JP2004187500A - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部電圧検出端子あるいは電圧検出線に接触不良が生じた場合であっても車両用発電機の出力電圧の上昇を制限することができ、バッテリ等の電気負荷への過大な電圧の印加を防止することができる車両用発電制御装置を提供すること。
【解決手段】 レギュレータ（車両用発電制御装置）１は、トランジスタ１１、還流ダイオード１２、インピーダンス切替回路１３、電圧制御回路１４、発電検出回路１５を含んで構成されている。インピーダンス切替回路１３は、イグニッションスイッチ４がオン状態になった後の所定期間Ｓ端子の入力インピーダンスを低くする。このため、Ｓ端子を介して比較的大きな電流が流れ、接触抵抗６がある場合には、接触抵抗６による電圧降下が大きくなる。この通電によりＢ端子電圧が低下した場合には、電圧制御回路１４は、制御対象をＢ端子に切り替える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気負荷に供給される電圧を検出して車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置に関する。

車両用発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものであり、その負荷状態が変化した場合であっても出力電圧をほぼ一定に維持するために発電制御装置が接続されている。特に最近では、バッテリの充電電圧を高精度に制御することにより、バッテリの寿命を向上させるニーズが高まっており、これに応えるために、消費電流の少ない外部電圧検出端子を備えて、この外部電圧検出端子の電圧を所定の調整電圧設定値に制御する車両用発電装置が多くなっている。

しかし、外部電圧検出端子に接続される電圧検出線が外れたり断線したりする異常が発生すると、すなわち、バッテリ端子電圧と外部電圧検出端子との間に電圧差が生じると、外部電圧検出端子を調整電圧設定値に維持するように制御するためバッテリ電圧が上昇し、バッテリの過充電を生じやすい。

このような不都合を解決する技術として、特開昭６２−１０４４４０号公報に開示された「車両用発電機の制御装置」が知られている。この制御装置では、外部電圧検出端子の電圧が極端に低下した場合に電圧検出線が外れていると判断し、車両用発電機の出力電圧が過大にならないように制限する電圧制御回路を有している。
特開昭６２−１０４４４０号公報

ところで、上述した特開昭６２−１０４４４０号公報に開示された手法では、外部電圧検出端子と電圧検出線とが外れた場合や電圧検出線に断線が生じた場合にはバッテリの過充電を防止することができるが、外部電圧検出端子と電圧検出線との間の接続部で小さな接触不良が生じて接触抵抗が上昇する場合や、電圧検出線の抵抗値が何らかの理由で徐々に大きくなるような場合には、異常を検出することができず、車両用発電機の出力電圧が高くなって、バッテリあるいはその他の電気負荷に過大な電圧が印加されるおそれがあった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、外部電圧検出端子あるいは電圧検出線に接触不良が生じた場合であっても車両用発電機の出力電圧の上昇を制限することができ、バッテリ等の電気負荷への過大な電圧の印加を防止することができる車両用発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の出力端子に接続された電気負荷に対する印加電圧値を検出するために、電圧検出線を介して前記電気負荷に接続される外部電圧検出端子と、前記外部電圧検出端子の電圧が所定の調整電圧設定値になるように前記車両用発電機の発電状態を制御する電圧制御回路と、前記外部電圧検出端子の入力インピーダンスを、前記電圧制御回路の始動後の所定期間低インピーダンス側に切り替えるインピーダンス切替回路とを備え、前記インピーダンス切替回路は、前記電圧制御回路の外に設けられた抵抗およびトランジスタを介して前記外部電圧検出端子を接地して、前記外部電圧検出端子の入力インピーダンスを低インピーダンス側に切り替え、前記インピーダンス切替回路の前記抵抗は、真性接触面を拡大して接触部の信頼性を確保することができ、再び良好な接触状態に復帰させることができる比較的大きな電流を流すことを特徴とする車両用発電制御装置を採用できる。

この構成により、接触不良が生じている接続部分に大きな電流を流すことにより、この接続部分における信頼性を確保することができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置（以下、「レギュレータ」と称する）について、図面を参照しながら説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明を適用した第１の実施形態のレギュレータの構成を示す図であり、あわせてこのレギュレータと車両用発電機やバッテリとの接続状態が示されている。

図１において、レギュレータ１は、バッテリ３への印加電圧を検出するために設けられている外部電圧検出端子（Ｓ端子）の電圧が所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）になるように制御するためのものである。始動指示検出端子（ＩＧ端子）がイグニッションスイッチ４を介してバッテリ３に接続されており、イグニッションスイッチ４をオン状態にすることにより、レギュレータ１による制御動作が開始される。

