JPH0588154U - スイッチング電源形充電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池の温度特性に完全に合致した温度補正を
行い、電池の安全性と高寿命を確保する。 【構成】 定電圧定電流制御回路１１は、出力電圧の検
出値を比較基準電圧と比較してその差の反転増幅値に応
じたパルス幅のスイッチングパルス信号を高周波スイッ
チング回路４に出力することにより定電圧制御を行う。
一方、負荷電池８の周囲温度の変化を当該負荷電池８の
近傍に配設したサーミスタ２１の抵抗変化による電圧変
化として検出する。この検出温度に基づいて、比較基準
電圧制御回路２８は、定電圧定電流制御回路１１の比較
基準電圧を定める分圧抵抗１３に並列接続された多数の
調整抵抗１４₁〜１４₁₆のいずれかを選択することによ
り、温度変化に対し定電圧定電流制御回路１１の比較基
準電圧を直線的に制御する。これにより、出力電圧は負
荷電池８の温度特性に完全に合致して温度補正される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は近年特に用途が拡大している高性能密閉形電池等の充電に特に適した スイッチング電源形充電器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

図３は代表的な電池の充電特性を示し、チャージアップするｔ₁時点までは急 速充電を行い、それ以降は電池の１００％充電状態を維持するために充電電圧を 下げて浮動充電を行う。浮動充電領域では、通常は整流器が負荷に直流電力を供 給するが、負荷増大時や停電時には電池から電力を供給するため、常に微小の充 電電流を電池に供給しながら電池の自己放電を補うようにしている。 電池は化学反応により充放電を繰り返すため、周囲温度の影響を受け、必要と する電池電圧に差が生じる。特に浮動充電領域においては、このような周囲温度 の変化に対して電池の温度特性にあった充電を行う必要がある。 従来の充電器は、電池の近傍にサーミスタを設けて、このサーミスタの抵抗変 化で充電電圧の温度補正を行っていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、サーミスタの温度係数は温度変化に対して非線形的に変化し、 直線的な負の温度係数を有する電池の温度特性と合致しないため、正確な温度補 正が行われておらず、過充電になったり、自己保電が生じて満充電でなくなった りする可能性があり、危険であり、電池の寿命が損なわれる等の問題があった。 本考案はかかる問題点に鑑みてなされたもので、電池の温度特性に完全に合致 した温度補正を行うことができ、電池の安全性と高寿命を確保することができる スイッチング電源型充電器を提供することを目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するため、本考案は、交流入力電圧を整流平滑して得られる直 流電圧を高周波スイッチング回路でスイッチングして高周波パルス電圧を形成し 、この高周波パルス電圧を高周波トランスにより所要電圧に変圧してさらに整流 平滑することにより得られる直流出力電圧を負荷電池に供給する電源回路と、 出力電圧の検出値を比較基準電圧と比較してその差の反転増幅値に応じたパル ス幅のスイッチングパルス信号を前記高周波スイッチング回路に出力することに より定電圧制御を行う定電圧定電流制御回路と、 負荷電池の周囲温度の変化を当該負荷電池の近傍に配設したサーミスタの抵抗 変化による電圧変化として検出する温度検出回路と、 該温度検出回路で検出された検出温度に基づいて、前記定電圧定電流制御回路 の比較基準電圧を定める分圧抵抗に並列接続された多数の調整抵抗のいずれかを 選択することにより、温度変化に対し前記定電圧定電流制御回路の比較基準電圧 を直線的に制御する比較基準電圧制御回路と、 から構成されている。

【０００５】

【作用】

前記構成によれば、比較基準電圧制御回路が、温度検出回路からの検出温度に 基づいていずれかの調整抵抗を選択すると、その調整抵抗と分圧抵抗の合抵抗が 定電圧定電流制御回路の比較基準電圧を定める新たな分圧抵抗となり、比較基準 電圧は温度変化に対し直線的に変化する。 この比較基準電圧が出力電圧の検出値に対して下がれば、定電圧定電流制御回 路の出力端子より出力されるスイッチングパルス信号のパルス幅が減少して出力 電圧は低下する。また、その比較基準電圧が上がれば、スイッチングパルス信号 のパルス幅が増加して出力電圧は上昇する。このようにして、出力電圧は温度変 化に対して直線的に温度補正される。

