CN100452628C - 电源装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电源装置。本发明提供即使在输入电压的变动幅度大的情况下，也能稳定地工作而输出所期望电压的电力的控制电源。该电源装置具有对发电机(1)的输出交流电进行整流的整流电路(2)和对从整流电路(2)输出的直流电进行降压的非绝缘型DC-DC转换器(3)。在非绝缘型DC-DC转换器(3)的后级配有自激振荡型转换器(RCC)(4)。通过转换器(3)被降压的输入电压被输入RCC(4)的一次侧，RCC(4)相对于大幅变动的输入电压稳定地工作，从RCC(4)的二次侧向ECU(5)等提供电源。

Description

电源装置
技术领域
本发明涉及电源装置，特别涉及可从发电机的输出电力中取出稳定电压的电力的电源装置。
背景技术
作为驱动各种作业机械的通用发动机等的控制装置用电源，公知有利用由发动机驱动的发电机的输出的电源装置。在该类电源装置中，要求即使在发动机转速低、来自发电机的输入电压低时，也能够确保充足的电力。但是，如果设定为在低转速区域可确保充分的电力，则当转速高、来自发电机的输入电压高时，存在电力损耗变大的问题。
对于该问题，例如，如日本特开2002-51591号公报中记载的那样，提出了经由变压器提供发电机的输出作为控制装置的电源的系统。根据该系统，可以通过变压器抑制电压的上升，得到所需的电力。
专利文献1：日本特开2002-51591号公报
在发动机发电机中，存在发动机的转速变动大的情况，当如上述公报中所记载的系统那样使用变压器时，可以预想变压器的输入电压在从几伏(V)到500V的宽范围内变动。因此，需要预先确定高电压而把变压器设为绝缘耐压大的设备，或者把变压器的输出侧设置的降压转换器等的开关电路设为耐高压的装置。并且，发电机的输出经由变压器提供给降压转换器，因此当转速低、低电压时，难以确保稳定的电源。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种即使在发电机的输出变动幅度大的情况下，也能确保稳定输出电压的电力的电源装置。
为了达成上述目的，本发明的电源装置具有：对交流发电机的输出进行整流的整流电路；以及对从该整流电路输出的直流电进行降压的降压单元，该电源装置的特征在于，所述降压单元是非绝缘型DC-DC转换器，该电源装置还具有：自激振荡型转换器，其一次侧与所述非绝缘型DC-DC转换器的输出侧连接，二次侧作为电源输出侧；用于对所述非绝缘型DC-DC转换器进行占空比控制的开关单元；以及开关单元驱动电路，其持续所述开关单元的导通状态，直至所述交流发电机的交流输出电压超过预定值，并且在所述交流输出电压超过预定值的时刻，开始所述开关单元的占空比控制。
并且，本发明进一步特征在于，所述自激振荡型转换器直至所述交流输出电压达到了所述DC-DC转换器开始占空比控制的所述预定值才开始工作。
发明的效果
根据本发明，发电机的输出首先通过非绝缘型DC-DC转换器电路被降压。然后，再把该降压后的输出作为输入值，形成由自激振荡型转换器稳定后的输出，因此能够提供即使在发电机的输出变动幅度大的情况下，也可实现稳定输出的电源装置。
并且，在自激振荡型转换器的前级设有没有变压器的非绝缘型DC-DC转换器，因此不会像有变压器的情况那样存在电压的上升延迟和变压器的损失。因此，能够高效地向转换器取入低转速时的发电输出。
而且，自激振荡型转换器通过降压后的输入来工作，因此无需把自激振荡型转换器的变压器的耐压设定得高，能够实现电源装置整体的低成本化。
根据本发明，在低转速时，非绝缘型DC-DC转换器维持在接通状态，因此可把发电机输出全部作为电力源来利用。另一方面，在发电机输出上升到预定值以上时，开始占空比控制而抑制自激振荡型转换器的输入电压。因此，在低转速时可不浪费地高效利用发电电力，在转速上升后也可基于抑制后的输入电压得到稳定的输出。
根据本发明，自激振荡型转换器通过非绝缘型DC-DC转换器的输出来工作，但在非绝缘型DC-DC转换器输出所设定的最大电压之前，即从低转速区开始迅速上升而形成稳定的电源。
附图说明
图1是表示包含本发明的一个实施方式的电源装置的发动机发电机的主要部分结构的框图。
图2是表示降压转换器的基本结构的电路图。
图3是降压转换器的具体的电路图。
图4是RCC的具体的电路图。
图5是表示电源电路的动作的流程图。
图6是表示发电机转速和发电机输出电压、降压转换器的输出电压、RCC的输出电压之间的关系的图。
