(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機により発電された三相交流電圧を同期整流してバッテリを充電する充電電圧を作る整流手段と、この整流手段を構成する各半導体スイッチを前記バッテリの充電状況に応じた区間で制御するスイッチ制御手段と、前記三相交流電圧の各相の負電圧を検出する負電圧検出手段と、前記バッテリの電圧が所定電圧以上であることを検出する電圧検出手段とを備え、前記負電圧を検出した場合、又は前記所定電圧以上を検出した場合、前記スイッチ制御手段により前記半導体スイッチを制御する電源装置において、
前記負電圧検出手段により検出された各相の負電圧状態を監視し、前記三相交流電圧の内不特定の一相が負電圧でない場合に、他の二相が共に負電圧状態の検出が解除された場合、前記不特定の一相を異常状態と判定する異常検出手段を備え、この異常検出手段により異常が検出された場合、前記スイッチ制御手段を介して前記不特定の一相に対応する前記半導体スイッチを制御することを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記異常検出手段は、前記不特定の一相の電圧状態として、他の一相の負電圧状態の検出が解除されるタイミングで得られた電圧状憶と、前記以外の他の一相の負電圧状態の検出が解除されるタイミングで得られた電圧状態とが共に負電圧でない場合、前記不特定の一相を異常状態と判定することを特徴とする請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
前記整流手段は、各相がダイオードおよび前記半導体スイッチから構成されると共に、
前記ダイオードのアノード及び前記半導体スイッチが前記発電機の各相に接続され、前記ダイオードのカソードが前記バッテリの正極に接続され、前記半導体スイッチが前記バッテリの負極に接続され、かつ、前記異常検出手段により異常を検出した場合、前記スイッチ制御手段を介して当該相に対応する前記半導体スイッチをON状態にすることを特徴とする請求項１または２記載の電源装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電圧を同期整流してバッテリを充電する電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１などに示される従来のこの種の電源装置は、図９に示すように、まず、バッテリ7の電圧が小さい（バッテリ7が十分に充電されていない）場合、具体的には、バッテリ7の電圧を電圧検出手段6が所定の電圧より小さいことを検出し、電圧検出手段6の出力がされないとき(ここでは充電許可状態と呼ぶ)、この充電許可状態において、スイッチ制御手段5は、発電機1の出力する三相の交流電圧が負電圧を出力していることを検出する負電圧検出手段3の出力がされている区間で各半導体スイッチQ1〜Q3に出力を行い、半導体スイッチQ1〜Q3をON状態とし短絡させる。
次に、スイッチ制御手段5は、発電機1の出力する三相の交流電圧が負電圧を出力していることを検出する負電圧検出手段3の出力がされていない区間で各半導体スイッチQ1〜Q3に出力を行い、半導体スイッチQ1〜Q3をOFF状態とし短絡させない。
従って発電機1は、三相の各相がダイオードD1〜D3と半導体スイッチQ1〜Q3を介して、同期整流され、整流後の電圧を充電電圧としてバッテリ7への充電が行われる。
【０００３】
次に、バッテリ7の電圧が十分充電され大きい場合、具体的には、バッテリ7の電圧を電圧検出手段6が所定の電圧より大きいことを検出し、電圧検出手段6の出力がされたとき(ここでは充電停止状態と呼ぶ)、この充電停止状態において、スイッチ制御手段5は、発電機1の三相の各相の電流が流れていない区間のタイミング(例えば発電機1の出力する三相の交流電圧が負電圧を出力していることを検出する負電圧検出手段3の出力がされている区間)において、各スイッチ制御手段5の出力を各半導体スイッチQ1〜Q3へ入力し、充電許可状態になるまで半導体スイッチQ1〜Q3をON状態とし、短絡する。
従って充電停止状態において発電機1の出力する三相の交流電圧が負電圧ときも正電圧のときも半導体スイッチQ1〜Q3が短絡状態となり、バッテリ7は非充電の状態になる。その後、非充電の状態が続き、バッテリ7の電圧が所定の電圧より小さくなったとき、充電許可状態と同じ動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２２５４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０においてバッテリ電圧13が所定の電圧12以上である充電停止状態では各半導体スイッチQ1〜Q3を発電機1の三相の各相の電流が流れていない区間(例えば発電機1の出力する三相の交流電圧が負電圧を出力していることを検出する負電圧検出手段3の出力がされている区間)のタイミングにおいて、短絡を行い、続いて、そのまま、正電圧も短絡するため、最初に正電圧を短絡した相は他相よりも電圧が大きくなり、図１０に示されるように、発電機1の出力する三相の交流電圧11U〜11Wの三相間の電圧の偏りが生じる。
