JP2007166825A - Charging power supply and charging circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、充電用電源、充電用電源及び充電回路部に、関する。 The present invention relates to a charging power source, a charging power source, and a charging circuit unit.
以下の特許文献には、リチウムイオン電池を充電する充電器(充電用電源、充電回路部を備える充 電器)の開示がある。この公報の図4、図5に開示されるように、交流を直流に変換する整流回路8 、整流回路8の直流を高周波のパルス波に変換するスイッチング部9、パルス波を所定の電圧に変換 する変換トランス11と、スイッチング部9を制御して直流出力を制御するPWM制御回路13と、 PWM制御回路13に、制御信号を入力するフォトカプラ17とを備えている。
The following patent documents disclose a charger for charging a lithium ion battery (a charger having a charging power source and a charging circuit unit). As disclosed in FIGS. 4 and 5 of this publication, a
そして、定電流充電回路6を利用して、充電電流が所定値を超えると、フォトカプラ17を非導通 状態とし、これを制御信号として、PWM制御回路13はトランジスター10を制御して出力を低く 制御して、電池の充電電流を少なくする。したがって、定電流充電回路6は、電池の充電電流が設定 値I1よりも大きくなるのを防止して、定電流充電する。
Then, when the constant current charging circuit 6 is used and the charging current exceeds a predetermined value, the
また、定電圧充電回路5を利用して、充電電圧が所定値を超えると、フォトカプラ17を非導通状 態とし、これを制御信号として、PWM制御回路13はトランジスター10を制御して出力を低く制 御して、電池の充電電圧を少なくする。
この充電用電源、充電回路部にて、別のリチウムイオン電池(例えば、定格の充電電流が異なる電池)を充電することはできず、この別のリチウムイオン電池を充電するには、専用の充電器が必要となる。 また、Ni-Cd電池、Ni水素電池を定電流で充電するときも、充電電流が異なる等の理由により、専用の充電器が必要となる。 This charging power source and charging circuit unit cannot charge another lithium ion battery (for example, a battery with a different rated charging current). A vessel is required. In addition, when charging a Ni-Cd battery or Ni hydrogen battery with a constant current, a dedicated charger is required because the charging current is different.
本発明は、このような欠点を解決するためになされたものであり、充電条件が異なる電池を充電することができる共通の充電用電源を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such drawbacks, and an object of the present invention is to provide a common charging power source that can charge batteries having different charging conditions.
本発明の充電用電源は、交流を直流に変換する整流回路8と、該整流回路8の直流を高周波のパル ス波に変換するスイッチング部9と、パルス波を所定の電圧に変換する変換トランス11と、該変換 トランス11からの電力を出力する第1出力端子P1+、P1−と、前記スイッチング部9を制御し て直流出力を制御するPWM制御回路13と、PWM制御回路13に制御信号を入力する制御端子P C+、PC−を備えることを特徴とする。また、前記制御端子からの前記制御信号により、フォトカ プラを動作させ、該フォトカプラの出力を制御信号として、前記PWM制御回路13に入力する。
The charging power source of the present invention includes a
本発明の充電回路部においては、前記充電用電源に着脱自在に接続されて、前記第1出力端子P1 +、P1−に電気接続される第1入力端子I1+、I1−を備える充電回路部とを備え、該充電回路 部は、2次電池を充電するための定電流充電回路6を備え、充電電流が定電流となるように制御信号 を、前記制御端子PC+、PC−を介して、前記PWM制御回路13に入力する。
In the charging circuit unit according to the present invention, a charging circuit unit including first input terminals I1 + and I1− that are detachably connected to the charging power source and are electrically connected to the first output terminals P1 + and P1−. The charging circuit unit includes a constant current charging circuit 6 for charging the secondary battery, and sends a control signal via the control terminals PC + and PC− so that the charging current becomes a constant current. Input to the
または、本発明の充電回路部においては、前記充電用電源に着脱自在に接続されて、前記第1出力 端子P1+、P1−に電気接続される第1入力端子I1+、I1−を備える充電回路部とを備え、前 記充電回路部は、2次電池を充電するための定電圧充電回路5を備え、充電電圧が定電圧となるよう に制御信号を、前記制御端子PC+、PC−を介して、前記PWM制御回路13に入力することを特 徴とする。
を特徴とする。
Alternatively, in the charging circuit unit of the present invention, the charging circuit unit includes first input terminals I1 + and I1- that are detachably connected to the charging power source and are electrically connected to the first output terminals P1 + and P1-. The charging circuit unit includes a constant voltage charging circuit 5 for charging the secondary battery, and sends a control signal via the control terminals PC + and PC− so that the charging voltage becomes a constant voltage. The
It is characterized by.
