JPH1127871A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流磁力線の供給を受けて二次電池を充電す
る充電装置において、電圧降下用半導体素子での電圧降
下を従来よりも減少させる。 【解決手段】 ２次側充電器は、交流磁力線が貫通すべ
き２次コイル３と、２次コイル３と共に共振系を構成し
てＱ値の調整が可能な共振制御回路11と、２次コイル３
から得られる交流電流を整流する整流回路５と、整流回
路５の出力端と二次電池10の間に介在する電圧降下用の
トランジスタ８と、整流回路５の出力電圧と所定の基準
電圧の偏差に応じて共振制御回路11のＱ値を制御する第
１充電制御回路４と、二次電池10に供給される充電電流
及び充電電圧に応じてトランジスタ８の動作を制御する
と共に、共振制御回路11のＱ値を制御する第２充電制御
回路７とを具え、電池電圧が低いときは、共振制御回路
11のＱ値を調整することによって、整流回路５の出力電
圧を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話機等に装
備される二次電池を充電するための充電装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】この種の充電装置として、従来より図２
に示す如き非接触式の充電装置が知られている。該充電
装置は、１次側充電器Ａと２次側充電器Ｂとから構成さ
れ、１次充電器Ａは、例えば商用交流電力源(ＡＣ１０
０Ｖ)に接続されて交流電流を発生する交流電流発生回
路(21)と、該回路から交流電流が通電される１次コイル
(22)とから構成される。一方、２次側充電器Ｂは、前記
１次コイル(22)から発生する磁力線が貫通すべき２次コ
イル(23)と、２次コイル(23)から得られる交流電流を整
流する整流回路(28)と、整流回路(28)の出力電圧を降下
させて二次電池(27)へ供給するトランジスタ(24)と、該
トランジスタ(24)の動作を制御する定電流／定電圧制御
回路(25)と、充電電流を検出するための抵抗器(26)とか
ら構成される。

【０００３】上記充電装置においては、２次側充電器Ｂ
の２次コイル(23)を１次側充電器Ａの１次コイル(22)に
接近させて配置することによって、１次コイル(22)から
発生する交流磁力線が２次コイル(23)を貫通して、２次
側充電器Ｂにエネルギーが伝達され、二次電池(27)が充
電される。ここで、定電流／定電圧制御回路(25)には、
整流回路(28)の出力電圧が定電流／定電圧制御回路(25)
の電源電圧として供給されると共に、二次電池(27)に対
する充電電流と充電電圧の情報が供給されて、充電電圧
が所定の閾値電圧よりも低いときは、充電電流を所定の
目標値に近づけるべく定電流制御が実行され、充電電圧
が所定の電圧に達した後は、充電電圧を所定の目標値Ｖ
ｂに維持するべく定電圧制御が実行される。

【０００４】図３(ａ)(ｂ)は上記定電流制御及び定電圧
制御による電流及び電圧の変化を表わしており、同図
(ａ)の如く定電流制御によって充電電流Ｉａは目標値
(例えば１００ｍＡ)に維持され、その後の定電圧制御に
よって、同図(ｂ)の如く充電電圧Ｖｏは目標値(例えば
４.１Ｖ)に維持される。この過程で、図２に示す整流回
路(28)の出力電圧(整流出力)Ｖ′は図３(ｂ)に二点鎖線
で示すように徐々に増大し、トランジスタ(24)の降下電
圧を制御することによって上述の定電流制御及び定電圧
制御を実現し、実線で示す充電電圧Ｖｏの変化を得てい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２に
示す従来の充電装置においては、図３(ｂ)に示す様に、
特に充電開始時の整流出力Ｖｓ′と充電電圧Ｖａの差が
大きく、電圧降下用半導体素子であるトランジスタ(24)
の電圧降下が大きくなるため、該電圧降下によって大き
な熱損失が生じる。従って、特に携帯電話機などの小型
機器に２次側充電器を内蔵する場合、発熱の問題によっ
てトランジスタ(24)のパッケージの小型化が困難であ
り、ひいては機器の小型化に支障を来たすこととなって
いた。

