JPH04229028A

JPH04229028A - デュアルモード電池充電器

Info

Publication number: JPH04229028A
Application number: JP3190303A
Authority: JP
Inventors: Thomas A Somerville; トーマス・エイ・ソマーヴィル
Original assignee: Burr Brown Corp
Current assignee: Texas Instruments Tucson Corp
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1992-08-18
Also published as: FR2670059A1; GB2250390A; KR940005457B1; US5111131A; GB9113138D0; KR920011020A; DE4125410A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電池を充電するため
の装置に関するものであり、特にニッケル−カドミウム
電池の充電器に関するものである。より詳しくは、本発
明は、通信機器製品の電池の充電に適していて、その通
信機器製品の動作に妨害を与えるような電気的ノイズを
誘起しない、非常に小さいコンパクト型電池充電器回路
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ニッケル−カドミウム電池のフル充電状
態は、高電流充電中、その端子電圧がピーク値からある
量（例えば、１００ｍＶ）降下または“うなだれた”と
きにその充電を抑制することで、実現することができる
。ニッケル−カドミウム電池は、比較的高い充電率に耐
えられることが知られている。この高い電池充電率は、
その充電時間を短縮する上で、また電池が不使用状態と
なっている時間を短縮する上でも望ましいものである。ある代表的な急速充電法では、アンペア時で表した電池
容量にアンペア数の等しい電流を、その電池にほぼ１時
間供給するようになっている。知られているように、ニ
ッケル−カドミウム電池の高電流充電は、その電池電圧
のある負の変化率が生じ始めた後すぐに止めるべきであ
る。ある既知の電池充電器は、自動的に電池のフル充電
状態を検知してこの充電器が発生する主充電用電流を終
了させ、そして細電流に切り換えるようになっている。その電池がフル充電状態に達すると、充電率を低下させ
て細電流にするかあるいは充電を停止させるようにする
。電池を確実にフル充電すると共に、その電池セルを損
傷する虞れのある過充電を防止するには、充電の遮断に
ついて制御を行うことが重要となる。

【０００３】電池式の携帯電話機などの多くの通信機器
製品は、電気的なノイズの存在に対して非常に敏感であ
ることが知られている。従来の電池充電器は、一般に、
充電中の電池の端子に接続した導線に、相当強い電気的
なノイズを発生するものである。さらに、放射された高
周波妨害を、ＲＦ増幅器が拾ってしまうこともある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】コンパクトで、ノイズ
レベルが低く、通信機器製品またはその電源コード内に
容易に組み込むことができて、その電源コードをＡＣラ
イン電流源に接続することによりニッケル−カドミウム
電池を繰り返し充電することが出来るような電池充電器
を提供することが、非常に望ましいものとなっている。従来の、そのような目的を満たすことができる程十分安
価な電池充電器は、残念ながら充電時間が非常に長いも
のである（例：１２時間）。また、これよりも精巧な“
急速”充電器は、価格が高くて、サイズも大きく、しか
も電力消費が大き過ぎ、またほとんどの通信機器製品で
充電中に使用するにはあまりにも大きな電気ノイズを発
生するものである。

【０００５】従って、本発明の目的は、廉価で、低ノイ
ズであり、またコンパクトでしかも高効率の電池充電用
の装置および方法を提供することにある。

【０００６】本発明のもう一つの目的は、非常に急速に
ニッケル−カドミウム電池を充電でき、しかも過充電に
よる損傷を起こさせない電池充電用の装置および方法を
提供することにある。

【０００７】本発明のさらにもう一つの目的は、極めて
コンパクトで、電源コードに内蔵させることができる電
池充電器であって、出力端子の両端に印加する又は中か
ら放射するノイズのレベルが十分に低く、これにより、
ノイズに敏感な通信機器製品等の使用が、その再充電可
能の電池を充電している最中においても可能となるよう
な電池充電器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】簡単に述べると、本発明
がその１実施例に従い提供する電池充電器は、ライン電
圧を受けそして整流した正弦波状電圧を発生する第１の
整流器を備えている。この整流正弦波状電圧を受けるよ
うに接続した一次巻線をもつトランスは、第１および第
２の二次巻線を有している。その第１二次巻線の端子と
充電する電池の端子との間には、第２の整流器を結合す
る。前記一次巻線の１つの端子と、該一次巻線を流れる
電流を表す信号を発生するフィルタまたはその他の回路
と、の間には、スイッチを結合している。前記第２二次
巻線の端子には第１の回路を結合して、充電中の前記電
池の端子間電圧に比例した電池状態電圧を発生するよう
にする。また、第２の回路を設けて、前記整流正弦波状
電圧に応答してタイミング信号を発生する。第３の回路
は、ラチェットＤＡＣの出力に接続して、そのラチェッ
トＤＡＣの出力電圧を前記電池状態電圧と比較する。こ
の第３の回路は、ラチェットＤＡＣの出力電圧が基準電
圧を越えるまでそのラチェットＤＡＣを増分するため、
タイミング信号に同期した増分用信号を発生する。第４
の回路は、ラチェットＤＡＣの出力に接続して、前記電
池状態電圧がピークになった後にその電池状態電圧がＤ
ＡＣ出力電圧から所定のスレッシュホールド電圧分　降
下したときに、低充電モード信号を発生する。第５の回
路は、その低充電モード信号と前記一次巻線を流れる電
流を表す前記信号とを受けて、制御信号を発生するよう
にする。この制御信号は、前記スイッチに印加して、前
記一次巻線の電流の流れを前記電池検知電圧に従って制
御する。前記スイッチに印加する前記制御信号を制御す
ることにより、本電池充電器がその低充電電流モードに
あるときには、非常に低いデューティーサイクルを生成
するようにする。本電池充電器が高充電電流モードとな
っているときには、前記スイッチのオンタイムは、前記
整流正弦波状電圧の谷とピークの間で連続的に変調する
ことにより、電池への充電用電流を最大にしながら、前
記スイッチの両端の電圧がその降伏電圧を越えないよう
に保つ。これは、前記スイッチに対し一定のオフタイム
を与え、また前記スイッチのオンタイムを前記一次巻線
の電流を表す信号に応じて変化させる回路によって実現
できる。

