JP2010016984A

JP2010016984A - 充電制御装置及び充電装置

Info

Publication number: JP2010016984A
Application number: JP2008174694A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiro Arai; 信宏荒井; Koichi Kurihara; 孝一栗原
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2008-07-03
Filing date: 2008-07-03
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-03
Also published as: US20100001695A1; CN101651354B; JP5301897B2; CN101651354A; US7999517B2

Abstract

【課題】待機時の消費電力を削減する。
【解決手段】充電制御装置は、リレーを介して供給される入力電源から、電池の充電に用いる出力電圧及び制御に用いる電源電圧を生成する充電装置における、出力電圧及び電源電圧の生成を制御する電圧制御部と、電源電圧によって動作し、電池への充電が行われていない待機状態を検出すると、充電装置に対する入力電源の供給を停止すべくリレーを駆動し、電源電圧が所定レベルより低くなると、充電装置に対して入力電源を供給して電源電圧を上昇させるべくリレーを駆動するリレー制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電制御装置及び充電装置に関する。

携帯電話等の電子機器における電池を充電するための充電装置では、一次側に供給されるＡＣ電源を整流して直流電圧を生成し、この直流電圧でトランスを駆動することにより、電池の充電に用いられる出力電圧を二次側に生成している（例えば、特許文献１）。
特開２００７−１６６８２５号公報

このような充電装置では、消費電力を削減するために、例えば、充電完了が検出されると出力電圧の生成を停止し、待機状態に移行することがある。しかしながら、出力電圧の生成動作を停止した待機状態であっても、一次側の回路にはＡＣ電源が供給されており、整流回路等において電力が消費され続けている。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、待機時の消費電力を削減することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る充電制御装置は、ラッチリレーを介して供給される入力電源から、電池の充電に用いる出力電圧及び制御に用いる電源電圧を生成する充電装置における、前記出力電圧及び前記電源電圧の生成を制御する電圧制御部と、前記電源電圧によって動作し、前記電池への充電が行われていない待機状態を検出すると、前記充電装置に対する前記入力電源の供給を停止すべく前記ラッチリレーを駆動し、前記電源電圧が所定レベルより低くなると、前記充電装置に対して前記入力電源を供給して前記電源電圧を上昇させるべく前記ラッチリレーを駆動するラッチリレー制御部と、を備える。

待機時の消費電力を削減することができる。

図１は、本発明の一実施形態である充電装置の構成を示す図である。充電装置１０は、携帯電話等の電子機器の電池１５を充電するために用いられる装置であり、入力端子２０，２１、ラッチリレー２３、プッシュスイッチ２５、整流回路２７、トランス２９、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１、駆動回路３３、制御ＩＣ（Integrated Circuit）３５、出力端子３７，３８、コンデンサ４０〜４３、抵抗４５〜４７、ダイオード４９〜５２、ツェナーダイオード５４、発光ダイオード５６、フォトトランジスタ５８、及びＰＮＰトランジスタ６０を含んで構成される。

ラッチリレー２３は、電流を消費することなくオン／オフの状態を保持可能なリレー回路であり、例えば、鉄片６２、鉄心６４、及びコイル６６，６７を含んで構成されている。鉄片６２及び鉄心６４は例えば半硬質磁性材料によって形成され、コイル６６，６７は鉄心６４に互いに逆向きに巻かれている。例えば、コイル６６に電流が流されることにより鉄心６４が磁化され、鉄片６２が鉄心６４に引き寄せられてスイッチがオンとなる。なお、コイル６６の電流を停止させても、鉄心６４の残留磁束によりオン状態は継続する。その後、コイル６７に電流が流されると、鉄心６４の残留磁束が減少し、鉄片６２が鉄心６４から離れてスイッチがオフとなる。なお、コイル６７の電流を停止してもオフの状態は継続する。つまり、ラッチリレー２３では、スイッチの状態を変化させる際に一時的に電力が必要であるが、スイッチの状態を変化させた後は電力を消費することなく状態を保持することができる。なお、本実施形態ではラッチリレー２３を２巻線タイプとしたが、１巻線タイプでも同様に実現可能である。

