JPH0714263B2 - 充電回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はインバータ式の充電回
路であって、特に動作状態を表示可能としたものに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の充電回路における充電状態
表示は、専ら充電を現在行なっているか停止しているか
を、表示ランプの点灯で単に表示するだけの簡単なもの
が一般的であった。これは、従来の充電回路が０．１Ｃ
程度の低速な充電を長時間かけて行うものが主流であ
り、充電をし続けても過充電の問題は発生しないため
に、充電状態をそれほど詳細に表示する必要性それ自体
が認められなかったからである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１Ｃ電
流による高速充電を行う場合、満充電時を的確に検知し
て充電制御をしないと、過充電状態になることは避けら
れない。それにともなって、インバータ回路の動作状態
それ自体も充電の各段階に対応して大幅に変わる為、こ
の変化状態を的確に表示することが要望されている。

【０００４】本発明はかかる要望に鑑みてなされたもの
であって、インバータ回路の動作状態に的確に対応した
表示が安定してなされ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へ充電電
流を供給するインバータ回路１３と、そのインバータ回
路１３の動作状態を表示する表示回路１８とを備えてい
る。

【０００６】上記した表示回路１８には、上記インバー
タ回路１３の作動に伴って発生される出力側電圧Ｖｓの
入力と連動してオンするスイッチング部７６と、該スイ
ッチング部７６のオン動作と連動して、二次電池１６か
ら通電される表示部８５とを備え、その表示部８５にお
ける表示内容が、上記出力コイル２３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更表示されるこ
とを特徴とする。

【０００７】なお上記したインバータ回路１３を、スイ
ッチ３０のオン操作と連動して、負荷３１が二次電池１
６の両端に接続されるものとし、上記表示回路１８のス
イッチング部７６が、前記スイッチ３０のオン操作と連
動して、強制的にオフされる様に構成することができ
る。

【０００８】

【作用】上記した構成により、インバータ回路１３に入
力電圧を印加するのと連動して、出力コイル２３から二
次電池１６に対して充電電流を供給して、充電を開始す
る。それと同時に、例えば四次コイル３５から取り出さ
れた電圧Ｖｓが表示回路１８のスイッチング部７６に印
加されてオンし、図２（ａ）の如く、二次電池１６から
安定した電圧が表示部８５に印加される。

【０００９】一方、出力コイル２３の両端からは、例え
ばダイオード４２により二次電池１６に対する充電方向
の電圧が選択的に取り出され、それを更に抵抗４３およ
びコンデンサ４４で積分することにより、二次電池１６
に対する充電電流の大きさに対応した電圧が出力され
る。かかる電圧を表示部８５に印加し、その電圧の大き
さに対応して、例えば２つの発光ダイオード７２・７３
を切り換え発光させることにより、大電流による充電中
か、満充電が近くなって充電電流の絞り込みを行なって
いるか等の表示を行う。

【００１０】更に充電電流の絞り込みが行われ、補充電
状態になると電圧発生部３２から出力される電圧Ｖｓの
値が極めて小さくなるため、図２（ｂ）の如くスイッチ
ング部７６をオフして表示部８５に対する二次電池１６
からの給電を断ち、二次電池１６の消耗を防止する。

【００１１】一方、インバータ回路１３を作動して二次
電池１６に対する充電中に、スイッチ３０をオンして負
荷３１に対しても通電した場合、例えばスイッチ接点３
０ａをオンしてスイッチ部７６に入力される電圧Ｖｓを
バイパスし、スイッチ部７６が強制的にオフされる結
果、二次電池１６から表示部８５に対する通電が強制的
に絶たれ、負荷３１に対する供給電流の減少を防止する
のである。

【００１２】

【発明の効果】本発明は上記の如く、表示部８５に対す
る給電を二次電池１６側から行うとともに、インバータ
回路１３の出力側の電圧Ｖｓで表示部８５に対する給電
時期を規制する様に構成したので、インバータ回路１３
から二次電池１６の充電中は安定した表示動作が行なえ
るとともに、インバータ回路１３が充電動作を停止する
と、二次電池１６の不要な消耗を未然に防止できる。

【００１３】更に、インバータ回路１３を作動中に負荷
３１へ通電すると、表示部８５に対する二次電池１６か
らの給電を強制的に停止する様に構成したので、負荷駆
動時におけるインバータ回路１３および二次電池１６の
負担が有効に軽減される。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】本発明は表示回路１８の構成に特徴を有す
るものであって、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７
２を介装する。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】

【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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【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 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 ３１ 負荷 ３２ 第１電圧発生部 ３３ 第２電圧発生部 ３４ 出力制御部 ３５ 四次コイル ７２ 発光ダイオード ７３ 発光ダイオード ７４ 第１トランジスタ ７５ 第２トランジスタ ７６ 第３トランジスタ（スイッチング部） ８５ 表示部

Claims (2)

【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）へ充電電流を供給するイ
   ンバータ回路（１３）と、該インバータ回路（１３）の
   動作状態を表示する表示回路（１８）とを備え、 上記表示回路（１８）に、 上記インバータ回路（１３）の作動に伴って発生される
   出力側電圧Ｖｓの入力と連動してオンするスイッチング
   部（７６）と、 該スイッチング部（７６）のオン動作と連動して、二次
   電池（１６）から通電される表示部（８５）とを備え、 該表示部（８５）における表示内容が、上記出力コイル
   （２３）から二次電池（１６）に対する充電電流の大き
   さに対応して変更表示されることを特徴とする充電回
   路。
2. 【請求項２】 上記したインバータ回路（１３）は、ス
   イッチ（３０）のオン操作と連動して、負荷（３１）が
   二次電池（１６）の両端に接続されるものであり、 上記表示回路（１８）のスイッチング部（７６）は、前
   記スイッチ（３０）のオン操作と連動して、強制的にオ
   フされる請求項１記載の充電回路。