(57)【要約】【課題】電源回路において制御の簡素化並びに電力損失の低減を図ること。【解決手段】車両としての自動二輪車において、エンジンにより駆動される交流発電機１及び交流発電機１から出力の交流電圧により充電されるバッテリ２に接続され、バッテリ２の充電を制御する電源回路１０は、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴからなり、交流発電機１にドレイン２１ｂが接続される第一パワー素子２１と、Ｐ−ＭＯＳＦＥＴからなり、第一パワー素子２１のソース２１ａにドレイン２２ｂが接続され、バッテリ２にソース２２ａが接続される第二パワー素子２２と、第一パワー素子２１のゲート２１ｄ及び第二パワー素子２２のゲート２２ｄに接続され、それらゲート２１ｄ，２２ｄへ印加するゲート電圧を制御する制御部としての駆動回路３１，３２，３３及び比較回路３４，３５と、を備える。【選択図】図１
2010193601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両において、エンジンにより駆動される交流発電機及び前記交流発電機から出力の交流電圧により充電されるバッテリに接続され、前記バッテリの充電を制御する電源回路であって、
電界効果トランジスタからなり、前記交流発電機にドレインが接続される第一パワー素子と、
電界効果トランジスタからなり、前記第一パワー素子のソースにドレインが接続され、前記バッテリにソースが接続される第二パワー素子と、
前記第一パワー素子のゲート及び前記第二パワー素子のゲートへ印加するゲート電圧を制御する制御部と
を備えることを特徴とする電源回路。
【請求項２】
前記制御部は、
前記バッテリの充電電圧を検出する充電検出手段と、
前記充電検出手段の検出電圧について、満充電状態にある前記バッテリの充電電圧として予め設定された満充電電圧未満となる場合に、制御モードを充電モードに設定する一方、前記充電検出手段の検出電圧が前記満充電電圧以上となる場合に、制御モードを停止モードに設定する設定手段と、
前記第一パワー素子及び第二パワー素子を共にオン状態へ遷移させる電圧にそれら素子のゲート電圧を制御するオン制御を、前記設定手段により設定の前記充電モードにおいて選択し、前記第一パワー素子及び第二パワー素子を共にオフ状態へ遷移させる電圧にそれら素子のゲート電圧を制御するオフ制御を、前記設定手段により設定の前記停止モードにおいて選択する選択手段と
を有することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
【請求項３】
前記制御部は、前記交流発電機から出力の前記交流電圧を検出する出力検出手段を有し、
前記設定手段により設定の前記充電モードにおいて前記選択手段は、前記出力検出手段の検出電圧が前記充電検出手段の検出電圧を超過する場合に、前記オン制御を選択し、前記出力検出手段の検出電圧が前記充電検出手段の検出電圧以下となる場合に、前記オン制御の選択を前記オフ制御の選択へ切換えることを特徴とする請求項２に記載の電源回路。
【請求項４】
前記車両において、前記交流発電機及び前記バッテリに接続されると共にランプに接続され、前記交流発電機から出力の交流電圧による前記バッテリの充電並びに前記ランプの点灯を制御する電源回路であって、
電界効果トランジスタからなり、前記交流発電機において前記第一パワー素子及び前記ランプが接続される端子とは逆極性となる端子にドレインが接続され、ソースが接地され、前記制御部に接続のゲートへ印加されるゲート電圧が前記制御部により制御される第三パワー素子
を備え、
前記制御部は、
前記第一パワー素子及び第二パワー素子を共にオフ状態へ遷移させる電圧にそれら素子のゲート電圧を制御するオフ制御中において、前記第三パワー素子をオン状態へ遷移させる電圧に前記第三パワー素子のゲート電圧を制御する電圧制御手段
を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電源回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動二輪車等の車両において、エンジンにより駆動される交流発電機及び交流発電機から出力の交流電圧により充電されるバッテリに接続され、バッテリの充電を制御する電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流発電機及びバッテリの間に接続したパワー素子をオンオフ駆動することにより、交流発電機から出力の交流電圧によるバッテリの充電を制御するようにした電源回路が、知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示される電源回路は、サイリスタからなるパワー素子を交流発電機及びバッテリの間に接続したものである。このような電源回路では、交流発電機及びバッテリ間のパワー素子をオン状態へ遷移させることにより、交流電圧が交流発電機からバッテリ側へと出力されてバッテリが充電される。一方で、交流発電機及びバッテリ間のパワー素子をオフ状態へ遷移させることにより、交流電圧の出力が遮断されてバッテリの充電が停止するのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１３０６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示のようにパワー素子をなす一般的なサイリスタについては、ゲートへ印加するゲート電圧を制御することで、オフ状態からオン状態へ遷移させることはできるが、その逆の遷移は実現し得ない。故に、満充電状態となったバッテリの充電を強制的に停止させる場合には、交流発電機から出力の交流電圧に応じて煩雑な制御をサイリスタに対して行う必要が生じるため、回路構成の複雑化やコストアップを招来することになる。また、オン抵抗が比較的大きなサイリスタの場合、電力損失が大きくなる傾向にあるため、サイリスタが発熱する事態や、エンジンの低回転時にバッテリ側への出力電圧が不足する事態が懸念される。
