(57)【要約】【課題】昇降圧切り換えタイミングを充電電源の電圧の変動に応じて調整でき、昇降圧切り換えを円滑に行い充電を確実に所望の満充電電圧まで効率よく行えるようにする。【解決手段】キャパシタ蓄電電源３００の充電電流Ｉを検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段１２０と、誤差増幅信号によりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御手段１４０と、ＰＷＭ信号を降圧スイッチ素子ＳＷ１又は昇圧スイッチＳＷ２に切り換えて供給する昇降圧切換手段１８０と、キャパシタ蓄電電源３００の電圧が充電電源２００の電圧より低いことを条件にＰＷＭ信号を降圧スイッチ素子ＳＷ１に供給し、充電電源２００の電圧に一定値以上近づいたことを条件にＰＷＭ信号を昇圧スイッチ素子ＳＷ２に切り換えて供給するように昇降圧切換手段１８０を制御する昇降圧切換制御手段１６０とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチと整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチにＰＷＭ信号を切り換えて供給してＰＷＭ制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置において、
前記キャパシタ蓄電電源の充電電流を検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段と、
前記誤差増幅信号発生手段により発生した誤差増幅信号によりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御手段と、
前記ＰＷＭ制御手段により発生したＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチに切り換えて供給する昇降圧切換手段と、
前記充電電源の電圧と前記キャパシタ蓄電電源の電圧とを比較して、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧より低いことを条件に前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子に供給し、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧に一定値以上近づいたことを条件に前記ＰＷＭ信号を前記昇圧スイッチ素子に切り換えて供給するように前記昇降圧切換手段を制御する昇降圧切換制御手段と
を備えたことを特徴とする充電制御装置。
【請求項２】
前記誤差増幅信号発生手段は、前記充電電流が電流基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電流信号発生回路と、前記充電電圧が電圧基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電圧信号発生回路と、前記それぞれの信号発生回路により発生した誤差増幅信号を逆極性に接続されるダイオードを通して前記ＰＷＭ制御手段に出力するオア論理回路とを有し、前記誤差増幅信号のいずれかを前記ＰＷＭ制御手段に出力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
【請求項３】
前記誤差増幅信号発生手段は、前記充電電流が電流基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電流信号発生回路と、オフセット値から前記充電電圧を減算して電流逓減基準値を発生し、前記充電電流が前記電流逓減基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を出力する電流逓減信号発生回路と、前記それぞれの信号発生回路により発生した誤差増幅信号を逆極性に接続されるダイオードを通して前記ＰＷＭ制御手段に出力するオア論理回路とを有し、前記誤差増幅信号のいずれかを前記ＰＷＭ制御手段に出力するように構成したことを特徴とする請求項１記載の充電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチと整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチにＰＷＭ信号を切り換えて供給してＰＷＭ制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池からなる蓄電電源は、充放電による電圧の変動が少なくほぼ定電圧の電源であるが、大電流、高速充放電には不向きである。他方、キャパシタからなる蓄電電源は、充放電により電圧が大幅に変動するが、大電流でかつ高速に充放電でき、二次電池にない特有の用途がある。このようなキャパシタ蓄電電源に対して充電電源から充電を行う場合に、充電電源とキャパシタ蓄電電源との間に電圧変換する電源調整回路を接続すると、キャパシタ蓄電電源の満充電電圧より低い定格電圧の充電電源を使用することができる。また、キャパシタ蓄電電源から放電して負荷に給電する回路に、キャパシタ蓄電電源と負荷との間に電圧変換する電源調整回路を接続すると、キャパシタ蓄電電源の電圧が低くなるまで放電できるので、蓄積エネルギーの利用効率を高めることができる。
【０００３】
図４は電源調整回路の従来例を説明する図であり、１００は電源調整回路、１２０は誤差増幅信号発生回路、１４０はＰＷＭ制御回路、１８０は昇降圧切換回路、２００は充電電源、３００はキャパシタ蓄電電源、Ｃ１、Ｃ２は平滑コンデンサ、Ｄ１、Ｄ２は整流素子、Ｌ１はチョークコイル、Ｒは電流検出抵抗、ＳＷ１は降圧スイッチ素子、ＳＷ２は昇圧スイッチ素子を示す。
