DE112009001695T5 - Stromversorgungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Stromversorgungsvorrichtung, die Folgendes umfasst:
einen Wechselstromgenerator (100) mit
einem Wechselstromerzeugungsabschnitt (110) und
einem Gleichrichter (120), um eine im Wechselstromerzeugungsabschnitt (110) erzeugte Wechselspannung zu einer Gleichspannung gleichzurichten und die Gleichspannung auszugeben; und
einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208), um die vom Gleichrichter (120) ausgegebene Gleichspannung in eine Gleichspannung mit einem Spannungswert umzuwandeln, der sich von demjenigen der vom Gleichrichter (120) ausgegebenen Gleichspannung unterscheidet, und die Gleichspannung auszugeben, die umgewandelt wurde,
wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) einen Abwärtstransformationsbetrieb durchführt, um die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators (100) herabzutransformieren, und einen Kurzschlussbetrieb durchführt, um den Ausgang des Wechselstromgenerators (100) und den Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (201)–(208) kurzzuschließen,
wobei der Abwärtstransformationsbetrieb und der Kurzschlussbetrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (201)–(208) in Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit des Wechselstromerzeugungsabschnitts (110) und der Stromzufuhrmenge zu einem an den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) angeschlossenen elektrischen Verbraucher geschaltet werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Leistungsfähigkeit, einem elektrischen Verbraucher Strom zuzuführen, zu steigern.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Beispiel herkömmlicher Stromversorgungsvorrichtungen besitzt Dreiphasen-Ankerwicklungen, die an einem Ankerkern eines Stators vorgesehen sind, und eine Feldwicklung, die an einem Magnetpolkern eines Rotors vorgesehen ist, und umfasst: einen Dreiphasen-Wechselstromgenerator, der durch die Drehung einer Kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs o. dgl. angetrieben wird und dadurch Elektrizität erzeugt; einen Gleichrichter, der Dreiphasen-Wechselspannungen, die von dem Dreiphasen-Wechselstromgenerator erzeugt werden, durch Gleichrichtung in Gleichspannungen umsetzt; und eine Feldeinstellschaltung, die Ausgangsspannungen des Gleichrichters erfasst und einen Erregerstrom, der in der Feldwicklung fließt, so einstellt, dass die Ausgangsspannungen einen vorbestimmten Wert annehmen (siehe z. B. Patentschrift 1).
  • LISTE DER ANFÜHRUNGEN PATENTSCHRIFT
    • Patentschrift 1: Japanische Patentveröffentlichung mit der Offenlegungsnummer H05-292676
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • PROBLEME, DIE VON DER ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLLEN
  • Hier führen zum Beispiel Stromversorgungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge nicht nur verschiedenen elektrischen Verbrauchern (im Nachstehenden internen Verbrauchern) Strom zu, wie etwa elektrischen Beleuchtungsvorrichtungen, Klimaanlagenkompressoren, Heizvorrichtungen und Batterien, mit denen das Fahrzeug ausgestattet ist, sondern manchmal auch externen elektrischen Verbrauchern (im Nachstehenden als externe Verbraucher bezeichnet), wie etwa einfachen Kühlvorrichtungen, Reinigungsvorrichtungen und externen Leuchten, die unter Verwendung von Steckern an die Stromversorgungsvorrichtungen angeschlossen werden. Im Falle, dass Stromversorgungsvorrichtungen Strom an daran angeschlossene externe Verbraucher liefern, müssen die Stromversorgungsvorrichtungen die Stromversorgungsleistungsfähigkeit im Vergleich zu dem Fall steigern, in dem die Stromversorgungsvorrichtungen nur internen Verbrauchern Strom zuführen.
  • Die in der Patentschrift 1 offenbarte herkömmliche Stromversorgungsvorrichtung erhöht die Stromerzeugungsmenge, wenn die Drehgeschwindigkeit des Rotors des Wechselstromgenerators höher wird. Da jedoch die Wärmeerzeugungsmenge im Wechselstromgenerator von den Mengen der in den Statorwicklungen fließenden Ströme abhängt, arbeitet die herkömmliche Stromerzeugungsvorrichtung so, dass die Mengen der Ströme im Hinblick auf Sicherheit und Zuverlässigkeit gesenkt werden, wenn die Drehgeschwindigkeit höher wird. Darüber hinaus hat die herkömmliche Stromversorgungsvorrichtung insofern ein Problem, als es schwierig ist, ihre Ausgangsleistung zu erhöhen, weil ihr Ausgang zum Laden an eine Batterie angeschlossen ist, bei der eine vorbestimmte Spannung (z. B. 14 V) eingestellt ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Stromversorgungs vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Leistungsfähigkeit, einem elektrischen Verbraucher Strom zuzuführen, im Vergleich zu den herkömmlichen Stromversorgungsvorrichtungen noch mehr zu steigern.
  • LÖSUNG FÜR DIE PROBLEME
  • Eine Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Wechselstromgenerator mit einem Wechselstromerzeugungsabschnitt, und einen Gleichrichter, um eine im Wechselstromerzeugungsabschnitt erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung gleichzurichten und die Gleichspannung auszugeben; und einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler, um die vom Gleichrichter ausgegebene Gleichspannung in eine Gleichspannung mit einem Spannungswert umzuwandeln, der sich von demjenigen der vom Gleichrichter ausgegebenen Gleichspannung unterscheidet, wobei die Stromversorgungsvorrichtung die vom Gleichrichter ausgegebene Gleichspannung in Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit des Wechselstromerzeugungsabschnitts und der Stromversorgungsmenge für einen an den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler angeschlossenen elektrischen Verbraucher größer einstellt als die vom Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler ausgegebene Gleichspannung, die vom Gleichrichter ausgegebene Gleichspannung unter Verwendung des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers heruntertransformiert und die heruntertransformierte Gleichspannung ausgibt.
  • WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Bei der Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler auf der Ausgangsseite des Gleichrichters vorgesehen, um eine im Wechselstromerzeugungsabschnitt erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung gleichzurichten und die Gleichspannung auszugeben. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromerzeugungsabschnitts gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, gibt der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler die Ausgangsspannung des Gleichrichters über den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler direkt über einen Nebenschluss aus.
  • Zusätzlich wird, wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromerzeugungsabschnitts gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, falls die Strommenge groß ist, die der elektrische Verbraucher benötigt, die Ausgangsspannung des Gleichrichters größer eingestellt als die Ausgangsspannung des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers, und wird heruntertransformiert und unter Verwendung des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers ausgegeben. Ist andererseits die benötigte Strommenge gering, wird die Ausgangsspannung des Gleichrichters über den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler direkt über einen Nebenschluss ausgegeben.
  • Somit gibt die Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung mit der von dem elektrischen Verbraucher benötigten Strommenge die Ausgangsspannung des Gleichrichters direkt aus oder wandelt die Ausgangsspannung in eine heruntertransformierte Spannung um und gibt die heruntertransformierte Spannung aus. Deshalb kann, wenn die Drehgeschwindigkeit gleich oder kleiner als ein bestimmter Wert ist, die gleiche Ausgangsleistung wie im herkömmlichen Fall erzielt werden, und wenn die Drehgeschwindigkeit gleich oder größer als ein bestimmter Wert ist, kann eine größere Ausgangsleistung als im herkömmlichen Fall erzielt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Aufbauschema, das eine Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in ihrer Gänze zeigt.
  • 2 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 1 zeigt.
  • 3 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Verhältnis der Drehgeschwindigkeit und der Ausgangsleistung eines Wechselstromgenerators der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 1 zur Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators zeigt.
  • 4 ist ein Aufbauschema, das eine Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung in ihrer Gänze zeigt.
  • 5 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 2 zeigt.
  • 6 ist ein Zeitvorgabeschema, das Wellenformen von Strömen, die in MOSFETs fließen, die im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 2 enthalten sind, und Wellenformen von Gate-Treibersignalen für die MOSFETs zeigt.
  • 7 ist ein Kennliniendiagramm, das ein Verhältnis der Drehgeschwindigkeit und der Ausgangsleistung eines Wechselstromgenerators der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 2 zur Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators zeigt.
  • 8 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 9 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 10 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist ein Schema, das ein Verhältnis der Drehgeschwindigkeit und der Ausgangsleistung eines Wechselstromgenerators der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 5 zur Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators zeigt.
  • 12 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Wechselstromgenerators der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 16 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Wechselstromgenerators der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 17 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Wechselstromgenerators der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 11 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • BESTE ART UND WEISE ZUR UMSETZUNG DER ERFINDUNG
  • Ausführungsform 1
  • 1 ist ein Aufbauschema, das eine Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung in ihrer Gänze zeigt, und 2 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung zeigt.
  • In der Ausführungsform 1 wird eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug als Beispiel beschrieben. Die Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 1 umfasst einen Wechselstromgenerator 100 wie etwa einen Drehstromgenerator, einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 und eine Steuerschaltung 300 zum Steuern des Wechselstromgenerators 100 und des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201. Ein Rotor des Wechselstromgenerators 100 ist über einen Riemen oder ein Zahnrad mechanisch an eine (nicht gezeigte) Dreheinheit einer Kraftmaschine 400 des Fahrzeugs angeschlossen. Ausgangsspannungsanschlüsse VxH und VxL des Wechselstromgenerators 100 sind an Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 angeschlossen. Eine Batterie und verschiedene elektrische Verbraucher, die nicht gezeigt sind, sind an Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 angeschlossen.
  • Eine Spannung V1 des Ausgangsspannungsanschlusses VxH des Wechselstromgenerators 100 und eine Spannung V2 des Ausgangsspannungsanschlusses VbH des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 werden in die Steuerschaltung 300 eingegeben. Dabei gibt die Steuerschaltung 300 ein Gate-Treibersignal Gate-K an den Wechselstromgenerator 100 und ein Gate-Treibersignal Gate-0 an den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 aus.
  • Als Nächstes wird ein Aufbau des Wechselstromgenerators 100 beschrieben.
  • Der Wechselstromgenerator 100 umfasst einen Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt 110, einen Gleichrichter 120 und eine Feldeinstellschaltung 130. Der Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt 110 umfasst einen Rotor mit einer Feldwicklung KCL und einen Stator mit U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Stator-Wicklungen UCL, VCL und WCL, die um einen äußeren Umfangsabschnitt des Rotors vorhanden sind.
  • Der Gleichrichter 120 ist eine Diodenbrückenschaltung, um eine Vollwellengleichrichtung durchzuführen, und umfasst Dioden DUH, DUL, DVH, DVL, DWH und DWL. In diesem Fall sind die Kathodenanschlüsse der Dioden DUH, DVH und DWH an den Ausgangsspannungsanschluss VxH angeschlossen, und die Anodenanschlüsse der Dioden DUL, DVL und DWL sind an den Ausgangsspannungsanschluss VxL angeschlossen. Die Anode der Diode DUH und die Kathode der Diode DUL sind aneinander angeschlossen, und der Anschlusspunkt zwischen diesen ist an ein Ende der U-Phasen-Wicklung UCL des Stators angeschlossen. Die Anode der Diode DVH und die Kathode der Diode DVL sind aneinander angeschlossen, und der Anschlusspunkt zwischen diesen ist an ein Ende der V-Phasen-Wicklung VCL des Stators angeschlossen. Die Anode der Diode DWH und die Kathode der Diode DWL sind aneinander angeschlossen, und der Anschlusspunkt zwischen diesen ist an ein Ende der W-Phasen-Wicklung WCL des Stators angeschlossen.
  • Die Feldeinstellschaltung 130 umfasst einen MOSFET (MOS-K) und eine Diode DK. Ein Ende der Feldwicklung KCL ist an den Kathodenanschluss der Diode DK und auch an den Ausgangsspannungsanschluss VxH angeschlossen. Das andere Ende der Feldwicklung KCL ist an den Anschlusspunkt zwischen dem Anodenanschluss der Diode DK und dem Drain-Anschluss des MOSFETs (MOS-K) angeschlossen. Der Source-Anschluss des MOSFETs (MOS-K) ist an Masse gelegt und der Gate-Anschluss ist an die Steuerschaltung 300 angeschlosse.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Wechselstromgenerators 100 beschrieben.
