JPS62296725A

JPS62296725A - 車両用電源装置

Info

Publication number: JPS62296725A
Application number: JP61135984A
Authority: JP
Inventors: 桝本　正寿; 敬一増野
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1986-06-13
Filing date: 1986-06-13
Publication date: 1987-12-24
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPH0683549B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明〔産業上の利用分野〕本発明は車両用の電源装置に係り、特に二種類の直流電
圧を供給し得る車両用電源装置に係る。

〔従来の技術〕

゛近年、特に寒冷地等にて、従来の１２Ｖより高い２４
Ｖの直流電源を用いる２４Ｖ始動モータが検討されてい
る。

一方、従来、かかる始動モータを駆動し得る車両用充電
装置としては、米国特許明細書筒４．０４５，１７８号
に開示されているように、複数の蓄電池を直列に接続し
、二系統の二次側ステータにて発生した発電電力を上記
蓄電池に直接充電するものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕かかる従来技術になる装置では、しかしながら、通常の
自動式発電機同様に自己電流制限作用が働くが、二次側
ステータの線径を耐振性の問題からあまり細くすること
は出来ず、そのため上記二次側に表われる出力は定格に
対して十分な余裕を生じ、その結果、上記二次側に過大
な電流が流れてしまい、整流素子等が熱破壊を起こすと
いう問題があった。

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、二次
側の発電電流が過大とならず、もって整流素子等の熱破
壊を防止しかつ発電効率の改善された車両用電源装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記本発明の目的は、電気的に絶縁されて設けられた２
本の電機子巻線に発生される交流出力をそれぞれ整流し
て直列接続された蓄電池にそれぞれ充電するように構成
した電源装置において、高圧側の整流装置と高圧側の蓄
電池間に接続されたスイッチ素子と、前記スイッチ素子
の通流率を制御する回路と、前記高圧側蓄電池の平均電
圧及び平均電流を検出する検出回路とを有する車両用電
源装置によって達成される。

〔作用〕

上記の構成において、前記通流率制御回路は前記平均電
圧及び平均電流を検出する回路からの出力信号により前
記スイッチング素子のデユーティを制御し、もって前記
高圧側の整流素子等に流れる電流を一定値以下に制御し
、前記整流素子等の過電流による熱的破壊を防止する。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

第１図中１はエンジン（図示せず）により駆動される発
電機であり、２は発電機１の出力端子Ｂ１により充電さ
れる第１の蓄電池であり、３は発電機１の出力端子Ｂ２
により充電される第２のＷ’を池である。第１の蓄電池
２及び第２の蓄電池３は共に、１，５■セルを６個直列
接続した１２Ｖ鉛Ｍｆｔｌ池である。４は始動モータで
あり、始動スイッチ５により動作する。６は電気負荷で
あり、例えば車両用ヘッド・ライト等の補機が、スイッ
チ７を介して第１の蓄電池２に接続されている。８はキ
ー・スイッチであり、車両の運行維持に必要な電源を供
給する。９は充電警告灯であり、充電系統の不具合時に
点灯する。発電１１の内部は、第１の電機子巻線１１、
第２の電機予巻ｔｊＡ１２が電気的に独立して巻かれて
おり、界磁巻線１３から磁束が供給され発電を行なう、
１４は第１の整流装置であり、１５は第２の整流装置で
ある。これらの整流装置は、第１及び第２の電機子巻線
１１．１２の交流出力を直流に変換する。また、図中１
６は補助整流器であり、界磁巻線１３に界磁電流を供給
する。１７は第１の電圧調整装置であり、界磁巻線１３
の電流を制御して、第１の出力電圧を調整する。１８は
、第２の電圧調整装置及び、第２の蓄電池に充電される
電流を制限する電流制限回路である。

第２図は、第１の電圧調整装置１７の内部回路を示した
ものであり、パワー・トランジスタ２０１、ダイオード
２０２、トランジスタ２０３、抵抗器２０４，２０５，
２０６、ツェナー・ダイオード２０７により構成される
。

