CN1166422A - 机动车用电池充电电压控制电路 - Google Patents

Abstract

在一种机动车用电池充电电压控制电路中，使用一个可控硅在电池端子检测出一个过电压时控制电压，使用一个控制极电流控制元件在电池端子产生一个负电压时保持可控硅关断。因此，即使在感性负载例如闪光继电器接入和断开关且电池开路或者电池全放完电时，仍然有可能维持最初设计的控制极电流控制。这样，就有可能不管电池接通还是没有接通，都能执行良好的电池充电电压控制，并在一切条件下防止电池端子电压的不正常上升。

Description

机动车用电池充电电压控制电路

本发明涉及一种机动车用电池充电电压控制电路。

电池充电电压控制电路通常设置在车载电池与随同内燃机动作的车用ACG(AC发电机)之间，并且各种不同的车载设备均由电池和/或ACG供电。一般，即使在电池全部放完电或者由于某些原因而开路时，也必须能够使车辆继续工作。

图4示出的电路是众所周知的装有防止电池开路的措施的摩托车用常规电池充电电压控制电路。在图4的电路中，ACG1适于由内燃机(附图未示出)带动，并且ACG1的电压输出端连接到电池充电电压控制电路12的充电端CH。

充当电池充电电压控制电路12的电压输出端的电池端子BT连接到一个闪光灯继电器3、一个停车灯SL、一个以车载设备的例子的形式给出的点火控制电路CDI、以及电池4。闪光灯继电器3连接到左右闪光灯LL和RL，并且被选择开关SW1选中的任何一个闪光灯都可间歇点亮。停车灯SL也可通过合上开关SW2而有选择地点亮。

电池充电电压控制电路12包括一个接在CH和BT两端子之间的可控硅SCR。充电端子CH与可控硅SCR的阳极之间的结点通过一个电阻R1、一个二极管D1以及一个晶体管Q1串联接地。电阻R1和二极管D1之间的结点通过一个正向连接的二极管D2连接到可控硅SCR的控制极，控制极还通过一个电阻R2连接到可控硅的阴极和电池端子BT。

可控硅SCR的阴极和电池端子BT之间的结点通过一个正向连接的二极管D3、一个电阻R3以及一个电容器C1按此顺序串联接地。二极管D3和电阻器R3之间的结点通过一个齐纳二极管ZD2连接到晶体管Q1的基极。

在具有上述结构的这个电池充电电压控制电路12中，在电池4充电的正常条件下，电池被出现在端子BT的正半波电压分量充电。当电池电压变得高于齐纳二极管ZD2的阈值电压时晶体管Q1导通以阻住控制极电流或下拉可控硅控制极的电压以禁止可控硅SCR导通，从而防止电池的过充电。

现在参照图5，考虑电池4有故障、开路或因别的原因基本供不出电压的情况。当电池开路时，电容器C1被ACG1加到电池端子BT的电压正半波分量充电，并且一旦C1两端的电压超过齐纳二极管ZD2的阈值电压时，晶体管Q1便导通。这就反过来使SCR关断，从而使C1两端的电压在一段时间内降落。Q1导通状态的这个时间周期由电容器C1和电阻R3定义的时间常数决定，并给出电池端BT的电压波形(例如说，如图5从上向下数第二图所示)。换句话说，在Q1导通的时间期间，即使在充电端子CH产生正电压时可控硅SCR也保持关断状态并且在电池端子BT不产生任何电压。于是，电池端子BT的电压被调节得不超过某一规定电平，并且可以避免电池4的过充电。

但是，当闪光灯LL和RL中的一个在电池开路的情况下接通时，由于闪光继电器3中电感的关系而在电池端子BT可能会形成一个如图5从上面数第三图中所示的负电压。因此，即使晶体管Q1导通并且结点A处于接地状态，可控硅SCR的阴极仍然可变为负并且电流可通过电阻R1和二极管D2流过可控硅SCR的控制极。因此，不能禁止可控硅SCR导通，一个正的波形可能每一周都出现在电池端子BT，导致电池端子BT失控，以致连接到电池端子BT上的负载可能遭受一个过高的电压。

