JP3419082B2 - Orthogonal transformation device - Google Patents

Orthogonal transformation device

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JP3419082B2
JP3419082B2 JP12407494A JP12407494A JP3419082B2 JP 3419082 B2 JP3419082 B2 JP 3419082B2 JP 12407494 A JP12407494 A JP 12407494A JP 12407494 A JP12407494 A JP 12407494A JP 3419082 B2 JP3419082 B2 JP 3419082B2
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  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、MOSトランジスタを
用いたブリッジ回路を備える直交変換装置に関する。本
発明の直交変換装置は、例えば自動車用オルタネータ
(交流発電機)の交流発電電圧を整流してバッテリを充
電する直交変換装置に適用される。ただし、本明細書で
いう直交変換装置とは、直流電力を交流電力に変換する
場合の他に、交流電力を直流電力に変換する場合も含
む。 【0002】 【従来の技術】ハイサイドスイッチ及びローサイドスイ
ッチを直列接続してなる相インバータ回路を3個、並列
接続してなり、一対の直流端がバッテリの両端に接続さ
れ、前記両スイッチの接続点が交流電動機の電機子巻線
の各相出力端に個別に接続されるブリッジ回路と、各ス
イッチを断続することにより交流電動機に電動動作を行
わせる制御部とを備える従来の直交変換装置では、前記
ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチとして、バ
イポーラトランジスタ又はIGBT及びそれと並列接続
された高耐圧接合ダイオードとからなる並列回路を用い
ている。 【0003】また、上記バイポーラトランジスタ又はI
GBT(NPN形式とする)からなる各ハイサイドスイ
ッチの制御電圧は、各トランジスタ(ハイサイドスイッ
チ)のエミッタすなわち電機子巻線側の主電極の電位を
基準として正確に制御する必要があり、このために、蓄
電手段(バッテリ)の低位端すなわちローサイドスイッ
チのバッテリ側端子の電位を基準として制御電圧を形成
することができず、バッテリ電圧を交流化してトランス
に入力し、その二次電圧を整流する整流器の低位端を各
ハイサイドスイッチの電機子巻線側の主電極(エミッ
タ)に接続される。 【0004】また、上記整流器の出力電圧を制御してハ
イサイドスイッチの制御電圧を形成する制御電圧形成用
のスイッチング手段に印加する制御信号の基準電位も上
記各ハイサイドスイッチの電機子巻線側の主電極(エミ
ッタ)の電位を基準として形成する必要があり、このた
めにバッテリの低位端を基準電位とする制御部からこの
制御電圧形成用のスイッチング手段への制御信号の伝送
はフォトカプラを用いて基準電位をシフト可能に伝送さ
れていた。 【0005】一方、特開平4ー138030号公報は、
上記ブリッジ回路と同一構造を有し、上記ハイサイドス
イッチ及びローサイドスイッチとしてバイポーラトラン
ジスタ又はIGBTの代わりにNチャンネルMOSパワ
ートランジスタを用い(ただし、上記した高耐圧接合ダ
イオードは不要)、オルタネータ(三相同期発電機)か
ら出力される三相交流電圧を整流する三相全波整流器を
提案している。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】まず、この発明が解決
しようとする課題を説明する。従来の交流電動機または
発電機駆動用のブリッジ回路は、上記したようにバイポ
ーラトランジスタ又はIGBTと並列に高耐圧接合ダイ
オードを接続する必要があり、合計6個の高耐圧接合ダ
イオードが必要となるという問題がある。なお、これら
高耐圧接合ダイオードは電流の位相遅れにより電機子巻
線側からバッテリ側に電流が送出される際の通路であ
り、上記バイポーラトランジスタ又はIGBTと同等程
度のチップ面積を必要とする。 【0007】一方、上記公報の三相全波整流器と同様
に、上記したバイポーラトランジスタ又はIGBTの代
わりにMOSトランジスタを用いてブリッジ回路を構成
することも考えられるが、このような交流電動機または
発電機の制御では、交流電動機に印加する三相交流電圧
の位相に対して実際の交流電流が遅延するために、ハイ
サイドスイッチのオン時に電機子巻線からバッテリへ電
流が流れる場合があり、この時は、ハイサイドスイッチ
のバッテリ側の主電極がソースとなるので、上記したM
OSトランジスタ方式の三相全波整流器のようにバッテ
リ側の主電極を基準としてゲート電極電位(制御電圧)
を決定する必要があり、上述したようなハイサイドスイ
ッチの電機子巻線側の主電極の電位を基準として制御電
圧を決定する方式は意味をなさなかった。 【0008】また、上記したバイポーラトランジスタ又
はIGBTと高耐圧接合ダイオードとを用いた電動機制
御用のブリッジ回路は素子数が多く、複雑、大型、高価
となるという不具合があった。更に、上記したトラン
ス、トランス入力用交流電源、整流器からなる基準電圧
変更手段、制御信号絶縁手段を各ハイサイドスイッチ毎
に設けることは、装置が複雑、大型、高価となるという
不具合があった。 【0009】この発明は上記問題点に鑑みなされたもの
であり、電流位相が遅れる交流電動機または発電機のハ
イサイドスイッチを簡単な装置構成で支障なく制御可能
なブリッジ回路を有する直交変換装置を提供すること
を、その目的としている。次に、この発明が解決しよう
とする他の課題を説明する。ハイサイドスイッチがNチ
ャンネルMOSトランジスタにより構成される三相全波
整流器又は上記した第1発明の電動機または発電機駆動
用のブリッジ回路では、N- 型耐圧層がゲート電極直下
のP型基板領域とバッテリ側のN型領域との間に配設さ
れるので、従来のブリッジ回路のように電機子巻線側の
N型領域を基準としてゲート電極の電位を形成しない場
合にはゲート電極と電機子巻線側のN型領域との間の耐
圧に不安を生じる。 【0010】この発明は上記問題点に鑑みなされたもの
であり、ハイサイドスイッチとしてMOSトランジスタ
を用いる上記ブリッジ回路又は三相全波整流器におい
て、電機子巻線側のN型領域(主電極)とゲート電極と
の間の絶縁保護が可能な直交変換装置を提供すること
を、その目的としている。次に、この発明が解決しよう
とする他の課題を説明する。 【0011】電気自動車用の駆動手段としてブラシレス
DCモータなどの交流回転電機が用いられるが、この場
合、車両制動時に電動機に発電動作を行わせるのが好都
合である。ただ、発電動作時にはNPN構造のバイポー
ラトランジスタ又はIGBTからなるブリッジ回路は上
記発電動作時には作動できないので上記した高耐圧接合
ダイオードを各トランジスタ毎に並列接続する必要があ
り、装置構成が複雑、大型化し、高価となった。 【0012】この発明は上記問題点に鑑みなされたもの
であり、発電動作及び電動動作を切り換えて実施する発
電電動機を簡単な構成をもち小型のブリッジ回路で駆動
制御可能な直交変換装置を提供することを、その目的と
している。次に、この発明が解決しようとする他の課題
を説明する。誘導回転電機は簡単な構造を有しており、
周波数制御やベクトル制御が容易に実施できる利点があ
るが、電流位相の遅れが大きく、そのために誘導回転電
