JPH0667128B2 - 充電回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は充電回路，とくに電気かみそり等の小型電気
機器に内蔵されて商用交流電圧の大幅な変動にかかわら
ず略一定の充電電流を供給可能とするものに関する。

〔従来の技術〕

従来この種の充電回路として，第５図に示す如く，一次
コイル80と直列に繋いだ抵抗81による電圧降下量を検出
し，かかる値を比較器82で設定電圧と比較して，検出電
圧が設定電圧を越えるとスイッチング素子83のベース端
に逆バイアス電圧を印加することによりスイッチング素
子83を強制的にオフして一次コイル80に流れる電流を規
制し，二次電池84への充電量を制御するものが提案され
ている（例えば特開昭58−103834号公報）。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら上記構成では，（ａ）検出部85が一次の高
電圧側にあるので耐圧の高い部品を必要とし，その結
果，回路全体の価格が上昇して形状も大型化することは
避け得ない。（ｂ）一次側を検出して適切な制御が行な
えるのは，一次側と出力側とが正比例することが前提条
件であり，かかる条件を満足させるためには、一次コイ
ル80と出力コイル86の巻線数，巻線間容量等を厳密に設
定する必要がある。（ｃ）一次側に流れる30〜50Hz程度
の交流電圧を直接測定するので，特に比較器82には周波
数特性が優れた部品を必要とするなどの問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであって，特別
な部品を使用することなく，充電電流量の適切な制御が
容易に行え，しかも装置全体の小型化が図れる充電回路
を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明にかかる充電回路は，第１図に示す如く，出力コ
イル23から二次電池16に供給される充電電圧の平均値に
比例した検出電圧V₂を検出電圧発生部33から取り出し，
検出電圧V₂と基準電圧V₁とを制御部34で比較して，検出
電圧V₂の大小に対応したインバータ回路13の制御を行う
ことを特徴とする。

検出電圧発生部33は，出力コイル23の両端にダイオード
42を介して抵抗43および電解コンデンサの様な比較的大
容量のコンデンサ44から成る積分回路を繋ぎ，更に抵抗
45・46により分圧して所定の検出電圧V₂を取り出す。

制御部34は，基準電圧V₁と検出電圧V₂の値を比較し,V₂
の値がV₁より低い間はインバータ回路13のスイッチング
素子19のベース端に所定の制御電圧を印加して,V₂がV₁
を越えるとベース端を接地可能とする。

〔作用〕

上記構成において，第２図（ｂ）の如く，検出電圧V₂が
基準電圧V₁と略等しい間においては，インバータ回路13
に駆動電圧を印加すると，従来と略同様に抵抗77・26を
通じて帰還部22のコンデンサ25に電流I₁が供給され，該
コンデンサ25の電圧が上昇してスイッチング素子19にベ
ース電流が流れると一次コイル20にコレクタ電流が流
れ，かかる電流変化が帰還コイル24に帰還されてスイッ
チング素子19を急激にオンする。オン後は，帰還コイル
24からの出力電圧によりコンデンサ25を逆方向に充電
し，充電が進むとベース電流が減少し，コンデンサ25の
充電電圧が逆バイアスとなってスイッチング素子19を急
激にオフする。

スイッチング素子19がオフすると，一次コイル20に蓄え
られていたエネルギーは出力コイル23からダイオード29
を通じて二次電池16に供給される。ところで、二次電池
16に対して充電電流が流れるときの見掛けの端子電圧
は、その二次電池16における理論的な電圧値と内部抵抗
による電圧降下値との和となる。

一方、インバータトランスにおける出力特性は、トラン
スに対する入力電力が増加すると出力電力も増加する方
向に変化する。しかし、二次電池16の理論的な電圧値は
略一定値を保つ結果、出力電力の増加は、専ら充電電流
の増加として現れることになる。これにより、トランス
の入力側が高電圧になって充電電流も大幅に増加する
と、この充電電流の増加によって二次電池16の内部抵抗
による電圧降下値も増加し、二次電池16の端子電圧した
がって出力コイル23の出力電圧も高くなる。これは、出
力コイル23に発生する二次電池16を充電する方向の出力
電圧が、二次電池16に対する充電電流の変動に対応して
変化することを示している。

