JP4325094B2

JP4325094B2 - 車両用発電制御装置

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Publication number: JP4325094B2
Application number: JP2000272220A
Authority: JP
Inventors: 信人岡本; 敬司高橋; 敏典丸山
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-09-07
Filing date: 2000-09-07
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2020-09-07
Also published as: JP2002084798A; US20020047690A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用発電機から離れて設置されているエンジン制御装置等の電子機器に、この発電機の負荷率を示す信号を出力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、エンジン制御装置ＥＣＵ等の外部制御装置がエンジンのアイドル回転数の安定化を計るために車両用発電機の負荷率を利用する手法が用いられている。
【０００３】
例えば、実公平６−１９３５９号公報には、発電機の界磁コイルと電圧制御装置（レギュレータ）との接続点から、ダイオードを介して発電機の外部に界路コイル電圧信号を出力することにより、外部の電子機器に発電機の負荷率を通知することができる「ＡＣジェネレータ制御装置」が開示されている。ダイオードを用いることにより、この負荷率を通知する接続線等がアースとの間で短絡した場合であっても発電機を正常に動作させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したＡＣジェネレータ制御装置では、負荷率を通知する接続線等がアースに接触してこれらの間が短絡した場合であっても発電機が正常動作することができるが、このような短絡状態が発生すると、実際の負荷率とは関係なく、通知される負荷率がフル発電状態あるいは完全な発電停止状態を示すことになるため、この負荷率の通知を受け取ったエンジン制御装置等では、負荷率を過て判断してしまうという問題があった。また、このような不都合は、負荷率の通知信号を出力する端子からこの通知用の接続線が完全に外れてしまった場合にも起こりうる。
【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、負荷率の通知先の装置においてこの通知された負荷率の異常を検出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、電圧制御回路と負荷率信号生成回路と負荷率信号出力制限回路とを備えている。電圧制御回路は、車両用発電機の界磁コイルに直列接続されたスイッチング素子を断続させることにより、車両用発電機の出力電圧を制御する。負荷率信号生成回路は、スイッチング素子の断続状態に対応した負荷率を示す負荷率信号を生成する。負荷率信号出力制限回路は、負荷率が上限値近傍にあるときに、この上限値に対応した第１のデューティ比を有する上限値信号を負荷率信号に代えて出力する。また、上述した負荷率信号出力制限回路は、上限値信号を負荷率信号に代えて出力する機能の代わりに、あるいはこの機能とともに、負荷率が下限値近傍にあるときにこの下限値に対応した第２のデューティ比を有する下限値信号を負荷率信号に代えて出力する機能を有することが望ましい。負荷率が上限値あるいは下限値近傍にあるときに、負荷率信号の代わりに第１のデューティ比を有する上限値信号や第２のデューティ比を有する下限値信号が出力されるため、負荷率が正常に通知されている場合には、負荷率信号、上限値信号、下限値信号のいずれかが出力されることになる。したがって、負荷率を通知する接続線がアースと接触したり、完全に端子から外れてしまって、負荷率信号のデューティ比が０あるいは１００％になってしまった場合には、負荷率の通知先の装置においてこの通知された負荷率の異常を検出することができる。
【０００７】
また、上述した第１のデューティ比あるいは第２のデューティ比は、遮断論理５％以下あるいは導通論理５％以下であることが望ましい。このような上限値信号と下限値信号のデューティ比を設定することにより、車両用発電機の外部に設置された電子機器が実質的に調整を行うために必要な負荷率５％から９５％までの範囲において負荷率信号を受け取ることができる。
【０００８】
また、上述した上限値信号あるいは下限値信号は、スイッチング素子の断続周期に同期させることが望ましい。スイッチング素子の断続周期を検出して上限値信号や下限値信号を生成することができるため、別に発振器等の構成が不要になり、構成の簡略化が可能になる。
