JP3117262B2 - 過電圧保護装置 - Google Patents
過電圧保護装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/04—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage
- H02H9/041—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess voltage using a short-circuiting device
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/06—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
- H02H7/067—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors on occurrence of a load dump
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Protection Of Generators And Motors (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、発電機により給電さ
れる車上回路網と、それに接続される手段とを有する車
の電気系統を、過電圧から保護する過電圧保護装置に関
する。
れる車上回路網と、それに接続される手段とを有する車
の電気系統を、過電圧から保護する過電圧保護装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】モータ車は通常、車上回路網から給電さ
れる多数の電気的手段を含む電気系統を持っている。車
上回路網は1つの発電機により順次給電される。更に車
上回路網はそれに接続された1個の電池を有し、発電機
が僅かしか電気エネルギーを出さない時、或いは全く電
気エネルギーを出さない時にそれから給電される。後者
は車のエンジンが停止している場合である。
れる多数の電気的手段を含む電気系統を持っている。車
上回路網は1つの発電機により順次給電される。更に車
上回路網はそれに接続された1個の電池を有し、発電機
が僅かしか電気エネルギーを出さない時、或いは全く電
気エネルギーを出さない時にそれから給電される。後者
は車のエンジンが停止している場合である。
【0003】運転中に、例えば電池と車上回路網間が中
断した場合、過電圧が車上回路網中に生ずることがあ
る。このことはエンジン従って発電機が動作中、電池の
外れによって起こることもあるし、或いは断続的又は緩
んだ接触に起因することもある。過電圧はまた、いわゆ
る負荷ダンプ(load dump)の場合、すなわ
ち、例えばブロワモータ、座席調節用の備え付けモー
タ、動力開閉窓用の備え付けモータ等の車の電気装備が
スイッチオフされた時にも起り得る。このような負荷ダ
ンプの結果として、発電機内に存在する磁場の減少が起
き、周知のようにこの減少はかなり高い電圧及びエネル
ギー値に達する誘起電圧パルスを発生させる。そのパル
スの高さは発電機の励磁、その速度及び電池を切った瞬
間、或いは負荷ダンプの瞬間に発電機に残っている負荷
によって定まる。これに関する更に詳細な情報は、1つ
はDIN(ドイツ工業規格)40839,Part1,
特にsection4・6・5 ISO/TR 763
7/1〜section 2.3.2.5から、もう1
つはBosch社の出版物“Ueberspannun
gsschutz”(過電圧保護)から収集できる。
断した場合、過電圧が車上回路網中に生ずることがあ
る。このことはエンジン従って発電機が動作中、電池の
外れによって起こることもあるし、或いは断続的又は緩
んだ接触に起因することもある。過電圧はまた、いわゆ
る負荷ダンプ(load dump)の場合、すなわ
ち、例えばブロワモータ、座席調節用の備え付けモー
タ、動力開閉窓用の備え付けモータ等の車の電気装備が
スイッチオフされた時にも起り得る。このような負荷ダ
ンプの結果として、発電機内に存在する磁場の減少が起
き、周知のようにこの減少はかなり高い電圧及びエネル
ギー値に達する誘起電圧パルスを発生させる。そのパル
スの高さは発電機の励磁、その速度及び電池を切った瞬
間、或いは負荷ダンプの瞬間に発電機に残っている負荷
によって定まる。これに関する更に詳細な情報は、1つ
はDIN(ドイツ工業規格)40839,Part1,
特にsection4・6・5 ISO/TR 763
7/1〜section 2.3.2.5から、もう1
つはBosch社の出版物“Ueberspannun
gsschutz”(過電圧保護)から収集できる。
【0004】かかる電圧妨害(voltage spi
ke)は現代のモータ車の電気系統に問題を起す。極め
て多くのこのような車の電気装備、例えば車上コンピュ
ータ、アンチロックシステム(anti−locksy
stem)用電子制御装置、内燃機間用電子制御システ
ム等が集積半導体回路で構成されており、これは過電圧
によって機能不良を生ずるのみならず、それにより永久
的な損傷を受けることがある。
ke)は現代のモータ車の電気系統に問題を起す。極め
て多くのこのような車の電気装備、例えば車上コンピュ
ータ、アンチロックシステム(anti−locksy
stem)用電子制御装置、内燃機間用電子制御システ
ム等が集積半導体回路で構成されており、これは過電圧
によって機能不良を生ずるのみならず、それにより永久
的な損傷を受けることがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような有害な干渉
電圧パルスを克服すべく種々の試みがなされた。1つの
可能性は車の電気系統の各電気的手段の中か、又は発電
機の中心に配列されるいわゆる抑制ダイオードである。
