JPH04271279A - 電池充電機能付きａｃアダプタ - 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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】この発明は２次電池用・充電機能
を備えたＡＣアダプタに関する。

【０００３】

【従来の技術】最近では、省エネルギー化のために、ニ
ッカド電池など、充電可能な電池が様々に利用されつつ
ある。このような充電可能な電池の充電のためにＡＣア
ダプタが用いられる。

【０００４】図４はこのような従来の電池充電機能付き
ＡＣアダプタの一例の構成を示すブロック図である。

【０００５】同図において、１は整流器を示しており、
ＡＣ１００Ｖ入力の入力を整流して脈流に変換する。変
換された脈流は平滑コンデンサ２により平滑されて直流
になる。この直流がスイッチング素子３でスイッチング
される。スイッチングされてパルス状の信号がトランス
４で所定の電圧に変圧される。トランス４で変圧された
後、ダイオード５、６により整流が行われ、チョークコ
イル７、コンデンサ８で平滑されて直流電圧が出力され
る。また、出力の直流電圧はスイッチングパルス幅制御
部９にフィードバックされてスイッチング素子３のスイ
ッチングのパルス幅を制御して出力が一定の電圧になる
ようにする。なお、１０はスナバ回路を示しており、ス
イッチング素子３のコレクタ、エミッタ間電圧が安定動
作領域に入るようにする。

【０００６】一方、出力の直流電圧は定電流回路１１を
介して２次電池１２に接続されて充電が行われるように
なっている。また定電流回路１１は電流制御部１３によ
り適切な充電電流となるように制御する。

【０００７】ところで、このような従来の電池充電機能
付きのＡＣアダプタでは、最近の急速充電制御、過充電
防止の制御（例えば、充電量が１００％になると、電池
電圧が上がるので、Ａ／Ｄ変換器とマイクロコンピュー
タとで電圧の上昇を検知し、充電をトリクル充電にきり
かえる制御を行なう等複雑な制御の為には、電流制御部
１３はＡ／Ｄ変換器とマイクロコンピュータが必要とな
り、コストが高くなり、また大型化した。

【０００８】また、スイッチングパルス幅制御部９と電
流制御部１３とが独立して制御をしている為、例えば、
電流制御部１３の制御が故障し、定電流回路１１に大量
の電流が流れてもスイッチングパルス幅制御部９は定電
圧化しようとするため、２次電池１２が発熱し、危険等
の問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の電池充電機能付きＡＣアダプタでは、トリクル充電な
どの複雑な充電をする場合には電流制御部にＡ／Ｄコン
バータなどを必要とし、また、電流制御部の故障した場
合でもスイッチングパルス幅制御部は定電圧を発生しよ
うとするので、２次電池が発熱し、危険などの問題があ
った。

【００１０】本発明は、小型かつ安全な電池充電機能付
きＡＣアダプタを提供することを目的とする。

【００１１】［発明の構成］

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電池充電機能付
きＡＣアダプタでは、上記目的を達成するために、入力
された交流を整流する第１の整流手段と、この第１の整
流手段によって整流された直流をスイッチングするスイ
ッチング手段と、このスイッチング手段によってスイッ
チングされた電流を整流する第２の整流手段と、前記第
１の整流手段または前記第２の整流手段から出力される
直流を充電すべき２次電池に電流を供給する充電電流供
給手段と、前記充電電流供給手段を制御して前記２次電
池に供給する電流を制御するととともに、前記第２の整
流手段から出力された直流電圧および前記充電電流供給
手段の電流供給状態に基づいて前記スイッチング手段の
スイッチングを制御する制御手段とを具備することを特
徴としている。

【００１３】

【作用】本発明の電池充電機能付きＡＣアダプタでは、
充電電流供給手段を制御して２次電池に供給する電流を
制御するととともに、第２の整流手段から出力された直
流電圧および充電電流供給手段の電流供給状態に基づい
てスイッチング手段のスイッチングが制御される。

【００１４】したがって、充電電流供給手段の状態に応
じてスイッチングが行われるので充電電流供給手段およ
び２次電池に異常が生じた場合でも危険を防ぐことが可
能になる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１６】図１は本発明の電池充電機能付きＡＣアダ
プタに適用した場合の一実施例の構成を示す図である。

【００１７】同図に示すように、この電池充電機能付き
ＡＣアダプタは、入力される交流を整流する整流部１４
と、整流部１４から出力された直流をスイッチングする
スイッチング回路１５と、スイッチングされたパルス状
の信号を変圧するトランス１６と、変圧された信号の整
流、平滑を行う整流・平滑回路１７と、スイッチング部
１７および２次電池１８の充電を制御（例えば、充電電
流と、充電時間の制御、急速充電制御、充電電流の過電
流検知、充電時間と、２次電池１８の電圧の変化による
急速充電停止制御、トリクル充電制御等）するディジタ
ル制御部１９と、充電すべき２次電池１８の充電電流を
定電流化する定電流回路２０とから構成されている。

