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JP3929454B2 - Charger and charge control method - Google Patents

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JP3929454B2
JP3929454B2 JP2004160382A JP2004160382A JP3929454B2 JP 3929454 B2 JP3929454 B2 JP 3929454B2 JP 2004160382 A JP2004160382 A JP 2004160382A JP 2004160382 A JP2004160382 A JP 2004160382A JP 3929454 B2 JP3929454 B2 JP 3929454B2
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敏揮 石井
卓也 石井
浩 齊藤
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Panasonic Holdings Corp
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Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

本発明はバッテリー駆動の各種電子機器内などに設けられ、電流制限機能を有する外部電源から電力を供給され、前記バッテリーの充電を行う充電器に関する。   The present invention relates to a charger that is provided in various electronic devices driven by a battery, and that is supplied with electric power from an external power source having a current limiting function to charge the battery.

近年、バッテリーを有する携帯機器等の電子機器に設けられる充電器には、急速かつ高率な充電機能が要求されている。
従来、充電器としては、図3に示すような回路構成の装置が用いられていた。図3において、充電器12は外部電源1より電力が供給されており、PチャネルMOSFETからなる逆流防止用スイッチ4、PチャネルMOSFETからなる制御素子13、定電流制御用検出抵抗9及び制御回路14が設けられている。
In recent years, a charger provided in an electronic device such as a portable device having a battery is required to have a rapid and high-rate charging function.
Conventionally, as a charger, an apparatus having a circuit configuration as shown in FIG. 3 has been used. In FIG. 3, the charger 12 is supplied with power from the external power supply 1, and includes a backflow prevention switch 4 made of a P-channel MOSFET, a control element 13 made of a P-channel MOSFET, a constant current control detection resistor 9, and a control circuit 14. Is provided.

外部電源1から供給された直流電流は、スイッチ4、制御素子13、抵抗9を介してバッテリー3を充電する。逆流防止用スイッチ4は制御回路14によって制御され、外部電源1から電力供給されることによるバッテリー3への充電動作中はオン状態となり、外部電源1からの電力供給がない場合にはバッテリー3からの放電電流が逆流しないようにオフ状態となる。以下の充電器12の充電動作の説明においては、逆流防止用スイッチ4はオン状態である。   The direct current supplied from the external power source 1 charges the battery 3 via the switch 4, the control element 13, and the resistor 9. The backflow prevention switch 4 is controlled by the control circuit 14 and is turned on during the charging operation to the battery 3 by being supplied with power from the external power source 1, and from the battery 3 when there is no power supply from the external power source 1. The discharge current is turned off so as not to flow backward. In the following description of the charging operation of the charger 12, the backflow prevention switch 4 is in an on state.

図4は、外部電源1の出力特性と充電器12の出力特性を示したものである。この図4に示すように、外部電源1は所定の電圧Vaを出力する定電圧出力機能と、出力電流を所定値Iaに制限をかける電流制限機能を有している。また、制御素子13は制御回路14からのゲート電圧によってソース−ドレイン間のインピーダンスを制御され、次の3つの状態をとる。   FIG. 4 shows the output characteristics of the external power source 1 and the output characteristics of the charger 12. As shown in FIG. 4, the external power supply 1 has a constant voltage output function for outputting a predetermined voltage Va and a current limiting function for limiting the output current to a predetermined value Ia. Further, the control element 13 is controlled in the impedance between the source and the drain by the gate voltage from the control circuit 14, and takes the following three states.

制御素子13の第1の状態はオン状態である。第2の状態は、バッテリー3へ充電電流Ibによる定電流制御用検出抵抗9での電圧降下が、一定値となるように制御される定電流化状態である。この場合の定電流値をIcとする。第3の状態は、バッテリー3の電圧Vbを所定値Vcに安定化するように制御される定電圧化状態である。図4では、充電器の定電流化状態と定電圧化状態を示している。 The first state of the control element 13 is an on state. The second state is a constant current state in which the voltage drop at the constant current control detection resistor 9 due to the charging current Ib to the battery 3 is controlled to be a constant value. The constant current value in this case is Ic. The third state is a constant voltage state that is controlled so as to stabilize the voltage Vb of the battery 3 to a predetermined value Vc. FIG. 4 shows a constant current state and a constant voltage state of the charger.

図5は、充電器の充電動作によバッテリー3の電圧Vbとバッテリー3への充電電流Ibの時間変化を表す動作波形図である。以下に、図3に示す従来の充電器の動作を、図5の充電動作波形図を用いて簡単に説明する。 Figure 5 is an operation waveform diagram representing the time variation of the charging current Ib to the voltage Vb and battery 3 of the battery 3 that by the charging operation of the charger. The operation of the conventional charger shown in FIG. 3 will be briefly described below with reference to the charging operation waveform diagram of FIG.