機側からバッテリ側に送電(以下、逆送電という)され
る位相期間が存在することが頻繁に生じる。このため、
NPN構造のバイポーラトランジスタ又はIGBTから
なるブリッジ回路は上記逆送電時には作動できないので
上記した高耐圧接合ダイオードを各トランジスタ毎に並
列接続する必要があり、装置構成が複雑、大型化し、高
価となった。 【0013】この発明は上記問題点に鑑みなされたもの
であり、上記逆送電期間を有する誘導回転電機を簡単な
構成をもち小型のブリッジ回路で駆動制御可能な直交変
換装置を提供することを、その目的としている。本発明
の他の目的は、後述する作用効果を実現することにあ
る。 【0014】 【課題を解決するための手段】本発明の直交変換装置
は、NチャンネルMOSトランジスタからなるハイサイ
ドスイッチ及びローサイドスイッチを直列接続してなる
相インバータ回路を必要数並列接続してなり、一対の直
流端が蓄電手段の両端に接続され、前記両スイッチの接
続点が交流回転電機の電機子巻線の各相出力端に個別に
接続されるブリッジ回路と、前記各スイッチのゲート電
位を制御して前記各スイッチを断続する制御部とを備
え、前記ハイサイドスイッチのゲート電極直下のP型基
板領域は前記電機子巻線側のN型領域に接続される直交
変換装置において、少なくとも定電圧ダイオードを含み
前記ハイサイドスイッチのゲ−ト電極と前記各相出力端
との間に所定の電圧降下を発生する電圧降下手段を有
し、前記制御部は前記蓄電手段の電位と前記ハイサイ
ドスイッチのしきい値電圧との和を超える高電圧を前記
ハイサイドスイッチのゲート電極に出力する昇圧手段
高位側端子が前記昇圧手段の出力端に接続され、低
位側端子が前記蓄電手段の低位端に接続されるととも
に、各ゲート制御信号の入力により前記ハイサイドスイ
ッチを個別に断続する複数のハイサイドスイッチ制御手
段とを備え、前記ハイサイドスイッチ制御手段は、前記
交流回転電機の電動動作および発電動作の制御を行い、
前記発電動作の制御に際して、前記接続点の電位がバッ
テリ電位よりも高い相の前記ハイサイドスイッチをオン
し、前記接続点の電位が接地電位よりも低い相の前記ロ
ーサイドスイッチをオンすることを特徴としている。 【0015】 【0016】 【0017】 【0018】 【0019】 【作用及び発明の効果】本発明によれば、Nチャンネル
MOSトランジスタ方式のブリッジ回路の各ハイサイド
スイッチのゲート電極に、蓄電手段の電位+ハイサイド
スイッチのしきい値電圧より高い高電圧と蓄電手段の低
位端との間で、ハイサイドスイッチのゲート電極電位を
スイングすることにより、この交流電動機または発電機
の電流方向に無関係に、従来のような高耐圧接合ダイオ
ードを並列接続することなく、交流電動機例えば誘導電
動機を駆動制御するブリッジ回路を構成することができ
る。 【0020】これは、MOSトランジスタが原理的に双
方向性を有し、交流電動機の電流位相遅延により電機子
巻線から蓄電手段側へ電流が送出されるモード(逆送電
モード)が存在しても支障なく駆動制御できるという知
見に基づいている。また他の重要な点は、ハイサイドス
イッチのPWM制御を実施する場合、従来のバイポーラ
トランジスタ又はIGBTでは、上記したように電機子
巻線から蓄電手段側へ電流が送出されるモード(逆送電
モード)は、上記高耐圧接合ダイオードを通じて行われ
るので、PWM制御が掛けにくいという問題を有するこ
とである。これに対し本発明によれば、逆送電モードで
もMOSトランジスタのハイサイドスイッチによりなん
ら支障なくPWM制御を行うことができる。 【0021】更に本発明によれば、従来のバイポーラト
ランジスタ又はIGBTからなるハイサイドスイッチの
ように、電機子巻線側の主電極の電位を基準として制御
電極電位を決定する必要が無いので、上記したトラン
ス、トランス入力用交流電源、整流器からなる基準電圧
変更手段、制御信号絶縁手段を各ハイサイドスイッチ毎
に設ける必要が無く、制御部の構成を簡単化することが
できるという利点もある。 【0022】本発明によれば更に、前記ハイサイドスイ
ッチのゲ−ト電極と前記各相出力端との間に所定の電圧
降下を発生する電圧降下手段を備えることを特徴とする
ので、これら両者の間の最大電圧は電圧降下手段により
規定され、両者間に高電圧が印加されることによりゲ−
ト絶縁膜が破壊されるのが防止される。 【0023】本発明によれば、バッテリ側の寄生ダイオ
ードがN- 型耐圧層をもつNチャンネルMOSトランジ
スタからなるハイサイドスイッチのゲート電極と電機子
巻線側の主電極(N型領域)との間に所定の電圧降下を
発生する電圧降下手段を備えるので、これら両者の間の
最大電圧は上記電圧降下手段により規定され、その結
果、両者間に高電圧が印加されることによりゲート絶縁
膜が破壊されるのが防止される。 【0024】なお、本発明は、誘導機制御用のブリッジ
回路にも、三相全波整流器にも適用することができる。
本発明は更に、電圧降下手段を定電圧ダイオードにより
構成するので、この定電圧ダイオードの耐圧(ゲート絶
縁膜の耐圧未満に設定される)を超える電圧がハイサイ
ドスイッチのゲート電極と電機子巻線側の主電極(N型
領域)との間のゲート絶縁膜に印加されることがなく、
確実にゲート絶縁膜を保護することができる。 【0025】更に説明すると、ハイサイドスイッチの電
機子巻線側の主電極がローレベルでゲート電極にハイレ
ベルを印加してハイサイドスイッチをオンする期間にお
いて、ゲート絶縁膜には両者の電位差が印加されるが、
定電圧ダイオードの耐圧をこの電位差未満としておけば
定電圧ダイオードを通じて電流が流れることによりゲー
ト電極電位の上昇は抑圧され、ゲート絶縁膜の破損が回
避される。なお、定電圧ダイオードの耐圧はこのハイサ
イドスイッチのしきい値電圧を超える電圧に設定される
必要があり、このようにすれば、ゲート電極電位の上昇
が上記したように不十分でもハイサイドスイッチがオン
し、このハイサイドスイッチの電機子巻線側の主電極電
位は上昇することができる。 【0026】本発明によれば更に、定電圧ダイオードと
直列に抵抗が接続される。すなわち、このように定電圧
ダイオードを接続すると、ハイサイドスイッチの電機子
巻線側の主電極(すなわち、電機子巻線の相出力端)の
電位が高く、ゲート電極の電位が低い場合、すなわち、
ハイサイドスイッチをオンからオフにする場合、定電圧
ダイオードが順バイアスしてしまい、ハイサイドスイッ
チのオフが困難又は緩慢となってしまったり、又は、ハ
イサイドスイッチ制御用のインバータ回路(アンプ)の
出力インピーダンスを小さくする必要が生じる。 【0027】本構成によれば、抵抗が配設されているの
で、この順バイアス電流を抑止することができ、更に定
電圧ダイオードの耐圧以上の逆電流も抑止することがで
きる。ただし、抵抗の電圧降下分だけゲート絶縁膜に掛
かる電圧が増加するので定電圧ダイオードの耐圧及び抵
抗値はハイサイドスイッチの定格に合わせて適切な値に
選定される。 【0028】 【0029】本発明は更に、定電圧ダイオードと逆向き
に定電圧ダイオードを接続する。このようにすれば、定
電圧ダイオードの耐圧+順バイアス電圧降下に等しい電
圧以上の電圧がゲート絶縁膜に印加されることを、電圧
方向にかかわらず達成することができる。 【0030】本発明によれば、発電動作及び電動動作の
両方が必要な例えば電気自動車用の駆動モータなどに用
いられる交流発電電動機を駆動するブリッジ回路のハイ
サイドスイッチ及びローサイドスイッチをNチャンネル
MOSトランジスタで構成する。このようにすれば、バ
イポーラトランジスタ又はIGBTを用いたブリッジ回
路のように高耐圧接合ダイオードを並列接続する必要が
