(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源と、
上記外部電源の電圧を降圧する第１の電圧変換手段と、
上記第１の電圧変換手段の出力で充電される２次電池と、
エミッタとコレクタが上記２次電池に直列に接続され上記２次電池の充電電流を制御するトランジスタと、
上記トランジスタのエミッタと接地とに接続される抵抗と、を備え、
上記２次電池の電池電圧が所定の電圧以下であるときには、上記第１の電圧変換手段の出力電圧を一定として上記トランジスタにより定電流充電を行い、
上記２次電池の電池電圧が所定の電圧を超えると、上記トランジスタのエミッタと上記抵抗との接続点の電位が一定になるように、かつ、上記２次電池の電池電圧に応じて上記第１の電圧変換手段の出力電圧を制御し、上記２次電池に対して定電流制御で充電を継続すること、
を特徴とする充電回路。
【請求項２】
前記第１の電圧変換手段の出力または前記２次電池の出力が供給され、昇圧後、出力する第２の電圧変換手段を備え、
前記２次電池の電池電圧に応じて前記第１の電圧変換手段の出力電圧を制御する際に、前記第１の電圧変換手段の出力電圧を前記第２の電圧変換手段の最低動作電圧以上にすること、
を特徴とする請求項１記載の充電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は充電回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、例えばＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤ等のオーディオシステムからなる従来のポータブル電子機器等に内蔵している充電回路である。図２において、ポータブル電子機器のＡＣアダプター（図示しない）から得られるＤＣ入力電圧５．１ボルトがジャックＪ１に供給される。ジャックＪ１からのＤＣ入力電圧５．１ボルトは、トランジスタＱ１、ダイオードＤ１、コイルＬ１、抵抗Ｒ１及びＲ２、コンデンサＣ１及び降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ制御ＩＣ１からなる降圧ＤＣ／ＤＣコンバータにより、出力ＤＣ電圧２．５ボルトに降圧される。
【０００３】
ジャックＪ１にＡＣアダプターのプラグが入るとジャックＪ１内スイッチＳ２はオフとなり、電池ボックスＥＢに挿入されてその両端子に接続される定格ＤＣ電圧１．５ボルトの電池（ニッケル水素等の２次電池）Ｅは、接地ＧＮＤから切り離される。ジャックＪ１からプラグを抜くと、スイッチＳ２はオンとなり、電池Ｅが選択される。
降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの出力ＤＣ電圧２．５ボルトまたは電池ＥのＤＣ電圧１．５ボルトは、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ２に入力され、ＤＣ電圧３．３ボルトに昇圧される。さらに、スイッチングノイズを除去するために、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ２の出力ＤＣ電圧３．３ボルトはレギュレーターＩＣ２を通し、その出力ＤＣ電圧３．０ボルトをマイクロコンピュータ（以下マイコンという）ＩＣ４に供給すると共に、トランジスタＱ３を介してシステム電源として電子機器の各部に供給する。マイコンＩＣ４の電圧検知ポートＶＢ  には、その＋入力端子及び−入力端子が電池Ｅの両端に接続された差動アンプからなる電池電圧検出器ＯＡの出力電圧が入力される。
【０００４】
マイコンＩＣ４には充電動作指示用スイッチＳ１が接続されており、スイッチＳ１を押して充電動作が指示された時、マイコンＩＣ４は、まず電圧検知ポートＶＢ  の電圧値を確認する。電池ボックスＥＢに電池Ｅが入っていない場合は電池電圧検出器ＯＡの出力は“Ｈ”となり、また、電池Ｅが故障してショート状態にある場合には、電池電圧検出器ＯＡの出力電圧がゼロとなり、電圧検知ポートＶＢ  の電圧値は“Ｈ”またはゼロになるので、マイコンＩＣ４は異常状態と判断して充電動作を行わない。電池ボックスＥＢに正常な電池Ｅが入っている場合には、電池電圧検出器ＯＡの出力電圧が発生するので、電圧検知ポートＶＢ    の電圧値は“Ｈ”またはゼロ、以外の電圧になるので、マイコンＩＣ４は正常状態と判断して充電動作を開始する。
電池ボックスＥＢに入っている電池Ｅの電圧が定格電圧１．５ボルト以下になっている場合は、電圧検知ポートＶＢ  に入力される電池電圧検出器ＯＡの出力電圧は低いので、マイコンＩＣ４の出力ポートＣＨＲＧは“Ｈ”レベルとなる。出力ポートＣＨＲＧが“Ｈ”レベルになると、その電圧が抵抗Ｒ３及びＲ４によって分圧されてトランジスタＱ２のベースに所定の電圧が加わり、トランジスタＱ２は能動状態となり、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ制御ＩＣ１により制御される出力ＤＣ電圧Ｖ０  （２．５ボルト）より電池Ｅに充電電流が流れ、抵抗Ｒ５により定電流で電池Ｅが充電される。なお、電池Ｅの充電中は、マイコンＩＣ４は、トランジスタＱ３をオフになるように制御してシステム電源をオフしている。
