JP3552658B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
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。
【0002】
【従来の技術】
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。
【0003】
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。
【0004】
このような不都合を解決する技術として、特開昭62−104440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。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開昭62−104440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。
【0006】
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】
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、外部電圧検出端子と電圧制御回路とインピーダンス切替回路とを備えている。外部電圧検出端子は、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電気負荷に接続されている。電圧制御回路は、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車両用発電機の発電状態を制御する。インピーダンス切替回路は、外部電圧検出端子の入力インピーダンスを、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。外部電圧検出端子を所定期間低インピーダンスに切り替えることにより、外部電圧検出端子や電圧検出線に接触抵抗がある場合にこの外部電圧検出端子の端子電圧が低くなるため、確実に接触不良を検出することができる。また、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。
【0008】
また、上述した電圧制御回路は、インピーダンス切替回路によって入力インピーダンスを低インピーダンス側に切り替えた際に外部電圧検出端子の電圧が所定の閾値を下回ったときに、その後の車両用発電機の出力電圧が所定の保護電圧値を越えないように車両用発電機の発電状態を制御する。接触抵抗があって外部電圧検出端子の電圧が低くなった場合には、車両用発電機の出力電圧値を制御することにより、この出力電圧値の過大な上昇を抑制し、バッテリやその他の電気負荷に対する過大な電圧供給を確実に防止することができる。
【0009】
また、上述した電圧制御回路は、保護電圧値を用いた車両用発電機の発電状態の制御を、動作停止指示を受け付けるまで継続することが望ましい。接触不良があると判断した場合に行われる出力電圧に基づく制御を電圧制御回路に対する動作停止指示があるまで継続することにより、安定した車両用発電機の出力電圧の保護動作が可能になる。
【0010】
また、上述した電圧制御回路が動作停止指示を受け付けた後に、外部電圧検出端子の入力インピーダンスを、電圧制御回路が動作中の入力インピーダンスよりも大きな値に切り替える第2のインピーダンス切替回路を備えることが望ましい。これにより、外部電圧検出端子の接触部の信頼性を確保しつつ、外部電圧検出端子の平均的な消費電流を抑制することが可能になる。
また、インピーダンス切替回路は、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外部電圧検出端子を接地して、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る構成とすることができる。
また、インピーダンス切替回路は、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抵抗を介して流す構成とすることができる。この結果、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。
【0011】
【発明の実施の形態】
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。
【0012】
〔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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
〔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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態のレギュレータの構成を示す図である。
【図2】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 (5)
- 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、
前記電圧制御回路は、前記インピーダンス切替回路によって前記入力インピーダンスを低インピーダンス側に切り替えた際に前記外部電圧検出端子の電圧が所定の閾値を下回ったときに、その後の前記車両用発電機の出力電圧が所定の保護電圧値を越えないように前記車両用発電機の発電状態を制御することを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1において、
前記電圧制御回路は、前記保護電圧値を用いた前記車両用発電機の発電状態の制御を、動作停止指示を受け付けるまで継続することを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1〜2のいずれかにおいて、
前記電圧制御回路が動作停止指示を受け付けた後に、前記外部電圧検出端子の入力インピーダンスを、前記電圧制御回路が動作中の入力インピーダンスよりも大きな値に切り替える第2のインピーダンス切替回路を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
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ることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項4において、
前記インピーダンス切替回路は、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前記抵抗を介して流すことを特徴とする車両用発電制御装置。
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