なく、かつ、回生制動などの発電動作時でもPWM制御
を実施できるという優れた効果を奏することができる。 【0031】本発明によれば、印加電圧に対して電流位
相が遅れる(例えば無負荷時においては90度近く遅れ
る)誘導回転電機を駆動するブリッジ回路のハイサイド
スイッチ及びローサイドスイッチをNチャンネルMOS
トランジスタで構成する。このようにすれば、バイポー
ラトランジスタ又はIGBTを用いたブリッジ回路のよ
うに高耐圧接合ダイオードを並列接続する必要がない。 【0032】本発明は更に、前記制御部が、前記誘導回
転電機が逆送電モードとなる位相期間にPWM制御を行
うことを特徴としている。このようにすれば、この高耐
圧接合ダイオードを通じての送電が無いので電流位相の
上記遅れにより電機子巻線側からバッテリ側へ送電(逆
送電)される場合でも、PWM制御を何ら支障無く行う
ことができるという優れた効果を奏することができる。 【0033】 【0034】 【実施例】 (実施例1)以下、車両用交流発電機に用いた本発明の
直交変換装置の一実施例を図1を参照して説明する。1
は電気自動車駆動モータを成す三相交流(誘導)発電機
(三相誘導電動機)であって、その電機子巻線11〜1
3の出力端(各相出力端)は三相のブリッジ回路3の各
交流入力端(後述する接続点)41〜43に接続され、
ブリッジ回路3の一対の直流出力端はバッテリ(本発明
でいう蓄電手段)7の両端に接続されている。 【0035】バッテリ7から給電されるコントローラ6
はマイコンを内蔵しており、上記各接続点の電位やバッ
テリ電位やアクセルペダル及びブレーキペダルの踏み量
に基づいてブリッジ回路3を制御するためのゲート制御
信号S1〜S6を電力増幅用のバッファ回路(本発明で
いうハイサイドスイッチ制御手段)2に出力される。バ
ッファ回路2は、入力されるゲート制御信号S1〜S6
を個別に電力増幅し、6個のゲート制御電圧Vg1〜V
g6を、ブリッジ回路3内の後述するハイサイドスイッ
チ31〜33及びローサイドスイッチ34〜36に個別
に出力する。 【0036】バッファ回路2の一例を、図2に示す。こ
のバッファ回路2は、エミッタ接地のNPNバイポーラ
トランジスタTr1〜Tr6にそれぞれベース電流制限
抵抗rb及びコレクタ負荷抵抗rcを接続してなる6個
のインバータ回路であり、トランジスタTr1〜Tr3
のコレクタにはコレクタ負荷抵抗rcを通じて後述する
昇圧手段4から出力される高圧の電源電圧PWが印加さ
れ、トランジスタTr4〜Tr6のコレクタにはコレク
タ負荷抵抗rcを通じて後述するバッテリ電圧VBが印
加され、各トランジスタTr1〜Tr6のエミッタはバ
ッテリ7の低位端GNDに接続されている。 【0037】これにより、ゲート制御信号S1〜S3の
反転信号電圧からなるゲート制御電圧Vg1〜Vg3
が、ハイレベルの電源電圧PWをハイレベル出力電位と
し、ほぼ接地電位(バッテリ低位端電位)をローレベル
出力電位とする論理振幅にて形成される。同様に、ゲー
ト制御信号S4〜S6の反転信号電圧からなるゲート制
御電圧Vg4〜Vg6が、バッテリ電圧VBをハイレベ
ル出力電位とし、ほぼ接地電位(バッテリ低位端電位)
をローレベル出力電位とする論理振幅にて形成される。 【0038】次に、ブリッジ回路3について説明する。
この三相全波ブリッジ回路3は、SiもしくはSiより
も高耐圧のSiCを用いた電力用のNMOSトランジス
タからなるハイサイドスイッチ31〜33及びローサイ
ドスイッチ34〜36を個別に直列接続してなる3組の
相インバータ回路37〜39を並列接続してなり、一対
の直流出力端がバッテリ7の高位端及び低位端に個別に
接続され、各相インバータ回路37〜39の各スイッチ
31〜36の各接続点すなわち交流入力端41〜43が
誘導電動機1の電機子巻線11〜13の各相出力端に個
別に接続される構成となっている。 【0039】また、ローサイドスイッチ34〜36のバ
ッテリ低位端子側の主電極をゲート電極直下のP型基板
領域(P型基板でもP型ウエル領域でもよい)に接続し
てこの基板領域に電位付与し、更に、ハイサイドスイッ
チ31〜33のゲート電極直下のP型基板領域を電機子
巻線11〜13側のN+ 型領域に接続して電位付与して
いる。 【0040】したがって、この実施例では、ハイサイド
スイッチ31〜33のバッテリ7側の主電極(N+ 型領
域)と上記P型基板領域との間の接合からなる第1寄生
ダイオードD1〜D3、及び、ローサイドスイッチ34
〜36のステータコイル11〜13側の主電極(N+
領域)と上記P型基板領域との間の接合からなる第3寄
生ダイオードD4〜D6が図1に示すように寄生的に形
成されることになる。 【0041】ここで、第1寄生ダイオードD1〜D6
は、バッテリ7の最大定格電圧値を超える耐圧を有す
る。具体的にはこれら寄生ダイオードD1〜D6は接合
部にN-型耐圧層を有し、ここに張り出す接合空乏層に
より高耐圧を確保している。このように寄生ダイオード
D1〜D6を高耐圧化するには周知のように、MOSン
ジスタ31〜36をDMOS構造又は縦型チャンネルM
OS構造とし、それらのN- 型型耐圧層を利用すればよ
い。 【0042】また、各ハイサイドスイッチ31〜33を
ワンチップ構成すること、及び、ローサイドスイッチ3
4〜36をワンチップ構成することは、N+ 型基板電位
がGND又はVBと共通となることから容易である。次
に、昇圧手段4について説明する。この昇圧手段は通常
のスイッチングインバータであり、バッテリ電源電圧に
より周期的に充放電される複数のコンデンサの並列充
電、直列放電をスイッチにより交互に切り換えて実施す
ることにより、直流高電圧を出力するものである。 【0043】この実施例では、電源電圧PWは、バッテ
リ電圧VB+ハイサイドスイッチ31〜33のしきい値
電圧VT+所定電圧ΔV(ここでは数V)の和に設定さ
れる。このようにすることにより、バッファ回路2はな
んら支障なく、ハイサイドスイッチ31〜33を断続制
御することができる。次に、上記ブリッジ回路3の電動
動作時の制御動作を説明する。 【0044】コントローラは上記した各種信号や回転数
信号や滑り信号などに基づいてスイッチ31〜36を断
続制御する。基本的に、一個のハイサイドスイッチと、
このハイサイドスイッチとは異なるローサイドスイッチ
とのトリオが順次選択されてオンされる。 (電動動作時、通常送電モード)この時、電機子巻線1
1〜13への印加電圧の方向と電流方向が同方向の位相
期間(通常送電モード)では、ハイサイドスイッチ31
〜33の電機子巻線側のN+ 型領域がソースとなり、バ
ッテリ側のN+ 型領域がドレインとなる。 【0045】したがって、本実施例では、ゲート制御電
圧Vg1〜Vg3をバッテリ電圧VB+ハイサイドスイ
ッチ31〜33のしきい値電圧VT+所定電圧ΔV(こ
こでは数V)の和に設定し、これによりハイサイドスイ
ッチ31〜33を非飽和動作させ、電機子巻線11〜1
3に充分な高電位を印加可能としている。ここで、ゲー
ト制御電圧Vg1〜Vg3を急峻に立ち上げると、ゲー
ト電極がハイレベルのPW、ソース電極である電機子巻
線側のN+ 型領域が例えばGNDとなって、ゲート絶縁
膜に大きな電圧が印加されるので、ゲート制御電圧Vg
1〜Vg3の立ち上がり速度をある程度緩慢化すること
が好ましい。このようにすれば、ゲート制御電圧Vg1
〜Vg6が最終的な電位PWに立ち上がった時点では電
機子巻線側のN+ 型領域の電位はある程度上昇してお
り、ゲート絶縁膜に掛かる負担が軽減される。 (電動動作時、逆送電モード)電機子巻線11〜13へ
の印加電圧の方向と電流方向が逆方向の位相期間(逆送
電モード、本質的に発電状態となる位相期間である)で