第３図は、第２の電圧調整装＠１８の回路の詳細を示す
。図において、ＮＰＮトランジスタ３０２は、第１図の
キースイッチ８がオンの時、ＩＱ端子より抵抗３０１を
介して印加される電圧によりオンされる。また、ＰＮＰ
）−ランジスタ３０４のベースは抵抗３０３を介して上
記ＮＰＮ）、ランジスタ３０２のコレクタに接続され、
これらＮ　Ｐ　Ｎトランジスタ３０２及びＰＮＰ　トラ
ンジスタ３０４はオンされ続けることとなる６次に、図において、比較器３１６、コンデンサ３２１及
び抵抗３１６〜３２０は比較回路を構成し、これにより
二次側出力電圧（Ｖ　１　＝　ＶＢ２−　Ｖａｔ）をあ
る設定された電圧と比較する。端子Ｂｉは上記ＰＮＰ　
トランジスタ３０４を介し、端子Ｂｌとともに上記比較
器３１６の負（−）個入力端子に接続されている。

演算増幅器３２７、比較器３３１、ＮＰＮトランジスタ
３２４、ダイオード３３０、コンデンサ３２８、さらに
抵抗器３１４，３１５，３２２゜３２３．３２５及び３
２９により電流制限回路が構成されている。すなわち、
Ｄ型フリップ・フロップ２３２の゛ζ−信号（このて信
号はパワーＦＥＴ３００がオン状態の時のみ出方される
）を受け、以下に詳述するパワーＦＥＴ３００がオンの
時のドレイン・ソース電圧を検出し、その電圧をドレイ
ン電流（メイン電流）に換算し、これが一定値以上にな
れば上記比較回路に信号を与えて出力の調整電圧を下げ
る。これにより、パワーＦＥＴ１３０ｏに流れる電流を
制御する電流制御回路とし・て働く。

ＰＮＰ　トランジスタ３１０．ＮＰＮトランジスタ３１
２．抵抗器３０９，３１１及び３１３は、パ’）−ＦＥ
Ｔ３００を駆動するドライブ回路を構成する。また、ツ
ェナーダイオード３０６、及びダイオード３０７，３０
８を直列に接続し、電源を構成している。

第４図は第３図中り形フリップフロップ３３２の内部回
路を示したものであり、Ｎ　Ａ　Ｎ　Ｄゲート３３２ａ
、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄにより構成される。

以上の構成による始動充電系統の動作を説明する６まず
、キー・スイッチ８を投入すると、第１のＭｌｉ池２か
らキー・スイッチ８、充電警告灯９゜界磁巻線１３、パ
ワー・トランジスタ２０１を通って電流が流れ、充電警
告灯９が点灯するとともに界磁巻線１３が励磁される。

次に始動スイッチ５が投入され、始動モータ４が回転す
る。この時蓄電池は直列接続されているので始動モータ
４には２４Ｖが印加されている。始動モータ４の回転に
よりエンジンが始動すると、界磁巻線１３が回転磁界を
発生し、電機子巻線１１．１２に交流電圧が生じる。第
１の電機子巻線１１に生じた交流電圧は第１の整流装置
１４で整流され、端子Ｂｓを通して第１のＭｆｆｉ池２
を充電したり、電気負荷６に電力を供給する。また、補
助整流器１６から界磁巻［１３へ励磁電流が流れ、自己
励磁状態になる。一方、補助整流器１６が導通するので
、充Ｗ６．’ｆｌ告灯９の両端電圧が小さくなり、消灯
する。

第１の電圧調整装Ｆ！１１７は、端子りの電圧を以下の
動作により一定値に制御する。端子りの電圧が低い時に
は、抵抗器２０５，２０６で分圧された電圧でツェナー
・ダイオード２０７をブレークできないため、トランジ
スタ２０３がオフとなり、抵抗器２０４を通じてパワー
・トランジスタ２０１にベース電流が流れるため、パワ
ー・トランジスタ２０１がオンになり、界磁電流が増加
すると第１の電機子巻線１１に誘起される電圧が上昇す
る。

すると、端子りの電圧も上昇し、規定の電圧に達すると
ツェナー・ダイオード２０７がブレークし。

トランジスタ２０３がオンになり、パワー・トランジス
タ２０１にベース電流が流れず、オフ状態となる。する
と界磁電流はダイオード２０２を通って流れ、減衰し、
電機子巻線１１の電圧が低減して端子りの電圧が低下す
る。

以上の緑り返しにより、パワー・トランジスタ２０１が
オン・オフ制御を行ない、端子りの電圧を調整する。

一方、第２の電機子巻線１２は、第１の電機子巻線１１
と同等の電圧が発生するが、第１の電機子巻線より巻数
を多くすればより高い出力電圧が得られる。以下に、第
２の電圧調整装置１８の動作を説明する。

