JP2009524403A - Ｍｏｓトランジスタの制御デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】 漏洩電流をブロックする、トランジスタの制御デバイスを提供する。
【解決手段】 出力制御信号によってトランジスタのゲートを制御するために、トランジスタのドレインに接続されて、全体として第１の接続を形成する第１の入力と、トランジスタのソースに接続されて、全体として第２の接続を形成する第２の入力とを有する増幅デバイス（１５）を備え、さらに、漏洩電流が第１の接続を通って流れることを防止するために、増幅デバイス（１５）の第１の接続に直列に挿入されている少なくとも１つのスイッチング素子（Ｔ１)を有する少なくとも１つの保護デバイスと、トランジスタを制御するためにレギュレーション電圧を発生させ、第１の接続と第２の接続とにおいて、同数の半導体接合が存在するように構成されている発生デバイスとを備えている。バッテリーの充電デバイスに適用可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の制御デバイスに関する。

この制御デバイスは、例えば回転電気機械、例えばオルタネータまたはオルタネータスタータに用いられる。

オルタネータスタータは、通常、次のものを有している。
− 励磁電流が流れる誘導子を意味するロータ。
− 複数の相を有する、アーマチュアを意味する多相ステータ。

オルタネータスタータは、モータモードまたは発電機モードで動作する。すなわち、オルタネータスタータは、いわゆる可逆機械である。

オルタネータモードとも呼ばれる発電機モードにおいて、この電気機械は、車両の熱機関によって駆動されるロータの回転運動を、ステータの各相に誘導される電流に変換する。この場合、ステータの各相に接続されているブリッジ整流器が、バッテリーのような、車両の電力消費機器に電力を供給するために、正弦波誘導電流を直流電流に整流する。このブリッジ整流器は、１相当たり１つのアームを有しており、各アームは、通常、２つのＭＯＳトランジスタを備えている。

他方、モータモードにおいては、電気機械は、ロータシャフトを介して、車両の熱機関を回転駆動するための電動モータとして働く。すなわち電気機械は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。この場合、パワーユニットは、直流電流を交流電流に変換するためのインバータを形成する。それによって、モータトルクを発生させることが可能になる。

非特許文献１には、正弦波誘導電流を正しく整流するために、ブリッジ整流器のトランジスタを適切に制御するための制御デバイスが示されている。

ブリッジ整流器／インバータの各トランジスタに、１つの制御デバイスが接続されている。各制御デバイスは、対応するトランジスタを制御するための演算増幅器を有している。
Stephan Rees、Ulrich Ammann著「New Gate Control Unit for Automotive Synchronous Rectifiers（自動車用同期整流器のための新しいゲート制御ユニット）」、シュツットガルト大学、パワーエレクトロニクスおよび制御工学研究所

上述の制御デバイスの１つの欠点は、それに、バッテリーからの漏洩電流が流れ込むということである。

そのため、ブリッジ整流器／インバータのトランジスタは、この漏洩電流が原因でダメージを受けることがある。また、車両が停車しているとき、ブリッジ整流器／インバータは、電流を連続的に消費し、そのため、バッテリーは放電する。

本発明は、特に、これらの欠点を軽減することを目的とするものである。

本発明は、トランジスタが正しく動作するように、また、車両が停車しているときに、バッテリーが放電しないように、漏洩電流を制限するようになっている、トランジスタの制御デバイスを提供するものである。

すなわち本発明は、ゲート、ソース、およびドレインを有し、チャネルが形成されているトランジスタの制御デバイスを提供するものである。制御デバイスは、出力制御信号によって、トランジスタのゲートを制御するために、トランジスタのドレインに接続され、全体として第１の接続を形成する第１の入力と、トランジスタのソースに接続されて、全体として第２の接続を形成する第２の入力とを有する増幅デバイスを備えている。

本発明によれば、この制御デバイスは、さらに、次のものを備えている。
− 漏洩電流が第１の接続を通って流れることを防止するために、増幅デバイスの第１の接続に直列に挿入されている少なくとも１つのスイッチング素子を有する少なくとも１つの保護デバイス。
− トランジスタを制御するためにレギュレーション電圧を発生させる発生デバイスであって、第１の接続と第２の接続とにおいて、同数Ｎの半導体接合が存在するように構成されている発生デバイス。

したがって、この保護デバイスは、漏洩電流が、バッテリーから漏れ出て、保護デバイス内に侵入することができないように、漏洩電流をブロックする。このようにして、車両が停車しているとき、バッテリーが放電するという恐れはなくなり、ブリッジ整流器／インバータは、何物も消費しなくなる。

