JP5997063B2 - Secondary battery charger - Google Patents
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Description
本発明は、二次電池の充電装置に関するものであって、特に、電源電圧を降圧するトランスの二次巻線として、充電回路に接続されるメイン巻線と制御回路に接続されるサブ巻線を有する充電装置に係る。 The present invention relates to a charging device for a secondary battery, and in particular, as a secondary winding of a transformer for stepping down a power supply voltage, a main winding connected to a charging circuit and a sub winding connected to a control circuit The present invention relates to a charging device having
従来から、二次電池の充電装置としては、たとえば、特許文献1から特許文献3に示すように、トランスと交流生成用のスイッチング素子を組み合わせたスイッチング電源が、一般的に用いられている。このスイッチング電源は、トランスの一次側に商用電源を接続し、二次側に二次電池の充電回路とその制御回路を接続すると共に、トランスの一次側にトランジスタやFETなどのスイッチング素子を配置している。二次側の制御回路により充電回路で必要とする電力を検出し、これを一次側にフィードバックして、スイッチング素子をオン・オフさせている。
Conventionally, as a secondary battery charging device, for example, as shown in Patent Document 1 to
この種の従来技術の充電回路には、電池パックを充電装置に装着していない待機時や、電池パックの充電完了時などの軽負荷時において、制御回路の駆動電力を確保したり、スイッチング素子の動作を安定させるためのブリーダー抵抗が設けられている。 In this type of prior art charging circuit, the driving power of the control circuit is ensured at the time of standby when the battery pack is not attached to the charging device or when the battery pack is fully charged, or the switching element A bleeder resistor is provided to stabilize the operation.
すなわち、電池パックの充電中は、充電回路に大きな電圧が要求されることから、スイッチング素子の連続したスイッチング動作により二次側に大きな電力を供給するため、制御回路の駆動電力も十分に賄える。しかし、電池パックの充電を行わない軽負荷時には、二次側は大きな電力を必要としないことから、スイッチング素子の発振周波数も低くなり、二次側に供給される電力が低下する。その結果、制御回路の駆動電力が不足することになるので、充電回路にブリーダー抵抗を挿入することで、ブリーダー抵抗が消費する電力分を二次側に供給し、制御回路に必要とする電力供給がなされるようにしている。 That is, since a large voltage is required for the charging circuit while the battery pack is being charged, a large amount of power is supplied to the secondary side by the continuous switching operation of the switching element, so that the driving power of the control circuit can be sufficiently provided. However, when the battery pack is not charged and the load is light, the secondary side does not require a large amount of power, so the oscillation frequency of the switching element also decreases, and the power supplied to the secondary side decreases. As a result, the drive power of the control circuit will be insufficient, so by inserting a bleeder resistor in the charging circuit, the power consumed by the bleeder resistor is supplied to the secondary side, and the power supply required for the control circuit is supplied. Is made.
昨今CO2削減を目的として、家電製品に関する省エネ化が進む中、各国においても消費エネルギーの規格化が進み、待機電力や電源効率も基準値以下に対応しなければならなくなった。バッテリー充電器においても同様に待機中、充電中、充電後のトータル的なエネルギー規制が規格化されつつある。 In recent years, energy savings related to home appliances have been promoted for the purpose of reducing CO2 emissions, and the standardization of energy consumption has progressed in each country, and standby power and power supply efficiency have to be below the standard values. Similarly, in battery chargers, total energy regulations during standby, during charging, and after charging are being standardized.
しかしながら、このような従来技術においては、待機時や充電完了時におけるブリーダー抵抗の電力消費が、消費エネルギー低減の妨げになっていた。すなわち、この種の充電装置は、充電回路の負荷に応じてスイッチング素子を制御しているが、このような回路で電池パックが挿入されていない時などの軽負荷時において、スイッチング素子は軽負荷時損失を軽減するために、発振周波数を落としたり、バーストモードと呼ばれる間欠発振をしている。 However, in such a conventional technique, the power consumption of the bleeder resistor at the time of standby or completion of charging has hindered the reduction of energy consumption. That is, this type of charging device controls the switching element in accordance with the load of the charging circuit, but the switching element is lightly loaded at a light load such as when a battery pack is not inserted in such a circuit. In order to reduce time loss, the oscillation frequency is lowered or intermittent oscillation called burst mode is performed.
