| 【発明の名称】 |
内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】槇島 正夫
【氏名】真保 満雄
【氏名】井出村 恒夫
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| 【要約】 |
【課題】バッテリーを外された状態でエンジンを作動した場合においても、エンジン回転に伴う交流発電機からの出力でスイッチング素子が破壊されない内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路を提供すること。
【解決手段】本発明に係る内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路は、交流発電機、充電用半波整流回路及びバッテリーが充電用半波整流回路を含むバッテリー充電用回路と、これに接続する第１スイッチング素子と、これに接続するヒーターとを含み、第１スイッチング素子はエンジンの回転に伴い交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通してヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路であって、第１スイッチング素子の耐電圧未満の所定電圧が印加されたときに第１スイッチング素子を導通させる信号を出力する第１スイッチング素子保護回路を形成するものである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 交流発電機、充電用半波整流回路及びバッテリーが該充電用半波整流回路と該バッテリーの正極とが接続されるように構成されたバッテリー充電用回路と、前記充電用半波整流回路と前記バッテリーの正極との間に一端が接続される第１スイッチング素子と、該第１スイッチング素子の他端に接続されると共に前記交流発電機と前記バッテリーの負極との間に接続されるヒーターとを含み、且つ、前記第１スイッチング素子はエンジンの回転に伴い前記交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路であって、前記充電用半波整流回路と前記第１スイッチング素子との間と、該第１スイッチング素子の入力端子との間に、該第１スイッチング素子の耐電圧未満の所定電圧が印加されたときに該第１スイッチング素子を導通させる信号を出力する第１スイッチング素子保護回路を形成することを特徴とする内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路。
【請求項２】 前記第１スイッチング素子保護回路は、前記第１スイッチング素子の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオードが、カソード側で前記充電用半波整流回路と前記第１スイッチング素子との間に接続されると共に、アノード側で前記ツェナーダイオードを介した入力信号がある場合に前記第１スイッチング素子を導通させる信号を出力する第２スイッチング素子の入力端子に接続されるものであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路。
【請求項３】 前記第１スイッチング素子保護回路は、前記第１スイッチング素子の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオードが、カソード側で前記充電用半波整流回路と前記第１スイッチング素子との間に接続されると共に、アノード側で前記ツェナーダイオードを介した入力信号が所定電圧以上である場合に前記第１スイッチング素子を導通させる信号を出力する比較器に接続されるものであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路。
【請求項４】 前記内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路が、気化器用ヒーターの通電制御回路であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、環境温度が所定温度以下であり、且つ、エンジンの回転に伴って交流発電機が発電する場合に内燃機関部品用ヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車、自動二輪車等のエンジン（内燃機関）には気化器等の内燃機関の部品にヒーターが装着されており、該ヒーターは寒冷地など環境温度が低い条件下で自動車等を使用する場合にその作動を確実にするために設けられている。例えば、気化器に設けられるヒーターは気化器内の空気中の水分が氷結してエンジンの動作に支障をきたすことを防止している。該ヒーターは通常バッテリーからの電流により作動するが、バッテリーからは数Ａもの大電流が流れるため、頻繁に使用するとバッテリーの電力が著しく消費される。このためヒーターは必要な時にのみ使用されることが好ましい。
