JP4097361B2 - バッテリ充電装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、二輪車等に用いられる、永久磁石式三相交流発電機を使用したバッテリ充電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来二輪車用バッテリ充電システムは、永久磁石式三相交流発電機を使用した、サイリスタショート式のREG/REC、或いはオープン方式のREG/RECが知られている。
前者は、バッテリが満充電になると、コントローラがバッテリ電圧を検出して、ダイオードのそれぞれと逆並列に接続されたサイリスタ群をオンして、ACGを短絡して充電を制御する。又後者は、バッテリBが満充電になると、バッテリ電圧を検出してコントローラがサイリスタをオフして充電量を制御する。
【0003】
然しながら前者のショート方式は、ACGを短絡して充電を制御するため、比較的大きな熱ロスが発生して、システムの効率が非常に悪くなるなどの問題がある。又オープン方式は、サイリスタがオフするために、発電機ACGは無負荷となり、ACG出力電圧が上昇する。
そして、エンジン回転数の上昇とともに、ACG出力電圧および周波数が上昇し、結果的に発電機の鉄損が激増し、バッテリ充電装置の効率が悪くなる。
【0004】
本願出願人はかかる欠点を解決するため、先に図3に示す回路を提案した。
(特願平10−39643号)この回路は、永久磁石式三相交流発電機(ACG)を入力とし、三相全波整流回路で整流された直流電圧によりバッテリ(B)を充電するバッテリ充電装置において、三相全波整流回路が、プラス側に接続されたショットキバリアダイオード群(D11、D12、D13)と、マイナス側に接続されたFET群(FET1、FET2、FET3)とにより構成されている。
【0005】
そして、上記構成において、交流入力電圧が負電位の時にFET群(FET1、FET2、FET3)のゲートを、同期整流のタイミングに従って、正バイアスすることを特徴とする。これによって、ショットキバリアダイオードとFETの回路に整流電流が流れるので、整流ロスを小さく抑えることが出来る。即ち三相交流発電機ACGから発生した電流IBは、図の矢印のごとく流れてショットキバリアダイオードD11〜D13で整流され、バッテリBを充電してFET1〜FET3を逆導通して流れ三相交流発電機ACGに戻る。
【0006】
一方、バッテリBが満充電になると、満充電電圧を制御回路CONTが検出して、全てのFETをON状態にして、三相交流発電機ACG出力を短絡状態にする。なお、制御回路CONTは、発電器ACGから接続される各アームの電位(Va)を検出し、整流用FETを同期駆動すると共に、バッテリBの充電状態を監視する。このとき、バッテリBには常に脈流が流れるためリップル電圧が発生する。したがって、このリップル電圧のために電圧検出回路がON/OFFを繰り返す場合がある。
【0007】
このようにFETに順電流が流れている時にON/OFFを繰り返すと、発電機ACGのリアクタンス成分のためにかなり大きなリアクション電圧が発生する。そして、このリアクション電圧により、FETや電子負荷を破損させる恐れがある。特に、このリアクション電圧は過充電時或いはバッテリ外れ等の過電圧時に問題となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記欠点を解決するために定常時は同期整流運転をし、又バッテリレス時等はゼロクロススイッチの可能な制御回路を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項1の発明は、永久磁石式三相交流発電機(ACG)を入力とし、三相全波整流回路で整流された直流電圧によりバッテリ(B)を充電するバッテリ充電装置において、該三相全波整流回路は、プラス側に接続されたショットキバリアダイオード群(D11、D12、D13)と、マイナス側に接続されたFET群(FET1、FET2、FET3)とにより構成すると共に、該FET群の制御回路を備え、且つ該制御回路は、交流入力電圧の正電位期間又は負電位期間の判別回路と、バッテリ電圧検出回路と、該判別信号を一方の入力とし、基準信号を他方の入力とする比較回路と、該バッテリ電圧検出信号により該判別信号を所定値に保持する保持手段を有し、該比較回路の出力信号により該FETを該交流入力電圧のゼロ位相近辺でオン、オフ制御するようにしたことを特徴とする。
【0010】
【実施の形態】
図1は図3の制御回路CONTに適用する本発明の制御回路の実施例図で、図中COMP1は、交流入力電圧の正電位期間と負電位期間を判別する判別回路(比較器)COMP2は該判別回路COMP1の判別信号JSを一方(−側)の入力として、他方(+側)に基準信号Vcを入力とする比較回路で、その出力信号GによりFET1〜FET3のゲートを正バイアスする。
【0011】
次にVbはバッテリ電圧検出回路からの検出信号端子、Q1はトランジスタ(スイッチング素子)で、そのエミッタは該検出信号をVbに接続され、ベースは該判別信号端子JSに接続され、コレクタは該判別信号端とアースE間に接続されたサイリスタT1のゲートに接続されている。以上の構成によりバッテリ電圧検出信号と連動して、該判別信号を所定値に保持するラッチ回路を形成する。
