JPH0787682A - バッテリーチャージャー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スイッチングレギュレータの出力電流を検知
し制御する出力電流出力回路の入力オフセット電圧を自
動的にキャンセルし、精度よく、かつ電流を任意に設定
できるバッテリー充電を可能とする。 【構成】 直流電圧をスイッチング動作するコンバータ
回路４を介してトランス３の１次巻線に加え、コンバー
タ４のスイッチングパルス幅を制御するようにスイッチ
ングレギュレータ１７を構成する。スイッチングレギュ
レータ１７の出力電圧を検出しＡ／Ｄ変換器２５により
Ａ／Ｄ変換したデータ値によりＤ／Ａ変換器３３に送る
データを制御手段２６により制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、家庭用交流アダプタに
充電機能がついた装置であるバッテリーチャージャーに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型のパソコンや家庭用ビデオカ
メラなどは小型化が進み、バッテリーを電源とすること
により、どこへでも持ち運びが可能となり普及しつつあ
る。今後、益々バッテリー駆動の機器が増え、そして経
済的にも有利な充電可能なバッテリーが使われるように
なってくると考えられている。

【０００３】しかし、充電可能なバッテリーはその寿命
を長くするためと、十分な充電を行ないそのバッテリー
能力容量を引き出すためには、バッテリーチャージャー
に最適充電機能が要求される。その機能は、つぎのよう
なものである。

【０００４】ａ．短時間で完全充電ができる。 ｂ．十分な放電量が取り出せる。

【０００５】ｃ．各温度で完全充電ができる。 ｄ．過充電にならない。

【０００６】以下、図６を参照しながら、上述したバッ
テリーチャージャーの従来例について説明する。

【０００７】図に示すように、電源コード１から入った
交流電圧は整流・平滑回路２で直流電圧とし、その直流
電圧の出力の一端をトランス３の１次巻線に加え、他端
をコンバータ回路４により直流電圧のスイッチングを行
う。その結果、トランス３の２次巻線からは１次巻線と
の巻線比に応じた交流出力が発生し、整流器５で整流し
て２次側出力電圧を得る。この２次側出力電圧を出力電
圧・出力電流制御回路６で検出し、規定電圧になるよう
制御信号７をフォトカプラなどを介してコンバータ回路
４に伝え、スイッチングパルス幅を制御し２次側出力電
圧を一定にする。この制御された２次側出力電圧は端子
８からビデオカメラなどの機器９に供給される。

【０００８】つぎに、バッテリー充電回路は、２次側出
力電圧をトランジスタ１０で制御し、その出力をバッテ
リー充電端子１１を介してバッテリー１２の＋側に充電
電流を流す。バッテリー１２の−側から端子１３を介し
て回路のグランドとし、バッテリー１２に充電される充
電電流を電流検出抵抗１４を通してトランス３の２次巻
線の他端に接続する。そして、バッテリー１２が接続さ
れたかどうかは、バッテリー充電端子１１から検出信号
線１５を介してマイクロコンピュータ（以下、マイコン
という）１６に入力し、マイコン１６のＡ／Ｄコンバー
タで判別を行い、トランジスタ１０を導通させる。バッ
テリー１２の充電に必要な定電流は電流検出抵抗１４の
端子電圧を出力電圧・出力電流制御回路６の出力電流制
御回路に入力し、制御信号７を介してコンバータ回路４
を制御し、定電流に必要な２次側出力電圧を得るように
していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のバッ
テリーチャージャーでは、電流検出抵抗１４は、出力電
圧に与えないように低抵抗を用いるため、両端の電位差
が数ｍＶとなり、この電流検出した電圧を出力電圧・出
力電流制御回路６内のオペアンプで増幅する際、オペア
ンプの入力オフセット電圧のばらつきや電流検出抵抗１
４、バイアス抵抗のばらつきが無視できないという問題
を有していた。そこで、入力オフセット電圧の少ない高
価なオペアンプを使用したり、ボリュウムで上記各抵抗
のばらつきを含めてキャンセルする方法がとられてい
た。さらに、出力電圧・出力電流制御回路６、マイコン
１６など回路部品が多く、小型化が困難であり、また、
バッテリー１２を充電する精度が悪く、コスト安にでき
ないという問題を有していた。

