(57)【要約】【課題】定電流制御と定電圧制御とを行うことができる電源装置において、従来の電源装置よりも電力損失を低減しつつ、コストが増大するおそれを低減することができる電源装置を提供する。【解決手段】スイッチング電源回路である電力変換部５ａと、出力電圧Ｖｏに対応するレベルの電圧制御信号を生成する電圧制御部３と、出力電流Ｉｏの検出結果を示す電流制御信号を生成する電流制御部２と、電流制御信号から得られる電圧と電圧制御信号とを加算することにより、帰還電圧を生成する抵抗６５と、抵抗６５によって生成された帰還電圧と基準電圧との比較結果に応じて、帰還電圧を基準電圧に近づけるように電力変換部５ａのスイッチングを制御するべく制御信号を生成し、電力変換部へ出力するスイッチング制御部４ａとを備えた。【選択図】図１
2010110148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の制御信号に応じてスイッチング素子をオン、オフして入力電力をスイッチングすることにより、当該制御信号に応じた電圧、電流を出力する電力変換部と、
前記電力変換部の出力電圧を検出し、当該出力電圧に対応するレベルの電圧制御信号を生成する電圧制御部と、
前記電力変換部の出力電流を検出し、当該出力電流の検出結果を示す電流制御信号を生成する電流制御部と、
前記電流制御信号から得られる電圧と前記電圧制御信号とを加算することにより、帰還電圧を生成する加算部と、
前記加算部によって生成された帰還電圧と予め設定された基準電圧との比較結果に応じて、前記帰還電圧を前記基準電圧に近づけるように前記電力変換部のスイッチングを制御するべく前記制御信号を生成し、前記電力変換部へ出力するスイッチング制御部と
を備えることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記スイッチング制御部は、
第１、第２、及び第３端子を備え、前記第３端子に入力された前記帰還電圧が前記基準電圧を超えるとき、前記第１端子と前記第２端子との間に流れる電流を増大させ、前記第３端子に入力された前記帰還電圧が前記基準電圧を下回るとき、前記第１端子と前記第２端子との間に流れる電流を減少させるシャントレギュレータを用いて構成されており、
前記制御信号は、
前記第１端子と前記第２端子との間に流れる電流に応じて得られること
を特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング制御部は、
さらに、フォトカプラを備え、
前記フォトカプラの入力側と前記シャントレギュレータとの直列回路の両端に、前記電力変換部の出力電圧が印加され、
前記フォトカプラの出力側端子に流れる電流が、前記制御信号として用いられること
を特徴とする請求項２記載の電源装置。
【請求項４】
前記電圧制御部は、
第１及び第２抵抗の直列回路の両端に、前記電力変換部の出力電圧が印加されて構成され、前記第１及び第２抵抗によって前記出力電圧が分圧されて前記第２抵抗の端子間に生じる電圧が前記電圧制御信号として用いられ、
前記電流制御部は、
前記電流制御信号を前記第２抵抗に流すと共に当該電流制御信号の電流値を、前記検出された出力電流が定電流出力の電流値として予め設定された目標電流値を超えた場合、予め設定された設定電流値の電流値に設定し、当該出力電流が前記目標電流値に満たない場合、前記設定電流値に満たない電流値に減少させるものであり、
前記加算部は、
前記第２抵抗に前記電流制御信号が流れることにより生じる電圧が、当該第２抵抗において前記電圧制御信号に重畳されることで生じる電圧を、前記帰還電圧とすること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電源装置。
【請求項５】
定電圧出力の電圧値として予め設定された目標電圧を、前記第１及び第２抵抗で分圧したときに前記第２抵抗で生じる第１電圧の方が、前記設定電流値の電流制御信号が前記第２抵抗を流れることで当該第２抵抗に生じる第２電圧より高く、かつ前記第１電圧が前記基準電圧以上であり、かつ前記第２電圧が前記基準電圧以上となるように、前記第１及び第２抵抗の抵抗値、及び前記設定電流値が設定されていること
を特徴とする請求項４記載の電源装置。
【請求項６】
前記電力変換部は、二次電池に充電用の電流を供給するための充電回路であり、
前記目標電流は、前記二次電池を定電流充電する際の電流値が設定されており、
前記目標電圧は、前記二次電池の満充電電圧が設定されていること
を特徴とする請求項５記載の電源装置。
【請求項７】
前記設定電流値の電流制御信号が前記第２抵抗を流れることで当該第２抵抗に生じる第２電圧の方が、定電圧出力の電圧値として予め設定された目標電圧を前記第１及び第２抵抗で分圧したときに前記第２抵抗で生じる第１電圧より高く、かつ前記第１電圧が前記基準電圧以上であり、かつ前記第２電圧が前記基準電圧以上となるように、前記第１及び第２抵抗の抵抗値、及び前記設定電流値が設定されていること
を特徴とする請求項４記載の電源装置。
【請求項８】
前記目標電流としては、
前記電力変換部の出力電流が過度に増大することを制限するための制限電流値が設定されていること