まず、「充電1」はバッテリー3を急速に充電する期間であり、外部電源1の電流制限機能を利用して、バッテリー3は定電流Iaで充電される。この時、PチャネルMOSFETからなる制御素子13は第1の状態、即ちオン状態となっている。 First, “charging 1” is a period in which the battery 3 is rapidly charged, and the battery 3 is charged with a constant current Ia using the current limiting function of the external power source 1. At this time, the control element 13 made of a P-channel MOSFET is in the first state, that is, the on state.

次に、「充電2」は制御素子13が第2の状態にあり、定電流Icでバッテリー3は充電される期間である。バッテリー3の過電圧保護のために、「充電1」での外部電源1からの定電流値Iaよりも小さく設定された電流Icで、バッテリー3は定電流充電される。   “Charging 2” is a period in which the control element 13 is in the second state and the battery 3 is charged with the constant current Ic. For overvoltage protection of the battery 3, the battery 3 is charged with a constant current with a current Ic set smaller than the constant current value Ia from the external power supply 1 in “charging 1”.

最後に、「充電3」は制御素子13が第3の状態にある期間である。この期間では、バッテリー3が満充電状態に近づいたため、バッテリー3の電圧Vbを一定電圧Vcに保持している。そして充電電流が徐々に少なくなる。即ち、「充電2」及び「充電3」の期間では、充電器12はシリーズレギュレータとして動作する。   Finally, “charging 3” is a period in which the control element 13 is in the third state. During this period, since the battery 3 is almost fully charged, the voltage Vb of the battery 3 is held at a constant voltage Vc. And the charging current gradually decreases. That is, the charger 12 operates as a series regulator during the period of “charge 2” and “charge 3”.

また、特許文献1では、スイッチング式のDC−DCコンバータを用いての充電装置が開示されており、このDC−DCコンバータを定電流制御することで高効率な充電を実現している。
特開平9−238432号公報
Patent Document 1 discloses a charging device using a switching type DC-DC converter, and high-efficiency charging is realized by constant current control of the DC-DC converter.
JP-A-9-238432

上記のような従来の充電器においては、シリーズレギュレータによる電力損失が発生して、変換効率が悪いという問題がある。特に、「充電2」の期間において、外部電源1の所定の出力電圧値Vaとバッテリー電圧Vbとの差電圧(Va−Vb)が制御素子13に印加されており、同時に制御素子13には制御回路14によって設定された定電流Icが流れている。この差電圧と定電流値との積(Va−Vb)・Icが電力損失となり、変換効率を悪化させている。このため、充電中における発熱量が増加し、電子機器の表面温度が上昇するので、定電流値Icを大きく設定できず、結果としてバッテリーの充電時間が長くなるという問題がある。   In the conventional charger as described above, there is a problem that power loss occurs due to the series regulator and conversion efficiency is poor. In particular, during the “charging 2” period, a difference voltage (Va−Vb) between a predetermined output voltage value Va of the external power supply 1 and the battery voltage Vb is applied to the control element 13, and at the same time, the control element 13 is controlled. A constant current Ic set by the circuit 14 flows. The product (Va−Vb) · Ic of the differential voltage and the constant current value becomes a power loss, which deteriorates the conversion efficiency. For this reason, the amount of heat generated during charging increases, and the surface temperature of the electronic device rises, so that the constant current value Ic cannot be set large, resulting in a problem that the charging time of the battery becomes long.

また、特許文献1のようなスイッチング式のDC−DCコンバータを利用した充電器は、外部電源を利用した構成のものではない。このため、充電時間はDC−DCコンバータの定電流特性にのみ依存するため、急速な充電が困難であるという問題がある。   Moreover, the charger using the switching type DC-DC converter as in Patent Document 1 is not a configuration using an external power source. For this reason, since the charging time depends only on the constant current characteristics of the DC-DC converter, there is a problem that rapid charging is difficult.

本発明は、電流制限機能を有する外部電源を最大限に利用し、高効率で温度上昇がなく、充電時間も短い充電器を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a charger that uses an external power source having a current limiting function to the maximum, has high efficiency, does not increase in temperature, and has a short charging time.

