JP3735999B2

JP3735999B2 - 充電装置

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Publication number: JP3735999B2
Application number: JP03675897A
Authority: JP
Inventors: 浩二梅津
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1997-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2017-02-20
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラやパソコン等のように電気によって駆動される機器に使用される二次電池を充電する充電装置に関し、詳しくは、機器の使用状態に関わらず二次電池を充電することが可能な新規な充電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやパーソナルコンピュータ等のように電気によって駆動される機器（以下、このような機器の回路をセット回路と称する。）には、充電可能な電池である二次電池を駆動用電源として備え、更に当該二次電池を充電する充電装置を備えたものがある。
【０００３】
このような充電装置の従来の回路構成を図９に示す。なお、図９では、セット回路１０１と二次電池１０２とが一体となったセット本体１０３に、電力供給用のＡＣアダプター１０４が接続された例を挙げている。すなわち、図９に示す例では、ＡＣアダプター１０４がＡＣ電源入力に接続され、セット本体１０３に対する外部電源となるＡＣアダプター１０４からの電流が、ＡＣアダプター１０４によって所定の定電流に変換された上で、セット本体１０３に供給される。また、図９に示すような回路構成としたときの、ＡＣアダプター１０４の出力特性を図１０に示す。
【０００４】
図９の例において、セット回路１０１は、ＡＣアダプター１０４の出力端子Ｖ１と接地端子Ｇ１の間に接続され、ＡＣアダプター１０４を介してＡＣ電源から電力供給を受ける。一方、セット本体１０３に内蔵された二次電池１０２の側には、二次電池１０２のマイナス端子と接地端子Ｇ１との間にスイッチＳｗ１が配されている。そして、図９中の矢印Ｓ１に示すように、低電力消費状態又は動作停止状態であることが示す信号がセット回路１０１から送出されたときにだけ、スイッチＳｗ１はオンとなる。すなわち、この充電装置では、セット回路１０１が低電力消費状態又は動作停止状態の時にだけスイッチＳｗ１がオンとなって、二次電池１０２の充電が行われる。
【０００５】
このとき、二次電池１０２に供給される充電電流Ｉｂが過大な電流とならないように、図９中の矢印Ｓ２に示すように、セット回路１０１は、二次電池１０２が充電中であることを示す信号を、端子Ｃ１を介してＡＣアダプター１０４へ送出する。そして、ＡＣアダプター１０４は、二次電池１０２が充電中であることを示す信号が入力されると、二次電池１０２の充電に適した所定の電流値となるように、セット本体１０３へ供給する電流を制御する。
【０００６】
ここで、セット回路１０１が駆動している時は、セット回路１０１が駆動していることを示す信号が、端子Ｃ１を介してセット回路１０１からＡＣアダプター１０４へ送出される。この信号により、ＡＣアダプター１０４に内蔵された電流制御用アンプＡｍｐ２の一方の端子に接続されたスイッチＳｗ２が駆動され、電流制御用アンプＡｍｐ２の一方の端子への入力が、第１の基準電圧Ｒｅｆ１とされる。
【０００７】
ここで、電流制御用アンプＡｍｐ２の一方の端子への入力が第１の基準電圧Ｒｅｆ１のときは、セット本体１０３へ供給する全電流Ｉｏがセット回路１０１を駆動するセット回路電流Ｉｓとなるときであり、ＡＣアダプター１０４からの出力を、図１０中の実線ＩＳに示すように制御する。すなわち、セット本体１０３へ供給する全電流Ｉｏが、セット回路１０１へ供給しても良い電流の最大値ＩＳｍａｘを上回らないように、ＡＣアダプター１０４からセット本体１０３へ供給する電流を制御する。
【０００８】
一方、セット回路１０１が低電力消費状態又は動作停止状態の時は、セット回路１０１が低電力消費状態又は動作停止状態であることを示す信号が、端子Ｃ１を介してセット回路１０１からＡＣアダプター１０４へ送出される。この信号により、ＡＣアダプター１０４に内蔵された電流制御用アンプＡｍｐ２の一方の端子に接続されたスイッチＳｗ２が駆動され、電流制御用アンプＡｍｐ２の一方の端子への入力が、第２の基準電圧Ｒｅｆ２とされる。
【０００９】
ここで、電流制御用アンプＡｍｐ２の一方の端子への入力が第２の基準電圧Ｒｅｆ２のときは、セット本体１０３へ供給する全電流Ｉｏが二次電池１０２への充電電流Ｉｂとなるときであり、ＡＣアダプター１０４からの出力を、図１０中の点線ＩＢに示すように制御する。すなわち、セット本体１０３へ供給する全電流Ｉｏが、二次電池１０２へ供給しても良い電流の最大値ＩＢｍａｘを上回らないように、ＡＣアダプター１０４からセット本体１０３へ供給する電流を制御する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の充電装置では、セット回路が駆動しているときは、二次電池の充電が行われない。したがって、従来の充電装置では、二次電池を充電するには、セット回路を低電力消費状態又は動作停止状態にしなければならず、非常に不便であった。
