JP3430283B2 - バッテリチャージャ - Google Patents

バッテリチャージャ

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JP3430283B2 JP33041196A JP33041196A JP3430283B2 JP 3430283 B2 JP3430283 B2 JP 3430283B2 JP 33041196 A JP33041196 A JP 33041196A JP 33041196 A JP33041196 A JP 33041196A JP 3430283 B2 JP3430283 B2 JP 3430283B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はバッテリチャージャ
に関し、特にリチュームイオンバッテリ等の蓄電池を短
時間で充電するのに好適なバッテリチャージャに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図3は従来のバッテリチャージャの構成
例を示す図である。図示するように、従来のバッテリチ
ャージャ100は電源端子1、整流回路2、PWM制御
部3、パルス電源部4、ダイオード5、電圧検出部7、
基準電圧発生器8、抵抗器9、抵抗器10、スイッチ1
1、充電端子14を具備する。バッテリ200はケーシ
ング22にバッテリ素子21が収納された構成であり、
該ケーシング22に充放電用の端子23,23を設け、
バッテリ素子21の電極がそれぞれ電線24、25で接
続されている。バッテリチャージャ100の充電端子1
4,14にバッテリ200の端子23,23を接続し、
充電するようになっている。
【0003】バッテリチャージャ100のPWM制御部
3はPWM制御回路3−1、ホトカプラ3−2を具備
し、パルス電源部4は出力トランス4−1及びトランジ
スタ4−2を具備する。電源端子1に供給されたAC電
源は整流回路2で直流に変換され、パルス電源部4へ供
給される。PWM制御部3のPWM制御回路3−1から
のパルス信号によりトランジスタ4−2をON・OFF
制御し、整流回路2からの直流出力をON・OFFす
る。PWM制御部3はPWM制御回路3−1のパルス信
号のパルス幅を制御することにより、パルス電源部4の
ON・OFF時間を制御し、パルス電源部4で直流をO
N・OFFした出力は高周波整流用のダイオード5、ス
イッチ11を介して充電端子14へ供給される。
【0004】出力電圧V1は抵抗器9及び抵抗器10で
分圧され、該分圧された電圧と基準電圧Vr1とが電圧検
出部7で比較され、その差電圧が増幅されPWM制御部
3のホトカプラ3−2へ入力される。PWM制御部3で
は該ホトカプラ3−2で信号を受け、PWM制御回路3
−1の出力信号のパルス幅を制御し、前記出力電圧V1
を分圧した電圧と基準電圧Vr1の差電圧が0になるよう
に制御する。同様に、充電初期には充電電流Iは定電流
制御回路で一定に制御されるが、ここでは回路の図示は
省略する。
【0005】図4は従来のバッテリチャージャの充電特
性を示す図である。充電初期の定電流充電領域では充電
電流Iを一定に制御し、出力電圧V1が設定電圧に達し
た後は前記説明したように一定電圧に制御される(定電
圧充電領域)。充電電流Iが満電流I0まで減衰すると
充電完了と判定しスイッチ11はオフされる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成のバッテリチャージャ100では高周波整流用の
ダイオード5の発熱が大きく、ショットキーダイオード
を使用した場合でも順方向電圧が0.4Vあり、例えば
充電電流が3Aの時は1.2Wの電力(熱)損失とな
る。また、バッテリ200はスイッチ11の抵抗(接触
抵抗)値Rs、基板パターンの抵抗値Rf、充電端子1
4の接触抵抗の抵抗値Rcが直列に挿入されたことにな
り、バッテリ200の端子23、23間に印加される充
電電圧Vbは出力電圧V1より前記抵抗値による電圧降
下{I(Rs+Rf+Rc)}分だけ低下し図4のVb
に示すように、 Vb=V1−I(Rs+Rf+Rc) となる。即ち、定電圧領域では充電電圧Vbが徐々に上
昇し出力電圧V1に近づくので充電電流Iの減衰も遅く
充電完了時間tも長くなると云う問題があった。
【0007】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し熱損失が少なく、且つ充電時間
を大幅に短縮できるバッテリチャージャを提供すること
を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項1に記載の発明は、交流を直流に変換する整流回
路、該整流回路の直流出力をON・OFFするパルス電
源部、該パルス電源部を制御するPWM制御部、該パル
ス電源部の出力を整流する高周波整流回路、出力電圧
