JPS61207140A - 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、とくに満充電状態を検出すると充
電電流を制限して過充電を防止するものに関する。

〔従来の技術〕

従来この種充電回路における満充電制御は、シュミット
回路を利用して、二次電池の端子電圧が所定の上方制御
電圧に達したことを検出するとインバータ回路の発振を
停止し、自然放電の後に下方制御電圧に達すると発振を
再開することにより。

二次電池の過充電を防止するものが一般的であった（例
えば特開昭５８−１２３３３３号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上記制御はシュミット回路を用いている関
係上、電池電圧と上方制御電圧との差が必然的に大きく
なり、その結果、ＩＣ充電から電流絞り込みに移行する
までの時間が長く、満充電近くなってはじめて制御がか
かりはじめる。このため、充電を完了して一旦電源を切
ったのちに充電を再開すると、再度ＩＣ充電からスター
トすることは避けられず、これを繰り返すと過充電とな
る虞れがある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって、安定
した満充電制御が行え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。

インバータ回路１３と、スイッチング素子５８を介して
二次電池１６の両端に接続される比較電圧発生部７９と
、該発生部７９で形成された基準電圧ｖ３と検出電圧■
４とを比較して所定の停止信号を発生する比較部６０と
、停止信号の印加によりオンするスイッチング素子６３
と、インバータ回路１３への通電と連繋して制御電圧を
発生する電圧発生部３２とから構成される。

比較電圧発生部７９は、抵抗５６・５７を直列接続した
ものと、抵抗５４とダイオード５５を直列接続したもの
とを並列接続し、更に電圧発生部３２から出力される制
御信号の入力によりオンするスイッチング素子５８を介
して二次電池１６の両端に繋いだものであって、ダイオ
ード５５の定電圧作用を利用して基準電圧Ｖ３を、二次
電池１６の端子電圧を抵抗５６・５７で分圧して、二次
電池１６の端子電圧に比例した比較電圧■４を取り出し
可能とする。

比較部６０は、比較電圧■４が基準電圧ｖ３より低い間
は出力側６１をアースしているが、比較電圧Ｖ４が基準
電圧ｖ３を超えると抵抗値が増してオフ状態となるもの
であって、更に出力端６１を抵抗６２を介して電圧発生
部３２に繋ぐとともに、定電圧ダイオード６４を介して
スイッチング素子６３に接続している。

〔作用〕

インバータ回路１３に所定の駆動電圧を印加すると、従
来と略同様にインバータ回路１３は発振して出力コイル
２３から二次電池１６にむけてパルス状の充電電流が供
給される。

それと同時に、電圧発生部３２から制御信号が出力され
、スイッチング素子５８をオンして比較電圧発生部７９
に通電し、所定の基準電圧ｖ３と比較電圧ｖ４を比較部
６０へむけて出力する。ここで充電初期で比較電圧ｖ４
が基準電圧Ｖ　３より十分低い間は比較部６０の出力端
６１はアースされており、従って比較部６０からは停止
信号は出力されず、インバータ回路１３は通常の発振動
作を行う。

更に充電が進み、パルス状の充電電流が二次電池１６に
印加されて瞬間的に比較電圧■４が基準電圧■３を超え
ると、第２図（ｂ）の如く、比較部６０の出力端６１は
抵抗値が上昇し、定電圧ダイオード６４を通じてスイッ
チング素子６３に停止信号を印加する。すると該素子６
３はオンしてインバータ回路１３のスイッチング素子１
９のベース端をアースしてインバータ回路１３の発振を
停止する。発振の停止により二次電池１６の端子電圧は
低下し、比較電圧■４が基準電圧Ｖ３を下回ると比較部
６０からの停止信号は止まり、スイッチング素子６３が
オフしてインバータ回路１３はパルス発振する。かかる
発振により二次電池１６は充電され、上記制御動作を行
うが、充電が進むにつれて１回のパルス電流が入力され
て比較電圧Ｖ。

が基準電圧■３を超えてから再度両型圧が一致するまで
の時間が延長し、その結果インバータ回路１３の停止時
間が次第に長くなって、充電電流の平均値は急激に絞り
込まれ、過充電が防止・されるのである。