本発明においては、充電用電源は上記の構成であり、充電回路部は、定電流又は定電圧の制御信号を、制御端子を介してPWM制御回路に入力することで所望の制御を行っている。よって、電池の充電条件に適応した複数の充電回路部に、共通の充電用電源にて電力供給することが可能である。 In the present invention, the charging power source has the above-described configuration, and the charging circuit unit performs desired control by inputting a constant current or constant voltage control signal to the PWM control circuit via the control terminal. . Therefore, it is possible to supply power to a plurality of charging circuit units adapted to the charging conditions of the battery with a common charging power source.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのものを例示するものであって、本発明は以下のものに特定しない。
電池を充電する回路図を図1、図2に示す。図1と図2においては、共通の充電用電源Aを利用し、図1においては、Ni-Cd電池、Ni水素電池を定電流で充電する充電回路部B1を備え、図2においては、リチウムイオン電池を、定電流、定電圧にて充電する充電回路部B2を備えている。共通の充電用電源Aに、充電回路部B1、B2に着脱自在に接続される。ここで、電池は、充電回路部B1、B2に着脱自在に設置される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the examples shown below are intended to embody the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following.
A circuit diagram for charging the battery is shown in FIGS. In FIG. 1 and FIG. 2, a common charging power source A is used. In FIG. 1, a charging circuit unit B1 for charging a Ni—Cd battery and a Ni hydrogen battery with a constant current is provided. A charging circuit unit B2 for charging the ion battery with a constant current and a constant voltage is provided. A common charging power source A is detachably connected to the charging circuit portions B1 and B2. Here, the battery is detachably installed in the charging circuit portions B1 and B2.
まず、共通の充電用電源Aについて説明する。充電用電源Aは、AC100Vの商用電源に含まれる雑音を除去する入力フィルター7と、入力された交流を直流に変換する整流回路8と、整流回路8の直流を高周波の脈流のようなパルス波に変換するスイッチング部9であるトランジスター10と、パルス波を所定の電圧に変換する変換トランス11と、変換トランス11の交流出力を整流して平滑な直流に変換する整流平滑回路12と、スイッチング部9を制御して直流出力を制御するPWM制御回路13と、PWM制御回路13に、制御信号を入力するフォトカプラ17とを備えている。そして、フォトカプラ17への制御信号を入力する制御端子PC+、PC−を備えている。
First, the common charging power source A will be described. The charging power source A includes an
整流平滑回路12からの出力は、第1出力端子P1+、P1−に供給される。また、充電用電源Aは、第2出力端子P2+、P2−にて、定電圧が出力できるように、整流平滑回路12の出力側に定電圧回路21を備えている。このような第2出力端子P2+、P2−からの定電圧出力(約5V)は、携帯電話等の電源として利用することができる。
The output from the rectifying and
一方、図1の充電回路部B1は、充電用電源Aに着脱自在に装着され、装着された状態においては、充電用電源Aの第1出力端子P1+、P1−、制御端子PC+、PC−に対応して、電気接続される第1入力端子I1+、I1−、制御端子IC+、IC−を備えている。 On the other hand, the charging circuit unit B1 of FIG. 1 is detachably attached to the charging power source A. In the attached state, the charging circuit unit B1 is connected to the first output terminals P1 + and P1− and the control terminals PC + and PC− of the charging power source A. Correspondingly, first input terminals I1 + and I1- and control terminals IC + and IC- that are electrically connected are provided.
