JPH06269133A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力電圧の大幅な変動に対しても、インバー
タ回路１３の安定した発振制御を可能とするとともに、
負荷３１の大幅な変動に対しても、インバータ回路１３
のスイッチング素子１９に過大な電流が流れて破損する
のを未然に防止する。 【構成】 インバータ回路１３の出力側から、二次電池
１６に対する充電電流の大きさに対応して変化する信号
を取り出す。かかる検出信号の値が設定値を下回ったこ
とを比較器４８が判定すると、バイアス電圧をスイッチ
ング素子１９のベース端に印加してインバータ回路１３
の発振周波数を上昇させ、出力コイル２３からの出力電
流を増大させる。更にスイッチ３０をオンして負荷３１
に通電するのと連動して、抵抗５３およびスイッチ３０
でバイアス電圧をバイパスし、インバータ回路１３にお
ける発振周波数の上昇量を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はインバータ式の充電回
路、特に充電と負荷駆動とを並行して行なえる様にした
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型電気機器が世界中で携帯使用
され、それに伴ってその充電回路で対応させるべき商用
交流電圧の範囲も広がる傾向にあることに鑑み、スイッ
チの切り換えの様な面倒な手間を必要とすることなく、
自動的に入力電圧の違いに対応できる充電回路の開発が
要請されている。かかる要請に対し、入力電圧が低い範
囲を基準とし、高い範囲に入るとインバータ回路におけ
るスイッチング素子のオフ期間を長くする出力制御を行
うことにより、入力電圧の大幅な変化にかかわらず、充
電電流を一定にするものが知られる（例えば、特開昭５
６−１１５１４１号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
充電回路にあっては、インバータ回路の発振出力を負荷
駆動にも利用しようとすると、入力電圧の上限域で発振
の停止期間が長くなり、インバータ回路からの出力で形
成される電圧の値それ自体が不安定となる虞れがあるな
ど、モータの様な負荷変動の大きい場合には不都合が大
きい。

【０００４】本発明はかかる不都合に鑑みてなされたも
のであって、充電電流の減少を検出するとインバータ回
路の発振周波数を上昇させる出力制御を行うとともに、
負荷駆動時にはその周波数の上昇割合を減らすことによ
り、入力電圧の大幅な変動に対してインバータ回路の安
定した発振制御を可能とするとともに、負荷の大幅な変
動に対しても、インバータ回路のスイッチング素子に過
大な電流が流れて破損するのを未然に防止することがで
きる充電回路を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる充電回路
は、図１にその基本的な構成を概略的に示す如く、一次
コイル２０と直列接続されたスイッチング素子１９をオ
ンオフ規制し、出力コイル２３から二次電池１６へ充電
電流を供給するとともに、スイッチ３０のオン操作と連
動して、負荷３１を二次電池１６と並列に接続可能とし
たインバータ式のものである。

【０００６】本発明にあっては更に、上記二次電池１６
に対する充電電流が設定値より下回ると、インバータ回
路１３の発振周波数を設定値より上昇させる制御を行う
一方、上記スイッチ３０のオン操作と連動して、前記発
振周波数の設定値からの上昇量を減少させることを特徴
とする。

【０００７】

【作用】上記した構成により、図１で示す如く、スイッ
チ３０をオフして負荷３１に対する通電を絶って専ら二
次電池１６の充電を行なっている場合において、インバ
ータ回路１３に対する入力電圧が低いことに起因し、出
力コイル２３から二次電池１６へ供給される充電電流が
設定値より低いことが出力制御部４８で判定されると、
例えば直流電圧３２が抵抗５１および５２を介してスイ
ッチング素子１９のベース端に印加される。すると、イ
ンバータ回路１３の帰還部に備えたコンデンサ２５に対
する、スイッチング素子１９のオフ期間中における充電
電流量が増加される結果、インバータ回路１３の発振周
波数を増加させ、二次電池１６に対する充電出力を増加
させる出力制御が行われる。

【０００８】一方、図２（ａ）の様にインバータ回路１
３に対する入力電圧が充分に高く、したがって上記した
周波数を増加させる出力制御が行われていない状態にあ
っても、図２（ｂ）の様にスイッチ３０をオンして負荷
３１に通電すると、二次電池１６に対する充電電流量が
減少して、上記した発振周波数を増大させる出力制御が
行われる傾向にある。しかしながらこの時、例えばスイ
ッチ３０に接続された抵抗５３で制御部４８の出力端を
分流して抵抗５１による電圧降下量を増大させることに
より、スイッチング素子１９に印加されるバイアス電圧
を減少させて周波数の上昇量を減少し、スイッチング素
子１９に流れる電流を抑制するのである。