〔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た例に基づいて
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、ダイオードブリフジを備えた整流回
路１１によって全波整流された後。

充電部１？に印加される。入力される商用交流電圧１０
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、
１００〜２４０■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１ｏ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１
６が満充電になったことを検出するとインバータ回路Ｉ
３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２８を接続して該エミッタ端を安定化す
る。従って、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１９のターンオ
ン電圧を越えると、該素子１９はオンして一次コイル２
ｏ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。ここでオン時に一次コイル２
０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３ｏ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、大刀電圧検出用の検出電圧発生部３
３と、基準電圧Ｖｌ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２ｏと同一鉄心上に巻い
た四次コイル３５が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、かがる電圧
を更に定電圧ダイオード３９で安定化したのち、抵抗４
ｏ・４１で分圧して制御部３４に基準電圧■１として印
加する。

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ＩＯ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■２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はオーブンコレクタタ
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ｖ２を印加し、Ｖ２の
値が■１より充分低い間は出力端４９・５０はオープン
状態を維持するが、ｖ２がＶｌ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４
９・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ｖ１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５ｏを抵抗５１を介して電圧
発注部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１分下回るとき、第２
比較器４８の出方端５゜はオーブン状態となり、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１
９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。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３
３に供給される電流量が減少する結果、検出電圧■２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１発
振周波数の上昇を抑えている。

本発明は、満充電制御回路１７の構成に特徴を有する。

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Ｖ３を形
成する一方、抵抗５６・５７で二次電池工６の両端電圧
に比例した比較電圧ｖ４を取り出して比較部６０におい
て基準電圧■３とその値を比較する。

なお両型圧ｖ３・Ｖ４の発生部７９は、常時二次電池１
６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５８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
オン電圧として使用することにより、インバータ回路１
３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Ｖ
３．Ｖ、を比較部６ｏに印加する。

比較部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、ベースエミフ
タ間に抵抗６６を接続することにより、比較電圧Ｖ４が
基準電圧■３を下回る間は比較部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が。

比較電圧■４が基準電圧■３を瞬間的にでも越えたこと
を検出すると、比較部６ｏ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の発振を停止して次のパルスの発生を
遅らせ、二次電池１６への充電電流の平均値を急激に絞
っ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、電流制限用の抵抗６８および発光ダイオード６
７の保護用ダイオード６８ａを誓いだものであって、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９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１７
における基準電圧ｖ３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、１セル当り３
〜４ｍＶ／℃程度の温度特性を有するが、ダイオード６
９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、比較部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
とパルス状の停止信号を積分し、前記実施例では基準電
圧ｖ３を比較電圧■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７り・
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。更に両売光ダイオード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３０ａ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、ｔ４充電制御回路１７が働き、インバータ回路１
３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９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１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、インバータ回路１３への通電時に
のみ二次電池１６の両端に繋がれる比較電圧発生部７９
から二次電池１６の端子電圧に比例した比較電圧■４を
出力可能とするとともに。

該比較電圧■４が基準電圧■３を超えるとインバータ回
路１３の発振を直ちに停止して次のパルスの発生を遅ら
せる様にしたので、充電電流の絞り込みが確実かつ短時
間に行われるとともに、電源のオンオフの繰り返しに対
しても安定な満充電制御が行われ、過充電が未然に防止
される利点を有する。

【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（ａ＋
および（ｂ）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。 １３・・・・インバータ回路。 １６・・・・二次電池。 １７・・・・満充電制御回路。 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。 ３２・・・・電圧発生部。 ６０・・、・・比較部、− ７９・・・・比較電圧発生部。

Claims (1)

【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へパルス状の充
   電電流を供給するインバータ回路１３を備えた充電回路
   であって、 二次電池１６の両端に、二次電池１６の端子電圧に比例
   した比較電圧Ｖ＿４を出力可能とする比較電圧発生部７
   ９をインバータ回路１３への通電と連繋して閉じるスイ
   ッチング素子５８を介して接続し、比較電圧発生部７９
   から出力された比較電圧Ｖ＿４と基準電圧Ｖ＿３とを比
   較部６０で比較して、比較電圧Ｖ＿４が基準電圧Ｖ＿３
   を上回るとインバータ回路１３に停止信号を送り発振を
   停止することを特徴とする充電回路。