一方、たとえ充電回路が軽負荷時であっても、サブ巻線に接続された制御回路では、制御回路の動作に必要な一定の値以上の電圧を維持する必要があるため、スイッチング素子の発振周波数を一定限度以上に落としたり間欠発振させて、二次側に供給する電力をあまり少なくすることは好ましくない。そのため、従来技術では、充電回路にブリーダー抵抗を設けることで、軽負荷時であっても充電回路にはブリーダー抵抗分の負荷が残るようにして、スイッチング素子の安定化や制御回路の駆動電力の確保を図っていた。しかし、このようなブリーダー抵抗の存在は、充電性能やユーザーの利便性に何ら関係のないものであり、単に電力を消費するだけのものであるから、電力の有効利用の面から好ましいものではなかった。 On the other hand, even when the charging circuit is lightly loaded, the control circuit connected to the sub-winding needs to maintain a voltage above a certain value necessary for the operation of the control circuit. It is not preferable to reduce the power supplied to the secondary side by reducing the frequency to a certain level or intermittently oscillating. Therefore, in the prior art, by providing a bleeder resistor in the charging circuit, a load corresponding to the bleeder resistor remains in the charging circuit even at a light load, thereby stabilizing the switching element and reducing the driving power of the control circuit. I was trying to secure it. However, the presence of such a bleeder resistance has nothing to do with charging performance and user convenience, and simply consumes power, which is not preferable in terms of effective use of power. It was.
特に、制御回路で必要な一定の電圧が得られるように、制御回路にはシリーズレギュレーターが設けられることが一般的である。軽負荷時において、一次側制御部が消費電力を軽減するために発振がバーストモードとなっていると、制御回路側の整流部も充電側の負荷に応じたバースト周期によって、整流回路を構成するコンデンサへのチャージが行われている。しかし、バースト周期中に制御回路側で電力を消費することにより、制御回路側のコンデンサに蓄えられた電荷が消費され、シリーズレギュレーターの安定動作を保証する最低入力電圧を下回ってしまい、制御回路が安定動作できなくなることがある。 In particular, the control circuit is generally provided with a series regulator so that a constant voltage necessary for the control circuit can be obtained. At light load, if the oscillation is in burst mode in order to reduce the power consumption of the primary side control unit, the rectification unit on the control circuit side also configures the rectifier circuit by the burst cycle according to the load on the charging side The capacitor is being charged. However, by consuming power on the control circuit side during the burst period, the charge stored in the capacitor on the control circuit side is consumed, which is below the minimum input voltage that guarantees stable operation of the series regulator. Stable operation may not be possible.
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、ブリーダー抵抗を不要として、軽負荷時の電力削減を可能とした二次電池の充電装置を提供することにある。 The present invention has been proposed to solve such problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a charging device for a secondary battery that eliminates the need for a bleeder resistor and enables power reduction at light loads.
本発明の二次電池の充電装置は、次のような構成を有することを特徴とする。
(1) トランスの一次巻線に電源回路が接続され、この電源回路のトランスに対して印加される電圧をオン・オフする第1のスイッチング素子と、そのオン・オフ制御を行う一次側制御部が接続されている。
(2) トランスの二次側にメイン巻線とサブ巻線が接続され、メイン巻線には充電対象の電池パックに対して電力を供給する充電回路が、サブ巻線には電池パックの状況に応じて電池パックに対する充電を制御する制御回路が接続されている。
(3) 充電回路には、充電回路の電圧を予め設定された一定値に保持する第1と第2の定電圧設定部が設けられている。
(4) 第1の定電圧設定部には、充電対象電池パックの最大電池電圧以上の電圧が設定され、第2の定電圧設定部には、第1の電圧よりも低く、制御回路の駆動に必要な電圧よりも高い電圧が設定されている。
(5) 制御回路は、電池パックの充電状態を検出する電池状態判別回路と、電池状態判別回路の検出結果に応じて、第1と第2の定電圧設定部を切り替える充電制御部を備え、電池パックの未装着時あるいは充電完了時には、第2の定電圧設定部によって設定された低い電圧を有し、制御回路を駆動するために必要な電流を、充電回路から制御回路に流すものである。
The secondary battery charging device of the present invention is characterized by having the following configuration.
(1) A power supply circuit is connected to a primary winding of a transformer, a first switching element for turning on and off a voltage applied to the transformer of the power supply circuit, and a primary side control unit for performing on / off control thereof Is connected.
(2) The main and sub windings are connected to the secondary side of the transformer. A control circuit for controlling charging of the battery pack is connected in accordance with the control.
(3) The charging circuit is provided with first and second constant voltage setting units that hold the voltage of the charging circuit at a preset constant value.
(4) The first constant voltage setting unit is set to a voltage that is equal to or higher than the maximum battery voltage of the battery pack to be charged, and the second constant voltage setting unit is lower than the first voltage and drives the control circuit. Is set to a voltage higher than that required.
(5) The control circuit includes a battery state determination circuit that detects a charge state of the battery pack, and a charge control unit that switches between the first and second constant voltage setting units according to the detection result of the battery state determination circuit, When the battery pack is not attached or when charging is completed, the battery pack has a low voltage set by the second constant voltage setting unit, and a current necessary for driving the control circuit is passed from the charging circuit to the control circuit. .