【００１１】
なお、セット回路が低電力消費状態又は動作停止状態でなくても、二次電池の充電が可能な充電装置が無いわけではないが、従来、そのような充電装置は、回路構成が非常に複雑であり、非常に高価であった。
【００１２】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、セット回路の駆動状態に関わらず二次電池の充電を行うことが可能であり、しかも回路構成が簡単であり低コストで実現することが可能な充電装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る充電装置は、機器に使用される二次電池と、少なくとも機器に供給される電流を検出する第１の電流検出手段と、二次電池に供給される電流を検出する第２の電流検出手段とを備え、第１の電流検出手段及び第２の電流検出手段による検出結果に基づいて、機器及び二次電池に供給される電流が所定値以下となるように、機器及び二次電池に供給される電流を制御するようにした充電装置であって、上記機器の駆動時に外部電源から電流が供給されていないときには、上記二次電池からの放電電流を上記機器に供給する電界効果トランジスタと、上記放電電流が電界効果トランジスタの内部ダイオードを介して流れたことを検出するコンパレータと、上記コンパレータの出力と機器に供給された電圧との論理出力により上記電界効果トランジスタを制御するゲート手段とを備え、上記電界効果トランジスタ、上記機器及び上記二次電池が配される部分は、外部電源に対して着脱可能とされ、上記外部電源の離脱時に上記電界効果トランジスタを上記ゲート手段の出力によりオン状態に保持して上記二次電池からの放電電流を上記機器に供給するようにしている。
【００１５】
なお、上記充電装置において、上記第１の電流検出手段は、上記機器に接続される第１の抵抗を有し、上記第１の抵抗に流れる電流を検出するようなものが好適である。また、上記第２の電流検出手段は、上記二次電池に接続される第２の抵抗を有し、上記第２の抵抗に流れる電流を検出するようなものが好適である。ここで、上記第１の抵抗は、例えば、電源と上記機器との間に配され、上記第２の抵抗は、例えば、上記機器と上記二次電池との間に配される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
本発明を適用した充電装置の一例について、その回路図を図１に示す。なお、この充電装置は、セット回路１及び二次電池２が一体となったセット本体３と、セット回路１及び二次電池２に供給する電流を制御する電流制御部として機能するＡＣアダプター４とが着脱可能な充電装置であり、図１では、セット本体３に対する外部電源となるＡＣアダプター４が、セット本体３に接続された状態を示している。
【００２１】
すなわち、図１に示す例では、ＡＣアダプター４がＡＣ電源に接続され、そのＡＣ入力がＡＣアダプター４によって所定の定電流に変換された上で、セット本体３に供給される。また、図１に示すような回路構成としたときの、ＡＣアダプター４の出力特性を図２に示し、二次電池２に流れる充電電流Ｉｂの遷移の様子を図３（ａ）に示し、セット回路１に流れるセット回路電流Ｉｓの遷移の様子を図３（ｂ）に示す。
【００２２】
図１に示すように、ＡＣアダプター４は、入力フィルター５、整流回路６、電力変換トランス７、スイッチング素子Ｔｒ、ダイオードＤ、コンデンサＣ、第１の抵抗Ｒｏ、第２の抵抗Ｒｂ、第１のアンプＡ１、第１のアンプＡ１に接続されたダイオードＤ１、第２のアンプＡ２、第２のアンプＡ２に接続されたダイオードＤ２、第３のアンプＡ３、第３のアンプＡ３に接続されたダイオードＤ３、第１乃至第３のアンプＡ１，Ａ２，Ａ３からの信号が入力されるフォトカプラーＰＨ、パルス幅変調制御回路ＰＷＭを備えている。なお、第２のアンプＡ２及び第１の抵抗Ｒｏが、セット本体３に供給される全電流Ｉｏを検出する第１の電流検出手段となり、第３のアンプＡ３及び第２の抵抗Ｒｂが、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂを検出する第２の電流検出手段となる。
【００２３】
ＡＣ電源からのＡＣ入力は、入力フィルター５及び整流回路６を経て、電力変換トランス７に供給される。ここで、電力変換トランス７は、スイッチング素子Ｔｒに接続されている。そして、スイッチング素子Ｔｒによりスイッチングが行われ、ＡＣ電源に接続された一次側から、セット本体３に接続された二次側へ、電力の変換が行われる。電力変換トランス７の二次側から出力された電流は、ダイオードＤ及びコンデンサＣにより整流された上で、出力端子Ｖｃｃから出力される。ここで、出力端子Ｖｃｃは、セット回路１の入力端子と、二次電池２のプラス端子とに接続され、この出力端子Ｖｃｃからの出力が、セット回路１及び二次電池２に供給される。
【００２４】
このとき、ＡＣアダプター４からの出力電圧は、第１のアンプＡ１のプラス端子にも印加される。ここで、第１のアンプＡ１のマイナス端子には、所定の基準電圧ＲＥＦ１が印加されており、第１のアンプＡ１は、当該基準電圧ＲＥＦ１と、ＡＣアダプター４からの出力電圧とを比較する。そして、第１のアンプＡ１は、この比較に基づいて、ＡＣアダプター４からの出力電圧が所定の電圧となるように、ダイオードＤ１を介してフォトカプラーＰＨに信号を送出し、ＡＣアダプター４からの出力電圧を制御する。具体的には、第１のアンプＡ１は、例えば、ＡＣアダプター４からの出力電圧が常に８．４Ｖ以下となるように制御する。
