JPH0432622B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はインバータ回路を使用した充電回路
に関する。

（従来の技術） 従来この種の充電回路として、第５図に示すご
とくインバータ回路に備えたスイツチング用トラ
ンジスタ１８のエミツタ側に抵抗３１を介装して
該抵抗３１に流れる電流の大小を検出し、電流の
大きさが設定値を越えると制御用トランジスタ５
０をオンさせて帰還コイル２２からスイツチング
用トランジスタ１８のベース回路を介してコンデ
ンサ２４へ向かう充電回路をバイパスしてスイツ
チング用トランジスタ１８を強制的にオフさせる
ことにより、充電池１６に流す充電電流の平均値
を電源電圧の変動にもかかわらず一定とするもの
が知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら上記電流制御は、電流値が設定値
に達したことを検出用トランジスタ５０が検出す
ると、該トランジスタ５０で直接スイツチング用
トランジスタ１８に流れるベース電流をバイパス
してオフさせる構成であるため、検出用トランジ
スタ５０のオン特性の悪さがそのままスイツチン
グ用トランジスタ１８のオフ特性に影響する。

この発明はかかる問題に鑑みてなされたもので
あつて、電流値が設定値に達したのちのスイツチ
ング用トランジスタのターンオフ特性を向上させ
んとするものである。

（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図にその基本
的な構成を示すごとく、一次コイル１９に流れる
電流値を電流検出部２９で検出し、該検出部２９
の検出動作と連繋して制御部３０をオンさせる。
更にこの制御部３０によつて、一次コイル１９へ
の通電回路中に介装されたスイツチング用トラン
ジスタ１８のベース電流を分路するとともに、該
トランジスタ１８のベース側に接続された帰還部
２１のコンデンサ２４に対する充電路を構成する
ことにより、トランジスタ１８のオン期間を規制
して二次コイル２６からの出力を制御可能として
いる。また、上記した制御部３０で構成される充
電路中には、二次コイル２６と充電池１６とを、
その端子電圧が順方向で且つ直列接続される様に
接続している。

（作用） 上記構成において、充電回路に全波整流電圧を
印加すると、第２図ａに示すごとく抵抗２５を介
して帰還部２１のコンデンサ２４への充電I₁を開
始する。コンデンサ２４の充電電圧がスイツチン
グ用トランジスタ１８のベース・エミツタ間飽和
電圧を越えると、該トランジスタ１８は第２図ｂ
の如くオンして、コレクタ電流が流れ始める。か
かる電流I₂は、一次コイル１９のインダクタンス
に規制されて略直線状に上昇するので、この電流
変化により帰還コイル２２に電圧が誘起され、こ
の電圧でスイツチング用トランジスタ１８のベー
ス電流I₃を維持する。

入力電圧が小さい間は、スイツチング用トラン
ジスタ１８のオン期間は、帰還コイル２２からト
ランジスタ１８のベース端を通り電流検出部２９
からコンデンサ２４に至る回路の時定数により規
制される。しかしながら、電流検出部２９におい
て、一次コイル１９に流れる電流が所定値を越え
たことを検出すると、制御部３０を直ちにオンさ
せる。すると、帰還コイル２２から制御部３０を
通り、更に二次コイル２６および充電池１６を通
つてコンデンサ２４に至る電流ループI₄が第２図
ｃの如く構成される。このときループI₄中には、
帰還コイル２２、二次コイル２６および充電池１
６の出力電圧がコンデンサ２４の充電方向に直列
接続され、コンデンサ２４はそれらの和電圧にま
で一気に充電される。このとき同時に、トランジ
スタ１８のベース電流がバイパスされているた
め、トランジスタ１８はオフ方向に状態が変化
し、これにより帰還コイル２２にはそれまでと逆
方向の起電力が発生する。すると、この電圧とコ
ンデンサ２４の充電電圧とが直列に繋がれ、トラ
ンジスタ１８を逆バイアスするが、上述した様
に、コンデンサ２４の充電電圧は非常に大きい値
にまで上昇されているため、第２図ｄの様にトラ
ンジスタ１８が急激にオフすると同時に、二次コ
イル２６から充電池１６へ充電電流I₅が供給され
て充電が行われるのである。

