KR100268962B1 - 차량용 교류 발전기의 제어장치 - Google Patents

차량용 교류 발전기의 제어장치 Download PDF

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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
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Abstract

차량용 교류 발전기 제어 장치는 내연 기관에 의해 구동되며, 계자 코일(102)을 갖는 교류 발전기(1)에 의해 발생되는 전압을 정류하는 정류기(2)와, 상기 정류기(2)로부터 출력되는 전기 에너지로 충전된 축전지(4)와, 상기 정류기(2)의 출력을 차량의 축전지(4) 또는 고 전압 전기 부하(5)로 절환시킴으로써, 축전지 충전 운전 모드 또는 고 전압 운전 모드를 설정하는 모드 설정 수단(8)과, 계자 코일(102)을 통해 흐르는 계자 전류를 제어하여 상기 계자 전류를 상기 운전 모드들 각각을 위하여 설정된 변화율로 점진적으로 증가시킴으로써, 설정된 운전 모드들 각각에서 상기 교류 발전기(1)의 출력 전압을 소정값으로 조절하는 전압 조절기(3A)를 구비한다. 엔진 회전 제어는 부하 절환시 교류 발전기의 부하내의 변화에 관계없이 고정밀도로 그리고 신뢰할 수 있게 수행될 수 있다.

Description

차량용 교류 발전기의 제어 장치
제1도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량 교류 발전기의 제어 장치를 도시한 회로도.
제2도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제어 장치를 도시한 회로도.
제3도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제어 장치를 도시한 회로도.
제4도는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 제어 장치를 도시한 회로도.
제5도는 출력이 축전지와 고 전압 전기 부하 사이에서 변화될 때, 교류 발전기의 동작이나 상태등을 도시한 파형.
제6도는 종래의 차량용 교류 발전기의 제어 장치의 구조를 도시한 회로도.
제7도는 출력이 축전지와 고 전압 전기 부하 사이에서 종래의 제어 장치에 의해서 변화될 때, 교류 발전기의 동작이나 상태등을 도시한 파형.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 교류 발전기 2 : 정류기
3A : 전압 조절기 4 : 축전지
7 : 출력 절환 제어기
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 일반적으로 차량용 교류 발전기의 제어 장치에 관한 것이며, 특히 정상적인 레벨보다 높은 전압 레벨로 구동되는 고 전압 전기 부하로의 급전(power supply)을 절환시키기 위한 차량용 교류 발전기의 제어 장치에 관한 것이다.
[관련 기술의 설명]
본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여, 본 발명의 배경 기술들이 좀 더 상세하게 설명될 것이다. 제 6 도는 예를들어 일본 미심사된 특허 출원 공개 번호 206848/1989(JP-A-1-206848)에 서술된 바와같은 종래 공지된 차량용 교류 발전기의 제어 장치 구조를 도시한 회로도이다. 상기 도면을 참조하면, 종래 제어 장치는 차량의 내연 기관(도시되지 않음)에 의해 구동되고, 회전 자계를 발생시키는 계자 코일(102) 및 발생된 회전 자계의 동작하에서 교류 전압을 발생시키는 전기자 코일(101)로 구성된 교류 발전기(교류 발전기)와, 상기 교류 발전기(1)에 의해 발생되는 전력을 전파 정류하는 정류기(2)와, 축전지(4) 및 고 전압 전기 부하(5)(high-voltage onboard electric load)(예를들어, 차량의 고 전압 장비)간에 정류기(2)의 정류된 출력 전력의 공급을 절환시키는 출력 절환 제어기(7)(output change-over controller)와, 계자 전류가 계자 코일(102)을 통해 흐르도록 하기 위하여, 축전지(4)의 펄스 단자(예를들어, (+)극 단자)를 출력 절환 제어기(7)를 통해서 계자 코일(102)에 접속시킴으로써 내연 기관의 동작을 시작시키도록 닫혀지는 키 스위치(6)와, 소정의 시간 동안 엔진 제어 장치(8)(이하부터, 간략히 ECU라 함)의 출력을 공급하기 위해 ON/OFF 신호를 구동(excitation) 스위치(72)에 출력시키는 엔진 제어 장치(8)와, 축전지(4)의 단자 전압에 따라서 계자 코일(102)의 구동 전류를 조절함으로써 발생된 전압을 조절하는 전압 조절기(3)로 구성되어 있다.
전압 조절기(3)는 후술되는 회로 형태로 수행된다. 축전지(4)의 (+) 단자(201) 및 정류기(2)의 접지된 (-) 단자(202) 사이에 제 1 전압 검출 수단으로서 작용하는 전압 분배 저항기들(301 및 302)이 접속되는데, 축전지(4)의 단자 전압은 전압 분배 저항기들(301 및 302) 사이의 전압 분배점(A)에서 나타나는 분배된 전압으로서 검출된다. 게다가, 전압 분배 저항기(313, 308 및 309)들은 정류기(2)의 (+) 단자(201) 및 (-) 단자(201)간에 직렬로 접속되어 제 2 및 제 3 검출 수단으로서 각각 작용한다. (+) 단자(201)에 나타나는 정류된 출력 전압은 전압 분배 저항기들(313 및 308)로 구성되는 제 3 검출 수단 및 상기 저항기(309) 간의 전압 분배점(B)에 나타나는 분배된 전압으로서 검출된다.
(+) 극의 구동 단자 및 (-) 단자(202)간에 부하 저항기(306)에 접속된 컬렉터 및 접지 전위에 접속된 이미터를 갖는 트랜지스터(304)가 접속되는데, 상기 트랜지스터(304)의 베이스는 제너 다이오드(303)의 양극에 접속되는데, 상기 제너 다이오드의 음극은 전압 분배점들(A 및 B) 각각에 접속된 양극들을 갖고 있는 공통으로 접속된 다이오드(310 및 311)의 음극들에 접속된다. 이들 다이오드들(310 및 311)은 제 1 및 제 2 검출 수단을 각각 분리시키도록 작용한다. 게다가, 다이오드(312)는 전압 분배점(C) 및 계자 코일(102)의 (+) 구동 단자(예를들어, (+)극의 단자)간에 접속된다. 상기 다이오드(312)는 제 2 및 제 3 검출 수단을 서로 분리시킨다.
따라서, 다이오드(310, 311, 312) 각각은 상기 검출 수단을 서로 분리시키기 위하여 제공된 역 블로킹 다이오드(reverse blocking diode)로 구성된다는 것이 명백하다. 제너 다이오드(303)는 회로점들(A 및 B)에 나타나는 전압이 소정의 레벨에 도달할 때 턴 온(즉, 도통)됨으로써, 트랜지스터(304)를 도통(또는, 온 상태)시킨다.
게다가, (+) 구동 단자 및 (-) 단자(202)간에 다이오드(307)에 접속된 컬렉터 및 접지 전위에 접속된 이미터를 갖는 출력 트랜지스터(305)가 접속되는데, 상기 출력 트랜지스터(305)의 베이스들은 상기 트랜지스터(304)의 컬렉터에 접속된다.
부수적으로, 출력 트랜지스터(305)의 컬렉터는 계자 코일(102)의 (-) 구동 단자에 접속된다. 따라서, 다이오드(307)는 병렬로 계자 코일(102)에 접속되고 출력 트랜지스터(305)를 턴 오프시 계자 코일(102)내에서 발생되는 비교적 긴 지속 기간의 서지(surge)를 흡수하도록 작용한다.
지금부터, 상술된 구조의 교류 발전기 제어 장치의 동작이 설명될 것이다. 통상적으로, 출력 절환 제어기(7)의 출력 절환 스위치(71)는 축전지(4)를 향하여 절환됨으로써, 통상적인 운전 모드(축전지 충전 운전 모드)가 설정된다. 다른 한편으로, 출력 절환 스위치(71)가 짧은 지속시간(예를들어, 약 5 분)동안 고 전압 전기 부하(5)로 절환될 때, 고 전압 운전 모드가 유효하게 되는데, 이 모드는 겨울 또는 매우 추운 지역에서 차량의 유리창에 붙어 있는 얼음을 제거하기 위한 성애제거/결빙제거(defrosting/defreezing) 시스템을 작동시키는데 적합하다. 이 운전 모드는 통상적인 운전 모드로부터 절환된다. 고 전압 전기 부하(5)는 예를들어 히터로 구성될 수 있다.
우선적으로, 통상적인 운전 모드가 설명될 것이다. 키 스위치(6)가 내연 기관의 동작을 시작시키기 위해 닫혀짐으로써, 구동 스위치(72)를 닫게 될때, 계자 전류는 축전지(4)에서 키 스위치(6) 및 구동 스위치(72)를 통해 계자 코일(102)로 흐르게 된다. 따라서, 교류 발전기(1)는 교류 전력을 발생시키기 위한 준비 상태로 설정된다. 다음에, 교류 발전기(1)가 엔진 동작하자마자 전력 발생을 시작할 때, 정류기(2)의 (+)단자(201)에 나타나는 전압은 상승하게 된다. 축전지(4)는 출력 절환 스위치(71)를 거친 정류기 출력으로 충전되어, 축전지(4)의 단자 전압을 상승시킨다.