【０００９】
また、上述した電圧制御回路の動作中に車両用発電機の異常を検出して外部に警報信号を出力する警報回路を備えておいて、電源供給がなくなって、警報回路が動作不能状態になったときに、負荷率信号出力制限回路の出力状態によって外部の電子機器に対して異常を知らせることが望ましい。電源供給がない状態で異常が発生して、警報回路による異常検出の通知が外部に対して行えない場合であっても、負荷率信号、上限値信号、下限値信号のいずれかが正常に出力されているか否かを調べることにより、車両用発電機の異常の有無を知らせることできる。
【００１０】
【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詳細に説明する。
【００１１】
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明を適用した第１の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等との接続状態が示されている。
【００１２】
図１において、レギュレータ１は、バッテリ３への印加電圧を検出するために設けられているＳ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。始動指示検出端子（ＩＧ端子）がイグニッションスイッチ４を介してバッテリ３に接続されており、イグニッションスイッチ４をオン状態にすることにより、レギュレータ１による制御動作が開始される。また、レギュレータ１は、負荷率信号出力端子（ＦＲ端子）を有しており、外部に備わったエンジン制御装置（ＥＣＵ）５に向けて負荷率信号を出力する。
【００１３】
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２１と、このステータコイル２１の３相出力を全波整流するために設けられた整流回路２３と、回転子であるロータに含まれる界磁コイル２２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、界磁コイル２２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。
【００１４】
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、界磁コイル２２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１１と、界磁コイル２２に並列に接続された還流ダイオード１２と、車両用発電機２の出力電圧に連動するＳ端子の電圧が所定の調整電圧設定値となるようにトランジスタ１１の導通、遮断を指示する電圧制御回路１３と、トランジスタ１１と界磁コイル２２の接続点に発生する電圧に基づいて負荷率信号を生成する負荷率信号生成回路１４と、負荷率が上限値近傍にあるときに負荷率信号に代えて所定のデューティ比を有する上限値信号を生成して出力する負荷率信号出力制限回路１５とを含んで構成されている。
【００１５】
電圧制御回路１３は、トランジスタ３０、ツェナー素子３１、３つの抵抗３２、３３、３４からなっている。ツェナー素子３１は、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以上になるとブレークするような特性のものが選定されており、このときトランジスタ３０が導通してコレクタの電位が低くなる。トランジスタ３０のコレクタはトランジスタ１１のベースに接続されており、トランジスタ３０のコレクタ電位が低下するとトランジスタ１１が遮断されるため、界磁コイル２２に流れる電流が減少する。反対に、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以下の場合には、トランジスタ３０が遮断され、トランジスタ１１が導通して、界磁コイル２２に流れる電流が増加する。
【００１６】
また、負荷率信号生成回路１４は、抵抗４０およびインバータ回路４１からなっている。トランジスタ１１が導通して界磁コイル２２が通電状態にあるときには、トランジスタ１１のコレクタ電位が低くなるため、インバータ回路４１からはハイレベルの信号が出力される。反対に、トランジスタ１１が遮断して界磁コイル２２が非通電状態にあるときには、トランジスタ１１のコレクタ電位が高くなるため、インバータ回路４１からはローレベルの信号が出力される。このようにして、負荷率信号生成回路１４からは、界磁コイル２２の通電状態に応じたデューティ比を有する負荷率信号が出力される。
【００１７】