そこで本発明にあっては、かかる出力コイル23からの出
力電圧を検出電圧発生部33のコンデンサ44で積分して平
均値を求めると、この平均値は上記の如くインバータ回
路13の駆動電圧，従って二次電池16に供給される充電電
流の平均値と対応して増大するので，かかる値を抵抗45
・46で分圧して制御部34へ検出電圧V₂として印加し，予
め設定しておいた基準電圧V₁と比較する。

ここで検出電圧V₂が基準電圧V₁より充分低い間は充電電
流I₃が基準値より不足するので，第２図（ａ）の如くス
イッチング素子19のベース端に電圧を印加し，オフ時に
おけるコンデンサ25への充電電流量をI₂分だけ増加して
インバータ回路13の発振周波数を上げ，出力コイル23か
ら二次電池16に供給される電流I₃のパルスレートを上昇
して充電電流の平均値を増やす。

逆に検出電圧V₂の値が基準電圧V₁を充分越えると，第２
図（ｃ）の如くスイッチング素子19のベース端をアース
してインバータ回路13の発振を一時的に停止して充電電
流I₃の平均値を下げ，この充電電流I₃に対応して低下す
る検出電圧V₂が基準電圧V₁と比較され，検出電圧V₂が充
分降下するまでこの停止状態は続く。かかる停止時間は
入力電圧が大きくなるほど長くなり，従ってインバータ
回路13に印加される駆動電圧の大小にかかわらず二次電
池16に供給される充電電流量の平均値を設定値に規制可
能とするのである。

〔実施例１〕 次に本発明を，充電と並行してモータ駆動を可能とする
電気かみそり等の小型電気機器に実施した例に基づいて
説明する。

第３図に示す如く，電源プラグ等を介して入力された商
用交流電圧10は，ダイオードブリッジを備えた整流回路
11によって全波整流された後，充電部12に印加される。
入力される商用交流電圧10は,200〜240Vの上域の電圧を
使用する国および100〜120Vの下域電圧を使用する国を
考慮して,100〜240Vの変化に対応する。

充電部12は，商用交流電圧10より周波数の高いパルス電
圧を発生するインバータ回路13と，該インバータ回路13
より発生されたパルス電圧を印加する負荷14と，商用交
流電圧10の大小に応じてインバータ回路13からの出力を
増減する出力制御回路15と，二次電池16が満充電になっ
たことを検出するとインバータ回路13の出力を規制する
満充電制御回路17と，充電状況の表示を行う表示回路18
とから構成される。

インバータ回路13は，スイッチング素子19として備えた
トランジスタのコレクタ側に，一次コイル20と該一次コ
イル20の両端に接続されてスイッチング素子19のオフ時
に発生する衝撃電圧を吸収する衝撃吸収部21とを介装す
るとともに，ベースとエミッタ間に帰還部22を備え，更
に一次コイル20と同一鉄心上に出力コイル23を巻いてい
る。

帰還部22は，一次コイル20と同一鉄心上に巻かれた帰還
コイル24の一端をスイッチング素子19のベース端に繋
ぎ，帰還コイル24の他端とスイッチング素子19のエミッ
タ間にコンデンサ25を接続する。更に帰還コイル24とコ
ンデンサ25の接続点には、抵抗26を介して定電圧ダイオ
ード27で安定化させた電圧を印加するとともに，スイッ
チング素子19のエミッタ端には，前記定電圧ダイオード
27よりツエナー電圧の低い定電圧ダイオード28を接続す
る。従って，インバータ回路13への電圧印加と同時に，
定電圧ダイオード27の両端に安定化電圧が発生し，かか
る電圧によりコンデンサ25が充電される。コンデンサ25
の両端電圧がスイッチング素子19のターンオン電圧を越
えると，該素子19はオンして一次コイル20に電流が流れ
はじめ，かかる電流の増加により帰還コイル24に電圧が
発生する。この電圧がスイッチング素子19のベース・エ
ミッタ間を通じてコンデンサ25を上記と逆方向に急速に
充電し，かかるコンデンサ25の充電電圧が阻止電圧とな
ってスイッチング素子19をオフする。スイッチング素子
19のオフ後は定電圧ダイオード27の両端電圧が抵抗26を
通じてコンデンサ25に印加され，コンデンサ25を正方向
に充電して，上記オンオフ動作を繰り返す。ここでオン
時に一次コイル20側に蓄えられたエネルギーは，スイッ
チング素子19のオフ期間に出力コイル23に接続された負
荷14へ向けて整流用ダイオード29により選択的に取り出
される。

