JP2001178013A

JP2001178013A - 充電回路及びその充電制御方法

Info

Publication number: JP2001178013A
Application number: JP36011699A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Someya; 薫染谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】商用交流電源を用いつつ、簡易な構成で、か
つ、安全に充電することができ、小型化及び低コスト化
を実現することができるコンデンサ型蓄電池の充電回路
及びその充電制御方法を提供する。【解決手段】充電回路は、商用電源１０により供給さ
れる交流電圧を半波整流して、一定の周期の電圧波形を
有する脈流を生成する整流回路２０と、電流制限回路３
０と、スイッチ回路４０と、コンデンサ型蓄電池７０へ
の充電電流の供給状態（充電電流の供給期間及び電流
値）を任意に調整して、スイッチ回路４０の導通状態を
制御するスイッチ制御回路５０と、コンデンサ型蓄電池
７０が接続された逆流阻止回路６０と、を有して構成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、充電回路及びその
充電制御方法に関し、特に、電気二重層コンデンサ等の
コンデンサ型蓄電池を備えた充電回路及びその充電制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉛蓄電池やアルカリ蓄電池等の二
次電池の充電においては、定電流充電、あるいは、定電
圧充電、定電圧パルス充電等の方法が用いられている。
これらの充電方法により二次電池を充電した場合、充電
による端子電圧の変化が微少であるため、充電の終了状
態（終了時期）の検出に際し、微少な電圧変動を検出し
たり、電池の温度変化を検出する等の手法を採用する必
要があった。そのため、充電状態を正確に検出して効率
的に充電動作を行うためには、装置構成や制御が複雑と
なり、装置の大型化や製造コストの増大を招くという問
題を有していた。

【０００３】一方、近年、電気自動車等の駆動用電源と
して、電気二重層コンデンサ等のコンデンサ型蓄電池を
備えた充電回路（装置）を適用することが研究されてい
る。一般に、電気二重層コンデンサを含むコンデンサの
両端電圧Ｖは、Ｑを電荷量、Ｃをコンデンサ容量とする
と、次式のように表される。Ｖ＝Ｑ／Ｃ ……（１１）また、電荷量Ｑは、ＩＡをコンデンサに流れる電流（充
電電流）、ｔを充電時間とすると、次式のように表され
る。Ｑ＝ＩＡ・ｔ ……（１２）

【０００４】したがって、電気二重層コンデンサに蓄積
される電荷量Ｑは、充電時間ｔの経過に比例して上昇す
るので、蓄積電荷量Ｑに対応する充電電圧も充電時間ｔ
とともに上昇する特性を有するとともに、上述した鉛蓄
電池やアルカリ蓄電池等の二次電池に比べて急速充電が
可能であり、繰り返し充放電によるサイクル寿命も長
い、という長所を有している。このような電気二重層コ
ンデンサにおいて、充電効率向上のため、一定電流を印
加する充電方式を用いることが、例えば、特開平７−８
７６６８号公報等に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術においては、電気二重層コンデンサを一定の
電流により充電する場合、商用電源（ＡＣ電源）による
交流電圧をトランス等で降圧し、整流して定電流を生成
し、充電用電源として用いていたため、充電装置の電源
回路部分が大型化し、さらに、装置の製造コストを増大
させるという問題を有していた。そこで、本発明は、上
記課題に鑑み、商用交流電源を用いつつ、簡易な構成
で、かつ、安全に充電することができ、小型化及び低コ
スト化を実現することができるコンデンサ型蓄電池の充
電回路及びその充電制御方法を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の充電回路
は、商用電源の交流電圧成分を整流して所定の電圧周期
を有する脈流を生成する電源手段と、前記脈流の電圧成
分に応じた充電電流を供給する充電電流供給手段と、前
記充電電流供給手段の動作状態を制御して、前記充電電
流の供給状態を制御する充電制御手段と、前記充電電流
供給手段から供給される前記充電電流に対応する電気エ
ネルギーを蓄積するコンデンサ型蓄電池と、を備えたこ
とを特徴としている。請求項２記載の充電回路は、請求
項１記載の充電回路において、前記充電制御手段は、前
記脈流の電圧成分が、所定の電圧範囲内にある場合にの
み、当該電圧成分に応じた充電電流を前記コンデンサ型
蓄電池に供給するように前記充電電流供給手段の動作を
制御することを特徴としている。

【０００７】請求項３記載の充電回路は、請求項１記載
の充電回路において、前記充電制御手段は、前記脈流の
電圧振幅を任意に設定することにより、前記充電電流の
供給状態を調整制御することを特徴としている。請求項
４記載の充電回路は、請求項１記載の充電回路におい
て、前記充電制御手段は、前記脈流の電圧成分と、前記
コンデンサ型蓄電池の充電電圧に基づく所定の電圧範囲
とを比較し、前記脈流の電圧成分が前記電圧範囲内にあ
るとき、前記充電電流を前記コンデンサ型蓄電池に供給
するように前記充電電流供給手段の動作を制御する第１
の比較判定手段を備えたことを特徴としている。請求項
５記載の充電回路は、請求項１記載の充電回路におい
て、前記充電制御手段は、前記充電電流供給手段の動作
を制御する動作制御信号の信号幅及び信号周期を任意に
設定することにより、前記充電電流の供給状態を調整制
御することを特徴としている。

【０００８】請求項６記載の充電回路は、請求項１記載
の充電回路において、前記充電制御手段は、任意の信号
幅及び信号周期を有する動作制御信号を生成する制御信
号生成手段を備えていることを特徴としている。請求項
７記載の充電回路は、請求項１記載の充電回路におい
て、前記充電制御手段は、前記脈流の電圧周期の遅延時
間を任意に設定することにより、前記充電電流の供給状
態を調整制御することを特徴としている。請求項８記載
の充電回路は、請求項１記載の充電回路において、前記
充電制御手段は、前記脈流の電圧周期を所定時間遅延さ
せた遅延脈流の電圧成分と、前記コンデンサ型蓄電池の
充電電圧とを比較し、前記遅延脈流の電圧成分が、前記
充電電圧に対して所定の関係にあるとき、前記充電電流
を前記コンデンサ型蓄電池に供給するように前記充電電
流供給手段の動作を制御する第２の比較判定手段を備え
たことを特徴としている。

【０００９】請求項９記載の充電回路は、請求項１記載
の充電回路において、前記充電制御手段は、前記脈流を
所定の分圧比で分圧した分圧脈流の電圧成分と、前記脈
流を所定時間遅延させた遅延脈流の電圧成分との比較条
件を任意に設定することにより、前記充電電流の供給状
態を調整制御することを特徴としている。請求項１０記
載の充電回路は、請求項１記載の充電回路において、前
記充電制御手段は、前記脈流を所定の分圧比で分圧した
分圧脈流の電圧成分と、前記脈流を所定時間遅延させた
遅延脈流の電圧成分との比較し、該比較結果が所定の条
件を満たすとき、前記充電電流を前記コンデンサ型蓄電
池に供給するように前記充電電流供給手段の動作を制御
する第３の比較判定手段を備えたことを特徴としてい
る。請求項１１記載の充電回路は、請求項１記載の充電
回路において、前記充電制御手段は、前記コンデンサ型
蓄電池の充電電圧を抽出し、前記充電電圧が所定の電圧
以上に達したとき、前記コンデンサ型蓄電池への前記充
電電流の供給を停止するように前記充電電流供給手段の
動作を制御する充電停止手段を備えたことを特徴として
いる。

【００１０】請求項１２記載の充電回路は、請求項１記
載の充電回路において、前記充電制御手段は、前記コン
デンサ型蓄電池の充電電圧を抽出し、所定時間毎の前記
充電電圧の電位差に応じて、前記コンデンサ型蓄電池に
供給される前記充電電流を略一定化するように前記充電
電流供給手段の動作を制御する充電電流安定化手段を備
えたことを特徴としている。請求項１３記載の充電回路
の充電制御方法は、商用電源の交流電圧成分を整流して
所定の電圧周期を有する脈流を生成する手順と、所定期
間において前記脈流の電圧成分に応じた充電電流を供給
する手順と、前記所定期間を任意に設定して、前記充電
電流の供給状態を調整制御する手順と、前記所定期間に
供給される前記充電電流に対応する電気エネルギーをコ
ンデンサ型蓄電池に蓄積する手順と、を含むことを特徴
としている。

【００１１】まず、本発明に係る充電回路の全体構成に
ついて、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係
る充電回路の全体構成を示すブロック図である。図１に
示すように、本発明に係る充電回路は、大別して、整流
回路２０と、電流制限回路３０と、スイッチ回路４０
と、スイッチ制御回路５０と、逆流阻止回路６０と、を
有して構成され、整流回路２０には商用電源１０が接続
され、逆流阻止回路６０にはコンデンサ型蓄電池７０が
接続されている。ここで、整流回路２０は、本発明に係
る電源手段を構成し、電流制限回路３０、スイッチ回路
４０及び逆流阻止回路６０は、本発明に係る充電電流供
給手段を構成し、スイッチ制御回路５０は、本発明に係
る充電制御手段を構成する。

