WO2012050042A1 - レギュレータ、バッテリ充電装置、および、バッテリ充電システム - Google Patents

レギュレータ、バッテリ充電装置、および、バッテリ充電システム Download PDF

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battery
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generator
charging
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安里 河村
達也 新井
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新電元工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a regulator that controls charging of a battery by a three-phase AC generator, a battery charging device, and a battery charging system.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional battery charging system 1000A.
  • a regulator (see, for example, JP2010-154681A) used in a conventional battery charging system 1000A, for example, outputs the output current of the three-phase AC generator 101 to six diodes D1 during battery charging.
  • the battery B is rectified by a rectifier circuit consisting of ⁇ D6 and the battery B is charged.
  • the controller CON of the regulator detects the battery voltage and supplies a drive current to the thyristors S1 to S3 connected in parallel with the polarities opposite to those of the diodes D4 to D6, respectively. Turn on S1 to S3.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the first to third thyristors S1 to S3 of the battery charger shown in FIG.
  • This amount of heat is the product of the generator short circuit current and the on-voltages of the thyristors S1 to S3.
  • the on-voltage of the thyristors S1 to S3 is, for example, about 1.3V (Vbe of the upper transistor + Vce of the lower transistor). Therefore, when the generator short-circuit current is 10A, heat equivalent to 13W is generated.
  • the current flowing between the anode and the cathode of the thyristors S1 to S3 is less than the holding current so that the thyristors S1 to S3 are turned off. A certain turn-off time is necessary to get into the state.
  • the frequency of the output of the three-phase AC generator 101 becomes high, and the current flowing between the anode and the cathode of the thyristors S1 to S3 is increased.
  • the constant turn-off time cannot be ensured so as to be in a state below the holding current. In this case, the thyristor is not turned off.
  • the output of the three-phase AC generator 101 is not charged to the battery B, and problems such as battery exhaustion may occur.
  • the regulator according to the prior art has a large power loss, and when the frequency of the output of the three-phase AC generator becomes high, the charging of the battery cannot be controlled appropriately.
  • a regulator includes: A regulator for controlling charging of a battery by a three-phase AC generator, A rectifying circuit that rectifies an alternating current output from an output terminal of each phase of the three-phase alternating current generator and flows a charging current to the battery; A first terminal to which a control signal is input, a second terminal connected to the negative side of the battery, a third terminal connected to the positive side of the battery, and each phase of the three-phase AC generator First to third semiconductor elements each having a fourth terminal connected to each of the output terminals; A controller that detects a charging voltage of the battery and outputs the control signal according to the detection result; The first to third semiconductor elements are: When a current greater than a specified value flows between the third terminal and the second terminal, a current flows between the fourth terminal and the second terminal, and the third terminal and the second terminal While the current continues to flow between the second terminal, the current continuously flows between the fourth terminal and the second terminal, The controller is When the charging voltage of the battery is equal to or higher than a prese
  • the first to third semiconductor elements are: A first conductivity type first bipolar transistor having a base connected to the first terminal, an emitter connected to the second terminal, and a collector connected to the fourth terminal; and the fourth terminal A second conductivity type second bipolar transistor having a base connected to the first terminal, a collector connected to the first terminal, and an emitter connected to the third terminal.
  • the battery is connected between the positive side of the battery and the third terminals of the first to third semiconductor elements, controlled by the controller, and turned on to turn on the first side of the battery and the first to third terminals.
  • the third terminal of the third semiconductor element is electrically connected to the third terminal, and is turned off to cut off the positive side of the battery and the third terminal of the first to third semiconductor elements.
  • the controller is When the charging voltage of the battery becomes lower than the threshold voltage, the supply of the control signal to the first terminal is stopped and the first to third switch circuits are temporarily turned off. May be.
  • the first to third semiconductor elements are respectively connected between the first terminal and the second terminal, controlled by the controller, and turned on to turn on the first to third semiconductor elements.
  • the first terminal and the second terminal are electrically connected to each other and turned off to cut off between the first terminal and the second terminal of the first to third semiconductor elements.
  • first to third switch circuits The controller is When the charging voltage of the battery becomes lower than the threshold voltage, the supply of the control signal to the first terminal is stopped and the first to third switch circuits are temporarily turned on. May be.
  • the first bipolar transistor is an NPN bipolar transistor
  • the second bipolar transistor may be a PNP bipolar transistor.
  • the rectifier circuit is A first diode having an anode connected to the U-phase output terminal of the three-phase AC generator and a cathode connected to the positive side of the battery; A second diode having an anode connected to the V-phase output terminal of the three-phase AC generator and a cathode connected to the positive side of the battery; A third diode having an anode connected to the W-phase output terminal of the three-phase AC generator and a cathode connected to the positive side of the battery; A fourth diode having a cathode connected to the U-phase output terminal of the three-phase AC generator and an anode connected to the negative side of the battery; A fifth diode having a cathode connected to the V-phase output terminal of the three-phase AC generator and an anode connected to the negative side of the battery; A sixth diode having a cathode connected to the W-phase output terminal of the three-phase AC generator and an anode connected to the negative side of the battery may
  • the first to third switch circuits may be transistors.
  • the controller may output the control signal only for a certain period.
  • the control signal may be a pulse wave.
  • the negative side of the battery may be connected to ground.
  • a battery charger includes: A battery charging device for charging a battery, A three-phase AC generator for supplying an AC voltage for charging the battery; And the regulator.
  • a battery charging system includes: A battery charging system for charging a battery, Battery, And a battery charging device.
  • the generator short-circuit current is not caused to flow between the emitter and base of the second transistor of the first to third semiconductor elements, and a current smaller than the generator short-circuit current is caused to flow.
  • the second transistor is operated.
  • the Joule heat (the product of Vbe of the second transistor and the current flowing through the emitter-base of the second transistor) of the second transistor is reduced, and the power loss is reduced and the heat dissipation is reduced as compared with the prior art described above.
  • the fins can be reduced in size.
  • the first to third semiconductor elements can be turned off more reliably by turning off the switch circuit and forcing the positive feedback current to zero.
  • the regulator according to one aspect of the present invention, it is possible to more appropriately control the charging of the battery while reducing the power loss.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a battery charging system 1000 according to a first embodiment which is an aspect of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the first to third semiconductor elements T1 to T3 of the battery charging apparatus 100 shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the battery charging system 2000 according to the second embodiment which is an aspect of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the configuration of a conventional battery charging system 1000A.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of first to third thyristors S1 to S3 of the battery charging device shown in FIG.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a battery charging system 1000 according to a first embodiment which is an aspect of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the circuit configuration of the first to third semiconductor elements T1 to T3 of the battery charging apparatus 100 shown in FIG.
  • a battery charging system 1000 for charging a battery includes a battery B, a three-phase AC generator 101, and a regulator 100.
  • the three-phase AC generator 101 and the regulator 100 constitute a battery charging device for charging the battery B.
  • the battery B has a + terminal (positive side) and a ⁇ terminal (negative side), and can be charged / discharged via these terminals. Note that the negative side of the battery is connected to ground.
  • the three-phase AC generator 101 generates an AC voltage for charging the battery B, and supplies the AC voltage from the output terminal of each phase (U phase, V phase, W phase).
  • the regulator 100 controls the charging of the battery B by the three-phase AC generator 101.
  • the regulator 100 includes the rectifier circuit 1, the first semiconductor element T1, the second semiconductor element T2, the third semiconductor element T3, the first resistance element R1, and the second resistance element R2. , A third resistance element R3, a first switch circuit SW1, a second switch circuit SW2, a third switch circuit SW3, and a controller CON.
  • the rectifier circuit 1 rectifies the alternating current output from the output terminal of each phase (U-phase, V-phase, W-phase) of the three-phase alternating current generator 101 and allows the charging current to flow through the battery B.
