JPH089565A

JPH089565A - 充電回路

Info

Publication number: JPH089565A
Application number: JP13298194A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Isaka; 篤井坂
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1994-06-15
Publication date: 1996-01-12

Abstract

(57)【要約】【目的】充電電流より電流レベルが大幅に低下したト
リクル充電電流を確実に供給する。【構成】ＰＷＭ発振回路１によるトランジスタＱ１の
オン、オフ発振のデューティ比は、定電流回路２の入力
端子Ｐ７に入力される基準電圧に基づき制御されて、充
電電流が一定にされる。満充電後は、マイコン３の出力
端子Ｐ８，Ｐ９からハイレベル信号を出力する間は、デ
ューティ比が０となり発振が停止する。また、出力端子
Ｐ８からハイレベル信号、出力端子Ｐ９からローレベル
信号を出力する間は、定電流回路２の入力端子Ｐ７に入
力される基準電圧が低下することによりトランジスタＱ
１のオン、オフ発振のデューティ比を低減する。これに
より、充電電流値に比して、大幅に低下した電流値でト
リクル充電が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｎｉ−Ｈ電池やリチウ
ムイオン電池等の２次電池を充電する充電回路に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、交流入力を整流して得られた直流
電源からトランスの１次巻線への入力を、この１次巻線
に直列接続されたトランジスタなどのスイッチング素子
のオン、オフによりスイッチングし、このスイッチング
によりトランスの２次巻線に誘起される電力を整流して
２次電池に充電電流を供給するようになされた充電回路
が知られている。

【０００３】このような充電回路では、充電電流レベル
の制御には、スイッチング素子のオン、オフ発振のデュ
ーティ比を制御するＰＷＭ制御を用いたり、上記オン、
オフ発振を間欠的に行わせる間欠発振制御を用いたりし
ている。

【０００４】例えば、特開平５−１８４０７９号公報に
は、ＰＷＭ制御のパルス幅を切り換えることにより、異
なるレベルの充電電流を供給可能にしたものが提案され
ている。また、特開平３−２２８３３号公報には、ＰＷ
Ｍ制御によりスイッチング素子のオン、オフ発振の制御
を行うとともに、電源電圧が高いなどの理由によって、
充電電流が増大すると、スイッチング素子をオフに近付
けることにより、電源電圧の高低に関わりなく一定レベ
ルの充電電流を供給するようにしたものが提案されてい
る。また、特開平３−３２３２８号公報には、２次電池
が満充電になると、スイッチング素子のオン、オフ発振
を間欠的に行うことにより、充電電流レベルを低下させ
て、トリクル充電電流を供給するようにしたものが提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、充電電
流と満充電後に供給するトリクル充電電流との電流レベ
ルの差が大きい場合には、上記特開平５−１８４０７９
号公報、特開平３−２２８３３号公報または特開平３−
３２３２８号公報記載のように、ＰＷＭ制御または間欠
発振制御のみによって充電電流レベルの制御を行う充電
回路では、トリクル充電電流の供給が困難になる。

【０００６】特に、Ｎｉ−Ｈ電池やリチウムイオン電池
では、急速充電を行うときの電流値と満充電後にトリク
ル充電を行うときの電流値とのレベル差は、１／５０〜
１／１００程度になるので、ＰＷＭ制御または間欠発振
制御のみでは、トリクル充電電流の供給が非常に困難に
なる。

【０００７】更に、ＡＣ１００Ｖから２４０Ｖまでの交
流入力に対応するために、ＰＷＭ制御により、その範囲
内では交流入力の電源電圧に関わりなく一定レベルの充
電電流を供給しようとすると、トリクル充電電流の制御
が一層困難になる。

【０００８】一方、間欠発振制御では、発振周波数が可
聴周波数の範囲に入ると、トランスのコアの振動音が耳
障りになるために、あまり周波数を上昇させることがで
きない。従って、間欠発振のオフ時間が増大することと
なるが、増大し過ぎると、ＩＣなどへの電源供給を行う
ことが困難になる虞れがある。更に、オフ時間が長い場
合には、間欠発振のオン時に、突入ストレスが加わると
いう欠点がある。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、満充電後に充電電流より電流レベルが大幅に低下し
たトリクル充電電流を確実に供給する充電回路を提供す
ることを目的とする。

