JP3270934B2 - インバータ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は二次電池の充電に使用す
るインバータ回路の改良であって、特に負荷の大幅な変
動に対応して出力を増減可能としたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のインバータ回路で行われる
出力制御として、入力電圧が大幅に増大したり過負荷状
態になった場合に、例えば一次側コイルに流れる電流の
増大を検知して出力を抑制することにより、出力トラン
ジスタのコレクタ電流を制限してインバータ回路を保護
するものが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、インバータ回路
の一部を構成する出力コイル部分および該出力コイルに
より充電される二次電池を分離して携帯用の機器内に収
納するものが提案されているが、かかる場合において
も、携帯用機器部分を充電装置本体から切り離した無負
荷時に、インバータ回路の出力を定格値から低減させる
ことが回路の安全上からも好ましい。

【０００４】かかる要望に対し、携帯用機器の切り離し
時をリミットスイッチの様な検知手段を利用して機械的
に検知し、インバータ回路の出力を抑制する方法が考え
られる。しかしながら、無負荷状態を機械的に検知する
方法は、オンオフの様な択一的な制御に限定され、連続
的な負荷変動に対する適切な制御が行えないとともに、
充電状態を間接的に検知しているため、ともすると誤動
作する可能性が否定できない。

【０００５】かかる不都合に対して本発明者は考察を行
った結果、インバータ回路のレギュレーション特性に起
因して、二次側のコイルでコンデンサを充電すると、そ
の充電電圧は二次側の負荷が減少するほど急激に増大
し、この負荷状態に対応した充電電圧を利用することに
よってインバータ回路の出力を有効に制御できることを
知見した。

【０００６】本発明は上記した知見に基づいてなされた
ものであって、電源スイッチをオンオフするなどして負
荷を取り外し、あるいは出力巻線が断線することによっ
て無負荷状態になった場合、二次側コイルによるコンデ
ンサの充電電圧を利用してトランジスタのオン時間を必
要最小限に抑制することにより、無負荷時における出力
電圧の増大を防止するとともに、トランジスタの過熱を
可及的に抑制できるインバータ回路を提供することを目
的とする。

【０００７】本発明は更に、二次側コイルとして帰還コ
イルを利用することにより、部品点数の増加を抑制しな
がら的確な充電制御が行われるインバータ回路を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明にかかるインバータ回路５２において
は、図１においてその基本的な構成を示す様に、一次側
のコイル６６をオンオフ規制するスイッチング用のトラ
ンジスタ６４と、そのトランジスタ６４のオフ期間中
に、帰還コイル７６により充電されるコンデンサ８２
と、そのコンデンサ８２と直列に接続される、所定の閾
値を有するスイッチング手段８７とを備えている。

【０００９】更に、上記したスイッチング手段８７は、
トランジスタ６４のオン期間に対応してその値が上昇す
る制御電圧Ｖｂと上記したコンデンサ８２の充電電圧Ｖ
ｃとの和電圧の印加によりオンしてコンデンサ８２を放
電可能とするとともに、前記したコンデンサ８２の放電
電流によりトランジスタ６４のベース電流をバイパスし
て該トランジスタ６４をオフ可能としている。

【００１０】

【作用】上記した構成により、図２（ａ）で例示する如
く、トランジスタ６４のベース・エミッタ間に逆バイア
ス電圧が印加されてトランジスタ６４がオフするのと同
時にコンデンサ８２は帰還コイル７６により充電される
が、インバータ回路５２のレギュレーション特性によ
り、負荷電流量が小さくなるほど帰還コイル７６により
充電されるコンデンサ８２の充電電圧Ｖｃは上昇する。

