JPH0423491B2 - - Google Patents
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- JPH0423491B2 JPH0423491B2 JP58019808A JP1980883A JPH0423491B2 JP H0423491 B2 JPH0423491 B2 JP H0423491B2 JP 58019808 A JP58019808 A JP 58019808A JP 1980883 A JP1980883 A JP 1980883A JP H0423491 B2 JPH0423491 B2 JP H0423491B2
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
- H02J7/16—Regulation of the charging current or voltage by variation of field
- H02J7/24—Regulation of the charging current or voltage by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
- G06G7/26—Arbitrary function generators
- G06G7/28—Arbitrary function generators for synthesising functions by piecewise approximation
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/007188—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters
- H02J7/007192—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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- H02J7/007194—Regulation of charging or discharging current or voltage the charge cycle being controlled or terminated in response to non-electric parameters in response to temperature of the battery
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は充電発電機用電圧調整装置に係り、特
に自動車のエンジンによつて駆動されるバツテリ
充電発電機に使用するに好適な充電発電機用電圧
調整装置に関する。
に自動車のエンジンによつて駆動されるバツテリ
充電発電機に使用するに好適な充電発電機用電圧
調整装置に関する。
充電発電機用電圧調整装置の代表的なものとし
て、米国特許第3718849号が広く知られている。
この種装置は、キースイツチを投入することによ
つて、バツテリからチヤージランプ、界磁コイ
ル、パワートランジスタを通して初期励磁電流を
流し、発電機の回転に応じて出力電圧が高まると
励磁電流を補助整流器から界磁コイルへ直接流
し、チヤージランプを消灯するようにしてある。
一方発電電圧が高まり、バツテリ電圧が上昇する
と分圧抵抗器を通してツエナーダイオードを導通
して制御トランジスタを制御し、パワートランジ
スタを遮断する。従つて界磁電流はダイオードを
通して減衰し発電機の出力電圧が低下する。又、
発電機の出力電圧が低下するとバツテリの端子電
圧が低くなり、ツエナーダイオード、トランジス
タが遮断し、パワートランジスタを導通して界磁
電流を増加せしめ、発電機の出力電圧を上昇せし
める。以上の一連の動作をくり返しバツテリの電
圧を一定電圧に制御するようにしている。
て、米国特許第3718849号が広く知られている。
この種装置は、キースイツチを投入することによ
つて、バツテリからチヤージランプ、界磁コイ
ル、パワートランジスタを通して初期励磁電流を
流し、発電機の回転に応じて出力電圧が高まると
励磁電流を補助整流器から界磁コイルへ直接流
し、チヤージランプを消灯するようにしてある。
一方発電電圧が高まり、バツテリ電圧が上昇する
と分圧抵抗器を通してツエナーダイオードを導通
して制御トランジスタを制御し、パワートランジ
スタを遮断する。従つて界磁電流はダイオードを
通して減衰し発電機の出力電圧が低下する。又、