【０００６】

【実施例】

次に、本考案の実施例を図面に従って説明する。 図１は本考案に係るスイッチング電源形充電器のブロック図を示す。図におい て、１は交流電源、２，３は交流入力電圧をそれぞれ整流、平滑して直流電圧を 得る整流素子と平滑コンデンサ、４は直流電圧をスイッチングする高周波スイッ チング回路であり、これらにより高周波トランス５の１次側主回路が構成されて いる。 高周波トランス５の２次側主回路は、高周波整流ダイオード６と平滑回路７と で構成され、負荷電池８に直流出力電圧Ｖ₀を供給するようになっている。

【０００７】 負荷電池８への出力端に接続された出力電圧検出用分圧抵抗９と検出抵抗１０ との中点は定電圧定電流制御回路１１のマイナス側入力端子に接続されている。 この定電圧定電流制御回路１１は、基準電圧Ｖｒｅｆ、発信器、スイッチングレ ギュレータコントロールＩＣ（例えば４９４形）等を含む回路である。 定電圧定電流制御回路１１の基準電圧Ｖｒｅｆは、抵抗１２及び抵抗１３を介 してマイナス側センシング端子（−Ｓ）に接続され、さらにそのマイナス側セン シング端子は電池８内のマイナス端子に接続されている。抵抗１３には１６個の 調整抵抗１４₁，…，１４₁₆がぞれぞれ並列に接続され、各調整抵抗１４₁，…， １４₁₆には後述する発光ダイオード２７₁，…，２７₁₆と対をなすフォトトラン ジスタ１５₁，…，１５₁₆が直列に接続されている。 抵抗１２と抵抗１３の中点は定電圧定電流制御回路１１のプラス側入力端子に 接続されている。定電圧定電流制御回路１１の出力端子は駆動トランス１６及び ゲート駆動回路１７を介して前記高周波スイッチング回路４のゲート端子に接続 されている。

【０００８】 一方、前記１次側主回路の平滑コンデンサ３には、補助高周波スイッチング回 路１８を含む副回路が接続され、この副回路は補助高周波トランス１９の１次側 回路となっている。また、補助高周波トランス１９の２次側の巻線には補助定電 圧電源回路２０が接続され、この補助定電圧電源回路２０により得られた定電圧 Ｖｃｃは、各制御回路に供給されるとともに、負荷電池８の近傍に設置されたサ ーミスタ２１と該サーミスタ２１に直列に接続された検出抵抗２２に供給されて いる。 サーミスタ２１と検出抵抗２２の間の中点はマイクロコンピュータ２３のＡ／ Ｄポートに接続されている。マイクロコンピュータ２３の４ビットの出力信号は ラインレコーダ２４に入力されるようになっている。ラインレコーダ２４の１６ 個の出力端子と定電圧Ｖｃｃラインの間には、それぞれ前記フォトトランジスタ １５₁〜１５₁₆とともにフォトカプラ２５₁，…，２５₁₆を構成する発光ダイオー ド２７₁，…，２７₁₆が接続されている

【０００９】 なお、前記マイクロコンピュータ２３とラインレコーダ２４とフォトカプラ２ ５₁〜２５₁₆と調整抵抗１４₁〜１４₁₆とは、定電圧定電流制御回路１１のプラス 側入力端子に印加される比較基準電圧を制御する比較基準電圧制御回路２８を構 成している。 本実施例のフォトカプラ２５₁〜２５₁₆は、電池電圧の高い主回路側とマイク ロコンピュータ２３側とを絶縁してマイクロコンピュータ２３を保護するために 使用されている。したがって、電池電圧が低い場合はこのようなフォトカプラを 使用することなく、直接接続することも可能である。

【００１０】 以上の構成からなるスイッチング電源形充電器において、交流電源１の商用交 流入力電圧は整流素子２及び平滑コンデンサ３で整流，平滑されて直流電圧とな り、この直流電圧は高周波スイッチング回路４によりスイッチングされて高周波 パルス電圧となる。この高周波パルス電圧は高周波トランス５により２次側の負 荷電池８に応じた電圧に変圧され、高周波整流ダイオード６で直流に変換される とともに、平滑回路７でリップルの少ない直流電圧に平滑されて負荷電池８に供 給される。

