JPS6258216B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関等により駆動される充電
発電機の出力電圧を第１の所定値に制御する充電
発電機制御装置に関するもので、上記発電機の界
磁コイルが短絡した時の保護回路に関するもので
ある。

先ず、この種の従来装置に関し、第１図に示し
説明する。第１図において、１は図示しない車両
等に装備され、図示しない機関により駆動される
三相交流発電機で、三相星形結線された電機子コ
イル１０１と界磁コイル１０２を有している。２
は上記発電機１の交流出力を全波整流する全波整
流装置で、２０１，２０２，２０３はそれぞれ第
１、第２整流出力端と接地端、３は上記界磁コイ
ル１０２に流れる界磁電流を制御することによつ
て上記発電機１の出力電圧を第１の所定値に制御
する電圧調整装置で、以下の部品にて構成されて
いる。即ち、３０１は上記界磁コイル１０２の両
端に接続されたサージ吸収用のダイオード、３０
２，３０３は上記界磁コイル１０２の界磁電流を
断続する出力トランジスタ、３０４は該トランジ
スタ３０２，３０３のベース回路を構成する抵
抗、３０５は上記出力トランジスタ３０２，３０
３をオン・オフ制御する制御トランジスタ、３０
６は上記発電機１の出力電圧を検出し、この出力
電圧が第１の所定値以上に達した時に導通するゼ
ナーダイオード、３０７，３０８は互いに直列に
接続され、上記発電機１の出力電圧の分圧回路を
構成する抵抗、３０９は上記出力トランジスタ３
０２，３０３を断続するために、制御トランジス
タ３０５と並列に接続された制限トランジスタ、
３１０，３１１は該トランジスタ３０９のベース
端子に直列に接続されたレベルシフトダイオー
ド、３１２は上記制御トランジスタ３０５のコレ
クタ電圧を検出する第１の検出ダイオード、３１
３は上記出力トランジスタ３０２，３０３のコレ
クタ電圧を検出する第２の検出ダイオード、３１
４は上記制限トランジスタ３０９のベース回路に
設けられたベース抵抗である。４は蓄電池、５は
キースイツチ、６は充電表示灯である。

次に以上のように構成された装置の動作を説明
する。先ず、機関の始動に際し、キースイツチ５
を閉成すると、界磁コイル１０２に相間短絡等の
故障のない場合は、蓄電池４からキースイツチ
５，充電表示灯６，出力トランジスタ３０２，３
０３のベース抵抗３０４を介して、出力トランジ
スタ３０２，３０３にベース電流が流れ、該トラ
ンジスタ３０２，３０３は導通する。該トランジ
スタ３０２，３０３が導通すると、蓄電池４から
キースイツチ５，充電表示灯６，界磁コイル１０
２，出力トランジスタ３０２，３０３を介して界
磁コイル１０２に界磁電流が流れて界磁起磁力が
発生する。

この時、出力トランジスタ３０２，３０３は導
通しているので、コレクタ・エミツタ間電圧は制
限トランジスタ３０９のベース・エミツタ間電圧
と、レベルシフトダイオード３１０，３１１の順
方向電圧降下を加えた値よりも低い値となり、制
限トランジスタ３０９は遮断状態にある。

次に機関が始動し、発電機１が駆動され、発生
した出力電圧が電圧調整装置３の第１の所定値を
越えた場合、ゼナーダイオード３０６，制御トラ
ンジスタ３０５は導通し、出力トランジスタ３０
２，３０３は遮断され、発電機１の出力電圧は降
下する。この時も制御トランジスタ３０５は導通
しているので、該トランジスタ３０５のコレク
タ・エミツタ間電圧は、制御トランジスタ３０９
のベース・エミツタ間電圧と、レベルシフトダイ
オード３１０，３１１の順方向電圧降下を加えた
値よりも低い値となり、同様に制限トランジスタ
３０９は遮断状態にある。次に発電機１の出力電
圧が上記第１の所定値まで下がると、再び出力ト
ランジスタ３０２，３０３は導通して界磁コイル
１０２は付勢され、発電機１の出力電圧は上昇す
る。上述した動作の繰り返しにより、発電機１の
出力電圧は第１の所定値に制御される。

