WO2010073593A1 - バッテリ充電装置 - Google Patents

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WO2010073593A1
WO2010073593A1 PCT/JP2009/007074 JP2009007074W WO2010073593A1 WO 2010073593 A1 WO2010073593 A1 WO 2010073593A1 JP 2009007074 W JP2009007074 W JP 2009007074W WO 2010073593 A1 WO2010073593 A1 WO 2010073593A1
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WO
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phase
signal
supplied
voltage
gate
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/007074
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English (en)
French (fr)
Inventor
田部田真
藤井元統
Original Assignee
新電元工業株式会社
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Publication date
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Priority to EP09834404.7A priority patent/EP2362535B1/en
Priority to US13/128,980 priority patent/US8466653B2/en
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    • 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
    • H02J7/1469—Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field
    • H02J7/1492—Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field by means of controlling devices between the generator output and the battery
    • 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
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H02J7/0049—Detection of fully charged condition
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M1/0085—Partially controlled bridges
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a three-phase noiseless short type battery charger using a permanent magnet type three-phase AC generator. This application claims priority with respect to Japanese Patent Application No. 2008-325394 for which it applied on December 22, 2008, and uses the content here.
  • an FET short-type REG / REC using a permanent magnet three-phase AC generator is used (for example, see Patent Document 1).
  • ACG permanent magnet three-phase AC generator
  • the MOS transistor M1 is connected in series to the diode D1
  • the MOS transistor M2 is connected in series to the diode D2
  • the MOS transistor M3 is connected in series to the diode D3.
  • the MOS transistor M1 is ON / OFF controlled by the gate controller CONT1
  • the MOS transistor M2 is ON / OFF controlled by the gate controller CONT2
  • the MOS transistor M3 is ON / OFF controlled by the gate controller CONT3.
  • each gate control unit turns off the corresponding MOS transistor when the AC voltage is positive as a result of the zero cross detection by the comparators (CMP1, CMP2, CMP3), and when the AC voltage is negative. Synchronous rectification is performed by turning on the corresponding MOS transistor.
  • each controller turns on the corresponding FET, each phase (U, V, W) of the ACG is short-circuited through this FET, charging to the battery Batt is stopped, The battery will be charged.
  • the U-phase zero cross is not detected, and the controller M1 corresponding to the U-phase cannot perform synchronous rectification control for the U-phase.
  • the U-phase MOS transistor M1 which is a short-circuited phase in which a large current flows, remains on, while the V-phase and W-phase, which are charging phases in which only a small current flows,
  • the MOS transistor M2 and the MOS transistor M3 are turned on / off by synchronous rectification. That is, charging of the battery Batt is performed only by the phases (V phase and W phase of FIG. 5B) in which only a small current flows, and the problem is that the battery B cannot be charged efficiently.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to eliminate the bias of the excitation current that causes the occurrence of partial excitation, and to reliably operate the switch unit that switches between charging and non-charging of the battery. It is an object of the present invention to provide a battery charger that can efficiently charge a battery.
  • a first aspect of the present invention is a battery charging device, which rectifies a three-phase AC voltage output from a generator to charge a battery, a rectifying unit including a rectifying element corresponding to each phase, and the battery A voltage detection unit that detects that the voltage has become equal to or higher than a predetermined voltage, and is provided for each of the rectifier elements, rectifies an AC voltage in an off state, charges the battery, and in an on state, each phase of the generator A switch unit that short-circuits the output, a zero-cross detection circuit that detects a zero-cross of each phase of the AC voltage, and a phase-detection result of the zero-cross of each phase are provided to turn on / off the switch unit.
  • the gate unit that turns on the switch unit to the corresponding switch unit is output.
  • a switch control unit that outputs a signal, and a gate signal detection unit that detects whether or not the gate signals are all output in order for each phase, and outputs a detection signal.
  • a second aspect of the present invention is a battery charger, wherein each of the switch control units is supplied with the detection signal indicating that all the gate signals of all phases have been detected in order of phases from the gate signal detection unit.
  • a gate signal for turning on / off the switch unit is output in accordance with the timing of the zero crossing of the corresponding phase.
  • a third aspect of the present invention is a battery charging device, wherein when the switch control unit detects that the voltage of the battery is equal to or higher than a predetermined voltage by the voltage detection unit, from the gate signal detection unit, After the detection signal indicating that the gate signal is supplied in the order of the phase of each phase is supplied, a gate signal for turning on the switch unit is output in synchronization with the detection signal.
  • a battery charging apparatus wherein the switch control unit detects a gate signal of any phase even when the voltage detection unit detects that the voltage of the battery is less than a predetermined voltage.
  • a gate signal is simultaneously output to all of the switch units.
  • a battery charger wherein when the detection signal indicating that the gate signal of all phases is not detected is supplied, the switch control unit is preset in synchronization with the detection signal.
  • the gate signal is continuously output for a period that is an integral multiple of a three-phase phase period.
  • the present invention it is detected whether or not all phases are sequentially supplied in units of three phases, and control for switching between the charged state and the non-charged state of the battery is performed in units of three phases based on the detection result. Since the bias of the excitation current that causes excitation is prevented, the occurrence of partial excitation in the generator can be easily suppressed, and the battery can be charged efficiently.
  • the bias of the AC voltage between the three phases of the U phase, the V phase, and the W phase input from a permanent magnet type three-phase AC generator (hereinafter referred to as a generator)
  • a generator a permanent magnet type three-phase AC generator
  • the invention of the present application rectifies the three-phase AC voltage output from the generator to charge the battery, and the rectifying unit composed of a rectifying element corresponding to each phase, and the voltage of the battery exceeds a predetermined voltage
  • a voltage detection unit (6) for detecting this and provided for each rectifying element, charges the battery by rectifying the AC voltage in the off state, and short-circuits the output of each phase of the generator with the negative side of the battery in the on state
  • a switch control unit (CONT1, CONT2, COMT3) that outputs a gate signal for turning on each of the first and second units, detects whether or not all the gate signals are output in order for each phase, and outputs a detection signal And a gate signal detector (52).
  • the switch control unit responds to the timing of zero crossing when a detection signal indicating that the gate signals of the three phases are supplied in the order of the phases is supplied from the gate signal detection unit.
  • the gate is sent to the switch unit in synchronization with the detection signal.
  • a signal is output, the output of the generator is short-circuited with the negative side of the battery, and the charging process is stopped.
  • it is determined whether or not all the gate signals of the switch control unit are supplied in the order of the phases, and the charged state is continued, or at one end, the state is shifted to the non-charged state. It is a feature of the present invention to shift to the charging state again in a state where the bias of the excitation current that causes the occurrence of partial excitation is eliminated between the three phases of the phase, the V phase, and the W phase.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the battery charging device according to the embodiment.
  • the battery charging device includes a rectifying unit 1, a control circuit 5, and capacitors C2 and C3.
  • the capacitors C2 and C3 are provided for removing noise in the DC voltage, that is, for smoothing.
  • the rectifying unit 1 includes diodes D1, D2, and D3 and n-channel MOS transistors M1, M2, and M3, and U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages output from the three-phase AC generator ACG. To generate a DC voltage and charge the battery Batt. Each of the diodes D1, D2 and D3 has a cathode connected to a terminal TAH connected to the positive terminal of the battery Batt.
  • the diode D1 has an anode having a U-phase AC voltage from the three-phase AC generator AGC. Is connected to a terminal TAU to which is supplied.
  • the diode D2 has an anode connected to a terminal TAV to which a V-phase AC voltage from the three-phase AC generator AGC is supplied.
  • the diode D3 has an anode connected to a terminal TAW to which a W-phase AC voltage from the three-phase AC generator AGC is supplied.
  • the MOS transistor M1 has a drain connected to the anode of the diode D1, a gate supplied with the control signal S1 from the control circuit 5, and a source connected to the terminal TAL connected to the negative terminal of the battery Batt.
  • the MOS transistor M1 is turned on to short-circuit the terminal TAU with the negative side of the battery Batt.
  • the MOS transistor M2 has a drain connected to the anode of the diode D2, a gate supplied with the control signal S2 from the control circuit 5, and a source connected to the terminal TAL connected to the negative terminal of the battery Batt.
  • the MOS transistor M2 is turned on to short-circuit the terminal TAV with the negative side of the battery Batt.
  • the MOS transistor M3 has a drain connected to the anode of the diode D3, a gate supplied with the control signal S3 from the control circuit 5, and a source connected to the terminal TAL connected to the negative terminal of the battery Batt.
