特許 6185246 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】6185246

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23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 20060101AFI20170814BHJP

   H02M 3/155 20060101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/28 J

   H02M3/28 Q

   H02M3/155 H

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-2468(P2013-2468)

(22)【出願日】2013年1月10日

(65)【公開番号】特開2014-135846(P2014-135846A)

(43)【公開日】2014年7月24日

【審査請求日】2015年6月4日

【審判番号】不服2016-14510(P2016-14510/J1)

【審判請求日】2016年9月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002037

【氏名又は名称】新電元工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086807

【弁理士】

【氏名又は名称】柿本 恭成

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健一

【合議体】

【審判長】 和田 志郎

【審判官】 稲葉 和生

【審判官】 山田 正文

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−３２２５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１１８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０９７３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０６９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２３６０６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H02M3/00-3/44

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

力率改善制御回路を有し、交流電力を入力して、前記交流電力における電流と電圧の位相が一致するように前記力率改善制御回路によりスイッチングを制御して力率を改善し、所定の第１の直流電圧を出力する力率改善回路と、
入力側に前記力率改善回路が接続され、出力側に蓄電池が接続される直列共振コンバータと、
前記蓄電池の端子間電圧値に基づいて予備充電が必要か否かを判定し、該判定結果に応じた充電制御信号を前記力率改善制御回路に入力する予備充電制御回路と、
を備え、
前記力率改善制御回路は、
前記充電制御信号に基づき、前記予備充電が必要な場合には、前記スイッチングを制御し、前記第１の直流電圧を予備充電制御電圧に設定して前記力率改善回路から出力させ、前記予備充電が不要な場合には、前記スイッチングを制御し、前記第１の直流電圧を通常充電制御電圧に設定して前記力率改善回路から出力させる、
制御を行うことを特徴とするスイッチング電源装置。

【請求項2】

前記予備充電制御回路は、
前記蓄電池の端子間電圧値に基づいて前記蓄電池の予備充電が必要か否かを判定し、前記予備充電が必要な場合には第１の前記判定結果を出力し、前記予備充電が不要な場合には第２の前記判定結果を出力する予備充電判定部と、
前記第１の判定結果を入力した場合には前記第１の判定結果に応じた第１の前記充電制御信号を出力し、前記第２の判定結果を入力した場合には前記第２の判定結果に応じた第２の前記充電制御信号を出力する充電制御信号出力部と、を有し、
前記力率改善制御回路は、
前記第１の充電制御信号を入力した場合には、前記第１の充電制御信号に基づいて前記スイッチングを制御し、前記第１の直流電圧を前記予備充電制御電圧に設定して前記力率改善回路から出力させ、前記第２の充電制御信号を入力した場合には、前記第２の充電制御信号に基づいて前記スイッチングを制御し、前記第１の直流電圧を前記通常充電制御電圧に設定して前記力率改善回路から出力させる、
制御を行う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】

前記力率改善回路は、
前記第１の直流電圧を入力電圧より小さな値の電圧に変換し得る降圧形の力率改善回路であることを特徴とする請求項２記載のスイッチング電源装置。

【請求項4】

前記予備充電制御回路は、
前記蓄電池の端子間電圧値を検出する電圧検出回路を有することを特徴とする請求項２又は３記載のスイッチング電源装置。

【請求項5】

前記予備充電判定部は、
前記蓄電池の端子間電圧値と予備充電判定電圧値とを比較し、前記蓄電池の端子間電圧値が前記予備充電判定電圧値未満の場合には、前記予備充電が必要であると判定して前記第１の判定結果を出力し、前記蓄電池の端子間電圧値が前記予備充電判定電圧値以上の場合には、前記予備充電が不要であると判定して前記第２の判定結果を出力する比較器を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。

【請求項6】

前記予備充電判定部は、
前記蓄電池の端子間電圧値と予備充電判定電圧値との関係を示す情報を予め保持し、前記情報を用いて、前記蓄電池の端子間電圧値と前記予備充電判定電圧値とを比較し、該比較結果に基づいて、前記予備充電が必要か否かを判定して前記第１の判定結果又は前記第２の判定結果を出力することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載のスイッチング電源装置。

【請求項7】

請求項２〜６のいずれか１項記載のスイッチング電源装置は、更に、
前記蓄電池の種類に応じた充電制御情報が格納された充電テーブルと、
前記充電制御情報に基づき、前記蓄電池に対して前記予備充電が必要な種類の蓄電池か否かを検出して種類検出信号を出力する種類検出部と、を有し、
前記予備充電判定部は、
前記種類検出信号に基づき、前記蓄電池が、前記予備充電が必要な種類の場合には、前記蓄電池の端子間電圧値に基づいて前記蓄電池の予備充電が必要か否かを判定する、
ことを特徴とする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、予備充電が必要な蓄電池を充電し得るスイッチング電源装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、下記特許文献１には、電子機器の小型化、高性能化に有効なスイッチング電源装置が記載されている。又、下記特許文献２には、二次電池を高い効率で充電できる共振形充電装置が記載されている。