本発明において、第1と第2の定電圧設定部をツェナーダイオードによって構成することができる。また、充電回路に、電池パックを充電するための第1の整流回路と、電池パックの電圧が低いときにおいて制御回路を駆動するための第2の整流回路を設けることもできる。 In the present invention, the first and second constant voltage setting units can be constituted by Zener diodes. In addition, the charging circuit can be provided with a first rectifier circuit for charging the battery pack and a second rectifier circuit for driving the control circuit when the voltage of the battery pack is low.
本発明によれば、ブリーダー抵抗を不要とすることで、ブリーダー抵抗分の電力を削減することが可能になると共に、軽負荷時における制御回路の駆動電力を確実に確保できる。 According to the present invention, by eliminating the need for the bleeder resistance, it is possible to reduce the power for the bleeder resistance and to ensure the driving power of the control circuit at the time of light load.
[1.第1実施形態]
[1−1.構成]
(1)一次側回路
以下、本発明の第1実施形態を図1に従って具体的に説明する。本実施形態では、トランスTの一次巻線1aの一端には交流電源2が整流回路部3を介して接続され、一次巻線1aの他端にはスイッチング素子Q1が接続されている。スイッチング素子Q1には、そのオン・オフを制御する一次側制御部5が設けられている。
[1. First Embodiment]
[1-1. Constitution]
(1) Primary side circuit Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the present embodiment, the
一次側制御部5にはフォトカプラPHCの受信部が接続され、この受信部が制御回路20から送信されたスイッチング素子Q1の制御信号を受信する。このフォトカプラPHCの送信部は、トランスTの二次側に接続された充電回路10に設けられている。これにより、一次側制御部5は、フォトカプラPHCを介して二次側のフィードバック素子からの信号を受け、スイッチング素子Q1のオン・オフをコントロールする。一次側制御部5は、電池パックの未装着時や充電完了時などの軽負荷時には、消費電力を軽減するため、スイッチング素子Q1をバーストモードなどの間欠発振状態に設定する。
The primary-
スイッチング素子Q1は、制御回路20からの制御信号に基づいて一次側制御部5にてオン・オフがコントロールされ、トランスTを介して、二次側に充電出力を出力する。トランスTの二次側には、メインとサブの2つの巻線1b,1cが設けられ、メイン巻線1bには充電回路10が、サブ巻線1cには制御回路20が接続されている。
The switching element Q <b> 1 is controlled to be turned on / off by the primary
(2)充電回路10
充電回路10には、充電対象となる電池パック30が接続され、電池パック30の充電に必要な電圧がメイン巻線1bから供給される。電池パック30は、シリーズ接続された二次電池と、電池内部の温度や保護素子などの電池パック内部回路31が1つのパッケージに入っているものである。
(2) Charging circuit 10
A battery pack 30 to be charged is connected to the charging circuit 10, and a voltage necessary for charging the battery pack 30 is supplied from the main winding 1b. The battery pack 30 includes a secondary battery connected in series and a battery pack
充電回路10には、メイン巻線1bに接続された整流用のダイオードD1及びコンデンサC1と、電池パック30に対する充電を開始したり、充電を停止するための充電スイッチ11が設けられている。充電スイッチ11は、本実施形態では、制御回路20からの信号でオン・オフするスイッチング素子Q3と、その電池パック30側に挿入された逆流防止用のダイオードD4とからなる。 The charging circuit 10 is provided with a rectifying diode D1 and a capacitor C1 connected to the main winding 1b, and a charging switch 11 for starting or stopping charging the battery pack 30. In this embodiment, the charge switch 11 includes a switching element Q3 that is turned on / off by a signal from the control circuit 20, and a backflow prevention diode D4 that is inserted on the battery pack 30 side.
