JP2881878B2 - 車両用電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は電源装置に係り、特に、車両に装備したオル
タネータとバッテリとを有効に活用することにより高低
二種類の直流電圧を発生するようにした電源装置に関す
る。

（従来技術） 従来、この種の車両用電源装置においては、例えば、
特公昭61−33735号公報に示されているように、オルタ
ネータとバッテリ及び高電圧負荷との間にスイッチ装置
を接続して、このスイッチ装置の複数の機械的スイッチ
の選択的開閉により高電圧負荷用高電圧及び低電圧負荷
用低電圧を得るようにしたものがある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このような構成においては、スイッチ装置の
各スイッチが上述のように機械的なものによって構成さ
れているため、信頼性が低いという不具合があった。ま
た、スイッチ装置が複数の機械的スイッチにより構成さ
れているため、各機械的スイッチの作動音が雑音として
乗員に対し不快感を与えるという不具合もあった。

これに対しては、上述のスイッチ装置に代えて、半導
体スイッチング素子、例えば、MOS型トランジスタを採
用することが考えられる。しかし、このMOS型トランジ
スタには逆並列ダイオードが寄生するので、高電圧負荷
が短絡故障したときに上述の逆並列ダイオードにバッテ
リからの過大な短絡電流が流入しこの逆並列ダイオード
を破壊してしまうという不具合が生じる。

そこで、本発明は、以上のようなことに対処すべく、
車両用電源装置において、半導体スイッチング素子の採
用により機械的スイッチを最小限に減少させるとともに
半導体スイッチング素子の本来の機能を常に適正に維持
しつつ、高電圧負荷用高電圧及び低電圧負荷用低電圧を
必要に応じ選択的に得るようにしようとするものであ
る。

（課題を解決するための手段） かかる課題の解決にあたり、本発明の構成は、車両に
搭載のエンジンにより駆動されて交流電圧を発生するオ
ルタネータを有し、前記交流電圧を整流し整流電圧とし
て発生する電圧発生手段と、第１スイッチ手段の操作に
基き低電圧負荷に直流電圧を付与するバッテリと、前記
電圧発生手段と前記バッテリとの間に接続されて導通時
に前記整流電圧の付与に応じ前記バッテリを充電し非導
通時に前記整流電圧の遮断に応じ前記バッテリの充電を
停止するようにしてなる逆並列ダイオードを寄生した半
導体スイッチング素子と、前記第１スイッチ手段の操作
に応答して前記半導体スイッチング素子を導通させ、ま
た第２スイッチ手段の作動に応答して前記半導体スイッ
チング素子を非導通にするように駆動する駆動手段と、
前記第２スイッチ手段の作動に応答して閉成し前記電圧
発生手段からの整流電圧を高電圧負荷に付与する電気的
開閉手段と、前記電圧発生手段と前記高電圧負荷との間
に接続されて前記逆並列ダイオードの電流容量よりも小
さな電流遮断容量を有する電流遮断手段とを設けるよう
にしたことにある。

（作用効果） このように構成した本発明においては、前記電流遮断
手段を前記電圧発生手段と前記高電圧負荷との間に接続
するとともにこの電流遮断手段の電流遮断容量を前記半
導体スイッチング素子の逆並列ダイオードの電流容量よ
りも小さくするようにしたので、前記高電圧負荷が短絡
故障しても、前記逆並列ダイオード及び前記電流遮断手
段を通り流れる短絡電流が前記逆並列ダイオードの電流
容量に達する前に、前記電流遮断手段がその遮断作用を
発揮する。従って、前記逆並列ダイオードが過電流破壊
を生じることはない。

また、前記電圧発生手段から前記高電圧負荷への整流
電圧の選択的付与にあたり、前記電気的開閉手段を採用
しているのみであるため、この電気的開閉手段が機械的
スイッチであっても、最小限のスイッチで構成し得るた
め、このスイッチの作動音が乗員に対し不快感を与える
度合は非常に少ない。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、図
面において、符号Ｇは車両に搭載の発電装置を示してい
る。この発電装置Ｇは、オルタネータ10を備えており、
このオルタネータ10は、当該車両のエンジンにより駆動
されて三相の固定子巻線11と回転子巻線12との電磁誘導
作用に応じ、固定子巻線11の各端子から三相の交流電圧
を発生する。三相の全波整流器20は、オルタネータ10か
らの交流電圧を全波整流し整流電圧として両端子21,22
間に発生する。

ボルテージレギュレータ30は、その電源端子31にて、
バッテリＢからヒューズFa及び当該車両のイグニッショ
ンスイッチIGを介し直流電圧を受けて作動状態になる
と、このボルテージレギュレータ30は、その低電圧検出
端子32にて、バッテリＢからヒューズFa及びイグニッシ
ョンスイッチIGを通し直流電圧を受けるとともに、その
高電圧検出端子33にて、整流器20から整流電圧を受け
て、この整流電圧を前記直流電圧に一致させるようにト
ランジスタ40の電流増幅度を制御する。このことは、バ
ッテリＢからヒューズFa及びイグニッションスイッチIG
を介し回転子巻線12に流入する直流電流、即ち、オルタ
ネータ10からの交流電流がトランジスタ40の電流増幅度
に比例して変化することを意味する。なお、図面におい
て符号12aは環流ダイオードを示す。

