JPH0373218B2

JPH0373218B2 -

Info

Publication number: JPH0373218B2
Application number: JP17196082A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yanoo; Takashi Akyama
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1982-09-30
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1991-11-21
Also published as: JPS5961438A

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、Ni−Cdのような被充電用電池を急
速充電する充電回路に関するものである。

（背景技術）従来、逆阻止型３端子サイリスタ（SCR）を
用いたこの種の急速充電器では、交流電源を整流
して得られた脈流電源電圧の波形毎に所定位相で
逆阻止型３端子サイリスタにトリガ信号を与えて
位相制御を行なうようになつており、充電末期で
は導通期間を小さくして充電電流の平均値を下げ
るようになつている。

しかしながら、従来の場合は脈流電源電圧の各
波形毎に逆阻止型３端子サイリスタにトリガ信号
を与えるため、充電末期において充電電流の平均
値を下げることができても、電池内部のガス発生
に対して、それを十分に吸収する時間を確保する
ことなく、充電電流を流すため、電池を劣化させ
るという恐れがあつた。

（発明の目的）本発明は上述の問題点に鑑みて為されたもの
で、その目的とするところは、充電末期の被充電
用電池のガス発生に対するガス吸収時間を充分に
とることができて電池の劣化を少なくし、その上
トリガ信号発生回路のトランジスタのスイツチン
グスピードを早めてスイツチングロスを低減した
充電回路を提供するにある。

（発明の開示）上述の目的を達成するために、本発明は、エミ
ツタに基準電源電圧を接続した脈流電源に基準電
圧源を介して接続された第１のトランジスタのベ
ースに、脈流電源電圧を第１の抵抗と第２の抵抗
及びコンデンサの並列回路とで分圧して得られた
電圧を印加して該ベース電圧が前記基準電圧源の
電圧を越えた際に第１のトランジスタをオンさせ
る電圧比較回路と、第１のトランジスタのコレク
タにベースを接続し、エミツタにエミツタ抵抗を
接続してエミツタ抵抗を介して脈流電源に接続し
た第２のトランジスタを有し、エミツタ抵抗と第
２のトランジスタのエミツタとの接続点の電圧を
逆阻止型３端子サイリスタのゲートに加えるトリ
ガ信号発生回路と、カソードに被充電用電池を接
続して脈流電源に被充電用電池を介して接続され
た上記逆阻止型３端子サイリスタから成るもので
ある。

