JP4519178B2

JP4519178B2 - 車両用交流発電機の制御装置

Info

Publication number: JP4519178B2
Application number: JP2008034632A
Authority: JP
Inventors: 達樹鴻和
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-02-15
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: FR2927740B1; US20090206801A1; JP2009195056A; DE102008046108A1; FR2927740A1; US8125195B2

Description

本発明は、界磁電流を一定の周期で断続制御して発電電圧を所定の電圧に調整する車両用交流発電機の制御装置に関するものである。

従来のこの種制御装置として、断続動作により界磁電流を制御するパワートランジスタの動作を保持回路で保持し、この保持状態をトリガパルス発生器からの一定周期のトリガパルスで解除するように構成したものが知られている。（特許文献１を参照）
また、外部コントロール信号によって調整電圧を制御して発電機の発電量を可変制御するものも知られている。（特許文献２を参照）

図７は上記特許文献１に示す界磁電流を固有周期のトリガパルスにより制御する機能と、特許文献２に示す外部コントロール信号によって発電機の発電量を可変制御する機能の両方を有する制御装置を示す回路図であり、図において、１は交流発電機で、電機子コイル１０１と界磁コイル１０２とを有している。２は整流器で、出力端子２０１と接地端子２０２とを有している。また、３は制御装置（電圧調整器ともいう）で、出力端子２０１の電圧を検出する電圧検出用分圧抵抗３０１、３０２、３２８が上記出力端子２０１と接地端子２０２との間に接続されている。

上記分圧抵抗３０１と３０２の接続点はゼナーダイオード３０３を介して制御用トランジスタ３０４のベースに接続されている。この電圧検出用分圧抵抗３０１、３０２とゼナーダイオード３０３によって交流発電機１の出力電圧を検出しており、制御用トランジスタ３０４はゼナーダイオード３０３の導通、不導通により断続される。制御用トランジスタ３０４のエミッタは接地されており、またコレクタは抵抗３０６及びキースイッチ５を介してバッテリ４に接続されると共に、ダイオード３２４を介してパワートランジスタ３０５のベースに接続されている。

パワートランジスタ３０５は制御用トランジスタ３０４の断続により導通制御され、それによって、界磁コイル１０２の界磁電流を制御するためのものであり、このパワートランジスタ３０５のコレクタは界磁コイル１０２の一端に接続され、エミッタは接地されている。またパワートランジスタ３０５のコレクタはサプレッションダイオード３０７を介して上記出力端子２０１に接続されており、このサプレッションダイオード３０７は界磁コイル１０２に並列に接続され、界磁コイル１０２に発生する断続サージを吸収するためのものである。

更に、制御用トランジスタ３０４のコレクタにそのコレクタを接続され、エミッタを接地された保持回路を構成するトランジスタ３２５を備え、このトランジスタ３２５のベースにその保持動作を維持する信号を与えるトランジスタ３２１と抵抗３２３との分圧回路を備えると共に、上記トランジスタ３２５の保持動作を解除する信号を与えるトリガパルス発生器３２７とトランジスタ３２６を備えている。
一方、車両に搭載される各種センサ入力を取り込む外部コントロールユニット６から制御装置３の外部コントロール信号入力端子Ｃに信号が入力されるようになっており、この信号の有無によってＯＮ／ＯＦＦされるトランジスタ３３０が上記分圧抵抗３２８の両端に接続されている。

次に上記回路の動作について説明する。図示しない機関の始動に際し、キースイッチ５が閉じられると、バッテリ４からキースイッチ５、抵抗３０６およびダイオード３２４を
介してパワートランジスタ３０５にベース電流が供給され、パワートランジスタ３０５が導通状態になることによって界磁コイル１０２に界磁電流が流れ、発電機１は発電可能な状態となる。

