JP2719369B2

JP2719369B2 - 充電装置

Info

Publication number: JP2719369B2
Application number: JP63275747A
Authority: JP
Inventors: 誠二浜端; 茂章山崎; 和史長添
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1988-10-31
Publication date: 1998-02-25
Anticipated expiration: 2013-02-25
Also published as: JPH02123929A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、充電電源と二次電池との間にスイッチ素子
を介して二次電池の充電制御を行なう充電装置に関する
ものである。

［従来の技術］従来より、例えば、ニッケルカドミウム電池のような
二次電池を商用電源を利用して充電を行なう場合には、
各種の充電方式が考案されているが、特に、スタンバイ
使用に比較的多く用いられる方式として、トリクル充電
方式がある。このトリクル充電方式とは、比較的低率の
充電電流で常に電池を充電することにより、電池の自己
放電を補い、満充電状態を維持するように構成したもの
である。このようなトリクル充電方式の欠点としては、
電源電圧の変動に対して充電電流が変動すると、電池寿
命の劣化、又は規定時間の充電に対して満充電にならな
い等の問題がある。

そこで、電源電圧の変動に対して、充電電流が変動し
ないようにするため、第７図のような考案がなされてい
る。商用電源ACを降圧する絶縁型の降圧トランスＴと、
降圧トランスＴの出力を整流する整流器Reが設けられ、
整流器Reの出力には、スイッチ素子であるトランジスタ
Q₁とダイオードD₁を介して二次電池Ｂが接続してある。
このトランジスタQ₁をオンオフ制御する制御回路は、抵
抗R₁…、オペアンプOP₁，OP₂、コンデンサC₁等から構成
されている。そして、トランジスタQ₁、ダイオードD₁に
直列に接続された電池Ｂと、充電電流検出用の抵抗R₁の
ループの充電電流を流すようにしている。

商用電源ACは、降圧トランスＴを介し、整流器Reによ
り全波整流され、トランジスタQ₁とダイオードD₁を介し
て電池Ｂに充電電流が流れる。抵抗R₁には充電電流に比
例した電圧が発生し、オペアンプOP₁、抵抗R₃，R₄など
からなる非反転増幅回路によって増幅され、抵抗R₅及び
コンデンサC₁からなる積分回路によって積分される。更
に、定電圧ダイオードZD₁によって作られる基準電圧Vre
fと、積分信号Vsigとを比較し、Vsig＜Vrefならば、オ
ペアンプOP₂などからなる反転比較回路によってＨレベ
ルの信号を出力する。このＨレベルの信号によりトラン
ジスタQ₂，Q₁をオンさせ、充電電流を電池Ｂに供給して
いる。また、Vsig＞Vrefの場合は、上記の逆となりトラ
ンジスタQ₁をオフさせる。

［発明が解決しようとする課題］かかる従来例においては以下のような問題がある。す
なわち、積分信号Vsigが上昇し、基準電圧Vrefをわずか
に越えた時点で、トランジスタQ₁がオフするため、再び
積分信号Vsigが低下し、トランジスタQ₁がオンする。以
後、この動作が繰り返されて発振し、安定な制御ができ
ないという問題がある。また、降圧トランジスタＴのイ
ンダクタンス成分があるため、オンオフ時に逆起電圧が
発生し、回路素子が破壊される虞れがある。

この従来例の欠点を克服するため、第８図に示すよう
に、反転比較回路のオペアンプOP₂の出力段にコンデン
サC₂を追加することにより、反転比較の出力を遅延させ
ることと、トランジスタQ₁，Q₂のスイッチング時間を増
加させることにより、逆起電圧の発生を低下させること
が考えられる。しかし、この方法は、トランジスタQ₁，
Q₂のスイッチングロスが増加し、好ましくない。

本発明は、上述の点に鑑みて提供したものであって、
回路動作の安定、回路素子に悪影響を与えず且つ損失の
少ない充電装置を提供することを目的としたものであ
る。

［課題を解決するための手段］本発明は、商用電源を降圧トランスと整流器により降
圧整流された電源を充電電源とし、この充電電源と二次
電池とに介装されたスイッチ素子のオンオフのデューテ
ィを変化させることによって充電電流を一定化させる制
御回路を有し、充電電流を検出する充電電流検出部と、
スイッチ素子のオンオフの制御を行なう比較回路との間
のフィードバックループに複数の積分要素を備えたもの
である。