本発明の請求項1記載の充電器は、供給電流を第1の電流値に制限する機能を有する外部電源から電力を供給され、制御回路によって制御される降圧コンバータを介してバッテリーを充電する充電器であって、前記制御回路、前記バッテリーへの充電電流と前記バッテリーの電圧を検出することで、前記バッテリーの電圧が第1の電圧値に達した場合には、前記バッテリーの電圧を前記第1の電圧値に制限する時間比で前記降圧コンバータをオンオフ動作させ、前記バッテリーの電圧が前記第1の電圧値より低くかつ第2の電圧値以上の場合には、前記充電電流を第2の電流値に制限する時間比で前記降圧コンバータをオンオフ動作させ、前記バッテリーの電圧が前記第2の電圧値未満の場合には前記降圧コンバータの入出力間を導通させるよう構成したことを特徴とする。 Charger according to claim 1 of the present invention is supplied with power from an external power supply having a function of limiting the supply current to the first current value, charge the battery, via a step-down converter is controlled by a control circuit a charger, wherein the control circuit, by detecting the voltage of the charging current and the battery to the battery, when the voltage of the battery reaches a first voltage value, the voltage of the battery is turned on and off the buck converter at a time ratio that limits the the first voltage value, wherein when the battery voltage is equal to or greater than the first and lower than the voltage value of the second voltage value is, the charging current It is turned on and off the buck converter at a time ratio that limits the second current value, if the voltage of the battery is lower than the second voltage value, conduction between the input and output of the buck converter Characterized by being configured to cause.

本発明の請求項2記載の充電器は、請求項1において、前記降圧コンバータは、前記降圧コンバータの入力端に一端が接続されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子の他端に一端が接続されて他端が接地された整流器と、前記スイッチ素子の他端に一端が接続されたインダクタと、前記インダクタの他端に一端が接続されて他端が接地された平滑手段とを有し、前記平滑手段から前記バッテリーへ前記充電電流を供給するように構成され、前記制御回路は、前記スイッチ素子を周期的にオンオフ動作させるとともに、前記バッテリーの電圧及び前記充電電流を検出して制御すべく、前記スイッチ素子のオン時間とオフ時間を調整するように構成されたことを特徴とする。
本発明の請求項記載の充電器は、請求項1において、前記第2の電流値は、前記第1の電流値よりも小さく設定したことを特徴とする。
本発明の請求項記載の充電器は、請求項1において、前記降圧コンバータは、前記制御回路によって前記降圧コンバータの入出力間を短絡するスルースイッチを有し、前記制御回路は、前記バッテリーの電圧が前記第2の電圧値未満の場合には前記スルースイッチをオン状態にするよう構成したことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the charger according to the first aspect, the step-down converter includes a switch element having one end connected to an input end of the step-down converter and one end connected to the other end of the switch element. A rectifier having the other end grounded, an inductor having one end connected to the other end of the switch element, and smoothing means having one end connected to the other end of the inductor and the other end grounded. The control circuit is configured to supply the charging current from the means to the battery, and the control circuit periodically turns on and off the switch element, and detects and controls the battery voltage and the charging current. The switch element is configured to adjust an on time and an off time.
The charger according to claim 3 of the present invention is characterized in that, in claim 1, the second current value is set smaller than the first current value.
According to a fourth aspect of the present invention, in the charger according to the first aspect, the step-down converter includes a through switch that short-circuits between the input and output of the step-down converter by the control circuit. When the voltage is less than the second voltage value, the through switch is turned on.

本発明の請求項記載の充電器は、請求項において、少なくとも前記スルースイッチと前記制御回路を、集積回路内に実装したことを特徴とする。
本発明の請求項記載の充電制御方法は、供給電流を第1の電流値に制限する機能を有する外部電源から電力を供給され、制御回路によって制御される降圧コンバータを介してバッテリーを充電する充電器により前記バッテリーを充電するに際し、前記バッテリーへの充電電流と前記バッテリーの電圧を検出することで、前記バッテリーの電圧が第1の電圧値に達した場合には、前記バッテリーの電圧を前記第1の電圧値に制限する時間比で前記降圧コンバータをオンオフ動作させ、前記バッテリーの電圧が前記第1の電圧値より低くかつ第2の電圧値以上の場合には、前記充電電流を第2の電流値に制限する時間比で前記降圧コンバータをオンオフ動作させ、前記バッテリーの電圧が前記第2の電圧値未満の場合には前記降圧コンバータの入出力間を導通させることを特徴とする。
The charger according to claim 5 of the present invention is characterized in that, in claim 4 , at least the through switch and the control circuit are mounted in an integrated circuit.
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a charge control method for charging a battery via a step-down converter that is supplied with electric power from an external power source having a function of limiting a supply current to a first current value and is controlled by a control circuit. upon charging the battery by the charger, by detecting the voltage of the charging current and the battery to the battery, when the voltage of the battery reaches a first voltage value, the voltage of the battery When the step-down converter is turned on and off at a time ratio limited to the first voltage value, and the battery voltage is lower than the first voltage value and greater than or equal to the second voltage value, the charging current is changed to the first voltage value. It is turned on and off the buck converter at a time ratio that limits the second current value, if the voltage of the battery is lower than the second voltage value, the buck converter And characterized in that conduction between input and output.

