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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuggenerator- Steuervorrichtung
zum Steuern der Ausgangsspannung eines Wechselstromgenerators, der
in einem Motorfahrzeug, wie Personenkraftwagen, Lastkraftwagen oder
dergleichen, eingebaut ist.
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In
den letzten Jahren gab es eine steigende Nachfrage nach der wirksamen
Verwendung der Ausgangsleistung eines Fahrzeuggenerators, der für eine Drehung
durch eine Maschine, die in einem Motorfahrzeug eingebaut ist, angetrieben
wird. Um die Nachfrage zu decken, wurden Vorschläge gemacht, bei denen eine
Erregerschaltung eines „Transistorzerhacker"-Typs vorgesehen
ist, um einen Rotor- bzw. Läufer-Erregerstrom
als einen regenerativen Strom, der der Batterie für den Zweck
eines Erreichens einer wirksamen Verwendung der Erzeugerausgangsleistung
zuzuführen
ist, zu verwenden.
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Ein
Beispiel solcher früherer
Vorschläge
ist in der japanischen offengelegten Patentveröffentlichung (JP-A) Nr. 62-203599,
die eine Brückenschaltung
mit einem Paar gegenüberliegender
Arme, die durch jeweilige Transistoren gebildet sind, aufweist, offenbart.
Wenn die Fahrzeugmaschine in einem Kein-Betrieb-Zustand bzw. Ruhezustand
ist, sind die Transistoren der Brückenschaltung in den Aus-Zustand
geschaltet, mit dem Resultat, dass sich die Feldwicklung eines Rotors
des Fahrzeuggenerators von dem Gesichtspunkt eines elektrischen
Potenzials in einem schwebenden bzw. floatenden Zustand befindet.
In kalten Klimata kann es beispielsweise vorkommen, dass der Fahrzeuggenerator
nach einem Fahren des Fahrzeugs nass mit Wasser von geschmolzenem
Schnee, der ein Schneeschmelzmittel enthält, stehen gelassen wird. Wenn
zwischen Transistoranschlüssen,
die mit einem Batterieanschluss des Rotors verbindbar sind, ein
Leckstrom auftritt, wird in diesem Fall das Rotorpotenzial gleich
dem Batteriepotenzial, was es dem Strom ermöglicht, zwischen dem Rotor
und einem Statorkern, der ein Mas sepotenzial hat, zu fließen. Als
ein Resultat werden der Rotor und der Statorkern, die einen sehr schmalen
Raum, einen sogenannten „Luftzwischenraum", bildend einander
gegenüberliegen,
rostig, was die Umweltbeständigkeit
und die Zuverlässigkeit des
Fahrzeuggenerators verschlechtert. Dieses Phänomen wird insbesondere dann
auffallend, wenn der Fahrzeuggenerator bei einer hohen Spannung
(beispielsweise 42V) verwendet wird. Aufgrund der vorhergehenden
Schwierigkeiten ist der Fahrzeuggenerator, der mit einer Erregerschaltung
des Transistorzerhacker-Typs ausgerüstet ist, nicht zu einer weit verbreiteten
Verwendung gekommen, obwohl derselbe unter normalen Bedingungen
multifunktional ist.
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Es
ist demgemäß eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung
zu schaffen, die eine Erregerschaltung des Transistorzerhacker-Typs
verwendet, um einem Fahrzeuggenerator einen Erregerstrom zuzuführen, und
fähig ist,
die Umweltbeständigkeit
und die Zuverlässigkeit
des Fahrzeuggenerators zu verbessern.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung geschaffen, die
aufweist: eine Enegerschatung des Transistorzerhacker-Typs zum Zuführen eines
Erregerstroms zu einem in einem Fahrzeug angebrachten elektrischen Generator,
der durch eine Maschine des Motorfahrzeugs antreibbar ist, wobei
die Erregerschaltung eine Brückenschaltung
mit einem ersten Paar von gegenüberliegenden
Armen, die aus jeweiligen Leistungstransistoren gebildet sind, und
einem zweiten Paar von gegenüberliegenden
Armen, die aus jeweiligen Dioden gebildet sind, aufweist, wobei
einer der Leistungstransistoren mit einem Massepotenzial des in einem
Fahrzeug angebrachten elektrischen Generators verbunden ist und
der andere Leistungstransistor mit einem Ausgangsanschluss des in
einem Fahrzeug angebrachten elektrischen Generators verbunden ist,
wobei, wenn die Maschine in dem Ruhezustand ist, der eine Transistor
in einen Ein-Zustand eingestellt ist und der andere Leistungstransistor
in einen Aus-Zustand eingestellt ist. Da der Leistungstransistor
auf der Erd- bzw. Massepegelseite der Brückenschaltung positiv in den
Ein-Zustand geschaltet ist, ist es bei dieser Anordnung möglich, ein
Schweben des elektrischen Potenzials zu verhindern.
