JPS61196731A - 充電回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は充電回路、とくに電気かみそり等の小型電気
機器に内蔵されて商用交流電圧の大幅な変動にかかわら
ず略一定の充電電流を供給可能とするものに関する。

〔従来の技術〕

従来この種の充電回路として、第５図に示す如く、一次
コイル８０と直列に繋いだ抵抗８１による電圧降下量を
検出し、かかる値を比較器８２で設定電圧と比較して２
検出電圧が設定電圧を越えるとスイッチング素子８３の
ベース端に逆バイアス電圧を印加することによりスイッ
チング素子８３を強制的にオフして一次コイル８０に流
れる電流を規制し、二次電池８４への充電量を制御する
ものが提案されている（例えば特開昭５８−１０３８３
４号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記構成では、（ａ）検出部８５が一次の
高電圧側にあるので耐圧の高い部品を必要とし、その結
果２回路全体の価格が上昇して形状も大型化することは
避は得ない。（ｂｌ一次側を検出して適切な制御が行な
えるのは、一次側と出力側とが正比例することが前提条
件であり、かかる条件を満足させるためには、一次コイ
ル８０と出力コイル８６の巻線数９巻線間容量等を厳密
に設定する必要がある。ｆｅ）一次側に流れる３０〜５
０Ｈｚ程度の交流電圧を直接測定するので、特に比較器
８２には周波数特性が優れた部品を必要とするなどの問
題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、特別
な部品を使用することなく２充電電流量の適切な制御が
容易に行え、しかも装置全体の小型化が図れる充電回路
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にかかる充電回路は、第１図に示す如く。

出力コイル２３から二次電池１６に供給される充電電流
の平均値に比例した検出電圧■２を検出電圧発生部３３
から取り出し、検出電圧■２と基準電圧■１とを制御部
３４で比較して５検出電圧■２の大小に対応したインバ
ータ回路１３の制御を行うことを特徴とする。

検出電圧発生部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から成
る積分回路を繋ぎ、更に抵抗４５・４６により分圧して
所定の検出電圧■２を取り出す。

制御部３４は、基準電圧ｖ１と検出電圧■２の値を比較
し＋Ｖ２の値が■１より低い間はインバータ回路１３の
スイッチング素子１９のベース端に所定の制御電圧を印
加して、ｖ２がＶｌを越えるとベース端を接地可能とす
る。

〔作用〕

上記構成において、第２図（ｂ）の如く、検出電圧■２
が基準電圧■１と略等しい間においては、インバータ回
路１３に駆動電圧を印加すると、従来と略同様に抵抗７
７・２６を通じて帰還部２２のコンデンサ２５に電流１
１が供給され、該コンデンサ２５の電圧が上昇してスイ
ッチング素子１９にベース電流が流れると一次コイル２
ｏにコレクタ電流が流れ、かかる電流変化が帰還コイル
２４に帰還されてスイッチング素子１９を急激にオンす
る。オン後は、帰還コイル２４からの出力電圧によりコ
ンデンサ２５を逆方向に充電し２充電が進むとベース電
流が減少し、コンデンサ２５の充電電圧が逆バイアスと
なってスイッチング素子１９を急激にオフする。

スイッチング素子１９がオフすると、一次コイル２０に
蓄えられていたエネルギーは出力コイル２３からダイオ
ード２９を通じて二次電池１６に供給される。それと同
時に、ダイオード４２を通じて、検出電圧発生部３３の
コンデンサ４４にも充電電流■３と比例する電流Ｉ４が
流れて積分される。かかる積分値はインバータ回路１３
の駆動電圧、従って二次電池１６に供給される充電電流
の平均値と対応して増大するので、かかる値を抵抗４５
・４６で分圧して制御部３４へ検出電圧■２として印加
し、予め設定しておいた基準電圧Ｖ。

と比較する。

ここで検出電圧■２が基準電圧■１より充分低い間は充
電電流Ｉ３が基準値より不足するので。

第２図（ａｌの如くスイッチング素子１９のベース端に
電圧を印加し、オフ時におけるコンデンサ２５への充電
電流量を１２分だけ増加してインバータ回路工３の発振
周波数を上げ、出力コイル２３から二次電池１６に供給
される電流Ｉ３のパルスレートを上昇して充電電流の平
均値を増やす。

