特許 6846249 充電装置

(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】6846249

(24)【登録日】2021年3月3日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】充電装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/02 20160101AFI20210315BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20210315BHJP

   H02M 3/00 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/02 A

   H01M10/44 Q

   H02M3/00 B

【請求項の数】8

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-61187(P2017-61187)

(22)【出願日】2017年3月27日

(65)【公開番号】特開2018-164376(P2018-164376A)

(43)【公開日】2018年10月18日

【審査請求日】2020年1月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000237721

【氏名又は名称】ＦＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090022

【弁理士】

【氏名又は名称】長門 侃二

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 真鶴

(72)【発明者】

【氏名】福井 規生

【審査官】 早川 卓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−６５７３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３７１４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−７０４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−８８１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２２３６６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０８３８８６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３１２６９１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２

Ｈ０２Ｊ７／３４−７／３６

Ｈ０２Ｊ１／００−１／１６

Ｈ０２Ｊ９／００−１１／００

Ｈ０１Ｍ１０／４２−１０／４８

Ｇ０６Ｆ１／２６−１／３２

Ｈ０２Ｍ３／００−３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源が出力する交流電力を整流する整流回路と、
前記整流回路が出力する直流電力の電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、
装着された二次電池の正極端子に接する正極接点、前記二次電池の負極端子に接する第１負極接点及び第２負極接点を含み、前記正極接点と前記第１負極接点との間に前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が印加される充電回路と、
前記正極接点と前記第２負極接点との間の電位差でＯＮするスイッチ回路を含み、前記スイッチ回路がＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する制御回路と、を備える充電装置。

【請求項2】

請求項１に記載の充電装置において、前記スイッチ回路は、フォトカプラを含み、前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記正極接点と前記第２負極接点との間の電位差で電流が流れて発光し、
前記制御回路は、前記フォトカプラのフォトトランジスタがＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する、充電装置。

【請求項3】

請求項２に記載の充電装置において、前記充電回路は、第１電界効果トランジスタ、第２電界効果トランジスタ、前記二次電池の充電状態に応じて前記第１電界効果トランジスタ及び前記第２電界効果トランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御する充電制御部を含み、前記第１電界効果トランジスタのソースが前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続され、前記第２電界効果トランジスタのソースが前記正極接点に接続され、前記第１電界効果トランジスタのドレインが前記第２電界効果トランジスタのドレインに接続されており、
前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記第１電界効果トランジスタのドレインと前記第２電界効果トランジスタのドレインとの接続点にアノードが接続され、前記第２負極接点にカソードが接続されている、充電装置。

【請求項4】

交流電源が出力する交流電力を整流する整流回路と、
前記整流回路が出力する直流電力の電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、
ケーブルの電力供給線を介して電子機器の二次電池の正極端子に接続される電力供給端子、前記ケーブルのグランド線を介して前記二次電池の負極端子に接続されるグランド端子を有するレセプタクルを含み、前記レセプタクルの筐体が前記ケーブルのシールドを介して前記電子機器のグランドに接続され、前記レセプタクルの電力供給端子と前記レセプタクルのグランド端子との間に前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が印加される充電回路と、
前記レセプタクルの電力供給端子と前記レセプタクルの筐体との間の電位差でＯＮするスイッチ回路を含み、前記スイッチ回路がＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する制御回路と、を備える充電装置。

【請求項5】

請求項４に記載の充電装置において、前記スイッチ回路は、フォトカプラを含み、前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記レセプタクルの電力供給端子と前記レセプタクルの筐体との間の電位差で電流が流れて発光し、
前記制御回路は、前記フォトカプラのフォトトランジスタがＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する、充電装置。

【請求項6】

請求項５に記載の充電装置において、前記充電回路は、第１電界効果トランジスタ、第２電界効果トランジスタ、前記二次電池の充電状態に応じて前記第１電界効果トランジスタ及び前記第２電界効果トランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御する充電制御部を含み、前記第１電界効果トランジスタのソースが前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続され、前記第２電界効果トランジスタのソースが前記レセプタクルの電力供給端子に接続され、前記第１電界効果トランジスタのドレインが前記第２電界効果トランジスタのドレインに接続されており、
前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記第１電界効果トランジスタのドレインと前記第２電界効果トランジスタのドレインとの接続点にアノードが接続され、前記レセプタクルの筐体にカソードが接続されている、充電装置。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電装置において、前記制御回路は、前記整流回路が起動してから所定時間だけ前記イネーブル信号を生成して出力する起動回路をさらに含む、充電装置。

