CN1745513A

CN1745513A - 车辆用发电机的控制系统

Info

Publication number: CN1745513A
Application number: CNA2003801093499A
Authority: CN
Inventors: 岩谷史朗; 伊藤启人
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: WO2005062459A1; EP1696553B1; JPWO2005062459A1; EP1696553A4; JP4316568B2; EP1696553A1; US7129594B2; CN1328845C; US20060139012A1

Abstract

通过把从外部输入控制信号的控制接头构成单一结构，且只构成三种控制信号，实现简化整个系统、和降低成本的车辆用发电机的控制系统。包括具有电枢绕组202和励磁绕组201的发电机2、通过发电电压来充电的电池4、和根据电池电压通断控制供给励磁绕组201的励磁电流来调整发电电压的控制装置1A。在控制装置1A设置单一的控制端C，同时把外部控制单元5连接到控制端C。外部控制单元5根据电池电压和运行状态，把接地信号、开路信号和上拉信号中的任意一个信号作为控制信号供给到控制端C。控制装置1A根据接地信号断开励磁电流，成为停止发电状态，根据开路信号，把发电电压调整为正常时的第1控制电压，根据上拉信号把发电电压调整为比第1控制电压高的第2控制电压。

Description

车辆用发电机的控制系统

技术领域

本发明涉及车辆用发电机的控制系统，该控制系统在调整发电机的发电电压的控制装置中，通过只设置三种来自外部端子的控制信号，实现简化电路结构和降低成本。

背景技术

图5是表示现有的车辆用发电机的控制系统的电路结构图。

图5中，现有的车辆用发电机的控制系统包括装在车辆上的调整发电电压用的控制装置1；具有励磁绕组201、电枢绕组202以及整流器203的车载发电机2；车辆运行时接通的钥匙开关3；和利用从电枢绕组202通过整流器203输出的发电电压来充电的车载电池4。

控制装置1具有检测电池4的端电压(以下称为“电池电压”)的电压检测电路，根据电池电压通断控制供给励磁绕组201的励磁电流，通过这样把发电电压调整为规定电压。

为此，控制装置1具有与电池4连接的输出端B(以下称为“B端”)、电池电压检测用输入端S(以下称为“S端”)、和通过钥匙开关3与电池4连接的电源输入端IG(以下称为“IG端”)。

另外，控制装置1包括与励磁绕组201连接的功率MOSFET101、与功率MOSFET101的输出端连接的逆流防止用二极管102、使功率MOSFET101通/断用的晶体管104，与IG端连接的电阻103和105、使晶体管104通/断用的比较器106、与S端(外部电压检测端)连接的电阻107和可变电阻108、与IG端连接的电阻109和稳压二极管110。

电阻103和105的连接点与晶体管104的输出端和功率MOSFET101的栅极端连接。

比较器106、电阻107和可变电阻108构成检测电池电压用的电压检测电路。

即，电阻107和可变电阻108将电池电压分压，而生成检测电压，并把检测电压输入到比较器106。

电阻107和可变电阻108的连接点与比较器106的比较输入端(+)连接，并在比较器106的基准输入端(-)加上基准电压Vref。

图5中，如果车辆起动时的钥匙开关3为接通(闭合)，则由于功率MOSFET101的栅极电压是根据电阻103和105的分压比得到的电池电压的分压值，功率MOSFET101成为导通状态，所以向励磁绕组201供给励磁电流，发电机2成为可以发电的状态。

另一方面，电池电压通过电阻109供给稳压二极管110，所述稳压二极管110利用电池电压构成稳压电源V1。另外，利用稳压电源V1生成比较器106的基准电压Vref(相对于电池电压的比较基准)。

如果由于车辆的发动机起动而发电机2开始发电，则控制装置1内的电压检测电路107、108从S端检测电池电压，并输入到比较器106的比较输入端(+)。

如果该检测电压比设定在基准输入端(-)的规定电压Verf高，则通过比较器106输出导通信号来使晶体管104导通，从而使功率MOSFET101断开，通过这样来减少励磁电流，使发电机2的发电电压降低。

