JP3665652B2

JP3665652B2 - 充電装置

Info

Publication number: JP3665652B2
Application number: JP09713893A
Authority: JP
Inventors: 民次永井
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-03-31
Filing date: 1993-03-31
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JPH06284587A

Description

【０００１】
【目次】
以下の順序で本発明を説明する。
産業上の利用分野
従来の技術（図７及び図８）
発明が解決しようとする課題
課題を解決するための手段（図１）
作用（図１）
実施例
（１）第１実施例（図１及び図２）
（２）第２実施例（図３）
（３）第３実施例（図４）
（４）他の実施例（図５及び図６）
発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は充電装置に関し、特に充電可能な電池を充電するものに適用して好適なものである。
【０００３】
【従来の技術】
従来、リチウムイオン電池や鉛電池等充電可能な２次電池の充電装置においては、何らかの理由で充電装置に対する入力電源がなくなつた場合に、電池の逆放電を防止するため、ダイオード等を用いるものがある。
【０００４】
例えば図７に示す充電装置１では、電源（図示せず）に接続された制御回路２が、順方向ダイオードＤ１を介して充電端に接続された電池３を充電する。制御回路２は電圧Ｖ_INが入力されると、電池３を所定期間の間定電流で充電し、電池３が所定電圧に近づくと、電池３を定電圧で充電する。これにより電池３は電圧Ｖ_Bに充電される。
【０００５】
ここで例えば電源スイツチのオフ等で電圧Ｖ_INの入力が消失すると、制御回路２は電池３への充電を停止する。同時に、電池３はダイオードＤ１により逆放電が防止され、充電された電圧を維持できるようになされている。
【０００６】
また図８に示す充電装置４においては、ダイオードに代えて、電池３と直列に順方向の寄生ダイオードＤ２を有するスイツチ５が介挿されている。このスイツチ５は入力電圧検出回路６によつてオンオフされる。すなわち入力電圧検出回路６は、電圧Ｖ_INが入力されるとスイツチ５をオンし、これにより電池３への充電が開始される。これに対して入力電圧検出回路６は、電圧Ｖ_INの入力が消失するとスイツチ５をオフし、これにより電池３への充電が停止される。これと同時に電池３はダイオードＤ２により逆放電が防止され、充電された電圧を維持できるようになされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところでかかる構成の充電装置１及び４においては、ダイオードＤ１やスイツチ５と電池３の直列回路に充電電流が与えられているため、ダイオードＤ１やスイツチ５の電圧降下及び電池３の電圧Ｖ_Bを加えた電圧が所定の値に達したとき充電が停止する。ところがこのダイオードＤ１やスイツチ５が分担する電圧は定電圧充電の期間中電池３の電圧の上昇に伴つて減少する。従つて充電完了に近づく程ダイオードＤ１やスイツチ５の内部抵抗に応じて充電電流が減少し、この結果電池３の電圧の上昇が遅れ、充電完了までの時間が長くなる問題があつた。
【０００８】
この問題を解決するため、内部抵抗が小さい大電流の容量を有するダイオードＤ１やスイツチ５を使用し、充電時間を短縮することが考えられる。ところが実際上大電流のダイオードＤ１やスイツチ５は形状が大型で、ドライブに必要なパワーが大きいため、充電装置自体が大型化すると共に、回路が複雑かつ大型化する問題があつた。
【０００９】
また実際上ダイオードＤ１やスイツチ５の電圧降下は0.6 〜１〔Ｖ〕の範囲でばらつきが存在する。このため制御回路２で検出する電池３の電圧は0.6 〜１〔Ｖ〕の範囲でばらつき、充電完了時の電圧が許容誤差の範囲内に安定して収まり難い問題があつた。