【００２５】
一方、セット回路１の接地端子は、ＡＣアダプター４の第１の接地端子Ｇｓに接続されている。ここで、第１の接地端子Ｇｓには、第１の抵抗Ｒｏが接続されており、この第１の抵抗Ｒｏの他方の端子は、整流用のコンデンサＣに接続されている。この第１の抵抗Ｒｏは、セット本体３に供給される全電流Ｉｏを検出するためのものである。すなわち、第１の抵抗Ｒｏは、セット回路１に供給されるセット回路電流Ｉｓと、二次電池に供給される充電電流Ｉｂとの合計を検出するためのものである。
【００２６】
この第１の抵抗Ｒｏの一方の端子は、第２のアンプＡ２のプラス端子に接続されている。そして、第２のアンプＡ２は、第１の抵抗Ｒｏに印加している電圧を検出することにより、セット本体３に供給されている全電流Ｉｏを検出する。ここで、第２のアンプＡ２のマイナス端子には、所定の基準電圧ＲＥＦ２が印加されており、第２のアンプＡ２は、当該基準電圧ＲＥＦ２と、第１の抵抗Ｒｏに印加している電圧とを比較する。そして、第２のアンプＡ２は、この比較に基づいて、セット本体３に供給されている全電流Ｉｏが所定の値以下となるように、ダイオードＤ２を介してフォトカプラーＰＨに信号を送出し、ＡＣアダプター４からセット本体３に供給される全電流Ｉｏを制御する。具体的には、第２のアンプＡ２は、例えば、セット本体３に供給される全電流Ｉｏが常に３．０Ａ以下となるように制御する。
【００２７】
また、二次電池２のマイナス端子は、ＡＣアダプター４の第２の接地端子Ｇｂに接続されている。ここで、第２の接地端子Ｇｂには、第２の抵抗Ｒｂが接続されており、この第２の抵抗Ｒｂの他方の端子は、第１の接地端子Ｇｓに接続されている。すなわち、二次電池２のマイナス端子は、第２の抵抗Ｒｂを経由し、第１の接地端子Ｇｓに接続される。ここで、第２の抵抗Ｒｂは、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂを検出するためのものである。
【００２８】
この第２の抵抗Ｒｂの一方の端子は、第３のアンプＡ３のプラス端子に接続されている。そして、第３のアンプＡ３は、第２の抵抗Ｒｂに印加している電圧を検出することにより、充電電流Ｉｂを検出する。ここで、第３のアンプＡ３のマイナス端子には、所定の基準電圧ＲＥＦ３が印加されており、第３のアンプＡ３は、当該基準電圧ＲＥＦ３と、第２の抵抗Ｒｂに印加している電圧とを比較する。そして、第３のアンプＡ３は、この比較に基づいて、充電電流Ｉｂが所定の値以下となるように、ダイオードＤ３を介してフォトカプラーＰＨに信号を送出し、ＡＣアダプター４から二次電池２に供給される充電電流Ｉｂを制御する。具体的には、第３のアンプＡ３は、例えば、充電電流Ｉｂが常に１．０Ａ以下となるように制御する。
【００２９】
また、二次電池２のマイナス端子には、ダイオードＤｓのカソード端子も接続されており、当該ダイオードＤｓのアノード端子は、セット回路１の接地端子に接続されている。このダイオードＤｓは、ＡＣアダプター４が取り除かれたときに、セット回路１を二次電池２によって駆動できるようにするためのものである。
【００３０】
上述したように、フォトカプラーＰＨには、電力変換トランス７の二次側からの信号、すなわち、ダイオードＤ１を介して入力された第１のアンプＡ１からの信号と、ダイオードＤ２を介して入力された第２のアンプＡ２からの信号と、ダイオードＤ３を介して入力された第３のアンプＡ３からの信号とが入力される。そして、フォトカプラーＰＨは、それらの信号をパルス幅変調制御回路ＰＷＭに供給する。ここで、第１のアンプＡ１からの信号は、出力電圧を制御するための信号であり、第２のアンプＡ２からの信号は、セット本体３に供給する全電流Ｉｏを制御するための信号であり、第３のアンプＡ３からの信号は、二次電池２の充電電流Ｉｂを制御するための信号である。そして、パルス幅変調制御回路ＰＷＭは、それらの信号に基づいて、スイッチング時間を制御して、電力変換トランス７の二次側に供給される電力を調整する。
【００３１】
以上のような回路構成を有する充電装置では、セット本体３に供給される全電流Ｉｏと、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂとを、それぞれ検出して、それらの検出結果に基づいてＡＣアダプター４からの出力を制御することにより、セット回路１の駆動時には、セット回路１の駆動に必要な電流をセット回路１に優先して供給し、二次電池２にはセット回路１に供給されるセット回路電流Ｉｓを差し引いた余剰電流が充電電流Ｉｂとして供給される。
【００３２】
以上のような充電装置での電力制御について、図２及び図３を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明では、ＡＣアダプター４からの出力電圧が８．４Ｖ以下、セット本体３に供給する全電流Ｉｏが３Ａ以下、二次電池３に供給する充電電流Ｉｂが１Ａ以下となるように、電力制御するものとする。ただし、これらの電圧値及び電流値は一例であり、使用するセット回路１や二次電池２によって適切な値に適宜設定すれば良いことは言うまでもない。
【００３３】
ＡＣアダプター４からセット本体３に電力を供給する際は、先ず、第１のアンプＡ１により、ＡＣアダプター４からの出力電圧Ｖｏが、８．４Ｖで一定となるように制御される。