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Als
ein Resultat wird, selbst wenn unter der Bedingung, dass der in
einem Fahrzeug angebrachte elektrische Generator nass mit Wasser
von einem geschmolzenen Schnee, der ein Schneeschmelzmittel enthält, ist,
ein Leckstrom auftritt, dem Leckstrom ermöglicht, über den Leistungstransistor,
während derselbe
in den Ein-Zustand geschaltet ist, zu der Masse zu fließen. Dies
stellt sicher, dass ein Rotor des in einem Fahrzeug angebrachten
elektrischen Generators im Wesentlichen frei von Korrosion ist und
der in einem Fahrzeug angebrachte elektrische Generator eine erhöhte Umweltbeständigkeit
und eine verbesserte Zuverlässigkeit
hat.
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Vorzugsweise
weisen die Leistungstransistoren der Erregerschaltung des Transistorzerhacker-Typs
spannungsangesteuerte Leistungstransistoren auf. Im Gegensatz zu
Bipolartransistoren erfordern die spannungsangesteuerten Leistungstransistoren
keinen Ansteuersignalstrom. Es ist daher möglich, den masseseitigen Leistungstransistor
mit einem reduzierten Dunkelstrom, den eine Ansteuerschaltung, die
für den
Leistungstransistor vorgesehen ist, mit sich bringt, anzusteuern.
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Die
Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung kann ferner eine Betriebszustand-Bestimmungseinrichtung
zum Bestimmen, ob die Maschine in dem Betriebszustand ist oder nicht,
eine Ansteuereinrichtung zum Einstellen des einen Leistungstransistors
in den Ein-Zustand und eine Standby- bzw. Bereitschaftsstromversorgung,
die der Betriebszustand-Bestimmungseinrichtung und der Ansteuereinrichtung
elektrischen Strom zuführt,
selbst wenn die Maschine in dem Ruhezustand ist, aufweisen. Da sowohl
die Betriebszustand-Bestimmunseinrichtung als auch die Ansteuereinrichtung
durch dieselbe Stromversorgung (Standby-Stromversorgung) treibbar sind,
ist die Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung bei dieser Anordnung
relativ einfach im Aufbau und stellt sicher, dass der Leckstrom
zu der Masse fließt, wenn
die Maschine in dem Ruhezustand ist.
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Vorzugsweise
weist die Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung ferner eine Abspanneinrichtung
auf, die zwischen der Ansteuereinrichtung und dem einen Leistungstransistor
zum Schalten des einen Leistungstransistors in den Ein-Zustand bei
einer Spannung, die niedriger als eine Ausgangsspannung der Standby-Stromversorgung
ist, angeordnet ist. Im Allgemeinen ist die Kein-Betrieb-Zeit bzw.
Ruhezeit der Maschine (während
der die Maschine in dem Ruhezustand ist) länger als die Betriebszeit der
Maschine (während
der die Maschine in dem Betriebszustand ist), und daher wird die
Betriebszeit des masseseitigen Leistungstransistors länger als
dieselbe des Leistungstransistors der Ausgangsanschlussseite. Durch
ein Abspannen der Ansteuerspannung kann jedoch eine Betriebslast
an dem masseseitigen Leistungstransistor reduziert werden, was eine
lange Lebensdauer des masseseitigen Leistungstransistors ohne eine
Verschlechterung der Zuverlässigkeit ermöglicht.
Selbst wenn die Ansteuerspannung abgespannt wird, ist es dem Leckstrom
immer noch möglich,
zu der Masse zu fließen,
solange die abgespannte Spannung eingestellt ist, um höher als
ein Betriebsschwellenwert der Leistungstransistoren zu sein.
