DE602004004669T2

DE602004004669T2 - Steuereinrichtung für einen alterno-anlasser insbesondere für ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE602004004669T2
Application number: DE602004004669T
Authority: DE
Inventors: Jean-Marie Pierret; Christophe Louise
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2003-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2024-09-09
Also published as: DE602004004669D1; WO2005025025A2; WO2005025025A3; EP1665490B1; PL1665490T3; ATE353487T1; FR2859577A1; FR2859577B1; EP1665490A2

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für einen Anlassergenerator, insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Stand der Technik
Bekanntlich umfasst ein Wechselstromgenerator in der Ausführung als Mehrphasengenerator ein Gehäuse, das einen Läufer und einen Ständer trägt.
Dieser Ständer umgibt den Läufer und umfasst einen Körper in Form eines Blechpakets mit Auskehlungen, die Nuten für das Einsetzen von Ankerwicklungen bilden, welche Schaltenden aufweisen, die sich beiderseits des Ständerkörpers erstrecken.
Der Wechselstromgenerator ist zumeist als Dreiphasen- oder Drehstromgenerator ausgeführt und umfasst folglich drei Phasen. Als Variante umfasst er mehr als drei Phasen, beispielsweise fünf oder sechs Phasen.
Jede Phase umfasst wenigstens eine Ankerwicklung.
Diese Wicklungen sind winklig versetzt und in Dreieck- oder Sternschaltung geschaltet. Sie sind an ihrem Ausgang mit einer Gleichrichterbrücke zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom verbunden. Diese Gleichrichterbrücke ist zwischen der Masse und einer Plusspeiseklemme einer Batterie geschaltet, die ihrerseits an das positive Potential des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist.
Die Wicklungen oder Spulen können mit in den Nuten des Ständerkörpers gewickeltem Draht oder Leiterelementstäben ausgeführt sein, die in die Nuten eingesetzt sind, um Nadelnetze zu bilden, wie dies beispielsweise in der WO 92/06527 beschrieben ist. Diese Stäbe können einen rechteckigen oder kreisförmigen oder sechseckigen oder sonstigen Querschnitt aufweisen.
Als Variante umfasst jede Phase wenigstens zwei in Reihe geschaltete Wicklungen, wie in der vorerwähnten WO 92/06527 beschrieben, oder parallel geschaltete Wicklungen, wie dies beispielsweise in den Druckschriften DE A 1563 361 oder EP A 0 454 039 oder FR A 2 737 063 beschrieben ist, wobei in diesem Fall zwei parallel geschaltete Gleichrichterbrücken vorhanden sind, oder Stern-Stern- bzw. Stern-Dreieck-Schaltungen der dreiphasigen Wicklungen der Phasen. In jede Nut des Ständerkörpers sind daher eine oder mehrere Wicklungen eingesetzt.
Der Läufer ist fest mit einer Welle verbunden, die mittig drehbar im Gehäuse gelagert ist, was anhand von Lagermitteln, wie etwa von Kugellagern, erfolgt.
Der Läufer ist beispielsweise, wie in der EP A 0 515 259 beschrieben, ein Klauenpolläufer mit Polrädern, die mit Seitenteilen versehen sind, die an ihrem äußeren Umfang Zähne aufweisen. Zwischen den Seitenteilen ist eine Erregerwicklung eingesetzt. Zwischen den Zähnen können Permanentmagnete eingefügt sein, wie dies beispielsweise in der FR A 2 793 085 beschrieben ist.
Als Variante ist der Läufer als Schenkelpolläufer ausgeführt, wobei eine Erregerwicklung um jeden Schenkelpol herum angebracht ist.
Als Variante umfasst dieser Schenkelpolläufer außerdem Permanentmagnete, die sich umfangsmäßig mit den Erregerwicklungen abwechseln, wie dies in der WO 02/054566 beschrieben ist.
Das Gehäuse umfasst zwei Teile mit Öffnungen für die Luftzirkulation. Einer dieser Teile wird als vorderer Lagerschild bezeichnet, während der andere Teil als hinterer Lagerschild bezeichnet wird. Die Lagerschilde bestehen aus Metall und sind mit der Fahrzeugmasse verbunden.
Der Läufer trägt dann wenigstens an einem seiner axialen Enden einen Innenlüfter, um den Wechselstromgenerator zu kühlen, wie dies in diesen beiden Druckschriften WO 02/054566 und EP A 0 515 259 zu erkennen ist.
Als Variante ist der Wechselstromgenerator wassergekühlt.
Der hintere Lagerschild trägt einen Spannungsregler, der mit einem Bürstenhalter verbunden ist, dessen Kohlebürsten mit Schleifringen zusammenwirken, die am hinteren Ende der Läuferwelle angebracht sind. Diese Schleifringe sind mit den Enden der Erregerwicklung bzw. der Erregerwicklungen des Läufers elektrisch verbunden.
Die Läuferwelle trägt an ihrem vorderen Ende eine Riemenscheibe, die außerhalb des vorderen Lagerschilds angeordnet und dazu bestimmt ist, durch den auch als Brennkraftmaschine bezeichneten Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs über eine Übertragungsvorrichtung angetrieben zu werden, die wenigstens einen Riemen umfasst.
Wenn die Erregerwicklung bzw. die Erregerwicklungen des Läufers über die Kohlebürsten mit Strom versorgt werden und wenn der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs läuft, wird der Läufer magnetisiert, und die Riemenscheibe des Wechselstromgenerators sowie die Läuferwelle werden drehend angetrieben, so dass die Ankerwicklungen des Ständers einen induzierten Wechselstrom erzeugen.
Die Gleichrichterbrücke wandelt diesen induzierten Wechselstrom synchron in Gleichstrom um, um die Batterie zu laden und/oder die mit dem Bordnetz des Fahrzeugs verbundenen elektrischen Verbraucher mit Strom zu versorgen.
Diese Gleichrichterbrücke umfasst, wie beispielsweise in der FR-A-2 745 445 beschrieben, Dioden und eine Mehrzahl von an den Dioden in Reihe geschalteten Transistoren.
Bei diesen Transistoren handelt es sich vorteilhafterweise um MOSFET-Transistoren, und sie bilden Schalter in statischer Ausführung, die im Elektromotorbetrieb durch Ansteuerung der Gates dieser Transistoren betätigt werden können.
In diesem Fall ist die Gleichrichterbrücke auch eine als Wechselrichter bezeichnete Steuerbrücke, wobei der Wechselstromgenerator reversibel arbeitet, so dass der Wechselstromgenerator einerseits als Stromerzeuger und andererseits als Elektromotor betrieben wird.
Wenn der Wechselstromgenerator als Elektromotor betrieben wird, spricht man von seinem Betrieb im Elektromotormodus, während man bei seinem Betrieb als Generator vom Lichtmaschinen- oder Generatormodus spricht.
Der Elektromotormodus umfasst eine oder mehrere Betriebsarten. So dient der Anlassergenerator zum Anlassen des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs im Kalt- oder Warmzustand. Man spricht dann von seinem Betrieb im Anlassermodus. Außerdem kann er, wie dies beispielsweise in der WO 02/060711 beschrieben ist, dazu dienen, ein Zusatzgerät anzutreiben, zum Beispiel wenn das Fahrzeug an einer roten Ampel steht, oder um die Einschaltung eines Zusatzgeräts, etwa eines Turboladers, zu unterstützen. Er kann zum Einsatz kommen, um das Abwürgen des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs zu verhindern oder um das Fahrzeug beim Ein- oder Ausparken usw. kurzzeitig zu bewegen. Man spricht dann von seinem Betrieb im Hilfsmotormodus.