【００１８】スイッチング回路１５はスイッチングトラ
ンジスタ２１とスナバ回路２２とから構成されており、
スナバ回路２２はスイッチングトランジスタ２１のコレ
クタ、エミッタ間の電圧が安定動作領域に入るようにす
る。

【００１９】整流・平滑回路１７はトランス１６から出
力された交流に対し全波整流を行うダイオード２３、２
４と全波整流が行われた脈流の平滑を行うチョークコイ
ル２５とコンデンサ２６とによって構成されている。

【００２０】定電流回路２０は定電流トランジスタ２７
と複数の抵抗２８、２９、３０、３１、３２とから構成
されている。

【００２１】ディジタル制御部１９はマイクロコンピュ
ータ３３と、制御データの一時的な記憶のためのＲＡＭ
３４と、制御プログラムが記憶されているＲＯＭ３５と
、Ａ／Ｄコンバータ３６と、Ｉ／Ｏレジスタ３７と、ス
イッチングトランジスタ２１を駆動するためのドライバ
３８と、内部バス３９とによって構成されている。なお
、４０は電池の放電用のダイオード、４１は平滑のため
のコンデンサである。つぎに上述した構成の電池充電機
能付きＡＣアダプタの概略的動作について説明する。

【００２２】ＡＣ入力（例えばＡＣ１００Ｖ）を整流器
１４で整流してコンデンサー４１で直流をつくる。この
直流はスイッチング回路１５でスイッチングされスイッ
チング電流がトランス１６の１次側に流れ、トランス１
６の２次側の出力は整流・平滑回路１７により整流・平
滑され９．０Ｖの直流電圧Ｖ１を得る。デジタル制御部
１９は内部にマイクロコンピュータ３３を持っており、
電圧のフィードバックによるＰＷＭ（ＰＵＬＳＥ　ＷＩ
ＤＴＨ　ＭＯＤＵＬＡＴＩＯＮ）制御を行ない、スイッ
チングパルスをスイッチング回路１５に入力する。また
、充電制御の為、定電流回路２０の電流値の検知と、電
流値の指示、充電時間管理、充電電池電圧検知、異常電
流検知等を行ない、２次電池１８が適切に充電されるよ
う定電流回路２０の電流を制御する。

【００２３】次に、上述した電池充電機能付きＡＣアダ
プタのより詳細な動作説明を行なう。　　直流出力電圧
Ｖ１を、ＰＷＭ制御の為に信号線Ｌ１によりデジタル制
御部１９のＡ／Ｄコンバータ３６に入力する。デジタル
変換後、内部バス３９よりマイクロコンピュータ３３が
ディジタル化した電圧Ｖ１の情報を読み、電圧Ｖ１が所
定の電圧より高いか、低いかに基づいてスイッチング回
路１５のスイッチングトランジスタ２１のベースにスイ
ッチングパルス幅を狭く、又は広く（ＰＷＭ制御）した
パルスを入力する。ここでは、マイクロコンピュータ３
３がＩ／Ｏレジスタ３７のｂｉｔ０に“１”を書き、期
待する時間経過後にｂｉｔ０に“０”を書くようにして
いる。ここでは動作説明を簡単にする為、マイクロコン
ピュータ３３の動作スピードが充分速い場合である。マ
イクロコンピュータ３３のスピードが遅く、スイッチン
グ周波数が比較的高周波のときはＩ／Ｏレジスタ３７を
介して高周波発振噐をおき、オンパルス幅をマイクロコ
ンピュータ３３より指定する様にすることが一般的であ
る。要するに、マイクロコンピュータ３３がどういうロ
ジック構成であれ、ＰＷＭ制御ができれば良い。

【００２４】以上の動作によりＡＣアダプタ機能の直流
出力安定化制御がされたことになる。また、マイクロコ
ンピュータ３３は、Ａ／Ｄコンバータ３６のポートを切
りかえ、時分割で、信号線Ｌ２、Ｌ３により定電流トラ
ンジスタ２７のコレクタおよびエミッタの電圧値を読む
。そしてＩ／Ｏレジスタ３７のｂｉｔ２，ｂｉｔ３を制
御（ｂｉｔ２，ｂｉｔ３に“１”又は“０”を書く）す
ることにより、定電流回路２０の充電電流を制御し、正
常に充電を行なう。

