JP2013066362A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】サージの発生を防止することができ、スイッチング素子を用いた同期整流を行う場合にスイッチング素子のオフタイミングの異常を確実に検出することができる車両用回転電機を提供すること。
【解決手段】車両用発電機１は、電機子巻線２、３と、２つの整流器モジュール群５、６と、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、目標電気角設定部１０５、上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９、ロードダンプ判定部１１１、電源起動・停止判定部１１２、波形異常判定部１２１、同期制御停止判定部１２２、ドライバ１７０、１７２を備えている。波形異常判定部１２１は、相電圧が第１のしきい値を超えて第２のしきい値に達するまでの時間が所定時間よりも長いときに相電圧の波形異常を判定する。
【選択図】図７

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。

従来から、複数のスイッチング素子を有する電力変換器を用いて電機子巻線の出力電圧を整流するようにした電力変換装置を備えた車両用発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この電力変換装置では、例えば上アームのスイッチング素子をオフしてから相電圧が第４の閾値Ｖ４を超えた後第３の閾値Ｖ３よりも低くなるまでの時間Ｃｏｕｎｔを計測することにより、スイッチング素子をオフするタイミングを監視している。

特開２０１０−１１０１７６号公報（第５−１４頁、図１−１５）

ところで、特許文献１に開示された電力変換装置では、スイッチング素子をオフしてから相電圧が第４の閾値Ｖ４を超えた後第３の閾値Ｖ３よりも低くなるまでの時間Ｃｏｕｎｔを計測しているため、スイッチング素子をオフするタイミングが異常であるか否かを判定するには、少なくとも１回スイッチング素子をオフする必要があり、何らかの原因でスイッチング素子をオフするタイミングが、相電圧が第３の閾値Ｖ３よりも低くなるタイミングよりも遅くなると大電流が流れた状態でスイッチング素子をオフする事態が生じるおそれがあり、このような場合に大きなサージが発生するという問題があった。例えば、低出力時には、相電圧の波形が正弦波形状にはならず２山形状になる場合があり、２山目に対応してスイッチング素子をオンし、さらに所定時間経過後にスイッチング素子をオフすると、このオフタイミングが遅くなって相電圧が第３の閾値Ｖ３よりも低くなる場合が考えられる。

しかも、このような場合には、スイッチング素子をオフした後に相電圧自体が第４の閾値Ｖ４よりも高くならないため、上述した監視動作ではスイッチング素子のオフタイミングの異常を検出することができないという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、サージの発生を防止することができ、スイッチング素子を用いた同期整流を行う場合にスイッチング素子のオフタイミングの異常を確実に検出することができる車両用回転電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、２相以上の相巻線を有する電機子巻線と、ダイオードが並列接続されたスイッチング素子によって構成される複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路を構成し、電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部と、スイッチング素子のオンタイミングを設定するオンタイミング設定部と、スイッチング素子のオフタイミングを設定するオフタイミング設定部と、オンタイミング設定部によって設定されたオンタイミングおよびオフタイミング設定部によって設定されたオフタイミングでスイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動部と、相巻線の相電圧が第１のしきい値を超えて第２のしきい値に達するまでの時間が所定時間よりも長いときに相電圧の波形異常を判定する波形異常判定部とを備えている。

低出力時等において相電圧が低くなってスイッチング素子のオンタイミングに遅れが生じるとこれに伴ってオフタイミングも遅れる場合があり、大きなサージが発生する。本発明では、オンタイミングが遅れるような相電圧波形を波形異常として判定することができ、しかも、実際にスイッチング素子をオン／オフすることなくこの波形異常を判定することができるため、遅れたタイミングでスイッチング素子をオン／オフすることがなく、遅れたタイミングでスイッチング素子をオフすることによってサージが発生することを防止することができる。また、スイッチング素子のオン／オフに関係なく相電圧の波形異常の有無を判定することができるため、スイッチング素子をオフした後に相電圧自体が第４の閾値Ｖ４（特許文献１参照）よりも高くならないためにスイッチング素子のオフタイミングの異常を検出することができないということもなく、相電圧の波形異常を判定することによってオフタイミングの異常を確実に検出することができる。

また、上述した波形異常判定部によって波形異常を判定するために用いられる所定時間は、回転数に応じた値が用いられることが望ましい。相電圧波形は回転数に応じた形状を有しており、所定時間を回転数に応じた値とすることにより、回転数に対応して波形異常の有無を判定することが可能となる。

また、上述した第１のしきい値は、スイッチング部の出力電圧よりも低い値あるいはグランド電圧よりも高い値が設定されることが望ましい。そして、上述した第２のしきい値は、スイッチング部の出力電圧あるいはグランド電圧からダイオードの順方向電圧の範囲内で設定されることことが望ましい。また、上述した相電圧が第３のしきい値に達した後に第４のしきい値に達するまでを、スイッチング素子がオフしているときにこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードに順方向電流が流れるダイオード通電期間としたときに、上アームおよび下アームのいずれか一方のスイッチング素子に対応するダイオード通電期間の終点時点を検出するために用いられる第４のしきい値を第１のしきい値として用い、このダイオード通電期間の次に到来する上アームおよび下アームのいずれか他方のスイッチング素子に対応するダイオード通電期間の開始時点を検出するために用いられる第３のしきい値を第２のしきい値として用いることが望ましい。このようにして、上アームおよび下アームのいずれか一方のスイッチング素子と並列接続されたダイオードを通した通電が終了してから他方のスイッチング素子と並列接続されたダイオードを通した通電が開始されるまでの期間にほぼ等しい期間の長さを調べることにより、相電圧波形の異常の有無を確実に判定することができる。特に、これらにおいて、上述した波形異常判定部によって波形異常を判定するために用いられる所定時間は、回転数に応じた値であって、電気角で１８０°未満に相当する値が用いられることが望ましい。これにより、低出力時において相電圧波形の傾斜がなだらかになったり、波高値がダイオード通電が行われる値に達しないような波形異常が生じたことを迅速に検出することができる。

あるいは、上述した第１のしきい値は、スイッチング部の出力電圧よりも高い値あるいはグランド電圧よりも低い値が設定されることが望ましい。そして、上述した第２のしきい値は、第１のしきい値がスイッチング部の出力電圧よりも高い値が設定される場合はスイッチング部のグランド電圧よりも低い値が設定され、第１のしきい値がスイッチング部の出力電圧よりも低い値が設定される場合はスイッチング部の出力電圧よりも高い値が設定されることが望ましい。また、上述した相電圧が第３のしきい値に達した後に第４のしきい値に達するまでを、スイッチング素子がオフしているときにこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードに順方向電流が流れるダイオード通電期間としたときに、上アームおよび下アームのいずれか一方のスイッチング素子に対応するダイオード通電期間の開始時点を検出するために用いられる第３のしきい値を第１のしきい値として用い、このダイオード通電期間の次に到来する上アームおよび下アームのいずれか他方のスイッチング素子に対応するダイオード通電期間の開始時点を検出するために用いられる第３のしきい値を第２のしきい値として用いることが望ましい。このようにして、上アームおよび下アームのいずれか一方のスイッチング素子と並列接続されたダイオードを通した通電が開始されてから他方のスイッチング素子と並列接続されたダイオードを通した次の通電が開始されるまでの期間にほぼ等しい期間の長さを調べることにより、相電圧波形の異常の有無を確実に判定することができる。特に、これらにおいて、上述した波形異常判定部によって波形異常を判定するために用いられる所定時間は、回転数に応じた値であって、電気角で１８０°以上に相当する値が用いられることが望ましい。これにより、波高値がダイオード通電が行われる値に達しないために所定時間の終了タイミングが遅れるような波形異常が生じたことを迅速に検出することができる。

