DE102011053557A1

DE102011053557A1 - Drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011053557A1
Application number: DE201110053557
Authority: DE
Inventors: Harumi Horihata; Hideaki Nakayama
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2012-03-22
Also published as: US8896275B2; JP2012065496A; FR2965124B1; US20120068671A1; JP5464367B2; FR2965124A1

Abstract

Es ist eine drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug offenbart, die fähig ist, durch Schaltelemente eine synchrone Gleichrichtung zu starten, nachdem eine Abwesenheit eines Kurzschlussfehlers sichergestellt ist. Die drehende elektrische Maschine weist eine Mehrphasen-Ankerwicklung, einen Schaltelementesatz, der eine Mehrzahl von Paaren von Schaltelementen eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs, um zusammen mit der Ankerwicklung eine Brückengleichrichtungsschaltung zu bilden, aufweist, einen Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller (100, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109), der einen Ein-/Aus-Zeitpunkt jedes Schaltelements einstellt, eine Schaltelementansteuerung (170, 172), die zu dem Ein-/Aus-Zeitpunkt, der durch den Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller eingestellt ist, jedes Schaltelement ansteuert, und einen Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung auf, der einen Zeitpunkt, zu dem eine Speisungsdauer für das Schaltelement eines oberen Zweigs und eine Speisungsdauer für das Schaltelement eines unteren Zweigs abwechselnd auftreten, als einen Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt.

Description

HINTERGRUND
(TECHNISCHES GEBIET)
Diese Erfindung bezieht sich auf eine drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug, wie zum Beispiel einen Personenkraftwagen und einen Lastkraftwagen.
(VERWANDTE TECHNIK)
Ein bekannter Leistungsgenerator für ein Fahrzeug, wie er in der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2010-110176 offenbart ist, weist eine Leistungswandlungsvorrichtung, die angepasst ist, um über einen Leistungswandelabschnitt, der aus einer Mehrzahl von Schaltelementen zusammengesetzt ist, eine Ausgangsspannung einer Ankerwicklung gleichzurichten, auf. Bei der offenbarten Leistungswandlungsvorrichtung wird diagnostiziert, ob ein Schaltelement eines oberen Zweigs EIN ist oder nicht, indem beispielsweise geprüft wird, (i) ob eine parasitäre Diode desselben in einem Ein-Zustand ist, (ii) ob ein Gate-Befehl für das Schaltelement eines oberen Zweigs EIN ist, und (iii) ob eine Phasenspannung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs (gleich oder niedriger als eine Schwelle V4) ist.
Bei der offenbarten Leistungswandlungsvorrichtung gibt es jedoch einen Nachteil, dass, obwohl bestimmt werden kann, ob jedes Schaltelement lediglich während einer Speisungsdauer einer parasitären Diode desselben normal eingeschaltet ist oder nicht, nicht zuverlässig bestimmt werden kann, ob vor einem Start der synchronen Gleichrichtung eine Abnormalität aufgetreten ist oder nicht, insbesondere, ob jedes Schaltelement vor einem Start der synchronen Gleichrichtung kurzgeschlossen ist oder nicht.
Die japanische Patentanmeldung Veröffentlichungs-Nr. 2010-110176 beschreibt, wie ein Diagnosebetrieb jedes Schaltelements nach der synchronen Gleichrichtung gestartet wird, schweigt jedoch über eine Startbedingung zum Starten oder Neustarten der synchronen Gleichrichtung unmittelbar nach dem Maschinenstart oder nach einer Aussetzung der synchronen Gleichrichtung durch irgendeine Ursache. Ein unbeabsichtigter Start der synchronen Gleichrichtung zu einem Zeitpunkt, zu dem ein Phasenspannungssignalverlauf gestört ist, oder wenn das Schaltelement kurzgeschlossen ist, kann zwischen Anschlüssen einer Fahrzeugbatterie durch die Schaltungsabschnitte eines oberen Zweigs und/oder eines unteren Zweigs zu einem Kurzschlussfehler führen. Es ist daher wünschenswert, die synchrone Gleichrichtung zu starten, nachdem sichergestellt ist, dass ein solcher Kurzschlussfehler nicht auftreten kann. In der Abwesenheit von mindestens einem Kurzschlussfehler in den Schaltelementen kann die Diodengleichrichtung selbst bei der Anwesenheit eines Leerlauffehlers durchgeführt werden, was ermöglicht, dass eine Leistungserzeugung fortgesetzt wird.
In Anbetracht des Vorhergehenden sind exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung auf das Schaffen einer drehenden elektrischen Maschine für ein Fahrzeug gerichtet, die fähig ist, durch Schaltelemente eine synchrone Gleichrichtung zu starten, nachdem eine Abwesenheit eines Kurzschlussfehlers sichergestellt wurde.
KURZFASSUNG
Gemäß einem exemplarischen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug geschaffen, mit einer Mehrphasen-Ankerwicklung, die zwei oder mehr Phasenwicklungen aufweist, einem Schaltelementesatz, der eine Spannung, die in der Ankerwicklung induziert wird, gleichrichtet, und eine Mehrzahl von Paaren von Schaltelementen eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs aufweist, wobei jedes Schaltelement zu einer Diode elektrisch parallel geschaltet ist, wobei die Paare von Schaltelementen mit den jeweiligen Phasenwicklungen elektrisch verbunden sind, um zusammen mit den Phasenwicklungen eine Brückengleichrichtungsschaltung zu bilden, einem Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller, der einen Ein-/Aus-Zeitpunkt jedes Schaltelements einstellt, einer Schaltelementansteuerung, die jedes Schaltelement zu dem Ein-/Aus-Zeitpunkt, der durch den Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller eingestellt ist, ansteuert, und einem Startbestimmer einer synchronen Steuerung, der einen Zeitpunkt, zu dem eine Ein-Dauer eines oberen Zweigs und eine Ein-Dauer eines unteren Zweigs für jedes Paar der Schaltelemente abwechselnd auftreten, als einen Startzeitpunkt einer synchronen Gleichrichtung bestimmt, wobei die synchrone Gleichrichtung derart ist, dass für jedes Paar der Schaltelemente der Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller und die Schaltelementansteuerung die Schaltelemente gemeinsam Ein-/Aus-Steuern, wobei die Ein-Dauer eines oberen Zweigs eine Speisungsdauer für das Schaltelement eines oberen Zweigs von dem Zeitpunkt, zu dem eine Phasenspannung der entsprechenden Phasenwicklung eine erste Schwelle erreicht, zu dem Zeitpunkt, zu dem die Phasenspannung der entsprechenden Phasenwicklung eine zweite Schwelle erreicht, ist, wobei die Ein-Dauer eines unteren Zweigs eine Speisungsdauer für das Schaltelement eines unteren Zweigs von dem Zeitpunkt, zu dem die Phasenspannung der entsprechenden Phasenwicklung eine dritte Schwelle erreicht, zu dem Zeitpunkt, zu dem die Phasenspannung der entsprechenden Phasenwicklung eine vierte Schwelle erreicht, ist.
Mit dieser Konfiguration ist es möglich, durch die Schaltelemente eine synchrone Gleichrichtung zu starten, nachdem sichergestellt ist, dass in sowohl dem Schaltelement eines oberen Zweigs als auch dem Schaltelement eines unteren Zweigs kein Kurzschlussfehler auftritt, indem erfasst wird, dass die Ein-Dauer eines oberen Zweigs und die Ein-Dauer eines unteren Zweigs abwechselnd erscheinen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugleistungsgenerators gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ein Blockdiagramm eines Gleichrichtermoduls in dem Fahrzeugleistungsgenerator;
3 ein detaillierteres Blockdiagramm einer Steuerschaltung in dem Gleichrichtermodul;
4 einen exemplarischen Spannungsvergleich durch den V_DS-Detektor eines oberen MOS in der Steuerschaltung;
5 einen exemplarischen Spannungsvergleich durch den V_DS-Detektor eines unteren MOS in der Steuerschaltung;
6 eine exemplarische Temperaturerfassung durch einen Temperaturdetektor in der Steuerschaltung;
7 ein detailliertes Blockdiagramm der Steuerung in der Steuerschaltung;
8 ein Zeitdiagramm für eine synchrone Gleichrichtungssteuerung, die durch die Steuerung durchzuführen ist;
9 ein Blockdiagramm für eine Startbestimmung einer synchronen Steuerung, die durch die Steuerung durchzuführen ist; und
10 ein Zeitdiagramm für die Startbestimmung einer synchronen Steuerung.
