(57)【要約】【課題】従来の逆流防止ダイオードを用いることなく、従来に比して長い充電時間を要することなく、しかも、余分な電力損失を極力低減しつつ、逆流電流を確実に防止可能とする。【解決手段】制御トランジスタ１及び電流検出用抵抗器２を介して２次電池３への充電を行えるよう構成されてなる主充電回路１０１と、電流検出用抵抗器２において生ずる電圧に基づいて制御トランジスタ１の動作を制御可能に構成されてなる主充電制御回路１０２とを具備し、当該主充電制御回路１０２は、電流検出用抵抗器２に充電時と逆方向の電圧が生じた際に、制御トランジスタ１の動作をオフとするよう構成されたものとなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御トランジスタ及び電流検出用抵抗器を介して電池への充電を行えるよう構成されてなる主充電回路と、充電電流により前記電流検出用抵抗器において生ずる電圧に基づいて前記制御トランジスタの動作を制御可能に構成されてなる主充電制御回路とを具備してなる充電制御回路であって、
前記主充電制御回路は、前記電流検出用抵抗器に充電時と逆方向の電圧が生じた際に、前記制御トランジスタの動作をオフとするよう構成されてなることを特徴とする充電制御回路。
【請求項２】
前記主充電制御回路は、前記電流検出用抵抗器と前記制御トランジスタとの接続点に非反転入力端子が、前記電流検出用抵抗器と前記電池との接続点に反転入力端子が、それぞれ接続された増幅器と、
前記増幅器の出力端子が反転入力端子に接続され、所定の基準電圧が非反転入力端子に印加されて、前記増幅器が論理値Ｌｏｗに対応する電圧を出力した際に、論理値Ｈｉｇｈに対応する電圧を出力する逆流電流検出器とが設けられ、
前記逆流電流検出器が前記論理値Ｈｉｇｈに対応する電圧を出力した際に、前記制御トランジスタの動作をオフとするよう構成されてなることを特徴とする請求項１記載の充電制御回路。
【請求項３】
前記制御トランジスタは、ＰＮＰ型トランジスタを用いてなり、そのコレクタが前記電流検出用抵抗器に、エミッタが電源に、それぞれ接続される一方、ベースには、前記主充電制御回路からの信号が印加されて、その動作が制御可能に設けられてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の充電制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池を充電する充電制御回路に係り、特に、ＡＣ／ＤＣコンバータ方式の充電制御回路における動作の確実性、変換効率の向上等を図ったものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、商用電源から２次電池を充電するための充電回路の方式としては、交流を直流に変換して、その直流をリニア制御により充電制御を行うリニア制御方式、交流を直流に変換し、その直流をスイッチング制御して充電制御を行うＤＣ／ＤＣコンバータ方式、交流をスイッチング制御して充電制御を行うＡＣ／ＤＣコンバータ方式がある。
これら３つの方式の中で、ＡＣ／ＤＣコンバータ方式が電力変換効率の最も高いものとして良く知られている。
【０００３】
図２には、ＡＣ／ＤＣコンバータ方式の充電制御回路の従来例が示されており、以下、同図を参照しつつ従来回路について説明する。
かかる充電制御回路は、主充電回路１０１Ａと、集積回路化された主充電制御部１０２Ａとに大別されて構成されたものである。主充電回路１０１Ａは、主充電制御回路１０２Ａと接続される制御トランジスタ１Ａ、２次電池３Ａから入力電源側への逆流電流防止のための逆流防止ダイオード２２、充電制御のための電流検出に用いられる電流検出用抵抗器２Ａなどを主たる構成要素として構成されたものとなっている。
【０００４】
主充電制御回路１０２Ａは、電流検出用抵抗器２Ａにおける電圧降下と、２次電池３Ａの電圧とに基づいて、制御トランジスタ１Ａを駆動制御すると共に、主充電制御回路１０２Ａの外部に設けられたフォトカプラ用発光素子１９Ａを駆動するようになっており、これにより、例えば、リチウム電池などの２次電池３Ａへの定電流充電及び定電圧充電が可能となっている。
【０００５】
この充電制御回路の入力端子２１Ａには、図示は省略するが、トランスを介して交流電圧が印加されるようになっている。そして、そのトランスの一次側には、交流電圧の制御用のＩＣが設けられているが、このＩＣには、フォトカプラ発光素子１９Ａからの光を受光するフォトカプラ受光素子が接続されており、その受光量に応じて、すなわち、換言すれば、主充電制御回路１０２Ａの制御に応じてＩＣの動作が制御されるものとなっている。
