JP2014195362A

JP2014195362A - 充電装置

Info

Publication number: JP2014195362A
Application number: JP2013070665A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nakano; 恭嗣中野; Kazuhiko Funabashi; 一彦船橋
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-09
Also published as: WO2014156514A1

Abstract

【課題】従来と比較して待機電力を低減することの可能な充電装置を提供する。
【解決手段】電池パック２が満充電になると、満充電検出回路１６０のオペアンプ１６０ａの出力がハイレベルになり、トランジスタ１１０ａ,１１０ｂがオンとなる。電池パック２が接続されている限り、トランジスタ１１０ｂによりトランジスタ１１０ａのオン状態が保持される。トランジスタ１１０ａがオンの間はＬＥＤ１００ｂに電流が流れてＬＥＤ１００ｂが発光し、フォトトランジスタ１００ａがオンになり、ＰＷＭコントローラ２３ａによりＦＥＴ２３ｂのオンデューティが絞られ、電源回路２０が停止する。電源回路２０の停止後、ＬＥＤ１００ｂの電流は、電池パック２から供給される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電池パックを充電する充電装置に関する。

コードレス電動工具等の電源に用いられる電池パックは、ニッケルカドミニウム電池やニッケル水素電池等の二次電池を内蔵する。こうした電池パックを充電する充電装置において、非充電時の出力電圧を充電時の出力電圧より低い値に設定し、非充電時の電力消費を低減した充電装置が提案されている（下記特許文献１）。

特開２００４−１８７３６６号公報（本出願人提案）

電池パックが満充電になった後も電源回路を動作させる構成では、出力電圧を低い値に設定しても、待機電力の低減効果が不十分であった。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、従来と比較して待機電力を低減することの可能な充電装置を提供することにある。

本発明のある態様は、充電装置である。この充電装置は、電源回路と、電池パックの充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路とを備え、前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は電池パックの電力を利用して前記電源回路の停止を保持する。

前記電源停止回路は、電池パックが外されると前記電源回路の停止を解除してもよい。

前記電源停止回路は、満充電検出信号が制御端子に入力されてオンになる第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子がオンになることによって制御端子の電圧が変化してオンになる第２スイッチング素子とを含み、前記第１及び第２スイッチング素子は充電出力端子間に設けられ、前記第２スイッチング素子がオンであるときは満充電検出信号の有無によらず前記第１スイッチング素子がオンとなり、前記第１スイッチング素子がオンであることを条件に前記電源回路を停止する構成であってもよい。

本発明のもう１つの態様は、充電装置である。この充電装置は、電源回路と、電池パックの充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路と、内蔵電源とを備え、前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は前記内蔵電源の電力を利用して前記電源回路の停止を保持する。

前記内蔵電源を、前記電源回路の出力電圧により充電されるキャパシタにより構成してもよい。

電池パックが外されると前記電源停止回路による前記電源回路の停止を解除する停止保持解除回路を備えてもよい。

前記電源回路の停止後に前記内蔵電源の電圧が所定値を下回ると前記電源回路の動作を再開させる内蔵電源再充電回路を備えてもよい。

前記内蔵電源再充電回路により前記電源回路の動作が再開されている間に前記電源回路から電池パックに流れる電流を遮断するリレースイッチを備えてもよい。

前記電源停止回路は、満充電検出信号が制御端子に入力されてオンになる第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子がオンになることによって制御端子の電圧が変化してオンになる第２スイッチング素子とを含み、前記第１及び第２スイッチング素子は前記キャパシタの両端子間に設けられ、前記第２スイッチング素子がオンであるときは満充電検出信号の有無によらず前記第１スイッチング素子がオンとなり、前記第１スイッチング素子がオンであることを条件に前記電源回路を停止する構成であってもよい。

前記電源回路は、入力電圧をスイッチングする入力側スイッチング素子を含み、前記電源停止回路は、電池パックの充電が終了すると前記入力側スイッチング素子をオフしてもよい。

前記電源回路は、トランスを有する絶縁型であってもよい。

前記電源停止回路は、前記トランスの一次側と絶縁された発光素子と、前記トランスの一次側に設けられた受光素子とを有し、前記満充電条件が満たされると前記発光素子に通電し、前記発光素子の光を前記受光素子が受光することで前記入力側スイッチング素子をオフしてもよい。

本発明のもう１つの態様は、充電装置である。この充電装置は、一次側と二次側とを絶縁して構成された電源回路と、電池パックの充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路とを備え、前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は一次側の電力を使わずに前記電源回路の停止を保持する停止保持手段を有する。

本発明のもう１つの態様は、充電装置である。この充電装置は、電源回路と、電池パックの充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路とを備え、前記電源停止回路は、前記電池パックが外されると前記電源回路の停止状態を解除する。

前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は前記電池パックの電力を利用して前記電源回路の停止を保持してもよい。

前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は内蔵電源を利用して前記電源回路の停止を保持してもよい。

本発明のもう１つの態様は、充電装置である。この充電装置は、トランスを有する電源回路と、電池パック充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路とを備え、前記電源停止回路は、前記トランスの一次側と絶縁された発信部と、前記トランスの一次側に設けられた受信部とを有し、前記電池パックの充電が終了すると前記発信部に通電し、前記発信部の信号を前記受信部が受信することで前記電源回路をオフする。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、従来と比較して待機電力を低減することの可能な充電装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る充電装置の機能ブロック図。図１に示す充電装置の具体的構成例を示す回路図。図１に示す充電装置の、電源停止に係る回路の拡大図。本発明の実施の形態２に係る充電装置の機能ブロック図。図４に示す充電装置の、電源停止に係る回路の拡大図。図５の回路における、キャパシタ再充電に係る動作を示すタイムチャート。本発明の実施の形態３に係る充電装置の機能ブロック図。本発明の実施の形態４に係る充電装置の機能ブロック図。本発明の実施の形態５に係る充電装置の機能ブロック図。本発明の実施の形態６に係る充電装置の機能ブロック図。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一又は同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る充電装置３の機能ブロック図である。図２は、充電装置３の具体的構成例を示す回路図である。図３は、充電装置３の、電源停止に係る回路の拡大図である。