を特徴とする請求項７記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流制御と定電圧制御とを行うことができる電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一定の電流を出力する定電流制御と、一定の電圧を出力する定電圧制御とを実行可能な電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載の電源装置は、定電流電源回路と定電圧電源回路とを個々に用意し、それぞれの出力をＯＲ結合して出力するようになっている。この電源装置は、通常は定電圧電源回路によって一定の電圧を出力し、負荷側の電圧が所定の電圧に達すると、定電圧電源回路を切り離して定電流電源回路により一定の電流を出力するようになっている。
【０００３】
この電源装置では、定電圧電源回路は、ＮＰＮトランジスタのベースに出力電圧を決定するツェナダイオードを接続するエミッタフォロワ方式で構成されている。また、定電流電源回路は、トランジスタのベース電流を制御することでｈＦＥ倍の定電流を得る一般的な定電流回路で構成されている。
【０００４】
定電圧電源回路から定電流電源回路への出力切替えは、比較器を用いて出力電圧と基準電圧とを比較し、出力電圧が基準電圧を超えると、定電圧電源回路の出力側に設けた半導体スイッチを開にすることで、実現している。
【特許文献１】特開平２−２１９４２６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、特許文献１に記載の電源装置は、定電圧電源回路及び定電流電源回路のいずれにおいても、負荷への電流出力ライン上に直列にトランジスタが配置されており、特にこれらのトランジスタは非飽和領域で使用されるため、トランジスタでの電力損失が大きいという、不都合があった。
【０００６】
ここで、電力損失が少ない効率のよい電源回路として、スイッチング電源回路が知られている。しかしながら、特許文献１に記載の定電圧電源回路及び定電流電源回路を、それぞれスイッチング電源回路で構成すると、コストの増大を招くこととなる。
【０００７】
本発明の目的は、定電流制御と定電圧制御とを行うことができる電源装置において、特許文献１に記載の電源装置よりも電力損失を低減しつつ、コストが増大するおそれを低減することができる電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る電源装置は、所定の制御信号に応じてスイッチング素子をオン、オフして入力電力をスイッチングすることにより、当該制御信号に応じた電圧、電流を出力する電力変換部と、前記電力変換部の出力電圧を検出し、当該出力電圧に対応するレベルの電圧制御信号を生成する電圧制御部と、前記電力変換部の出力電流を検出し、当該出力電流の検出結果を示す電流制御信号を生成する電流制御部と、前記電流制御信号から得られる電圧と前記電圧制御信号とを加算することにより、帰還電圧を生成する加算部と、前記加算部によって生成された帰還電圧と予め設定された基準電圧との比較結果に応じて、前記帰還電圧を前記基準電圧に近づけるように前記電力変換部のスイッチングを制御するべく前記制御信号を生成し、前記電力変換部へ出力するスイッチング制御部とを備える。
【０００９】
この構成によれば、電力変換部は、スイッチング素子をオン、オフすることにより、制御信号に応じた電圧、電流を出力する。このようにスイッチング素子をオン、オフ動作で使用すると、スイッチング素子は飽和領域で動作するから、背景技術のようにトランジスタを非飽和領域で使用する場合よりも電力損失が低減される。また、電圧制御部によって、電力変換部の出力電圧に対応するレベルの電圧制御信号が生成され、電流制御部によって、電力変換部の出力電流検出結果を示す電流制御信号が生成される。そして、加算部によって、電流制御信号から得られる電圧と電圧制御信号とが加算されて、これが帰還電圧としてスイッチング制御部へフィードバックされる。さらに、スイッチング制御部によって、帰還電圧と基準電圧との比較結果に応じて、帰還電圧を基準電圧に近づけるように電力変換部のスイッチングを制御するべく制御信号を生成され、電力変換部へ出力される。この場合、帰還電圧には電力変換部の出力電圧と出力電流との検出結果が反映されているから、帰還電圧に基づき電力変換部のスイッチングが制御される結果、一つの電力変換部に定電流制御と定電圧制御とを行わせることができるので、スイッチング電源回路を定電流用と定電圧用とで二つ設ける場合よりも、コストが増大するおそれを低減することができる。
【００１０】
また、前記スイッチング制御部は、第１、第２、及び第３端子を備え、前記第３端子に入力された前記帰還電圧が前記基準電圧を超えるとき、前記第１端子と前記第２端子との間に流れる電流を増大させ、前記第３端子に入力された前記帰還電圧が前記基準電圧を下回るとき、前記第１端子と前記第２端子との間に流れる電流を減少させるシャントレギュレータを用いて構成されており、前記制御信号は、前記第１端子と前記第２端子との間に流れる電流に応じて得られることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、スイッチング制御部を汎用のシャントレギュレータを用いて構成することができるので、スイッチング制御部を簡素化することが容易である。
【００１２】