【００１０】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、電池の逆放電を防止するためのスイツチ手段を小型化し得ると共に安定に充電し得る充電装置を提案しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、充電可能な電池３に接続され、スイッチング安定化電源１３の出力をスイッチ手段Ｑ３によって電池３に充電する充電電流スイッチ回路２Ａと、放電電流スイッチ回路１２と、放電電流スイッチ回路１２と直列に接続され、当該直列回路が電池３の両端に接続されることにより電池３の充電電圧が所定電圧以上になったことを演算増幅手段１９によって検出して充電電流スイッチ回路２Ａに対して当該充電電流スイッチ回路２Ａをオフ動作させる検出出力を送出する電池電圧検出回路２Ｂと、スイッチング安定化電源１３からの入力電圧Ｖ_ＩＮが消失したことを検出して放電電流スイッチ回路１２に対して当該放電電流スイッチ回路１２をオフ動作させる検出出力を送出する入力電圧検出回路１１とを設ける。
【００１２】
【作用】
電池３の充電時、電池電圧検出回路２Ｂは放電電流スイッチ回路１２を介して電池３の両端に接続されて電池３の充電電圧を検出しているが、スイッチング安定化電源１３からの入力電圧Ｖ_ＩＮが消失したとき、これを入力電圧検出回路１１が検出して放電電流スイッチ回路１２をオフ動作させることにより、電池電圧検出回路２Ｂが放電電流スイッチ回路１２によって電池３から切り離されることによって電池電圧検出回路２Ｂを通って電池３から放電される放電電流が流れないように阻止される。
【００１３】
【実施例】
以下図面について、本発明の一実施例を詳述する。
【００１４】
（１）第１実施例
図７及び図８との対応部分に同一符号を付して示す図１において、１０は全体としてリチウムイオン電池や鉛電池でなる電池３の充電装置を示し、制御回路２のアース端及びアース線間に入力電圧検出回路１１によつてオンオフ制御されるスイツチ１２が介挿されている。
【００１５】
入力電圧検出回路１１は、充電装置４の場合と同様に電圧Ｖ_INが入力されるとスイツチ１２をオンし、これにより制御回路２は電池３への充電を開始する。これに対して入力電圧検出回路１１は、電圧Ｖ_INの入力が消失するか又は電圧Ｖ_INが電池３の電圧に比して低下するとスイツチ１２をオフし、これにより制御回路２は電池３への充電を停止する。これと同時に電池３はスイツチ１２により逆放電が防止され、充電された電圧Ｖ_Bを維持できるようになされている。
【００１６】
実際上充電装置１０は図２に示すような回路構成でなり、スイツチング安定化電源１３の電圧Ｖ_INが制御回路２に入力され、制御回路２中のシリーズ安定化回路２Ａでさらに安定化した出力を電池３に与える。入力電圧検出回路１１は、電源１３のトランス１５の２次側電圧を検出し、この２次測電圧の有無に応じてスイツチ１２をオンオフ制御するようになされている。
【００１７】
電源１３においては、トランス１５の１次側１５Ａの一端に直流電圧が供給されると共に他端が電界効果トランジスタＱ１に接続されている。またトランス１５の２次側１５Ｂの一端に順方向のダイオードＤ３及び整流用コンデンサＣ１を介して２次側１５Ｂの他端に接続されている。またこれに加えて２次側１５Ｂの他端は、演算増幅器構成の電流制御回路１６の非反転入力端及び抵抗Ｒ１の一端に接続され、抵抗Ｒ１の他端が電流制御回路１６の反転入力端及びアース線に接続されている。
【００１８】
電流制御回路１６の出力は、ホトカプラ１７の発光ダイオードＤ４に接続されている。また電流制御回路１６の電源入力端にはダイオードＤ３及び整流用コンデンサＣ１を通じて得られる直流電圧Ｖ_INが入力されている。またこの直流電圧Ｖ_INが抵抗Ｒ２及びＲ３の直列回路で分圧され発光ダイオードＤ４に印加されている。なおこの抵抗Ｒ３の他端は電流制御回路１６のアース端と共にスイツチ１２を通じてアース線に接続されている。さらにホトカプラ１７の光トランジスタＱ２による受光出力はパルス幅変調回路１８の入力端に接続され、その出力によつて電界効果トランジスタＱ１をスイツチングする。
【００１９】
この電流制御回路１６は、抵抗Ｒ１に流れる充電電流に応じて発光ダイオードＤ４を発光制御し、これにより光トランジスタＱ２及びパルス幅変調回路１８を通じてトランス１５の１次側１５Ａの入力をスイツチングして、充電電流を一定に制御する。
【００２０】
制御回路２はシリーズ安定化回路２Ａ及び電池電圧検出回路２Ｂで構成され、シリーズ安定化回路２ＡにおいてはトランジスタＱ３のエミツタにダイオードＤ３及び整流用コンデンサＣ１を通じて得られる直流電圧Ｖ_INが入力され、そのコレクタ出力を電池３の充電端に与える。またトランジスタＱ３のコレクタ及びエミツタ間には順方向のダイオードＤ５が接続され、ベース及びエミツタ間に抵抗Ｒ４が接続されている。
【００２１】