Im Generator- oder Lichtmaschinenbetrieb treibt der Fahrzeugmotor den Läufer über die Riemenscheibe des Wechselstromgenerators drehend an. Im Elektromotorbetrieb wird die Riemenscheibe des Wechselstromgenerators durch den Läufer drehend angetrieben, insbesondere um den Fahrzeugmotor anzulassen.
Ein derartiger mehrphasiger und reversibler Wechselstromgenerator wird als Anlassergenerator bezeichnet und ist, wie vorstehend erwähnt, über die Gleichrichter- und Steuerbrücke mit der Batterie und mit einem Bordnetz verbunden. Dazu ist eine elektronische Steuer- und Kontrolleinheit vorgesehen, die als Driver bezeichnete Ansteuervorrichtungen umfasst, um die Gates der Transistoren anzusteuern, welche die verschiedenen Phasen steuern.
Diese elektronische Einheit und die Brücke gehören daher zu einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Anlassergenerators, um diesen reversibel im Generator- und im Elektromotormodus zu betreiben.
In der FR-A-2 745 445 ist in die MOSFET-Transistoren konstruktionsmäßig zwischen ihrem Drain und ihrer Source eine Diode integriert. Sie ermöglichen die Ausführung der Gleichrichter- und Steuerbrücke zur Phasensteuerung nur mit Leistungstransistor- Bauelementen, die sowohl als Schalter im Elektromotorbetrieb als auch als Freilaufdioden im Generatorbetrieb fungieren.
Im Elektromotorbetrieb ist die Brücke ein Wechselrichter, der die Phasenwicklungen des Ständers speist. Dabei wird im einzelnen ein, vorteilhafterweise maximaler, Gleichstrom in der bzw. den Erregerwicklungen des Läufers angelegt, der den Induktor des Wechselstromgenerators bildet, wobei an den Phasenwicklungen des Ständers phasenverschobene Signale, idealerweise sinusförmige und als Variante trapezförmige oder Rechtecksignale abgegeben werden.
Die Steuer- und Kontrolleinheit umfasst wahlweise Mittel zum Erkennen eines codierten Signals, um das Anlassen des Fahrzeugmotors zu ermöglichen, wobei sie die MOSFET-Transistoren nur dann ansteuert, wenn sie das codierte Signal empfängt.
Ein Resolver (Drehgeber) oder Sensoren, beispielsweise Halleffekt-Magnetsensoren, wie in der FR A 2 807 231 und in der FR A 2 806 223 beschrieben, sind vorgesehen, um die Winkelposition des Läufers im Verhältnis zum Ständer zu messen, um die Steuerung der Transistoren zu synchronisieren.
Entsprechend der zugrunde gelegten Strategie wird ein Schalter, etwa ein MOSFET-Transistor, durch die Steuer- und Kontrolleinheit gesteuert, um den Spannungsregler im Elektromotorbetrieb kurzzuschließen.
Das Schaltbild von 1 veranschaulicht den Anlassergenerator gemäß der FR-A-2 745 445. Zu weiteren Einzelheiten bezüglich des Aufbaus des Anlassergenerators kann auf die Druckschriften FR A 2 806 223 und FR A 2 807 231 verwiesen werden.
In 1 erkennt man bei 1 die Riemenscheibe, bei 4 den Läufer mit Erregerwicklung, bei 5 die Phasenwicklungen des Ständers in Dreieckschaltung, bei 2 die Steuer- (Wechselrichter) und Gleichrichterbrücke, bei 3 die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit, bei 9 den Spannungsregler, bei 10 den Schalter, der zwischen der Einheit 3 und dem Regler 9 zum Einsatz kommt, bei B die Fahrzeugbatterie und bei 11 den mit dem Zündschlüssel oder mit einer elektronischen Kartensteuerung verbundenen Schalter. EXC steht für die elektrische Verbindungsleitung zwischen dem Regler 9 oder der Einheit 3 und der bzw. den Erregerwicklungen des Läufers 4, während bei 12 die Mittel zur elektrischen Verbindung mit dem positiven Potential des Bordnetzes des Fahrzeugs zu erkennen sind.
Die Ausgänge der Phasenwicklungen 5 sind an die Gleichrichterbrücke angeschlossen.
Die Verbindungsmittel 12 sind mit der Plusklemme der Batterie verbunden, ebenso wie drei Bauelemente 6, 7 (Plusleitung der Stromversorgung von 1) der Brücke 2, während die anderen drei Bauelemente 6, 7 der Brücke 2 mit der Masse verbunden sind.
Im einzelnen stehen die Bezugsnummern 6 und 7 für die Dioden bzw. die Schalter, hier in Form von MOSFET-Transistoren, der Gleichrichter- und Steuerbrücke, die zwischen der Masse und der Plusklemme der Batterie B zum Einsatz kommt, die außerdem über die Mittel 12 mit dem positiven Potential des Bordnetzes verbunden ist. Nach dieser Halbleitertechnologie sind die Dioden 6 in die MOSFET-Transistoren 7 integriert. Jeder Phase sind zwei Transistoren zugeordnet, die zu einem auch als Zweig bezeichneten Strang gehören, der zwischen dem betreffenden Phasenausgang und der als Plusleitung bezeichneten positiven elektrischen Speiseleitung (+) bzw. der Masse zum Einsatz kommt. In 1 sind drei Stränge (Zweige) und somit drei Leistungstransistorenpaare vorgesehen, da es sich bei dem Anlassergenerator um einen Dreiphasengenerator handelt.
Die elektronische Steuereinheit umfasst außerdem eine elektronische Regelungseinheit zur Regelung der vorerwähnten Ansteuervorrichtungen, vorteilhafterweise in Form von integrierten Schaltungen, wobei die elektronische Regelungseinheit einen Mikrocontroller umfasst, um die Transistoren zu steuern und an deren Gate die Signale A, B ... zu senden, um diese Transistoren durchzuschalten oder zu öffnen, wobei jede Ansteuervorrichtung hier zwei Signalen A, A' – B, B' – C, C' zugeordnet ist.
Diese Regelungseinheit erhält die Signale, die von den Gebern für die Winkelposition des Läufers oder vom Resolver (Drehgeber) kommen. Diese Signale werden an die als Driver bezeichneten Ansteuervorrichtungen übertragen, welche die MOSFET-Transistoren ansteuern. Die Driver umfassen Eingänge, insbesondere Logikeingänge, für die Auswahl des Generatorbetriebs oder des Elektromotorbetriebs, wobei sie Informationen von der Regelungseinheit erhalten.
Normalerweise unterdrückt die Fahrzeugbatterie über ihren niedrigen Innenwiderstand die Spannungsspitzen, die im elektrischen System des Fahrzeugs entstehen, das die an das Bordnetz angeschlossenen Verbraucher umfasst.
Es können Kabelbrüche oder Kontaktverluste auftreten. Es kann somit zu Lastabwürfen kommen.
Deshalb ist die Strategie zu überdenken, die bei einem Lastabwurf anzuwenden ist, der zu einem als "Load Dump" bezeichneten Überspannungsphänomen an der Gleichrichterbrücke 2 führt.
