JP2976880B2 - 車両充電発電機の電圧調整装置 - Google Patents
車両充電発電機の電圧調整装置Info
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は車両充電発電機の電
圧調整装置に関する。 【0002】 【従来の技術】車両充電発電機の電圧調整装置は車両充
電発電機の発電を制御して車載バッテリの充電電圧を所
定の調整値に維持するもので、ロータコイルのON−O
FFを行なうスイッチ回路と、これに駆動信号を与える
電圧調整手段とを具備している。 【0003】電圧調整手段には、内部に出力電圧の設定
値を有し、検出される出力電圧等に基づいてスイッチ回
路をフィードバック制御するようにしたものや、充電発
電機とは別体に車載コンピュータ等の外部電圧制御回路
を設けてこれより発せられる外部信号に基づいてスイッ
チ回路を制御するようにしたものがある。このような別
体のコンピュータ等から外部信号を与える構成の電圧調
整手段には、その内部に外部信号に優先してスイッチ回
路を速やかにOFFする保護回路を設けたものがあり、
電気負荷の急減による車両充電発電機の出力の過電圧
や、過負荷による過熱等の瞬間的、短期的な異常状態に
対するコンピュータの応答遅れにより生じる装置の故障
を回避するようになっている。 【0004】車両充電発電機と一体に設けられる上記ス
イッチ回路、電圧制御回路や保護回路は、一般的な構成
としては例えば特開昭60−98833号公報記載の車
両充電発電機用制御装置のごとくスイッチ回路はバイポ
ーラトランジスタで構成され、電圧制御回路等は1チッ
プ化してこれらがひとつのハイブリッド基板上に固定さ
れ上記駆動信号が伝送されるアルミニウム線等の信号線
で接続されている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ところで近年、車両に
搭載される電気負荷が増加し、車両充電発電機の出力が
増加する傾向があり、スイッチ回路を上記バイポーラト
ランジスタに代えて電流駆動能力が高く低損失の二重拡
散MOSFET(パワーMOSFET)で構成すること
が期待されている。パワーMOSFETは、特開昭58
−171861号公報記載のごとく基板領域の有効利用
を図り、トランジスタセルの集積度を高めて単位面積当
たりの電流駆動能力等を格段に高めたものがあり、性能
の向上が著しい。 【0006】しかしながら従来より用いられてきたバイ
ポーラトランジスタが電流駆動型の素子であるのに対し
てパワーMOSFETはコンデンサ構造を有する電圧駆
動型の素子であり、微小電流で動作するため、パワーM
OSFETでスイッチ回路を構成すると、電圧制御回路
等からパワーMOSFETのゲートに到る信号線に混入
するノイズによりパワーMOSFETが誤動作するおそ
れがあり、EMI等を受けやすい車両用としては信頼性
が十分とは言えない。 【0007】また車両充電発電機の出力の増加に伴って
電気負荷の急減による車両充電発電機の出力の過電圧の
レベルも高くなり保護回路の応答性が十分とは言えず、
瞬間的な異常状態に対して迅速に対応できないおそれが
あった。 【0008】そこで本発明は、スイッチ回路にMOSF
ETを用いた電圧調整装置において、EMI等を受けや
すい車両用としても信頼性が十分で、瞬間的な異常状態
等に対して応答性がよい車両充電発電機の電圧調整装置
を提供することを目的とする。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明は、車両充電発電
機に一体に設けられかつMOSFETで構成されて上記
車両充電発電機のロータコイルへの給電を駆動信号に応
答してON−OFFするスイッチ回路と、上記充電発電
機に一体に設けられ上記車両充電発電機の出力電圧を検
出し所定の設定値に維持すべく上記スイッチ回路に駆動
信号を与えて上記スイッチ回路をON状態とOFF状態
とに切り換えてフィードバック制御する電圧制御回路と
を具備する車両充電発電機の電圧調整装置において、上
記スイッチ回路はN- 型エピタキシャル層の表層部にP
型、N+ 型拡散層を2回以上拡散して上記N+ 型拡散層
をN型チャネルとなしたNチャネルD−MOSFETで
なり、上記電圧制御回路は上記N- 型エピタキシャル層
の表層部にP型拡散層を形成するとともに該P型拡散層
に一対のN+ 型拡散層を形成してソース部、ドレイン部
となした横型MOSFETと、上記N- 型エピタキシャ
ル層上に形成した酸化膜上に形成した抵抗と、上記P型
拡散層の表層部に一部が接触するP+ 型拡散層とN+ 型
拡散層を形成して上記P+ 型拡散層をアノードとし、上
記N+ 型拡散層をカソードとしたダイオードとで構成
し、上記スイッチ回路と上記電圧制御回路とを単一の半
導体チップ上に形成する。 【0010】上記スイッチ回路および上記電圧制御回路
は、上記NチャネルD−MOSFET、上記横型MOS
FET等が上記N- 型エピタキシャル層を共通とする平
面構造と、上記N- 型エピタキシャル層、上記酸化膜、
上記抵抗で形成される積層構造を有することにより単一
の半導体チップ上に高い集積度で形成される。しかして
上記半導体チップ内部の配線長が格段に短縮され、ノイ
ズの混入が低減するとともに、上記電圧制御回路から上
記スイッチ回路への信号伝達速度が早められ上記出力電
圧が応答性良好に上記スイッチ回路の作動にフィードバ