こうしたダイオードは無害な最大電圧まで干渉電圧パル
スを制限するものと期待される。しかし、これは次のよ
うな問題を残している。負荷ダンプの間、エネルギーの
相当な部分は抑制ダイオード内で熱に変換される。計算
例では、抑制ダイオード内の温度は恐らく約90℃だけ
増加することが示される。モータ車のエンジン室によく
あるように、約1oo℃の周囲温度では、こうして19
0℃のチップ温度となる。これらの温度は一般の半導体
構成部分に対して通常管理し得る温度を越えている。そ
の上、抑制ダイオードによって抑制された電圧は電流に
強く依存すること、また考慮しなければならない電圧許
容範囲がそのためにかなり増加するという事がある。抑
制ダイオードを用いて、その電流依存性を考慮に入れる
と、制限されるべき電圧の許容範囲は最小24Vと最大
40Vの間である。これは車上回路網においては相当む
づかしい問題となる。それというのは、より低いエネル
ギーのパルスを抑制するため、更に保護ダイオードをこ
の許容範囲の上に用意しなければならなくなる。このよ
うに、車上回路網は、保護ダイオードを多数使用したと
しても、50Vまでの正エネルギーパルスに悩まされ
る。
電圧パルスを克服すべく種々の試みがなされた。1つの
可能性は車の電気系統の各電気的手段の中か、又は発電
機の中心に配列されるいわゆる抑制ダイオードである。
こうしたダイオードは無害な最大電圧まで干渉電圧パル
スを制限するものと期待される。しかし、これは次のよ
うな問題を残している。負荷ダンプの間、エネルギーの
相当な部分は抑制ダイオード内で熱に変換される。計算
例では、抑制ダイオード内の温度は恐らく約90℃だけ
増加することが示される。モータ車のエンジン室によく
あるように、約1oo℃の周囲温度では、こうして19
0℃のチップ温度となる。これらの温度は一般の半導体
構成部分に対して通常管理し得る温度を越えている。そ
の上、抑制ダイオードによって抑制された電圧は電流に
強く依存すること、また考慮しなければならない電圧許
容範囲がそのためにかなり増加するという事がある。抑
制ダイオードを用いて、その電流依存性を考慮に入れる
と、制限されるべき電圧の許容範囲は最小24Vと最大
40Vの間である。これは車上回路網においては相当む
づかしい問題となる。それというのは、より低いエネル
ギーのパルスを抑制するため、更に保護ダイオードをこ
の許容範囲の上に用意しなければならなくなる。このよ
うに、車上回路網は、保護ダイオードを多数使用したと
しても、50Vまでの正エネルギーパルスに悩まされ
る。
【0006】考慮すべき電圧妨害のため、電気的手段及
びモジュール中に使われる半導体構成部分は50V以上
の破壊電圧VCEOを持たねばならない。このことは高
圧技術を要し、チップ領域がそれによって増加するの
で、かなりの付加的経費を要する結果となる。発電機の
電圧が固有の過電圧しきい値を越える時、サイリスタの
支援で発電機を短絡することにより過電圧を回避するこ
とが、先に挙げた出版物“Ueberspannung
sschutz”から知られる。この場合、サイリスタ
はそのゲートを介して点弧され、それによりサイリスタ
は、実際上発電機用の短絡回路を構成する低インピーダ
ンス状態に変る。しかしながら、この短絡状態は過電圧
保護回路従ってサイリスタの電圧供給を遮ぎるため、車
の点弧ロックを開くことによってのみ終了させることが
できる。
びモジュール中に使われる半導体構成部分は50V以上
の破壊電圧VCEOを持たねばならない。このことは高
圧技術を要し、チップ領域がそれによって増加するの
で、かなりの付加的経費を要する結果となる。発電機の
電圧が固有の過電圧しきい値を越える時、サイリスタの
支援で発電機を短絡することにより過電圧を回避するこ
とが、先に挙げた出版物“Ueberspannung
sschutz”から知られる。この場合、サイリスタ
はそのゲートを介して点弧され、それによりサイリスタ
は、実際上発電機用の短絡回路を構成する低インピーダ
ンス状態に変る。しかしながら、この短絡状態は過電圧
保護回路従ってサイリスタの電圧供給を遮ぎるため、車
の点弧ロックを開くことによってのみ終了させることが
できる。
【0007】この問題は、同じ出版物“Uebersp
annungsschutz”から知られるように、過
電圧保護回路により克服できる。これは自動活性化手段
を含む。すなわちこれは、干渉電圧が過剰になると発電
機の短絡を解除する。この目的のためサイリスタはそれ
と直列に接続されたリレーを持ち、そのリレーはサイリ
スタの点弧の場合に、それに流れる発電機短絡電流を有
し、その結果サイリスタの陽極−陰極径路を橋絡する通
路を構成する。一方において、これはサイリスタの陽極
−陰極径路をサイリスタがスイッチオンできるように短
絡する。他方、発電機はそれによってサイリスタのスイ
ッチオフ後も短絡状態に保持される。リレーはリレー巻
線内の発電機電流が固有の値に落ちた場合のみスイッチ
を再開放する。
annungsschutz”から知られるように、過
電圧保護回路により克服できる。これは自動活性化手段
を含む。すなわちこれは、干渉電圧が過剰になると発電
機の短絡を解除する。この目的のためサイリスタはそれ
と直列に接続されたリレーを持ち、そのリレーはサイリ
スタの点弧の場合に、それに流れる発電機短絡電流を有
し、その結果サイリスタの陽極−陰極径路を橋絡する通
路を構成する。一方において、これはサイリスタの陽極
−陰極径路をサイリスタがスイッチオンできるように短
絡する。他方、発電機はそれによってサイリスタのスイ
ッチオフ後も短絡状態に保持される。リレーはリレー巻
線内の発電機電流が固有の値に落ちた場合のみスイッチ
を再開放する。
【0008】この既知の過電圧保護回路のリレーには問
題が残されている。一つは、電気機械構成部分としての
リレーは機械的損耗を受け、相応した限定寿命を持つ。
他方、リレーは例えば老化作用の結果、生成漏れ等許容
