JPS6146130A - 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） この発明はインバータ回路を使用した充電回路。

特に充電率を切り換えたり充電と並行して負荷駆動を可
能としたものに関する。

（従来の技術） 通常、充電中に負荷駆動をも可能とする充電回路におい
て負荷）の通電後も正常な充電を行わせるためには、負
荷駆動と連動して充電回路の出力を増加させる必要があ
る。

また緊急の場合、充電を短時間に行うための充電率を１
例えば８時間率から１時間率に切換えるためにも充電回
路の出力を増加させる必要がある。

かかる場合、第４図の様なインバータ式の充電回路にお
いては、スイッチング用トランジスタ１８のベース回路
に挿入されたコンデンサ２４の放電用抵抗２５と並列に
抵抗５０を介装して該抵抗５０の値を減少させ、トラン
ジスタ１８がオフ時におけるコンデンサ２４の放電時定
数を減少させてインバータ回路１５の発振周波数を上昇
させることにより、インバータ回路１５からの出力が増
加できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながらかかる方法にあっては、インバータ回路１
５の駆動電圧が変動するとコンデンサ２４の放電電流量
も変化し、その結果インバータ回路１５の発振周波数も
変動して安定した出力を得ることが困難となる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであって、充
電率の変更時あるいは負荷駆動時に充電出力を増大可能
とするとともに１回路駆動電圧の変動にかかわらず充電
池に対して安定した充電電流を供給可能とするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） すなわち本発明は第１図に示す如く、スイッチング用ト
ランジスタ１８のコレクタ側に一次コイル１９を介装す
るとともに、ベース端とエミッタ端の間には、一次コイ
ル１９と同一鉄心上に巻かれた帰還コイル２２．抵抗２
３およびコンデンサ２４を直列接続してなる帰還部２１
を接続し、更に一次コイル１９と同一鉄心上に巻かれた
二次コイル２６から整流用ダイオード２７を通じて、負
荷として備えた充電池１６に二次コイル２６の出力電圧
を印加可能とすることにより、従来と略同様にインバー
タ回路１５を構成する。

かかるインバータ回路１５において１本発明は出力変更
部４２を備え、スイッチ４４の切り換え操作と連動して
インバータ回路１５からの出力を増減させ、モータ等の
負荷の同時使用を可能とする。

出力変更部４２は、トランジスタ等のスイッチング素子
４３と、インバータ回路１５からの出力を切り換えるス
イッチ４４とから構成される。スイッチング素子４３は
、ベース端とコレクタ端をスイッチ４４を介して帰還部
２１の一端に選択的に接続可能とし、エミッタ端を抵抗
４５を介して帰還部２１の他端に接続するとともに、コ
レクタ端をモータ４１を介して充電池１６のマイナス極
に接続している。スイッチ４４は１例えば１回路３接点
のスイッチが使用され、切り換え動作と連繋して、開放
状態から帰還部２１の一端をスイッチング素子４３のベ
ース端およびコレクタ端に接続可能とする。

・（作用） 上記構成において、充電回路に全波整流電圧を印加する
と、第２図［ａ）に示す如く、抵抗２５を介して帰還部
２１のコンデンサ２４への充電■１を開始する。コンデ
ンサ２４の充電電圧がスイッチング用トランジスタ１８
のペニス・エミッタ間飽和電圧を越えると、該トランジ
スタ１８は従来と略同様に第２図（ｂ）の如くオンして
、コレクタ電流■２が流れ始める。

スイッチング用トランジスタ１８がオンした後は、帰還
コイル２２に出力される電圧によりベース電流■３が維
持され、ベース回路の時定数で規制される時間だけコン
デンサ２４を充電した後。

該コンデンサ２４の充電電圧によりスイッチング用トラ
ンジスタ１８のベース端に逆バイアスを加え、該トラン
ジスタ１８を急激にオフする。

オフと同時に、二次コイル２６からダイオード２７を通
じて充電池１６に充電を行うとともに。

高値の抵抗２５を通じて電源電圧の変動にかかわらず略
一定の時定数でコンデンサ２４中の電荷の放電を行ない
９次の充電サイクルに移る。

次に、第２図（Ｃ）の如くスイッチ４４を切り換え。

スイッチング素子４３のベース・エミッタ端間を帰還部
２１の両端に繋ぐ。するとオフと同時にスイッチング素
子４３がオンし、コンデンサ２４の両端は充電池１６か
らモータ４１を通る回路により閉成される。このとき、
放電路に介装されたモータの電機子コイルがリアクタン
スとして働き。