【００１０】また、交流入力レベルに関わりなく電流レ
ベルの低いトリクル充電電流を確実に供給する充電回路
を提供することを目的とする。

【００１１】また、トリクル充電中に、ＩＣなどへの確
実な電源供給が図れる充電回路を提供することを目的と
する。

【００１２】また、間欠発振のオン時における突入スト
レスを低減する充電回路を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、交流入力を整流して得られた直流電源か
ら１次巻線への入力を、この１次巻線に直列接続された
スイッチング素子のオン、オフ発振によりスイッチング
し、このスイッチングにより２次巻線に誘起される電力
で２次電池を充電するようになされた充電回路におい
て、上記２次電池の満充電を検出する満充電検出手段
と、上記満充電が検出されると、上記スイッチング素子
のオン、オフ発振のデューティ比を低下させるととも
に、上記オン、オフ発振を間欠的に行わせる充電制御手
段とを備えた構成である。

【００１４】

【作用】本発明によれば、スイッチング素子のオン、オ
フ発振により、２次電池に充電電流が供給される。そし
て、２次電池の満充電が検出されると、スイッチング素
子のオン、オフ発振のデューティ比が低下するととも
に、発振が間欠的に行われる。これによって、充電電流
値に比して大きく低減された電流値のトリクル充電電流
が２次電池に供給されることとなる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明に係る充電回路の一実施例を示
す回路図である。この充電回路は、ＰＷＭ発振回路１、
スイッチング素子としてのトランジスタＱ１、定電流回
路２、マイコン３及びトランス４などから構成され、電
池Ｂを定電流充電するものである。

【００１６】ブリッジダイオードＢＤは、交流電源ＡＣ
からの入力電圧を整流してトランス４の１次巻線Ｌ１に
出力するものである。トランス４は、１次巻線Ｌ１及び
２次巻線Ｌ２からなり、１次巻線Ｌ１に直列接続された
トランジスタＱ１のオン、オフ発振により、１次巻線Ｌ
１に流入する電流がスイッチングされ、これにより２次
巻線Ｌ２に電圧が誘起されるようになっている。

【００１７】２次巻線Ｌ２には、ダイオードＤ１を介し
て電池Ｂが接続され、２次巻線Ｌ２に誘起された電力が
ダイオードＤ１によって整流され、電池Ｂに充電電流が
供給されるようになっている。電池Ｂは、Ｎｉ−Ｃｄ電
池、Ｎｉ−Ｈ電池やリチウムイオン電池などの充電可能
な２次電池からなるものである。

【００１８】ＰＷＭ発振回路１は、出力端子Ｐ１がトラ
ンジスタＱ１のベースに接続され、パルス電圧を出力端
子Ｐ１から出力してトランジスタＱ１のオン、オフ発振
（数１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度）を制御するもので
ある。このＰＷＭ発振回路１は、入力端子Ｐ２に入力さ
れる定電流回路２からの後述するフィードバック信号の
信号レベルが上昇すると、パルス幅を制御し、トランジ
スタＱ１のオン、オフ発振の周期に対するオン時間の
比、すなわちデューティ比を低下させるようになってい
る。

【００１９】２次巻線Ｌ２と電池Ｂの負極との間に、抵
抗Ｒ１が直列接続されている。抵抗Ｒ１は、２次巻線Ｌ
２側が定電流回路２の入力端子Ｐ４に接続され、充電電
流を検出するために電流を電圧に変換するものである。

【００２０】定電流回路２は、オペアンプ等から構成さ
れ、入力端子Ｐ４に入力される電圧レベルに基づき充電
電流レベルを検出するものである。そして、検出された
電圧レベルが入力端子Ｐ７に入力される基準電圧と同一
レベルになるように、出力端子Ｐ３からＰＷＭ発振回路
１に出力するフィードバック信号の信号レベルを制御す
るものである。

【００２１】すなわち、入力端子Ｐ４への入力電圧レベ
ルが、入力端子Ｐ７に入力される基準電圧より低いとき
は、フィードバック信号レベルを下降させることによ
り、トランジスタＱ１のオン、オフ発振のデューティ比
を上昇させて、電池Ｂに供給される充電電流が一定にな
るようにしている。