【００１０】本発明は上記課題を解決するもので、高精
度で小型かつ安価なバッテリーチャージャーを提供する
ことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、直流電圧をスイッチング動作するコンバー
タ回路を介してトランスの１次巻線に加え、このトラン
スの２次巻線電圧を整流した出力直流電圧または電流を
検出し前記コンバータのスイッチングパルス幅を制御し
て２次側出力電圧または電流を一定に制御するスイッチ
ングレギュレータと、前記スイッチングレギュレータの
出力電圧より基準電流を流す基準電流通電手段と、前記
スイッチングレギュレータの出力電圧を検出しＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段によりＡ
／Ｄ変換したデータ値によりＤ／Ａ変換手段に送るデー
タを制御する制御手段と、前記Ｄ／Ａ変換手段の出力に
より前記出力直流電流を検出する出力電流検出部を制御
して前記スイッチングレギュレータの状態を制御する状
態制御手段とを備え、前記制御手段は、前記基準電流を
得るために前記Ｄ／Ａ変換手段の出力により前記スイッ
チングレギュレータの状態を徐々に制御し、指定した出
力電圧を超えたときの前記Ｄ／Ａ変換手段へのデータま
たは前の値を記憶し、基準電流から出力に必要な電流
を、前記Ｄ／Ａ変換手段へのデータを加減し制御するよ
うにしたことを第１の課題解決手段としている。

【００１２】また、上記第１の課題解決手段の制御手段
は、基準電流を得るためにＤ／Ａ変換手段の出力により
スイッチングレギュレータの状態をある出力電圧までは
速く変化しその後は徐々に制御し、指定した出力電圧を
超えたときの前記Ｄ／Ａ変換手段へのデータ値から１ス
テップ戻した値、または一定時間経過した後その前後の
状態の前記Ａ／Ｄ変換手段データが指定した出力電圧の
どちらに近いかを選択して記憶し、基準電流から出力に
必要な電流を、前記Ｄ／Ａ変換手段へのデータを加減し
制御するようにしたことを第２の課題解決手段としてい
る。

【００１３】

【作用】本発明は上記した第１の課題解決手段により、
スイッチングレギュレータの出力電圧を検出しＡ／Ｄ変
換したデータと、出力電流を検出し状態制御手段にＤ／
Ａ変換した電圧を加減制御してスイッチングレギュレー
タを制御し出力電圧を検出してＡ／Ｄ変換したデータと
が一致するように制御でき、スイッチングレギュレータ
の出力電流制御回路のオペアンプの入力オフセット電圧
を自動的にキャンセルできる。

【００１４】また、第２の課題解決手段により、Ｄ／Ａ
変換手段の１ステップ当りのスイッチングレギュレータ
の出力電圧の変化が大きい場合でも、制御精度を向上で
きる。

【００１５】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の一実施例を図１
を参照しながら説明する。なお、従来例と同じ構成のも
のは同一符号を付して説明を省略する。

【００１６】図に示すように、スイッチングレギュレー
タ１７は、トランス３、コンバータ回路４、整流器５、
出力電圧出力電流制御回路６などで構成し、出力電圧出
力電流回路６は、出力電圧制御回路１８と出力電流制御
回路１９とで構成しており、出力電圧制御回路１８は、
整流器５で整流した２次側出力電圧を抵抗２０，２１で
分圧した電圧と基準電源２２の電圧とを比較し、その出
力により規定電圧になるようフォトカプラ２３を介し
て、制御信号７としてコンバータ回路に入力し、スイッ
チングパルス幅を制御する。このように制御された２次
側出力電圧は端子８からビデオカメラなどの機器９に供
給される。

