JP2008187785A - Charge controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチと整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチにPWM信号を切り換えて供給してPWM制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置に関する。 The present invention connects a step-down / step-down circuit composed of a step-down switch element, a choke coil, a step-up switch, and a rectifier element, switches a PWM signal to the step-down switch element or the step-up switch, supplies the PWM signal, and controls a charging current by PWM control. To a charge control device configured to charge a capacitor storage power source from
二次電池からなる蓄電電源は、充放電による電圧の変動が少なくほぼ定電圧の電源であるが、大電流、高速充放電には不向きである。他方、キャパシタからなる蓄電電源は、充放電により電圧が大幅に変動するが、大電流でかつ高速に充放電でき、二次電池にない特有の用途がある。このようなキャパシタ蓄電電源に対して充電電源から充電を行う場合に、充電電源とキャパシタ蓄電電源との間に電圧変換する電源調整回路を接続すると、キャパシタ蓄電電源の満充電電圧より低い定格電圧の充電電源を使用することができる。また、キャパシタ蓄電電源から放電して負荷に給電する回路に、キャパシタ蓄電電源と負荷との間に電圧変換する電源調整回路を接続すると、キャパシタ蓄電電源の電圧が低くなるまで放電できるので、蓄積エネルギーの利用効率を高めることができる。 A power storage power source composed of a secondary battery is a substantially constant voltage power source with little voltage fluctuation due to charging / discharging, but is not suitable for large current and high speed charging / discharging. On the other hand, although the voltage of a power storage power source composed of a capacitor greatly varies due to charging / discharging, it can be charged / discharged at a high current and at a high speed, and has a specific use not found in secondary batteries. When charging such a capacitor storage power supply from a charging power supply, if a power supply adjustment circuit for voltage conversion is connected between the charging power supply and the capacitor storage power supply, the rated voltage lower than the full charge voltage of the capacitor storage power supply A charging power source can be used. In addition, if a power supply adjustment circuit that converts voltage between the capacitor storage power supply and the load is connected to a circuit that discharges from the capacitor storage power supply and supplies power to the load, it can be discharged until the voltage of the capacitor storage power supply becomes low. Can improve the efficiency of use.
図4は電源調整回路の従来例を説明する図であり、100は電源調整回路、120は誤差増幅信号発生回路、140はPWM制御回路、180は昇降圧切換回路、200は充電電源、300はキャパシタ蓄電電源、C1、C2は平滑コンデンサ、D1、D2は整流素子、L1はチョークコイル、Rは電流検出抵抗、SW1は降圧スイッチ素子、SW2は昇圧スイッチ素子を示す。 FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional example of a power supply adjustment circuit, where 100 is a power supply adjustment circuit, 120 is an error amplification signal generation circuit, 140 is a PWM control circuit, 180 is a step-up / down switching circuit, 200 is a charging power supply, and 300 is Capacitor storage power source, C1 and C2 are smoothing capacitors, D1 and D2 are rectifier elements, L1 is a choke coil, R is a current detection resistor, SW1 is a step-down switch element, and SW2 is a step-up switch element.
従来の電源調整回路は、例えば図4に示すように電源調整回路100として、充電電源200とキャパシタ蓄電電源300との間に降圧スイッチ素子SW1とチョークコイルL1と整流素子D2とを直列に接続して、降圧スイッチ素子SW1とチョークコイルL1との直列接続点と共通ライン(接地ライン)との間に逆方向の極性で整流素子D1を接続し、チョークコイルL1と整流素子D2との直列接続点と共通ラインとの間に昇圧スイッチ素子SW2を接続している。降圧スイッチ素子SW1は、チョークコイルL1と整流素子D1と平滑コンデンサC2とを組み合わせて降圧チョッパを構成し、オン/オフのデューティ比を制御することにより平滑コンデンサC2の両端から所望の降圧出力が取り出され、昇圧スイッチ素子SW2は、チョークコイルL1と整流素子D2と平滑コンデンサC2とを組み合わせて昇圧チョッパを構成し、降圧スイッチ素子SW1をオン状態にしてオン/オフのデューティ比を制御することにより平滑コンデンサC2の両端から所望の昇圧出力が取り出される。
For example, as shown in FIG. 4, the conventional power supply adjustment circuit is a power
誤差増幅信号発生回路120は、共通ラインに挿入されている電流検出抵抗Rの両端の電圧により充電電流Iを検出して電流設定値と比較し、同時に出力端よりキャパシタ蓄電電源の電圧(充電電圧)を検出して電圧設定値と比較して、誤差増幅信号を生成する。PWM制御回路140は、誤差増幅信号発生回路120から誤差増幅信号を入力してPWM信号を生成して降圧スイッチ素子SW1又は昇圧スイッチ素子SW2をPWM制御する。昇降圧切換回路180は、充電開始時でキャパシタ蓄電電源の電圧が低い間のPWM信号を降圧スイッチ素子SW1に入力し、キャパシタ蓄電電源の電圧が充電電源の電圧付近のある一定の電圧に達すると、降圧スイッチ素子SW1をオンに保持してPWM信号を昇圧スイッチ素子SW2に入力するように接続を切り換えるものである(例えば、特許文献1、2、非特許文献1参照)。
The error amplification
このような電源調整回路により、充電モードにおいては、キャパシタ蓄電電源の電圧が低い充電初期に降圧して充電し、電圧が高くなると昇圧して充電するので、電源調整回路における降圧/昇圧比を小さくすることができると共に、キャパシタ蓄電電源の満充電電圧に依存することなく充電電源の定格電圧を決めることができる。同様に、放電モードにおいては、キャパシタ蓄電電源の電圧が高い放電時に降圧して放電し、電圧が低下すると昇圧して放電するので、電源調整回路における降圧/昇圧比を小さくすることができると共に、所望の負荷電圧を確保しキャパシタ蓄電電源から低い電圧まで蓄積エネルギを供給でき効率を上げることができる。