また、上述したオンタイミング設定部は、相電圧が第３のしきい値を超えた時点をスイッチング素子のオンタイミングとすることが望ましい。また、上述したオフタイミング設定部は、ダイオード通電期間に基づいてスイッチング素子のオフタイミングを設定することが望ましい。これにより、ダイオードに通電されるタイミングに合わせてスイッチング素子をオンすることができ、整流時の損失を低減することが可能となる。

また、上述したスイッチング素子をオンオフ制御する同期整流動作を停止するか否かを判定する同期制御停止判定部をさらに備え、同期制御停止判定部は、波形異常判定部により波形異常の判定が行われたときに同期整流動作を停止することが望ましい。これにより、同期整流動作中に波形異常を判定した際にそれ以後のサージの発生を確実に防止することができる。

また、上述したスイッチング素子をオンオフする同期整流動作を開始するか否かを判定する同期制御開始判定部をさらに備え、同期制御開始判定部は、波形異常判定部により波形異常の判定が行われたときに同期整流動作を開始しないことが望ましい。これにより、同期整流動作に移行する前に波形異常を判定した際に同期整流動作に移行しないようにすることでそれ以後のサージの発生を確実に防止することができる。

また、上述した同期制御停止判定部は、バッテリに接続される出力端子の電圧の所定時間あたりの変動値が所定値よりも大きい場合に、同期整流動作を停止することが望ましい。あるいは、上述した同期制御開始判定部は、バッテリに接続される出力端子の電圧の所定時間あたりの変動値が所定値よりも小さい場合に、同期整流動作を開始することが望ましい。出力電圧の変動が大きくダイオードを通して電流が流れる期間が大きく変化する場合には、スイッチング素子のオンオフタイミング（特にオフタイミング）の正確な設定が難しい。このような場合に同期整流動作を停止したり開始しないことで、スイッチング素子のオフタイミングの誤設定を回避することができる。

また、バッテリに接続される出力端子の電圧がサージ電圧発生の基準となる基準電圧を超えたときに、下アームのスイッチング素子をオンすることにより、出力端子の電圧を低下させる保護動作を行うロードダンプ保護部をさらに備え、同期制御停止判定部は、ロードダンプ保護部による保護動作が開始されたときに、同期整流動作を停止することが望ましい。あるいは、バッテリに接続される出力端子の電圧がサージ電圧発生の基準となる基準電圧を超えたときに、下アームのスイッチング素子をオンすることにより、出力端子の電圧を低下させる保護動作を行うロードダンプ保護部をさらに備え、同期制御開始判定部は、ロードダンプ保護部による保護動作が行われていないときに、同期整流動作を開始することが望ましい。これにより、ロードダンプ保護動作中は同期整流動作を行わないようにすることができる。

また、上述したスイッチング素子の過熱異常状態を検出する過熱異常検出部をさらに備え、同期制御停止判定部は、過熱異常検出部によって過熱異常状態が検出されたときに、同期整流動作を停止することが望ましい。あるいは、上述したスイッチング素子の過熱異常状態を検出する過熱異常検出部をさらに備え、同期制御開始判定部は、過熱異常検出部によって過熱異常状態が検出されていないときに、同期整流動作を開始することが望ましい。これにより、異常発熱時に同期整流動作を行わないようにすることができる。

また、上述した波形異常判定部は、ダイオード通電期間が所定範囲から外れるときに、相電圧の波形異常が生じている旨の判定を行うことが望ましい。これにより、ダイオード通電期間の長さが正常範囲から外れる場合についても波形異常として判定することができ、波形異常の判定精度を向上させることができる。

また、上述した波形異常判定部によってダイオード通電期間に基づいて波形異常を判定するために用いられる所定範囲は、回転数に応じた値が用いられることが望ましい。所定範囲を回転数に応じた値とすることにより、回転数に対応して波形異常の有無を判定することが可能となる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 整流器モジュールの構成を示す図である。 制御回路の詳細構成を示す図である。 上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。 下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。 温度検出部による温度検出結果の具体例を示す図である。 制御部の詳細構成を示す図である。 制御部によって行う同期制御の動作タイミング図である。 相電圧が正常な場合の波形を示す図である。 同期制御開始判定を行うために必要な構成を示す図である。 同期制御開始判定の動作タイミングを示す図である。 出力電圧変動と上アーム・オン期間および下アーム・オン期間の関係を示す図である。 同期制御停止判定を行うために必要な構成を示す図である。

以下、本発明の車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線（電機子巻線）２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７を含んで構成されている。２つの整流器モジュール群５、６がスイッチング部に対応する。

一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子が構成されている。

界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。

一方の整流器モジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。

他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。

発電制御装置７は、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を調整することにより車両用発電機１の出力電圧（各整流器モジュールの出力電圧）Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。例えば、発電制御装置７は、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも高くなったときに界磁巻線４への励磁電流の供給を停止し、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも低くなったときに界磁巻線４に励磁電流の供給を行うことにより、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg になるように制御する。また、発電制御装置７は、通信端子Ｌおよび通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。

図２は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、整流器モジュール５Ｘは、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインが充電線１２を介してを電気負荷１０やバッテリ９の正極端子に接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＸ相巻線に接続され、ソースがバッテリ９の負極端子（アース）に接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１からなる直列回路がバッテリ９の正極端子と負極端子の間に配置され、これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１の接続点にＸ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ５０、５１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

図３は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図３に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１６０、出力電圧検出部１１０、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０、温度検出部１５０、ドライバ１７０、１７２を備えている。

電源１６０は、発電制御装置７から界磁巻線４に励磁電流が供給されるタイミングで動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給するとともに、励磁電流の供給が停止されたときなどに動作電圧の供給を停止する。この電源１６０の起動、停止は、制御部１００からの指示に応じて行われる。

ドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。

出力電圧検出部１１０は、例えば差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器によって構成されており、車両用発電機１（あるいは整流器モジュール５Ｘ）の出力端子（Ｂ端子）の電圧に対応するデータを出力する。なお、アナログ−デジタル変換器は、制御部１００側に設けるようにしてもよい。

上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。

図４は、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０による電圧比較の具体例を示す図である。図４において、横軸はドレイン側の出力電圧Ｖ_B を基準としたドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを示している。また、縦軸は上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０から出力される信号の電圧レベルを示している。図４に示すように、相電圧Ｖ_P が高くなって出力電圧Ｖ_B よりも０．３Ｖ以上高くなるとＶ_DSが０．３Ｖ以上になるため、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、相電圧Ｖ_P が出力電圧Ｖ_B よりも１．０Ｖ以上低くなるとＶ_DSが−１．０Ｖ以下になるため、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。