このような充電制御回路としては、例えば、特許文献１などに開示されたものなどがある。
【特許文献１】特開２００１−３２７０９６号公報（第３−４頁、図１及び図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、電池の大容量化が進み、充電時間短縮のため、大電流による充電が行われるようになっている。この大電流による充電は、従来にも増して電力損失や熱の発生を招くため、これまで以上に電力効率の高い充電制御方式が望まれている。
このような充電電流の増大の傾向にあって、電力効率の高いＡＣ／ＤＣコンバータ方式の充電制御回路においても、制御トランジスタ１Ａ、電流検出用抵抗器２Ａ、逆流防止ダイオード２２が、２次電池３Ａと直列に接続された構成となっているため、それぞれの素子において損失が発生する。更に短時間で充電するために急速充電を行おうとすれば、それだけ大きな充電電流を流さなければならず、大電流に十分耐え得る素子を用いる必要があるため、コストの増大を招くという問題を生ずる。
【０００７】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたもので、従来の逆流防止ダイオードを不要として、従来に比して長い充電時間を要することなく、余分な電力損失を極力低減しつつ、逆流電流を確実に防止できる充電制御回路を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記本発明の目的を達成するため、本発明に係る充電制御回路は、
制御トランジスタ及び電流検出用抵抗器を介して電池への充電を行えるよう構成されてなる主充電回路と、充電電流により前記電流検出用抵抗器において生ずる電圧に基づいて前記制御トランジスタの動作を制御可能に構成されてなる主充電制御回路とを具備してなる充電制御回路であって、
前記主充電制御回路は、前記電流検出用抵抗器に充電時と逆方向の電圧が生じた際に、前記制御トランジスタの動作をオフとするよう構成されてなるものである。
かかる構成において、前記主充電制御回路は、前記電流検出用抵抗器と前記制御トランジスタとの接続点に非反転入力端子が、前記電流検出用抵抗器と前記電池との接続点に反転入力端子が、それぞれ接続された増幅器と、
前記増幅器の出力端子が反転入力端子に接続され、所定の基準電圧が非反転入力端子に印加されて、前記増幅器が論理値Ｌｏｗに対応する電圧を出力した際に、論理値Ｈｉｇｈに対応する電圧を出力する逆流電流検出器とが設けられ、
前記逆流電流検出器が前記論理値Ｈｉｇｈに対応する電圧を出力した際に、前記制御トランジスタの動作をオフとするよう構成されてなるものが好適である。
さらに、前記制御トランジスタは、ＰＮＰ型トランジスタを用いてなり、そのコレクタが前記電流検出用抵抗器に、エミッタが電源に、それぞれ接続される一方、ベースには、前記主充電制御回路からの信号が印加されて、その動作が制御可能に設けられてなるものが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、逆流電流の検出を可能とすると共に、逆流電流が検出された際に、制御トランジスタを非動作状態とするよう構成したので、逆流防止ダイオードを用いることなく、従来に比して長い充電時間を要することなく、しかも、余分な電力損失を極力低減しつつ、逆流電流を確実に防止でき、信頼性の高い充電制御が実現できるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図１を参照しつつ説明する。
なお、以下に説明する部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
最初に、本発明の実施の形態における充電制御回路の構成例について、図１を参照しつつ説明する。
本発明の実施の形態における充電制御回路は、主充電回路１０１と、集積回路化された主充電制御回路１０２とに大別されて構成されたものとなっている。
主充電回路１０１は、制御トランジスタ１と、電流検出用抵抗器２とを主たる構成要素として構成されてなり、後述する主充電制御回路１０２により制御トランジスタ１及びフォトカプラ発光素子１９の動作が制御されることで、外部から印加される交流電源を直流に変換して入力端子２１に供給することにより２次電池３の充電ができるようになっているものである。
【００１１】
