JP3836152B2 - 充電可能バッテリを有する装置用電源システムと、このような電源システム用電源ユニットおよび装置 - Google Patents
充電可能バッテリを有する装置用電源システムと、このような電源システム用電源ユニットおよび装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、このような電源システム用の、電源ユニットと、充電可能バッテリを有する装置とにも関係する。
このような電源システムは、特に、米国特許明細書第4,775,827号から既知である。この既知の電源システムにおいて、前記電源ユニットは、DC−DCコンバータを具え、このDC−DCコンバータは、整流された主電圧を、前記装置のバッテリを充電する低直流電圧に変換する。より高い設計自由度を得るために、前記電源ユニットおよび装置間を物理的に分離させる傾向があり、前記電源ユニットを、幹線の壁面コンセントに差し込むことができるアダプタとして構成し、前記充電可能装置を前記アダプタにコードによって結合する。さらに、前記電源ユニットが、前記装置のバッテリを急速に充電できることが望ましい。しかしながら、これは、前記バッテリが過充電され、故障する危険性を含んでいる。これを防止するために、前記装置を、何らかの方法において前記電源ユニットに、前記バッテリが完全に充電されており、充電を中止すべきであり、細流充電電流とも呼ばれる安全な小充電電流で続けるべきであることを通信できるようにすべきである。この通信能力は、前記装置および電源ユニット間の通信チャネルを必要とする。この通信チャネルは、前記接続コードにおいて追加の線を必要とする。
本発明の目的は、給電および通信が可能な簡単な電源システムを提供することである。この目的のために、序章において規定した形式の電源システムは、前記電源ユニットが、電流が前記装置に供給されないブレーク中に前記切替えモード電源を停止する手段を具え、前記装置が、前記電流供給におけるブレークを検知する手段と、前記ブレーク中に状態信号を前記電源ユニットに送信する手段とを具え、前記電源ユニットが、前記ブレーク中に前記状態信号を検知する手段と、前記状態信号に応じて前記電流の電流強度を変化させる手段とを具えることを特徴とする。
前記装置および電源ユニット間の通信は、前記電源ユニットが前記装置に電流を供給しない、挿入されるブレーク中に行われる。これらのブレークにおいて、前記装置は、状態信号を前記電源ユニットに送信し、前記状態信号の値、形態または内容は、前記バッテリの充電状態を示す。したがって、前記電源ユニットは、前記充電電流を前記バッテリの充電状態に適合させることができる。給電および通信は時間において間隔が開いているため、これらを前記接続コードの同じ線を介して行うことができる。したがって、このコードは2本の線のみを必要とし、このようなコードは3線または多線コードよりも柔軟で安価であり、加えて、前記装置側においてより多くの種類の2線プラグ/インレットがあるという利点を有する。
前記電源ユニットにおける切替えモード電源を、どのような好適な形式のものとしてもよい。本発明による電源システムの実施形態は、前記切替えモード電源が、トランスを有するフライバックコンバータを具え、このトランスの二次巻線を整流ダイオードを経て少なくとも前記充電可能バッテリに結合できるようにしたことを特徴とする。このフライバック配置は、幹線から取り出される比較的低い電力に対して好適である。前記トランスは、比較的高い幹線電圧と比較的低いバッテリ電圧とを適合させ、前記装置および幹線電圧間の安全な電気的絶縁を可能にする。このとき前記装置は、もはや厳密な安全条件に従う必要はなく、その結果として、前記装置の設計においてより高い自由度が得られる。さらに、環境的な理由のため、法律がこれを規定する場合、前記充電可能バッテリを、幹線電圧を伝えるどのような部品にも接触する危険なしに、安全に除去することができるようになる。
