JP2007020299A - 充電器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の充電器は、2次電池の負極側に接続され、充電電流を検出して出力電流信号を出力する一方、出力電流信号が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の切り替えを示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、充電初期には、出力電圧が第1目標値に達するまで出力電流信号を一定にする定電流制御を行い、出力電圧が第1目標値に達すると出力電圧を第1目標値にする定電圧制御に移行し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、目標値を第1目標値より高い第2目標値に上げて定電圧制御を行うように前記充電手段を制御する出力制御回路と、高感度検出モードにおいて出力電流信号が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路と、を備える。
【選択図】図1
Description
以下、図7を用いて、従来例の充電器について説明する。図7は、従来例の充電器のブロック構成図である。図7において、ACコネクタ1からのAC入力は入力フィルタ2を介して整流平滑回路3に供給される。整流平滑回路3で整流平滑された入力直流電圧は、スイッチ素子5によってスイッチングされてトランス4の1次側に供給される。スイッチ素子5はその制御端子にPWM(Pulse Width Modulation)制御回路6から駆動パルスを印加されてスイッチング動作を行う。トランス4の2次側に発生した交流電圧は整流平滑回路7に供給されて整流平滑された後、スイッチ部8を介して2次電池9に供給される。この供給電力はスイッチ素子5のオンオフ時間比を調整することによって制御できる。即ち、PWM制御回路6が出力する駆動パルスによって制御できる。
他方、特許文献1の従来例には、定電圧充電されている2次電池の満充電を検出する方式として、微小となった充電電流を高精度に検出して、充電電流が所定値に達することにより充電を終了するというものがある。しかし、充電電流の検出において、例えば2次電池9の負極側に介挿された充電電流検出抵抗10は、定電流充電時の損失低減のために低い抵抗値の抵抗が用いられる。この場合、満充電時には充電電流検出抵抗10に流れる電流が小さくなり、検出される電圧は部品のバラツキ等の影響を受け、高精度に電流を検出することが困難となる。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することが可能な充電器を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、2次電池を直流出力電力によって充電する充電手段を充電初期には定電流制御し、充電手段の出力電圧が所望の充電電圧近くまで上昇すると定電圧制御する充電器において、電流の検出感度の高低を切り替え可能な電流検出回路であって、2次電池と直列に接続され、充電電流を検出して出力電流信号を出力する一方、出力電流信号が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の高低を示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、前記充電手段の出力電圧と前記電流検出回路の出力電流信号と検出モード信号とが入力され、充電初期には、前記充電手段の出力電圧が第1目標値に達するまで出力電流信号を一定にする定電流制御を行い、前記充電手段の出力電圧が第1目標値に達すると該出力電圧を第1目標値にする定電圧制御に移行し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記充電手段の出力電圧の目標値を第1目標値より高い第2目標値に上げて定電圧制御を行うように前記充電手段を制御する出力制御回路と、出力電流信号と検出モード信号とが入力され、高感度検出モードにおいて出力電流信号が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路とを備えたことを特徴とする充電器である。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による検出電圧の変動が、充電動作に影響しない。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による検出電圧の変動が、充電動作に影響しない。