【０００９】

【実施例】図１を参照して説明すれば、電池充電器回路
１は、ＡＣライン電圧２を受けてこれを在来の全波整流
器３によって整流し、そしてこの整流した高電圧ＤＣ（
ＨＶＤＣ）をその出力導体４に発生するようになってい
る。その整流器３は、接地端子を有しており、この接地
端子は主接地導体２５に接続している。出力導体４は、
そのＨＶＤＣをΔＶ検出器／制御論理回路５の１つの入
力とそしてインダクタンス６の一方の端子とへ供給する
。このインダクタンス６は、個別のインダクタとしたり
、あるいはトランス７の一次巻線７Ａの漏れインダクタ
ンスとしたりすることができる。

【００１０】トランス７は、二次巻線７Ｂを有しており
、この二次巻線７Ｂの両端子は半波整流器１０に接続し
ている。この半波整流器１０は、接地端子をもっており
、この接地端子は、“分離した”接地導体２５Ａに接続
している。その半波整流器１０の出力端子１０Ａは、充
電するあるニッケル−カドミウム電池１１の正端子に接
続するようになっている。検出器／制御論理回路５は、
導体１４で、電池１１の現在の電圧を正確に表す電圧Ｖ
ＳＥＮＳＥを受けるようになっており、そしてこの回路
５は、そのＶＳＥＮＳＥ電圧のピーク値９７からのΔＶ
降下（又は“うなだれ”）（図４）を検出したときに、
電池１１の充電率を高電流充電率から低電流充電率（ま
たは細流充電）へ低下させるようにする。“オンタイム
”変調器回路１５が導体８に発生する信号ＲＥＳＥＴは
、その検出器／制御論理回路５の入力に印加し、そして
この回路５は、導体１２にＥＮ＊信号（注：記号＊は反
転を示す）を発生し、また導体１３に低電流充電モード
（ＩＬＯ）信号を発生する。これら導体１２および１３
は、変調器回路１５の制御入力にそれぞれ接続している
。フィルタ回路２０が導体２１に発生する電圧ＶＩＳＥ
ＮＳＥは、その変調器回路１５のフィードバック入力に
印加するようにしてある。

【００１１】変調器回路１５は、導体１６に出力信号を
発生するようになっており、そしてこの出力信号は、ス
イッチ１９の“オンタイム”を制御して、電池１１の充
電率を決める。そのスイッチ１９は、閉じた時には、一
次巻線７Ａを流れる電流を、導体１７を介してフィルタ
回路２０の入力と抵抗器２６とへ導き入れる。キャパシ
タンスＣＲをもったコンデンサ１８は、その導体１７と
ＨＶＤＣ導体４との間に接続してある。

【００１２】トランス７は、フェライトコア７Ｄをもっ
ており、このフェライトコア７Ｄは、一次巻線７Ａに対
し付加二次巻線７Ｃを磁気的に結合している。この二次
巻線７Ｃの一方の端子は、主接地導体２５に接続してお
り、またその他方の端子は半波整流器２８の入力に接続
している。この整流器２８は、導体１４に上記の電圧Ｖ
ＳＥＮＳＥを発生するようにする。

【００１３】図２には、上記検出器／制御論理回路５の
詳細について示してある。導体４の信号ＨＶＤＣは、抵
抗型分圧器３５，３６およびコンデンサ３７を介して演
算増幅器３８の反転入力に接続しており、そしてこの演
算増幅器３８の出力は、導体２３に供給するタイミング
信号ＳＹＮＣを発生する。その演算増幅器３８の非反転
入力は、接地導体２５に接続している。また、その導体
２３は、インバータ２４を介してシフトレジスタ４２の
一端の入力に接続している。このシフトレジスタ４２は
、６つのＤ型フリップフロップから成る構成である。右手のフリップフロップのＱ出力は、ＮＯＲゲート４３
の一方の入力と分周器回路４４の入力とに接続しており
、そしてこの分周器回路４４は、そのＱ出力信号を２１
５で分周する。シフトレジスタ４２のその右手のフリッ
プフロップのＱ＊出力は、二入力のＮＯＲゲート４５の
一方の入力に接続しており、そしてこのＮＯＲゲート４
５は、信号ＳＹＮＣ／１１を発生しそしてこれをＯＲゲ
ート４６の一方の入力に印加するようになっている。シ
フトレジスタ４２の上記のフリップフロップに隣接した
フリップフロップのＱ出力は、ＮＯＲゲート４３の他方
の入力に接続すると共に、ＮＯＲゲート４５の他方の入
力にも接続している。また、ＯＲゲート４６の出力は、
導体１２に信号ＥＮ＊を発生する。