【請求項8】

請求項７に記載の充電装置において、前記起動回路は、前記整流回路の出力電圧が印加されるＲＣ回路、前記整流回路が起動してから前記ＲＣ回路のコンデンサが充電されるまでの間だけベース電流が流れてＯＮするトランジスタを含み、前記トランジスタがＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する、充電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池を充電する充電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池は、充電することで繰り返し使用することが可能であり、様々な電子機器で広く利用されている。そして二次電池を充電する機器として、例えば家庭用の商用交流電源を電源として動作する充電装置が広く利用されている。その一例としては、例えば乾電池互換型の二次電池を装着して充電する充電装置が公知である（例えば特許文献１を参照）。また例えばスマートフォンやタブレット型パソコン等の電子機器にＵＳＢケーブル等を介して接続され、その電子機器に内蔵されている二次電池を充電する充電装置が公知である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−１８１９７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の一般的な充電装置は、商用交流電源に接続されている状態では、二次電池が装着又は接続されていない状態であっても、内部のＤＣ−ＤＣコンバータは動作しているため、僅かではあるものの電力を常時消費する。このような電力の消費は、たとえ僅かであっても無駄であり、省エネルギーという観点から無視できないものとなりつつある。そのため本来的には、二次電池を充電するときだけ充電装置を商用交流電源に接続するのが望ましいと言える。しかしながら現実には、二次電池が装着又は接続されていない状態で、充電装置が商用交流電源に接続されたまま放置される場合が少なくない。

【0005】

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、無駄な電力消費が少ない充電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、交流電源が出力する交流電力を整流する整流回路と、前記整流回路が出力する直流電力の電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、装着された二次電池の正極端子に接する正極接点、前記二次電池の負極端子に接する第１負極接点及び第２負極接点を含み、前記正極接点と前記第１負極接点との間に前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が印加される充電回路と、前記正極接点と前記第２負極接点との間の電位差でＯＮするスイッチ回路を含み、前記スイッチ回路がＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する制御回路と、を備える充電装置である。

【0007】

充電装置に装着された二次電池は、正極端子が正極接点に接し、負極端子が第１負極接点及び第２負極接点に接する。この状態では、正極接点と第２負極接点との間に二次電池の電圧が印加されるため、スイッチ回路がＯＮしてＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号が出力される。それによって充電装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータが起動し、二次電池にＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が印加されて二次電池の充電が行われる。

【0008】

またこの状態では、第１負極接点と第２負極接点とが二次電池の負極端子を介して電気的に接続される。そのためＤＣ−ＤＣコンバータが起動した後は、正極接点と第２負極接点との間にＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧も印加される状態になる。したがって制御回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータが起動した後は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧によってスイッチ回路がＯＮしている状態が維持され、ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号の出力が継続する。

【0009】

他方、充電装置から二次電池を取り外すと、正極接点と第２負極接点との間に二次電池の電圧が印加されない状態になる。また充電装置から二次電池を取り外すと、さらに第１負極接点と第２負極接点とが電気的に接続されない状態になるため、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧も正極接点と第２負極接点との間に印加されない状態になる。それによってスイッチ回路がＯＦＦしてＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号が出力されなくなり、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作が停止又は休止した状態になる。したがって充電装置は、二次電池を取り外した状態では、商用交流電源に接続されたまま放置されている状態であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータでは電力消費がほとんど生じない。

【0010】

これにより本発明の第１の態様によれば、無駄な電力消費が少ない充電装置を提供できるという作用効果が得られる。

【0011】

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記スイッチ回路は、フォトカプラを含み、前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記正極接点と前記第２負極接点との間の電位差で電流が流れて発光し、前記制御回路は、前記フォトカプラのフォトトランジスタがＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する、充電装置である。
本発明の第２の態様によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力側と出力側との間の電気的絶縁を維持した状態で、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力側から入力側へイネーブル信号を伝達することができる。

【0012】

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第２の態様において、前記充電回路は、第１電界効果トランジスタ、第２電界効果トランジスタ、前記二次電池の充電状態に応じて前記第１電界効果トランジスタ及び前記第２電界効果トランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御する充電制御部を含み、前記第１電界効果トランジスタのソースが前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続され、前記第２電界効果トランジスタのソースが前記正極接点に接続され、前記第１電界効果トランジスタのドレインが前記第２電界効果トランジスタのドレインに接続されており、前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記第１電界効果トランジスタのドレインと前記第２電界効果トランジスタのドレインとの接続点にアノードが接続され、前記第２負極接点にカソードが接続されている、充電装置である。

【0013】

第１電界効果トランジスタ及び第２電界効果トランジスタがともにＯＮしている状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧で二次電池が充電される。また第１電界効果トランジスタ又は第２電界効果トランジスタの少なくともいずれか一方がＯＦＦしている状態では、二次電池の充電が停止される。そして第１電界効果トランジスタ及び第２電界効果トランジスタがともにＯＦＦして二次電池の充電を停止している状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ又は二次電池のいずれかで短絡故障が生じた場合、いずれの場合であっても電界効果トランジスタの寄生ダイオードを介して短絡電流が流れてしまうことを防止することができる。