また、前記スイッチング制御部は、さらに、フォトカプラを備え、前記フォトカプラの入力側と前記シャントレギュレータとの直列回路の両端に、前記電力変換部の出力電圧が印加され、前記フォトカプラの出力側端子に流れる電流が、前記制御信号として用いられることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、電力変換部の二次側の出力電圧、電流が反映される帰還電圧が入力されるシャントレギュレータと、電力変換部との間がフォトカプラによって絶縁されるので、電力変換部の一次側と二次側とを絶縁して絶縁型の電源装置を構成することが容易となる。
【００１４】
また、前記電圧制御部は、第１及び第２抵抗の直列回路の両端に、前記電力変換部の出力電圧が印加されて構成され、前記第１及び第２抵抗によって前記出力電圧が分圧されて前記第２抵抗の端子間に生じる電圧が前記電圧制御信号として用いられ、前記電流制御部は、前記電流制御信号を前記第２抵抗に流すと共に当該電流制御信号の電流値を、前記検出された出力電流が定電流出力の電流値として予め設定された目標電流値を超えた場合、予め設定された設定電流値の電流値に設定し、当該出力電流が前記目標電流値に満たない場合、前記設定電流値に満たない電流値に減少させるものであり、前記加算部は、前記第２抵抗に前記電流制御信号が流れることにより生じる電圧が、当該第２抵抗において前記電圧制御信号に重畳されることで生じる電圧を、前記帰還電圧とすることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、電力変換部の出力電圧が第１及び第２抵抗で分圧されることで電圧制御信号が得られる。また、電流制御部は、電力変換部の出力電流が定電流出力の目標電流値を超えた場合、設定電流値の電流制御信号を第２抵抗に流し、当該出力電流が目標電流値に満たない場合、設定電流値に満たない電流値の電流制御信号を第２抵抗に流す。そうすると、電流制御信号に応じて第２抵抗で生じる電圧降下が、電力変換部の出力電流が目標電流値を超えるか満たないかに応じて、増減されることとなる。第２抵抗で生じる電圧降下は、第２抵抗において電圧制御信号として得られた電圧に重畳されすなわち加算されることで帰還電圧が得られる。この場合、第２抵抗を用いた簡素な構成で加算部を構成することができるので、加算部のコストを低減することが容易である。
【００１６】
また、  定電圧出力の電圧値として予め設定された目標電圧を、前記第１及び第２抵抗で分圧したときに前記第２抵抗で生じる第１電圧の方が、前記設定電流値の電流制御信号が前記第２抵抗を流れることで当該第２抵抗に生じる第２電圧より高く、かつ前記第１電圧が前記基準電圧以上であり、かつ前記第２電圧が前記基準電圧以上となるように、前記第１及び第２抵抗の抵抗値、及び前記設定電流値が設定されていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、電力変換部の出力電圧が定電圧出力の目標電圧になったときに第１及び第２抵抗で分圧されて得られる第１電圧の方が、電力変換部の出力電流が定電流出力の目標電流値を超えたときに第２抵抗に生じる第２電圧より高くなるように、第１及び第２抵抗の抵抗値、及び設定電流値が設定されている。そうすると、電力変換部が電流制御信号に基づく出力電流値のフィードバックに応じて定電流出力動作をしているときに、負荷状態が変化して電力変換部の出力電圧が定電圧出力の目標電圧になると、帰還電圧は第１電圧と第２電圧との加算値になる一方で、第１電圧の方が第２電圧より高くなるから、帰還電圧における出力電圧値のフィードバック量の方が、出力電流値のフィードバック量より大きくなる結果、電力変換部に、定電圧出力動作を行わせることができる。
【００１８】
また、前記電力変換部は、二次電池に充電用の電流を供給するための充電回路であり、前記目標電流は、前記二次電池を定電流充電する際の電流値が設定されており、前記目標電圧は、前記二次電池の満充電電圧が設定されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、電力変換部が電流制御信号に基づく出力電流値のフィードバックに応じて定電流出力動作をすることで、二次電池が定電流充電される。そして、充電に伴い二次電池の端子電圧すなわち電力変換部の出力電圧が上昇し、二次電池の満充電電圧に達すると、第１電圧の方が第２電圧より高くなって電力変換部は定電圧出力動作に切り替わる。そうすると、満充電電圧で二次電池が定電圧充電される。これにより、二次電池を、定電流−定電圧充電（ＣＣＣＶ充電）によって、満充電になるまで充電することが可能となる。
【００２０】
また、前記設定電流値の電流制御信号が前記第２抵抗を流れることで当該第２抵抗に生じる第２電圧の方が、定電圧出力の電圧値として予め設定された目標電圧を前記第１及び第２抵抗で分圧したときに前記第２抵抗で生じる第１電圧より高く、かつ前記第１電圧が前記基準電圧以上であり、かつ前記第２電圧が前記基準電圧以上となるように、前記第１及び第２抵抗の抵抗値、及び前記設定電流値が設定されているようにしてもよい。
【００２１】
