特許 6084593 スイッチング電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6084593

(24)【登録日】2017年2月3日

(45)【発行日】2017年2月22日

(54)【発明の名称】スイッチング電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/28 20060101AFI20170213BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 K

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-159891(P2014-159891)

(22)【出願日】2014年8月5日

(65)【公開番号】特開2016-39657(P2016-39657A)

(43)【公開日】2016年3月22日

【審査請求日】2014年8月29日

【審判番号】不服2016-7534(P2016-7534/J1)

【審判請求日】2016年5月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】390005223

【氏名又は名称】株式会社タムラ製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(72)【発明者】

【氏名】山本 武

(72)【発明者】

【氏名】川名 潤

【合議体】

【審判長】 新川 圭二

【審判官】 山澤 宏

【審判官】 山田 正文

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−００７０８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１５５７７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３０７３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０６４４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−３２２２５０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H02M 3/00-3/44

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線側に設けられ、前記１次巻線と巻方向が同じにされたタップを有する補助巻線と、を備えた変圧器と、
前記１次巻線と接続され、前記１次巻線への入力電圧を制御するスイッチング素子と、
前記補助巻線の高圧側端部及び前記タップと接続され、前記補助巻線から電源電圧の供給を受けて駆動し、前記２次巻線に接続された負荷の情報を受け付け、当該情報に基づいて制御信号を生成する２次側制御回路と、
前記２次側制御回路と絶縁され、前記スイッチング素子を介して前記１次巻線と接続され、前記２次側制御回路から受け付けた前記制御信号に基づいて前記スイッチング素子の時比率を制御する１次側制御回路と、
前記補助巻線の両端部間の電圧をモニタリングする電圧モニタ回路と、
前記補助巻線の高圧側端部と前記２次側制御回路との間に前記電圧モニタ回路と直接接続されて設けられ、前記補助巻線の高圧側端部及び前記２次側制御回路間の導通と遮断とを切り換えるスイッチ回路と、
を備え、
前記電圧モニタ回路は、前記補助巻線の両端部間の電圧が所定電圧以上である場合に前記スイッチ回路と導通し、
前記スイッチ回路は、前記電圧モニタ回路との導通により前記補助巻線の高圧側端部及び前記２次側制御回路間を遮断すること、
を特徴とするスイッチング電源装置。

【請求項2】

前記スイッチ回路は、ＭＯＳＦＥＴ及びトランジスタを有し、
前記電圧モニタ回路が所定電圧以上の電圧を検出すると、前記トランジスタがオンになり、前記補助巻線の高圧側端部及び前記２次側制御回路間を遮断するように前記ＭＯＳＦＥＴがオフになること、
を特徴とする請求項１記載のスイッチング電源装置。

【請求項3】

前記電圧モニタ回路は、ツェナーダイオードを有し、
前記スイッチ回路は、抵抗を有し、
前記ツェナーダイオードは、前記補助巻線の両端部間と並列に、カソードが前記補助巻線の高圧側端部側になり、アノードが前記補助巻線の低圧側端部側になるように設けられ、
前記ＭＯＳＦＥＴは、ソースが前記補助巻線の高圧側端部に接続され、ドレインが前記２次側制御回路に接続され、
前記抵抗は、前記ＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続され、
前記トランジスタは、ベースが前記ツェナーダイオードのカソードに接続され、エミッタ及びコレクタ間が前記ＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続されていること、
を特徴とする請求項２に記載のスイッチング電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御回路の駆動用電源電圧を切り換えるスイッチ回路を有するスイッチング電源装置に係り、特に、充電を制御する充電制御回路への電源電圧の切り換えを行う充電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気機器を動作させるためには安定した直流電圧が必要であり、これを作るために従来からスイッチング電源装置が用いられている。スイッチング電源装置は、外部交流電源を整流及び平滑化し、半導体スイッチング素子によりスイッチングして変圧器の１次巻線に入力し、変圧器の２次巻線から直流化回路によって負荷に直流電力を供給する。また、出力電圧が一定に保たれるように、制御回路によりフィードバック制御され、半導体スイッチング素子の時比率の調整が行われる。

