JPWO2014073182A1 - 充電器 - Google Patents

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Abstract

待機電力を極力低減し得る構成を備える充電器において、小型化を図る。直流電圧を生成する電圧変換回路（１００）と、直流電圧を充電対象に供給する出力端子（２００ａ，２００ｂ）と、出力端子（２００ａ，２００ｂ）と電圧変換回路（１００）とを結ぶ一対の電路間に介挿された補助電源（３００）と、補助電源（３００）の端子電圧を検出する電圧検出回路と、補助電源（３００）から電力供給を受けて動作するとともに、出力端子２００ａ，２００ｂに充電対象が接続されていない状態において、補助電源（３００）への充電が必要な期間は電圧変換回路（１００）を起動状態とし、補助電源（３００）への充電が不要な期間は電圧変換回路（１００）を停止状態とする制御信号を出力する電圧変換制御部（５００）と、非接続状態から出力端子（２００ａ，２００ｂ）に充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構とを備える。

Description

本発明は、充電器に関し、特に、交流電源からの供給電圧を変換し、充電対象に充電する充電器に関する。
交流電源からの供給電圧を変換し、充電対象に充電する充電器が種々開発されている（例えば、特許文献１）。このような充電器は、主として、起動状態において交流電源の供給電圧から直流電圧を生成する電圧変換回路と、当該直流電圧を充電対象に供給する一対の出力端子とを備える。
また、一対の出力端子に充電対象が接続されていない非接続状態での待機電力を極力低減する観点から、非接続状態である間は、原則として電圧変換回路の動作を停止させるよう制御する電圧変換制御部を備えた充電器も開発されている（例えば、特許文献３、４）。かかる充電器は、補助電源を備えており、電圧変換回路の動作が停止している間、基本的には電圧変換制御部は補助電源から電力供給を受ける。
そして、補助電源の端子電圧が電圧変換制御部の最低動作電圧を下回りそうになり、補助電源の充電が必要となった時点で、電圧変換制御部は、ラッチリレーを閉状態として電圧変換回路を起動させ、補助電源の充電を行う。補助電源としては、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池を備えるものがある。
特開平８−２０５４１８号公報 特開２００８−１８７７６７号公報 特開２０１０−０１６９８４号公報 特開２０１１−０２４２９９号公報
近年、携帯電話機や携帯音楽プレーヤ等の携帯電子機器が広く普及しており、さらに近時においては、従来の携帯電話機等と比較して消費電力量の多い多機能携帯電話機やタブレット端末等も普及しつつある。このようなことから、外出先や宿泊先等での携帯電子機器の使用および充電を目的に、携帯電子機器とともにこれに対応した充電器を携行することが多くなってきている。そのため、携行に便利なよう、充電器のさらなる小型化が求められている。
しかしながら、ラッチリレーを用いる場合、ラッチリレーのほか、ラッチリレーを動作させるためのラッチ回路等を設ける必要がある。その結果、充電器に対するさらなる小型化の要請に応えることができないという問題がある。
本発明は、上記の要請に鑑みてなされたものであって、待機電力を極力低減し得る構成を備える充電器において、小型化を図ることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る充電器は、交流電源からの供給電圧を変換し、充電対象に充電する充電器であって、前記交流電源に接続され、起動状態において前記供給電圧から直流電圧を生成する電圧変換回路と、前記電圧変換回路から出力された直流電圧を前記充電対象に供給する一対の出力端子と、前記各出力端子と前記電圧変換回路とを結ぶ一対の電路間に介挿され、前記電圧変換回路から電力供給を受ける補助電源と、前記補助電源の端子電圧を検出し、検出結果を出力する電圧検出回路と、前記補助電源から電力供給を受けて動作するとともに前記検出結果が入力され、かつ、前記一対の出力端子に前記充電対象が接続されていない非接続状態において、前記補助電源への充電が必要な期間は前記電圧変換回路を起動状態とし、前記補助電源への充電が不要な期間は前記電圧変換回路を停止状態とする制御信号を出力する電圧変換制御部と、前記非接続状態から、前記一対の出力端子に前記充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構と、を備える。
本発明に係る充電器の電圧変換制御部が行う動作は、基本的には、電圧検出回路からの検出結果の受信と制御信号出力のみであるため、補助電源から電圧変換制御部に供給されるべき電力は非常に小さいもので足りる。また、非接続状態時は補助電源と充電対象が非導通であるため、非接続状態時において補助電源から失われる電荷は、概ね電圧変換制御部に供給する分と自己放電する分のみとなり、非常に少ない。そのため、補助電源を充電する頻度を少なくできる結果、非接続状態期間のうち電圧変換回路を起動させて補助電源の充電を行っている期間は僅かである。したがって、非接続状態における待機電力をゼロ相当に低減することが可能である。
なお、「待機電力がゼロ相当である」とは、待機電力の実測値が５［ｍＷ］未満であることを指す。
また、本発明に係る充電器の構成によれば、ラッチリレーを用いない構成とし得る。そのため、ラッチリレーを動作させるためのラッチ回路等は不要であるため、回路部品数を削減することが可能である。
以上説明したように、本発明によれば、待機電力を極力低減し得る構成を備える充電器において、小型化を図ることが可能である。