2次電池と直列に接続される第1の抵抗を有して、該第1の抵抗の両端電圧を前記出力電流信号として出力し、第2の抵抗と検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子との直列回路を有して、該直列回路と前記第1の抵抗を並列に接続した構成を有し、出力電流信号と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による検出電圧の変動が、充電動作に影響しない。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による検出電圧の変動が、充電動作に影響しない。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しない。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しない。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しない。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しない。
さらに、電流検出回路の感度を変化させることによる検出電圧や充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しないという効果を有する。
図1〜図3を用いて、本発明の実施の形態1の充電器について説明する。まず、本発明の実施の形態1の充電器の構成について、図1、図2を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る充電器のブロック構成図である。図1において、ACコネクタ1からのAC入力は入力フィルタ2を介して整流平滑回路3に供給される。整流平滑回路3で整流平滑された入力直流電圧は、スイッチ素子5によってスイッチングされてトランス4の1次側に供給される。スイッチ素子5はその制御端子にPWM(Pulse Width Modulation)制御回路6から駆動パルスを印加されてスイッチング動作を行う。
トランス4の2次側に発生した交流電圧は、整流平滑回路7に供給されて整流平滑された後、スイッチ部8を介して2次電池9に供給される。2次電池9に供給される直流出力電力は、スイッチ素子5のオンオフ時間比を調整することによって制御できる。即ち、直流出力電力は、PWM制御回路6が出力する駆動パルスによって制御できる。充電手段は、入力フィルタ2、整流平滑回路3、トランス4、スイッチ素子5、PWM制御回路6、整流平滑回路7、スイッチ部8、フォトカプラ回路15で構成されている。
図2において出力制御回路11は、出力電圧信号Vo、出力電流信号Vc、検出モード信号Vmを入力され、充電手段が充電制御を行う為の信号をフォトカプラ回路15に出力する。出力制御回路11は、充電手段の3段階の充電制御を行う為に、2つのエラーアンプ115、120を備えている。一方のエラーアンプ115は、負入力端子に出力電圧信号Voの分圧を入力され、正入力端子に基準電圧Vr(例えば1V)または基準電圧Vrの分圧を入力され、2つの電圧の比較結果を出力する。他方のエラーアンプ120は、負入力端子に出力電流信号Vcを入力され、正入力端子に基準電圧Vs(例えば1V)または基準電圧Vsの分圧を入力され、2つの電圧の比較結果を出力する。出力制御回路11は、検出モード信号Vmによりオンオフするスイッチ素子114、119と、エラーアンプ115の出力にカソードを接続されるダイオード116と、エラーアンプ120の出力にカソードを接続されるダイオード121を備えている。スイッチ素子114、119は、検出モード信号Vmが“H”の時オンし、検出モード信号Vmが“L”の時オフする。
ダイオード116とダイオード121のアノードは接続されており、エラーアンプ115の出力とエラーアンプ120の出力の低い方が選択されてフォトカプラ回路15へ出力される。
ORゲート131の出力がスイッチ部8をオンオフする。スイッチ部8はORゲート131の出力が“H”の時オンし、ORゲート131の出力が“L”の時オフする。即ち、充電制御回路13は、検出モード信号Vmが“L”且つ出力電流信号Vcが第3の電圧V3より低いと、充電終了と判断して“L”を出力し、スイッチ部8をオフする。
抵抗160の抵抗値をR1、抵抗161の抵抗値をR2、抵抗164の抵抗値をR64、抵抗165の抵抗値をR65とする。例えば、R1は0.2Ωと小さくし、R2は1.8Ωと大きく設定する。抵抗164と抵抗165による分圧比をd=R65/(R64+R65)(例えば1/14)とする。
図3において時刻t0は、2次電池9が放電されて電池電圧が低下し、2次電池9の充電をはじめる時である。検出モード信号が“H”であれば、抵抗161は短絡され、抵抗値の小さい抵抗160によって高効率に充電電流Icが検出される。発生する出力電流信号Vcは、
Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic) … (1)
となる。
Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic) … (2)
となる。検出モード信号が“L”の場合の出力電流信号Vc(2)は、検出モード信号が“H”の場合の出力電流信号Vc(1)に比べ、例えば10倍に大きくなる。このため、出力電流信号Vcは第1の電圧V1(=0.7V)を超え、比較器163は“H”の検出モード信号Vmを出力し、抵抗161は短絡される。電流検出回路16は低感度状態となり、抵抗160によって高効率に充電電流Icを検出する。
