(57)【要約】【課題】  電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器及びその方法の提供。【解決手段】  電池電圧の変化によりフラッシュランプコンデンサ充電器中の変圧器の一次側コイルを通過する電流の値を調整して電池の寿命を延長するようにした。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、
一次側コイルと二次側コイルを具え、一次側コイル電流を二次側コイル電流に変換する変圧器と、
該一次側コイル電流の導通と大きさを制御する電流制御回路と、
該電流制御回路に接続されて該電池電圧と比例関係を有するモニタリング電圧に基づき該電流制御回路に該一次側コイル電流を調整させる電流設定回路と、
を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項２】
請求項１記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、モニタリング電圧を発生する電圧発生器を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項３】
請求項２記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電圧発生器が電池電圧を分圧してモニタリング電圧を発生する分圧回路を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項４】
請求項２記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電圧発生器が電圧選択回路を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項５】
請求項１記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電流制御回路が、
一次側コイルに接続されて一次側コイル電流の導通を切り換えるスイッチと、
モニタリング電圧に伴い変化する第１電圧を発生する電圧発生器と、
第１電圧により参考電流を発生する電流源と、
該参考電流によりミラー電流を発生する電流ミラー回路と、
該ミラー電流により第２電圧を発生する充放電回路と、
第２電圧とスレショルド電圧を比較して比較信号を発生し、該スイッチの作業サイクルを決定する比較器と、
を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項６】
請求項５記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、比較信号に基づきスイッチを駆動する制御ロジックを具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項７】
請求項５記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電圧発生器が電池電圧を分圧して第１電圧を発生する分圧回路を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項８】
請求項５記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電流源が、
ソース、ゲート及びドレインを具えて参考電流を導出するトランジスタと、
第１電圧に接続された非反転入力端と、該ソースに接続された反転入力端と、該ゲートに接続された出力端子を具えた演算増幅器と、
該反転入力端子と接地端の間に接続された可変抵抗と、
を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項９】
請求項８記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電流設定回路がモニタリング電圧とスレショルド電圧を発生して第２比較信号を発生して可変抵抗の抵抗値を改変する第２比較器を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項１０】
請求項５記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、スイッチの最大作業サイクルを決定する最大作業サイクル設定回路を更に具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器。
【請求項１１】
電池電圧によりコンデンサ充電器の充電電流を調整する方法において、該コンデンサ充電器は一次側コイル電流を変換して二次側コイル電流となす変圧器を具え、該方法は、
スレショルド電圧を設定するステップ、
該電池電圧と比例関係を有するモニタリング電圧を発生するステップ、