【００１１】次に、図２（ｂ）の様にコンデンサ７４の
高抵抗７２を通じた充放電が進み、トランジスタ６４の
ベース電圧が設定値を超えると、トランジスタ６４にコ
レクタ電流が流れ始める。すると、図２（ｃ）の様に、
一次側コイル６６の電流変化が帰還コイル７６からの出
力電圧を上昇させてベース電流を増加させ、トランジス
タ６４を急激にオンさせる。この時、帰還コイル７６か
らの出力電圧の上昇に伴ってベース電圧Ｖｂが更に上昇
して行くが、該ベース電圧Ｖｂが制御電圧として充電電
圧Ｖｃに加算されてスイッチング手段８７に対して印加
され、その電圧値がスイッチング手段８７の閾値を超え
ると該スイッチング手段８７はオンし、ベース電流をバ
イパスすると同時に図２（ｄ）の様にコンデンサ８２を
放電する。

【００１２】このベース電流のバイパス動作によって、
トランジスタ６４のコレクタ電流の増加が止まり、帰還
コイル７６の出力電圧が減少し更に反転することによ
り、トランジスタ６４は図２（ａ）の様にオフする。

【００１３】ここで、コンデンサ８２の充電電圧はスイ
ッチング手段８７をオンする方向に働くとともに、その
電圧値は負荷電流が小さくなるほど大きくなるため、例
えば負荷に対する給電が全くなくなると、トランジスタ
６４のオフ開始時期が定格負荷時よりも早まって必要最
小限の時間だけトランジスタ６４をオンさせ、トランジ
スタ６４に対する通電電流量が抑制されるのである。

【００１４】

【発明の効果】本発明は上記の如く、インバータ回路５
２が無負荷あるいはそれに近い状態となった場合に、ト
ランジスタ６４のオフ時期を早めてコレクタ電流を減少
させる様に構成したので、無負荷時における出力電圧の
増大が抑制されるとともに、トランジスタ６４における
熱損失が可及的に低減され、回路全体の安全が有効に図
られる。更に、コンデンサ８２の充電に帰還コイル７６
を利用することにより、部品点数の増加を抑制しなが
ら、的確な充電制御を可能とする。

【００１５】

【実施例】以下本発明を、図３および図４に例示する充
電式の電動歯ブラシ１０に実施した一例を示すがこれに
限らず、スイッチ操作により負荷をオンオフし、あるい
は充電装置部分それ自体を分離可能とすることにより、
インバータ回路に対する負荷を定格状態から減少可能と
した各種小型電気機器に対しても略同様に実施できるこ
とは勿論である。

【００１６】本発明を実施した電動歯ブラシ１０は、電
源プラグ１２を介して商用交流電源１４に接続されるイ
ンバータ式の充電スタンド１６と、該充電スタンド１６
の上面側に設けた受け部１８に対してその下端が着脱自
在に嵌まる歯ブラシ本体２０とから構成される。

【００１７】歯ブラシ本体２０には、インバータ式の充
電装置における出力コイル２２から後半部分を分離して
備えた電源部２４と、該電源部２４の動作状態を操作者
に対して示す表示部２６とを備え、常時は歯ブラシ本体
２０を充電スタンド１６上に載置し、充電スタンド１６
側から無接触状態で送られる微小電流によって電源部２
４の二次電池２８に対して３６時間程度の長時間をかけ
た低速充電を行い、使用時には歯ブラシ本体２０を充電
スタンド１６から取り上げて電源スイッチ３０をオンす
ることにより二次電池２８からモータ３２に給電され、
モータ３２の回転が伝達機構３４を介して歯ブラシ３６
の振動に変換される。

【００１８】歯ブラシ本体２０の電源部２４は、充電ス
タンド１６に対して歯ブラシ本体２０を正常に載置した
際、充電スタンド１６側に備えたトランス鉄心４０の配
置位置に出力コイル２２が接近することにより、無接触
状態で充電スタンド１６側から充電電流を取り出し可能
としたものであって、半周期間の電流を選択して取り出
す整流用のダイオード４２と、該ダイオード４２の出力
側に接続されて充電される二次電池２８とを備えてい
る。

