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充電器 - 松下電器産業株式会社
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発明の名称 充電器
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−20299(P2007−20299A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−198642(P2005−198642)
出願日 平成17年7月7日(2005.7.7)
代理人 【識別番号】100101454
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 卓二
発明者 石井 卓也 / 三上 孝一 / 齊藤 浩 / 渡部 亮
要約 課題
本発明は、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することが可能な充電器の提供を目的とする。

解決手段
本発明の充電器は、2次電池の負極側に接続され、充電電流を検出して出力電流信号を出力する一方、出力電流信号が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の切り替えを示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、充電初期には、出力電圧が第1目標値に達するまで出力電流信号を一定にする定電流制御を行い、出力電圧が第1目標値に達すると出力電圧を第1目標値にする定電圧制御に移行し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、目標値を第1目標値より高い第2目標値に上げて定電圧制御を行うように前記充電手段を制御する出力制御回路と、高感度検出モードにおいて出力電流信号が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路と、を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
2次電池を直流出力電力によって充電する充電手段を充電初期には定電流制御し、充電手段の出力電圧が所望の充電電圧近くまで上昇すると定電圧制御する充電器において、
電流の検出感度の高低を切り替え可能な電流検出回路であって、2次電池と直列に接続され、充電電流を検出して出力電流信号を出力する一方、出力電流信号が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の高低を示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、
前記充電手段の出力電圧と前記電流検出回路の出力電流信号と検出モード信号とが入力され、充電初期には、前記充電手段の出力電圧が第1目標値に達するまで出力電流信号を一定にする定電流制御を行い、前記充電手段の出力電圧が第1目標値に達すると該出力電圧を第1目標値にする定電圧制御に移行し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記充電手段の出力電圧の目標値を第1目標値より高い第2目標値に上げて定電圧制御を行うように前記充電手段を制御する出力制御回路と、
出力電流信号と検出モード信号とが入力され、高感度検出モードにおいて出力電流信号が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路と
を備えたことを特徴とする充電器。
【請求項2】
前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗と第2の抵抗との直列回路を有して、該直列回路の両端電圧を出力電流信号として出力し、
前記第2の抵抗と並列に接続され、検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子を有し、
出力電流信号と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする請求項1記載の充電器。
【請求項3】
前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗を有して、該第1の抵抗の両端電圧を前記出力電流信号として出力し、
第2の抵抗と検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子との直列回路を有して、該直列回路と前記第1の抵抗を並列に接続した構成を有し、
出力電流信号と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする請求項1記載の充電器。
【請求項4】
前記出力制御回路は、
充電初期には、前記充電手段の出力電圧を第1目標値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記充電手段の出力電圧を第2目標値と比較増幅する第1のエラーアンプと、
充電初期には、出力電流信号を所望値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、出力電流信号を所望値より高い所定値と比較増幅する第2のエラーアンプと、
前記第1のエラーアンプの出力と前記第2のエラーアンプの出力から、前記充電手段の直流出力電力が小さくなる方を選択し、出力する選択回路を有することを特徴とする請求項1記載の充電器。
【請求項5】
2次電池を直流出力電力によって充電する充電手段を充電初期には定電流制御し、充電手段の出力電圧が所望の充電電圧近くまで上昇すると定電圧制御する充電器において、
電流の検出感度の高低を切り替え可能な電流検出回路であって、2次電池と直列に接続され、充電電流を検出する一方、電流検出回路の電圧降下が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の高低を示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、
前記充電手段の出力電圧と2次電池の電池電圧と検出モード信号とが入力され、充電初期には、2次電池の電池電圧が満充電状態の充電電圧に達するまで前記電流検出回路の電圧降下を一定にする定電流制御を行い、2次電池の電池電圧が満充電状態の充電電圧に達すると2次電池の電池電圧を満充電状態の充電電圧にする定電圧制御に移行するように前記充電手段を制御する出力制御回路と、
前記充電手段の出力電圧と2次電池の電池電圧と検出モード信号とが入力され、高感度検出モードにおいて前記電流検出回路の電圧降下が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路と
を備えたことを特徴とする充電器。
【請求項6】
前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗と第2の抵抗との直列回路を有し、
前記第2の抵抗と並列に接続され、検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子を有し、
前記電流検出回路の電圧降下と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする請求項5記載の充電器。
【請求項7】
前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗を有し、
