JP2010035371A - バッテリ充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】交流発電機の出力を整流してバッテリに供給する制御整流回路の整流素子が実装された回路基板の温度が過度に上昇するおそれを無くしたバッテリ充電装置を提供する。
【解決手段】交流入力端子間に磁石式交流発電機１の出力が印加され、直流出力端子間にバッテリ２が接続されるブリッジ形の制御整流回路３と、バッテリ２の両端の電圧を設定値に保つようにサイリスタへのトリガ信号の供給を制御するサイリスタ制御回路４とを備えたバッテリ充電装置に、制御整流回路３が取付けられた回路基板の温度を検出する温度センサ５Ａを備えて該温度センサにより検出された温度が設定値以上になったときに制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給を禁止する保護回路５を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関等の原動機により駆動される交流発電機の整流出力でバッテリを充電するバッテリ充電装置に関する。

内燃機関により駆動される磁石発電機等の出力でバッテリを充電するバッテリ充電装置として、特許文献１に示されたものが知られている。特許文献１に示されたバッテリ充電装置は、ブリッジ回路の上辺または下辺を構成する整流素子がサイリスタからなっていて交流入力端子間に交流発電機の出力が印加され、直流出力端子間にバッテリが接続されるブリッジ形の制御整流回路と、バッテリの両端の電圧に応じて制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給を制御するサイリスタ制御回路とにより構成されている。この種のバッテリ充電装置では、バッテリの両端の電圧が設定値以下のときにサイリスタにトリガ信号を与えてバッテリに充電電流を供給し、バッテリの両端の電圧が設定値を超えたときにサイリスタへのトリガ信号の供給を停止して制御整流回路の整流出力を停止させることにより、バッテリへの充電電流の供給を停止する。
実公平１−４０２８８号公報

上記のバッテリ充電装置においては、原動機が運転されている間、バッテリへの充電電流の供給が繰り返し行われ、バッテリへの充電電流が供給される間制御整流回路の整流素子から発熱するため、制御整流回路を構成する整流素子が実装された回路基板の温度が上昇するのを避けられない。特に車両を駆動するエンジンに取付けられた交流発電機の出力でバッテリを充電する場合には、エンジンが運転されている間、バッテリへの充電電流の供給が繰り返し行われる状態が継続するため、制御整流回路の温度が上昇し、周囲温度が高い場合には、回路基板の温度が過度に上昇して、基板に実装されている整流素子やその他の電子部品が破損するおそれがある。

本発明の目的は、制御整流回路の整流素子が実装された回路基板の温度が過度に上昇するおそれを無くしたバッテリ充電装置を提供することにある。

本発明は、ブリッジ回路の上辺または下辺を構成する整流素子がサイリスタからなっていて交流入力端子間に磁石式交流発電機の出力が印加され、直流出力端子間にバッテリが接続されるブリッジ形の制御整流回路と、バッテリの両端の電圧を設定値に保つようにサイリスタへのトリガ信号の供給を制御するサイリスタ制御回路とを備えたバッテリ充電装置に係わるものである。

本発明においては、制御整流回路が取付けられた回路基板の温度を検出する温度センサと、温度センサにより検出された温度が設定値以上になったときに制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給を禁止する保護回路とを設けた。

上記のように構成すると、制御整流回路が取付けられた回路基板の温度が設定値以上になったときに、制御整流回路のサイリスタをオフ状態にして、制御整流回路からバッテリへの充電電流の供給を停止させることができ、充電電流の供給を停止している間制御整流回路の整流素子からの発熱を停止させて、その温度を低下させることができるため、制御整流回路が取付けられている回路基板の温度が過度に上昇して、回路基板に取付けられている部品が破損するおそれをなくすことができる。