【００１４】導体１４の電池状態信号ＶＳＥＮＳＥは、
ＮＰＮ型トランジスタ３４のコレクタと、抵抗器３２の
一方の端子とそして抵抗器４７Ａの一方の端子とに印加
する。抵抗器３２の他方の端子は、抵抗器３５の一方の
端子と、ツェナーダイオード３３のカソードとに接続し
ている。このツェナーダイオード３３のカソードはまた
、トランジスタ３４のベースに接続している。一方、ツ
ェナーダイオード３３のアノードは、主接地導体２５に
接続している。トランジスタ３４のエミッタは、導体２
２にある一定の基準電圧ＶＲＥＦを発生するが、この基
準電圧ＶＲＥＦは、ツェナーダイオード３３の降伏電圧
からトランジスタ３４の電圧ＶＢＥを引いたものに等し
い大きさである。このＶＲＥＦ導体２２は、ディジタル
／アナログ変換器（ＤＡＣ）５０の基準入力に接続して
いる。ディジタル／アナログ変換器５０は、本願出願人
が販売しているＤＡＣ　７５４１とすることができるが
、この場合１２ビットの内の７ビットのみを使用する。

【００１５】ＶＲＥＦ導体２２はまた、比較器６０の反
転入力にも接続している。この比較器の非反転入力は、
導体４４を介して別の比較器５１の非反転入力と、比較
器５２の反転入力と、そして抵抗器４７Ａと抵抗器４７
Ｂとの間の接続点とに接続している。その抵抗器４７Ｂ
の他の端子は、主接地導体２５に接続している。

【００１６】ＤＡＣ５０の出力は、導体５７に電圧Ｖｏ
を発生する。その導体５７は、比較器５１の反転入力と
、比較器５２の非反転入力とに接続している。比較器５
２は、１００ミリボルトの入力オフセット電圧を有して
いる。

【００１７】ディジタル／アナログ変換器５０の７つの
入力は、７ビットのリップルカウンタ５５の出力に接続
している。このリップルカウンタ５５は、図３の回路が
発生する信号ＲＥＳＥＴによってリセットされる。２１
５分周回路４４も、その信号ＲＥＳＥＴによってリセッ
トされる。リップルカウンタ５５は、ＡＮＤゲート５３
による導体５３Ａの信号ＲＣＨＴ（“ラチェット”）に
より増分されるようになっている。そのＡＮＤゲート５
３の１つの入力は、ＳＹＮＣ信号導体２３に接続してい
る。ＡＮＤゲート５３の別の入力は、比較器５１からの
信号ＵＰを受けて、ＤＡＣ５０の出力電圧Ｖｏをより高
く“ラチエット”させる。ＡＮＤゲート５３の残りの入
力は、導体１３Ｎの信号ＩＬＯ＊を受けるようになって
おり、そしてこの導体１３Ｎは、Ｄ型フリップフロップ
５６のＱ＊出力に接続している。導体１３ＮのそのＩＬ
Ｏ＊信号は、ＯＲゲート４６の一方の入力にも印加する
。

【００１８】フリップフロップ５６のクロック入力（Ｃ
Ｋ）は、ＳＹＮＣ導体２３に接続している。また、この
フリップフロップ５６のリセット（Ｒ）入力は、ＲＥＳ
ＥＴ導体８に接続している。フリップフロップ５６のセ
ット（Ｓ）導体は、分周器回路４２，４４が導体４８に
発生する信号ＴＯ（タイムアウト）を受ける。フリップ
フロップ５６のＱ出力は、導体１３にＩＬＯ信号（低電
流充電モード）を発生する。フリップフロップ５６のＤ
入力は、ＯＲゲート５４の出力に接続しており、そして
このＯＲゲート５４の一方の入力は、信号ＦＵＬＬ（電
池１１がフルに充電されたことを示す）を比較器５２の
出力から受ける。ＯＲゲート５４の他方の入力は、比較
器６０の出力に発生する信号ＶＨＩ（充電器回路１に電
池が接続していないという理由で高電圧状態が生じてい
ることを示す）を受けるようになっている。

【００１９】次に図３について説明する。この図３には
、オンタイム変調器回路１５とスイッチ１９の詳細を示
してある。導体２２のＶＲＥＦ電圧は、抵抗型分圧器６
４Ｂ，７５Ｂを介して誤差増幅器６３の非反転入力に印
加し、そしてこの誤差増幅器６３の出力は、比較器６６
の反転入力並びに比較器６２の反転入力に印加するよう
になっている。その比較器６２の非反転入力は、ランプ
信号発生器６４に接続しており、そしてこのランプ信号
発生器６４は、５００キロヘルツのランプ信号を発生す
る。このランプ発生器６４の回路は、抵抗器６４Ｃをあ
る一定の電流が流れるようになった回路によって実現し
ており、この回路は、コンデンサ６４Ｄを充電してアッ
プさせて行く。ワンショット７０は、上記ランプ電圧が
誤差増幅器６３の出力電圧を越えたときにトリガされる
ようになっている。トリガされると、このワンショット
は、そのランプをゼロにリセットし、またＭＯＳＦＥＴ
１９をオフにする。ワンショット７０がタイムアウトす
ると、トランジスタ６４Ｅをオフにすることにより、ラ
ンプ信号発生器７０を再始動させる。