この構成によれば、電力変換部の出力電流が定電流出力の目標電流値を超えたときに設定電流値の電流制御信号が第２抵抗に流れて生じる第２電圧の方が、電力変換部の出力電圧が定電圧出力の目標電圧になったときに第１及び第２抵抗で分圧されて得られる第１電圧より高くなるように、第１及び第２抵抗の抵抗値、及び設定電流値が設定されている。これによれば、電力変換部が電圧制御信号に基づく出力電圧値のフィードバックに応じて定電圧出力動作をしているときに、負荷状態が変化して電力変換部の出力電流が目標電流値を超えて設定電流値の電流制御信号が第２抵抗に流れて第２電圧が生じると、帰還電圧は第１電圧と第２電圧との加算値になる一方で、第２電圧の方が第１電圧より高くなるから、帰還電圧における出力電流値のフィードバック量の方が、出力電圧値のフィードバック量より大きくなる結果、電力変換部に、定電流出力動作を行わせることができる。
【００２２】
また、前記目標電流としては、前記電力変換部の出力電流が過度に増大することを制限するための制限電流値が設定されていることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、電力変換部が定電圧出力動作をしているときに、例えば過負荷状態になるなどして電力変換部の出力電流が制限電流値を超えると、電力変換部は、出力電流値を制限電流値とする定電流出力動作を行うことになるので、電力変換部の出力電流が過度に増大することを制限することができる。
【発明の効果】
【００２４】
このような構成の電源装置は、電力変換部は、スイッチング素子をオン、オフすることにより、制御信号に応じた電圧、電流を出力する。このようにスイッチング素子をオン、オフ動作で使用すると、スイッチング素子は飽和領域で動作するから、背景技術のようにトランジスタを非飽和領域で使用する場合よりも電力損失が低減される。また、電圧制御部によって、電力変換部の出力電圧に対応するレベルの電圧制御信号が生成され、電流制御部によって、電力変換部の出力電流検出結果を示す電流制御信号が生成される。そして、加算部によって、電流制御信号から得られる電圧と電圧制御信号とが加算されて、これが帰還電圧としてスイッチング制御部へフィードバックされる。さらに、スイッチング制御部によって、帰還電圧と基準電圧との比較結果に応じて、帰還電圧を基準電圧に近づけるように電力変換部のスイッチングを制御するべく制御信号を生成され、電力変換部へ出力される。この場合、帰還電圧には電力変換部の出力電圧と出力電流との検出結果が反映されているから、帰還電圧に基づき電力変換部のスイッチングが制御される結果、一つの電力変換部に定電流制御と定電圧制御とを行わせることができるので、スイッチング電源回路を定電流用と定電圧用とで二つ設ける場合よりも、コストが増大するおそれを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す回路図である。
【００２６】
図１は本発明の一実施形態における絶縁型の電源装置１ａの回路図である。図１に示す電源装置１ａは、電流制御部２、電圧制御部３、スイッチング制御部４ａ、電力変換部５ａ、出力コンデンサ７、＋Ｂ端子８１、−Ｂ端子８２、Ｖ出力端子８３、及びＧ出力端子８４を備えている。
【００２７】
＋Ｂ端子８１、−Ｂ端子８２は、外部から入力される電源電力を受電する接続端子である。＋Ｂ端子８１、−Ｂ端子８２によって受電された直流電源電圧が、電力変換部５ａへ供給されるようになっている。なお、＋Ｂ端子８１、−Ｂ端子８２に、例えば商用交流電源電圧を供給するようにしてもよい。この場合、例えば、＋Ｂ端子８１、−Ｂ端子８２で受電された交流電圧を整流する整流回路や平滑回路を備え、直流電圧に変換してから電力変換部５ａへ供給するようにしてもよい。
【００２８】
Ｖ出力端子８３、Ｇ出力端子８４は、電源装置１ａで生成された電流、電圧を外部負荷へ出力するための接続端子である。Ｖ出力端子８３とＧ出力端子８４との間に出力コンデンサ７が接続されている。
【００２９】
Ｖ出力端子８３、Ｇ出力端子８４には、外部負荷として、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等、種々の二次電池６が接続されている。この場合、電源装置１ａは、二次電池６を充電する定電流−定電圧充電装置として機能する。
【００３０】
電力変換部５ａの構成を以下に説明する。電力変換部５ａは、入力電力を、スイッチング制御部４ａからフォトカプラ３１を介して出力された制御信号に応じてスイッチング（チョッピング）することにより、当該制御信号に応じた電圧、電流を出力するいわゆるスイッチング電源回路である。
【００３１】
電力変換部５ａは、電源制御回路１１、絶縁トランス２１、スイッチング素子５１、フォトカプラ３１の出力側であるフォトトランジスタ３１ａ、及びダイオード３３を備えている。スイッチング素子５１としては、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）等の半導体スイッチング素子を用いることができる。
【００３２】
絶縁トランス２１の一次巻線２１ａとスイッチング素子５１とは直列に接続されている。そして、当該直列回路の一次巻線２１ａ側の一端は＋Ｂ端子８１に接続され、スイッチング素子５１側の一端は−Ｂ端子８２に接続されている。
【００３３】
スイッチング素子５１の制御端子すなわちゲート端子は、電源制御回路１１に接続されている。フォトカプラ３１の出力側であるフォトトランジスタ３１ａは、電源制御回路１１の制御信号入力端子に接続され、スイッチング制御部４ａからのフィードバック信号（制御信号）を電源制御回路１１へ出力する。
【００３４】