【0014】

第１電界効果トランジスタ及び第２電界効果トランジスタがともにＯＦＦしている状態では、第２電界効果トランジスタの寄生ダイオードを介して、二次電池の電圧がフォトカプラの発光ダイオードに印加されてフォトカプラのフォトトランジスタがＯＮする。またその状態では、第１電界効果トランジスタの寄生ダイオードを介して、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧がフォトカプラの発光ダイオードに印加されてフォトカプラのフォトトランジスタがＯＮする。したがってＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号は、第１電界効果トランジスタ及び第２電界効果トランジスタがともにＯＦＦしている状態においてもスイッチ回路から出力される。それによってＤＣ−ＤＣコンバータは、二次電池が装着されている限り、第１電界効果トランジスタ及び第２電界効果トランジスタがともにＯＦＦしている状態でも動作することになる。そのため二次電池の充電状態にかかわらず、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧で充電回路を動作させることができるので、充電回路の電源を別個に設ける必要がない。

【0015】

これにより本発明の第３の態様によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータ又は二次電池のいずれかで短絡故障が生じた場合の安全性を確保できるとともに、本発明に係る充電装置をより低コストで実現することができる。

【0016】

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、交流電源が出力する交流電力を整流する整流回路と、前記整流回路が出力する直流電力の電圧を変換するＤＣ−ＤＣコンバータと、ケーブルの電力供給線を介して電子機器の二次電池の正極端子に接続される電力供給端子、前記ケーブルのグランド線を介して前記二次電池の負極端子に接続されるグランド端子を有するレセプタクルを含み、前記レセプタクルの筐体が前記ケーブルのシールドを介して前記電子機器のグランドに接続され、前記レセプタクルの電力供給端子と前記レセプタクルのグランド端子との間に前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が印加される充電回路と、前記レセプタクルの電力供給端子と前記レセプタクルの筐体との間の電位差でＯＮするスイッチ回路を含み、前記スイッチ回路がＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する制御回路と、を備える充電装置である。

【0017】

ケーブルを介して電子機器が充電装置に接続されている状態では、レセプタクルの電力供給端子が電子機器の二次電池の正極端子に接続され、レセプタクルのグランド端子が電子機器の二次電池の負極端子に接続される。さらにレセプタクルの筐体は、電子機器のグランドに接続され、電子機器のグランドを介して二次電池の負極端子に接続される。この状態では、レセプタクルの電力供給端子とレセプタクルの筐体との間に二次電池の電圧が印加されるため、スイッチ回路がＯＮしてＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号が出力される。それによって充電装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータが起動し、二次電池にＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧が印加されて二次電池の充電が行われる。

【0018】

またこの状態では、電子機器のグランドを介してレセプタクルのグランド端子がレセプタクルの筐体に接続される。そのためＤＣ−ＤＣコンバータが起動した後は、レセプタクルの電力供給端子とレセプタクルの筐体との間にＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧も印加される状態になる。したがって制御回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータが起動した後は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧によってスイッチ回路がＯＮしている状態が維持され、ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号の出力が継続する。

【0019】

他方、ケーブルを介して電子機器が充電装置に接続されていない状態では、レセプタクルの電力供給端子とレセプタクルの筐体との間に二次電池の電圧が印加されない状態になる。またこの状態では、さらにレセプタクルのグランド端子がレセプタクルの筐体に接続されない状態になるため、レセプタクルの電力供給端子とレセプタクルの筐体との間にＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧も印加されない状態になる。それによってスイッチ回路がＯＦＦしてＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号が出力されなくなり、ＤＣ−ＤＣコンバータの動作が停止又は休止した状態になる。したがって充電装置は、ケーブルを介して電子機器が接続されていない状態では、商用交流電源に接続されたまま放置されている状態であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータでは電力消費がほとんど生じない。

【0020】

これにより本発明の第４の態様によれば、無駄な電力消費が少ない充電装置を提供できるという作用効果が得られる。

【0021】

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第４の態様において、前記スイッチ回路は、フォトカプラを含み、前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記レセプタクルの電力供給端子と前記レセプタクルの筐体との間の電位差で電流が流れて発光し、前記制御回路は、前記フォトカプラのフォトトランジスタがＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する、充電装置である。
本発明の第５の態様によれば、前述した本発明の第２の態様と同様の作用効果が得られる。

【0022】

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第５の態様において、前記充電回路は、第１電界効果トランジスタ、第２電界効果トランジスタ、前記二次電池の充電状態に応じて前記第１電界効果トランジスタ及び前記第２電界効果トランジスタをＯＮ／ＯＦＦ制御する充電制御部を含み、前記第１電界効果トランジスタのソースが前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に接続され、前記第２電界効果トランジスタのソースが前記レセプタクルの電力供給端子に接続され、前記第１電界効果トランジスタのドレインが前記第２電界効果トランジスタのドレインに接続されており、前記フォトカプラの発光ダイオードは、前記第１電界効果トランジスタのドレインと前記第２電界効果トランジスタのドレインとの接続点にアノードが接続され、前記レセプタクルの筐体にカソードが接続されている、充電装置である。