【００２０】導体２２Ａに現われるＶＲＥＦの“分圧し
て降下させた”部分は、誤差増幅器６３の非反転入力に
印加する。この誤差増幅器６３の反転入力は、導体１３
のＩＬＯ信号に抵抗器７６で接続している。

【００２１】比較器６２の出力は、上記１マイクロ秒の
ワンショット７０の入力に接続しており、そしてこのワ
ンショット７０の出力は、ＮＯＲゲート７１の一方の入
力に接続している。このＮＯＲゲート７１の他方の入力
は、導体１２で信号ＥＮ＊を受けるように接続していい
る。また、そのＮＯＲゲート７１の出力は、信号ＧＡＴ
Ｅを発生しそしてこれをＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴ１
９のゲート電極に印加し、そしてこのＭＯＳＦＥＴ１９
のドレインは、二次巻線７Ａの下側端子とコンデンサ１
８の下側端子とに接続している。ＭＯＳＦＥＴ１９のソ
ースは、抵抗器２６により接地導体２５に接続している
。また、ＭＯＳＦＥＴ１９のソースは、さらに演算増幅
器６３の反転入力に接続したＶＩＳＥＮＳＥ導体２１へ
抵抗器２０Ｂによって接続している。抵抗器２０Ｂとコ
ンデンサ２０Ａとは、図１のフィルタ２０を構成するも
のである。

【００２２】ＶＳＥＮＳＥ導体１４は、Ｄ型フリップフ
ロップ８０のＤ入力に接続している。このフリップフロ
ップ８０のクロック入力は、比較器６６の出力に接続し
ている。フリップフロップ８０のそのＱ出力は、ＲＥＳ
ＥＴ導体８により抵抗器９４の一方の端子に接続してい
る。この抵抗器９４の他方の端子は、フリップフロップ８０
のリセット入力とコンデンサ９５の一方の端子とに接続
しており、またそのコンデンサ９５の他方の端子は、主
接地導体２５に接続している。

【００２３】ＲＥＳＥＴパルスは、電源オン投入状態か
電池負荷状態かのいずれかにより発生するようになって
いる。電源オン投入時には、ソフトスタート・コンデン
サ２０Ａがまず、誤差増幅器の６３の出力をローにし、
この結果、スイッチ１９と比較器６６からフリップフロ
ップ８０へのクロックエッジとに初期の最小のオンタイ
ムを与える。抵抗器９４およびコンデンサ９５は、その
ＲＥＳＥＴパルスの幅を決めるものである。

【００２４】電池負荷状態の間は、ＶＩＳＥＮＳＥが立
ち上がり、これが演算増幅器６３の出力を分圧基準電圧
ＶＳＥＮＳＥ−Ｄよりも低くして、電源オン投入状態に
関して述べたのと同じようにクロックエッジでＲＥＳＥ
Ｔパルスを開始させる。

【００２５】本電池充電器１の基本的な動作は、６０ヘ
ルツで１２０ボルトのＡＣライン電圧を全波整流器３に
より整流して、図４に示す正弦波状のＨＶＤＣ波形を発
生することである。この波形は、微分回路４０（図２）
に入力して、図４に示すようなＳＹＮＣ信号を発生させ
る。各ＳＹＮＣパルスの前縁は、ＨＶＤＣの最大値の時
、即ち各整流半波の中央で生じる。また、このＳＹＮＣ
パルスの後縁は、ＨＶＤＣの最小値の時に生じる。

【００２６】このＳＹＮＣ信号は、ＡＮＤゲート５３と
Ｄ型フリップフロップ５６（図２）とに印加する。７ビ
ットのリップルカウンタ５５は、信号ＲＥＳＥＴによっ
てリセットとなっている。本電池充電器１が高電流モー
ドにある場合には、ＩＬＯ＊信号は“１”であって、こ
れはＳＹＮＣをイネーブルして導体５３ＡにＲＣＨＴ信
号を発生させ、これは、図４に番号８４で示すようにＶ
ｏをステップ状に増分させる。このＶｏが導体４４のＶ
ＳＥＮＳＥ−Ｄを越えると、比較器５１は、信号ＵＰを
ゼロにして、ＳＹＮＣがＲＣＨＴ信号を発生させるのを
ディスエーブルする。ＦＵＬＬ＝“１”の信号を比較器
５２がＮＯＲゲート５４の入力に与えた結果としてＩＬ
Ｏ＊信号が“０”に転じると、ＳＹＮＣ信号をディスエ
ーブルし、従ってリップルカウンタ５５はもはや増分さ
れず、また、ＤＡＣ５０が発生するアナログ信号Ｖｏは
、図４の８３のレベルで停止する。

【００２７】本発明によれば、ラチェットＤＡＣ５０は
、リセットされるまでの間、正確に８３のレベルを維持
するようにする。従って、ＲＣＨＴは、ＤＡＣ５０を増
分している最中の間のみ発生し、そしてこのとき、フリ
ップフロップ５６は、電池がフルに充電されている状態
か電池が接続されていないかのいずれかを示す。いずれ
の場合においても、フリップフロップ５６のそのＱ出力
は、本回路を強制的に低充電電流モードとする。

