JPH06141484A

JPH06141484A - 充電回路

Info

Publication number: JPH06141484A
Application number: JP20044391A
Authority: JP
Inventors: Sumio Wada; 澄夫和田; Satoru Inakagata; 悟田舎片
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-08-09
Filing date: 1991-08-09
Publication date: 1994-05-20

Abstract

(57)【要約】【目的】充電制御が確実に行われ、電源がオン、オフ
されたり、電池特性が変わった場合にあっても蓄電池の
過充電を防止する。【構成】インバータ１回路から蓄電池６への充電電流
を低下させる制御スイッチ回路８を設ける。電池電圧を
検出して充電制御信号を出力する電圧検知制御回路７を
設ける。また、充電開始から一定時間後に充電終了信号
を出力するタイマー回路１０を設ける。上記電圧検知制
御回路７出力と、タイマー回路１０出力とを制御スイッ
チ回路８の制御入力端子に並列的に入力する。そして、
充電制御信号及び充電終了信号のうちいずれか一方が充
電停止状態になったときに制御スイッチ回路８を動作さ
せて充電電流を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インバータ回路を用い
て蓄電池を急速充電する充電回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、インバータ回路を用いて蓄電池を
急速充電するようにしたこの種の充電回路としては、図
９に示すようなものがある。すなわち、交流電源ＡＣを
蓄電池充電用の低圧直流電源に変換するインバータ回路
１は、交流電源ＡＣを整流する整流回路２と、１次巻線
Ｌ₁，２次巻線Ｌ₂，帰還巻線Ｌ₃を具備したトランス
Ｔ、スイッチング素子Ｑ₁、ダイオードＤ₁及び抵抗Ｒ
₁，Ｒ₂，Ｒ₃にて形成される発振回路３と、電源電圧
に応じて上記スイッチング素子Ｑ₁のオン時間を可変し
て充電電流を一定にする自動電圧発振制御回路４と、ト
ランスＴの２次巻線Ｌ₂出力を整流する整流回路５とで
構成されており、整流回路５出力にて蓄電池６を急速充
電するようになっていた。

【０００３】また、電圧検知制御回路７は、電池電圧を
検出して充電制御信号を出力するようになっている。こ
の充電制御信号が入力される制御スイッチ回路８は、ト
ランジスタＱ₂，Ｑ₃と、フォトカプラＰＣ及び抵抗Ｒ
₄，Ｒ₅にて形成されており、充電を停止させる充電制
御信号が入力された（Ｈ→Ｌ）ときに、トランジスタＱ
₃がオンすると共に、フォトカプラＰＣを介してトラン
ジスタＱ₂がオフし、スイッチング素子Ｑ₁に直列挿入
された抵抗Ｒ₂に並列接続されている抵抗Ｒ₄を切り離
して、インバータ回路１の動作を通常の急速充電モード
から細流充電モードに移行させて（充電電流を減少させ
て）、蓄電池６の過充電による劣化を防止するようにな
っている。

【０００４】尚、電圧検知制御回路７及び制御スイッチ
回路８の電源は、トランスＴに巻装された電源巻線Ｌ₄
出力を整流平滑回路９にて整流平滑することによって得
られている。ところで、このような従来例にあっては、
電圧検知制御回路７及び制御スイッチ回路８による充電
制御動作は、図１０に示すようになっている。すなわ
ち、電圧検知制御回路７は電池電圧Ｖ_Bがピークに達す
る前に充電を停止させる充電制御信号（Ｈ→Ｌ）が出力
されて制御スイッチ回路８にて充電電流がカットされる
ようにしきい値電圧Ｖth₁を設定している。

