JP4239402B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電機の励磁電流を制御することにより出力電圧を制御する車両用発電制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両用発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものであり、その負荷状態が変化した場合であっても出力電圧をほぼ一定に維持するために発電制御装置が接続されている。特に最近では、電気負荷の増大に伴って車両用発電機の駆動トルクが上昇する傾向にある。電気負荷接続時に車両用発電機の駆動トルクが過大になると、エンジン回転が不安定になるため、発電制御装置によって励磁電流を徐々に増加させる徐励制御を行うことによりこのような事態を回避する技術が知られている。
【0003】
例えば、特開平7−177678号公報には、簡単なデジタル回路で徐励機能を実現する「車両用発電機の制御装置」が開示されている。この制御装置では、カウンタ等を含むデジタル回路によって構成される徐励回路が用いられており、外部から入力される発電指示信号に応じて制御動作を開始するときに、カウンタ等を初期状態にするためにパワーオンリセット回路が必要になる。パワーオンリセット回路によって徐励回路をリセットすることにより、所定の徐励制御が開始される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開平7−177678号公報に開示された制御装置では、発電開始時に入力される発電指示信号に応じてパワーオンリセット回路が動作するため、コネクタの接触不良等によって発電指示信号が断続すると、発電開始時ではない通常の発電動作中であっても誤って徐励制御が開始されてしまい、一時的に発電能力が抑制されて発電状態が不安定になるという問題があった。このため、このとき大きな負荷電流が流れていると、バッテリ電圧が1〜2V程度低下することになり、点灯していたランプ類が一時的に暗くなって、車両の運転者等に不快感を与えることになる。
【0005】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、発電指示信号の断続に対して安定した発電状態を維持することができる車両用発電制御装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の励磁コイルに直列接続されたスイッチング素子を断続することにより車両用発電機の出力電圧を制御する電圧制御回路と、スイッチング素子の導通率の増加率を制限する徐励制御回路と、外部から入力される発電指示信号に応じてリセット信号を生成するリセット回路と、リセット回路によってリセット信号が生成されたときに車両用発電機の発電に関する状態量を検出し、この状態量に基づいて、徐励制御回路によって制御されるスイッチング素子の導通率の値を設定する導通率設定回路とを備えている。車両用発電機が発電中に外部から入力される発電指示信号が一時的に遮断された場合であっても、発電に関する状態量(発電状態)に応じたスイッチング素子の導通率が設定されるため、発電開始時と同じように低い導通率が誤って設定されることがなく、安定した発電状態を維持することができる。
【0007】
また、上述した状態量は車両用発電機の励磁電流量であり、導通率設定回路は、励磁電流量に基づいてスイッチング素子の導通率の値を設定することが望ましい。励磁電流の減衰の時定数は100msec程度であるため、発電指示信号が数msec瞬断された場合であっても、励磁電流の値がほぼ維持される。したがって、発電指示信号が再開された後に励磁電流の値に応じてスイッチング素子の導通率を設定することにより、瞬断前の状態をほぼ再現することができ、安定した発電状態を維持することができる。
【0008】
また、上述した導通率設定回路は、車両用発電機の回転数検出を行っており、検出した回転数が所定値以上の場合に、状態量に基づく導通率の設定を行うことが望ましい。これにより、回転数が上昇して発電状態にある場合に誤ってリセット信号が出力されても、この発電状態を再現することが可能になり、安定した発電状態を維持することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置(以下、「レギュレータ」と称する)について、図面を参照しながら説明する。
【0010】
図1は、本発明を適用した一実施形態のレギュレータの構成を示す図であり、あわせてこのレギュレータと車両用発電機やバッテリとの接続状態が示されている。
【0011】