【０００３】ところで、バッテリーはエンジン回転に伴い発電する発電機（ジェネレーター）により電力が充電されるため、エンジンが回転している限りはヒーターの使用によるバッテリーへの負荷は小さい。しかし、エンジンを作動させずにライトやラジオを使用する等の場合にはバッテリーへの負荷が大きいためバッテリー上がり等の問題が生じることがある。すなわち、メインスイッチのみがオンの状態でエンジンが回転していないため、発電機からの電力の供給（充電）がないままバッテリーの電力が消費されるためである。
【０００４】このような問題を解決する手段として、本発明者は、先に特願平１０−３４９４４６号において、所定の環境温度判別手段（Ａ）と、所定の発電判別手段（Ｂ）と、所定のヒーター通電制御手段（Ｃ）とを有し、ヒーター通電制御手段（Ｃ）は、環境温度判別手段（Ａ）からの信号と発電判別手段（Ｂ）からの信号とが共に入力される場合に内燃機関の部品用ヒーターに通電するものである内燃機関の部品用ヒーターの通電制御装置を提案している。該発明によれば、イグニッション信号のようなパルス状の波形の信号でなくエンジンの回転に伴って発電機が出力する信号で発電判別手段（Ｂ）によりエンジン回転の有無を判断するため、回路構成が簡単で信頼性、コンパクト性に優れ、低コストな通電制御装置が得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、自動車等が船等で輸出される場合には、通常、バッテリーが外されている。そこで、自動車等の積み込み方法としては外部電源でエンジンを始動して自動車等を移動させる方法が採用されているが、この場合、上記通電制御装置には超大容量コンデンサーとして機能するバッテリーが接続されておらず、エンジン回転に伴う交流発電機からの交流電流が簡単な半波整流回路で整流されただけの尖塔値電圧の大きな信号が流れてしまう。このため、バッテリーが外された上記通電制御装置においては、耐電圧値が小さいヒーター通電制御手段（Ｃ）に過大な電圧が印加され、ヒーター通電制御手段（Ｃ）が破損するおそれがあった。
【０００６】例えば、交流発電機は、通常、充電用半波整流回路を経た後にバッテリー電圧に対応する電圧を発生するように設計されている。このため、１２Ｖバッテリーの最大電圧が１４〜１６Ｖ程度であることから、最悪の場合、これに半波整流で失われる分（２倍）及び実効値の分（√２倍）を乗じた１４〜１６Ｖの２√２倍、すなわち、３９〜４５Ｖ程度もの過大な電圧が上記ヒーター通電制御手段（Ｃ）に印加されるおそれがある。一方、ヒーター通電制御手段（Ｃ）としては、通常、最大でも耐電圧３０Ｖ程度のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が用いられていることが多い。このため、通電制御装置に上記のような過大な電圧が印加されると、ヒーター通電制御手段（Ｃ）が破損するおそれが大きいという問題があった。
【０００７】なお、バッテリーが外された状態でも、上記充電用半波整流回路が十分な平滑作用を有していたり、リミッターが組み込まれたりしていれば、上記のような過大な電圧が印加されないためヒーター通電制御手段（Ｃ）の破損は避けられる。しかし、通常はコストが高くなることからこのように措置は行われておらず、またたとえ行われていても平滑作用が十分でない場合が多いため、上記通電制御装置のヒーター通電制御手段（Ｃ）が破損するおそれがあるという問題は解決されていなかった。
【０００８】従って、本発明の目的は、エンジンの回転に伴い前記交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路が、バッテリーを外された状態でエンジンを作動した場合においても、エンジン回転に伴う交流発電機からの出力でスイッチング素子が破壊されない内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かかる実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路において、充電用半波整流回路とヒーター通電制御手段（Ｃ）である第１スイッチング素子との間と、第１スイッチング素子の入力端子との間に、第１スイッチング素子の耐電圧未満の所定電圧が印加されたときに第１スイッチング素子を導通させる信号を出力する第１スイッチング素子保護回路を形成すれば、バッテリーが外された状態でエンジンを作動した場合においても、エンジン回転に伴う交流発電機からの高電圧が非導通状態の第１スイッチング素子に直接印加されることがなく、第１スイッチング素子が第１スイッチング素子保護回路からの信号により導通するため破壊されることがない内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路を得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】すなわち、本発明は、交流発電機、充電用半波整流回路及びバッテリーが該充電用半波整流回路と該バッテリーの正極とが接続されるように構成されたバッテリー充電用回路と、前記充電用半波整流回路と前記バッテリーの正極との間に一端が接続される第１スイッチング素子と、該第１スイッチング素子の他端に接続されると共に前記交流発電機と前記バッテリーの負極との間に接続されるヒーターとを含み、且つ、前記第１スイッチング素子はエンジンの回転に伴い前記交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路であって、前記充電用半波整流回路と前記第１スイッチング素子との間と、該第１スイッチング素子の入力端子との間に、該第１スイッチング素子の耐電圧未満の所定電圧が印加されたときに該第１スイッチング素子を導通させる信号を出力する第１スイッチング素子保護回路を形成することを特徴とする内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】図１は、本発明の第１の実施の形態における内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路の回路図である。図１中、１１は交流発電機、１２は充電用半波整流回路、１３はバッテリー、１４は第１スイッチング素子、１５はヒーター、２１はバッテリー充電用回路、３１は第１スイッチング素子保護回路、３２は第１スイッチング素子１４の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオード、３３は第２スイッチング素子、ＦＥＴ１は第１スイッチング素子１４の具体的構成であるＰチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ、ＦＥＴ２は第２スイッチング素子３３の具体的構成であるＮチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ、ＦＥＴ３はＮチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ、ＺＤ１及びＺＤ２はツェナーダイオード、ＴＨはサーミスタである。また、１０は第１分岐点、２０は第２分岐点、３０は第３分岐点、４０、５０及び６０は分岐点である。
【００１３】図１において、バッテリー充電用回路２１は、交流発電機１１、ダイオードＤ５とコンデンサーＣ６とでなる充電用半波整流回路１２、及び正極が充電用半波整流回路１２側に接続されるバッテリー１３がこの順に接続され、さらに、バッテリー１３の負極は充電用半波整流回路１２が接続されていない側の交流発電機１１に接続されて回路を構成する。該回路２１は、バッテリー１３が装着された通常の使用状態において、交流発電機１１が発生する交流電流を半波整流・平滑化してバッテリー１３に充電する作用がある。
【００１４】一方、バッテリー１３と充電用半波整流回路１２との間には第１分岐点１０が設けられ、第１分岐点１０には第１スイッチング素子１４、ヒーター１５がこの順に接続されると共に、ヒーター１５はバッテリー１３の負極と充電用半波整流回路１２の反対側の交流発電機１１の端子とに接続される。従って、上記第１スイッチング素子１４等の間には、バッテリー１３、第１スイッチング素子１４、ヒーター１５の順に構成される回路と、交流発電機１１、充電用半波整流回路１２、第１スイッチング素子１４、ヒーター１５の順に構成される回路とが形成される。
【００１５】第１スイッチング素子１４としては、Ｐチャンネルノーマリーオフ形（ディプレッション形ともいう）電界効果トランジスタＦＥＴ１が用いられる。Ｐチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタは通常ソースＳドレインＤ間が非導通の状態にあり、ゲートＧにローレベル信号が入力されるとソースＳドレインＤ間が導通するものである。ＦＥＴ１は、ソースＳが第１分岐点を経てバッテリー１３の正極及び充電用半波整流回路１２に接続されると共に、ドレインＤがヒーター１５に接続される。ＦＥＴ１は、このように接続されることにより、ゲートＧにローレベル信号が入力されるとソースＳドレインＤ間が導通し、バッテリー１３又は整流された交流発電機１１からの電流がヒーター１５に通電されるようになっている。
