(57)【要約】【課題】変圧装置の入力段に力率改善回路が設けられた充電器において、直流出力電流が小さい場合のエネルギー変換効率を高める。【解決手段】充電器１には、交流入力電圧を直流出力電圧に変換する力率改善回路２０と、力率改善回路２０の直流出力電圧を所定の直流充電電圧に変圧して鉛蓄電池２に供給する変圧装置１９とが設けられている。そして、変圧装置１９から鉛蓄電池２に供給される直流充電電流の大小に応じて、力率改善回路２０の直流出力電圧が増減するように制御する。これにより、充電器１の直流出力電流が小さい場合には、力率改善回路２０の直流出力電圧レベルを減少させれば、力率改善回路２０内の損失が低減され、エネルギー変換効率が高まる。【選択図】図１
2010041891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力電圧を直流出力電圧に変換する力率改善回路と、この力率改善回路の直流出力電圧を所定の直流充電電圧に変圧してバッテリーに供給する変圧装置とが設けられた充電器であって、
前記力率改善回路は、前記変圧装置から前記バッテリーに供給される直流充電電流の大小に応じて、前記力率改善回路の直流出力電圧が増減するように制御する出力電圧制御回路を有することを特徴とする充電器。
【請求項２】
前記バッテリーを充電するときに、前記変圧装置から前記バッテリーに供給される直流充電電流を当該バッテリーの容量に応じて段階的に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の充電器。
【請求項３】
前記バッテリーは、鉛蓄電池であることを特徴とする請求項１または２に記載の充電器。
【請求項４】
前記力率改善回路は、
交流入力電圧を整流する整流回路と、
この整流回路で整流された交流入力電圧をスイッチング素子のオン／オフ制御によって調整した後、交流入力電流を整流・平滑化して直流出力電圧に変換する昇圧チョッパ回路と
を有し、
前記出力電圧制御回路は、
前記力率改善回路の直流出力電圧に対応する電圧を出力する抵抗分圧回路と、
基準電圧を増減させて出力するＣＰＵと、
前記抵抗分圧回路から出力される電圧と前記ＣＰＵから出力される基準電圧との誤差信号を出力する第１オペアンプと、
この第１オペアンプから出力される誤差信号に前記力率改善回路の入力電圧信号を乗算して乗算信号を出力する乗算器と、
この乗算器から出力される乗算信号と前記力率改善回路の入力電流信号との誤差信号を出力する第２オペアンプと、
この第２オペアンプから出力される誤差信号に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号を前記スイッチング素子に出力するコンパレータと
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の充電器。
【請求項５】
前記力率改善回路は、
交流入力電圧を整流する整流回路と、
この整流回路で整流された交流入力電圧をスイッチング素子のオン／オフ制御によって調整した後、交流入力電流を整流・平滑化して直流出力電圧に変換する昇圧チョッパ回路と
を有し、
前記出力電圧制御回路は、
前記力率改善回路の直流出力電圧に対応する電圧を出力する抵抗分圧回路と、
電圧信号を出力するＣＰＵと、
前記抵抗分圧回路から出力される電圧と前記ＣＰＵから出力される電圧信号との差分を出力する第３オペアンプと、
基準電圧を出力する基準電圧源と、
前記第３オペアンプから出力される差分と前記基準電圧源から出力される基準電圧との誤差信号を出力する第１オペアンプと、
この第１オペアンプから出力される誤差信号に前記力率改善回路の入力電圧信号を乗算して乗算信号を出力する乗算器と、
この乗算器から出力される乗算信号と前記力率改善回路の入力電流信号との誤差信号を出力する第２オペアンプと、
この第２オペアンプから出力される誤差信号に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号を前記スイッチング素子に出力するコンパレータと
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の充電器。
【請求項６】
前記力率改善回路は、
交流入力電圧を整流する整流回路と、
この整流回路で整流された交流入力電圧をスイッチング素子のオン／オフ制御によって調整した後、交流入力電流を整流・平滑化して直流出力電圧に変換する昇圧チョッパ回路と
を有し、
前記出力電圧制御回路は、
前記力率改善回路の直流出力電圧に対応する電圧であって互いに出力電圧値が異なる電圧を出力する複数の抵抗分圧回路と、
これらの抵抗分圧回路から出力される電圧を択一的に切り替えて出力する切替手段と、
基準電圧を出力する基準電圧源と、
