JP3495611B2 - 充電回路 - Google Patents

充電回路

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JP3495611B2
JP3495611B2 JP27937598A JP27937598A JP3495611B2 JP 3495611 B2 JP3495611 B2 JP 3495611B2 JP 27937598 A JP27937598 A JP 27937598A JP 27937598 A JP27937598 A JP 27937598A JP 3495611 B2 JP3495611 B2 JP 3495611B2
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は充電回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の充電回路は、電流検出抵抗の平均
電圧を一定にすることにより定電流動作で充電を行なっ
ていた。
【0003】図7は従来の充電回路の構成例を示す回路
図である。図7において、例えば400mAの出力定格
電流を有する外部電源が接続された安定化電源RGの出
力側と接地間に、充電されるバッテリーB1(ここで言
うバッテリーはニッケル水素等の2次電池を意味する)
と、トランジスタQ1と、電流検出抵抗REが直列に接
続される。安定化電源RGは、充電されるバッテリーB
1の定格に応じて調整可能な直流電圧を出力するが、こ
こでは例として5ボルトの直流電圧を出力していると仮
定する。トランジスタQ1のベースには、差動アンプD
Aの出力が抵抗R2を介して接続されている。差動アン
プDAは、安定化電源RGの出力電圧が電源電圧として
供給され、+入力端子は抵抗R3を介して基準電圧Vr
efに接続され、−入力端子は、抵抗R1を介してトラ
ンジスタQ1のエミッタに接続されると共にコンデンサ
C2を介して接地されている。差動アンプDAの+入力
端子と出力端子間には抵抗R4が接続されている。
【0004】図8(A)乃至(D)は、上記構成の充電
回路の各部の電圧波形を示すタイミング図であり、
(A)はトランジスタQ1のエミッタと電流検出抵抗R
E の接続点の電圧(すなわち、電流検出抵抗RE の降下
電圧)、(B)は差動アンプDAの−入力端子の電圧、
(C)は差動アンプDAの出力の電圧、(D)は抵抗R
3と抵抗R4の接続点の電圧である。ここで、5Vは安
定化電源RGの出力電圧、VB はバッテリーB1の電
圧、VSAt1は差動アンプDAの飽和電圧、VSAT2はトラ
ンジスタQ1の飽和電圧であり、VH 、VL は数1及び
数2で表される電圧である。
【0005】
【数1】
【0006】
【数2】
【0007】電圧(A)が低くなると、電圧(B)はR
1C2の時定数で放電され電圧(D)より低くなる。す
ると、電圧(C)はHレベルとなる。トランジスタQ1
は、そのベースにHレベルの電圧(C)が抵抗R2を介
して供給されてオンとなり、電圧(A)は(5ボルト−
B −VSAT2)になる。電圧(D)も抵抗R4が正帰還
されているため、Vref+VH となる。電圧(A)が
上がると、電圧(B)は、抵抗R1及びコンデンサC2
で決まる時定数(R1・C2)で上昇し、数3に示す電
圧(D)
【0008】
【数3】
【0009】より高い電圧になると、電圧(C)はLレ
ベルとなり、それに応じてトランジスタQ1はオフす
る。次いで、電圧(A)はゼロボルトとなり、R1>>
REとすると、時定数R1・C1で放電する電圧(B)
が数2に示す電圧(D)
【0010】
【数4】
【0011】より低くなると、電圧(C)はHレベルと
なり、それに応じてトランジスタQ1はオンとなる。
【0012】上記の動作をくり返すことにより、電圧
(B)はほぼ基準電圧Vrefと同じになるように制御
される。つまり、電流検出抵抗RE の平均電圧はVre
fとなり、定電流動作になる。上記に説明した従来回路
では、トランジスタQ1はスイッチング動作しているた
め発熱せず、また、電流検出抵抗RE も、V2 /RE
でV=0.3ボルト(Vは電流検出抵抗REの降下電
圧)にすれば、消費電力PCが抑えられ、発熱を少なく
抑えるというメリットがある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、バッテリーB
1は定電流で充電されるため、入力電流定格400mA
を越えることができない。したがって、バッテリーを充
電するのに時間が長くかかり、例えば、1200mAH
の容量のバッテリーを充電するのに最低でも3時間かか
ることになる。このように、従来回路では、電流検出抵
抗RE 及びトランジスタQ1でのロスが大きく、入力電
流以上の充電電流は得られないため、充電時間が長くな
るという問題がある。
【0014】本発明の目的は、上記従来回路における問
題点を解決した充電回路を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明による充電回路
は、請求項1に記載のように、外部電源と、該外部電源
プラス端子が直接接続され充電される2次電池と、該
外部電源に流れる電流を調整する電流調整手段とからな
る充電回路であって、上記電流調整手段は、DC/DC
コンバータからなり、該DC/DCコンバータは、上記
