JPH0787677A - 二次電池の充電装置 - Google Patents
二次電池の充電装置Info
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- JPH0787677A JPH0787677A JP5251048A JP25104893A JPH0787677A JP H0787677 A JPH0787677 A JP H0787677A JP 5251048 A JP5251048 A JP 5251048A JP 25104893 A JP25104893 A JP 25104893A JP H0787677 A JPH0787677 A JP H0787677A
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
路の直列抵抗を不要にして、電力効率を向上させる。 【構成】 充電装置は、定電流の間欠期間に二次電池2
の端子電圧と第1又は第2の基準電圧とを比較する比較
手段13と、充電電流の積算量が所定量に低下するのを
検出して第2の基準電圧を比較手段13に供給させる充
電電流積算回路14bとを備え、いずれかの基準電圧を
下廻るとから給電させる。定電流発生回路は、交流電源
の両波整流回路10と、その電圧をスイッチ素子S11
で入力させてインダクタンスL11から電流出力を行う
チョッパ11と、その電流検知信号を平均化回路12a
で平均化したパルス幅制御信号レベルと基準値との偏差
に応じてスイッチング信号のパルス幅を制御するパルス
幅制御手段12と、端子電圧が基準電圧を下廻った際に
出力される比較信号を保持する間パルス幅制御手段12
を作動させる比較信号保持手段12bとを有する。
Description
欠的に供給し、その間欠期間に二次電池の端子電圧と基
準電圧とを比較し、過放電の場合には充電終了電圧に相
当する第1の基準まで充電させた後、基準電圧を僅かに
放置電圧に相当する第2の基準電圧に切換え、以後第2
の基準電圧に向けて補充電させるようになった二次電池
の充電装置に関するものである。
63−245235により提案されており、過放電した
二次電池に対しても長時間の充電時間が必要としないだ
けでなく、負荷が接続している場合或は放置状態の場合
でも常に二次電池を完全充電状態に保持可能にする。
置の場合は、交流電源の半波整流電圧が二次電池の電圧
を上廻った際に定電流を供給する方式であるために、交
流電源の整流回路及び二次電池間にその内部抵抗よりも
充分大きな直流抵抗を接続し、相応して交流電源電圧を
高くする必要があるために、電力損失が大きくなり、さ
らに電源電圧が変化すると定電流値も変動する問題が残
されていた。
電池の充電装置において、二次電池に直列接続される定
電流用抵抗を不要にして、電力効率を向上させることを
目的とする。別の目的は、電源電圧が変化しても、所定
の充電電流量に対する所要時間を一定化させることであ
る。
達成するために、交流電源の場合、請求項1により、二
次電池に間欠的に定電流を供給する定電流発生回路と、
充電終了電圧に相当する第1の基準電圧及び充電終了後
のより低い放置電圧に相当する第2の基準電圧を発生す
る基準電圧発生回路と、定電流の間欠期間に二次電池の
端子電圧と第1又は第2の基準電圧とを比較する比較手
段と、充電動作の中断により所定時間についての充電電
流の積算量が所定量に低下するのを検出して第1の基準
電圧に代わって第2の基準電圧を比較手段に供給させる
充電電流積算手段とを備え、端子電圧が第1又は第2の
基準電圧を下廻ると、定電流発生回路から充電電流を供
給させるようになった二次電池の充電装置において、定
電流発生回路が、交流電源の両波整流回路と、その各半
波整流電圧を前記交流電源周波数よりも十分高い周波数
のスイッチング信号でオンオフするスイッチ素子により
入力させて、インダクタンスを通して電流出力を行うチ
ョッパと、充電電流を検知する電流検知手段と、その電
流検知信号の前記スイッチ素子のオンオフに起因する変
動分を平均化により除去したパルス幅制御信号を出力す
る平均化手段と、パルス幅制御信号レベルとパルス幅制
御用基準値との偏差に応じて半波整流期間中の充電電流
レベルを一定にするようにスイッチング信号のパルス幅
を制御するパルス幅制御手段と、端子電圧が基準電圧を
下廻ることにより比較手段から出力される比較信号を半
波整流期間よりも僅かに短い期間保持して、その保持期
間中パルス幅制御手段を作動可能にする比較信号保持手
段と、を有することを特徴とする。
発生回路が、直流電源と、その直流電圧をスイッチング
信号でオンオフされるスイッチ素子により入力されて、
インダクタンスを通して電流出力を行うチョッパと、充