【０００６】本発明の目的は、電圧降下用半導体素子に
おける電圧降下を従来よりも低減せしめることが可能な
充電装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る充電装置は、
２次側充電器として、１次側充電器から供給される交流
磁力線が貫通すべき２次コイル(３)と、２次コイル(３)
と共に共振系を構成して、Ｑ値の調整が可能な共振制御
回路(11)と、２次コイル(３)から得られる交流電流を整
流する整流回路(５)と、整流回路(５)の出力端と二次電
池(10)の間に介在する電圧降下用半導体素子と、整流回
路(５)の出力電圧と所定の基準電圧の偏差に応じて、共
振制御回路(11)のＱ値を制御する第１充電制御回路(４)
と、二次電池(10)に供給される充電電流及び充電電圧に
応じて、電圧降下用半導体素子の動作を制御すると共
に、共振制御回路(11)のＱ値を制御する第２充電制御回
路(７)とを具えている。そして、充電電圧が前記基準電
圧よりも低いときは、第１充電制御回路(４)が整流回路
(５)の出力電圧を前記基準電圧に維持するべく共振制御
回路(11)のＱ値を制御すると共に、第２充電制御回路
(７)が充電電流又は充電電圧を目標値に近づけるべく電
圧降下用半導体素子の降下電圧を制御する一方、充電電
圧が前記基準電圧を上回っているときは、第２充電制御
回路(７)が充電電流又は充電電圧を目標値に近づけるべ
く共振制御回路(11)のＱ値を制御すると共に、電圧降下
用半導体素子による降下電圧を零に近づけるべく電圧降
下用半導体素子を制御する。

【０００８】ここで、第２充電制御回路(７)は、充電電
圧が所定の閾値電圧よりも低いときは、充電電流を所定
の目標値に近づけるべく定電流制御を行ない、充電電圧
が所定の電圧に達した後は、充電電圧を所定の目標値Ｖ
ｂに維持する定電圧制御を行なう。

【０００９】一方、１次側充電器は、交流電流発生回路
(１)と、該回路から交流電流の供給を受けて交流磁力線
を発生する１次コイル(２)とを具え、２次コイル(３)を
１次コイル(２)に接近させて配置することによって、１
次コイル(２)から発生する交流磁力線が２次コイル(３)
を貫通する。

【００１０】上記本発明の充電装置によって、放電状態
の二次電池(10)を充電する場合、先ずは第２充電制御回
路(７)によって定電流制御が実行される。ここで、第１
充電制御回路(４)は共振制御回路(11)のＱ値を制御し
て、整流回路(５)の出力電圧を基準電圧(例えば３Ｖ)に
維持する。この状態で、第２充電制御回路(７)が電圧降
下用半導体素子を能動領域に移行させ、その降下電圧を
調整することによって充電電圧を作成し、二次電池(10)
に印加する。これによって電池電圧が徐々に増大し、前
記基準電圧に達することになる。

【００１１】この時点で、第２充電制御回路(７)が電圧
降下用半導体素子をオン状態(短絡状態)に設定して、そ
の降下電圧を零とする。一方、第２充電制御回路(７)
は、共振制御回路(11)のＱ値を調整して、整流回路(５)
の出力電圧を前記基準電圧から徐々に増大させ、充電電
流を目標値に維持する。これによって電池電圧は更に増
大し、所定の閾値電圧に達することになる。

【００１２】この時点で、第２充電制御回路(７)は定電
流制御から定電圧制御に切り替わり、充電電圧を目標値
Ｖｂに維持するべく、共振制御回路(11)のＱ値を調整し
て、整流回路(５)の出力電圧を制御する。ここで、電圧
降下用半導体素子の降下電圧は零となっているから、整
流回路(５)の出力電圧がそのまま充電電圧として二次電
池(10)に印加される。これによって、二次電池(10)は更
に充電され、満充電状態に達することになる。

