JPH07203637A

JPH07203637A - 電源保護装置

Info

Publication number: JPH07203637A
Application number: JP5354550A
Authority: JP
Inventors: Masanori Shimizu; 昌則清水
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】バッテリ電圧の低下時に対しても負荷に十分
な電圧を供給できる電源保護装置を提供する。【構成】ＤＣ−ＤＣ変換器３７に並列に抵抗型整流回
路３８を接続し、それを負荷２０に接続したことを特徴
とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バッテリからの出力を
利用したＤＣ−ＤＣ変換器を有した電源の保護装置に関
し、特にバッテリ電圧が極端に低下したときの電源の保
護の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】商用電源に代わって、自動車のエンジン
で発電機を駆動して交流電圧を発生する所謂エンジン発
電機が提案されている。例えば、特開平２−９５７５９
号。このようなエンジン発電機は、内部に定電圧、定周
波数の交流出力を発生させるための、エンジン制御用の
電子回路を積載している。この電子回路は当然電気で動
作するが、その電源は発電機自体が供給するようになっ
ている。即ち、スタート時には、内蔵のバッテリから直
流電圧を供給され、通常運転時には、発電機が発生した
交流出力を直流に変換している。ところで、バッテリは
１４Ｖ程度で動作するが、上記電子回路は５Ｖで作動す
るので、一般にエンジン発電機では、交流を１４Ｖ程度
の直流に変換するにＡＣ−ＤＣ変換器と、この変換器の
直流出力を更に５Ｖ程度の低電圧に変換するＤＣーＤＣ
変換器とが必要である。

【０００３】エンジン発電機は高品質の交流を得ること
の目的としているので、前述の交流出力を直流に変換す
るＤＣ−ＤＣ変換器は高精度のスイッチング電源を用い
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
スタート時には、スタータモータが始動されるので、バ
ッテリ電圧は大きく低下する。すると、このバッテリ出
力を電源としている上述のＤＣ−ＤＣ変換器は正常に動
作しなくなる。すると、電子回路には電圧が供給される
ことはなくなり、発電機からの交流出力は極めて不安定
となる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
欠点を解消するために提案されたもので、その目的は、
バッテリ電圧が大きく低下した場合にも目的の電圧が発
生できるように電源を保護する電源保護装置を提案する
ものである。かかる目的の本発明の構成は、ＤＣ−ＤＣ
変換器により直流電圧から直流電圧を発生して第１の経
路を介して負荷に供給する直流電源を保護するための電
源保護装置において、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の前記第１
の経路と、バッテリからの直流出力を抵抗型整流回路に
入力した第２の経路とを接続し、これらの第１の経路と
第２の経路との接続を前記負荷に接続することを特徴と
する。

【０００６】抵抗型整流回路は、損失は大きくとも、バ
ッテリ電圧の低下時に対しても、負荷に十分な電圧を供
給できる。バッテリ電圧の低下は短いから損失は問題に
ならない。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら詳細に説明する。この実施例は、本発明を所
謂エンジン発電機に適用したものである。〈全体構成〉図１に、実施例のエンジン発電機システム
の全体構成を示す。このシステムは、エンジン１３の回
転トルクによって発電機（４極の同期発電機）を駆動し
て三相交流（２００Ｖ）を出力し、負荷２１に供給する
ものである。

【０００８】ＥＣＵ２０は、発電機１９の励磁電流Ｉ_f
を制御して出力電圧を調整する。また、ステップモータ
１０に出力される信号ＴＶを制御することにより、スロ
ットル弁１１の開度を調整し、その結果、吸気管１４を
通る空気量を制御してエンジン回転数（４極の同期発電
機を用いれば１８００回転）を変更することにより、出
力の周波数を制御する。スロットル弁１１を駆動するス
テップモータ１０の電源はバッテリ電圧（＋Ｂ）であ
る。エンジン１３の出力軸はスタータモータ１６の回転
軸に接続されている。エンジン１３のスタートは、ＥＣ
Ｕ２０からの指令（信号ＳＴ）によりスタータモータ１
６を回転させることによりなされる。

【０００９】スタート時のモータ１６の電力源はバッテ
リ１７である。エンジンが回転し、発電機１９が稼働す
ると３相交流が発生する。この交流出力は電源電圧制御
回路１８に入力される。電源電圧制御回路１８はこの交
流出力から５Ｖ電圧を生成し、この５ＶはＥＣＵ２０の
電源電圧として使用される。５Ｖ電圧によって駆動され
るＥＣＵ２０は、交流出力をモニタし、前述のように制
御信号Ｉ_fとＴＶを生成することによって、交流出力が
６０Ｈｚ、２００Ｖになるように制御する。

