JP5008751B2 - 電源装置 - Google Patents
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Description
このような発電電圧制御回路では、負荷電気装置に電力供給が必要な場合、例えば、負荷電気装置が蓄電装置などで端子電圧が低い場合には、サイリスタのゲートをオフし、磁石式発電機で発電された電力は、整流回路により直流に変換され、負荷電気装置に供給される。負荷電気装置に電力供給が不要な場合、例えば蓄電装置などで端子電圧が高い場合には、サイリスタのゲートをオンし、磁石式発電機の出力端を電気的に短絡させることで、発電電圧を制御している。
このような従来の磁石式発電機を用いた電源装置では、発電時は全波整流回路のダイオードによる電圧降下による損失、短絡時は発電電圧制御回路のサイリスタによる電圧降下および、全波整流回路下段のダイオードによる電圧降下による損失が伴うために、電源装置の発電効率の低下および、発熱量の増大に伴う放熱器の大型化等を招くといった問題があった。
図1は、この発明の実施の形態1における電源装置の全体を示す構成図である。
図1において、この実施の形態1における電源装置は、磁石式発電機1と、磁石式発電機1で発生させた交流電流を直流電流に整流する全波整流回路からなる整流部2と、整流部2から出力される直流電力が供給される負荷電気装置3(例えば、バッテリなどの蓄電装置)と、制御回路4から構成されている。
整流部2は、全波整流回路の上段側素子がダイオードD1、D2、D3で構成されており、下段側素子がMOSFETSW1、SW2、SW3で構成されており、MOSFETのゲート信号は制御回路4から供給される。
負荷電気装置3の端子電圧が所定値を上回り、かつ制御回路駆動用の電力が確保できている場合、すべてのMOSFETSW1、SW2、SW3をオンすることで磁石式発電機1の入力端子間を電気的に短絡させ、負荷電気装置3の端子電圧を制御する。
Su、Sv、Swは磁石式発電機1の入力端子電圧、Gu、Gv、Gwは整流部2のMOSFETSW1、SW2、SW3に供給されるゲート信号、Sloadは負荷電気装置3の端子電圧、Vref1は負荷電気装置3の端子電圧の所定値、SIG1は負荷電気装置3の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号、SIG2は制御回路駆動用の電力が確保できているか否かを判定する判定信号である。
また、Suが負電位の範囲では、GuがHIGHとなり、SW1がオンし、SW1を介してGND側から発電機側に電流が流れる。同様にSvが正電位の範囲では、GvがLOWとなり、SW2がオフし、Svの電圧値が負荷電気装置3の端子電圧を超える範囲で、D2を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。
また、Svが負電位の範囲では、GvがHIGHとなり、SW2がオンし、SW2を介してGND側から発電機側に電流が流れ、Swが正電位の範囲では、GwがLOWとなり、SW3がオフし、Swの電圧値が負荷電気装置3の端子電圧を超える範囲で、D3を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れ、また、Swが負電位の範囲では、GwがH
IGHとなり、SW3がオンし、SW3を介してGND側から発電機側に電流が流れる。(全波整流モード)。
SlaodがVref1以上の場合、SIG1はHIGHとなるが、SIG2がLOWの場合は、全波整流モードが継続される。
図3は、本発明の実施の形態2における動作波形を示すものである。
実施の形態2において、電源装置の全体を示す構成図は、図1と同様である。
図3において、Su、Sv、Swは磁石式発電機1の入力端子電圧、Gu、Gv、Gwは整流部2のMOSFETSW1、SW2、SW3に供給されるゲート信号、Sloadは負荷電気装置3の端子電圧、Vref1は負荷電気装置3の端子電圧の所定値、SIG1は負荷電気装置3の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号、Vref2は磁石発電機1の入力端子電圧の所定値であり、負荷電気装置3の端子電圧Vref1より低く、かつ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定されている。
同様にSvが正電位の範囲では、GvがLOWとなり、SW2がオフし、Svの電圧値が負荷電気装置3の端子電圧を超える範囲で、D2を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Svが負電位の範囲では、GvがHIGHとなり、SW2がオンし、SW2を介してGND側から発電機側に電流が流れる。
Swが正電位の範囲では、GwがLOWとなり、SW3がオフし、Swの電圧値が負荷電気装置3の端子電圧を超える範囲で、D3を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Swが負電位の範囲では、GwがHIGHとなり、SW3がオンし、SW3を介してGND側から発電機側に電流が流れる。
