專(zhuān)利名稱(chēng)：電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源裝置，特別涉及可從發(fā)電機(jī)的輸出電力中取出穩(wěn)定電壓的電力的電源裝置。
背景技術(shù)：
作為驅(qū)動(dòng)各種作業(yè)機(jī)械的通用發(fā)動(dòng)機(jī)等的控制裝置用電源，公知有利用由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)的輸出的電源裝置。在該類(lèi)電源裝置中，要求即使在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低、來(lái)自發(fā)電機(jī)的輸入電壓低時(shí)，也能夠確保充足的電力。但是，如果設(shè)定為在低轉(zhuǎn)速區(qū)域可確保充分的電力，則當(dāng)轉(zhuǎn)速高、來(lái)自發(fā)電機(jī)的輸入電壓高時(shí)，存在電力損耗變大的問(wèn)題。
對(duì)于該問(wèn)題，例如，如日本特開(kāi)2002-51591號(hào)公報(bào)中記載的那樣，提出了經(jīng)由變壓器提供發(fā)電機(jī)的輸出作為控制裝置的電源的系統(tǒng)。根據(jù)該系統(tǒng)，可以通過(guò)變壓器抑制電壓的上升，得到所需的電力。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1日本特開(kāi)2002-51591號(hào)公報(bào)在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)中，存在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變動(dòng)大的情況，當(dāng)如上述公報(bào)中所記載的系統(tǒng)那樣使用變壓器時(shí)，可以預(yù)想變壓器的輸入電壓在從幾伏(V)到500V的寬范圍內(nèi)變動(dòng)。因此，需要預(yù)先確定高電壓而把變壓器設(shè)為絕緣耐壓大的設(shè)備，或者把變壓器的輸出側(cè)設(shè)置的降壓轉(zhuǎn)換器等的開(kāi)關(guān)電路設(shè)為耐高壓的裝置。并且，發(fā)電機(jī)的輸出經(jīng)由變壓器提供給降壓轉(zhuǎn)換器，因此當(dāng)轉(zhuǎn)速低、低電壓時(shí)，難以確保穩(wěn)定的電源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種即使在發(fā)電機(jī)的輸出變動(dòng)幅度大的情況下，也能確保穩(wěn)定輸出電壓的電力的電源裝置。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的電源裝置具有對(duì)交流發(fā)電機(jī)的輸出進(jìn)行整流的整流電路；以及對(duì)從該整流電路輸出的直流電進(jìn)行降壓的降壓?jiǎn)卧?，該電源裝置的第一特征在于，所述降壓?jiǎn)卧欠墙^緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器，該電源裝置還具有自激振蕩型轉(zhuǎn)換器，該自激振蕩型轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)與所述非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)連接，二次側(cè)作為電源輸出側(cè)。
并且，本發(fā)明的第二特征在于，所述電源裝置具有用于對(duì)所述非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行占空比控制的開(kāi)關(guān)單元；以及開(kāi)關(guān)單元驅(qū)動(dòng)電路，其持續(xù)所述開(kāi)關(guān)單元的接通狀態(tài)，直至所述交流發(fā)電機(jī)的交流輸出電壓超過(guò)預(yù)定值，并且在所述交流輸出電壓超過(guò)預(yù)定值的時(shí)刻，開(kāi)始所述開(kāi)關(guān)單元的占空比控制。
并且，本發(fā)明的第三特征在于，所述自激振蕩型轉(zhuǎn)換器直至所述交流輸出電壓達(dá)到了所述DC-DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)始占空比控制的所述預(yù)定值才開(kāi)始工作。
發(fā)明的效果根據(jù)第一特征，發(fā)電機(jī)的輸出首先通過(guò)非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器電路被降壓。然后，再把該降壓后的輸出作為輸入值，形成由自激振蕩型轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定后的輸出，因此能夠提供即使在發(fā)電機(jī)的輸出變動(dòng)幅度大的情況下，也可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出的電源裝置。