【0023】

本発明の第６の態様によれば、前述した本発明の第３の態様と同様の作用効果が得られる。

【0024】

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、前述した本発明の第１〜第６の態様のいずれかにおいて、前記制御回路は、前記整流回路が起動してから所定時間だけ前記イネーブル信号を生成して出力する起動回路をさらに含む、充電装置である。

【0025】

例えば交流電源の接続を一旦切断した後、交流電源を再度接続して整流回路を再起動すると、所定時間だけ起動回路からイネーブル信号が出力され、それによってＤＣ−ＤＣコンバータが起動する。そしてＤＣ−ＤＣコンバータが起動した後は、前述したようにＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧によってイネーブル信号を維持することが可能になる。したがって例えば二次電池の電力をほぼ使い切ってしまったような状態で、二次電池の電圧が低下しており、その二次電池の電圧でスイッチ回路をＯＮできないような場合であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータを起動して二次電池を充電することができる。

【0026】

＜本発明の第８の態様＞
本発明の第８の態様は、前述した本発明の第７の態様において、前記起動回路は、前記整流回路の出力電圧が印加されるＲＣ回路、前記整流回路が起動してから前記ＲＣ回路のコンデンサが充電されるまでの間だけベース電流が流れてＯＮするトランジスタを含み、前記トランジスタがＯＮしているときに前記ＤＣ−ＤＣコンバータのイネーブル信号を出力する、充電装置である。
本発明の第８の態様によれば、極めてシンプルな回路で起動回路が構成されているので、本発明に係る充電装置をより低コストで実現することができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、無駄な電力消費が少ない充電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】第１実施例の充電装置の回路図。

【図2】電池装着部の第１変形例を図示した回路図。

【図3】電池装着部の第２変形例を図示した回路図。

【図4】第１実施例の充電装置の動作を図示したタイミングチャート。

【図5】第２実施例の充電装置の回路図。

【図6】第２実施例の充電装置と電子機器とのケーブル接続を図示した回路図。

【図7】第２実施例の充電装置の動作を図示したタイミングチャート。

【図8】第３実施例の充電装置の回路図。

【図9】第３実施例の充電装置の動作を図示したタイミングチャート。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
尚、本発明は、以下説明する実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

【0030】

＜第１実施例＞
第１実施例の充電装置１００の構成及び動作について、図１〜図４を参照しながら説明する。
図１は、第１実施例の充電装置１００の回路図である。

【0031】

第１実施例の充電装置１００は、整流回路１０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０、充電回路３０、制御回路４０を備える。

【0032】

整流回路１０は、交流電源５０が出力する交流電力を整流する回路であり、ダイオードブリッジ１１及び平滑コンデンサＣ１を備える単相ブリッジ型全波整流回路である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、整流回路１０が出力する直流電力の電圧を変換する定電圧電源である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、スタンバイ端子ＳＴＢを有し、スタンバイ端子ＳＴＢに所定電圧が印加されていない状態では休止又は停止した状態になり、スタンバイ端子ＳＴＢに所定電圧（イネーブル信号）が印加されている状態で動作する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、例えば絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータであるが、特にこれに限定されるものではなく、例えば非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータであってもよい。

【0033】

充電回路３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧で二次電池６０を充電する回路である。充電回路３０は、電池装着部３１、充電制御部３２、第１電界効果トランジスタＱ１、第２電界効果トランジスタＱ２、ダイオードＤ１、Ｄ２を含む。

【0034】

電池装着部３１は、二次電池６０が装着される。電池装着部３１は、装着された二次電池６０の正極端子に接する正極接点ＴＰ１、二次電池６０の負極端子に接する第１負極接点ＴＰ２及び第２負極接点ＴＰ３を含む。第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２は、例えばｎ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。正極接点ＴＰ１は、第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力に接続されている。第１負極接点ＴＰ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力側のグランドに接続されている。つまり正極接点ＴＰ１と第１負極接点ＴＰ２との間には、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧が印加される。

【0035】

充電制御部３２は、例えば公知のマイコン制御回路や制御ＩＣ（Integrated Circuit）等であり、二次電池６０の充電状態に応じて第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２をＯＮ／ＯＦＦ制御する。充電制御部３２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧で動作するのが好ましい。

