JP5471929B2 - Vehicle generator - Google Patents
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Description
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機に関する。 The present invention relates to a vehicular generator mounted on a passenger car, a truck, or the like.
車両用発電機は、出力端子に接続された充電線を介してバッテリや各種の電気負荷に充電電力や動作電力を供給している。この車両用発電機の発電動作時に出力端子やバッテリ端子が外れると、ロードダンプと称される過渡的な高電圧が発生する。このとき発生する電圧は、出力電流等にもよるが場合によっては100V以上に達することがある。このようにして発生する高電圧は、電気負荷や車両用発電機内の各種素子の破損の原因になるため、何らかの対策が必要になる。このような対策を行う従来技術としては、例えば車両用発電機のブリッジ回路のローサイド素子をMOSトランジスタで構成し、ロードダンプ発生時に車両用発電機の出力電圧が基準電圧を超えたときにこれらのMOSトランジスタをオンすることにより、高電圧の発生を抑制する保護動作を行うようにした車両用発電機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この車両用発電機では、ブリッジ回路のローサイド素子としての各MOSトランジスタをオンすることで出力電圧が再び基準電圧以下になると、各MOSトランジスタは再びオフされ、ブリッジ回路による通常の整流動作が再開されるようになっている。 The vehicular generator supplies charging power and operating power to a battery and various electric loads via a charging line connected to an output terminal. If the output terminal or the battery terminal is disconnected during the power generation operation of this vehicle generator, a transient high voltage called a load dump is generated. The voltage generated at this time may reach 100 V or more depending on the output current or the like. The high voltage generated in this way causes damage to various elements in the electric load and the vehicular generator, and some measures are required. As a conventional technique for taking such measures, for example, a low-side element of a bridge circuit of a vehicular generator is configured by a MOS transistor, and when the output voltage of the vehicular generator exceeds a reference voltage when a load dump occurs, these technologies are used. 2. Description of the Related Art A vehicular generator is known in which a protection operation for suppressing generation of a high voltage is performed by turning on a MOS transistor (see, for example, Patent Document 1). In this vehicular generator, when each MOS transistor as the low side element of the bridge circuit is turned on and the output voltage again becomes lower than the reference voltage, each MOS transistor is turned off again, and normal rectification operation by the bridge circuit is resumed. It has become so.
また、ロードダンプ発生時の高電圧を抑制する他の従来技術として、高電圧検出時に上アーム側(ハイサイド側)および下アーム側(ローサイド側)のそれぞれのパワーMOSFETの制御モードを逆位相に変更するようにした車両用発電機が知られている(例えば、特許文献2参照。)。ロードダンプ発生時の高電圧が解消されると、制御モードが逆位相から通常状態に戻される。 In addition, as another conventional technique for suppressing the high voltage when a load dump occurs, the control mode of the power MOSFETs on the upper arm side (high side side) and the lower arm side (low side side) are reversed in phase when high voltage is detected. There is known a vehicular generator that is changed (see, for example, Patent Document 2). When the high voltage at the time of load dump occurrence is eliminated, the control mode is returned from the reverse phase to the normal state.
ところで、特許文献1に開示された車両用発電機では、出力電圧が基準電圧以下となって再び通常の整流動作に移行する際に、電流が流れているMOSトランジスタをオフすると、このMOSトランジスタに接続されたステータコイルに流れている電流を瞬断することになるため、このステータコイルに高電圧が発生し、この高電圧が基準電圧を超えた場合には再び保護動作を繰り返すことになり、高電圧の発生を迅速に終わらせることができないという問題があった。
By the way, in the vehicular generator disclosed in
また、特許文献2に開示された車両用発電機では、ロードダンプ発生時に保護動作に入るとき、あるいは保護動作を解除するときに、上アームと下アームの各パワーMOSFETのオンオフ状態を切り替えているため、これらのパワーMOSFETが接続されたステータコイルに電流が流れていると切り替え時にサージ電圧が発生するという問題があった。特に、上アームと下アームの各パワーMOSFETのオン/オフの切り替えタイミングは素子毎に多少のばらつきがあり、同時にオフされる場合にはステータコイルに流れている電流を瞬断することになるため、高いサージ電圧が発生することになる。
Further, in the vehicular generator disclosed in
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、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることができる車両用発電機を提供することにある。 The present invention was created in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a vehicular generator that can quickly terminate the generation of a high voltage during load dump.