前記切替手段から出力される電圧と前記基準電圧源から出力される基準電圧との誤差信号を出力する第１オペアンプと、
この第１オペアンプから出力される誤差信号に前記力率改善回路の入力電圧信号を乗算して乗算信号を出力する乗算器と、
この乗算器から出力される乗算信号と前記力率改善回路の入力電流信号との誤差信号を出力する第２オペアンプと、
この第２オペアンプから出力される誤差信号に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号を前記スイッチング素子に出力するコンパレータと
を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源などを含む変圧装置が組み込まれたバッテリー用の充電器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の充電器としては、スイッチング電源の入力電流波形が歪んで高調波電流が発生し、ノイズ発生源となる事態を未然に防止することを目的として、スイッチング電源の入力段に力率改善回路を設けたものが多く用いられている。この力率改善回路では、以下に述べるとおり、直流出力電圧をフィードバック制御することにより、交流入力電圧が増減しても一定の直流出力電圧を出力するように構成されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
すなわち、この力率改善回路２０は、図７に示すように、整流回路２１、昇圧チョッパ回路２３および出力電圧制御回路２５から構成されており、出力電圧制御回路２５は、基準電圧源２８、２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３からなる抵抗分圧回路２４、第１オペアンプ３０、乗算器３２、電流検出回路３４、第２オペアンプ３１、鋸波発振器３３、コンパレータ３５、抵抗Ｒ４などから構成されている。そして、バッテリーの充電時には、交流入力電圧が整流回路２１で全波整流された後、昇圧チョッパ回路２３で昇圧されて直流出力電圧として出力される。
【０００４】
このとき、出力電圧制御回路２５は、力率改善回路２０の交流入力電圧が増減しても直流出力電圧が一定となるように制御する。すなわち、直流出力電圧は、抵抗分圧回路２４で分圧されて第１オペアンプ３０の反転入力端子に入力され、第１オペアンプ３０の非反転入力端子に入力される基準電圧源２８の基準電圧（目標電圧）Ｖrefとの差分が、誤差信号として第１オペアンプ３０から出力されて乗算器３２に入力される。乗算器３２では、この誤差信号に、抵抗Ｒ４を介して検出した入力電圧信号が乗算され、乗算信号が乗算器３２から出力されて第２オペアンプ３１の非反転入力端子に入力される。また、第２オペアンプ３１の反転入力端子には、電流検出回路３４から入力電流信号が入力され、この入力電流信号と乗算信号との差分が、誤差信号として第２オペアンプ３１から出力されてコンパレータ３５に入力される。コンパレータ３５では、この誤差信号と、鋸波発振器３３からの鋸波信号とが比較され、誤差信号に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号がコンパレータ３５から出力されてＦＥＴなどのスイッチング素子２６に入力される。その結果、第１オペアンプ３０に入力される直流出力電圧の分圧（直流出力電圧に比例する電圧）が基準電圧Ｖrefに一致するようにフィードバック制御され、力率改善回路２０の交流入力電圧が増減しても直流出力電圧が一定となる。
【特許文献１】特開平１１−９８８２０号公報
【特許文献２】特開２００２−２７２０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これでは、力率改善回路２０の直流出力電圧が一定に固定されていることから、充電器の直流出力電流（バッテリーの充電電流）が小さい場合に、力率改善回路２０内の損失が大きくなるため、充電器のエネルギー変換効率（交流入力電力に対する直流出力電力の割合）が低下してしまう。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑み、直流出力電流が小さい場合においてもエネルギー変換効率を高めることが可能な充電器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】
【０００７】
