JP3289076B2 - 充電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ニカド電池などの充
電池に対する充電を可能とするインバータ式の充電装置
であって、特に検知信号の入力に対してインバータにお
ける発振動作を強制的に停止可能としたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の充電装置は、充電すべき二
次電池が装置内に固定またはそれに近い状態であること
を前提としていたため、充電状態の検知回路およびイン
バータ回路の制御手段は、いずれもインバータ回路から
出力される低圧の直流電圧で駆動するものが一般的であ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、充電す
べき二次電池を使用者が任意に挿脱する形式のものにあ
っては、ともすると二次電池の取り扱いを誤り、インバ
ータ回路の動作中にかかわらず十分な出力電圧を得るこ
とができず、インバータ回路が過負荷状態となって破損
する虞れがある。

【０００４】かかる問題に対し、インバータ回路の入力
側の高圧直流電圧を直接的に降圧して検知および制御に
利用することも考えられるが、インバータ回路を停止さ
せるためには比較的大電流の制御が必要となるため、各
素子に大電力用のものを使用しなければならないなど、
小型化および低価格化の障害となっていた。

【０００５】本発明者は上記した不都合に鑑みて考察を
行った結果、インバータ回路における出力トランジスタ
のオフ期間中に帰還コイルから出力される電圧でコンデ
ンサを充電しておき、この充電電圧で出力トランジスタ
を逆バイアスすることにより、小電流の制御でインバー
タ回路を迅速に停止できることを知見した。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、制御素子
に低電力用のものが使用でき、装置全体の小型化および
低価格化が図れる充電装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【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、本発明にかかる充電装置にあっては、図４にその
基本的な構成を示す如く、挿脱自在に接続される二次電
池１６に対し、商用交流電圧２６を整流した高圧直流電
圧を低圧直流電圧に変換して所定の充電電流を供給可能
とするインバータ回路部３０および充電部３４と、二次
電池１６の充電状態を調べ、予め設定した充電の終了条
件が検知されると所定の検知信号を出力可能とする充電
状態検知部３６と、検知信号の入力と連動し、前記した
インバータ回路部３０における発振動作を強制的に停止
するインバータ制御部４０とを備えている。 また、温度
が設定値を超えると検知信号を前記したインバータ制御
部４０に送る温度検知部３８を更に備え、その温度検知
部３８とインバータ制御部４０を、高圧直流電圧を直接
降圧した電圧で駆動させる一方、充電状態検知部３６は
インバータ回路部３０からの出力電圧により駆動させ
る。

【０００７】更にインバータ制御部４０には、図１に示
す如く、インバータ回路部３０に備えた帰還コイル６０
の出力電圧により充電されるコンデンサ１８２と、検知
信号の入力と連動してオンし、インバータ回路部３０に
おける出力トランジスタ５４のベース・エミッタ間にコ
ンデンサ１８２の充電電圧による逆バイアス電圧を印加
可能とするスイッチング用トランジスタ１８４とを備え
ている。

【０００８】

【作用】上記した構成により、正常な二次電池１６が充
電に供されている場合は、インバータ回路部３０および
充電部３４が作動し、二次電池１６は規定の充電電流が
供給されて充電が行われる。かかる場合にあっては、イ
ンバータ回路部３０の出力トランジスタ５４がオンオフ
動作を繰り返して一次コイル５６に流れる電流を断続す
る結果、出力トランジスタ５４のオフ期間中に、図２
（ａ）の如く、充電部３４が二次電池１６の充電を行う
のと同時に、帰還コイル６０の出力電圧によりコンデン
サ１８２は充電される。