第2の抵抗と前記検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子との直列回路を有して、該直列回路と前記第1の抵抗を並列に接続した構成を有し、
前記電流検出回路の電圧降下と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする請求項5記載の充電器。
【請求項8】
前記出力制御回路は、
2次電池の電池電圧を満充電状態の充電電圧と比較増幅する第1のエラーアンプと、
充電初期には、前記電流検出回路の電圧降下を所望値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記電流検出回路の電圧降下を所望値より高い所定値と比較増幅する第2のエラーアンプと、
前記第1のエラーアンプの出力と前記第2のエラーアンプの出力から、前記充電手段の直流出力電力が小さくなる方を選択し、出力する選択回路とを有することを特徴とする請求項5記載の充電器。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、リチウムイオン電池等の2次電池を充電する充電器に関するものであり、特に充電終了時において高い電流検出精度が要求される充電器に関する。
【背景技術】
【0002】
リチウムイオン電池等の2次電池を充電する場合に、過充電を防止する目的で、その充電終了を検出することが必要である。充電終了の検出が容易で検出精度が高い充電器として、特許文献1で開示されているような充電器がある。図7は、特許文献1の図1に示されている充電器の回路構成図である。
以下、図7を用いて、従来例の充電器について説明する。図7は、従来例の充電器のブロック構成図である。図7において、ACコネクタ1からのAC入力は入力フィルタ2を介して整流平滑回路3に供給される。整流平滑回路3で整流平滑された入力直流電圧は、スイッチ素子5によってスイッチングされてトランス4の1次側に供給される。スイッチ素子5はその制御端子にPWM(Pulse Width Modulation)制御回路6から駆動パルスを印加されてスイッチング動作を行う。トランス4の2次側に発生した交流電圧は整流平滑回路7に供給されて整流平滑された後、スイッチ部8を介して2次電池9に供給される。この供給電力はスイッチ素子5のオンオフ時間比を調整することによって制御できる。即ち、PWM制御回路6が出力する駆動パルスによって制御できる。
【0003】
2次電池9の負極側には充電電流検出抵抗10が介挿されており、この点の電位は出力電流信号Vcとして出力制御回路11に入力される。また、スイッチ部8の出力側(すなわち、図中のA)の電圧(以下、A電圧)は、出力電圧信号Voとして出力制御回路11および電池電圧検出回路12に入力される。電圧検出回路12はA電圧を検出して充電終了の判断を行い、充電制御回路13を制御する。充電制御回路13は2次電池9の充電状態に応じてスイッチ部8のオン/オフ動作を制御する。充電制御回路13による充電状態の制御は表示部14に表示される。出力制御回路11は主にエラーアンプなどによって構成され、整流平滑された2次側出力電圧および出力電流を基準値と比較し、そのエラー出力はフォトカプラ回路15を経由してPWM制御回路6に出力される。これにより、整流平滑された2次側出力情報がトランス4の1次側にフィードバックされてPWM制御され、定電圧または定電流充電の充電出力特性のもとで2次電池9の充電が行われる。
【0004】
充電動作において、スイッチ部8は充電制御回路13によって所定周期で遮断される。その際、充電器は遮断前後におけるA電圧を検出し、その電圧差ΔVを演算する。定電圧充電動作時において、電圧差ΔVが所定の設定電圧値を下回ると充電器は充電を終了する。該設定電圧値は定電流充電期間で発生する電圧差ΔVより小さな値とすることで、定電流充電期間における充電終了の誤動作は回避される。また、2次電池9の内部インピーダンスや端子接触抵抗による充電容量のバラツキも生じない。
【特許文献1】特開平6-14473号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のようなΔV検出方式の充電器の場合、スイッチ部8を周期的に遮断するためのタイマ回路、スイッチ部8の遮断前後のA電圧を検出後にホールド・演算するための回路などが必要である。特許文献1においても、マイクロプロセッサを使用した実施例が示されているように、ΔV検出方式は回路構成が大規模になるという問題点を有している。
他方、特許文献1の従来例には、定電圧充電されている2次電池の満充電を検出する方式として、微小となった充電電流を高精度に検出して、充電電流が所定値に達することにより充電を終了するというものがある。しかし、充電電流の検出において、例えば2次電池9の負極側に介挿された充電電流検出抵抗10は、定電流充電時の損失低減のために低い抵抗値の抵抗が用いられる。この場合、満充電時には充電電流検出抵抗10に流れる電流が小さくなり、検出される電圧は部品のバラツキ等の影響を受け、高精度に電流を検出することが困難となる。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することが可能な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】
【0006】
上記問題点を解決するため、本発明は下記の構成を有する。
請求項1に記載の発明は、2次電池を直流出力電力によって充電する充電手段を充電初期には定電流制御し、充電手段の出力電圧が所望の充電電圧近くまで上昇すると定電圧制御する充電器において、電流の検出感度の高低を切り替え可能な電流検出回路であって、2次電池と直列に接続され、充電電流を検出して出力電流信号を出力する一方、出力電流信号が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の高低を示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、前記充電手段の出力電圧と前記電流検出回路の出力電流信号と検出モード信号とが入力され、充電初期には、前記充電手段の出力電圧が第1目標値に達するまで出力電流信号を一定にする定電流制御を行い、前記充電手段の出力電圧が第1目標値に達すると該出力電圧を第1目標値にする定電圧制御に移行し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記充電手段の出力電圧の目標値を第1目標値より高い第2目標値に上げて定電圧制御を行うように前記充電手段を制御する出力制御回路と、出力電流信号と検出モード信号とが入力され、高感度検出モードにおいて出力電流信号が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路とを備えたことを特徴とする充電器である。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による検出電圧の変動が、充電動作に影響しない。
【0007】
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の充電器において、前記電流検出回路は、2次電池と直列に接続される第1の抵抗と第2の抵抗との直列回路を有して、該直列回路の両端電圧を出力電流信号として出力し、前記第2の抵抗と並列に接続され、検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子を有し、出力電流信号と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による検出電圧の変動が、充電動作に影響しない。