前記状態信号の発生に関して、本発明による電源システムの実施形態は、前記装置が、状態信号としてパルスを発生するために前記整流ダイオードを前記ブレーク中に短絡する電子スイッチを具えることを特徴とする。前記ブレーク中、前記電源ユニットにおける切替えモード電源は休止している。このようなブレークにおいて、前記二次回路における整流ダイオードが前記電子スイッチによって短絡する場合、前記バッテリ電圧は前記二次巻線に印加される。前記電源ユニットにおける検知手段によって検知される場合、前記トランスが電圧パルスを一次巻線または補助巻線に伝達する。したがって、前記装置および電源ユニット間の通信は、前記ブレーク中、前記電源ユニットにパルスを送るか送らないかによって引き起こされる。パルスを受けた場合、前記電源ユニットは、平均電流の電流強度を他の値に切り替える。ブレーク中にパルスを受けない場合、前記電源ユニットは、同じ電流を供給し続ける。2つの電流強度間で切り替えることによって、前記バッテリを充電する平均電流を得ることができる。
前記状態信号に対する応答に関しては、本発明による電源システムの一実施形態は、前記フライバックコンバータを、前記パルスの検知後に比較的小さい電流を供給し、前記パルスが無いときは比較的大きい電流を供給することに適合させたことを特徴とする。前記バッテリが完全に放電された状態にある場合、前記装置はパルスを発生することができない。このとき前記電源ユニットは、前記ブレーク中に何のパルスも検知しない。このような状況において、比較的大きい充電電流を供給し、前記電源システムが始動した場合、空のバッテリが急速に充電されるように選択する。過度の充電電流を防止するために、前記電源システムの一実施形態は、前記装置が、前記バッテリに対する平均電流を測定する手段と、この平均値がしきい値を越えた場合、前記電子スイッチを活性化する手段とを具えることを特徴とする。前記平均充電電流が過大になるとすぐ、前記装置は前記電子スイッチを次のブレーク中に切り替え、パルスを前記電源ユニットに印加し、その結果として、前記電源ユニットは、現在のブレークと次のブレークとの期間により小さい電流に切り替わる。この期間の後、前記平均電流が依然として大きすぎる場合、他のパルスを、この期間に続くブレーク中に送信する。これを、前記平均値が前記しきい値よりも小さくなるまで続け、その後、前記パルスの送信を中止する。次に、前記電源ユニットはより大きい充電電流に切り替わる。
前記バッテリが過充電されるのを防ぐために、前記電源システムの一実施形態は、前記装置が、前記バッテリの充電状態を測定する手段と、前記充電状態の予め決められた値に達した場合、前記電子スイッチを活性化する手段とを具えることを特徴とする。前記バッテリが完全に充電されるとすぐ、充電を中止するか、安全な小電流強度で続けるべきである。前記充電状態を測定する手段を、簡単なバッテリ電圧測定装置としてか、特に前述の米国特許明細書第4,775,827号から既知のような複雑なバッテリ管理システムとして実施することができる。前記バッテリが完全に充電された場合、前記電子スイッチを各々のブレークにおいて活性化し、パルスを前記電源ユニットに送信し、したがって、前記電源ユニットに常に比較的小さい電流を前記バッテリに各々のブレーク後に供給させる。前記比較的小さい電流を、好適には、前記バッテリの細流充電に十分なようにし、前記比較的大きい電流を、好適には、前記バッテリの急速充電に十分なようにする。
本発明による電源システムは、幹線電圧によって充電される充電可能バッテリを有する種々の装置に好適である。この電源システムは、充電可能電気剃刀に特に好適である。このとき、もしそうでなければ電気剃刀ハウジングに収容される多数の電子構成要素をアダプタに移動することができ、同時に、慣例的な2線コードのままでよい。
本発明のこれらおよび他の態様を、添付した図面の参照と共に説明する。
図1は、本発明による電源システムのブロック図である。
図2は、電源ユニットと充電可能バッテリを有する装置とを具える、本発明による電源システムの一実施形態の機能的な回路図である。
図3は、図2に示す実施形態において現れる信号を示す波形図である。
図4は、図2に示す電源システムの電源ユニットの電気回路図である。
図5は、図4に示す電源ユニットにおいて現れる信号を示す波形図である。