(3)制御回路20
制御回路20は、電池パック30の充放電の状態に応じて、充電回路10の電圧及び電力を制御するもので、その駆動用の電力はサブ巻線1cから供給される。制御回路20は、サブ巻線1cに接続された整流用のダイオードD5及びコンデンサC2と、シリーズレギュレーター23を備えている。ダイオードD5及びコンデンサC2は、制御回路20用の整流部を構成するもので、トランスTの二次側出力(制御側)を整流するものである。シリーズレギュレーター23は、充電側の負荷の状態で変化する制御回路20用の整流部の電圧を、一定の安定な電圧に変換する。
(3) Control circuit 20
The control circuit 20 controls the voltage and power of the charging circuit 10 according to the charging / discharging state of the battery pack 30, and the driving power is supplied from the sub winding 1c. The control circuit 20 includes a rectifying diode D5 and a capacitor C2 connected to the sub winding 1c, and a
制御回路20は、充電回路10の充電スイッチ11に接続された充電制御部21と、電池パック30の状態を判別するために電池パック内部回路31に接続された電池状態判別回路22を備えている。充電制御部21は電池状態判別回路22と接続され、この電池状態判別回路22によって検出した電池パック30の充放電状態や電池の温度などに応じて、充電スイッチ11をオン・オフする。
The control circuit 20 includes a
充電制御部21は、充電回路10に設けられた電流制御部12と接続されている。電流制御部12は、電池パック30に流れる電流を制御する回路部である。電流制御部12と電池パック30の一端の間には電流検出抵抗R5が、電流制御部12と電池パック30の他端との間にはツェナーダイオードD3が接続されている。電流制御部12には、抵抗R4を介してフォトカプラPHCの送信部が接続されている。
The charging
電流検出抵抗R5は、電池パック30に流れる電流を、その両端の電圧として検出して、充電回路10に流れる電流量を定量化する。ツェナーダイオードD3には、最大電池電圧以上のツェナー電圧であり、充電スイッチ11がOFFのときに一定以上の電圧にならないように基準電圧(ツェナー電圧)が設定されている。 The current detection resistor R5 detects the current flowing through the battery pack 30 as the voltage at both ends thereof, and quantifies the amount of current flowing through the charging circuit 10. The Zener diode D3 has a Zener voltage that is equal to or higher than the maximum battery voltage, and a reference voltage (Zener voltage) is set so as not to exceed a certain voltage when the charging switch 11 is OFF.
(4)電圧切替回路40
本実施形態では、充電回路10による電池パック30の充電時と、電池パックの未装着時や充電完了時のような軽負荷時とで、一次側のスイッチング素子Q1へフィードバックする基準電圧を切り替えるための電圧切替回路40を備えている。電圧切替回路40は、抵抗R2,R3を介して充電回路10と制御回路20間に接続されたトランジスタなどのスイッチング素子Q4を有する。
(4) Voltage switching circuit 40
In the present embodiment, the reference voltage to be fed back to the switching element Q1 on the primary side is switched between charging the battery pack 30 by the charging circuit 10 and a light load such as when the battery pack is not installed or when charging is completed. The voltage switching circuit 40 is provided. The voltage switching circuit 40 includes a switching element Q4 such as a transistor connected between the charging circuit 10 and the control circuit 20 via resistors R2 and R3.
スイッチング素子Q4は、充電回路10の軽負荷時、すなわち、充電スイッチ11がオフの時に、制御回路20の電圧を下げるためのものである。そのため、スイッチング素子Q4のベース端子に充電制御部21が接続され、制御回路20の電圧を下げるときには、充電制御部21からスイッチング素子Q4をオンにする信号が出力される。
The switching element Q4 is for reducing the voltage of the control circuit 20 when the charging circuit 10 is lightly loaded, that is, when the charging switch 11 is off. Therefore, when the
充電回路10には、ツェナーダイオードD3と並列に、電圧切替用のスイッチング素子Q2が設けられている。スイッチング素子Q2としては、FETあるいはトランジスタが使用できる。スイッチング素子Q2のゲート端子は、充電制御部21に接続されたスイッチング素子Q4に対して、抵抗R2とR3の接続点の部分で接続されている。スイッチング素子Q2の一方の端子は充電回路10のメイン巻線1bに接続され、他方の端子は、ツェナーダイオードD2を介して電流制御部12に接続されている。そのため、充電制御部21に接続されたスイッチング素子Q4がオンすると、抵抗R2,R3に電流が流れ、スイッチング素子Q2はオンする。
The charging circuit 10 is provided with a switching element Q2 for voltage switching in parallel with the Zener diode D3. An FET or a transistor can be used as the switching element Q2. The gate terminal of the switching element Q2 is connected to the switching element Q4 connected to the
ツェナーダイオードD2は、スイッチング素子Q4がオンすると導通し、二次側フォトカプラPHCに電流が流れる。そのため、これまでツェナーダイオードD3のツェナー電圧で一次側へフィードバックし制御されていた電圧が、ツェナーダイオードD2のツェナー電圧で制御される様になる。このときツェナーダイオードD2,D3のツェナー電圧は、下記の関係となっている。 Zener diode D2 becomes conductive when switching element Q4 is turned on, and a current flows through secondary side photocoupler PHC. Therefore, the voltage that has been fed back and controlled by the Zener voltage of the Zener diode D3 to the primary side until now is controlled by the Zener voltage of the Zener diode D2. At this time, the Zener voltages of the Zener diodes D2 and D3 have the following relationship.