また、負荷率信号出力制限回路１５は、ＰＷＭ（パルス幅変調）回路５０、ナンド回路５１、トランジスタ５２、２つの抵抗５３、５４からなっている。ナンド回路５１の一方の入力端子には、負荷率信号生成回路１４から出力される負荷率信号が入力され、他方の入力端子には、ＰＷＭ回路５０から出力される所定のデューティ比（例えばデューティ比９５％）を有する上限値信号が入力されている。ナンド回路５１は、このようにして２つの入力端子のそれぞれに入力された負荷率信号と上限値信号の論理積演算を行い、その結果を論理反転した信号を出力する。トランジスタ５２は、ナンド回路５１からハイレベルの信号が出力されると導通し、負荷率信号出力端子ＦＲからはハイレベルの信号が出力される。また、トランジスタ５２は、ナンド回路５１からローレベルの信号が出力されると遮断され、負荷率信号出力端子ＦＲからはローレベルの信号が出力される。
【００１８】
このようにして、負荷率信号生成回路１４によって界磁コイル２２の通電状態に応じた負荷率信号が生成され、負荷率信号出力制限回路１５によってこの負荷率信号と上限値信号との論理積出力が得られ、この出力の論理を反転した信号によってトランジスタ５２の導通、遮断が制御される。したがって、上限値信号のデューティ比を１００％に近い値に設定しておくことにより、負荷率出力端子ＦＲからは、ほぼ負荷率信号に近いデューティ比を有する信号を出力することができる。
【００１９】
また、車両用発電機２のＢ端子に大きな負荷が接続されてＳ端子の電圧が調整電圧設定値よりも低い状態が長く継続すると、トランジスタ１１が完全に遮断された状態になる。このとき、負荷率信号生成回路１４からはデューティ比が１００％の負荷率信号が出力されるが、トランジスタ５２は、この負荷率信号と上限値信号との論理積出力に応じた導通、遮断状態に制御されるため、負荷率出力端子ＦＲからは、上限値信号と同じデューティ比９５％の信号が出力される。
【００２０】
このように、負荷率信号出力端子ＦＲの接続状態やこの端子に接続された接続線の状態が正常な場合には、負荷率信号生成回路１４で生成される負荷率信号とほぼ同じデューティ比を有する信号が負荷率信号出力端子ＦＲから出力されるため、この信号を受け取ったエンジン制御装置５は、車両用発電機２の負荷率に応じたエンジン制御等を行うことができる。一方、負荷率出力端子ＦＲと接続線とが外れたり、この接続線が断線している等の異常状態においては、エンジン制御装置５ではデューティ比が１００％の信号を受信することになるため、この異常状態と負荷率信号出力端子ＦＲからデューティ比９５％の信号が出力される車両用発電機２のフル負荷状態とを区別することができる。
【００２１】
〔第２の実施形態〕
図２は、本発明を適用した第２の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等との接続状態が示されている。なお、図１に示した構成と同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略するものとする。
【００２２】
図２に示したレギュレータ１Ａは、トランジスタ１１、還流ダイオード１２、電圧制御回路１３Ａ、負荷率信号生成回路１４、負荷率信号出力制限回路１５Ａ、警報回路１６、定電圧源回路１７を含んで構成されている。
【００２３】
電圧制御回路１３Ａは、三角波発生回路６０、コンパレータ６１、６２、コンデンサ６３、抵抗６４、６５、６６、６７からなっている。Ｓ端子の電圧が２つの抵抗６４、６５によって分圧され、この分圧された電圧がコンパレータ６１の＋側入力端子に印加される。このコンパレータ６１の−側入力端子には、所定の電圧Ｖ１が印加されており、コンパレータ６１は、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値よりも高いときにハイレベルの信号を出力し、反対にＳ端子の電圧が調整電圧設定値よりも低いときにローレベルの信号を出力する。このコンパレータ６１から出力される信号は、コンデンサ６３と抵抗６６とによって構成されるＣＲ回路（ローパス回路）を介してコンパレータ６２の−側入力端子に入力される。このコンパレータ６２の＋側入力端子には、三角波発生回路６０から出力される三角波信号が入力されており、コンパレータ６２は、ＣＲ回路を介して入力された信号の電位が三角波信号の電位よりも低いときにハイレベルの信号を出力し、反対に高いときにローレベルの信号を出力する。
【００２４】
したがって、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値よりも高い場合には、コンパレータ６１からハイレベルの信号が出力され、コンパレータ６２の−側入力端子の電圧レベルが上昇するため、コンパレータ６２から出力される信号のデューティ比が次第に低くなり、トランジスタ１１の遮断期間が長くなって、界磁コイル２２に流れる電流が減少する。反対に、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値よりも低い場合には、コンパレータ６１からローレベルの信号が出力され、コンパレータ６２の−側入力端子の電圧レベルが低下するため、コンパレータ６２から出力される信号のデューティ比が次第に高くなり、トランジスタ１１の導通期間が長くなって、界磁コイル２２に流れる電流が増加する。