【００２２】例えば、交流電源ＡＣの入力電圧が高くな
ると、図２に示すように、トランジスタＱ１のオン、オ
フ発振のデューティ比を低下させることにより、一定の
充電電流を供給している。すなわち、ＡＣ１００Ｖの場
合には、図３（ａ）に示すように、デューティ比がＴ２
／Ｔ１（≒１／２）、一方、ＡＣ２４０Ｖの場合には、
図３（ｂ）に示すように、デューティ比がＴ３／Ｔ１
（≒１／４）としている。

【００２３】また、定電流回路２の出力端子Ｐ６と電池
Ｂの負極間には、分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３が直列に接続され
ている。分圧抵抗Ｒ２，Ｒ３の接続点は、入力端子Ｐ７
に接続され、また、抵抗Ｒ４を介してトランジスタＱ２
のコレクタに接続されるとともに、抵抗Ｒ５を介してト
ランジスタＱ３のコレクタに接続されている。トランジ
スタＱ２，Ｑ３は、エミッタが電池Ｂの負極に接続され
るとともに、ベースがそれぞれマイコン３の出力端子Ｐ
８，Ｐ９に接続されている。

【００２４】マイコン３は、電池Ｂの満充電を検出する
ものである。この満充電は、電池Ｂの温度上昇率または
電池Ｂの電圧レベルを検出することにより、または充電
時間を計時することにより、検出される。

【００２５】また、マイコン３は、電池Ｂの満充電を検
出すると、図４に示すように、出力端子Ｐ８からハイレ
ベル信号を出力するとともに、出力端子Ｐ９からハイレ
ベル時間Ｔ１１、ローレベル時間Ｔ１０で周期Ｔのパル
ス信号を出力する。

【００２６】ここで、定電流回路２の入力端子Ｐ７に入
力される基準電圧レベルについて説明する。なお、出力
端子Ｐ６からは、動作中、電圧Ｖ_DDのハイレベル信号が
出力されている。

【００２７】充電開始から満充電までは、マイコン３の
出力端子Ｐ８，Ｐ９から、ローレベル信号が出力されて
いるので、トランジスタＱ２，Ｑ３がともにオフになっ
ている。このとき、入力端子Ｐ７には、

【００２８】

【数１】Ｖ１＝Ｖ_DDＲ₃／（Ｒ₂＋Ｒ₃）となる電圧Ｖ１が入力される。

【００２９】次いで、電池Ｂが満充電になり、マイコン
３の出力端子Ｐ８，Ｐ９から、ハイレベル信号が出力さ
れると、トランジスタＱ２，Ｑ３がともにオンになる。
このとき、入力端子Ｐ７には、

【００３０】

【数２】Ｖ２＝Ｖ_DDＲ₃₄₅／（Ｒ₂＋Ｒ₃₄₅）となる電圧Ｖ２が入力される。

【００３１】また、満充電後で、マイコン３の出力端子
Ｐ８からハイレベル信号が、出力端子Ｐ９からローレベ
ル信号が出力されているときは、トランジスタＱ２がオ
ン、トランジスタＱ３がオフになる。このときは、入力
端子Ｐ７には、

【００３２】

【数３】Ｖ３＝Ｖ_DDＲ₃₄／（Ｒ₂＋Ｒ₃₄）となる電圧Ｖ３が入力される。

【００３３】但し、数１〜数３において、Ｒ_iは抵抗Ｒ
ｉの抵抗値、Ｒ₃₄は並列接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４の合
成抵抗値、Ｒ₃₄₅は並列接続された抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ
５の合成抵抗値である。

【００３４】上記数１〜数３より、Ｖ１＞Ｖ３＞Ｖ２と
なる。なお、電圧Ｖ２は、抵抗Ｒ５によって、低い電圧
レベルに設定されている。

【００３５】次に、この充電回路の動作について説明す
る。交流電源ＡＣが接続され、充電が開始されると、ト
ランジスタＱ１がオンしている間、ダイオードＤ１に電
流が流れ、電池Ｂに充電電流が供給される。充電開始か
ら満充電までは、定電流回路２の入力端子Ｐ７には、基
準電圧Ｖ１が入力されており、この基準電圧Ｖ１に応じ
たレベルのデューティ比でトランジスタＱ１がオン、オ
フ発振する。