  • Die Steuerschaltung 300 stellt ein Tastverhältnis des Gate-Treibersignals Gate-K so ein, dass die erfasste Spannung V1 eine Sollspannung ist, die der Stromzufuhrmenge zu einem elektrischen Verbraucher entspricht, und steuert den MOSFET (MOS-K) unter Verwendung des eingestellten Gate-Treibersignals Gate-K an. Das heißt, wenn die erfasste Spannung V1 niedriger ist als die Sollspannung, wird das Gate-Treibersignal Gate-K von der Steuerschaltung 300 so eingestellt, dass das Tastverhältnis größer wird, und wenn die erfasste Spannung V1 höher ist als die Sollspannung, wird das Gate-Treibersignal Gate-K von der Steuerschaltung 300 so eingestellt, dass das Tastverhältnis kleiner wird.
  • Wenn der Schaltbetrieb des MOSFETs (MOS-K) wie vorstehend beschrieben gesteuert wird, wird die Menge eines in der Feldwicklung KCL fließenden Stroms und die Menge eines durch den Rotor, der über die Feldwicklung KCL verfügt, erzeugten Magnetflusses gesteuert. Wechselspannungen (AC-Leistungen), die in den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Statorwicklungen UCL, VCL und WCL induziert werden, variieren je nach der Menge des durch den Rotor erzeugten Magnetflusses. Darüber hinaus werden die induzierten U-Phasen-, V-Phasen und W-Phasen-Wechselspannungen vom Gleichrichter 120 in Gleichspannungen (DC-Leistungen) umgewandelt, und die Gleichspannungen werden über die Ausgangsspannungsanschlüsse VxH und VxL des Wechselstromgenerators 100 als Spannung V1 ausgegeben. Somit erzeugt der Wechselstromgenerator 100, da die Steuerschaltung 300 einen in der Feldwicklung KCL fließenden Feldstrom so steuert, dass die Spannung V1 eine Sollspannung ist, die vorbestimmte Spannung V1 so, dass eine erzeugte Leistung konstant gesteuert wird.
  • Als Nächstes wird ein Aufbau des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 beschrieben.
  • Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 ist dasselbe wie eine allgemeine heruntertransformierende, nicht isolierte Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlerschaltung, wie sie in 2 gezeigt ist (siehe z. B. "Power Electronics Circuit", Ohmsha, Ltd. S. 245–265, 2000, herausgegeben von Semiconductor Power Conversion System Investigation Expert Committee in the Institute of Electrical Engineers of Japan).
  • Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 umfasst einen MOSFET (MOS-0) als Schaltvorrichtung, eine Diode D0, eine Drosselspule Lc und zwei Glättungskondensatoren Ci und Co. Die Speichermenge und die Entladungsmenge einer Magnetenergie der Drosselspule Lc werden auf Grundlage einer EIN/AUS-Steuerung des MOSFETs (MOS-0) in Übereinstimmung mit Schaltintervallen der EIN/AUS-Steuerung gesteuert. Der Drain-Anschluss des MOSFETs (MOS-0) ist an den Eingangsspannungsanschluss VaH und einen ersten Anschluss des Glättungskondensators Ci angeschlossen. Der Source-Anschluss des MOSFETs (MOS-0) ist an den Kathodenanschluss der Diode D0 und einen ersten Anschluss der Drosselspule Lc angeschlossen. Der Anodenanschluss der Diode D0 ist an den Eingangsspannungsanschluss VaL, den Ausgangsspannungsanschluss VbL, einen zweiten Anschluss des Glättungskondensators Ci und einen zweiten Anschluss des Glättungskondensators Co angeschlossen. Ein zweiter Anschluss der Drosselspule Lc ist an den Ausgangsspannungsanschluss VbH und einen ersten Anschluss des Glättungskondensators Co angeschlossen. Das Gate-Treibersignal Gate-0 wird aus der Steuerschaltung 300 in den Gate-Anschluss des MOSFETs (MOS-0) eingegeben.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 beschrieben.
  • Die Steuerschaltung 300 erfasst die Spannung V2 des Ausgangsspannungsanschlusses VbH. Dann vergleicht die Steuerschaltung 300 die erfasste Spannung V2 mit einer Sollspannung (in diesem Fall 14 V) und bestimmt dabei ein Tastverhältnis des Gate-Treibersignals Gate-0, das in den Gate-Anschluss des MOSFETs (MOS-0) eingegeben werden soll. Falls die erfasste Spannung V2 niedriger ist als die Sollspannung, stellt die Steuerschaltung 300 das Gate-Treibersignal Gate-0 so ein, dass das Tastverhältnis größer wird, und falls die erfasste Spannung V2 höher ist als die Sollspannung, stellt die Steuerschaltung 300 das Gate-Treibersignal Gate-0 so ein, dass das Tastverhältnis kleiner wird.
  • Auf diese Weise verändert die Steuerschaltung 300 wie vorstehend beschrieben das Tastverhältnis des Gate-Treibersignals Gate-0 für den MOSFET (MOS-0) und dabei vollzieht der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 eine Abwärtstransformationseinstellung für die Spannung V1, die über die Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL eingegeben wird, und gibt die sich ergebende Spannung als Spannung V2 über die Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL aus. Dabei wird die Spannung V2 auf 14 V eingestellt. Das vorstehende Funktionsprinzip des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 ist wie in der vorstehenden Patentschrift beschrieben.
  • Als Nächstes wird der Gesamtbetrieb der Stromversorgungsvorrichtung beschrieben, die den Wechselstromgenerator 100, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 und die Steuerschaltung 300 umfasst.
  • Zuerst wird eine Ausgangskennlinie des Wechselstromgenerators 100 beschrieben.
  • Wenn ein Strom in der Feldwicklung KCL konstant ist, nimmt die Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators 100 mit einer Zunahme der Drehgeschwindigkeit des Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitts 110 zu. Aufgrund der Zunahme bei der Ausgangsleistung nehmen jedoch Ströme in den Statorwicklungen UCL, VCL und WCL zu und im Ergebnis erzeugt der Generator 100 Wärme. Die Menge der Wärmeerzeugung durch den Generator 100 muss im Hinblick auf Zuverlässigkeit und Sicherheit der Vorrichtung gleich einem bestimmten Wert oder kleiner als ein bestimmter Wert gehalten werden. Deshalb wird ein Strom in der Feldwicklung KCL durch die Feldeinstellschaltung 130 eingestellt, und dadurch wird die Ausgangsleistung (der Ausgangsstrom) des Wechselstromgenerators 100 eingestellt. Zusätzlich wird, weil die Menge der Wärmeerzeugung von einem Strom abhängt, eine hohe Leistung durch Erhöhung der Ausgangsspannung erzielt, ohne den Ausgangsstrom zu verändern.
  • 3 zeigt ein Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Ausgangsleistung in den Fällen, in denen die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 zum Beispiel 14 V, 21 V und 28 V beträgt. Wie in 3 gezeigt ist, stellt α die Drehgeschwindigkeit am Schnittpunkt einer Ausgangskennlinie (durchgezogene Linie) für 14 V und einer Ausgangskennlinie (strichpunktierte Linie) für 21 V dar, und β stellt die Drehgeschwindigkeit am Schnittpunkt der Ausgangskennlinie (strichpunktierte Linie) für 21 V und einer Ausgangskennlinie (Strichlinie) für 28 V dar. Wie aus 3 zu sehen ist, kann in einem Bereich R1, in dem die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators gleich oder kleiner als α ist, eine große Leistung ausgegeben werden, indem die Ausgangsspannung auf 14 V eingestellt wird. In einem Bereich R2, in dem die Drehgeschwindigkeit größer als α und kleiner als β ist, kann eine große Leistung ausgegeben werden, indem die Ausgangsspannung auf 21 V eingestellt wird. In einem Bereich R3, in dem die Drehgeschwindigkeit gleich oder größer als β ist, kann eine große Leistung ausgegeben werden, indem die Ausgangsspannung auf 28 V eingestellt wird.
  • Hier bestimmt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 100 in 3 a(α < a < β) ist, eine nicht gezeigte übergeordnete Steuereinheit eine erforderliche Stromzufuhrmenge (Stromerzeugungsmenge) und gibt einen Befehl mit einem Spannungseinstellwert, der der erforderlichen Stromzufuhrmenge entspricht, an die Steuerschaltung 300 aus. In dem Fall, in dem der Spannungsbefehl 14 V angibt, d. h. im Falle, dass die Stromerzeugungsmenge nicht wie vorstehend beschrieben erhöht zu werden braucht, veranlasst die Steuerschaltung 300 die Feldeinstellschaltung 130, einen Strom in der Feldwicklung KCL anzupassen, um die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 auf 14 V einzustellen, veranlasst, dass der MOSFET (MOS-0) im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 konstant EINgeschaltet ist, und schließt den Ausgang des Wechselstromgenerators 100 und den Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 kurz. Da der MOSFET im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 in diesem Betriebsstadium keinen Schaltbetrieb durchführt, kann die Energie mit einem niedrigen Leistungsverlust übertragen werden.
  • Hingegen stellt in dem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 100 in 3 a(α < a < β) ist und ein von der nicht gezeigten übergeordneten Steuereinheit erteilter Spannungsbefehl 21V angibt, d. h. in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge erhöht werden muss, die Steuerschaltung 300 die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 auf 21 V ein, veranlasst, dass der MOSFET (MOS-0) im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 einen wie vorstehend beschriebenen EIN/AUS-Betrieb durchführt, und vollzieht eine heruntertransformierende Leistungswandlung von 21 V auf 14 V. Zu diesem Zeitpunkt kann die Ausgangsleistung im Vergleich zur herkömmlichen Stromversorgungsvorrichtung, die nur über den Wechselstromgenerator 100 verfügt, weiter erhöht werden. Da der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 einen Schaltbetrieb durchführt, treten außerdem ein Schaltverlust des MOSFETs (MOS-0) und ein Verlust aufgrund eines Wechselstroms in der Drosselspule Lc auf. Deshalb nimmt im Vergleich zu dem vorstehenden Betrieb auf Grundlage eines 14 V angebenden Spannungsbefehls der Leistungsverlust etwas zu.
  • Wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 100 in 3 b(y < β) ist, bestimmt die nicht gezeigte übergeordnete Steuereinheit eine erforderliche Stromzufuhrmenge und gibt einen Befehl mit einem Spannungseinstellwert, der der erforderlichen Stromzufuhrmenge entspricht, an die Steuerschaltung 300 aus. In dem Fall, indem der Spannungsbefehl 14V angibt, d. h. in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge nicht erhöht zu werden braucht, stellt die Steuerschaltung 300 die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 auf 14 V ein, veranlasst, dass der MOSFET (MOS-0) im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 konstant EINgeschaltet ist, und schließt den Ausgang des Wechselstromgenerators 100 und den Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 kurz. Da der MOSFET (MOS-0) im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler in diesem Betriebsstadium keinen Schaltbetrieb durchführt, kann die Energie mit einem niedrigen Leistungsverlust übertragen werden.
  • Hingegen stellt in dem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 100 in 3 b(y < β) ist und ein von der nicht gezeigten übergeordneten Steuereinheit erteilter Spannungsbefehl 21 V angibt, d. h. in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge erhöht werden muss, die Steuerschaltung 300 die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 auf 21 V ein, veranlasst, dass der MOSFET (MOS-0) im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 einen EIN/AUS-Betrieb durchführt, und vollzieht dabei eine heruntertransformierende Leistungswandlung von 21 V auf 14 V. Zusätzlich stellt in dem Fall, in dem ein von der übergeordneten Steuereinheit erteilter Spannungsbefehl 28 V angibt, d. h. in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge weiter erhöht werden muss, die Steuerschaltung 300 die Ausgangsspannung der Wechselstromgenerators 100 auf 28 V ein, veranlasst, dass der MOSFET (MOS-0) im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 einen EIN/AUS-Betrieb durchführt, und vollzieht dabei eine heruntertransformierende Leistungsumwandlung von 28 V auf 14 V. Es ist anzumerken, dass in dem Fall, in dem eine Abwärtstransformation von 28 V auf 14 V durchgeführt wird, das Tastverhältnis des Gate-Treibersignals Gate-0 auf einen kleineren Wert eingestellt wird als in dem Fall, in dem eine Abwärtstransformation von 21 V auf 14 V erfolgt.