  • the MOS transistor M2 is turned on to short-circuit the terminal TAW with the negative side of the battery Batt.
  • the MOS transistor M1 when the control signal S1 is at the “H” level, the MOS transistor M1 is turned on and the terminal TAU applied to the anode of the diode D1 is connected to the terminal TAL.
  • the U-phase AC voltage supplied from the terminal TAU becomes the voltage of the negative terminal of the battery Batt, and the U-phase AC voltage is not output from the diode D1.
  • the control signal S1 when the control signal S1 is at the “L” level, the MOS transistor M1 is turned off, and the terminal TAU applied to the anode of the diode D1 is disconnected from the terminal TAL, so that the terminal TAU is on the negative side of the battery Batt.
  • the U phase AC voltage is output from the diode D1.
  • the MOS transistor M2 when the control signal S2 is at “H” level, the MOS transistor M2 is turned on, and the terminal TAV applied to the anode of the diode D2 is connected to the terminal TAL, so that the terminal TAV is connected to the negative side of the battery Batt.
  • the V-phase AC voltage supplied from the terminal TAV becomes the voltage of the negative terminal of the battery Batt, and the V-phase AC voltage is not output from the diode D2.
  • the control signal S2 when the control signal S2 is at the “L” level, the MOS transistor M2 is turned off, and the terminal TAV applied to the anode of the diode D2 is disconnected from the terminal TAL, so that the terminal TAV is connected to the negative side of the battery Batt.
  • the V-phase AC voltage is output from the diode D2.
  • the MOS transistor M3 when the control signal S3 is at “H” level, the MOS transistor M3 is turned on, and the terminal TAW applied to the anode of the diode D3 is connected to the terminal TAL, so that the terminal TAW is the negative terminal of the battery Batt.
  • the W-phase AC voltage supplied from the terminal TAW becomes the voltage at the negative terminal of the battery Batt, and the W-phase AC voltage is not output from the diode D3.
  • the control signal S3 when the control signal S3 is at the “L” level, the MOS transistor M3 is turned off, and the terminal TAW applied to the anode of the diode D3 and the terminal TAL are disconnected, so that the terminal TAW is on the negative side of the battery Batt.
  • the W-phase AC voltage is output from the diode D3.
  • the control signals S1, S2, and S3 are set to the “L” level corresponding to the positive potential phase of the U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages, and the U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages.
  • the control signals S1, S2, and S3 are set to the “H” level corresponding to the negative potential phase of the battery, the battery Batt is charged by any one of the three phases corresponding to the control signal.
  • S2 and S3 are at “H” level regardless of the phase of the positive potential and the negative potential, the battery Batt is not charged.
  • the control circuit 5 includes comparators CMP1, CMP2, and CMP3, gate control units CONT1, CONT2, and CONT3, driver units DR1, DR2, and DR3, a charge voltage detection unit 6, a charge permission unit 51, and a gate detection unit 52. have.
  • the control circuit 5 stops charging when the charging voltage of the battery Batt is equal to or higher than a preset threshold voltage, performs charging when it is lower than the preset threshold voltage, and is supplied from the generator ACG.
  • the rectification unit 1 is controlled so as to detect whether or not there is a bias in the excitation current that causes the occurrence of partial excitation in the three-phase AC voltage, and to eliminate this bias in the excitation current.
  • Each of the comparators CMP1, CMP2, and CMP3 is provided to detect the phase of the U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages supplied from the terminals TAU, TAV, and TAW, as will be described below. .
  • each non-inverting input terminal (+) is grounded.
  • the terminal TAU is connected to the inverting input terminal ( ⁇ )
  • the U-phase AC voltage is supplied
  • the output terminal is connected to the gate control unit CONT1.
  • the comparator CMP1 compares the voltage value between the ground potential and the U-phase AC voltage.
  • the comparator CMP1 When the U-phase AC voltage is lower than the ground potential, the comparator CMP1 outputs an “H” level signal from the output terminal. When the voltage is higher than the ground potential, an “L” level signal is output from the output terminal. As a result, the phase of the negative U-phase voltage value is detected.
  • the terminal TAV is connected to the inverting input terminal ( ⁇ ), a V-phase AC voltage is supplied, and the output terminal is connected to the gate control unit CONT2.
  • the comparator CMP2 compares the voltage value between the ground potential and the V-phase AC voltage. When the V-phase AC voltage is lower than the ground potential, the comparator CMP2 outputs an “H” level signal from the output terminal, and the V-phase AC voltage is output. When the voltage is higher than the ground potential, an “L” level signal is output from the output terminal. Thereby, the phase of the negative side of the V-phase voltage value is detected.
  • the comparator CMP3 has a terminal TAW connected to the inverting input terminal ( ⁇ ), supplied with a W-phase AC voltage, and an output terminal connected to the gate control unit CONT3.
  • the comparator CMP3 compares the voltage value between the ground potential and the W-phase AC voltage. When the W-phase AC voltage is lower than the ground potential, the comparator CMP3 outputs an “H” level signal from the output terminal. When the voltage is higher than the ground potential, an “L” level signal is output from the output terminal. As a result, the phase of the negative side of the voltage value of the W phase is detected.
  • phase detection signal F1 the “H” level output from the comparator CMP1 is referred to as a phase detection signal F1
  • phase detection signal F2 the “H” level output from the comparator CMP2
  • phase detection signal F3 the “H” level output from the comparator CMP3
  • the charging voltage detector 6 detects a charging voltage value at which the battery Batt is charged, and compares this charging voltage value with a set threshold voltage value indicating full charge. In the comparison result, the charging voltage detection unit 6 outputs an “H” level charging signal when the charging voltage value is less than the threshold voltage value, and “L” when the charging voltage value is equal to or higher than the threshold voltage. Do not output the charge signal as level output.
  • the charge voltage detection unit 6 uses the comparator CMP4 and the reference voltage value Vref as the threshold voltage for detecting whether or not the voltage value Ve of the charge voltage is fully charged to the inverting input terminal (+) of the comparator CMP4. And a reference power supply 61 to be supplied.
  • the reference power supply 61 is a power supply that outputs a reference voltage value Vref as a threshold voltage for determining whether or not the voltage value Ve of the charging voltage is fully charged.
  • the output terminal TAH is connected to the inverting input terminal ( ⁇ ), and the charging voltage of the battery Batt is supplied to the inverting input terminal ( ⁇ ). Further, although not shown, the charging voltage of the battery Batt may be divided and compared with the reference voltage value Vref as the voltage value Ve.
  • the voltage value Ve is supplied to the inverting input terminal ( ⁇ ) and the reference voltage Vref is supplied to the non-inverting input terminal (+), the voltage value Ve is compared with the voltage value Vref, and the voltage value Ve is compared. Is less than the voltage value Vref, it is determined that it is necessary to perform charging rather than full charging, and an “H” level charging signal is output from the output terminal. On the other hand, when the voltage value Ve is equal to or higher than the voltage value Vref, the comparator CMP4 determines that charging is necessary because charging is complete and does not output the “L” level from the output terminal, that is, does not output the charging signal. In the following description, it is assumed that the charge signal is output when the signal output from the comparator CMP4 is “H” level, and that the charge signal is not output when the signal is “L” level, and is in the non-charge state.
  • the gate controller CONT ⁇ b> 1 receives “H” from the output terminal. "Level signal (control signal S1).
  • the gate control unit CONT1 outputs an “L” level signal. Output.
  • the gate control unit CONT1 is not charged when the charge signal is not supplied from the charge voltage detection unit 6 or the charge permission signal is not supplied from the charge permission unit 51. Regardless of whether or not the phase detection signal F1 is supplied from the comparator CMP1, a non-charged state in which an “H” level signal is output from the output terminal is entered.
  • the gate control unit CONT2 when the gate control unit CONT2 is supplied with the charge signal from the charge voltage detection unit 6, is supplied with the charge permission signal from the charge permission unit 51, and is supplied with the phase detection signal F2 from the comparator CMP2, the output terminal To output an H level signal (control signal S2).
  • the gate control unit CONT2 when the charge signal is supplied from the charge voltage detection unit 6 and the charge permission signal is supplied from the charge permission unit 51 and the phase detection signal F2 is not supplied, the gate control unit CONT2 outputs an “L” level signal. Output.
  • the charging signal is supplied from the charging voltage detection unit 6 and the charging permission signal is supplied from the charging permission unit 51, the battery charging device is in a charged state operation.