次に機関が始動されると、発電機１の発電が開始し、整流器２の出力端子２０１の電圧が上昇する。制御装置３の外部コントロール信号入力端子Ｃに、外部コントロールユニット６からの信号入力がなく、外部コントロール信号入力端子Ｃの電位がＨｉ電位に保たれている場合（トランジスタ６０１が非道通の場合）、抵抗３２９を介してトランジスタ３３０にベース電流が供給されており、抵抗３２８はトランジスタ３３０の導通によってアース電位に短絡された状態となっている。

この状態において、この整流器２の出力端子２０１の電圧が電圧検出用分圧抵抗３０１、３０２、およびゼナーダイオード３０３で設定した所定値を超えると、ゼナーダイオード３０３が導通し、制御用トランジスタ３０４が導通する。これにより、パワートランジスタ３０５のベースは接地電位となりパワートランジスタ３０５が遮断され、界磁コイル１０２に流れていた界磁電流が減少し、発電機１の出力電圧が低下する。この時、トランジスタ３２１はベース電位が共通であることからパワートランジスタ３０５と同位相で遮断されており、この結果、抵抗３２３とトランジスタ３２１との接続点に発生する電圧によりトランジスタ３２５は導通状態を維持している。

次に、発電機１の出力電圧が低下し、抵抗３０１、３０２およびゼナーダイオード３０３で設定した所定値より低くなった場合は、ゼナーダイオード３０３は不導通となり、トランジスタ３０５を導通状態にしようと制御する。しかし上述したように、トランジスタ３２５は導通状態を維持しているため、トランジスタ３２５と同位相で動作するトランジスタ３２１も遮断状態となっているため、パワートランジスタ３０５は直ちに導通することはない。

この状態を解除するため、一定周期Ｔのトリガパルス発生器３２７からトリガパルスが出力され、このトリガパルスによりトランジスタ３２６が導通した時、トランジスタ３２５が遮断される、すなわち、上記トリガパルスにより初めてトランジスタ３２５の導通状態の保持が解除され、トランジスタ３０５は導通することになる。
上記した動作により、制御装置３のパワートランジスタ３０５は、トリガパルス発生器３２７が発生するトリガパルスの周期に基づき、一定周期で導通、遮断を繰り返し、発電機１の出力電圧を第１の調整電圧ＶＨｉに制御する。

また、制御装置の外部コントロール信号入力端子Ｃが、外部コントロールユニット６内のトランジスタ６０１の導通によってＬｏ電位に接地されている場合は、トランジスタ３３０が遮断され、調整電圧は電圧検出用分圧抵抗３０１、３０２に加えて３２８およびゼナーダイオード３０３で設定した値に制御されるようになり、外部コントロール信号入力端子ＣがＨｉ電位の時よりも低い第２の調整電圧ＶＬｏで発電機１の出力電圧を制御することができる。

特開平１−２１８３３３号公報特開平６−１１３５９９号公報

しかしながら、上記のように構成された従来の車両用発電機の制御装置においては、外部コントロール信号入力端子の信号がＨｉまたはＬｏで長時間固定されている場合においては、界磁コイル断続制御用トランジスタは制御装置の持つ一定の周期で動作を繰り返し
、安定した制御を行なうことができるものの、外部コントロール信号入力端子の信号が断続的にＨｉ／Ｌｏの変化を繰り返して制御される動作を行なった場合においては、動作タイミングによっては、トリガパルス発生器がトリガパルスを発生させてパワートランジスタを導通させようとするタイミングと外部コントローラユニットからの信号によってパワートランジスタ３０５を遮断させるタイミングとが重なることがあり、このような場合にはパワートランジスタは定められたタイミングで導通することができないという問題があった。

図８、図９はこれを説明する各部動作波形図を示すもので、図８は外部コントロール信号入力端子の信号がＨｉまたはＬｏで長時間固定されている場合の波形を、図９は外部コントロール信号入力端子の信号が断続的にＨｉ／Ｌｏの変化を繰り返して制御される動作を行なった場合の波形を示している。図８の場合は外部コントロール信号入力端子の信号がＨｉまたはＬｏで長時間固定されているのでパワートランジスタ３０５はトリガパルス発生器３２７からのトリガパルスのタイミングに同期して安定した動作を行う。

