JPS6260899B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はトランジスタにより蓄電池の充電電流
を制御する充電装置における短絡保護方式に関す
る。

従来、トランジスタを使用した充電装置として
は、第１図に示すように、蓄電池１と交流電源２
の出力を整流および平滑する整流平滑回路３との
間に制御トランジスタ４を設け、該制御トランジ
スタ４のベース電流を出力電流制御回路５により
制御し、上記制御トランジスタ４から蓄電池１に
流れる充電電流を制御するようにしたものが知ら
れている。

上記充電装置では、通常、出力電流制御回路５
中に電流制限回路を内蔵しているので、蓄電池１
の負荷６が過負荷（負荷短絡を含む。）となつて
も、短時間の過負荷なら制御トランジスタ４が破
壊されることはないが、充電装置の取扱上の誤り
や誤持続により過負荷状態が長く続くと、制御ト
ランジスタ４はコレクタ損失による発熱により熱
暴走を起こして破壊する問題があつた。

本発明は従来の充電装置における上記問題を解
消すべくなされたものであつて、過負荷状態が長
く続いても、制御トランジスタが過負荷による破
壊から保護されるようにした充電装置における短
絡保護方法を提供することを目的としている。

このため、本発明は、蓄電池と直流電源との間
に設けた制御トランジスタにより蓄電池の充電電
流を制御する充電装置において、上記蓄電池の出
力電圧が入力され、この出力電圧の絶対値が予め
任意に定められた電流低減制御動作開始電圧より
も降下したことを検出すると電圧降下検出信号を
出力する演算増幅器を備えてなる出力電圧検出回
路と、該出力電圧検出回路から上記電圧降下検出
信号が入力すると、負荷短絡時の上記制御トラン
ジスタの出力電流の設定信号を出力する短絡電流
設定回路と、入力端子と出力端子との間に積分用
のコンデンサが接続されるとともに、上記制御ト
ランジスタの出力電流に応じる電圧が非反転入力
端子に入力され、かつ上記短絡電流設定回路から
上記設定信号が反転入力端子に入力される演算増
幅器を備え、該演算増幅器の出力により制御トラ
ンジスタの電流制限回路を制御する制御回路とを
備え、異常負荷の発生時に上記制御回路が有して
いる積分時定数により定まる一定の遅延時間をお
いて上記制御トランジスタの出力電流を電流制限
値以下で低減制御するようにしたことを特徴とし
ている。

以下、本発明をエンジン発電機に適用した実施
例について添付図面を参照して本発明を詳細に説
明する。

第２図において、１１は交流電源１２の出力電
圧から各種の直流電圧を出力する直流電源、１３
はエンジン発電機（図示せず。）の起動電動機を
含む負荷１４に給電を行う蓄電池、１５は直流電
源１１から蓄電池１３に流れる充電電流を制御す
る制御トランジスタ、１６は該制御トランジスタ
１５の電流制限回路、１７は上記制御トランジス
タ１５の出力電流制御回路である。

一方、１８は蓄電池１３の出力電圧の降下を検
出する出力電圧検出回路、１９は負荷１４の短絡
時の制御トランジスタ１５の出力電流を設定する
短絡電流設定回路、２０は制御トランジスタ１５
の電流制限回路１６を制御する制御回路である。

上記直流電源１１は、具体的には図示しない
が、交流電源１２の電圧を所定の値に変換するト
ランス、整流・平滑回路および安定化電源回路か
らなる周知の回路であつて、その出力端子２１，
２２からは蓄電池１３の充電電圧が出力する一
方、出力端子２３，２４，２５および２６からは
夫々基準電圧（V₀＝零ボルト）、安定化されてい
ない正（プラス）の電圧（＋Vcc）、安定化され
た正（プラス）の電圧（Vreg）および負（マイ
ナス）の電圧（−Vreg）を夫々出力する。

直流電源１１の上記出力端子２１および２２は
夫々制御トランジスタ１５のコレクタおよび蓄電
池１３の負極に接続される。

上記蓄電池１３の正極は零ボルトライン２７に
より直流電源１１の出力端子２３に接続され、制
御トランジスタ１５のエミツタと上記零ボルトラ
イン２７との間には、蓄電池１３の充電電流を検
出する抵抗R₁を接続する一方、上記制御トラン
ジスタ１５のベースは、抵抗R₂を介してトラン
ジスタ２８のコレクタに接続している。

上記トランジスタ２８は、抵抗R₂，R₃，R₄お
よびR₅とともに制御トランジスタ１５の電流制
御回路１６を構成する。

上記トランジスタ２８のベースは、抵抗R₃，
R₄の各一端に接続され、これら抵抗R₃，R₄の各
他端は夫々零ボルトライン２７および２つのダイ
オードD₁，D₂の各カソードに接続される。

上記ダイオードD₁のアノードには出力電流制
御回路１７から電流制御信号が入力する一方、い
ま一つのダイオードD₂のアノードには、後述す
る制御回路２０から制御信号が入力する。