次に、各半導体スイッチQ1〜Q3を短絡したことで、バッテリ電圧13が下がり、充電許可状態となり、負電圧区間においてスイッチ制御手段5は半導体スイッチQ1〜Q3をON状態とし短絡することで、同期整流を再開し、バッテリ7へ充電を開始する。しかし、充電停止状態において起きた三相間の電圧の偏りは、充電停止直後、充電許可状態になっても数周期続いており、最初に短絡した相は、この数周期の間は負電圧を検出することができない場合がある。負電圧を検出できないまま充電を開始すると、負電圧を検出できない相は短絡することができず、また、充電が開始されたことにより、負電圧を検出できない相の電圧は高いままとなり負電圧を検出できず、負電圧を検出できない相は連続して通電し、スイッチを破壊してしまい、同期整流を行えず、バッテリ7を充電することができないということが問題となる。
【０００６】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、バッテリが非充電状態直後、一相だけ先に正電圧が短絡状態になったときに起きる三相の交流電圧の偏りから確実に安定した三相の交流電圧に切り替え、整流手段を構成する半導体スイッチの状態をタイミングよく切り替えて同期整流を行い、バッテリを効率よく充電することが可能な電源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、発電機により発電された三相交流電圧を同期整流してバッテリを充電する充電電圧を作る整流手段と、この整流手段を構成する各半導体スイッチを前記バッテリの充電状況に応じた区間で制御するスイッチ制御手段と、前記三相交流電圧の各相の負電圧を検出する負電圧検出手段と、前記バッテリの電圧が所定電圧以上であることを検出する電圧検出手段とを備え、前記負電圧を検出した場合、又は前記所定電圧以上を検出した場合、前記スイッチ制御手段により前記半導体スイッチを制御する電源装置において、前記負電圧検出手段により検出された各相の負電圧状態を監視し、前記三相交流電圧の内不特定の一相が負電圧でない場合に、他の二相が共に負電圧状態の検出が解除された場合、前記不特定の一相を異常状態と判定する異常検出手段を備え、この異常検出手段により異常が検出された場合、前記スイッチ制御手段を介して前記不特定の一相に対応する前記半導体スイッチを制御するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、バッテリ電圧が所定の電圧より大きく、充電停止状態直後に発電機の出力する三相の交流電圧の三相間で偏りが発生し、負電圧検出手段が負電圧を検出できない状態でも、当該相に対してスイッチ制御手段を介して、負電圧が検出できる状態まで当該半導体スイッチの短絡をし続けることで、発電機の出力する三相の交流電圧の偏りがなくなり、発電機の出力する三相交流電圧を同期整流し、整流した電圧をバッテリへの充電を行うことができる。
従って、三相間で電圧の偏りが生じ、一相だけに連続して通電状態となり半導体スイッチが破壊され、バッテリが充電できないという状況の発生を防止でき、バッテリ充電を効率よく行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による電源装置の構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による電源装置の構成を示す回路図である。
【図３】実施の形態１における発電機および各回路の出力を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態２における負電圧検出手段のフローチャートである。
【図５】実施の形態２における異常検出手段のフローチャートである。
【図６】実施の形態２における電圧検出手段のフローチャートである。
【図７】実施の形態２におけるスイッチ制御手段のフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３における異常検出手段のフローチャートである。