しかし、通常充電電源において、±10%程度の電圧の許容変動幅を見込んだ場合、上記従来の電源調整回路100のように一定の電圧で昇降圧の切り換えると充電制御装置においては問題が生じる。図5は充電制御装置として構成した従来の電源調整回路の昇降圧切り換え時の問題を説明する図である。例えば図5に示すようにキャパシタ蓄電電源300の満充電電圧を20Vとして、10Vを充電電源200の定格電圧、及び昇降圧切り換えポイントの電圧とし、キャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が10Vになるまで降圧チョッパを動作させ、その後に昇圧チョッパを動作させるように切り換えを設定したとする。このような動作条件において、充電電源200の電圧Vi が定格電圧10Vより10%低い9Vを出力している場合には、キャパシタ蓄電電源300は9Vまでしか充電されず、昇降圧切換回路180により昇降圧切り換えを行う10Vにならない。したがって、昇圧チョッパを動作させることができず、キャパシタ蓄電電源300を満充電電圧の20Vまで充電できないことになる。
However, in the normal charging power supply, when an allowable fluctuation range of about ± 10% is expected, there is a problem in the charge control device if the step-up / step-down switching is performed at a constant voltage as in the conventional power
逆に、充電電源200の電圧Vi が定格電圧10Vより10%高い11Vを出力している場合には、キャパシタ蓄電電源300が10Vまで充電されて昇降圧切換回路180により昇降圧切り換えが行われると、充電電源200の電圧Vi がキャパシタ蓄電電源300の電圧Vc より高いため、降圧スイッチ素子SW1がオン、昇圧スイッチ素子SW2がオフの状態のまま、キャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が充電電源200の電圧Vi に近づき充電電流が小さくなるまで充電電流の制御機能が働かなくなり、この間、大きな充電電流が流れてしまう。つまり、電源調整回路100の動作が一時的に暴走状態に陥ってしまう。切り換え電圧を低めに設定している場合にも同様の問題が生じる。
On the contrary, when the voltage Vi of the
本発明は、上記の課題を解決するものであって、充電制御装置において降圧回路の動作から昇圧回路の動作への昇降圧切り換えタイミングを充電電源の電圧の変動に応じて調整でき、昇降圧切り換えを円滑に行いキャパシタ蓄電電源を充電電源の定格電圧に依存することなく確実に所望の満充電電圧まで効率よく充電できるようにするものである。 The present invention solves the above-described problem, and in the charge control device, the step-up / step-down switching timing from the step-down circuit operation to the step-up circuit operation can be adjusted according to the fluctuation of the voltage of the charging power source, The capacitor storage power supply can be reliably and efficiently charged to a desired full charge voltage without depending on the rated voltage of the charge power supply.
そのために本発明は、降圧スイッチ素子とチョークコイルと昇圧スイッチと整流素子からなる昇降圧回路を接続し前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチにPWM信号を切り換えて供給してPWM制御により充電電流を制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電するように構成した充電制御装置において、前記キャパシタ蓄電電源の充電電流を検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段と、前記誤差増幅信号発生手段により発生した誤差増幅信号によりPWM信号を発生するPWM制御手段と、前記PWM制御手段により発生したPWM信号を前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチに切り換えて供給する昇降圧切換手段と、前記充電電源の電圧と前記キャパシタ蓄電電源の電圧とを比較して、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧より低いことを条件に前記PWM信号を前記降圧スイッチ素子に供給し、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧に一定値以上近づいたことを条件に前記PWM信号を前記昇圧スイッチ素子に切り換えて供給するように前記昇降圧切換手段を制御する昇降圧切換制御手段とを備えたことを特徴とする。 For this purpose, the present invention connects a step-up / step-down circuit comprising a step-down switch element, a choke coil, a step-up switch, and a rectifier element, and supplies the step-down switch element or step-up switch by switching a PWM signal to control the charging current by PWM control. In a charge control device configured to charge a capacitor storage power source from a charging power source, an error amplification signal generating unit that detects a charging current of the capacitor storage power source and generates an error amplification signal by comparison with a reference value; and the error PWM control means for generating a PWM signal based on an error amplification signal generated by the amplification signal generating means, step-up / step-down switching means for switching and supplying the PWM signal generated by the PWM control means to the step-down switch element or the step-up switch, Comparing the voltage of the charging power supply with the voltage of the capacitor storage power supply, the key Provided that the PWM signal is supplied to the step-down switch element on the condition that the voltage of the capacitor storage power supply is lower than the voltage of the charging power supply, and that the voltage of the capacitor storage power supply has approached the voltage of the charging power supply more than a certain value And a step-up / step-down switching control means for controlling the step-up / step-down switching means so as to switch and supply the PWM signal to the step-up switch element.