充電用電源Aのプラス出力側と電池22との間に接続されている充電制御スイッチ2と、電池電圧と充電電流とを検出して充電制御スイッチ2を制御する演算回路3であるマイクロコンピュータとを備える。
A charge control switch 2 connected between the positive output side of the power supply A for charging and the
上述のように充電用電源Aにおいては、入力された交流を所定の電圧に変換して直流に変換しており、充電回路部B1においては、充電用電源Aの出力電圧と出力電流とを制御して、電池を定電圧充電、あるいは定電流充電する定電圧充電回路5と定電流充電回路6とを内蔵する。 As described above, the charging power source A converts the input alternating current into a predetermined voltage and converts it into a direct current, and the charging circuit unit B1 controls the output voltage and output current of the charging power source A. Thus, a constant voltage charging circuit 5 and a constant current charging circuit 6 for charging the battery at a constant voltage or a constant current are incorporated.
充電制御スイッチ2は、電池を充電するときにオン、充電を完了するとオフに切り換えられる。充電制御スイッチ2は、演算回路3に制御される。充電制御スイッチ2は、トランジスタやFET等の半導体スイッチング素子が最適であるが、リレー等も使用できる。
The charging control switch 2 is turned on when charging the battery, and turned off when the charging is completed. The charge control switch 2 is controlled by the
定電圧充電回路5と定電流充電回路6は作動アンプ5A、6Aを備える。定電圧充電回路5の作動アンプ5Aは、+側入力端子を、電池の供給側に接続している。+側入力端子は、レギュレータからの電源電圧Vccより分圧された基準電圧に接続される。作動アンプ5A、6Aの出力はダイオード、制御端子PC−、制御端子IC−を介して、フォトカプラ17に接続されている。この回路の定電圧充電回路5は、作動アンプ5Aの−側入力端子の電圧を、+側に接続された基準電圧に比較して、作動アンプ5Aの出力(=制御信号)を+-に反転させる。電池の電圧(=充電用電源Aの出力電圧)が設定電圧よりも高くなると、−側の電圧が+側の基準電圧よりも高くなる。そうすると、作動アンプ5Aの出力(=制御信号)は−となり、ダイオードは順方向となって電流が流れ、フォトカプラ17の発光ダイオードは発光する。この状態になると、PWM制御回路13はスイッチング部9であるトランジスター10を制御して出力を低下させる。
The constant voltage charging circuit 5 and the constant current charging circuit 6 include operation amplifiers 5A and 6A. The operation amplifier 5A of the constant voltage charging circuit 5 has a positive input terminal connected to the battery supply side. The + side input terminal is connected to a reference voltage divided by the power supply voltage Vcc from the regulator. The outputs of the operational amplifiers 5A and 6A are connected to the
したがって、定電圧充電回路5は、電池の充電電圧が設定電圧よりも大きくなるのを防止している。Ni-Cd電池、Ni水素電池を充電するときは、電池を定電流にて充電し、設定電圧を約2V/セル程度に設定して、電池電圧が異常等により設定電圧を超えないようにしている。 Therefore, the constant voltage charging circuit 5 prevents the charging voltage of the battery from becoming higher than the set voltage. When charging Ni-Cd batteries or Ni-hydrogen batteries, charge the battery at a constant current and set the set voltage to about 2 V / cell so that the battery voltage does not exceed the set voltage due to an abnormality. Yes.