并且，在自激振蕩型轉(zhuǎn)換器的前級(jí)設(shè)有沒(méi)有變壓器的非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器，因此不會(huì)像有變壓器的情況那樣存在電壓的上升延遲和變壓器的損失。因此，能夠高效地向轉(zhuǎn)換器取入低轉(zhuǎn)速時(shí)的發(fā)電輸出。
而且，自激振蕩型轉(zhuǎn)換器通過(guò)降壓后的輸入來(lái)工作，因此無(wú)需把自激振蕩型轉(zhuǎn)換器的變壓器的耐壓設(shè)定得高，能夠?qū)崿F(xiàn)電源裝置整體的低成本化。
根據(jù)第二特征，在低轉(zhuǎn)速時(shí)，非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器維持在接通狀態(tài)，因此可把發(fā)電機(jī)輸出全部作為電力源來(lái)利用。另一方面，在發(fā)電機(jī)輸出上升到預(yù)定值以上時(shí)，開(kāi)始占空比控制而抑制自激振蕩型轉(zhuǎn)換器的輸入電壓。因此，在低轉(zhuǎn)速時(shí)可不浪費(fèi)地高效利用發(fā)電電力，在轉(zhuǎn)速上升后也可基于抑制后的輸入電壓得到穩(wěn)定的輸出。
根據(jù)第3特征，自激振蕩型轉(zhuǎn)換器通過(guò)非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出來(lái)工作，但在非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出所設(shè)定的最大電壓之前，即從低轉(zhuǎn)速區(qū)開(kāi)始迅速上升而形成穩(wěn)定的電源。


圖1是表示包含本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電源裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的主要部分結(jié)構(gòu)的框圖。
圖2是表示降壓轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是降壓轉(zhuǎn)換器的具體的電路圖。
圖4是RCC的具體的電路圖。
圖5是表示電源電路的動(dòng)作的流程圖。
圖6是表示發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)輸出電壓、降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓、RCC的輸出電壓之間的關(guān)系的圖。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明1發(fā)電機(jī)；3降壓轉(zhuǎn)換器(非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器)；4RCC(自激振蕩型轉(zhuǎn)換器)；8輸出用電容；11FET；12扼流圈；14PWM電路；15比較器；23振蕩電路具體實(shí)施方式
以下，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖1是表示包含本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的電源裝置的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置的主要部分結(jié)構(gòu)的框圖。作為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置，例如，最好是具有反沖起動(dòng)裝置，該反沖起動(dòng)裝置不具備電池、或即使具備電池，在電池過(guò)放電的情況下等可通過(guò)手動(dòng)進(jìn)行起動(dòng)。該發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置具有發(fā)電機(jī)1、整流電路2、降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器電路3、自激振蕩型轉(zhuǎn)換器(RCC)4以及ECU 5。發(fā)電機(jī)1由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，例如在額定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下輸出交流320V的3相交流電。該3相交流電通過(guò)整流電路2進(jìn)行整流，例如變?yōu)橹绷?50V的電壓后輸入給降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器電路(以下，簡(jiǎn)稱(chēng)為“降壓轉(zhuǎn)換器”)3。通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作所實(shí)現(xiàn)的占空比控制，降壓轉(zhuǎn)換器3把所輸入的交流電降壓至規(guī)定的直流電壓，例如40V。