かかる目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、交流入力電圧を直流出力電圧に変換する力率改善回路と、この力率改善回路の直流出力電圧を所定の直流充電電圧に変圧してバッテリーに供給する変圧装置とが設けられた充電器であって、前記力率改善回路は、前記変圧装置から前記バッテリーに供給される直流充電電流の大小に応じて、前記力率改善回路の直流出力電圧が増減するように制御する出力電圧制御回路を有する充電器としたことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記バッテリーを充電するときに、前記変圧装置から前記バッテリーに供給される直流充電電流を当該バッテリーの容量に応じて段階的に切り替えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、前記バッテリーは、鉛蓄電池であることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成に加え、前記力率改善回路は、交流入力電圧を整流する整流回路と、この整流回路で整流された交流入力電圧をスイッチング素子のオン／オフ制御によって調整した後、交流入力電流を整流・平滑化して直流出力電圧に変換する昇圧チョッパ回路とを有し、前記出力電圧制御回路は、前記力率改善回路の直流出力電圧に対応する電圧を出力する抵抗分圧回路と、基準電圧を増減させて出力するＣＰＵと、前記抵抗分圧回路から出力される電圧と前記ＣＰＵから出力される基準電圧との誤差信号を出力する第１オペアンプと、この第１オペアンプから出力される誤差信号に前記力率改善回路の入力電圧信号を乗算して乗算信号を出力する乗算器と、この乗算器から出力される乗算信号と前記力率改善回路の入力電流信号との誤差信号を出力する第２オペアンプと、この第２オペアンプから出力される誤差信号に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号を前記スイッチング素子に出力するコンパレータとを有することを特徴とする。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成に加え、前記力率改善回路は、交流入力電圧を整流する整流回路と、この整流回路で整流された交流入力電圧をスイッチング素子のオン／オフ制御によって調整した後、交流入力電流を整流・平滑化して直流出力電圧に変換する昇圧チョッパ回路とを有し、前記出力電圧制御回路は、前記力率改善回路の直流出力電圧に対応する電圧を出力する抵抗分圧回路と、電圧信号を出力するＣＰＵと、前記抵抗分圧回路から出力される電圧と前記ＣＰＵから出力される電圧信号との差分を出力する第３オペアンプと、基準電圧を出力する基準電圧源と、前記第３オペアンプから出力される差分と前記基準電圧源から出力される基準電圧との誤差信号を出力する第１オペアンプと、この第１オペアンプから出力される誤差信号に前記力率改善回路の入力電圧信号を乗算して乗算信号を出力する乗算器と、この乗算器から出力される乗算信号と前記力率改善回路の入力電流信号との誤差信号を出力する第２オペアンプと、この第２オペアンプから出力される誤差信号に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号を前記スイッチング素子に出力するコンパレータとを有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成に加え、前記力率改善回路は、交流入力電圧を整流する整流回路と、この整流回路で整流された交流入力電圧をスイッチング素子のオン／オフ制御によって調整した後、交流入力電流を整流・平滑化して直流出力電圧に変換する昇圧チョッパ回路とを有し、前記出力電圧制御回路は、前記力率改善回路の直流出力電圧に対応する電圧であって互いに出力電圧値が異なる電圧を出力する複数の抵抗分圧回路と、これらの抵抗分圧回路から出力される電圧を択一的に切り替えて出力する切替手段と、基準電圧を出力する基準電圧源と、前記切替手段から出力される電圧と前記基準電圧源から出力される基準電圧との誤差信号を出力する第１オペアンプと、この第１オペアンプから出力される誤差信号に前記力率改善回路の入力電圧信号を乗算して乗算信号を出力する乗算器と、この乗算器から出力される乗算信号と前記力率改善回路の入力電流信号との誤差信号を出力する第２オペアンプと、この第２オペアンプから出力される誤差信号に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調信号を前記スイッチング素子に出力するコンパレータとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１〜６に記載の発明によれば、充電器の直流出力電流が小さい場合においても、力率改善回路の直流出力電圧レベルを減少させることにより、力率改善回路内の損失を低減することができるため、充電器のエネルギー変換効率を高めることが可能となる。その結果、充電器の消費電力を低減し、充電所要時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