【0008】
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の充電器において、前記電流検出回路は、
2次電池と直列に接続される第1の抵抗を有して、該第1の抵抗の両端電圧を前記出力電流信号として出力し、第2の抵抗と検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子との直列回路を有して、該直列回路と前記第1の抵抗を並列に接続した構成を有し、出力電流信号と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による検出電圧の変動が、充電動作に影響しない。
【0009】
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の充電器において、前記出力制御回路は、充電初期には、前記充電手段の出力電圧を第1目標値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記充電手段の出力電圧を第2目標値と比較増幅する第1のエラーアンプと、充電初期には、出力電流信号を所望値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、出力電流信号を所望値より高い所定値と比較増幅する第2のエラーアンプと、前記第1のエラーアンプの出力と前記第2のエラーアンプの出力から、前記充電手段の直流出力電力が小さくなる方を選択し、出力する選択回路を有することを特徴とする。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による検出電圧の変動が、充電動作に影響しない。
【0010】
請求項5に記載の発明は、2次電池を直流出力電力によって充電する充電手段を充電初期には定電流制御し、充電手段の出力電圧が所望の充電電圧近くまで上昇すると定電圧制御する充電器において、電流の検出感度の高低を切り替え可能な電流検出回路であって、2次電池と直列に接続され、充電電流を検出する一方、電流検出回路の電圧降下が第1の設定値以下に低下したときに、電流検出を高感度に切り替えるとともに検出感度の高低を示す検出モード信号を出力する電流検出回路と、前記充電手段の出力電圧と2次電池の電池電圧と検出モード信号とが入力され、充電初期には、2次電池の電池電圧が満充電状態の充電電圧に達するまで前記電流検出回路の電圧降下を一定にする定電流制御を行い、2次電池の電池電圧が満充電状態の充電電圧に達すると2次電池の電池電圧を満充電状態の充電電圧にする定電圧制御に移行するように前記充電手段を制御する出力制御回路と、前記充電手段の出力電圧と2次電池の電池電圧と検出モード信号とが入力され、高感度検出モードにおいて前記電流検出回路の電圧降下が第2の設定値以下に低下したときに充電を終了する充電制御回路とを備えたことを特徴とする充電器である。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しない。
【0011】
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の充電器において、前記電流検出回路は、2次電池と直列に接続される第1の抵抗と第2の抵抗との直列回路を有し、前記第2の抵抗と並列に接続され、検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子を有し、前記電流検出回路の電圧降下と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しない。
【0012】
請求項7に記載の発明は、請求項5に記載の充電器において、前記電流検出回路は、2次電池と直列に接続される第1の抵抗を有し、第2の抵抗と前記検出モード信号によってオンオフされるスイッチ素子との直列回路を有して、該直列回路と前記第1の抵抗を並列に接続した構成を有し、前記電流検出回路の電圧降下と、ヒステリシスを有する所定値とを比較して、検出モード信号を出力する比較器を有することを特徴とする。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しない。
【0013】
請求項8に記載の発明は、請求項5に記載の充電器において、前記出力制御回路は、2次電池の電池電圧を満充電状態の充電電圧と比較増幅する第1のエラーアンプと、充電初期には、前記電流検出回路の電圧降下を所望値と比較増幅し、検出モード信号が高感度検出モードに切り替えられると、前記電流検出回路の電圧降下を所望値より高い所定値と比較増幅する第2のエラーアンプと、前記第1のエラーアンプの出力と前記第2のエラーアンプの出力から、前記充電手段の直流出力電力が小さくなる方を選択し、出力する選択回路とを有することを特徴とする。
この発明によれば、簡単な検出回路で充電終了電流を精度よく検出することができる。電流検出回路の感度の変化による充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しない。
【発明の効果】
【0014】
本発明の充電器によれば、充電電流を検出する電流検出回路の感度を変化させることにより、大きな充電電流を流す定電流充電動作時には低抵抗値として低損失に充電電流を検出し、定電圧充電動作時で充電電流が減少した場合には、高抵抗値として検出感度を上げて部品のバラツキ等による誤差を小さくすることにより、高精度の充電終了電流を検出することができる。
さらに、電流検出回路の感度を変化させることによる検出電圧や充電手段の出力電圧の変動が、充電動作に影響しないという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【0016】
《実施の形態1》
図1〜図3を用いて、本発明の実施の形態1の充電器について説明する。まず、本発明の実施の形態1の充電器の構成について、図1、図2を用いて説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る充電器のブロック構成図である。図1において、ACコネクタ1からのAC入力は入力フィルタ2を介して整流平滑回路3に供給される。整流平滑回路3で整流平滑された入力直流電圧は、スイッチ素子5によってスイッチングされてトランス4の1次側に供給される。スイッチ素子5はその制御端子にPWM(Pulse Width Modulation)制御回路6から駆動パルスを印加されてスイッチング動作を行う。
トランス4の2次側に発生した交流電圧は、整流平滑回路7に供給されて整流平滑された後、スイッチ部8を介して2次電池9に供給される。2次電池9に供給される直流出力電力は、スイッチ素子5のオンオフ時間比を調整することによって制御できる。即ち、直流出力電力は、PWM制御回路6が出力する駆動パルスによって制御できる。充電手段は、入力フィルタ2、整流平滑回路3、トランス4、スイッチ素子5、PWM制御回路6、整流平滑回路7、スイッチ部8、フォトカプラ回路15で構成されている。
【0017】
2次電池9の負極側には高感度及び低感度を変換可能な電流検出回路16が介挿されており、この点の電位は出力電流信号Vcとして出力制御回路11と充電制御回路13に入力される。また、電流検出回路16は検出モード信号Vmを出力制御回路11と充電制御回路13に出力する。また、スイッチ部8の出力側の電圧は出力電圧信号Voとして出力制御回路11に入力される。充電制御回路13は出力電流信号Vcと検出モード信号Vmを入力されて、充電終了を判断するとスイッチ部8をオフする。