【００２８】本充電器１が電池１１に接続されていない
場合には、電池充電器１の出力電流の流れるところがな
いため、電圧ＶＳＥＮＳＥは、明らかに高い値へ上昇す
ることになる。比較器６０は、この状態を検出して、信
号ＶＨＩ（高電圧）を“１”にし、これによりフリップ
フロップ５６を強制的に低電流（または細電流）充電モ
ードとする。（電池が接続されていない場合に電池充電
器回路１を低電流充電モードにすることが望ましい理由
は、トランスでの無駄な電力消費を避けることが好まし
いためである。）

【００２９】電圧ＶＳＥＮＳＥ−Ｄが図４の８５で示す
ように約１００ミリボルト以上“うなだれる”かあるい
は降下すると（この点で、Ｖｏは、ＶＳＥＮＳＥ−Ｄを
、比較器５２の１００ミリボルト・オフセット以上越え
る）、ＦＵＬＬ信号は“１”となって、電池のフル充電
が完了したことを示す。

【００３０】比較器６０の反転入力は、導体２２のＶＲ
ＥＦ電圧を受け、そしてこれをＶＳＥＮＳＥ−Ｄと比較
する。無負荷状態で巻線７Ｃと整流器２８とが導体１０
Ａに高い値のＶＳＥＮＳＥを発生する結果、ＶＨＩが“
０”から“１”に立ち上がり、これはフリップフロップ
５６をセットして、低電流モード動作を開始させる。

【００３１】整流器２８（図１）が発生する電圧ＶＳＥ
ＮＳＥは、二つの機能を有しており、一つは、電池が接
続されている場合にその電池電圧を正確に表す機能であ
り、もう一つは、検出器／コントローラ／変調器回路に
給電する機能である。

【００３２】シフトレジスタ４２は、１１分周の機能を
行うものである。１１分周シフトレジスタ４２およびこ
れとは分離した２１５分周回路４４は、タイムアウト信
号（ＴＯ）を導体４８に発生するが、これは、本電池充
電器を、高電流充電動作を１時間行った後、低電流充電
モードにセットする“フェイルセーフ”機能を行うもの
である。それらの分周回路４２、４４は、６０ヘルツの
ライン周波数を、１時間後に信号ＴＯが発生できるほど
十分に分周して下げる。シフトレジスタ４２とＮＯＲゲ
ート４３は、いわゆる”ウオーキング・リング（ｗａｌ
ｋｉｎｇ　ｒｉｎｇ）　”カウンタとして構成しており
、これは、ライン周波数６０ヘルツを分周することによ
りその１時間遅延を得るため、その２１５分周機能と共
に必要な１１分周機能を実行する。

【００３３】１１分周するシフトレジスタ４２は、１１
個のＳＹＮＣパルス毎に１度導体１２にイネーブルパル
スを発生することにより、低電流モード動作を実現する
、という第２の機能を行う。導体１２のそのＥＮ＊信号
は、導体１３ＮのＩＬＯ＊信号によってゲートされる。ＩＬＯの立ち上がりエッジ８８（図４）は、これに対応
したＩＬＯ＊信号の立ち下がりエッジをもたらし、これ
は、ＳＹＮＣ／１１信号をＯＲゲート４６を通るように
ゲートしてＥＮ＊を発生させる。このＳＹＮＣ／１１信
号は、ＳＹＮＣパルス１１個毎に“０”となり、そして
その他の期間は“１”となっている。従って、このＥＮ
＊信号は、ＩＬＯ信号が正の場合のＳＹＮＣ／１１パル
スの間、図４の９０で示す“０”の値をもつことになる
。ワンショット回路７０の出力は、パルスを発生し、そ
してこれらのパルスは、図３に示すようにＮＯＲゲート
７１を通るようにＥＮ＊によってゲートされ、これによ
り、１１番目毎のＳＹＮＣパルスの期間中、番号９１で
示すＧＡＴＥパルスのバーストを発生する。これは、Ｍ
ＯＳＦＥＴスイッチ１９を約５００キロヘルツのレート
でオン／オフして、細電流即ち低電流の充電を起こさせ
る。

【００３４】図４の９２で示すようにＩＬＯ信号が“０
”となっている高電流モードの間、ＧＡＴＥパルスの幅
は、図３に詳細に示したオンタイム変調器１５内の回路
が決めるようになっている。

【００３５】ＶＩＳＥＮＳＥ導体２１の電圧は、アナロ
グ電圧であり、これは、ＭＯＳＦＥＴスイッチ１９のソ
ース電極がオンタイム変調器１５の周波数（約５００キ
ロヘルツ）で開始させる。その高周波成分は、フィルタ
２０がフィルタして除くようになっている。ＨＶＤＣの
各ピーク値のところに、電流とＶＩＳＥＮＳＥとのピー
ク値があり、そしてＨＶＤＣの各最小点または谷におい
て、電流およびＶＩＳＥＮＳＥは最小となる。この結果
、図４のＶＩＳＥＮＳＥは“リップル（さざ波）”の波
形となる。

【００３６】このＶＩＳＥＮＳＥは、オンタイム変調器
１５の入力にフィードバックして、ＶＩＳＥＮＳＥのそ
のリップルが可能な限り小さくなるようにしている。こ
れは、ＨＶＤＣの谷においてスイッチ１９に最大のオン
タイムを持たせ、そしてＨＶＤＣのピークにおいてスイ
ッチ１９に最小のオンタイムを持たせることによって、
実現することができる。図４において、ＨＶＤＣの谷の
ところには、ＧＡＴＥ信号の時間スケール拡大部分にお
いて、最大５０％のデューティーサイクルを示してある
。ＨＶＤＣのピーク部には、それよりもかなり小さいデ
ューティーサイクルが対応している。高充電電流モード
動作中のＧＡＴＥのデューティーサイクルは、ライン電
圧の各半サイクルにおいてそれら極限値の間で連続的に
変化することになる。これは、ＭＯＳＦＥＴ１９のドレ
イン−ソース間降伏電圧を越えることがないようにしな
がら、電池充電器１の総合電力出力を最大にするという
効果をもっている。

