JPH08237882A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡素な回路構成により充電池を短時間で充電
する。 【構成】 充電池ＢＴをトリクル充電する第１の充電部
２０と、トリクル充電よりも急速に充電する第２の充電
部２１とを設ける。充電池の端子電圧が所定電圧に到達
するまでは第１の充電部及び前記第２の充電部の両者に
よって急速に充電させ、充電池の端子電圧が所定電圧を
超過した後は第１の充電部のみによってトリクル充電さ
せる。充電初期に急速に充電することにより充電時間を
短縮することができる。充電池は、トリクル充電によっ
て充電されるので、満充電となった後は、過充電によっ
て劣化することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリーバックアッ
プに供される充電池を充電する充電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、電子装置においては、常用電
源がオフされたとき、例えば、停電が発生したり、ある
いは通常業務の終了に伴って運転を停止したりしたとき
には、ＲＡＭ等の揮発性記憶素子の記憶内容を保持した
り、ＣＰＵの計時動作を実行させたりしておく必要があ
る。このため、常用電源がオフした際には、充電池の電
圧を負荷側に供給する、いわゆるバッテリーバックアッ
プ動作を行うようにしている。

【０００３】バッテリーバックアップ用の充電池を充電
する方法としては、一般的にトリクル充電が用いられ
る。図４は、トリクル充電の原理を示す回路図である。
この方法では、常用電源１０の出力電圧Ｖｃｃと、充電
池（例えばニッカドバッテリー）ＢＴの端子との間に、
常用電源１０へ電流が逆流することを防止するための逆
流防止ダイオードＤ１と、充電電流を制御する抵抗Ｒ１
とを直列に接続して充電回路２０を構成している。

【０００４】すなわち、常用電源１０がオンしている場
合には、バックアップすべき負荷回路３０には、常用電
源電圧Ｖｃｃが供給されるとともに、充電池ＢＴには、
上記充電回路を介して流入する充電電流ｉ１によって充
電される。一方、常用電源１０がオフになった場合に
は、充電されている充電池ＢＴの端子電圧ＶＢが負荷回
路３０に供給される。この端子電圧ＶＢは、上記負荷回
路を構成するＩＣ等の最低動作保証値以上である必要が
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したト
リクル充電では、常用電源１０がオンされている期間に
おいて、充電池ＢＴを不断に充電しているため、充電池
が過充電とならない程度に、充電池の自己放電量を僅か
に上回る程度の微小電流で充電池を充電し続けている。
したがって、充電池ＢＴを上記負荷回路の最低動作保証
値程度まで充電するためには、例えば３０時間以上も要
する場合が多い。

【０００６】電子装置に具備されている、充電池ＢＴを
搭載した基板が故障した際には、代替基板と交換する
が、代替基板の充電池ＢＴは、当然充電されていないた
め、これをバックアップ可能な電圧まで充電となるまで
は、上述したように長時間を要する。したがって、上記
充電時間以内に、電子装置が通常業務の終了により電源
オフされる場合には、交換した代替基板の充電池をバッ
クアップ可能な電圧にまで充電することができず、負荷
回路をバックアップできないという問題が生じる。

【０００７】このため、従来は、充電池を充電する際、
充電初期には大電流で充電を行うとともに、充電末期に
は充電池の劣化破損をきたさないように充電電流を制御
する周知の充電方式（パルス充電方式等）に基づいた充
電回路が使用されている。ところが、このような充電回
路においては、充電電流をパルス制御したり、充電池の
温度やその端子電圧をきめ細かく検知したりする必要が
ある。このため、充電回路の構成が複雑となる欠点があ
った。本発明は、このような事情に基づいてなされたも
ので、その目的は、簡素な回路構成により、充電池を短
時間で充電することができる充電回路を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、常用電源が切
断された際にバックアップ電圧を負荷側に供給する充電
池を充電するための充電回路において、前記充電池をト
リクル充電する第１の充電部と、前記充電池をトリクル
充電よりも急速に充電する第２の充電部とを前記充電池
に並列接続し、前記充電池の端子電圧が所定電圧に到達
するまでは前記第１の充電部及び前記第２の充電部の両
者によって充電させ、前記充電池の端子電圧が所定電圧
を超過した後は前記第１の充電部のみによって充電させ
る充電切替え部を設けたことを特徴としている。