【0018】
出力制御回路11は主にエラーアンプなどによって構成され、整流平滑された出力電圧および出力電流を基準値と比較する(詳細は後述)。その比較結果であるエラー出力はフォトカプラ回路15を経由してPWM制御回路6に出力される。これにより、整流平滑された2次側出力情報がトランス4の1次側にフィードバックされてPWM制御され、定電圧または定電流充電の充電出力特性のもとで2次電池9の充電が行われる。
【0019】
充電器が定電流充電で動作しているとき、電流検出回路16は低インピーダンスに制御され、高効率に電流を検出する。充電器が定電圧充電で動作しているとき、2次電池9への充電電流の減少に伴い、電流検出回路16のインピーダンスは増加される。その結果、電流検出回路16に流れる充電電流による電圧降下は大きくなり、2次電池の充電電流が小さくなっても、出力制御回路11には大きい出力電流信号Vcが入力される。以下図2及び図3で、詳細を説明する。
【0020】
図2は、本発明の実施の形態1に係る充電器の出力制御回路11と充電制御回路13と電流検出回路16の回路構成図である。図2は、本発明の実施の形態1の特徴部分である。
図2において出力制御回路11は、出力電圧信号Vo、出力電流信号Vc、検出モード信号Vmを入力され、充電手段が充電制御を行う為の信号をフォトカプラ回路15に出力する。出力制御回路11は、充電手段の3段階の充電制御を行う為に、2つのエラーアンプ115、120を備えている。一方のエラーアンプ115は、負入力端子に出力電圧信号Voの分圧を入力され、正入力端子に基準電圧Vr(例えば1V)または基準電圧Vrの分圧を入力され、2つの電圧の比較結果を出力する。他方のエラーアンプ120は、負入力端子に出力電流信号Vcを入力され、正入力端子に基準電圧Vs(例えば1V)または基準電圧Vsの分圧を入力され、2つの電圧の比較結果を出力する。出力制御回路11は、検出モード信号Vmによりオンオフするスイッチ素子114、119と、エラーアンプ115の出力にカソードを接続されるダイオード116と、エラーアンプ120の出力にカソードを接続されるダイオード121を備えている。スイッチ素子114、119は、検出モード信号Vmが“H”の時オンし、検出モード信号Vmが“L”の時オフする。
【0021】
抵抗110の抵抗値をR10、抵抗111の抵抗値をR11、抵抗112の抵抗値をR12、抵抗113の抵抗値をR13、抵抗117の抵抗値R17、抵抗118の抵抗値をR18とする。抵抗110と抵抗111による分圧比をa=R11/(R10+R11)、抵抗112と抵抗113による分圧比をb=R13/(R12+R13)、抵抗117と抵抗118による分圧比をc=R18/(R17+R18)(例えば0.2)とする。
【0022】
エラーアンプ115の負入力端子に、抵抗110と抵抗111が出力電圧信号Voを分圧した電圧が印加される。エラーアンプ115の負入力端子に印加される電圧は、Vo×aとなる。検出モード信号Vmが“H”の時、スイッチ素子114はオンし、エラーアンプ115の正入力端子に、抵抗112と抵抗113が基準電圧Vrを分圧した電圧が印加される。エラーアンプ115の正入力端子に印加される電圧は、Vr×bとなる。一方、検出モード信号Vmが“L”の時、スイッチ素子114はオフし、エラーアンプ115の正入力端子に印加される電圧は、基準電圧Vrとなる。
【0023】
エラーアンプ120の負入力端子に印加される電圧は、出力電流信号Vcである。検出モード信号Vmが“H”の時、スイッチ素子119はオンし、エラーアンプ120の正入力端子に、抵抗117と抵抗118が基準電圧Vsを分圧した電圧が印加される。エラーアンプ120の正入力端子に印加される電圧は、Vs×cとなる。一方、検出モード信号Vmが“L”の時、スイッチ素子119はオフし、エラーアンプ120の正入力端子に印加される電圧は、基準電圧Vsとなる。
ダイオード116とダイオード121のアノードは接続されており、エラーアンプ115の出力とエラーアンプ120の出力の低い方が選択されてフォトカプラ回路15へ出力される。
【0024】
充電制御回路13は、出力電流信号Vc、検出モード信号Vmを入力され、スイッチ部8がスイッチ素子をオフし充電を終了させる為の信号をスイッチ部8に出力する。充電制御回路13は、スイッチ部8の制御を行う為に、比較器130と、比較器130の出力と検出モード信号Vmとを入力されるORゲート131を備えている。比較器130は負入力端子に第3の電圧V3を入力され、正入力端子に出力電流信号Vcを入力され、2つの電圧の比較結果を出力する。
ORゲート131の出力がスイッチ部8をオンオフする。スイッチ部8はORゲート131の出力が“H”の時オンし、ORゲート131の出力が“L”の時オフする。即ち、充電制御回路13は、検出モード信号Vmが“L”且つ出力電流信号Vcが第3の電圧V3より低いと、充電終了と判断して“L”を出力し、スイッチ部8をオフする。
【0025】
電流検出回路16は、出力電流信号Vcにより電流の検出感度を低感度及び高感度に切り替え、検出感度の切り替えを示す検出モード信号Vmを出力し、電位として出力電流信号Vcを出力する。電流検出回路16は、検出感度を判定する為に比較器163を備えている。比較器163は、負入力端子に第1の電圧V1(例えば0.7V)または第1の電圧V1の分圧V2を入力され、正入力端子に出力電流信号Vcを入力され、2つの電圧の比較結果(検出モード信号Vm)を出力する。電流検出回路16は、充電電流を検出する抵抗160と抵抗161との直列回路と、抵抗161を短絡するスイッチ素子162と、スイッチ素子166を備えている。スイッチ素子162、166は、検出モード信号Vmが“H”の時オンし、検出モード信号Vmが“L”の時オフする。
抵抗160の抵抗値をR1、抵抗161の抵抗値をR2、抵抗164の抵抗値をR64、抵抗165の抵抗値をR65とする。例えば、R1は0.2Ωと小さくし、R2は1.8Ωと大きく設定する。抵抗164と抵抗165による分圧比をd=R65/(R64+R65)(例えば1/14)とする。
【0026】
検出モード信号Vmが“H”の時、スイッチ素子162はオンし、充電電流の検出抵抗値は抵抗160の抵抗値R1(=0.2Ω)となり、電流検出回路16は低感度状態となる。一方、検出モード信号Vmが“L”の時、スイッチ素子162はオフし、充電電流の検出抵抗値は抵抗160の抵抗値R1と抵抗161の抵抗値R2(=1.8Ω)との和(R1+R2=2Ω)となり、電流検出回路16は高感度状態となる。
【0027】
検出モード信号Vmが“H”の時、スイッチ素子166はオンし、比較器163の正入力端子に、抵抗164と抵抗165が第1の電圧V1を分圧した電圧が印加される。比較器163の正入力端子に印加される電圧は、第2の電圧V2=V1×d(=0.05V)となる。一方、検出モード信号が“L”の時、スイッチ素子166はオフし、比較器163の正入力端子に印加される電圧は、第1の電圧V1となる。
【0028】
次に、本発明の実施の形態1の充電器の動作について、図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態1に係る充電器による2次電池9の充電状態の経時変化を示す図である。横軸は時間であり、検出モード信号Vm、出力電圧信号Vo、出力電流信号Vcと充電電流Icの変化を示す。
