(57)【要約】【課題】簡単な構成でありながら、各顧客ニーズにあった調整電圧機能を安定した形で具備可能な車両用充電発電機の制御装置を提供する。【解決手段】エンジンによって回転され、回転磁界をつくる界磁巻線１３と、界磁巻線１３による回転磁界によって電流を発生し整流器１２を介してバッテリ１４を充電する電機子巻線１１と、バッテリ１４の電圧を調整する電圧制御用ＩＣレギュレータ１５と、を有し、電圧制御用ＩＣレギュレータ１５は、予め設定された調整電圧を３／１０から７／１０まで可変可能な調整電圧可変手段を有する車両用充電発電機の制御装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンによって回転され、回転磁界をつくる界磁巻線と、
前記界磁巻線による回転磁界によって電流を発生し整流器を介してバッテリを充電する電機子巻線と、
前記バッテリの電圧を調整する電圧調整手段と、を有し、
前記電圧調整手段は、予め設定された調整電圧を３／１０から７／１０まで可変可能な調整電圧可変手段を有する車両用充電発電機の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車両用充電発電機の制御装置であって、
前記電圧調整手段は、絶縁物分離集積回路、又はバイポーラ及びＣ−ＭＯＳ並びにＤ−ＭＯＳ一体形集積回路に集積されるとともに、前記調整電圧可変手段は集積回路上に予め配線された半導体素子を短絡することによって調整電圧を３／１０から７／１０まで可変する車両用充電発電機の制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の車両用充電発電機の制御装置であって、
前記調整電圧可変手段は、集積回路上に予め配線された導体パターンを変更することで調整電圧を３／１０から７／１０まで可変する車両用充電発電機の制御装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の車両用充電発電機の制御装置であって、
前記整流器は、パワーツェナーダイオードで構成されており、ツェナー電圧が６０Ｖ以下の特性を有する車両用充電発電機の制御装置。
【請求項５】
請求項１記載の車両用充電発電機の制御装置であって、
前記電圧調整手段にあらかじめ設定された調整電圧は４３.０Ｖ±１.５Ｖ又は２８.５Ｖ±１.０Ｖの範囲とした値であり、この調整電圧を３／１０から７／１０まで可変することによって１４.４Ｖの調整電圧を作成する車両用充電発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両用充電発電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用充電発電機の制御装置において、低コストで多種多様な要求に対応する手段として、あらかじめパッケージに多様なリードフレームを形成しておき、任意の箇所を切断することで接続箇所を変更して対応するものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２３６６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記従来技術の場合、接続箇所を変更するのみで、集積回路にあらかじめ設定された電気的特性（特に調整電圧）を細かく可変する機能が得られないばかりか、パッケージ半導体電子部品のリードフレームの任意箇所を切断することで、パッケージの機種が増加してしまう問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、簡単な構成でありながら、各顧客ニーズにあった調整電圧機能を安定した形で具備可能な車両用充電発電機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エンジンによって回転され、回転磁界をつくる界磁巻線と、界磁巻線による回転磁界によって電流を発生し整流器を介してバッテリを充電する電機子巻線と、バッテリの電圧を調整する電圧調整手段と、を有し、電圧調整手段は、予め設定された調整電圧を３／１０から７／１０まで可変可能な調整電圧可変手段を有する車両用充電発電機の制御装置である。