実施の形態１に係る充電器１０００の全体構成を示す回路図である。 電圧検出回路４００において検出される電気二重層キャパシタ３００の端子電圧の変動を示す図である。 実施の形態２に係る充電器２０００の全体構成を示す回路図である。 実施の形態３に係る充電器３０００の全体構成を示す回路図である。 実施の形態３に係る充電器３０００の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態４に係る充電器４０００の全体構成を示す回路図である。 変形例に係る充電器の全体構成を示す回路図である。
≪実施の形態１≫
［充電器１０００の構成］
図１は、実施の形態１に係る充電器１０００の全体構成を示す回路図である。充電器１０００は、交流電源としてのＡＣ電源ＣＳからの供給電圧を変換し、充電対象としての携帯電子機器に充電する充電器である。充電器１０００は、電圧変換回路１００、出力端子２００ａ，２００ｂ、電気二重層キャパシタ３００、電圧検出回路４００、電圧変換制御部５００を備える。充電器１０００は、その入力側がＡＣ電源ＣＳに、出力側が出力端子２００ａ，２００ｂを介して携帯電子機器にそれぞれ接続される。ＡＣ電源ＣＳは、住宅等に設置されているＡＣ１００〜２５０［Ｖ］の商用電源である。
＜電圧変換回路１００＞
電圧変換回路１００は、ＡＣ電源ＣＳに接続され、ＡＣ電源ＣＳの供給電圧から直流電圧を生成する。電圧変換回路１００は、コンバータ部、信号伝達部を含む。
（コンバータ部）
コンバータ部は、ＡＣ電源ＣＳの供給電圧を直流電圧に変換する。コンバータ部は、１次側整流回路１１０、電源トランス１２０、１次側制御部１３０、２次側整流回路１４０を含む。
コンバータ部は、起動状態においては交直変換を行うＡＣ／ＤＣコンバータであり、停止状態においては交直変換を行わない。コンバータ部の起動状態および停止状態は、電圧変換制御部５００から出力される制御信号により制御される。具体的には、コンバータ部を起動状態とする起動信号と、コンバータ部を停止状態とする停止信号を入力されることで制御される。一度起動信号を受けたコンバータ部は、停止信号を受けるまで起動状態を維持する。また、一度停止信号を受けたコンバータ部は、起動信号を受けるまで停止状態を維持する。なお、コンバータ部が停止状態にある場合は、ＡＣ電源ＣＳと電圧変換回路１００とを結ぶ電路も遮断される。
・１次側整流回路１１０
１次側整流回路１１０は、ＡＣ電源ＣＳの供給電圧を整流し、直流電圧を生成する。１次側整流回路１１０は、例えばダイオードブリッジで構成されている。
・電源トランス１２０
電源トランス１２０は、１次巻線１２１と２次巻線１２２を含む。１次巻線１２１には、１次側制御部１３０により生成された交流電圧が入力される。２次巻線１２２には、１次巻線１２１と２次巻線１２２の巻数比に応じた交流電圧が誘起される。
・１次側制御部１３０
１次側制御部１３０は、１次側整流回路１１０から出力される直流電圧に基づき、１次巻線１２１に供給する交流電圧を生成する交流電圧生成部である。１次側制御部１３０には、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子が内蔵されており、このスイッチング素子をオンオフ動作させることで１次側整流回路１１０から出力される直流電圧から交流電圧を生成する。
・２次側整流回路１４０
２次側整流回路１４０は、２次巻線１２２に誘起される交流電圧を整流するものであり、２次巻線１２２の両端に接続されている。２次側整流回路１４０は、互いに並列接続されたダイオード１４１，１４２と、キャパシタ１４３とからなる。
（信号伝達部）
信号伝達部は、起動用フォトカプラ１５０、停止用フォトカプラ１６０を含む。信号伝達部は、電圧変換制御部５００から出力される制御信号をコンバータ部に伝達するものである。起動用フォトカプラ１５０は、制御信号のうち電圧変換回路１００を起動状態とするための起動信号を伝達するものである。また、停止用フォトカプラ１６０は、制御信号のうち電圧変換回路１００を停止状態とするための停止信号を伝達するものである。
＜出力端子２００ａ，２００ｂ＞
出力端子２００ａ，２００ｂは、電圧変換回路１００から出力された直流電圧を充電対象に供給するためのものであり、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）コネクタにおけるＶbus端子とＧＮＤ端子に相当する。出力端子２００ａと出力端子２００ｂと間には、充電対象への入力電圧である第２の電圧が出力される。なお、ここでの充電対象は、内部に充電用電池を備えるものであってもよいし、備えないものであってもよい。
＜電気二重層キャパシタ３００＞
電気二重層キャパシタ３００は、出力端子に充電対象が接続されていない非接続状態（以下、単に「非接続状態」と記載する。）における電圧変換回路１００の動作が停止している間、電圧変換制御部５００への電力供給を行う補助電源である。電気二重層キャパシタ３００は、出力端子２００ａ，２００ｂと電圧変換回路１００とを結ぶ一対の電路間に介挿されている。また、電気二重層キャパシタ３００は、電圧変換回路１００から電力供給を受ける。本実施の形態においては、電気二重層キャパシタ３００の出力電圧と、充電対象への入力電圧とが等しいものとする。電気二重層キャパシタを補助電源として用いるためには、電気二重層キャパシタ３００の静電容量が、例えば０．２２［Ｆ］以上であることが望ましい。
本実施の形態における補助電源は、説明しているように電気二重層キャパシタ３００で構成されている。補助電源を電気二重層キャパシタ３００とすることで、充電器１０００の小型化を図ることが可能である。すなわち、電気二重層キャパシタは、従来の標準的な電解コンデンサと比較して容量が大きく、補助電源として用いるのに十分な容量を有する一方で、電池と比較して小型である。また、電池を用いる場合と異なり充電回路は不要であるため、回路部品数を削減できる。このため、充電器１０００のさらなる小型化が図られる。