ところで、機関が停止していて、キースイツチ
５だけ閉成した時、何等かの原因で界磁コイル１
０２が相間短絡または完全に短絡した場合、出力
トランジスタ３０２，３０３のコレクタ電流は急
激に増加するが、ベース電流は抵抗３０４で決つ
ているため、増巾率がたりなくなり、該トランジ
スタ３０２，３０３のコレクタ・エミツタ間の電
圧は、制限トランジスタ３０９のベース・エミツ
タ間電圧と、レベルシフトダイオード３１０，３
１１の順方向電圧降下を加えた値以上となる。一
方、この時は、機関が停止しているので、発電機
１の発生電圧もないので、ゼナーダイオード３０
６と制御トランジスタ３０５は不導通状態にあ
る。従つて、制限トランジスタ３０９のベース・
エミツタ及びレベルシフトダイオード３１０，３
１１、抵抗３１４を介して、制限トランジスタ３
０９にベース電流が流れ、該トランジスタ３０９
は導通する。このため、出力トランジスタ３０
２，３０３は遮断され、非常に大きなコレクタ電
流が流れることによる出力トランジスタ３０２，
３０３の破壊を防止することができる。

しかしながら、第１図に示す従来装置において
は、第３図に示すように制限トランジスタ３０９
が導通に至る出力トランジスタ３０２，３０３の
コレクタ電流は、通常の電流より非常に大きな電
流となるように余裕のある設計となつているの
で、界磁コイル１０２の相間短絡等の場合には大
幅な電流増加がないため、また、第２整流出力端
より界磁電流を供給する方式においては、レアシ
ヨートの場合、発電機１の出力電圧が低下して、
トランジスタ３０２，３０３のコレクタ電流が大
きく増加せず、制限トランジスタ３０９が導通に
至る点まで、出力トランジスタ３０２，３０３の
コレクタ電位が上昇せず、破壊する危険性があつ
た。

この発明は、上記欠点を解消する優れた充電発
電機制御装置を提供するものである。

以下、第２図に示すこの発明の一実施例につい
て説明する。第２図において、３１５は初期励磁
抵抗、３１６は電流検出用シヤントである。７は
保護回路であり、以下の部品により構成されてい
る。即ち、７０１は保護回路７の電源を構成する
ゼナーダイオード、７０２は該ゼナーダイオード
７０１にバイアス電流を供給する抵抗、７０３，
７０４は互いに直列に接続され、制限電流である
第２の所定値を規定する制限電流設定抵抗、７０
５は上記出力トランジスタ３０２，３０３に上記
第２の所定値以上の電流が流れた場合に出力を遮
断するコンパレータ、７０６は該コンパレータ７
０５の出力に接続された抵抗、７０７は上記コン
パレータ７０５の遮断時に、上記抵抗７０６を介
して、後述のコンデンサ７０８を充電し、保持さ
せるダイオード、７０８は上記出力トランジスタ
３０２，３０３に第２の所定値以上の電流が流れ
た時に充電されるコンデンサ、７０９は該コンデ
ンサ７０８が充電された時に導通する第１のトラ
ンジスタ、７１０は該第１のトランジスタ７０９
のベース端子に接続された抵抗、７１１は上記第
１のトランジスタ７０９のコレクタ電流を規定す
る抵抗、７１２は上記第１のトランジスタ７０９
の導通時に、導通される第２のトランジスタ、７
１３は該第２のトランジスタ７１２のベース端子
に接続された抵抗である。

以上のように構成された実施例装置において、
制御トランジスタ３０５が非導通で、出力トラン
ジスタ３０２，３０３が導通時に、界磁コイル１
０２の相間短絡等により、第４図に示すように、
出力トランジスタ３０２，３０３に過電流が流
れ、Ａ点の電流検出用シヤント３１６の電圧降下
が、抵抗７０３，７０４で設定される第２の所定
値を越えると、第５図に示すようにコンパレータ
７０５の出力であるＢ点は遮断される。この結
果、第６図に示すように、コンデンサ７０８端子
のＣ点は、抵抗７０６，ダイオード７０７を介し
て充電される。該コンデンサ７０８の充電によ
り、上記コンデンサ７０８の端子電圧が、第１の
トランジスタ７０９のベース・エミツタ間電圧以
上となると、第１のトランジスタ７０９は抵抗７
１０を介してベース電流を供給され導通される。
この時、第１のトランジスタ７０９のコレクタ電
流は、抵抗７１１により規定され、抵抗７１０に
流れるコンデンサ７０８の放電電流は上記第１の
トランジスタ７０９のコレクタ電流を該第１のト
ランジスタの電流増巾率で除した値となる。この
時、Ｄ点の電圧波形は、第６図のＣ点波形とほぼ
同じとなる。上記第１のトランジスタ７０９の導
通し、コンデンサ７０８の端子電圧が第１のトラ
ンジスタ７０９のベース・エミツタ間電圧と第２
のトランジスタ７１２のベース・エミツタ間電圧
の和の第３の所定値以上となると、第２のトラン
ジスタ７１２は抵抗７１３を介してベース電流を
供給され、第６図に示すように、電流検出用シヤ
ント３１６により、第２の所定値を越えた過電流
を検出してから、ｔ時間後に導通し、出力トラン
ジスタ３０２，３０３は遮断される。すなわち、
出力トランジスタ３０２，３０３に過電流が流
れ、コンパレータ７０５の出力のＢ点が遮断され
ると、コンデンサ７０８の端子（ｃ点）電圧は抵
抗７０６とコンデンサ７０８とのCR時定数で上
昇する。そしてｃ点の電圧が第３の所定値に達す
るとトランジスタ７０９，７１２を導通させ、出
力トランジスタ３０２，３０３を遮断しようとす
るが、トランジスタ７０９，７１２および出力ト
ランジスタ３０２，３０３にはスイツチング遅延
時間が存在しており、これらの遅延時間分コンデ
ンサ７０８は第３の所定値を超えて余分に充電さ
れることになる。この遅延時間が第６図に示す時
間ｔである。