前記誤差増幅信号発生手段は、前記充電電流が電流基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電流信号発生回路と、前記充電電圧が電圧基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電圧信号発生回路と、前記それぞれの信号発生回路により発生した誤差増幅信号を逆極性に接続されるダイオードを通して前記PWM制御手段に出力するオア論理回路とを有し、前記誤差増幅信号のいずれかを前記PWM制御手段に出力するように構成し、あるいは前記充電電流が電流基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を発生する定電流信号発生回路と、オフセット値から前記充電電圧を減算して電流逓減基準値を発生し、前記充電電流が前記電流逓減基準値を越えたか否かを比較して誤差増幅信号を出力する電流逓減信号発生回路と、前記それぞれの信号発生回路により発生した誤差増幅信号を逆極性に接続されるダイオードを通して前記PWM制御手段に出力するオア論理回路とを有し、前記誤差増幅信号のいずれかを前記PWM制御手段に出力するように構成したことを特徴とする。 The error amplification signal generation means compares a constant current signal generation circuit for generating an error amplification signal by comparing whether or not the charging current exceeds a current reference value, and whether or not the charging voltage exceeds a voltage reference value. A constant voltage signal generation circuit that generates an error amplification signal by comparison; and an OR logic circuit that outputs the error amplification signal generated by each of the signal generation circuits to the PWM control means through a diode connected in reverse polarity. A constant current signal generation circuit configured to output any one of the error amplification signals to the PWM control means or to generate an error amplification signal by comparing whether or not the charging current exceeds a current reference value And subtracting the charging voltage from the offset value to generate a current diminishing reference value, comparing whether the charging current exceeds the current diminishing reference value, and outputting an error amplification signal A reduced signal generation circuit; and an OR logic circuit that outputs an error amplification signal generated by each of the signal generation circuits to the PWM control means through a diode connected in reverse polarity, and outputs one of the error amplification signals. It is configured to output to the PWM control means.
本発明によれば、基準値との誤差増幅信号によりPWM信号を発生させて降圧回路をPWM制御し充電電源からキャパシタ蓄電電源を充電して、充電電源の電圧までキャパシタ蓄電電源を充電したことを判断して降圧回路から昇圧回路に切り換えてPWM制御し所望の電圧までキャパシタ蓄電電源を充電するように構成したので、充電電源の電圧が変動しても、降圧回路から昇圧回路への切り換えができなかったり、切り換え後に異常な充電電流が流れるのを防ぐことができ、降圧回路から昇圧回路への切り換えを円滑に行うことができる。したがって、電圧変動幅の大きい充電電源を使っても、その変動幅に制限されることなく降圧回路の動作から昇圧回路の動作への昇降圧切り換えタイミングを充電電源の電圧の変動に応じて調整でき、昇降圧切り換えを円滑に行いキャパシタ蓄電電源を充電電源の定格電圧に依存することなく確実に所望の満充電電圧まで効率よく充電することができる。 According to the present invention, the PWM signal is generated by the error amplification signal with respect to the reference value, the step-down circuit is PWM-controlled, the capacitor storage power source is charged from the charging power source, and the capacitor storage power source is charged to the voltage of the charging power source. Judgment is made to switch from the step-down circuit to the step-up circuit, and the PWM control is performed to charge the capacitor storage power supply to the desired voltage. Therefore, even if the voltage of the charging power supply fluctuates, the step-down circuit can be switched to the step-up circuit. Or an abnormal charging current after switching can be prevented, and switching from the step-down circuit to the step-up circuit can be performed smoothly. Therefore, even if a charging power supply with a large voltage fluctuation range is used, the timing for switching the step-up / step-down from the step-down circuit operation to the step-up circuit operation can be adjusted according to the fluctuation of the voltage of the charging power supply without being limited by the fluctuation range. Therefore, the capacitor storage power supply can be charged efficiently and efficiently to a desired full charge voltage without depending on the rated voltage of the charge power supply by smoothly switching the step-up / step-down.
