JP2017175688A - 充電制御回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御部30は、充電信号と遮断信号を出力する。中間ラインLmと電源ラインL2の間には、スイッチ部40が配設されている。スイッチ部40は、充電信号が入力されているときに充電電流を流し、遮断信号が入力されているときに充電電流を止める。充電電流が流れているときに充電池BATは充電され、充電電流が流れていないときに充電池BATは自然放電する。制御部30は、充電信号の出力中に充電池BATの電圧が上昇して所定の上限電圧に達したとき、充電信号から遮断信号に切り換える。一方、制御部30は、遮断信号の出力中に充電池BATの電圧が下降して所定の下限電圧に達したとき、遮断信号から充電信号に切り換える。スイッチ部40は、充電電流が流れているときに中間ラインの中間電位Vmと電源ラインL2の電位V2との電位差に相当する電圧を生じる。
【選択図】図1
Description
ここで、トリクル充電は、急速充電に比べて少ない充電電流で充電池を充電するものである。トリクル充電は、充電池に供給する電流量そのものを少なくしたり、電流供給期間と電流供給休止期間を所定の比率で有するパルス電流であって電流供給期間の電流値が一定であるパルス電流を充電電流とすることにより平均の電流量を少なくしたりする。
特許文献1は、トリクル充電を行う充電回路を開示する。
そこで、特許文献1に記載の充電回路は、充電池の満充電状態における自然放電量よりも少なく、かつ、充電池において最も少なくなる自然放電量よりも多い電流でトリクル充電を行う。
そこで、特許文献1に記載の充電回路は、充電池の使用時の温度を測定し、その温度に応じた充電電流でトリクル充電を行う。
そこで、特許文献1に記載の充電回路は、充電池の電圧が満充電状態における電圧の90%以下である場合、または充電地の残量が満充電状態における残量の95%以下である場合はその充電池を急速充電する。
また、その充電回路では、充電池の使用時の温度を測定し、その温度に応じてトリクル充電の充電電流を設定しなければならない。
更に、その充電回路では、経年変化等のために設定した充電電流によるトリクル充電では充電地を満充電状態に戻せなくなった場合、急速充電を行わなければならない、
充電池を充電する充電電流を制御する充電制御回路であって、
前記充電池の一方の端子に接続され、第1の電位が印加される第1の電源ラインと、
第2の電位が印加される第2の電源ラインと、
前記充電池の他方の端子に接続され、前記充電池により中間電位となる中間ラインと、
充電信号の出力中に前記第1の電源ラインの第1の電位と前記中間ラインの中間電位との電位差である電圧が上昇して所定の上限電圧に達したときに当該充電信号から遮断信号に切り換え、当該遮断信号の出力中に前記第1の電源ラインの第1の電位と前記中間ラインの中間電位との電位差である電圧が下降して所定の下限電圧に達したときに当該遮断信号から前記充電信号に切り換える制御部と、
前記中間ラインと前記第2の電源ラインの間に配設されており、前記充電信号が入力されているときに前記充電電流を流し、前記遮断信号が入力されているときに前記充電電流を止めるスイッチ部と、
を備えることを特徴とする。
前記上限電圧は、前記充電池が満充電状態であるときに当該充電池から出力される満充電電圧より所定の電圧だけ高く、
前記下限電圧は、前記満充電電圧より所定の電圧だけ低い、
ことを特徴とする。
第3の電源ラインと、
前記第1の電源ラインから供給される第1の電位と前記中間ラインから供給される中間電位とによって動作し、前記中間電位との電位差が一定である第3の電位を前記第3の電源ラインに出力する定電圧生成部と、
を備え、
前記制御部が、
前記第1の電源ラインと前記中間ラインに接続され、前記第1の電位と前記中間電位に基づいて比較電位を生成し、当該比較電位を出力する比較電位生成部と、