キー・スイッチ８が投入された時点で、抵抗器３０１を
介してＮＰＮ　トランジスタ３０２がオンになり％ＰＮ
Ｐトランジスタ３０４のベース電流が抵抗３０３を通っ
て流れる。すると、ＰＮＰトランジスタ３０４がオンに
なり、抵抗器３０５に電流が流れ、ツェナー・ダイオー
ド３０６、ダイオード３０７，３０８から成る定電圧回
路に定電圧が発生する。ここで第２の電圧調整装置１８
は第２の蓄電池３の充電電圧の制御及び充電電流の制限
を行なうものであり、端子Ｂ１を仮想アースとして考え
、第１図の端子Ｅによるアースとは記号を区別して表わ
す。

ＰＮＰ）−ランジスタ３０４の飽和電圧を無視すれば、
抵抗器３１９，３２０の分圧点の電圧ｖ１は第２の蓄電
池３の電圧に比例した電圧が得られ、コンデンサ３２１
で平滑することにより平均電圧が比較器３１６の反転入
力端子に入力される。

ここで第２の電圧調整装置１８の第２の蓄電池３への充
電電圧制御方法を第５図による各部動作波形の一例にて
説明する。第５図の波形はすべて仮想アース（端子Ｂｌ
）をＯｖとして示しである。

第５図（ａ）は端子Ｐの波形である。端子Ｐは第２の電
機予巻ＩＮ９！１２の一相に接続されており、第２の整
流袋Ｔ１１５の整流動作に従い、高圧と低圧を繰り返し
、その周期は、エンジンの回転数により変化する。第５
図（ｂ）は上述の比較器３１６の反転入力端子電圧Ｖｌ
を表わす。今、電源電圧Ｖｃｃを９ｖに設定し、Ｖｃｃ
の分圧抵抗器３１７゜３１８を同一に設定すると、４．
５Ｖ　　をしきい値として比較器３１６の出力が変化す
る。第５図で時刻ｔｏにおいてはＶｚは４．５ｖ以下で
あり、比較器３１６の出力はハイ・レベルである。比較
器３１６の出力はＤ形フリップ・フロップ３３２のＤ端
子に接続されており、第５図（ｃ）にＤ端子のデジタル
・レベルを示す、Ｄ形フリップ・フロップ３３２の内部
回路の一例を第４図に示す。本回路の詳細動作は従来公
知であるので省略するが、クロック信号ＣＬの立上り時
にＤ端子の信号を出力Ｑ及びＱのＮＯＴである可に伝達
し、次のクロックが入るまではＱ、Ｑの状態を保持する
ものである。第５図（ｄ）はＤ形フリップ・フロップ３
３２の出力Ｑのデジタル値を示したものであり、時刻ｔ
ｏにおいて「１」であるとすると、ＰＮＰ形トランジス
タ３１０はオフ状態であり、Ｎ　Ｐ　Ｎ形トランジスタ
３１２もオフ状態である。この時。

パワーＦＥＴ３００のゲート（Ｇ）にはソース（Ｓ）よ
り十分高い電圧が抵抗器３０９を介して印加されており
、導通状態にある。すると端子Ｄ−と８１が接続され、
第２の蓄電池３が充電される。第２の蓄電池３の端子間
電圧は第５図（ｅ）のように１時刻ｔｏでは電圧が印加
された状態にある。時刻が経過し、第２のＷｆｆｔ池３
の充電が継続されると、コンデンサ３２１に電荷が蓄積
され、■１電圧が上昇する。時刻ｔ１でｖｌが４．５ｖ
に達すると比較器３１６の出力が反転し、Ｄ＠子レベル
がｒＯＪになるが、クロック信号ＣＬが入って来ないた
めに、Ｑ端子は「１」の状態を保持し、パワー・ＦＥＴ
３００は導通のままであり、充電が継続される。クロッ
ク信号ＣＬは端子Ｐの電圧が立上る時刻ｔ２で立上がり
、Ｑ端子は「１」から「０」に変化する。Ｑ端子が「０
」になると。

ＰＮＰ形トランジスタ３１０がオンになり、ＮＰＮ形ト
ランジスタ３１２がオンになり、パワー・ＦＥＴ３００
のゲート・ソース間電圧が低くなり、遮断状態となる。

すると第２の蓄電池３の電圧は、蓄電池の開放電圧（１
２，５Ｖ程度）に低下する。

時刻ｔ２で蓄電池電圧Ｖａｔが低下すると、Ｖｔの電圧
が次第に低下する。時刻ｔａでｖｌが４．５ｖに達し、
比較器３１６の出力が「０」から「１」に反転する。次
に時刻ｔ４で端子電圧が立上り、クロック信号ＣＬが立
上がり、Ｑ端子がｒＯＪから「１」に変化する。従って
時刻ｔａでパワーＦＥＴ３００が導通し充電が再開され
る。