【0003】

このようなスイッチング電源装置の一例としては、携帯電話機やデジタルカメラ等の携帯電気機器の二次電池を充電する充電器がある。充電器には、変圧器と、充電を制御する制御ＩＣとが設けられている。変圧器は、１次巻線に接続された外部電源より供給された電圧を変圧し、２次巻線から変圧した電力を直流化回路を介して電気機器の二次電池へ供給する。また、変圧器の２次側には、２次巻線の他に補助巻線が設けられており、制御ＩＣは、この補助巻線から電力の供給を受けて駆動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−１３５５５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように従来の充電器では、変圧器の２次側の制御ＩＣは、充電制御等の制御を行うための電源電圧を、２次側の補助巻線から整流させて得ている。この２次側の補助巻線は、変圧器の１次巻線と同じ巻方向を取っていることにより、１次巻線への入力電圧によって、２次側の補助巻線の出力電圧が変動する。すなわち、１次巻線１１への入力電圧が高いと、２次側の補助巻線１４の出力電圧も高くなり、１次巻線１１への入力電圧が低いと、２次側の補助巻線１４の出力電圧も低くなる。そのため、入力電圧が高い場合には、２次側の補助巻線の電圧も高くなり、２次側の制御ＩＣの定格電圧を超えてしまい、破損させる虞があった。

【0006】

そこで、従来技術では、２次側の補助巻線に制御ＩＣとの接続ポイントとなるタップを複数設け、タップの切り替えにより２次側の補助巻線の巻数を変更する。例えば、入力電圧が低い場合には巻数を多く巻いたタップに接続して制御ＩＣへの電源供給を賄い、入力電圧が高い場合には、制御ＩＣの定格電圧を超えないように巻数を少なく巻いたタップに接続して制御ＩＣの電源供給を賄っている。

【0007】

ここで、タップの切り替えは、各タップと基板パターン間を繋ぐためのジャンパー線をそれぞれ予め用意しておき、仕向地で要求される入力電圧の高低によって必要なジャンパー線にて導通させる方法を採っていた。つまり、充電器の生産の段階で、仕向地別に予めジャンパー線を物理的に接続して導通させておく必要があった。そのため、基板アッシーを仕向地別に分けて生産しておく必要があり、生産性の悪化及び生産コストの増加を招いていた。

【0008】

また、上記のような問題は、充電器に限らず、２次側の補助巻線から電源電圧の供給を受けて駆動する制御回路を有するスイッチング電源装置にも当てはまるものである。

【0009】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、入力電圧の高低によって２次側の制御ＩＣへの電源電圧を切り換え可能であり、２次側の制御ＩＣの保護を図りつつ、仕向地別に分けて生産する必要のないスイッチング電源装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のスイッチング電源装置は、次の構成を備えることを特徴とする。
（１）１次巻線と、２次巻線と、前記２次巻線側に設けられ、前記１次巻線と巻方向が同じにされたタップを有する補助巻線と、を備えた変圧器。
（２）１次巻線と接続され、１次巻線への入力電圧を制御するスイッチング素子。
（３）補助巻線の高圧側端部及びタップと接続され、補助巻線から電源電圧の供給を受けて駆動し、２次巻線に接続された負荷の情報を受け付け、当該情報に基づいて制御信号を生成する２次側制御回路。
（４）２次側制御回路と絶縁され、前記スイッチング素子を介して前記１次巻線と接続され、２次側制御回路から受け付けた制御信号に基づいてスイッチング素子の時比率を制御する１次側制御回路。
（５）補助巻線の両端部間の電圧をモニタリングする電圧モニタ回路。
（６）補助巻線の高圧側端部と２次側制御回路との間に電圧モニタ回路と直接接続されて設けられ、補助巻線の高圧側端部及び２次側制御回路間の導通と遮断とを切り換えるスイッチ回路。
（７）電圧モニタ回路は、補助巻線の両端部間の電圧が所定電圧以上である場合にスイッチ回路と導通し、スイッチ回路は、電圧モニタ回路との導通により補助巻線の高圧側端部及び２次側制御回路間を遮断すること。