  • the rectifier circuit 1 includes a first diode D1, a second diode D2, a third diode D3, a fourth diode D4, a fifth diode D5, And a sixth diode D6.
  • the first diode D1 has an anode connected to the U-phase output terminal of the three-phase AC generator 101 and a cathode connected to the positive side of the battery B.
  • the second diode D2 has an anode connected to the V-phase output terminal of the three-phase AC generator 101 and a cathode connected to the positive side of the battery B.
  • the third diode D3 has an anode connected to the W-phase output terminal of the three-phase AC generator 101 and a cathode connected to the positive side of the battery B.
  • the fourth diode D4 has a cathode connected to the U-phase output terminal of the three-phase AC generator 101 and an anode connected to the negative side of the battery B.
  • the fifth diode D5 has a cathode connected to the V-phase output terminal of the three-phase AC generator 101 and an anode connected to the negative side of the battery B.
  • the sixth diode D6 has a cathode connected to the W-phase output terminal of the three-phase AC generator 101 and an anode connected to the negative side of the battery B.
  • the first semiconductor element T1 includes a first terminal x1 to which the control signal SCON1 is input, a second terminal x2 connected to the negative side of the battery B, and a third terminal connected to the positive side of the battery B.
  • a terminal x3 and a fourth terminal x4 connected to the U-phase output terminal of the three-phase AC generator 101;
  • the second semiconductor element T2 includes a first terminal x1 to which the control signal SCON2 is input, a second terminal x2 connected to the negative side of the battery B, and a third terminal x3 connected to the positive side of the battery B. And a fourth terminal x4 connected to the V-phase output terminal of the three-phase AC generator 101.
  • the third semiconductor element T3 includes a first terminal x1 to which the control signal SCON3 is input, a second terminal x2 connected to the negative side of the battery B, and a third terminal x3 connected to the positive side of the battery B. , And a fourth terminal x4 connected to the W-phase output terminal of the three-phase AC generator 101.
  • the first to third semiconductor elements T1 to T3 include, for example, a first conductivity type first bipolar transistor (NPN type bipolar transistor) Tr1 and a second conductivity type, respectively.
  • Second bipolar transistor PNP type bipolar transistor
  • the first bipolar transistor Tr1 has a base connected to the first terminal x1, an emitter connected to the second terminal x2, and a collector connected to the fourth terminal x4.
  • the second bipolar transistor has a base connected to the fourth terminal x4, a collector connected to the first terminal x1, and an emitter connected to the third terminal x3.
  • the first bipolar transistor Tr1 when a control signal is input to the first terminal x1 and a base current of a predetermined value or more flows through the first bipolar transistor Tr1, the first bipolar transistor Tr1 is turned on. As a result, a generator short-circuit current flows from the fourth terminal x4 to the second terminal x2 via the collector-emitter of the first bipolar transistor Tr1. As a result, a base current of a predetermined value or more flows in the second bipolar transistor Tr2, and the second bipolar transistor Tr2 is turned on. As a result, the emitter-collector current of the second bipolar transistor Tr2 flows as the base current of the first bipolar transistor Tr1. That is, while the emitter-collector current of the second bipolar transistor Tr2 continues to flow, the first bipolar transistor Tr1 continues to be on.
  • the first to third semiconductor elements T1 to T3 receive the control signals SCON1 to SCON3, and a current of a specified value or more flows between the third terminal x3 and the second terminal x2. A current flows between the fourth terminal x4 and the second terminal x2. Further, the first to third semiconductor elements T1 to T3 have the fourth terminal x4 and the second terminal while the current continues to flow between the third terminal x3 and the second terminal x2. A current continues to flow between the terminal x2.
  • the first to third semiconductor elements T1 to T3 have the fourth terminal x4 and the second terminal when the input of the control signals SCON1 to SCON3 is stopped and the current from the third terminal x3 is cut off.
  • the current is cut off between x2.
  • the first resistance element R1 is connected between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the first semiconductor element T1.
  • the second resistance element R2 is connected between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the second semiconductor element T2.
  • the third resistance element R3 is connected between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the third semiconductor element T3.
  • the first switch circuit SW1 is connected between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the first semiconductor element T1.
  • the first switch circuit SW1 is controlled by the control signal SCON4 of the controller CON, and is turned on to conduct between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the first semiconductor element T1, and is turned off. As a result, the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the first semiconductor element T1 are disconnected.
  • the second switch circuit SW2 is connected between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the second semiconductor element T2.
  • the second switch circuit SW2 is controlled by the control signal SCON5 of the controller CON and is turned on to conduct between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the second semiconductor element T2, and turn off. As a result, the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the second semiconductor element T2 are disconnected.
  • the third switch circuit SW3 is connected between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the third semiconductor element T3.
  • the third switch circuit SW3 is controlled by the control signal SCON6 of the controller CON and is turned on to conduct between the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the third semiconductor element T3, and is turned off. As a result, the positive side of the battery B and the third terminal x3 of the third semiconductor element T3 are disconnected.
  • the first to third switch circuits SW1 to SW3 are connected between, for example, the positive side of the battery B and the third terminal x3, and the bipolars in which the control signals SCON4 to SCON6 are input to the base (gate). It is composed of a transistor (MOS transistor).
  • the controller CON detects the charging voltage of the battery B and outputs control signals SCON1 to SCON3 in accordance with the detection result to control the first to third semiconductor elements T1 to T3. .
  • the controller CON outputs the control signals SCON1 to SCON3 for a certain period. Therefore, for example, the control signals SCON1 to SCON3 are pulse waves.
  • controller CON detects the charging voltage of the battery B, outputs control signals SCON4 to SCON6 according to the detection result, and controls the first to third switch circuits SW1 to SW3. .
  • the controller CON sets the first terminal x1 of the first to third semiconductor elements T1 to T3.
  • the control signals SCON1 to SCON3 are output to the second terminal x2 and the fourth terminal x4 of the first to third semiconductor elements T1 to T3.
  • the controller CON sets the control signals SCON1 to SCON3 to the first terminals x1 of the first to third semiconductor elements T1 to T3.
  • the supply is stopped and the fourth to sixth control signals SCON4 to SCON6 are output to the first to third switch circuits SW1 to SW3 to temporarily turn off the first to third switch circuits SW1 to SW3. (In other cases, the first to third switch circuits SW1 to SW3 are turned on).
  • the three-phase AC generator 101 generates an AC voltage for charging the battery B, and supplies the AC voltage from the output terminal of each phase (U phase, V phase, W phase).
  • the rectifier circuit 1 of the regulator 100 rectifies the alternating current output from the output terminal of each phase (U phase, V phase, W phase) of the three-phase AC generator 101, and causes the charging current to flow through the battery B. Thereby, the charging voltage of the battery B rises.
  • the controller CON sets the first terminal x1 of the first to third semiconductor elements T1 to T3.
  • the control signals SCON1 to SCON3 are output to the second terminal x2 and the fourth terminal x4 of the first to third semiconductor elements T1 to T3.
  • the generator short-circuit current does not flow between the emitter and base of the second transistor Tr2 of the first to third semiconductor elements T1 to T3, and a current smaller than the generator short-circuit current is present. Will flow.
  • the controller CON supplies the control signals SCON1 to SCON3 to the first terminals x1 of the first to third semiconductor elements T1 to T3 when the charging voltage of the battery B becomes lower than the threshold voltage.
  • the fourth to sixth control signals SCON4 to SCON6 are output to the first to third switch circuits SW1 to SW3 to temporarily turn off the first to third switch circuits SW1 to SW3.
  • the charging voltage of the battery B is maintained in the vicinity of the threshold voltage.
  • a generator short-circuit current is not passed between the emitters and bases of the second transistors Tr2 of the first to third semiconductor elements T1 to T3, and a current smaller than the generator short-circuit current is passed.