【０００６】
本発明は、以上説明した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、電源回路において制御の簡素化並びに電力損失の低減を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、車両において、エンジンにより駆動される交流発電機及び交流発電機から出力の交流電圧により充電されるバッテリに接続され、バッテリの充電を制御する電源回路であって、電界効果トランジスタ（以下、「ＦＥＴ」という）からなり、交流発電機にドレインが接続される第一パワー素子と、ＦＥＴからなり、第一パワー素子のソースにドレインが接続され、バッテリにソースが接続される第二パワー素子と、第一パワー素子のゲート及び第二パワー素子のゲートへ印加するゲート電圧を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように請求項１に記載の発明によると、ＦＥＴからなる第一パワー素子のドレイン及びソースはそれぞれ、交流発電機及びＦＥＴからなる第二パワー素子のドレインに接続され、さらに当該第二パワー素子のソースがバッテリに接続される。故に、第一及び第二パワー素子の各ゲートへ印加されるゲート電圧をオン状態への遷移電圧に制御することによれば、交流電圧を交流発電機からバッテリ側へと出力してバッテリを充電することができる。また逆に、第一及び第二パワー素子のゲート電圧をオフ状態への遷移電圧に制御することによれば、交流発電機からの交流電圧の出力を遮断してバッテリの充電を停止することができる。しかも、第一及び第二パワー素子においてバッテリ側となるソースの電圧は、バッテリの充電電圧に依拠した電圧となるので、当該ソース電圧を基準に設定することが必要なゲート電圧を、交流発電機から出力の交流電圧に拘らず容易に制御し得る。これらのことから、バッテリの充電とその停止とを決める第一及び第二パワー素子のオンオフ駆動について、ゲート電圧による簡素な制御が可能である。加えて、第一及び第二パワー素子をなすＦＥＴについては、オン抵抗が比較的小さいので、電力損失を低減することも可能である。
【０００９】
請求項２に記載の発明によると、制御部は、バッテリの充電電圧を検出する充電検出手段と、充電検出手段の検出電圧について、満充電状態にあるバッテリの充電電圧として予め設定された満充電電圧未満となる場合に、制御モードを充電モードに設定する一方、充電検出手段の検出電圧が満充電電圧以上となる場合に、制御モードを停止モードに設定する設定手段と、第一パワー素子及び第二パワー素子を共にオン状態へ遷移させる電圧にそれら素子のゲート電圧を制御するオン制御を、設定手段により設定の充電モードにおいて選択し、第一パワー素子及び第二パワー素子を共にオフ状態へ遷移させる電圧にそれら素子のゲート電圧を制御するオフ制御を、設定手段により設定の停止モードにおいて選択する選択手段とを有する。
【００１０】
このような請求項２に記載の発明では、バッテリの充電電圧が満充電電圧未満となる場合、当該充電電圧に応じて設定の充電モードでオン制御が選択されることにより、第一及び第二パワー素子が共にオン状態へ遷移してバッテリが充電される。また逆に、バッテリの充電電圧が満充電電圧以上となる場合、当該充電電圧に応じて設定の停止モードでオフ制御が選択されることにより、第一及び第二パワー素子が共にオフ状態へ遷移して充電が停止する。ここで、第一及び第二パワー素子についてオン状態への遷移とオフ状態への遷移とはいずれも、ゲート電圧によって制御し得るので、バッテリの充電を必要時には実行し不要時には停止するという木目細かな制御であっても、簡素化を図ることが可能となるのである。
【００１１】
請求項３に記載の発明によると、制御部は、交流発電機から出力の交流電圧を検出する出力検出手段を有し、設定手段により設定の充電モードにおいて選択手段は、出力検出手段の検出電圧が充電検出手段の検出電圧を超過する場合に、オン制御を選択し、出力検出手段の検出電圧が充電検出手段の検出電圧以下となる場合に、オン制御の選択をオフ制御の選択へ切換える。
【００１２】
このような請求項３に記載の発明では、充電モードにおいてバッテリの充電電圧を超過する交流電圧が交流発電機から出力されることにより、バッテリの充電が確実に可能となる間は、オン制御の選択により第一及び第二パワー素子が充電実現のオン状態へと遷移する。一方、充電モードであっても、バッテリの充電電圧以下の交流電圧が交流発電機から出力されることにより、バッテリの充電が困難な状況では、オン制御の選択からオフ制御の選択へと切換えられて第一及び第二パワー素子が充電停止のオフ状態へ遷移する。ここで、第一及び第二パワー素子についてオン状態への遷移とオフ状態への遷移とはいずれも、ゲート電圧によって制御し得るので、バッテリの充電を可能時には実行し困難時には停止するという木目細かな制御であっても、簡素化を図ることが可能となるのである。
【００１３】
