JP2002538756A - 例えば自動車用の三相交流ジェネレータのための整流器装置 - Google Patents
例えば自動車用の三相交流ジェネレータのための整流器装置Info
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Abstract
Description
により既に、相ごとに2つの半導体ダイオードを備えた三相ブリッジ整流器装置
が公知であり、この三相ブリッジ整流器装置では個々のツェナーダイオードの電
圧安定特性が利用される。しかしながらこの種の電圧安定性は、整流器装置を例
えば42Vの比較的高い自動車搭載電源網電圧のために設計すべき場合には、通
過させる電圧のリップル成分を所定のように最小にして確実な電圧制限を達成し
ようとすると、ツェナーダイオードの降伏電圧の製造許容差が過度に大きくなっ
てしまう。
ッジ整流器装置は、高い搭載電源網電圧に対しても確実な電圧安定性をブリッジ
整流器装置自体によって達成される。殊に例えば、B+での作動電圧が42Vで
あり、B+での最大リップルが47Vであるときに、B+での電圧が55Vの値
に達すると直ちに確実な電圧制限が達成される。
び改良が可能である。
許容差範囲でもって達成することができる。
イオードの形式のただ1つの半導体素子に組み込むことによって達成される。例
えば降伏電圧の不安定性の問題は、ロードダンプ電流が大きかったり、降伏電圧
が正の温度経過を有することによる過度の加熱の結果で生じるが、この問題点は
阻止される。なぜなら、電圧が降伏の直後に小さな値に降下するからである。こ
の小さな値とは、3層または4層素子が導通状態のままとなるのに必要な値であ
る。
整流器装置、図2は第1の実施例、図3は第2の実施例、図4は電流電圧グラフ
及び図5は別の実施例をそれぞれ示す。
タの3つの端子u、v及びwは、それぞれダイオードペア(1、4)、(2、5
)ないしは(3、6)と接続されており、端子はそれぞれ直列に接続されたダイ
オードの中央タップとして構成されている。ダイオード4、5および6のアノー
ドはアースに接続されており、ダイオード1、2及び3のカソードは整流器装置
のプラス極B+に接続されている。
直流変換は三つの相の正の半波がプラス極に導かれ、負の半波がアース端子に導
かれることによって。このためにそれぞれ互いに向き合って配置された整流器ダ
イオードは阻止方向に極性付けられている。B+において14または28Vの作
動電圧を有する自動車搭載電源網のための電圧供給は、このようにして公知の半
導体ダイオードを用いて行うことができる。図2は本発明による第1の実施例で
あり、図1と比較して個々のダイオード1〜6が直列に接続されたダイオードの
ペア11、12、13、14、15及び16により置換されている。すなわちダ
イオードペアは直列に接続された2つのpn接合を有するスイッチ素子である。
電圧供給が実現される。整流器装置は、B+での47Vの(三相交流ジェネレー
タのコイル装置によって生じる)リップルを可能にし、そして同時にB+での電
圧を最大55Vに制限する。このために例えば、少なくとも14、15及び16
のダイオードペアはツェナーダイオードとして構成されており、3つの三相交流
相のうちの2つの組み合わせそれぞれに、逆直列に接続された2つのツェナーダ
イオードペアを備える少なくとも1つの電流経路が配置されている。これによっ
て三相交流のそれぞれの相位置において、個々のツェナーダイオードの降伏電圧
が相応に調整されていれば、B+での作動電圧は55Vの値を上回らないという
ことが保証される。このことは、必要に応じて該当するツェナーダイオードペア
が「降伏し」、すなわち該当する2つの三相交流相が短絡することによって行わ
れる。
例えばツェナーダイオードがB+において少なくとも47Vの最大リップルをさ
らにB+に導通すべきであり、しかも同時に電圧制限のための所定の限界が比較
的47Vの近くにある(例えば上記の55V)場合に、上記のことを達成するの
は非常に困難である。ツェナーダイオードでの降伏電圧に対する製造許容差は典
型的に6Vであり、したがって例えば、47V〜53Vまでの範囲をカバーする
。しかしながら実際の降伏は比較的高い電圧の際に行われる。何故ならば、阻止
方向における内部抵抗はこの種の高い降伏電圧を有するツェナーダイオードでは
相応に高く、そして付加的な電圧降下を引き起こすからである。この電圧降下は
ツェナーダイオード降伏が開始する際に行われる必要がある。
加熱する大電流がダイオードを流れる。このことによってやはり、阻止方向のツ
ェナーダイオードのそれ自体で既に高い内部抵抗がさらに高まり、さらにはアバ
ランシェダイオードでの降伏電圧も正の温度経過を有し、これによって降伏のた
めに必要とされる電圧をさらに高める。最終的に降伏自体の際に、すなわち「ロ
ードダンプ」の場合においては大電流が流れ、この大電流は既述の正の温度経過
の結果としての降伏電圧を高めることがあり、その結果降伏電圧はさらに上昇す
る。
ち、全体降伏電圧をツェナーダイオードペア14、15ないし16の直列に接続
された2つのツェナーダイオードの降伏電圧の和として実現することにより回避