ックされる。 【0011】また、車両充電発電機に一体に設けられか
つMOSFETで構成されて上記車両充電発電機のロー
タコイルへの給電を駆動信号に応答してON−OFFす
るスイッチ回路と、上記車両充電発電機と別体に設けら
れ上記車両充電発電機の出力電圧を調整すべく外部信号
を発する外部電圧制御回路と、上記車両充電発電機に一
体に設けられ上記外部信号が入力する外部入力端子と、
上記車両充電発電機に一体に設けられ上記外部入力端子
を介して入力する外部信号に応答してスイッチング素子
が作動し、上記駆動信号を発生させて上記スイッチ回路
に出力するスイッチング駆動回路と、上記車両充電発電
機と一体に設けられ異常時に上記スイッチング駆動回路
に優先して上記スイッチ回路を制御する保護回路とを具
備する車両充電発電機の電圧調整装置において、上記ス
イッチ回路はN- 型エピタキシャル層の表層部にP型、
N+ 型拡散層を2回以上拡散して上記N+ 型拡散層をN
型チャネルとなしたNチャネルD−MOSFETでな
り、上記スイッチング駆動回路および上記保護回路は上
記N- 型エピタキシャル層の表層部にP型拡散層を形成
するとともに該P型拡散層に一対のN+ 型拡散層を形成
してソース部、ドレイン部となした横型MOSFET
と、上記N- 型エピタキシャル層上に形成した酸化膜上
に形成した抵抗と、上記P型拡散層の表層部に一部が接
触するP+ 型拡散層とN+ 型拡散層を形成して上記P+
型拡散層をアノードとし、上記N+ 型拡散層をカソード
としたダイオードとで構成し、上記スイッチ回路、上記
スイッチング駆動回路および上記保護回路を単一の半導
体チップ上に形成する。 【0012】上記スイッチ回路、上記スイッチング駆動
回路および保護回路は、上記NチャネルD−MOSFE
T、上記横型MOSFET等が上記N- 型エピタキシャ
ル層を共通とする平面構造と、上記N- 型エピタキシャ
ル層、上記酸化膜、上記抵抗で形成される積層構造を有
することにより単一の半導体チップ上に高い集積度で形
成される。しかして半導体チップ内部の配線長が格段に
短縮され、ノイズの混入が低減するとともに、上記スイ
ッチング駆動回路から上記スイッチ回路への信号伝達速
度が早められ上記出力電圧が応答性良好に上記スイッチ
回路を作動せしめ、かつ上記出力電圧の瞬間的な異常状
態等に対して応答性良好に上記保護回路が作動する。 【0013】したがって本発明の車両充電発電機の電圧
調整装置は、EMI等を受けやすい車両用として十分な
信頼性が得られるとともに、瞬間的な異常状態等に対し
て良好な応答性が得られる。 【0014】 【発明の実施の形態】本発明を適用した1実施例として
の電圧調整装置を図1に示す。図において、車両充電発
電機(以下、充電発電機という)1の発電部2はロータ
コイル21とステータコイル22よりなり、ステータコ
イル22に生じた発電電圧は全波整流器3を経て充電線
11により車載バッテリ8に供給される。上記充電発電
機1にはこれに一体に、構造を後述する単一の半導体チ
ップ9上にスイッチ回路4、電圧制御回路5およびスイ
ッチング駆動回路6が形成されている。また充電発電機
1と別体に外部電圧制御回路7が設けてあり、これらが
電圧調整装置を構成する。 【0015】上記スイッチ回路4は、上記ロータコイル
21の励磁電流をON−OFFするパワートランジスタ
41と、これに直列に接続されたフライホイールダイオ
ード42よりなり、上記パワートランジスタ41はNチ
ャンネル縦型D−MOSFETである。 【0016】電圧制御回路5は、Nチャネル横型D−M
OSFETのトランジスタ51,52,53、抵抗54
a,54b,54c,54d,54e,54f,54g
およびツェナーダイオード55よりなり、充電発電機1
の出力電圧をフィードバックするとともにトランジスタ
51のドレインが上記パワートランジスタ41のゲート
に接続してある。上記トランジスタ51は、フィードバ
ックされた上記出力電圧がツェナー電圧で決まる設定値
を越えない間はOFF状態におかれる。なお、本実施形
態では、抵抗54b、54d〜54gとトランジスタ5
2でヒステリシス回路を構成しており、これにより、上
記第1の設定値は例えば13Vと16Vの間でヒステリ
シスを有している。 【0017】スイッチング駆動回路6は、Nチャネル横
型D−MOSFETのトランジスタ61およびツェナー
ダイオード63よりなり、トランジスタ61のゲートに
外部信号7aが入力するとともにそのドレインは上記ト
ランジスタ41のゲートに接続されている。 【0018】上記外部信号7aは充電発電機1に設けた
端子12を介して充電発電機1とは別体の外部電圧制御
回路7より入力する。外部電圧制御回路7は例えば車載
の制御コンピュータであり、キースイッチ81を介して
バッテリ充電電圧がフィードバックされている。外部電
圧制御回路7は、車両の走行状態、バッテリ8の充電状
態、あるいは電気負荷状態等を示す各種の信号を入力
し、これら信号に応じて最適に設定される第2の設定値
に上記バッテリ充電電圧を追従せしめるべく上記外部信
号7aを出力する。ここで、上記第2の設定値は15V
以下で設定される。バッテリ充電電圧が上記第2の設定
値よりも低い場合は上記外部信号7aは「0」レベルと
され、上記トランジスタ61がOFF状態となる。この
時、充電発電機1の出力電圧は上記第1の設定値より低
いから、トランジスタ51はOFF状態であり、この結
果、パワートランジスタ41がON作動せしめられてロ