【０００９】

【発明の効果】本発明は上記の如く、充電電流の減少を
検出するとインバータ回路１３の発振周波数を上昇させ
る出力制御を行うとともに、スイッチ３０をオンして負
荷駆動するのと連動して周波数の上昇割合を減らすこと
により、入力電圧の大幅な変動に対してインバータ回路
１３の安定した発振制御を可能とするとともに、負荷の
大幅な変動に対しても、インバータ回路１３のスイッチ
ング素子１９に過大な電流が流れて破損するのを未然に
防止することができる。

【００１０】

【実施例】次に本発明を、図３に例示する如く、二次電
池に対する充電と並行してモータの様な負荷駆動を並行
して実行可能とする、電気かみそりの様な小型電気機器
に実施した一例に基づいて更に詳細に説明する。

【００１１】電源プラグの様な所定の給電手段を介して
入力された商用交流電圧１０は、ダイオードブリッジを
備えた整流回路１１によって全波整流された後、充電部
１２に印加される。ここで入力される商用交流電圧１０
の範囲は、２００〜２４０Ｖの上域の電圧を使用する国
および１００〜１２０Ｖの下域電圧を使用する国を考慮
して、１００〜２４０Ｖに設定されている。

【００１２】充電部１２は、商用交流電圧１０より周波
数の高いパルス電圧を発生するインバータ回路１３と、
そのインバータ回路１３より発生されたパルス電圧を印
加して充電する二次電池１６と、商用交流電圧１０の大
小に応じてインバータ回路１３からの出力を増減する出
力制御回路１５と、二次電池１６が満充電になったこと
を検出するとインバータ回路１３の出力を規制する満充
電制御回路１７と、充電状況の表示を行う表示回路１８
とから構成される。

【００１３】インバータ回路１３は、スイッチング素子
１９として備えたトランジスタのコレクタ側に、一次コ
イル２０と該一次コイル２０の両端に接続されてスイッ
チング素子１９のオフ時に発生する衝撃電圧を吸収する
衝撃吸収部２１とを介装するとともに、ベースとエミッ
タ間に帰還部２２を備え、更に一次コイル２０と同一鉄
心上に出力コイル２３を巻いている。

【００１４】帰還部２２は、一次コイル２０と同一鉄心
上に巻かれた帰還コイル２４の一端をスイッチング素子
１９のベース端に繋ぎ、帰還コイル２４の他端とスイッ
チング素子１９のエミッタ間にコンデンサ２５を接続す
る。更に帰還コイル２４とコンデンサ２５の接続点に
は、抵抗２６を介して定電圧ダイオード２７で安定化さ
せた電圧を印加するとともに、スイッチング素子１９の
エミッタ端には、前記定電圧ダイオード２７よりツエナ
ー電圧の低い定電圧ダイオード２８を接続している。

【００１５】したがって、インバータ回路１３への電圧
印加と同時に、定電圧ダイオード２７の両端に安定化電
圧が発生し、かかる電圧によりコンデンサ２５が充電さ
れる。コンデンサ２５の両端電圧がスイッチング素子１
９のターンオン電圧を超えると、該スイッチング素子１
９はオンして一次コイル２０に電流が流れはじめ、かか
る電流の増加により帰還コイル２４に電圧が発生する。
この電圧が、スイッチング素子１９のベース・エミッタ
間を通じてコンデンサ２５を上記と逆方向に急速に充電
し、かかるコンデンサ２５の充電電圧が阻止電圧となっ
てスイッチング素子１９をオフする。このスイッチング
素子１９のオフ後は、定電圧ダイオード２７の両端電圧
が抵抗２６を通じてコンデンサ２５に印加され、コンデ
ンサ２５を正方向に充電して、上記オンオフ動作を繰り
返す。

【００１６】ここでスイッチング素子１９のオン時に一
次コイル２０側に蓄えられたエネルギーは、スイッチン
グ素子１９のオフ期間に、出力コイル２３に接続された
二次電池１６に向けて整流用ダイオード２９により選択
的に取り出される。

【００１７】本発明にあっては更に、アース側に備えた
スイッチ３０を介し、負荷３１として備えたモータを出
力コイル２３と並列に接続される様にしている。したが
って、スイッチ３０の切り換えにより二次電池１６に対
する充電を単独で、あるいは充電と負荷駆動を同時に並
行して行なえる様にしている。