絶縁トランス２１の二次巻線２１ｂの一端は、ダイオード３３を介してＶ出力端子８３に接続され、二次巻線２１ｂの他端は、シャント抵抗６１を介してＧ出力端子８４に接続されている。
【００３５】
電源制御回路１１は、スイッチング制御部４ａからフォトカプラ３１を介して出力された制御信号に応じてパルス幅（デューティ比）を変化させたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号を、スイッチング素子５１のゲートへ出力してスイッチング素子５１をオン、オフさせる。そうすると、電源制御回路１１、絶縁トランス２１、スイッチング素子５１、及びダイオード３３によって、スイッチング制御部４ａからの制御信号に応じた直流電流、直流電圧が生成される。そして、この直流電流、直流電圧が、Ｖ出力端子８３、及びＧ出力端子８４を介して外部負荷、例えば二次電池６へ供給される。
【００３６】
このようにして構成された電力変換部５ａは、負荷への電流供給ラインにはトランジスタが設けられておらず、また、スイッチング素子５１は飽和領域でオン、オフされるので、特許文献１に記載の電源装置よりも電力損失を低減することができる。
【００３７】
電圧制御部３の構成を以下に説明する。電圧制御部３は、抵抗６４（第１抵抗）と抵抗６５（第２抵抗）とが直列接続されて構成されている。また、この直列回路における抵抗６４がＶ出力端子８３に接続され、抵抗６５が二次巻線２１ｂとシャント抵抗６１との接続点に接続されている。この場合、電力変換部５ａの出力電圧を抵抗６４，６５で分圧した電圧が、出力電圧に対応する電圧制御信号に相当している。そして、抵抗６４，６５の接続点Ｐ１の電圧、すなわち抵抗６５の両端子間に生じる電圧が、スイッチング制御部４ａにおける後述するシャントレギュレータ７１のリファレンス端子ＲＥＦへ帰還電圧Ｖｂｋとして供給される。
【００３８】
電流制御部２の構成を以下に説明する。シャント抵抗６１の両端は、それぞれ抵抗７２、７３を介してオペアンプ４２に接続される。オペアンプ４２には、出力端子から負入力端子に負帰還抵抗７４が接続され、出力端から正入力端子にスピードアップコンデンサ９３が接続されて構成されている。オペアンプ４２の出力端子は、比較器４１の正入力端子に接続されている。
【００３９】
抵抗７３，７４は、同一の抵抗値にされている。また、抵抗７３，７４の並列合成抵抗値が、抵抗７２の抵抗値と等しくなるように設定されている。これにより、増幅率が１倍の差動増幅回路が構成されている。そして、電力変換部５ａの出力電流がシャント抵抗６１を流れることで生じる電圧、すなわち電力変換部５ａの出力電流を表す電圧が、このオペアンプ４２を用いた差動増幅回路によって１倍の差動増幅されることによって、シャント抵抗６１で発生する微小電圧信号のノイズ成分が除去された後、比較器４１の正入力端子に出力される。
【００４０】
抵抗６６，６７は直列接続されている。また、この直列回路における抵抗６６が回路電源に接続され、抵抗６７が二次巻線２１ｂとシャント抵抗６１との接続点に、接続される。そして、回路電源の電源電圧ＶＣＣが、抵抗６６，６７の直列回路で分圧されて、その分圧電圧が、比較器４１の負入力端子に印加される。
【００４１】
ここで、電力変換部５ａに定電流出力を行わせる場合の電流値である目標電流値Ｉｃｃの電流がシャント抵抗６１を流れた場合にシャント抵抗６１で生じる電圧と、電源電圧ＶＣＣを抵抗６６，６７で分圧したときの分圧電圧とが等しくなるように、抵抗６６，６７の分圧比が予め設定されている。電源装置１ａを二次電池６の充電器として用いる場合、目標電流値Ｉｃｃは、定電流充電を行う場合の電流値となる。
【００４２】
比較器４１の出力端子は、スピードアップコンデンサ９２を介して負入力端子に接続されている。比較器４１の出力端子は、ダイオード３４を介して抵抗６４，６５の接続点Ｐ１に接続されている。
【００４３】
そして、オペアンプ４２の出力電圧が抵抗６６，６７の分圧電圧を超えると、すなわちシャント抵抗６１で検出された出力電流値が目標電流値Ｉｃｃを超えると、比較器４１はダイオード３４を介して抵抗６５へ予め設定された設定電流値Ｉｓの電流制御信号を流す。また、比較器４１は、シャント抵抗６１で検出された出力電流値が目標電流値Ｉｃｃに満たないと、電流制御信号の電流値を略ゼロに減少させる。設定電流値Ｉｓは、例えば比較器４１の電流駆動能力によって設定されていてもよく、例えば比較器４１の出力端子に抵抗を接続するなどしてその抵抗値によって、設定電流値Ｉｓを調節するようにしてもよい。
【００４４】
ここで、シャント抵抗６１は非常に小さい抵抗値であることからＶ出力端子８３とＧ出力端子８４との間の出力電圧Ｖｏを電力変換部５ａの出力電圧として近似し、抵抗６４の抵抗値をＲ６４、抵抗６５の抵抗値をＲ６５とすると、抵抗６５で生じる電圧、すなわち帰還電圧Ｖｂｋは、下記の式（１）で得られる。
【００４５】
Ｖｂｋ＝Ｖｏ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝＋Ｉｓ×Ｒ６５  ・・・（１）
ここで、Ｖｏ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝が電圧制御信号に相当し、設定電流値Ｉｓ×Ｒ６５が電流制御信号で示される電圧に相当しているから、抵抗６５によって、電流制御信号で示される電圧と電圧制御信号とが加算されて、帰還電圧Ｖｂｋが生成される。