本発明の好ましい態様では、サイリスタ制御回路が、制御整流回路の正極側直流出力端子と各サイリスタのゲートとの間に設けられてオン状態にあるときに交流発電機側からサイリスタにトリガ信号を供給するトリガ信号供給用スイッチ回路と、バッテリの両端の電圧を検出して、検出した電圧が設定値以下のときにトリガ信号供給用スイッチ回路をオン状態にし、検出した電圧が設定値を超えたときにトリガ信号供給用スイッチ回路をオフ状態にするようにトリガ信号供給用スイッチ回路を制御するスイッチ制御回路とを備えている。この場合、温度センサとして、検出している温度が設定値未満のときにオフ状態を保持し、検出している温度が設定値以上であるときにオン状態になる出力スイッチを備えたものを用い、保護回路は、温度センサの出力スイッチがオフ状態にあるときにトリガ信号供給用スイッチがオン状態になるのを許容し、温度センサの出力スイッチがオン状態になったときにトリガ信号供給用スイッチ回路がオン状態になるのを阻止するように構成される。

本発明によれば、制御整流回路が取付けられた回路基板の温度を検出する温度センサと、温度センサにより検出された温度が設定値以上になったときに制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給を禁止する保護回路とを設けたので、制御整流回路が取付けられた回路基板の温度が設定値以上になったときに、制御整流回路のサイリスタをオフ状態にして、制御整流回路からバッテリへの充電電流の供給を停止させることができ、充電電流の供給を停止している間制御整流回路の整流素子からの発熱を停止させて、該整流素子の温度を低下させることができるため、制御整流回路が取付けられている回路基板の温度が過度に上昇して、回路基板に取付けられている部品が破損するおそれをなくすことができる。

以下図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図１において、１はエンジンにより駆動される磁石式交流発電機、２はバッテリ、３は制御整流回路、４はサイリスタ制御回路、５は保護回路である。制御整流回路３、サイリスタ制御回路４及び保護回路５の構成部品は共通の回路基板に取付けられている。

周知のように、交流発電機１は、エンジンの回転軸に取付けられた磁石回転子と、エンジンのケースなどに固定された固定子とからなっている。固定子は、回転子の磁極に対向する磁極部を有する鉄心と、該鉄心に巻回された電機子コイルＬとを備え、エンジンの回転に同期して、電機子コイルＬから交流電圧を発生する。

制御整流回路３は、ブリッジ回路の上辺または下辺を構成する整流素子としてサイリスタを用いた整流回路で、図示の例では、カソードが共通接続されてブリッジ回路の上辺を構成するダイオードＤｕ，Ｄｖと、アノードが共通接続されるとともにカソードがダイオードＤｕ，Ｄｖのアノードにそれぞれ接続されてブリッジ回路の下辺を構成するサイリスタＴhx及びＴhyとにより、制御整流回路３が構成されている。

制御整流回路３においては、ダイオードＤｕのアノードとサイリスタＴhxのカソードとの共通接続点及びダイオードＤｖのアノードとサイリスタＴhyのカソードとの共通接続点が交流入力端子３ａ及び３ｂとなっていて、これらの交流入力端子間に発電機１の出力電圧が印加されている。

制御整流回路３においてはまた、ダイオードＤｕ，Ｄｖのカソードの共通接続点及びサイリスタＴhx，Ｔhyのアノードの共通接続点がそれぞれ正極側及び負極側の直流出力端子３ｃ及び３ｄとなっていて、これらの直流出力端子間に、バッテリ２が接続されている。

サイリスタ制御回路４は、制御整流回路の正極側直流出力端子と各サイリスタのゲートとの間に設けられてオン状態にあるときに交流発電機１側からサイリスタＴhx，Ｔhyにトリガ信号を供給するトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａと、バッテリ２の両端の電圧を検出して、検出した電圧が設定値以下のときにトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａをオン状態にし、検出した電圧が設定値を超えたときにトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａをオフ状態にするようにトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａを制御するスイッチ制御回路４Ｂとからなっている。図示の例では、スイッチ制御回路４Ｂが、バッテリ２の両端の電圧が設定値以下であるか否かを検出する電圧検出回路４B1と、電圧検出回路４B1によりバッテリの両端の電圧が設定値以下であることが検出されているときにトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａをオン状態にし、電圧検出回路４B1によりバッテリ２の両端の電圧が設定値を超ええていることが検出されたときにトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａをオフ状態にするようにトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａをオンオフ制御するオンオフ制御回路４B2とにより構成されている。