【０００９】また、本発明は、上記充電切替え部が、入
力端子に与えられる所定電圧と充電池の端子電圧とを比
較する電圧比較器と、前記電圧比較器の出力に応じて第
２の充電部に常用電源電圧を供給するスイッチ手段と、
常用電源電圧の降下時に、充電池の端子から前記電圧比
較器の入力端子への流入電流を防止する電流防止手段と
を有することを特徴としている。

【００１０】本発明は、常用電源が切断された際にバッ
クアップ電圧を負荷側に供給する充電池を充電するため
の充電回路において、第１の抵抗及び第２の抵抗を直列
接続し、その一端を常用電源側に接続するとともに、他
端を前記充電池の端子に接続し、前記第２の抵抗の両端
にはスイッチ部を並列接続し、前記充電池の端子電圧が
所定電圧に到達するまでは前記スイッチ部をオンし、前
記充電池の端子電圧が所定電圧を超過したときは前記ス
イッチ部をオフするスイッチ制御手段を設け、前記スイ
ッチ部がオンしている際には、前記第１の抵抗を介して
トリクル充電よりも急速に充電し得る充電電流が前記充
電池に供給され、前記スイッチ手段がオフしている際に
は、前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗を介してトリク
ル充電に相当する充電電流が前記充電池に供給されるよ
うにしたことを特徴としている。

【００１１】また、本発明は、上記スイッチ制御手段
が、入力端子に与えられる所定電圧と充電池の端子電圧
との比較結果に応じた開閉信号をスイッチ部に与える電
圧比較器と、常用電源電圧の降下時に、充電池の端子か
ら前記電圧比較器の入力端子への流入電流を防止する電
流防止手段とを有することを特徴としている。

【００１２】

【作用】充電初期には、第１の充電部及び第２の充電部
によってトリクル充電よりも急速に充電し得る充電電流
で充電池を充電し、その充電池の端子電圧が所定電圧を
超過した後は、第２の充電部によってトリクル充電に相
当する充電電流で充電池を充電するので、充電池をバッ
クアップ可能な電圧まで充電するために要する充電時間
が短縮され、しかも、充電池が満充電となった後は過充
電となることがない。

【００１３】充電切替え部が、入力端子に与えられる所
定電圧と充電池の端子電圧とを比較する電圧比較器と、
電圧比較器の出力に応じて第２の充電部に常用電源電圧
を供給するスイッチ手段と、常用電源電圧の降下時に、
充電池の端子から前記電圧比較器の入力端子への流入電
流を防止する電流防止手段とを有する場合には、常用電
源がオフしたときに、上記電流防止手段により充電池の
端子から電圧比較器に流入する電流を防止できる。

【００１４】また、充電初期には、第１の抵抗を介して
トリクル充電よりも急速に充電し得る充電電流で充電池
を充電し、その充電池の端子電圧が所定電圧を超過した
後は、第１の抵抗及び第２の抵抗を介してトリクル充電
に相当する充電電流によって充電池を充電するので、充
電池をバックアップ可能な電圧までに要する充電時間が
短縮され、しかも、充電池が満充電となった後は過充電
となることがない。

【００１５】スイッチ制御手段が、入力端子に与えられ
る所定電圧と充電池の端子電圧との比較結果に応じた開
閉信号をスイッチ部に与える電圧比較器と、常用電源電
圧の降下時に、充電池の端子から前記電圧比較器の入力
端子への流入電流を防止する電流防止手段とを有する場
合には、常用電源がオフしたときに、上記電流防止手段
により充電池の端子から電圧比較器に流入する電流を防
止できる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は、本発明の充電回路の第１実施例を示す概略
回路図である。なお、図１において、従来例を示す図４
と同一または相当する部材には同一の符号を付し、その
説明を省略する。

