CN103959906B - 控制电路以及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种对从发电机（10）输出的交流电压进行整流从而控制蓄电池（50）的充电和灯（60）的点亮的控制电路（20），包括第一开关（21）、第二开关（23）、及第三开关（25）。第一开关被连接在发电机的输出部和蓄电池之间。第二开关被连接在发电机的输出部和所述灯之间。第三开关被连接在第一开关和蓄电池的连接点，以及第二开关和灯的连接点之间。

Description

控制电路以及控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制电路以及控制方法。
本申请基于2011年4月28日在日本申请的特愿2011-102388号主张优先权，将其内容在这里引用。
背景技术
目前存在这样的控制电路，在车辆等中，通过与发动机连动而转动的发电机来进行交流发电，在使用发出的交流电压点亮灯的同时，对蓄电池进行充电。作为这样的控制电路的整流方法有单相半波方法。
图13是从前技术涉及的点灯及蓄电池充电装置的电路图。
在图13所示的点灯及蓄电池充电装置900中，控制电路911与发电机902、灯905、蓄电池903、及DC负载(直流负载)904相连接。控制电路911使用晶闸管SCR1对从发电机902输出的交流电压VA进行半波整流从而转换为输出电压VO，并提供给蓄电池903和作为车身负载(灯负载及各种电子负载)的DC负载904。另外，控制电路911具有晶闸管SCR1、晶闸管SCR2、蓄电池电压检测电路906、及灯电压检测电路912。
当发电机902的端子902-1为正电压、端子902-2的电压为负电压时，如虚线921所示，使用发电机902发出的交流电压VA通过晶闸管SCR1被半波整流。半波整流后的输出电压VO被提供给DC负载904和蓄电池903。另一方面，当发电机902的端子902-1为负电压、端子902-2的电压为正电压时，如虚线922所示，晶闸管SCR2变为打开状态，使用发电机902发出的交流电压VA被提供给灯905。
另外，晶闸管SCR1的门极端子被基于通过蓄电池电压检测电路906检测出的电压控制。另外，晶闸管SCR2的门极端子被基于通过灯电压检测电路912检测出的电压控制(例如，参考专利文献1)。
先行技术文献
专利文献
【专利文献1】日本特开2001-93680号公报
发明内容
在专利文献1所述的从前技术中，由于使用发电机902的交流电压来点亮灯905，因此提供给灯905的交流电压的有效值和周期会出现波动。所以，到发电机902的旋转数达到规定电压为止，灯905会根据旋转数而发生闪烁。并且，由于在达到这个规定旋转数为止旋转数都比较低，因此例如在车辆的怠速时，灯905的亮度就会变暗，甚至发生闪烁。
并且，在专利文献1所述的从前技术中，当发电机902没有转动时，就不能点亮灯905。
本发明是鉴于上述问题点而发明的，目的在于提供一种控制电路以及点灯控制方法，在发电机的旋转数为低旋转数的情况下也能够减少灯的闪烁。
为了达到上述目的，本发明提供一种对从发电机输出的交流电压进行整流从而控制蓄电池的充电和灯的点亮的控制电路，其特征在于，包括：第一开关，连接在所述发电机的输出部和所述蓄电池之间；第二开关，连接在所述发电的机输出部和所述灯之间；以及第三开关，连接在所述第一开关和所述蓄电池的连接点，及所述第二开关和所述灯的连接点之间，其中，所述第一开关把所述交流电压的一相的电压提供给所述蓄电池，所述第二开关把所述交流电压的另一相的电压提供给所述灯，所述第三开关在所述一相的电压被从所述发电机输出的期间，把所述蓄电池的电压提供给所述灯。
另外，在所述控制电路中，可以还包括开关控制部，根据所述交流电压的周期变短的程度，控制缩短向所述灯提供所述蓄电池的电压的时间。
另外，在所述控制电路中，还可以是当从所述发电机没有输出交流电压时，所述开关控制部控制所述第三开关变为打开状态从而把所述蓄电池的电压提供给所述灯。
另外，在所述控制电路中，所述开关控制部还可以包括：三角波产生电路，产生与从所述发电机输出的交流电压的各周期相对应的、峰值电压一定的三角波电压；电压转换电路，生成被施加到所述负载的输出电压的有效值电压的信号；差分放大电路，基于被施加到所述负载的有效值电压和预定的目标电压的差分电压，生成用于控制所述第三开关的导通状态的的第一电压信号；以及比较电路，比较所述第一电压信号和所述三角波电压，控制所述第三开关的导通状态。
另外，在所述控制电路中，还可以是所述第一开关和第二开关是晶闸管元件，所述第三开关是场效应晶体管。
进一步，本发明还提供一种对从发电机输出的交流电压进行整流从而控制蓄电池的充电和灯的点亮的控制电路的控制方法，其特征在于，包含：通过连接在所述发电机的输出部和所述蓄电池之间的第一开关，把所述交流电压的一相的电压提供给所述蓄电池的工序；通过连接在所述发电机的输出部和所述灯之间的第二开关，把所述交流电压的另一相的电压提供给所述灯的工序；以及对连接在所述第一开关和所述蓄电池的连接点，及所述第二开关和所述灯的连接点之间的第三开关进行控制，使其在从所述发电机的所述一相的电压被输出的期间，把所述蓄电池的电压提供给所述灯的工序。
发明效果
根据本发明的实施方式涉及的控制电路以及控制方法，由于设置了连接在发电机的输出部和蓄电池之间的第一开关、连接在发电机的输出部和灯之间的第二开关、以及连接在第一开关和蓄电池的连接点及第二开关和灯的连接点之间的第三开关，因此能够向灯提供蓄电池的电压。进一步，开关控制部基于发电机发出的交流电压的周期，在发电机发出的交流电压的一相的期间，使得第三开关变为打开状态从而把蓄电池电压提供给灯。其结果是，即使是在发电机电压的周期长(电压低)的情况下，也能够把蓄电池的电压提供给灯，因此，即使在发电机旋转数为低旋转数的情况下，也能够减少灯的闪烁。