実施例以下本発明を実施例によつて説明する。第１図
は本発明のブロツクダイヤグラムを示し、交流電
源電圧を降圧する降圧回路１と、降圧回路１で降
圧された交流を整流する整流回路２と、充電々流
が流れていることを検知する電流検出回路３と、
この電流検出回路３の検出によつて発光表示する
表示回路４と、定電流を発生させて電池パツク
BP内に設けた電池温度検出回路５に流す基準電
流発生回路６と、脈流電源電圧を抵抗分圧して入
力電圧と、電池温度検出回路５に発生する基準電
圧とを比較して基準電圧を入力電圧が越えたとき
にトリガ信号発生回路７を動作させる電圧比較回
路８と、トリガ信号発生回路７のトリガ信号で導
通する逆阻止型３端子サイリスタ９＜以下サイリ
スタ９と称する＞と、該サイリスタ９を通じて充
電々流が流れて充電されるNi−Cdのような被充
電用電池１０と、前記電池温度検出回路５の不完
全接続等を検出して、サイリスタ９を制御するセ
ンサ開放検出回路１１とから構成され、被充電用
電池１０の充電々圧V_Bが所定レベルのときには
サイリスタ９の導通を制限して充電制御を行なう
ようになつている。第２図は第１図ブロツクを具
体化した回路を示しており、実施例回路の動作を
この具体回路によつて詳説する。降圧回路１は降
圧トランス１４から構成され、電源接続端子ａ，
ｂに接続した交流電源AC電圧を降圧して整流回
路２のダイオード１２，１３によつて全波整流し
その脈流を充電器Ａの電源電圧とする。充電器Ａ
は電池パツクBPを着脱自在に装着するもので電
流パツクBP内に被充電用電池１０と、被充電用
電池１０の電池温度検出回路５とを接続端子ｃ，
ｄ，ｅによつて装着時に電気的に接続する。整流
回路２の出力端間にはサイリスタ９と、電池パツ
クBP内の被充電用電池１０と、電流検出回路３
の電流検出抵抗１５の直列回路を接続してある。
電流検出回路３は電流検出抵抗１５と、発光ダイ
オード１６と抵抗１７とからなる表示回路４を介
して整流回路２の出力端間に接続したトランジス
タ１８と前記電流検出抵抗１５に対してトランジ
スタ１８のベース・エミツタを介して並列接続し
たベース抵抗１９とから構成され、サイリスタ９
と、被充電用電池１０と電流検出抵抗１５とを介
して充電々流が流れるとトランジスタ１８がオン
し該トランジスタ１８を介して発光ダイオード１
６に電流を流して充電中であることを表示する。
電圧比較回路８は脈流電源電圧を抵抗２０，２１
で分圧した分圧電圧がベースに印加されるととも
に、抵抗２５を介して整流回路２のプラス側出力
端にコレクタを接続し、エミツタを可変抵抗器２
２と、電池温度検出回路５の可変抵抗器２４と、
ダイオード２３とを介して整流回路２のマイナス
側出力端に接続した第１のトランジタ２６と、上
記各抵抗２０，２１，２５及び可変抵抗器２２
と、抵抗２１に並列に接続したコンデンサ３３と
から構成されている。可変抵抗器２４と電池温度
検出回路５との直列回路には定電流ダイオード３
４からなる基準電流発生回路６から定電流が流
れ、前記直列回路には電圧比較回路８の基準電圧
となる電圧が発生し、この基準電圧と、トランジ
スタ２６のベース電圧とが比較されるわけで、ベ
ース電圧がトランジスタ２６のエミツタ電圧に降
下電圧V_BE26が加わつた分より高ければトランジ
スタ２６がオンし、逆に低ければトランジスタ２
６がオフするようになつている。トリガ信号発生
回路７は前記トランジスタ２６のコレクタにベー
スを接続した第２のトランジスタ２７と抵抗２８
との直列回路を整流回路２の出力端間に接続し、
トランジスタ２７のエミツタをダイオード２９を
介して上記のサイリスタ９のゲートに接続しあつ
て、トランジスタ２７のオンのときにダイオード
２９を介してサイリスタ９を点弧するようになつ
ている。センサ開放検出回路１１は可変抵抗器２
２と電池温度検出回路５の直列回路の電圧を抵抗
３０，３１で分圧した電圧をベースに印加するト
ランジスタ３２から構成され電池温度検出回路５
の非接続時にトランジスタ３２のベース電位が上
昇してトランジスタ３２がオンし、このオンによ
つてトランジスタ３２を介してトリガ信号発生回
路７のトランジスタ２７のベースを接地するよう
になつており、トリガ信号発生回路７のトランジ
スタ２７を強制的に電池温度検出回路５の非接続
時にオフさせて充電を停止させるようになつてい
る。またこの時SCR９を介して流れる充電電流
は無くなり、電流検出回路３が動作せず、表示回
路４の発光ダイオード１６を消灯し、電池温度検
出回路５が接続されていないことを表示する。

次に本発明充電回路の動作を説明する。電池パ
ツクBPが充電器Ａに装着かつ接続している充電
中においては整流回路２から第３図ａに示す脈流
電源電圧が発生しているとすると、この脈流電源
電圧の電圧上昇時においてはまず、電圧比較回路
８のベース電圧はコンデンサ３３の充電々圧の上
昇に応ずることにより、従つて第３図ｃに示す定
電流ダイオード３４の流す電流が一定レベルに達
するまでの上昇する期間中においてはベース電圧
がエミツタ電圧を越えるとこなく、従つてトラン
ジスタ２６のベース電流は流れず、そしてトラン
ジスタ２６にはコレクタ電流が流れず、コレクタ
の電位は低下しない。そのためトリガ信号発生回
路７のトランジスタ２７のベースに印加される脈
流電圧がトランジスタ２７のベース・エミツタ間
の降下電圧を越えると直ちにオンすることによ
り、スイツチングスピードはトランジスタ２６の
コレクタ電位の低下による影響を受ける場合に比
して速くなる。さてトランジスタ２７がオンする
と、エミツタ抵抗２８とトランジスタ２７のエミ
ツタとの接続点○イの電圧は第５図ｂに示すように
脈流電源電圧の上昇に併つて上昇する。この電圧
上昇において、この接続点○イの電圧がダイオード
２９の順方向降下電圧V_F29とサイリスタ９のゲー
トカソード間の降下電圧V_Gと電池電圧V_Bとの和
電圧より越えるとサイリスタ９にゲート電流が流
れてオンし、充電々流を被充電用電池１０に流
し、充電を開始する。一方電圧比較回路８ではコ
ンデンサ３３の両端電圧が基準電圧つまり第３図
ｃに示した波形の平坦レベルにトランジスタ２６
のベースエミツタ間の電圧降下V_BE26分を加えた
電圧を越えると、トランジスタ２６はオンし、ト
ラジスタ２６のコレクタ電位は低くなり、トラン
ジスタ２７はオフさせ、接続点○イの電圧を“Ｌ”
とする。従つて被充電用電池１０の電圧が低い初
期状態ではサイリスタ９の導通開始時点が早く、
逆に電池電圧V_Bが高くなるにつれてサイリスタ
９の導通開始時点が遅くなる。そして○イ接続点の
電圧のピーク値が電池電圧V_Bとダイオード２９
の順方向降下電圧V_F29とサイリスタ９のゲートカ
ソード間の降下電圧V_Gとの和を越えなくなると
サイリスタ９は導通せず、充電停止状態となる。
つまり電圧比較回路８のトランジスタ２６のオン
するタイミングによつて、サイリスタ９をオフさ
せることのできる電池電圧V_Bを設定することが
でき、この電池電圧V_Bが充電制御電圧となる。
さて初期の充電動作に於いては、電池電圧V_Bが
低いため、トランジスタ２７のエミツタ電圧、つ
まり接続点○イの電圧が、第３図ｂに示すピーク値
Ｙより低い点Ｘ点、サイリスタ９にゲート電流が
流れてサイリスタ９がオンする。従つて脈流電源
の各波形ごとにおいて、サイリスタ９がオンする
ことにより、電流検出回路３の電流検出抵抗１５
には充電々流が略連続的に流れて表示回路４の発
光ダイオード１６を点灯し、人間の目の残像によ
つて発光ダイオード１６の発光は連続発光状態と
見え、使用者はこの発光によつて充電中であるこ
とを知ることができる。