【０００５】
一方、電池Ｅの電圧が定格電圧１．５ボルトを越えると、電圧検知ポートＶＢ  に入力される電池電圧検出器ＯＡの出力電圧は高くなり、マイコンＩＣ４の出力ポートＣＨＲＧは“Ｌ”レベルとなる。それに応じて、トランジスタＱ２はオフとなり、電池Ｅに対する充電動作は行われない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の充電回路では次のような問題点がある。
（１）ニッケル水素等の２次電池は、充電状態によって電圧が１．０〜１．８ボルトまで変化するため、充電するためにはトランジスタＱ２のサチュレーションが０．３ボルト、抵抗Ｒ５の電圧降下が０．３ボルト必要な為、２．４ボルト以上の充電電圧が必要となる。電池電圧が１．０ボルトのときは、トランジスタＱ２のサチレーションが大きくなり、発熱が多くなる。そのため、充電電流を多く流すことができず、急速充電ができなかった。
【０００７】
（２）充電電流ＩＢ  は、例えば、下記の条件
ＡＣアダプタの定格：電圧５ボルト＆電流４００ミリアンペア
充電ＤＣ電圧：２．４ボルト
マイコンＩＣ４及び電池電圧検出器ＯＡの電流Ｉ：約１０ミリアンペア
効率η＝８０％
トランジスタＱ２のサチュレーション電圧ＶＳＡＴ２：０．３ボルト
では数１より６５７ミリアンペアが限界であった。（実際には、トランジスタＱ２の発熱が多く、ポータブル機器はスペースが小さい為Ｐｃの小さいトランジスタしか使えないので６５７ｍＡ以下（実際は約３５０ｍＡ程度）にしなければならない。）
【０００８】
【数１】
0003559949.tif 000002
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記従来の問題点を解決した充電回路を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る充電回路は、請求項１に記載のように、
外部電源と、外部電源の電圧を降圧する第１の電圧変換手段と、第１の電圧変換手段の出力で充電される２次電池と、エミッタとコレクタが２次電池に直列に接続され２次電池の充電電流を制御するトランジスタと、トランジスタのエミッタと接地とに接続される抵抗と、を備え、２次電池の電池電圧が所定の電圧以下であるときには、第１の電圧変換手段の出力電圧を一定としてトランジスタにより定電流充電を行い、２次電池の電池電圧が所定の電圧を超えると、トランジスタのエミッタと抵抗との接続点の電位が一定になるように、かつ、２次電池の電池電圧に応じて第１の電圧変換手段の出力電圧を制御し、２次電池に対して定電流制御で充電を継続する。
【００１２】
また、本発明に係る充電回路は、請求項２に記載のように、請求項１に加え、
第１の電圧変換手段の出力または２次電池の出力が供給され、昇圧後、出力する第２の電圧変換手段を備え、
２次電池の電池電圧に応じて第１の電圧変換手段の出力電圧を制御する際に、第１の電圧変換手段の出力電圧を第２の電圧変換手段の最低動作電圧以上にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る充電回路の一実施例を示す回路図である。図１の回路は図２の従来回路とほぼ同じ構成になっているが、図２のマイコンＩＣ４の出力ポートＣＨＲＧと抵抗Ｒ３及びＲ４が削除されていると共に、下記の構成が追加されている。
【００１４】
すなわち、追加の構成として、マイコンＩＣ４の出力ポートＣＨＲＧ１及びＣＨＲＧ２が追加され、出力ポートＣＨＲＧ１とＣＨＲＧ２間に抵抗Ｒ６及びＲ７が直列接続され、抵抗Ｒ７とＲ６の接続点がトランジスタＱ２のベースに接続されている。出力ポートＣＨＲＧ１と接地ＧＮＤ間に抵抗Ｒ８及びＲ９が直列接続されている。また、抵抗Ｒ１及びＲ２の接続点とトランジスタＱ２のエミッタとの間に抵抗Ｒ１０とトランジスタＱ４が直列接続され、抵抗Ｒ８及びＲ９の接続点がトランジスタＱ４のベースに接続されている。
【００１５】
マイコンＩＣ４の出力ポートＣＨＲＧ１及びＣＨＲＧ２は、充電前の電池Ｅの電圧値により充電開始したときの出力レベルが異なるように設定されている。すなわち、電池Ｅの電圧が終止電圧（約１．０ボルト）を越えていれば、出力ポートＣＨＲＧ１は“Ｈ”レベルかつＣＨＲＧ２も“Ｈ”レベルとなり、電池Ｅの電圧が１．０ボルト以下であれば、出力ポートＣＨＲＧ１は“Ｌ”レベルかつＣＨＲＧ２が“Ｈ”レベルとなる。
【００１６】
次に、上記の構成における充電動作を説明する。
充電動作指示用スイッチＳ１を押して充電動作が指示され、電池ボックスＥＢに電池Ｅが入っている時、電池Ｅの電圧が１．０ボルト以下になって出力ポートＣＨＲＧ１が“Ｌ”、ＣＨＲＧ２が“Ｈ”レベルとなると、トランジスタＱ２は抵抗Ｒ６及びＲ７の分圧により能動状態となり、抵抗Ｒ５により定電流で充電される。電池Ｅの電圧が所定時間以内に１．０ボルトを越えないときは異常状態と判断して充電を停止する。一方、電池Ｅの電圧が所定時間以内に１．０ボルト以上になればＣＨＲＧ１を“Ｈ”にして充電を続ける。ＣＨＲＧ１が“Ｈ”となると、トランジスタＱ４のベースには抵抗Ｒ８、Ｒ９の分圧により基準電圧Ｖｒｅｆが設定される。また、トランジスタＱ２のベースにはＣＨＲＧ１、ＣＨＲＧ２の出力電圧が各々抵抗Ｒ６、Ｒ７を介して供給されるため、トランジスタＱ２は飽和状態に近づく。