【図９】従来の電源装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】図９における発電機およびバッテリ電圧の出力を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による電源装置の構成を示すブロック図、図２は具体的構成を示す回路図である。
本発明の実施の形態１による電源装置は、発電機1により発電された三相交流電圧を整流してバッテリ7を充電する充電電圧を作る整流手段2と、この整流手段2を構成する各半導体スイッチQ1〜Q3をバッテリ7の充電状況に応じた区間で制御するスイッチ制御手段5と、三相交流電圧の各相の負電圧を検出する負電圧検出手段3と、バッテリ7の電圧が所定電圧以上であることを検出する電圧検出手段6とを備え、負電圧を検出した場合、又は所定電圧以上を検出した場合、スイッチ制御手段5により半導体スイッチQ1〜Q3を制御する電源装置において、負電圧検出手段3により検出された各相の負電圧状態を監視し、三相の内少なくとも一相の異常を検出する異常検出手段4を備え、この異常検出手段4により異常が検出された場合、スイッチ制御手段5を介して当該相に対応する半導体スイッチQ1〜Q3を制御するものである。
【００１１】
図１、２において、発電機1は、バッテリ7を充電するためのＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相交流電圧を発生させるものである。
整流手段2を構成する整流回路20は、各相をダイオードD1〜D3および半導体スイッチQ1〜Q3から構成され、ダイオードD1のアノード及び半導体スイッチQ1が発電機1のＵ相に、ダイオードD2のアノード及び半導体スイッチQ2が発電機1のＶ相に、ダイオードD3のアノード及び半導体スイッチQ3が発電機1のＷ相に、それぞれ接続されている。またダイオードD1〜D3のカソードはバッテリ7の正極に接続され、半導体スイッチQ1〜Q3はバッテリ7の負極に接続されている。
【００１２】
負電圧検出手段3を構成する負電圧検出回路30は、抵抗R1〜R12およびオペアンプIC1〜IC3からなる各相に対応したコンパレータで構成される。各相のコンパレータの入力は発電機1の各相の出力に、各相のコンパレータの出力は異常検出手段4を構成する異常検出回路40の各相の入力に、スイッチ制御手段5を構成するスイッチ制御回路50の各相の入力にそれぞれ接続される。
【００１３】
異常検出手段4を構成する異常検出回路40は、インバータ回路IC4〜IC6および、D-フリップフロップIC8〜IC13および、AND回路IC14〜IC16、OR回路IC17〜IC19で構成される。
インバータ回路IC4の入力端子は負電圧検出回路30のＵ相の出力端子とOR回路IC17の入力端子に、インバータ回路IC5の入力端子は負電圧検出回路30のＶ相の出力端子とOR回路IC18の入力端子に、インバータ回路IC6の入力端子は負電圧検出回路30のＷ相の出力端子とOR回路IC18の入力端子に、それぞれ接続される。
インバータ回路IC4の出力端子は、D-フリップフロップIC8のデータ端子とD-フリップフロップIC9のデータ端子とD-フリップフロップIC10のクロック端子とD-フリップフロップC12のクロック端子に、インバータ回路IC5の出力端子は、D-フリップフロップIC10のデータ端子とD-フリップフロップIC11のデータ端子とD-フリップフロップIC8のクロック端子とD-フリップフロップIC13のクロック端子に、インバータ回路IC6の出力は、D-フリップフロップIC12のデータ端子とD-フリップフロップIC13のデータ端子とD-フリップフロップIC9のクロック端子とD-フリップフロップIC11のクロック端子に、それぞれ接続される。
また、AND回路IC14の入力端子はD-フリップフロップIC8の出力端子とD-フリップフロップI9の出力端子に、IC15の入力端子はD-フリップフロップIC10の出力端子とD-フリップフロップ11の出力端子に、IC16の入力端子はD-フリップフロップIC12の出力端子とD-フリップフロップ13の出力端子に、それぞれ接続される。
更に、OR回路IC17の入力端子はインバータ回路IC4の入力端子とAND回路IC14の出力端子に、OR回路IC18の入力端子はインバータ回路IC5の入力端子とAND回路IC15の出力端子に、OR回路IC19の入力端子はインバータ回路IC6の入力端子とAND回路IC16の出力端子に、それぞれ接続される。
【００１４】