  • Auf diese Weise kann die Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 1 die Ausgangsleistung im Vergleich zu der herkömmlichen Stromversorgungsvorrichtung, die nur über den Wechselstromgenerator 100 verfügt, weiter erhöhen. Es ist anzumerken, dass, da der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 einen Schaltbetrieb durchführt, ein Schaltverlust des MOSFETs (MOS-0) und ein Verlust aufgrund eines Wechselstroms in der Drosselspule Lc auftreten. Deshalb nimmt im Vergleich zu dem vorstehenden Betrieb auf Grundlage eines 14 V angebenden Spannungsbefehls der Leistungsverlust etwas zu.
  • Bei Automobilen beträgt die Drehgeschwindigkeit der Kraftmaschine im Normalgebrauch zum Beispiel für gewöhnlich 1000 U/min bis 3000 U/min. Indem das Verhältnis von Zahnrädern, die den Rotor des Wechselstromgenerators 100 und den Drehabschnitt der Kraftmaschine verbinden, so eingestellt wird, dass die in 3 gezeigte Kennlinie erhalten wird, kann eine gewünschte Ausgangsleistung erzielt werden.
  • Ausführungsform 2
  • 4 ist ein Aufbauschema, das eine Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 2 in ihrer Gänze zeigt, und 5 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung zeigt. Bauteile, die den in 1 und 2 gezeigten entsprechen oder dieselben sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In der Ausführungsform 2 ist die Anschlussart zwischen dem Wechselstromgenerator 100, einem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 und der Kraftmaschine 400 dieselbe wie in der Ausführungsform 1, aber ein Schaltungsaufbau des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 und eine Anschlussart an die Steuerschaltung 300 unterscheiden sich vom dem-/derjenigen der Ausführungsform 1.
  • Die Steuerschaltung 300 gibt das Gate-Treibersignal Gate-K an die Feldeinstellschaltung 130 des Wechselstromgenerators 100 aus, und gibt vier Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-2H an den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 aus. Die Spannung V2 des Ausgangsspannungsanschlusses VbH des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 wird in die Steuerschaltung 300 eingegeben. Jedoch wird im Gegensatz zur Ausführungsform 1 die Spannung V1 des Ausgangsspannungsanschlusses VxH des Wechselstromgenerators 100 nicht in die Steuerschaltung 300 eingegeben.
  • Als Nächstes wird der Schaltungsaufbau des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 beschrieben.
  • Wie in 5 gezeigt ist, umfasst der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 Schaltungen A1 und A2 zwischen: den Eingangsspannungsanschlüssen VaH und VaL; und den Ausgangsspannungsanschlüssen VbH und VbL. Die Schaltung A1 umfasst: eine Reiheneinheit mit zwei miteinander in Reihe geschalteten MOSFETs (MOS-1L und MOS-1H), bei denen es sich um eine niederspannungsseitige Schaltvorrichtung bzw. eine hochspannungsseitige Schaltvorrichtung handelt; und einen Glättungskondensator Cs1, der zur Reiheneinheit parallelgeschaltet ist. Die Schaltung A2 umfasst: eine Reiheneinheit mit zwei miteinander in Reihe geschalteten MOSFETs (MOS-2L und MOS-2H), bei denen es sich um eine niederspannungsseitige Schaltvorrichtung bzw. eine hochspannungsseitige Schaltvorrichtung handelt; und einen Glättungskondensator Cs2, der zur Reiheneinheit parallelgeschaltet ist. Darüber hinaus sind die Schaltungen A1 und A2 in Reihe geschaltet, um zwei Stufen zu bilden. Wie später noch beschrieben wird, wird von den beiden Schaltungen A1 und A2 die erste Schaltung A1 dazu veranlasst, als Gleichrichterschaltung zu wirken, und die zweite Schaltung A2 wird dazu veranlasst, als Treiberwechselrichterschaltung zu wirken.
  • Ein Anschlusspunkt zwischen den MOSFETs (MOS-1L und MOS-1H) in der Schaltung A1 und ein Anschlusspunkt zwischen den MOSFETs (MOS-2L und MOS-2H) in der Schaltung A2 sind als Zwischenanschlüsse angesetzt. Eine LC-Reiheneinheit LC12, die einen Kondensator Cr und eine damit in Reihe geschaltete Drosselspule Lr zur Übertragung von Energie umfasst, ist an die Zwischenanschlüsse der ersten und zweiten Schaltung A1 und A2 angeschlossen. Es ist anzumerken, dass es sich bei jedem MOSFET um einen Leistungs-MOSFET mit einer parasitären Diode handelt, die zwischen der Source und dem Drain ausgebildet ist. Es ist anzumerken, dass jeder MOSFET durch einen Schalter gebildet sein kann, der anstelle von Silicium aus anderen Materialien hergestellt sein kann, wie etwa Siliciumcarbid oder Galliumnitrid.
  • Ein spezifischer Anschlusszustand ist wie folgt. Ein niederspannungsseitiger Anschluss des Glättungskondensators Cs1 ist an den Ausgangsspannungsanschluss VbL und den Eingangsspannungsanschluss VaL angeschlossen. Ein hochspannungsseitiger Anschluss des Glättungskondensators Cs1 ist an den Ausgangsspannungsanschluss VbH und einen niederspannungsseitigen Anschluss des Glättungskondensators Cs2 angeschlossen. Ein hochspannungsseitiger Anschluss des Glättungskondensators Cs2 ist an den Eingangsspannungsanschluss VaH angeschlossen. Der Source-Anschluss des MOS-1L ist an den Eingangsspannungsanschluss VaL und den Ausgangsspannungsanschluss VbL angeschlossen. Der Drain-Anschluss des MOS-1H und der Source-Anschluss des MOS-2L sind an den hochspannungsseitigen Anschluss des Glättungskondensators Cs1 angeschlossen. Der Drain-Anschluss des MOS-2H ist an den hochspannungsseitigen Anschluss des Glättungskondensators Cs2 angeschlossen. Ein Ende der LC-Reiheneinheit LC12 ist an den Anschlusspunkt zwischen dem MOS-1L und dem MOS-1H angeschlossen, und das andere Ende ist an den Anschlusspunkt zwischen dem MOS-2L und dem MOS-2H angeschlossen.
  • Darüber hinaus liefert die Steuerschaltung 300 den Gate-Anschlüssen der MOSFETs (MOS-1L bis MOS-2H) die vier Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-2H. In diesem Fall sind die Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-2H Spannungssignale, deren Referenzspannungen die Source-Anschlussspannungen der jeweiligen MOSFETs sind. Zusätzlich erfolgen Gate-Ansteuerungen durch das Gate-1L und Gate-2L zur selben Zeitvorgabe, und Gate-Ansteuerungen durch das Gate-1H und Gate-2H erfolgen zur selben Zeitvorgabe.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 beschrieben.
  • Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 transformiert die Spannung V1, die über die Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL eingegeben wurde, zur Spannung V2 (14 V) herunter, die ca. ½ so hoch ist wie die Spannung V1, und gibt die Spannung V2 über die Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL aus.
  • In dem obigen Abwärtstransformierungsvorgang werden die Schaltungen A1 und A2 durch die Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-2H aus der Steuerschaltung 300 angesteuert. Dann wirkt die zweite Schaltung A2 wie vorstehend beschrieben als Treiberwechselrichterschaltung, und die erste Schaltung A1 wirkt als Gleichrichterschaltung, um einen Strom, der durch die Treiberwechselrichterschaltung angesteuert wird, gleichzurichten und Energie zur Niederspannungsseite zu übertragen.
  • 6 ist ein Zeitablaufschema, das ein Verhältnis der Gate-Treibersignale für die hochspannungsseitigen MOSFETs und die niederspannungsseitigen MOSFETs zu Strömen zeigt, die in den hochspannungsseitigen MOSFETs (MOS-2H und MOS-1H) der Treiberwechselrichterschaltung A2 und der Gleichrichterschaltung A1 und in den niederspannungsseitigen MOSFETs (MOS-2L und MOS-1L) der Treiberwechselrichterschaltung A2 und der Gleichrichterschaltung A1 fließen.
  • In der Treiberwechselrichterschaltung A2 fließt ein Strom vom Drain zur Source jedes der MOSFETs (MOS-2H und MOS-2L), und in der Gleichrichterschaltung A1 fließt ein Strom von der Source zum Drain jedes der MOSFETs (MOS-1H und MOS-1L). Jeder der MOSFETs wird EINgeschaltet, wenn das Gate-Treibersignal eine hohe Spannung hat. Wenn in diesem Fall eine Resonanzperiode der LC-Reiheneinheit LC, die die Drosselspule Lr und den Kondensator Cr umfasst, durch T dargestellt wird, ist das Gate-Treibersignal ein EIN/AUS-Signal, dessen Tastverhältnis ca. 50% beträgt.
  • Wenn hier die beiden MOSFETs MOS-2H und MOS-1H, bei denen es sich um die hochspannungsseitigen MOSFETs der Schaltungen A2 und A1 handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-2H bzw. Gate-1H für die hochspannungsseitigen MOSFETs EINgeschaltet werden, wird ein Teil der im Glättungskondensator Cs2 gespeicherten Energie wegen einer Spannungsdifferenz entsprechend dem folgenden Weg zum Kondensator Cr übertragen: Cs2 → MOS-2H → Cr → Lr → MOS-1H
  • Als Nächstes wird, wenn die beiden MOSFETs MOS-2L und MOS-1L, bei denen es sich um die niederspannungsseitigen MOSFETs der Schaltungen A2 und A1 handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-2L bzw. Gate-1L für die niederspannungsseitigen MOS-FETs EINgeschaltet werden, die im Kondensator Cr gespeicherte Energie wegen einer Spannungsdifferenz entsprechend dem folgenden Weg zum Glättungskondensator Cs1 übertragen: Cr → MOS-2L → Cs1 → MOS-1L → Lr
  • Auf diese Weise wird Energie durch Aufladen und Entladen des Kondensators Cr vom Glättungskondensator Cs2 zum Glättungskondensator Cs1 übertragen. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 transformiert dann die Spannung V1, die über die Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL eingegeben wurde, zur Spannung V2 (14 V) herunter, die ca. ½ so hoch ist wie die Spannung V1, und gibt die Spannung V2 über die Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL aus. Es ist anzumerken, dass, da die Leistung der eingegebenen Spannung V1 als Leistung der Spannung V2 übertragen wird, zu der die Spannung V1 heruntertransformiert wurde, die Spannung V1 etwas höher ist als 28 V, wobei es sich um das Doppelte der Ausgangsspannung V2 (14 V) handelt.
  • Da im vorstehenden Betrieb die Drosselspule Lr mit dem Kondensator Cr in Reihe geschaltet ist, um die LC-Reiheneinheit LC zu bilden, erfolgt die vorstehende Energieübertragung unter Verwendung eines Resonanzphänomens, und es entsteht kein Übergangsverlust, wenn sich die Zustände der Schaltvorrichtungen verändern (EIN ← AUS). Deshalb kann eine große Energiemenge wirkungsvoll übertragen werden. Da zusätzlich in der Ausführungsform 2 MOSFETs als Schaltvorrichtungen der Schaltung A1 verwendet werden, die als Gleichrichterschaltung wirkt, kann im Vergleich zu dem Fall, in dem Dioden als Schaltvorrichtungen verwendet werden, ein Leitungsverlust reduziert und der Wirkungsgrad der Energieumwandlung verbessert werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist in der Ausführungsform 2 der Leistungsverlust des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers geringer als derjenige in der Ausführungsform 1 und ist somit im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Energieumwandlung hervorragend. Deshalb kann die Größe eines Wärmestrahlers zum Kühlen einer Schaltung verkleinert werden. Da zusätzlich kein Übergangsverlust beim Schalten der Schaltvorrichtungen entsteht, können die Schaltfrequenzen auf hohe Werte eingestellt werden. Im Ergebnis kann die Resonanzfrequenz der LC-Reiheneinheit erhöht werden, und sowohl die Induktivität als auch Kapazität der Drosselspule Lr und des Kondensators Cr können zur Übertragung von Energie auf geringe Werte eingestellt werden. Dementsprechend sind auch die Größen dieser Schaltungsbauteile klein. Deshalb kann in der Ausführungsform 2 die Gesamtgröße des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers signifikant verkleinert werden.