加えて、上述したオン制御及びオフ制御の選択によって請求項３に記載の発明では、第一及び第二パワー素子においてドレイン側の交流電圧がソース側の充電電圧と等しくなることでソース及びドレイン間の電流流れが消失するまで、オン状態が維持されることになる。これによれば、オン状態の第一及び第二パワー素子においてソース及びドレイン間の電流流れがオフ状態への遷移により遮断されて過渡電圧が生じる事態を、回避し得る。したがって、過渡電圧による第一及び第二パワー素子の破損を抑制して、簡素化された木目細かな制御を長期に亘って実現することが可能となるのである。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、車両において、交流発電機及びバッテリに接続されると共にランプに接続され、交流発電機から出力の交流電圧によるバッテリの充電並びにランプの点灯を制御する電源回路であって、ＦＥＴからなり、交流発電機において第一パワー素子及びランプが接続される端子とは逆極性となる端子にドレインが接続され、ソースが接地され、制御部に接続のゲートへ印加されるゲート電圧が制御部により制御される第三パワー素子を備え、制御部は、第一パワー素子及び第二パワー素子を共にオフ状態へ遷移させる電圧にそれら素子のゲート電圧を制御するオフ制御中において、第三パワー素子をオン状態へ遷移させる電圧に第三パワー素子のゲート電圧を制御する電圧制御手段を有する。
【００１５】
このように請求項４に記載の発明によると、ＦＥＴからなる第三パワー素子のドレインは、交流発電機において第一パワー素子及びランプとの接続端子に対して逆極性の端子に、接続される。故に、第一及び第二パワー素子のゲート電圧をオフ状態への遷移電圧に制御するオフ制御中に、第三パワー素子のゲート電圧をオン状態への遷移電圧に制御することによれば、交流発電機から出力の交流電圧をランプ側へ出力してランプを点灯させることができる。ここで、第三パワー素子において接地されるソースの電圧は、接地電圧に依拠した電圧となるので、当該ソース電圧を基準に設定することが必要なゲート電圧を、交流発電機から出力の交流電圧に拘らず容易に制御し得る。また、第三パワー素子については、ランプを点灯させるオン状態への遷移は勿論、オフ状態への遷移も、ゲート電圧によって制御し得る。これらのことから、バッテリの充電とその停止とを決める第一及び第二パワー素子のオンオフ駆動のみならず、ランプの点消灯状態を決める第三パワー素子のオンオフ駆動についても、ゲート電圧による簡素な制御が可能である。
【００１６】
加えて、請求項４に記載の発明では、上述の如く第一及び第二パワー素子のオフ制御中に第三パワー素子をオン状態へ遷移させると、交流発電機及びバッテリ間の充電経路に掛かる電圧が、電気負荷でもあるランプの点灯によって降下する。これによれば、第一及び第二パワー素子の要求耐圧を低減して、それら素子の体格、ひいては電源回路の体格を小さくすることが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態による電源回路を示す構成図である。
【図２】図１に示す電源回路の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図３】図１に示す電源回路の作動を説明するための模式図である。
【図４】図１に示す電源回路の作動を説明するための模式図である。
【図５】図１に示す電源回路の作動を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第二実施形態による電源回路を示す構成図である。
【図７】図６に示す電源回路の作動を説明するためのタイムチャートである。
【図８】図１の変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００１９】
（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態による電源回路１０を車両としての自動二輪車に適用した例を示している。
【００２０】
まず、自動二輪車において電源回路１０に接続される電装品１，２，３の説明をする。交流発電機１は例えば単相磁石式発電機からなり、自動二輪車に搭載されるエンジンのクランク軸により回転駆動される。交流発電機１は、その回転角度に従って正負に交番する交流電圧Ｖａｃを、相反極性の出力端子１ａ，１ｂから出力する。バッテリ２は例えば鉛蓄電池からなり、自動二輪車のボデー等に接地される負極端子２ａに対して正極端子２ｂが交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃを入力されることによって充電される。ここでバッテリ２には、満充電状態における充電電圧Ｖｂとしての満充電電圧Ｖｂｆ（例えば１２Ｖ）が、予め設定されている。ランプ３は例えば自動二輪車のヘッドランプであり、自動二輪車のボデー等に接地される接地端子３ａに対して入力端子３ｂが交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃを入力されることによって点灯する。したがって、これら電装品１，２，３に接続される電源回路１０は、交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃによるバッテリ２の充電並びにランプ３の点灯を制御することになる。
【００２１】
次に、電源回路１０の詳細を説明する。電源回路１０は、複数の端子１１ａ，１１ｂ，１２，１３，１４、整流素子２０、複数のパワー素子２１，２２，２３、複数の駆動回路３１，３２，３３並びに複数の比較回路３４，３５を備えている。
【００２２】