【0003】

一方、リチウムイオン電池のように、セル電圧が低い蓄電池を充電する場合、一般に、蓄電池の劣化を回避するために、低電流で充電を行う予備充電が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００７−９７３０３号公報

【特許文献2】特開２０１２−８５３７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来のスイッチング電源装置及びスイッチング装置を用いた充電方法では、ＬＬＣ共振電源を用いて定電流回路を構成した場合、定電流特性を満足させる条件は、外部のＬＣ共振定数により決定され、通常充電を満足するＬＣ定数に設定した場合、予備充電のための低電圧かつ低電流での定電流特性を実現できない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のスイッチング電源装置は、力率改善制御回路を有し、交流電力を入力して、前記交流電力における電流と電圧の位相が一致するように前記力率改善制御回路によりスイッチングを制御して力率を改善し、所定の第１の直流電圧を出力する力率改善回路と、入力側に前記力率改善回路が接続され、出力側に蓄電池が接続される直列共振コンバータと、前記蓄電池の端子間電圧値に基づいて予備充電が必要か否かを判定し、該判定結果に応じた充電制御信号を前記力率改善制御回路に入力する予備充電制御回路と、を備えている。
そして、前記力率改善制御回路は、前記充電制御信号に基づき、前記予備充電が必要な場合には、前記スイッチングを制御し、前記第１の直流電圧を予備充電制御電圧に設定して前記力率改善回路から出力させ、前記予備充電が不要な場合には、前記スイッチングを制御し、前記第１の直流電圧を通常充電制御電圧に設定して前記力率改善回路から出力させる、制御を行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明のスイッチング電源装置によれば、力率改善制御回路を有する力率改善回路と、直列共振コンバータと、予備充電が必要か否かを判定して充電制御信号を力率改善制御回路に入力する予備充電制御回路と、を備え、前記力率改善制御回路は、前記充電制御信号に基づき、前記予備充電が必要な場合には、前記力率改善回路のスイッチングを制御し、前記力率改善回路から出力する第１の直流電圧を予備充電制御電圧に設定して前記力率改善回路から出力させ、前記予備充電が不要な場合には、前記スイッチングを制御し、前記第１の直流電圧を通常充電制御電圧に設定して前記力率改善回路から出力させる、制御を行う。これにより、直列共振コンバータを通常充電を満足するＬＣ定数に設定した場合にも、予備充電のための低電圧かつ低電流での定電流特性の充電を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は本発明の実施例１におけるスイッチング電源装置の構成の概略を示すブロック図である。

【図2】図２は図１中の予備充電制御回路６０の例を示すブロック図である。

【図3】図３は図２中の予備充電判定部６２の例を示す回路図である。

【図4】図４は図２中の充電制御信号出力部６３の例を示す回路図である。

【図5】図５は比較例のスイッチング電源装置２０Ａの構成の概略を示すブロック図である。

【図6】図６は図１中のＬＬＣ４０及び図５中のＬＬＣ４０Ａの出力電圧Ｖｏとスイッチング周波数ｆｓｗとの関係を示す図である。

【図7】図７（ａ），（ｂ）は図５中の予備充電回路８０の例を示す回路図である。

【図8】図８は図３及び図４の予備充電判定結果と第１のＤＣ電圧の関係を示す図である。

【図9】図９は図１中のスイッチング電源装置２０の充電電圧及び充電電流の時間的推移を示す図である。

【図10】図１０は本発明の実施例１の充電制御処理を示すフローチャートである。

【図11】図１１は本発明の実施例２におけるスイッチング電源装置２０Ｂの構成の概略を示すブロック図である。

【図12】図１２は図１１中の予備充電制御回路６０Ａを示すブロック図である。

【図13】図１３は図１２中の充電テーブル６５の例を示す図である。

【図14】図１４は本発明の実施例２の充電制御処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。

【実施例1】

【0010】

（実施例１の構成）
図１は、本発明の実施例１におけるスイッチング電源装置の構成の概略を示すブロック図である。

【0011】

ＡＣ電源１０から入力部１１を介してＡＣ電力が、スイッチング電源装置２０に入力される。入力部１１は、図示しない不要輻射対策用（ＥＭＩ）フィルタ、ダイオードブリッジ等により構成され、入力されるＡＣ電圧及びＡＣ電流を全波整流した電圧Ｖｉ及び電流Ｉｉをスイッチング電源装置２０へ出力する回路である。

【0012】

スイッチング電源装置２０は、電圧Ｖi及び電流Ｉiを入力し、蓄電池２１へＤＣ電圧Ｖo及びＤＣ電流Ｉoを出力するものであり、力率改善回路（以下「ＰＦＣ」という。）３０、直列共振コンバータ（以下「ＬＬＣ」という。）４０、予備充電制御回路６０と、を備えている。

