JP2009159718A - Method for detecting abnormality of transformer, and charger for use therefor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、スイッチング式の充電方法(プッシュプル方式、フルブリッジ方式)におけるセンタータップ型のトランスの異常を検出するためのトランスの異常検出方法及びこれに用いる充電器に関するものである。 The present invention relates to a transformer abnormality detection method for detecting abnormality of a center tap type transformer in a switching charging method (push-pull method, full bridge method) and a charger used therefor.
充電中に充電器故障を知らせることができる充電システムが特許文献1に開示されている。この充電システムは、バッテリの温度を検出し、充電器の異常を判断するものである。しかしながら、特許文献1の充電システムでは、温度異常のエラーを検出するだけなので、充電器のどの部分に異常が生じているかを知ることができない。 Patent Document 1 discloses a charging system that can notify a charger failure during charging. This charging system detects the temperature of the battery and determines an abnormality of the charger. However, since the charging system of Patent Document 1 only detects an error in temperature abnormality, it cannot know which part of the charger is abnormal.
この発明は、上記従来技術を考慮したものであって、センタータップ型のトランスを用いたスイッチング式の充電器において、簡単な構成及び手法で確実にトランスの異常を検出することができるトランスの異常検出方法及びこれに用いる充電器を提供することを目的とする。 The present invention is based on the above prior art, and in a switching charger using a center tap type transformer, the transformer abnormality can be reliably detected with a simple configuration and method. An object of the present invention is to provide a detection method and a charger used therefor.
前記目的を達成するため、請求項1の発明では、充電器本体に充電すべきバッテリが接続されたことを検出し、商用電源からの交流電流をトランスの一次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して直流電流とし、当該一次側の平滑回路で平滑された直流電流を、スイッチング回路にて前記トランスのセンタータップを挟んで形成される第一巻線及び第二巻線に交互に流して高周波の交流電流として前記トランスの二次側に伝達し、当該トランスを介して伝達された交流電流を前記トランスの二次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して充電用の直流電流として前記バッテリに充電するスイッチング式の充電方法に適用され、前記二次側に備わる平滑回路で平滑された充電用の直流電流の波形を検出し、当該波形にリップルが検出されたら充電を停止することを特徴とするトランスの異常検出方法。 In order to achieve the above object, in the invention of claim 1, it is detected that a battery to be charged is connected to the charger body, and an AC current from a commercial power source is rectified by a rectifier circuit provided on the primary side of the transformer, Furthermore, the direct current smoothed by the smoothing circuit is converted into a direct current, and the direct current smoothed by the smoothing circuit on the primary side is applied to the first winding and the second winding formed by sandwiching the center tap of the transformer by the switching circuit. Alternating current is transmitted to the secondary side of the transformer as a high-frequency alternating current, and the alternating current transmitted through the transformer is rectified by a rectifier circuit provided on the secondary side of the transformer, and further smoothed by a smoothing circuit. Applied to a switching type charging method for charging the battery as a direct current for charging, detecting a waveform of the direct current for charging smoothed by a smoothing circuit provided on the secondary side, Trans anomaly detection method of ripple, characterized in that the charging is stopped upon detecting the.
請求項2の発明では、請求項1の発明において、前記充電用の直流電流の波形の検出は、前記バッテリが前記充電器本体に接続された直後に当該接続を確認するための微弱電流であるサーチ電流を流している間又は前記バッテリへの充電中に行われることを特徴としている。 In the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the detection of the waveform of the direct current for charging is a weak current for confirming the connection immediately after the battery is connected to the charger body. It is characterized in that it is performed while a search current is flowing or during charging of the battery.
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、前記充電器本体の温度を検出し、当該充電器本体の温度が所定温度に達した場合に前記充電用の直流電流の波形の検出が行われることを特徴としている。 According to a third aspect of the invention, in the first or second aspect of the invention, the temperature of the charger main body is detected, and when the temperature of the charger main body reaches a predetermined temperature, the waveform of the DC current for charging is detected. It is characterized by being performed.