図２に示すように、充電装置３によって充電される電池パック（二次電池）２は、単数又は直列接続された複数の電池セル２ａと、電池セル２ａの温度を検出するために電池セル２ａに接触又は近接して配置されたサーミスタ等の感温素子２ｂとを有する。電池パック２は、＋端子と−端子の他に、Ｔ端子とＳ端子を有する。Ｔ端子は、電池パック２の内部で−端子に接続（直結）される。Ｓ端子は、電池パック２の内部で感温素子２ｂを介して−端子に接続される。電池パック２の＋端子、−端子、Ｔ端子、及びＳ端子の各々に対応して充電装置３にも＋端子、−端子、Ｔ端子、及びＳ端子が設けられる。なお、充電装置３の＋端子と−端子は充電出力端子である。

充電装置３の電源部の構成について説明する。充電装置３の電源部は、第１整流回路１０及び電源回路２０を電源一次側に有し、第３整流回路３０、第４整流回路４０、及び第２定電圧回路４１を電源二次側に有する。第１整流回路１０は、ダイオードブリッジ１１及びキャパシタ１２を含み、商用交流電源１から供給される交流電圧を直流電圧に整流平滑する。電源回路２０は、トランス２１、第２整流回路２２、第１定電圧回路２４、及びＰＷＭ制御回路２３を含み、商用交流電源１から供給される電力（第１整流回路１０の出力電力）をＰＷＭ制御によって調整し、電池パック２の充電と、電源二次側の各回路の動作に要する電力を出力する。電源一次側のグランドと電源二次側のグランドとの間にはキャパシタ２５が設けられる。

トランス２１は、一次側入力巻線２１ａ、一次側補助出力巻線２１ｂ、二次側充電出力巻線２１ｃ、及び二次側補助出力巻線２１ｄを有する。一次側補助出力巻線２１ｂは、ＰＷＭ制御回路２３を動作させるための電力を出力する出力巻線である。二次側充電出力巻線２１ｃは、電池パック２を充電するための電力を出力する出力巻線である。二次側補助巻線２１ｄは、電源二次側のその他の回路部を動作させるための電力を出力する出力巻線である。それぞれの出力巻線には、第２整流回路２２、第３整流回路３０、及び第４整流回路４０が接続される。

第２整流回路２２は、ダイオード２２ａ及びキャパシタ２２ｂを含み、一次側補助出力巻線２１ｂに発生する電圧を整流平滑する。第２整流回路２２の出力側には第１定電圧回路２４が接続される。第１定電圧回路２４は、第１整流回路１０の出力端子とグランドとの間に直列接続された抵抗２４ｃ及びキャパシタ２４ｆを含む。抵抗２４ｃ及びキャパシタ２４ｆの相互接続点と第２整流回路２２の出力端子との間にはトランジスタ２４ａ及びダイオード２４ｄが並列接続される。トランジスタ２４ａのベース・コレクタ間には抵抗２４ｅが設けられる。トランジスタ２４ａのベースとグランドとの間には定電圧ダイオード２４ｂが設けられる。抵抗２４ｃ及びキャパシタ２４ｆの相互接続点の電圧がＰＷＭ制御回路２３のＰＷＭコントローラ２３ａに入力される。ＰＷＭコントローラ２３ａは、抵抗２３ｃを介して入力側スイッチング素子としてのＦＥＴ２３ｂの制御端子（ゲート）にＰＷＭ信号を印加する。ＦＥＴ２３ｂのゲート・ソース間には抵抗２３ｄが設けられる。ＰＷＭコントローラ２３ａのデューティ制御端子とグランドとの間にはフィードバック信号を伝達するためのフォトトランジスタ９０ａ,１００ａが並列接続されており、ＰＷＭコントローラ２３ａは各種フィードバック信号に応じてＦＥＴ２３ｂのオンデューティを制御する。これについては後述する。

第３整流回路３０は、ダイオード３０ａ及びキャパシタ３０ｂを含み、二次側充電出力巻線２１ｃに発生する電圧を整流平滑する。第４整流回路４０は、ダイオード４０ａ及びキャパシタ４０ｂを含み、二次側補助出力巻線２１ｄに発生する電圧を整流平滑する。第４整流回路４０の出力側には第２定電圧回路４１が接続される。第２定電圧回路４１は、三端子レギュレータ４１ａ及びキャパシタ４１ｂを含み、充電装置３の制御回路（後述の満充電検出回路１６０等）の電源電圧Ｖccを出力する。

充電装置３の制御部の構成について説明する。充電装置３の制御部は、第１電圧フィードバック回路５０、第２電圧フィードバック回路６０、充電電流フィードバック回路７０、フィードバック信号伝達回路９０、電源停止回路１００、停止保持回路１１０、表示回路１２０、電池接続検出回路１３０、電池温度検出回路１４０、電池低温検出回路１５０、及び満充電検出回路１６０を有する。なお、図１に示す充電制御回路３００は、図２に示す第１電圧フィードバック回路５０、第２電圧フィードバック回路６０、充電電流フィードバック回路７０、フィードバック信号伝達回路９０、表示回路１２０、電池接続検出回路１３０、電池温度検出回路１４０、電池低温検出回路１５０、及び満充電検出回路１６０を１つのブロックにまとめたものである。