発電機の出力電圧が低下するとバツテリの端子電
圧が低くなり、ツエナーダイオード、トランジス
タが遮断し、パワートランジスタを導通して界磁
電流を増加せしめ、発電機の出力電圧を上昇せし
める。以上の一連の動作をくり返しバツテリの電
圧を一定電圧に制御するようにしている。
このような構成によれば第１図Ａ，Ｃに示す如
く調整電圧VSの温度勾配は周囲温度と関係なく
一定である。例えばバツテリの充電特性で最適と
される周囲温度−調整電圧特性は、第２図Ｃで示
されるように勾配の大きなものである。ところが
自動車用の電圧調整器として考慮すべき点は、バ
ツテリのみならず電気負荷との関係である。
く調整電圧VSの温度勾配は周囲温度と関係なく
一定である。例えばバツテリの充電特性で最適と
される周囲温度−調整電圧特性は、第２図Ｃで示
されるように勾配の大きなものである。ところが
自動車用の電圧調整器として考慮すべき点は、バ
ツテリのみならず電気負荷との関係である。
通常自動車用のヘツドライト、各種モータ等の
負荷はバツテリから電流を供給され、印加される
電圧が高過ぎるとヘツドライト等の寿命低下を招
き、印加される電圧が低過ぎるとヘツドライトの
照度低下、モータ等補機の出力低下を招く問題が
ある。
負荷はバツテリから電流を供給され、印加される
電圧が高過ぎるとヘツドライト等の寿命低下を招
き、印加される電圧が低過ぎるとヘツドライトの
照度低下、モータ等補機の出力低下を招く問題が
ある。
そこで従来では第１図の如く電圧調整器の勾
配をゆるやかにして低温時の高電圧及び高温時の
低電圧を防止するようにしていた。ところが、実
際には温度特性の勾配が第１図と同様の勾配
で、ある規定電圧（14V）以下にならず、規定電
圧（146V）以上にならないようにするのがバツ
テリと、電気負荷の両方のために良いことが明ら
かで、その様な装置の実現が望まれている。
配をゆるやかにして低温時の高電圧及び高温時の
低電圧を防止するようにしていた。ところが、実
際には温度特性の勾配が第１図と同様の勾配
で、ある規定電圧（14V）以下にならず、規定電
圧（146V）以上にならないようにするのがバツ
テリと、電気負荷の両方のために良いことが明ら
かで、その様な装置の実現が望まれている。
本発明の目的は、バツテリ及び電気負荷に好適
な温度特性を持つ充電発電機用電圧調整装置を提
供するにある。
な温度特性を持つ充電発電機用電圧調整装置を提
供するにある。
本発明は、可変速運転される自動車等の充電発
電機用電圧調整装置に関し、電圧調整装置に任意
の温度特性を持たせることによりバツテリ及び電
気負荷に好適なバツテリ充電特性とするものであ
る。
電機用電圧調整装置に関し、電圧調整装置に任意
の温度特性を持たせることによりバツテリ及び電
気負荷に好適なバツテリ充電特性とするものであ
る。
第２図は本発明の実施例における充電発電機の
回路図で、１はＹ結線された発電機の電機子コイ
ルで、その出力端は三相全波整流器２を通してバ
ツテリ３の端子に結線されている。一方補助整流
器４の出力端は、一端をバツテリ端に接続したキ
ースイツチ５と直列接続されたチヤージランプ６
の一端に結線されると共に界磁コイル７の一端に
結線されている。８は電圧調整装置で、前記キー
スイツチ５を介してバツテリ３に接続される基準
電圧発生回路９と、その基準電圧発生回路の出力
VRと、バツテリの電圧を分圧抵抗１０，１１で
分圧した出力とを比較して出力する比較器１２
と、該比較器の出力によつて制御され、前記界磁
コイル７の他端に結線されたパワートランジスタ
１３と、該パワートランジスタ１３にベース電流
を抵抗１４を介して供給する回路と、フライホイ
ールダイオード１５とから構成されている、ER
は電気負荷である。
回路図で、１はＹ結線された発電機の電機子コイ
ルで、その出力端は三相全波整流器２を通してバ
ツテリ３の端子に結線されている。一方補助整流
器４の出力端は、一端をバツテリ端に接続したキ
ースイツチ５と直列接続されたチヤージランプ６
の一端に結線されると共に界磁コイル７の一端に
結線されている。８は電圧調整装置で、前記キー
スイツチ５を介してバツテリ３に接続される基準
電圧発生回路９と、その基準電圧発生回路の出力
VRと、バツテリの電圧を分圧抵抗１０，１１で
分圧した出力とを比較して出力する比較器１２
と、該比較器の出力によつて制御され、前記界磁
コイル７の他端に結線されたパワートランジスタ
１３と、該パワートランジスタ１３にベース電流
を抵抗１４を介して供給する回路と、フライホイ
ールダイオード１５とから構成されている、ER
は電気負荷である。