Diese Strategie muss eine Stromversorgung der nicht abgeschalteten Verbraucher erlauben und daher ein Funktionieren der Gleichrichterbrücke im reduzierten Betrieb ermöglichen.
Die Gleichrichterbrücke muss diesem reduzierten Betrieb natürlich unabhängig von ihrer jeweiligen Anfangstemperatur unbeschädigt standhalten.
Die Spannung des Bordnetzes bei einem Load Dump darf natürlich einen bestimmten Wert nicht überschreiten, beispielsweise 35 V bei einer 14 V-Batterie.
Das Load-Dump-Phänomen muss eine begrenzte Dauer haben.
Um dieses Überspannungsproblem zu lösen, kann man Spannungsbegrenzerdioden 20 verwenden, die am Bordnetz hinzugefügt werden, wie dies in 1 zu erkennen ist.
Diese Dioden werden parallel geschaltet und mit einer Schutzdiode 21 verbunden, falls es zu einem Fehler beim Anschluss oder Einbau der Batteriekabel (Vertauschen der Kabel) kommen sollte.
Diese Lösung ist jedoch kostenaufwendig und führt zu einer Vergrößerung der Gleichrichterbrücke.
Als Variante werden, wie dies in 2 zu erkennen ist, vorteilhafterweise die Dioden 6 von 1 durch direkt in die MOSFET-Transistoren 7 der Gleichrichterbrücke 2 integrierte Spannungsbegrenzerdioden 60 ersetzt. In dieser Figur steht der Bezugsbuchstabe T für einen der Stränge der Gleichrichterbrücke 2, in dem ein an einen der Ausgänge der Phasenwicklungen θ angeschlossenes Transistorenpaar geschaltet ist.
Diese Dioden 60 begrenzen die Überspannungen auf einen Begrenzungsspannungswert von beispielsweise maximal 35 Volt an ihrer Klemme. Diese Spannung wird herkömmlicherweise als Durchbruchspannung bezeichnet.
Die Transistoren 7 sind daher mit einer Überspannungsbegrenzungsvorrichtung ausgestattet.
Grundsätzlich kann eine Überspannung, vor allem bei Load Dump, durch den Anlassergenerator selbst erzeugt werden. Diese Überspannung ist mittels der vorerwähnten Vorrichtungen mit Spannungsbegrenzerdioden auf den genannten Begrenzungsspannungswert von 35 V begrenzt.
Wenn hingegen der Anlassergenerator abgeschaltet oder nicht erregt ist (Erregerwicklung des Läufers nicht mit Strom versorgt), können Überspannungen über die Plusleitung + aus dem Bordnetz kommen. Denn an dieses Bordnetz sind Elektromotoren und/oder Relais angeschlossen. Die Relais öffnen und schließen sich. Außerdem sind eine Enteisungsanlage für die Windschutzscheibe sowie Verbraucher mit Drosselspulen an das Bordnetz angeschlossen.
In dieser Situation – Anlassergenerator abgeschaltet oder nicht erregt – kann es vorkommen, dass sich die zwei Transistoren eines Strangs T gleichzeitig im geöffneten Zustand befinden, wobei die Begrenzerdioden 60 aktiv sind.
In diesem Fall sind die zwei Begrenzerdioden 60 der Transistoren in Reihe geschaltet.
Daher kann in einem Strang T mit Hilfe der Transistoren von 2 maximal eine Überspannung gleich zwei Begrenzungsspannungswerten gekappt werden, das heißt in diesem Fall 2 mal 35 V = 70 V, die aus dem Bordnetz kommt, wobei sich die als positive Leitung bezeichnete Plusleitung + während der Überspannung bei 70 V befindet.
Wenn diese Überspannung an die Steuer- und Kontrolleinheit angelegt wird, insbesondere an deren Ansteuervorrichtungen, beispielsweise in Form von integrierten Schaltungen in Niederspannungs-Monolith-Technologie, muss eine andere Technologie gewählt und auf eine kostenintensivere Hochspannungstechnologie umgestellt werden.
Man kann zum Beispiel bei einer 14 V-Batterie und Transistoren mit Begrenzerdiode für einen Begrenzungsspannungswert von maximal 35 V keine Steuer- und Kontrolleinheit in Niederspannungstechnologie verwenden, deren maximal zulässige Spannung beispielsweise 50 V beträgt, was mit den vorerwähnten 70 V nicht vereinbar ist.
Außerdem gibt es Transistoren mit einer Überspannungsbegrenzungsvorrichtung, die bei Begrenzungswerten über 35 V, beispielsweise 60 V, aktiv ist. In diesem Fall muss die Steuer- und Kontrolleinheit umso mehr in Hochspannungstechnologie ausgeführt sein. Eine andere Steuereinrichtung für einen mehrphasigen Anlassergenerator ist in der US 6353307 B1 beschrieben.
Gegenstand der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Falle von Überspannungen die Steuereinheit auf einfache und wirtschaftliche Weise ohne Einsatz einer Hochspannungstechnologie zu schonen.
Die Erfindung schlägt vor, die Steuereinrichtung für einen Anlassergenerator mit Schutzvorrichtungen gegen Überspannungen auszurüsten. Im einzelnen erfolgt der Schutz der Ansteuervorrichtung(en) jedes Strangs der Brücke mit Hilfe einer Schutzvorrichtung gegen Überspannungen, die mit einem Wert kleiner als die zulässige Höchstspannung für die Steuer- und Kontrolleinheit funktioniert. Dieser Schwellenwert kann beispielsweise zwischen 40 und 45 Volt liegen, was mit der Niederspannungstechnologie der Steuer- und Kontrolleinheit vereinbar ist, die einer etwas höheren Spannung, d.h. 50 Volt, standhält. Dabei handelt es sich um gängige, weit verbreitete und somit kostengünstige Technologien.
So wird bzw. werden zum Beispiel im Falle von Transistoren, die jeweils mit einer Überspannungsbegrenzungsvorrichtung bestückt sind, die bei Begrenzungsspannungswerten oder -schwellen von insgesamt 35 V aktiv ist, die Ansteuervorrichtung(en) jedes Strangs mit Hilfe einer Überspannungsschutzvorrichtung geschützt, die bei einer Spannung kleiner als das Zweifache des Werts (der Schwelle) der Begrenzungsspannung eines Gleichrichter- und Steuertransistors der Brücke, beispielsweise 70 Volt während der Überspannung, funktioniert, indem sie wenigstens einen Transistor schließt, das heißt durchschaltet, vorzugsweise den an die Masseleitung angeschlossenen Transistor, wenn die Spannung des Bordnetzes einen Schwellenwert überschreitet, der etwas größer als der Wert der Begrenzungsspannung der Begrenzungsvorrichtung eines einzigen Transistors ist. Dieser Schwellenwert kann beispielsweise zwischen 40 und 45 Volt liegen, was mit der Niederspannungstechnologie der Steuer- und Kontrolleinheit vereinbar ist. Der Wert der Spannung dieser Schutzvorrichtung, bei der diese aktiv ist, liegt daher zwischen dem Wert der Begrenzungsspannung der Begrenzungsvorrichtung eines Transistors der Brücke und dem Wert der maximal zulässigen Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit, die ihrerseits kleiner als das Zweifache des Begrenzungsspannungswerts der Begrenzungsvorrichtung ist. Für eine Überspannung von 40 bis 45 V an der Plusleitung beim Schließen des mit der Masseleitung verbundenen Transistors mit Hilfe der Schutzvorrichtung gelangt, wie verständlich geworden sein dürfte, das Potential dieses Transistors in eine Größenordnung von 5 bis 10 V, während das Potential des anderen Transistors insgesamt bei 35 V liegt (Wert der Begrenzungsspannung).
