JP5226915B2 - 過電圧保護回路を備えた制御形の整流器ブリッジ回路 - Google Patents

Description

本発明は、発電機、特に独立請求項の上位概念に記載の車両内で使用される三相発電機に対する過電圧保護回路を備えた制御形の整流器ブリッジ回路に関する。

従来の技術
車両の電源回路網に対する電気エネルギの形成は、通常は車両の内燃機関によって駆動される三相発電機によって行われる。この発電機の出力電圧は電圧制御回路によって制御される。発電機の出力電圧は整流器ブリッジ回路を介して直流電圧に変換される。直流電圧ブリッジ回路として通常は、発電機のプラス端子とマイナス端子との間に配置された６個のツェナーダイオードが使用される。

ただしツェナーダイオードに代えて駆動可能な整流器素子を使用することも知られている。この整流器素子は制御手段によって駆動される。制御形の整流器ブリッジ回路の使用は例えば米国特許第４８２５１３９号明細書に記載されている。ここではＭＯＳ電界効果トランジスタを整流器ブリッジ回路に使用することも提案されている。この種の制御形の整流器ブリッジ回路を用いると発電機の制御が行われ、小さな回転数でも電源回路網に供給するのに適した発電機の出力電圧が得られる。

本発明の利点
本発明の過電圧保護回路を備えた制御形の整流器ブリッジ回路は、従来の技術に比べて負荷の開放の際に発生する電圧のピークが低減される利点を有する。この電圧ピークの低減はＭＯＳ電界効果トランジスタを備えた自己制御形の整流器ブリッジ回路を使用する場合に必須である。

この利点は、過電圧保護回路を備えた制御形の整流器ブリッジ回路を請求項１の特徴部分を組み合わせて使用することにより得られる。過電圧保護回路を備えた制御形の整流器ブリッジ回路を用いれば、負荷の開放時に発生する過電圧、すなわち発電機の励磁巻線に蓄積された磁気エネルギに起因する過電圧が迅速に低下される。これは蓄積されたエネルギをバッテリヘフィードバックすることにより行われる。

本発明の別の利点は従属請求項に記載された手段によって得られる。ここで特に有利には、励磁電流のフィードバックにより負荷の開放に起因するロード-ダンプ電圧の迅速な低下が達成される。その際にロード-ダンプ電圧に起因する短絡電流を特に小さく維持することができる。この短絡電流をＭＯＳ電界効果トランジスタによって短絡の場合に制御しなければならない。

図面
本発明の実施例を図示し以下に詳細に説明する。個々には、図１に負荷の開放に起因するロード-ダンプ電圧を阻止する回路が示されている。図２には自己制御形の整流器ブリッジ回路を備えた発電機が示されている。図３にはロード-ダンプ電圧の電圧特性が示されている。図４には一方で整流器ブリッジ回路のローサイドトランジスタの通常動作中の短絡時の電流特性、および他方で本発明のバッテリのフィードバックによる遮断時の電流特性が示されている。

説明
図１には突然の負荷の開放時に発生することのあるロード-ダンプ電圧を阻止する回路が示されている。この回路装置は発電機の励磁巻線Ｅに配属されており、この励磁巻線は２つの半導体弁Ｖ１１、Ｖ２１、例えばＭＯＳ電界効果トランジスタを有している。２つのトランジスタＶ１１、Ｖ２１を介して励磁巻線ＥはバッテリＢに接続されている。トランジスタＶ１１、Ｖ２１の駆動は詳細には図示されていない電圧制御回路により行われ、この電圧制御回路がＭＯＳＦＥＴのゲート電位に影響する。トランジスタＶ１１、Ｖ２１が導通していると励磁巻線Ｅに電圧Ｕ_Batが印加される。