  • the second transistor Tr2 is operated.
  • the Joule heat (the product of Vbe of the second transistor and the current flowing through the emitter-base of the second transistor) of the second transistor Tr2 is reduced, and the power loss is reduced as compared with the above-described conventional technique. It is possible to reduce the size of the radiating fin.
  • the first to third semiconductor elements T1 to T3 can be turned off more reliably.
  • the regulator according to the present embodiment it is possible to more appropriately control battery charging while reducing power loss.
  • first to third switch circuits SW1 to SW3 may be different as long as the first to third semiconductor elements T1 to T3 can be turned off.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of the battery charging system 2000 according to the second embodiment which is an aspect of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same configurations as those in the first embodiment.
  • the first to third semiconductor elements T1 to T3 shown in FIG. 3 have the same circuit configuration as the first to third semiconductor elements T1 to T3 shown in FIG.
  • a battery charging system 2000 for charging a battery includes a battery B, a three-phase AC generator 101, and a regulator 200.
  • the three-phase AC generator 101 and the regulator 200 constitute a battery charging device for charging the battery B.
  • the regulator 200 includes the rectifier circuit 1, the first semiconductor element T1, the second semiconductor element T2, the third semiconductor element T3, the first resistance element R1, and the second resistance element R2. , A third resistance element R3, a first switch circuit SW1, a second switch circuit SW2, a third switch circuit SW3, and a controller CON.
  • the first semiconductor element T1 is connected to the first terminal x1 to which the control signal SCON1 is input, the second terminal x2 connected to the negative side of the battery B, and the positive side of the battery B. And the fourth terminal x4 connected to the U-phase output terminal of the three-phase AC generator 101.
  • the second semiconductor element T2 is connected to the first terminal x1 to which the control signal SCON2 is input, the second terminal x2 connected to the negative side of the battery B, and the positive side of the battery B. And the fourth terminal x4 connected to the V-phase output terminal of the three-phase AC generator 101.
  • the third semiconductor element T3 is connected to the first terminal x1 to which the control signal SCON3 is input, the second terminal x2 connected to the negative side of the battery B, and the positive side of the battery B. And the fourth terminal x4 connected to the U-phase output terminal of the three-phase AC generator 101.
  • the first to third semiconductor elements T1 to T3 are, for example, first conductivity type first bipolar transistors (NPN type bipolar transistors), respectively. Tr1 and a second conductivity type second bipolar transistor (PNP type bipolar transistor).
  • the first bipolar transistor Tr1 has a base connected to the first terminal x1, an emitter connected to the second terminal x2, and a collector connected to the fourth terminal x4.
  • the second bipolar transistor has a base connected to the fourth terminal x4, a collector connected to the first terminal x1, and an emitter connected to the third terminal x3.
  • the first bipolar transistor Tr1 when a control signal is input to the first terminal x1 and a base current of a predetermined value or more flows through the first bipolar transistor Tr1, the first bipolar transistor Tr1 is turned on. As a result, a generator short-circuit current flows from the fourth terminal x4 to the second terminal x2 via the collector-emitter of the first bipolar transistor Tr1. As a result, a base current of a predetermined value or more flows in the second bipolar transistor Tr2, and the second bipolar transistor Tr2 is turned on. As a result, the emitter-collector current of the second bipolar transistor Tr2 flows as the base current of the first bipolar transistor Tr1. That is, while the emitter-collector current of the second bipolar transistor Tr2 continues to flow, the first bipolar transistor Tr1 continues to be on.
  • the first to third semiconductor elements T1 to T3 receive the control signals SCON1 to SCON3, and a current of a specified value or more flows between the third terminal x3 and the second terminal x2. A current flows between the fourth terminal x4 and the second terminal x2. Further, the first to third semiconductor elements T1 to T3 have the fourth terminal x4 and the second terminal while the current continues to flow between the third terminal x3 and the second terminal x2. A current continues to flow between the terminal x2.
  • the first switch circuit SW1 is connected between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the first semiconductor element T1.
  • the first switch circuit SW1 is controlled by the control signal SCON4 of the controller CON, and is turned on to conduct between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the first semiconductor element T1 and turn off. As a result, the connection between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the first semiconductor element T1 is interrupted.
  • the second switch circuit SW2 is connected between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the second semiconductor element T2.
  • the second switch circuit SW2 is controlled by the control signal SCON5 of the controller CON and is turned on to conduct between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the second semiconductor element T2 and turn off. As a result, the connection between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the second semiconductor element T2 is interrupted.
  • the third switch circuit SW3 is connected between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the third semiconductor element T3.
  • the third switch circuit SW3 is controlled by the control signal SCON6 of the controller CON and is turned on to conduct between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the third semiconductor element T3 and turn off. As a result, the connection between the first terminal x1 and the second terminal x2 of the third semiconductor element T3 is interrupted.
  • first to third switch circuits SW1 to SW3 are connected between, for example, the first terminal x1 and the second terminal x2, and bipolar signals in which the control signals SCON4 to SCON6 are input to the base (gate).
  • Each of them is composed of a transistor (MOS transistor).
  • the controller CON detects the charging voltage of the battery B, outputs control signals SCON1 to SCON3 according to the detection result, and outputs the first to third semiconductor elements T1 to T3. It comes to control.
  • the controller CON outputs the control signals SCON1 to SCON3 for a certain period. Therefore, for example, the control signals SCON1 to SCON3 are pulse waves.
  • the controller CON detects the charging voltage of the battery B, outputs control signals SCON4 to SCON6 according to the detection result, and sets the first to third switch circuits SW1 to SW3. It comes to control.
  • the controller CON when the charging voltage of the battery B becomes equal to or higher than a preset threshold voltage (for example, overcharge voltage), the first to third semiconductor elements T1 to T1.
  • the control signals SCON1 to SCON3 are output to the first terminal x1 of T3, and the second terminal x2 and the fourth terminal x4 of the first to third semiconductor elements T1 to T3 are made conductive.
  • the controller CON when the charging voltage of the battery B becomes lower than the threshold voltage, the controller CON goes to the first terminal x1 of the first to third semiconductor elements T1 to T3.
  • the control signals SCON1 to SCON3 are stopped, and the fourth to sixth control signals SCON4 to SCON6 are output to the first to third switch circuits SW1 to SW3 to output the first to third switch circuits SW1 to SW3.
  • SW3 is temporarily turned on (in other cases, the first to third switch circuits SW1 to SW3 are turned off).
  • the first terminal x1 and the second terminal x2 of the first to third semiconductor elements T1 to T3 are short-circuited, and the positive feedback current does not flow. That is, no current flows between the third terminal x3 and the second terminal x2.
  • the first bipolar transistor Tr1 of the first to third semiconductor elements T1 to T3 is turned off, and the second bipolar transistor Tr2 is also turned off.
  • the other configuration of the regulator 200 is the same as that of the regulator 100 of the first embodiment.
  • the three-phase AC generator 101 generates an AC voltage for charging the battery B, and the AC voltage is output from the output terminal of each phase (U phase, V phase, W phase).
  • the rectifier circuit 1 of the regulator 200 rectifies the alternating current output from the output terminal of each phase (U phase, V phase, W phase) of the three-phase alternating current generator 101, and flows the charging current to the battery B. Thereby, the charging voltage of the battery B rises.
  • the controller CON sets the first to third semiconductor elements T1 to T1.
  • the control signals SCON1 to SCON3 are output to the first terminal x1 of T3, and the second terminal x2 and the fourth terminal x4 of the first to third semiconductor elements T1 to T3 are made conductive.
  • the generator short-circuit current does not flow between the emitter and base of the second transistor Tr2 of the first to third semiconductor elements T1 to T3, and a current smaller than the generator short-circuit current is present. Will flow.
