JP2000287375A - 二次電池の充電回路 - Google Patents

二次電池の充電回路

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JP2000287375A
JP2000287375A JP11085241A JP8524199A JP2000287375A JP 2000287375 A JP2000287375 A JP 2000287375A JP 11085241 A JP11085241 A JP 11085241A JP 8524199 A JP8524199 A JP 8524199A JP 2000287375 A JP2000287375 A JP 2000287375A
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昭二 古川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無接点充電システムによる充電回路の発熱を
低減することができる二次電池の充電回路を提供する。 【解決手段】 PHS電話機1の受け側コイルL1と共
振コンデンサC1からなる共振回路に電界効果トランジ
スタQ1を挿入し、電池電圧検出回路12と充電電流検
出回路13の検出結果に応じて定電圧定電流制御回路1
5によりこの電界効果トランジスタQ1のゲート電圧を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、充電器にセットす
るだけで無接点により携帯電話やPHS電話機等の二次
電池を充電することができる二次電池の充電回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】最近のPHS(Personal Handyphone Sy
stem)電話機等では、高周波電磁誘導を用いることによ
り、充電器との間で接点を接触させることなく電話機等
に内蔵された二次電池を充電することができる無接点充
電システムが採用されている。
【0003】従来のPHS電話機の無接点充電システム
の構成例を図3に示す。PHS電話機1は、充電器2の
載置台の上に載置するだけで、内蔵された非水電解質二
次電池11が無接点により充電されるようになってい
る。充電器2は、商用電源等の交流電源を整流平滑回路
21で一旦直流に変換した後に、発振回路22でスイッ
チングを行い、送り側コイルL2と共振コンデンサC3か
らなる共振回路に供給することにより、高周波電力を作
り出すようになっている。また、この送り側コイルL2
は、充電器2のプラスチックケース板を介して載置台の
すぐ下側に配置されている。
【0004】PHS電話機1の充電回路には、受け側コ
イルL1と共振コンデンサC1とで構成される共振回路が
設けられている。また、PHS電話機1を上記充電器2
の載置台に載置すると、この受け側コイルL1が充電器
2の送り側コイルL2に接近して配置されるようになっ
ている。そして、この送り側コイルL2から高周波電磁
誘導によって受け側コイルL1に高周波電力が供給され
ると、整流ダイオードD1と平滑コンデンサC2を介して
これを直流に変換し、ドロッパ回路を構成するシリーズ
パストランジスタQ2により定電圧定電流電源として非
水電解質二次電池11を充電するようになっている。
【0005】上記ドロッパ回路は、電池電圧検出回路1
2と充電電流検出回路13と満充電検出回路14とに基
づいて定電圧定電流制御回路17がシリーズパストラン
ジスタQ2を制御することにより、非水電解質二次電池
11に定電圧定電流電源を供給するものである。電池電
圧検出回路12は、非水電解質二次電池11の端子電圧
から電池電圧を検出し、充電電流検出回路13は、低抵
抗の検流器RCの端子電圧から充電電流を検出し、満充
電検出回路14は、この充電電流検出回路13が検出し
た充電電流に基づいて充電の完了を検出するようになっ
ている。定電圧定電流制御回路17は、電池電圧検出回
路12が検出した電池電圧が所定値を超えると、シリー
ズパストランジスタQ2のベース電流を制限して出力電
圧を低下させると共に、充電電流検出回路13が検出し
た充電電流が所定値を超えた場合にも、シリーズパスト
ランジスタQ2のベース電流を制限して出力電圧を低下
させ、非水電解質二次電池11の内部抵抗に応じて流れ
る充電電流を制限する。また、この充電電流検出回路1
3が検出した充電電流が所定値より低下すると、満充電
検出回路14が充電の完了を検出し、シリーズパストラ
ンジスタQ2のベース電流を遮断して、このシリーズパ
ストランジスタQ2をOFFにすることにより充電を停
止させる。なお、図3の回路におけるダイオードD2
は、充電電流の逆流を防止するためのものである。
【0006】上記構成のPHS電話機1の充電回路は、
図4に示すような定電圧定電流充電を行う。即ち、充電
の初期には充電電流検出回路13によって充電電流が例
えば100mAに制限されて定電流充電が行われる。非