【００３４】
このとき、第１の抵抗Ｒｏに印加している電圧が第２のアンプＡ２で検出される。そして、第２のアンプＡ２は、この検出結果に基づいて、セット本体３に流れる全電流Ｉｏが３Ａ以下となるように制御する。すなわち、図２中の実線に示すように、セット本体３に流れる全電流Ｉｏが３Ａとなったら、当該電流Ｉｏが３Ａで保持されるように、ＡＣアダプター４からの出力電圧Ｖｏが降下することとなる。
【００３５】
同時に、第２の抵抗Ｒｂに印加している電圧が第３のアンプＡ３で検出される。そして、第３のアンプＡ３は、この検出結果に基づいて、二次電池２に流れる充電電流Ｉｂが１Ａ以下となるように制御する。すなわち、図２中の点線に示すように、二次電池２に流れる充電電流Ｉｂが１Ａとなったら、充電電流Ｉｂが１Ａで保持されるように、ＡＣアダプター４からの出力電圧Ｖｏが降下することとなる。
【００３６】
このとき、セット回路１に流れるセット回路電流Ｉｓは、セット本体３に流れる全電流Ｉｏと、二次電池２に流れる充電電流Ｉｂとの差であり、下記式（１）で表される。
【００３７】
Ｉｓ＝Ｉｏ−Ｉｂ・・・（１）
以上のように上記充電装置では、セット回路１と二次電池２の両方に対して同時に電力供給が行われる。しかも、第２のアンプＡ２及び第３のアンプＡ３による検出結果に基づいて、セット回路１に供給されるセット回路電流Ｉｓと、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂとが所定値以下となるように、ＡＣアダプター４からセット本体３に供給される電流Ｉｏが制御される。すなわち、セット本体３に供給される全電流Ｉｏは所定の電流値以下（上記の例では３Ａ以下）に制限され、また、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂも所定の電流値以下（上記の例では１Ａ以下）に制御される。
【００３８】
つぎに、二次電池２の充電を行っている状態から、セット回路１を駆動したときの電力制御について説明する。
【００３９】
先ず、セット回路１が駆動しておらず、二次電池２の充電だけが行われているとする。このとき、１Ａの充電電流Ｉｂが、二次電池２に供給される。このときの電圧Ｖｏは、二次電池２の抵抗等に影響により、８．４Ｖよりも若干低い電圧となる。なお、この状態は、二次電池２の側については、図３（ａ）中の点Ｉｂ１に相当し、セット回路１の側については、図３（ｂ）中の点Ｉｓ１に相当する。
【００４０】
この状態の時に、セット回路１を駆動すると、セット回路１にセット回路電流Ｉｓが流れ、図３（ｂ）中の矢印Ｙ１に示すように、セット回路１に流れるセット回路電流Ｉｓが増加する。これに伴い、図３（ａ）中の矢印Ｙ２に示すように、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂが減少する。すなわち、セット回路１を駆動すると、二次電池２の電圧よりもセット回路２の電圧が下がり、その電圧量の差に伴って、二次電池２に流れる充電電流Ｉｂが減少していく。
【００４１】
ここで、セット本体３の全体には３Ａまでの電流を供給して良いので、セット回路１に流れるセット回路電流Ｉｓが２Ａまでは、二次電池２に流れる充電電流Ｉｂは１Ａのまま保持される。なお、セット回路１に流れる電流が２Ａの状態は、図３（ｂ）中の点Ｉｓ２に相当する。
【００４２】
そして、セット回路１に流れるセット回路電流Ｉｓが２Ａを越えると、その分だけ、二次電池２に流れる充電電流Ｉｂが減少する。そして、セット回路１に流れるセット回路電流Ｉｓが２Ａから３Ａに増加すると、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂがゼロとなる。すなわち、セット回路１の側の状態が、図３（ｂ）中の点Ｉｓ２から点Ｉｓ３へと移行すると、二次電池２の側の状態が、図３（ａ）中の点Ｉｂ１から点Ｉｂ２へと移行する。
【００４３】
以上のように充電装置では、セット本体３に流れる全電流Ｉｏが所定の電流値以下の間は、セット回路１にセット回路電流Ｉｓが供給されていても、二次電池２に充電電流Ｉｂが供給され続けることとなる。すなわち、上記充電装置では、セット回路１を駆動していても、電力供給に余裕があるときは、二次電池２の充電が行われる。
【００４４】
一方、従来の充電装置では、セット回路の駆動と、二次電池の充電とを同時に行うことはできなかったので、セット回路の駆動状態と、二次電池の充電状態とをその都度切り換える必要があった。すなわち、従来の充電装置では、セット回路を駆動するときには、二次電池の充電を行わないようにし、セット回路を駆動していないときに、二次電池の充電を行うようにしていた。これに対して、本発明を適用した上記充電装置では、セット回路１を駆動させた状態のままでも、二次電池２の充電を行うことができるので、セット回路１の駆動状態と、二次電池２の充電状態とを切り換える必要が無く、非常に使い勝手の良いものとなっている。
【００４５】