スイッチ制御手段5を構成するスイッチ制御回路50は、サイリスタSCR１〜SCR3とOR回路IC21、IC23、IC25で構成され、サイリスタSCR1のゲートは負電圧検出回路30のＵ相の出力に、サイリスタSCR1のアノードは電圧検出回路60のコンパレータに、サイリスタSCR2のゲートは負電圧検出回路30のＶ相の出力に、サイリスタSCR2のアノードは電圧検出回路60のコンパレータに、サイリスタSCR3のゲートは負電圧検出回路30のＷ相の出力に、サイリスタSCR3のアノードは電圧検出回路60のコンパレータに、それぞれ接続される。
また、OR回路IC21入力端子はサイリスタSCR 1のカソードと異常検出回路40のＵ相出力端子に、OR回路IC23の入力端子はサイリスタSCR 2のカソードと異常検出回路40のＶ相出力端子に、OR回路IC24の入力端子はサイリスタSCR 3のカソードと異常検出回路40のＷ相出力端子に、それぞれ接続される。
【００１５】
電圧検出手段6を構成する電圧検出回路60は、抵抗R14〜R17およびオペアンプIC26からなるコンパレータで構成され、バッテリ7の正極とスイッチ制御回路50のサイリスタSCR 1〜SCR3に接続される。
【００１６】
以上のように構成された電源装置の動作を、図３に示す発電機1の出力する三相の交流電圧11U〜11Wと、所定の電圧12と、バッテリ電圧13と、電圧検出回路60の出力14と、負電圧検出回路30のＵ相出力15、Ｖ相出力16と、Ｗ相出力17と、異常検出回路40の出力18と半導体スイッチQ1の入力19を参照しながら説明する。
【００１７】
例えば、バッテリ電圧13が所定の電圧12を超える充電停止状態において最初に正電圧を短絡したのがＵ相と考える。
従来では、Ｕ相の半導体スイッチQ1の制御は、スイッチ制御回路50が負電圧検出回路30の出力15と電圧検出回路60の出力14のOR(論理和)をとった出力をするだけであるから、Ｕ相の発電電圧が大きい場合でも充電可能状態になれば、すぐに充電を開始し、Ｕ相の電圧のみが大きい状態が続いてしまい、負電圧を検出できず、半導体スイッチQ1を短絡できない。
このとき、異常検出回路40が発電機1の出力する三相の交流電圧11U〜11Wが負電圧を出力していることを検出する負電圧検出回路30のＵ相出力15、Ｖ相出力16をインバータ回路で反転させ立上りエッジのAND(論理積)をとり、負電圧検出回路30のＵ相出力15、Ｗ相出力17をインバータ回路で反転させ立上りエッジのANDをとり、さらにその２つのANDをとる。これを異常検出回路40の出力18として、スイッチ制御回路50へ入力する。スイッチ制御回路50は負電圧検出回路30の出力15と電圧検出回路60の出力14のORをとり、スイッチ制御回路50の出力19を半導体スイッチQ1に入力しON状態とする。
従って、Ｕ相はバッテリ電圧13が所定の電圧12を下回り充電可能状態でも負電圧を検出できるまで短絡状態となり、Ｕ相の電圧11Uは下がる。負電圧を検出できる状態となれば、発電機1の出力する三相の交流電圧11U〜11Wの偏りがなくなり、同期整流を行えるため、整流した電圧をバッテリ7へ効率よく充電できる。
【００１８】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２は、図１の本発明の実施の形態１による電源装置において、他の異常検出方法を適用したもので、三相の負電圧検出順序を監視し、負電圧検出順序の異常を検出したならば、当該相を異常状態と判定するようにしたものである。
【００１９】
図４〜図７は、それぞれ図1における負電圧検出手段3、電圧検出手段6、スイッチ制御手段5のフローチャートである。
図４に示すように負電圧検出手段3は、発電機1の電圧を各相で０(ゼロ)未満を判定し、各相をONとする。０以上では各相をOFFとする(ステップS31〜40)。
また、異常検出手段4は図５のフローチャートに示すように、まず、負電圧検出手段3の各相の出力の立上りエッジを検出する(ステップS41、42)。次に、前回の相の情報を上書きされないように保存し、今回入力された相の情報を更新する(ステップS43)。続いて、入力された立上りエッジが三相のうちどの相かを判定する。それぞれ相の情報を前回の相の情報と比較し、順序が正しいか判定する。判定は、入力された立上りエッジの判定が、前回の相が指定した相、Ｕ相ならば前回の相はＷ相であるか、Ｖ相ならば前回の相はＵ相であるか、Ｗ相ならば前回の相はＵ相であるか、を判断する。もし、前回の相が指定した相でなければ、順序は正しくないと判定し、それぞれの相で異常状態を知らせる。前回の相が指定した相であれば、順序は正しいと判定し、異常状態を解除する。最初の入力が負電圧検出手段3の各相の出力の立上りエッジでなければ、異常検出は行わない(ステップS44〜S53)。
【００２０】