水電解質二次電池11は、この定電流充電の間に、充電
の進行に伴って電池電圧が上昇する。そして、この非水
電解質二次電池11の電池電圧が例えば4.1Vに達す
ると、電池電圧検出回路12によって電池電圧の上昇が
制限されて定電圧充電に移行し、満充電が近づくに伴っ
て充電電流が低下する。また、この充電電流が所定値よ
り低下すると、満充電検出回路14によって充電電流が
遮断されて充電が完了する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記PHS
電話機1は、充電器2の載置台に載置する状態によって
送り側コイルL2と受け側コイルL1との間のギャップが
必ずしも一定しないので、充電器2側では、このギャッ
プが大きい場合にもPHS電話機1の充電回路に十分な
電力が供給できるように、ある程度余裕を持った設定が
なされている。しかし、通常は、PHS電話機1が正常
に載置されることが多く、この場合には、送り側コイル
L2と受け側コイルL1との間のギャップが小さくなるの
で、充電回路が余分な電力の供給を受けるようになる。
そして、このように余分な電力が供給されると、ドロッ
パ回路のシリーズパストランジスタQ2に供給される電
圧と非水電解質二次電池11の電池電圧との電位差が大
きくなり、この電位差と充電電流との積による電力を熱
として消費することになる。
【0008】このため、従来のドロッパ回路を用いた無
接点充電システムの充電回路では、シリーズパストラン
ジスタQ2での発熱が大きくなるので、特にPHS電話
機1等のように実装密度の高い小型の機器では、放熱対
策が困難になるという問題が生じていた。
【0009】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、共振回路のインピーダンスを変化さ
せて充電電流や電圧を制御することにより、発熱の小さ
い二次電池の充電回路を提供することを目的としてい
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、電磁
誘導による電力を受け取る受け側コイルと共振コンデン
サとで構成される共振回路の電力を整流して二次電池に
供給する二次電池の充電回路において、二次電池の充電
電流及び/又は電池電圧を検出し、これら充電電流及び
/又は電池電圧の大きさに応じて制御信号を出力する充
電制御回路を設けると共に、この充電制御回路が出力す
る制御信号に応じてインピーダンスを変化させる可変イ
ンピーダンス回路を共振回路に挿入したことを特徴とす
る。
【0011】請求項1の発明によれば、充電制御回路に
よって可変インピーダンス回路のインピーダンスを変化
させるので、受け側の共振回路の共振特性を示すQを変
化させたり共振周波数(共振点)にずれを生じさせるこ
とができ、この共振回路が受け取る電力を制御して、定
電圧や定電流による充電制御が可能になる。しかも、こ
の受け側の共振回路では、不要な電力を受け取らないよ
うにするので、ドロッパ回路を用いた場合のようなロス
がなくなり、充電回路の発熱を低減することができる。
【0012】請求項2の発明は、前記充電制御回路が、
二次電池の充電電流と電池電圧とを検出し、充電電流が
所定値を超えた場合、及び、電池電圧が所定値を超えた
場合に、可変インピーダンス回路のインピーダンスを変
化させる制御信号を出力するものであることを特徴とす
る。
【0013】請求項2の発明によれば、二次電池の充電
電流と電池電圧を制御できるので、非水電解質二次電池
の充電に適した定電圧定電流充電を行うことができる。
【0014】請求項3の発明は、前記可変インピーダン
ス回路が、共振コンデンサに直列に挿入されたMOS型
電界効果トランジスタであることを特徴とする。
【0015】請求項3の発明によれば、可変インピーダ
ンス回路にMOS型電界効果トランジスタ(MOS−F
ET)を用いるので、単一の素子で双方向のインピーダ
ンスの制御が可能となり、回路を単純化することができ
る。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
【0017】図1〜図2は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図1はPHS電話機の充電回路の構成を示
す回路ブロック図、図2はPHS電話機の充電回路にお
ける共振回路部分とこの等価回路を示す回路図である。
なお、図3〜図4に示した従来例と同様の機能を有する
構成部材には同じ番号を付記する。
【0018】本実施形態は、従来例と同様にPHS電話
機1の充電回路について説明する。なお、充電器2は、
図3に示した従来例のものと同様の構成であり、PHS
電話機1をこの充電器2の載置台の上に載置するだけ
で、内蔵された非水電解質二次電池11が無接点により
充電されるようになっている。
【0019】本実施形態のPHS電話機1の充電回路で
は、図1に示すように、共振回路が受け側コイルL1と
共振コンデンサC1と電界効果トランジスタQ1とによる