【００２５】
また、負荷率信号出力制限回路１５Ａは、２つのコンパレータ７１、７２、アンド回路７３、オア回路７４、抵抗７５、７７、トランジスタ７６からなっている。
【００２６】
コンパレータ７１の＋側入力端子には三角波発生回路６０から出力される三角波信号が入力されており、−側入力端子には所定の電圧Ｖ２が印加されている。このコンパレータ７１は、所定のデューティ比（例えば５％）を有する下限値信号を生成する。また、コンパレータ７２の＋側入力端子には三角波発生回路６０から出力される三角波信号が入力されており、−側入力端子には所定の電圧Ｖ３が印加されている。このコンパレータ７２は、所定のデューティ比（例えば９５％）を有する上限値信号を生成する。
【００２７】
図３は、２つのコンパレータ７１、７２によって生成される上限値信号および下限値信号の具体例を示す図である。図３（Ａ）には、デューティ比５％の下限値信号が示されている。また、図３（Ｂ）にはデューティ比９５％の上限値信号が示されている。図３に示すように、本実施形態では、下限値信号が導通論理となるタイミングと、上限値信号が遮断論理となるタイミングは、一致しないように設定されている。
【００２８】
アンド回路７３は、一方の入力端子には負荷率生成回路１４から出力される負荷率信号が、他方の入力端子にはコンパレータ７２から出力される上限値信号がそれぞれ入力されている。またオア回路７４は、一方の入力端子にはアンド回路７３の出力信号が入力されており、他方の入力端子にはコンパレータ７１から出力される下限値信号がそれぞれ入力されている。
【００２９】
トランジスタ７６は、オア回路７４からハイレベルの信号が出力されると導通し、負荷率信号出力端子ＦＲからはローレベルの信号が出力される。また、トランジスタ７６は、オア回路７４からローレベルの信号が出力されると遮断され、負荷率信号出力端子ＦＲからはハイレベルの信号が出力される。
【００３０】
イグニッションスイッチ４がオン状態になると、抵抗８１を介してＬ端子に接続されたトランジスタ８２のベース電圧が高くなり、このトランジスタ８２が導通する。このとき、トランジスタ８２のコレクタに抵抗８３を介して接続されたトランジスタ８４も導通し、定電圧源回路１７による電圧供給動作が開始する。これに伴って、警報回路１６に対する動作電圧の供給、トランジスタ１１、７６のベース電流の供給が開始される。これにより、異常がない場合には、警報回路１６は、Ｌ端子の電圧を上げて、Ｌ端子に接続されているチャージランプ６を消灯させる。
【００３１】
また、イグニッションスイッチ４がオン状態になると、車両用発電機２が発電を開始する。通常の発電状態では、負荷率信号生成回路１４から出力される負荷率信号がアンド回路７３およびオア回路７４を介してトランジスタ７６に入力され、トランジスタ７６の導通、遮断が制御される。したがって、上限値信号と下限値信号のそれぞれのデューティ比を１００％に近い値に設定しておくことにより、負荷率信号出力端子ＦＲからは、ほぼ負荷率信号に近いデューティ比を有する信号を出力することができる。
【００３２】
また、車両用発電機２のＢ端子に大きな負荷が接続されてＳ端子の電圧が調整電圧設定値よりも低い状態が長く継続すると、トランジスタ１１が完全に遮断された状態になる。このとき、負荷率信号生成回路１４からはデューティ比が１００％の負荷率信号が出力されるが、トランジスタ７６は、この負荷率信号と上限値信号との論理積出力に応じた導通、遮断状態に制御されるため、負荷率信号出力端子ＦＲからは、上限値信号と同じデューティ比９５％の信号が出力される。
【００３３】
一方、バッテリ３が満充電状態であって、車両用発電機２のＢ端子にほとんど負荷が接続されずにＳ端子の電圧が調整電圧設定値よりも高い状態が長く継続すると、トランジスタ１１が完全に導通した状態になる。このとき、負荷率信号生成回路１４からはデューティ比が０％の負荷率信号が出力されるが、トランジスタ７６は、この負荷率信号と下限値信号との論理和出力に応じた導通、遮断状態に制御されるため、負荷率信号出力端子ＦＲからは、下限値信号と同じデューティ比５％の信号が出力される。
【００３４】
図４は、負荷率信号のデューティ比と負荷率信号出力端子ＦＲから出力される信号のデューティ比との関係を示す図である。上述したように、負荷率が０％近傍においては、負荷率信号出力端子ＦＲから出力される信号のデューティ比が５％に固定され、反対に、負荷率が１００％近傍においては、負荷率信号出力端子ＦＲから出力される信号のデューティ比が９５％に固定される。
【００３５】
