技術時報 2009 No.21技術時報 2009 No.21 利用制御充電器 Digital Control Charger Using a Microcomputer 小林 武士 Takeshi KOBAYASHI 佐藤 嘉千安 Kachiyasu SATOU 研究開発 蓄電 Li 充電充電器,利用回路 保護回路制御化基礎検討行.新試作制御充電器従来制御 充電器同等充電特性実現.制御,制御対象電圧電流数値化 充電方式保護回路設計,回路構成簡素化,設計変更容 易設計時間短縮図利点.一方,廉価版 PWM 分解能制限,駆動周波数 上限低下回路平滑容量増加課題. As for battery charge systems using Li ion capacitor as electrical storage devices, the digitization of controls of a switching circuit and various protection modes by a microcomputer is discussed. The newly developed system realizes approximately the same charging characteristics as those of the conventional analog control system. In the digital control by microcomputers, the values of voltages and currents as control objects are digitized, and the proper algorithm of charge modes as well as the safe protection can be fully quantified and controlled by software. As a result, the system has advantages that the modification of design becomes easy just by revising the software, and consequently the design time is shortened as well as the circuitry becomes simple. However, because the available switching frequency becomes lower than the analog system due to the limitation of PWM resolutions of the low-cost microcomputer, an issue of increasing element values of inductors in the switching circuit and capacitors in the ripple-filter circuit arises. Therefore, the balance between the cost of microcomputer and the sizes of those elements shall be considered during the module design. 近年,大容量,急速充放電,長寿命特徴持 蓄電開発.中,電気 2 重層 原理利用電極負極 Li 添加 密度向上 Li . Li Ni 水素電池 Li 電池 2 次電池比較,密度劣,高出力密 度,急速充電可能,寿命長,環境負荷少,容 易残量測定可能特長,将来 2 次電池代替 期待. ， 蓄電充電器,蓄電合 適切充電電流電圧制御,充電状態把握可視化 電圧,蓄電安全性信頼性確保 過電流過電圧防止保護回路機能要求 . 背景,Li 向充電器開 発着手,回路電圧回路,保護回 路汎用制御 IC 多数部品構成, 技術制御充電器試作. ,更小型高性能化目指,利用検 討.近年,演算処理高速化,A/D変換機能 PWM 機能周辺機能充実,低価格化,低消費電力化進 .負荷変動小充電器制御 可能考,制御充電器全制御 的行充電器基礎検討行 ,内容報告. 回路制御制御 図1(a)制御,始出力電圧Vout基準電 圧 Vref 比較.次,誤差増幅 電圧三角波 （波） PWM 比較, 結果 PWM 幅求.最後,矩形波 出力素子駆動制御1. 一方,図 1(b)制御,始出力電圧 Vout A/D変換数値化.次,基準電圧Vref比較差打消処理演算,PWM 幅求.最後,矩形波出力素子駆動制御. 制御ICPWMVout演算器A/DC2RL三角波PWMVrefL1C1D1Q1Vin（a）制御方式 （b）制御方式 図 1 制御制御図2 利用制御充電器利用制御充電器 2従来制御充電器 従来試作制御充電器,図 2 図示 ,電力変換行回路,充電電流電圧値 変換電流回路,検出充電電流電圧基 PWM 幅設定回路素子駆 動矩形波制御制御 IC,充電 切替切替回路,充電状態可視化電圧 回路構成. 切替回路,電流回路出力端子 Dcc 接続,Li 電圧抵抗分割 出力端子 Dcv 接続,両 接続構成.充電切替 ,Dcc Dcv 流電流値制御.Li 電圧切替電圧以下 Dcv 設定 ,Dcc 優位働 CC （定電流） 動作.,切替電圧達 Dcc Dcv 流電流多 CV （定電圧）優位 働,的CCCV切替 . 回路電流回路切替回路電圧 回路入力電源LIC制御IC図 2 制御充電器図 表 1 電気的仕様示.充電方式,2 次電池安全急速充電際一般的用 CC/CV(定電流/定電圧）方式採用. 表 1 制御充電器電気的仕様 充電方式CC/CV（定電流/定電圧）方式 入力電圧DC 5V 出力電圧DC 2.23.8V 充電電流DC 4A（CC） 切替電圧DC 3.5V CVDC 3.8V (充電電流1A以下停止） 駆動周波数200kHz 制御ICM62212FP/RENESASLi容量_200F 上限/下限電圧_3.8V/2.2V 太陽誘電図 3 制御充電器実測充電特性示.充 電始 CC 期間 4A 定電流制御,後 CV 期間 3.8V 定電圧制御,表 1 電気特性 十分満足結果得. ,利用切替回路, 順方向電圧 Vf 温度変化,影響 切替電圧生,充電時間変動 . 図 3 制御充電器充電特性 設計目標 充電器,負荷蓄電,負荷変動 少特徴持., 制御可能考,回路駆 動,充電電流電圧制御制御 IC，電圧 回路,保護回路全制御機能 1 用制御制御充電器 基礎検討行. 制御充電器 充電器制御実現,A/D 機能 PWM 機能搭載必須. 今回使用,先 2 機能適当 量搭載,低価格米 MicroChip 製 PIC16F684 採用 .主仕様,8bit ,I/O 端子 12ch,10bit_A/D 端子 8ch,10Bit_PWM 端子 1ch ,外部発振子用場合最大周波数 20MHz 3. 制御充電器,図 4 図示, 電力変換行回路,充電電流電圧値変 換電流回路,充電状態可視化 LED,全体 制御構成. 制御項目,検出充電電流 電圧 A/D 変換数値化,信号基 PWM 幅演算求,回路 素子駆動矩形波制御,充電 切替,LED 点灯/消灯,後述 ,制御全般担当. 回路電流回路LED入力電源LICPIC図 4 制御充電器図 2.2V充電電流 1A/Div Li 電圧 2V/Div 4A3.8VCC CV 20s/Div 利用制御充電器利用制御充電器 3,電気的仕様制御充電器同様.変更点,切替電圧 4.0V,CV 電圧 4.0V，駆動周波数200kHz100kHz.駆動周波数 PWM 機能上,駆動周波数分解能反比例関係,今回分解能程度細