【0013】

ＰＦＣ３０は、ＡＣ電力を入力し、ＡＣ電力における電流と電圧の位相が一致するように、ＡＣ電力における電流及び電圧をスイッチング制御して力率を改善し、電圧Ｖiより低い所定の第１のＤＣ電圧Ｖpfc、及び第１のＤＣ電流IpfcをＬＬＣ４０へ出力する降圧形のＰＦＣである。ＰＦＣ３０は、スイッチ３２、整流用ダイオード３３、インダクタ３４、及び平滑用コンデンサ３５と、そのスイッチ３２をオンオフ制御するＰＦＣ制御回路３１等とから構成されている。ＰＦＣには、図１に示されたＰＦＣ３０のような降圧形のＰＦＣと、後述する図５に示されたＰＦＣ３０Ａのような昇圧形のＰＦＣと、がある。ＰＦＣ３０は、第１の直流電圧Ｖpfcを入力電圧Ｖｉより小さな電圧に変換し得るのに対し、図５に示されたＰＦＣ３０Ａは、第１の直流電圧Ｖpfcを入力電圧Ｖｉより小さな電圧に変換できない。実施例１では、ＰＦＣとして、図１に示されたＰＦＣ３０のような降圧形のＰＦＣの方が好適である。

【0014】

ＬＬＣ４０は、ＰＦＣ３０から入力されたＤＣ電圧Ｖpfc、及びＤＣ電流Ipfcをスイッチングし、スイッチングされたＤＣ電圧Ｖpfc及びＤＣ電流Ipfcを直列共振により電圧変換させた後、整流して第２のＤＣ電圧Ｖo及び第２のＤＣ電流Iｏを出力する回路である。このＬＬＣ４０は、２つのスイッチ４２ａ，４２ｂ、直列共振用のコンデンサ４３、インダクタ４４、変換トランス４５、整流用ダイオード４６、平滑用コンデンサ４７及び出力電流を計測する電流検出回路４８と、その２つのスイッチ４２ａ，４２ｂをオンオフ制御するＬＬＣ制御回路４１等とから構成されている。ＬＬＣ４０の出力端子には、蓄電池２１が接続されるようになっている。ＬＬＣ４０の出力端子に蓄電池２１が接続された場合、電流検出回路４８は、スイッチング電源２０から蓄電池２１へ供給される充電電流を計測する。

【0015】

ＰＦＣ３０及びＬＬＣ４０には、予備充電制御回路６０が接続されている。予備充電制御回路６０は、蓄電池２１の端子間電圧値Ｖbattに基づいて予備充電が必要か否かを判定し、判定結果に従った充電制御信号Ｓ６０（例えば、第１の充電制御信号Ｓ６０ａ又は第２の充電制御信号Ｓ６０ｂ）をＰＦＣ３０へ与える回路である。

【0016】

図２は、図１中の予備充電制御回路６０の例を示すブロック図である。
予備充電制御回路６０は、蓄電池２１の端子間電圧Ｖｂａｔｔを計測して端子間電圧信号Ｓ６１を出力する電圧検出回路６１と、端子間電圧信号Ｓ６１に基づいて予備充電が必要か否かを判定し、この判定結果Ｓ６２（例えば、予備充電が必要な場合はＬレベルの第１の判定結果Ｓ６２ａ、予備充電が不要な場合はＨレベルの第２の判定結果Ｓ６２ｂ）を出力する予備充電判定部６２と、Ｌレベルの第１の判定結果Ｓ６２ａを入力した場合にはＰＦＣ３０の出力を予備充電制御電圧Ｖｙに設定するための第１の充電制御信号Ｓ６０ａを出力する充電制御信号出力部６３と、から構成されている。充電制御信号出力部６３は、Ｈレベルの第２の判定結果Ｓ６２ｂを入力した場合にはＰＦＣ３０の出力を通常充電制御電圧Ｖｓに設定するための第２の充電制御信号Ｓ６０ｂを出力する。

【0017】

図３は、図２中の予備充電判定部６２の例を示す回路図である。
予備充電判定部６２は、例えば、比較器としてのコンパレータ６２ａと、コンパレータ６２ａのマイナス側入力端子に接続された予備充電判定電圧Ｖ１の基準電圧源６２ｂと、コンパレータ６２ａの出力を、ＤＣの電源電圧Ｖｃｃでプルアップする抵抗６２ｃと、を有し、コンパレータ６２ａのプラス側入力端子に電圧検出回路６１が出力する端子間電圧信号Ｓ６１が入力される構成になっている。コンパレータ６２ａの出力からは、予備充電判定部６２の判定結果Ｓ６２として、Ｌレベルの第１の判定結果Ｓ６２ａ又はＨレベルの第２の判定結果Ｓ６２ｂが充電制御信号出力部６３へ与えられる。

【0018】

図４は、図２中の充電制御信号出力部６３の例を示す回路図である。
充電制御信号出力部６３は、例えば、予備充電判定部６２からの判定結果Ｓ６２がベースに入力され、エミッタが接地されたＮＰＮトランジスタ６３ａと、このＮＰＮトランジスタ６３ａのコレクタに一端が接続された抵抗値Ｒ３の抵抗６３ｂと、により構成されている。