当該車両のヘッドライト等の低電圧負荷50は、その一
端にて接地されており、この低電圧負荷50の他端は、連
動スイッチSWaを介しバッテリＢの正側端子に接続され
ている。連動スイッチSWaはイグニッションスイッチIG
に連動するようになっており、この連動スイッチSWa
は、イグニッションスイッチIGの閉成（又は開成）に応
じて閉成（又は開成）してバッテリＢから低電圧負荷50
に直流電圧を付与（又は、この付与を遮断）する。

MOS型トランジスタ60は、その内部に、逆並列ダイオ
ード61を形成してなるもので、このトランジスタ60は、
そのドレイン端子62にて整流器20の端子21に接続され、
そのソース端子63にて、ヒューズFbを介しバッテリＢの
正側端子に接続されている。しかして、このトランジス
タ60は、その導通により、整流器20からの整流電圧をヒ
ューズFbを介しバッテリＢに付与してこれを充電し、一
方、その非導通により、整流器20をバッテリＢから遮断
する。なお、ヒューズFbは、整流器20とバッテリＢとの
間の配線に異常があった場合の保護のためのもので、整
流器20からの最大流出電流（例えば、100（Ａ））で溶
断しない溶断容量（例えば、150（Ａ））を有する。

昇圧器70は、バッテリＢからヒューズFa及びイグニッ
ションスイッチIGを通し直流電圧を受けて昇圧し昇圧電
圧として抵抗71を通しトランジスタ60のゲート端子64に
付与しこのトランジスタ60を導通させる。一方、昇圧器
70は、イグニッションスイッチIGの開成により、バッテ
リＢから遮断されて昇圧電圧を消滅させトランジスタ60
を非導通にする。トランジスタ80は、そのコレクタに
て、トランジスタ60のゲート端子64に接続されており、
このトランジスタ60は、その導通時にトランジスタ60を
非導通とする。

遅延回路90は抵抗91を有しており、この抵抗91は、そ
の一端にて抵抗92を介し接地されるとともに、トランジ
スタ80のベースに接続されている。一方、抵抗91の他端
は、切換スイッチSWb、イグニッションスイッチIG及び
ヒューズFaを介しバッテリＢの正側端子に接続されてい
る。コンデンサ93は、抵抗92に並列接続されている。し
かして、遅延回路90は、バッテリＢからヒューズFa、イ
グニッションスイッチIG及び切換スイッチSWbを通し直
流電圧を受けて、抵抗91とコンデンサ93による充電時定
数の経過時にトランジスタ80を導通させる。一方、遅延
回路90は、イグニッションスイッチIG又は切換スイッチ
SWbの開成によりバッテリＢから遮断されて、抵抗92と
コンデンサ93による放電時定数の経過時にトランジスタ
80を非導通にする。

リレーコイルRyは常開型リレースイッチＹと共にリレ
ーを構成するもので、このリレーコイルRyは、その一端
にて接地され、その他端にて切換スイッチSWb、イグニ
ッションスイッチIG及びヒューズFaを通しバッテリＢの
正側端子に接続されている。しかして、リレーコイルRy
は、バッテリＢからヒューズFa、イグニッションスイッ
チIG及び切換スイッチSWbを通し直流電圧を受けて励磁
され、一方、イグニッションスイッチIG又は切換スイッ
チSWbの開成によりバッテリＢから遮断されて消磁す
る。リレースイッチＹは、リレーコイルRyの励磁（又は
消磁）により閉成（又は開成）する。なお、符号Ｄは環
流ダイオードを示す。

当該車両のパワウインド装置等の高電圧負荷100は、
その一端にて接地されており、この高電圧負荷100の他
端は、リレースイッチＹ及びヒューズFcを介し整流器20
の端子21に接続されている。しかして、高電圧負荷100
は、整流器20からヒューズFc及びリレースイッチＹを通
し選択的に整流電圧を高電圧として付与される。ヒュー
ズFcは、トランジスタ60の逆並列ダイオード61を保護す
るためのもので、このヒューズFcの溶断容量は、トラン
ジスタ60の逆並列ダイオード61の電流容量よりも小さい
値、例えば、高電圧負荷100の通常負荷電流（例えば、
高電圧負荷100が1200（Ｗ）,60（Ｖ）のとき、20
（Ａ））で溶断しない値（30（Ａ））に設定されてい
る。