また、請求項4の発明では、請求項1〜3のいずれかに記載のトランスの異常検出方法に用いる充電器であって、前記充電器本体内に、前記充電用の直流電流の波形の検出のための波形検出装置が備わり、当該波形検出装置の検出結果に基づいて前記充電を停止するためのマイコンが備わることを特徴とする充電器を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a charger used in the transformer abnormality detection method according to any one of the first to third aspects, wherein the DC current waveform for charging is detected in the charger body. And a microcomputer for stopping the charging based on a detection result of the waveform detection apparatus.
請求項5の発明では、請求項4の発明において、前記充電器本体表面又は当該充電器本体を構成する発熱部品に温度検知装置が取り付けられ、当該温度検知装置による測定結果は前記マイコンに伝達可能であることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the invention, in the fourth aspect of the invention, a temperature detection device is attached to the surface of the charger main body or a heat generating component constituting the charger main body, and a measurement result by the temperature detection device can be transmitted to the microcomputer. It is characterized by being.
請求項1の発明によれば、平滑回路で平滑された充電用の直流電流の波形を検出し、リップル波形が検出されたら充電を停止するため、充電中における充電器本体の異常発熱を防止し、その後の二次災害も防止することができる。スイッチング式の充電方法において、トランスのセンタータップを挟んで形成される第一巻線と第二巻線に、例えば巻線数やインピーダンスが異なるようなアンバランスが生じている場合、あるいはコアの材質を間違えて入れてしまい、偏磁が生じている場合、第一巻線と第二巻線のいずれか一方に負荷が偏り、発電量も変わってくる。特に、大容量のトランスではこの現象が顕著である。これを放置すると、充電器本体の温度が異常に高くなり、その熱により、充電器本体を構成する機器が破損することがある。これを防止するため、二次側で整流、平滑化されたはずの波形にリップルが検出された場合に、充電を停止し、上記効果を得るものである。また、リップル波形を検出することにより、充電器本体の故障箇所をトランスと断定することができ、その後の充電器本体の修理箇所を特定でき、有益である。 According to the first aspect of the present invention, the charging DC current waveform smoothed by the smoothing circuit is detected, and charging is stopped when the ripple waveform is detected, so that abnormal heating of the charger main body during charging is prevented. Later secondary disasters can also be prevented. In the switching type charging method, when the first winding and the second winding formed across the center tap of the transformer have an imbalance such as different number of windings or impedance, or the material of the core If there is a misalignment and a bias is generated, the load is biased in one of the first winding and the second winding, and the amount of power generation also changes. This phenomenon is particularly remarkable in a large-capacity transformer. If this is left unattended, the temperature of the charger main body becomes abnormally high, and the equipment constituting the charger main body may be damaged by the heat. In order to prevent this, charging is stopped when the ripple is detected in the waveform that should have been rectified and smoothed on the secondary side, and the above-described effect is obtained. Moreover, by detecting the ripple waveform, it is possible to determine the failure location of the charger main body as a transformer, and it is possible to specify the repair location of the charger main body thereafter, which is beneficial.
請求項2の発明によれば、充電用の直流電流の波形の検出は、バッテリが充電器本体に接続された直後に当該接続を確認するための微弱電流であるサーチ電流を流している間に行われるため、バッテリへの充電を開始する前に、トランスの異常を検出することができ、予め充電中の異常発熱を予防して、機器の破損を防止し、その後の二次災害も確実に防止することができる。また、バッテリへの充電中にトランスに劣化等が発生して異常となった場合にも適用できる。 According to the invention of claim 2, the detection of the waveform of the direct current for charging is performed while a search current, which is a weak current for confirming the connection, is passed immediately after the battery is connected to the charger body. Therefore, it is possible to detect abnormalities in the transformer before starting charging the battery, prevent abnormal heat generation during charging in advance, prevent equipment damage, and ensure subsequent secondary disasters Can be prevented. Further, the present invention can be applied to a case where the transformer is deteriorated and becomes abnormal while charging the battery.
