JPH0332328A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野］ 本発明は、トランジスタインバータを用いて蓄電池を充
電する充電回路に関する。

（従来の技術） 従来、第１１図に示づ゛ように、トランジスタインバー
タを用いて蓄電池を充電する充電回路が知られている。

すなわち、この充電回路に交流電源４が接続されると、
タイ詞−ドブリッジ２、チョークコイル１−、　ｏおよ
びコンデンサＣ１により整流、平滑された直流がトラン
ジスタインバータ１に入力される。

この直流入力により１〜ランジスタインバータ１の発振
用トランジスタＱ１が発振を開始し、蓄電池Ｂが充電さ
れる。すなわち、上記トランジスタＱ１がオンしたとき
には、上記直流電流がコイルヒｃ、１〜ランジスタＱ１
の］レクタ、および抵抗Ｒ４を経て蓄電池Ｂに供給され
、一方、トランジスタＱ１がオフのときには、フィル上
１の蓄積ＴネルギーがダイオードＤｏを介して蓄電池Ｂ
に供給される。

一方、蓄電池Ｂが満充電に達づるまでは制御回路５がト
ランジスタＱ３をオンし、抵抗Ｒ４に抵抗Ｒ５を並列接
続させ、蓄電池Ｂへ大きな充電電流が供給されるように
している。そして、蓄電池Ｂｈ＜満充電に達づると、制
卸回路５はトランジスタＱ３をオフにし、蓄電池Ｂへの
供給電流を減少させる。この結果、蓄電池Ｂが過充電さ
れることなく、満充電に維持される。

この充電回路において、充電時間を短縮しようとすると
、充電電流を増やさなければならない。

この充電電流を増やすためには、例えば抵抗Ｒ５の抵抗
値を小さくしてトランジスタＱ１のコレクタ電流を大き
くすることが考えられる。すなわち、抵抗Ｒ５の抵抗値
を小さくすると、抵抗Ｒ５を抵抗Ｒ４に並列接続させた
ときのトランジスタＱ１のコレクタ電流が、第１２図に
示す電流波形から第１３図に示す電流波形のように、ト
ランジスタＱ１のオン期間が長くなるとともに、オフ期
間が短くなる。この結果、トランジスタＱ１のコレクタ
電流が大きくなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、発振用トランジスタＱ１に大きなコレクタ電
流を流すためには、トランジスタＱ１にコレクタ電流容
量の大きなトランジスタを用いる必要があるが、このよ
うなコレクタ電流容量の大きなトランジスタでは、一般
にスイッチング速度が遅い。一方、満充電後の蓄電池Ｂ
への供給電流、すなわち、トリクル電流は小さくする必
要があり、従ってトランジスタＱ１のオン期間を短くし
なければならない。

このため、コレクタ電流容量の大きなトランジスタＱ１
を用いた場合、このトランジスタＱ１が満充電後のスイ
ッチング速度に対応できないと、トランジスタＱ１が完
全にはオンになりきれない。

この結果、第１４図に示すように、トランジスタＱ１の
コレクターエミッタ間には、常に電圧が印加された状態
となる。この状態でコレクタ電流が流れると、トランジ
スタＱ１は発熱し、劣化あるいは破損する虞れがある。

本発明は、上記問題を解消するもので、スイッチング速
度が遅いトランジスタを用いても発熱しにくい充電回路
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、トランジスタイ
ンバータを用いて蓄電池を充電する充電回路において、
上記トランジスタインバータの発振用トランジスタの発
振を間欠的に行わす制御手段を備えたものである。

〔作用〕

上記構成の充電回路によれば、制御手段により発振用ｌ
〜ランジスタの発振は間欠して動作される。

〔実施例〕

第１図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。

ダイオードブリッジ２は保護抵抗Ｒ１，Ｒ＋＋およびコ
ンデンサＣ１を介して交流ｆｆ１ｌＩｉｉ４から供給さ
れた交流を整流するものである。ヂョーク］イルＬｏお
よびコンデンサＣ１はダイオードブリッジ２で整流され
た直流を平滑してトランジスタインバータ１に送るもの
である。

