JP3454382B2 - Output power control device for vehicle alternator - Google Patents

Output power control device for vehicle alternator

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JP3454382B2
JP3454382B2 JP21562494A JP21562494A JP3454382B2 JP 3454382 B2 JP3454382 B2 JP 3454382B2 JP 21562494 A JP21562494 A JP 21562494A JP 21562494 A JP21562494 A JP 21562494A JP 3454382 B2 JP3454382 B2 JP 3454382B2
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浩司 柴田
忠利 浅田
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は車両用交流発電機の出力
電力制御装置に関する。 【0002】 【従来技術】界磁電流を断続するスイッチングトランジ
スタとして、PNPトランジスタからなるハイサイドス
イッチを用いたハイサイドレギュレータが提案されてい
る。例えば、特開昭55−10831号公報及び実開昭
54−178041号公報は、出力電力制御装置(以
下、レギュレータともいう)の電源端子がイグニッショ
ンスイッチをバッテリから給電される給電方式(以下、
IG励磁方式という)のレギュレータにおいて、スイッ
チングトランジスタをPNPバイポーラトランジスタか
らなるハイサイドスイッチで構成することを開示する。 【0003】図3に、PNPバイポーラトランジスタ8
01をスイッチングトランジスタとして用いるIG励磁
ハイサイドスイッチ式レギュレータ8の一例を示す。一
方、特公昭39−1626号公報、実開昭54−124
139号公報及び特開昭57−145541号公報は、
レギュレータの電源端子が交流発電機の直流出力端から
給電される給電方式(以下、B直接励磁方式という)の
レギュレータにおいて、スイッチングトランジスタをP
NPバイポーラトランジスタからなるハイサイドスイッ
チで構成することを開示する。 【0004】図4に、PNPバイポーラトランジスタ9
01をスイッチングトランジスタとして用いるB直接励
磁ハイサイドスイッチ式レギュレータ9の一例を示す。
上記PNPバイポーラトランジスタを用いたハイサイド
スイッチは、励磁コイルの一端をアースでき、その他端
をこのハイサイドスイッチで給電ラインから遮断できる
ので、信頼性が高いという優れた利点を有している。 【0005】上記IG励磁ハイサイドスイッチ式レギュ
レータは、バッテリが給電ラインから外れて、ステータ
コイルから給電ラインに発電エネルギが放出される事故
(以下、ロードダンプという)が発生した場合でも、車
両電気負荷(イグニッション負荷などの車両常用の電気
負荷)が給電ラインに放出された発電エネルギを吸収す
るので、給電ラインの電圧は無負荷飽和電圧の様な高電
圧となることが無く、そのために、レギュレータをそれ
ほど高耐圧設計とする必要が無いという利点を有する。 【0006】上記B直接励磁ハイサイドスイッチ式レギ
ュレータは、上記IG励磁ハイサイドスイッチ式レギュ
レータに比較して、レギュレータ(通常、交流発電機近
傍に配置される)の電源電圧として交流発電機の発電電
圧を直接用いる分、電圧が高くなると同時に、配線抵抗
による電圧降下を低減することができ、界磁電流を増強
することができるという利点を有している。 【0007】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たIG励磁ハイサイドスイッチ式レギュレータでは、B
直接励磁方式とは逆に、レギュレータに給電される電源
電圧が各種ロスにより低下し、その分、励磁電流ひいて
は発電電流が低下してしまうという欠点を有している。 【0008】逆に、B直接励磁ハイサイドスイッチ式レ
ギュレータでは、IG励磁方式とは逆に、レギュレータ
が発電機から直接給電されるので、給電ラインが交流発
電機の直流出力端から外れて、ロードダンプが発生した
場合、レギュレータに無負荷飽和電圧が印加されてしま
うという問題があり、このためにレギュレータ全体をを
高耐圧設計とせなばならないという問題があった。 【0009】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、レギュレータの低耐圧設計と励磁電流向上の両立
が可能で、しかも、信頼性が高い車両用交流発電機の出
力電力制御装置を提供することを、その目的としてい
る。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明の車両用交流発電
機の出力電力制御装置は、高位端が車両用交流発電機の
直流出力端に接続されるPNPバイポーラトランジスタ
又はPMOSトランジスタからなるハイサイドスイッチ
により構成されて前記交流発電機の界磁巻線への通電電
流を断続制御するスイッチングトランジスタと、前記車
両用交流発電機の直流出力端から給電されて前記スイッ
チングトランジスタを制御する前置回路段と、バッテリ
よりイグニッションスイッチを通じて給電されて前記前
置回路段のトランジスタを断続制御する電圧制御回路部
とを備える車両用交流発電機の出力電力制御装置におい
て、前記電圧制御回路部(7)は、エミッタホロワ動作
して前記前置回路段のトランジスタを駆動制御するトラ
ンジスタ(205)と、前記トランジスタ(205)の
コレクタ電位を前記トランジスタ(205)がブレーク