以上の動作を繰り返し、パワーＦＥＴ３００がオン・オ
フしチョッパー制御が行なわれる。上述した如く、電圧
Ｖｌが４．５ｖを境にしてオン・オフが切り換わり、Ｖ
ｌの時間平均値が４．５ｖに調整される。抵抗器３１９
，３２０の分圧比を適当に選ぶことにより、Ｖｎｚの平
均電圧を任意に設定することができる。

次に第２の電圧調整装置１８のもう１つの機能である第
２の蓄電池３へ充電される電流を制限する回路動作につ
いて説明する。

演算増幅器３２７の非反転入力端子は、パワーＦＥＴ３
００のドレインに接続され、反転入力端子は抵抗器３２
６を介してパワーＦＥＴ３００のソースに接続されてい
る。演算増幅器３２７はパワーＦＥＴ３００がオンの時
のドレイン・ソース電圧を増幅するにの電圧増幅度は次
式で表わされ、Ｖｏ　　　Ｒδ２Ｂただし、ＡＮＦ　　？増幅度ｖｏ　　：反転増幅回路３２７の出力電圧Ｖｏ−：パワ
ーＦＥＴ３００のドレイン・ソース電圧Ｒ８２δ　：抵抗器３２５Ｒａｔｅ、　：抵抗器３２６（１）式より演算増幅器３２７の出力電圧は。

　ｓｘＢとして表わされる。ここでパワーＦＥＴ３００のドレイ
ン・ソース電圧Ｖｏ−はＶ　ｏ−＝−ＲＯＮ・工　　　　　　　　・・・（３）
ただし、ＲＯＮ　　：パワーＦＥＴ３００のオン抵抗器
　　：パワーＦＥＴ３００のドレイン・ソース間に流れ
る主電流で示され（３）式を（２）へ代入すればとなり（４）式
よりパワーＦＥＴ３００のドレイン・ソース間に流れる
主電流工の変化は、演算増幅器３２７の出力電圧Ｖｏの
変化におきかえられる。この反転増幅回路の出力電圧は
、抵抗器３２９、コンデンサ３２８にて構成される平滑
回路にて平滑され、比較器３３１の反転入力端子へ入力
される。比較器３３１の非反転入力端子には、抵抗器３
１４．３１５の分圧された電圧が入力され、抵抗器３１
４，３１５の抵抗比を任意に設定することにより、パワ
ーＦＥＴ３００のドレイン・ソース間に流れる主電流の
平均値を制限することができる。今、パワーＦＥＴ３０
０のドレイン・ソース間に流れる主電流が設定した値よ
り多く流れている時、比較器３３１の反転入力電圧が非
反転入力電圧より高くなり、比較器３３１の出力は「０
」を出力する。すると抵抗器３３１．ダイオード３３０
を介して比較器３３１の出力に電流が流れ込み、抵抗器
３１７，３１８の分圧電圧が低下し、初期に設定されて
いた調整電圧が下がりその結果。

パワーＦＥＴ３００のドレイン・ソース間に流れる主電
流の通流率が低下し、パワーＦＥＴ３００のドレイン・
ソース間に流れる主電流がある設定値に制限され、それ
以上流れることはない。なおパワーＦＥＴ３００のドレ
イン・ソース間に流れる主電流の平均値が設定値より少
ない場合、比較器３３１の出力は「１」となり、ダイオ
ード３３０にしゃ断されろ結果抵抗器３３１に電流は流
れず、抵抗器３１７，３１８の分圧電圧は変化しない。

以上に示す電流制限回路は、パワーＦＥＴ３００がオン
状態の時のみ動作する必要があるため、Ｄ形フリップ・
フロップ３３２の端子間１使用する。

Ｄ形フリップ・プロップ３３２の端子可は、パワーＦＥ
Ｔ３００がオンノ時「０」、パ’７−ＦＥＴ３００がオ
フの時「１」の信号を出力するため、パワーＦＥＴがオ
フの時、抵抗器３２２を介してトランジスタ３２４ヘベ
ース電流が流れトランジスタ３２４はオフする。その結
果、反転増幅回路３２７の出力はＶＯ＝　Ｖ（Ｅ　（ｓａｔ）　弁０　　　　　”（５）
ただしＶＣ！Ｅ　（ｓａｔ）　：　トランジスタ３２４がオン
した時のコレクタ・エミッタ電圧で表わされ、演算増幅器３２７の出力はほぼＯｖを示す
０次にパワーＦＥＴ３００がオンの時り形フリップ・プ
ロップ３３２の端子ＱはｒＯＪを出力するため、トラン
ジスタ３２４ヘベース電流が流れずトランジスタ３２４
はオフする結果、反転増幅回路３２７は正常に動作する
。