請求項3の発明によれば、充電器本体の温度を検出し、充電器本体の温度が所定温度に達した場合に充電用の直流電流の波形の検出が行われる。このため、充電器本体の温度を検出しながらリップル波形を検出するので、異常発熱による機器の破損に至る手前で充電を停止することができる。この温度の検出は、時間に対する温度の変化量(ΔT)を検出してもよく、急激な温度上昇があったときにリップル波形を検出し、トランスの異常を検出して充電を停止してもよい。 According to the invention of claim 3, the temperature of the charger main body is detected, and when the temperature of the charger main body reaches a predetermined temperature, the waveform of the direct current for charging is detected. For this reason, since the ripple waveform is detected while detecting the temperature of the charger body, charging can be stopped before the device is damaged due to abnormal heat generation. This temperature may be detected by detecting the amount of change in temperature (ΔT) with respect to time, detecting a ripple waveform when there is a sudden rise in temperature, detecting abnormalities in the transformer, and stopping charging. Good.
請求項4の発明によれば、波形検出装置により確実に充電用の直流電流のリップル波形を検出し、このリップル波形が検出された場合にマイコンにより確実に充電を停止することができる。このため、トランスの異常を検出して、充電中の異常発熱を防止し、その後の二次災害も防止することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the ripple detection waveform of the direct current for charging can be reliably detected by the waveform detection device, and the charging can be reliably stopped by the microcomputer when this ripple waveform is detected. For this reason, abnormality of a transformer can be detected, abnormal heat generation during charging can be prevented, and subsequent secondary disaster can also be prevented.
請求項5の発明によれば、温度検知装置により確実に充電器本体の温度を検出し、この温度測定結果と、リップル波形の検出により、マイコンにより確実に充電を停止することができるため、トランスの異常を検出して、充電中の異常発熱を防止し、その後の二次災害も防止することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the temperature of the charger main body can be reliably detected by the temperature detection device, and the microcomputer can reliably stop charging by detecting the temperature measurement result and the ripple waveform. Thus, abnormal heat generation during charging can be prevented, and subsequent secondary disasters can also be prevented.
この発明は、充電器本体に充電すべきバッテリが接続されたことを検出し、商用電源からの交流電流をトランスの一次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して直流電流とし、当該一次側の平滑回路で平滑された直流電流を、スイッチング回路にて前記トランスのセンタータップを挟んで形成される第一巻線及び第二巻線に交互に流して高周波の交流電流として前記トランスの二次側に伝達し、当該トランスを介して伝達された交流電流を前記トランスの二次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して充電用の直流電流として前記バッテリに充電するスイッチング式の充電方法に適用され、前記二次側に備わる平滑回路で平滑された充電用の直流電流の波形を検出し、当該波形にリップルが検出されたら充電を停止するトランスの異常検出方法及びこれに用いる充電器である。 The present invention detects that a battery to be charged is connected to the charger body, rectifies the AC current from the commercial power source with a rectifier circuit provided on the primary side of the transformer, and further smoothes it with a smoothing circuit to obtain a DC current. The DC current smoothed by the smoothing circuit on the primary side is alternately supplied to the first winding and the second winding formed by sandwiching the center tap of the transformer in the switching circuit to obtain the high-frequency AC current. The AC current transmitted to the secondary side of the transformer is rectified by a rectifier circuit provided on the secondary side of the transformer, and further smoothed by a smoothing circuit to be supplied to the battery as a direct current for charging. This is applied to the switching type charging method for charging, detects the waveform of the direct current for charging smoothed by the smoothing circuit provided on the secondary side, and charges when the ripple is detected in the waveform. A charger for use in the detection method and this transformer anomaly stop.
図1はこの発明に係るトランスの異常検出方法のフローチャートである。 FIG. 1 is a flowchart of a transformer abnormality detection method according to the present invention.
ステップS1:
充電器本体の出力端子にバッテリが接続される。
Step S1:
A battery is connected to the output terminal of the charger body.
ステップS2:
ステップS1でバッテリが接続されると、この接続が確実に行われているか等の情報を得るためのわずかな電流(微弱電流)であるサーチ電流を流す。このとき、同時にバッテリの電圧もチェックされる。このチェックは、例えば充電器本体に備わる電圧センサ等により行われる。
Step S2:
When the battery is connected in step S1, a search current, which is a slight current (weak current) for obtaining information such as whether this connection is securely made, is supplied. At this time, the battery voltage is also checked. This check is performed by, for example, a voltage sensor provided in the charger body.
