(57)【要約】【課題】様々な種類の外部電源の適用が可能であり、高効率で温度上昇が抑制され、充電時間が非常に短い充電器の提供を目的とする。【解決手段】外部電源１より直流電力が供給される充電器２に、逆流防止用スイッチ４と、スイッチ５と整流器６とインダクタ７とコンデンサ８とからなるスイッチング式の降圧コンバータと、定電流制御用検出抵抗９と、制御回路１０と、温度検出回路１１とを備え、前記降圧コンバータによる定電圧充電制御に、温度検出回路１１による制御を付加することによって、制御回路１０によりバッテリー３の電圧に応じて充電器２の温度上昇を抑えた充電電流が制御される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部電源と、スイッチと整流器とインダクタと制御回路とから構成される降圧コンバータと、充電器の温度を検出する温度検出回路とを備え、前記降圧コンバータからバッテリーへの充電電流を出力する充電器であって、
前記制御回路が、前記温度検出回路の検出信号と前記バッテリーの電圧検出信号とを受け、当該充電器の温度と前記バッテリーの電圧とを所定の温度および所定の電圧値に制限するため、前記スイッチを所定のオン／オフ時間比でオン／オフ動作させ、前記バッテリーの電圧が前記所定の電圧値より低い場合に、当該充電器の温度を前記所定の温度に保持するように前記充電電流を制限する構成であることを特徴とする充電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリー駆動の各種電子機器内に設けられ、外部電源から電力が供給されてバッテリーの充電を行う充電器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、バッテリーを有する携帯機器などの電子機器に設けられる充電器には、急速かつ高効率な充電機能が要求されている。
【０００３】
従来、充電器としては、図３に示すような回路構成の装置が用いられていた。
【０００４】
図３において、充電器１２には外部電源１より電力が供給されており、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなる逆流防止用のスイッチ４，ＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなる制御素子１３，定電流制御用検出抵抗９、および制御回路１４が設けられている。
【０００５】
外部電源１から供給された直流電流は、スイッチ４，制御素子１３，抵抗９を介してバッテリー３を充電する。スイッチ４は制御素子１３によって制御され、外部電源１から電力供給されることによるバッテリー３への充電動作中はオン状態となり、外部電源１からの電力供給がない場合にはバッテリー３からの放電電流が逆流しないようにオフ状態となる。
【０００６】
したがって、以下の充電器１２の充電動作の説明においては、逆流防止用スイッチ４はオン状態である。
【０００７】
図４は、外部電源１の出力特性と充電器１２の出力特性を示したものである。
【０００８】
図４に示すように、外部電源１は、所定の電圧Ｖａを出力する定電圧出力機能と、出力電流を所定値Ｉａに制限を加える電流制限機能を有している。また、制御素子１３は、制御回路１４からのゲート電圧によってソース−ドレイン間のインピーダンスが制御され、次の３つの状態をとる。
【０００９】
第１の状態はオン状態である。第２の状態は、バッテリー３への充電電流Ｉｂによる定電流制御用検出抵抗９での電圧降下が、一定値となるように制御される定電流化状態である。この場合の定電流値をＩｃとする。第３の状態は、バッテリー３の電圧Ｖｂを所定値Ｖｃに安定化するように制御される定電圧化状態である。図４では、充電器の定電流化状態と定電圧化状態を示している。
【００１０】
図５は、充電器の充電動作によってバッテリー３の電圧Ｖｂとバッテリー３への充電電流Ｉｂの時間変化を表す動作波形図である。
【００１１】
以下、図３に示す従来の充電器の動作を、図５の充電動作波形図を参照して簡単に説明する。
【００１２】
図３における充電（１）は、バッテリー３を急速に充電する期間であり、外部電源１の電流制限機能を利用して、バッテリー３は定電流Ｉａで充電される。このとき、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなる制御素子１３は第１の状態、すなわち、オン状態となっている。
【００１３】
充電（２）は、制御素子１３が第２の状態にあり、定電流Ｉｃでバッテリー３が充電される期間である。バッテリー３の過電圧保護のために、充電（１）での外部電源１からの定電流値Ｉａよりも小さく設定された電流Ｉｃにより、バッテリー３は定電流充電される。
【００１４】
充電（３）は、制御素子１３が第３の状態にある期間である。この期間では、バッテリー３が満充電状態に近づいたため、バッテリー３の電圧Ｖｂを一定電圧Ｖｃに保持している。そして充電電流が徐々に少なくなる。すなわち、充電（２）および充電（３）の期間では、充電器１２はシリーズレギュレータとして動作する。
【００１５】
また特許文献１には、スイッチング式のＤＣ−ＤＣコンバータを用いる充電装置が開示されており、このＤＣ−ＤＣコンバータを定電流制御することにより、高効率な充電を実現しているが、充電器の温度変異に対する制御が含まれていないため、外部電源の特性に応じた最適な充電電流の制御を行うことができないため、急速な充電を行うことが困難である。
【特許文献１】特開平９−２３８４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前記従来の充電器においては、シリーズレギュレータによる電力損失が発生して、変換効率が悪いという問題があった。特に前記充電（２）の期間において、外部電源１の所定の出力電圧値Ｖａとバッテリー電圧Ｖｂとの差電圧（Ｖａ−Ｖｂ）が制御素子１３に印加されており、同時に制御素子１３には制御回路１４によって設定された定電流Ｉｃが流れており、この差電圧と定電流値との積（Ｖａ−Ｖｂ）・Ｉｃが電力損失となり、変換効率を悪化させている。
【００１７】
このため、充電中における発熱量が増加し、電子機器の表面温度が上昇するため、定電流値Ｉｃを大きく設定することができず、結果としてバッテリーの充電時間が長くなるという問題があった。
【００１８】
また、外部電源１の電流制限機能を利用して充電を行っているため、特定の外部電源以外を利用することができないという問題があった。
【００１９】