限定することを目的とするものではない実施形態においては、本発明による保護デバイスは、次の特徴のうちの１つ以上を有することがある。

− トランジスタの制御デバイスは、増幅デバイスの出力から、２つの入力のうちの一方に至る帰還ループを備えている。

− トランジスタの制御デバイスは、帰還ループに結合された保護デバイスを備えている。

− 保護デバイスは、ダイオードを有する。

− 保護デバイスは、スイッチを有する。

− 保護デバイスは、電流によって保護デバイスにバイアスをかけるための供給源と組み合わされている。

− 増幅デバイスの第１の入力は負相入力であり、第２の入力は正相入力である。

− トランジスタの制御デバイスは、トランジスタを含むか、または含まない集積回路内に実装されている。

− 第１の接続上の１つ以上の半導体接合は、第２の接続上の１つ以上の半導体接合と同じ性質を有する。

− 半導体接合の数Ｎは、０に等しい。

− 半導体接合の数Ｎは、１に等しい。

− レギュレーション電圧の発生デバイスは、保護デバイスを有している。

本発明は、さらに、それぞれ、第１および第２のトランジスタのための第１および第２の制御デバイスを有する、自動車用の２つのバッテリーを管理するためのシステムを提供するものである。２つの制御デバイスは、２つのバッテリーを並列に配置するためのものであり、かつ、第１の制御デバイスは、上述の特性のいずれか１つを有する制御デバイスである。

第２の制御デバイスは、第２のトランジスタを２状態モードで制御する。

本発明は、さらに、パワートランジスタから成る少なくとも１つのブリッジアームを有する、多相回転電気機械用のパワーブリッジを提供するものである。ブリッジアームの各々は、多相回転電気機械の１つの相、および１つのトランジスタ当たり、上述の特性のいずれか１つを有する１つの制御デバイスと組み合わされている。

本発明は、さらに、上述の特性のいずれか１つを有する、２つのバッテリーを管理するためのシステムを備える回転電気機械を提供するものである。

本発明は、さらに、上述の特性のいずれか１つを有するパワーブリッジを備える回転電気機械を提供するものである。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して、限定することを目的とするものではない実施形態に関する以下の説明を読むことにより、明らかになると思う。

ＭＯＳトランジスタ（以下、単にトランジスタと言う）の制御デバイス１０は、図１に示すように、オルタネータスタータのブリッジ整流器に用いることができる。

以下の説明において、制御デバイス１０は、この利用に関連付けて説明する。当然ながら、この利用は、制御デバイス１０の利用に関する、限定することを目的とするものではない一例であるにすぎない。制御デバイス１０は、以下に詳細に示すように、他の用途にも用いることができる。

図１は、オルタネータスタータＡＬＴ、自動車の搭載システムＲＳ、および、ブリッジ整流器に電圧Ｕａを供給するバッテリーＢＡＴに接続されたパワーブリッジＰＴを示している。パワーブリッジＰＴは、３つのアームＢ１、Ｂ２、Ｂ３を備えている。各アームは、２つのトランジスタ（アーム全体では、トランジスタ１〜６）を有し、オルタネータスタータのステータの各相ＰＨ１、ＰＨ２、ＰＨ３に接続されている。

制御デバイス１０〜６０の各々は、パワーブリッジＰＴのトランジスタの１つに組み合わされており、交流電流の整流が得られる（ブリッジ整流器動作）か、または、機械的なモータトルクが得られる（インバータ動作）ように、トランジスタをスイッチングする。

以下の説明においては、単一の制御デバイスについて記載するが、この例において、パワーブリッジの全ての制御デバイスは同一である。

図２は、制御デバイス１０の動作スキームの第１の例を示す図である。この動作スキーム図において、制御デバイス１０は、次のものを備えている。

− 出力制御信号によってトランジスタ１のゲートＧを制御するための増幅デバイス１５であって、
・第１の抵抗Ｒ９を介してトランジスタ１のドレインＤに結合され、全体として、第１の接続を形成する第１の入力ＮＥＧ（負相側）と、
・トランジスタ１のソースＳに接続され、全体として第２の接続を形成する第２の入力ＰＯＳ（正相側）とを有する増幅デバイス１５と、
− ２つの入力のうちの一方（この例においては、第１の入力ＮＥＧ）に結合されている、少なくとも１つのバイアス電流源Ｉ１であって、トランジスタがオープン状態になる前には、増幅デバイスが線形モードで動作するように、レギュレーション電圧Ｖ_Rとも呼ばれるドレイン−ソース間電圧Ｖ_DSの大きさを変更するための少なくとも１つのバイアス電流源Ｉ１と、
− 漏洩電流から保護するための保護デバイス（図２には示されていない）。

