(57)【要約】【課題】消費電力を低減しつつ、蓄電池におけるサルフェーション除去のためのスパイク状の充放電電流の発生を可能とする。【解決手段】インダクタ１１は、外部からのコントロール信号に応じて開閉成される第１及び第２のスイッチ素子１２，１３を介して蓄電池１０に接続されると共に、第１及び第２のダイオード１４，１５を介して蓄電池１０に接続されており、インダクタ１１に蓄積されたエネルギーを第１及び第２のダイオード１４，１５を介して効率良く蓄電池１０の充電に供することができるようになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池に対するスパイク状の充放電電流を発生するスパイク電流発生回路であって、
インダクタと、
外部からのコントロール信号に応じて開閉成可能に構成され前記インダクタの一方の端部と前記蓄電池の正極との間に設けられた第１のスイッチ素子と、
前記コントロール信号に応じて開閉成可能に構成され前記インダクタの他方の端部と前記蓄電池の負極との間に設けられた第２のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子と前記インダクタの接続点にアノードが、前記蓄電池の正極にカソードが、それぞれ接続された第１のダイオードと、
前記第１のスイッチ素子と前記インダクタの接続点にカソードが、前記蓄電池の負極にアノードが、それぞれ接続された第２のダイオードと、を具備してなることを特徴とするスパイク電流発生回路。
【請求項２】
前記インダクタへ定電流を供給する定電流発生手段が設けられてなることを特徴とする請求項１記載のスパイク電流発生回路。
【請求項３】
前記第１のスイッチ素子と蓄電池の正極との間に、制限用インダクタが直列接続されて設けられる一方、前記制限用インダクタと前記第１のスイッチ素子の接続点と前記蓄電池の負極との間に、キャパシタが接続されてなることを特徴とする請求項１記載のスパイク電流発生回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池のサルフェーション除去に用いられるスパイク電流発生回路に係り、特に、消費電力の低減等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の回路としては、特許文献１、２に開示された如くの回路や、非特許文献１、２に開示された回路等が種々提案されている。
図９及び図１０には、かかる従来回路の一構成例が示されており、以下、同図を参照しつつこの従来回路について説明する。
この従来回路は、インダクタＬ１の磁界エネルギー蓄積作用を利用したパルス電流発生部５１と、インダクタＬ１への電流の流通を制御するＮ型のＭＯＳ  ＦＥＴ（図９においては「ＭＯＳＦＥＴ−Ｎ」と表記）のＯＮ／ＯＦＦ制御信号を発生するブロック発振部５２とに大別されて構成されてなるものである（図９参照）。
なお、図１０は、特に、図９に示されたパルス電流発生部５１のみを抜き出して表した回路図であり、図９に示された回路図と基本的に同一である。
【０００３】
パルス電流発生部５１は、ブロック発振部５２からＮ型のＭＯＳ  ＦＥＴのゲートに印加されるコントロール信号によって、Ｎ型のＭＯＳ  ＦＥＴのＯＮ／ＯＦＦが制御されるようになっており、それによるインダクタＬ１のＯＮ／ＯＦＦによって生ずる電流変化による蓄電池１０Ａへのスパイク状電流での充放電が可能に構成されたものとなっている（図１０及び図９参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９０２２１２号公報（第３−５頁、図１−図５）
【特許文献２】特開２００７−２４２３３２号公報（第３−６頁、図１−図２）
【非特許文献３】”パルサーの改造”、［online］、［平成２１年１月１６日検索］、インターネット〈URL : http://okmeister.hp.infoseek.co.jp/battery/diy2.htm 〉
【非特許文献４】”ナノパルサー”、［online］、［平成２１年１月１６日検索］、インターネット〈URL : http://www.twilight.gr.jp/NANOPULSER.html 〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の従来回路にあっては、インダクタＬ１にエネルギーを蓄えるためにキャパシタＣ４の放電を利用しているが、Ｎ型のＭＯＳ  ＦＥＴのＯＦＦによってインダクタＬ１の逆起電力発生時においてもキャパシタＣ４の放電が継続される回路構成となっている。そのため、キャパシタＣ４の放電したエネルギー分の充電を行わなければならず、回路全体としての消費電力が比較的大きく、省電力化の要請に十分応えるものではないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、消費電力を低減しつつ、蓄電池におけるサルフェーション除去のためのスパイク状の充放電電流を発生することができるスパイク電流発生回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係るスパイク電流発生回路は、