上記構成において、バツテリ３の電圧が低い時
には比較器１２の出力が高レベルであつて、パワ
ートランジスタ１３は導通状態にある。一方バツ
テリ３の電圧が高い時には比較器１２の出力は低
レベルで、パワートランジスタ１３は遮断状態に
ある。従つて基準電圧発生回路９の出力電圧を
VRとすると調整電圧VSは VS＝（１＋R10／R11）・VR ……(1) となる。
には比較器１２の出力が高レベルであつて、パワ
ートランジスタ１３は導通状態にある。一方バツ
テリ３の電圧が高い時には比較器１２の出力は低
レベルで、パワートランジスタ１３は遮断状態に
ある。従つて基準電圧発生回路９の出力電圧を
VRとすると調整電圧VSは VS＝（１＋R10／R11）・VR ……(1) となる。
次に基準電圧発生回路９の具体化したものを第
３図に示す。図において４１〜４５は分圧抵抗器
で、ツエナーダイオードZDにより発生する定電
圧VCCを分割している。５１〜５３は各々スイツ
チングトランジスタで、第１のトランジスタ５１
は分圧抵抗４５の端子間に結線され、そのベース
電極を抵抗６１、定電圧素子である１個のダイオ
ード７１を介して演算増幅器８１の出力端に結線
し、第２のトランジスタ５２は直列接続した分圧
抵抗４４，４５の端子間に結線され、そのベース
電極を抵抗６２、直列接続された定電圧素子であ
る２個のダイオード７２，７３を介して演算増幅
器８１の出力端に結線し、更に第３のトランジス
タ５３は直列接続した分圧抵抗４３，４４，４５
の端子間に結線され、そのベース電極を抵抗６
３、直列接続された上記同様の３個のダイオード
７４〜７６を介して前記同様演算増幅器８１の出
力端に結線してある。前記演算回路８１の入力端
の一端はツエナーダイオードZDと並列接続さ
れた抵抗器８２，８３の分圧点に結線され、他端
は抵抗器８４を介してツエナーダイオードZD
に並列接続された抵抗８５と感温素子であるダイ
オード８６〜８９のアノード側接続点に結線され
ている。尚９０，９１は各々抵抗器である。ここ
で、抵抗器８２，８３による分圧点の電圧をV1、
ダイオード８６のアノード側の電圧をV2、演算
増幅器８１の出力電圧をV3とすると、 V2＝4VBE ……(2) （但し、VBEはトランジスタ５１〜５３のベー
ス、エミツタ間電圧及びダイオード７１〜７６の
順方向電圧とする。）とおくと反転増幅回路によ
る電力電圧V3は V3＝（１＋R90／R94）V1−４・ R90／R94・VBE ……(3) となる。
３図に示す。図において４１〜４５は分圧抵抗器
で、ツエナーダイオードZDにより発生する定電
圧VCCを分割している。５１〜５３は各々スイツ
チングトランジスタで、第１のトランジスタ５１
は分圧抵抗４５の端子間に結線され、そのベース
電極を抵抗６１、定電圧素子である１個のダイオ
ード７１を介して演算増幅器８１の出力端に結線
し、第２のトランジスタ５２は直列接続した分圧
抵抗４４，４５の端子間に結線され、そのベース
電極を抵抗６２、直列接続された定電圧素子であ
る２個のダイオード７２，７３を介して演算増幅
器８１の出力端に結線し、更に第３のトランジス
タ５３は直列接続した分圧抵抗４３，４４，４５
の端子間に結線され、そのベース電極を抵抗６
３、直列接続された上記同様の３個のダイオード
７４〜７６を介して前記同様演算増幅器８１の出
力端に結線してある。前記演算回路８１の入力端
の一端はツエナーダイオードZDと並列接続さ
れた抵抗器８２，８３の分圧点に結線され、他端
は抵抗器８４を介してツエナーダイオードZD
に並列接続された抵抗８５と感温素子であるダイ
オード８６〜８９のアノード側接続点に結線され
ている。尚９０，９１は各々抵抗器である。ここ
で、抵抗器８２，８３による分圧点の電圧をV1、
ダイオード８６のアノード側の電圧をV2、演算
増幅器８１の出力電圧をV3とすると、 V2＝4VBE ……(2) （但し、VBEはトランジスタ５１〜５３のベー
ス、エミツタ間電圧及びダイオード７１〜７６の
順方向電圧とする。）とおくと反転増幅回路によ
る電力電圧V3は V3＝（１＋R90／R94）V1−４・ R90／R94・VBE ……(3) となる。
V3が低電圧から高電圧になるに従つて順次ト
ランジスタ５１，５２，５３が導通になり、基準
電圧発生回路の出力VRを決定する分圧比が変化
する。トランジスタ５１〜５３が導通または遮断
状態の飽和領域について考えると、次の４つの場
合に分けられる。
ランジスタ５１，５２，５３が導通になり、基準
電圧発生回路の出力VRを決定する分圧比が変化
する。トランジスタ５１〜５３が導通または遮断
状態の飽和領域について考えると、次の４つの場
合に分けられる。