【００１７】バッテリー１２の充電回路は、２次側出力
電圧をトランジスタ１０でオン、オフ制御し、バッテリ
ー充電端子１１を介してバッテリー１２に充電電流を流
す。バッテリー１２が接続されているかどうかは、バッ
テリー充電端子１１を検出信号線２４を介して、Ａ／Ｄ
変換器（Ａ／Ｄ変換手段）２５に接続し、Ａ／Ｄ変換器
２５の出力を制御手段２６に入力して判別し、その結果
を制御線２７を介してトランジスタ１０に入力し、導通
させる。

【００１８】バッテリー１２の充電に必要な定電流は、
電流検出抵抗１４の端子電圧を、出力電流検出部２８を
構成している抵抗２９，３０と抵抗３１，３２とで分圧
して出力電流制御回路１９に入力し、出力電流制御回路
１９の出力によりフォトカプラ２３を介してコンバータ
回路４のスイッチングパルス幅を制御する。ここで、電
流制御は、バッテリー１２の充電電流を１．３Ａとする
と、電流検出抵抗１４の抵抗値が０．０５Ωの場合、電
流検出抵抗１４の端子電圧Ｖｒは、 Ｖｒ＝１．３Ａ×０．０５Ω＝０．０６５Ｖ＝６５ｍＶ となり、この電圧Ｖｒ以上で出力電流制御回路１９の差
動入力端子電圧が０Ｖとなるよう動作するために、抵抗
２９，３０と抵抗３１，３２との分圧比を設定し、動作
させる必要がある。

【００１９】つぎに、充電が完了したバッテリー１２
は、自己放電の補充として０．１Ａ程度充電電流を流し
ておく必要がある。このときの電流検出抵抗１４の端子
電圧Ｖｒは、 Ｖｒ＝０．１Ａ×０．０５Ω＝０．００５Ｖ＝５ｍＶ であるが、出力電流制御回路１９のオペアンプで増幅す
る場合、オペアンプの入力オフセット電圧と抵抗２９，
３０と抵抗３１，３２のばらつきが無視できない。

【００２０】そこで、本発明では、制御手段２６からの
データをＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）３３でアナロ
グ電圧に変換し、状態制御手段３４を構成する抵抗３
５，３６を介して分圧用の抵抗２９，３０の接続点に接
続し、出力電流回路１９のオペアンプの入力電圧を微少
変化できるようにしている。ここで、Ｄ／Ａ変換器３３
より出力するアナログ電圧値は、出力電圧を抵抗３７，
３８で分圧した電圧をＡ／Ｄ変換器２５を介して制御手
段２６に入力し、制御手段２６で判断する。

【００２１】以上の動作は基準電流を作るのに適してい
る。すなわち、まず出力電流の基準電流としてトランジ
スタ（基準電流通電手段）３９をオンさせてブリーダ抵
抗４６に電流を流す。このとき、２次側出力電圧をＶｃ
ｃ、基準電流をＩｓ、ブリーダ抵抗４０の抵抗値をＲｂ
とすると、 Ｉｓ＝Ｖｃｃ／Ｒｂ であるから、２次側出力電圧ＶｃｃをＡ／Ｄ変換器２５
で計測すれば、基準電流Ｉｓは一義的に決まる。この意
味するところは、出力電流制御回路１９のオペアンプ入
力オフセット電圧、出力電流検出部２８を構成している
抵抗２９，３０と抵抗３１，３２および電流検出抵抗１
４の項目が入ってこないので、Ｄ／Ａ変換器３３でキャ
ンセルされることになる。

【００２２】制御手段２６は、基準電流を得るために、
Ｄ／Ａ変換器３３の出力によりスイッチングレギュレー
タ１７の状態を徐々に制御し、指定した出力電圧を超え
たときのＤ／Ａ変換器３３へのデータまたは前の値を記
憶し、基準電流から出力に必要な電流を、Ｄ／Ａ変換器
３３へのデータを加減し制御するようにしている。