直列共振回路によって構成されている。受け側コイルL
1は、上記充電器2の載置台に載置されるPHS電話機
1のプラスチックケース板のすぐ上側に配置されて、充
電器2側の送り側コイルL2に接近するようになってい
る点は従来と同様である。また、この受け側コイルL1
と共振コンデンサC1は、これらだけで直列共振回路を
構成した場合の共振周波数が、充電器2の送り側コイル
L2から送られて来る高周波電磁誘導の周波数に一致す
るように設定されている。電界効果トランジスタQ1
は、ここではnチャンネルのMOS−FETを可変抵抗
素子として使用している。nチャンネルのFETは、ゲ
ート電圧VGSを負の範囲で変化させると、ドレイン電流
IDとドレイン−ソース間電圧VDSとのID−VDS特性が
変化する。そして、このID−VDS特性の立ち上がり部
分(非飽和領域)を利用すれば、ゲート電圧VGSに応じ
てドレイン−ソース間の抵抗値が変化する可変抵抗素子
として利用することができる。なお、MOS−FET
は、pチャンネルのものを用いても同様である。また、
接合型FETやバイポーラトランジスタでも、可変抵抗
素子として用いることができるが、MOS−FETを用
いた場合には、ゲート酸化膜の耐電圧の範囲内で双方向
の電流を流すことができ、回路構成を簡単にすることが
できる。
【0020】上記PHS電話機1の充電回路は、充電器
2から高周波電磁誘導によって共振回路に供給された電
力を整流ダイオードD1と平滑コンデンサC2によって直
流に変換して非水電解質二次電池11に送り充電を行う
ようになっている。また、この充電回路は、電池電圧検
出回路12と充電電流検出回路13と満充電検出回路1
4と定電圧定電流制御回路15とを備えている。電池電
圧検出回路12は、従来例と同様に、非水電解質二次電
池11の端子電圧から電池電圧を検出する回路であり、
充電電流検出回路13も、低抵抗の検流器RCの端子電
圧から充電電流を検出する回路である。満充電検出回路
14も、従来例と同様に、この充電電流検出回路13が
検出した充電電流に基づいて充電の完了を検出する回路
であるが、充電の完了を検出した場合には、共振回路と
非水電解質二次電池11との間に挿入したスイッチ素子
16を遮断して充電を停止させるようになっている。ま
た、定電圧定電流制御回路15は、電池電圧検出回路1
2が検出した電池電圧が所定値を超えると、電界効果ト
ランジスタQ1のゲート電圧VGを制限して抵抗値を増大
させると共に、充電電流検出回路13が検出した充電電
流が所定値を超えた場合にも、電界効果トランジスタQ
1のゲート電圧VGを制限して抵抗値を増大させる回路で
ある。なお、ダイオードD2は、従来例と同様に、充電
電流の逆流を防止するためのものである。
【0021】上記構成のPHS電話機1の充電回路は、
受け側コイルL1と共振コンデンサC1と電界効果トラン
ジスタQ1とからなる共振回路が、図2に示すような等
価回路で表される。即ち、受け側コイルL1に誘起され
る電力を交流電圧源Vで表し、受け側コイルL1をイン
ダクタンスLと内部抵抗RLとで表し、電界効果トラン
ジスタQ1を可変インピーダンスZで表す。また、共振
コンデンサC1は、そのままキャパシタンスCで表す。
そして、この共振回路に流れる電流をIで表せば、イン
ダクタンスLに貯えられるエネルギは数1で示され、
【数1】 この電流Iは、数2で示されることになる。
【数2】 しかも、インダクタンスLとキャパシタンスCは、共振
周波数が高周波電磁誘導の周波数に一致して数3の関係
となるので、
【数3】 これを数2に代入すれば、電流Iは数4で示される。
【数4】 従って、共振回路に流れる電流Iは、可変インピーダン
スZによって変化し、このためインダクタンスLに貯え
られるエネルギ、即ち充電器2から高周波電磁誘導によ
って供給される電力も、この可変インピーダンスZに応
じて変化することになる。
【0022】なお、本実施形態では、可変インピーダン
スZとして電界効果トランジスタQ1による可変抵抗素
子を用いているので、この電流Iの変化は、共振回路の
共振特性を示すQの低下によるものとなる。しかし、可
変インピーダンスZがインダクタンスやキャパシタンス
を変化させるものである場合には、共振回路の共振周波
数(共振点)のずれによって電流Iが変化することにな
る。
【0023】上記構成のPHS電話機1の充電回路は、
充電電流が所定値(例えば100mA)を超えようとす
ると、充電電流検出回路13がこれを検出して定電圧定
電流制御回路15が電界効果トランジスタQ1の抵抗値
を上昇させるので、共振回路に供給される電力を減少さ
せて定電流充電が行われるようにすることができる。ま
た、非水電解質二次電池11の電池電圧が所定値(例え
ば4.1V)を超えようとすると、電池電圧検出回路1
2がこれを検出して定電圧定電流制御回路15が電界効
果トランジスタQ1の抵抗値を上昇させるので、共振回
路に供給される電力を減少させて定電圧充電が行われる
ようにすることができる。さらに、非水電解質二次電池