  • the gate control unit CONT2 determines that the battery charging device is not charged when either the charging signal is not supplied from the charging voltage detection unit 6 or the charging permission signal is not supplied from the charging permission unit 51. Regardless of whether or not the phase detection signal F2 is supplied from the comparator CMP2, the non-charge state in which the “H” level signal is output from the output terminal is set.
  • the gate control unit CONT3 is supplied with the charge signal from the charge voltage detection unit 6, is supplied with the charge permission signal from the charge permission unit 51, and is supplied with the phase detection signal F3 from the comparator CMP3 from the output terminal.
  • An “H” level signal (control signal S3) is output.
  • the gate control unit CONT3 outputs an “L” level signal. Output.
  • the gate control unit CONT3 determines that the battery charging device is not charged when either the charging signal is not supplied from the charging voltage detection unit 6 or the charging permission signal is not supplied from the charging permission unit 51. Regardless of whether or not the phase detection signal F3 is supplied from the comparator CMP3, a non-charged state in which an “H” level signal is output from the output terminal is set.
  • each of the gate control unit CONT1, the gate control unit CONT2, and the gate control unit CONT3 has a MOS transistor M1, a MOS transistor 2, and a MOS transistor, respectively, when the corresponding AC voltage of each phase is a negative potential.
  • a positive bias is applied to each gate of the transistor M3, a rectification current flows from the MOS transistor M1 to the MOS transistor M3, and synchronous rectification is performed.
  • the MOS transistor M1 to the MOS transistor M3 simultaneously A positive bias is applied, and each phase of the three-phase AC generator ACG is short-circuited to the negative side of the battery Batt to prevent overcharging.
  • the “H” level signal output from the gate control unit CONT1 is the control signal S1
  • the “H” level signal output from the gate control unit CONT2 is the control signal S2
  • the “H” level signal is referred to as a control signal S3.
  • the charging permission unit 51 outputs a charging permission signal when the gate normal signal G is supplied from the gate detection unit 52 in a state where the charging signal is supplied from the charging voltage detection unit 6, while the charging signal is supplied. If the gate normal signal G is supplied from the gate detection unit 52 in a state where the charging is not performed, the charging permission signal is stopped. That is, the charging permission unit 51 sets the charging permission signal to be output at the “H” level when the gate normal signal G is supplied when the charging signal is supplied from the charging voltage detection unit 6. When the gate normal signal G is supplied from the gate detector 52 when the charging signal is not supplied, the charging permission signal is set to be output at the “L” level.
  • the charging permission unit 51 outputs the charging permission signal at the “L” level when the gate abnormality signal B is supplied from the gate detection unit 52.
  • the gate control units CONT1, CONT2, and CONT3 apply “L” level voltages to the gates of the MOS transistors M1 to M3 corresponding to the positive potential phase of the three-phase alternating current, and correspond to the negative potential phase. Then, control is performed so that the battery Batt is charged by applying an “H” level voltage.
  • the charge permission unit 51 does not output the charge permission signal to the gate control units CONT1, CONT2, and CONT3. Accordingly, the gate control unit CONT1, the gate control unit CONT2, and the gate control unit CONT3 apply the “H” level voltage to the gates of the MOS transistors M1 to M3 regardless of the phase of the negative potential of the three-phase alternating current. In this way, control is performed to stop charging the battery Batt.
  • the gate detection unit 52 outputs the gate normal signal G or the gate abnormal signal B described above in units of three phases of U phase, V phase, and W phase.
  • the control of switching between the charged state and the non-charged state is performed in a synchronized state in units of three phases of the U phase, the V phase, and the W phase, and the occurrence of excitation current bias between the three phases is suppressed. be able to.
  • the gate detection unit 52 detects the bias of the excitation current in units of three phases of U phase, V phase, and W phase, so that the control signals S1, S2 from the gate control unit CONT1, the gate control unit CONT2, and the gate control unit CONT3 are detected. , S3 is determined in order. That is, the gate detection unit 52 determines whether or not the control signals S1, S2, and S3 are all supplied in the order of three phases of U phase, V phase, and W phase. For example, in response to supply of the U phase, when the control signal S1 is output from the gate control unit CONT1, that is, when charging is started from the U phase, the gate detection unit 52 controls in the order of S1 ⁇ S2 ⁇ S3.
  • the gate normal signal G When it is detected that the signal is supplied, the gate normal signal G is output. Similarly, when the control signal S3 is output from the gate control unit CONT3 corresponding to the supply of the W phase, that is, when charging is started from the W phase, the control signals are output in the order of S3 ⁇ S1 ⁇ S2. If it is detected, the gate detector 52 outputs a gate abnormality signal B.
  • the gate detection unit 52 detects that the control signal S1 ⁇ S2 ⁇ S3 always circulates in the charged state, and the control signal of any of the control signals S1, S2, and S3 is lost.
  • the gate abnormality signal B is output to the gate control units CONT1, CONT2, and CONT3, and charging is stopped as an abnormal state. Therefore, whether or not the control signals S1, S2, and S3 from the U phase are output in order when the control signal S1 is output from the gate control unit CONT1 corresponding to the supply of the U phase, that is, in the charged state.
  • a control signal with an intermediate number is not supplied (ie, lost), such as S1 ⁇ S2 ⁇ S1 or S1 ⁇ S3 ⁇ S1, and the first detected control signal Is output again, the gate detector 52 outputs the gate abnormality signal B.
  • the gate detection unit 52 includes a latch 531, a latch 532, a latch 533, and a normality confirmation unit 534.
  • the latch 531 outputs an “H” level as a latch signal as an output.
  • the latch 532 outputs the latch signal as “H” level as an output.
  • the latch 533 outputs the latch signal as “H” level as an output.
  • normality checking unit 534 sequentially receives “H” from all three latches in order from the latch that first output “H” level.
  • the gate normal signal is output, while the "H” level output of either or both of the two latches other than the latch that first output the “H” level latch signal.
  • the gate abnormality signal is output.
  • the normality confirmation unit 534 outputs a gate normal signal or a gate abnormality signal depending on whether or not all three latches sequentially output “H” level latch signals in the cycle of the latch 531 ⁇ the latch 532 ⁇ the latch 533. , Output to each of the switch control units CONT1, CONT2, and COMT3. For example, an “H” level latch signal is first supplied from the latch 532, an “H” level latch signal is then supplied from the latch 533, and an “H” level latch signal is not supplied from the latch 531. In the state where the latch signal of “H” level is lost from the latch 531, when the latch signal of “H” level is supplied again from the latch 532, the gate detection unit 52 outputs the gate abnormality signal B.
  • the normality confirmation unit 534 operates with the logic shown in the table of FIG. 2B.
  • the normality confirmation unit 534 detects whether or not the latch signals are sequentially supplied from the latch 531 corresponding to the control signal S1
  • the normality check unit 534 is supplied in the order of S1 ⁇ S2 ⁇ S3
  • the reset signal is output and the gate normal signal G is output to the charge permission unit 51.
  • the normality confirmation unit 534 holds the gate normal signal in a period for detecting that the next latch signal is sequentially supplied, that is, until the next latch signal is supplied.
  • the normality checking unit 534 is supplied in the order of S1->S2-> S1, S1->S3-> S1, or S1-> S1, that is, in order
  • a reset signal is output from the latch 531 to the latch 533.
  • a pulse-like gate abnormality signal B is output.
  • the normality confirmation unit 532 controls in the order of the U-phase, V-phase, and W-phase in the same manner even when the supply of the control signal is started from the control signal S2 or the control signal S3. No signal is supplied and the control signal corresponding to one or both of the phases between the control signals of the first supplied phase is not supplied and the control signal of the first supplied phase is supplied If detected, it is detected as a gate abnormality.
  • the gate abnormality signal B is supplied to all of the gate control unit CONT1, the gate control unit CONT2, and the gate control unit CONT3.
  • the gate control unit CONT1, the gate control unit CONT2, and the gate control unit CONT3 have the gate abnormality signal B
  • the charge voltage detection unit 6 sets the charge signal and the charge permission signal from the charge permission unit 51 even when the charge detection signal is not supplied and the corresponding phase detection signal is not supplied.
  • the control signals (S1, S2, S3) are forcibly output according to a time width, for example, a time width that is an integral multiple of the three-phase period.
  • each of the driver units DR1, DR2, and DR3 outputs control signals S1, S2, and S3 to the gates of the MOS transistors M1, M2, and M3.
  • FIG. 3A is a waveform diagram illustrating an operation example of this embodiment.
  • the charging voltage detector 6 detects that the charging voltage value Ve is smaller than the preset reference voltage value Vref, and is in a state of outputting a charging signal.