は、ハイサイドスイッチ31〜33のバッテリ側のN+
型領域がソースとなり、電機子巻線側のN+ 型領域がド
レインとなる。 【0046】この場合でも、本実施例ではゲート制御電
圧Vg1〜Vg3をバッテリ電圧VB+ハイサイドスイ
ッチ31〜33のしきい値電圧VT+所定電圧ΔV(こ
こでは数V)の和に設定しているので、ハイサイドスイ
ッチ31〜33は充分、ターンオンすることができる。
この場合には、上記緩慢化は不要である。 (発電動作時、通常送電モード)電動動作時、逆送電モ
ードの場合と同様である。 【0047】ただし、この発電動作時においては、接続
点41〜43の電位を検出し、接続点電位がバッテリ電
位VBより高い電位の接続点を有する相インバータ回路
のハイサイドスイッチをオンし、接続点電位が接地電位
より低い接続点を有する相インバータ回路のローサイド
スイッチをオンする。 (発電動作時、通常送電モード)電動動作時、通常送電
モードの場合と同様で発電機に励磁を行っている期間で
ある。 【0048】ただし、この発電動作時においては上記と
同様に、接続点41〜43の電位を検出し、接続点電位
がバッテリ電位VBより高い電位の接続点を有する相イ
ンバータ回路のハイサイドスイッチをオンし、接続点電
位が接地電位より低い接続点を有する相インバータ回路
のローサイドスイッチをオンする。以上説明したよう
に、本実施例のブリッジ回路3は、交流回転電機(ここ
では誘導回転電機)の駆動制御において、Nチャンネル
MOSトランジスタを用いたブリッジ回路3を採用し、
かつ、このブリッジ回路3のハイサイドスイッチ31〜
33の駆動制御を簡単なバッファ回路(ハイサイドスイ
ッチ制御手段)2及び昇圧手段を用いて実施するので、
従来のバイポーラトランジスタ又はIGBTを用いたブ
リッジ回路のように、高耐圧接合ダイオードの並列接
続、及び、ゲート制御電圧Vg1〜Vg3を形成するた
めの複雑な回路構成を省略することができる。 なお、
この実施例では、バッファ回路2として抵抗とエミッタ
接地トランジスタとからなるバイポーラインバータ回路
を採用したが、MOSインバータなど各種の単段、多段
回路を採用できることは当然である。 【0049】即ち、バッファ回路2のエミッタ接地トラ
ンジスタのバイポーラトランジスタ(Tr1)及び抵抗
(rb 、rc )を、図8の構成とする事で昇圧手段4を
小型化する事が可能となる。つまり、図2の構成では、
バイポーラTr1に供給するベース電流及びTr1がオンし
た時のコレクタ電流による抵抗rc の損失が生じて電源
供給する昇圧手段4の出力電流容量が必要で大型化し易
い。 【0050】図8の構成では、ブリッジの各ハイサイド
スイッチのゲ−トに印加する電圧をPチャンネルのハイ
サイドスイッチ(Tr7)で供給する為、電力損失が非常
に少なく、昇圧手段4を小型のコンデンサを使ったチャ
ージポンプ回路などで構成する事ができ、IC化も可能
となる。又、Tr8はブリッジ構成の各ハイサイドTr
オフする時(Tr7はオフ)にオンさせて、スイッチング
スピードを向上させる為に設けたもので、抵抗で代用し
てもよい。なお、図8はrB 、rC 、Tr1をMOSに置
換した例を記述したがTr2、Tr3に関しても同様であ
る。 (実施例2)他の実施例を図3〜図7を参照して説明す
る。 【0051】これらの図面は、NチャンネルMOSトラ
ンジスタからなるハイサイドスイッチ31〜33(図3
〜図7ではハイサイドスイッチ31だけを図示)のゲー
ト電極と電機子巻線11〜13側のN+ 型領域(すなわ
ち本実施例でいう接続点)41との間に、これら両者間
の電位差を制限するための電圧降下手段を介設したもの
である。なお、寄生ダイオードD1は実施例1と同様に
- 型耐圧層を含んで高耐圧を有するものとする。 【0052】図3では、この電圧降下手段は、定電圧ダ
イオードZD1からなり、そのカソードがゲート電極に
接続される。このようにすれば、ハイサイドスイッチ3
1をオンするに際し、バッファ回路2のインバータから
ハイレベル電位(PW)を出力する場合でも、ゲート電
極の電位は接続点41の電位+定電圧ダイオードZD1
の耐圧に等しい電位以上に上昇することがなく、ゲート
絶縁膜が破損することがない。 【0053】図4では、この電圧降下手段は、互いに逆
向きに直列接続された一対の定電圧ダイオードZD1、
ZD2からなる。このようにすれば、ハイサイドスイッ
チ31をオンするに際し、バッファ回路2のインバータ
からハイレベル電位(PW)を出力する場合でも、ゲー
ト電極の電位は接続点41の電位+定電圧ダイオードZ
D1の耐圧+定電圧ダイオードZD2の順バイアス電圧
降下に等しい電位以上に上昇することがなく、この電位
におけるゲート絶縁膜の印加電圧をゲート絶縁膜の耐圧
未満とすることによりゲート絶縁膜が破損することがな
い。同様に、ハイサイドスイッチ31をオフするに際
し、バッファ回路2のインバータからローレベル電位
(約GND電位)を出力する場合でも、ゲート電極の電
位は接続点41の電位−定電圧ダイオードZD1の耐圧
−定電圧ダイオードZD2の順バイアス電圧降下に等し
い電位以上に低下することがなく、この電位におけるゲ
ート絶縁膜の印加電圧をゲート絶縁膜の耐圧未満とする
ことによりゲート絶縁膜が破損することがない。 【0054】図5では、電圧降下手段は抵抗とされる。
このようにしても、上記両者間の電位差が制限され、ゲ
ート絶縁膜の破壊が抑止される。図6は図3及び図5の
合成であり、図7は図2と図5の合成であり、それぞれ
更に一層のゲート絶縁膜破壊抑止効果の向上を実現する
ことができる。なお、ゲート制御信号S1〜S6及びゲ
ート制御電圧Vg1〜Vg6をPWM信号とすることに
より、上記電動動作時において通常送電位相期間又は逆
送電位相期間の両方においてPWM制御を実施できるこ
とが理解される。 【0055】また、本実施例のブリッジ回路が高耐圧接
合ダイオードをトランジスタと並列接続することなしに
発電電動機を駆動制御できることも理解されるであろ
う。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a MOS transistor
The present invention relates to an orthogonal transform device including a bridge circuit used. Book
The orthogonal transformation device of the invention is, for example, an alternator for an automobile.
(AC generator) rectifies the AC power generation voltage to charge the battery.
It is applied to a quadrature transforming device. However, in this specification
Orthogonal conversion device converts DC power to AC power
In addition to cases where AC power is converted to DC power,
No. [0002] 2. Description of the Related Art High-side switches and low-side switches
Switches are connected in series, three phase inverter circuits are connected in parallel.