図1において、レギュレータ1は、車両用発電機2の出力端子(B端子)の電圧が所定の調整電圧設定値(例えば14V)になるように制御するためのものである。また、レギュレータ1は、B端子以外に、電源端子(IG端子)、警報端子(L端子)、グランド端子(E端子)を有している。IG端子は、キースイッチ4を介してバッテリ3に接続されている。L端子は、チャージランプ5およ、キースイッチ4を介してバッテリ3に接続されている。このチャージランプ5は、キースイッチ4がオン状態であって、車両用発電機2が発電状態でないときに点灯し、発電を開始すると消灯する。E端子は、車両用発電機2のフレームに接続されている。
【0012】
車両用発電機2は、固定子であるステータに含まれる3相のステータコイル121と、このステータコイル121の3相出力を全波整流するために設けられた整流回路123と、回転子であるロータに含まれる励磁コイル122とを含んで構成されている。この車両用発電機2の出力電圧の制御は、励磁コイル122に対する通電をレギュレータ1によって適宜オンオフ制御することにより行われる。車両用発電機2の出力端子(B端子)はバッテリ3に接続されており、B端子からバッテリ3に充電電流が供給される。
【0013】
次に、レギュレータ1の詳細構成および動作について説明する。図1に示すように、レギュレータ1は、電源回路10、パワーオンリセット回路11、基準電圧回路15、電圧比較器16、アナログ−デジタル(A/D)変換回路17、回転検出回路18、発振回路19、徐励回路20、アンド回路21、還流ダイオード22、トランジスタ23、24、25、抵抗30〜34を備えている。
【0014】
電源回路10は、IG端子にバッテリ電圧が印加されると、所定の動作電圧を発生する。このIG端子にバッテリ電圧が印加された状態が発電指示信号の入力状態に対応する。パワーオンリセット回路11は、電源回路10から動作電圧が印加されると、リセット信号を生成する。具体的には、このパワーオンリセット回路11は、抵抗12、コンデンサ13、インバータ回路14によって構成されている。抵抗12の一方端が電源回路10に接続されており、電源回路10によって生成された動作電圧が抵抗12に印加されると、抵抗12とコンデンサ13の時定数にしたがってコンデンサ13が充電される。したがって、コンデンサ13の端子電圧が所定値を超えるまでの短い時間に対応して、インバータ回路14の出力がハイレベルとなり、これがリセット信号として出力される。このリセット信号は、徐励回路20に入力される。
【0015】
基準電圧回路15は、車両用発電機2の出力電圧を所定の調整電圧設定値に制御するために必要な基準電圧を発生する。この基準電圧は、電圧比較器16のプラス端子に印加される。また、電圧比較器16のマイナス端子には、B端子電圧を抵抗30、31によって分圧した電圧が印加されている。電圧比較器16は、プラス端子に印加された基準電圧と、マイナス端子に印加された分圧電圧とを比較し、分圧電圧が基準電圧よりも低くなったときに出力をハイレベルにする。この電圧比較器16の出力端子は、アンド回路21の一方の入力端子に接続されている。
【0016】
発振回路19は、所定のクロック信号CLKを生成する。このクロック信号CLKは徐励回路20に入力される。徐励回路20は、発電開始状態に対応してリセット信号が入力されたときに励磁電流の上昇率を制限するためのものであり、発振回路19から入力されるクロック信号CLKを用いて所定の徐励制限デューティ比を有する徐励出力パルスを生成する。この徐励回路20の出力端子は、アンド回路21の他方の入力端子に接続されている。アンド回路21の出力端子は、励磁コイル122に直列に接続されたスイッチング素子としてのトランジスタ23と励磁電流検出用に設けられたトランジスタ24の各ゲートに共通に接続されている。
【0017】
これらのゲートに接続された抵抗32は、トランジスタ23、24のそれぞれのバイアス電圧を生成するためものである。また、トランジスタ24のソースとE端子との間に接続された抵抗33は電流検出用であり、流れる電流値に応じた端子電圧がA/D変換回路17に印加される。
【0018】
A/D変換回路17は、抵抗33の端子電圧を4ビットのデジタルデータに変換する。この4ビットデータは、徐励回路20に入力される。回転検出回路18は、ステータコイル121のいずれかの相に現れる相電圧を監視することにより、車両用発電機2の回転数検出を行う。回転検出回路18は2つの出力端子a、bを有しており、一方の出力端子aが徐励回路20に接続されているとともに、他方の周力端子bが抵抗34を介してトランジスタ25のゲートに接続されている。
【0019】
本実施形態のレギュレータ1はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。図2は、レギュレータ1の動作タイミングを示す図である。
【0020】
車両の運転者によってキースイッチ4が投入されると、レギュレータ1に備わった電源回路10にバッテリ電圧が印加されるため、電源回路10によって生成される所定の動作電圧が各回路に供給されて、レギュレータ1が制御動作を開始する。このタイミングでパワーオンリセット回路11から一定時間だけハイレベルのリセット信号が出力される。
【0021】