以下、本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明に係る充電制御装置の実施の形態を示す図であり、100は充電制御装置、120は誤差増幅信号発生部、140はPWM制御部、160は昇降圧切換制御部、161、162は演算増幅器、180は昇降圧切換部、200は充電電源、300はキャパシタ蓄電電源、C1、C2は平滑コンデンサ、D1、D2は整流素子、L1はチョークコイル、Rは電流検出抵抗、R161〜R167は固定抵抗、VR16は可変抵抗、SW1は降圧スイッチ素子、SW2は昇圧スイッチ素子を示し、図4と同じ符号は図4と同等のものを示している。 Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a charge control device according to the present invention, where 100 is a charge control device, 120 is an error amplification signal generating unit, 140 is a PWM control unit, 160 is a step-up / down switching control unit, 162 is an operational amplifier, 180 is a step-up / down switching unit, 200 is a charging power source, 300 is a capacitor storage power source, C1 and C2 are smoothing capacitors, D1 and D2 are rectifiers, L1 is a choke coil, R is a current detection resistor, R161 R167 is a fixed resistor, VR16 is a variable resistor, SW1 is a step-down switch element, SW2 is a step-up switch element, and the same reference numerals as those in FIG. 4 denote the same elements as in FIG.
図1に示す本実施形態において、充電制御装置100は、充電電源200とキャパシタ蓄電電源300との間の給電ラインに降圧スイッチ素子SW1とチョークコイルL1と整流素子D2とを直列に挿入接続し、チョークコイルL1と整流素子D2との直列接続点と共通ライン(接地ライン)との間にキャパシタ蓄電電源300と並列に昇圧スイッチ素子SW2を接続している。さらに、降圧スイッチ素子SW1とチョークコイルL1との接続点と共通ラインとの間に逆極性に整流素子D1を接続して降圧スイッチ素子SW1による降圧チョッパと昇圧スイッチ素子SW2による昇圧チョッパから構成している。降圧スイッチ素子SW1、昇圧スイッチ素子SW2には、ゲート付素子例えばサイリスタ、FET、パワートランジスタ、IGBTその他のスイッチング制御素子が用いられる。電流検出抵抗Rは、キャパシタ蓄電電源300の充放電電流を検出するものであり、共通ラインに挿入接続している。充電電源200からキャパシタ蓄電電源300を充電する場合、充電制御装置100は、キャパシタ蓄電電源300が充電電源200の電圧に充電されるまで降圧スイッチ素子SW1を所望のデューティ比でオン/オフ制御して所望の電圧に降圧し、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧が充電電源200の電圧を越えると降圧スイッチ素子SW1をオンにして昇圧スイッチ素子SW2を所望のデューティ比でオン/オフ制御して所望の電圧に昇圧し所望の充電電流を供給する。
In the present embodiment shown in FIG. 1, the
昇降圧切換制御部160は、充電電源200の電圧Vi とキャパシタ蓄電電源300の電圧Vc を入力してそれらを比較し、キャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が充電電源200の電圧Vi より低いことを条件に降圧モードの信号を出力し、キャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が充電電源200の電圧Vi にほぼ達したことを条件に降圧モードから昇圧モードに切り換える信号を出力するものである。つまり、昇降圧切換制御部160において、線路インピーダンスによる電圧降下を考慮すると、キャパシタ蓄電電源300の電圧Vc は、少なくとも充電電源200の電圧Vi とほぼ一致するかそれ以下であることが昇降圧の切り換え条件となる。昇降圧切換部180は、昇降圧切換制御部160から出力する降圧モードの信号によりPWM制御部140のPWM信号を降圧スイッチ素子SW1に供給し、昇圧モードに切り換える信号により降圧スイッチ素子SW1をオンに保持してPWM制御部140のPWM信号を昇圧スイッチ素子SW2に供給する。
The step-up / step-down
誤差増幅信号発生部120は、電流検出抵抗Rの両端の電圧により検出されるキャパシタ蓄電電源300の充電電流Iとキャパシタ蓄電電源300の電圧Vc 、さらには充電電源200の電圧Vi を入力してそれらを基準値と比較し、定電流充電のモードにより充電電流Iが一定になり、基準値に対して電圧Vc が大きくなった場合や電圧Vi が小さくなった場合には充電電流Iを制限するような誤差増幅信号を発生する。PWM制御部140は、誤差増幅信号発生部120により発生した誤差増幅信号を入力しPWM信号を生成する。この誤差増幅信号に応じて生成した所望のデューティ比のPWM信号をPWM制御部140から昇降圧切換部180を介して降圧スイッチ素子SW1又は昇圧スイッチ素子SW2に選択的に供給することにより、降圧スイッチ素子SW1又は昇圧スイッチ素子SW2をPWM制御する。