第１電圧フィードバック回路５０は、直列接続された定電圧ダイオード５０ａ、抵抗５０ｂ、及びダイオード５０ｃを含む。第１電圧フィードバック回路５０は、電源回路２０の起動時、電池パック２の充電時、及び充電中に電池パック２が充電装置３から外された時において、充電出力ラインの電圧に基づき、電源回路２０のスイッチング動作を制御するフィードバック信号を出力する。具体的には、第１電圧フィードバック回路５０は、充電出力ラインの電圧が定電圧ダイオード５０ａの規定する電圧を超えると導通し、例えばフォトカプラからなるフィードバック信号伝達回路９０のＬＥＤ９０ｂに電流を供給する。フォトトランジスタ９０ａは、ＬＥＤ９０ｂの光を受光すると、受光量に応じた電流が流れる。フォトトランジスタ９０ａはＰＷＭ制御回路２３（ＰＷＭコントローラ２３ａ）のデューティ制御端子とグランドとの間に設けられており、ＰＷＭコントローラ２３ａはフォトトランジスタ９０ａに流れる電流に応じてＦＥＴ２３ｂのオンデューティを制御する（電流が大きいほどデューティを絞る）。

第２電圧フィードバック回路６０は、定電圧ダイオード６０ａと、トランジスタ６０ｂ,６０ｃと、その他周辺回路とを含み、電池パック２が充電装置３から外されている待機時、電池低温時、及び満充電検出時に、第２定電圧回路４１の入力側の電圧に基づき、電源回路２０のスイッチング動作を制御するフィードバック信号を出力する。具体的に説明すると、電池接続検出回路１３０、電池低温検出回路１５０、及び満充電検出回路１６０の出力端子が、抵抗６０ｇを介してトランジスタ６０ｂの制御端子（ベース）に接続されている。電池接続検出回路１３０の出力がハイレベルのとき（電池パック２が充電装置３から外されている待機時）、電池低温検出回路１５０の出力がハイレベルのとき（電池低温時）、又は満充電検出回路１６０の出力がハイレベルのとき（満充電検出時）、トランジスタ６０ｂはベース・エミッタ間が順バイアスとなってオンとなる。トランジスタ６０ｂがオンになると、第２定電圧回路４１の入力端子から抵抗６０ｅ,６０ｆ、及びトランジスタ６０ｂを経由してグランドに至る経路が導通し、トランジスタ６０ｃはベース・エミッタ間が順バイアスとなってオンとなる。すると、第２定電圧回路４１の入力端子の電圧が定電圧ダイオード６０ａの規定する電圧を超えると、第２定電圧回路４１の入力端子からトランジスタ６０ｃ、抵抗６０ｄ、定電圧ダイオード６０ａ、ダイオード６０ｈを経由してフィードバック信号伝達回路９０のＬＥＤ９０ｂに電流が流れる。そして、ＬＥＤ９０ｂの光を受光したフォトトランジスタ９０ａに受光量に応じた電流が流れることにより、ＰＷＭコントローラ２３ａはＦＥＴ２３ｂのオンデューティを制御する。

充電電流フィードバック回路７０は、充電電流検出抵抗７０ａと、オペアンプ７０ｂと、その他周辺回路とを含み、充電時の充電電流に基づき、電源回路２０のスイッチング動作を制御するフィードバック信号を出力する。具体的に説明すると、充電電流検出抵抗７０ａは充電電流の経路に設けられ、充電電流を電圧に変換する。オペアンプ７０ｂ、抵抗７０ｈ,７０ｉ,７０Ｌ、及びキャパシタ７０ｋは差動増幅器を構成しており、充電電流検出抵抗７０ａの両端の電圧を増幅する。オペアンプ７０ｂの出力端子は、抵抗７０ｊ及びダイオード７０ｎを介してフィードバック信号伝達回路９０のＬＥＤ９０ｂのアノードに接続される。このため、オペアンプ７０ｂの出力電圧に応じた、すなわち充電電流に応じた電流が信号伝達回路９０のＬＥＤ９０ｂに流れる。そして、ＬＥＤ９０ｂの光を受光したフォトトランジスタ９０ａに受光量に応じた電流が流れることにより、ＰＷＭコントローラ２３ａはＦＥＴ２３ｂのオンデューティを制御する。

また、充電電流フィードバック回路７０において、第２定電圧回路４１の出力端子とグランドとの間には抵抗７０ｃ,７０ｅが直列接続され、抵抗７０ｃ,７０ｅの相互接続点とオペアンプ７０ｂの反転入力端子との間に抵抗７０ｄが設けられ、抵抗７０ｃ,７０ｅの相互接続点とグランドとの間に抵抗７０ｆ及びトランジスタ７０ｇが直列接続される。トランジスタ７０ｇの制御端子（ベース）は、抵抗７０ｍを介して電池接続検出回路１３０、電池低温検出回路１５０、及び満充電検出回路１６０の出力端子に接続される。電池接続検出回路１３０の出力がハイレベルのとき（電池パック２が充電装置３から外されている待機時）、電池低温検出回路１５０の出力がハイレベルのとき（電池低温時）、又は満充電検出回路１６０の出力がハイレベルのとき（満充電検出時）、トランジスタ７０ｇはベース・エミッタ間が順バイアスとなってオンとなる。トランジスタ７０ｇがオンになると、オペアンプ７０ｂの反転入力端子の電圧が低下し、充電電流は低下する。

フィードバック信号伝達回路９０は、フォトカプラを成すフォトトランジスタ９０ａ及びＬＥＤ９０ｂを含み、各フィードバック信号を電源回路２０に伝達する。

表示回路１２０は、ＬＥＤ１２０ａ及びその他周辺回路を含み、電池パック２の充電時に充電中であることを表示する。具体的に説明すると、第２定電圧回路４１の出力端子とグランドとの間に抵抗１２０ｄ、ＬＥＤ１２０ａ、及びトランジスタ１２０ｃが直列に接続される。また、第２定電圧回路４１の出力端子とグランドとの間に抵抗１２０ｅ、トランジスタ１２０ｂが直列に接続される。トランジスタ１２０ｃの制御端子（ベース）とトランジスタ１２０ｂのコレクタとの間には抵抗１２０ｆが設けられる。トランジスタ１２０ｂの制御端子（ベース）は、抵抗１２０ｇを介して電池接続検出回路１３０、電池低温検出回路１５０、及び満充電検出回路１６０の出力端子に接続される。電池パック２の充電中は、電池接続検出回路１３０、電池低温検出回路１５０、及び満充電検出回路１６０の出力電圧はいずれもローレベルであり、トランジスタ１２０ｂはオフである。このため、トランジスタ１２０ｃはベース・エミッタ間が順バイアスになってオンとなり、ＬＥＤ１２０ａが点灯する。一方、電池パック２を充電していないときは、電池接続検出回路１３０、電池低温検出回路１５０、及び満充電検出回路１６０の出力電圧の少なくともいずれかがハイレベルであり、トランジスタ１２０ｂはベース・エミッタ間が順バイアスになってオンとなる。すると、トランジスタ１２０ｃのベース電圧が低下し、トランジスタ１２０ｃはオフとなり、ＬＥＤ１２０ａは消灯する。