【0011】

本発明のスイッチング電源装置は、次の構成を備えるようにしても良い。
（８）スイッチ回路は、ＭＯＳＦＥＴ及びトランジスタを有し、電圧モニタ回路が所定電圧以上の電圧を検出すると、トランジスタがオンになり、補助巻線の高圧側端部及び２次側制御回路間を遮断するようにＭＯＳＦＥＴがオフになること。
（９）電圧モニタ回路は、ツェナーダイオードを有し、スイッチ回路は、抵抗を有し、ツェナーダイオードは、補助巻線の両端部間と並列に、カソードが補助巻線の高圧側端部側になり、アノードが補助巻線の低圧側端部側になるように設けられ、ＭＯＳＦＥＴは、ソースが補助巻線の高圧側端部に接続され、ドレインが２次側制御回路に接続され、抵抗は、ＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続され、トランジスタは、ベースがツェナーダイオードのカソードに接続され、エミッタ及びコレクタ間がＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続されていること。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、入力電圧の高低によって２次側の制御ＩＣへの電源電圧を切換可能であり、仕向地別に分けて生産する必要のないスイッチング電源装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態に係る充電装置の全体構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る充電装置の動作フローチャートである。

【図3】他の形態に係る充電装置の全体構成を示す図である。

【図4】他の形態に係る充電装置の全体構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態のスイッチング電源装置について、一例として充電装置について説明するが、これに限定されない。本スイッチング電源装置は、例えばＡＣアダプタ等にも適用可能である。

【0015】

［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
図１は、本実施形態に係る充電装置の全体構成を示す図である。まず、本充電装置について概略的に説明し、次いで、詳細な構成を説明する。

【0016】

本充電装置は、電気機器が駆動源として用いる二次電池（バッテリ）の充電を行うものである。本充電装置は、変圧器１０と、充電制御回路２０と、電圧モニタ回路３０と、スイッチ回路４０と、を備えている。

【0017】

変圧器１０は、外部電源から供給された電圧を変圧し、充電装置に接続された二次電池に電力供給する。変圧器１０は、外部電源に接続される１次巻線１１と、二次電池と接続される２次巻線１２と、２次巻線１２側に設けられた補助巻線１４（以下、２次側の補助巻線１４ともいう。）と、を備えている。変圧器１０は、外部電源から供給される１次巻線１１への入力電圧を変圧し、充電させるため２次巻線１２に接続された二次電池に電力供給する。

【0018】

２次側の補助巻線１４は、二次電池の充電を制御する充電制御回路２０の駆動用電源電圧を供給するものである。２次側の補助巻線１４は、１次巻線１１と巻方向が同じにされており、高圧側端部１４ａと、低圧側端部１４ｂと、その両端部１４ａ、１４ｂの間に設けられたタップ１４ｃとを有する。低電圧側端部１４ｂの電位を基準にすると、両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧が、タップ１４ｃ及び低電圧側端部１４ｂ間の電圧より高くなるようになっている。

【0019】

充電制御回路２０は、補助巻線１４の高圧側端部１４ａ及びタップ１４ｃと接続されており、高電圧側端部１４ａからの高電圧の電源電圧又はタップ１４ｃからの低電圧の電源電圧の供給を受けて駆動する。その駆動用電源電圧の供給により、充電制御回路２０は、二次電池の充電量等の情報に基づいて、二次電池への充電をフィードバック制御する。

【0020】

充電制御回路２０への電源電圧の切り換えには、電圧モニタ回路３０とスイッチ回路４０とが用いられる。すなわち、電圧モニタ回路３０は、２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧をモニタリングする。スイッチ回路４０は、電圧モニタ回路３０が所定電圧以上を検出した場合に、充電制御回路２０への電源電圧の供給をタップ１４ｃからの低電圧に切り換え、両端部１４ａ、１４ｂ間の所定電圧未満である場合には、充電制御回路２０への電源電圧の供給を高電圧側端部１４ａからの高電圧に切り換える。

【0021】

次に、本充電装置の詳細な構成を説明する。変圧器１０は、前述の１次巻線１１、２次巻線１２、及び２次側の補助巻線１４の他に、１次巻線１１側に設けられた補助巻線１３（以下、１次側の補助巻線１３ともいう。）を備えている。

【0022】

図１に示すように、１次巻線１１には、外部電源から供給された電圧を整流及び平滑化する整流・平滑回路６１と、１次巻線１１への入力電圧を制御するトランジスタ（ＦＥＴ）６２とが接続されている。トランジスタ（ＦＥＴ）６２は半導体スイッチング素子である。１次側の補助巻線１３には、トランジスタ６２と接続されたスイッチング制御ＩＣ６３が設けられており、スイッチング制御ＩＣ６３が１次側の補助巻線１３から電源電圧供給を受けて、１次巻線１１への入力電圧の制御のため、トランジスタ（ＦＥＴ）６２のオン・オフの時比率を制御する。