【0019】

図４中のＰＦＣ制御回路３１は、第１のＤＣ電圧Ｖpfcと接地電位との間に抵抗値Ｒ１の抵抗３１ａと抵抗値Ｒ２の抵抗３１ｂが直列接続されており、この抵抗３１ａと抵抗３１ｂとの接続点に、充電制御信号出力部６３中の抵抗６３ｂの一端が接続されている。更に、抵抗３１ａと抵抗３１ｂとの接続点は、誤差増幅器３１ｄの一方の入力端子に接続されている。誤差増幅器３１ｄの他方の入力端子には基準電圧Ｖｄが入力されている。誤差増幅器３１ｄは、入力端子間の誤差電圧を増幅して出力する増幅器であり、この誤差増幅器３１ｄの出力がスイッチング制御部３１ｅに接続されている。スイッチング制御部３１ｅは、誤差増幅器３１ｄから入力される出力信号に応じて、図１中のスイッチ３２へスイッチング信号を出力するものである。

【0020】

（実施例１の動作）
本発明の実施例１の動作を、（Ｉ）比較例の構成及び動作と、（II）実施例１の動作と、(III)実施例１における充電制御の処理と、に分けて説明する。

【0021】

（Ｉ） 比較例の構成及び動作
図５は、比較例のスイッチング電源装置２０Ａの構成の概略を示すブロック図であり、実施例１を示す図１と共通の要素には共通の符号が付されている。

【0022】

比較例のスイッチング電源装置２０Ａは、実施例１と異なる昇圧型のＰＦＣ３０Ａと、実施例１と同様のＡＣ電源１０、入力部１１、蓄電池２１、ＬＬＣ４０Ａ、電流検出回路４８、及び電圧検出回路４９と、新たに追加された予備充電回路８０と、により構成されている。

【0023】

ＰＦＣ３０Ａは、入力部１１の一方の端子とインダクタンス３６の一方の端子が接続され、このインダクタンス３６の他方の端子には、スイッチング素子３７の一方の端子及び整流用ダイオード３８のアノードが接続されている。整流用ダイオード３８のカソードには、整流したＤＣ電圧及びＤＣ電流の平滑用コンデンサ３９の正極が接続されている。整流用ダイオード３８のカソードと平滑用コンデンサ３９の正極との接続点が、ＰＦＣ３０Ａのプラス側の出力端子を形成している。平滑用コンデンサ３９の負極は、スイッチング素子３７の他方の端子及び入力部１１の他方の端子に接続され、これらの接続点がＰＦＣ３０Ａのマイナス側の出力端子を形成している。

【0024】

図６は、図１中のＬＬＣ４０及び図５中のＬＬＣ４０Ａの出力電圧Ｖｏとスイッチング周波数ｆｓｗとの関係を示す図である。

【0025】

図６中の曲線Ｑ１は、
図１に示されたＬＬＣ４０のスイッチング周波数ｆｓｗに対する出力電圧Ｖｏの特性を示している。図１に示されたＬＬＣ４０のスイッチング周波数ｆｓｗに対する出力電圧Ｖｏの特性は、曲線Ｑ１のようになるため、スイッチング周波数ｆｓｗを高くしていっても、予備充電判定電圧Ｖ１まで電圧を下げることができない。

【0026】

これに対して、図５に示された比較例のスイッチング電源装置２０Ａでは、ＬＬＣ４０Ａの後段に、予備充電回路８０を追加して、出力電圧Ｖｏを予備充電判定電圧Ｖ１まで下げている。

【0027】

図７（ａ），（ｂ）は、図５中の予備充電回路８０の例を示す回路図である。
図７（ａ）には、ドロッパタイプの予備充電回路８０が示されている。このドロッパタイプの予備充電回路８０により、図５中のＬＬＣ４０Ａの出力電圧Ｖｏを予備充電判定電圧Ｖ１まで下げると、熱損失が大きくなり、スイッチング電源装置２０Ａの効率が低下する。

【0028】

図７（ｂ）には、降圧コンバータタイプの予備充電回路８０が示されている。この降圧コンバータタイプの予備充電回路８０により、図５中のＬＬＣ４０Ａの出力電圧Ｖｏを予備充電判定電圧Ｖ１まで下げると、ドロッパタイプの予備充電回路８０よりも損失は小さく、スイッチング電源装置２０Ａの効率の低下は少ないが、部品点数が増加する。

【0029】

そこで、本発明の実施例１では、図１〜図４に示されたようなスイッチング電源装置２０の構成を採用して、予備充電回路８０を追加することなく、図６に示された曲線Ｑ２の特性を実現するようにしている。

【0030】

（II） 実施例１の動作
図１〜図４に基づいて、実施例１のスイッチング電源装置の動作を説明する。

【0031】

通常充電時には、図３において、電圧検出回路６１から予備充電判定部６２へ与えられる端子間電圧信号Ｓ６１は、予備充電判定電圧Ｖ１以上であるため、予備充電判定部６２内のコンパレータ６２ａの出力である判定結果Ｓ６２は、Ｈレベルの第２の判定結果Ｓ６２ｂとなる。