バイアス電流源という用語は、誤用されることが多いことに注意されたい。正確には、このバイアス電流源は、電流によって保護デバイスをバイアスするための供給源である。

限定することを目的とするものではない一実施形態において、制御デバイス１０は、さらに、増幅デバイス１５の出力から、その２つの入力のうちの一方（この例においては、第１の入力ＮＥＧ）への帰還ループ１６を備えている。この帰還ループ１６は、第２の抵抗Ｒ１８を備えている。この帰還ループ１６は、帰還電流を再注入することによって、増幅デバイス１５の伝達関数、特にその利得を制御する。さらに、抵抗Ｒ１８およびＲ９に対して与えられた値を選ぶことによって、抵抗Ｒ１８は、帰還ループの利得に制限を加える。

限定することを目的とするものではない一実施形態において、増幅デバイス１５の第１の入力ＮＥＧは負相入力であり、また、第２の入力ＰＯＳは正相入力である。変形例として、これは、反対であってもよい。このときには、帰還ループ１６に、インバータゲートが設けられる。

バイアス電流源Ｉ１、Ｉ２は、例えば、電流源によって、または、一定電位に接続された抵抗によって形成されていることに注意されたい。さらに、図３に示すように、バイアス電流源Ｉ１、Ｉ２を、増幅デバイス１５内に集積化することができる。その場合には、バイアス電流源Ｉ１、Ｉ２を、増幅デバイス１５によってなされる増幅に役立てることもできる。したがって、外部回路を加える必要はない。これらのバイアス電流源は異なるものであってもよい。残りの図においては、バイアス電流源Ｉ１、Ｉ２は、集積化して示されている。しかしながら、それらはもちろん、外部にあってもよい。

図３は、保護デバイスの第１の実施形態を示している。この実施形態においては、保護デバイスは、増幅デバイス１５の入力に配置された、少なくとも１つのダイオードを有している。

限定することを目的とするものではない一実施形態において、帰還ループ１６が存在しない場合には、単一の保護ダイオードＤ４が、点Ｂ（第１の抵抗Ｒ９が増幅デバイス１５の第１の入力ＮＥＧに接続している点）の上流で、増幅デバイス１５の２つの入力のうちの一方（この例では、負相入力である第１の入力ＮＥＧ）に配置される。

限定することを目的とするものではない一実施形態において、帰還ループが存在する場合には、第１の保護ダイオードＤ４に加えて、帰還ループ上に第２の保護ダイオードＤ９が存在する。帰還ダイオードである第２の保護ダイオードＤ９は、高ドレイン電圧（この例では、１２Ｖ）をブロックすることができ、また、バッテリーを放電させる、ドレインからの漏洩電流をブロックすることができる。

限定することを目的とするものではない一実施形態において、２つの入力の電圧を等化する目的で、増幅デバイスの正相入力である第２の入力ＰＯＳに、第３のダイオードＤ３が存在していることにも注意されたい。第３のダイオードＤ３は、温度の関数として、第１の保護ダイオードＤ４と同じ固有特性（電圧−電流特性のような）を有するように選ばれる。第３のダイオードＤ３は、第１の保護ダイオードＤ４と同じタイプであっても、異なるタイプであってもよいが、同じ特性を有する。これによって、第１の保護ダイオードＤ４によって発生する差分（オフセット）電圧の補償が可能になる。オフセット電圧は、ドレイン−ソース間電圧Ｖ_DSの正確な大きさ、したがって、レギュレーション電圧の制御を妨害する。さらに、この第３のダイオードＤ３は、第２の入力ＰＯＳに結合されている第２のバイアス電流源Ｉ２につながっている。したがって、２つの入力ＰＯＳおよびＮＥＧ上の半導体接合に、完全な対称性（同数の半導体接合および同一の性質の構成成分）が存在する。