ータコイル電流が流れ、発電が開始される。 【0019】上記バッテリ充電電圧が上記第2の設定値
よりも高くなった場合、およびキースイッチ81が非投
入となった場合には、上記外部信号7aは「1」レベル
とされる。この結果、トランジスタ61はON作動し、
パワートランジスタ41は強制的にOFF状態とされ
る。上記外部信号7aは「1」と「0」の高低二値信号
でなるから、多少のノイズが混入してもトランジスタ6
1は上記外部信号7aに正確に応答してON−OFFす
る。 【0020】図2には、上記スイッチ回路4、電圧制御
回路5およびスイッチング駆動回路6を形成した半導体
チップ9の概略平面図を示す。矩形をなす半導体チップ
9上にはその大部分を占めるU字状の領域Aに、後述の
如く、パワートランジスタ41が形成され、領域Aに挟
まれた略中心位置の領域Bにはトランジスタ51〜5
3,61、抵抗54a〜54g、ツェナーダイオード5
5,63が形成されて、領域Bに形成されるトランジス
タ51、61のソースがこれを囲む領域Aに形成される
パワートランジスタ41のゲートに最短距離で接続され
るようになっている。領域Cにはダイオード42が形成
され、領域Eには端子12が設けられる。 【0021】図3には図2のIII −III 線に沿う断面図
を示す。裏面に電極を形成してドレイン420となした
N+ 型シリコン基板411上にはN- 型のシリコンエピ
タキシャル層412が形成され、領域Aでは上記エピタ
キシャル層412内に深いP型拡散層413と浅いP型
拡散層414が形成され、さらにN+ 型拡散層415が
形成してある。エピタキシャル層412上には酸化膜4
16を介して多結晶シリコン層よりなるゲート417が
形成され、上記ゲート417を覆う絶縁膜418を更に
覆ってアルミニウム電極を形成してソース419として
ある。かくして、縦型D−MOSFETが構成される。 【0022】すなわちゲート417には、電圧を印加す
ると図中Chで示す拡散層414表面部にN型チャネル
が現れ、上方のソース419より下方のドレイン420
に向けて電流が流れる。上記領域Aにはかかる縦型D−
MOSFETが多数形成され、電流容量が大きく損失の
少ないパワートランジスタ41を構成している。 【0023】なお、一部を重ねて形成した上記拡散層4
13,414は所定のブレークダウン電圧を有する過電
圧保護層となっている。 【0024】領域Bでは上記エピタキシャル層412内
にP型拡散層511が形成され、該拡散層511内には
一対のN+ 型拡散層512を形成してソース部、ドレイ
ン部となし、拡散層511上面のソース513、ゲート
514、ドレイン515により横型D−MOSFETの
トランジスタ51を構成してある。上記拡散層511内
には一部を接してP+ 型拡散層631とN+ 型拡散層6
32を形成し、P+ 型拡散層631をアノード、N+ 型
拡散層632をカソードとするツェナーダイオード63
としてある。なお、ダイオード42も同様に拡散層で構
成してある。 【0025】また、上記拡散層511上に酸化膜551
を形成し、該酸化膜551上に多結晶シリコンのPN接
合層552を形成してツェナーダイオード55としてあ
る。抵抗54は上記酸化膜551上に多結晶シリコン層
553を形成して構成する。したがって不純物拡散で形
成した抵抗のように寄生トランジスタがなく、電源ノイ
ズ等による動作不良が防止されるとともに、トリミング
が可能で、高品質の半導体チップが得られる。 【0026】このように領域A,Bには縦型D−MOS
FET、横型D−MOSFET、ツェナーダイオード6
3等がN- 型のシリコンエピタキシャル層412を共通
部分として形成されるとともに、N- 型のシリコンエピ
タキシャル層412、酸化膜551、抵抗54を積層構
造とすることにより集積度を高くできる。 【0027】上記構造の電圧調整装置において、通常は
外部電圧制御回路7より出力される外部信号7aによっ
てパワートランジスタ41のON−OFF作動が制御さ
れ、この結果、バッテリ充電電圧は車両の走行状態等に
応じて最適に設定される調整値としての第2の設定値に
調整される。これにより、例えば低電気負荷時における
アイドリング中の発電を抑制してアイドル回転をより低
回転可能となし、燃費の向上を図ることができる。 【0028】この状態で、例えば外部電圧制御回路7の
出力部が故障して外部信号7aが「0」レベルとなる事
故を生じた場合、トランジスタ61はOFF状態とな
り、以後、パワートランジスタ41のON−OFF作動
は保護回路としての電圧制御回路5により制御されて、
充電発電機1の出力電圧は第1の設定値に維持される。
また、外部電圧制御回路7の出力部の故障により外部信
号7aが「1」レベルとなる事故を生じた場合や、端子
12において外部信号7aが断線する等の事故を生じた
場合は、トランジスタ61がONとなってパワートラン
ジスタ41がOFFせしめられ、充電発電機1の発電は
停止せしめられる。かくして充電発電機1の発電が無制
御となることはなく、過充電の事故は生じない。 【0029】また外部電圧制御回路7の通常の制御にお
いて外部信号7aが「0」レベルのときに電気負荷の急
減による充電発電機1の出力が瞬間的に過電圧を生じた
場合、保護回路としての電圧制御回路5がスイッチ回路
4をOFFする。 【0030】半導体チップ9は、上述したようにその配
線長が格段に短縮されるデバイス構造を有するととも