ところで充電末期となつて上述したような充電
停止が起きた後は被充電用電池１０の自己放電等
による電圧降下時にのみにサイリスタ９のオン動
作が行なわれて補充電がなされるのである。ここ
で電圧比較回路８のトランジスタ２６のオフのス
イツチング動作はコンデンサ３３の充電々荷の放
電時定数によつて、オン時の脈流電源電圧の値よ
りも低い電圧のときによつて行なわれるため、ト
リガ信号発生回路７のトランジスタ２７のエミツ
タ電圧、つまり接続点○イの電圧はトランジスタ２
６のオン時の電圧と、オフ時の電圧との間にΔV
だけの下が生じる。従つて充電末期において、電
池電圧V_Bが自己放電によつて低下し、接続点○イ
の電圧よりも、電池電圧V_Bと、ダイオード２９
の順方向降下電圧V_F29と、サイリスタ９のゲート
カソード間の降下電圧V_Gとの和が下回つたとき
には、サイリスタ９がオンして、その対応する脈
流波形の期間補充充電が為される。ここで第３図
ｂに示す脈流波形の前半の接続点○イのピーク値Ｙ
と後半の接続点○イのピーク値Ｚとの差が無い場所
では電池電圧V_Bが低下して後半のピーク値Ｚを
下回つたときにサイリスタ９がオンすると、短い
期間で充電が為されるため次の脈流波形の前半で
は電池電圧V_Bが前半のピーク値Ｙを下回らない
けれども、後半のピーク値Ｚを下回つて再びサイ
リスタ９がオンされる可能性が高く、結果毎波形
毎に充電が為されることになり、電池内部の発生
ガスの吸収時間を取ることができなくなる恐れが
ある。

これに対して接続点○イの前半のピーク値Ｙと後
半のピーク値Ｚとの間で差ΔVを持たせたことに
より、前半のピーク値Ｙを電池電圧V_Bが下回つ
たときにサイリスタ９がオンすると、その波形の
期間充電されるため、次の脈流波形において、電
池電圧V_Bが前半、後半の何れのピーク値Ｙ，Ｚ
をも下回る可能性が少なくなつて、次のサイリス
タ９のオン動作が起るまでの期間が比較的長くな
つて、例えば脈流電圧波形の１山或いは２山以上
の休止期間が得られ、その結果被充電用電池１０
内部のガス発生に対しそれを充分に吸収する時間
が得られることになつて電池劣化や過充電防止が
図れるのである。第４図ａ充電初期の充電電流波
形を、第４図ｂは充電末期の充電電流波形も、第
４図ｃは充電末期における電池電圧V_Bのピーク
値の拡大波形を夫々示している。

しかして充電末期においては脈流波形に対して
間欠的に充電々流が流れることになつて表示回路
４の発光ダイオード１６の発光は点滅状態とな
り、使用者は充電完了したことを知ることができ
る。