【００１７】充電池ＢＴには、２つの充電部２０，２１
が並列に接続されている。すなわち、従来例を示す図３
と同様にトリクル充電を行うトリクル充電部（第１の充
電部）２０と、急速充電部（第２の充電部）２１とが設
けられている。急速充電部２１は、逆流防止用のダイオ
ードＤ２と、充電池ＢＴにトリクル充電よりも急速に充
電し得る充電電流を流す抵抗Ｒ２とが直列接続されて構
成されている。

【００１８】急速充電部２１には、常用電源の電圧Ｖｃ
ｃがＰＮＰ型のトランジスタ（スイッチ手段）Ｑ１を介
して供給されている。トランジスタＱ１のベースには、
バイアス抵抗Ｒｃ，Ｒｄによって入力電圧が印加される
が、この入力電圧は、電圧比較器ＣＭＰの出力電圧によ
って決定される。

【００１９】電圧比較器ＣＭＰの反転入力端子には、電
圧Ｖｃｃを抵抗Ｒａ，Ｒｂによって分割した基準電圧が
与えられている。この基準電圧は、充電池ＢＴの満充電
時の電圧よりも若干下回る所定電圧（以下、境界電圧と
いう）に設定されている。この境界電圧は、バックアッ
プすべき負荷回路のＩＣ等の最低動作保証値以上に設定
する。一方、電圧比較器ＣＭＰの正転入力端子には、Ｎ
ＰＮ型のトランジスタ（電流防止手段）Ｑ２を介して充
電池ＢＴの端子電圧が与えられている。

【００２０】トランジスタＱ２のベースには、抵抗Ｒｅ
を介して電源電圧Ｖｃｃが与えられている。したがっ
て、トランジスタＱ２は、常用電源が作動している際に
は、オンしているが、常用電源が非作動となると、すな
わち常用電源の降下時には、オフするようになってい
る。

【００２１】次に、上述のように構成された充電回路の
動作について説明する。図１において、常用電源が正常
に作動している場合には、オン状態にあるトランジスタ
Ｑ２を介して充電池ＢＴの端子電圧ＶＢが電圧比較器Ｃ
ＭＰの正転入力端子に入力される。したがって、その端
子電圧ＶＢが境界電圧に到達していないときには、電圧
比較器ＣＭＰの出力が“Ｌ”となることにより、トラン
ジスタＱ１がオンされているので、急速充電部２１を介
して充電池ＢＴに充電電流が供給される。このとき、ト
リクル充電部２０によっても充電電流が流れるので、充
電池ＢＴは、両充電部２０，２１による充電電流の和に
よって充電される。

【００２２】図２は、横軸に充電時間ｔを、縦軸に充電
池の端子電圧ＶＢをとった充電特性図である。図２の特
性曲線Ａに示すように、急速充電及びトリクル充電の両
者の充電電流によって充電池ＢＴを急速充電すると、上
記境界電圧Ｖｋに到達するまでの充電時間は短時間で済
む。

【００２３】やがて、充電池ＢＴの端子電圧ＶＢが境界
電圧Ｖｋを超過すると、電圧比較器ＣＭＰの出力が
“Ｈ”となることにより、トランジスタＱ１がオフす
る。この結果、急速充電部２１は充電池ＢＴから切り離
されるとともに、トリクル充電部２０のみによって充電
池ＢＴに充電電流が供給される。

【００２４】したがって、トリクル充電に切り替えられ
て以降は、緩やかに充電されて満充電電圧Ｖｍに到達す
る。トリクル充電の電流が微小であっても、既に充電池
ＢＴは規定電圧Ｖｋまで充電されているので、満充電と
なるまでの充電時間は短くてすむ。また、充電池ＢＴ
は、トリクル充電により充電されるので、満充電となっ
た後に過充電となることがない。