しかし図９の場合には、外部コントロール信号入力端子の信号が断続的にＨｉ／Ｌｏの変化を繰り返されるので、外部コントローラユニットが端子ＣをＬｏ電位に変化させることで調整電圧指示値をＶＬｏに低下させてパワートランジスタ３０５を遮断させるタイミングと上記トリガパルス発生器３２７からのトリガパルスとがＡ部のように完全に重なる場合には、パワートランジスタ３０５は定められたタイミングで導通することができずに不安定な動作となり、発電量が不足するといった事態も発生する。

この発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、外部コントロール用信号入力端子の信号が長時間固定している場合には一定の周期で界磁電流を断続制御する機能を作動させ、外部コントロール用信号入力端子の信号が変化した場合には、上記一定の周期で界磁電流を断続制御する機能を中止するようにすることにより、車両用発電機の発電制御動作をより安定化することを目的とするものである。

この発明になる車両用発電機の制御装置は、界磁電流を一定の周期で断続制御することによって発電電圧を所定の電圧に調整し、外部コントロールユニットからの入力信号によって調整電圧の可変制御を行う機能を有する車両用発電機の制御装置において、上記発電機の界磁コイルに直列接続されその断続により界磁電流を制御するパワートランジスタと、上記発電機の出力電圧に応じた調整電圧を検出して上記パワートランジスタを導通制御する制御用トランジスタと、上記パワートランジスタの遮断状態を保持する保持回路と、上記保持回路による保持状態を一定の周期で断続するトリガパルス発生器と、上記外部コントロールユニットからの入力信号が長時間固定している場合には上記保持回路の保持機能を作動させ、外部コントロールユニットからの入力信号が変化した場合には、上記保持回路の保持機能を解除する保持機能解除回路とを備えたことを特徴とするものである。

本発明における車両用発電機の制御装置においては、外部コントロール用端子の信号が、Ｈｉ／Ｌｏどちらかの状態で固定された場合は、界磁コイルの断続制御周波数は発電制御装置固有の一定の周期での制御となり、また、外部コントロール信号入力端子の信号が断続的に繰り返し変化した場合においても、そのコントロール信号と同期した安定した発電制御が可能となり、発電制御が安定化して発電不足を確実に防止することができる。また、外部コントロール端子に異常が発生した場合においても、トリガパルス発生器３２７からのトリガパルスによる安定した制御が可能となるものである。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の構成を示す回路図であり、図中、図７と同一または相当部分には同一符号を付している。図７で説明したものは重複を避けるため省略し、新しく追加した構成を主体に説明する。すなわち、この実施の形態は、外部コントロール信号入力端子Ｃの信号がＨｉからＬｏに変化した場合に所定時間固定周波数制御を中止する保持機能解除回路を備えたものであり、この回路は、外部コントロール信号入力端子Ｃの状態を検出する論理検出回路３３３、解除パルス発生回路３３２、およびトランジスタ３３１から構成される。

具体的には、外部コントローラユニット６からの入力信号の論理状態を検出する論理検出回路３３３を外部コントロール信号入力端子Ｃに接続し、この論理検出回路３３３の検出出力に応答して、トランジスタ３２６に並列に挿入されたトランジスタ３３１を導通させてトランジスタ３２５の導通保持状態を解除する解除パルス発生器３３２を備えたものである。なお、論理検出回路３３３は外部コントロール信号入力端子Ｃの電位変化を検出するものであればよく、また解除パルス発生器３３２も上記論理検出回路３３３の出力変化に応じてトランジスタ３３１を導通させるものであればよく、公知の回路構成により容易に構成できるため詳細は省略する。

図２、図３は実施の形態１の回路構成における各部動作波形図であり、それぞれ図８、図９に対応するものである。すなわち、外部コントロール信号入力端子Ｃの状態がＨｉまたはＬｏで長時間固定されている状態では、図２に示すように、論理検出回路３３３の出力はＬｏ状態であり、従って解除パルス３３２の出力はなく、トランジスタ３３１は遮断状態を維持し、図７と同様にトリガパルス発生器３２７からの一定周期のトリガパルスに基づいた安定した制御を行う。