同様にSIG1がHIGHかつSvがVref2以上の場合、GvがHIGHとなり、SW2がオンし、SW2を介して発電機側からGND側に電流が流れ、SIG1がHIGH且つSwがVref2以上の場合、GwがHIGHとなり、SW3がオンし、SW3を介して発電機側からGND側に電流が流れる。
図4は本発明の実施の形態3における動作波形を示すものである。
実施の形態3において、電源装置の全体を示す構成図は、図1と同様である。
図4において、Su、Sv、Swは磁石式発電機1の入力端子電圧、Gu、Gv、Gwは整流部2のMOSFETSW1、SW2、SW3に供給されるゲート信号、Sloadは負荷電気装置3の端子電圧、Vref1は負荷電気装置3の端子電圧の所定値、SIG1は負荷電気装置3の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号である。
同様にSIG1がLOWで且つSvが負電位から正電位に切り替わる際に、GvをHIGHからLOWに切換え、SW2をオフし、SIG1がLOWでかつSwが負電位から正電位に切り替わる際に、GwをHIGHからLOWに切換え、SW3をオフする。
図5は本発明の実施の形態4における動作波形を示すものである。
実施の形態4において、電源装置の全体を示す構成図は、図1と同様である。
図5において、Su、Sv、Swは磁石式発電機1の入力端子電圧、Gu、Gv、Gwは整流部2のMOSFETSW1、SW2、SW3に供給されるゲート信号、Sloadは負荷電気装置3の端子電圧、Vref1は負荷電気装置3の端子電圧の所定値、SIG1は負荷電気装置3の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号、Vref2は磁石発電機1の入力端子電圧の所定値であり、負荷電気装置3の端子電圧より低く、かつ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定されている。
同様にGvがHIGHのとき、Svが負電位から正電位に切り替わる際に、GvをHIGHからLOWに切替え、SW2をオフする。SW2をオフすることで、Svの電位が上昇し、制御回路駆動用の電力を十分に駆動できる電圧まで上昇し、SvがVref2を超えた時点で、GvがHIGHとなり、SW2がオンし、SW2を介して発電機からGND側に電流が流れる。また、GwがHIGHのとき、Swが負電位から正電位に切り替わる際に、GwをHIGHからLOWに切替え、SW3をオフする。SW3をオフすることで、Swの電位が上昇し、制御回路駆動用の電力を十分に駆動できる電圧まで上昇し、SwがVref2を超えた時点で、GwがHIGHとなり、SW3がオンし、SW3を介して発電機側からGND側に電流が流れる。
また、Vref2を負荷電気装置3の端子電圧より小さい値に設定しているので、負荷電
気装置3に電流を供給することなく、制御回路駆動用の電力のみ確保することができる。
図6に本発明の実施の形態5における動作波形を示すものである。
実施の形態5において、電源装置の全体を示す構成図は、図1と同様である。
図6において、Su、Sv、Swは磁石式発電機1の入力端子電圧、Gu、Gv、Gwは整流部2のMOSFETSW1、SW2、SW3に供給されるゲート信号、Sloadは負荷電気装置3の端子電圧、Vref1は負荷電気装置3の端子電圧の所定値、SIG1は負荷電気装置3の端子電圧が所定値以上か否かの判定信号、Vref2は磁石発電機1の入力端子電圧の所定値であり、負荷電気装置3の端子電圧より低く、かつ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定されている。
SuがVref2且つ、SIG1がLOWの場合、Suが正電位の範囲では、GuがLOWとなり、SW1がオフし、Suの電圧値が負荷電気装置3の端子電圧を超える範囲で、D1を介して発電機側から負荷電気装置側に電流が流れる。また、Suが負電位の範囲では、GuがHIGHとなり、SW1がオンし、SW1を介してGND側から発電機側に電流が流れる。そして、再びSuが負電位から正電位になると、GuがLOWとなり、SW1がオフし、SuがVref2まで上昇する。
そして、再びSuが負電位から正電位になると、GuがLOWとなり、SW1がオフし、SuがVref2まで上昇する。
SvがVref2且つ、SIG1がHIGHの場合、GvがHIGHとなり、SW2がONされ、Svが正電位の範囲では、SW2を介して発電機側からGND側に電流が流れ、Svが負電位の範囲では、SW2を介してGND側から発電機側に電流が流れる。
再びSvが負電位から正電位になると、GvがLOWとなり、SW2がOFFし、SvがVref2になる。
SwがVref2且つ、SIG1がHIGHの場合、GwがHIGHとなり、SW3がオンし、Swが正電位の範囲では、SW3を介して発電機側からGND側に電流が流れ、Swが負電位の範囲では、SW3を介してGND側から発電機側に電流が流れる。
再びSwが正電位になると、GwがLOWとなり、SW3がオフし、SwがVref2まで上昇する。
図7は本発明の実施の形態6における制御回路の回路構成の一部を示すものである。
実施の形態6において、電源装置の全体を示す構成図は、図1と同様である。