上述した出力電圧Ｖ_B よりも０．３Ｖ高い値Ｖ１０（図８）が第２のしきい値に対応している。この第２のしきい値は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するための第３のしきい値としても用いられており、出力電圧Ｖ_B にオン時のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを加算した値よりも高く、出力電圧Ｖ_B にＭＯＳトランジスタ５０と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦを加算した値よりも低い値に設定されている。また、上述した出力電圧Ｖ_B よりも１．０Ｖ低い値Ｖ２０（図８）が第１のしきい値に対応している。この第１のしきい値は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するための第４のしきい値としても用いられており、出力電圧Ｖ_B よりも低い値に設定されている。相電圧Ｖ_P が第３のしきい値（＝第２のしきい値）に達した後に第４のしきい値（＝第１のしきい値）に達するまでを上アームの「オン期間」としている。このオン期間が特許請求の範囲における「ダイオード通電期間」に対応する。なお、このオン期間は、ＭＯＳトランジスタ５０がオフ状態のときに実際にダイオードに電流が流れる本当の意味での「通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期制御はこのオン期間に基づいて行われる。

下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０は、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。

図５は、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０による電圧比較の具体例を示す図である。図５において、横軸はドレイン側のバッテリ負極端子電圧であるグランド端子電圧Ｖ_GND を基準としたドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを示している。また、縦軸は下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０から出力される信号の電圧レベルを示している。図５に示すように、相電圧Ｖ_P が低くなってグランド電圧Ｖ_GND よりも０．３Ｖ以上低くなるとＶ_DSが−０．３Ｖ以下になるため、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、相電圧Ｖ_P がグランド電圧Ｖ_GND よりも１．０Ｖ以上高くなるとＶ_DSが１．０Ｖ以上になるため、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。

上述したグランド電圧Ｖ_GND よりも０．３Ｖ低い値Ｖ１１（図８）が、第２のしきい値に対応している。この第２のしきい値は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するための第３のしきい値としても用いられ、グランド電圧Ｖ_GND からオン時のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧Ｖ_DSを減算した値よりも低く、グランド電圧Ｖ_GND からＭＯＳトランジスタ５１と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦを減算した値よりも高い値に設定されている。また、上述したグランド電圧Ｖ_GND よりも１．０Ｖ高い値Ｖ２１（図８）が第１のしきい値に対応している。この第１のしきい値は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するための第４のしきい値としても用いられ、グランド電圧Ｖ_GND よりも高い値に設定されている。相電圧Ｖ_P が第３のしきい値（＝第２のしきい値）に達した後に第４のしきい値（＝第１のしきい値）に達するまでを下アームの「オン期間」としている。このオン期間が特許請求の範囲における「ダイオード通電期間」に対応する。なお、このオン期間は、ＭＯＳトランジスタ５１がオフ状態のときに実際にダイオードに電流が流れる本当の意味での「通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期整流はこのオン期間に基づいて行われる。

温度検出部１５０は、例えばＭＯＳトランジスタ５０、５１の近傍に配置されたダイオードの順方向電圧に基づいてＭＯＳトランジスタ５０、５１の温度を検出し、温度が高いときにハイレベル、低いときにローレベルの信号を出力する。この温度検出部１５０は、制御部１００に含ませるようにしてもよい。

図６は、温度検出部１５０による温度検出結果の具体例を示す図である。図６において、横軸は温度（°Ｃ）を示している。また、縦軸は温度検出部１５０から出力される信号の電圧レベルを示している。図６に示すように、温度が上昇していって２００°Ｃ以上になると、温度検出部１５０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、温度が低下していって１７０°Ｃよりも低くなると、温度検出部１５０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。

制御部１００は、同期整流動作を開始および終了するタイミングの判定、同期整流を実施するためのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングの設定、このオン／オフタイミングの設定に対応したドライバ１７０、１７２の駆動、ロードダンプ保護動作移行タイミングの判定および保護動作の実施などを行う。

図７は、制御部１００の詳細構成を示す図である。図７に示すように、制御部１００は、回転数演算部１０１、同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、目標電気角設定部１０５、上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９、ロードダンプ判定部１１１、電源起動・停止判定部１１２、波形異常判定部１２１、同期制御停止判定部１２２を備えている。これらの各構成は、例えばメモリ等に記憶された所定の動作プログラムをＣＰＵで実行することにより実現されるが、各構成をハードウエアを用いて実現するようにしてもよい。また、各構成の具体的な動作内容については後述する。

上述した上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４がオンタイミング設定部に、目標電気角設定部１０５、上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９がオフタイミング設定部に、ドライバ１７０、１７２がスイッチング素子駆動部に、ロードダンプ判定部１１１がロードダンプ保護部に、温度検出部１５０が過熱異常検出部にそれぞれ対応する。

本実施形態の整流器モジュール５Ｘ等はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。

（Ａ）電源起動・停止判定
電源起動・停止判定部１１２は、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４に供給されるＰＷＭ信号（励磁電流）の有無を監視し、ＰＷＭ信号の出力が３０μ秒継続したときに電源１６０に起動を指示する。また、電源起動・停止判定部１１２は、ＰＷＭ信号の出力が１秒中断したときに電源１６０に停止を指示する。あるいは、電源起動・停止判定部１１２は、出力電圧Ｖ_B が低電圧異常を示す基準電圧（例えば５Ｖ）よりも低くなったときに電源１６０に停止を指示する。このようにして、界磁巻線４に励磁電流の供給が開始されたときに整流器モジュール５Ｘ等が動作を開始し、励磁電流の供給が停止したときに動作を停止するため、車両用発電機１の発電時のみ整流器モジュール５Ｘ等を動作させることで無駄な電力消費を抑えることができる。

（Ｂ）同期制御動作
図８は、制御部１００によって行う同期整流制御（同期制御）の動作タイミング図である。図８において、「上アーム・オン期間」は上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号を、「上ＭＯＳオン期間」はハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオン／オフタイミングを、「下アーム・オン期間」は下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号を、「下ＭＯＳオン期間」はローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオン／オフタイミングをそれぞれ示している。また、Ｔ_FB1 、Ｔ_FB2 、目標電気角、ΔＴについては後述する。

上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３は、上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号（上アーム・オン期間）を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングとして判定し、ドライバ１７０に指示を送る。ドライバ１７０は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５０をオンする。

上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、ＭＯＳトランジスタ５０がオンされてから所定時間経過後をＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングとして判定し、ドライバ１７０に指示を送る。ドライバ１７０は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５０をオフする。

このオフタイミングを決定する所定時間は、上アーム・オン期間の終了時点（上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１２０の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点）よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。

この目標電気角は、ＭＯＳトランジスタ５０を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部１０５によって設定される。目標電気角設定部１０５は、回転数演算部１０１によって演算された回転数に基づいて目標電気角を設定する。この目標電気角は、回転数に関係なく一定でもよいが、より望ましくは、低回転領域および高回転領域において目標電気角を大きく、その中間領域において目標電気角を小さく設定するようにしてもよい。