【００２５】本出願人の実験によれば、出力電圧が３．
６Ｖのニッカドバッテリの場合で、充電開始から境界電
圧Ｖｋに到達するまでに要する時間が約１時間程度であ
り、充電開始から満充電電圧Ｖｍに到達するまでに要す
る時間が約１４時間程度である。

【００２６】なお、上述したトリクル充電部及び急速充
電部の両者によって充電池に供給される充電電流を、当
該充電池で許容される限度の電流値に設定すれば、充電
池を可及的に短時間で充電でき、しかも充電池を過充電
して劣化させることがないので好ましい。

【００２７】図２には、従来のトリクル充電のみで充電
した際の特性曲線Ｂを示している。従来装置の特性曲線
Ｂが緩慢な立上がりであることに比べて、本発明の充電
回路の特性曲線Ａが急速に充電していることが判る。

【００２８】次に、図１を参照して常用電源の電圧Ｖｃ
ｃがオフした際の動作について説明する。常用電源がオ
フすると、充電池ＢＴの端子電圧ＶＢが負荷回路に供給
されることは、従来と同様である。ここで、トランジス
タＱ２は、そのベース電圧が“Ｌ”となるためにオフし
て、充電池ＢＴから電圧比較器ＣＭＰの入力端子へ流入
する電流を遮断している。したがって、充電池ＢＴの電
流が無駄に消費されることを防止して、バックアップ時
間を延ばしている。

【００２９】図３は、本発明の第２実施例を示す概略回
路図である。なお、図１に示した第１実施例と同じ部分
については同一の符号を付してその説明を省略する。図
３に示すように、抵抗（第２の抵抗）Ｒ３、逆流防止用
のダイオードＤ３、及び抵抗（第１の抵抗）Ｒ４が直列
に接続されて、充電池ＢＴに充電電流を供給する充電部
が構成されている。

【００３０】抵抗Ｒ３側は常用電源に接続されており、
抵抗Ｒ４側は充電池ＢＴの端子に接続されている。抵抗
Ｒ３の両端には、その両端を短絡（オン）するトランジ
スタ（スイッチ部）Ｑ３が並列接続されている。したが
って、トランジスタＱ３がオフすると、抵抗Ｒ３及びダ
イオードＤ３と抵抗Ｒ４とが直列に接続された第１の充
電部が形成される。一方、トランジスタＱ３がオンする
と、ダイオードＤ３及び抵抗Ｒ４のみによって第２の充
電部が形成される。

【００３１】ここで、第１の充電部が形成された際に
は、トリクル充電に相当する充電電流が充電池ＢＴに供
給されるように、かつ、第２の充電部が形成された際に
は、トリクル充電よりも急速に充電し得る充電電流が充
電池ＢＴに供給されるように、抵抗Ｒ３，Ｒ４の抵抗値
が設定されている。

【００３２】上記構成によれば、常用電源が正常に作動
している場合には、オン状態にあるトランジスタＱ２を
介して充電池ＢＴの端子電圧ＶＢが電圧比較器ＣＭＰの
正転入力端子に入力される。したがって、その端子電圧
ＶＢが境界電圧に到達していないときには、電圧比較器
ＣＭＰの出力（開閉信号）が“Ｌ”となることにより、
トランジスタＱ３がオンされているので、抵抗Ｒ４及び
ダイオードＤ３によって形成された第２の充電部によっ
てトリクル充電よりも急速に充電できる充電電流が充電
池ＢＴに供給される。

【００３３】やがて、充電池ＢＴの端子電圧ＶＢが境界
電圧Ｖｋを超過すると、電圧比較器ＣＭＰの出力（開閉
信号）が“Ｈ”となることにより、トランジスタＱ３が
オフする。この結果、抵抗Ｒ３，Ｒ４及びダイオードＤ
３によって形成される第１の充電部によってトリクル充
電に相当する充電電流が充電池ＢＴに供給される。先に
述べた第１実施例と同様に、充電池ＢＴは、トリクル充
電によって充電されるので、満充電となった後は、過充
電となることがない。