【００１３】具体的構成において、第２充電制御回路
(７)には、整流回路の出力電圧が電源電圧として供給さ
れる。該具体的構成においては、前述の如く充電開始直
後、充電電圧が十分に上昇していない期間においても、
充電電圧に拘わらず、整流回路(５)の出力電圧(整流出
力)は所定の基準電圧(例えば３Ｖ)に維持されるので、
常に十分な電源電圧を確保することが出来る。

【００１４】

【発明の効果】本発明に係る充電装置によれば、充電開
始時の整流出力が従来よりも小さくなるため、該整流出
力と充電電圧の差、即ち電圧降下用半導体素子による電
圧降下が小さくなって、熱損失が減少する。従って、携
帯電話機などの機器に充電装置を内蔵する場合に、発熱
の問題は発生せず、機器の小型化が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を携帯電話機に装備
すべき非接触式の充電装置に実施した形態につき、図面
に沿って具体的に説明する。本発明に係る充電装置は、
図１に示す如く１次側充電器Ａと２次側充電器Ｂとから
構成される。二次電池(10)としては例えばリチウムイオ
ン電池が用いられる。

【００１６】１次充電器Ａは、ＡＣ１００Ｖに接続され
て交流電流を発生する交流電流発生回路(１)と、該回路
から交流電流が通電される１次コイル(２)とから構成さ
れる。一方、２次側充電器Ｂは、１次コイル(２)から発
生する磁力線が貫通すべき２次コイル(３)と、２次コイ
ル(３)と共に共振系を構成する共振制御回路(11)と、２
次コイル(３)から得られる交流電流を整流する整流回路
(５)と、整流回路(５)の出力電圧を降下させて二次電池
(10)へ供給する電圧降下用トランジスタ(８)と、充電電
流を検出するための抵抗器(９)と、共振制御回路(11)の
Ｑ値を制御する第１充電制御回路(４)と、トランジスタ
(８)のオン／オフ及び降下電圧を制御すると共に、共振
制御回路(11)のＱ値を制御する第２充電制御回路(７)と
を具えている。

【００１７】共振制御回路(11)は、ＦＥＴ(13)とコンデ
ンサ(12)を直列に接続して構成され、ＦＥＴ(13)のゲー
ト電圧を制御することによって、ＦＥＴ(13)の抵抗性分
を変化させ、Ｑ値を調整することが可能である。例えば
ＦＥＴ(13)の抵抗成分を減少させることによってＱ値を
増大せしめ、これによって充電電圧或いは充電電流を増
大せしめることが可能である。

【００１８】第１充電制御回路(４)はオペアンプ(14)を
具え、該オペアンプ(14)の非反転入力端子には基準電圧
Ｖｓ(３Ｖ)が入力されると共に、反転入力端子には整流
回路(５)の出力電圧Ｖ１が入力されており、両入力の差
に応じた電圧信号を共振制御回路(11)のＦＥＴ(13)のベ
ースに印加するものである。

【００１９】第２充電制御回路(７)は、定電流／定電圧
制御回路(16)とトランジスタ(17)から構成される。定電
流／定電圧制御回路(16)は、整流回路(５)の出力端から
電源電圧の供給を受けて動作し、トランジスタ(８)の出
力端から得られる電圧情報と、充電電流検出用抵抗器
(９)の入力端から得られる電流情報とに基づいて、トラ
ンジスタ(17)のベース電圧を制御するものである。又、
定電流／定電圧制御回路(16)の出力電圧はダイオード(1
5)を介して共振制御回路(11)のＦＥＴ(13)のベースに印
加される。

【００２０】上記充電装置においては、２次側充電器Ｂ
の２次コイル(３)を１次側充電器Ａの１次コイル(２)に
接近させて配置することにより、１次コイル(２)から発
生する交流磁力線が２次コイル(３)を貫通して、２次側
充電器Ｂにエネルギーが伝達され、後述する定電流制御
及び定電圧制御によって二次電池(10)が充電されるので
ある。