【0036】

第１電界効果トランジスタＱ１のソースは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力に接続されている。第２電界効果トランジスタＱ２のソースは、正極接点ＴＰ１に接続されている。第１電界効果トランジスタＱ１のドレインは、第２電界効果トランジスタＱ２のドレインに接続されている。第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２のベースは、充電制御部３２に接続されている。ダイオードＤ１は、例えば第１電界効果トランジスタＱ１の寄生ダイオードであり、アノードが第１電界効果トランジスタＱ１のソースに接続され、カソードが第１電界効果トランジスタＱ１のドレインに接続されている。ダイオードＤ２は、例えば第２電界効果トランジスタＱ２の寄生ダイオードであり、アノードが第２電界効果トランジスタＱ２のソースに接続され、カソードが第２電界効果トランジスタＱ２のドレインに接続されている。

【0037】

このような構成の充電回路３０は、第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２がともにＯＮしている状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧で二次電池６０が充電される。また第１電界効果トランジスタＱ１又は第２電界効果トランジスタＱ２の少なくともいずれか一方がＯＦＦしている状態では、二次電池６０の充電が停止される。そして第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２がともにＯＦＦして二次電池６０の充電が停止している状態では、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０又は二次電池６０のいずれかで短絡故障が生じた場合、いずれの場合であってもダイオードＤ１、Ｄ２を介して短絡電流が流れてしまうことを未然に防止することができる。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０又は二次電池６０のいずれかで短絡故障が生じた場合の安全性を確保することができる。

【0038】

制御回路４０は、「スイッチ回路」としてのフォトカプラＰＣ、抵抗Ｒ１、Ｒ２を含み、フォトカプラＰＣがＯＮしているときにＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号を出力する回路である。抵抗Ｒ１は、フォトトランジスタのコレクタ電流を制限する抵抗であり、一端が整流回路１０の出力に接続され、他端がフォトカプラＰＣのフォトトランジスタのコレクタに接続されている。フォトカプラＰＣのフォトトランジスタのエミッタは、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスタンバイ端子ＳＴＢに接続されている。フォトカプラＰＣの発光ダイオードは、アノードが抵抗Ｒ２の一端に接続され、カソードが第２負極接点ＴＰ３に接続されている。抵抗Ｒ２の他端は、第１電界効果トランジスタＱ１のドレインと第２電界効果トランジスタＱ２のドレインとの接続点に接続されている。抵抗Ｒ２は、フォトカプラＰＣの発光ダイオードの電流を制限する抵抗である。このようにフォトカプラＰＣがＯＮしているときにＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号を出力する回路構成とすることによって、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の入力側と出力側との間の電気的絶縁を維持した状態で、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力側から入力側へイネーブル信号を伝達することができる。

【0039】

第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２がともにＯＦＦしている状態では、ダイオードＤ２を介して、二次電池６０の電圧がフォトカプラＰＣの発光ダイオードに印加されてフォトカプラＰＣがＯＮする。またその状態では、ダイオードＤ１を介して、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧がフォトカプラＰＣの発光ダイオードに印加されてフォトカプラＰＣがＯＮする。したがってＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号は、第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２がともにＯＦＦしている状態においてもフォトカプラＰＣから出力される。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、電池装着部３１に二次電池６０が装着されている限り、第１電界効果トランジスタＱ１及び第２電界効果トランジスタＱ２がともにＯＦＦしている状態でも動作することになる。そのため二次電池６０の充電状態にかかわらず、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧で充電回路３０を動作させることができるので、充電回路３０の電源を別個に設ける必要がない。

【0040】

図２は、電池装着部３１の第１変形例を図示した回路図である。
電池装着部３１の第１変形例は、前述した正極接点ＴＰ１、第１負極接点ＴＰ２及び第２負極接点ＴＰ３を２つずつ有する。２つの正極接点ＴＰ１は、並列に接続され、その接続点が第２電界効果トランジスタＱ２のソースに接続されている。２つの第１負極接点ＴＰ２は、並列に接続され、その接続点がＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力側のグランドに接続されている。２つの第２負極接点ＴＰ３は、並列に接続され、その接続点がフォトカプラＰＣの発光ダイオードのカソードに接続されている。

【0041】

このような構成の電池装着部３１は、２つの二次電池６１、６２が並列に接続され、その２つの二次電池６１、６２に同時に充電することができる。また電池装着部３１の第１変形例は、２つの二次電池６１、６２の少なくとも１つが装着されている状態でＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動し、その２つの二次電池６１、６２の少なくとも１つを単独で充電することができる。