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Unter
den Dioden, die das andere Paar von gegenüberliegenden Armen der Brückenschaltung bilden,
weist mindestens eine Diode, die mit dem Massepotenzial des in einem
Fahrzeug angebrachten elektrischen Generators verbunden ist, vorzugsweise
eine Körper-
bzw. Body-Diode eines Leistungstransistors auf, und der Leistungstransistor
mit der Body-Diode ist in einen Ein-Zustand eingestellt, wenn die
Maschine in dem Ruhezustand ist. Da gegenüberliegende Enden der Feldwicklung
des Stators über
die Leistungstransistoren, die die jeweiligen Body-Dioden haben,
mit Masse verbunden sind, ist es mit dieser Anordnung möglich, den
Stator mit einer erhöhten
Zuverlässigkeit
an das Massepotenzial zu klemmen. Selbst wenn bei dem Leistungstransistor
auf der Ausgangsanschlussseite des in einem Fahrzeug angebrachten
elektrischen Generators ein Leckstrom auftritt, fließt der Leckstrom
niemals durch den Rotor. Der in einem Fahrzeug angebrachte elektrische
Generator ist daher hinsichtlich einer Umweltbeständigkeit
und einer Zuverlässigkeit
verbessert.
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1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das die allgemeine Konfiguration einer Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung
darstellt und in Verbindung mit dem Betriebszustand und dem Ruhezustand
einer Fahrzeugmaschine aufgenommen wurde;
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Teil der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung gemäß einer
Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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4 ist
eine Ansicht ähnlich
zu 1, die jedoch die allgemeine Konfiguration einer
Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung gemäß einer anderen Modifikation
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Nun
auf die Zeichnungen und insbesondere 1 Bezug
nehmend, ist eine Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1 gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1,
die in 1 gezeigt ist, ist konfiguriert, um einen in einem
Fahrzeug angebrachten elektrischen Generator 2 (auf den
der Kürze
halber im Folgenden als ein „Fahrzeuggenerator" Bezug genommen ist)
zu steuern, so dass die Spannung, die über den Ausgangsanschluss des
Fahrzeuggenerators 2 und das gemeinsame System-Massepotenzial
erscheint, mit einem vorbestimmten, voreingestellten Wert einer
Anpassungsspannung (beispielsweise 14V) in Übereinstimmung gebracht ist.
Der Fahrzeuggenerator 2 weist einen Rotor mit einer Feldwicklung 21,
einen Stator mit drei geteilten Statorwicklungen 22a, 22b und 22c,
die in drei Phasen auf denselben gewickelt sind, um gemeinsam eine
Dreiphasen-Statorwicklung
zu bilden, und einen Vollweggleichrichter 23, der die Dreiphasen-Ausgangswechselspannungen
von den geteilten Statorwicklungen 22a, 22b und 22c der
Dreiphasen-Statorwicklung in eine Gleichspannung gleichrichtet,
auf. Die Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators 2 wird
durch die Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1 durch
eine geeignete Steuerung eines Ein-/Aus-Schaltens des Feldstroms,
der der Feldwicklung 21 zuzuführen ist, gesteuert. Der Ausgangsanschluss des
Fahrzeuggenerators 2 ist mit einer Batterie 4 verbunden,
so dass der Ausgangsstrom von dem Fahrzeuggenerator 2 der
Batterie 4 zum Wiederaufladen der Batterie 4 zugeführt wird.
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Die
Konfiguration und der Betrieb der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1 sind
im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 detaillierter
beschrieben. Die Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1 weist
Leistungstransistoren, d. h. MOS-FETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) 10 und 11,
Dioden 13, 14, 214 und 215,
eine Stromversorgungsschaltung 100, einen PNP-Transistor 101,
Widerstände 102, 103 und 217,
einen NPN-Transistor 104, Ansteuerungen 110 und 111,
eine Spannungssteuerschaltung oder eine Steuerung 112,
einen Spannungskomparator 113, eine Standby-Stromversorgungsschaltung 200,
eine Inverterschaltung 211, einen FET 212, eine
ODER-Schaltung oder ein -Gatter 213 und eine Start-Erfassungsschaltung 216 auf.
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Die
Leistungs-MOS-FETs 10 und 11 bilden zusammen ein
Paar von gegenüberliegenden
Armen einer H-Brückenschaltung,
und die Dioden 13 und 14 bilden zusammen das andere
Paar von gegenüberliegenden
Armen der H-Brückenschaltung.