【００２１】図３(ａ)(ｂ)は、定電流制御及び定電圧制
御による電流及び電圧の変化を表わしており、同図(ａ)
の如く時間ｔ１までは、定電流制御によって充電電流Ｉ
ａは所定値(１００ｍＡ)に維持され、その後の定電圧制
御によって、同図(ｂ)の如く充電電圧Ｖｏは所定値(４.
１Ｖ)に維持される。

【００２２】この過程で、充電電圧Ｖｏが前記基準電圧
Ｖｓ(３Ｖ)よりも低い期間は、図１に示す第１充電制御
回路(４)が整流回路(５)の出力電圧と基準電圧Ｖｓの偏
差に応じた電圧信号を作成して、該信号を共振制御回路
(11)のＦＥＴ(13)のベースに印加し、共振制御回路(11)
のＱ値を制御することによって、整流回路(５)の出力電
圧を図３(ｂ)に一点鎖線で示すように基準電圧Ｖｓに維
持する。一方、定電流／定電圧制御回路(16)は、そのと
きの電流情報に基づいて、充電電流を目標値Ｉａに維持
するのに必要な制御信号を作成し、該信号をトランジス
タ(17)のベースへ印加する。これによって、トランジス
タ(17)にコレクター電流が流れて、トランジスタ(８)の
ベース電圧が変化する。この結果、トランジスタ(８)の
コレクタ−エミッタ間の電位差、即ち降下電圧が制御さ
れ、図３(ｂ)に実線で示す充電電圧Ｖｏが作成されて、
二次電池(10)に印加される。この結果、電池電圧(充電
電圧Ｖｏ)が徐々に増大して、基準電圧Ｖｓに達するこ
とになる。

【００２３】充電電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｓを上回った時
点で、定電流／定電圧制御回路(16)は制御信号を更に増
大させて、トランジスタ(17)のベース電圧を上昇せし
め、トランジスタ(８)をオン状態(短絡状態)に設定す
る。又、定電流／定電圧制御回路(16)から出力される制
御信号はダイオード(15)を介して共振制御回路(11)のＦ
ＥＴ(13)にベース電圧として印加される。このとき、ダ
イオード(15)を経て入力される制御信号は、オペアンプ
(14)から得られる電圧信号よりも電位が高くなって、該
制御信号に応じてＦＥＴ(13)の抵抗成分が調整され、共
振制御回路(11)のＱ値が制御される。これによって、整
流回路(５)の出力電圧が図３(ｂ)に示す様に基準電圧Ｖ
ｓから増大し、該出力電圧は、オン状態のトランジスタ
(８)にて電圧降下を伴うことなく、二次電池(10)に印加
されて、充電電流が目標値Ｉａに維持される。この結
果、充電電圧Ｖｏが更に増大して、所定の閾値電圧(例
えば４.１Ｖ)に達することになる。

【００２４】この時点で、定電流／定電圧制御回路(16)
は定電流制御から定電圧制御に切り替わり、充電電圧Ｖ
ｏを目標値Ｖｂに維持するための制御信号を作成する。
該信号はトランジスタ(17)のベースに印加されて、トラ
ンジスタ(８)がオン状態が維持される共に、該信号はダ
イオード(15)を経て共振制御回路(11)のＦＥＴ(13)にベ
ース電圧として印加されて、共振制御回路(11)のＱ値が
制御される。これによって、整流回路(５)の出力電圧が
図３(ｂ)に示す様に目標値Ｖｂに維持される。該出力電
圧は、オン状態のトランジスタ(８)にて電圧降下を伴う
ことなく、二次電池(10)に印加される。この結果、二次
電池(10)は更に充電され、満充電状態に達することにな
る。そして、図３(ａ)に示す様に充電電流が所定の閾値
を下回ったとき、充電動作を停止する。