【００２３】上記構成において、図２から図４を参照し
ながら動作を説明すると、図２のオフセット補正スター
ト後、ステップａにて、初期設定としてトランジスタ１
０をオフにし、Ｄ／Ａ変換器３３へ入力データ（Ｙ＝８
０、２次側ＤＣ電圧Ｖｃｃが高くなる値）を入れ、トラ
ンジスタ３９をオンしてブリーダ抵抗４０に電流を流す
（図３のａ点）。つぎにステップｂで、Ｙ＝Ｙ＋２（加
算値２は処理時間を短縮するもので部品のばらつき裕度
に応じて変える）とし、Ｄ／Ａ変換器３３へデータを入
力する。そして、ステップｃで、２次側出力電圧を抵抗
３７，３８で分圧し、その電圧ＶｏをＡ／Ｄ変換器２５
でデータＸに変換し、ステップｄで、このデータＸが２
次側出力電圧で１０Ｖ以下かを判断し、ＮＯであればス
テップｂに戻り、ＹＥＳならば、つぎのステップｅに進
む。ステップｅで、Ｙ＝Ｙ＋１とし、Ｄ／Ａ変換器３３
へデータを入力する。

【００２４】つぎに、ステップｆで、２次側出力電圧を
抵抗３７，３８で分圧し、その電圧ＶｏをＡ／Ｄ変換器
２５でデータＸに変換し、ステップｇでデータＸが２次
側出力電圧で７Ｖ以下かを判断し、ＮＯであればステッ
プｅに戻り、ＹＥＳならばつぎのステップｈに進む。デ
ータＸが７Ｖ以下になったとき、ステップｈでＹ＝Ｙ−
１とする。これは２次側出力電圧の応答が制御手段２６
の処理より遅いため、オーバー補正を防止するためであ
る。そして、ステップｉで、Ｙ値を記憶する。このとき
のＹ値（Ｙ０とする）がオフセット補正値で、基準電流
Ｉｓが得られる。つぎに、ステップｊで、トランジスタ
３９をオフし、オフセット補正を完了する。

【００２５】つぎに、バッテリー１２に１．０Ａの定電
流を流す場合は、ステップｋで、Ｙ＝Ｙ０＋ｙ（１．
０）とする。ｙ（１．０）はＤ／Ａ変換器３３の基準電
源と抵抗３５，３６と抵抗２９，３０と電流検出抵抗１
４で決定される値で、図４に示している。そして、ステ
ップｌでトランジスタ１０をオンにして、バッテリー１
２への充電が開始する。

【００２６】なお、図３の（Ａ）はブリーダ抵抗４１が
３５オーム、（Ｂ）は１００オームの特性であり、
（Ｂ）ではＤ／Ａ変換器３３の１ステップ当りの２次側
出力電圧の変化が大きく、基準電流Ｉｓの精度が落ち
る。逆に、ブリーダ抵抗４０が小さいと処理時間が長く
なる。

【００２７】（実施例２）つぎに、本発明の他の実施例
について説明する。

【００２８】実施例１の図１に示した制御手段２６は基
準電流を得るためにＤ／Ａ変換器３３の出力によりスイ
ッチングレギュレータ１７の状態を徐々に制御し、指定
した出力電圧を超えたときのＤ／Ａ変換器３３へのデー
タまたは前の値を記憶し、基準電流から出力に必要な電
流をＤ／Ａ変換器３３へのデータを加減し制御するよう
にしたものを基準電流を得るためにＤ／Ａ変換器３３の
出力により、スイッチングレギュレータ１７の状態をあ
る出力電圧までは速く変化し、その後は徐々に制御し、
指定した出力電圧を超えたときのＤ／Ａ変換器３３のデ
ータ値から１ステップ戻した値、または一定時間経過し
た後その前後の状態のＡ／Ｄ変換器２５のデータが指定
した出力電圧のどちらかに近いかを選択して記憶し、基
準電流から出力に必要な電流をＤ／Ａ変換器３３へのデ
ータを加減し制御するようにしたものである。他の構成
は上記実施例１と同じである。