  • the controller CON supplies the control signals SCON1 to SCON3 to the first terminals x1 of the first to third semiconductor elements T1 to T3 when the charging voltage of the battery B becomes lower than the threshold voltage.
  • the fourth to sixth control signals SCON4 to SCON6 are output to the first to third switch circuits SW1 to SW3 to temporarily turn on the first to third switch circuits SW1 to SW3.
  • the first terminal x1 and the second terminal x2 of the first to third semiconductor elements T1 to T3 are short-circuited, and the positive feedback current does not flow. That is, no current flows between the third terminal x3 and the second terminal x2.
  • the first bipolar transistor Tr1 of the first to third semiconductor elements T1 to T3 is turned off, and the second bipolar transistor Tr2 is also turned off.
  • the charging voltage of the battery B is maintained in the vicinity of the threshold voltage.
  • a generator short-circuit current is not passed between the emitters and bases of the second transistors Tr2 of the first to third semiconductor elements T1 to T3, and a current smaller than the generator short-circuit current is passed.
  • the second transistor Tr2 is operated.
  • the Joule heat (the product of Vbe of the second transistor and the current flowing through the emitter-base of the second transistor) of the second transistor Tr2 is reduced, and the power loss is reduced as compared with the above-described conventional technique. It is possible to reduce the size of the radiating fin.
  • the first to third semiconductor elements T1 to T3 can be turned off more reliably.
  • the regulator according to the present embodiment similarly to the first embodiment, it is possible to more appropriately control the charging of the battery while reducing the power loss.

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Abstract

　レギュレータは、三相交流発電機１０１の各相の出力端子から出力される交流電流を整流し、バッテリＢに充電電流を流す整流回路と、制御信号が入力される第１の端子ｘ１、バッテリＢの負側に接続された第２の端子ｘ２、バッテリＢの正側に接続された第３の端子ｘ３、および、三相交流発電機１０１の各相Ｕ、Ｖ、Ｗの出力端子にそれぞれ接続された第４の端子ｘ４を、それぞれ有する第１ないし第３の半導体素子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３と、バッテリＢの充電電圧を検出し、この検出結果に応じて、制御信号を出力するコントローラＣＯＮと、を備える。

Description

レギュレータ、バッテリ充電装置、および、バッテリ充電システム
　本発明は、三相交流発電機によるバッテリの充電を制御するレギュレータ、バッテリ充電装置、および、バッテリ充電システムに関する発明である。
　図４は、従来のバッテリ充電システム１０００Ａの構成の一例を示す図である。
　図４に示すように、従来のバッテリ充電システム１０００Ａに用いられるレギュレータ（例えば、ＪＰ２０１０－１５４６８１Ａ参照。）は、例えば、バッテリ充電時において、三相交流発電機１０１の出力電流を６個のダイオードＤ１～Ｄ６からなる整流回路で整流し、バッテリＢに充電する。
　そして、バッテリＢが満充電になると、該レギュレータのコントローラＣＯＮは、バッテリ電圧を検出し、ダイオードＤ４～Ｄ６のそれぞれと逆の極性で並列に接続されたサイリスタＳ１～Ｓ３に駆動電流を流してサイリスタＳ１～Ｓ３をオンする。
　これにより、三相交流発電機１０１の出力とバッテリＢの負側とが短絡され、バッテリＢの充電が制御される。
　ここで、図５は、図４に示すバッテリ充電装置の第１ないし第３のサイリスタＳ１～Ｓ３の回路構成の一例を示す回路図である。
　図５に示すように、特許文献１に記載の従来技術では、三相交流発電機１０１の出力を短絡した時に流れる電流、発電機短絡電流がサイリスタＳ１～Ｓ３のアノード・カソード間を流れ、ジュール熱が発生する。
　この熱量は、該発電機短絡電流とサイリスタＳ１～Ｓ３のオン電圧との積となる。サイリスタＳ１～Ｓ３のオン電圧は、例えば、約１．３Ｖ（上段トランジスタのＶｂｅ＋下段トランジスタのＶｃｅ）であるため、該発電機短絡電流が１０Ａの場合は、１３Ｗ相当の熱が発生する。
　したがって、例えば、これらのサイリスタＳ１～Ｓ３を冷却するために、大型の放熱フィンが必要になる。
　また、サイリスタの自己保持特性により、サイリスタＳ１～Ｓ３が一度オン状態になると、サイリスタＳ１～Ｓ３がオフするためには、サイリスタＳ１～Ｓ３のアノードとカソードとの間に流れる電流が保持電流以下の状態になるような、一定のターンオフ時間が必要である。
　したがって、例えば、三相交流発電機１０１に接続されたエンジン回転数が高い場合、三相交流発電機１０１の出力の周波数が高くなり、サイリスタＳ１～Ｓ３のアノードとカソードとの間に流れる電流が保持電流以下の状態になるような、該一定のターンオフ時間が確保できない。この場合、サイリスタがオフされなくなる。
　すなわち、三相交流発電機１０１の出力がバッテリＢに充電されなくなり、バッテリ上がり等の問題が起こり得る。
　このように、上記従来技術のレギュレータは、電力損失が大きく、三相交流発電機の出力の周波数が高くなるとバッテリの充電を適切に制御することができない。
　本発明の一態様に係る実施例に従ったレギュレータは、
　三相交流発電機によるバッテリの充電を制御するレギュレータであって、
　前記三相交流発電機の各相の出力端子から出力される交流電流を整流し、前記バッテリに充電電流を流す整流回路と、
　制御信号が入力される第１の端子、前記バッテリの負側に接続された第２の端子、前記バッテリの正側に接続された第３の端子、および、前記三相交流発電機の各相の出力端子にそれぞれ接続された第４の端子を、それぞれ有する第１ないし第３の半導体素子と、
　前記バッテリの充電電圧を検出し、この検出結果に応じて、前記制御信号を出力するコントローラと、を備え、
　前記第１ないし第３の半導体素子は、
　前記第３の端子と前記第２の端子との間に規定値以上の電流が流れることにより前記第４の端子と前記第２の端子との間に電流が流れ、前記第３の端子と前記第２の端子との間に継続して電流が流れている間は前記第４の端子と前記第２の端子との間に電流が継続して流れるものであり、
　前記コントローラは、
　前記バッテリの充電電圧が予め設定された閾値電圧以上になった場合には、前記第１ないし第３の半導体素子の前記第１の端子に制御信号を出力して、前記第１ないし第３の半導体素子の前記第２の端子と前記第４の端子との間を導通させることにより、前記三相交流発電機の前記各相の出力端子と前記バッテリの負側との間を短絡する
　ことを特徴とする。
　前記レギュレータにおいて、
　前記第１ないし第３の半導体素子は、
　前記第１の端子にベースが接続され、前記第２の端子にエミッタが接続され、前記第４の端子にコレクタが接続された第１導電型の第１のバイポーラトランジスタと、前記第４の端子にベースが接続され、前記第１の端子にコレクタが接続され、前記第３の端子にエミッタが接続された第２導電型の第２のバイポーラトランジスタと、を有するようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記バッテリの正側と前記第１ないし第３の半導体素子の前記第３の端子との間にそれぞれ接続された、第１ないし第３の抵抗素子をさらに備えるようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記バッテリの正側と前記第１ないし第３の半導体素子の前記第３の端子との間にそれぞれ接続され、前記コントローラにより制御され、オンすることにより前記バッテリの正側と前記第１ないし第３の半導体素子の前記第３の端子との間をそれぞれ導通し、オフすることにより前記バッテリの正側と前記第１ないし第３の半導体素子の前記第３の端子との間をそれぞれ遮断する第１ないし第３のスイッチ回路をさらに備え、
　前記コントローラは、
　前記バッテリの充電電圧が前記閾値電圧未満になった場合には、前記第１の端子への前記制御信号の供給を停止し且つ前記第１ないし第３のスイッチ回路を一時的にオフするようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記第１ないし第３の半導体素子の前記第１の端子と前記第２の端子との間にそれぞれ接続され、前記コントローラにより制御され、オンすることにより前記第１ないし第３の半導体素子の前記第１の端子と前記第２の端子との間をそれぞれ導通し、オフすることにより前記第１ないし第３の半導体素子の前記第１の端子と前記第２の端子との間をそれぞれ遮断する第１ないし第３のスイッチ回路をさらに備え、
　前記コントローラは、
　前記バッテリの充電電圧が前記閾値電圧未満になった場合には、前記第１の端子への前記制御信号の供給を停止し且つ前記第１ないし第３のスイッチ回路を一時的にオンするようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記第１のバイポーラトランジスタは、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、