축전지(4)의 단자 전압은 전압 조절기(3)에 결합되는 전압 분배 저항기들(301 및 302)에 의한 전압 분배로부터 초래되는 분배된 전압에 의해 검출된다. 전압 분배 저항기들(301 및 302)간의 전압 분배점(A)에 나타나는 분배 된 전압이 축전지(4)의 단자 전압이 증가함에 따라서 제너 다이오드(303)의 턴 온 전압에 도달할 때, 제너 다이오드(303)는 도통됨으로써, 트랜지스터(304)가 턴 온되는 반면, 출력 트랜지스터(305)는 턴 오프되어, 계자 전류를 차단시킨다. 대조적으로, 축전지(4)의 단자 전압이 상술된 소정의 레벨 아래로 낮게될 때, 제너 다이오드(303)는 비도통 또는 오프 상태로 설정된다. 이에 따라서, 출력 트랜지스터(305)는 턴 온 되어 계자 전류를 흐르게 한다.
이 방식으로, 제너 다이오드(303)가 온 및 오프 상태로 각각 될 때, 트랜지스터(304)는 반복적으로 턴 온 및 오프 되는데, 이에 따라서, 출력 트랜지스터(305)는 반복해서 턴 온 및 오프 되어 계자 코일(102)을 통해 흐르는 계자 전류의 간헐적인 차단 제어를 실행함으로써, 축전지(4)의 단자 전압을 조절한다. 축전지 전압 검출 단자 및 축전지(4)의 단자 전압을 검출하는 제 1 검출 수단을 상호 접속하는 와이어가 내연 기관의 진동이나 그외 다른 어떤 이유로 인해 끊어진 경우에, 단자 전압 검출 동작은 불가능하게 되는데, 그 이유는 축전지 단자 전압이 전압 분배 저항기(301 및 302)들로 구성되는 제 1 검출 수단에 더이상 인가될 수 없기 때문이다.
그러나, 이 경우에, 축전지 단자 전압은 키 스위치(6) 및 구동 스위치(72)를 통해 축전지(4)로부터 계자 코일(102)의 (+) 구동 단자에 공급된다. 따라서, 축전지 단자 전압은 다이오드(312)를 통해서 제2 검출 수단(전압 분배 저항기들(308 및 309)로 구성됨)에 인가된다. 결국, 축전지 단자 전압은 전압 분배 저항기들(308 및 309)간의 전압 분배점(B)에 나타나는 분배된 전압에 의하여 제 2 검출 수단에 의해 검출될 수 있다.
제 2 검출 수단에서, 전압 분배 저항비는 제너 다이오드(303)를 도통시키는 분배된 전압을 얻기 위하여 제 1 검출 수단의 저항비보다 약간 더 크게 되도록 크기가 정해진다. 따라서, 충전 전압은 축전지 단자 전압이 와이어 절단으로 인해 피드백되지 않을 때 조차도 제어됨으로써, 축전지(4)가 과충전 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 축전지(4)는 과충전으로 인한 손상으로부터 보호될수 있다.
지금부터, 발전기 출력이 고 전압 전기 부하(5)로 절환되는 고 전압 운전모드에 대해 설명될 것이다. 정류기(2)의 출력을 절환시키기 위하여, 출력 절환 스위치(71) 내에서 발생될 수 있는 스파크로 인한 손상으로부터 스위치 접촉부를 보호할 목적으로 계자 전류를 댐프(damp) 시키기 위하여, 엔진 제어 장치(8)의 제어하에서 구동 스위치(72)는 일단 사전에 개방된다.
계자 전류를 감쇄하는데 필요로되는 소정의 시간이 경과 후, 출력 절환 스위치(71)는 고 전압 전기 부하(5)로 절환되는데, 이 때, 구동 스위치(72)는 엔진 제어 장치(8)의 제어하에서 닫혀진다. 상술된 바와같은 절환 스위치의 순차적인 제어는 어떤 부가적인 설명없이 당업자가 손쉽게 알수 있는 방식으로 출력 절환 제어기(7)와 결합되는 처리 장치에 적절하게 프로그램될 수 있다. 계자 전류가 구동 스위치(72)를 닫자마자 계자 코일(102)을 통해 흐를 때, 교류 발전기(1)에 의해 발생된 전압은 증가하며, 이에 대응하여 상승된 정류기 출력 전압이 (+) 단자(201)에 나타나게 한다.
고 전압 운전 모드에서, 정류기(2)의 출력은 축전지(4)로 부터 단절된다. 결국, 제 1 및 제 2 검출 수단은 비활성 상태가 된다. 따라서, (+) 단자(201)의 단자 전압은 전압 분배 저항기들(313, 308 및 309)로 구성되는 제 3 검출 수단에 의해 검출된다. 이 결합에서, 제너 다이오드(303)를 도통시키는 검출 전압이 제 3 검출 수단을 통해 도출 될 때, 전압 분배 저항비는 제 3 검출 수단에 인가된 전압이 제 1 검출 수단에 인가된 전압보다 높게 되도록 크기가 정해져 있다는 것에 유의해야 한다.
특히, 정류기(2)의 출력이 전압 분배 저항기들(313, 308 및 309) 및 (303)의 저항 값에 의해 결정된 미리설정된 고 전압 레벨을 초과시, 상기 (303)는 도통됨으로써, 트랜지스터(304)는 턴 온되는 반면, 출력 트랜지스터(304)는 턴 오프된다. 다음에, 정류기(2)의 정류된 출력 전압은 계자 전류를 차단함으로써 미리설정된 고 전압 레벨로 조절되어, 전력 발생 동작을 중지시킨다. 이 방식으로, 적절한 값의 정류기 출력은 성애 제거/결빙 제거 시스템의 히터와 같은 고 전압 전기 부하(5)에 직접 공급될 수 있다.
상술된 고 전압 공급 동작 동안, 축전지(4)는 충전되는 것이 아니라 방전 상태로 되어, 계자 전류만을 교류 발전기(1)에 공급한다. 이 때문에, 고 전압 공급 동작은 축전지(4)의 지나친 방전 또는 과방전을 방지하기 위하여 짧은 지속 시간(예를들어, 약 5 분)으로 제한된다. 다른 한편으로, 축전지 (4)의 단자 전압이 미리설정된 레벨 아래로 낮아질 때, 고 전압 부하 동작은 중지되어 통상적인 축전지 충전 운전 모드가 중지되도록 한다. 상술된 순차적인 제어는 출력 절환 회로(7)에 결합되는 처리 장치로 대응하는 프로그램을 수행시킴으로써 실행된다는 것을 어떤 부가적인 설명없이 손쉽게 알수 있을 것이다. 부수적으로, 제 7 도는 교류 발전기(1)의 출력이 고 전압 전기 부하(5)로 절환되는 상태에서의 동작들을 도시하는 파형도이다.
상술된 종래의 교류 발전기 제어 장치는, 통상적인 축전지 충전 동작에서 고전압 부하 급전 동작으로 운전 모드로 절환시, 교류 발전기의 출력이 급상승하여, 벨트 미끄러짐(slippage), 엔진 부하의 급상승으로 인한 엔진 회전 속도(rpm) 저하 등과 같은 문제들을 초래한다. 이들 문제들을 해결하기 위하여, 축전지 충전 운전 모드로 고 전압 전기 부하를 동작시킨 다음에 상술된 절환 동작을 수행함으로써 점진적으로 증가시키도록, 교류 발전기의 출력을 제어하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 이 때, 교류 발전기의 출력 전압을 점진적으로 제어하는데 걸리는 시간은(점진적인 제어 시간이라고 함) 부하들의 절환시 요구되는 출력의 차이와 관계없이 일정하여야만 한다. 이와 관련하여, 교류 발전기 고 전력 출력 운전 모드 (고 전압 동작)에서 교류 발전기 저 전력 출력 운전 모드 (축전지 충전 운전 모드) 로 운전 모드가 절환된다고 가정시에 설정된 점진적인 제어 시간은 비교적 짧다. 결국, 운전 모드의 절환 또는 저 전력 운전 모드(축전지 충전 운전 모드)에서 교류 발전기 고출력 모드 (고 전압 운전 모드)로의 절환시, 벨트 미끄러짐, 교류 발전 기의 출력 전력의 급상승으로 인한 엔진 회전 속도(rpm)의 감소 등과 같은 문제들이 초래된다.