電池接続検出回路１３０は、オペアンプ１３０ａ及びその他周辺回路を含み、充電装置３に電池パック２が接続されているか否かを検出する。具体的に説明すると、オペアンプ１３０ａの反転入力端子には、第２定電圧回路４１の出力電圧（電源電圧Ｖcc）を抵抗１３０ｃ,１３０ｄで分圧した電圧が入力される。オペアンプ１３０ａの非反転入力端子は、抵抗１３０ｅを介して第２定電圧回路４１の出力端子に接続されると共に、電池パック２との接続端子であるＴ端子に接続される。電池パック２が充電装置３に接続されているときは、Ｔ端子が電池パック２内の配線を介してグランド端子に接続されるため、オペアンプ１３０ａの非反転入力端子の電圧はグランドと同レベルであり、オペアンプ１３０ａの出力はローレベルである。一方、電池パック２が充電装置３から外されると、Ｔ端子がオープンとなり抵抗１３０ｅには電流が流れず、オペアンプ１３０ａの非反転入力端子の電圧は電源電圧Ｖccと同レベルとなり、オペアンプ１３０ａの出力はハイレベルとなる。オペアンプ１３０ａは、ハイレベルの出力をダイオード１３０ｂを介して第２電圧フィードバック回路６０、充電電流フィードバック回路７０、及び表示回路１２０に入力し、第２電圧フィードバック回路６０の動作を有効にし、充電電流フィードバック回路７０の設定値を通常より低い値に設定し、表示回路１２０の表示を無効にする。

電池温度検出回路１４０は、第２定電圧回路４１の出力端子とグランドとの間に直列に接続された抵抗１４０ａ,１４０ｂを含む。分圧抵抗１４０ａ,１４０ｂの相互接続点は電池パック２との接続端子であるＳ端子に接続される。Ｓ端子とグランドとの間には感温素子２ｂが接続されており、感温素子２ｂの抵抗値が温度によって変化すると分圧抵抗１４０ａ,１４０ｂの相互接続点の電圧も連動して変化する。ここでは、温度が上がると感温素子２ｂの抵抗値が下がり、分圧抵抗１４０ａ,１４０ｂの相互接続点の電圧が下がる。温度が下がった場合はその逆となる。分圧抵抗１４０ａ,１４０ｂの相互接続点の電圧は電池温度情報として電池低温検出回路１５０及び満充電検出回路１６０に出力される。

電池低温検出回路１５０は、オペアンプ１５０ａ及びその他周辺回路を含み、電池パック２の温度が設定値より低いか否かを検出する。具体的に説明すると、オペアンプ１５０ａの反転入力端子には、第２定電圧回路４１の出力電圧（電源電圧Ｖcc）を抵抗１５０ｃ,１５０ｄで分圧した電圧が入力される。オペアンプ１５０ａの非反転入力端子には、電池温度検出回路１４０の出力電圧（分圧抵抗１４０ａ,１４０ｂの相互接続点の電圧）が入力される。オペアンプ１５０ａの非反転入力端子と出力端子との間には抵抗１５０ｅが設けられる。抵抗１５０ｅは、オペアンプ１５０ａの出力にヒステリシスを持たせる。電池パック２の温度が設定値より低くなると、オペアンプ１５０ａの非反転入力端子の電圧（分圧抵抗１４０ａ,１４０ｂの相互接続点の電圧）が上がり、オペアンプ１５０ａの出力はハイレベルとなる。オペアンプ１５０ａは、ハイレベルの出力をダイオード１５０ｂを介して第２電圧フィードバック回路６０、充電電流フィードバック回路７０、及び表示回路１２０に入力し、第２電圧フィードバック回路６０の動作を有効にし、充電電流フィードバック回路７０の設定値を通常より低い値に設定し、表示回路１２０の表示を無効にする。なお、オペアンプ１５０ａの出力は、充電装置３に電池パック２が取り付けられていないときもハイレベルとなる。

満充電検出回路１６０は、オペアンプ１６０ａ及びその他周辺回路を含み、電池パック２の温度が設定値より高くなったか否かにより、電池パック２が満充電となったか否かを検出する。具体的に説明すると、オペアンプ１６０ａの非反転入力端子には、第２定電圧回路４１の出力電圧（電源電圧Ｖcc）を抵抗１６０ｃ,１６０ｄで分圧した電圧が入力される。オペアンプ１６０ａの反転入力端子には、電池温度検出回路１４０の出力電圧（分圧抵抗１４０ａ,１４０ｂの相互接続点の電圧）が入力される。オペアンプ１６０ａの非反転入力端子と出力端子との間には抵抗１６０ｅが設けられる。抵抗１６０ｅは、オペアンプ１６０ａの出力にヒステリシスを持たせる。電池パック２の温度が設定値より高くなると、オペアンプ１６０ａの反転入力端子の電圧（分圧抵抗１４０ａ,１４０ｂの相互接続点の電圧）が下がり、オペアンプ１６０ａの出力はハイレベルとなる。オペアンプ１６０ａは、ハイレベルの出力をダイオード１６０ｂを介して第２電圧フィードバック回路６０、充電電流フィードバック回路７０、及び表示回路１２０に入力し、第２電圧フィードバック回路６０の動作を有効にし、充電電流フィードバック回路７０の設定値を通常より低い値に設定し、表示回路１２０の表示を無効にする。さらに、オペアンプ１６０ａのハイレベルの出力は停止トリガ信号として停止保持回路１１０に入力され、これにより電源停止回路１００及び停止保持回路１１０が動作する。なお、満充電検出は電池パック２の温度以外に電池パック２の電圧、温度と電圧の両方でもよい。電池パック２の電圧を検出する場合には、電池パックの＋端子とグランド間に分圧抵抗を設け、オペアンプによって判断すればよい。或いは、電池パック２内に保護回路を有する場合には、保護回路からの信号によって満充電を検出してもよい。