図6は、図2に示す電源システムの充電可能バッテリを有する装置の電気回路図である。
図7は、前記充電可能バッテリを有する装置を電気剃刀とした、本発明による電源システムの一実施形態を示す。
図1は、本発明による電源システムのブロック図を示す。この電源システムは、DC−DCコンバータとも呼ばれるスイッチモード電源DCCを含む電源ユニットPSUと、例として充電可能電気剃刀を選択した装置SVRとを具える。以下に、装置SVRを「電気剃刀」と呼ぶが、この装置を充電可能バッテリを有するどのような他の装置とすることもできることは明らかであろう。電気剃刀SVRは、例えばNiCd(ニッケル−カドミウム)またはNiMH(ニッケル−金属水素化物)の形式の充電可能バッテリBを含み、このバッテリは、必要とされる容量および電圧に応じて1つ以上のセルを直列および/または並列に具えてもよい。電気剃刀SVRは、特にモータMを具え、このモータをバッテリBにオン/オフスイッチSWを経て接続する。電源ユニットPSUおよび電気剃刀SVRを、2線コードCRDによって互いに接続し、電源ユニットPSUによって電気剃刀SVRのバッテリBを充電することができ、電源ユニットPSUをこの目的のために交流の壁面コンセントに差し込む。2線コードは、安価で、柔軟で、電気剃刀側における2線プラグ/インレットの広い選択の範囲を提供する。バッテリBの充電中、充電電流は、電源ユニットPSUから電気剃刀SVRへコードCRDを経て流れる。バッテリBの充電を、バッテリBが完全に充電された場合、過充電を防止するために中止すべきである。さらに、前記充電電流の大きさを、どうにかして充電中に制御すべきである。電源ユニットPSUおよびバッテリBが2線コードによって互いに物理的に分離していることから、同じ2本の線が、なんとかして、電気剃刀SVRから電源ユニットPSUへの通信を可能にし、バッテリBの充電の程度と、前記充電電流の大きさとについての情報を供給すべきである。本発明によれば、通信プロトコルを与え、電気剃刀SVRから電源ユニットPSUへの通信を、電源ユニットPSUから電気剃刀SVRへの充電電流の供給と時間多重化する。このプロトコルに従って、前記バッテリをある時間中に充電し、その後、電力の伝導を、ブレーク中のある時間中に中断する。このブレーク中に通信を行い、その後、電力伝導を次のブレークまで再び続ける。前記ブレークは、一定のパターンに従って互いに続いて起こり、前記ブレーク間の期間において、電源ユニットPSUは、前記ブレーク中に電気剃刀SVRから電源ユニットPSUに送信される状態信号に依存した大きさの充電電流を供給する。このプロトコルを考慮して、以下により詳細に説明するスイッチモード電源DCCは、電流が電気剃刀SVRに供給されない前記ブレーク中に、該スイッチモード電源を停止する手段を含む。電気剃刀SVRは、前記電流供給におけるブレークを検知する手段と、前記ブレーク中に電源ユニットPSUに状態信号を送信する手段とをさらに具える。電源ユニットPSUは、前記ブレーク中に状態信号を検知する手段と、前記状態信号に応じて前記充電電流の電流強度を変化させる手段とをさらに具える。
スイッチモード電源DCCを、順方向(逆方向)コンバータ、フライバック(バックブースト)コンバータ、等のようなどのような所望の形態のものとしてもよい。電源ユニットPSUがトランスを具える場合、電気剃刀SVRは、幹線電力供給装置とはもはや見なされず、電気剃刀SVRに負わされる認可および安全条件は、あまり厳しくなくなるか、まったく負わされなくなる。これは、電気剃刀SVRの設計においてより高い自由度を与える。さらに、前記トランスは、前記充電可能バッテリを電気剃刀SVRから簡単で安全な方法において取り去ることができるべきであるという条件を簡単に満たすことができるようにする。この条件を満たすために、トランスを有するフライバックコンバータを、スイッチモード電源DCCとして選択した。このコンバータの機能的な図を図2に示し、トランスを有するフライバックコンバータを基礎とする前記電源システムの一般的な動作を、この図の参照と共に説明する。