ダウンする電圧よりも低い電圧でクランプするクランプ
回路(220)とを有し、前記電圧制御回路部を構成す
る各トランジスタ(たとえば205)の耐圧は、前記ス
イッチングトランジスタ(201)及び前記前置回路段
のトランジスタ(203)の耐圧より小さく設定され、
前記前置回路段のトランジスタの耐圧(203)は、前
記スイッチングトランジスタ(201)の耐圧と同等か
より大きく設定されることを特徴としている。 【0011】 【0012】 【作用及び発明の効果】本発明によれば、レギュレータ
(車両用交流発電機の出力電力制御装置)の界磁電流制
御用のスイッチングトランジスタがハイサイドスイッチ
からなるので界磁コイルの信頼性に優れる上に、このハ
イサイドスイッチが交流発電機から直接、給電されるの
で、配線抵抗による電圧降下なしに発電電圧を界磁コイ
ルに印加でき、界磁電流の増大により出力を増加するこ
とができる。一方、このハイサイドスイッチを断続する
制御信号を創成するレギュレータの電圧制御回路部は、
交流発電機の直流出力端から離れたイグニッションスイ
ッチを通じて給電されるので、万が一、バッテリが給電
ラインから外れてロードダンプが発生した場合にこの電
圧制御回路部に印加される高電圧(以下、ロードダンプ
電圧という)が小さく、そのために、電圧制御回路部の
各素子を低耐圧設計とすることができるので高集積化が
可能となり、回路コストを低減することができる。 【0013】更に、電圧制御回路部から出力される制御
信号をハイサイドスイッチ(スイッチングトランジス
タ)に伝達する前置回路段がハイサイドスイッチと同様
に、交流発電機から給電されるので、エミッタ接地のP
NPバイポーラトランジスタ又はソース接地のPMOS
トランジスタからなるスイッチングトランジスタを安定
に駆動することができる。すなわち、前置回路段にイグ
ニッションスイッチを通じて給電する場合において、前
置回路段の電源電圧がイグニッションスイッチを通じて
の給電によりハイサイドスイッチのエミッタまたはソー
スに印加される発電電圧より低いと、ハイサイドスイッ
チのベース又はゲ−トがエミッタ又はソースより充分に
低くなって、ハイサイドスイッチが常時オンしてしまう
可能性が生じてしまう。 【0014】したがって、本発明によれば、レギュレー
タの大部分を高信頼かつ低耐圧設計とすることができる
にもかかわらず、発電機の出力向上を実現することがで
きるという優れた効果を奏することができる。また、電
圧制御回路部の各トランジスタをハイサイドスイッチ及
び前置回路段のトランジスタの耐圧より小さく設定する
ので、制御回路部の製造が容易となり、高集積化及び低
コスト化を実現することができる。 【0015】更に、前置回路段のトランジスタの耐圧を
スイッチングトランジスタの耐圧と同等かより大きく設
定するので、ロードダダンプ印加時のスイッチングトラ
ンジスタの破壊を防止することができる。 【0016】 【実施例】以下、本発明の車両用交流発電機の出力電力
制御装置の一実施例を図1を参照して説明する。1は、
車両用交流発電機で、電機子巻線101〜103、界磁
巻線104、及び交流出力を全波整流して直流出力に変
換する為のダイオ−ド105〜110より構成される。
2は車両用交流発電機の出力電圧を所定電圧に制御する
為の電圧制御装置である。3は充電線、4はイグニッシ
ョンスイッチ、51、52はヒューズ、6はバッテリで
ある。Bは発電機出力端子、Fは界磁端子、Eはアース
端子、IGは電源端子である。 【0017】充電線3は発電機出力端子Bとバッテリ6
の間を接続し、バッテリ充電電流や車両電気負荷(図示
なし)への負荷電流を供給する為、比較的電流容量の大
きい線径(例えば5mm2 )のものを使用する。イグニ
ッションスイッチ4及びヒューズ51は直列接続されか
つ、バッテリ6と電源端子IGとの間を接続している。
車両用交流発電機1の界磁巻線104の一端は界磁端子
Fに接続され、他端はアース端子Eに接続され、イグニ
ッションスイッチ4がOFFで電圧制御装置2が作動し
ていない状態で、界磁巻線104がアース電位即ち0V
となる様に構成されている。 【0018】以下は電圧制御装置2の構成部品である。
201は界磁電流制御トランジスタ(本発明でいうスイ
ッチングトランジスタ)であって、車両用交流発電機1
の発電機出力端子Bと界磁端子Fとの間に接続されてお
り、界磁巻線104に流れる界磁電流を断続制御するこ
とにより発電機出力電圧を所定値に保つ。なお、界磁電
流制御トランジスタ201は、PNP型トランジスタか
又はPチャンネル型電界効果トランジスタである。20
2は界磁電流還流ダイオ−ドで界磁巻線104に並列接
続されている。 【0019】203は界磁電流制御トランジスタ201
のベース電流を断続制御するベース駆動トランジスタで
あって、抵抗210、204とともに本発明でいう前置
回路段を構成している。また、ベース駆動トランジスタ
203の耐圧は、界磁電流制御トランジスタ201の耐
圧と同等か高いトランジスタを選定してある。204は
ベース抵抗で、界磁電流制御トランジスタ201のベー
スとベース駆動トランジスタ203のコレクタ間に接続
されている。上記の様な2段増幅の構成で、界磁電流の
断続制御をしている為、界磁電流制御トランジスタ20
1はダーリントン接続のトランジスタである必要はな
く、シングルトランジスタを用いた方がON電圧の低減
が図れ、界磁巻線104に流れる界磁電流を増加させる
効果すなわち高励磁化のメリットがある。 【0020】すなわち、本実施例では、エミッタ接地の
PNPバイポーラトランジスタからなる界磁電流制御ト
ランジスタ201の制御を、単体かつ高耐圧のエミッタ
接地のNPNバイポーラトランジスタを有するインバー
タ回路構成の前置回路段で構成しているので、トランジ