　前記第２のバイポーラトランジスタは、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタであるようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記整流回路は、
　前記三相交流発電機のＵ相の出力端子にアノードが接続され、前記バッテリの正側にカソードが接続された第１のダイオードと、
　前記三相交流発電機のＶ相の出力端子にアノードが接続され、前記バッテリの正側にカソードが接続された第２のダイオードと、
　前記三相交流発電機のＷ相の出力端子にアノードが接続され、前記バッテリの正側にカソードが接続された第３のダイオードと、
　前記三相交流発電機のＵ相の出力端子にカソードが接続され、前記バッテリの負側にアノードが接続された第４のダイオードと、
　前記三相交流発電機のＶ相の出力端子にカソードが接続され、前記バッテリの負側にアノードが接続された第５のダイオードと、
　前記三相交流発電機のＷ相の出力端子にカソードが接続され、前記バッテリの負側にアノードが接続された第６のダイオードと、を有するようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記第１ないし第３のスイッチ回路は、トランジスタであるようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記コントローラは、一定期間だけ、前記制御信号を出力するようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記制御信号は、パルス波であるようにしてもよい。
　前記レギュレータにおいて、
　前記バッテリの負側が接地に接続されていてもよい。
　本発明の一態様に係る実施例に従ったバッテリ充電装置は、
　バッテリを充電するためのバッテリ充電装置であって、
　前記バッテリを充電するための交流電圧を供給する三相交流発電機と、
　前記レギュレータと、を備えた
　ことを特徴とする。
　本発明の一態様に係る実施例に従ったバッテリ充電システムは、
　バッテリを充電するためのバッテリ充電システムであって、
　バッテリと、
　前記バッテリ充電装置と、を備えた
　ことを特徴とする。
　本発明の一態様に係るレギュレータでは、第１ないし第３の半導体素子の第２のトランジスタのエミッタ－ベース間に発電機短絡電流を流さず、発電機短絡電流より少ない電流を流すことで、該第２のトランジスタを動作させる。
　これにより、該第２のトランジスタのジュール熱（第２のトランジスタのＶｂｅと第２トランジスタのエミッタ－ベースに流れる電流の積）が小さくなり、既述の従来技術よりも電力損失が低減され、放熱フィンの小型化を図ることができる。
　さらに、過放電時には、スイッチ回路をオフにして正帰還電流を強制的にゼロにすることにより第１ないし第３の半導体素子をより確実にオフすることができる。
　すなわち、本発明の一態様に係るレギュレータによれば、電力損失を低減しつつ、バッテリの充電をより適切に制御することができる。
図１は、本発明の一態様である実施例１に係るバッテリ充電システム１０００の構成の一例を示す図である。 図２は、図１に示すバッテリ充電装置１００の第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の回路構成の一例を示す回路図である。 図３は、本発明の一態様である実施例２に係るバッテリ充電システム２０００の構成の一例を示す図である。 図４は、従来のバッテリ充電システム１０００Ａの構成の一例を示す図である。 図５は、図４に示すバッテリ充電装置の第１ないし第３のサイリスタＳ１～Ｓ３の回路構成の一例を示す回路図である。
　以下、本発明に係る各実施例について図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明の一態様である実施例１に係るバッテリ充電システム１０００の構成の一例を示す図である。また、図２は、図１に示すバッテリ充電装置１００の第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の回路構成の一例を示す回路図である。
　図１に示すように、バッテリを充電するためのバッテリ充電システム１０００は、バッテリＢと、三相交流発電機１０１と、レギュレータ１００と、を備える。なお、三相交流発電機１０１と、レギュレータ１００とにより、バッテリＢを充電するためのバッテリ充電装置が構成される。
　バッテリＢは、＋端子（正側）と－端子（負側）を有し、これらの端子を介して充放電可能になっている。なお、このバッテリの負側は、接地に接続されている。
　三相交流発電機１０１は、バッテリＢを充電するための交流電圧を発生し、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子から該交流電圧を供給するようになっている。
　レギュレータ１００は、三相交流発電機１０１によるバッテリＢの充電を制御するようになっている。
　ここで、レギュレータ１００は、整流回路１と、第１の半導体素子Ｔ１と、第２の半導体素子Ｔ２と、第３の半導体素子Ｔ３と、第１の抵抗素子Ｒ１と、第２の抵抗素子Ｒ２、第３の抵抗素子Ｒ３と、第１のスイッチ回路ＳＷ１と、第２のスイッチ回路ＳＷ２と、第３のスイッチ回路ＳＷ３と、コントローラＣＯＮと、を有する。
　整流回路１は、三相交流発電機１０１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子から出力される交流電流を整流し、バッテリＢに充電電流を流すようになっている。
　この整流回路１は、例えば、図１に示すように、第１のダイオードＤ１と、第２のダイオードＤ２と、第３のダイオードＤ３と、第４のダイオードＤ４と、第５のダイオードＤ５と、第６のダイオードＤ６と、を有する。
　第１のダイオードＤ１は、三相交流発電機１０１のＵ相の出力端子にアノードが接続され、バッテリＢの正側にカソードが接続されている。
　第２のダイオードＤ２は、三相交流発電機１０１のＶ相の出力端子にアノードが接続され、バッテリＢの正側にカソードが接続されている。
　第３のダイオードＤ３は、三相交流発電機１０１のＷ相の出力端子にアノードが接続され、バッテリＢの正側にカソードが接続されている。
　第４のダイオードＤ４は、三相交流発電機１０１のＵ相の出力端子にカソードが接続され、バッテリＢの負側にアノードが接続されている。
　第５のダイオードＤ５は、三相交流発電機１０１のＶ相の出力端子にカソードが接続され、バッテリＢの負側にアノードが接続されている。
　第６のダイオードＤ６は、三相交流発電機１０１のＷ相の出力端子にカソードが接続され、バッテリＢの負側にアノードが接続されている。
　また、第１の半導体素子Ｔ１は、制御信号ＳＣＯＮ１が入力される第１の端子ｘ１、バッテリＢの負側に接続された第２の端子ｘ２、バッテリＢの正側に接続された第３の端子ｘ３、および、三相交流発電機１０１のＵ相の出力端子に接続された第４の端子ｘ４を有する。
　第２の半導体素子Ｔ２は、制御信号ＳＣＯＮ２が入力される第１の端子ｘ１、バッテリＢの負側に接続された第２の端子ｘ２、バッテリＢの正側に接続された第３の端子ｘ３、および、三相交流発電機１０１のＶ相の出力端子に接続された第４の端子ｘ４を有する。
　第３の半導体素子Ｔ３は、制御信号ＳＣＯＮ３が入力される第１の端子ｘ１、バッテリＢの負側に接続された第２の端子ｘ２、バッテリＢの正側に接続された第３の端子ｘ３、および、三相交流発電機１０１のＷ相の出力端子に接続された第４の端子ｘ４を有する。
　ここで、図２に示すように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、例えば、それぞれ、第１導電型の第１のバイポーラトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）Ｔｒ１と、第２導電型の第２のバイポーラトランジスタ（ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ）と、を有する。
　第１のバイポーラトランジスタＴｒ１は、第１の端子ｘ１にベースが接続され、第２の端子ｘ２にエミッタが接続され、第４の端子ｘ４にコレクタが接続されている。
　また、第２のバイポーラトランジスタは、第４の端子ｘ４にベースが接続され、第１の端子ｘ１にコレクタが接続され、第３の端子ｘ３にエミッタが接続されている。
　例えば、第１の端子ｘ１に制御信号が入力され、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１に所定値以上のベース電流が流れると、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオンする。これにより、発電機短絡電流が、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１のコレクタ－エミッタ間を介して、第４の端子ｘ４から第２の端子ｘ２に流れる。これにより、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２に所定値以上のベース電流が流れて、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２がオンする。これにより、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタ－コレクタ電流が、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１のベース電流として流れる。すなわち、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタ－コレクタ電流が継続して流れる間は、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオンし続ける。
　そして、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の入力が停止し且つ第２のバイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタ－コレクタ電流が流れなければ、第１、第２のバイポーラトランジスタＴ１、Ｔｒ２は、オフする。
　このように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の入力で、第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間に規定値以上の電流が流れることにより、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が流れるようになっている。さらに、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間に継続して電流が流れている間は、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が継続して流れるようになっている。
　そして、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の入力が停止し且つ第３の端子ｘ３からの電流が遮断されれば、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が遮断される。