本発明の請求項記載の充電制御方法は請求項において、前記バッテリーの電圧が前記第2の電圧値未満の場合には、前記降圧コンバータの入出力間を短絡するスルースイッチオン状態にすることを特徴とする。 Charging control method according to claim 7 of the present invention, in claim 6, when the voltage of the battery is lower than the second voltage value, the through-switched-on state to short-circuit between the input and output of the buck converter It is characterized by doing.

本発明の充電器は、充電制御にスイッチング式の降圧コンバータを用いることにより、高効率で発熱量が少ないという優れた効果を有する。また、外部電源の電流制限機能を利用することにより、電子機器本体の発熱量を低減し、かつ充電時間が短いという優れた効果を有する。   The charger of the present invention has an excellent effect of high efficiency and low calorific value by using a switching step-down converter for charge control. In addition, by using the current limiting function of the external power source, there is an excellent effect that the heat generation amount of the electronic device main body is reduced and the charging time is short.

以下、本発明の充電制御方法を具体的な各実施の形態に基づいて説明する。
(第1の実施形態)
図1は本発明に係る第1の実施形態の充電器を示す。
Hereinafter, the charge control method of the present invention will be described based on specific embodiments.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a charger according to a first embodiment of the present invention.

図1において、充電器2は外部電源1より電力が供給されており、PチャネルMOSFETからなる逆流防止用スイッチ4と、PチャネルMOSFETからなるスイッチ5と、NチャネルMOSFETからなる同期整流器6と、インダクタ7と、コンデンサ8と、定電流制御用検出抵抗9と、制御回路10が設けられている。   In FIG. 1, a charger 2 is supplied with electric power from an external power supply 1, and includes a backflow prevention switch 4 made of a P-channel MOSFET, a switch 5 made of a P-channel MOSFET, a synchronous rectifier 6 made of an N-channel MOSFET, An inductor 7, a capacitor 8, a constant current control detection resistor 9, and a control circuit 10 are provided.

充電器2は、逆流防止用スイッチ4とスイッチ5とインダクタ7と定電流制御用検出抵抗9との直列回路が、前記外部電源1と前記バッテリー3との間に介装されており、インダクタ7と定電流制御用検出抵抗9との接続点と基準電源の間にコンデンサ8が接続されている。同期整流器6は、スイッチ5とインダクタ7との接続点と基準電源の間に接続されている。   In the charger 2, a series circuit of a backflow prevention switch 4, a switch 5, an inductor 7, and a constant current control detection resistor 9 is interposed between the external power source 1 and the battery 3. And a capacitor 8 is connected between the connection point between the constant current control detection resistor 9 and the reference power source. The synchronous rectifier 6 is connected between a connection point between the switch 5 and the inductor 7 and a reference power source.

逆流防止用スイッチ4は制御回路10によって制御され、外部電源1から電力供給されることによるバッテリー3への充電動作中はオン状態となり、外部電源1からの電力供給がない場合にはバッテリー3からの放電電流が逆流しないようにオフ状態となる。以下の充電器2の充電動作の説明においては、逆流防止用スイッチ4はオン状態にある。   The backflow prevention switch 4 is controlled by the control circuit 10 and is turned on during the charging operation to the battery 3 by being supplied with power from the external power source 1, and from the battery 3 when there is no power supply from the external power source 1. The discharge current is turned off so as not to flow backward. In the following description of the charging operation of the charger 2, the backflow prevention switch 4 is in the on state.

PチャネルMOSFETからなるスイッチ5とNチャネルMOSFETからなる同期整流器6と、インダクタ7とコンデンサ8は、スイッチング式の降圧コンバータ15を構成している。降圧コンバータ15は、制御回路10によってスイッチ5と整流器6が交互にオンオフ動作されることにより、インダクタ7を介してコンデンサ8から直流電力を出力する。スイッチ5と同期整流器6のオンオフ動作が周期的に繰り返されている時、その1周期に占めるスイッチ5のオン時間の割合(以下、この割合をデューティ比と記述する。)を調整することにより、降圧コンバータ15が出力する直流電力を制御することができる。   The switch 5 made of P-channel MOSFET, the synchronous rectifier 6 made of N-channel MOSFET, the inductor 7 and the capacitor 8 constitute a switching step-down converter 15. The step-down converter 15 outputs DC power from the capacitor 8 via the inductor 7 when the switch 5 and the rectifier 6 are alternately turned on and off by the control circuit 10. When the ON / OFF operation of the switch 5 and the synchronous rectifier 6 is periodically repeated, the ratio of the ON time of the switch 5 to one cycle (hereinafter, this ratio is described as a duty ratio) is adjusted. The DC power output from the step-down converter 15 can be controlled.