トランジスタインバーターは蓄電池Ｂを充電するための
ものである。すなわち、トランジスタインバータ１の発
振用トランジスタＱ１はコンデンサＣ３およびコイルＬ
Ｂからなる直列回路の電圧がオン電圧を越えると、オン
してコイルＬｃおよび抵抗Ｒ４を経て蓄電池Ｂへ電流供
給するものである。上記コンデンサＣ３およびコイルし
Ｂの直列回路は上記コンデンサＣ１からの直流がトラン
ジスタインバーターに入力されたとき、抵抗Ｒ３、コン
デンサＣ３およびコイル１Ｂによる時定数で電圧上昇す
るものである。

コイルＬ　ＣＮコイルＬ１、コイルＬＢおよびコイルＬ
４はトランス結合を構成している。ダイオードＤ１はト
ランジスタＱ２がオンからオフになると、コイルＬＢの
蓄積エネルギーでコンデンサＣ３を充電するためのもの
である。

トランジスタＱ２は、トランジスタＱ１がオンした後に
トランジスタＱ１のエミッタ電流により抵抗Ｒ４の端子
間電圧がトランジスタＱ２のオン電圧を越えると、オン
してトランジスタＱ１をオフにさせるものである。

コイル［１およびダイオードＤＯからなる直列回路は、
トランジスタＱ１がオフになったときにコイルＬ１に蓄
積されたエネルギーを蓄電池Ｂに供給するものである。

なお、上記蓄積エネルギーはトランジスタＱ１のコレク
タ電流が大きいときには、それに応じて大きくなる。

抵抗Ｒ２およびコンデンサＣ２からなる直列回路はコイ
ルＬｃに発生するスパイクノイズを除去するためのもの
である。

制御回路３は図示しないタイマＩＩＩ　１１１手段、温
度差制御手段あるいは電圧制御手段を有し、蓄電池８の
満充電を検出づるようになされている。

制御回路３の出力端は１−ランジスタＱ１のベスに入力
され、上記出力端がローになるど、トランジスタＱ１の
発振が停止するようになされている。そして、制御回路
３は蓄電池Ｂの満充電が検出されるまでは出力端を高抵
抗状態に維持し、蓄電池Ｂの満充電が検出されると、第
２図に示づように、上記出力端を１１期間高抵抗状態に
した後、Ｔ２期間ローにづる間欠動作が繰り返し行われ
る。

また、制御回路３の出力端は抵抗Ｒ７を介して１−ラン
ジスタＱ４のベースに入力され、この出力端がＯ−にな
ると、１〜ランジスタＱ４がオンするようになされてい
る。そして、トランジスタＱ４がオンすると、コイルＬ
４に誘起され、コンデンサＣ４に充電された電流が抵抗
Ｒ８を経て発光ダイオードＤＬに供給され、発光ダイオ
ードＤ＋、が点灯する。ダイオードＤ４およびコンデン
サＣ４はコイル１４の誘起電圧を整流、平滑して制御回
路３および１〜ランジスタＱ４に電源供給するものであ
る。

なお、上記タイマ制御手段は充電開始から所定時間経過
することにより、蓄電池Ｂの満充電を検出するものであ
る。温度差制ｒＪｌ＋手段は図示しない温度センサによ
り所定温度上昇したことを検出して満充電を検出するも
のである。電圧制御手段は蓄電池Ｂの端子間電圧を検出
するように構成され、検出電圧が所定電圧になることで
、満充電を検出するものである。

次に、上記充電回路の動作の第１実施例について説明す
る。

充電回路に交流電源４が接続されると、トランジスタイ
ンバータ１に直流が入力される。この直流入力によりコ
ンデンサＣ３およびコイルＬＰの直列回路の電圧が次第
に上昇し、発振用トランジスタＱ１のオン電圧を越える
と、このトランジスタＱ１がオンする。

また、上記直列回路の電圧は更に上昇を続け、第１２図
に示すように、１〜ランジスタＱ１のコレクタ電流は増
加を続１．プる。このため、１〜ランジスタＱ１のエミ
ッタ電流も増加し、抵抗Ｒ４の端子間冷汗が上品する。