限定することを目的とするものではない第１の実施形態において、バイアス電流のレベルおよびダイオードの特性は、それらのダイオードの端子における電圧が同一になるように選ばれる。したがって、レギュレーション電圧Ｖ_Rは、温度の関数として一定であり、主として、第１の抵抗Ｒ９を通過する、第１のバイアス電流源Ｉ１の電流によって定められる。例えば、バイアス電流源Ｉ１とＩ２との電流を、制御デバイスの任意の供給電圧において同一かつ一定であるようにし、かつ、第３のダイオードＤ３と第１の保護ダイオードＤ４とを同一にすることができる。したがって、さらに、トランジスタ１のドレイン−ソース間電圧Ｖ_DSの大きさにもオフセットを与えるオフセット電圧が取り除かれる。

限定することを目的とするものではない第２の実施形態において、バイアス電流のレベルおよびダイオードの特性は、それらのダイオードの端子における電圧が相異なるように選ばれる。この場合には、レギュレーション電圧Ｖ_Rは、温度上昇とともに絶対値が増加するように温度に依存し、主として、第１の抵抗Ｒ９および第１の保護ダイオードＤ４を通過する、第１のバイアス電流源Ｉ１の電流、および、第３のダイオードＤ３を通過する、第２のバイアス電流源Ｉ２の電流によって定められる。例えば、バイアス電流源Ｉ１とＩ２とを相異なるものとして、かつ、第３のダイオードＤ３と第１の保護ダイオードＤ４とを同一にすることができる。

トランジスタ１の内部抵抗は、温度上昇とともに増加するから、この第２の実施形態によれば、高温においてさえ、トランジスタ１がオープン状態になる前には、線形モードの動作を維持することが可能である。したがって、トランジスタ１のゲートが放電する瞬間は、レギュレーション電圧Ｖ_Rの値が低温における値と同一のままである場合に比して早められる。したがって、トランジスタ１内に電流反転が発生する前に、トランジスタ１のゲートが完全に放電する時間が存在する。そのために、電磁干渉が制限される。したがって、この場合には、ダイオードの温度の関数として変化するオフセット抑制が得られる。

したがって、ダイオードＤ３およびＤ４、および、場合によっては、それらに組み合わされるバイアス電流源Ｉ１およびＩ２（バイアス電流源が増幅デバイス１５の外部にある図２の場合）を用いることによって、トランジスタのドレイン入力とソース入力と増幅デバイス１５の一次側との間で、同数Ｎの半導体接合が得られる。この例においては、Ｎ＝１である。これによって、ダイオードの電圧（約０．７Ｖ）に比して、非常に低いレギュレーション電圧Ｖ_R（約４０ｍＶ）を得ることができる。そのため、ジュール損失はより小さくなり、したがって、電気機械の効率はより高くなる。後で述べるように、Ｎ＝０の場合もあることに注意されたい。常に、同数の半導体接合が存在する。

さらに、２つの入力に同じ種類の成分（ダイオードＤ４−ダイオードＤ３、および、バイアス電流源Ｉ１−バイアス電流源Ｉ２）を選ぶことによって、容易に、それらの成分を同じ特性を有するように選ぶことができ、したがって、２つの入力に良好な対称性を与えることができる。これによって、レギュレーション電圧Ｖ_Rを、温度に依存するようにする（バイアス電流源Ｉ１がＩ２と異なる場合）か、または、与えられた一定値になるようにする（バイアス電流源Ｉ１がＩ２と同一の場合）かのいずれかに、容易に調整することができる。

したがって、同数の半導体接合、および、この対称性を用いることによって、選択された構成成分から発生するオフセット電圧や、温度ドリフトによって発生するオフセット電圧を生じることなく、しかも、レギュレーション電圧Ｖ_Rを、容易に、非常に低い値に選ぶことができる。

慣例にしたがって、点Ｂの上流が、矢印ＡＭによって、点Ｂの下流が、矢印ＡＶによって表わされている。

第１および第２の保護ダイオードＤ４およびＤ９は、ブリッジ整流器／インバータがオフ状態になっているときに漏洩電流が存在する位置に配置されていることに注意されたい。すなわち、
− バッテリーからの漏洩電流は、第２の保護ダイオードＤ９によってブロックされ、さらに、
− バッテリーからの漏洩電流は、第１の保護ダイオードＤ４によってもブロックされる。

このように配置されたダイオードを有する、この保護デバイスは、さらに、ブリッジ整流器／インバータがオン状態またはオフ状態にあるときにも、漏洩電流をブロックすることができる。

したがって、図３のデバイスは、多数のなかの限定された一例である。

例えば、ダイオードＤ４、Ｄ３を、点Ｂの下流で、トランジスタ１のドレイン、ソースに直接接続することができる。この場合、帰還ループ１６は、増幅デバイス１５に直接接続される（図示せず）。