如果有一个适当的功能电池连接到电池端子，传统的电池充电电压控制电路就能令人满意地工作。甚至在一个感性负载连接到控制电路输出端的情况下，只要该电池被接上并发挥功能，它就能吸收因接通和关断电感负载而产生的负电压。但是，在感性负载连接到控制电路的输出端并且不存在该电池的情况下，控制电路输出端的负电压就可能妨碍控制电路的正当控制作用并且所产生的高电压(可在控制电路中产生)可能导致不良后果，例如需要使用相对费钱的能承受高电压的元件以及将不希望有的高电压加到车载设备上。

考虑到现有技术的这类问题，本发明的一个主要目的是提供一种机动车用电池充电电压控制电路，即使在电池开路时也能防止形成任何过高的电压。

本发明的第二个目的是提供一种机动车用电池充电电压控制电路，即使在负载包括一个感性元件时，它也能保持令人满意的工作。

本发明的第三个目的是提供一种机动车用电池充电电压控制电路，它制造节省而在所有条件下使用可靠。

根据本发明，这些以及其他目的都可通过提供一种机动车用电池充电电压控制电路达到，控制电路包括：一个连接到AC发电机的输出端的充电端子；一个适于连接到电池和负载的电池端子；一个串联在充电端子和电池端子之间的可控硅；电池过压防止装置，用于在电池端子检测到的电压高于阈值电平时防止在电池端子形成任何过电压；以及连接在充电端子和可控硅的控制极之间的控制极电流控制装置，用于在过电压防止装置已动作并且在电池端子检测到负电压时防止电流流入控制极。

电池端子可能有一个负电压，例如，在电池开路或者电池全放完电的情况下，当一个具有感性元件的负载接入或关断时，由负载引起的负电压就可能加到电池端子上。用于有选择地禁止可控硅导通的电池过压防止装置可以通过任何装置来实现，该装置借助在适当时间导通和关断可控硅而保持电池端子的电压为常数。一般，电池过压防止装置包括一个开关元件(例如一个适于在导通时有选择性地下拉可控硅控制极电压的晶体管)，以及一个像CR时间常数电路这样的计时电路，该电路在检测电池端子的电压高于阈值电平时保持开关元件导通一个规定的时间周期。

为了精确决定电池端子的容许负电压，控制极电流控制装置可包括一个连接在可控硅的控制极和开关元件之间的齐纳二极管以允许甚至在电池端子产生某个负电压时借助开关元件将控制极的电压下拉。另一个方法是可以使用一个电阻或者一组二极管代替齐纳二极管。

现在，参照附图对本发明叙述如下，在附图中：

图1是根据本发明的机动车用充电电压控制电路的基本部分的电路图；

图2是示出根据本限明的各种波形的曲线图；

图3(a)是类似图1的电路图，示出本发明的第二实施例；

图3(b)是类似图1的电路图，示出本发明的第三实施例；

图4是传统机动车用充电电压控制电路的基本部分的电路图；以及

图5是示出根据现有技术的各种波形的曲线图。

图1示出一种应用本发明的机动车用电池充电电压控制电路，相应于上面所述现有技术的那些部件用相同的数字表示。图1的电路包括一个用于控制极电流控制的齐纳二极管连接在电阻R1和二极管D1以及二极管D2的阳极之间作为控制极电流控制装置，用于控制SCR的阳极相对于阴极的电压。

如果电池4在图1的电路中开路，则晶体管Q1按一个规则的时间间隔反复导通和关断，这个时间间隔用和现有技术一样的方式依赖于电容器C1和电阻R1所定义的时间常数。同现有技术一样，当电池端子BT的电压超过齐纳二极管ZD2的阈值电压时，晶体管Q1导通，这就阻止了可控硅SCR的控制极电流，使得可控硅SCR不导通。另外，通过用CR时间常数适当地决定晶体管Q1的通态周期，就防止了ACG1的正电压在每一周期加到电池端子BT，而是以周期性间歇的方式加于BT，并且电池端子BT的电压升高可以适当地控制。这样，就构成了基于禁止可控硅SCR导通的电池过压防止装置。

在这一实施例中，由控制极电流控制齐纳二极管ZD1的齐纳电压V_z决定的负阈值电压(-V_z)被选得大于当闪光继电器3或其他感性负载Z作并用电池开路时出现的负电压(-V_f)，如图2中从上面数第二个曲线图所示。