そして、この抵抗１【４の端子間電圧がトランジスタＱ
２のオン電圧を越えると、１〜ランジスタＱ２がオンし
、直ちにトランジスタＱ１がオフになる。このため、ト
ランジスタＱ２が再びオフになり、コイルＬＤに蓄積さ
れたＪ−ネルギーがダイオードＤ１を介してコンデンサ
Ｃ３に供給される。すると、］ンデンザＣ３の端子間電
圧は負電圧になり、この負電圧を放電すべく、抵抗［λ
３を介してコンデンサＣ３に電流が供給される。

そして、コンデンサＣ３およびコイルヒＢの直列回路の
電圧が再びトランジスタＱ１のオン電圧を越えると、１
〜ランジスタＱ１がオンする。この動作を繰り返してト
ランジスタＱ１は発振を続４−する。この結果、蓄電池
ＢにはトランジスタＱ１のエミッタ電流が供給されると
ともに、トランジスタＱ１のオフ時には、コイルＬ１に
蓄積された一Ｉｎネルギーが供給される。

また、蓄電池Ｂの充電開始後から制御回路３により蓄電
池Ｂの満充電が検出されるまでは、制御回路３の出力端
は高抵抗状態となり、トランジスタＱ１は上述した発振
を継続する。

一方、制御回路３により満充電が検出されると、第２図
に示すように、制御回路３の出力端は千１期間高抵抗状
態になった後、１２期間ローになる間欠動作が繰り返し
行われる。すなわち、トランジスタＱ１は１２期間発振
が停止され、該１２期間経過後、トランジスタＱ１は再
び１１期間発振する。そして、この動作を繰り返すこと
でトランジスタＱ１は間欠的に発振を続ける。

この結果、蓄電池Ｂへの充電電流も間欠的に流れ、この
充電電流の平均が満充電後のトリクル電流になる。すな
わち、上記平均電流ＩＥはトランジスタＱ１が連続発振
しているときの充電電流をＩｏとするど、下式のように
なる。

ＩＥ　＝　Ｉｏ　−Ｔ２　／　（Ｔ１＋Ｔ２　）そして
、第３図に示すように、ｔ１時点で蓄電池Ｂの満充電が
検出されると、蓄電池Ｂへの電流０ はＩｏからＩＥに切り換わる。

また、制御回路３の出力端がロー（Ｔ２期間）になると
、トランジスタＱ４がオンして発光ダイオードＤＬが点
灯し、上記出力端が高抵抗状態（Ｔｔ期間）になると、
発光ダイオードＤＬが消灯する。すなわち、制御回路３
により満充電が検出されると、発光ダイオードＤＬが点
滅して蓄電池Ｂが満充電になったことが表示される。

このように、トランジスタＱ１の発振周波数は一定のま
まで発振期間のみ変更するので、トランジスタＱ１にス
イッチング速度の遅いトランジスタを用いることができ
る。

次に、上記構成による充電回路の動作の第２実施例につ
いて説明する。

この実施例の動作では、蓄電池Ｂが満充電に近づくに従
って制御回路３の出力端の高抵抗状態のＴ１期間および
ローのＴ２期間が順次変更されるるようになされている
。なお、Ｔ１１．　ＴＩ２　、　Ｔ１期間およびＴ２１
　、　Ｔ２２．　Ｔ２期間はそれぞれＴｌｊ＞Ｔ１２　
＞Ｔ＋　、Ｔ２１　＜Ｔ２２＜Ｔ２になるように設置１ 定されている。また、蓄電池Ｂへの供給電流ｉｏ。