ところで、このような急速充電を行なうとき、
制御すべき電池電圧は温度によつて第５図に示す
ようにV₁，V₂，V₃…と変化するため電池温度特
性に合せて制御動作の温度特性を設定する必要が
あるが本発明充電回路では次のような方法によつ
て設定してある。つまり充電器Ａ側のサイリスタ
９をトリガするためのトリガ信号発生回路７のト
ランジスタ２７のスイツチングのタイミングは電
圧比較回路３４のトランジスタ２６のオン、オフ
によつて決まり、またサイリスタ９のオン、オフ
は○イ点の電圧と、電池電圧V_B、サイリスタ９の
ゲートカソード間の降下電圧V_G、ダイオード２
９の順方向降下電圧V_F29の和電圧との関係で決ま
るわけであるが、仮に電池パツクBPの温度変化
がないものとし、充電器Ａ内の温度変化があると
すると、各トランジスタ２６，２７のベース・エ
ミツタ間の降下電圧V_BE26，V_BE27及び、ダイオー
ド２９の順方向降下電圧V_F29、サイリスタ９のゲ
ートカソード間の降下電圧V_Gは所定の温度係数
によつて夫々が変化し、トランジスタ２６，２７
のスイツチング動作及びサイリスタ９のスイツチ
ング動作に影響が生じるわけである。そこでこれ
ら素子の温度特性を補正して充電器Ａの制御動作
の温度特性を充電器Ａ側の温度変化に対して零と
するように各素子の条件を設定しており、例えば
第２図回路の場合では下記の条件を満足するよう
に素子定数を設定する。

R₂₀＋R₂₄／R₂₀∂V_BE26／∂T≒∂V_BE26／∂T＋∂V_F29
／∂T＋∂V_G／∂T ところで電池の温度によつて充電完了時の電池
電圧V_Bは変化し、これに対応して充電制御電圧
を変える必要のあるのは第５図で説明した通りで
あるが、本発明では電池温度検出回路５を電池パ
ツクBP内に設けて、この電池温度検出回路５の
ダイオード２３と可変抵抗器２４との温度特性を
利用して電圧比較回路８の基準電圧を変化させ、
トランジスタ２６のスイツチング動作のタイミン
グ、つまりトランジスタ２７のオン、オフによつ
て制御されるトリガ信号発生回路７のトランジス
タ２７のスイツチスグのタイミングを変えること
によつて生じる抵抗２８の両端電圧（○イ点電圧）
のピーク値（電池電圧V_Bと、上記のサイリスタ
９のゲート・カソード間の降下電圧V_Gと、ダイ
オード２９の順方向降下電圧V_F29との和電圧と比
較する最大基準電圧）を変えるようにして、被充
電用電池１０の温度特性に合せた充電制御を行な
えるようにしており、電池温度検出回路５の温度
特性をR₂₀＋R₂₁／R₂₁∂V_F29／∂Tという形で電池温度性
に合わせるように設定する。

尚電池個数の違いに対しては抵抗２０，２１の
分割比率及びダイオード２９，２３の数量を変化
させて上述と同様に設定すればよく、また微調整
は定電流ダイオード３４の電流値を変えて温度特
性をマツチングさせるようにしてもよい。尚
V_BE26はトランジスタ２６のベース・エミツタ間
の降下電圧を、またR₂₀，R₂₁は抵抗２０，２１
の抵抗値を、更にV_F23はダイオード２３の順方向
降下電圧を示す。

ところで、上記のように充電が完了するため接
続点○イのピーク値Ｙの波形はシヤープなエツジで
あつた方が充電完了制御がスムースに行なわれ
る。

ここでトランジスタ２６の動作を見てみると、
脈流波形で電圧が上昇していき、ピーク値Ｙに対
応する電圧に上昇するなるまで、トランジスタ２
６はオフであり、このピーク値Ｙに対応した電圧
に上昇して時点でトランジスタ２６にベース電流
が流れ始めるが、コンデンサ３３が無ければ、抵
抗２０を通り抵抗２１へ流れていた電流が、トラ
ンジスタ２６へも流れ始めるため、抵抗２０，２
１の接続点の電圧の上昇が停まり、電源電圧が更
に上昇し、接続点電圧が上昇するまでトランジス
タ２６へのベース電流が不足し、ピーク値Ｙの波
形はシヤープにならない。コンデンサ３３がある
と、ベース電流を補充することができ、ピーク値
Ｙの波形はシヤープとなる。