다른 한편으로, 교류 발전기 출력 전력이 저출력 전력(축전지 충전 운전 모드)에서 교류 발전기의 고출력 전력(고 전압 운전 모드)으로 절환된다 라고 가정시에 점진적인 제어 시간이 결정될 때, 상술된 점진적인 제어 시간은 비교적 길다. 결국, 교류 발전기의 고출력(고 전압 운전 모드)에서 저출력(축전지 충전 운전 모드)으로 천이시에, 교류 발전기의 출력 전력은 지나치게 억제될 필요가 없게되어, 차량의 조명등과 같은 부하들에 의해 필요로되는 전력 요구가 축전지의 과방전으로 인해 수용될 수 없다는 문제를 초래할 수 있다.
[발명의 요약]
상술된 기술 상태를 고려하면, 본 발명의 목적은 차량용 교류 발전기의 제어 장치를 제공하는 것인데, 상기 장치는 상술된 종래의 제어 장치들의 문제들을 실질적으로 갖고 있지 않다.
특히, 본 발명의 목적은 서로 다른 운전 모드들간의 교류 발전기의 출력 전력의 차이와 상관없이 상술된 운전 모드들의 절환에 의해 초래되는 바와같은 엔진 부하의 급상승 또는 급감소 및/또는 교류 발전기 출력 전력의 급상승으로 인한 엔진 회전 속도의 변화 문제를 해결하거나 완화시키는 차량용 교류 발전기 의 제어 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적 및 그외 다른 목적이 설명을 통해서 명백하게 될 것이다. 본 발명의 일반적인 양상을 따른 차량용 교류 발전기의 제어 장치는 내연 기관에 의해 구동되고, 계자 코일을 포함하는 교류 발전기에 의해 발생된 전압을 정류하는 정류기와, 상기 정류기로부터 출력되는 전기 에너지로 충전되는 축전지와, 상기 정류기의 출력으로부터 전기 에너지를 공급받는 차량의 고 전압 전기 부하와, 정류기의 출력을 축전지 또는 차량의 고 전압 전기 부하로 절환시킴으로써 축전지 충전 운전 모드 또는 고 전압 운전 모드를 설정하는 모드 설정 수단과, 계자 전류가 운전 모드로 설정된 변화율로 점진적으로 증가하도록 계자 코일을 통해 흐르는 계자 전류를 제어함으로써, 설정된 운전 모드 각각에서 교류 발전기의 출력 전압을 소정의 값으로 조절시키는 전압 조절기를 구비한다.
본 발명을 실행하기 위한 바람직한 방식에서, 모드 설정 수단은 축전지 충전 운전 모드 또는 고 전압 운전 모드를 설정하도록 적응될 수 있고, 각 운전 모드에서 계자 전류의 변화율을 표시하는 제어 신호를 출력한다. 상기 전압 조절기는 제어 신호에 따라서 계자 전류를 제어함으로써 교류 발전기의 운전 모드를 절환시킨다.
본 발명을 실행하기 위한 다른 바람직한 방식에서, 전압 조절기는 모드 설정 수단으로부터 출력된 제어 신호의 내용을 구별할 수 있게 식별하는 식별 수단과, 제어 신호의 식별 결과를 근거로 계자 전류의 변화율을 설정하는 변화율 설정 수단과, 설정된 변화율 따라서 계자 전류의 점진적인 증가를 제어하는 전류 제어 수단을 구비한다.
본 발명을 실행하기 위한 또다른 바람직한 방식에서, 모드 설정 수단은 축전지 충전 운전 모드에서 고 전압 운전 모드로 절환시 또는 고 전압 운전 모드에서 축전지 충전 운전 모드로 절환시 저 전압 운전 모드를 설정하기 위한 제어 신호를 출력할 수 있다. 그리고 나서, 전류 제어 수단은 제어 신호에 응답하여 저 전압 운전 모드를 설정함으로써, 계자 전류를 축전지 충전 운전 모드 및 고 전압 운전 모드의 계자 전류 보다 낮게 감소시킨다.
본 발명의 또한 다른 바람직한 방식에서, 모드 설정 수단은 듀티비(duty ratio)가 서로 다른 펄스 트레인(pulse train) 신호 형태로 운전 모드들에 대한 제어 신호들을 각각 출력하도록 배치될 수 있다.
본 발명을 실행하기 위한 또한 다른 바람직한 방식에서, 모드 설정 수단은 주파수가 서로 다른 신호 형태로 운전 모드들에 대한 제어 신호들을 각각 출력하도록 배치될 수 있다.
본 발명을 실행하기 위한 또한 다른 바람직한 방식에서, 모드 설정 수단은 전압 레벨이 서로 다른 신호 형태로 운전 모드들에 대한 제어 신호들을 각각 출력하도록 배치될 수 있다.
본 발명을 실행하기 위한 또한 다른 바람직한 방식에서, 변화율 설정 수단은 축전지 충전 운전 모드에서 고 전압 운전 모드로 절환시의 계자 전류의 변화율을 고 전압 운전 모드에서 축전지 충전 운전 모드로 운전 모드의 절환시의 계자 전류의 변화율 보다 작게 설정하도록 수행될 수 있다.
이 식별 수단은 축전지 충전 운전 모드의 설정시 또는 고 전압 운전 모드의 설정시 모드 설정 수단으로부터 입력된 제어 신호의 내용을 구별할 수 있는 식별 결과를 출력시키도록 그리고 제어 신호를 설정된 운전 모드에 대응하는 레벨의 전압으로 변환시키는 한편, 상기 전압을 소정의 시정수를 가진 저 전압 운전 모드에 대한 제어 신호에 대응하는 전압 레벨로 변환시킴으로써, 변화율 설정 수단에서 저전압 운전 모드에 대한 계자 전류의 변화율을 설정하도록 배치될 수 있다.
이 식별 수단은 저 전압 운전 모드를 식별시 축전지 단자 전압 검출 및 정류기 출력 전압 검출 결과에 따라서 출력된 계자 전류 차단 제어 신호를 무효화시키도록 배치될 수 있다.
전압 조절기는 교류 발전기의 출력 전압을 검출하는 출력 전압 검출 수단을 구비한다. 출력 전압이 소정값보다 낮을 때, 축전지 충전 운전 모드 및 고 전압 운전 모드에 설정된 변화율은 무효화됨으로써, 계자 전류를 보다 높은 변화율로 증가시킨다.
본 발명의 상기 목적들 및 특징들과 그외 다른 목적들 및 부수적인 장점들이 첨부한 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 바람직한 실시예들을 통해서 손쉽게 이해될 것이다.
[바람직한 실시예들의 설명]
지금부터, 본 발명이 도면을 참조하여 바람직한 실시예 또는 전형적인 실시예들이 상세히 설명될 것이다. 이하의 설명에서, 여러 도면에서 동일하거나 대응하는 부분들에는 동일한 참조 문자들이 병기된다.
[실시예 1]
제 1 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 차량용 교류 발전기의 제어 장치를 도시한 회로도이다. 이 도면에서, 제 5 도에서 사용된 문자들과 동일한 참조 문자들이 동일하거나 등가인 구성요소들에 병기되어 있다.
제 1 도를 참조하면, 본 실시예에서 구체화된 본 발명의 기술에 따라서 수행되는 전압 조절기(3A)는 축전지 충전 운전 모드, 저 전압 운전 모드 및 고 전압 운전 모드에 대응하는 듀티비들(또는 듀티 사이클들)을 가진 엔진 제어 장치(8)로부터 출력된 듀티 제어 신호를 상술된 듀티비 또는 싸이클에 각각 대응하는 레벨의 전압으로 변환시키는 듀티-전압 변환기(361)와, 상기 듀티-전압 변환기(361)로부터 출력되어 변환된 전압 VD가 인가되는 (+) 입력 단자들 및 서로 다른 레벨들인 (Ref4, Ref5 및 Ref6, 여기서, Ref4 〈 Ref5 〈 Ref6)의 기준 전압들이 각각 인가되는 다른 입력 단자를 각각 갖음으로써, 비교 결과들을 표시하는 논리 레벨 신호들을 출력하는 비교기들(358, 359 및 360)과, 상기 비교기들(358 및 359)의 출력 신호들이 각각 인가되는 입력들을 갖는 OR 게이트(357)와, 비교기(358 및 360)의 출력 신호들이 각각 인가되는 입력들을 갖는 NOR 게이트(356)와, 상기 NOR 게이트(356) 및 상기 OR 게이트(357)의 출력 신호들을 반전시켜 이들을 OR 게이트(352)의 입력들에 각각 인가하는 반전기(355 및 362)와, 상기 NOR 게이트(356)의 출력 신호가 입력되는 OR 게이트(351)와, 상기 OR 게이트(357)의 출력 신호가 입력되는 비반전기(non-inverter)와, NAND 게이트(354)로 구성된다. 부수적으로, 상기 OR 게이트(351 및 352) 및 상기 NAND 게이트(354)는 AND 게이트(332)의 출력 신호가 각각 인가되는 다른 입력 단자들을 갖고 있다.