電電流を検知する電流検知手段と、その電流検知信号の
前記スイッチ素子のオンオフに起因する変動分を平均化
により除去したパルス幅制御信号を出力する平均化手段
と、パルス幅制御信号レベルとパルス幅制御用基準値と
の偏差に応じて充電電流レベルを一定にするようにスイ
ッチング信号のパルス幅を制御するパルス幅制御手段
と、二次電池の過放電状態での充電応答時間に対応する
モニタ時間間隔で比較手段をモニタして端子電圧が基準
電圧を下廻るのが検出されると、モニタ時間間隔にわた
りパルス幅制御手段を作動可能にする比較信号モニタ手
段とを有するようにする。
電流量に対する所要時間を一定にするには、請求項2又
は4により、平均化手段が、交流電源電圧の変化に無関
係に各半波整流期間中の積算充電電流量を一定に保持す
るように、交流電源電圧信号と電源電圧用基準値との偏
差に応じてパルス幅制御信号のレベルを補正するように
構成されるか、又は電源電圧の変化に無関係に充電電流
レベルを一定に保持するように、電源電圧信号と電源電
圧用基準値との偏差に応じてパルス幅制御信号のレベル
を補正するように構成される。
準電圧を下廻るごとに比較手段で出力される比較検知信
号を比較信号保持手段が保持して、その保持期間中パル
ス幅制御手段を作動させる。パルス幅制御手段は、スイ
ッチング信号でスイッチング素子をオンさせ、端子電圧
を越えた電圧でインダクタンスを通してほとんど電力損
失の無い状態で充電電流を供給させる。平均化手段は充
電電流に応答した電流検知信号の変動分を除去したパル
ス幅制御信号を出力し、パルス幅制御手段にパルス幅制
御用基準値との偏差に応じてスイッチング信号をパルス
幅制御させることにより、半波整流期間中の充電電流レ
ベルを一定にする。
充電電流積算手段は半波整流期間ごとに連続する充電状
態を検知して、充電終了信号を出力し得ず、第1の基準
電圧を出力させる。過放電時の内部抵抗の増大により端
子電圧が充電電流で過渡的に上昇した状態でも比較手段
は各半波整流間の間欠期間にその電圧が降下して、端子
電圧が第1の基準電圧を下廻ると比較信号保持手段に比
較信号を保持させる。
動作が中断しつつくり返される過程で充電電流の積算量
が低減し、充電電流積算手段が充電終了信号を出力する
と、第2の基準電圧に切換えて充電が終了する。この通
常の充電過程では、端子電圧が第2の基準電圧を下廻る
ごとに比較信号保持手段が比較信号を保持して、その保
持期間中パルス幅制御手段を作動させる。
定のモニタ時間間隔で比較手段をモニタして端子電圧が
基準電圧を下廻るのを検出すると、モニタ時間間隔にわ
たりパルス幅制御手段を作動させる。これにより、モニ
タ時間間隔にわたり一定の充電電流が供給される。
圧信号の電源電圧用基準値との偏差に応じてパルス幅制
御信号のレベルを補正することにより、充電電流量のレ
ベルを制御して各半波整流期間の積算充電電流量のレベ
ルを一定化させる。請求項4によれば、同様に電源電圧
用基準値との偏差に応じてパルス幅制御信号のレベルを
補正することにより、直流状充電電流のレベルを一定に
保持させる。
用電源を電源入力とする例えば6セルの鉛蓄電池である
二次電池の充電装置を示す。10はトランス1から供給
される商用電源電圧を両波整流するダイオードD1、D
2で構成される両波整流回路である。11は降圧型チョ
ッパであり、ハイパスコンデンサC11、平滑用インダ
クタンスL11、フライホイールダイオードD11及び
半導体スイッチ素子S11より構成されている。R1は
電流検知抵抗であり、二次電池2の内部抵抗に対して敢
えて大きくすることなく、電圧信号としてその両端に処
理可能な電圧を発生させ得るように例えば0.1Ω程度
に設定されている。
びその時間幅を制御する例えば20kHzのスイッチン
グパルス信号を出力するパルス幅制御回路であり、平均
化回路12a及び比較信号保持回路12bが付属してい
る。平滑用インダクタンスL11はパルス状充電電流を
電力損失無しで出力し、フライホイールダイオードD1
1でその電流を保持させることによりオンオフ期間を平
滑された充電電流dを供給し、平均化回路12aは、充
電電流dの電流検知抵抗R1の両端で検知された電流検
知信号を平均化して、スイッチングリップル無しの台形
状パルス幅制御信号を出力する。また、このパルス幅制
御信号の電圧レベルは、ダイオードD3、D4による両
波整流波状の電源電圧信号を制御入力として、電源電圧
が変化して端子電圧Vtを越えた半波整流波状電圧の振幅
及び時間幅が変化しても各半波整流期間の積算充電電流
量を一定に保持するように、基準電圧との偏差に応じて
パルス幅制御信号レベルを自動的に補正するようになっ
ている。例えば、電源電圧が増大して、端子電圧Vtを越