【００１２】整流回路２０は、商用電源１０により供給
される交流電圧を、正の電圧成分期間、又は、負の電圧
成分期間のみ、あるいは、正負双方の電圧成分期間を抽
出する半波整流、あるいは、全波整流（又は、両波整流
とも言う）機能を有し、一定の周期で正の電圧波形を有
する脈流を生成する。この脈流は、後述するスイッチ回
路４０を介してコンデンサ型蓄電池７０に供給されると
ともに、その供給タイミングを規定するスイッチ回路４
０の導通制御にも用いられる。詳しくは後述する。電流
制限回路３０は、後述するスイッチ回路４０が導通状態
にある場合に流れる充電電流の最大電流値を、脈流の電
圧に応じて制限設定する。スイッチ回路４０は、後述す
るスイッチ制御回路５０からの制御信号に基づいて、電
流制限された充電電流のコンデンサ型蓄電池７０への供
給、遮断状態を制御する。

【００１３】スイッチ制御回路５０は、整流回路２０に
より生成された脈流電圧（入力電圧）及び所定の電圧範
囲に基づいて、又は、脈流電圧及び任意のパルスタイミ
ングに基づいて、あるいは、脈流電圧及び所定時間遅延
した脈流電圧、又は、所定の分割比により分割された脈
流電圧及び所定時間遅延した脈流電圧に基づいて、充電
電流の供給期間及び電流値を規定する動作制御信号を出
力し、スイッチ回路４０の導通状態を制御する。逆流阻
止回路６０は、スイッチ制御回路５０の導通制御におい
て、コンデンサ型蓄電池７０の充電電圧よりもスイッチ
回路４０側の脈流の電圧が低いときに、コンデンサ型蓄
電池７０に蓄積された電気エネルギーが逆流して低下す
ることを阻止する。このような構成を有する充電回路に
おいて、商用電源１０の交流電圧成分を整流して生成さ
れる所定の電圧周期を有する脈流の電圧成分と、所定の
電圧範囲、又は、任意のパルスタイミング、あるいは、
所定時間遅延した脈流電圧との関係に基づいて、充電電
流の供給期間及び電流値を任意に設定することにより、
充電電流の供給状態が制御される。

【００１４】以下、本発明に係る充電回路について、実
施の形態を示して詳しく説明する。＜第１の実施形態＞次に、本発明に係る充電回路の第１
の実施形態について、図面を参照して説明する。図２
は、本発明に係る充電回路の第１の実施形態を示すブロ
ック図である。図２に示すように、本実施形態に係る充
電回路は、整流回路２０Ａと、電流制限回路３０Ａと、
入力電圧検出回路５０Ｂと、スイッチ回路４０Ａと、電
圧判定回路（第１の比較判定手段）５０Ａと、逆流阻止
回路６０Ａと、充電電圧検出回路５０Ｃと、を有して構
成され、充電回路の入力端子Ｔinには、商用電源１０か
ら交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ）が供給され、出力
端子Ｔoutには、電気二重層コンデンサ７０Ａが接続さ
れている。

【００１５】ここで、整流回路２０Ａは、上述したよう
に、商用電源１０の交流電圧成分を半波整流、あるい
は、全波整流して所定の電圧周期を有する脈流を生成
し、電圧判定回路５０Ａは、入力電圧検出回路５０Ｂに
より検出された上記脈流の電圧成分（入力電圧Ｖin）
と、充電電圧検出回路５０Ｃにより検出される電気二重
層コンデンサ７０Ａの充電電圧Ｖｃに基づいて設定され
る所定の電圧範囲とを比較し、前記脈流の電圧変化が、
上記電圧範囲内にあるか否かに応じて、スイッチ回路４
０Ａの導通状態を切換制御する。

【００１６】したがって、このような構成を有する充電
回路によれば、入力電圧Ｖinの電圧変化が、電圧判定回
路５０Ａにおいて規定される所定の電圧範囲内（充電電
圧Ｖｃを基準とする所定の電圧範囲）にある期間におい
てのみ、スイッチ回路４０Ａが導通制御され、整流回路
２０Ａにより生成される充電電流が、電流制限回路３０
Ａ、スイッチ回路４０Ａ及び逆流阻止回路６０Ａを介し
て、電気二重層コンデンサ７０Ａに供給される。なお、
本実施形態に係る充電回路においては、入力電圧検出回
路５０Ｂ及び充電電圧検出回路５０Ｃにより、入力電圧
Ｖin及び充電電圧Ｖｃを所定の分圧比で分圧して抽出す
るとともに、抽出された電圧相互の大小関係を比較判定
して、電気二重層コンデンサ７０Ａへの充電電流の供給
を制御する。特に、上記入力電圧Ｖinの分圧比を任意に
変更設定可能とすることにより、充電電流の供給制御を
最適化するように構成されている。

【００１７】以下に、本実施形態に係る充電回路の具体
的な回路構成例を示す。図３は、第１の実施形態に係る
充電回路の一具体例を示す回路構成図である。図３に示
すように、本具体例は、充電回路１００Ａの一対の入力
端子（電源端子）Ｔina、Ｔinb間に、日本国内において
商用電源として供給されている１００Ｖ交流電源が接続
され、充電回路１００Ａの一対の出力端子（充電端子）
Ｔouta、Ｔoutb間に、電気二重層コンデンサ７０Ａが接
続されている。また、一方の入力端子Ｔinaと出力端子
Ｔoutaの間には、半波整流用ダイオードＤ１１と、電流
制限抵抗Ｒ１１と、スイッチング用電界効果トランジス
タ（以下、スイッチという）Ｔｒ１１と、逆流阻止ダイ
オードＤ１２が直列に接続されている。

【００１８】また、半波整流用ダイオードＤ１１と電流
制限抵抗Ｒ１１との間の接点Ｎ１１と、スイッチＴｒ１
１のゲートとの間には、抵抗Ｒ１２及びフォトトランジ
スタから構成されるスイッチ制御用トランジスタ（以
下、制御スイッチという）Ｔｒ１２が設けられている。
また、接点Ｎ１１と、他方の入力端子Ｔinb及び出力端
子Ｔoutbが接続された接地電位との間には、抵抗Ｒ１３
及びコンデンサＣ１１の直列接続と、入力電圧検出抵抗
Ｒ１４及び入力電圧調整抵抗Ｒ１５の直列接続が個別並
列的に設けられている。ここで、入力電圧調整抵抗Ｒ１
５は、例えば可変抵抗であって、後述するように、脈流
の電圧成分（入力電圧Ｖin）の振幅を任意に調整可能に
構成されている。入力電圧検出抵抗Ｒ１４及び入力電圧
調整抵抗Ｒ１５は、上述した入力電圧検出回路を構成し
ている。また、スイッチＴｒ１１と逆流阻止ダイオード
Ｄ１２との間の接点Ｎ１２は、スイッチＴｒ１１のゲー
トに接続されるとともに、接点Ｎ１２と、他方の入力端
子Ｔinb及び出力端子Ｔoutbが接続された接地電位との
間には、充電電圧検出抵抗Ｒ１６及びＲ１７の直列接続
が設けられている。ここで、充電電圧検出抵抗Ｒ１６及
びＲ１７は、上述した充電電圧検出回路を構成してい
る。

【００１９】そして、入力電圧検出抵抗Ｒ１４と入力電
圧調整抵抗Ｒ１５との間の接点Ｎ１３は、コンパレータ
ＣＭ１１の負入力側、及び、コンパレータＣＭ１２の正
入力側に接続され、一方、充電電圧検出抵抗Ｒ１６とＲ
１７との間の接点Ｎ１４は、コンパレータＣＭ１２の負
入力側に接続されるとともに、ツェナーダイオードＤ１
３を介して、コンパレータＣＭ１１の正入力側に接続さ
れている。コンパレータＣＭ１１、ＣＭ１２からの出力
は、２入力ＡＮＤゲートに入力されて、その論理出力
が、発光ダイオードＤ１４に出力される。ここで、上記
制御スイッチＴｒ１２及び発光ダイオードＤ１４は、互
いに対向して配置されたフォトカプラ構造を有している
（以下、これらを総称して、フォトカプラＰＣと記
す）。コンパレータＣＭ１１、ＣＭ１２、２入力ＡＮＤ
ゲート、フォトカプラＰＣは、各々個別の集積回路（Ｉ
Ｃ）により構成することができる。コンパレータＣＭ１
１、ＣＭ１２、２入力ＡＮＤゲート、フォトカプラＰ
Ｃ、ツェナーダイオードＤ１３は、上述した電圧判定回
路を構成している。