蓄電池に対するスパイク状の充放電電流を発生するスパイク電流発生回路であって、
インダクタと、
外部からのコントロール信号に応じて開閉成可能に構成され前記インダクタの一方の端部と前記蓄電池の正極との間に設けられた第１のスイッチ素子と、
前記コントロール信号に応じて開閉成可能に構成され前記インダクタの他方の端部と前記蓄電池の負極との間に設けられた第２のスイッチ素子と、
前記第２のスイッチ素子と前記インダクタの接続点にアノードが、前記蓄電池の正極にカソードが、それぞれ接続された第１のダイオードと、
前記第１のスイッチ素子と前記インダクタの接続点にカソードが、前記蓄電池の負極にアノードが、それぞれ接続された第２のダイオードと、を具備してなるものである。
上記構成においては、前記インダクタへ定電流を供給する定電流発生手段を設けたものとすると好適である。
そして、第１のスイッチ素子と蓄電池の正極との間に、制限用インダクタが直列接続されて設けられる一方、前記制限用インダクタと前記第１のスイッチ素子の接続点と前記蓄電池の負極との間に、キャパシタが接続されてなるものとしても好適である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、インダクタに蓄えられたエネルギーを効率良くスパイク状の信号として蓄電池に戻すことができるため、従来に比して、無駄な電力消費を回避でき、消費電力の低減をしつつ、効率良くスパイク状の放電電流を発生することができるという効果を奏するものである。
また、定電流発生手段を設けることで、電源電圧の変動に影響されることなくインダクタにおける安定したエネルギーの保存が可能となり、発生する逆起電力の制御が可能となるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態におけるスパイク電流発生回路の第１の基本回路構成例を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるスパイク電流発生回路の第２の基本回路構成例を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるスパイク電流発生回路の第３の基本回路構成例を示す構成図である。
【図４】図１に示された第１の基本回路構成例のより具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図５】図２に示された第２の基本回路構成例のより具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図６】図３に示された第３の基本回路構成例のより具体的な回路構成例を示す回路図である。
【図７】本発明の実施の形態におけるスパイク電流発生回路のシミュレーションによる電流積算量の変化例を従来回路の変化例と共に示す特性線図である。
【図８】本発明の実施の形態におけるスパイク電流発生回路のシミューレーションによる充放電電流の波形を従来回路の波形と共に示す波形図であり、図８（Ａ）は従来回路の充放電電流の変化を示す波形図、図８（Ｂ）は図１に示された第１の基本回路構成例における充放電電流の変化を示す波形図、図８（Ｃ）は図３に示された第３の基本回路構成例における充放電電流の変化を示す波形図である。
【図９】従来の充放電回路の一回路構成例を示す回路図である。
【図１０】図９に示された従来回路のパルス電流発生部の回路構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図１乃至図８を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態におけるスパイク電流発生回路の第１の基本回路構成例について、図１を参照しつつ説明する。
この第１の基本回路構成例におけるスパイク電流発生回路は、インダクタ１１と、第１及び第２のスイッチ素子１２，１３と、第１及び第２のダイオード１４，１５を有して構成されたものとなっている。
【００１１】
以下、具体的な回路構成について説明する。
まず、インダクタ１１の一方の端部は、第１のスイッチ素子１２を介して蓄電池１０の正極に接続される一方、他方の端部は、第２のスイッチ素子１３を介して蓄電池１０の負極に接続されたものとなっている。
また、インダクタ１１と第１のスイッチ素子１２との接続点には、第２のダイオード１５のカソードが接続されており、この第２のダイオード１５のアノードは、蓄電池１０の負極に接続されたものとなっている。
さらに、インダクタ１１と第２のスイッチ素子１３との接続点には、第１のダイオード１４のアノードが接続されており、この第１のダイオード１４のカソードは、蓄電池１０の正極に接続されたものとなっている。
【００１２】
第１及び第２のスイッチ素子１２，１３は、図示されない回路によって発生され、入力されるコントロール信号に応じて、その開閉成が制御されるもので、この構成例においては、コントロール信号は同相で印加されるようになっている。