附图说明
图1是本实施方式涉及的点灯及蓄电池充电装置的电路图；
图2是同实施方式涉及的开关控制电路的框图；
图3A是说明将同实施方式涉及的放大电路中的作为放大度的倍数系数M设定为“1”时的三角波电压VB和差分电压VD’(＝VD)的相对关系的图；
图3B是说明将同实施方式涉及的放大电路的作为放大度的倍数系数M设定为“2”时的三角波电压VB和差分电压VD’(＝2×VD)的相对关系的图；
图3C是说明将同实施方式涉及的放大电路的作为放大度的倍数系数M设定为“1”时的三角波电压VB/2和差分电压VD’(＝VD)的相对关系的图；
图4是当同实施方式涉及的交流电压VA的频率较低时的波形的一例；
图5是同实施方式涉及的交流电压VA的频率在图4和图6的情况之间时的波形的一例；
图6是同实施方式涉及的交流电压VA的频率比图5的情况更高时的波形图的一例；
图7A是用于说明同实施方式涉及的三角波产生电路中的三角波的产生机制(倾斜部分的生成过程)的波形图；
图7B是用于说明同实施方式涉及的三角波产生电路中的三角波的产生机制(倾斜部分的生成过程)的波形图；
图8是同实施方式涉及的旋转数为数百转时的灯电压和发电机的交流电压的波形图；
图9是同实施方式涉及的旋转数约为1000转时的灯电压和发电机的交流电压的波形图；
图10是同实施方式涉及的旋转数约为2000转时的灯电压和发电机的交流电压的波形图；
图11是同实施方式涉及的第一门极控制电路的框图；
图12A是显示当同实施方式涉及的发电机10的旋转数低时的控制电路20中各部分的波形的图；
图12B是显示在同实施方式涉及的发电机10的旋转数高时的控制电路20中各部分的波形的图；以及
图13是从前技术涉及的点灯及电池充电装置的电路图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。图1是本实施方式涉及的点灯及蓄电池充电装置1的电路图。
如图1所示，点灯及蓄电池充电装置1由发电机10、控制电路20、及蓄电池50所构成。另外，控制电路20与灯60、负载30、及保险丝40相连接。另外，控制电路20具有第一晶闸管21、第二晶闸管23、第一门极控制电路22、第二门极控制电路24、开关25、及开关控制电路26。
发电机10是交流发电机，与车辆等的发动机连动而转动从而进行交流发电。发电机10的一端10-1与控制电路20相连接，另一端10-2被接地。发电机10将发出的交流电压向控制电路20输出。
灯60例如是车辆的前照灯。灯60的一端与控制电路20相连接，另一端被接地。
负载30是车辆的各种电子电路。负载30的一端与控制电路20相连接，另一端被接地。
保险丝40对蓄电池50进行保护。保险丝40的一端与控制电路20相连接，另一端与蓄电池50的正极端子相连接。
蓄电池50是充电式的电池。蓄电池50的正极端子和保险丝40的另一端相连接，负极端子被接地。
第一晶闸管21(第一开关)的门极端子与第一门极控制电路22的输出端子out2相连接。第一晶闸管21的阳极端子与发电机10的一端10-1相连接。另外，第一晶闸管21的阴极端子与开关25的源极端子和背栅极端子、负载30的一端、及保险丝40的一端相连接。
这样，第一晶闸管21基于第一门极控制电路22的控制对发电机10输出的交流电压VA进行半波整流，并如点虚线71所示，将半波整流后的输出电压VO提供给负载30和保险丝40。
第二晶闸管23(第二开关)的门极端子与第二门极控制电路24的输出端子out1相连接。第二晶闸管23的阴极端子与发电机10的一端10-1相连接。另外，第二晶闸管23的阳极端子与开关25的漏极端子和灯60的一端相连接。
这样，第二晶闸管23基于第二门极控制电路24的控制对发电机10输出的交流电压VA进行半波整流，并如点虚线72所示，把半波整流后的输出电压提供给灯60。
第一门极控制电路22的输入端子in2与发电机10的一端10-1相连接。另外，第一门极控制电路22的输出端子out2与第一晶闸管21的门极端子相连接。
这样，第一门极控制电路22检测出发电机10的交流电压VA，并为了防止对蓄电池50的过度充电而控制第一晶闸管21的打开状态和关闭状态。
第二门极控制电路24的输入端子in1与发电机10的一端10-1相连接。另外，第二门极控制电路24的输出端子out1与第二晶闸管23的门极端子相连接。
这样，第二门极控制电路24检测到灯60通电时的有效电压在限制值(例如，-12(V))以上(在负侧大)时，为了保护灯60而进行保持第二晶闸管23关闭的控制。
开关25(第三开关)的源极端子和背栅极端子与第一晶闸管21的阴极端子和保险丝40的一端的连接点相连接。开关25的漏极端子与第二晶闸管23的阳极端子和灯60一端的连接点相连接。另外，开关25的栅极端子与开关控制电路26的输出端子out3相连接。另外，开关25例如是FET(场效应晶体管)。
这样，开关25基于开关控制电路26的控制，如点虚线73所示，把对蓄电池50进行充电的电压提供给灯60。
开关控制电路26(开关控制部)的输入端子in3与发电机10的一端10-1相连接。另外，开关控制电路26的输出端子out3与开关25的栅极端子相连接。
这样，开关控制电路26检测出发电机10的交流电压VA，并基，并基于检测出的交流电压的水平和周期，如后述那样生成开关25的控制信号。
开关控制电路26根据生成的开关25的控制信号，对开关25进行控制。
其次，使用图2和图3A～图3C来对开关控制电路26进行说明。
图2是本实施方式涉及的开关控制电路26的框图。
如图2所示，开关控制电路26具有分压电路26-1、电压转换电路26-2、基准电压产生电路26-3、差分电路26-4、放大电路26-5、三角波产生电路26-6、及比较电路26-7。