11が満充電となって充電電流が所定値よりも小さくな
ると、満充電検出回路14がこれを検出してスイッチ素
子16を遮断することにより、充電を完了させることが
できる。
【0024】従って、本実施形態の充電回路を用いた場
合にも、図4に示した従来例と同様に、定電圧定電流充
電を行うことができる。しかも、本実施形態の場合に
は、高周波電磁誘導によって共振回路の受け側コイルL
1が受け取る電力自体を制御できるので、電力を過剰に
受け取って不要な分を熱として消費する必要がなくなる
ので、充電回路の発熱を大幅に減少することができるよ
うになる。
【0025】なお、上記実施形態では、受け側コイルL
1と共振コンデンサC1とからなる共振回路に電界効果ト
ランジスタQ1を挿入する場合について説明したが、イ
ンピーダンスを変化させることができる可変インピーダ
ンス回路であればどのような素子を用いてもよく、コイ
ルやコンデンサ等を含む複数の素子を組み合わせてイン
ピーダンスを変化させる可変インピーダンス回路を挿入
することもできる。また、この可変インピーダンス回路
は、共振回路の共振特性を示すQを変化させたり共振周
波数(共振点)にずれを生じさせるものであれば、共振
コンデンサC1に直列に挿入する他、任意の位置に挿入
することができる。
【0026】さらに、上記実施形態では、定電圧定電流
充電を行う充電回路について説明したが、定電圧充電又
は定電流充電のいずれかのみを行う充電回路にも同様に
実施可能である。また、上記実施形態では、PHS電話
機1の充電回路について説明したが、無接触充電システ
ムを用いる他の機器の充電回路にも同様に実施すること
ができ、非水電解質二次電池11以外の他の二次電池の
充電回路にも同様に実施することができる。
【0027】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の二次電池の充電回路によれば、受け側の共振回路のイ
ンピーダンスを変化させて不要な電力を受け取らないよ
うにするので、充電回路の発熱を低減することができる
ようになる。そして、充電回路の発熱が低減するという
ことは、無接点充電システム全体の効率が改善されたと
いうことでもあり、効率が上がることにより最終的に充
電出力のパワ−アップとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すものであって、PH
S電話機の充電回路の構成を示す回路ブロック図であ
る。
【図2】本発明の一実施形態を示すものであって、PH
S電話機の充電回路における共振回路部分とこの等価回
路を示す回路図である。
【図3】従来例を示すものであって、PHS電話機の充
電回路とこのPHS電話機の充電器の構成を示す回路ブ
ロック図である。
【図4】従来例を示すものであって、PHS電話機の充
電動作を説明する図である。
【符号の説明】
1 PHS電話機 11 非水電解質二次電池 12 電池電圧検出回路 13 充電電流検出回路 15 定電圧定電流制御回路 Q1 電界効果トランジスタ L1 受け側コイル C1 共振コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5G003 AA01 BA01 CA03 CA14 CC02 GA01 GB04 GB08 5H029 AJ02 AJ12 AM01 BJ27 CJ16 HJ17 HJ18 5H030 AA01 AS14 BB01 BB09 DD01 DD05 DD18 FF42 FF43

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁誘導による電力を受け取る受け側コ
    イルと共振コンデンサとで構成される共振回路の電力を
    整流して二次電池に供給する二次電池の充電回路におい
    て、 二次電池の充電電流及び/又は電池電圧を検出し、これ
    ら充電電流及び/又は電池電圧の大きさに応じて制御信
    号を出力する充電制御回路を設けると共に、 この充電制御回路が出力する制御信号に応じてインピー
    ダンスを変化させる可変インピーダンス回路を共振回路
    に挿入したことを特徴とする二次電池の充電回路。
  2. 【請求項2】 前記充電制御回路が、二次電池の充電電
    流と電池電圧とを検出し、充電電流が所定値を超えた場
    合、及び、電池電圧が所定値を超えた場合に、可変イン
    ピーダンス回路のインピーダンスを変化させる制御信号
    を出力するものであることを特徴とする請求項1に記載
    の二次電池の充電回路。
  3. 【請求項3】 前記可変インピーダンス回路が、共振コ
    ンデンサに直列に挿入されたMOS型電界効果トランジ
    スタであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記
    載の二次電池の充電回路。
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