JP2004215497A - 始動機／発電機システム及びその制御ａｓｉｃ - Google Patents

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Abstract

【課題】 自動車のエンジン及びバッテリ用の始動機／発電機システムを提供すること。
【解決手段】 始動機／発電機システム１００は、自動車車両エンジン２０５を始動させ、自動車バッテリ２１０を充電するように構成されている。また、始動機／発電機システム１００は、始動機／発電機１１０と、この始動機／発電機１１０に電気的に結合された３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５と、この３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５に電気的に結合された新規の制御ＡＳＩＣ１３０と、この制御ＡＳＩＣ１３０に電気的に結合されたモータドライブ回路１２０とから構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車のエンジン及びバッテリ用の始動機／発電機（starter/alternator）システム、及びその制御ＡＳＩＣに関し、より詳細には、自動車始動機／発電機用の制御ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit；特定用途向け集積回路）に関する。
一般に、自動車始動機／発電機はよく知られており、パワーＭＯＳＦＥＴ及び／又はＩＧＢＴなどのＭＯＳゲートデバイスから製造される３相ブリッジを備えた電源を使用する。これらのＭＯＳゲートデバイスのゲートは、モータドライブコントローラの影響下で様々な制御回路によって適切に制御される。今まで、ＭＯＳゲートデバイス用の制御装置は、その多くが別々のワイヤハーネス中の別々の印刷回路板（ＰＣＢ）上に実装される多数の分離した回路アセンブリを備えていた。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、始動機／発電機を制御するのに必要なすべての制御「インテリジェンス」（すなわち制御回路）を備えた新規の制御ＡＳＩＣを使用し、自動車のエンジン及びバッテリ用の始動機／発電機システムを提供することにある。
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、始動機／発電機と、ブリッジ接続されたＭＯＳゲートデバイスを有し、始動機／発電機に電気的に結合された３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジと、始動機／発電機を制御するのに必要なすべての制御回路を有し、３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジのＭＯＳゲートデバイスに電気的に結合された制御ＡＳＩＣと、該制御ＡＳＩＣに電気的に結合されたモータドライブ回路とを備えたことを特徴とする。
本発明の一実施形態によれば、制御ＡＳＩＣは様々なモードで動作することが可能である。これらのモードには、例えば、３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５のＭＯＳゲートデバイスのゲート・ソース間電圧が起動シーケンスの持続期間中保持されるように、制御ＡＳＩＣがＭＯＳゲートデバイスを駆動する「始動機モード」が含まれる。様々なモードには、例えば、始動機／発電機からの交流電圧を整流するために制御ＡＳＩＣが３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジのＭＯＳゲートデバイスを駆動する「発電機モード」も含まれる。
以下、図面を参照して本発明の実施の態様について説明する。
図１は、本発明の始動機／発電機システムの一実施形態を説明するためのブロック図で、図中符号１００は始動機／発電機システム、１１０は始動機／発電機、１１５は３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ、１２０はモータドライブ回路、１３０は制御ＡＳＩＣ、２０５はエンジン、２１０は自動車バッテリを示している。