【００１６】図１に示す第１の実施の形態では、上記回路以外に、第１スイッチング素子１４（ＦＥＴ１）がエンジンの回転に伴い交流発電機１１が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通して前記ヒーターに通電する以下の回路が形成される。すなわち、交流発電機１１は、充電用半波整流回路１２との間に設けられた第２分岐点２０、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ７、抵抗Ｒ８等を介してＮチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタＦＥＴ２のゲートＧに接続される。Ｎチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタは通常ソースＳドレインＤ間が非導通の状態にあり、ゲートＧにハイレベル信号が入力されるとソースＳドレインＤ間が導通するものである。
【００１７】また、抵抗Ｒ７と抵抗Ｒ８との間の分岐点には不測の交流成分入力を短絡させるコンデンサＣ３が接続されると共に、抵抗Ｒ８とＦＥＴ２のゲートＧとの間の分岐点にはＦＥＴ２のゲートＧ電圧がしきい値以上になるような抵抗Ｒ９が接続される。一方、ＦＥＴ２はソースＳがアースされると共にドレインＤが基準抵抗Ｒ２に接続される。ＦＥＴ２は、このように接続されることにより、交流発電機１１からの整流された正電圧の信号があると、抵抗Ｒ９の両端によりしきい値以上の電圧が発生し、その電圧信号がゲートＧに入力されてソースＳドレインＤ間が導通し、ドレインＤ側の基準抵抗Ｒ２がＦＥＴ２を介して実質的にアースされるようになっている。
【００１８】基準抵抗Ｒ２は、抵抗Ｒ１に直列に接続されると共に、抵抗Ｒ１との間に設けられた分岐点５０を経て比較器ＩＣ１の非反転入力端子３に接続される。ここで抵抗Ｒ１は、抵抗Ｒ６とコンデンサーＣ１とからなる平滑回路、半波整流回路１２をこの順に介して交流発電機１１に接続されている。一方、比較器ＩＣ１の反転入力端子１は、アースされた所定の負の温度係数を有するサーミスタＴＨと抵抗Ｒ３との間に設けられた分岐点６０に接続され、抵抗Ｒ３は抵抗Ｒ１と同様に抵抗Ｒ６とコンデンサーＣ１とからなる平滑回路に接続される。
【００１９】このような接続により、基準抵抗Ｒ２には、交流発電機１１からの交流電圧が平滑化された直流電流が抵抗Ｒ１を介して流れるようになっており、抵抗Ｒ２の両端に発生した電圧は分岐点５０を経て比較器ＩＣ１の非反転入力端子３に印加される。一方、比較器ＩＣ１の反転入力端子１には、アースされた所定の負の温度係数を有するサーミスタＴＨと抵抗Ｒ３との間に設けられた分岐点６０が接続され、分岐点６０には、サーミスタＴＨでの電圧降下分の電圧が比較器ＩＣ１の反転入力端子１に印加される。
【００２０】比較器ＩＣ１は、ＦＥＴ２の導通により一端がアースされた基準抵抗Ｒ２に発生する電圧と、一端がアースされたサーミスタＴＨに発生する電圧とを比較し、非反転入力端子３の電圧のほうが反転入力端子１の電圧よりも高ければハイレベル電圧を、逆に反転入力端子１の電圧のほうが非反転入力端子３の電圧よりも高ければローレベル電圧を端子４から出力する。また、比較器ＩＣ１には、帰還抵抗Ｒ４が非反転入力端子３に接続される。これにより、サーミスタＴＨが高温から低温になる際に比較器ＩＣ１がローレベル電圧を出力する温度Ｔ1 と、サーミスタＴＨが低温から高温になる際に比較器ＩＣ１がハイレベル電圧を出力する温度Ｔ2 との間にＴ1 ＜Ｔ2 の関係が成立し、サーミスタＴＨの抵抗値の増加又は減少に対する比較器ＩＣ１のスイッチング動作にヒステリシス特性が付与されている。比較器ＩＣ１の出力端子４は抵抗Ｒ１０を介してＦＥＴ１のゲートＧに接続されると共に、出力端子４と抵抗Ｒ１０との間の分岐点には、アノード側がアースされた保護用のダイオードＤ３がカソード側で接続される。
【００２１】図１に示す第１の実施の形態では、上記回路以外に、充電用半波整流回路１２と第１スイッチング素子１４との間に第３分岐点３０が設けられ、第３分岐点３０と第１スイッチング素子１４（ＦＥＴ１）の入力端子（ゲートＧ）との間に、第１スイッチング素子１４の耐電圧未満の所定電圧が印加されたときに第１スイッチング素子１４を導通させる信号を出力する第１スイッチング素子保護回路３１が形成される。
【００２２】第１スイッチング素子保護回路３１は、第１スイッチング素子１４の耐電圧未満の降伏電圧値を有するツェナーダイオード３２（ＺＤ１）が、カソード側で充電用半波整流回路１２と第１スイッチング素子１４との間の第３分岐点３０に接続されると共に、アノード側でツェナーダイオード３２（ＺＤ１）を介した入力信号がある場合に第１スイッチング素子１４を導通させる信号を出力する第２スイッチング素子３３の入力端子に接続されることにより構成されるものである。ツェナーダイオード３２（ＺＤ１）としては、例えば、降伏電圧値が２２Ｖ程度のものを用いることができる。