する。ここでこの2つのツェナーダイオードの各降伏電圧は全体降伏電圧の半分
の大きさである。個々のダイオードは例えば、平均して24.5Vの降伏電圧を
有し、同様に半分にされた許容差は±1.5Vである。ダイオードペアの結果と
して生じる降伏電圧は、この場合、47V〜51Vの範囲であり、√2×3Vの
許容差範囲を有し、これは約4Vである。これはそれ自身単独で既に所要の降伏
電圧を提供するであろう個々のダイオードに対して許容差範囲が2Vだけ減少さ
れている。これに加えロードダンプの際に阻止方向に流れる大電流が、該当する
ダイオードペアの各ダイオードに発生する損失電力は半分だけとなり、pn接合
の温度は明らかに低くなる。降伏電圧が半分であるので、ダイオードの内部抵抗
も減少する。したがって結果として、最大電圧として要求される55Vを簡単に
実現することができる。
Vよりも大きな降伏電圧を有する高阻止性の個々のダイオードと置換されている
。電圧制限はさらにツェナーダイオードペア14、15及び16によって保証さ
れる。別の実施形態においては、ダイオードペア11、12及び13は同様に、
ダイオードペア14、15及び16のように、相応の降伏電圧を有するツェナー
ダイオードペアとして構成されている。このように形成されている場合には、3
つの三相交流相のうちの2つの組み合わせのそれぞれの間に、それぞれ2つの逆
直列に接続されたツェナーダイオードペアを有する2つの電流経路が存在し、そ
の結果三相交流の2つの相の間で過電圧が生じた際には2つの降伏経路を開くこ
とができる。このことによってダイオード当たりの電流は減少し、それとともに
降伏電圧への温度の作用はさらに減少される。
のダイオード1〜3は55Vよりも大きい降伏電圧を有する高阻止性のダイオー
ド17、18及び19によって形成されており、単一のダイオード4〜6は半導
体整流器素子20、21及び22と置換されている。整流器素子20、21及び
22は、それぞれカソード短絡を有する4層ダイオードによって形成されていて
、各4層ダイオードのアノードはアース端子に接続されている。4層ダイオード
は、公知のようにカソード短絡を有するpnpn半導体層によって形成されてお
り、そして3つのpn接合の直列接続である。アース端子と各相端子u、vない
しwとの間に逆直列に接続された各4層ダイオードは、整流器装置のプラス極側
B+でのダイオードタイプと同じ高阻止性のダイオードである。
(I−Uグラフ)a及び整流器素子20、21ないし22の電流電圧グラフbを
示す。順方向において、4層ダイオードはまず電圧U1(例えば50V)で導通
接続され、したがって整流器素子では高阻止性のダイオードが4層ダイオードに
並列に接続されて、順方向に極性付けられていれば(4層ダイオードのカソード
が負電圧)、整流器素子による導通が保証される。これはただ1つのpn接合を
有する通常の2層ダイオード(カーブb、導通電圧U2)の場合と同じである。
これに対して阻止方向に極性付けられていれば、4層ダイオードないし整流器素
子を流れる電流が折り返し電圧(Kippspannung)U3(例えば−50V)から非
常に大きくなり、4層ダイオードは降伏し、そして電圧は導通接続された状態が
持続している場合には阻止方向において非常に小さい値U4(例えば−1〜−2
Vまで)に降下する。
m)である。折り返し電圧U3及び折り返し電流の値は、4層ダイオードの相応
の設計仕様によって選択することができる。したがって55Vに電圧制限すると
いう要求は、本発明による整流器において使用される整流器祖素子を用いて容易
に満たすことができる。図2の装置と比べると、12個の代わりにただ9個の半
導体ダイオードチップが必要とされ、したがって低電圧搭載電源網用の図1の公
知の設計の場合での6つよりもわずか3つ多いだけである。図2の解決策では、
ダイオードの整流方向における損失電力は図1の公知の設計と比べて、ダイオー
ドの数が2倍になっていることにより2倍にされているので、損失電力はダイオ
ードチップの数が少なくなっていることに基づき比較的小さくなっている。それ
に加え有利には整流器機能では、整流器素子の降伏の際に電圧が大きく降下し、
したがって付加的に損失電力は僅かなものとなり、そしてこれによって降伏電圧
をより正確に規定することができる。
ード17、18及び19と置換することができる。またこの変形装置では、3つ
の三相交流相のうちの2つの組み合わせそれぞれに対して、2つの逆直列に接続
された整流器素子によって与えられた少なくとも1つの降伏電流経路が保証され
ている。図3の別の変形実施形態において整流器素子20、21及び22は、高
阻止性のダイオードを有する4層ダイオード(「サイリスタダイオード」)の並
列接続の代わりに、3層ダイオード(「トランジスタダイオード」)によって形
成される。各整流器素子はすなわち3層ダイオードによって形成される。3層ダ
イオードは公知の通り、カソード短絡を有するpnp半導体層によって形成され
、2つのpn接合の直列接続である。3層ダイオードは公知の通り、既に図4に
おけるbで表されるI−U特性曲線を有し、並列接続された高阻止性のダイオー
