JP4151604B2

JP4151604B2 - 車両用発電制御装置

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Publication number: JP4151604B2
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Inventors: 敬司高橋; 博一豊田
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Filing date: 2004-04-23
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Description

本発明は、車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置に関する。

従来、車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置として、特開２００２−１１９０９８号公報に開示されているレギュレータがある。このレギュレータは、ＭＯＳ型トランジスタと、電圧検出回路と、昇圧回路とから構成されている。

ＭＯＳ型トランジスタは車両用発電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するためのスイッチング素子である。ＭＯＳ型トランジスタのドレインは車両用発電機の出力端子と車両用発電機によって充電されるバッテリに、ソースは界磁コイルの一端にそれぞれ接続され、界磁コイルの他端は車体に接地されている。

電圧検出回路は、バッテリの出力電圧を検出し、その出力電圧が所定の調整電圧になるようにＭＯＳ型トランジスタを断続するための駆動信号を出力する回路である。電圧検出回路の入力端子はバッテリに、出力端子は昇圧回路にそれぞれ接続されている。

昇圧回路は電圧検出回路の出力する駆動信号に基づいてＭＯＳ型トランジスタのゲートに印加する高電圧を出力する回路であり、発振回路と、チャージポンプ回路とから構成されている。発振回路はチャージポンプ回路を駆動するためのパルス信号を出力する回路であり、その出力端子はチャージポンプ回路に接続されている。チャージポンプ回路は、発振回路が出力するパルス信号に基づいて複数のコンデンサを繰返し充放電することで、入力される電圧をより高い電圧に昇圧して出力する回路であり、その出力端子はＭＯＳ型トランジスタのゲートに接続されている。

そして、バッテリの出力電圧が所定の調整電圧以下になると、電圧検出回路はＭＯＳ型トランジスタをオンするための駆動信号を出力する。チャージポンプ回路は、電圧検出回路の出力する駆動信号に基づい作動を開始し、発振回路の出力するパルス信号に同期して複数のコンデンサを充放電させＭＯＳ型トランジスタをオンするための高電圧を出力する。チャージポンプ回路の出力する高電圧がゲートに印加されることでＭＯＳ型トランジスタはオンする。ＭＯＳ型トランジスタがオンし界磁コイルに界磁電流が流れると、車両用発電機は発電を開始しバッテリを充電する。バッテリは車両用発電機によって充電され出力電圧が上昇する。

バッテリの出力電圧が所定の調整電圧を超えると、電圧検出回路はＭＯＳ型トランジスタをオフするための駆動信号を出力する。チャージポンプ回路は電圧検出回路の出力する駆動信号に基づい昇圧動作を停止し、その出力電圧は急速に低下する。チャージポンプ回路の出力電圧が低下することでＭＯＳ型トランジスタはオフする。ＭＯＳ型トランジスタがオフし、界磁コイルに流れていた界磁電流が遮断され、車両用発電機は発電を停止する。バッテリは接続されている電気負荷に電力を供給することにより出力電圧が低下していく。

レギュレータはこれらの動作を繰り返すことでバッテリの出力電圧を常に調整電圧に保つことができる。
特開２００２−１１９０９８号公報

電圧検出回路の出力する駆動信号に対してＭＯＳ型トランジスタの応答性を向上させるためには、チャージポンプ回路は出力電圧を速やかに立ち上げなければならない。チャージポンプ回路の出力電圧は発振回路の出力するパルス信号の周波数が高い程早く立ち上がる。そのため、発振信号の出力するパルス信号の周波数は比較的高い周波数に設定されている。ところで、チャージポンプ回路は発振回路の出力するパルス信号に同期して複数のコンデンサを繰返し充放電している。そのため、複数のコンデンサの充放電に伴う高い周波数の充放電電流がバッテリに流れ込み、ノイズとしてバッテリに接続されている電気負荷の動作に影響を与える恐れがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、性能を確保しつつ、チャージポンプ回路から発生するノイズを低減することができる車両用発電制御装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、車両用発電機が低発電状態にあるときに、チャージポンプ回路を駆動するための発振信号の周波数を低くすることで、性能を確保しつつ、チャージポンプ回路から発生するノイズを低減できることを思いつき、本発明を完成するに至った。

すなわち、請求項１に記載の車両用発電制御装置は、断続することで車両用発電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するスイッチング素子と、前記車両用発電機で充電される直流電源の出力電圧を検出し前記出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチング素子を断続するための制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路の出力する制御信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための電圧を出力する駆動回路とを備えた車両用発電制御装置において、前記駆動回路は、入力される電圧を昇圧して出力するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路を駆動するための発振信号を出力する発振回路と、前記界磁電流を検出する界磁電流検出回路とを有し、前記界磁電流検出回路の検出した前記界磁電流が所定の界磁電流閾値以下のとき前記発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることを特徴とする。

請求項２に記載の車両用発電制御装置は、請求項１に記載の車両用発電制御装置において、さらに、前記発振回路は、第１の発振信号を出力する第１発振回路と、前記第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号を出力する第２発振回路とを有し、前記界磁電流が前記所定の界磁電流閾値以下のとき前記第２発振回路の前記第２の発振信号を前記チャージポンプ回路に出力することを特徴とする。

請求項３に記載の車両用発電制御装置は、断続することで車両用発電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するスイッチング素子と、前記車両用発電機で充電される直流電源の出力電圧を検出し前記出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチング素子を断続するための制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路の出力する制御信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための電圧を出力する駆動回路とを備えた車両用発電制御装置において、前記駆動回路は、入力される電圧を昇圧して出力するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路を駆動するための発振信号を出力する発振回路と、前記スイッチング素子が導通状態にある導通時間を検出する導通時間検出回路とを有し、前記導通時間検出回路の検出した前記スイッチング素子の前記導通時間が所定の導通時間閾値以下のとき前記発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることを特徴とする。