える電圧の振幅及び時間幅が大きくなると、パルス幅制
御信号レベルを相応に大きくして相対的にスイッチング
パルス信号のパルス幅を狭くして、充電電流dのレベル
を下げて半波整流期間の積算充電電流量を一定にする。
で端子電圧Vtが基準電圧V1 、V2を下廻るのが検出さ
れると出力される比較信号を半波整流波形の周期よりも
僅かに短い時間幅例えば8ms間の保持信号bを出力す
る。この保持信号が出力される間、パルス幅制御回路1
2は作動可能状態となり、平均化回路12aの出力する
パルス幅制御信号を基準値と比較して入力100Vの標
準状態で例えば1Aの時間幅6msの台形状の充電電流
dが出力されるように、スイッチングパルス信号をパル
ス幅変調する。
流電圧を電源とする基準電圧発生回路であり、14.5
Vの充電終了電圧に相当する第1の基準電圧V1 及びこ
の充電終了電圧に達するまで充電された完全充電後の放
置状態で数時間経過した13.2Vの放置電圧に相当す
る第2の基準電圧V2 を半波整流期間ごとに発生する。
基準電圧V1 、V2 は、温度センサ14aに応答してそ
れぞれ温度補償して発生される。この回路は、例えば前
述の特開昭63−245235号公報に開示されたよう
に、プログラマブルツェナーダイオード及び温度センサ
として機能するトランジスタを用いて構成できる。
知抵抗R1の電流検知信号を例えば数10個の半波整流
期間に相当する時間分だけ積算し、端子電圧Vt が第1
の基準電圧V1 に達した後に充電動作が中断を繰返すこ
とにより、その積算量が半波整流期間ごとに連続する場
合の数10%に下廻るのを検出すると、充電終了信号を
出力する。この充電終了信号が出力されると、基準電圧
発生回路14は第1の基準電圧V1 に代って第2の基準
電圧V2 を出力する。
2を参照して説明する。負荷が電流を大きく消耗してい
ることにより充電電流積算回路14bが連続充電状態を
検知して、充電終了信号を出力しなくなると、基準電圧
V1 に切換わり連続的な充電が行われる。つまり、比較
信号保持回路12bは各半波整流期間の間欠期間Taに
端子電圧Vt が基準電圧V1 を下廻るごとに比較回路1
3の出力する比較信号を検知して、その消滅後も含めて
8msの間保持信号bを出力する。この間、パルス幅制
御回路12は、半波整流電圧aを20kHzのスイッチ
ング信号で半導体スイッチ素子S11をオンオフし、端
子電圧Vt を上廻る電圧cが平滑用インダクタンスL1
1を通してオフ期間にフライホイールダイオードD11
でクランプされた状態で充電電流を供給する。平均化回
路12aでは充電電流に対応する電流検知信号がスイッ
チングリップルの無いパルス幅制御信号となり、基準値
と比較されて基準電源電圧でループゲインに応じてほぼ
一定の1Aのパルス幅6ms程度の台形状の充電電流d
(リップルの時間幅は相対的に拡大して示す)が供給さ
れる。
える正弧波の整流電圧形状に応じてパルス幅変調され
る。また、過放電時に充電されて内部抵抗で瞬間的に高
くなった二次電池2の端子電圧Vt が降下して安定する
充電応答時間を伴うことにより、比較信号が消滅する場
合でも保持信号bによりその時間内は充電電流を供給可
能にする。一方、充電応答時間が半波整流期間を越えて
極端に長い場合、後続する半波整流期間で比較信号が生
じた時点で再度充電される。端子電圧Vt の充電応答時
間が6msより短い場合、比較信号が連続的に発生する
ことにより幅広になるが、間欠期間Taが介在して各半
波整流期間ごとに充電される。
電動作が中断しつつくり返される過程で充電電流信号の
積算量が低減し、これにより充電電流積算回路14bが
充電終了信号を出力すると、再度基準電圧V2 に切換え
て充電が終了する。これにより、自己放電により端子電
圧Vt が基準電圧V2 を下廻ると補充電が行われ、完全
な充電を保証する。
信号保持回路12bは各半波整流期間の間欠期間Taに
端子電圧Vt が基準電圧V2 を下廻るごとに比較回路1
3の出力する比較信号を保持して、8msの間保持信号
bを出力するが、間欠期間Taが介在して半波整流期間
ごとに充電される。
国での装置使用により、入力する交流電源電圧が変動も
しくは変更された場合、平均化回路12aはその電圧に
応じて自動的にパルス幅制御信号レベルを補正して、電
源電圧に相応して半波整流期間内の全てのパルス幅を相
対的に調整することにより、充電電流レベルを調整して
半波整流期間内の充電電流の積算量を一定に保持させ
る。
いた場合の実施例を示すもので、図1のものと同等もし
くは同等部分は同一符号で説明する。降圧型チョッパ2
1は、雑音除去用のハイパスコンデンサを廃止してい
る。平均化回路22aは、電流検知抵抗R1の電流検知
