(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用発電機の界磁コイルに対する通電電流の供給を断続するスイッチング素子と、前記界磁コイルに並列接続された還流ダイオードと、前記車両用発電機の出力電圧が所定の調整電圧値となるように前記スイッチング素子の導通、遮断を指示する信号を出力する電圧検出回路と、前記電圧検出回路から導通を指示する信号が入力されたときに前記車両用発電機の出力電圧よりも高い電圧を前記スイッチング素子の制御端子に印加する駆動回路とを有する車両用発電制御装置において、
前記駆動回路は、
偶数段のコンデンサを含んで構成されるチャージポンプ回路と、
前記チャージポンプ回路に電流を供給する電流供給回路と、
前記チャージポンプ回路を間欠動作させる発信回路と、
前記チャージポンプ回路の入力点と前記電流供給回路との間にアノードを、前記チャージポンプ回路の出力点と前記スイッチング素子の制御端子との間にカソードを接続されたダイオードとを備え、
この発信回路が動作している状態で、交互に逆位相の電圧を上記コンデンサに印加することで、前記出力点からは車両用発電機の出力電圧よりも高い電圧を取り出すことを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記スイッチング素子は、ＭＯＳ型トランジスタであり、ゲート端子を前記制御端子として用いることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ＭＯＳ型トランジスタのソース側に前記界路コイルが接続されており、
前記電流供給回路は、前記ＭＯＳ型トランジスタのソース電圧に応じた供給電流値が設定されることを特徴とする車両用発電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界磁コイル電流を断続することにより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。
【０００２】
【従来の技術】
車両用発電機は、車両走行中にバッテリの補充電を行うとともに、エンジンの点火、照明、その他の各種電装品の電力を賄うものであり、その負荷状態が変化した場合であっても出力電圧をほぼ一定に維持するために発電制御装置が接続されている。特に最近では、車両の高品質化の要求から、車両用発電機によって発生するノイズの低減が求められており、これを達成するためのいくつかの手法が提案されている。
【０００３】
例えば、特開昭６４−２００００号公報には、ＭＯＳ型のトランジスタによって界磁コイル電流を制御する際に発生するスイッチングノイズを、このトランジスタのソース電圧が所定の電圧上昇カーブとなるように、昇圧回路からこのトランジスタのゲート端子への電圧供給を負帰還制御することにより低減する手法が開示されている。
【０００４】
また、特開平４−９６６９６号公報には、界磁コイル電流を制御するトランジスタが導通する際、このトランジスタのソース電圧が所定値に上昇するまでゲート端子への電流供給量を制限して、トランジスタの導通速度を緩やかにすることにより、上述したスイッチングのノイズを低減する手法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特開昭６４−２００００号公報に開示された手法では、回路構成が複雑になるとともに、動作も不安定になりやすいという問題があった。最近では、コストダウンの要求も厳しいため、回路構成はできるだけ簡単であることが望まれている。
【０００６】
また、上述した特開平４−９６６９６号公報に開示された手法では、昇圧回路を構成するチャージポンプ回路の間欠動作によって、ゲート電圧への供給電流変動が生じるため、トランジスタの導通電流変化が生じるという問題があった。この導通電流変化自体がスイッチングノイズの発生原因になるため、この変化を抑制することにより、スイッチングノイズをさらに低減することができる手法が望まれている。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、簡単な回路構成によりスイッチングノイズを低減することができる車両用発電装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の界磁コイルに対する通電電流の供給を断続するスイッチング素子と、界磁コイルに並列接続された還流ダイオードと、車両用発電機の出力電圧が所定の調整電圧値となるようにスイッチング素子の導通、遮断を指示する信号を出力する電圧検出回路と、スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備えている。この駆動回路は、偶数段のコンデンサを含んで構成されるチャージポンプ回路と、チャージポンプ回路に電流を供給する電流供給回路と、チャージポンプ回路を間欠動作させる発信回路と、チャージポンプ回路の入力点から出力点に向けて接続されたダイオードとを備えている。チャージポンプ回路に含まれるコンデンサの段数が偶数段に設定されているため、初段のコンデンサが放電されるタイミングで最終段のコンデンサが充電されるが、このとき電流供給回路の出力電流は、チャージポンプ回路の入力点から出力点に向けて接続されたダイオードを介してスイッチング素子の制御端子に供給される。このように、チャージポンプ回路の出力電流が供給されないタイミングで電流供給回路の出力電流をスイッチング素子の制御端子に供給することにより、スイッチング素子の駆動電流の変化を抑制することができるため、このスイッチング素子を流れる電流の変化も抑制され、車両用発電機の出力に現れるスイッチングノイズを低減することができる。チャージポンプ回路に並列接続されたダイオードを追加するだけであるため、比較的簡単な回路構成によって実現することができる。
【０００９】
また、上述したスイッチング素子は、ＭＯＳ型トランジスタであり、ゲート端子を前記制御端子として用いることが望ましい。ＭＯＳ型トランジスタは、ゲート端子に印加される電圧によって制御される素子であり、電流駆動型の素子を用いる場合に比べて、その動作を制御する駆動回路の構成を簡略化することができる。
【００１０】