2次電池9の充電電圧が低いため、出力電圧信号Voも低くなり、負入力端子に入力される電圧(出力電圧信号Voの分圧(Vo×a))は、正入力端子に入力される電圧(基準電圧Vrの分圧(Vr×b))より低くなる。よって、エラーアンプ115の出力は“H”にプルアップされる。
従って、エラーアンプ120の出力が選択されて、出力制御回路11から出力される。
Vo=Vr×b/a … (3)
となるように、充電電圧スイッチ素子5のオンオフ時間比を調整する。これにより、充電器は出力電圧信号VoをVr×b/a(第1目標値)で定電圧充電動作する。
充電器が定電圧充電動作することにより、充電電流Icは減少し、出力電流信号Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic)も低下する。尚、出力電圧信号Vo=Vr×b/aは2次電池9のほぼ満充電状態の充電電圧に設定される。例えば、出力電圧信号Vo=Vr×b/a=4Vとすると、b/a=4となる。
検出モード信号Vmが“L”になると、出力制御回路11ではスイッチ素子114とスイッチ素子119がオフし、電流検出回路16ではスイッチ素子162とスイッチ素子166がオフする。スイッチ素子162のオフにより、抵抗160と抵抗161との直列回路に充電電流Icが流れ、出力電流信号VcはVc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)と大きくなる。電流検出回路16は高感度状態となる。一方、スイッチ素子166のオフにより、比較器163の負入力端子には第1の電圧V1が印加される。
V1×d×R2/R1 … (4)
上昇しようとする。例えば出力電圧信号Voが0.25A×1.8Ω=0.45V上昇しようとする。実際には、それまでの充電電流Icが整流平滑回路7の平滑手段であるコンデンサの充電にも費やされるので、前記計算値より小さい値となるが、出力電圧信号Voが急増する。
Vo=Vr/a … (5)
となるように、充電電圧スイッチ素子5のオンオフ時間比を調整する。これにより、充電器は出力電圧信号VoをVr/a(第2目標値)で定電圧充電動作する。
出力電圧信号Voの上昇分は、(3)、(5)より、
Vr/a−Vr×b/a … (6)
となる。
b=1−V1×R2×a×d/(Vr×R1)
となる。例えばb/a=4とすると、a≒0.225,b≒0.899となる。これにより、定電圧充電動作中の出力電圧信号Voの急増にもかかわらず、充電電流はスムーズに減少を続け、大きくなった検出抵抗によって検出精度を上げることができる。
時刻t3は、出力電流信号Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)が第3の電圧V3(第2の設定値)以下になる時である。例えば、第3の電圧V3が0.1Vであれば、充電電流Icが0.05A以下になる時である。この時、充電制御回路13の比較器130は“L”を出力する。検出モード信号Vmも“L”であるから、ORゲート131は“L”を出力する。ORゲート131からの“L”信号により、スイッチ部8はスイッチ素子をオフする。即ち、充電制御回路13は充電終了を判断し、“L”を出力し、スイッチ部8をオフする。充電器は2次電池9の充電を終了する。出力電圧信号Voは、電流検出回路16の電圧降下分減少する。この時の出力電圧信号Voの値が、2次電池9の満充電状態の充電電圧である。
以上のように、本発明の実施の形態1の充電器は、検出レベルの相対誤差を縮小することにより、検出精度を上げることなく、充電終了電流を精度よく検出できる。
図5、図6を用いて、本発明の実施の形態2の充電器について説明する。まず、本発明の実施の形態2の充電器の構成について、図5を用いて説明する。
図5は、本発明の実施の形態2に係る充電器の回路構成図である。図5において、20はACアダプタなど電源供給回路であり、21は電源供給回路20からの直流電力を供給される充電手段である。充電手段21は、例えばスイッチング式のDC−DCコンバータやシリーズレギュレータのような非絶縁型電源回路であって、制御端子への信号レベルに応じて出力を制御する機能と、SD端子への信号によってシャットダウンする機能を有する。充電手段21の出力電圧をVdとする。
抵抗220の抵抗値をR1、抵抗221の抵抗値をR2、抵抗224の抵抗値をR24、抵抗225の抵抗値をR25とする。例えばR1は0.2Ωと小さくし、R2は1.8Ωと大きく設定する。抵抗224と抵抗225による分圧比をd=R25/(R24+R25)(例えば1/20)とする。
一方、検出モード信号が“L”の時、スイッチ素子226はオフし、比較器223の正入力端子に、充電手段21の出力電圧Vdから基準電圧Vsを差し引いた電圧が印加される。比較器223の正入力端子に印加される電圧は、Vd−Vs(=Vd−1V)となる。即ち、比較器223は、充電電流Icによる抵抗220と抵抗221との直列回路の電圧降下Vc(=(R1+R2)×Ic=2Ω×Ic)とVs(=1V)とを比較する。
エラーアンプ232の負入力端子に、抵抗230と抵抗231が電池電圧Vbを分圧した電圧が印加される。エラーアンプ232の負入力端子に印加される電圧は、Vb×aとなる。エラーアンプ232の正入力端子に印加される電圧は、基準電圧Vrである。