Im Falle von Transistoren, die mit einer Überspannungsbegrenzungsvorrichtung bestückt sind, die bei Begrenzungsspannungswerten oder -schwellen größer als die maximal zulässige Spannung für die elektronische Kontroll- und Steuereinheit, beispielsweise bei einem Begrenzungsspannungswert von 60 V aktiv wird, wird bzw. werden die Ansteuervorrichtung(en) jedes Strangs mit Hilfe einer Überspannungsschutzvorrichtung geschützt, welche die beiden Transistoren bei einer Spannung, zum Beispiel von 40 bis 45 V, durchschaltet, die kleiner als die maximal zulässige Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ist. Diese beiden Transistoren liegen dann an einer Spannung, die kleiner als die Begrenzungsspannung ausfällt. Es können natürlich auch Transistoren verwendet werden, die ohne Begrenzungsvorrichtungen ausgeführt sind und die dank der Überspannungsschutzvorrichtung in Reihe arbeiten können, welche die Spannung an der Plusleitung auf einen Wert begrenzt, der beispielsweise in der Größenordnung von 40 bis 45 V liegt und der kleiner als die maximal zulässige Spannung für die besagte Einheit ist.
Erfindungsgemäß ist daher eine Steuereinrichtung für einen mit einer Batterie und einem Bordnetz verbundenen mehrphasigen und reversiblen Anlassergenerator, der einerseits eine Gleichrichter- und Steuerbrücke mit Schaltern in Form von Leistungstransistoren, die jeweils ein Gate aufweisen, und andererseits eine elektronische Steuer- und Kontrolleinheit mit Vorrichtungen zur Ansteuerung der Gates der Leistungstransistoren umfasst, um diese durchzuschalten oder in den geöffneten Zustand zu schalten, wobei die an ein und denselben Phasenausgang angeschlossenen Transistoren paarweise in einem Strang der besagten Brücke gruppiert sind und durch wenigstens eine Ansteuervorrichtung angesteuert werden, wobei der besagte Strang an eine Masseleitung und an eine als Plusleitung bezeichnete Speiseleitung angeschlossen ist, die mit einem positiven Potential des Bordnetzes und der Batterie verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen der Ansteuervorrichtung eines Leistungstransistorenpaars eines Strangs zugeordnet ist und dass die Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen so gestaltet ist, dass sie wenigstens einen der Transistoren des besagten Strangs durchschaltet, wenn das Potential der Plusleitung einen bestimmten oder vorbestimmten Wert überschreitet, der kleiner als der Wert der maximal zulässigen Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ist.
Dank dieser Anordnung kann die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit in Niederspannungstechnologie ausgeführt sein.
In einer Ausführungsform ist die vorgenannte Steuereinrichtung mit Schaltern in Form von Leistungstransistoren, die jeweils ein Gate aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die besagten Transistoren außerdem eine Vorrichtung zur Begrenzung der Überspannungen aufweisen, die aus einer als Plusleitung bezeichneten Speiseleitung kommen, die mit dem positiven Potential des Bordnetzes und der Batterie verbunden ist, dass die Vorrichtung zur Begrenzung der Überspannungen bei einer Spannung mit einem als Begrenzungsspannungswert bezeichneten bestimmten oder vorbestimmten Wert aktiv ist, dass die maximal zulässige Spannung für die besagte elektronische Einheit zwischen dem Einfachen und dem Zweifachen des Begrenzungsspannungswerts liegt und dass die Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen so gestaltet ist, dass sie wenigstens einen der Transistoren des besagten Strangs durchschaltet, wenn das Potential der Plusleitung einen bestimmten oder vorbestimmten Wert überschreitet, der einerseits zwischen dem Einfachen und dem Zweifachen des Begrenzungsspannungswerts liegt und der andererseits kleiner als der Wert der maximal zulässigen Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ausfällt.
In einer anderen Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der vorgenannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Transistoren geeignet sind, bei einer Spannung an der Plusleitung in Reihe zu arbeiten, die größer als die maximal zulässige Spannung für die besagte elektronische Einheit ist, und dass die Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen so gestaltet ist, dass sie die beiden Transistoren des besagten Strangs durchschaltet, wenn das Potential der Plusleitung einen bestimmten oder vorbestimmten Wert überschreitet, der nahe bei der maximal zulässigen Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit liegt, wobei er kleiner als diese ist.
Die Schalter der besagten Brücke in Form von Leistungstransistoren weisen außerdem jeweils eine Vorrichtung zur Begrenzung der aus der besagten positiven Speiseleitung kommenden Überspannungen auf, die bei einer Spannung mit einem als Begrenzungsspannung bezeichneten bestimmten oder vorbestimmten Wert aktiv ist, der größer als die maximal zulässige Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ist.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Schutz gegen Überspannungen in einfacher und wirtschaftlicher Weise in die betreffende Ansteuervorrichtung integriert, so dass sie an diese angeschlossen ist.
Dadurch können die Länge der Anschlüsse und der Bauraumbedarf verringert werden.
Diese Vorrichtung ist in einer Ausführungsart an die positive Speiseleitung und beispielsweise über eine elektrische Verbindungsleitung an das Gate des Transistors des mit der Masseleitung verbundenen Strangs angeschlossen.
Diese Vorrichtung umfasst wenigstens eine Begrenzerdiode.
In wirtschaftlicher Weise umfasst sie vorteilhafterweise mehrere in Reihe geschaltete Zener-Dioden mit geringer Leistung oder mit Lawineneffekt funktionierende Begrenzerdioden.
Als Variante umfasst die Vorrichtung einen Vergleicher oder einen Operationsverstärker zum Vergleichen der Spannung der Plusleitung mit einem Referenzwert, um das Gate wenigstens eines der Transistoren zu steuern, um diesen vorrangig durchzuschalten, wobei der Transistor dann geschlossen ist.
Um die Länge der Anschlüsse zu verkleinern und die Störungen zu verringern, ist die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung mit Schutzvorrichtung in unmittelbarer Nähe eines Strangs angeordnet.
Dadurch kann man für jede Phase ein Leistungsmodul bilden, das gegen Überspannungen im Falle von Lastabwurf oder im Falle einer aus dem Bordnetz kommenden Überspannung geschützt ist.
Dieses Modul ist in einer Ausführungsart am hinteren Lagerschild des Anlassergenerators angebracht, wobei es in unmittelbarer Nähe der Phasenausgänge angeordnet ist.
Die Phasenmodule sind vorteilhafterweise mit einem Kühlkörper mit Kühlrippen verbunden, mit einer ersten Fläche, auf der die elektronischen Leistungsmodule angebracht sind, und einer zum hinteren Lagerschild ausgerichteten zweiten Fläche. Dieser Kühlkörper, der einen Träger für die Module bildet, ist beispielsweise am hinteren Lagerschild anhand von aus dem hinteren Lagerschild hervortretenden Sockeln oder anhand beliebiger anderer Mittel befestigt, die ein Zwischenstück zwischen dem hinteren Lagerschild und dem Kühlkörper bilden. Die geschützte Baueinheit aus Brücke und Kühlkörper ist gut gekühlt, da sie allgemein eine Zwischenebene bildet, die am hinteren Lagerschild befestigt ist, wie dies in der am 28.10.2002 eingereichten FR 02 13431 beschrieben ist.