入力端子１１ａ，１１ｂは交流発電機１の出力端子１ａ，１ｂにそれぞれ接続され、当該発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃを入力される。バッテリ端子１２はバッテリ２の正極端子２ｂに接続され、交流発電機１からの交流電圧Ｖａｃを当該正極端子２ｂへ出力する。それと共に、バッテリ端子１２は自動二輪車の電気負荷に接続され、交流発電機１からの交流電圧Ｖａｃを当該電気負荷へも出力する。ランプ端子１３はランプ３の入力端子３ｂに接続され、交流発電機１からの交流電圧Ｖａｃを当該入力端子３ｂへ出力する。接地端子１４は、自動二輪車のボデー等に接地されている。
【００２３】
整流素子２０はダイオードからなり、アノード２０ａからカソード２０ｂへ向かって電流を流す。整流素子２０のアノード２０ａは、接地端子１４に接続されている。整流素子２０のカソード２０ｂは、入力端子１１ａに接続されている。これにより、交流発電機１において入力端子１１ａと接続の出力端子１ａには、当該入力端子１１ａと整流素子２０とランプ端子１３とを介してランプ３の入力端子３ｂが接続された形となっている。
【００２４】
第一パワー素子２１はノーマリオフ形（エンハンスメント形）のＮ−ＭＯＳＦＥＴからなり、ソース２１ａからドレイン２１ｂへ向かって電流を流す寄生ダイオード２１ｃを有している。第一パワー素子２１のソース２１ａは、後に詳述する第二パワー素子２２に接続されている。第一パワー素子２１のドレイン２１ｂは、入力端子１１ａに接続されている。これにより、交流発電機１において入力端子１１ａと接続の出力端子１ａには、当該入力端子１１ａを介して第一パワー素子２１のドレイン２１ｂが接続された形となっている。第一パワー素子２１は、そのゲート２１ｄへ印加されるゲート電圧がソース２１ａのソース電圧を超過する場合にオン状態へ遷移して、ソース２１ａ及びドレイン２１ｂ間の電流流れを許容する。一方で第一パワー素子２１は、ゲート２１ｄへ印加のゲート電圧がソース電圧以下となる場合にオフ状態へ遷移して、ソース２１ａ及びドレイン２１ｂ間の電流流れを遮断する。
【００２５】
第二パワー素子２２はノーマリオフ形（エンハンスメント形）のＰ−ＭＯＳＦＥＴからなり、ソース２２ａへ向かってドレイン２２ｂから電流を流す寄生ダイオード２２ｃを有している。第二パワー素子２２のソース２２ａは、バッテリ端子１２に接続されている。これにより、バッテリ２においてバッテリ端子１２と接続の正極端子２ｂには、当該バッテリ端子１２を介して第二パワー素子２２のソース２２ａが接続された形となっている。第二パワー素子２２のドレイン２２ｂは、第一パワー素子２１のソース２１ａに接続されている。これにより第二パワー素子２２は、交流発電機１からバッテリ２への充電経路２４を第一パワー素子２１及び端子１１ａ，１２と共に形成している。第二パワー素子２２は、そのゲート２２ｄへ印加されるゲート電圧がソース２２ａのソース電圧未満となる場合にオン状態へ遷移して、ソース２２ａ及びドレイン２２ｂ間の電流流れを許容する。一方で第二パワー素子２２は、ゲート２２ｄへ印加のゲート電圧がソース電圧以上となる場合にオフ状態へ遷移して、ソース２２ａ及びドレイン２２ｂ間の電流流れを遮断する。
【００２６】
第三パワー素子２３はノーマリオフ形（エンハンスメント形）のＮ−ＭＯＳＦＥＴからなり、ソース２３ａからドレイン２３ｂへ向かって電流を流す寄生ダイオード２３ｃを有している。第三パワー素子２３のソース２３ａは、接地端子１４に接続されている。第三パワー素子２３のドレイン２３ｂは、入力端子１１ｂに接続されている。これにより、交流発電機１において上述の如くランプ３及び第一パワー素子２１が接続される出力端子１ａとは逆極性の出力端子１ｂ、即ち入力端子１１ｂと接続の出力端子１ｂには、当該入力端子１１ｂを介して第三パワー素子２３のドレイン２３ｂが接続された形となっている。第三パワー素子２３は、そのゲート２３ｄへ印加されるゲート電圧がソース２３ａのソース電圧を超過する場合にオン状態へ遷移して、ソース２３ａ及びドレイン２３ｂ間の電流流れを許容する。一方で第三パワー素子２３は、ゲート２３ｄへ印加のゲート電圧がソース電圧以下となる場合にオフ状態へ遷移して、ソース２３ａ及びドレイン２３ｂ間の電流流れを遮断する。
【００２７】
各駆動回路３１，３２，３３は例えばＭＯＳＦＥＴ用のゲートドライバからなり、いずれも接地端子１４に接続されている。各駆動回路３１，３２，３３は、接地電圧Ｖ０（０Ｖ）に対する出力電圧を制御する。
【００２８】
第一駆動回路３１は第一パワー素子２１のゲート２１ｄに接続され、出力電圧をゲート電圧として当該ゲート２１ｄに印加する。ここで、第一実施形態においてＮ−ＭＯＳＦＥＴからなる第一パワー素子２１のソース２１ａは、第二パワー素子２２とバッテリ端子１２とを介してバッテリ２の正極端子２ｂに接続された形となっている。そこで図２（ｂ）に示すように、第一パワー素子２１をオン状態へ遷移させるためのゲート電圧Ｖ１ｏｎは、バッテリ２の満充電電圧Ｖｂｆを超過する値（例えば２４Ｖ）に設定される一方、第一パワー素子２１をオフ状態へ遷移させるためのゲート電圧Ｖ１ｏｆｆは、満充電電圧Ｖｂｆ以下の接地電圧Ｖ０に設定される。
【００２９】
第二駆動回路３２は第二パワー素子２２のゲート２２ｄに接続され、出力電圧をゲート電圧として当該ゲート２２ｄに印加する。ここで、第一実施形態においてＰ−ＭＯＳＦＥＴからなる第二パワー素子２２のソース２２ａは、バッテリ端子１２を介してバッテリ２の正極端子２ｂに接続された形となっている。そこで図２（ｃ）に示すように、第二パワー素子２２をオン状態へ遷移させるためのゲート電圧Ｖ２ｏｎは、満充電電圧Ｖｂｆ未満の接地電圧Ｖ０に設定される一方、第二パワー素子２２をオフ状態へ遷移させるためのゲート電圧Ｖ２ｏｆｆは、満充電電圧Ｖｂｆに設定される。