因此，当产生由于闪光灯继电器3的动作而得到的负电压时，可控硅SCR的阳极有一个高于其阴极的电压，然而在另一方面，流入控制极的电流却都被控制极电流控制二极管ZD1阻止。结果，就没有控制极电流，并且可控硅SCR变得不能在每一周都导通，如图2从上面数的第4个曲线图所示。换句话说，可控硅SCR以一个降低了的频率导通，并且电池端子BT的电压可以根据要求控制。

结点A的电压相对于可控硅SCR的阴极变化，如图2最下面的曲线图所示。当结点A的电压超过一个阈值V_th(以齐纳二极管ZD1的齐纳电压V_z、二极管D₂两端的电压降V_d以及控制极-阴极电压V_GK之和的形式给出)时，可控硅SCR导通(图2从上面数第4个曲线图)。因此，当控制极电流控制齐纳二极管ZD1不存在时，阈值变得低一个相应的数量，并且结点A的电压每次上升到一个正电平时，可控硅SCR都会导通，致使电池电压上升到不能控制的地步。

根据本发明，由于齐纳二极管ZD1的齐纳电压V_z成为阈值V_th的一个组成部分，结点A的电压上升由于晶体管Q1的导通而不足以使可控硅SCR导通。

控制极电流控制齐纳二极管ZD1在图1所示的实施例中被用作控制极电流控制装置，但控制极电流控制装置并不局限于齐纳二极管。例如说，像图3(a)示出的那样，电阻R₄可用来代替齐纳二极管ZD1。在这一情形，电阻R4宜有一个相对大的阻值，例如在电阻R2的阻值等于2KΩ时它为10KΩ。

可以使用一组串联的二极管代替齐纳二极管，如图3(b)所示。图3示出的实施例能获得和图1所示实施例相同的结果。

如此，根据本发明，即使由于闪光灯继电器这类的感性负载的接通和关断，再加上电池开路或者电池全放完电而在电池端子产生一个负电压，从而使得一个控制极电流供到可控硅的控制极时，通过提供一控制极电流控制装置(最好由适于产生一个大于因上面提到的电池端子与控制极之间的负电压而产生在可控硅的阴极和阳极之间的电压差的电压的齐纳二极管组成)。还是有可能防止控制极电流实际供到可控硅的控制极。这样，就有可能不管电池接通还是不接通，都能实行良好的电池充电电压控制，并且在所有情况下防止电池端子电压的不正常上升。

虽然本发明已通过其优选实施例进行了叙述。但显然对于熟悉这一技术的人员来说，各种变例和修改都是允许的，不需要脱离在所附权利要求书中提出的本发明的范围。

Claims (7)

1.一种机动车用电池充电电压控制电路，包括：

一个连接到AC发电机输出端的充电端子；

一个适于连接到电池和负载的电池端子；

一个串联在充电端子和电池端子之间的可控硅；以及

电池过压防止装置，用于在电池端子检测出的电压高于阈值电平时禁止可控硅导通来防止在电池端子形成任何过电压；以及

控制极电流控制装置，连接在充电端子和可控硅的控制极之间以防止在过电压防止装置工作并在电池端子检测到负电压时电流流入控制极。

2.根据权利要求1的机动车用电池充电电压控制电路，其中电池过压防止装置包括一个适于在导通时有选择地下拉可控硅控制极电压的开关元件，以及一个在电池端子检测出的电压高于阈值电平时保持开关元件导通一个规定的时间周期的计时器电路。

3.根据权利要求2的机动车用电池充电电压控制电路，其中开关元件包括一个晶体管。

4.根据权利要求2的机动车用电池充电电压控制电路，其中计时器电路包括一个CR时间常数电路。

5.根据权利要求2的机动车用电池充电电压控制电路，其中控制极电流控制装置包括一个连接在可控硅控制极和开关元件之间的齐纳二极管，以允许甚至在电池端子产生某个负电压时，由开关元件将控制极电压下拉。

6.根据权利要求2的机动车用电池充电电压控制电路，其中控制极电流控制装置包括一个连接在可控硅控制极和开关元件之间的电阻，以允许甚至在电池端子产生某个负电压时，由开关元件将控制极电压下拉。

7.根据权利要求2的机动车用电池充电电压控制电路，其中控制极电流控制装置包括一组连接在可控硅控制极和开关元件之间的二极管，以允许甚至在电池端子产生某个负电压时，由开关元件将控制极电压下拉。

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