＜電圧検出回路４００＞
電圧検出回路４００は、補助電源としての電気二重層キャパシタ３００の端子電圧を検出する。そして、電圧検出回路４００による検出結果は、２次側制御部５１０に出力される。
＜電圧変換制御部５００＞
電圧変換制御部５００は、電圧変換回路１００におけるコンバータ部の起動状態および停止状態を制御する。電圧変換制御部５００は、２次側制御部５１０と電圧レギュレータ５２０を含み、電気二重層キャパシタ３００から電力供給を受けて動作する。
２次側制御部５１０は、電圧検出回路４００による検出結果が入力されるとともに、電圧変換回路１００のコンバータ部への制御信号を出力するコントローラである。２次側制御部５１０は、出力端子２００ａ，２００ｂに充電対象が接続されている接続状態（以下、単に「接続状態」と記載する。）においては、コンバータ部を終始起動状態とするように制御する。一方、非接続状態においては、電気二重層キャパシタ３００への充電が必要な期間は電圧変換回路１００を起動状態とし、電気二重層キャパシタ３００への充電が不要な期間は電圧変換回路１００を停止状態とするように制御する。
電気二重層キャパシタ３００への充電が必要か否かは、電圧検出回路４００から出力される電気二重層キャパシタ３００の端子電圧の情報に基づいて判断される。例えば、電気二重層キャパシタ３００の端子電圧が２次側制御部５１０の最低動作電圧の１１０［％］以下である期間を充電が必要な期間とする。すなわち、電圧変換制御部５００は、非接続状態において、電気二重層キャパシタ３００の端子電圧が２次側制御部５１０の最低動作電圧の１１０［％］以下である期間、電圧変換回路１００を起動状態とする。一方、電気二重層キャパシタ３００の端子電圧が２次側制御部５１０の最低動作電圧の１１０［％］を超える期間を充電が不要な期間とする。以下、電気二重層キャパシタ３００の充電が必要か否かを分ける電気二重層キャパシタ３００の端子電圧を、単に「充電基準電圧」と記載する。
なお、ここでの１１０［％］という数値は、電気二重層キャパシタ３００の静電容量、２次側制御部５１０の仕様（例えば、消費電力等）によって適宜変更することが可能である。また、電気二重層キャパシタ３００の端子電圧が２次側制御部５１０の最低動作電圧より高い段階で、電気二重層キャパシタ３００の充電が必要であるとすることで、最低限、起動信号を出力するための電力を２次側制御部５１０に出力できるようにしている。
電圧レギュレータ５２０は、２次側制御部５１０の最低動作電圧以上の定電圧を２次側制御部５１０に安定して出力するためのものである。電圧レギュレータ５２０を設けることで、電気二重層キャパシタ３００の出力電圧が変動した場合であっても、２次側制御部５１０へ出力する電圧を一定とすることができる。
電圧変換制御部５００が行う動作は、基本的には、電圧検出回路４００からの検出結果の受信と、起動用フォトカプラ１５０および停止用フォトカプラ１６０への制御信号出力である。この制御信号は、一定周期で常に出力されるものではなく、電圧変換回路１００のコンバータ部における起動状態と停止状態の切り替えが必要な場合にしか出力されない。そのため、電気二重層キャパシタ３００から電圧変換制御部５００へ供給が必要な電力は非常に小さいもので足りる。
さらに、非接続状態時は、電気二重層キャパシタ３００と充電対象が非導通であるため、基本的には電気二重層キャパシタ３００から充電対象に放出される電荷はない。すなわち、非接続状態時において電気二重層キャパシタ３００から失われる電荷は、概ね電圧変換制御部５００に供給する分と、自己放電する分のみである。したがって、非接続状態時において電気二重層キャパシタ３００から失われる電荷は非常に少ないため、電気二重層キャパシタ３００を充電する頻度は非常に少なくて済む。そのため、非接続状態期間に占める、電気二重層キャパシタ３００の充電を行っている期間は僅かである。換言すると、非接続状態期間のうち電圧変換回路１００を起動させる期間は僅かであるため、非接続状態における待機電力をゼロ相当に低減し得る。
［充電対象の接続検出方法］
本実施の形態に係る充電器１０００は、さらに、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する検出機構を備える。本実施の形態に係る検出機構は、電気二重層キャパシタ３００、電圧検出回路４００、電圧変換制御部５００とを含んで構成されている。当該状態変化を検出する原理について、図１，図２を参照しながら説明する。
図２は、電圧検出回路４００において検出される電気二重層キャパシタ３００の端子電圧の変動を示す図である。なお、図２において、電気二重層キャパシタ３００の満充電における端子電圧を５［Ｖ］、電気二重層キャパシタ３００が放電を開始する電圧を４．４［Ｖ］、充電基準電圧を２［Ｖ］としている。
非接続状態においては出力端子２００ａ，２００ｂに充電対象が接続されていないため、出力端子２００ａ，２００ｂはフローティング状態である。そのため、電気二重層キャパシタ３００から放電される電荷は、基本的には電気二重層キャパシタ３００が自己放電する分と、電圧変換制御部５００に供給される分のみである。したがって、図２に示すように、非接続状態においては、電圧検出回路４００で検出される単位時間当たりの電気二重層キャパシタ３００の端子電圧の低下量は比較的小さい。
