JPS63294230A - 充電回路 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は、電池を充電し、かつ、電池と並列接続される
負荷を駆動する充電回路に関する。

（従来技術） 従来から充電回路には、第７図に示覆ごときＯＮ　−Ｏ
Ｆ　Ｆ方式のインバータ回路が多く使われている。第７
図は０Ｎ−ＯＦＦ”方式インバータの中でも自励式のリ
ンキングヂコーク」ンバ〜り（ＲＣＣと略す）の回路例
を承り。この回路方式の特徴は部品点数が少なく、低」
ストであるが、トランスの利用率か悪く、出力アップの
ためにはトランスを大きくする必要がある。また第７図
の回路の詳細は以下に説明するか、制御（〜ランシスタ
ロ２の王ミック電流■Ｅのピーク鎮を検知することによ
り発振１−〇ランジスタＱ１のＯＮタイムを制御する場
合は、出力特性は定電流特性となり、充電モードで（ま
良いが、十−タＭをも駆！ｌｌづろへＣドライブモート
時には、モータの停動１−ルクが低くなるため、猶ざイ
１い。

第８図は第７図の回路における１〜ランジスタＱ１のコ
レクターＪｉミッタ間電ＦＦ、ＩＩレクタ電流ＩＣ１出
力電流１ｏの各波形を示す。これらの図に基いて構成な
らひに動ｆ１を説明すると、Ｒ１１，ＲＩ２はＡＣＣシ
カライン設けられた入力保蟲抵抗、ＺＮＲはサージ吸収
素了、［＜。［は全波整流を行う整流ブリッジである。

Ｎ１．Ｎ２　、Ｎ３は１ｉｉｌ−ｔヘランスに巻かれた
巻線であり、・は極性を示す。

Ｄｓ　、Ｒｓ　、Ｃｓは巻線Ｎ１のリーグ−シフラック
スによりスパイクを吸収するだめの回路を構成覆るダイ
オード、抵抗、−１ンデン１すである。

いま、ＡＣ入力が印加され、抵抗ＲＫを通して１−ラン
リスタ０１のベースｌ−起動電流が流れると、トランジ
スタＱ１の］レクク電流が流れ始める。

巻線Ｎ１に電流が流れるため、巻線Ｎ３に電圧が誘起さ
れ、トランジスタＱ１のベース電流を増やし、同トラン
ジスタ（１）＋Ｉよ急速にＯＮ？ｌ−る。ｌ・ランリス
タＱ１がＯＮすると、向１−ランジスタＱ１には巻線Ｎ
１のインピーダンスで定まる第８図に示覆］レクタ電流
１ｃ波形の′ｉｔｉ流が流れ、抵抗Ｒ［１の電圧が１胃
ｌ）でいく。抵抗［で［１の電圧が１〜ランジスタＱ２
のベース−Ｔミツ９間＊ｆｆＶＢ［を越えると同トラン
ジスタＱ２がＯＮＩ、、ｌ−ランリスタＱ１のベース電
流をバイパスさけるため、同トランジスタＱ１の」レク
タ電流が増加できく＞　＜なり、巻線Ｎ１の極ゼ１が反
転し、巻線Ｎ３の極性も反転し、トランジスタＱ１のベ
ース−エミッタ間を逆バイアスし、同トランジスタＱ１
は急速にＯＦＦにむかう。この時、トランスに貯えられ
たエネルギーが出力巻線Ｎ２からダイオードＤｏを通し
て電池Ｂへ流れる。このときの出力電流１ｏは第８図に
示すごとくなる。

巻線Ｎ２からの電流が流れなくなると、トランスの巻線
Ｎ＋　、Ｎ３は再び反転し、再び抵抗ＲＫからの電流も
加わり、トランジスタＱ１はＯＮにむかう。この様な動
作を繰り返すことによって電池Ｂを充゛市していく。

なお、抵抗ＲＥ２はスイッチＳＷをＯＮ　１．てモータ
Ｍを駆１９１１りる際、巻線Ｎ２からダイオードＤＯを
通って出力される出力電流を増加させるための巻線Ｎ１
を流れるコレクタ電流１ｃを多くするためのものである
。

この方式は出力電圧（電池電圧）に関係なく、トランス
に貯えられた１ネルギーしか出力されず、概略、定電流
の出力１）ｆｌとなる。また、出力を増やそうとした時
には、１〜ランスの磁気飽和という制約があるため、ト
ランスコアを大きくする心数があり、高出力をとること
が困難であ−）だ。