該モニタリング電圧とスレショルド電圧を比較して該一次側コイル電流を調整するステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、電池電圧によりコンデンサ充電器の充電電流を調整する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種のコンデンサ充電器（ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｃｈａｒｇｅｒ）に係り、特に電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポータブル装置はますます普及し、コンデンサ充電器もますます広く使用されるようになり、携帯式の装置であるため、一般には電池を電源として使用する。図１は電池１０２により負荷１０４に電圧Ｖbat と電流Ｉを負荷１０４に提供する回路図であり、電池１０２は内部抵抗Ｒs と電圧源ＶB を具え、電圧Ｖbat は電圧源ＶB より内部抵抗Ｒs での圧力降下を差し引いたものに等しく、これは以下のように表示される。
【０００３】
Ｖbat ＝ＶB −Ｉ×Ｒs         公式１
【０００４】
図２は図１中の電池電圧Ｖbat と電流Ｉの関係曲線図である。縦軸は電圧Ｖbat の値を表示し、横軸は電流Ｉの値を代表する。電圧Ｖbat が下降する時、負荷１０４の正常な運転を維持するため、電流Ｉを増加すると、公式１により電流Ｉの増加によって電圧Ｖbatが更に下がり、このため電池１０２の使用寿命が短くなる。
【０００５】
このため、電池の使用寿命を延長できるコンデンサ充電器及び方法が求められている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的の一つは電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器及びその方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の目的の一つは電池の使用寿命を延長できるコンデンサ充電器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、
一次側コイルと二次側コイルを具え、一次側コイル電流を二次側コイル電流に変換する変圧器と、
該一次側コイル電流の導通と大きさを制御する電流制御回路と、
該電流制御回路に接続されて該電池電圧と比例関係を有するモニタリング電圧に基づき該電流制御回路に該一次側コイル電流を調整させる電流設定回路と、
を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、モニタリング電圧を発生する電圧発生器を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電圧発生器が電池電圧を分圧してモニタリング電圧を発生する分圧回路を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項４の発明は、請求項２記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電圧発生器が電圧選択回路を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電流制御回路が、
一次側コイルに接続されて一次側コイル電流の導通を切り換えるスイッチと、
モニタリング電圧に伴い変化する第１電圧を発生する電圧発生器と、
第１電圧により参考電流を発生する電流源と、
該参考電流によりミラー電流を発生する電流ミラー回路と、
該ミラー電流により第２電圧を発生する充放電回路と、
第２電圧とスレショルド電圧を比較して比較信号を発生し、該スイッチの作業サイクルを決定する比較器と、
を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項６の発明は、請求項５記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、比較信号に基づきスイッチを駆動する制御ロジックを具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項７の発明は、請求項５記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電圧発生器が電池電圧を分圧して第１電圧を発生する分圧回路を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項８の発明は、請求項５記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電流源が、