例えば、第１及び第２のスイッチ素子１２，１３は、コントロール信号が論理値Ｈｉｇｈに相当するレベルで閉成状態、論理値Ｌｏｗに相当するレベルで開成状態となるものであるが、勿論、これに限定される必要はなく、これとは逆の論理で開閉成がなされるものであっても良い。
【００１３】
かかる構成において、任意のタイミングでコントロール信号が論理値Ｈｉｇｈに相当するレベルとされると、第１及び第２のスイッチ素子１２，１３が共に閉成状態となり、インダクタ１１が蓄電池１０に接続される状態となるため、蓄電池１０の放電が行われ、インダクタ１１に電流が流れることとなる。
そして、コントロール信号が論理値Ｌｏｗに相当するレベルとなると、第１及び第２のスイッチ素子１２，１３が共に開成状態となり、インダクタ１１は、第１及び第２のスイッチ素子１２，１３を介しての蓄電池１０との接続が遮断され、逆起電力の発生状態となる。
【００１４】
この逆起電力の発生により、インダクタ１１に蓄えられたエネルギーの放出が第１及び第２のダイオード１４，１５を介して行われ、蓄電池１０が充電されることとなる。すなわち、逆起電力による電流が第１のダイオード１４のアノード側からカソード側を経て、蓄電池１０の正極に流れ込むこととなる。
【００１５】
次に、第２の基本構成例について、図２を参照しつつ説明する。
なお、図１に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この第２の基本構成例は、インダクタ１１に流れる電流を制限する観点から、定電流源２６を設けた構成としたものである。
すなわち、第１のスイッチ素子１２と蓄電池１０の正極との間には、定電流源２６が設けられており、第１及び第２のスイッチ素子１２，１３が閉成状態の際に、インダクタ１１に流れる電流を最大でも、定電流源２６の出力電流に制限できるようにしたものである。これによって、電源電圧の変動に関わらず、インダクタ１１に対する安定したエネルギー保存がなされることとなる。
なお、かかる構成における回路全体の動作は、上述のようにインダクタ１１に流れる電流が制限される点を除けば、図１に示された第１の基本回路構成例と基本的に同一であるので、ここでの再度の詳細な説明は省略することとする。
【００１６】
次に、第３の基本構成例について、図３を参照しつつ説明する。
なお、図１に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この第３の基本回路構成例は、スパイク状となる蓄電池１０の充放電電流を充電の方向だけに制限するために第１の基本回路構成例に対してキャパシタ３１と制限用インダクタ３２が付加された構成となっているものである。
すなわち、第１のスイッチ素子１２と蓄電池１０の正極間に制限用インダクタ３２が直列接続されて設けられると共に、制限用インダクタ３２と第１のスイッチ素子１２との接続点に、キャパシタ３１の一端が接続される一方、キャパシタ３１の他端は、第２のスイッチ素子１３と蓄電池１０の負極との接続点に接続されたものとなっている。
【００１７】
次に、かかる構成における動作について説明する。
この第３の基本回路構成例においては、第１及び第２のスイッチ素子１２，１３が閉成状態となって、蓄電池１０に流れる放電電流は、制限用インダクタ３２とキャパシタ３１により平滑されるため、図１、図２に示された基本回路構成例と異なり、スパイク状の電流が発生することは無い。
一方、第１及び第２のスイッチ素子１２，１３が開成状態となり、蓄電池１０への充電が行われる際は、図１、図２に示された基本回路構成例と同様にスパイク状の充電電流となることに変わりは無い。
【００１８】
次に、図１に示された第１の基本回路構成例のより具体的な回路構成例について、図４を参照しつつ説明する。
なお、図１に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この第１の具体回路構成例は、第１のスイッチ素子１２としてＰ型ＭＯＳ  ＦＥＴ（以下「ＰＭＯＳ」と称する）４２を、第２のスイッチ素子１３としてＮ型ＭＯＳ  ＦＥＴ（以下「ＮＭＯＳ」と称する）４３を、それぞれ用いた構成となっているものである。
【００１９】
すなわち、ＰＭＯＳ４２は、そのソースが蓄電池１０の正極に接続され、ドレインがインダクタ１１の一端に接続される一方、ゲートには、インバータ４７の出力段が接続されたものとなっている。そして、このインバータ４７の入力段には、コントロール信号が入力されるようになっている。
一方、ＮＭＯＳ４３は、そのドレインがインダクタ１１の他端に接続され、ソースが蓄電池１０の負極に接続される一方、ゲートには、コントロール信号が入力されるようになっている。
【００２０】
かかる構成における動作は、基本的に  図１に示された基本回路構成例と同様であるので、以下、概略的に説明することとする。
まず、任意のタイミングでコントロール信号が論理値Ｈｉｇｈに相当するレベルとされると、ＰＭＯＳ４２及びＮＭＯＳ４３が共に導通状態（閉成状態）となり、インダクタ１１が蓄電池１０に接続される状態となるため、蓄電池１０の放電が行われ、インダクタ１１に電流が流れることとなる。
