JP4107816B2 - Generator voltage regulator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は単相磁石式発電機の電圧調整回路に関するものであり、特に小型二輪車等に搭載される交流発電機より供給されるバッテリ、ランプ等の交流負荷電圧を同時に調整する電圧調整回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のバッテリ充電装置を図1に示す(特開平8―89000号)。図1において、1は磁石式交流発電機等の発電コイル、(c),(L)はその出力端子、2はスイッチング素子(寄生ダイオードDを内臓した電界効果トランジスタ)、3はランプ等の交流負荷で前記発電コイルの両端子に前記電解効果トランジスタ2と直列にスイッチ4を介して接続されている。次に5はバッテリ、6はスイッチング素子(サイリスタ)、CONT1、CONT2は制御回路である。
【0003】
この回路の動作は、先ず発電コイル1の正波形の半サイクル期間バッテリ5に電流を流す様に制御回路CONT2で制御され、バッテリ5の電圧が高くなると制御回路CONT2によりスイチング素子6のゲート電流を遮断する事によりスイチング素子も非導通となり、バッテリ電圧は所定値に制御される。また、この時スイッチ4が閉時されると、発電コイル1の正波形の半サイクル期間は寄生ダイオード内蔵した電界トランジスタ2の寄生ダイオードDを通り、ランプ負荷3に供給され点灯される。また、発電コイル1の負波形の半サイクル期間はランプ負荷供給電圧が一定電圧以上になったとき電界トランジスタ2が導通を停止させて、ランプ負荷が一定状態になるように制御回路CONT1で制御している。即ち、該ランプ負荷3の電圧は制御回路CONT1で全波検出され、該ランプ負荷3に印可される平均電圧が高くなると制御回路CONT1は、電界トランジスタ2を非導通させて発電コイル1の負波形の半サイクル期間を遮断し、該ランプ負荷3の実効電圧を低下させて所定値に制御される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記回路構成は負荷に対して必要な電力をスイッチング素子介してして供給されるため、スイッチング素子の損失を低減できるが、バッテリの状態によりランプ負荷3に供給される電力が大きく変動し、ランプ負荷特性が悪くなる難点がある。また、アース端子Eが外れた場合、バッテリ側が無制御になる欠点がある。本発明は従来回路の利点を損なうことなく電源変動効率を向上し、発電機の小型化に好適な電圧調整装置を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する為請求項1の発明は、発電機の発電コイル(1)の出力により充電されるバッテリ(5)と、該バッテリの充電回路に直列に接続された第1のスイッチング素子(S1)と、該発電コイルの両端子間に接続された第2のスイッチング素子(S2)と交流半波負荷(3)との直列回路と、該発電コイルの端子間電圧もしくは交流半波負荷電圧を検出し、該第2のスイッチング素子を介して該交流半波負荷電圧を制御する第1の制御回路(I)と、該バッテリ電圧を検出し、該第1のスイッチング素子を介して該バッテリ電圧を制御する第2の制御回路(II)を備え、該発電コイルの正半波出力電圧により該バッテリを充電し、負半波出力電圧により交流半波負荷に給電するようにした発電機の電圧調整装置において、該第2の制御回路にアース端子の開放状態検出機能( II e)を設け、この機能は第3のスイッチング素子(Q4)を備え、この第3のスイッチング素子の入出力端子は該第1のスイッチング素子の入力端子と制御端子との間に接続し、該第3のスイッチング素子の出力端子と制御端子との間に該発電コイルの出力電圧がかかったときのみ該アース端子が閉じて該発電コイル並びに該第1のスイッチング素子が導通するように構成してあることを特徴とする。
【0006】
上記の課題を解決する為請求項2の発明は、該第2の制御回路に発電機の出力状態とインダクタンス分を有するバッテリ負荷から転流電流状態を判別する機能( II e)を設け、この機能は第4のスイッチング素子(Q5)を備え、この第4のスイッチング素子の入力端子は該第3のスイッチング素子の制御端子に接続し、該第4のスイッチング素子がオンしたときのみ該第3のスイッチング素子がオンし、該アース端子が閉じて該発電コイル並びに該第1のスイッチング素子が導通するように構成してあることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図2に示す。1は単相磁石式発電機、5はバッテリ(12V用)3はランプ負荷、4はランプ負荷を点灯させるためのスイッチ、Iaはランプ負荷駆動するためのスイッチング素子駆動回路、Ibはランプ負荷駆動するためのスイッチング素子駆動するための制御回路、Icはランプ負荷駆動するためのスイッチング素子駆動回路を急激にON/OFFさせないためのランプちらつき防止回路、Idはランプ負荷の印加電圧を検出するための回路、Ieはランプ負荷に急峻で高電圧が印加されたこと検出するための回路、Ifはエンジンスタート時に上記各ランプ負荷電圧検出回路Ic,Id,Ieの動作開始時間を早める回路、
【0008】
IIaはバッテリへ充電するためのスイッチング素子駆動回路、IIbはバッテリへ充電するためのスイッチング素子駆動の制御回路、IIcはバッテリ電圧を検出するための回路、IIdはバッテリがオープン状態を検出する回路である。
【0009】