2次電池に並列に接続されたコンデンサと、上記2次電
池に直列に接続されたコイルと、上記2次電池と上記コ
イルとに並列に接続されたダイオードと、上記コイルと
接地点との間に配置され、上記コイルに直列に接続され
たスイッチング用のトランジスタとを有し、さらに、こ
の充電回路は、上記トランジスタと接地点とに直列に接
続された電流検出抵抗と、上記電流検出抵抗に並列に接
続されたバイパスコンデンサと、上記電流検出抵抗と前
記トランジスタとの接続点の電圧が所定の基準電圧とな
るようにデューティ比を調整して矩形波を上記トランジ
スタへ供給する回路ブロックと、を備え、上記電流検出
抵抗とバイパスコンデンサとによる共振周波数が、上記
DC/DCコンバータの発振周波数より低いことを特徴
とする。
【0016】 また、本発明による充電回路は、請求項
2に記載のように、外部電源と、該外部電源の電圧を調
整して出力する電圧調整手段と、該電圧調整手段の出力
側にプラス端子が直接接続され充電される2次電池と、
該外部電源に流れる電流を調整する電流調整手段とから
なる充電回路であって、上記電流調整手段は、DC/D
Cコンバータからなり、該DC/DCコンバータは、上
記2次電池に並列に接続されたコンデンサと、上記2次
電池に直列に接続されたコイルと、上記2次電池と上記
コイルとに並列に接続されたダイオードと、上記コイル
と接地点との間に配置され、上記コイルに直列に接続さ
れたスイッチング用のトランジスタとを有し、さらに、
この充電回路は、上記トランジスタと接地点とに直列に
接続された電流検出抵抗と、上記電流検出抵抗に並列に
接続されたバイパスコンデンサと、上記電流検出抵抗と
前記トランジスタとの接続点の電圧が所定の基準電圧と
なるようにデューティ比を調整して矩形波を上記トラン
ジスタへ供給する回路ブロックと、を備え、上記電流検
出抵抗とバイパスコンデンサとによる共振周波数が、上
記DC/DCコンバータの発振周波数より低いこと、
特徴とする。
【0017】
【0018】
【発明の実施の形態】図1は、本発明による充電回路の
一実施例を示す回路図である。図1において、例えば4
00mAの出力定格電流を有する外部電源に接続された
安定化電源(電圧調整手段)RGの出力側と接地間に、
充電されるバッテリーB1と、トランジスタQ1と、電
流検出抵抗REが直列に接続される。安定化電源RG
は、充電されるバッテリーB1の定格に応じて調整可能
な直流電圧を出力するが、ここでは例として5ボルトの
直流電圧を出力していると仮定する。トランジスタQ1
のベースには、差動アンプDAの出力が抵抗R2を介し
て接続されている。差動アンプDAは、安定化電源RG
の出力電圧が電源電圧として供給され、+入力端子は抵
抗R3を介して基準電圧Vrefに接続され、−入力端
子はトランジスタQ1のエミッタに接続されている。差
動アンプDAの入力端子と出力端子間には抵抗R4が接
続されている。
【0019】さらに、バッテリー(ニッケル水素等)B
1とトランジスタQ1の間にコイルL1を挿入すると共
にバッテリーB1と並列にショットキーダイオード(ま
たは普通のダイオード(シリコンダイオード))D1及
びコンデンサC1を接続することにより、DC/DCコ
ンバータが構成されている。また、コンバータの発振周
波数より十分低い共振周波数foになるよう電流検出抵
抗RE に並列にバイパスコンデンサーCE が接続されて
いる。
【0020】図2(A)乃至(C)は、上記構成の充電
回路の各部の電圧波形を示すタイミング図であり、
(A)はトランジスタQ1のエミッタと電流検出抵抗R
E の接続点の電圧、(B)は差動アンプDAの+入力端
子の電圧、(C)は差動アンプDAの出力の電圧であ
る。
【0021】この構成では、電圧(A)が下がると、差
動アンプDAの出力電圧(C)のパルス幅tH が増えて
デューテイ比が上がるため、電圧(A)を上げるように
制御する。
【0022】上記の構成を概略的に表現すると図3のよ
うになる。そこで、図3において電力計算すると、電力
Wは、
【0023】
【数5】
【0024】となる。ここで、ηは効率である。したが
って、バッテリーB1を流れる電流IBは、
【0025】
【数6】
【0026】となる。数6は安定化電源RGの出力電圧
5ボルトを最大限使った場合である。実際には、電流検
出抵抗REの降下電圧が0.3ボルト一定となるように
制御すると、バッテリーB1の電圧VB =1.2ボルト
でトランジスタQ1の飽和電圧を0.1ボルトとする
と、VIN=5−0.3−0.1(ボルト)となる。
【0028】したがって、バッテリーB1を流れる電流
IBは、効率η=0.8として数4に上述の各実際値を
代入して求めると(数7)、
【0029】
【数7】
【0030】となり、約1.2アンペアの充電電流を流
すことができる。
【0031】以上のように、DC/DCコンバータを用
いて充電し、電流検出抵抗にバイパスコンデンサを設け
たので、従来のような定電流動作ではなく電池電圧VB
により充電電流IB が変化するが(IB はVB に反比
例する)、入力電流は一定となる。したがって、入力電
流以上に充電電流を流せるため、従来回路に比して充電
が速くなる。
【0032】なお、上記の発明の実施の形態において、
外部電源の電圧によっては必ずしも安定化電源RGを必
要としない。
【0033】
【実施例】次に、図4は本発明による充電回路の他の実