また、上述したＭＯＳ型トランジスタのソース側に界路コイルを接続するとともに、電流供給回路の供給電流値を、ＭＯＳ型トランジスタのソース電圧に応じた値に設定することが望ましい。ソース電圧が低いときにはＭＯＳ型トランジスタの駆動電流値を小さく設定し、ソース電圧が上昇したときにこの駆動電流値を増加させることにより、スイッチングノイズの低減とともにＭＯＳ型トランジスタによる損失の増加を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電装置（以下、「レギュレータ」と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明を適用した一実施形態のレギュレータの構成を示す図であり、あわせてこのレギュレータと車両用発電機およびバッテリとの接続状態が示されている。
【００１３】
図１において、レギュレータ１は、バッテリ３への印加電圧を検出するために設けられているＳ端子の電圧が所定の調整電圧設定値（例えば１４Ｖ）になるように制御するためのものである。始動指示検出端子（ＩＧ端子）がイグニッションスイッチ４を介してバッテリ３に接続されており、イグニッションスイッチ４をオン状態にすることにより、レギュレータ１による制御動作が開始される。
【００１４】
車両用発電機２は、固定子であるステータに含まれる３相のステータコイル２１と、このステータコイル２１の３相出力を全波整流するために設けられた整流回路２３と、回転子であるロータに含まれる界磁コイル２２とを含んで構成されている。この車両用発電機２の出力電圧の制御は、界磁コイル２２に対する通電をレギュレータ１によって適宜オンオフ制御することにより行われる。車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）はバッテリ３に接続されており、Ｂ端子からバッテリ３に充電電流が供給される。
【００１５】
次に、レギュレータ１の詳細構成及び動作について説明する。図１に示すように、レギュレータ１は、界磁コイル２２に直列に接続されたＭＯＳ型トランジスタ１１と、界磁コイル２２に並列に接続された還流ダイオード１２と、車両用発電機２の出力電圧に連動するＳ端子の電圧が所定の調整電圧設定値となるようにＭＯＳ型トランジスタ１１の導通、断続を指示する電圧検出回路１３と、電圧検出回路１３とＭＯＳ型トランジスタ１１の間に設けられてＭＯＳ型トランジスタ１１を駆動する駆動回路として動作する昇圧回路１４とを含んで構成されている。
【００１６】
電圧検出回路１３は、トランジスタ３０、ツェナー素子３１、３つの抵抗３２、３３、３４からなっている。ツェナー素子３１は、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以上になるとブレークするような特性のものが選定されており、このときトランジスタ３０が導通してコレクタの電位が低くなる。トランジスタ３０のコレクタは後段の昇圧回路１４に接続されており、コレクタから出力される低電位の信号が、昇圧回路１４に対してＭＯＳ型トランジスタ１１の遮断を指示する信号となる。反対に、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以下になると、トランジスタ３０のゲート電位が下がるため、このトランジスタ３０が遮断され、コレクタの電位が高くなる。このコレクタから出力される高電位の信号が、昇圧回路１４に対してＭＯＳ型トランジスタ１１の導通を指示する信号となる。
【００１７】
また、昇圧回路１４は、チャージポンプ回路を構成する３つのダイオード４０、４１、４２および２つのコンデンサ４３、４４と、このチャージポンプ回路を間欠動作させる発信回路４５と、このチャージポンプ回路に電流を供給する電流供給回路として動作する２つのトランジスタ４６、４７および３つの抵抗４８、４９、５０と、チャージポンプ回路の入力点から出力点に向けて接続されたダイオード５１と、電圧検出回路１３から入力される遮断を指示する信号に応じてＭＯＳ型トランジスタ１１を遮断する動作を行う２つのトランジスタ５２、５３および抵抗５４と、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース電圧に応じて上述した電流供給回路の供給電流値を設定するトランジスタ５５、５６、５７および抵抗５８とを含んで構成されている。
【００１８】
[Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以上の場合]
Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以上の場合には、ツェナー素子３１がブレークしてトランジスタ３０が導通するため、昇圧回路１４内のトランジスタ５２が遮断される。したがって、トランジスタ４６、４７によって構成されるカレントミラー回路による電流の供給は行われず、チャージポンプ回路による昇圧動作とダイオード５１を介した電流供給動作はともに停止するため、ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子への電流の供給は行われない。
【００１９】
また、トランジスタ５３が導通するため、ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート電圧が低下し、このＭＯＳ型トランジスタ１１が遮断される。界磁コイル２２は大きなインダクタ成分を有するため、このとき、界磁コイル２２を流れる電流は、還流ダイオード１２を介して流れ、次第に減少する。
【００２０】
[Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以下の場合]
Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以下になると、トランジスタ３０が遮断され、トランジスタ５２が導通する。このトランジスタ５２は、抵抗４９を介して所定の電流を引き込む。この電流は、カレントミラー回路を構成するトランジスタ４６、４７によって、チャージポンプ回路を構成する初段のダイオード４０に供給されるとともにチャージポンプ回路の入力点と出力点との間に接続されたダイオード５１に供給され、ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子の電圧が上昇する。
【００２１】