スタ201はダーリントン接続タイプとする必要はな
い。 【0021】205、206はトランジスタ、210〜
216は抵抗、220〜223はツェナダイオード、2
30は比較器である。7は電圧制御回路部で、電圧制御
装置2のうちで、界磁電流制御トランジスタ201、界
磁電流還流ダイオード202、ベース駆動トランジスタ
203、ベース抵抗204及び抵抗210、212、2
16を除いた素子から成り、かつ、界磁電流制御トラン
ジスタ201に比べて比較的低耐圧のトランジスタ20
5、206を含む集積回路で構成されている。 【0022】ツェナダイオード(正確には定電圧ダイオ
ード)220〜223はトランジスタのコレクタ・ベー
ス間をそれぞれショートしたものであって、ツェナ電圧
は通常5〜7V程度である。ツェナダイオード220〜
222はトランジスタ205のコレクタとアース端子E
との間に直列に接続され、又、ツェナダイオード223
は抵抗216を通じて電源端子IGから給電される内部
電源ラインHLとアース端子Eとの間に接続され、内部
電源ラインHLの定電圧化を行う。比較器230は非反
転入力(+)端子、反転入力(−)端子、+電源端子、
−電源端子及び出力端子を有し、非反転入力(+)端子
が反転入力(−)端子を上回った時にHi信号を出力端
子より出力する。+電源端子は定電圧化された内部電源
ラインHLに、−電源端子はアース端子Eに接続されて
いる。抵抗210及び211はそれぞれ界磁電流制御ト
ランジスタ201及びベース駆動トランジスタ203の
ベース・エミッタ間に接続されたリーク補償抵抗であ
る。抵抗212はベース駆動トランジスタ203のベー
ス抵抗、抵抗213はトランジスタ205のベース抵
抗、抵抗214、215は発電機出力端子Bの電圧を分
圧して比較器230の非反転入力(+)端子に入力する
為の分圧抵抗であり、そして抵抗216は、ツェナダイ
オード221によってクランプされる内部電源ラインH
Lと電源端子IGとの間に接続された負荷抵抗である。 【0023】上記構成の電圧制御装置の動作を以下に説
明する。 以下、車両用交流発電機1が発電してバッテ
リ6を充電するともに車両電気負荷(図示せず)に電流
を供給する最中に、充電線3が外れた場合を想定する。
この時、充電線3の外れた位置が、発電機出力端子Bと
すると、外れる直前までバッテリ6と車両電気負荷に供
給していた電流は0Aとなる一方、界磁巻線104に流
れていた界磁電流は即時に0Aとはならずに、発電機出
力端子Bには、発電メカニズムにより、過渡的高電圧で
ある無負荷飽和電圧が発生する。 【0024】図2に示す如く、出力電圧制御装置2は発
電機出力端子Bの電圧の急上昇に伴い、比較器230の
Hiレベル出力動作により界磁電流制御トランジスタ2
01を遮断するように動作するので、トランジスタ20
1は上記無負荷飽和電圧が発生すると同時にOFFし、
界磁電流は界磁電流還流ダイオ−ドを還流しながら徐々
に減衰し、それにより無負荷飽和電圧も充電線3外れ直
後のVBPをピークに徐々に減少する。 【0025】以上がロードダンプ発生のメカニズムであ
るが、界磁電流制御トランジスタ201はロードダンプ
発生中にOFF状態である必要があり、また、ブレーク
ダウンしないことが望ましい。ブレークダウンした場合
は、界磁電流が減衰せずに正帰還により、いずれ破壊に
至る可能性がある。この実施例では、さらに界磁電流制
御トランジスタ201のベース電流を駆動するベース駆
動トランジスタ203の耐圧の設定に関して次の様に行
うものである。すなわち、ベース駆動トランジスタ20
3は、界磁電流制御トランジスタ201をOFFさせる
為には、OFFでかつブレークダウンしない事が必要で
ある。従ってロードダンプが発生している間、ベース駆
動トランジスタ203は最大電圧VBPでブレークダウン
しない耐圧とされている。 【0026】ここで、最大電圧VBPでトランジスタがブ
レークダウンしない為のトランジスタ耐圧とロードダン
プピーク電圧VBPの関係は、まず界磁電流制御トランジ
スタ201の耐圧については、 【0027】 【数1】VBP+VF (202)<界磁電流制御トランジ
スタ201の耐圧となる。ただし、VF (202)は界
磁電流還流ダイオ−ド202の順方向電圧である。ま
た、ベース駆動トランジスタ203の耐圧については、 【0028】 【数2】VBP−VBE(201)<ベース駆動トランジス
タ203の耐圧となる。ただし、VBE(201)は界磁
電流制御トランジスタ201のベース・エミッタ間電圧
である。この時、VF (202)、VBE(201)は1
V程度で最大電圧VBPに対し充分小さいので無視する
と、 【0029】 【数3】 VBP<界磁電流制御トランジスタ201の耐圧 VBP≦ベース駆動トランジスタ203の耐圧 となる。即ち、最大電圧VBPで界磁電流制御トランジス
タ201がONもブレークダウンもしない為の条件とな
る。次に界磁電流制御トランジスタ201の耐圧とベー
ス駆動トランジスタ203の耐圧の大小関係について考
える。界磁電流制御トランジスタ201及びベース駆動
トランジスタ203の耐圧は少なくとも同等に設定すれ
ば問題ないが、望ましくは、ベース駆動トランジスタ2
03がブレークダウンすることで界磁電流制御トランジ
スタ201がONするよりは、界磁電流制御トランジス
タ201自身がブレークダウンする方が駆動する界磁電
流が少ない。従って界磁電流制御トランジスタ201の
耐圧よりベース駆動トランジスタ203の耐圧を大きく
設定するのがより好ましい。一例として、ロードダンプ
ピーク電圧VBPを150V程度とすると、界磁電流制御
トランジスタ201の耐圧は製造ばらつきを考慮して2
00V程度に設定し、さらにベース駆動トランジスタ2
03の耐圧も200V程度、好ましくは250V程度に