次に、これを動作するためにはまず、バッテリ5が満充電でない時は、バッテリ電圧を検出する回路IIcはバッテリ電圧が規定値以下(ツェナーダイオードZ1の電圧レベル)のため、トランジスタQ1が動作ぜず、OFF状態になる。したがって、単相磁石式発電機1の正波形出力が発生すると抵抗1、ダイオードD1を通してサイリスタS1を点弧させ、バッテリ5を充電する。また、バッテリが満充電状態ではバッテリ電圧を検出する回路IIcがバッテリ電圧を規定値以上(ツェナーダイオードZ1の電圧レベルを乗り越える)と判断し、トランジスタQ1が動作し、ON状態になる。したがって、単相磁石式発電機1の正波形出力が発生すると抵抗R1、ダイオードD2を通してトランジスタQ1でアースへ落とされ、サイリスタS1を点弧できないため、バッテリ5には充電されない。
【0010】
次にバッテリが端子Bよりオープン状態(接続無)について図3、図4を参照して説明する。図3は図2の動作説明図、又図4はバッテリオープン時の各部動作波形図である。バッテリオープン時、検出回路IIcはバッテリ電圧が十分検出されず、端子Bの出力電圧が出続ける。そのため駆動回路IIaはスイッチング素子S1が導通し、端子Bに発電機の正波形が出力されると図3、図4に示すようにバッテリがないための発電機出力波形がそのまま出力される。これにより、コンデンサC1にダイオードD3→ツェナーダイオードZ2→抵抗R3を通り電流 i1で充電され、それに伴いトランジスタQ1が動作し、コンデンサC1に充電された電荷が放電する間の一定時間ON状態になる。
【0011】
したがって、単相磁石式発電機1の正波形出力が次のサイクルに発生すると抵抗1、ダイオードD2を通してトランジスタQ1でアースへ落とされ、サイリスタS1を点弧できないため、端子Bには出力電圧が発生しない。これにより、端子Bの出力は間欠動作をすることで実効電圧的に一定になる。また、単相磁石式発電機1の正波形出力が高回転時等でより高い出力電圧が端子Bに発生した場合は電流 i1のループだけではなく、コンデンサC1にダイオードD3→ツェナーダイオードZ2→ツェナーダイオードZ3→抵抗R4を通り電流 i2でより充電され、それに伴いトランジスタQ1が動作し、さらに長い時間ON状態になる。これにより、端子Bの出力に応じて間欠動作をすることになりより精度の良い実効電圧制御が可能になる。
【0012】
次にランプ負荷側を動作するためにスイッチ4をONすると、まず、単相磁石式発電機1の負波形出力をトランジスタQ2エミッターベース、コンデンサC2→抵抗R7→ダイオードD7を介して電流 i3がC2,R7の時定数で流れ、トランジスタQ2がONし、ランプ負荷を駆動するためのスイッチング素子S2を導通することによりランプ負荷3に単相磁石式発電機1の負波形出力が印加され、ランプが点灯する。次に単相磁石式発電機1の負波形出力をランプ負荷電圧検出回路で検出した結果、ランプ負荷間に発生する電圧が規定値以下(ツェナーダイオードZ4の電圧レベルより低い)の場合は、コンデンサC3、抵抗R9→ダイオードD9→抵抗R10→サイリスタS2を通して電流 i4が流れコンデンサC3に充電される。また、充電されたコンデンサC3の電荷は抵抗R9を介して放電される。単相磁石式発電機1の負波形出力の次サイクル時も同様にコンデンサC3は充放電する。したがって、トランジスタQ3はOFFし、トランジスタQ2はONするため、ランプは点灯し続ける。
【0013】
次にランプ負荷間に発生する電圧が規定値以上(ツェナーダイオードZ4の電圧レベルより高い)の場合は、上記電流ループ i4の他にトランジスタQ3エミッターベース間→ツェナーダイオードZ4→抵抗R8→ダイオードD9→抵抗R10→サイリスタS2を介して電流ループ i5が流れるのでトランジスタQ3はONし、トランジスタQ3のエミッターベース間を短絡するため、トランジスタQ2はOFFし、サイリスタS2が単相磁石式発電機1の負波形出力の次サイクルから非導通となり、ランプが消灯する。これらを単相磁石式発電機1の負波形出力のサイクル毎に繰り返してランプ電圧を一定にしている。また、トランジスタQ2のON/OFFを繰り返すことにより、ランプ負荷の点灯消灯させて、一定の照度を保てせるがトランジスタのON/OFFが早すぎるとランプのちらつきの原因になるため、駆動回路Icの時定数(C2*R7)分トランジスタQ2の動作を遅らせて調整させている。
【0014】
図5は単相磁石式発電機1の出力電圧変動に対する各部動作波形図で、負波形出力が高回転時等でより高い出力電圧が端子Eに発生した場合は電流 i4、電流 i5のループだけではなく、抵抗R10に発生した電圧をツェナーダイオードZ5→抵抗11のループでバイパスする。さらに高い電圧が抵抗R10に発生した場合はツェナーダイオードZ6→抵抗12のループでバイパスするため、コンデンサC3には図5に示すように充電量が増えるため、C3,R9の時定数間さらにトランジスタQ3をONし続け、トランジスタQ2及びサイリスタS2もOFFし続けるため、ランプは消灯し続ける。このため、ランプは単相磁石式発電機1の負波形出力電圧の状態によりサイリスタS2はON/OFFのタイミングを間欠的に動作変して精度の良いランプ負荷の実効電圧制御が可能になる。
【0015】
また、図6はエンジンスタート時のランプ負荷電圧検出回路の動作波形図で、エンジンスタート時にはコンデンサC3に単相磁石式発電機1の負波形出力電圧でC3*R10の時定数により充電されるまでに一定の時間T1を要する。この間に、単相磁石式発電機1の負波形出力電圧が急速に高い電圧になった場合、サイリスタS2は導通状態のままでありに、ランプ負荷に過電圧が印可されランプ切れになってしまう。これを防止するために図6に示す様に、電流ループ i4以外にコンデンサC3、抵抗R9→ダイオードD8→抵抗R13を介してツェナーダイオードZ7までコンデンサC3に急速に充電する時間をT2まで早めることができる。これによりIdのランプ負荷の印加電圧を検出するための回路の動作開始時間が早まる。これによりランプ負荷に過電圧が印可されランプ切れになってしまう事を防止している。