施例を示す回路図である。図4では、図1において点線
で囲まれた回路ブロックCB部分の構成のみが異なり、
それ以外の構成は図1と同一である。図4では、回路ブ
ロックCB内にパルス幅変調器PWMと三角波発生器W
Gを含んでいる。パルス幅変調器PWMの一方の入力に
は三角波発生器WGが接続され、他方の入力にはトラン
ジスタQ1のエミッタと電流検出抵抗REの接続点が接
続されている。パルス幅変調器PWMは両入力に供給さ
れる信号に基づいてパルス幅変調された出力をトランジ
スタQ1のベースに供給する。
【0034】図5及び図6は、図4の構成の充電回路の
各部の電圧波形を示し、(A)は三角波発生器WGの出
力信号、(B)はパルス幅変調器PWMの出力電圧であ
る。
【0035】パルス幅変調器PWMは、三角波発生器W
Gの出力信号と、トランジスタQ1のエミッタと電流検
出抵抗REの接続点の電圧(すなわち、電流検出抵抗R
E の降下電圧)(C)を比較し、降下電圧(C)が高く
なると、図5に示すように、パルス幅変調器PWMの出
力のデューテイ比が下がって出力パルス幅が狭くなり、
降下電圧(C)が低くなると、図6に示すように、パル
ス幅変調器PWMの出力のデューテイ比が上がって出力
パルス幅が広くなる。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、入力電流以上に充電電
流を流させる為、充電が速い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による充電回路の一実施例を示す回路図
である。
【図2】(A)乃至(C)は、上記構成の充電回路の各
部の電圧波形を示すタイミング図である。
【図3】図1の回路の概略表現図である。
【図4】本発明による充電回路の他の実施例を示す回路
図である。
【図5】(A)乃至(B)は、図4の充電回路の各部の
電圧波形を示すタイミング図である。
【図6】(A)乃至(B)は、図4の充電回路の各部の
電圧波形を示すタイミング図である。
【図7】本発明による充電回路の一実施例を示す回路図
である。
【図8】(A)乃至(D)は、図7の充電回路の各部の
電圧波形を示すタイミング図である。
【符号の説明】
RG 安定化電源 B1 バッテリー Q1 トランジスタ DA 差動アンプ RE 電流検出抵抗 CE バイパスコンデンサー Vref 基準電圧 L1 コイル C1 コンデンサー D1 ショットキーダイオード PWM パルス幅変調器 WG 三角波発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/04 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外部電源と、該外部電源にプラス端子が
    直接接続され充電される2次電池と、該外部電源に流れ
    る電流を調整する電流調整手段とからなる充電回路であ
    って、 上記電流調整手段は、DC/DCコンバータからなり、 該DC/DCコンバータは、 上記2次電池に並列に接続されたコンデンサと、 上記2次電池に直列に接続されたコイルと、 上記2次電池と上記コイルとに並列に接続されたダイオ
    ードと、 上記コイルと接地点との間に配置され、上記コイルに直
    列に接続されたスイッチング用のトランジスタとを有
    し、 さらに、 上記トランジスタと接地点とに直列に接続された電流検
    出抵抗と、 上記電流検出抵抗に並列に接続されたバイパスコンデン
    サと、 上記電流検出抵抗と前記トランジスタとの接続点の電圧
    が所定の基準電圧となるようにデューティ比を調整して
    矩形波を上記トランジスタへ供給する回路ブロックと、
    を備え、 上記電流検出抵抗と上記バイパスコンデンサとによる共
    振周波数が、上記DC/DCコンバータの発振周波数よ
    り低いこと、 を特徴とする充電回路。
  2. 【請求項2】 外部電源と、該外部電源の電圧を調整し
    て出力する電圧調整手段と、該電圧調整手段の出力側に
    プラス端子が直接接続され充電される2次電池と、該外
    部電源に流れる電流を調整する電流調整手段とからなる
    充電回路であって、 上記電流調整手段は、DC/DCコンバータからなり、 該DC/DCコンバータは、 上記2次電池に並列に接続されたコンデンサと、 上記2次電池に直列に接続されたコイルと、 上記2次電池と上記コイルとに並列に接続されたダイオ
    ードと、 上記コイルと接地点との間に配置され、上記コイルに直
    列に接続されたスイッチング用のトランジスタとを有
    し、 さらに、 上記トランジスタと接地点とに直列に接続された電流検
    出抵抗と、 上記電流検出抵抗に並列に接続されたバイパスコンデン
    サと、 上記電流検出抵抗と前記トランジスタとの接続点の電圧
    が所定の基準電圧となるようにデューティ比を調整して
    矩形波を上記トランジスタへ供給する回路ブロックと、
    を備え、 上記電流検出抵抗と上記バイパスコンデンサとによる共
    振周波数が、上記DC/DCコンバータの発振周波数よ
    り低いこと、 を特徴とする充電回路。
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