【００１５】
図１乃至図３には、本発明の実施の形態１を示す。
【００１６】
まず、構成を説明する。
【００１７】
充電器１は、図１に示すように、充電器本体１１、ケーブル１２およびプラグ１３から構成されている。ここで、充電器本体１１の入力端子には、所定の交流電圧（例えば、１００Ｖ）の商用電源５を接続することができるようになっている。また、充電器本体１１の出力端子には、ケーブル１２を介してプラグ１３が接続されている。一方、鉛蓄電池（バッテリー）２の端子にはレセプタクル３が接続されている。そして、充電器本体１１の入力端子に商用電源５を接続するとともに、プラグ１３をレセプタクル３に差し込めば、充電器１を用いて商用電源５で鉛蓄電池２を充電する準備が整うことになる。
【００１８】
また、充電器本体１１には、図１に示すように、力率改善回路２０および変圧装置１９が組み込まれており、変圧装置１９は、スイッチング電源４０、制御回路４１、トランス４２、ダイオードＤ６、Ｄ７およびコンデンサＣ１からなる平滑回路４３、電圧センサ４５、抵抗Ｒ１に流れる電流を検出する電流センサ４６から構成されている。ここで、充電器本体１１の入力端子には力率改善回路２０の入力端子が接続されており、力率改善回路２０の出力端子には変圧装置１９の入力端子が接続されており、変圧装置１９の出力端子は充電器本体１１の出力端子に接続されている。そして、変圧装置１９の入力端子にはスイッチング電源４０の入力端子が接続されており、スイッチング電源４０の出力端子にはトランス４２の１次側が接続されている。トランス４２の２次側には、平滑回路４３を介して充電器本体１１の出力端子が接続されている。また、平滑回路４３には電圧センサ４５および電流センサ４６が接続されており、これらの電圧センサ４５、電流センサ４６には制御回路４１が接続されている。さらに、制御回路４１はスイッチング電源４０に接続されている。
【００１９】
また、力率改善回路２０は、図２に示すように、４つのダイオードＤ１〜Ｄ４からなる整流回路２１、昇圧チョッパ回路２３および出力電圧制御回路２５から構成されている。さらに、昇圧チョッパ回路２３は、ノイズ除去用のコンデンサＣ２、昇圧チョークコイルＬ１、ＦＥＴなどのスイッチング素子２６、ダイオードＤ５、コンデンサＣ３から構成されている。また、出力電圧制御回路２５は、ＣＰＵ（中央処理装置）２７、Ｄ／Ａ変換器２９、抵抗分圧回路２４、第１オペアンプ３０、乗算器３２、電流検出回路３４、第２オペアンプ３１、鋸波発振器３３、コンパレータ３５、抵抗Ｒ４などから構成されており、抵抗分圧回路２４は、直列に接続された２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３から構成されている。
【００２０】
次に、作用について説明する。
【００２１】
充電器１は以上のような構成を有するので、この充電器１を用いて商用電源５で鉛蓄電池２を充電する際には、図１に示すように、充電器本体１１の入力端子に商用電源５を接続するとともに、プラグ１３をレセプタクル３に差し込む。
【００２２】
すると、所定の交流入力電圧（例えば、１００Ｖ）が商用電源５から充電器本体１１の入力端子に供給され、力率改善回路２０で所定の直流電圧（例えば、４００Ｖ）に昇圧されてスイッチング電源４０に供給され、スイッチング電源４０で所定の交流電圧（例えば、６００Ｖ）に変換されてトランス４２に出力され、トランス４２で所定の交流電圧（例えば、７０Ｖ）に変圧されて平滑回路４３に出力され、平滑回路４３で平滑化されて所定の直流出力電圧（例えば、５０Ｖ）として充電器本体１１の出力端子に出力され、ケーブル１２、プラグ１３およびレセプタクル３を介して鉛蓄電池２に出力される。その結果、鉛蓄電池２が充電される。
【００２３】
なお、このときの力率改善回路２０における昇圧動作について詳述すると、次のとおりである。
【００２４】
まず、図２に示すように、力率改善回路２０の交流入力電圧は、整流回路２１で全波整流される。
【００２５】
次に、この交流入力電圧は、昇圧チョッパ回路２３に入力され、コンデンサＣ２でノイズ除去された後、昇圧チョークコイルＬ１を流れる交流入力電流が、ダイオードＤ５で整流され、コンデンサＣ３で平滑化されて、直流出力電圧として出力される。このとき、出力電圧制御回路２５は、力率改善回路２０の交流入力電圧が増減しても直流出力電圧が一定となるように制御する。
【００２６】