降壓轉(zhuǎn)換器3的輸出側(cè)與RCC 4的一次側(cè)連接，RCC 4的二次側(cè)與驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)1的發(fā)動(dòng)機(jī)的控制裝置，即ECU 5連接。這樣，發(fā)電機(jī)1所產(chǎn)生的3相交流電被整流、通過(guò)降壓轉(zhuǎn)換器3降壓至例如40V、進(jìn)而在RCC 4處變?yōu)槔?5V的穩(wěn)定電壓，作為控制電源提供給ECU 5。
圖2是表示降壓轉(zhuǎn)換器3的基本電路結(jié)構(gòu)的圖。該降壓轉(zhuǎn)換器3是不具有變壓器的非絕緣型。圖中，在所述整流電路2的輸出側(cè)(電壓Vin)的正側(cè)以及負(fù)側(cè)之間，設(shè)有輸入用電容器6、飛輪二極管7、輸出用電容器8以及輸出電壓檢測(cè)用的電阻9、10。
在直流電源的負(fù)側(cè)和輸出用電容器8的負(fù)側(cè)之間，串聯(lián)連接了N溝道型MOS-FET 11和降壓用的扼流圈(電抗線(xiàn)圈)12。為了向FET 11的柵極施加電壓，設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路13。驅(qū)動(dòng)電路13輸出用于導(dǎo)通/截止(ON/OFF)FET 11的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。設(shè)有PWM電路14，其用于形成決定從驅(qū)動(dòng)電路13輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比(導(dǎo)通時(shí)間比)的PWM信號(hào)(脈沖信號(hào))。PWM電路14具有產(chǎn)生決定PWM信號(hào)的占空比的基準(zhǔn)電壓(三角波)Vref的振蕩電路(詳細(xì)參照?qǐng)D3)23。設(shè)有對(duì)該基準(zhǔn)電壓Vref和通過(guò)電阻9、10分壓后的電壓進(jìn)行比較的比較器15。
當(dāng)通過(guò)電阻9、10分壓后的電壓比基準(zhǔn)電壓Vref小時(shí)，PWM電路14維持FET 11的接通狀態(tài)，因此以100％的占空比輸出PWM信號(hào)。另一方面，當(dāng)通過(guò)電阻9、10分壓后的電壓比基準(zhǔn)電壓Vref大時(shí)，PWM電路14以基準(zhǔn)電壓Vref和通過(guò)電阻9、10分壓后的電壓所決定的不足100％的占空比輸出PWM信號(hào)。
按照從PWM電路14輸出的PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路13向FET 11的柵極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以與FET 11的導(dǎo)通時(shí)間比相對(duì)應(yīng)的電壓，對(duì)輸出用電容器8進(jìn)行充電。被輸出用電容器8平滑后的平均充電電壓為輸出電壓Vout。輸出電壓Vout與RCC 4的一次側(cè)連接。
圖3是整流電路2及降壓轉(zhuǎn)換器3的電路圖，圖4表示RCC 4的具體的電路圖例，與圖1、圖2相同的標(biāo)號(hào)表示相同或等同部分。在圖3中，整流電路2由二極管橋電路構(gòu)成。輸入用電容器6對(duì)通過(guò)整流電路2整流后的發(fā)電機(jī)1的輸出進(jìn)行充電、平滑，形成輸入直流電壓。驅(qū)動(dòng)電路13包含光電耦合器16、反相緩沖器17、形成反相緩沖器17的電源電壓的齊納二極管18以及電容器19。當(dāng)向反相緩沖器17提供電源電壓時(shí)，反相緩沖器17的輸出被提供給FET 11的柵極，F(xiàn)ET 11變?yōu)閷?dǎo)通。輸出用電容器8僅在FET11的導(dǎo)通期間中被充電。
光電耦合器16具有發(fā)光二極管20和光電晶體管21，發(fā)光二極管20的負(fù)極與PWM電路14的比較器15的輸出側(cè)連接。因此，在來(lái)自PWM電路14的PWM信號(hào)為ON的期間，發(fā)光二極管20被驅(qū)動(dòng)，光電晶體管21導(dǎo)通，反相緩沖器17的輸入被反轉(zhuǎn)。這樣，F(xiàn)ET 11變?yōu)榻刂埂?br> 光電耦合器16的發(fā)光二極管20被來(lái)自PWM電路14的PWM信號(hào)作用，根據(jù)該P(yáng)WM信號(hào)的占空比來(lái)決定光電晶體管21的導(dǎo)通時(shí)間比、即FET11的占空比。