定電流充電回路6は、作動アンプ6Aの−側入力端子を電流検出抵抗Rに接続し、+側を基準電源部に接続している。この回路は、電池の充電電流が設定値I1よりも大きくなると、作動アンプ6Aの−側入力端子の電圧が+側の基準電圧より高くなる。この状態で作動アンプ6Aは制御信号として出力電圧を−とし、ダイオードが順方向としてフォトカプラ17の発光ダイオードを発光させる。この状態で、PWM制御回路13はトランジスター10を制御して出力を低く制御して、電池の充電電流を少なくする。したがって、定電流充電回路6は、電池の充電電流が設定値I1よりも大きくなるのを防止して、定電流充電する。
In the constant current charging circuit 6, the negative input terminal of the operational amplifier 6A is connected to the current detection resistor R, and the positive side is connected to the reference power supply unit. In this circuit, when the charging current of the battery becomes larger than the set value I1, the voltage of the negative input terminal of the operational amplifier 6A becomes higher than the positive reference voltage. In this state, the operating amplifier 6A sets the output voltage as-as the control signal, and causes the light emitting diode of the
演算回路3は、図示しないが、電池22のプラス側電池電圧と充電電流とを検出し、検出した信号を演算処理して、充電制御スイッチ2を制御する。演算回路3は充電をスタートするときに充電制御スイッチ2をオンとし、充電を完了すると充電制御スイッチ2をオフにする。
Although not shown, the
更に、充電回路部B1は、外部直流電源より電力を得て、電池22を充電するために、第2入力端子I2+、I2−を備え、該端子からの電力を入力とする定電圧回路23を備えている。該定電圧回路23は、DC/DCコンバータであって、外部直流電源の電圧を低下させて電池22プラス側に供給している。また、定電圧回路23は、電流検出抵抗Rの電圧を検出して、定電流を出力する制御も行っている。このような外部直流電源としては、例えば、車用12V電源が利用できる。なお、図1の充電回路部B1において、リチウムイオン電池が充電できるように、定電圧充電回路5の設定電圧を、約4.2V/セル程度に設定して、定電流充電の後、定電圧充電できるようにすることもできる。
Further, the charging circuit unit B1 is provided with second input terminals I2 + and I2− to obtain power from an external DC power source and charge the
次に、図2にて、リチウムイオン電池22が充電できる充電回路部B2について説明する。なお、図1の充電回路部B1と機能が同じ構成については、同じ符号を付して、説明を省略する。
Next, referring to FIG. 2, the charging circuit unit B2 that can charge the
充電用電源Aのプラス出力側と電池22との間に接続されている充電制御スイッチ2と、電池電圧と充電電流とを検出して充電制御スイッチ32を制御する演算回路33であるマイクロコンピュータとを備える。
A charge control switch 2 connected between the positive output side of the power supply A for charging and the
充電回路部B2においては、定電圧充電回路35により、電池側に、定電圧を供給している。定電圧充電回路35は、主に、慣用手段であるシャントレギュレーター(SHG)35Bより構成される。充電用電源Aの出力電圧は、電池22側に供給されるが、出力電圧が、抵抗R1、抵抗R2の分圧として、シャントレギュレーター(SHG)35BのVrefに入力される。そして、シャントレギュレーター(SHG)35Bの出力と、抵抗R1の一端とが、電源回路部B2の制御端子IC+、IC−、充電用電源Aの制御端子PC+、PC−を介して、フォトカプラ17に接続されている。
In the charging circuit unit B2, a constant voltage is supplied to the battery side by the constant
充電用電源Aの出力電圧が増加して、分圧電圧が、シャントレギュレーター(SHG)35BのVrefに対して、増加したときは、シャントレギュレーター(SHG)35Bに入る電流を増加し、シャントレギュレーター(SHG)35Bの出力電圧(=制御信号)は低下する。これにより、フォトカプラ17の発光ダイオードは発光する。この状態になると、PWM制御回路13はスイッチング部9であるトランジスター10を制御して出力を低下させ、充電用電源Aの出力電圧が設定電圧よりも大きくなるのを防止している。よって、定電圧充電回路35は、充電用電源Aの出力電圧を一定にする。また、このようなシャントレギュレーター(SHG)35Bを利用した定電圧充電回路35に代わって、図1の定電圧充電回路5のように作動アンプを利用するものとしても良い。
When the output voltage of the charging power source A increases and the divided voltage increases with respect to the Vref of the shunt regulator (SHG) 35B, the current flowing into the shunt regulator (SHG) 35B is increased, and the shunt regulator ( The output voltage (= control signal) of SHG) 35B decreases. Thereby, the light emitting diode of the
充電制御スイッチ32は、電池を充電するときにオン、充電を完了するとオフに切り換えられる。充電制御スイッチ32は、演算回路33に制御される。充電制御スイッチ32は、トランジスタやFET等の半導体スイッチング素子が使用できる。
The charging
演算回路33は、電池22のプラス側と、電流検出抵抗Rとに接続されて電池電圧と充電電流とを検出し、検出した信号を演算処理して、充電制御スイッチ2を制御する。演算回路33は充電をスタートするときに充電制御スイッチ32をオンとし、充電を完了すると充電制御スイッチ32をオフにする。
The
また、演算回路32は、既に販売されているリチウムイオン電池を充電するために定電流・定電圧電源を供給できるように制御するマイコンであって、充電制御スイッチ32を高速にてオンオフして、電流測定抵抗Rに発生する電圧を検出して、定電流を電池22に供給することができる。また、演算回路32は、測定点Vの電圧を検出して、定電圧を電池22に供給することができる。よって、リチウムイオン電池が充電するときは、このような所定の定電流値の定電流充電の後、定電圧充電している。
The