【００２５】説明をわかりやすくする為、種々の条件で
の動作を個別に以下に説明する。 ■電池が入っていない場合 マイクロコンピュータ３３はｂｉｔ３＝“１”とし、抵
抗３１を介してトランジスタ２７のベースにトリクル充
電用制御電流を流して抵抗２９の電圧を信号線Ｌ３から
読む。マイクロコンピュータ３３は信号線Ｌ３の電圧が
約８Ｖである場合には２次電池１８がセットされている
と判断する。また、マイクロコンピュータ３３は信号線
Ｌ３の電圧が０Ｖに近いことを検知すると２次電池１８
が入っていないと判断する。この場合、マイクロコンピ
ュータ３３はＩ／Ｏレジスタ３７のｂｉｔ２を“１”と
し、抵抗３０を通して、充電用大電流を流すことはしな
い。というのは、こういう条件下で、２次電池１８がセ
ットされると、電池と接点となるところで火花が散るこ
とになり危険であり、電池接触部金属の損傷が発生する
からである。マイクロコンピュータ３３は２〜３秒おき
に２次電池１８がセットされたか否かを、上述した動作
により判断し、２次電池１８がセットされていなければ
、Ｉ／Ｏレジスタ３７のｂｉｔ２、ｂｉｔ３を“０”と
し、トランジスタ２７に電流は流さない様にする。

【００２６】■２次電池１８がセットされた場合２次電
池１８がセットされたことをチェックすると２次電池１
８の充電を開始する。すなわち、マイクロコンピュータ
３３はＩ／Ｏレジスタ３７のｂｉｔ２を“１”とし、抵
抗３０を通して、定電流トランジスタ２７にベース電流
を流し、コレクタ電流（２次電池１８の充電電流）が０
．１Ｃになる。

【００２７】図２は２次電池１８の０．１Ｃ充電、周囲
温度２０℃時の充電特性を示す図である。

【００２８】同図に示す様に、２次電池１８が空の状態
では電圧が約１．３２Ｖであったものが、時間経過とと
もに１．４Ｖ〜１．４８Ｖと上昇する。マイクロコンピ
ュータ３３はＡ／Ｄコンバータ３６から信号線Ｌ１の電
圧（２次電池１８の入力電圧）、信号線Ｌ２の電圧、信
号線Ｌ３の電圧を時間割でポート切り換えにより、デジ
タル値で読みとり、信号線Ｌ１の電圧−信号線Ｌ２の電
圧（２次電池電圧）を約数百ｍｓ毎に計算し、図２の特
性のごとく正常に動作していることの確認、また、信号
線Ｌ３の電圧÷抵抗２８の抵抗値（充電電流）を計算し
、０．１Ｃを逸脱していないことの確認を常にすること
になる。急速充電電池用では例えば１Ｃ充電電流制御を
行なう様な回路定数とすることもできる。

【００２９】■充電を終了制御 図２に示す特性の１００％充電になったとき、すなわち
、信号線Ｌ１の電圧−信号線Ｌ２の電圧が８．７Ｖ（１
．４５Ｖ×６個＝８．７Ｖ）となったとき、０．１Ｃ充
電を停止（Ｉ／Ｏレジスタ３７のｂｉｔ２を“１”から
“０”にする）し、Ｉ／Ｏレジスタ３７のｂｉｔ３を“
０”から“１”にし、トリクル充電とする。このように
して過充電にならぬ様に制御することになる。電池が空
の時には約１０時間後に充電終了となり、以後はトリク
ル充電制御となる。５０％充電された電池を充電したと
きは、図２の５時間時点Ｐ１での電圧（約１．３８Ｖ）
から電圧（約１．４５Ｖ）になる時点Ｐ２まで通常充電
を実行し、その後はトリクル充電に切り換えられ、過充
電はなくなる。図２は０．１Ｃ充電電流の場合について
の特性であるが、電池によっては、０．３Ｃ〜１Ｃ充電
が可能なものもあり、これらの制御も以上と同様にでき
ることは言うまでもない。充電方法は種々あり、充電回
路と制御方法をかえて可能である。

【００３０】■充電異常電流の検知と動作停止充電中は
マイクロコンピュータ３３は信号線Ｌ３の電圧を常に読
み、（信号線Ｌ３の電圧）÷（抵抗２８の抵抗値）であ
る充電電流値を算出する。例えばトランジスタ２７のコ
レクターエミッタ間がショートし破損したときは、抵抗
２８に大電流が流れ、以上述べたようにで異常が検知さ
れる。この時はマイクロコンピュータ３３はＩ／Ｏレジ
スタ３７のｂｉｔ０を“１”にはしないので、スイッチ
ング回路は停止し充電は停止される。