  • Anzumerken ist, dass, obwohl im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler der Ausführungsform 2 die Schaltung A1, die als Gleichrichterschaltung wirkt, durch MOSFETs gebildet ist, die Schaltung A1 denselben Betrieb auch dann bewerkstelligen kann, wenn die Schaltung A1 durch Dioden gebildet ist. Obwohl bei einer Diode der Leistungsverlust etwas zunimmt und der Wirkungsgrad etwas schlechter ist, weil ein beim Leiten über eine Diode verursachter Spannungsabfall groß ist, besteht insofern ein Vorteil, als eine Schaltvorrichtung zum Ansteuern des Gate-Anschlusses eines MOSFETs nicht nötig ist.
  • Obwohl zusätzlich im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler der Ausführungsform 2 die LC-Reiheneinheit, die die Drosselspule Lr und den Kondensator Cr umfasst, als Vorrichtung zum Übertragen von Energie verwendet wird, kann auch der Kondensator Cr allein denselben Funktionsablauf erzielen. In diesem Fall nimmt jedoch die Menge an übertragener Energie ab und der Effektivwert eines in der Schaltung fließenden Stroms wird höher. Deshalb nimmt der Leistungsverlust zu und der Wirkungsgrad der Energieumwandlung ist etwas schlechter.
  • Als Nächstes wird der Gesamtbetrieb der Stromversorgungsvorrichtung beschrieben, die den Wechselstromgenerator 100, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 und die Steuerschaltung 300 der Ausführungsform 2 umfasst.
  • 7 zeigt ein Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Ausgangsleistung in den Fällen, in denen die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 zum Beispiel 14 V und 28 V beträgt. Wie in 7 gezeigt ist, stellt y die Drehgeschwindigkeit am Schnittpunkt einer Ausgangskennlinie (durchgezogene Linie) für 14 V und einer Ausgangskennlinie (Strichlinie) für 28 V dar. Wie aus 7 ersichtlich ist, kann in einem Bereich R1, in dem die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators gleich oder kleiner als γ ist, eine große Leistung ausgegeben werden, indem die Ausgangsspannung auf 14 V eingestellt wird. Dabei kann in einem Bereich R2, in dem die Drehgeschwindigkeit gleich oder größer als γ ist, eine große Leistung ausgegeben werden, indem die Ausgangsspannung auf 28 V eingestellt wird.
  • Wenn hier zum Beispiel die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 100 in 7 c(γ < c) ist, bestimmt die nicht gezeigte übergeordnete Steuereinheit eine erforderliche Stromzufuhrmenge (Stromerzeugungsmenge) und gibt einen Befehl mit einem Spannungseinstellwert, der der erforderlichen Stromzufuhrmenge entspricht, an die Steuerschaltung 300 aus. In dem Fall, in dem der Spannungsbefehl 14V angibt, d. h. in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge nicht erhöht zu werden braucht, veranlasst die Steuerschaltung 300, dass die MOSFETs (MOS-2H und MOS-2L) der zweiten Schaltung A2 im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 konstant EINgeschaltet sind, dass die MOSFETs (MOS-1H, oder MOS-1H und MOS-1L) der ersten Schaltung A1 im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 konstant AUSgeschaltet sind und schließt den Wechselstromgenerator 100 und den Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 kurz. Dann veranlasst die Steuerschaltung 300 in diesem Zustand, wie in Ausführungsform 1 beschrieben, dass die Feldeinstellschaltung 130 des Wechselstromgenerators 100 einen Strom in der Feldwicklung KCL anpasst und stellt dadurch die Ausgangsspannung (V2) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 auf 14 V ein. Da in diesem Betriebsstadium kein Hochfrequenzstrom im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 fließt, kann die Energie mit einem niedrigen Leistungsverlust übertragen werden.
  • In dem Fall hingegen, in dem ein der Steuerschaltung 300 durch die nicht gezeigte übergeordnete Steuereinheit erteilter Spannungsbefehl 28 V angibt, d. h. in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge erhöht werden muss, führt die Steuerschaltung 300 wie vorstehend beschrieben eine EIN/AUS-Steuerung für die MOSFETs im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 in Übereinstimmung mit der LC-Resonanzperiode T durch und erhält ein Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung V2 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 und der Ausgangsspannung V1 des Wechselstromgenerators 100 so aufrecht, dass V1 = 2 × V2 erfüllt ist. Als Nächstes veranlasst die Steuerschaltung 300 die Feldeinstellschaltung 130 des Wechselstromgenerators 100, einen Strom in der Feldwicklung KCL anzupassen und stellt dadurch die Ausgangsspannung (V2) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 auf 14 V ein. Dabei handelt es sich bei der Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 um einen etwas höheren Wert als 28 V, was zweimal so hoch ist wie 14 V.
  • Es ist anzumerken, dass auch in dem Fall, in dem die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 100 gleich oder kleiner als γ ist, die Steuerschaltung 300 veranlasst, dass die MOSFETs (MOS-2H und MOS-2L) der zweiten Schaltung A2 im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 konstant EINgeschaltet sind, dass die MOSFETs (MOS-1H, oder MOS-1H und MOS-1L) der ersten Schaltung A1 im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 konstant AUSgeschaltet sind, und schließt den Ausgang des Wechselstromgenerators 100 und den Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 kurz.
  • Auch die Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 2 kann im Vergleich zur herkömmlichen Stromversorgungsvorrichtung, die nur über den Wechselstromgenerator 100 verfügt, die Ausgangsspannung weiter erhöhen. Da dabei ein Hochfrequenzstrom im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 fließt, nimmt der Leistungsverlust im Vergleich zu demjenigen beim vorstehenden Betrieb auf Grundlage eines 14 V angebenden Spannungsbefehls zu. Der Leistungsverlust ist jedoch geringer als derjenige in der Ausführungsform 1, weil der Wirkungsgrad der Energieumwandlung des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 hoch ist.
  • Zusätzlich wählt in der Ausführungsform 2 der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 entweder nur den Kurzschlussbetrieb oder die EIN/AUS-Steuerung, und der Wechselstromgenerator 100 steuert nur die Ausgangsspannung V2 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 202 konstant auf einen vorbestimmten Wert von 14 V. Auf diese Weise wird die Spannungssteuerung der Stromversorgungsvorrichtung im Vergleich zu derjenigen von Ausführungsform 1 vereinfacht. Darüber hinaus ist aufgrund der Vereinfachung des Verfahrens der Steuerung die Steuerschaltung 300 vereinfacht und es kann eine Verkleinerung und Kostensenkung der Steuerschaltung 300 erzielt werden.
  • Bei Automobilen beträgt die Drehgeschwindigkeit der Kraftmaschine im Normalgebrauch zum Beispiel für gewöhnlich 1000 U/min bis 3000 U/min. Indem auch in diesem Fall das Verhältnis von Zahnrädern, die den Rotor des Wechselstromgenerators 100 und den Drehabschnitt der Kraftmaschine verbinden, so eingestellt wird, dass die in 7 gezeigte Kennlinie erhalten wird, kann eine gewünschte Ausgangsleistung erzielt werden.
  • Ausführungsform 3
  • 8 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers einer Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bauteile, die den in 5 gezeigten Bauteilen der Ausführungsform 2 entsprechen oder dieselben sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 3 unterscheidet sich nur in einem Aufbau des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 203 von derjenigen der Ausführungsform 2. Und zwar ist die Drosselspule Lr im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 203 zur Energieübertragung zwischen Anschlusspunkten zwischen den Schaltungen A1 und A2 vorgesehen. Das heißt, die Drosselspule Lr ist vorgesehen zwischen: dem Anschlusspunkt zwischen dem Drain-Anschluss des MOSFETs (MOS-1H) der Schaltung A1 und dem Source-Anschluss des MOS-2L der Schaltung A2; und dem Anschlusspunkt zwischen den Glättungskondensatoren Cs1 und Cs2. Da der Aufbau mit Ausnahme der Anschlussstelle der Drosselspule Lr derselbe ist wie derjenige (5) in der Ausführungsform 2, wird dessen detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 203 beschrieben.
  • Die vier Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-2H, die in die jeweiligen MOSFETs der Schaltungen A1 und A2 eingegeben werden, sind dieselben wie diejenigen in der Ausführungsform 2.
  • Wenn hier die MOSFETs MOS-2H und MOS-1H, bei denen es sich um die hochspannungsseitigen MOSFETs der Schaltungen A2 und A1 handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-2H bzw. Gate-1H für die hochspannungsseitigen MOSFETs EINgeschaltet werden, wird ein Teil der im Glättungskondensator Cs2 gespeicherten Energie wegen einer Spannungsdifferenz entsprechend dem folgenden Weg zum Kondensator Cr übertragen: Cs2 → MOS-2H → Cr → MOS-1H → Lr
  • Als Nächstes wird, wenn die beiden MOSFETs MOS-2L und MOS-1L, bei denen es sich um die niederspannungsseitigen MOSFETs der Schaltungen A2 und A1 handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-2L bzw. Gate-1L für die niederspannungsseitigen MOS-FETs EINgeschaltet werden, die im Kondensator Cr gespeicherte Energie wegen einer Spannungsdifferenz entsprechend dem folgenden Weg zum Glättungskondensator Cs1 übertragen: Cr → MOS-2L → Lr → Cs1 → MOS-1L
  • Auf diese Weise wird Energie durch Aufladen und Entladen des Kondensators Cr vom Glättungskondensator Cs2 zum Glättungskondensator Cs1 übertragen. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 203 transformiert dann die Spannung V1, die über die Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL eingegeben wurde, zur Spannung V2 (14 V) herunter, die ca. ½ so hoch ist wie die Spannung V1, und gibt die Spannung V2 über die Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL aus.
  • Der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 203 der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 3 ist im Grunde derselbe wie derjenige der Ausführungsform 2. Deshalb ist der Leistungsverlust geringer als derjenige in der Ausführungsform 1 und zusätzlich besteht wie in der Ausführungsform 2 insofern ein Vorteil, als das Verfahren der Steuerung einfach ist und eine Verkleinerung und Kostensenkung der Steuerschaltung 300 erzielt werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass, da der Gesamtbetrieb und weitere Funktionen und Wirkungen der Stromversorgungsvorrichtung, die den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 203 umfasst, dieselben wie in der Ausführungsform 2 sind, deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Ausführungsform 4
  • 9 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bauteile, die den in 5 gezeigten Bauteilen der Ausführungsform 2 entsprechen oder dieselben sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 4 unterscheidet sich nur in einem Aufbau des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 204 von derjenigen der Ausführungsform 2 bzw. 3. Und zwar ist in der Ausführungsform 4 der Glättungskondensator Cs2 der Schaltung A2, die im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 204 enthalten ist, zwischen dem Eingangs-/Ausgangsspannungsanschluss VaH und VaL vorgesehen. Da der Aufbau mit Ausnahme der Anschlussstelle des Glättungskondensators Cs2 derselbe ist wie derjenige (5) der Ausführungsform 2, wird dessen detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 204 beschrieben.
  • Die vier Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-2H für die jeweiligen MOSFETs der Schaltungen A1 und A2 sind dieselben wie diejenigen in der Ausführungsform 2.