図示のトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａは、サイリスタＴhx及びＴhyのゲートにそれぞれ抵抗Ｒ1及びＲ2を通してカソードが接続され、アノードが共通接続されたダイオードＤ1及びＤ2と、ダイオードＤ1及びＤ2のアノードの共通接続点にコレクタが接続され、エミッタが制御整流回路３の正極側直流出力端子３ｃに接続されたＰＮＰトランジスタＴＲ1と、トランジスタＴＲ1のベースと負極側直流出力端子との間に接続された抵抗Ｒ3とからなっている。トリガ信号供給用スイッチ回路４Ａは、バッテリ２側からトランジスタＴＲ1のエミッタ及びベースと抵抗Ｒ3とを通してベース電流が流れたときにトランジスタＴＲ1が導通状態になることによりオン状態になる。トリガ信号供給用スイッチ回路４Ａがオン状態にあるときには、電機子コイルＬの誘起電圧の一方の半サイクルにおいて、電機子コイルＬ−端子３ａ−ダイオードＤｕ−トランジスタＴＲ1−ダイオードＤ2−抵抗Ｒ2−サイリスタＴhyのゲートカソード間−端子３ｂ−電機子コイルＬの経路で、サイリスタＴhyにトリガ信号が供給され、電機子コイルＬの誘起電圧の他方の半サイクルで、電機子コイルＬ−端子３ｂ−ダイオードＤｖ−トランジスタＴＲ1−ダイオードＤ1−抵抗Ｒ1−サイリスタＴhxのゲートカソード間−端子３ａ−電機子コイルＬの経路で、サイリスタＴhxにトリガ信号が供給される。

電圧検出回路４B1は、制御整流回路３の正極側直流出力端子３ｃに一端が接続された抵抗器Ｒ4と、抵抗器Ｒ4の他端に一端が接続された抵抗器Ｒ5と、抵抗器Ｒ5の他端と負極側直流端子３ｄとの間にアノードを負極側直流端子３ｄ側に向けて接続されたツェナーダイオードＺＤとにより構成されている。

またオンオフ制御回路４B2は、エミッタが正極側直流出力端子３ｃに接続され、コレクタがトランジスタＴＲ1のベースに接続されたＰＮＰトランジスタＴＲ2からなり、このトランジスタＴＲ2のベースが電圧検出回路４B1の抵抗器Ｒ4とＲ5との接続点に接続されている。

保護回路５は、制御整流回路３が取付けられた回路基板の温度を検出する温度センサ５Ａと、温度センサ５Ａに安定化された一定の電源電圧を与える電源ＩＣ５Ｂと、トリガ信号供給用スイッチ回路４Ａのオンオフを制御するスイッチとしてのトランジスタＴＲ3とを備えていて、温度センサ５Ａにより検出された温度が設定値以上になったときにトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａを強制的にオフ状態にして、制御整流回路３のサイリスタＴhx，Ｔhyへのトリガ信号の供給を禁止する。

トランジスタＴＲ3はＰＮＰトランジスタからなっていて、そのエミッタが正極側直流出力端子に接続され、コレクタがトランジスタＴＲ1のベースに接続されている。図示の温度センサ５Ａは、検出している温度が設定値未満のときにオフ状態を保持し、検出している温度が設定値以上であるときにオン状態になる出力スイッチをその出力段に備えていて、該温度センサの出力スイッチの一端につながる出力端子５ａが抵抗Ｒ6を通してトランジスタＴＲ3のベースに接続され、該出力スイッチの他端につながる出力端子５ｂが負極側直流出力端子３ｄに接続されている。

温度センサ５Ａは、制御整流回路３のダイオード及びサイリスタを含む充電装置の構成部品が取付けられた回路基板の温度を検出するように、該回路基板に熱的に結合された状態で取り付けられている。本実施形態では、温度センサ５Ａがチップ部品として構成されたＩＣからなっていて、該ＩＣが制御整流回路３の構成部品が取り付けられた回路基板に設けられたランドに半田付けされた状態で取り付けられている。