【0012】
次にこの回路動作について、図2,図3を参照して説明する。図2は本発明実施例の各部動作波形図で先ず三相交流発電機ACGは図2(A)の如く三相交流出力UVWを発生する。そして制御回路CONTにおいて、交流の一相(例えばU相)に電圧Vaが生じ、これが比較器COMP1に入力されるとその判別出力は図2(B)に示す判定出力JS(A)を送出する。即ち交流入力電圧の正電位期間(t1〜t3)はハイ(H)を出力し、又負電位期間(t3〜t6)はロウ(L)を出力する。
以下V相、W相も同様に図2(C)(D)に示す判別信号JS(b)、JS(c)を出力する。
【0013】
一方比較器COMP2は該判別信号JSを一方の入力として基準信号Vcと比較され 該判別信号JSがロウ(L)出力の期間図2(E)に示す信号をFET1のゲート信号として送出する。つまり交流入力電圧の負の半サイクル期間該FET1のゲートを正バイアスする。次に図2(F)(G)はバッテリ電圧検出回路の検出信号を示し(F)は未充電状態(ロウ出力)、(G)は時間t2で満充電に達した状態(ハイ出力)を示す。
【0014】
次にバサテリBが未充電状態の動作について説明する。先ず交流入力電圧波形U相について説明すると、正の半サイクル期間はダイオードD11→バッテリB→FET2→Vの経路で充電電流IBが流れ、次の負の半サイクル期間はV相→ダイオードD12→バッテリB→FET1→U相の経路で充電電流が流れる。次いでV相、W相も同様に全波整流され、バッテリBを充電する。この状態ではFET1〜FET3は同期整流器としてゼロクロスのタイミングでバッテリを充電する。
【0015】
なお、上記の状態ではトランジスタQ1はオフ、サイリスタT1もオフ状態であり、判別信号JSに影響を与えない。次に図2(G)に示す時間t2でバサテリが満充電になると検出信号VbがトランジスタQ1のエミッタに入力される。この時U相に着目すると判別回路COMP1の出力JSは、ハイ(H)状態であり、トランジスタQ1は逆バイアスされオフを保つ。そして時間t3において信号JSがハイ(H)からロウ(L)になる瞬間にトランジスタQ1がオン状態になり、これによりサイリスタT1にゲート信号が与えられオンとなる。図2(H)
【0016】
この結果、時間t3で発電機出力(U相)が短絡される。この動作は時間t6迄継続されるが、次の正サイクル期間の始め、該サイリスタT1は一旦オフするがトランジスタQ1は依然オン状態であり、該サイリスタT1は瞬時にオンとなり、該バッテリ電圧検出信号が入力されている状態では該判別信号をロウに保持せしめる結果、FET1はこの間オンを継続し、バッテリへの充電が停止される。この事は図2(I)、(J)に示すようにV相、W相も同様に動作する。そしてバッテリ電圧が低下し、信号Vbがなくなると通常の同期整流運転に入る。
【0017】
【発明の効果】
本発明により、整流ロスや短絡ロスを低減することが出来る。例えば、出力電流7Aにおいて全損失は5W程度であり、従来の1/3ぐらいに抑えることが出来た。特に低RonのFETを使用することにより、20AクラスのREG/RECにおいて、損失を従来の1/3以下に低減することが出来るものと予想される。このため、常にバッテリ充電効率が高い状態で運転することが出来る。
しかも、電界効果トランジスタ−FETは常にゼロ位相付近で、ON/OFF動作を行うため、リアクション電圧の発生を抑える事ができる。
スイッチング時のリアクション電圧を抑えられるため、整流回路に低耐圧、低電圧降下素子を使用する事ができ、結果的に低損失REG/RECを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例回路図
【図2】図1の各部動作波形図
【図3】バッテリ充電回路の回路例
【符号の説明】
ACG.永久磁石式三相交流発電機
T1. サイリスタ
D11〜D13.ショットキバリアダイオード
FET1〜FET3.電界効果トランジスタ
CONT.制御回路
B.バッテリ
COMP1.判別回路
COMP2.比較回路
Q1.トランジスタ
Claims (2)
- 永久磁石式三相交流発電機(ACG)を入力とし、三相全波整流回路で整流された直流電圧によりバッテリ(B)を充電するバッテリ充電装置において、該三相全波整流回路は、プラス側に接続されたショットキバリアダイオード群(D11,D12、D13)と、マイナス側に接続されたFET群(FET1、FET2、 FET3)とにより構成すると共に、該FET群の制御回路を備え、且つ該制御回路は、交流入力電圧の正電位期間又は負電位期間の判別回路と、バッテリ電圧検出回路と、該判別信号を一方の入力とし、基準信号を他方の入力とする比較回路と、該バッテリ電圧検出信号により該判別信号を所定値に保持する保持手段を有し、該比較回路の出力信号により該FETを該交流入力電圧のゼロ位相付近でオン、オフ制御するようにしたことを特徴とするバッテリ充電装置。
- 保持手段に交流入力電圧の正電位期間又は負電位期間もしくは両期間所定値に保持せしめるラッチ回路を設けたことを特徴とする請求項1のバッテリ充電装置。
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