【0032】

図４において、充電制御信号出力部６３内のＮＰＮトランジスタ６３ａのベースに、Ｈレベルの判定結果Ｓ６２が与えられると、ＮＰＮトランジスタ６３はオン状態となり、抵抗値Ｒ３の抵抗６３ｂが接地され、ＰＦＣ制御回路３１内の抵抗値Ｒ２の抵抗３１ｂと並列接続となる。このとき、誤差増幅器３１ｄの入力端子に入力される入力電圧Ｖinは、
Ｖin＝{（Ｒ２//Ｒ３）／［Ｒ１＋（Ｒ２//Ｒ３）］}・Ｖpfc・・・（１）
となる。

【0033】

図１中のＰＦＣ制御回路３１→スイッチ３２→Ｖpfc→ＰＦＣ制御回路３１のループは、図４中の誤差増幅器３１ｄの入力端子間の誤差が零に近づくように動作するので、誤差増幅器３１ｄの２つの入力電圧を等置することができ、
Ｖｄ＝{（Ｒ２//Ｒ３）／［Ｒ１＋（Ｒ２//Ｒ３）］}・Ｖpfc ・・・（２）
即ち、通常充電時の第１のＤＣ電圧Ｖpfcである通常充電制御電圧Ｖｓは、
Ｖｓ＝{［Ｒ１＋（Ｒ２//Ｒ３）］／（Ｒ２//Ｒ３）}・Ｖｄ ・・・（３）
となるように、ＰＦＣ制御回路３１のループにより制御される。

【0034】

通常充電時には、図１中のＬＬＣ４０のスイッチング周波数ｆｓｗと出力電圧Ｖｏとの関係は、図６に示された曲線Ｑ１の特性となり、ＬＬＣ制御回路４１により、スイッチング周波数ｆｓｗが曲線Ｑ１と通常充電電圧Ｖ２の交点における周波数に制御される。

【0035】

予備充電時には、図４において、充電制御信号出力部６３中のＮＰＮトタンジスタ６３ａのベースには、Ｌレベルの第１の判定結果Ｓ６２ａが入力されるので、ＮＰＮトタンジスタ６３ａはオフ状態となり、誤差増幅器３１ｄの入力端子に入力される入力電圧Ｖｉｎは、
Ｖin＝{Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）}・Ｖpfc ・・・（４）
となる。

【0036】

図１中のＰＦＣ制御回路３１→スイッチ３２→Ｖpfc→ＰＦＣ制御回路３１のループは、図４中の誤差増幅器３１ｄの入力端子間の誤差が零に近づくように動作するので、誤差増幅器３１ｄの２つの入力電圧を等置することができ、予備充電時の第１のＤＣ電圧Ｖpfcである予備充電制御電圧Ｖｙは、
Ｖｙ＝{（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２}・Ｖｄ ・・・（５）
となるように、ＰＦＣ制御回路３１のループにより制御される。

【0037】

予備充電時には、図１中のＬＬＣ４０のスイッチング周波数ｆｓｗと出力電圧Ｖｏとの関係は、図６に示された曲線Ｑ２の特性となり、ＬＬＣ制御回路４１により、スイッチング周波数ｆｓｗが曲線Ｑ１と予備充電電圧Ｖ１の交点における周波数に制御される。

【0038】

図８は、図３及び図４の予備充電判定結果と第１のＤＣ電圧の関係を示す図である。
図８において、端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１以上の場合、判定結果Ｓ６２はＨレベルの第２の判定結果Ｓ６２ｂとなり、通常充電の判定結果となる。通常充電の場合の第１のＤＣ電圧Ｖpfcが通常充電制御電圧Ｖｓ＝{［Ｒ１＋（Ｒ２//Ｒ３）］／（Ｒ２//Ｒ３）}・Ｖｄとなる。通常充電の場合の出力電圧ＶｏはＶ２となる。

【0039】

一方、端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１未満の場合、判定結果Ｓ６２はＬレベルの第１の判定結果Ｓ６２ａとなり、予備充電の判定結果となる。予備充電の場合の第１のＤＣ電圧Ｖpfcが予備充電制御電圧Ｖｙ＝{（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２}・Ｖｄとなる。予備充電の場合の出力電圧ＶｏはＶ１となる。

【0040】

(III) 実施例１における充電制御の処理
図９（ａ）は、蓄電池２１の充電時間に対する端子間電圧値Ｖbattの時間的推移を示す図であり、図９（ｂ）は、蓄電池２１の充電時間に対する充電電流値Ｉbattの時間的推移を示す図であり、図９（ｃ）は、蓄電池２１の充電時間に対する第１のＤＣ電圧Ｖpfcの時間的推移を示す図である。