【０００４】
従来の電源調整回路は、例えば図４に示すように電源調整回路１００として、充電電源２００とキャパシタ蓄電電源３００との間に降圧スイッチ素子ＳＷ１とチョークコイルＬ１と整流素子Ｄ２とを直列に接続して、降圧スイッチ素子ＳＷ１とチョークコイルＬ１との直列接続点と共通ライン（接地ライン）との間に逆方向の極性で整流素子Ｄ１を接続し、チョークコイルＬ１と整流素子Ｄ２との直列接続点と共通ラインとの間に昇圧スイッチ素子ＳＷ２を接続している。降圧スイッチ素子ＳＷ１は、チョークコイルＬ１と整流素子Ｄ１と平滑コンデンサＣ２とを組み合わせて降圧チョッパを構成し、オン／オフのデューティ比を制御することにより平滑コンデンサＣ２の両端から所望の降圧出力が取り出され、昇圧スイッチ素子ＳＷ２は、チョークコイルＬ１と整流素子Ｄ２と平滑コンデンサＣ２とを組み合わせて昇圧チョッパを構成し、降圧スイッチ素子ＳＷ１をオン状態にしてオン／オフのデューティ比を制御することにより平滑コンデンサＣ２の両端から所望の昇圧出力が取り出される。
【０００５】
誤差増幅信号発生回路１２０は、共通ラインに挿入されている電流検出抵抗Ｒの両端の電圧により充電電流Ｉを検出して電流設定値と比較し、同時に出力端よりキャパシタ蓄電電源の電圧（充電電圧）を検出して電圧設定値と比較して、誤差増幅信号を生成する。ＰＷＭ制御回路１４０は、誤差増幅信号発生回路１２０から誤差増幅信号を入力してＰＷＭ信号を生成して降圧スイッチ素子ＳＷ１又は昇圧スイッチ素子ＳＷ２をＰＷＭ制御する。昇降圧切換回路１８０は、充電開始時でキャパシタ蓄電電源の電圧が低い間のＰＷＭ信号を降圧スイッチ素子ＳＷ１に入力し、キャパシタ蓄電電源の電圧が充電電源の電圧付近のある一定の電圧に達すると、降圧スイッチ素子ＳＷ１をオンに保持してＰＷＭ信号を昇圧スイッチ素子ＳＷ２に入力するように接続を切り換えるものである（例えば、特許文献１、２、非特許文献１参照）。
【０００６】
このような電源調整回路により、充電モードにおいては、キャパシタ蓄電電源の電圧が低い充電初期に降圧して充電し、電圧が高くなると昇圧して充電するので、電源調整回路における降圧／昇圧比を小さくすることができると共に、キャパシタ蓄電電源の満充電電圧に依存することなく充電電源の定格電圧を決めることができる。同様に、放電モードにおいては、キャパシタ蓄電電源の電圧が高い放電時に降圧して放電し、電圧が低下すると昇圧して放電するので、電源調整回路における降圧／昇圧比を小さくすることができると共に、所望の負荷電圧を確保しキャパシタ蓄電電源から低い電圧まで蓄積エネルギを供給でき効率を上げることができる。
【特許文献１】特許第３３０６３２６号公報
【特許文献２】特許第３４１８９５１号公報
【非特許文献１】岡村廸夫著「電気二重層キャパシタと蓄電システム」日刊工業新聞社、２００５年９月３０日第３版１刷発行、第１３５〜第１３８頁、第１４２〜第１４４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、通常充電電源において、±１０％程度の電圧の許容変動幅を見込んだ場合、上記従来の電源調整回路１００のように一定の電圧で昇降圧の切り換えると充電制御装置においては問題が生じる。図５は充電制御装置として構成した従来の電源調整回路の昇降圧切り換え時の問題を説明する図である。例えば図５に示すようにキャパシタ蓄電電源３００の満充電電圧を２０Ｖとして、１０Ｖを充電電源２００の定格電圧、及び昇降圧切り換えポイントの電圧とし、キャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が１０Ｖになるまで降圧チョッパを動作させ、その後に昇圧チョッパを動作させるように切り換えを設定したとする。このような動作条件において、充電電源２００の電圧Ｖi が定格電圧１０Ｖより１０％低い９Ｖを出力している場合には、キャパシタ蓄電電源３００は９Ｖまでしか充電されず、昇降圧切換回路１８０により昇降圧切り換えを行う１０Ｖにならない。したがって、昇圧チョッパを動作させることができず、キャパシタ蓄電電源３００を満充電電圧の２０Ｖまで充電できないことになる。
【０００８】
逆に、充電電源２００の電圧Ｖi が定格電圧１０Ｖより１０％高い１１Ｖを出力している場合には、キャパシタ蓄電電源３００が１０Ｖまで充電されて昇降圧切換回路１８０により昇降圧切り換えが行われると、充電電源２００の電圧Ｖi がキャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc より高いため、降圧スイッチ素子ＳＷ１がオン、昇圧スイッチ素子ＳＷ２がオフの状態のまま、キャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が充電電源２００の電圧Ｖi に近づき充電電流が小さくなるまで充電電流の制御機能が働かなくなり、この間、大きな充電電流が流れてしまう。つまり、電源調整回路１００の動作が一時的に暴走状態に陥ってしまう。