  • Wenn hier die beiden MOSFETs MOS-2H und MOS-1H, bei denen es sich um die hochspannungsseitigen MOSFETs handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-2H bzw. Gate-1H für die hochspannungsseitigen MOSFETs EINgeschaltet werden, wird ein Teil der im Glättungskondensator Cs2 gespeicherten Energie wegen einer Spannungsdifferenz entsprechend dem folgenden Weg zum Kondensator Cr übertragen: Cs2 → MOS-2H → Cr → Lr → MOS-1H → Cs1
  • Als Nächstes wird, wenn die beiden MOSFETs MOS-2L und MOS-1L, bei denen es sich um die niederspannungsseitigen MOSFETs handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-2L bzw. Gate-1L für die niederspannungsseitigen MOSFETs EINgeschaltet werden, die im Kondensator Cr gespeicherte Energie wegen einer Spannungsdifferenz entsprechend dem folgenden Weg zum Glättungskondensator Cs1 übertragen: Cr → MOS-2L → Cs1 → MOS-1L → Lr
  • Auf diese Weise wird Energie durch Aufladen und Entladen des Kondensators Cr vom Glättungskondensator Cs2 zum Glättungskondensator Cs1 übertragen. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 204 transformiert dann die Spannung V1, die über die Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL eingegeben wurde, zur Spannung V2 (14 V) herunter, die ca. ½ mal so hoch ist wie die Spannung V1, und gibt die Spannung V2 über die Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL aus.
  • Der wie vorstehend beschriebene Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 204 der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 4 ist im Grunde derselbe wie derjenige der Ausführungsform 2. Deshalb ist der Leistungsverlust geringer als derjenige in der Ausführungsform 1 und zusätzlich besteht wie in den Ausführungsformen 2 und 3 insofern ein Vorteil, als das Verfahren der Steuerung einfach ist und eine Verkleinerung und Kostensenkung der Steuerschaltung 300 erzielt werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass, da der Gesamtbetrieb und weitere Funktionen und Wirkungen der Stromversorgungsvorrichtung, die den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 204 umfasst, dieselben wie in der Ausführungsform 2 sind, deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Ausführungsform 5
  • 10 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bauteile, die den in 5 gezeigten Bauteilen der Ausführungsform 2 entsprechen oder dieselben sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 205 der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 5 umfasst zusätzlich zu den in der Ausführungsform 2 vorhandenen Bauteilen eine Schaltung A3, die von der Schaltung A1 aus auf der entgegengesetzten Seite der Schaltung A2 an die Schaltung A2 angrenzt. Ähnlich den Schaltungen A1 und A2 umfasst die Schaltung A3: eine Reiheneinheit mit zwei miteinander in Reihe geschalteten MOSFETs (MOS-3L und MOS-3H), bei denen es sich um eine niederspannungsseitige Schaltvorrichtung bzw. eine hochspannungsseitige Schaltvorrichtung handelt; und einen Glättungskondensator Cs3, der zur Reiheneinheit parallelgeschaltet ist. Darüber hinaus sind die Schaltungen A1, A2 und A3 in Reihe geschaltet, um drei Stufen zu bilden. Von den drei Schaltungen A1, A2 und A3 wird die erste Schaltung A1 dazu veranlasst, als Gleichrichterschaltung zu wirken, und die zweite Schaltung A2 und die dritte Schaltung A3 werden dazu veranlasst, als Treiberwechselrichterschaltungen zu wirken.
  • Ein Anschlusspunkt zwischen den MOSFETs (MOS-1L und MOS-1H) in der Schaltung A1, ein Anschlusspunkt zwischen den MOSFETs (MOS-2L und MOS-2H) in der Schaltung A2, und ein Anschlusspunkt zwischen den MOSFETs (MOS-3L und MOS-3H) in der Schaltung A3 sind als Zwischenanschlüsse angesetzt. Eine LC-Reiheneinheit LC12, die einen Kondensator Cr und eine damit in Reihe geschaltete Drosselspule Lr12 zur Übertragung von Energie umfasst, ist an die Zwischenanschlüsse der ersten und zweiten Schaltung A1 und A2 angeschlossen, und eine LC-Reiheneinheit LC13, die einen Kondensator Cr13 und eine damit in Reihe geschaltete Drosselspule Lr13 zur Übertragung von Energie umfasst, ist an die Zwischenanschlüsse der ersten und dritten Schaltung A1 und A3 angeschlossen. Die Resonanzperioden der LC-Reiheneinheiten LC12 und LD13 sind in diesem Fall gleich eingestellt. Es ist anzumerken, dass es sich bei jedem MOSFET um einen Leistungs-MOSFET mit einer parasitären Diode handelt, die zwischen der Source und dem Drain ausgebildet ist.
  • Die Steuerschaltung 300 liefert den Gate-Anschlüssen der MOSFETs (MOS-1L bis MOS-3H) jeweils ein Gate-Treibersignal Gate-1L bis Gate-3H. Die Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-3H sind Spannungssignale, deren Referenzspannungen die Source-Anschlussspannungen der jeweiligen MOSFETs sind. Gate-Ansteuerungen durch das Gate-1L, Gate-2L und Gate-3L erfolgen zur selben Zeitvorgabe, und Gate-Ansteuerungen durch das Gate-1H, Gate-2H und Gate-3H erfolgen zur selben Zeitvorgabe.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 beschrieben.
  • Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 205 transformiert die Spannung V1, die über die Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL eingegeben wurde, zur Spannung V2 (14 V) herunter, die ca. 1/3 so hoch ist wie die Spannung V1, und gibt die Spannung V2 über die Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL aus.
  • Der vorstehende Abwärtstransformationsvorgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 erfolgt, indem die Schaltungen A1, A2 und A3 durch die Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-3H aus der Steuerschaltung 300 angesteuert werden. In diesem Falle wirken die Schaltungen A2 und A3 wie vorstehend beschrieben als Treiberwechselrichterschaltungen, und die erste Schaltung A1 wirkt als Gleichrichterschaltung, um angetrieben durch die Treiberwechselrichterschaltungen einen Strom gleichzurichten und die Energie zur Niederspannungsseite zu übertragen.
  • Zuerst wird, wenn alle der MOSFETs MOS-3H, MOS-2H und MOS-1H, bei denen es sich um die hochspannungsseitigen MOSFETs handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-3H, Gate-2H bzw. Gate-1H für die hochspannungsseitigen MOSFETs EINgeschaltet werden, ein Teil der im Glättungskondensator Cs2 gespeicherten Energie bzw. ein Teil der im Glättungskondensator Cs3 gespeicherten Energie wegen einer Spannungsdifferenz in Übereinstimmung mit den folgenden Wegen an die Glättungskondensatoren Cr12 und Cr13 übertragen: Cs2 → Cs3 → MOS-3H → Cr13 → Lr13 → MOS-1H Cs2 → MOS-2H → Cr12 → Lr12 → MOS-1H
  • Als Nächstes wird, wenn alle der MOSFETs MOS-3L, MOS-2L und MOS-1LH, bei denen es sich um die niederspannungsseitigen MOSFETs handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-3L, Gate-2L bzw. Gate-1L für die niederspannungsseitigen MOSFETs EINgeschaltet werden, die im Kondensator Cr12 gespeicherte Energie bzw. die im Kondensator Cr13 gespeicherte Energie wegen einer Spannungsdifferenz in Übereinstimmung mit den folgenden Wegen an die Glättungsdkondensatoren Cs1 und Cs2 übertragen: Cr13 → MOS-3L → Cs2 → Cs1 → MOS-1L → Lr13 Cr12 → MOS-2L → Cs1 → MOS-1L → Lr12
  • Auf diese Weise werden die Energien durch Aufladen und Entladen der Kondensatoren Cr12 und Cr13 von den Glättungskondensatoren Cs2 und Cs3 zu den Glättungskondensatoren Cs1 und Cs2 übertragen. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 205 transformiert dann die Spannung V1, die über dessen Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL eingegeben wurde, zur Spannung V2 (14 V) herunter, die ca. 1/3 so hoch ist wie die Spannung V1, und gibt die Spannung V2 über die Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL aus. Es ist anzumerken, dass, da die Leistung der eingegebenen Spannung V1 als Leistung der Spannung V2 übertragen wird, zu der die Spannung V1 heruntertransformiert wurde, die Spannung V1 etwas höher ist als 42 V, wobei es sich um das Dreifache der Ausgangsspannung V2 (14 V) handelt.
  • Wie in den Ausführungsformen 2 bis 4 hat auch der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 5 insofern einen Vorteil, als der Leistungsverlust geringer ist als derjenige der Ausführungsform 1. Zusätzlich besteht wie in den Ausführungsformen 2 bis 4 insofern ein Vorteil, als das Verfahren der Steuerung einfach ist und eine Verkleinerung und Kostensenkung der Steuerschaltung 300 erzielt werden kann. Da darüber hinaus in der Ausführungsform 5 das Spannungsverhältnis des Ausgangs des Wechselstromgenerators 100 und des Ausgangs des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 1:3 ist, besteht insofern ein Vorteil, als die Ausgangsleistung weiter erhöht werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass, da weitere Funktionen und Wirkungen des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 der Ausführungsform 5 dieselben wie in den Ausführungsformen 2 bis 4 sind, deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Als Nächstes wird der Gesamtbetrieb der Stromversorgungsvorrichtung beschrieben, die den Wechselstromgenerator 100, den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 205 und die Steuerschaltung 300 umfasst.
  • 11 zeigt ein Verhältnis zwischen der Drehgeschwindigkeit und der Ausgangsleistung in den Fällen, in denen die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 zum Beispiel 14 V und 42 V beträgt. Wie in 11 gezeigt ist, stellt δ die Drehgeschwindigkeit am Schnittpunkt einer Ausgangskennlinie (durchgezogene Linie) für 14 V und einer Ausgangskennlinie (Strichlinie) für 42 V dar. In einem Bereich R1, in dem die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators gleich oder kleiner als δ ist, kann eine große Leistung ausgegeben werden, indem die Ausgangsspannung auf 14 V eingestellt wird. In einem Bereich R2, in dem die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators gleich oder größer als δ ist, kann eine große Leistung ausgegeben werden, indem die Ausgangsspannung auf 42 V eingestellt wird.
  • Als Nächstes wird der Betrieb beschrieben, der erfolgt, wenn die Drehgeschwindigkeit des Wechselstromgenerators 100 in 11 d(δ < d) ist.
  • Die nicht gezeigte übergeordnete Steuereinheit bestimmt eine erforderliche Stromzufuhrmenge (Stromerzeugungsmenge) und gibt einen Befehl mit einem Spannungseinstellwert, der der erforderlichen Stromzufuhrmenge entspricht, an die Steuerschaltung 300 aus. In dem Fall, in dem der Spannungsbefehl 14V angibt, d. h. in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge nicht erhöht zu werden braucht, veranlasst die Steuerschaltung 300, dass die MOSFETs MOS-3H, MOS-3L, MOS-2H und MOS-2L im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 205 konstant EINgeschaltet sind, dass die MOSFETs MOS-1H und MOS-1L im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 205 konstant AUSgeschaltet sind (oder dass nur der MOS-1H konstant AUSgeschaltet ist), und schließt den Ausgang des Wechselstromgenerators 100 und den Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 kurz. Anschließend veranlasst die Steuerschaltung 300 wie zuvor beschrieben die Feldeinstellschaltung 130 des Wechselstromgenerators 100, einen Strom in der Feldwicklung KCL anzupassen und stellt dadurch die Ausgangsspannung (V2) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 auf 14 V ein. Da in diesem Betriebsstadium kein Hochfrequenzstrom im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 205 fließt, kann die Energie mit einem geringen Leistungsverlust übertragen werden.
  • In dem Fall hingegen, in dem ein Spannungsbefehl für die Steuerschaltung 300 42 V angibt, d. h. in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge erhöht werden muss, führt die Steuerschaltung 300 wie vorstehend beschrieben eine EIN/AUS-Steuerung für die MOSFETs MOS-1L bis MOS-3H im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 205 in Übereinstimmung mit der LC-Resonanzperiode T durch und erhält ein Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung V2 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 und der Ausgangsspannung V1 des Wechselstromgenerators 100 so aufrecht, dass V1 = 3 × V2 erfüllt ist. Als Nächstes veranlasst die Steuerschaltung 300 die Feldeinstellschaltung 130 des Wechselstromgenerators 100, einen Strom in der Feldwicklung KCL anzupassen und stellt dadurch die Ausgangsspannung (V2) des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 205 auf 14 V ein. Dabei handelt es sich bei der Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 um einen etwas höheren Wert als 42 V, was dreimal so hoch ist wie 14 V.