請求項４に記載の車両用発電制御装置は、請求項３に記載の車両用発電制御装置において、さらに、前記発振回路は、第１の発振信号を出力する第１発振回路と、前記第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号を出力する第２発振回路とを有し、前記導通時間が前記所定の導通時間閾値以下のとき前記第２発振回路の前記第２の発振信号を前記チャージポンプ回路に出力することを特徴とする。

請求項５に記載の車両用発電制御装置は、断続することで車両用発電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するスイッチング素子と、前記車両用発電機で充電される直流電源の出力電圧を検出し前記出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチング素子を断続するための制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路の出力する制御信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための電圧を出力する駆動回路とを備えた車両用発電制御装置において、前記駆動回路は、入力される電圧を昇圧して出力するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路を駆動するための発振信号を出力する発振回路と、前記車両用発電機のステータコイルの誘起電圧を検出する誘起電圧検出回路とを有し、前記誘起電圧検出回路の検出した前記ステータコイルの前記誘起電圧の大きさが所定の誘起電圧閾値以下のとき前記発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることを特徴とする。

請求項６に記載の車両用発電制御装置は、請求項５に記載の車両用発電制御装置において、さらに、前記発振回路は、第１の発振信号を出力する第１発振回路と、前記第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号を出力する第２発振回路とを有し、前記誘起電圧が前記所定の誘起電圧閾値以下のとき前記第２発振回路の前記第２の発振信号を前記チャージポンプ回路に出力することを特徴とする。

請求項７に記載の車両用発電制御装置は、請求項２、４又は６に記載の車両用発電制御装置において、さらに、前記第２発振回路は、前記第１発振回路の出力する第１の発振信号を分周して出力することを特徴とする。

請求項１に記載の車両用発電制御装置によれば、界磁電流検出回路の検出した界磁電流が所定の界磁電流閾値以下のとき発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることができる。そのため、性能を確保しつつ、チャージポンプ回路から発生するノイズを低減することができる。

ところで、ノイズエネルギーはノイズの周波数に比例して増加する。そのため、発振信号の周波数を低くすることで複数のコンデンサの充放電に伴う充放電電流の周波数を抑えることでき、ノイズエネルギーを低減できる。また、発振信号の周波数を低くするとチャージポンプ回路の出力電圧は緩やかに立ち上がる。しかし、界磁電流が所定の界磁電流閾値以下であるため、チャージポンプ回路の出力電圧が立ち上がりきるまでの過渡状態において、スイッチング素子の損失がわずかに増加する程度であり、性能に影響を与えることはない。

請求項２に記載の車両用発電制御装置によれば、界磁電流が所定の界磁電流閾値以下のとき、第２発振回路で第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号をチャージポンプ回路に出力することができる。そのため、発振回路の出力する発振信号の周波数を確実に低くすることができる。

請求項３に記載の車両用発電制御装置によれば、導通時間検出回路の検出したスイッチング素子の導通時間が所定の導通時間閾値以下のとき発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることができる。そのため、性能を確保しつつ、チャージポンプ回路から発生するノイズを低減することができる。

ところで、発振信号の周波数を低くするとチャージポンプ回路の出力電圧は緩やかに立ち上がる。しかし、スイッチング素子の導通時間が所定の導通時間閾値以下であるため界磁電流は小さく、チャージポンプ回路の出力電圧が立ち上がりきるまでの過渡状態において、スイッチング素子の損失がわずかに増加する程度であり、性能に影響を与えることはない。

請求項４に記載の車両用発電制御装置によれば、スイッチング素子の導通時間が所定の導通時間閾値以下のとき、第２発振回路で第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号をチャージポンプ回路に出力することができる。そのため、発振回路の出力する発振信号の周波数を確実に低くすることができる。

請求項５に記載の車両用発電制御装置によれば、誘起電圧検出回路の検出したステータコイルの誘起電圧の大きさが所定の誘起電圧閾値以下のとき、発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることができる。そのため、性能を確保しつつ、チャージポンプ回路から発生するノイズを低減することができる。

ところで、発振信号の周波数を低くするとチャージポンプ回路の出力電圧は緩やかに立ち上がる。しかし、ステータコイルの誘起電圧の大きさが所定の誘起電圧閾値以下であるため界磁電流は小さく、チャージポンプ回路の出力電圧が立ち上がりきるまでの過渡状態において、スイッチング素子の損失がわずかに増加する程度であり、性能に影響を与えることはない。

請求項６に記載の車両用発電制御装置によれば、ステータコイルの誘起電圧の大きさが所定の誘起電圧閾値以下のとき、第２発振回路で第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号をチャージポンプ回路に出力することができる。そのため、発振回路の出力する発振信号の周波数を確実に低くすることができる。

請求項７に記載の車両用発電制御装置によれば、発振回路を簡素化することができる。

本実施形態は、本発明にかかる車両用発電制御装置を、車両用発電機を制御して車両に搭載されたバッテリを充電する車両用バッテリ充電装置のレギュレータに適用した例を示す。

（第１実施形態）
第１実施形態における車両用バッテリ充電装置の回路図を図１に示す。そして、図１を参照し構造、動作、効果の順で具体的に説明する。

まず、図１を参照して具体的構造について説明する。図１に示すように、車両用バッテリ充電装置１は、車両用発電機２と、バッテリ３（直流電源）と、レギュレータ４（車両用発電制御装置）とから構成されている。