【０００９】ここで、インバータ回路部３０が異常な過
負荷状態になるなどして、インバータ回路部３０からの
出力電圧で駆動される充電状態検知部３６が正常に働か
ない場合にあっては、二次電池１６やインバータ回路部
３０の温度が上昇する結果、高圧直流電圧を直接降圧し
た電圧で駆動される温度検知部３８が検知動作を行い、
検知信号１０４をインバータ制御部４０に送る。そして
検知信号１０４がスイッチング用トランジスタ１８４に
入力されると、そのトランジスタ１８４はオン状態とな
る。この時、図２（ｂ）で示す如く、インバータ回路部
３０の出力トランジスタ５４がオン期間中であれば、オ
フ期間中に帰還コイル６０の出力電圧で充電されている
コンデンサ１８２の充電電圧が出力トランジスタ５４の
エミッタ・ベース間に逆バイアス状態で印加される結
果、出力トランジスタ５４は急激にオフされるのであ
る。

【００１０】

【発明の効果】本発明は上記の如く、インバータ回路部
３０の駆動電圧で、装置全体の温度を検知する温度検知
部３８と、インバータ回路部３０の停止制御を行うイン
バータ制御部４０とを駆動する様に構成したので、装置
全体の安全性を向上できる。更に、出力トランジスタ５
４のオフ期間中に充電されたコンデンサ１８２の充電電
圧を利用して出力トランジスタ５４を強制的にオフする
様に構成したので、スイッチング用トランジスタ１８４
で制御すべき電流値は小さく抑制され、そのトランジス
タ１８４を始めとする各制御素子に小電力のものが使用
可能となり、装置全体の小型化および低価格化が図れ
る。

【００１１】

【実施例】以下本発明にかかる充電装置を、ガムタイプ
のニカド電池を充電するものに実施した一例に基づいて
説明するがこれに限らず、各種タイプの二次電池を充電
する、充電専用に構成された装置あるいは各種小型電気
機器に内蔵された回路に対しても略同様に実施できるこ
とは勿論である。

【００１２】本発明にかかる充電装置１０は、図３にそ
の全体的な構成を示す如く、略矩形状に形成した本体ケ
ース１２の正面１４側に二次電池１６の装着部１８を凹
設するとともに、その周囲に発光ダイオード２０を配設
して充電時期を表示可能とする一方、裏面２２側にプラ
グ刃２４を本体ケース１２から出没自在に設け、更に内
部に電気回路を収納している。

【００１３】本体ケース１２に収納される電気回路は、
図４に示す如く、プラグ刃２４を介して入力される商用
交流電圧２６を全波整流する整流部２８と、その整流さ
れた高圧直流電圧を低周波のパルス信号に変換するイン
バータ回路部３０と、インバータ回路部３０の出力信号
をトランス３２を使用して降圧整流し所定の低圧直流電
圧を形成して二次電池１６に供給する充電部３４と、イ
ンバータ回路部３０の出力電圧で駆動され、二次電池１
６の充電状態に対応した検知信号１０４を出力する充電
状態検知部３６と、整流部２８の出力電圧で直接駆動さ
れ、本体ケース１２内部の温度に対応した検知信号１０
４を出力する温度検知部３８と、検知信号１０４の入力
と連動してインバータ回路部３０の動作を強制的に停止
するインバータ制御部４０とを備えている。

【００１４】商用交流電圧２６は、温度ヒューズ４２を
介して整流部２８に入力され、該整流部２８で全波整流
されて高圧直流電圧が出力される。かかる高圧直流電圧
は、図３および図５に示す如く、二次電池１６の装着部
１８に対する差し込み時期に対応してオンする常開のス
イッチ４４を介してインバータ回路部３０に印加される
とともに、電圧降下用の高抵抗４６と電圧安定用の定電
圧ダイオード４８およびコンデンサ５０を備えた降圧回
路５２で所定の低圧直流電圧に変換したものを、インバ
ータ制御部４０と温度検知部３８に印加することによ
り、インバータ回路部３０からの出力電圧の有無にかか
わらず、両者４０・３８を確実に動作してインバータ回
路部３０の制御が行える様にしている。