게다가, 전압 조절기(3A)는 축전지(4)의 단자 전압을 일정하게 되도록 안정화시켜 일정한 전류를 발생시키는 일정 전압원(318)과, 상기 일정 전압원(318)의 출력 단자들에 접속된 이미터 및 서로 다른 저항값을 각각 갖는 저항기(341, 342 및 345)의 한 단들에 접속된 컬렉터들을 각각 갖는 PNP 형 트랜지스터(340, 343 및 346)를 구비한다. PNP형 트랜지스터(346)는 저항기(345)를 통해 베이스에 인가된 OR 게이트(351)의 출력 신호에 응답하여 턴 온(도통)된다.
트랜지스터(343)는 베이스에 인가된 OR 게이트(352)의 출력 신호에 응답하여 턴 온(도통 상태로 스위칭)된다. 트랜지스터(340)는 저항기(339)를 통해 베이스에 입력된 비반전기(338)의 출력 신호에 응답하여 턴 온된다. 트랜지스터(340, 343 및 346)의 컬렉터에 각각 접속된 한 단들을 갖는 저항기(341, 344 및 347)들은 접지 전위에 한 단이 접속되어 있는 캐패시터(348)의 다른 한 단에 접속된다. 캐패시터(348) 양단에 나타나는 단자 전압은 톱니파 전압이 톱니파 발생기(316)로부터 계속적으로 인가되는 (+) 입력 단자를 갖는 비교기(315)의 (-) 입력 단자에 입력된다.
저항기들(341, 344 및 347)과 캐패시터(348)의 공통 접합점 및 NAND 게이트(354)의 출력 또는 비반전기(353)간에 저항기들(349 및 350)이 각각 접속되어 있다. 결국, 캐패시터(348)는 턴 온시 트랜지스터의 컬렉터에 접속된 저항기를 통해서 일정 전압 공급원으로부터 전기적으로 충전되는 한편, 캐패시터(348)는 NAND 게이트(354) 또는 비반전기(353)의 출력에 접속된 저항기를 통해 방전된다. 비교기(315)는 캐패시터(348)의 충전 전압과 톱니파형 전압을 비교함으로써, 충전 전압 레벨의 변화에 따라서 증가하는 저 레벨의 듀티비 또는 싸이클을 갖는 펄스 트레인 신호를 출력시킨다.
수정된 형태로서, 전압 조절기(3A)는 축전지(4)의 단자 전압을 검출하기 위하여 축전지(4) (+)단자 및 정류기(2)의 (-)단자 간에 직렬로 접속된 전압 분배 저항기들(301 및 302)과, 상기 전압 분배 저항기(301, 302)들과 기준 전압 (Fef1) 이 인가되는 (-) 입력 단자간의 전압 분배점(A)에 접속된 (+) 입력 단자를 갖는 비교기(328)와, 정류기 출력을 검출하기 위하여 정류기(2)의 (+)단자(201) 및 (-) 단자사이에 직렬로 접속된 전압 분배 저항기들(326 및 327)과, 전압 분배 저항기들(326 및 327) 및 기준 전압 (Ref2) 이 입력되는 (-) 입력 단자 간의 전압 분배점(B)에 접속된 (+) 입력 단자를 갖는 비교기(328)와, 비교기(328 및 329)의 출력 신호들이 각각 공급되는 입력들을 갖는 OR 게이트(330)와, OR 게이트들(330 및 357) 각각의 출력 신호들을 논리적으로 AND 결합시키는 AND 게이트(331)로 구성될 수 있다.
게다가, 전압 조절기(3A)는 교류 발전기(1)에 의해 발생되는 전압을 검출하기 위하여 교류 발전기(1)의 한 위상 동안 출력 라인간에 직렬로 접속된 전압 분배 저항기들(334 및 335)과, 검출된 발전기 전압을 스무드하게(smoothing) 하기 위하여 전압 분배 저항기(335)와 병렬로 접속된 캐패시터(336)와, 스무드하게 된 발전기 전압이 인가되는 (+)입력 단자 및 기준 전압 (Ref3)이 인가되는 (-) 입력 단자를 갖는 비교기(333)와, 비교기(333)의 출력 신호와 AND 게이트(331)의 출력 신호를 수신하는 입력들을 갖는 AND 게이트(332)와, 비교기(315)의 출력 신호와 함께 AND 게이트(332)의 출력 신호를 수신하여 출력 트랜지스터(305)의 베이스에 인가될 신호를 출력하는 입력 단자들을 갖는 NOR 게이트(337)를 구비한다. 본 발명의 실시예를 따른 제어 장치에서, 출력 절환 제어기(7)는 엔진 제어 장치(8)의 제어 신호에 의해 절환되도록 적응되는 출력 절환 스위치(71)로 구성되는데, 정류기(2)로부터 출력된 급전의 목적지는 출력 절환 스위치(71)에 의해 축전지(4) 및 고 전압 전기 부하(5)간에서 절환된다.
이하에는 제어 장치의 동작이 설명될 것이다.
출력 절환 제어기(7)에 의해 수행되는 순차적인 제어 동작은 지금까지 상술된 공지의 제어 장치의 경우와 근본적으로 동일하다. 출력 절환 제어기(7)의 출력 절환 스위치(71)가 축전지(4)로 이끄는 접촉부로 닫혔을 때, 축전지 충전 운전 모드가 유효하게 되는 한편, 출력 절환 스위치(71)가 고 전압 전기 부하(5)로 이끄는 접촉부로 닫혔을 때, 고 전압 운전 모드가 유효하게 된다. 이와 관련하여, 스위치(71)에 의한 절환 동작 전에, 엔진 제어 장치(8)는 계자 전류를 감소시키기 위하여 일단 저 전압 운전 모드를 선택한다는 것을 알아야만 한다. 그후에, 상술된 운전 모드들의 절환은 모드 절환 스위치(71)에 의해 수행된다.
전압 조절기(3A)에서, 엔진 제어 장치(8)에 의해 발부된 듀티비 제어 신호는 듀티-전압 변환기(361)에 의해 전압 VD으로 변환된다. 이 변환으로부터 발생한 전압 VD은 비교기 (358, 359, 360)에 의해서 기준 전압 (Ref4, Ref5, Ref6)과 비교된다. 기준 전압 (Ref4, Ref5, Ref6) 은 Ref4 〈 Ref5 〈 Ref6 의 관계를 가지며, 비교기(358)는 10%의 듀티비를 검출하는데 적합하며, 비교기 (359)는 30%의 듀티비를 검출하고, 비교기(360)는 90%의 듀티비를 검출하도록 정해져 있다.
따라서, 10% 보다 작은 듀티비를 나타내는 듀티비 제어 신호가 엔진 제어 장치(8)로부터 입력될 때, 비교기(358)의 출력 신호는 하이 "H"가 되는 반면, 비교기(359)의 출력 신호는 로우 "L"이 되며, 비교기(360)의 출력 신호도 로우 "L"이 된다. 다른 한편으로, 10% 보다 크고 30% 보다 작은 듀티비를 나타내는 듀티비 제어 신호를 입력시, 비교기(358)의 출력 신호는 로우 "L"이 되며, 비교기(359 및 360)의 출력 신호도 또한 로우 "L"이 된다. 게다가, 30% 보다 크고 90% 보다 작은 듀티비를 나타내는 듀티비 제어 신호가 엔진 제어 장치(8)로부터 입력될 때, 비교기(358)의 출력 신호는 로우 "L"이 되는 반면, 비교기(359)의 출력 신호는 하이 "H"가 되며, 비교기(360)의 출력 신호는 "L"이 된다. 90% 보다 큰 듀티비를 나타내는 듀티비 제어 신호의 입력시, 비교기(358)의 출력 신호는 로우 "L"이 되며, 비교기(359)의 출력 신호는 하이 "H"가 되는 반면, 비교기(360)의 출력 신호는 하이 "H"가 된다.
이와 관련하여, 10% 보다 크거나 90% 보다 작은 듀티비를 나타내는 듀티비 제어 신호는 축전지 충전 운전 모드의 설정을 명령한다고 하자. 다른 한편으로, 10% 보다 크고 30% 보다 작은 듀티비를 나타내는 듀티비 제어 신호는 저 전압 운전 모드를 나타내며, 한편 30% 보다 크고 90% 보다 작은 듀티비를 나타내는 듀티비 제어 신호는 고 전압 운전 모드를 나타낸다. 우선, 축전지 충전 운전 모드의 동작이 설명될 것이다. 키 스위치(6)가 엔진을 시작시키기 위해 닫혔을 때, 계자 전류는 키 스위치(6)를 통해 축전지(4)로부터 계자 코일(102)로 흐름으로써, 교류 발전기는 전기 에너지를 발생시키기 위한 준비 상태로 설정된다. 엔진 동작이 시작될 때, 교류 발전기(1)는 전기를 발생시키기 시작하며, 이에 따라서, (+) 단자(201)의 전압은 증가하는데, 이것은 축전지(4)의 단자 전압의 상승을 수반하게 된다.