すなわち、力率改善回路２０の直流出力電圧は、抵抗分圧回路２４で分圧され、分圧出力電圧信号が第１オペアンプ３０の反転入力端子に入力される。一方、第１オペアンプ３０の非反転入力端子には、ＣＰＵ２７からＤ／Ａ変換器２９を介して出力された基準電圧信号が入力される。そして、これら分圧出力電圧信号、基準電圧信号の差分が、誤差信号として第１オペアンプ３０から出力されて乗算器３２に入力される。乗算器３２では、この誤差信号に、抵抗Ｒ４を介して検出した入力電圧信号が乗算され、乗算信号が乗算器３２から出力されて第２オペアンプ３１の非反転入力端子に入力される。また、第２オペアンプ３１の反転入力端子には、電流検出回路３４から入力電流信号が入力され、この入力電流信号と乗算信号との差分が、誤差信号として第２オペアンプ３１から出力されてコンパレータ３５の一方の入力端子に入力される。また、コンパレータ３５の他方の入力端子には、鋸波発振器３３からの鋸波信号が入力される。そして、コンパレータ３５では、これら誤差信号、鋸波信号が比較され、誤差信号に応じてパルス幅（デューティ）が変化するパルス幅変調信号がコンパレータ３５から出力されてスイッチング素子２６に入力される。その結果、抵抗分圧回路２４から第１オペアンプ３０に入力される直流出力電圧の分圧（直流出力電圧に比例する電圧）が、ＣＰＵ２７から第１オペアンプ３０に入力される基準電圧信号に一致するようにフィードバック制御され、交流入力電圧が増減しても直流出力電圧が一定となるのである。
【００２７】
このようにして鉛蓄電池２の充電動作が行われるが、制御回路４１は、図１に示すように、鉛蓄電池２が劣化しない範囲で充電所要時間をなるべく短くするため、電圧センサ４５および電流センサ４６の検出信号に基づき、充電器１の直流出力電流、つまり鉛蓄電池２の充電電流が段階的に低下するように制御する。
【００２８】
例えば、図３（ａ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで２０Ａで定電流充電を行った後、時刻ｔ１から時刻ｔ４に向かって充電電流を段階的に低下させる。すると、鉛蓄電池２の充電電圧は、図３（ｂ）に示すように、４５Ｖから徐々に増加して５５Ｖに達する。なお、図３（ａ）のグラフは、横軸が時間を表し、縦軸が充電電流を表す。また、図３（ｂ）のグラフは、横軸が時間を表し、縦軸が充電電圧を表す。
【００２９】
そして、鉛蓄電池２の充電電流が小さい場合には、力率改善回路２０内の損失の増大に起因する充電器１のエネルギー変換効率の低下を避けるべく、ＣＰＵ２７がＤ／Ａ変換器２９を介して第１オペアンプ３０の非反転入力端子に入力する基準電圧信号を適宜設定することにより、鉛蓄電池２の充電電流が大きい場合に比べて、力率改善回路２０の直流出力電圧を低下させる。
【００３０】
例えば、図３に示す多段式充電プロファイルでは、鉛蓄電池２の充電電流が２０Ａまたは１５Ａである段階（時刻ｔ０〜ｔ２）では、力率改善回路２０の直流出力電圧を４００Ｖに設定するのに対して、鉛蓄電池２の充電電流が５Ａである段階（時刻ｔ３〜ｔ４）では、力率改善回路２０の直流出力電圧を３００Ｖに設定する。
【００３１】
こうして力率改善回路２０の直流出力電圧を低下させると、力率改善回路２０内の損失が低減されるため、力率改善回路２０のエネルギー変換効率、ひいては充電器１のエネルギー変換効率が高くなる。
【００３２】
すなわち、小さい充電電流（５Ａ）を流す場合には、力率改善回路２０の直流出力電圧を３００Ｖに下げて力率改善回路２０の損失を低減し、エネルギー変換効率を高めることができる。
【００３３】
一方、大きい充電電流（１５Ａ、２０Ａ）を流す場合には、力率改善回路２０の直流出力電圧を４００Ｖに上げて変圧装置１９内に流れる電流を小さくする。これにより、力率改善回路２０の損失は増えるが、変圧装置１９内に流れる電流を小さくすることができるので、変圧装置１９で使用するスイッチング電源４０やトランス４２の性能を下げて、小型化、コストダウン化を図ることができる。
【００３４】
このことを確認するため、力率改善回路２０の直流出力電力が２００Ｗ、４００Ｗ、６００Ｗ、８００Ｗ、１０００Ｗであるときに、直流出力電圧を３００Ｖとする場合と４００Ｖとする場合とで、力率改善回路２０のエネルギー変換効率（交流入力電力に対する直流出力電力の割合）がどのように変化するかを実験で求めた。その結果を表１にまとめて示す。
【表１】
2010041891.tif 000003
【００３５】