【００１０】１２は点火プラグである。ＥＣＵ２０は点
火回路２２をドライブする。点火回路２２はプラグ１２
を駆動する。ＥＣＵ２０は点火回路２２からは信号Ｔ_p
を入力してエンジン回転数をモニタする。〈電源電圧制御回路〉電源電圧制御回路１８はＥＣＵ２
０のための５Ｖ電圧を生成する。その詳細な構成を図２
に示す。５Ｖ電圧は、：１３〜１４Ｖの直流電圧を５Ｖ電圧に変換するＤＣ
／ＤＣ電源（内部にスイッチングレギュレータを有す
る）３７と、：内部に直列電源回路３８（以下「ＳＲ」と略し、詳
細は３図に示す）、とによって夫々供給される。

【００１１】ＳＲ３８は、バッテリからの＋Ｂ電圧（１
３〜１４Ｖ）をダイオード３６を介して入力する。ＳＲ
３８においては、図３に示すように、ツエナーダイオー
ドＺＤが生成する一定電圧はトランジスタＱ₁のベース
に供給される。このような構成によりトランジスタＱ₁
は＋５Ｖ電圧を生成する。ＳＲ３８は、簡単な構成で直
流電圧５Ｖを生成するけれども、内部抵抗が高いために
熱損失が大きいという欠点がある。しかし、ＤＣ−ＤＣ
３７は後述するように、周知のスイッチングレギュレー
タを用いているので熱損失が少なく精度がよい。

【００１２】３１は、発電機１９からの交流出力を直流
電圧（約１４Ｖ）に変換するＡＣ／ＤＣ変換器である。
変換器３１は整流回路と平滑化コンデンサとを有する。
３５はバッテリ１７を充電するための充電器である。充
電器３５の構成は図４に示される。充電器３５は、整流
用ダイオードＤ₁と平滑用コンデンサＣ₁とトランジスタ
Ｑ₂とＣＭＯＳコンパレータとからなる。コンパレータ
は、バッテリ電圧をモニタし、その電圧＋Ｂが所定値を
越えようとするときはトランジスタＱ₂をオフさせる。
かくして、充電器３５は、バッテリ１７を充電するため
の直流を生成すると共に、バッテリ１７が過充電されな
いようにする。ＣＭＯＳコンパレータを用いた理由は消
費電流が少ないからである。

【００１３】図２において、３０は１００Ｖ交流で駆動
されるＡＣリレーであり、通常オープンの接点３２を有
する。３３は１４Ｖで駆動されるＤＣリレーであり、Ｂ
側に倒れているスイッチ３４を有する。〈ＥＣＵの構成〉５図はＥＣＵ２０の構成を示す。ＥＣ
Ｕは、交流出力をモニタするために検出回路４０とＡ／
Ｄコンバータ４１とを、スロットル開度ＴＶＯなどをモ
ニタするためのＡ／Ｄコンバータ４４と、ステップモー
タ１０を駆動する信号ＴＶ等を生成するドライバ回路４
３と、ＣＰＵ４２などを有する。

【００１４】〈動作〉スタート前の状態図６は、エンジン発電機が稼働される前における、ＥＣ
Ｕ２０への＋５Ｖの供給される様子を示している。この
ときは、発電機１９は交流を出力していないけれども、
図６に示すように、リレー３３の接点はＢ側にあるの
で、＋Ｂ電圧は接点Ｂを介してＤＣ−ＤＣ３７に供給さ
れる。ＤＣ−ＤＣ３７はこの＋Ｂ電圧から５Ｖを生成す
る。この電圧により、ＥＣＵ２０は動作可能となり、エ
ンジン発電機がスタートされるのを待つ。

【００１５】スタート時図７は、ＥＣＵ２０内のＣＰＵ４２の制御手順を示す。
図７のステップＳ１０〜ステップＳ１６はスタート時の
制御を示す。ステップＳ１０において、ＣＰＵ４２はス
テップＳ１０において、操作者がスタート（不図示）キ
ーを押すのを待っている。スタートキーが押されると、
ステップＳ１１でスロットル開度を所定の開度にできる
ように、信号ＴＶをＴＶ₀とする。これにより、エンジ
ンがスタートできるようにスロットル弁が開く。ステッ
プＳ１２で信号ＳＴをオンにする。すると、スタータモ
ータ１６内の不図示のリレーがオンしてバッテリ１７か
らの＋Ｂ電圧がモータ１６に供給されて回転を始める。
ステップＳ１３では点火回路２２をオンする。モータに
よって回転され始めたエンジン１３はやがて燃焼を開始
し自力で回転するようになる。