２つのトランジスタＶ１１、Ｖ２１により電圧制御回路は励磁巻線Ｅを通って流れる励磁電流ＩＥを調整し、これにより発電機の出力電圧が所望のレベルを取る。発電機の出力電圧の低減は励磁電流の遮断により達成される。励磁電流ＩＥの遮断時には励磁巻線に逆電圧が誘導されるので、図１の回路には２つの半導体弁Ｖ３１、Ｖ４１、例えばダイオードが設けられている。これらのダイオードは励磁電流の遮断時、すなわちトランジスタＶ１１、Ｖ２１が阻止される際に励磁巻線Ｅに蓄積された磁気エネルギをバッテリＢにフィードバックする。特にロード-ダンプの場合、すなわち発電機の負荷がきわめて迅速に低減される動作状態においては、例えば負荷の開放または強度の電気的負荷の遮断により、発生するロード-ダンプ電圧を迅速に低下させる必要がある。この低下は半導体弁Ｖ３１、Ｖ４１により特に迅速に達成される。

図２には発電機Ｇ１と、この発電機Ｇ１に配属された自己制御形の整流器ブリッジ回路とが示されており、図１の回路が特に有利に使用されている。このブリッジ回路は６個の半導体素子、例えばＭＯＳＦＥＴを有する。発電機Ｇ１には固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗおよび励磁巻線Ｅが示されている。励磁巻線Ｅはここでは図１の励磁巻線Ｅに対応する。固定子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗの各端子はＵ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２、Ｗ１、Ｗ２で示されている。発電機Ｇ１と整流器ブリッジ回路との接続は、それぞれ２つの電界効果トランジスタＶ１２、Ｖ４２またはＶ２２、Ｖ５２またはＶ３２、Ｖ６２がそれぞれ直列回路を形成するように行われる。それぞれ２つずつ直列に接続されたトランジスタの接続点は発電機の端子Ｗ１、Ｖ１、Ｕ１に接続されている。トランジスタＶ１２〜Ｖ６２の相互に離れた端子はそれぞれ相互に接続されている。所属の端子から電圧Ｕ_Dが発生し、この電圧が発電機の出力電圧として用いられ、バッテリＢの充電ないし電気的負荷ＲＬへの給電が行われる。

スイッチＳ１の迅速な開放時または所期でない負荷の開放の際に、一方ではすでに図１に関連して説明したように励磁巻線で誘導された電圧がバッテリヘフィードバックされ、他方では整流器ブリッジ回路のトランジスタＶ１２〜Ｖ６２が駆動されてロード-ダンプ電圧の発生が阻止される。このためにいわゆるローサイドトランジスタＶ４２、Ｖ５２、Ｖ６２または選択的にハイサイドトランジスタＶ１２、Ｖ２２、Ｖ３２を短絡することにより発電機巻線の短絡が行われる。ローサイドトランジスタまたはハイサイドトランジスタはこの場合例えば電圧制御回路に集積されている駆動回路Ａによって駆動され、所望の短絡が行われる。このために適切な制御電圧がトランジスタのゲート端子、例えばＭＯＳ電界効果トランジスタのゲート端子に印加される。電圧制御回路によってロード-ダンプ電圧が予め定められた電圧限界値を下方超過したことが検出されると、ローサイドトランジスタまたはハイサイドトランジスタの短絡が相応の駆動制御により中止され、トランジスタＶ１２〜Ｖ６２を有する自己制御形の整流器は本来の動作を再び行う。

図１、図２に示された２つの回路装置を組み合わせることにより、ＭＯＳＦＥＴ整流器ブリッジ回路を備えた発電機が実現される。この回路はロード−ダンプ保護回路を有しているので、負荷の開放時にも過電圧を発生しない。

図３には、通常動作中のロード-ダンプ電圧Ｕ１［Ｖ］およびバッテリフィードバックによる遮断中のロード-ダンプ電圧Ｕ２［Ｖ］の２つの電圧特性が示されている。ここから本発明の利点が見てとれる。通常動作中、すなわちＭＯＳＦＥＴを備えた発電機に図１のロード-ダンプ電圧を阻止する回路が設けられていない場合には、ロード-ダンプ電圧は例えば１００Ｖの最高値から緩慢にしか低下しない。これに対してバッテリフィードバックによる遮断時には１００ｍｓ後にはすでに完全な遮断状態が得られている。