另一方面，如果电池电压的检测电压比基准电压Verf低，则通过比较器106的输出断开信号，来使晶体管104断开，从而使功率MOSFET101导通，通过这样来增加励磁电流，使发电机2的发电电压上升。

这样，通过重复励磁电流的通断来把发电机2的发电电压控制在规定电压。

然而，当驱动汽车用发电机时，由于必须根据车辆的运行状态抑制发电电压而减轻发动机的负荷，或通过增加发电电压而使电池快速充电，所以必须能够设定三种及三种以上的发电电压。

因此，提出了根据外部控制单元的控制信号来改变控制装置的调整电压的系统。

这种车辆用发电机的控制系统例如可以参考特开昭62-107643号公报，这种情况下存在的问题是，为了把发电电压设定成三级而需要两个外部输入端，因此控制装置的布线多。

另外，作为只设置一个来自外部控制单元的输入端来任意调整控制电压的控制系统，例如可以举出专利第3102981号，但这种情况下存在的问题是，由于必须在控制装置内设置判断外部输入信号用的电路，所以控制装置的结构变得非常复杂，因此无法避免成本增加。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的是提供一种车辆用发电机的控制系统，该系统用单端构成从外部取入控制信号用的专用控制端，使整个系统简化，实现降低成本，同时由三种信号(接地信号、开路信号和上拉信号)构成控制信号。

本发明相关的车辆用发电机的控制系统包括：装在车辆的具有电枢绕组和励磁绕组的发电机；通过电枢绕组输出的发电电压来充电的装在车辆上的电池；和具有检测电池的端电压的电压检测电路、并根据电池的端电压通断控制供给励磁绕组的励磁电流来把发电电压调整在规定电压的控制装置，在所述车辆用发电机的控制系统中，在控制装置上设置单一的控制端，同时把外部控制单元连接到控制端，外部控制单元根据电池的端电压和车辆的运行状态，把接地信号、开路信号和上拉信号中的任意一个作为控制信号供给到控制端，控制装置根据控制端供给的接地信号断开励磁电流，使发电机成为停止发电状态，根据控制端供给的开路信号通断控制励磁电流，把发电电压调整为正常时的第1控制电压，根据控制端供给的上拉信号通断控制励磁电流，把发电电压调整为比第1控制电压高的第2控制电压。

附图说明

图1是表示本发明实施形式1的车辆用发电机的控制系统的电路结构图。

图2是表示本发明实施形式1中根据控制信号进行的第1和第2控制电压转换动作的一个例子的说明图。

图3是表示根据本发明实施形式2的外部控制单元的占空比控制进行的第1和第2控制电压的渐增(渐减)转换控制动作的一个例子的说明图。

图4是表示本发明实施形式2的车辆用发电机的控制系统的电路结构图。

图5是现有的车辆用发电机的控制系统的电路结构图。

具体实施方式

实施形式1.

图1是表示本发明实施形式1的车辆用发电机的控制系统的电路结构图，图1中，与上述(参考图5)相同的结构赋予与上述相同的标号，或者在标号后赋予“A”，而省略详述。

另外，为了避免附图复杂，这里省略构成控制装置1A内的电源电路的电阻109和稳压二极管110。

这种情况下，除了上述的结构，再设置外部控制单元5。

另外，在控制装置1A上设置单一的控制端C(以下称为“C端”)，并且C端连接外部控制单元5，从外部控制单元5输入控制信号。

外部控制单元5根据电池电压和车辆的运行状态，把接地信号(接地电压)、开路信号和上拉信号(高电压)中的任意一个作为控制信号供给到C端。

另外，控制装置1A根据供给到C端的接地信号断开励磁电流，使发电机2成为停止发电状态，根据供给到C端的开路信号通断控制励磁电流，把发电电压调整为正常时的第1控制电压，根据供给到C端的上拉信号通断控制励磁电流，把发电电压调整为比第1控制电压高的第2控制电压。