以下、電池パック２の充電完了時の電源停止に係る構成を説明する。

電源停止回路１００は、フォトカプラを成すフォトトランジスタ１００ａ及びＬＥＤ１００ｂと、抵抗１００ｃとを含み、満充電時、電源回路２０のスイッチング動作を停止させる。停止保持回路１１０は、トランジスタ１１０ａ、１１０ｂ及びその他周辺回路を含み、満充電時、電池パック２の電力を利用して電源停止回路１００の動作を継続させ、電源回路２０の停止状態を保持する。なお、電源停止回路１００及び停止保持回路１１０を合わせて電源停止回路と見ることもできる。以下、電源停止回路１００及び停止保持回路１１０の詳細構成を説明する。

第３整流回路３０の高電圧端子と低電圧端子（グランド）との間に、抵抗１００ｃ、ＬＥＤ１００ｂ及びトランジスタ１１０ａ（第１スイッチング素子の例示）が直列に接続される。トランジスタ１１０ａの制御端子（ベース）は、抵抗１１０ｇを介してダイオード１１０ｃのカソードに接続される。ダイオード１１０ｃのアノードはオペアンプ１６０ａの出力端子に接続される。トランジスタ１１０ａのコレクタは、抵抗１１０ｆを介してトランジスタ１１０ｂ（第２スイッチング素子の例示）の制御端子（ベース）に接続される。トランジスタ１１０ｂのベース・エミッタ間には抵抗１１０ｅが設けられる。第３整流回路３０の高電圧端子とトランジスタ１１０ｂのエミッタとの間には抵抗１１０ｄが設けられる。

電池パック２が満充電になると、電源回路２０を直ちに停止させる。すなわち、満充電検出回路１６０のオペアンプ１６０ａの出力がハイレベルになり（満充電条件が満たされ）、トランジスタ１１０ａはベース・エミッタ間が順バイアスになってオンとなる。するとトランジスタ１１０ｂもベース・エミッタ間が順バイアスになってオンとなり、以降は、電池パック２が接続されている限り、トランジスタ１１０ｂによりトランジスタ１１０ａのベース電圧がトランジスタ１１０ａをオンできる程度に高く保たれるため、オペアンプ１６０ａの出力に関わらずトランジスタ１１０ａのオン状態が保持される。トランジスタ１１０ａがオンの間はフォトカプラの発光側であるＬＥＤ１００ｂ（発信部の例示）に電流が流れてＬＥＤ１００ｂが発光し、フォトカプラの受光側であるフォトトランジスタ１００ａ（受信部の例示）がオンになる。フォトトランジスタ１００ａはＰＷＭコントローラ２３ａのデューティ制御端子とグランドとの間に設けられており、フォトトランジスタ１００ａがオンするとＰＷＭコントローラ２３ａによりＦＥＴ２３ｂのオンデューティが絞られ、トランス２１の一次側補助出力巻線２１ｂに発生する電力が低下し、ＰＷＭ制御回路２３が停止し、二次側充電出力巻線２１ｃ、及び二次側補助出力巻線２１ｄにも電力が発生しなくなる（電源回路２０が停止する）。電源回路２０の停止後、ＬＥＤ１００ｂの電流は、電池パック２から供給される。また、トランジスタ１１０ａ,１１０ｂの駆動電力（オンを保持する電力）も電池パック２から供給される。なお、電池パック２が充電装置３から外されると、ＬＥＤ１００ｂが消灯し、フォトトランジスタ１００ａがオフとなり、ＰＷＭ制御回路２３の停止が解除される。すなわち、ＰＷＭコントローラ２３ａはＦＥＴ２３ｂのスイッチングを再開する。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 満充電検出回路１６０によって満充電が検出されると、電源停止回路１００及び停止保持回路１１０が動作し、電源回路２０はスイッチング動作を停止する。電源回路２０が停止すると、トランス２１の各出力巻線２１ｂ,２１ｃ,２１ｄに電力が発生しなくなるため、商用交流電源１から供給される電力は、殆どの回路で消費されなくなる。電源停止回路１００及び停止保持回路１１０は、一旦動作を開始すると、電池パック２が充電装置３から外され充電出力ラインに電圧がかからなくなるまで動作を保持するため、その間、商用交流電源１から供給される電力は消費を大幅に低減される。すなわち、電池パック２が満充電になってから充電装置３から外されるまでの間の待機電力が大幅に低減される。

(2) 電池パック２を充電装置３から外すことで電源回路２０の停止が自動的に解除される構成のため、使用者は次の電池パック２を充電するにあたり電源回路２０の停止を解除するための作業（電源プラグの抜き差し等）をする必要がなく便利である。

(3) トランス２１の二次側に設けられた電源停止回路１００からの信号伝達をフォトカプラで構成したため、トランス２１の一次側と二次側の絶縁を保つことができる。

実施の形態２
図４は、本発明の実施の形態２に係る充電装置３の機能ブロック図である。図５は、充電装置３の、電源停止に係る回路の拡大図である。本実施の形態の充電装置３は、図１〜図３で説明した実施の形態１のものと異なり、キャパシタ１１１の電力により電源回路２０の停止を保持する構成である。以下、相違点を中心に説明する。