【０００５】そして、ある一定電圧まで低下したときに
充電カット状態を解除する充電制御信号（Ｌ→Ｈ）が出
力されて制御スイッチ回路８の抵抗Ｒ₄が発振回路３の
抵抗Ｒ₂に並列接続されて急速充電が再開されるように
しきい値電圧Ｖth₂を設定している。この場合、Ｎｉ−
Ｃｄ電池のような蓄電池６を短時間（約３０分）で急速
充電する場合には、充電電流Ｉｃが大きくなるため、満
充電後の断続充電時における平均充電電流（図中、点線
で示す）が過充電されない電流（図中、一点鎖線で示
す）以下になるようにするには、しきい値電圧Ｖth₁，
Ｖth₂の差を拡げる必要がある。

【０００６】しかしながら、しきい値電圧Ｖth₁，Ｖth
₂の差を拡げた場合には、充電制御不能或いは充電開始
不能などが発生するという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、他の従来例と
して、図１１に示すように、電池電圧が所定のしきい値
電圧Ｖthに達したときに、充電を停止する充電制御信号
を出力するように電圧検知制御回路７を形成すると共
に、電圧検知制御回路７出力にて制御されるタイマー回
路１０を設け、タイマー回路１０出力にて制御スイッチ
回路８を制御して、一定時間（例えば５分）後に充電モ
ードを細流充電モードにて切り換えるようにしたものが
あった。

【０００８】しかしながら、このような従来例にあって
も、図１２に示すように、電源が一旦オフされた後、再
度オンされた場合には、蓄電池６が満充電状態であって
も電源がオンされる毎にタイマー回路１０にて設定され
た一定時間だけ必ず急速充電が行われることになるの
で、蓄電池６が過充電されて劣化するという問題があっ
た。

【０００９】また、上記両従来例においては、急速充電
を終了するかどうかを電池電圧Ｖ_Bのみによって判定し
ているので、蓄電池６の経時変化によって電池特性が変
わった場合には、電圧検知制御回路７による充電制御が
不能になり、過充電による劣化が促進されるという問題
があった。本発明は上述の点に鑑みて提供したものであ
って、充電制御が確実に行われ、電源がオン、オフされ
たり、電池特性が変わった場合にあっても蓄電池の過充
電を防止できる充電回路を提供することを目的としたも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、インバータ回
路を用いて交流電源を蓄電池充電用の低圧直流電流に変
換して蓄電池を充電するようにした充電回路において、
上記インバータ回路から蓄電池への充電電流を低下させ
る制御スイッチ回路と、電池電圧を検出して充電制御信
号を出力する電圧検知制御回路と、充電開始から一定時
間後に充電終了信号を出力するタイマー回路とを設け、
上記電圧検知制御回路出力と、タイマー回路出力とを制
御スイッチ回路の制御入力端子に並列的に入力し、充電
制御信号及び充電終了信号のうちいずれか一方が充電停
止状態になったときに制御スイッチ回路を動作させて充
電電流を低下させるようにしたものである。

【００１１】

【作用】而して、電圧検知制御回路出力と、タイマー回
路出力とを制御スイッチ回路の制御入力端子に並列的に
入力し、充電制御信号及び充電終了信号のうちいずれか
一方が充電停止状態になったときに制御スイッチ回路を
動作させて充電電流を低下させるようにして、充電制御
が確実に行われ、電源がオン、オフされたり、電池特性
が変わった場合にあっても、蓄電池の過充電を防止でき
るようにしたものである。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。ところで、図１に示すような一般的なプッシュプ
ル型インバータにおいては、２つのトランジスタＱ₃，
Ｑ ₄を駆動するためには、発振トランスに２つの巻線が
必要であったが、そのためにトランスの構造が複雑にな
っていた。本実施例ではベース巻線を１つとした自励発
振回路により電池を充電するものである。

【００１３】Ｒefはダイオードブリッジ、Ｔ₃はトラン
ス、Ｒ₂はトランスＴ₃のベース巻線Ｌ₃に接続されて
いるベース抵抗であり、トランジスタＱ₃，Ｑ₄、ベー
ス抵抗Ｒ₂、トランスＴ₃等で発振回路３が構成されて
いる。また、トランジスタＱ ₅，Ｑ₆で制御回路１３が
構成され、フォトカップラーＰＣのフォトトランジスタ
ＰＴとフォトダイオードＰＤにより非接触接続を構成し
て、信号系統の入力側と出力側とを分離せしめている。