トランジスタＱ２のエミッタ電圧ＶＥ２が（Ｖｒｅｆ−０．６）ボルト（０．６はトランジスタＱ４のベース−エミッタ間電圧）より低くなると、トランジスタＱ４は導通していき、抵抗Ｒ１０が低い電圧に接続されていくため、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ制御ＩＣ１で制御されるＤＣ出力電圧Ｖ０  は、高くなる。
また、トランジスタＱ２のエミッタ電圧ＶＥ２が（Ｖｒｅｆ−０．６）ボルトより高くなると、トランジスタＱ４はオフしていくため、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣ出力電圧Ｖ０  は、低くなる。
つまり、抵抗Ｒ５にかかる電圧はほぼ一定（例えば、約０．３ボルト）となる。したがって、電池Ｅの電圧にかかわらずトランジスタＱ２のエミッタ電圧ＶＥ２は一定となるため、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータのＤＣ出力電圧Ｖ０  は電池電圧ＶＢ  により可変する。
Ｖ０  ＝ＶＥ２＋ＶＢ  ＋ＶＳＡＴ２
【００１７】
昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ２の動作できる最小入力電圧（ＩＣ４が動作可能な電圧を確保できる電圧）をＶＭＩＮ  とすると、上記ＤＣ出力電圧Ｖ０  が予め設定された電圧以下になるような電池電圧ＶＢ  のときは、出力ポートＣＨＲＧ１を“Ｌ”レベルとすると、トランジスタＱ４はオフとなり、降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ制御ＩＣ１により制御されるＤＣ出力電圧Ｖ０  は抵抗Ｒ１及びＲ２の分圧により決定される。ここで、抵抗Ｒ１及びＲ２により決定される出力電圧は昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ２の動作できる最小入力電圧ＶＭＩＮ  以上に設定されている。
また、このとき急速充電されるとトランジスタＱ２の発熱が大きいため、トランジスタＱ２のベース電圧は、抵抗Ｒ７及びＲ６の分圧により決定し、充電電流は少なくしている（３５０ｍＡ程度）。
【００１８】
以上の動作により、
（１）トランジスタＱ２のサチレーション電圧は小さく（０．１〜０．２ボルト）なるため、発熱しない。
（２）充電電流ＩＢ  は、上記の従来回路で説明した条件と同様な条件
ＡＣアダプタの定格：電圧５ボルト＆電流４００ミリアンペア
充電ＤＣ電圧Ｖ０  ：１．８ボルト（Ｖ０  ＝ＶＥ２＋ＶＢ  ′＋ＶＳＡＴ２＝０．３＋１．４＋０．１（ＶＢ  ′は電池Ｅの平均電圧）））
マイコンＩＣ４及び電池電圧検出器ＯＡの電流Ｉ：約１０ミリアンペア
効率η＝８０％
トランジスタＱ２のサチュレーション電圧ＶＳＡＴ２：０．３ボルト
で充電電流ＩＢ  は数２により８７９ｍＡとなり、従来回路より多く流すことができる。
【００１９】
上記の実施の形態では、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータＩＣ２を設けたが、電池電圧ＶＢ  が十分高い場合は、直接レギュレータＩＣ３に接続し、昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータを設ける必要はない。
また、ＡＣアダプターの電圧を降圧するため降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを用いたが、一般的な定電圧回路を用いても良い。
【００２０】
【数２】
0003559949.tif 000003
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、充電動作に必須のトランジスタの発熱を抑えながら充電電流を多く流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る充電回路の一実施例を示す回路図である。
【図２】従来の充電回路の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｊ１    ジャック
Ｓ１    充電動作指示スイッチ
Ｓ２    ジャック内スイッチ
ＩＣ１  降圧ＤＣ／ＤＣコンバータ制御
ＩＣ２  昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ
ＩＣ３  レギュレータ
ＩＣ４  マイクロコンピュータ
Ｅ      電池
ＥＢ    電池ボックス
ＯＡ    電池電圧検出器
Ｃ１    コンデンサ
Ｄ１    ダイオード
Ｌ１    コイル
Ｒ１〜Ｒ１０  抵抗
Ｑ１〜Ｑ４  トランジスタ
【図１】
0003559949.tif 000004
【図２】
0003559949.tif 000005