【００１５】

【インバータ回路部】インバータ回路部３０は、出力ト
ランジスタ５４のコレクタ側に一次コイル５６を、ベー
ス側に帰還回路５８を各々備えている。帰還回路５８
は、帰還コイル６０、コンデンサ６２および抵抗６４を
直列に接続したものであって、更にベース端と電源ライ
ン６６との間に高抵抗６８を接続するとともに、一次コ
イル５６と並列に出力トランジスタ５４のオフ時の衝撃
電圧吸収回路７０を接続している。

【００１６】かかる構成により、出力トランジスタ５４
のオフ期間中に、抵抗６８を通じてコンデンサ６２を放
電し終えると出力トランジスタ５４にベース電流が流れ
始める。すると一次コイル５６にも電流が流れ始め、こ
の一次コイル５６中の電流変化により帰還コイル６０に
帰還電圧が発生する。この帰還電圧がコンデンサ６２お
よび抵抗６４を通じて出力トランジスタ５４のベース電
流を増加させる結果、出力トランジスタ５４は急激にオ
ンする。すると一次コイル５６に流れる電流の大きさが
略直線状に増大し、帰還コイル６０からは略一定の帰還
電圧が出力され、この電圧で出力トランジスタ５４のベ
ース端に接続された定電圧ダイオード７２を駆動させて
ベース電圧を安定化させることにより、出力トランジス
タ５４は安定したオン状態を維持する。

【００１７】かかる状態で、所定の時定数でコンデンサ
６２の充電が進むと、出力トランジスタ５４のベース電
流が減少し、このベース電流の減少が一次コイル５６に
流れる電流の増加を抑える結果、帰還電圧の大きさは減
少し更にその極性は反転する。この帰還電圧の反転は、
出力トランジスタ５４のベース・エミッタ間を逆方向に
バイアスして出力トランジスタ５４を急激にオフする。

【００１８】本発明を実施したインバータ回路部３０に
あっては、上記した基本的な回路に加えて、出力電流の
制限回路７４と帰還電圧の制限回路７６とを更に備え
る。出力電流制限回路７４は、出力トランジスタ５４の
エミッタ側は抵抗７８が介装され、更にその抵抗７８の
両端電圧でトランジスタ８０をオン可能とすることによ
り、該トランジスタ８０のエミッタ・コレクタ間で出力
トランジスタ５４のベース電流をバイパスさせる。すな
わち、一次コイル５６に流れる電流の大きさが設定値を
越えると強制的に出力トランジスタ５４のベース・エミ
ッタ間を短絡してオフし、該トランジスタ５４のオフ時
に取り出される電流量を、入力電圧の増大にかかわらず
略一定に制限する。

【００１９】一方、帰還電圧制限回路７６は、コンデン
サ６２と並列に制御用のトランジスタ８２を接続した定
電圧回路であって、帰還電圧の大きさが設定値を越える
とダイオード８３、抵抗８５および定電圧ダイオード８
４に電流が流れ、制御用トランジスタ８２にコレクタ電
流を流すことによって、帰還電圧の増大にかかわらず、
制御用トランジスタ８２のエミッタ端における電圧値を
設定値以下に制限する。

【００２０】

【充電部】充電部３４は、図６に示す如く、インバータ
回路部３０の出力トランジスタ５４のオフ期間に二次コ
イル８６から出力される電流をダイオード８８で選択的
に二次電池１６に供給して充電する充電回路９０と、二
次電池１６の充電期間に対応して点灯する表示回路９２
とから構成される。

【００２１】表示回路９２は、出力トランジスタ５４の
オン期間に出力される電流で発光ダイオード２０に通電
して充電時期表示を行わせるものであって、本体ケース
１２の装着部１８に設ける負極用電極９４を、図３に示
す如くやや離間して配置された２本のピン状の電極９４
ａ・９４ｂとするとともに、一方の電極９４ａを二次コ
イル８６の一方の端子に、他方の電極９４ｂを発光ダイ
オード２０と電流制限用の抵抗９６を介して二次コイル
８６の他方の端子に接続している。従って、二次電池１
６が装着部１８に正しく挿入された場合にのみ２つの電
極９４ａ・９４ｂは二次電池１６の負極で短絡され、発
光ダイオード２０に通電して充電時期を表示させる。