しかるのちは、再度第２図ａの状態に戻り、コ
ンデンサ２４の充放電が繰り返される。

（実施例） 次に、本発明を充電と並行して負荷駆動を可能
とした小型電気機器に実施した例で説明する。

第３図において、電源プラグ等を介して入力さ
れた商用交流電圧１１は、ダイオードブリツジを
備えた整流回路１２により全波整流された後、電
源ラインへの雑音障害を防止するフイルタ回路１
３を通じて充電部１４に印加される。

〔充電部〕

充電部１４は、商用交流電圧１１より周波数が
高いパルス電圧を発生するインバータ回路１５
と、該インバータ回路１５より発生されたパルス
電圧を充電池１６に印加して充電電流を流す出力
回路１７とを備える。

インバータ回路１５は、スイツチング用トラン
ジスタ１８のコレクタ側に一次コイル１９と、該
一次コイル１９の両端にスイツチング用トランジ
スタ１８のオフ時に発生する衝撃電圧を吸収する
衝撃吸収部２０を介装するとともに、ベース側に
帰還部２１を接続している。帰還部２１は、一次
コイル１９と同一鉄心上に巻かれた帰還コイル２
２、抵抗２３およびコンデンサ２４の直列接続か
ら構成され、両端を、スイツチング用トランジス
タ１８のベースおよびエミツタ側に各々接続する
とともに、ベース端には更に、抵抗２５を介して
前記全波整流電圧が印加される。

従つて、インバータ回路１５への電圧印加と同
時に、抵抗２５を通じて帰還部２１のコンデンサ
２４が充電されてスイツチング用トランジスタ１
８ベース電流が流れると、該トランジスタ１８は
オフ状態から能動状態に移行しコレクタ電流が流
れ始める。かかるコレクタ電流の増加は、一次コ
イル１９により帰還コイル２２側へベース電圧を
増加させる方向に帰還されてベース電流を更に増
やし、その結果スイツチング用トランジスタ１８
は急激にオン状態に移る。オン後は一次コイル１
９に流れるコレクタ電流の増加により略一定の帰
還電圧がベース端に出力されてベース電流が維持
され、スイツチング用トランジスタ１８のオン状
態を保つ。しかしコンデンサ２４の充電が進むに
つれてベース電流が減少し、トランジスタ１８が
再び能動領域に入ると一次コイル１９に流れる電
流の増加が止まつて帰還電圧が減少するので、コ
ンデンサ２４の充電電圧が阻止電圧として働き、
トランジスタ１８は急激にオフ状態に戻る。更
に、オン時に一次コイル１９側に蓄えられたエネ
ルギーはトランジスタ１８のオフ期間に出力回路
１７の充電池１６に向け充電電流として流れる。

出力回路１７は、前記一次コイル１９と同一鉄
心上に巻かれた二次コイル２６と、二次コイル２
６に接続されてスイツチング用トランジスタ１８
のオフ時に二次コイル２６に出力される電圧を選
択的に取り出す整流用ダイオード２７と、該ダイ
オード２７に接続されて、パルス状の充電電流が
供給される充電池１６とから構成される。

かかる充電池１６に供給される充電電流の平均
値は、本発明にかかる電流制御部２８によつて一
次コイル１９に流れる電流値を制御することによ
り、トランジスタ１８の各種定数のばらつきある
いは入力電圧の多少の変動にかかわらず一定に維
持される。

〔電流制御部〕

電流制御部２８は、スイツチング用トランジス
タ１８のエミツタ電流検出部２９と、該検出部２
９の検出動作と連繋してオンし、帰還部２１から
スイツチング用トランジスタ１８へベース電流と
して流入する電流をバイパスしてトランジスタ１
８のオン期間を規制する制御部３０とからなる。

電流検出部２９は、スイツチング用トランジス
タ１８のエミツタ側にエミツタ電流検出用抵抗３
１を挿入するとともに、側抵抗３１の両端にダイ
オード３２を介して第１トランジスタ３３のエミ
ツタおよびベース端を接続したものであつて、電
流検出用抵抗３１の両端電圧が設定値を越え、一
次コイル１９の電流が設定値に達したことを検出
すると第１トランジスタ３３をオンし、制御部３
０を作動させる。