【００４６】
一方、オペアンプ４２の出力電圧が抵抗６６，６７の分圧電圧に満たず、すなわちシャント抵抗６１で検出された出力電流値が目標電流値Ｉｃｃに満たないと、比較器４１がオフする。比較器４１がオフすると、電流制御信号の電流値がゼロに減少し、すなわち式（１）における設定電流値Ｉｓの項がゼロになり、Ｉｓ×Ｒ６５の項がゼロとなるから、式（１）はＶｂｋ＝Ｖｏ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝となる。
【００４７】
このようにして、抵抗６５に電流制御信号が流れることにより生じる電圧が電圧制御信号に重畳されることで生じる電圧が、帰還電圧Ｖｂｋにされて、スイッチング制御部４ａにおける後述するシャントレギュレータ７１のリファレンス端子ＲＥＦへ印加される。この場合、抵抗６５が、加算部の一例に相当している。
【００４８】
スイッチング制御部４ａは、抵抗６８、安定化抵抗６９、フィルタ抵抗７０、フィルタコンデンサ９０、スピードアップコンデンサ９１、フォトカプラ３１の入力側であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）３１ｂ、及びシャントレギュレータ７１を備えている。
【００４９】
シャントレギュレータ７１としては、例えば、株式会社ルネサステクノロジのＨＡ１７４３Ｈシリーズデータシート（ＲＥＮＥＳＡＳ  ＨＡ１７４３Ｈシリーズ  シャントレギュレータ  ＲＪＪ０３Ｄ０６４６−０３００  （Ｐｒｅｖｉｏｕｓ：ＡＤＪ−２０４−０７４Ｂ）  Ｒｅｖ．３．００  ２００５．０６．１５）に記載のものを用いることができる。
【００５０】
シャントレギュレータ７１は、カソードＫ（第１端子）、アノードＡ（第２端子）、及びリファレンス端子ＲＥＦ（第３端子）を備え、リファレンス端子ＲＥＦに入力された帰還電圧Ｖｂｋが、シャントレギュレータ７１内部で生成される基準電圧Ｖｒｅｆ（例えば２．５Ｖ）を超えるとき、カソードＫとアノードＡとの間に流れる電流を増大させ、リファレンス端子ＲＥＦに入力された帰還電圧Ｖｂｋが基準電圧Ｖｒｅｆを下回るとき、カソードＫとアノードＡとの間に流れる電流を減少させる。
【００５１】
抵抗６８とＬＥＤ３１ｂとシャントレギュレータ７１とは直列に接続されている。そして、この直列回路における抵抗６８が、Ｖ出力端子８３に接続され、シャントレギュレータ７１のアノードＡが、二次巻線２１ｂとシャント抵抗６１との接続点に接続されている。
【００５２】
ここで、式（１）で与えられる帰還電圧Ｖｂｋが基準電圧Ｖｒｅｆを超えると、シャントレギュレータ７１に流れる電流が増大してＬＥＤ３１ｂが点灯し、フォトトランジスタ３１ａがオンする。フォトトランジスタ３１ａがオンすると、電源制御回路１１は、スイッチング素子５１のスイッチング（オン、オフデューティ）を制御して、電力変換部５ａが負荷へ供給する電力を減少させる。そうすると、式（１）で与えられる帰還電圧Ｖｂｋが低下して基準電圧Ｖｒｅｆに近づく。
【００５３】
さらに、式（１）で与えられる帰還電圧Ｖｂｋが基準電圧Ｖｒｅｆを下回ると、シャントレギュレータ７１に流れる電流が減少してＬＥＤ３１ｂが消灯し、フォトトランジスタ３１ａがオフする。フォトトランジスタ３１ａがオフすると、電源制御回路１１は、スイッチング素子５１のスイッチングを制御して、電力変換部５ａが負荷へ供給する電力を増大させる。そうすると、式（１）で与えられる帰還電圧Ｖｂｋが上昇して基準電圧Ｖｒｅｆに近づく。
【００５４】
すなわち、スイッチング制御部４ａは、帰還電圧Ｖｂｋを基準電圧Ｖｒｅｆに近づけるように、フォトカプラ３１を介した制御信号によって、電力変換部５ａから出力される電力量を制御する。
【００５５】
安定化抵抗６９は、ＬＥＤ３１ｂと並列に接続されている。フィルタ抵抗７０とフィルタコンデンサ９０は直列に接続され、シャントレギュレータ７１の出力端であるカソードＫと入力端であるリファレンス端子ＲＥＦとの間に接続される。また、スピードアップコンデンサ９１もシャントレギュレータ７１のカソードＫとアノードＡとの間に接続されている。
【００５６】
そして、電力変換部５ａに定電圧出力を行わせる場合の電圧値が、目標電圧値Ｖｆとして予め設定されている。電源装置１ａを二次電池６の充電器として用いる場合、目標電圧値Ｖｆは、定電圧充電を行う場合の電圧値であると共に二次電池６の満充電電圧となる。
【００５７】
ここで、抵抗値Ｒ６４，Ｒ６５、及び設定電流値Ｉｓは、下記の式（２）、（３）、（４）を満たすように、予め設定されている。
【００５８】
Ｖｆ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝  ≧  Ｖｒｅｆ  ・・・・・（２）
Ｉｓ×Ｒ６５  ≧  Ｖｒｅｆ          ・・・・・・・・・・・（３）
Ｖｆ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝  ＞  Ｉｓ×Ｒ６５    ・・・（４）
次に、電源装置１ａが、二次電池６の充電装置として用いられる場合の動作について、説明する。図２は、電源装置１ａによって、二次電池６を充電する際の電源装置１ａの出力電圧Ｖｏと、出力電流Ｉｏの変化の一例を示す説明図である。
【００５９】