切り換え電圧を低めに設定している場合にも同様の問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するものであって、充電制御装置において降圧回路の動作から昇圧回路の動作への昇降圧切り換えタイミングを充電電源の電圧の変動に応じて調整でき、昇降圧切り換えを円滑に行いキャパシタ蓄電電源を充電電源の定格電圧に依存することなく確実に所望の満充電電圧まで効率よく充電できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そのために本発明は、降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチと整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチにＰＷＭ信号を切り換えて供給してＰＷＭ制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置において、前記キャパシタ蓄電電源の充電電流を検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段と、前記誤差増幅信号発生手段により発生した誤差増幅信号によりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御手段と、前記ＰＷＭ制御手段により発生したＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチに切り換えて供給する昇降圧切換手段と、前記充電電源の電圧と前記キャパシタ蓄電電源の電圧とを比較して、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧より低いことを条件に前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子に供給し、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧に一定値以上近づいたことを条件に前記ＰＷＭ信号を前記昇圧スイッチ素子に切り換えて供給するように前記昇降圧切換手段を制御する昇降圧切換制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記誤差増幅信号発生手段は、前記充電電流が電流基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電流信号発生回路と、前記充電電圧が電圧基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電圧信号発生回路と、前記それぞれの信号発生回路により発生した誤差増幅信号を逆極性に接続されるダイオードを通して前記ＰＷＭ制御手段に出力するオア論理回路とを有し、前記誤差増幅信号のいずれかを前記ＰＷＭ制御手段に出力するように構成し、あるいは前記充電電流が電流基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電流信号発生回路と、オフセット値から前記充電電圧を減算して電流逓減基準値を発生し、前記充電電流が前記電流逓減基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を出力する電流逓減信号発生回路と、前記それぞれの信号発生回路により発生した誤差増幅信号を逆極性に接続されるダイオードを通して前記ＰＷＭ制御手段に出力するオア論理回路とを有し、前記誤差増幅信号のいずれかを前記ＰＷＭ制御手段に出力するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基準値との誤差増幅信号によりＰＷＭ信号を発生させて降圧回路をＰＷＭ制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電して、充電電源の電圧までキャパシタ蓄電電源を充電したことを判断して降圧回路から昇圧回路に切り換えてＰＷＭ制御し所望の電圧までキャパシタ蓄電電源を充電するように構成したので、充電電源の電圧が変動しても、降圧回路から昇圧回路への切り換えができなかったり、切り換え後に異常な充電電流が流れるのを防ぐことができ、降圧回路から昇圧回路への切り換えを円滑に行うことができる。したがって、電圧変動幅の大きい充電電源を使っても、その変動幅に制限されることなく降圧回路の動作から昇圧回路の動作への昇降圧切り換えタイミングを充電電源の電圧の変動に応じて調整でき、昇降圧切り換えを円滑に行いキャパシタ蓄電電源を充電電源の定格電圧に依存することなく確実に所望の満充電電圧まで効率よく充電することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明に係る充電制御装置の実施の形態を示す図であり、１００は充電制御装置、１２０は誤差増幅信号発生部、１４０はＰＷＭ制御部、１６０は昇降圧切換制御部、１６１、１６２は演算増幅器、１８０は昇降圧切換部、２００は充電電源、３００はキャパシタ蓄電電源、Ｃ１、Ｃ２は平滑コンデンサ、Ｄ１、Ｄ２は整流素子、Ｌ１はチョークコイル、Ｒは電流検出抵抗、Ｒ１６１〜Ｒ１６７は固定抵抗、ＶＲ１６は可変抵抗、ＳＷ１は降圧スイッチ素子、ＳＷ２は昇圧スイッチ素子を示し、図４と同じ符号は図４と同等のものを示している。
【００１４】
図１に示す本実施形態において、充電制御装置１００は、充電電源２００とキャパシタ蓄電電源３００との間の給電ラインに降圧スイッチ素子ＳＷ１とチョークコイルＬ１と整流素子Ｄ２とを直列に挿入接続し、チョークコイルＬ１と整流素子Ｄ２との直列接続点と共通ライン（接地ライン）との間にキャパシタ蓄電電源３００と並列に昇圧スイッチ素子ＳＷ２を接続している。さらに、降圧スイッチ素子ＳＷ１とチョークコイルＬ１との接続点と共通ラインとの間に逆極性に整流素子Ｄ１を接続して降圧スイッチ素子ＳＷ１による降圧チョッパと昇圧スイッチ素子ＳＷ２による昇圧チョッパから構成している。降圧スイッチ素子ＳＷ１、昇圧スイッチ素子ＳＷ２には、ゲート付素子例えばサイリスタ、ＦＥＴ、パワートランジスタ、ＩＧＢＴその他のスイッチング制御素子が用いられる。電流検出抵抗Ｒは、キャパシタ蓄電電源３００の充放電電流を検出するものであり、共通ラインに挿入接続している。充電電源２００からキャパシタ蓄電電源３００を充電する場合、充電制御装置１００は、キャパシタ蓄電電源３００が充電電源２００の電圧に充電されるまで降圧スイッチ素子ＳＷ１を所望のデューティ比でオン／オフ制御して所望の電圧に降圧し、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧が充電電源２００の電圧を越えると降圧スイッチ素子ＳＷ１をオンにして昇圧スイッチ素子ＳＷ２を所望のデューティ比でオン／オフ制御して所望の電圧に昇圧し所望の充電電流を供給する。