分压电路26-1对从发电机10输出的交流电压VA进行分压，并将分压后的电压为VR向电压转换电路26-2输出。
电压转换电路26-2将使用分压电路26-1进行分压后的电压VR转换成表示其有效值的电压VR’，并将转换后的电压VR’向差分电路26-4的一个输入端子输出。这个电压VR’被作为提供给灯60的电压VG的检测值处理。
基准电压产生电路26-3产生用于向负载30和蓄电池50提供电力的目标电压VT，并将产生的目标电压VT向差分电路26-4的另一个输入端子输出。
差分电路26-4生成电压VR’和目标电压VT的差分电压VD(＝VR’-VT)，并将生成的差分电压VD向放大电路26-5输出。
放大电路26-5把将差分电压VD放大后的差分电压VD’向比较电路26-7的一个端子输出。
三角波产生电路26-6生成与从发电机10输出的交流电压VA的各周期相对应的、峰值电压一定的三角波电压VB，并将生成的三角波电压VB向比较电路26-7的另一个端子输出。
比较电路26-7比较差分电压VD’和三角波电压VB，并基于这个比较结果，生成规定开关25的导通时间点的控制信号b。
其次，参考图3A～图3C对增加放大电路26-5的技术性意义进行说明。
图3A～图3C是说明把放大电路26-5的作为放大倍数的倍数系数M设定为“1”和“2”时的三角波电压VB和差分电压VD’的相对关系的图。在图3A中，当把倍数系数M设定为“1”时，区间W1表示的是三角波电压VB超过差分电压VD’的期间，即、开关25被控制在打开状态的期间。另外，图3B显示的是将倍数系数M设定为“2”时的三角波电压VB和差分电压VD’(＝2×VD)的相对关系。如图3B所示，当把倍数系数M设定为“2”从而将差分电压VD放大到2倍时，与图3A所示的区间W1进行比较，这时与开关25的打开状态相对应的区间W2的波动量(VD’的波动量)变为2倍，这样，相对于向灯60提供的电压VG的波动量，控制信号b的响应量(灵敏度)变为2倍。
这种情况如图3C所示，与相对于倍数系数M为“1”时的差分电压VD’(＝VD)，三角波电压的峰值电压相对地变为一半(VB/2)的情况等效，表示向灯60提供的电压VG的控制幅度W(后述)变为一半。因此，通过加入放大电路26-5，来将差分电压VD放大到M倍，向灯60提供的电压VG的控制幅度W相对地缩小到M分之一，所以，能够将向灯60提供的电压VG精确地控制到目标电压VT。
在这里，在三角波电压VB的高度H(＝峰值电压VBP)、倍数系数M、目标电压VT、及向灯60提供的电压VG的控制幅度W之间，存在着控制幅度W的值为从目标电压VT到VT+(H/M)这一范围内的值的关系。因此，在实施本控制装置时，只需根据所需的控制幅度W和目标电压VT，适当地设定三角波电压VB的高度H和倍数系数M以满足上述关系。
图4～图6是本实施方式涉及的控制电路20和开关控制电路26各部分的波形的一例。图4是交流电压VA的频率较低时的波形的一例，图5是交流电压VA的频率在图4和图6的情况之间时的波形的一例，图6是交流电压VA的频率比图5的情况更高时的波形图的一例。
在图4～图6中，横轴表示时间，纵轴分别表示各个电压水平。另外，为了说明和理解容易，图4～图6中显示的波形表示的是负载30为低负载或电阻性负载(例如，灯负载)时的例子。即、显示的是交流电压VA通过第一晶闸管21被整流并被相位控制后的波形几乎完全作为输出电压VO被施加到负载30的例子。另外，根据发电机10的旋转数，实际上交流电压VA的波形的高度和频率是逐渐变化的，但为了说明和理解容易，仅粗略地显示为预定旋转数的情况。
图4(A)显示的是交流电压VA的波形S101。另外，图4(B)显示的第二门极控制电路24的控制信号d的波形S102。另外，图4(C)显示的第二晶闸管23进行半波整流后的波形S103。图4(D)显示的三角波产生电路26-6输出电压的波形S105和放大电路26-5输出电压的波形S104。另外，图4(E)显示的开关控制电路26输出的控制信号b的波形S106。另外，图4(F)显示的向灯60提供的电压VG的波形S107。
首先，对时刻t1～t3的期间进行说明。在时刻t1～t3的期间，发电机10处在不转动状态。
如图4(A)所示，发电机10没有转动，因此交流电压VA为0(V)。
如图4(B)所示，发电机10没有转动，因此交流电压VA为0(V)，所以第二门极控制信号d为低电平。
如图4(C)所示，第二晶闸管23进行半波整流后的波形也是0(V)。
如图4(D)所示，三角波产生电路26-6的输出电压也是0(V)，放大电路26-5的输出电压也是0。
如图4(E)所示，开关控制电路26的控制信号b为高电平(H)。
如图4(F)所示，控制信号b为高电平，因此开关25处在打开状态，所以向灯60提供的电压VG是蓄电池50的电压VE。
其次，对时刻t3～t8的期间进行说明。在时刻t3～t8的期间，发电机10处在低速转动状态。并且，旋转数例如在100(rpm)以下。
如图4(A)所示，在时刻t3～t6的期间，交流电压VA的最大值在正电压侧为V2(V)，在时刻t6～t8的期间，最大值在负电压侧为V2(V)。
如图4(B)所示，在时刻t3～t6的期间，由于交流电压VA为正电压，第二门极控制电路24的控制信号d为低电平。另外，在时刻t6～t8的期间，由于交流电压VA为负电压，第二门极控制电路24的控制信号d为高电平。
如图4(C)所示，第二晶闸管23进行半波整流后的波形在时刻t6～t8的期间，在负电压侧具有峰值电压值V2(V)。
