JPH0561863B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はインバータ回路を使用した充電回
路、特に交流100Vあるいは240Vなどの使用電圧
の大小にかかわらず所定の充電が行える充電回路
に関する。

［従来の技術］ 現在、世界で使用されている商用交流電圧は
100Vの低圧から240Vまでその幅は２倍以上にも
及ぶ。かかる使用電圧の幅に対し、従来は使用電
圧毎に回路定数を変更するなどして対応するのが
一般的で、充電回路においてもその例外ではなか
つた。

上記した問題に対し、交流電圧を整流した脈流
そのままを使用するインバータ式の充電回路にお
いては、第５図に示すごとくスイツチング用トラ
ンジスタ５０のエミツタ端に抵抗５１を挿入して
エミツタ電流の値に比例した電圧を取り出すとと
もに、該電圧に分圧回路５２で入力電圧を分圧し
たものを加え、両者の和が設定値を越えるとスイ
ツチング用トランジスタ５０を強制的にオフさせ
るものが知られている。すなわち、入力電圧が高
くなるほど１サイクル中の設定電圧、従つて設定
電流値を越える期間が長くなることに着目し、設
定電圧を越えるほど低いコレクタ電流値でスイツ
チング用トランジスタ５０をオフさせることによ
り、入力電圧の大小にかかわらず略一定の充電電
流を達成せんとするものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記した入力電圧の検出は、100
ないし240V程度の高電圧に対して直接行われる
のに対し、エミツタ抵抗により検出する電圧は高
くとも数Ｖ程度と小さいために、回路組立時の調
整は不可欠でしかも難しい。

また、一次コイル１９の電流値であるコレクタ
電流を直接制御するものでは、一次コイル１９と
二次コイル２６との結合比および巻線比のばらつ
き等が原因して、二次コイル２６の出力である充
電電流が必ずしも所望の電流値を維持していると
はいえず、品質的にばらつきの多いものであつ
た。

本発明は、一次コイルに流れる電流値と二次コ
イルから出力される電圧値とを同時に検出し、ど
ちらか一方が設定値を越えると一次コイルに流れ
る電流をオフする制御を行うことにより、入力電
圧の広範囲の変動に対しても安全且つ確実に充電
電流を一定に維持できる充電回路を提供すること
を目的とする。

［課題を解消するための手段］ 本発明にかかる充電回路は、第１図にその基本
的な構成を示す如く、一次コイル１９に流れる電
流をスイツチング用トランジスタ１８でオンオフ
規制して二次コイル２６の出力を制御するインバ
ータ式のものであつて、更に一次側の状態を検知
する電流検出部２９と、二次側の状態を検知する
電圧検出部３７と、両検出部２９，３７から出力
される信号の入力と連動してオンする制御部３０
と、充電池１６に対する充電ルートとを備えてい
る。

上記した電流検出部２９は、スイツチング用ト
ランジスタ１８のオン期間中に一次コイル１９に
流れる電流が設定値を越えると、それに対応して
所定の信号を制御部３０に送る。

電圧検出部３７は、二次コイル２６から出力さ
れる電圧が設定値を越えると、それに対応して所
定の信号を制御部３０に出力する。

制御部３０は、電流検出部２９または電圧検出
器３７から出力される信号の入力と連動してオン
し、スイツチング用トランジスタ１８のベース電
流を分路してオフさせる。

充電ルートは、トランジスタ１８のオフ期間中
に充電池１６に対する充電を可能とする方向にダ
イオード２７を接続している。

［作用］ 上記した構成において、インバータ回路に通電
すると、第２図ａの様に抵抗２５を通して帰還部
２１のコンデンサ２４が充電され、スイツチング
用トランジスタ１８をオンする。

ここでインバータ回路に対する入力電圧が低い
か電圧検出部３７の検知動作が正常に行われない
場合にあつては、電流検出部２９が一次コイル１
９に流れる電流の大きさを検知し、第２図ｂの様
に電流検出部２９から制御部３０に所定の信号を
送つてオンし、トランジスタ１８のオフ期間を規
制する。

逆に入力電圧が大きくなるか、入力電圧は小さ
いが一次側と二次側の結合状態がよくて充電電流
が大きくなる場合は、電圧検出部３７が二次コイ
ル２６からの出力電圧が設定値を超えたことを検
知し、制御部３０に信号を送つて第２図ｃの様に
トランジスタ１８を強制的にオフさせ、第２図ｄ
に示すトランジスタ１８のオフ期間中に充電ルー
トを通じて充電池１６に流れる充電電流の大きさ
を制御するのである。