図4は、外部電源1の出力特性と充電器2の出力特性を示したものである。図4に示すように、外部電源1は所定の電圧Vaを出力する定電圧出力機能と、出力電流を第1の電流値Iaで制限をかける電流制限機能を有している。また、スイッチ5は制御回路10によって同期整流器6と交互にオンオフ動作され、次の3つの状態をとる。   FIG. 4 shows the output characteristics of the external power source 1 and the output characteristics of the charger 2. As shown in FIG. 4, the external power supply 1 has a constant voltage output function for outputting a predetermined voltage Va and a current limiting function for limiting the output current with the first current value Ia. The switch 5 is turned on and off alternately with the synchronous rectifier 6 by the control circuit 10, and takes the following three states.

第1の状態はスイッチ5が定常的にオン状態で、整流器6が定常的にオフ状態となる。即ち、前述のデューティ比は1である。なお、この状態では降圧コンバータ15のオンオフ動作の繰り返しが停止していると言える。   In the first state, the switch 5 is steadily turned on, and the rectifier 6 is steadily turned off. That is, the aforementioned duty ratio is 1. In this state, it can be said that the repetition of the on / off operation of the step-down converter 15 is stopped.

第2の状態は、バッテリー3への充電電流Ibによる定電流制御用検出抵抗9での電圧降下が一定値となるように、スイッチ5のデューティ比が調整される定電流化状態である。この場合の定電流値を第2の電流値Icとする。第2の電流値Icは外部電源1の第1の電流値Iaより小さく設定されている。   The second state is a constant current state in which the duty ratio of the switch 5 is adjusted so that the voltage drop at the constant current control detection resistor 9 due to the charging current Ib to the battery 3 becomes a constant value. The constant current value in this case is defined as a second current value Ic. The second current value Ic is set smaller than the first current value Ia of the external power source 1.

第3の状態は、バッテリー3の電圧Vbを第1の電圧値Vcに安定化するように、スイッチ5のデューティ比が調整される定電圧化状態である。図4では、充電器の定電流化状態と定電圧化状態を示している。   The third state is a constant voltage state in which the duty ratio of the switch 5 is adjusted so that the voltage Vb of the battery 3 is stabilized at the first voltage value Vc. FIG. 4 shows a constant current state and a constant voltage state of the charger.

図5は、充電器の充電動作によバッテリー3の電圧Vbとバッテリー3への充電電流Ibの時間変化を表す動作波形図である。
以下に、この第1の実施形態による充電器2の充電動作を、図5に示す動作波形図を用いて説明する。
Figure 5 is an operation waveform diagram representing the time variation of the charging current Ib to the voltage Vb and battery 3 of the battery 3 that by the charging operation of the charger.
Hereinafter, the charging operation of the charger 2 according to the first embodiment will be described with reference to the operation waveform diagram shown in FIG.

図5の「充電1」は、スイッチ5は第1の状態、即ちオン状態にある期間である。この時、外部電源1より、逆流防止用スイッチ4とスイッチ5とインダクタ7と定電流制御用検出抵抗9を介して、第1の電流値Iaでバッテリー3が定電流充電される。すなわち、発熱源を外部電源1とすることで電子機器の温度上昇を防止し、かつ大きな電流値Iaによって充電時間を短縮する。この「充電1」の期間は、充電が進んでバッテリー3の電圧Vbが第2の電圧値Vaに至るまでであり、バッテリー電圧Vbが第2の電圧値Vaに至ると「充電2」へ移行する。   “Charging 1” in FIG. 5 is a period in which the switch 5 is in the first state, that is, the on state. At this time, the battery 3 is charged with a constant current from the external power source 1 with the first current value Ia via the backflow prevention switch 4, the switch 5, the inductor 7, and the constant current control detection resistor 9. That is, by using the external power source 1 as the heat source, the temperature rise of the electronic device is prevented, and the charging time is shortened by the large current value Ia. This period of “charging 1” is until charging proceeds and the voltage Vb of the battery 3 reaches the second voltage value Va, and when the battery voltage Vb reaches the second voltage value Va, the process shifts to “charging 2”. To do.