D3のツェナー電圧>D2のツェナー電圧>シリーズレギュレーター23の最低動作電圧
Zener voltage of D3> Zener voltage of D2> Minimum operating voltage of
メイン巻線1bに接続された整流用ダイオードD1と、制御回路20のシリーズレギュレーター23との間には、充電回路10から制御回路20に向けて電流を流すダイオードD6が設けられている。ダイオードD6は、制御回路20の電圧が充電回路10の電圧よりも低いとき、制御回路20側に電流を供給する。
Between the rectifying diode D1 connected to the main winding 1b and the
[1−2.作用]
(1)電池パック充電時
本実施形態において、充電対象の電池パック30が充電回路10接続されると、制御回路20の充電制御部21は、電池状態判別回路22が電池パック内部回路31から検出した電池パック30の状態に応じて充電の要否を判定し、電池パック30に充電する必要があると判定した場合には、充電スイッチ11をオンにする。同時に、充電制御部21は、それに接続されたスイッチング素子Q4を充電状態であるオフにすると共に、充電回路10の電流制御部12に対して、一次側のスイッチング素子Q1に対する制御開始指令を出力する。
[1-2. Action]
(1) When charging the battery pack In this embodiment, when the battery pack 30 to be charged is connected to the charging circuit 10, the
電流制御部12は、電流検出抵抗R5の電圧をモニターし、設定された電圧値以上になると、抵抗R4を介してフォトカプラPHCの送信部に、一次側のスイッチング素子Q1のオン・オフを制御するための信号となる電流を流す。これにより、フォトカプラPHCを使用して二次側の電流、電圧を制御する信号を、一次側にフィードバックする。
The
フォトカプラPHCを介して、二次側からの信号を受信した一次側制御部5は、スイッチング素子Q1のオン・オフ制御を行い、それに従って、トランスTの一次側に必要とする電力を供給する。トランスTの二次側では、メイン巻線1bがスイッチング素子Q1によって制御された電圧を降圧して充電回路10が必要とする電圧を生成し、整流素子であるダイオードD1及びコンデンサC1によって整流した後、電池パック30の充電を行う。この場合、トランスTの二次側には、電池パック30の充電に必要な電圧が供給されるので、サブ巻線1cにおいても、制御回路20のシリーズレギュレーター23を安定動作させるに足る十分な電圧が供給される。
The primary
(2)電池パックの未装着時、充電完了時
制御回路20の電池状態判別回路22が、電池パック30の充電完了を検出すると、充電制御部21は充電スイッチ11を切って充電を停止すると共に、スイッチング素子Q4をオンにする。すると、抵抗R2,R3部分から電圧切替用スイッチング素子Q2のゲート端子に電圧が印加され、スイッチング素子Q2がオンになる。
(2) When the battery pack is not attached and when the charging is completed When the battery
電流制御部12に接続されているツェナーダイオードD3とD2とでは、設定されたツェナー電圧がD2の方が低く設定されているので、ツェナーダイオードD2のツェナー電圧によって設定された電圧値になるようにD2から、抵抗R4を介してフォトカプラPHCの送信部に、一次側のスイッチング素子Q1のオン・オフを制御するための信号となる電流を流す。その結果、一次側のスイッチング素子Q1は、充電時よりも低い電圧が充電回路10に生成されるようなタイミングでオン・オフ制御されることになる。
In the Zener diodes D3 and D2 connected to the
充電回路10で生成された低い電圧の電流は、ダイオードD6を経由して充電回路10から制御回路20に向けて流れ、シリーズレギュレーター23を駆動する。この場合、ツェナーダイオードD2のツェナー電圧はシリーズレギュレーター23の最低動作電圧よりも高く設定されているので、シリーズレギュレーター23は安定動作し、制御回路20の各部も適切に駆動される。
The low voltage current generated by the charging circuit 10 flows from the charging circuit 10 toward the control circuit 20 via the diode D6, and drives the
[1−3.効果]
本実施形態によれば、充電回路10の電圧を電圧切替回路40でシリーズレギュレーター23が最低限必要な電圧まで落とし、軽負荷時にサブ巻線1cから制御回路20に供給される電力が不足する分を、ダイオードD6を経由した充電回路10側の電力により補うことが可能になる。その結果、充電回路10にブリーダー抵抗を設けることなく、ツェナーダイオードD2,D3に設定するツェナー電圧を適切に選定することにより、充電回路10の軽負荷時における制御回路20の安定動作を実現することができ、ブリーダー抵抗による電力損失が回避され、待機中及び充電完了後の電力を軽減できる。
[1-3. effect]
According to the present embodiment, the voltage of the charging circuit 10 is reduced to the minimum voltage required by the
特に、このような構成の回路では、充電スイッチ11には内部に寄生ダイオードがあり、電池パック30の電圧が充電回路10の電圧より大きいとき電池パック30から充電回路30に電流が流れ、充電された電池パック30を放電してしまう。本実施形態では、それを防ぐために、逆流防止用ダイオードD4が挿入されているので、そのような不都合が防止される。またこのような構成の回路では、充電スイッチ11がトランジスタQ3の場合、電池パック30の電圧と充電回路10の電圧がエミッタ−ベース間の耐圧以上の電圧差がある時はトランジスタQ3が導通するが、本実施形態では、逆流防止用ダイオードD4によって導通が阻止される。 In particular, in the circuit having such a configuration, the charging switch 11 has a parasitic diode inside, and when the voltage of the battery pack 30 is higher than the voltage of the charging circuit 10, a current flows from the battery pack 30 to the charging circuit 30 and is charged. The battery pack 30 is discharged. In this embodiment, since the backflow prevention diode D4 is inserted in order to prevent this, such inconvenience is prevented. In the circuit having such a configuration, when the charging switch 11 is the transistor Q3, the transistor Q3 is turned on when the voltage of the battery pack 30 and the voltage of the charging circuit 10 have a voltage difference greater than the breakdown voltage between the emitter and the base. In this embodiment, conduction is blocked by the backflow prevention diode D4.