【００３４】なお、充電電流の特性曲線は先に説明した
実施例で示した図２と同様である。また、常用電源の電
圧Ｖｃｃがオフした際の動作も先の実施例と同様であ
る。すなわち、図３において、常用電源がオフすると、
充電池ＢＴの端子電圧ＶＢが負荷回路に供給され、トラ
ンジスタＱ２は、そのベース電圧が“Ｌ”となるために
オフして、充電池ＢＴから電圧比較器ＣＭＰの入力端子
へ流入する電流を遮断している。したがって、この実施
例においても、充電池ＢＴの電流が無駄に消費されるこ
とを防止してバックアップ時間を延ばしている。

【００３５】なお、上述した第２の充電部が形成された
際に第１の抵抗Ｒ４を介して充電池に供給される充電電
流を、当該充電池で許容される限度の電流値に設定すれ
ば、充電池を可及的に最短時間で充電でき、しかも充電
池が満充電に到達した後に過充電して劣化させることが
ないので好ましい。

【００３６】以上詳述した第１実施例及び第２実施例に
よれば、簡素な回路構成によって、充電初期には、トリ
クル充電よりも急速に充電し得る充電電流で充電池を充
電し、その充電池の端子電圧が所定電圧を超過した後
は、トリクル充電に相当する充電電流によって充電池を
充電する。したがって、充電池をバックアップ可能な電
圧まで短時間で充電でき、しかも、充電池が満充電とな
った後に過充電して劣化させるおそれがない。

【００３７】また、常用電源電圧の降下時に、充電池の
端子から電圧比較器の入力端子への流入電流を防止する
電流防止手段を設けたので、常用電源がオフしたとき
に、充電池の端子から電圧比較器に流入する電流を防止
して、充電池のバックアップし得る時間を延ばしてい
る。

【００３８】ここで、上述した第１実施例及び第２実施
例の記載と、請求項の記載との対応について説明してお
くと、図１に示した第１実施例における電圧比較器ＣＭ
Ｐ、トランジスタＱ１、及びトランジスタＱ２によっ
て、請求項１記載の、充電池の端子電圧が所定電圧に到
達するまでは第１の充電部及び前記第２の充電部の両者
によって充電させ、充電池の端子電圧が所定電圧を超過
した後は前記第１の充電部のみによって充電させる充電
切替え部が構成されている。

【００３９】また、図３に示した第２実施例における電
圧比較器ＣＭＰ及びトランジスタＱ２によって、請求項
３に記載の、充電池の端子電圧が所定電圧に到達するま
ではスイッチ部をオンし、充電池の端子電圧が所定電圧
を超過したときはスイッチ部をオフするスイッチ制御手
段が構成されている。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の充電回路
によれば、簡素な回路構成によって、充電初期には、第
１の充電部及び第２の充電部の両者でトリクル充電より
も急速に充電し得る充電電流で充電池を充電し、その充
電池の端子電圧が所定電圧を超過した後は、第１の充電
部でトリクル充電に相当する充電電流によって充電池を
充電するので、充電池をバックアップ可能な電圧まで充
電するために要する充電時間を短縮することができる。
また、充電池は、トリクル充電によって充電されるの
で、満充電となった後は、過充電によって劣化すること
がない。

【００４１】また、充電切替え部が、入力端子に与えら
れる所定電圧と充電池の端子電圧とを比較する電圧比較
器と、電圧比較器の出力に応じて第２の充電部に常用電
源電圧を供給するスイッチ手段と、常用電源電圧の降下
時に、充電池の端子から前記電圧比較器の入力端子への
流入電流を防止する電流防止手段とを有する場合には、
常用電源がオフしたときに、上記電流防止手段により充
電池の端子から電圧比較器に流入する電流を防止でき
る。したがって、充電池によるバックアップ時間を延ば
すことができる。

【００４２】また、本発明の充電回路によれば、簡素な
回路構成によって、充電初期には、第１の抵抗を介して
トリクル充電よりも急速に充電し得る充電電流で充電池
を充電し、その充電池の端子電圧が所定電圧を超過した
後は、第１の抵抗及び第２の抵抗を介してトリクル充電
に相当する充電電流によって充電池を充電するので、充
電池をバックアップ可能な電圧まで充電するために要す
る充電時間を短縮することができる。充電池は、トリク
ル充電によって充電されるので、満充電となった後は、
過充電によって劣化することがない。