図2における電源ユニットPSUは、幹線電圧整流器D1と、平滑フィルタC1,L2,C2とを具える。前記フライバックコンバータは、キャパシタC2の両端間に現れる直流電圧を、電気剃刀SVRにおけるバッテリBを充電する低直流電圧に変換する。前記フライバッククコンバータは、キャパシタC2における直流電圧に交差してスイッチングトランジスタを介して接続した一次巻線Lpを有するトランスTRを具える。前記スイッチングトランジスタは、フィリップスエレクトロニクスによるTEA 1400形式のスイッチモード電源(SMPS)集積回路(IC)ICAの一部を形成する。トランスTRは、第1二次巻線Ls1を有し、この巻線の端子PSAおよびPSBを、電気剃刀SVRの対応する端子SVAおよびSVBに前記2線コード(図2において図示せず)を経て結合することができる。トランスTRは、第1二次巻線Ls1に結合する良好な磁石を有する第2二次巻線Ls2を有し、その結果として、二次巻線Ls1およびLs2における電圧は、十分に互いに追従する。第2二次巻線Ls2は、(a)整流ダイオードD4および平滑キャパシタC3を設けたSMPS−IC ICA用動作電圧を発生し、(b)SMPS−IC ICAの端子VATにおいて、二次巻線Ls2の両端間の電圧変化についての表示を発生し、(c)電気剃刀SVRおよび電源ユニットPSU間の通信中に、状態信号STSを状態検知器STDに供給する。SMPS−IC ICAは、前記フライバックコンバータを停止することができるイネーブル信号ENを受ける入力部を有する。このイネーブル信号がロウの場合、前記フライバックコンバータは動作不可能であり、バッテリBは充電されない、信号ENがハイの場合、前記フライバックコンバータは動作し、前記バッテリは、平均値が前記フライバックコンバータの設計によって決定される電流によって充電される。比較的高いデューティサイクルを有するイネーブル信号EN、すなわち、比較的頻繁にハイになる信号は、比較的大きい平均値の充電電流を生じ、それによって、前記バッテリを急速に充電できる(急速充電)。比較的小さいデューティサイクルを有するイネーブル信号EN、すなわち、比較的頻繁にロウになる信号は、比較的小さい平均値を有する充電電流を生じ、それによって、前記バッテリをゆっくりと充電することができる(細流充電)。フライバックコンバータの動作は既知であるとし、SMPS−IC TEA 1400の動作についてのより詳細に関しては、フィリップスエレクトロニクスの関連文献が参考になる。
電気剃刀SVRは、電流感知抵抗R2および整流ダイオードD5を経て、端子SVAおよびSVBを介して二次巻線Ls1に接続したバッテリBを具える。ダイオードD5および抵抗R2間のノードを、該電気剃刀のグランドに接続する。この電気剃刀のグランドを、電源ユニットPSUのグランドから電気的に絶縁する。バッテリBを流れる電流Isを比較器CMPによって測定し、この比較器CMPは、抵抗R2の両端間の電圧を積分し、それを基準電圧源REFからの基準電圧と比較する。この比較の結果を制御ユニットCTLに用いる状態信号STSによって、制御ユニットCTLは、充電電流Isの平均値が大きすぎるか、バッテリBが完全に充電されている場合、スイッチングトランジスタTを一時的にターンオンする。しかしながら、この短絡を、充電電流Isにおけるブレーク中にのみ行う。この目的のために、無電流検知器NCDを設け、この無電流検知器NCDは、端子SVBにおける電圧を監視し、前記フライバックコンバータが休止している場合、制御ユニットCTLに示す。端子SVNにおける電圧は、前記フライバックコンバータが動作している場合、脈動し、前記フライバックコンバータが休止している場合、一定である。ダイオードD5の一時的な短絡の結果、前記バッテリ電圧が第1二次巻線Ls1の両端間に一時的に現れる。ダイオードD5の短絡の結果として、第1二次巻線Ls1における電圧パルスは、前記第2二次巻線に伝送され、状態検知器STDによって検知することができる。