プッシュスイッチ２５は、ラッチリレー２３がオフの場合であっても、入力端子２０，２１から入力されるＡＣ電源を整流回路２７に供給可能な、機械的に制御されるスイッチである。このプッシュスイッチ２５は出荷・調整時に一度ラッチリレー２３をオンさせるために用いられるものであり、常時実装する必要はない。また、本実施形態ではプッシュスイッチ２５を用いることとしたが、プッシュスイッチ２５に限らず、スライド式やロータリー式のスイッチ等、機械的な操作によって整流回路２７にＡＣ電源を供給可能なスイッチを用いることができる。

整流回路２７は、入力端子２０，２１を介して供給されるＡＣ電源を整流してコンデンサ４０に直流電圧を蓄積する。

トランス２９は、一次側コイルＬ１、二次側コイルＬ２、及び補助コイルＬ３を有し、一次側コイルＬ１及び補助コイルＬ３と、二次側コイルＬ２との間は絶縁されている。トランス２９では、一次側コイルＬ１の電流変化に応じて二次側コイルＬ２及び補助コイルＬ３に電流が発生する。

ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１は、一次側コイルＬ１の導通を制御する回路である。ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１がオンになると、コンデンサ４０に蓄積された直流電圧によって一次側コイルＬ１に電流が流れ、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１がオフになると、一次側コイルＬ１に流れる電流が停止する。

駆動回路３３は、フォトトランジスタ５８からの信号に基づいて、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１のオンオフを制御する。なお、充電装置１０の起動時には、コンデンサ４０から抵抗４５を介して流れる電流（起動電流）によって駆動回路３３は動作する。その後、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１のスイッチング動作が開始されると、一次側コイルＬ１の導通に応じて補助コイルＬ３に生じる電流が、ダイオード４９で整流されてコンデンサ４１が充電される。そして、駆動回路３３は、コンデンサ４１に充電された電圧によって動作する。

ダイオード５０は、二次側コイルＬ２を流れる電流を整流してコンデンサ４２に供給する。コンデンサ４２は、二次側コイルＬ２からの電流によって充電され、出力端子３７，３８間に接続される電池１５の充電に用いられる出力電圧Ｖoutを生成する。ダイオード５１，５２は、二次側コイルＬ２を流れる電流を整流してコンデンサ４３に供給する。コンデンサ４３は、二次側コイルＬ２からの電流によって充電され、制御ＩＣ３５の駆動に用いられる電源電圧ＶＤＤを生成する。なお、ツェナーダイオード５４は、電源電圧ＶＤＤを例えば５Ｖ程度にクランプするために設けられている。

つまり、充電装置１０では、整流回路２７、トランス２９、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３３、コンデンサ４０〜４３、及びダイオード４９〜５２を含む回路が、出力電圧Ｖout及び電源電圧ＶＤＤを生成する電圧生成回路を構成している。

発光ダイオード５６は、制御ＩＣ３５の制御によって電気信号を光信号に変換して出力する。フォトトランジスタ５８は、発光ダイオード５６からの光信号を電気信号に変換して出力する。すなわち、発光ダイオード５６及びフォトトランジスタ５８はフォトカプラを形成している。

制御ＩＣ３５は、出力電圧検出部７５、出力電流検出部７７、電池電圧検出部７９、電源電圧検出部８１、電圧制御部８３、充電制御部８５、ラッチリレー制御部８７、定電流源Ｉ１〜Ｉ３、及びスイッチＳ１〜Ｓ３を含んで構成されている。

出力電圧検出部７５は、出力電圧Ｖoutのレベルを検出する。出力電流検出部７７は、電池１５の充電に用いられる出力電流Ｉoutのレベルを、抵抗４６の両端間の電圧によって検出する。電池電圧検出部７９は、端子３７，３８間に接続される電池１５の電圧のレベルを検出する。電源電圧検出部８１は、電源電圧ＶＤＤのレベルを検出する。なお、各検出部７５，７７，７９，８１での検出結果は、例えば、ＡＤコンバータでデジタル値に変換され、電圧制御部８３や充電制御部８５、ラッチリレー制御部８７に出力される。