なお、回転数演算部１０１は、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号の立ち上がり周期あるいは立ち下がり周期に基づいて回転数を演算している。下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号を用いることにより、車両用発電機１の出力電圧Ｖ_B の変動に関係なく、安定した回転数検出が可能になる。

同様に、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４は、下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号（下アーム・オン期間）を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングとして判定し、ドライバ１７２に指示を送る。ドライバ１７２は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５１をオンする。

下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、ＭＯＳトランジスタ５１がオンされてから所定時間経過後をＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングとして判定し、ドライバ１７２に指示を送る。ドライバ１７２は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５１をオフする。

このオフタイミングを決定する所定時間は、下アーム・オン期間の終了時点（下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部１３０の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点）よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。

この目標電気角は、ＭＯＳトランジスタ５１を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部１０５によって設定される。

ところで、実際には、上アーム・オン期間や下アーム・オン期間の終了時点は、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする時点ではわかっていないため、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７や下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、半周期前の情報をフィードバックすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０やＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングの設定精度を上げている。

例えば、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングは以下のようにして設定される。下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８は、半周期前のローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから下アーム・オン期間の終了時点までの時間Ｔ_FB2 （図８）を演算し、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、このＴ_FB2 から目標電気角を差し引いたΔＴを求める。回転等が安定していればＴ_FB2 と目標電気角とが等しくなってΔＴ＝０となるはずであるが、（１）車両の加減速に伴う回転変動、（２）エンジン回転の脈動、（３）電気負荷の変動、（４）所定のプログラムを実行して制御部１００を実現する場合の動作クロック周期の変動、（５）ドライバ１７０、１７２にＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする指示を出してから実際にオフされるまでのターンオフ遅れ、などに伴ってΔＴが０にならないことが多い。

そこで、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、半周期前に下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９で用いられた下ＭＯＳオン期間をΔＴに基づいて補正して上ＭＯＳオン期間を設定し、ＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、上ＭＯＳオン期間は、以下の式で設定される。

（上ＭＯＳオン期間）＝（半周期前の下ＭＯＳオン期間）＋ΔＴ×α
同様に、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングは以下のようにして設定される。上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６は、半周期前のハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから上アーム・オン期間の終了時点までの時間Ｔ_FB1 （図８）を演算し、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、このＴ_FB1 から目標電気角を差し引いたΔＴを求める。下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、半周期前に上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７で用いられた上ＭＯＳオン期間をΔＴに基づいて補正して下ＭＯＳオン期間を設定し、ＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、下ＭＯＳオン期間は、以下の式で設定される。

（下ＭＯＳオン期間）＝（半周期前の上ＭＯＳオン期間）＋ΔＴ×α
このようにして、ダイオード整流を行う場合と同じ周期で、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１が交互にオンされ、ＭＯＳトランジスタ５０、５１を用いた低損失の同期整流動作が行われる。

（Ｃ）同期制御の開始判定
次に、上述した同期制御に移行するか否かの判定動作について説明する。整流器モジュール５Ｘ等が起動された直後や、何らかの異常が発生して同期制御を一旦停止した後は、所定の同期制御開始条件を満たす場合に同期制御に移行する。同期制御開始判定部１０２は、同期制御開始条件を満たすか否かの判定を行い、満たすと判断した場合にその旨の通知が上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３と下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４に送られる。以後、上述した同期制御が実施されて、ＭＯＳトランジスタ５０、５１が交互にオンされる。

同期制御開始条件としては、以下の（１）〜（８）が用いられる。
（１）上アーム・オン期間と下アーム・オン期間（図８）が上下連続して３２回発生する。なお、３２回は、８極の回転子を想定し、機械角２回転分に相当する値である。この値は、１回転に相当する値である１６や、３回転以上に相当する値、あるいは機械角１回転の整数倍に相当する値以外に変更してもよい。
（２）出力電圧Ｖ_B が正常範囲である７Ｖより高く１８Ｖよりも低い範囲に含まれる。なお、１２Ｖ系の車両システムを想定して正常範囲の下限値を７Ｖ、上限値を１８Ｖとしたが、これらの下限値および上限値は適宜変更するようにしてもよい。また、２４Ｖ系等の車両システムでは、発電電圧に合わせて下限値および上限値を変更する必要がある。
（３）ＭＯＳトランジスタ５０、５１が過熱状態でない。
（４）ロードダンプ保護動作中でない。
（５）出力電圧Ｖ_B の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも小さい。なお、同期制御を開始したときにこの変動がどの程度許容されるかは、使用する素子やプログラムによって変化するため、この変動の許容値は、使用する素子等に応じて適宜変更するようにしてもよい。
（６）Ｔ_FB1、Ｔ_FB2がともに１５μ秒より長い。なお、これらの期間がどの程度以下になると異常といえるかは、異常の発生原因等によって変化するため、この許容値（１５μ秒）は、異常発生原因等に応じて適宜変更するようにしてもよい。また、Ｔ_FB1、Ｔ_FB2は、上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６、下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８によって同期制御動作中に演算されるものとして説明したが、同期制御開始前であってもこれらの演算は行われており、同期制御の開始判定に用いられる。
（７）相電圧Ｖ_Pが、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間（上アームの「オン期間」）の終了時点を検出するために用いられた第４のしきい値（＝第１のしきい値）Ｖ２０を下回ってから、下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間（下アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた（下ＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングを判定するために用いられた）第３のしきい値（＝第２のしきい値）Ｖ１１に達するまでの時間Ｔ２が所定時間よりも短い。

この所定時間は、回転数に応じた値が設定される。発電時に適当な大きさの電気負荷１０が接続された場合を考えると、図９に示すような相電圧Ｖ_Pが発生する。図９において、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間の開始時点から下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間の開始時点までの時間Ｔ１は、その時点の回転数に対応しており、この時間Ｔ１から上ＭＯＳトランジスタ５０のダイオード通電期間を差し引いた時間Ｔ２も回転数に応じた値となる。この時間Ｔ２は、上ＭＯＳトランジスタ５０および下ＭＯＳトランジスタ５１のそれぞれに対応したダイオード通電期間が交互に正常に現れる場合には、回転数に応じた値を有する所定時間よりも短くなる。言い換えれば、低出力時等において、相電圧Ｖ_Pが低下していずれかのダイオード通電期間が現れない場合や、相電圧Ｖ_Pの波形が２山形状になって１山目の電圧が低く、２山目でダイオード通電期間が開始される場合などは波形異常が発生している場合であり、上記の時間Ｔ２が長くなる。同期制御開始条件（７）および以下に示す（８）は、このような波形異常が発生しているときに同期制御を開始しないためのものである。
（８）相電圧Ｖ_Pが、下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間（下アームの「オン期間」）の終了時点を検出するために用いられた第４のしきい値（＝第１のしきい値）Ｖ２１を上回ってから、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間（上アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた（上ＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングを判定するために用いられた）第３のしきい値（＝第２のしきい値）Ｖ１０に達するまでの時間Ｔ２が所定時間よりも短い。なお、上述した（７）、（８）で用いられる所定時間は、同じ値であってもよいが、異なる値を用いるようにしてもよい。