Vorteilhafterweise umfasst jeder Schalter eines Strangs der Gleichrichterbrücke mehrere parallel geschaltete Transistoren, um den Durchgang eines höheren Stroms im Elektromotorbetrieb, vor allem beim Anlassen des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, zu ermöglichen.
Alle vorstehend angeführten Merkmale können für sich genommen und/oder in Kombination betrachtet werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die nachfolgende Beschreibung veranschaulicht die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen im einzelnen:
1 eine schematische Ansicht eines Wechselstromgenerators nach dem Stand der Technik;
2 eine schematische Ansicht einer Gleichrichterbrücke ähnlich wie die von 1, wobei den Transistoren der Brücke Begrenzerdioden zugeordnet sind;
3 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines der Zweige der Gleichrichterbrücke und seine als Driver bezeichnete Ansteuervorrichtung, die einer erfindungsgemäßen Begrenzungsvorrichtung zugeordnet ist.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
In 3 werden die mit den 1 und 2 gemeinsamen Elemente jeweils durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
In dieser Figur ist nur ein Teil der Steuereinrichtung eines Anlassergenerators für Kraftfahrzeuge in dreiphasiger Ausführung zu erkennen. Im einzelnen ist nur ein Strang der Gleichrichterbrücke und nur eine der Ansteuervorrichtungen der Steuer- und Kontrolleinheit dargestellt worden. Bekanntlich sind die Stränge der Gleichrichter- und Steuerbrücke identisch ausgeführt, ebenso wie die Ansteuervorrichtungen, so dass die Notwendigkeit entfällt, sie alle darzustellen.
In dieser 3 erkennt man bei T einen der Stränge der Gleichrichterbrücke, bei 60 eine Begrenzerdiode, die in jeden Transistor des Strangs integriert ist, um eine Vorrichtung zur Begrenzung der Überspannungen, insbesondere im Fall von Lastabwurf, zu bilden, bei θ einen der Ausgänge der Phasen des Ständers, die mit Wicklungen versehen sind, bei + die als Plusleitung bezeichnete elektrische Speiseleitung, die mit dem positiven Potential des Bordnetzes und mit dem positiven Potential der Batterie, und zwar mit deren Plusklemme, verbunden ist.
GND bezeichnet das Potential der Masseleitung 35 und der Masse.
Zwei Leistungstransistoren MHS und MLS sind paarweise im Strang T gruppiert und an ein und denselben Phasenausgang θ angeschlossen. Vorteilhafterweise handelt es sich bei jedem Transistor um eine Gruppe von parallel geschalteten Transistoren, um den Strom im Elektromotorbetrieb besser zu leiten.
Wie dies in der am 04.07.2002 eingereichten FR 02 08420 beschrieben ist, auf die zu weiteren Einzelheiten verwiesen werden kann, ist eine als Driver bezeichnete Ansteuervorrichtung 100 in unmittelbarer Nähe der Transistoren MHS und MLS geschaltet, wobei sie wie nachstehend beschrieben an diese angeschlossen ist.
Dieser Driver gehört, wie in 2 der FR 02 08420 zu erkennen ist, zur Kontroll- und Steuereinheit, die eine elektronische Regelungseinheit umfasst, um die Driver zu steuern. Diese Einheit ist mit einem Mikrocontroller bestückt, der ebenso wie die Driver gegen Überspannungen zu schützen ist. Diese Einheit besteht aus einer oder mehreren integrierten Schaltungen, vorteilhafterweise in Form von monolithischen Niederspannungsschaltungen.
Nach einem Merkmal ist die maximal zulässige Spannung für die besagte elektronische Einheit, das heißt ohne Beschädigung oder Zerstörung dieser Einheit, größer als der Wert der Begrenzungsspannung der Begrenzungsvorrichtung eines Transistors und kleiner als das Zweifache dieses Begrenzungsspannungswerts. Bei einer 14 V Batterie und einem Begrenzungsspannungswert von 35 V liegt die zulässige Spannung beispielsweise bei 40 bis 45 V. Zur Sicherheit kann dieser Wert zum Beispiel auf 50 V erhöht werden, was sich weiterhin im Rahmen einer Niederspannungstechnologie bewegt. Hier sind jeder Strang von Transistoren MHS und MLS sowie der Driver, der ihn ansteuert, in unmittelbarer Nähe des Phasenausgangs θ geschaltet. Bei diesen Transistoren handelt es sich vorteilhafterweise um Feldeffekt-Transistoren, hier um MOSFET-Transistoren, wobei die Begrenzerdioden 60, wie vorstehend erwähnt, in diese Transistoren integriert sind.
Im einzelnen ist MHS der "High Side"-Transistor, während MLS der "Low Side"-Transistor ist.
Der Transistor MHS ist an den Ausgang θ der betreffenden Phase und an die Speiseleitung + angeschlossen.
Der Transistor MLS ist an den Ausgang θ der betreffenden Phase und an die Masseleitung 35 angeschlossen.
In dieser Ausführungsart bildet der Driver ein Leistungsmodul mit den Transistoren MHS und MLS des Strangs T, dem er zugeordnet ist. Dieser Driver ist in der Lage, die Gates G11 und G12 der Transistoren anzusteuern, um sie durchzuschalten (Transistor geschlossen) oder zu sperren (Transistor geöffnet).
Die Steuereinrichtung des Anlassergenerators umfasst daher Leistungsmodule und eine elektronische Regelungseinheit, die mit einem Mikrocontroller bestückt ist.
Die Leistungstransistoren der Gleichrichterbrücke, die Schalter in statischer Bauart bilden, und die Driver gehören somit zu einer Leistungsstufe, während die Regelungseinheit zu einer zweiten Leistungsstufe mit geringerer Leistung gehört.
Die Regelungseinheit ist vorteilhafterweise an alle als Driver bezeichnete Ansteuervorrichtungen angeschlossen.
Diese Leistungsmodule sind in einer Ausführungsart am Anlassergenerator, genauer gesagt: an dessen hinterem Lagerschild angebracht.
Die Regelungseinheit ist in diesem Fall entweder außen oder am Anlassergenerator angeordnet. Diese Einheit befindet sich daher in der Nähe oder in einer Entfernung von den Drivern.
Die Driver empfangen einerseits von der Regelungseinheit kommende Signale.
Bei einem der empfangenen Signale ALG handelt es sich um das als "Boost" bezeichnete Signal, das der Speisespannung entspricht, die durch eine Hilfsspannungsquelle an die Gates G11 und G12 der Transistoren MHS und MLS geliefert wird, da diese vorteilhafterweise kostengünstig als N-Kanal-Transistoren ausgeführt sind. Außerdem empfängt der Driver von der Regelungseinheit Signale SC, bei denen es sich um Informationen handelt, die durch den Resolver oder die Positionsgeber des Läufers des Anlassergenerators geliefert werden, um die Winkelposition des Läufers der rotierenden elektrischen Maschine anzugeben. Darüber hinaus liefert die Regelungseinheit an den Driver eine Information, hier eine Logikinformation, zur Validierung VD des Elektromotorbetriebs, insbesondere in der Betriebsart als Anlasser des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs, und eine Information VA zu Validierung des Generatorbetriebs. Diese beiden zuletzt genannten Signale ermöglichen es dem Driver, in Erfahrung zu bringen, ob der Anlassergenerator zu einem bestimmten Zeitpunkt als Generator oder als Elektromotor arbeiten soll.
