JP2005295633A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体スイッチング素子を用いて出力電圧の調整を行う場合に、出力電圧が低下する故障をより精度よく検出することができる電源装置を提供する。
【解決手段】 半導体スイッチング素子２１の温度ＴＳＷが検出され、温度ＴＳＷに応じて補正係数Ｋｔｅｍｐが算出される（（Ｓ１２）。補正係数Ｋｔｅｍｐにより、半導体スイッチング素子２１の制御信号のデューティ比ＤＵＴＹが補正され、マップデューティ比ＤＵＴＹＭが算出される。マップデューティ比ＤＵＴＹＭ及び発電機回転数ＮＧＥに応じて判定電圧ＶＲＥＦが算出され、整流回路１１の出力電圧ＶＡＣＧが判定電圧ＶＲＥＦより低いとき、発電機１が故障していると判定される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関により駆動される発電機を備える電源装置に関し、特に発電機の故障判定機能を有するものに関する。

特許文献１には、内燃機関のより駆動される発電機を備える電源装置が示されている。この電源装置は、発電機の発電電圧が過大に上昇する故障を検出し、警報ランプを点滅させる機能を有する。

特公昭６１−２１８５１号公報

内燃機関により駆動される発電機では、内燃機関の回転速度により発電電圧が大きく変化するため、発電機の出力電圧を整流した後に、電圧を所定電圧範囲内に入るように調整するレギュレータ回路が設けられ、レギュレータ回路では通常半導体スイッチング素子が使用される。半導体スイッチング素子は、その温度によって特性が変化し、発電機の出力電圧（具体的には整流後の直流電圧）に影響を及ぼす。

上記従来の電源装置では、レギュレータ回路の半導体スイッチング素子の温度特性が考慮されていないため、故障判定の精度の点で改善の余地があった。
本発明はこの点に着目してなされたものであり、半導体スイッチング素子を用いて出力電圧の調整を行う場合に、出力電圧が不足する故障をより精度よく検出することができる電源装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（２）により駆動される発電機（１）と、該発電機（１）の出力電圧を整流する整流手段（１１）と、該整流手段（１１）の出力に接続された半導体スイッチング素子（２１）をデューティ制御することにより、出力電圧が所定電圧範囲内となるように制御する電圧制御手段（１２）とを備える電源装置において、前記半導体スイッチング素子（２１）の温度（ＴＳＷ）を検出する温度検出手段（１４）と、該温度検出手段（１４）により検出される温度（ＴＳＷ）に応じて、前記デューティ制御のデューティ比（ＤＵＴＹ）を補正する補正手段と、前記発電機の回転速度（ＮＧＥ）を検出する回転速度検出手段と、該補正手段により補正されたデューティ比（ＤＵＴＹＭ）及び前記発電機の回転速度（ＮＧＥ）に応じて判定電圧（ＶＲＥＦ）を算出する判定電圧算出手段と、前記整流手段（１１）の出力電圧（ＶＡＣＧ）が前記判定電圧（ＶＲＥＦ）より低いとき、前記発電機（１）が故障していると判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする。

また請求項２に記載の発明は、内燃機関（２）により駆動される発電機（１）と、該発電機（１）の出力電圧を整流する整流手段（１１）と、該整流手段（１１）の出力に接続された半導体スイッチング素子（２１）をデューティ制御することにより、出力電圧が所定電圧範囲内となるように制御する電圧制御手段（１２）とを備える電源装置において、前記発電機（１）の回転速度（ＮＧＥ）を検出する回転速度検出手段と、前記発電機の回転速度（ＮＧＥ）及び前記デューティ制御のデューティ比（ＤＵＴＹ）に応じて、前記発電機の故障判定に用いる判定電圧（ＶＲＥＦ）を算出する判定電圧算出手段と、前記半導体スイッチング素子の温度（ＴＳＷ）を検出する温度検出手段（１４）と、該温度検出手段（１４）により検出される温度（ＴＳＷ）に応じて、前記判定電圧（ＶＲＥＦ）を補正する補正手段と、前記整流手段の出力電圧（ＶＡＣＧ）が前記補正手段により補正された判定電圧（ＶＲＥＦ）より低いとき、前記発電機が故障していると判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、半導体スイッチング素子の温度に応じて、デューティ制御のデューティ比が補正され、補正されたデューティ比及び発電機の回転速度に応じて判定電圧が算出される。そして、整流手段の出力電圧が判定電圧より低いとき、発電機が故障していると判定される。補正されたデューティ比を用いて判定電圧を算出することにより、半導体スイッチ素子の温度に適した判定電圧が得られ、故障判定の精度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、半導体スイッチング素子の温度に応じて、判定電圧が補正され、整流手段の出力電圧が補正された判定電圧より低いとき、発電機が故障していると判定される。したがって、半導体スイッチング素子の温度に応じた適切な判定電圧を用いて故障判定が行われ、故障判定の精度を向上させることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる車両用電源装置及びその周辺回路の構成を示すブロック図である。図１に示す電源装置は、内燃機関（エンジン）２により変速装置３（プーリとベルトとから成る）を介して駆動される発電機１と、発電機１の出力電圧を整流し、電圧を調整するレギュレータ４と、発電機１の故障判定を行う電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５と、前記機関２の回転数（回転速度）ＮＥを検出する回転数センサ６と、故障が検出されたとき、警告表示を行う警告表示部７とを備えている。電源装置の出力には、バッテリ８及び負荷９が接続されている。負荷９は、本実施形態では、例えば灯火類、イグニッションコイル、空調装置用ファンなどである。

