電圧出力機能と、出力電流を所定値Iaに制限を加える電流制限機能を有している。また、制御素子13は、制御回路14からのゲート電圧によってソース−ドレイン間のインピーダンスが制御され、次の3つの状態をとる。
As shown in FIG. 4, the
第1の状態はオン状態である。第2の状態は、バッテリー3への充電電流Ibによる定電流制御用検出抵抗9での電圧降下が、一定値となるように制御される定電流化状態である。この場合の定電流値をIcとする。第3の状態は、バッテリー3の電圧Vbを所定値Vcに安定化するように制御される定電圧化状態である。図4では、充電器の定電流化状態と定電圧化状態を示している。
The first state is an on state. The second state is a constant current state in which the voltage drop at the constant current
図5は、充電器の充電動作によってバッテリー3の電圧Vbとバッテリー3への充電電流Ibの時間変化を表す動作波形図である。
FIG. 5 is an operation waveform diagram showing temporal changes in the voltage Vb of the
以下、図3に示す従来の充電器の動作を、図5の充電動作波形図を参照して簡単に説明する。 Hereinafter, the operation of the conventional charger shown in FIG. 3 will be briefly described with reference to the charging operation waveform diagram of FIG.
図3における充電(1)は、バッテリー3を急速に充電する期間であり、外部電源1の電流制限機能を利用して、バッテリー3は定電流Iaで充電される。このとき、PチャネルMOSFETからなる制御素子13は第1の状態、すなわち、オン状態となっている。
Charging (1) in FIG. 3 is a period in which the
充電(2)は、制御素子13が第2の状態にあり、定電流Icでバッテリー3が充電される期間である。バッテリー3の過電圧保護のために、充電(1)での外部電源1からの定電流値Iaよりも小さく設定された電流Icにより、バッテリー3は定電流充電される。
Charging (2) is a period in which the control element 13 is in the second state and the
充電(3)は、制御素子13が第3の状態にある期間である。この期間では、バッテリー3が満充電状態に近づいたため、バッテリー3の電圧Vbを一定電圧Vcに保持している。そして充電電流が徐々に少なくなる。すなわち、充電(2)および充電(3)の期間では、充電器12はシリーズレギュレータとして動作する。
Charging (3) is a period in which the control element 13 is in the third state. During this period, since the
また特許文献1には、スイッチング式のDC−DCコンバータを用いる充電装置が開示されており、このDC−DCコンバータを定電流制御することにより、高効率な充電を実現しているが、充電器の温度変異に対する制御が含まれていないため、外部電源の特性に応じた最適な充電電流の制御を行うことができないため、急速な充電を行うことが困難である。
前記従来の充電器においては、シリーズレギュレータによる電力損失が発生して、変換効率が悪いという問題があった。特に前記充電(2)の期間において、外部電源1の所定の出力電圧値Vaとバッテリー電圧Vbとの差電圧(Va−Vb)が制御素子13に印加されており、同時に制御素子13には制御回路14によって設定された定電流Icが流れており、この差電圧と定電流値との積(Va−Vb)・Icが電力損失となり、変換効率を悪化させている。
The conventional charger has a problem that power loss occurs due to the series regulator and conversion efficiency is poor. In particular, during the charging (2) period, a difference voltage (Va−Vb) between a predetermined output voltage value Va of the
このため、充電中における発熱量が増加し、電子機器の表面温度が上昇するため、定電流値Icを大きく設定することができず、結果としてバッテリーの充電時間が長くなるという問題があった。 For this reason, the amount of heat generated during charging increases and the surface temperature of the electronic device rises, so that the constant current value Ic cannot be set large, resulting in a problem that the charging time of the battery becomes long.
また、外部電源1の電流制限機能を利用して充電を行っているため、特定の外部電源以外を利用することができないという問題があった。
In addition, since charging is performed using the current limiting function of the
本発明は、前記従来の技術の問題を解決し、外部電源の種類や構成に関わらず、高効率でかつ温度上昇がなく、充電時間が非常に早い充電器を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and to provide a charger that is highly efficient, has no temperature rise, and has a very fast charging time regardless of the type and configuration of the external power supply.