  • Es ist anzumerken, dass in der Ausführungsform 5, selbst wenn der Glättungskondensator Cs3 aus der Schaltung A3 entfernt und wie in der Ausführungsform 4 zwischen den Eingangsspannungsanschlüssen VaH und VaL vorgesehen wird, die Stromversorgungsvorrichtung auf dieselbe Weise wirkt.
  • Da zusätzlich weitere Funktionen und Wirkungen der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 5 dieselben wie diejenigen der Ausführungsformen 2 bis 4 sind, wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Ausführungsform 6
  • 12 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers einer Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 6 der vorlegenden Erfindung zeigt. Bauteile, die der in 10 gezeigten Ausführungsform 5 entsprechen oder dieselben sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 6 unterscheidet sich von derjenigen der Ausführungsform 5 nur in einem Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 206. Im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 206 sind ein Anschlusspunkt zwischen den MOSFETs (MOS-1L und MOS-1H) in der Schaltung A1, ein Anschlusspunkt zwischen den MOSFETs (MOS-2L und MOS-2H) in der Schaltung A2 und ein Anschlusspunkt zwischen den MOSFETs (MOS-3L und MOS-3H) in der Schaltung A3 als Zwischenanschlüsse angesetzt. Die LC-Reiheneinheit LC12, die den Kondensator Cr12 und eine damit in Reihe geschaltete Drosselspule Lr12 zur Übertragung von Energie umfasst, ist an die Zwischenanschlüsse der ersten und zweiten Schaltung A1 und A2 angeschlossen, und eine LC-Reiheneinheit LC23, die einen Kondensator Cr23 und eine damit in Reihe geschaltete Drosselspule Lr23 zur Übertragung von Energie umfasst, ist an die Zwischenanschlüsse der zweiten und dritten Schaltung A2 und A3 angeschlossen. Es ist anzumerken, dass die Resonanzperioden der LC-Reiheneinheiten LC12 und LC23 dieselben sind.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 206 beschrieben.
  • Ähnlich wie die Ausführungsform 5 werden die Schaltungen A1, A2 und A3 durch die von der Steuerschaltung 300 eingegebenen sechs Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-3H angesteuert. In diesem Fall wirken die erste und dritte Schaltung A2 und A3 als Treiberwechselrichterschaltungen, und die erste Schaltung A1 wirkt als Gleichrichterschaltung, um durch die Treiberwechselrichterschaltungen angesteuert einen Strom gleichzurichten und Energie zur Niederspannungsseite zu übertragen, was auch Ausführungsform 5 ähnlich ist.
  • Zuerst wird, wenn alle der MOSFETs MOS-3H, MOS-2H und MOS-1H, bei denen es sich um die hochspannungsseitigen MOSFETs handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-3H, Gate-2H bzw. Gate-1H für die hochspannungsseitigen MOSFETs EINgeschaltet werden, ein Teil der im Glättungskondensator Cs2 gespeicherten Energie bzw. ein Teil der im Glättungskondensator Cs3 gespeicherten Energie wegen einer Spannungsdifferenz in Übereinstimmung mit den folgenden Wegen an die Kondensatoren Cr12 und Cr23 übertragen: Cs2 → Cs3 → MOS-3H → Cr23 → Lr23 → Cr12 → LR12 → MOS-1H Cs2 → MOS-2H → Cr12 → Lr12 → MOS-1H
  • Als Nächstes wird, wenn alle der MOSFETs MOS-3L, MOS-2L und MOS-1LH, bei denen es sich um die niederspannungsseitigen MOSFETs handelt, durch die Gate-Treibersignale Gate-3L, Gate-2L bzw. Gate-1L für die niederspannungsseitigen MOSFETs EINgeschaltet werden, die im Kondensator Cr12 gespeicherte Energie bzw. die im Kondensator Cr23 gespeicherte Energie wegen einer Spannungsdifferenz in Übereinstimmung mit den folgenden Wegen an die Kondensstoren Cs1 und Cs2 übertragen: Cr12 → Lr23 → Cr23 → MOS-3L → Cs2 → Cs1 → MOS-1L → Lr12 Cr12 → MOS-2L → Cs1 → MOS-1L → Lr12
  • Auf diese Weise werden die Energien durch Aufladen und Entladen der Kondensatoren Cr12 und Cr23 von den Glättungskondensatoren Cs2 und Cs3 zu den Glättungskondensatoren Cs1 und Cs2 übertragen. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 206 transformiert dann die Spannung V1, die über die Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL eingegeben wurde, zur Spannung V2 (14 V) herunter, die ca. 1/3 so hoch ist wie die Spannung V1, und gibt die Spannung V2 über die Ausgangsspannungsanschlösse VbH und VbL aus.
  • Es ist anzumerken, dass in der Ausführungsform 6, selbst wenn der Glättungskondensator Cs3 aus der Schaltung A3 entfernt und wie in der Ausführungsform 4 zwischen den Eingangsspannungsanschlüssen VaH und VaL vorgesehen wird, die Stromversorgungsvorrichtung auf dieselbe Weise wirkt.
  • Zusätzlich ist der Gesamtbetrieb der Stromversorgungsvorrichtung, die den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 206 der Ausführungsform 6 umfasst, derselbe wie derjenige der Ausführungsform 5, und weitere Funktionen und Wirkungen der Stromversorgungsvorrichtung sind dieselben wie diejenigen der Ausführungsform 5. Deshalb wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Ausführungsform 7
  • 13 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers einer Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bauteile, die der in 5 gezeigten Ausführungsform 2 entsprechen oder dieselben sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • In jeder der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 2 bis 4 veranlasst die Steuerschaltung 300 in dem Fall, in dem die Stromerzeugungsmenge des Wechselstromgenerators 100 nicht erhöht zu werden braucht und die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 von 28 V auf 14 V umgestellt wird, dass die MOSFETs MOS-2H und MOS-2L der Schaltung A2 konstant EINgeschaltet sind, dass die MOS-FETs MOS-1H und MOS-1L der Schaltung A1 konstant AUSgeschaltet sind (oder der MOS-1H konstant AUSgeschaltet ist) und schließt den Ausgang des Wechselstromgenerators 100 und den Ausgang jedes der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 202 bis 204 kurz. Wenn der MOS-2H und der MOS-2L zu diesem Zeitpunkt EINgeschaltet werden, wechselt in den Ausführungsformen 2 und 3 die an beiden Enden des Kondensators Cs2 anliegende Spannung von 14 V auf 0 V, und in der Ausführungsform 4 wechselt die zwischen beiden Enden des Kondensators Cs2 anliegende Spannung von 28 V auf 14 V. Deshalb fließt einen Moment lang ein großer Strom in der Schaltung des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers. Es besteht eine Möglichkeit, dass der große Strom, der eine Impulsform hat, die Schaltungsvorrichtungen im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler eine übermäßige Menge an Wärme erzeugen lässt und die Schaltungsvorrichtungen dadurch geschädigt werden. Als eine Gegenmaßnahme ist in der Ausführungsform 7 ein Schaltkreis SW mit zwei MOSFETs (MOS-x und MOS-y) vorgesehen, wodurch verhindert wird, dass der große Strom, der eine Impulsform hat, in der Schaltung des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers fließt.
  • 13 zeigt einen Schaltungsaufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 207 der Ausführungsform 7, bei dem die vorstehend beschriebene Verbesserung beispielsweise am Aufbau (5) der Ausführungsform 2 vorgenommen ist.
  • Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 207 (13) der Ausführungsform 7 unterscheidet sich dadurch vom Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (5) der Ausführungsform 2, dass der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 207 den Schaltkreis SW mit den beiden MOSFETs (MOS-x und MOS-y) umfasst, Gate-Treibersignale Gate-x und Gate-y zum Ansteuern der beiden MOSFETs aus der Steuerschaltung 300 ausgegeben werden, und die Gate-Treibersignale Gate-x und Gate-y in die Gate-Anschlüsse der MOSFETs (MOS-x bzw. MOS-y) eingegeben werden.
  • Wie in 13 gezeigt ist, ist der Source-Anschluss des MOS-x an den niederspannungsseitigen Eingangsspannungsanschluss VaL und den niederspannungsseitigen Ausgangsspannungsanschluss VbL angeschlossen, und der Drain-Anschluss des MOS-x ist an den Source-Anschluss des MOS-y und den niederspannungsseitigen Anschluss des Glättungskondensators Cs2 angeschlossen. Der Drain-Anschluss des MOS-y ist an den hochspannungsseitigen Ausgangsspannungsanschluss VbH angeschlossen. Der niederspannungsseitige Anschluss des Glättungskondensators Cs2 ist an den Anschlusspunkt zwischen dem MOS-x und MOS-y angeschlossen, und der hochspannungsseitige Anschluss des Glättungskondensators Cs2 ist an den Eingangsspannungsanschluss VaH angeschlossen.
  • Wenn der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 207 einen Energieumwandlungsvorgang durchführt und die Spannung V1 (28 V) zwischen den Eingangsspannungsanschlüssen VaH und VaL zur Spannung V2 (14 V) zwischen den Ausgangsspannungsanschlüssen VbH und VbL heruntertransformiert, wird der MOS-y EINgeschaltet und der MOS-x AUSgeschaltet. Dabei ist der Verbindungszustand derselbe wie in Ausführungsform 2. Deshalb ist der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 207 derselbe wie in Ausführungsform 2.
  • Wenn zusätzlich ein Kurzschlussbetrieb des Ausgangs des Wechselstromgenerators 100 und des Ausgangs des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 207 erfolgen soll, wird veranlasst, dass der MOS-2H und der MOS-2L konstant EINgeschaltet sind und der MOS-1H und der MOS-1L konstant AUSgeschaltet sind (oder der MOS-1H konstant AUSgeschaltet ist). In diesem Fall wird im Schaltkreis SW der MOS-y AUS- und der MOS-x EINgeschaltet. Auf diese Weise wird der Glättungskondensator Cs2 mit dem Glättungskondensator Cs1 parallelgeschaltet. Deshalb wird, wenn die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 von 28 V auf 14 V wechselt, eine Spannung von 14 V in jedem der Glättungskondensatoren Cs1 und Cs2 gespeichert. Deshalb tritt beim Wechsel von 28 V auf 14 V kein großer Strom vom Glättungskondensator Cs2 zum Glättungskondensator Cs1 auf.
  • Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 207 der Ausführungsform 7 kann denselben heruntertransformierenden Betrieb durchführen wie die Ausführungsformen 2 bis 6, mit Ausnahme des Betriebs des hinzugefügten Schaltkreises SW. Deshalb ist der Leistungsverlust des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 207 geringer als derjenige in der Ausführungsform 1 und zusätzlich besteht wie in den Ausführungsformen 2 bis 6 insofern ein Vorteil, als das Verfahren der Steuerung vereinfacht ist und eine Verkleinerung und Kostensenkung der Steuerschaltung 300 erzielt werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass der Gesamtbetrieb der den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 207 umfassenden Stromversorgungsvorrichtung derselbe ist wie in Ausführungsform 2, mit Ausnahme des vorstehend beschriebenen Betriebs. Zusätzlich sind auch weitere Auslegungen, Funktionen und Wirkungen der Stromversorgungsvorrichtung dieselben wie in Ausführungsform 2. Deshalb wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Ausführungsform 8
  • 14 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers einer Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung zeigt. Bauteile, die der in 10 gezeigten Ausführungsform 5 entsprechen oder dieselben sind, sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 8 unterscheidet sich in einem Aufbau eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 208 von derjenigen der Ausführungsform 5. In den Ausführungsformen 5 und 6 kann die Ausgangsspannung V1 des Wechselstromgenerators 100 jeweils auf 14 V oder 42 V eingestellt werden. In der Ausführungsform 8 kann die Ausgangsspannung V1 des Wechselstromgenerators 100 jedoch auf 14 V, 28 V oder 42 V eingestellt werden. Deshalb kann ein Strom im Wechselstromgenerator 100 feiner gesteuert und eine Wärmeerzeugung unterdrückt werden.