車両用発電機２はベルトを介して伝達されるエンジンの駆動力により駆動されることで
直流電圧を出力する機器である。車両用発電機２は、界磁コイル２０と、ステータコイル２１と、整流回路２２とから構成されている。

界磁コイル２０はエンジンの駆動力によって回転するロータコアに巻回された巻線である。界磁コイル２０の一端はスリップリング（図略）を介してレギュレータ４に接続され、他端は同様にスリップリングを介して車体に接地されている。

ステータコイル２１は３つの相コイル２１ａ〜２１ｃをＹ結線して構成され、界磁コイル２０に界磁電流が流れることにより発生する磁束と鎖交することで３相交流電圧を発生する。ステータコイル２１の３つの出力端子は整流回路２２に接続されている。

整流回路２２はステータコイル２１が発生する３相交流電圧を３相全波整流して直流電圧に変換するための回路である。整流回路２２は６つのダイオード２２ａ〜２２ｆを３相ブリッジ接続して構成されている。３相ブリッジの上側にある３つのダイオード２２ａ〜２２ｃのカソードはバッテリ３の正極端子に接続され、下側の３つのダイオード２２ｄ〜２２ｆのアノードは車体に接地されている。

バッテリ３は、車両に搭載される、例えば、定格電圧が１４Ｖの直流電源である。バッテリ３の正極端子は車両用発電機２の整流回路２２を構成するダイオード２２ａ〜２２ｃのカソードに接続されている。また、バッテリ３の正極端子は、イグニッションスイッチ５を介して後述するレギュレータ４のＩＧ端子に接続されるとともに、レギュレータ４のＢ端子及びＳ端子に接続され、負極端子は車体に接地されている。

レギュレータ４は、電界効果トランジスタ４０（スイッチング素子）と、還流ダイオード４１と、制御回路４２と、駆動回路４３とから構成されている。

電界効果トランジスタ４０は車両用発電機２の界磁コイル２０に流れる界磁電流を制御するためのスイッチング素子である。電界効果トランジスタ４０のドレインはＢ端子を介してバッテリ３の正極端子に、ソースはＦ端子を介して車両用発電機２の界磁コイル２０の一端に、ゲートは駆動回路４３にそれぞれ接続されている。

還流ダイオード４１は電界効果トランジスタ４０をオフした際に界磁コイル２０に発生する還流電流を流すための素子である。還流ダイオード４１のカソードは電界効果トランジスタ４０と界磁コイル２０の接続点に、アノードは車体の接地されている。

制御回路４２は、バッテリ３の正極端子の電圧を検出し、その電圧が所定の調整電圧設定値、例えば、１４Ｖになるように電界効果トランジスタ４０を駆動するための制御信号を出力する回路である。制御回路４２は、ツェナーダイオード４２ａと、抵抗４２ｂ〜４２ｃ、４２ｅと、トランジスタ４２ｄと、電界効果トランジスタ４２ｆとから構成されている。ツェナーダイオード４２ａのカソードは抵抗４２ｂを介してＳ端子に接続され、Ｓ端子はバッテリ３の正極端子に接続されている。ツェナーダイオード４２ａのアノードは抵抗４２ｃを介して車体に接地されている。トランジスタ４２ｄのコレクタは抵抗４２ｅを介してＩＧ端子に接続され、ＩＧ端子はイグニッションスイッチ５を介してバッテリ３の正極端子に接続されている。トランジスタ４２ｄのエミッタは車体に接地され、ベースはツェナーダイオード４２ａと抵抗４２ｃの接続点に接続されている。ツェナーダイオード４２ａと抵抗４２ｂ、４２ｃは、バッテリ３の電圧が１４Ｖを超えると、ツェナーダイオード４２ａと抵抗４２ｃの接続点の電圧がトランジスタ４２ｄをオンするのに充分な電圧となるようなツェナー電圧及び抵抗値に設定されている。

駆動回路４３は、制御回路４２の出力する制御信号に基づいて、電界効果トランジスタ４０を駆動するためのバッテリ３の電圧より高い電圧を出力する回路である。駆動回路４３は、発振回路４３０と、界磁電流検出回路４３１と、電流供給回路４３２と、チャージポンプ回路４３３と、遮断回路４３４とから構成されている。

発振回路４３０は、励磁電流検出回路４３１の出力する切換え信号に基づいて、周波数の異なる２つの発振信号を切換えて出力する回路である。発振回路４３０は、高周波発振回路４３０ａ（第１発振回路）と、低周波発振回路４３０ｂ（第２発振回路）と、ＮＯＴ回路４３０ｃと、アナログスイッチ４３０ｄ、４３０ｅとから構成されている。高周波発振回路４３０ａは、例えば、８００ｋＨｚの矩形波を継続して出力する回路である。低周波発振回路４３０ｂは、高周波発振回路４３０ａの出力する矩形波の周波数より低い、例えば、４００ｋＨｚの矩形波を継続して出力する回路である。高周波発振回路４３０ａと低周波発振回路４３０ｂはそれぞれ独立して矩形波を出力している。ＮＯＴ回路４３０ｃの入力端子は励磁電流検出回路４３１に、出力端子はアナログスイッチ４３０ｅにそれぞれ接続されている。アナログスイッチ４３０ｄの２つの制御端子はともに励磁電流検出回路４３１に、入力端子は高周波発振回路４３０ａの出力端子に、出力端子はチャージポンプ回路４３３にそれぞれ接続されている。アナログスイッチ４３０ｅの２つの制御端子はともにＮＯＴ回路４３０ｃの出力端子に、入力端子は低周波発振回路４３０ｂの出力端子に、出力端子はアナログスイッチ４３０ｄとともに、チャージポンプ回路４３３にそれぞれ接続されている。