前記目的を達成するために、本発明に係る充電器は、外部電源と、スイッチと整流器とインダクタと制御回路とから構成される降圧コンバータと、充電器の温度を検出する温度検出回路とを備え、前記降圧コンバータからバッテリーへの充電電流を出力する充電器であって、前記制御回路が、前記温度検出回路の検出信号と前記バッテリーの電圧検出信号とを受け、当該充電器の温度と前記バッテリーの電圧とを所定の温度および所定の電圧値に制限するため、前記スイッチを所定のオン/オフ時間比でオン/オフ動作させ、前記バッテリーの電圧が前記所定の電圧値より低い場合に、当該充電器の温度を前記所定の温度に保持するように前記充電電流を制限する構成であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a charger according to the present invention includes an external power source, a step-down converter including a switch, a rectifier, an inductor, and a control circuit, and a temperature detection circuit that detects the temperature of the charger. A charger that outputs a charging current from the step-down converter to the battery, wherein the control circuit receives the detection signal of the temperature detection circuit and the voltage detection signal of the battery, and the temperature of the charger and the battery In order to limit the voltage of the battery to a predetermined temperature and a predetermined voltage value, the switch is turned on / off at a predetermined on / off time ratio, and when the battery voltage is lower than the predetermined voltage value, The charging current is limited so that the temperature of the charger is maintained at the predetermined temperature.
本発明の充電器は、充電制御にスイッチング式の降圧コンバータを用いることにより、高効率で発熱量が少ないという効果を奏し、しかも充電器の温度を所定の値に保持する温度検出回路を用いることによって温度上昇を抑え、降圧コンバータと併用することにより、様々な外部電源の特性に合わせた最適な充電電流の制御が可能となり、温度上昇を伴うことなく、非常に急速な充電が可能となる。 The charger according to the present invention uses a switching type step-down converter for charge control, thereby achieving an effect of high efficiency and low calorific value, and using a temperature detection circuit that keeps the temperature of the charger at a predetermined value. By suppressing the temperature rise and using it together with the step-down converter, it becomes possible to control the optimum charging current in accordance with the characteristics of various external power supplies, and extremely rapid charging is possible without accompanying the temperature rise.
以下、本発明の充電器に係る好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment according to the charger of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明に係る実施形態の充電器の構成を示す回路図である。 FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a charger according to an embodiment of the present invention.
図1において、充電器2は外部電源1より電力が供給されており、PチャネルMOSFETからなる逆流防止用スイッチ4と、PチャネルMOSFETからなるスイッチ5と、NチャネルMOSFETからなる同期整流器6と、インダクタ7と、コンデンサ8と、定電流制御用検出抵抗9と、制御回路10と、温度検出回路11が設けられている。
In FIG. 1, a charger 2 is supplied with electric power from an
前記逆流防止用スイッチ4は、制御回路10によって制御され、外部電源1から電力供給されることによるバッテリー3への充電動作中はオン状態となり、外部電源1からの電力供給がない場合には、バッテリー3からの放電電流が逆流しないようにオフ状態となる。
The
したがって、以下の充電器2の充電動作の説明においては、逆流防止用スイッチ4はオン状態にある。PチャネルMOSFETからなるスイッチ5と、NチャネルMOSFETからなる同期整流器6と、インダクタ7と、コンデンサ8は、スイッチング式の降圧コンバータを構成している。
Therefore, in the following description of the charging operation of the charger 2, the
前記降圧コンバータは、制御回路10によってスイッチ5と同期整流器6が交互にオン/オフ動作されることにより、インダクタ7を介してコンデンサ8から直流電力を出力する。スイッチ5と同期整流器6のオン/オフ動作が周期的に繰り返されているとき、その1周期に占めるスイッチ5のオン時間の割合(以下、この割合をデューティ比と記す)を調整することにより、降圧コンバータが出力する直流電力を制御することができる。
The step-down converter outputs DC power from the
図2は充電器の充電動作によるバッテリー3の電圧Vbとバッテリー3への充電電流Ibの時間変化、および、その時の充電器の温度変化を表す動作波形図である。
FIG. 2 is an operation waveform diagram showing the time change of the voltage Vb of the
以下、本実施形態による充電器2の充電動作を図2に示す動作波形図を参照して説明する。 Hereinafter, the charging operation of the charger 2 according to the present embodiment will be described with reference to the operation waveform diagram shown in FIG.