如图4(D)所示，三角波产生电路26-6的输出电压具有与交流电压VA的正相的周期期间相对应的三角波的波形，交流电压VA以从负电压向正电压转变的时间点为起点，从0(V)开始以一定的斜度增加，在从正电压向负电压转变的时间点，交流电压VA变为0(V)。放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t3～t4的期间，处在比三角波电压VB更高的电压水平。另外，放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t4～t6的期间，处在比三角波电压VB更低的电压水平。因此，把蓄电池50的电压提供给灯60的控制信号的幅度(在图6(A)～图6(E)中说明的控制幅度)W是时刻t4～t6的期间。
如图4(E)所示，在时刻t3～t4的期间，由于放大电路26-5的输出电压VD’处在比三角波电压VB更高的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b是低电平的控制信号。另外，在时刻t4～t6的期间，由于放大电路26-5的输出电压VD’处在比三角波电压VB低的电压水平，开关控制电路26的控制信号b是高电平的控制信号。另外，在时刻t6～t8的期间，没有输出三角波电压VB，比较电路26-7被输入0(V)。所以，由于放大电路26-5的输出电压VD’比0(V)高，因此开关控制电路26的控制信号b是低电平的控制信号。
如图4(F)所示，在时刻t3～t4的期间，控制信号b为低电平，因此开关25处在关闭状态，所以，向灯60提供的电压是对交流电压VA进行半波整流后的输出电压，因此为0(V)。在时刻t4～t6的期间，控制信号b为高电平，因此开关25处在打开状态，所以，向灯60提供的电压VG是蓄电池50的电压VE。在时刻t6～t8的期间，控制信号b为低电平，因此开关25处在关闭状态，所以，向灯60提供的电压VG是对交流电压VA进行半波整流后的输出电压，在负电压侧具有峰值电压值V2(V)。
如上，当发电机10的输出电压VA为0(V)时，开关控制电路26控制向灯60提供蓄电池50的电压。
然后，当发电机10的旋转数低时，在交流电压VA为正电压的期间，开关控制电路26控制向灯60提供蓄电池50的电压，在交流电压VA为负电压的期间，控制向灯60提供通过第二晶闸管23被半波整流后的来自发电机10的负电压的电压。
图5(A)显示的是交流电压VA的波形S111。另外，图5(B)显示的是第二门极控制电路24的控制信号d的波形S112。另外，图5(C)显示的是三角波产生电路26-6的输出电压的波形S113和放大电路26-5的输出电压的波形S114。图5(D)显示的是开关控制电路26输出的控制信号b的波形S115。另外，图5(E)显示的是向灯60提供的电压VG的波形S116。
首先，对时刻t11～t16的期间进行说明。在时刻t11～t16的期间，发电机10处在低速转动的状态。并且，旋转数例如是每分钟数百转。
如图5(A)所示，在时刻t11～t14的期间，交流电压VA的最大值在正电压侧为V3(V)，在时刻t14～16t的期间，最大值在负电压侧为V3(V)。并且，电压值V3比图4(A)的电压值V2更大，周期t2(t2＝t16-t11)比图4(A)的周期t1(t1＝t8-t4)更短。
如图5(B)所示，在时刻t11～t14的期间，交流电压VA为正电压，因此第二门极控制电路24的控制信号d为低电平。另外，在时刻t14～t16的期间，交流电压VA负电压，因此第二门极控制电路24的控制信号d为高电平。
如图5(C)所示，三角波产生电路26-6的输出电压与交流电压VA的正相的周期期间相对应，交流电压VA具有三角波的波形，以从负电压转变为正电压的时间点为起点，从0(V)开始以一定的斜度增加，在从正电压转变为负电压的时间点交流电压VA变为0(V)。放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t11～t12的期间处在比三角波电压VB高的电压水平。另外，放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t14～t16的期间处在比0(V)高的电压水平。另外，放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t12～t14的期间处在比三角波电压VB低的电压水平。
如图5(D)所示，在时刻t11～t12的期间，由于放大电路26-5的输出电压VD’处在比三角波电压VB高的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b为低电平的控制信号。另外，在时刻t12～t14的期间，放大电路26-5的输出电压VD’处在比三角波电压VB低的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b为高电平的控制信号。另外，在时刻t14～t16的期间，没有输出三角波电压VB，比较电路26-7被输入0(V)。所以，由于放大电路26-5的输出电压VD’处在比0(V)更高的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b为低电平的控制信号。所以，把蓄电池50的电压提供给灯60的控制信号的幅度W是时刻t12～t14的期间。
如图5(E)所示，在时刻t11～t12的期间，控制信号b为低电平，因此开关25处在关闭状态。这时，向灯60提供的电压为是交流电压VA进行半波整流后的输出电压，因此为0(V)。在时刻t12～t14的期间，控制信号b为高电平，因此开关25处在打开状态。这时，向灯60提供的电压VG是蓄电池50的电压VE。在时刻t14～t16的期间，控制信号b为低电平，因此开关25处在关闭状态。这时，向灯60提供的电压VG是对交流电压VA进行半波整流后的输出电压，因此在负电压侧具有峰值电压值V3(V)。另外，蓄电池电压VE被提供给灯60的期间是时刻t12～t14，比图4(F)的时刻t4～t6的期间更短。
其次，对时刻t16～t21的期间进行说明。在时刻t16～t21的期间，发电机10处在比时刻t11～t16时更高速转动的状态。并且，旋转数例如是1000(rpm)。