負荷14は，出力コイル23に常時接続される二次電池16
と，スイッチ30を介して出力コイル23に接続されるモー
タ31とから成り，スイッチ30の切り換えにより充電を単
独で，あるいは充電とモータ31の駆動を同時に並行して
可能とする。

出力制御回路15は，基準電圧V₁および回路駆動用の電圧
発生部32と，入力電圧検出用の検出電圧発生部33と，基
準電圧V₁と検出電圧V₂とを比較して，所定の制御信号を
発生する制御部34とから構成される。

電圧発生部32は，一次コイル20と同一鉄心上に巻いた四
次コイル35から充電期間中に出力される電圧を大容量の
コンデンサ36,定電圧ダイオード37およびトランジスタ3
8で安定化したものであって，かかる電圧を更に定電圧
ダイオード39で安定化したのち，抵抗40・41で分圧して
制御部34に基準電圧V₁として印加する。

本発明は検出電圧発生部33の構成に特徴を有する。検出
電圧発生部33は，出力コイル23の両端に，ダイオード42
を介して抵抗43およびコンデンサ44から成る積分回路を
接続するとともに，コンデンサ44の両端の電圧を抵抗45
・46で分圧したものであって，商用交流電圧10が100〜2
40V程度の範囲内で変化した場合，かかる電圧の変化に
対応して出力コイル23から二次電池16に供給される充電
電流量の平均値に対応した検出電圧V₂を取り出し，該検
出電圧V₂の上下変動に対応したインバータ回路13におけ
る出力制御を制御部34により行わせる。

制御部34は，第１および第２の２組の比較器47・48を備
える。両比較器47・48はオープンコレクタタイプのもの
が使用され，プラス側入力端に基準電圧V₁を，マイナス
側入力端に検出電圧V₂を印加し,V₂の値がV₁より充分低
い間は出力端49・50はオープン状態を維持するが,V₂がV
₁と略等しい間は抵抗を介して接地され，更にV₂がV₁を
充分越えると出力端49・50は直接接地される。

第１比較器47は，出力端49を，インバータ回路13におけ
る抵抗26と定電圧ダイオード27の接続点に繋ぎ，入力電
圧が上昇して検出電圧V₂が基準電圧V₁を充分越えると，
比較器47の出力側がオンして出力端49を接地することに
よりインバータ回路13の発振を強制的に停止するもので
あって，使用する商用交流電圧が設定値を越えて上昇し
た場合に二次電池16に過大な充電電流が流れるのを防止
する。

第２比較器48は，出力端50を抵抗51を介して電圧発生部
32に繋ぐとともに，抵抗52を介してスイッチング素子19
のベース端に各々接続している。従って，検出電圧V₂が
基準電圧V₁を充分下回るとき，第２比較器48の出力端50
はオープン状態なり，スイッチング素子19のベース端
に，電圧発生部32の電圧が抵抗51・52を通じて印加さ
れ，スイッチング素子19のオフ期間に帰還部22のコンデ
ンサ25に流入する電流量を増大してオフ期間を短縮し，
充電時に出力コイル23から出力される電圧のパルスレー
トを上げて，入力電圧が低電圧時において充電電流が減
少するのを防止する。なお，スイッチ30をオンしてモー
タ31を駆動した際，モータ31に大電流が流れて検出電圧
発生部33に供給される電流量が減少する結果，検出電圧
V₂の上昇が抑えられ，入力電圧が高くなっても制御部34
が低電圧時の制御を行い，スイッチング素子19に過大な
電流が流れて，該素子19を破損する虞れがある。そこで
第２比較器48の出力端50を抵抗53を介してスイッチ30に
接続することにより，電圧発生部32から出力される電圧
を抵抗51および53で分圧し，スイッチング素子19のベー
ス端に印加する電圧値を下げて、発振周波数の上昇を抑
えている。

満充電制御回路17は，二次電池16の充電が進んで満充電
状態なった時，該二次電池16への充電を停止して,IC充
電時における過充電を防止せんとする。本実施例におい
ては，二次電池16の両端に抵抗54およびダイオード55を
直列接続したものを並列につないで，ダイオード55の定
電圧作用を利用して基準電圧V₃を形成する一方，抵抗56
・57で二次電池16の両端電圧に比例した電圧V₄を取り出
して基準電圧V₃と比較する。なお両電圧V₃・V₄の発生部
は，常時二次電池16に接続すると，二次電池16は過度に
放電してしまう。そこでスイッチング素子58として比較
器を利用し，前記ダイオード55および抵抗57のアース側
を比較器58の出力端59に繋ぎ，電圧発生部32の出力電圧
を比較電圧として使用することにより，インバータ回路
13が作動して二次電池16の充電中，すなわち満充電制御
回路17における制御を必要とする期間中のみ電圧V₃,V₄
を比較器60に印加する。