图1中，外部控制单元5包括与C端连接的晶体管501和502、和为了决定供给到C端的控制信号(C端的输入状态)而对晶体管501和502进行通/断控制的控制电路503。

另外，控制装置1A中，除了与上述相同的电路元件101～108外，还包括决定比较器106的基准输入端(-)的分压比的电阻111、112和113。

控制装置1A内，构成电压检测电路的电阻111～113如上所述，从稳压电源V1生成基准电压Vref。

在比较器106的基准输入端(-)和C端之间插入二极管114。

电阻112和113的连接点与晶体管115的输出端连接，晶体管115的基极通过电阻116与IG端连接。另外，其他的晶体管117的输出端与晶体管115的基极连接，晶体管117的基极通过稳压二极管119和电阻118与C端连接。

控制装置1A是这样构成的，它根据外部控制单元5供给到C端的控制信号，改变利用电阻111～113的分压比，由此改变基准电压Vref，从而根据控制信号来调整发电电压。

晶体管115和117是起到作为改变电阻111～113的分压比用的开关元件的功能，电阻116、118及稳压二极管119是起到作为使晶体管115和117通/断用的电路元件的功能。

下面说明图1所示的本发明实施形式1的具体控制动作。

正常运行时，与上述相同，通过比较器106输出的通/断信号来控制晶体管104的通/断，使功率MOSFET101通/断，控制励磁电流的减少/增大，通过重复该励磁电流的通断来把发电机2的发电电压控制成一定电压。

然而，控制装置1A内的比较器106中，设定在基准输入端(-)一侧的基准电压Vref(分压电压)的分压比并不是只由稳压电源V1决定的一定值，而是根据C端的输入信号以三级变化。

首先，在从C端输入的控制信号是“接地信号(接地电压)”的情况下，即，通过外部控制单元5内的控制电路503，使晶体管501断开，且使晶体管502导通，在这种情况下，比较器106的基准输入端(-)一侧通过二极管114接地。

由此，由于基准电压Vref是0[V]，所以晶体管104成为始终导通的状态，功率MOSFET101成为始终断开的状态。因此，发电机2成为停止发电状态，发电电压成为0[V]。

另外，在从C端输入的控制信号是“开路信号”的情况下，即，通过外部外部控制单元5内的控制电路503，使晶体管501和502的双方都断开的情况下，基准电压Vref不是接地信号。然而，通过把稳压电源V1设定为比稳压二极管119的击穿电压低的电压，基准电压Vref也比稳压二极管119的击穿电压低。

通过这样，由于稳压二极管119断开，晶体管117也断开，晶体管115导通，因此对比较器106的基准输入端(-)一侧加上根据电阻111和112的分压比决定的基准电压Vref1。

另外，S端电压(电池电压)的分压电压加到比较器106的比较输入端(+)一侧，通过这样检测电池电压。

因此，比较器106比较电池电压的分压值和基准电压Vref1(利用电阻111和112得到的电源电压V1的分压值)，通过重复功率MOSFET101的通/断(通断)来把发电机2的发电电压控制成一定电压。这时，把根据基准电压Vref1控制的发电电压称为第1控制电压。

然后，在从C端输入的控制信号是上拉信号(高电压)的情况下，即，通过外部控制单元5内的控制电路503，使晶体管501导通，并使晶体管502断开，在这种情况下，C端电压上升到接近电池电压。

通过这样，由于使稳压二极管119导通，并使晶体管117也导通，所以晶体管115断开。

因此，对比较器106的基准输入端(-)一侧加上根据与电阻111串联的电阻112和113的分压比决定的基准电压Vref2。

这时的基准电压Vref2是比上述基准电压Vref1高的分压值，因此，根据基准电压Vref2控制的发电电压(第2控制电压)是比第1控制电压高的电压值。以下，与上述相同，把发电机2的发电电压控制成一定的第2控制电压。