【００２０】次いで、本具体例に係る充電回路の動作に
ついて、図面を参照して説明する。図４は、本具体例に
係る充電回路における基本動作を示す電圧／電流波形図
であり、図５は、本具体例に係る充電回路における他の
動作を示す電圧／電流波形図である。上述した回路構成
において、図４（ａ）に示すように、商用電源電圧とし
て、ＡＣ１００Ｖの正弦交流電圧が印加されている場
合、半波整流用ダイオードＤ１１の整流作用により、図
４（ｂ）に示すように、正の電圧成分のみが抽出され
て、商用電源電圧と同等の周期で正の電圧波形を有する
入力電圧Ｖinが生成される。

【００２１】ここで、電気二重層コンデンサ７０Ａの充
電電圧（出力端子ＴoutaとＴoutbとの間の電圧）Ｖｃ
は、充電電圧検出抵抗Ｒ１６及びＲ１７により所定の分
圧比で分圧され、充電電圧Ｖｃに追従する基準電圧Ｖre
f（＝Ｖｃ×Ｒ１７／（Ｒ１６＋Ｒ１７））として、コ
ンパレータＣＭ１２の負入力側に入力されるとともに、
この基準電圧ＶrefにツェナーダイオードＤ１３のツェ
ナー電圧Ｖｚ分を付加（加算）した電圧Ｖｄ（＝Ｖref
＋Ｖｚ）がコンパレータＣＭ１１の正入力側に入力され
る。なお、電圧Ｖｄは、コンデンサＣ１１により電圧保
持される。一方、入力電圧Ｖinは、入力電圧検出抵抗Ｒ
１４及び入力電圧調整抵抗Ｒ１５により任意の分圧比で
分圧され、入力電圧Ｖinに追従する脈流電圧Ｖａ（＝Ｖ
in×Ｒ１５／（Ｒ１４＋Ｒ１５））として、コンパレー
タＣＭ１１の負入力側、及び、コンパレータＣＭ１２の
正入力側に共通に入力される。なお、入力電圧調整抵抗
Ｒ１５は、可変抵抗であって、抵抗値を変更可能に構成
され、上記入力電圧Ｖinの分圧比を任意に設定可能に構
成されている。

【００２２】これにより、入力電圧Ｖin及び充電電圧Ｖ
ｃのそれぞれに追従する電圧変化が、コンパレータＣＭ
１１、ＣＭ１２に入力され、それらの比較判定結果（大
小関係）に基づいて、フォトカプラＰＣの動作が制御さ
れる。具体的には、コンパレータＣＭ１１において、次
の入力条件を満たすとき、論理出力がハイレベルとな
り、パルス状の動作制御信号が出力される。Ｖａ＜Ｖref＋Ｖｚ ……（１）また、コンパレータＣＭ１２においては、次の入力条件
を満たすとき、論理出力がハイレベルとなり、パルス状
の動作制御信号が出力される。Ｖａ＞Ｖref ……（２）そして、２入力ＡＮＤゲートにより、コンパレータＣＭ
１１、ＣＭ１２の出力の論理和をとると、フォトカプラ
ＰＣをＯＮ動作させる（すなわち、スイッチＴｒ１１を
ＯＮ動作させる）ための条件は、次のように表される。Ｖｄ＞Ｖａ＞Ｖref ……（３）

【００２３】すなわち、脈流電圧Ｖａが、上記（３）式
の条件を満たす電圧範囲内で変化する場合、つまり、図
４（ｂ）に示すように、任意の分圧比で分圧された入力
電圧Ｖin（脈流電圧Ｖａ）が、所定の分圧比で分圧され
た充電電圧Ｖｃ（基準電圧Ｖref）を基準として、ツェ
ナーダイオードＤ１３のツェナー電圧Ｖｚ分付加した電
圧範囲（Ｖｃ〜Ｖｃ＋Ｖｚ）にある場合には、フォトカ
プラＰＣの発光ダイオードＤ１４に電流が流れて発光
し、制御スイッチＴｒ１２がＯＮ動作する。これにより
入力電圧Ｖinは、抵抗Ｒ１２及び制御スイッチＴｒ１２
を介して、スイッチＴｒ１１のゲートに供給され、スイ
ッチＴｒ１１がＯＮ動作する。スイッチＴｒ１１がＯＮ
動作すると、図４（ｃ）に示すように、入力電圧Ｖinに
応じた充電電流が、電流制限抵抗Ｒ１１、スイッチＴｒ
１１及び逆流阻止ダイオードＤ１２を介して、電気二重
層コンデンサ７０Ａに供給されて、充電動作が行われる
（時刻ｔ１１、ｔ１３）。ここで、電気二重層コンデン
サ７０Ａに供給される充電電流は、電流制限抵抗Ｒ１１
やスイッチＴｒ１１等の導通抵抗により電流制限を受け
るため、大容量の電気二重層コンデンサ７０Ａの端子電
位（充電電圧Ｖｃ）は、入力電圧Ｖinの変化に比較し
て、微小な変化に抑制される。

【００２４】そして、時間（ｔ）の経過に伴い、入力電
圧Ｖinが、ツェナーダイオードＤ１３により規定される
電圧範囲（Ｖｃ〜Ｖｃ＋Ｖｚ）を超えて上昇又は下降す
ると、少なくとも一方のコンパレータＣＭ１１、ＣＭ１
２の出力がローレベルとなって、フォトカプラＰＣの発
光ダイオードＤ１４に電流が流れなくなり、制御スイッ
チＴｒ１２がＯＦＦ動作する。これにより、スイッチＴ
ｒ１１がＯＦＦ動作して（時刻ｔ１２、ｔ１４）、電気
二重層コンデンサ７０Ａへの充電電流の供給が遮断され
る。すなわち、充電電流は、図４（ｃ）に示すように、
電圧波形の立ち上がり期間、及び、立ち下がり期間にお
ける極短い時間（ｔ１１〜ｔ１２、ｔ１３〜ｔ１４）の
み、電気二重層コンデンサ７０Ａに対して供給される。
なお、電気二重層コンデンサ７０Ａへの充電電流は、電
気二重層コンデンサ７０Ａへの印加電圧と充電電圧Ｖｃ
との電位差によって流れ、充電電圧Ｖｃは充電の進行に
伴って上昇していくため、充電の進行に伴って充電電流
は減少し、充電電圧Ｖｃが入力電圧Ｖin程度となったと
ころで充電電流は概ね零となる。

【００２５】さらに、上述した一連の充電動作におい
て、図５に示すように、入力電圧調整抵抗Ｒ１５の抵抗
値を適宜変更設定することにより、直列接続された入力
電圧検出抵抗Ｒ１４との分圧比が任意に設定され、入力
電圧Ｖinの電圧振幅（最大電圧値）が変更制御される
（例えば、図５（ｂ）においては、Ｒ１６の抵抗値を低
減した場合の電圧振幅の変化を示す）。これにより、入
力電圧Ｖinが上記電圧範囲（Ｖｃ〜Ｖｃ＋Ｖｚ）内にあ
る時間、すなわち、充電電流の供給期間（ｔ１１〜ｔ１
２′、ｔ１３′〜ｔ１４）、及び、充電電流の電流値が
調整可能となる。したがって、本具体例における充電回
路によれば、電気二重層コンデンサへの充電動作におい
て、充電電流を供給可能な入力電圧Ｖinは、充電電圧Ｖ
ｃを基準とした所定の電圧範囲（Ｖｃ〜Ｖｃ＋Ｖｚ）内
にある場合に限定されるので、過大な入力電圧Ｖinに基
づく過大な充電電流が電気二重層コンデンサに供給され
ることを抑制して、電気二重層コンデンサの劣化や電力
損失を低減することができるとともに、適切な充電動作
を行うことができる。

【００２６】特に、入力電圧Ｖinを検出する際の分圧比
を適宜変更設定することにより、充電電流の供給期間を
任意に調整することができるので、電気二重層コンデン
サへの充電条件を最適化することができる。また、本具
体例における充電回路によれば、商用電源による交流電
圧をトランス等を用いて降圧することなく、商用電源に
より供給される交流電圧から、半波整流ダイオードＤ１
１により脈流を生成し、この脈流（入力電圧）及び電気
二重層コンデンサの充電電圧に基づいて、充電電流の電
流値及び供給期間が設定されるので、充電回路の回路構
成を簡易にすることができるとともに、回路素子からの
発熱を抑制して、大幅な小型軽量化及び低コスト化を図
ることができる。

【００２７】なお、本実施形態においては、充電電流を
供給制御するための電圧範囲として、一対のコンパレー
タＣＭ１１及びＣＭ１２を用いて、上限電圧及び下限電
圧の双方を設定する場合について説明したが、いずれか
一方のみを設定するものであってもよい。すなわち、下
限電圧のみを設定して、充電電流の供給制御を行う場合
には、入力電圧Ｖinが一定電圧以上の場合に充電電流が
供給されるので、電流制限を必要としない場合や、電流
値が比較的小さい小型電源を利用する場合に有効に適用
することができる。また、上限電圧のみを設定して、充
電電流の供給制御を行う場合には、入力電圧Ｖinが一定
電圧以下の場合に充電電流が供給されるので、負電源で
充電動作を行う場合等に有効に適用することができる。