ダイオードをＭＯＳトランジスタに置き換えることも可能である。ブリッジ整流器／インバータがオフ状態にあるときには、これらのＭＯＳトランジスタは、オープン状態にあり、一方、ブリッジ整流器／インバータがオン状態にあるときには、漏洩電流を受け入れるか否かに応じて、これらのＭＯＳトランジスタは、それぞれ、クローズ状態またはオン状態にある。

図４は、保護デバイスの第２の実施形態を示している。この実施形態によれば、保護デバイスは、点Ｂの下流において、増幅デバイス１５の第１の接続上に配置された保護スイッチＴ１である。

ブリッジ整流器／インバータに電流が流れていない（車両が停車している）ときには、このＭＯＳトランジスタから成る保護スイッチＴ１は、オープン状態にある。したがって、バッテリーから、増幅デバイス１５およびブリッジ整流器／インバータに漏洩電流が流れることはない。ブリッジ整流器／インバータに電流が流れている（電気機械がオルタネータモードまたはモータモードにある）ときには、保護スイッチＴ１はクローズ状態にある。

図５に示す一変形例において、第１の抵抗Ｒ９の先に、保護スイッチＴ１が配置されている。

図６は、保護デバイスの第３の実施形態を示している。この実施形態によれば、保護デバイスは、増幅デバイス１５の帰還ループ１６上に配置された第１の保護スイッチＴ２、および、第１の入力上に配置された第２の保護スイッチＴ３を備えている。

したがって、バッテリーからの漏洩電流が存在するときには、漏洩電流が、増幅デバイスおよびブリッジ整流器／インバータ内に伝播しないように、２つの保護スイッチＴ２およびＴ３はオープン状態になる。

第１の変形例において、第２の保護スイッチＴ３は、増幅デバイス１５の第１の入力ＮＥＧと点Ｂとの間、すなわち、点Ｂの上流に配置されている。

第２の変形例において、第２の保護スイッチＴ３は、点Ｂと第１の接続の抵抗９との間、すなわち、点Ｂの下流に配置されている。

図７は、制御デバイスの動作スキームの第２の例を示す図である。この動作スキーム図において、制御デバイス１０は、次のものを備えている。
− 出力制御信号を介して、トランジスタ１のゲートＧを制御するための増幅デバイス１５であって、
・第１の抵抗Ｒ９を介して、トランジスタ１のドレインＤに結合され、全体として第１の接続を形成する、第１の入力ＮＥＧ（負相側）と、
・レギュレーション電圧Ｖ_Rの電圧源と第３の抵抗Ｒ３とを介して、トランジスタ１のソースＳに接続され、全体として第２の接続を形成する第２の入力ＰＯＳ（正相側）とを有する増幅デバイス１５。
− 第２の抵抗Ｒ１８を有する帰還ループ１６。
− 漏洩電流から保護するための保護デバイス（図７には示されていない）。

この実施形態においては、レギュレーション電圧の電圧源は、増幅デバイスの外部にあることに注意されたい。

さらに、抵抗Ｒ３によって、トランジスタの入力と増幅デバイス１５の一次側との間に、同じ対称性を与えることができることに注意されたい。それによって、第１の接続と第２の接続との間にオフセット電圧が発生することを防止することができて、したがって、外部電圧源のレギュレーション電圧Ｖ_Rの値にバイアスがかからないようにすることができる。さらに、これによって、Ｉ１＝Ｉ２のときに、一定のレギュレーション電圧が容易に得られる。

第１の接続と第２の接続との抵抗の間のこの対称性は、前述および後述の実施形態の全てに適用することができることに注意されたい。

この場合の保護デバイスの実施形態は、制御デバイス１０の第１の動作スキームに対するものと同様になる。

図８では、保護ダイオードが示されており、図９では、第１の接続上に、保護スイッチＴ１が示されている。さらに、第１の動作スキームの図５および図６の他の実施形態も適用可能であるが、これらの図には示されていない。

これらの保護デバイスを、第２の動作スキームに適用することによって、漏洩電流が残る他の解決方法、例えば、保護ダイオードが、点Ｂとトランジスタ１のソースＳとを接続するワイヤー上に配置される解決方法と異なって、漏洩電流を完全に打ち消すことができることに注意されたい。さらに、上述の解決方法によって、帰還ループ中に過大な抵抗Ｒを用いることなく、大きな利得を得ることが可能になる。

