JPH049019B2 - - 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、特に充電率を切り替えたり、充電と並行した
負荷駆動を可能としたものに関する。

［従来の技術］ 通常、充電中に負荷駆動をも可能とする充電回
路において、負荷への通電後も正常な充電を行わ
せるためには、負荷駆動と連動して充電回路の出
力を増加させる必要がある。

また緊急の場合、充電を短時間に行うための充
電率を、例えば８時間率から１時間率に切り替え
るためにも、充電回路の出力を増加させる必要が
ある。

かかる場合、第５図の様なインバータ式の充電
回路においては、スイツチング用トランジスタ１
８のベース回路に挿入されたコンデンサ２４の放
電用抵抗２５と並列に抵抗５０を接続して抵抗値
を減少させ、コンデンサ２４の放電を速めてイン
バータ回路１５の発振周波数を上昇させることに
より、出力を増加させる様にしていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで上記した構成にあつては、インバータ
回路１５の駆動電圧が十分に平滑された直流電圧
である場合、抵抗２５の値を十分大きく設定し、
コンデンサ２４に流れる放電電流をできるだけ小
さく維持することにより、駆動電圧の変動による
影響は可及的に抑制できる。この時、抵抗５０を
抵抗２５と並列接続して放電電流を増加させる
と、出力も増加できるが、同時に駆動電圧の変動
に応じてコンデンサ２４の放電電流量も大きく変
化し、その結果、インバータ回路１５の発振周波
数も変動して安定した出力を得ることが困難とな
る。かといつて、抵抗５０の接続によるコンデン
サ２４の放電電流量の増加を抑制すると、出力の
増加可能な割合が反対に犠牲となる。

一方、駆動電圧として全波整流電圧の様に大き
く変動する電圧を使用した場合にあつても、抵抗
２５のみによるコンデンサ２４の放電時には、駆
動電圧のピーク電圧の変動に起因する総合的な放
電電流量の変動を比較的小さく抑制することが可
能であるが、抵抗５０を並列接続して駆動電圧に
よるコンデンサ２４の放電時定数を減少させる方
法を採用する限り、上記した場合と略同様に、ピ
ーク電圧の変動による出力の変動を抑制するか、
出力の増加割合の増大を図るかの二者択一を迫ら
れることになる。

本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであ
つて、回路駆動電圧による影響を可及的に抑制し
て安定な出力を維持しながら、しかも出力の大幅
な増減の切り換えが行える充電回路を提供するこ
とを目的とする。

［課題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
的な構成を示す如く、駆動電圧の印加時に一次コ
イル１９に流れる電流をスイツチング用トランジ
スタ１８でオンオフ規制し、該トランジスタ１８
のオフ時に二次コイル２６側から充電池１６とモ
ータの様な負荷４１に対して負荷電流を供給する
インバータ式のものである。

上記したスイツチング用トランジスタ１８のベ
ース・エミツタ間には、ベース電流を供給して該
トランジスタ１８をオンさせる帰還コイル２２
と、該トランジスタ１８のオン期間に充電される
コンデンサ２４と、この充電電流を制限する抵抗
２３とを直列接続してなる帰還部２１の両端が接
続される。

更に、上記帰還部２１と直列に接続され、且つ
該帰還部２１の時定数より十分大きい時定数によ
り上記した駆動電圧を用いてコンデンサ２４を放
電する抵抗器２５と、コンデンサ２４と並列に接
続され、スイツチング用トランジスタ１８のオフ
時に対応してオンし、コンデンサ２４を放電する
スイツチング素子４３とを備えている。

更にまた、前記したスイツチング素子４３を、
二次コイル２６に負荷４１を接続するスイツチ４
４と連動するスイツチ４４ａの切り換え動作と連
動して、作動可能としている。

［作用］ 上記した構成により、第１図の様にスイツチ４
ａをオフした状態にあつては、従来と略同様に、
抵抗２５を介した駆動電圧によるコンデンサ２４
の放電と、帰還コイル２２による充電とを繰り返
し、スイツチング用トランジスタ１８はオンオフ
動作を行う。