【００２８】＜第２の実施形態＞次に、本発明に係る充
電回路の第２の実施形態について、図面を参照して説明
する。図６は、本発明に係る充電回路の第２の実施形態
を示すブロック図である。ここで、上述した実施形態と
同等の構成については、同一の符号を付して、その説明
を省略する。図６に示すように、本実施形態に係る充電
回路は、整流回路２０Ａと、電流制限回路３０Ａと、ス
イッチ回路４０Ａと、パルス発生回路（制御信号生成手
段）５０Ｄと、安定化電源回路５０Ｅと、逆流阻止回路
６０Ａと、を有して構成され、充電回路の入力端子Ｔin
には、商用電源１０から交流電圧が供給され、出力端子
Ｔoutには、電気二重層コンデンサ７０Ａが接続されて
いる。

【００２９】ここで、整流回路２０Ａは、上述した実施
形態と同様に、商用電源１０の交流電圧成分を半波整
流、あるいは、全波整流して所定の電圧周期を有する脈
流（入力電圧Ｖin）を生成し、安定化電源回路５０Ｅ
は、この脈流に基づいて、充電回路内の各構成（パルス
発生回路５０Ｄを含む）に対して駆動電力を供給する。
パルス発生回路５０Ｄは、任意の位相及び周期を有する
パルス信号（動作制御信号）を生成、出力し、スイッチ
回路４０Ａの導通状態を制御する。ここで、パルス信号
は、商用電源１０の交流電圧周期に対して同期、非同期
のいずれの関係を有するものであってもよいが、少なく
とも交流電圧周期よりも短い周期を有するように生成さ
れている。したがって、このような構成を有する充電回
路によれば、商用電源１０の交流電圧周期とは独立し、
かつ、該交流電圧周期よりも短い任意の周期を有するパ
ルス信号のタイミングに基づいて、スイッチ回路４０Ａ
をＯＮ動作する制御が行われる。

【００３０】以下に、本実施形態に係る充電回路の動作
について、図面を参照して説明する。図７は、第２の実
施形態に係る充電回路における動作を示す電圧／電流波
形図である。上述した回路構成において、図７（ａ）に
示すように、商用電源１０により供給されるＡＣ１００
Ｖの正弦交流電圧は、ダイオード等の整流回路により、
図７（ｂ）に示すように、例えば、正弦交流電圧の正の
電圧成分期間のみを抽出する半波整流が施されて、商用
電源１０と同等の周期で正の電圧波形を有する脈流（入
力電圧Ｖin）が生成される。

【００３１】一方、図７（ｃ）に示すように、パルス発
生回路５０Ｄにより、商用電源１０に同期した、あるい
は、独立（非同期）した所定の位相及び周期を有するパ
ルス信号が生成されて、スイッチ回路４０Ａに動作制御
信号として出力されると、スイッチ回路４０Ａは、この
パルス信号の位相及び周期にのみ依存して、ＯＮ動作を
繰り返す。これにより、図７（ｄ）に示すように、入力
電圧Ｖinに応じた充電電流が、パルス信号のタイミング
に同期して、電流制限回路３０Ａ、スイッチ回路４０Ａ
及び逆流阻止回路６０Ａを介して、電気二重層コンデン
サ７０Ａに供給されて充電動作が行われる（ｔ２１〜ｔ
２２、ｔ２３〜ｔ２４）。ここで、入力電圧Ｖinの電圧
波形がない期間（ｔ２２〜ｔ２３）においては、電気二
重層コンデンサ７０Ａへの充電電流の供給は行われな
い。なお、電気二重層コンデンサ７０Ａへの充電電流
は、電気二重層コンデンサ７０Ａへの印加電圧と充電電
圧Ｖｃとの電位差によって流れ、充電電圧Ｖｃは充電の
進行に伴って上昇していくため、充電の進行に伴って充
電電流は減少し、充電電圧Ｖｃが入力電圧Ｖin程度とな
ったところで充電電流は概ね零となる。

【００３２】したがって、本実施形態に係る充電回路に
よれば、パルス発生回路５０Ｄにより任意の位相及び周
期を有するパルス信号を生成、出力して、このパルス信
号のタイミング毎に、電気二重層コンデンサ７０Ａに供
給される充電電流を制御することができるので、パルス
信号の周期を交流電圧周期に比較して、十分小さく設定
することにより、パルス信号に基づく間欠的により充電
回路の発熱を抑えたうえで、実質的に入力電圧Ｖinの電
圧波形全体に相当する期間分の充電電流を電気二重層コ
ンデンサ７０Ａに供給することができ、充電に要する時
間を大幅に短縮することができる。また、パルス信号
を、商用電源とは独立して、任意の位相及び周期に設定
することができるので、商用電源の交流電圧周期を考慮
する必要がなく、設計自由度を向上することができると
ともに、パルス信号の位相及び周期を適宜制御すること
によって充電電流値を平均化する制御を容易に行うこと
ができ、例えば、充電回路の発熱状態等に応じて充電電
流値を適宜変更する等の制御を行うことができる。

【００３３】さらに、パルス信号を、商用電源に同期す
る任意の位相及び周期に設定する場合には、パルス信号
を商用電源の周期に基づいて生成するようにすることが
でき、パルス発生回路４０Ａに発振回路を備える必要が
なく、回路構成の簡略化を図ることができる。なお、本
実施形態においても、上述した場合と同様に、商用電源
による交流電圧をトランス等を用いて降圧することな
く、ダイオード等により整流して脈流を生成し、パルス
発生回路により生成されるパルス信号のみに基づいて、
充電電流の電流値及び供給期間が設定されるので、充電
回路の回路構成を簡易にすることができるとともに、回
路素子からの発熱を抑制して、大幅な小型軽量化及び低
コスト化を図ることができる。

【００３４】＜第３の実施形態＞次に、本発明に係る充
電回路の第３の実施形態について、図面を参照して説明
する。図８は、本発明に係る充電回路の第３の実施形態
を示すブロック図である。ここで、上述した実施形態と
同等の構成については、同一の符号を付して、その説明
を省略する。図８に示すように、本実施形態に係る充電
回路は、整流回路２０Ａと、電流制限回路３０Ａと、遅
延回路５０Ｇと、スイッチ回路４０Ａと、比較回路（第
２の比較判定手段）５０Ｆと、逆流阻止回路６０Ａと、
充電電圧検出回路５０Ｃと、を有して構成され、充電回
路の入力端子Ｔinには、商用電源１０から交流電圧が供
給され、出力端子Ｔoutには、電気二重層コンデンサ７
０Ａが接続されている。

【００３５】ここで、整流回路２０Ａは、上述したよう
に、商用電源１０の交流電圧成分を半波整流、あるい
は、全波整流して所定の電圧周期を有する脈流を生成
し、比較回路５０Ｆは、遅延回路５０Ｇにより上記脈流
（入力電圧Ｖin）を任意の時間Ｔdly遅延させた遅延電
圧（遅延脈流の電圧成分）Ｖdlyと、充電電圧検出回路
５０Ｃにより検出される電気二重層コンデンサ７０Ａの
充電電圧Ｖｃとを比較して、その大小関係に基づいて、
スイッチ回路４０Ａの導通状態を切換制御する。したが
って、このような構成を有する充電回路によれば、任意
の時間Ｔdly遅延させた遅延電圧Ｖdlyが、比較回路５０
Ｆにより規定される基準電圧（充電電圧Ｖｃ）以下の電
圧範囲にある期間においてのみ、スイッチ回路４０Ａを
導通状態として、整流回路２０Ａにより生成される入力
電圧Ｖinに応じた充電電流が電気二重層コンデンサ７０
Ａに供給される。すなわち、充電動作時における入力電
圧Ｖinの最大値が充電電圧Ｖｃにより一義的に決定され
るとともに、充電電流の供給状態（電流値、供給タイミ
ング）が遅延時間Ｔdlyにより任意に設定される。

【００３６】以下に、本実施形態に係る充電回路の具体
的な回路構成例を示す。図９は、第３の実施形態に係る
充電回路の一具体例を示す回路構成図である。図９に示
すように、本具体例は、充電回路１００Ｂの一対の入力
端子Ｔina、Ｔinb間に、商用電源として供給されている
１００Ｖ交流電源が接続され、充電回路１００Ｂの一対
の出力端子Ｔouta、Ｔoutb間に、電気二重層コンデンサ
７０Ａが接続されている。また、一方の入力端子Ｔina
と出力端子Ｔoutaの間には、半波整流用ダイオードＤ２
１と、電流制限抵抗Ｒ２１と、スイッチＴｒ２１と、逆
流阻止ダイオードＤ２２が直列に接続されている。ま
た、半波整流用ダイオードＤ２１と電流制限抵抗Ｒ２１
との間の接点Ｎ２１と、他方の入力端子Ｔinb及び出力
端子Ｔoutbが接続された接地電位との間には、抵抗Ｒ２
２と、遅延時間調整抵抗Ｒ２３及びコンデンサＣ２１の
直列接続が個別並列的に設けられている。ここで、遅延
時間調整抵抗Ｒ２３及びコンデンサＣ２１は、上述した
遅延回路を構成している。