  • the charge permission unit 51 outputs an “H” level charge permission signal to each of the gate control unit CONT1, the gate control unit CONT2, and the gate control unit CONT3. Accordingly, the gate control units CONT1 to CONT3 output the control signal when the phase detection signal is supplied, and do not output the control signal when the phase detection signal is not supplied.
  • the MOS transistors M1 to M3 are turned off at the corresponding positive potential phases, and on the other hand, the MOS transistors M1 to M3 are turned on corresponding to the negative potential phases. And the alternating voltage of each phase of the three-phase alternating current of W phase is rectified, and it will be in the charge state in which a charging process is performed.
  • the charging voltage detection unit 6 stops outputting the charging signal.
  • the charge permission unit 51 stops the output of the charge permission signal when the gate normal signal G is supplied from the gate detection unit 52.
  • the gate control units CONT1 to CONT3 control the corresponding control signals (S1, S2, S3) irrespective of the supply of the phase detection signals (F1, F2, F3), that is, regardless of the phase of the three-phase alternating current. ) Is output.
  • the MOS transistors M1 to M3 are always turned on, and the terminal TAU, the terminal TAV, and the terminal TAW are grounded, so that the charging process is stopped and the battery is not charged.
  • the charging voltage detector 6 outputs a charging signal when the charging voltage value of the battery Batt falls below a preset threshold voltage value. Then, when the charging signal is supplied, the charging permission unit 51 outputs the charging permission signal from the gate control unit CONT1 to each of the gate control units CONT3 at the “H” level. As a result, the gate control units CONT1 to CONT3 output the control signals (S1, S2, S3) in the phase where the phase detection signal is supplied, and the control signals (S1, S2, S3) in the phase where the phase detection signal is not supplied. S2, S3) are not output. As a result, the MOS transistors M1 to M3 are turned off, and the terminal TAU, the terminal TAV, and the terminal TAW are charged without being grounded.
  • the three phases U phase, V phase, and W phase are always combined, and charging and non-charging processing are performed in a state where the three phases are synchronized.
  • the waveform diagram of the phase alternating current it is possible to suppress the occurrence of bias in the excitation current that causes the occurrence of partial excitation between the three phases U phase, V phase, and W phase output from the three-phase AC generator ACG. .

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Abstract

　バッテリ充電装置は、整流部が各相毎に対応した整流素子から構成され、三相の交流電圧を整流してバッテリを充電する電流を各相毎に供給し、電圧検出部がバッテリが充電されたか否かを検出し、整流素子毎に設けられ、オフ状態で交流電圧を整流して前記バッテリを充電させ、スイッチ制御部が、前記各相のスイッチ部をオンオフするゲート信号が位相の順番に全て供給されたことを示す検出信号が得られると、ゼロクロスのタイミングに応じたゲート信号を出力し、一方、各相のゲート信号が位相の順番に全て供給されないことを示す検出信号を得た場合、検出信号に同期してスイッチ部に対し、ゲート信号を出力し、短絡状態する。

Description

バッテリ充電装置
　本発明は、永久磁石式の三相交流発電機を使用した３相ノイズレスショート式のバッテリ充電装置に関する。
　本願は、２００８年１２月２２日に出願された特願２００８-３２５３９４号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　  従来の二輪車用バッテリ充電システムは、永久磁石式三相交流発電機（ＡＣＧ）を使用した、ＦＥＴショート式のＲＥＧ／ＲＥＣが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
　例えば、図４に示すバッテリ充電装置は、バッテリＢattの充電時に電流がダイオードＤ１からＤ３で整流され、バッテリに充電されて、バッテリＢattの非充電時にのＭＯＳトランジスタＭ１からＭＯＳトランジスタＭ３をオン状態とすることより、三相交流発電機ＡＣＧに帰還される。
　ここで、ダイオードＤ１にＭＯＳトランジスタＭ１が直列に接続され、ダイオードＤ２にＭＯＳトランジスタＭ２が直列に接続され、ダイオードＤ３にＭＯＳトランジスタＭ３が直列に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ１がゲート制御部ＣＯＮＴ１によりオンオフ制御され、ＭＯＳトランジスタＭ２がゲート制御部ＣＯＮＴ２にオンオフ制御され、ＭＯＳトランジスタＭ３がゲート制御部ＣＯＮＴ３にオンオフ制御される。
　すなわち、バッテリＢattの充電時には、各ゲート制御部がコンパレータ（ＣＭＰ１、ＣＭＰ２、ＣＭＰ３）によるゼロクロス検出の結果として、交流電圧が正の場合に対応するＭＯＳトランジスタをオフし、交流電圧が負の場合に対応するＭＯＳトランジスタをオンとする同期整流を行う。
　一方、バッテリＢattが満充電となると、各コントローラが対応するＦＥＴをオンとし、このＦＥＴを介してＡＣＧの各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が短絡され、バッテリＢattへの充電が停止され、非充電の状態となる。
特開平１１－２２５４４６号公報
　ここで、三相のそれぞれに対して設けられた３つのＭＯＳトランジスタＭ１～ＭＯＳトランジスタＭ３（ｎチャネル型）のうちオン状態のＭＯＳトランジスタに接続される相（短絡相）と、オフ状態のＭＯＳトランジスタに接続される相　（充電相）とでは、インピーダンスが異なるため、図５Ａに示されるように、短絡相（図ではＵ相）の経路にのみ大きな電流が流れ、充電相（図ではＶ相，Ｗ相）の経路には小さな電流が流れるようになり、三相間に電流（励磁電流）の偏りが生じる。
　そして、この状態が継続すると、短絡されているＵ相の電流の偏りにより、交流電圧も正の電圧領域方向に偏ってしまい、正の電圧領域のみにおいて振幅する交流電圧となってしまう。
　この結果、Ｕ相のゼロクロスが検出されなくなり、このＵ相に対応するコントローラＭ１はＵ相に対する同期整流の制御が行えない状態となる。