【００１８】出力制御回路１５は、基準電圧Ｖ１および
回路駆動用の電圧Ｖｓを発生する第１電圧発生部３２
と、入力電圧検出用の電圧Ｖ２を発生する第２電圧発生
部３３と、基準電圧Ｖ１と検出電圧Ｖ２とを比較して、
所定の制御信号を発生する出力制御部３４とから構成さ
れる。

【００１９】第１電圧発生部３２は、一次コイル２０と
同一鉄心上に巻いた四次コイル３５から充電期間中に出
力される電圧を、大容量のコンデンサ３６、定電圧ダイ
オード３７およびトランジスタ３８で安定化したもので
あって、かかる電圧を更に定電圧ダイオード３９で安定
化したのち、抵抗４０・４１で分圧して出力制御部３４
に基準電圧Ｖ１として印加する。

【００２０】第２電圧発生部３３は、出力コイル２３の
両端に、ダイオード４２を介して抵抗４３およびコンデ
ンサ４４からなる積分回路を接続するとともに、コンデ
ンサ４４の両端の電圧を抵抗４５・４６で分圧してい
る。したがって、商用交流電圧１０が１００〜２４０Ｖ
程度の範囲内で変化した場合、かかる電圧の変化に対応
し、出力コイル２３からは二次電池１６に供給される充
電電流の平均値に対応して変化する検出電圧Ｖ２が取り
出されるので、この検出電圧Ｖ２の上下変動に対応した
インバータ回路１３における出力制御を出力制御部３４
により行なわせる様にしている。

【００２１】出力制御部３４は、第１および第２の２組
の比較器４７・４８を備える。両比較器４７・４８には
オープンコレクタタイプのものが使用され、プラス側入
力端に基準電圧Ｖ１を、マイナス側入力端に検出電圧Ｖ
２を印加し、検出電圧Ｖ２の値が基準電圧Ｖ１より十分
低い間は、出力端はオープン状態を維持するが、検出電
圧Ｖ２が基準電圧Ｖ１と略等しい間は抵抗を介して接地
され、更に検出電圧Ｖ２が基準電圧Ｖ１を十分超える
と、出力端は直接接地される。

【００２２】第１比較器４７は、出力端４９を、インバ
ータ回路１３における抵抗２６と定電圧ダイオード２７
の接続点に繋ぎ、入力電圧が上昇して検出電圧Ｖ２が基
準電圧Ｖ１を十分超えると、第１比較器４７の出力側が
オンして出力端４９を接地することによりインバータ回
路１３の発振を強制的に停止するものであって、使用す
る商用交流電圧１０が設定値を超えて上昇した場合に、
二次電池１６に過大な充電電流が流れるのを防止する。

【００２３】第２比較器４８は、出力端５０を抵抗５１
を介して第１電圧発生部３２に繋ぐとともに、抵抗５２
を介してスイッチング素子１９のベース端に各々接続し
ている。従って、検出電圧Ｖ２が基準電圧Ｖ１を十分下
回るとき、第２比較器４８の出力端５０はオープン状態
となり、スイッチング素子１９のベース端に、第１電圧
発生部３２からの出力電圧Ｖｓが抵抗５１を通じて印加
され、スイッチング素子１９のオフ期間に帰還部２２の
コンデンサ２５に流入する電流量を増大してオフ期間を
短縮し、充電時に出力コイル２３から出力される電圧の
パルスレートを上げて、入力電圧が低電圧時において充
電電流が減少するのを防止する。

【００２４】ところで、スイッチ３０をオンして負荷３
１をインバータ回路１３からの出力で駆動した際、負荷
３１に大電流が流れて検出電圧発生部３３に供給される
電流量が減少する結果、検出電圧Ｖ２の上昇が抑えら
れ、入力電圧が高くなっても制御部３４が低電圧時の制
御を行い、スイッチング素子１９に過大な電流が流れ
て、該スイッチング素子１９を破損する虞れがある。そ
こで本発明にあっては、第２比較器４８の出力端５０を
抵抗５３を介してスイッチ３０に接続することにより、
電圧発生部３２から出力される電圧を抵抗５３で分圧
し、スイッチング素子１９のベース端に印加する電圧値
を下げて、発振周波数の上昇を抑えている。

【００２５】満充電制御回路１７は、二次電池１６の充
電が進んで満充電状態になった時、該二次電池１６への
充電を停止して、１Ｃ充電時における過充電を防止せん
とするものであって、満充電制御部８０と第３電圧発生
部８１とから構成される。