【００３７】また、逆流阻止ダイオードＤ２２の出力端
子Ｔouta側の接点Ｎ２２と、他方の入力端子Ｔinb及び
出力端子Ｔoutbが接続された接地電位との間には、充電
電圧検出抵抗Ｒ２４及びＲ２５が設けられている。ここ
で、充電電圧検出抵抗Ｒ２４及びＲ２５は、上述した充
電電圧検出回路を構成している。そして、遅延時間調整
抵抗Ｒ２３とコンデンサＣ２１との間の接点Ｎ２３は、
コンパレータＣＭ２１の負入力側に接続され、また、充
電電圧検出抵抗Ｒ２４とＲ２５との間の接点Ｎ２４は、
コンパレータＣＭ２１の正入力側に接続されている。コ
ンパレータＣＭ２１の出力は、スイッチＴｒ２１のゲー
トに直接、あるいは、図示を省略したフォトカプラ等を
介して入力されている。ここで、コンパレータＣＭ２１
は、上述した比較回路を構成している。

【００３８】次いで、本具体例に係る充電回路の動作に
ついて、図面を参照して説明する。図１０は、本具体例
に係る充電回路における動作を示す電圧／電流波形図で
ある。上述した回路構成において、図１０（ａ）に示す
ように、商用電源１０により供給されるＡＣ１００Ｖの
正弦交流電圧は、半波整流用ダイオードＤ２１の整流作
用により、図１０（ｂ）に示すように、例えば、正弦交
流電圧の正の電圧成分期間のみが抽出されて、商用電源
１０と同等の周期で正の電圧波形を有する脈流（入力電
圧Ｖin）が生成される。ここで、電気二重層コンデンサ
７０Ａの充電電圧（出力端子ＴoutaとＴoutbとの間の電
圧）Ｖｃは、充電電圧検出抵抗Ｒ２４及びＲ２５により
抽出されて、コンパレータＣＭ２１の正入力側に基準電
圧として入力される。一方、入力電圧Ｖinは、遅延時間
調整抵抗Ｒ２３及びコンデンサＣ２１により遅延処理さ
れ、所定の時間（Ｔdly）だけ遅延した遅延電圧Ｖdly
が、コンパレータＣＭ２１の負入力側に入力される。な
お、遅延時間調整抵抗Ｒ２３は、可変抵抗であって、抵
抗値を変更可能に構成され、上記入力電圧Ｖinの遅延時
間Ｔdlyを任意に設定可能に構成されている。

【００３９】これにより、遅延電圧Ｖdly及び充電電圧
Ｖｃの電圧変化が、コンパレータＣＭ２１に入力され、
それらの比較判定結果（大小関係）に基づいて、スイッ
チＴｒ２１の導通状態が制御される。具体的には、コン
パレータＣＭ２１において、Ｖｃ＞Ｖdlyの条件を満た
すとき、論理出力がハイレベルとなってパルス状の動作
制御信号が出力されて、スイッチＴｒ２１はＯＮ動作す
る。すなわち、入力電圧Ｖinに対して、任意の遅延時間
Ｔdlyを有する遅延電圧Ｖdlyが、充電電圧Ｖｃ以下の電
圧範囲内で変化する期間内においては、スイッチＴｒ２
１がＯＮ動作して、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すよう
に、入力電圧Ｖinに応じた充電電流が、電流制限抵抗Ｒ
２１、スイッチＴｒ２１及び逆流阻止ダイオードＤ２２
を介して、電気二重層コンデンサ７０Ａに供給されて、
充電動作が行われる（時刻ｔ３１〜ｔ３２）。

【００４０】そして、時間（ｔ）の経過に伴い、遅延電
圧Ｖdlyが、充電電圧Ｖｃを超えて上昇すると、コンパ
レータＣＭ２１の出力がローレベルとなって、スイッチ
Ｔｒ２１がＯＦＦ動作して（時刻ｔ３２）、電気二重層
コンデンサ７０Ａへの充電電流の供給が遮断される。こ
のように、充電電流は、図１０（ｃ）に示すように、遅
延電圧波形の立ち上がり期間における極短い時間（ｔ３
１〜ｔ３２）のみ、電気二重層コンデンサ７０Ａに供給
される。ここで、遅延電圧波形の立ち下がり期間におい
ても、遅延電圧Ｖdlyは、Ｖｃ＞Ｖdlyの条件を満たし
て、スイッチＴｒ２１をＯＮ動作させるが、この場合の
入力電圧Ｖinは零であるので、電気二重層コンデンサ７
０Ａへの充電電流の供給は行われない。なお、電気二重
層コンデンサ７０Ａへの充電電流は、電気二重層コンデ
ンサ７０Ａへの印加電圧と充電電圧Ｖｃとの電位差によ
って流れ、充電電圧Ｖｃは充電の進行に伴って上昇して
いくため、充電の進行に伴って充電電流は減少し、充電
電圧Ｖｃが入力電圧Ｖin程度となったところで充電電流
は概ね零となる。

【００４１】さらに、上述した一連の充電動作におい
て、遅延時間調整抵抗Ｒ２２の抵抗値を適宜変更設定す
ることにより、直列接続されたコンデンサＣ２１とのＲ
Ｃ回路の時定数が任意に設定され、入力電圧Ｖinに対す
る遅延時間Ｔdlyが変更制御される。これにより、遅延
電圧Ｖdlyが充電電圧Ｖｃ以下にある時間、すなわち、
充電電流の供給期間、及び、充電電流の電流値が調整可
能となる。したがって、本具体例における充電回路によ
れば、電気二重層コンデンサへの充電動作において、充
電電流を供給制御するパルス状の動作制御信号を発振回
路等を用いることなく簡易な構成により生成、出力する
ことができるとともに、遅延電圧Ｖdlyの遅延時間を適
宜変更設定することにより、充電電流の供給期間（動作
制御信号のパルス幅）を任意に調整することができ、電
気二重層コンデンサへの充電条件を最適化することがで
きる。なお、本実施形態においても、上述した場合と同
様に、商用電源による交流電圧をトランス等を用いて降
圧することなく、ダイオード等により整流して脈流を生
成し、遅延回路により生成される上記脈流の遅延電圧に
基づいて、充電電流の電流値及び供給期間が設定される
ので、充電回路の回路構成を簡易にすることができると
ともに、回路素子からの発熱を抑制して、大幅な小型軽
量化及び低コスト化を図ることができる。

【００４２】＜第４の実施形態＞次に、本発明に係る充
電回路の第４の実施形態について、図面を参照して説明
する。図１１は、本発明に係る充電回路の第４の実施形
態を示すブロック図である。ここで、上述した実施形態
と同等の構成については、同一の符号を付して、その説
明を省略する。図１１に示すように、本実施形態に係る
充電回路は、整流回路２０Ａと、電流制限回路３０Ａ
と、遅延回路５０Ｇと、分圧回路５０Ｈと、スイッチ回
路４０Ａと、比較回路（第３の比較判定手段）５０Ｆ
と、逆流阻止回路６０Ａと、充電電圧検出回路５０Ｃ
と、を有して構成され、充電回路の入力端子Ｔinには、
商用電源１０から交流電圧が供給され、出力端子Ｔout
には、電気二重層コンデンサ７０Ａが接続されている。

【００４３】ここで、整流回路２０Ａは、上述したよう
に、商用電源１０の交流電圧成分を半波整流、あるい
は、全波整流して所定の電圧周期を有する脈流を生成
し、比較回路５０Ｆは、遅延回路５０Ｇにより上記脈流
（入力電圧Ｖin）を任意の時間Ｔdly遅延させた遅延電
圧Ｖdlyと、後述する分圧回路５０Ｈにより上記脈流
（入力電圧Ｖin）を任意の分圧比で分圧した分割電圧Ｖ
divとを比較して、その大小関係に基づいて、スイッチ
回路４０Ａの導通状態を切換制御する。したがって、こ
のような構成を有する充電回路によれば、比較回路５０
Ｆにより、任意の時間Ｔdly遅延させた遅延電圧Ｖdlyの
電圧変化が、分圧回路５０Ｈにより規定される基準電圧
（分割電圧Ｖdiv）に対して所定の関係にある期間にお
いてのみ、スイッチ回路４０Ａを導通状態として、整流
回路２０Ａにより生成される入力電圧Ｖinに応じた充電
電流が電気二重層コンデンサ７０Ａに供給される。