ステップS3:
トランスの二次側で整流、平滑されたサーチ電流の波形にリップルが発生しているかどうかを検出する。
Step S3:
Detects whether ripples are generated in the search current waveform rectified and smoothed on the secondary side of the transformer.
ステップS4:
ステップS3でリップル波形が検出された場合、充電を停止する。これにより、バッテリへの充電を開始する前に、トランスの異常を検出することができ、予め充電中の異常発熱を予防して、機器の破損を防止し、その後の二次災害も確実に防止することができる。
Step S4:
If a ripple waveform is detected in step S3, charging is stopped. This makes it possible to detect abnormalities in the transformer before starting charging the battery, prevent abnormal heat generation during charging in advance, prevent damage to the equipment, and reliably prevent subsequent secondary disasters. can do.
ステップS5:
サーチ電流でリップルが発生していない場合、バッテリに対して充電を開始する。
Step S5:
When no ripple is generated in the search current, charging of the battery is started.
ステップS6:
充電中に充電器本体が所定温度に到達したかを検出する。この所定温度は、通常の充電中では到達することのない高温を設定してもよいし、時間に対する温度の変化量(ΔT)が所定値以上か否かとして検出してもよい。
Step S6:
It detects whether the charger body has reached a predetermined temperature during charging. The predetermined temperature may be set to a high temperature that does not reach during normal charging, or may be detected as whether or not the amount of change in temperature (ΔT) with respect to time is equal to or greater than a predetermined value.
ステップS7:
ステップS6で充電器本体が所定温度に到達していた場合、トランスの二次側で整流、平滑された充電電流の波形にリップルが発生しているかどうかを検出する。リップル波形が検出されたら、トランスの異常と判断しステップS4に戻り充電を停止する。これにより、急激な温度上昇があったときにリップル波形を検出し、トランスの異常を検出して充電を停止することができる。この検出は、充電中にトランスに異常が発生した場合に有効である。なお、温度のパラメータだけでトランスの異常を判定しないのは、温度だけでは、例えば外気温度が高い場合も所定温度に到達することがあるからである。
Step S7:
If the charger main body has reached the predetermined temperature in step S6, it is detected whether or not a ripple is generated in the waveform of the charging current rectified and smoothed on the secondary side of the transformer. If the ripple waveform is detected, it is determined that the transformer is abnormal, and the process returns to step S4 to stop charging. As a result, the ripple waveform can be detected when there is a sudden temperature rise, and the abnormality of the transformer can be detected to stop charging. This detection is effective when an abnormality occurs in the transformer during charging. The reason why the abnormality of the transformer is not determined only by the temperature parameter is that the temperature may reach a predetermined temperature even when the outside air temperature is high, for example.
ステップS8:
ステップS6で充電器本体が所定温度に到達してなく、又はステップS7でリップル波形が検出されない場合、バッテリへの充電が満充電か否かを判断する。満充電に達してない場合は、ステップS5に戻り充電を続行する。
Step S8:
If the charger main body has not reached the predetermined temperature in step S6 or no ripple waveform is detected in step S7, it is determined whether or not the battery is fully charged. If the battery has not reached full charge, the process returns to step S5 to continue charging.
ステップS9:
ステップS8で満充電が確認されたら、充電を終了する。
Step S9:
If the full charge is confirmed in step S8, the charging is finished.
図2はこの発明に係るトランスの異常検出方法に用いる充電器の概略構成図である。 FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a charger used in the transformer abnormality detection method according to the present invention.