本発明の実施の形態の主充電回路１０１において、制御トランジスタ１にはＰＮＰ型トランジスタが用いられており、そのエミッタは入力端子２１に接続される一方、コレクタは、電流検出用抵抗器２を介して２次電池３の正極側に接続されるようになっている。なお、２次電池３は、例えば、リチウムイオン電池などである。
制御トランジスタ１のベースは、ベース抵抗器４を介して主充電制御回路１０２に設けられたＮＰＮ型の駆動制御用トランジスタ１８のコレクタに接続されている。
【００１２】
なお、入力端子２１には、図示は省略するが、トランスを介して交流電圧が印加されるようになっている。そのトランスの一次側には、電力制御用素子が設けられており、この素子には、次述する主充電制御回路１０２により駆動されるフォトカプラ発光素子１９からの光を受光するフォトカプラ受光素子が接続されており、その受光量に応じて、すなわち、換言すれば、主充電制御回路１０２の制御に応じて素子の動作が制御されるものとなっている。
【００１３】
主充電制御回路１０２は、フォトカプラ発光素子１９の駆動制御を行うフォトカプラ駆動制御回路５１と、制御トランジスタ１の動作を制御するための出力制御回路５２とに大別されて構成されたものとなっている。
カプラ駆動制御回路５１は、２次電池３の電圧と電流検出用抵抗器２に生ずる電圧とに基づいて、定電流充電及び定電圧充電が行われるようフォトカプラ発光素子１９を駆動することで、上述したトランス一次側に設けられた電力制御用素子（図示せず）の動作を、フォトカプラ発光素子１９の出力光を受光するフォトカプラ受光素子（図示せず）を介して制御できるようになっている。
【００１４】
かかるフォトカプラ駆動制御回路５１は、カレントセンスアンプ５と、定電流制御用増幅器６と、定電圧制御用増幅器７と、急速充電検出器８と、発光素子駆動用トランジスタ９を主たる構成要素として構成されたものとなっている。
カレントセンスアンプ５は、例えば、演算増幅器を用いてなるもので、その非反転入力端子が、電流検出用抵抗器２の制御トランジスタ１側の端部に接続される一方、反転入力端子が、電流検出用抵抗器２の２次電池３側の端部に接続されている。
【００１５】
かかるカレントセンスアンプ５においては、電流検出用抵抗器２に流れる充電電流の方向及びその大きさに応じた電圧を出力するように動作するものとなっている。すなわち、制御トランジスタ１及び電流検出用抵抗器２を介して２次電池３に充電電流が流入する状態においては、カレントセンスアンプ５の非反転入力端子側の電位が反転入力端子の電位よりも高くなり、カレントセンスアンプ５は、非反転入力端子と反転入力端子の間の電位差に応じた高電位の電圧を出力するものとなっている。
【００１６】
一方、２次電池３からの逆流電流が電流検出用抵抗器２及び制御トランジスタ１を介して図示されない電源へ流れ込む状態においては、カレントセンスアンプ５の反転入力端子側の電位が非反転入力端子の電位よりも高くなり、カレントセンスアンプ５は、出力可能な最小電圧を出力することとなる。
【００１７】
このカレントセンスアンプ５の出力端子は、定電流制御用増幅器６の非反転入力端子に接続されると共に、後述する出力制御回路５２に設けられた満充電検出器１４及び逆流電流検出器１５の反転入力端子に接続されたものとなっている。
定電流制御用増幅器６は、例えば、演算増幅器を用いてなり、その反転入力端子は、その電位がスイッチ素子１１によって後述するように２つの電圧のいずれか一方に選択的に切り替えられるようになっている。
【００１８】
すなわち、スイッチ素子１１は、例えば、半導体素子などを用いて２回路一接点に構成されたもので、後述する急速充電検出器８の出力電圧に応じて、第１の切替電圧Ｖｃ１（例えば、８０ｍｖ）と第２の切替電圧Ｖｃ２（例えば、０.６ｖ）を、選択的に定電流制御用増幅器６の反転入力端子へ印加するようになっているものである。
【００１９】
本発明の実施の形態においては、スイッチ素子１１は、後述するように充電状態が切り替わる際に所定の正電圧を出力する急速充電検出器８からの正電圧により、第２の切替電圧Ｖｃ２が定電流制御用増幅器６の反転入力端子へ印加されるよう作用する一方、急速充電検出器８が未だ正電圧を出力せず、グランド電位又は所定の論理値Ｌｏｗに対応する電圧信号を出力している状態にあっては、第１の切替電圧Ｖｃ１が定電流制御用増幅器６の反転入力端子へ印加されるよう作用するものとなっている。
【００２０】
一方、定電流制御用増幅器６の出力端子には、第１のダイオード１２のアノードが接続されており、この第１のダイオード１２のカソードは、アノードが後述する定電圧制御用増幅器７の出力端子に接続された第２のダイオード１３のカソードと共に、発光素子駆動用トランジスタ９のベースに接続されている。
【００２１】