制御部３０は、第２トランジスタ３４のコレク
タ端とスイツチング用トランジスタ１８のベース
端とをダイオード３５を介して接続し、エミツタ
端を二次コイル２６と整流用ダイオード２７の接
続点に繋ぐとともに、ベース端を第１トランジス
タ３３のコレクタ端に繋いだものであつて、第１
トランジスタ３３のオンと同時に、スイツチング
用トランジスタ１８のエミツタ側から第１トラン
ジスタ３３を介して第２トランジスタ３４にベー
ス電流を流して該トランジスタ３４をオンする。
すると、それまでスイツチング用トランジスタ１
８のベース側を一周する回路の比較的大きな時定
数に規制されながら徐々に充電されていたコンデ
ンサ２４は、ダイオード３５、第２トランジスタ
３４、二次コイル２６および充電池１６を通つて
コンデンサ２４に戻るバイパス路が形成されるこ
とによりコンデンサ２４を含む回路の時定数が実
質的に減少する。本実施例においては、放電路中
に充電池１６の電圧とともに、二次コイル２６の
出力電圧が加算されて順方向に加わるので充電が
更に急速に進み、その結果スイツチング用トラン
ジスタ１８のベース電流が急激に減少して該トラ
ンジスタ１８を直ちにオフし、一次コイル１９に
流れる電流、すなわちトランジスタ１８のオン期
間に一次コイル１９に蓄えられるエネルギーを一
定に保ち、充電池１６に流入する充電電流を一定
に保持する。

なお、電流制御部２８は上記に限らず、第４図
に示す様に、電流検出用抵抗３１を充電池１６の
マイナス極側に介装して電流検出部２９における
電流検出を行つてもよい。

上記制御部３０は電流変動の検知による制御に
加えて、商用交流電圧１１の100ないし240V程度
の大幅な変動に対しても、下記の電圧制御部３６
の検出動作と連繋して動作し、充電電流の平均値
を一定に維持する。

〔電圧制御部〕

電圧制御部３６は、出力回路１７の二次コイル
２６にスイツチング用トランジスタ１８のオン期
間中誘起される電圧が入力電圧に比例することを
利用し、電圧検出部３７により二次コイル電圧を
検出するとともに、該電圧値が大きくなるほど短
い時間遅れをもつて電流制御部２８は制御部３０
を作動させる。

電圧検出部３７は、コンデンサ３８を第２トラ
ンジスタ３４のベース端と整流用ダイオード２７
のアノード側に接続するとともに、抵抗３９およ
び定電圧ダイオード４０を直列接続したものを第
２トランジスタ３４のベース端と整流用ダイオー
ド２７のカソード側に接続している。

かかる構成により、スイツチング用トランジス
タ１８がオンすると同時に二次コイル２６に発生
する電圧および充電池１６の電圧の和が定電圧ダ
イオード４０のツエナー電圧を越えると、二次コ
イル２６、充電池１６、定電圧ダイオード４０、
抵抗３９およびコンデンサ３８を一周するループ
に電流が流れてコンデンサ３８を充電し、側ルー
プの時定数および二次コイル２６の出力電圧に比
例する時間の経過後、コンデンサ３８の端子電圧
により第２トランジスタ３４がオンする。する
と、上記した電流制御部２８の場合と同様、制御
部３０が帰還部２１の充電ループをバイパスして
コンデンサ２４の充電を早め、もつてスイツチン
グ用トランジスタ１８をオフする。従つて、イン
バータ回路１５に対する入力電圧が高くなるほど
スイツチング用トランジスタ１８のオン期間を短
くして一次コイル１９に流れるピーク電流を減少
させることにより、入力電圧が増大するほと一サ
イクル期間中の設定電流量を越える期間が増大す
ることに起因する平均電流の増大を補正し、例え
ば商用電圧として100V使用地域あるいは240V使
用地域などにおける使用にかかわらず、充電電流
の平均値をほぼ一定に維持することを可能とす
る。

本実施例においては、更に負荷４１を充電池１
６により直接駆動するのに加えて、充電と並行し
て負荷駆動を可能とするための出力変更部４２を
備えている。

〔出力変更部〕

出力変更部４２は、帰還部２１のコンデンサ２
４の放電時定数を変更することによりインバータ
回路１５の発振周波数を上げ、出力回路１７から
の出力を結果的に増加可能とする。