【００１５】
昇降圧切換制御部１６０は、充電電源２００の電圧Ｖi とキャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc を入力してそれらを比較し、キャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が充電電源２００の電圧Ｖi より低いことを条件に降圧モードの信号を出力し、キャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が充電電源２００の電圧Ｖi にほぼ達したことを条件に降圧モードから昇圧モードに切り換える信号を出力するものである。つまり、昇降圧切換制御部１６０において、線路インピーダンスによる電圧降下を考慮すると、キャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc は、少なくとも充電電源２００の電圧Ｖi とほぼ一致するかそれ以下であることが昇降圧の切り換え条件となる。昇降圧切換部１８０は、昇降圧切換制御部１６０から出力する降圧モードの信号によりＰＷＭ制御部１４０のＰＷＭ信号を降圧スイッチ素子ＳＷ１に供給し、昇圧モードに切り換える信号により降圧スイッチ素子ＳＷ１をオンに保持してＰＷＭ制御部１４０のＰＷＭ信号を昇圧スイッチ素子ＳＷ２に供給する。
【００１６】
誤差増幅信号発生部１２０は、電流検出抵抗Ｒの両端の電圧により検出されるキャパシタ蓄電電源３００の充電電流Ｉとキャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc 、さらには充電電源２００の電圧Ｖi を入力してそれらを基準値と比較し、定電流充電のモードにより充電電流Ｉが一定になり、基準値に対して電圧Ｖc が大きくなった場合や電圧Ｖi が小さくなった場合には充電電流Ｉを制限するような誤差増幅信号を発生する。ＰＷＭ制御部１４０は、誤差増幅信号発生部１２０により発生した誤差増幅信号を入力しＰＷＭ信号を生成する。この誤差増幅信号に応じて生成した所望のデューティ比のＰＷＭ信号をＰＷＭ制御部１４０から昇降圧切換部１８０を介して降圧スイッチ素子ＳＷ１又は昇圧スイッチ素子ＳＷ２に選択的に供給することにより、降圧スイッチ素子ＳＷ１又は昇圧スイッチ素子ＳＷ２をＰＷＭ制御する。
【００１７】
昇降圧切換制御部１６０の具体的な構成は、例えば図１（ｂ）に示すように演算増幅器１６１により充電電源２００の電圧Ｖi とキャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc との差を検出し、キャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が大きくなってほぼ充電電源２００の電圧Ｖi に達すると（一定値以上近づくと）、演算増幅器１６２の出力レベルが反転して降圧モードの信号からから昇圧モードの信号に切り換わる。このハイレベルの信号により昇降圧切換部１８０は、降圧モードから昇圧モードに切り換わる。演算増幅器１６１には、その反転入力端子−に抵抗Ｒ１６１を介してキャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc を入力して反転入力端子−と出力端子との間に抵抗Ｒ１６４を接続し、非反転入力端子＋に充電電源２００の電圧Ｖi の抵抗Ｒ１６２とＲ１６３による分圧点を入力する。これに対し、演算増幅器１６２には、その反転入力端子−に抵抗Ｒ１６５を介して演算増幅器１６１の出力を入力し、非反転入力端子＋に定電圧のバイアスＶ＋の抵抗Ｒ１６６と可変抵抗ＶＲ１６による分圧点を入力して非反転入力端子＋と出力端子との間に抵抗Ｒ１６７を接続する。
【００１８】
図１（ｂ）に示す昇降圧切換制御部１６０において、演算増幅器１６１は、抵抗Ｒ１６１とＲ１６４、抵抗Ｒ１６２とＲ１６３にそれぞれ等しい抵抗値のものを接続した場合、図１（ｃ）に示すように電圧Ｖc が電圧Ｖi と等しくなると０Ｖの出力になり、電圧Ｖc が電圧Ｖi より例えば１Ｖ低いと、その差の正電圧「＋１Ｖ」を出力し、電圧Ｖc が電圧Ｖi より高くなると、その差の負電圧、例えば電圧Ｖc が電圧Ｖi の１０Ｖより高い１１Ｖになると、「−１Ｖ」を出力する。抵抗Ｒ１６１とＲ１６４、あるいは抵抗Ｒ１６２とＲ１６３に異なる抵抗値のものを接続すると、その抵抗値の比に応じて電圧Ｖi に対して演算増幅器１６１の出力の電圧も変わる。
【００１９】
また、演算増幅器１６２は、抵抗Ｒ１６６と可変抵抗ＶＲ１６からなる分圧回路により定電圧のバイアスＶ＋を分圧して非反転入力端子＋の電位ΔＶを設定し、反転入力端子−に演算増幅器１６１の出力を入力して、図１（ｃ）に示すように非反転入力端子＋の電位ΔＶを閾値として反転入力端子−の電位がその閾値を越えるとハイレベルからローレベルへ出力を反転させる。閾値であるΔＶの電圧は、可変抵抗ＶＲ１６によって調整される。可変抵抗ＶＲ１６の抵抗値を調整して例えば演算増幅器１６２の非反転入力端子＋の電位を「ΔＶ＝＋０．５Ｖ」に設定すると、その「＋０．５Ｖ」より高い演算増幅器１６１の出力が反転入力端子−に入力されることにより、演算増幅器１６２はローレベルの信号を出力する。つまり図１（ｃ）に示すようにキャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が充電電源２００の電圧Ｖi より０．５Ｖ低い電圧を越える電圧に充電されてくるまで演算増幅器１６２はローレベルの信号を出力している。そして、反転入力端子−の入力が「＋０．５Ｖ」より低くなると、つまりキャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が充電されてさらに高くなり、充電電源２００の電圧Ｖi との差が０．５Ｖより小さくなると、演算増幅器１６２の出力は反転してハイレベルの信号になる。