如图5(A)所示，交流电压VA的最大值在时刻t16～t19的期间在正电压侧为V4(V)，在时刻t19～t21的期间，在负电压侧为V4(V)。并且，电压值V4比电压值V3更大，周期t3(t3＝t21-t16)比周期t2(t2＝t16-t11)更短。
如图5(B)所示，在时刻t16～t19的期间，交流电压VA为正电压，因此第二门极控制电路24的控制信号d是低电平。另外，在时刻t19～t21的期间，交流电压VA为负电压，因此第二门极控制电路24的控制信号d是高电平。
如图5(C)所示，三角波产生电路26-6的输出电压具有与交流电压VA的正相的周期期间相对应的三角波的波形，交流电压VA以从负电压向正电压转变的时间点为起点，从0(V)开始以一定的斜度增加，在从正电压向负电压转变的时间点，交流电压VA变为0(V)。放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t16～t18的期间，处在比三角波电压VB更高的电压水平。另外，放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t19～t21期间，处在比0(V)更高的电压水平。另外，放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t18～t19的期间，处在比三角波电压VB更低的电压水平。
如图5(D)所示，在时刻t16～t18的期间，放大电路26-5的输出电压VD’处在比三角波电压VB更高的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b为低电平的控制信号。另外，在时刻t18～t19的期间，放大电路26-5的输出电压VD’处在比三角波电压VB低的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b为高电平的控制信号。另外，在时刻t19～t21的期间，没有输出三角波电压VB，比较电路26-7被输入0(V)。这时，由于放大电路26-5的输出电压VD’处在比0(V)更高的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b为低电平的控制信号。
如图5(E)所示，在时刻t16～t18的期间，控制信号b为低电平，因此开关25处在关闭状态。这时，向灯60提供的电压VG是对交流电压VA进行半波整流后的输出电压，因此为0(V)。在时刻t18～t19的期间，控制信号b为高电平，因此开关25处在打开状态。这时，向灯60提供的电压VG是蓄电池50的电压VE。在时刻t19～t21的期间，控制信号b为低电平，因此开关25处在关闭状态。这时，向灯60提供的电压VG是对交流电压VA进行半波整流后的输出电压，因此在负电压侧具有峰值电压值V4(V)。所以，向灯60提供蓄电池50的控制信号的幅度W是时刻t18～t19的期间。
如上，当交流电压VA为正电压时，开关控制电路26根据交流电压VA的电压水平增大的程度，或交流电压VA的周期变短的程度，控制开关25来使得从蓄电池50向灯60提供电压VE的期间缩短。即、交流电压VA的周期为t3时的提供蓄电池50的电压的期间t18～t19比交流电压VA的周期为t2时的提供蓄电池50的电压的期间t12～t14更短。另外，在交流电压VA为负电压的期间，开关控制电路26控制开关25为关闭状态，并控制向灯60提供通过第二晶闸管23半波整流后的来自发电机10的负电压的电压。
图6(A)显示的是交流电压VA的波形S121。另外，图6(B)显示的是第二门极控制电路24的控制信号d的波形S122。另外，图6(C)显示的是三角波产生电路26-6的输出电压的波形S123和放大电路26-5的输出电压的波形S124。图6(D)显示的是开关控制电路26输出的控制信号b的波形S125。另外，图6(E)显示的是向灯60提供的电压VG的波形S126。
另外，旋转数例如是2000(rpm)。
如图6(A)所示，交流电压VA的最大值在时刻t31～t32的期间和时刻t33～t34的期间，在正电压侧为V5(V)，在时刻t33～t34期间和时刻t34～t35的期间，在负电压侧为V5(V)。另外，电压值V5比图5(A)的电压值V4更大，周期t4(t4＝t33-t31)比图5(A)的周期t3(t3＝t21-t16)更短。
如图6(B)所示，在时刻t31～t32和时刻t33～t34的期间，交流电压VA为正电压，因此第二门极控制电路24的控制信号d为低电平。另外，在时刻t32～t33和时刻t34～t35的期间，交流电压VA为负电压，因此第二门极控制电路24的控制信号d为高电平。
如图6(C)所示，三角波产生电路26-6的输出电压具有与交流电压VA的正相的周期期间相对应的三角波的波形，交流电压VA以从负电压向正电压转变的时间点为起点，从0(V)开始以一定的斜度增加，在从正电压向负电压转变的时间点，交流电压VA变为0(V)。在时刻t31～t32的期间和时刻t33～t34的期间，放大电路26-5的输出电压VD’处在比三角波电压VB更高的电压水平。另外，在时刻t32～t33的期间和时刻t34～t35的期间，放大电路26-5的输出电压VD’处在比0(V)更高的电压水平。
如图6(D)所示，放大电路26-5的输出电压VD’在时刻t31～t32的期间和时刻t33～t34的期间，处在比三角波电压VB更高的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b为低电平的控制信号。另外，在时刻t32～t33的期间和时刻t34～t35的期间，处在比0(V)更高的电压水平，因此开关控制电路26的控制信号b为低电平的控制信号。