图2是表示根据基准电压Vref1和基准电压Vref2进行的发电电压(第1和第2控制电压)转换动作的一个例子的说明图，并与外部控制单元5内的晶体管501和502的通/断动作相关联表示。

图2中，横轴表示晶体管501和502的开/断开状态(控制信号)，纵轴表示S端电压VS。C端的输入信号相当于控制信号，S端电压VS相当于电池电压。

这里表示的情况是，接地信号(接地电压)时的发电电压设定为0[V]，第1控制电压设定为14.5[V]，第2控制电压设定为15.5[V]。

这样，由于通过设置在控制装置1A的单一的C端，根据从外部控制单元5输入的控制信号，可以把发电电压控制成0[V]、14.5[V](第1控制电压)、15.5[V](第2控制电压)等三级，所以控制装置1A的结构并不复杂。

另外，由于在外部控制单元5中生成的控制信号只是接地信号、开路信号和上拉(高电压)信号等三种，且把控制装置1A的结构简化，所以可以不引起成本增加，且容易实现。

另外，由于控制装置1A由利用双极型晶体管的电路构成，所以不容易受噪声等的影响，能够可靠地进行控制动作。

另外，图1中，控制装置1A内的电压检测电路根据三种控制信号(C端电压)，对供给到比较器106的基准输入端(-)一侧的基准电压Vref进行转换设定，使其与三种(0V，14.5V，15.5V)控制电压对应，但也可以转换设定供给到比较器106的比较输入端(+)一侧的电池电压的检测电压。

这种情况下，控制装置内的电压检测电路包括把电池电压分压后变换成检测电压的电压检测电阻，控制装置根据外部控制单元5供给的控制信号，改变电压检测电阻的电阻比，由此根据控制信号来进行发电电压的调整。

这种情况下当然也能得到与上述相同的作用效果。

另外，在比较器106的比较输入端(+)一侧检测了S端电压VS，但把B端电压作为检测电压也可以得到相同的作用效果。

实施形式2.

在上述实施形式1中没有特别提及，在转换各控制电压(发电电压)时(参考图2)，对发电机2内的励磁绕组201供给的励磁电流的急剧变化很容易使发动机转动不稳定，所以为了避免这种情况，最好应用占空比控制，通过渐增(或渐减)控制来转换各控制电压(发电电压：S端电压VS)。

另外，上述实施形式1中，在控制装置1A内设置了比较器106，并根据控制信号(C端电压)改变基准输入端(-)一侧的分压值(基准电压)，但也可以利用由电阻、稳压二极管和晶体管构成的电路来代替比较器106而。

图3是表示根据本发明实施形式2的占空比控制的各控制电压的渐增(或渐减)转换动作的说明图。

另外，图4是表示本发明实施形式2的车辆用发电机的控制系统的电路结构图，表示利用由电阻、稳压二极管和晶体管构成的电路实现晶体管501和晶体管502的基极电压占空比转换动作(参考图3)的情况。

图4中，对于与上述(参考图1)相同的结构赋予与上述相同的标号，或者在标号后赋予“B”而省略详述。

控制装置1B具有代替上述的比较器106的稳压二极管120。

另外，稳压二极管120的阴极一侧通过电阻121与S端连接，同时通过电阻122、123和晶体管124接地。

晶体管124的基极通过电阻127与C端连接，同时通过电阻127和126与IG端连接。

电阻122和123的连接点通过晶体管125接地，晶体管125的基极通过稳压二极管128与C端连接，同时通过稳压二极管128和电阻126与IG端连接。

另一方面，外部控制单元5B内的控制电路5B在根据电池电压的增减和运行状态而进行控制信号的转换时，通过使晶体管501或502的基极电压采用如图3所示的占空比信号，使渐增或渐减。