BESCHREIBUNG VON SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die vorliegende Erfindung ist im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vollständiger beschrieben. Gleiche Ziffern beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente.
1 zeigt einen Fahrzeugleistungsgenerator für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Fahrzeugleistungsgenerator 1 weist zwei Statorwicklungen (Ankerwicklungen) 2, 3, eine Feldwicklung 4, zwei Gleichrichtermodulsätze 5, 6 und eine Leistungserzeugungssteuerung 7 auf.
Die Statorwicklung 2, die eine Mehrphasen-Wicklung (zum Beispiel eine Dreiphasen-Wicklung, die aus einer X-Phasen-Wicklung, einer Y-Phasen-Wicklung und einer Z-Phasen-Wicklung zusammengesetzt ist) ist, ist um einen Statorkern (nicht gezeigt) gewickelt. Die Statorwicklung 3, die ebenfalls eine Mehrphasen-Wicklung (zum Beispiel eine Dreiphasen-Wicklung, die aus einer U-Phasen-Wicklung, einer V-Phasen-Wicklung und einer W-Phasen-Wicklung zusammengesetzt ist) ist, ist ähnlicherweise um den gleichen Statorkern gewickelt und positioniert, um um einen elektrischen Winkel von 30 Grad relativ zu der Statorwicklung 2 verschoben zu sein. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bilden die zwei Statorwicklungen 2, 3 und der Statorkern einen Stator.
Die Feldwicklung 4 ist um Feldpole (nicht gezeigt), die auf der inneren peripheren Seite des Statorkerns, um einen Rotor zu bilden, gegenüberliegend positioniert sind, gewickelt. Die Feldpole werden durch einen Erregerstrom magnetisiert, um dadurch ein sich drehendes magnetisches Feld, das in jeder Statorwicklung 2, 3 eine Wechselspannung induziert, zu erzeugen.
Der Gleichrichtermodulsatz 5 ist mit der Statorwicklung 2 elektrisch verbunden, um eine Dreiphasen-Vollwellen- bzw. Zweiweggleichrichterschaltung (Brückenschaltung) zu bilden, wobei die Schaltung betriebsfähig ist, um einen Wechselstrom, der in der Statorwicklung 2 induziert wird, in einen Gleichstrom zu wandeln. Der Gleichrichtermodulsatz 5 weist eine spezifische Zahl von Gleichrichtermodulen 5X, 5Y, 5Z auf, wobei die spezifische Zahl gleich einer Zahl von Phasen für die Statorwicklung 2 (drei in dem Fall der Dreiphasen-Wicklung) ist. Das Gleichrichtermodul 5X ist mit der X-Phasen-Wicklung, die die Statorwicklung 2 in sich aufweist, elektrisch verbunden. Das Gleichrichtermodul 5Y ist mit der Y-Phasen-Wicklung, die die Statorwicklung 2 in sich aufweist, elektrisch verbunden. Das Gleichrichtermodul 5Z ist mit der Z-Phasen-Wicklung, die die Statorwicklung 2 in sich aufweist, elektrisch verbunden.
Der Gleichrichtermodulsatz 6 ist andererseits mit der Statorwicklung 3 elektrisch verbunden, um eine Dreiphasen-Zweiweggleichrichterschaltung (Brückenschaltung) zu bilden, wobei die Schaltung betriebsfähig ist, um einen Wechselstrom, der in der Statorwicklung 3 induziert wird, in einen Gleichstrom zu wandeln. Der Gleichrichtermodulsatz 6 weist eine spezifische Zahl von Gleichrichtermodulen 6U, 6V, 6W auf, wobei die spezifische Zahl gleich einer Zahl von Phasen für die Statorwicklung 3 (drei in dem Fall der Dreiphasen-Wicklung) ist. Das Gleichrichtermodul 6U ist mit der U-Phasen-Wicklung, die die Statorwicklung 3 in sich aufweist, elektrisch verbunden. Das Gleichrichtermodul 6V ist mit der V-Phasen-Wicklung, die die Statorwicklung 3 in sich aufweist, elektrisch verbunden. Das Gleichrichtermodul 6W ist mit der W-Phasen-Wicklung, die die Statorwicklung 3 in sich aufweist, elektrisch verbunden.
Die Leistungserzeugungssteuerung 7 weist eine Erregerstromschaltung zum Steuern eines Erregerstroms, der durch die Feldwicklung 4, die über einen Anschluss F mit der Erregerstromschaltung elektrisch verbunden ist, fließt, auf, und ist angepasst, um den Erregerstrom so anzupassen, dass eine Ausgangsspannung (eine Ausgangsspannung jedes Gleichrichtermoduls) V_B des Fahrzeugleistungsgenerators 1 auf einer geregelten Spannung V_reg gehalten ist. Die Leistungserzeugungssteuerung 7 setzt genauer gesagt eine Versorgung der Wicklung 4 mit dem Erregerstrom aus, wenn sich die Ausgangsspannung V_B erhöht, um höher als die geregelte Spannung V_reg zu sein, und nimmt die Versorgung der Feldwicklung 4 mit dem Erregerstrom wieder auf, wenn sieh die Ausgangsspannung V_B verringert, um niedriger als die geregelte Spannung V_reg zu sein, um dadurch die Ausgangsspannung V_B zu steuern, um bei der geregelten Spannung V_reg gehalten zu werden. Die Leistungserzeugungssteuerung 7 ist über einen Kommunikationsanschluss L durch eine Kommunikationsleitung mit einer ECU 8 (einer externen Steuervorrichtung) elektrisch verbunden, sendet und/oder empfängt bei der bidirektionalen seriellen Kommunikation mit der ECU 8 (zum Beispiel bei LIN-Kommunikationen gemäß dem LIN-(= Local Interconnect Network = lokales Verbindungsnetz)Protokoll)Kommunikationsnachrichten.
Im Folgenden ist das Gleichrichtermodul 5X detaillierter erläutert.
2 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des Gleichrichtermoduls 5X. Die anderen Gleichrichtermodule 5Y, 5Z 6U, 6V, 6W sind hinsichtlich der Konfiguration ähnlich. Wie in 2 gezeigt ist, weist das Gleichrichtermodul 5X zwei MOS-Transistoren 50, 51 und eine Steuerschaltung 54 auf. Der MOS-Transistor 50 ist ein Schaltelement eines oberen Zweigs (einer hohen Seite). Eine Source (S) des MOS-Transistors 50 ist mit der X-Phasen-Wicklung der Statorwicklung 2 elektrisch verbunden, und eine Drain (D) des MOS-Transistors 50 ist durch einen Ladedraht 12 mit einer elektrischen Last 10 und/oder einem positiven Anschluss der Batterie 9 elektrisch verbunden. Der MOS-Transistor 51 ist ein Schaltelement eines unteren Zweigs (einer unteren Seite). Eine Source (S) des MOS-Transistors 51 ist mit einem negativen Anschluss der Batterie 9 (einem Masseanschlussdraht) elektrisch verbunden, und eine Drain (D) des MOS-Transistors 51 ist mit der X-Phasen-Wicklung elektrisch verbunden. Die zwei MOS-Transistoren 50, 51 sind zwischen den positiven und negativen Anschlüssen der Batterie 9 in Reihe geschaltet, wobei ein Verbindungspunkt zwischen den zwei MOS-Transistoren 50, 51 mit der X-Phasen-Wicklung verbunden ist. Für jeden MOS-Transistor 50, 51 ist zu dem MOS-Transistor zwischen der Source und der Drain eine Diode parallel geschaltet. Die Diode für jeden MOS-Transistor 50, 51 kann durch eine parasitäre Diode (Körperdiode) desselben implementiert sein. Für jeden MOS-Transistor 50, 51 kann alternativ eine andere zusätzliche Diode als die parasitäre Diode als eine einzelne Komponente zu dem MOS-Transistor zwischen der Source und der Drain desselben parallel geschaltet sein. Mindestens entweder der MOS-Transistor 50 eines oberen Zweigs oder der MOS-Transistor 51 eines unteren Zweigs kann durch einen anderen Typ eines Schaltelements ersetzt sein.