電池パック２との接続端子である＋端子と、第３整流回路３０の高電圧端子との間に、ダイオード１１４が、アノードを第３整流回路３０の高電圧端子側にして接続される。ダイオード１１４のアノードとグランドとの間に、ダイオード１１５とキャパシタ１１１とが直列に接続される。すなわち、ダイオード１１５のアノードが第３整流回路３０の高電圧端子に接続され、カソードがキャパシタ１１１の一端に接続される。キャパシタ１１１の他端はグランドに接続される。ダイオード１１４は、電池パック２からの放電を防止する。ダイオード１１４はリレースイッチに代用してもよい。ダイオード１１５は、キャパシタ１１１に蓄えた電力が別回路に流出することを防止する。

図５に示すように、電源停止回路１００において、キャパシタ１１１の高電圧端子と低電圧端子との間に、抵抗１００ｃ、ＬＥＤ１００ｂ、及びトランジスタ１００ｄ（第１スイッチング素子の例示）が直列に接続される。トランジスタ１００ｄの制御端子（ベース）は、抵抗１００ｅを介してダイオード１１０ｃのカソードに接続される。トランジスタ１００ｄのエミッタはグランドに接続される。

停止保持回路１１０において、トランジスタ１１０ａの制御端子（ベース）は、抵抗１１０ｇを介してダイオード１１０ｃのカソードに接続される。トランジスタ１１０ａのエミッタはグランドに接続される。トランジスタ１１０ａのコレクタとトランジスタ１１０ｂの制御端子（ベース）との間には抵抗１１０ｆが設けられる。トランジスタ１１０ｂのベース・エミッタ間には抵抗１１０ｅが設けられる。トランジスタ１１０ｂのエミッタはキャパシタ１１１の高電圧端子に接続される。トランジスタ１１０ｂのコレクタは、抵抗１１０ｄを介してダイオード１１０ｃのカソードに接続される。

停止保持解除回路１１２において、キャパシタ１１１の高電圧端子とグランドとの間には抵抗１１２ｃ,１１２ｄ,１１２ｅが直列に接続される。抵抗１１２ｄ,１１２ｅの相互接続点はスイッチング素子としてのトランジスタ１１２ａの制御端子（ベース）に接続される。トランジスタ１１２ａのエミッタはグランドに接続される。トランジスタ１１２ａのコレクタはダイオード１１０ｃのカソードに接続される。抵抗１１２ｃ,１１２ｄの相互接続点は、ダイオード１１２ｂのアノードに接続される。ダイオード１１２ｂのカソードは電池パック２との接続端子であるＴ端子に接続される。

キャパシタ再充電回路１１３において、キャパシタ１１１の高電圧端子とグランドとの間に、定電圧ダイオード１１３ａ、抵抗１１３ｉ,１１３ｈが直列に接続される。抵抗１１３ｉ,１１３ｈの相互接続点とグランドとの間にはキャパシタ１１３ｄが設けられる。抵抗１１３ｉ,１１３ｈの相互接続点は、抵抗１１３ｇを介してスイッチング素子としてのトランジスタ１１３ｂの制御端子（ベース）に接続される。トランジスタ１１３ｂのエミッタはグランドに接続される。トランジスタ１１３ｂのコレクタは抵抗１１３ｆを介してスイッチング素子としてのトランジスタ１１３ｃの制御端子（ベース）に接続される。トランジスタ１１３ｃのベース・エミッタ間には抵抗１１３ｅが設けられる。

電池パック２が満充電になると、満充電検出回路１６０のオペアンプ１６０ａの出力がハイレベルになり、トランジスタ１１０ａ,１００ｄはベース・エミッタ間が順バイアスになってオンとなる。トランジスタ１１０ａのオンに連動してトランジスタ１１０ｂもベース・エミッタ間が順バイアスになってオンとなり、以降は、電池パック２が接続されている限り、トランジスタ１１０ｂによりトランジスタ１１０ａのベース電圧がトランジスタ１１０ａをオンできる程度に高く保たれるため、オペアンプ１６０ａの出力に関わらずトランジスタ１１０ａのオン状態が保持される。

トランジスタ１００ｄがオンの間はフォトカプラの発光側であるＬＥＤ１００ｂに電流が流れてＬＥＤ１００ｂが発光し、実施の形態１と同様に、フォトカプラの受光側であるフォトトランジスタがオンになることにより電源回路２０が停止する。電源回路２０の停止後、ＬＥＤ１００ｂの電流は、キャパシタ１１１から供給される。また、図５に示す各スイッチング素子の駆動電力（オンを保持する電力）も、キャパシタ１１１から供給される。

電池パック２が充電装置３に接続されている間は、ダイオード１１２ｂにより抵抗１１２ｃ,１１２ｄの相互接続点がグランドに接続されるため、トランジスタ１１２ａのベース・エミッタ間の電圧はオンに必要な電圧より小さく、トランジスタ１１２ａはオフである。一方、電池パック２が充電装置３から外されると、ダイオード１１２ｂのカソードがオープンになり、トランジスタ１１２ａはベース・エミッタ間が順バイアスになってオンとなる。すると、トランジスタ１００ｄ,１１０ａのベース電圧がグランドと同程度に降下し、トランジスタ１００ｄ,１１０ａはオフになる。これにより、ＬＥＤ１００ｂが消灯し、実施の形態１と同様にＰＷＭ制御回路２３の停止が解除される（電源回路２０は動作を再開する）。

図６は、図５の回路における、キャパシタ再充電に係る動作を示すタイムチャートである。電源回路２０の停止中、キャパシタ１１１からＬＥＤ１００ｂの電流や図５に示す各スイッチング素子の駆動電力が供給されることにより、キャパシタ１１１は放電される。放電が進んでキャパシタ１１１の電圧が定電圧ダイオード１１３ａの規定する電圧を下回ると、定電圧ダイオード１１３ａがオフとなり、トランジスタ１１３ｂのベース電圧がグランド電位に降下し、トランジスタ１１３ｂがオフになる。これによりトランジスタ１１３ｃもオフになる。但し、キャパシタ１１３ｄによる遅延効果により、トランジスタ１１３ｂ,１１３ｃがオフになるタイミングは、定電圧ダイオード１１３ａがオフになるタイミングから一定時間遅延される。遅延時間は、キャパシタ１１１の電圧が停止保持回路１１０の最小動作電圧を下回る前にトランジスタ１１３ｂ,１１３ｃがオフになるように調整することが望ましい。