キースイッチ4を投入した直後は、車両用発電機2は回転停止状態にあるためB端子の電圧は調整電圧設定値よりも低く、電圧比較器16の出力はハイレベルとなる。一方、キースイッチ4が投入された直後においては、徐励回路20からはデューティ比が25%程度(後述する)のPWM信号である徐励出力パルスが出力される。アンド回路21には、一方の入力端子に電圧比較器16のハイレベルの信号が入力され、他方の入力端子にデューティ比が25%程度の徐励出力パルスが入力されるため、この徐励出力パルスのデューティ比に応じた励磁電流駆動パルスがトランジスタ23、24に入力されて、これらの断続状態が制御される。その後、徐励回路20による徐励作用により、徐励出力パルスのデューティ比は徐々に増加し、このデューティ比によって制御されるトランジスタ23を流れる励磁電流も徐々に増加する。そして、車両用発電機2のB端子電圧が調整電圧設定値以上になると、電圧比較器16の出力がハイレベルからローレベルに変化し、トランジスタ23がオフ状態を維持するようになる。このため、調整電圧設定値以上になったB端子電圧が再び低下する。このようにして、B端子電圧が調整電圧設定値に一致するようにフィードバッグ制御が行われる。
【0022】
また、トランジスタ24のソース・ドレイン間には、励磁電流駆動用のトランジスタ23のソース・ドレイン間に流れる電流に比例した電流(例えば約1/1000)が流れる。このため、抵抗33の一方端には、励磁電流に比例した電圧が発生し、A/D変換回路17はこの電圧を4ビットのデータに変換する。また、回転検出回路18は、ステータコイル121の相電圧を検出して車両用発電機2の回転数検出を行う。
【0023】
発電停止状態にあって相電圧が設定レベル以下の場合や、始動回転以下(例えば1000rpm以下)の場合には、回転検出回路18の出力端子bがハイレベルになってトランジスタ25が導通し、チャージランプ5が点灯する。また、車両用発電機2の回転数が上昇して、例えばアイドリング回転数(例えば3000rpm)以上になると、回転検出回路18の出力端子aがハイレベルになって、その回転数検出状態が徐励回路20に通知される。
【0024】
次に、回転検出回路18と徐励回路20の詳細な構成および動作について説明する。
【0025】
図3は、回転検出回路18の詳細な構成を示す図である。図3に示すように、回転検出回路18は、3つの電圧比較器60、61、62と、ダイオード63と、2つのコンデンサ64、65と、4つの抵抗70、71、72、73を備えている。抵抗70、71によって分圧回路B1が構成されており、この分圧回路B1の一方端にステータコイル121の相電圧Vpが印加されると、2つの抵抗70、71の抵抗比で決まる分圧電圧が電圧比較器60のプラス端子に印加される。また、電圧比較器60のマイナス端子には所定の基準電圧Vref1が印加されている。発電状態にあるときには、相電圧Vpは周期的に電圧が上下するため、電圧比較器60からは相電圧Vpの電圧変化の周期に同期した矩形波が出力される。
【0026】
この矩形波は、コンデンサ64と抵抗72によって構成される微分回路に入力さる。この微分回路では、入力される矩形波の立ち上がりと立ち下がりのタイミングで、極性が異なる2種類の微分出力を生成するが、後段のダイオード63では正極性の微分出力のみが選択的に通過し、コンデンサ65の充電が行われる。コンデンサ65に並列接続された抵抗73はコンデンサ65の放電用に用いられており、充放電の結果定まる電圧がコンデンサ65の端子電圧となる。2つの電圧比較器61、62は、検出したい回転数に応じた基準電圧Vref2、Vref3がそれぞれに設定されている。例えば、電圧比較器61は、回転数が3000rpm以下相当の基準電圧Vref2がマイナス端子に印加されており、コンデンサ65の端子電圧がプラス端子に印加されている。したがって、回転数が3000rpm以上になると、電圧比較器61の出力がローレベルからハイレベルに変化し、この出力が回転検出回路18の出力端子aから徐励回路20に入力される。また、電圧比較器62は、回転数が1000rpm相当の基準電圧Vref3がプラス端子に印加されており、コンデンサ65の端子電圧がマイナス端子に印加されている。したがって、回転数が1000rpm以上になると、電圧比較器62の出力がハイレベルからローレベルに変化し、この出力が回転検出回路18の出力端子bから抵抗34の一方端に入力される。
【0027】
図4は、徐励回路20の詳細な構成を示す図である。図4に示すように、徐励回路20は、タイミングパルス発生カウンタ40、アップダウンカウンタ41、PWMカウンタ42、タイミング論理回路43、記憶値更新信号発生回路44、RSフリップフロップ45、マグニチュードコンパレータ46、徐励出力ラッチ47、オア回路48を含んで構成されている。
【0028】
タイミングパルス発生カウンタ40は、徐励出力パルスの立ち上がりタイミングを設定するためのものである。パワーオンリセット回路11から出力されるリセット信号RSTが出力されたときにカウント値がリセットされ、その後、発振回路19から出力されるクロック信号CLKに同期した計数動作を行う。