[2.第2実施形態]
[2−1.構成]
本発明の第2実施形態を、図2に従って説明する。なお、大地実施形態と同様な構成については、同一の部号を付し、説明は省略する。
[2. Second Embodiment]
[2-1. Constitution]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In addition, about the structure similar to earth embodiment, the same part number is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
本実施形態では、充電回路10の整流部に、図1で設けた整流用ダイオードD1及びコンデンサC1と並列に、第2の整流用ダイオードD7及びコンデンサC3を設けることで、充電回路10に2系統の整流回路を形成している。ダイオードD7とコンデンサC3により構成された第2の整流回路は、電池パック30が挿入されていないとき、若しくは充電中でトランジスタQ4がオフのときは、ダイオードD1とコンデンサC1からなる第1の整流回路とほぼ同電位となる。 In the present embodiment, the charging circuit 10 has two systems in the charging circuit 10 by providing the second rectifying diode D7 and the capacitor C3 in parallel with the rectifying diode D1 and the capacitor C1 provided in FIG. The rectifier circuit is formed. The second rectifier circuit including the diode D7 and the capacitor C3 is a first rectifier circuit including the diode D1 and the capacitor C1 when the battery pack 30 is not inserted or when the transistor Q4 is off during charging. And almost the same potential.
電圧切替回路40には、FETからなるスイッチング素子Q5が設けられており、そのゲート端子には、充電制御部21に接続されたスイッチング素子Q4が接続されている。スイッチング素子Q5のドレイン側の端子は、抵抗R2,R3を介して充電制御部21側のスイッチング素子Q4に接続されている。スイッチング素子Q5のソース側の端子は、ツェナーダイオードD2を介して電流制御部12に接続されている。この場合、ツェナーダイオードD2,D3のツェナー電圧は下記の関係となっている。
The voltage switching circuit 40 is provided with a switching element Q5 made of FET, and a switching element Q4 connected to the
D3のツェナー電圧>D2のツェナー電圧>シリーズレギュレーター23の最低動作電圧
Zener voltage of D3> Zener voltage of D2> Minimum operating voltage of
スイッチング素子Q5のソース側の端子は、更に、ダイオードD6を介してシリーズレギュレーター23の入力側に接続されている。ダイオードD6は、制御回路20の電圧が充電回路10の電圧よりも低いとき、制御回路20側に電流を供給する。
[2−2.作用]
(1)電池パック充電時
本実施形態において、電池パック30の充電時には、充電制御部21からの指令によりスイッチング素子Q4がオフになっているので、スイッチング素子Q5には電流が流れない。そのため、電流制御部12は、電流検出抵抗R5の電圧をモニターし、設定された電圧値以上になると、抵抗R4を介してフォトカプラPHCの送信部に、一次側のスイッチング素子Q1のオン・オフを制御するための信号となる電流を流す。これにより、フォトカプラPHCを使用して二次側の電流を制御する信号を、一次側にフィードバックする。
The terminal on the source side of the switching element Q5 is further connected to the input side of the
[2-2. Action]
(1) At the time of charging the battery pack In the present embodiment, when the battery pack 30 is charged, the switching element Q4 is turned off by a command from the
(2)電池パックの未装着時、充電完了時
制御回路20の電池状態判別回路22が、電池パック30の充電完了を検出すると、充電制御部21は充電スイッチ11を切って充電を停止すると共に、スイッチング素子Q4をオンにする。すると、抵抗R2,R3部分から電圧切替用スイッチング素子Q5がオンになる。
(2) When the battery pack is not attached and when the charging is completed When the battery
スイッチング素子Q5がオンすると、ツェナーダイオードD2が導通し、二次側のフォトカプラPHCに電流が流れる。そのため、これまでツェナーダイオードD3のツェナー電圧で一次側へフィードバックし制御されていた電圧が、ツェナーダイオードD2のツェナー電圧で制御される様になる。その結果、一次側のスイッチング素子Q1は、充電時よりも低い電圧が充電回路10に生成されるようなタイミングでオン・オフ制御されることになる。 When the switching element Q5 is turned on, the Zener diode D2 becomes conductive, and a current flows through the secondary photocoupler PHC. Therefore, the voltage that has been fed back and controlled by the Zener voltage of the Zener diode D3 to the primary side until now is controlled by the Zener voltage of the Zener diode D2. As a result, the switching element Q1 on the primary side is on / off controlled at such a timing that a voltage lower than that at the time of charging is generated in the charging circuit 10.