設定するのが好適である。 【0030】一方、電流制御回路部7は低耐圧の集積回
路で構成されている為、前述のベース駆動トランジスタ
203を集積回路で構成する事は困難である。なぜな
ら、通常は集積回路は高集積化を第1目的として低耐圧
となっているので、耐圧増大を図るとすると、集積度の
低下及び製造プロセスの大幅な変更が必要となる。すな
わち、ベース駆動トランジスタ203は単体の高耐圧ト
ランジスタとして、集積化素子からは分離独立させるの
が、全体として好ましい。 【0031】また、界磁電流制御トランジスタ201が
PNP型のシングルトランジスタの場合、そのベース電
流は100mAを超えてしまうことも、ベース駆動トラ
ンジスタ203を単体化する理由の一つである。次にロ
ードダンプ発生時の電圧制御回路部7の作動について説
明する。発電機出力端子Bの電圧を所定値に保つ為に発
電機出力端子B電圧を分圧抵抗214、215による分
圧点電位と基準電圧Vrとを比較する比較器230は、
ロードダンプ発生により分圧点電位が基準電圧Vrを上
回ったことを検出して、Hi信号をトランジスタ206
のベースに入力し、ONさせる。これによりトランジス
タ205、ベース駆動トランジスタ203及び界磁電流
制御トランジスタ201をオフさせる。 【0032】充電線3が外れた位置が発電機出力端子B
の場合、電源端子IGにはロードダンプ電圧は印加され
ない為、トランジスタ205がオフした時、IG端子を
通じてバッテリ6からトランジスタ205のコレクタ・
エミッタ間に印加される最大電圧はせいぜい12〜15
Vであるので、ロードダンプが発生してもブレークダウ
ンすることなく、ベース駆動トランジスタ203のベー
ス電流を遮断する。 【0033】ところが、充電線3が外れた位置がバッテ
リ6の+端子に近い位置である時、すなわちヒューズ5
2の溶断などの場合は、トランジスタ205のコレクタ
には充電線3、ヒューズ51、イグニッションスイッチ
4、電源端子IG、更に抵抗212を通じて、一方エミ
ッタにはア−ス端子E及び抵抗211を通して、コレク
タ・エミッタ間にロードダンプ電圧が印加される。この
場合の印加電圧がトランジスタ205の耐圧を上回る
と、ブレークダウンしてベース駆動トランジスタ203
にベース電流を供給してオンしてしまうので、トランジ
スタ205がブレークダウンする電圧より低い電圧でク
ランプできる様に、5〜7V程度のツェナ電圧を有する
ツェナダイオード220〜220を3ケ直列に接続し
て、トランジスタ205のコレクタとアース端子E間に
並列接続し、ブレークダウン前にツェナダイオード22
0〜220に電流をバイパスさせる。 【0034】尚、37のツェナダイオ−ド220〜22
2でクランプできる電圧は通常使用電圧(12〜14
V)より高く設定してあるので通常はブレークダウンし
ていない。これにより、仮に電源端子IGにロードダン
プ電圧が印加されても界磁電流制御トランジスタ201
を確実にオフさせることができる。 【0035】上記実施例の作用効果を以下にまとめて説
明する。以上説明した通り、一端が接地された界磁コイ
ルを有する車両用交流発電機の出力電力制御装置におい
て、界磁電流制御トランジスタのベース電流駆動用のベ
ース駆動トランジスタの耐圧を後段のトランジスタと同
等かそれ以上とすることにより、ロードダンプに耐え得
るハイサイドスイッチ式レギュレータを実現することが
できる。 【0036】また、界磁電流制御トランジスタ201と
して、PNPシングルトランジスタを使用することで、
界磁電流遮断時の界磁コイル104の電位をアース電位
として被水時などの電食・腐食に対してその信頼性を確
認することができ、更にB端子から直接給電されるの
で、界磁電流を増加させるいわゆる高励磁化のメリット
を得ることができる。 【0037】更に、電圧制御回路部7は、界磁電流制御
トランジスタ201より低耐圧とし、高集積化を図って
も、ロードダンプ発生時にベース駆動トランジスタ20
3を確実にオフさせて、ロードダンプに対する破壊を防
止することができる。 (他の実施例)界磁電流制御トランジスタ201とし
て、Pチャンネル型電界効果トランジスタを用いた場
合、上記実施例と同様の動作で同様の作用効果を奏する
ことができる。また、この時、ベース駆動トランジスタ
203及びベース抵抗204は、PNPバイポーラトラ
ンジスタの時よりも小電流で済むために、電流駆動能力
及び電流容量をダウンさせることができる。これによ
り、ベース抵抗での発熱も低減できるというメリットも
ある。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an output power control device for an automotive alternator. 2. Description of the Related Art A high-side regulator using a high-side switch composed of a PNP transistor has been proposed as a switching transistor for interrupting a field current. For example, JP-A-55-10831 and JP-A-54-178041 disclose a power supply system (hereinafter, referred to as a regulator) in which a power supply terminal of an output power control device (hereinafter also referred to as a regulator) is supplied with an ignition switch from a battery.