【発明の効果】
【０００７】
簡単な構成でありながら、各顧客ニーズにあった調整電圧機能を簡単で安定した形で提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例をなす車両用発電機の充電系統を示す制御回路図を示す。
【図２】図１の抵抗集合体５４１の回路図を示す。
【図３】偏差回路と鋸歯回路を含む動作波形。
【図４】本発明の一実施例をなす車両用発電機の縦断面構造図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
本実施形態は車両用充電発電機の制御装置に係り、特に制御回路を１つの半導体素子に実装した１チップ形のＩＣレギュレータを使用した制御装置に関する。
【００１１】
本実施形態は、エンジンの回転により回転し回転磁界をつくる界磁巻線と、界磁巻線を受けて電流を発生し整流器を介してバッテリを充電する電機子巻線と、バッテリの電圧を調整する電圧調整手段と、電圧調整手段にあらかじめ設定された調整電圧を３／１０から７／１０まで可変可能な調整電圧切替え機能を備えた車両用充電発電機の制御装置である。
【００１２】
バッテリの直列接続（１個の場合、主に乗用車用、２個又は３個の場合、主にトラック，建機等）により異なる調整電圧を同一集積回路上に実装し、その調整電圧の変更を、あらかじめ集積回路上に実装した電圧調整用抵抗と並列に接続されたツェナーダイオードを短絡することで対応する（以下ツェナーザップ方式と称する）。なお、集積回路上のアルミ導体マスクの変更でも対応可能である。
【００１３】
車両での調整電圧ニーズは大きく別けて、バッテリが１個使い，２個使い，３個使いに別けられる。この様な多様な顧客ニーズにあった仕様を提供するために、１チップ形のＩＣレギュレータとして、高耐圧に優れた絶縁物集積回路を用い、かつサージ保護として全波整流用パワーダイオードにパワーツェナー素子を用いることで、多種の充電電圧に対応しながら、調整電圧の変更は単純でかつ、半導体素子およびそのパッケージが１機種で済むため、量産効果によるコスト低減を得やすく、車両用充電発電機の制御装置として、より安価な制御装置が構成可能となる。
【００１４】
また、半導体素子およびパッケージが１機種で済むため、量産効果によるコスト低減を得やすく、車両用充電発電機の制御装置として、より安価な制御装置を実現することができる。また、あらかじめ集積回路上に実装した電圧調整用抵抗と並列に接続された各々のツェナーダイオードを短絡することで多種ある調整電圧に１種類の集積回路で対応が可能となる。又、集積回路上のアルミ導体マスクの変更でも対応可能である。多種の充電電圧に対応しながら、調整電圧の変更は単純でかつ、集積回路およびそのパッケージが１機種で済むため、量産効果によるコスト低減を得やすく、車両用充電発電機の制御装置として、より安価な制御装置が構成可能となる。
【００１５】
本発明の一実施例をなす車両用充電発電機の制御装置について、図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１，図２は車両用発電機の充電系統を示す制御回路図である。図４はこの自動車用発電機の縦断面図である。
【００１７】
充電発電機は、電圧制御用ＩＣレギュレータ１５，電機子巻線１１、前記電機子巻線１１の出力を整流するパワーツェナーダイオードで構成される三相全波整流器１２、前記電機子巻線１１に磁束を供給する界磁巻線１３により構成される。また、制御装置１５は界磁電流を制御するパワートランジスタ５２，フライホイールダイオード５１，電源回路５３，電圧偏差回路５４，鋸歯状信号発生回路５５，比較器５６，ＮＯＴ回路５７により構成される。なお、この電圧制御用ＩＣレギュレータ１５は誘電体分離型半導体で構成されているため、パワー素子部と制御部を１つの半導体基板上に実装している。バッテリ１４は充電発電機が発生した電流を充電し、また電気負荷１７は充電発電機が発生した電流で駆動する負荷であり、１６は負荷スイッチである。
【００１８】