전압 분배 저항기(301 및 302)에 의해 형성된 전압 분배점(A)에서 검출된 축전지(4)의 단자 전압은 비교기(328)에 의해 기준 전압(Ref1)과 비교된다. 전압 분배점(A)에서의 전압이 기준 전압 (Ref1)을 초과시, 비교기(328)의 출력 신호는 하이 "H"가 된다. 게다가, 전압 분배 저항기(326, 327)에 의해 형성된 전압 분배점(B)에서 검출된 (+) 단자(201)의 전압은 기준 전압 (Ref2)과 비교되며, 비교기(329)의 출력 신호는 하이 레벨 "H"로 된다. 그러나, 축전지 충전 운전 모드에서, 전압 분배점(B)에서의 전압은 기준 전압(Ref2)을 초과하지 않는다. 따라서, 이 모드에서 비교기(329)의 출력 신호는 로우 "L"가 된다.
게다가, 전압 분배 저항기(334, 335)에 의해 형성된 전압 분배점(C)에서 검출되고 평탄화된 전기자 권선(101)의 전압은 비교기(333)에 의해 기준 전압(Ref3)과 비교된다. 전압 분배점(C)에서의 전압이 기준 전압(Ref3) 보다 낮을 때, 비교기(333)의 출력 신호는 낮게된다. 그러나, 교류 발전기가 발생 모드에 있는 한, 전압 분배점(C)에서의 전압이 저 전압 운전 모드에서만 기준 전압(Ref3) 보다 낮게 되기 때문에, 비교기(333)의 출력은 저 전압 운전 모드와 다른 운전 모드에서 하이 레벨 "H"로 된다.
따라서, 전압 분배점(A)에서의 전압이 기준 전압 (Ref1)을 초과하는 레벨로 축전지(4)의 단자 전압이 상승할 때, 비교기(328)의 출력 신호는 하이가 된다. 결국, OR 게이트(330), AND 게이트 (331, 332)의 출력 신호들은 하이가 되는 반면에, NOR 게이트(337)의 신호들은 로우가 됨으로서, 출력 트랜지스터(305)는 비도통 상태(오프 상태)로 설정된다. 이에 따라서, 계자 전류는 다이오드(307)를 통해 계자 코일(102)의 시정수(T1)에 따라서 감소된다. 따라서, 교류 발전기(1)의 출력 전압은 낮게되어, 축전지(4)의 단자 전압도 그에 따라 낮아지도록 한다.
비교기(315)는 톱니파 발생기(316)에 의해 발생된 톱니파 전압을 캐패시터(348)의 단자 전압과 비교한다. 캐패시터(348)의 단자 전압이 톱니파 전압보다 낮을 때, 비교기(315)의 출력 신호는 하이가 된다. 결국, 비교기(315)의 출력 신호를 수신하는 NOR 게이트(337)의 출력 신호는 낮게됨으로써, 출력 트랜지스터(305)는 오프 상태(비도통 상태)로 설정된다.
지금까지 고려한 운전 모드에서, 비교기(366)의 출력 신호가 높게되면, 비교기(358)의 출력 신호는 그와 동일하게 높게된다. 결국, NOR 게이트(356)의 출력 신호가 낮게되면, 이것은 반전기(355)에 의해 높게되도록 반전된다. 다른 말로서, 반전기(355)의 출력 신호는 높게된다. 다른 한편으로, 비교기 (358)의 출력 신호를 수신하는 OR 게이트(357)의 출력 신호는 높게된다. 결국, 반전기(362)의 출력 신호는 낮게된다. AND 게이트(332)의 출력 신호가 높게될때, 캐패시터(348)는 시정수(T2)(= 캐패시터(348)의 용량 곱하기 저항기(349)의 저항, 예를들어 1초)에 따라서 저항기(349)를 통해 방전되는데, 그 이유는 전압 분배 저항기(334)의 출력 신호가 저 레벨에 있기 때문이다.
AND 게이트(332)의 출력 신호가 낮게되어 OR 게이트(351)의 출력 신호가 또한 낮게 될때, PNP 형 트랜지스터(346)는 도통 상태(온 상태)로 설정되며, 그에 따라서 캐패시터(34)는 저항기(347)를 통해 시정수(T3)( = 캐패시터(348)의 용량 곱하기 저항기(347)의 저항, 예를들어, 5초)에 따라서 전기적으로 충전된다. 이 방식으로, 캐패시터(348)의 충전 및 방전은 AND 게이트(332)의 출력 신호에 따라서 제어됨으로써, 차단된 계자 전류의 듀티는 캐패시터(348)의 충전 전압 형태로 저장된다.
안정 상태에서, 비교기(315)는 일정한 듀티비를 갖는 펄스 신호를 출력한다. 따라서, 축전지 (4)의 단자 전압이 계자 전류의 감소를 수반하여 낮게되어 교류 발전기(1)의 단자 전압을 낮게할 때, 전압 분배점(A)에서의 전압은 기준 전압(Ref1) 보다 낮게 되어, 비교기(328), OR 게이트(330), AND 게이트(331)의 출력 신호들을 낮게한다. 그러나, 비교기(315)는 일정한 듀티비의 펄스 신호를 출력한다.
OR 게이트(352)의 출력 신호가 낮게되는 동안, AND 게이트(332)의 출력 신호가 낮게되고 NAND 게이트(354)의 출력 신호가 높게되는 시점으로부터 시작하여, 비교기(315)의 출력 펄스 신호의 저 레벨의 듀티비(지금부터, 또한 저 듀티비라고 함)는 캐패시터(348)가 시정수(T3)에 따라서 충전될때 시정수(T3)에 따라서 증가한다. 비교기(315)의 출력 펄스 신호가 NOR 게이트(337)에 의해 반전되기 때문에, NOR 게이트(337)로부터 출력된 펄스 신호의 고 레벨의 듀티비(지금부터, 고 듀티비라 함)는 시정수(T3)에 따라서 증가함으로써, 출력 트랜지스터(305)의 도통비(또한, 온-비(on-ratio)라 함)는 시정수(T3)에 따라서 증가한다. 따라서, 계자 전류는 시정수(T3)에 따라서 증가하여, 축전지(4)의 단자 전압뿐만 아니라 교류 발전기(1)의 출력 전압을 상승시킨다.
이 방식으로, 계자 코일(102)을 흐르는 계자 전류는 출력 트랜지스터(305)의 온-오프 제어를 연속적으로 겪음으로써, 축전지(4)의 단자 전압은 제 1 소정값(예를들어, 14.5 볼트)으로 조절된다. 다음에, 듀티-전압 변환기(361)가 엔진 제어 장치(8)로부터 출력된 10% 보다 크고 30% 보다 작은 듀티비의 신호를 검출하고 저 전압 운전 모드를 표시할 때, 비교기(358, 359 및 360)의 출력 신호들 각각은 낮게된다. 따라서, NOR 게이트(356)의 출력 신호는 높게 되는 반면에, 반전기(355)의 출력 신호는 낮게된다. 게다가, OR 게이트(357)의 출력 신호는 낮게되는 반면에, 반전기(362)의 출력 신호는 높게되며, 비반전기(353)의 출력 신호는 낮게된다.
따라서, 캐패시터(348)가 시정수(T4)(= 용량(348) 곱하기 저항(350), 예를들어 5초)에 따라서 저항기(350)를 통해 방전되기 때문에, 비교기 (315)로부터 출력된 펄스 신호의 고 듀티비(즉, 고 레벨의 듀티비)는 시정수(T4)에 따라서 증가한다. 따라서, NOR 게이트(337)의 출력 펄스 신호의 저 듀티비(즉, 저 레벨의 듀티비)는 시정수(T4)에 따라서 증가하며, 이것은 출력 트랜지스터(305)의 도통비(즉, 온-상태의 지속 시간 비)가 시정수 (T4)에 따라서 감소하는 반면, 교류 발전기(1)의 출력 전압이 시정수(T4)에 따라서 감소한다는 것을 의미한다.
이 경우에, 전기자 권선(101)의 전압이 또한 시정수(T4)에 따라서 낮게되기 때문에, 비교기(333)의 출력 신호는 낮게되며, 비반전기(338)의 출력 신호는 낮게 됨으로써, 전압 분배점(C)에서의 전압이 기준 전압 (Ref3) 보다 낮게될때, 트랜지스터(340)를 턴 온시킨다. 따라서, 캐패시터(348)는 저항기 (341)를 통해 시정수(T6)(= 용량(348) 곱하기 저항(341) = T1)에 따라서 충전됨으로써, 캐패시터(348)의 단자 전압은 시정수(T6)에 따라서 상승한다.