に、電圧制御回路5、スイッチング駆動回路6からパワ
ートラジスタ41のゲートに到る配線長が短くなるよう
にスイッチ回路4、電圧制御回路5、スイッチング駆動
回路6等がレイアウトされている。これによりスイッチ
ング駆動回路6からMOSFETで構成されたスイッチ
回路4へはノイズの影響を受けることなく駆動信号が伝
送される。またスイッチング駆動回路6や電圧制御回路
5からの駆動信号によりスイッチ回路4が応答性が良好
にON−OFFし、出力電圧は高い精度で制御される。
また保護回路としての電圧制御回路5が充電発電機1の
瞬間的な過電圧に対してスイッチ回路4をOFFすると
きの応答性が良好で、瞬間的な過電圧が生じても充電発
電機1の故障が確実に防止される。
圧調整装置に関する。 【0002】 【従来の技術】車両充電発電機の電圧調整装置は車両充
電発電機の発電を制御して車載バッテリの充電電圧を所
定の調整値に維持するもので、ロータコイルのON−O
FFを行なうスイッチ回路と、これに駆動信号を与える
電圧調整手段とを具備している。 【0003】電圧調整手段には、内部に出力電圧の設定
値を有し、検出される出力電圧等に基づいてスイッチ回
路をフィードバック制御するようにしたものや、充電発
電機とは別体に車載コンピュータ等の外部電圧制御回路
を設けてこれより発せられる外部信号に基づいてスイッ
チ回路を制御するようにしたものがある。このような別
体のコンピュータ等から外部信号を与える構成の電圧調
整手段には、その内部に外部信号に優先してスイッチ回
路を速やかにOFFする保護回路を設けたものがあり、
電気負荷の急減による車両充電発電機の出力の過電圧
や、過負荷による過熱等の瞬間的、短期的な異常状態に
対するコンピュータの応答遅れにより生じる装置の故障
を回避するようになっている。 【0004】車両充電発電機と一体に設けられる上記ス
イッチ回路、電圧制御回路や保護回路は、一般的な構成
としては例えば特開昭60−98833号公報記載の車
両充電発電機用制御装置のごとくスイッチ回路はバイポ
ーラトランジスタで構成され、電圧制御回路等は1チッ
プ化してこれらがひとつのハイブリッド基板上に固定さ
れ上記駆動信号が伝送されるアルミニウム線等の信号線
で接続されている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】ところで近年、車両に
搭載される電気負荷が増加し、車両充電発電機の出力が
増加する傾向があり、スイッチ回路を上記バイポーラト
ランジスタに代えて電流駆動能力が高く低損失の二重拡
散MOSFET(パワーMOSFET)で構成すること
が期待されている。パワーMOSFETは、特開昭58
−171861号公報記載のごとく基板領域の有効利用
を図り、トランジスタセルの集積度を高めて単位面積当
たりの電流駆動能力等を格段に高めたものがあり、性能
の向上が著しい。 【0006】しかしながら従来より用いられてきたバイ
ポーラトランジスタが電流駆動型の素子であるのに対し
てパワーMOSFETはコンデンサ構造を有する電圧駆
動型の素子であり、微小電流で動作するため、パワーM
OSFETでスイッチ回路を構成すると、電圧制御回路
等からパワーMOSFETのゲートに到る信号線に混入
するノイズによりパワーMOSFETが誤動作するおそ
れがあり、EMI等を受けやすい車両用としては信頼性
が十分とは言えない。 【0007】また車両充電発電機の出力の増加に伴って
電気負荷の急減による車両充電発電機の出力の過電圧の
レベルも高くなり保護回路の応答性が十分とは言えず、
瞬間的な異常状態に対して迅速に対応できないおそれが
あった。 【0008】そこで本発明は、スイッチ回路にMOSF
ETを用いた電圧調整装置において、EMI等を受けや
すい車両用としても信頼性が十分で、瞬間的な異常状態
等に対して応答性がよい車両充電発電機の電圧調整装置
を提供することを目的とする。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明は、車両充電発電
機に一体に設けられかつMOSFETで構成されて上記
車両充電発電機のロータコイルへの給電を駆動信号に応
答してON−OFFするスイッチ回路と、上記充電発電
機に一体に設けられ上記車両充電発電機の出力電圧を検
出し所定の設定値に維持すべく上記スイッチ回路に駆動
信号を与えて上記スイッチ回路をON状態とOFF状態
とに切り換えてフィードバック制御する電圧制御回路と
を具備する車両充電発電機の電圧調整装置において、上
記スイッチ回路はN- 型エピタキシャル層の表層部にP
型、N+ 型拡散層を2回以上拡散して上記N+ 型拡散層
をN型チャネルとなしたNチャネルD−MOSFETで
なり、上記電圧制御回路は上記N- 型エピタキシャル層
の表層部にP型拡散層を形成するとともに該P型拡散層
に一対のN+ 型拡散層を形成してソース部、ドレイン部
となした横型MOSFETと、上記N- 型エピタキシャ
ル層上に形成した酸化膜上に形成した抵抗と、上記P型
拡散層の表層部に一部が接触するP+ 型拡散層とN+ 型
拡散層を形成して上記P+ 型拡散層をアノードとし、上
記N+ 型拡散層をカソードとしたダイオードとで構成
し、上記スイッチ回路と上記電圧制御回路とを単一の半
導体チップ上に形成する。 【0010】上記スイッチ回路および上記電圧制御回路
は、上記NチャネルD−MOSFET、上記横型MOS