　また、第１の抵抗素子Ｒ１は、バッテリＢの正側と第１の半導体素子Ｔ１の第３の端子ｘ３との間に接続されている。
　第２の抵抗素子Ｒ２は、バッテリＢの正側と第２の半導体素子Ｔ２の第３の端子ｘ３との間に接続されている。
　第３の抵抗素子Ｒ３は、バッテリＢの正側と第３の半導体素子Ｔ３の第３の端子ｘ３との間に接続されている。
　また、第１のスイッチ回路ＳＷ１は、バッテリＢの正側と第１の半導体素子Ｔ１の第３の端子ｘ３との間に接続されている。この第１のスイッチ回路ＳＷ１は、コントローラＣＯＮの制御信号ＳＣＯＮ４により制御され、オンすることによりバッテリＢの正側と第１の半導体素子Ｔ１の第３の端子ｘ３との間を導通し、オフすることによりバッテリＢの正側と第１の半導体素子Ｔ１の第３の端子ｘ３との間を遮断する。
　第２のスイッチ回路ＳＷ２は、バッテリＢの正側と第２の半導体素子Ｔ２の第３の端子ｘ３との間に接続されている。この第２のスイッチ回路ＳＷ２は、コントローラＣＯＮの制御信号ＳＣＯＮ５により制御され、オンすることによりバッテリＢの正側と第２の半導体素子Ｔ２の第３の端子ｘ３との間を導通し、オフすることによりバッテリＢの正側と第２の半導体素子Ｔ２の第３の端子ｘ３との間を遮断する。
　第３のスイッチ回路ＳＷ３は、バッテリＢの正側と第３の半導体素子Ｔ３の第３の端子ｘ３との間に接続されている。この第３のスイッチ回路ＳＷ３は、コントローラＣＯＮの制御信号ＳＣＯＮ６により制御され、オンすることによりバッテリＢの正側と第３の半導体素子Ｔ３の第３の端子ｘ３との間を導通し、オフすることによりバッテリＢの正側と第３の半導体素子Ｔ３の第３の端子ｘ３との間を遮断する。
　なお、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３は、例えば、バッテリＢの正側と第３の端子ｘ３との間に接続され、ベース（ゲート）に制御信号ＳＣＯＮ４～ＳＣＯＮ６が入力されるバイポーラトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）で構成される。
　また、コントローラＣＯＮは、バッテリＢの充電電圧を検出し、この検出結果に応じて、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３を出力し、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３を制御するようになっている。コントローラＣＯＮは、一定期間だけ、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３を出力する。したがって、例えば、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３は、パルス波である。
　さらに、コントローラＣＯＮは、バッテリＢの充電電圧を検出し、この検出結果に応じて、制御信号ＳＣＯＮ４～ＳＣＯＮ６を出力し、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３を制御するようになっている。
　例えば、コントローラＣＯＮは、バッテリＢの充電電圧が予め設定された閾値電圧（例えば、過充電電圧）以上になった場合には、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１に制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３を出力して、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第２の端子ｘ２と第４の端子ｘ４との間を導通させる。
　これより、三相交流発電機１０１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子とバッテリの負側との間を短絡する。
　また、例えば、コントローラＣＯＮは、バッテリＢの充電電圧が該閾値電圧未満になった場合には、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１への制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の供給を停止し、且つ第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３に第４ないし第６の制御信号ＳＣＯＮ４～ＳＣＯＮ６を出力して第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３を一時的にオフする（なお、他の場合は、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３は、オンしている）。
　これにより、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１、第３の端子ｘ１、ｘ３に電流が流れなくなる。すなわち、第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間に電流が流れなくなる。これにより、既述のように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオフするとともに、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２もオフする。
　したがって、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が流れなくなる。すなわち、図２に示す発電機短絡電流が遮断される。　
　次に、以上のような構成を有するバッテリ充電システム１０００の動作の一例について、説明する。
　先ず、三相交流発電機１０１は、バッテリＢを充電するための交流電圧を発生し、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子から該交流電圧を供給する。そして、レギュレータ１００の整流回路１は、三相交流発電機１０１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子から出力される交流電流を整流し、バッテリＢに充電電流を流す。これにより、バッテリＢの充電電圧が上昇する。
　そして、コントローラＣＯＮは、バッテリＢの充電電圧が予め設定された閾値電圧（例えば、過充電電圧）以上になった場合には、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１に制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３を出力して、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第２の端子ｘ２と第４の端子ｘ４との間を導通させる。
　これより、三相交流発電機１０１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子とバッテリの負側との間を短絡する。これにより、バッテリＢの充電が停止する。
　このとき、既述のように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第２のトランジスタＴｒ２のエミッタ－ベース間には、発電機短絡電流が流れず、発電機短絡電流より少ない電流が流れることになる。
　次に、コントローラＣＯＮは、バッテリＢの充電電圧が該閾値電圧未満になった場合には、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１への制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の供給を停止し、且つ第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３に第４ないし第６の制御信号ＳＣＯＮ４～ＳＣＯＮ６を出力して第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３を一時的にオフする。
　これにより、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１、第２の端子ｘ１、ｘ２に電流が流れなくなる。すなわち、第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間に電流が流れなくなる。これにより、既述のように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオフするとともに、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２もオフする。
　したがって、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が流れなくなる。すなわち、図２に示す発電機短絡電流が遮断される。これにより、バッテリＢの充電が再開される。
　以上のバッテリ充電システム１０００の動作が繰り返されることにより、バッテリＢの充電電圧が該閾値電圧近傍に維持される。
　既述のように、レギュレータ１００では、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第２のトランジスタＴｒ２のエミッタ－ベース間に発電機短絡電流を流さず、発電機短絡電流より少ない電流を流すことで、該第２のトランジスタＴｒ２を動作させる。
　これにより、該第２のトランジスタＴｒ２のジュール熱（第２のトランジスタのＶｂｅと第２トランジスタのエミッタ－ベースに流れる電流の積）が小さくなり、既述の従来技術よりも電力損失が低減され、放熱フィンの小型化を図ることができる。
　さらに、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３をオフにすることにより、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３をより確実にオフすることができる。
　以上のように、本実施例に係るレギュレータによれば、電力損失を低減しつつ、バッテリの充電をより適切に制御することができる。
　上述の実施例１においては、電力損失を低減しつつ、バッテリの充電をより適切に制御するためのバッテリ充電システム１００の一例について説明した。
　なお、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３をオフすることができれば、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３の配置が異なっていてもよい。
　そこで、本実施例２においては、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３の配置が異なる例について説明する。
　図３は、本発明の一態様である実施例２に係るバッテリ充電システム２０００の構成の一例を示す図である。なお、図３において、図１の符号と同じ符号は、実施例１と同様の構成を示す。また、図３に示す第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、例えば、実施例１の図２に示す第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の回路構成と同様である。