すなわち第３トランジスタ４３のベース端を、
負荷４１のオン動作と連繋して閉じるスイツチ４
４ａを介して二次コイル２６と整流用ダイオード
２７の接続点に繋ぐとともに、コレクタとエミツ
タ端を抵抗４５を介して帰還部２１と並列に接続
している。

従つて充電中にスチツチ４４をオンして負荷４
１に給電すると、スイツチング用トランジスタ１
８のオフ期間の開始と同時に二次コイル２６から
の出力電圧により第３トランジスタ４３にベース
電流が流れて該トランジスタ４３がオンし、スイ
ツチ４４ａをオンする前は抵抗２５を通じて流入
される電流によつてのみ放電されていたコンデン
サ２４の電荷は第３トランジスタ４３を通じて急
速に放電され、その結果スイツチング用トランジ
スタ１８のオフ期間が短縮して二次コイル２６に
出力される電圧のバルスレートが上昇し、充電池
１６および負荷４１に給電できる電流容量も増加
する。

もちろん、これは負荷４１がモータのような、
充電池１６の別体のものに限るのではなく、充電
池１６の充電率を例えば８時間充電率から、急速
充電のための１時間充電率に切換える場合にも、
この出力変更部は機能するものであつて、この場
合の前記スイツチ４４ａは負荷４１側のスイツチ
４４と連動せず、第３トランジスタ４３のベース
側のスイツチ４４ａだけを独立して閉成すれば充
電のための電流容量として増加させることができ
る。

更に第３トランジスタ４３を通る放電路中に
は、発光ダイオード４６が介装されており、充電
中に負荷使用すると該ダイオード４６が発光し、
スイツチ４４がオンされていることを表示する。

この放電路中に発光ダイオード４６を介装する
ことにより、出力変更部が作動していることが認
識できるが、この発光ダイオード４６の順方向降
下電圧により、制御範囲が制約される場合は特に
必要とするものではない。また、この位置での介
装に代え、二次コイル２６に並列でかつ整流用ダ
イオード２７と逆向きに接続した場合にも点灯
し、負荷使用中であることが認識できる。

（発明の効果） 本発明は上記の如く、電流検出部２９の検出動
作と連動して閉じる制御部３０によりコンデンサ
２４の充電路を構成した際、該充電路中に、二次
コイル２６および充電池１６を、出力電圧が順方
向で且つ互いに直列接続される様に介装したの
で、電流検出部２９による検知後、コンデンサ２
４は高電圧で一気に充電され、更にこの高い充電
電圧でスイツチング用トランジスタ１８のベー
ス・エミツタ間に十分深い逆バイアス電圧が印加
され、従つてトランジスタ１８の遮断特性が大幅
に向上してトランジスタ１８における電力ロスに
起因する発熱が最小限に抑制される。かかる制御
時に充電池１６に順方向の電流をパルス状に流し
ているのでデンドライト現象に起因する充電池１
６の劣化を未然に防止できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る充電回路の基本的な構成
を示す電気回路図、第２図ａないしｄは第１図に
示す充電回路の動作状況を示す説明図である。第
３図は本発明を充電と負荷駆動を同時に行える小
型電気機器に実施した一例を示す電気回路図、第
４図は本発明の他の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。 １１……商用交流電圧、１４……充電部、１５
……インバータ回路、１６……充電池、１８……
スイツチング用トランジスタ、１９……一次コイ
ル、２１……帰還部、２４……コンデンサ、２６
……二次コイル、２８……電流制御部、２９……
電流検出部、３０……制御部、３１……電流検出
用抵抗。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一次コイル１９に流れる電流値を電流検出部
   ２９で検出し、該検出部２９における設定電流の
   検出動作と連繋してオンする制御部３０によつ
   て、一次コイル１９への通電回路中に介装された
   スイツチング用トランジスタ１８のベース電流を
   分路可能とするとともに、該トランジスタ１８の
   ベース側に接続された帰還部２１のコンデンサ２
   ４に対する充電路を構成してトランジスタ１８の
   オン期間を規制し、二次コイル２６から充電池１
   ６に対する出力を制御可能としたインバータ式の
   充電回路であつて、 上記した制御部３０で構成されるコンデンサ２
   ４の充電路中に、二次コイル２６と充電池１６と
   を、その出力電圧が順方向で且つ互いに直列接続
   可能に介装したことを特徴とする充電回路。