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電機は、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た複数の下アームを含むブリッジ回路を有し、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オフを制御する制御部と、スイッチング部の出力電圧を監視し、出力電圧が第1のしきい値電圧を超えたことを検出した後、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を待って、下アームを構成するスイッチング素子をオンする指示を制御部に対して行い、第1のしきい値電圧を超えた後に出力電圧が第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧よりも低くなったときに、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を待って、下アームを構成するスイッチング素子をオフする指示を制御部に対して行うロードダンプ保護判定部とを備え、ロードダンプ保護判定部は、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を検出できなかったときに、強制的に下アームを構成するスイッチング素子をオフする指示を制御部に対して行っている。 In order to solve the above-described problems, a vehicle generator according to the present invention includes an armature winding having two or more phase windings and a plurality of lower arms configured by switching elements having diodes connected in parallel. A switching unit that rectifies the induced voltage of the armature winding, a control unit that controls on / off of the switching element, and an output voltage of the switching unit, the output voltage being a first threshold value After detecting that the voltage has been exceeded, the control unit is instructed to turn on the switching element that constitutes the lower arm after waiting for the arrival of a timing suitable for suppressing the occurrence of the surge voltage. When the output voltage becomes lower than the second threshold voltage that is lower than the first threshold voltage after exceeding the value voltage, waiting for the arrival of a timing suitable for suppressing the occurrence of the surge voltage, A load dump protection determination unit that instructs the control unit to turn off the switching element that constitutes the arm, and the load dump protection determination unit could not detect the arrival of timing suitable for suppressing the occurrence of surge voltage Sometimes, the control unit is instructed to forcibly turn off the switching elements constituting the lower arm.
ロードダンプ発生時に下アームのスイッチング素子をオンすることでロードダンプ時の高電圧の発生を防止する保護動作を行う場合であって、保護動作へ移行する動作や高電圧の発生が抑制された後に保護動作を解除する動作を、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を待って行うことにより、サージ電圧が発生するタイミングを避けて通常の整流動作を再開することができ、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。また、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を検出できなかった場合(例えば、スイッチング素子をMOSトランジスタで構成する場合にこのMOSトランジスタに流れる電流が少ない場合)には強制的にスイッチング素子がオフされて保護動作が解除されるが、このような場合には、どのタイミングでスイッチング素子をオフしても遮断する電流が少ないため、大きなサージ電圧が発生することはなく、結果的にサージ電圧の発生を抑制してロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。さらに、強制的にスイッチング素子をオフすることにより、早期に保護動作を終了させて発電動作(整流動作)を再開することができるため、発電効率の向上にもつながる。 When protection operation is performed to prevent the occurrence of high voltage during load dump by turning on the lower arm switching element when load dump occurs, after the operation to shift to protection operation or the occurrence of high voltage is suppressed By performing the operation to cancel the protection operation after waiting for the timing suitable for suppressing the occurrence of surge voltage, normal rectification operation can be resumed avoiding the timing at which surge voltage occurs, during load dump It is possible to quickly terminate the high voltage generation. In addition, when the arrival of the timing suitable for suppressing the generation of the surge voltage cannot be detected (for example, when the switching element is configured by a MOS transistor, the current flowing through the MOS transistor is small), the switching element is forcibly Is turned off and the protective operation is released, but in such a case, since the current that is cut off is small even when the switching element is turned off at any timing, a large surge voltage does not occur, and as a result The generation of a high voltage during load dump can be quickly terminated by suppressing the generation of voltage. Furthermore, by forcibly turning off the switching element, the protection operation can be terminated at an early stage and the power generation operation (rectification operation) can be resumed, leading to an improvement in power generation efficiency.