And a pair of DC terminals connected to both ends of the battery.
And the connection point between the two switches is the armature winding of the AC motor.
Bridge circuits that are individually connected to each phase output
The AC motor is operated by interrupting the switch.
In the conventional orthogonal transform device comprising a control unit
As a high-side switch and low-side switch,
Polar transistor or IGBT and its parallel connection
Using a parallel circuit consisting of a high voltage junction diode
ing. Further, the bipolar transistor or I
Each high-side switch consisting of GBT (NPN format)
The control voltage of the switch is controlled by each transistor (high-side switch).
H), the potential of the main electrode on the armature winding side
It must be precisely controlled as a reference,
The lower end of the electric means (battery), that is, the low-side switch
Control voltage based on the potential of the battery
And the battery voltage is converted to AC
And the lower end of the rectifier that rectifies the secondary voltage
The main electrode (emitter) on the armature winding side of the high-side switch
Data). Further, the output voltage of the rectifier is controlled to
For forming the control voltage for forming the control voltage of the side switch
The reference potential of the control signal applied to the switching means
The main electrode on the armature winding side of each high-side switch (Emi
Must be formed with reference to the potential of
The control unit uses the low end of the battery as the reference potential
Transmission of control signal to switching means for forming control voltage
Is transmitted so that the reference potential can be shifted using a photocoupler.
Had been. [0005] On the other hand, JP-A-4-138030 discloses that
It has the same structure as the bridge circuit,
Bipolar transformer as switch and low side switch
N-channel MOS power instead of transistor or IGBT
-Use a transistor (however,
(Iode not required), alternator (three-phase synchronous generator)
A three-phase full-wave rectifier that rectifies the three-phase AC voltage output from
is suggesting. [0006] [Problems to be solved by the invention]First, thisInvention solved
Explain the problem to be attempted. Conventional AC motor or
The bridge circuit for driving the generator is
High-voltage junction die in parallel with a transistor or IGBT
It is necessary to connect an arm, and a total of 6 high voltage
There is a problem that an iodine is required. Note that these
High voltage junction diode is armature wound due to current phase delay
This is a passage when current is sent from the wire side to the battery side.
The same as the above bipolar transistor or IGBT
Requires a large chip area. On the other hand, similar to the three-phase full-wave rectifier disclosed in the above publication,
Instead of the above-mentioned bipolar transistor or IGBT
Instead, a bridge circuit is configured using MOS transistors
It is conceivable that such an AC motor or
In controlling the generator, the three-phase AC voltage applied to the AC motor
Because the actual AC current is delayed with respect to the phase of
When the side switch is turned on, the power is
Current may flow, in this case the high-side switch
Is the main electrode on the battery side of
Battery like an OS transistor type three-phase full-wave rectifier
Gate electrode potential (control voltage) with reference to the main electrode on the rear side
It is necessary to determine the high-side switch as described above.
Control voltage based on the potential of the main electrode on the armature winding side of the switch.
The method of determining the pressure did not make sense. In addition, the above-mentioned bipolar transistor or
Is a motor control using IGBT and high voltage junction diode
Your bridge circuit has many elements, is complex, large, and expensive
There was a problem that becomes. In addition,
Reference voltage consisting of a power supply, AC power supply for transformer input, and rectifier
Change means and control signal isolation means for each high-side switch
Is complicated, large, and expensive.
There was a defect. [0009]thisThe invention has been made in view of the above problems.
Of an AC motor or generator with a delayed current phase.
Iside switch can be controlled easily with simple device configuration
To provide an orthogonal transform device having a simple bridge circuit
For that purpose.Then thisLet the invention be solved
The following describes other problems. High side switch is N
Three-phase full wave composed of channel MOS transistors
Rectifier or motor or generator drive of the first aspect described above
In the bridge circuit for- Mold breakdown voltage layer is directly under the gate electrode
Between the P-type substrate region of the battery and the N-type region on the battery side.
The armature winding side like a conventional bridge circuit.
When the potential of the gate electrode is not formed based on the N-type region
In this case, the resistance between the gate electrode and the N-type region on the armature winding side
Anxiety about pressure. [0010]thisThe invention has been made in view of the above problems.
And a MOS transistor as a high side switch
In the above bridge circuit or three-phase full-wave rectifier using
The N-type region (main electrode) on the armature winding side and the gate electrode
To provide an orthogonal transformation device capable of insulating protection between
For that purpose.Then thisLet the invention be solved
The following describes other problems. Brushless drive means for electric vehicles
An AC rotating electric machine such as a DC motor is used.
In such a case, it is convenient to let the motor
It is. However, during the power generation operation, the NPN structure bipolar
The bridge circuit consisting of a transistor or IGBT is
It cannot be operated during the power generation operation.
It is necessary to connect a diode in parallel for each transistor.
As a result, the device configuration was complicated, large, and expensive. [0012]thisThe invention has been made in view of the above problems.
In this case, the power generation operation and the electric operation are switched and executed.
Driving an electric motor with a simple configuration and a small bridge circuit
Its purpose is to provide a controllable orthogonal transform device.
are doing.Then thisOther problems to be solved by the invention
Will be described. The induction rotating electric machine has a simple structure,
The advantage is that frequency control and vector control can be easily performed.
However, there is a large delay in the current phase,
Power is transmitted from the machine to the battery (hereinafter referred to as reverse power transmission).
It often happens that there is a phase period. For this reason,
From NPN structure bipolar transistor or IGBT
Bridge circuit cannot operate during the above reverse power transmission.
The high-voltage junction diodes described above are arranged in parallel for each transistor.
It is necessary to connect in rows, and the device configuration is complicated, large, and high
Value. [0013]thisThe invention has been made in view of the above problems.
And the induction rotating electric machine having the reverse power transmission period
Quadrature transformer that has a configuration and can be driven and controlled by a small bridge circuit.
It is an object of the present invention to provide a conversion device. The present invention
The other purpose is to realize the functions and effects described later.
You. [0014] Means for Solving the Problems The present inventionDirectlyInterchange device
Is a high-speed circuit composed of N-channel MOS transistors.
And a low-side switch connected in series
The required number of phase inverter circuits are connected in parallel.
A flow end is connected to both ends of the power storage means, and a connection between the two switches is made.
Continuation pointAC rotating electric machineOf each armature winding
The bridge circuit to be connected and the gate voltage of each switch
And a control unit for controlling the position and turning on and off the switches.
The P-type substrate immediately below the gate electrode of the high-side switch
The plate region is orthogonal to the N-type region on the armature winding side.
The conversion device includes at least a constant voltage diode.
The gate electrode of the high-side switch and each phase output terminal
Voltage drop means for generating a predetermined voltage drop between
And the control unit,The potential of the storage means and the high
High voltage exceeding the sum of the threshold voltage of
Step-up means for outputting to the gate electrode of the high-side switch
When,A high terminal is connected to the output terminal of the booster,
And a lower terminal is connected to a lower end of the power storage means.
Input of each gate control signal,
Multiple high-side switch controls that intermittently switch
Step andWherein the high-side switch control means comprises:
Controls the electric operation and power generation operation of the AC rotating electric machine,
In controlling the power generation operation, the potential at the connection point
Turn on the high-side switch of the phase higher than the battery potential
The potential of the connection point is lower than the ground potential.
-Turn on the side switchIt is characterized by: [0015] [0016] [0017] [0018] [0019] [Action and effect of the invention]ClearlyAccording to N channel
Each high side of MOS transistor type bridge circuit
The potential of the storage means + high side is connected to the gate electrode of the switch
High voltage higher than the switch threshold voltage and low
Between the high-side switch and the
Swing this AC motor or generator
Irrespective of the current direction of the
AC motors such as induction motors without connecting
A bridge circuit that drives and controls the motive can be configured.