【００２６】第３電圧発生部８１は、抵抗５４およびダ
イオード５５を直列接続したものを二次電池１６の両端
に並列につないで、ダイオード５５の定電圧作用を利用
して基準電圧Ｖ３を形成する一方、抵抗５６・５７で二
次電池１６の両端電圧に比例した電圧Ｖ４を取り出し、
満充電制御部８０で基準電圧Ｖ３と比較する様に構成し
ている。

【００２７】なお、両電圧Ｖ３・Ｖ４の発生部８１を常
時二次電池１６に接続すると、二次電池１６は過度に放
電してしまう。そこでスイッチング素子として比較器５
８を利用し、前記ダイオード５５および抵抗５７のアー
ス側を比較器５８の出力端５９に繋ぎ、第１電圧発生部
３２からの出力電圧Ｖｓを比較電圧として使用すること
により、インバータ回路１３が作動して二次電池１６の
充電中、すなわち満充電制御回路１７における制御を必
要とする期間中のみ、所定の電圧Ｖｓを比較器５８に印
加し、第３電圧発生部８１を作動させる。

【００２８】満充電制御部８０は、比較器６０の出力端
６１を抵抗６２を介して第１電圧発生部３２に接続する
一方、トランジスタ６３のベース端に定電圧ダイオード
６４を介して繋ぐ。トランジスタ６３は、コレクタ端を
低値の抵抗６５を介してスイッチング素子１９のベース
端に接続する一方、ベース・エミッタ間に抵抗６６を接
続することにより、検出電圧Ｖ４が基準電圧Ｖ３を下回
る間は、比較器６０の出力端６１がアースされてトラン
ジスタ６３はオフ状態を維持して、インバータ回路１３
は通常の充電動作を行う。

【００２９】しかし、検出電圧Ｖ４が基準電圧Ｖ３を超
えて満充電状態に達したことを検出すると、比較器６０
の出力端６１はオープンし、第１電圧発生部３２からの
出力電圧Ｖｓが定電圧ダイオード６４と抵抗６６を直列
接続したものの両端に印加されて、該定電圧ダイオード
６４が導通する。すると、トランジスタ６３にベース電
流が流れてオンし、スイッチング素子１９のベース端を
アースしてインバータ回路１３の発振を停止し、二次電
池１６への充電を止めて過充電を防止する。

【００３０】表示回路１８は、出力コイル２３の両端
に、発光ダイオード６７および過電流制限用の抵抗６８
を繋いだものであって、満充電制御回路１７における制
御が行われていない期間は、出力コイル２３から十分な
電力が取り出されて、発光ダイオード６７は正常に点灯
するが、満充電制御回路１７の作動期間が長くなってイ
ンバータ回路１３の停止期間が長くなると、発光ダイオ
ード６７は点滅をはじめて、満充電状態となったことを
表示する。

【００３１】

【他の実施例】図４は本発明の他の実施例であって、基
本的には上記実施例と構成を同じくするが、下記の点に
おいて相違する。

【００３２】すなわち、インバータ回路１３において、
スイッチング素子１９のエミッタ端に二次電池１６を繋
いで、エミッタ端の電位の安定化を図っている。また、
第１電圧発生部３２における四次コイル３５からの出力
は、特に安定化処理を施すことなく取り出され、従って
基準電圧発生用ではなく、各部の駆動用としてのみ使用
される。

【００３３】なおこの場合、基準電圧Ｖ１は満充電制御
回路１７における基準電圧Ｖ３と同様に、第３電圧発生
部８１に備えたダイオード６９の両端から取り出され
る。ここで二次電池１６は、１セル当たり３〜４ｍＶ／
℃程度の温度特性を有するが、ダイオード６９の順方向
電圧が０．６Ｖ、ダイオード５５の順方向電圧が１．５
Ｖ付近で且つ二次電池１６と同程度の温度特性のものを
各々使用するとともに、抵抗７０・７０ａの抵抗値を調
整することにより、温度係数を補正して二次電池１６の
電圧変動をキャンセルし、十分安定化された基準電圧Ｖ
１・Ｖ３が取り出せる様にしている。

【００３４】ところで定電圧充電においては、低電圧で
充電を行うと、充電時間が長くなったり充電不足になる
虞れもある。一方、高電圧で充電すると、充電時間は短
いが、充電初期に大電流が流れる。そこで本実施例にお
ける満充電制御回路１７は、比較器６０の出力端６１に
コンデンサ７１を接続し、抵抗６２とともに積分回路が
構成され、従って満充電制御回路１７の制御がかかる以
前は、低電圧による安定した定電圧充電を行い、制御が
かかり始めるとパルス状のオン信号を積分し、前記実施
例では基準電圧Ｖ３を検出電圧Ｖ４が超える毎に小刻み
に行なっていた制御を遅らせて実行することにより、実
質的に高電圧による定電圧充電に移行させ、短時間で充
電電流の絞り込みが行われる様にしている。