図3において時刻t0は、2次電池9が放電されて電池電圧が低下し、2次電池9の充電をはじめる時である。検出モード信号が“H”であれば、抵抗161は短絡され、抵抗値の小さい抵抗160によって高効率に充電電流Icが検出される。発生する出力電流信号Vcは、
Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic) … (1)
となる。
【0029】
また、検出モード信号が“L”であれば、抵抗160と抵抗161との直列回路に充電電流が流れる。発生する出力電流信号Vcは、
Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic) … (2)
となる。検出モード信号が“L”の場合の出力電流信号Vc(2)は、検出モード信号が“H”の場合の出力電流信号Vc(1)に比べ、例えば10倍に大きくなる。このため、出力電流信号Vcは第1の電圧V1(=0.7V)を超え、比較器163は“H”の検出モード信号Vmを出力し、抵抗161は短絡される。電流検出回路16は低感度状態となり、抵抗160によって高効率に充電電流Icを検出する。
【0030】
時刻t0〜t1は、2次電池9の充電初期である。検出モード信号Vmが“H”であるため、エラーアンプ120の負入力端子に入力される電圧(出力電流信号Vc)は、Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic)となり、エラーアンプ120の正入力端子に入力される電圧(基準電圧Vsの分圧)は、Vs×c(=0.2V)となり、エラーアンプ120は2つの電圧を比較増幅する。
【0031】
一方、エラーアンプ115の負入力端子に入力される電圧(出力電圧信号Voの分圧)は、Vo×aとなり、エラーアンプ115の正入力端子に入力される電圧(基準電圧Vrの分圧)は、Vr×bとなる。
2次電池9の充電電圧が低いため、出力電圧信号Voも低くなり、負入力端子に入力される電圧(出力電圧信号Voの分圧(Vo×a))は、正入力端子に入力される電圧(基準電圧Vrの分圧(Vr×b))より低くなる。よって、エラーアンプ115の出力は“H”にプルアップされる。
従って、エラーアンプ120の出力が選択されて、出力制御回路11から出力される。
【0032】
エラーアンプ120の出力は、フォトカプラ回路15を経由してPWM制御回路6へフィードバックされる。PWM制御回路6は、出力電流信号(Vc=R1×Ic=0.2Ω×Ic)が基準電圧Vsの分圧(Vs×c=0.2V)となるように、即ち、充電電流Icが1Aとなるように、スイッチ素子5のオンオフ時間比を調整する。これにより、充電器は充電電流Ic=1Aで定電流充電動作する。
【0033】
2次電池9の充電が進んで出力電圧信号Voが上昇し、エラーアンプ115の負入力端子に入力される電圧(出力電圧信号Voの分圧(Vo×a))が、エラーアンプ115の正入力端子に入力される電圧(基準電圧Vrの分圧(Vr×b))に近づくと、エラーアンプ115の出力は低下する。やがて、エラーアンプ115の出力がエラーアンプ120の出力に代わって出力制御回路11から出力される。この時が、時刻t1であり、出力電圧信号Voの分圧(Vo×a)が基準電圧Vrの分圧(Vr×b)となる時、すなわち出力電圧信号VoがVr×b/a(第1目標値)となる時である。
【0034】
時刻t1〜t2は、2時電池9の充電中期である。エラーアンプ115の出力がフォトカプラ回路15を経由してPWM制御回路6へフィードバックされる。PWM制御回路6は、出力電圧信号Voの分圧(Vo×a)が基準電圧Vrの分圧(Vr×b)となるように、即ち、出力電圧信号Voが
Vo=Vr×b/a … (3)
となるように、充電電圧スイッチ素子5のオンオフ時間比を調整する。これにより、充電器は出力電圧信号VoをVr×b/a(第1目標値)で定電圧充電動作する。
充電器が定電圧充電動作することにより、充電電流Icは減少し、出力電流信号Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic)も低下する。尚、出力電圧信号Vo=Vr×b/aは2次電池9のほぼ満充電状態の充電電圧に設定される。例えば、出力電圧信号Vo=Vr×b/a=4Vとすると、b/a=4となる。
【0035】
時刻t2は、出力電流信号Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic)が第2の電圧(第1の電圧V1の分圧)V2=V1×d(=0.05V)(第1の設定値)以下になる時である。即ち、充電電流IcがIc=V1×d/R1(=0.25A)以下になり、電流検出回路16では比較器163が“L”の検出モード信号Vmを出力する時である。
検出モード信号Vmが“L”になると、出力制御回路11ではスイッチ素子114とスイッチ素子119がオフし、電流検出回路16ではスイッチ素子162とスイッチ素子166がオフする。スイッチ素子162のオフにより、抵抗160と抵抗161との直列回路に充電電流Icが流れ、出力電流信号VcはVc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)と大きくなる。電流検出回路16は高感度状態となる。一方、スイッチ素子166のオフにより、比較器163の負入力端子には第1の電圧V1が印加される。
【0036】
ここで、上昇した出力電流信号Vcによって検出モード信号Vmが反転しないように、出力電流信号Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)は第1の電圧V1(=0.7V)よりも低いように設定されているものとする。例えば、(R1+R2)×Ic=2Ω×0.25A=0.5V<第1の電圧V1=0.7V。また、同時にスイッチ素子114もオフし、エラーアンプ115の正入力端子には基準電圧Vr(=1V)が印加されるので、エラーアンプ115の出力は高い状態を維持して定電流充電動作に戻ることも無い。
【0037】
さて、スイッチ素子162のオフ直後、出力電圧信号Voは抵抗161での電圧降下分
V1×d×R2/R1 … (4)
上昇しようとする。例えば出力電圧信号Voが0.25A×1.8Ω=0.45V上昇しようとする。実際には、それまでの充電電流Icが整流平滑回路7の平滑手段であるコンデンサの充電にも費やされるので、前記計算値より小さい値となるが、出力電圧信号Voが急増する。
【0038】
同時に、出力制御回路11では、スイッチ素子114がオフすることにより、エラーアンプ115の正入力端子には基準電圧Vrが印加される。PWM制御回路6は、出力電圧信号Voの分圧(Vo×a)が基準電圧Vrとなるように、即ち、出力電圧信号Voが
Vo=Vr/a … (5)
となるように、充電電圧スイッチ素子5のオンオフ時間比を調整する。これにより、充電器は出力電圧信号VoをVr/a(第2目標値)で定電圧充電動作する。
出力電圧信号Voの上昇分は、(3)、(5)より、
Vr/a−Vr×b/a … (6)
となる。
【0039】
出力制御回路11の出力電圧信号Voの上昇分(6)が、実際の出力電圧信号Voの上昇分(4)と等しければ、出力電圧信号Voの急増といった過渡現象に対し、定電圧化のための応答を回避できる。整流平滑回路7の平滑手段であるコンデンサの静電容量が無視できれば、
b=1−V1×R2×a×d/(Vr×R1)
となる。例えばb/a=4とすると、a≒0.225,b≒0.899となる。これにより、定電圧充電動作中の出力電圧信号Voの急増にもかかわらず、充電電流はスムーズに減少を続け、大きくなった検出抵抗によって検出精度を上げることができる。