次に、各回路ブロックの動作について説明する。電圧偏差回路５４は、抵抗５４３，５４４，増幅回路５４５により反転増幅回路を構成し、抵抗集合体５４１はバッテリ電圧が分圧された分圧出力５４１ａを出力し、この分圧電圧ＶＳ１と予め設定された基準電圧Ｖrefとの偏差を出力する。ここで抵抗の集合体は図２に示す構成をなす。つまり抵抗５４１１，５４１２がＳ端子と抵抗の集合体の分圧出力５４１ａに接続されており、抵抗５４１１と並行にツェナーザップ用ツェナーダイオード素子５４１１Ｚが接続されている。分圧出力５４１ａとＧＮＤの間には抵抗５４１３，５４１４，５４１０１から５４１２８が接続されており、抵抗５４１４にはヒューズ素子５４１４Ｆが並列接続され、抵抗５４１０１から５４１２８までの抵抗にも並列にツェナーダイオード素子５４１０１Ｚから５４１２８Ｚが接続されている。
【００１９】
電圧増幅回路５４２は増幅率１倍のバッファアンプである。電圧偏差回路５４の出力５４ａの電圧ＶＣ１は次式により表わされる。
【００２０】
ＶＣ１＝Ｖref−（((Ｖref−ＶＳ１)／Ｒ５４３)＊Ｒ５４４）
鋸歯状信号発生回路５５は比較器５５０１の出力がローレベルのとき、比較器のマイナス入力はトランジスタ５５０５が非導通状態のため、抵抗５５０２，５５０３によりＶＣＣが分圧された値ＶＨとなる。このとき比較器のプラス入力はスイッチ５５０７がオフ状態のため、定電流源５５１０によりコンデンサ５５０９に電荷が充電され徐々に電位が上昇する。そして、比較器のプラス入力電圧が比較器のマイナス入力電圧を超えたとき比較器の出力はローレベルからハイレベルに切り換わる。比較器の出力がハイレベルになると比較器のマイナス入力はトランジスタ５５０５が導通状態となるため抵抗５５０２と抵抗５５０３，５５０４の並列抵抗によりＶＣＣが分圧された値ＶＬとなる。このとき比較器５５０１のプラス入力はスイッチ５５０７がオン状態となるため、定電流源５５１０の電流はスイッチ５５０７を介し定電流源５５０８に流れ込み、コンデンサ５５０９の電荷もスイッチ５５０７を介し定電流源５５０８に放電され徐々に電位が低下する。そして、比較器のプラス入力がマイナス入力を下回ったとき、比較器の出力はハイレベルからローレベルに切り換わる。以上の動作の繰返しにより比較器のプラス入力端子５５ａに鋸歯状信号を発生する。なお、抵抗５５０６はトランジスタ５５０５の動作を安定させるベース抵抗である。
【００２１】
鋸歯状信号の上下限電圧ＶＨ，ＶＬ、およびコンデンサの充電時間Ｔ１，放電時間Ｔ２は次式のように表わされる。
【００２２】
ＶＨ＝（Ｒ５５０３／（Ｒ５５０３＋Ｒ５５０２））＊ＶＣＣ
ＶＬ＝（ＲＸ／（ＲＸ＋Ｒ５５０２））＊ＶＣＣ    
ＲＸ＝（Ｒ５５０３＊Ｒ５５０４）／（Ｒ５５０３＋Ｒ５５０４）
Ｔ１＝（Ｃ５５０９＊(ＶＨ−ＶＬ)）／ｉ５５１０
Ｔ２＝（Ｃ５５０９＊(ＶＨ−ＶＬ)）／（ｉ５５１０−ｉ５５０８）
比較器５６は鋸歯状信号５５ａをプラス入力、電圧偏差回路５４の出力５４ａをマイナス入力としており、出力５６ａには固定周波数のＰＷＭ出力が得られる。
【００２３】
パワートランジスタ５２へはＰＷＭ出力５７ａがＮＯＴ回路５７を介する様に構成されている。
【００２４】
なお、各比較器，増幅回路等に供給されている電源電圧ＶＣＣは電源回路５３のツェナーダイオード５３２により出力される値であり、抵抗５３１は電流制限用抵抗である。
【００２５】
図３に今説明した鋸歯状信号５５ａと電圧偏差回路５４の出力５４ａとＰＷＭ出力５７ａの波形からパワートランジスタ５２のコレクタであるＦ端子の動作波形を示す。
【００２６】
以下本構成部品での動作を説明する。
【００２７】
界磁巻線１３は、図４に記載の回転子１３ａに装着され、エンジンの回転と同期して回転し回転磁界を発生する。
【００２８】
界磁巻線１３に並列に接続されたフライホイールダイオード５１はスイッチングノイズを吸収するために接続されている。
【００２９】
前記回転子と空隙を持って対向する図４に記載の固定鉄心１１ａに巻装された電機子巻線１１は、界磁巻線１３のつくる回転磁界の大きさに応じて交流波形をもった電圧を出力する。該交流出力は三相全波整流器１２を構成する整流用パワーツェナーダイオードで全波整流される。今回の実施例では、電圧制御用ＩＣレギュレータ１５は誘電体分離型半導体で構成されているため、パワー素子部と制御部を１つの半導体基板上に実装している。そのため、電圧制御用ＩＣレギュレータ１５の許容耐圧以下で使用するために、パワーツェナーダイオードのツェナー電圧は５１Ｖ又は３７Ｖ前後を使用している。