3 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm der Steuerschaltung 54. Wie in 3 gezeigt ist, weist die Steuerschaltung 54 eine Steuerung 100, eine Leistungsversorgung 160, einen Ausgangsspannungsdetektor 110, einen V_DS-Detektor 120 eines oberen MOS, einen V_DS-Detektor 130 eines unteren MOS, einen Temperaturdetektor 150 und Ansteuerungen 170, 172 auf.
Die Leistungsversorgung 160 startet ihren Betrieb zu einem Zeitpunkt, zu dem die Feldwicklung 4 von der Leistungserzeugungssteuerung 7 mit dem Erregerstrom versorgt wird, legt dann an jedes Element, das die Steuerschaltung 54 in sich aufweist, eine Betriebsspannung an und stoppt die Versorgung mit der Betriebsspannung, wenn die Versorgung mit dem Erregerstrom gestoppt wird. Der Start und der Stopp der Leistungsversorgung 160 sind gemäß Anweisungen von der Steuerung 100 auszuführen.
Die Ansteuerung 170, deren Ausgangsanschluss (G1) mit einem Gate des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite elektrisch verbunden ist, erzeugt zum Ein-/Aus-Schalten des MOS-Transistors 50 ein Ansteuersignal. Die Ansteuerung 172, deren Ausgangschluss (G2) mit einem Gate des MOS-Transistors 51 einer niedrigen Seite elektrisch verbunden ist, erzeugt ein Ansteuersignal zum Ein-/Ausschalten des MOS-Transistors 51.
Der Ausgangsspannungsdetektor 110 weist beispielsweise einen Differenzverstärker und einen AD-Wandler, der ein ausgegebenes Signal des Differenzverstärkers in digitale Daten wandelt und Daten, die einer Spannung entsprechen, auf einem Ausgangsanschluss (Anschluss B) des Fahrzeugleistungsgenerators 1 (oder des Gleichrichtermoduls 5X) ausgibt, auf. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der AD-Wandler in der Steuerung 100 vorgesehen sein.
Der V_DS-Detektor 120 eines oberen MOS erfasst eine Drain-Source-Spannung V_DS des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite und vergleicht die erfasste Drain-Source-Spannung V_DS mit einer vorbestimmten Schwelle, um ein Signal, das dem Spannungsvergleich entspricht, auszugeben.
4 zeigt einen exemplarischen Spannungsvergleich durch den V_DS-Detektor 120 eines oberen MOS. In 4 gibt die horizontale Achse die Drain-Source-Spannung V_DS unter Bezugnahme auf eine Ausgangsspannung V_B auf der Drainseite des MOS-Transistors 50 eines oberen Zweigs an. Die vertikale Achse gibt einen Spannungspegel eines Ausgangssignals des V_DS-Detektors 120 eines oberen MOS an. Wie in 4 gezeigt ist, wird in einer Erhöhungsrichtung V_DS gleich oder höher als 0,3 V, sowie sich die Phasenspannung V_P erhöht, um um 0,3 V oder mehr höher als die Ausgangsspannung V_B zu sein, was zu einer Änderung des Spannungspegels des Ausgangssignals des V_DS-Detektors 120 eines oberen MOS von einem niedrigen Spannungspegel (0 V) zu einem höheren Spannungspegel (5 V) führt. V_DS wird anschließend in einer Verringerungsrichtung gleich oder niedriger als –1,0 V, sowie sich die Phasenspannung V_P verringert, um um 1,0 V oder mehr niedriger als die Ausgangsspannung V_B zu sein, was zu einer Änderung des Spannungspegels des Ausgangssignals des VDS-Detektors 120 eines oberen MOS von dem höheren Spannungspegel zu dem niedrigeren Spannungspegel führt.
V10, die 0,3 V höher als die Ausgangsspannung V_B ist (siehe 8), ist eine erste Schwelle zum sicheren Erfassen des Starts der Diodenspeisungsdauer, wobei die Schwelle höher als die Ausgangsspannung V_B plus der Drain-Source-Ein-Spannung V_DS des MOS-Transistors 50 und niedriger als die Ausgangsspannung V_B plus einer Durchlassspannung V_F der Diode, die zu dem MOS-Transistor 50 parallel geschaltet ist, eingestellt ist. V20, die 1,0 V niedriger als die Ausgangsspannung V_B ist (siehe 8), ist eine zweite Schwelle zum sicheren Erfassen des Endes der Diodenspeisungsdauer, wobei die Schwelle niedriger als die Ausgangsspannung V_B eingestellt ist.
Die „Ein-Dauer” auf der Seite eines oberen Zweigs ist als eine Zeitdauer von der Zeit, zu der die Phasenspannung V_P in der Erhöhungsrichtung die erste Schwelle erreicht, bis der Zeit, zu der die Phasenspannung V_P anschließend in der Verringerungsrichtung die zweite Schwelle erreicht, definiert. Der Start und das Ende der Ein-Dauer weichen von dem Start und dem Ende der „Diodenspeisungsdauer” ab, die eine Zeitdauer ist, während der die Diode tatsächlich gespeist wird, wobei der MOS-Transistor in einem Aus-Zustand gehalten wird. Die synchrone Steuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist auf der Basis der Ein-Dauer implementiert.
Der V_DS-Detektor 130 eines unteren MOS erfasst eine Drain-Source-Spannung V_DS des MOS-Transistors 51 einer unteren Seite und vergleicht die erfasste Drain-Source-Spannung V_DS mit einer vorbestimmten Schwelle, um ein Signal, das dem Spannungsvergleich entspricht, auszugeben.
5 zeigt einen exemplarischen Spannungsvergleich durch den VDS-Detektor 130 eines unteren MOS. In 5 gibt die horizontale Achse die Drain-Source-Spannung V_DS auf der Drainseite unter Bezugnahme auf eine Masseanschlussspannung V_GND an, die eine Spannung an einem negativen Anschluss der Batterie ist. Die vertikale Achse gibt einen Spannungspegel eines Ausgangssignals des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS an. Wie in 5 gezeigt ist, wird V_DS in einer Verringerungsrichtung gleich oder niedriger als –0,3 V, sowie sich die Phasenspannung V_P verringert, um um 0,3 V oder mehr niedriger als die Masseanschlussspannung V_GND zu werden, was zu einer Änderung des Spannungspegels des Ausgangssignals des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS von einem niedrigeren Pegel (0 V) zu einem höheren Spannungspegel (5 V) führt. V_DS wird anschließend in einer Erhöhungsrichtung gleich oder höher als 1,0 V, sowie sich die Phasenspannung V_P erhöht, um um 1,0 V oder mehr höher als die Masseanschlussspannung V_GND zu werden, was zu einer Änderung des Spannungspegels des Ausgangssignals des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS von dem höheren Spannungspegel zu dem niedrigeren Spannungspegel führt.
V11, die 0,3 V niedriger als die Masseanschlussspannung V_GND ist (siehe 8), ist eine dritte Schwelle zum sicheren Erfassen des Starts der Diodenspeisungsdauer, wobei die Schwelle niedriger als die Masseanschlussspannung V_GND minus der Drain-Source-Ein-Spannung V_DS des MOS-Transistors 51 und höher als die Masseanschlussspannung V_GND minus eine Durchlassspannung V_F der Diode, die zu dem MOS-Transistor 51 parallel geschaltet ist, eingestellt ist. V21, die 1,0 V höher als die Masseanschlussspannung V_GND ist (siehe 8), ist eine vierte Schwelle zum sicheren Erfassen des Endes der Diodenspeisungsdauer, wobei die Schwelle höher als die Masseanschlussspannung V_GND eingestellt ist.
Die „Ein-Dauer” auf der Seite eines unteren Zweigs ist als eine Zeitdauer von der Zeit, zu der die Phasenspannung V_P in der Verringerungsrichtung die dritte Schwelle erreicht, bis zu der Zeit, zu der die Phasenspannung V_P in der Erhöhungsrichtung anschließend die vierte Schwelle erreicht, definiert. Es sei bemerkt, dass der Start und das Ende der Ein-Dauer von dem Start und dem Ende der „Diodenspeisungsdauer” abweicht, die eine Zeitdauer ist, während der die Diode tatsächlich gespeist wird, wobei der MOS-Transistor in einem Aus-Zustand gehalten ist. Die synchrone Steuerung des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist auf der Basis der Ein-Dauer implementiert.