【００１４】電圧検知制御回路７はインバータ制御ＩＣ
（ＡＮ６５０）と、トランジスタＱ ₉で構成され、制御
スイッチ回路８は、フォトカプラＰＣ、トランジスタＱ
₇，Ｑ₈、抵抗Ｒ₃，Ｒ₁₃等で構成されている。また、
タイマー回路１０は、タイマーＩＣ１１と時定数用のコ
ンデンサＣｔと抵抗Ｒｔ等で構成されている。ここで、
蓄電池６側を器具本体Ｘとし、他の回路側をアダプタＹ
とし、両者を分離できる構造として夫々プラグでもって
接続可能としている。

【００１５】しかして、交流電源ＡＣが投入されると、
発振起動用のベース抵抗Ｒ₂でもっていずれかのトラン
ジスタＱ₃，Ｑ₄をオンにする。トランジスタＱ₃がオ
ンの時はトランジスタＱ₃のベース電流は、巻線Ｌ₃、
抵抗Ｒ₂、トランジスタＱ₃、トランジスタＱ₆を介し
て流れ、トランジスタＱ₄がオンのときは、巻線Ｌ₃、
トランジスタＱ₄、トランジスタＱ₅、抵抗Ｒ₂と流れ
て、交互にオンを繰り返す。

【００１６】制御回路１３のトランジスタＱ₅，Ｑ₆の
主目的は、トランジスタＱ₃，Ｑ₄のベース電流をバイ
パスすることにあり、トランジスタＱ₃，Ｑ₄のエミッ
タ電流を抵抗Ｒ₃で検知し、抵抗Ｒ₃の電圧降下がトラ
ンジスタＱ₅，Ｑ₆のベース・エミッタ間電圧より上回
る時に、トランジスタＱ₃，Ｑ₄のベース電流をバイパ
スするものである。よって、抵抗Ｒ₃の値により発振回
路３の出力電流を可変できる。

【００１７】制御スイッチ回路８において、トランジス
タＱ₈と抵抗Ｒ₃との直列回路にフォトカプラＰＣのフ
ォトトランジスタＰＴが並列に接続されており、蓄電池
６を充電する場合には、フォトトランジスタＰＴがオン
してトランジスタＱ₈をオンさせて、抵抗Ｒ₃による大
きな充電電流を蓄電池６に供給して急速充電する。ま
た、充電満了時にはトランジスタＱ₈をオフさせて、抵
抗Ｒ₁₃による細流充電を行う。

【００１８】また、本実施例では、トランスＴ₃の出力
巻線に補助巻線Ｌ₆付加して、この補助巻線Ｌ₆の電圧
をインバータ制御ＩＣ１２（ＡＮ６５０）、フォトダイ
オードＰＤ、表示用素子である発光ダイオードＬＥＤ₁
の電源としている。つまり、電池が直列に数本接続され
た時には、インバータ制御ＩＣ１２の電源電圧が十分供
給できるが、電池電圧が低い時や、電池を直列に接続し
た電圧がインバータ制御ＩＣ１２の電源電圧に満たない
時に、インバータ制御ＩＣ１２が動作しないことがある
からである。

【００１９】ここで、インバータ制御ＩＣ１２の構成及
び動作を説明する。インバータ制御ＩＣ１２の等価回路
は図２のようになり、端子から入力された電源電圧Ｖ
ccはトランジスタＺ₁によって安定化され、ダイオード
Ｄ₅，Ｄ₆、抵抗Ｒ₁₀と、抵抗Ｒ₁₁、ダイオードＤ₇，
Ｄ₈，Ｄ₉によって分割される基準電圧Ｖref が与えら
れる。