【００３０】
第三駆動回路３３は第三パワー素子２３のゲート２３ｄに接続され、出力電圧をゲート電圧として当該ゲート２３ｄに印加する。ここで、Ｎ−ＭＯＳＦＥＴからなる第三パワー素子２３のソース２３ａは、接地端子１４を介して接地された形となっている。そこで図２（ｄ）に示すように、第三パワー素子２３をオン状態へ遷移させるためのゲート電圧Ｖ３ｏｎは、接地電圧Ｖ０を超過する値（例えば１２Ｖ）に設定される一方、第三パワー素子２３をオフ状態へ遷移させるためのゲート電圧Ｖ３ｏｆｆは、接地電圧Ｖ０に設定される。以上に加え、第三駆動回路３３はさらに入力端子１１ａと接続されており、交流発電機１の出力端子１ａから出力の交流電圧Ｖａｃを当該入力端子１１ａを介して検出する機能も有している。
【００３１】
第一比較回路３４は例えばコンパレータを主体に構成され、端子１２，１４及び第二比較回路３５と接続されている。第一比較回路３４は、バッテリ２の充電電圧Ｖｂをバッテリ端子１２を介して検出し、当該検出電圧を基準電圧としての満充電電圧Ｖｂｆと比較する。その結果、満充電電圧Ｖｂｆ未満の充電電圧Ｖｂを検出した場合に第一比較回路３４は、制御モードを充電モードに設定するための充電モード設定信号を第二比較回路３５へ出力する。一方、満充電電圧Ｖｂｆ以上の充電電圧Ｖｂを検出した場合に第一比較回路３４は、制御モードを停止モードに設定するための停止モード設定信号を第二比較回路３５へ出力する。
【００３２】
第二比較回路３５は例えばコンパレータを主体に構成され、端子１１ａ，１２，１４及び回路３１，３２，３３，３４と接続されている。第二比較回路３５は、第一比較回路３４から充電モード設定信号を入力されることにより、制御モードとして設定の充電モードを実行する。この充電モードにおいて第二比較回路３５は、交流発電機１の出力端子１ａから出力の交流電圧Ｖａｃ及びバッテリ２の充電電圧Ｖｂをそれぞれ入力端子１１ａ及びバッテリ端子１２を介して検出し、それらの検出電圧同士を比較する。
【００３３】
こうした充電モードでの電圧比較の結果、接地電圧Ｖ０に対する正の交流電圧Ｖａｃのうち充電電圧Ｖｂを超過する交流電圧Ｖａｃを検出した場合（例えば図２の期間α）に第二比較回路３５は、充電経路２４に対するオン制御を選択するためのオン制御選択信号を各駆動回路３１，３２，３３へ出力する。このとき各駆動回路３１，３２，３３は、それぞれ入力されるオン制御選択信号に応答して、ゲート電圧Ｖ１ｏｎ，Ｖ２ｏｎ，Ｖ３ｏｎを各パワー素子２１，２２，２３へと出力する。
【００３４】
一方、充電モードでの電圧比較の結果、接地電圧Ｖ０に対する正の交流電圧Ｖａｃのうち充電電圧Ｖｂ以下の交流電圧Ｖａｃを検出した場合（例えば図２の期間β）に第二比較回路３５は、充電経路２４に対するオフ制御を選択するための第一のオフ制御選択信号を各駆動回路３１，３２，３３へ出力する。このとき各駆動回路３１，３２，３３は、それぞれ入力される第一のオフ制御選択信号に応答して、ゲート電圧Ｖ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆ，Ｖ３ｏｆｆを各パワー素子２１，２２，２３へと出力する。
【００３５】
また一方、充電モードでの電圧比較の結果、接地電圧Ｖ０に対する負の交流電圧Ｖａｃを検出した場合（例えば図２の期間γ）に第二比較回路３５は、充電経路２４に対するオフ制御を選択するための第二のオフ制御選択信号を各駆動回路３１，３２，３３へ出力する。このとき第一及び第二駆動回路３１，３２は、それぞれ入力される第二のオフ制御選択信号に応答して、ゲート電圧Ｖ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆを第一及び第二パワー素子２１，２２へと出力する。これに対して第三駆動回路３３は、第二のオフ制御選択信号に応答してゲート電圧Ｖ３ｏｆｆを第三パワー素子２３へ出力した後、所定の切換タイミングＴｃにてゲート電圧Ｖ３ｏｎを第三パワー素子２３へ出力する。ここで切換タイミングＴｃは、例えば図２に示すように、第三駆動回路３３によって検出される交流電圧Ｖａｃが接地電圧Ｖ０を負側へ跨いだタイミングＴｓから、交流発電機１の回転数に応じて当該交流電圧Ｖａｃが接地電圧Ｖ０を正側へ跨ぐと予測されるタイミングＴｅまでの間に、設定される。それによって、ランプ端子１３からランプ３の入力端子３ｂへ入力される実効電圧が制御されることになるのである。尚、交流発電機１の回転数については、例えば当該発電機１に設けられたピックアップコイル（図示しない）からの回転数信号を第三駆動回路３３へと入力することで、切換タイミングＴｃの設定に利用される。
【００３６】
以上、充電モードにおける第二比較回路３５の機能を説明したが、第一比較回路３４から停止モード設定信号を入力されることにより第二比較回路３５は、制御モードとして設定の停止モードを実行する。この停止モードにおいて第二比較回路３５は、充電経路２４に対するオフ制御を選択するための第二のオフ制御選択信号を各駆動回路３１，３２，３３へ出力する。このとき各駆動回路３１，３２，３３は、上述の充電モードにおいて第二比較回路３５が接地電圧Ｖ０に対する負の交流電圧Ｖａｃを検出した場合と同様に、各パワー素子２１，２２，２３へのゲート電圧を出力する。即ち第一及び第二駆動回路３１，３２は、それぞれ入力される第二のオフ制御選択信号に応答して、ゲート電圧Ｖ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆを第一及び第二パワー素子２１，２２へと出力する。また、第三駆動回路３３は、第二のオフ制御選択信号に応答してゲート電圧Ｖ３ｏｆｆを第三パワー素子２３へ出力した後、切換タイミングＴｃにてゲート電圧Ｖ３ｏｎを第三パワー素子２３へ出力する。