  • Der in 14 gezeigte Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 208 der Ausführungsform 8 unterscheidet sich dadurch von dem in 10 gezeigten Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler der Ausführungsform 5, dass der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 208 einen Schaltkreis SW1 mit zwei MOSFETs (MOS-x1 und MOS-y1) und einen Schaltkreis SW2 mit zwei MOSFETs (MOS-x2 und MOS-y2) umfasst, Gate-Treibersignale Gate-x1, Gate-y1, Gate-x2 und Gate-y2 zum Ansteuern der MOSFETs aus der Steuerschaltung 300 ausgegeben werden, und die Gate-Treibersignale Gate-x1, Gate-y1, Gate-x2 und Gate-y2 in die Gate-Anschlüsse der MOSFETs (MOS-x1, MOS-y1, MOS-x2 bzw. MOS-y2) eingegeben werden. Es ist anzumerken, dass in der Ausführungsform 8, da MOSFETs als Schaltvorrichtungen des MOS-y1 und des MOS-y2 verwendet werden, im Vergleich zu dem Fall, dass Dioden als Schaltvorrichtungen verwendet werden, ein Leitungsverlust reduziert und der Wirkungsgrad der Energieumwandlung verbessert werden kann.
  • Beim Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 208 von 14 ist der Source-Anschluss des MOS-x1 an den Ausgangsspannungsanschluss VbH angeschlossen, und der Drain-Anschluss des MOS-x1 ist an den Source-Anschluss des MOS-y1 und den Eingangsspannungsanschluss VaH angeschlossen. Der Drain-Anschluss des MOS-y1 ist an den Drain-Anschluss des MOS-x2 und den Source-Anschluss des MOS-y2 angeschlossen. Der Source-Anschluss des MOS-x2 ist an den Drain-Anschluss des MOS-2H und den Source-Anschluss des MOS-3L angeschlossen. Der Drain-Anschluss des MOS-y2 ist an den hochspannungsseitigen Anschluss des Glättungskondensators Cs3 und den Drain-Anschluss des MOS-3H angeschlossen.
  • Als Nächstes wird der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 208 beschrieben.
  • Ähnlich der Ausführungsform 5 werden die Schaltungen A1, A2 und A3 durch die sechs Gate-Treibersignale Gate-1L bis Gate-3H angesteuert, die von der Steuerschaltung 300 eingegeben werden. In diesem Fall wirken die zweite und dritte Schaltung A2 und A3 als Treiberwechselrichterschaltungen, und die erste Schaltung A1 wirkt als Gleichrichterschaltung, um durch die Treiberwechselrichterschaltungen angesteuert einen Strom gleichzurichten und die Energie zur Niederspannungsseite zu übertragen.
  • Wenn ein Energieumwandlungsvorgang des Heruntertransformierens der Spannung V1 (42 V) zwischen den Eingangsspannungsanschlüssen VaH und VaL zur Spannung V2 (14 V) zwischen den Ausgangsspannungsanschlüssen VbH und VbL erfolgen soll, wird der MOS-x1 AUSgeschaltet, der MOS-y1 EINgeschaltet, der MOS-x2 AUSgeschaltet und der MOS-y2 EINgeschaltet. Der Schaltungsverbindungszustand ist in diesem Fall derselbe wie in Ausführungsform 5. Deshalb ist der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 208 derselbe wie in Ausführungsform 5.
  • Wenn ein Energieumwandlungsvorgang des Heruntertransformierens der Spannung V1 (28 V) zwischen den Eingangsspannungsanschlüssen VaH und VaL zur Spannung V2 (14 V) zwischen den Ausgangsspannungsanschlüssen VbH und VbL erfolgen soll, wird der MOS-x1 AUSgeschaltet, der MOS-y1 EINgeschaltet; der MOS-x2 EINgeschaltet und der MOS-y2 AUSgeschaltet. Der Schaltungsverbindungszustand ist in diesem Fall derselbe wie in Ausführungsform 2. Deshalb ist der Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 208 derselbe wie in Ausführungsform 2.
  • Wenn die Spannung V1 (14 V) der Eingangsspannungsanschlüsse VaH und VaL und die Spannung V2 (14) der Ausgangsspannungsanschlüsse VbH und VbL kurzgeschlossen werden soll, wird der MOS-x1 EINgeschaltet, der MOS-y1 AUSgeschaltet, der MOS-x2 AUSgeschaltet und der MOS-y2 AUSgeschaltet.
  • Da in der Ausführungsform 8 wie vorstehend beschrieben die Ausgangsspannung V1 des Wechselstromgenerators 100 auf 14 V, 28 V oder 42 V eingestellt werden kann, kann ein Strom im Wechselstromgenerator 100 fein gesteuert und eine Wärmeerzeugung unterdrückt werden. Zusätzlich kann der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 208 der Ausführungsform 8 denselben heruntertransformierenden Betrieb durchführen wie die Ausführungsformen 2 und 5, mit Ausnahme des Betriebs der hinzugefügten Schaltkreise SW1 und SW2. Deshalb ist ein Verlust im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 208 geringer als derjenige bei der Ausführungsform 1 und zusätzlich besteht wie in den Ausführungsformen 2 und 5 insofern ein Vorteil, als das Verfahren der Steuerung vereinfacht ist und eine Verkleinerung und Kostensenkung der Steuerschaltung 300 erzielt werden kann.
  • Es ist anzumerken, dass der Gesamtbetrieb der den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 208 umfassenden Stromversorgungsvorrichtung derselbe ist wie in den Ausführungsformen 2 und 5, mit Ausnahme des vorstehend beschriebenen Betriebs. Zusätzlich sind auch weitere Auslegungen, Funktionen und Wirkungen der Stromversorgungsvorrichtung dieselben wie in den Ausführungsformen 2 und 5. Deshalb wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
  • Ausführungsform 9
  • Die Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 9 unterscheidet sind in den Aufbauarten ihrer Wechselstromgeneratoren von derjenigen der Ausführungsform 1. In der Ausführungsform 1 ist der Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt 110 beschrieben, der die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 unter Verwendung der Feldeinstellschaltung 130 einstellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Wechselstromgenerator mit einem Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt beschrieben, der über keine Funktion zur Einstellung der Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators verfügt, wobei der Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt zum Beispiel von der Art mit Permanentmagnet ist.
  • 15 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau eines Wechselstromgenerators 101 der Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt. Der Wechselstromgenerator 101 der vorliegenden Ausführungsform umfasst einen Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt 111 von der Art mit Permanentmagnet und den Gleichrichter 120, bei dem es sich um denselben wie in der Ausführungsform 1 handelt. Der Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt 111 umfasst die Statorwicklungen UCL, VCL und WCL und einen Rotor mit einem in seinen Rotorkern eingebetteten Magneten, der aus einem magnetischen Material wie Eisen hergestellt ist.
  • Auch in der Stromversorgungsvorrichtung mit dem wie vorstehend beschriebenen Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt 111 werden ähnlich der Ausführungsform 1, in dem Fall, indem eine erforderliche Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators 101 gering ist, der Eingangsspannungsanschluss VaH und der Ausgangsspannungsanschluss VbH des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201 unter Verwendung des Schalters im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 kurzgeschlossen und Energie einem elektrischen Verbraucher, einer Batterie o. dgl. zugeführt. Zusätzlich wird der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 201 in dem Fall, in dem die Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators 101 erhöht werden soll, so gesteuert, dass die Ausgangsspannung V1 des Wechselstromgenerators 101 höher ist als die Ausgangsspannung V2 des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers 201. Das heißt, die Steuerschaltung 300 erfasst die Spannung V2 des Ausgangsspannungsanschlusses VbH. Dann vergleicht die Steuerschaltung 300 die erfasste Spannung V2 mit einer Sollspannung (z. B. 14 V) und bestimmt dabei ein Tastverhältnis des Gate-Treibersignals Gate-0, das in den Gate-Anschluss des MOSFETs (MOS-0) eingegeben werden soll. Falls die erfasste Spannung V2 niedriger ist als die Sollspannung, stellt die Steuerschaltung 300 das Gate-Treibersignal Gate-0 so ein, dass das Tastverhältnis größer wird, und falls die erfasste Spannung V2 höher ist als die Sollspannung, stellt die Steuerschaltung 300 das Gate-Treibersignal Gate-0 so ein, dass das Tastverhältnis kleiner wird.
  • Es ist anzumerken, dass, da der Gesamtbetrieb und weitere Funktionen und Wirkungen der Stromversorgungsvorrichtung mit dem Wechselstromgenerator 101 der vorliegenden Ausführungsform derselbe bzw. dieselben sind wie in Ausführungsform 1, deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Ausführungsform 10
  • Eine Stromversorgungsvorrichtung einer Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich im Aufbau ihres Wechselstromgenerators von jeder der Ausführungsformen 2 bis 8. Der Wechselstromgenerator 102 der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitt 111 der Art mit Permanentmagnet, bei dem es sich um denselben wie in Ausführungsform 9 handelt, eine Kurzschlussschaltung 140 zum Einstellen der Ausgangsleistung, indem eine Kurzschlusssteuerung für die Ausgangsanschlüsse des Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitts 111 durchgeführt wird, und den Gleichrichter 120, bei dem es sich um denselben wie in Ausführungsform 2 handelt. In der Ausführungsform 2 wird die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 100 durch die Feldeinstellschaltung 130 eingestellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators 102 durch die Kurzschlussschaltung 140 eingestellt.
  • 16 ist ein Schaltungsschema, das einen Aufbau des Wechselstromgenerators 102 der Stromversorgungsvorrichtung der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Wie in 16 gezeigt ist, umfasst die Kurzschlussschaltung 140 Schaltvorrichtungen wie MOSFETs, Thyristoren oder IGBTs. Hier wird eine Schaltungsverbindung in dem Fall im Einzelnen beschrieben, in dem MOSFETs als Schaltvorrichtungen verwendet werden. Die Kurzschlussschaltung 140 umfasst MOSFETs (MOS-U, MOS-V und MOS-W). Der Drain des MOS-U ist an die Kathode der im Gleichrichter 120 enthaltenen Diode DUL angeschlossen, und die Source des MOS-U ist an den Ausgangsspannungsanschluss VxL angeschlossen. Der Drain des MOS-V ist an die Kathode der im Gleichrichter 120 enthaltenen Diode DVL angeschlossen, und die Source des MOS-V ist an den Ausgangsspannungsanschluss VxL angeschlossen. Der Drain des MOS-W ist an die Kathode der im Gleichrichter 120 enthaltenen Diode DWL angeschlossen, und die Source des MOS-W ist an den Ausgangsspannungsanschluss VxL angeschlossen. Gate Treibersignale aus der Steuerschaltung 300 werden in die Gates des MOS-U, des MOS-V bzw. des MOS-W eingegeben.
  • Darüber hinaus erfasst die Steuerschaltung 300 die Ausgangsspannung des Gleichrichters 120 oder des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und gibt die Gate-Treibersignale an den MOS-U, den MOS-V und den MOS-W aus. Dabei schließt die Steuerschaltung 300 die Ausgangsanschlüsse des Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitts 111 kurz oder schließt sie nicht kurz, indem eine Schaltsteuerung des MOS-U, des MOS-V und des MOS-W durchgeführt wird, um die Ausgangsspannung des Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitts 111 auf einen vorbestimmten Wert zu regeln, wodurch eine gewünschte Stromzufuhrmenge erzielt wird.
  • Da in dem Aufbau des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers jeder der Ausführungsformen 2 bis 8 das Eingangs-/Ausgangs-Spannungsverhältnis auf 1/n festgelegt ist (n ist eine natürliche Zahl), kann keine kontinuierliche Einstellung der Ausgangsleistung durchgeführt werden. Es ist anzumerken, dass in der Ausführungsform 1 die Ausgangsleistung durch den Wechselstromgenerator oder den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler eingestellt werden kann. In jeder der Ausführungsformen 2 bis 8 kann die Ausgangsleistung durch den Wechselstromgenerator eingestellt werden. In der Ausführungsform 9 kann die Ausgangsleistung durch den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler eingestellt werden. In der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung werden die Ausgangsanschlüsse des Dreiphasen-Wechselstromerzeugungsabschnitts 111 unter Verwendung der Kurzschlussschaltung 140 kurzgeschlossen oder nicht kurzgeschlossen, wodurch die Ausgangsleistung eingestellt wird.