一方電池電圧検出回路２Ｂにおいては、電池３の充電端の電圧Ｖ_Bが抵抗Ｒ５及びＲ６で分圧されて演算増幅器構成の電圧制御回路１９の非反転入力端に入力されている。また電圧制御回路１９の反転入力端及びアース端間には逆方向のツエナーダイオードＤ６が接続され、さらに電圧制御回路１９の出力端がトランジスタＱ３のベースに接続されている。なお、抵抗Ｒ６及びツエナーダイオードＤ６はスイツチ１２を通じてアース線に接続されている。これにより制御回路２は電圧Ｖ_INが与えられると、電池３に電圧Ｖ_Bを越える電圧が掛からないよう電圧を制御する。
【００２２】
入力電圧検出回路１１においては、トランス１５の２次側１５Ｂの一端の交流電圧が入力され、ダイオードＤ７及びコンデンサＣ２の整流回路で整流され、この結果得られる直流電圧を抵抗Ｒ７及びＲ８で分圧してスイツチ１２に与えるようになされている。
【００２３】
スイツチ１２は逆方向の寄生ダイオードＤ８を有する電界効果トランジスタＱ４で構成されている。トランジスタＱ４のゲートには入力電圧検出回路１１で分圧された直流電圧が与えられ、またソースがアース線に接続され、さらにドレインが電源１３の２次側回路及び制御回路２のアース端に接続されている。
【００２４】
また実際上このトランジスタＱ４はエンハンスメント形であり、充電電流に比して１／10〜１／100 程度の微小電流を流す小容量のものが使用され、オン状態では電源１３の２次側回路及び制御回路２のアース端よりほぼ一定の電流が流れ、これにより電池電圧検出回路２Ｂの電圧検出レベルに対してほとんど影響を与えないようになされている。また電池電圧検出回路２Ｂにおける抵抗Ｒ５及びＲ６の抵抗値は、トランジスタＱ４のオン状態の抵抗値に比して格段的に大きい値に設定されている。
【００２５】
以上の構成において、電源１３のトランス１５の２次側１５Ｂで交流電圧を発生している場合、入力電圧検出回路１１はスイツチ１２のトランジスタＱ４のしきい値以上の電圧をゲートに印加してスイツチ１２をオン制御する。これにより電源１３及び制御回路２が活性化し、電池３は定電流及び定電圧で充電される。
【００２６】
これに対し、電源１３の１次側１５Ａに与えられていた直流電圧が取り除かれる等により２次側１５Ｂの交流電圧が消失すると、入力電圧検出回路１１よりトランジスタＱ４に与えられる電圧がしきい値以下に下がり、トランジスタＱ４がオフ制御される。これにより電源１３及び制御回路２は、スイツチ１２がオフすることによりアース線より切り離され充電が停止される。これと同時に電池３は逆放電の唯一の経路であるスイツチ１２がオフしたことにより逆放電を防止される。
【００２７】
以上の構成によれば、スイツチ１２に充電電流が流れないことにより、スイツチ１２は従来の電流容量に比して１／10〜１／100 の小容量の小型のものを使用でき、かくして充電装置を一段と小型にできる。
【００２８】
また制御回路２と電池３との間に逆放電防止用スイツチが全く介挿されておらず、スイツチの内部抵抗による充電電流の減少がないことにより、定電圧充電期間においては、従来に比して一段と大きな電流を電池３に与えることができ、充電時間を一段と短縮できる。
【００２９】
さらに充電電流の経路と直列に放電防止用のスイツチが接続されておらず、検出電圧に対する放電防止用スイツチの影響がないことにより、電池電圧検出回路２Ｂの検出電圧がそのまま電池３の電圧になり、電池電圧検出回路２Ｂの微調整が不要になる。これに加えて充電完了時の電圧を電池３に規定された許容誤差の範囲に一段と容易にかつ安定的に収めることができる。かくするにつき、リチウムイオン電池のように充電完了時の電圧の許容誤差が例えば4.2 ＋0.1 〜−0.05〔Ｖ〕のように、特に狭い電池を充電する場合でも充電電圧を許容誤差の範囲に容易に安定的に収められる充電装置を得ることができる。
【００３０】
（２）第２実施例
図１及び図２との対応部分に同一符号を付した図３において、２０は全体として充電装置を示し、入力電圧検出回路２１が電源１３より出力される直流電圧Ｖ_INの有無を検出してスイツチ１２を制御するようになされている。
【００３１】
入力電圧検出回路２１は、入力電圧Ｖ_INを抵抗Ｒ９及びＲ１０でなる直列回路で分圧し、その中点電圧をスイツチ１２のトランジスタＱ４のゲートに入力する。入力電圧Ｖ_INは抵抗Ｒ９の他端及び順方向のダイオードＤ９を通じて制御回路２のトランジスタＱ３のエミツタに入力されている。
【００３２】
これにより入力電圧検出回路２１は、直流電圧Ｖ_INが消失するとゲート電圧をスイツチ１２のトランジスタＱ１のソースレベルに落とすことにより、スイツチ１２をオフ制御し、第１の実施例と同様の効果を整流用のコンデンサＣ２を省略した簡易な構成で実現できる。
【００３３】
（３）第３実施例