【００３７】
このように第一実施形態では、第一比較回路３４が特許請求の範囲に記載の「充電検出手段」及び「設定手段」に相当し、第二比較回路３５が特許請求の範囲に記載の「出力検出手段」に相当し、駆動回路３１，３２及び第二比較回路３５が共同して特許請求の範囲に記載の「選択手段」を構成し、駆動回路３１，３２，３３及び第二比較回路３５が共同して特許請求の範囲に記載の「電圧制御手段」を構成し、駆動回路３１，３２，３３及び比較回路３４，３５が共同して特許請求の範囲に記載の「制御部」を構成している。
【００３８】
次に、第一実施形態の特徴的作動として、バッテリ２の充電電圧Ｖｂが満充電電圧Ｖｂｆ未満となって第一比較回路３４により充電モードが設定された場合の作動を説明する。
【００３９】
（期間α）
接地電圧Ｖ０に対する正の交流電圧Ｖａｃのうち、バッテリ２の充電電圧Ｖｂを超過する交流電圧Ｖａｃが交流発電機１の出力端子１ａから出力される図２の期間αでは、充電経路２４に対するオン制御が第二比較回路３５により選択される。この期間αのオン制御によると、第二比較回路３５からオン制御選択信号を入力された各駆動回路３１，３２，３３により、ゲート電圧Ｖ１ｏｎ，Ｖ２ｏｎ，Ｖ３ｏｎが各パワー素子２１，２２，２３へ印加される。その結果、各パワー素子２１，２２，２３が図３の如くオン状態へ遷移するため、電源回路１０では、接地端子１４、第三パワー素子２３、入力端子１１ｂ、入力端子１１ａ、第一パワー素子２１、第二パワー素子２２及びバッテリ端子１２へと電流が流れる（同図の白抜矢印参照）。このとき、整流素子２０の逆流防止作用によりランプ端子１３には、電流が流れない。したがって、交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃは、バッテリ端子１２から正極端子２ｂへ入力されることでバッテリ２を充電させると共に、ランプ端子１３から入力端子３ｂへは入力されずにランプ３を消灯させることとなる。
【００４０】
（期間β）
接地電圧Ｖ０に対する正の交流電圧Ｖａｃのうち、バッテリ２の充電電圧Ｖｂ以下の交流電圧Ｖａｃが交流発電機１の出力端子１ａから出力される図２の期間βでは、充電経路２４に対するオフ制御が第二比較回路３５により選択される。この期間βのオフ制御によると、第二比較回路３５から第一のオフ制御選択信号を入力された各駆動回路３１，３２，３３により、ゲート電圧Ｖ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆ，Ｖ３ｏｆｆが各パワー素子２１，２２，２３へ印加される。その結果、図４の如く各パワー素子２１，２２，２３がオフ状態へ遷移するため、第一パワー素子２１の寄生ダイオード２３ｃ及び整流素子２０の逆流防止作用により、電源回路１０には電流が流れない。したがって、交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃは、バッテリ端子１２から正極端子２ｂへは入力されずにバッテリ２の充電を停止させると共に、ランプ端子１３から入力端子３ｂへも入力されずにランプ３を消灯させることとなる。
【００４１】
（期間γ）
接地電圧Ｖ０に対する負の交流電圧Ｖａｃが交流発電機１の出力端子１ａから出力される図２の期間γでは、充電経路２４に対するオフ制御が第二比較回路３５により選択される。この期間γのオフ制御によると、第二比較回路３５から第二のオフ制御選択信号を入力された第一及び第二駆動回路３１，３２により、ゲート電圧Ｖ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆが第一及び第二パワー素子２１，２２へ印加され、それらの素子２１，２２が図４，５の如くオフ状態へ遷移する。
【００４２】
これと共に、図２の期間γのオフ制御では、第二比較回路３５から第二のオフ制御選択信号を入力された第三駆動回路３３により、まず、ゲート電圧Ｖ３ｏｆｆが第三パワー素子２３へ印加され、当該素子２３が図４の如くオフ状態へと遷移する。故にこのときには、第二及び第三パワー素子２２，２３の寄生ダイオード２２ｃ，２３ｃの逆流防止作用により電源回路１０には電流が流れないので、上記期間（β）の場合と同様、バッテリ２の充電が停止且つランプ３が消灯する。
【００４３】
さらにこの後、図２の期間γのオフ制御では、所定の切換タイミングＴｃとなると、第二のオフ制御選択信号を入力の第三駆動回路３３によりゲート電圧Ｖ３ｏｎが第三パワー素子２３へ印加され、当該素子２３が図５の如くオン状態へ遷移する。故にこのときの電源回路１０では、ランプ端子１３、整流素子２０、入力端子１１ａ、入力端子１１ｂ、第三パワー素子２３及び接地端子１４へと電流が流れる（図５の白抜矢印参照）一方、第二パワー素子２２の寄生ダイオード２２ｃの逆流防止作用により充電経路２４には、実質的に電流が流れない。したがって、交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃは、ランプ端子１３から入力端子３ｂへ入力されることでランプ３を点灯させると共に、バッテリ端子１２へは入力されずにバッテリ２の充電を停止させることとなる。
【００４４】
尚、バッテリ２の充電電圧Ｖｂが満充電電圧Ｖｂｆ以上となって停止モードが設定される場合は、第二のオフ制御選択信号が各駆動回路３１，３２，３３へと入力されるので、期間γと同様なオフ制御によってランプ３が点灯且つバッテリ２の充電が停止することになる。