【００３７】ここで理解すべきことは、導体１７（図１
）の“フライバック”電圧ＶＣＲは、一次巻線７Ａに大
電流が流れているときにスイッチをオフにした場合、凡
そ１０００ボルト以上となることがある、ということで
ある。詳しくは、ＨＶＤＣのピークにおいて、ＭＯＳＦ
ＥＴ１９のオンタイムがその時５０％のデューティーサ
イクルとなっている場合には、ＭＯＳＦＥＴ１９のドレ
イン−ソース間の降伏電圧（代表的には１０００ボルト
となる）を越えてしまう。また、ＭＯＳＦＥＴ１９のそ
のオンタイムを、ＶＣＲが１０００ボルトを越えるとい
う条件を避ける小さな値で一定に設定した場合には、Ｍ
ＯＳＦＥＴ１９がそれより長い時間オンとなっている場
合と比べ、ＨＶＤＣの“谷”の間に二次巻線７Ｂ、整流
器１０および電池１１へ供給する電力は、より少なくな
ってしまう。

【００３８】本発明に従い、ＭＯＳＦＥＴ１９のオンタ
イムは、ＭＯＳＦＥＴ１９の降伏電圧を越えることなく
トランス７で最大の電力結合を得るために、連続的にＶ
ＩＳＥＮＳＥによって変調するようにしてある。さらに
、ＭＯＳＦＥＴ１９のオンタイムのこの連続変調は、電
池電圧が上昇する時、またトランスのインダクタンスお
よびまたは損失が外気温度によって変化する時に、充電
器出力電流を一定に保つ機構を提供している。さらに、
その電流制御は、電池パック内のセルに欠陥（例えば短
絡）があった場合に、充電器を保護する最大電流抑制を
も与えるようになっている。

【００３９】誤差増幅器６３は、ＶＩＳＥＮＳＥ導体２
１と導体２２Ａの分圧基準電圧ＶＳＥＮＳＥ−Ｄとの差
電圧を増幅する。そして、その出力は、比較器６２の１
つの入力に進んで、それら導体２１および２２Ａの電圧
差を最小とするようにフィードバックループを完成する
。この電圧差が増すと、増幅器６３の出力電圧が増大し
、これによって、ランプ発生器の電圧は、比較器６２を
スイッチさせる迄により長くかかる（即ち、スイッチオ
ン時間が長くなる）ことになる。従って、スイッチ１９
のより長いオンタイムにより、その初期の差電圧に対抗
する平均一次電流の増加が生ずる。

【００４０】ランプ発生器回路６４は、約５００キロヘ
ルツないし１０００キロヘルツのレートでランプ信号を
発生して、変調用信号を供給し、そしてこの変調用信号
は、誤差増幅器が発生した電圧を、ワンショット７０を
起動すると共にＭＯＳＦＥＴ１９のオンタイムを表す時
間遅れへ変換するのに使用する。ワンショット回路７０
は、ＧＡＴＥ波形の“０”レベル部分の幅を決め、従っ
てＭＯＳＦＥＴ１９のオフタイムを定める。ＭＯＳＦＥ
Ｔスイッチ１９のこのオフタイムは、変調器回路１５が
ＭＯＳＦＥＴ１９のオンタイムに何を行ったかとは無関
係に、一定である。導体６４Ａに発生した５００キロヘ
ルツのランプ信号が誤差増幅器６３の発生した出力電圧
を越える点が、ＧＡＴＥ波形の“１”部分の幅、従って
ＭＯＳＦＥＴ１９の“オンタイム”を決める。ワンショ
ット７０がタイムアウトすると、導体７０Ａのその信号
は、前述したようにランプ発生器５４の出力をリセット
して、そしてランプ信号を繰り返させる。

【００４１】ＭＯＳＦＥＴ１９のオフ時間に一致するワ
ンショット７０のそのタイムアウト持続時間は、トラン
スの一次巻線のインダクタンスＬＲおよび共振コンデン
サＣＲが定める共振周波数の周期の１／２に等しくなる
ように設計してある。従って、その一次側のフライバッ
ク電圧ＶＣＲは、ＭＯＳＦＥＴ１９が次のサイクルのた
めオンとなる前にゼロに復帰する、半分の正弦波形とな
る。かくして、ＭＯＳＦＥＴ１９の電力損失は最小限と
なり、またフライバック波形ＶＣＲが発生するノイズは
、約５００キロヘルツのその共振周波数近傍に集中する
とともに、非正弦波形のフライバック電圧の場合に比べ
てその周波数の倍数のより高い周波数でのエネルギが小
さいものとなる。この結果、ＭＯＳＦＥＴ１９のスイッ
チングが“ゼロボルト・スイッチング”となり、従って
（ドレインーソース間）電圧がゼロボルトとなっている
時に、そのＭＯＳＦＥＴをオンとする。