【００２３】ツェナーダイオード３２（ＺＤ１）のアノード側に接続される第２スイッチング素子３３としては、Ｎチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタＦＥＴ３が用いられ、ツェナーダイオード３２（ＺＤ１）はＦＥＴ３のゲートＧに接続される。ここで、Ｎチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタは上記のように通常ソースＳドレインＤ間が非導通の状態にあり、ゲートＧにハイレベル信号が入力されるとソースＳドレインＤ間が導通するものである。また、ツェナーダイオード３２（ＺＤ１）のアノード側とＦＥＴ３のゲートＧとの間には、一端がアースされた抵抗Ｒ２０が分岐点４０で接続されており、ツェナーダイオードＺＤ１に電流が流れたときにＦＥＴ３のゲートＧ電圧が抵抗Ｒ２０の電圧降下によりしきい値以上になるように構成される。
【００２４】ＦＥＴ３はソースＳがアースされ、ドレインＤが抵抗Ｒ１０を介してＦＥＴ１のゲートＧに接続される。ＦＥＴ３はこのように接続されることにより、ツェナーダイオード３２（ＺＤ１）に電流が流れると、抵抗Ｒ２０の両端に発生する電圧がＦＥＴ３のしきい値以上になるため、ＦＥＴ３のソースＳドレインＤ間が導通してアースされる。この結果、ＦＥＴ１のゲートＧの電圧はローレベル電圧となる。また、第２スイッチング素子３３としては、Ｎチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタ以外に、バイポーラトランジスタ等を用いることができるが、回路をよりシンプルなものとする観点から、Ｎチャンネルノーマリーオフ形電界効果トランジスタＦＥＴ３が好ましい。
【００２５】ＦＥＴ１のゲートＧとソースＳの間には、抵抗Ｒ５と、ソースＳ側にアノードが接続されるツェナーダイオードＺＤ２とが並列に接続される。抵抗Ｒ５は、バイアス電圧を与える抵抗であり、ＺＤ２はＦＥＴ１のゲートＧとソースＳとの間に加わる電圧が所定値以上とならないように機能するものである。
【００２６】第１の実施の形態においては、必要により以下の素子等を組み込んだ回路が形成されていてもよい。すなわち、第１分岐点１０と第３分岐点３０との間に分岐してアースされるバリスタＺ１は、ツェナーダイオード３２（ＺＤ１）と同様にＦＥＴ１に過大な電圧が印加されたときに電流を強制的にグランドに流すために用いられるＦＥＴ１の保護素子である。なお、バリスタは容量の点でツェナーダイオード３２（ＺＤ１）よりも大きいがレスポンスの点でツェナーダイオード３２よりも遅いため、ツェナーダイオード３２と併用すると様々な過大電圧の入力に対応できるため好ましい。また、コンデンサＣ５は、パルス状の高電圧を吸収する機能を有するものである。
【００２７】次に第１の実施の形態の動作について説明する。まず、環境温度が所定値以上のためＩＣ１の出力がハイレベルであり、且つ、ＦＥＴ１が非導通である場合について説明する。この場合、バッテリー１３が外された状態で外部電源等によりエンジン（図示せず）が回転すると、これに伴って交流発電機１１が交流信号を発生し、該信号は充電用半波整流回路１２及び第１分岐点１０を経た後ＦＥＴ１のソースＳに供給される。一方、ＦＥＴ１のドレインＤはヒーター１５を介してアースされ、しかもＦＥＴ１は導通していないため、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間に印加される電圧は実質的にＦＥＴ１のソースＳに供給される信号の電圧となる。
【００２８】この電圧がツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧値と抵抗Ｒ２０の電圧降下との和以上となった場合、ツェナー効果により高電圧の信号がツェナーダイオードＺＤ１をカソード側からアノード側へ流れ、一方、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間にはＺＤ１の降伏電圧値と抵抗Ｒ２０の電圧降下との和と同等の電圧が印加される。ＺＤ１を流れた信号によりアースされた抵抗Ｒ２０の両端に電圧が発生すると、この電圧によるハイレベル信号がＦＥＴ３のゲートＧに入力され、ＦＥＴ３のソースＳドレインＤ間が導通する。ＦＥＴ３のソースＳドレインＤ間が導通すると、ＦＥＴ３のソースＳがアースされていることから、ＦＥＴ１のゲートＧにはＺＤ１の降伏電圧値と抵抗Ｒ２０の電圧降下との和であるＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間電圧を抵抗Ｒ５及び抵抗Ｒ１０で分割した抵抗Ｒ５分の電圧の信号が入力される。抵抗Ｒ５は抵抗Ｒ１０との組み合わせによりＦＥＴ１のゲートＧ電圧がソースＳに対してしきい値以下になるように抵抗値が選択されているため、ＦＥＴ３が導通するとＦＥＴ１のゲートＧ電圧がしきい値以下になりＦＥＴ１が導通されてヒーターが加熱され、過電圧分の余分な電力が熱エネルギーに変換される。なお、このヒーターへの通電は、半波整流された交流信号のうちのピーク部分の信号のみによるものであるため、短時間ずつの断続的な導通であり実質的にはヒーターをさほど加熱するものではない。以上のヒーター１５への通電を目的としないＦＥＴ１の断続的な導通は環境温度に関係なく行われる。