1 と第1の基準電圧 r1 とを比較しその差 1 −V r1 を該
PWM制御部にフィードバックする第1のフィードバッ
ク回路とを具備し、該PWM制御部からのパルス信号の
パルス幅を制御し、パルス電源部のON・OFF時間を
制御して出力電圧 1 を制御し、スイッチを通して充電
端子に接続されたバッテリーに出力するように構成され
バッテリチャージャにおいて、スイッチよりバッテリ
側で且つバッテリの電極近傍からバッテリ電圧Vbを取
り出し、該バッテリ電圧Vbと第2の基準電圧 r2 とを
比較し差電圧Vb−V r2 前記PWM制御部にフィード
バックする第2のフィードバック回路を第1のフィード
バック回路とは別途に設けたことを特徴とする。
【0009】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載のバッテリチャージャにおいて、前記高周波整流
回路にFETを使用し、該FETをパルス電源部の出力
によりON−OFFするように構成することを特徴とす
る。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて詳細に説明する。図1は本発明のバッテリ
チャージャの構成例を示す図である。図示するように、
本発明のバッテリーチャージャ100は高周波整流回路
としてFET(電界効果トランジスタ)30を使用して
発熱を抑え、更に、電圧降下の影響を少なくするために
バッテリ素子21の電極に近い部分よりバッテリ電圧V
bを取り出す電圧端子26、26を設け、該電圧端子2
6、26間に取り出したバッテリ電圧Vbと基準電圧V
r2の差をフィードバックする手段(後に詳述)を設けた
ものである。同図で図3と同じ符号は同じ機能をもつも
のであり、ここでの説明は省略する。
【0011】パルス電源部4はパルス電圧を出力し、F
ET30のドレインD及びダイオード32と抵抗器31
の回路を介してゲートGに印加する。FET30はパル
ス出力電圧が正電圧の時のみドレインDとソースS間が
導通され、パルス出力が0の場合は開放されるから、図
3のダイオード5と同じ整流機能を持つ。ドレインDと
ソースS間の導通時、ドレインD−ソースS間の電圧降
下は0.1V以下となり、例えば充電電流が3Aとすれ
ばFET30での電力損失は0.3W以下となる。
【0012】バッテリ200のケーシング22には新た
に電圧端子26、26を設け、電圧降下の影響を少なく
するためにバッテリ素子21の両極の近傍からバッテリ
電圧Vbを導いている。なお、抵抗器27は端子26、
26間が短絡された場合、短絡電流を制限するための短
絡電流制限用の抵抗器である。
【0013】一方、バッテリチャージャ100には充電
時にバッテリ200の電圧端子26、26に接続される
電圧端子19、19及び電圧検出部15を設け、充電時
に該電圧端子19、19に印加されるバッテリ電圧Vb
を抵抗器17と抵抗器18を介して分圧し、該分圧した
電圧と基準電圧Vr2を電圧検出部15に入力し、電圧検
出部15では前記分圧した電圧と基準電圧Vr2とを比較
し、その差電圧eを増幅してPWM制御部3へフィード
バックするように構成している。
【0014】図2は本発明のバッテリチャージャの充電
特性を示す図である。充電初期の定電流充電領域では充
電電流Iを一定に制御し、バッテリ電圧Vbが設定電圧
に達した後は一定電圧で制御される(定電圧充電領
域)。以下、数式を用いて説明する。
【0015】基準電圧発生器8の電圧をVr1、抵抗器9
の抵抗値をR1、抵抗器10の抵抗値をR2とすると充
電端子14、14を開放した時、即ちバッテリ200を
バッテリチャージャ100から外した時、該バッテリチ
ャージャ100の出力電圧V1は V1=Vr1(1+R1/R2) となるように制御される。
【0016】また、基準電圧発生器16の設定電圧をV
r2、抵抗器17の抵抗値をR3、抵抗器18の抵抗値を
R4、抵抗器27の抵抗値をR5とすると、バッテリチ
ャージャ100にバッテリ200を接続した時のバッテ
リ電圧Vbは、該バッテリ電圧Vbを抵抗器17と抵抗
器18で分圧した電圧と基準電圧発生器16の設定電圧
r2の差電圧eが小さくなる様に、即ち、 Vb=Vr2(1+(R3+R5)/R4) に近づくように制御される。尚、抵抗器17、抵抗器1
8、抵抗器27は電圧回路なので抵抗値を高くすること
により、電圧端子19、19と電圧端子26、26の接
触抵抗の影響を小さくすることができる。
【0017】また、充電電流をI、スイッチ11の(接
触)抵抗値をRs、基板パターンの抵抗値をRf、充電
端子14の接触抵抗の抵抗値をRcとすると、出力電圧
1は V1=Vb+I(Rs+Rf+Rc) の関係があり、電圧検出部7の設定(V1の設定)と電
圧検出部15の設定(Vbの設定)を V1−I(Rs+Rf+Rc)≧Vb に設定すれば、PWM制御部3は出力電圧Vbを電圧検