度の問題を起す。こうして、車の電気系統の感度のよい
半導体構成部分を安全に保護するには、比較的大きな電
圧範囲を考慮すること、及び比較的高い電圧強度に対応
する半導体構成部分を設計することがまた必要になって
くる。その上、リレーはその誘導的特性のため電気的な
変化に対して比較的ゆっくりと反応する構成部分であ
る。
題が残されている。一つは、電気機械構成部分としての
リレーは機械的損耗を受け、相応した限定寿命を持つ。
他方、リレーは例えば老化作用の結果、生成漏れ等許容
度の問題を起す。こうして、車の電気系統の感度のよい
半導体構成部分を安全に保護するには、比較的大きな電
圧範囲を考慮すること、及び比較的高い電圧強度に対応
する半導体構成部分を設計することがまた必要になって
くる。その上、リレーはその誘導的特性のため電気的な
変化に対して比較的ゆっくりと反応する構成部分であ
る。
【0009】この発明は上述の事情に鑑みてなされたも
のであり、この発明の目的は、低い破壊電圧をもつ半導
体素子が使われた時にも過電圧に対して安全な保護がで
きるような当初示した型式の過電圧保護装置を提供する
ことにある。
のであり、この発明の目的は、低い破壊電圧をもつ半導
体素子が使われた時にも過電圧に対して安全な保護がで
きるような当初示した型式の過電圧保護装置を提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明の上記目的は、
過電圧の場合発電機を短絡するスイッチ手段は発電機に
並列に接続された切替えトランジスタ手段を含み、発電
機に印加される電圧を評価する評価手段を設け、この評
価手段は予め決めた過電圧しきい値を越えると第1の評
価信号を発生し、またその値がその後予め決めた低電圧
しきい値の下に落ちると第2の評価信号を発生し、評価
信号に適用できる記憶手段を設け、この記憶手段は切替
えトランジスタを制御し、また個別に受取った評価信号
を他の個別の信号を受取るまで記憶し、更に、第1の評
価信号記憶中は発電機を短絡するスイッチ状態になり、
第2の評価信号記憶中には発電機を短絡しないスイッチ
状態になるよう切替えトランジスタ手段を制御すること
によって達成される。
過電圧の場合発電機を短絡するスイッチ手段は発電機に
並列に接続された切替えトランジスタ手段を含み、発電
機に印加される電圧を評価する評価手段を設け、この評
価手段は予め決めた過電圧しきい値を越えると第1の評
価信号を発生し、またその値がその後予め決めた低電圧
しきい値の下に落ちると第2の評価信号を発生し、評価
信号に適用できる記憶手段を設け、この記憶手段は切替
えトランジスタを制御し、また個別に受取った評価信号
を他の個別の信号を受取るまで記憶し、更に、第1の評
価信号記憶中は発電機を短絡するスイッチ状態になり、
第2の評価信号記憶中には発電機を短絡しないスイッチ
状態になるよう切替えトランジスタ手段を制御すること
によって達成される。
【0011】
【作用】過電圧しきい値の上方超過及び低電圧しきい値
の下方超過に関して発電機を監視することにより、切替
えトランジスタユニットの開閉は実際に正確な電圧しき
い値を保証できる。電圧しきい値は、比較的低い過電圧
が生じる時にも発電機の短絡が安全に実施できるように
任意の方法で設定してよい。更に、短絡されない発電機
へのスイッチバックもまた、選定した低電圧しきい値に
関して高い精度で行なわれる。このことはリレーを使用
することと比較して異なっている。評価手段により送ら
れる個々の評価信号を、他の評価信号が発生するまで記
憶することによって、また、記憶した値を切替えトラン
ジスタ手段の切替え状態制御のために使用することによ
って、過電圧しきい値を越えた時に短絡された発電機
は、電圧が低電圧しきい値以下にさがったことが検知さ
れて初めて短絡状態からの開放が保証される。この発明
の選択的かつ有器な実施態様が従属請求項に示される。
の下方超過に関して発電機を監視することにより、切替
えトランジスタユニットの開閉は実際に正確な電圧しき
い値を保証できる。電圧しきい値は、比較的低い過電圧
が生じる時にも発電機の短絡が安全に実施できるように
任意の方法で設定してよい。更に、短絡されない発電機
へのスイッチバックもまた、選定した低電圧しきい値に
関して高い精度で行なわれる。このことはリレーを使用
することと比較して異なっている。評価手段により送ら
れる個々の評価信号を、他の評価信号が発生するまで記
憶することによって、また、記憶した値を切替えトラン
ジスタ手段の切替え状態制御のために使用することによ
って、過電圧しきい値を越えた時に短絡された発電機
は、電圧が低電圧しきい値以下にさがったことが検知さ
れて初めて短絡状態からの開放が保証される。この発明
の選択的かつ有器な実施態様が従属請求項に示される。
【0012】
【実施例】この発明を図面を参照しながら実施例に基づ
き更に詳細に説明する。
き更に詳細に説明する。
【0013】図1は車の車上回路網用の従来の電圧供給
回路を示す。しかしその中にはこの発明による過電圧保
護装置が挿入される。車上回路網用の接続点は通常“1
5”及び“30”で示される。
回路を示す。しかしその中にはこの発明による過電圧保
護装置が挿入される。車上回路網用の接続点は通常“1
5”及び“30”で示される。
【0014】しばしばダイナモと呼ばれる発電機11は、
端子D+,D−及びDFによってここでは更に詳細に説
明する必要のない通常タイプの発電機調整器13に結合さ
れる。電池14は発電機11に並列に接続される。発電機の
回転が遅過ぎたり、車の内燃機関が止まって全く回転し
ないため、発電機が充分な電気エネルギを供給しないか
或は全く供給しない場合に、電池は車上回路網へのエネ
ルギ供給を引き継ぐ。車上回路網への供給は端子30に
よって行なわれる。点弧ロック17により、発電機は車
上回路網内に接続し得る。充電制御ランプ19は点弧ロ
ック17と直列に接続される。