ソース、ゲート及びドレインを具えて参考電流を導出するトランジスタと、
第１電圧に接続された非反転入力端と、該ソースに接続された反転入力端と、該ゲートに接続された出力端子を具えた演算増幅器と、
該反転入力端子と接地端の間に接続された可変抵抗と、
を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項９の発明は、請求項８記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、電流設定回路がモニタリング電圧とスレショルド電圧を発生して第２比較信号を発生して可変抵抗の抵抗値を改変する第２比較器を具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項１０の発明は、請求項５記載の電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器において、スイッチの最大作業サイクルを決定する最大作業サイクル設定回路を更に具えたことを特徴とする、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器としている。
請求項１１の発明は、電池電圧によりコンデンサ充電器の充電電流を調整する方法において、該コンデンサ充電器は一次側コイル電流を変換して二次側コイル電流となす変圧器を具え、該方法は、
スレショルド電圧を設定するステップ、
該電池電圧と比例関係を有するモニタリング電圧を発生するステップ、
該モニタリング電圧とスレショルド電圧を比較して該一次側コイル電流を調整するステップ、
以上のステップを具えたことを特徴とする、電池電圧によりコンデンサ充電器の充電電流を調整する方法としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、電池電圧により充電電流を調整するコンデンサ充電器は変圧器を具え、該変圧器は一次側コイル（ｐｒｉｍａｒｙ  ｗｉｎｄｉｎｇ）と二次側コイル（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｗｉｎｄｉｎｇ）を具え、一次側コイル電流を二次側コイル電流に変換し、一次側コイル電流の導通と不導通及びその値の大きさは電流制御回路の制御を受け、電流設定回路が該電流制御回路に接続され、電池電圧と比例関係を有するモニタリング電圧により該電流制御回路が該一次側コイル電流を改変する。
【００１０】
該モニタリング電圧は電池電圧により改変し、ゆえに該電流設定回路が該モニタリング電圧により電池電圧の変化を判断し、電池電圧がスレショルド値より低い時、該電流設定回路は該電流制御回路に一次側コイル電流値を改変させ、これにより該電池の使用寿命を延長する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下の表はアルカリ電池及びリチウム電池の異なる負荷電流時のストップ電圧を示し、そのうちストップ電圧は電池内電圧源ＶB の最小値である。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
表１から分かるように、負荷電流が高くなるほど、ストップ電圧も高くなり、このため、電池電圧が下がるのに伴い負荷電流も下がり、更に有効に電池の電気エネルギーを使用することができ、即ち電池の性能を高めることができる。
【００１４】
図３は本発明のフラッシュランプコンデンサ充電器２００の実施例であり、分圧回路２０２が電池電圧Ｖbat と接地端ＧＮＤの間に接続され、分圧回路２０２は電池電圧Ｖbat と接地端ＧＮＤの間に直列に接続された抵抗Ｒ1 とＲ2 を具え、該電池電圧Ｖbat を分圧して電池電圧Ｖbat に伴い変化するモニタリング電圧ＶD を発生し、抵抗Ｒ1 とＲ2 の間のノード２０２２より出力し、変圧器２０４は電池電圧Ｖbat に接続された一次側コイルＬ1 と、ダイオード２０６を介してフラッシュランプモジュール２０８に接続された二次側コイルＬ2 を具え、コンデンサ２１０はフラッシュランプモジュール２０８と並列に接続され、電流制御回路２１２は一次側コイルＬ1 に接続され、それは一次側コイル電流Ｉp の導通と電流Ｉp の値を制御し、抵抗Ｒc1は電流制御回路２１２と接地端ＧＮＤの間に接続され、抵抗Ｒc2は電流制御回路２１２と電流設定回路２１４の間に接続され、抵抗Ｒc1と抵抗Ｒc2  の間はノード２１３とされ、電流設定回路２１４が分圧回路２０２の出力するモニタリング電圧ＶD を受け取る。電流設定回路２１４は比較器２１４２を具え、それはそれぞれスレショルド電圧Ｖthとモニタリング電圧ＶD に接続された入力を具え、スレショルド電圧Ｖth及びモニタリング電圧ＶD を比較し、信号を出力してトランジスタ２１４４のオンオフを制御する。
【００１５】