　このような状況になると、大きな電流が流れている短絡相であるＵ相のＭＯＳトランジスタＭ１がオン状態となったままとなる一方、小さな電流しか流れていない充電相であるＶ相、Ｗ相のＭＯＳトランジスタＭ２、ＭＯＳトランジスタＭ３が同期整流によるオン状態／オフ状態を行うこととなる。すなわち、バッテリＢａｔｔの充電は小さな電流しか流れていない相（図５Ｂ）のＶ相，Ｗ相）によってのみ行われることになり、バッテリＢを効率よく充電することができないということが問題となる。
　本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、偏励磁発生の要因となる励磁電流の偏りを解消させ、バッテリに対する充電と非充電とを切り替えるスイッチ部を確実に動作させてバッテリを効率よく充電することが可能なバッテリ充電装置を提供することにある。
 本発明の第１態様はバッテリ充電装置であって、発電機が出力する三相の交流電圧を整流してバッテリを充電する、各相毎に対応した整流素子からなる整流部と、前記バッテリの電圧が所定電圧以上になったことを検出する電圧検出部と、前記整流素子毎に設けられ、オフ状態で交流電圧を整流して前記バッテリを充電させ、オン状態で前記発電機の各相の出力を短絡させるスイッチ部と、前記交流電圧の各相のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路と、各相毎に設けられており、各相のゼロクロスの検出結果により、前記スイッチ部をオン／オフするゲート信号を出力し、前記電圧検出部により前記バッテリの電圧が所定電圧以上になったことが検出されると、対応する前記スイッチ部に対し、当該スイッチ部をオン状態とするゲート信号を出力するスイッチ制御部と、前記ゲート信号が各相毎に順番に全て出力されたか否かを検出し、検出信号を出力するゲート信号検出部とを備え、前記スイッチ制御部が、前記各相のゲート信号が位相の順番に全て供給されたことを検出したことを示す前記検出信号を、前記ゲート信号検出部から供給された場合、前記ゼロクロスのタイミングに応じたゲート信号を出力し、一方、前記各相のゲート信号が位相の順番に全て供給されないことを示す前記検出信号を前記ゲート信号検出部から供給された場合、当該検出信号に同期して前記スイッチ部に対し、前記ゲート信号を出力し、短絡状態することを特徴とする。
 本発明の第２態様はバッテリ充電装置であって、前記スイッチ制御部それぞれが、前記ゲート信号検出部から全相のゲート信号が位相の順番に全て検出されたことを示す前記検出信号が供給されることにより、対応する相の前記ゼロクロスのタイミングに応じて前記スイッチ部をオン／オフするゲート信号を出力することを特徴とする。
 本発明の第３態様はバッテリ充電装置であって、前記スイッチ制御部が、前記電圧検出部により前記バッテリの電圧か所定電圧以上になったことが検出されると、前記ゲート信号検出部から、各相の位相の順番にゲート信号が供給されたことを示す検出信号が供給された後、当該検出信号に同期して当該スイッチ部をオン状態とするゲート信号を出力することを特徴とする。
　本発明の第４態様はバッテリ充電装置であって、前記スイッチ制御部が、前記電圧検出部により前記バッテリの電圧が所定電圧未満であることが検出されていても、いずれかの相のゲート信号が検出されないことを示す検出信号が供給されると、同時に前記スイッチ部の全てにゲート信号を出力することを特徴とする。
　本発明の第５態様はバッテリ充電装置であって、前記スイッチ制御部が、全相のゲート信号が検出されないことを示す検出信号が供給されると、当該検出信号に同期して、予め設定した三相の位相周期の整数倍の期間、前記ゲート信号を継続して出力することを特徴とする。
　本発明によれば、３相単位に各位相が順番に全て供給されているか否かの検出を行い、この検出結果により３相単位にバッテリの充電状態と非充電状態を切り替える制御を行い、偏励磁を発生させる要因となる励磁電流の偏りを防止しているため、発電機における偏励磁の発生を容易に抑制し、バッテリを効率よく充電することが可能となる。
本発明の一実施形態によるバッテリ充電装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の図１におけるゲート検出部５２の構成及び動作を説明するための概念図である。 本発明の図１におけるゲート検出部５２の構成及び動作を説明するための概念図である。 本実施形態のバッテリ充電装置の動作例を示す波形図である。 本実施形態のバッテリ充電装置の動作例を示す波形図である。 従来のバッテリ充電装置の構成を示すブロック図である。 従来のバッテリ充電装置の動作例を示す波形図である。 従来のバッテリ充電装置の動作例を示す波形図である。
　本発明は、永久磁石式の三相交流発電機（以下、発電機）から入力されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相間における交流電圧の偏りを、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の交流電圧が順番に供給されたか否かに基づいて検出し、三相間における交流電圧の偏りが検出されると一旦充電を停止し、偏励磁発生の要因となる励磁電流の偏りを解消させることでバッテリの充電を効率的に行う。
　このため、本願発明は、発電機が出力する三相の交流電圧を整流してバッテリを充電する、各相毎に対応した整流素子からなる整流部と、バッテリの電圧が所定電圧以上になったことを検出する電圧検出部（６）と、整流素子毎に設けられ、オフ状態で交流電圧を整流してバッテリを充電させ、オン状態で発電機の各相の出力をバッテリの負側と短絡させるスイッチ部（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３）と、交流電圧の各相のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路（ＣＭＰ１、ＣＭＰ２、ＣＭＰ３）と、各相毎に設けられており、各相のゼロクロスの検出結果により、スイッチ部をオン／オフするゲート信号を出力し、電圧検出部によりバッテリの電圧が所定電圧以上になったことが検出されると、それぞれの位相に対応するスイッチ部に対し、スイッチ部の各々をオン状態とするゲート信号を出力するスイッチ制御部（ＣＯＮＴ１、ＣＯＮＴ２、ＣＯＭＴ３）と、ゲート信号が各相毎に順番に全て出力されたか否かを検出し、検出信号を出力するゲート信号検出部（５２）とを備えている。
　また、上記スイッチ制御部は、三相における各相のゲート信号が位相の順番に全て供給されたことを検出したことを示す検出信号がゲート信号検出部から供給された場合、ゼロクロスのタイミングに応じたゲート信号を出力し、一方、各相のゲート信号が位相の順番に全て供給されないことを示す検出信号をゲート信号検出部から供給された場合、検出信号に同期してスイッチ部に対し、ゲート信号を出力し、発電機の出力をバッテリの負側と短絡状態とし、充電処理を停止させる。充電を行う必要がある場合において、このスイッチ制御部のゲート信号が位相の順番に全て供給されたか否かの判定結果にて、充電状態を継続させるか、一端、非充電状態に移行させてＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相間において、偏励磁発生の要因となる励磁電流の偏りを無くした状態にて再度充電状態に移行させることが本発明の特徴である。
　以下、本発明の一実施形態によるバッテリ充電装置を図面を参照して説明する。図１は同実施形態によるバッテリ充電装置の構成例を示すブロック図である。
　この図において、バッテリ充電装置は、整流部１、制御回路５、コンデンサＣ２及びＣ３を有している。ここで、コンデンサＣ２及びＣ３は、直流電圧におけるノイズ除去、すなわち平滑化のために設けられている。
　整流部１は、ダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３と、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２及びＭ３とを有し、三相交流発電機ＡＣＧから出力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧を整流して直流電圧を生成し、バッテリＢattを充電する。
　ダイオードＤ１、Ｄ２及びＤ３の各々は、カソードがバッテリＢattのプラス側端子に接続される端子ＴＡＨに対して接続されている
　ダイオードＤ１は、アノードが三相交流発電機ＡＧＣからのＵ相の交流電圧が供給される端子ＴＡＵに接続されている。
　ダイオードＤ２は、アノードが三相交流発電機ＡＧＣからのＶ相の交流電圧が供給される端子ＴＡＶに接続されている。
　ダイオードＤ３は、アノードが三相交流発電機ＡＧＣからのＷ相の交流電圧が供給される端子ＴＡＷに接続されている。
　ＭＯＳトランジスタＭ１は、ドレインがダイオードＤ１のアノードに接続され、ゲートに制御回路５から制御信号Ｓ１が供給され、ソースがバッテリＢattの－側の端子に接続される端子ＴＡＬに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ１は、オン状態となることにより、端子ＴＡＵをバッテリＢattの－側と短絡する。
　ＭＯＳトランジスタＭ２は、ドレインがダイオードＤ２のアノードに接続され、ゲートに制御回路５から制御信号Ｓ２が供給され、ソースがバッテリＢattの－側の端子に接続される端子ＴＡＬに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２は、オン状態となることにより、端子ＴＡＶをバッテリＢattの－側と短絡する。
　ＭＯＳトランジスタＭ３は、ドレインがダイオードＤ３のアノードに接続され、ゲートに制御回路５から制御信号Ｓ３が供給され、ソースがバッテリＢattの－側の端子に接続される端子ＴＡＬに接続されている。ＭＯＳトランジスタＭ２は、オン状態となることにより、端子ＴＡＷをバッテリＢattの－側と短絡する。