【００４２】ＭＯＳトランジスタ１９のオンタイムは、
一次巻線７Ａを流れる電流の量を表すフィードバック電
圧ＶＩＳＥＮＳＥによって変調するようにしてある。

【００４３】このフィードバック電圧ＶＩＳＥＮＳＥ（
一次巻線７Ａの電流を表す）によって行うＭＯＳＦＥＴ
１９のオンタイムの変調は、結果として、ＭＯＳＦＥＴ
１９における電力消費を最小限にし、またスイッチング
・トランジェント（これがもしある場合、電池１１の充
電中、その電池に接続したあるいはその電池近傍の通信
機器の動作を妨害する虞れのある好ましくない電気ノイ
ズを発生する）を実質上取り除くことができる。

【００４４】ＶＩＳＥＮＳＥ波形は、種々の成分を含ん
でおり、これには、一次巻線７Ａの平均電力を表すＤＣ
成分と、ＭＯＳＦＥＴ１９のスイッチング周波数（約５
００キロヘルツないし１０００キロヘルツ）を表すＡＣ
成分と、そしてＶＩＳＥＮＳＥの包絡線のリップルとし
て現われる６０ヘルツのライン周波数の別のＡＣ成分と
がある。この包絡線信号は、比較器６２が図３の導体６
４Ａのランプ信号と比較することにより、ＧＡＴＥ波形
の上記オンタイム変調を生成する。

【００４５】ＭＯＳＦＥＴスイッチ１９がオフとなって
いるインターバルは、一次巻線のインダクタンスＬＲお
よび共振キャパシタンスＣＲとに対し、以下の式で表す
ように関係している。

【数式１】

【００４６】ＨＶＤＣは、トランス７の一次巻線を励起
するものである。変調器回路への電力は、ＶＳＥＮＳＥ
ラインから供給するようにしてある。

【００４７】ＲＥＳＥＴ信号８は、フリップフロップ５
６と、ラチェットＤＡＣのためのリップルカウンタと、
そしてタイムアウト信号ＴＯを発生する１時間タイマと
をリセットするのに使用している。

【００４８】ラチェットＤＡＣ５０およびこれに関連し
た回路を用いる上記の技法の代わりとして、ピーク検出
／ホールド回路と、このピーク検出／ホールド回路の出
力電圧を瞬時電池電圧と比較して電池のフル充電状態を
得る上記の“うなだれ”特性が発生したかどうかを判定
する回路と、を組み合わせて用いることも可能である（
上記の比較結果は、低電流充電モードを確立するのに使
用することができる）。

【００４９】また、上記のＶＩＳＥＮＳＥ電圧は、代わ
りの手段として、追加のトランスによって実現するよう
にすることができ、この場合、この追加のトランスの一
次巻線は、一次巻線７Ａをも流れる電流を通すことにな
る。また、この追加トランスの二次巻線は、一次巻線７
Ａを流れる電流を表す信号を発生することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池充電器のブロック図である。