また、電圧検出手段6は、図６のフローチャートに示すように、バッテリ7が所定の電圧以上のとき、充電停止状態とし、所定の電圧以上ではないとき充電停止状態を解除(充電許可状態)する(ステップS61〜S64)。
【００２１】
更に、スイッチ制御手段5は、図７のフローチャートに示すように、まず、電圧検出手段6が検出したバッテリ状態から充電停止状態を判定する(ステップS54、S55)。充電停止状態ならば、各相で立上りエッジを判定する(ステップS56)。
立上りエッジならば、負電圧を判定する。負電圧ならば、対応する半導体スイッチをONする。負電圧でない場合、対応する半導体スイッチをOFFする。立上りエッジでない場合対応する半導体スイッチをONする。充電停止でない場合、負電圧を判定する。また、スイッチ制御処理を開始時に異常状態を判定する(ステップS59)。異常状態の場合、対応する半導体スイッチをONする。異常状態でない場合、対応する半導体スイッチをOFFする(ステップS57〜S60)。
【００２２】
このように本発明の実施の形態２によれば、三相間で図３に示す電圧の偏りが生じ、一相だけ負電圧が検出できない状況が起きても、負電圧の検出順序を監視し、異常時に半導体スイッチをON状態とすることで、異常の起きた相の電圧を下げ、発電機1出力する三相の交流電圧の偏りがなくなり、同期整流を行えるため、整流した電圧をバッテリ7へ効率よく充電できる。
【００２３】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３は、図１の本発明の実施の形態１による電源装置において、更に他の異常検出方法を適用したもので、三相の各相で予め定められた時間、負電圧を検出できない場合、当該相を異常状態と判定するとともに、負電圧が検出されるまでの時間、半導体スイッチの制御を継続するようにしたものである。
【００２４】
異常検出手段4の動作を図８のフローチャートを用いて説明する。
まず、負電圧検出手段3の各相の出力の立上りエッジを判定する(ステップS70、S71)。
立上りエッジならば、カウンタをリセットし、所定の値をカウンタにセットする(ステップS74)。所定の値をカウンタにセットする場合、その値は、発電機1の発電周波数に応じて可変でき、発電周波数が高い、つまり、エンジン回転数が高い場合は、カウンタの値を短く、逆にエンジン回転数が低い場合は長くすることも可能である。その後、異常状態を解除する(ステップS77)。
立上りエッジでなければ、立下りエッジを判定する(ステップS72)。立下りエッジならば、カウンタを動かし、カウントを開始する(ステップS75)。つまり、ここでは、正電圧が所定の値(時間内)であるかをみている。その後、異常状態を解除する。立下りエッジでなければ、カウンタの値を判定する(ステップS73)。カウンタの値が所定の値以上ならば、負電圧が検出できず正電圧が続いていると判断し、カウンタを停止し、異常状態を知らせる。カウンタが所定の値未満なら、異常状態を解除する(ステップS76〜78)。
この処理は、各相で独立に行い、他相も同様の処理を実施し、自相の異常状態をスイッチ制御手段5に知らせる。
【００２５】
このように本発明の実施の形態３によれば、三相間で図３に示す電圧の偏りが生じ、一相だけ負電圧が検出できない状況が起きても、予め定められた時間内に、負電圧を検出しているかを監視し、異常時に半導体スイッチをON状態とすることで、異常の起きた相の電圧を下げ、発電機1の出力する三相の交流電圧の偏りがなくなり、同期整流を行えるため、整流した電圧をバッテリ7へ効率よく充電できる。
従って、三相間で電圧の偏りが生じ、一相だけに連続して通電状態となり半導体スイッチが破壊され、バッテリ7が充電できないという状況の発生を防止でき、バッテリ充電を効率よく行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１：発電機、2：整流手段、3：負電圧検出手段、4：異常検出手段、5：スイッチ制御手段、6：電圧検出手段、7：バッテリ、20：整流回路、30：負電圧検出回路、40：異常検出回路、50：スイッチ制御回路、60：電圧検出回路、D1〜D3：ダイオード、Q1〜Q3：半導体スイッチ 
【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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【図９】
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【図１０】
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