電圧制御部８３は、出力電圧検出部７５及び出力電流検出部７７の検出結果に基づいて、出力電圧Ｖoutが定電圧となり、出力電流Ｉoutが過電流とならないよう、スイッチＳ１を制御する。スイッチＳ１がオンになると、発光ダイオード５６が定電流源Ｉ１によって駆動され、光信号が出力される。また、スイッチＳ１がオフになると、光信号の出力が停止される。そして、スイッチＳ１のオンオフに応じた光信号がフォトトランジスタ５８で電気信号に変換され、駆動回路３３に入力される。駆動回路３３では、フォトトランジスタ５８からの信号に応じて、出力電圧Ｖoutが定電圧となり、出力電流Ｉoutが過電流とならないよう、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１を駆動する。

充電制御部８５は、電池電圧検出部７９及び出力電流検出部７７の検出結果に基づいて、充電が完了していない電池１５が出力端子３７，３８間に接続されたことを検知すると、ＰＮＰトランジスタ６０をオンにし、電池１５への充電を開始する。また、充電制御部８５は、電池電圧検出部７９及び出力電流検出部７７の検出結果に基づいて、電池１５の充電が完了したことを検知すると、ＰＮＰトランジスタ６０をオフにし、電池１５の過充電を防止する。

ラッチリレー制御部８７は、スイッチＳ２，Ｓ３のオンオフによってコイル６６，６７を定電流源Ｉ２，Ｉ３で駆動し、ラッチリレー２３のオンオフを制御する。例えば、ラッチリレー制御部８７は、電池１５への充電が行われていない待機状態を検出すると、スイッチＳ３を所定時間オンとすることによりラッチリレー２３をオフに変化させる。なお、待機状態であるかどうかは、例えば、充電制御部８５の状態により、待機状態であるかどうかを判断することができる。また、ラッチリレー制御部８７は、電池電圧検出部７９の検出結果に基づいて、電池１５への充電完了を検出した場合も、スイッチＳ３を所定時間オンとすることによりラッチリレー２３をオフに変化させる。一方、ラッチリレー制御部８７は、電源電圧検出部８１の検出結果に基づいて、電源電圧ＶＤＤが所定レベル（例えば３Ｖ）より低下したことを検出すると、スイッチＳ２を所定時間オンすることによりラッチリレー２３をオンに変化させる。また、ラッチリレー制御部８７は、電池電圧検出部７９の検出結果に基づいて、充電が完了していない電池１５が接続されたことを検出した場合も、スイッチＳ２を所定時間オンすることによりラッチリレー２３をオンに変化させる。

なお、電圧制御部８３、充電制御部８５、及びラッチリレー制御部８７は、マイコン等によるソフトウェア制御により実現してもよいし、ハードウェアにより実現してもよい。

図２は、ラッチリレー２３の制御動作の一例を示すフローチャートである。まず、充電装置１０の初回起動時には、ラッチリレー２３の状態がわからないため、プッシュスイッチ２５がオンされることにより、ＡＣ電源が入力端子２０，２１を介して供給される。ＡＣ電源が供給されると、駆動回路３３がＮチャネルＭＯＳＦＥＴ３１の駆動を開始し、出力電圧Ｖout及び電源電圧ＶＤＤの生成が開始される。なお、充電装置１０の動作が開始されると、ラッチリレー制御部８７は、充電が完了していない電池１５の接続を検出し、ラッチリレー２３がオンとなるようにスイッチＳ２を制御する。もしくは、電池１５が接続されていない場合であっても、電源電圧ＶＤＤが所定レベルより低いことが検出されると、ラッチリレー制御部８７はラッチリレー２３がオンとなるようにスイッチＳ２を制御する。その後は、ラッチリレー２３がオン状態を保持するため、プッシュスイッチ２５をオフにすることができる。以後、プッシュスイッチ２５はオフであることとして説明する。

電池１５への充電が開始されると、電圧制御部８３は、出力電圧Ｖoutが所定レベルとなっているかどうかを監視し、所定レベルでない場合は（Ｓ１０１：ＮＧ）、出力電圧Ｖoutが所定レベルとなるようにスイッチＳ１を制御する（Ｓ１０２）。また、電圧制御部８３は、出力電流Ｉoutが過電流となっていないかどうかを監視し、出力電流Ｉoutが過電流となっている場合は（Ｓ１０３：ＮＧ）、出力電流Ｉoutを抑制するようにスイッチＳ１を制御する（Ｓ１０４）。