図１０は、上記の同期制御開始判定を行うために必要な構成を示す図である。ロードダンプ判定部１１１は、出力電圧Ｖ_B が２０Ｖを超えたときに、車両用発電機１の出力端子やバッテリ端子が外れてサージ電圧が発生するロードダンプを検出し、ドライバ１７０、１７２に指示を送ってハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオフするとともに、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンするロードダンプ保護動作を開始する。また、ロードダンプ判定部１１１は、一旦２０Ｖよりも高くなった出力電圧Ｖ_B が低下して１７Ｖより低くなったときに、ロードダンプ保護動作を終了する。なお、ロードダンプ保護動作の開始あるいは終了時にＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフによって新たなサージ電圧が発生することを避けるため、ロードダンプ保護判定部１１１は、図８に示す下アーム・オン期間の間にロードダンプ保護動作の開始あるいは終了を行うようにしている。ロードダンプ判定部１１１は、ロードダンプ保護動作中はハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を同期制御開始判定部１０２に向けて出力する。

Ｖ_B 範囲判定部１１３は、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧Ｖ_B が７〜１８Ｖの範囲に含まれているか否かを判定し、含まれている場合にはローレベル、含まれていない場合（７Ｖ以下か１８Ｖ以上の場合）にはハイレベルの信号を出力する。Ｖ_B 変動判定部１１４は、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧Ｖ_B の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも小さいか否かを判定し、小さい場合にはローレベル、大きい場合にはハイレベルの信号を出力する。Ｔ_FB時間判定部１１５は、上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０６によって検出されたＴ_FB1 と、下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部１０８によって検出されたＴ_FB2 のそれぞれが１５μ秒よりも長いか否かを判定し、長い場合にはローレベル、以下の場合にハイレベルの信号を出力する。

波形異常判定部１２１は、同期制御開始条件（７）および（８）の両方を満たす場合（時間Ｔ２が所定時間よりも短い場合）にローレベル、それ以外のときにハイレベルとなる信号を出力する。

なお、図１０では、Ｖ_B 範囲判定部１１３、Ｖ_B 変動判定部１１４、Ｔ_FB時間判定部１１５を同期制御開始判定部１０２の外部に設けたが、同期制御開始判定部１０２に内蔵するようにしてもよい。また、上述した例では、（１）〜（８）の全ての条件を満たす場合に同期制御を開始する場合を想定したが、（２）〜（６）の少なくとも一つと（１）、（７）、（８）とを組み合わせて同期制御開始条件としてもよい。

図１１は、同期制御開始判定の動作タイミングを示す図である。図１１において、「カウント値」は上アーム・オン期間と下アーム・オン期間のそれぞれの立ち上がり（開始タイミング）に同期したカウント値を、「Ｔ_FB時間フラグ」はＴ_FB時間判定部１１５の出力を、「電圧範囲フラグ」はＶ_B 範囲判定部１１３の出力を、「ＬＤフラグ」はロードダンプ判定部１１１の出力を、「過熱フラグ」は温度検出部１５０の出力を、「電圧変動フラグ」はＶ_B 変動判定部１１４の出力を、「波形異常フラグ」は波形異常判定部１２１の出力をそれぞれ示している。

同期制御開始判定部１０２は、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間のそれぞれの立ち上がりに同期したカウント動作を行い、このカウント動作のカウント値が「３２」に達したときに同期制御開始を示す信号（ローレベルが同期制御開始を示し、ハイレベルが同期制御停止を示している）を上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３および下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４に入力する。上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３および下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４では、同期制御開始を示す信号が入力されると、ＭＯＳトランジスタ５０、５１を交互にオンする同期制御を開始する。

ところで、同期制御開始判定部１０２は、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の立ち上がりの間隔が電気角で１周期以下であること、Ｔ_FB時間判定部１１５、Ｖ_B 範囲判定部１１３、ロードダンプ判定部１１１、温度検出部１５０、Ｖ_B 変動判定部１１４、波形異常判定部１２１の各出力（Ｔ_FB時間フラグ、電圧範囲フラグ、ＬＤフラグ、過熱フラグ、電圧変動フラグ、波形異常フラグ）が全てローレベルであること、を条件に上述したカウント動作を継続する。反対に、同期制御開始判定部１０２は、カウント値が３２に達するまでに、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の立ち上がりの間隔が電気角で１周期を超えたり、Ｔ_FB時間判定部１１５、Ｖ_B 範囲判定部１１３、ロードダンプ判定部１１１、温度検出部１５０、Ｖ_B 変動判定部１１４、波形異常判定部１２１のいずれかの出力がハイレベルになった場合には、カウント値を０にリセットし、カウント動作継続の条件を満たすようになってからカウント動作を再開する。

（Ｄ）同期制御の停止判定
次に、上述した同期制御中に同期制御を停止するか否かの判定動作について説明する。同期制御停止判定部１２２は、同期制御中に所定の同期制御停止条件を満たすか否かの判定を行い、満たすと判断した場合にその旨の通知が同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９に送られる。以後、同期制御開始判定部１０２によって同期制御が開始されるまで同期制御が停止される。

同期制御停止条件としては、以下の（１）〜（５）が用いられる。
（１）相電圧Ｖ_Pが、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間（上アームの「オン期間」）の終了時点を検出するために用いられた第４のしきい値（＝第１のしきい値）Ｖ２０を下回ってから、下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間（下アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた（下ＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングを判定するために用いられた）第３のしきい値（＝第２のしきい値）Ｖ１１に達するまでの時間Ｔ２が所定時間よりも長い。この同期制御停止条件（１）で示される時間Ｔ２と所定時間の関係（Ｔ２＞所定時間）は、上述した同期制御開始条件（７）で示される時間Ｔ２と所定時間の関係（Ｔ２＜所定時間）と反対であり、相電圧Ｖ_Pが波形異常の場合に対応している。波形異常判定部１２１は、この条件を満たす場合（時間Ｔ２が所定時間よりも長い場合）にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。
（２）相電圧Ｖ_Pが、下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間（下アームの「オン期間」）の終了時点を検出するために用いられた第４のしきい値（＝第１のしきい値）Ｖ２１を上回ってから、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間（上アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた（上ＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングを判定するために用いられた）第３のしきい値（＝第２のしきい値）Ｖ１０に達するまでの時間Ｔ２が所定時間よりも長い。この同期制御停止条件（２）で示される時間Ｔ２と所定時間の関係（Ｔ２＞所定時間）は、上述した同期制御開始条件（８）で示される時間Ｔ２と所定時間の関係（Ｔ２＜所定時間）と反対であり、相電圧Ｖ_Pが波形異常の場合に対応している。波形異常判定部１２１は、この条件を満たす場合（時間Ｔ２が所定時間よりも長い場合）にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。

なお、同期制御開始条件（７）、（８）と同様に、上述した同期制御停止条件（１）、（２）で示された所定時間は、同じ値であってもよいが、異なる値を用いるようにしてもよい。
（３）出力電圧Ｖ_B の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも大きくなった。

なお、同期制御を継続する場合にこの変動がどの程度許容されるかは、使用する素子やプログラムによって変化するため、この同期制御の停止判定に用いられる許容値は、使用する素子等に応じて適宜変更するようにしてもよい。