一方、非接続状態から接続状態に状態変化すると、図１における電流Ｉで示しているように、出力端子２００ａ，２００ｂを介して電気二重層キャパシタ３００に蓄積された電荷を充電対象に放電する放電経路が形成される。そのため、図２に示すように、電圧検出回路４００で検出される、接続状態における単位時間当たりの電気二重層キャパシタ３００の端子電圧の低下量は、非接続状態における場合よりも多い。２次側制御部５１０は、電圧検出回路４００で検出される低下量に基づき状態変化したか否かを判断する。
２次側制御部５１０は、非接続状態における、電気二重層キャパシタ３００の端子電圧が満充電電圧になってから充電基準電圧になるまでに要する時間を予め記憶している。そして、接続状態に状態変化すると、この充電基準電圧になるまでに要する時間が非接続状態の場合に比して大幅に短縮される。さらに、２次側制御部５１０は、非接続状態における充電基準電圧になるまでに要する時間と、接続状態における充電基準電圧になるまでに要する時間とを考慮して定められた閾値を記憶している。２次側制御部５１０は、満充電電圧から充電基準電圧になるまでの時間をモニターしており、この時間が上記閾値以下であるか否かを判断することで、非接続状態から接続状態に状態変化したか否かを判断する。満充電電圧から充電基準電圧になるまでの時間が閾値以下である場合は、状態変化したと判断し、閾値を超えている場合は、状態変化していないと判断する。
なお、上記の説明においては、満充電電圧から充電基準電圧になるまでの時間に基づき状態変化を検出することとしたが、検出方法はこれに限定されるものではない。また、図２においては、説明を分かりやすくするため、非接続状態から接続状態への状態変化から当該状態変化を検出するまでに一定の期間があるように示している。しかしながら、状態変化に伴う電気二重層キャパシタ３００の放電は非常に早いため、状態変化からその状態変化を検出するまでの期間は非常に短く、状態変化とその検出は略同時である。
状態変化したと判断した場合は、２次側制御部５１０は電圧変換回路１００のコンバータ部を起動状態とすべく、起動信号を起動用フォトカプラ１５０に出力する。一方、状態変化していないと判断した場合は電圧変換回路１００を停止状態のままとする。つまり、状態変化していないと判断した場合、２次側制御部５１０は特別な動作は行わない。
以上説明したように、本実施の形態に係る検出機構においては、状態変化に伴う電気二重層キャパシタ３００の端子電圧の変動に基づき、状態変化を検出する。また、本実施の形態によれば、状態変化を検出するための特別な構成を別途設ける必要がない。したがって、充電器の大きさをそのままに、検出機構としての機能を付加することが可能である。
［まとめ］
特許文献３，４では、ＡＣ電源と電圧変換回路とを結ぶ電路の開閉をラッチリレーで行う技術が開示されている。しかしながら、上述したように、ラッチリレーを用いた場合は、小型化が困難になるという問題を有する。また、携行を前提とした充電器にラッチリレーを用いた場合、携行の際に充電器に加わる振動や充電器の落下等により、ラッチリレーの開状態と閉状態が切り替わってしまうおそれがあるという問題がある。さらに、ラッチリレーは比較的コスト高であるという問題も有する。
一方、本実施の形態に係る充電器によれば、ラッチリレーを用いることなく、待機電力をゼロ相当に低減することが可能である。さらに、ラッチリレーを使用しないため、充電器の回路構成および回路動作を簡便にし、充電器の小型化を図ることが可能である。それに加え、本実施の形態においては、補助電源として電気二重層キャパシタを用いている。これにより、上述したように、充電器のさらなる小型化を実現することができる。
≪実施の形態２≫
図３は、実施の形態２に係る充電器２０００の全体構成を示す回路図である。実施の形態１に係る充電器１０００と相違する点は、充電対象が少なくとも１以上の充電池である点である。なお、図３においては、充電器１０００におけるものと同じ構成には同符号を付している。また、本実施の形態においても、電気二重層キャパシタ３００の出力電圧と、充電対象への入力電圧とが等しいものとする。
充電器２０００の充電対象は、単三電池や単四電池等の乾電池の外観を有する充電池であり、図３では４個の充電池ＢＡ１〜ＢＡ４を例示している。充電池ＢＡ１〜ＢＡ４は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の充電可能な二次電池である。図３に示すように、充電器２０００は、さらに、各充電池ＢＡ１〜ＢＡ４の装着を受け付ける４つの充電池装着部６０１〜６０４を備える。
充電器２０００における電圧変換制御部５０１は、電圧レギュレータ５２０と２次側制御部５１１を含む。電圧レギュレータ５２０は充電器１０００のものと同構成であるが、２次側制御部５１１は充電器１０００のものと異なる。充電器２０００における２次側制御部５１１は、充電池装着部６０１〜６０４各々の端子電圧を検出する。２次側制御部５１１は、充電池装着部６０１〜６０４各々の端子電圧を検出することにより、充電器２０００に充電対象としての充電池が接続されたことを検出する。このように、２次側制御部５１１は、非接続状態から接続状態への状態変化を検出する検出機構として機能する。なお、充電池の接続を検出する方法は、これ以外の方法であってもよい。
さらに、２次側制御部５１１は、出力端子２００ａと充電池装着部６０１〜６０４の各々との間に介挿された充電用スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の開閉動作の制御も行う。充電池装着部６０１〜６０４のいずれにも充電池が装着されていないと判断した場合は、電圧変換回路１００のコンバータ部を停止状態のままとするとともに、充電用スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を全て開状態とする。充電池装着部６０１〜６０４に充電池ＢＡ１〜ＢＡ４が装着されたと判断した場合は、電圧変換回路１００の起動用フォトカプラ１５０に起動信号を出力するとともに、充電池が装着された充電池装着部に対応する充電用スイッチを閉状態とする。