ドによる付加的な配線は必要ない。3層ダイオードではU4は典型的に−15V
である。したがってこの変形実施形態においては、高電圧搭載電源網のために全
部で僅か6つの半導体チップだけが必要とされる。
造の側面図を示す。ダイオードペアのそれぞれの個々のダイオードは、押し込み
ソケット33ないし34を有する押し込みダイオード31ないし32として構成
されている。半導体チップは図示されたダイオードケーシングの内部に配置され
ていて(図示されていない)、外部からヘッド線35ないし36及び押し込みソ
ケット33ないし34を介してコンタクト可能である。両押し込みソケットは導
電性にアルミニウム冷却板30を介して接続されており、そのアルミニウム冷却
板では押し込みソケットがその形状に適合した2つの開口部に押し込まれている
。
オード31及び32に表面のレイアウトを変えて配置されていて、冷却板を介し
て一方のダイオードのカソードを他の一方のダイオードのアノードに電気的に接
続する。ヘッド線は図2によれば、搭載電源網の三相交流端子ないし極(アース
端子ないしB+)に電気的に接続されている(図5には図示されていない)。図
2による整流器全体は、ここでは図5の6つの同じ冷却板装置から統合されてお
り、6つの冷却板は例えばプラスチックからなる接続板に固定され、そして接続
部は冷却板装置の間でプラスチックに鋳込まれている。
も使用することが可能であり、このことは押し込みダイオード31に4層ダイオ
ードを備えた半導体チップを、そして押し込みダイオード32に高阻止性のダイ
オードを備えた半導体チップを配置することによって行われる。ダイオードのア
ノードは例えば、冷却板を介して4層ダイオードのカソードに電気的に接続され
ていて、反対側に配置された電極はヘッド線を介して互いにコンタクトされなけ
ればならず、また該当する三相交流相に接続されなければならない(図5には図
示されていない)。
がなくとも実施することができ、これは2つの半導体ダイオードチップの直列接
続が押し込みダイオードの1つのダイオードケーシング内に配置されることによ
っておこなわれる。このことによって、それぞれが1つの押し込みダイオードの
形態で実現されるダイオードペアを、既に公知の整流器冷却板装置に使用するこ
とも可能である。このことは内部に1つの半導体チップを有する押し込みダイオ
ードを新たな押し込みダイオードと単に置換されることによって行われる。その
際、新たな押し込みダイオードを通る電流経路は、押し込みソケットからはんだ
領域を介して第1のダイオードチップへと延在し、そこから別のはんだ領域を介
して第2の半導体チップへ延在し、さらにそこから別のはんだ領域を介してヘッ
ド線へと延在している。この別のはんだ領域は第1の半導体チップをその上に配
置された第2の半導体チップに接続する。この構造は、ただ1つのダイオードチ
ップを有する公知の装置の場合と同じように、通常のはんだ炉ではんだ接合する
ことができる。
Claims (7)
- 【請求項1】 それぞれ2つの整流器素子が直列に配置されている3つの整
流器経路を備えた三相ブリッジ整流器装置であって、 該整流器素子の間の各整流器経路は三相交流端子(u、v、w)の3つの線路
のうちの1つに接続され、 該整流器素子の、三相交流端子とは反対側にある3つのカソード端子はプラス
極(B+)に、該整流素子の、三相交流端子とは反対側にある3つのアノード端
子はマイナス極に一緒に接続されている三相ブリッジ整流器装置において、 少なくとも3つの整流器素子が、直列に接続された少なくとも2つのpn接合
を有する二極性の半導体整流器(11、12、13、14、15、16;11、
12、13、20、21、22)によって形成されることを特徴とする、三相ブ
リッジ整流器装置。 - 【請求項2】 プラス極に接続された半導体整流器は、直列に接続された2
つの半導体ダイオード(11、12、13)、例えばツェナーダイオード、によ
って形成される、請求項1記載の整流器装置。 - 【請求項3】 プラス極に接続された半導体整流器は高阻止性の半導体ダイ
オード(17、18、19)によって形成される、請求項1記載の整流器装置。 - 【請求項4】 マイナス極に接続された半導体整流器は直列に接続された2
つの半導体ダイオード(14、15、16)、例えばツェナーダイオードによっ
て形成される、請求項1から3のいずれか1項記載の整流器装置。 - 【請求項5】 マイナス極に接続された半導体整流器はそれぞれ、高阻止性
のダイオードを備えた4層ダイオードの逆並列接続によって形成される、請求項
1,2または3記載の整流器装置。 - 【請求項6】 マイナス極に接続された半導体整流器はそれぞれ3層ダイオ
ードによって形成される、請求項1,2または3記載の整流器装置。 - 【請求項7】 直列に接続された半導体ダイオード(11、12、13、1
4、15、16)はそれぞれ2つの半導体チップからなり、該半導体チップは互
いにはんだ付けされ、共通のダイオードケーシングに配属されている、請求項2
または4記載の整流器装置。
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