比較的大きな時定数でコンデンサ２４から放電電流Ｉ４
が流れる。放電がすすみ、コンデンサ２４の両端電圧が
充電池１６の端子電圧と等しくなるとかかる閉回路によ
る放電は終り、その後は抵抗２５を通じて放電し１次の
サイクルへと移る。この時のコンデンサ２４の放電時定
数は、出力変更部４２を作動させない場合に比しＣ小さ
く、従って二次コイル２６からの充電電流のパルスレー
トが上昇して、結果的に充電池１６の充電率が例えば８
時間率から１時間率への変更が可能となる。

更にこの際の放電路は閉ループであるから、電源電圧の
変動にかかわらず略一定のパルスレートを維持し、充電
池に一定の充電電流を供給する。

ここで第２図（ｄｌの如く、スイッチ４４を更に切り換
えると、インバータ回路１５の二次コイル２６の両端に
モータ４１が直結され、インノく一夕回路１５の出力で
充電と同時にモータ４１が駆動可能となる。同時にスイ
ッチング素子４３がオンするので、抵抗４５の値を十分
小さく設定しておくことにより、コンデンサ２４に充電
された電荷は。

スイッチング素子４３を通って急速に自己放電Ｉ５し、
スイッチング用トランジスタ１８のオフ期間を更に短縮
して二次コイル２６から出力される電圧のパルスレート
を上昇させることにより、充電出力を更に増大させ、充
電とモータ駆動を同時に可能とする。

この場合のコンデンサ２４からの放電は自己放電である
から、電流量は帰還部２１からスイ・ノチング素子４３
を通って戻る放電路の時定数によってのみ決まり１回路
駆動電圧の変動に対しても一定周期を保持するのである
。

（実施例） 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１１は、ダイオードブリッジを備えた整流回
路１２により全波整流された後。

電源ラインへの雑音障害を防止するフィルタ回路１３を
通じて充電部１４に印加される。

〔充電部〕

充電部１４は、商用交流電圧１１より周波数が高いパル
ス電圧を発生するインバータ回路１５と。

該インバータ回路１５より発生されたパルス電圧を充電
池１６に印加して充電電流を流す出力回路１７とを備え
る。

インバータ回路１５は、スイッチング用トランジスタ１
８のコレクタ側に一次コイル１９と；該一次コイル１９
の両端にスイッチング用トランジスタ１８のオフ時に発
生する衝撃電圧を吸収する衝撃吸収部２０を介装すると
ともに、ベース側に帰還部２１を接続している。帰還部
２１は、一次コイル１９と同一鉄心上に巻かれた帰還コ
イル２　　　　　　！２、抵抗２３およびコンデンサ２
４の直列接続から構成され９両端を、スイッチング用ト
ランジスタ１８のベースおよびエミ・ツタ端に各々接続
するとともに、ベース端には更に、抵抗２５を介して前
記全波整流電圧が印加される。

従って、インバータ回路１５への電圧印加と同時に、抵
抗２５を通じて帰還部２１のコンデンサ２４が充電され
てスイッチング用トランジスタ１８へベース電流が流れ
ると、該トランジスタ１８はオフ状態から能動状態に移
行しコレクタ電流が流れ始める。かかるコレクタ電流の
増加は、一次コイル１９から帰還コイル２２側へベース
電圧を増加させる方向に帰還されてベース電流を更に増
やし、その結果スイッチング用トランジスタ１８は急激
にオン状態に移る。オン後は、一次コイＪし１９に流れ
るコレクタ電流の増加により略一定の帰還電圧がベース
端に出力されてベース電流が維持され、スイッチング用
トランジスタ１８のオン状態を保つ。しかし、コンデン
サ２４の充電が進むにつれてベース電流が減少し、トラ
ンジスタ１８が再び能動領域に入ると一次コイル１９に
流れる電流の増加が止まって帰還電圧が減少するので。

コンデンサ２４の充電電圧が阻止電圧として働き。

トランジスタ１８は急激にオフ状態に戻る。更に。

オン時に一次コイル１９側に蓄えられたエネルギーは、
トランジスタ１８のオフ期間に出力回路１７の充電池１
６に向は充電電流として流れる。

出力回路１７は、前記一次コイル１９と同一鉄心上に巻
かれた二次コイル２６と、二次コイル２６に接続されて
スイッチング用トランジスタ１８のオフ時に二次コイル
２６に出力される電圧を選択的に取り出す整流用ダイオ
ード２７と、該ダイオード２７に接続されて、パルス状
の充電電流が供給される充電池１６とから構成される。