なお、発光素子駆動用トランジスタ９は、ＮＰＮ型トランジスタが用いられており、そのエミッタはグランドに接続される一方、コレクタは、主充電制御回路１０２の外部に設けられたフォトカプラ発光素子１９のカソードに接続されている。
そして、フォトカプラ発光素子１９のアノードは、抵抗器２０を介して入力端子２１に接続されて、外部からの電圧が印加されるものとなっている。
【００２２】
定電圧制御用増幅器７は、例えば、演算増幅器を用いてなり、その非反転入力端子は、電流検出用抵抗器２と２次電池３の接続点に接続される共に、後述する急速充電検出器８の非反転入力端子に接続されたものとなっている。
また、定電圧制御用増幅器７の反転入力端子には、所定の正電圧である定電圧制御用基準電圧ＶREF2が印加されている。
【００２３】
急速充電検出器８は、例えば、演算増幅器を用いてなり、その非反転入力端子は、既に述べたように定電圧制御用増幅器７の非反転入力端子及び、電流検出用抵抗器２と２次電池３の相互の接続点に接続されている一方、反転入力端子には、正極性の所定の大きさの急速充電用基準電圧ＶRE（例えば、３.０Ｖ）が印加されている。
また、急速充電検出器８の出力端子からの出力電圧は、既に説明したように、スイッチ素子１１の動作を制御するための電圧としてスイッチ素子１１に印加されるようになっていると共に、次述する出力制御回路５２に設けられた２入力のＮＡＮＤ素子１６の一方の入力端子に印加されるようになっている。
【００２４】
出力制御回路５２は、満充電検出器１４と、逆流電流検出器１５と、ＮＡＮＤ素子１６と、制御ロジック回路１７と、駆動制御用トランジスタ１８とを有して構成されたものとなっている。
満充電検出器１４は、例えば、演算増幅器を用いてなり、その反転入力端子は、既に述べたように、カレントセンスアンプ５の出力端子と定電流制御用増幅器６の非反転入力端子の相互の接続点に接続されると共に、次述する逆流電流検出器１５の反転入力端子に接続されている。
【００２５】
また、満充電検出器１４の非反転入力端子には、所定の大きさの正極性の満充電用基準電圧ＶCE（例えば、９６ｍＶ）が印加されている一方、その出力端子は、ＮＡＮＤ素子１６の他方の入力端子に接続されたものとなっている。
逆流電流検出器１５は、例えば、演算増幅器を用いてなり、その反転入力端子は、既に述べた通りであるので、ここでの再度の説明は省略することとする。
かかる逆流電流検出器１５の非反転入力端子には、所定の大きさの正極性の逆流検出用基準電圧ＶIE（例えば、４８ｍＶ）が印加されている。
そして、逆流電流検出器１５の出力信号は、制御ロジック回路１７に入力されるようになっている。
【００２６】
ＮＡＮＤ素子１６は、２入力のもので、その入力側の接続は、既に述べた通りであるので、ここでの再度の説明は省略することとする。
かかるＮＡＮＤ素子１６の出力信号は、制御ロジック回路１７に入力されるものとなっている。
【００２７】
制御ロジック１７は、ＮＡＮＤ素子１６と逆流電流検出器１５の出力に基づいて、駆動制御用トランジスタ１８を介して制御トランジスタ１の動作を制御するための制御信号を、駆動制御用トランジスタ１８のベースへ出力するよう構成されてなるものであり、例えば、公知・周知の論理素子などを用いて構成されるものである。
【００２８】
次に、上記構成における動作について説明する。
まず、２次電池３が接続されて、その電圧が十分低い状態においては、制御ロジック１７により制御トランジスタ１がオンとされ、充電が開始されることとなる。
急速充電検出器８は、２次電池３の電圧が一定値以下であれば、論理値Ｌｏｗに対応する電圧信号を出力し、それによって、スイッチ素子１１は、定電流制御用増幅器６の反転入力端子に第１の切替電圧Ｖｃ１が印加されるよう動作することとなる。一方、２次電池３の電圧が一定値以上ある場合に、急速充電検出器８は、論理値Ｈｉｇｈに対応する電圧信号を出力し、それによって、スイッチ素子１１は、定電流制御用増幅器６の反転入力端子に第２の切替電圧Ｖｃ２が印加されるよう動作する。
【００２９】
充電開始により充電電流が流れ始めると、電流検出用抵抗器２の両端には、充電電流に応じた電圧が発生し、その電圧は、カレントセンスアンプ５によって増幅されて、定電流制御用増幅器６の非反転入力端子に入力されると共に、満充電検出器１４及び逆流電流検出器１５の各々の反転入力端子にも入力されることとなる。
【００３０】