You. This is because MOS transistors are in principle dual.
Armature with directionality, due to current phase delay of AC motor
A mode in which current is sent from the winding to the storage means side (reverse power transmission
Mode), it is possible to control the drive without any problems.
Based on look. Another important point is the high side
When implementing switch PWM control, the conventional bipolar
In a transistor or an IGBT, as described above, the armature
A mode in which current is sent from the winding to the storage means side (reverse power transmission
Mode) is performed through the high breakdown voltage junction diode
Therefore, there is a problem that it is difficult to perform PWM control.
And On the other hand, according to the present invention, in the reverse power transmission mode,
What is the MOS transistor high-side switch?
PWM control can be performed without any trouble. Further according to the present invention, a conventional bipolar
Of high side switch consisting of transistor or IGBT
Control based on the potential of the main electrode on the armature winding side
Since there is no need to determine the electrode potential,
Reference voltage consisting of a power supply, AC power supply for transformer input, and rectifier
Change means and control signal isolation means for each high-side switch
It is not necessary to provide the
There is also the advantage that you can. The present inventionAccording to further, The high side switch
A predetermined voltage is applied between the gate electrode of the switch and the output terminal of each phase.
Characterized by comprising voltage drop means for generating a voltage drop
Therefore, the maximum voltage between these two is
The gate is regulated by applying a high voltage between them.
The insulating film is prevented from being destroyed. The present inventionAccording to, Parasitic diode on the battery side
N-channel MOS transistor with N- type breakdown voltage layer
Gate electrode and armature of high-side switch
A predetermined voltage drop between the winding side main electrode (N-type region)
Since there is a means for generating voltage drop,
The maximum voltage is defined by the voltage drop
As a result, gate insulation is achieved by applying a high voltage between the two.
Destruction of the membrane is prevented. The present invention relates to a bridge for controlling an induction machine.
It can be applied to circuits as well as to three-phase full-wave rectifiers.
The present inventionIs more, Voltage drop means by constant voltage diode
Because of this configuration, the breakdown voltage (gate
(Set below the withstand voltage of the rim)
Gate electrode of the switch and the main electrode on the armature winding side (N-type
Region) is not applied to the gate insulating film between
The gate insulating film can be reliably protected. More specifically, the power of the high-side switch is
The main electrode on the armature winding side is low and the gate electrode is high.
During the period when the high side switch is turned on by applying a bell
Therefore, the potential difference between the two is applied to the gate insulating film,
If the breakdown voltage of the constant voltage diode is set to less than this potential difference,
When current flows through the constant voltage diode,
The rise in the gate electrode potential is suppressed, and damage to the gate insulating film is prevented.
Evaded. The withstand voltage of the constant voltage diode is
Set to a voltage exceeding the threshold voltage of the id switch
It is necessary to increase the gate electrode potential
But the high-side switch is turned on even if it is insufficient as described above
The main electrode on the armature winding side of this high-side switch
The rank can rise. The present inventionAccording to further, Constant voltage diode and
A resistor is connected in series. That is, the constant voltage
Connecting a diode, the armature of the high-side switch
Of the main electrode on the winding side (that is, the phase output end of the armature winding)
When the potential is high and the potential of the gate electrode is low,
When turning the high-side switch from on to off,
The diode becomes forward-biased and the high-side switch
Switch is difficult or slow, or
Of the inverter circuit (amplifier) for controlling the side switch
It becomes necessary to reduce the output impedance. According to this configuration, the resistor is provided.
Therefore, the forward bias current can be suppressed.
Reverse currents higher than the withstand voltage of the voltage diode can be suppressed.
Wear. However, only the voltage drop across the gate insulating film
Since the voltage increases, the withstand voltage and resistance of the
The resistance value should be an appropriate value according to the rating of the high-side switch.
Selected. [0028] The present inventionIs more, Opposite to constant voltage diode
To a constant voltage diode. In this way,
Voltage equal to the withstand voltage of the voltage diode + forward bias voltage drop
Voltage is applied to the gate insulating film.
Can be achieved regardless of direction. The present inventionAccording to, Power generation operation and electric operation
For both drive motors, for example, for electric vehicles that require both
Of the bridge circuit that drives the AC generator motor
N channel side switch and low side switch
It is composed of MOS transistors. This way,
Bridge circuit using an bipolar transistor or IGBT
Need to connect high voltage junction diodes in parallel like
And PWM control even during power generation operation such as regenerative braking
Can be achieved. The present inventionAccording to, Current level with respect to applied voltage
Phase is delayed (for example, close to 90 degrees when there is no load)
The high side of the bridge circuit that drives the induction rotating electric machine
Switch and low-side switch are N-channel MOS
It is composed of transistors. By doing this,
A bridge circuit using a transistor or IGBT
There is no need to connect high voltage junction diodes in parallel. The present inventionIs moreThe control unit controls the guidance circuit
PWM control is performed during the phase period when the inverter is in the reverse power transmission mode.
It is characterized by. In this way, this high endurance
Current through the pressure junction diode
Due to the delay, power is transmitted from the armature winding to the battery (reverse
Even if power transmission is performed, PWM control is performed without any trouble.
The excellent effect that it can be performed can be exhibited. [0033] [0034] 【Example】 (Embodiment 1) Hereinafter, the present invention used for a vehicle alternator will be described.
One embodiment of the orthogonal transform device will be described with reference to FIG. 1
Is a three-phase AC (induction) generator that forms the drive motor for electric vehicles
(Three-phase induction motor), the armature windings 11-1 of which
The output terminals (output terminals of each phase) of the three-phase bridge circuit 3
Connected to AC input terminals (connection points to be described later) 41 to 43,
A pair of DC output terminals of the bridge circuit 3 are connected to a battery (the present invention).
(Power storage means) 7 are connected to both ends. Controller 6 supplied with power from battery 7
The microcomputer has a built-in microcomputer.
Terripotential, accelerator pedal and brake pedal depression amount
Control for controlling the bridge circuit 3 based on the
The signals S1 to S6 are converted to a buffer circuit for power amplification (in the present invention).
High-side switch control means 2). Ba
The buffer circuit 2 receives the gate control signals S1 to S6
Are individually amplified, and the six gate control voltages Vg1 to Vg
g6 is connected to a high-side switch (described later) in the bridge circuit 3.
H to 31 to 33 and low side switches 34 to 36
Output to FIG. 2 shows an example of the buffer circuit 2. This
Buffer circuit 2 is a common emitter NPN bipolar
Base current limit for transistors Tr1 to Tr6 respectively
6 pieces connected by resistance rb and collector load resistance rc
Inverter circuits, and transistors Tr1 to Tr3
To be described later through the collector load resistance rc
The high power supply voltage PW output from the booster 4 is applied.
The collectors of the transistors Tr4 to Tr6 are
The battery voltage VB, which will be described later, is printed through the load resistance rc.
And the emitters of the transistors Tr1 to Tr6 are
It is connected to the lower end GND of the battery 7. As a result, the gate control signals S1 to S3
Gate control voltages Vg1 to Vg3 composed of inverted signal voltages
Changes the high-level power supply voltage PW to a high-level output potential.
And the ground potential (battery low end potential) to low level
It is formed with a logic amplitude as an output potential. Similarly, game
Gate control consisting of inverted signal voltages of the control signals S4 to S6
The control voltages Vg4 to Vg6 change the battery voltage VB to a high level.
Output potential, almost ground potential (lower end potential of battery)
At a low level output potential. Next, the bridge circuit 3 will be described.
This three-phase full-wave bridge circuit 3 is made of Si or Si.