図5の「充電2」は、スイッチ5は前述の第2の状態、即ち充電器2は定電流化状態にあり、第2の電流値Icでバッテリー3を定電流充電する期間である。降圧コンバータ15を用いて充電することにより、高効率な電力変換が可能となり発熱を抑制することができる。「充電1」に対し、「充電2」の期間が設けられているのは、あまりに急速に充電を行うとバッテリー3の過電圧特性を超えた電圧を印加するおそれがあるためである。このため、第2の電流値Icは外部電源1の第1の電流値Iaより小さく設定されている。   “Charging 2” in FIG. 5 is a period in which the switch 5 is in the above-described second state, that is, the charger 2 is in the constant current state, and the battery 3 is constant-current charged with the second current value Ic. Charging using the step-down converter 15 enables highly efficient power conversion and suppresses heat generation. The reason why the period of “charging 2” is provided for “charging 1” is that if the charging is performed too rapidly, a voltage exceeding the overvoltage characteristic of the battery 3 may be applied. For this reason, the second current value Ic is set to be smaller than the first current value Ia of the external power supply 1.

反面、充電時間短縮のためには、充電器2の熱的負担の許容される範囲内で、第2の電流値Icは大きく設定することが望ましい。高効率な電力変換特性を有する降圧コンバータ15を用いることにより、第2の電流値Icを大きく設定し、充電時間を短くすることが可能となる。この「充電2」の期間は、充電が進んでバッテリー3の電圧Vbが第1の電圧値Vcに至るまでであり、バッテリー電圧Vbが第1の電圧値Vcに至ると「充電3」へ移行する。   On the other hand, in order to shorten the charging time, it is desirable to set the second current value Ic large within the allowable range of the thermal burden on the charger 2. By using the step-down converter 15 having highly efficient power conversion characteristics, the second current value Ic can be set large and the charging time can be shortened. This period of “charging 2” is until charging proceeds and the voltage Vb of the battery 3 reaches the first voltage value Vc, and when the battery voltage Vb reaches the first voltage value Vc, the process shifts to “charging 3”. To do.

図5の「充電3」は、スイッチ5は前述の第3の状態、即ち充電器2は定電圧化状態にあり、バッテリー電圧Vbは第1の電圧値Vcに制限されながら充電される。第1の電圧値Vcはバッテリー3の満充電電圧に近い値に設定されており、充電電流Ibは、充電が進むとともに減少していく。やがて完全に満充電電圧に達した時点で充電を終了する。   In “Charging 3” of FIG. 5, the switch 5 is charged in the third state described above, that is, the charger 2 is in a constant voltage state, and the battery voltage Vb is charged while being limited to the first voltage value Vc. The first voltage value Vc is set to a value close to the fully charged voltage of the battery 3, and the charging current Ib decreases as the charging proceeds. The charging is terminated when the fully charged voltage is reached.

(第2の実施形態)
図2は本発明に係る第2の実施形態の充電器を示す。
図2において、充電器2には、PチャネルMOSFETからなるスルースイッチ11が追加されたことと、制御回路10がスルースイッチ11を駆動する機能を有している点が、図1に示した第1の実施形態の充電器2と異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a charger according to a second embodiment of the present invention.
In FIG. 2, the charger 2 has a through switch 11 made of a P-channel MOSFET, and the control circuit 10 has a function of driving the through switch 11 as shown in FIG. Different from the charger 2 of the first embodiment.

図2において、スルースイッチ11は、逆流防止用スイッチ4の出力とバッテリー3の間に挿入されている。PチャネルMOSFETからなるスイッチ5とNチャネルMOSFETからなる同期整流器6と、インダクタ7とコンデンサ8が、降圧コンバータ15を構成するが、その構成及び動作は第1の実施形態の充電器2の降圧コンバータ15と同様である。   In FIG. 2, the through switch 11 is inserted between the output of the backflow prevention switch 4 and the battery 3. A switch 5 made of a P-channel MOSFET, a synchronous rectifier 6 made of an N-channel MOSFET, an inductor 7 and a capacitor 8 constitute a step-down converter 15. The structure and operation of the step-down converter of the charger 2 of the first embodiment are as follows. 15 is the same.

充電動作は、第1の実施形態と同様に図5に示す充電動作波形図に示すように行われる。充電動作において、本発明の第2の実施形態の充電器2が第1の実施形態の充電器2と異なる動作をするのは、「充電1」の期間である。「充電2」及び「充電3」の期間は、スルースイッチ11はオフ状態にされており、第1の実施形態と同様である。   The charging operation is performed as shown in the charging operation waveform diagram shown in FIG. 5 as in the first embodiment. In the charging operation, the charger 2 according to the second embodiment of the present invention operates differently from the charger 2 according to the first embodiment during the “charging 1” period. During the periods of “Charge 2” and “Charge 3”, the through switch 11 is in an off state, which is the same as in the first embodiment.