【００４３】また、スイッチ制御手段が、入力端子に与
えられる所定電圧と充電池の端子電圧との比較結果に応
じた開閉信号をスイッチ部に与える電圧比較器と、常用
電源電圧の降下時に、充電池の端子から前記電圧比較器
の入力端子への流入電流を防止する電流防止手段とを有
する場合には、常用電源がオフしたときに、上記電流防
止手段により充電池の端子から電圧比較器に流入する電
流を防止できる。したがって、充電池によるバックアッ
プ時間を延ばすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の充電回路の第１実施例を示す概略回路
図である。

【図２】本発明の充電回路の充電時間特性の一例を示す
充電特性図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す概略回路図である。

【図４】従来回路を示す概略回路図である。

【符号の説明】

２０ 第１の充電部 Ｄ１ ダイオード Ｒ１ 抵抗 ２１ 第２の充電部 Ｄ２ ダイオード Ｒ２ 抵抗 ＢＴ 充電池 Ｖｃｃ 常用電源電圧 ＣＭＰ 電圧比較器 Ｑ１ トランジスタ（スイッチ手段） Ｑ２ 電流防止手段 Ｒ３ 第２の抵抗 Ｒ４ 第１の抵抗 Ｑ３ トランジスタ（スイッチ部）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】常用電源が切断された際にバックアップ電
   圧を負荷側に供給する充電池を充電するための充電回路
   において、 前記充電池をトリクル充電する第１の充電部と、前記充
   電池をトリクル充電よりも急速に充電する第２の充電部
   とを前記充電池に並列接続し、 前記充電池の端子電圧が所定電圧に到達するまでは前記
   第１の充電部及び前記第２の充電部の両者によって充電
   させ、前記充電池の端子電圧が所定電圧を超過した後は
   前記第１の充電部のみによって充電させる充電切替え部
   を設けたこと、 を特徴とする充電回路。
2. 【請求項２】充電切替え部は、 入力端子に与えられる所定電圧と充電池の端子電圧とを
   比較する電圧比較器と、 前記電圧比較器の出力に応じ
   て第２の充電部に常用電源電圧を供給するスイッチ手段
   と、 常用電源電圧の降下時に、充電池の端子から前記電圧比
   較器の入力端子への流入電流を防止する電流防止手段と
   を有すること、 を特徴とする請求項１記載の充電回路。
3. 【請求項３】常用電源が切断された際にバックアップ電
   圧を負荷側に供給する充電池を充電するための充電回路
   において、 第１の抵抗及び第２の抵抗を直列接続し、その一端を常
   用電源側に接続するとともに、他端を前記充電池の端子
   に接続し、 前記第２の抵抗の両端にはスイッチ部を並列接続し、 前記充電池の端子電圧が所定電圧に到達するまでは前記
   スイッチ部をオンし、前記充電池の端子電圧が所定電圧
   を超過したときは前記スイッチ部をオフするスイッチ制
   御手段を設け、 前記スイッチ部がオンしている際には、前記第１の抵抗
   を介してトリクル充電よりも急速に充電し得る充電電流
   が前記充電池に供給され、前記スイッチ手段がオフして
   いる際には、前記第１の抵抗及び前記第２の抵抗を介し
   てトリクル充電に相当する充電電流が前記充電池に供給
   されるようにしたこと、 を特徴とする充電回路。
4. 【請求項４】スイッチ制御手段は、 入力端子に与えられる所定電圧と充電池の端子電圧との
   比較結果に応じた開閉信号をスイッチ部に与える電圧比
   較器と、 常用電源電圧の降下時に、充電池の端子から前記電圧比
   較器の入力端子への流入電流を防止する電流防止手段と
   を有すること、 を特徴とする請求項３記載の充電回路。