Der Temperaturdetektor 150 erfasst beispielsweise auf der Basis einer Durchlassspannung einer Diode, die um den MOS-Transistor 50, 51 angeordnet ist, eine Temperatur jedes MOS-Transistors 50, 51 und gibt ein Signal eines hohen Pegels für eine hohe Temperatur und ein Signal eines niedrigeren Pegels für eine niedrige Temperatur aus. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuerung 100 den Temperaturdetektor 150 in sich aufweisen.
6 zeigt eine exemplarische Temperaturerfassung durch den Temperaturdetektor 150. In 6 gibt die horizontale Ache eine Temperatur (°C) an. Die vertikale Achse gibt einen Spannungspegel eines Ausgangssignals des Temperaturdetektors 150 an. Wie in 6 gezeigt ist, ändert sich das Ausgangssignal des Temperaturdetektors 150 von einem niedrigeren Spannungspegel (0 V) zu einem höheren Spannungspegel (5 V), sowie sich die Temperatur erhöht, um gleich oder höher als 200°C zu sein. Und dann ändert sich das Ausgangssignal des Temperaturdetektors 150 von dem höheren Spannungspegel zu dem niedrigeren Spannungspegel, sowie sich die Temperatur verringert, um gleich oder niedriger als 170°C zu sein.
Die Steuerung 100 ist betriebsfähig, um den Zeitpunkt zum Starten der synchronen Gleichrichtung zu bestimmen, den Ein-/Aus-Zeitpunkt jedes MOS-Transistors 50, 51 zum Durchführen der synchronen Gleichrichtung einzustellen, jede Ansteuerung 170, 172 gemäß dem eingestellten Ein-/Aus-Zeitpunkt anzusteuern, einen Übergangszeitpunkt für einen Lastabwurfschutz zu bestimmen, und den Lastabwurfschutz zu dem Übergangszeitpunkt durchzuführen.
7 zeigt ein detailliertes Blockdiagramm der Steuerung 100. Wie in 7 gezeigt ist, weist die Steuerung 100 einen Umdrehungsgeschwindigkeitsrechner 101, einen Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung, einen Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 103 eines oberen MOS, einen Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 104 eines unteren MOS, einen Einsteller 105 eines elektrischen Zielwinkels, einen T_FB-Zeit-Rechner 106 eines oberen MOS, einen Aus-Zeitpunkt-Rechner 107 eines oberen MOS, einen T_FB-Zeit-Rechner 108 eines unteren MOS, einen Aus-Zeitpunkt-Rechner 109 eines unteren MOS, einen Lastabwurfbestimmer 111 und einen Leistungsversorgungs-Start-/Stopp-Bestimmer 112 auf. Eine Konfiguration jedes Funktionsblocks kann beispielsweise durch eine CPU, die gegebene Betriebsprogramme, die in einem Speicher gespeichert sind, laufen lässt, implementiert sein, oder kann in Hardware implementiert sein. Eine detailliertere Konfiguration jedes Funktionsblocks ist später beschrieben.
Es sind nun detaillierter die Betriebsvorgänge erläutert, die durch das Gleichrichtermodul 5X durchzuführen sind. Die anderen Gleichrichtermodule führen ähnliche Betriebsvorgänge durch.
(1. LEISTUNGSVERSORGUNGS-START-/STOPP-BESTIMMUNG)
Der Leistungsversorgungs-Start-/Stopp-Bestimmer 112 prüft auf ein PWM-Signal (Erregerstrom), mit dem die Feldwicklung 4 von einem Anschluss F der Leistungserzeugungssteuerung 7 versorgt wird, und weist die Leistungsversorgung 160 an, nach einer Fortsetzung der Ausgabe des PWM-Signals für 30 μs (dreißig Mikrosekunden) ihre Leistungsversorgung zu starten. Der Leistungsversorgungs-Start-/Stopp-Bestimmer 112 weist die Leistungsversorgung 160 an, ihre Leistungsversorgung nach einer Fortsetzung einer Ausgabe des PWM-Signals für 1 s (eine Sekunde) zu stoppen. Auf diese Weise löst der Start einer Versorgung der Feldwicklung 4 mit dem Erregerstrom den Betrieb des Gleichrichtermoduls 5X aus, und der Stopp der Versorgung der Feldwicklung 4 mit dem Erregerstrom stoppt den Betrieb des Gleichrichtermoduls 5X. Das Gleichrichtermodul 5X ist daher lediglich während einer Leistungserzeugung des Fahrzeugleistungsgenerators 1 in Betrieb, was zu einer wirkungsvollen Verhinderung eines überflüssigen Leistungsverbrauchs führt.
(2. SYNCHRONE STEUERUNG)
8 zeigt ein Zeitdiagramm für eine synchrone Gleichrichtungssteuerung (synchrone Steuerung), die durch die Steuerung 100 durchzuführen ist. In 8 gibt die „EIN-DAUER EINES OBEREN ZWEIGS” ein Ausgangssignal des V_DS-Detektors 120 eines oberen MOS an, die „EIN-DAUER EINES OBEREN MOS” gibt einen Ein-/Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite an, die „EIN-DAUER EINES UNTEREN ZWEIGS” gibt ein Ausgangssignal des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS an, und die „EIN-DAUER EINES UNTEREN MOS” gibt einen Ein-/Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 51 einer unteren Seite an. Die verbleibenden „T_FB1”, „T_FB2”, „ELEKTRISCHER ZIELWINKEL” und „ΔT” sind später erläutert.
Der Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 103 eines oberen MOS überwacht das Ausgangssignal (die Ein-Dauer eines oberen Zweigs) des V_DS-Detektors 120 eines oberen MOS, bestimmt einen Zeitpunkt einer ansteigenden Flanke des Ausgangssignals von dem niedrigen Spannungspegel zu dem hohen Spannungspegel als einen Ein-Zeitpunkt des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite und sendet eine Einschaltanweisung zu der Ansteuerung 170, die ihrerseits den MOS-Transistor 50 als Antwort auf die Anweisung einschaltet.
Der Aus-Zeitpunkt-Rechner 107 eines oberen MOS bestimmt die Zeit, zu der eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Einschalten des MOS-Transistors 100 einer hohen Seite verstrichen ist, als einen Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite und sendet dann eine Ausschaltanweisung zu der Ansteuerung 170, die als Antwort auf die Anweisung ihrerseits den MOS-Transistor 50 einer hohen Seite ausschaltet.
Die vorbestimmte Zeitdauer zum Bestimmen des Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite wird variabel auf einer Fall-zu-Fall-Basis eingestellt, um ein „elektrischer Zielwinkel” vor dem Ende der Ein-Dauer eines oberen Zweigs (Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal des V_DS-Detektors 120 eines oberen MOS von dem hohen Spannungspegel zu dem niedrigen Spannungspegel fällt) zu sein.
Der elektrische Zielwinkel ist ein Rand für den Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 50, dem sicher das Ende der Diodenspeisungsdauer folgt, wobei die Diodenspeisungsdauer eine Speisungsdauer der entsprechenden Diode bei der Diodengleichrichtung ist, und der MOS-Transistor 50 immer in einem Aus-Zustand ist. Der Rand wird durch einen Einsteller 105 eines elektrischen Zielwinkels eingestellt. Der Einsteller 105 eines elektrischen Zielwinkels stellt auf der Basis einer Umdrehungsgeschwindigkeit, die durch den Umdrehungsgeschwindigkeitsrechner 101 berechnet wird, den elektrischen Zielwinkel ein. Der elektrische Zielwinkel kann ungeachtet der Umdrehungsgeschwindigkeit konstant sein. Der elektrische Zielwinkel kann vorzugsweise in niedrigeren und höheren Umdrehungsgeschwindigkeitsregionen größer als in einer Zwischenregion dazwischen eingestellt sein.
Der Umdrehungsgeschwindigkeitsrechner 101 ist konfiguriert, um auf der Basis eines Zyklus einer ansteigenden oder abfallenden Flanke eines Ausgangssignals des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS eine Umdrehungsgeschwindigkeit zu berechnen. Eine Verwendung des Ausgangssignals des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS führt zu einer stabilen Erfassung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Fahrzeugleistungsgenerators 1, ohne durch eine Schwankung der Ausgangsspannung V_B beeinträchtigt zu sein.