【００２０】
このように昇降圧切換制御部１６０においては、キャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が充電電源２００の電圧Ｖi より低いと、演算増幅器１６１が正電圧を出力し、演算増幅器１６１の出力はローレベル（降圧モードの信号）になっているが、キャパシタ蓄電電源３００の電圧Ｖc が高くなり充電電源２００の電圧Ｖi に近づき、演算増幅器１６１の出力が演算増幅器１６２の非反転入力端子＋の電位より低くなると、演算増幅器１６２がハイレベル（昇圧モードの信号）に反転する。
【００２１】
次に、具体的な誤差増幅信号発生部の構成について説明する。図２は誤差増幅信号発生部の実施の形態を示す図であり、１２１、１２３、１２４は信号発生回路、ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４は演算増幅器、Ｃ１１、Ｃ３１、Ｃ４１はコンデンサ、Ｄ１１、Ｄ３１、Ｄ４１はダイオード、Ｒ１１、Ｒ３１、Ｒ４１は抵抗、Ｖrefi、Ｖref(v-i)、Ｖrefvc は基準値を示す。
【００２２】
図１に示す誤差増幅信号発生部１２０は、例えば図２に示すような各基準値Ｖrefi、Ｖref(v-i)、Ｖrefvc と比較して誤差増幅信号を出力する定電流信号発生回路１２１、電流逓減信号発生回路１２３、定電圧信号発生回路１２４、そして、これらの誤差増幅信号のうち最も小さい誤差増幅信号をＰＷＭ制御部１４０の入力とするダイオードＤ１１、Ｄ３１、Ｄ４１からなるアナログ信号のオア論理回路により構成される。ダイオードＤ１１、Ｄ３１、Ｄ４１は、誤差増幅信号を出力する定電流信号発生回路１２１、電流逓減信号発生回路１２３、定電圧信号発生回路１２４のそれぞれから逆方向の極性でＰＷＭ制御部１４０の入力に接続される。これらの回路の出力信号により、充電電流Ｉを一定にし（定電流充電）、所定電圧までキャパシタ蓄電電源３００が充電されると、充電電圧Ｖｃの増加に逆比例して充電電流を逓減させる（電流逓減制御：Ｖ−Ｉ制御）ように、また、充電電圧Ｖｃが満充電に相当する電圧に達するとその電圧を越えないように（定電圧充電）各制御モード間の切り換えを行ってＰＷＭ（Ｐulse  Ｗidth  Ｍodulation ：パルス幅変調）制御する。
【００２３】
定電流信号発生回路１２１は、充電装置２００の出力に直列に挿入接続した電流検出用抵抗Ｒの端子間の電圧降下を充電電流Ｉの検出信号として取り出してこれを制御対象として入力し、コンパレータの基準値として電流基準値設定回路で設定されている電流基準値Ｖrefiを越えたか否かを比較して、その誤差増幅信号を出力する誤差増幅回路で構成される。したがって、定電流信号発生回路１２１から出力される誤差増幅信号は、入力される制御対象の充電電流Ｉが電流基準値Ｖrefiより小さければ出力値は大きくなり、充電電流Ｉが電流基準値Ｖrefiより大きければ出力値は小さくなる。ＰＷＭ制御部１４０では、この誤差増幅信号を入力すると、充電電流Ｉが電流基準値Ｖrefiより小さいときは充電電流Ｉを大きくし、逆に充電電流Ｉが電流基準値Ｖrefiより大きいときは充電電流Ｉが小さくするように入力する誤差増幅信号の大きさに応じてパルス幅（デューティ比）を制御するので、結果として、電流基準値Ｖrefiに基づき充電電流Ｉが一定になるように充電電流を制御する、定電流充電の制御モードＣＣが実行される。
【００２４】
電流逓減信号発生回路１２３は、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃの増加に逆比例して充電電流Ｉを小さくする電流基準値Ｖref(v-i)を発生させ、この電流基準値Ｖref(v-i)を制御対象の充電電流Ｉが越えたか否かを比較して、その誤差増幅信号を出力するものである。この回路では、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃの増加に逆比例して充電電流Ｉを小さくする電流基準値Ｖref(v-i)を発生させ、この電流基準値Ｖref(v-i)を制御対象の充電電流Ｉが越えたか否かを比較して、その誤差増幅信号を出力するものであり、例えば電流基準値Ｖref(v-i)は、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃを反転させ（Ｖout ＝−Ｖin）、オフセット値Ｖoff-set で正値化（＝Ｖoff-set −Ｖin）することにより発生させる。したがって、ＰＷＭ制御部１４０では、この誤差増幅信号を入力すると、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃが小さいときには充電電流Ｉを大きくし、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃが増加するとともにその増加に逆比例して充電電流Ｉを小さくするように充電電流を制御する、電流逓減の制御モードＶ−Ｉが実行される。
【００２５】
