JPH1070847A

JPH1070847A - 充電装置

Info

Publication number: JPH1070847A
Application number: JP29345096A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Fujioka; 洋一藤岡
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-03-10

Abstract

(57)【要約】【課題】充電電圧にオーバーシュートの生じることを
防ぐ。【解決手段】ＤＣ−ＤＣコンバータ１０と、これの動
作を制御する制御回路２０とを設ける。ＤＣ−ＤＣコン
バータ１０は、パルス変調回路１１と、これの出力パル
スにより、入力直流電圧を所定の直流出力電圧ＶDCに変
換する回路Ｍ1、Ｑ1、Ｄ1、１３と、出力電圧ＶDCを分
圧する抵抗器Ｒ2、Ｒ4とから構成する。抵抗器Ｒ2、Ｒ4
からの分圧電圧ＶDIVを、パルス変調回路１１にその変
調入力としてフィードバックして直流出力電圧ＶDCを所
定値に安定化する。制御回路２０によりＤＣ−ＤＣコン
バータ１０の変換動作を制御して出力電圧ＶDCを、所定
の期間ずつ間欠的に充電式電池BATTに供給する。抵抗器
Ｒ2に、直流出力電圧ＶDCの立ち上がりを変更するコン
デンサＣ1を並列に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、充電装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えばリチウム・イオン電池を充電する
場合、電池の特性などを考慮して、一般に図３に示すよ
うな充電特性で充電を行っている。すなわち、例えば２
つの電池セルが直列接続されたリチウム・イオン電池パ
ックの場合であれば、端子電圧が規定電圧8.4Ｖに達す
るまでは、定電流で充電し、それ以後は、定電圧で充電
するようにしている。

【０００３】そして、このような特性で充電を行うた
め、リチウム・イオン電池の充電装置は、例えば図４に
示すように構成されている。

【０００４】すなわち、図４において、符号BATTは、そ
の充電の行われるリチウム・イオン電池を示し、これ
は、図４の場合、２つのリチウム・イオン電池セルが直
列接続されるとともに、充電時には、充電端子Ｔ11、Ｔ
12に接続される。

【０００５】また、符号１０は、スイッチング方式のＤ
Ｃ−ＤＣコンバータを示す。そして、このコンバータ１
０において、電源端子Ｔ1と接地との間に、トランスＭ1
の１次コイルと、スイッチング用のＦＥＴ（Ｑ1）のド
レイン・ソース間とが直列接続される。さらに、１チッ
プＩＣ化されたＰＷＭ変調回路１１が設けられ、これに
端子Ｔ1の電圧が供給され、出力端子OUTから所定の周波
数のＰＷＭパルスＰPWMが取り出される。

【０００６】そして、このパルスＰPWMが、ノア回路１
２を通じてＦＥＴ（Ｑ1）のゲートに供給されて、トラ
ンスＭ1の１次コイルを流れる電流がスイッチングさ
れ、トランスＭ1の２次コイルに交番電圧が取り出され
る。そして、この交番電圧が、ダイオードＤ1により整
流されるとともに、平滑回路１３により平滑され、平滑
回路１３からは直流電圧ＶDCが出力される。

【０００７】さらに、この平滑回路１３の出力端が電流
制限用の抵抗器Ｒ1を通じて充電端子Ｔ11に接続される
とともに、充電端子Ｔ12は接地に接続される。また、端
子Ｔ11と接地との間に、抵抗器Ｒ2と、可変抵抗器Ｒ3
と、抵抗器Ｒ4とが直列接続されるとともに、抵抗器Ｒ1
に電流検出用のトランジスタＱ2のベース・エミッタ間
が並列接続され、そのコレクタが抵抗器Ｒ2、Ｒ3の接続
点に接続される。

【０００８】そして、可変抵抗器Ｒ3から分圧電圧ＶDIV
が得られるが、この分圧電圧ＶDIVが変調回路１１の入
力端子INに変調入力として供給されてフィードバックル
ープが構成される。こうして、電圧ＶDIVにしたがって
パルスＰPWMのデューティーレシオが変更され、電圧ＶD
IVは基準値ＶREFに安定化される。