标号说明
1：发电机；3：降压转换器(非绝缘型DC-DC转换器)；4：RCC(自激振荡型转换器)；8：输出用电容；11：FET；12：扼流圈；14：PWM电路；15：比较器；23：振荡电路
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的一个实施方式。图1是表示包含本发明的一个实施方式的电源装置的发动机发电装置的主要部分结构的框图。作为发动机发电装置，例如，最好是具有反冲起动装置，该反冲起动装置不具备电池、或即使具备电池，在电池过放电的情况下等可通过手动进行起动。该发动机发电装置具有发电机1、整流电路2、降压型DC-DC转换器电路3、自激振荡型转换器(RCC)4以及ECU 5。发电机1由发动机驱动，例如在额定运转状态下输出交流320V的3相交流电。该3相交流电通过整流电路2进行整流，例如变为直流450V的电压后输入给降压型DC-DC转换器电路(以下，简称为“降压转换器”)3。通过半导体开关的开关动作所实现的占空比控制，降压转换器3把所输入的直流电降压至规定的直流电压，例如40V。
降压转换器3的输出侧与RCC 4的一次侧连接，RCC 4的二次侧与驱动发电机1的发动机的控制装置，即ECU 5连接。这样，发电机1所产生的3相交流电被整流、通过降压转换器3降压至例如40V、进而在RCC 4处变为例如15V的稳定电压，作为控制电源提供给ECU 5。
图2是表示降压转换器3的基本电路结构的图。该降压转换器3是不具有变压器的非绝缘型。图中，在所述整流电路2的输出侧(电压Vin)的正侧以及负侧之间，设有输入用电容器6、飞轮二极管7、输出用电容器8以及输出电压检测用的电阻9、10。
在直流电源的负侧和输出用电容器8的负侧之间，串联连接了N沟道型MOS-FET 11和降压用的扼流圈(电抗线圈)12。为了向FET 11的栅极施加电压，设有驱动电路13。驱动电路13输出用于导通/截止(ON/OFF)FET 11的驱动信号。设有PWM电路14，其用于形成决定从驱动电路13输出的驱动信号的占空比(导通时间比)的PWM信号(脉冲信号)。PWM电路14具有产生决定PWM信号的占空比的基准电压(三角波)Vref的振荡电路(详细参照图3)23。设有对该基准电压Vref和通过电阻9、10分压后的电压进行比较的比较器15。
当通过电阻9、10分压后的电压比基准电压Vref小时，PWM电路14维持FET 11的接通状态，因此以100％的占空比输出PWM信号。另一方面，当通过电阻9、10分压后的电压比基准电压Vref大时，PWM电路14以基准电压Vref和通过电阻9、10分压后的电压所决定的不足100％的占空比输出PWM信号。
按照从PWM电路14输出的PWM信号，驱动电路13向FET 11的栅极提供驱动信号，以与FET 11的导通时间比相对应的电压，对输出用电容器8进行充电。被输出用电容器8平滑后的平均充电电压为输出电压Vout。输出电压Vout与RCC 4的一次侧连接。
图3是整流电路2及降压转换器3的电路图，图4表示RCC 4的具体的电路图例，与图1、图2相同的标号表示相同或等同部分。在图3中，整流电路2由二极管桥电路构成。输入用电容器6对通过整流电路2整流后的发电机1的输出进行充电、平滑，形成输入直流电压。驱动电路13包含光电耦合器16、反相缓冲器17、形成反相缓冲器17的电源电压的齐纳二极管18以及电容器19。当向反相缓冲器17提供电源电压时，反相缓冲器17的输出被提供给FET 11的栅极，FET 11变为导通。输出用电容器8仅在FET11的导通期间中被充电。
光电耦合器16具有发光二极管20和光电晶体管21，发光二极管20的负极与PWM电路14的比较器15的输出侧连接。因此，在来自PWM电路14的PWM信号为ON的期间，发光二极管20被驱动，光电晶体管21导通，反相缓冲器17的输入被反转。这样，FET 11变为截止。
光电耦合器16的发光二极管20被来自PWM电路14的PWM信号作用，根据该PWM信号的占空比来决定光电晶体管21的导通时间比、即FET11的占空比。
当代表输出电压Vout的电压(电阻9、10的分压)超过振荡电路23所形成的基准电压Vref时，PWM电路14以不足100％的占空比输出PWM信号。电阻9、10的分压设定为当输出电压Vout超过规定值(例如40V)时，输出所述100％占空比的PWM信号，占空比被确定为总是把输出电压限制在40V。