如图6(E)所示，在时刻t31～t32的期间和时刻t33～t34的期间，控制信号b为低电平，因此开关25处在关闭状态。这时，向灯60提供的电压VG是对交流电压VA进行半波整流后的输出电压，因此为0(V)。在时刻t32～t33的期间和时刻t34～t35的期间，控制信号b为低电平，因此开关25处在关闭状态。这时，向灯60提供的电压VG是对交流电压VA进行半波整流后的输出电压，因此在负电压侧具有峰值电压值V5(V)。
如上，当交流电压VA的正电压的电压值在预定的电压以上时，开关控制电路26为了不提供蓄电池50的电压VE而对开关25进行控制。另外，在交流电压VA为负电压的期间，开关控制电路26控制开关25为关闭状态，控制向灯60提供通过第二晶闸管23半波整流后的来自发电机10的负电压的电压。
另外，基准电压产生电路26-3的基准电压值、放大电路26-5的放大率也可以是基于发电机10的旋转数，并根据追加计算的蓄电池的电压水平和发电机10的交流电压水平，在预先设计时通过实验等进行设定。
其次，参考图7A和图7B，对三角波产生电路26-6中的三角波电压VB的产生机制进行说明。图7A及7B是用于说明本实施方式涉及的三角波产生电路中的三角波产生机制(倾斜部分的生成过程)的波形图。
图7A是交流电流VA和方波S的波形图。另外，图7B是说明三角波电压VB的生成的图。
一般来讲，由于发电机10输出的交流电压的频率不会急剧变化，因此可以认为一个周期前的波形和当前周期的波形几乎相同。例如，在图7A中，如果将波形2看作是当前周期的波形，则波形2的半周期T2就与这个周期前的波形1的半周期T1几乎是相同的波形。
利用上述特性来按照下面的步骤生成三角波电压VB。
(步骤1)如图7A所示，在波形1的周期中，从发电机10输出的交流电压VA生成方波S。与这个波形1相对应的方波S的半周期与波形1的周期中的交流电压VA的半周期T1一致。
(步骤2)接着，对方波S的半周期T1的时间进行计数。
(步骤3)接着，用半周期T1的时间的计数值除以预定的解析率n，从而得到时间t1(＝T1/n)。在这里，解析率n是规定三角波电压VB的斜坡滑度的量，解析率n越高，三角波电压VB的斜坡越平滑。
(步骤4)接着，用三角波电压VB的峰值电压Vp除以预定的解析率n，从而得到电压v1(＝Vp/n)。
(步骤5)接着，如图7B所示，在之后的周期的波形2上升的时间点(开始计数T2的时间点)，使得三角波电压VB仅上升上述电压v1，并使得这个三角波电压VB仅维持上述时间t1。
(步骤6)在同波形2的周期中，在经过了上述时间t1时的时间点，使三角波电压VB仅进一步上升上述电压v1。把这些都反复n次时，就得到了如图7B所示的阶梯状的波形，得到与波形2的周期相对应的、相当于三角波电压的斜坡部分的阶梯状的波形。如果增大解析率n的值，阶梯状的波形就变得更平滑，能够得到更好的三角波。
通过以上步骤，使用一个周期前的交流电压的波形VA来生成峰值电压Vp一定的电压波形，即、与交流电压VA的各周期相对应的三角波电压。
使用了上述的三角波电压产生机制的三角波产生电路26-6用于在控制装置20中生成用于控制开关25的导通时间点的三角波电压，可以例如由计数部、除法部、及波形生成部所构成。在这里，计数部用于对发电机10输出的第一周期的交流电压的半周期的时间(例如图7A的波形1的周期中的时刻T1)进行计数。除法部用由上述计数部得出的计数值除以预定的解析率n(预定值)。波形生成部用于生成阶梯状的电压波形，该阶梯状的电压波形是在第一周期后的第二周期(例如图7A中的波形2的周期)中，每当除法部在上述第一周期中的除法结果所表示的时间t1经过一次时，仅上升预定电压v1的电压波形。这个阶梯状的电压波形作为上述三角波电压的波形被输出。
图8～图10是本实施方式的控制电路中将灯60点亮时的发电机10的输出电压的波形和向灯60提供的电压波形的实测波形图。
图8是本实施方式涉及的旋转数为数百转时的灯电压和发电机的交流电压的波形图。图9是本实施方式涉及的旋转数约为1000转时的灯电压和发电机的交流电压的波形图。图10是本实施方式涉及的旋转数约为2000转时的灯电压和发电机的交流电压的波形图。
在图8～图10中，横轴表示时间，纵轴表示电压水平。并且，在图8～图10中，波形S301、S311、S321是灯60的电压波形，波形S302、312、322是发电机10的交流电压的波形。并且，在图8～图10中，灯60的电压波形是发电机10的交流电压的显示范围的一半。
如图8所示，当发电机10的旋转数为数百转时，如在图4(A)～图4(F)中说明的那样，向灯60提供的电压波形S301显示出当交流电压为正电压时，蓄电池电压向其提供。另外，发电机10的交流波形S302为正电压时蓄电池电压被提供的波形，其与图4(A)～图4(F)的波形不同是由于蓄电池等负载的影响。
如图9所示，当发电机10的旋转数约为1000转时，如在图5(A)～图5(E)中说明的那样，向灯60提供的电压波形S311显示出在交流电压为正电压时，蓄电池电压的幅度被调整。另外，发电机10的交流波形S312为正电压时蓄电池的电压被提供的波形，其与图5(A)～图5(E)的波形不同是由于蓄电池等负载的影响。
如图10所示，发电机10的旋转数约为2000转时，如在图6(A)～图6(E)中说明的那样，向灯60提供的电压波形S321显示出在交流电压为正电压时，蓄电池电压没有被提供，仅在发电机10的交流电压为负电压时蓄电池电压才被提供。另外，发电机10的交流波形S322为正电压时被提供的脉冲状的波形，其与图6(A)～图6(E)的波形不同是由于蓄电池等负载的影响。
其次，使用图11和图12A及图12B对第一门极控制电路22的动作的概略进行说明。图11是本实施方式涉及的第一门极控制电路的框图。