また、上述のような充電装置において、ＡＣアダプター４からの出力容量は、セット回路１の電流容量と、二次電池２の充電電流容量とのいずれか大きい値に設定される。そして、本発明を適用した上記充電装置では、セット回路１に供給されるセット回路電流Ｉｓを優先させ、セット回路１に流れるセット回路電流Ｉｓの増減に応じて、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂを増減制御することができる。したがって、セット回路１の消費電力が小さいときは、充電電流Ｉｂを最大限に増加させて、充電時間を短縮することができ、逆に、セット回路１の消費電力が大きいときは、充電電流Ｉｂを減少させて、セット回路１の駆動に必要な電流をセット回路１に安定して供給することができる。このように、上記充電装置では、二次電池２に対する充電と、セット回路１の駆動とを連動させることにより、二次電池２の充電を効率的に行うことが可能となっている。
【００４６】
これに対して、従来の充電装置では、セット回路を動作させるときには、セット回路の駆動に必要な電流だけをＡＣアダプターから供給し、二次電池を充電するときには、二次電池の充電に必要な電流だけをＡＣアダプターから供給するようにしていた。したがって、従来の充電装置では、セット回路の電流容量と二次電池の充電電流容量とに差がある場合には、どちらか小さいほうの電流で動作させたときに、ＡＣアダプターは余剰の出力容量をもったまま動作することとなり、非常に効率が悪かった。
【００４７】
また、本発明を適用した上記充電装置では、例えばモータの起動や停止等の影響により、セット回路１に瞬間的に大きな電流（以下、ラッシュ電流と称する。）が流れるようなときに、二次電池２からの放電によって電力不足を補うことができる。
【００４８】
例えば、セット回路１の側の状態が図３（ｂ）中の点Ｉｓ３のときに、すなわち、セット回路１に３Ａの電流が流れているときに、セット回路１にラッシュ電流が流れて、セット回路１の側の状態が図３（ｂ）中の点Ｉｓ３から点Ｉｓ４に移行するような場合、二次電池２の側の状態が図３（ａ）中の点Ｉｂ２から点Ｉｂ３に移行して、二次電池２からの放電によって電力不足が補われる。
【００４９】
すなわち、ＡＣアダプター４から供給される全電流Ｉｏの最大値は、３Ａ以下に制限されているため、それ以上の電流を外部電源から得ることはできない。そこで、ラッシュ電流によってセット回路１に流れる電流が３Ａを越えるようなときに、二次電池２からの放電によって、電流が補われることとなる。
【００５０】
すなわち、図１に示すように、セット回路１にセット回路電流Ｉｓが流れており、当該セット回路電流Ｉｓが３Ａに満たない場合には、二次電池２には充電電流Ｉｂが流れるが、セット回路１に流れる電流Ｉｓがラッシュ電流により３Ａを越えるようなときには、二次電池２からの放電電流Ｉａがセット回路１に供給される。なお、図１では、セット回路電流Ｉｓを、実線矢印Ｉｓで示しており、二次電池２への充電電流Ｉｂを、実線矢印Ｉｂで示しており、二次電池２からの放電電流Ｉａを、点線矢印Ｉａで示している。
【００５１】
従来の充電装置では、このようなラッシュ電流を考慮して、ＡＣアダプターには、大きな出力容量を有するものを用いる必要があった。これに対して、本発明を適用した上記充電装置では、上述のように、セット回路１に流れるラッシュ電流が、ＡＣアダプター４から供給される全電流Ｉｏの最大値を越えるような場合には、二次電池２からの放電電流Ｉａによってセット回路１に供給される電流が補われる。したがって、本発明を適用した上記充電装置では、ＡＣアダプター４として、セット回路１に流れるラッシュ電流までも考慮したような大きな出力容量を有するものを使用する必要がなく、小型化及び低価格化を図ることが可能である。
【００５２】
なお、セット本体３とＡＣアダプター４との接続には、図４及び図５に示すように、セット本体３の第１の接地端子Ｇｓ’と第２の接地端子Ｇｂ’との間に接点構造を持ち、セット本体３からＡＣアダプター４が取り外されたときに、セット本体３の第１の接地端子Ｇｓ’と第２の接地端子Ｇｂ’とが接続するように動作するコネクター１０を使用することが好ましい。
【００５３】
ここで、図４は、セット本体３とＡＣアダプター４とがコネクター１０を介して接続され、ＡＣアダプター４からセット本体３に電力が供給されているときの状態を示す図であり、図５は、セット本体３がＡＣアダプター４から取り外され、セット本体３に内蔵された二次電池２からセット回路１に電力が供給されているときの状態を示す図である。
【００５４】
上記コネクター１０を使用したとき、セット本体３とＡＣアダプター４とが接続されているときには、図４に示すように、ＡＣアダプター４の出力端子Ｖｃｃとセット本体３の入力端子Ｖｃｃ’とが接続し、ＡＣアダプター４の第１の接地端子Ｇｓとセット本体３の第１の接地端子Ｇｓ’とが接続し、ＡＣアダプター４の第２の接地端子Ｇｂとセット本体３の第２の接地端子Ｇｂ’とが接続した状態となり、セット回路１にセット回路電流Ｉｓが供給され、二次電池２に充電電流Ｉｂが供給される。
【００５５】
そして、セット本体３からＡＣアダプター４が取り外されると、図５に示すように、セット本体３の第１の接地端子Ｇｓ’と第２の接地端子Ｇｂ’とが接続した状態となり、二次電池２からの放電電流Ｉａがセット回路１に供給される。
【００５６】
以上のようなコネクター１０を用いることにより、セット本体３からＡＣアダプター４が取り外されたときに、自動的に二次電池２からセット回路１への電力供給が行われるようになるので、非常に使い勝手の良いシステムとなる。しかも、以上のようなコネクター１０を用いることにより、電力供給元の自動切替を、複雑な回路を要することなく、非常に安価に実現することができる。
【００５７】