逆に検出電圧■２の値が基準電圧■１を充分越えると、
第２図（Ｃ）の如くスイッチング素子１９のベース端を
アースしてインバータ回路１３の発振を一時的に停止し
て充電電流Ｉ３の平均値を下げ。

この充電電流Ｉ３と比例する検出電圧ｖ２が基準電圧Ｖ
１と比較され、検出電圧ｖ２が充分降下するまでこの停
止状態は続く。かかる停止時間は入力電圧が大きくなる
ほど長くなり、従ってインバータ回路１３に印加される
駆動電圧の大小にかかわらず二次電池１６に供給される
充電電流量の平均値を設定値に規制可能とするのである
。

〔実施例１〕 次に本発明を、充電と並行してモータ駆動を可能とする
電気かみそり等の小型電気機器に実施しだ例に基づいて
説明する。

第３図に示す如く、電源プラグ等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。入力される商用交流電圧１０
は、２００〜２４０■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の変化に対応する。

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。

該インバータ回路１３より発生されたパルス電圧を印加
する負荷１４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。

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１
９のオフ時に発生する衝撃電圧を吸収する衝撃吸収部２
１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。

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１
９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よりツェナー電圧の低い定電
圧ダイオード２日を接続する。従って、インハータ回路
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１９のターンオン電圧を越えると、該素子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。スイッチング素子１
９のオフ後は定電圧ダイオード２７の両端電圧が抵抗２
６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。

ここで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２
３に接続された負荷１４へ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。

負荷１４は、出力コイル２３に常時接続される二次電池
１６と、スイッチ３０を介して出力コイル２３に接続さ
れるモータ３１とから成り、スイッチ３０の切り換えに
より充電を単独で、あるいは充電とモータ３１の駆動を
同時に並行して可能とする。

出力制御回路１５は、基準電圧■１および回路駆動用の
電圧発生部３２と、入力電圧検出用の検出電圧発生部３
３と、基準電圧■１と検出電圧ｖ２とを比較して、所定
の制御信号を発生する制御部３４とから構成される。

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４
０・４１で分圧して制御部３４に基準電圧■１として印
加する。

本発明は検出電圧発生部３３の構成に特徴を有する。検
出電圧発生部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から成
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で分圧したものであって、商用
交流電圧１０が１００〜２４０■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て出力コイル２３から二次電
池１６に供給される充電電流量の平均値に比例した検出
電圧ｖ２を取り出し、該検出電圧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制御部３４
により行わせる。

制御部３４は、第１および第２の２組の比較器４７・４
８を備える。両比較器４７・４８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■１
を、マイナス側入力端に検出電圧ｖ２を印加し、ｖ２の
値がｖｌより充分低い間は出力＃Ａ４９・５０はオープ
ン状態を維持するが、ｖ２が■１と略等しい間は抵抗を
介して接地され、更に■２がｖｌを充分越えると出力端
４９・５０は直接接地される。

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■２が基準電圧■１を
充分越えると、比較器４７の出力側がオンして出力端４
９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が
設定値を越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。

第２比較器４８は、出力端５０を抵抗５１を介して電圧
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を充分下回るとき、第２比
較器４８の出力端５０はオープン状態なり、スイッチン
グ素子１９のベース端に、電圧発生部３２の電圧が抵抗
５１・５２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２
３から出力される電圧のパルスレーＩ・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。なお、スイッチ３０をオンしてモータ３１を駆動し
た際、モータ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、該素子１９を破損する虞れがある。そこで
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５１および５
３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２発振周波数の上昇を抑えている。

満充電制御回路１７は、二次電池１６の充電が進んで満
充電状態なった時、該二次電池１６への充電を停止して
、ＩＣ充電時における過充電を防止せんとする。本実施
例においては、二次電池１６の両端に抵抗５４およびダ
イオード５５を直列接続したものを並列につないで、ダ
イオード５５の定電圧作用を利用して基準電圧■３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■４を取り出して基準電圧ｖ３と比較す
る。なお両型圧■３　・■４の発生部は、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５日として比較器を利用し
、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、電圧発生部３２の出力電圧
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電圧
ｖ３．ｖ、を比較器６０に印加する。

比較器６０は、その出力端６１を抵抗６２を介して電圧
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、ペースエミッ
タ間に抵抗６６を接続することにより、検出電圧■４が
基準電圧■３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く１４
） てインバータ回路１３は通常の充電動作を行うが。

検出電圧■４が基準電圧Ｖ３を越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、電圧発生部３２からの出力電圧が定電圧ダイオー
ド６４と抵抗６６の両端に印加されて該ダイオード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。