ダイオード237とダイオード238のアノードは接続されており、エラーアンプ232の出力とエラーアンプ237の出力の低い方が選択されて充電手段21の制御端子へ出力される。
抵抗240の抵抗値をR40、抵抗241の抵抗値をR41とする。抵抗240と抵抗241による分圧比をe=R41/(R40+R41)(例えば1/10)とする。
図6において時刻t0は、2次電池9が放電されて電池電圧が低下し、2次電池9の充電をはじめる時である。検出モード信号が“H”であれば、抵抗221は短絡され、抵抗値の小さい抵抗220によって高効率に充電電流Icが検出される。電流検出回路22の電圧降下Vcは、
Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic) … (7)
となる。
Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic) … (8)
となる。検出モード信号が“L”の場合の電流検出回路22の電圧降下Vc(8)は、検出モード信号が“H”の場合の電流検出回路22の電圧降下Vc(7)に比べ、例えば10倍に大きくなる。このため、電流検出回路22の電圧降下Vcは基準電圧Vs(=1V)を超え、比較器223は“H”の検出モード信号Vmを出力し、抵抗221は短絡される。電流検出回路22は低感度状態となり、抵抗220によって高効率に充電電流Icを検出する。
従って、エラーアンプ237の出力が選択されて、出力制御回路23から出力される。
充電器が定電圧充電動作することにより、充電電流Icは減少し、電流検出回路22の電圧降下Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic)も低下する。尚、電池電圧Vb=Vr/aは2次電池9のほぼ満充電状態の充電電圧に設定される。例えば、電池電圧Vb=Vr/a=4Vとすると、a=0.25となる。
検出モード信号Vmが“L”になると、出力制御回路23ではスイッチ素子236がオフし、電流検出回路22ではスイッチ素子222とスイッチ素子226がオフする。スイッチ素子222のオフにより、抵抗220と抵抗221との直列回路に充電電流Icが流れ、電流検出回路22の電圧降下VcはVc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)と大きくなる。電流検出回路22は高感度状態となる。一方、スイッチ素子226のオフにより、比較器223の負入力端子には充電手段21の出力電圧Vdから基準電圧Vsが差し引かれた電圧(Vd−Vs)が印加される。
時刻t3は、電流検出回路22の電圧降下Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)がVs×e=0.1V(第2の設定値)以下になる時である。例えば、基準電圧Vsが1Vであれば、充電電流Icが0.05A以下になる時である。この時、充電制御回路24の比較器242は“L”を出力する。検出モード信号Vmも“L”であるから、ORゲート243は“L”を出力する。ORゲート243からの“L”信号により、充電手段21は出力を停止する。即ち、充電制御回路24は充電終了を判断し、“L”を出力し、充電手段21を停止させる。充電器は2次電池9の充電を終了する。
尚、本発明の実施の形態2では、充電電流の検出抵抗を、抵抗220と抵抗221の直列回路に、抵抗221を短絡するスイッチ素子222を設ける構成としたが、本発明はこの方式に限定されるものではない。例えば、実施の形態1の図2に対する図4のように、抵抗220とスイッチ素子222の直列回路に抵抗221を並列に接続した構成でも同様の効果が得られる。
2 入力フィルタ
3 整流平滑回路
4 トランス
5 スイッチ素子
6 PWM制御回路
7 整流平滑回路
8 スイッチ部
9 2次電池
11 出力制御回路
13 充電制御回路
15 フォトカプラ回路
16 電流検出回路
Claims (8)
- 2次電池を直流出力電力によって充電する充電手段を充電初期には定電流制御し、充電手段の出力電圧が所望の充電電圧近くまで上昇すると定電圧制御する充電器において、
電流の検出感度の高低を切り替え可能な電流検出回路であって、2次電池と直列に接続され、充電電流を検出して出力電流信号を出力する一方、出力電流信号が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の高低を示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、
前記充電手段の出力電圧と前記電流検出回路の出力電流信号と検出モード信号とが入力され、充電初期には、前記充電手段の出力電圧が第1目標値に達するまで出力電流信号を一定にする定電流制御を行い、前記充電手段の出力電圧が第1目標値に達すると該出力電圧を第1目標値にする定電圧制御に移行し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記充電手段の出力電圧の目標値を第1目標値より高い第2目標値に上げて定電圧制御を行うように前記充電手段を制御する出力制御回路と、