　図３に示すように、バッテリを充電するためのバッテリ充電システム２０００は、バッテリＢと、三相交流発電機１０１と、レギュレータ２００と、を備える。なお、三相交流発電機１０１と、レギュレータ２００とにより、バッテリＢを充電するためのバッテリ充電装置が構成される。
　ここで、レギュレータ２００は、整流回路１と、第１の半導体素子Ｔ１と、第２の半導体素子Ｔ２と、第３の半導体素子Ｔ３と、第１の抵抗素子Ｒ１と、第２の抵抗素子Ｒ２、第３の抵抗素子Ｒ３と、第１のスイッチ回路ＳＷ１と、第２のスイッチ回路ＳＷ２と、第３のスイッチ回路ＳＷ３と、コントローラＣＯＮと、を有する。
　第１の半導体素子Ｔ１は、実施例１と同様に、制御信号ＳＣＯＮ１が入力される第１の端子ｘ１、バッテリＢの負側に接続された第２の端子ｘ２、バッテリＢの正側に接続された第３の端子ｘ３、および、三相交流発電機１０１のＵ相の出力端子に接続された第４の端子ｘ４を有する。
　第２の半導体素子Ｔ２は、実施例１と同様に、制御信号ＳＣＯＮ２が入力される第１の端子ｘ１、バッテリＢの負側に接続された第２の端子ｘ２、バッテリＢの正側に接続された第３の端子ｘ３、および、三相交流発電機１０１のＶ相の出力端子に接続された第４の端子ｘ４を有する。
　第３の半導体素子Ｔ３は、実施例１と同様に、制御信号ＳＣＯＮ３が入力される第１の端子ｘ１、バッテリＢの負側に接続された第２の端子ｘ２、バッテリＢの正側に接続された第３の端子ｘ３、および、三相交流発電機１０１のＵ相の出力端子に接続された第４の端子ｘ４を有する。
　ここで、実施例１と同様に、図２に示すように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、例えば、それぞれ、第１導電型の第１のバイポーラトランジスタ（ＮＰＮ型バイポーラトランジスタ）Ｔｒ１と、第２導電型の第２のバイポーラトランジスタ（ＰＮＰ型バイポーラトランジスタ）と、を有する。
　第１のバイポーラトランジスタＴｒ１は、第１の端子ｘ１にベースが接続され、第２の端子ｘ２にエミッタが接続され、第４の端子ｘ４にコレクタが接続されている。
　また、第２のバイポーラトランジスタは、第４の端子ｘ４にベースが接続され、第１の端子ｘ１にコレクタが接続され、第３の端子ｘ３にエミッタが接続されている。
　例えば、第１の端子ｘ１に制御信号が入力され、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１に所定値以上のベース電流が流れると、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオンする。これにより、発電機短絡電流が、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１のコレクタ－エミッタ間を介して、第４の端子ｘ４から第２の端子ｘ２に流れる。これにより、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２に所定値以上のベース電流が流れて、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２がオンする。これにより、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタ－コレクタ電流が、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１のベース電流として流れる。すなわち、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタ－コレクタ電流が継続して流れる間は、第１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオンし続ける。
　そして、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の入力が停止し且つ第２のバイポーラトランジスタＴｒ２のエミッタ－コレクタ電流（第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間の電流）が流れなければ、第１、第２のバイポーラトランジスタＴ１、Ｔｒ２は、オフする。
　このように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の入力で、第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間に規定値以上の電流が流れることにより、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が流れるようになっている。さらに、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間に継続して電流が流れている間は、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が継続して流れるようになっている。
　そして、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の入力が停止し且つ第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間の電流が流れなければ（正帰還電流がゼロであれば）、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が遮断される。
　また、第１のスイッチ回路ＳＷ１は、第１の半導体素子Ｔ１の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間に接続されている。この第１のスイッチ回路ＳＷ１は、コントローラＣＯＮの制御信号ＳＣＯＮ４により制御され、オンすることにより第１の半導体素子Ｔ１の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間を導通し、オフすることにより第１の半導体素子Ｔ１の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間を遮断する。
　第２のスイッチ回路ＳＷ２は、第２の半導体素子Ｔ２の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間に接続されている。この第２のスイッチ回路ＳＷ２は、コントローラＣＯＮの制御信号ＳＣＯＮ５により制御され、オンすることにより第２の半導体素子Ｔ２の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間を導通し、オフすることにより第２の半導体素子Ｔ２の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間を遮断する。
　第３のスイッチ回路ＳＷ３は、第３の半導体素子Ｔ３の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間に接続されている。この第３のスイッチ回路ＳＷ３は、コントローラＣＯＮの制御信号ＳＣＯＮ６により制御され、オンすることにより第３の半導体素子Ｔ３の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間を導通し、オフすることにより第３の半導体素子Ｔ３の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間を遮断する。
　なお、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３は、例えば、第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２との間に接続され、ベース（ゲート）に制御信号ＳＣＯＮ４～ＳＣＯＮ６が入力されるバイポーラトランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）で、それぞれ構成される。
　また、コントローラＣＯＮは、実施例１と同様に、バッテリＢの充電電圧を検出し、この検出結果に応じて、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３を出力し、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３を制御するようになっている。コントローラＣＯＮは、一定期間だけ、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３を出力する。したがって、例えば、制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３は、パルス波である。
　さらに、コントローラＣＯＮは、実施例１と同様に、バッテリＢの充電電圧を検出し、この検出結果に応じて、制御信号ＳＣＯＮ４～ＳＣＯＮ６を出力し、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３を制御するようになっている。
　例えば、コントローラＣＯＮは、実施例１と同様に、バッテリＢの充電電圧が予め設定された閾値電圧（例えば、過充電電圧）以上になった場合には、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１に制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３を出力して、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第２の端子ｘ２と第４の端子ｘ４との間を導通させる。
　これより、三相交流発電機１０１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子とバッテリの負側との間を短絡する。
　また、例えば、コントローラＣＯＮは、実施例１と同様に、バッテリＢの充電電圧が該閾値電圧未満になった場合には、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１への制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の供給を停止し、且つ第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３に第４ないし第６の制御信号ＳＣＯＮ４～ＳＣＯＮ６を出力して第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３を一時的にオンする（なお、他の場合は、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３は、オフしている）。
　これにより、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２とが短絡され、正帰還電流が流れなくなる。すなわち、第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間に電流が流れなくなる。これにより、既述のように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオフするとともに、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２もオフする。
　したがって、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が流れなくなる。すなわち、図２に示す発電機短絡電流が遮断される。