【００２５】上記充電装置においては、電池電圧が基準
電圧Ｖｓ(３Ｖ)よりも低い場合は、図３(ｂ)に示すよう
に、整流回路(５)の出力電圧(整流出力)Ｖ１が基準値Ｖ
ｓ(３Ｖ)に維持されて、従来の整流出力よりも低くなる
ため、トランジスタ(８)での降下電圧が小さくなり、ト
ランジスタ(８)での熱損失は減少する。又、電池電圧が
基準電圧Ｖｓ(３Ｖ)よりも高い場合は、トランジスタ
(８)がオン状態となるため、該トランジスタ(８)による
熱損失は殆ど零となる。従って、電池電圧に拘わらず、
トランジスタ(８)での熱損失が従来よりも小さくなり、
これによって小型パッケージのトランジスタ(８)を採用
することが可能となり、携帯電話機を小型化することが
出来る。

【００２６】又、第２充電制御回路(７)をＩＣ化する場
合、図１の如く整流回路(５)の出力電圧をＩＣの電源電
圧として利用することにより、電源電圧の最小値が保証
されるので、信頼性の向上を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る充電装置の構成を表わすブロック
図である。

【図２】従来の充電装置の構成を表わすブロック図であ
る。

【図３】充電装置における電流及び電圧の変化を表わす
グラフである。

【符号の説明】

(１) 交流電流発生回路 (２) １次コイル (３) ２次コイル (４) 第１充電制御回路 (５) 整流回路 (７) 第２充電制御回路 (８) 電圧降下用トランジスタ (10) 二次電池 (11) 共振制御回路 (16) 定電流／定電圧制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流磁力線の供給を受けて二次電池を充
   電する充電装置において、 交流磁力線が貫通すべき２次コイル(３)と、 ２次コイル(３)と共に共振系を構成して、Ｑ値の調整が
   可能な共振制御回路(11)と、 ２次コイル(３)から得られる交流電流を整流する整流回
   路(５)と、 整流回路(５)の出力端と二次電池(10)の間に介在する電
   圧降下用半導体素子と、 整流回路(５)の出力電圧と所定の基準電圧の偏差に応じ
   て、共振制御回路(11)のＱ値を制御する第１充電制御回
   路(４)と、 二次電池(10)に供給される充電電流及び充電電圧に応じ
   て、電圧降下用半導体素子の動作を制御すると共に、共
   振制御回路(11)のＱ値を制御する第２充電制御回路(７)
   とを具え、充電電圧が前記基準電圧よりも低いときは、
   第１充電制御回路(４)が整流回路(５)の出力電圧を前記
   基準電圧に維持するべく共振制御回路(11)のＱ値を制御
   すると共に、第２充電制御回路(７)が充電電流又は充電
   電圧を目標値に近づけるべく電圧降下用半導体素子の降
   下電圧を制御する一方、充電電圧が前記基準電圧を上回
   っているときは、第２充電制御回路(７)が充電電流又は
   充電電圧を目標値に近づけるべく共振制御回路(11)のＱ
   値を制御すると共に、電圧降下用半導体素子による降下
   電圧を零に近づけるべく電圧降下用半導体素子を制御す
   ることを特徴とする充電装置。
2. 【請求項２】 第２充電制御回路(７)は、充電電圧が所
   定の閾値電圧よりも低いときは、充電電流を所定の目標
   値に近づけるべく定電流制御を行ない、充電電圧が所定
   の電圧に達した後は、充電電圧を所定の目標値に維持す
   るべく定電圧制御を行なう請求項１に記載の充電装置。
3. 【請求項３】 整流回路の出力電圧が充電制御回路(７)
   に電源電圧として供給される請求項１に記載の充電装
   置。
4. 【請求項４】 更に、交流電流発生回路(１)と、該回路
   から交流電流の供給を受けて交流磁力線を発生する１次
   コイル(２)とを具え、２次コイル(３)を１次コイル(２)
   に接近させて配置することによって、１次コイル(２)か
   ら発生する交流磁力線が２次コイル(３)に供給される請
   求項１乃至請求項３の何れかに記載の充電装置。