【００４５】
ここまで説明した第一実施形態では、第一及び第二パワー素子２１，２２においてバッテリ２側となるソース２１ａ，２２ａのソース電圧は、バッテリ２の充電電圧Ｖｂに依拠するので、急激な時間変動を抑えられた電圧となる。故に、第一及び第二パワー素子２１，２２についてソース電圧を基準に設定されるゲート２１ｄ，２２ｄのゲート電圧を、交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃに拘らず容易に制御することができる。また、第三パワー素子２３において接地端子１４側となるソース２３ａのソース電圧は、接地電圧Ｖ０に依拠するので、実質的に急激な時間変動のない電圧となる。故に、第三パワー素子２３についてソース電圧を基準に設定されるゲート２３ｄのゲート電圧を、交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃに拘らず容易に制御することができる。これらのことから、バッテリ２の充電及びその停止とランプ３の点消灯とを木目細かく制御するのに必要な各パワー素子２１，２２，２３のオンオフ駆動につき、交流電圧Ｖａｃに応じた煩雑なゲート電圧制御は不要となる。したがって、そうした煩雑なゲート電圧制御に起因する回路構成の複雑化並びにコストアップの回避が、可能となるのである。
【００４６】
さらに第一実施形態において、交流発電機１から出力の交流電圧Ｖａｃが直接的に印加される充電経路２４のパワー素子２１，２２については、オン抵抗が比較的小さいＭＯＳＦＥＴが用いられることにより、電力損失が低減される。例えば、先述の特許文献１に準じてパワー素子２１，２２をサイリスタとした場合には、電圧低下及び電力損失が各素子につき１Ｖ及び７Ｗ程度となるのに対し、ＭＯＳＦＥＴからなる第一実施形態のパワー素子２１，２２では、電圧低下及び電力損失が各素子につき０．２Ｖ及び３Ｗ程度に低減される。したがって、パワー素子２１，２２の発熱を抑制して放熱構造の簡素化を図ることや、エンジンの低回転時にバッテリ２側への出力電圧が不足して始動性を悪化させる事態を回避することが、可能となる。また、第三パワー素子２３についても、それをサイリスタとした場合の電力損失は３Ｗ程度となるのに対し、ＭＯＳＦＥＴからなる第一実施形態での電力損失は１．８Ｗ程度に低減されるので、放熱構造の簡素化を促進することが可能となるのである。
【００４７】
しかも第一実施形態において、充電経路２４に対するオン制御の選択からオフ制御の選択への切換（充電モードの期間αから期間βへの切換）は、交流発電機１から出力の正の交流電圧Ｖａｃがバッテリ２の充電電圧Ｖｂと等しくなるのを待って、実現される。即ち、交流電圧Ｖａｃに依拠するドレイン２１ｂ，２２ｂの電圧と、充電電圧Ｖｂに依拠するソース２１ａ，２２ａの電圧とが等しくなって、それらソース及びドレイン間の電流流れが消失するまで、各パワー素子２１，２２のオン状態が維持されるようになっている。これによれば、オン状態のパワー素子２１，２２においてソース２１ａ，２２ａ及びドレイン２１ｂ，２２ｂ間の電流流れがオフ状態への遷移により遮断されて過渡電圧が生じる事態を、回避し得る。したがって、過渡電圧によるパワー素子２１，２２の破損を抑制して、上述の如く簡素化された木目細かな制御を長期に亘って実現することが可能となる。
【００４８】
加えて第一実施形態において、第三パワー素子２３をオン状態へ遷移させてランプ３を点灯させるとき（充電モードの期間γ及び停止モードの場合）には、充電経路２４に掛かる電圧が当該点灯によって降下する。これによれば、ランプ３の点灯時にオフ状態へ遷移されるパワー素子２１，２２につき、ソース２１ａ，２２ａ及びドレイン２１ｂ，２２ｂ間にて電流流れを遮断するのに必要な要求耐圧を低減し得るので、それら素子２１，２２、ひいては電源回路１０の小型化が可能となる。
【００４９】
（第二実施形態）
図６に示すように、本発明の第二実施形態は第一実施形態の変形例である。
【００５０】
第二実施形態において、第一パワー素子１２１はノーマリオフ形（エンハンスメント形）のＰ−ＭＯＳＦＥＴからなり、ソース１２１ａへ向かってドレイン１２１ｂから電流を流す寄生ダイオード１２１ｃを有している。第一パワー素子１２１のソース１２１ａは、後に詳述する第二パワー素子１２２に接続されている。第一パワー素子１２１のドレイン１２１ｂは、入力端子１１ａに接続されている。これにより、交流発電機１において入力端子１１ａと接続の出力端子１ａには、当該入力端子１１ａを介して第一パワー素子１２１のドレイン１２１ｂが接続された形となっている。
【００５１】
第一パワー素子１２１は、そのゲート１２１ｄへ印加されるゲート電圧がソース１２１ａのソース電圧未満となる場合にオン状態へ遷移して、ソース１２１ａ及びドレイン１２１ｂ間の電流流れを許容する。一方で第一パワー素子１２１は、ゲート１２１ｄへ印加のゲート電圧がソース電圧以上となる場合にオフ状態へ遷移して、ソース１２１ａ及びドレイン１２１ｂ間の電流流れを遮断する。
【００５２】
そこで、ゲート１２１ｄに接続される第二実施形態の第一駆動回路１３１から第一パワー素子１２１へ印加されるゲート電圧について図７（ｂ）に示すように、オン状態への遷移のためのゲート電圧Ｖ１ｏｎは満充電電圧Ｖｂｆ未満の接地電圧Ｖ０に設定される。また、第一駆動回路１３１から第一パワー素子１２１へ印加のゲート電圧について、オフ状態への遷移のためのゲート電圧Ｖ１ｏｆｆは満充電電圧Ｖｂｆに設定される。
【００５３】