【0041】

蓄電池２１の端子間電圧値Ｖbattが予備充電判定電圧Ｖ１未満の予備充電期間Ｔｙにおいては、充電電流値Ｉbattは予備充電電流Ｉｙを示している。予備充電期間Ｔｙにおける第１のＤＣ電圧Ｖpfcは、予備充電制御電圧Ｖｙである。

【0042】

予備充電が継続し、蓄電池２１の端子間電圧値Ｖbattが予備充電判定電圧Ｖ１以上になると、第１のＤＣ電圧Ｖpfcは、予備充電制御電圧Ｖｙから通常電圧制御電圧Ｖｓへ切り替えられ、それに伴い、充電電流値Ｉbattが予備充電電流Ｉｙから通常充電電流Ｉｓに変化して、通常充電期間Ｔｓへ移行する。

【0043】

通常充電期間Ｔｓにおいて、蓄電池２１の端子間電圧値Ｖbattは、予備充電判定電圧Ｖ１からＶ２へ上昇して行く。蓄電池２１の端子間電圧値ＶbattがＶ２に達すると、充電電流値Ｉbattは、除々に減少して行く。

【0044】

図１０は、本発明の実施例１の充電制御処理を示すフローチャートである。
図１〜図４、図６、図８、及び図９を参照しつつ、図１０に示されたフローチャートに基づいて、本発明の実施例１のスイッチング電源装置２０における充電制御処理について説明する。

【0045】

図１、図２において、ＬＬＣ４０の出力に蓄電池２１が接続されると、予備充電制御回路６０における充電制御の処理が開始され、ステップＳＴ１へ進む。ステップＳＴ１において、電圧検出回路６１は、蓄電池２１の端子間電圧Ｖbattを計測して、端子間電圧信号Ｓ６１を予備充電制御回路６０内の予備充電判定部６２へ与え、ステップＳＴ２へ進む。

【0046】

ステップＳＴ２において、図３中の予備充電判定部６２内のコンパレータ６２ａは、端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１未満か否かを判定し、端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１未満であれば（Ｙ）、ステップＳＴ３へ進み、端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１以上であれば（Ｎ）、ステップＳＴ７へ進む。

【0047】

ステップＳＴ３において、図４中の充電制御信号出力部６３内のＮＰＮトランジスタ６３ａは、図３中の予備充電判定部６２からＬレベルの判定結果Ｓ６２が入力され、オフ状態となり、ＰＦＣ３０の出力する第１のＤＣ電圧Ｖpfcを値が予備充電制御電圧Ｖｙになるように制御され、その後、ＬＬＣ４０が起動され、ＬＬＣ４０のスイッチング周波数ｆｓｗが制御され、ＬＬＣ４０の出力電圧Ｖｏとして、Ｖ１が蓄電池２１に印加し、予備充電電流Ｉｙを蓄電池２１へ供給し、ステップＳＴ４へ進む。

【0048】

ステップＳＴ４において、図１中の電圧検出回路６１は、蓄電池２１の端子間電圧Ｖbattを計測して、端子間電圧信号Ｓ６１を予備充電制御回路６０内の予備充電判定部６２へ与え、ステップＳＴ５へ進む。ステップＳＴ５において、図３中の予備充電判定部６２内のコンパレータ６２ａは、端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１以上か否かを判定し、端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１以上（Ｙ）となるまで、ステップＳＴ４、ＳＴ５の処理を繰り返し、端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１以上であれば（Ｙ）、ステップＳＴ６へ進む。

【0049】

ステップＳＴ６において、図４中の充電制御信号出力部６３内のＮＰＮトランジスタ６３ａは、図３中の予備充電判定部６２から入力される判定結果Ｓ６２がＬレベルからＨレベルに切り替わるに伴い、オン状態となる。ＮＰＮトランジスタ６３ａがオン状態になると、ＰＦＣ３０の出力する第１のＤＣ電圧Ｖpfcの値が通常充電制御電圧Ｖｓになるように制御される。第１のＤＣ電圧Ｖpfcの値が通常充電制御電圧Ｖｓに近づくにつれて、ＬＬＣ４０の出力電圧ＶｏがＶ２となり、この電圧Ｖ２が蓄電池２１に印加され、通常充電電流Ｉｓを蓄電池２１へ供給し、充電制御の処理が終了する。

【0050】

ステップＳＴ７において、図４中の充電制御信号出力部６３内のＮＰＮトランジスタ６３ａは、図３中の予備充電判定部６２からＨレベルの判定結果Ｓ６２が入力され、オン状態となり、ＰＦＣ３０の出力する第１のＤＣ電圧Ｖpfcを値が通常充電制御電圧Ｖｓになるように制御され、その後、ＬＬＣ４０が起動され、ＬＬＣ４０のスイッチング周波数ｆｓｗが制御され、ＬＬＣ４０の出力電圧Ｖｏとして、電圧Ｖ２を蓄電池２１に印加し、通常充電電流Ｉｓを蓄電池２１へ供給し、充電制御の処理が終了する。