【００２２】

【充電状態検知部】充電状態検知部３６は、充電開始か
ら例えば１５分程度の設定時間が経過後に所定の信号を
発生するタイマー回路９８と、充電中の端子電圧を調
べ、該端子電圧が設定値を超えると信号を発生する過電
圧検知回路１００と、端子電圧が略０ボルトにまで低下
すると信号を発生するゼロ電圧検知回路１０２と、上記
した各信号の入力と連動して検知信号１０４を発生する
検知信号発生回路１０６と、充電状態検知部３６の全体
に所定の電力を供給する電源回路１０８とから構成され
る。

【００２３】電源回路１０８は、インバータ回路部３０
の一次コイル５６と同一鉄心上に巻かれた三次コイル１
１０から、ダイオード１１２を介して出力トランジスタ
５４のオフ期間中に出力される電流を選択的に取り出す
とともに、コンデンサ１１４あるいは定電圧ダイオード
１１６により安定化させたものである。

【００２４】タイマー回路９８は、インバータ回路部３
０が作動して電源回路１０８から電圧が出力されると所
定のリセット信号１１８を発生するリセット回路１２０
と、このリセット信号１１８の入力と連動してカウント
を開始し、所定数のカウントを完了すると出力端１２１
がオフして信号を出力するカウンタ１２２とを備える。

【００２５】リセット回路１２０は、インバータ回路部
３０の始動と連動して上昇する電源回路１０８の出力電
圧が印加されるコンデンサ１２４と、電源回路１０８か
らの出力電圧が印加され、その電圧が所定のツエナー電
圧を超えるとコンデンサ１２６に通電する定電圧ダイオ
ード１２８と、コンデンサ１２６の両端がベース・エミ
ッタ間に接続され、その充電電圧がターンオン電圧を超
えるとコレクタ・エミッタ間およびダイオード１３０で
上記したコンデンサ１２４の両端を短絡し、カウンタ１
２２にリセット信号１１８を印加可能とするトランジス
タ１３２とから構成される。

【００２６】過電圧検知回路１００では、電源回路１０
８から出力される安定化電圧を抵抗１３４・１３６で分
圧して基準電圧を形成する。一方、充電回路９０の正極
用の電極１３８および一方の負極用電極９４bの両端を
抵抗１４０・１４２・１４４で分圧することにより、充
電中における二次電池１６の端子電圧に比例した検知電
圧を取り出す。

【００２７】ここで基準電圧を、充電の進行にともなう
二次電池１６の端子電圧のピーク値より稍低い値に設定
するとともに、かかる基準電圧と検知電圧とを比較器１
４６で比較し、検知電圧が基準電圧を上回ると信号を検
知信号発生回路１０６に送ることにより、後記する如
く、タイマー回路９８がタイムアップする前であって
も、過充電や二次電池１６内部のオープン状態あるいは
低温度による充電状態を検知し、インバータ回路部３０
を強制的に停止して充電を終了させる。

【００２８】なお、抵抗１４４と並列にコンデンサ１４
８を接続することにより、二次電池１６を装着時に、接
触抵抗に起因して端子電圧が乱れ、過電圧状態を誤検知
するのを未然に防止する。また、抵抗１４２・１４４と
並列に挿入された素子１５０は、静電気の放電用であ
る。

【００２９】本実施例にあっては更に、二次電池１６の
ショート状態を検知して、インバータ回路部３０を強制
的に停止可能とするゼロ電圧検知回路１０２を備える。
すなわち、電源回路１０８からの出力ラインを、抵抗１
５２・１５４・１４０および定電圧ダイオード１５６を
介して充電回路９０の正極用電極１３８に接続するとと
もに、抵抗１５２と並列にトランジスタ１５８のエミッ
タ・ベース間を接続している。