前記第3の電源ラインと前記中間ラインに接続され、前記第3の電位と前記中間電位に基づいて基準電位を生成し、当該基準電位を出力する基準電位生成部と、
前記第3の電源ラインから供給される第3の電位と前記中間ラインから供給される中間電位とによって動作し、前記比較電位と前記基準電位との比較に基づいて前記充電信号に相当するレベルの電位または前記遮断信号に相当するレベルの電位を出力するコンパレータと、
一端と他端がそれぞれ前記コンパレータの出力端と非反転入力端に接続され、前記コンパレータから出力される前記充電信号に相当するレベルの電位および前記遮断信号に相当するレベルの電位にヒステリシスを付与するヒステリシス用抵抗と、
を備える、
ことを特徴とする。
前記スイッチ部が、
前記充電信号に相当するレベルの電位が入力するとき充電電位を出力し、前記遮断信号に相当するレベルの電位が入力するとき遮断電位を出力する電位変換部と、
一端が前記中間ラインに接続された抵抗と、
電流路の一端が前記第2の電源ラインに接続され、当該電流路の他端が前記抵抗の他端に接続され、制御端が前記電位変換部の出力端に接続されており、当該制御端に前記充電電位が入力されるときに当該電流路を導通させ、当該制御端に前記遮断電位が入力されるときに当該電流路を遮断する半導体素子と、
を備える、
ことを特徴とする。
前記第1の電源ラインに印加される第1の電位が、前記第2の電源ラインに印加される第2の電位よりも高く、
前記半導体素子が、NMOSトランジスタであり、
前記コンパレータの非反転入力端と反転入力端とにそれぞれ前記基準電位と前記比較電位が入力される、
ことを特徴とする。
充電制御回路10は、充電電流を充電池BATに流したり、止めたりする。充電制御回路10は、第1の電源ラインである電源ラインL1と、第2の電源ラインである電源ラインL2と、第3の電源ラインである電源ラインL3と、中間ラインLmと、平滑用コンデンサC10と、定電圧生成部20と、制御部30と、スイッチ部40とを有する。
電源ラインL1は、端子T1と端子T3に接続されている。電源ラインL2は、端子T2に接続されている。中間ラインLmは、端子T4に接続されている。
端子T1と端子T2には、外部の直流電源が接続される。端子T1には、第1の電位である電位V1が印加される。端子T2には、第2の電位である電位V2が印加される。電位V1と電位V2は例えばそれぞれ380Vと0Vである。電位V1と電位V2は例えばそれぞれ190Vと−190Vであってもよい。または、電位V1と電位V2は例えばそれぞれ30Vと0Vであってもよい。
中間ラインLmの電位は、電源ラインL1の電位V1よりも充電池BATの出力する電圧だけ低い中間電位Vmとなる。
定電圧生成部20は、電源ラインL1と中間ラインLmから供給される電圧(電位V1と中間電位Vmの電位差)によって動作し、第3の電位である電位V3を電源ラインL3に出力する。定電圧生成部20の出力、すなわち電位V3と中間電位Vmとの電位差は、一定であって安定している。一例として、外部直流電源から端子T1と端子T2に供給される電圧が30Vであり、充電池BATの満充電電圧が24Vであるとき、電位V3と中間電位Vmとの電位差は20Vである。定電圧生成部20の構成は周知であって本発明の範囲外であるため、その説明は省略する。
中間ラインLmと電源ラインL2の間には、スイッチ部40が配設されている。スイッチ部40は、充電信号が入力されているときに充電電流を流し、遮断信号が入力されているときに充電電流を止める。充電電流が流れているときに充電池BATは充電され、充電電流が流れていないときに充電池BATは自然放電する。
電源ラインL1の電位V1と中間ラインLmの中間電位Vmとの電位差は、充電池BATの一方の端子(例えばプラス端子)と他方の端子(例えばマイナス端子)の間の電圧(以下、充電池BATの電圧という。)である。