図3は、図2に示す電源システムにおいて現れるいくつかの信号の波形図を示す。時間軸に沿って、100マイクロ秒の長さt0を有するブレークをプロットしており、この間に前記フライバックコンバータは休止する。これらのブレーク間の期間は、900マイクロ秒の長さt1を有し、この間に前記フライバックコンバータは動作することができる。明らかに、前記ブレークの長さt0の値と、中間期間の長さt1の値とを、異ならせることができ、これは特に前記フライバックコンバータの1振動の周期に依存する。前記フライバックコンバータが1周期t1中にどの位長く動作するか、すなわち、期間t1中に前記フライバックコンバータのどの位多くの振動周期が収容されるかは、波形図IVに示すイネーブル信号ENによって決定される。波形図Vは、前記フライバックコンバータの二次電流Isを示す。イネーブル信号ENを、2つの形式の内1つ、すなわち、波形図Iに示すようなFST(急速充電)か、波形図IIに示すようなSLW(低速充電)とすることができる。次の期間t1に対してこれらの2つの形式の内どちらを選択するかは、前のブレークt0において電気剃刀SVRによって送信された状態信号STSの値、波形または内容に依存する。この例において、特に指定しなければ、イネーブル信号ENを、状態検知器STDがブレーク中に電圧パルスSTSを検知しなけば、信号FSTの形態を取るように選択した。この場合において、SLW形式のイネーブル信号ENを次の期間に対して選択する。
イネーブル信号ENがFST形式のものである場合、前記フライバックコンバータの比較的多数の振動周期が期間t1に適合する。明白にするために、7周期のみを波形図Vにおいて示すが、実際においてこの数を相当により多くすることができる。この時、バッテリBに供給される平均電流は大きい。前記ブレーク中に電圧パルスが伝送されない場合、前記フライバックコンバータは、各々のブレーク後、比較的多くの振動周期を収容する期間を続ける複数の期間t1およびブレークt0に渡って測定された前記充電電流の平均値は、合計時間の10パーセントを占める前記ブレーク中の一時的な中断による最大電流よりも10パーセント程度小さい。前記充電電流の平均値を、バッテリBが、例えば1.2Aの急速充電電流によって充電されるように適合させることができる。
ブレーク中、電圧パルスSTSを検知した場合、SLW形式のイネーブル信号ENを次の期間において選択する。イネーブル信号ENがハイである比較的短い時間は、前記フライバックコンバータのいくつかの振動周期のみを収容できる。波形図Vは、振動周期を示すが、より多くの数も可能である。この期間中の平均充電電流は、非常に小さい。各々のブレークにおいて、電圧パルスSTSを検知した場合、この小さい平均充電電流を、各々のその後の期間において供給する。複数の期間t1およびブレークt0に渡って測定した前記充電電流の平均値を、バッテリBが、例えば25mAの細流充電電流によって充電されるように適合させることができる。
前記急速充電電流および細流充電電流に関する値を、単に例として与えており、実際には、これらは前記バッテリの容量および形式に依存する。種々のバッテリ形式に適した電源システムを形成するために、前記フライバックコンバータの最大充電電流を過剰な大きさとしてもよい。積分比較器CMPは、抵抗R2の両端間の電圧を基準電圧と比較することによって、前記平均充電電流を監視する。前記平均充電電流を、前記比較器のゲインを変化することによって、または、前記基準電圧を変化することによって調節することができる。前記平均充電電圧を越えた場合、制御ユニットCLTは、次のブレーク中に状態信号STSをトランジスタTのゲートに印加し、その結果として、電圧パルスが電源ユニットPSUに伝送される。ここで、前記平均充電電流を、前記大充電電流(急速充電)および小充電電流(細流充電)間で切り替えることによって制御することができる。
バッテリBの完全充電状態を、バッテリ管理ユニットBMUによって合図する。ここで、制御ユニットCTLは、各々のブレーク中にパルスを電源ユニットPSUに供給し、その結果として、充電は小さい細流充電電流によって行われる。最も簡単な場合において、バッテリ管理ユニットBMUは、前記バッテリ電圧を基準電圧と比較する比較器である。しかしながら、温度およびエージングに対する補償を行うまたは行わない、電流管理、時間管理、充電管理、等を基礎とした、より複雑なシステムも、バッテリBの充電の程度を監視するために可能である。