［実施例］ 次に本発明を、充電と並行して負荷駆動を可能
とした小型電気機器に実施した一例に基づいて説
明する。

第３図に示す如く、電源プラグ等を介して入力
された商用交流電圧１１は、ダイオードブリツジ
を備えた整流回路１２により全波整流されたあ
と、電源ラインへの雑音障害を防止するフイルタ
回路１３を通じて充電部１４に印加される。

［充電部］ 充電部１４は、商用交流電圧１１より周波数が
高いパルス電圧を発生するインバータ回路１５
と、該インバータ回路１５より発生されたパルス
電圧を充電池１６に印加して充電電流を流す充電
ルートを設けた出力回路１７とを備える。

インバータ回路１５は、スイツチング用トラン
ジスタ１８のコレクタ側に一次コイル１９と、該
一次コイル１９の両端にスイツチング用トランジ
スタ１８のオフ時に発生する衝撃電圧を吸収する
衝撃吸収部２０を介装するとともに、ベース側に
帰還部２１を接続している。

帰還部２１は、一次コイル１９と同一鉄心上に
巻かれた帰還コイル２２、抵抗２３およびコンデ
ンサ２４を直列接続したものから構成され、両端
を、スイツチング用トランジスタ１８のベースお
よびエミツタ側に各々接続するとともに、ベース
端には更に、抵抗２５を介して前記した全波整流
電圧が印加される。

したがつて、インバータ回路１５への電圧印加
と同時に、抵抗２５を通じて帰還部２１のコンデ
ンサ２４が充電されてスイツチング用トランジス
タ１８へベース電流が流れると、該トランジスタ
１８はオフ状態から能動状態に移行してコレクタ
電流が流れ始める。かかるコレクタ電流の増加
は、一次コイル１９から帰還コイル２２側へベー
ス電圧を増加させる方向に帰還されてベース電流
を更に増やし、その結果スイツチング用トランジ
スタ１８は急激にオン状態に移る。オン後は、一
次コイル１９に流れるコレクタ電流の増加により
略一定の帰還電圧がベース端に出力されてベース
電流が維持され、スイツチング用トランジスタ１
８のオン状態を保つ。しかし、コンデンサ２４の
充電が進むにつれてベース電流が減少し、トラン
ジスタ１８が再び能動領域に入ると一次コイル１
９に流れる電流の増加が止まつて帰還電圧が減少
するので、コンデンサ２４の充電電圧が阻止電圧
として働き、トランジスタ１８は急激にオフ状態
に戻る。更に、オン時に一次コイル１９側に蓄え
られたエネルギーは、トランジスタ１８のオフ期
間に出力回路１７の充電池１６に向け充電電流と
して流れる。

出力回路１７は、前記した一次コイル１９と同
一鉄心上に巻かれた二次コイル２６と、二次コイ
ル２６に接続されてスイツチング用トランジスタ
１８のオフ時に二次コイル２６から出力される電
圧を選択的に取り出す整流用ダイオード２７と、
該ダイオード２７に接続されて、パルス状の充電
電流が供給される充電池１６とから構成される。

かかる充電池１６に供給される充電電流の平均
値は、後記する電流制御部２８によつて一次コイ
ル１９に流れる電流値を制御することにより、ト
ランジスタ１８の各種定数のばらつき或いは入力
電圧の多少の変動にかかわらず、一定に維持され
る。

［電流制御部］ 電流制御部２８は、スイツチング用トランジス
タ１８のエミツタ電流検出部２９と、該検出部２
９の検出動作を連繋してオンし、帰還部２１の電
流をバイパスしてトランジスタ１８のオン期間を
規制する制御部３０とからなる。

電流検出部２９は、スイツチング用トランジス
タ１８のエミツタ側にエミツタ電流検出用の抵抗
３１を挿入するとともに、該抵抗３１の両端にダ
イオード３２を介して第１トランジスタ３３のエ
ミツタおよびベース端を接続したものであつて、
電流検出用抵抗３１の両端電圧が設定値を越え、
一次コイル１９の電流が設定値に達したことを検
出すると第１トランジスタ３３をオンし、制御部
３０を作動させる。