【0016】
以上のことから、発電機の出力波形に対し、正波形はバッテリ充電に振るわけ、負波形はランプ負荷に振り分ける事により、バランスよく発電機のエネルギーを供給できる。また、エンジンの回転数およびバッテリ、ランプ負荷の変動により、各相の出力電圧変動が生じても精度良く負荷にあった実効値電圧制御が可能となる。
【0017】
図7は本発明の他の実施例回路図で、端子Eが外れた場合を検出する回路IIeを設けて有る。この回路の動作は端子Eが外れてオープン状態になるとバッテリ電圧検出回路IIc、バッテリオープン検出回路IIdが働かなくなるため、単相磁石式発電機1の正波形出力電圧が図2に示す様に抵抗R1→ダイオードD1→サイリスタのゲート→バッテリを通るループが構成されるため、サイリスタS1が常時導通状態になり、バッテリ過充電になる。そこで、図7に示すように単相磁石式発電機1の正波形出力電圧が抵抗R1→トランジスタQ4(エミッターベース)→抵抗R14→ダイオード10→端子Eを通ったときのみトランジスタQ4がONしサイリスタS1へのゲート電流を供給可能になる。したがって、端子Eがはずれている状態ではトランジスタQ4が導通できないのでサイリスタS1は動作できず、バッテリの過充電は防止できる。
【0018】
図8は本発明の他の実施例回路図で、バッテリ開放状態でウインカーリレー等のインダクタンス分を有する負荷が出力端子に接続されている場合、該負荷のON/OFFにより負荷のインダクタンス分による逆起電力が発生してアースE、発電機1を通りサイリスタS1にインダクタンス分の転流電流が消滅する間、電流が流れ、サイリスタS1はON状態を続け、バッテリオープン検出回路IIdが働かなくなり、過電圧出力が発生する。そこで発電機1の正弦波出力電圧が抵抗R14,トランジスタQ5(エミッタ、ベース)、端子Eを通った時のみトランジスタQ4がONしサイリスタS1へのゲート電流を供給可能になる。従ってインダクタンス分を有する負荷が出力端子に接続され、転流電流でトランジスタQ4、5が導通できないのでサイリスタS1は動作できず、バッテリオープン時の過充電を防止できる。
【0019】
【効果の説明】
本発明の構成をすることにより、発電機の出力波形に対し、正波形はバッテリ充電に振るわけ、負波形はランプ負荷に振り分ける事により、バランスよく発電機のエネルギーを供給できる。また、エンジンの回転数およびバッテリ、ランプ負荷の変動により、各相の出力電圧変動が生じても精度良く負荷にあった実効値電圧制御が可能となる。さらに、アース端子はずれに対してもバッテリの過充電を防止できる性能を有する事が可能である。また、この発明をバッテリ充電制御機能および、交流ランプ負荷電圧制御機能を必要とする小型二輪車に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の充電装置の構成図
【図2】本発明の実施例回路図
【図3】図2の動作説明図
【図4】バッテリオープン時の各部の動作波形図
【図5】発電機の出力電圧に対する各部の波形図
【図6】エンジンスターと時のランプ負荷電圧検出回路の動作波形図
【図7】本発明の他の実施例回路図
【図8】本発明の他の実施例回路図
【符号の説明】
1…単相磁石式発電機、
2…12V用バッテリ
3…ランプ負荷
4…スイッチ
Q1…ランプ負荷に負波形区間を通電するための駆動スイッチング素子、
D1…ランプ負荷に正波形区間を通電するための整流素子、
S1…発電機の出力を12V用バッテリに通電するための駆動スイッチング素子、
CONT1…制御回路、
CONT2…Q1を駆動ための制御回路、
Ia…ランプ負荷駆動するためのスイッチング素子駆動回路、
Ib…ランプ負荷駆動するためのスイッチング素子駆動するための制御回路、
Ic…ランプちらつき防止回路、
Id…ランプ負荷の印加電圧を検出するための回路、
Ie…ランプ負荷に急峻で高電圧が印加されたこと検出するための回路、
If…エンジンスタート時負荷電圧検出回路動作開始時間を早める回路、
IIa…バッテリへ充電するためのスイッチング素子駆動回路、
IIb…バッテリへ充電するためのスイッチング素子駆動の制御回路、
IIc…バッテリ電圧を検出するための回路、
IId…バッテリがオープン状態を検出する回路
IIe…端子Eが外れた場合を検出する回路
QI,Q2,Q3,Q4...トランジスタ
D1〜D10...ダイオード
S1,S2…スイッチング素子(サイリスタ)
Z1〜Z7…定電圧素子(ツエナーダイオード)
R1〜R13…抵抗[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a voltage adjustment circuit for a single-phase magnet generator, and more particularly to a voltage adjustment circuit for simultaneously adjusting AC load voltages of batteries, lamps and the like supplied from an AC generator mounted on a small motorcycle or the like. It is.