【００１１】 この出力電圧は、プラス側センシング端子（＋Ｓ）を介して分圧抵抗９及び検 出抵抗１０の間の分圧として検出され、定電圧制御のための検出信号として定電 圧定電流制御回路１１のマイナス側入力端子に入力される。定電圧定電流制御回 路１１のプラス側入力端子には基準電圧Ｖｒｅｆを抵抗１２と抵抗１３で分圧し た比較基準電圧が印加されている。そして、定電圧定電流制御回路１１は、出力 電圧が上昇してマイナス側入力端子の検出信号がプラス側入力端子の比較基準電 圧より高くなると、反転増幅器として作用し、スイッチングパルス信号のパルス 幅（Ｔｏｎ）を短くする。この結果、パルス幅の短いスイッチングパルス信号が 駆動トランス１６及びゲート駆動回路１７を介して高周波スイッチング回路４に 出力されるので、出力電圧が低減して一定に維持される。

【００１２】 負荷電池８の周囲の温度変化は、その負荷電池８の近傍に配置されたサーミス タ２１の抵抗変化となって現れる。サーミスタ２１の抵抗値をＲ_S、検出抵抗２ ２の抵抗値をＲ２２とすると、Ｖｃｃ／（Ｒ_S２１＋Ｒ２２）の電流がサーミス タ２１を流れるので、サーミスタ２１の抵抗変化は電流の変化となる。このサー ミスタ２１の電流変化はその電流と検出抵抗２２の積である電圧として検出され 、マイクロコンピュータ２３のＡ／Ｄポートに入力される。 マイクロコンピュータ２３は、Ａ／Ｄポートに入力されるサーミスタ２１の抵 抗に相当する１６段階の電圧と、これらに対応するサーミスタ温度及び出力信号 パターンのテーブルをメモリに有している。出力信号パターンは４ビットで構成 される００００から１１１１までの１６種類からなっている。

【００１３】 いま、ある電圧がマイクロコンピュータ２３のＡ／Ｄポートに入力されると、 マイクロコンピュータ２３はその電圧に対応する４ビットの出力信号をラインレ コーダ２４に出力する。ラインレコーダ２４はマイクロコンピュータ２３の出力 信号に基づいて１６個のフォトカプラ２５₁〜２５₁₆の発光ダイオード２７₁〜２ ７₁₆のいずれかを選別して発光させる。これにより、その発光ダイオード２７₁ 〜２７₁₆に対応するフォトトランジスタ１５₁〜１５₁₆がオンし、そのフォトト ランジスタ回路のいずれかの調整抵抗１４₁〜１４₁₆と分圧抵抗１３が並列接続 される。この結果、その調整抵抗１４₁〜１４₁₆のいずれかと分圧抵抗１３の合 抵抗が新たな分圧抵抗となり、定電圧定電流制御回路１１のプラス側入力端子に 印加される比較基準電圧が変化する。 この比較基準電圧がマイナス側入力端子の検出入力に対して下がれば、出力端 子より出力されるスイッチングパルス信号のパルス幅が減少して出力電圧は低下 する。また、その比較基準電圧が上がれば、スイッチングパルス信号のパルス幅 が増加して出力電圧は上昇する。