レギュレータ４は、発電機１から出力される三相交流電力を直流電力の変換する整流回路１１と、出力電圧が所定電圧範囲内に入るように調整する出力回路１２と、保護用のダイオード１３とを備えている。出力回路１２には、出力電圧調整のための半導体スイッチング素子２１が設けられており、半導体スイッチング素子２１は、デューティ制御信号ＳＣＴＬにより、オンオフデューティ制御される。さらにレギュレータ４には、半導体スイッチング素子２１の温度（以下「ＳＷ素子温度」という）ＴＳＷを検出する温度センサ１４が設けられている。温度センサ１４の検出信号は、ＥＣＵ５に供給される。

ＥＣＵ５には、整流回路１１の出力電圧ＶＡＣＧ及びエンジン回転数センサ６により検出されるエンジン回転数ＮＥを示す検出信号が供給される。
ＥＣＵ５は、出力電圧ＶＡＣＧ及びエンジン回転数ＮＥの検出信号などを、デジタル値に変換する入力回路、中央処理装置（ＣＰＵ）、ＣＰＵの演算データやＣＰＵの演算プログラム、演算に必要なテーブル及びマップなどを記憶するメモリ回路、及び警告表示部７などに駆動信号を供給する出力回路を備えている。

ＥＣＵ５のＣＰＵは、エンジン回転数ＮＥ及び出力電圧ＶＡＣＧに基づいて、出力電圧ＶＡＣＧが低下する故障を判定し、故障が発生しているときには、警告表示部７に警告表示を行うとともに、負荷９による消費電流を減少させる制御を行う。

図２は、発電機１の故障判定を行う処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５のＣＰＵで所定時間（例えば１００ミリ秒）毎に実行される。
ステップＳ１１では、エンジン回転数ＮＥに変速装置３の変速比（例えば２．５）を乗算して、発電機回転数ＮＧＥを算出する。ステップＳ１２では、ＳＷ素子温度ＴＳＷに応じて図３（ａ）に示すＫｔｅｍｐテーブルを検索し、補正係数Ｋｔｅｍｐを算出する。同図（ｂ）に示すように、ＳＷ素子温度ＴＳＷが高くなるほど、半導体スイッチング素子２１における電圧降下ＶＤＳＷが増加することに対応させて、Ｋｔｅｍｐテーブルは、ＳＷ素子温度ＴＳＷが高くなるほど、補正係数Ｋｔｅｍｐが減少するように設定されている。

ステップＳ１３では、下記式（１）に、デューティ制御信号ＳＣＴＬのデューティ比ＤＵＴＹ及び補正係数Ｋｔｅｍｐを適用し、マップデューティ比ＤＵＴＹＭを算出する。
ＤＵＴＹＭ＝ＤＵＴＹ×Ｋｔｅｍｐ （１）
ステップＳ１４では、発電機回転数ＮＧＥ及びマップデューティ比ＤＵＴＹＭに応じて、ＶＲＥＦマップを検索し、判定電圧ＶＲＥＦを算出する。図４は、ＶＲＥＦマップの設定を説明するための図であり、同図（ａ）は、発電機回転数ＮＧＥが第１回転数ＮＧＥ１（例えば１５００ｒｐｍ）であるときの、マップデューティ比ＤＵＴＹＭと、判定電圧ＶＲＥＦとの関係を示し、同図（ｂ）は、発電機回転数ＮＧＥが第２回転数ＮＧＥ２（例えば２０００ｒｐｍ）であるときの、マップデューティ比ＤＵＴＹＭと、判定電圧ＶＲＥＦとの関係を示す。ＶＲＥＦマップは、発電機回転数ＮＧＥが一定であるとき、マップデューティ比ＤＵＴＹＭが増加するほど、判定電圧ＶＲＥＦが減少するように設定され、マップデューティ比ＤＵＴＹＭが一定であるとき、発電機回転数ＮＧＥが高くなるほど、判定電圧ＶＲＥＦが増加するように設定されている。

