JP2588032B2 - バッテリ急速充電器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は保護機能を備えたパルス幅制御によるバッテ
リ急速充電器に関する。

〔従来の技術〕

従来より、バッテリを充電するバッテリ充電器として
多くの種類が知られている。短時間にバッテリに充電が
可能な急速充電器も各種が知られている。急速充電器の
多くでは、バッテリに供給される充電電流を所定の大き
さに維持する安定化回路のトランジスタを、大電流で生
ずる発熱による損傷から防止するため、充電電流の適度
な通電、遮断を繰り返している。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述したバッテリ急速充電器の多くでは、充電電流の
通電、遮断をパルス発生器によって生成したパルスによ
って行っている。そしてそのパルス幅のデューティ比
は、バッテリに接続される出力端電圧の変動に応じて変
化するようになっており、出力端電圧によって充電電流
の通電、遮断の時間比率を制御している。

しかし、バッテリに接続される供給回路の出力端での
電圧変動はかなり小さいため、従来ではその変動分を増
幅するための検出用増幅器が特に必要となっていた。

そこで、本発明では、上述した電圧変動分を増幅する
ための検出用増幅器を必要とせず、部品数の削減、コス
トの低減を可能とするバッテリ急速充電器の提供をその
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のバッテリ急速充電器は、交流電源が入力さ
れ、整流、平滑を行う直流化回路と、前記直流化回路の
出力電流を安定化して所定の充電電流をバッテリに供給
する供給回路と、前記直流化回路の出力電圧のみによっ
て生成パルスのパルス幅のデューティ比が変化するパル
ス発生手段と、前記パルス発生手段のパルス出力に応じ
て前記供給回路を制御して前記充電電流の通電、遮断を
行う制御手段と、前記供給回路からバッテリに供給され
る充電電流を検出し所定電流以上の過電流により前記パ
ルス発生手段の作動を停止させる保護回路と、を有する
ことを特徴としている。

〔作用〕

本発明のバッテリ急速充電器は、パルス発生手段で生
成されたパルスによって充電電流の通電、遮断を行って
いる。そして、そのパルス幅のデューティ比は、直流化
回路の出力電圧の変動によって変化する構成となってい
る。

一般に直流化回路の出力電圧の変動は、安定化回路を
経た後の出力端電圧の変動に比べかなり大きい。そのた
め、直流化回路の出力電圧を用いることでパルス発生手
段で生成されるパルス幅のデューティ比を検出用の増幅
器を介さず直接変化させることが可能となる。

〔実施例〕

本発明にかかる実施例のバッテリ急速充電器を第１
図、第２図を参照して説明する。第１図は、本実施例に
かかるバッテリ急速充電器の回路図であり、第２図は同
じくその動作を説明する動作説明図である。

本実施例のバッテリ急速充電器は、第１図に示すよう
に、交流電源が入力され、整流、平滑を行う直流化回路
１と、直流化回路１の出力電流を安定化して所定の充電
電流をバッテリ５に供給する供給回路２と、直流化回路
１の出力電圧によって生成パルスのパルス幅のデューテ
ィ比が変化するパルス発生手段３と、パルス発生手段３
のパルス出力によって供給回路２を制御し、充電電流の
通電、遮断を行う制御手段４とを備えている。

直流化回路１は、交流電源を入力として所定の電圧に
変圧するトランス11と、トランス11の交流出力を全波整
流する一対のダイオード12a、12bと、ダイオード12a、1
2bの出力を平滑する電解コンデンサ13とから成ってい
る。

供給回路２は、直流化回路１より入力した直流電流を
所定の充電電流に安定化する第１トランジスタ21と、第
１トランジスタ21のベースに接続されバイアスを生ずる
第11抵抗22と、第11抵抗22と並列に第１トランジスタ21
のベースに接続される起動用電流を流すための第12抵抗
23とを有し、バッテリ５に接続される一対の出力端24
a、24bに各々接続されている。出力端24a、24bの間に
は、電解コンデンサである第１コンデンサ25が接続さ
れ、リップル等を防止している。

パルス発生手段３は、発振器として作用させる第１オ
ペアンプ31と、第１オペアンプ31のプラス入力に第１抵
抗33を介してコレクタが接続され第１オペアンプ31の発
振のON、OFFを制御する第２トランジスタ32と、第２ト
ランジスタ32のベースと基準電位との間に接続され、第
２トランジスタ32の作動電圧を設定する第２抵抗34と、
供給回路２の出力端電圧に応じて第２トランジスタ32の
ベースにベース電圧を印加する第３抵抗35と、第１オペ
アンプ31の増幅率及び発振の条件を設定する第４抵抗3
6、第５抵抗37、第６抵抗38、及び第２コンデンサ39と
を有している。

制御手段４は、パルス発生手段３の第１オペアンプ31
の出力に第７抵抗42を介してベースに接続された第３ト
ランジスタ41と、第３トランジスタ41のベースと基準電
位との間に接続されたバイアス用の第８抵抗43と、第３
トランジスタ41のコレクタとベース間に接続された第３
コンデンサ44とを有し、通電中であることを表示する発
光ダイオード（LED）45が第３トランジスタ41のコレク
タと供給回路２の第11抵抗22との間に接続されている。

さらに、本実施例では、過電流に対する保護回路６を
備えており、この保護回路６は、過電流検知用の第９抵
抗51と、この検知信号を増幅する第２オペアンプ52と、
過電流時にパルス発生手段３の第１オペアンプ31を停止
させる第４トランジスタ53と、第２オペアンプ52の出力
と第４トランジスタ53のベースとの間に接続される第10
抵抗54とを有している。