Der Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 104 eines unteren MOS überwacht ähnlicherweise ein Ausgangssignal (eine Ein-Dauer eines unteren Zweigs) des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS, bestimmt einen Zeitpunkt einer ansteigenden Flanke des Ausgangssignals des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS von dem niedrigen Spannungspegel zu dem hohen Spannungspegel als einen Ein-Zeipunkt des MOS-Transistors 51 einer niedrigen Seite, und sendet eine Einschaltanweisung zu der Ansteuerung 172, die als Antwort auf die Anweisung ihrerseits den MOS-Transistor 51 einer niedrigen Seite einschaltet.
Der Aus-Zeitpunkt-Rechner 109 eines unteren MOS bestimmt die Zeit, zu der eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Einschalten des MOS-Transistors 51 einer niedrigen Seite verstrichen ist, als einen Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 51 einer niedrigen Seite und sendet dann eine Ausschaltanweisung zu der Ansteuerung 172, die als Antwort auf die Anweisung ihrerseits den MOS-Transistor 51 einer niedrigen Seite ausschaltet.
Die vorbestimmte Zeitdauer zum Bestimmen des Aus-Zeitpunkts des MOS-Transistors 51 einer niedrigen Seite wird auf einer Fall-zu-Fall-Basis variabel eingestellt, um ein „elektrischer Zielwinkel” vor dem Ende der Ein-Dauer eines unteren Zweigs (dem Zeitpunkt, zu dem das Ausgangssignal des V_DS-Detektors 130 eines unteren MOS von dem hohen Spannungspegel zu dem niedrigen Spannungspegel fällt) zu sein.
Der elektrische Zielwinkel ist ein Rand für den Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 51, dem sicher das Ende der Diodenspeisungsdauer folgt, wobei die Diodenspeisungsdauer eine Speisungsdauer der entsprechenden Diode bei der Diodengleichrichtung ist, und der MOS-Transistor 51 immer in einem Aus-Zustand ist. Der Rand wird durch den Einsteller 105 eines elektrischen Zielwinkels eingestellt.
Das Ende der Ein-Dauer eines oberen Zweigs und das Ende der Ein-Dauer eines unteren Zweigs sind in der Praxis zu der Zeit des Ausschalten der MOS-Transistoren 50, 51 unbekannt. Der Aus-Zeitpunkt-Rechner 107 eines oberen MOS und der Aus-Zeitpunkt-Rechner 109 eines unteren MOS koppeln einen Halbzyklus frühere Informationen zueinander zurück, was zu einer Verbesserung der Aus-Zeitpunkt-Einstellgenauigkeit für die MOS-Transistoren 50, 51 führt.
Der Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite wird beispielsweise wie folgt eingestellt. Der T_FB-Zeit-Rechner 108 eines unteren MOS berechnet eine einen Halbzyklus frühere Zeitdauer T_FB2 von dem Ausschalten des MOS-Transistors 51 einer niedrigen Seite zu dem Ende der Ein-Dauer eines unteren Zweigs (siehe 8). Der Aus-Zeitpunkt-Rechner 107 eines oberen MOS berechnet ΔT durch Subtrahieren des elektrischen Zielwinkels von der berechneten Zeitdauer T_FB2. Ohne eine Schwankung der Umdrehung des Rotors wäre T_FB2 gleich dem elektrischen Zielwinkel, was zu ΔT 0 führen könnte. In den meisten Fällen ist jedoch ΔT nicht null, was durch (i) eine Schwankung der Umdrehung des Rotors aufgrund einer Beschleunigung und Verlangsamung eines Fahrzeugs, (ii) eine pulsierende Bewegung aufgrund einer Maschinendrehung, (iii) eine Schwankung einer elektrischen Last, (iv) eine Variation eines Betriebstaktzyklus, wenn die Steuerung 100 durch Laufenlassen von gegebenen Programmen implementiert ist, und (v) eine Ausschaltverzögerung von einer Sendung der Ausschaltanweisung zu der Ansteuerung 170, 172 bis zu einem tatsächlichen Ausschalten des MOS-Transistors 50, 51 verursacht wird.
Der Aus-Zeitpunkt-Rechner 107 eines oberen MOS modifiziert die Ein-Dauer eines unteren MOS, die einen halben Zyklus vorher in dem Aus-Zeitpunkt-Rechner 109 eines unteren MOS verwendet wurde, auf der Basis von ΔT, um die anschließende Ein-Dauer eines oberen MOS einzustellen, und bestimmt den Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite. Bei einem gegebenen Korrekturkoeffizienten α (alpha) ist genauer gesagt die Ein-Dauer eines oberen MOS durch die folgende Gleichung gegeben. (Ein-Dauer eines oberen MOS) = (einen Halbzyklus frühere Ein-Dauer eines unteren MOS) + ΔT × α
Der Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 51 einer unteren Seite wird ähnlicherweise wie folgt eingestellt. Der T_FB-Zeit-Rechner 106 eines oberen MOS berechnet eine einen Halbzyklus frühere Zeitdauer T_FB1 von dem Ausschalten des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite bis zu dem Ende der Ein-Dauer eines oberen Zweigs (siehe 8). Der Aus-Zeitpunkt-Rechner 109 eines unteren MOS berechnet ΔT durch Subtrahieren des elektrischen Zielwinkels von der berechneten Zeitdauer T_FB1. Der Aus-Zeitpunkt-Rechner 109 eines unteren MOS modifiziert die Ein-Dauer eines oberen MOS, die einen Halbzyklus vorher in dem Aus-Zeitpunkt-Rechner 107 eines oberen MOS verwendet wurde, auf der Basis von ΔT, um die anschließende Ein-Dauer eines unteren MOS einzustellen, und bestimmt den Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 51. Bei einem gegebenen Korrekturkoeffizienten α (alpha) ist genauer gesagt die Ein-Dauer eines unteren MOS durch die folgende Gleichung gegeben. (Ein-Dauer eines unteren MOS) = (einen Halbzyklus frühere Ein-Dauer eines oberen MOS) + ΔT × α
Auf diese Weise werden bei der synchronen Gleichrichtung der MOS-Transistor 50 einer hohen Seite und der MOS-Transistor 51 einer niedrigen Seite in dem gleichen Zyklus wie bei der Diodengleichrichtung abwechselnd eingeschaltet, was zu einer verlustarmen Gleichrichtung durch die MOS-Transistoren 50, 51 führt.
(3. STARTBESTIMMUNG EINER SYNCHRONEN STEUERUNG)
Es ist nun eine Startbestimmung der im Vorhergehenden erwähnten synchronen Steuerung erläutert. Unmittelbar nach u. a. der Aktivierung des Gleichrichtermoduls 5X, oder nachdem die synchrone Steuerung aufgrund einer bestimmten Abnormalität ausgesetzt ist, wird die synchrone Steuerung gestartet, wenn eine oder mehrere vorbestimmte Startbedingungen einer synchronen Steuerung erfüllt sind. Der Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung bestimmt, ob die Startbedingungen einer synchronen Steuerung erfüllt sind oder nicht. Sobald die Startbedingungen einer synchronen Steuerung erfüllt sind, sendet der Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung eine Mitteilung eines Erfüllens zu dem Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 103 eines oberen MOS und dem Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 104 eines unteren MOS. Anschließend wird die synchrone Steuerung durchgeführt, bei der die MOS-Transistoren 50, 51 abwechselnd eingeschaltet werden.
Die Startbedingungen einer synchronen Steuerung sind die folgenden.

(i) Die Ein-Dauer eines oberen Zweigs und die Ein-Dauer eines unteren Zweigs (8) treten 32 aufeinanderfolgende Male abwechselnd auf. Bei einem gegebenen Acht-Pol-Rotor entsprechen die 32 aufeinanderfolgenden Male zwei Zyklen eines mechanischen Winkels. Die Ein-Dauer eines oberen Zweigs und die Ein-Dauer eines unteren Zweigs können alternativ 16 aufeinanderfolgende Male, die einem Zyklus eines mechanischen Winkels entsprechen, 16 × (3 oder mehr) aufeinanderfolgende Male, die drei oder mehr Zyklen eines mechanischen Winkels entsprechen, oder eine andere Zahl von aufeinanderfolgenden Malen als 16 N aufeinanderfolgende Male (N: eine positive ganze Zahl) abwechselnd auftreten.