第９図に伯の従来例を示し、この例はｏ　Ｎ−０ＮＮコ
ラのインバータ（別名ノイードノ丼ワードインバータ）
Ｃ′ある。第１０図は第９図の回路におけるトランジス
タＱ１の」レフターエミッタ間電圧、］レクタ電流ＩＣ
１出力電流１０の各波形を示す。

これらの図において、Ａは制御回路ブロックであり、発
振回路を内蔵し、トランジスタＱ１をＯＮ　、−ＯＦ　
Ｆ−させる仁８を出力する。制御回路ブロックＡからの
信号でトランジスタＱ１がＯＮすると、巻線Ｎ１に電流
１ｃが流れ、巻線Ｎ２に電圧が誘起されダイオードＤ０
１．インダクタンスしＣを通して電池８へ電流ｒｏ１が
流れる。ｉ、１１御回路ブロック八からの信号で１−ラ
ンリスタＱ１がＯＦＦすると、巻線Ｎ２からは出力され
ないが、インダクタンスｌｃに貯えられたエネルギーが
電池Ｂ、ダイオードＤＯ２を通って電流１０２が流れる
。

この方式は巻線Ｎ１に電流が流れるときに巻線Ｎ２から
は出力をとるので、トランス」ア内部での磁束増加が少
なく、小ざな１〜ランスで大きな出力を取りだすことが
できる。また出力は、概略、定電圧特性を示すため、モ
ータ負傭を接続したとぎ、モータの起動電流も大きくな
りモータが起動しやすくなる。すなわち、電池が空にな
ったときでも、充電回路をＡＣ電源に接続してスイッチ
ＯＮにすればモータを起動することができる。それに対
し、前）ホしたＯ　Ｎ　−ＯＦ　＋一方式インバータは
概略、定電流特性を示すため、モータの起！ＩＩ電流（
通常ｔ１伺電流６の３・〜１０（！”ｉ以上）を十分に
流せないことが多くモータを起動しにくい。

ただ、後者のＯＮ−ＯＮ方式は基本的に自励方式どなら
ず、図示していないが発振回路や出力制御回路、さらに
はこれらの回路を動かすための電源回路等、多くの部品
が必要になる。また１〜ランスのリーケージフラックス
によるスパイク吸収のため、リセッ１へ巻線（ＮＲ３）
１のスパイク吸収回路が必要になる。

（発明の目的） 本発明は少ない部品点数で低コストに、しかも小さなト
ランスを用いて大ぎな出力を得ることができ、かつモー
タ等の負荷をも確実に駆動することができる充電回路を
提供すること目的とする。

（発明の構成） 本発明は、出力端に充電されるべき電池が接続されると
ともに、この電池と並列に負荷が接続される充電回路に
おいて、充電のための出力を得る一つのトランスに巻線
のｗＡ性を逆にした２つの出力巻線を設けるととらに、
これらの出力巻線を各巻線に交ｎに電ＩＥＦが誘起され
るようスイッチング素子に対１ノで結線し、この誘起電
圧でも−）で電池を光電するようにしたしたものである
。

この構成により、トランスの２′つの出力巻線に交Ｈに
誘起された出力でもって０Ｎ−ＯＮ方式とＯＮ　−ＯＦ
　Ｆ方式を適宜、併用して電池を充電し、まＩこ、負荷
を駆動することかできる。

（実施例） 第１図は本発明の第１実施例を示す。本実施例は第７図
に比べ第２の出力巻線Ｎ４．ダイオードＤｏ１．Ｄｏ２
、ブヨ１−クコイル［Ｃが追加され、他の部品は同じで
ある。そして、１つのトランスに設けた２つの出力巻線
Ｎ２　、Ｎ４は、ηいに巻線の極性を逆にしだらのひあ
り、これらの巻線Ｎ２、Ｎ４に交互に出力電ｎ−が誘起
されるようにスイッチング素子であるトランジスタＱ１
に対１）て結線されている。また、上記第２の出力巻線
Ｎ４はスイッチＳＷを介して電池Ｂに並列的に接続され
、出力巻線Ｎ４と直列にインダクタンスｌｃ。