制御部３０は、第２トランジスタ３４のコレク
タ端とスイツチング用トランジスタ１８のベース
端とをダイオード３５を介して接続し、エミツタ
端を二次コイル２６と整流用ダイオード２７の接
続点に繋ぐとともに、ベース端を第１トランジス
タ３３のコレクタ端に繋いだものであつて、第１
トランジスタ３３のオンと同時に、スイツチング
用トランジスタ３３のエミツタ側から第１トラン
ジスタ３３を介して第２トランジスタ３４にベー
ス電流を流して、該トランジスタ３４をオンす
る。すると、それまでスイツチング用トランジス
タ１８のベース側を一周する回路の比較的大きな
時定数に規制されながら徐々に放電されていたコ
ンデンサ２４は、ダイオード３５、第２トランジ
スタ３４、二次コイル２６および充電池１６を通
るバイパス路が形成されることによりコンデンサ
２４を含む回路の時定数が実質的に減少するとと
もに、放電路中に二次コイル２６の出力電圧およ
び充電池１６の電圧が順方向に加わるので放電が
急速に進み、その結果スイツチング用トランジス
タ１８のベース電流が急激に減少して該トランジ
スタ１８を直ちにオフし、一次コイル１９に流れ
る電流、即ちトランジスタ１８のオン期間に一次
コイル１９に蓄えられるエネルギーを一定に保
ち、充電池１６に流入する充電電流を一定に保持
する。

上記した制御部３０は、電流変動の検知による
制御に加えて、商用交流電圧１１の100ないし
240V程度の大幅な変動に対しても、電圧制御部
３６の検出動作と連繋して動作し、充電電流の平
均値を一定に維持する。

［電圧制御部］ 電圧制御部３６は、出力回路１７の二次コイル
２６にスイツチング用トランジスタ１８のオン期
間中に誘起される電圧が入力電圧に比例すること
を利用し、電圧検出器３７により二次コイル２６
からの出力電圧の大きさを検出するとともに、該
電圧値が大きくなるほど短い時間遅れをもつて制
御部３０を作動させる。

電圧検出器３７は、コンデンサ３８を第２トラ
ンジスタ３４のベース端と整流用ダイオード２７
のアノード側に接続するとともに、抵抗３９およ
び定電圧ダイオード４０を直列接続したものを第
２トランジスタ３４のベース端と整流用ダイオー
ド２７のカソード側に接続している。

かかる構成により、スイツチング用トランジス
タ１８がオンすると同時に二次コイル２６に発生
する電圧および充電池１６の電圧の和が定電圧ダ
イオード４０のブレークオーバ電圧を越えると、
二次コイル２６、充電池１６、定電圧ダイオード
４０、抵抗３９およびコンデンサ３８を一周する
ループに電流が流れてコンデンサ３８を充電し、
該ループの時定数および二次コイル２６の出力電
圧の大きさにより規制される時間の経過後、コン
デンサ３８の端子電圧により第２トランジスタ３
４がオンする。すると、上記した電流制御部２８
の場合と同様、制御部３０が帰還部２１の充電ル
ープをバイパスしてコンデンサ２４の放電を早
め、もつてスイツチング用トランジスタ１８をオ
フする。したがつて、定電圧ダイオード４０およ
び第２トランジスタ３４により決定される設定電
圧を二次コイル２６からの出力電圧が越えると、
該出力電圧が設定電圧より高くなるほどコンデン
サ３８の充電に要する時間を短縮してスイツチン
グ用トランジスタ１８のオン期間を短くし、一次
コイル１９に流れるピーク電流を減少させる。か
かる構成により、入力電圧が増大するほど１サイ
クル期間中の設定電圧を越える期間が増大するこ
とに起因する平均電流の増大を補正し、例えば商
用交流電圧１１として100V使用地域あるいは
240V使用地域などにおける機器使用にかかわら
ず、充電電流の平均値を自動的にほぼ一定に維持
することを可能とする。

［電圧検出部の他の実施例］ 第４図ａないしｅは、上記した電圧検出部３７
の別実施例を示すものであつて、第４図ｄおよび
ｅの如く、第３図の例における定電圧ダイオード
４０を省略することも可能であるし、また第４図
ａないしｃのごとくコンデンサ３８を用いず、定
電圧ダイオード４０と抵抗３９のみで構成して
も、上記実施例と略同様の動作をさせることがで
きる。要すると、二次コイル２６の出力電圧を検
知して、該電圧値が大きいほど短い時間経過後に
信号を出力して制御部３０のトランジスタ３４を
オンできるものであれば、その構成は適宜変更し
て実施できる。