ダイオードD6は、スイッチング素子Q5がオンであり、しかも、「制御回路20の電圧<充電回路10」のとき、制御回路20に電流を流すものであるから、充電回路10で生成された低い電圧の電流は、第2の整流回路側からスイッチング素子Q5及びダイオードD6を経由して、充電回路10から制御回路20に向けて流れ、シリーズレギュレーター23を駆動する。この場合、ツェナーダイオードD2のツェナー電圧はシリーズレギュレーター23の最低動作電圧よりも高く設定されているので、シリーズレギュレーター23は安定動作し、制御回路20の各部も適切に駆動される。
The diode D6 has a low voltage generated by the charging circuit 10 because the switching element Q5 is on and a current flows through the control circuit 20 when “the voltage of the control circuit 20 <the charging circuit 10”. Current flows from the charging circuit 10 toward the control circuit 20 via the switching element Q5 and the diode D6 from the second rectifier circuit side, and drives the
[2−3.効果]
本実施形態においては、充電回路10に設ける整流回路部分を2つに分け、待機時と充電完了時は充電制御部21からスイッチング素子Q4がオンする信号を出し、電圧切替回路部40を動作させ、充電回路10の電圧をシリーズレギュレーター23が最低限動作できる電圧まで落として、制御回路20に電源を供給する。そのため、本実施形態によれば、ブリーダー抵抗が不要となり、軽負荷時の消費電力を大幅に削減できると共に、ツェナーダイオードD2のツェナー電圧によりシリーズレギュレーター23が最低限動作する電圧を確保できるので、制御回路20の安定動作も確保できる。
[2-3. effect]
In the present embodiment, the rectifier circuit portion provided in the charging circuit 10 is divided into two, and a signal for turning on the switching element Q4 is issued from the charging
本実施形態では、電池パック30の充電が完了し、スイッチング素子Q4がオンになった時は、充電回路10は電池パック30の電圧となるが、ダイオードD1があるため、電池パック30からの電流はダイオードD6には流れない。第1実施形態では、充電完了後の電池パック30からの電流が制御回路20に流れる問題があったが、本実施形態では、整流用のダイオードD1が電池パック30からの電流をブロックするため、第1実施形態の逆流防止用ダイオードD4は不要となり、充電中の逆流防止用ダイオードD4による損失は発生しない。また、充電中は、スイッチング素子Q4をオフにすることで、この部分の損失も殆ど発生しない。 In the present embodiment, when the charging of the battery pack 30 is completed and the switching element Q4 is turned on, the charging circuit 10 becomes the voltage of the battery pack 30, but the current from the battery pack 30 because of the diode D1. Does not flow to the diode D6. In the first embodiment, there is a problem that the current from the battery pack 30 after the charging is completed flows to the control circuit 20, but in this embodiment, the rectifying diode D1 blocks the current from the battery pack 30, The backflow prevention diode D4 of the first embodiment is not necessary, and no loss is caused by the backflow prevention diode D4 during charging. Further, during charging, the switching element Q4 is turned off, so that almost no loss occurs in this portion.
本実施形態において、「充電完了後の電池電圧>充電完了後の切替た後の充電回路10の電圧(シリーズレギュレーター23が最低限動作する電圧)」の関係にある時、充電スイッチ11を構成するスイッチング素子Q3が無くても、電池パック30側に充電電流は流れないため、充電スイッチ11は削除可能である。すなわち、電池パック30が無い場合、充電回路10と制御回路20はほぼ同電位となっており、ここに充電回路10の電圧より電圧の高い電池パック30があったとしても、電池パック30側に充電電流は流れない。この場合、充電中の電力も削減可能となる。
In the present embodiment, the charging switch 11 is configured when “battery voltage after completion of charging> voltage of charging circuit 10 after switching after completion of charging (voltage at which
[3.他の実施形態]
本発明は、図示の実施形態に限定されるものではなく、次のような他の実施形態も包含する。
(1) 図示の実施形態は、電圧切替回路40に設ける充電時用と軽負荷時用の定電圧設定部として、ツェナーダイオードD2、D3を使用したが、ツェナーダイオードに代えて他の定電圧設定部材や回路を使用することもできる。
(2) 軽負荷時において、充電回路10から制御回路20側に電力を供給するには、図示のような位置に接続されたダイオードD6以外の部材を使用して、他の箇所からシリーズレギュレーター23の前段に整流後の電流を流すことができる。例えば、第2実施形態のようなスイッチング素子Q5を使用すると共に、第1実施形態のように充電側の整流回路から直接ダイオードD6により、電力を供給することができる。
(3) 二次側の充電回路の情報を一次側制御部5に伝達する手段としては、フォトカプラPHCに限定されず、他の電気的な回路を使用した信号伝達手段を使用することができる。
[3. Other Embodiments]
The present invention is not limited to the illustrated embodiment, and includes other embodiments as follows.