【0042】

図３は、電池装着部３１の第２変形例を図示した回路図である。
電池装着部３１の第２変形例は、前述した正極接点ＴＰ１、第１負極接点ＴＰ２及び第２負極接点ＴＰ３に加えて、さらに２つの接点ＴＰ４、ＴＰ５を有する。正極接点ＴＰ１は、第２電界効果トランジスタＱ２のソースに接続されており、１つ目の二次電池６１の正極端子に当接する。接点ＴＰ４は、１つ目の二次電池６１の負極端子に当接する。接点ＴＰ５は、接点ＴＰ４に接続されており、２つ目の二次電池６２の正極端子に当接する。第１負極接点ＴＰ２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力側のグランドに接続されている。第２負極接点ＴＰ３は、フォトカプラＰＣの発光ダイオードのカソードに接続されている。第１負極接点ＴＰ２及び第２負極接点ＴＰ３は、２つ目の二次電池６２の負極端子に当接する。

【0043】

このような構成の電池装着部３１は、２つの二次電池６１、６２が直列に接続され、その２つの二次電池６１、６２に同時に充電することができる。また電池装着部３１の第２変形例は、２つの二次電池６１、６２が両方とも装着されている状態においてのみＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動するので、常に２つの二次電池６１、６２がセットで充電される。

【0044】

図４は、第１実施例の充電装置１００の動作を図示したタイミングチャートである。

【0045】

電池装着部３１に二次電池６０を装着すると（タイミングＴ１、Ｔ３）、その二次電池６０は、正極端子が正極接点ＴＰ１に接し、負極端子が第１負極接点ＴＰ２及び第２負極接点ＴＰ３に接する。この状態では、正極接点ＴＰ１と第２負極接点ＴＰ３との間に二次電池６０の電圧が印加されるため、フォトカプラＰＣがＯＮしてＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号が出力される。それによって充電装置１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動し、二次電池６０にＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧が印加されて二次電池６０の充電が行われる。より具体的には、電池装着部３１に装着された二次電池６０の電圧でフォトカプラＰＣの発光ダイオードに電流が流れることによって、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタがＯＮする。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスタンバイ端子ＳＴＢは、整流回路１０の出力電圧が印加されてハイレベルになる（イネーブル信号）。したがってＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動する。

【0046】

またこの状態では、第１負極接点ＴＰ２と第２負極接点ＴＰ３とが二次電池６０の負極端子を介して電気的に接続される。そのためＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動した後は、正極接点ＴＰ１と第２負極接点ＴＰ３との間にＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧も印加される状態になる。したがって制御回路４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動した後は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧によってフォトカプラＰＣがＯＮしている状態が維持される。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号の出力が継続するので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の動作状態が維持される。
尚、充電装置１００に交流電源５０が接続されていない状態になると、装着されている二次電池６０の電圧でフォトカプラＰＣがＯＮしていても、整流回路１０の出力電圧が停止するため、イネーブル信号は出力されなくなる（タイミングＴ４）。

【0047】

他方、電池装着部３１から二次電池６０を取り外すと（タイミングＴ２）、正極接点ＴＰ１と第２負極接点ＴＰ３との間に二次電池６０の電圧が印加されない状態になる。また電池装着部３１から二次電池６０を取り外すと、第１負極接点ＴＰ２と第２負極接点ＴＰ３とが電気的に接続されない状態になるため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧も正極接点ＴＰ１と第２負極接点ＴＰ３との間に印加されない状態になる。そのためフォトカプラＰＣがＯＦＦし、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスタンバイ端子ＳＴＢは、整流回路１０の出力電圧が印加されないためローレベルになる。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、動作が停止又は休止した状態になる。したがって充電装置１００は、二次電池６０を取り外した状態では、交流電源５０に接続されたまま放置されている状態であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０では電力消費がほとんど生じない。

【0048】

このようにして本発明によれば、無駄な電力消費が少ない充電装置１００を提供することができる。

【0049】

＜第２実施例＞
第２実施例の充電装置１００の構成及び動作について、図５〜図７を参照しながら説明する。
図５は、第２実施例の充電装置１００の回路図である。図６は、第２実施例の充電装置１００と電子機器８０とのケーブル接続を図示した回路図である。

【0050】

第２実施例の充電装置１００は、充電回路３０の構成が第１実施例と異なる。より具体的には第２実施例の充電装置１００は、第１実施例の電池装着部３１に代えてレセプタクル３３が設けられている点で第１実施例と異なる。それ以外の構成については、第１実施例と同様であるため、共通する構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0051】

レセプタクル３３は、例えばＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格のレセプタクルであり、「電力供給端子」としてのＶｂｕｓ端子、Ｄ＋端子、Ｄ−端子、「グランド端子」としてのＧＮＤ端子を有する。レセプタクル３３のＶｂｕｓ端子は、第２電界効果トランジスタＱ２のソースに接続されている。レセプタクル３３のＧＮＤ端子は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力側のグランドに接続されている。つまりＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧は、レセプタクル３３のＶｂｕｓ端子とＧＮＤ端子との間に印加される。レセプタクル３３の筐体３３１は、フォトカプラＰＣの発光ダイオードのカソードに接続されている。つまり制御回路４０は、レセプタクル３３のＶｂｕｓ端子と筐体３３１との間の電位差で発光ダイオードに電流が流れてフォトカプラＰＣがＯＮし、そのときにＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号を出力する。
尚、レセプタクル３３のＤ＋端子、Ｄ−端子は、図示していないが、例えばＤ＋端子をＤ−端子に接続してショートしてもよいし、或いは所定の抵抗値の抵抗を介してそれぞれグラントに接続してプルダウンしてもよい。