励磁電流検出回路４３１は、励磁コイル２０に流れる励磁電流を検出し、励磁電流の大きさに応じてチャージポンプ回路４３３を駆動する発振信号の周波数を切換えるための切換え信号を出力する回路である。励磁電流検出回路４３１は、電界効果トランジスタ４３１ａと、電流検出抵抗４３１ｂと、抵抗４３１ｃと、定電流源４３１ｄと、コンパレータ４３１ｅと、コンデンサ４３１ｆとから構成されている。電界効果トランジスタ４３１ａのドレインは抵抗４３１ｂを介してＢ端子に接続され、Ｂ端子はバッテリの正極端子に接続されている。電界効果トランジスタ４３１ａのソースは電界効果トランジスタ４０と界磁コイル２０の接続点に、ゲートは電界効果トランジスタ４０のゲートとチャージポンプ回路４３３と遮断回路４３４にそれぞれ接続されている。抵抗４３１ｃの一端はＢ端子を介してバッテリ３の正極端子に、他端は定電流源４３１ｄの一端に接続され、定電流源４３１ｄの他端は車体に接地されている。コンパレータ４３１ｅの反転入力端子は抵抗４３１ｃと定電流源４３１ｄの接続点に、非反転入力端子は抵抗４３１ｂと電界効果トランジスタ４３１ａの接続点にそれぞれ接続されている。また、コンパレータ４３１ｅの出力端子はコンデンサ４３１ｆを介して車体に接地されるとともに、ＮＯＴ回路４３０ｃの入力端子とアナログスイッチ４３０ｄの２つの制御端子にそれぞれ接続されている。

電流供給回路４３２はチャージポンプ回路４３３に電流を供給するカレントミラー回路である。電流供給回路４３２は、電界効果トランジスタ４３２ａと、抵抗４３２ｂ、４３２ｅ、４３２ｇ、４３２ｉと、トランジスタ４３２ｃ、４３２ｄ、４３２ｆ、４３２ｈとから構成されている。電界効果トランジスタ４３２ａのドレインは抵抗４３２ｂを介して電界効果トランジスタ４０と界磁コイル２０の接続点に接続されている。電界効果トランジスタ４３２ａのソースはトランジスタ４３２ｃのコレクタに接続され、トランジスタ４３２ｃのエミッタは車体に接地されている。電界効果トランジスタ４３２ａのゲートは制御回路４２を構成する抵抗４２ｅとトランジスタ４２ｄの接続点に接続されている。トランジスタ４３２ｃのベースはコレクタに接続されるとともに、トランジスタ４３２ｄのベースに接続されている。トランジスタ４３２ｄのコレクタは抵抗４３２ｅを介してトランジスタ４３２ｆのコレクタに接続され、エミッタは車体に接地されている。トランジスタ４３２ｆのエミッタは抵抗４３２ｇを介してＢ端子に接続され、Ｂ端子はバッテリ３の正極端子に接続されている。トランジスタ４３２ｆのベースはコレクタに接続されるとともに、トランジスタ４３２ｈのベースに接続されている。トランジスタ４３２ｈのコレクタはチャージポンプ回路４３３に、エミッタはトランジスタ４３２ｆと抵抗４３２ｇの接続点にそれぞれ接続されている。また、トランジスタ４３２ｆ、４３２ｈのベースは抵抗４３２ｉを介して制御回路４２の電界効果トランジスタ４２ｆのドレインに接続されている。

チャージポンプ回路４３３は入力される電圧より高い電圧を出力する昇圧回路である。チャージポンプ回路４３３は、ダイオード４３３ａ〜４３３ｃと、ＮＯＴ回路４３３ｄと、コンデンサ４３３ｅ、４３３ｆとから構成されている。３つのダイオード４３３ａ〜４３３ｃは直列接続されている。コンデンサ４３３ｅの一端はアナログスイッチ４３０ｄ、４３０ｅの出力端子に、他端はダイオード４３３ａとダイオード４３３ｂの接続点にそれぞれ接続されている。ＮＯＴ回路４３３ｄの入力端子はアナログスイッチ４３０ｄ、４３０ｅの出力端子に、出力端子はコンデンサ４３３ｆの一端にそれぞれ接続され、コンデンサ４３３ｆの他端はダイオード４３３ｂとダイオード４３３ｃの接続点に接続されている。

遮断回路４３４は、チャージポンプ回路４３３を構成するコンデンサ４３３ｅ、４３３ｆを放電させることでチャージポンプ回路４３３の出力を遮断する回路である。遮断回路４３４は、電界効果トランジスタ４３４ａと、抵抗４３４ｂとから構成されている。電界効果トランジスタ４３４ａのドレインは抵抗４３４ｂを介してダイオード４３３ｃのカソードと電界効果トランジスタ４０のゲートに、ゲートは電界効果トランジスタ４２ｆのドレインにそれぞれ接続され、ソースは車体に接地されている。

次に、図１を参照して具体的動作について説明する。イグニッションスイッチ５がオンされるとレギュレータ４は動作を開始する。Ｓ端子を介して入力されるバッテリ３の電圧が１４Ｖ以下になると、ツェナーダイオード４２ａと抵抗４２ｃの接続点の電圧はほぼ０Ｖになり、トランジスタ４２ｄはオフする。さらに、トランジスタ４２ｄがオフすると電界効果トランジスタ４２ｆはオンする。