表示回路１８は出力コイル２３の両端に１発光ダイオー
ド６７および電流制限用の抵抗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１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。

〔実施例２〕 第４図は本考案の第２実施例であって、基本的には第１
実施例と構成を同じくするが、下記の点で相違する。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。

又、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。なおこの場合、基準電圧Ｖ１は満充電制御回路１
７における基準電圧■３と同様に、ダイオード６９の両
端から取り出される。また二次電池１６は５１セル当り
３〜４　ｍ　Ｖ／℃程度の温度特性を有するが、ダイオ
ード６９として順方向電圧が０．６Ｖ、ダイオード５５
は１゜５ｖ付近で且つ同程度の温度特性のものを各々使
用し、抵抗７０・７０ａの抵抗値を変化することにより
温度係数を調整して二次電池１６の電圧変動をキャンセ
ルして十分安定化された基準電圧Ｖ１・■３を取り出す
ことができる。

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７
１を接続して抵抗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■４が越える毎に小刻みに行っていた
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しぼり
込みが行われる様にしている。

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を点滅させて充電表示をさせる。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４
３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。第１トランジスタ７４のエミッタ・
コレクタ端には、第２トランジスタ７５のエミッタ・ベ
ース端を繋ぎ、該トランジスタ７５のコレクタ端に発光
ダイオード７３を繋ぐ。更に再発光ダイオード７２・７
３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、該トランジスタ７６のベース端を電圧発生部３２
に接続し、更にベース・エミッタ間にスイッチ３０と連
繋して開閉するスイッチ接点３０ａを接続している。か
かる構成により、スイッチ接点３０　ａの開放時すなわ
ちモータ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
、電圧発生部３２から電圧が出力されてトランジスタ７
６をオンする。この時、検出電圧発生部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
って該トランジスタ７４はオフ状態を保つ。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．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
点灯させる。

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。それに伴い検出電圧発生部
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にコレク
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２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。

更に充電が進むと５発光ダイオード７３は完全に消灯し
て発光ダイオード７２のみが点灯して充電が終了したこ
とを表示するのである。

〔発明の効果〕

本発明は上記の如く、出力コイル２３側に検出電圧発生
部３３を備えて、二次電池１６に供給される充電電流の
平均値に比例した検出電圧■２を取り出し、かかる電圧
■２でインバータ回路１３の出力を制御する様にしたの
で、制御部３４に耐圧あるいは周波数特性を考慮した特
別な部品を必要とすることなく、商用交流電圧１０の大
幅な変動にかかわらず、適切な充電電流の制御が容易に
行え、更に回路全体の小型軽量化が図れる利点を有する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す概略図、第２図（ａｌ
ないしくｃ）は回路の動作状態を示す説明図、第３図は
第１実施例を示す電気回路図、第４図は第２実施例を示
す電気回路図である。 第５図は従来例を示す電気回路図である。 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。 ２２・・・・帰還部。 ２３・・・・出力コイル。 ２５・・・・コンデンサ。 ３３・・・・検出電圧発生部。 ３４・・・・制御部。 ４７・・・・第１比較器。 ４８・・・・第２比較器。 発　　　　明　　　　者　　　舌　　　間　　勝　　　
昭第１図 、１３イシバ°−夕１ｉシト ３３才１出・虻床套Ｖ甲 第２図（２Ｌ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一次コイル２０と直列接続されたスイッチング素
   子１９をオンオフ規制して、スイッチング素子１９のオ
   フ時に出力コイル２３から二次電池１６へ充電電流を供
   給するインバータ式の充電回路であって、 二次電池１６に対する充電電流の平均値に対応した検出
   電圧Ｖ＿２を出力可能な検出電圧発生部３３を出力コイ
   ル２３側に配設するとともに、検出電圧Ｖ＿２と基準電
   圧Ｖ＿１とを制御部３４で比較して検出電圧Ｖ＿２の上
   下変動に対応したインバータ回路１３の出力制御を行う
   ことを特徴とする充電回路。
2. （２）前記検出電圧発生部３３は、出力コイル２３の両
   端に、ダイオード４２、抵抗４３およびコンデンサ４４
   を直列接続するとともに、コンデンサ４４の両端電圧を
   抵抗４５・４６で分圧して検出電圧Ｖ＿２を取り出し可
   能としている特許請求の範囲第１項記載の充電回路。