JP3559949B2 - 充電回路 - Google Patents
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Description
【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】
図2は、例えばCDプレーヤ、MDプレーヤ等のオーディオシステムからなる従来のポータブル電子機器等に内蔵している充電回路である。図2において、ポータブル電子機器のACアダプター(図示しない)から得られるDC入力電圧5.1ボルトがジャックJ1に供給される。ジャックJ1からのDC入力電圧5.1ボルトは、トランジスタQ1、ダイオードD1、コイルL1、抵抗R1及びR2、コンデンサC1及び降圧DC/DCコンバータ制御IC1からなる降圧DC/DCコンバータにより、出力DC電圧2.5ボルトに降圧される。
【0003】
ジャックJ1にACアダプターのプラグが入るとジャックJ1内スイッチS2はオフとなり、電池ボックスEBに挿入されてその両端子に接続される定格DC電圧1.5ボルトの電池(ニッケル水素等の2次電池)Eは、接地GNDから切り離される。ジャックJ1からプラグを抜くと、スイッチS2はオンとなり、電池Eが選択される。
降圧DC/DCコンバータの出力DC電圧2.5ボルトまたは電池EのDC電圧1.5ボルトは、昇圧DC/DCコンバータIC2に入力され、DC電圧3.3ボルトに昇圧される。さらに、スイッチングノイズを除去するために、昇圧DC/DCコンバータIC2の出力DC電圧3.3ボルトはレギュレーターIC2を通し、その出力DC電圧3.0ボルトをマイクロコンピュータ(以下マイコンという)IC4に供給すると共に、トランジスタQ3を介してシステム電源として電子機器の各部に供給する。マイコンIC4の電圧検知ポートVB には、その+入力端子及び−入力端子が電池Eの両端に接続された差動アンプからなる電池電圧検出器OAの出力電圧が入力される。
【0004】
マイコンIC4には充電動作指示用スイッチS1が接続されており、スイッチS1を押して充電動作が指示された時、マイコンIC4は、まず電圧検知ポートVB の電圧値を確認する。電池ボックスEBに電池Eが入っていない場合は電池電圧検出器OAの出力は“H”となり、また、電池Eが故障してショート状態にある場合には、電池電圧検出器OAの出力電圧がゼロとなり、電圧検知ポートVB の電圧値は“H”またはゼロになるので、マイコンIC4は異常状態と判断して充電動作を行わない。電池ボックスEBに正常な電池Eが入っている場合には、電池電圧検出器OAの出力電圧が発生するので、電圧検知ポートVB の電圧値は“H”またはゼロ、以外の電圧になるので、マイコンIC4は正常状態と判断して充電動作を開始する。
電池ボックスEBに入っている電池Eの電圧が定格電圧1.5ボルト以下になっている場合は、電圧検知ポートVB に入力される電池電圧検出器OAの出力電圧は低いので、マイコンIC4の出力ポートCHRGは“H”レベルとなる。出力ポートCHRGが“H”レベルになると、その電圧が抵抗R3及びR4によって分圧されてトランジスタQ2のベースに所定の電圧が加わり、トランジスタQ2は能動状態となり、降圧DC/DCコンバータ制御IC1により制御される出力DC電圧V0 (2.5ボルト)より電池Eに充電電流が流れ、抵抗R5により定電流で電池Eが充電される。なお、電池Eの充電中は、マイコンIC4は、トランジスタQ3をオフになるように制御してシステム電源をオフしている。
【0005】
一方、電池Eの電圧が定格電圧1.5ボルトを越えると、電圧検知ポートVB に入力される電池電圧検出器OAの出力電圧は高くなり、マイコンIC4の出力ポートCHRGは“L”レベルとなる。それに応じて、トランジスタQ2はオフとなり、電池Eに対する充電動作は行われない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の充電回路では次のような問題点がある。
(1)ニッケル水素等の2次電池は、充電状態によって電圧が1.0〜1.8ボルトまで変化するため、充電するためにはトランジスタQ2のサチュレーションが0.3ボルト、抵抗R5の電圧降下が0.3ボルト必要な為、2.4ボルト以上の充電電圧が必要となる。電池電圧が1.0ボルトのときは、トランジスタQ2のサチレーションが大きくなり、発熱が多くなる。そのため、充電電流を多く流すことができず、急速充電ができなかった。
【0007】
(2)充電電流IB は、例えば、下記の条件
ACアダプタの定格:電圧5ボルト&電流400ミリアンペア
充電DC電圧:2.4ボルト
マイコンIC4及び電池電圧検出器OAの電流I:約10ミリアンペア
効率η=80%
トランジスタQ2のサチュレーション電圧VSAT2:0.3ボルト
では数1より657ミリアンペアが限界であった。(実際には、トランジスタQ2の発熱が多く、ポータブル機器はスペースが小さい為Pcの小さいトランジスタしか使えないので657mA以下(実際は約350mA程度)にしなければならない。)
【0008】
【数1】
【0009】