トランジスタ４２ｄがオフすることで電界効果トランジスタ４３２ａがオンし、抵抗４３２ｂとトランジスタ４３２ｃ、４３２ｄとで構成されるカレントミラー回路が作動する。さらに、電界効果トランジスタ４２ｆがオンすることで抵抗４３２ｉを介して電流が流れ、抵抗４３２ｇとトランジスタ４３２ｆ、４３２ｈとで構成されるカレントミラー回路も作動する。これにより、電流供給回路４３２はチャージポンプ回路４３３への電流の供給を開始する。

電界効果トランジスタ４２ｆがオンすることで電界効果トランジスタ４３４ａはオフする。これにより、遮断回路４３４はチャージポンプ回路４３３の出力の遮断を解除する。

チャージポンプ回路４３３は電流供給回路４３２から電流を供給されるとともに、遮断回路４３４による出力の遮断が解除されることで昇圧動作を開始する。

励磁電流検出回路４３１の電界効果トランジスタ４３１ａは界磁電流を制御する電界効果トランジスタ４０と同期してオン、オフする。そのため、電界効果トランジスタ４３１ａには電流検出抵抗４３１ｂの抵抗値で決まる界磁電流に比例した電流が流れる。この電流は電流検出抵抗４３１ｂで電圧に変換される。電流検出抵抗４３１ｂの電圧は、コンパレータ４３１ｅで抵抗４３１ｃに定電流源４３１ｄの定電流が流れることで決まる界磁電流閾値に対応した電圧と比較される。ここで、界磁電流閾値は車両用発電機２の発電量が少ない低発電状態における界磁電流値に設定されている。コンパレータ４３１ｅは、電流検出抵抗４３１ｂの電圧が界磁電流閾値に対応した電圧以下のときローレベルを出力し、それ以外のときハイレベルを出力する。

発振回路４３０は、コンパレータ４３１ｅの出力がハイレベルのとき、高周波発振回路４３０ａの８００ｋＨｚの矩形波をアナログスイッチ４３０ｄを介して出力する。また、コンパレータ４３１ｅの出力がローレベルのとき、低周波発振回路４３０ｂの出力する４００ｋＨｚの矩形波をアナログスイッチ４３０ｅを介して出力する。

チャージポンプ回路４３３は、発振回路４３０の出力する矩形波に同期し電流供給回路４３２から供給される電流でコンデンサ４３３ｅ、４３３ｆを繰り返し充放電させ、電界効果トランジスタ４０をオンさせるのに充分な高電圧を出力する。

電界効果トランジスタ４０はチャージポンプ回路４３３の出力する高電圧がゲートに印加されることでオンする。

車両用発電機２は、電界効果トランジスタ４０がオンして界磁コイル２０に界磁電流が流れると、発電を開始しバッテリ３を充電する。バッテリ３は車両用発電機２によって充電され電圧が上昇する。

これに対し、Ｓ端子を介して入力されるバッテリ３の電圧が１４Ｖを超えると、ツェナーダイオード４２ａと抵抗４２ｃの接続点の電圧はトランジスタ４２ｄをオンするのに充分な電圧となり、トランジスタ４２ｄはオンする。さらに、トランジスタ４２ｄがオンすることで電界効果トランジスタ４２ｆはオフする。

トランジスタ４２ｄがオンすることで電界効果トランジスタ４３２ａがオフし、抵抗４３２ｂとトランジスタ４３２ｃ、４３２ｄとで構成されるカレントミラー回路は作動を停止する。さらに、電界効果トランジスタ４２ｆがオフすることで抵抗４３２ｇとトランジスタ４３２ｆ、４３２ｈへの電流の供給が遮断され、抵抗４３２ｇとトランジスタ４３２ｆ、４３２ｈとで構成されるカレントミラー回路も作動を停止する。これにより、電流供給回路４３２はチャージポンプ回路４３３への電流の供給を停止する。

電界効果トランジスタ４２ｆがオフすることで電界効果トランジスタ４３４ａはオンする。電界効果トランジスタ４３４ａがオンすると、チャージポンプ回路４３３を構成するコンデンサ４３３ｅ、４３３ｆに蓄積された電荷がダイオード４３３ｂ、４３３ｃ、及び抵抗４３４ｂを介して車体に放電される。これにより、遮断回路４３４はチャージポンプ回路４３３の出力の遮断する。

チャージポンプ回路４３３は電流供給回路４３２からの電流の供給を停止されるとともに、遮断回路４３４によって出力が遮断されることで昇圧動作を停止する。これにより、電界効果トランジスタ４０はオフし、界磁コイル２０への界磁電流が遮断される。車両用発電機２は発電を停止する。バッテリ３は接続されている電気負荷に電力を供給することにより電圧が低下していく。

レギュレータ４はこれらの動作を繰り返すことでバッテリ３の電圧を常に１４Ｖに保つことができる。

最後に具体的効果について説明する。第１の実施形態によれば、レギュレータ４は、界磁電流検出回路４３１の検出した界磁電流が界磁電流閾値以下のとき、発振回路４３０の出力する発振信号の周波数を低くすることができる。そのため、性能を確保しつつ、チャージポンプ回路４３３から発生するノイズを低減することができる。

ところで、ノイズエネルギーはノイズの周波数に比例して増加する。そのため、発振信号の周波数を低くすることでコンデンサ４３３ｅ、４３３ｆの充放電に伴う充放電電流の周波数を抑えることでき、ノイズエネルギーを低減できる。また、発振信号の周波数を低くするとチャージポンプ回路４３３の出力電圧は緩やかに立ち上がる。しかし、界磁電流が界磁電流閾値以下であるため、チャージポンプ回路４３３の出力電圧が立ち上がりきるまでの過渡状態において、電界効果トランジスタ４０の損失がわずかに増加する程度であり、性能に影響を与えることはない。