始動機／発電機システム１００は、自動車車両エンジン２０５を始動させ、自動車バッテリ２１０を充電するように構成されている。また、始動機／発電機システム１００は、始動機／発電機１１０と、この始動機／発電機１１０に電気的に結合された３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５と、この３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５に電気的に結合された新規の制御ＡＳＩＣ１３０と、この制御ＡＳＩＣ１３０に電気的に結合されたモータドライブ回路１２０とから構成されている。
動作に際して、エンジン２０５は、始動機／発電機１１０によって作動し、この始動機／発電機１１０は、３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５の出力によって従来の方法で駆動される。
ただし、本発明によれば、３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５のＭＯＳゲートデバイス（図示せず）が、始動機／発電機１１０を制御するのに必要なすべての制御「インテリジェンス」（すなわち制御回路）が常駐している単一の制御ＡＳＩＣ１３０の制御下でスイッチングされる。この制御ＡＳＩＣ１３０は、モータドライブ回路１２０からの入力制御信号に応答し、このモータドライブ回路１２０は、３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５及び始動機／発電機１１０の出力からフィードバック信号１２５ａ，１２５ｂを受け取る。
また、制御ＡＳＩＣ１３０は、自動車エンジンが停止したときの機械巻線及び励起磁界の接地、及び制御ＡＳＩＣ１３０の基板の温度の測定が可能である。この制御ＡＳＩＣ１３０は、またフィールドトランジスタ用の追加のハイサイドドライバを備えることができ、広い動作温度範囲（例えば、−４０℃〜１６５℃）内で様々な異なる電圧ネットワーク（例えば、１２Ｖ及び４２Ｖシステム）で動作するように構成することができる。
また、制御ＡＳＩＣ１３０は、様々な動作モードで動作するように構成される。本発明の一実施形態によれば、制御ＡＳＩＣ１３０は、３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５のＭＯＳゲートデバイス（図示せず）のゲート・ソース間電圧が起動シーケンスの持続期間中保持されるように、この制御ＡＳＩＣ１３０（制御ＡＳＩＣ１３０の一例は図２に示されている）が、３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５を駆動する「始動機モード」で動作するように構成される。これは、例えば、ブートストラップ及び／又はチャージポンプ技術を使用して行うことができる。
この「始動機モード」動作は、例えば、外部マイクロプロセッサによって開始することができる。この目的で、制御ＡＳＩＣ１３０は、（車エンジンをクランクする時に）外部マイクロプロセッサ入力から「始動機モード」信号を受け取るように構成された制御入力（例えば、以下の表の入力＃２）を備えることができる。
あるいは、「始動機モード」は、１つまたは複数の他の入力信号（例えば、以下の表の少なくとも１つの入力信号ＩＮ、・・・、ＩＮ６）をアサート（asserting）及び／又はデアサート（deasserting）することによって開始することができる。「始動機モード」では、制御ＡＳＩＣ１３０が助ける。
本発明の他の実施形態によれば、制御ＡＳＩＣ１３０は、また、始動機／発電機１１０からの交流電圧を整流するために、制御ＡＳＩＣ１３０が、３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５のＭＯＳゲートデバイス（図示せず）のゲートノードを駆動する「発電機モード」で動作するように構成されている。
「始動機モード」と同様に、「発電機モード」は、例えば、外部マイクロプロセッサによって開始することができる。この目的で、外部マイクロプロセッサに接続された「始動機モード」制御入力（例えば、以下の表の入力＃２）を使用して「始動機モード」と「発電機モード」を（例えば、「始動機モード」では論理０、「発電機モード」では論理１、またはその逆に）「トグル（toggle）」することができる。