電池電圧Ｖbat の変化により一次側コイル電流Ｉp を切り換えて電池の使用寿命を延長させることができる。本実施例では、二段式切り換えを以て説明を行なう。図４は表１中のアルカリ電池とリチウム電池を使用する時のコンデンサ充電器の一次側コイル電流Ｉp と電池電圧Ｖbat の関係図である。そのうち直線２１６はリチウム電池使用時の電流Ｉp と電池電圧Ｖbat の関係曲線であり、直線２１８はアルカリ電池使用時の電流Ｉp と電池電圧Ｖbat の関係曲線である。図５は図３中の充電器２００の電流Ｉp 及び電池電圧Ｖbat の関係図であり、充電器２００は電池電圧Ｖbat がＶbat ’より低い時、モニタリング電圧ＶD がスレショルド電圧Ｖthより低くなるため、一次側コイル電流Ｉp がＩp1よりＩp2に下がる。
【００１６】
図６は図３中の電流制御回路２１２の実施例図であり、それは、抵抗Ｒ3 と抵抗Ｒ4 により電池電圧Ｖbat を分圧して電圧ＶD2を形成し、演算増幅器２１２０２の非反転入力端子が電圧ＶD2を受け取り、反転入力端子がノード２１２０３に接続され、その出力はトランジスタのゲートに接続され、虚接地の原理により、ノード２１２０３が電圧ＶD を受けて参考電流ＩA を発生する。電流ミラー回路２１２０６は参考電流ＩA によりミラー電流ＩB を形成して充放電回路２１２０８に対して充電を行ない、電圧ＶC を発生して比較器２１２１０に送り、これにより制御信号を発生してドライバ２１２１４によりトランジスタ２１２１６の作業サイクルを制御し、電流Ｉp の値を設定する。この実施例中、電流Ｉp はノード２１３に接続された透過抵抗値に関係があり、これにより、トランジスタ２１４４のオンオフを制御して電流Ｉp を改変できる。演算増幅器２１２０２、トランジスタ２１２０４及び抵抗Ｒ5 で組成された回路は参考電流ＩA を供給する電流源と見なし得る。
【００１７】
図３と図４、５に示されるように、本実施例ではアルカリ電池及びリチウム電池を使用した電流Ｉp 切り換えの根拠を説明する。図４に示されるように、リチウム電池を使用する時の電流Ｉp の値はＩp1であり、アルカリ電池を使用する時の電流Ｉp の値はＩp2である。図５に示されるように、充電器２００がリチウム電池を使用する時、電流Ｉp の値はＩp1 であり、電池電圧Ｖbat がスレショルド値Ｖbat ' より低い時、分圧回路２０２が出力するモニタリング電圧ＶD はスレショルド電圧Ｖthより低くなり、比較器２１４２の信号によりトランジスタ２１４４が導通し、これにより電流制御回路２１２に電流Ｉp の値を下げさせ、図５に示されるようであり、これにより電池の使用寿命を延長する。アルカリ電池を使用する場合は、電流Ｉp の値はＩp2とされる。
【００１８】
図７は本発明の別のフラッシュランプコンデンサ充電器３００の実施例を示す。それとフラッシュランプコンデンサ充電器２００は同様に変圧器２０４を具え、該変圧器２０４は電池電圧Ｖbat に接続された一次側コイルＬ1 とダイオード２０６を介してフラッシュランプモジュール２０８に接続された二次側コイルＬ2 を具え、コンデンサ２１０がフラッシュランプモジュール２０８と並列に接続され、電流制御回路２１２が一次側コイルＬ1 に接続されて一次側コイル電流Ｉp の導通と電流Ｉp の値を制御し、抵抗Ｒc1は電流制御回路２１２と接地端ＧＮＤの間に接続され、抵抗Ｒc2は電流制御回路２１２と電流設定回路２１４の間に接続され、抵抗Ｒc1と抵抗Ｒc2  の間はノード２１３とされ、電流設定回路２１４がモニタリング電圧ＶD に基づき電流制御回路２１２を制御して電流Ｉp の値を改変し、電流設定回路２１４は抵抗Ｒc2と接地端ＧＮＤの間に接続された比較器２１２４とトランジスタ２１４４を具え、比較器２１２４の二つの入力はそれぞれスレショルド電圧Ｖthとモニタリング電圧ＶD に接続され、スレショルド電圧Ｖthとモニタリング電圧ＶD を比較して信号を出力してトランジスタ２１４４のオンオフを制御する。充電器３００と２００の異なるところは、充電器３００は電圧選択回路３０２を使用してモニタリング電圧ＶD を電流設定回路２１４に提供し、電池電圧Ｖbat がスレショルド値Ｖbat ’より低い時、電圧選択回路３０２が異なるモニタリング電圧ＶD に切り換えて電流設定回路２１４に送り、電流Ｉp の値を下げることにある。
【００１９】