【００１９】表示部２６は、二次電池２８と並列に接続
されて電源部２４による充電状態に対応した表示を可能
とするものであって、二次電池２８に対する充電が行わ
れている半周期間中に駆動電流を流入可能に接続された
発光ダイオード４４と、該駆動電流の大きさを制限する
抵抗４６と、発光ダイオード４４に印加される電圧を補
償する補助コイル４８とから構成される。

【００２０】補助コイル４８は、二次電池２８の端子電
圧が１．２Ｖ程度であるのに対し、発光ダイオード４４
の閾値がそれより高い１．８Ｖ程度あるためにその不足
分を補うものであって、上記した出力コイル２２と接近
して配置することにより、充電スタンド１６側から例え
ば１．０Ｖ程度の電圧を取り出し可能とするとともに、
該電圧が発光ダイオード４４に対して出力コイル２２と
同位相で印加される様に巻き方向を設定している。

【００２１】かかる構成により、二次電池２８に対する
正常な充電動作中は、通電回路中に介装されたダイオー
ド４２によって発光ダイオード４４の逆耐圧を上昇させ
る一方、ダイオード４２を介して出力コイル２２からの
出力電圧を印加することによる電圧降下分を補助コイル
４８の出力電圧が補償して安定した発光を可能とする。

【００２２】一方、充電スタンド１６上に正しく歯ブラ
シ本体２０が設置されていなかったり、電源スイッチ３
０がオンされたまま充電されて大電流が取り出されるこ
とによって補助コイル４８からの出力電圧が低下した場
合には消灯して、正常な充電が行われていないことを表
示する。

【００２３】上記した歯ブラシ本体２０に充電電流を送
る充電スタンド１６はインバータ式の充電装置であっ
て、保護回路５０とインバータ回路５２とから構成され
る。

【００２４】保護回路５０は、インバータ回路５２に対
する給電ラインと直列に接続された金属皮膜抵抗５４に
より大電流の入力を阻止する一方、並列に接続された過
電圧吸収素子５６によりサージ電圧の入力を防止する。
更に整流器５８により入力電圧を整流したあと、温度ヒ
ューズ６０によって過熱時におけるインバータ回路５２
の動作を強制的に停止可能とし、またコンデンサ６２に
よりインバータ回路５２側からのノイズの流出を阻止す
る様にしている。

【００２５】インバータ回路５２は、スイッチング用ト
ランジスタ６４のコレクタ側に一次コイル６６を、エミ
ッタ側に保護用抵抗６８を各々介装するとととも、ベー
ス側に出力制御部７０を備えている。

【００２６】出力制御部７０は、抵抗７２、コンデンサ
７４および帰還コイル７６を直列に接続したものであっ
て、抵抗７２およびコンデンサ７４の充放電時定数によ
りスイッチング用トランジスタ６４のオンオフ周期を例
えば４０ｋＨｚ程度に規制する一方、帰還コイル７６お
よびコンデンサ７４でスイッチング用トランジスタ６４
がオンする最長時間を規制する様にしている。

【００２７】すなわち、抵抗７２を介してコンデンサ７
４が充電され、スイッチング用トランジスタ６４のベー
ス電圧が設定値を越えると一次コイル６６にコレクタ電
流が流れ始め、かかるコレクタ電流の増加が帰還コイル
７６におけるトランジスタ６４をオンする方向への電圧
を発生させ、トランジスタ６４を急激にオンさせる。ト
ランジスタ６４のオン後、コンデンサ７４の充放電がす
すみ、ベース電流が減少することによって帰還コイル７
６から出力される電圧の方向が反転し、トランジスタ６
４のベース・エミッタ間に逆バイアスを加えて、トラン
ジスタ６４を急激にオフするのである。

【００２８】なお、一次コイル６６と並列に接続された
コンデンサ７８は、トランジスタ６４のオフ時に発生す
る衝撃電圧を吸収するものである。またトランジスタ６
４のエミッタ側に介装された保護用抵抗６８は、コレク
タ電流の増大に対応してトランジスタ６４のエミッタ電
位を上昇させることによってトランジスタ６４のオフ時
期を規制し、過大な電流がトランジスタ６４に流入する
ことを防止するものである。