In a regulator of the IG excitation type, the switching transistor is constituted by a high side switch composed of a PNP bipolar transistor. FIG. 3 shows a PNP bipolar transistor 8.
An example of an IG excitation high side switch type regulator 8 using 01 as a switching transistor is shown. On the other hand, Japanese Patent Publication No. 39-1626 and Japanese Utility Model Publication No. 54-124
139 and JP-A-57-145541,
In a regulator of a power supply system (hereinafter referred to as a B direct excitation system) in which a power terminal of the regulator is supplied from a DC output terminal of an AC generator, a switching transistor is connected to
It discloses that it is constituted by a high-side switch composed of an NP bipolar transistor. FIG. 4 shows a PNP bipolar transistor 9.
An example of a B-direct-excitation high-side switch type regulator 9 using 01 as a switching transistor is shown.
The high-side switch using the PNP bipolar transistor has an excellent advantage of high reliability because one end of the exciting coil can be grounded and the other end can be cut off from the power supply line by the high-side switch. The IG-excited high-side switch-type regulator is capable of controlling the vehicle electric load even when an accident (hereinafter referred to as load dump) occurs in which the battery is disconnected from the power supply line and the generated energy is released from the stator coil to the power supply line. (Electrical load for vehicle use such as ignition load) absorbs the generated energy released to the power supply line, so that the voltage of the power supply line does not become a high voltage like no-load saturation voltage. There is an advantage that it is not necessary to design so high withstand voltage. The B-direct-excitation high-side switch type regulator is different from the IG-excitation high-side switch type regulator in that the power supply voltage of the AC generator (generally arranged near the AC generator) Is directly used, the voltage is increased, and at the same time, the voltage drop due to the wiring resistance can be reduced, and the field current can be enhanced. However, in the above-mentioned IG excitation high-side switch type regulator, B
Contrary to the direct excitation method, there is a disadvantage that the power supply voltage supplied to the regulator is reduced due to various losses, and the excitation current and, consequently, the generated current are reduced accordingly. Conversely, in the B-direct-excitation high-side switch type regulator, contrary to the IG excitation method, the regulator is directly supplied with power from the generator. When a dump occurs, there is a problem that a no-load saturation voltage is applied to the regulator, and therefore, there is a problem that the entire regulator must be designed to have a high withstand voltage. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a highly reliable output power control device for an automotive alternator that can achieve both low voltage design of a regulator and improvement of an exciting current. Its purpose is to do. [0010] Means for Solving the Problems] output power control equipment for a vehicle alternator of the present invention, PNP bipolar transistor or a PMOS transistor high end connected to DC output ends of the vehicle AC generator A switching transistor configured to intermittently control a current flowing through a field winding of the AC generator, and a switching transistor that is supplied with power from a DC output terminal of the vehicle AC generator and controls the switching transistor. Pre-stage and battery
Output power control apparatus smell of the automotive alternator and a voltage control circuit for intermittently controlling the transistors of the front end circuit stages are powered more through the ignition switch
The voltage control circuit (7) operates as an emitter follower.
To drive and control the transistors in the preceding circuit stage.
Transistor (205) and the transistor (205).
The transistor (205) breaks the collector potential
Clamp that clamps at a lower voltage than the voltage that goes down
And a circuit (220), and constitutes the voltage control circuit section.
The breakdown voltage of each transistor (eg, 205)
Switching transistor (201) and said pre-circuit stage
Is set smaller than the withstand voltage of the transistor (203),
The breakdown voltage (203) of the transistor in the preceding circuit stage is
Is it equivalent to the withstand voltage of the switching transistor (201)?
It is characterized in that it is set larger . [0011] According to the present onset light Effect of the action and the present invention, field the regulator switching transistor for field current control (output power control apparatus for a vehicle alternator) consists of high-side switch In addition to the high reliability of the magnetic coil, this high-side switch is fed directly from the AC generator, so that the generated voltage can be applied to the field coil without voltage drop due to wiring resistance, and the output is increased by increasing the field current Can be increased. On the other hand, the voltage control circuit section of the regulator that creates a control signal for intermittently turning on the high-side switch is:
Since the power is supplied through an ignition switch remote from the DC output terminal of the AC generator, a high voltage (hereinafter referred to as a load dump) applied to the voltage control circuit unit should the battery fall out of the power supply line and a load dump should occur. Voltage), and each element of the voltage control circuit can be designed to have a low withstand voltage, so that high integration can be achieved and circuit cost can be reduced. Further, since the preceding circuit stage for transmitting the control signal output from the voltage control circuit section to the high-side switch (switching transistor) is supplied with power from the AC generator in the same manner as the high-side switch, the emitter is grounded. P
NP bipolar transistor or grounded source PMOS
The switching transistor including the transistor can be driven stably. That is, when power is supplied to the front circuit stage through the ignition switch, if the power supply voltage of the front circuit stage is lower than the power generation voltage applied to the emitter or source of the high side switch by the power supply through the ignition switch, the high side switch of the high side switch is turned off. The base or gate becomes sufficiently lower than the emitter or source, and there is a possibility that the high side switch is always turned on. Therefore, according to the present invention , there is an excellent effect that the output of the generator can be improved despite the fact that most of the regulator can be designed with high reliability and low withstand voltage. Can be. In addition , since each transistor of the voltage control circuit is set to be smaller than the withstand voltage of the high-side switch and the transistor in the preceding circuit stage, manufacture of the control circuit is easy, and high integration and low cost are achieved. Can be realized. Further , since the withstand voltage of the transistor in the preceding circuit stage is set to be equal to or larger than the withstand voltage of the switching transistor, it is possible to prevent the switching transistor from being destroyed when a load dump is applied. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an output power control apparatus for a vehicle AC generator according to the present invention will be described below with reference to FIG. 1 is
It is an AC generator for vehicles, and comprises armature windings 101 to 103, field windings 104, and diodes 105 to 110 for full-wave rectification of AC output and conversion to DC output.