充電池ＢＡ１〜ＢＡ４が装着されると、充電が開始され、充電が進み、２次側制御部５１１にて、各充電池において満充電が検出されると、２次側制御部５１１は、対応する充電用スイッチを開状態として、充電を停止する。ここで、充電池がニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池においては、２次側制御部５１１が、電池電圧を測定することにより、時間に対する電池電圧上昇の傾きが所定値より小さくなるとき、ピーク電圧を検出したとき、電池電圧の−ΔＶ（＝電圧低下）を検出したとき等に、満充電を検出する。
電圧変換制御部５０１は、記憶部Ｍを有する２次側制御部５１１を備えている。
２次側制御部５１１は、各充電池毎に、満充電を検出すると、記憶部において各充電池に対応して満充電を検出したこと、換言するなら、満充電検出の情報を記憶する。
２次側制御部５１１は、マイコンを備えており、２次側制御部５１１が動作状態（＝電圧レギュレータ５２０が２次側制御部５１１の最低動作電圧以上の定電圧を２次側制御部５１１に出力する状態）においては、記憶部において記憶された満充電検出の情報は、保持される。
そして、充電池が装着された状態で、充電器２０００が、ＡＣ電源ＣＳより取り外されたり、又は、図示しないスイッチをオフすることより、電源の供給が絶たれたとき、充電器２０００は補助電源としての電気二重層キャパシタ３００を有することより、電圧レギュレータ５２０を介して、最低動作電圧以上の電圧が２次側制御部５１１に供給される限り、２次側制御部５１１は動作状態となり、上記の満充電検出の情報を保持することができる。
一例として、電気二重層キャパシタ３００の端子の電圧が、放電により、約７．０Ｖから約３．２Ｖに低下するとき、電圧レギュレータ５２０は、２次側制御部５１１のマイコンが安定して動作するように、約３．０Ｖを出力する。実際には、電気二重層キャパシタ３００の電圧が、約３．０Ｖ以上において、電圧レギュレータ５２０は、約３．０Ｖを出力することができる。２次側制御部５１０の最低動作電圧は、約３．０Ｖであるので、電気二重層キャパシタ３００の電圧が、約３．０Ｖ以上において、２次側制御部５１０は、動作可能である。ここでは、充電基準電圧を、約３．２Ｖ又は約３．３Ｖに設定できる。
次に、電源の供給が絶たれた後、電気二重層キャパシタ３００より、電圧レギュレータ５２０を介して、最低動作電圧以上の電圧が２次側制御部５１１に供給されるとき、ＡＣ電源ＣＳに充電器２０００を取り付けたり、図示しないスイッチをオンすることより、電源の供給が再開されると、２次側制御部５１１の記憶部において保持された満充電検出の情報により、２次側制御部５１１は、満充電検出の情報が保持された装着された状態の充電池について、充電を再開しない制御を行う。
これにより、満充電検出の情報が保持された装着された状態の充電池は、再度、充電され、満充電とされないことより、充電池の充電容量が高い状態となること、充電池が過充電とあることを、低減することができる。よって、電池への悪影響を防止することができ、電池の寿命への悪影響の防止、漏液の抑制、再充電しないことによるエネルギー削減を図ることができる。
また、電源の供給が絶たれることが、停電、瞬停（短い間の停電）等により発生する場合でも、上述の作用、効果を図ることができる。
なお、補助電源としての電気二重層キャパシタ３００が、電源の供給が絶たれたときから、２次側制御部５１１（並びに、電圧レギュレータ５２０、電圧検出回路４００）を動作状態に維持できる時間は、電源の供給が絶たれとき、電気二重層キャパシタ３００が満充電（上限電圧状態）であるなら３〜４時間、二重層キャパシタ３００の端子の電圧が充電基準電圧の約３．２Ｖであるなら、放電し上述のように約３．０Ｖまで２次側制御部５１１は動作可能であるので、数分から３０分、２次側制御部５１１は動作可能である。つまり、このような時間内であれば、満充電検出の情報が保持された装着された状態の充電池は、再度、充電されることはない。なお、一例としては、電圧変換回路１００を起動状態とし、電気二重層キャパシタ３００を充電する時間は、約２分、または、約1分から約４分までの時間に、設定することが可能である。
なお、充電池装着部６０１〜６０４には、充電池ＢＡ１〜ＢＡ４の全てが装着される場合もあり得るし、充電池装着部６０１〜６０４のうちの一部のみに充電池が装着される場合もあり得る。また、充電池ＢＡ１〜ＢＡ４の取り外しは、装着時と同様に充電池装着部６０１〜６０４各々の端子電圧を検出することにより検出する。
≪実施の形態３≫
実施の形態１，２においては、電気二重層キャパシタの出力電圧と、充電対象への入力電圧とが等しい場合の充電器の構成を示した。本実施の形態においては、電気二重層キャパシタの出力電圧である第１の電圧と充電対象への入力電圧である第２の電圧とが異なる場合、その中でも特に、電気二重層キャパシタの出力電圧が充電対象への入力電圧よりも高い場合の充電器の構成について説明する。
図４は、実施の形態３に係る充電器３０００の全体構成を示す回路図である。図４において、充電器１０００におけるものと同じ構成には同符号を付している。
本実施の形態における電圧変換回路１０１と充電器１０００における電圧変換回路１００との相違点は、電気二重層キャパシタ３００の出力電圧（第１の電圧）と充電対象への入力電圧（第２の電圧）の２つの電圧を個別に出力する点である。そのため、電圧変換回路１００は、供給電圧を第１の電圧と第２の電圧とに変換するコンバータ部を含んでいる。