【００２０】この基準電圧Ｖref と端子より入力され
る電池電圧Ｖ_Bとの比較により、電池電池Ｖ_Bが基準電
圧Ｖref より高いとき、トランジスタＴｒ₂が動作し、
出力端子がローレベルになる。従って、図１において
抵抗Ｒ₁₂を流れる電流を引き込む。このためトランジス
タＱ₉がオフし、フォトダイオードＰＤに流れる電流は
与えられないため、フォトトランジスタＰＴもオフす
る。そして、トランジスタＱ₈もオフし、蓄電池６への
充電電流はカットされる。

【００２１】しかし、全く発振回路３の発振が停止する
と補助巻線Ｌ₆にも電圧が発生せず、インバータ制御Ｉ
Ｃ１２に電源が与えられないため、抵抗Ｒ₁₃を接続する
ことにより、充電電流のカット時でも常時発振させて補
助巻線Ｌ₆より電源を得るように構成している。このよ
うに、補助巻線Ｌ₆を設け、発振回路３を常に発振させ
ておくことにより、電池電圧が低下したときや、蓄電池
６がアダプタ２のプラグより抜かれた時に、常に蓄電池
６の電圧を検出する回路（インバータ制御ＩＣ１２）や
タイマー回路（タイマーＩＣ１１）の電源を安定に供給
できるものである。尚、発光ダイオードＬＥＤ₁は蓄電
池６を充電している間、トランジスタＱ ₉がオンしてい
ることで電流が流れて、点灯表示する。

【００２２】また、本実施例は蓄電池６への充電電流を
タイマーによって切り替えられる回路を備えている。上
述のタイマー回路１０のタイマーＩＣ１１がそれで、図
３はタイマーＩＣ１１（ＴＡ７３２６Ｐ）のブロック図
を示し、基準クロックパルスを発生するタイムベースＴ
Ｂと、タイムベースＴＢのクロックパルスを分周する複
数段のフリップフロップＦＦ₁，ＦＦ₂・・・・と、リ
セット，セット用のフリップフロップＦＦと、出力用ト
ランジスタ等から構成されている。

【００２３】電源投入後の一定時間後出力端子よりハ
イレベルの信号が出力され、トランジスタＱ₇をオンせ
しめる。従って、ダイオードＤ₄を通してトランジスタ
Ｑ₈のベース電流が引き込まれるため、トランジスタＱ
₈を流れる電流が制御され、見かけ上のインピーダンス
が大きくなるため、スイッチングトランジスタＱ₃，Ｑ
₄によって制限され、充電電流を少なくすることができ
る。

【００２４】次に、本発明の要旨の動作について図４〜
図６により詳述する。図４は空状態の蓄電池６を急速充
電する通常の充電動作を示す図であり、電源がオンされ
たｔ ₀時点から電圧検知制御回路７による電圧制御が開
始される時点ｔ₁までの間は無制御で急速充電が行われ
る。次に、充電が進んで蓄電池６の電池電圧Ｖ_Bがしき
い値電圧Ｖth₁に達すると、タイマー回路１０から充電
終了信号（Ｈ→Ｌ）が出力されるまでの間、図９の従来
例と同様に、電圧検知制御回路７から出力される充電制
御信号によって制御スイッチ回路８が制御されて、点滅
充電が行われる。

【００２５】次に、電源のオン時点ｔ₀から限時動作が
スタートするタイマー回路１０がタイムアップした（タ
イマー回路１０出力がＬレベルになった）時点ｔ₂から
以降は、制御スイッチ回路８の制御入力端にはＬレベル
が常に入力されるので、インバータ回路１は細流充電モ
ードで動作することになり、過充電が確実に防止でき
る。