定電圧信号発生回路１２４は、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃを検出し、これを制御対象として入力し電圧基準値設定回路で予め設定される電圧基準値Ｖrefvc を越えたか否かを比較して、その誤差増幅信号を出力する誤差増幅回路で構成される。したがって、定電圧信号発生回路１２４から出力される誤差増幅信号は、入力される制御対象の充電電圧Ｖｃが電圧基準値Ｖrefvc より小さければ出力値は大きくなり、充電電圧Ｖｃが電圧基準値Ｖrefvc より大きければ出力値は小さくなる。ＰＷＭ制御部１４０は、この誤差増幅信号を入力すると、充電電圧Ｖｃが電圧基準値Ｖrefvc より小さいときは充電電流Ｉを大きくし、逆に充電電圧Ｖｃが電圧基準値Ｖrefvc より大きいときは充電電流Ｉを小さくするように充電電流を制御する、定電圧充電の制御モードＣＶが実行される。
【００２６】
さらに、図２に示した各信号発生回路の構成を具体的に説明する。定電流信号発生回路１２１は、演算増幅器ＡＭＰ１の反転入力端子−に充電電流Ｉの検出信号を入力し、非反転入力端子＋に電流基準値Ｖrefiを入力して、反転入力端子−と出力端子との間にコンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１１との直列回路を接続することにより誤差増幅回路を構成している。同様に、電流逓減信号発生回路１２３は、演算増幅器ＡＭＰ３の反転入力端子−に充電電流Ｉの検出信号を入力し、非反転入力端子＋に電流基準値Ｖref(v-i)を入力して、反転入力端子−と出力端子との間にコンデンサＣ３１と抵抗Ｒ３１との直列回路を接続することにより誤差増幅回路を構成している。また、定電圧信号発生回路１２４は、演算増幅器ＡＭＰ４の反転入力端子−に充電電圧Ｖｃの検出信号を入力し、非反転入力端子＋に電圧基準値Ｖrefvc を入力して、反転入力端子−と出力端子との間にコンデンサＣ４１と抵抗Ｒ４１との直列回路を接続することにより誤差増幅回路を構成している。
【００２７】
ダイオードＤ１１、Ｄ３１、Ｄ４１は、誤差増幅信号を出力する定電流信号発生回路１２１、電流逓減信号発生回路１２３、定電圧信号発生回路１２４のそれぞれから逆方向の極性でＰＷＭ制御部１４０の入力に接続されているので、定電流信号発生回路１２１、電流逓減信号発生回路１２３、定電圧信号発生回路１２４の出力するそれぞれの誤差増幅信号のうち最も小さい誤差増幅信号をＰＷＭ制御部１４０の入力とするアナログ信号のオア論理回路を構成している。
【００２８】
オア論理回路により行われる充電モードの切り換え制御をさらに説明すると、まず、充電を開始する初期の段階では、ダイオードＤ１１がオン、ダイオードＤ３１、Ｄ４１がオフの状態で定電流充電の制御モードＣＣが実行される。すなわち、初期の段階でキャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃが小さく、定電流信号発生回路１２１の出力する誤差増幅信号に基づきＰＷＭ制御部１４０が定電流充電の制御モードＣＣを実行しているときには、電流逓減信号発生回路１２３、定電圧信号発生回路１２４においてはいずれも制御対象が比較する基準値より小さいため、大きい値の誤差増幅信号を出力しても、充電電流Ｉもキャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃも大きくならず、また、入力電圧Ｖｉも小さくならず誤差増幅信号が上限値にはりついた状態になるから、ダイオードＤ３１、Ｄ４１が逆方向にバイアスされオフとなる。
【００２９】
次に、定電流充電を続けることによりキャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃが増加してゆき、電流逓減信号発生回路１２３における電流基準値Ｖref(v-i)が徐々に小さくなって、電流基準値Ｖref(v-i)が定電流信号発生回路１２１の電流基準値Ｖrefiより小さくなると、電流逓減信号発生回路１２３から出力される誤差増幅信号が定電流信号発生回路１２１から出力される誤差増幅信号より小さくなる。ここから、定電流信号発生回路１２１の出力に接続されたダイオードＤ１１がオフになって、電流逓減信号発生回路１２３の出力に接続されたダイオードＤ３１がオンに切り換わり、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃが増加するとともにその増加に逆比例して充電電流Ｉを小さくするように充電電流を制御する、電流逓減の制御モードＶ−Ｉが実行される。
【００３０】
さらに、キャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃが増加してゆき、定電圧信号発生回路１２４における電圧基準値Ｖrefvc より大きくなると、定電圧信号発生回路１２４から出力される誤差増幅信号が電流逓減信号発生回路１２３から出力される誤差増幅信号より小さくなり、電流逓減信号発生回路１２３の出力に接続されたダイオードＤ３１がオフになって、定電圧信号発生回路１２４の出力に接続されたダイオードＤ４１がオンに切り換わり、充電電圧Ｖｃを電圧基準値Ｖrefvc より小さくするように充電電流を制御する、定電圧充電の制御モードＣＶが実行される。
【００３１】
図３は基準値発生回路の実施の形態を示す図であり、ＡＭＰ５は演算増幅器、ＡＳｒ１、ＡＳｒ１′はアナログスイッチ、Ｃｒ１はコンデンサ、Ｒ２１、Ｒ３３、Ｒｒ１は抵抗、Ｒｒｖ、Ｒｒｖ′は可変抵抗、＋Ｖはバイアス電源を示す。
【００３２】
