JPH0714262B2 - 充電回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は二次電池の充電回路で
あって、特に満充電状態を検知して充電を自動停止する
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、二次電池を１Ｃ電流で急速充電を
長時間に亘り行うと過充電となるため、満充電時を検出
して充電電流の遮断あるいは絞り込みの制御を行う必要
がある。かかる要請に対して従来は、充電開始からの時
間を計測して所定時間に達するのを検知、あるいは二次
電池の端子電圧が設定値に達するのを検知すると、二次
電池に対する充電を強制的に停止するものが一般的であ
った。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た満充電の制御方法では何れも、充電完了後に電源を一
旦切って通電すると、再度１Ｃ充電を行い、これを繰り
返すと過充電になる虞れがあった。

【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、充電を繰り返しても過充電となることがな
く、更に必要最小限の時間で満充電状態に移行できる充
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示す如く、一次コイル２
０に流れる電流をスイッチング素子１９でオンオフ規制
し、出力コイル２３から二次電池１６へパルス状の充電
電流を供給するインバータ式のものである。

【０００６】更に、上記二次電池１６の端子電圧Ｖ４が
第１の設定値Ｖ３を上回る期間に対応して、所定値の電
圧を発生する比較手段６０と、該比較手段６０の出力側
に接続されて、発生電圧を積分するコンデンサ７１と、
定電圧ダイオードの様に前記コンデンサ７１の端子電圧
Ｖ５が第２の設定値Ｖｔを超えるとオンしてコンデンサ
７１を放電する手段６４と、その放電手段６４のオン期
間に対応して、インバータ回路１３に停止信号を送る手
段９とを備えている。

【０００７】

【作用】上記した構成により、インバータ回路１３に入
力電圧を印加して始動すると、、例えば抵抗２６を介し
た入力電圧あるいは帰還コイル２４からの出力電圧でコ
ンデンサ２５を充放電することにより、スイッチング素
子１９をオンオフ制御するとともに、そのスイッチング
素子１９のオフ期間に対応して出力コイル２３から二次
電池１６に対してパルス状の電圧を印加し、充電が開始
される。しかし、充電初期で二次電池１６の端子電圧Ｖ
４が第１の設定値Ｖ３よりも低い間は、インバータ回路
１３の停止制御は行われず、インバータ回路１３は所定
の発振を続ける。

【０００８】ここで充電がすすみ、二次電池１６の端子
電圧Ｖ４が第１の設定値Ｖ３を超える様になると、その
超えた期間に対応して、比較手段６０の出力端６１から
は、パルス状の電圧が出力される。この時、出力端６１
にはコンデンサ７１が接続されているため、図２（ａ）
の如く、出力電圧は直ちに停止信号発生手段９側に送ら
れることなく、コンデンサ７１に一旦蓄えられて積分さ
れる。

【０００９】ここでコンデンサ７１の両端電圧Ｖ５が、
放電手段６４において設定された第２の設定電圧Ｖｔを
超えるまでに上昇すると、図２（ｂ）の如く放電手段６
４はオンしてコンデンサ７１を放電すると同時に、停止
信号送出手段９を構成する抵抗６６に電流を流してスイ
ッチング素子６３に駆動電圧を与える。するとスイッチ
ング素子６３は放電手段６４のオン期間に対応してオン
し、インバータ回路１３中のスイッチング素子１６にお
けるベース端をアースするなどして、インバータ回路１
３を強制的に停止させる。

【００１０】インバータ回路１３が停止すると、二次電
池１６の端子電圧Ｖ４は第１の設定電圧Ｖ３よりも下が
って再度インバータ回路１３は発振する。しかし上記し
た停止制御を繰り返す毎に、二次電池１６の端子電圧Ｖ
４が第１の設定値Ｖ３を超える期間も長くなり、放電手
段６４がオンしている期間すなわちインバータ回路１３
が停止する期間も長くなって、二次電池１６に供給され
る充電電流は急激に０．１Ｃあるいはそれ以下に絞り込
まれるのである。

【００１１】

【発明の効果】本発明は上記の如く、二次電池１６の端
子電圧Ｖ４を常時監視し、第１の設定値Ｖ３を超える期
間に対応してインバータ回路１３の発振を強制的に停止
する様に構成したので、充電を繰り返しても過充電にな
ることが未然に防止される。

【００１２】更に、二次電池１６の端子電圧Ｖ４が第１
の設定値Ｖ３を超える期間に対応してパルス状の電圧を
発生させるとともに、その電圧を積分した値Ｖ５が第２
の設定値Ｖｔを超える期間に対応してインバータ回路１
３の発振を停止する様に構成したので、充電電流の絞り
込みの時期を可及的に遅らせ、過不足のない充電が、必
要最小限の時間で行なえる。

【００１３】

【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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】本実施例にあっては更に、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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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
こで本実施例にあっては、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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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のベース端との間をツエナー電
圧がＶｔの定電圧ダイオード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。

【００３２】しかし、検出電圧Ｖ４が基準電圧Ｖ３を超
えて満充電状態に近づいたことを検出すると、比較器６
０の出力端６１は検出電圧Ｖ４が基準電圧Ｖ３を超える
時期に対応して間欠的にオープンし、第１電圧発生部３
２からの出力電圧Ｖｓが出力端６１側に取り出される。
かかる出力電圧Ｖｓによる出力端６１の電圧値が定電圧
ダイオード６４と抵抗６６を直列接続したものの両端に
印加されるが、その時の電圧値が定電圧ダイオード６４
のツエナー電圧Ｖｔを超えていると、該ダイオード６４
は導通する。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の発振を強制的に停止し、二
次電池１６への充電を中断する。

【００３３】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。

【００３４】そこで本発明における満充電制御回路１７
では、比較器６０の出力端６１に更にコンデンサ７１を
接続し、抵抗６２とともに積分回路を構成している。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、二次電池電圧が設定
値を超えて制御がかかり始めると、パルス状のオン信号
を積分して停止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のである。

【００３５】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。

【００３６】

【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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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】

９ 停止信号送出手段 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 １８ 表示回路 １９ スイッチング素子 ２０ 一次コイル ２３ 出力コイル 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 ６０ 比較器 ６１ 出力端 ６２ 抵抗 ６３ トランジスタ ６４ 定電圧ダイオード（放電手段） ６６ 抵抗 ７１ コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次コイル（２０）に流れる電流をスイ
   ッチング素子（１９）でオンオフ規制し、出力コイル
   （２３）から二次電池（１６）へパルス状の充電電圧を
   印加するインバータ式の充電回路であって、 上記二次電池（１６）の端子電圧が第１の設定値を上回
   る期間に対応して、所定値の電圧を発生する比較手段
   （６０）と、 該比較手段（６０）の出力側に接続されて、発生電圧を
   積分するコンデンサ（７１）と、 該コンデンサ（７１）の端子電圧が第２の設定値を超え
   るとオンし、コンデンサ（７１）を放電する手段（６
   ４）と、 該放電手段（６４）のオン期間に対応して、インバータ
   回路（１３）に停止信号を送る手段（９）とを備えた充
   電回路。