即，图3中，控制电路5B与对于三种(0[V]、14.5[V]、15.5[V])S端电压VS(控制电压)的用箭头(a)～(d)所示的4种增减转换相对应，可以进行基于基极电压波形(a)～(d)所示的四种占空比控制的基极电压的渐增或渐减控制。

这样，在控制信号的转换时，控制装置1B根据C端电压(占空比信号)把调整发电电压用的控制电压的变化进行线性转换，避免了励磁电流的急剧变化，从而使运行状态稳定。

图3中，箭头(a)是从停止发电状态(VS＝0[V])到第1控制电压(VS＝14.5[V])的渐增控制，箭头(b)是从第1控制电压(VS＝14.5[V])到第2控制电压(VS＝15.5[V])的渐增控制，箭头(c)是从第2控制电压(VS＝15.5[V])到第1控制电压(VS＝14.5[V])的渐减控制，箭头(d)是从第1控制电压(VS＝14.5[V])到停止发电状态(VS＝0[V])的渐减控制，

对于上述箭头(a)～(d)所示的各转换动作，按如下所述占空比控制外部控制单元5B内的晶体管501和502的基极电压。

即，在与箭头(a)对应的基极电压波形(a)中，在保持晶体管501的断开状态的情况下，渐减晶体管502的基极电压导通占空比，使晶体管502过渡到断开状态。

另外，在与箭头(b)对应的基极电压波形(b)中，在保持晶体管502的断开状态的情况下，渐增晶体管501的基极电压导通占空比，使晶体管501过渡到导通状态。

另外，在与箭头(c)对应的基极电压波形(c)中，在保持晶体管502的断开状态的情况下，渐减晶体管501的基极电压导通占空比，使晶体管501过渡到断开状态。

另外，在与箭头(d)对应的基极电压波形(d)中，在保持晶体管501的断开状态的情况下，渐增晶体管502的基极电压导通占空比，使晶体管502过渡到导通状态。

这样，在利用控制电路503B使晶体管501或晶体管502从导通转换到断开时，或者从断开转换到导通时，通过占空比控制基极电压，渐减或渐增控制由C端的输入信号决定的比较器106的一个输入侧的分压比。由此，不用改变控制装置1B的结构，而可以进行渐增或渐减控制。

另外，如图4所示，通过在控制装置1B内利用由电阻121～123、126、127，稳压二极管120、128，晶体管124、125构成的电路，而无需利用比较器106(参考图1)，可以实现相同的控制电压转换动作。

另外，对控制装置1B的其他的动作，与上述相同，利用晶体管104的通/断来控制功率MOSFET101的断/通，通过这样，励磁电流的减少(或者增大)，通过重复该励磁电流的通断来把发电机2的发电电压控制成一定电压。

然而，图4中，不通过比较器106(参考图1)，利用根据由C端输入的控制信号决定的S端电压VS的分压值Vs的变化，改变控制电压。

下面，一边参考图4，一边说明控制装置1B的具体的控制电压的转换动作。

图4中，首先，当控制信号是“接地信号”的情况下，由于无法向晶体管124和125供给基极电流，所以晶体管124和125双方都是断开状态，S端电压VS的分压值Vs是电池电压本身。