図１２は、出力電圧変動と上アーム・オン期間および下アーム・オン期間の関係を示す図である。例えば、出力電流が１５０Ａから１５Ａに急に減少すると、図１２に示すように、出力電圧Ｖ_B が上昇する。この出力電圧の上昇に伴って、上アーム・オン期間は、出力変動がない場合の値Ｔ１０からＴ１１、Ｔ１２（＜Ｔ１０）に変化する。下アーム・オン期間についても同様である。このように、上アーム・オン期間あるいは下アーム・オン期間自体が短くなると、それまでと同じ手順でオフタイミングを設定しても、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオフタイミングが上アーム・オン期間あるいは下アーム・オン期間よりも遅くなる事態が生じるため、これを回避するために上述した許容値が用いられる。同期制御開始判定でも、同様の趣旨により同じ許容値が用いられているが、この許容値は、同期制御開始判定と同期制御停止判定で異なる値を用いるようにしてもよい。
（４）ロードダンプ保護動作に移行した。
（５）ＭＯＳトランジスタ５０、５１が過熱状態に移行した。

図１３は、上記の同期制御停止判定を行うために必要な構成を示す図である。図１３に示す構成は、図７に示した構成の中から同期制御停止判定に必要な構成を抜き出したものである。また、Ｖ_B 変動判定部１１４については、図１０に示された同期制御開始判定用のＶ_B 変動判定部１１４がそのまま同期制御停止判定においても用いられている。

図１３に示すように、同期制御停止判定部１２２には、波形異常判定部１２１、Ｖ_B 変動判定部１１４、ロードダンプ判定部１１１、温度検出部１５０の各出力が入力されている。

波形異常判定部１２１からは、上述した同期制御停止条件（１）あるいは（２）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、Ｖ_B 変動判定部１１４からは、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧Ｖ_B の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも大きく、上述した同期制御停止条件（３）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、ロードダンプ判定部１１１からは、ロードダンプ動作中であって、上述した同期制御停止条件（４）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、温度検出部１５０からは、温度が高くなって、上述した同期制御停止条件（５）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。

同期制御停止判定部１２２は、波形異常判定部１２１、Ｖ_B 変動判定部１１４、ロードダンプ判定部１１１、温度検出部１５０の各出力信号の中で一つでもハイレベルのものが含まれている場合には、同期制御停止条件を満たしていると判断し、同期制御を停止する旨の指示が同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９に送られる。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオンタイミングが遅れるような相電圧波形を波形異常として判定することができ、しかも、実際にこれらのＭＯＳトランジスタ５０、５１をオン／オフすることなくこの波形異常を判定することができるため、遅れたタイミングでＭＯＳトランジスタ５０、５１をオン／オフすることがなく、遅れたタイミングでＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフすることによってサージが発生することを防止することができる。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフに関係なく相電圧の波形異常の有無を判定することができるため、これらのＭＯＳトランジスタをオフした後に相電圧自体が高くならないためにオフタイミングの異常を検出することができないということもなく、オフタイミングの異常を確実に検出することができる。

また、本実施形態の車両用発電機１では、波形異常の判定に用いる第１のしきい値として、出力電圧Ｖ_Bよりも低い、あるいは、グランド電圧Ｖ_GNDよりも高い第４のしきい値Ｖ２０、Ｖ２１を用いるとともに、第２のしきい値として、出力電圧Ｖ_Bあるいはグランド電圧Ｖ_GNDからダイオードの順方向電圧の範囲内で設定された第３のしきい値Ｖ１０、Ｖ１１を用いている。このようにして、上アームおよび下アームのＭＯＳトランジスタ５０、５１のいずれか一方と並列接続されたダイオードを通した通電が終了してからいずれか他方と並列接続されたダイオードを通した通電が開始されるまでの期間にほぼ等しい期間の長さを調べることにより、相電圧波形の異常の有無を確実に判定することができる。

また、波形異常判定部１２１により波形異常の判定が行われたときに、同期制御停止判定部１２２によって同期整流動作を停止することにより、同期整流動作中に波形異常を判定した際にそれ以後のサージの発生を確実に防止することができる。また、波形異常判定部１２１により波形異常の判定が行われたときに、同期制御開始判定部１０２によって同期整流動作を開始しないようにすることにより、それ以後のサージの発生を確実に防止することができる。

また、波形異常判定部１２１によって波形異常を判定するために用いられる所定時間として回転数に応じた値を用いることにより、回転数に対応して波形異常の有無を確実に判定することが可能となる。特に、波形異常判定部１２１によって波形異常を判定するために用いられる時間Ｔ２（図９）や所定時間として、電気角で１８０°未満に相当する値とすることにより、低出力時において相電圧波形の傾斜がなだらかになったり、波高値がダイオード通電が行われる値に達しないような波形異常が生じたことを迅速に検出することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、図９に示す時間Ｔ２が所定時間よりも短い場合に相電圧波形が正常であると判定しているが、上アーム・オン期間や下アーム・オン期間（ダイオード通電期間）が、回転数に応じた所定範囲に含まれていることがその前提条件となる。例えば、低出力時に相電圧の波高値が低下すると上記の期間が狭くなって所定範囲に含まれなくなる。このような理由から、波形異常判定部１２１は、相電圧が第３のしきい値（＝第２のしきい値）を超えてから第４のしきい値（＝第１のしきい値）に達するまでの期間（上アーム・オン期間、下アーム・オン期間、ダイオード通電期間）が所定範囲から外れる場合に、ハイレベルの信号を出力するようにしてもよい。このハイレベルの信号は相電圧波形の異常を示すものであり、このハイレベルの信号が出力されると、同期制御前であれば同期制御が開始されず、同期制御中であれば同期制御が停止する。このように、波形異常判定部１２１によって波形異常を判定する条件として上記の内容を追加することにより、波形異常の判定精度を向上させることができる。また、追加された条件に含まれる「所定範囲」を回転数に応じた値とすることにより、回転数に対応して波形異常の有無を確実に判定することが可能となる。なお、波形異常判定部１２１によって波形異常を判定する条件を上記の内容と置き換えるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、上アーム・オン期間や下アーム・オン期間（ダイオード通電期間）の検出に用いられる第３のしきい値や第４のしきい値を、波形異常の検出に用いられる第２のしきい値や第１のしきい値としても用いている。これにより、これらのしきい値を超えた時点を検出するための構成を共用することによる構成の簡略が可能となる。一方、構成は多少複雑になるが、第２のしきい値や第１のしきい値を、第３のしきい値や第４のしきい値と異ならせるようにしてもよい。図９に示す時間Ｔ２に近い時間を検出することで、本実施形態と同様に波形異常の有無を判定することができる。

また、上述した実施形態では、２つの固定子巻線２、３と２つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、各整流器モジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給して電動動作を行わせる車両用回転電機に本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。