【0040】
時刻t2〜t3は、2時電池9の充電後期である。充電器の定電圧充電動作によって2次電池9の充電が進み、充電電流Icはさらに減少する。
時刻t3は、出力電流信号Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)が第3の電圧V3(第2の設定値)以下になる時である。例えば、第3の電圧V3が0.1Vであれば、充電電流Icが0.05A以下になる時である。この時、充電制御回路13の比較器130は“L”を出力する。検出モード信号Vmも“L”であるから、ORゲート131は“L”を出力する。ORゲート131からの“L”信号により、スイッチ部8はスイッチ素子をオフする。即ち、充電制御回路13は充電終了を判断し、“L”を出力し、スイッチ部8をオフする。充電器は2次電池9の充電を終了する。出力電圧信号Voは、電流検出回路16の電圧降下分減少する。この時の出力電圧信号Voの値が、2次電池9の満充電状態の充電電圧である。
【0041】
充電器が定電圧充電で動作しているときの充電電流をIc、抵抗160の抵抗値をR1、抵抗161の抵抗値を9×R1、バラツキ等による誤差電圧をΔVとする。従来の充電器の抵抗160のみを有する電流検出回路を用いた検出レベルの相対誤差は、ΔV/(R1×Ic) であるのに対し、本発明の実施の形態1の充電器の抵抗160と抵抗161を有する電流検出回路16を用いた検出レベルの相対誤差は、ΔV/(10×R1×Ic) となる。このように、本発明の実施の形態1による充電器は、検出レベルの相対誤差を1/10にできる。例えば、定電流充電動作時の検出電流が0.25A〜1Aであり、充電末期の検出電流が0.05Aであっても、本発明の実施の形態1による充電器は、検出レベルの相対誤差を1/10とすることにより、高精度に充電電流を検出可能となる。
以上のように、本発明の実施の形態1の充電器は、検出レベルの相対誤差を縮小することにより、検出精度を上げることなく、充電終了電流を精度よく検出できる。
【0042】
尚、本発明の実施の形態1では、充電電流の検出抵抗を、抵抗160と抵抗161の直列回路に、抵抗161を短絡するスイッチ素子162を設ける構成としたが、本発明はこの方式に限定されるものではない。例えば、図4のように、抵抗167とスイッチ素子162の直列回路に抵抗168を並列に接続した構成でも同様の効果が得られる。抵抗167の抵抗値をR67、抵抗168の抵抗値をR68とする。検出モード信号Vmが“L”でスイッチ素子162がオフの場合、充電電流の検出抵抗値は抵抗168のみのR68となり、検出モード信号Vmが“H”でスイッチ素子162がオンの場合、検出抵抗は抵抗167と抵抗168の並列抵抗となり、R67×R68/(R67+R68)となる。図2の電流検出回路11と同じ検出精度とするには、R68=2Ω,R67=0.22Ωとすればよい。
【0043】
また、本実施形態では、AC入力をACコネクタ1で受け、入力フィルタ2を介して整流平滑回路3で整流平滑し、PWM制御回路6からの駆動パルスを印加されるスイッチ素子5によってスイッチングされてトランス4の1次側に入力し、トランス4の2次側に発生する交流電圧を整流平滑回路7で整流平滑してスイッチ部8を介して2次電池9に供給する構成とした。しかし、本発明の充電器はこの構成に限定されるものではない。例えば、ACアダプタなどから得られる直流電圧を入力される、スイッチング式のDC−DCコンバータやシリーズレギュレータのような非絶縁型電源回路であっても構わない。出力制御回路11からの出力信号に応じて出力を制御できればよい。この場合、フォトカプラ回路15は不要である。
【0044】
《実施の形態2》
図5、図6を用いて、本発明の実施の形態2の充電器について説明する。まず、本発明の実施の形態2の充電器の構成について、図5を用いて説明する。
図5は、本発明の実施の形態2に係る充電器の回路構成図である。図5において、20はACアダプタなど電源供給回路であり、21は電源供給回路20からの直流電力を供給される充電手段である。充電手段21は、例えばスイッチング式のDC−DCコンバータやシリーズレギュレータのような非絶縁型電源回路であって、制御端子への信号レベルに応じて出力を制御する機能と、SD端子への信号によってシャットダウンする機能を有する。充電手段21の出力電圧をVdとする。
【0045】
22は電流検出回路であり、充電手段21の出力に接続されて、充電手段21の出力電流を検出し、検出モード信号Vmを出力する。電流検出回路22の充電電流による電圧降下をVcとする。2次電池9は、電流検出回路22を介して充電手段21の出力電流で充電される。2次電池9の電池電圧をVbとする。従って、充電手段21の出力電圧Vdと、電流検出回路22の電圧降下Vcと、2次電池9の電池電圧Vbとの関係は、Vd−Vc=Vb である。
【0046】
23は出力制御回路であり、充電手段21の出力電圧Vdと検出モード信号Vmと2次電池9の電池電圧Vbを入力され、充電手段21の制御端子へ制御信号を出力して、充電手段21の出力を制御する。24は充電制御回路であり、充電手段21の出力電圧Vdと検出モード信号Vmと2次電池9の電池電圧Vbとを入力され、充電手段21のSD端子へ制御信号を出力して、充電手段21の動作を停止する。200は基準電圧源であり、充電手段21の出力に接続されて基準電圧Vs(例えば1V)を出力する。従って、基準電圧源200の負極電位は、充電手段21の出力電圧Vdから基準電圧Vsを差し引いた(Vd−Vs)となる。この基準電圧源200の負極電位(Vd−Vs)は、電流検出回路22、出力制御回路23と充電制御回路24の各回路に供給される。
【0047】
電流検出回路22は、電流検出回路22の電圧降下Vcにより電流の検出感度を低感度及び高感度に切り替え、検出感度の切り替えを示す検出モード信号Vmを出力する。電流検出回路22は、検出感度を判定する為に比較器223を備えている。比較器223は、負入力端子に電池電圧Vb(=Vd−Vc)を入力され、正入力端子に出力電圧Vdから基準電圧Vsの分圧を差し引いた電圧(Vd−Vs×d)または出力電圧Vdから基準電圧Vsを差し引いた電圧(Vd−Vs)を入力され、2つの電圧の比較結果(検出モード信号Vm)を出力する。電流検出回路22は、充電電流を検出する抵抗220と抵抗221との直列回路と、抵抗221を短絡するスイッチ素子222と、スイッチ素子226を備えている。スイッチ素子222、226は、検出モード信号Vmが“H”の時オンし、検出モード信号Vmが“L”の時オフする。
抵抗220の抵抗値をR1、抵抗221の抵抗値をR2、抵抗224の抵抗値をR24、抵抗225の抵抗値をR25とする。例えばR1は0.2Ωと小さくし、R2は1.8Ωと大きく設定する。抵抗224と抵抗225による分圧比をd=R25/(R24+R25)(例えば1/20)とする。
【0048】
検出モード信号Vmが“H”の時、スイッチ素子222はオンし、充電電流の検出抵抗値は抵抗220の抵抗値R1(=0.2Ω)となり、電流検出回路16は低感度状態となる。一方、検出モード信号Vmが“L”の時、スイッチ素子222はオフし、充電電流の検出抵抗値は抵抗220の抵抗値R1と抵抗221の抵抗値R2(=1.8Ω)との和(R1+R2=2Ω)となり、電流検出回路16は高感度状態となる。
【0049】