FET等が上記N- 型エピタキシャル層を共通とする平
面構造と、上記N- 型エピタキシャル層、上記酸化膜、
上記抵抗で形成される積層構造を有することにより単一
の半導体チップ上に高い集積度で形成される。しかして
上記半導体チップ内部の配線長が格段に短縮され、ノイ
ズの混入が低減するとともに、上記電圧制御回路から上
記スイッチ回路への信号伝達速度が早められ上記出力電
圧が応答性良好に上記スイッチ回路の作動にフィードバ
ックされる。 【0011】また、車両充電発電機に一体に設けられか
つMOSFETで構成されて上記車両充電発電機のロー
タコイルへの給電を駆動信号に応答してON−OFFす
るスイッチ回路と、上記車両充電発電機と別体に設けら
れ上記車両充電発電機の出力電圧を調整すべく外部信号
を発する外部電圧制御回路と、上記車両充電発電機に一
体に設けられ上記外部信号が入力する外部入力端子と、
上記車両充電発電機に一体に設けられ上記外部入力端子
を介して入力する外部信号に応答してスイッチング素子
が作動し、上記駆動信号を発生させて上記スイッチ回路
に出力するスイッチング駆動回路と、上記車両充電発電
機と一体に設けられ異常時に上記スイッチング駆動回路
に優先して上記スイッチ回路を制御する保護回路とを具
備する車両充電発電機の電圧調整装置において、上記ス
イッチ回路はN- 型エピタキシャル層の表層部にP型、
N+ 型拡散層を2回以上拡散して上記N+ 型拡散層をN
型チャネルとなしたNチャネルD−MOSFETでな
り、上記スイッチング駆動回路および上記保護回路は上
記N- 型エピタキシャル層の表層部にP型拡散層を形成
するとともに該P型拡散層に一対のN+ 型拡散層を形成
してソース部、ドレイン部となした横型MOSFET
と、上記N- 型エピタキシャル層上に形成した酸化膜上
に形成した抵抗と、上記P型拡散層の表層部に一部が接
触するP+ 型拡散層とN+ 型拡散層を形成して上記P+
型拡散層をアノードとし、上記N+ 型拡散層をカソード
としたダイオードとで構成し、上記スイッチ回路、上記
スイッチング駆動回路および上記保護回路を単一の半導
体チップ上に形成する。 【0012】上記スイッチ回路、上記スイッチング駆動
回路および保護回路は、上記NチャネルD−MOSFE
T、上記横型MOSFET等が上記N- 型エピタキシャ
ル層を共通とする平面構造と、上記N- 型エピタキシャ
ル層、上記酸化膜、上記抵抗で形成される積層構造を有
することにより単一の半導体チップ上に高い集積度で形
成される。しかして半導体チップ内部の配線長が格段に
短縮され、ノイズの混入が低減するとともに、上記スイ
ッチング駆動回路から上記スイッチ回路への信号伝達速
度が早められ上記出力電圧が応答性良好に上記スイッチ
回路を作動せしめ、かつ上記出力電圧の瞬間的な異常状
態等に対して応答性良好に上記保護回路が作動する。 【0013】したがって本発明の車両充電発電機の電圧
調整装置は、EMI等を受けやすい車両用として十分な
信頼性が得られるとともに、瞬間的な異常状態等に対し
て良好な応答性が得られる。 【0014】 【発明の実施の形態】本発明を適用した1実施例として
の電圧調整装置を図1に示す。図において、車両充電発
電機(以下、充電発電機という)1の発電部2はロータ
コイル21とステータコイル22よりなり、ステータコ
イル22に生じた発電電圧は全波整流器3を経て充電線
11により車載バッテリ8に供給される。上記充電発電
機1にはこれに一体に、構造を後述する単一の半導体チ
ップ9上にスイッチ回路4、電圧制御回路5およびスイ
ッチング駆動回路6が形成されている。また充電発電機
1と別体に外部電圧制御回路7が設けてあり、これらが
電圧調整装置を構成する。 【0015】上記スイッチ回路4は、上記ロータコイル
21の励磁電流をON−OFFするパワートランジスタ
41と、これに直列に接続されたフライホイールダイオ
ード42よりなり、上記パワートランジスタ41はNチ
ャンネル縦型D−MOSFETである。 【0016】電圧制御回路5は、Nチャネル横型D−M
OSFETのトランジスタ51,52,53、抵抗54
a,54b,54c,54d,54e,54f,54g
およびツェナーダイオード55よりなり、充電発電機1
の出力電圧をフィードバックするとともにトランジスタ
51のドレインが上記パワートランジスタ41のゲート
に接続してある。上記トランジスタ51は、フィードバ
ックされた上記出力電圧がツェナー電圧で決まる設定値
を越えない間はOFF状態におかれる。なお、本実施形
態では、抵抗54b、54d〜54gとトランジスタ5
2でヒステリシス回路を構成しており、これにより、上
記第1の設定値は例えば13Vと16Vの間でヒステリ
シスを有している。 【0017】スイッチング駆動回路6は、Nチャネル横
型D−MOSFETのトランジスタ61およびツェナー
ダイオード63よりなり、トランジスタ61のゲートに
外部信号7aが入力するとともにそのドレインは上記ト
ランジスタ41のゲートに接続されている。 【0018】上記外部信号7aは充電発電機1に設けた
端子12を介して充電発電機1とは別体の外部電圧制御
回路7より入力する。外部電圧制御回路7は例えば車載
の制御コンピュータであり、キースイッチ81を介して
バッテリ充電電圧がフィードバックされている。外部電
圧制御回路7は、車両の走行状態、バッテリ8の充電状
態、あるいは電気負荷状態等を示す各種の信号を入力
し、これら信号に応じて最適に設定される第2の設定値