図7において、制御回路には、負荷電気装置3の端子電圧Sload、負荷電気装置3の端子電圧の所定値Vref1、磁石式発電機1の入力端子電圧Su、負荷電気装置3の端子電圧より低く、且つ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定された磁石発電機1の入力端子電圧の所定値Vref2、GNDが入力され、整流部2のSW1に供給されるゲート信号Guが出力される。
また、第2の判定回路COMP2にはSuとVref2が入力され、SuがVref2以上のとき、COMP2の出力がHIGHとなる。
第3の判定回路COMP3にはSuとGNDが入力され、SuがGND以下のとき、COMP3の出力がHIGHとなる。
COMP1の出力信号を一方の入力、COMP2の出力信号を微分回路を介して他方の入力としたAND回路の出力信号をフリップフロップ回路IC1のセット信号とし、COMP3の出力信号をIC1のリセット信号とする。このIC1の出力信号を一方の入力、COMP3の出力信号を他方の入力としたOR回路の出力信号をGuから出力する。
ッチング時のロスおよび、サージの発生を抑制することが可能となる。
図8は本発明の実施の形態7における制御回路の回路構成の一部を示すものである。
実施の形態7において、電源装置の全体を示す構成図は、図1と同様である。
図8において、制御回路には、負荷電気装置3の端子電圧Sload、負荷電気装置3の端子電圧の所定値Vref1、磁石式発電機1の入力端子電圧Su、負荷電気装置3の端子電圧より低く、かつ制御回路駆動用として十分な電力を確保できる電圧に設定された磁石発電機1の入力端子電圧の所定値Vref2、GND、磁石式発電機1の入力端子電圧Sv、磁石式発電機1の入力端子電圧Swが入力され、整流部2のSW1に供給されるゲート信号Guが出力される。
また、交流入力端子所定電圧判定回路である第2の判定回路COMP2には、SuとVref2が入力され、SuがVref2以上のとき、COMP2の出力がHIGHとなる。
交流入力端子負電圧判定回路である第3の判定回路COMP3には、SuとGNDが入力され、SuがGND以下のとき、COMP3の出力がHIGHとなる。
他相入力端子正電圧判定回路Bである判定回路COMP5には、SwとGNDが入力され、SwがGND以上のとき、COMP5の出力がHIGHとなる。
第1のCOMP1の出力信号を一方の入力、第2のCOMP2の出力信号を微分回路を介して他方の入力としたAND回路の出力信号をフリップフロップ回路IC1のセット信号とし、COMP4の出力信号を一方の入力、COMP5の出力信号を他方の入力としたAND回路の出力信号をフリップフロップ回路IC1のリセット信号とする。
このフリップフロップ回路IC1の出力信号を一方の入力、第3のCOMP3の出力信号を他方の入力としたOR回路の出力信号をGuから出力する。
なお、V相については、SuをSv、SvをSu、GuをGvとした回路構成、W相については、SuをSw,SwをSu、GuをGwとした回路構成とすることで同様の動作が可能となる。
また、フリップフロップ回路IC1のリセット信号を他相から取得することで、磁石式電機の入力端子電圧が確実に負電位となったところでリセット信号を印加できるため、SW1、SW2、SW3のスイッチング時に整流部に流れる電流をより低減することが可能となる。
2 整流部、D1〜D3 ダイオード、SW1、SW2、SW3 MOSFET、
3 負荷電気装置、4 制御回路部、
Sload_in 負荷電圧検出部、
Su_in、Sv_in、Sw_in 交流電圧検出部、
Pu_in、Pv_in、Pw_in 電源供給部、
Gu_in、Gv_in、Gw_in ゲート信号供給部。
COMP1 第1の判定回路(負荷電気装置端子電圧判定回路)
COMP2 第2の判定回路(交流入力端子所定電圧判定回路)
COMP3 第3の判定回路(交流入力端子負電圧判定回路)
COMP4、COMP5 他相入力端子正電圧判定回路
IC1 フリップフロップ回路
Claims (7)
- 磁界を構成するための磁石を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子からなる磁石式発電機と、該磁石式発電機で発生させた交流電流を直流電流に整流する全波整流回路の下段側素子がMOSFETで構成された整流部と、該整流部から出力される直流電力が供給される負荷電気装置と、該負荷電気装置の端子電圧を検出する負荷電圧検出部および磁石発電機の入力端子電圧を検出する交流電圧検出部を備えた制御回路を備え、前記制御回路は、前記負荷電気装置の端子電圧が所定値以下の場合、それぞれの前記MOSFETに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が正電位のとき、該MOSFETをオフし、入力端子電圧が負電位のとき、該MOSFETをオンすることで負荷電気装置に電力を供給し(全波整流モード)、前記負荷電気装置の端子電圧が所定値以上のとき、前記MOSFETをオンすることで磁石式発電機の入力端子間を短絡させると共に、前記制御回路は、該制御回路駆動用の電力を前記磁石式発電機側から供給される電源供給部を有し、該電源供給部は、前記制御回路駆動用の電力が確保できていない場合には、前記負荷電気装置の端子電圧が前記所定値以上の場合においても、前記全波整流モードを維持するようにしたことを特徴とする電源装置。