車両用発電機２は、固定子であるステータに含まれる３相のステータコイル２１と、このステータコイル２１の３相出力を全波整流するために設けられた整流回路２３と、回転子であるロータに含まれる界磁コイル２２とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、界磁コイル２２に対する通電をレギュレータ１によって適宜オンオフ制御することにより行われる。車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）はバッテリ３に接続されており、Ｂ端子からバッテリ３に充電電流が供給される。

次に、レギュレータ１の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、レギュレータ１は、界磁コイル２２に直列に接続されたスイッチング素子としてのトランジスタ１１と、界磁コイル２２に並列に接続された還流ダイオード１２と、Ｓ端子の入力インピーダンスを所定期間低インピーダンス側に切り替えるインピーダンス切替回路１３と、車両用発電機２の出力電圧に連動するＳ端子の電圧が所定の調整電圧設定値となるようにトランジスタ１１の導通、遮断を指示する電圧制御回路１４と、ステータコイル２１のいずれかの相電圧に基づいて発電状態を検出する発電検出回路１５とを含んで構成されている。

インピーダンス切替回路１３は、トランジスタ３０、抵抗３１、３２からなっている。イグニッションスイッチ４がオン状態になって始動指示が送られてくると、ＩＧ端子に抵抗３２を介して接続されたトランジスタ３０が導通するため、Ｓ端子が抵抗３１およびトランジスタ３０を介して接地されて、Ｓ端子の入力インピーダンスが低インピーダンス側に切り替えられる。すなわち、インピーダンス切替回路１３は、電圧制御回路１４の外に設けられた抵抗３１およびトランジスタ３０を介して外部電圧検出端子（Ｓ端子）を接地する。

また、電圧制御回路１４は、トランジスタ４０〜４５、ツェナー素子４６、４７、コンデンサ４８、抵抗４９〜５８からなっている。ツェナー素子４６は、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以上になるとブレークするような特性のものが選定されており、このときトランジスタ４０が導通してコレクタの電位が低くなる。トランジスタ４０のコレクタはトランジスタ１１のベースに接続されており、トランジスタ４０のコレクタ電位が低下するとトランジスタ１１が遮断されるため、界磁コイル２２に流れる電流が減少する。反対に、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以下の場合には、トランジスタ４０が遮断され、トランジスタ１１が導通して、界磁コイル２２に流れる電流が増加する。

また、ツェナー素子４７は、トランジスタ４５が遮断している状態において、Ｂ端子の電圧が調整電圧設定値（保護電圧値）以上になるとブレークするような特性のものが選定されており、このときトランジスタ４１が導通してコレクタの電位が低くなる。トランジスタ４１のコレクタはトランジスタ１１のベースに接続されており、トランジスタ４０のコレクタ電位が低下するとトランジスタ１１が遮断される。

Ｓ端子電圧とＩＧ端子電圧との間に電圧差がない場合には、トランジスタ４４は遮断されるため、カレントミラー回路を構成する２つのトランジスタ４２、４３はともに遮断される。また、ＩＧ端子からの電流が抵抗５６を介してトランジスタ４５のベースに流れると、トランジスタ４５が導通して、抵抗５１、５７を介してＢ端子電流を引き込むため、抵抗５１における電圧降下が大きくなり、その電圧降下分だけＢ端子に対する調整電圧が上昇したことになる。

一方、Ｓ端子電圧が低下し、ＩＧ端子電圧との間に電圧差が生じると、トランジスタ４４が導通するため、トランジスタ４２、４３がともに導通し、トランジスタ４５が遮断される。トランジスタ４２が導通すると、抵抗５５を介してトランジスタ４４のベース電流を引き込むため、トランジスタ４４の導通状態をＩＧ端子電圧がなくなるまで維持する。

また、発電検出回路１５は、ダイオード６０、コンデンサ６１、抵抗６２〜６４、トランジスタ６５からなっている。ステータコイル２１の１相電圧が抵抗６２の一方端に印加され、ダイオード６０とコンデンサ６１によってそのピーク値が検出され保持される。車両用発電機２が発電中はこのピーク値電圧が抵抗６４を介してトランジスタ６５のベースに印加されてベース電流が流れるため、トランジスタ６５が導通する。これにより、上述したインピーダンス切替回路１３内のトランジスタ３０が遮断され、抵抗３１を介して流れる電流がなくなる。