また、レギュレータ４は、界磁電流が界磁電流閾値以下のとき、低周波発振回路４３０ｂで高周波発振回路４３０ａの出力する８００ｋＨｚの発振信号より低い４００ｋＨｚの発振信号をチャージポンプ回路４３３に出力することができる。そのため、発振回路４３３の出力する発振信号の周波数を確実に低くすることができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態における車両用バッテリ充電装置の回路図を図２に示す。ここでは、第１実施形態における車両用バッテリ充電装置との相違部分についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

まず、図２を参照して具体的構造について説明する。図２に示すように、駆動回路４３は、発振回路４３０と、導通時間検出回路４３６と、電流供給回路４３２と、チャージポンプ回路４３３と、遮断回路４３４とから構成されている。

導通時間検出回路４３６は、電界効果トランジスタ４０が導通状態にある導通時間を検出し、導通時間の長さに応じてチャージポンプ回路４３３を駆動する発振信号の周波数を切換えるための切換え信号を出力する回路である。導通時間検出回路４３６は、コンパレータ４３６ａと、基準電源４３６ｂと、抵抗４３６ｃ、４３６ｄと、コンデンサ４３６ｅとから構成されている。コンパレータ４３６ａの反転入力端子は基準電源４３６ｂの一端に接続され、基準電源４３６ｂの他端は車体に接地されている。コンパレータ４３６ａの非反転入力端子は抵抗４３６ｃ介して電界効果トランジスタ４０と界磁コイル２０の接続点に接続されている。また、抵抗４３６ｃの一端と車体との間には、抵抗４３６ｄとコンデンサ４３６ｅがそれぞれ接続されている。コンパレータ４３６ａの出力端子は発振回路４３０に接続されている。

次に、図２を参照して第１実施形態と異なる発電時の動作についてのみ説明する。イグニッションスイッチ５がオンされるとレギュレータ４は動作を開始する。Ｓ端子を介して入力されるバッテリ３の電圧が１４Ｖ以下になると、トランジスタ４２ｄはオフし、電界効果トランジスタ４２ｆはオンする。

トランジスタ４２ｄがオフし、電界効果トランジスタ４２ｆがオンすることで、電流供給回路４３２はチャージポンプ回路４３３への電流の供給を開始する。電界効果トランジスタ４２ｆがオンすることで、遮断回路４３４はチャージポンプ回路４３３の出力の遮断を解除する。チャージポンプ回路４３３は電流供給回路４３２から電流を供給されるとともに、遮断回路４３４による出力の遮断が解除されることで昇圧動作を開始する。

電界効果トランジスタ４０が導通状態にある間、電界効果トランジスタ４０と界磁コイル２０の接続点の電圧はバッテリ３の電圧になる。電界効果トランジスタ４０と界磁コイル２０の接続点の電圧は抵抗４３６ｄとコンデンサ４３６ｅからなる積分回路で積分され、電界効果トランジスタ４０のオン時間に比例した電圧に変換される。電界効果トランジスタ４０の導通時間に比例した電圧はコンパレータ４３６ａで導通時間閾値に対応した基準電源４３６ｂの基準電圧と比較される。ここで、導通時間閾値は車両用発電機２の発電量が少ない低発電状態における電界効果トランジスタ４０の導通時間に設定されている。コンパレータ４３６ａは、電界効果トランジスタ４０の導通時間に比例した電圧が導通時間閾値に対応した電圧以下のときローレベルを出力し、それ以外のときハイレベルを出力する。

発振回路４３０は、コンパレータ４３６ａの出力がハイレベルのとき、高周波発振回路４３０ａの８００ｋＨｚの矩形波をアナログスイッチ４３０ｄを介して出力する。また、コンパレータ４３６ａの出力がローレベルのとき、低周波発振回路４３０ｂの出力する４００ｋＨｚの矩形波をアナログスイッチ４３０ｅを介して出力する。

電界効果トランジスタ４０はチャージポンプ回路４３３の出力する高電圧がゲートに印加されることでオンする。車両用発電機２は、電界効果トランジスタ４０がオンして界磁コイル２０に界磁電流が流れると、発電を開始しバッテリ３を充電する。バッテリ３は車両用発電機２によって充電され電圧が上昇する。

最後に具体的効果について説明する。第２の実施形態によれば、レギュレータ４は、導通時間検出回路４３６の検出した電界効果トランジスタ４０の導通時間が導通時間閾値以下のとき、発振回路４３０の出力する発振信号の周波数を低くすることができる。そのため、性能を確保しつつ、チャージポンプ回路４３３から発生するノイズを低減することができる。

ところで、ノイズエネルギーはノイズの周波数に比例して増加する。そのため、発振信号の周波数を低くすることでコンデンサ４３３ｅ、４３３ｆの充放電に伴う充放電電流の周波数を抑えることでき、ノイズエネルギーを低減できる。また、発振信号の周波数を低くするとチャージポンプ回路４３３の出力電圧は緩やかに立ち上がる。しかし、電界効果トランジスタ４０の導通時間が導通時間閾値以下のため界磁電流は小さく、チャージポンプ回路４３３の出力電圧が立ち上がりきるまでの過渡状態において、電界効果トランジスタ４０の損失がわずかに増加する程度であり、性能に影響を与えることはない。