Wenn die Leistungs-MOS-FETs 10 und 11 in den Ein-Zustand geschaltet
sind, wird der Feldwicklung 21 ein Erregerstrom zugeführt. Alternativ
wird, wenn die Leistungs-MOS-FETs 10 und 11 in
den Aus-Zustand geschaltet sind, ein Rückfluss eines Stroms erzeugt, der
durch die Dioden 13 und 14 in die Batterie 4 fließt, um die
Batterie 4 zu regenerieren.
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Eine
Ansteuerung 110 ist vorgesehen, um den Leistungs-MOS-FET 10,
der mit einer Ausgangsanschlussseite des Fahrzeuggenerators 2 verbunden
ist, anzusteuern (auf den Leistungs-MOS-FET 10 ist manchmal
als ein „ausgangsanschlusseitiger Leistungs-MOS-FET 10" Bezug genommen).
Genauer gesagt, die Ansteuerung 110 gibt ein Hochpegel-Ansteuersignal
zu dem Gate des Leistungs-MOS-FET 10 ein, um den Leistungs-MOS-FET 10 in
den Ein-Zustand einzustellen. Die andere Ansteuerung 111 ist
vorgesehen, um den Leistungs-MOS-FET 11, der mit einer
Eingangsanschlussseite (Massepo tenzialseite) des Fahrzeuggenerators 2 verbunden
ist, zu treiben (auf den Leistungs-MOS-FET 11 ist manchmal als
ein „masseseitiger
Leistungs-MOS-FET 11" Bezug
genommen). Die Ansteuerung 111 gibt ein Hochpegel-Ansteuersignal
in das Gate des Leistungs-MOS-FET 11 ein, um den Leistungs-MOS-FET 11 in
den Ein-Zustand einzustellen. Der Spannungskomparator 113 hat
einen negativen Eingangsanschluss, an den eine Ausgangsspannung
von dem Fahrzeuggenerator 2 angelegt ist, und einen positiven
Eingangsanschluss, an den eine Anpassungsspannung Vref angelegt
ist. Der Spannungskomparator 113 vergleicht die Ausgangsspannung
des Fahrzeuggenerators 2 mit der Anpassungsspannung Vref
und erzeugt ein Hochpegel-Ausgangssignal, wenn die Ausgangsspannung des
Fahrzeuggenerators 2 niedriger als der Anpassungswert Vref
ist, und erzeugt ein Niederpegel-Ausgangssignal, wenn die Ausgangsspannung
des Fahrzeuggenerators 2 höher als die Anpassungsspannung
Vref ist. Die Spannungssteuerung 112 erzeugt ein PWM-(Pulsbreitenmodulations-)
Steuersignal gemäß dem Ausgangssignal
von dem Spannungskomparator 113 und führt das PWM-Steuersignal den
Ansteuerungen 110, 111 zu. Die H-Brückenschaltung, die
Ansteuerungen 110, 111, die Spannungssteuerung 112 und
der Spannungskomparator 113 bilden zusammen eine Erregerschaltung
des Transistorzerhacker-Typs, die der Feldwicklung 21 des
Fahrzeuggenerators 2 einen Erregerstrom zuführt.
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Die
Standby-Stromversorgungsschaltung 200 führt einem Teil der Schaltung
einen Betriebsstrom zu, selbst wenn die Maschine in einem Ruhezustand
ist (nämlich
der Fahrzeuggenerator 2 in einem nicht-erzeugenden Zustand
ist). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
weist ein solcher Schaltungsteil die Inverterschaltung 211,
das ODER-Gatter 213 und die Start-Erfassungsschaltung 216 auf.
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Die
Start-Erfassungsschaltung 216 bildet eine Betriebszustand-Bestimmungseinrichtung,
die bestimmt, ob die Maschine in dem Betriebszutand oder dem Ruhezustand
ist. Insbesondere erfasst die Start-Erfassungsschaltung 216 zunächst auf
der Basis der Frequenz einer Phasenspannung (Spitzenspannung) von
einer der geteilten Statorwicklungen 22a, 22b und 22c das
Vorhandensein einer elektromotorischen Kraft (EMF = Electromotive
Force), die durch den Fahrzeuggenerator 2 erzeugt wird,
und bestimmt dann auf der Basis des Resultats der Erfassung der
EMF, ob die Maschine in dem Betriebszustand ist oder nicht. Beispielsweise
bestimmt die Start-Erfassungsschaltung 216, wenn die Frequenz einer
Phasenspannung, die einen vorbestimmten Bezugspegel überschreitet,
nicht größer als
ein Wert, der 200 U/min (d. h. der Drehzahl des Generators 2, die
durch die Phasenspannungsfrequenz bestimmt ist) entspricht, ist,
dass die Maschine in dem Ruhezustand ist. Wenn die Frequenz der
Phasenspannung nicht kleiner als ein Wert, der 400 U/min (d. h.