【0051】

図１０に示されたフローチャートの充電制御処理に従った充電電圧Ｖbatt及び充電電流Ｉbattの時間的推移が、図９（ａ），（ｂ）に示されている。

【0052】

（実施例１の効果）
本発明の実施例１のスイッチング電源装置２０によれば、予備充電制御回路６０により、前記蓄電池２１の端子間電圧値Ｖbattに基づいて予備充電が必要か否かを判定し、この判定結果Ｓ６２に従った充電制御信号Ｓ６３を前記ＰＦＣ３０へ与えている。これにより、スイッチング電源装置２０は、比較例のスイッチング電源装置２０Ａのような予備充電回路８０を追加することなく、予備充電回路８０を追加することによる熱損失による効率の劣化や部品点数の増加なしに、予備充電のための低電圧かつ低電流での定電流特性を実現できる。

【実施例2】

【0053】

（実施例２の構成）
図１１は、本発明の実施例２におけるスイッチング電源装置２０Ｂの構成の概略を示すブロック図であり、実施例１を示す図１と共通の要素には共通の符号が付されている。
本発明の実施例２のスイッチング電源装置２０Ｂは、実施例１と同様のＰＦＣ３０及びＬＬＣ４０と、実施例１の予備充電制御回路６０とは構成及び機能が異なる予備充電制御回路６０Ａと、により構成されている。

【0054】

図１２は、図１１中の予備充電制御回路６０Ａを示すブロック図である。
予備充電制御回路６０Ａは、実施例１と同様の電圧検出回路６１及び充電制御信号出力部６３に、実施例１とは機能が異なる予備充電判定部６２Ａと、新たに追加された種類検出部６４及び充電制御情報が格納された充電テーブル６５と、により構成されている。

【0055】

種類検出部６４は、蓄電池２１から与えられる蓄電池信号Ｓ２１に基づいて、蓄電池２１の種類及び予備充電が必要種類か否かを判定する。更に、種類検出部６４は、充電テーブル６５を参照して、蓄電池２１の種類に応じた充電制御情報を取得して、予備充電が必要な種類か否かの情報及び充電制御情報からなる種類検出信号Ｓ６４を予備充電判定部６２Ａへ与えるものである。予備充電判定部６２Ａは、種類検出部６４から与えられた種類検出信号Ｓ６４により、予備充電が必要な種類の場合に、端子間電圧信号Ｓ６１から予備充電が必要か否かを判定するものである。

【0056】

例えば、蓄電池２１の種類やセル数に応じて電池パックの形状を変え、電池パックの形状に応じて蓄電池２１の種類やセル数の情報を表す方法や、蓄電池２１に正極と負極以外に識別端子を設け、負極と識別端子と間に蓄電池２１の種類やセル数に応じて異なる抵抗値を接続する方法等の公知の方法により、蓄電池２１から蓄電池信号Ｓ２１を得ることができる。

【0057】

図１３は、図１２中の充電テーブル６５の例を示す図である。
図１３に示された充電テーブル６５の例では、蓄電池２１の種類Ａ，Ｂ，Ｃに対応した予備充電判定電圧値Ｖ１、予備充電電流値Ｉｙ、通常充電電流値Ｉｓが格納されている。

【0058】

図１３において、種類がＡ，Ｂ，Ｃは、予備充電が必要な電池であり、種類Ａ，Ｂ，Ｃの予備充電判定電圧Ｖ１は、それぞれ２．０Ｖ，４．０Ｖ，６．０Ｖである。種類Ａ，Ｂ，Ｃの予備充電電流Ｉｙは、それぞれ５０ｍＡ，７０ｍＡ，１３０ｍＡである。更に、種類Ａ，Ｂ，Ｃの通常充電電流Ｉｓは、それぞれ２．０Ａ，２．５Ａ，３．０Ａである。

【0059】

図１３において、種類Ｄは、予備充電が不要な電池であり、種類Ｄの通常充電電流Ｉｓは、３．０Ａである。図１３において示した予備充電判定電圧Ｖ１、予備充電電流値Ｉｙ、及び通常充電電流Ｉｓの値は、本発明の実施例２の構成を説明するため仮の値である。予備充電判定電圧Ｖ１、予備充電電流値Ｉｙ、及び通常充電電流Ｉｓの実際の値は、蓄電池２１の種類及びセル数により個別に設計され、又は実験により決定される。

【0060】

（実施例２の動作）
図１４は、本発明の実施例２の充電制御処理を示すフローチャートである。

【0061】

図１１〜図１３を参照しつつ、図１４に基づいて、実施例２の充電制御の処理を説明する。
図１１において、ＬＬＣ４０の出力に蓄電池２１が接続されると、予備充電制御回路６０Ａにおける充電制御の処理が開始され、ステップＳＴ２１へ進む。ステップＳＴ２１において、図１２中の種類検出部６４は、蓄電池２１から入力される蓄電池信号Ｓ２１に基づいて、蓄電池２１の種類を検出し、ステップＳＴ２２へ進む。