【００２９】上記構成において、図５を参照しながら動
作を説明すると、基準電流Ｉｓの精度を向上するには、
そのときの２次側出力電圧Ｖｃｃ（７Ｖ＝Ｄ／Ａ変換器
データＸ０）の検出精度を上げる必要がある。図５のオ
フセット補正スタート後のステップａからステップｇま
での処理は上記実施例と同一であるので説明を省略す
る。

【００３０】ステップｇで、データＸが２次側出力電圧
で７Ｖ以下であるとステップｍに進み、ステップｍで、
タイマーで２次側出力電圧Ｖｃｃが安定する時間まで待
ち、その後、ステップｎで２次側出力電圧をＡ／Ｄ変換
器２５でデータＸ１に変換し、記憶する。そして、ステ
ップｏでＹ２＝Ｙ−１としてＹ値を１ステップ戻し、Ｄ
／Ａ変換器３３へデータを入力する。そして、ステップ
ｐで、再度タイマーで２次側出力電圧Ｖｃｃが安定する
時間まで待ち、その後、ステップｑで２次側出力電圧を
Ａ／Ｄ変換器２５でデータＸ２に変換し、記憶する。

【００３１】つぎに、ステップｒにて、Ｘ２−Ｘ０＜Ｘ
０−Ｘ１で２次側出力電圧Ｖｃｃ＝７ＶのＡ／Ｄ変換器
２５のデータＸ０に近い値を選択し、ステップｓまたは
ステップｔへ進み、その結果に対応するＹ２値かＹ値か
を決定して記憶する。このときのＹ値（Ｙ０とする）が
オフセット補正値で、基準電流Ｉｓが得られる。そし
て、ステップｕへ進み、トランジスタ３９をオフしオフ
セット補正を完了する。

【００３２】つぎに、バッテリー１２に０．１Ａの定電
流を流す場合は、ステップｖでＹ＝Ｙ０−ｙ（０．１
Ａ）とする。ここで、ｙ（０．１Ａ）はＤ／Ａ変換器３
３の基準電源と抵抗３５，３６と抵抗２９，３０と電流
検出抵抗１４で決定される値で図４に示している。そし
て、ステップｗでトランジスタ１０をオンにしてバッテ
リー１２への充電を開始する。

【００３３】以上の処理により、２次側出力電圧Ｖｃｃ
（７Ｖ＝Ｄ／Ａ変換器データＸ０）の検出精度が約２倍
となり、基準電流Ｉｓの精度も約２に向上する。そし
て、充電が完了したバッテリー１２の自己放電の補充と
して０．１Ａ程度の充電電流を流す場合、図４のからＹ
＝Ｙ０−ｙ（０．１）とｙ（０．１）を減算すればよ
く、基準電流に近いだけ精度も向上する。これはＤ／Ａ
変換器３３や出力電流制御回路１９などのすべての回路
が線形であり、Ｄ／Ａ変換器３３のデータを決めれば、
一義的に充電電流が決まる特徴を持ち、たとえば０．０
１Ａから１Ａまで高精度の充電電流制御を自由にプログ
ラムできる。

【００３４】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、基準出力電流を得るためにＤ／Ａ変換手段の
出力によりスイッチングレギュレータの状態を徐々に制
御し、指定した出力電圧を超えたときの前記Ｄ／Ａ変換
手段へのデータまたは前の値を記憶し、基準出力電流か
ら出力に必要な電流を、前記Ｄ／Ａ変換手段へのデータ
を加減し制御するようにしたから、スイッチングレギュ
レータの出力電流を検出する点に、Ｄ／Ａ変換した電圧
を制御手段により加減制御し、Ａ／Ｄ変換手段で出力電
圧を精度よく検出制御し、スイッチングレギュレータの
出力電流制御回路のオペアンプのオフセット等をキャン
セルし、出力電流制御回路のオペアンプの入力オフセッ
ト電圧や出力電流検出部の各抵抗の精度をあまり必要と
することなく精度のよいバッテリー充電ができる。ま
た、ボリュウムをなくすることができて製造工程の時間
短縮や信頼性の向上が図れ、しかも１ステップＩＣにす
ることができて安価にできる。