(ii) Die Ausgangsspannung V_B ist innerhalb eines normalen Bereichs, der höher als 7 V (untere Grenze) und niedriger als 18 V (obere Grenze) in dem 12-V-basierten Fahrzeugsystem ist. Der normale Bereich kann gemäß einem verwendeten Typ eines Systems variabel eingestellt sein. Bei dem 24-V-basierten Fahrzeugsystem ist es erforderlich, dass die untere Grenze und die obere Grenze des normalen Bereichs gemäß einer erzeugten Spannung des Fahrzeugleistungsgenerators geändert sind.
(iii) Die MOS-Transistoren 50, 51 werden nicht überhitzt (oder überheizt).
(iv) Der Lastabwurfschutz ist nicht in Betrieb.
(v) Eine Variation der Ausgangsspannung V_B pro vorbestimmter Zeitdauer ist kleiner als 0,5 V/200 μs. Eine Toleranz für die Variation der Ausgangsspannung V_B pro vorbestimmter Zeitdauer nach dem Start der synchronen Steuerung hängt von verwendeten Elementen und Programmen ab. Die Toleranz der Variation der Ausgangsspannung V_B pro vorbestimmter Zeitdauer kann daher als eine Funktion der verwendeten Elemente und Programme geeignet geändert sein.
(vi) T_FB1 und T_FB2 sind beide größer als 15 μs, das heißt eine Schwelle, unter der in Betracht gezogen werden kann, dass eine Abnormalität existiert. Die Schwelle hängt von Ursachen einer Abnormalität ab. Die Schwelle (15 μs) kann daher geeignet abhängig von den Ursachen einer Abnormalität geändert sein. Im Vorhergehenden wurde erläutert, dass T_FB1 und T_FB2 jeweils durch den T_FB-Zeit-Rechner 106 eines oberen MOS und den T_FB-Zeit-Rechner 108 eines unteren MOS während der synchronen Steuerung berechnet werden. T_FB1 und T_FB2 werden jedoch sowohl vor dem Start der synchronen Steuerung als auch während der synchronen Steuerung berechnet und werden bei der Startbestimmung der synchronen Steuerung verwendet.

9 zeigt ein Blockdiagramm zum Durchführen der Startbestimmung einer synchronen Steuerung. Der Lastabwurfbestimmer 111 erfasst einen Lastabwurf, derart, dass nach einer Trennung des Batterieanschlusses oder des Ausgangsanschlusses des Fahrzeugleistungsgenerators 1 eine Stoßspannung auftritt, wenn die Ausgangsspannung V_B 20 V überschreitet, und sendet in Fällen, bei denen der Lastabwurf erfasst wird, eine Anweisung zu der Ansteuerung 170 zum Ausschalten des MOS-Transistors 50 einer hohen Seite und eine Anweisung zu der Ansteuerung 171 zum Einschalten des MOS-Transistors 51 einer niedrigen Seite, um den Lastabwurfschutz zu starten. Der Lastabwurfbestimmer 111 beendet den Lastabwurfschutz, wenn sieh die Ausgangsspannung V_B, die vorübergehend über 20 V gewesen ist, auf niedriger als 17 verringert. Um zu verhindern, dass eine weitere Stoßspannung nach einem Ein-/Ausschalten des MOS-Transistors 50, 51 bei dem Start oder bei der Beendigung des Lastabwurfschutzes auftritt, ist der Lastabwurfschutzbestimmer 111 angepasst, um den Lastabwurfschutz während einer Ein-Dauer eines unteren Zweigs, wie in 8 gezeigt ist, zu starten oder zu beenden. Der Lastabwurfbestimmer 111 gibt ein Signal mit einem hohen Spannungspegel, während der Lastabwurfschutz in Betrieb ist, und ein Signal mit einem niedrigen Spannungspegel, während der Lastabwurfschutz nicht in Betrieb ist, zu dem Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung aus.
Der V_B-Bereichsbestimmer 113 bestimmt, ob die Ausgangsspannung V_B, die durch den Ausgangsspannungsdetektor 110 erfasst wird, innerhalb des Bereichs, der größer als 7 V und kleiner als 18 V ist, ist oder nicht. Wenn die Ausgangsspannung V_B innerhalb des Bereichs ist, gibt der V_B-Bereichsbestimmer 113 ein Signal mit einem niedrigen Spannungspegel aus. Wenn die Ausgangsspannung V_B nicht in dem Bereich umfasst ist (das heißt V_B ist gleich oder niedriger als 7 V oder gleich oder höher als 18 V), gibt der V_B-Bereichsbestimmer 113 ein Signal mit einem hohen Spannungspegel aus. Der V_B-Variationsbestimmer 114 bestimmt, ob eine Variation der Ausgangsspannung V_B pro vorbestimmter Zeitdauer, die durch den Ausgangsspannungsdetektor 110 erfasst wird, kleiner als 0,5 V/200 μs ist oder nicht. Wenn die Variation der Ausgangsspannung V_B pro vorbestimmter Zeitdauer kleiner als 0,5 V/200 μs ist, gibt der V_B-Variationsbestimmer 114 ein Signal mit einem niedrigen Spannungspegel aus. Wenn die Schwankung gleich oder größer als 0,5 V/200 μs ist, gibt der V_B-Variationsbestimmer 114 ein Signal mit einem hohen Spannungspegel aus. Der T_FB-Zeit-Bestimmer 115 bestimmt, ob T_FB1, die durch den T_FB-Zeit-Rechner 106 eines oberen MOS erfasst wird, und T_FB2, die durch den T_FB-Zeit-Rechner 108 eines unteren MOS erfasst wird, beide größer als 15 μs sind. Wenn T_FB1 und T_FB2 beide größer als 15 μs sind, gibt der T_FB-Zeit-Bestimmer 115 ein Signal mit einem niedrigen Spannungspegel aus. Wenn eine oder sowohl T_FB1 als auch T_FB2 gleich oder kleiner als 15 μs sind, gibt der T_FB-Zeit-Bestimmer 115 ein Signal mit einem hohen Spannungspegel aus.
In 9 sind der V_B-Bereichsbestimmer 113, der V_B-Variationsbestimmer 114 und der T_FB-Zeit-Bestimmer 115 außerhalb des Startbestimmers 102 einer synchronen Steuerung vorgesehen. Der Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung kann alternativ den V_B-Bereichsbestimmer 113, den V_B-Variationsbestimmer 114, den T_FB-Zeit-Bestimmer 115 in sich aufweisen. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die synchrone Steuerung gestartet, wenn alle Startbedingungen (i) bis (vi) erfüllt sind. Die synchrone Steuerung kann alternativ gestartet werden, wenn eine Kombination der Startbedingungen (i) und mindestens einer der Bedingungen (ii) bis (vi) erfüllt ist.
10 zeigt ein Zeitdiagramm für die Startbestimmung einer synchronen Steuerung. In 10 gibt der „ZÄHLWERT” eine Zählzahl der ansteigenden Flanken (Startzeitpunkt) der Ein-Dauer eines oberen Zweigs und der Ein-Dauer eines unteren Zweigs, die abwechselnd auftreten, an, die „T_FB-ZEIT-FLAG” gibt das Ausgangssignal des T_FB-Zeit-Bestimmers 115 an, die „SPANNUNGSBEREICHS-FLAG” gibt das Ausgangssignal des V_B-Bereichsbestimmers 113 an, die „LD-FLAG” gibt das Ausgangssignal des Lastabwurfbestimmers 111 an, die „ÜBERHITZUNGS-FLAG” gibt das Ausgangssignal des Temperaturdetektors 150 an, und die „SPANNUNGSVARIATIONS-FLAG” gibt das Ausgangssignal des V_B-Variationsbestimmers 114 an.
Der Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung zählt aufeinanderfolgende ansteigende Flanken der Ein-Dauern eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs, die abwechselnd auftreten. Sobald der Zählwert „32” erreicht hat, gibt der Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung ein Signal, das einen Start der synchronen Steuerung angibt (ein Signal mit einem niedrigen Spannungspegel gibt einen Start der synchronen Steuerung an, und ein Signal mit einem hohen Spannungspegel gibt einen Stopp der synchronen Steuerung an), in den Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 103 eines oberen MOS und den Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 104 eines unteren MOS ein. Nach einer Eingabe des Signals, das den Start der synchronen Steuerung angibt, in den Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 103 eines oberen MOS und den Ein-Zeitpunkt-Bestimmer 104 eines unteren MOS wird die synchrone Steuerung gestartet, bei der die MOS-Transistoren 50, 51 abwechselnd eingeschaltet werden.