更に、充電回路部B2は、外部直流電源より電力を得て、電池22を充電するために、第2入力端子I2+、I2−を備え、該端子からの電力を入力できる回路となっている。このような外部直流電源としては、例えば、車用12V電源が利用できる。
Further, the charging circuit unit B2 is provided with second input terminals I2 + and I2- in order to obtain electric power from an external DC power source and charge the
A…充電用電源
B1、B2…充電回路部
I1+、I1−…第1入力端子I1+、I1−
P1+、P1−…第1出力端子
PC+、PC−…制御端子
2、32…充電制御スイッチ
3、33…演算回路
5…定電圧充電回路
6…定電流充電回路
7…入力フィルター
8…整流回路
9…スイッチング部
10…トランジスター
11…変換トランス
12…整流平滑回路
13…PWM制御回路
14…切換スイッチ
17…フォトカプラ
22…電池
A ... charging power sources B1, B2 ... charging circuit units I1 +, I1 -... first input terminals I1 +, I1-
P1 +, P1 -... first output terminals PC +, PC -...
Claims (4)
前記充電用電源に着脱自在に接続されて、前記第1出力端子(P1+、P1−)に電気接続される 第1入力端子(I1+、I1−)を備える充電回路部とを備え、
該充電回路部は、2次電池を充電するための定電流充電回路(6)を備え、充電電流が定電流とな るように制御信号を、前記制御端子(PC+、PC−)を介して、前記PWM制御回路(13)に入 力することを特徴とする充電用電源及び充電回路部。 In the charging power source, a rectifier circuit (8) for converting alternating current into direct current, a switching unit (9) for converting direct current of the rectifier circuit (8) into a high-frequency pulse wave, and converting the pulse wave into a predetermined voltage PWM control for controlling the DC output by controlling the conversion transformer (11), the first output terminals (P1 +, P1-) for outputting electric power from the conversion transformer (11), and the switching unit (9). A control terminal (PC +, PC-) for inputting a control signal to the circuit (13) and the PWM control circuit (13);
A charging circuit unit including a first input terminal (I1 +, I1-) that is detachably connected to the charging power source and electrically connected to the first output terminal (P1 +, P1-);
The charging circuit unit includes a constant current charging circuit (6) for charging the secondary battery, and sends a control signal via the control terminals (PC +, PC-) so that the charging current becomes a constant current. A power supply for charging and a charging circuit section, which are inputted to the PWM control circuit (13).
前記充電用電源に着脱自在に接続されて、前記第1出力端子(P1+、P1−)に電気接続される 第1入力端子(I1+、I1−)を備える充電回路部とを備え、
前記充電回路部は、2次電池を充電するための定電圧充電回路(5)を備え、充電電圧が定電圧と なるように制御信号を、前記制御端子(PC+、PC−)を介して、前記PWM制御回路(13)に 入力することを特徴とする充電用電源及び充電回路部。
In the charging power source, a rectifier circuit (8) for converting alternating current into direct current, a switching unit (9) for converting direct current of the rectifier circuit (8) into a high-frequency pulse wave, and converting the pulse wave into a predetermined voltage PWM control for controlling the DC output by controlling the conversion transformer (11), the first output terminals (P1 +, P1-) for outputting electric power from the conversion transformer (11), and the switching unit (9). A control terminal (PC +, PC-) for inputting a control signal to the circuit (13) and the PWM control circuit (13);
A charging circuit unit including a first input terminal (I1 +, I1-) that is detachably connected to the charging power source and electrically connected to the first output terminal (P1 +, P1-);
The charging circuit unit includes a constant voltage charging circuit (5) for charging a secondary battery, and a control signal is sent via the control terminals (PC +, PC−) so that the charging voltage becomes a constant voltage. A power supply for charging and a charging circuit section, which are inputted to the PWM control circuit (13).
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