ラッチリレー制御部８７は、待機状態であるかどうかを監視している（Ｓ１０５）。待機状態でない間は（Ｓ１０５：ＮＯ）、電池１５への充電が行われているため、出力電圧Ｖoutの生成処理（Ｓ１０１〜Ｓ１０４）が繰り返し実行される。そして、待機状態であることが検出されると（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、ラッチリレー制御部８７は、ラッチリレー２３がオフとなるようにスイッチＳ３を制御する（Ｓ１０６）。なお、本実施形態では、電池１５が接続されていない場合、もしくは、電池１５への充電が完了し、ＰＮＰトランジスタ６０がオフとなった場合に待機状態となる。ＰＮＰトランジスタ６０を設けない構成においては、ラッチリレー制御部８７は、電池１５への充電完了が検出された場合に、ラッチリレー２３がオフとなるようにスイッチＳ３を制御することとしてもよい。

ラッチリレー２３がオフになると、充電装置１０に対するＡＣ電源の供給が停止される。一方、制御ＩＣ３５は、コンデンサ４３に蓄積されている電源電圧ＶＤＤによって動作し続け、電源電圧ＶＤＤの低下（Ｓ１０７）及び電池１５の接続（Ｓ１０８）を監視している。そして、電源電圧ＶＤＤが例えば３Ｖまで低下したことが検出されると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、ラッチリレー制御部８７は、ラッチリレー２３がオンとなるようにスイッチＳ２を制御する（Ｓ１０９）。ラッチリレー２３がオンになると、出力電圧Ｖoutを定電圧とする制御が行われ（Ｓ１０１，Ｓ１０２）、これに伴ってコンデンサ４３も充電され、電源電圧ＶＤＤも上昇する。その後も待機状態が継続していれば（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、ラッチリレー２３が再度オフになるよう制御される（Ｓ１０６）。

また、待機状態において、電池１５の接続が検出されると（Ｓ１０８：ＹＥＳ）、ラッチリレー制御部８７は、ラッチリレー２３がオンとなるようにスイッチＳ２を制御する（Ｓ１１０）。ラッチリレー２３がオンになると、出力電圧Ｖoutを定電圧とする制御が行われるとともに（Ｓ１０１，Ｓ１０２）、ＰＮＰトランジスタ６０がオンとなって、電池１５への充電が開始される。そして、電池１５が充電されている間は、待機状態ではないため（Ｓ１０５：ＮＯ）、ラッチリレー２３はオンのまま保持され、出力電圧Ｖout及び出力電流Ｉoutの制御（Ｓ１０１からＳ１０４）が繰り返し実行されることとなる。

以上、本実施形態の充電装置１０について説明した。本実施形態の充電装置１０によれば、電池１５への充電が行われていない待機状態が検出されると、ラッチリレー２３がオフとなるように制御される。そして、ラッチリレー２３がオフとなった後は、充電装置１０に対するＡＣ電源の供給が停止する一方、制御ＩＣ３５はコンデンサ４３にバックアップされた電源電圧ＶＤＤによって動作し続ける。つまり、待機状態における消費電力をゼロにすることが可能となる。そして、ラッチリレー２３がオフの状態で、電源電圧ＶＤＤが所定レベルより低下すると、ラッチリレー２３がオンとなるように制御されることにより、ラッチリレー２３がオフのままとなってしまうことを防止することができる。例えば、ラッチリレー２３がオフの状態のときに、充電装置１０の電源プラグがコンセントから引き抜かれた場合であっても、電源電圧ＶＤＤが低下するとラッチリレー２３がオンとなるように制御されるため、ラッチリレー２３がオフのままとなってしまうことがない。

また、充電装置１０では、電池１５への充電完了が検出された場合に、ラッチリレー２３がオフとなるように制御することができる。これにより、無駄な電力消費を削減することができる。