ところで、セット回路１と二次電池２は、ダイオードＤｓを介して接続されているので、セット本体３の第１の接地端子Ｇｓ’と第２の接地端子Ｇｂ’とが仮に接続されずにオープン状態となったとしても、ダイオードＤｓを介して、二次電池２からの放電電流Ｉａがセット回路１へ供給される。したがって、例えば、コネクター１０の部分において、接点チャタリングが生じたとしても、瞬間的な電力供給停止が発生するようなことはない。
【００５８】
なお、上述のように、セット本体３の第１の接地端子Ｇｓ’と第２の接地端子Ｇｂ’とが接続されずにオープン状態となったとしても、ダイオードＤｓを介して、二次電池２からの放電電流Ｉａがセット回路１に供給される。したがって、上述のようなコネクター１０を用いなくても、二次電池２からセット回路１への電力供給は可能である。しかしながら、上述のようなコネクター１０を用いれば、ダイオードＤｓを介することなく、二次電池２からセット回路１へ効率良く電力を供給することが可能となるのでより好ましい。
【００５９】
ところで、上述の充電装置では、セット回路１と二次電池２とが一体となったセット本体３に、ＡＣアダプター４が接続されるものとしたが、図６に示すように、二次電池２をＡＣアダプター４の側に配して、セット本体３とＡＣアダプター４とが出力端子Ｖｃｃ及び接地端子Ｇｓを介して接続するようにして、二次電池２が内部に配されたＡＣアダプター４と、セット本体３とを着脱可能としてもよい。
【００６０】
このときも上述の充電装置と同様に、セット回路１及び二次電池２に供給される電流が所定値以下となるように、セット回路１に供給されるセット回路電流Ｉｓと、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂとが制御される。すなわち、セット本体３に流れる全電流Ｉｏが、第２のアンプＡ２によって所定の電流値以下に制御され、二次電池２に流れる充電電流Ｉｂが、第３のアンプＡ３によって所定の電流値以下に制御される。
【００６１】
この充電装置でも、セット回路１の駆動時には、セット回路１に優先的にセット回路電流Ｉｓが供給され、ＡＣアダプター４の内部に配された二次電池２には、全電流Ｉｏからセット回路１に供給されるセット回路電流Ｉｓを差し引いた余剰電流が充電電流Ｉｂとして供給される。
【００６２】
なお、外部電源から供給される全電流Ｉｏの最大値を越えるようなラッシュ電流がセット回路１に流れるときに、二次電池２の放電によって不足分の電流が補われるのは、上述の充電装置と同様である。
【００６３】
また、図７に示すように、ＡＣアダプター４の内部に第１の二次電池２１を配するとともに、ＡＣアダプター４に対してセット回路１と第２の二次電池２２とをそれぞれ接続するようにして、ＡＣアダプター４と、セット回路１が配されるセット本体３と、第２の二次電池２２が配される部分２３とを、それぞれ着脱可能としてもよい。
【００６４】
図７に示した充電装置では、ＡＣアダプター４とセット本体３との接続については上述の充電装置と同様であるが、二次電池として、第１の二次電池２１と第２の二次電池２２とを備えているので、これらの二次電池２１，２２に関連する部分の回路が以下のような構成とされる。
【００６５】
すなわち、図７に示すように、ＡＣアダプター４の内部に配された第１の二次電池２１は、マイナス端子が、第１の二次電池２１の充電電流を検出するための抵抗である第１の充電電流検出用抵抗Ｒｂ１に接続され、この第１の充電電流検出用抵抗Ｒｂ１の他方の端子は、第１の抵抗Ｒｏに接続される。
【００６６】
一方、ＡＣアダプター４の外部に配された第２の二次電池２２は、プラス端子がＡＣアダプター４の出力端子Ｖｃｃに接続され、マイナス端子がＡＣアダプター４の第２の接地端子Ｇｂに接続される。ここで、第２の接地端子Ｇｂには、第２の二次電池２２の充電電流を検出するための抵抗である第２の充電電流検出用抵抗Ｒｂ２が接続され、この第２の充電電流検出用抵抗Ｒｂ２の他方の端子は、第１の充電電流検出用抵抗Ｒｂ１と同様に、第１の抵抗Ｒｏに接続される。
【００６７】
そして、第１の二次電池２１と第２の二次電池２２に流れる合計の充電電流量を制御するため、第１の二次電池２１と第２の二次電池２２のそれぞれのマイナス端子を、２個の抵抗Ｒ１，Ｒ２を直列接続して結線接続して、これらの抵抗Ｒ１，Ｒ２の中点Ｘを第３のアンプＡ３のプラス端子に接続する。そして、第３のアンプＡ３によって、第１及び第２の二次電池２１，２２に流れる合計の充電電流を検出し、当該充電電流が所定値を越えないように制御する。
【００６８】
また、第１の二次電池２１への入力ラインには、ダイオードｄ１を挿入し、同様に、第２の二次電池２２への入力ラインにも、ダイオードｄ２を挿入する。これにより、第１の二次電池２１と第２の二次電池２２との間で、電池電圧に差が生じたとしても、電流が逆流してしまうようなことがなくなる。すなわち、これらのダイオードｄ１，ｄ２は、逆流防止用のダイオードであり、電池電圧の高い電池から電池電圧の低い電池へと、電流が逆流してしまうのを防止するためのものである。
【００６９】
なお、図７に示した例は、ＡＣアダプター４の内部に第１の二次電池２１を配した例であるが、第１の二次電池２１がなく、単に、ＡＣアダプター４に対してセット本体３と第２の二次電池２２とをそれぞれ接続するような場合でも、本発明は適用可能である。この場合は、第２の二次電池２２への入力ラインに配されるダイオードｄ２は不要であり、ダイオードｄ２を取り除いたときには、外部電源から供給される全電流Ｉｏの最大値を越えるようなラッシュ電流がセット回路１に流れるときに、第２の二次電池２２からの放電によって不足分の電流が補われる。