に上記バッテリ充電電圧を追従せしめるべく上記外部信
号7aを出力する。ここで、上記第2の設定値は15V
以下で設定される。バッテリ充電電圧が上記第2の設定
値よりも低い場合は上記外部信号7aは「0」レベルと
され、上記トランジスタ61がOFF状態となる。この
時、充電発電機1の出力電圧は上記第1の設定値より低
いから、トランジスタ51はOFF状態であり、この結
果、パワートランジスタ41がON作動せしめられてロ
ータコイル電流が流れ、発電が開始される。 【0019】上記バッテリ充電電圧が上記第2の設定値
よりも高くなった場合、およびキースイッチ81が非投
入となった場合には、上記外部信号7aは「1」レベル
とされる。この結果、トランジスタ61はON作動し、
パワートランジスタ41は強制的にOFF状態とされ
る。上記外部信号7aは「1」と「0」の高低二値信号
でなるから、多少のノイズが混入してもトランジスタ6
1は上記外部信号7aに正確に応答してON−OFFす
る。 【0020】図2には、上記スイッチ回路4、電圧制御
回路5およびスイッチング駆動回路6を形成した半導体
チップ9の概略平面図を示す。矩形をなす半導体チップ
9上にはその大部分を占めるU字状の領域Aに、後述の
如く、パワートランジスタ41が形成され、領域Aに挟
まれた略中心位置の領域Bにはトランジスタ51〜5
3,61、抵抗54a〜54g、ツェナーダイオード5
5,63が形成されて、領域Bに形成されるトランジス
タ51、61のソースがこれを囲む領域Aに形成される
パワートランジスタ41のゲートに最短距離で接続され
るようになっている。領域Cにはダイオード42が形成
され、領域Eには端子12が設けられる。 【0021】図3には図2のIII −III 線に沿う断面図
を示す。裏面に電極を形成してドレイン420となした
N+ 型シリコン基板411上にはN- 型のシリコンエピ
タキシャル層412が形成され、領域Aでは上記エピタ
キシャル層412内に深いP型拡散層413と浅いP型
拡散層414が形成され、さらにN+ 型拡散層415が
形成してある。エピタキシャル層412上には酸化膜4
16を介して多結晶シリコン層よりなるゲート417が
形成され、上記ゲート417を覆う絶縁膜418を更に
覆ってアルミニウム電極を形成してソース419として
ある。かくして、縦型D−MOSFETが構成される。 【0022】すなわちゲート417には、電圧を印加す
ると図中Chで示す拡散層414表面部にN型チャネル
が現れ、上方のソース419より下方のドレイン420
に向けて電流が流れる。上記領域Aにはかかる縦型D−
MOSFETが多数形成され、電流容量が大きく損失の
少ないパワートランジスタ41を構成している。 【0023】なお、一部を重ねて形成した上記拡散層4
13,414は所定のブレークダウン電圧を有する過電
圧保護層となっている。 【0024】領域Bでは上記エピタキシャル層412内
にP型拡散層511が形成され、該拡散層511内には
一対のN+ 型拡散層512を形成してソース部、ドレイ
ン部となし、拡散層511上面のソース513、ゲート
514、ドレイン515により横型D−MOSFETの
トランジスタ51を構成してある。上記拡散層511内
には一部を接してP+ 型拡散層631とN+ 型拡散層6
32を形成し、P+ 型拡散層631をアノード、N+ 型
拡散層632をカソードとするツェナーダイオード63
としてある。なお、ダイオード42も同様に拡散層で構
成してある。 【0025】また、上記拡散層511上に酸化膜551
を形成し、該酸化膜551上に多結晶シリコンのPN接
合層552を形成してツェナーダイオード55としてあ
る。抵抗54は上記酸化膜551上に多結晶シリコン層
553を形成して構成する。したがって不純物拡散で形
成した抵抗のように寄生トランジスタがなく、電源ノイ
ズ等による動作不良が防止されるとともに、トリミング
が可能で、高品質の半導体チップが得られる。 【0026】このように領域A,Bには縦型D−MOS
FET、横型D−MOSFET、ツェナーダイオード6
3等がN- 型のシリコンエピタキシャル層412を共通
部分として形成されるとともに、N- 型のシリコンエピ
タキシャル層412、酸化膜551、抵抗54を積層構
造とすることにより集積度を高くできる。 【0027】上記構造の電圧調整装置において、通常は
外部電圧制御回路7より出力される外部信号7aによっ
てパワートランジスタ41のON−OFF作動が制御さ
れ、この結果、バッテリ充電電圧は車両の走行状態等に
応じて最適に設定される調整値としての第2の設定値に
調整される。これにより、例えば低電気負荷時における
アイドリング中の発電を抑制してアイドル回転をより低
回転可能となし、燃費の向上を図ることができる。 【0028】この状態で、例えば外部電圧制御回路7の
出力部が故障して外部信号7aが「0」レベルとなる事
故を生じた場合、トランジスタ61はOFF状態とな
り、以後、パワートランジスタ41のON−OFF作動
は保護回路としての電圧制御回路5により制御されて、
充電発電機1の出力電圧は第1の設定値に維持される。
また、外部電圧制御回路7の出力部の故障により外部信
号7aが「1」レベルとなる事故を生じた場合や、端子
12において外部信号7aが断線する等の事故を生じた
場合は、トランジスタ61がONとなってパワートラン
ジスタ41がOFFせしめられ、充電発電機1の発電は