【００３５】更にまた表示回路１８は、赤、緑等の２色
の発光ダイオード７２・７３を点滅させて充電状態を表
示させる。すなわち、第１トランジスタ７４のエミッタ
端を二次電池１６のプラス極に繋ぎ、ベース端をコンデ
ンサ４４と抵抗４３の接続点に繋ぐとともに、コレクタ
端に発光ダイオード７２を介装する。

【００３６】前記第１トランジスタ７４のエミッタ端に
は、第２トランジスタ７５のエミッタ端を、コレクタ端
には第２トランジスタ７５のベース端を各々接続すると
ともに、第２トランジスタ７５のコレクタ端に発光ダイ
オード７３を繋ぐ。更に、両発光ダイオード７２・７３
のカソード側を第３トランジスタ７６のコレクタ端に繋
ぎ、該第３トランジスタ７６のベース端を第１電圧発生
部３２の出力端に接続するとともに、ベース・エミッタ
間に上記スイッチ３０と連繋して開閉するスイッチ接点
３０ａを接続している。

【００３７】かかる構成により、スイッチ接点３０ａの
開放時すなわち負荷３１の停止時において装置を作動さ
せると、インバータ回路１３が作動して充電を開始する
とともに、第１電圧発生部３２から電圧Ｖｓが出力され
て第３トランジスタ７６をオンする。この時、第２電圧
発生部３３から第１トランジスタ７４のベース端に印加
される電圧は高く、従って該第１トランジスタ７４はオ
フ状態を保つ。

【００３８】そこで、二次電池１６のプラス極から第２
トランジスタ７５のベース、発光ダイオード７２および
第３トランジスタ７６を通って第２トランジスタ７５に
ベース電流が流れ、該第２トランジスタ７５をオンして
発光ダイオード７３に電流を流して点灯し、充電中であ
ることを表示する。

【００３９】ここで二次電池１６の充電がすすみ、満充
電状態に近づくと、満充電制御回路１７が働き、インバ
ータ回路１３の発振動作は間欠的となる。それに伴い、
第２電圧発生部３３から第１トランジスタ７４のベース
端に印加される電圧値も徐々に下がり、第１トランジス
タ７４はオンしてコレクタ電流が流れ、発光ダイオード
７２を点灯しはじめる。それと同時に、第２トランジス
タ７５のベース・エミッタ間の電圧が低下して、ベース
電流が減少して発光ダイオード７３に流れるコレクタ電
流も減少し、発光ダイオード７３の照度を下げて満充電
状態に達したことを表示する。

【００４０】更に充電がすすむと、第２トランジスタ７
５がオフして発光ダイオード７３は完全に消灯する一
方、第１トランジスタ７４がオンして発光ダイオード７
２のみが常時点灯し、充電が終了したことを表示するの
である。

【００４１】また、スイッチ３０をオンして負荷３１駆
動している場合は、該スイッチ３０と連動してオンオフ
するスイッチ接点３０ａがオンし、第３トランジスタ７
６をオフすることにより、２つの発光ダイオード７２・
７３を共に消灯して負荷駆動中であることを表示するの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な構成を示す電気回路図であ
る。

【図２】図１の動作状態を示す説明図である。

【図３】本発明の実施例を示す電気回路図である。

【図４】本発明の他の実施例を示す電気回路図である。

【符号の説明】

１３ インバータ回路 １５ 出力制御回路 １６ 二次電池 １７ 満充電制御回路 １９ スイッチング素子 ２０ 一次コイル ２３ 出力コイル ２４ 帰還コイル ２５ コンデンサ ２６ 抵抗 ３０ スイッチ ３２ 第１電圧発生部 ３３ 第２電圧発生部 ３４ 出力制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次コイル（２０）と直列接続されたス
   イッチング素子（１９）をオンオフ規制し、出力コイル
   （２３）から二次電池（１６）へ充電電流を供給すると
   ともに、スイッチ（３０）のオン操作と連動して、負荷
   （３１）を二次電池（１６）と並列に接続可能としたイ
   ンバータ式の充電回路であって、 上記二次電池（１６）に対する充電電流が設定値より下
   回ると、インバータ回路（１３）の発振周波数を設定値
   より上昇させる制御を行う一方、 上記スイッチ（３０）のオン操作と連動して、前記発振
   周波数の設定値からの上昇量を減少させることを特徴と
   する充電回路。