【００２６】また、蓄電池６の電池特性が変わって電池
電圧Ｖ_Bが、電圧検知制御回路７の動作電圧（しきい値
電圧Ｖth₁）まで達しなかった場合には、図５に示すよ
うに、タイマー回路１０のタイムアップ時点ｔ₂でタイ
マー回路１０から出力される充電終了信号によってイン
バータ回路１の充電が細流充電モードに切り換えられ、
過充電を防止して蓄電池６の劣化を促進させないように
なっている。

【００２７】さらにまた、満充電状態の蓄電池６が接続
された場合においては、図６に示すように、電源がオン
された直後から電圧検知制御回路７による電圧制御が行
われ、タイマー回路１０がタイムアップする時点ｔ₂ま
で点滅充電が行われることになるが、この期間の平均充
電電流は急速充電モードの場合に比べて大幅に少なくな
るので、３０分程度の過充電によって蓄電池６が劣化す
ることはない。

【００２８】（実施例２）図７は実施例２を示し、タイ
マーＩＣ１１を絶縁分離した２次側に入れた例で、フォ
トダイオードＰＤ₂とフォトトランジスタＰＴ₂によっ
てタイマー出力を１次側に伝達するようにしたものであ
る。すなわち、このタイマーＩＣ１１の電源も補助巻線
Ｌ₆からとることにより、高圧の１次側から電源をとる
より、抵抗Ｒ₁₄の発熱を防止でき、平滑コンデンサＣ₁
もインバータ制御ＩＣ１２と共通にできるというメリッ
トがある。尚、電圧検知制御回路７の制御とタイマー制
御とは先の実施例と同様である。

【００２９】また、充電完了後に表示を行う充電電流切
換の表示回路が設けてあり、この表示回路は、抵抗
Ｒ₁₅、発光ダイオードＬＥＤ₂、トランジスタＱ₁₀から
構成され、図８に示すように、一定時間後に出力される
タイマーＩＣ１１のハイレベルの出力にてトランジスタ
Ｑ₁₀をオン駆動して、発光ダイオードＬＥＤ₂を充電完
了後に点灯表示するものである。

【００３０】そして、この表示回路の発光ダイオードＬ
ＥＤ₂と、インバータ制御ＩＣ１２の出力にて点灯制御
される発光ダイオードＬＥＤ₁は、その表面が露出する
ためこれら発光ダイオードＬＥＤ₁，ＬＥＤ₂を２次側
に入れておけば、規格上安全である。つまり、１次側に
表示素子を入れた場合、表示素子が表面に露出すると、
表示素子が割れた場合に感電の危険があるからである。

【００３１】次に、図７の動作を説明する。基本的動作
は前実施例と同じなので省略する。電源を入れるとタイ
マー回路１０のタイマーＩＣ１１が動作するが、タイマ
ーＩＣ１１の端子がローレベルのため、フォトダイオ
ードＰＤ₂には電流は供給されず、従って、フォトトラ
ンジスタＰＴ₂はオフであり、トランジスタＱ₇はオン
となる。

【００３２】また、インバータ制御ＩＣ１２は、電池電
圧Ｖ_Bが低い場合端子がハイレベルのため、トランジ
スタＱ₉がオンし、フォトダイオードＰＤに電流が供給
されてフォトトランジスタＰＴがオンする。フォトトラ
ンジスタＰＴがオンするとトランジスタＱ₈もオンし、
抵抗Ｒ₃とＲ₁₆とが並列となってトランジスタＱ₃，Ｑ
₄のコレクタ電流が流れる。そのため、電池Ｂａへの充
電電流は大となる。

【００３３】タイマーＩＣ１１がカウントアップする
と、タイマーＩＣ１１の端子はハイレベルとなり、フ
ォトダイオードＰＤ₂に電流が供給されてフォトトラン
ジスタＰＴ₂がオンする。フォトトランジスタＰＴ₂が
オンになると、トランジスタＱ ₇はオフし、トランジス
タＱ₈のみオンとなると、抵抗Ｒ₃しかトランジスタＱ
₃，Ｑ₄のコレクタ電流が流れず、インピーダンスが高
くなり、トランジスタＱ ₅，Ｑ₆によってコレクタ電流
は制限されて充電電流は小さくなる。