この発明に係る急速充電方法に用いる充電器は、入力端子2と、出力端子3とを備えた充電器本体1からなる。入力端子2と出力端子3は、トランス4を介して接続される。トランス4の一次側には、フィルタ回路5、ブリッジダイオード(一次側の整流回路)6、コンデンサ(一次側の平滑回路)7a、7b、抵抗部材8a、8b、スイッチング回路9が備わる。トランス4の二次側には、整流回路10、平滑回路11、出力回路12が備わる。一方で、充電器本体1内には、内部電源回路13と、マイコン14が備わる。充電すべきバッテリ(図示省略)は、出力端子3に接続される。入力端子2は、商用電源(図示省略)に接続される。
The charger used in the rapid charging method according to the present invention includes a charger body 1 having an input terminal 2 and an output terminal 3. The input terminal 2 and the output terminal 3 are connected via a
バッテリに対して充電を行う場合、入力端子2からの供給電源は、フィルタ回路5を通ってノイズを除去され、電流は2個配設されたコンデンサ7a,7bに対し、交互に蓄電される。このとき、グランド側はブリッジダイオード6を通るので、コンデンサ7a,7bに蓄電される電流は直流となっている。コンデンサ7a,7bに蓄電された電流は、トランス4の一次巻線の中点に流れる。すなわち、トランス4はセンタータップ型であり、第一巻線4aと第二巻線4bで形成される。
When charging the battery, the power supplied from the input terminal 2 is filtered through the
一方で、入力端子2からの供給電源は、内部電源回路13にも供給される。内部電源回路13は、充電器本体1内の電源を確保するためのものであり、スイッチング回路13、マイコン14と接続される。
On the other hand, the supply power from the input terminal 2 is also supplied to the internal
スイッチング回路9により、トランス4の中点から所定時間ずつ第一巻線4aと第二巻線4bに交互に電流が流される(矢印A方向とB方向)。このスイッチング回路9は、FET等のゲート駆動回路であり、ゲートに対し電圧が印加されることにより、トランス4の中点から電流を流す方向を所定時間ごとに切り換えるものである。
The
上記作用により、電源電圧(電流)は、トランス4により充電用の出力電圧(高周波の交流電流)に変換され、トランス4の二次側に備わる整流回路10により整流される。このようにして整流された電圧(電流)は、平滑回路11により平滑され、充電用の直流電流となって、出力回路12から出力端子3を介してバッテリに充電される。このとき、マイコン14により、出力端子3に接続されたバッテリの電圧をみながら、充電量が判断される。このマイコン14は、例えば出力端子3に対する電圧や電流を制御するための制御回路である。
With the above action, the power supply voltage (current) is converted into an output voltage for charging (high-frequency alternating current) by the
マイコン14には、波形検出装置15が備わる(内蔵される)。この波形検出装置15は、トランス4の二次側の整流回路10で整流され、平滑回路11で平滑化された充電用の直流電流の波形を検出するものである。整流回路10及び平滑回路11で整流、平滑された充電電流は直流であるため、波形は直線のはずである。しかし、トランスの第一巻線4aと第二巻線4bに、巻線数やインピーダンスが異なる等のアンバランスが生じていた場合、あるいはトランス4の巻線のコアの材質を間違えて入れてしまい、偏磁が生じている場合、第一巻線4aと第二巻線4bのいずれか一方に負荷が偏り、発電量も変わってくる。これを放置すると、充電器本体1の温度が非常に高くなり、その熱により、充電器本体1を構成する機器が破損することがある。このような場合、上述した波形にノイズに近いリップルが発生する。波形検出装置15は、このリップル波形を検出する。リップル波形が検出されたら、マイコン14が充電を停止する。これにより、トランスの異常による充電器本体の異常発熱による破損、及びこれが原因となる二次災害を防止することができる。
The
スイッチング回路9には温度検知装置16が取り付けられる。温度検知装置16で測定された温度は、マイコン14に伝達される。この温度検知装置16で、スイッチング回路9の温度を検知し、この検知結果を上述したトランス4の異常検出方法に用いる。すなわち、充電中に急激にスイッチング回路9が発熱した場合は、トランス4の経年劣化やコイルの絶縁性が変化した等でトランス4の第一巻線4aと第二巻線4bにアンバランスが発生した可能性があることから、この温度測定結果に基づいて波形検出装置15によりリップル波形を検出し、トランス4の異常を検出できる。温度検知装置16による温度検出は、スイッチング回路9が通常の充電中では到達することのない高温に達したか否か、あるいは所定時間に対する温度の変化量(ΔT)が所定値以上か否か等、どのような項目を検出するようにしてもよい。なお、温度検知装置16で異常と判断し、リップル波形の検出に移行する前に、各素子の故障率を少なくする目的で、素子の定格よりも十分低いストレスで意図的に使用する(例えば低電流とする)ディレーティングを行ってもよい。このディレーティング中にリップル波形の検出を行うことにより、リップル波形の検出中に充電器本体が異常発熱によって破損することを防止できる。
A