「充電1」において、スイッチ5はオン状態にされ、外部電源1から逆流防止用スイッチ4とスイッチ5とインダクタ7と定電流制御用検出抵抗9を介して、バッテリー3に充電電流が流れる。同時に、スルースイッチ11もオン状態にあり、スルースイッチ11を介してもバッテリー3を充電する。この両経路を流れる充電電流の和が、外部電源1から供給されてバッテリー3を充電する第1の電流値Iaである。スルースイッチ11の充電電流のバイパスにより、スイッチ5とインダクタ7と定電流制御用検出抵抗9を流れる充電電流が低減される。従って充電電流による電力損失を低減できる。   In “charging 1”, the switch 5 is turned on, and a charging current flows from the external power source 1 to the battery 3 through the backflow prevention switch 4, the switch 5, the inductor 7, and the constant current control detection resistor 9. At the same time, the through switch 11 is also in the on state, and the battery 3 is charged via the through switch 11. The sum of the charging currents flowing through both the paths is a first current value Ia supplied from the external power source 1 and charging the battery 3. By bypassing the charging current of the through switch 11, the charging current flowing through the switch 5, the inductor 7, and the constant current control detection resistor 9 is reduced. Therefore, power loss due to the charging current can be reduced.

なお、スルースイッチ11は、スイッチ5や同期整流器6のように高周波のスイッチング動作をすることはなく、逆流防止用スイッチ4のように全充電電流が流れることもなく、他の構成部品に比べて電力負担が少ない。このため、熱容量が比較的小さく設計できるので、制御回路10とともに集積回路化することにより、充電器の小型化が可能である。   The through switch 11 does not perform a high-frequency switching operation like the switch 5 or the synchronous rectifier 6, and does not flow the full charge current unlike the backflow prevention switch 4, and is different from other components. There is little electric power burden. Therefore, since the heat capacity can be designed to be relatively small, the charger can be reduced in size by being integrated with the control circuit 10.

本発明に係る充電器は、外部電源の電流制限機能とスイッチング式の降圧コンバータを用いた定電流出力機能をバッテリー電圧に応じて使い分け、高効率で充電時間の短い充電器として有用である。   The charger according to the present invention is useful as a charger with high efficiency and a short charging time by selectively using a current limiting function of an external power supply and a constant current output function using a switching step-down converter according to the battery voltage.

本発明に係る第1の実施形態の充電器を示す回路構成図The circuit block diagram which shows the charger of 1st Embodiment which concerns on this invention 本発明に係る第2の実施形態の充電器を示す回路構成図The circuit block diagram which shows the charger of 2nd Embodiment which concerns on this invention 従来の充電器を示す回路構成図Circuit diagram showing a conventional charger 外部電源と充電器の出力特性を示す特性図Characteristic diagram showing output characteristics of external power supply and charger 充電器の動作を示す充電電流と充電電圧の動作波形図Charging current and charging voltage operation waveform diagram showing charger operation

符号の説明Explanation of symbols

1 外部電源
2 充電器
3 バッテリー
4 逆流防止用スイッチ
5 スイッチ
6 同期整流器
7 インダクタ
8 コンデンサ
9 定電流制御用検出抵抗
10 制御回路
15 降圧コンバータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 External power supply 2 Charger 3 Battery 4 Switch for backflow prevention 5 Switch 6 Synchronous rectifier 7 Inductor 8 Capacitor 9 Detection resistor 10 for constant current control Control circuit 15 Step-down converter

Claims (7)