【０００９】そして、このとき、電圧ＶDCが、抵抗器Ｒ
1を通じて電池BATTに供給されるので、電池BATTは電圧
ＶDCにより充電されることになる。

【００１０】ここで、電池BATTの残量が少ない場合に
は、抵抗器Ｒ1を流れる充電電流ＩCHGが大きいので、抵
抗器Ｒ1における降下電圧がトランジスタＱ2のベース・
エミッタ間電圧（＝約0.6Ｖ）よりも大きくなってトラ
ンジスタＱ2がオンとなり、電圧ＶDCが抵抗器Ｒ3、Ｒ4
によって分圧されて電圧ＶDIVとなる。

【００１１】そして、このとき、電圧ＶDIVは規定値ＶR
EFに安定化されているのであるから、電圧ＶDCも所定の
一定値に安定化されていることになる。したがって、電
池BATTの残量が少ない場合には、電圧ＶDCが一定である
ことにより、電流ＩCHGもほぼ一定となり、すなわち、
電池BATTは定電流で充電される。

【００１２】そして、充電が進み、電池BATTの残量が多
くなると、抵抗器Ｒ1を流れる充電電流ＩCHGが小さくな
るので、抵抗器Ｒ1における降下電圧がトランジスタＱ2
のベース・エミッタ間電圧よりも小さくなってトランジ
スタＱ2がオフになり、電池BATTの端子電圧ＶBATTが抵
抗器Ｒ2〜Ｒ4によって分圧されて電圧ＶDIVとなる。

【００１３】そして、このとき、電圧ＶDIVは規定値ＶR
EFに安定化されているのであるから、電池BATTの端子電
圧ＶBATTも例えば8.4Ｖに安定化されていることにな
る。したがって、電池BATTの残量が多い場合には、充電
電圧は8.4Ｖで一定であり、電池BATTは定電圧で充電さ
れる。

【００１４】以上のようにして、この充電装置において
は、図３の充電特性で充電が行われるが、この充電装置
においては、さらに、充電の開始、終了、電池BATTの有
無などの検出が、マイクロコンピュータ２０により実現
される。

【００１５】すなわち、１チップＩＣ化されたマイクロ
コンピュータ２０が設けられるとともに、端子Ｔ11と接
地との間に、抵抗器Ｒ5、Ｒ6と、スイッチ用のトランジ
スタＱ3のコレクタ・エミッタ間とが直列接続され、抵
抗器Ｒ5、Ｒ6の接続点に得られる電圧ＶDETが、マイク
ロコンピュータ２０のアナログ入力ポート（内蔵Ａ／Ｄ
コンバータ）A/Dに接続される。

【００１６】さらに、マイクロコンピュータ２０の出力
ポートＤ1から所定の制御信号ＤCTLが出力され、この信
号ＤCTLがトランジスタＱ3のベースに供給されるととも
に、オア回路１２に供給される。

【００１７】この場合、制御信号ＤCTLは、いつもは、
図５Ａに示すように、例えば１秒の周期で“Ｌ”レベル
と“Ｈ”レベルとを交互に繰り返す信号とされる。した
がって、ＤCTL＝“Ｌ”の期間ＴLには、変調回路１１か
らのパルスＰPWMがオア回路１２を通じてＦＥＴ（Ｑ1）
に供給されるとともに、トランジスタＱ3がオフとなる
ので、端子Ｔ11、Ｔ12に電池BATTが接続されていれば、
この電池BATTは期間ＴLに充電されることになる。

【００１８】また、ＤCTL＝“Ｈ”の期間ＴHには、ＦＥ
Ｔ（Ｑ1）がオフとなって直流電圧ＶDCが出力されなく
なるとともに、トランジスタＱ3がオンとなる。したが
って、端子Ｔ11、Ｔ12になにも接続されていなければ、
期間ＴHの電圧ＶDETは０となる。

【００１９】しかし、端子Ｔ11、Ｔ12に、電池BATTが接
続されていれば、この電池BATTは、上記のように期間Ｔ
Lに充電されているので、その電池BATTの電圧が抵抗器
Ｒ5、Ｒ6により分圧され、この分圧電圧が電圧ＶDETと
なる。