コンバータ部を構成している電源トランス１２３の２次巻線１２４は、センタータップ１２４ａを有する構成となっている。また、２次巻線１２４に接続されている第１の２次側整流回路１４４と第２の２次側整流回路１４５は、２次巻線１２４に誘起される交流電圧を整流することにより、電気二重層キャパシタ３００の出力電圧と充電対象への入力電圧を各々生成する。具体的には、第１の２次側整流回路１４４は、２次巻線１２４の両端に接続されているとともに、電気二重層キャパシタ３００の出力電圧を生成する。また、第２の２次側整流回路１４５は、２次巻線１２４の一端とセンタータップ１２４ａに接続されているとともに、充電対象への入力電圧を生成する。
充電器３０００は、第２の２次側整流回路１４５と出力端子２００ａを結ぶ電路に介挿されたスイッチＳＷ５と、電気二重層キャパシタ３００と出力端子２００ａを結ぶ電路に介挿されたスイッチＳＷ６をさらに備える。スイッチＳＷ５，スイッチＳＷ６の開閉動作は、電圧変換制御部５０２の２次側制御部５１２により制御される。この詳細について、図５を参照しながら説明する。
図５は、実施の形態３に係る充電器３０００の動作を示すタイミングチャートである。図５（ａ）は、電圧検出回路４００において検出される電気二重層キャパシタ３００の端子電圧の変動を示している。図５（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、スイッチＳＷ５、ＳＷ６の開閉状態を示している。
まず、非接続状態である場合、出力端子２００ａ，２００ｂに充電対象への入力電圧を出力する必要はない。一方で、充電対象が接続されたかを検出する必要がある。ここで、状態変化すると、図４に示す経路で電気二重層キャパシタ３００から電流Ｉが流れる。そのため、第２の２次側整流回路１４５と出力端子２００ａを結ぶ電路は非導通状態とし、電気二重層キャパシタ３００と出力端子２００ａを結ぶ電路は導通状態とする必要がある。したがって、２次側制御部５１２は、スイッチＳＷ５を開状態、スイッチＳＷ６を閉状態とするように制御する。
非接続状態から接続状態への状態変化検出は、実施の形態１と同様の方法で、電圧検出回路４００で検出された電気二重層キャパシタ３００の端子電圧に基づき、２次側制御部５１２が行う。接続状態への状態変化後は、充電対象に電力を供給するため、第２の２次側整流回路１４５と出力端子２００ａを結ぶ電路を導通状態とする必要がある。また、充電対象に過大な電圧が出力されるのを防ぐため、電気二重層キャパシタ３００と出力端子２００ａを結ぶ電路は非導通状態とする必要がある。したがって、状態変化後は、２次側制御部５１２は、スイッチＳＷ５を閉状態、スイッチＳＷ６を開状態とするように制御する。
≪実施の形態４≫
図６は、実施の形態４に係る充電器４０００の全体構成を示す回路図である。図６において、充電器１０００，２０００，３０００におけるものと同じ構成には同符号を付している。
本実施の形態の充電器４０００は、実施の形態２に係る充電器２０００と同様に、充電対象は充電池ＢＡ１〜ＢＡ４である。さらに、電気二重層キャパシタの出力電圧が充電対象への入力電圧よりも高い場合に対応するものである。充電器４０００における各回路の動作は充電器２０００および充電器３０００と同様であるので、実施の形態２，３の説明を参照されたい。なお、本実施の形態における充電対象の接続検出は、実施の形態２で説明したものと同様である。したがって、電気二重層キャパシタを検出機構として利用しない。そのため、充電器４０００は、実施の形態３に係る充電器３０００におけるスイッチＳＷ５，ＳＷ６に相当するものは不要である。
［変形例・その他］
以上、実施の形態１〜４について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、以下のような変形例等が考えられる。
（１）充電器の回路構成は上記の実施の形態で示したものに限定されない。例えば、上記の実施の形態においては、電圧変換制御部は専用ＩＣを用いて構成する場合を想定した例を示したが、これに限定されるものではない。
図７は、変形例に係る充電器の全体構成を示す回路図である。図７に示す例は、実施の形態３に係る充電器３０００に対する変形例である。図７に示すように、本変形例は、充電器３０００における電圧検出回路４００と電圧変換制御部５０２を、これらの機能を兼ねた電圧検出部７００に置換したものである。電圧検出部７００は、電圧検出回路７１０，７２０を含む。
電圧検出回路７１０は、電気二重層キャパシタ３００の端子電圧が、充電基準電圧である２［Ｖ］に低下したことを検出するものである。電圧検出回路７１０は、上記端子電圧が２［Ｖ］に低下したことを検出すると、電気二重層キャパシタ３００を充電すべく起動用フォトカプラ１５０に起動信号を出力する。一方、電圧検出回路７２０は、電気二重層キャパシタ３００の端子電圧が、その満充電時の電圧である５［Ｖ］になったことを検出する。電圧検出回路７２０は、電気二重層キャパシタ３００が満充電になったことを検出すると、停止用フォトカプラ１６０に停止信号を出力し、電気二重層キャパシタ３００への充電を停止する。
さらに、電圧検出回路７１０は、上記端子電圧が５［Ｖ］から２［Ｖ］になるまでに要する時間もモニターしており、この時間に基づき非接続状態から接続状態への状態変化を検出する。非接続状態においては、スイッチＳＷ５を開状態、スイッチＳＷ６を閉状態となるようにする。また、接続状態においては、スイッチＳＷ５を閉状態、スイッチＳＷ６を開状態となるようにする。電圧検出回路７１０，７２０は、例えばオペアンプを用いて構成することが可能である。