かかる充電池１６に供給される充電電流の平均値は、電
流制御部２８によって一次コイル１９に流れる電流値を
制御することにより、トランジスタ１８の各種定数のば
らつきあるいは入力電圧の多少の変動にかかわらず一定
に維持される。

〔電流制御部〕

電流制御部２８は、スイッチング用トランジスタ１８の
エミッタ電流検出部２９と、該検出部２９の検出動作と
連繋してオンし、帰還部２１の電流をバイパスしてトラ
ンジスタ１８のオン期間を規制する制御部３０とからな
る。

電流検出部２９は、スイッチング用トランジスタ１８の
エミッタ側にエミッタ電流検出用抵抗３１を挿入すると
ともに、該抵抗３１の両端にダイオード３２を介して第
１トランジスタ３３のエミッタおよびベース端を接続し
たものであって、電流検出用抵抗３１の両端電圧が設定
値を越え、一次コイル１９の電流が設定値に達したこと
を検出すると第１トランジスタ３３をオンし、制御部３
０を作動させる。

制御部３０は、第２トランジスタ３４のコレクタ端とス
イッチング用トランジスタ１８のベース端とをダイオー
ド３５を介して接続し、エミッタ端を二次コイル２６と
整流用ダイオード２７の接続点に繋ぐとともに、ベース
端を第１トランジスタ３３のコレクタ端に繋いだもので
あって、第１トランジスタ３３のオンと同時に、スイッ
チング用トランジスタ１８のエミッタ側から第１トラン
ジスタ３３を介して第２トランジスタ３４にベース電流
を流して、該トランジスタ３４をオンする。

すると、それまでスイッチング用トランジスタ１日のベ
ース側を一周する回路の比較的大きな時定数に規制され
ながら徐々に充電されていたコンデンサ２４は、ダイオ
ード３５．第２トランジスタ３４、二次コイル２６およ
び充電池１６を通るバイパス路が形成されることにより
コンデンサ２４を含む回路の時定数が実質的に減少する
とともに。

放電路中に二次コイル２６の出力電圧および充電池１６
の電圧が順方向に加わるので充電が急速に進み、その結
果スイッチング用トランジスタ１８のベース電流が急激
に減少して該トランジスタ１８を直ちにオフし、一次コ
イル１９に流れる電流。

すなわちトランジスタ１８のオン期間に一次コイル１９
に蓄えられるエネルギーを一定に保ち、充電池１６に流
入する充電電流を一定に保持する。

上記制御部３０は、電流変動の検知による制御に加えて
、商用交流電圧１１の１００ないし２４０■程度の大幅
な変動に対しても、下記の電圧制御部３６の検出動作と
連繋して動作し、充電電流の平均値を一定に維持する。

〔電圧制御部〕

電圧制御部３６は、出力回路１７の二次コイル２６にス
イッチング用トランジスタ１８のオン期間中誘起される
電圧が入力電圧に比例することを利用し、電圧検出部３
７により二次コイル電圧を検出するとともに、該電圧値
が大きくなるほど短い時間遅れをもって電流制御部２８
の制御部３０を作動させる。

電圧検出部３７は、コンデンサ３８を第２トランジスタ
３４のベース端と整流用ダイオード２７のアノード側に
接続するとともに、抵抗３９および定電圧ダイオード４
０を直列接続したものを第２トランジスタ３４のベース
端と整流用ダイオード２７のカソード側に接続している
。

かかる構成により、スイッチング用トランジスタ１８が
オンすると同時に二次コイル２６に発生する電圧および
充電池１６の電圧の和が定電圧ダイオード４０のブレー
クオーバ電圧および第２トランジスタ３４のベース・エ
ミッタ間飽和電圧の和を越えると、二次コイル２６．充
電池１６．定電圧ダイオード４０．抵抗３９およびコン
デンサ３８を一周するループに電流が流れてコンデンサ
３８を充電し、該ループの時定数および二次コイル２６
の出力電圧により規制される時間の経過後。

コンデンサ３８の端子電圧により第２トランジスタ３４
がオンする。すると、上記した電流制御部２８の場合と
同様、制御部３０が帰還部２１の充電ループをバイパス
してコンデンサ２４の充電を早め、もってスイッチング
用トランジスタ１８をオフする。従って、定電圧ダイオ
ード４０および第２トランジスタ３４により規制される
設定電圧を二次コイル２６の出力電圧、従って入力電圧
が越えると、該入力電圧が設定電圧より高くなるほどス
イッチング用トランジスタ１８のオン期間を短くして一
次コイル１９に流れるピーク電流を減少させることによ
り、入力電圧が増大するほど一サイクル期間中の設定電
圧を越える期間が増大することに起因する平均電流の増
大を補正し２例えば商用電圧１１として１００Ｖ使用地
域あるいは２４０■使用地域などにおける使用にかかわ
らず。