因此，由于稳压二极管120导通，晶体管104成为始终导通状态，所以功率MOSFET101成为始终断开，发电电压成为0[V]。

另外，当控制信号是“开路信号”的情况下，利用由电阻126和127决定的电池电压的分压值，稳压二极管128断开，因此晶体管125断开，并且晶体管124导通。

这时，由电阻126和127决定的电池电压的分压值比稳压二极管128的击穿电压低，并且，当然需要设定为以使晶体管124导通充分的电压值以上。

通过者样，S端电压VS的分压电压Vs由电阻121的电阻值与122和123的串连电阻值的分压比来决定。

这里，当分压电压Vs成为比使晶体管104导通的基极电压和稳压二极管120的击穿电压的总和还大的电压值时，晶体管104导通。

另一方面，当分压电压Vs的电压值比使晶体管104导通的基极电压和稳压二极管120的击穿电压的总和小的情况下，晶体管104断开。

这样，通过重复励磁电流的通断，把发电机2的发电电压控制成一定电压。这时，与上述相同，把根据分压电压Vs决定的控制电压称为第1控制电压。

另外，当控制信号是“上拉信号”的情况下，由于C端电压几乎上升到电池电压，所以稳压二极管128导通，晶体管125也导通，分压电压Vs由电阻121和122的分压比决定。这时，与上述相同，把由分压电压Vs决定的控制电压称为第2控制电压。

如上所述，由于外部控制单元5B的控制信号只由一个系统构成，且可以进行三级的发电电压控制，所以与上述相同，可以把控制装置1B和控制电路503B的结构简化。

另外，无需特别改变控制装置1B内的电路结构，通过利用外部控制单元5B内的控制电路503B进行的晶体管501或者502的基极电压的占空比控制，可以使转换时的控制电压渐增或者渐减，从而可以避免发电电压的目标值的急剧变化，使运行状态稳定化。

另外，通过基于占空比控制的发电电压的渐增或者渐减控制，在电池4的急速充电时或在低发动机转速的运行状态中，也能实现稳定的发动机旋转。

另外，通过把第1控制电压设定为正常的发电电压，即使例如在C端断线的情况下，控制装置1B也能继续进行正常的发电电压的控制。

另外，作为电池电压的检测电压，控制装置1B内的电压检测电路(稳压二极管120)利用S端电压VS的分压电压Vs，但也可以利用B端电压。这种情况下，可以省略电压检测接口(S端)，可以进一步实现降低成本。

Claims

1.一种车辆用发电机的控制系统，其特征在于，包括：装在车辆上的具有电枢绕组和励磁绕组的发电机；

通过所述电枢绕组输出的发电电压来充电的装在所述车辆上的电池；

和具有检测所述电池的端电压的电压检测电路，并根据所述电池的端电压通断控制供给所述励磁绕组的励磁电流来把所述发电电压调整到规定电压的控制装置，

在所述车辆用发电机的控制系统中，

在所述控制装置上设置单一的控制端，同时

把外部控制单元连接到所述控制端，

所述外部控制单元根据所述电池的端电压和所述车辆的运行状态，把接地信号、开路信号和上拉信号中的任意一个信号作为控制信号供给到所述控制端，

所述控制装置

根据供给到所述控制端的所述接地信号断开所述励磁电流，使所述发电机成为停止发电状态，

根据供给到所述控制端的所述开路信号通断控制所述励磁电流，把所述发电电压调整为正常时的第1控制电压，

根据供给到所述控制端的所述上拉信号通断控制所述励磁电流，把所述发电电压调整为比所述第1控制电压高的第2控制电压。

2.如权利要求1所述的车辆用发电机的控制系统，其特征在于，所述电压检测电路具有生成作为所述电池的端电压的比较基准的基准电压的电阻，

所述控制装置根据所述外部控制单元供给的所述控制信号，改变由所述电阻决定的分压比，由此改变所述基准电压，从而根据所述控制信号进行所述发电电压的调整。

3.如权利要求1所述的车辆用发电机的控制系统，其特征在于，所述电压检测电路具有把所述电池的端电压分压后变换成检测电压的电压检测电阻，

所述控制装置根据所述外部控制单元供给的所述控制信号，改变所述电压检测电阻的电阻比，由此根据所述控制信号进行所述发电电压的调整。

4.如权利要求1至权利要求3的任一项所述的车辆用发电机的控制系统，其特征在于，在转换所述控制信号时，所述外部控制单元把所述控制信号作为占空比信号，

在转换所述控制信号时，所述控制装置根据所述占空比信号，把调整所述发电电压用的控制电压的变化转换成线性。