캐패시터(348)의 단자 전압이 증가할 때, 비교기 (315)의 출력 펄스 신호의 고 듀티비는 시정수(T6)에 따라서 감소하고 이에 따라서 NOR 게이트(37)의 출력 펄스 신호의 저 듀티비는 시정수(T6)를 따라서 감소한다. 결국, 계자 전류는 시정수(T6)에 따라서 증가하는 한편, 전기자 권선(101)의 전압 또한 이에 대응하여 증가한다.
이때, 전압 분배점(C)에서의 전압은 상승한다. 이 전압이 기준 전압(Ref3)을 초과할 때, 비교기(333)의 출력 신호는 높게되며, 비반전기(338)의 출력 신호 또한 높게되는데, 이것은 캐패시터(348)가 충전되는 것을 방지하도록 PNP 형 트랜지스터(340)를 턴 오프시킨다. 또다시, 캐패시터(348)는 시정수(T4)에 따라서 방전됨으로써 전기자 권선(101)의 첨두 전압(peak voltage)을 예를들어 5초(저 전압 운전 모드)동안 제 2 소정값으로 조절한다.
이 상태에서, 출력 절환 스위치(71)는 엔진 제어 장치(8)로부터 발부된 대응 신호에 응답하여 축전지(4)에서 고 전압 전기 부하(5)로 절환된다. 출력 절환 스위치(71)의 절환 후 듀티비가 30% 보다 크고 90% 보다 작게되도록 명령하는 듀티비 제어 신호가 엔진 제어 장치 (8)로부터 나올때, 운전 모드는 고 전압 운전 모드로 천이된다.
고 전압 운전 모드에서, 축전지(4)의 단자 전압은 상승하지 않음으로써, 비교기(328)의 동작 신호를 저 레벨로 유지시킨다. 교류 발전기(1)의 출력 전압이 제 3 소정값 또는 레벨(예를들어, 30 볼트)을 초과할 때 까지 전압 분배점(B)에서의 전압이 기준 전압(Ref2)을 초과하지 않기 때문에, 비교기(329)의 출력 신호는 낮게되며, OR 게이트(330)의 출력 신호도 낮게 된다. 결국, AND 게이트(331, 332)의 출력 신호들 각각은 낮게된다.
따라서, OR 게이트(357)의 출력 신호가 고 레벨로 됨으로써, 비반전기(353)의 출력 신호가 고 레벨이 되도록 하는 한편, 반전기(362)의 출력 신호가 저 레벨이 되도록 한다. 게다가 NOR 게이트(356)의 출력 신호가 높게되기 때문에, 반전기(355)의 출력 신호는 낮게된다. 게다가, AND 게이트(332)의 출력 신호가 낮게되기 때문에, NAND 게이트(354)의 출력 신호는 높게된다. OR 게이트(351)의 높은 출력 신호로 인해, PNP형 트랜지스터(346)는 턴 오프 되는 한편, OR 게이트(352)의 저출력 신호에 응답하여, PNP 형 트랜지스터(343)는 동작됨으로써, 캐패시터(348)는 시정수(T5)(= 용량(348) 곱하기 저항(344), 예를들어, 10초)에 따라서 충전된다. 따라서, 비교기(315)의 출력 펄스 신호의 고 듀티비는 시정수(T5)에 따라서 감소한다.
현재, NOR 게이트(337)의 출력 펄스 신호의 고 듀티비는 시정수(T5)를 증가시켜 출력 트랜지스터(305)의 도통비를 시정수(T5)에 따라서 증가시킨다. 따라서, 계자 전류는 시정수(T5)에 따라서 증가하는데, 이것이 교류 발전기(1)의 출력 전압을 시정수(T5)에 따라서 상승시킨다. 이 방식으로, 차량의 고 전압 부하로의 전력 공급은 시정수(T5)에 따라서 증가한다.
교류 발전기(1)의 출력 전압이 제 3 소정값을 초과할 때, 전압 분배점(B)에서의 전압은 기준 전압(Ref2)을 초과하며, 비교기(329)의 출력 신호는 고 레벨이 되는데, 이에 따라서, OR 게이트(330) 및 AND 게이트(331, 332)의 출력 신호들 각각은 높게되며, 이것은 NOR 게이트(337)의 출력 신호가 저 레벨이 되도록 한다. 결국, 출력 트랜지스터(305)는 비도통 상태로 설정된다.
따라서, 계자 전류는 시정수(T1)에 따라서 감소하며, 교류 발전기(1)의 출력 전압을 이 시정수(T1)에 따라서 낮게하는 것을 수반한다. 이 방식으로, 출력 트랜지스터(305)는 계자 코일(102)을 통해 흐르는 계자 전류의 온/오프 제어를 연속적으로 수행함으로써, 교류 발전기(1)의 출력 전압을 제 2 소정값 또는 레벨(예를들어, 30 볼트)로 조절한다.
고 전압 운전 모드가 유효하게 될 때의 시점으로부터 소정 시간(약 1분)이 경과한 후, 엔진 제어 장치(8)는 10% 보다 크고 30% 보다 작은 듀티비를 나타내는 듀티비 제어 신호를 발부한다. 듀티-전압 변환기(361)에 의해 이 듀티비 제어 신호를 검출시, 저 전압 운전 모드는 유효하게 됨으로써, 교류 발전기(1)의 출력 전압은 시정수(T4)에 따라서 낮게됨으로써 제 2 소정의 레벨(예를들어, 5볼트)로 조절되도록 한다. 이 상태에서, 출력 절환 스위치(71)의 출력은 엔진 제어 장치(8)에 의해 발부되는 스위칭 명령에 응답하여 고 전압 전기 부하(5)에서 축전지(4)로 절환된다. 정류기 출력의 절환후, 이 운전 모드는 엔진 제어 장치(8)로부터 발부된 듀티비가 10% 보다 작게되도록 명령하는 듀티비 제어 신호에 응답하여 축전지 충전 운전 모드로 천이된다.
특히, 교류 발전기(1)의 출력 전압은 제 2 소정의 레벨(5 볼트)로부터 시정수(T2)에 따라서 상승함으로써, 제 1 의 소정의 값으로 조절된다. 제 5 도는 교류 발전기(1)의 출력 절환시에 실행되는 제어 장치의 여러 부분들의 동작들을 그래픽적으로 도시한 도면이다. 90% 보다 큰 듀티비를 나타내는 신호가 엔진 제어 장치(8)(접지 전위와의 접속 포함)에 의해 발부될 때, 축전지 충전 운전 모드가 유효하게 된다.
[실시예 2]
제 2 도는 본 발명의 제 2 실시예를 따른 차량의 교류 발전기용 제어 장치의 구성을 도시한 회로도이다. 본 실시예의 경우에, 제어 장치는 참조문자(3B)로 표시되어 있다. 부수적으로, 제 2 도에 사용된 동일하거나 유사한 참조 문자들은 제 1 도에 도시된 동일하거나 등가의 부분들을 표시한다. 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치에 있어서, 비교기(364 및 365)의 참조 전압은 (Ref7 및 Ref8)로 각각 표시되는데, 비교기(364 및 365)는 각각 20% 및 80%의 듀티비를 검출하도록 지정된다.
비교기(364)의 출력을 수신하는 반전기(353)의 출력 신호는 OR 게이트(351) 및 반전기(355) 각각으로 입력된다. 이 배열에 따라서, 엔진 제어 장치(8)로 부터 발부된 듀티비 제어 신호에 의해 명령되는 듀티비가 0% 일때, 듀티-전압 변환기(366)는 기준 전압(Ref7, Ref8)과 각각 비교될 때, 비교기(364)의 출력 신호는 고 레벨 "H"이 되는 반면, 비교기(365)의 출력 신호는 저 레벨 "L"이 되도록 하는 레벨의 전압 신호를 비교기(364, 365)에 입력한다.
이에 따라서, 교류 발전기 출력 전압은 축전지 충전 운전 모드에서 제 1 의 소정의 레벨(예를들어, 14.5 볼트)로 조절된다. 특히, NAND 게이트(354)의 출력 신호가 낮게되며, OR 게이트(352)의 출력 신호가 높게되는 시점으로부터 시작하여, 비교기(315)의 출력 펄스 신호의 저 듀티비는 캐패시터(348)가 시정수(T3)에 따라서 충전될 때 시정수(T3)에 따라서 증가한다.