本実施例においては更に、負荷４１を充電池６
により直接駆動するのに加えて、充電と並行して
負荷駆動を可能とするとするための出力変更部４
２を備えている。

［出力変更部］ 出力変更部４２は、帰還部２１のコンデンサ２
４の放電時定数を変更することによりインバータ
回路１５の発振周波数を上げ、出力回路１７の出
力を結果的に増加可能とする。

すなわち、第３トランジスタ４３のベース端
を、負荷４１のオン動作と連繋して閉じるスイツ
チ４４ａを介して二次コイル２６と整流用ダイオ
ード２７の接続点に繋ぐとともに、コレクタとエ
ミツタ端を抵抗４５を介して帰還部２１と並列に
接続している。

従つて、充電中にスイツチ４４をオンして負荷
４１に給電すると、スイツチング用トランジスタ
１８のオフ期間の開始と同時に第３トランジスタ
４３にベース電流が流れて該トランジスタ４３が
オンし、スイツチ４４ａをオンする前は抵抗２５
を通じて流入させる電流によつてのみ充電されて
いたコンデンサ２４の電荷は第３トランジスタ４
３を通じて急速に充電され、その結果、スイツチ
ング用トランジスタ１８のオフ期間が短縮して二
次コイル２６に出力される電圧のパルスレートが
上昇し、充電池１６および負荷４１に給電できる
電流容量も増加する。

更に第３トランジスタ４３を通る充電路中には
発光ダイオード４６が介装されており、充電池１
６に対する充電中に負荷使用すると該ダイオード
４６が発光し、スイツチ４４がオンされているこ
とを表示する。

［発明の効果］ 本発明は上記の如く、電流検出部２９と電圧検
出器３７とを備え、スイツチング用トランジスタ
１８のオン期間中に一次側と二次側の状態を同時
に検知しておき、何れか一方から信号が出力され
るとトランジスタ１８をオフ制御することによ
り、トランスの結合比などのばらつきに起因して
一次側入力に対する二次側出力が比例しない場合
や、一方の検出部２９または３７が動作不良にな
つた場合にあつても、広範囲の電圧変動に対して
充電電流を略一定に維持することができるととも
に、回路動作の安定性および確実性の向上が図ら
れるなど、多くの利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的な構成を示す概略図、
第２図ａないしｄは第１図の動作状況を示す説明
図である。第３図は本発明を充電と負荷駆動が同
時に行える小型電気機器に実施した一例を示す電
気回路図、第４図ａないしｅは電圧検出部の別実
施例を示す電気回路図である。第５図は従来例を
示す電気回路図である。 １４……充電部、１５……インバータ回路、１
６……充電池、１８……スイツチング用トランジ
スタ、１９……一次コイル、２１……帰還部、２
４……コンデンサ、２６……二次コイル、２７…
…ダイオード、２９……電流検出部、３０……制
御部、３７……電圧検出部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一次コイル１９に流れる電流をスイツチング
   用トランジスタ１８でオンオフ規制して二次コイ
   ル２６の出力を制御するインバータ式の充電回路
   であつて、 上記したスイツチング用トランジスタ１８のオ
   ン期間中に一次コイル１９に流れる電流を検知
   し、その電流が設定値を越えるとそれに対応して
   所定の信号を出力する電流検出部２９と、 スイツチング用トランジスタ１８のオン期間中
   に二次コイル２６から出力される電圧を検知し、
   その電圧が設定値を越えるとそれに対応して所定
   の信号を出力する電圧検出部３７と、 上記した電流検出部２９または電圧検出部３７
   の何れか一方から出力される信号の入力と連動し
   てオンし、スイツチング用トランジスタ１８のベ
   ース電流を分路して該トランジスタ１８をオフさ
   せる制御部３０と、 二次コイル２６の出力側にダイオード２７を介
   して充電池１６が接続され、スイツチング用トラ
   ンジスタ１８のオフ期間中に充電池１６への充電
   を可能とした充電ルートとを備えたことを特徴と
   する充電回路。