【００３６】この間は、図５に示すように、交流入力が
ＡＣ１００Ｖのときは、デューティ比がＴ２／Ｔ１、一
方、ＡＣ２４０Ｖのときは、デューティ比がＴ３／Ｔ１
で連続発振することにより、いずれの場合も、充電電流
Ｉ＝６００ｍＡの定電流で急速充電を行っている。な
お、本実施例では、周波数８０ｋＨｚでトランジスタＱ
１のオン、オフ発振が行われている。

【００３７】そして、マイコン３により、電池Ｂが満充
電になったことが検出されると、出力端子Ｐ８，Ｐ９か
ら、図４に示すような信号が出力されるので、定電流回
路２の入力端子Ｐ７には、Ｔ１１間は基準電圧Ｖ２が入
力され、Ｔ１０間は基準電圧Ｖ３が入力される。

【００３８】この場合に、基準電圧Ｖ２のときは、デュ
ーティ比が０となり、発振が停止する。また、基準電圧
Ｖ３のときは、基準電圧Ｖ３に応じたレベル、すなわち
図６に示すように、ＡＣ＝１００Ｖのときはデューティ
比がＴ２１／Ｔ１、ＡＣ＝２４０Ｖのときは、デューテ
ィ比がＴ３１／Ｔ１で、充電中より低下したレベルのデ
ューティ比でトランジスタＱ１のオン、オフ発振が行わ
れる。このように、満充電後は、周期Ｔの間欠発振が行
われる。

【００３９】ここで、Ｔ２１＝Ｔ２／２，Ｔ３１＝Ｔ３
／２，Ｔ１０＝１０ｍｓｅｃ，Ｔ＝５０ｍｓｅｃとする
と、充電電流Ｉ＝６０ｍＡでトリクル充電が行われるこ
ととなる。

【００４０】上記したように、この充電回路は、図７に
示すように、充電開始から満充電までは、ＰＷＭ発振回
路１により所要のデューティ比でトランジスタＱ１を発
振させて急速充電を行う。そして、満充電後は、トラン
ジスタＱ１のオン、オフ発振のデューティ比を低減する
とともに、発振を間欠的に行わせる。これによって、急
速充電を行うときの電流値に比して、大幅に低下した電
流値で満充電後のトリクル充電を行うことができる。

【００４１】また、定電流回路２の入力端子Ｐ７に入力
される基準電圧と入力端子Ｐ４に入力される充電電流に
よる抵抗Ｒ１による電圧とを比較して定電流制御を行う
回路において、この基準電圧のレベルを変化させてデュ
ーティ比の低下と間欠発振制御とを行っているので、少
ない部品点数で、効率的にトリクル充電電流の供給を行
うことができる。

【００４２】また、間欠発振が行われるときには、トラ
ンジスタＱ１のオン、オフ発振のデューティ比が低減し
ているので、間欠発振の突入ストレスを軽減することが
できる。

【００４３】また、デューティ比の低減と間欠発振とを
併用しているので、間欠発振のオン時間が大きく短縮さ
れることがない。従って、マイコン３やオペアンプ等の
ＩＣ回路部品の確実な電源供給が図れる。

【００４４】また、オン、オフ発振のデューティ比を低
減することのみにより電流値を低下させようとすると、
図５に示すように、デューティ比がＴ４／Ｔ１の場合
に、充電電流値Ｉ＝１２０ｍＡまでしか低減されない。
これ以上デューティ比を低下させようとすると、オン時
間が殆ど０となり、異常発振になる虞れがある。しか
し、本発明によれば、このように異常発振になるような
事態を招くことがない。

【００４５】なお、本実施例では、間欠発振の周波数を
２０Ｈｚとしているが、トランス４のコアの振動音が大
きくなるレベル以上に周波数を上昇させないようにする
のが好ましい。

【００４６】また、マイコン３の出力端子Ｐ９から出力
するパルス信号のローレベル時間Ｔ１０を異なる時間に
設定するようにしてもよい。この場合には、異なるレベ
ルのトリクル充電電流を電池Ｂに供給することができ
る。

【００４７】また、上記実施例では、トランジスタＱ１
のオン、オフ発振のデューティ比の低減と間欠発振とを
併用してトリクル充電電流を供給しているが、連続発振
の状態で、デューティ比のみ低減する段階を設けるよう
にしてもよい。この場合には、異なるレベルの充電電流
を供給することができる。例えば、上記実施例では、図
６に示すデューティ比で連続発振を行えば、充電電流Ｉ
＝３００ｍＡの電流を電池Ｂに供給することができる。