特に指定しなければ、前記イネーブル信号をFST形式のものとしたことから、空のバッテリBは、依然として急速に充電される。SLWをデフォルト形式とした場合、前記電気剃刀は、急速充電に切り替えることが必要であることを、パルスによって示さなければならない。しかしながら、パルスの供給は、バッテリBが空の間は不可能である。この結果として、前記システムは、空のバッテリの場合において、きわめて長く細流充電モードのままであり、所望の充電時間を越えてしまう。したがって、FST形式のデフォルトイネーブル信号が、この状況を防止する。
信号SLWの立ち下がりエッジは、期間t1の終了と、ブレークt0の開始とに一致する。しかしながら、前記電源システムの動作中、信号SLWのパルスが前記ブレーク中に現れない限りは、この立ち下がりエッジが期間t1内に位置することは不適切である。
図4は、図2の電源ユニットPSUの回路図を示す。R1、D1、C1、L1、C2、D2、D3、Tr、Lp、Ls1、Ls2およびICAの符号が付けられた部品は、図2における対応して符号が付けられた部品と同じ目的または機能を有する。第2二次巻線Ls2の両端間の電圧を整流ダイオードD5および平滑キャパシタC4によって整流し、ダイオードD5のカソードおよびキャパシタC4間のノードは、信号グランドを形成する。SMPS−IC ICAの端子Vinにおける整流された幹線電圧から内部電源電圧を得て、この内部電源電圧をSMPS−IC ICAの端子VICにおいて利用でき、キャパシタC3によって緩衝する。SMPS−IC ICAの端子VAC1をキャパシタC4に接続する。前記フライバックコンバータの動作中にキャパシタC4の両端間の電圧が十分高い場合、内部電源電圧VICを、端子VAC1における電圧から得る。直列抵抗R3、ツェナーダイオードD7および平滑キャパシタC8によって、電源ユニットPSUの他の回路用の電源電圧Vddを、端子VICにおける電圧から得る。SMPS−IC ICAの内部スイッチングトランジスタは、一次巻線Lpに接続したドレイン接続部DRNと、接地したソース接続部SRCとを有する。このスイッチングトランジスタを流れる電流を、感知端子S1およびS2間の感知抵抗R4によって監視する。
信号FSTおよびSLWを、ヘックスシュミットトリガCD40106のインバータによって発生する。抵抗R5およびキャパシタC5を有する第1インバータはクロック発振器として動作し、その出力電圧を第2インバータによって緩衝する。クロック信号のデューティサイクルを50%とする。このクロック信号の立ち下がりエッジを、キャパシタC6および抵抗R6によって微分し、第3インバータに用い、2%程度のデューティサイクルを有する信号SLWを得る。信号SLWの立ち下がりエッジを、キャパシタC7および抵抗R7によってもう一度微分し、第4インバータに用い、100マイクロ秒間ハイの信号を得る。この信号を第5インバータによって反転し、この第5インバータは、信号FSTを供給する。このようにして、前記ブレークは、図3に示すように、信号SLWの立ち下がりエッジに直接続く。信号FSTおよびSLWを発生するこの方法は、デューティサイクルが電源電圧Vddに依存せず、使用する構成要素が多量の電流を消費しないという利点を有する。
信号SLWおよびFSTからの選択を、HEF4013形式のDフリップフロップと、HEF4081形式のANDゲートとによって行う。このDフリップフロップを、信号SLWによってリセットし、信号STSによってクロック動作させる。D入力部を電源電圧Vddに接続し、セット入力部を接地する。このDフリップフロップの出力QNおよび信号FSTを前記ANDゲートに用い、このANDゲートは、イネーブル信号ENをSMPS−IC ICAに供給する。図5は、信号FST、SLW、STS、QNおよびENの波形図を示す。
前記状態信号を、前記ヘックスシュミットトリガの第6インバータと、HEF4081形式のANDゲートとによって検知する。前記ブレーク中に前記電気剃刀において発生した電圧パルスは、第2二次巻線Ls2の両端間に現れ、この電圧パルスを、二次巻線Ls2およびダイオードD5間のノードにおいて測定する。