表１から明らかなように、力率改善回路２０の直流出力電力が２００Ｗである場合、直流出力電圧を４００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が８６．８％であったのに対して、直流出力電圧を３００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９４．９％（つまり、直流出力電圧４００Ｖの場合の約９．３％増）となった。また、力率改善回路２０の直流出力電力が４００Ｗである場合、直流出力電圧を４００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９１．０％であったのに対して、直流出力電圧を３００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９５．４％（つまり、直流出力電圧４００Ｖの場合の約４．８％増）となった。また、力率改善回路２０の直流出力電力が６００Ｗである場合、直流出力電圧を４００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９２．４％であったのに対して、直流出力電圧を３００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９５．８％（つまり、直流出力電圧４００Ｖの場合の約３．７％増）となった。また、力率改善回路２０の直流出力電力が８００Ｗである場合、直流出力電圧を４００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９３．１％であったのに対して、直流出力電圧を３００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９５．６％（つまり、直流出力電圧４００Ｖの場合の約２．７％増）となった。さらに、力率改善回路２０の直流出力電力が１０００Ｗである場合、直流出力電圧を４００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９２．２％であったのに対して、直流出力電圧を３００Ｖとすると、力率改善回路２０のエネルギー変換効率が９４．２％（つまり、直流出力電圧４００Ｖの場合の約２．２％増）となった。
【００３６】
したがって、力率改善回路２０の直流出力電力が２００Ｗ、４００Ｗ、６００Ｗ、８００Ｗ、１０００Ｗのいずれの場合においても、直流出力電圧を４００Ｖとするより３００Ｖとする方が力率改善回路２０のエネルギー変換効率が２．２〜９．３％ほど上昇する結果となった。
【００３７】
なお、力率改善回路２０の直流出力電圧レベルが低くなっても、スイッチング電源４０で所定の交流電圧が維持されるので、力率改善回路２０の直流出力電圧レベルを低くしたからといって、鉛蓄電池２の充電電圧が低下する事態は発生せず、鉛蓄電池２の充電動作は支障なく行われる。
【００３８】
また、この実施の形態１では、充電電流の大小に応じて、力率改善回路２０の直流出力電圧レベルを２段階に切り替えたが、これに限定されるものではなく、力率改善回路２０の直流出力電圧レベルは、例えば、３段階以上に切り替えたり、充電電流量に応じて連続的に変化させたりしてもよい。
［発明の実施の形態２］
【００３９】
図４には、本発明の実施の形態２を示す。
【００４０】
この充電器の力率改善回路２０では、図４に示すように、抵抗分圧回路２４の２つの抵抗Ｒ２、Ｒ３の分圧点から第１オペアンプ３０の反転入力端子に至るライン上に、ＣＰＵ２７、Ｄ／Ａ変換器２９および第３オペアンプ３６が介在している。ここで、抵抗Ｒ２、Ｒ３で分圧された分圧出力電圧信号は第３オペアンプ３６の反転入力端子に入力され、第３オペアンプ３６の非反転入力端子には、ＣＰＵ２７からＤ／Ａ変換器２９を介して出力された電圧信号が入力される。また、これら分圧出力電圧信号、電圧信号の差分が、誤差信号として第３オペアンプ３６から出力されて第１オペアンプ３０の反転入力端子に入力される。一方、第１オペアンプ３０の非反転入力端子には、基準電圧Ｖrefを出力する基準電圧源２８が接続されている。その他の構成は、上述した実施の形態１と同様である。
【００４１】
したがって、この実施の形態２では、鉛蓄電池２の充電時に、ＣＰＵ２７は、抵抗Ｒ２、Ｒ３で分圧された分圧出力電圧信号を調整するための電圧信号をＤ／Ａ変換器２９を介して第３オペアンプ３６の非反転入力端子に出力することにより、第１オペアンプ３０に入力される誤差信号が、第１オペアンプ３０に入力される基準電圧Ｖrefに一致するようにフィードバック制御する。その結果、力率改善回路２０の交流入力電圧が増減しても直流出力電圧が一定となる。
【００４２】
このとき、ＣＰＵ２７からＤ／Ａ変換器２９を介して第３オペアンプ３６に入力される電圧信号を適宜設定することにより、第１オペアンプ３０に入力される誤差信号を任意に調整することができるため、力率改善回路２０の交流入力電流波形を容易に最適化することが可能となる。また、ＣＰＵ２７からＤ／Ａ変換器２９を介して第３オペアンプ３６に入力される電圧信号を緩やかに変化させることにより、鉛蓄電池２の充電電流量が急激に変化しても力率改善回路２０の直流出力電圧を緩やかに変化させることができるため、余分な高調波ノイズや損失の発生を防ぐことが可能となる。
【００４３】