発信回路４５は、コンデンサ４３、４４に接続されており、これら２つのコンデンサ４３、４４に対して互いに逆位相の発信電圧を印加する。一方のコンデンサ４３の他方端は、入力点にアノードが接続された初段のダイオード４０のカソードと２段目のダイオード４１のアノードに接続されており、他方のコンデンサ４４の他方端は、２段目のダイオード４１のカソードと３段目のダイオード４２のアノードに接続されている。３段目のダイオード４２のカソードは、チャージポンプ回路の出力点であり、ダイオード５１のカソードとともにＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に接続されている。したがって、発信回路４５が動作している状態で初段のダイオード４０に電流が供給されると、交互に逆位相の電圧を２つのコンデンサ４３、４４に印加することにより、チャージポンプ回路の出力点からは、車両用発電機２の出力電圧よりも高い電圧を取り出すことができる。
【００２２】
ところで、本実施形態では、チャージポンプ回路を構成するコンデンサの段数が偶数段（２段）に設定されているため、初段のコンデンサ４３が充電されているときには最終段のコンデンサ４４が放電状態になって、この放電電流がＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に供給される。また、初段のコンデンサ４３が放電しているときには最終段のコンデンサ４４が充電状態にあるため、チャージポンプ回路からＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に対する電流の供給はないが、このタイミングではチャージポンプ回路の入力点に供給された電流がダイオード５１を介してＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に供給される。
【００２３】
また、このようにしてＭＯＳトランジスタ１１のゲート端子に電流が供給されてＭＯＳ型トランジスタ１１のソース・ドレイン間に流れる電流が増加して還流ダイオード１２を逆バイアスできる電流値まで達すると、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース電圧は上昇を始める。ところで、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソースは、抵抗５８およびトランジスタ５７を介してカレントミラー回路を構成する一方のトランジスタ５５に接続されているため、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以下になって、トランジスタ３０が遮断され、トランジスタ５７が導通すると、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース電圧の上昇に伴ってカレントミラー回路を構成する一方のトランジスタ５５に流れる電流が増加する。したがって、他方のトランジスタ５６から抵抗５０を介してトランジスタ４６に流れる電流も増加し、このトランジスタ４６を含むカレントミラー回路によって構成される電流供給回路によって発生する駆動電流値が増加する。
【００２４】
このように、チャージポンプ回路を構成するコンデンサの段数を偶数段にするとともに、このチャージポンプ回路の入力点から出力点に向けてダイオード５１を並列に接続することにより、チャージポンプ回路の最終段のコンデンサ４４が充電状態であってチャージポンプ回路からＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に対する駆動電圧の印加（駆動電流の供給）がない場合には、電流供給回路から入力点に供給された電流をダイオード５１を介して直接ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に供給しているため、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値以下になったときのＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート電圧の上昇をなめらかにすることができ、ＭＯＳ型トランジスタ１１に流れる電流の変化を抑制することができる。したがって、車両用発電機２の出力電圧に含まれるスイッチングノイズを低減することができる。
【００２５】
また、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース電圧が上昇して所定値（還流ダイオード１２の逆バイアス電圧）に達した後は、チャージポンプ回路やダイオード５１に供給される電流を増やすことにより、ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子の電圧を速やかに上昇させることができるため、ＭＯＳ型トランジスタ１１における損失を低減することができる。しかも、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース電圧が還流ダイオード１２の逆バイアス電圧以上になった状態では、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース・ドレイン間に流れる電流がそのまま界磁コイル２２に流れるため、ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に印加される電圧が変動しても、その変動分が界磁コイル２２のインダクタンス成分によって平滑化され、大きなスイッチングノイズは発生しない。
【００２６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、界磁コイル２２の高電位側にＭＯＳ型トランジスタ１１を接続したが、低電位側に接続するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態のレギュレータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１  レギュレータ（車両用発電制御装置）
２  車両用発電機
３  バッテリ
４  イグニッションスイッチ
１１  ＭＯＳ型トランジスタ
１２  還流ダイオード
１３  電圧検出回路
１４  昇圧回路
２２  界磁コイル
【図１】
0004224937.tif 000002