【００３０】従って、充電部３４に二次電池１６を挿入
すると、整流部２８の出力側に備えたスイッチ４４がオ
ンしてインバータ回路部３０が始動し、充電状態検知部
３６の電源回路１０８から所定の駆動電圧が出力され
る。しかしながら、二次電池１６が内部でショート状態
であれば、充電回路９０の正極用電極１３８の電位が略
ゼロとなり、定電圧ダイオード１５６を介して抵抗１５
２に通電し、トランジスタ１５８をオンして所定の信号
を検知信号発生回路１０６に送るのである。

【００３１】検知信号発生回路１０６は、上記したタイ
マー回路９８、過電圧検知回路１００あるいはゼロ電圧
検知回路１０２の何れか１つから信号が出力されると、
インバータ制御部４０に向け、フォトカプラ１６０を用
いて電気的に分離した状態で検知信号１０４を送出す
る。

【００３２】すなわち、フォトカプラ１６０の発光ダイ
オード１６２と直列にトランジスタ１６４のコレクタ・
エミッタ端を接続するとともに、ベース端にダイオード
１６６を介して上記した電源回路１０８の出力電圧を信
号として印加可能とする。したがって、信号がトランジ
スタ１６４のベース端に印加されると該トランジスタ１
６４はオンし、電源回路１０８からフォトカプラ１６０
の発光ダイオード１６２に通電して発光させ、図５に示
すインバータ制御部４０に備えたフォトカプラ１６０の
フォトトランジスタ１６８に検知信号１０４を送る。

【００３３】

【温度検知部】温度検知部３８は、降圧回路５２の出力
電圧を抵抗１７０・１７２で分圧して基準電圧を作る一
方、本体ケース１２の内部で二次電池１６の裏面側など
の適所に固定されるサーミスタ１７４と抵抗１７６とで
分圧して検知電圧を取り出すとともに、基準電圧と検知
電圧とを比較器１７８で比較することにより、充電装置
１０における本体ケース１２内部での温度が設定値を超
えると、その信号レベルが「Ｈ」から「Ｌ」に変化する
検知信号１０４を、ダイオード１７９を介してインバー
タ制御部４０に送る。

【００３４】

【インバータ制御部】本発明は、かかるインバータ制御
部４０の構成にその特徴を有するものであって、上記し
たインバータ回路部３０における帰還コイル６０と並列
に接続され、出力トランジスタ５４のオフ期間中にダイ
オード１８０を介して充電されるコンデンサ１８２と、
検知信号１０４の入力と連動してオンするスイッチング
用トランジスタ１８４と、該トランジスタ１８４のオン
状態を維持するロック回路１８６とから構成される。

【００３５】ロック回路１８６は、抵抗１８８・１９０
とフォトトランジスタ１６８とを直列接続したものに降
圧回路５２の出力電圧を印加するとともに、抵抗１８８
と並列にトランジスタ１９２のエミッタ・ベース端を接
続する。更に、トランジスタ１９２のコレクタ端をスイ
ッチング用トランジスタ１８４のベース端に接続し、抵
抗１９０とフォトトランジスタ１６８間とスイッチング
用トランジスタ１８４のコレクタ端とを、ダイオード１
９４を介して接続している。

【００３６】したがって、上記した充電状態検知部３６
からフォトトランジスタ１６８に検知信号１０４が送ら
れて該フォトトランジスタ１６８がオンするか、温度検
知部３８の出力端がアースされると、抵抗１８８に電流
が流れてトランジスタ１９２をオンし、スイッチング用
トランジスタ１８４にベース電圧を印加して該トランジ
スタ１８４をオンする。すると、抵抗１８８を今まで流
れていた電流は、ダイオード１９４を介してオン状態の
スイッチング用トランジスタ１８４を流れるので、検知
信号１０４の持続時間の長短にかかわらず、ロック回路
１８６はオン状態が固定され、スイッチング用トランジ
スタ１８４のオン状態がそのまま維持される。