  • Es ist anzumerken, dass, da der Gesamtbetrieb und weitere Funktionen und Wirkungen der Stromversorgungsvorrichtung mit dem Wechselstromgenerator 102 derselbe bzw. dieselben sind wie in den Ausführungsformen 2 bis 8, deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen wird.
  • Ausführungsform 11
  • In den Ausführungsformen 1 bis 10 sind Stromversorgungsvorrichtungen beschrieben, die Wechselstromgeneratoren wie etwa Drehstromgeneratoren oder Wechselstromgeneratoren der Art mit Permanentmagnet verwenden. In der wie in 17 gezeigten vorliegenden Ausführungsform wird ein System beschrieben, das Folgendes umfasst: einen Motorgenerator 112, der nicht nur über eine Stromerzeugungsfunktion sondern auch eine Leistungsbetriebsfunktion verfügt, wobei der Motorgenerator 112 zum Beispiel zur Leerlaufreduktion verwendet wird; und einen Wechselrichter 121 mit Halbleitern wie etwa MOSFETs (MOS-UH bis MOS-WL). Das System lässt sich in Kombination mit dem in jeder der vorstehenden Ausführungsformen beschriebenen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler verwenden, um den vorstehend beschriebenen Betrieb durchzuführen, und dadurch kann die Leistung bei Stromerzeugung erhöht werden.
  • Obwohl in den Ausführungsformen 1 bis 11 Stromerzeugungsvorrichtungen für Fahrzeuge als Beispiel beschrieben sind, kann die vorliegende Erfindung auch auf Stromversorgungsvorrichtungen für andere Zwecke als Fahrzeuge angewendet werden, solange es sich bei den Stromversorgungsvorrichtungen um Systeme mit Generatoren handelt.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Eine Stromversorgungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann nicht nur weitgefasst auf eine Stromversorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug, sondern auch auf ein System mit einem Generator angewendet werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die vorliegenden Erfindung stellt eine Stromversorgungsvorrichtung bereit, die in der Lage ist, eine Ausgangsleistung wirksamer zu steigern als herkömmliche Stromversorgungsvorrichtungen.
  • Die Stromnversorgungsvorrichtung umfasst: einen Wechselstromgenerator (100) mit einem Wechselstromerzeugungsabschnitt (110), und einen Gleichrichter (120), um eine im Wechselstromerzeugungsabschnitt (110) erzeugte Wechselspannung gleichzurichten und eine Gleichspannung auszugeben; einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201), um die Ausgangsspannung des Gleichrichters (120) in eine Gleichspannung mit einem anderen Spannungswert umzuwandeln, wobei die Ausgangsspannung des Gleichrichters (120) in Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit des Wechselstromerzeugungsabschnitts (110) und der Stromzufuhrmenge zu einem an den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201) angeschlossenen elektrischen Verbraucher höher eingestellt wird als die Ausgangsspannung des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (201), und unter Verwendung des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (201) herabtransformiert und ausgegeben wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 05-292676 [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ”Power Electronics Circuit”, Ohmsha, Ltd. S. 245–265, 2000, [0039]

Claims (17)

  1. Stromversorgungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Wechselstromgenerator (100) mit einem Wechselstromerzeugungsabschnitt (110) und einem Gleichrichter (120), um eine im Wechselstromerzeugungsabschnitt (110) erzeugte Wechselspannung zu einer Gleichspannung gleichzurichten und die Gleichspannung auszugeben; und einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208), um die vom Gleichrichter (120) ausgegebene Gleichspannung in eine Gleichspannung mit einem Spannungswert umzuwandeln, der sich von demjenigen der vom Gleichrichter (120) ausgegebenen Gleichspannung unterscheidet, und die Gleichspannung auszugeben, die umgewandelt wurde, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) einen Abwärtstransformationsbetrieb durchführt, um die Ausgangsspannung des Wechselstromgenerators (100) herabzutransformieren, und einen Kurzschlussbetrieb durchführt, um den Ausgang des Wechselstromgenerators (100) und den Ausgang des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (201)–(208) kurzzuschließen, wobei der Abwärtstransformationsbetrieb und der Kurzschlussbetrieb des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (201)–(208) in Übereinstimmung mit der Drehgeschwindigkeit des Wechselstromerzeugungsabschnitts (110) und der Stromzufuhrmenge zu einem an den Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) angeschlossenen elektrischen Verbraucher geschaltet werden.
  2. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromversorgungsvorrichtung die vom Gleichrichter (120) ausgegebene Gleichspannung oder die vom Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) ausgegebene Gleichspannung erfasst, einen Erregerstrom in einer Feldwicklung des Wechselstromerzeugungsabschnitts (110) anpasst und die vom Gleichrichter (120) ausgegebene Gleichspannung auf einen vorbestimmten Wert einstellt, wodurch die Stromzufuhrmenge gesteuert wird.
  3. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Wechselstromgenerator (103) einen Motorgenerator (112) als Wechselstromerzeugungsabschnitt umfasst, der über eine Leistungsbetriebsfunktion verfügt, der Wechselstromgenerator (103) einen Wechselrichter (121) anstelle des Gleichrichters (120) umfasst, und der Wechselrichter (121) eine im Motorgenerator (112) erzeugte Wechselspannung zu einer Gleichspannung gleichrichtet und die Gleichspannung ausgibt.
  4. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, darüber hinaus eine Kurzschlussschaltung umfassend, um die Stromzufuhrmenge zu steuern, wobei die Stromzufuhrvorrichtung die vom Gleichrichter (120) ausgegebene Gleichspannung und die vom Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) ausgegebene Gleichspannung erfasst, und die Kurzschlussschaltung Ausgangsanschlüsse des Wechselstromerzeugungsabschnitts (110) durch einen Schaltbetrieb kurzschließt oder öffnet, um die vom Gleichrichter (120) ausgegebene Gleichspannung auf einen vorbestimmten Wert oder Mittelwert einzustellen, wodurch die Stromzufuhrmenge gesteuert wird.
  5. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) eine oder mehrere Schaltvorrichtung/en zum Durchführen einer EIN/AUS-Steuerung umfasst, um einen Anschluss herzustellen zwischen: Eingangsspannungsanschlüssen des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (201)–(208), die an die Ausgangsseite des Gleichrichters (120) angeschlossen sind; und Ausgangsspannungsanschlüssen des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers (201)–(208), die an den elektrischen Verbraucher angeschlossen sind, wenn die Stromzufuhrmenge größer als ein vorbestimmter Wert ist, der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) einen Betrieb des Abwärtstransformierens der vom Gleichrichter (120) ausgegebenen Gleichspannung durch die EIN/AUS-Steuerung der einen oder mehreren Schaltvorrichtung/en durchführt und die Gleichspannung ausgibt, die herabtransformiert wurde, und wenn die Stromzufuhrmenge kleiner als der vorbestimmte Wert ist, der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) den durch die EIN/AUS-Steuerung der einen oder mehreren Schaltvorrichtung/en durchgeführten Abwärtstransformationsbetrieb stoppt und die vom Gleichrichter (120) ausgegebene Gleichspannung ausgibt.
  6. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) eine Drosselspule umfasst, wobei die Speichermenge oder die Entladungsmenge der Magnetenergie der Drosselspule in Übereinstimmung mit Zeitintervallen auf Grundlage der EIN/AUS-Steuerung der einen oder mehreren Schaltvorrichtung/en gesteuert wird.
  7. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) einen oder mehrere Kondensator/en zur Energie übertragung umfasst, der/die Energie durch Laden und Entladen auf Grundlage der EIN/AUS-Steuerung der einen oder mehreren Schaltvorrichtung/en überträgt/übertragen.
  8. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) umfasst, und zwar zwischen: den Eingangsspannungsanschlüssen und den Ausgangsspannungsanschlüssen, mehrere Schaltungen, von denen jede umfasst: als die eine oder mehreren Schaltvorrichtung/en, eine Reiheneinheit mit einer hochspannungsseitigen Schaltvorrichtung und einer niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung, die miteinander in Reihe geschaltet sind; und einen Glättungskondensator, der mit der Reiheneinheit parallelgeschaltet ist, mindestens eine der mehreren Schaltungen als Gleichrichterschaltung verwendet wird, die anderen der mehreren Schaltungen als Treiberwechselrichterschaltungen verwendet werden, und die mehreren Schaltungen miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Anschlusspunkt zwischen der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtung und der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung in jeder der mehreren Schaltungen als Zwischenanschluss angesetzt ist, und der eine oder die mehreren Kondensator/en zur Energieübertragung zwischen den Zwischenanschlüssen der mehreren Schaltungen vorgesehen ist/sind.
  9. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei im Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) der in der Treiberwechselrichterschaltung enthaltene Glättungskondensator, der an einen hochspannungsseitigen der Eingangsspannungsanschlüsse angeschlossen ist, entfernt ist, und ein Glättungskondensator an die Eingangsspannungsanschlüsse angeschlossen ist.
  10. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der eine Kondensator oder jeder der mehreren Kondensatoren zur Energieübertragung an den Zwischenanschluss der Gleichrichterschaltung und den entsprechenden der Zwischenanschlüsse der Treiberwechselrichterschaltungen angeschlossen ist.
  11. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der eine Kondensator oder jeder der mehreren Kondensatoren zur Energieübertragung an die Zwischenanschlüsse der entsprechenden Schaltungen der mehreren Schaltungen angeschlossen ist, die aneinander angrenzen.
  12. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) die eine Gleichrichterschaltung, die eine Treiberwechselrichterschaltung und einen Schaltkreis mit einer Reiheneinheit umfasst, die über eine hochspannungsseitige Schaltvorrichtung und eine niederspannungsseitige Schaltvorrichtung verfügt, die miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein niederspannungsseitiger Anschluss des in der einen Treiberwechselrichterschaltung enthaltenen Glättungskondensators an einen Anschlusspunkt zwischen der hochspannungsseitigen Schaltvorrichtung und der niederspannungsseitigen Schaltvorrichtung in dem Schaltkreis angeschlossen ist.
  13. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) die hochspannungsseitige Schaltvorrichtung des Schaltkreises EINschaltet und die niederspannungsseitige Schaltvorrichtung des Schaltkreises AUSschaltet, wenn der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) die vom Gleichrichter ausgegebene Gleichspannung herabtransformiert und die Gleichspannung ausgibt, die herabtransformiert wurde, und der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) die niederspannungsseitige Schaltvorrichtung des Schaltkreises EINschaltet und die hoch spannungsseitige Schaltvorrichtung des Schaltkreises AUSschaltet, wenn der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) die vom Gleichrichter (120) ausgegebene Gleichspannung direkt ausgibt, ohne die Gleichspannung herabzutransformieren.
  14. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) eine oder mehrere Drosselspule/n auf jeweiligen Wegen umfasst, über die sich der eine oder die mehreren Kondensator/en lädt/laden oder entlädt/entladen.
  15. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 14, wobei Resonanzperioden, die durch die Kapazitäten der jeweiligen Kondensatoren zur Energieübertragung und die Induktivitäten der jeweiligen Drosselspulen bestimmt sind, einander gleich eingestellt sind.
  16. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (201)–(208) Schaltkreise (SW) umfasst, um eine Verbindung oder Verbindungstrennung zwischen jedem der hochspannungsseitigen Anschlüsse der mehreren Schaltungen des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers und dem hochspannungsseitigen der Eingangsspannungsanschlüsse zu steuern.
  17. Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, wobei es sich bei der Schaltvorrichtung um einen Leistungs-MOSFET mit einer parasitären Diode, die zwischen einer Source und einem Drain von diesem ausgebildet ist, oder um antiparallele Dioden handelt.
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