ステップＳ１５では、出力電圧ＶＡＣＧが判定電圧ＶＲＥＦ以上であるか否かを判別し、この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、正常である判定して直ちに本処理を終了する。ＶＡＣＧ＜ＶＲＥＦであるときは、出力電圧ＶＡＣＧが低下する故障が発生していると判定し、負荷９における消費電流を低減させる制御を行う（ステップＳ１６）。具体的には、車両の走行機能に支障を与えない装置、例えばオーディオ装置などのアクセサリ装置への電源供給を停止する。あるいは、空調装置のファンを間欠動作するように制御するか、ファンの作動を停止させるようにする。

図３の処理によれば、ＳＷ素子温度ＴＳＷに応じて、補正係数Ｋｔｅｍｐが算出され、補正係数Ｋｔｅｍｐによりデューティ比ＤＵＴＹを補正することにより、マップデューティ比ＤＵＴＹＭが算出される。そして、マップデューティ比ＤＵＴＹＭ及び発電機回転数ＮＧＥに応じて判定電圧ＶＲＥＦが算出され、整流回路１１の出力電圧ＶＡＣＧが判定電圧ＶＲＥＦより低いとき、発電機１が故障していると判定される。したがって、ＳＷ素子温度ＴＳＷに応じた適切な判定電圧ＶＲＥＦを用いて故障判定が行われ、故障判定の精度を向上させることができる。

本実施形態では、整流回路１１が整流手段に相当し、出力回路１２が電圧制御手段に相当し、温度センサ１４が温度検出手段に相当し、ＥＣＵ５が補正手段、判定電圧算出手段、及び故障判定手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１２及びＳ１３が補正手段に相当し、ステップＳ１４が判定電圧算出手段に相当し、ステップＳ１５が故障判定手段に相当する。

なお、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、半導体スイッチング素子２１の制御信号ＳＣＴＬのデューティ比ＤＵＴＹを、ＳＷ素子温度ＴＳＷに応じて補正することにより、マップデューティ比ＤＵＴＹＭを算出し、マップデューティ比ＤＵＴＹＭを用いて判定電圧ＶＲＥＦを算出するようにしたが、判定電圧ＶＲＥＦそのものをＳＷ素子温度ＴＳＷに応じて補正するようにしてもよい。その場合には、ＳＷ素子温度ＴＳＷが高くなるほど、判定電圧ＶＲＥＦが高くなるように補正する。

また、判定電圧ＶＲＥＦをＳＷ素子温度ＴＳＷに応じて補正することに代えて、出力電圧ＶＡＣＧをＳＷ素子温度ＴＳＷに応じて補正するようにしてもよい。その場合には、ＳＷ素子温度ＴＳＷが高くなるほど出力電圧ＶＡＣＧが低くなるように補正する。

本発明の一実施形態にかかる電源装置の構成を示すブロック図である。 発電機の故障判定を行う処理のフローチャートである。 図２の処理で使用するテーブルを示す図である。 図２の処理で使用するマップの設定を説明するための図である。

符号の説明

１ 発電機
２ 内燃機関
４ レギュレータ
５ 電子制御ユニット（補正手段、判定電圧算出手段、故障判定手段）
１１ 整流回路（整流手段）
１２ 出力回路（電圧制御手段）
１４ 温度センサ（温度検出手段）
２１ 半導体スイッチング素子

Claims (2)

1. 内燃機関により駆動される発電機と、該発電機の出力電圧を整流する整流手段と、該整流手段の出力に接続された半導体スイッチング素子をデューティ制御することにより、出力電圧が所定電圧範囲内となるように制御する電圧制御手段とを備える電源装置において、
   前記半導体スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段により検出される温度に応じて、前記デューティ制御のデューティ比を補正する補正手段と、
   前記発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   該補正手段により補正されたデューティ比及び前記発電機の回転速度に応じて判定電圧を算出する判定電圧算出手段と、
   前記整流手段の出力電圧が前記判定電圧より低いとき、前記発電機が故障していると判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする電源装置。
2. 内燃機関により駆動される発電機と、該発電機の出力電圧を整流する整流手段と、該整流手段の出力に接続された半導体スイッチング素子をデューティ制御することにより、出力電圧が所定電圧範囲内となるように制御する電圧制御手段とを備える電源装置において、
   前記発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記発電機の回転速度及び前記デューティ制御のデューティ比に応じて、前記発電機の故障判定に用いる判定電圧を算出する判定電圧算出手段と、
   前記半導体スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段により検出される温度に応じて、前記判定電圧を補正する補正手段と、
   前記整流手段の出力電圧が前記補正手段により補正された判定電圧より低いとき、前記発電機が故障していると判定する故障判定手段とを備えることを特徴とする電源装置。

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