NMOS transistor for power using SiC with high breakdown voltage
-Side high-side switches 31-33 and low-side
Switches 34 to 36 are individually connected in series.
Phase inverter circuits 37 to 39 are connected in parallel.
DC output terminals are individually connected to the high and low terminals of the battery 7.
Connected, each switch of each phase inverter circuit 37-39
The connection points 31 to 36, that is, the AC input terminals 41 to 43
Each of the armature windings 11 to 13 of the induction motor 1
It is configured to be connected separately. The low side switches 34 to 36
P-type substrate directly below the gate electrode with the main electrode on the lower terminal side
Region (either a P-type substrate or a P-type well region)
A potential is applied to the substrate area, and the high-side switch is
The P-type substrate region immediately below the gate electrodes of
N on the winding 11-13 side+Connect to the mold area and apply potential
I have. Therefore, in this embodiment, the high side
The main electrodes (N+Type
Region) and a first parasitic consisting of a junction between the P-type substrate region
Diodes D1 to D3 and low side switch 34
To 36 of the main electrodes (N+Type
Region) and a third region comprising a junction between the P-type substrate region
Raw diodes D4 to D6 are parasitically formed as shown in FIG.
Will be done. Here, the first parasitic diodes D1 to D6
Has a withstand voltage exceeding the maximum rated voltage value of the battery 7
You. Specifically, these parasitic diodes D1 to D6 are junctions.
N in part-Type withstand voltage layer, and the junction depletion layer
Higher withstand voltage is secured. Thus the parasitic diode
As is well known, to increase the breakdown voltage of D1 to D6, a MOS transistor is used.
Each of the transistors 31 to 36 has a DMOS structure or a vertical channel M
OS structures and their N-Use a mold pressure-resistant layer
No. Each of the high-side switches 31 to 33 is
One-chip configuration and low-side switch 3
4 to 36 in a one-chip configuration requires N+Mold substrate potential
Is common with GND or VB. Next
Next, the booster 4 will be described. This boost means is usually
The switching inverter of
Parallel charging of multiple capacitors that are charged and discharged more periodically
Switch between electric and series discharge alternately with a switch
Thus, a DC high voltage is output. In this embodiment, the power supply voltage PW is
Re-voltage VB + threshold of high side switches 31-33
Set to the sum of voltage VT + predetermined voltage ΔV (several volts in this case)
It is. By doing so, the buffer circuit 2 becomes
High-side switches 31-33 are intermittent without any problems
You can control. Next, the bridge circuit 3 is electrically driven.
The control operation during operation will be described. The controller operates the various signals and the rotation speeds described above.
Switches 31 to 36 are turned off based on signals or slip signals.
Control. Basically, one high-side switch,
Low side switch different from this high side switch
Are sequentially selected and turned on. (At the time of electric operation, normal power transmission mode) At this time, the armature winding 1
The direction of the applied voltage to 1 to 13 and the current direction are the same phase
During the period (normal power transmission mode), the high-side switch 31
N on the armature winding side of ~ 33+The mold area is the source and
N on the battery side+The mold region becomes the drain. Therefore, in this embodiment, the gate control
Voltage Vg1 to Vg3 are equal to battery voltage VB + high side switch.
Threshold voltage VT of switches 31 to 33 + predetermined voltage ΔV (this
Here, it is set to the sum of several V).
Switches 31 to 33 are operated in a non-saturated manner, so that the armature windings 11 to 1
3, a sufficiently high potential can be applied. Where the game
When the gate control voltages Vg1 to Vg3 rise sharply,
Armature winding with high-level PW and source electrodes
N on the wire side+The mold region becomes, for example, GND and gate insulation
Since a large voltage is applied to the film, the gate control voltage Vg
To slow down the rising speed of 1 to Vg3 to some extent
Is preferred. By doing so, the gate control voltage Vg1
When Vg6 rises to the final potential PW,
N on the armature winding side+The potential of the mold region rises to some extent
Thus, the load on the gate insulating film is reduced. (Reverse power transmission mode during electric operation) To armature windings 11 to 13
Phase period in which the direction of the applied voltage and the current
Power mode, which is essentially a phase period during which power is generated)
Is N on the battery side of the high side switches 31-33.+
The mold region becomes the source, and N on the armature winding side+The type area is
It becomes rain. Even in this case, in this embodiment, the gate control
Voltage Vg1 to Vg3 are equal to battery voltage VB + high side switch.
Threshold voltage VT of switches 31 to 33 + predetermined voltage ΔV (this
Here, it is set to the sum of several V).
The switches 31 to 33 can be sufficiently turned on.
In this case, the slackening is unnecessary. (Normal power transmission mode during power generation operation) Reverse power transmission mode during motorized operation
This is the same as in the case of the mode. However, during this power generation operation,
The potential at points 41 to 43 is detected, and the
Phase inverter circuit having a connection point higher in potential than potential VB
Turn on the high-side switch of
Low side of phase inverter circuit with lower connection point
Turn on the switch. (Normal power transmission mode during power generation operation) Normal power transmission during motorized operation
During the period when the generator is being excited,
is there. However, during this power generation operation,
Similarly, the potentials at the connection points 41 to 43 are detected, and the potentials at the connection points are detected.
Has a connection point at a potential higher than the battery potential VB.
Turn on the high-side switch of the inverter circuit and
Phase inverter circuit having a connection point whose potential is lower than the ground potential
Turn on the low side switch. As explained above
In addition, the bridge circuit 3 of the present embodiment is an AC rotating electric machine (here,
In the drive control of induction rotating electric machine), N channel
Adopting a bridge circuit 3 using MOS transistors,
Also, the high-side switches 31 to 31 of the bridge circuit 3
33 is a simple buffer circuit (high side switch).
Switch control means) 2 and the boosting means.
Blocks using conventional bipolar transistors or IGBTs
Like a ridge circuit, parallel connection of high-voltage junction diodes
And forming the gate control voltages Vg1 to Vg3.
A complicated circuit configuration can be omitted. In addition,
In this embodiment, the buffer circuit 2 includes a resistor and an emitter.
Bipolar inverter circuit consisting of grounded transistor
, But various single-stage and multi-stage such as MOS inverter
Naturally, a circuit can be adopted. That is, the common emitter transistor of the buffer circuit 2
Transistor bipolar transistor (Tr1) And resistance
(Rb, Rc) Is configured as shown in FIG.
It is possible to reduce the size. That is, in the configuration of FIG.
Bipolar Tr1Current and T to be supplied tor1Turns on
Resistance due to collector currentcPower loss
The output current capacity of the boosting means 4 to be supplied is required, and the size is easily increased.
No. In the configuration of FIG. 8, each high side of the bridge
The voltage applied to the gate of the switch is
Side switch (Tr7), Power loss is very high
And the boosting means 4 uses a small capacitor
It can be composed of a charge pump circuit, etc.
Becomes Also, Tr8Is each high side T of the bridge configurationrTo
When turning off (Tr7Off) and switch on
It is provided to improve speed.
You may. FIG. 8 shows rB, RC, Tr1To MOS
In the example described above, Tr2, Tr3The same applies to
You. (Embodiment 2) Another embodiment will be described with reference to FIGS.
You. These drawings show N-channel MOS transistors.
High-side switches 31 to 33 (FIG. 3)
7 shows only the high-side switch 31).
Electrode and armature windings 11-13 N+Type area
(The connection point in the present embodiment) 41,
With voltage drop means for limiting the potential difference
It is. In addition, the parasitic diode D1 is similar to the first embodiment.
N-It has a high breakdown voltage including the mold breakdown voltage layer. In FIG. 3, the voltage drop means is a constant voltage
It is composed of Iode ZD1 and its cathode is used as the gate electrode.