上記出力トランジスタ３０２，３０３の遮断に
より、コンパレータ７０５の出力のＢ点は第５図
に示すように再び導通するが、コンデンサ７０８
の充電電荷は、ダイオード７０７により、コンパ
レータ７０５の出力への放電を阻止されており、
第６図に示すように、抵抗７１０を介してゆつく
り放電されている。そして、コンデンサ７０８の
充電電圧が上記第３の所定値以下となるまで、第
１及び第２のトランジスタは導通状態を維持す
る。コンデンサ７０８の充電電圧が上記第３の所
定値以下となると、第７図に示すように、第２の
トランジスタ７１２の出力は遮断して、出力トラ
ンジスタ３０２，３０３は再び導通状態となる
が、第４図に示すように、再び第２の所定値以上
の過電流が流れる場合には、上記の遮断動作を繰
り返す。すなわち、出力トランジスタ３０２，３
０３が遮断された後のコンデンサ７０８の放電に
関しては、｛抵抗７１１と抵抗７１３との並列抵
抗値＋抵抗７１０の抵抗値｝とコンデンサ７０８
とのCR時定数で放電する。従つて抵抗７０６の
抵抗値を小さく、抵抗７１０，７１１，７１３の
抵抗値を大きくとることにより、第６図に示すよ
うに充電時間が短く放電時間の長い特性が得ら
れ、上述したトランジスタの遅延時間との関係
で、第２のトランジスタ７１２において遮断時間
が短く導通時間の長い第７図に示す波形の特性が
得られる。

以上のように、この発明装置においては、出力
トランジスタ３０２，３０３の導通時に、界磁コ
イル１０２が相間短絡や完全短絡となる故障によ
り、第２の所定値以上の過電流が流れた場合、一
定時間の遮断と導通の動作を繰り返すことによ
り、出力トランジスタ３０２，３０３の平均的な
発熱を減少し、二次故障としての電圧調整装置３
の破壊を防止できる効果があり、また整備途中に
誤配線や配線間での界磁コイル１０２両端の短絡
による破壊からも防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置を示す電気回路図、第２図は
この発明の一実施例を示す電気回路図、第３図は
出力トランジスタ３０２，３０３のコレクタ電流
対コレクタ電位特性図、第４図は電流検出用シヤ
ント３１６の検出電流波形図、第５図はコンパレ
ータ７０５の出力波形図、第６図はコンデンサ７
０８の端子電圧波形図、第７図は第２のトランジ
スタ７１２の出力波形図である。 図において、１は交流発電機、２は全波整流装
置、３は電圧調整装置、４は蓄電池、５はキース
イツチ、６は充電表示灯、７は保護回路である。
なお、図中、同一符号は同一あるいは相当部分を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電機子コイルと界磁コイルを有する交流発電
   機、該発電機の整流出力により充電される蓄電
   池、該蓄電池または上記発電機の整流出力により
   励磁される上記界磁コイル、上記界磁コイルに流
   れる界磁電流を制御することによつて上記発電機
   の出力電圧を第１の所定値に制御する半導体式電
   圧調整装置において、上記界磁コイルと直列に挿
   入され、上記界磁電流を断続制御する出力トラン
   ジスタと上記界磁電流を検出する電流検出用シヤ
   ント、該シヤントに流れる界磁電流が正常時より
   も多い第２の所定値を越えた時作動するコンパレ
   ータ、該コンパレータにより駆動され作動する第
   １のトランジスタ、該第１のトランジスタにより
   駆動される第２のトランジスタ、上記コンパレー
   タと第１のトランジスタ間に、充電時定数は短
   く、放電時定数は長い充放電回路を挿入したこと
   を特徴とする充電発電機の界磁コイル短絡保護回
   路。