（２）充電対象への入力電圧（第２の電圧）を生成する２次側整流回路について、上記の実施の形態においては、ダイオードを２つ並列接続する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ダイオードが１つのみであってもよい。また、ダイオードを複数個並列接続して構成する場合、ダイオードの個数は特に限定されるものではない。なお、ダイオードを複数個並列接続しているのは、当該ダイオードにおける損失改善のためである。
（３）上記の実施の形態においては、補助電源として電気二重層キャパシタを用いることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。電気二重層キャパシタの他には、例えば、小型の二次電池、電解コンデンサ等を用いることも可能である。但し、補助電源として電気二重層キャパシタを用いた場合は、上述したように充電器のさらなる小型化を図ることが可能である。
（４）実施の形態３，４においては、電気二重層キャパシタの出力電圧が充電対象への入力電圧よりも大きい場合を例に挙げて説明した。これとは逆に、充電対象への入力電圧が電気二重層キャパシタの出力電圧よりも大きい場合は、第２の２次側整流回路を２次巻線の両端に接続し、第１の２次側整流回路を２次巻線の一端とセンタータップに接続すればよい。
（５）実施の形態１，３においては、充電対象が接続されたことを、電気二重層キャパシタを用いて検出することしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、充電対象の接続を物理的に検出するスイッチ等を設けることとしてもよい。
（６）上記の実施の形態は、本発明の構成およびその構成から奏される作用・効果を分かりやすく説明するために用いた一例である。したがって、本発明は、発明の本質とする構成部分以外について、上記の実施の形態に何ら限定を受・BR>ッるものではない。各図は、本発明が理解できる程度に配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、本発明は図示例に限定されるものではない。また、図を分かり易くするために、一部省略した部分がある。さらに、数値範囲を示す際に用いる符号「〜」は、その両端の数値を含む。
本発明は、例えば、低待機電流が要求される携帯電子機器用の充電器等に好適に利用可能である。
１００、１０１ 電圧変換回路
１１０ １次側整流回路
１２０ 電源トランス
１２１ １次巻線
１２２ ２次巻線
１２３ 電源トランス
１２４ ２次巻線
１２４ａ センタータップ
１３０ １次側制御部
１４０ ２次側整流回路
１４１、１４２ ダイオード
１４３ キャパシタ
１４４ 第１の２次側整流回路
１４５ 第２の２次側整流回路
１５０ 起動用フォトカプラ
１６０ 停止用フォトカプラ
２００ａ、２００ｂ 出力端子
３００ 電気二重層キャパシタ
４００ 電圧検出回路
５００、５０１、５０２ 電圧変換制御部
５１０、５１１、５１２ ２次側制御部
５２０ 電圧レギュレータ
６０１〜６０４ 充電池装着部
７００ 電圧検出部
７１０、７２０ 電圧検出回路
１０００ 充電器
ＣＳ ＡＣ電源
ＢＡ１〜４ 充電池
ＳＷ１〜４ 充電用スイッチ
ＳＷ５、ＳＷ６ スイッチ
Ｍ 記憶部
上記目的を達成するために、本発明に係る充電器は、交流電源からの供給電圧を変換し、充電対象に充電する充電器であって、前記交流電源に接続され、起動状態において前記供給電圧から直流電圧を生成する電圧変換回路と、前記電圧変換回路から出力された直流電圧を前記充電対象に供給する一対の出力端子と、前記各出力端子と前記電圧変換回路とを結ぶ一対の電路間に介挿され、前記電圧変換回路から電力供給を受ける補助電源と、前記補助電源の端子電圧を検出し、検出結果を出力する電圧検出回路と、前記補助電源から電力供給を受けて動作するとともに前記検出結果が入力され、かつ、前記一対の出力端子に前記充電対象が接続されていない非接続状態において、前記補助電源への充電が必要な期間は前記電圧変換回路を起動状態とし、前記補助電源への充電が不要な期間は前記電圧変換回路を停止状態とする制御信号を出力する電圧変換制御部と、前記非接続状態から、前記一対の出力端子に前記充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構と、を備え、前記補助電源の出力電圧である第１の電圧と前記充電対象への入力電圧である第２の電圧とが異なり、前記電圧変換回路は、前記第１および第２の電圧を個別に出力すし、前記電圧変換回路は、前記供給電圧を前記第１の電圧と前記第２の電圧とに変換するコンバータ部を含み、前記コンバータ部は、１次巻線と、センタータップを有する２次巻線を含む電源トランスと、前記供給電圧を整流することにより直流電圧を生成する１次側整流回路と、前記１次側整流回路から出力される直流電圧に基づき交流電圧を生成し、前記１次巻線に供給する交流電圧生成部と、前記２次巻線に誘起される交流電圧を整流することにより、前記第１および第２の電圧を各々生成する第１および第２の２次側整流回路と、を含み、前記第１の２次側整流回路は、前記２次巻線の両端に接続されているとともに、前記第１の電圧を生成し、前記第２の２次側整流回路は、前記２次巻線の一端と前記センタータップに接続されているとともに、前記第２の電圧を生成する。

Claims (14)

  1. 交流電源からの供給電圧を変換し、充電対象に充電する充電器であって、
    前記交流電源に接続され、起動状態において前記供給電圧から直流電圧を生成する電圧変換回路と、
    前記電圧変換回路から出力された直流電圧を前記充電対象に供給する一対の出力端子と、
    前記各出力端子と前記電圧変換回路とを結ぶ一対の電路間に介挿され、前記電圧変換回路から電力供給を受ける補助電源と、