如图11所示，第一门极控制电路22具有分压电路410、电压转换电路420、基准电压产生电路430、差分电路440、放大电路450、三角波产生电路460、及比较电路470。
分压电路410对从发电机10输出的交流电压VA进行分压，并将分压后的电压VR向电压转换电路420输出。
电压转换电路420将用分压电路410分压后的电压VR转换为表示其实际值的电压VR’，并将转换后的电压VR’向差分电路440的一个输入端子输出。这个电压VR’作为输出电压VO的检测值被处理。
基准电压产生电路430产生用于向负载30和蓄电池50提供电力的目标电压VT，并将产生的目标电压VT向差分电路440的另一个输入端子输出。
差分电路440生成电压VR’和目标电压VT的差分电压VD(＝VR’－VT)，并将生成的差分电压VD向放大电路450输出。
放大电路450把将差分电压VD放大的差分电压VD’向比较电路470的一个端子输出。
三角波产生电路460生成与从发电机10输出的交流电压VA的各周期相对应的、峰值电压一定的三角波电压VB，并将生成的三角波电压VB向比较电路470的另一个端子输出。三角波的生成方法与开关控制电路26的三角波产生电路26-6相同。
比较电路470比较差分电压VD’和三角波电压VB，并基于这个比较结果，生成规定第一晶闸管21的导通时间点的控制信号c。
其次，参考图12A和图12B对开关控制电路26不工作时的控制电路1正常时(稳定时)的动作进行说明。另外，在正常工作时，极限电压VL降到0(V)，在这里，仅对在比较电路470中对差分电压VD’和三角波电压VB进行比较的例子进行说明。
图12A和图12B是显示开关控制电路不工作时的控制电路中各部分的波形的图。图12A是显示发电机10的旋转数低时的控制电路20中各部分的波形的图，图12B是显示发电机10的旋转数高时的控制电路20中各部分的波形的图。在图12A和图12B中，横轴表示时间，纵轴分别排列显示交流电压VA、三角波电压VB和差分电压VD’、以及控制信号c。
第一门极控制电路22中的差分电路440被输入使用基准电压产生电路430产生的目标电压VT和从电压转换电路420输出的电压VR’，从而生成它们的差分电压VD。放大电路450将差分电压VD放大到M倍，并向比较电路470提供电压VD’(＝M×VD)。
在比较电路470中，对差分电压VD’和三角波电压VB进行比较，并基于这个比较结果，生成规定第一晶闸管21的导通时间点的控制信号c。然后，比较电路470在三角波电压VB比差分电压VD’高的区间(VB＞VD’)，把控制信号c设为高电平，在三角波电压VB比差分电压VD’低的区间(VB＜VD’)，把控制信号c设为低电平，并把这个控制信号c提供给第一晶闸管21的门极电极。即、在三角波电压VB比差分电压VD’高的区间(VB＞VD’)，第一晶闸管21被控制为打开状态，在其他的区间被控制为关闭状态。这样，第一门极控制电路22基于在三角波产生电路460中产生的三角波电压VB以及从放大电路450输出的差分电压VD’，控制第一晶闸管21的导通状态。
在这里，第一晶闸管21处在打开状态的区间，即三角波电压VB比差分电压VD’高的期间依赖于差分电压VD’的水平，而这个差分电压VD’的水平依赖于与目标电压VT相对的输出电压VO的水平。因此，如果输出电压VO高，则电压VD’的水平变高，三角波电压VB高于差分电压VD’期间就会变短，第一晶闸管21处在打开状态的期间也会变短。其结果是，输出电压VO向着目标电压VT下降。
反之，如果输出电压VO低，差分电压VD’的水平也变低，其结果是，三角波电压VB高于差分电压VD’的期间增加，第一晶闸管21处在打开状态的期间也增加。其结果是，输出电压VO向着目标电压VT上升。这样，在发电机10的交流电压VA的各周期中，为了使得输出电压VO稳定在目标电压VT，第一晶闸管21的导通期间被控制。
前面对发电机10的旋转数低的情况进行了说明，当发电机10的旋转数高时，如图12B所示，发电机10输出的交流电压VA的振幅增大的同时，其频率也变高。因此，三角波电压VB的上升率变大，但是在其他点上，与上述图12A显示的发电机10的旋转数低的情况相同，为了使得输出电压VO的有效值稳定在目标电压VT，而实施了对第一晶闸管21门极的控制。
第二门极控制电路24的结构和动作与第一门极控制电路22相同。
如在图6(A)～图6(E)中的说明，当发电机10的周期比预定的周期短(电压高)时，通过开关控制电路26，在交流电压VA为正电压的期间，蓄电池50的电压不被提供。并且，当发电机10的周期比预定的周期更短时，在交流电压VA为负电压的期间，向灯60提供的电压通过第一门极控制电路22和第二门极控制电路24，电压的相位被控制，从而能够通过第一门极控制电路22和第二门极控制电路24来防止向灯60提供的电压的有效值的波动。
另外，开关控制电路26也可以通过第一晶闸管21对向蓄电池50提供的电压进行监视，来检测出蓄电池50的接触不良。这时，开关控制电路26通过输出电压VO的急剧升高，检测出蓄电池50的接触不良。开关控制电路26例如在预定的期间内，对交流电压VA的电压水平是否出现了等于或超过预定电压的波动进行判断。当开关控制电路26判断出在预定的期间内，交流电压VA的电压水平产生了预定电压以上的波动时，判断蓄电池50接触不良。
然后，开关控制电路26在检测出蓄电池50的接触不良后，通过把控制开关25控制为打开状态，通过把由于蓄电池50接触不良而产生的急剧的电压峰值强制性地提供给灯60，能够防止急剧的电压的峰值被提供给负载30。
如上，当发电机10没有转动时，开关控制电路26将开关25控制在打开状态，从而能够控制把蓄电池电压VE提供给灯60，所以，即使在发电机10没有转动的情况下，也能够点亮灯60。然后，当发电机10转动时，在发出的交流电压VA为正电压的期间，开关控制电路26基于发电机10的旋转数，控制开关25把蓄电池电压提供给灯60。另外，在交流电压VA为负电压的期间，开关控制电路26控制开关25为关闭状态。这样，在通过发电机10发出的交流电压为正电压时，在使得蓄电池电压的幅度可变的同时将其提供，因此，能够减少由于发电机10的旋转数而导致的灯60的闪烁。