比較器60は，その出力端61を抵抗62を介して電圧発生部
32に接続する一方，トランジスタ63のベース端に定電圧
ダイオード64を介して繋ぐ。トランジスタ63は，コレク
タ端を低値の抵抗65を介してスイッチング素子19のベー
ス端に接続する一方，ベースエミッタ間に抵抗66を接続
することにより，検出電圧V₄が基準電圧V₃を下回る間は
比較器60の出力端61がアースされてトランジスタ63はオ
フ状態を維持してインバータ回路13は通常の充電動作を
行うが，検出電圧V₄が基準電圧V₃を越えて満充電状態に
達したことを検出すると，比較器60の出力端61はオープ
ンし，電圧発生部32からの出力電圧が定電圧ダイオード
64と抵抗66の両端に印加されて該ダイオード64が導通す
る。するとトランジスタ63にベース電流が流れてオン
し，スイッチング素子19のベース端をアースしてインバ
ータ回路13の発振を停止し，二次電池16への充電を止め
て過充電を防止する。

表示回路18は出力コイル23の両端に，発光ダイオード67
および電流制限用の抵抗68を繋いだものであって，満充
電制御回路17における制御が行われていない期間は出力
コイル23から十分な電力が取り出されて発光ダイオード
67は正常に点灯するが，満充電制御回路17の作動期間が
長くなってインバータ回路13の停止期間が長くなると，
発光ダイオード67は点滅をはじめて満充電状態となった
ことを表示する。

〔実施例２〕 第４図は本発明の第２実施例であって，基本的には第１
実施例と構成を同じくするが，下記の点で相違する。す
なわちインバータ回路13において，スイッチング素子19
のエミッタ端に二次電池16を繋いでエミッタ端の電位の
安定化を図っている。

又，電圧発生部32における四次コイル35からの出力は特
に安定化処理を施すことなく取り出され，従って基準電
圧発生用ではなく各部の駆動用としてのみ使用される。
なおこの場合，基準電圧V₁は満充電制御回路17における
基準電圧V₃と同様に，ダイオード69の両端から取り出さ
れる。また二次電池16は,1セル当り３〜4mV／℃程度の
温度特性を有するが，ダイオード69として順方向電圧が
0.6V,ダイオード55は1.5V付近で且つ同程度の温度特性
のものを各々使用し，抵抗70・70aの抵抗値を変化する
ことにより温度係数を調整して二次電池16の電圧変動を
キャンセルして十分安定化された基準電圧V₁・V₃を取り
出すことができる。

ところで充電圧充電においては，低電圧で充電を行うと
充電時間が長くなったり，充電不足になる虞れもある。
一方，高電圧で充電すると，充電時間は短いが，充電初
期に大電流が流れる。そこで本実施例における満充電制
御回路17は，比較器60の出力端61にコンデンサ71を接続
して抵抗62とともに積分回路が構成され，従って満充電
制御回路17の制御がかかる以前は，低電圧による安定し
た定電圧充電を行い，制御がかかり始めるとパルス状の
オン信号を積分し，前記実施例では基準電圧V₃を検出電
圧V₄が越える毎に小刻みに行っていた制御を遅らせて実
行することにより，実質的に高電圧による定電圧充電に
移行させ，短時間で充電電流のしぼり込みが行われる様
にしている。