（第２の実施形態）
ところで、上述した第１の実施形態では、波形異常判定部１２１は、同期制御開始条件（７）および（８）を満たす場合（図９の時間Ｔ２が所定時間よりも短い場合）にローレベル（異常なし）、それ以外のときにハイレベル（異常あり）となる信号を出力していたが、これらの同期制御開始条件（７）および（８）の代わりに、以下に示す同期制御開始条件（７’）および（８’）を用いるようにしてもよい。

（７’）相電圧Ｖ_Pが、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間（上アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた第３のしきい値（＝第１のしきい値）Ｖ１０を上回ってから、下ＭＯＳトランジスタ５１に対応する次のダイオード通電期間（下アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた（下ＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングを判定するために用いられた）第３のしきい値（＝第２のしきい値）Ｖ１１に達するまでの時間Ｔ１（図９）が所定時間よりも短い。

この所定時間は、回転数に応じた値が設定される。上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間の開始時点から下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間の開始時点までの時間Ｔ１は、その時点の回転数に対応した値（具体的には、電気角で１８０°近傍の値）となる。したがって、低出力時等において、相電圧Ｖ_Pが低下して下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間が現れない場合や、相電圧Ｖ_Pの波形が２山形状になって１山目の電圧が低く、２山目で下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間が開始される場合などは波形異常が発生している場合であり、上記の時間Ｔ１が長くなる。同期制御開始条件（７’）および以下に示す（８’）は、このような波形異常が発生していることを波形異常判定部１２１によって判定して同期制御を開始しないためのものである。
（８）相電圧Ｖ_Pが、下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間（下アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた第３のしきい値（＝第１のしきい値）Ｖ１１を下回ってから、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応する次のダイオード通電期間（上アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた（上ＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングを判定するために用いられた）第３のしきい値（＝第２のしきい値）Ｖ１０に達するまでの時間Ｔ１が所定時間よりも短い。なお、上述した（７’）、（８’）で用いられる所定時間は、電気角で１８０°以上の値であって同じ値でもよいが、異なる値を用いるようにしてもよい。

同様に、上述した第１の実施形態では、波形異常判定部は、同期制御停止条件（１）および（２）のいずれかを満たす場合にハイレベル（異常あり）、それ以外の場合にローレベル（異常なし）となる信号を出力していたが、これらの同期制御停止条件（１）および（２）の代わりに、以下に示す同期制御停止条件（１’）および（２’）を用いるようにしてもよい。

（１’）相電圧Ｖ_Pが、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間（上アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた第３のしきい値（＝第１のしきい値）Ｖ１０を上回ってから、下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間（下アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた（下ＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングを判定するために用いられた）第３のしきい値（＝第２のしきい値）Ｖ１１に達するまでの時間Ｔ１（図９）が所定時間よりも長い。この同期制御停止条件（１’）で示される時間Ｔ１と所定時間の関係（Ｔ１＞所定時間）は、上述した同期制御開始条件（７’）で示される時間Ｔ１と所定時間の関係（Ｔ１＜所定時間）と反対であり、相電圧Ｖ_Pが波形異常の場合に対応している。波形異常判定部１２１は、この条件を満たす場合（時間Ｔ１が所定時間よりも長い場合）にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。

（２’）相電圧Ｖ_Pが、下ＭＯＳトランジスタ５１に対応するダイオード通電期間（下アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた第３のしきい値（＝第１のしきい値）Ｖ１１を下回ってから、上ＭＯＳトランジスタ５０に対応するダイオード通電期間（上アームの「オン期間」）の開始時点を検出するために用いられた（上ＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングを判定するために用いられた）第３のしきい値（＝第２のしきい値）Ｖ１０に達するまでの時間Ｔ１が所定時間よりも長い。この同期制御停止条件（２’）で示される時間Ｔ１と所定時間の関係（Ｔ１＞所定時間）は、上述した同期制御開始条件（８’）で示される時間Ｔ１と所定時間の関係（Ｔ１＜所定時間）と反対であり、相電圧Ｖ_Pが波形異常の場合に対応している。波形異常判定部１２１は、この条件を満たす場合（時間Ｔ１が所定時間よりも長い場合）にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。なお、同期制御開始条件（７’）、（８’）と同様に、上述した同期制御停止条件（１’）、（２’）で示された所定時間は、電気角で１８０°以上の値であって同じ値でもよいが、異なる値を用いるようにしてもよい。

なお、上述した波形異常判定部１２１以外の各部の動作については第１の実施形態の場合と同じであり、詳細な説明は省略する。

上述した第２の実施形態では、上アーム・オン期間や下アーム・オン期間（ダイオード通電期間）の検出に用いられる第３のしきい値を、波形異常の検出に用いられる第１のしきい値や第２のしきい値としても用いている。これにより、これらのしきい値を超えた時点を検出するための構成を共用することによる構成の簡略が可能となる。一方、構成は多少複雑になるが、第１のしきい値や第２のしきい値を、第３のしきい値と異ならせるようにしてもよい。図９に示す時間Ｔ１に近い時間を検出することで、本実施形態と同様に波形異常の有無を判定することができる。

また、上述した第２の実施形態では、第１の実施形態の同期制御開始条件（７）、（８）および同期制御停止条件（１）、（２）と第２の実施形態の同期制御開始条件（７’）、（８’）および同期制御停止条件（１’）、（２’）とを組み合わせて、すなわち、図９に示す時間Ｔ１やＴ２の少なくとも一方が所定時間よりも長いときに相電圧の波形異常ありとする判定を行うようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオンタイミングが遅れるような相電圧波形を波形異常として判定することができ、しかも、実際にこれらのＭＯＳトランジスタ５０、５１をオン／オフすることなくこの波形異常を判定することができるため、遅れたタイミングでＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフすることによってサージが発生することを防止することができる。

１ 車両用発電機
２、３ 固定子巻線
４ 界磁巻線
５、６ 整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ 整流器モジュール
７ 発電制御装置
８ ＥＣＵ
９ バッテリ
１０ 電気負荷
１２ 充電線
５０、５１ ＭＯＳトランジスタ
５４ 制御回路
１００ 制御部
１０１ 回転数演算部
１０２ 同期制御開始判定部
１０３ 上ＭＯＳオンタイミング判定部
１０４ 下ＭＯＳオンタイミング判定部
１０５ 目標電気角設定部
１０６ 上ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部
１０７ 上ＭＯＳオフタイミング演算部
１０８ 下ＭＯＳ・Ｔ_FB時間演算部
１０９ 下ＭＯＳオフタイミング演算部
１１０ 出力電圧検出部
１１１ ロードダンプ判定部
１１２ 電源起動・停止判定部
１１３ Ｖ_B 範囲判定部
１１４ Ｖ_B 変動判定部
１１５ Ｔ_FB時間判定部
１２０ 上ＭＯＳ Ｖ_DS検出部
１２１ 波形異常判定部
１２２ 同期制御停止判定部
１３０ 下ＭＯＳ Ｖ_DS検出部
１５０ 温度検出部
１６０ 電源

Claims (22)