このように構成した本実施例において、イグニッショ
ンスイッチIGの閉成のもとに当該車両をそのエンジンの
始動により走行状態におくものとする。このような状態
においては、オルタネータ10がエンジンにより駆動され
て三相の交流電圧を発生し、整流器20が同交流電圧を整
流電圧として発生し、昇圧器70がバッテリＢからヒュー
ズFa及びイグニッションスイッチIGを通し直流電圧を受
けて昇圧電圧を発生し、トランジスタ60が同昇圧電圧を
受けて導通し整流電圧をバッテリＢに付与してこれを充
電状態におく。このとき、ボルテージレギュレータ30が
バッテリＢからの直流電圧に応じ整流器20からの整流電
圧を所定電圧に維持するようにトランジスタ40の電流増
幅度を制御し、トランジスタ40がその制御電流増幅度に
応じてオルタネータ10の回転子巻線12への流入電流を制
御する。また、低電圧負荷50が連動スイッチSWaの閉成
下にてバッテリＢから直流電圧を付与されている。

然る後、切換スイッチSWbが閉成されると、リレーコ
イルRyがバッテリＢから直流電圧を受けて励磁されリレ
ーコイルＹを閉成する。すると、高電圧負荷100が整流
器20からヒューズFc及びリレースイッチＹを通し整流電
圧を高電圧として付与される。また、切換スイッチSWb
の閉成後遅延回路90の抵抗91及びコンデンサ93による充
電時定数の経過時にトランジスタ80が導通してトランジ
スタ60を非導通にする。これにより、バッテリＢが整流
器20から遮断される。かかる場合、リレースイッチＹの
閉成後前記充電時定数の経過時にトランジスタ60が非導
通になるので、リレースイッチＹがチャタリングを生じ
ても、このリレースイッチＹに悪影響が生じることはな
い。

然る後、切換スイッチSWbを開成すれば、コンデンサ9
3と抵抗92による充電的定数の経過時にトランジスタ80
が非導通となり、トランジスタ60が昇圧器70からの昇圧
電圧に応答して導通する。かかる場合、切換スイッチSW
bが開成されても、リレーコイルRyに対する環流ダイオ
ードＤの環流作用のため、リレースイッチＹの開成がト
ランジスタ60の導通後になされるので、トランジスタ60
の非導通のままでリレーコイルRyの消磁、即ちリレーコ
イルＹの開成が実現することはない。

ところで、上述のようなリレースイッチＹの閉成状態
において高電圧負荷100が短絡故障したとすれば、バッ
テリＢからの直流電流が、ヒューズFb、逆並列ダイオー
ド61、ヒューズFc及びリレースイッチＹを通り短絡電流
として流れる。然るに、ヒューズFcの溶断容量が上述の
ように逆並列ダイオード61の電流容量よりも小さく定め
られているため、逆並列ダイオード61を流れる短絡電流
が同逆並列ダイオード61の電流容量に達する前にヒュー
ズFcが溶断する。従って、トランジスタ60の逆並列ダイ
オード61が過電流破壊を生じることがない。その結果、
高電圧負荷100の短絡故障を補修しヒューズFcを新たな
同一のヒューズに取換えれば本発明装置は再度正常状態
に復帰する。

なお、本発明の実施にあたっては、トランジスタ60を
非導通にするにあたり、トランジスタ80の導通に代え
て、昇圧器70の作動を停止するようにしてもよい。

また、本発明の実施にあたっては、切換スイッチSWb
を、イグニッションスイッチIGに連動させずに、運転者
の必要に応じて閉成又は開成させるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す電気回路図である。 符号の説明 Ｂ…バッテリ、Fc…ヒューズ、Ｇ…発電装置、IG…イグ
ニッションスイッチ、Ry…リレーコイル、SWa…連動ス
イッチ、SWb…切換スイッチ、Ｙ…リレースイッチ、10
…オルタネータ、20…整流器、60…MOS型トランジス
タ、61…逆並列ダイオード。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両に搭載のエンジンにより駆動されて交
   流電圧を発生するオルタネータを有し、前記交流電圧を
   整流し整流電圧として発生する電圧発生手段と、第１ス
   イッチ手段の操作に基き低電圧負荷に直流電圧を付与す
   るバッテリと、前記電圧発生手段と前記バッテリとの間
   に接続されて導通時に前記整流電圧の付与に応じ前記バ
   ッテリを充電し非導通時に前記整流電圧の遮断に応じ前
   記バッテリの充電を停止するようにしてなる逆並列ダイ
   オードを寄生した半導体スイッチング素子と、前記第１
   スイッチ手段の操作に応答して前記半導体スイッチング
   素子を導通させ、また第２スイッチ手段の作動に応答し
   て前記半導体スイッチング素子を非導通にするように駆
   動する駆動手段と、前記第２スイッチ手段の作動に応答
   して閉成し前記電圧発生手段からの整流電圧を高電圧負
   荷に付与する電気的開閉手段と、前記電圧発生手段と前
   記高電圧負荷との間に接続されて前記逆並列ダイオード
   の電流容量よりも小さな電流遮断容量を有する電流遮断
   手段とを設けるようにした車両用電源装置。