The error
昇降圧切換制御部160の具体的な構成は、例えば図1(b)に示すように演算増幅器161により充電電源200の電圧Vi とキャパシタ蓄電電源300の電圧Vc との差を検出し、キャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が大きくなってほぼ充電電源200の電圧Vi に達すると(一定値以上近づくと)、演算増幅器162の出力レベルが反転して降圧モードの信号からから昇圧モードの信号に切り換わる。このハイレベルの信号により昇降圧切換部180は、降圧モードから昇圧モードに切り換わる。演算増幅器161には、その反転入力端子−に抵抗R161を介してキャパシタ蓄電電源300の電圧Vc を入力して反転入力端子−と出力端子との間に抵抗R164を接続し、非反転入力端子+に充電電源200の電圧Vi の抵抗R162とR163による分圧点を入力する。これに対し、演算増幅器162には、その反転入力端子−に抵抗R165を介して演算増幅器161の出力を入力し、非反転入力端子+に定電圧のバイアスV+の抵抗R166と可変抵抗VR16による分圧点を入力して非反転入力端子+と出力端子との間に抵抗R167を接続する。
The specific configuration of the step-up / step-down
図1(b)に示す昇降圧切換制御部160において、演算増幅器161は、抵抗R161とR164、抵抗R162とR163にそれぞれ等しい抵抗値のものを接続した場合、図1(c)に示すように電圧Vc が電圧Vi と等しくなると0Vの出力になり、電圧Vc が電圧Vi より例えば1V低いと、その差の正電圧「+1V」を出力し、電圧Vc が電圧Vi より高くなると、その差の負電圧、例えば電圧Vc が電圧Vi の10Vより高い11Vになると、「−1V」を出力する。抵抗R161とR164、あるいは抵抗R162とR163に異なる抵抗値のものを接続すると、その抵抗値の比に応じて電圧Vi に対して演算増幅器161の出力の電圧も変わる。
In the step-up / step-down
また、演算増幅器162は、抵抗R166と可変抵抗VR16からなる分圧回路により定電圧のバイアスV+を分圧して非反転入力端子+の電位ΔVを設定し、反転入力端子−に演算増幅器161の出力を入力して、図1(c)に示すように非反転入力端子+の電位ΔVを閾値として反転入力端子−の電位がその閾値を越えるとハイレベルからローレベルへ出力を反転させる。閾値であるΔVの電圧は、可変抵抗VR16によって調整される。可変抵抗VR16の抵抗値を調整して例えば演算増幅器162の非反転入力端子+の電位を「ΔV=+0.5V」に設定すると、その「+0.5V」より高い演算増幅器161の出力が反転入力端子−に入力されることにより、演算増幅器162はローレベルの信号を出力する。つまり図1(c)に示すようにキャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が充電電源200の電圧Vi より0.5V低い電圧を越える電圧に充電されてくるまで演算増幅器162はローレベルの信号を出力している。そして、反転入力端子−の入力が「+0.5V」より低くなると、つまりキャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が充電されてさらに高くなり、充電電源200の電圧Vi との差が0.5Vより小さくなると、演算増幅器162の出力は反転してハイレベルの信号になる。
The
このように昇降圧切換制御部160においては、キャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が充電電源200の電圧Vi より低いと、演算増幅器161が正電圧を出力し、演算増幅器161の出力はローレベル(降圧モードの信号)になっているが、キャパシタ蓄電電源300の電圧Vc が高くなり充電電源200の電圧Vi に近づき、演算増幅器161の出力が演算増幅器162の非反転入力端子+の電位より低くなると、演算増幅器162がハイレベル(昇圧モードの信号)に反転する。
Thus, in the step-up / step-down
次に、具体的な誤差増幅信号発生部の構成について説明する。図2は誤差増幅信号発生部の実施の形態を示す図であり、121、123、124は信号発生回路、AMP1〜AMP4は演算増幅器、C11、C31、C41はコンデンサ、D11、D31、D41はダイオード、R11、R31、R41は抵抗、Vrefi、Vref(v-i)、Vrefvc は基準値を示す。 Next, a specific configuration of the error amplification signal generator will be described. FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of an error amplification signal generator, wherein 121, 123, and 124 are signal generation circuits, AMP1 to AMP4 are operational amplifiers, C11, C31, and C41 are capacitors, and D11, D31, and D41 are diodes. , R11, R31, R41 are resistors, and Vrefi, Vref (vi), Vrefvc are reference values.