【００７０】
また、図８に示すように、電力変換トランス７の二次側に整流ダイオードとして、２つのダイオードＤａ，Ｄｂを配し、セット本体３への入力ラインを、セット側入力ライン（Ｖｃｃライン）と、二次電池側入力ライン（Ｖｂライン）とに分けるようにしてもよい。このような回路構成は、セット回路１の側の接地ラインと二次電池２の接地ラインとをまとめたいとき、すなわち、ＡＣアダプター４とセット本体３とのインターフェースにおいて、接地ライン（ＧＮＤライン）を一つにしたいときに、特に有効である。
【００７１】
このときは、ダイオードＤｂで整流された入力ライン、すなわち二次電池側入力ラインに、二次電池２に供給される充電電流を検出するための抵抗である第２の抵抗Ｒｂを接続する。そして、第３のアンプＡ３は、この第２の抵抗Ｒｂに流れる電流を検出し、二次電池２に供給される充電電流Ｉｂが所定値を越えないように、二次電池側入力ラインに流れる電流を制御する。
【００７２】
また、接地ラインには、セット本体３に流れる全電流Ｉｏを検出するための抵抗である第１の抵抗Ｒｏを接続する。そして、第２のアンプＡ２は、この第１の抵抗Ｒｏに流れる電流を検出し、セット本体３に流れる全電流Ｉｏが所定値を越えないように、セット側入力ライン及び二次電池側入力ラインに流れる電流を制御する。すなわち、第２のアンプＡ２は、セット回路１に流れる電流Ｉｓと二次電池２に流れる充電電流Ｉｂとの和を検出し、セット本体３に供給される全電流Ｉｏが所定値を越えないように、ＡＣアダプター４から供給される電流を制御する。
【００７３】
以上のような回路構成としたときも、ＡＣアダプター４は、図１に示したような回路構成としたときと同様に動作し、ＡＣアダプター４からの出力特性も図２と同様な特性となる。
【００７４】
また、図８に示した回路構成では、電界効果トランジスタＦＥＴ、抵抗Ｒｕ、コンパレータＣＯＭＰ及びナンド回路ＮＡをセット本体３の内部に配し、二次電池２の充電と放電とを自動的に切り換えるようにしている。
【００７５】
電界効果トランジスタＦＥＴは、セット側入力ラインと、二次電池側入力ラインとの間に配されている。この電界効果トランジスタＦＥＴは、二次電池２に充電電流Ｉｂが流れているときにはオフ状態とされ、ＡＣアダプター４から電流が供給されていない状態でセット回路１が駆動されたとき、すなわち二次電池２からの放電電流Ｉａが流れるときに、オン状態とされる。すなわち、ＡＣアダプター４から電流が供給されていない状態でセット回路１が駆動されたときに、電界効果トランジスタＦＥＴがオン状態となり、二次電池２からの放電電流Ｉａがセット回路１に供給される。
【００７６】
ここで、電界効果トランジスタＦＥＴの内部には、ダイオードｄが配されている。したがって、電界効果トランジスタＦＥＴがオフ状態のときでも、二次電池２が放電すると、ダイオードｄを介して、二次電池２からの放電電流Ｉａがセット回路１に流れる。しかしながら、ダイオード順方向電圧降下が生じるため、セット回路１の駆動時には、電界効果トランジスタＦＥＴをオン状態にする必要がある。
【００７７】
そこで、図８に示した回路構成では、ナンド回路ＮＡを用いて、二次電池２が充電状態のときと放電状態のときとで、電界効果トランジスタＦＥＴの状態を切り換えるようにしている。すなわち、ナンド回路ＮＡからの出力がハイレベルのときに、電界効果トランジスタＦＥＴがオフ状態となり、ナンド回路ＮＡからの出力がローレベルのときに、電界効果トランジスタＦＥＴがオン状態となるようにしている。
【００７８】
ここで、ナンド回路ＮＡの一方の入力端子には、セット回路１の駆動状態を示す信号が入力される。すなわち、セット回路１は、駆動しているときに、ハイレベルの信号Ｈｉをナンド回路ＮＡに入力し、駆動していないときに、ローレベルの信号Ｌｏｗをナンド回路ＮＡに入力する。また、ナンド回路ＮＡの他方の入力端子には、以下に説明するように、コンパレータＣＯＭＰからの信号が入力される。
【００７９】
上記セット本体３には、二次電池２のマイナス端子と、セット回路１の接地端子との間に抵抗Ｒｕが接続されており、この抵抗Ｒｕの一方の端子は、コンパレータＣＯＭＰのプラス端子に接続され、他方の端子は、コンパレータＣＯＭＰのマイナス端子に接続されている。
【００８０】
そして、ＡＣアダプター４から電力供給がなされており、二次電池２に充電電流Ｉｂが供給されていれば、コンパレータＣＯＭＰのマイナス端子に印加される電圧がプラス端子に印加される電圧よりも高くなり、コンパレータＣＯＭＰからナンド回路ＮＡにローレベルの信号Ｌｏｗが入力される。この結果、セット回路１の駆動状態に関わらず、ナンド回路ＮＡからの出力はハイレベルとなり、電界効果トランジスタＦＥＴは、オフ状態とされる。
【００８１】
すなわち、二次電池２を充電しているときには、セット回路１の駆動状態に関わらず、電界効果トランジスタＦＥＴはオフ状態となり、セット側入力ラインから二次電池側入力ラインへ電流が流れ込むようなことない。
【００８２】