【００４４】以下に、本実施形態に係る充電回路の具体
的な回路構成例を示す。図１２は、第４の実施形態に係
る充電回路の一具体例を示す回路構成図である。図１２
に示すように、本具体例は、充電回路１００Ｃの一対の
入力端子Ｔina、Ｔinb間に、商用電源として供給されて
いる１００Ｖ交流電源が接続され、充電回路１００Ｃの
一対の出力端子Ｔouta、Ｔoutb間に、電気二重層コンデ
ンサ７０Ａが接続されている。また、一方の入力端子Ｔ
inaと出力端子Ｔoutaの間には、半波整流用ダイオード
Ｄ３１と、電流制限抵抗Ｒ３１と、スイッチＴｒ３１
と、逆流阻止ダイオードＤ３２が直列に接続されてい
る。

【００４５】また、半波整流用ダイオードＤ３１と電流
制限抵抗Ｒ３１との間の接点Ｎ３１と、他方の入力端子
Ｔinb及び出力端子Ｔoutbが接続された接地電位との間
には、抵抗Ｒ３２と、遅延時間設定抵抗Ｒ３３及びコン
デンサＣ３１の直列接続と、分圧抵抗Ｒ３６、Ｒ３７、
Ｒ３８の直列接続とが、個別並列的に設けられている。
ここで、遅延時間設定抵抗Ｒ３３及びコンデンサＣ３１
は、上述した遅延回路を構成し、分圧抵抗Ｒ３６、Ｒ３
７、Ｒ３８は、上述した分圧回路を構成している。ま
た、逆流阻止ダイオードＤ３２の出力端子Ｔouta側の接
点Ｎ３２と、他方の入力端子Ｔinb及び出力端子Ｔoutb
が接続された接地電位との間には、充電電圧検出抵抗Ｒ
３４及びＲ３５が設けられている。ここで、充電電圧検
出抵抗Ｒ３４及びＲ３５は、上述した充電電圧検出回路
を構成している。

【００４６】そして、遅延時間設定抵抗Ｒ３３とコンデ
ンサＣ３１との間の接点Ｎ３３は、コンパレータＣＭ３
１の一方の入力（図１１では負入力側）に接続されてい
る。一方、充電電圧検出抵抗Ｒ３４とＲ３５との間の接
点Ｎ３４は、分圧抵抗Ｒ３７とＲ３８との間の接点に接
続され、分圧抵抗Ｒ３６とＲ３７との間の接点Ｎ３５
は、コンパレータＣＭ３１の他方の入力（図１１では正
入力側）に接続されている。コンパレータＣＭ３１の出
力は、スイッチＴｒ３１のゲートに直接、あるいは、図
示を省略したフォトカプラ等を介して入力されている。
ここで、コンパレータＣＭ３１は、上述した比較回路を
構成している。

【００４７】次いで、本具体例に係る充電回路の動作に
ついて、図面を参照して説明する。図１３は、本具体例
に係る充電回路における動作を示す電圧／電流波形図で
ある。上述した回路構成において、図１３（ａ）に示す
ように、商用電源１０により供給されるＡＣ１００Ｖの
正弦交流電圧は、半波整流用ダイオードＤ３１の整流作
用により、図１３（ｂ）に示すように、例えば、正弦交
流電圧の正の電圧成分期間のみが抽出されて、商用電源
１０と同等の周期で正の電圧波形を有する脈流（入力電
圧Ｖin）が生成される。ここで、入力電圧Ｖinは、遅延
時間調整抵抗Ｒ３３及びコンデンサＣ３１により遅延処
理され、所定の時間（Ｔdly）だけ遅延した遅延電圧Ｖd
lyが、コンパレータＣＭ３１の一方の入力端に入力され
る。

【００４８】一方、電気二重層コンデンサ７０Ａの充電
電圧（出力端子ＴoutaとＴoutbとの間の電圧）Ｖｃは、
充電電圧検出抵抗Ｒ３４及びＲ３５により抽出されて、
分圧抵抗Ｒ３７とＲ３８との間の接点に供給され、さら
に、分圧抵抗Ｒ３６〜Ｒ３８による所定の分圧比で分圧
された分割電圧（分圧抵抗Ｒ３６とＲ３７との間の接点
Ｎ３５の電圧）Ｖdivが、コンパレータＣＭ２１の他方
の入力端に入力される。ここで、分割電圧Ｖdivは、入
力電圧Ｖinに追従するとともに、充電電圧Ｖｃに応じた
電圧変化を示す。これにより、遅延電圧Ｖdly及び分割
電圧Ｖdivの電圧変化が、コンパレータＣＭ３１に入力
され、それらの比較判定結果（大小関係）に基づいて、
スイッチＴｒ３１の導通状態が次の２方法により制御さ
れる。

【００４９】第１の制御方法は、コンパレータＣＭ３１
において、Ｖdiv＞Ｖdlyの条件を満たすとき、論理出力
がハイレベルとなってパルス状の動作制御信号が出力さ
れて、スイッチＴｒ３１がＯＮ動作し、図１３（ｃ）に
示すように、入力電圧Ｖinに応じた充電電流が、電流制
限抵抗Ｒ３１、スイッチＴｒ３１及び逆流阻止ダイオー
ドＤ３２を介して、電気二重層コンデンサ７０Ａに供給
されて、充電動作が行われる（時刻ｔ４１〜ｔ４２）。
また、第２の制御方法は、上記Ｖdiv＞Ｖdlyの条件を満
たす状態から、Ｖdiv＜Ｖdlyの条件を満たす状態に切り
替わったとき、論理出力がハイレベルとなってパルス状
の動作制御信号が出力されて、スイッチＴｒ３１がＯＮ
動作し、図１３（ｄ）に示すように、その切り替わりか
ら一定の時間Ｔonだけ、入力電圧Ｖinに応じた充電電流
が、電気二重層コンデンサ７０Ａに供給されて、充電動
作が行われる（時刻ｔ４２〜ｔ４３）。なお、この場合
には、上記論理出力を受けて一定の時間Ｔonだけスイッ
チＴｒ３１をＯＮにするパルス状の動作制御信号を出力
する動作制御信号発生回路（図示せず）を比較回路５０
Ｆとスイッチ回路４０Ａとの間に設ける。

【００５０】このように、充電電流は、図１３（ｃ）、
（ｄ）に示すように、上記各条件を満たす一定の時間
（時刻ｔ４１〜ｔ４２、又は、ｔ４２〜ｔ４３）のみ、
電気二重層コンデンサ７０Ａに供給される。ここで、充
電電圧検出抵抗Ｒ３４及びＲ３５により抽出された充電
電圧Ｖｃが、分圧抵抗Ｒ３７とＲ３８との接点に供給さ
れているので、分割電圧Ｖdivは、充電電圧Ｖｃ分かさ
上げされることになり、電気二重層コンデンサ７０Ａの
充電状態の進行に対応させて、充電電流の供給期間、及
び、充電電流の電流値を変化させることができる。した
がって、本具体例における充電回路によれば、電気二重
層コンデンサへの充電動作において、充電電流を供給制
御するパルス状の動作制御信号を発振回路等を用いるこ
となく簡易な構成により生成、出力することができると
ともに、充電状態の進行に伴う充電電圧Ｖｃの変化に応
じて、充電電流の供給状態が調整されるので、電気二重
層コンデンサへの充電条件を最適化することができる。

【００５１】また、本実施形態においても、上述した場
合と同様に、商用電源による交流電圧をトランス等を用
いて降圧することなく、ダイオード等により整流して脈
流を生成し、遅延回路により生成される上記脈流の遅延
電圧、及び、分圧回路により生成される充電電圧の分割
電圧に基づいて、充電電流の電流値及び供給期間が設定
されるので、充電回路の回路構成を簡易にすることがで
きるとともに、回路素子からの発熱を抑制して、大幅な
小型軽量化及び低コスト化を図ることができる。なお、
本具体例においては、分圧抵抗Ｒ３７とＲ３８との接点
に、充電電圧Ｖｃを抽出して供給し、分割電圧Ｖdivを
充電電圧Ｖｃ分かさ上げする構成について説明したが、
充電電圧Ｖｃを供給することなく、所定の電圧（例え
ば、接地電位）に対する入力電圧Ｖinの電圧変化を分圧
するものであってもよい。この場合、電気二重層コンデ
ンサ７０Ａには、充電電圧Ｖｃに関わらず、常に、一定
の充電電流が供給される。