비교기(315)의 출력 펄스 신호의 저 듀티비가 NOR 게이트(337)에 의해 반전되기 때문에, NOR 게이트(337)로부터 출력되는 펄스 신호의 고 레벨의 듀티비는 시정수(T3)에 따라서 증가함으로써, 출력 트랜지스터(305)의 도통비(또한, 온-비라함)는 시정수(T3)에 따라서 증가한다. 따라서, 계자 전류는 시정수(T3)에 따라서 증가하여, 축전지(4)의 단자 전압뿐만 아니라 교류 발전기의 출력 전압을 상승시킨다.
다음에, 엔진 제어 장치(8)로부터 발부된 듀티비 제어 신호의 듀티비가 100%가 될때, 듀티-전압 변환기(366)에 의한 변환으로부터 초래하는 전압은 시정수(TD)에 따라서 상승한다. 전압이 듀티비가 20% 보다 크다는 것을 표시할 때, 비교기(364)의 출력 신호는 낮게되며, 이때 출력 신호는 저 전압 운전 모드로 들어가게 된다. 따라서, 교류 발전기(1)의 출력 전압은 시정수(T4)에 따라서 감소됨으로써, 제 2 소정값(예를들어, 5볼트)으로 조절된다.
특히, 듀티-전압 변환기(361)가 엔진 제어 장치(8)로부터 출력된 저 듀티비의 신호를 검출하고 저 전압 운전 모드를 표시할 때, 비교기(364, 365)의 출력 신호들 각각은 낮게 된다. 따라서, NOR 게이트(356)의 출력 신호는 높게된다. 게다가, NOR 게이트(356)의 출력 신호는 낮게되는 한편, 반전기(355)의 출력 신호는 낮게되며, OR 게이트(357)의 신호가 낮게되며, 반전기(362)의 출력 신호는 높게되며, 비반전기(353)의 출력 신호는 낮게된다.
따라서, 캐패시터(348)가 시정수(T4)(= 용량(348) 곱하기 저항(350), 예를들어 5초)에 따라서 저항기(350)를 통해 방전되기 때문에, 비교기(315)로부터 출력된 펄스 신호의 고 듀티비(즉, 고 레벨의 듀티비)는 시정수(T4)에 따라서 증가한다. 따라서, NOR 게이트의 출력 펄스 신호의 저 듀티비(즉, 저 레벨의 듀티비)는 시정수(T4)에 따라서 증가하며, 이것은 출력 트랜지스터(305)의 도통비가 시정수(T4)에 따라서 감소한다는 것을 의미한다. 결국, 교류 발전기(1)의 출력 전압은 시정수(T4)에 따라서 감소됨으로써, 전기자 권선(101)의 전압은 시정수(T4)를 따라서 또한 낮게된다.
이 경우에, 비교기(333)의 출력 신호는 낮게되며, 비반전기(338)의 신호가 낮게됨으로써, 전압 분배점(C)에서의 전압이 기준 전압 (Ref3) 보다 낮을 때 트랜지스터(340)를 턴 온시킨다. 따라서, 캐패시터(348)는 저항기(341)를 통해 시정수(T6)(= 용량(348) 곱하기 저항(341) = T1)에 따라서 충전됨으로써, 캐패시터(348)의 단자 전압은 시정수(T6)에 따라서 상승한다.
캐패시터(348)의 단자 전압이 증가할 때, 비교기 (315)의 출력 펄스 신호의 고 듀티비는 시정수(T6)에 따라서 감소하며, NOR 게이트(337)의 출력 펄스 신호의 저 듀티비는 시정수(T6)에 따라서 감소된다. 결국, 계자 전류는 시정수(T6)에 따라서 증가하는 한편, 전기자 권선(101)의 전압은 이에 대응하여 또한 증가한다.
이때, 전압 분배점(C)에서의 전압은 상승한다. 이 전압이 기준 전압(Ref3)을 초과할 때, 비교기(333)의 출력 신호는 높게되며, 비반전기(338)의 출력 신호는 또한 높게되는데, 이것은 캐패시터(348)가 충전되는 것을 방지하도록 PNP 형 트랜지스터(340)를 턴 오프시킨다는 것을 의미한다. 또다시, 캐패시터(348)는 시정수(T4)에 따라서 방전됨으로써, 전기자 권선(101)의 첨두 전압을 예를들어 5초(저 전압 운전 모드)동안 제 2 소정값으로 조절한다.
게다가, 듀티-전압 변환기(366)에 의한 변환으로부터 발생한 전압이 80% 보다 큰 듀티비를 표시하는 전압 레벨에 대응하는 전압에 도달할때, 비교기(365)의 출력 신호는 높게되며, 이에 따라서, 운전 모드는 고 전압 운전 모드로 천이된다.결국, 교류 발전기(1)의 출력 전압은 시정수(T5)에 따라서 제 2 소정의 값(5 볼트)으로부터 상승함으로써 제 3 소정값으로 조절된다.
고 전압 운전 모드에서, 축전지(4)의 단자 전압은 상승하지 않음으로써, 비교기(328)의 출력 신호를 저 레벨로 유지시킨다. 교류 발전기(1)의 출력 전압이 제 3 소정 값 또는 레벨(예를들어, 30 볼트)를 초과할 때 까지 전압 분배점(B)에서의 전압이 기준 전압(Ref2)을 초과하지 않기 때문에, 비교기(329)의 출력 신호는 낮게 되고, OR 게이트(330)의 출력 신호도 낮게된다. 결국, AND 게이트(331, 332)의 출력 신호들 각각은 낮게된다.
따라서, OR 게이트(357)의 출력 신호는 고 레벨이 됨으로써, 비반전기(353)의 출력 신호는 하이 레벨이 되는 반면, 반전기(362)의 출력 신호는 저 레벨이 된다. 게다가 NOR 게이트(356)의 출력 신호는 높기 때문에, 반전기(355)의 출력 신호는 낮게된다. 또한, 반전기(355)의 출력 신호는 낮게된다. 또한, NOR 게이트 (356)의 출력 신호는 높게된다. OR 게이트(351)의 고 출력 신호로 인해, PNP 형 트랜지스터(343)는 턴 온됨으로써, 캐패시터(348)는 시정수(T5)(=용량(348) 곱하기 저항(344), 예를들어, 10초)에 따라서 충전된다. 따라서, 비교기(315)의 출력 펄스 신호의 고 듀티비(즉, 고 레벨의 듀티비)는 시정수(T5)에 따라서 감소한다.
지금부터, NOR 게이트(337)의 출력 펄스 신호의 고 듀티비는 시정수(T5)에 따라서 증가하여 출력 트랜지스터(305)의 도통비를 시정수(T5)에 따라서 증가시킨다. 따라서, 계자 전류는 시정수(T5)에 따라서 증가하는데, 이것은 교류 발전기(1)의 출력 전압을 시정수(T5)에 따라서 상승시킨다. 이 방식으로, 차량의 고 전압 부하로의 전력 공급은 시정수(T5)에 따라서 증가한다.
따라서, 교류 발전기(교류 전류 발전기)(1)의 출력 전압이 제 2 소정값(5볼트)으로 조절되는 상태에서 출력 절환 스위치(71)를 축전지(4)에서 고 전압 전기부하(5)로 절환시킴으로써, 제 1 실시예에 따른 제어 장치의 동작과 유사한 동작이 실현될 수 있다. 엔진 제어 장치(8)로부터의 신호를 100%에서 0%로 절환시키는데 이것이 유효하게 적용된다. 듀티-전압 변환기(366)의 변환 시정수(TD)를 적절하게 설정함으로써 (TD 〉 T4), 0% 및 100% 사이에서 엔진 제어 장치의 명령 신호를 절환시킬 수 있으며, 캐패시터 충전 운전 모드, 저 전압 운전 모드 및 고 전압 운전 모드 중에서 운전 모드의 절환을 실현할 수 있다.
[실시예 3]
제 1 및 제 2 실시예를 따른 제어 장치의 경우에, 각각의 운전 모드들은 제어 신호의 듀티비를 다르게 함으로써 구별할 수 있게 식별된다. 본 발명의 제 3 실시예를 따르면, 운전 모드들이 주파수 차를 토대로 식별될 수 있도록 주파수 신호가 ECU에 의해 발부되는 것이 제안되어 있다. 본 발명의 제 3 실시예를 따른 교류 발전기용 제어 장치를 도시한 제 3 도를 참조하면, 본 발명의 본 실시예를 따른 전압 조절기(3C)는 엔진 제어 장치(8)로부터 주파수 신호를 공급받아, 주파수 신호의 주파수를 토대로한 모드 절환 동작에 의해 운전 모드가 유효하게 되는지를 식별하고나서 이 주파수 신호를 운전 모드에 대응하는 전압 레벨로 변환시키는 주파수-전압 변환기(367)를 구비한다. 이 차이를 제외하면, 전압 조절기(3C)는 동작과 구조에 있어서 제 1 실시예를 따른 제어 장치의 전압 조절기(3A)와 실질적으로 동일하다.