これらのパルスは、抵抗R9の両端間で利用可能であり、この抵抗R9を前記ノードにキャパシタC10を介して接続する。R9の両端間の電圧を、ツェナーダイオードD8およびD9によって制限する。抵抗R9の両端間の電圧を、前記ANDゲートの第1入力部に印加する。前記ANDゲートの第2入力部は、反転したFST信号を受け、イネーブル信号ENがゼロになった後に生じるかもしれないなんらかの追加の振動サイクルの望ましくない影響を抑制するために、この反転したFST信号の立ち下がりエッジを、抵抗R8、ダイオードD6およびキャパシタC9によって遅延させる。信号FSTがロウになると、すなわち、ブレークの開始において、キャパシタC9は、抵抗R8を経て比較的ゆっくりと放電する。このブレークの終了において、信号FSTはハイになり、キャパシタC9は、ダイオードD6を経て比較的急速に充電される。
図6は、電気剃刀SVRの回路図を示す。スイッチSWを経てモータMに給電するバッテリBを、電源ユニットPSUの第1二次巻線Ls1に、電流感知抵抗R5および整流ダイオードD4と直列に、端子SVAおよびSVBを経て接続し、抵抗R5およびダイオードD4のカソード間のノードは、電気剃刀SVRの信号グランドを形成する。NMOSトランジスタT2をダイオードD4に並列に接続し、そのゲートを状態信号STSによって駆動する。図2の無電流検知器NCDを、HEF4538形式の再トリガ可能ワンショットU1Aによって構成し、このワンショットU1Aを入力部−Tにおける立ち下がりエッジによってトリガする。このトリガ信号を、ダイオードD4のカソードおよび第1二次巻線Ls1間の端子SVBにおける電圧から得る。この電圧は、前記フライバックコンバータが動作している場合、脈動し、前記フライバックコンバータが休止している場合、バッテリBの電圧に等しい。この脈動電圧を、直列抵抗R1と、ツェナーダイオードD2と、ツェナーダイオードD2と並列のキャパシタC1とによって制限する。ツェナーダイオードD2およびキャパシタC1の並列配置の両端間の電圧を、ダイオードD1を経て端子SVBに接続したコレクタを有し、ツェナーダイオードD2に接続したベースを有し、バッファキャパシタC2に接続したエミッタを有するNPNトランジスタT1によって緩衝する。キャパシタC2の両端間の電圧は、電気剃刀SVRの局所電源電圧Vddとして機能する。立ち下がりエッジにおいて、ワンショットU1Aの入力部RCおよびCXに接続した抵抗R2およびキャパシタC3によって決定される時間T(80マイクロ秒程度)の間、ワンショットU1Aの出力Qはハイになり、出力QNはロウになる。
前記平均充電電流を、TLC252形式の積分増幅器U2Aおよび比較器U2Bによって監視する。電流測定抵抗R5の両端間の電圧を、ロウパスフィルタR6/C6によってフィルタ処理し、増幅器U2Aによって増幅し、その利得率を帰還抵抗R14によって前記バッテリの形式に適合した値に調節可能とする。比較器U2Bは、増幅器U2Aの出力電圧を、ツェナーダイオードD5によって発生される基準電圧と比較し、このツェナーダイオードD5は、電源Vddから抵抗R9を経てバイアス電流を受ける。前記比較器の出力は、印加された電圧が前記基準電圧より低い場合、ハイである。この場合において、HEF4538形式の第2再トリガ可能ワンショットU1Bのリセット入力部Rを、ショットキーダイオードD7を経てハイに引く。バッテリBのバッテリ電圧を、バッテリ管理ユニットBMUによって監視し、このバッテリ管理ユニットBMUは、完全に充電されたバッテリをロウ信号によって合図し、このロウ信号を、NMOSトランジスタT3と、トランジスタT3のドレインと直列の抵抗R11とによって反転する。トランジスタT3のドレインにおける信号を、ワンショットU1Bのリセット入力部にもショットキーダイオードD6を経て印加する。ワンショットU1Bの出力Qは、トランジスタT2のゲートを駆動し、それによってダイオードD4を、電圧パルスを前記電源ユニットに印加すべき場合、ブレーク中に一時的に短絡する。前記電圧パルスの継続時間を、ワンショットU1Bの端子RCおよびCXに接続した抵抗R3およびキャパシタC4によって決定する。電圧パルスを、ワンショットU1Bのリセット入力部Rがハイの場合のみ、すなわち、前記平均電流が大き過ぎるか、前記バッテリが完全に充電されている場合のみ発生する。