トランジスタ２６のコレクタ電圧が下がるまで
トランジスタ２７は電流を流して接続点○イの電圧
を発生させているが、トランジスタ２６のコレク
タ電圧が下がると、トランジスタ２７はベース電
圧がエミツタ電圧より下がつてトランジスタ２７
のベース領域にある過剰電子を素早く除去するこ
とができ、結果接続点○イでのピーク値Ｙの波形が
シヤープになる（＝スイツチングスピードが早く
なる）。トランジスタ２７に流れる電流は電源電
圧が高くなれば、その値も大きくなり、当然ピー
ク値Ｙの波形がシヤープでないと、損失も増え
る。トランジスタ２７の自己発熱によるV_BEの変
化は、充電完了の制御特性に影響を与えるため、
少しでも自己発熱を押さえることが必要であり、
損失を少なくすることはこの自己発熱を抑えるこ
とができるのである。

（発明の効果）本発明はエミツタに基準電圧源を接続して脈流
電源に基準電圧源を介して接続された第１のトラ
ジスタのベースに、脈流電源電圧を第１の抵抗と
第２の抵抗及びコンデンサの並列回路とで分圧し
て得られた電圧を印加して該ベース電圧が前記基
準電圧源の電圧を越えた際に第１のトランジスタ
をオンさせる電圧比較回路と、第１のトランジス
タのコレクタにベースを接続し、エミツタにエミ
ツタ抵抗を接続してエミツタ抵抗を介して脈流電
源に接続した第２のトランジスタを有し、エミツ
タ抵抗と第２のトランジスタのエミツタとの接続
点の電圧を逆阻止型３端子サイリスタのゲートに
加えるトリガ信号発生回路と、カソードに被充電
用電池を接続して脈流電源に被充電用電池を介し
て接続された上記逆阻止型３端子サイリスタから
なるので、脈流電源電圧の上昇時に第１のトラン
ジスタのベース電圧をコンデンサの充電期間中に
おいて低下させることができて、その結果第１の
トランジスタにコレクタ電流を流させずに済みト
リガ信号発生回路の第２のトランジスタを脈流電
源電圧がそのベース・エミツタ間の降下電圧より
も越えると直ちにオンさせることができ、コンデ
ンサのない場合に比べてスイツチングのスピード
を早めることができて、スイツチングロスを少な
くできるという効果を奏し、更にコンデンサの充
電々荷によつて第１のトランジスタのオフ動作を
遅らせることでき、その結果第１のトランジスタ
がオンするタイミングの脈流電源電圧がオフする
タイミングの脈流電源電圧よりも高くなり、その
ためトリガ信号発生回路の第２のトランジスタの
オン時にエミツタ抵抗に発生する脈流波形の前半
における電圧ピーク値よりも後半における電圧ピ
ーク値の方が低くすることができ、そのため充電
末期におけるサイリスタのトリガを前半の電圧ピ
ーク値で行なうこととなつて、充電末期における
充電を脈流波形単位ごとに行なえ、その結果補充
電流が多くなつて充電を行なう期間を間欠的にす
ることができ、充電末期に発生する電池内のガス
の吸収期間を十分に得ることが可能となり、電池
劣化や過充電等が防げるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路ブロツク図、
第２図は同上の具体回路図、第３図ａ〜ｃ及び第
４図ａ〜ｃは同上の動作説明用タイムチヤート、
第５図は同上の電池温度と、充電制御電圧との関
係を示す特性図であり、７はトリガ信号発生回
路、８は電圧比較回路、９はサイリスタ、１０は
被充電用電池、２０は第１の抵抗、２１は第２の
抵抗、２６は第１のトランジスタ、２７は第２の
トランジスタ、３３はコンデンサである。

Claims

【特許請求の範囲】

１エミツタに基準電圧源を接続して脈流電源に
基準電圧源を介して接続された第１のトランジス
タのベースに、脈流電源電圧を第１の抵抗と第２
の抵抗及びコンデンサの並列回路とで分圧して得
られた電圧を印加して該ベース電圧が前記基準電
圧源の電圧を越えた際に第１のトランジスタをオ
ンさせる電圧比較回路と、第１のトランジスタの
コレクタにベースを接続し、エミツタにエミツタ
抵抗を接続してエミツタ抵抗を介して脈流電源に
接続した第２のトランジスタを有し、エミツタ抵
抗と第２のトランジスタのエミツタとの接続点の
電圧を逆阻止型３端子サイリスタのゲートに加え
るトリガ信号発生回路と、カソードに被充電用電
池を接続して脈流電源に被充電用電池を介して接
続された上記逆阻止型３端子サイリスタから成る
ことを特徴とする充電回路。