【００３７】ここでスイッチング用トランジスタ１８４
は、そのエミッタ端をコンデンサ１８２とダイオード１
８０間に、コレクタ端を出力トランジスタ５４のベース
端に接続している。したがって、スイッチング用トラン
ジスタ１８４のオンと同時に、出力トランジスタ５４の
オフ期間中にコンデンサ１８２に蓄えた電圧を、スイッ
チング用トランジスタ１８４を介して出力トランジスタ
５４のベース・エミッタ間に逆バイアス状態で印加する
ことにより、スイッチング用トランジスタ１８４に殆ど
電流を流すことなく、出力トランジスタ５４を急激にオ
フ状態にする。

【００３８】出力トランジスタ５４がオフした後は、高
抵抗６８を通じて供給される微小な電流をダイオード１
８０および帰還コイル６０を通じてアースすることによ
り、出力トランジスタ５４のベース電圧を略ゼロ状態に
維持し、インバータ回路部３０における発振の停止状態
を保持させるのである。

【００３９】勿論この場合、インバータ回路部３０を完
全停止させるだけでなく、若干のベース電圧が残るよう
にすれば、出力トランジスタ５４が弱い発振を行い、二
次側に小電力を供給し、消費電力の小さい充電状態検知
部３６を駆動し続けることも可能である。またこのよう
にすれば、二次電池１６の充電完了後の補充電を行うこ
ともできる。なおインバータ回路部３０は、別途備えた
発振器により駆動する他励式でもよい。

【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の動作状態を示す説明図である。

【図３】本発明を実施した一例を示す外観斜視図であ
る。

【図４】本発明にかかる充電装置の全体的な構成を示す
概略図である。

【図５】図４中におけるインバータ回路部、インバータ
制御部および温度検知部の構成を具体的に示す電気回路
図である。

【図６】図４中における充電部および充電状態検知部の
構成を具体的に示す電気回路図である。

【符号の説明】

１０ 充電装置 １２ 本体ケース １６ 二次電池 ２６ 商用交流電圧 ３０ インバータ回路部 ３４ 充電部 ３６ 充電状態検知部 ３８ 温度検知部 ４０ インバータ制御部 ５４ 出力トランジスタ ５６ 一次コイル ６０ 帰還コイル ８６ 二次コイル ９８ タイマー回路 １００ 過電圧検知回路 １０２ ゼロ電圧検知回路 １０４ 検知信号 １０６ 検知信号発生回路 １６０ フォトカプラ １８２ コンデンサ １８４ スイッチング用トランジスタ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−153738（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−300662（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−271279（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−71434（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−60836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−86643（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−131242（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 挿脱自在に接続される二次電池（１６）
   に対し、商用交流電圧（２６）を整流した高圧直流電圧
   を低圧直流電圧に変換して所定の充電電流を供給可能と
   するインバータ回路部（３０）および充電部（３４）
   と、 二次電池（１６）の充電状態を調べ、予め設定した充電
   の終了条件が検知されると所定の検知信号を出力可能と
   する充電状態検知部（３６）と、 検知信号の入力と連動し、前記インバータ回路部（３
   ０）における発振動作を強制的に停止するインバータ制
   御部（４０）とを備えた充電装置であって、 温度が設定値を超えると検知信号を前記インバータ制御
   部（４０）に送る温度検知部（３８）を更に備え、 該温度検知部（３８）と前記インバータ制御部（４０）
   を、前記高圧直流電圧を直接降圧した電圧で駆動させる
   一方、 前記充電状態検知部（３６）は、インバータ回路部（３
   ０）からの出力電圧により駆動させ、更に 前記インバー
   タ制御部（４０）に、 前記インバータ回路部（３０）に備えた帰還コイル（６
   ０）の出力電圧により充電されるコンデンサ（１８２）
   と、 前記 検知信号の入力と連動してオンし、前記インバータ
   回路部（３０）における出力トランジスタ（５４）のベ
   ース・エミッタ間に前記コンデンサ（１８２）の充電電
   圧による逆バイアス電圧を印加可能とするスイッチング
   用トランジスタ（１８４）とを備えた充電装置。