供給電流を第1の電流値に制限する機能を有する外部電源から電力を供給され、制御回路によって制御される降圧コンバータを介してバッテリーを充電する充電器であって、
前記制御回路
前記バッテリーへの充電電流と前記バッテリーの電圧を検出することで、
前記バッテリーの電圧が第1の電圧値に達した場合には、前記バッテリーの電圧を前記第1の電圧値に制限する時間比で前記降圧コンバータをオンオフ動作させ、
前記バッテリーの電圧が前記第1の電圧値より低くかつ第2の電圧値以上の場合には、前記充電電流を第2の電流値に制限する時間比で前記降圧コンバータをオンオフ動作させ、
前記バッテリーの電圧が前記第2の電圧値未満の場合には前記降圧コンバータの入出力間を導通させるよう構成した
充電器。
The supply current is supplied power from an external power supply having a function of limiting the first current value, a charger charge the battery, via a step-down converter is controlled by a control circuit,
The control circuit includes :
By detecting the voltage of the charging current to the battery battery,
When the voltage of the battery reaches a first voltage value, to on-off operation of the buck converter in a time ratio that limits the voltage of the battery to the first voltage value,
When the voltage of the battery is lower than the first voltage value and greater than or equal to the second voltage value, the step-down converter is turned on / off at a time ratio that limits the charging current to the second current value,
When the voltage of the battery is lower than the second voltage value, the charger configured so as to conduct between the input and output of the buck converter.
前記降圧コンバータは、The step-down converter
前記降圧コンバータの入力端に一端が接続されたスイッチ素子と、A switching element having one end connected to the input end of the step-down converter;
前記スイッチ素子の他端に一端が接続されて他端が接地された整流器と、A rectifier having one end connected to the other end of the switch element and the other end grounded;
前記スイッチ素子の他端に一端が接続されたインダクタと、An inductor having one end connected to the other end of the switch element;
前記インダクタの他端に一端が接続されて他端が接地された平滑手段とを有し、前記平滑手段から前記バッテリーへ前記充電電流を供給するように構成され、Smoothing means having one end connected to the other end of the inductor and the other end grounded, and configured to supply the charging current from the smoothing means to the battery,
前記制御回路は、前記スイッチ素子を周期的にオンオフ動作させるとともに、前記バッテリーの電圧及び前記充電電流を検出して制御すべく、前記スイッチ素子のオン時間とオフ時間を調整するように構成されたThe control circuit is configured to periodically turn on and off the switch element and adjust an on time and an off time of the switch element to detect and control the battery voltage and the charging current.
請求項1記載の充電器。The charger according to claim 1.
前記第2の電流値は、前記第1の電流値よりも小さく設定したことを特徴とする請求項1記載の充電器。The charger according to claim 1, wherein the second current value is set smaller than the first current value. 前記降圧コンバータは、前記制御回路によって前記降圧コンバータの入出力間を短絡するスルースイッチを有し、The step-down converter has a through switch that short-circuits the input and output of the step-down converter by the control circuit,
前記制御回路は、前記バッテリーの電圧が前記第2の電圧値未満の場合には前記スルースイッチをオン状態にするよう構成したThe control circuit is configured to turn on the through switch when the voltage of the battery is less than the second voltage value.
請求項1記載の充電器。The charger according to claim 1.
少なくとも前記スルースイッチと前記制御回路を、集積回路内に実装したAt least the through switch and the control circuit are mounted in an integrated circuit.
請求項4記載の充電器。The charger according to claim 4.
供給電流を第1の電流値に制限する機能を有する外部電源から電力を供給され、制御回路によって制御される降圧コンバータを介してバッテリーを充電する充電器により前記バッテリーを充電するに際し、When charging the battery by a charger that is supplied with electric power from an external power source having a function of limiting the supply current to the first current value and charges the battery via a step-down converter controlled by a control circuit;
前記バッテリーへの充電電流と前記バッテリーの電圧とを検出することで、By detecting the charging current to the battery and the voltage of the battery,
前記バッテリーの電圧が第1の電圧値に達した場合には、前記バッテリーの電圧を前記第1の電圧値に制限する時間比で前記降圧コンバータをオンオフ動作させ、When the voltage of the battery reaches a first voltage value, the step-down converter is turned on / off at a time ratio that limits the voltage of the battery to the first voltage value,
前記バッテリーの電圧が前記第1の電圧値より低くかつ第2の電圧値以上の場合には、前記充電電流を第2の電流値に制限する時間比で前記降圧コンバータをオンオフ動作させ、When the voltage of the battery is lower than the first voltage value and greater than or equal to the second voltage value, the step-down converter is turned on / off at a time ratio that limits the charging current to the second current value,
前記バッテリーの電圧が前記第2の電圧値未満の場合には、前記降圧コンバータの入出力間を導通させるWhen the voltage of the battery is less than the second voltage value, the input / output of the step-down converter is made conductive.
充電制御方法。Charge control method.
前記バッテリーの電圧が前記第2の電圧値未満の場合には、前記降圧コンバータの入出力間を短絡するスルースイッチをオン状態にするWhen the voltage of the battery is less than the second voltage value, a through switch that short-circuits the input and output of the step-down converter is turned on.
請求項6記載の充電制御方法。The charge control method according to claim 6.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2007306647A (en) 2006-05-09 2007-11-22 Lenovo Singapore Pte Ltd Power supply system and electronic equipment
JP5057902B2 (en) * 2007-09-06 2012-10-24 株式会社リコー Charge control circuit
CN202340195U (en) 2010-10-29 2012-07-18 松下电器产业株式会社 Converter
US8693226B2 (en) 2010-10-29 2014-04-08 Panasonic Corporation Synchronous rectification type inverter

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102684282A (en) * 2012-05-12 2012-09-19 大连连顺电子有限公司 Constant-current and constant-voltage control integrated circuit of electric vehicle charger
CN102684282B (en) * 2012-05-12 2015-02-18 大连连顺电子有限公司 Constant-current and constant-voltage control integrated circuit of electric vehicle charger

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