図2(A)に示すように、制御部30は、充電信号の出力中に充電池BATの電圧が上昇して所定の上限電圧に達したとき、充電信号から遮断信号に切り換える。一方、制御部30は、遮断信号の出力中に充電池BATの電圧が下降して所定の下限電圧に達したとき、遮断信号から充電信号に切り換える。
ただし、充電池BATを満充電する必要がない場合には、上限電圧を満充電電圧より低く設定してもよい。
一方、スイッチ部40は、遮断信号が入力されているときに中間ラインLmと電源ラインL2を電気的に切り離して充電電流を止める。このとき、充電池BATは自然放電する。
比較電位生成部31は、電源ラインL1と中間ラインLmに接続される。比較電位生成部31は、抵抗R30と抵抗R31を有する。抵抗R30は、一端が中間ラインLmに接続されており、他端が抵抗R31の一端に接続されている。抵抗R31の他端は電源ラインL1に接続されている。比較電位生成部31は、抵抗R30と抵抗R31により電位V1と中間電位Vmとの電位差(電圧)電圧を分圧して電位V3と中間電位Vmの電位差の範囲(例えば、0V〜20Vの範囲)で比較電位を生成し、それを出力する。
コンパレータ33は、電源ラインV3と中間ラインLmから供給される電圧(電位V3と中間電位Vmの電位差、例えば20V)によって動作する。コンパレータ33の反転入力端には比較電位生成部31の出力である比較電位が入力される。コンパレータ33の非反転入力端には基準電位生成部32の出力である基準電位が入力される。コンパレータ33の出力端と非反転入力端には、ヒステリシス用抵抗R34の一方の端子と他方の端子がそれぞれ接続されている。
このため、コンパレータ33は、基準電位より低かった比較電位が徐々に上がっていき、基準電位より所定の電位だけ高くなったとき(すなわち、充電池の電圧が徐々に上がっていき、上限電位に達したとき)に、その出力を充電信号に相当するレベルの電位から遮断信号に相当するレベルの電位に変える。また、コンパレータ33は、基準電位より高かった比較電位が徐々に下がっていき、基準電位より所定の電位だけ低くなったとき(すなわち、充電池の電圧が徐々に下がっていき、下限電位に達したとき)に、その出力を遮断信号に相当するレベルの電位から充電信号に相当するレベルの電位に変える。
電位変換部41は、充電信号に相当するレベルの電位が入力するとき充電電位を出力し、遮断信号に相当するレベルの電位が入力するとき遮断電位を出力する。電位変換部41は、PNPトランジスタQ40と,抵抗R41と、抵抗R42と、抵抗R43と、チェナーダイオードZ40とを有する。
PNPトランジスタQ40は、コンパレータ33が充電信号に相当するレベルの電位を出力するときにオンし、電位変換部41の出力を充電電位にする。このとき、抵抗R41と抵抗R42はPNPトランジスタQ40のエミッタからコレクタに流れる電流を制限する。そして、チェナーダイオードZ40は、NMOSトランジスタ42のゲートに過電圧がかかることを防止する。
一方、PNPトランジスタQ40は、コンパレータ33が遮断信号に相当するレベルの電位を出力するときにオフする。このとき、抵抗R43は、電位変換部41の出力を電源ラインL2の電位V2にクランプし、電位変換部41の出力を遮断電位にする。
ただし、この場合には、PMOSトランジスタの電流路(ソースードレイン間)を導通させるときには例えばゲートに電源ラインL1の電位より所定の電圧だけ低い電位を入力し、電流路を遮断するときにはゲートに電源ラインL1の電位と同一の電位を入力する。
また、この場合には、電源ラインL2が本発明の第1の電源ラインであり、電源ラインL1が本発明の第2の電源ラインである。
また、本発明によれば、電流供給期間と電流供給休止期間の計測は不要である。充電池BATが充電されてその電圧が下限電圧から上限電圧まで上昇する期間が電流供給期間となり、充電池BATが自然放電してその電圧が上限電圧から下限電圧まで下降する期間が電流停止期間となる。