図1に示す誤差増幅信号発生部120は、例えば図2に示すような各基準値Vrefi、Vref(v-i)、Vrefvc と比較して誤差増幅信号を出力する定電流信号発生回路121、電流逓減信号発生回路123、定電圧信号発生回路124、そして、これらの誤差増幅信号のうち最も小さい誤差増幅信号をPWM制御部140の入力とするダイオードD11、D31、D41からなるアナログ信号のオア論理回路により構成される。ダイオードD11、D31、D41は、誤差増幅信号を出力する定電流信号発生回路121、電流逓減信号発生回路123、定電圧信号発生回路124のそれぞれから逆方向の極性でPWM制御部140の入力に接続される。これらの回路の出力信号により、充電電流Iを一定にし(定電流充電)、所定電圧までキャパシタ蓄電電源300が充電されると、充電電圧Vcの増加に逆比例して充電電流を逓減させる(電流逓減制御:V−I制御)ように、また、充電電圧Vcが満充電に相当する電圧に達するとその電圧を越えないように(定電圧充電)各制御モード間の切り換えを行ってPWM(Pulse Width Modulation :パルス幅変調)制御する。
An error
定電流信号発生回路121は、充電装置200の出力に直列に挿入接続した電流検出用抵抗Rの端子間の電圧降下を充電電流Iの検出信号として取り出してこれを制御対象として入力し、コンパレータの基準値として電流基準値設定回路で設定されている電流基準値Vrefiを越えたか否かを比較して、その誤差増幅信号を出力する誤差増幅回路で構成される。したがって、定電流信号発生回路121から出力される誤差増幅信号は、入力される制御対象の充電電流Iが電流基準値Vrefiより小さければ出力値は大きくなり、充電電流Iが電流基準値Vrefiより大きければ出力値は小さくなる。PWM制御部140では、この誤差増幅信号を入力すると、充電電流Iが電流基準値Vrefiより小さいときは充電電流Iを大きくし、逆に充電電流Iが電流基準値Vrefiより大きいときは充電電流Iが小さくするように入力する誤差増幅信号の大きさに応じてパルス幅(デューティ比)を制御するので、結果として、電流基準値Vrefiに基づき充電電流Iが一定になるように充電電流を制御する、定電流充電の制御モードCCが実行される。
The constant current signal generation circuit 121 takes out the voltage drop between the terminals of the current detection resistor R inserted and connected in series with the output of the
電流逓減信号発生回路123は、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcの増加に逆比例して充電電流Iを小さくする電流基準値Vref(v-i)を発生させ、この電流基準値Vref(v-i)を制御対象の充電電流Iが越えたか否かを比較して、その誤差増幅信号を出力するものである。この回路では、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcの増加に逆比例して充電電流Iを小さくする電流基準値Vref(v-i)を発生させ、この電流基準値Vref(v-i)を制御対象の充電電流Iが越えたか否かを比較して、その誤差増幅信号を出力するものであり、例えば電流基準値Vref(v-i)は、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcを反転させ(Vout =−Vin)、オフセット値Voff-set で正値化(=Voff-set −Vin)することにより発生させる。したがって、PWM制御部140では、この誤差増幅信号を入力すると、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcが小さいときには充電電流Iを大きくし、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcが増加するとともにその増加に逆比例して充電電流Iを小さくするように充電電流を制御する、電流逓減の制御モードV−Iが実行される。
The current diminishing
定電圧信号発生回路124は、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcを検出し、これを制御対象として入力し電圧基準値設定回路で予め設定される電圧基準値Vrefvc を越えたか否かを比較して、その誤差増幅信号を出力する誤差増幅回路で構成される。したがって、定電圧信号発生回路124から出力される誤差増幅信号は、入力される制御対象の充電電圧Vcが電圧基準値Vrefvc より小さければ出力値は大きくなり、充電電圧Vcが電圧基準値Vrefvc より大きければ出力値は小さくなる。PWM制御部140は、この誤差増幅信号を入力すると、充電電圧Vcが電圧基準値Vrefvc より小さいときは充電電流Iを大きくし、逆に充電電圧Vcが電圧基準値Vrefvc より大きいときは充電電流Iを小さくするように充電電流を制御する、定電圧充電の制御モードCVが実行される。
The constant voltage
さらに、図2に示した各信号発生回路の構成を具体的に説明する。定電流信号発生回路121は、演算増幅器AMP1の反転入力端子−に充電電流Iの検出信号を入力し、非反転入力端子+に電流基準値Vrefiを入力して、反転入力端子−と出力端子との間にコンデンサC11と抵抗R11との直列回路を接続することにより誤差増幅回路を構成している。同様に、電流逓減信号発生回路123は、演算増幅器AMP3の反転入力端子−に充電電流Iの検出信号を入力し、非反転入力端子+に電流基準値Vref(v-i)を入力して、反転入力端子−と出力端子との間にコンデンサC31と抵抗R31との直列回路を接続することにより誤差増幅回路を構成している。また、定電圧信号発生回路124は、演算増幅器AMP4の反転入力端子−に充電電圧Vcの検出信号を入力し、非反転入力端子+に電圧基準値Vrefvc を入力して、反転入力端子−と出力端子との間にコンデンサC41と抵抗R41との直列回路を接続することにより誤差増幅回路を構成している。
Further, the configuration of each signal generation circuit shown in FIG. 2 will be specifically described. The constant current signal generation circuit 121 inputs the detection signal of the charging current I to the inverting input terminal − of the operational amplifier AMP1, inputs the current reference value Vrefi to the non-inverting input terminal +, and inputs the inverting input terminal − and the output terminal. An error amplification circuit is configured by connecting a series circuit of a capacitor C11 and a resistor R11 between the two. Similarly, the current diminishing
ダイオードD11、D31、D41は、誤差増幅信号を出力する定電流信号発生回路121、電流逓減信号発生回路123、定電圧信号発生回路124のそれぞれから逆方向の極性でPWM制御部140の入力に接続されているので、定電流信号発生回路121、電流逓減信号発生回路123、定電圧信号発生回路124の出力するそれぞれの誤差増幅信号のうち最も小さい誤差増幅信号をPWM制御部140の入力とするアナログ信号のオア論理回路を構成している。
The diodes D11, D31, and D41 are connected to the input of the