また、レギュレータ４は、電界効果トランジスタ４０の導通時間が導通時間閾値以下のとき、低周波発振回路４３０ｂで高周波発振回路４３０ａの出力する８００ｋＨｚの発振信号より低い４００ｋＨｚの発振信号をチャージポンプ回路４３３に出力することができる。そのため、発振回路４３３の出力する発振信号の周波数を確実に低くすることができる。

（第３実施形態）
次に第３実施形態における車両用バッテリ充電装置装置の回路図を図３に示す。ここでは、第１及び第２実施形態における車両用バッテリ充電装置との相違部分についてのみ説明し、共通する部分ついては、必要とされる箇所以外説明を省略する。なお、前記実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明する。

まず、図３を参照して具体的構造について説明する。図３に示すように、駆動回路４３は、発振回路４３０と、誘起電圧検出回路４３７と、電流供給回路４３２と、チャージポンプ回路４３３と、遮断回路４３４とから構成されている。

誘起電圧検出回路４３７は、車両用発電機２を構成するステータコイル２１の誘起電圧を整流回路２２を介して検出し、誘起電圧の大きさに応じてチャージポンプ回路４３３を駆動する発振信号の周波数を切換えるための切換え信号を出力する回路である。誘起電圧検出回路４３７は、コンパレータ４３７ａと、基準電源４３７ｂと、抵抗４３７ｃ、４３７ｄと、コンデンサ４３７ｅとから構成されている。コンパレータ４３７ａの反転入力端子は基準電源４３７ｂの一端に接続され基準電源４３７ｂの他端は車体に接地されている。コンパレータ４３７ａの非反転入力端子は抵抗４３７ｃ介して車両用発電機２を構成する相コイル２１ａとダイオード２２ａ、２２ｄの接続点に接続されている。また、抵抗４３７ｃの一端と車体との間には、抵抗４３７ｄが接続されている。コンパレータ４３７ａの出力端子はコンデンサ４３７ｅを介して車体に接地されるとともに、発振回路４３０にそれぞれ接続されている。

次に、図３を参照して第１及び第２実施形態と異なる発電時の動作についてのみ説明する。イグニッションスイッチ５がオンされるとレギュレータ４は動作を開始する。Ｓ端子を介して入力されるバッテリ３の電圧が１４Ｖ以下になると、トランジスタ４２ｄはオフし、電界効果トランジスタ４２ｆはオンする。

車両用発電機２のステータコイル２１の誘起電圧は整流回路２２で整流される。整流されたステータコイル２１の誘起電圧はコンパレータ４３７ａで誘起電圧閾値に対応した基準電源４３７ｂの基準電圧と比較される。ここで、誘起電圧閾値は車両用発電機２の発電量が少ない低発電状態における整流されたステータコイル２１の誘起電圧値に設定されている。コンパレータ４３７ａは、整流されたステータコイル２１の誘起電圧が誘起電圧閾値に対応した電圧以下のときローレベルを出力し、それ以外のときハイレベルを出力する。

発振回路４３０は、コンパレータ４３７ａの出力がハイレベルのとき、高周波発振回路４３０ａの８００ｋＨｚの矩形波をアナログスイッチ４３０ｄを介して出力する。また、コンパレータ４３７ａの出力がローレベルのとき、低周波発振回路４３０ｂの出力する４００ｋＨｚの矩形波をアナログスイッチ４３０ｅを介して出力する。

最後に具体的効果について説明する。第３の実施形態によれば、レギュレータ４は、誘起電圧検出回路４３７の検出した整流されたステータコイル２１の誘起電圧の大きさが誘起電圧閾値以下のとき、発振回路４３０の出力する発振信号の周波数を低くすることができる。そのため、性能を確保しつつ、チャージポンプ回路４３３から発生するノイズを低減することができる。

ところで、ノイズエネルギーはノイズの周波数に比例して増加する。そのため、発振信号の周波数を低くすることでコンデンサ４３３ｅ、４３３ｆの充放電に伴う充放電電流の周波数を抑えることでき、ノイズエネルギーを低減できる。また、発振信号の周波数を低くするとチャージポンプ回路４３３の出力電圧は緩やかに立ち上がる。しかし、整流されたステータコイル２１の誘起電圧の大きさが誘起電圧閾値以下であるため界磁電流は小さく、チャージポンプ回路４３３の出力電圧が立ち上がりきるまでの過渡状態において、電界効果トランジスタ４０の損失がわずかに増加する程度であり、性能に影響を与えることはない。

また、レギュレータ４は、整流されたステータコイル２１の誘起電圧の大きさが誘起電圧閾値以下のとき、低周波発振回路４３０ｂで高周波発振回路４３０ａの出力する８００ｋＨｚの発振信号より低い４００ｋＨｚの発振信号をチャージポンプ回路４３３に出力することができる。そのため、発振回路４３３の出力する発振信号の周波数を確実に低くすることができる。

なお、上述した第１、第２及び第３実施形態においては、高周波発振回路４３０ａと低周波発振回路４３０ｂとを独立して設けている例を挙げているが、これに限られるものでない。例えば、図４に示すように、低周波発振回路４３０ｂをＤフリップフロップで構成し、高周波発振回路４３０ａの出力する発振信号を分周してもよい。これにより、発振回路を簡素化することができる。

また、上述した第１、第２及び第３実施形態においては、周波数の異なる２種類の発振信号を条件に応じて切換えてチャージポンプ回路を駆動している例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、周波数の異なる３種類以上の発振信号を条件に応じてより細かく切換えてチャージポンプ回路を駆動するようにしてもよい。