比較器223の負入力端子に印加される電圧は、Vb=Vd−Vcである。検出モード信号Vmが“H”の時、スイッチ素子226はオンし、比較器223の正入力端子に、充電手段21の出力電圧Vdから抵抗224と抵抗225が基準電圧Vsを分圧した電圧を差し引いた電圧が印加される。比較器223の正入力端子に印加される電圧は、第2の電圧V2=Vd−Vs×d(=Vd−0.05V)となる。即ち、比較器223は、充電電流Icによる抵抗220の電圧降下Vc(=R1×Ic=0.2Ω×Ic)とVs×d(=0.05V)とを比較する。
一方、検出モード信号が“L”の時、スイッチ素子226はオフし、比較器223の正入力端子に、充電手段21の出力電圧Vdから基準電圧Vsを差し引いた電圧が印加される。比較器223の正入力端子に印加される電圧は、Vd−Vs(=Vd−1V)となる。即ち、比較器223は、充電電流Icによる抵抗220と抵抗221との直列回路の電圧降下Vc(=(R1+R2)×Ic=2Ω×Ic)とVs(=1V)とを比較する。
【0050】
出力制御回路23は、出力電圧Vd、電池電圧Vb、検出モード信号Vmを入力され、充電手段21が充電制御を行う為の制御信号を充電手段21に出力する。出力制御回路23は、充電手段の2段階の充電制御を行う為に、2つのエラーアンプ232、237を備えている。一方のエラーアンプ232は、負入力端子に電池電圧Vbの分圧を入力され、正入力端子に基準電圧Vr(例えば1V)を入力され、2つの電圧の比較結果を出力する。他方のエラーアンプ237は、負入力端子に出力電圧Vdから基準電圧Vsの分圧を差し引いた電圧(Vd−Vs×c)または出力電圧Vbから基準電圧Vsを差し引いた電圧(Vd−Vs)を入力され、正入力端子に電池電圧Vb(=Vd−Vc)を入力され、2つの電圧の比較結果を出力する。出力制御回路23は、検出モード信号Vmによりオンオフするスイッチ素子236と、エラーアンプ115の出力にカソードを接続されるダイオード233と、エラーアンプ120の出力にカソードを接続されるダイオード238を備えている。スイッチ素子236は、検出モード信号Vmが“H”の時オンし、検出モード信号Vmが“L”の時オフする。
【0051】
抵抗230の抵抗値をR30、抵抗231の抵抗値をR31、抵抗234の抵抗値をR34、抵抗235の抵抗値をR35とする。抵抗230と抵抗231による分圧比をa=R31/(R30+R31)、抵抗234と抵抗235による分圧比をc=R35/(R34+R35)(例えば0.2)とする。
エラーアンプ232の負入力端子に、抵抗230と抵抗231が電池電圧Vbを分圧した電圧が印加される。エラーアンプ232の負入力端子に印加される電圧は、Vb×aとなる。エラーアンプ232の正入力端子に印加される電圧は、基準電圧Vrである。
【0052】
エラーアンプ237の正入力端子に印加される電圧は、電池電圧Vb(=Vd−Vc)である。検出モード信号Vmが“H”の時、スイッチ素子236はでオンし、エラーアンプ237の負入力端子に、充電手段21の出力電圧Vdから抵抗234と抵抗235が基準電圧Vsを分圧した電圧を差し引いた電圧が印加される。エラーアンプ237の負入力端子に印加される電圧は、Vd−Vs×c(=Vd−0.2V)となる。即ち、エラーアンプ237は、充電電流Icによる抵抗220の電圧降下Vc(=R1×Ic=0.2Ω×Ic)とVs×c(=0.2V)とを比較する。
【0053】
一方、検出モード信号Vmが“L”の時、スイッチ素子236はオフし、エラーアンプ237の負入力端子に、充電手段21の出力電圧Vdから基準電圧Vsを差し引いた電圧が印加される。エラーアンプ237の負入力端子に印加される電圧は、Vd−Vsとなる。即ち、エラーアンプ237は、充電電流Icによる抵抗220と抵抗221との直列回路の電圧降下Vc(=(R1+R2)×Ic=2Ω×Ic)とVs(=1V)とを比較する。
ダイオード237とダイオード238のアノードは接続されており、エラーアンプ232の出力とエラーアンプ237の出力の低い方が選択されて充電手段21の制御端子へ出力される。
【0054】
充電制御回路24は、出力電流信号Vc、電池電圧Vb、検出モード信号Vmを入力され、充電手段21を停止させる為の制御信号を充電手段21のSD端子に出力する。充電制御回路24は、充電手段21の停止制御を行う為に、比較器242と、比較器242の出力と検出モード信号Vmとを入力されるORゲート243を備えている。比較器242は負入力端子に電池電圧Vb(=Vd−Vc)を入力され、正入力端子に出力電圧Vdから基準電圧Vsの分圧を差し引いた電圧(Vd−Vs×e)を入力され、2つの電圧の比較結果を出力する。
抵抗240の抵抗値をR40、抵抗241の抵抗値をR41とする。抵抗240と抵抗241による分圧比をe=R41/(R40+R41)(例えば1/10)とする。
【0055】
比較器242の正入力端子に印加される電圧は、Vd−Vs×e(=Vd−0.1V)である。即ち、比較器242は電流検出回路22の電圧降下VcとVs×e=0.1Vとを比較する。充電手段21はORゲート243の出力が“H”で動作し、“L”で停止する。即ち、充電制御回路24は、検出モード信号Vmが“L”且つ電流検出回路22の電圧降下VcがVs×e=0.1Vより低いと、充電終了と判断して“L”を出力し、充電手段21を停止する。
【0056】
次に、本発明の実施の形態2の充電器の動作について、図6を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態2に係る充電器による2次電池9の充電状態の経時変化を示す図である。横軸は時間であり、検出モード信号Vm、出力電圧信号Vo、電流検出回路22の電圧降下Vcと充電電流Icの変化を示す。
図6において時刻t0は、2次電池9が放電されて電池電圧が低下し、2次電池9の充電をはじめる時である。検出モード信号が“H”であれば、抵抗221は短絡され、抵抗値の小さい抵抗220によって高効率に充電電流Icが検出される。電流検出回路22の電圧降下Vcは、
Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic) … (7)
となる。
【0057】
また、検出モード信号が“L”であれば、抵抗220と抵抗221との直列回路に充電電流が流れる。電流検出回路22の電圧降下Vcは、
Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic) … (8)
となる。検出モード信号が“L”の場合の電流検出回路22の電圧降下Vc(8)は、検出モード信号が“H”の場合の電流検出回路22の電圧降下Vc(7)に比べ、例えば10倍に大きくなる。このため、電流検出回路22の電圧降下Vcは基準電圧Vs(=1V)を超え、比較器223は“H”の検出モード信号Vmを出力し、抵抗221は短絡される。電流検出回路22は低感度状態となり、抵抗220によって高効率に充電電流Icを検出する。
【0058】
時刻t0〜t1は、2次電池9の充電初期である。検出モード信号Vmが“H”であるため、エラーアンプ237の負入力端子に入力される電圧は、Vd−Vs×c(=Vd−0.2V)となり、エラーアンプ237の正入力端子に入力される電圧(電池電圧Vb)は、Vb=Vd−Vc(=Vd−R1×Ic=Vd−0.2Ω×Ic)となり、エラーアンプ237は2つの電圧を比較増幅する。
【0059】
一方、エラーアンプ232の負入力端子に入力される電圧(電池電圧Vbの分圧)は、Vb×aとなり、エラーアンプ232の正入力端子に入力される電圧は、基準電圧Vrとなる。2次電池9の充電電圧が低いため、電池電圧Vbも低くなり、負入力端子に入力される電圧(電池電圧Vbの分圧(Vb×a))は、正入力端子に入力される電圧(基準電圧Vr)より低くなる。よって、エラーアンプ115の出力は“H”にプルアップされる。