ここで、第２図ａに示す抵抗２５を介した電流
Ｉ１によるコンデンサ２４の放電期間中に、負荷
４１の駆動を可能とするスイツチ４４と連動して
作動するスイツチ４４ａをオンし、スイツチング
素子４３を使用可能な状態にすると、帰還部２１
の両端電圧がトランジスタ１８のベース・エミツ
タ間の飽和電圧を超えるとベース電流が流れはじ
め、一次コイル１９に流れるコレクタ電流の変化
が帰還コイル２２側に正帰還されて、トランジス
タ１８は急激にオンする。しかる後は、一次コイ
ル１９に流れる電流I₂は直線的に増加し、したが
つて帰還コイル２２には略一定の電圧が出力され
るので、該電圧でベース電流I₃を維持しながら、
コンデンサ２４を第２図ｂで示す方向に充電す
る。このとき、スイツチング素子４３には、スイ
ツチング用トランジスタ１８のオン期間を示す信
号S₁が入力されているため、オフ状態を維持す
る。

ここで、コンデンサ２４の充電がすすんでベー
ス電流I₃が減少すると、一次コイル１９に流れる
電流I₃の増加が止まり、コンデンサ２４の充電電
圧および帰還コイル２２からの出力電圧がトラン
ジスタ１８に対する阻止電圧として働き、トラン
ジスタ１８は急激にオフする。それと同時に、二
次コイル２６から出力されるパルス状の電圧S₂に
より充電池１６および負荷４１に負荷電流I₄を供
給するとともに、スイツチング素子４３にトラン
ジスタ１８のオフ期間を示す信号S₂が入力され、
該スイツチング素子４３は信号S₂が入力されてい
る期間に対応してオンする。ここで、スイツチン
グ素子４３はコンデンサ２４と並列に接続されて
いるため、該スイツチング素子４３を含む放電路
の時定数に対応した割合でコンデンサ２４の電荷
が放電I₅される。例えば、トランジスタ１８のオ
フ時期を示す信号S₂として、二次コイル２６の出
力電圧を利用した場合、該出力電圧は持続時間の
短いパルス状であるが、スイツチング素子４３を
含む放電路の放電時定数を適宜設定することによ
り、出力信号S₂のピーク値には関係なくパルス幅
に対応した時間だけ、必要量の電荷をコンデンサ
２４から放出したのち、残つた電荷は第２図ａの
状態に戻つて抵抗２５を介して放電することによ
り、抵抗２５のみによる放電時よりも早期にコン
デンサ２４の放電を終え、オフ期間が短縮されて
インバータ回路の発振周波数が上昇し、二次コイ
ル２６からの出力が増大するのである。

［実施例］ 第３図に示す如く、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の
ち、電源ラインへの雑音障害を防止するフイルタ
回路１３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
電圧を二次電池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を直列
に接続するとともに、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を並列に
繋ぎ、更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２２、抵抗２３およびコンデ
ンサ２４が直列接続されたものから構成され、そ
の両端を、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、抵抗値が高い抵抗２５を介し
て前記全波整流電圧が駆動電圧として印加され
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、スイツチング用トランジスタ１
８をオンして該トランジスタ１８にコレクタ電流
を流し始める。オン後は、一次コイル１９に流れ
るコレクタ電流の直線的な増加により、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、一次コイル１９
に流れる電流の増加が止まると帰還電圧が減少す
るので、今度はコンデンサ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
フ時期に出力回路１７の充電池１６側に向けて充
電電流として流れる。

出力回路１７は、前記した一次コイル１９と同
一鉄心上に巻かれた二次コイル２６と、該二次コ
イル２６の出力側に接続されてスイツチング用ト
ランジスタ１８のオフ時に充電池１６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、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、或いは入力電圧の
多少の変動にかかわらず、略一定に維持される。

（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の検出動作と連動してオンし、帰還部２１の電
流をバイパスしてトランジスタ１８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、該抵抗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超え、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、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を含む回路の充電時定数が実質的に減少する
とともに、該充電路中に二次コイル２６の出力電
圧および充電池１６の端子電圧が順方向に加わる
ので充電が急激に進み、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１
８のオン期間に一次コイル１９に蓄えられるエネ
ルギーを略一定に保ち、充電池１６に流入する充
電電流を一定に維持する。