まず、タイミングＴ１において、電力変換部５ａは、＋Ｂ端子８１と−Ｂ端子８２との間に入力された１次側の電力を、電源制御回路１１からの指令でスイッチング素子５１にスイッチング動作をさせて絶縁トランス２１に流れる電流を制御して電力変換を行う。このようにして得られた電流および電圧が、Ｖ出力端子８３とＧ出力端子８４とを介して二次電池６へ出力される。
【００６０】
そうすると、タイミングＴ１においては、二次電池６はまだ充電されていないから、二次電池６の端子電圧、すなわち出力電圧Ｖｏは、低い電圧となる。ここでは、二次電池６の充電開始前の端子電圧をＶｏ＝Ｖｂ０としている。
【００６１】
そうすると、式（１）において、Ｖｏ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝の項は小さな値となるから、帰還電圧Ｖｂｋ≒Ｉｓ×Ｒ６５となる。ここで、上述したように、スイッチング制御部４ａは、帰還電圧Ｖｂｋを基準電圧Ｖｒｅｆに近づけるように、電力変換部５ａから出力される電力量を制御するのであるが、このようにして得られた帰還電圧Ｖｂｋには、電流制御部２から出力される設定電流値Ｉｓが主に反映されるから、電力変換部５ａは、電流制御部２において設定されている目標電流値Ｉｃｃの電流を出力する定電流電源として動作する。
【００６２】
これによって、二次電池６の端子電圧が低いときは、目標電流値Ｉｃｃの定電流充電が行われることとなる。
【００６３】
以降、二次電池６の充電が進んで二次電池６の端子電圧、すなわち出力電圧Ｖｏが上昇しても、Ｖｏ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝の値がＩｓ×Ｒ６５の値より小さいときは、電流制御が支配的となる結果、定電流充電（定電流出力）が継続する。
【００６４】
そして、タイミングＴ２において、出力電圧Ｖｏが二次電池６の満充電電圧である目標電圧値Ｖｆに達すると、式（４）に示すように、Ｖｏ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝の値がＩｓ×Ｒ６５の値より大きくなって、帰還電圧Ｖｂｋにおける出力電圧Ｖｏの影響が支配的になる結果、上述したように、スイッチング制御部４ａが、帰還電圧Ｖｂｋを基準電圧Ｖｒｅｆに近づけるように電力変換部５ａから出力される電力量を制御することで、出力電流Ｉｏが減少する。
【００６５】
出力電流Ｉｏが減少して目標電流値Ｉｃｃを下回ると、比較器４１の出力電流がゼロになって、式（１）におけるＩｓ×Ｒ６５の項がゼロになり、ますます加速的に帰還電圧Ｖｂｋにおける出力電圧Ｖｏの影響が支配的になる。
【００６６】
そうすると、実質的には出力電圧Ｖｏのみに基づいて電力変換部５ａが制御される結果、出力電圧を目標電圧値Ｖｆで一定とする定電圧充電（定電圧出力）に移行することとなる。そして、目標電圧値Ｖｆは、二次電池６の満充電電圧であるから、二次電池６を満充電にすることができる。
【００６７】
このように、図１に示す電源装置１ａは、スイッチング電源回路である電力変換部５ａを一つ備えるだけで、定電流制御と定電圧制御とを行うことができる。また、電源装置１ａにおいて、抵抗値Ｒ６４，Ｒ６５、及び設定電流値Ｉｓを、式（２）、（３）、（４）を満たすように設定することで、二次電池を充電する定電流−定電圧（ＣＣＣＶ）充電器として好適に用いることができる。
【００６８】
次に、電源装置１ａを、過電流保護機能付きの定電圧電源として用いる場合の動作について説明する。電源装置１ａを過電流保護機能付きの定電圧電源として用いる場合、抵抗値Ｒ６４，Ｒ６５、及び設定電流値Ｉｓを、式（２）、（３）及び、下記の式（５）を満たすように設定する。
【００６９】
Ｖｆ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝  ＜  Ｉｓ×Ｒ６５        ・・・（５）
また、目標電流値Ｉｃｃが、電力変換部５ａの出力電流が過度に増大することを制限するための制限電流値になるように、抵抗６６，６７の分圧比が設定されている。
【００７０】
また、図１に示すように、Ｖ出力端子８３、Ｇ出力端子８４には、二次電池６の代わりに負荷回路６ａが、接続されている。負荷回路６ａとしては、例えばパーソナルコンピュータや携帯電話機、電気自動車のモータ等、種々の負荷回路が想定される。
【００７１】
図３は、図１に示す電源装置１ａを過電流保護機能付きの定電圧電源として用いる場合の電源装置１ａの出力電圧Ｖｏと、出力電流Ｉｏの変化の一例を示す説明図である。
【００７２】
まず、タイミングＴ１１において、電力変換部５ａは、＋Ｂ端子８１と−Ｂ端子８２との間に入力された１次側の電力を、電源制御回路１１からの指令でスイッチング素子５１にスイッチング動作をさせて絶縁トランス２１に流れる電流を制御して電力変換を行う。このようにして得られた電流および電圧が、Ｖ出力端子８３とＧ出力端子８４とを介して負荷回路６ａへ出力される。
【００７３】
そうすると、タイミングＴ１１においては、負荷回路６ａが正常であれば、負荷回路６ａに流れる電流は目標電流値Ｉｃｃより少ないから、出力電流Ｉｏが目標電流値Ｉｃｃを下回り、比較器４１の出力電流がゼロになって、式（１）におけるＩｓ×Ｒ６５の項がゼロになり、帰還電圧Ｖｂｋ＝Ｖｏ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝となる。
【００７４】