【0023】

２次巻線１２には、ダイオード６６が接続されており、２次巻線１２からの出力電圧を整流する。２次巻線１２の両端部間には、整流された２次巻線１２からの出力電圧を直流化するコンデンサ６７が接続されている。これにより、充電装置に接続された二次電池には直流電圧が供給される。

【0024】

２次側の補助巻線１４は、１次巻線１１の巻方向と同方向に巻回されており、１次巻線１１と同一極性となる。この補助巻線１４は、前述のように、高電圧側端部１４ａと、低電圧側端部１４ｂと、その両方の間に設けられたタップ１４ｃと、を有している。補助巻線１４の低電圧側端部１４ｂは図示していないが接地されており、高電圧側端部１４ａの方が低電圧側端部１４ｂより高電位となる。また、２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の巻数をＮ１とし、２次側の補助巻線１４の低電圧側端部１４ｂとタップ１４ｃ間の巻数をＮ２とすると、Ｎ１＞Ｎ２の関係にある。従って、両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧は、タップ１４ｃ及び低電圧側端部１４ｂ間の電圧より高電圧になる。換言すると、低電圧側端部１４ｂを基準電位とすると、タップ１４ｃからの出力電圧は、高電圧側端部１４ａからの出力電圧より低くなる。また、タップ１４ｃは、スイッチ回路４０よりも充電制御回路２０側の接続ポイント１４ｄに接続されている。

【0025】

充電制御回路２０は、マイコンであり、二次電池の充電を制御する。充電制御回路２０は、２次側の補助巻線１４の高電圧側端部１４ａ及びタップ１４ｃに接続されており、その何れかから電源電圧の供給を受けて駆動する。

【0026】

充電制御回路２０は、予め充電装置に設けられた二次電池の種類検知部、充電量測定部、及び二次電池の温度検出部から、二次電池の種類、充電量及び温度の情報を受け付け、入力電圧をフィードバック制御する。すなわち、充電制御回路２０は、２次巻線１２側に設けられたフォトカプラ６４と接続されており、受けた情報に基づいて充電を制御するための制御信号を出力する。この制御信号としては、最適な充電電流にする信号や、二次電池の異常が検知された場合には充電を停止させる信号が挙げられる。フォトカプラ６４は、入力された制御信号を光信号に変換し、１次巻線１１側に設けられた対となるフォトカプラ６５に出力する。フォトカプラ６５は入力された光信号を電気信号に変換し、充電を制御する制御信号としてスイッチング制御ＩＣ６３に出力する。

【0027】

なお、充電制御回路２０には、二次電池へ流す電流を定電流に制御する定電流制御回路や、二次電池へ印加する電圧を定電圧にする定電圧制御回路を別途並列に設けるようにしても良い。これらの回路が出力する制御信号も一対のフォトカプラ６４、６５を介してスイッチング制御ＩＣ６３に入力するようにしても良い。

【0028】

電圧モニタ回路３０は、２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間と並列に設けられており、両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧をモニタリングする。具体的には、電圧モニタ回路３０は、ツェナーダイオード３１を有する。ツェナーダイオード３１は、両端部１４ａ、１４ｂ間と並列に、カソード側が巻線１４の高圧側端部１４ａ側に、アノード側が巻線１４の低圧側端部１４ｂ側に向けて設けられている。ツェナーダイオード３１は、所定電圧以上印加されると導通する降伏電圧を有している。従って、巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間に印加された電圧が降伏電圧未満である場合、ツェナーダイオード３１は導通しない。一方、巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間に降伏電圧以上の電圧が印加された場合、ツェナーダイオード３１は導通する。この導通及び非導通は、電圧モニタ回路３０と接続されたスイッチ回路４０へ通知される。