【００５２】＜第５の実施形態＞次に、本発明に係る充
電回路の第５の実施形態について、図面を参照して説明
する。図１４は、本発明に係る充電回路の第５の実施形
態を示すブロック図であり、図１５は、本発明に係る充
電回路に適用される充電安定化回路の一例を示す概略構
成図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成に
ついては、同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１４（ａ）は、充電停止手段、又は、充電電流安定化
手段を構成する充電安定化回路８０Ａを、第１の実施形
態（図２参照）に示した構成に適用した例であり、充電
安定化回路８０Ａにより、電気二重層コンデンサ７０Ａ
の充電電圧Ｖｃが検出されて、電気二重層コンデンサ７
０Ａの充電状態が判断され、その判断結果に基づいて、
スイッチ回路４０Ａの導通状態を制御し、充電電流の供
給状態を最適化する。図１５（ｂ）は、充電安定化回路
８０Ａを、第２の実施形態（図６参照）に示した構成に
適用した例であり、充電安定化回路８０Ａにより、電気
二重層コンデンサ７０Ａの充電電圧Ｖｃが検出されて、
電気二重層コンデンサ７０Ａの充電状態が判断され、そ
の判断結果に基づいて、パルス発生回路５０Ａにおける
パルス信号を調整制御して、充電電流の供給状態を最適
化する。また、図示しないが、第３の実施形態（図８参
照）や第４の実施形態（図１１参照）の構成に対しても
同様に適用することができる。すなわち、第３及び第４
の実施形態の構成の場合には、充電安定化回路８０Ａに
基づき遅延回路における遅延時間を調整制御して充電電
流の供給状態を最適化する。

【００５３】以下、各構成について順次説明する。上述
した構成を有する充電回路において、充電安定化回路８
０Ａを充電停止手段として適用した場合、電気二重層コ
ンデンサ７０Ａの充電電圧Ｖｃが随時検出され、この充
電電圧Ｖｃと、電気二重層コンデンサの充電状態の飽和
（又は、終了）を規定する所定の充電停止電圧との比較
により、充電の進行状態が判定される。そして、充電電
圧Ｖｃが上記充電停止電圧に達したとき、スイッチ回路
４０ＡをＯＦＦ動作する動作制御信号を出力して、充電
電流の供給を遮断し、充電動作を停止する制御を行う。
これにより、電気二重層コンデンサの過充電が防止され
て、電気二重層コンデンサの劣化や電力損失を低減する
ことができ、安全かつ適切な充電動作を行うことができ
る。

【００５４】また、上述した充電回路において、充電安
定化回路８０Ａを充電電流安定化手段として適用した場
合、電気二重層コンデンサ７０Ａの充電電圧Ｖｃが随時
検出されて充電電圧Ｖｃの時間微分が演算され、この微
分値に基づいて、スイッチ回路４０Ａによる導通状態
（スイッチ回路の導通期間）を調整する動作制御信号を
出力して、電気二重層コンデンサ７０Ａに供給される充
電電流を略一定化する制御を行う。すなわち、上述した
各実施形態においては、いずれも、充電電流の供給を制
御するための動作制御信号がパルス波形を有し、この動
作制御信号に基づいて、スイッチの導通状態が制御さ
れ、パルス状の充電電流が電気二重層コンデンサに供給
される構成を有している。そのため、充電電流として大
電流が瞬間的に流下した場合、電源インピーダンスによ
り電源電圧の降下を招き、一時的に充電電流が流れにく
くなる可能性がある。

【００５５】具体的には、例えば、平均充電電流が１Ａ
の場合に、瞬時電流として１０Ａの電流が流下すると、
電源インピーダンスが０．２Ωであっても、およそ２Ｖ
の電圧降下を生じることになる。このような電圧降下に
対して、上述した各実施形態においては、電流制限回路
として抵抗素子を適用しているので、充電電流の低下が
顕著となり、その動作補償が必要となる。そこで、本実
施形態においては、このような充電電流の変動（電源電
圧の降下）を補償し、充電動作の安定化を図ることを特
徴としている。ここで、本実施形態に適用される充電安
定化回路８０Ａについて、さらに詳しく説明すると、充
電安定化回路８０Ａは、図１５（ａ）に示すように、所
定の動作クロックＣＫに基づいて、電気二重層コンデン
サの充電電圧Ｖｃの所定時刻における瞬時電圧を順次保
持する電圧ホールド回路８１、８２と、電圧ホールド回
路８１、８２に保持された各々の瞬時電圧相互の電圧差
に応じて、所定の制御信号を出力する増幅回路８３と、
を備えている。

【００５６】このような構成を有する充電安定化回路８
０Ａによれば、図１５（ｂ）に示すように、所定の動作
クロックＣＫに基づいて、時刻ｔ１における電気二重層
コンデンサ７０Ａに印加される瞬時電圧Ｖ１、及び、所
定の時間Ｄｔ経過後の時刻ｔ２における瞬時電圧Ｖ２
を、電圧ホールド回路８１、８２に取り込んで保持し、
増幅回路８３により時間変化（ｔ１−ｔ２）に対する瞬
時電圧Ｖ１、Ｖ２の電圧差ΔＶｃに基づいて、所定の制
御信号を出力し、例えば、スイッチ回路の導通状態を制
御するパルス状の動作制御信号の信号幅（パルス幅）を
調整（広く／狭く）して、スイッチ回路４０Ａにより供
給される充電電流が一定になるように制御が行われる。
すなわち、電気二重層コンデンサ７０Ａに印加される瞬
時電圧の微分値（ｄＶｃ／ｄｔ；充電電流に相当する）
に基づいて、この微分値を一定にするように、第１の実
施形態における電圧範囲の調整、第２の実施形態におけ
るパルス周期の調整、第３及び第４の実施形態における
遅延時間の調整を行うことにより、充電電流（平均電流
値）の変動を抑制して略一定に制御することができる。

【００５７】これにより、電気二重層コンデンサの充電
動作において、瞬時的な大電流が流下することにより生
じる電源インピーダンスの変化に関わらず、平均充電電
流を略一定に制御することができるので、過度の充電電
流の流下に伴う電気二重層コンデンサの劣化や充電電流
不足による充電時間の長期化等を抑制することができる
とともに、適切な充電条件（電流値の設定）を設定し
て、安全かつ最適な充電動作を行うことができる。な
お、充電安定化回路における制御処理を、充電電圧とそ
の時間微分値とを組み合わせて充電動作開始時、又は、
充電動作終了時に充電電流の変更制御を行うものであっ
てもよく、この場合、より現実的な充電回路の充電動作
に即して、電気二重層コンデンサの充電状態の最適化を
図ることができる。

【００５８】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、商用電源
の交流電圧成分を整流して所定の電圧周期を有する脈流
を生成する電源手段と、脈流の電圧成分に応じた充電電
流を供給する充電電流供給手段と、充電電流供給手段の
動作状態を制御して、コンデンサ型蓄電池への充電電流
の供給状態を制御する充電制御手段と、を備えているの
で、商用電源による交流電圧を降圧するためのトランス
や、インバータのような発振回路等の構成を必要とせ
ず、充電回路の回路構成を簡易にして小型軽量化を図り
つつ、充電電流の供給状態を適切に調整して充電動作を
最適化することができる。

【００５９】請求項２又は４記載の発明によれば、充電
制御手段は、脈流の電圧成分が、所定の電圧範囲内にあ
る場合にのみ、当該電圧成分に応じた充電電流をコンデ
ンサ型蓄電池に供給するように充電電流供給手段を制御
するので、過大な充電電流がコンデンサ型蓄電池に供給
されることを抑制して、コンデンサ型蓄電池の劣化や電
力損失を低減することができるとともに、適切な充電動
作を行うことができる。請求項３記載の発明によれば、
充電制御手段は、脈流の電圧振幅を任意に設定すること
により、充電電流の供給状態を調整制御するように構成
されているので、充電電流の供給期間や電流値を任意に
調整することができ、コンデンサ型蓄電池への充電条件
を最適化することができる。請求項５記載の発明によれ
ば、充電制御手段は、充電電流供給手段の動作を制御す
る動作制御信号（パルス信号）の信号幅及び信号周期を
任意に設定することにより、充電電流の供給状態を調整
制御するように構成されているので、動作制御信号の周
期を商用電源の交流電圧周期よりも十分小さく設定する
ことで、コンデンサ型蓄電池に供給される充電電流を増
加させて、充電に要する時間を短縮することができる。

【００６０】請求項６記載の発明によれば、充電制御手
段は、任意の信号幅及び信号周期を有する動作制御信号
を生成する制御信号生成手段を備えているので、動作制
御信号を、商用電源とは独立した任意の位相及び周期に
設定することができるので、商用電源の交流電圧周期を
考慮する必要がなく、設計自由度を向上することができ
るとともに、充電状態に応じて充電電流値を適宜変更す
ることができる。請求項７記載の発明によれば、充電制
御手段は、脈流の電圧周期の遅延時間を任意に設定する
ことにより、充電電流の供給状態を調整制御するように
構成されているので、発振回路等を用いることなく簡易
な構成で、充電電流の供給期間や電流値を任意に調整す
ることができ、コンデンサ型蓄電池への充電条件を最適
化することができる。請求項８記載の発明によれば、充
電制御手段は、脈流の電圧周期を所定時間遅延させた遅
延脈流の電圧成分が、コンデンサ型蓄電池の充電電圧に
対して所定の関係にあるとき、充電電流をコンデンサ型
蓄電池に供給するように充電電流供給手段の動作を制御
する第２の比較判定手段を備えているので、簡易な構成
で充電電流の供給期間や電流値を任意に調整することが
でき、コンデンサ型蓄電池への充電条件を最適化するこ
とができる。