(1) トランジスタ５１，５２，５３がすべて遮断
の場合 VR＝R42＋R43＋R44＋R45／R41＋R42＋R43＋R44＋R45
・VCC……(4) となる。また、トランジスタ５１，５２，５３
がすべて遮断となる条件は、増幅回路の出力
V3がダイオード７１とトランジスタ５１の順
方向電圧以下にある事であり、 V3＜2VBE ……(5) と表される。(5)式に(3)式を代入すると VBE＞R90＋R84／4R90＋2R84・V1……(6) (2) トランジスタ５１が導通、トランジスタ５
２，５３が遮断の場合 VR＝R42＋R43＋R44／R41＋R42＋R43＋R44・VCC……(7
) この時の条件は上記と同様にして 2VBE＜V3＜3VBEから ……(8) R90＋R84／4R90＋3R84・V1＜VBE＜R90＋R84／4R90＋2
R84 ・V1 ……(9) (3) トランジスタ５１，５２が導通、トランジス
タ５３が遮断の場合 VR＝R42＋R43／R41＋R42＋R43・VCC ……(10) 3VBE＜V3＜4VBEから ……（11） V1／４＜VBE＜R90＋R84／4R90＋3R84・V1……（12） (4) トランジスタ５１，５２，５３がすべて導通
の場合 VR＝R42／R41＋R42・VCC ……（13） 4VBE＜V3より ……（14） VBE＜V1／４ ……（15） となる。一例として以下の回路定数を代入する。
の場合 VR＝R42＋R43＋R44＋R45／R41＋R42＋R43＋R44＋R45
・VCC……(4) となる。また、トランジスタ５１，５２，５３
がすべて遮断となる条件は、増幅回路の出力
V3がダイオード７１とトランジスタ５１の順
方向電圧以下にある事であり、 V3＜2VBE ……(5) と表される。(5)式に(3)式を代入すると VBE＞R90＋R84／4R90＋2R84・V1……(6) (2) トランジスタ５１が導通、トランジスタ５
２，５３が遮断の場合 VR＝R42＋R43＋R44／R41＋R42＋R43＋R44・VCC……(7
) この時の条件は上記と同様にして 2VBE＜V3＜3VBEから ……(8) R90＋R84／4R90＋3R84・V1＜VBE＜R90＋R84／4R90＋2
R84 ・V1 ……(9) (3) トランジスタ５１，５２が導通、トランジス
タ５３が遮断の場合 VR＝R42＋R43／R41＋R42＋R43・VCC ……(10) 3VBE＜V3＜4VBEから ……（11） V1／４＜VBE＜R90＋R84／4R90＋3R84・V1……（12） (4) トランジスタ５１，５２，５３がすべて導通
の場合 VR＝R42／R41＋R42・VCC ……（13） 4VBE＜V3より ……（14） VBE＜V1／４ ……（15） となる。一例として以下の回路定数を代入する。
R41＝1KΩ
R42＝14KΩ
R43＝940Ω
R44＝1KΩ
R45＝1.1KΩ
R90＝20KΩ
R34＝4KΩ
VCC＝7V
V1＝2.5V
VBE＝0.68−0.002（Ｔ−27）Ｖ
ただしＴ；温度（℃）
また、第２図中の分圧抵抗器１０，１１の分圧
比を R10／R11＝1.7 として(1)、(4)、(6)、(7)、(9)、(10)、（12）、（13
）、
（15）式に代入すると (1)の場合 27.0℃＞Ｔの時 調整電圧VS＝14.67V (2)の場合 27.0℃＜Ｔ＜41.9℃の時 VS＝14.40V (3)の場合 41.9℃＜Ｔ＜55.5℃の時 VS＝14.48V (4)の場合 55.5℃＜Ｔの時 VS＝13.97V が得られ、４つの温度範囲で異なる調整電圧を持
つ事がわかる。以上の説明は、トランジスタ５
１，５２，５３が飽和状態であると仮定したが、
実際には、遮断状態から導通状態へ移る前に能動
領域を通るので上記計算式で得られた特性よりも
なめらかな特性になり、第１図の温度特性が実
現できる。
比を R10／R11＝1.7 として(1)、(4)、(6)、(7)、(9)、(10)、（12）、（13
）、
（15）式に代入すると (1)の場合 27.0℃＞Ｔの時 調整電圧VS＝14.67V (2)の場合 27.0℃＜Ｔ＜41.9℃の時 VS＝14.40V (3)の場合 41.9℃＜Ｔ＜55.5℃の時 VS＝14.48V (4)の場合 55.5℃＜Ｔの時 VS＝13.97V が得られ、４つの温度範囲で異なる調整電圧を持
つ事がわかる。以上の説明は、トランジスタ５
１，５２，５３が飽和状態であると仮定したが、
実際には、遮断状態から導通状態へ移る前に能動
領域を通るので上記計算式で得られた特性よりも
なめらかな特性になり、第１図の温度特性が実