在图4中，RCC 4具有由一次侧线圈24、25和二次侧线圈26、27构成的变压器28。一次侧线圈24、25与具有FET 29、晶体管30及光电晶体管31的自激振荡电路连接。光电晶体管31与二次侧的齐纳二极管32及发光二极管33一起构成把二次侧控制为定电压的反馈电路。
与RCC 4的一次侧连接的降压转换器3的输出用电容器8的充电电压，即输出电压Vout被电阻34a、34b及34c分压，施加在FET 29的栅极上。当FET 29为导通时，在线圈24中流过电流，在线圈25中与绕组比相对应地产生电压。通过线圈25中产生的电压，电容35的电压上升，晶体管30变为导通。由于晶体管30变为导通，FET 29变为截止。
由于FET 29变为截止，在二次侧的线圈26、27中分别与其绕组比相对应地产生电压，输出用电容器36、37被充电。当输出用电容器37的电压超过规定值(例如15V)时，发光二极管33被作用，光电晶体管31变为导通。于是，晶体管30变为导通，FET 29的栅电压降低，FET 29变为截止。其结果，在一次线圈24中不再流过电流，二次侧产生的电压降低。这样，二次侧线圈27的输出电压被保持在规定值，即15V。可以从二次侧线圈26得到与线圈27的输出电压不同的输出电压(例如17V)。
二次侧线圈26、27的输出电压被用作为用于起动/控制发动机发电机的电源。
通过流程图说明上述动作。在图5中，在步骤S1中发电机1的发电开始，输入电力。在步骤S2中，将PWM电路14的占空比设定为100％。这里的100％是指用于实质性地把FET 11维持在导通状态的占空比，例如，假设也包括占空比95％左右。通过把PWM电路14设定为100％占空比，FET 11实质性地变为导通状态，伴随发电机1的输出电压的上升，输出电压Vout增大。维持步骤S2，直至输出电压变为规定值(例如40V)以上，如果输出电压Vout超过规定值，则步骤S3变为肯定，转向步骤S4。在步骤S4中，PWM电路14输出占空比不足100％的PWM信号，驱动电路13按照该PWM信号对FET 11进行开关。即，控制开关电路的占空比，以使输出电压Vout维持在40V。
图6表示发电机1的转速和电压之间的关系。图中，电压Vin表示发电机1的输出电压，电压Vout表示降压转换器3的输出电压，电压VRCC表示RCC 4的二次侧线圈27的输出电压。如图所示，伴随发电机1的转速上升，电压Vin增大，但电压Vout与发电机1的转速增大无关，通过占空比控制被限制在规定值(例如，40V)，抑制了上升。并且，由于RCC 4的自激振荡作用，电压VRCC被稳定在规定值(例如，15V)。
设定FET 29的栅电压，使得在电压Vout达到规定值即40V以前，RCC4开始动作，电压VRCC产生规定值，即15V。如图6所示，电压VRCC在电压Vout达到40V的转速以下的低转速区域产生15V的稳定电压。这样，自激振荡型转换器因为具有变压器的升压功能，所以通过该升压功能，能够在低转速区得到超过电压Vin的稳定的输出电压VRCC。
根据本实施方式，通过反冲起动装置进行发动机的起动操作时等，在发电机所产生的电压低的低转速区中也可得到充足的输出电压，能够确保用于启动ECU的稳定的电源。
另一方面，在发动机起动后，伴随转速的上升，在从发电机产生了高输出电压之后，也可通过N沟道型FET的高速开关来限制输出电压，能够使用小型的自激振荡型转换器进行高效率的运转。
并且，本发明的控制电源除发动机发电机的ECU之外，可作为发动机的节气门开度控制用电机、点火装置、电池充电用、发动机的起动电机用电源等各种的电源装置来使用。

Claims (2)

1.一种电源装置，其具有：对交流发电机的输出进行整流的整流电路；以及对从该整流电路输出的直流电进行降压的降压单元，该电源装置的特征在于，
所述降压单元是非绝缘型DC-DC转换器，
该电源装置还具有：
自激振荡型转换器，其一次侧与所述非绝缘型DC-DC转换器的输出侧连接，二次侧作为电源输出侧；
用于对所述非绝缘型DC-DC转换器进行占空比控制的开关单元；以及
开关单元驱动电路，其持续所述开关单元的导通状态，直至所述交流发电机的交流输出电压超过预定值，并且在所述交流输出电压超过预定值的时刻，开始所述开关单元的占空比控制。
2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，所述自激振荡型转换器构成为直至所述交流输出电压达到了所述DC-DC转换器开始占空比控制的所述预定值才开始工作。
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