　上述した構成において、制御信号Ｓ１が「Ｈ」レベルのとき、ＭＯＳトランジスタＭ１がオン状態となり、ダイオードＤ１のアノードに印加される端子ＴＡＵが端子ＴＡＬに接続されるため、端子ＴＡＵがバッテリＢattの－側の端子とショートし、端子ＴＡＵから供給されるＵ相の交流電圧がバッテリＢattの－側の端子の電圧となり、ダイオードＤ１からＵ相の交流電圧が出力されない。
　一方、制御信号Ｓ１が「Ｌ」レベルのとき、ＭＯＳトランジスタＭ１がオフ状態となり、ダイオードＤ１のアノードに印加される端子ＴＡＵと端子ＴＡＬと非接続状態となるため、端子ＴＡＵがバッテリＢattの－側の端子とオープンな状態となり、ダイオードＤ１からＵ相の交流電圧が出力される。
　同様に、制御信号Ｓ２が「Ｈ」レベルのとき、ＭＯＳトランジスタＭ２がオン状態となり、ダイオードＤ２のアノードに印加される端子ＴＡＶが端子ＴＡＬに接続されるため、端子ＴＡＶがバッテリＢattの－側の端子とショートし、端子ＴＡＶから供給されるＶ相の交流電圧がバッテリＢattの－側の端子の電圧となり、ダイオードＤ２からＶ相の交流電圧が出力されない。
　一方、制御信号Ｓ２が「Ｌ」レベルのとき、ＭＯＳトランジスタＭ２がオフ状態となり、ダイオードＤ２のアノードに印加される端子ＴＡＶと端子ＴＡＬと非接続状態となるため、端子ＴＡＶがバッテリＢattの－側の端子とオープンな状態となり、ダイオードＤ２からＶ相の交流電圧が出力される。
　また、制御信号Ｓ３が「Ｈ」レベルのとき、ＭＯＳトランジスタＭ３がオン状態となり、ダイオードＤ３のアノードに印加される端子ＴＡＷが端子ＴＡＬに接続されるため、端子ＴＡＷがバッテリＢattの－側の端子とショートし、端子ＴＡＷから供給されるＷ相の交流電圧がバッテリＢattの－側の端子の電圧となり、ダイオードＤ３からＷ相の交流電圧が出力されない。
　一方、制御信号Ｓ３が「Ｌ」レベルのとき、ＭＯＳトランジスタＭ３がオフ状態となり、ダイオードＤ３のアノードに印加される端子ＴＡＷと端子ＴＡＬと非接続状態となるため、端子ＴＡＷがバッテリＢattの－側の端子とオープンな状態となり、ダイオードＤ３からＷ相の交流電圧が出力される。
　上述したように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧の正電位の位相に対応して制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が「Ｌ」レベルとし、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧の負電位の位相に対応して制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が「Ｈ」レベルとするとき、バッテリＢattの充電が制御信号に対応する三相のいずれかの相により行われ、制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が正電位及び負電位の位相に関係なく「Ｈ」レベルのとき、バッテリＢattの充電が行われない。
　制御回路５は、コンパレータＣＭＰ１、ＣＭＰ２及びＣＭＰ３と、ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ＣＯＮＴ２及びＣＯＮＴ３と、ドライバ部ＤＲ１、ＤＲ２及びＤＲ３と、充電電圧検出部６と、充電許可部５１と、ゲート検出部５２とを有している。
　また、制御回路５は、バッテリＢattの充電電圧が、予め設定された閾値電圧以上の場合に充電を停止し、予め設定された閾値電圧未満の場合充電を行い、また発電機ＡＣＧから供給される三相の交流電圧において偏励磁発生の要因となる励磁電流の偏りの有無を検出し、この励磁電流の偏りを解消するように、整流部１の制御を行う。
　上記コンパレータＣＭＰ１、ＣＭＰ２及びＣＭＰ３の各々は、以下に説明するように、端子ＴＡＵ、ＴＡＶ、ＴＡＷから供給されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の交流電圧の位相を検出するために設けられている。このコンパレータＣＭＰ１、ＣＭＰ２及びＣＭＰ３の各々は、各非反転入力端子（＋）が接地されている。
　ここで、コンパレータＣＭＰ１は、反転入力端子（－）に端子ＴＡＵが接続され、Ｕ相の交流電圧が供給されており、出力端子がゲート制御部ＣＯＮＴ１に接続されている。コンパレータＣＭＰ１は、接地電位とＵ相の交流電圧との電圧値の比較を行い、Ｕ相の交流電圧が接地電位より低い場合に「Ｈ」レベルの信号を出力端子から出力し、Ｕ相の交流電圧が接地電位より高い場合に「Ｌ」レベルの信号を出力端子から出力する。これにより、Ｕ相の電圧値が－側（負の極性）の位相の検出を行う。
　同様に、コンパレータＣＭＰ２は、反転入力端子（－）に端子ＴＡＶが接続され、Ｖ相の交流電圧が供給されており、出力端子がゲート制御部ＣＯＮＴ２に接続されている。コンパレータＣＭＰ２は、接地電位とＶ相の交流電圧との電圧値の比較を行い、Ｖ相の交流電圧が接地電位より低い場合に「Ｈ」レベルの信号を出力端子から出力し、Ｖ相の交流電圧が接地電位より高い場合に「Ｌ」レベルの信号を出力端子から出力する。これにより、Ｖ相の電圧値が－側の位相の検出を行う。
　また、コンパレータＣＭＰ３は、反転入力端子（－）に端子ＴＡＷが接続され、Ｗ相の交流電圧が供給されており、出力端子がゲート制御部ＣＯＮＴ３に接続されている。コンパレータＣＭＰ３は、接地電位とＷ相の交流電圧との電圧値の比較を行い、Ｗ相の交流電圧が接地電位より低い場合に「Ｈ」レベルの信号を出力端子から出力し、Ｗ相の交流電圧が接地電位より高い場合に「Ｌ」レベルの信号を出力端子から出力する。これにより、Ｗ相の電圧値が－側の位相の検出を行う。
　以降、コンパレータＣＭＰ１が出力する「Ｈ」レベルを位相検出信号Ｆ１とし、コンパレータＣＭＰ２が出力する「Ｈ」レベルを位相検出信号Ｆ２とし、コンパレータＣＭＰ３が出力する「Ｈ」レベルを位相検出信号Ｆ３として説明する。
　充電電圧検出部６は、バッテリＢattの充電されている充電電圧値を検出するものであり、この充電電圧値と、満充電を示す設定されている閾値電圧値とを比較する。そして、充電電圧検出部６は、比較結果において、充電電圧値が閾値電圧値未満である場合、「Ｈ」レベルの充電信号を出力し、充電電圧値が閾値電圧以上である場合、「Ｌ」レベルの出力とし充電信号を出力を行わない。
　この充電電圧検出部６は、コンパレータＣＭＰ４と、このコンパレータＣＭＰ４の反転入力端子（＋）に対し、充電電圧の電圧値Ｖｅが満充電か否かを検出する上記閾値電圧としての基準電圧値Ｖrefを供給する基準電源６１とを有している。
　基準電源６１は、充電電圧の電圧値Ｖｅが満充電か否かを判定する閾値電圧として、基準電圧値Ｖrefを出力する電源である。
　コンパレータＣＭＰ４は、反転入力端子（－）に出力端子ＴＡＨが接続され、バッテリＢattの充電電圧が反転入力端子（－）に供給される。
　また、図示しないがバッテリＢattの充電電圧を分圧し、電圧値Ｖeとして基準電圧値Ｖrefと比較するように構成してもよい。
　コンパレータＣＭＰ４は、反転入力端子（－）に電圧値Ｖｅが供給され、非反転入力端子（＋）に基準電圧Ｖrefが供給されており、電圧値Ｖeと電圧値Ｖrefとを比較し、電圧値Ｖｅが電圧値Ｖref未満の場合、満充電でなく充電を行う必要があると判定し、出力端子から「Ｈ」レベルの充電信号を出力する。一方、コンパレータＣＭＰ４は、電圧値Ｖｅが電圧値Ｖref以上の場合、満充電となり充電を停止する必要があると判定し、出力端子から「Ｌ」レベルを出力、すなわち充電信号の出力を行わない。以下、コンパレータＣＭＰ４の出力する信号が「Ｈ」レベルの場合、充電信号が出力された充電状態とし、「Ｌ」レベルの場合、充電信号が出力されておらず、非充電状態として説明する。
　ゲート制御部ＣＯＮＴ１は、充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給され、コンパレータＣＭＰ１からの位相検出信号Ｆ１が供給されると、出力端子から「Ｈ」レベルの信号（制御信号Ｓ１）を出力する。一方、ゲート制御部ＣＯＮＴ１は、充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給され、位相検出信号Ｆ１が供給されていない場合「Ｌ」レベルの信号を出力する。この充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給されている場合、バッテリ充電装置は充電状態の動作となっている。また、ゲート制御部ＣＯＮＴ１は、充電電圧検出部６から充電信号が供給されていないか、または充電許可部５１から充電許可信号が供給されていないかのいずれかの場合、バッテリ充電装置が非充電動作となっており、コンパレータＣＭＰ１から位相検出信号Ｆ１が供給されるか否かに関係なく、出力端子から「Ｈ」レベルの信号を出力した非充電の状態となる。
　同様に、ゲート制御部ＣＯＮＴ２は、充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給され、コンパレータＣＭＰ２からの位相検出信号Ｆ２が供給されると、出力端子から「Ｈ」レベルの信号（制御信号Ｓ２）を出力する。一方、ゲート制御部ＣＯＮＴ２は、充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給され、位相検出信号Ｆ２が供給されていない場合「Ｌ」レベルの信号を出力する。この充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給されている場合、バッテリ充電装置は充電状態の動作となっている。また、ゲート制御部ＣＯＮＴ２は、充電電圧検出部６から充電信号が供給されていないか、または充電許可部５１から充電許可信号が供給されていないかのいずれかの場合、バッテリ充電装置が非充電動作となっており、コンパレータＣＭＰ２から位相検出信号Ｆ２が供給されるか否かに関係なく、出力端子から「Ｈ」レベルの信号を出力した非充電状態となる。