図7は、電気剃刀ヘッドSHを駆動するモータMを有する図1の電気剃刀SVRを示す。モータMをスイッチSWによって始動し、このスイッチSWは、モータMを充電可能バッテリBに接続し、このバッテリBを、例えば図6に示す回路の電子構成要素である、他の電子構成要素と共に、電気剃刀SVRにおけるプリント回路板PCBに収容する。図7は、図2の電源ユニットPSUをさらに示し、この電源ユニットPSUは、集積幹線プラグPLGおよび2線接続コードCRDを有し、アウトレットOTLによって電気剃刀SVRのインレット(図示せず)に結合することができる。
Claims (10)
- 充電可能バッテリを有する装置と、スイッチモード電源を有する電源ユニットとを具え、前記電源ユニットを前記装置に接続し、前記装置に電流を供給することができる電源システムにおいて、前記電源ユニットが、電流が前記装置に供給されないブレーク中に前記スイッチモード電源を停止する手段を具え、前記装置が、前記電流供給におけるブレークを検知する手段と、前記ブレーク中に状態信号を前記電源ユニットに送信する手段とを具え、前記電源ユニットが、前記ブレーク中に前記状態信号を検知する手段と、前記状態信号に応じて前記電流の電流強度を変化させる手段とを具えることを特徴とする電源システム。
- 請求項1に記載の電源システムにおいて、前記スイッチモード電源が、トランスを有するフライバックコンバータを具え、このトランスの二次巻線を少なくとも前記充電可能バッテリに整流ダイオードを経て結合できるようにしたことを特徴とする電源システム。
- 請求項2に記載の電源システムにおいて、前記装置が、状態信号のためのパルスを発生するために、前記ブレーク中に前記整流ダイオードを一時的に短絡する電子スイッチを具えることを特徴とする電源システム。
- 請求の範囲3に記載の電源システムにおいて、前記フライバックコンバータを、前記パルスの検知後に第1の電流を供給し、前記パルスの不在中は前記第1の電流より大きい第2の電流を供給するよう構成したことを特徴とする電源システム。
- 請求項4に記載の電源システムにおいて、前記装置が、前記バッテリに対する平均電流を測定する手段と、前記平均値がしきい値を越えた場合、前記電子スイッチを活性化する手段とを具えることを特徴とする電源システム。
- 請求項4または5に記載の電源システムにおいて、前記装置が、前記バッテリの充電状態を測定する手段と、前記充電状態の予め決められた値に達した場合、前記電子スイッチを活性化する手段とを具えることを特徴とする電源システム。
- 請求項4、5または6に記載の電源システムにおいて、前記第1の電流は前記バッテリの細流充電に適していることを特徴とする電源システム。
- 装置を充電可能バッテリに結合し、前記装置に電流を供給することができるスイッチモード電源を有する電源ユニットにおいて、該電源ユニットが、電流が前記装置に供給されないブレーク中に前記スイッチモード電源を停止する手段と、前記ブレーク中に前記装置によって該電源ユニットに送信される状態信号を検知する手段と、前記状態信号に応じて前記電流の電流強度を変化させる手段とを具えることを特徴とする電源ユニット。
- 充電可能バッテリを有する装置であって、電源ユニットを該装置に電流を供給するスイッチモード電源に結合することができる装置において、前記電源ユニットが、電流が該装置に供給されないブレーク中に前記スイッチモード電源を停止する手段と、前記ブレーク中に該装置によって前記電源ユニットに送信される状態信号を検知する手段と、前記状態信号に応じて前記電流の電流強度を変化させる手段とを具えることを特徴とする装置。
- 充電可能バッテリと、電気モータと、前記モータを前記バッテリに接続するスイッチと、請求項1〜7のいずれかに記載の電源システムとを具える電気剃刀。
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