【００２０】つまり、端子Ｔ11、Ｔ12に電池BATTが接続
されていなければ、期間ＴHにＶDET＝０となり、電池BA
TTが接続されていれば、期間ＴHにＶDET＞０となる。

【００２１】したがって、この電圧ＶDETをマイクロコ
ンピュータ２０がチェックすることにより、マイクロコ
ンピュータ２０は、端子Ｔ11、Ｔ12に電池BATTが接続さ
れたかどうかを知ることができる。

【００２２】そして、端子Ｔ11、Ｔ12に電池BATTが接続
され、これがマイクロコンピュータ２０により検出され
ると、上述のように電池BATTの充電が開始されるが、こ
の場合、制御信号ＤCTLは、図５Ｂに示すように、例え
ばＴL＝30秒に変更され、この期間ＴLに上述の充電が実
行される。つまり、期間ＴLごとに、直流電圧ＶDCが出
力され、間欠的に充電が行われる。

【００２３】そして、この充電時、期間ＴHに電圧ＶDET
をチェックすることにより、この電圧ＶDETが規定の充
電終了電圧に対応する電圧に達したかどうかが判別さ
れ、達していないときには、充電は続行されるが、達し
たときには、充電は終了とされる。また、期間ＴHにＶD
ET＝０であれば、電池BATTが端子Ｔ11、Ｔ12からはずさ
れたのであるから、信号ＤCTLは再び図５Ａの状態とさ
れる。

【００２４】こうして、この充電装置においては、図３
の充電特性で充電が行われるとともに、充電の開始、終
了、電池BATTの有無なども検出され、それぞれに対応し
た処理が実行される。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図３の充電
特性からもわかるように、充電の開始時付近では、かな
り大きな充電電流、例えば200〜300mＡの充電電流が流
れ、コンバータ１０にとって、その負荷はかなり重い
が、充電の終了時付近では、充電電流は少なく、軽い負
荷となる。

【００２６】そして、このように負荷が変化する場合に
は、その重い負荷にも耐えられるように、重い負荷をタ
ーゲットにしてコンバータ１０の設計が行われている。
このため、負荷が軽いとき、すなわち、充電がかなり進
んだとき、図６に示すように、期間ＴLの開始時、直流
電圧ＶDCにオーバーシュートを生じてしまう。

【００２７】このオーバーシュートは、充電が進むと、
期間ＴLの開始時ごとに発生するとともに、そのピーク
値は15Ｖ以上にも達するので、電池BATTにとって規定電
圧を越える印加電圧となり、非常に大きなストレスとな
り、好ましくない。場合によっては、発火などの問題を
引き起こす可能性もある。

【００２８】この発明は、このような問題点を解決しよ
うとするものである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】この発明においては、Ｄ
Ｃ−ＤＣコンバータと、このＤＣ−ＤＣコンバータの動
作を制御する制御回路とを有し、上記ＤＣ−ＤＣコンバ
ータは、パルス変調回路と、このパルス変調回路の出力
パルスにより、入力直流電圧を所定の直流出力電圧に変
換する回路と、上記直流出力電圧を分圧する第１および
第２の抵抗器とを有し、上記第１および第２の抵抗器か
らの分圧電圧が、上記パルス変調回路にその変調入力と
してフィードバックされて上記直流出力電圧が所定値に
安定化され、上記制御回路により上記ＤＣ−ＤＣコンバ
ータの変換動作が制御されて上記直流出力電圧が、所定
の期間ずつ間欠的に充電式電池に供給されるとともに、
上記第１の抵抗器に、上記直流出力電圧の立ち上がりを
変更するコンデンサが並列に接続されるようにした充電
装置とするものである。

【００３０】この結果、充電式電池に供給される電圧は
ソフトスタートとなり、オーバーシュートがなくなる。

【００３１】

【発明の実施の形態】図１において、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１０およびマイクロコンピュータ２０が、上述のよ
うな構成とされるとともに、さらに、抵抗器Ｒ2にコン
デンサＣ1が並列に接続される。