ダイオード［）ｏｌが挿入され、インダクタンス１−Ｃ
がダイオード１）ｏ２、スイッチＳＷを介して電池Ｂに
並り１ｊ托続されている。

上記回路の各部の動作波形を第８図に示す。これらの図
に拮いて回路動作を説明すると、抵抗ＲＫからの起動電
流によりトランジスタＱ１の」レクタ電流が流れ、巻線
Ｎ１に電［［が印加されると、巻線Ｎ３に電圧が誘起さ
れ、トランジスタＱ１のベース電流が増え同１ヘランジ
スタＱ１がＯＮする。

この時、第２の出力巻線Ｎ４にも電圧が誘起され、ダイ
オードＤｏ１．インダクタンスｌ−ｃを通って電池１３
へ電流が流れる。このため、トランジスタ０１へ流れる
電流は同トランジスタＱ１がＯＮＬだ瞬間から電流が流
れ、その後、増加率一定で」レクタ電流１ｃが第２図に
示Ｊように増えていく。

この間の電池１３へ流れる出力電流１ｏは第２図の時間
し１に相当するものである。

電流が増加し抵抗ＲＦＩの両端型Ｈが上がると、トラン
ジスタＱ２がＯＮＬ、、トランジスタＱ１のベース電流
をバイパスさせ、同１−ランジスタＱ１のコレクタ電流
ｌｃの増加がなくなり、巻線Ｎ＋　。

Ｎ３　、Ｎ２　、Ｎ４は極性が反転し、トランジスタＱ
１のベース−エミッタ間を逆バイアスし、同トランジス
タＱ１をＯＦ　Ｆする。この時、インダクタンスｌｃへ
の巻線Ｎ４からの電流がなくなり、インダクタンスＬＣ
ら反転し同インダクタンスＬＣから電池Ｂ、ダイオード
ＤＯ２と′＃ｉ流が流れる、。

また第１の出力巻線Ｎ２からも１−ランスに貯えられた
ＴネルギーがダイオードＤｏを通して電池Ｂへ流れる。

したがって、］コレクタ電流ｃがなくなった復の第２図
の時間ｔ２の間の出力電流ＩｏはＯＮ　−〇Ｎ出力分で
あるインダクタンスｌ−ｃからの電流（ｉ）と、０Ｎ−
ＯＦＦ出力分である巻線Ｎ２からの電流（ｎ）を合成し
たものとなる。

巻線Ｎ２からの電流が流れなくなると、巻線の極ｆ１は
也ひ反転し、抵抗Ｒにからの起動′ｔＦｉ流も加わりト
ランジスタＱ１が再びＯＮする。この様にして電池Ｂを
充電して行く。

なお、Ａ１は充電制御回路であり、電池電圧を検出して
おり、電池の充電が満杯になる時の電池電圧を検出し、
インバータを停止させ電池の過充電を防いでいる。抵抗
ＲＥ２はスイッチＳＷがＯＮされて負荷としてモータＭ
が接続されたときに、トータルの出力電流を増やすため
、１〜ランジスタＱ１を流れる電流を増やすための部品
である。

本実施例のように構成することにより次の効果が得られ
る。

（１）自励発振ができるため、少ない部品点数と低コス
トで大きな出力の充電回路を実現できる。

（２）ＯＮ−ＯＮ方式でのリセット巻線をＯＮ−〇ＦＦ
方式の出力巻線Ｎ２でその機能を代用することができる
。

（３）トランスの磁束増加の少ない方法で１〜ランジス
タＱ１のＯＮ時にも出力を取り出せるため、トランス形
状が大きくならずに出力アップが図れる。すなわち、従
来の０Ｎ−ＯＦＦ方式であれば出力アップのためにはコ
ア断面積を大きくしなければならず、コア形状は断面積
を大きくすることにより、トランスの高さ、巾、等の寸
法が大きくなる。それに対して、本方式では追加される
１つの出力巻線のスペース分が僅かに増えるだけて、同
一コアに巻線できればコア形状を大きくする必要はなく
小型、薄形の充電器が実現でき、薄さが要求される機器
である充電器には特に有効である。

第３図は本発明の第２実施例を示す。

この実施例は、スイッチＳＷをＯＦＦしてモータＭを駆
動せず電池Ｂへの充電を行なう充電モード時には０Ｎ−
ＯＦＦ方式のみで動作させ、巻線Ｎ２からの出力で電池
Ｂを充電するものである。