第１実施形態における車両用バッテリ充電措置の回路図を示す。第２実施形態における車両用バッテリ充電装置の回路図を示す。第３実施形態における車両用バッテリ充電装置の回路図を示す。別の発振回路の回路図を示す。

符号の説明

１・・・車両用バッテリ充電装置、２・・・車両用発電機、２０・・・界磁コイル、２１・・・ステータコイル、２２・・・整流回路、３・・・バッテリ（直流電源）、４・・・レギュレータ（車両用発電制御装置）、４０・・・電界効果トランジスタ（スイッチング素子）、４２・・・制御回路、４３・・・駆動回路、４３０・・・発振回路、４３０ａ・・・高周波発振回路（第１発振回路）、４３０ｂ・・・低周波発振回路（第２発振回路）、４３０ｃ・・・ＮＯＴ回路、４３０ｄ、４３０ｅ・・・アナログスイッチ、４３１・・・界磁電流検出回路、４３１ａ・・・電界効果トランジスタ、４３１ｂ・・・電流検出抵抗、４３１ｃ・・・抵抗、４３１ｄ・・・定電流源、４３１ｅ・・・コンパレータ、４３１ｆ・・・コンデンサ、４３２・・・電流供給回路、４３３・・・チャージポンプ回路、４３３ａ〜４３３ｃ・・・ダイオード、４３３ｄ、４３３ｅ・・・コンデンサ、４３３ｆ・・・ＮＯＴ回路、４３４・・・遮断回路、４３６・・・導通時間検出回路、４３６ａ・・・コンパレータ、４３６ｂ・・・基準電源、４３６ｃ、４３６ｄ・・・抵抗、４３６ｅ・・・コンデンサ、４３７・・・誘起電圧検出回路、４３７ａ・・・コンパレータ、４３７ｂ・・・基準電源、４３７ｃ、４３７ｄ・・・抵抗、４３７ｅ・・・コンデンサ、５・・・イグニッションスイッチ

Claims

断続することで車両用発電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するスイッチング素子と、前記車両用発電機で充電される直流電源の出力電圧を検出し前記出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチング素子を断続するための制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路の出力する制御信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための電圧を出力する駆動回路とを備えた車両用発電制御装置において、
前記駆動回路は、複数のコンデンサを有し前記複数のコンデンサを繰返し充放電させることで入力された電圧をより高い電圧に昇圧して出力するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路を駆動するための発振信号を出力する発振回路と、前記界磁電流を検出する界磁電流検出回路とを有し、前記界磁電流検出回路の検出した前記界磁電流が所定の界磁電流閾値以下のとき前記発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることを特徴とする車両用発電制御装置。
前記発振回路は、第１の発振信号を出力する第１発振回路と、前記第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号を出力する第２発振回路とを有し、前記界磁電流が前記所定の界磁電流閾値以下のとき前記第２発振回路の前記第２の発振信号を前記チャージポンプ回路に出力することを特徴とする請求項１記載の車両用発電制御装置。
断続することで車両用発電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するスイッチング素子と、前記車両用発電機で充電される直流電源の出力電圧を検出し前記出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチング素子を断続するための制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路の出力する制御信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための電圧を出力する駆動回路とを備えた車両用発電制御装置において、
前記駆動回路は、複数のコンデンサを有し前記複数のコンデンサを繰返し充放電させることで入力された電圧をより高い電圧に昇圧して出力するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路を駆動するための発振信号を出力する発振回路と、前記スイッチング素子が導通状態にある導通時間を検出する導通時間検出回路とを有し、前記導通時間検出回路の検出した前記スイッチング素子の前記導通時間が所定の導通時間閾値以下のとき前記発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることを特徴とする車両用発電制御装置。
前記発振回路は、第１の発振信号を出力する第１発振回路と、前記第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号を出力する第２発振回路とを有し、前記導通時間が前記所定の導通時間閾値以下のとき前記第２発振回路の前記第２の発振信号を前記チャージポンプ回路に出力することを特徴とする請求項３記載の車両用発電制御装置。
断続することで車両用発電機の界磁コイルに流れる界磁電流を制御するスイッチング素子と、前記車両用発電機で充電される直流電源の出力電圧を検出し前記出力電圧の大きさに基づいて前記スイッチング素子を断続するための制御信号を出力する制御回路と、前記制御回路の出力する制御信号に基づいて前記スイッチング素子を駆動するための電圧を出力する駆動回路とを備えた車両用発電制御装置において、
前記駆動回路は、複数のコンデンサを有し前記複数のコンデンサを繰返し充放電させることで入力された電圧をより高い電圧に昇圧して出力するチャージポンプ回路と、前記チャージポンプ回路を駆動するための発振信号を出力する発振回路と、前記車両用発電機のステータコイルの誘起電圧を検出する誘起電圧検出回路とを有し、前記誘起電圧検出回路の検出した前記ステータコイルの前記誘起電圧の大きさが所定の誘起電圧閾値以下のとき前記発振回路の出力する発振信号の周波数を低くすることを特徴とする車両用発電制御装置。
前記発振回路は、第１の発振信号を出力する第１発振回路と、前記第１の発振信号の周波数より低い周波数である第２の発振信号を出力する第２発振回路とを有し、前記誘起電圧が前記所定の誘起電圧閾値以下のとき前記第２発振回路の前記第２の発振信号を前記チャージポンプ回路に出力することを特徴とする請求項５記載の車両用発電制御装置。
前記第２発振回路は、前記第１発振回路の出力する第１の発振信号を分周して出力することを特徴とする請求項２、４又は６記載の車両用発電制御装置。