オア論理回路により行われる充電モードの切り換え制御をさらに説明すると、まず、充電を開始する初期の段階では、ダイオードD11がオン、ダイオードD31、D41がオフの状態で定電流充電の制御モードCCが実行される。すなわち、初期の段階でキャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcが小さく、定電流信号発生回路121の出力する誤差増幅信号に基づきPWM制御部140が定電流充電の制御モードCCを実行しているときには、電流逓減信号発生回路123、定電圧信号発生回路124においてはいずれも制御対象が比較する基準値より小さいため、大きい値の誤差増幅信号を出力しても、充電電流Iもキャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcも大きくならず、また、入力電圧Viも小さくならず誤差増幅信号が上限値にはりついた状態になるから、ダイオードD31、D41が逆方向にバイアスされオフとなる。
The charging mode switching control performed by the OR logic circuit will be further described. First, in the initial stage of starting charging, the constant current charging control mode CC is executed with the diode D11 on and the diodes D31 and D41 off. Is done. That is, when the charging voltage Vc of the capacitor
次に、定電流充電を続けることによりキャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcが増加してゆき、電流逓減信号発生回路123における電流基準値Vref(v-i)が徐々に小さくなって、電流基準値Vref(v-i)が定電流信号発生回路121の電流基準値Vrefiより小さくなると、電流逓減信号発生回路123から出力される誤差増幅信号が定電流信号発生回路121から出力される誤差増幅信号より小さくなる。ここから、定電流信号発生回路121の出力に接続されたダイオードD11がオフになって、電流逓減信号発生回路123の出力に接続されたダイオードD31がオンに切り換わり、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcが増加するとともにその増加に逆比例して充電電流Iを小さくするように充電電流を制御する、電流逓減の制御モードV−Iが実行される。
Next, by continuing constant current charging, the charging voltage Vc of the capacitor
さらに、キャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcが増加してゆき、定電圧信号発生回路124における電圧基準値Vrefvc より大きくなると、定電圧信号発生回路124から出力される誤差増幅信号が電流逓減信号発生回路123から出力される誤差増幅信号より小さくなり、電流逓減信号発生回路123の出力に接続されたダイオードD31がオフになって、定電圧信号発生回路124の出力に接続されたダイオードD41がオンに切り換わり、充電電圧Vcを電圧基準値Vrefvc より小さくするように充電電流を制御する、定電圧充電の制御モードCVが実行される。
Further, when the charging voltage Vc of the capacitor
図3は基準値発生回路の実施の形態を示す図であり、AMP5は演算増幅器、ASr1、ASr1′はアナログスイッチ、Cr1はコンデンサ、R21、R33、Rr1は抵抗、Rrv、Rrv′は可変抵抗、+Vはバイアス電源を示す。 FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of a reference value generating circuit. AMP5 is an operational amplifier, ASr1 and ASr1 ′ are analog switches, Cr1 is a capacitor, R21, R33 and Rr1 are resistors, Rrv and Rrv ′ are variable resistors, + V indicates a bias power supply.
上記の各基準値設定回路は、周知の様々な回路で構成することができるが、例えば図3に示すように構成することができる。電流基準値Vref(v-i)は、図2に示す先に述べたようにキャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcの増加に逆比例する値であり、例えば図3(a)に示すように演算増幅器AMP5において、その反転入力端子−に抵抗R32を介してキャパシタ蓄電電源300の充電電圧Vcの検出信号を入力し、非反転入力端子+にオフセット値Voff-set を入力して、反転入力端子−と出力端子との間に抵抗R33を接続することにより減算回路を構成し発生することができる。この減算回路によればVoff-set +(Voff-set −Vc)R33/R32(ここで、R33=R32とすると、2Voff-set −Vc)の電流基準値Vref(v-i)が取り出される。
Each of the reference value setting circuits described above can be configured by various known circuits, for example, as illustrated in FIG. The current reference value Vref (vi) is a value that is inversely proportional to the increase in the charging voltage Vc of the capacitor
このオフセット値Voff-set を含む各信号発生回路の基準値は、図3(b)に示すように安定化されたバイアス電源+Vを固定抵抗Rr1と可変抵抗Rrvとの分圧回路で分圧し、その分圧接続点から基準値Vrefを取り出し、可変抵抗Rrvにより所定の電圧に調整する。なお、コンデンサCr1はノイズ対策用として可変抵抗Rrvに並列接続しているものである。また、図3(c)に示すようにアナログスイッチASr1を介して同様の回路を並列に接続してアナログスイッチASr1のオン/オフにより基準値を切り換えられるようにしてもよいし、このような基準値の切り換えは、アナログスイッチASr1′を介して可変抵抗Rrvと並列に可変抵抗Rrv′を接続できるようにしてもよい。このように基準値の切り換えをアナログスイッチASr1、或いはASr1′により行うように構成した場合には、例えばこれを電流基準値設定回路Vrefiに採用すると、所定の条件により定電流充電の値を段階的に切り換えることができる。例えば各キャパシタに満充電電圧で充電電流をバイパスする並列モニタを並列接続しているキャパシタ蓄電電源では、その並列モニタのバイパス動作信号を論理処理回路で処理し、その出力信号を切り換え信号とすると、並列モニタの動作に応じて定電流充電の充電電流を切り換えることができる。 