【0062】

ステップＳＴ２２において、種類検出部６４は、充電テーブル６５を参照して、蓄電池２１の種類に応じた充電制御情報を読み出し、ステップＳＴ２３へ進む。ステップＳＴ２３において、種類検出部６４は、予備充電が必要な蓄電池か否かを判定し、必要な場合は（Ｙ）、ステップＳＴ１へ進み、必要でない場合は（Ｎ）、ステップＳＴ７へ進む。図１３において、電池の種類がＡであれば、予備充電が必要であるので、ステップＳＴ１へ進み、電池の種類がＤであれば、予備充電が不要であるので、ステップＳＴ７へ進む。

【0063】

ステップＳＴ１に進むと、ステップＳＴ１〜ＳＴ５において、実施例１と同様の処理が行われ、ステップＳＴ６へ進む。但し、図１４中のステップＳＴ２及びＳＴ５において、端子間電圧信号Ｓ６１と、図１３に示された蓄電池の種類に応じて変更された予備充電判定電圧Ｖ１とが比較される。

【0064】

ステップＳＴ５において電池２１の端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１以上の場合（Ｙ）に、ステップＳＴ６へ進み、ステップＳＴ６において、充電制御信号出力部６３は、図４中のトランジスタ６３ａをオン状態にして、抵抗６３ｂをプルダウンして、ＰＦＣ３０の出力する第１のＤＣ電圧Ｖpfcを通常充電制御電圧Ｖｓに設定し、予備充電制御回路６０Ａにおける充電制御の処理を終了する。

【0065】

ステップＳＴ２３において予備充電が不要な種類と判定された場合（Ｎ）、及びステップＳＴ２において蓄電池２１の端子間電圧信号Ｓ６１が予備充電判定電圧Ｖ１以上の場合（Ｎ）は、ステップＳＴ７へ進み、ステップＳＴ７において、実施例１と同様に、第１のＤＣ電圧Ｖpfcが通常充電制御電圧Ｖｓに設定され、その後、ＬＬＣ４０が起動され、予備充電制御回路６０Ａにおける充電制御の処理を終了する。

【0066】

（実施例２の効果）
本発明の実施例２によれば、実施例１の構成に加え、新たに追加された種類検出部６４及び充電テーブル６５により、予備充電が必要な蓄電池か否かを判定し、必要な場合のみ、第１のＤＣ電圧Ｖpfcを予備充電制御電圧Ｖｙに設定している。これにより、蓄電池２１が予備充電が不要な蓄電池である場合は、直ちに、第１のＤＣ電圧Ｖpfcを通常充電制御電圧Ｖｓに設定して、電源を起動するので充電時間を短縮することができる。

【0067】

（変形例）
本発明は、上記実施例１、２に限定されず、種々の利用形態や変形例が可能である。この利用形態や変形例として、例えば、次の（１）〜（３）のようなものがある。

【0068】

（１） 実施例１、２では、電圧検出回路６１から出力される端子間電圧信号Ｓ６１と予備充電判定電圧Ｖ１を比較して予備充電が必要か否かを判定する予備充電判定部６２として、コンパレータ６２ａを用いたアナログ回路例を紹介したが、予備充電判定部６２はアナログ回路に限定されない。例えば、端子間電圧信号Ｓ６１と予備充電判定電圧Ｖ１の関係を示す情報を保持し、この情報を用いて、端子間電圧信号Ｓ６１と予備充電判定電圧Ｖ１とを比較し、この比較結果に基づいて、予備充電が必要か否かを判定するように
しても良い。

【0069】

（２） 実施例１、２の説明では、ＰＦＣ３０の出力電圧Ｖpfcを通常充電制御電圧Ｖｓ又は予備充電制御電圧Ｖｙに設定する手段として、トランジスタ６３ａと抵抗６３ｂを用いたアナログ回路の例を示したが、通常充電時と予備充電時とで、誤差増幅器３１ｄの一方の入力端子に加える基準電圧Ｖｄの値をプログラムにより変更するようにしても良い。

【0070】

（３） 実施例１では、予備充電判定部６２は、端子間電圧信号Ｓ６１のみに基づいて、予備充電が必要か否かを判定する例を説明したが、電流検出回路４８の電流検出結果も加味して、予備充電が必要か否かを判定するようにしても良い。電流検出結果を加味して予備充電が必要か否かを判定するようにすれば、予備充電が必要な蓄電池２１の劣化をより確実に回避することができる。

【符号の説明】

【0071】

２０，２０Ａ，２０Ｂ スイッチング電源装置
２１ 蓄電池
３０，３０Ａ ＰＦＣ
３１ ＰＦＣ制御回路
３１ｄ 誤差増幅器
３１ｅ スイッチング制御部
４０，４０Ａ ＬＬＣ
４１ ＬＬＣ制御回路
４８ 電流検出回路
４９，６１ 電圧検出回路
６０，６０Ａ 予備充電制御回路
６２ 予備充電判定部
６３ 充電制御信号出力部
６４ 種類検出部
６５ 充電テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】