Anderseits empfängt und überträgt jeder Driver Signale an die Transistoren MHS und MLS. Der Driver erhält das Speisepotential des Anlassergenerators, d.h. das Speisepotential des Bordnetzes (Plusleitung +). Außerdem empfängt er eine Information, bei der es sich um den Messeingang für das Potential dieser Plusleitung + handelt. Der Driver liefert ausgangsseitig ein Signal GHS, bei dem es sich um das Steuersignal für das Gate G11 des Transistors MHS handelt. Ferner erhält der Driver den vom Anlassergenerator kommenden Phasenausgang θ sowie den Messwert für das Potential des Phasenausgangs. Darüber hinaus liefert der Driver ausgangsseitig die Steuerung GLS des Gate G12 des Transistors MLS. Schließlich erhält der Driver das Potential GND der Masse sowie den Messwert für das Potential der Masse.
Dieser Driver umfasst des Weiteren zwei Vergleicher oder Operationsverstärker, die an seinem Ausgang ein Logiksignal liefern, wie dies beispielsweise in der EP A 1 134 886 beschrieben ist. Hier ist der erste Vergleicher zwischen den Eingängen für die Messungen des Potentials der Plusleitung + und die Messung des Phasenausgangs geschaltet, während der zweite Vergleicher zwischen den Eingängen für die Messung des Potentials der Masse und die Messung des Phasenausgangs geschaltet ist.
Das Ausgangssignal des ersten Vergleichers liefert einen Vergleichswert zwischen den zwei Werten der Eingänge der betreffenden vorerwähnten Messwerte.
Das gleiche gilt im Zusammenhang mit dem zweiten Vergleicher. Diese Vergleichswerte werden anschließend durch eine Logikschaltung digital verarbeitet, um daraus abzuleiten, ob das Gate G11 des Transistors MHS und/oder das Gate G12 des Transistors MHL geschlossen und/oder geöffnet werden müssen. Die Gates G11 und G12 der Leistungstransistoren MHS bzw. MHL werden durch Stromquellen, durch eine erste bzw. eine zweite Stromquelle, geladen oder entladen. Jede dieser beiden Stromquellen ist hier auf der Grundlage von zwei Transistoren ausgeführt.
Der Eingang ALG des Driver für die "Boost"-Stromversorgung ist stets aktiv und liegt an einem hohen Potential, das durch die Regelungseinheit geliefert wird, um das Gate der Leistungstransistoren MHS und MLS in der Ausführung als N-Kanal-Transistoren über die beiden Stromquellen korrekt zu laden. Dieses Potential kann beispielsweise gleich Ua + 16 Volt sein (wobei Ua die Spannung an der Plusklemme der Batterie ist).
Die Funktionsweise des Driver stellt sich wie folgt dar: Im Elektromotorbetrieb, insbesondere im Anlasserbetrieb, erfasst ein Resolver oder erfassen Positionsgeber, die drehfest mit dem Läufer des Anlassergenerators verbunden sind, der als Synchronmaschine arbeitet, die Winkelposition des Läufers. Die Gebersignale werden an die Regelungseinheit übertragen, die sie verarbeitet und an den betreffenden Eingang SC des Driver anlegt. Die Gates der Transistoren MHS und MHL werden nach Maßgabe der an diesem Eingang erhaltenen Signale über die Logikschaltung und die beiden Stromquellen gesteuert.
Im Generatorbetrieb funktionieren die Leistungstransistoren MHS und MHL mit Synchrongleichrichtung, das heißt, dass die beiden vorerwähnten Vergleicher den Phasenpegel am Eingang für den Messwert des Phasensignals im Verhältnis zum Massepotential am Eingang für den Messwert des Massepotentials GND und zum Ausgangspotential am Eingang für den Messwert des Potentials der Plusleitung + erfassen. Das Ergebnis dieses Vergleichs wird an die Gates dieser Transistoren angelegt, was über die Logikschaltung und die Stromquellen erfolgt.
Der Generatorbetrieb oder der Elektromotorbetrieb wird am Driver durch die betreffenden Logikeingänge VD und VA ausgewählt, die mit der Logikschaltung verbunden sind. Wenn beispielsweise der Generatorbetrieb ausgewählt wird, erhält einer der Eingänge VA ein Logiksignal gleich 1 und der andere Eingang VD ein Signal gleich 0. Umgekehrt ist es, wenn der Elektromotorbetrieb, insbesondere der Anlasserbetrieb, ausgewählt wird. Der Logikpegel 1 ist beispielsweise eine Spannung von 5 Volt, während der Logikpegel 0 einer Nullspannung entspricht.
Als Variante wird natürlich nur das Signal VD verwendet, dessen Logikpegel es ermöglicht, nur damit den Elektromotorbetrieb oder den Generatorbetrieb auszuwählen.
Der Einfachheit halber sind in 3 der vorliegenden Erfindung nicht alle Eingänge, Vergleicher, die Logikschaltung und die Stromquellen der 3 und 4 der FR 02 08420 dargestellt worden, auf die zu weiteren Einzelheiten verwiesen werden kann.
In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, dass jeder Driver sich vorteilhafterweise in unmittelbarer Nähe seiner zugehörigen Transistoren MHS oder MLS befindet, so dass die Möglichkeit besteht, Anschlüsse mit geringerer Länge zu verwenden, wobei die Empfindlichkeit dieser Eingänge bezogen auf die Störungen entsprechend verringert wird, die durch diese Anschlüsse hindurchgehen können.
Die Regelungseinheit kann hingegen in einer Entfernung von den Drivern angeordnet sein, da sie im Gegensatz zu den vorerwähnten Messwerteingängen nur unkritische Potentiale überträgt, und aus diesem Grunde ist sie auch nicht dargestellt.
In dieser 3 sind daher nur die für die Erfindung erforderlichen Elemente dargestellt worden, insbesondere die als Leitungen bezeichneten elektrischen Verbindungsmittel 32 bis 35.
Die Gates G11, G12 der Transistoren MHS, MHL sind durch Dioden 30 bzw. 31 geschützt, bei denen es sich hier um Lawinendioden handelt.
Die Diode 30 ist elektrisch an die Gate-Leitung 32 angeschlossen, die das Gate G11 mit dem Eingang GHS verbindet, und an die Phasenausgangsleitung 33, die den Phasenausgang θ mit dem betreffenden Eingang PH des Driver 100 verbindet.
Die Diode 31 ist elektrisch an die Gate-Leitung 34 angeschlossen, die das Gate G12 mit dem Eingang GHL verbindet, und an die Masseleitung 35, die sich auf dem Massepotential GND befindet.
Es können Überspannungen aus dem Bordnetz über die als Plusleitung bezeichnete Speiseleitung + kommen, wenn der Anlassergenerator abgeschaltet oder nicht erregt ist.
In dieser Situation können sich die beiden Transistoren MHS und MLS im geöffneten Zustand befinden, das heißt gesperrt sein.
Die Begrenzerdioden 60 begrenzen die Überspannungen beispielsweise auf einen Begrenzungsspannungswert (einen Schwellenwert) von 35 V pro Transistor.