【0029】

スイッチ回路４０は、図１に示すように、巻線１４の高電圧側端部１４ａ及び充電制御回路２０間、より詳細には高電圧側端部１４ａ及び接続ポイント１４ｄ間に設けられており、充電制御回路２０への電源電圧の供給を、２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａから供給するか、タップ１４ｃから供給するかを切り換える。すなわち、スイッチ回路４０は、電圧モニタ回路３０と接続されており、電圧モニタ回路３０が検出する電圧が所定の電圧値未満の場合に、高圧側端部１４ａ及び充電制御回路２０間を導通させ、高圧側端部１４ａから充電制御回路２０の電源電圧を供給する。一方、電圧モニタ回路３０が検出した電圧が所定の電圧値以上の場合に、高圧側端部１４ａ及び充電制御回路２０間を遮断させ、タップ１４ｃから接続ポイント１４ｄを介して充電制御回路２０の電源電圧を供給する。

【0030】

より詳細な構成について説明すると、スイッチ回路４０は、スイッチ４１と、トランジスタ４２と、抵抗４３、４５と、を有している。スイッチ４１は、半導体スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａと充電制御回路２０との間に設けられており、補助巻線１４の高圧側端部１４ａと充電制御回路２０との間の導通と遮断とを切り換える。より詳細には、ＭＯＳＦＥＴは、ソースが高圧側端部１４ａに接続され、ドレインが後述の降圧回路５０と接続されている。また、ＭＯＳＦＥＴのゲートは、抵抗４４を介して２次側の補助巻線１４の低圧側端部１４ｂと接続されている。

【0031】

トランジスタ４２は、例えばＰＮＰ型のトランジスタであり、ベースがツェナーダイオード３１のカソードに接続され、エミッタ及びコレクタ間がＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続されている。トランジスタ４２は、ツェナーダイオード３１が導通すると、ベースに電圧が印加され、エミッタ及びコレクタ間が導通する。抵抗４５は、トランジスタ４２のベース及びエミッタ間に接続されており、ツェナーダイオード３１が導通すると、トランジスタ４２がオンになる閾値以上の電位差を発生させる。抵抗４３は、スイッチ４１となるＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続されている。抵抗４３に電流が流れると、抵抗４３分の電圧降下が生じる。

【0032】

スイッチ回路４０と充電制御回路２０との間には、高圧側端部１４ａ又はタップ１４ｃからの出力電圧を降圧する降圧回路５０が設けられており、充電制御回路２０で使用するために例えば１２Ｖから５Ｖへと、入力される電圧を降圧し定電圧にする。降圧回路５０は、三端子レギュレータであり、入力側の端子が２次側の補助巻線１４と接続され、出力側の端子が充電制御回路２０と接続され、接地側の端子が接地され低圧側端部１４ｂと接続されている。

【0033】

［１−２．作用］
本実施形態の充電装置の動作を説明する。図２は、本実施形態の充電装置の動作フローチャートである。なお、前提として、充電装置の２次巻線１２側の端子間に予め二次電池が接続されているものとする。

【0034】

まず、外部電源が整流・平滑回路６１を介して変圧器１０の１次巻線１１に接続され、外部電源を動作させると（ステップＳ０１）、１次巻線１１に電力供給され、入力電圧が印加されると（ステップＳ０２）、２次巻線１２及び２次側の補助巻線１４が誘起されることにより変圧された電圧がそれぞれ出力され、二次電池及び充電制御回路２０へ電源電圧が供給される。すなわち、２次巻線１２からの出力電圧は、ダイオード６６及びコンデンサ６７により整流及び直流化されて端子間に接続された二次電池に印加され、二次電池の充電が開始される。一方、２次側の補助巻線１４からの出力電圧は、降圧回路５０を介して充電制御回路２０へ印加されることになる。

【0035】

ここで、２次側の補助巻線１４から充電制御回路２０への電源電圧の供給について詳細に説明する。前述のように、２次側の補助巻線１４の巻方向は、１次巻線１１の巻方向と同方向であるため、１次巻線１１への入力電圧によって、２次側の補助巻線１４の出力電圧が変動する。すなわち、１次巻線１１への入力電圧が高いと、２次側の補助巻線１４の出力電圧も高くなり、１次巻線１１への入力電圧が低いと、２次側の補助巻線１４の出力電圧も低くなる。

【0036】

入力電圧が低く、電圧モニタ回路３０に印加される電圧、すなわち２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧が、ツェナーダイオード３１の降伏電圧よりも小さい場合は（ステップＳ０３のＮｏ）、ツェナーダイオード３１は導通せず、スイッチ４１であるＭＯＳＦＥＴはオンとなる（ステップＳ０４）。すなわち、スイッチ４１となるＭＯＳＦＥＴと並列に接続された抵抗４３に電圧が印加されることで電圧降下が生じ、ＭＯＳＦＥＴのソース及びドレイン間に電位差が生じることにより、スチッチ４１に電流が流れる。