【００１６】ＣＰＵ４２はステップＳ１４において点火
時期信号Ｔ_pを入力する。この点火時期信号に基づいて
エンジン回転数Ｎ_Eを計算する。計算したエンジン回転
数Ｎ_Eと閾値Ｎ₀とを比較し、Ｎ_E＞Ｎ₀でない間は、ステ
ップＳ１２〜ステップＳ１８を繰り返す。即ち、エンジ
ン回転数Ｎ_Eが所定の回転数に達するまでは点火時期信
号Ｔ_pに基づいてエンジンの回転を制御する。これによ
り、エンジン回転数が速やかに目標回転数Ｎ₀に達す
る。

【００１７】バッテリ電圧低下の補償ところで、ステップＳ１２でスタータモータを起動した
直後はバッテリ１７の電圧は大きく低下する。約５〜６
Ｖにまで低下する（図８）。ところが、５Ｖを供給して
いるＤＣ−ＤＣ３７はこの＋Ｂ電圧を使用しているか
ら、その動作が保証できず、出力＋５Ｖが不安定とな
る。場合によってはＤＣ−ＤＣ３７内の不図示のスイッ
チングレギュレータがフェールして出力が０Ｖとなるこ
とがある。５Ｖが不安定となると、ＥＣＵ２０の動作は
不安定となる。本システムのＳＲ３８はこの不安定を防
止するためにある。

【００１８】図３によって説明したように、ＳＲ３８は
シリーズレギュレータであるから、入力電圧が５Ｖ程度
にまで低下しても、その出力が０Ｖになることはない。
このときは、ＥＣＵ２０への電圧供給は、図９に示すよ
うに、バッテリ１７→接点３４→ＳＲ３８となる。かく
して、エンジンスタート時においても、ＥＣＵ２０が正
常に動作できる程度の電源電圧が保証される。

【００１９】交流電圧の発生エンジン回転数Ｎ_EがＮ₀に達すると、ステップＳ２０で
ＣＰＵ４２は発電機１９の励磁回路（不図示）に励磁電
流を流す。図１０の時刻ｔ₀を参照。すると、発電機か
らは交流を発生する。ＥＣＵ２０はバッテリ１７からの
電源を元にした５Ｖによって動作されながら、ＥＣＵ２
０の検出回路４０は発電機１９の出力をモニタしてい
る。図５を参照。

【００２０】検出回路４０の詳細を図１１に示す。検出
回路４０は、そのうちの電圧検出回路４０ａがＵ相の電
圧をモニタしてモニタ信号Ｖ_U，Ｐ_VUを生成し、検出回
路４０ｂがＷ相の電圧をモニタしてモニタ信号Ｖ_W，Ｐ
_VWを生成し、検出回路４０ｃがＵ相の電流をモニタして
モニタ信号Ｉ_U，Ｐ_IUを生成し、検出回路４０ｄがＷ相
の電圧をモニタしてモニタ信号Ｉ_U，Ｐ_IUを生成する。
尚、電流の検出は交流の出力線に装着された電流センサ
（コイル）によってなされる。各々の検出回路は、図１
２に示すように、交流のラインから検出した信号に対
し、ゲインを調整し、波形整形して矩形波に変換したも
のをＰ_VUとして出力する。即ち、Ｐ_VUは発電機出力の位
相を表す。また、ゲイン調整された信号は５２で整流さ
れ、更に５３で積分されて、５４でフィルタ処理され
る。フィルタ出力は電圧モニタ信号Ｖ_Uとなる。尚、検
出回路４０の各検出回路４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０
ｄは、図１２の回路と実質的に同じであり、電圧検出と
電流検出とでは回路定数が異なる。

【００２１】ステップＳ２２，ステップＳ２４では、上
記の検出回路がモニタ信号を検出する。即ち、ＥＣＵ２
０のＡ／Ｄコンバータ４１が上記モニタ信号をＡ／Ｄ変
換してＣＰＵ４２が取り込む。ステップＳ２６では、Ｖ
_U，Ｖ_Wに基づいて目標電圧との差を演算し、その差から
目標励磁電流Ｉ_fを演算する。また、Ｐ_VU，Ｐ_VWから現
在の交流の周波数を演算し、目標の周波数を得るための
目標スロットル回路ＴＶを演算する。ステップＳ２８で
はこれらの目標信号ＴＶ，Ｉ_fを出力する。このような
フィードバック制御を、停止指令が出されるまで継続す
る。