また、スイッチ素子のオンが商用周波数の半サイクル
に１回行なわれるように積分要素の定数を設定してい
る。

［作用］しかして、本発明は、充電電流検出部と比較回路との
間のフィードバックループに複数の積分要素を設けて、
この積分要素により適度な遅延時間を与えるようにし、
スイッチ素子のオンオフのデューティを変化させて充電
電流を制御する際に、充電電流の変化に対してスイッチ
素子のオンオフを遅延させることにより降圧トランスに
よる逆起電圧の発生を低下させるのはもちろんのこと、
スイッチ素子のスイッチングロスの増加を抑制して効率
を高めるとともに発熱量を低減しているのである。

［実施例１］以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第１図は基本構成のブロック図を示し、充電電源に、ス
イッチ素子と、二次電池Ｂ及び充電電流検出部を直列に
接続している。また、充電電池検出部の出力を増幅する
増幅回路１と、増幅回路１出力を積分する２つの積分回
路2,3と、積分回路３出力を基準電圧と比較する比較回
路４とからなる制御回路を有し、この制御回路を含むフ
ィードバックループにて比較回路４出力によりスイッチ
素子のオンオフのデューティを変化させている。尚、増
幅回路１と積分回路2,3との順序は入れ替えても良い。

第２図は具体回路図を示し、オペアンプOP₁、抵抗R₂
〜R₅等で上記増幅回路１を構成し、また、抵抗R₆とコン
デンサC₁とで積分回路２を構成し、オペアンプOP₂、抵
抗R₈、コンデンサC₂等で積分回路３を構成し、オペアン
プOP₃、抵抗R₉，R₁₀等で比較回路４を構成している。ま
た、比較回路４に基準電圧を供給すべく３端子レギュレ
ータRegが設けてある。第３図はタイムチャートを示
し、第２図の（イ）〜（リ）と第３図（ａ）〜（ｈ）に
示す（イ）〜（リ）の波形とは対応している。

降圧トランスＴにて降圧した電圧を整流した整流器Re
の出力端（イ）には第３図（ａ）に示すような波形が出
力され、トランジスタQ₁のオンオフにより（ロ）点には
第３図（ｂ）に示すような波形が、（ハ）点には電池Ｂ
の電圧V_Bにより規制された第３図（ｅ）に示すような波
形が夫々現れる。本実施例では充電電流検出用として抵
抗R₁を用い、この抵抗R₁の両端の電圧を抵抗R₂〜R₅とオ
ペアンプOP₁からなる差動増幅回路１で増幅し、第３図
（ｄ）に示すように充電電流に比例した電圧を得てい
る。この（ニ）点に現れる電圧を第３図（ｅ）に示すよ
うに、抵抗R₆とコンデンサーC₁によって積分する。さら
にこの積分した信号をオペアンプOP₂と抵抗R₈とコンデ
ンサC₂からなる積分回路３によって（ホ）と（へ）のリ
ップル位相差ψを生じさせている（第３図（ｆ））。こ
のようにして得られた充電電流に比例した信号（ヘ）と
定電圧電源を抵抗R₉，R₁₀で分圧して得られる基準電圧
（ト）と比較し、第３図（ｇ）に示すように、基準電圧
より低ければＨレベルが、高ければＬレベルがオペアン
プOP₃より出力される。そして、オペアンプOP₃の出力に
よりトランジスタQ₂，Q₁をオンオフして、電池Ｂに抵抗
R₁とダイオードD₁を介して第３図（ｈ）に示すような充
電電流を流すようにしている。尚、抵抗R₇はオペアンプ
OP₂のバラツキを吸収するためのものである。このよう
に構成することで、比較回路４の前に積分回路2,3を設
けているために、適度な遅延時間を設けることができ、
そのため、降圧トランスＴの逆起電圧の抑制を図ること
ができ、また、回路動作の安定化を図ることができる。

ところで、本回路の定数は、トランジスタQ₁のオンオ
フが商用電源の半サイクルに１回の割合に設定してい
る。これは、頻繁にオンオフを繰り返すと、前述の通
り、降圧トランスＴの逆起電圧が増加し、回路素子の破
壊や回路動作が不安定となるため、トランジスタQ₁のオ
ンオフを商用電源の半サイクルの１回の割合で行なうこ
とで、これらを防止している。逆に第３図（ｆ）に示す
リップル位相差ψを90°以上とすると、整流器Reの利用
率の低下と、降圧トランスＴの偏磁等によって損失が低
下することを防止するためである。