トランジスタ１１３ｃがオフになると、キャパシタ１１１からＬＥＤ１００ｂへの通電が遮断される。これにより電源回路２０の停止が解除され、電源回路２０は動作を再開する。すなわち、ＰＷＭ制御回路２３によるスイッチングが再開され、第３整流回路３０の出力電圧によりキャパシタ１１１が充電される。充電によりキャパシタ１１１の電圧が定電圧ダイオード１１３ａの規定する電圧を超えると、定電圧ダイオード１１３ａがオンになり、トランジスタ１１３ｂ,１１３ｃもオンになる。但し、キャパシタ１１３ｄによる遅延効果により、トランジスタ１１３ｂ,１１３ｃがオンになるタイミングは、定電圧ダイオード１１３ａがオンになるタイミングから一定時間遅延される。この遅延期間により、キャパシタ１１１は定電圧ダイオード１１３ａの規定する電圧を超えて十分に充電される。トランジスタ１１３ｂ,１１３ｃがオンになると、ＬＥＤ１００ｂへの通電が再開され、電源回路２０は再び動作を停止する。

本実施の形態のその他の点は実施の形態１と同様である。本実施の形態も、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態によれば、キャパシタ１１１によってＬＥＤ１００ｂへの通電や各スイッチング素子の駆動を行うので、電源回路２０を停止するために電池パック２の電力が消費されることがない。このため、満充電後に電池パック２を充電装置３に装着しておいても電池パック２の残容量が低下することを防止できる。特に電池パック２が過放電に弱いリチウム電池セルを備えた場合に有効である。また、キャパシタ１１１の電圧低下時には自動的に再充電する構成であり、充電完了から電池パック２の取外しまでの期間が長くなっても対応可能である。また、キャパシタ１１３ｄにより、定電圧ダイオード１１３ａのオンオフタイミングに対してトランジスタ１１３ｂ,１１３ｃのオンオフタイミングを遅延させているため、電源回路２０の動作停止と再開が頻繁に繰り返されることを防止できる。

実施の形態３
図７は、本発明の実施の形態３に係る充電装置３の機能ブロック図である。本実施の形態の充電装置３は、図４及び図５で説明した実施の形態２のものと比較して、キャパシタ１１１、電源停止回路１００、停止保持回路１１０、停止保持解除回路１１２、及びキャパシタ再充電回路１１３の高電圧側の接続先が、第３整流回路３０の高電圧端子から第４整流回路４０の高電圧端子に替わった点と、ダイオード１１４が無くなった点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態も、実施の形態２と同様の効果を奏することができる。

実施の形態４
図８は、本発明の実施の形態４に係る充電装置の機能ブロック図である。本実施の形態の充電装置３は、図７に示される実施の形態３のものと比較して、電池パック２との接続端子である＋端子と第３整流回路３０の高電圧端子との間にリレースイッチ１１６が設けられている点で相違し、その他の点で一致する。本実施の形態によれば、キャパシタ１１１の再充電時にリレースイッチ１１６をオープンにする（遮断する）ことで、キャパシタ１１１の再充電時に電池パック２が充電されることを防止できる。リレースイッチ１１６の開閉には電源電圧Ｖccを利用できる。なお、図４及び図５で説明した実施の形態２においてダイオード１１４をリレースイッチに代用した場合も、同様の効果を奏することができる。

実施の形態５
図９は、本発明の実施の形態５に係る充電装置の機能ブロック図である。本実施の形態の充電装置３は、図８に示される実施の形態４のものと異なり、充電制御回路３００にマイコン３０１が設けられている。マイコン３０１は、停止保持回路１１０が動作しているか否かを検出する。マイコン３０１は、また、電池パック２が満充電か否かを判別し、満充電になると停止トリガ信号により停止保持回路１１０の動作を開始させる（すなわち満充電検出回路１６０の機能を有する）。マイコン３０１は、また、リレースイッチ１１６のオンオフを制御する。すなわち、マイコン３０１は、充電中はリレースイッチ１１６をオンとし、満充電を検出するとリレースイッチ１１６をオフにする。さらに、マイコン３０１は、キャパシタ１１１の再充電時（電源電圧Ｖccの復帰時）、停止保持回路１１０が動作していれば、満充電か否かに関わらずリレースイッチ１１６をオフに保持する（電池パック２の充電を開始させない）。本実施の形態のその他の点は実施の形態４と同様である。本実施の形態も、実施の形態４と同様の効果を奏することができる。

実施の形態６
図１０は、本発明の実施の形態６に係る充電装置の機能ブロック図である。本実施の形態の充電装置３は、図７に示される実施の形態３のものと異なり、大電力側と小電力側でトランスを分けている。以下、相違点を中心に説明する。充電装置３の電源部は、小電力側のトランス２００と、大電力側のトランス２１０とを有する。充電電力が１００Ｗを超えるような充電装置においては、制御回路を動作させるための小電力を扱う電源部と、電池パック２を充電するための大電力を扱う電源とを分けて構成することが多い。

トランス２００は、入力巻線２００ａと、出力巻線２００ｂ,２００ｃ,２００ｄを有する。トランス２１０は、入力巻線２１０ａと、出力巻線２１０ｂを有する。出力巻線２００ｂに発生する電圧は、第２整流回路２０１によって整流平滑され、第１定電圧回路２０２によって安定化され、小電力側のＰＷＭ制御回路２０３に供給される。出力巻線２００ｃは、大電力側のＰＷＭ制御回路２１１を動作させるための電力を発生する。出力巻線２００ｃに発生する電圧は、第５整流回路２０４で整流平滑され、起動停止回路２０５を介してＰＷＭ制御回路２１１に供給される。起動停止回路２０５は、充電制御回路３００からの制御信号によって、ＰＷＭ制御回路２１１への電力供給をオンオフする。出力巻線２００ｄに発生する電圧は、第４整流回路４０によって整流平滑され、第２定電圧回路４１によって制御回路用の電源電圧Ｖccに変換される。出力巻線２１０ｂに発生する電圧は、第３整流回路３０によって整流平滑され、電池パック２の充電に利用される。