Connected. By doing so, the high-side switch 3
When turning on 1, the inverter of the buffer circuit 2
Even when a high-level potential (PW) is output, the gate
The potential of the pole is the potential of the connection point 41 + the constant voltage diode ZD1
Without rising above a potential equal to the breakdown voltage of the gate.
The insulating film is not damaged. In FIG. 4, the voltage drop means are opposite to each other.
A pair of constant voltage diodes ZD1 connected in series in the direction,
Consists of ZD2. In this way, the high-side switch
When the switch 31 is turned on, the inverter of the buffer circuit 2
Output high-level potential (PW) from the
The potential of the gate electrode is the potential of the connection point 41 + the constant voltage diode Z
Withstand voltage of D1 + forward bias voltage of constant voltage diode ZD2
This potential does not rise above the potential equal to the
Voltage of gate insulating film in
If it is less than this, the gate insulating film will not be damaged.
No. Similarly, when turning off the high-side switch 31,
And the low-level potential from the inverter of the buffer circuit 2
(Approximately GND potential) even when the gate electrode
Is the potential of the connection point 41-the withstand voltage of the constant voltage diode ZD1.
-Equal to the forward bias voltage drop of the constant voltage diode ZD2
The potential at this potential does not drop
The voltage applied to the gate insulating film should be lower than the withstand voltage of the gate insulating film.
Thus, the gate insulating film is not damaged. In FIG. 5, the voltage drop means is a resistor.
Even in this case, the potential difference between the two is limited, and the
Destruction of the gate insulating film is suppressed. FIG. 6 is a cross-sectional view of FIGS.
FIG. 7 is a synthesis of FIGS. 2 and 5,
Achieve further improvement of gate insulating film breakdown suppression effect
be able to. Note that the gate control signals S1 to S6 and the gate
To use the PWM control signals Vg1 to Vg6 as PWM signals.
Therefore, during the electric operation, the normal transmission potential phase period or the reverse
PWM control can be performed in both of the transmission potential phase periods.
Is understood. Further, the bridge circuit of this embodiment has a high breakdown voltage contact.
Without connecting a diode in parallel with the transistor
It will also be understood that the drive of the generator motor can be controlled.
U.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の交流電動機用直交変換装置の一実施例
を示す回路図である。 【図2】図1のバッファ回路2の一例を示す回路図であ
る。 【図3】実施例2の電圧降下手段の一例を示す部分回路
図である。 【図4】実施例2の電圧降下手段の一例を示す部分回路
図である。 【図5】実施例2の電圧降下手段の一例を示す部分回路
図である。 【図6】実施例2の電圧降下手段の一例を示す部分回路
図である。 【図7】実施例2の電圧降下手段の一例を示す部分回路
図である。 【図8】図1のバッファ回路2の他の例を示す回路図で
ある。 【符号の説明】 1は三相交流電動機(誘導電動機)、2はバッファ回路
(ハイサイドスイッチ制御手段)、3はブリッジ回路、
4は昇圧手段、6はコントローラ、7はバッテリ、11
〜13は電機子巻線、31〜33はMOSトランジスタ
からなるハイサイドスイッチ、34〜36はMOSトラ
ンジスタからなるローサイドスイッチ、37〜39は相
インバータ回路、41〜43は相インバータ回路37〜
39の接続点(ブリッジ回路3の交流入力端)。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of an orthogonal transformation device for an AC motor according to the present invention. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a buffer circuit 2 of FIG. FIG. 3 is a partial circuit diagram illustrating an example of a voltage drop unit according to a second embodiment. FIG. 4 is a partial circuit diagram illustrating an example of a voltage drop unit according to a second embodiment. FIG. 5 is a partial circuit diagram illustrating an example of a voltage drop unit according to a second embodiment. FIG. 6 is a partial circuit diagram illustrating an example of a voltage drop unit according to a second embodiment. FIG. 7 is a partial circuit diagram illustrating an example of a voltage drop unit according to a second embodiment. FIG. 8 is a circuit diagram showing another example of the buffer circuit 2 of FIG. 1; [Description of Signs] 1 is a three-phase AC motor (induction motor), 2 is a buffer circuit (high-side switch control means), 3 is a bridge circuit,
4 is a booster, 6 is a controller, 7 is a battery, 11
Reference numerals 13 to 13 denote armature windings, 31 to 33 denote high side switches composed of MOS transistors, 34 to 36 denote low side switches composed of MOS transistors, 37 to 39 denote phase inverter circuits, and 41 to 43 denote phase inverter circuits 37 to 43.
39 connection points (AC input terminals of the bridge circuit 3).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/219 H02J 7/14 H02P 9/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 7/219 H02J 7/14 H02P 9/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】NチャンネルMOSトランジスタからなる
ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを直列接続
してなる相インバータ回路を必要数並列接続してなり、
一対の直流端が蓄電手段の両端に接続され、前記両スイ
ッチの接続点が交流回転電機の電機子巻線の各相出力端
に個別に接続されるブリッジ回路と、前記各スイッチの
ゲート電位を制御して前記各スイッチを断続する制御部
とを備え、前記ハイサイドスイッチのゲート電極直下の
P型基板領域は前記電機子巻線側のN型領域に接続され
る直交変換装置において、 少なくとも定電圧ダイオードを含み前記ハイサイドスイ
ッチのゲ−ト電極と前記各相出力端との間に所定の電圧
降下を発生する電圧降下手段を有し、 前記制御部は 前記蓄電手段の電位と前記ハイサイドスイッチのしきい
値電圧との和を超える高電圧を前記ハイサイドスイッチ
のゲート電極に出力する昇圧手段と 高位側端子が前記昇圧手段の出力端に接続され、低位側
端子が前記蓄電手段の低位端に接続されるとともに、各
ゲート制御信号の入力により前記ハイサイドスイッチを
個別に断続する複数のハイサイドスイッチ制御手段と を備え、 前記ハイサイドスイッチ制御手段は、 前記交流回転電機の電動動作および発電動作の制御を行
い、前記発電動作の制御に際して、前記接続点の電位が
バッテリ電位よりも高い相の前記ハイサイドスイッチを
オンし、前記接続点の電位が接地電位よりも低い相の前
記ローサイドスイッチをオンする ことを特徴とする直交
変換装置。
(57) [Claims] 1. An N-channel MOS transistor
High side switch and low side switch connected in series
Required number of phase inverter circuits connected in parallel,
A pair of DC terminals are connected to both ends of the power storage means,
Switch connection pointAC rotating electric machineOutput terminal of each phase of armature winding
And a bridge circuit individually connected to each of the switches.
A control unit for controlling the gate potential to turn on and off the switches
And a portion immediately below the gate electrode of the high-side switch.
The P-type substrate region is connected to the N-type region on the armature winding side.
In the orthogonal transformation device, The high side switch including at least a constant voltage diode
A predetermined voltage is applied between the gate electrode of the switch and the output terminal of each phase.
A voltage drop means for generating a voltage drop, The control unit is, Potential of the power storage means and threshold of the high side switch
The high-side switch outputs a high voltage exceeding the sum of the
Means for outputting to the gate electrode of, A higher terminal is connected to the output terminal of the booster, and a lower terminal
A terminal is connected to the lower end of the power storage means.
The high side switch is activated by the input of the gate control signal.
A plurality of individually controlled high-side switch control means;, With The high-side switch control means includes: It controls the electric operation and the power generation operation of the AC rotating electric machine.
In controlling the power generation operation, the potential of the connection point
The high side switch of the phase higher than the battery potential
ON before the phase where the potential of the connection point is lower than the ground potential.
Turn on the low side switch Orthogonality characterized by
Conversion device.
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