- 界磁界を構成するための磁石を有する回転子と、固定子巻線を有する固定子からなる磁石式発電機と、該磁石式発電機で発生させた交流電流を直流電流に整流する全波整流回路の下段側素子がMOSFETで構成された整流部と、該整流部から出力される直流電力が供給される負荷電気装置と、該負荷電気装置の端子電圧を検出する負荷電圧検出部および磁石発電機の入力端子電圧を検出する交流電圧検出部を備えた制御回路を備え、前記制御回路は、前記負荷電気装置の端子電圧が第1の所定値未満の場合、それぞれの前記MOSFETに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が正電位のとき、該MOSFETをオフし、入力端子電圧が負電位のとき、該MOSFETをオンすることで前記負荷電気装置に電力を供給するすると共に、前記制御回路は、該制御回路駆動用の電力を前記磁石式発電機側から供給される電源供給部を有し、該電源供給部は、前記負荷電気装置の端子電圧が第1の所定値以上で、且つ、前記それぞれのMOSFETに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が、前記第1の所定値より低く制御回路駆動用として十分な電力を確保できる第2の所定値に設定された電圧より高いとき、該MOSFETをオンするようにしたことを特徴とする電源装置。
- 前記MOSFETがオンした場合、該MOSFETはオン状態で保持され、該MOSFETに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が負電位から正電位に切り替わるタイミングでMOSFETをオフさせることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電源装置。
- 前記MOSFETがオンした場合、該MOSFETはオン状態で保持され、該MOSFETに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が負電位から正電位に切り替わるタイミング毎にMOSFETをオフさせることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電源装置。
- それぞれのMOSFETに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が第2の所定値で、且つ前記負荷電気装置の端子電圧が第1の所定値以上の場合に、該MOSFETをオンし、該MOSFETはオン状態で保持され、該MOSFETに接続された磁石式発電機の入力端子電圧が負電位から正電位に切り替わるタイミング毎にMOSFETをオフさせることを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
- 前記負荷電気装置の端子電圧が第1の所定値以上か否かを判定する負荷電気装置端子電圧判定回路(第1の判定回路)と、前記磁石式発電機の入力端子電圧が第2の所定値以上
か否かを判定する交流入力端子所定電圧判定回路(第2の判定回路)と、前記磁石式発電機の入力端子電圧が負電位か否かを判定する交流入力端子負電圧判定回路(第3の判定回路)を備え、前記第1の判定回路の判定信号を一方の入力とし、前記第2の判定回路の判定信号を微分回路を介して他方の入力としたAND回路の出力信号をセット信号とし、前記第3の判定回路の判定信号をリセット信号としたフリップフロップ回路を設け、該フリップフロップ回路の出力を一方の入力とし、前記第3の判定回路の判定信号を他方の入力としたOR回路の出力信号をMOSFETの制御信号としたことを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載の電源装置。 - 前記磁石式発電機が3相交流発電機で、負荷電気装置の端子電圧が第1の所定値以上か否かを判定する負荷電気装置端子電圧判定回路(第1の判定回路)と、前記磁石式発電機の入力端子電圧が第2の所定値以上か否かを判定する交流入力端子所定電圧判定回路(第2の判定回路)と、前記磁石式発電機の入力端子電圧が負電位か否かを判定する交流入力端子負電圧判定回路(第3の判定回路)と、前記磁石式発電機の他の2相の入力端子電圧が正電位か否かを判定する他相入力端子正電圧判定回路Aと、他相入力端子正電圧判定回路Bを備え、前記第1の判定回路の判定信号を一方の入力とし、前記第2の判定回路の判定信号を微分回路を介して他方の入力としたAND回路の出力信号をセット信号とし、他相入力端子正電圧判定回路Aの判定信号を一方の入力とし、他相入力端子正電圧判定回路Bの判定信号を他方の入力としたAND回路の出力信号をリセット信号としたフリップフロップ回路を設け、該フリップフロップ回路の出力を一方の入力とし、前記第3の判定回路の判定信号を他方の入力としたOR回路の出力信号をMOSFETの制御信号としたことを特徴とする請求項2〜請求項5のいずれか1項に記載の電源装置。
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