図４に示されたローサイドトランジスタを短絡する際のロード-ダンプ時の電流特性に対しては、通常動作中はＩＫ１［Ａ］に強い電流の上昇があり、緩慢にしか低下しないが、バッテリフィードバックによる遮断の際には最大の電流強度がはるかに小さく、しかも短絡電流は１００ｍｓ後にはすでに再びゼロまで降下している。この電流特性はＩＫ２［Ａ］として時間ｔに関して示されている。

図３、図４に示されているように、バッテリフィードバックによる励磁巻線の遮断を用いてＭＯＳＦＥＴを備えた整流器ブリッジ回路を構成することができる。このブリッジ回路はロード-ダンプ時にも確実に動作し、過電圧を完全に阻止する。

ロード-ダンプ電圧を阻止する回路を示す図である。 自己制御形の整流器ブリッジ回路を有する発電機を示す図である。 ロード-ダンプ電圧の電圧特性を示す図である。 ローサイドトランジスタの通常動作中の短絡時の電流特性と本発明のバッテリのフィードバックによる遮断時の電流特性とを示す図である。

Claims (2)

1. ＭＯＳ電界効果トランジスタとして構成された整流器素子を有しており、
   該整流器素子は発電機の相巻線に接続されており、該整流器素子により前記発電機から送出された電圧がバッテリ（Ｂ）および電気的負荷へ供給される前に整流され、
   前記発電機の電圧のレベルが電圧制御回路を介して励磁巻線を通って流れる励磁電流に影響することにより制御され、
   前記励磁巻線に保護回路が配属されており、
   該保護回路により前記電気的負荷が迅速に低減する際に前記励磁巻線に蓄積された磁気エネルギが電気エネルギに変換されて前記バッテリ（Ｂ）へフィードバックされ、前記励磁巻線が遮断される、
   複数の相巻線と１つの励磁巻線とを有する発電機のための制御形の整流器ブリッジ回路であって、
   前記保護回路が２つの半導体スイッチ（Ｖ１１、Ｖ２１）を有しており、該２つの半導体スイッチは前記励磁巻線に直列に接続されかつ前記バッテリ（Ｂ）に対して並列に接続されており、
   第１の半導体スイッチ（Ｖ１１）および前記励磁巻線（Ｅ）の直列回路に対して並列に第１のダイオード（Ｖ３１）が配置されており、さらに第２の半導体スイッチ（Ｖ２１）および前記励磁巻線（Ｅ）の直列回路に対して並列に第２のダイオード（Ｖ４１）が配置されている、複数の相巻線と１つの励磁巻線とを有する発電機のための制御形の整流器ブリッジ回路において、
   当該の整流器ブリッジ回路は、アースに接続されたローサイドトランジスタ（Ｖ４２、Ｖ５２、Ｖ６２）および前記バッテリ（Ｂ）に接続されたハイサイドトランジスタ（Ｖ１２、Ｖ２２、Ｖ３２）によって構成され、
   前記電気的負荷が迅速に低減する際に発生する発電機出力の過電圧（ロード‐ダンプ電圧）を抑制するために、前記ローサイドトランジスタ（Ｖ４２、Ｖ５２、Ｖ６２）および前記ハイサイドトランジスタ（Ｖ１２、Ｖ２２、Ｖ３２）によって、前記発電機の相巻線（Ｕ、Ｖ、Ｗ）が短絡される、
   ことを特徴とする複数の相巻線と１つの励磁巻線とを有する発電機のための制御形の整流器ブリッジ回路。
   
2. 前記２つの半導体スイッチ（Ｖ１１、Ｖ２１）は電界効果トランジスタであり、遮断時に発生する前記励磁巻線の正の電圧側が前記第１のダイオード（Ｖ３１）を介して前記バッテリ（Ｂ）の正の端子へ接続され、遮断時に発生する前記励磁巻線の負の電圧側が前記第２のダイオード（Ｖ４１）を介して前記バッテリ（Ｂ）の負の端子へ接続される、
   請求項１記載の複数の相巻線と１つの励磁巻線とを有する発電機のための制御形の整流器ブリッジ回路。

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