保護デバイスがスイッチで実現されている場合に、このスイッチがクローズ状態のときには、第１および第２の接続の接合数は０、すなわち、Ｎ＝０であることに注意されたい。

図１０は、制御デバイスの動作スキームの第３の例を示す図である。この動作スキームにおいては、増幅デバイス１５に関して、それが、この場合には、−１５Ｖ、＋１５Ｖを印加される標準部品であるということを除いて、制御デバイス１０は、第１の動作スキームにおけるものと同じである。

この場合の保護デバイスの実施形態は、制御デバイス１０の第１の動作スキームにおける実施形態と同様である。

上述の各動作スキームにおいて、制御デバイス１０に帰還ループがついていない場合には、ただ１つの保護デバイス（保護ダイオードまたは保護スイッチ）しか必要でないということに注意されたい。

制御デバイス１０を、パワーブリッジに応用するように説明してきた。しかしながら、制御デバイス１０は、この応用に限定されるものではない。それは、トランジスタの制御デバイス１０を、図１１に示されているバッテリー充電デバイスに用いることもできるからである。

この応用においては、図１１に示すように、制御ユニット１は、直列に配置された導電経路を有するパワーＭＯＳトランジスタ（以下、トランジスタと言う）４および５によって、バッテリー２および３の充電を制御する。バッテリー２は、例えば、オルタネータ６またはスタータまたはオルタネータスタータに接続されており、また、バッテリー３は、搭載システム７に接続されている。バッテリー３は、トランジスタ４および５を介して、バッテリー２に並列に接続されている。

トランジスタ４は、バッテリー２と同じ側に配置されており、また、トランジスタ５は、バッテリー３と同じ側に配置されている。これらのトランジスタは、例えば外部制御信号に基づいてスイッチするように、制御ユニット１によって制御される。トランジスタ４と５は、それらの寄生ダイオードが、それぞれのカソードをバッテリー２とバッテリー３に向けるように、接続されている。したがって、２つのトランジスタが、オフ（オープン）状態にあるときには、一方のバッテリーから他方のバッテリーに、電流が流れることはできない。この制御ユニット１は、制御デバイス１０を有している。

制御デバイス１０は、トランジスタ５が完全なダイオードとして動作するように、トランジスタ５を自己完結的に制御する。一方トランジスタ４は、外部信号によって２状態制御で制御される。

次に制御デバイス１０の動作を、２つのバッテリーを接続しているスイッチの動作に関連付けて説明する。この動作は、限定することを目的とするものではない一例である。

・バッテリーに関して
第１のステップＩＮＩＴ： 初期状態において、図１１に示されているシステムは働いておらず、２つのバッテリーの間に、電流は流れていない。この構成は、車両が電力消費機器を使わずに停車している状態に相当する。

第２のステップ＋ＡＰＣ： ユーザがイグニッションキーを回すと、バッテリー３で、電流（約２０Ａ）が消費される。この電流は、バッテリー３の端子に電圧降下を生じさせる。制御デバイス１０は、この電圧降下を減少させるようにトランジスタ５を制御する。

第３のステップ＋ＤＥＭ： ユーザが、スタータまたはオルタネータスタータによって熱機関を始動させると、バッテリー２から、電流が取り出される。この大電流によって、バッテリー２の端子に、相当の電圧降下（例えば、１２〜６Ｖ）が発生する。この電圧降下が、バッテリー３に接続されている搭載システム７に妨害を与えることを避けるために、制御デバイス１０が、迅速にトランジスタ５をオープン状態にすることが望ましい。迅速な制御は、さらに、それがなければトランジスタ５を通過したおそれのある大電流から、トランジスタ５を保護する。

第４のステップＡＬＴ： 熱機関が始動すると、オルタネータ６またはオルタネータスタータは、バッテリー２および３を再充電するための電流を供給する。オーバーヒートを防ぎ、かつ、２つのバッテリーに同じ充電電圧を保持して、バッテリー２の方がバッテリー３よりも高電位に充電させられないようにするために、トランジスタ５は、クローズ状態にならなければならない。