【００２９】上記のようにＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間に印加される電圧がツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧値と抵抗Ｒ２０の電圧降下との和以上となった場合において、さらに環境温度が所定温度以下であるときは、後述のようにＦＥＴ１のゲートＧ電圧がローレベルになるため、ＺＤ１を電流が流れてＦＥＴ３が導通するか否かに関わらずＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間が導通しヒーター１５に通電される。また、上記のＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間に印加される電圧がツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧値と抵抗Ｒ２０の電圧降下との和以上となった場合において、環境温度が所定温度を越えるときは、後述のようにＩＣ１の出力がハイレベルになるため、ＦＥＴ１は通常導通せず、電流がＺＤ１を流れてＦＥＴ３が導通する瞬間にのみ断続的にヒーター１５に通電される。
【００３０】なお、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間に印加される電圧がツェナーダイオードＺＤ１の降伏電圧値と抵抗Ｒ２０の電圧降下との和未満である場合は、ＺＤ１にはほとんど電流が流れず、ＦＥＴ１のソースＳには半波整流された信号がこのまま供給される。この際、環境温度が所定温度以下である場合は、後述のようにＦＥＴ１のゲートＧ電圧がローレベルになるため、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間が導通しヒーター１５が通電される。また、環境温度が所定温度を越える場合は、後述のようにＦＥＴ１のゲートＧ電圧がハイレベルになるため、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間が導通せずヒーター１５には通電されない。
【００３１】次に、第１スイッチング素子１４が、エンジンの回転に伴い交流発電機１１が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通してヒーター１５に通電する動作について、以下に説明する。
【００３２】エンジンの回転に伴い交流発電機１１が回転していること及び環境温度が所定温度以下を示す信号がある場合において、エンジン（図示せず）が回転すると、これに伴って交流発電機１１が交流信号を発生し、該信号は第２分岐点２０を経た後ダイオードＤ１を経て半波整流された後、抵抗Ｒ８等を経て一端がアースされた抵抗Ｒ９に流れる。この結果、抵抗Ｒ９の両端に発生した電圧がハイレベル信号としてＦＥＴ２のゲートＧに入力される。ＦＥＴ２はハイレベル信号の入力によりソースＳドレインＤ間が導通し、基準抵抗Ｒ２の一端がアースされる。この導通により、比較器ＩＣ１は分岐点５０で測定されるアースに対して基準抵抗Ｒ２で発生する電圧と、分岐点６０で測定されるアースに対してサーミスタＴＨで発生する電圧とを比較し、非反転入力端子３の入力電圧が高ければハイレベル信号を、反転入力端子１の入力電圧が高ければローレベル信号を出力する。ここで、サーミスタＴＨは負の温度係数を有しているため、環境温度が所定温度以下であるとサーミスタＴＨの抵抗値が所定値以上となり、これにより分岐点６０の電圧が高くなり、比較器ＩＣ１はローレベル信号を出力する。この結果、ＦＥＴ１のゲートＧがローレベルとなり、これによりＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間が導通してヒーター１５に通電される。
【００３３】なお、エンジンの回転に伴い交流発電機１１が発電していない場合には、ＦＥＴ２が導通しないため、基準抵抗Ｒ２に電流が流れないと共に抵抗Ｒ１にも実質的に電流が流れず、抵抗Ｒ１の電圧降下は実質的にない。このため分岐点５０の電位は、交流発電機１１が充電用半波整流回路１２及び微小な抵抗値の抵抗Ｒ６を経ただけの分岐点９０と実質的に同じ電位のためハイレベルになっている。一方、分岐点６０には、分岐点９０に対し抵抗Ｒ３で発生する電圧降下分だけ低下した電位が発生する。このため、分岐点５０と分岐点６０との電位を比較すると、環境温度により変化するサーミスタＴＨで発生する電圧に関わらず、抵抗Ｒ３で発生する電圧降下分だけ常に分岐点５０の電位が分岐点６０の電位よりも高くなるから、比較器ＩＣ１は常にハイレベル信号を出力する。このため、ＦＥＴ１は導通せず、ヒーターは通電されない。