信号を平均化してスイッチングリップルを除去すると共
に、電源電圧の変化に無関係に充電電流量レベルを一定
に保持するように、電源電圧信号と電源電圧用基準値と
の偏差に応じてパルス幅制御信号のレベルを補正する。
比較信号モニタ回路22bは例えば10msごとに比較
回路13の比較出力が出力されているか否かをモニタ
し、比較信号が出力されている場合、そのモニタ間隔時
間中パルス幅制御回路12を作動可能にさせる。モニタ
間隔時間は、二次電池2の過放電状態でのさらに長い充
電応答時間に対する対策として1秒程度に設定しても良
い。
3の比較出力が出力されていると、降圧型チョッパ11
をモニタ間隔時間中作動させる。これにより、端子電圧
Vtが変化しても相応したパルス幅変調で定電流充電が
保証される。次のモニタ時点で比較信号が出力されてい
ると、連続的に充電電流が供給される。この間、直流電
源の電圧が変動するとパルス幅制御信号がレベル補正さ
れ、充電電流は一定に保持される。つまり、電源電圧変
動に対して補正無しの単なるパルス幅制御信号で対応す
るのに比べて、本発明の電源電圧変動に対するパルス幅
制御信号の補正により、ループゲインを大きくしないで
済み、安定した定電流制御が可能になる。一定レベルの
直流状充電電流が間欠的に供給され、充電電流積算回路
14bが充電終了信号を出力すると、基準電圧はV2 に
切換わる。
降圧型として説明したが、図4に示すように、直流電源
電圧が二次電池電圧の充電に必要な電圧よりも低い場合
には、昇圧型チョッパに置換することもできる。即ち、
同図Aにおいて、インダクタンスL31は電源電圧より
も高い電圧をスイッチ素子S31のオフ時に発生し、フ
ライホイールダイオードD31を通して電流出力を行
う。この場合、同図Bに示すように、前述の実施例を異
り、充電電流は間欠的なパルス状になるが、同様にCR
回路で構成される平均化回路で変動分を除去した直流パ
ルス状のパルス幅制御信号を発生させることにより、定
電流による充電が可能となる。また、スイッチング周期
を非可聴の20kHzとして敢えて平滑しないパルス状
充電電流のままでも問題なく二次電池2の充電が行われ
ることが確認されている。
てトランス式のものを示す。スイッチ素子S31でトラ
ンスT31の1次側巻線のアース側端子をオンオフし、
巻線比で電圧設定された2次側巻線から整流ダイオード
32を通してパルス状充電電流を出力する。
スを通して充電電流を出力するチョッパのパルス幅制御
による定電流制御により、定電流化用の直列抵抗が不要
となり、したがって交流電源電圧を二次電池電圧に対し
て大きく設定しても直列抵抗による電力損失が回避で
き、過放電状態での短い充電時間及び高効率の補充電機
能付充電装置が実現可能となる。
切換又は変動に無関係に各半波整流期間の充電電流の積
算量を一定に制御でき、所定の積算充電量に対する所要
時間を一定に確保できる。
る場合、過放電状態の二次電池の充電応答時間に対応し
たモニタ時間間隔で端子電圧が基準電圧を下廻るか否か
をモニタして、インダクタンスを通して充電電流を出力
するチョッパを定電流化するようにパルス幅制御するこ
とにより、過放電状態の充電にも長時間を要せず、高効
率の安定した充電時間の充電が可能となり、補充電も可
能である。
対してループゲインを大きくすることなく、安定した状
態で電池電圧及び電源電圧変動に対応して充電電流の定
電流制御が可能になる。
構成を示す図である。
構成を示す図である。
の実施例を示すもので、同図Aは回路構成及び同図Bは
その出力電流波形である。
Claims (4)
- 【請求項1】 二次電池に間欠的に定電流を供給する定
電流発生回路と、充電終了電圧に相当する第1の基準電
圧及び充電終了後のより低い放置電圧に相当する第2の
基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、定電流の間欠
期間に二次電池の端子電圧と第1又は第2の基準電圧と
を比較する比較手段と、充電動作の中断により所定時間
についての充電電流の積算量が所定量に低下するのを検
出して第1の基準電圧に代わって第2の基準電圧を比較
手段に供給させる充電電流積算手段とを備え、端子電圧
が第1又は第2の基準電圧を下廻ると、定電流発生回路
から充電電流を供給させるようになった二次電池の充電
装置において、 前記定電流発生回路が、交流電源の両波整流回路と、そ
の各半波整流電圧を前記交流電源周波数よりも十分高い
周波数のスイッチング信号でオンオフするスイッチ素子
により入力させて、インダクタンスを通して電流出力を
行うチョッパと、充電電流を検知する電流検知手段と、
その電流検知信号の前記スイッチ素子のオンオフに起因