次に、外部コントロール信号入力端子Ｃの状態が、外部コントロールユニット６によってＨｉ電位からＬｏ電位に変化させられた場合、図３に示すように、トランジスタ３３０の遮断により分圧抵抗３０１と３０２の接続点の調整電圧指示値はＶＬｏに低下すると共に、外部コントロール信号入力端子Ｃの電位変化を論理検出回路３３３が検出し、その出力をＨｉに変化させる。これにより解除パルス発生回路３３２が所定の時間の解除パルスを発生し、その間トランジスタ３３１を導通状態にする。

トランジスタ３３１が導通状態の間、トランジスタ３２５のベース電位は接地され、このトランジスタ３２５による保持機能がキャンセルされた状態となり、遮断状態で保持されていたパワートランジスタ３０５はトリガパルス３２７の発生とは関係なく導通可能な状態となる。この状態でゼナーダイオード３０３が導通するタイミングでパワートランジスタ３０５が導通状態とされる。

また、上記のように外部コントロール信号入力端子の信号変化に基づいて、制御装置が持つ一定の周期で界磁電流断続制御機能を中止した後に、所定時間、外部コントロール信号の変化がない場合には、再び制御装置が持つ一定の周期での断続制御に戻る。なお、第３図のように、解除パルス発生器３３２から発生させる解除パルスの時間ｔ２は、トリガパルスの周期ｔ１よりも長い時間に設定することにより、トランジスタ３２５による保持機能を有効にキャンセルすることが可能となり、安定した発電制御状態を得ることができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２の構成を示す回路図であり、図中、図８と同一または相当部分には同一符号を付している。この実施の形態は、外部コントロール信号入力端子Ｃの周波数を検出し、この周波数が所定値以上の時に上記保持回路の保持状態を解除する保持機能解除回路を備えたものであり、外部コントロール信号入力端子Ｃの周波数を検出する周波数検出回路３３４と解除パルス発生回路３３２およびトランジスタ３３１によって構成される。

具体的には、外部コントローラユニット６からの入力信号の周波数を検出する周波数検
出回路３３４を入力端子Ｃに接続し、この周波数検出回路３３４の検出出力に応答して、トランジスタ３２６に並列に挿入されたトランジスタ３３１を導通させてトランジスタ３２５の導通保持状態を解除する解除パルス発生器３３２を備えたものである。なお、周波数検出回路３３４は外部コントロール信号の周波数変化を検出するものであればよく、また解除パルス発生器３３２も上記周波数検出回路３３４の出力変化に応じてトランジスタ３３１を導通させるものであればよく、公知の回路構成により容易に構成できるため詳細は省略する。

図５、図６は実施の形態２の回路構成における各部動作波形図であり、それぞれ図２、図３に対応するものである。すなわち、外部コントロール信号入力端子Ｃの状態がＨｉまたはＬｏで長時間固定されている状態では、図５に示すように、周波数検出回路３３４の出力はＬｏ状態であり、従って解除パルス３３２の出力はなく、トランジスタ３３１は遮断状態を維持し、図２と同様にトリガパルス発生器３２７からのトリガパルスに基づいた安定した制御を行う。

次に、外部コントロール信号入力端子Ｃの入力信号がＨｉ／Ｌｏを繰り返し制御された場合、図６に示すように、周波数検出回路３３４がこの外部コントロール信号入力端子Ｃの可変周波数を検出し、その周波数が所定値より高い場合は周波数検出回路３３４の出力がＨｉ状態に変化することによって解除パルス発生回路３３２が所定の解除信号を発生させ、その間トランジスタ３３１を導通状態にする。

これにより、トランジスタ３３１が導通状態の間、トランジスタ３２５のベース電位は接地され、このトランジスタ３２５による保持機能がキャンセルされた状態となり、遮断状態で保持されていたトランジスタ３０５は、トリガパルス３２７の発生を待つことなく導通可能な状態となる。この状態でゼナーダイオード３０３が導通するタイミングでパワートランジスタ３０５が導通状態とされる。