[0002]
[Prior art]
A conventional battery charger is shown in FIG. 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-89000). In FIG. 1, 1 is a power generation coil such as a magnet type AC generator, (c) and (L) are its output terminals, 2 is a switching element (a field effect transistor incorporating a parasitic diode D), and 3 is an AC such as a lamp. A load is connected to both terminals of the power generating coil through the
[0003]
The operation of this circuit is first controlled by the control circuit CONT2 so that a current flows through the
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above circuit configuration, since necessary power is supplied to the load via the switching element, the loss of the switching element can be reduced. However, the power supplied to the lamp load 3 varies greatly depending on the state of the battery. There is a problem that load characteristics are deteriorated. Further, when the ground terminal E is disconnected, there is a disadvantage that the battery side is not controlled. The present invention provides a voltage regulator suitable for improving the power supply fluctuation efficiency without impairing the advantages of the conventional circuit and reducing the size of the generator.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of
[0006]
The invention of
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 is a single-phase magnet generator, 5 is a battery (for 12V), 3 is a lamp load, 4 is a switch for lighting the lamp load, Ia is a switching element drive circuit for driving the lamp load, and Ib is a lamp load drive A control circuit for driving the switching element for switching, Ic is a lamp flicker prevention circuit for preventing the switching element driving circuit for driving the lamp load from being suddenly turned ON / OFF, and Id is for detecting the applied voltage of the lamp load Circuit, Ie is a circuit for detecting that a steep and high voltage is applied to the lamp load, If is a circuit for advancing the operation start time of each of the lamp load voltage detection circuits Ic, Id, Ie when the engine is started,
[0008]
IIa is a switching element driving circuit for charging the battery, IIb is a switching element driving control circuit for charging the battery, IIc is a circuit for detecting the battery voltage, and IId is a circuit for detecting the open state of the battery. is there.