Die über die Plusleitung + geführten Überspannungen des Bordnetzes werden dabei durch die Dioden 60 auf 70 V begrenzt, da diese Transistoren und diese Dioden dann in Reihe geschaltet sind, wobei kein Signal am Phasenausgang θ anliegt.
Um diese Überspannungen aus dem Bordnetz auf einen kleineren Wert zu begrenzen, um dadurch die Elektronikeinheit und insbesondere den Driver 100 zu schonen, ist erfindungsgemäß in einfacher und wirtschaftlicher Weise eine Vorrichtung zum Schutz gegen die Überspannungen 40 vorgesehen, die aus dem Bordnetz kommen. Diese Vorrichtung 40 ist dem Driver 100 zugeordnet, um vorrangig wenigstens einen der Transistoren MHS und MHL zu schließen, das heißt durchzuschalten, wenn das Potential der Plusleitung + (Potential Ua und positives Potential des Bordnetzes) einen bestimmten oder vorbestimmten Wert überschreitet, der kleiner als der Wert der maximal zulässigen Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ist, das heißt ein Wert oder Schwellenwert, der keine Beeinträchtigung und/oder Beschädigung dieser Einheit zur Folge hat.
In dem Ausführungsbeispiel ist dieser bestimmte oder vorbestimmte Wert größer als der Wert der Begrenzungsspannung einer Diode 60 und kleiner als das Zweifache dieses Begrenzungsspannungswerts.
Bei einem Begrenzungsspannungswert oder einer Begrenzungsspannungsschwelle von 35 V wird zum Beispiel, wie vorstehend erwähnt, ein für die Elektronikeinheit zulässiger Wert zwischen 40 und 45 V gewählt, um in der Niederspannungs-Monolith-Technologie zu bleiben, die maximal insgesamt 50 V aushalten kann.
Der Driver 100 ist daher so konstruiert, dass er 50 V oder einer maximalen Spannung zwischen dem Einfachen und dem Zweifachen des Begrenzungsspannungswerts standhalten kann.
Insbesondere um die Anzahl der Anschlüsse zu verringern und die Störungen zu reduzieren, ist diese Schutzvorrichtung 40 des Driver 100 zum Schutz gegen die Überspannungen aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs vorteilhafterweise direkt an den Driver angeschlossen, wobei sie in die monolithische Niederspannungsschaltung des Driver integriert ist.
So ist in 3 bei 200 diese integrierte Schaltung in der Ausführung als monolithische Schaltung dargestellt worden.
Als Variante ist die Schutzschaltung in die Stufe mit geringerer Leistung der Regelungseinheit integriert und an wenigstens einen der Transistoren, vorteilhafterweise an dessen Gate, entweder direkt oder über den Driver 100 angeschlossen.
In einer Ausführungsform besteht diese Vorrichtung 40 aus einer Gruppe von in Reihe geschalteten Begrenzerdioden, die das Potential der Plusleitung + mit dem Gate G12 des Transistors MLS elektrisch verbinden, so dass der an die Masse angeschlossene Transistor MLS geschlossen wird, wenn das Potential der Plusleitung + einen bestimmten Wert, beispielsweise zwischen 40 und 45 Volt, im Anschluss an eine Überspannung aus dem Bordnetz überschreitet. Die in Reihe geschalteten Dioden können eine geringe Leistung aufweisen und aus Zener-Dioden bestehen, da die Energie der Spannungsbegrenzung von den Transistoren MLS und MHS getragen wird. In 3 sind fünf Zener-Dioden vorgesehen. Als Variante kann man die Anzahl der Dioden nach Maßgabe der jeweiligen Anwendung verringern und/oder Begrenzerdioden auswählen, die durch Lawineneffekt mit einer größeren Spannung arbeiten. Als Variante ist nur eine Begrenzerdiode vorgesehen. Als Variante können die in Reihe geschalteten Dioden 40 durch einen Vergleicher oder einen Operationsverstärker ersetzt werden, der das Potential der Plusleitung + im Verhältnis zu einer Referenzspannung vergleicht. Wenn das Potential der Plusleitung insgesamt gleich dieser Referenzspannung ausfällt, wird das Gate eines der Transistoren angesteuert, um diesen zu schließen.
Das Ergebnis dieses Vergleichs kann grundsätzlich wenigstens auf einen der Leistungstransistoren MHS oder MLS einwirken.
Diese bestimmten oder vorbestimmten Werte sind natürlich von den jeweiligen Anwendungen, insbesondere von der Batteriespannung abhängig, die hier auf 14 V geregelt ist.
Wie mit hinreichender Deutlichkeit aus der Beschreibung und aus den Zeichnungen hervorgeht, wird in dieser Ausführungsart durch die Schutzvorrichtung 40 einer der Transistoren bei einem Spannungswert kleiner als die maximal zulässige Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit durchgeschaltet.
Die vorliegende Erfindung ist natürlich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
So ist die Schutzvorrichtung 40 als Variante direkt an das Gate G12 angeschlossen.
Als Variante ist jedem Transistor ein Driver zugeordnet. Diese Anordnung ist insofern weniger vorteilhaft, als sie zu einer Vergrößerung der Anzahl der Anschlüsse führt.
In diesem Fall werden die Steuersignale GHL und GLS durch den einen oder durch den anderen der Driver geliefert. Jeder Driver empfängt die Signale SC, VD, VA. Natürlich kann, wie vorstehend erwähnt, das Signal VA entfallen.
Die Schutzvorrichtung wirkt grundsätzlich wenigstens auf einen der beiden Transistoren des Strangs ein, um ihn durchzuschalten, wobei sie wenigstens an einen Driver angeschlossen ist.
Die Vorrichtung kann auf beide Transistoren einwirken.
In diesem Fall können Transistoren MHS und MLS verwendet werden, die bei Spannungen größer als die maximal zulässige Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit in Reihe arbeiten können.
In diesem Fall ist die Schutzvorrichtung so gestaltet, dass sie die beiden Transistoren durchschaltet, sobald die Spannung an der Plusleitung + nahe bei der sogenannten Maximalspannung liegt, wobei sie kleiner als diese bleibt.
Die Gates dieser Transistoren können mittels der Schutzvorrichtung angesteuert werden, die, wie vorstehend erwähnt, einen Vergleicher oder einen Operationsverstärker umfasst, um das Potential der Plusleitung (+) mit einer Referenzspannung zu vergleichen.
Beispielsweise bei einer für die besagte Elektronikeinheit maximal zulässigen Spannung von 50 V werden die beiden Transistoren bei einer Spannung an der Plusleitung von 40 bis 45 V durchgeschaltet. Diese Transistoren sind dann in einer Ausführungsart mit einer Begrenzungsvorrichtung bestückt, die bei einem Wert über diesen 40 bis 45 V aktiv ist.
Als Variante sind die beiden wie vorstehend gestalteten Transistoren ohne integrierte Begrenzervorrichtung ausgeführt.
Als Variante sind die Feldeffekttransistoren als P-Kanal-Transistoren ausgeführt.
Die Regelungseinheit, die Driver und die Gleichrichter- und Steuerbrücke sind in einer anderen Ausführungsart in ein und demselben Elektronikgehäuse angeordnet, das zwei Stufen umfasst.