【0052】

電子機器８０は、例えばスマートフォンやタブレット型パソコン等であり、レセプタクル８１、制御部８２、二次電池８３を備える。レセプタクル８１は、ＵＳＢ規格のレセプタクルであり、Ｖｂｕｓ端子、Ｄ＋端子、Ｄ−端子、ＧＮＤ端子を有する。レセプタクル８１のＤ＋端子、Ｄ−端子は、制御部８２に接続されている。レセプタクル８１のＶｂｕｓ端子は、制御部８２を介して二次電池８３の正極端子に接続されている。レセプタクル８１のＧＮＤ端子は、制御部８２を介して二次電池８３の負極端子に接続されている。制御部８２は、例えばマイコン制御装置や制御ＩＣ等であり、二次電池８３の充放電を制御する。

【0053】

充電装置１００は、ＵＳＢ規格のケーブル７０を介して電子機器８０が接続される。ケーブル７０は、充電装置１００のレセプタクル３３にプラグ７１が接続され、電子機器８０のレセプタクル８１にプラグ７３が接続される。レセプタクル３３のＶｂｕｓ端子は、ケーブル７０の電力供給線を介してレセプタクル８１のＶｂｕｓ端子に接続され、それによって電子機器８０の二次電池８３の正極端子に接続される。レセプタクル３３のＧＮＤ端子は、ケーブル７０のグランド線を介してレセプタクル８１のＧＮＤ端子に接続され、それによって電子機器８０の二次電池８３の負極端子に接続される。レセプタクル３３の筐体３３１は、ケーブル７０のシールド７２を介してレセプタクル８１の筐体に接続され、それによって電子機器８０のグランドに接続される。

【0054】

図７は、第２実施例の充電装置１００の動作を図示したタイミングチャートである。

【0055】

ケーブル７０を介して充電装置１００に電子機器８０を接続すると（タイミングＴ１１、Ｔ１３）、二次電池８３の正極端子がレセプタクル３３のＶｂｕｓ端子に接続され、二次電池８３の負極端子が電子機器８０のグランドを介してレセプタクル３３の筐体３３１に接続される。この状態では、レセプタクル３３のＶｂｕｓ端子と筐体３３１との間に二次電池８３の電圧が印加されるため、フォトカプラＰＣがＯＮしてＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号が出力される。それによって充電装置１００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動し、二次電池８３にＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧が印加されて二次電池８３の充電が行われる。より具体的には、電子機器８０の二次電池８３の電圧でフォトカプラＰＣの発光ダイオードに電流が流れることによって、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタがＯＮする。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスタンバイ端子ＳＴＢは、整流回路１０の出力電圧が印加されてハイレベルになる（イネーブル信号）。したがってＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動する。

【0056】

またこの状態では、レセプタクル３３のＧＮＤ端子が電子機器８０のグランドを介してレセプタクル３３の筐体３３１に接続される。そのためＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動した後は、レセプタクル３３のＶｂｕｓ端子とレセプタクル３３の筐体３３１との間にＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧も印加される状態になる。したがって制御回路４０は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動した後は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧によってフォトカプラＰＣがＯＮしている状態が維持される。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号の出力が継続するので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の動作状態が維持される。
尚、充電装置１００に交流電源５０が接続されていない状態になると、電子機器８０の二次電池８３の電圧でフォトカプラＰＣがＯＮしていても、整流回路１０の出力電圧が停止するため、イネーブル信号は出力されなくなる（タイミングＴ１４）。

【0057】

他方、ケーブル７０を取り外して充電装置１００に電子機器８０が接続されていない状態にすると（タイミングＴ１２）、レセプタクル３３のＶｂｕｓ端子とレセプタクル３３の筐体３３１との間に二次電池８３の電圧が印加されない状態になる。またこの状態では、レセプタクル３３のＧＮＤ端子がレセプタクル３３の筐体３３１に接続されない状態になるため、レセプタクル３３のＶｂｕｓ端子とレセプタクル３３の筐体３３１との間にＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧も印加されない状態になる。そのためフォトカプラＰＣがＯＦＦし、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスタンバイ端子ＳＴＢは、整流回路１０の出力電圧が印加されないためローレベルになる。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、動作が停止又は休止した状態になる。したがって充電装置１００は、電子機器８０が接続されていない状態では、交流電源５０に接続されたまま放置されている状態であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０では電力消費がほとんど生じない。