現できる。
上記構成において、ダイオード８６〜８９が周
囲温度によつて変化するので電圧増幅器８１の出
力も変化する。即ち周囲温度が低い場合は電圧増
幅器８１の出力が小さく第１のスイツチングトラ
ンジスタ５１を導通し電圧調整装置の制御電圧
VRを高くし、発電出力を上げる。逆に周囲温度
が上がつてきた場合はその温度に応じて第２およ
び第３のスイツチングトランジスタ５２および５
３も導通して次々とデジタル的に発電機出力電圧
を制御する。もちろんスイツチングトランジスタ
の段数を多くすれば周囲温度に応じて木目細かく
発電機の出力電圧を制御できる。
囲温度によつて変化するので電圧増幅器８１の出
力も変化する。即ち周囲温度が低い場合は電圧増
幅器８１の出力が小さく第１のスイツチングトラ
ンジスタ５１を導通し電圧調整装置の制御電圧
VRを高くし、発電出力を上げる。逆に周囲温度
が上がつてきた場合はその温度に応じて第２およ
び第３のスイツチングトランジスタ５２および５
３も導通して次々とデジタル的に発電機出力電圧
を制御する。もちろんスイツチングトランジスタ
の段数を多くすれば周囲温度に応じて木目細かく
発電機の出力電圧を制御できる。
本発明によれば、バツテリー充電に適した温度
特性を持つ充電発電機用電圧調整装置を容易に提
供できる。また、電圧調整回路はトランジスタと
ダイオードのみにより構成できるので、モノリシ
ツクIC中に作り込むのに最適な回路となる。更
には、感温素子、低電圧素子としてダイオードを
用いるので、簡単で安価な回路となる。
特性を持つ充電発電機用電圧調整装置を容易に提
供できる。また、電圧調整回路はトランジスタと
ダイオードのみにより構成できるので、モノリシ
ツクIC中に作り込むのに最適な回路となる。更
には、感温素子、低電圧素子としてダイオードを
用いるので、簡単で安価な回路となる。
第１図は従来の本発明における充電電圧の温度
特性の比較を表す特性図で、第２図は本発明の一
実施例における充電発電機用電圧調整装置の回路
図、第３図は第２図における基準電圧発生回路の
回路図である。 ８……電圧調整器、９……基準電圧発生回路、
１２……比較器、１３……パワートランジスタ、
５１〜５３……スイツチングトランジスタ、７１
〜７６……ダイオード、８１……演算増幅器、８
６〜８９……ダイオード。
特性の比較を表す特性図で、第２図は本発明の一
実施例における充電発電機用電圧調整装置の回路
図、第３図は第２図における基準電圧発生回路の
回路図である。 ８……電圧調整器、９……基準電圧発生回路、
１２……比較器、１３……パワートランジスタ、
５１〜５３……スイツチングトランジスタ、７１
〜７６……ダイオード、８１……演算増幅器、８
６〜８９……ダイオード。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 定電圧源に接続した第１の抵抗と、前記第１
の抵抗の他端に接続した第２の抵抗と、前記第２
の抵抗の他端に接続した第３の抵抗と、前記第３
の抵抗の他端に接続した第４の抵抗と、前記第４
の抵抗の他端に接続し、他端を接地する第５の抵
抗と、前記第２の抵抗と第３の抵抗の接続点にコ
レクタを、前記接地にエミツタを接続した第３の
スイツチングトランジスタと、前記第３の抵抗と
第４の抵抗の接続点にコレクタを、前記接地にエ
ミツタを接続した第２のスイツチングトランジス
タと、前記第４の抵抗と第５の抵抗の接続点にコ
レクタを、前記接地にエミツタを接続した第１の
スイツチングトランジスタと、前記第３のスイツ
チングトランジスタのベース電極にカソードを接
続し、複数個直列的に接続されたｎ個のダイオー
ドと、前記第２のスイツチングトランジスタのベ
ース電極にカソードを接続し、複数個直列的に接
続されたｍ個のダイオードと、前記第１のスイツ
チングトランジスタのベース電極にカソードを接
続したｌ個のダイオードと、該ダイオードのそれ
ぞれのアノードに共通に出力端を接続し、かつ前
記定電圧源と接地間に直列接続された抵抗と周囲
温度に応じて電圧降下が定まる複数個のダイオー
ドとの接続点に−入力端を、前記定電圧源と接地
間に設けられたツエナーダイオードに並列接続さ
れた分圧抵抗器の接続点に＋入力端を接続した電
圧増幅器とで基準電圧発生回路を構成し、更に前
記ダイオードの関係を ｌ＜ｍ＜ｎ とし、バツテリ電圧の分圧点と前記第１の抵抗と
前記第２の抵抗の接続部の電圧とを比較し発電機
の界磁電流を制御するように構成したことを特徴
とする充電発電機用電圧調整装置。
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