【００３５】また、基準出力電流を得るためにＤ／Ａ変
換手段の出力によりスイッチングレギュレータの状態を
ある出力電圧までは速く変化しその後は徐々に制御し、
指定した出力電圧を超えたときの前記Ｄ／Ａ変換手段の
データ値から１ステップ戻した後、または一定時間経過
した後、その前後の状態のＡ／Ｄ変換手段データが指定
した出力電圧のどちらに近いかを選択して記憶し、基準
出力電流から出力に必要な電流を、前記Ｄ／Ａ変換手段
へのデータを加減し制御するようにしたから、基準出力
電流の精度を向上できて、一層精度のよいバッテリー充
電ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のバッテリーチャージャーの
回路図

【図２】同バッテリーチャージャーのフローチャート

【図３】同バッテリーチャージャーのＤ／Ａ変換手段に
対する２次側出力電圧の関係を示す図

【図４】同バッテリーチャージャーのバッテリー充電電
流に対するＤ／Ａ変換出力データの関係を示す図

【図５】本発明の他の実施例のバッテリーチャージャー
のフローチャート

【図６】従来のバッテリーチャージャーのブロック図

【符号の説明】

３ トランス ４ コンバータ回路 １７ スイッチングレギュレータ ２５ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段） ２６ 制御手段 ２８ 出力電流検出部 ３３ Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段） ３４ 状態制御手段 ３９ トランジスタ（基準電流通電手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電圧をスイッチング動作するコンバ
   ータ回路を介してトランスの１次巻線に加え、このトラ
   ンスの２次巻線電圧を整流した出力直流電圧または電流
   を検出し前記コンバータのスイッチングパルス幅を制御
   して２次側出力電圧または電流を一定に制御するスイッ
   チングレギュレータと、前記スイッチングレギュレータ
   の出力電圧より基準電流を流す基準電流通電手段と、前
   記スイッチングレギュレータの出力電圧を検出しＡ／Ｄ
   変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段により
   Ａ／Ｄ変換したデータ値によりＤ／Ａ変換手段に送るデ
   ータを制御する制御手段と、前記Ｄ／Ａ変換手段の出力
   により前記出力直流電流を検出する出力電流検出部を制
   御して前記スイッチングレギュレータの状態を制御する
   状態制御手段とを備え、前記制御手段は、前記基準電流
   を得るために前記Ｄ／Ａ変換手段の出力により前記スイ
   ッチングレギュレータの状態を徐々に制御し、指定した
   出力電圧を超えたときの前記Ｄ／Ａ変換手段へのデータ
   または前の値を記憶し、基準電流から出力に必要な電流
   を、前記Ｄ／Ａ変換手段へのデータを加減し制御するよ
   うにしたバッテリーチャージャー。
2. 【請求項２】 制御手段は、基準電流を得るためにＤ／
   Ａ変換手段の出力によりスイッチングレギュレータの状
   態をある出力電圧までは速く変化しその後は徐々に制御
   し、指定した出力電圧を超えたときの前記Ｄ／Ａ変換手
   段へのデータ値から１ステップ戻した値、または一定時
   間経過した後その前後の状態のＡ／Ｄ変換手段データが
   指定した出力電圧のどちらに近いかを選択して記憶し、
   基準電流から出力に必要な電流を、前記Ｄ／Ａ変換手段
   へのデータを加減し制御するようにした請求項１記載の
   バッテリーチャージャー。