【００３４】また、エンジンの回転に伴い交流発電機１１が発電していても環境温度が所定温度を越える場合は、サーミスタＴＨの抵抗値が小さくなるに伴いサーミスタＴＨで発生する電圧も小さくなるため、分岐点６０の電位が分岐点５０の電位よりも低くなる。この結果、比較器ＩＣ１はハイレベル信号を出力するため、ＦＥＴ１は導通せず、ヒーターは通電されない。
【００３５】次に本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。図２中、図１と同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。すなわち、図２に示す第２の実施の形態において図１に示す第１の実施の形態と異なる点は、第１スイッチング素子保護回路３１を、前記ツェナーダイオード３２が、カソード側で充電用半波整流回路１２と第１スイッチング素子１４との間の第３分岐点３０に接続されると共に、アノード側でツェナーダイオード３２を介した入力信号が所定電圧以上である場合に第１スイッチング素子１４を導通させる信号を出力する比較器３４に接続されるものに変更したことにある。図２中、ＺＤ４は前記ツェナーダイオード３２と同様のツェナーダイオード、３４及びＩＣ２は入力信号が所定電圧以上である場合に第１スイッチング素子１４を導通させる信号を出力する比較器である。
【００３６】ツェナーダイオードＺＤ４は、アノード側で一端がアースされた抵抗Ｒ２１に直列に接続されると共に、抵抗Ｒ２１との間に設けられた分岐点７０を経て比較器３４（ＩＣ２）の反転入力端子６に接続される。一方、比較器ＩＣ２の非反転入力端子５には、第３分岐点３０に接続される抵抗Ｒ１２と該抵抗Ｒ１２に直列に接続され一端がアースされる抵抗Ｒ１３との間に設けられた分岐点８０が接続される。また、第３分岐点３０と第１分岐点１０との間には、平滑回路を構成する抵抗Ｒ６とコンデンサーＣ１とが配置される。従って、第２の実施の形態では、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間電圧が、ツェナーダイオード３２（ＺＤ４）の降伏電圧値と抵抗Ｒ２１の電圧降下と抵抗Ｒ６の電圧降下との和以上である場合に、ツェナーダイオードＺＤ４に電流が流れる。
【００３７】比較器ＩＣ２は、ツェナーダイオードＺＤ４の導通により一端がアースされた抵抗Ｒ２１に発生する電圧と、一端がアースされた抵抗Ｒ１３に発生する電圧とを比較し、分岐点８０の電位が分岐点７０の電位に比較して高ければハイレベル信号を出力し、低ければローレベル信号を出力する。また、比較器ＩＣ２には、分岐点７０と分岐点８０との電圧の比較において、ヒステリシス特性を持たせるために帰還抵抗Ｒ１４が非反転入力端子５に接続される。比較器ＩＣ２の出力端子７は比較器ＩＣ１の出力端子４と直接に接続され、抵抗Ｒ１０を介してＦＥＴ１のゲートＧに接続される。なお、図２中、比較器ＩＣ２は比較器ＩＣ１と共に構成されるデュアルＩＣであり電源を比較器ＩＣ１の端子８端子４間から取っているが、比較器ＩＣ１と別の単体のＩＣとしてもよい。
【００３８】次に第２の実施の形態の動作について説明する。第２の実施の形態と第１の実施の形態との動作の相違点は、第１スイッチング素子保護回路３１の構成が異なる点にのみ基づき、これ以外は同様であるため、この点についてのみ説明し他の動作についての説明は省略する。
【００３９】バッテリー１３が接続されていない状態において、交流発電機１１の回転により、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間に印加される電圧がツェナーダイオードＺＤ４の降伏電圧値と抵抗Ｒ２１の電圧降下と抵抗Ｒ６の電圧降下との和以上となった場合、第１スイッチング素子保護回路３１では、ツェナー効果により第３分岐点３０を経た高電圧の信号がツェナーダイオードＺＤ４を流れると共に、ＺＤ４と並列に接続される抵抗Ｒ１２にも流れる。一方、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間にはツェナーダイオードＺＤ４の降伏電圧値と抵抗Ｒ２１の電圧降下と抵抗Ｒ６の電圧降下との和の電圧が印加される。ＺＤ４はツェナー降伏すると抵抗が極めて小さくなるため、分岐点７０の電圧は抵抗Ｒ２１の電圧降下分となる。この状態において、抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３は、抵抗Ｒ２１で発生する電圧、すなわち分岐点７０の電位が抵抗Ｒ１３で発生する電位よりも高くなるように設定されている。従って、ＺＤ４に電流が流れると、分岐点７０の電位が分岐点８０の電位よりも高くなる。この結果、比較器ＩＣ２の出力端子７よりローレベル信号が出力される。該ローレベル信号により、第１の実施の形態と同様にＦＥＴ１が断続的に導通してヒーター１５に通電され、過電圧分の余分な電力がヒーター１５において熱エネルギーに変換される。