當(dāng)代表輸出電壓Vout的電壓(電阻9、10的分壓)超過(guò)振蕩電路23所形成的基準(zhǔn)電壓Vref時(shí)，PWM電路14以不足100％的占空比輸出PWM信號(hào)。電阻9、10的分壓設(shè)定為當(dāng)輸出電壓Vout超過(guò)規(guī)定值(例如40V)時(shí)，輸出所述100％占空比的PWM信號(hào)，占空比被確定為總是把輸出電壓限制在40V。
在圖4中，RCC 4具有由一次側(cè)線(xiàn)圈24、25和二次側(cè)線(xiàn)圈26、27構(gòu)成的變壓器28。一次側(cè)線(xiàn)圈24、25與具有FET 29、晶體管30及光電晶體管31的自激振蕩電路連接。光電晶體管31與二次側(cè)的齊納二極管32及發(fā)光二極管33一起構(gòu)成把二次側(cè)控制為定電壓的反饋電路。
與RCC 4的一次側(cè)連接的降壓轉(zhuǎn)換器3的輸出用電容器8的充電電壓，即輸出電壓Vout被電阻34a、34b及34c分壓，施加在FET 29的柵極上。當(dāng)FET 29為導(dǎo)通時(shí)，在線(xiàn)圈24中流過(guò)電流，在線(xiàn)圈25中與繞組比相對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生電壓。通過(guò)線(xiàn)圈25中產(chǎn)生的電壓，電容35的電壓上升，晶體管30變?yōu)閷?dǎo)通。由于晶體管30變?yōu)閷?dǎo)通，F(xiàn)ET 29變?yōu)榻刂埂?br> 由于FET 29變?yōu)榻刂?，在二次?cè)的線(xiàn)圈26、27中分別與其繞組比相對(duì)應(yīng)地產(chǎn)生電壓，輸出用電容器36、37被充電。當(dāng)輸出用電容器37的電壓超過(guò)規(guī)定值(例如15V)時(shí)，發(fā)光二極管33被作用，光電晶體管31變?yōu)閷?dǎo)通。于是，晶體管30變?yōu)閷?dǎo)通，F(xiàn)ET 29的柵電壓降低，F(xiàn)ET 29變?yōu)榻刂埂Ｆ浣Y(jié)果，在一次線(xiàn)圈24中不再流過(guò)電流，二次側(cè)產(chǎn)生的電壓降低。這樣，二次側(cè)線(xiàn)圈27的輸出電壓被保持在規(guī)定值，即15V?？梢詮亩蝹?cè)線(xiàn)圈26得到與線(xiàn)圈27的輸出電壓不同的輸出電壓(例如17V)。
二次側(cè)線(xiàn)圈26、27的輸出電壓被用作為用于起動(dòng)/控制發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的電源。
通過(guò)流程圖說(shuō)明上述動(dòng)作。在圖5中，在步驟S1中發(fā)電機(jī)1的發(fā)電開(kāi)始，輸入電力。在步驟S2中，將PWM電路14的占空比設(shè)定為100％。這里的100％是指用于實(shí)質(zhì)性地把FET 11維持在導(dǎo)通狀態(tài)的占空比，例如，假設(shè)也包括占空比95％左右。通過(guò)把PWM電路14設(shè)定為100％占空比，F(xiàn)ET 11實(shí)質(zhì)性地變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，伴隨發(fā)電機(jī)1的輸出電壓的上升，輸出電壓Vout增大。維持步驟S2，直至輸出電壓變?yōu)橐?guī)定值(例如40V)以上，如果輸出電壓Vout超過(guò)規(guī)定值，則步驟S3變?yōu)榭隙ǎD(zhuǎn)向步驟S4。在步驟S4中，PWM電路14輸出占空比不足100％的PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路13按照該P(yáng)WM信號(hào)對(duì)FET 11進(jìn)行開(kāi)關(guān)。即，控制開(kāi)關(guān)電路的占空比，以使輸出電壓Vout維持在40V。
圖6表示發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速和電壓之間的關(guān)系。圖中，電壓Vin表示發(fā)電機(jī)1的輸出電壓，電壓Vout表示降壓轉(zhuǎn)換器3的輸出電壓，電壓VRCC表示RCC 4的二次側(cè)線(xiàn)圈27的輸出電壓。如圖所示，伴隨發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速上升，電壓Vin增大，但電壓Vout與發(fā)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速增大無(wú)關(guān)，通過(guò)占空比控制被限制在規(guī)定值(例如，40V)，抑制了上升。并且，由于RCC 4的自激振蕩作用，電壓VRCC被穩(wěn)定在規(guī)定值(例如，15V)。