そして、ＡＣドライブモード（電源駆動モード）時にス
イッチＳＷをＯＮにしモータＭを接続すれば、第２の出
力巻線Ｎ４からの０Ｎ−ＯＮ方式のモードの出力が巻線
Ｎ２からの０Ｎ−ＯＦＦ方式の出力に加算されて出力さ
れるようになつ−Ｃいる。

この場合のスイッチＳＷは４接点（前述の実施例では３
接点）となっており、その動作について＝　１２− 説明すると、（イ）まず電池Ｂの子端子と抵抗ＲＥ２の
接点が閉じ、巻線Ｎ２からの出力を増やす。

（ロ）次に巻線Ｎ４からの接点が閉じ、さらに出力を増
やす。（ハ）最後にモータ回路を閉じ、十分増えた出力
電流でモータを起動させると同時に、スイッチＳＷを入
れる前、電池が空であっても（イ）と（ロ）で充電され
ているため、（ハ）の時には電池からも電流が流れモー
タの起動電流を増やし、確実にモータを起動させること
ができる。

本実施例による出力電圧−出力電流特性は第４図に示す
ようになり、同図において、破線ａは充電モード時（Ｏ
Ｎ−〇ＦＦ方式）、実線すはＡＣドライブモード時（０
１１−ＯＦＦ方式＋０ｆｆ−ＯＮ方式）を示す。

本実施例による効果は次の通りである。

（１）充電モード時は０Ｎ−ＯＦＦ方式のみで、充電を
行うため、充電中、充電により電池電圧が変化しても、
０Ｎ−ＯＦＦ方式の定電流特性でほぼ一定の電流で充電
することができる。したがって、充電制御回路の動作が
安定する。

（２）ＡＣドライブモード時は０Ｎ−ＯＮ方式による出
力も加算されるため、大出力となると同時にＯＮ−〇Ｎ
方式の定電圧特性がモータを起動させやすく、また、モ
ータに負荷が加わったときも止まりにくくなる等の効果
がある。

（３）モード切換、電流値切換、モータの接続を１つの
スイッチＳＷで操作でき、また投入順序により、ざらに
モータ起動をしやすくすることができる。

第５図は本発明の第３実施例を示す。

充電中に大出力を取り出せることは必要なく、８時間充
電等の小電流充電を行ない、電池の容量がなくなった時
等にはモータを充電回路出力で動作させたいような機器
もある。

このような場合、従来例の第７図に示すような構成にお
いて、充電中における出力をしぼり込むために、抵抗Ｒ
Ｅ１を大きくしても、インバータの発振周波数が上がり
、出力は余り小さくならない。

また、充電とＡＣドライブでの発振周波数が違いすぎる
ため、両方の動作を満足させる回路定数の節回が狭いし
、設定しにくい。また、ＡＣドライブ時も０Ｎ−ＯＦＦ
方式で出力しているので定電流特性が出て、モータ起動
がかかりにくいし、出力がトランス形状（コア断面積）
で制限される等の問題があった。

そこで、この第３実施例では、巻線Ｎ２を取除くととも
に、充電モード時に制御用のベース巻線Ｎ３がトランジ
スタＱ１を逆バイアスするとき、この巻線Ｎ３から電池
Ｂ、ダイオードＤｏと電流が流れるように構成して０Ｎ
−ＯＦＦモードで充電を行なうようにしたものである。

また、スイッチＳＷをＯＮにしてＡＣドライブモードと
した時は、抵抗ＲＥ２を並列に入れて０Ｎ−ＯＦＦモー
ドの出力をアップするとともに、巻線Ｎ４の回路を接続
し、０Ｎ−ＯＮモードを付加して、さらに出力をアップ
し、もってモータＭへ電流を供給するようにしている。

かくして、上記問題は解消され、（１）トランスの一つ
の巻線（出力巻線Ｎ２）を省略できる、（２）充電時と
ＡＣドライブ時は回路の動作モードが異なり（充電時：
０Ｎ−ＯＦＦ方式、ＡＣドライブ時二〇Ｎ−ＯＦＦ方式
＋０Ｎ−ＯＮ方式）出力差を大きくとれる、（３）ＯＮ
−ＯＮ方式での定電圧特性によりモータを起動しゃすい
、などの効果が得られる。

第６図は本発明の第４実施例を示す。従来例の第７図に
示した０Ｎ−ＯＦＦ方式充電回路の動作波形を示した第
８図において、出力電流Ｉｏ波形のマイナス勾配は、巻
線Ｎ２のインダクタンスＬ２によって定まり同インダク
タンスＬ２の値が大きくなると勾配はゆるくなり、出力
期間が長くなる。