電源ＩＣ５Ｂは３端子レギュレータを構成するＩＣで、外付けのコンデンサＣ1及びＣ2とともに定電圧電源回路を構成し、バッテリ２の両端の電圧を降圧して、温度センサを構成するＩＣの電源端子５ｃに一定の直流電圧（５Ｖ）を印加する。

本実施形態に係わるバッテリ充電装置においては、バッテリ２の両端の電圧が設定値以下のときに、交流発電機１の出力が制御整流回路３により整流されてバッテリ２に供給されることによりバッテリ２が充電される。

上記のバッテリ充電装置において、回路基板の温度が設定値未満であるとし、バッテリ２の両端の電圧が設定値以下であるとする。このとき、温度センサ５Ａの出力スイッチはオフ状態にあるため、トランジスタＴＲ3はオフ状態にある。またバッテリ２の両端の電圧が設定値以下であるときには、ツェナーダイオードＺＤがオフ状態にあり、電圧検出回路４B1はバッテリ電圧が設定値以下であることを検出している。このときトランジスタＴＲ2にベース電流が流れず、トランジスタＴＲ2がオフ状態にある。この状態では、バッテリ２からトランジスタＴＲ1のエミッタ・ベース間と抵抗Ｒ3とを通してトランジスタＴＲ1にベース電流が流れるため、トランジスタＴＲ1がオン状態になり（トリガ信号供給用スイッチ回路４Ａがオン状態になり）、交流発電機１側からサイリスタＴhxまたはＴhyにトリガ信号が与えられる。サイリスタＴhx及びＴhyのうち、トリガ信号が与えられた方のサイリスタがオン状態になり、交流発電機１から制御整流回路３を通してバッテリ２に充電電流が供給される。

バッテリ２の充電が進み、バッテリ２の両端の電圧が設定値を超えると、ツェナーダイオードＺＤがオン状態になり、電圧検出回路４B1は、バッテリ電圧が設定値を超えたことを検出する。このときトランジスタＴＲ2にベース電流が流れ、該トランジスタがオン状態なる。トランジスタＴＲ2がオン状態になると、トランジスタＴＲ1のコレクタベース間が短絡されるため、トランジスタＴＲ1にベース電流が流れなくなり、トランジスタＴＲ1がオフ状態になる（トリガ信号供給用スイッチ回路４Ａがオフ状態になる）。従って、サイリスタＴhx及びＴhyへのトリガ信号の供給が停止し、サイリスタＴhx及びＴhyはオン状態になることができなくなるため、バッテリ２の充電が停止する。

バッテリ２の充電が停止した後、バッテリ２の両端の電圧が設定値以下になると、ツェナーダイオードＺＤがオフ状態になり（バッテリ電圧が設定値以下になったことが検出され）、トランジスタＴＲ2がオフ状態になるため、再びサイリスタＴhx及びＴhyにトリガ信号が供給されるようになり、バッテリ２の充電が再開される。上記の動作が繰り返されることにより、バッテリ２の両端の電圧が設定値付近に保たれる。

制御整流回路３を構成する半導体素子からの発熱により回路基板の温度が上昇し、その温度が設定値以上になると、温度センサ５Ａ内の出力スイッチがオン状態になるため、バッテリ２からトランジスタＴＲ3のエミッタ・ベース間と抵抗Ｒ6と温度センサ５Ａ内の出力スイッチとを通して電流が流れ、トランジスタＴＲ3がオン状態になる。トランジスタＴＲ3がオン状態になると、トランジスタＴＲ1にベース電流が流れなくなるため、トランジスタＴＲ1がオフ状態になり、サイリスタＴhx及びＴhyにトリガ信号が与えられなくなる。これによりバッテリの充電が停止され、制御整流回路３のダイオード及びサイリスタに電流が流れなくなるため、該ダイオード及びサイリスタからの発熱がなくなる。これにより回路基板の温度が低下していく。回路基板の温度が設定値未満になると、温度センサ５Ａ内の出力スイッチがオフ状態になるため、トランジスタＴＲ3がオフ状態になり、バッテリ充電装置は正常な状態に復帰する。