Reference numeral 2 denotes a voltage control device for controlling the output voltage of the vehicle alternator to a predetermined voltage. Reference numeral 3 denotes a charging line, 4 denotes an ignition switch, 51 and 52 denote fuses, and 6 denotes a battery. B is a generator output terminal, F is a field terminal, E is a ground terminal, and IG is a power supply terminal. The charging line 3 is connected to the generator output terminal B and the battery 6
In order to supply a battery charging current and a load current to a vehicle electric load (not shown), a wire having a relatively large current capacity (for example, 5 mm 2 ) is used. The ignition switch 4 and the fuse 51 are connected in series and connect between the battery 6 and the power supply terminal IG.
One end of the field winding 104 of the vehicle alternator 1 is connected to the field terminal F, the other end is connected to the ground terminal E, and the ignition switch 4 is turned off and the voltage control device 2 is not operated. , The field winding 104 is at ground potential,
It is configured so that The components of the voltage control device 2 are as follows.
201 is a field current control transistor (switching transistor in the present invention),
Is connected between the generator output terminal B and the field terminal F, and the field current flowing through the field winding 104 is intermittently controlled to maintain the generator output voltage at a predetermined value. Note that the field current control transistor 201 is a PNP transistor or a P-channel field effect transistor. 20
Reference numeral 2 denotes a field current return diode which is connected in parallel to the field winding 104. Reference numeral 203 denotes a field current control transistor 201
A base driving transistor for intermittently controlling the base current of the present invention, and together with the resistors 210 and 204, constitutes a pre-circuit stage in the present invention. In addition, a withstand voltage of the base driving transistor 203 is selected to be equal to or higher than a withstand voltage of the field current control transistor 201. A base resistor 204 is connected between the base of the field current control transistor 201 and the collector of the base drive transistor 203. Since the intermittent control of the field current is performed in the above-described two-stage amplification configuration, the field current control transistor 20
Reference numeral 1 does not need to be a Darlington-connected transistor, and the use of a single transistor can reduce the ON voltage, and has the effect of increasing the field current flowing through the field winding 104, that is, the advantage of high excitation magnetization. That is, in the present embodiment, the control of the field current control transistor 201 composed of a common-emitter PNP bipolar transistor is controlled by a front circuit stage of an inverter circuit configuration having a single, high-withstand-voltage, common-emitter NPN bipolar transistor. With such a configuration, the transistor 201 does not need to be a Darlington connection type. 205 and 206 are transistors, 210 to
216 is a resistor, 220 to 223 are Zener diodes, 2
Reference numeral 30 denotes a comparator. Reference numeral 7 denotes a voltage control circuit, which includes a field current control transistor 201, a field current return diode 202, a base drive transistor 203, a base resistor 204, and resistors 210, 212,
Transistor 20 having a relatively low breakdown voltage as compared with the field current control transistor 201.
5 and 206. The Zener diodes (accurately, constant voltage diodes) 220 to 223 are short-circuited between the collector and the base of the transistor. The Zener voltage is usually about 5 to 7V. Zener diode 220 ~
222 is a collector of the transistor 205 and the ground terminal E.
And a zener diode 223
Is connected between the internal power supply line HL fed from the power supply terminal IG through the resistor 216 and the ground terminal E, and makes the internal power supply line HL a constant voltage. The comparator 230 has a non-inverting input (+) terminal, an inverting input (-) terminal, a + power supply terminal,
It has a power supply terminal and an output terminal, and outputs a Hi signal from the output terminal when the non-inverting input (+) terminal exceeds the inverting input (-) terminal. The + power supply terminal is connected to the constant power supply internal power supply line HL, and the − power supply terminal is connected to the ground terminal E. The resistors 210 and 211 are leak compensation resistors connected between the base and the emitter of the field current control transistor 201 and the base drive transistor 203, respectively. The resistor 212 is a base resistor of the base driving transistor 203, the resistor 213 is a base resistor of the transistor 205, and the resistors 214 and 215 divide the voltage of the generator output terminal B and input it to the non-inverting input (+) terminal of the comparator 230. The resistor 216 is connected to the internal power supply line H clamped by the Zener diode 221.
This is a load resistance connected between L and the power supply terminal IG. The operation of the voltage control device having the above configuration will be described below. Hereinafter, it is assumed that the charging line 3 is disconnected while the vehicle alternator 1 generates power to charge the battery 6 and supply current to a vehicle electric load (not shown).
At this time, assuming that the position where the charging line 3 is off is the generator output terminal B, the current supplied to the battery 6 and the vehicle electric load until immediately before the charging line 3 is off is 0 A, while flowing to the field winding 104. The field current does not immediately become 0 A, and a no-load saturation voltage that is a transient high voltage is generated at the generator output terminal B by the power generation mechanism. As shown in FIG. 2, the output voltage control device 2 operates in response to a sudden rise in the voltage of the generator output terminal B, and the comparator 230 outputs a Hi-level signal to operate the field current control transistor 2.