Der Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung setzt das Zählen der ansteigenden Flanken fort, die als Zählfortsetzungsbedingungen vorgesehen sind, dass ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden ansteigenden Flanken der Ein-Dauer eines oberen Zweigs und der Ein-Dauer eines unteren Zweigs gleich oder kleiner als ein Zyklus des elektrischen Winkels ist, und dass alle Ausgangssignale des T_FB-Zeit-Bestimmers 115, des V_B-Bereichsbestimmers 113, des Lastabwurfbestimmers 111, des Temperaturdetektors 150 und des V_B-Variationsbestimmers 114 (die T_FB-Zeit-Flag, die Spannungsbereichs-Flag, die LD-Flag, die Überhitzungs-Flag, die Spannungsvariations-Flag) auf einem niedrigen Spannungspegel sind.
In einem Fall, bei dem andererseits ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden ansteigenden Flanken der Ein-Dauer eines oberen Zweigs und der Ein-Dauer eines unteren Zweigs einen Zyklus des elektrischen Winkels überschreitet, bevor der Zählwert 32 erreicht, und/oder in einem Fall, bei dem mindestens eines der Ausgangssignale des T_FB-Zeit-Bestimmers 115, des V_B-Bereichsbestimmers 113, des Lastabwurfbestimmers 111, des Temperaturdetektors 150, des V_B-Variationsbestimmers 114 einen hohen Spannungspegel erreicht, bevor der Zählwert 32 erreicht, stellt der Startbestimmer 102 einer synchronen Steuerung den Zählwert auf null ein und nimmt dann das Zählen der ansteigenden Flanken wieder auf, wenn die vorhergehenden Zählfortsetzungsbedingungen erfüllt sind.
Auf diese Weise wird es bei dem Fahrzeugleistungsgenerator 1 des vorliegenden Ausführungsbeispiels möglich, die synchrone Gleichrichtung zu starten, nachdem sichergestellt ist, dass in sowohl dem MOS-Transistor 50 eines oberen Zweigs (einer hohen Seite) als auch in dem MOS-Transistor 51 eines unteren Zweigs (einer niedrigen Seite) kein Kurzschlussfehler existiert, indem erfasst wird, dass die Ein-Dauer eines oberen Zweigs und die Ein-Dauer eines unteren Zweigs abwechselnd auftreten.
Ein Zeitpunkt, zu dem ein Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ein-Dauern gleich oder kleiner als ein Zyklus eines elektrischen Winkels ist, kann genauer gesagt als der Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt werden, was zu einer zuverlässigeren Bestimmung führt, dass kein Kurzschlussfehler in den MOS-Transistoren 50, 51 existiert. Zusätzlich oder alternativ kann ein Zeitpunkt, zu dem eine Zahl von Malen, die die Ein-Dauer eines oberen Zweigs und die Ein-Dauer eines unteren Zweigs abwechselnd erscheinen, gleich oder größer als eine Zahl von Malen wird, die die Speisungsdauern eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs abwechselnd während eines Zyklus eines mechanischen Winkels erscheinen, als der Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt werden, was es möglich macht, nicht nur auf einen Kurzschlussfeber, der in den MOS-Transistorden 50, 51 auftritt, zu prüfen, sondern ferner auf eine Abnormalität zu prüfen, die in der magnetischen Schaltung auftritt, indem ein Signalverlauf einer Phasenspannung während einer Umdrehung des Rotors überwacht wird.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung V_B innerhalb des normalen Bereichs ist, als der Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt werden, was es möglich macht, ein Starten der synchronen Steuerung zu vermeiden, wenn die Ausgangsspannung V_B über oder unter dem normalen Bereich ist. Zusätzlich oder alternativ kann ein Zeitpunkt, zu dem keine abnormale Überhitzungsbedingung erfasst wird, als der Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt werden, was es möglich macht, ein Starten der synchronen Steuerung während einer abnormalen Wärmeerzeugung zu vermeiden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Zeitpunkt, zu dem der Lastabwurfschutz nicht in Betrieb ist, als der Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt werden, was es möglich macht, ein Starten der synchronen Steuerung während des Lastabwurfschutzes zu vermeiden.
Eine große Variation in einer Ein-Dauer aufgrund einer großen Variation der Ausgangsspannung V_B pro vorbestimmter Zeitdauer macht es schwierig, einen Ein-/Aus-Zeitpunkt (insbesondere den Aus-Zeitpunkt) des MOS-Transistors 50 genau einzustellen. Ein Vermeiden eines Startens der synchronen Steuerung in einem solchen Fall führt zu einer Vermeidung eines fehlerhaften Einstellens des Ein-/Aus-Zeitpunkts des MOS-Transistors 50.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Zeitpunkt, zu dem eine Zeitdauer von dem Aus-Zeitpunkt des MOS-Transistors 50, 51 bis zu dem Ende der Speisungsdauer (T_FB1, T_FB2) größer als ein vorbestimmter Wert ist, als der Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt sein. In Fällen, bei denen T_FB1 und/oder T_FB2 extrem kurz sind, kann in Betracht gezogen werden, dass eine Abnormalität existiert. Ein Vermeiden eines Startens der synchronen Steuerung in einem solchen Fall führt zu einer Vermeidung eines fehlerhaften Einstellens des Ein-/Aus-Zeitpunkts des MOS-Transistors 50, 51.
(MODIFIKATIONEN)
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel ist der Fahrzeugleistungsgenerator 1 konfiguriert, um die zwei Statorwicklungen 2, 3 und die zwei Gleichrichtermodulsätze 5, 6 aufzuweisen. Die vorliegende Erfindung kann auf einen alternativen Leistungsgenerator angewendet sein, der eine der zwei Statorwicklungen und einen der zwei Gleichrichtermodulsätze aufweist.
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird die Gleichrichtung (Leistungserzeugung) durch Verwenden der Gleichrichtermodule 5X, 5Y etc. durchgeführt. Die vorliegende Erfindung kann auf eine drehende elektrische Maschine für ein Fahrzeug angewendet sein, die durch die Statorwicklungen 2, 3, die mit einem Wechselstrom, der durch einen abwechselnden Ein-/Aus-Zeitpunkt der MOS-Transistoren 50, 51 erhalten wird, versorgt werden, um einen Gleichstrom, der durch die Batterie 9 angelegt ist, wechselzurichten, einen Motorantrieb liefert.
Bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel weist jeder der zwei Gleichrichtermodulsätze 5, 6 drei Gleichrichtermodule auf. Jeder der zwei Gleichrichtermodulsätze 5, 6 kann alternativ mehr oder weniger als drei Gleichrichtermodule aufweisen.
Wie im Vorhergehenden beschrieben ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die synchrone Gleichrichtung durch die MOS-Transistoren 50, 51 zu starten, nachdem sichergestellt ist, dass in sowohl dem MOS-Transistor 50 eines oberen Zweigs als auch dem MOS-Transistor 51 eines unteren Zweigs kein Kurzschlussfehler auftritt, indem erfasst wird, dass die Ein-Dauer eines oberen Zweigs und die Ein-Dauer eines unteren Zweigs abwechselnd auftreten.