定電流制御用増幅器６は、カレントセンスアンプ５の出力電圧と、スイッチ素子１１の動作に応じて反転入力端子に印加された第１又は第２の切替電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２とを比較し、その差分に応じた電圧を出力し、その電圧によってフォトカプラ発光素子１９が駆動されるようになっている。フォトカプラ発光素子１９の出力光は、先に述べたように図示されない電力制御用ＩＣに接続されたフォトカプラ受光素子（図示せず）に受光されて、その素子（電力制御用ＩＣ）の動作が制御されるようになっている。その結果、定電流制御用増幅器６は、その非反転入力端子と反転入力端子の電位差が零となるようにフォトカプラ発光素子１９を駆動することとなる。
したがって、２次電池３の電圧が低い場合は、小さい電流値で、２次電池３の電圧が高い場合には、大きい電流値で定電流充電が行われるものとなっている。
【００３１】
定電流充電が行われると、充電電流によって２次電池３の電圧は、徐々に上昇し、既定電圧に達すると、充電制御は定電圧充電に切り替わることとなる。
すなわち、２次電池３の電圧が、定電圧制御用増幅器７の反転入力端子の定電圧制御用基準電圧ＶREF2に近づくと、定電圧制御用増幅器７は、その非反転入力端子に入力される２次電池３の電圧と、定電圧制御用基準電圧ＶREF2の差が零となるようにフォトカプラ発光素子１９を駆動する信号を出力することとなる。そのため、予め定められた電圧値での定電圧充電が行われることとなる。
【００３２】
定電圧充電期間は、充電が進むに従い徐々に充電電流が減少してゆく。
そして、充電電流がある電流値よりも小さくなると、満充電検出器１４において、カレントセンスアンプ５の出力が、満充電用基準電圧ＶCEを越え、満充電検出器１４からは論理値Ｈｉｇｈに対応する電圧信号が出力され、ＮＡＮＤ素子１６の他方の入力端子に入力される。
【００３３】
また、２次電池３が充電完了の状態になる際、２次電池３の電圧は十分高い値を示すので、急速充電検出器８の反転入力端子に設定されている急速充電用基準電圧ＶREを越え、急速充電検出器８からは論理値Ｈｉｇｈに対応する電圧信号が出力され、ＮＡＮＤ素子１６の一方の入力端子に入力される。
したがって、ＮＡＮＤ素子１６の出力は、論理値Ｌｏｗの状態となり、制御ロジック１７は、このＮＡＮＤ素子１６からの論理値Ｌｏｗを検出して、駆動制御用トランジスタ１８を介して制御トランジスタ１の動作をオフ状態とするようになっている。
【００３４】
このように、ＮＡＮＤ素子１６において、満充電検出器１４からの論理値Ｈｉｇｈの信号と、急速充電検出器８からの論理値Ｈｉｇｈの信号が入力された場合に、論理値Ｌｏｗを出力するようにすることで、充電完了を誤検出することを防止できるようになっている。
【００３５】
ここで、例えば、充電が完了する前に入力端子２１への電圧入力が何らかの原因により無くなると、２次電池３から、電流検出用抵抗器２、制御トランジスタ１を通って、入力端子２１に接続される図示されない入力電源側へ逆流電流が流れる。
この逆流電流の発生によって、電流検出用抵抗器２には電圧が生ずるが、充電時とは逆極性となるため、カレントセンスアンプ５からは論理値Ｌｏｗに対応する電圧が出力されることとなる。
【００３６】
かかるカレントセンスアンプ５からの出力が、逆流電流検出器１５の反転入力端子に入力されると、逆流電流検出器１５からは論理値Ｈｉｇｈに対応する信号が出力され、制御ロジック１７に入力される。制御ロジック１７においては、逆流電流検出器１５からの論理値Ｈｉｇｈに対応する信号が入力された際には、制御トランジスタ１の動作をオフ状態とする信号が出力されるようになっている。
これにより、制御トランジスタ１がオフとなり、逆流電流の流れが遮断されることとなる。
【００３７】
したがって、本発明の実施の形態における充電制御回路は、逆流防止ダイオードを用いることなく、従来に比して長い充電時間を必要とせずに、しかも、充電電流経路における余分な素子の電力損失を伴うことなく、逆流電流を確実に防止し、信頼性の高い充電制御が行えるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態における充電電流制御回路の構成例を示す構成図である。
【図２】従来回路の構成例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…制御トランジスタ
２…電流検出用抵抗器
３…２次電池
５…カレントセンスアンプ
１５…逆流電流検出器
１６…ＮＡＮＤ素子
５１…フォトカプラ駆動制御回路
５２…出力制御回路
１０１…主充電回路
１０２…主充電制御回路
【図１】
2008141889.tif 000003
【図２】
2008141889.tif 000004