【0029】
タイミング論理回路43は、3つのインバータ回路とナンド回路によって構成されており、タイミングパルス発生カウンタ40のカウント値が“0010”のときに出力パルスを発生する。
【0030】
アップダウンカウンタ41は、徐励出力パルスのデューティ比を記憶するためのものであり、タイミングパルス発生カウンタ40の出力端子Q10から出力される信号を動作クロックとして計数動作を行う。具体的には、アップ/ダウン(U/D)端子に電圧比較器16の出力端子が接続されており、電圧比較器16の出力がハイレベルのときにはクロックに同期したカウントアップ動作を行い、反対に、電圧比較器16の出力がローレベルのときにはクロックに同期したカウントダウン動作を行う。
【0031】
記憶値更新信号発生回路44は、パワーオンリセット回路11からリセット信号RSTが出力されたときに、アップダウンカウンタ41の第3ビットのみをセットし、それ以外の第1、2、4ビットをリセットする。また、この記憶値更新信号発生回路44には、RSフリップフロップ45の出力信号が入力されている。このRSフリップフロップ45は、セット端子Sにタイミング論理回路43の出力端子が、リセット端子Rにパワーオンリセット回路11の出力端子がそれぞれ接続されている。したがって、RSフリップフロップ45は、リセット信号RST信号が入力された後は、タイミング論理回路43から最初にパルスが出力されたときにセットされる。このRSフリップフロップ45の出力は、コンデンサ50と抵抗51によって構成される微分回路に入力されており、RSフリップフロップ45がセットされたタイミングでこの微分回路からアンド回路52の一方の入力端子にパルスが入力される。このアンド回路52の他方の入力端子には、回転検出回路18の一方の出力端子aが接続されており、この出力端子aがハイレベルの場合(車両用発電機2の回転数が3000rpm以上の場合)に限って、微分回路からパルスが入力されたタイミングでアンド回路52からパルスが出力される。このとき、A/D変換回路17から出力されている4ビットデータの各ビットがアップダウンカウンタ41にセットされる。
【0032】
また、PWMカウンタ42は、徐励出力パルスの立ち下がりタイミングを設定するためのものである。オア回路48には、タイミング論理回路43から出力されるパルスとリセット信号RSTが入力されており、いずれかが入力されたときにPWMカウンタ42がリセットされ、その後、発振回路19から出力されるクロック信号CLKに同期した計数動作を行う。
【0033】
マグニチュードコンパレータ46は、アップダウンカウンタ41の出力値AとPWMカウンタ42の出力値Bの大小比較を行い、A<Bのときに出力をハイレベルにする。徐励出力ラッチ47は、RSフリップフロップによって構成されており、オア回路48からパルスが出力されたときにセットされ、マグニチュードコンパレータ46の出力がローレベルからハイレベルに変化したときにリセットされる。この徐励出力ラッチ47の出力は、徐励出力パルスとして徐励回路20から図1に示したアンド回路21の他方の入力端子に入力される。
【0034】
次に、徐励回路20の動作を説明する。キースイッチ4が投入されると、パワーオンリセット回路11からリセット信号RSTが出力されて、アップダウンカウンタ41の第3ビットのみがセットされる。したがって、徐励出力ラッチ47は、オア回路48からパルスが出力されるタイミングでセットされ、PWMカウンタ42の計数値が“0010”を超えたときにリセットされる。このPWMカウンタ42は、4ビットカウンタであり、計数値が“1111”に達すると再び“0000”に戻るため、徐励出力ラッチ47から出力される徐励出力パルスのデューティ比はほぼ25%になる。
【0035】
また、キースイッチ4が投入された直後は、車両用発電機2は発電していないためB端子電圧は調整電圧設定値以下であり、電圧比較器16の出力はハイレベルを維持しており、励磁電流駆動用のトランジスタ23は、デューティ比25%の導通率で作動する。その後、アップダウンカウンタ41は、アップ/ダウン端子に電圧比較器16のハイレベルの出力が入力された状態に応じて、周期的にカウントアップ動作を行う。これにより、徐励出力パルスのデューティ比が徐々に(例えば毎秒15%)上昇し、励磁電流も徐々に増加する。
【0036】
このようにして車両用発電機2の出力電圧(B端子電圧)が上昇して調整電圧設定値以上になると、電圧比較器16の出力がハイレベルからローレベルに変化するため、励磁電流駆動用のトランジスタ23は遮断され、B端子電圧が低下する。また、このときアップダウンカウンタ41は、アップ/ダウン端子に電圧比較器16のローレベルの出力が入力された状態であり、周期的にカウントダウン動作を行う。これにより、徐励出力パルスのデューティ比が徐々に減少する。このようにして、B端子電圧が調整電圧設定値にほぼ一致するように制御されると同時に、アップダウンカウンタ41の設定値も定常的にはトランジスタ23の導通率にほぼ等しい値にフィードバック制御される。