Viele Modifikationen und andere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden Fachleuten einfallen, die diese Erfindung betrifft und die den Vorteil der Lehren, die in der vorhergehenden Beschreibung und den zugeordneten Zeichnungen dargestellt sind, haben. Es versteht sich daher von selbst, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten spezifischen Ausführungsbeispiele begrenzt ist, und dass Modifikationen und andere Ausführungsbeispiele in dem Schutzbereich der beigefügten Ansprüche umfasst sein sollen. Obwohl hierin spezifische Ausdrücke verwendet sind, sind dieselben lediglich in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn und nicht für Zwecke einer Begrenzung verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-110176 [0002, 0004]

Claims

Drehende elektrische Maschine (1) für ein Fahrzeug, mit: einer Mehrphasen-Ankerwicklung (2, 3), die zwei oder mehr Phasenwicklungen (X, Y, Z, U, V, W) aufweist; einem Schaltelementesatz (50, 51), der eine Spannung, die in der Ankerwicklung induziert wird, gleichrichtet, und eine Mehrzahl von Paaren von Schaltelementen (50, 51) eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs aufweist, wobei jedes Schaltelement zu einer Diode elektrisch parallel geschaltet ist, und die Paare von Schaltelementen mit den jeweiligen Phasenwicklungen elektrisch verbunden sind, um zusammen mit den Phasenwicklungen eine Brückengleichrichtungsschaltung zu bilden; einem Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller (100, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109), der einen Ein-/Aus-Zeitpunkt jedes Schaltelements einstellt; einer Schaltelementansteuerung (170, 172), die jedes Schaltelement zu dem Ein-/Aus-Zeitpunkt ansteuert, der durch den Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller eingestellt ist; und einem Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung, der einen Zeitpunkt, zu dem eine Ein-Dauer eines oberen Zweigs und eine Ein-Dauer eines unteren Zweigs für jedes Paar der Schaltelemente abwechselnd auftreten, als einen Startzeitpunkt einer synchronen Gleichrichtung bestimmt, wobei die synchrone Gleichrichtung derart ist, dass für jedes Paar der Schaltelemente der Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller und die Schaltelementansteuerung die Schaltelemente gemeinsam ein/aus steuern, wobei die Ein-Dauer eines oberen Zweigs eine Speisungsdauer für das Schaltelement eines oberen Zweigs von der Zeit, zu der eine Phasenspannung der entsprechenden Phasenwicklung eine erste Schwelle erreicht, bis zu der Zeit, zu der die Phasenspannung der entsprechenden Phasenwicklung eine zweite Schwelle erreicht, ist, und die Ein-Dauer eines unteren Zweigs eine Speisungsdauer für das Schaltelement eines unteren Zweigs von der Zeit, zu der die Phasenspannung der entsprechenden Phasenwicklung eine dritte Schwelle erreicht, bis zu der Zeit, zu der die Phasenspannung der entsprechenden Phasenwicklung eine vierte Schwelle erreicht, ist.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, bei der der Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung bestimmt, ob die Starts der Ein-Dauern eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs abwechselnd auftreten oder nicht, indem die Starts der Ein-Dauern eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs gezählt werden.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, bei der der Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung bestimmt, ob ein Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ein-Dauern gleich oder kleiner als ein Zyklus eines elektrischen Winkels ist oder nicht, und einen Zeitpunkt, zu dem das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ein-Dauern gleich oder kleiner als ein Zyklus eines elektrischen Winkels ist, als den Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 3, bei der der Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung bestimmt, ob eine Zahl von Malen, die die Ein-Dauern eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs abwechselnd auftreten, gleich oder größer als eine Zahl von Malen, die die Ein-Dauern eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs während eines Zyklus eines mechanischen Winkels abwechselnd auftreten, wird oder nicht, und den Zeitpunkt, zu dem die Zahl von Malen, die die Ein-Dauern eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs abwechselnd auftreten, gleich oder größer als die Zahl von Malen, die die Ein-Dauern eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs abwechselnd während eines Zyklus eines mechanischen Winkels auftreten, wird, als den Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, bei der der Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung bestimmt, ob eine Ausgangsspannung an einem Ausgangsanschluss, der mit einer Fahrzeugbatterie verbunden ist, innerhalb eines vorbestimmten normalen Bereichs der Ausgangsspannung ist oder nicht, und einen Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung innerhalb des vorbestimmten normalen Bereichs der Ausgangsspannung ist, als den Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, die ferner einen Überhitzungsabnormalitätsdetektor (150), der eine abnormale Bedingung eines Überhitzens in den Schaltelementen erfasst, aufweist, wobei der Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung bestimmt, ob der Überhitzungsabnormalitätsdetektor (150) die abnormale Bedingung eines Überhitzens in den Schaltelementen erfasst hat oder nicht, und den Zeitpunkt, zu dem der Überhitzungsabnormalitätsdetektor (150) keine abnormale Bedingung eines Überhitzens in den Schaltelementen erfasst hat, als den Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, die ferner einen Lastabwurfschützer (111), der durch ein Einschalten des Schaltelements (51) eines unteren Zweigs einen Lastabwurfschutz durchführt, wenn eine Ausgangsspannung an einem Ausgangsanschluss, der mit einer Fahrzeugbatterie verbunden ist, eine Bezugsspannung überschreitet, über die hinaus wahrscheinlich eine Stoßspannung auftritt, wodurch die Ausgangsspannung verringert wird, wobei der Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung einen Zeitpunkt, zu dem der Lastabwurfschützer (111) nicht in Betrieb ist, als den Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, bei der der Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung einen Zeitpunkt, zu dem eine Variation der Ausgangsspannung an einem Ausgangsanschluss, der mit einer Fahrzeugbatterie verbunden ist, pro vorbestimmter Zeitdauer kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, als den Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, bei der der Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller (100, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109) einen Aus-Zeitpunkt der Schaltelemente eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs nicht nur nach, sondern ferner bevor die synchrone Gleichrichtung gestartet wird, einstellt, wobei der Startbestimmer (100, 102) einer synchronen Steuerung den Zeitpunkt, zu dem eine Zeitdauer von dem Aus-Zeitpunkt des Schaltelements eines oberen Zweigs bis zu dem Ende einer Ein-Dauer eines oberen Zweigs und eine Zeitdauer von dem Aus-Zeitpunkt des Schaltelements eines unteren Zweigs bis zu dem Ende einer Ein-Dauer eines unteren Zweigs beide größer als ein vorbestimmter Wert sind, als den Startzeitpunkt der synchronen Gleichrichtung bestimmt.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, bei der der Ein-/Aus-Zeitpunkt-Einsteller (100, 103, 104, 105, 106, 107, 108, 109) den Start der Ein-Dauer eines oberen Zweigs als einen Ein-Zeitpunkt des Schaltelements eines oberen Zweigs und den Zeitpunkt vor dem Ende der Ein-Dauer eines oberen Zweigs als einen Aus-Zeitpunkt des Schaltelements eines oberen Zweigs bestimmt, und den Start der Ein-Dauer eines unteren Zweigs als einen Ein-Zeitpunkt des Schaltelements eines unteren Zweigs und den Zeitpunkt vor dem Ende der Ein-Dauer eines unteren Zweigs als einen Aus-Zeitpunkt des Schaltelements eines unteren Zweigs bestimmt.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 1, bei der jedes Schaltelement ein MOS-Transistor ist, und die Diode, die zu dem Schaltelement elektrisch parallel geschaltet ist, eine parasitäre Diode des MOS-Transistors ist.
Drehende elektrische Maschine (1) nach Anspruch 11, bei der für jedes Paar von MOS-Transistoren eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs ein Drain-Anschluss des MOS-Transistors (50) eines oberen Zweigs mit einem Ausgangsanschluss einer Fahrzeugbatterie verbunden ist, ein Source-Anschluss des MOS-Transistors (50) eines oberen Zweigs mit einem Drain-Anschluss des MOS-Transistors (51) eines unteren Zweigs verbunden ist, ein Source-Anschluss des MOS-Transistors (51) eines unteren Zweigs mit einem Eingangsanschluss der Fahrzeugbatterie, der sich auf einem Massespannungspegel befindet, verbunden ist, und die entsprechende Phasenwicklung mit den MOS-Transistoren eines oberen Zweigs und eines unteren Zweigs zwischen dem Source-Anschluss des MOS-Transistors (50) eines oberen Zweigs und dem Drain-Anschluss des MOS-Transistors (51) eines unteren Zweigs verbunden ist, und wobei die erste Schwelle (V10) höher als die Ausgangsspannung der Batterie plus eine Drain-Source-Ein-Spannung des MOS-Transistors eines oberen Zweigs und niedriger als die Ausgangsspannung der Batterie plus eine Durchlassspannung der Diode, die zu dem MOS-Transistor eines oberen Zweigs parallel geschaltet ist, eingestellt ist, die zweite Schwelle (V20) niedriger als die Ausgangsspannung der Batterie eingestellt ist, die dritte Schwelle (V11) niedriger als die Eingangsspannung der Batterie minus eine Drain-Source-Ein-Spannung des MOS-Transistors (51) eines unteren Zweigs und höher als die Eingangsspannung der Batterie minus eine Durchlassspannung der Diode, die zu dem MOS-Transistor eines unteren Zweigs parallel geschaltet ist, eingestellt ist, und wobei die vierte Schwelle (V21) höher als die Eingangsspannung der Batterie eingestellt ist.