[0009]
Next, in order to operate this, first, when the
[0010]
Next, a state where the battery is open from the terminal B (no connection) will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an operation explanatory diagram of FIG. 2, and FIG. 4 is an operation waveform diagram of each part when the battery is open. When the battery is open, the detection circuit IIc does not sufficiently detect the battery voltage, and the output voltage at the terminal B continues to be output. Therefore, in the drive circuit IIa, when the switching element S1 is conducted and the positive waveform of the generator is output to the terminal B, the generator output waveform for the absence of the battery is output as it is as shown in FIGS. As a result, the capacitor C1 is charged with the current i1 through the diode D3 → the Zener diode Z2 → the resistor R3, and the transistor Q1 is operated accordingly, and the capacitor C1 is turned on for a certain period of time while discharging the charge.
[0011]
Therefore, when a positive waveform output of the single-
[0012]
Next, when the
[0013]
Next, when the voltage generated between the lamp loads is equal to or higher than a specified value (higher than the voltage level of the Zener diode Z4), in addition to the current loop i4, between the transistor Q3 emitter and base → Zener diode Z4 → resistor R8 → diode D9 → Since the current loop i5 flows through the resistor R10 → thyristor S2, the transistor Q3 is turned on and the emitter and base of the transistor Q3 are short-circuited, so that the transistor Q2 is turned off and the thyristor S2 is a negative waveform of the single-
[0014]
FIG. 5 is an operation waveform diagram of each part with respect to the output voltage fluctuation of the single-
[0015]
FIG. 6 is an operation waveform diagram of the lamp load voltage detection circuit at the time of engine start. When the engine is started, the capacitor C3 is charged with a negative waveform output voltage of the single-
[0016]
From the above, the generator waveform can be supplied in a well-balanced manner by allocating the positive waveform to the battery charge and the negative waveform to the lamp load with respect to the output waveform of the generator. Further, effective value voltage control suitable for the load can be performed even if output voltage fluctuations of each phase occur due to fluctuations in the engine speed, battery, and lamp load.
[0017]
FIG. 7 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention, which is provided with a circuit IIe for detecting the case where the terminal E is disconnected. The operation of this circuit is such that the battery voltage detection circuit IIc and the battery open detection circuit IId do not work when the terminal E is disconnected and becomes open, so that the positive waveform output voltage of the single-
[0018]
FIG. 8 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention. When a load having an inductance component such as a winker relay is connected to an output terminal in a battery open state, the load is reversed by turning the load ON / OFF. While the electromotive force is generated and the commutation current corresponding to the inductance disappears in the thyristor S1 through the ground E and the
[0019]
[Explanation of effects]
According to the configuration of the present invention, the positive waveform is distributed to the battery charge with respect to the output waveform of the generator, and the negative waveform is distributed to the lamp load, so that the generator energy can be supplied in a balanced manner. Further, effective value voltage control suitable for the load can be performed even if output voltage fluctuations of each phase occur due to fluctuations in the engine speed, battery, and lamp load. Furthermore, it is possible to have the performance of preventing overcharging of the battery even when the ground terminal is disconnected. Further, the present invention can be applied to a small motorcycle that requires a battery charge control function and an AC lamp load voltage control function.
[Brief description of the drawings]
1 is a configuration diagram of a conventional charging apparatus. FIG. 2 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 3 is an operation explanatory diagram of FIG. 2. FIG. FIG. 6 is a waveform diagram of the operation of the lamp load voltage detection circuit for the engine star and the hour. FIG. 7 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention. Example circuit diagram [Explanation of symbols]
1 ... Single-phase magnet generator,
2 ... 12V battery 3 ...
Q1… Drive switching element for energizing the negative load section to the lamp load,
D1 ... Rectifying element for energizing the positive load section to the lamp load,
S1: Drive switching element for energizing the 12V battery with the output of the generator,
CONT1… Control circuit,
CONT2 ... Control circuit for driving Q1,
Ia: switching element driving circuit for driving the lamp load,
Ib: a control circuit for driving a switching element for driving a lamp load,
Ic: Lamp flicker prevention circuit,
Id: a circuit for detecting the applied voltage of the lamp load,
Ie: a circuit for detecting that a steep and high voltage is applied to the lamp load,
If ... Circuit that accelerates the load voltage detection circuit operation start time at engine start,
IIa: switching element drive circuit for charging the battery,
IIb: switching element drive control circuit for charging the battery,
IIc: circuit for detecting battery voltage,
IId: Circuit that detects when battery is open
IIe... Circuits QI, Q2, Q3, Q4. . . Transistors D1-D10. . . Diode S1, S2 ... Switching element (thyristor)
Z1 to Z7 ... Constant voltage element (Zener diode)
R1-R13 ... resistance
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