停止せしめられる。かくして充電発電機1の発電が無制
御となることはなく、過充電の事故は生じない。 【0029】また外部電圧制御回路7の通常の制御にお
いて外部信号7aが「0」レベルのときに電気負荷の急
減による充電発電機1の出力が瞬間的に過電圧を生じた
場合、保護回路としての電圧制御回路5がスイッチ回路
4をOFFする。 【0030】半導体チップ9は、上述したようにその配
線長が格段に短縮されるデバイス構造を有するととも
に、電圧制御回路5、スイッチング駆動回路6からパワ
ートラジスタ41のゲートに到る配線長が短くなるよう
にスイッチ回路4、電圧制御回路5、スイッチング駆動
回路6等がレイアウトされている。これによりスイッチ
ング駆動回路6からMOSFETで構成されたスイッチ
回路4へはノイズの影響を受けることなく駆動信号が伝
送される。またスイッチング駆動回路6や電圧制御回路
5からの駆動信号によりスイッチ回路4が応答性が良好
にON−OFFし、出力電圧は高い精度で制御される。
また保護回路としての電圧制御回路5が充電発電機1の
瞬間的な過電圧に対してスイッチ回路4をOFFすると
きの応答性が良好で、瞬間的な過電圧が生じても充電発
電機1の故障が確実に防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した車両充電発電機の電圧調整装
置の回路図である。 【図2】本発明を適用した車両充電発電機の電圧調整装
置の各回路を形成した半導体チップの概略平面図であ
る。 【図3】図2のIII−III線断面図である。 【符号の説明】 1 車両充電発電機 22 ロータコイル 4 スイッチング回路 41 パワートランジスタ(NチャネルD−MOSFE
T) 411 N+ 型シリコン基板 412 シリコンエピタキシャル層(N- 型エピタキシ
ャル層) 413,414 P型拡散層 415,512,632 N+ 型拡散層 5 電圧制御回路、保護回路 51 Nチャネル横型D−MOSFET(横型MOSF
ET) 511 P型拡散層 6 スイッチング駆動回路 61 スイッチング素子 631 P+ 型拡散層 7 外部電圧制御回路 8 車載バッテリ 12 端子(外部入力端子)
置の回路図である。 【図2】本発明を適用した車両充電発電機の電圧調整装
置の各回路を形成した半導体チップの概略平面図であ
る。 【図3】図2のIII−III線断面図である。 【符号の説明】 1 車両充電発電機 22 ロータコイル 4 スイッチング回路 41 パワートランジスタ(NチャネルD−MOSFE
T) 411 N+ 型シリコン基板 412 シリコンエピタキシャル層(N- 型エピタキシ
ャル層) 413,414 P型拡散層 415,512,632 N+ 型拡散層 5 電圧制御回路、保護回路 51 Nチャネル横型D−MOSFET(横型MOSF
ET) 511 P型拡散層 6 スイッチング駆動回路 61 スイッチング素子 631 P+ 型拡散層 7 外部電圧制御回路 8 車載バッテリ 12 端子(外部入力端子)
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 森 一正
愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 日本
電装株式会社内
(56)参考文献 特開 昭58−154335(JP,A)
特開 昭58−171861(JP,A)
特開 昭62−107642(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名)
H02J 7/14 - 7/24
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.車両充電発電機に一体に設けられかつMOSFET
で構成されて上記車両充電発電機のロータコイルへの給
電を駆動信号に応答してON−OFFするスイッチ回路
と、上記車両充電発電機に一体に設けられ上記車両充電
発電機の出力電圧を検出し所定の設定値に維持すべく上
記スイッチ回路に駆動信号を与えて上記スイッチ回路を
ON状態とOFF状態とに切り換えてフィードバック制
御する電圧制御回路とを具備する車両充電発電機の電圧
調整装置において、上記スイッチ回路はN- 型エピタキ
シャル層の表層部にP型、N+ 型拡散層を2回以上拡散
して上記N+ 型拡散層をN型チャネルとなしたNチャネ
ルD−MOSFETでなり、上記電圧制御回路は上記N
- 型エピタキシャル層の表層部にP型拡散層を形成する
とともに該P型拡散層に一対のN+ 型拡散層を形成して
ソース部、ドレイン部となした横型MOSFETと、上
記N- 型エピタキシャル層上に形成した酸化膜上に形成
した抵抗と、上記P型拡散層の表層部に一部が接触する
P+ 型拡散層とN+ 型拡散層を形成して上記P+ 型拡散
層をアノードとし、上記N+ 型拡散層をカソードとした
ダイオードとで構成し、上記スイッチ回路と上記電圧制
御回路とを単一の半導体チップ上に形成することを特徴
とする車両充電発電機の電圧調整装置。 2.上記抵抗は、上記酸化膜上に形成した多結晶半導体
で構成した特許請求の範囲第1項記載の車両充電発電機
の電圧調整装置。 3.上記電圧制御回路は、上記半導体チップの略中心領
域に形成し、上記スイッチ回路は上記電圧制御回路の周
囲に形成した特許請求の範囲第1項または第2項記載の
車両充電発電機の電圧調整装置。 4.車両充電発電機に一体に設けられかつMOSFET
