(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、前記界磁コイルの両端電圧が所定値を越えるまでは所定の電流を前記スイッチング素子の制御端子に流してこの制御端子の電圧を上昇させ、前記界磁コイルの両端電圧が所定値を越えた後に前記車両用発電機の出力電圧よりも高い電圧を前記制御端子に印加することにより前記スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備え、
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、かつ
前記駆動回路は、
定電流を前記ＭＯＳ型トランジスタのゲート端子に供給する第１の電流供給回路と、
前記ゲート端子に電圧を印加す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第２の電流供給回路と、
前記チャージポンプ回路を間欠動作させる発信回路と、
前記電圧検出回路から前記遮断を指示する信号が入力されると前記チャージポンプ回路による電圧印加を停止させるために遮断され、前記電圧検出回路から前記導通を指示する信号が入力されたときであって前記界磁コイルの両端電圧が所定値を超えたときに前記第２の電流供給回路による前記チャージポンプ回路への電流供給と前記チャージポンプ回路による電圧印加のために導通される動作スイッチとを備え、
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、前記還流ダイオードの逆バイアス電圧よりも高い所定値に達するまでは前記ゲート端子に前記第１の電流供給回路から定電流を供給するとともに、前記還流ダイオードの逆バイアス電圧よりも高い所定値を越えた後は前記動作スイッチを導通させて前記第２の電流供給回路から前記チャージポンプ回路へ電流を供給することで前記チャージポンプ回路の出力電圧を前記ゲート電圧に印加する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、
前記駆動回路において前記界磁コイルの両端電圧と比較される前記所定値は、前記還流ダイオードの逆バイアス電圧よりも大きな値に設定されてい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、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、界磁コイルの両端電圧が所定値を越えるまでは所定の電流をスイッチング素子の制御端子に流してこの制御端子の電圧を上昇させ、界磁コイルの両端電圧が所定値を越えた後は車両用発電機の出力電圧よりも高い電圧を制御端子に印加することによりスイッチング素子を駆動する。界磁コイルの両端電圧が所定値を越えるまでは所定の電流が供給されてスイッチング素子が駆動されるため、このスイッチング素子を流れる電流の変化が抑制され、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。また、車両用発電機の出力電圧よりも高い電圧を発生させる回路構成に対して、所定の電流を供給する構成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】
特に、駆動回路において界磁コイルの両端電圧と比較される所定値は、還流ダイオードが逆バイアス状態となる逆バイアス電圧よりも大きな値に設定することが望ましい。界磁コイルの両端電圧がこの逆バイアス電圧よりも小さく還流電流が流れているときに、スイッチング素子を流れる電流が大きく変化すると大きなスイッチングノイズが発生するため、このときのスイッチング素子の駆動を所定の電流を供給することにより、スイッチングノイズの発生を抑制することが可能になる。
【００１０】
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。
【００１１】
また、上述した駆動回路は、所定の電流をＭＯＳ型トランジスタのゲート端子に供給する第１の電流供給回路と、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第２の電流供給回路と、チャージポンプ回路を間欠動作させる発信回路とを備えることが望ましい。チャージポンプ回路を用いることにより、車両用発電機の出力電圧よりも高い電圧を容易につくることができるが、間欠動作による電流変動が発生する。このため、界磁コイルの両端電圧が所定値を越えるまでは、第１の電流供給回路によって供給される所定の電流でスイッチング素子を駆動して電流変化を抑えることにより、スイッチングノイズを低減することができる。
【００１２】
【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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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定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。
【００１８】
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第２の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２つの抵抗４８、４９と、ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に所定の電流を供給する第１の電流供給回路として動作する２つのトランジスタ５０、５１、２つの抵抗５２、５３およびダイオード５４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５５、５６および抵抗５７と、界磁コイル２２の両端電圧（ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース電位）が所定値よりも高くなったときに上述した第２の電流供給回路を動作させる２つのトランジスタ５８、５９および２つの抵抗６０、６１を含んで構成されている。
【００１９】
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５８が遮断する。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は停止する。同様に、トランジスタ５５も遮断するため、トランジスタ５０、５１によって構成されるカレントミラー回路による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。
【００２０】
また、トランジスタ５６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が遮断する。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。
【００２１】
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５５が導通する。このトランジスタ５５は、抵抗５２を介して所定の電流を引き込み、この電流がカレントミラー回路を構成するトランジスタ５０、５１によってダイオード５４に供給される。したがって、このダイオード５４から出力される電流によって、ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子の電圧が上昇し、ＭＯＳ型トランジスタ１１が徐々に導通し、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソースの電圧が上昇する。
【００２２】
このソースの電圧は、抵抗６０、６１によって分圧されており、この分圧された電圧（抵抗６１の両端電圧）が所定値以上になると、トランジスタ５９が導通する。これに伴って、トランジスタ５８が導通し、抵抗４８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。
【００２３】
また、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、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段目のコンデンサ４１のカソードと３段目のコンデンサ４２のアノードに接続されている。３段目のコンデンサ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５４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。なお、本実施形態では、ダイオードとコンデンサを２組備えるチャージポンプ回路を用いたが、この段数は任意であり、それ以外の段数であってもよい。
【００２４】
このように、Ｓ端子の電圧が調整電圧設定値より低くなったときに、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース電圧（界磁コイル２２の両端電圧）が還流ダイオード１２の逆バイアス電圧よりも高い所定値に達するまでは、チャージポンプ回路とは別に用意された電流供給回路によって電流を供給してＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート電圧を上昇させることにより、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース・ドレイン間を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。また、ＭＯＳ型トランジスタ１１のソース電圧が所定値に達した後は、チャージポンプ回路によって高い駆動電圧が生成されて、ＭＯＳ型トランジスタ１１のゲート端子に印加されるが、この状態では、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。
【００２５】
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。また、スイッチング素子としてＭＯＳ型トランジスタ１１を用いたが、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子を用い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】
0004310910.tif 000002