Dieses Gehäuse ist in einer Ausführungsart außerhalb des Anlassergenerators unter Einfügung von elektrischen Verbindungsmitteln zwischen dem Anlassergenerator und dem Gehäuse angebracht. Diese Verbindungsmittel umfassen beispielsweise eine Verbindung mit elektrischen Verbindern und Kabeln, wie sie zum Beispiel in der WO 02/060038 beschrieben ist.
Als Variante ist das Elektronikgehäuse am Anlassergenerator angebracht, wobei es zum Beispiel am äußeren Umfang seiner Umhüllung angeordnet ist.
Als Variante sind die Gleichrichterbrücke und/oder der Spannungsregler am hinteren Lagerschild des Anlassergenerators angebracht, während die Steuer- und Kontrolleinheit außen angeordnet ist.
Jeder MOSFET-Transistor besteht natürlich in einer Ausführungsart aus einer Gruppe von parallel geschalteten Transistoren, insbesondere um die Erwärmungen zu verringern.
Als Variante umfasst der Anlassergenerator mehr als drei Phasen, beispielsweise fünf oder sechs Phasen, und/oder zwei parallel geschaltete Brücken.
Die Anzahl der Ansteuervorrichtungen ist in diesem Fall größer als drei, wobei wenigstens ein Driver pro Strang vorgesehen ist.
Dies wird möglich durch die Bildung von geschützten Leistungsmodulen, die, wie vorstehend dargelegt, ein Transistorenpaar und einen Driver umfassen.
Die Schutzvorrichtung zum Schutz eines Transistors gegen Überspannungen im Falle eines Lastabwurfs kann unterschiedliche Formen aufweisen. So können beispielsweise die Transistoren spannungskalibriert sein, um bei einer kalibrierten Spannung kleiner als eine bestimmte oder vorbestimmte Spannung im Falle eines Lastabwurfs mit Lawineneffekt zu arbeiten.
Es kann jede mit Lawineneffekt arbeitende Vorrichtung verwendet werden, wobei diese Vorrichtung vorteilhafterweise in den Transistor integriert ist.
Die Transistoren können natürlich einer Vorrichtung zur Schnellentmagnetisierung des Wechselstromgenerators zugeordnet sein, um die Dauer der Load-Dump-Phase zu verkürzen und dementsprechend die Energie zu verringern, der die Transistoren standhalten müssen. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der FR A 2 802 365 beschrieben, auf die zu weiteren Einzelheiten verwiesen werden kann. Eine solche Schnellentmagnetisierungsvorrichtung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Schalter aus einem einzigen Transistor oder aus einer begrenzten Anzahl von parallel geschalteten Transistoren besteht, da diese die Energie des Load Dump aushalten müssen.

Claims

Steuereinrichtung für einen mit einer Batterie und einem Bordnetz verbundenen mehrphasigen und reversiblen Anlassergenerator, der einerseits eine Brücke mit Schaltern in Form von Leistungstransistoren (MHS, MHL), die jeweils ein Gate (G11, G12) aufweisen, und andererseits eine elektronische Steuer- und Kontrolleinheit mit Ansteuervorrichtungen (100) zur Ansteuerung der Gates der Leistungstransistoren umfasst, um diese durchzuschalten oder in den geöffneten Zustand zu schalten, wobei die an ein und denselben Phasenausgang angeschlossenen Transistoren paarweise in einem Strang (T) der besagten Brücke gruppiert sind und durch wenigstens eine Ansteuervorrichtung (100) angesteuert werden und wobei der besagte Strang an eine Masseleitung (35) und an eine als Plusleitung bezeichnete Speiseleitung (+) angeschlossen ist, die mit einem positiven Potential des Bordnetzes und der Batterie verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schutzvorrichtung (40) zum Schutz gegen Überspannungen der Ansteuervorrichtung (100) eines Leistungstransistorenpaars eines Strangs (T) zugeordnet ist und dass die Schutzvorrichtung (40) so gestaltet ist, dass sie wenigstens einen der Transistoren des besagten Strangs durchschaltet, wenn das Potential der Plusleitung einen bestimmten oder vorbestimmten Wert überschreitet, der kleiner als der Wert der maximal zulässigen Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (40) in die Ansteuervorrichtung (100) integriert ist.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Transistorenpaar des Strangs (T) eine einzige Ansteuervorrichtung (100) zugeordnet und in unmittelbarer Nähe dieses Transistorenpaars angebracht ist.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung (100) eine Logikschaltung umfasst, um die Gates des Transistorenpaars des Strangs (T) anzusteuern.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter der besagten Brücke in Form von Leistungstransistoren (MHS, MHL) jeweils eine Begrenzungsvorrichtung (60) zur Begrenzung der aus der besagten Speiseleitung (+) kommenden Überspannungen aufweisen, dass einerseits die Vorrichtung zur Begrenzung der Überspannungen (60) bei einer Spannung mit einem als Begrenzungsspannungswert bezeichneten bestimmten oder vorbestimmten Wert aktiv ist und andererseits die maximal zulässige Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit zwischen dem Einfachen und dem Zweifachen des Begrenzungsspannungswerts liegt und dass die Schutzvorrichtung (40) so gestaltet ist, dass sie wenigstens einen der Transistoren des besagten Strangs durchschaltet, wenn das Potential der Plusleitung einen bestimmten oder vorbestimmten Wert überschreitet, der einerseits zwischen dem Einfachen und dem Zweifachen des Begrenzungsspannungswerts liegt und der andererseits kleiner als der Wert der maximal zulässigen Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ausfällt.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungstransistoren (MHS, MHL) ein und desselben Strangs geeignet sind, bei einer Spannung an der Plusleitung in Reihe zu arbeiten, die größer als die maximal zulässige Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ist, und dass die Schutzvorrichtung (40) so gestaltet ist, dass sie die beiden Transistoren des besagten Strangs durchschaltet, wenn das Potential der Plusleitung einen bestimmten oder vorbestimmten Wert überschreitet, der nahe beim Wert der maximal zulässigen Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit liegt, wobei er kleiner als dieser ist.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter der besagten Brücke in Form von Leistungstransistoren (MHS, MHL) auch jeweils eine Begrenzungsvorrichtung (60) zur Begrenzung der aus der besagten Speiseleitung (+) kommenden Überspannungen aufweisen, die bei einer Spannung mit einem als Begrenzungsspannung bezeichneten bestimmten oder vorbestimmten Wert aktiv ist, der größer als die maximal zulässige Spannung für die elektronische Steuer- und Kontrolleinheit ist.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (40) an die Plusleitung (+) und an das Gate eines der Transistoren des Strangs (T) angeschlossen ist.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (40) wenigstens eine Begrenzerdiode (40) umfasst, welche die Plusleitung (+) elektrisch mit einer Leitung eines Gates (G12) des an die Masseleitung (35) angeschlossenen Leistungstransistors (MHL) des Strangs verbindet.
Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (40) mehrere in Reihe geschaltete Begrenzerdioden in der Ausführung als Zener- oder Lawinendioden umfasst.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (40) einen Vergleicher oder einen Operationsverstärker umfasst, um das Potential der Plusleitung (+) mit einer Referenzspannung zu vergleichen.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transistoren (MHS, MLS) als MOSFET-Transistoren ausgeführt und spannungskalibriert sind, um bei einer kalibrierten Spannung kleiner als eine bestimmte oder vorbestimmte Spannung im Falle eines Lastabwurfs mit Lawineneffekt arbeiten.
Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzungsvorrichtung (60) aus einer Begrenzerdiode besteht.