本発明は、前記従来の技術の問題を解決し、外部電源の種類や構成に関わらず、高効率でかつ温度上昇がなく、充電時間が非常に早い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】
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明に係る充電器は、外部電源と、スイッチと整流器とインダクタと制御回路とから構成される降圧コンバータと、充電器の温度を検出する温度検出回路とを備え、前記降圧コンバータからバッテリーへの充電電流を出力する充電器であって、前記制御回路が、前記温度検出回路の検出信号と前記バッテリーの電圧検出信号とを受け、当該充電器の温度と前記バッテリーの電圧とを所定の温度および所定の電圧値に制限するため、前記スイッチを所定のオン／オフ時間比でオン／オフ動作させ、前記バッテリーの電圧が前記所定の電圧値より低い場合に、当該充電器の温度を前記所定の温度に保持するように前記充電電流を制限する構成であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の充電器は、充電制御にスイッチング式の降圧コンバータを用いることにより、高効率で発熱量が少ないという効果を奏し、しかも充電器の温度を所定の値に保持する温度検出回路を用いることによって温度上昇を抑え、降圧コンバータと併用することにより、様々な外部電源の特性に合わせた最適な充電電流の制御が可能となり、温度上昇を伴うことなく、非常に急速な充電が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の充電器に係る好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る実施形態の充電器の構成を示す回路図である。
【００２４】
図１において、充電器２は外部電源１より電力が供給されており、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなる逆流防止用スイッチ４と、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ５と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる同期整流器６と、インダクタ７と、コンデンサ８と、定電流制御用検出抵抗９と、制御回路１０と、温度検出回路１１が設けられている。
【００２５】
前記逆流防止用スイッチ４は、制御回路１０によって制御され、外部電源１から電力供給されることによるバッテリー３への充電動作中はオン状態となり、外部電源１からの電力供給がない場合には、バッテリー３からの放電電流が逆流しないようにオフ状態となる。
【００２６】
したがって、以下の充電器２の充電動作の説明においては、逆流防止用スイッチ４はオン状態にある。ＰチャネルＭＯＳＦＥＴからなるスイッチ５と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴからなる同期整流器６と、インダクタ７と、コンデンサ８は、スイッチング式の降圧コンバータを構成している。
【００２７】
前記降圧コンバータは、制御回路１０によってスイッチ５と同期整流器６が交互にオン／オフ動作されることにより、インダクタ７を介してコンデンサ８から直流電力を出力する。スイッチ５と同期整流器６のオン／オフ動作が周期的に繰り返されているとき、その１周期に占めるスイッチ５のオン時間の割合（以下、この割合をデューティ比と記す）を調整することにより、降圧コンバータが出力する直流電力を制御することができる。
【００２８】
図２は充電器の充電動作によるバッテリー３の電圧Ｖｂとバッテリー３への充電電流Ｉｂの時間変化、および、その時の充電器の温度変化を表す動作波形図である。
【００２９】
以下、本実施形態による充電器２の充電動作を図２に示す動作波形図を参照して説明する。
【００３０】
図２における充電（１）は、充電器２が設定温度保持状態にあって、充電器２の温度を所定のＴａに保持するように充電電流を制限して、バッテリー３を充電する期間である。降圧コンバータを用いて充電することにより、高効率な電力変換が可能となり、外部電源の特性に応じて最適な充電電流で充電することが可能であるため、非常に急速な充電が可能となる。
【００３１】
また、充電器２の温度を一定に保持するため温度上昇を防ぐ効果も有する。充電時間短縮のためには、充電器２の熱的負担の許容される範囲内で、充電電流値を大きく設定することが望ましい。高効率な電力変換特性を有する降圧コンバータを用いることにより、充電電流値を大きく設定し、充電時間を短くすることが可能となる。
【００３２】
この充電（１）の期間は、充電が進んでバッテリー３の電圧Ｖｂが第１の電圧値Ｖａに至るまでであり、バッテリー電圧Ｖｂが第１の電圧値Ｖａに至ると充電（２）へ移行する。
【００３３】
図５における充電（２）は、充電器２は定電圧化状態にあり、バッテリー電圧Ｖｂは第１の電圧値Ｖａに制限されながら充電される。第１の電圧値Ｖａはバッテリー３の満充電電圧に近い値に設定されており、充電電流Ｉｂは、充電が進むとともに減少していき、やがて完全に満充電電圧に達した時点で充電を終了する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明に係る充電器は、スイッチング式の降圧コンバータを用い、降圧コンバータの制御に充電器の温度を一定に保持する機能を付加することにより、バッテリー電圧に応じて充電器温度制御とバッテリー電圧制御を使い分け、高効率で充電時間が非常に短く、様々な外部電源が使用可能な充電器として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る実施形態の充電器を示す回路構成図
【図２】本実施形態の充電器の動作を示す充電電流と充電電圧、充電器温度の動作波形図
【図３】従来の充電器を示す回路構成図
【図４】従来の外部電源と充電器の出力特性を示す特性図
【図５】従来の充電器の動作を示す充電電流と充電電圧の動作波形図
【符号の説明】
【００３６】
１  外部電源
２  充電器
３  バッテリー
４  逆流防止用スイッチ
５  スイッチ
６  整流器
７  インダクタ
８  コンデンサ
９  定電流制御用検出抵抗
１０  制御回路
【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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