【0037】

スイッチ４１がオンである場合、２次側の補助巻線１４の出力電圧は、補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧となり、高圧側端部１４ａから出力され、降圧回路５０へ入力される（ステップＳ０５）。降圧回路５０は、この２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａからの出力電圧を降圧して（ステップＳ０６）、電源電圧を充電制御回路２０に供給する（ステップＳ０７）。

【0038】

一方、入力電圧が高く（ＡＣＩＮ２００Ｖ系）、電圧モニタ回路３０に印加される電圧、すなわち２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧が、ツェナーダイオード３１の降伏電圧以上である場合は（ステップＳ０３のＹｅｓ）、ツェナーダイオード３１は導通し、スイッチ４１であるＭＯＳＦＥＴはオフとなる（ステップＳ０８）。すなわち、ツェナーダイオード３１は導通することで、トランジスタ４２のエミッタ及びベース間の抵抗４５に電位差が発生し、トランジスタ４２がオンになり、トランジスタ４２のエミッタ側からコレクタ側に電流が流れる。この時、トランジスタ４２のエミッタ側及びコレクタ側が同電位となるので、ＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間も同電位となり、スイッチ４１であるＭＯＳＦＥＴはオフになる。なお、トランジスタ４２の電圧降下の程度ではスイッチ４１はオンにならない。

【0039】

スイッチ４１がオフである場合、２次側の補助巻線１４の出力電圧は、タップ１４ｃ及び低電圧側端部１４ｂ間の電圧となり、タップ１４ｃから出力され、降圧回路５０に入力される（ステップＳ０９）。降圧回路５０は、２次側の補助巻線１４のタップ１４ｃからの出力電圧を降圧して（ステップＳ１０）、電源電圧を充電制御回路２０に供給する（ステップＳ１１）。

【0040】

充電制御回路２０は、降圧回路５０を介して高圧側端部１４ａからの高電圧、又はタップ１４ｃからの低電圧を受けて駆動し、充電を制御する（ステップＳ１２）。すなわち、二次電池の充電量や温度等の情報を受け取り、これらの情報に基づいて充電を制御するための制御信号を生成し、２次側に設けられたフォトカプラ６４に出力する。フォトカプラ６４は、入力された制御信号を光信号に変換し、１次側に設けられたフォトカプラ６５に出力する。フォトカプラ６５は入力された光信号を電気信号に変換し、充電を制御する制御信号としてスイッチング制御ＩＣ６３に出力する。スイッチング制御ＩＣ６３は、制御信号に基づいてトランジスタ（ＦＥＴ）６２の時比率を制御し、１次巻線１１への入力電圧を制御する。二次電池が所定の充電量になるまでステップＳ１２を繰り返し（ステップＳ１３のＮｏ）、所定の充電量に達したら（ステップＳ１３のＹｅｓ）、充電を終了する。

【0041】

［１−３．効果］
（１）本実施形態の充電装置は、１次巻線１１と、２次巻線１２と、２次巻線１２側に設けられ、１次巻線１１と巻方向が同じにされたタップ１４ｃを有する補助巻線１４と、を備えた変圧器１０と、２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａ及びタップ１４ｃと接続され、２次側の補助巻線１４から電源電圧の供給を受けて駆動する充電制御回路２０と、２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧をモニタリングする電圧モニタ回路３０と、２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａと充電制御回路２０との間に設けられ、２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａ及び充電制御回路２０間の導通と遮断とを切り換えるスイッチ回路４０と、を備え、スイッチ回路４０は、電圧モニタ回路３０と接続され、当該回路３０が所定電圧以上の電圧を検出した場合に、２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａ及び充電制御回路２０間を遮断するようにした。

【0042】

これにより、入力電圧が高く、２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧が所定の電圧以上になった場合に、上端部１４ａからは充電制御回路２０へ電圧供給されなくなり、巻数の少ないタップ１４ｃから充電制御回路２０に低電圧が供給される。一方、入力電圧が低く、２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧が所定の電圧未満であった場合、高圧側端部１４ａから充電制御回路２０へ電圧供給される。