あるいは、「発電機モード」は、１つまたは複数の他の入力信号（例えば、以下の表の少なくとも１つの入力信号ＩＮ、・・・、ＩＮ６）をアサートおよび／またはデアサートすることによって開始することができる。例えば、本発明の他の実施形態によれば、「発電機モード」は、すべての入力信号（例えば、以下の表の＃１のＩＮ、・・・、ＩＮ６）を接地しようとすることによって開始される。「発電機モード」では、ＡＳＩＣ１３０は、Ｖｄｓ感知スキームによって動機整流が可能でなければならない（例えば、Ｖｄｓ＜Ｖ０（一般にＶ０＝−４００ｍＶ）ではＭＯＳＦＥＴをオンにし、次いで、位相電圧測定値に基づいてＭＯＳＦＥＴをオフにする。ＡＳＩＣ１３０は、また、負荷遮断状態中に（ドレインからゲートまでツェナーを介して）制御されるアバランシェを与えることが可能でなければならない。
本発明の他の実施形態によれば、制御ＡＳＩＣ１３０は、以下の表に記載されている電気ピンレイアウトを含む。
Figure 2004215497
図２は、本発明の始動機／発電機システムの制御ＡＳＩＣのブロック図である。この制御ＡＳＩＣ１３０は、上述したように、少なくとも１つのモード、例えば、「始動機モード」及び「発電機モード」でＭＯＳゲートデバイス２０５ａ，２０５ｂを駆動するための３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ１１５のＭＯＳゲートデバイス２０５ａ，２０５ｂのゲートに結合されている。
制御ＡＳＩＣ１３０は、ＡＬＧ入力及びＶｃｃに電気的に結合されたスタンバイロジック及びパス回路２１０と、Ｖｃｃ及び接地に電気的に結合されたミッシングＡＬＧエラー検出及び電源回路２２０と、ミッシングＡＬＧエラー検出及び電源回路２２０に電気的に結合された制御ロジック回路２４０と、スタンバイロジック及びパス回路２１０に電気的に結合された高側及び低側電圧調整器回路２１５ａ，２１５ｂと、この高側及び低側電圧調整器回路２１５ａ、２１５ｂにそれぞれ電気的に結合された高側及び低側Ｖｄｓ線形制御回路２２５ａ，２２５ｂと、高側及び低側電圧調整器回路２１５ａ，２１５ｂにそれぞれ電気的に結合された高側及び低側始動機モード前置ドライバ回路２３０ａ，２３０ｂを備えている。
また、制御ＡＳＩＣ１３０は、それぞれ、高側及び低側電圧調整器回路２１５ａ，２１５ｂと、高側及び低側Ｖｄｓ線形制御回路２２５ａ，２２５ｂと、高側及び低側始動機モード前置ドライバ回路２３０ａ，２３０ｂとに電気的に結合された高側及び低側出力ドライバ回路２４５ａ，２４５ｂを備えている。
また、制御ＡＳＩＣ１３０は、それぞれ、高側及び低側電圧調整器回路２１５ａ，２１５ｂと、高側及び低側Ｖｄｓ線形制御回路２２５ａ，２２５ｂと、高側及び低側出力ドライバ回路２４５ａ，２４５ｂと、高側及び低側始動機モード前置ドライバ回路２３０ａ，２３０ｂに電気的に結合された高側及び低側低位相信号検出回路２３５ａ，２３５ｂを備えている。
さらに、それぞれ、高側及び低側出力ドライバ回路２４５ａ，２４５ｂ及び制御ロジック回路２４０に電気的に結合された高側及び低側短絡回路検出回路２５０ａ，２５０ｂと、制御ロジック回路２４０に電気的に結合された過大温度回路２５５と、ＶＤ及びＳＣ制御入力に電気的に結合された入出力段回路２６０ａ，２６０ｂと、この入出力段回路２６０ａ，２６０ｂと接地入力に電気的に結合されたレベルシフティング回路２６５と、このレベルシフティング回路２６５及び高側及び低側始動機モード前置ドライバ回路２３０ａ，２３０ｂに電気的に結合された非オーバラップ回路２７０を備えている。
以上、本発明について、特定の実施形態に関して説明したが、多数の他の変形及び修正、他の用途が当業者には明らかになろう。したがって、本発明は本明細書の特定の開示によって限定されないことが好ましい。
本発明の始動機／発電機システムの一実施形態を説明するためのブロック図である。 本発明の始動機／発電機システムの制御ＡＳＩＣの一例を示すブロック図である。
符号の説明
１００ 始動機／発電機システム
１１０ 始動機／発電機
１１５ ３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジ
１２０ モータドライブ回路
１３０ ＡＳＩＣ
２０５ エンジン
２１０ スタンバイロジック及びパス回路
２１５ａ 高側電圧調整器回路
２１５ｂ 低側電圧調整器回路
２２０ ミッシングＡＬＧエラー検出及び電源回路
２２５ａ 高側Ｖｄｓ線形制御回路
２２５ｂ 低側Ｖｄｓ線形制御回路