Ｉｔ　、１２．１Ｅはそれぞれｒｏ　＞ＩＩ　＞１２　
＞ＩＥとなる。

すなわち、第４図（ａ＞、（ｂ）に示すように、充電が
開始されたときは、制御回路３の出力端は高抵抗状態が
維持され、蓄電池Ｂには電流１ｏが供給される。そして
、制御回路３により蓄電池Ｂの容量が１２時点で、例え
ば８０％になったことが検出されると、制御回路３の出
力端は高抵抗状態の１１１期間とローのＴ２１期間とを
交互に繰り返す間欠動作が開始される。この結果、蓄電
池Ｂへの充電電流も間欠的に流れ、この平均電流は１１
になる。また、蓄電池Ｂの容量がｔ３時点で、例えば９
０％になると、上記Ｔ＋１期間とＴ２１期間とはそれぞ
れＴＩ２期間とＴ２２期間とに変更され、蓄電池Ｂへの
平均電流はＩ２に減少する。更に蓄電池Ｂの容量が増え
るに従って高抵抗状態の期間が短くなるとともに、ロー
の期間が長くなる。この結果、蓄電池Ｂへの平均充電電
流も次第に減少する。

２ そして、ｔ４時点で蓄電池Ｂの容量が１００％になると
、上記高抵抗状態の期間が１１に、ローの期間がＴ２に
なり、蓄電池Ｂへの平均電流はトリクル電流ＩＨになる
。

このように、この実施例では、蓄電池Ｂへの電流を蓄電
池Ｂの容量が１００％に近付くにつれて次第に減少させ
ているので、充電時間を短くするために充電初期の電流
１ｏを比較的大きく設定した場合でも、充電電流の急激
な減少による蓄電池Ｂへのストレスを軽減することがで
きる。

次に、上記充電回路における短絡事故からの保護対策に
ついて説明する。

すなわち、充電回路の小型化に伴って回路素子間の絶縁
距離が極めて短くなり、充電回路の一部に短絡事故が生
じる可能性がある。このため、短絡電流が充電回路に流
れても、回路素子が破壊されないようにする必要がある
。

このため、第５図に示すように、交流電源４と充電回路
との間にそれぞれ保護抵抗Ｒ１，Ｒ＋＋を挿入している
。これらの保護抵抗Ｒ１，Ｒ１１は、３ 例えば充電回路の入力端子１０．１１間が短絡されたり
、交流電源４の接続端子１２と上記入力端子１１、ある
いは交流電源４の接続端子１３と上記入力端子１０とが
短絡されても、例えば１０Ａ以上の電流が上記回路素子
に流れないようになされている。

一方、充電回路の正常動作時での保護抵抗Ｒ１゜Ｒ１１
による電力損失を少なくするためには、保護抵抗Ｒ１，
Ｒ１１の抵抗値を小さくするほうがよい。

このため、短絡事故時には保護抵抗Ｒ１，Ｒｌｔに比較
的大電流が流れ、かなりの発熱が生じる。

すなわち、第６図に示すように、充電回路の正常動作時
での保護抵抗Ｒ１，Ｒ１＋に流れる電流を例えば１１と
すると、この電流１１では保護抵抗Ｒ１，Ｒｔ＋はほと
んど発熱することはない。一方、短絡事故が起こって、
例えばＮ流１２が流れると発熱が生じ、更に電流Ｉ３が
流れると、保護抵抗Ｒ１，Ｒｔｌは赤熱し、電流１４が
流れると、−瞬にして焼き切れる。上記電流Ｉ４では、
保護抵抗Ｒ１，Ｒｔ＋が焼き切れると、もはや保護抵抗
Ｒ１゜４ ＲＩｉに電流が流れなくなるが、上記電流ｉ３では、保
護抵抗Ｒｔ、Ｒ＋＋の赤熱されている期間にプリント基
板が焦げたり、熱変形したり、あるい（よ発火すること
もある。

この対策の第１実施例を第７図を用い′Ｃ説明する。

すなわち、保護抵抗Ｒ＋、Ｒａ１はプリント基板１４の
上面にそれぞれ垂直に立てられている。

方、交流電源４の接続端子’１２．１３は保護抵抗Ｒ＋
、Ｒ１１が接続されたバネ部材１２１，１３１をそれぞ
れ有し、これらのバネ部０１２１，１３１の接続部１２
２，１３２は上方向に付勢された状態で保護抵抗Ｒ＋、
Ｒ１＋の各一端ど半田付【プされている。また、この半
田しよ例えば１３０℃〜１５０　’Ｃで溶解づるように
なされている。