一方、ＡＣアダプター４から電力供給がなされていないときに、セット回路１を駆動すると、二次電池２からの放電電流Ｉａが、ダイオードｄを経由し、セット回路１に供給される。このとき、二次電池２からの放電電流Ｉａによって、コンパレータＣＯＭＰのプラス端子に印加される電圧がマイナス端子に印加される電圧よりも高くなり、コンパレータＣＯＭＰからナンド回路ＮＡにハイレベルの信号Ｈｉが入力される。この結果、ナンド回路ＮＡからの出力はローレベルとなり、電界効果トランジスタＦＥＴがオン状態となり、二次電池２からの放電電流Ｉａがセット回路１に供給され、セット回路１が安定に動作することとなる。
【００８３】
以上のように、電界効果トランジスタＦＥＴ等を用いて二次電池２の充電と放電とを自動的に切り換えるようにすることにより、セット側入力ラインから二次電池側入力ラインへ電流が流れ込まないようにすることができ、しかも、ＡＣアダプター４からの電力供給を停止したときには、セット回路１への電力供給元が、ＡＣアダプター４から二次電池２に自動的に切り換わり、二次電池２からの放電電流Ｉａがセット回路１に供給されるようになる。
【００８４】
なお、本発明に係る充電装置が使用される機器は、二次電池を駆動用電源として備えるものであれば、特に限定されるものではなく、本発明は、ビデオカメラやパーソナルコンピュータ等のように電気によって駆動される機器一般に広く適用可能である。また、使用される二次電池も特に限定されるものではない。なお、二次電池としては、具体的には、例えば、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマ二次電池、ニッケル水素二次電池等がある。
【００８５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る充電装置は、電気によって駆動される機器に供給される電流を検出する第１の電流検出手段と、二次電池に供給される電流を検出する第２の電流検出手段とを備えており、それらの検出結果に基づいて、機器及び二次電池に供給される電流が所定値以下となるように、供給される電流を制御するようにしているので、機器の駆動状態に関わらず二次電池の充電を行うことが可能である。しかも、本発明に係る充電装置は、簡単な回路構成であり、低コストで実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した充電装置の一例を示す回路図である。
【図２】図１に示した充電装置のＡＣアダプターの出力特性を示す図である。
【図３】二次電池に流れる充電電流Ｉｂの遷移の様子と、セット回路に流れるセット回路電流Ｉｓの遷移の様子とを示す図である。
【図４】セット本体とＡＣアダプターとがコネクターを介して接続され、ＡＣアダプターからセット本体に電力が供給されている状態を示す図である。
【図５】セット本体がＡＣアダプターから取り外され、セット本体に内蔵された二次電池からセット回路に電力が供給されている状態を示す図である。
【図６】本発明を適用した充電装置の他の例を示す回路図であり、ＡＣアダプターの内部に二次電池を配し、ＡＣアダプターとセット本体とを着脱可能とした例を示す回路図である。
【図７】本発明を適用した充電装置の他の例を示す回路図であり、ＡＣアダプターと、セット本体と、二次電池が配される部分とを、それぞれ着脱可能とした例を示す回路図である。
【図８】本発明を適用した充電装置の他の例を示す回路図であり、ＡＣアダプターとセット本体とのインターフェースにおいて接地ラインを一つにするとともに、二次電池の充電と放電とを自動的に切り換えるようにした例を示す回路図である。
【図９】従来の充電装置の回路図である。
【図１０】図９に示した充電装置のＡＣアダプターの出力特性を示す図である。
【符号の説明】
１セット回路、２二次電池、３セット本体、４ＡＣアダプター、５入力フィルター、６整流回路、７電力変換トランス、Ｔｒスイッチング素子、Ｃコンデンサ、Ｒｏ第１の抵抗、Ｒｂ第２の抵抗、Ａ１，Ａ２，Ａ３アンプ、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄｓダイオード、ＰＨフォトカプラー、ＰＷＭパルス幅変調制御回路

Claims

機器に使用される二次電池と、
少なくとも機器に供給される電流を検出する第１の電流検出手段と、
二次電池に供給される電流を検出する第２の電流検出手段とを備え、
第１の電流検出手段及び第２の電流検出手段による検出結果に基づいて、機器及び二次電池に供給される電流が所定値以下となるように、機器及び二次電池に供給される電流を制御するようにした充電装置であって、
上記機器の駆動時に外部電源から電流が供給されていないときには、上記二次電池からの放電電流を上記機器に供給する電界効果トランジスタと、
上記放電電流が電界効果トランジスタの内部ダイオードを介して流れたことを検出するコンパレータと、
上記コンパレータの出力と機器に供給された電圧との論理出力により上記電界効果トランジスタを制御するゲート手段とを備え、
上記電界効果トランジスタ、上記機器及び上記二次電池が配される部分は、外部電源に対して着脱可能とされ、
上記外部電源の離脱時に上記電界効果トランジスタを上記ゲート手段の出力によりオン状態に保持して上記二次電池からの放電電流を上記機器に供給するようにしたことを特徴とする充電装置。
上記第１の電流検出手段は、上記機器に接続される第１の抵抗を有し、上記第１抵抗を流れる電流を検出し、上記第２の電流検出手段は、上記二次電池に接続される第２の抵抗を有し、上記第２抵抗を流れる電流を検出することを特徴とする請求項１記載の充電装置。