温度検知装置16を設置する箇所は、スイッチング回路9を構成する各素子だけでなく、整流ダイオード、ブリッジダイオード、トランス、チョークコイル、ラインフィルタ等の発熱部品の表面、あるいはその周辺、あるいはこれらを覆うケースの表面に取り付けてもよい。いずれの箇所の温度を測定しても、充電器本体1の急激な温度上昇を検知し、リップル波形を検出してトランスの異常を検出することができる。特に、最も発熱しやすい箇所に温度検知装置を取り付ければ、より確実に充電器本体の温度上昇による破損を防止することができる。
The location where the
1:充電器本体、2:入力端子、3:出力端子、4:トランス、4a:第一巻線、4b:第二巻線、5:フィルタ回路、6:ブリッジダイオード、7a,7b:コンデンサ、8a,8b:抵抗部材、9:スイッチング回路、10:整流回路、11:平滑回路、12:出力回路、13:内部電源回路、14:マイコン、15:波形検出装置、16:温度検知装置 1: Charger body, 2: Input terminal, 3: Output terminal, 4: Transformer, 4a: First winding, 4b: Second winding, 5: Filter circuit, 6: Bridge diode, 7a, 7b: Capacitor, 8a, 8b: resistance member, 9: switching circuit, 10: rectifier circuit, 11: smoothing circuit, 12: output circuit, 13: internal power supply circuit, 14: microcomputer, 15: waveform detection device, 16: temperature detection device
Claims (5)
商用電源からの交流電流をトランスの一次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して直流電流とし、
当該一次側の平滑回路で平滑された直流電流を、スイッチング回路にて前記トランスのセンタータップを挟んで形成される第一巻線及び第二巻線に交互に流して高周波の交流電流として前記トランスの二次側に伝達し、
当該トランスを介して伝達された交流電流を前記トランスの二次側に備わる整流回路で整流し、さらに平滑回路で平滑して充電用の直流電流として前記バッテリに充電するスイッチング式の充電方法に適用され、
前記二次側に備わる平滑回路で平滑された充電用の直流電流の波形を検出し、
当該波形にリップルが検出されたら充電を停止することを特徴とするトランスの異常検出方法。 Detect that the battery to be charged is connected to the charger body,
AC current from the commercial power source is rectified by a rectifier circuit provided on the primary side of the transformer, and further smoothed by a smoothing circuit to obtain a DC current.
A direct current smoothed by the smoothing circuit on the primary side is alternately passed through a first winding and a second winding formed by sandwiching a center tap of the transformer in a switching circuit, and the transformer is converted into a high-frequency alternating current. To the secondary side of the
Applied to a switching type charging method in which the alternating current transmitted through the transformer is rectified by a rectifier circuit provided on the secondary side of the transformer and then smoothed by a smoothing circuit to charge the battery as a direct current for charging. And
Detecting the waveform of the direct current for charging smoothed by the smoothing circuit provided on the secondary side,
A transformer abnormality detection method, wherein charging is stopped when a ripple is detected in the waveform.
前記充電器本体内に、前記充電用の直流電流の波形の検出のための波形検出装置が備わり、
当該波形検出装置の検出結果に基づいて前記充電を停止するためのマイコンが備わることを特徴とする充電器。 A charger used in the transformer abnormality detection method according to any one of claims 1 to 3,
In the charger body, equipped with a waveform detection device for detection of the waveform of the direct current for charging,
The charger provided with the microcomputer for stopping the said charge based on the detection result of the said waveform detection apparatus.
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