そこで、本発明の目的は、上記従来の問題点を解決した充電回路を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る充電回路は、請求項1に記載のように、
外部電源と、外部電源の電圧を降圧する第1の電圧変換手段と、第1の電圧変換手段の出力で充電される2次電池と、エミッタとコレクタが2次電池に直列に接続され2次電池の充電電流を制御するトランジスタと、トランジスタのエミッタと接地とに接続される抵抗と、を備え、2次電池の電池電圧が所定の電圧以下であるときには、第1の電圧変換手段の出力電圧を一定としてトランジスタにより定電流充電を行い、2次電池の電池電圧が所定の電圧を超えると、トランジスタのエミッタと抵抗との接続点の電位が一定になるように、かつ、2次電池の電池電圧に応じて第1の電圧変換手段の出力電圧を制御し、2次電池に対して定電流制御で充電を継続する。
【0012】
また、本発明に係る充電回路は、請求項2に記載のように、請求項1に加え、
第1の電圧変換手段の出力または2次電池の出力が供給され、昇圧後、出力する第2の電圧変換手段を備え、
2次電池の電池電圧に応じて第1の電圧変換手段の出力電圧を制御する際に、第1の電圧変換手段の出力電圧を第2の電圧変換手段の最低動作電圧以上にする。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明に係る充電回路の一実施例を示す回路図である。図1の回路は図2の従来回路とほぼ同じ構成になっているが、図2のマイコンIC4の出力ポートCHRGと抵抗R3及びR4が削除されていると共に、下記の構成が追加されている。
【0014】
すなわち、追加の構成として、マイコンIC4の出力ポートCHRG1及びCHRG2が追加され、出力ポートCHRG1とCHRG2間に抵抗R6及びR7が直列接続され、抵抗R7とR6の接続点がトランジスタQ2のベースに接続されている。出力ポートCHRG1と接地GND間に抵抗R8及びR9が直列接続されている。また、抵抗R1及びR2の接続点とトランジスタQ2のエミッタとの間に抵抗R10とトランジスタQ4が直列接続され、抵抗R8及びR9の接続点がトランジスタQ4のベースに接続されている。
【0015】
マイコンIC4の出力ポートCHRG1及びCHRG2は、充電前の電池Eの電圧値により充電開始したときの出力レベルが異なるように設定されている。すなわち、電池Eの電圧が終止電圧(約1.0ボルト)を越えていれば、出力ポートCHRG1は“H”レベルかつCHRG2も“H”レベルとなり、電池Eの電圧が1.0ボルト以下であれば、出力ポートCHRG1は“L”レベルかつCHRG2が“H”レベルとなる。
【0016】
次に、上記の構成における充電動作を説明する。
充電動作指示用スイッチS1を押して充電動作が指示され、電池ボックスEBに電池Eが入っている時、電池Eの電圧が1.0ボルト以下になって出力ポートCHRG1が“L”、CHRG2が“H”レベルとなると、トランジスタQ2は抵抗R6及びR7の分圧により能動状態となり、抵抗R5により定電流で充電される。電池Eの電圧が所定時間以内に1.0ボルトを越えないときは異常状態と判断して充電を停止する。一方、電池Eの電圧が所定時間以内に1.0ボルト以上になればCHRG1を“H”にして充電を続ける。CHRG1が“H”となると、トランジスタQ4のベースには抵抗R8、R9の分圧により基準電圧Vrefが設定される。また、トランジスタQ2のベースにはCHRG1、CHRG2の出力電圧が各々抵抗R6、R7を介して供給されるため、トランジスタQ2は飽和状態に近づく。
トランジスタQ2のエミッタ電圧VE2が(Vref−0.6)ボルト(0.6はトランジスタQ4のベース−エミッタ間電圧)より低くなると、トランジスタQ4は導通していき、抵抗R10が低い電圧に接続されていくため、降圧DC/DCコンバータ制御IC1で制御されるDC出力電圧V0 は、高くなる。
また、トランジスタQ2のエミッタ電圧VE2が(Vref−0.6)ボルトより高くなると、トランジスタQ4はオフしていくため、降圧DC/DCコンバータのDC出力電圧V0 は、低くなる。
つまり、抵抗R5にかかる電圧はほぼ一定(例えば、約0.3ボルト)となる。したがって、電池Eの電圧にかかわらずトランジスタQ2のエミッタ電圧VE2は一定となるため、降圧DC/DCコンバータのDC出力電圧V0 は電池電圧VB により可変する。
V0 =VE2+VB +VSAT2
【0017】
昇圧DC/DCコンバータIC2の動作できる最小入力電圧(IC4が動作可能な電圧を確保できる電圧)をVMIN とすると、上記DC出力電圧V0 が予め設定された電圧以下になるような電池電圧VB のときは、出力ポートCHRG1を“L”レベルとすると、トランジスタQ4はオフとなり、降圧DC/DCコンバータ制御IC1により制御されるDC出力電圧V0 は抵抗R1及びR2の分圧により決定される。ここで、抵抗R1及びR2により決定される出力電圧は昇圧DC/DCコンバータIC2の動作できる最小入力電圧VMIN 以上に設定されている。