【００２２】電源の切り替えステップＳ２０で励磁電流が流れると、発電機出力は上
昇する。その上昇によって、ＡＣ／ＤＣコンバータ３１
が直流電圧を出力する。交流出力が上昇すると、やがて
ＡＣリレー３０（図２）がオンする。図１０の時刻ｔ₁
の時点。すると、接点３２が閉じて、ＤＣリレー３３が
オンする。すると、スイッチ３４がＢ側からＡ側に移行
する。スイッチ３４がＢ側からＡ側に移行する瞬間はバ
ッテリ１７からの出力がダイオード３６を介してＤＣ−
ＤＣ３７に供給されるので、＋５Ｖの発生が途切れるこ
とはない。このときの電源経路については図１３参照。
そして、スイッチ３４がＡ側に来ると、ＤＣ−ＤＣ３７
の直流電源はＡＣ／ＤＣ３１となる。このときの電源経
路については図１４参照。

【００２３】電圧、周波数の制御前述したように、エンジン回転数がＮ₀を越えると、ス
テップＳ２６で、Ｖ_U，Ｖ_Wに基づいて目標電圧との差を
演算し、その差から目標励磁電流Ｉ_fを演算し、Ｐ_VU，
Ｐ_VWから現在の交流の周波数を演算し、目標の周波数を
得るための目標スロットル回路ＴＶを演算し、ステップ
Ｓ２８でこれらの目標信号ＴＶ，Ｉ_fを出力する。

【００２４】従来では、電圧、周波数の制御は、エンジ
ンの出力軸にピックアップエンコーダを取付け、その回
転信号からエンジン回転数回転数を求めていたが、ピッ
クアップ自体は誤差を有し、周波数制御に問題があっ
た。しかし、本システムでは、電気的に出力電圧，出力
電流信号を求め、これらから目標制御信号を演算してい
るので精度が向上する。

【００２５】操作者が停止を行なうと、ステップＳ３２
でレジ電流をオフし、ステップＳ３４でスロットル開度
を０にし、ステップＳ３６で点火回路をオフにして、ス
テップＳ１０に戻ってスタート指令を待つ。〈エンジン停止〉エンジンが故障で停止した場合にも、
ＥＣＵは正常に動作していなくてはならない。

【００２６】エンジンが停止すると、発電機１９からの
出力はゼロとなる。このとき、ＡＣリレー３０はオフと
なる。すると、ＤＣリレー３３もオフとなって、スイッ
チ３４はＡ側に移行する。すると、スイッチ３４がオフ
している最中は、ＤＣ−ＤＣ３７の電源はバッテリ１７
→ダイオード３６→ＤＣ−ＤＣ３７に出力される。〈エンジンの劣化検出〉エンジン発電機に使われるエン
ジンも、通常の自動車のエンジンと同様に、出力が時間
の経過と共に、例えば点火プラグの不良により、例え
ば、管の漏れ等により、低下する。自動車であれば、こ
れらの出力低下は運転者が運転中に間隔的に感じること
ができる。しかし、エンジンの発電機においては、出力
低下を感覚的に知ることは難しい。そこで、本実施例で
は、エンジン出力を上記制御信号により算出し、一方、
スロットル開度ＴＶＯに相当する出力と比較することに
より、エンジン劣化を知るようにしている。

【００２７】図１５は、その出力低下を判断する制御手
順であり、この制御手順は図７の制御手順と並列に動作
する。即ち、ステップＳ４０，ステップＳ４２で、上記
制御信号を入力する。ステップＳ４４では、位相信号か
ら力率を計算する。ステップＳ４６では発生出力を計算
する。ステップＳ４８はスロットル開度ＴＶＯを入力す
る。ステップＳ５０では、ステップＳ４６で演算した出
力と、スロットル開度ＴＶＯに対応する発生すべき出力
とを比較し、前者が後者よりもかなり低い場合にはエン
ジンが劣化している可能性が高いので、ステップＳ５２
で警報を出す。