端子D+,D−及びDFによってここでは更に詳細に説
明する必要のない通常タイプの発電機調整器13に結合さ
れる。電池14は発電機11に並列に接続される。発電機の
回転が遅過ぎたり、車の内燃機関が止まって全く回転し
ないため、発電機が充分な電気エネルギを供給しないか
或は全く供給しない場合に、電池は車上回路網へのエネ
ルギ供給を引き継ぐ。車上回路網への供給は端子30に
よって行なわれる。点弧ロック17により、発電機は車
上回路網内に接続し得る。充電制御ランプ19は点弧ロ
ック17と直列に接続される。
【0015】端子D+とD−間にはこの発明の過電圧保
護装置21が接続されており、これは、図1では開放の
状態で示されているスイッチ23とこのスイッチ23を
制御する制御回路25とから成り、これについては後に
図3及び図4によって更に詳しく説明する。図2によれ
ば、図1に示される供給電源の動作は、最初過電圧保護
装置を持たない状態にあると考えられる。図2は、曲線
図形(a),(b)及び(c)においてそれぞれ発電機
励磁電流、発電機電圧及び車上回路網電圧を時間tの関
数として示す。負荷ジャンプ(load jump)が
時間t1で起き、これは時間t2で負荷ダンプに変化す
ると仮定する。負荷ジャンプ中は、より大きい電流が発
電機から要求される。発電機の誘導特性により、励磁電
流は時間t2の時点で徐々に減少を始める。このような
発電機誘導特性はまた、図2の曲線(b)に示されるよ
うに、時間t2において負荷解除で開始する電圧パルス
を生ずる。この電圧パルスは防げられずに車上回路網、
従ってそれに接続される車の種々の電気的手段に到達す
る。
護装置21が接続されており、これは、図1では開放の
状態で示されているスイッチ23とこのスイッチ23を
制御する制御回路25とから成り、これについては後に
図3及び図4によって更に詳しく説明する。図2によれ
ば、図1に示される供給電源の動作は、最初過電圧保護
装置を持たない状態にあると考えられる。図2は、曲線
図形(a),(b)及び(c)においてそれぞれ発電機
励磁電流、発電機電圧及び車上回路網電圧を時間tの関
数として示す。負荷ジャンプ(load jump)が
時間t1で起き、これは時間t2で負荷ダンプに変化す
ると仮定する。負荷ジャンプ中は、より大きい電流が発
電機から要求される。発電機の誘導特性により、励磁電
流は時間t2の時点で徐々に減少を始める。このような
発電機誘導特性はまた、図2の曲線(b)に示されるよ
うに、時間t2において負荷解除で開始する電圧パルス
を生ずる。この電圧パルスは防げられずに車上回路網、
従ってそれに接続される車の種々の電気的手段に到達す
る。
【0016】この干渉電圧パルスは、過電圧保護装置2
1により打消される。これを今から図3及び図4によっ
て説明する。図3は制御回路25及びスイッチとしての
MOSFET27を示す。MOSFET27は端子D+
と大地との間に、発電機11と並列に接続される。制御
回路25は、端子D+において発電機電圧をそれぞれ受
取る第1のコンパレータK1及び第の2コンパレータK
2から成る。図3には示されていない基準電圧の助けに
よって応答しきい値、例えば5V及び80mVがコンパ
レータK1及びK2にそれぞれプリセットされる。これ
らの応答しきい値はそれぞれ過電圧しきい値及び低電圧
しきい値を構成する。
1により打消される。これを今から図3及び図4によっ
て説明する。図3は制御回路25及びスイッチとしての
MOSFET27を示す。MOSFET27は端子D+
と大地との間に、発電機11と並列に接続される。制御
回路25は、端子D+において発電機電圧をそれぞれ受
取る第1のコンパレータK1及び第の2コンパレータK
2から成る。図3には示されていない基準電圧の助けに
よって応答しきい値、例えば5V及び80mVがコンパ
レータK1及びK2にそれぞれプリセットされる。これ
らの応答しきい値はそれぞれ過電圧しきい値及び低電圧
しきい値を構成する。
【0017】2つのコンパレータK1及びK2の出力
は、MOSFET27のゲートへ接続される出力を有す
る記憶手段31の2つの入力にそれぞれ接続される。発
電機電圧が過電圧しきい値を超えた時、コンパレータK
1は記憶手段31へ第1の評価信号を出すことによって
これを示す。この第1の評価信号により、記憶手段31
はMOSFET27を誘導状態に切替える制御信号を発
生する。これは発電機11の短絡に帰着する。第1の評
価信号は記憶手段31によって記憶されるために、その
間、発電機電圧が過電圧しきい値の下に再び落ちた場合
にもMOSFET27は導電状態に留り、また発電機は
短絡状態を保つ。この状態は発電機電圧が低電圧しきい
値の下に落ちるまで継続し、そこでコンパレータK2は
記憶手段31へ第2の評価信号を出すことになる。この
結果、記憶手段31はMOSFET27を閉塞状態に切
替える制御信号をMOSFET27に送り、こうして発
電機11の短絡が終結する。この時点で記憶手段31
は、その後過電圧しきい値が再び超過されてコンパレー
タK1から第1の評価信号を再び受取るまで第2の評価
信号を記憶する。
は、MOSFET27のゲートへ接続される出力を有す
る記憶手段31の2つの入力にそれぞれ接続される。発
電機電圧が過電圧しきい値を超えた時、コンパレータK
1は記憶手段31へ第1の評価信号を出すことによって
これを示す。この第1の評価信号により、記憶手段31
はMOSFET27を誘導状態に切替える制御信号を発
生する。これは発電機11の短絡に帰着する。第1の評
価信号は記憶手段31によって記憶されるために、その
間、発電機電圧が過電圧しきい値の下に再び落ちた場合
にもMOSFET27は導電状態に留り、また発電機は
短絡状態を保つ。この状態は発電機電圧が低電圧しきい
値の下に落ちるまで継続し、そこでコンパレータK2は
記憶手段31へ第2の評価信号を出すことになる。この
結果、記憶手段31はMOSFET27を閉塞状態に切