また、上記のように外部コントロール信号入力端子の信号変化に基づいて、制御装置が持つ一定の周期で界磁電流断続制御機能を中止した後に、所定時間、外部コントロール信号の変化がない場合には、再び制御装置が持つ一定の周期での断続制御に戻る。なお、解除パルスを発生させるための外部コントロール信号入力端子Ｃの周波数の検出しきい値ｔ３は、図６のように、トリガパルスの周期ｔ１よりも長い周期に設定することによって、解除機能が有効に作動し、より安定した発電制御状態を得ることができる。

本発明の実施の形態１による車両用発電機の制御装置の全体回路構成図である。本発明の実施の形態１による外部コントロール信号入力端子の信号が長時間固定されている場合における各部動作波形図である。本発明の実施の形態１による外部コントロール信号入力端子の信号が断続的に変化を繰り返す場合における各部動作波形図である。本発明の実施の形態２による車両用発電機の制御装置の全体回路構成図である。本発明の実施の形態２による外部コントロール信号入力端子の信号が長時間固定されている場合における各部動作波形図である。本発明の実施の形態２による外部コントロール信号入力端子の信号が断続的に変化を繰り返す場合における各部動作波形図である。従来装置による車両用発電機の制御装置の全体回路構成図である。従来装置による外部コントロール信号入力端子の信号が長時間固定されている場合における各部動作波形図である。従来装置による外部コントロール信号入力端子の信号が断続的に変化を繰り返す場合における各部動作波形図である。

符号の説明

１交流発電機、２整流器、３制御装置、
４バッテリ、５キースイッチ、６外部コントロールユニット、
１０１電機子コイル１０２界磁コイル、２０１出力端子、
２０２接地端子、３０１、３０２分圧抵抗、３０３ゼナーダイオード、
３０４制御用トランジスタ、３０５パワートランジスタ、
３２１トランジスタ、３２５、３２６トランジスタ、
３２７トリガパルス発生器、３３０、３３１トランジスタ、
３３２解除パルス発生器、３３３論理検出回路、３３４周波数検出回路。

Claims

界磁電流を一定の周期で断続制御することによって発電電圧を所定の電圧に調整し、外部コントロールユニットからの入力信号によって調整電圧の可変制御を行う機能を有する車両用発電機の制御装置において、上記発電機の界磁コイルに直列接続されその断続により界磁電流を制御するパワートランジスタと、上記発電機の出力電圧に応じた調整電圧を検出して上記パワートランジスタを導通制御する制御用トランジスタと、上記パワートランジスタの遮断状態を保持する保持回路と、上記保持回路による保持状態を一定の周期で断続するトリガパルス発生器と、上記外部コントロールユニットからの入力信号が長時間固定している場合には上記保持回路の保持機能を作動させ、外部コントロールユニットからの入力信号が変化した場合には、上記保持回路の保持機能を解除する保持機能解除回路とを備えたことを特徴とする車両用発電機の制御装置。
上記保持機能解除回路は、上記外部コントロールユニットからの入力信号が変化したことを検出する論理検出回路と、上記論理検出回路の出力によって上記保持回路の保持状態を解除する解除パルス発生回路とから構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の制御装置。
上記解除パルス発生回路による解除パルスの発生時間は上記外部コントロールユニットからの入力信号を可変させる繰り返し周期よりも長い時間に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の車両用発電機の制御装置。
上記保持機能解除回路は、上記外部コントロールユニットからの入力信号の周波数が所定値以上であることを検出する周波数検出回路と、上記周波数検出回路の出力によって上記保持回路の保持状態を解除する解除パルス発生回路とから構成されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機の制御装置。
上記解除パルスを発生させるための外部コントロールユニットからの入力信号の周波数の検出閾値ｔ３はトリガパルスの周期ｔ１よりも長い周期に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の車両用発電機の制御装置。