次に、出力電圧検出回路１８は、演算増幅器２
９、抵抗R₆，R₇，R₈，R₉，R₁₀および可変抵抗器
VR₁等からなり、蓄電池１３の負極と直流電源１
１の出力端子２６に接続された（＋Vreg）ライ
ン３０との間に上記抵抗R₆，R₇および可変抵抗
器VR₁が直列に接続され、上記抵抗R₆とR₇との接
続点３１は抵抗R₈を介して演算増幅器２９の反
転入力端子に接続される。

上記演算増幅器２９の反転入力端子と出力端子
との間には抵抗R₉を持続する一方、上記演算増
幅器２９の非反転入力端子と零ボルトライン２７
との間および上記接続点３１と零ボルトライン２
７との間には夫々抵抗R₁₀およびコンデンサC₁を
接続している。

なお、上記演算増幅器２９には直流電源１１の
出力端子２６および２５から夫々（＋Vreg）お
よび（−Vreg）の電源電圧が印加される。

上記演算増幅器２９の出力端子は、短絡電流設
定回路１９のダイオードD₃のカソードに接続さ
れる。

上記ダイオードD₃は、出力電圧が例えば24ボ
ルトの蓄電池が、負荷異常（負荷短絡を含む。）
により、例えば23ボルト（この値は可変抵抗器
VR₁で調整される。）以下に降下したときにオン
となるスイツチングダイオードであつて、そのア
ノードは、負荷短絡時に制御トランジスタ１５か
ら蓄電池１３に流れる短絡時電流を設定する可変
抵抗器VR₂の一端に接続される。

上記可変抵抗器VR₂の他端および摺端子は、
（＋Vreg）ライン３０と零ボルトライン２７との
間に直列に接続した２つの抵抗R₁₁，R₁₂の接続点
３２に接続される。

次に、制御回路２０は演算増幅器３３、抵抗
R₁₃およびコンデンサC₂からなり、C₂×C₁₃を時
定数とするミラー積分回路として動作する。

上記抵抗R₁₃は演算増幅器３３の反転入力端子
と上記接続点３２との間に接続され、コンデンサ
C₂は演算増幅器３３の反転入力端子と出力端子
との間に接続される。

上記演算増幅器３３の非反転入力端子は、抵抗
R₁₄を介して、抵抗R₁に並列に接続した可変抵抗
器VR₃の摺動子に接続する一方、上記演算増幅器
３３の出力端子はダイオードD₂のアノードに接
続している。

上記演算増幅器３３にも、演算増幅器２９と同
様に、直流電源１１の出力端子２６および２５か
ら夫々（＋Vreg）および（−Vreg）の電源電圧
を供給している。

なお、上記第２図において、演算増幅器２９の
反転入力端子と非反転入力端子との間に互いに逆
方向に接続したダイオードD₄，D₅は、その順方
向電圧を利用して、上記演算増幅器２９を過大入
力から保護するためのもので、演算増幅器３３に
接続されたダイオードD₆，D₇も上記と同一の機
能を有する。

次に第２図の動作を説明する。

先ず、蓄電池１３の負極の電位をE₀、接続点
３１の電位をE₁、演算増幅器２９の出力をE₂、
接続点３２の電位をE₃、可変抵抗器VR₃の摺動子
の電位をE₄とすれば、 E₁＝（R₆／R₆＋R₇＋VR₁）×（Vreg＋E₀）……(1) E₂＝−（R₉／R₈）×E₁ ……(2) の関係がある。

蓄電池１３の負荷１４が正常で、E₀＝−24ボ
ルトの場合、上記第１式よりE₁＜０でE₂＞
（R₁₁／R₁₁＋R₁₂）×Vregとなるように可変抵抗器
VR₁の抵抗値が設定されているものとすると、E₂
＞E₃（＞０）でダイオードD₃はオフしている。

一方、このとき、蓄電池１３の負荷１４は正常
で、制御トランジスタ１５のエミツタから蓄電池
１３に流れる充電電流Ｉは規定の値を有している
ため、E₃＞E₄で制御回路２０の演算増幅器３３
の出力は（−Vreg）にほぼ等しい“Low”のレ
ベルにある。

従つて、ダイオードD₂はオフとなり、電流制
限回路１６のトランジスタ２８は、出力電流制御
回路１７のみにより制御され、蓄電池１３に流れ
る上記充電電流Ｉは規定の値に制御される。

蓄電池１３の負荷１４に短絡等が発生し、｜
E₀｜23ボルトとなつた場合、接続点３１の電
位が上昇するため、演算増幅器２９の出力E₂は
E₂（R₁₁／R₁₁＋R₁₂）×Vregとなり、ダイオー
ドD₃がオンする。

ダイオードD₃のオンにより、接続点３２の電
位E₃は低下するが、このときは、負荷異常によ
り上記充電電流Ｉは非常に大きく、E₄＞E₃であ
る。

上記のように、E₄＞E₃となると、演算増幅器
３３の出力がC₂×R₁₃の時定数で“Low”から
（＋Vreg）にほぼ等しい“High”のレベルに立ち
上り、上記時定数で定まる所定の遅延時間後にダ
イオードD₂がオンする。