図１及び図２との対応部分に同一符号を付した図４において、４０は全体として充電装置を示し、入力電圧検出回路４１がトランス１５の１次側の電圧の有無を検出してスイツチ１２をオンオフ制御するようになされている。因みに入力電圧検出回路４１はホトカプラ等で１次コイル１５Ａと２次コイル１５Ｂとを電気的に絶縁する信号伝達手段を有している。これにより入力電圧検出回路４１は、１次側より与えられている電圧が消失するとスイツチ１２をオフさせることができる。
【００３４】
（４）他の実施例
なお上述の実施例においては、本発明を１個の電池３を充電する充電装置１０、２０及び４０に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、２個以上の複数の電池を充電するようになされた充電装置に適用するようにしても良い。
因に図５に示す充電装置５０においては、入力電圧検出回路５１によつて、制御回路５２及び電池電圧検出回路５３Ｂのアース端及びアース線間のスイツチ１２Ｂと、電池電圧検出回路５３Ａのアース端及び電池電圧検出回路５３Ｂの電圧検出端間のスイツチ１２Ａとを制御するようになされている。また、図６に示す充電装置６０においては、入力電圧制御回路６１によつて、制御回路６２Ａのアース端及び制御回路６２Ｂの電源入力端間のスイツチ１２Ａと、制御回路６２Ｂのアース端とアース線間のスイツチ１２Ｂとを制御するようになされている。
【００３５】
また上述の実施例においては、電源より与えられる入力電圧の有無に応じてスイツチをオンオフ制御する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、電源よりの入力電圧と電池の電圧とをそれぞれ検出して、電池の電圧が電源の電圧より高いときスイツチをオフに制御するようにしても上述の実施例と同様の効果を実現できる。
【００３６】
また上述の実施例においては、制御回路２や電源１３が正電圧で動作する場合にそれぞれのアース端及びアース線間にスイツチ１２を設けたが、本発明はこれに限らず、制御回路や電源が負電圧で動作する場合にも適用でき、この場合それぞれのスイツチを共通端及び共通線間に配置するようにすれば、上述の実施例と同様の効果を実現できる。
【００３７】
さらに上述の実施例においては、本発明をリチウムイオン電池や鉛電池のように定電流充電と定電圧充電とを切り換えて充電する電池の充電装置に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ニツケルカドミウム電池又はニツケル水素電池のように定電流で充電する電池や他の定電圧で充電する電池の充電装置にも広く適用できる。
【００３８】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、スイッチング安定化電源の入力電圧が消失したとき、電池電圧検出回路を通って形成される電池への放電電流路を放電電流スイッチ回路によって阻止するようにしたことにより、小型なスイッチ回路を用いて無駄な放電電流を防止し得る充電装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による充電装置の一実施例を示すブロツク図である。
【図２】第１実施例による充電装置の回路構成を示す接続図である。
【図３】第２実施例による充電装置の回路構成を示す接続図である。
【図４】第３実施例による充電装置を示すブロツク図である。
【図５】他の実施例による充電装置を示すブロツク図である。
【図６】他の実施例による充電装置を示すブロツク図である。
【図７】従来の充電装置を示すブロツク図である。
【図８】従来の充電装置を示すブロツク図である。
【符号の説明】
１、４、１０、２０、４０、５０、６０……充電装置、２、５２、６２Ａ、６２Ｂ……制御回路、３、３Ａ、３Ｂ……電池、５、１２……スイツチ、６、１１２１、４１、５１、６１……入力電圧検出回路、１３……電源、１５……トランス、１６……電流制御回路、１７……ホトカプラ、１８……パルス幅変調回路、１９……電圧制御回路。

Claims

充電可能な電池に接続され、スイッチング安定化電源の出力をスイッチ手段によって上記電池に充電する充電電流スイッチ回路と、
放電電流スイッチ回路と、
上記放電電流スイッチ回路と直列に接続され、当該直列回路が上記電池の両端に接続されることにより上記電池の充電電圧が所定電圧以上になったことを演算増幅手段によって検出して上記充電電流スイッチ回路に対して当該充電電流スイッチ回路をオフ動作させる検出出力を送出する電池電圧検出回路と、
上記スイッチング安定化電源からの入力電圧が消失したことを検出して上記放電電流スイッチ回路に対して当該放電電流スイッチ回路をオフ動作させる検出出力を送出する入力電圧検出回路と
を具えることを特徴とする充電装置。