01 to shut off the transistor 20
1 turns off at the same time when the no-load saturation voltage is generated,
Field current field current reflux diode - attenuated gradually at reflux de, thereby also no-load saturation voltage decreases gradually peak V BP immediately after charging line 3 off. The mechanism of the generation of the load dump has been described above. The field current control transistor 201 needs to be in the OFF state during the generation of the load dump, and it is preferable that the breakdown does not occur. When the breakdown occurs, the field current may not be attenuated and may be eventually destroyed by positive feedback. In this embodiment, the withstand voltage of the base drive transistor 203 for driving the base current of the field current control transistor 201 is set as follows. That is, the base driving transistor 20
No. 3 needs to be OFF and not break down in order to turn off the field current control transistor 201. Therefore, while the load dump is occurring, the base driving transistor 203 has a withstand voltage that does not break down at the maximum voltage VBP . Here, the relationship between the transistor breakdown voltage and the load dump peak voltage V BP so that the transistor does not break down at the maximum voltage V BP is as follows. First, the breakdown voltage of the field current control transistor 201 is given by: V BP + V F (202) <withstand voltage of field current control transistor 201 Here, V F (202) is the forward voltage of the field current return diode 202. The breakdown voltage of the base driving transistor 203 is expressed as follows: V BP −V BE (201) <the breakdown voltage of the base driving transistor 203. Here, V BE (201) is a base-emitter voltage of the field current control transistor 201. At this time, V F (202) and V BE (201) are 1
If the voltage is about V and is sufficiently small with respect to the maximum voltage V BP, it is neglected because: V BP <withstand voltage V BP of the field current control transistor 201 ≦ withstand voltage of the base drive transistor 203. In other words, this is a condition for preventing the field current control transistor 201 from turning on and breaking down at the maximum voltage V BP . Next, the magnitude relationship between the breakdown voltage of the field current control transistor 201 and the breakdown voltage of the base drive transistor 203 will be considered. There is no problem if the breakdown voltage of the field current control transistor 201 and the withstand voltage of the base drive transistor 203 are set at least equal to each other.
When the field current control transistor 201 breaks down, the field current to be driven is smaller than when the field current control transistor 201 is turned on by the breakdown of 03. Therefore, it is more preferable to set the withstand voltage of the base drive transistor 203 to be larger than the withstand voltage of the field current control transistor 201. As an example, when the load dump peak voltage V BP is about 150 V, the withstand voltage of the field current control transistor 201 is 2
It is set to about 00V and the base drive transistor 2
It is preferable that the withstand voltage of the transistor 03 is set to about 200 V, preferably about 250 V. On the other hand, since the current control circuit section 7 is composed of an integrated circuit having a low withstand voltage, it is difficult to configure the base drive transistor 203 described above with an integrated circuit. This is because an integrated circuit usually has a low withstand voltage for the first purpose of high integration, and if the withstand voltage is to be increased, a reduction in the degree of integration and a significant change in the manufacturing process are required. That is, as a whole, it is preferable that the base driving transistor 203 is a single high-voltage transistor and is separated and independent from the integrated device. When the field current control transistor 201 is a single PNP transistor, its base current exceeds 100 mA, which is one of the reasons for using the base drive transistor 203 alone. Next, the operation of the voltage control circuit unit 7 when a load dump occurs will be described. In order to keep the voltage at the generator output terminal B at a predetermined value, the comparator 230 compares the voltage at the generator output terminal B with the potential at the voltage dividing point by the voltage dividing resistors 214 and 215 and the reference voltage Vr.
When it is detected that the potential at the voltage dividing point has exceeded the reference voltage Vr due to the occurrence of the load dump, the Hi signal is output to the transistor 206.
And turn it on. Thus, the transistor 205, the base driving transistor 203, and the field current control transistor 201 are turned off. The position where the charging line 3 is disconnected is the generator output terminal B
In this case, since the load dump voltage is not applied to the power supply terminal IG, when the transistor 205 is turned off, the collector of the transistor 205 from the battery 6 through the IG terminal is turned off.
The maximum voltage applied between the emitters is at most 12-15
Since the voltage is V, the base current of the base drive transistor 203 is cut off without breaking down even if a load dump occurs. However, when the position where the charging line 3 is disconnected is a position near the + terminal of the battery 6, that is, when the fuse 5
2, the fuse of the transistor 205 is connected to the collector through the charging line 3, the fuse 51, the ignition switch 4, the power supply terminal IG, and the resistor 212, while the emitter is connected to the collector through the ground terminal E and the resistor 211. A load dump voltage is applied between the emitters. If the applied voltage in this case exceeds the withstand voltage of the transistor 205, a breakdown occurs and the base driving transistor 203
Since a base current is supplied to the transistor 205 and the transistor 205 is turned on, three Zener diodes 220 to 220 having a Zener voltage of about 5 to 7 V are connected in series so that the transistor 205 can be clamped at a voltage lower than the breakdown voltage. Connected in parallel between the collector of the transistor 205 and the ground terminal E, and the Zener diode 22
The current is bypassed to 0-220. The 37 zener diodes 220 to 22
The voltage that can be clamped at 2 is the normal operating voltage (12-14
V), so that it is not normally broken down. Thus, even if a load dump voltage is applied to the power supply terminal IG, the field current control transistor 201
Can be reliably turned off. The operation and effect of the above embodiment will be described below. As described above, in the output power control device of the automotive alternator having the field coil whose one end is grounded, whether the withstand voltage of the base drive transistor for driving the base current of the field current control transistor is equal to that of the subsequent transistor or not. By doing so, a high-side switch-type regulator that can withstand a load dump can be realized. By using a PNP single transistor as the field current control transistor 201,
The electric potential of the field coil 104 at the time of the interruption of the field current can be used as the earth potential to confirm the reliability of the electrolytic corrosion and corrosion at the time of being wetted. The advantage of the so-called high excitation magnetization that increases the current can be obtained. Further, the voltage control circuit section 7 has a lower withstand voltage than the field current control transistor 201, and even if high integration is to be achieved, the base drive transistor 20 is not required when a load dump occurs.