上記の実施形態では、制御整流回路３のブリッジの下辺をサイリスタにより構成し、制御整流回路のブリッジの上辺をダイオードにより構成したが、制御整流回路３のブリッジの下辺をダイオードにより構成し、制御整流回路のブリッジの上辺をサイリスタにより構成する場合や、制御整流回路のブリッジの下辺及び上辺を共にサイリスタにより構成する場合にも本発明を適用することができる。

上記の実施形態では、温度センサとして出力スイッチを備えたもの（出力段がスイッチからなっているもの）を用いたが、温度センサとして、検出している温度に比例した大きさのアナログ出力を発生するものを用いて、該温度センサの出力信号を設定温度を与える基準信号と比較し、温度センサの出力信号の大きさが基準信号の大きさ以上になったときにトリガ信号供給用スイッチ回路４Ａをオフ状態にするように保護回路５を構成しても良い。

上記の実施形態では、保護回路５にトランジスタＴＲ3を設けて、温度センサにより検出された温度が設定値以上になったときにトランジスタＴＲ3をオン状態にすることにより、トリガ信号供給用スイッチ回路４Ａをオフ状態にするようにしたが、保護回路５は、温度センサにより検出された温度が設定値以上になったときに制御整流回路３のサイリスタへのトリガ信号の供給を禁止するように構成すれば良く、その構成は上記実施形態のものに限定されない。

例えば、上記実施形態において、トランジスタＴＲ3を省略して、温度センサ５Ａの出力端子５ａを抵抗Ｒ6を通してトランジスタＴＲ2のベースに接続し、温度センサが検出している温度が設定値以上になって該温度センサの出力スイッチがオン状態になったときにトランジスタＴＲ2のエミッタ・ベース間と抵抗Ｒ6と温度センサ５Ａとを通してトランジスタＴＲ2にベース電流を流すことにより、トランジスタＴＲ2をオン状態にして、トリガ信号供給用スイッチ回路４Ａをオフ状態にするようにしてもよい。

本発明の一実施形態の構成を示した回路図である。

符号の説明

１ 磁石式交流発電機
２ バッテリ
３ 制御整流回路
４ サイリスタ制御回路
４Ａ トリガ信号供給用スイッチ回路
４Ｂ 電圧検出回路
４Ｃ スイッチ制御回路
５ 保護回路

Claims (2)

1. ブリッジ回路の上辺または下辺を構成する整流素子がサイリスタからなっていて交流入力端子間に磁石式交流発電機の出力が印加され、直流出力端子間にバッテリが接続されるブリッジ形の制御整流回路と、前記バッテリの両端の電圧を設定値に保つように前記サイリスタへのトリガ信号の供給を制御するサイリスタ制御回路とを備えたバッテリ充電装置において、
   前記制御整流回路が取付けられた回路基板の温度を検出する温度センサを備えて、該温度センサにより検出された温度が設定値以上になったときに前記制御整流回路のサイリスタへのトリガ信号の供給を禁止する保護回路と、
   を備えたことを特徴とするバッテリ充電装置。
2. 前記サイリスタ制御回路は、前記制御整流回路の正極側直流出力端子と各サイリスタのゲートとの間に設けられてオン状態にあるときに前記交流発電機側から前記サイリスタにトリガ信号を供給するトリガ信号供給用スイッチ回路と、前記バッテリの両端の電圧を検出して、検出した電圧が設定値以下のときに前記トリガ信号供給用スイッチ回路をオン状態にし、検出した電圧が設定値を超えたときに前記トリガ信号供給用スイッチ回路をオフ状態にするように前記トリガ信号供給用スイッチ回路を制御するスイッチ制御回路とを備え、
   前記温度センサは、検出している温度が設定値未満のときにオフ状態を保持し、検出している温度が設定値以上であるときにオン状態になる出力スイッチを備え、
   前記保護回路は、前記温度センサの出力スイッチがオフ状態にあるときに前記トリガ信号供給用スイッチがオン状態になるのを許容し、前記温度センサの出力スイッチがオン状態になったときに前記トリガ信号供給用スイッチ回路がオン状態になるのを阻止するように構成されていること、
   を特徴とする請求項１に記載のバッテリ充電装置。

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