以上に述べた本発明の一実施例によれば（１）第２の蓄
電池３に充電される電流を制限するため、第２の整流装
置１５及びパワーＦＥＴ３００の発熱に伴なう熱破壊を
防止することができる。

という効果がある。

〔発明の効果〕

上記からも明らかなように、本発明によれば、二基列の
出力電圧の異なる発電系統において、高圧側の第二の蓄
電池に充電される最大電流を所定値以下に制限すること
ができ、高圧側の第二の整流装置等の熱破壊を防止する
ことができるとともに、無駄な発電を抑制できるため発
電効率の改善にも寄与することができる優れた特性の車
両用電源装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である車両用電源の回路図、
第２図は第１図に示した実施例中の第１の電圧調整装置
の詳細回路図、第３図はやはり第１図中に示した実施例
中の第２の電圧調整装置の詳細回路図、第４図は第３図
に示したＤ形フリップ・フロップの詳細回路図、第５図
は第３図に示した電圧３Ｍ整回路の動作を説明する波形
図である。２・・・第１の蓄電池、３・・・第２の蓄電池、４・・
・始動モータ、５・・・始動スイッチ、１１・・・第１
の電機子巻線、１２・・・第２の電機子巻線、１７・・
・第１の電圧調整装置、１８・・・第２の電圧調整装置
、３００・・・パワーＦＥＴ、３３２・・・Ｄ形フリッ
プ・フロップ、３１６，３３１・・・比較器、３２７・
・・演算増幅代理人　弁理士　小川勝男□′−−〜ノ第
　ｊ　目／２＋第４ｒｉＪ３ａｏ−ｙｓ９ｒｙ−ＦＥｒ　　３／ａ−ｄｆ番３２７
−４１４４１３３／−遡

Claims

【特許請求の範囲】１、発電機の第１の電機子巻線と、前記第１の電機子巻
線と電気的に絶縁された第２の電機子巻線と、前記第１
の電機子巻線及び前記第２の電機子巻線に磁束を供給す
る界磁巻線と、前記第１の電機子巻線の交流出力を直流
に変換する第１の整流装置と、前記第２の電機子巻線の
交流出力を直流に変換する第２の整流装置と、前記第１
の整流装置の出力端子に接続されて充電されたり、電気
負荷に電流を供給する第１の蓄電池と、前記第１の蓄電
池と直列接続され、前記第２の整流装置の出力によって
充電される第２の蓄電池と、前記界磁巻線に流れる電流
を調整して前記第１の蓄電池の充電電圧を一定値に調整
する第１の電圧調整装置から成る電源系統において、前
記第２の整流装置と前記第２の蓄電池間に接続されたス
イッチ素子と、前記スイッチ素子の通流率を制御する通
流率制御回路と、前記第２の蓄電池の平均電圧を検出す
る電圧検出回路と、前記第２の蓄電池の平均電流を検出
する電流検出回路と、前記電圧検出回路の出力が一定値
以上または前記電流検出回路の出力が一定値以上の時に
前記通流率制御回路の通流率を低くする電圧電流制御回
路を設けたことを特徴とする車両用電源装置。２、特許請求の範囲第１項において、前記スイッチ素子
は電界効果形トランジスタであり、前記電流検出回路は
、前記電界効果形トランジスタの導通時の両端電圧を増
幅する増幅器と、前記増幅器の出力電圧を平滑する平滑
回路から成ることを特徴とする車両用電源装置。３、特許請求の範囲第２項において、前記電界効果形ト
ランジスタはソースが前記第２の整流装置の負極に、ド
レインが前記蓄電池の負極に接続されたＮチャンネル形
電界効果形トランジスタであり、前記増幅器は、その非
反転入力端子及びその負電源を前記第２の蓄電池の負極
に接続し、前記電界効果形トランジスタのソースとその
反転入力端子の間に第１の抵抗器を、その出力端子と前
記反転入力端子の間に第２の抵抗器を設けてなる反転増
幅回路より成ることを特徴とする車両用電源装置。