［実施例２］本発明は、先の実施例の回路構成に限られるものでは
なく、第４図に示すような回路構成でも良い。先の実施
例の構成は、であったが、第４図の場合は以下の構成としている。す
なわち、としている。

まず、電池Ｂの充電電流に比例した抵抗R₁の両端電圧
を、積分回路２の抵抗R₂とコンデンサC₁とにより積分
し、その積分出力を増幅回路１のオペアンプOP₁で非反
転増幅する。こうして得られた出力を積分回路３の抵抗
R₅とコンデンサC₂にて更に積分することにより、第３図
（ｆ）に示す位相差ψを作り出す。この積分した信号を
基準電圧Vrefと比較し、オペアンプOP₂のＨレベルの出
力又はＬレベルの出力によりトランジスタQ₁をオンオフ
させて、電池Ｂを充電するものである。

ところで、第５図は上記第２図の回路を充電制御回路
11として一部に用いた非常灯点灯装置のブロック図を示
し、非常灯点灯装置は商用電源ACを降圧トランスＴで降
圧し、整流平滑回路10aにて平滑して直流電源を形成す
る直流電源回路10と、この直流電源から二次電池Ｂをト
リクル充電する充電制御回路11と、二次電池Ｂ出力によ
って白熱ランプＬを点灯させる点灯制御回路12と、商用
電源ACの停電を検出する停電検出回路13出力及び電池Ｂ
電圧が所定値以上かどうかを検出する電池電圧検出回路
14出力に基づいて充電制御回路11及び点灯制御回路12の
動作を切り替え制御する切り替え制御回路15と、正常な
白熱ランプＬが接続されているかどうかを検出する接続
検出回路16と、充電が正常に行なわれているかどうか及
び正常な白熱ランプＬが接続されているを表示する動作
表示回路17とで構成されている。また、第６図は具体回
路例を示すもので、直流電源回路10、動作表示回路17の
発光ダイオードLD、点灯制御回路12のトランジスタQ₁、
回路電源を形成する３端子レギュレータRegを除く各回
路は１枚のプリント板に実装されいる。

［発明の効果］本発明は上述のように、商用電源を降圧トランスと整
流器により降圧整流された電源を充電電源とし、この充
電電源と二次電池とに介装されたスイッチ素子のオンオ
フのデューティを変化させることによって充電電流を一
定化させる制御回路を有し、充電電流を検出する充電電
流検出部と、スイッチ素子のオンオフの制御を行なう比
較回路との間のフィードバックループに複数の積分要素
を備えたものであるから、充電電流検出部と比較回路と
の間のフィードバックループに複数の積分要素を設け
て、この積分要素により適度な遅延時間を与えるように
し、スイッチ素子のオンオフのデューティを変化させて
充電電流を制御する際に、充電電流の変化に対してスイ
ッチ素子のオンオフを遅延させることにより降圧トラン
スによる逆起電圧の発生を低下させ、回路動作が安定化
するのはもちろんのこと、スイッチ素子のスイッチング
ロスの増加を抑制して効率を高めるとともに発熱量を低
減することができるという効果がある。

また、スイッチ素子のオンが商用周波数の半サイクル
に１回行なわれるように積分要素の定数を設定している
ことにより、スイッチ素子の損失の低下を図ることがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は同上の
具体回路図、第３図は同上の動作波形図、第４図は同上
の他の実施例の具体回路図、第５図は同上の本発明の回
路を用いた非常灯点灯装置のブロック図、第６図は同上
の具体回路図、第７図は従来例の具体回路図、第８図は
他の従来例の具体回路図である。 ACは商用電源、Ｔは降圧トランス、Reは整流器、Ｂは二
次電池、４は比較回路、Q₁はトランジスタである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源を降圧トランスと整流器により降
圧整流された電源を充電電源とし、この充電電源と二次
電池とに介装されたスイッチ素子のオンオフのデューテ
ィを変化させることによって充電電流を一定化させる制
御回路を有し、充電電流を検出する充電電流検出部と、
スイッチ素子のオンオフの制御を行なう比較回路との間
のフィードバックループに複数の積分要素を備えたこと
を特徴とする充電装置。
【請求項２】スイッチ素子のオンが商用周波数の半サイ
クルに１回行なわれるように積分要素の定数を設定した
ことを特徴とする請求項１記載の充電装置。