また、このとき急速充電されるとトランジスタQ2の発熱が大きいため、トランジスタQ2のベース電圧は、抵抗R7及びR6の分圧により決定し、充電電流は少なくしている(350mA程度)。
【0018】
以上の動作により、
(1)トランジスタQ2のサチレーション電圧は小さく(0.1〜0.2ボルト)なるため、発熱しない。
(2)充電電流IB は、上記の従来回路で説明した条件と同様な条件
ACアダプタの定格:電圧5ボルト&電流400ミリアンペア
充電DC電圧V0 :1.8ボルト(V0 =VE2+VB ′+VSAT2=0.3+1.4+0.1(VB ′は電池Eの平均電圧)))
マイコンIC4及び電池電圧検出器OAの電流I:約10ミリアンペア
効率η=80%
トランジスタQ2のサチュレーション電圧VSAT2:0.3ボルト
で充電電流IB は数2により879mAとなり、従来回路より多く流すことができる。
【0019】
上記の実施の形態では、昇圧DC/DCコンバータIC2を設けたが、電池電圧VB が十分高い場合は、直接レギュレータIC3に接続し、昇圧DC/DCコンバータを設ける必要はない。
また、ACアダプターの電圧を降圧するため降圧DC/DCコンバータを用いたが、一般的な定電圧回路を用いても良い。
【0020】
【数2】
【0021】
【発明の効果】
本発明によれば、充電動作に必須のトランジスタの発熱を抑えながら充電電流を多く流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る充電回路の一実施例を示す回路図である。
【図2】従来の充電回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
J1 ジャック
S1 充電動作指示スイッチ
S2 ジャック内スイッチ
IC1 降圧DC/DCコンバータ制御
IC2 昇圧DC/DCコンバータ
IC3 レギュレータ
IC4 マイクロコンピュータ
E 電池
EB 電池ボックス
OA 電池電圧検出器
C1 コンデンサ
D1 ダイオード
L1 コイル
R1〜R10 抵抗
Q1〜Q4 トランジスタ
Claims (2)
- 外部電源と、
上記外部電源の電圧を降圧する第1の電圧変換手段と、
上記第1の電圧変換手段の出力で充電される2次電池と、
エミッタとコレクタが上記2次電池に直列に接続され上記2次電池の充電電流を制御するトランジスタと、
上記トランジスタのエミッタと接地とに接続される抵抗と、を備え、
上記2次電池の電池電圧が所定の電圧以下であるときには、上記第1の電圧変換手段の出力電圧を一定として上記トランジスタにより定電流充電を行い、
上記2次電池の電池電圧が所定の電圧を超えると、上記トランジスタのエミッタと上記抵抗との接続点の電位が一定になるように、かつ、上記2次電池の電池電圧に応じて上記第1の電圧変換手段の出力電圧を制御し、上記2次電池に対して定電流制御で充電を継続すること、
を特徴とする充電回路。 - 前記第1の電圧変換手段の出力または前記2次電池の出力が供給され、昇圧後、出力する第2の電圧変換手段を備え、
前記2次電池の電池電圧に応じて前記第1の電圧変換手段の出力電圧を制御する際に、前記第1の電圧変換手段の出力電圧を前記第2の電圧変換手段の最低動作電圧以上にすること、
を特徴とする請求項1記載の充電回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30162998A JP3559949B2 (ja) | 1998-10-08 | 1998-10-08 | 充電回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30162998A JP3559949B2 (ja) | 1998-10-08 | 1998-10-08 | 充電回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000116024A JP2000116024A (ja) | 2000-04-21 |
JP3559949B2 true JP3559949B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=17899256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30162998A Expired - Lifetime JP3559949B2 (ja) | 1998-10-08 | 1998-10-08 | 充電回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3559949B2 (ja) |
-
1998
- 1998-10-08 JP JP30162998A patent/JP3559949B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JP2000116024A (ja) | 2000-04-21 |
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