上記の各基準値設定回路は、周知の様々な回路で構成することができるが、例えば図３に示すように構成することができる。電流基準値Ｖref(v-i)は、図２に示す先に述べたようにキャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃの増加に逆比例する値であり、例えば図３（ａ）に示すように演算増幅器ＡＭＰ５において、その反転入力端子−に抵抗Ｒ３２を介してキャパシタ蓄電電源３００の充電電圧Ｖｃの検出信号を入力し、非反転入力端子＋にオフセット値Ｖoff-set を入力して、反転入力端子−と出力端子との間に抵抗Ｒ３３を接続することにより減算回路を構成し発生することができる。この減算回路によればＶoff-set ＋（Ｖoff-set −Ｖｃ）Ｒ３３／Ｒ３２（ここで、Ｒ３３＝Ｒ３２とすると、２Ｖoff-set −Ｖｃ）の電流基準値Ｖref(v-i)が取り出される。
【００３３】
このオフセット値Ｖoff-set を含む各信号発生回路の基準値は、図３（ｂ）に示すように安定化されたバイアス電源＋Ｖを固定抵抗Ｒｒ１と可変抵抗Ｒｒｖとの分圧回路で分圧し、その分圧接続点から基準値Ｖｒｅｆを取り出し、可変抵抗Ｒｒｖにより所定の電圧に調整する。なお、コンデンサＣｒ１はノイズ対策用として可変抵抗Ｒｒｖに並列接続しているものである。また、図３（ｃ）に示すようにアナログスイッチＡＳｒ１を介して同様の回路を並列に接続してアナログスイッチＡＳｒ１のオン／オフにより基準値を切り換えられるようにしてもよいし、このような基準値の切り換えは、アナログスイッチＡＳｒ１′を介して可変抵抗Ｒｒｖと並列に可変抵抗Ｒｒｖ′を接続できるようにしてもよい。このように基準値の切り換えをアナログスイッチＡＳｒ１、或いはＡＳｒ１′により行うように構成した場合には、例えばこれを電流基準値設定回路Ｖrefiに採用すると、所定の条件により定電流充電の値を段階的に切り換えることができる。例えば各キャパシタに満充電電圧で充電電流をバイパスする並列モニタを並列接続しているキャパシタ蓄電電源では、その並列モニタのバイパス動作信号を論理処理回路で処理し、その出力信号を切り換え信号とすると、並列モニタの動作に応じて定電流充電の充電電流を切り換えることができる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、誤差増幅信号発生部１２０として、定電流信号発生回路１２１、電流逓減信号発生回路１２３、定電圧信号発生回路１２４及びダイオードからなるオア論理回路を有する構成を示したが、例えば充電電源側において、定電流充電を行ってキャパシタ蓄電電源が所定の電圧に充電されたことを判断して充電を停止させる機能を有するものと組み合わせる場合などに対応して、定電流信号発生回路１２１のみを有するものであってもよい。勿論、定電流信号発生回路１２１と他のそれぞれの信号発生回路との組み合わせであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る充電制御装置の実施の形態を示す図。
【図２】誤差増幅信号発生部の実施の形態を示す図。
【図３】基準値発生回路の実施の形態を示す図。
【図４】電源調整回路の従来例を説明する図。
【図５】充電制御装置として構成した従来の電源調整回路の昇降圧切り換え時の問題を説明する図。
【符号の説明】
【００３６】
１００…充電制御装置、１２０…誤差増幅信号発生部、１４０…ＰＷＭ制御部、１６０…昇降圧切換制御部、１６１、１６２…演算増幅器、１８０…昇降圧切換部、２００…充電電源、３００…キャパシタ蓄電電源、Ｃ１、Ｃ２…平滑コンデンサ、Ｄ１、Ｄ２…整流素子、Ｌ１…チョークコイル、Ｒ…電流検出抵抗、Ｒ１６１〜Ｒ１６７…固定抵抗、ＶＲ１６…可変抵抗、ＳＷ１…降圧スイッチ素子、ＳＷ２…昇圧スイッチ素子
【図１】
2008187785.tif 000003
【図２】
2008187785.tif 000004
【図３】
2008187785.tif 000005
【図４】
2008187785.tif 000006
【図５】
2008187785.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月27日(2007.4.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチと整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチにＰＷＭ信号を切り換えて供給してＰＷＭ制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置において、
前記キャパシタ蓄電電源の充電電流を検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段と、
前記誤差増幅信号発生手段により発生した誤差増幅信号によりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御手段と、
前記ＰＷＭ制御手段により発生したＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチに切り換えて供給する昇降圧切換手段と、
前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子に供給して前記充電電源の電圧より低い電圧から前記キャパシタ蓄電電源を充電し、前記充電電源の電圧と前記キャパシタ蓄電電源の電圧との差を求めて前記差を閾値ΔＶと比較し、前記差が閾値ΔＶ以下になり前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧にほぼ達したことを条件に前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子から前記昇圧スイッチ素子に切り換えて供給しキャパシタ蓄電電源を充電するように前記昇降圧切換手段を制御する昇降圧切換制御手段と
を備えたことを特徴とする充電制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