　また、ゲート制御部ＣＯＮＴ３は、充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給され、コンパレータＣＭＰ３からの位相検出信号Ｆ３が供給されると、出力端子から「Ｈ」レベルの信号（制御信号Ｓ３）を出力する。一方、ゲート制御部ＣＯＮＴ３は、充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給され、位相検出信号Ｆ３が供給されていない場合「Ｌ」レベルの信号を出力する。この充電電圧検出部６から充電信号が供給され、かつ充電許可部５１から充電許可信号が供給されている場合、バッテリ充電装置は充電状態の動作となっている。また、ゲート制御部ＣＯＮＴ３は、充電電圧検出部６から充電信号が供給されていないか、または充電許可部５１から充電許可信号が供給されていないかのいずれかの場合、バッテリ充電装置が非充電動作となっており、コンパレータＣＭＰ３から位相検出信号Ｆ３が供給されるか否かに関係なく、出力端子から「Ｈ」レベルの信号を出力した非充電状態となる。
　上述したように、充電状態において、ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ゲート制御部ＣＯＮＴ２、ゲート制御部ＣＯＮＴ３の各々は、対応する各相の交流電圧が負電位の場合、それぞれＭＯＳトランジスタＭ１、ＭＯＳトランジスタ２、ＭＯＳトランジスタＭ３の各ゲートに対して正バイアスを印加し、ＭＯＳトランジスタＭ１からＭＯＳトランジスタＭ３に整流電流が流れて、同期整流が行われ、一方、非充電状態において、ＭＯＳトランジスタＭ１からＭＯＳトランジスタＭ３が同時に正バイアスが印加されて、三相交流発電機ＡＣＧの各相がバッテリＢattの－側と短絡され過充電が防止されることになる。
　ここで、ゲート制御部ＣＯＮＴ１から出力される「Ｈ」レベルの信号を制御信号Ｓ１とし、ゲート制御部ＣＯＮＴ２から出力される「Ｈ」レベルの信号を制御信号Ｓ２とし、ゲート制御回路ＣＯＮＴ３から出力される「Ｈ」レベルの信号を制御信号Ｓ３とする。
　充電許可部５１は、充電電圧検出部６から充電信号が供給された状態において、ゲート検出部５２からゲート正常信号Ｇが供給されると充電許可信号の出力を行い、一方、充電信号が供給されていない状態において、ゲート検出部５２からゲート正常信号Ｇが供給されると、充電許可信号を停止する。
　すなわち、充電許可部５１は、充電電圧検出部６から充電信号が供給されているときに、ゲート正常信号Ｇが供給されると充電許可信号を「Ｈ」レベルにて出力されるよう設定し、充電信号が供給されていないときに、ゲート検出部５２からゲート正常信号Ｇが供給されると、充電許可信号を「Ｌ」レベルにて出力されるよう設定する。
　また、充電許可部５１は、充電電圧検出部６から充電信号が供給されているときに、ゲート検出部５２からゲート異常信号Ｂが供給されると充電許可信号を「Ｌ」レベルにて出力するよう設定する。
　これにより、ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ＣＯＮＴ２及びＣＯＮＴ３は、ＭＯＳトランジスタＭ１からＭ３のゲートに、三相交流の正電位の位相に対応して「Ｌ」レベルの電圧を印加し、負電位の位相に対応して「Ｈ」レベルの電圧が印加するようにし、バッテリＢattに対する充電を行わせる制御を行う。
　上述したように、充電許可部５１は、満充電信号が供給されると、ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ＣＯＮＴ２及びＣＯＮＴ３に対して充電許可信号を出力しないようにする。
　これにより、ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ゲート制御部ＣＯＮＴ２及びゲート制御部ＣＯＮＴ３は、ＭＯＳトランジスタＭ１からＭ３のゲートに、三相交流の負電位の位相に関係なく、「Ｈ」レベルの電圧が印加されるようにし、バッテリＢattに対する充電を停止させる制御を行う。
　このとき、以下に説明するように、ゲート検出部５２は、上述したゲート正常信号Ｇあるいはゲート異常信号Ｂを、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相単位に出力する。このため、充電状態および非充電状態の切替の制御が、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相単位で同期した状態により行われることになり、三相間における励磁電流の偏りの発生を抑制することができる。
　ゲート検出部５２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相単位に励磁電流の偏りの検出を行うため、ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ゲート制御部ＣＯＮＴ２及びゲート制御部ＣＯＮＴ３から、制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が順番に出力されているか否かの判定を行う。すなわち、ゲート検出部５２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相単位の順番に制御信号Ｓ１、Ｓ２及びＳ３が、いずれも欠けずに供給されているか否かの判定を行う。
　例えば、Ｕ相の供給に対応し、ゲート制御部ＣＯＮＴ１から制御信号Ｓ１が出力された場合、すなわちＵ相から充電が開始された場合、ゲート検出部５２は、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３の順番で制御信号が供給されていることを検出すると、ゲート正常信号Ｇを出力する。同様に、Ｗ相の供給に対応し、ゲート制御部ＣＯＮＴ３から制御信号Ｓ３が出力された場合、すなわちＷ相から充電が開始された場合、Ｓ３→Ｓ１→Ｓ２の順番で制御信号が出力されていることを検出すると、ゲート検出部５２は、ゲート異常信号Ｂを出力する。
　すなわち、ゲート検出部５２は、充電状態において、常に制御信号Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３の順番により巡回していることを検出し、制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３いずれかの制御信号が欠損し、制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が順番に出力されない場合、ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ＣＯＮＴ２、ＣＯＮＴ３に対してゲート異常信号Ｂを出力し、異常状態として充電を停止させる。
　したがって、Ｕ相の供給に対応し、ゲート制御部ＣＯＮＴ１から制御信号Ｓ１から出力された場合、すなわち充電状態において、Ｕ相からの制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３が順番に出力されているか否かの周期的な検出が開始された場合、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ１、あるいはＳ１→Ｓ３→Ｓ１などのように、途中の番号の制御信号が供給されず（すなわち、抜けて）、最初に検出した制御信号が再度出力されると、ゲート検出部５２は、ゲート異常信号Ｂを出力する。
　このゲート検出部５２は、図２Ａの構成例のブロック図に示すように、ラッチ５３１、ラッチ５３２及びラッチ５３３と、正常確認部５３４とを有している。
　ラッチ５３１は、制御信号Ｓ１が供給されると、出力としてラッチ信号を「Ｈ」レベルを出力する。
　ラッチ５３２は、制御信号Ｓ２が供給されると、出力としてラッチ信号を「Ｈ」レベルを出力する。
　ラッチ５３３は、制御信号Ｓ３が供給されると、出力としてラッチ信号を「Ｈ」レベルを出力する。
　正常確認部５３４は、ラッチ５３１からラッチ５３３の順番（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の位相の順番）において、最初に「Ｈ」レベルを出力したラッチから順に、３つのラッチ全てからの「Ｈ」レベルのラッチ信号が供給されると、ゲート正常信号を出力し、一方、最初に「Ｈ」レベルのラッチ信号を出力したラッチ以外の２つのラッチのいずれかあるいは双方の「Ｈ」レベルの出力が供給されずに、最初に「Ｈ」レベルのラッチ信号を出力したラッチから再度「Ｈ」レベルが供給されると、ゲート異常信号を出力する。すなわち、正常確認部５３４は、ラッチ５３１→ラッチ５３２→ラッチ５３３の巡回において、３つのラッチが順番に全て「Ｈ」レベルのラッチ信号を出力するか否かにより、ゲート正常信号またはゲート異常信号を、スイッチ制御部ＣＯＮＴ１、ＣＯＮＴ２、ＣＯＭＴ３の各々に出力する。
　例えば、ラッチ５３２から最初に「Ｈ」レベルのラッチ信号が供給され、次にラッチ５３３から「Ｈ」レベルのラッチ信号が供給され、ラッチ５３１から「Ｈ」レベルのラッチ信号が供給されずに、ラッチ５３１から「Ｈ」レベルのラッチ信号が抜けた状態において、再度、「Ｈ」レベルのラッチ信号がラッチ５３２から供給されると、ゲート検出部５２はゲート異常信号Ｂを出力する。
　すなわち、正常確認部５３４は、図２Ｂのテーブルに示す論理にて動作している。
　正常確認部５３４は、制御信号Ｓ１に対応したラッチ５３１からラッチ信号が順番に供給されたか否かの検出を行う場合、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３の順番に供給されると、ラッチ５３１から５３３に対してリセット信号を出力するとともに、ゲート正常信号Ｇを充電許可部５１に対して出力する。正常確認部５３４は、このゲート正常信号を次のラッチ信号が順番に供給されることを検出する周期、すなわち次のラッチ信号が供給されるまで保持する。