設(shè)定FET 29的柵電壓，使得在電壓Vout達(dá)到規(guī)定值即40V以前，RCC4開(kāi)始動(dòng)作，電壓VRCC產(chǎn)生規(guī)定值，即15V。如圖6所示，電壓VRCC在電壓Vout達(dá)到40V的轉(zhuǎn)速以下的低轉(zhuǎn)速區(qū)域產(chǎn)生15V的穩(wěn)定電壓。這樣，自激振蕩型轉(zhuǎn)換器因?yàn)榫哂凶儔浩鞯纳龎汗δ?，所以通過(guò)該升壓功能，能夠在低轉(zhuǎn)速區(qū)得到超過(guò)電壓Vin的穩(wěn)定的輸出電壓VRCC。
根據(jù)本實(shí)施方式，通過(guò)反沖起動(dòng)裝置進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)操作時(shí)等，在發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電壓低的低轉(zhuǎn)速區(qū)中也可得到充足的輸出電壓，能夠確保用于啟動(dòng)ECU的穩(wěn)定的電源。
另一方面，在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，伴隨轉(zhuǎn)速的上升，在從發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了高輸出電壓之后，也可通過(guò)N溝道型FET的高速開(kāi)關(guān)來(lái)限制輸出電壓，能夠使用小型的自激振蕩型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。
并且，本發(fā)明的控制電源除發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的ECU之外，可作為發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門(mén)開(kāi)度控制用電機(jī)、點(diǎn)火裝置、電池充電用、發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電機(jī)用電源等各種的電源裝置來(lái)使用。
權(quán)利要求
1.一種電源裝置，其具有對(duì)交流發(fā)電機(jī)的輸出進(jìn)行整流的整流電路；以及對(duì)從該整流電路輸出的直流電進(jìn)行降壓的降壓?jiǎn)卧撾娫囱b置的特征在于，所述降壓?jiǎn)卧欠墙^緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器；該電源裝置還具有自激振蕩型轉(zhuǎn)換器，其一次側(cè)與所述非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出側(cè)連接，二次側(cè)作為電源輸出側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其特征在于，該電源裝置具有用于對(duì)所述非絕緣型DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行占空比控制的開(kāi)關(guān)單元；以及開(kāi)關(guān)單元驅(qū)動(dòng)電路，其持續(xù)所述開(kāi)關(guān)單元的導(dǎo)通狀態(tài)，直至所述交流發(fā)電機(jī)的交流輸出電壓超過(guò)預(yù)定值，并且在所述交流輸出電壓超過(guò)預(yù)定值的時(shí)刻，開(kāi)始所述開(kāi)關(guān)單元的占空比控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源裝置，其特征在于，所述自激振蕩型轉(zhuǎn)換器構(gòu)成為直至所述交流輸出電壓達(dá)到了所述DC-DC轉(zhuǎn)換器開(kāi)始占空比控制的所述預(yù)定值才開(kāi)始工作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電源裝置。本發(fā)明提供即使在輸入電壓的變動(dòng)幅度大的情況下，也能穩(wěn)定地工作而輸出所期望電壓的電力的控制電源。該電源裝置具有對(duì)發(fā)電機(jī)(1)的輸出交流電進(jìn)行整流的整流電路(2)和對(duì)從整流電路(2)輸出的直流電進(jìn)行降壓的非絕緣型DC－DC轉(zhuǎn)換器(3)。在非絕緣型DC－DC轉(zhuǎn)換器(3)的后級(jí)配有自激振蕩型轉(zhuǎn)換器(RCC)(4)。通過(guò)轉(zhuǎn)換器(3)被降壓的輸入電壓被輸入RCC(4)的一次側(cè)，RCC(4)相對(duì)于大幅變動(dòng)的輸入電壓穩(wěn)定地工作，從RCC(4)的二次側(cè)向ECU(5)等提供電源。
文檔編號(hào)H02M3/335GK1934773SQ200580009178
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2005年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者稻川敏規(guī), 清水元壽, 上村健二 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社