大電力側のＰＷＭ制御回路２１１は、電池パック２を充電するときだけ動作するように充電制御回路３００（マイコンを含んでもよい）によって制御される。一方、小電力側のＰＷＭ制御回路２０３は、制御回路への電力供給のため、通常は常時動作する回路である。本実施の形態では、電源停止回路１００及び停止保持回路１１０によりＰＷＭ制御回路２０３に対して停止保持を実行することにより、商用交流電源１からの電力消費を低減できる。本実施の形態のその他の点は、実施の形態６と同様である。なお、実施の形態１のように電池パック２の電力によって電源停止回路１００及び停止保持回路１１０を駆動する構成においても、本実施の形態と同様にトランスを２つに分けることができる。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。例えば、充電装置内にキャパシタではなく一次電池や二次電池等の電源を内蔵させて、その電源によって電源回路の停止を維持させてもよい。

１商用交流電源、２電池パック、３充電装置、１０第１整流回路、２０電源回路、２１トランス、２２第２整流回路、２３ＰＷＭ制御回路、２４第１定電圧回路、３０第３整流回路、４０第４整流回路、４１第２定電圧回路、５０第１電圧フィードバック回路、６０第２電圧フィードバック回路、７０充電電流フィードバック回路、９０フィードバック信号伝達回路、１００電源停止回路、１１０停止保持回路、１２０表示回路、１３０電池接続検出回路、１４０電池温度検出回路、１５０電池低温検出回路、１６０満充電検出回路

Claims

電源回路と、電池パックの充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路とを備え、前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は電池パックの電力を利用して前記電源回路の停止を保持する、充電装置。
前記電源停止回路は、電池パックが外されると前記電源回路の停止を解除する、請求項１に記載の充電装置。
前記電源停止回路は、満充電検出信号が制御端子に入力されてオンになる第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子がオンになることによって制御端子の電圧が変化してオンになる第２スイッチング素子とを含み、前記第１及び第２スイッチング素子は充電出力端子間に設けられ、前記第２スイッチング素子がオンであるときは満充電検出信号の有無によらず前記第１スイッチング素子がオンとなり、前記第１スイッチング素子がオンであることを条件に前記電源回路を停止する構成である、請求項１又は２に記載の充電装置。
電源回路と、電池パックの充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路と、内蔵電源とを備え、前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は前記内蔵電源の電力を利用して前記電源回路の停止を保持する、充電装置。
前記内蔵電源を、前記電源回路の出力電圧により充電されるキャパシタにより構成した、請求項４に記載の充電装置。
電池パックが外されると前記電源停止回路による前記電源回路の停止を解除する停止保持解除回路を備える請求項４又は５に記載の充電装置。
前記電源回路の停止後に前記内蔵電源の電圧が所定値を下回ると前記電源回路の動作を再開させる内蔵電源再充電回路を備える請求項５又は６に記載の充電装置。
前記内蔵電源再充電回路により前記電源回路の動作が再開されている間に前記電源回路から電池パックに流れる電流を遮断するリレースイッチを備える請求項７に記載の充電装置。
前記電源停止回路は、満充電検出信号が制御端子に入力されてオンになる第１スイッチング素子と、前記第１スイッチング素子がオンになることによって制御端子の電圧が変化してオンになる第２スイッチング素子とを含み、前記第１及び第２スイッチング素子は前記キャパシタの両端子間に設けられ、前記第２スイッチング素子がオンであるときは満充電検出信号の有無によらず前記第１スイッチング素子がオンとなり、前記第１スイッチング素子がオンであることを条件に前記電源回路を停止する構成である、請求項４から８のいずれか一項に記載の充電装置。
前記電源回路は、入力電圧をスイッチングする入力側スイッチング素子を含み、前記電源停止回路は、電池パックの充電が終了すると前記入力側スイッチング素子をオフする、請求項１から９のいずれか一項に記載の充電装置。
前記電源回路は、トランスを有する絶縁型である、請求項１０に記載の充電装置。
前記電源停止回路は、前記トランスの一次側と絶縁された発光素子と、前記トランスの一次側に設けられた受光素子とを有し、前記満充電条件が満たされると前記発光素子に通電し、前記発光素子の光を前記受光素子が受光することで前記入力側スイッチング素子をオフする、請求項１１に記載の充電装置。
一次側と二次側とを絶縁して構成された電源回路と、電池パックの充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路とを備え、前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は一次側の電力を使わずに前記電源回路の停止を保持する停止保持手段を有する、充電装置。
電源回路と、電池パックの充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路とを備え、前記電源停止回路は、前記電池パックが外されると前記電源回路の停止状態を解除する、充電装置。
前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は前記電池パックの電力を利用して前記電源回路の停止を保持する、請求項１４に記載の充電装置。
前記電源停止回路は、前記電源回路の停止後は内蔵電源を利用して前記電源回路の停止を保持する、請求項１４に記載の充電装置。
前記内蔵電源を、前記電源回路の出力電圧により充電されるキャパシタにより構成した、請求項１６に記載の充電装置。
トランスを有する電源回路と、電池パック充電が終了した後に前記電源回路を停止する電源停止回路とを備え、前記電源停止回路は、前記トランスの一次側と絶縁された発信部と、前記トランスの一次側に設けられた受信部とを有し、前記電池パックの充電が終了すると前記発信部に通電し、前記発信部の信号を前記受信部が受信することで前記電源回路をオフする、充電装置。