２３０ａ 高側始動機モード前置ドライバ回路
２３０ｂ 低側始動機モード前置ドライバ回路
２３５ａ 高側低位相信号検出回路
２３５ｂ 低側低位相信号検出回路
２４０ 制御ロジック回路
２４５ａ 高側出力ドライバ回路
２４５ｂ 低側出力ドライバ回路
２５０ａ 高側短絡回路検出回路
２５０ａ 低側短絡回路検出回路
２５５ 過大温度回路
２６０ａ，２６０ｂ 入出力段回路
２６５ レベルシフティング回路
２７０ 非オーバラップ回路

Claims (13)

  1. 始動機／発電機と、
    ブリッジ接続されたＭＯＳゲートデバイスを有し、前記始動機／発電機に電気的に結合された３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジと、
    前記始動機／発電機を制御するのに必要なすべての制御回路を有し、前記３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジの前記ブリッジ接続されたＭＯＳゲートデバイスに電気的に結合された制御ＡＳＩＣと、
    該制御ＡＳＩＣに電気的に結合されたモータドライブ回路と
    を備えたことを特徴とする始動機／発電機システム。
  2. 前記モータドライブ回路が、それぞれのフィードバック信号に電気的に結合されたフィードバック入力を有することを特徴とする請求項１に記載の始動機／発電機システム。
  3. 前記フィードバック信号が、前記３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジによって発生した第１のフィードバック信号及び前記始動機／発電機によって発生した第２のフィードバック信号を有することを特徴とする請求項２に記載の始動機／発電機システム。
  4. 前記制御ＡＳＩＣが、複数の異なる電圧ネットワークで動作することを特徴とする請求項１に記載の始動機／発電機システム。
  5. 前記複数の異なる電圧ネットワークが、１２ボルト電圧ネットワーク及び４２ボルト電圧ネットワークを有することを特徴とする請求項４に記載の始動機／発電機システム。
  6. 前記制御ＡＳＩＣが、広い動作温度範囲で動作することを特徴とする請求項１に記載の始動機／発電機システム。
  7. 前記温度範囲が、−４０℃〜１６５℃であることを特徴とする請求項６に記載の始動機／発電機システム。
  8. 前記制御ＡＳＩＣが、複数のモードで動作することを特徴とする請求項１に記載の始動機／発電機システム。
  9. 前記複数のモードが始動機モードを有し、前記ブリッジ接続されたＭＯＳゲートデバイスのゲートソース間電圧が、起動シーケンスの持続期間中保持されるように、前記制御ＡＳＩＣが、前記始動機モードで３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジの前記ＭＯＳゲートデバイスを駆動することを特徴とする請求項８に記載の始動機／発電機システム。
  10. 前記制御ＡＳＩＣが、少なくとも１つの制御入力を有し、前記制御ＡＳＩＣの前記始動機モードが、前記少なくとも１つの制御入力のアサートによって開始されることを特徴とする請求項９に記載の始動機／発電機システム。
  11. 前記複数のモードが発電機モードを有し、前記始動機／発電機からの交流電圧を整流するために前記制御ＡＳＩＣが、前記発電機モードで３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジの前記ＭＯＳゲートデバイスを駆動することを特徴とする請求項８に記載の始動機／発電機システム。
  12. 前記制御ＡＳＩＣが、少なくとも１つの制御入力を有し、前記制御ＡＳＩＣの前記発電機モードが、前記少なくとも１つの制御入力のアサートによって開始されることを特徴とする請求項９に記載の始動機／発電機システム。
  13. 自動車のエンジン及びバッテリ用の始動機／発電機システムで使用する制御ＡＳＩＣであって、
    前記始動機／発電機システムの３相ＭＯＳゲート制御インバータ／ブリッジのブリッジ接続されたＭＯＳゲートデバイスに電気的に結合されるように構成されたＡＳＩＣを備え、
    前記始動機／発電機システムの始動機／発電機を制御するのに必要なすべての制御回路を備えたことを特徴とする制御ＡＳＩＣ。
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