そして、コントロール信号が論理値Ｌｏｗに相当するレベルとなると、ＰＭＯＳ４２及びＮＭＯＳ４３が共が非導通状態（開成状態）となり、インダクタ１１は、ＰＭＯＳ４２及びＮＭＯＳ４３を介しての蓄電池１０との接続が遮断され、逆起電力の発生状態となる。
【００２１】
この逆起電力の発生により、インダクタ１１に蓄えられたエネルギーの放出が第１及び第２のダイオード１４，１５を介して行われ、蓄電池１０が充電されることとなる。すなわち、逆起電力による電流が第１のダイオード１４のアノード側からカソード側を経て、蓄電池１０の正極に流れ込むこととなる。
【００２２】
図８には、本発明の実施の形態におけるスパイク電流発生回路における充放電電流のシミュレーションによる波形が、従来回路のシミュレーションによる同様の波形と共に示されており、以下、同図について説明する。
まず、図８（Ａ）〜図８（Ｃ）において、縦軸は、いずれも充放電電流の大きさを、横軸は時間を、それぞれ表しており、縦軸のプラス側は充電電流を、マイナス側は放電電流を、それぞれ表している。
最初に、このシミュレーション波形図は、本発明の実施の形態における回路については、インダクタ１１は２２０μＨであるとし、ＰＭＯＳ４２、ＮＭＯＳ４３、及び、第１及び第２のダイオード１４，１５については、汎用的な素子特性のものであるとの条件の下、また、従来回路（図１０参照）については、インダクタＬ１は２２０μＨであり、インダクタＬ２は１ｍＨであるとの条件の下でシミュレーションした結果得られたものである。
【００２３】
従来回路は、大電流での放電が行われる（図８（Ａ）参照）のに対して、図４に示された回路構成例にあっては、従来に比して、十分小電流で充放電がなされるものであることが確認できる（図８（Ｂ）参照）。
また、図８（Ｃ）によれば、図３に示された構成の場合、充電電流のみがスパイク状の小電流となることが確認できるものとなっている。
【００２４】
次に、図７には、本発明の実施の形態におけるスパイク電流発生回路のシミューレーションによる電流積算量の時間変化例が、従来回路のシミューレーションによる電流積算量の時間変化例と共に示されており、以下、同図について説明する。
最初に、図７において、縦軸は蓄電池（バッテリ）からの積算放電電流の大きさを、横軸は回路動作開始からの時間経過を、それぞれ表している。
図７において、符号Ｇconv が付された特性線は、従来回路（図１０参照）における蓄電池１０Ａの積算放電電流の変化を示している。
一方、図７において、符号Ｇ１が付された特性線は、本発明の実施の形態の第１の基本回路構成例（図１参照）における蓄電池１０の積算放電電流の変化を、符号Ｇ２が付された特性線は、本発明の実施の形態の第３の基本回路構成例（図３参照）における蓄電池１０の積算放電電流の変化を、それぞれ表しており、両者の変化に大差は無く、ほぼ同一の特性となっており、いずれの積算放電電流の大きさも、従来回路に比して、十分低いものとなっていることが確認できる。
【００２５】
次に、第２の具体回路構成例について、図５を参照しつつ説明する。
なお、図１又は図４に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この第２の具体回路構成例は、図２に示された基本回路構成例をより具体化したものである。
【００２６】
以下、具体的に構成について説明すれば、この第２の具体回路例は、定電流源５９の電流を、カレントミラー回路５８を設けることによって、このカレントミラー回路５８を介してＰＭＯＳ４２のドレイン電流として供給する構成となっている。
かかる構成における動作は、ＰＭＯＳ４２のドレインに定電流が供給される点を除けば、図４に示された回路構成例と基本的に同一であるので、ここでの再度の詳細な説明は省略することとする。
【００２７】
次に、第３の具体回路構成例について、図６を参照しつつ説明する。
なお、図３又は図４に示された構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明を省略し、以下、異なる点を中心に説明することとする。
この第３の具体回路構成例は、図３に示された基本回路構成例をより具体化したもので、特に、図３における第１及び第２のスイッチ素子１２，１３として、図４に示されたと同様に、ＰＭＯＳ４２、ＮＭＯＳ４３を用いる構成とし、それに伴いインバータ４７を設けた構成であり、その接続は図４と同一であるので、ここでの再度の詳細な説明は省略することとする。
また、かかる構成における動作は、図３、図４で説明した通りであるので、ここでの再度の詳細な説明は省略することとする。
【符号の説明】
【００２８】
１０…蓄電池
１１…インダクタ
１２…第１のスイッチ素子
１３…第２のスイッチ素子
１４…第１のダイオード
１５…第２のダイオード
４２…Ｐ型ＭＯＳ  ＦＥＴ
４３…Ｎ型ＭＯＳ  ＦＥＴ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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