【００２９】本発明は上記した構成に加えて、スイッチ
ング用トランジスタ６４のベース側に、該トランジスタ
６４のオン時間を負荷の減少時に定格値より抑制可能と
する出力制限部８０を備えたことを特徴とする。

【００３０】出力制限部８０は、前記した帰還コイル７
６と並列にコンデンサ８２を接続するとともに、該コン
デンサ８２と直列にツエナーダイオード８４を接続した
ものである。ここで、帰還コイル７６とコンデンサ８２
間には、スイッチング用トランジスタ６４のオフ期間に
限定して充電を可能とするダイオード８６を介装する一
方、ツエナーダイオード８４とコンデンサ８２間には、
トランジスタ６４のオン期間中にベース電圧によりオン
し、コンデンサ８２を放電可能な方向にダイオード８８
が介装されている。

【００３１】したがって、トランジスタ６４のオフ期間
中に帰還コイル７６により充電されるコンデンサ８２の
充電電圧は、インバータ回路５２から取り出される負荷
電流が小さいほど大きくなり、この充電電圧がツエナー
ダイオード８４に対してオンさせる方向にベース電圧に
加算して印加される結果、定常の充電中より低いベース
電圧でツエナーダイオード８４はオンし、ベース電流を
分流してトランジスタ６４のオン時間を短縮する。

【００３２】図５はインバータ回路５２の他の実施例で
あって、本実施例にあっては、スイッチング手段８７と
してトランジスタの様な３端子の素子を使用するととも
に、該スイッチング手段８７をオンさせるための制御電
圧Ｖｂとして、保護抵抗６８における降下電圧を利用
し、制御回路中に充電電圧Ｖｃと制御電圧Ｖｂとが直列
に介装される様に構成している。この場合、スイッチン
グ手段８７の閾値を上昇させるために、制御回路中に整
流用のダイオードあるいはツエナーダイオードを更に介
装させてもよい。

【００３３】なお、ツェナーダイオード８４と整流用ダ
イオード８８に代えて、任意の閾値を有する各種スイッ
チング手段８７が使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成を示す電気回路図であ
る。

【図２】図１の動作を説明する図である。

【図３】本発明を電動歯ブラシに実施した一例を示す概
略図である。

【図４】図３の回路構成を具体的に示す電気回路図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例を示す電気回路図である。

【符号の説明】

１６ 充電スタンド ２０ 歯ブラシ本体 ２２ 出力コイル ２８ 二次電池 ５２ インバータ回路 ６４ スイッチング用トランジスタ ６６ 一次コイル ６８ 保護用抵抗 ７０ 出力制御部 ７２ 抵抗 ７６ 帰還コイル ８０ 出力制限部 ８２ コンデンサ ８４ ツエナーダイオード ８８ ダイオード

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次側のコイル（６６）をオンオフ規制
   するスイッチング用のトランジスタ（６４）と、 該トランジスタ（６４）のオフ期間中に帰還コイル（７
   ６）により充電されるコンデンサ（８２）と、 該コンデンサ（８２）と直列に接続される、所定の閾値
   を有するスイッチング手段（８７）とを備え、該 スイッチング手段（８７）は、前記トランジスタ（６
   ４）のオン期間中に対応してその値が上昇する制御電圧
   Ｖｂと、前記コンデンサ（８２）の充電電圧Ｖｃとの和
   電圧の印加によりオンして前記コンデンサ（８２）を放
   電可能とするとともに、 前記コンデンサ（８２）の放電電流により前記トランジ
   スタ（６４）のベース電流をバイパスして該トランジス
   タ（６４）をオフ可能としたことを特徴とするインバー
   タ回路。
2. 【請求項２】 前記スイッチング手段（８７）は、ツエ
   ナーダイオード（８４）と整流用のダイオード（８８）
   とを直列に接続したものであり、前記 制御電圧Ｖｂは、前記スイッチング用トランジスタ
   （６４）のベース電圧である請求項１記載のインバータ
   回路。