そのために本発明は、降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチと整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチにＰＷＭ信号を切り換えて供給してＰＷＭ制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置において、前記キャパシタ蓄電電源の充電電流を検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段と、前記誤差増幅信号発生手段により発生した誤差増幅信号によりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御手段と、前記ＰＷＭ制御手段により発生したＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチに切り換えて供給する昇降圧切換手段と、前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子に供給して前記充電電源の電圧より低い電圧から前記キャパシタ蓄電電源を充電し、前記充電電源の電圧と前記キャパシタ蓄電電源の電圧との差を求めて前記差を閾値ΔＶと比較し、前記差が閾値ΔＶ以下になり前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧にほぼ達したことを条件に前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子から前記昇圧スイッチ素子に切り換えて供給しキャパシタ蓄電電源を充電するように前記昇降圧切換手段を制御する昇降圧切換制御手段とを備えたことを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成19年10月3日(2007.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチ素子と整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチ素子にＰＷＭ信号を切り換えて供給してＰＷＭ制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置において、
前記キャパシタ蓄電電源の充電電流を検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段と、
前記誤差増幅信号発生手段により発生した誤差増幅信号によりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御手段と、
前記ＰＷＭ制御手段により発生したＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチ素子に切り換えて供給する昇降圧切換手段と、
前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子に供給して前記充電電源の電圧より低い電圧から前記キャパシタ蓄電電源を充電し、前記充電電源の電圧と前記キャパシタ蓄電電源の電圧との差を求めて前記差を閾値ΔＶと比較することにより、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が上昇して前記充電電源の電圧より前記閾値ΔＶだけ低い電圧に達したことを条件に前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子から前記昇圧スイッチ素子に切り換えて供給しキャパシタ蓄電電源を充電するように前記昇降圧切換手段を制御する昇降圧切換制御手段と
を備えたことを特徴とする充電制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
そのために本発明は、降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチ素子と整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチ素子にＰＷＭ信号を切り換えて供給してＰＷＭ制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置において、前記キャパシタ蓄電電源の充電電流を検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段と、前記誤差増幅信号発生手段により発生した誤差増幅信号によりＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ制御手段と、前記ＰＷＭ制御手段により発生したＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチ素子に切り換えて供給する昇降圧切換手段と、前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子に供給して前記充電電源の電圧より低い電圧から前記キャパシタ蓄電電源を充電し、前記充電電源の電圧と前記キャパシタ蓄電電源の電圧との差を求めて前記差を閾値ΔＶと比較することにより、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が上昇して前記充電電源の電圧より前記閾値ΔＶだけ低い電圧に達したことを条件に前記ＰＷＭ信号を前記降圧スイッチ素子から前記昇圧スイッチ素子に切り換えて供給しキャパシタ蓄電電源を充電するように前記昇降圧切換手段を制御する昇降圧切換制御手段とを備えたことを特徴とする。