従って、エラーアンプ237の出力が選択されて、出力制御回路23から出力される。
【0060】
エラーアンプ237の出力は、充電手段21へフィードバックされる。充電手段21は、電流検出回路22の電圧降下(Vc=R1×Ic=0.2Ω×Ic)が基準電圧Vsの分圧(Vs×c=0.2V)となるように、即ち、充電電流Icが1Aとなるように、出力を制御する。これにより、充電器は充電電流Ic=1Aで定電流充電動作する。
【0061】
2次電池9の充電が進んで電池電圧Vbが上昇し、エラーアンプ232の負入力端子に入力される電圧(電池電圧Vbの分圧(Vb×a))が、エラーアンプ232の正入力端子に入力される電圧(基準電圧Vr)に近づくと、エラーアンプ232の出力は低下する。やがて、エラーアンプ232の出力がエラーアンプ237の出力に代わって出力制御回路23から出力される。この時が、時刻t1であり、電池電圧Vrの分圧(Vb×a)が基準電圧Vrとなる時、すなわち電池電圧VbがVr/a(2次電池9の満充電状態の充電電圧)となる時である。
【0062】
時刻t1〜t2は、2時電池9の充電中期である。エラーアンプ232の出力が充電手段21へフィードバックされる。充電手段21は、電池電圧Vbの分圧(Vb×a)が基準電圧Vrとなるように、即ち、電池電圧VbがVb=Vr/aとなるように、出力を制御する。これにより、充電器は電池電圧VbをVr/a(2次電池9の満充電状態の充電電圧)で定電圧充電動作する。
充電器が定電圧充電動作することにより、充電電流Icは減少し、電流検出回路22の電圧降下Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic)も低下する。尚、電池電圧Vb=Vr/aは2次電池9のほぼ満充電状態の充電電圧に設定される。例えば、電池電圧Vb=Vr/a=4Vとすると、a=0.25となる。
【0063】
時刻t2は、電流検出回路22の電圧降下Vc=R1×Ic(=0.2Ω×Ic)がVs×d(=0.05V)(第1の設定値)以下になる時である。即ち、充電電流IcがIc=Vs×d/R1(=0.25A)以下になり、電流検出回路22では比較器223が“L”の検出モード信号Vmを出力する時である。
検出モード信号Vmが“L”になると、出力制御回路23ではスイッチ素子236がオフし、電流検出回路22ではスイッチ素子222とスイッチ素子226がオフする。スイッチ素子222のオフにより、抵抗220と抵抗221との直列回路に充電電流Icが流れ、電流検出回路22の電圧降下VcはVc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)と大きくなる。電流検出回路22は高感度状態となる。一方、スイッチ素子226のオフにより、比較器223の負入力端子には充電手段21の出力電圧Vdから基準電圧Vsが差し引かれた電圧(Vd−Vs)が印加される。
【0064】
ここで、増加した電圧降下Vcによって検出モード信号Vmが反転しないように、電流検出回路22の電圧降下Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)は充電手段21の出力電圧Vdから基準電圧Vsが差し引かれた電圧(Vd−Vs)よりも低いように設定されているものとする。例えば、(R1+R2)×Ic=0.25A×2Ω=0.5V<基準電圧Vs=1V。また、同時にスイッチ素子236もオフし、エラーアンプ237の正入力端子には(Vd−Vs)が印加されるので、エラーアンプ237の出力は高い状態を維持して定電流充電動作に戻ることも無い。
【0065】
さて、スイッチ素子222のオフ直後、充電手段21の出力電圧Vdは抵抗221での電圧降下分(Vs×d×R2/R1)上昇しようとする。例えば充電手段21の出力電圧Vdが0.25A×1.8Ω=0.45V上昇しようとする。実際には、それまでの充電電流Icが、充電手段21の出力コンデンサ(図示していない)の充電にも費やされるので、前記計算値より小さい値となるが、充電手段21の出力電圧Vdが急増する。しかし、出力制御回路23が検出しているのは2次電池9の電池電圧Vbであるので、充電手段21の出力電圧Vdの急増は動作に影響しない。
【0066】
時刻t2〜t3は、2次電池9の充電後期である。充電器の定電圧充電動作によって2次電池9の充電が進み、充電電流Icはさらに減少する。
時刻t3は、電流検出回路22の電圧降下Vc=(R1+R2)×Ic(=2Ω×Ic)がVs×e=0.1V(第2の設定値)以下になる時である。例えば、基準電圧Vsが1Vであれば、充電電流Icが0.05A以下になる時である。この時、充電制御回路24の比較器242は“L”を出力する。検出モード信号Vmも“L”であるから、ORゲート243は“L”を出力する。ORゲート243からの“L”信号により、充電手段21は出力を停止する。即ち、充電制御回路24は充電終了を判断し、“L”を出力し、充電手段21を停止させる。充電器は2次電池9の充電を終了する。
【0067】
充電器が定電圧充電で動作しているときの充電電流をIc、抵抗220の抵抗値をR1、抵抗221の抵抗値を9×R1、バラツキ等による誤差電圧をΔVとする。従来の充電器の抵抗220のみを有する電流検出回路を用いた検出レベルの相対誤差は、ΔV/(R1×Ic) であるのに対し、本発明の実施の形態1の充電器の抵抗220と抵抗221を有する電流検出回路22を用いた検出レベルの相対誤差は、ΔV/(10×R1×Ic) となる。このように、本発明の実施の形態1による充電器は、検出レベルの相対誤差を1/10にできる。例えば、定電流充電動作時の検出電流が0.25A〜1Aであり、充電末期の検出電流が0.05Aであっても、本発明の実施の形態1による充電器は、検出レベルの相対誤差を1/10とすることにより、高精度に充電電流を検出可能となる。
【0068】
以上のように、本発明の実施の形態2の充電器は、検出レベルの相対誤差を縮小することにより、検出精度を上げることなく、充電終了電流を精度よく検出できる。
尚、本発明の実施の形態2では、充電電流の検出抵抗を、抵抗220と抵抗221の直列回路に、抵抗221を短絡するスイッチ素子222を設ける構成としたが、本発明はこの方式に限定されるものではない。例えば、実施の形態1の図2に対する図4のように、抵抗220とスイッチ素子222の直列回路に抵抗221を並列に接続した構成でも同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【0069】
本発明は、リチウムイオン電池等の2次電池の充電に有用である。
【図面の簡単な説明】
【0070】
【図1】本発明の実施の形態1に係る充電器のブロック構成図
【図2】本発明の実施の形態1に係る充電器の回路構成図
【図3】本発明の実施の形態1に係る充電器による2次電池の充電状態の経時変化を示す図
【図4】本発明の実施の形態1に係る充電器の電流検出回路の他の回路構成図
【図5】本発明の実施の形態2に係る充電器の回路構成図
【図6】本発明の実施の形態2に係る充電器による充電状態の経時変化図
【図7】従来例の充電器のブロック構成図
【符号の説明】
【0071】
1 ACコネクタ
2 入力フィルタ
3 整流平滑回路
4 トランス
5 スイッチ素子
6 PWM制御回路
7 整流平滑回路
8 スイッチ部
9 2次電池
11 出力制御回路
13 充電制御回路
15 フォトカプラ回路
16 電流検出回路




 

 


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