3 can be reliably turned off to prevent damage to the load dump. (Other Embodiments) When a P-channel type field effect transistor is used as the field current control transistor 201, the same operation and effect as the above embodiment can be obtained. At this time, the base driving transistor 203 and the base resistor 204 require a smaller current than that of the PNP bipolar transistor, so that the current driving capability and the current capacity can be reduced. Thereby, there is also an advantage that the heat generated by the base resistor can be reduced.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の車両用交流発電機の出力電力制御装置
の回路図である。 【図2】図1の車両用交流発電機の出力電力制御装置に
おいて充電線外れが生じた場合の発電電圧VB 及び界磁
電流の時間変化を示すタイミングチャートである。 【図3】従来の車両用交流発電機の出力電力制御装置の
回路図である。 【図4】従来の車両用交流発電機の出力電力制御装置の
回路図である。 【符号の説明】 1は車両用交流発電機、201は界磁電流制御トランジ
スタ(スイッチングトランジスタ)、抵抗210、20
4及びトランジスタ203は前置回路段、7は電圧制御
回路部。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram of an output power control device for an automotive alternator according to the present invention. 2 is a timing chart showing the output power control device for a vehicle alternator in Figure 1 the time variation of the generated voltage V B and the field current when the charging line out occurs. FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional output power control device for an AC generator for a vehicle. FIG. 4 is a circuit diagram of a conventional output power control device for an AC generator for a vehicle. [Description of Signs] 1 is a vehicle alternator, 201 is a field current control transistor (switching transistor), and resistors 210 and 20
Reference numeral 4 and the transistor 203 indicate a front circuit stage, and reference numeral 7 indicates a voltage control circuit unit.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−240336(JP,A) 特開 平3−239129(JP,A) 特開 平6−339299(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/14 - 7/24 H02P 9/30 Continuation of front page (56) References JP-A-63-240336 (JP, A) JP-A-3-239129 (JP, A) JP-A-6-339299 (JP, A) (58) Fields studied (Int .Cl. 7 , DB name) H02J 7/ 14-7/24 H02P 9/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】高位端が車両用交流発電機の直流出力端に
接続されるPNPバイポーラトランジスタ又はPMOS
トランジスタからなるハイサイドスイッチにより構成さ
れて前記交流発電機の界磁巻線への通電電流を断続制御
するスイッチングトランジスタと、 前記車両用交流発電機の直流出力端から給電されて前記
スイッチングトランジスタを制御する前置回路段と、バッテリより イグニッションスイッチを通じて給電され
て前記前置回路段のトランジスタを断続制御する電圧制
御回路部と、 を備える車両用交流発電機の出力電力制御装置におい
て、 前記電圧制御回路部(7)は、エミッタホロワ動作して
前記前置回路段のトランジスタを駆動制御するトランジ
スタ(205)と、前記トランジスタ(205)のコレ
クタ電位を前記トランジスタ(205)がブレークダウ
ンする電圧よりも低い電圧でクランプするクランプ回路
(220)とを有し、 前記電圧制御回路部を構成する各トランジスタ(たとえ
ば205)の耐圧は、前記スイッチングトランジスタ
(201)及び前記前置回路段のトランジスタ(20
3)の耐圧より小さく設定され、 前記前置回路段のトランジスタの耐圧(203)は、前
記スイッチングトランジスタ(201)の耐圧と同等か
より大きく設定される ことを特徴とする車両用交流発電
機の出力電力制御装置。
(57) Claims 1. A PNP bipolar transistor or PMOS having a high-order terminal connected to a DC output terminal of a vehicle AC generator.
A switching transistor configured by a high-side switch formed of a transistor and intermittently controlling a current supplied to a field winding of the AC generator; and controlling the switching transistor by being supplied with power from a DC output terminal of the vehicle AC generator. end circuit stage and an output power control apparatus smell of the automotive alternator and a voltage control circuit for intermittently controlling the transistors of the front end circuit stages are powered through the ignition switch from the battery before
The voltage control circuit (7) operates as an emitter follower.
A transistor for driving and controlling the transistor of the preceding circuit stage;
Of the transistor (205) and the transistor (205).
The transistor (205) breaks down the
Clamp circuit that clamps at a lower voltage than
(220), and each transistor (for example,
205) is the switching transistor
(201) and the transistor (20
The withstand voltage (203) of the transistor in the preceding circuit stage is set smaller than the withstand voltage of 3).
Is it equivalent to the withstand voltage of the switching transistor (201)?
An output power control device for a vehicle alternator, which is set to be larger .
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