der Drehzahl des Generators 2, die durch die Phasenspannungsfrequenz
bestimmt ist) entspricht, ist, bestimmt die Start-Erfassungsschaltung 216,
dass die Maschine in dem Betriebszustand ist. Durch ein derartiges
Liefern eines Kriteriums mit einer Hysterese kann der Bestimmungsbetrieb
mit einer erhöhten Stabilität erreicht
werden.
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Das
ODER-Gatter 213 hat einen Eingangsanschluss, der mit einem
Ausgangsanschluss der Start-Erfassungsschaltung 216 verbunden
ist, wobei der andere Eingangsanschluss des ODER-Gatters 213 mit
einem Übergang
zwischen dem Schlüsselschalter 3 und
einem Herunterzieh- bzw. Pulldown-Widerstand 105 verbunden
ist. Wenn mindestens einem der Eingangsanschlüsse ein Hochpegel-Signal zugeführt wird,
emittiert das ODER-Gatter 213 ein Hochpegel-Ausgangssignal.
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(Wenn die Maschine in
dem Betriebszustand ist)
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Wenn
der Schlüsselschalter 3 eingeschaltet wird,
um die Maschine zu starten, startet der Fahrzeuggenerator 2,
aufgrund einer Erregung der Feldwicklung 21 mit einem remanenten
magnetischen Fluss, elektrischen Strom zu erzeugen. In diesem Fall
bestimmt die Start-Erfassungsschaltung 216, dass die Maschine
in dem Betriebszustand ist, und gibt ein Hochpegel-Signal aus. Daher
emittiert das ODER-Gatter 213, während dasselbe durch einen Strom,
der von der Standby-Stromversorgung 200 zugeführt wird,
in Betrieb ist, ein Hochpegel-Ausgangssignal zu der Basis des NPN-Transistors 104, woraufhin
der NPN-Transistor 104 leitet, um dadurch das elektrische
Potenzial bei dem Übergang
zwischen den zwei Widerständen 102 und 103,
die mit dem Kollektor des NPN-Transistors 104 verbunden sind,
zu senken. Dies bewirkt, dass der PNP-Transistor leitet, was es
der Stromversorgungsschaltung 100 ermöglicht, ein Zuführen einer
Betriebsspannung zu den Ansteuerungen 110 und 111,
der Spannungssteuerung 112 und dem Spannungskomparator 113 zu
starten. Danach wird ein Betrieb der Erregerschaltung des Transistorzerhacker-Typs,
die die H-Brückenschaltung
und die Spannungssteuerung 112 aufweist, aktiviert, so
dass eine Steuerung auf eine solche Art und Weise durchgeführt wird,
dass die Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators 2 mit der
vorbestimmten Anpassungsspannung in Übereinstimmung gebracht wird
und ein Rückfluss
eines Stroms, der durch die Feldwicklung 21 fließt, der
Batterie 4 als ein regenerativer Strom zugeführt wird.
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(Wenn die Maschine in
dem Ruhezustand ist)
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Alternativ
hört die
Maschine auf, sich zu bewegen, wenn der Schlüsselschalter 3 ausgeschaltet wird.
Dies bewirkt, dass der Fahrzeuggenerator 2 eine Erzeugung
eines elektrischen Stroms stoppt, woraufhin die Start-Erfassungsschaltung 216 ein Niederpegel-Ausgangssignal
zu einem Eingang des ODER-Gatters 213 emittiert. Da die
Start-Erfassungsschaltung 216,
das ODER-Gatter 213 und die Inverterschaltung 211 noch
immer fähig
sind, durch einen elektrischen Strom, der von der Standby-Stromversorgung 200 zugeführt wird,
in Betrieb zu sein, stellt in diesem Fall das Niederpegel-Ausgangssignal
der Start-Erfassungsschaltung 216, das einem Eingang des
ODER-Gatters 213 zugeführt wird,
den Ausgang des ODER-Gatters 213 auf den hohen Pegel (d.