第２のステップ＋ＡＰＣおよび第４のステップＡＬＴにおいて、帰還ループ１６が、次のように作用することに注意されたい。ゲート電圧Ｖｇの関数である帰還電流が、増幅デバイス１５に再注入され、その結果、増幅デバイス１５の利得が、１０００前後に制限される。したがって、制御デバイスの安定性が改善される。このとき、ドレイン−ソース間電圧Ｖ_DSが、−３０ｍＶ前後であると、トランジスタの２状態モード（Ｖｇａｔｅ−ｓｏｕｒｓｅ＝０ＶまたはＶｃｃ）への転換がより防止され、したがって、発振が防止される。したがって、ドレイン−ソース間電圧Ｖ_DSおよびゲート−ソース間電圧Ｖ_GS（帰還ループ１６を介して）を変化させて、ゲート−ソース間電圧Ｖ_GSを制御することにより、トランジスタ５のチャネルを変化させることができる。

第１のステップＩＮＩＴおよび第３のステップ＋ＤＥＭにおいては、帰還電流Ｉｒｅｔは０Ａであり、ゲート−ソース間電圧Ｖ_GSは０Ｖである。

従って、上述の保護デバイスは、次のような利点を有する。

− 第１に、車両が停車している（エンジンが切られている）とき、例えば、１か月間、駐車場にあるとき、連続的にいかなる電流も消費することがないように、保護デバイスは、オルタネータスタータのパワーブリッジを無効にする。したがって、保護デバイスは、バッテリーの起こり得る放電を防止する。

− これは、上述のように、１つ以上の保護ダイオードを用いることによって、パワーブリッジがオフ状態にあろうと（車両が停車していようと）、オン状態にあろうと（車両が走行していようと）、漏洩電流が存在しないからである。

− さらに、上述のように、１つ以上の保護スイッチを用いることによって、パワーブリッジがオフ状態にあるとき、漏洩電流は存在しない。パワーブリッジがオン状態にあるときには、漏洩電流は存在する。しかしながら、この場合には、漏洩電流が、パワーブリッジによって出力される電流（すなわち、上述の第１の応用においては約５０Ａ）に比して無視できるから、このことは、重要なことではない。

− 第２に、保護ダイオードであれ、保護スイッチであれ、上述の保護デバイスは、制御デバイスの各動作スキーム図に示されている点Ｂに発生する過電圧に対して保護する。

− 第３に、帰還ループ内に安定化コンデンサが存在する（その安定化コンデンサは、概ね１２Ｖから０．７Ｖまで放電する）場合には、安定化コンデンサの入力（１２Ｖ）が符号を変えたとき、保護ダイオードは、安定化コンデンサの迅速な放電を可能にする。

− 第４に、漏洩電流の打ち消しによって、許容総漏洩電流が１００μＡであるような製造標準に合わせることができる。

− 第５に、オルタネータが腐食を促進する湿潤環境内にあることが多いパワーブリッジへの応用の場合には、漏洩電流を防止することによって、オルタネータのステータの各相の酸化が防止されるという、別の長所が存在する。これは、漏洩電流が存在するときには、各相と、車両アースに接続された、オルタネータのケーシングとの間に、電位差が存在するからである。

− 第６に、この制御デバイスの製造は単純であり、したがって、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）に、または、直接にパワーＭＯＳトランジスタと同じ基板に、この制御デバイスを容易に集積化することができる。さらに、いくつかのパワーＭＯＳトランジスタを制御するために、同一の基板または同一のＡＳＩＣに、いくつかの制御デバイス（例えば、パワーブリッジアーム、またはパワーブリッジの全アームを制御するデバイス等）を配置することが可能である。

本発明による制御デバイスを第１の利用面で用いることができる回路の第１の例を示す図である。 本発明による制御デバイスの第１の動作スキームを示す図である。 図２の制御デバイスに含まれる保護デバイスの第１の実施例を示す図である。 図２の制御デバイスに含まれる保護デバイスの第２の実施例を示す図である。 図２の制御デバイスに含まれる保護デバイスの第２の実施例の一変形例を示す図である。 図２の制御デバイスに含まれる保護デバイスの第３の実施例を示す図である。 本発明による制御デバイスの第２の動作スキームを示す図である。 図７の制御デバイスに含まれる保護デバイスの第１の実施例を示す図である。 図７の制御デバイスに含まれる保護デバイスの第２の実施例を示す図である。 本発明による制御デバイスの第３の動作スキームを示す図である。 本発明による制御デバイスを第２の応用に用いることができる回路の第２の例を示す図である。