このため、電流制限回路１６のトランジスタ２
８は出力電流制御回路１７と制御回路２０とによ
り制御され、上記トランジスタ２８は、制御トラ
ンジスタ１５のベース電流を減少させ、第３図に
実線A₀で示すように、蓄電池１３の出力電圧E₀
の低下に応じて上記充電電流Ｉを減少させる。

これにより、誤配線等によつて比較的長い時間
負荷異常が発生しても、過負荷の状態に応じて充
電電流が低減されるため、制御トランジスタ１５
が熱暴走を起こして破壊するのを防止することが
できる。

ちなみに、第２図の充電装置において、蓄電池
１３の負荷１４を大きくしてその出力電圧E₀を
小さくしても、制御トランジスタ１５のコレクタ
損失は、第４図に実線B₀で示すように、最大定
格値を越えず、上記制御トランジスタ１５が完全
に保護されるのに対し、上記のような充電電流Ｉ
の低減制御が行われない場合は、第４図に点線
B₁で示すように、制御トランジスタ１５のコレ
クタ損失が最大定格値を越えることが分かる。

また、制御回路２０は、上記のように、遅延機
能を有しているので、負荷１４にエンジン起動用
の電動機のように極く短時間だけ蓄電池１３から
大電流を供給する必要がある場合には、電流低減
が行なわれず、負荷１４に必要な電流が供給され
ることになる。

なお、上記実施例において、負荷短絡時の充電
電流Ｉの値は、可変抵抗器VR₂で接続点３２の電
位E₃を変えることにより、第３図に点線A₁およ
び一点鎖線A₂で示すように調整される。

以上の説明において本発明の基本的な実施例に
ついて説明したが、本発明は上記実施例に限定さ
れるものではなく、エンジン発電機の蓄電池の充
電装置以外の充電装置にも広く適用することがで
きる。

以上、詳述したことからも明らかなように、本
発明は、異常負荷発生時から一定の遅延時間をお
いて蓄電池と直流電源との間に設けた制御トラン
ジスタの出力電流が電流制限値以下で低減制御さ
れるので、蓄電池の負荷が短時間重くなつても、
制御トランジスタの出力電流が低減されることは
なく、負荷に必要な電流を供給することができ、
異常負荷が持続する場合には、制御トランジスタ
の出力電流が電流制限値以下で低減制御され、制
御トランジスタを過負荷による破壊から完全に保
護することができる。

また、本発明によれば、一般に、温度ドリフト
が小さく、電気的特性がすぐれた演算増幅器によ
り出力電圧検出回路および制御回路が構成されて
いるので、周囲温度の変化による蓄電池の出力電
圧の検出値の変動が小さくなり、異常負荷もより
高精度で安定して検出することができ、さらに、
異常負荷発生から制御トランジスタの出力電流の
低減制御が行なわれるまでの遅延時間も正確に設
定され、この遅延時間よりも短い持続時間を有す
るノイズ等による誤動作も完全に防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の充電装置の概略を示す回路図、
第２図は本発明に係る短絡保護方式を適用した充
電装置の回路図、第３図は第２図の回路の電流低
減を示す特性図、第４図は従来の充電装置の制御
トランジスタと第２図の充電装置の制御トランジ
スタのコレクタ損失を示す説明図である。 １１……直流電源、１３……蓄電池、１４……
負荷、１５……制御トランジスタ、１６……電流
制限回路、１７……出力電流制御回路、１８……
出力電圧検出回路、１９……短絡電流設定回路、
２０……制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 蓄電池と直流電源との間に設けた制御トラン
   ジスタにより蓄電池の充電電流を制御する充電装
   置において、 上記蓄電池の出力電圧が入力され、この出力電
   圧の絶対値が予め任意に定められた電流低減制御
   動作開始電圧よりも降下したことを検出すると電
   圧降下検出信号を出力する演算増幅器を備えてな
   る出力電圧検出回路と、 該出力電圧検出回路から上記電圧降下検出信号
   が入力すると、負荷短絡時の上記制御トランジス
   タの出力電流の設定信号を出力する短絡電流設定
   回路と、 入力端子と出力端子との間に積分用のコンデン
   サが接続されるとともに、上記制御トランジスタ
   の出力電流に応じる電圧が非反転入力端子に入力
   され、かつ上記短絡電流設定回路から上記設定信
   号が反転入力端子に入力される演算増幅器を備
   え、該演算増幅器の出力により制御トランジスタ
   の電流制限回路を制御する制御回路とを備え、 異常負荷の発生時に上記制御回路が有している
   積分時定数により定まる一定の遅延時間をおいて
   上記制御トランジスタの出力電流を電流制限値以
   下で低減制御するようにしたことを特徴とする充
   電装置における短絡保護方式。