【００４８】また、本実施例において、トリクル充電電
流のレベルを更に低下することもできる。例えば、抵抗
Ｒ４の抵抗値を低減し、基準電圧Ｖ３のレベルを低下す
ることにより、満充電後のデューティ比を更に低下させ
るか、または、マイコン３の出力端子Ｐ９からハイレベ
ル信号を出力する時間Ｔ１１を延長して、間欠発振のオ
フ時間を延長すればよい。なお、デューティ比の低下と
間欠発振のオフ時間の延長と両方行えば、トリクル充電
電流のレベルを急速充電における充電電流レベルの１／
５０〜１／１００にすることもできる。

【００４９】なお、上記実施例では、例えばＡＣ１００
Ｖ〜２４０Ｖの自動電圧対応タイプの充電回路で説明し
たが、本発明は、電圧固定タイプの充電回路にも適用す
ることができる。

【００５０】この電圧固定タイプの充電回路は、例え
ば、図１において、定電流回路２を取り除くとともに、
抵抗Ｒ１に代えて、２次巻線Ｌ２と電池Ｂの負極とを直
結すればよい。そして、抵抗Ｒ２は、入力端子Ｐ６に代
えて、電池Ｂまたはトランス４の補助巻線で作成され、
電圧Ｖ_DDを出力する電圧源に接続する。また、抵抗Ｒ
２，Ｒ３の接続点を、直接ＰＷＭ発振回路１の入力端子
Ｐ２に接続する。

【００５１】このような充電回路を用いれば、充電中
は、所定のデューティ比でトランジスタＱ１をオン、オ
フ発振させることができ、満充電後は、デューティ比を
低下させるとともに、間欠発振を行わせることができ
る。従って、上記実施例と同様に、充電電流に比して電
流レベルが大きく低減されたトリクル充電電流を供給す
ることができる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
満充電が検出されると、スイッチング素子のオン、オフ
発振のデューティ比を低下させるとともに、オン、オフ
発振を間欠的に行わせるようにしたので、大幅にデュー
ティ比を低下させることなく、満充電後は充電電流に比
して電流レベルを大きく低減させたトリクル充電電流を
２次電池に確実に供給することができる。また、間欠発
振時の突入ストレスを低減できるので、トリクル充電電
流を安定供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る充電回路の一実施例を示す回路図
である。

【図２】交流電源の入力電圧に対するデューティ比及び
充電電流を示す図である。

【図３】トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間の電
圧波形を示す図で、（ａ）は入力電圧がＡＣ１００Ｖの
とき、（ｂ）はＡＣ２４０Ｖのときを示している。

【図４】マイコン３の出力端子Ｐ８，Ｐ９の出力信号を
示す図である。

【図５】急速充電におけるトランジスタＱ１のオン、オ
フ発振状態を示すコレクタ−エミッタ間の電圧波形図で
ある。

【図６】トリクル充電におけるトランジスタＱ１のオ
ン、オフ発振状態を示すコレクタ−エミッタ間の電圧波
形図である。

【図７】トランジスタＱ１のオン、オフ発振状態の推移
を示す図である。

【符号の説明】

１ＰＷＭ発振回路２定電流回路３マイコン４トランスＡＣ交流電源Ｂ電池ＢＤブリッジダイオードＤ１ダイオードＬ１１次巻線Ｌ２２次巻線Ｑ１トランジスタ（スイッチング素子）Ｑ２，Ｑ３トランジスタＲ１〜Ｒ５抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流入力を整流して得られた直流電源か
ら１次巻線への入力を、この１次巻線に直列接続された
スイッチング素子のオン、オフ発振によりスイッチング
し、このスイッチングにより２次巻線に誘起される電力
で２次電池を充電するようになされた充電回路におい
て、上記２次電池の満充電を検出する満充電検出手段
と、上記満充電が検出されると、上記スイッチング素子
のオン、オフ発振のデューティ比を低下させるととも
に、上記オン、オフ発振を間欠的に行わせる充電制御手
段とを備えたことを特徴とする充電回路。