【0037】
アイドリング状態などでこのフィードバック制御が安定しているときに、負荷スイッチ8を投入して電気負荷9を接続すると、一時的にバッテリ電圧が下がってB端子電圧が調整電圧設定値以下になって、電圧比較器16の出力がハイレベルの状態を維持するが、徐励回路20から出力される徐励出力パルスのデューティ比は徐々にしか上昇しないため、励磁電流も徐々にしか増加しない。これにより、車両用発電機2の駆動トルクの急激な上昇が抑えられ、エンジン回転の落ち込みを防止することができる。
【0038】
次に、アイドリング状態において比較的大きな電気負荷9が接続されている場合に、例えば励磁電流駆動用のトランジスタ23がデューティ比50%程度の導通率で作動しているものとし、このときに外部から入力されている発電指示信号の瞬断により、電源回路10の動作が1msec程度停止し、パワーオンリセット回路11からリセット信号RSTが出力された場合を考える。このリセット信号RSTの出力タイミングで徐励回路20内のアップダウンカウンタ41の値が“0010”に一時的に設定される。その後、タイミング論理回路43からパルスが出力されると、このとき回転検出回路18の出力端子aからはハイレベルの信号が出力されているため、A/D変換回路17から出力されるその時点における励磁電流値に対応した4ビットデータがアップダウンカウンタ41にセットされる。励磁コイル122の時定数は100msec程度であるため、パワーオンリセット回路11が誤動作する前後でほとんど励磁電流の値は変化せずに、トランジスタ23は、パワーオンリセット回路11が誤動作する直前の導通率(50%)をほぼ維持することができる。したがって、B端子電圧が大きく変動することはなく、安定した発電状態を維持することができる。
【0039】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、パワーオンリセット回路11が誤動作した後に徐励回路20による徐励動作が正常に復帰するように、励磁電流を精度よく検出するようにしたが、例えば励磁電流の検出を所定の閾値との比較で行い、励磁電流がこの閾値よりも低く、かつ車両用発電機2の回転数が低い場合には徐励出力パルスのディーティ比を25%に設定し、それ以外の場合には100%に設定するようにしてもよい。このように回路を簡略化して、パワーオンリセット回路11が誤動作したときのB端子電圧の低下のみを防止するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施形態のレギュレータの構成を示す図である。
【図2】レギュレータの動作タイミングを示す図である。
【図3】回転検出回路の詳細な構成を示す図である。
【図4】徐励回路の詳細な構成を示す図である。
【符号の説明】
1 レギュレータ(車両用発電制御装置)
2 車両用発電機
3 バッテリ
4 キースイッチ
10 電源回路
11 パワーオンリセット回路
15 基準電圧回路
16 電圧比較器
17 アナログ−デジタル(A/D)変換回路
18 回転検出回路
19 発振回路
20 徐励回路
22 還流ダイオード
23、24、25 トランジスタ
30〜34 抵抗
Claims (3)
- 車両用発電機の励磁コイルに直列接続されたスイッチング素子を断続することにより、前記車両用発電機の出力電圧を制御する電圧制御回路と、
前記スイッチング素子の導通率の増加率を制限する徐励制御回路と、
外部から入力される発電指示信号に応じてリセット信号を生成するリセット回路と、
前記リセット回路によって前記リセット信号が生成されたときに、前記車両用発電機の励磁電流量を検出し、この励磁電流量に基づいて、前記徐励制御回路によって制御される前記スイッチング素子の導通率の値を設定する導通率設定回路と、
を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1において、
前記導通率設定回路は、前記車両用発電機の回転数検出を行っており、検出した回転数が所定値以上の場合に、前記励磁電流量に基づく前記導通率の設定を行うことを特徴とする車両用発電制御装置。 - 請求項1または2において、
前記徐励制御回路は、発電開始時に、前記スイッチング素子の導通率を低い導通率から増加させるよう構成されており、
前記導通率設定回路は、前記発電指示信号が数msec瞬断された場合であっても、前記発電開始時と同じように前記低い導通率が誤って設定されることがなく、前記瞬断前の状態をほぼ再現することができ、安定した発電状態を維持することができるように、減衰の時定数が100msec程度の前記励磁電流量に基づいて前記スイッチング素子の導通率の値を設定することを特徴とする車両用発電制御装置。
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