このように、負荷率信号出力端子ＦＲの接続状態やこの端子に接続された接続線の状態が正常な場合には、負荷率信号生成回路１４で生成される負荷率信号とほぼ同じデューティ比を有する信号が負荷率信号出力端子ＦＲから出力されるため、この信号を受け取ったエンジン制御装置５は、車両用発電機２の負荷率に応じたエンジン制御等を行うことができる。一方、負荷率信号出力端子ＦＲと接続線とが外れたり、この接続線が断線してる等の異常状態においては、エンジン制御装置５ではデューティ比が１００％の信号を受信することになるため、この異常状態と負荷率信号出力端子ＦＲからデューティ比９５％の信号が出力される車両用発電機２のフル負荷状態とを区別することができる。また、負荷率信号出力端子ＦＲやこれに接続される接続線がグランドに短絡している場合等の異常状態においては、エンジン制御装置５ではデューティ比が０％の信号を受信することになるため、この異常状態と負荷率信号出力端子ＦＲからデューティ比５％の信号が出力される車両用発電機２の無負荷状態とを区別することができる。
【００３６】
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、負荷率信号出力端子ＦＲに信号を送る回路をグランドとの間に設置したが、電流制限用の抵抗４０を介して界磁コイル端子２２の端子から負荷率信号を送り、所定のＰＷＭデューティ値で導通、遮断した論理信号との合成電圧を負荷率信号出力端子ＦＲから出力するようにしてもよい。
また外部に出力する警告信号を負荷率信号のデューティー比を０％にすることで、外部に伝えるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態のレギュレータの構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態のレギュレータの構成を示す図である。
【図３】第２の実施形態における上限値信号および下限値信号の具体例を示す図である。
【図４】負荷率信号のデューティ比と負荷率信号出力端子ＦＲから出力される信号のデューティ比との関係を示す図である。
【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イグニッションスイッチ
５エンジン制御装置（ＥＣＵ）
１１トランジスタ
１２還流ダイオード
１３電圧制御回路
１４負荷率信号生成回路
１５負荷率信号出力制限回路
２２界磁コイル

Claims

車両用発電機の界磁コイルに直列接続されたスイッチング素子を断続させることにより、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断続状態に対応した負荷率を示す負荷率信号を生成する負荷率信号生成回路と、
前記負荷率が上限値近傍にあるときに、この上限値に対応した第１のデューティ比を有する上限値信号を前記負荷率信号に代えて出力する負荷率信号出力制限回路と、
を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
車両用発電機の界磁コイルに直列接続されたスイッチング素子を断続させることにより、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断続状態に対応した負荷率を示す負荷率信号を生成する負荷率信号生成回路と、
前記負荷率が下限値近傍にあるときに、この下限値に対応した第２のデューティ比を有する下限値信号を前記負荷率信号に代えて出力する負荷率信号出力制限回路と、
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、
前記負荷率信号出力制限回路は、前記負荷率が下限値近傍にあるときに、この下限値に対応した第２のデューティ比を有する下限値信号を前記負荷率信号に代えて出力することを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１または３において、
前記第１のデューティ比は、遮断論理５％以下あるいは導通論理５％以下であることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項２において、
前記第２のデューティ比は、遮断論理５％以下あるいは導通論理５％以下であることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１、３、４のいずれかにおいて、
前記上限値信号を前記スイッチング素子の断続周期に同期させることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項２または５において、
前記下限値信号を前記スイッチング素子の断続周期に同期させることを特徴とする車両用発電制御装置。
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記電圧制御回路の動作中に前記車両用発電機の異常を検出して外部に警報信号を出力する警報回路を備えており、
電源供給がなくなって、前記警報回路が動作不能状態になったときに、前記負荷率信号出力制限回路の出力状態によって外部の電子機器に対して異常を知らせることを特徴とする車両用発電制御装置。