更にまた表示回路18は，赤，緑等の２色の発光ダイオー
ド72・73を点滅させて充電表示をさせる。すなわち，第
１トランジスタ74のエミッタ端を二次電池16のプラス極
に繋ぎ，ベース端をコンデンサ44と抵抗43の接続点に繋
ぐとともに，コレクタ端に発光ダイオード72を介装す
る。第１トランジスタ74のエミッタ・コレクタ端には，
第２トランジスタ75のエミッタ・ベース端を繋ぎ，該ト
ランジスタ75のコレクタ端に発光ダイオード73を繋ぐ。
更に両発光ダイオード72・73のカソード側を第３トラン
ジスタ76のコレクタ端に繋ぎ，該トランジスタ76のベー
ス端を電圧発生部32に接続し，更にベース・エミッタ間
にスイッチ30と連繋して開閉するスイッチ接点30aを接
続している。かかる構成により，スイッチ接点30aの開
放時すなわちモータ31の停止時において装置を作動させ
ると，インバータ回路13が作動して充電を開始するとと
もに，電圧発生部32から電圧が出力されてトランジスタ
76をオンする。この時，検出電圧発生部33から第１トラ
ンジスタ74のベース端に印加される電圧は高く，従って
該トランジスタ74はオフ状態を保つ。そこで二次電池16
のプラス極から第２トランジスタ75のベース，発光ダイ
オード72,第３トランジスタ76を通って，第２トランジ
スタ75にベース電流が流れ，該トランジスタ75をオンし
て発光ダイオード73に電流を流して点灯させる。

ここで二次電流16の充電がかすみ，満充電状態に近づく
と，満充電制御回路17が働き，インバータ回路13の発振
動作は間欠的となる。それに伴い検出電圧発生部33から
第１トランジスタ74のベース端に印加される電圧値も徐
々に下がり，第１トランジスタ74にコレクタ電流が流
れ，発光ダイオード72を点灯しはじめる。それと同時に
第２トランジスタ75のベース・エミッタ間電圧が低下し
てベース電流が減少して発光ダイオード73に流れるコレ
クタ電流も減少し，発光ダイオード73の照度を下げて満
充電状態に達したことを表示する。

更に充電が進むと，発光ダイオード73は完全に消灯して
発光ダイオード72のみが点灯して充電が終了したことを
表示するのである。

〔発明の効果〕

本発明は上記の如く，出力コイル23側に検出電圧発生部
33を備えて，二次電池16に供給される充電電流の平均値
に対応した検出電圧V₂を取り出し，かかる電圧V₂でイン
バータ回路13の出力を制御する様にしたので，制御部34
に耐圧あるいは周波数特性を考慮した特別な部品を必要
とすることなく，商用交流電圧10の大幅な変動にかかわ
らず，適切な充電電流の制御が容易に行え，更に回路全
体の小型軽量化が図れる。

更にまた、充電電流を二次電池16に印加される電圧、す
なわち出力コイル23から出力される充電方向の電圧を利
用して検出することにより、充電開始当初、充電電流に
例え上昇方向の変動があっても、この時点では二次電池
16の内部抵抗が未だ低いために検出電圧V2したがって充
電電流は実際よりも低く現れ、したがって、かかる期間
にあっては、むしろ加速度的に充電を進め、充電時間の
短縮が図れる。

逆に充電末期にあっては、二次電池16の内部抵抗は高く
なっているため、充電電流が上昇する方向の変動が認め
られると、上記した場合とは逆に高めに電圧が検出さ
れ、その結果、安全サイドに充電つまり入力側制御が行
われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す概略図，第２図（ａ）
ないし（ｃ）は回路の動作状態を示す説明図，第３図は
第１実施例を示す電気回路図，第４図は第２実施例を示
す電気回路図である。 第５図は従来例を示す電気回路図である。 13……インバータ回路， 15……出力制御回路， 16……二次電池， 17……満充電制御回路， 18……表示回路， 19……スイッチング素子， 20……一次コイル， 22……帰還部， 23……出力コイル， 25……コンデンサ， 33……検出電圧発生部， 34……制御部， 47……第１比較器， 48……第２比較器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次コイル（20）と直列接続されたスイッ
   チング素子（19）をオンオフ規制して、スイッチング素
   子（19）のオフ時に出力コイル（23）から二次電池（1
   6）へ充電電流を供給するインバータ式の充電回路であ
   って、 上記した出力コイル（23）の両端に、二次電池（16）に
   対する充電方向の電圧を選択的に取り出すダイオード
   （42）と、該ダイオード（42）を介し充電されて前記充
   電方向の電圧を平均化するコンデンサ（44）とを直列に
   接続するとともに、該コンデンサ（44）の両端電圧を分
   圧して検出電圧V2を取り出す一方、該検出電圧V2と所定
   の基準電圧V1とを制御部（34）で比較して検出電圧V2の
   上下変動に対応したインバータ回路（13）の出力制御を
   行うことを特徴とする充電回路。