　一方、正常確認部５３４は、制御信号Ｓ１に対応したラッチ５３１からラッチ信号が供給された場合、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ１、Ｓ１→Ｓ３→Ｓ１あるいはＳ１→Ｓ１の順番に供給されると、すなわち順番に供給される制御信号に対応したラッチ信号のいずれかあるいは双方が抜け、最初に供給された制御信号に対応したラッチ信号が供給されると、ラッチ５３１からラッチ５３３に対してリセット信号を出力するとともに、パルス状のゲート異常信号Ｂを出力する。
　図２Ｂのテーブルに示すように、正常確認部５３２は、制御信号Ｓ２または制御信号Ｓ３から制御信号の供給が開始された場合も同様に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の位相の順番に制御信号が供給されず、最初に供給された相の制御信号の間にある相の、いずれかあるいは双方の相に対応した制御信号が供給されずに、最初に供給された相の制御信号が供給された場合、ゲート異常として検出する。
　ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ゲート制御部ＣＯＮＴ２及びゲート制御部ＣＯＮＴ３の全てに上記ゲート異常信号Ｂが供給されており、ゲート制御部ＣＯＮＴ１、ゲート制御部ＣＯＮＴ２及びゲート制御部ＣＯＮＴ３は、このゲート異常信号Ｂが供給されると、充電電圧検出部６から充電信号及び充電許可部５１から充電許可信号が供給されていない状態であっても、かつ対応する位相検出信号が供給されていない場合でも、予め設定した時間幅、例えば三相の周期の整数倍の時間幅の期間により、それぞれ強制的に制御信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を出力する。
　この処理により、何らかの原因により、ゼロクロスが検出されない場合であっても、一端、三相交流発電機ＡＣＧにおける交流電圧の三相間における偏励磁を発生させる要因となる励磁電流の偏りを一端リセットすることができ、三相間における電圧値を均等とすることができ、三相単位の同期した充電制御を再開することが可能となる。
　次に、図１に戻り、ドライバ部ＤＲ１、ＤＲ２及びＤＲ３の各々は、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２及びＭ３のゲートに対して制御信号Ｓ１、Ｓ２及びＳ３を出力するものである。
　次に、図１、図３Ａを用いて本実施形態におけるバッテリ充電装置の動作を説明する。図３Ａは本実施形態の動作例を説明する波形図である。
　充電電圧検出部６は、充電電圧値Ｖｅが予め設定された基準電圧値Ｖrefの電圧値より小さいことを検出し、充電信号を出力した状態となっている。
　そして、充電許可部５１は、「Ｈ」レベルの充電許可信号をゲート制御部ＣＯＮＴ１、ゲート制御部ＣＯＮＴ２、ゲート制御部ＣＯＮＴ３のそれぞれに出力している。
　これにより、ゲート制御部ＣＯＮＴ１からゲート制御部ＣＯＮＴ３は、位相検出信号が供給されると制御信号を出力し、位相検出信号が供給されないと制御信号を出力しない。
　この結果、ＭＯＳトランジスタＭ１からＭ３がそれぞれ対応する正電位の位相においてオフ状態となり、一方、負電位の位相に対応してオン状態となるため、端子ＴＡＵ、ＴＡＶ及びＴＡＷが、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相交流のそれぞれの相の交流電圧が整流されて、充電処理が行われる充電状態となることになる。
　次に、時刻ｔ２において、充電電圧検出部６は、バッテリＢattの充電電圧値が予め設定した基準電圧値Ｖrefを超えると、充電信号の出力を停止する。
　充電許可部５１は、充電信号の供給が停止された状態において、ゲート検出部５２からゲート正常信号Ｇが供給されると充電許可信号の出力を停止する。
　これにより、ゲート制御部ＣＯＮＴ１からゲート制御部ＣＯＮＴ３は、位相検出信号（Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３）の供給に関係なく、すなわち三相交流の位相に関係なくそれぞれ対応する制御信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を出力する。
　この結果、ＭＯＳトランジスタＭ１からＭ３が常にオン状態となり、端子ＴＡＵ、端子ＴＡＶ及び端子ＴＡＷが、接地されることで充電処理が停止され、非充電状態となる。
　次に、時刻ｔ３において、充電電圧検出部６は、バッテリＢattの充電電圧値が予め設定した閾値電圧値を下回ると、充電信号を出力する。
　そして、充電許可部５１は、充電信号が供給されることにより、充電許可信号を「Ｈ」レベルにて、ゲート制御部ＣＯＮＴ１からゲート制御部ＣＯＮＴ３のそれぞれに出力する。
　これにより、ゲート制御部ＣＯＮＴ１からゲート制御部ＣＯＮＴ３は、位相検出信号が供給される位相において制御信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を出力し、位相検出信号が供給されない位相にて制御信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を出力しない。
　この結果、ＭＯＳトランジスタＭ１からＭ３がオフ状態となり、端子ＴＡＵ、端子ＴＡＶ及び端子ＴＡＷが、接地されずに充電処理が行われる充電状態となることになる。
　上述した処理により、本実施形態によれば、必ずＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相が組となり、３相が同期した状態にて充電及び非充電処理が行われるため、図３Ｂの３相交流の波形図に示すように、三相交流発電機ＡＣＧの出力するＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相間において偏励磁発生の要因となる励磁電流の偏りの発生を抑制することができる。
　以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
　１…整流部
　５…制御回路
　６…充電電圧検出部
５１…充電許可部
５２…ゲート検出部
ＡＣＧ…三相交流発電機
Ｂatt…バッテリ
Ｃ２、Ｃ３…コンデンサ
ＣＭＰ１，ＣＭＰ２，ＣＭＰ３，ＣＭＰ４…コンパレータ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ダイオード
ＤＲ１，ＤＲ２，ＤＲ３…ドライバ部
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３…ＭＯＳトランジスタ
ＴＡＵ，ＴＡＶ，ＴＡＷ，ＴＡＨ，ＴＡＬ…端子

Claims (5)

  1. 　発電機が出力する三相の交流電圧を整流してバッテリを充電する、各相毎に対応した整流素子からなる整流部と、
    　前記バッテリの電圧が所定電圧以上になったことを検出する電圧検出部と、
    　前記整流素子毎に設けられ、オフ状態で交流電圧を整流して前記バッテリを充電させ、オン状態で前記発電機の各相の出力をバッテリの負側と短絡させるスイッチ部と、
    　前記交流電圧の各相のゼロクロスを検出するゼロクロス検出回路と、
    　各相毎に設けられており、各相のゼロクロスの検出結果により、前記スイッチ部をオン／オフするゲート信号を出力し、前記電圧検出部により前記バッテリの電圧が所定電圧以上になったことが検出されると、対応する前記スイッチ部に対し、当該スイッチ部をオン状態とするゲート信号を出力するスイッチ制御部と、
    　前記ゲート信号が各相毎に順番に全て出力されたか否かを検出し、検出信号を出力するゲート信号検出部と
    　を備え、
    　前記スイッチ制御部は、前記各相のゲート信号が位相の順番に全て供給されたことを示す前記検出信号が、前記ゲート信号検出部から供給された場合、前記ゼロクロスのタイミングに応じたゲート信号を出力し、一方、前記各相のゲート信号が位相の順番に全て供給されないことを示す前記検出信号が前記ゲート信号検出部から供給された場合、当該検出信号に同期して前記スイッチ部に対し、前記ゲート信号を出力し、発電機の出力とバッテリの負側とを短絡状態にすることを特徴とするバッテリ充電装置。
  2. 　前記スイッチ制御部それぞれが、前記ゲート信号検出部から全相のゲート信号が位相の順番に全て供給されたことを示す前記検出信号が供給されることにより、対応する相の前記ゼロクロスのタイミングに応じて前記スイッチ部をオン／オフするゲート信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。
  3. 　前記スイッチ制御部が、前記電圧検出部により前記バッテリの電圧か所定電圧以上になったことが検出されると、前記ゲート信号検出部から、各相の位相の順番にゲート信号が供給されたことを示す検出信号が供給された後、当該検出信号に同期して当該スイッチ部をオン状態とするゲート信号を出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッテリ充電装置。
  4. 　前記スイッチ制御部が、前記電圧検出部により前記バッテリの電圧が所定電圧未満であることが検出されていても、いずれかの相のゲート信号が検出されないことを示す検出信号が供給されると、同時に前記スイッチ部の全てにゲート信号を出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のバッテリ充電装置。
  5. 　前記スイッチ制御部が、全相のゲート信号が検出されないことを示す検出信号が供給されると、当該検出信号に同期して、予め設定した三相の位相周期の整数倍の期間、前記ゲート信号を継続して出力することを特徴とする請求項３に記載のバッテリ充電装置。
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