で構成されて上記車両充電発電機のロータコイルへの給
電を駆動信号に応答してON−OFFするスイッチ回路
と、上記車両充電発電機と別体に設けられ上記車両充電
発電機の出力電圧を調整すべく外部信号を発する外部電
圧制御回路と、上記車両充電発電機に一体に設けられ上
記外部信号が入力する外部入力端子と、上記車両充電発
電機に一体に設けられ上記外部入力端子を介して入力す
る外部信号に応答してスイッチング素子が作動し、上記
駆動信号を発生させて上記スイッチ回路に出力するスイ
ッチング駆動回路と、上記車両充電発電機と一体に設け
られ異常時に上記スイッチング駆動回路に優先して上記
スイッチ回路を制御する保護回路とを具備する車両充電
発電機の電圧調整装置において、上記スイッチ回路はN
- 型エピタキシャル層の表層部にP型、N+ 型拡散層を
2回以上拡散して上記N+ 型拡散層をN型チャネルとな
したNチャネルD−MOSFETでなり、上記スイッチ
ング駆動回路および上記保護回路は、上記N- 型エピタ
キシャル層の表層部にP型拡散層を形成するとともに該
P型拡散層に一対のN+ 型拡散層を形成してソース部、
ドレイン部となした横型MOSFETと、上記N- 型エ
ピタキシャル層上に形成した酸化膜上に形成した抵抗
と、上記P型拡散層の表層部に一部が接触するP+ 型拡
散層とN+ 型拡散層を形成して上記P+ 型拡散層をアノ
ードとし、上記N+ 型拡散層をカソードとしたダイオー
ドとで構成し、上記スイッチ回路、上記スイッチング駆
動回路および上記保護回路を単一の半導体チップ上に形
成することを特徴とする車両充電発電機の電圧調整装
置。 5.上記抵抗は、上記酸化膜上に形成した多結晶半導体
とした特許請求の範囲第4項記載の車両充電発電機の電
圧調整装置。 6.上記スイッチング駆動回路および上記保護回路は、
上記半導体チップの略中心領域に形成し、上記スイッチ
回路は上記スイッチング駆動回路および上記保護回路の
周囲に形成した特許請求の範囲第4項または第5項記載
の車両充電発電機の電圧調整装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8096072A JP2976880B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 車両充電発電機の電圧調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8096072A JP2976880B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 車両充電発電機の電圧調整装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9460687A Division JPS63262033A (ja) | 1987-04-17 | 1987-04-17 | 車両充電発電機の電圧調整装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0947091A JPH0947091A (ja) | 1997-02-14 |
JP2976880B2 true JP2976880B2 (ja) | 1999-11-10 |
Family
ID=14155211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8096072A Expired - Lifetime JP2976880B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 車両充電発電機の電圧調整装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2976880B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3544339B2 (ja) | 2000-04-11 | 2004-07-21 | 三菱電機株式会社 | 車両用発電機の電圧制御装置 |
JP4756786B2 (ja) * | 2001-08-07 | 2011-08-24 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | 車両用バッテリ充電制御装置および車両用バッテリの充電制御方法 |
FR2843500B1 (fr) * | 2002-08-06 | 2004-12-10 | Valeo Equip Electr Moteur | Unite de commande d'un transistor de pont redresseur pour alternateur ou alterno-demarreur munie de moyens pour reduire les effets des perturbations electromagnetiques |
-
1996
- 1996-03-25 JP JP8096072A patent/JP2976880B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0947091A (ja) | 1997-02-14 |
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