図2における充電(1)は、充電器2が設定温度保持状態にあって、充電器2の温度を所定のTaに保持するように充電電流を制限して、バッテリー3を充電する期間である。降圧コンバータを用いて充電することにより、高効率な電力変換が可能となり、外部電源の特性に応じて最適な充電電流で充電することが可能であるため、非常に急速な充電が可能となる。
Charging (1) in FIG. 2 is a period for charging the
また、充電器2の温度を一定に保持するため温度上昇を防ぐ効果も有する。充電時間短縮のためには、充電器2の熱的負担の許容される範囲内で、充電電流値を大きく設定することが望ましい。高効率な電力変換特性を有する降圧コンバータを用いることにより、充電電流値を大きく設定し、充電時間を短くすることが可能となる。 Moreover, since the temperature of the charger 2 is kept constant, it has an effect of preventing a temperature rise. In order to shorten the charging time, it is desirable to set the charging current value large within the allowable range of the thermal burden on the charger 2. By using a step-down converter having high-efficiency power conversion characteristics, a charging current value can be set large and the charging time can be shortened.
この充電(1)の期間は、充電が進んでバッテリー3の電圧Vbが第1の電圧値Vaに至るまでであり、バッテリー電圧Vbが第1の電圧値Vaに至ると充電(2)へ移行する。
The period of this charging (1) is until charging proceeds and the voltage Vb of the
図5における充電(2)は、充電器2は定電圧化状態にあり、バッテリー電圧Vbは第1の電圧値Vaに制限されながら充電される。第1の電圧値Vaはバッテリー3の満充電電圧に近い値に設定されており、充電電流Ibは、充電が進むとともに減少していき、やがて完全に満充電電圧に達した時点で充電を終了する。
In charging (2) in FIG. 5, the charger 2 is in a constant voltage state, and the battery voltage Vb is charged while being limited to the first voltage value Va. The first voltage value Va is set to a value close to the fully charged voltage of the
本発明に係る充電器は、スイッチング式の降圧コンバータを用い、降圧コンバータの制御に充電器の温度を一定に保持する機能を付加することにより、バッテリー電圧に応じて充電器温度制御とバッテリー電圧制御を使い分け、高効率で充電時間が非常に短く、様々な外部電源が使用可能な充電器として有用である。 The charger according to the present invention uses a switching step-down converter and adds a function of maintaining a constant temperature of the charger to the control of the step-down converter, so that the charger temperature control and the battery voltage control are performed according to the battery voltage. It is useful as a charger that can use various external power sources with high efficiency and very short charging time.
1 外部電源
2 充電器
3 バッテリー
4 逆流防止用スイッチ
5 スイッチ
6 整流器
7 インダクタ
8 コンデンサ
9 定電流制御用検出抵抗
10 制御回路
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記制御回路が、前記温度検出回路の検出信号と前記バッテリーの電圧検出信号とを受け、当該充電器の温度と前記バッテリーの電圧とを所定の温度および所定の電圧値に制限するため、前記スイッチを所定のオン/オフ時間比でオン/オフ動作させ、前記バッテリーの電圧が前記所定の電圧値より低い場合に、当該充電器の温度を前記所定の温度に保持するように前記充電電流を制限する構成であることを特徴とする充電器。 A charger that includes an external power source, a step-down converter including a switch, a rectifier, an inductor, and a control circuit, and a temperature detection circuit that detects a temperature of the charger, and outputs a charging current from the step-down converter to a battery. There,
The control circuit receives the detection signal of the temperature detection circuit and the voltage detection signal of the battery, and limits the temperature of the charger and the voltage of the battery to a predetermined temperature and a predetermined voltage value. When the battery voltage is lower than the predetermined voltage value, the charging current is limited so that the temperature of the charger is maintained at the predetermined temperature. A charger characterized by having a configuration to perform.
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JP2004364345A JP2006174612A (en) | 2004-12-16 | 2004-12-16 | Charger |
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Cited By (2)
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JP2009232596A (en) * | 2008-03-24 | 2009-10-08 | Mitsumi Electric Co Ltd | Charging control circuit and semiconductor integrated circuit for charging control |
US9219412B2 (en) | 2012-06-07 | 2015-12-22 | Nxp B.V. | Buck converter with reverse current protection, and a photovoltaic system |
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2004
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