【００３４】また、タイマーＩＣ１１がカウントアップ
すると、図８に示すように、Ｈレベルの信号が出力され
て、トランジスタＱ₁₁をオンして、充電中消灯していた
発光ダイオードＬＥＤ₂を点灯させて、充電が完了した
ことを表示する。上述のように、タイマーＩＣ１１を２
次側に設けることで、タイマーＩＣ１１にリセット機能
をもたせることができたり、設定時間後の表示回路が外
部へ露出しても感電しない。

【００３５】尚、電圧検知制御回路７の出力と、タイマ
ー回路１０の出力とを制御スイッチ回路８の制御入力端
子に並列的に入力するという構成は、実施例のように電
圧検知制御回路７とタイマー回路１０を個別に設けて、
両回路７，１０を制御スイッチ回路８に並列に接続する
他に、電圧検知制御回路７とタイマー回路１０を一つの
ＩＣで形成し、ＩＣ出力は一端子として、ＩＣ内部で電
圧検知制御回路７とタイマー回路１０を出力端子に並列
に接続するようにしても良い。これによって、見掛け上
は一つのＩＣであるが、内部的には二つの回路部が並列
接続されているものも含むものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明は上述のように、インバータ回路
を用いて交流電源を蓄電池充電用の低圧直流電流に変換
して蓄電池を充電するようにした充電回路において、上
記インバータ回路から蓄電池への充電電流を低下させる
制御スイッチ回路と、電池電圧を検出して充電制御信号
を出力する電圧検知制御回路と、充電開始から一定時間
後に充電終了信号を出力するタイマー回路とを設け、上
記電圧検知制御回路出力と、タイマー回路出力とを制御
スイッチ回路の制御入力端子に並列的に入力し、充電制
御信号及び充電終了信号のうちいずれか一方が充電停止
状態になったときに制御スイッチ回路を動作させて充電
電流を低下させるようにしたものであるから、電圧検知
制御回路出力と、タイマー回路出力とを制御スイッチ回
路の制御入力端子に並列的に入力し、充電制御信号及び
充電終了信号のうちいずれか一方が充電停止状態になっ
たときに制御スイッチ回路を動作させて充電電流を低下
させることにより、充電制御が確実に行われ、電源がオ
ン、オフされたり、電池特性が変わった場合にあって
も、蓄電池の過充電を防止できる効果を奏するものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の具体回路図である。

【図２】インバータ制御ＩＣの等価回路図である。

【図３】タイマーＩＣの等価回路図である。

【図４】同上の動作説明図である。

【図５】同上の動作説明図である。

【図６】同上の動作説明図である。

【図７】実施例２の具体回路図である。

【図８】同上の動作説明図である。

【図９】従来例のブロック回路図である。

【図１０】同上の動作説明図である。

【図１１】他の従来例のブロック回路図である。

【図１２】同上の動作説明図である。

【符号の説明】

１インバータ回路６蓄電池７電圧検知制御回路８制御スイッチ回路１０タイマー回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータ回路を用いて交流電源を蓄電
池充電用の低圧直流電流に変換して蓄電池を充電するよ
うにした充電回路において、上記インバータ回路から蓄
電池への充電電流を低下させる制御スイッチ回路と、電
池電圧を検出して充電制御信号を出力する電圧検知制御
回路と、充電開始から一定時間後に充電終了信号を出力
するタイマー回路とを設け、上記電圧検知制御回路出力
と、タイマー回路出力とを制御スイッチ回路の制御入力
端子に並列的に入力し、充電制御信号及び充電終了信号
のうちいずれか一方が充電停止状態になったときに制御
スイッチ回路を動作させて充電電流を低下させるように
したことを特徴とする充電回路。
【請求項２】タイマー回路出力で充電表示手段を動作
させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の充電
回路。