进一步，灯60仅在正电压的期间的与交流电压的周期相对应的期间通过蓄电池50被点亮，在交流电压为负电压的期间，通过交流电压被点亮。假如把灯60连接到控制电路20的输出端，则即使是在发电机10不转动时也能将灯60点亮，但蓄电池的消耗电量就会大。另一方面，根据本实施方式，在正电压的期间，通过开关25，根据周期来把蓄电池50的电压提供给灯60，因此与仅使用蓄电池50来点亮灯60的情况相比，具有降低了由于灯60而导致的蓄电池50的消耗电力的效果。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不以上述实施方式为限，在不脱离本发明的主旨的范围内还可以变形。
例如，在本实施方式中，对把控制电路使用在车辆为例进行了说明，但进行灯的点亮和蓄电池充电的装置也可以用在车辆以外。
另外，在本实施方式中，对发电机10的输出进行半波整流的情况进行了说明，其中，只有从发电机10输出的交流电的正相成分通过第一晶闸管21提供电力给负载，只有交流电的负相成分通过第二晶闸管23提供给灯60。但是，本发明并不以此为限，也可以通过对从发电机10输出的交流电的负相成分同样进行半波整流，来实现全波整流的结构。可以仅使得从发电机10输出的交流电的负相成分通过第一晶闸管21向负载提供电力，将交流电的正相成分仅用于通过第二晶闸管23提供给灯60，来将发电机10的输出进行半波整流。另外，在本实施方式中是转换单相交流电，但对于多相的交流电也同样可以适用。
另外，例如在本实施方式中，对求得输出电压VO的有效值VR’的例子进行了说明，但计算出输出电压VO的平均值的情况也同样适用于本发明。作为生成输出电压VO的平均值的结构可以利用现有技术。
另外，也对在控制电路20的输出端连接了负载30的例子进行了说明，但也可以在控制电路20的输出端连接没有图示的灯。这时，在控制电路20输入端被连接的灯60例如是前照灯、尾灯、雾灯等。另外，在控制电路20的输出端连接的灯例如是刹车灯、转向灯等。在这种情况下，因为没有图示的灯与控制电路20的输出端相连接，所以由于发电机10的旋转数的影响而导致的闪烁不会发生。
产业上的可利用性
本发明适用于对蓄电池充电的控制电路等。
符号说明
1点灯及蓄电池充电装置
10发电机
20控制电路
21第一晶闸管
23第二晶闸管
22第一门极控制电路
24第二门极控制电路
25开关
26开关控制电路
30负载
40保险丝
50蓄电池
60灯

Claims (5)

1.一种对从发电机输出的交流电压进行整流从而控制蓄电池的充电和灯的点亮的控制电路，其特征在于，包括：
第一开关，连接在所述发电机的输出部和所述蓄电池之间；
第二开关，连接在所述发电的机输出部和所述灯之间；
第三开关，连接在所述第一开关和所述蓄电池的连接点，及所述第二开关和所述灯的连接点之间；以及
开关控制部，控制所述第三开关，
其中，所述第一开关把所述交流电压的一相的电压提供给所述蓄电池，
所述第二开关把所述交流电压的另一相的电压提供给所述灯，
所述第三开关在所述一相的电压被从所述发电机输出的期间，把所述蓄电池的电压提供给所述灯，
所述开关控制部包括：
三角波产生电路，产生与从所述发电机输出的交流电压的各周期相对应的、峰值电压一定的三角波电压；
电压转换电路，生成被施加到负载的输出电压的有效值电压的信号；
差分电路，基于被施加到所述负载的所述有效值电压和预定的目标电压生成差分电压；
放大电路，对所述差分电压进行放大，生成用于控制所述第三开关的导通状态的第一电压信号；以及
比较电路，比较所述第一电压信号和所述三角波电压，控制所述第三开关的导通状态。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：
其中，所述开关控制部根据所述交流电压的周期变短的程度，控制缩短向所述灯提供所述蓄电池的电压的时间。
3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于：
其中，当从所述发电机没有输出交流电压时，所述开关控制部控制所述第三开关变为打开状态从而把所述蓄电池的电压提供给所述灯。
4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于：
其中，所述第一开关和第二开关是晶闸管元件，
所述第三开关是场效应晶体管。
5.一种对从发电机输出的交流电压进行整流从而控制蓄电池的充电和灯的点亮的控制电路的控制方法，其特征在于，包含：
通过连接在所述发电机的输出部和所述蓄电池之间的第一开关，把所述交流电压的一相的电压提供给所述蓄电池的工序；
通过连接在所述发电机的输出部和所述灯之间的第二开关，把所述交流电压的另一相的电压提供给所述灯的工序；以及
对连接在所述第一开关和所述蓄电池的连接点，及所述第二开关和所述灯的连接点之间的第三开关进行控制，使其在从所述发电机的所述一相的电压被输出的期间，把所述蓄电池的电压提供给所述灯的工序，
其中，对所述第三开关进行控制的工序包括：
产生与从所述发电机输出的交流电压的各周期相对应的、峰值电压一定的三角波电压的工序；
生成被施加到负载的输出电压的有效值电压的信号的工序；
基于被施加到所述负载的有效值电压和预定的目标电压的差分电压，生成用于控制所述第三开关的导通状态的第一电压信号的工序；以及
比较所述第一电压信号和所述三角波电压，来控制所述第三开关的导通状态的工序。
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