【0058】

このようにして本発明によれば、無駄な電力消費が少ない充電装置１００を提供することができる。

【0059】

＜第３実施例＞
第３実施例の充電装置１００の構成及び動作について、図８及び図９を参照しながら説明する。
図８は、第３実施例の充電装置１００の回路図である。

【0060】

第３実施例の充電装置１００は、制御回路４０の構成が第１実施例と異なる。より具体的には第３実施例の充電装置１００は、制御回路４０が起動回路４１をさらに含む点で第１実施例と異なる。それ以外の構成については、第１実施例と同様であるため、共通する構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
尚、以下説明する第３実施例の制御回路４０の構成は、第１実施例のみならず第２実施例の充電装置１００にも適用可能であることは言うまでもない。

【0061】

起動回路４１は、整流回路１０が起動してから所定時間だけイネーブル信号を生成して出力する回路であり、抵抗Ｒ３〜Ｒ５、コンデンサＣ２、トランジスタＱ３を含む。
抵抗Ｒ３は、一端が整流回路１０の出力に接続され、他端がコンデンサＣ２の一端に接続されている。コンデンサＣ２の他端は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の入力側のグランドに接続されている。この抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２は、ＲＣ回路を構成する。抵抗Ｒ５は、コンデンサＣ２に並列に接続されている。抵抗Ｒ４は、一端が抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２の接続点に接続されており、他端がトランジスタＱ３のベースに接続されている。トランジスタＱ３は、ＰＮＰ型のバイポーラトランジスタである。トランジスタＱ３のエミッタは、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタのコレクタに接続されている。トランジスタＱ３のコレクタは、フォトカプラＰＣのフォトトランジスタのエミッタに接続されている。このような構成の起動回路４１は、極めてシンプルな回路構成であるため、本発明に係る充電装置１００をより低コストで実現できる点で好ましい。

【0062】

図９は、第３実施例の充電装置１００の動作を図示したタイミングチャートである。

【0063】

電池装着部３１に二次電池６０を装着すると（タイミングＴ２１）、その二次電池６０は、正極端子が正極接点ＴＰ１に接し、負極端子が第１負極接点ＴＰ２及び第２負極接点ＴＰ３に接する。この状態では、正極接点ＴＰ１と第２負極接点ＴＰ３との間に二次電池６０の電圧が印加される。しかし例えば二次電池６０の電力をほぼ使い切ってしまったような状態で、二次電池６０の電圧が低下しており、その二次電池６０の電圧でフォトカプラＰＣをＯＮできないような場合には、制御回路４０からイネーブル信号が出力されないため、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を起動することができない。

【0064】

このような場合には、例えば交流電源５０の接続を一旦切断した後（タイミングＴ２２）、交流電源５０を再度接続して整流回路１０を再起動する（タイミングＴ２３）。それによって所定時間だけ起動回路４１からイネーブル信号が出力されるので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動することができる。

【0065】

より具体的には、交流電源５０の接続を切断すると、起動回路４１のコンデンサＣ２の電荷が放電される（タイミングＴ２２）。あるいはコンデンサＣ２の電荷を放電させるリセットスイッチ（図示せず）を設け、そのリセットスイッチを操作してもよい。そして交流電源５０を再度接続して整流回路１０を再起動すると（タイミングＴ２３）、整流回路１０が起動してからコンデンサＣ２が充電されるまでの間だけ、トランジスタＱ３のベース電流が流れてトランジスタＱ３がＯＮする（タイミングＴ２３〜Ｔ２５）。トランジスタＱ３がＯＮすることによって、整流回路１０の出力電圧がＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスタンバイ端子ＳＴＢに印加される。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動し、二次電池６０にＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧が印加されて二次電池６０の充電が行われる。

【0066】

ＤＣ−ＤＣコンバータ２０が起動した後は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の出力電圧によってフォトカプラＰＣがＯＮする（タイミングＴ２４）。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０のイネーブル信号の出力が継続するので、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０の動作状態が維持される。そして電池装着部３１から二次電池６０を取り外すと（タイミングＴ２６）、フォトカプラＰＣがＯＦＦし、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０のスタンバイ端子ＳＴＢは、整流回路１０の出力電圧が印加されないためローレベルになる。それによってＤＣ−ＤＣコンバータ２０は、動作が停止又は休止した状態になる。

【0067】

このように第３実施例の充電装置１００は、例えば二次電池６０の電力をほぼ使い切ってしまったような状態で、二次電池６０の電圧が低下しており、その二次電池６０の電圧でフォトカプラＰＣをＯＮできないような場合であっても、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を起動して二次電池６０を充電することができる。

【符号の説明】

【0068】

１０ 整流回路
２０ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０ 充電回路
４０ 制御回路
４１ 起動回路
１００ 充電装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】