【００６１】請求項９又は１０記載の発明によれば、充
電制御手段は、脈流を所定の分圧比で分圧した分圧脈流
の電圧成分と、脈流を所定時間遅延させた遅延脈流の電
圧成分との比較条件を任意に設定することにより、充電
電流の供給状態を調整制御するように構成されているの
で、発振回路等を用いることなく簡易な構成で、充電電
流の供給期間や電流値を任意に調整することができ、コ
ンデンサ型蓄電池への充電条件を最適化することができ
る。請求項１１記載の発明によれば、充電制御手段は、
コンデンサ型蓄電池の充電電圧を抽出し、充電電圧が所
定の電圧以上に達したとき、コンデンサ型蓄電池への充
電電流の供給を停止するように充電電流供給手段の動作
を制御する充電停止手段を備えているので、コンデンサ
型蓄電池の過充電を防止して、コンデンサ型蓄電池の劣
化や電力損失を低減することができるとともに、安全か
つ適切な充電動作を行うことができる。

【００６２】請求項１２記載の発明によれば、充電制御
手段は、コンデンサ型蓄電池の充電電圧を抽出し、所定
時間毎の充電電圧の電位差（時間微分値）に応じて、コ
ンデンサ型蓄電池に供給される充電電流を略一定化する
ように充電電流供給手段の動作を制御する充電電流安定
化手段を備えているので、パルス状の充電電流の供給に
伴う電源インピーダンスの変化に関わらず、充電電流を
略一定に制御することができ、過度の充電電流の流下に
伴うコンデンサ型蓄電池の劣化や充電電流不足による充
電時間の長期化等を抑制することができるとともに、適
切な充電条件を設定して、安全かつ最適な充電動作を行
うことができる。請求項１３記載の発明によれば、商用
電源の交流電圧成分を整流して所定の電圧周期を有する
脈流を生成し、任意に設定される所定期間に基づいて、
該脈流の電圧成分に応じた充電電流をコンデンサ型蓄電
池に供給することにより、充電電流の供給状態を調整制
御する手順を含んでいるので、コンデンサ型蓄電池の充
電状況等に応じて、充電電流の供給期間や電流値を適切
に設定することができ、安全かつ良好な充電動作を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る充電回路の全体構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】本発明に係る充電回路の第１の実施形態を示す
ブロック図である。

【図３】第１の実施形態に係る充電回路の一具体例を示
す回路構成図である。

【図４】第１の実施形態に係る充電回路における基本動
作を示す電圧／電流波形図である。

【図５】第１の実施形態に係る充電回路における他の動
作を示す電圧／電流波形図である。

【図６】本発明に係る充電回路の第２の実施形態を示す
ブロック図である。

【図７】第２の実施形態に係る充電回路における動作を
示す電圧／電流波形図である。

【図８】本発明に係る充電回路の第３の実施形態を示す
ブロック図である。

【図９】第３の実施形態に係る充電回路の一具体例を示
す回路構成図である。

【図１０】第３の実施形態に係る充電回路における動作
を示す電圧／電流波形図である。

【図１１】本発明に係る充電回路の第４の実施形態を示
すブロック図である。

【図１２】第４の実施形態に係る充電回路の一具体例を
示す回路構成図である。

【図１３】第４の実施形態に係る充電回路における動作
を示す電圧／電流波形図である。

【図１４】本発明に係る充電回路の第５の実施形態を示
すブロック図である。

【図１５】本発明に係る充電回路に適用される充電安定
化回路の一例を示す概略構成図である。

【符号の説明】１０商用電源２０、２０Ａ〜２０Ｄ整流回路３０、３０Ａ電流制限回路４０、４０Ａスイッチ回路５０スイッチ制御回路５０Ａ電圧判定回路５０Ｂ入力電圧検出回路５０Ｃ充電電圧検出回路５０Ｄパルス発生回路５０Ｅ安定化電源回路５０Ｆ比較回路５０Ｇ遅延回路５０Ｈ分圧回路６０、６０Ａ逆流阻止回路７０コンデンサ型蓄電池７０Ａ電気二重層コンデンサ８０Ａ充電安定化回路１００Ａ〜１００Ｃ充電回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電源の交流電圧成分を整流して所定
の電圧周期を有する脈流を生成する電源手段と、前記脈流の電圧成分に応じた充電電流を供給する充電電
流供給手段と、前記充電電流供給手段の動作状態を制御して、前記充電
電流の供給状態を制御する充電制御手段と、前記充電電流供給手段から供給される前記充電電流に対
応する電気エネルギーを蓄積するコンデンサ型蓄電池
と、を備えたことを特徴とする充電回路。
【請求項２】前記充電制御手段は、前記脈流の電圧成
分が、所定の電圧範囲内にある場合にのみ、当該電圧成
分に応じた充電電流を前記コンデンサ型蓄電池に供給す
るように前記充電電流供給手段の動作を制御することを
特徴とする請求項１記載の充電回路。
【請求項３】前記充電制御手段は、前記脈流の電圧振
幅を任意に設定することにより、前記充電電流の供給状
態を調整制御することを特徴とする請求項１記載の充電
回路。
【請求項４】前記充電制御手段は、前記脈流の電圧成
分と、前記コンデンサ型蓄電池の充電電圧に基づく所定
の電圧範囲とを比較し、前記脈流の電圧成分が前記電圧
範囲内にあるとき、前記充電電流を前記コンデンサ型蓄
電池に供給するように前記充電電流供給手段の動作を制
御する第１の比較判定手段を備えたことを特徴とする請
求項１記載の充電回路。
【請求項５】前記充電制御手段は、前記充電電流供給
手段の動作を制御する動作制御信号の信号幅及び信号周
期を任意に設定することにより、前記充電電流の供給状
態を調整制御することを特徴とする請求項１記載の充電
回路。
【請求項６】前記充電制御手段は、任意の信号幅及び
信号周期を有する動作制御信号を生成する制御信号生成
手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の充電
回路。
【請求項７】前記充電制御手段は、前記脈流の電圧周
期の遅延時間を任意に設定することにより、前記充電電
流の供給状態を調整制御することを特徴とする請求項１
記載の充電回路。
【請求項８】前記充電制御手段は、前記脈流の電圧周
期を所定時間遅延させた遅延脈流の電圧成分と、前記コ
ンデンサ型蓄電池の充電電圧とを比較し、前記遅延脈流
の電圧成分が、前記充電電圧に対して所定の関係にある
とき、前記充電電流を前記コンデンサ型蓄電池に供給す
るように前記充電電流供給手段の動作を制御する第２の
比較判定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
充電回路。
【請求項９】前記充電制御手段は、前記脈流を所定の
分圧比で分圧した分圧脈流の電圧成分と、前記脈流を所
定時間遅延させた遅延脈流の電圧成分との比較条件を任
意に設定することにより、前記充電電流の供給状態を調
整制御することを特徴とする請求項１記載の充電回路。
【請求項１０】前記充電制御手段は、前記脈流を所定
の分圧比で分圧した分圧脈流の電圧成分と、前記脈流を
所定時間遅延させた遅延脈流の電圧成分との比較し、該
比較結果が所定の条件を満たすとき、前記充電電流を前
記コンデンサ型蓄電池に供給するように前記充電電流供
給手段の動作を制御する第３の比較判定手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１記載の充電回路。
【請求項１１】前記充電制御手段は、前記コンデンサ
型蓄電池の充電電圧を抽出し、前記充電電圧が所定の電
圧以上に達したとき、前記コンデンサ型蓄電池への前記
充電電流の供給を停止するように前記充電電流供給手段
の動作を制御する充電停止手段を備えたことを特徴とす
る請求項１記載の充電回路。
【請求項１２】前記充電制御手段は、前記コンデンサ
型蓄電池の充電電圧を抽出し、所定時間毎の前記充電電
圧の電位差に応じて、前記コンデンサ型蓄電池に供給さ
れる前記充電電流を略一定化するように前記充電電流供
給手段の動作を制御する充電電流安定化手段を備えたこ
とを特徴とする請求項１記載の充電回路。
【請求項１３】商用電源の交流電圧成分を整流して所
定の電圧周期を有する脈流を生成する手順と、所定期間において前記脈流の電圧成分に応じた充電電流
を供給する手順と、前記所定期間を任意に設定して、前記充電電流の供給状
態を調整制御する手順と、前記所定期間に供給される前記充電電流に対応する電気
エネルギーをコンデンサ型蓄電池に蓄積する手順と、を
含むことを特徴とする充電回路の充電制御方法。