h. ein Potenzial mit einem hohen logischen Pegel) ein. Zu diesem
Zeitpunkt emittiert die Inverterschaltung 213, die als
eine Ansteuereinrichtung dient, ein Hochpegel-Ausgangssignal, das
dann durch die Dioden 214 und 215 (die als eine
Abspanneinrichtung fungieren) dem Gate des gateseitigen Leistungs-MOS-FET 11 zugeführt wird,
um dadurch den Leistungs-MOS-FET 11 in den Ein-Zustand
zu schalten. Mit diesem Schalten des Leistungs-MOS-FET 11 zu
einem Leiten ist die Feldwicklung 21 des Fahrzeuggenerators 2 an
Masse gelegt. Das Hochpegel-Ausgangssignal von der Inverterschaltung 211 wird
ferner dem Gate des FET 212 zugeführt, so dass, wenn der FET 212 leitet,
eine Gate-Ladung des Leistungs-MOS-FET 10, der über einen
Drain- Widerstand 106 mit
dem FET 212 verbunden ist, entladen wird und daher der
Leistungs-MOS-FET 10 zwangsweise in den Aus-Zustand eingestellt
wird.
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Wie
im Vorhergehenden beschrieben ist, wird, wenn die Fahrzeugmaschine
in dem Ruhezustand ist, der masseseitige Leistungs-MOS-FET 11, der
zusammen mit dem ausgangsanschlussseitigen Leistungs-MOS-FET 10 ein
Paar von gegenüberliegenden
Armen der H-Brückenschaltung
bildet, positiv in den Ein-Zustand geschaltet. Es wird daher ein Schweben
des elektrischen Potenzials der Feldwicklung 21 verhindert,
mit dem Resultat, dass, selbst wenn in dem Fahrzeuggenerator 2 ein
Leckstrom auftritt, während
der Fahrzeuggenerator 2 benetzt mit Wasser von einem geschmolzenen
Schnee, der ein Schneeschmelzmittel enthält, gelassen wird, dem Leckstrom
ermöglicht
wird, durch den leitenden Leistungs-MOS-FET 11 zu der Masse
zu fließen.
Es ist daher möglich,
eine Korrosion des Rotors und des Stators des Fahrzeuggenerators 2 zu
verhindern, die Umweltbeständigkeit
des Fahrzeuggenerators 2 zu erhöhen und die Zuverlässigkeit
des Fahrzeuggenerators 2 zu verbessern.
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Da
die Leistungs-MOS-FETs 10 und 11, die in der Erregerschaltung
des Transistorzerhacker-Typs enthalten sind, von einem spannungsangesteuerten
Typ sind, beseitigt diese Anordnung ferner die Notwendigkeit eines
Stroms für
ein Ansteuersignal, der in Bipolartransistoren erforderlich ist,
und macht es möglich,
den masseseitigen Leistungs-MOS-FET 11 mit
einem reduzierten Dunkelstrom, den die Ansteuerschaltung (Inverterschaltung 211)
mit sich bringt, anzusteuern.
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Zusätzlich ist,
da die Start-Erfassungsschaltung 216, das ODER-Gatter 213 und
die Inverterschaltung 211 durch dieselbe Standby-Stromversorgung 200 betrieben
werden können,
die Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1 relativ einfach
im Aufbau und ist fähig,
den Leckstrom zu der Masse fließen
zu lassen, wenn die Maschine in dem Ruhezustand ist.
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Ferner
ist aufgrund der Dioden 214, 215, die zwischen
der Inverterschaltung 211 und dem Leistungs-MOS-FET 11 als
eine Abspanneinrichtung vorgesehen sind, die Ansteuerspannung für den Leistungs-MOS-FET 11 eingestellt,
um niedriger als eine Betriebsspannung, die der Inverterschaltung 211 von der
Standby-Stromversorgung 200 zugeführt wird, zu sein. Im Allgemeinen
ist die Ruhezeit der Maschine (während
der die Maschine in dem Ruhezustand ist) länger als die Betriebszeit der
Maschine (während der
die Maschine in dem Betriebszutand ist), und daher wird die Betriebszeit
des masseseitigen Leistungs-MOS-FET 11 länger als
dieselbe des ausgangsanschlussseitigen Leistungs-MOS-FET 10. Durch
ein Abspannen der Ansteuerspannung kann jedoch eine Betriebslast
an dem masseseitigen Leistungs-MOS-FET 11 reduziert werden,
was eine lange Lebensdauer des masseseitigen Leistungs-MOS-FET 11 ohne
eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit
ermöglicht.