The reference value of each signal generation circuit including this offset value Voff-set is obtained by dividing the stabilized bias power supply + V by a voltage dividing circuit of a fixed resistor Rr1 and a variable resistor Rrv as shown in FIG. The reference value Vref is taken out from the voltage dividing connection point and adjusted to a predetermined voltage by the variable resistor Rrv. The capacitor Cr1 is connected in parallel to the variable resistor Rrv as a noise countermeasure. Further, as shown in FIG. 3C, a similar circuit may be connected in parallel via the analog switch ASr1 so that the reference value can be switched by turning on / off the analog switch ASr1. The value may be switched by connecting the variable resistor Rrv ′ in parallel with the variable resistor Rrv via the analog switch ASr1 ′. In this way, when the reference value is switched by the analog switch ASr1 or ASr1 ′, for example, when this is adopted in the current reference value setting circuit Vrefi, the constant current charging value is stepwise according to a predetermined condition. Can be switched to. For example, in a capacitor storage power source in which a parallel monitor that bypasses a charging current with a full charge voltage is connected in parallel to each capacitor, the bypass operation signal of the parallel monitor is processed by a logic processing circuit, and the output signal is used as a switching signal. The charging current for constant current charging can be switched according to the operation of the parallel monitor.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、誤差増幅信号発生部120として、定電流信号発生回路121、電流逓減信号発生回路123、定電圧信号発生回路124及びダイオードからなるオア論理回路を有する構成を示したが、例えば充電電源側において、定電流充電を行ってキャパシタ蓄電電源が所定の電圧に充電されたことを判断して充電を停止させる機能を有するものと組み合わせる場合などに対応して、定電流信号発生回路121のみを有するものであってもよい。勿論、定電流信号発生回路121と他のそれぞれの信号発生回路との組み合わせであってもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above-described embodiment, the error amplification
100…充電制御装置、120…誤差増幅信号発生部、140…PWM制御部、160…昇降圧切換制御部、161、162…演算増幅器、180…昇降圧切換部、200…充電電源、300…キャパシタ蓄電電源、C1、C2…平滑コンデンサ、D1、D2…整流素子、L1…チョークコイル、R…電流検出抵抗、R161〜R167…固定抵抗、VR16…可変抵抗、SW1…降圧スイッチ素子、SW2…昇圧スイッチ素子
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記キャパシタ蓄電電源の充電電流を検出して基準値との比較により誤差増幅信号を発生する誤差増幅信号発生手段と、
前記誤差増幅信号発生手段により発生した誤差増幅信号によりPWM信号を発生するPWM制御手段と、
前記PWM制御手段により発生したPWM信号を前記降圧スイッチ素子又は昇圧スイッチに切り換えて供給する昇降圧切換手段と、
前記充電電源の電圧と前記キャパシタ蓄電電源の電圧とを比較して、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧より低いことを条件に前記PWM信号を前記降圧スイッチ素子に供給し、前記キャパシタ蓄電電源の電圧が前記充電電源の電圧に一定値以上近づいたことを条件に前記PWM信号を前記昇圧スイッチ素子に切り換えて供給するように前記昇降圧切換手段を制御する昇降圧切換制御手段と
を備えたことを特徴とする充電制御装置。 A step-up / step-down circuit comprising a step-down switch element, a choke coil, a step-up switch, and a rectifier element is connected, a PWM signal is switched and supplied to the step-down switch element or step-up switch, a charging current is controlled by PWM control, and a capacitor storage power source is supplied from the charge power source. In the charging control device configured to charge
An error amplification signal generating means for detecting a charging current of the capacitor storage power source and generating an error amplification signal by comparison with a reference value;
PWM control means for generating a PWM signal by the error amplification signal generated by the error amplification signal generation means;
Step-up / step-down switching means for switching and supplying the PWM signal generated by the PWM control means to the step-down switch element or the step-up switch;
Comparing the voltage of the charging power supply and the voltage of the capacitor storage power supply, and supplying the PWM signal to the step-down switch element on condition that the voltage of the capacitor storage power supply is lower than the voltage of the charging power supply, A step-up / step-down switching control means for controlling the step-up / step-down switching means so as to switch and supply the PWM signal to the step-up switch element on the condition that the voltage of the power storage power source approaches the voltage of the charging power source or more. A charge control device comprising:
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