【図２】図１の電池充電器の回路の一部を示す論理回路
図である。

【図３】図１の電池充電器回路の別の部分を示す論理回
路図である。

【図４】図１ないし図３の回路の動作を示すタイミング
図である。

【符号の説明】

１：電池充電器回路、　　７：トランス、　　７Ａ：一
次巻線、　　７Ｂ：二次巻線、７Ｃ：付加二次巻線、　
　１１：ニッケル−カドミウム電池、　　３６，３５：
分圧器、　　４０：微分回路、　　５０：ラチェットＤ
ＡＣ、　　４２：シフトレジスタ、４４：分周器、　　
６３：誤差増幅器、　　６２、６６：比較器、　　６４
：ランプ発生器、　　ＨＶＤＣ：高電圧ＤＣ、　　ＶＳ
ＥＮＳＥ：電池状態信号、　　ＩＬＯ：充電モード信号
、　　ＶＲＥＦ：基準電圧、　　ＶＩＳＥＮＳＥ：一次
巻線７Ａの電流量を表す電圧、　　ＳＹＮＣ：タイミン
グ信号、　　ＥＮ：イネーブル信号、　　ＦＵＬＬ：フ
ル充電信号、　　ＶＣＲ：フライバック電圧、　　ＲＣ
ＨＴ：ラチェット信号、　　ＧＡＴＥ：ゲート信号、　
　ＲＥＳＥＴ：リセット信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　電池充電器であって、ａ）　　ライン
電圧を受け、そして整流した正弦波状電圧を発生する第
１の整流器と、ｂ）　　前記の整流正弦波状電圧を受けるように接続し
た一次巻線と、第１および第２の二次巻線と、該第１二
次巻線の端子と電池の端子との間に結合した第２の整流
器とを有するトランスと、ｃ）　　スイッチであって、前記一次巻線の端子と、該
スイッチと前記一次巻線を流れる電流を表す信号を発生
するための手段と、の間に結合したスイッチと、ｄ）　
　前記電池の前記端子間の電圧を表す電池状態電圧を発
生するため前記第２二次巻線の端子に結合した第１の手
段と、ｅ）　　前記電池状態電圧に比例した基準電圧を受け、
そしてそのピーク値を検出してこれをホールドするため
のピーク検出／ホールド手段と、ｆ）　　前記ピーク検出／ホールド手段の出力電圧を前
記基準電圧と比較して、前記基準電圧が前記ピーク検出
／ホールド手段の前記出力電圧から所定のスレッシュホ
ールド電圧分　低下した時に、充電モード信号を発生す
る第２の手段と、およびｇ）　　前記充電モード信号と前記一次巻線を流れる電
流を表す前記信号とを受けるように結合しており、前記
スイッチに印加する制御信号を発生して前記一次巻線を
流れる電流の流れを前記電池状態電圧に従って制御する
ための第３の手段であって、前記スイッチのための一定
のターンオフタイムを生成する手段と、前記スイッチの
ためのターンオンタイムを前記一次巻線を流れる電流を
表す前記信号（ＶＩＳＥＮＳＥ）に応答して変化させる
ための手段と、を有する第３の手段と、から成る電池充
電器。
【請求項２】　　請求項１の電池充電器であって、タイ
ミング信号を発生するため前記整流正弦波状電圧に応答
する第４の手段を含んでおり、また前記ピーク検出／ホ
ールド手段は、第１の比較器の第１の入力に結合した出
力を有するＤＡＣと、該ＤＡＣのディジタル入力に結合
した出力を有するリップルカウンタと、該リップルカウ
ンタのトグル入力に結合した出力を有するゲート回路と
、を含んでおり、前記第１比較器の出力が前記ゲート回
路の第１の入力に結合しており、前記ゲート回路の第２
の入力が前記タイミング信号を受けるように結合してい
ること、を特徴とする電池充電器。
【請求項３】　　請求項２の電池充電器であって、前記
第２手段は第２の比較器を含んでおり、該第２比較器は
、前記ＤＡＣの出力に結合した第１の入力と、前記基準
電圧を受けるように結合した第２の入力と、および前記
タイミング信号によりクロックされるフリップフロップ
の入力に結合した出力と、を有しており、また該第２比
較器は、前記充電モード信号を前記フリップフロップの
出力に発生するため、前記所定スレッシュホールド電圧
に等しい入力オフセット電圧を有していること、を特徴
とする電池充電器。
【請求項４】　　請求項３の電池充電器であって、前記
スイッチはＭＯＳＦＥＴを含んでおり、また電流を表す
信号を発生する前記の手段は、前記ＭＯＳＦＥＴに直列
に接続した抵抗器を含んでいて該抵抗器に渡る電流を表
す前記信号を発生するようになっていること、を特徴と
する電池充電器。
【請求項５】　　請求項４の電池充電器であって、一定
のターンオフタイムを発生する前記手段は、ワンショッ
ト回路を含んでおり、またターンオンタイムを変化させ
る前記手段は、電流を表す前記信号を受けるように接続
した入力を有する増幅器と、ランプ信号を受けるように
接続した１つの入力と前記増幅器の出力に接続した他の
入力と前記ワンショット回路をトリガするように接続し
た出力とを有する比較器と、を含んでおり、前記ワンシ
ョット回路の出力は前記ＭＯＳＦＥＴのゲート電極に前
記制御信号を印加するように結合していること、を特徴
とする電池充電器。
【請求項６】　　請求項５の電池充電器であって、前記
タイミング信号に応答するようになっており、前記タイ
ミング信号の所定数のパルスが発生する毎に前記タイミ
ング信号の１つのパルスに等しい持続時間をもった第１
の信号を発生する分割手段と、前記第１信号を前記充電
モード信号と前記ワンショット回路の前記出力とによっ
てゲートして前記制御信号を発生し、これにより前記充
電モード信号が低充電電流状態を示している場合に、前
記制御信号が大きく減少したデューティーサイクルをも
つようにする、第１のゲーティング回路手段と、を含む
こと、を特徴とする電池充電器。
【請求項７】　　請求項１の電池充電器であって、一定
のターンオフタイムを発生する前記手段は、ワンショッ
ト回路を含んでおり、またターンオンタイムを変化させ
る前記手段は、電流を表す前記信号を受けるように接続
した入力を有する増幅器と、ランプ信号を受けるように
接続した一つの入力と前記増幅器の出力に接続した他の
入力と前記ワンショット回路をトリガするように接続し
た出力とを有する比較器と、前記スイッチの制御電極に
前記制御信号を印加するため前記ワンショット回路の出
力に結合した手段と、を含んでいること、を特徴とする
電池充電器。
【請求項８】　　請求項７の電池充電器であって、前記
トランスの前記一次巻線は、第１の周波数で共振するよ
うコンデンサに接続しており、前記ワンショット回路は
、前記第１周波数の周期のほぼ半分に等しいインターバ
ル後にタイムアウトして、前記スイッチに渡る電圧がほ
ぼゼロであるときに前記スイッチをオンにして、電気ノ
イズの発生を防止するようにすること、を特徴とする電
池充電器。
【請求項９】　　請求項１の電池充電器であって、前記
電池は、該電池の該電池充電器による充電中に動作する
ノイズに敏感な回路に対し、給電するように接続してお
り、これにより該電池充電器の低ノイズ動作によって、
前記ノイズに敏感な回路のノイズに起因する誤動作を回
避するようにした、電池充電器。
【請求項１０】　　請求項１の電池充電器であって、タ
ーンオンタイムを変化させる前記手段は、前記スイッチ
の前記ターンオンタイムを変化させて、前記整流正弦波
状電圧が経時的に変化している間前記一次巻線を流れる
電流を安定化させるようにし、それにより、前記一次巻
線のフライバック電圧を制限する一方で前記電池への電
力伝送を最大にすること、を特徴とする電池充電器。