出器15で制御するようになっている。従って、バッテ
リ電圧Vbは図2に示す様に上昇し、定電圧充電領域で
は設定値で制御されるので、充電電流の減衰も速くなり
充電完了時間(満電流I0に減少する時間)も短くな
る。そして出力電圧V1は図示するように設定電圧を電
圧降下分、即ち{I(Rs+Rf+Rc)}だけ上昇す
ることになる。
【0018】上述したように、本実施例によればパルス
電源部4の出力の高周波にFET30を使用したので、
電力損失が従来のダイオードを用いた場合の1.2Wか
ら0.3W以下に減少し、熱の発生も少なくなくなる。
また、バッテリ素子21の両電極の近傍より電圧端子2
6、26へバッテリ電圧Vbを取り出し、このバッテリ
電圧Vbを出力電圧として制御するので電圧降下等によ
る充電電流の影響もなくなり充電完了時間tも短縮さ
れ、且つ電圧電流が正確に適正に制御されるので、バッ
テリ素子21の過充電や不足充電がなくなる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように各請求項に記載の
明によれば、下記のような優れた効果が得られる
【0020】請求項1に記載の発明によれば、スイッチ
よりバッテリ側で且つバッテリの電極近傍からバッテリ
電圧Vbを取り出し、該バッテリ電圧Vbと第2の基準
電圧V r2 とを比較し差電圧Vb−V r2 をPWM制御部に
フィードバックする第2のフィードバック回路を第1の
フィードバック回路とは別途に設けたことにより、バッ
テリチャージャにバッテリが装着されていないとき、即
ちバッテリが装着され ず、スイッチがOFFの状態のと
きは、第1のフィードバック回路で出力電圧V 1 を制御
することになるから、出力電圧V 1 が異常に高くなるこ
とがなく、安全性が確保できる。また、バッテリチャー
ジャにバッテリが装着されているとき、即ちバッテリが
装着され、スイッチがONの状態のときは、第2のフィ
ードバック回路でバッテリ電圧Vbを制御することにな
るから、 接触抵抗や基板パターンの抵抗による電圧降下
の影響がなくなり、充電完了時間も短縮できる。
【0021】 請求項2に記載の発明によれば、上記請求
項1に記載の発明の効果に加え、高周波整流回路にFE
Tを使用し、該FETをパルス電源部の出力によりON
・OFFするように構成したので、高周波整流回路の損
失が減少し発熱量も少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のバッテリチャージャの構成例を示す図
である。
【図2】本発明のバッテリチャージャの充電特性を示す
図である。
【図3】従来のバッテリチャージャの構成例を示す図で
ある。
【図4】従来のバッテリチャージャの充電特性を示す図
である。
【符号の説明】
100 バッテリチャージャ 1 電源端子 2 整流回路 3 PWM制御部 3−1 PWM制御回路 3−2 ホトカプラ 4 パルス電源部 4−1 出力トランス 4−2 トランジスタ 7 電圧検出部 8 基準電圧発生器 9 抵抗器 10 抵抗器 11 スイッチ 14 充電端子 15 電圧検出部 16 基準電圧発生器 17 抵抗器 18 抵抗器 19 電圧端子 200 バッテリ 21 バッテリ素子 22 ケーシング 23 端子 26 電圧端子 30 FET 31 抵抗器 32 ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流を直流に変換する整流回路、該整流
    回路の直流出力をON・OFFするパルス電源部、該パ
    ルス電源部を制御するPWM制御部、該パルス電源部の
    出力を整流する高周波整流回路、出力電圧 1 と第1の
    基準電圧 r1 とを比較しその差 1 −V r1 を該PWM制
    御部にフィードバックする第1のフィードバック回路と
    を具備し、該PWM制御部からのパルス信号のパルス幅
    を制御し、パルス電源部のON・OFF時間を制御して
    出力電圧 1 を制御し、スイッチを通して充電端子に接
    続されたバッテリーに出力するように構成されたバッテ
    リチャージャにおいて、前記スイッチよりバッテリ側で且つ 前記バッテリの電極
    近傍からバッテリ電圧Vbを取り出し、該バッテリ電圧
    Vbと第2の基準電圧 r2 とを比較し差電圧Vb−V r2
    を前記PWM制御部にフィードバックする第2のフィー
    ドバック回路を前記第1のフィードバック回路とは別途
    に設けたことを特徴とするバッテリチャージャ。
  2. 【請求項2】 前記高周波整流回路にFETを使用し、
    該FETを前記パルス電源部の出力によりONOFF
    するように構成することを特徴とする請求項1記載のバ
    ッテリチャージャ。
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