(1) In the illustrated embodiment, the Zener diodes D2 and D3 are used as the constant voltage setting unit for charging and light load provided in the voltage switching circuit 40, but other constant voltage setting is used instead of the Zener diode. Members and circuits can also be used.
(2) In order to supply electric power from the charging circuit 10 to the control circuit 20 side at a light load, a member other than the diode D6 connected to the position shown in the figure is used, and the
(3) The means for transmitting secondary side charging circuit information to the primary
T…トランス
D1,D5,D7…整流用ダイオード
C1,C2,C3…整流用コンデンサ
D2,D3…ツェナーダイオード
D4…逆流防止用ダイオード
D6…ダイオード
R2〜R5…抵抗
Q1〜Q5…スイッチング素子
PHC…フォトカプラ
1a…一次巻線
1b…メイン巻線
1c…サブ巻線
2…交流電源
3…整流回路部
4…スイッチング素子
5…一次側制御部
10…充電回路
11…充電スイッチ
12…電流制御部
20…制御回路
21…充電制御部
22…電池状態判別回路
23…シリーズレギュレーター
30…電池パック
31…電池パック内部回路
40…電圧切替回路
?
T: Transformers D1, D5, D7 ... Rectifying diodes C1, C2, C3 ... Rectifying capacitors D2, D3 ... Zener diode D4 ... Backflow prevention diode D6 ... Diodes R2-R5 ... Resistors Q1-Q5 ... Switching element PHC ... Photo Coupler 1a ... primary winding 1b ... main winding 1c ... sub winding 2 ...
?
Claims (7)
トランスの二次側にメイン巻線とサブ巻線が接続され、メイン巻線には充電対象の電池パックに対して電力を供給する充電回路が、サブ巻線には電池パックの状況に応じて電池パックに対する充電を制御する制御回路が接続され、
充電回路には、充電回路の電圧を予め設定された一定値に保持する第1と第2の定電圧設定部が設けられ、
第1の定電圧設定部には、充電対象電池パックの最大電池電圧以上の電圧が設定され、第2の定電圧設定部には、第1の電圧よりも低く、制御回路の駆動に必要な電圧よりも高い電圧が設定され、
制御回路は、電池パックの充電状態を検出する電池状態判別回路と、電池状態判別回路の検出結果に応じて、第1と第2の定電圧設定部を切り替える充電制御部を備え、電池パックの未装着時あるいは充電完了時には、第2の定電圧設定部によって設定された低い電圧を有し、制御回路を駆動するために必要な電流を、充電回路から制御回路に流すものであることを特徴とする二次電池の充電装置。 A power supply circuit is connected to the primary winding of the transformer, a first switching element that turns on and off a voltage applied to the transformer of the power supply circuit, and a primary-side control unit that performs on / off control thereof are connected,
A main winding and a sub-winding are connected to the secondary side of the transformer, a charging circuit that supplies power to the battery pack to be charged is connected to the main winding, and a sub-winding according to the state of the battery pack A control circuit that controls the charging of the battery pack is connected,
The charging circuit is provided with first and second constant voltage setting units for holding the voltage of the charging circuit at a predetermined constant value,
The first constant voltage setting unit is set to a voltage that is equal to or higher than the maximum battery voltage of the battery pack to be charged, and the second constant voltage setting unit is lower than the first voltage and is necessary for driving the control circuit. A voltage higher than the voltage is set,
The control circuit includes a battery state determination circuit that detects a charge state of the battery pack, and a charge control unit that switches between the first and second constant voltage setting units according to the detection result of the battery state determination circuit. When not installed or when charging is completed, the low voltage set by the second constant voltage setting unit is used, and a current necessary for driving the control circuit is passed from the charging circuit to the control circuit. Secondary battery charger.
? The secondary battery charging device according to claim 1, wherein the first and second constant voltage setting units are configured by Zener diodes.
?
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