また、本発明によれば、充電池の使用時の温度に応じてトリクル充電の平均電流値を設定することは不要である。
更に、本発明によれば、充電池BATの電圧は下限電圧より下に低下することはない。このため、経年変化等のためにトリクル充電に必要な電流値が変化しても急速充電が必要な状態に至ることはない。
Claims (5)
- 充電池を充電する充電電流を制御する充電制御回路であって、
前記充電池の一方の端子に接続され、第1の電位が印加される第1の電源ラインと、
第2の電位が印加される第2の電源ラインと、
前記充電池の他方の端子に接続され、前記充電池により中間電位となる中間ラインと、
充電信号の出力中に前記第1の電源ラインの第1の電位と前記中間ラインの中間電位との電位差である電圧が上昇して所定の上限電圧に達したときに当該充電信号から遮断信号に切り換え、当該遮断信号の出力中に前記第1の電源ラインの第1の電位と前記中間ラインの中間電位との電位差である電圧が下降して所定の下限電圧に達したときに当該遮断信号から前記充電信号に切り換える制御部と、
前記中間ラインと前記第2の電源ラインの間に配設されており、前記充電信号が入力されているときに前記充電電流を流し、前記遮断信号が入力されているときに前記充電電流を止めるスイッチ部と、
を備えることを特徴とする充電制御回路。 - 前記上限電圧は、前記充電池が満充電状態であるときに当該充電池から出力される満充電電圧より所定の電圧だけ高く、
前記下限電圧は、前記満充電電圧より所定の電圧だけ低い、
ことを特徴とする請求項1に記載の入力電圧制御装置。 - 第3の電源ラインと、
前記第1の電源ラインから供給される第1の電位と前記中間ラインから供給される中間電位とによって動作し、前記中間電位との電位差が一定である第3の電位を前記第3の電源ラインに出力する定電圧生成部と、
を備え、
前記制御部が、
前記第1の電源ラインと前記中間ラインに接続され、前記第1の電位と前記中間電位に基づいて比較電位を生成し、当該比較電位を出力する比較電位生成部と、
前記第3の電源ラインと前記中間ラインに接続され、前記第3の電位と前記中間電位に基づいて基準電位を生成し、当該基準電位を出力する基準電位生成部と、
前記第3の電源ラインから供給される第3の電位と前記中間ラインから供給される中間電位とによって動作し、前記比較電位と前記基準電位との比較に基づいて前記充電信号に相当するレベルの電位または前記遮断信号に相当するレベルの電位を出力するコンパレータと、
一端と他端がそれぞれ前記コンパレータの出力端と非反転入力端に接続され、前記コンパレータから出力される前記充電信号に相当するレベルの電位および前記遮断信号に相当するレベルの電位にヒステリシスを付与するヒステリシス用抵抗と、
を備える、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の充電制御回路。 - 前記スイッチ部が、
前記充電信号に相当するレベルの電位が入力するとき充電電位を出力し、前記遮断信号に相当するレベルの電位が入力するとき遮断電位を出力する電位変換部と、
一端が前記中間ラインに接続された抵抗と、
電流路の一端が前記第2の電源ラインに接続され、当該電流路の他端が前記抵抗の他端に接続され、制御端が前記電位変換部の出力端に接続されており、当該制御端に前記充電電位が入力されるときに当該電流路を導通させ、当該制御端に前記遮断電位が入力されるときに当該電流路を遮断する半導体素子と、
を備える、
ことを特徴とする請求項3に記載の充電制御回路。 - 前記第1の電源ラインに印加される第1の電位が、前記第2の電源ラインに印加される第2の電位よりも高く、
前記半導体素子が、NMOSトランジスタであり、
前記コンパレータの非反転入力端と反転入力端とにそれぞれ前記基準電位と前記比較電位が入力される、
ことを特徴とする請求項4に記載の入力電圧制御装置。
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