次に、本実施例のバッテリ急速充電器の動作について
説明する。本実施例のバッテリ急速充電器では、供給電
圧が定格の電圧より10％低下した場合（以下、作動電圧
という。）において必要な充電電流が得られるように、
直流化回路１のトランス11の二次電圧が設定されてい
る。そして、この作動電圧を越えた場合にパルス幅制御
による充電電流のON、OFF制御が行われるようにパルス
発生手段３の第２抵抗34の値が設定されている。

まず、供給電圧が上記の作動電圧以下である場合に
は、パルス発生手段３の第２トランジスタ32は、図中の
Ｂで示す出力端電圧によってベースに印加される電圧が
所定の値に達してしないため、OFFとなっている。その
ため第１オペアンプ31は発振器としての動作が行われな
い。そのとき、図中のＣ点の電圧には常時所定電圧が印
加されており、制御手段４の第３トランジスタ41はONと
なる。そして、供給回路２の第１トランジスタ21がONと
なり、バッテリ５に所定の充電電流が連続して供給され
続ける（第２図のＩ）。

次に供給電圧が上昇し、作動電圧を越えた場合には、
パルス発生手段３の第２トランジスタ32は作動してONと
なり、第１オペアンプ31は、発振器としての動作を開始
する。このとき、パルス幅のデューティ比は、第１オペ
アンプ31のプラス入力のバイアス抵抗の大きさで主とし
て決定される。このバイアス抵抗は第１抵抗33と第２ト
ランジスタ32のエミッタ−コレクタ間の抵抗の和となっ
ている。その結果、第２トランジスタ32のベースに印加
される電圧によって、コレクタ電流が変化し、このエミ
ッタ−コレクタ間の抵抗が変化することで、第１オペア
ンプ31のパルス発振のデューティ比が変化する。

供給電圧が作動電圧を越えてパルス発生手段３が作動
した際（第２図のII）、そのパルスのパルス幅デューテ
ィ比は、第１図中のＡ点での電圧によって第１抵抗33を
通して第２トランジスタ32のベース電圧が規定されるこ
とで、第２トランジスタ32のエミッタ−コレクタ間の抵
抗が得られ、それによって決定される。

その後、さらに供給電圧が上昇した場合（第２図のII
I）、それに伴って第１図中のＡ点での電圧も上昇し、
第２トランジスタ32のベース電圧が上昇する。そしてコ
レクタ電流が増加して、エミッタ−コレクタ間抵抗は減
少する。これによって第１オペアンプ31のパルス幅のデ
ューティ比は小さくなる。このように供給電圧が上昇す
るに従って第２図（III）に示すようにパルス幅のデュ
ーティ比は小さくなり、設定された電圧を越えた場合に
は充電電流は遮断された状態となる。

なお、このとき、パルス幅のデューティ比の変更は、
図中のＡ点すなわち、直流化回路の出力電圧によって行
っており、この電圧変動は、Ｂ点の出力端電圧の変動よ
り十分大きいため、Ａ点電圧を検出用増幅器を用いない
で直接パルス発生手段３に導入している。

また、本実施例では、供給電流を検出して所定電流以
上の過電流が流れた場合には、出力端24bと基準電位と
の間に接続してある過電流検出用の第９抵抗51の両端
に、その過電流が流れることにより生ずる電位差が発生
する。この第９抵抗51の両端の電位差は、第２オペアン
プ52によって大幅に増幅され、その出力は第10抵抗54を
経て第４トランジスタ53をONとする。その結果、パルス
発生手段３の第１オペアンプ31のプラス入力端は基準電
位に接地されることになり、第１オペアンプ31はOFFと
なる。そして、制御手段４の第３トランジスタ41がOF
F、供給回路２の第１トランジスタ21もOFFとなり、充電
電流は遮断される。このとき、第２オペアンプ51は利得
が100db程度と高く設定されているので、入力電圧が数m
V程度で作動するため、第９抵抗51の値は数ｍΩ程度と
なっている。そのため、抵抗器を専用に使用する必要が
なく、基板に直接パターンもしくは線材で抵抗51を構成
することが可能となっている。

なお、本発明で使用するパルス発振手段のオペアンプ
は一般用オペアンプで十分であり、スイッチングレギュ
レータ用のICは特に必要としない。また、コイル等も用
いる必要がない。

〔発明の効果〕

本発明のバッテリ急速充電器は、急速充電の際に、発
熱による供給トランジスタの損傷を防止するため、パル
ス幅制御を行っている。そしてそのパルス幅のデューテ
ィ比の変更は直流化回路の出力電圧により直接パルス発
振手段を制御して行う構成になっているため、供給電圧
の変動を検出するための検出用増幅器を必要とせず、部
品数の削減、コストの低減が実現できる。しかも、充電
電流の過電流が生じた場合には保護回路により充電電流
を遮断することができるため、過電流によるバッテリの
損傷などを生じることがない。その結果、小型化、経済
性に優れた保護機能を有するバッテリ急速充電器の提供
を可能とした。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる実施例のバッテリ急速充電器の
回路図であり、第２図はその動作を説明する動作説明図
である。 １……直流化回路 ２……供給回路 ３……パルス発生手段 ４……制御手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】交流電源が入力され整流、平滑を行う直流
   化回路と、 前記直流化回路の出力電流を安定化して所定の充電電流
   をバッテリに供給する供給回路と、 前記直流化回路の出力電圧のみによって生成パルスのパ
   ルス幅のデューティ比が変化するパルス発生手段と、 前記パルス発生手段のパルス出力に応じて前記供給回路
   を制御して前記充電電流の通電、遮断を行う制御手段
   と、 前記供給回路からバッテリに供給される充電電流を検出
   し所定電流以上の過電流により前記パルス発生手段の作
   動を停止させる保護回路と、 を有することを特徴とするバッテリ急速充電器。