【００１４】 ここで、サーミスタ温度に対する各部の変化をまとめると表１のようになる。

【表１】 サーミスタ サーミスタ マイコン フォトカプラ 抵抗１３と並列 変換 温度 抵抗 出力信号 オン 接続する抵抗 基準電圧 ｔ₁ Ｒ₁ ００００ ２７₁ １５₁ １４₁ Ｖ₁ ｔ₂ Ｒ₂ ０００１ ２７₂ １５₂ １４₂ Ｖ₂ ｔ₃ Ｒ₃ ００１０ ２７₃ １５₃ １４₃ Ｖ₃ ｔ₄ Ｒ₄ ００１１ ２７₄ １５₄ １４₄ Ｖ₄ ｔ₅ Ｒ₅ ０１００ ２７₅ １５₅ １４₅ Ｖ₅ ｔ₆ Ｒ₆ ０１０１ ２７₆ １５₆ １４₆ Ｖ₆ t₇ Ｒ₇ ０１１０ ２７₇ １５₇ １４₇ Ｖ₇ ｔ₈ Ｒ₈ ０１１１ ２７₈ １５₈ １４₈ Ｖ₈ ｔ₉ Ｒ₉ １０００ ２７₉ １５₉ １４₉ Ｖ₉ ｔ₁₀ Ｒ₁₀ １００１ ２７₁₀１５₁₀ １４₁₀ Ｖ₁₀ ｔ₁₁ Ｒ₁₁ １０１０ ２７₁₁１５₁₁ １４₁₁ Ｖ₁₁ ｔ₁₂ Ｒ₁₂ １０１１ ２７₁₂１５₁₂ １４₁₂ Ｖ₁₂ ｔ₁₃ Ｒ₁₃ １１００ ２７₁₃１５₁₃ １４₁₃ Ｖ₁₃ ｔ₁₄ Ｒ₁₄ １１０１ ２７₁₄１５₁₄ １４₁₄ Ｖ₁₄ ｔ₁₅ Ｒ₁₅ １１１０ ２７₁₅１５₁₅ １４₁₅ Ｖ₁₅ ｔ₁₆ Ｒ₁₆ １１１１ ２７₁₆１５₁₆ １４₁₆ Ｖ₁₆

【００１５】 なお、サーミスタ温度ｔ₁〜ｔ₁₆の変化に対し比較基準電圧Ｖ₁〜Ｖ₁₆が直線的 に変化するように、調整抵抗１４₁〜１４₁₆の各抵抗値が予め選定されている。 このため、図２に示すようにサーミスタ温度がｔ₁からｔ₁₆までΔｔの固定値 で変化したとき、サーミスタ抵抗は同図中Ａで示すようにイからタまで指数関数 的に非線形に変化するが、定電圧定電流制御回路１１のプラス側入力端子への変 換された比較基準電圧は同図中Ａ′で示すようにイ′からタ′まで直線的に変化 する。 この結果、温度変化に対し直線的に比較基準電圧を変化させることができ、電 池の温度特性に完全に合致した電圧制御を行うことができた。

【００１６】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本考案によれば、比較基準電圧制御回路によ り定電圧定電流制御回路の比較基準電圧が温度変化に対し直線的に制御されるの で、電池の温度特性に完全に合致した出力電圧の温度補正が行われ、過充電や充 電不足の虞れがなくなり、電池を安全で高寿命にすることができるとともに、電 池の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案に係るスイッチング電源形充電器のブ
ロック図である。

【図２】 サーミスタ抵抗と変換基準電圧の温度変化を
示す図である。

【図３】 充電器の充電特性を示す図である。

【符号の説明】

１…交流電源、 ２…整流素子、３…平
滑回路、 ４…高周波スイッチング回
路、５…高周波トランス、 ６…高周波整流ダ
イオード、７…平滑回路、 ８…負荷電
池、９…出力電圧検出用分圧抵抗、１０…検出抵抗、１
１…定電圧定電流制御回路、 １２，１３…基準電圧設
定用分圧抵抗、１４₁〜１４₁₆…調整抵抗、 ２１…
サーミスタ、２２…検出抵抗、 ２３…マ
イクロコンピュータ、２４…ラインレコーダ、
２５₁〜２５₁₆…フォトカプラ、２８…比較基準電圧制
御回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力電圧を整流平滑して得られる直
   流電圧を高周波スイッチング回路でスイッチングして高
   周波パルス電圧を形成し、この高周波パルス電圧を高周
   波トランスにより所要電圧に変圧してさらに整流平滑す
   ることにより得られる直流出力電圧を負荷電池に供給す
   る電源回路と、 出力電圧の検出値を比較基準電圧と比較してその差の反
   転増幅値に応じたパルス幅のスイッチングパルス信号を
   前記高周波スイッチング回路に出力することにより定電
   圧制御を行う定電圧定電流制御回路と、 負荷電池の周囲温度の変化を当該負荷電池の近傍に配設
   したサーミスタの抵抗変化による電圧変化として検出す
   る温度検出回路と、 該温度検出回路で検出された検出温度に基づいて、前記
   定電圧定電流制御回路の比較基準電圧を定める分圧抵抗
   に並列接続された多数の調整抵抗のいずれかを選択する
   ことにより、温度変化に対し前記定電圧定電流制御回路
   の比較基準電圧を直線的に制御する比較基準電圧制御回
   路と、 からなることを特徴とするスイッチング電源形充電器。