【0043】

従って、入力電圧の高低に応じて２次側の充電制御回路２０への電源電圧を切り換え可能であり、充電制御回路２０の保護を図りつつ、仕向地別に分けて生産する必要のない充電装置を得ることができる。換言すれば、入力電圧の高低による２次側の充電制御回路２０の保護を図りつつも、入力のマルチ化を図ることができる。

【0044】

また、電圧モニタ回路３０とスイッチ回路４０が２次巻線１２側に設けられていることにより、１次巻線１１側に設ける場合と比べて、充電制御回路２０へ印加される電源電圧をより正確に検出することができるので、充電制御回路２０の保護をより万全にすることができる。

【0045】

（２）スイッチ回路４０は、ＭＯＳＦＥＴ及びトランジスタ４２を有し、電圧モニタ回路３０が所定電圧以上の電圧を検出すると、トランジスタ４２がオンになり、補助巻線１４の高圧側端部１４ａ及び充電制御回路２０間を遮断するようにＭＯＳＦＥＴがオフになるようにした。これにより、補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間の電圧のモニタリングと補助巻線１４の高圧側端部１４ａ及び充電制御回路２０間の導通・遮断の切り換えをリンクすることができる。

【0046】

（３）電圧モニタ回路３０は、ツェナーダイオード３１を有し、スイッチ回路４０は、抵抗４３を有し、ツェナーダイオード３１は、２次側の補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間と並列に、カソードが２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａ側になり、アノードが２次側の補助巻線１４の低圧側端部１４ｂ側になるように設けられ、ＭＯＳＦＥＴは、ソースが２次側の補助巻線１４の高圧側端部１４ａに接続され、ドレインが充電制御回路２０に接続され、抵抗４３は、ＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続され、トランジスタ４２は、ベースがツェナーダイオード３１のカソードに接続され、エミッタ及びコレクタ間がＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続されようにした。

【0047】

これにより、ツェナーダイオード３１が導通することで、トランジスタ４２のエミッタ及びベース間に電圧が印加されてトランジスタ４２のエミッタ及びコレクタ間が導通する。ここで、トランジスタ４２のエミッタ及びコレクタ間はＭＯＳＦＥＴのソース及びゲート間に並列に接続されているので両者は同電位となる。したがって、ＭＯＳＦＥＴのゲートに電圧が印加されないのでＭＯＳＦＥＴはオフとなり、スイッチ回路４０がオフとなる。このように、簡易な構成により、入力電圧に応じた電源電圧を供給することができる。

【0048】

［２．他の実施形態］
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。以下は、その一例である。

【0049】

（１）第１の実施形態では、電圧モニタ回路３０をツェナーダイオード３１により構成したが、下記の変形例１、２のように、シャントレギュレータや、オペアンプ／コンパレータを用いて構成するようにしても良い。なお、電圧モニタ回路以外の構成は、第１の実施形態と同様であり、その動作も同様であるので、電圧モニタ回路以外の構成及び動作の説明は省略する。

【0050】

（変形例１）
変形例１では、電圧モニタ回路３０ａをシャントレギュレータにより構成する。すなわち、図３に示すように、電圧モニタ回路３０ａは、シャントレギュレータ３２と、抵抗３３、３４とを有する。抵抗３３、３４は、補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間に直列に接続されており、両端部１４ａ、１４ｂ間を分圧する。シャントレギュレータ３２は、リファレンスが、抵抗３３、３４の間に接続され、カソード側がトランジスタ４２のベースに接続され、アノード側は補助巻線１４の低圧側端部１４ｂに接続されている。

【0051】

シャントレギュレータ３２は、所定の基準電圧（例えば、２．５Ｖ）を有しており、抵抗３３、３４間からの分圧がリファレンスに供給される。１次巻線１１への入力電圧が高く、当該分圧と基準電圧との差が所定の閾値以上であると、シャントレギュレータ３２は導通し、トランジスタ４２のベースに電圧が印加され、トランジスタ４２がオンになる。

【0052】

一方、１次巻線１１への入力電圧が低く、シャントレギュレータ３２のリファレンスへの分圧と基準電圧との差が所定の閾値未満であると、シャントレギュレータ３２は導通しない。従って、トランジスタ４２はオフとなる。