替える制御信号をMOSFET27に送り、こうして発
電機11の短絡が終結する。この時点で記憶手段31
は、その後過電圧しきい値が再び超過されてコンパレー
タK1から第1の評価信号を再び受取るまで第2の評価
信号を記憶する。
【0018】この発明による過電圧保護装置の結果は図
5に示される。その特性曲線(a),(b)及び(c)
はそれぞれ発電機励磁電流Ierr,発電機電圧UD+
及び車上回路網電圧UKL15,UKL30対時間を示
す。図5の(a)に示されるように、再び負荷ジャンプ
とそれに続く負荷ダンプを根拠にすると、過電圧保護装
置21の保護効果のために、t2の時点で非常に低い電
圧値まで発電機電圧UD+の急激な減少がある。図5の
(c)に示されるように、車上回路網電圧UKL15及
びUKL30はそれぞれ負荷ダンプ時間中殆ど変らない
ままであり、これは電池の緩衝によるものである。図5
は特性曲線(b)及び(c)において発電機電圧と端子
電圧にそれぞれ短時間の増加を示し、針状のパルス形状
をしている。これは、負荷ダンプ時間内における発電機
電圧UD+曲線を拡大表現した図6によって次に更に詳
しく考察する。
5に示される。その特性曲線(a),(b)及び(c)
はそれぞれ発電機励磁電流Ierr,発電機電圧UD+
及び車上回路網電圧UKL15,UKL30対時間を示
す。図5の(a)に示されるように、再び負荷ジャンプ
とそれに続く負荷ダンプを根拠にすると、過電圧保護装
置21の保護効果のために、t2の時点で非常に低い電
圧値まで発電機電圧UD+の急激な減少がある。図5の
(c)に示されるように、車上回路網電圧UKL15及
びUKL30はそれぞれ負荷ダンプ時間中殆ど変らない
ままであり、これは電池の緩衝によるものである。図5
は特性曲線(b)及び(c)において発電機電圧と端子
電圧にそれぞれ短時間の増加を示し、針状のパルス形状
をしている。これは、負荷ダンプ時間内における発電機
電圧UD+曲線を拡大表現した図6によって次に更に詳
しく考察する。
【0019】負荷ダンプの始めに、針状パルスの形で発
電機電圧の増加があるが、これは高さが制限される。そ
の後、殆ど0Vまで発電機電圧の急減がある。この制限
された針状パルスは、遅延コンデンサCVを有する遅延
回路と制限回路33との協同作用で発生する。遅延回路
は予め定めた遅延時間を持ち、過電圧保護装置21の保
護状態への切替は、遅延回路の遅延時間より幅の広い干
渉電圧パルスが発生した時だけ起きるという作用を持っ
ている。その結果、過電圧保護装置はここの干渉パルス
(defined pulses D1N40839参
照)には応答せず、従って、必要以上頻繁には応答しな
い。発電機電圧は遅延時間内では恐らく制御されずに増
加できる。これは発電機電圧を遅延期間中予め定めた制
限しきい値に制限することによって制限回路33により
打消される。最後に、MOSFET27は制限回路33
の制限動作中、中間レベルに制御される。図6の通り発
電機電圧D+が非常に低い値に下げられる発電機短絡中
に、過電圧保護装置21の回路構成部分の電圧供給は内
部電圧供給源35の助けによって維持される。最後に、
発電機が短絡されていない期間に発電機電圧まで充電さ
れるコンデンサCpが設けられる。
電機電圧の増加があるが、これは高さが制限される。そ
の後、殆ど0Vまで発電機電圧の急減がある。この制限
された針状パルスは、遅延コンデンサCVを有する遅延
回路と制限回路33との協同作用で発生する。遅延回路
は予め定めた遅延時間を持ち、過電圧保護装置21の保
護状態への切替は、遅延回路の遅延時間より幅の広い干
渉電圧パルスが発生した時だけ起きるという作用を持っ
ている。その結果、過電圧保護装置はここの干渉パルス
(defined pulses D1N40839参
照)には応答せず、従って、必要以上頻繁には応答しな
い。発電機電圧は遅延時間内では恐らく制御されずに増
加できる。これは発電機電圧を遅延期間中予め定めた制
限しきい値に制限することによって制限回路33により
打消される。最後に、MOSFET27は制限回路33
の制限動作中、中間レベルに制御される。図6の通り発
電機電圧D+が非常に低い値に下げられる発電機短絡中
に、過電圧保護装置21の回路構成部分の電圧供給は内
部電圧供給源35の助けによって維持される。最後に、
発電機が短絡されていない期間に発電機電圧まで充電さ
れるコンデンサCpが設けられる。
【0020】この発明による過電圧保護装置21の集積
半導体装置形式での具体例が図4に示される。集積回路
は5個の接続点を含む。接続点Vは図1の電圧供給回路
の端子D+へ接続される。接続点Eは図1における接地
端子に接続される。接続点Fは遅延コンデンサCVの接
続に使われる。接続点Sは内部電圧供給源のコンデンサ
Cpの接続用に使われる。そして、最後の接続点Dは評
価回路を介してその先に使用するか、または表示装置へ
接続できる。
半導体装置形式での具体例が図4に示される。集積回路
は5個の接続点を含む。接続点Vは図1の電圧供給回路
の端子D+へ接続される。接続点Eは図1における接地
端子に接続される。接続点Fは遅延コンデンサCVの接
続に使われる。接続点Sは内部電圧供給源のコンデンサ
Cpの接続用に使われる。そして、最後の接続点Dは評
価回路を介してその先に使用するか、または表示装置へ
接続できる。
【0021】図4において、2つのコンパレータK1及
びK2が設けられ、その各々はそれぞれ第1の入力端子
E11及びE22と、それぞれ第2の入力端子E21及
びE12とを備えている。それらの出力端子は、それぞ
れフリップフロップ39のセット入力S及びリセット入
力Rに接続される。フリップフロップ39の出力QはM
OSFET27のゲートと評価出力Dへ接続される。コ
ンパレータK1及びK2のそれぞれの入力E11及びE
22は、E22は直接、またE11は抵抗器R1を介し
て接続点Vに各々接続される。抵抗器R1は、遅延コン
デンサCVと共に遅延回路を構成する分圧器に属する。