　なお、レギュレータ２００のその他の構成は、実施例１のレギュレータ１００と同様である。
　次に、以上のような構成を有するバッテリ充電システム２０００の動作の一例について、説明する。
　先ず、実施例１と同様に、三相交流発電機１０１は、バッテリＢを充電するための交流電圧を発生し、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子から該交流電圧を供給する。そして、レギュレータ２００の整流回路１は、三相交流発電機１０１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子から出力される交流電流を整流し、バッテリＢに充電電流を流す。これにより、バッテリＢの充電電圧が上昇する。
　そして、実施例１と同様に、コントローラＣＯＮは、バッテリＢの充電電圧が予め設定された閾値電圧（例えば、過充電電圧）以上になった場合には、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１に制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３を出力して、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第２の端子ｘ２と第４の端子ｘ４との間を導通させる。
　これより、三相交流発電機１０１の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の出力端子とバッテリの負側との間を短絡する。これにより、バッテリＢの充電が停止する。
　このとき、既述のように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第２のトランジスタＴｒ２のエミッタ－ベース間には、発電機短絡電流が流れず、発電機短絡電流より少ない電流が流れることになる。
　次に、コントローラＣＯＮは、バッテリＢの充電電圧が該閾値電圧未満になった場合には、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１への制御信号ＳＣＯＮ１～ＳＣＯＮ３の供給を停止し、且つ第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３に第４ないし第６の制御信号ＳＣＯＮ４～ＳＣＯＮ６を出力して第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３を一時的にオンする。
　これにより、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１の端子ｘ１と第２の端子ｘ２とが短絡され、正帰還電流が流れなくなる。すなわち、第３の端子ｘ３と第２の端子ｘ２との間に電流が流れなくなる。これにより、既述のように、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオフするとともに、第２のバイポーラトランジスタＴｒ２もオフする。
　したがって、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３は、第４の端子ｘ４と第２の端子ｘ２との間に電流が流れなくなる。すなわち、図２に示す発電機短絡電流が遮断される。これにより、バッテリＢの充電が再開される。
　以上のバッテリ充電システム２０００の動作が繰り返されることにより、バッテリＢの充電電圧が該閾値電圧近傍に維持される。
　既述のように、レギュレータ２００では、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の第２のトランジスタＴｒ２のエミッタ－ベース間に発電機短絡電流を流さず、発電機短絡電流より少ない電流を流すことで、該第２のトランジスタＴｒ２を動作させる。
　これにより、該第２のトランジスタＴｒ２のジュール熱（第２のトランジスタのＶｂｅと第２トランジスタのエミッタ－ベースに流れる電流の積）が小さくなり、既述の従来技術よりも電力損失が低減され、放熱フィンの小型化を図ることができる。
　さらに、第１ないし第３のスイッチ回路ＳＷ１～ＳＷ３をオンにして正帰還電流を強制的にゼロにすることにより、第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３をより確実にオフすることができる。
　以上のように、本実施例に係るレギュレータによれば、実施例１と同様に、電力損失を低減しつつ、バッテリの充電をより適切に制御することができる。
　なお、既述の実施例で説明した図２に示す第１ないし第３の半導体素子Ｔ１～Ｔ３の構成は一例であり、他の構成でも、同様の機能を達成することができれば、本発明に適用可能である。

Claims (14)

  1. 　三相交流発電機によるバッテリの充電を制御するレギュレータであって、
    　前記三相交流発電機の各相の出力端子から出力される交流電流を整流し、前記バッテリに充電電流を流す整流回路と、
    　制御信号が入力される第１の端子、前記バッテリの負側に接続された第２の端子、前記バッテリの正側に接続された第３の端子、および、前記三相交流発電機の各相の出力端子にそれぞれ接続された第４の端子を、それぞれ有する第１ないし第３の半導体素子と、
    　前記バッテリの充電電圧を検出し、この検出結果に応じて、前記制御信号を出力するコントローラと、を備え、
    　前記第１ないし第３の半導体素子は、
    　前記第３の端子と前記第２の端子との間に規定値以上の電流が流れることにより前記第４の端子と前記第２の端子との間に電流が流れ、前記第３の端子と前記第２の端子との間に継続して電流が流れている間は前記第４の端子と前記第２の端子との間に電流が継続して流れるものであり、
    　前記コントローラは、
    　前記バッテリの充電電圧が予め設定された閾値電圧以上になった場合には、前記第１ないし第３の半導体素子の前記第１の端子に制御信号を出力して、前記第１ないし第３の半導体素子の前記第２の端子と前記第４の端子との間を導通させることにより、前記三相交流発電機の前記各相の出力端子と前記バッテリの負側との間を短絡する
    　ことを特徴とするレギュレータ。
  2. 　前記第１ないし第３の半導体素子は、
    　前記第１の端子にベースが接続され、前記第２の端子にエミッタが接続され、前記第４の端子にコレクタが接続された第１導電型の第１のバイポーラトランジスタと、前記第４の端子にベースが接続され、前記第１の端子にコレクタが接続され、前記第３の端子にエミッタが接続された第２導電型の第２のバイポーラトランジスタと、を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
  3. 　前記バッテリの正側と前記第１ないし第３の半導体素子の前記第３の端子との間にそれぞれ接続された、第１ないし第３の抵抗素子をさらに備える
    　ことを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
  4. 　前記バッテリの正側と前記第１ないし第３の半導体素子の前記第３の端子との間にそれぞれ接続され、前記コントローラにより制御され、オンすることにより前記バッテリの正側と前記第１ないし第３の半導体素子の前記第３の端子との間をそれぞれ導通し、オフすることにより前記バッテリの正側と前記第１ないし第３の半導体素子の前記第３の端子との間をそれぞれ遮断する第１ないし第３のスイッチ回路をさらに備え、
    　前記コントローラは、
    　前記バッテリの充電電圧が前記閾値電圧未満になった場合には、前記第１の端子への前記制御信号の供給を停止し且つ前記第１ないし第３のスイッチ回路を一時的にオフする
    　ことを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
  5. 　前記第１ないし第３の半導体素子の前記第１の端子と前記第２の端子との間にそれぞれ接続され、前記コントローラにより制御され、オンすることにより前記第１ないし第３の半導体素子の前記第１の端子と前記第２の端子との間をそれぞれ導通し、オフすることにより前記第１ないし第３の半導体素子の前記第１の端子と前記第２の端子との間をそれぞれ遮断する第１ないし第３のスイッチ回路をさらに備え、
    　前記コントローラは、
    　前記バッテリの充電電圧が前記閾値電圧未満になった場合には、前記第１の端子への前記制御信号の供給を停止し且つ前記第１ないし第３のスイッチ回路を一時的にオンする
    　ことを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
  6. 　前記第１のバイポーラトランジスタは、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタであり、
    　前記第２のバイポーラトランジスタは、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項２に記載のレギュレータ。
  7. 　前記整流回路は、
    　前記三相交流発電機のＵ相の出力端子にアノードが接続され、前記バッテリの正側にカソードが接続された第１のダイオードと、
    　前記三相交流発電機のＶ相の出力端子にアノードが接続され、前記バッテリの正側にカソードが接続された第２のダイオードと、
    　前記三相交流発電機のＷ相の出力端子にアノードが接続され、前記バッテリの正側にカソードが接続された第３のダイオードと、
    　前記三相交流発電機のＵ相の出力端子にカソードが接続され、前記バッテリの負側にアノードが接続された第４のダイオードと、
    　前記三相交流発電機のＶ相の出力端子にカソードが接続され、前記バッテリの負側にアノードが接続された第５のダイオードと、
    　前記三相交流発電機のＷ相の出力端子にカソードが接続され、前記バッテリの負側にアノードが接続された第６のダイオードと、を有する
    　ことを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
  8. 　前記第１ないし第３のスイッチ回路は、トランジスタであることを特徴とする請求項４に記載のレギュレータ。
  9. 　前記第１ないし第３のスイッチ回路は、トランジスタであることを特徴とする請求項５に記載のレギュレータ。
  10. 　前記コントローラは、一定期間だけ、前記制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
  11. 　前記制御信号は、パルス波であることを特徴とする請求項１０に記載のレギュレータ。
  12. 　前記バッテリの負側が接地に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のレギュレータ。
  13. 　バッテリを充電するためのバッテリ充電装置であって、
    　前記バッテリを充電するための交流電圧を供給する三相交流発電機と、
    　請求項１記載のレギュレータと、を備えた
    　ことを特徴とするバッテリ充電装置。
  14. 　バッテリを充電するためのバッテリ充電システムであって、
    　バッテリと、
    　請求項１３記載のバッテリ充電装置と、を備えた
    　ことを特徴とするバッテリ充電システム。
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