【００４０】なお、第１の実施の形態では、ＦＥＴ３等の電界効果トランジスタの動作の立ち上がりが第２の実施の形態の比較器ＩＣ２等に比べて急峻でないため、ＦＥＴ１のスイッチング動作がシャープに行われず、その間に流れてしまう高電圧電流によりＦＥＴ１が異常に発熱し破壊されるおそれが使用状況によってはありうるが、第２の実施の形態では、ＦＥＴ３に代えて比較器ＩＣ２を用いておりＩＣ２からの出力のレベルの変化が瞬間的であることからＦＥＴ１のスイッチング動作も瞬間的に行われるため、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間の導通が極めて短時間で行われることにより、ＦＥＴ１が破壊されるおそれがほとんどない点でより好ましい。なお、上記のようにＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間に印加される電圧がツェナーダイオードＺＤ４の降伏電圧値と抵抗Ｒ２１の電圧降下と抵抗Ｒ６の電圧降下との和以上である場合における、環境温度が所定温度以下であるとき又は環境温度が所定温度を越えるときの動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００４１】一方、第２の実施の形態において、バッテリー１３が接続されておらず、且つ、交流発電機１１が回転しており、ＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間に印加される電圧がツェナーダイオードＺＤ４の降伏電圧値と抵抗Ｒ２１の電圧降下と抵抗Ｒ６の電圧降下との和未満である場合は、第１の実施の形態と同様に、ＺＤ４には実質的に電流が流れず、ＦＥＴ１のソースＳには半波整流された信号がこのまま供給される。この状態では、第１スイッチング素子保護回路３１はツェナーダイオードＺＤ４で回路が切断された状態となるため、抵抗Ｒ１２で電圧は発生せず、分岐点８０が分岐点７０より電位が高くなる。このため、比較器ＩＣ２では出力端子７よりハイレベル信号が出力され、第１の実施の形態と同様にＦＥＴ１はソースＳドレインＤ間が導通せず、ヒーター１５は通電されない。なお、上記のようにＦＥＴ１のソースＳドレインＤ間に印加される電圧がツェナーダイオードＺＤ４の降伏電圧値と抵抗Ｒ２１の電圧降下と抵抗Ｒ６の電圧降下との和未満である場合における、環境温度が所定温度以下であるとき又は環境温度が所定温度を越えるときの動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００４２】本発明の内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路は、例えば、自動車、自動二輪車等のエンジン（内燃機関）用の気化器等の内燃機関部品用ヒーター及びその制御に用いることができる。
【００４３】
【発明の効果】本発明の通電制御回路によれば、エンジンの回転に伴い交流発電機が回転していること及び環境温度が所定温度以下であることを示す信号が入力されたときのみ導通してヒーターに通電する内燃機関部品用ヒーターの通電制御回路を備える自動車等を、バッテリーが外された状態でエンジンを作動させても、ツェナーダイオードが過電圧を検出しスイッチング素子に印加される過電圧をスイッチング素子の導通によりヒーターに通電して逃がすため、交流発電機が発生する尖塔値の大きい半波整流信号によってスイッチング素子が耐圧オーバーで破壊されることがない。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００１１０８０４
【氏名又は名称】ニチアス株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月２８日（２０００．３．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９８６８２
【弁理士】
【氏名又は名称】赤塚 賢次 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２７１７１１（Ｐ２００１−２７１７１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１０月５日（２００１．１０．５） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−８９２７５（Ｐ２０００−８９２７５） |
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