コンパレータK1及びK2の入力E21及びE12はそ
れぞれそれらに繋がる第1の基準電圧Ref1及び第2
の基準電圧Ref2を持つ。例えばRef1は5V,R
ef2は80mVの電圧としても良い。接続点V及びS
はそれらの間を繋ぐダイオードDを有し、これは発電機
の短絡中にMOSFET27を介してコンデンサCpが
放電するのを防止する。制限回路33はツェナーダイオ
ードZとダイオードD1の直列接続により構成される。
発電機電圧がこの制限回路33によって予め定められた
制限しきい値を超えた時、MOSFET27は中間レベ
ルに制御され、それによって発電機電圧の限界を予定し
た値にする。
びK2が設けられ、その各々はそれぞれ第1の入力端子
E11及びE22と、それぞれ第2の入力端子E21及
びE12とを備えている。それらの出力端子は、それぞ
れフリップフロップ39のセット入力S及びリセット入
力Rに接続される。フリップフロップ39の出力QはM
OSFET27のゲートと評価出力Dへ接続される。コ
ンパレータK1及びK2のそれぞれの入力E11及びE
22は、E22は直接、またE11は抵抗器R1を介し
て接続点Vに各々接続される。抵抗器R1は、遅延コン
デンサCVと共に遅延回路を構成する分圧器に属する。
コンパレータK1及びK2の入力E21及びE12はそ
れぞれそれらに繋がる第1の基準電圧Ref1及び第2
の基準電圧Ref2を持つ。例えばRef1は5V,R
ef2は80mVの電圧としても良い。接続点V及びS
はそれらの間を繋ぐダイオードDを有し、これは発電機
の短絡中にMOSFET27を介してコンデンサCpが
放電するのを防止する。制限回路33はツェナーダイオ
ードZとダイオードD1の直列接続により構成される。
発電機電圧がこの制限回路33によって予め定められた
制限しきい値を超えた時、MOSFET27は中間レベ
ルに制御され、それによって発電機電圧の限界を予定し
た値にする。
【0022】熱防護手段40は、固有のチップ温度上限
しきい値に達している時には継続してMOSFET27
を接続する。チップ温度が下限しきい値に達したときは
MOSFET27は再び解除される。例えば上限温度し
きい値が150℃で下限温度しきい値が120℃のこと
もある。熱防護手段40の出力は、記憶手段31の出力
に接続された第2の入力を持つORゲート回路32の第
1入力に接続される。ORゲート回路32の出力はMO
SFET27のゲート端子に接続される。
しきい値に達している時には継続してMOSFET27
を接続する。チップ温度が下限しきい値に達したときは
MOSFET27は再び解除される。例えば上限温度し
きい値が150℃で下限温度しきい値が120℃のこと
もある。熱防護手段40の出力は、記憶手段31の出力
に接続された第2の入力を持つORゲート回路32の第
1入力に接続される。ORゲート回路32の出力はMO
SFET27のゲート端子に接続される。
【0023】図4に示した回路の動作は次の通りであ
る。端子D+の電圧が過電圧パルス開始のため上昇する
時、コンパレータK1は、遅延回路によりプリセットし
た遅延時間満了後、フリップフロップ39のセット入力
Sへセット信号を出す状態に切替える。それによってフ
リップフロップ39の出力Qに作られた信号は、MOS
FET27を接続継続或は活性状態に制御する。フリッ
プフロップ39の記憶作用のため、MOSFETはコン
パレータK1の入力E11における電圧が減少し始めた
時も活性状態に留まる。MOSFET27を通過する電
流が過電圧パルスの終りに固有の値まで落ちる時、また
それによる値が低電圧しきい値より低くなるとき、コン
パレータK2は応答するようになり、リセット入力Rを
介してフリップフロップ39をリセットする。MOSF
ET27はそれによって再び解除される。
る。端子D+の電圧が過電圧パルス開始のため上昇する
時、コンパレータK1は、遅延回路によりプリセットし
た遅延時間満了後、フリップフロップ39のセット入力
Sへセット信号を出す状態に切替える。それによってフ
リップフロップ39の出力Qに作られた信号は、MOS
FET27を接続継続或は活性状態に制御する。フリッ
プフロップ39の記憶作用のため、MOSFETはコン
パレータK1の入力E11における電圧が減少し始めた
時も活性状態に留まる。MOSFET27を通過する電
流が過電圧パルスの終りに固有の値まで落ちる時、また
それによる値が低電圧しきい値より低くなるとき、コン
パレータK2は応答するようになり、リセット入力Rを
介してフリップフロップ39をリセットする。MOSF
ET27はそれによって再び解除される。
【0024】図4の接続点Dは、識別または評価手段を
接続することもでき、或いは発電機短絡に伴なう過電圧
発生を車の運転者に知らせる表示をする表示手段を接続
することも出来る。この短絡はまた線路D+上の充電制
御ランプ19によっても示される。発電機の短絡に伴な
う過電圧が頻繁に示されるときは、恐らく、モータ車の
車内電気系統に欠陥があることを使用者に警告してい
る。高エネルギー過電圧パルスが過多の場合、これは車
上回路網配線の接触不良によるか或いは発電機調整器に
欠陥があるときに生じるが、熱防護手段40は保持され
ている過電圧保護回路の機能を使って過電圧保護装置を
破壊から守る。
接続することもでき、或いは発電機短絡に伴なう過電圧
発生を車の運転者に知らせる表示をする表示手段を接続
することも出来る。この短絡はまた線路D+上の充電制
御ランプ19によっても示される。発電機の短絡に伴な
う過電圧が頻繁に示されるときは、恐らく、モータ車の
車内電気系統に欠陥があることを使用者に警告してい
る。高エネルギー過電圧パルスが過多の場合、これは車
上回路網配線の接触不良によるか或いは発電機調整器に
欠陥があるときに生じるが、熱防護手段40は保持され
ている過電圧保護回路の機能を使って過電圧保護装置を
破壊から守る。
【0025】図3及び図4に示された具体例において、