また、力率改善回路２０を制御するためのＩＣ（集積回路）としては、図４中に破線で囲んだ回路を内蔵して構成されたものが広く一般に流通しているので、こうした汎用のＩＣを用いて、この実施の形態２に係る発明を容易に実施することができる。
［発明の実施の形態３］
【００４４】
図５には、本発明の実施の形態３を示す。
【００４５】
この充電器の力率改善回路２０では、図５に示すように、上述した実施の形態２において、ＣＰＵ２７と第３オペアンプ３６との間に、Ｄ／Ａ変換器２９に代えて抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ４が接続されている。そして、ＣＰＵ２７から出力されるパルス波のデューティ比を変更することにより、第３オペアンプ３６に入力される電圧信号を変化させるように構成されている。その他の構成は、上述した実施の形態２と同様である。
【００４６】
したがって、この実施の形態３では、上述した実施の形態２と同じ効果を奏する。
［発明の実施の形態４］
【００４７】
図６には、本発明の実施の形態４を示す。
【００４８】
この充電器の力率改善回路２０では、図６に示すように、出力電圧制御回路２５に、出力電圧値が異なる３つの抵抗分圧回路２４（抵抗Ｒ２、Ｒ３の組合せ、抵抗Ｒ６、Ｒ７の組合せ、抵抗Ｒ８、Ｒ９の組合せからなる抵抗分圧回路２４）と、ＣＰＵ２７からの指令に基づき、これらの抵抗分圧回路２４から出力される電圧を択一的に切り替えて第１オペアンプ３０の反転入力端子に出力するアナログスイッチ（切替手段）３８とが設けられている。その他の構成は、上述した実施の形態２と同様である。
【００４９】
したがって、この実施の形態４では、上述した実施の形態２と同じ効果を奏することに加えて、第３オペアンプ３６などの高価な電子部品を使用しなくて済むので、上述した実施の形態２と比べて、力率改善回路２０の出力電圧制御回路２５を安価に作製することができる。
［発明のその他の実施の形態］
【００５０】
なお、上述した実施の形態４では、出力電圧値が異なる３つの抵抗分圧回路２４が設けられた出力電圧制御回路２５について説明したが、抵抗分圧回路２４の個数は複数（２つ以上）であれば何個でも構わない。
【００５１】
また、上述した実施の形態４では、３つの抵抗分圧回路２４から出力される電圧を択一的に切り替えて出力する切替手段としてアナログスイッチ３８を用いる場合について説明したが、アナログスイッチ３８以外の切替手段を代用することもできる。
【００５２】
さらに、上述した実施の形態１〜４では、鉛蓄電池２を充電するための充電器１について説明したが、鉛蓄電池２以外のバッテリー（例えば、リチウムイオン電池などの二次電池）を充電するための充電器に本発明を同様に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、ゴルフカー、電気自動車、ノートパソコン、携帯電話機などに搭載されたバッテリーを充電するための充電器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１に係る充電器を示すブロック図である。
【図２】図１に示す充電器の力率改善回路を示す回路図である。
【図３】多段式充電プロファイルを示すグラフであって、（ａ）は充電電流の経時変化を示すグラフ、（ｂ）は充電電圧の経時変化を示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る充電器の力率改善回路を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る充電器の力率改善回路を示す回路図である。
【図６】本発明の実施の形態４に係る充電器の力率改善回路を示す回路図である。
【図７】従来の充電器の力率改善回路を示す回路図である。
【符号の説明】
【００５５】
１……充電器
２……鉛蓄電池（バッテリー）
３……レセプタクル
５……商用電源
１１……充電器本体
１２……ケーブル
１３……プラグ
１９……変圧装置
２０……力率改善回路
２１……整流回路
２３……昇圧チョッパ回路
２４……抵抗分圧回路
２５……出力電圧制御回路
２６……スイッチング素子
２７……ＣＰＵ
２８……基準電圧源
２９……Ｄ／Ａ変換器
３０……第１オペアンプ
３１……第２オペアンプ
３２……乗算器
３３……鋸波発振器
３４……電流検出回路
３５……コンパレータ
３６……第３オペアンプ
３８……アナログスイッチ（切替手段）
３９……交流電圧検出回路
４０……スイッチング電源
４１……制御回路
４２……トランス
４３……平滑回路
４５……電圧センサ
４６……電流センサ
Ｖref……基準電圧
【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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