そこで第６図に示す実施例においては、巻線Ｎ２と巻線
Ｎ４スイツチＳＷ２の切換でもって接続態様を変更可能
に設け、スイッチＯＦＦ時に両巻線Ｎ２　、Ｎｏが極性
を同方向に直列接続されるようにし、スイッチＯＮ時に
両巻線Ｎ２　、Ｎ４が別々に結線されるようにしている
。

そして、充電モードで２つの出力巻線Ｎ２　、　Ｎ４を
直列に使用し、出力巻線のインダクタンス分を大きくし
て出力期間を長くすることで、抵抗ＲＥ１を大きくしコ
レクタ電流ＩＣのピークを低くしたときに生じる周波数
アップを防止しようとしたものである。

また、ＡＣドライブモードでは２つの出力巻線Ｎ２　、
Ｎ４を別個に結線し、一方の巻線Ｎ２は０１１−ＯＦＦ
モード、他方の巻線Ｎ４は０Ｎ−ＯＮモードで出力し、
大出力と定電圧特性が得られるようにしたものである。

本実施例によれば、充電中、小電流で電池を充電すると
きの発振周波数の増加を押えることができ、出力電流を
絞り込むことができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、充電出力を得る１つのト
ランスに極性を逆にした２つの出力巻線を設け、これら
各巻線に交互に出力を誘起させ、この出力でもって電池
を充電し、または負荷を駆動するようにしたものである
ので、従来のいわゆる０Ｎ−ＯＦＦ方式とＯＮ□ＯＮ方
式を適宜、併用し、あるいは選択使用することができ、
したがって自励発振を行なわせて少ない部品点数で安価
となり、しかもトランスの磁気飽和が少ない状態で作動
させることができてトランス形状の小型化を図れる。ま
た、０Ｎ−ＯＦＦ方式での定電流特性による充電制御の
安定化を図るとともに、０Ｎ−ＯＮ方式での定電圧特性
によるモータなどの負荷起動の容易化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の充電回路の第１実施例による回路図、
第２図は第１実施例の回路の各部の電圧、電流波形図、
第３図は本発明の第２実施例による回路図、第４図は第
２実施例の出力電圧−電流特性図、第５図、第６図はそ
れぞれ本発明の第３゜第４実施例による回路図、第７図
は従来の充電回路の一例を示す回路図、第８図は第７図
の回路の各部の電圧、電流波形図、第９図は従来の充電
回路の他の例を示す回路図、第１０図は第９図の回路の
各部の電圧、電流波形図である。 Ｑｌ・・・トランジスタ（スイッチング素子）、Ｎ２、
Ｎ４・・・トランスの出力巻線、Ｎ３・・・スイッチン
グ素子制御用のトランス巻線、ｌｃ・・・インダクタン
ス、ＳＷ、ＳＷ２・・・スイッチ、Ｂ・・・電池、Ｍ・
・・モータ（負荷）。 特許出願人　　　　　　　松下電工株式会社代　理　人
　　　　　　　弁理士　小谷悦司同　　　　　　　　　
弁理士　長１）１同　　　　　　　　　弁理士　板谷康
夫第　　７　　図 第　　９　　図 第　　１０　　　図 第　　８　　図 Ｏ１ｒＯ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、出力端に充電されるべき電池が接続されるとともに
   、この電池と並列に負荷が接続される充電回路において
   、充電のための出力を得る一つのトランスに巻線の極性
   を逆にした２つの出力巻線を設けるとともに、これらの
   出力巻線を各巻線に交互に電圧が誘起されるようスイッ
   チング素子に対して結線し、この誘起電圧でもつて電池
   を充電するようにしたことを特徴とする充電回路。 ２、出力端に電池を接続し電池を充電する充電モードと
   、電池と並列に負荷を接続し回路出力で負荷を駆動する
   電源駆動モードとに切換自在とし、前記トランスの出力
   巻線を、充電モード時はＯＮ−ＯＦＦ方式とし、電源駆
   動モード時はＯＮ−ＯＦＦ−、ＯＮ−ＯＮ両方式として
   駆動するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の充電回路。 ３、前記２つの出力巻線を充電モード時に直列接続する
   ようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載
   の充電回路。 ４、充電モード時の出力をスイッチング素子制御用のト
   ランス巻線から出力するようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の充電回路。