【００３０】
三相全波整流器１２の出力は出力端子“Ｂ”を介してバッテリ１４に供給されバッテリ１４が充電される。また同時に三相全波整流器１２の出力はこの出力端子“Ｂ”から負荷スイッチ１６を介してランプ等の電気負荷１７に供給される。またバッテリ１４は電圧制御用ＩＣレギュレータ１５の電源を構成する抵抗５３１，ツェナーダイオード５３２で構成されたＩＣの内部電源ＶＣＣに接続されていて、バッテリ１４の出力を受けて、一定電圧のＶＣＣを発生する。
【００３１】
電圧偏差回路５４の電圧入力端子であるＳ端子の電圧を抵抗集合体５４１で受けて分圧出力５４１ａを出力する。抵抗集合体は図２に示す構成となっており、そのツェナーザップ方式によりショートする箇所を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
今、調整電圧ＶＳを２８.５Ｖ±０.５Ｖの範囲に納めるためにツェナーダイオード素子５４１４Ｚと、５４１０１Ｚから５４１１３Ｚ計１４本ツェナーザップ方式でショートさせることで、調整電圧ＶＳは約２８.４９Ｖに制御することが可能となる。又、表１には抵抗５４１１と５４１２が集積回路内で±５％程度ばらついた場合のツェナーダイオード素子のショート箇所をも示している。これは、調整電圧の微調整用抵抗５４１０１から５４１２８（今回抵抗値は３０Ωとした）計２８本で十分調整可能であることを示す。なお、ここではＶref電圧が２.１Ｖとして計算している。
【００３４】
この抵抗集合体５４１での分圧出力５４１ａが電圧偏差回路５４のバッファ回路５４２に入力される。電圧偏差回路５４及び、鋸歯状信号発生回路５５の動作は既に述べているとおりであり、調整電圧２８.５Ｖ以下であれば、パワートランジスタ５２が導通することで、界磁巻線１３に流れる電流を増加させることで発電量を増加させる。反対に、調整電圧２８.５Ｖ以上であれば、パワートランジスタ５２が遮断することで、界磁巻線１３に流れる電流を減少させることで発電量を低下させ、このバランスで調整電圧を一定に保っている。本実施例の場合、この様にあらかじめ設定された調整電圧（ここでは２８.５Ｖ）に対し、ツェナーダイオード素子のショート箇所を変更することで１２Ｖ系の調整電圧に変更することが可能となる。表１に示す様に、抵抗の集合体５４１の５４１１Ｚ及び微調整用抵抗部の５４１０１Ｚから５４１１４Ｚをツェナーザップ方式でショートすることで、調整電圧を約１４.４Ｖに変更することができる。この場合、ＩＣの外部からツェナーダイオードを過電圧でショート破壊して調整電圧を変更するため、非常に簡単で安定した形で変更が可能となる。
【００３５】
本実施例では、顧客の多様な要求に対応するために、誘電体分離半導体で構成された集積回路にあらかじめ内蔵されたツェナーダイオードをショートすることで任意の調整電圧を提供することが可能となる。特に高耐圧誘電体分離集積回路と全波整流素子にパワーツェナーダイオードを組合せた使用方法であるため、従来、顧客のニーズであるバッテリが１個使い，２個使い，３個使いの場合に、それ専用の調整電圧を有したＩＣレギュレータを製作する必要があったが、本方式であれば、最も使用する調整電圧が高い、バッテリ３個使いの場合の調整電圧向け誘電体分離型半導体を作成することで、それより調整電圧が低いバッテリ１個使い又は２個使いの場合の調整電圧に各々新たなＩＣを製作する必要が無くまた、ＩＣの機種を増加させずに、簡単に変更することが可能となる。
【符号の説明】
【００３６】
１１  電機子巻線
１２  整流器（パワーツェナーダイオード）
１３  界磁巻線
１４  バッテリ
１５  電圧制御用ＩＣレギュレータ
５１  フライホイールダイオード
５２  パワートランジスタ
５４  電圧偏差回路部
５５  鋸歯状信号発生回路
５４１  抵抗の集合体
５４１１Ｚ  ツェナーダイオード素子（ツェナーザップ用）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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