本実施形態のレギュレータ１はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。

Ｓ端子とこれに接続された電圧検出線５との間の接続が確実になされている状態では、イグニッションスイッチ４がオン状態になると、ＩＧ端子から抵抗３２を介して流れるベース電流によってトランジスタ３０が導通して抵抗３１に電流が流れるが、接触抵抗６がほとんど存在しないため、ＩＧ端子電圧とＳ端子電圧とはほとんど等しくなる。したがって、トランジスタ４４は遮断され、トランジスタ４３も遮断されて、トランジスタ４５が導通する。このとき、ツェナー素子４７はブレークせず、トランジスタ４１は遮断される。Ｂ端子の調整電圧は高くなるが、車両用発電機２による発電が開始される前のバッテリ電圧は調整電圧設定値以下であるため、同様に、ツェナー素子４６もブレークせずにトランジスタ４０が遮断されるため、抵抗５８を介してトランジスタ１１のベース電流が供給されトランジスタ１１が導通する。これにより、界磁コイル２２の電流が増加し、車両用発電機２の回転数が上がるにしたがって出力電圧が上昇する。車両用発電機２の出力電圧が上昇すると、トランジスタ６５が導通し、トランジスタ３０が遮断されるため、Ｓ端子のインピーダンスが再び大きくなる。

次に、Ｓ端子と電圧検出線５との間あるいは電圧検出線５に接触抵抗６が発生している状態で、イグニッションスイッチ４がオン状態になったときの動作を説明する。ＩＧ端子から抵抗３２を介して流れるベース電流によってトランジスタ３０が導通する。したがって、Ｓ端子電圧は、バッテリ３の端子電圧を抵抗３１と接触抵抗６とで分圧した値となる。この結果、ＩＧ端子電圧とＳ端子電圧との間には電圧差が生じ、トランジスタ４４が導通し、トランジスタ４５が遮断されるため、Ｂ端子電圧が調整電圧値を越えないように界磁コイル電流が制御される。

このように、本実施形態では、Ｓ端子または電圧検出線５のいずれかに接触抵抗６が発生している場合には、発電が開始されるまでの所定期間トランジスタ３０を導通して接触抵抗６によって生じる電圧降下を大きくし、確実に接触不良を検出することができる。このとき、トランジスタ４４の導通によってトランジスタ４２も導通してトランジスタ４４のベース電流を引き込むため、トランジスタ４４は、イグニッションスイッチ４がオフ状態になって動作停止指示が送られてくるまで導通状態を維持する。この結果、Ｓ端子または電圧検出線５のいずれかに接触抵抗６が発生している状態であっても車両用発電機２の出力電圧が過大になることを抑制し、バッテリ３の過充電を防止することができる。また、通常発電時またはイグニッションスイッチ４のオフ状態時にはトランジスタ３０が遮断されるため、Ｓ端子電圧を介した消費電流を極めて小さな値にすることができ、バッテリ３の放電を防止することができる。また、微少な接触不良が発生している場合であっても、抵抗３１を介して比較的大きな電流を一時的に流すことにより、真性接触面を拡大して接触部の信頼性を確保することができ、再び良好な接触状態に復帰させることができる。

〔第２の実施形態〕
図２は、本発明を適用した第２の実施形態のレギュレータの構成を示す図であり、あわせてこのレギュレータと車両用発電機やバッテリ等との接続状態が示されている。図１に示した構成と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略するものとする。なお、本実施形態のレギュレータは、電圧検出線５が電気負荷７に接続されており、車両用発電機２から電気負荷７に対する供給電圧がＳ端子を介して検出される。

図２に示したレギュレータ１Ａは、トランジスタ１１、還流ダイオード１２、インピーダンス切替回路１３Ａ、電圧制御回路１４Ａを含んで構成されている。

インピーダンス切替回路１３Ａは、トランジスタ７０、抵抗７１、７４、ダイオード７２、コンデンサ７３からなっている。イグニッションスイッチ４がオン状態になると、抵抗７４、コンデンサ７３を介してトランジスタ７０にベース電流が供給され、コンデンサ７３の両端電圧が飽和するまでの一定期間トランジスタ７０が導通して、Ｓ端子の入力インピーダンスを低インピーダンス側に切り替える。なお、ダイオード７２は、コンデンサ７３の放電経路を形成するためのものである。

また、電圧制御回路１４Ａは、トランジスタ４２〜４４、９０、９１、コンパレータ９２、９３、コンデンサ４８、抵抗５３〜５５、７５〜８１からなっている。イグニッションスイッチ４がオン状態になってＩＧ端子電圧が高くなると、抵抗７５を介してトランジスタ９０にベース電流が流れてこのトランジスタ９０が導通する。これにより、Ｓ端子電圧を２つの抵抗７６、７７で分圧した電圧がコンパレータ９２の−側入力端子に印加される。また、このコンパレータ９２の＋側入力端子には、所定の基準電圧Ｖ１が印加されており、Ｓ端子電圧が調整電圧設定値以上になるとコンパレータ９２の出力がハイレベルからローレベルに反転する。