そして、短絡事故により保護抵抗Ｒ＋、Ｒ１１が発熱し
て１３０℃〜１５０’Ｃに達したときに、上記半田が溶
解する。すると、バネ部材１２１．１３１のバネ力によ
り接続部１２２．１３２が保護抵抗Ｒ＋、Ｒ＋１から上
方へ外れ、充電回路が交流５ 電源４から遮断される。したがって、充電回路への短絡
電流の流入が停止し、回路素子の破壊が防止される。

なお、上記半田句【）に代えて上記半田を力ｌ締めて保
護抵抗Ｒ＋、、Ｒｔ＋と接続部１２２．．１３２とを接
続するようにしてもよい。

次に、短絡事故対策の第２実施例を第８図乃至第１０図
を用いて説明する。

この実施例では、保護抵抗Ｒ１に温度ヒユーズ１５を直
列接続したものである。また、第９図に示すように、保
護抵抗Ｒ１と温度ヒユーズ１５とは互いに接触するよう
に配置されるとともに、保護抵抗Ｒ１のリード線１６と
温度ヒユーズ１５のリード線１５１とが接続部１７で半
田付け、あるいは加締められている。さらに、保護抵抗
Ｒ１のリード線１６１と温度ヒユーズ１５のリード線１
５２とはそれぞれ絶縁デユープ１６２，１５３で覆われ
ており、リード線１６１とリード線１５２とが互いに接
触しないようになされている。

そして、短絡事故により保護抵抗Ｒ＋、Ｒ１１が６ 発熱すると、この発熱により温度ヒユーズ１５が遮断さ
れ、充電回路への短絡電流が停止する。

なお、温度ヒユーズ１５は保護抵抗ＲＨに直列接続して
も上記と同様の効果が得られる。

ところで、この実施例では、充電回路の規格により、温
度ヒユーズ１５のリード線１５２と保護抵抗Ｒ１のリー
ド線１６１とに所定の絶縁距離を設ける必要がある。こ
のため、この絶縁距離を考慮しながらプリント基板を設
計せねばならず、また、保護抵抗Ｒ１および湿度ヒユー
ズ１５の配設位置も配慮して製造する必要がある。

そこで、第１０図に示すように、上記接続端子１２と温
度ヒユーズ１５の間に抵抗１２を挿入することで上記絶
縁距離の配慮をなくすことができる。

この結果、プリント基板の段別ａ５よび製造が容易にな
り、したがって、充電回路のより小型化が図れる。

また、保護抵抗Ｒ１の抵抗値を保護抵抗Ｒ１＋および抵
抗１２よりも大きくすることで、短絡事故時に保護抵抗
Ｒ１を最も早く発熱させることができ７ る。すなわち、短絡事故発生から短時間で温度ヒユーズ
１５を遮断できるので、保護抵抗Ｒ１および抵抗１２の
発熱によるプリン１〜塁板の破損等を防ぐことができる
。

〔発明の効果） 本発明は、トランジスタインバータの発振が間欠的に行
われるので、発振用トランジスタのオン、Ａフ期間を変
更する必要かなく、したがって、発振用トランジスタに
スイッチング速度が遅いトランジスタを用いても、発熱
を少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る充電回路の一実施例を示す回路図
、第２図は本充電回路に係る制御回路の動作を示す図、
第３図は本充電回路による蓄電池への充電電流を説明す
る図、第４図（ａ）、（ｂ）は本充電回路の動作の第２
実施例を説明する図、第５図、第６図は保護抵抗の課題
を説明１−る図、第７図は短絡事故対策の第１実施例を
示す図、第８図乃至第１０図は短絡事故対策の第２尖施
例を８ 示す図、第１１図は従来の充電回路の回路図、第１２図
、第１３図は発振用トランジスタの動作を説明する図、
第１４図は従来の充電回路の課題を説明する図である。 １・・・トランジスタインバータ、３・・・制御回路、
Ｂ・・・蓄電池、Ｑｌ・・・発振用トランジスタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、トランジスタインバータを用いて蓄電池を充電する
   充電回路において、上記トランジスタインバータの発振
   用トランジスタの発振を間欠的に行わす制御手段を備え
   たことを特徴とする充電回路。