図８はさらに別のフラッシュランプコンデンサ充電器４００の実施例を示す。それは充電器３００と同様に、変圧器２０４を具え、該変圧器２０４は電池電圧Ｖbat に接続された一次側コイルＬ1 とダイオード２０６を介してフラッシュランプモジュール２０８に接続された二次側コイルＬ2 を具え、コンデンサ２１０がフラッシュランプモジュール２０８と並列に接続され、電流制御回路２１２が一次側コイルＬ1 に接続されて一次側コイル電流Ｉp の導通と電流Ｉp の値を制御し、抵抗Ｒc1は電流制御回路２１２と接地端ＧＮＤの間に接続され、抵抗Ｒc2は電流制御回路２１２と電流設定回路２１４の間に接続され、電流設定回路２１４がモニタリング電圧ＶD に基づき電流制御回路２１２を制御して電流Ｉp の値を調整し、電流設定回路２１４は抵抗Ｒc2と接地端ＧＮＤの間に接続された比較器２１２４とトランジスタ２１４４を具え、比較器２１２４の二つの入力はそれぞれスレショルド電圧Ｖthとモニタリング電圧ＶD に接続され、スレショルド電圧Ｖthとモニタリング電圧ＶD を比較して信号を出力してトランジスタ２１４４のオンオフを制御する。充電器４００と２００の異なるところは、充電器４００に最大作業サイクル設定回路４０２が加えられてトランジスタ２１２１６の最大作業サイクルＴonmax を設定することであり、これは図６に示されるとおりである。
【００２０】
図９は充電器４００の電池電圧Ｖbat と電流Ｉp の関係曲線図であり、図１０は充電器４００の電池電圧Ｖbat とトランジスタ２１２１６の作業サイクルＴonの関係曲線図である。電池電圧Ｖbat が下がる時、充電器４００は電流Ｉp を安定した状態に維持するため、図９に示されるように、トランジスタ２１２１６の作業サイクルＴonを調整し、それを電池電圧Ｖbat の降下に伴い増加させ、図１０に示されるように、電池電圧Ｖbat がスレショルド値Ｖbat ”に至る時、トランジスタ２１２１６の作業サイクルＴonは最大作業サイクル設定回路４０２の設定した最大作業サイクルＴonmax を達成し、電流Ｉp の変化量は以下のようになる。
【００２１】
△Ｉp ＝（Ｖbat ×Ｔon）／Ｌ1                   公式２
【００２２】
図１０から分かるように、電池電圧Ｖbat がスレショルド値Ｖbat ”に下がる時、作業サイクルＴonは最大値Ｔonmax を維持し、このとき作業サイクルＴonとＬ1 はいずれも固定値となり、さらに公式２より分かるように、電流Ｉp の変化量△Ｉp は電池電圧Ｖbat と正比例をなし、これにより、電池電圧Ｖbat がスレショルド値Ｖbat ”に到達した後、充電器４００の電流Ｉp は電池電圧Ｖbat に伴い現象し、図９に示されるとおりであり、これにより電池の寿命を延長する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】電池により負荷に電圧と電流を負荷に提供する回路図である。
【図２】図１中の電池電圧と電流の関係曲線図である。
【図３】本発明のフラッシュランプコンデンサ充電器の実施例図である。
【図４】アルカリ電池とリチウム電池を使用する時の、コンデンサ充電器の一次側電流Ｉp と電池電圧Ｖbat の関係図である。
【図５】図３中の電流Ｉp と電池電圧Ｖbat の関係図である。
【図６】図３中の電流制御回路の実施例図である。
【図７】本発明の別のフラッシュランプコンデンサ充電器の実施例図である。
【図８】本発明の別のフラッシュランプコンデンサ充電器の実施例図である。
【図９】充電器４００の電池電圧Ｖbat と電流Ｉp の関係曲線図である。
【図１０】充電器４００の電池電圧Ｖbat とトランジスタ２１２１６の作業サイクルＴonの関係曲線図である。
【符号の説明】
【００２４】
１００  充電器        １０２  電池
１０４  負荷
２００  充電器
２０２  分圧回路
２０４  変圧器
２０６  ダイオード
２０８  フラッシュランプモジュール
２１０  コンデンサ
２１２  電流制御回路
２１３  ノード
２１２０２  演算増幅器
２１２０３  ノード
２１２０４  トランジスタ
２１２０６  電流ミラー回路
２１２０８  充放電回路
２１２１０  比較器
２１２１２  制御ロジック
２１２１４  ドライバ
２１２１６  トランジスタ
２１４  電流設定回路
２１４２  比較器
２１４４  トランジスタ
２１６  Ｉp とＶbat の関係曲線
２１８  Ｉp とＶbat の関係曲線
３００  充電器
３０２  電圧選択回路
４００  充電器
４０２  最大作業サイクル設定回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005192382.tif 000006
【図４】
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【図５】
2005192382.tif 000008
【図６】
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【図７】
2005192382.tif 000010
【図８】
2005192382.tif 000011
【図９】
2005192382.tif 000012
【図１０】
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