さらに図６に示す第二実施形態において、第二パワー素子１２２はノーマリオフ形（エンハンスメント形）のＮ−ＭＯＳＦＥＴからなり、ソース１２２ａからドレイン１２２ｂへ向かって電流を流す寄生ダイオード１２２ｃを有している。第二パワー素子１２２のソース１２２ａは、バッテリ端子１２に接続されている。これにより、バッテリ２においてバッテリ端子１２と接続の正極端子２ｂには、当該バッテリ端子１２を介して第二パワー素子１２２のソース１２２ａが接続された形となっている。第二パワー素子１２２のドレイン１２２ｂは、第一パワー素子１２１のソース１２１ａに接続されている。これにより第二パワー素子１２２は、交流発電機１からバッテリ２への充電経路１２４を第一パワー素子１２１及び端子１１ａ，１２と共に形成している。
【００５４】
第二パワー素子１２２は、そのゲート１２２ｄへ印加されるゲート電圧がソース１２２ａのソース電圧を超過する場合にオン状態へ遷移して、ソース１２２ａ及びドレイン１２２ｂ間の電流流れを許容する。一方で第二パワー素子１２２は、ゲート１２２ｄへ印加のゲート電圧がソース電圧以下となる場合にオフ状態へ遷移して、ソース１２２ａ及びドレイン１２２ｂ間の電流流れを遮断する。
【００５５】
そこで、ゲート１２２ｄに接続される第二実施形態の第二駆動回路１３２から第二パワー素子１２２へ印加されるゲート電圧について図７（ｃ）に示すように、オン状態への遷移のためのゲート電圧Ｖ２ｏｎは満充電電圧Ｖｂｆ超過の値（例えば２４Ｖ）に設定される。また、第二駆動回路１３２から第二パワー素子１２２へ印加のゲート電圧について、オフ状態への遷移のためのゲート電圧Ｖ２ｏｆｆは満充電電圧Ｖｂｆ以下の接地電圧Ｖ０に設定される。
【００５６】
このような第二実施形態によると、各回路３３，３４，３５が第一実施形態と同様の機能を発揮することで、各パワー素子１２１，１２２，２３がオンオフ駆動されて、バッテリ２の充電及びその停止とランプ３の点消灯とが木目細かく制御されることになる。したがって、第二実施形態によっても、電源回路１０における制御の簡素化並びに電力損失の低減と共に、電源回路１０の小型化を図ることができるのである。
【００５７】
以上、第二実施形態では、駆動回路１３１，１３２及び第二比較回路３５が共同して特許請求の範囲に記載の「選択手段」を構成し、駆動回路１３１，１３２，３３及び第二比較回路３５が共同して特許請求の範囲に記載の「電圧制御手段」を構成し、駆動回路１３１，１３２，３３及び比較回路３４，３５が共同して特許請求の範囲に記載の「制御部」を構成している。
【００５８】
（他の実施形態）
さて、本発明の複数の実施形態について説明してきたが、本発明はそれらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態に適用することができる。
【００５９】
具体的に、第一及び第二実施形態では、図８に変形例（同図は第一実施形態の変形例）を示すように、端子１１ｂ，１３、素子２０，２３及び回路３３を省略して、交流発電機１の出力端子１ｂを直接的に接地且つランプ３の入力端子３ｂを電源回路１０と接続しない構成としてもよい。
【００６０】
また、第一及び第二実施形態では、第一及び第二パワー素子２１，２２をオン状態へ遷移させてバッテリ２を充電させるとき（充電モードの期間αの場合）に、第三パワー素子２３をオフ状態へ遷移させて当該素子２３の寄生ダイオード２３ｃにより電流を流してもよい。この場合、第二比較回路３５を接続しない第三駆動回路３３により、検出した交流電圧Ｖａｃが正の場合にゲート電圧Ｖ３ｏｆｆを出力し、当該交流電圧Ｖａｃが負の場合にゲート電圧Ｖ３ｏｆｆの出力後の切換タイミングＴｃでゲート電Ｖ３ｏｎを出力する機能を、実現する。
【００６１】
さらに、第一及び第二実施形態では、各駆動回路３１，３２，３３及び各比較回路３４，３５のうち少なくとも二つの回路の機能を、例えばマイクロコンピュータを主体に構成した一回路により実現してもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１  交流発電機、１ａ，１ｂ  出力端子、２  バッテリ、２ａ  負極端子、２ｂ  正極端子、３  ランプ、３ａ  接地端子、３ｂ  入力端子、１０  電源回路、１１ａ，１１ｂ  入力端子、１２  バッテリ端子、１３  ランプ端子、１４  接地端子、２０  整流素子、２０ａ  アノード、２０ｂ  カソード、２１，１２１  第一パワー素子、２２，１２２  第二パワー素子、２３  第三パワー素子、２１ａ，２２ａ，２３ａ，１２１ａ，１２２ａ  ソース、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，１２１ｂ，１２２ｂ  ドレイン、２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，１２１ｃ，１２２ｃ  寄生ダイオード、２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ，１２１ｄ，１２２ｄ  ゲート、２４，１２４  充電経路、３１，１３１  第一駆動回路（制御部・選択手段・電圧制御手段）、３２，１３２  第二駆動回路（制御部・選択手段・電圧制御手段）、３３  第三駆動回路（制御部・電圧制御手段）、３４  第一比較回路（制御部・充電検出手段・設定手段）、３５  第二比較回路（制御部・出力検出手段・選択手段・電圧制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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