MOSFET27のソース・ドレイン径路は保護ダイオ
ードSDをそれと並列に持つ。後者は線路D+上の負の
干渉パルスに対する保護を行なう(ISO/TR763
7/1 section 2.3.2.7参照)。過電
圧保護手段が逆極性の場合に、そのダイオードは導電性
となり充電制御ランプ19は永続的にオンする。
MOSFET27のソース・ドレイン径路は保護ダイオ
ードSDをそれと並列に持つ。後者は線路D+上の負の
干渉パルスに対する保護を行なう(ISO/TR763
7/1 section 2.3.2.7参照)。過電
圧保護手段が逆極性の場合に、そのダイオードは導電性
となり充電制御ランプ19は永続的にオンする。
【0026】
【発明の効果】この発明による過電圧保護手段は次の利
点がある。過電圧パルス発生に際して、車上回路網にお
ける最大電圧は、遅延位相の間制限回路33により予め
定めた電圧値に制限することによって正確に決定され
る。こうして車上電子システム全体としての電気的な強
度を低水準に設定することができる。これはかなりのコ
スト低減になる。電子スイッチを使うことによって、過
電圧保護手段は損耗なく、また衝撃を感受することなく
動作する。これはリレーを使用する過電圧保護手段より
かなり小さな寸法のもので、またそれと比べて費用もか
なり少ない。この発明による過電圧保護手段は車上回路
網に使用することができる。
点がある。過電圧パルス発生に際して、車上回路網にお
ける最大電圧は、遅延位相の間制限回路33により予め
定めた電圧値に制限することによって正確に決定され
る。こうして車上電子システム全体としての電気的な強
度を低水準に設定することができる。これはかなりのコ
スト低減になる。電子スイッチを使うことによって、過
電圧保護手段は損耗なく、また衝撃を感受することなく
動作する。これはリレーを使用する過電圧保護手段より
かなり小さな寸法のもので、またそれと比べて費用もか
なり少ない。この発明による過電圧保護手段は車上回路
網に使用することができる。
【図1】従来の車上回路網の給電用電圧供給回路例を示
す図である。
す図である。
【図2】過電圧保護装置を持たない電圧供給回路の電
流、電圧曲線を示す図である。
流、電圧曲線を示す図である。
【図3】この発明による過電圧保護装置の1実施例を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図4】図3の更に詳細な構成を示す図である。
【図5】この発明による過電圧保護装置を備えた図1の
電圧供給回路の電流、電圧曲線を示す図である。
電圧供給回路の電流、電圧曲線を示す図である。
【図6】図5の電圧曲線(b)を拡大して示した図であ
る。
る。
11 発電機 13 発電機調整器 14 電池 17 点弧ロック 19 充電制御ランプ 21 過電圧保護装置 23 スイッチ 25 制御回路 27 MOSFET 31 記憶手段 32 ORゲート回路 33 制限回路 35 内部電圧供給源 39 フリップフロップ 40 熱防護手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−65700(JP,A) 特公 平2−32858(JP,B2) 国際公開90/7815(WO,A1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/14 - 7/24 H02H 7/06 H02P 9/00 - 9/48
Claims (14)
- 【請求項1】 発電機により給電される車上回路網と、
それに接続される手段とを有する車の電気系統を保護す
るための過電圧保護装置であり、 前記装置は、過電圧の場合に発電機を短絡するスイッチ
状態をとるよう制御される制御可能なスイッチ手段から
成り、 前記スイッチ手段は発電機と並列に接続された切替えト
ランジスタ手段を含み、 発電機電圧が印加され、予定の過電圧しきい値を越えた
時に第1の評価信号を出し、電圧値がその後予定の低電
圧しきい値の下に落ちた時に第2の評価信号を発する評
価手段K1,K2をそれぞれ設け、 又、評価信号に適用し、切替えトランジスタ手段を制御
する記憶手段を設け、前記記憶手段は個々に受取った評
価信号を、個々の他の評価信号を受取るまで記憶し、更
に第1の評価信号記憶中は発電機を短絡するスイッチ状
態になるよう切替えトランジスタ手段を制御し、また第
2の表示信号記憶中には発電機を短絡しないスイッチ状
態になるように切替えトランジスタ手段を制御すること
を特徴とする過電圧保護装置。 - 【請求項2】 前記切換えトランジスタ手段が、発電機
に並列に接続されたソースードレイン径路を有するMO
SFETにより構成されることを特徴とする請求項1の
過電圧保護装置。 - 【請求項3】 前記評価手段は第1及び第2のコンパレ
ータK1及びK2から成り、その各々はそれぞれ電圧モ
ニタ入力E11及びE22と、基準電圧入力E21及び
E12と、記憶手段に繋がるコンパレータ出力とを有
し、 2つのコンパレータK1,K2の電圧モニタ入力E1
1,E22は発電機電圧又はそれに相当する電圧によっ
て動作し、 第1のコンパレータK1の基準電圧入力E21は過電圧
しきい値に相当する第1の基準電圧Reflにより動作
し、また第2のコンパレータK2の基準電圧入力E12
は低電圧しきい値に相当する第2の基準電圧Ref2に
より動作し、 また、第1のコンパレータK1は過電圧しきい値が超過
された時第1の評価信号を発生し、そして第2のコンパ
レータK2はその値が低電圧しきい値の下に落ちた時第
2の評価信号を発生することを特徴とする請求項1又は
請求項2の過電圧保護装置。 - 【請求項4】 前記記憶手段がフリップフロップを含
み、そのセッティング入力Sは第1の評価信号を受取
り、またそのリセット入力Rは第2の評価信号を受取
り、かつ、その出力信号は切替え制御信号としてスイッ
チ手段に与えられることを特徴とする請求項1〜3の何