また、充電装置１０では、ラッチリレー２３がオフの状態でも制御ＩＣ３５はコンデンサ４３にバックアップされた電源電圧ＶＤＤによって動作し続け、電池１５の接続が検出されると、ラッチリレー２３がオンとなるように制御される。これにより、電池１５が接続されるとプッシュスイッチ２５等の操作を伴うことなく、電池１５への充電を自動的に開始することができる。

また、充電装置１０では、プッシュスイッチ２５が設けられていることにより、初回動作時にラッチリレー２３の状態がわからない場合であっても、充電装置１０の動作を開始させることができる。なお、ラッチリレー２３をオンの状態として充電装置１０を出荷することとすれば、プッシュスイッチ２５を設けないことも可能である。

また、充電装置１０では、ラッチリレー２３のコイル６６，６７を定電流源Ｉ２，Ｉ３により駆動しているため、電源電圧ＶＤＤの変化によらず、ラッチリレー２３を確実に制御することが可能である。

また、充電装置１０では、ラッチリレー２３をオフにする際に、例えば、温度を検出するサーミスタの電流を停止したり、各種検出値をデジタル値に変換するＡＤコンバータを間欠動作にしたりしてもよい。これにより、ラッチリレー２３がオフの際における電源電圧ＶＤＤの消費速度を遅くし、ラッチリレー２３が再度オンされるまでの時間を長くすることが可能となる。

上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

本発明の一実施形態である充電装置の構成を示す図である。ラッチリレーの制御動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０充電装置
２０，２１入力端子
２３ラッチリレー
２５プッシュスイッチ
２７整流回路
２９トランス
３１ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ
３３駆動回路
３５制御ＩＣ
３７，３８出力端子
４０〜４３コンデンサ
４５〜４７抵抗
４９〜５２ダイオード
５４ツェナーダイオード
５６発光ダイオード
５８フォトトランジスタ
６０ＰＮＰトランジスタ
６２鉄片
６４鉄心
６６，６７コイル
７０電池
７５出力電圧検出部
７７出力電流検出部
７９電池電圧検出部
８１電源電圧検出部
８３電圧制御部
８５充電制御部
８７ラッチリレー制御部
Ｓ１〜Ｓ３スイッチ
Ｉ１〜Ｉ３定電流源

Claims

ラッチリレーを介して供給される入力電源から、電池の充電に用いる出力電圧及び制御に用いる電源電圧を生成する充電装置における、前記出力電圧及び前記電源電圧の生成を制御する電圧制御部と、
前記電源電圧によって動作し、前記電池への充電が行われていない待機状態を検出すると、前記充電装置に対する前記入力電源の供給を停止すべく前記ラッチリレーを駆動し、前記電源電圧が所定レベルより低くなると、前記充電装置に対して前記入力電源を供給して前記電源電圧を上昇させるべく前記ラッチリレーを駆動するラッチリレー制御部と、
を備えることを特徴とする充電制御装置。
請求項１に記載の充電制御装置であって、
前記ラッチリレー制御部は、
前記電池への充電が完了したことを検出すると、前記充電装置に対する前記入力電源の供給を停止すべく前記ラッチリレーを駆動すること、
を特徴とする充電制御装置。
請求項１又は２に記載の充電制御装置であって、
前記ラッチリレー制御部は、
前記充電装置の出力端子に前記電池が接続されたことを検出すると、前記充電装置に対して前記入力電源を供給すべく前記ラッチリレーを駆動すること、
を特徴とする充電制御装置。
入力電源から、電池の充電に用いる出力電圧及び制御に用いる電源電圧を生成する電圧生成回路と、
前記電圧生成回路に対する前記入力電源の供給を制御するラッチリレーと、
前記電源電圧によって動作し、前記電池への充電が行われていない待機状態を検出すると、前記前記電圧生成回路に対する前記入力電源の供給を停止すべく前記ラッチリレーを駆動し、前記電源電圧が所定レベルより低くなると、前記電圧生成回路に対して前記入力電源を供給して前記電源電圧を上昇させるべく前記ラッチリレーを駆動するラッチリレー制御部と、
を備えることを特徴とする充電装置。
請求項４に記載の充電装置であって、
前記電圧生成回路に対する前記入力電源の供給を、前記ラッチリレーの状態にかかわらず機械的に制御可能なスイッチを更に備えること、
を特徴とする充電装置。