    前記補助電源の端子電圧を検出し、検出結果を出力する電圧検出回路と、
    前記補助電源から電力供給を受けて動作するとともに前記検出結果が入力され、かつ、前記一対の出力端子に前記充電対象が接続されていない非接続状態において、前記補助電源への充電が必要な期間は前記電圧変換回路を起動状態とし、前記補助電源への充電が不要な期間は前記電圧変換回路を停止状態とする制御信号を出力する電圧変換制御部と、
    前記非接続状態から、前記一対の出力端子に前記充電対象が接続されている接続状態への状態変化を検出する検出機構と、を備える
    ことを特徴とする充電器。
  2. 前記補助電源は電気二重層キャパシタである
    ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
  3. 前記検出機構は、前記補助電源を含んで構成され、
    前記状態変化により、前記補助電源に蓄積された電荷を前記充電対象に放電する放電経路が形成され、
    前記放電経路の形成に伴う前記補助電源の端子電圧の変動に基づき、前記状態変化を検出する
    ことを特徴とする請求項２に記載の充電器。
  4. 前記検出機構は、さらに、前記電圧検出回路と、前記電圧変換制御部とを含んで構成され、
    前記電圧検出回路で検出される、前記接続状態における単位時間当たりの前記補助電源の端子電圧の低下量は、前記非接続状態における場合よりも多く、
    前記電圧変換制御部は、前記電圧検出回路で検出される前記低下量に基づき前記状態変化したか否かを判断し、前記状態変化したと判断した場合は前記電圧変換回路を起動状態とし、前記状態変化していないと判断した場合は前記電圧変換回路を停止状態のままとする
    ことを特徴とする請求項３に記載の充電器。
  5. 前記充電対象は少なくとも１以上の充電池であり、
    さらに、前記各充電池の装着を受け付ける充電池装着部を備え、
    前記検出機構は、前記充電池装着部の端子電圧を検出することにより、前記状態変化を検出する
    ことを特徴とする請求項２に記載の充電器。
  6. 前記電気二重層キャパシタの静電容量は０．２２Ｆ以上である
    ことを特徴とする請求項２に記載の充電器。
  7. 前記電圧変換制御部は、前記非接続状態において、前記補助電源の端子電圧が前記電圧変換制御部の最低動作電圧の１１０％以下である期間、前記電圧変換回路を起動状態とする
    ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
  8. 前記電圧変換制御部は、
    前記検出結果が入力されるとともに、前記制御信号を出力するコントローラと、
    前記コントローラに定電圧を出力する電圧レギュレータと、を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
  9. 前記電圧変換回路は、
    前記供給電圧を直流電圧に変換するコンバータ部と、
    前記制御信号を前記コンバータ部に伝達する信号伝達部と、を含む
    ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
  10. 前記コンバータ部は、
    １次巻線と２次巻線を含む電源トランスと、
    前記供給電圧を整流することにより直流電圧を生成する１次側整流回路と、
    前記１次側整流回路から出力される直流電圧に基づき交流電圧を生成し、前記１次巻線に供給する交流電圧生成部と、
    前記２次巻線に誘起される交流電圧を整流することにより、直流電圧を生成する２次側整流回路と、を含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の充電器。
  11. 前記補助電源の出力電圧である第１の電圧と前記充電対象への入力電圧である第２の電圧とが異なり、
    前記電圧変換回路は、前記第１および第２の電圧を個別に出力する
    ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
  12. 前記電圧変換回路は、前記供給電圧を前記第１の電圧と前記第２の電圧とに変換するコンバータ部を含み、
    前記コンバータ部は、
    １次巻線と、センタータップを有する２次巻線を含む電源トランスと、
    前記供給電圧を整流することにより直流電圧を生成する１次側整流回路と、
    前記１次側整流回路から出力される直流電圧に基づき交流電圧を生成し、前記１次巻線に供給する交流電圧生成部と、
    前記２次巻線に誘起される交流電圧を整流することにより、前記第１および第２の電圧を各々生成する第１および第２の２次側整流回路と、を含み、
    前記第１の２次側整流回路は、前記２次巻線の両端に接続されているとともに、前記第１の電圧を生成し、
    前記第２の２次側整流回路は、前記２次巻線の一端と前記センタータップに接続されているとともに、前記第２の電圧を生成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の充電器。
  13. 前記電圧変換制御部は、記憶部を有する２次側制御部を備え、
    該２次側制御部は、前記記憶部において充電池の満充電を検出したことの情報を記憶し、前記２次側制御部の動作状態では前記満充電の検出の情報を保持し、前記充電池の充電を再開しない
    ことを特徴とする請求項１に記載の充電器。
  14. 前記２次側制御部は、マイコンを備えることを特徴とする請求項１３に記載の充電器。
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