[실시예 4]
제 1 및 제 2 실시예를 따른 제어 장치의 경우에, 각 운전 모드들은 제어 신호의 듀티비를 다르게 함으로써 구별할 수 있게 식별된다. 본 발명의 제 4 실시예를 따르면, 전압 레벨의 차를 토대로 근거하여 운전 모드들이 식별되도록 전압 신호가 ECU에 의해 발부된다는 것이 제안되어 있다. 본 발명의 제 3 실시예를 따른 교류 발전기용 제어 장치를 도시하는 제 3 도를 참조하면, 본 발명의 실시예를 따른 전압 조절기(3D)는 엔진 제어 장치(8)로부터 전압 신호를 공급받아 전압 신호의 전압 레벨들을 토대로 모드 절환 동작에 의해 운전 모드가 유효하게 되는지를 식별하고 나서 전압 레벨 신호를 이 운전 모드에 대응하는 전압 신호를 변환시키는 전압 레벨 변환기(368)를 구비한다. 이 차이를 제외하면, 전압 조절기(3D)는 동작과 구조에 있어서 제 1 실시예를 따른 제어 장치의 전압 조절기(3A)와 실질적으로 동일하다.
본 발명을 따른 교류 발전기의 제어 장치는 후술되는 장점들을 가지고 있다.
축전지 충전 운전 모드 및 고 전압 운전 모드의 절환이 중간에 삽입된 저 전압 운전 모드에 의해 실행되기 때문에, 모드 절환시 출력 절환 제어기(7)에 의해 발생된 스파크로 인한 손상이 억제될 수 있다.
축전지 충전 운전 모드에서 고 전압 운전 모드로 실행시키는 초기 구동 회로를 부가적으로 제공할 필요가 없기 때문에, 제어 장치는 간단한 구조로 값싸게 수행될 수 있다.
차단되는 계자 전류의 듀티비가 축전지 충전 운전 모드 및 고 전압 운전 모드 각각에서 소정의 비율로 증가되는 이와같은 장치에 의하여, 축전지 충전 운전 모드 및 고 전압 운전 모드에서 저 전압 운전 모드로 절환시, 차단된 계자 전류의 듀티비가 상술된 비율보다 낮은 소정의 비율로 감소되는 동안, 교류 발전기의 부하의 변화로 인한 엔진 회전 속도의 급격한 변화가 효율적으로 억제됨으로써, 엔진 회전 속도 제어는 고정밀도로 신뢰할 수 있게 수행될 수 있다.
상기 기술의 관점에서 본 발명을 각종 수정 및 변경할 수 있다. 그러므로, 첨부된 청구범위내에서 본 발명은 서술된 것과 다르게 실행될 수 있다는 것을 알아야만 한다.

Claims (11)

  1. 차량의 AC 발전기용 제어 장치로서, 상기 차량의 내연 엔진에 의해 구동되고 계자 코일(102)을 가진 상기 AC 발전기(1)와, 상기 AC 발전기(1)에 의해 발생된 전압을 정류하는 정류기(2)와, 상기 정류기(2)로부터 출력된 전기 에너지로 충전되도록 제공되는 배터리(4)와, 상기 정류기(2)의 출력으로부터 전기 에너지가 공급되도록 제공되는 고전압 전기 부하(5)를 포함하는 상기 제어 장치에 있어서, 상기 제어 장치는, 배터리 충전 동작 모드 또는 고전압 동작 모드를 설정하도록 상기 정류기(2)의 출력을 상기 차량의 상기 배터리(4) 또는 상기 고전압 전기 부하(5)로 절환시키는 모드 설정 수단(7, 8)으로서, 각기 설정된 상기 배터리 충전 동작 모드 또는 상기 고전압 동작 모드를 표시하는 제어 신호를 출력하는 상기 모드 설정 수단(7, 8)과, 상기 모드 설정 수단(7, 8)에 의해 각기 출력된 상기 제어 신호에 응답하여 상기 계자 코일(102)을 통해 흐르는 계자 전류를 제어하는 전압 조정 수단(3A)으로서, 상기 계자 전류는 상기 동작 모드들에 대해 각기 설정된 변화율들로 완만하게 증가하여 상기 설정된 동작 모드들 각각에서 상기 AC 발전기(1)의 출력 전압을 소정의 값으로 조정하도록 하는, 상기 전압 조정 수단(3A)을 포함하며, 상기 전압 조정 수단은, 상기 모드 설정 수단(7, 8)으로부터 출력된 상기 제어 신호의 내용을 구별하여 식별하는 식별 수단(358-360; 364, 365)과, 상기 제어 신호의 상기 식별의 결과에 기초하여 상기 계자 전류의 변화율을 설정하는 변화율 설정 수단(351-357, 342, 346, 318)과, 상기 설정된 변화율에 따라 상기 계자 전류의 완만한 증가를 제어하는 전류 제어 수단(315, 333, 328, 329, 330, 331, 332, 337, 338, 305)을 포함하는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 AC 발전기(1)의 출력은, 일단 상기 AC 발전기(1)가 저전압 동작 모드로 동작된 후에 상기 계자 전류가 소정의 변화율로 완만하게 증가하거나 일단 상기 AC 발전기(1)가 고전압 동작 모드로 동작된 후에 상기 계자 전류가 소정의 변화율로 완만하게 감소하는 동안, 상기 배터리(4)로부터 상기 고전압 부하(5)로 절환되거나 상기 고전압 부하(5)로부터 상기 배터리(4)로 절환되는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모드 설정 수단(7, 8)은 상기 배터리 충전 동작 모드로부터 상기 고전압 동작 모드를 설정하거나 상기 고전압 동작 모드로부터 상기 배터리 충전 모드로 절환시킬 때 상기 제어 신호를 출력하고, 상기 전류 제어 수단(315, 333, 328, 329, 330, 331, 332, 337, 338, 305)은 상기 계자 전류를 상기 배터리 충전 동작 모드 및 상기 고전압 동작 모드에서의 상기 계자 전류보다 낮게 감소시키도록 상기 저전압 동작 모드를 설정하기 위해 상기 제어 신호에 응답하는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모드 설정 수단(7, 8)은 제어 신호들을 서로 다른 듀티비(duty ratio)의 펄스 트레인 신호들의 형태로 출력하고, 상기 식별 수단(358-360; 364, 365)은 각기 수신된 제어 신호의 듀티비를 구별하여 식별하도록 제공되는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모드 설정 수단(7, 8)은 제어 신호들을 서로 다른 주파수의 신호들의 형태로 출력하도록 제공되고, 상기 식별수단(358-360; 364, 365)은 각기 수신된 제어 신호의 주파수를 구별하여 식별하도록 제공되는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 모드 설정 수단(7, 8)은 제어 신호들을 서로 다른 전압 레벨의 신호들의 형태로 출력하도록 제공되고, 상기 식별수단(358-360; 364, 365)은 각기 수신된 제어 신호의 전압 레벨을 구별하여 식별하도록 제공되는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 변화율 설정 수단(351-357, 342, 346, 318)은 상기 배터리 충전 동작 모드로부터 상기 고전압 동작 모드로 상기 동작 모드가 절환될 때의 상기 계자 전류의 변화율을 상기 고전압 동작 모드로 부터 상기 배터리 충전 동작 모드로 상기 동작 모드가 절환될 때의 상기 계자 전류의 변화율보다 작게 설정하는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 식별 수단(358-360; 364, 365)은 상기 배터리 충전 동작 모드를 설정할 때나 상기 고전압 동작 모드를 설정할 때, 상기 모드 설정 수단(7, 8)으로부터 입력된 상기 제어 신호의 내용을 구분하여 식별한 결과를 출력하고, 상기 제어 신호를 상기 설정된 동작 모드에 대응하는 레벨의 전압으로 변환하는 한편, 상기 전압을 소정의 시정수로 상기 저전압 동작 모드를 위한 제어 신호에 대응하는 전압 레벨로 변환하여, 상기 변화율 설정 수단 내에서 상기 저전압 동작 모드를 위한 계자 전류의 변화율을 설정하는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 식별 수단(358-360; 364, 365)은 상기 저전압 동작 모드를 식별할 때 배터리 단자 전압 검출 및 정류기 출력 전압 검출의 결과들 각각에 따라 출력되는 계자 전류 차단 제어 신호를 무효화하는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  10. 제1 또는 제2항에 있어서, 상기 식별 수단은 비교기 수단(358, 359, 360; 364, 365)을 포함하는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은 비교기 수단 (315, 333, 328, 329), 논리 소자(330, 331, 332, 337, 338), 트랜지스터 수단(305) 및 톱니파 발생기 회로 수단(316)을 포함하는, 차량의 AC 발전기용 제어 장치.
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