【００３１】■最大充電時間の設定による過充電防止０
．１Ｃ充電（図２に示す特性の電池の充電の場合）では
最長充電時間は１０時間である。例えば、５０％充電、
残存電池を充電する場合、■で述べたように正常なら５
時間充電後、トリクル充電になるが、何等かの異常で、
０．１Ｃ充電を続行する様になっても、マイクロコンピ
ュータ３３は０．１Ｃ充電開始時間を時間管理し、最長
充電時間は１０時間であるので１０時間後に０．１Ｃ充
電を停止し、トリクル充電にきりかえる。このようにす
れば電池の発熱が停止するので危険がなくなる。

【００３２】図３はマイクロコンピュータ３３の制御フ
ローを示す図である。

【００３３】同図に示すようにマイクロコンピュータ３
３は時分割で直流出力制御（ステップＳ３０１）と、２
次電池１８の充電制御（ステップＳ３０２）を繰り返し
て行なうことによりデジタル制御部１９が１個で全てを
制御することができることになる。またＲＯＭ３５にマ
イクロコンピュータ３３の制御プログラムが記憶され、
ＲＡＭ３４はＡ／Ｄコンバータ３６から読み取ったデー
タの一時記憶、制御フラグの記憶に利用される。

【００３４】また本実施例では、スイッチング電源の２
次側出力電圧使用して充電を行なう場合について説明し
たが、トランスの２次側別巻線の出力電圧を使用しても
良いし、１次側の電圧を利用し、１次側に充電回路を置
いても良いし、また、トランス１次側に別巻線で充電電
圧を得ても良い。

【００３５】さらに、抵抗３０、３１を通して、トラン
ジスタ２７を制御したが、Ａ／Ｄコンバータにより、ア
ナログ電圧を、トランジスタ２７のベースに入力しても
良い。また、Ｉ／Ｏレジスタ３７のｂｉｔ２，ｂｉｔ３
の２ビットだけの簡単なものにしてあるが、ビット数を
多くして多種類の定電流制御しても可能である。

【００３６】したがって本実施例の電池充電機能付きＡ
Ｃアダプタでは、マイクロコンピュータによるＡＣアダ
プタ機能と、２次電池充電制御を同時に行なうことによ
り、低価格化を可能とすることができる。また、充電回
路に異常が発生し、異常電流が流れた時は充電回路の充
電電流を切るだけでなく、スイッチング回路動作を停止
させ（制御を同一マイクロコンピュータで行なっている
為全体がわかる）、事故を発生防止することができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明の電池充電機能付きＡＣアダプタ
によれば充電電流供給手段を制御して２次電池に供給す
る電流を制御するととともに第２の整流手段から出力さ
れた直流電圧および充電電流供給手段の電流供給状態に
基づいてスイッチング手段のスイッチングが制御される
ので充電電流供給手段の状態に応じてスイッチングが行
われるので充電電流供給手段および２次電池に異常が生
じた場合でも危険を防ぐことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池充電機能付きＡＣアダプタの一実
施例の構成を示す図である。

【図２】２次電池の充電特性を示す図である。

【図３】本実施例のディジタル制御部のマイクロコンピ
ュータの動作を示すフローチャートである。

【図４】従来の電池充電機能付きＡＣアダプタの一例の
構成を示す図である。

【符号の説明】

１４…整流部 １５…スイッチング回路 １６…トランス １７…整流・平滑回路 １９…ディジタル制御部 ２０…定電流回路 ２１…スイッチングトランジスタ ２２…スナバ回路 ２３、２４…ダイオード ２５…チョークコイル ２６…コンデンサ ２７…定電流トランジスタ ２８、２９、３０、３１、３２…抵抗 ３３…マイクロコンピュータ ３４…ＲＡＭ ３５…ＲＯＭ ３６…Ａ／Ｄコンバータ ３７…Ｉ／Ｏレジスタ ３８…ドライバ ３９…内部バス ４０…放電用のダイオード ４１…コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力された交流を整流する第１の整流手段
   と、この第１の整流手段によって整流された直流をスイ
   ッチングするスイッチング手段と、このスイッチング手
   段によってスイッチングされた電流を整流する第２の整
   流手段と、前記第１の整流手段または前記第２の整流手
   段から出力される直流を充電すべき２次電池に電流を供
   給する充電電流供給手段と、前記充電電流供給手段を制
   御して前記２次電池に供給する電流を制御するとととも
   に、前記第２の整流手段から出力された直流電圧および
   前記充電電流供給手段の電流供給状態に基づいて前記ス
   イッチング手段のスイッチングを制御する制御手段とを
   具備することを特徴とした電池充電機能付きＡＣアダプ
   タ。