【0053】

（変形例２）
変形例２では、図４に示すように、電圧モニタ回路３０ｂは、コンパレータ３５、シャントレギュレータ３６、及び抵抗３７〜３９を有する。なお、コンパレータ３５としてオペアンプを用いても良い。

【0054】

抵抗３７、３８は互いに直列接続され、補助巻線１４の両端部１４ａ、１４ｂ間に挿入されており、両端部１４ａ、１４ｂ間を分圧する。抵抗３９とシャントレギュレータ３６は互いに直列接続され、抵抗３７、３８と並列接続されている。コンパレータ３５は、５つの端子を有し、端子１、２へ入力される電圧の大小により端子３からの出力電圧を切り換える。コンパレータ３５は、端子１（＋）及び端子２（−）が入力端子であり、端子１が抵抗３９及びシャントレギュレータ３６間に、端子２が抵抗３７、３８間に接続されている。また、端子４は補助巻線１４の高圧側端部１４ａに、端子５は低圧側端部１４ｂ間に接続され、電源を確保する。端子３は出力側の端子であり、トランジスタ４２のベースと接続されている。なお、トランジスタ４２のベース及びエミッタ間には抵抗４５が接続されている。シャントレギュレータ３６は、所定の基準電圧（例えば、２．５Ｖ等）を有し、コンパレータ３５の端子１への入力電圧の大きさを左右する。

【0055】

１次巻線１１への入力電圧が高く、コンパレータ３５の端子２への入力電圧が端子１への入力電圧以上である場合、出力側の端子３は、グラウンドに落ちる。これにより、トランジスタ４２のベース及びエミッタ間に接続された抵抗４５に、トランジスタ４２のオンとなる閾値以上の電位差が発生することになり、トランジスタ４２がオンになる。一方、１次巻線１１への入力電圧が低く、コンパレータ３５の端子２への入力電圧が端子１への入力電圧未満である場合、端子３はハイインピーダンス（オペアンプの場合、電源電圧）となるため、トランジスタ４２のベース及びエミッタ間にはオンとなる閾値以上の電位差が発生しないので、トランジスタ４２がオフになる。

【0056】

（２）第１の実施形態では、２次側の補助巻線１４にタップを一つしか設けていなかったが、複数設けても良い。この場合、補助巻線１４の低圧側端部１４ｂとタップ間にそれぞれ電圧モニタ回路３０を設け、各タップと同電位となる位置にスイッチ回路４０を設けるようにしても良い。各電圧モニタ回路３０を補助巻線１４の高圧側端部１４ａから順にスイッチ回路４０がオフとなる電圧の閾値（降伏電圧）を低くすることにより、より充電制御回路２０に適した電圧を供給することができるので、充電制御回路２０の損傷を的確に防止することができる。なお、電圧モニタ回路３０の代わりに、上記の変形例１、２の電圧モニタ回路３０ａ、３０ｂを複数用いても良い。

【0057】

（３）第１の実施形態では、スイッチ回路４０をオフとする場合を電圧モニタ回路３０が所定電圧値以上検出するとしたが、「所定電圧値より大きい」としても良い。

【符号の説明】

【0058】

１０ 変圧器
１１ １次巻線
１２ ２次巻線
１３ １次巻線側の補助巻線
１４ ２次巻線側の補助巻線
１４ａ ２次巻線側の補助巻線の高圧側端部
１４ｂ ２次巻線側の補助巻線の低圧側端部
１４ｃ ２次巻線側の補助巻線のタップ
１４ｄ 接続ポイント
２０ 充電制御回路
３０ 電圧モニタ回路
３０ａ 電圧モニタ回路
３０ｂ 電圧モニタ回路
３１ ツェナーダイオード
３２ シャントレギュレータ
３３ 抵抗
３４ 抵抗
３５ コンパレータ（オペアンプ）
３６ シャントレギュレータ
３７ 抵抗
３８ 抵抗
３９ 抵抗
４０ スイッチ回路
４１ スイッチ
４２ トランジスタ
４３ 抵抗
４４ 抵抗
４５ 抵抗
５０ 降圧回路
６１ 整流・平滑回路
６２ トランジスタ
６３ スイッチング制御ＩＣ
６４ フォトカプラ
６５ フォトカプラ
６６ ダイオード（整流手段）
６７ コンデンサ（直流化手段）

【図2】

【図1】

【図3】

【図4】