【００３２】このような構成によれば、期間ＴLになる
と、コンデンサＣ1と抵抗器Ｒ3との接続点の電圧Ｖ2
は、コンデンサＣ1を通じて電圧ＶBATTまで急速に引き
上げられるので、この電圧Ｖ2の上昇に対応して電圧ＶD
IVも上昇する。すると、電圧ＶDIVの上昇は、変調回路
１１にとって出力電圧ＶDCが規定値から上昇した場合と
等価であるから、変調回路１１はパルスＰPWMのデュー
ティーレシオを変更して電圧ＶDCを下降させるように動
作する。したがって、図２に示すように、期間ＴLの開
始時、電圧ＶDCはほとんど０である。

【００３３】しかし、期間ＴLが経過していくにつれて
コンデンサＣ1は次第に充電されていくとともに、これ
に対応して電圧Ｖ2が次第に下降していき、電圧ＶDIVも
同様に次第に下降していく。したがって、図２に示すよ
うに、電圧ＶDCは、期間ＴLの開始時、ほとんど０であ
っても次第に上昇していき、規定値に安定することにな
る。

【００３４】したがって、図２に示すように、電圧ＶDC
は、期間ＴLの開始時、きれいなソフトスタートの立ち
上がりとなり、オーバーシュートを生じることがない。

【００３５】こうして、この充電装置によれば、電池BA
TTの状態などの検出のため、間欠的に充電を行う場合で
あっても、その充電電流が小さいときに、充電電圧ＶDC
にオーバーシュートを生じることがない。

【００３６】したがって、電池BATTにストレスを与える
ことがなく、また、発火などのトラブルの原因となるこ
ともない。しかも、そのためには、コンデンサＣ1を追
加するだけでよく、きわめて簡単であるとともに、安価
である。

【００３７】なお、上述においては、電池BATTがリチウ
ム・イオン電池の場合であるが、充電につれて充電電流
が大きく変化するとともに、期間ＴLごとに間欠的に充
電を行い、期間ＴHに電池BATTの状態などを検出あるい
はチェックするようにした充電装置であれば、電池BATT
の種類にかかわらず、この発明を適用できる。

【００３８】

【発明の効果】この発明によれば、充電電圧にオーバー
シュートの生じることを防ぐことができる。しかも、そ
のためには、コンデンサを１個追加するだけでよく、簡
単であり、安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一形態を示す接続図である。

【図２】この発明を説明するための波形図である。

【図３】この発明を説明するための波形図である。

【図４】この発明を説明するための接続図である。

【図５】この発明を説明するための波形図である。

【図６】この発明を説明するための波形図である。

【符号の説明】

１０＝ＤＣ−ＤＣコンバータ、１１＝ＰＷＭ変調回路、
１２＝ノア回路、１３＝平滑回路、２０＝マイクロコン
ピュータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＤＣ−ＤＣコンバータと、このＤＣ−ＤＣコンバータの動作を制御する制御回路と
を有し、上記ＤＣ−ＤＣコンバータは、パルス変調回路と、このパルス変調回路の出力パルスにより、入力直流電圧
を所定の直流出力電圧に変換する回路と、上記直流出力電圧を分圧する第１および第２の抵抗器と
を有し、上記第１および第２の抵抗器からの分圧電圧が、上記パ
ルス変調回路にその変調入力としてフィードバックされ
て上記直流出力電圧が所定値に安定化され、上記制御回路により上記ＤＣ−ＤＣコンバータの変換動
作が制御されて上記直流出力電圧が、所定の期間ずつ間
欠的に充電式電池に供給されるとともに、上記第１の抵抗器に、上記直流出力電圧の立ち上がりを
変更するコンデンサが並列に接続されるようにした充電
装置。
【請求項２】請求項１に記載の充電装置において、上記直流出力電圧が上記充電式電池に間欠的に供給され
る期間の合間の期間に、上記充電式電池の状態を検出す
るようにした充電装置。
【請求項３】請求項２に記載の充電装置において、上記変換する回路はスイッチング方式とされ、上記パルス変調回路はＰＷＭ変調回路とされるようにし
た充電装置。
【請求項４】請求項３に記載の充電装置において、上記充電式電池の充電量が所定値に達していない場合に
は、上記直流出力電圧による充電を定電流充電とし、上記充電式電池の充電量が所定値に達した場合には、上
記直流出力電圧による充電を定電圧充電とするようにし
た充電装置。