上記した制御部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の検出動作と連動して動作し、充電池
１６に対する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
間中に誘起される電圧が回路駆動電圧に比例する
ことを利用し、電圧検出部３７により二次コイル
２６の出力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の制御部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のツエナー電圧を超えると、二次
コイル２６、充電池１６、定電圧ダイオード４
０、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、該
ループの時定数および二次コイル２６の出力電圧
により規制される時間の経過後、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に対する駆動電圧が増大
するほど１サイクル期間中の設定電圧を超える期
間が増大することに起因する平均電流の増大を補
正し、例えば商用交流電圧１１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。

本発明は、負荷４１を充電池１６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を備えたことを特
徴とする。

（出力変更部） 出力変更部４２は、帰還部２１のコンデンサ２
４の充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の
出力を結果的に増加可能とする。

すなわち、スイツチング素子４３として備えた
トランジスタのベース端を、負荷４１の駆動スイ
ツチ４４のオン動作と連動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
タ端を比較的小さい値の抵抗４５を介して帰還部
２１と並列に接続している。

従つて、充電中にスイツチ４４をオンして負荷
４１に給電すると、スイツチング用トランジスタ
１８のオフ期間の開始と同時に、二次コイル２６
から充電池１６への充電時に対応してトランジス
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をオンする前は比較的
大きな値の抵抗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、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
圧のパルスレートが全体的に上昇し、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。

なお、出力変更部４２は上記に限られず、第４
図ａの如くスイツチング素子４３のコレクタ端を
充電池１６のマイナス極に接続し、あるいは第４
図ｂの如く、帰還コイル２２の出力電圧でスイツ
チング素子４３のオン動作をさせることも可能で
ある。第４図ａの実施例では、充放電路中に充電
池１６が介装されるために、コンデンサ２４に電
圧が残る。そのほか、スイツチング用トランジス
タ１８のオフ時を検出すると、帰還部２１のコン
デンサ２４の両端を短絡できるものであれば、適
宜変更して実施できることは勿論である。

勿論、これは負荷４１がモータの様な、充電池
１６と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時間率から急速充電のための
１時間充電率に切り換える場合にもこの出力変更
部４３は機能するものであつて、この場合、前記
したスイツチ４４ａは負荷４１側のスイツチ４４
と連動せず、スイツチング素子４３のベース側の
スイツチ４４ａだけを、充電のための電流容量増
加用として単独で切り換える様にすることができ
る。

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

この充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４３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、スイツチング用トランジ
スタ１８がオフしたことを検出すると、帰還部２
１のコンデンサ２４の両端を短絡してインバータ
回路１５の発振周波数を変更し、充電中に負荷駆
動をする場合の出力増加を図つたので、回路駆動
電圧の変動にかかわらず、安定した充電と負荷駆
動とを行える利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる充電回路の基本的な構
成を示す概略図、第２図ａないしｃは第１図の動
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ａおよびｂ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、２５
……抵抗、４１……負荷、４２……出力変更部、
４３……スイツチング素子、４４……スイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 駆動電圧の印加時に一次コイル１９に流れる
   電流をスイツチング用トランジスタ１８でオンオ
   フ規制し、該トランジスタ１８のオフ時に二次コ
   イル２６から充電池１６と負荷４１に電流を供給
   可能とするインバータ式の充電回路であつて、 上記したスイツチング用トランジスタ１８のベ
   ース・エミツタ間に、ベース電流を供給して該ト
   ランジスタ１８をオンさせる帰還コイル２２と、
   該トランジスタ１８のオン期間に充電されるコン
   デンサ２４と、この充電電流を制限する抵抗２３
   とを直列接続してなる帰還部２１の両端を接続す
   るとともに、 上記帰還部２１と直列に接続され、且つ該帰還
   部２１の時定数より十分大きい時定数により上記
   した駆動電圧を用いてコンデンサ２４を放電する
   抵抗器２５と、 コンデンサ２４と並列に接続され、スイツチン
   グ用トランジスタ１８のオフ時に対応してオン
   し、コンデンサ２４を放電するスイツチング素子
   ４３とを備え、 前記したスイツチング素子４３を、二次コイル
   ２６に負荷４１を接続するスイツチ４４と連動す
   るスイツチ４４ａの切り換え動作と連動して作動
   可能としたことを特徴とする充電回路。