れか1項の過電圧保護装置。 - 【請求項5】 前記評価手段と連携し、遅延回路により
予定された遅延時間より長い期間過電圧しきい値が超過
される時だけ評価手段K1,K2が第1の評価信号を出
す働きをする遅延回路を特徴とする請求項1〜4の何れ
か1項の過電圧保護装置。 - 【請求項6】 前記遅延回路が第1のコンパレータK1
の電圧モニタ入力E11の上流に接続されたRC回路か
ら構成されていることを特徴とする請求項5の過電圧保
護装置。 - 【請求項7】 前記切替えトランジスタ手段は部分的導
電状態に制御されるように順応され、また制限しきい値
が発電機モニタ電圧より高く、発電機電圧が制限しきい
値を越えた時、遅延期間中切替えトランジスタ手段を部
分的導電状態に制御する制限手段を設けることを特徴と
する請求項5または請求項6の過電圧保護装置。 - 【請求項8】 前記制限手段が、切替えトランジスタ手
段の制御端子に結合する一端を有し、他端において発電
機電圧により動作されるツェナーダイオード手段を含む
ことを特徴とする請求項7の過電圧保護装置。 - 【請求項9】 過電圧保護装置はそれと連携する内部電
圧供給源を持ち、前記内部電圧供給源は、発電機の短絡
期間中、必要な動作電圧で過電圧保護装置に給電するこ
とを特徴とする請求項1〜8の何れか1項の過電圧保護
装置。 - 【請求項10】 前記内部電圧供給源は、発電機が短絡
されない時発電機公称電圧まで充電されるコンデンサG
Pを含むことを特徴とする請求項9の過電圧保護装置。 - 【請求項11】 前記切替えトランジスタ手段は、発電
機端子D+上の負の干渉パルスに対する保護のため、ま
た充電制御プランを介して逆極性を表示するため、それ
と並列に繋がる保護ダイオード手段SDを有することを
特徴とする請求項1〜10の何れか1項の過電圧保護装
置。 - 【請求項12】 発電機を短絡するスイッチ状態とする
切替えトランジスタ手段を制御する前記記憶手段の出力
信号が、発電機短絡を評価する装置に与えられることを
特徴とする請求項1〜11の何れか1項の過電圧保護装
置。 - 【請求項13】 チップ温度が予め定めた上限チップ温
度しきい値に達した時発電機を短絡するスイッチ状態と
し、その後温度が予め定めた下限チップ温度しきい値の
下に落た時発電機を短絡しないスイッチ状態とするよう
切替えトランジスタ手段を制御する熱防護手段を特徴と
する請求項1〜12の何れか1項の過電圧保護装置。 - 【請求項14】 1つは熱防護手段の出力に接続され、
もう1つは記憶手段の出力に接続される2つの入力を持
ち、且つ、切替えトランジスタ手段の制御入力に接続さ
れる出力を有するORゲート回路を特徴とする請求項1
3の過電圧保護装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4039404.2 | 1990-12-10 | ||
DE4039404A DE4039404A1 (de) | 1990-12-10 | 1990-12-10 | Ueberspannungsschutzvorrichtung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07236234A JPH07236234A (ja) | 1995-09-05 |
JP3117262B2 true JP3117262B2 (ja) | 2000-12-11 |
Family
ID=6419998
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP03350058A Expired - Fee Related JP3117262B2 (ja) | 1990-12-10 | 1991-12-10 | 過電圧保護装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5285344A (ja) |
EP (1) | EP0490079B1 (ja) |
JP (1) | JP3117262B2 (ja) |
DE (2) | DE4039404A1 (ja) |
Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4202761C2 (de) * | 1992-01-31 | 1995-10-05 | Hella Kg Hueck & Co | Schaltung zur Ansteuerung und Überwachung induktiver Lasten, insbesondere von Magnetventilen in einem Antiblockierregelsystem |
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CA2289343C (en) | 1999-11-09 | 2005-08-16 | Andrzej Borkowski | Apparatus and method of protecting a water pump driven by a combustion engine from high speed damage |
FR2801441B1 (fr) * | 1999-11-19 | 2002-02-08 | Valeo Equip Electr Moteur | Dispositif ecreteur de surtensions pour un reseau de bord de vehicule, notamment automobile |
DE10117129A1 (de) | 2001-04-06 | 2002-10-17 | Bayerische Motoren Werke Ag | Verfahren zum Betrieb eines Generators bei einem Fahrzeug |
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