Selbst wenn die Ansteuerspannung abgespannt wird, wird immer noch
bewirkt, dass der Leckstrom zu der Masse fließt, solange die Abspannspannung
eingestellt ist, um höher
als ein Betriebsschwellenwert des Leistungs-MOS-FET 11 zu
sein.
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In
Anbetracht dessen, dass die Betriebsspannung, die von der Standby-Stromversorgung 200 zugeführt wird,
SV ist, und der Spannungsabfall in Durchlassrichtung von jeder der
Dioden 214 und 215 0,7V (= VF) ist. ist an das
Gate des Leistungs-MOS-FET 11 eine Ansteuerspannung von 3,6V
(= 5 – 1,4V)
angelegt. Vorausgesetzt, dass der Leistungs-MOS-FET 11 eine
Schwellenspannung Vth von 1,2V hat, ist die Ansteuerspannung von
3,6V immer noch hoch genug, um sicherzustellen, dass der Leckstrom
zu der Masse fließt.
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2 ist
ein Zeitdiagramm, das einen Betrieb der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung
darstellt und in Verbindung mit dem Betriebszustand und dem Ruhezustand
der Maschine aufgenommen wurde. In 2 stellt
der Begriff „SCHLÜSSELSCHALTER" den Ein-/Aus- Zustand
des Schlüsselschalters 3; „MASCHINENDREHZAHL" eine Drehzahl der
Maschine; „START-ERFASSUNGSAUSGANGSSIGNAL" ein Ausgangssignal
von der Start-Erfassungsschaltung 216; „STROMVERSORGUNG" eine Betriebsspannung,
die durch die Stromversorgungsschaltung 100 erzeugt wird; „STANDBY-STROMVERSORGUNG" eine Betriebsspannung,
die durch die Standby-Stromversorgung
erzeugt wird; „Tr10-SOURCE-SPANNUNG" eine Source-Spannung des
Leistungs-MOS-FET 10; und „Tr11-GATE-SPANNUNG" eine Gate-Spannung
des Leistungs-MOS-FET 11 dar. Wie in 2 gezeigt
ist, ist der Leistungs-MOS-FET 11, wenn die Maschine in dem
Ruhezustand ist, in den Ein-Zustand eingestellt, wobei an das Gate
eine Spannung von 3,6V (SV – 1,4VF)
angelegt ist.
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3 ist
ein Schaltungsdiagramm, das einen Teil der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung gemäß einer
Modifikation der vorliegenden Erfindung zeigt. Der modifizierte
Teil der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung, der in 3 gezeigt
ist, unterscheidet sich von einem entsprechenden Teil der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1 von 1 dahingehend,
dass die zwei Dioden 214 und 215, die in Reihe
geschaltet sind, durch ein einzelnes ODER-Gatter 210 ersetzt
sind, und das Ausgangssignal von der Ansteuerung 111 einem
Eingang des ODER-Gatters 210 zugeführt wird.
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Wie
in 3 gezeigt ist, ist die Ansteuerung 111 durch
eine Pufferschaltung 114 und einen Pulldown-Widerstand 115 gebildet.
Bei dem Start der Maschine wird die Stromversorgungsschaltung 100 aktiviert,
um ein Zuführen
einer Betriebsspannung zu starten. Wenn der Erregerstrom, der der
Feldwicklung 21 zugeführt
wird, unterbrochen werden soll, führt die Spannungssteuerschaltung 112 der
Pufferschaltung 114 ein Niederpegel-Ausgangssignal zu. Als
eine Folge ist das Ausgangssignal des ODER-Gatters 210 auf
dem niedrigen Pegel, und daher ist der Leistungs-MOS-FET 11 in
den Aus-Zustand eingestellt. Im Gegensatz dazu führt die Spannungssteuerschaltung 112,
wenn der Erregerstrom der Feldwicklung 21 zugeführt werden
soll, der Pufferschaltung 114 ein Hochpegel-Ausgangssignal
zu. Als eine Folge ist das Ausgangssignal des ODER-Gatters 210 auf
dem hohen Pegel, und daher ist der Leistungs-MOS-FET 11 in
den Ein-Zustand eingestellt.