【００２８】〈実施例の効果〉以上説明した実施例のエ
ンジン発電機システムによると、Ａ−１：エンジンの始動時は、点火時期信号Ｔ_pに基
づいてエンジン回転数を所定の回転数Ｎ₀に達するよう
に制御し、その後は、発電機出力の発生電圧及びまたは
発生電流に基づいて出力を目標の電圧及び周波数に制御
している。回転数Ｎ₀には速やかに達するようになり、
その後は精度の良い交流出力が得られる。Ａ−２：知ることが困難なエンジンの出力低下をシス
テムが検出するようにしている。この検出は、エンジン
の回転数を制御するために使われる電圧制御信号，電流
制御信号を流用しているのでコスト的に有利である。Ａ−３：エンジンスタート時において、バッテリ電圧
が大きく低下してＤＣ−ＤＣコンバータ３７が動作不能
となっても、ＤＣ−ＤＣ３７に並列に接続されたシリー
ズレギュレータ３８が継続的に直流電源を供給できる。Ａ−４：バッテリ充電回路３５とＡＣ−ＤＣ３１を並
列して設けているが、通常運転時には、ＡＣ−ＤＣ電源
３１からの出力はダイオード３６とスイッチ３４とによ
りバッテリから切り離されているので、バッテリ１７は
過充電となることはないＡ−５：ＤＣリレー３３の動作中において、ＤＣ−Ｄ
Ｃ３７はダイオード３６によりバッテリ１７から直流電
圧を供給されるので、＋５Ｖの発生が瞬間的にも途切れ
ることはない。

【００２９】〈変形〉本発明はその趣旨を逸脱しない範
囲で種々変形が可能である。Ｍ−１：上記実施例は、３相交流出力の発電機であっ
たが、本発明はこれに限定されず、単相出力にも適用可
能である。この場合、電圧制御信号，電流制御信号によ
る出力の周波数制御は、ＣＰＵ４２内のプログラムの変
更だけで対応できる。

【００３０】Ｍ−２：上記実施例は１つのエンジン発
電機を有したシステムの例であったが、複数のエンジン
発電機を有するシステムにも本発明を適用できる。図１
６にその例を示す。図１６では、エンジン発電機を並列
運転士、交流出力を共通にしている。また、ＡＣ−ＤＣ
を共通にし、シリーズレギュレータも共通化している。

【００３１】Ｍ−３：上記実施例は、電源の切り替え
をＡＣリレーを用いて行っていた。これは、ＤＣリレー
は動作電圧が低いために、発電機停止を検出するには、
ＤＣリレーでは遅すぎるからである。本発明は発電機停
止の検出をＡＣリレーに限定されず、例えば、任意のＡ
Ｃロスセンサ６０（図１７）を用いるようにしてもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した本発明によると、バッテリ
電圧が大きく低下した場合にも、抵抗型整流回路を通し
た電圧が供給されるので、目的の電圧を確保する電源保
護装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるエンジン発電機システム
の構成を説明する図。

【図２】エンジン発電機の電源制御回路１８の構成を説
明する図。

【図３】実施例のシリーズレギュレータの構成を示す
図。

【図４】実施例の充電器３５の構成を示す図。

【図５】実施例のＥＣＵ２０の構成を示す図。

【図６】電源制御回路１８の動作例を説明する図。

【図７】ＣＰＵ４２の制御手順を示すフローチャート。

【図８】スタート時の問題を説明するを説明する図。

【図９】電源制御回路１８の動作例を説明する図。

【図１０】ＥＣＵ２０の動作例を説明する図。

【図１１】検出回路４０の動作例を説明する図。

【図１２】検出回路４０の動作例を説明する図。

【図１３】電源制御回路１８の動作例を説明する図。

【図１４】電源制御回路１８の動作例を説明する図。

【図１５】ＣＰＵ４２の制御手順を示すフローチャー
ト。

【図１６】変形例にかかるシステム構成を説明する図。

【図１７】変形例にかかる構成を説明する図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＤＣ−ＤＣ変換器により直流電圧から直
流電圧を発生して第１の経路を介して負荷に供給する直
流電源を保護するための電源保護装置において、前記ＤＣ−ＤＣ変換器の前記第１の経路と、バッテリか
らの直流出力を抵抗型整流回路を入力した第２の経路と
を接続し、これらの第１の経路と第２の経路との接続を
前記負荷に接続することを特徴とする電源保護装置。
【請求項２】前記第２の経路上にダイオードを設け、
このダイオードの出力を前記第１の経路に接続し、更に
前記負荷に接続することを特徴とする請求項１に記載の
電源保護装置。
【請求項３】前記負荷は、複数のエンジン発電機の制
御回路であることを特徴とする請求項１に記載の電源保
護装置。