Ｓ端子または電圧検出線５のいずれかに接触抵抗６が発生している状態では、トランジスタ４３が導通するため、抵抗７８を介してトランジスタ９１にベース電流が流れてこのトランジスタ９１が導通する。このため、車両用発電機２の出力電圧（Ｂ端子電圧）を２つの抵抗７９、８０で分圧した電圧がコンパレータ９３の−側入力端子に印加される。また、このコンパレータ９３の＋側入力端子には、所定の基準電圧Ｖ２が印加されており、車両用発電機２の出力電圧が調整電圧設定値以上になるとコンパレータ９３の出力がハイレベルからローレベルに反転する。

アンド回路９４は、２つのコンパレータ９２、９３のそれぞれから出力される信号の論理積を出力する。したがって、コンパレータ９２、９３のいずれかの出力がローレベルになると、トランジスタ１１が遮断され、界磁コイル２２の電流が減少する。

上述した電圧制御回路１４Ａでは、イグニッションスイッチ４がオフ状態になると、トランジスタ９０、９１が遮断されるため、バッテリ３の放電電流を抑制することができる。このイグニッションスイッチ４がオフ状態になったときにトランジスタ９０、９１を遮断する機構が第２のインピーダンス切替回路を構成している。

このように、本実施形態では、Ｓ端子または電圧検出線５のいずれかに接触抵抗６が発生している場合には、コンデンサ７３の両端電圧が飽和するまでの所定期間トランジスタ７０を導通して接触抵抗６によって生じる電圧降下を大きくし、確実に接触不良を検出することができる。このとき、トランジスタ４４の導通によってトランジスタ４２も導通してトランジスタ４４のベース電流を引き込むため、トランジスタ４４は、イグニッションスイッチ４がオフ状態になるまで導通状態を維持する。この結果、Ｓ端子または電圧検出線５のいずれかに接触抵抗６が発生している状態であっても車両用発電機２の出力電圧が過大になることを抑制し、バッテリ３の過充電を防止することができる。また、イグニッションスイッチ４のオフ状態時にはトランジスタ９０が遮断されるため、Ｓ端子電圧を介した消費電流を極めて小さな値にすることができ、バッテリ３の放電を防止することができる。また、微少な接触不良が発生している場合であっても、抵抗７１を介して比較的大きな電流を一時的に流すことにより、接触部の信頼性を確保することができ、再び良好な接触状態に復帰させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、電圧制御回路１４、１４Ａの動作開始を指示する信号としてバッテリ３からイグニッションスイッチ４を介してＩＧ端子に印加される電圧を用いたが、エンジン制御装置（ＥＣＵ）などからの電圧あるいは電流信号を受けて、電圧制御回路１４、１４Ａの動作の開始を指示するようにしてもよい。また、動作開始指示の方法は、車両用発電機２の回転を検出して始動信号を生成する回路をレギュレータ１、１Ａ内部に備えるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、Ｓ端子電圧とＩＧ端子電圧との電圧差を利用して、Ｓ端子あるいは電圧検出線５の接触不良を検出したが、Ｓ端子電圧の値が通常のバッテリ電圧以下に設定された値（例えば１２Ｖバッテリの場合には１０Ｖ）を下回ったときに、接触不良と判断するようにしてもよい。

第１の実施形態のレギュレータの構成を示す図である。 第２の実施形態のレギュレータの構成を示す図である。

符号の説明

１ レギュレータ（車両用発電制御装置）
２ 車両用発電機
３ バッテリ
４ イグニッションスイッチ
５ 電圧検出線
６ 接触抵抗
１１ トランジスタ
１２ 還流ダイオード
１３ インピーダンス切替回路
１４ 電圧制御回路
１５ 発電検出回路
２２ 界磁コイル

Claims (1)

1. 車両用発電機の出力端子に接続された電気負荷に対する印加電圧値を検出するために、電圧検出線を介して前記電気負荷に接続される外部電圧検出端子と、
   前記外部電圧検出端子の電圧が所定の調整電圧設定値になるように前記車両用発電機の発電状態を制御する電圧制御回路と、
   前記外部電圧検出端子の入力インピーダンスを、前記電圧制御回路の始動後の所定期間低インピーダンス側に切り替えるインピーダンス切替回路とを備え、
   前記インピーダンス切替回路は、前記電圧制御回路の外に設けられた抵抗およびトランジスタを介して前記外部電圧検出端子を接地して、前記外部電圧検出端子の入力インピーダンスを低インピーダンス側に切り替え、
   前記インピーダンス切替回路の前記抵抗は、真性接触面を拡大して接触部の信頼性を確保することができ、再び良好な接触状態に復帰させることができる比較的大きな電流を流すことを特徴とする車両用発電制御装置。