する変動分を平均化により除去したパルス幅制御信号を
出力する平均化手段と、前記パルス幅制御信号レベルと
パルス幅制御用基準値との偏差に応じて前記半波整流期
間中の充電電流レベルを一定にするように前記スイッチ
ング信号のパルス幅を制御するパルス幅制御手段と、前
記端子電圧が前記基準電圧を下廻ることにより前記比較
手段から出力される比較信号を前記半波整流期間よりも
僅かに短い期間保持して、その保持期間中前記パルス幅
制御手段を作動可能にする比較信号保持手段と、を有す
ることを特徴とする二次電池の充電装置。 - 【請求項2】 平均化手段が、交流電源電圧の変化に無
関係に各半波整流期間中の積算充電電流量を一定に保持
するように、交流電源電圧信号と電源電圧用基準値との
偏差に応じてパルス幅制御信号のレベルを補正するよう
に構成されたことを特徴とする請求項1の二次電池の充
電装置。 - 【請求項3】 二次電池に間欠的に定電流を供給する定
電流発生回路と、充電終了電圧に相当する第1の基準電
圧及び充電終了後のより低い放置電圧に相当する第2の
基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、定電流の非通
流時の充電休止期間に二次電池の端子電圧と第1又は第
2の基準電圧とを比較する比較手段と、充電動作の中断
により所定時間についての充電電流の積算量が所定量に
低下するのを検出して第1の基準電圧に代わって第2の
基準電圧を比較手段に供給させる充電電流積算手段とを
備え、端子電圧で第1又は第2の基準電圧を下廻るのが
検出されると、定電流発生回路から充電電流を供給させ
るようになった二次電池の充電装置において、 前記定電流発生回路が、直流電源と、その直流電圧をス
イッチング信号でオンオフされるスイッチ素子により入
力されて、インダクタンスを通して電流出力を行うチョ
ッパと、充電電流を検知する電流検知手段と、その電流
検知信号の前記スイッチ素子のオンオフに起因する変動
分を平均化により除去したパルス幅制御信号を出力する
平均化手段と、前記パルス幅制御信号レベルとパルス幅
制御用基準値との偏差に応じて充電電流レベルを一定に
するように前記スイッチング信号のパルス幅を制御する
パルス幅制御手段と、二次電池の過放電状態での充電応
答時間に対応するモニタ時間間隔で比較手段をモニタし
て前記端子電圧が前記基準電圧を下廻るのが検出される
と、前記モニタ時間間隔にわたりパルス幅制御手段を作
動可能にする比較信号モニタ手段とを有することを特徴
とする二次電池の充電装置。 - 【請求項4】 平均化手段が、電源電圧の変化に無関係
に充電電流レベルを一定に保持するように、電源電圧信
号と電源電圧用基準値との偏差に応じてパルス幅制御信
号のレベルを補正するように構成されたことを特徴とす
る請求項3の二次電池の充電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25104893A JP3271032B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 二次電池の充電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25104893A JP3271032B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 二次電池の充電装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0787677A true JPH0787677A (ja) | 1995-03-31 |
JP3271032B2 JP3271032B2 (ja) | 2002-04-02 |
Family
ID=17216845
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25104893A Expired - Fee Related JP3271032B2 (ja) | 1993-09-13 | 1993-09-13 | 二次電池の充電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3271032B2 (ja) |
-
1993
- 1993-09-13 JP JP25104893A patent/JP3271032B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JP3271032B2 (ja) | 2002-04-02 |
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