符号の説明

１ パワートランジスタ
２、３ バッテリー
６ オルタネータ
７、ＲＳ 搭載システム
１０、２０、３０、４０、５０、６０ 制御デバイス
１１、１２ バイアス電流源
１５ 増幅デバイス
１６ 帰還ループ
ＡＬＴ オルタネータスタータ
ＡＭ、ＡＶ 矢印
Ｂ 点
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ アーム
ＢＡＴ バッテリー
Ｄ ドレイン
Ｄ３ 第３のダイオード
Ｄ４ 第１の保護ダイオード
Ｄ９ 第２の保護ダイオード
Ｇ ゲート
Ｉ１、Ｉ２ バイアス電流源
ＮＥＧ 第１の入力
ＰＨ１、ＰＨ２、ＰＨ３ ステータの相
ＰＯＳ 第２の入力
ＰＴ パワーブリッジ
Ｒ３、Ｒ９、Ｒ１８ 抵抗
Ｓ ソース
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ 保護スイッチ
Ｕａ 電圧
Ｖ_DS ドレイン−ソース間電圧
Ｖ_R レギュレーション電圧

Claims (17)

1. ゲート、ソースおよびドレインを有するチャネルが形成されているパワートランジスタ（１）の制御デバイスであって、
   − 出力制御信号によって前記パワートランジスタのゲートを制御するために、
   − 前記パワートランジスタのドレインに接続され、全体として第１の接続を形成する第１の入力（ＮＥＧ）と、
   − 前記パワートランジスタのソースに接続され、全体として第２の接続を形成する第２の入力（ＰＯＳ）とを有する増幅デバイス（１５）を備えており、
   − 漏洩電流が前記第１の接続を通って流れることを防止するために、前記増幅デバイス（１５）の第１の接続に直列に挿入されている少なくとも１つのスイッチング素子（Ｄ４、Ｔ１、Ｔ３)を有する少なくとも１つの保護デバイスと、
   − 前記トランジスタを制御するためにレギュレーション電圧（Ｖ_R）を発生させる発生デバイス（Ｒ９−Ｉ１、Ｉ１−Ｄ４−Ｉ２−Ｄ３）であって、前記第１の接続と第２の接続とにおいて、同数Ｎの半導体接合が存在するように構成されている発生デバイスとを備えていることを特徴とする、パワートランジスタ（１）の制御デバイス。
2. 前記増幅デバイス（１５）の出力から、前記２つの入力（ＮＥＧ、ＰＯＳ）のうちの一方に至る帰還ループ（１６）を、さらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
3. 前記帰還ループ（１６）に結合された保護デバイス（Ｄ９）を、さらに備えていることを特徴とする、請求項２に記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
4. 前記保護デバイスはダイオード（Ｄ４、Ｄ９）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
5. 前記保護デバイスは、スイッチ（Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
6. 前記保護デバイスは、電流によって該保護デバイスにバイアスをかけるための供給源（Ｉ１）と組み合わされていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
7. 前記増幅デバイスの第１の入力は、負相入力（ＮＥＧ）であり、第２の入力は、正相入力（ＰＯＳ）であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
8. 前記パワートランジスタ（１）を含むか、または含まない集積回路（ＡＳＩＣ）内に実装されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
9. 前記第１の接続上の１つ以上の半導体接合は、前記第２の接続上の１つ以上の半導体接合と同じ性質を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
10. 前記半導体接合の数Ｎは０に等しいことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
11. 前記半導体接合の数Ｎは、１に等しいことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
12. 前記レギュレーション電圧の発生デバイスは、前記保護デバイスが組み込まれていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１つに記載のパワートランジスタ（１）の制御デバイス。
13. それぞれ、第１および第２のトランジスタ（５、４）のための第１および第２の制御デバイスを有する、自動車用の２つのバッテリーを管理するためのシステムであって、前記２つの制御デバイスは、前記２つのバッテリーを並列に配置するためのものであり、かつ前記第１の制御デバイス（１０）は、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の、パワートランジスタの制御デバイスであることを特徴とする、２つのバッテリーを管理するためのシステム。
14. 前記第２の制御デバイスは、前記第２のトランジスタ（４）を２状態モードで制御する制御装置を備えることを特徴とする、請求項１３に記載の２つのバッテリーを管理するためのシステム。
15. パワートランジスタから成る少なくとも１つのブリッジアームを有する、多相回転電気機械用のパワーブリッジであって、前記ブリッジアームの各々は、前記多相回転電気機械の１つの相、および１つのパワートランジスタ当たり、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の１つの制御デバイスと組み合わされているパワーブリッジ。
16. 請求項１３または１４に記載の２つのバッテリーを管理するためのシステムを有する回転電気機械。
17. 請求項１５に記載のパワーブリッジを有する回転電気機械。

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