出力電流信号と検出モード信号とが入力され、高感度検出モードにおいて出力電流信号が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路と
を備えたことを特徴とする充電器。 - 前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗と第2の抵抗との直列回路を有して、該直列回路の両端電圧を出力電流信号として出力し、
前記第2の抵抗と並列に接続され、検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子を有し、
出力電流信号と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする請求項1記載の充電器。 - 前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗を有して、該第1の抵抗の両端電圧を前記出力電流信号として出力し、
第2の抵抗と検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子との直列回路を有して、該直列回路と前記第1の抵抗を並列に接続した構成を有し、
出力電流信号と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする請求項1記載の充電器。 - 前記出力制御回路は、
充電初期には、前記充電手段の出力電圧を第1目標値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記充電手段の出力電圧を第2目標値と比較増幅する第1のエラーアンプと、
充電初期には、出力電流信号を所望値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、出力電流信号を所望値より高い所定値と比較増幅する第2のエラーアンプと、
前記第1のエラーアンプの出力と前記第2のエラーアンプの出力から、前記充電手段の直流出力電力が小さくなる方を選択し、出力する選択回路を有することを特徴とする請求項1記載の充電器。 - 2次電池を直流出力電力によって充電する充電手段を充電初期には定電流制御し、充電手段の出力電圧が所望の充電電圧近くまで上昇すると定電圧制御する充電器において、
電流の検出感度の高低を切り替え可能な電流検出回路であって、2次電池と直列に接続され、充電電流を検出する一方、電流検出回路の電圧降下が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の高低を示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、
前記充電手段の出力電圧と2次電池の電池電圧と検出モード信号とが入力され、充電初期には、2次電池の電池電圧が満充電状態の充電電圧に達するまで前記電流検出回路の電圧降下を一定にする定電流制御を行い、2次電池の電池電圧が満充電状態の充電電圧に達すると2次電池の電池電圧を満充電状態の充電電圧にする定電圧制御に移行するように前記充電手段を制御する出力制御回路と、
前記充電手段の出力電圧と2次電池の電池電圧と検出モード信号とが入力され、高感度検出モードにおいて前記電流検出回路の電圧降下が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路と
を備えたことを特徴とする充電器。 - 前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗と第2の抵抗との直列回路を有し、
前記第2の抵抗と並列に接続され、検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子を有し、
前記電流検出回路の電圧降下と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする請求項5記載の充電器。 - 前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗を有し、
第2の抵抗と前記検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子との直列回路を有して、該直列回路と前記第1の抵抗を並列に接続した構成を有し、
前記電流検出回路の電圧降下と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする請求項5記載の充電器。 - 前記出力制御回路は、
2次電池の電池電圧を満充電状態の充電電圧と比較増幅する第1のエラーアンプと、
充電初期には、前記電流検出回路の電圧降下を所望値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記電流検出回路の電圧降下を所望値より高い所定値と比較増幅する第2のエラーアンプと、
前記第1のエラーアンプの出力と前記第2のエラーアンプの出力から、前記充電手段の直流出力電力が小さくなる方を選択し、出力する選択回路とを有することを特徴とする請求項5記載の充電器。
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