そうすると、実質的には出力電圧Ｖｏのみに基づいて電力変換部５ａが制御される結果、出力電圧を目標電圧値Ｖｆで一定とする定電圧出力が実行される。このように、定電圧出力が実行されている領域では、負荷変動により出力電流Ｉｏが変動しても、出力電圧Ｖｏは目標電圧値Ｖｆで一定に保たれる。
【００７５】
ここで、タイミングＴ１２で、負荷回路６ａにおいて、例えば過負荷状態になったり短絡故障が発生する等して出力電流Ｉｏが増大し、目標電流値Ｉｃｃを超えると比較器４１の出力電流が設定電流値Ｉｓになる。そうすると、式（５）からＩｓ×Ｒ６５の項の方が、Ｖｆ×｛Ｒ６５／（Ｒ６４＋Ｒ６５）｝より大きくなって、式（１）における電流制御に関する部分の比重が増大する。
【００７６】
そうすると、電力変換部５ａは、電流制御部２において設定されている目標電流値Ｉｃｃの電流を出力する定電流電源として動作する。そうすると、出力電流Ｉｏが、定電流動作によって、制限電流値のまま一定に維持されるので、出力電流Ｉｏが、制限電流値を超えて過電流が流れるおそれが低減される。
【００７７】
なお、電力変換部５ａとして、絶縁型のスイッチング電源回路を用いた例を示したが、電力変換部としては、絶縁型に限らず、種々のスイッチング電源回路を用いることができる。
【００７８】
図４は、電力変換部５ａの代わりに、非絶縁型のスイッチング電源回路である電力変換部５ｂを用いた電源装置１ｂの一例を示す回路図である。図４に示す電源装置１ｂは、電源装置１ａとは、スイッチング制御部４ａ、電力変換部５ａの代わりに、スイッチング制御部４ｂ、電力変換部５ｂを備える点で異なる。その他の構成は、電源装置１ａと同様であるのでその説明を省略し、以下、特徴的な点について説明する。
【００７９】
スイッチング制御部４ｂは、スイッチング制御部４ａとは、抵抗６８、安定化抵抗６９、フォトカプラ３１（ＬＥＤ３１ｂ）を備えず、シャントレギュレータ７１のカソードＫが直接電源制御回路１１に接続されている点で異なる。
【００８０】
電力変換部５ｂは、電力変換部５ａとは、絶縁トランス２１、及びフォトカプラ３１（フォトトランジスタ３１ａ）を備えず、コイル２２を備える点で異なる。そして、＋Ｂ端子８１は、コイル２２を介してダイオード３３のアノードに接続され、コイル２２とダイオード３３との接続点が、スイッチング素子５１を介して−Ｂ端子８２に接続されている。また、−Ｂ端子８２は、シャント抵抗６１を介してＧ出力端子８４に接続されている。
【００８１】
そして、電源制御回路１１は、フォトトランジスタ３１ａに流れる電流の代わりにシャントレギュレータ７１に流れる電流を、制御信号として用いる。これにより、電源装置１ｂは、電源装置１ａと同様に動作する。
【００８２】
なお、電力変換部５ａ，５ｂとして、絶縁型のスイッチング電源回路と非絶縁型のスイッチング電源回路とを一つずつ例示したが、電力変換部は、スイッチング制御部からの制御信号に応じて変換電力量（電圧、電流）を制御できるスイッチング電源回路であればよく、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ等、種々のスイッチング電源回路を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明に係る電源装置は、定電流制御と定電圧制御とを行う必要のある電源装置、特に、二次電池の充電装置として用いられる電源装置や、出力電流値を一定の制限電流以下に制限する過電流保護を備えた電源装置として、好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源装置の構成の一例を示す回路図である。
【図２】図１に示す電源装置によって、二次電池を充電する際の電源装置の出力電圧Ｖｏと、出力電流Ｉｏの変化の一例を示す説明図である。
【図３】図１に示す電源装置を過電流保護機能付きの定電圧電源として用いる場合の電源装置の出力電圧Ｖｏと、出力電流Ｉｏの変化の一例を示す説明図である。
【図４】図１に示す電源装置の変形例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００８５】
１ａ，１ｂ  電源装置
２  電流制御部
３  電圧制御部
４ａ，４ｂ  スイッチング制御部
５ａ，５ｂ  電力変換部
６  二次電池
６ａ  負荷回路
１１  電源制御回路
２１  絶縁トランス
２１ａ  一次巻線
２１ｂ  二次巻線
２２  コイル
３１  フォトカプラ
３１ａ  フォトトランジスタ
３１ｂ  ＬＥＤ
３３，３４  ダイオード
４１  比較器
４２  オペアンプ
５１  スイッチング素子
６１  シャント抵抗
６４，６５，６６，６７，６８  抵抗
６９  安定化抵抗
７０  フィルタ抵抗
７１  シャントレギュレータ
７２，７３  抵抗
７４  負帰還抵抗
８１  ＋Ｂ端子
８２  −Ｂ端子
８３  Ｖ出力端子
８４  Ｇ出力端子
９０  フィルタコンデンサ
９１，９２，９３  スピードアップコンデンサ
Ｉｃｃ  目標電流値
Ｖｆ  目標電圧値
Ｉｏ  出力電流
Ｖｏ  出力電圧
Ｉｓ  設定電流値
Ｖｒｅｆ  基準電圧
Ｖｂｋ  帰還電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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