1. ２相以上の相巻線を有する電機子巻線と、
   ダイオードが並列接続されたスイッチング素子によって構成される複数の上アームおよび下アームを有するブリッジ回路を構成し、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部と、
   前記スイッチング素子のオンタイミングを設定するオンタイミング設定部と、
   前記スイッチング素子のオフタイミングを設定するオフタイミング設定部と、
   前記オンタイミング設定部によって設定されたオンタイミングおよび前記オフタイミング設定部によって設定されたオフタイミングで前記スイッチング素子を駆動するスイッチング素子駆動部と、
   前記相巻線の相電圧が第１のしきい値を超えて第２のしきい値に達するまでの時間が所定時間よりも長いときに前記相電圧の波形異常を判定する波形異常判定部と、
   を備えることを特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１において、
   前記第１のしきい値は、前記スイッチング部の出力電圧よりも低い値あるいはグランド電圧よりも高い値が設定されることを特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２において、
   前記第２のしきい値は、前記スイッチング部の出力電圧あるいはグランド電圧から前記ダイオードの順方向電圧の範囲内で設定されることを特徴とする車両用回転電機。
4. 請求項２または３において、
   前記相電圧が第３のしきい値に達した後に第４のしきい値に達するまでを、前記スイッチング素子がオフしているときにこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードに順方向電流が流れるダイオード通電期間としたときに、
   上アームおよび下アームのいずれか一方の前記スイッチング素子に対応する前記ダイオード通電期間の終点時点を検出するために用いられる前記第４のしきい値を前記第１のしきい値として用い、このダイオード通電期間の次に到来する上アームおよび下アームのいずれか他方の前記スイッチング素子に対応する前記ダイオード通電期間の開始時点を検出するために用いられる前記第３のしきい値を前記第２のしきい値として用いることを特徴とする車両用回転電機。
5. 請求項１において、
   前記第１のしきい値は、前記スイッチング部の出力電圧よりも高い値あるいはグランド電圧よりも低い値が設定されることを特徴とする車両用回転電機。
6. 請求項５において、
   前記第２のしきい値は、前記第１のしきい値が前記スイッチング部の出力電圧よりも高い値が設定される場合は前記スイッチング部のグランド電圧よりも低い値が設定され、前記第１のしきい値が前記スイッチング部の出力電圧よりも低い値が設定される場合は前記スイッチング部の出力電圧よりも高い値が設定されることを特徴とする車両用回転電機。
7. 請求項５または６において、
   前記相電圧が第３のしきい値に達した後に第４のしきい値に達するまでを、前記スイッチング素子がオフしているときにこのスイッチング素子に並列接続されたダイオードに順方向電流が流れるダイオード通電期間としたときに、
   上アームおよび下アームのいずれか一方の前記スイッチング素子に対応する前記ダイオード通電期間の開始時点を検出するために用いられる前記第３のしきい値を前記第１のしきい値として用い、このダイオード通電期間の次に到来する上アームおよび下アームのいずれか他方の前記スイッチング素子に対応する前記ダイオード通電期間の開始時点を検出するために用いられる前記第３のしきい値を前記第２のしきい値として用いることを特徴とする車両用回転電機。
8. 請求項１〜７のいずれかにおいて、
   前記波形異常判定部によって波形異常を判定するために用いられる前記所定時間は、回転数に応じた値が用いられることを特徴とする車両用回転電機。
9. 請求項２〜４のいずれかにおいて、
   前記波形異常判定部によって波形異常を判定するために用いられる前記所定時間は、回転数に応じた値であって、電気角で１８０°未満に相当する値が用いられることを特徴とする車両用回転電機。
10. 請求項５〜７のいずれかにおいて、
    前記波形異常判定部によって波形異常を判定するために用いられる前記所定時間は、回転数に応じた値であって、電気角で１８０°以上に相当する値が用いられることを特徴とする車両用回転電機。
11. 請求項４または７において、
    前記オンタイミング設定部は、前記相電圧が前記第３のしきい値を超えた時点を前記スイッチング素子のオンタイミングとすることを特徴とする車両用回転電機。
12. 請求項４、７、１１のいずれかにおいて、
    前記オフタイミング設定部は、前記ダイオード通電期間に基づいて前記スイッチング素子のオフタイミングを設定することを特徴とする車両用回転電機。
13. 請求項１〜１２のいずれかにおいて、
    前記スイッチング素子をオンオフ制御する同期整流動作を停止するか否かを判定する同期制御停止判定部をさらに備え、
    前記同期制御停止判定部は、前記波形異常判定部により波形異常の判定が行われたときに同期整流動作を停止することを特徴とする車両用回転電機。
14. 請求項１〜１３のいずれかにおいて、
    前記スイッチング素子をオンオフする同期整流動作を開始するか否かを判定する同期制御開始判定部をさらに備え、
    前記同期制御開始判定部は、前記波形異常判定部により波形異常の判定が行われたときに同期整流動作を開始しないことを特徴とする車両用回転電機。
15. 請求項１３において、
    前記同期制御停止判定部は、バッテリに接続される出力端子の電圧の所定時間あたりの変動値が所定値よりも大きい場合に、前記同期整流動作を停止することを特徴とする車両用回転電機。
16. 請求項１４において、
    前記同期制御開始判定部は、バッテリに接続される出力端子の電圧の所定時間あたりの変動値が所定値よりも小さい場合に、前記同期整流動作を開始することを特徴とする車両用回転電機。
17. 請求項１３または１５において、
    バッテリに接続される出力端子の電圧がサージ電圧発生の基準となる基準電圧を超えたときに、前記下アームのスイッチング素子をオンすることにより、前記出力端子の電圧を低下させる保護動作を行うロードダンプ保護部をさらに備え、
    前記同期制御停止判定部は、前記ロードダンプ保護部による保護動作が開始されたときに、前記同期整流動作を停止することを特徴とする車両用回転電機。
18. 請求項１４または１６において、
    バッテリに接続される出力端子の電圧がサージ電圧発生の基準となる基準電圧を超えたときに、前記下アームのスイッチング素子をオンすることにより、前記出力端子の電圧を低下させる保護動作を行うロードダンプ保護部をさらに備え、
    前記同期制御開始判定部は、前記ロードダンプ保護部による保護動作が行われていないときに、前記同期整流動作を開始することを特徴とする車両用回転電機。
19. 請求項１３、１５、１７のいずれかにおいて、
    前記スイッチング素子の過熱異常状態を検出する過熱異常検出部をさらに備え、
    前記同期制御停止判定部は、前記過熱異常検出部によって過熱異常状態が検出されたときに、前記同期整流動作を停止することを特徴とする車両用回転電機。
20. 請求項１４，１６、１８のいずれかにおいて、
    前記スイッチング素子の過熱異常状態を検出する過熱異常検出部をさらに備え、
    前記同期制御開始判定部は、前記過熱異常検出部によって過熱異常状態が検出されていないときに、前記同期整流動作を開始することを特徴とする車両用回転電機。
21. 請求項４または７において、
    前記波形異常判定部は、前記ダイオード通電期間が所定範囲から外れるときに、前記相電圧の波形異常が生じている旨の判定を行うことを特徴とする車両用回転電機。
22. 請求項２１において、
    前記波形異常判定部によって前記ダイオード通電期間に基いて波形異常を判定するために用いられる前記所定範囲は、回転数に応じた値が用いられることを特徴とする車両用回転電機。

Images