充電電流の平均値をほぼ一定に維持することを可能とす
る。

本発明は、モータ４１を充電池１６により直接駆動する
のに加えて、充電池１６に対する充電率の変更および充
電と並行した負荷駆動を可能とする出力変更部４２を備
えたことを特徴とする。

〔出力変更部〕

出力変更部４２は、帰還部２１のコンデンサ２４の放電
時定数を変更することによりインバータ回路１５の発振
周波数を上げ、出力回路１７の出力を結果的に増加可能
とする。

すなわち、スイッチング素子４３として備えたトランジ
スタのベース端を、３感還部２１と充電池１６の接続点
に繋ぐとともに、エミッタ端を抵抗４５を介して帰還部
２１に接続し、コレクタ端をモータ等の負荷４１を介し
て、充電池１６のマイナス極に繋いでいる。

従って充電中にスイッチ４４をオンして負荷４１に給電
すると、スイッチング用トランジスタ１８のオフ期間の
開始と同時にトランジスタ４３にベース電流が流れて該
トランジスタ４３がオンし。

スイッチ４４をオンする前は負荷を通る比較的大きな値
の時定数放電されていたコンデンサ２４の電荷は、スイ
ッチ４４からトランジスタ４３を通じて急速に放電され
、その結果スイッチング用トランジスタ１８のオフ期間
が短縮して二次コイル２６に出力される電圧のパルスレ
ートが上昇し。

充電池１６および負荷４１に給電できる電流容量も増加
する。

なお出力変更部４２は、上記の如くモータ駆動と出力切
り換えを１つのスイッチ４４で兼用するものに限られず
、別々にスイッチを設け、充電率を変更させることも可
能である。

更にトランジスタ４３を通る放電路中には３発光ダイオ
ード４６が介装されており、充電中に負荷使用すると該
ダイオード４６の点滅周期が変ね　　　　　　１す、ス
イッチ４４がオンされていることを表示する。

この放電路中に発光ダイオード４６を介装することによ
り、出力変更部が作動していることが認識できるが、こ
の発光ダイオード４６の順方向降下電圧により、制御範
囲が制約される場合は、特に必要とするものではない。

またこの位置での介装に′代え、五次コイル２６に並列
でかつ整流用ダイオード２７と逆向きに接続した場合に
も点灯し。

負荷使用中であることが認識できる。

（発明の効果） 本発明は上記の如く、充電時には、負荷を通じて比較的
大きな時定数で帰還部２１のコンデンサ２４を放電させ
、大出力が必要な時には、スイッチ４４でコンデンサ２
４の両端を繋いで小さな時定数で放電させるなど、何れ
もコンデンサ２４を自己放電させるので１回路駆動用電
圧の変動にかかわらず、安定した充電と負荷駆動を行え
る。

また、負荷として放電路中に逆方向に充電池１６を介装
すると、自己放電時にコンデンサ２４に電圧が残り、安
定度を損なうことなく更に放電時間を増大させることが
できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる充電回路の電気回路図。 第２図（ａ）ないし＋ｄ）は回路の動作状況を示す説明
図である。 第３図は本発明を充電と負荷駆動を同時に行える小型電
気機器に実施した一例を示す電気回路図である。 第４図は従来例を示す電気回路図である。 １５・・・・インバータ回路。 １６・・・・充電池。 １８・・・・スイッチング用トランジスタ。 １９・・・・一次コイル、２１・・・帰還部。 ２４・・・・コンデンサ、４１・・・モータ。 ４２・・・・出力変更部。 ４３・・・・スイッチング素子。 ４４・・・　・スイッチ。 発　　　明　　　者　　　　溝　　　１）　　冨　　　
保第２図（ａｔ 第２図（ｃｌ ）１２　図　（１）） 第２図（ｄ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一次コイル１９に流れる電流をスイッチング用ト
   ランジスタ１８でオンオフ規制して二次コイル２６の出
   力を制御するＣＲ阻止形インバータ回路１５と、 インバータ回路１５のコンデンサ２４と並列接続されて
   コンデンサ２４の放電時定数を変える出力変更部４２と
   を備え、 出力変更部４２は、負荷を介した大きい時定数によるコ
   ンデンサ２４の放電と、コンデンサ２４の両端を直結し
   た小さい時定数による放電とを可能とした充電回路。
2. （２）前記負荷は、放電路中に逆方向に繋いだ充電池１
   ６と、モータ４１である特許請求の範囲第１項記載の充
   電回路。