Ferner ist, wenn die Maschine in dem Ruhezustand ist, die Pufferschaltung 114 aufgrund
einer Unterbrechung der Zuführung
eines Betriebsstroms von der Stromversorgungsschaltung 100 in
den Aus-Zustand eingestellt. Das elektrische Potenzial bei dem Ausgangsanschluss
der Pufferschaltung 114 wird durch die Pulldown-Schaltung 115 auf
den niedrigen Pegel hinuntergezogen bzw. gesenkt. Als ein Resultat
ist die ODER-Schaltung 210 abhängig von dem Ausgangssignal
von der In verterschaltung 211, die durch die Betriebsspannung,
die von der Standby-Stromversorgung 200 zugeführt wird,
in Betrieb ist, in Betrieb.
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4 zeigt
eine andere modifizierte Form der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die modifizierte Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung 1A unterscheidet sich
von der Fahrzeuggenerator-Steuervorrichtung von 1 dahingehend,
dass die Dioden 13 und 14, die in der H-Brückenschaltung
enthalten sind, durch ein Paar von Leistungs-MOS-FETs 13a und 14a ersetzt
sind, und ein Paar von Ansteuerungen 110a und 111a,
ein Widerstand 106a, eine Inverterschaltung 112a,
ein FET 212a und ein Paar von Dioden 214a und 215a,
die in Reihe geschaltet sind, in Entsprechung zu den Leistungs-MOS-FETs 13a und 14a hinzugefügt sind.
Wie für
die Dioden 13 und 14 sind jeweils Body-Dioden
der Leistungs-MOS-FETs 13a und 14a verwendet.
Die Leistungs-MOS-FETs 13a und 14a und die Leistungs-MOS-FETs 10 und 11 werden
auf einer gegenseitig ausschließlichen
Basis ein- und ausgeschaltet, und ein solches ausschließliches
Ein-/Aus-Schalten der Leistungs-MOS-FETs 13a und 14a wird
durch ein Ansteuern durch die Inverterschaltung 112a und
die Ansteuerungen 110a und 111a erreicht. Der
FET 212a und die Dioden 214a und 215a,
die in Entsprechung zu dem masseseitigen Leistungs-MOS-FET 11 hinzugefügt sind, sind
hinsichtlich eines Betriebs identisch mit dem FET 212 und
den Dioden 214 und 215, die in Entsprechung zu
dem Leistungs-MOS-FET 11 hinzugefügt sind. Genauer gesagt, wenn
ein Hochpegel-Ausgangssignal von der Inverterschaltung 211 emittiert wird,
während
die Maschine in dem Ruhezustand ist, wird der Spannungspegel dieses
Ausgangssignals durch die in Reihe geschalteten Dioden 214a und 215a abgesenkt
oder abgespannt, bevor das Ausgangssignal dem Gate des Leistungs-MOS-FET 13a zugeführt wird,
um zu bewirken, dass der Leistungs-MOS-FET 13a leitet. Wenn der
FET 212a leitet, während
die Maschine in dem Ruhezustand ist, wird der Leistungs-MOS-FET 14a zwangsweise
abgeschaltet, da der Leistungs-MOS-FET 14a über den Widerstand 106 mit
einer Drain des FET 14a verbunden ist.
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Durch
ein derartiges Ersetzen der Dioden 13 und 14 durch
die Leistungs-MOS-FETs 13a und 14a sind
entgegengesetzte Enden der Feldwicklung 21 über die
Leistungs-MOS-FETs 11 und 13a mit Masse verbunden.
Da der Rotor des Fahrzeuggenerators sicher an das Massepotenzial
geklemmt ist, kann mit dieser Anordnung ein Leckstrom, der in einem
der zwei ausgangsanschlussseitigen Leistungs-MOS-FETs 10 und 14a auftreten
kann, niemals durch den Rotor des Fahrzeuggenerators fließen. Der
in einem Fahrzeug angebrachte elektrische Generator ist daher hinsichtlich
einer Umweltbeständigkeit
und einer Zuverlässigkeit
weiter verbessert. Obwohl bei der Anordnung, die in 4 gezeigt
ist, zwei Leistungs-MOS-FETs 13a und 14a anstelle
der Dioden 13 und 14, die in 1 gezeigt
sind, verwendet sind, liegt es immer noch innerhalb des Schutzbereichs
der vorliegenden Erfindung, dass die masseseitige Diode 13 durch
einen Leistungs-MOS-FET ersetzt ist.