また、上述した強制的に指示を行うタイミングは、第1のしきい値電圧を超えた後に出力電圧が第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧よりも低くなってから所定時間経過したときであることが望ましい。保護動作を強制的に解除するタイミングを所定時間後とすることにより、確実に保護動作を終わらせて通常の整流動作に移行することができる。 The timing for forcibly issuing the instruction is after the output voltage becomes lower than the second threshold voltage lower than the first threshold voltage after exceeding the first threshold voltage. It is desirable that a predetermined time has elapsed. By setting the timing for forcibly releasing the protection operation to be after a predetermined time, the protection operation can be surely terminated and the normal rectification operation can be performed.
また、上述した所定時間は、可変値であることが望ましい。所定時間を可変値とすることにより、その時点の状況における適正値を用いることが可能となる。あるいは、上述した所定時間は、固定値であることが望ましい。所定時間を固定値とすることにより、所定時間経過のタイミング判定が容易となる。 The predetermined time described above is preferably a variable value. By setting the predetermined time to a variable value, it is possible to use an appropriate value in the situation at that time. Alternatively, the predetermined time described above is preferably a fixed value. By setting the predetermined time to a fixed value, it is easy to determine the timing when the predetermined time has elapsed.
また、上述した所定時間は、低回転時に長く、高回転時に短い値に設定されることが望ましい。サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングは回転数に対応した周期で到来するため、回転数に応じて所定時間の長短を設定することにより、回転数を考慮した短い時間設定が可能となり、早期に保護動作を終了させることができる。 Further, it is desirable that the predetermined time described above is set to a long value at a low rotation and a short value at a high rotation. The timing suitable for suppressing the occurrence of surge voltage arrives at a cycle corresponding to the rotation speed, so by setting the length of the predetermined time according to the rotation speed, it is possible to set a short time considering the rotation speed, and early The protection operation can be terminated.
また、上述したロードダンプ保護判定部は、回転数の高低を相巻線の電圧に基づいて検出することが望ましい。これにより、回転数検出のために部品を追加したり、励磁電流を制御する発電制御装置等との間で信号の入出力を行う必要がなくなるため、構成や配線の簡略化や小型化が可能となる。 The load dump protection determination unit described above preferably detects the rotational speed based on the voltage of the phase winding. This eliminates the need to add parts to detect the number of revolutions and to input / output signals to / from the power generation control device that controls the excitation current, thus simplifying the configuration and wiring and reducing the size. It becomes.
また、上述した所定時間は、出力電圧が第1のしきい値電圧を超えて下アームを構成するスイッチング素子をオンする指示が出される前に、回転子の界磁極を磁化する界磁巻線に流れる励磁電流が多いときに短く、少ないときに長い値に設定されることが望ましい。保護動作に入る前の励磁電流が多いということはそれだけロードダンプ時に発生するエネルギーも大きい。したがって、相巻線に流れる電流も多くなり、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングを検出しやすくなると考えられる。反対に、保護動作に入る前の励磁電流が少ないということはそれだけロードダンプ時に発生するエネルギーが少なく、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングを検出しにくくなる。これらを考慮し、励磁電流に応じて所定時間の長短を設定することにより、励磁電流を考慮した短い時間設定が可能となり、早期に保護動作を終了させることができる。 In addition, the above-described predetermined time is such that the field winding that magnetizes the field pole of the rotor before the output voltage exceeds the first threshold voltage and an instruction to turn on the switching element constituting the lower arm is issued. It is desirable to set a short value when there is a lot of exciting current flowing through and a long value when it is small. The fact that there is a lot of excitation current before entering the protection operation means that much energy is generated during load dump. Therefore, it is considered that the current flowing through the phase winding increases, and it becomes easier to detect the timing suitable for suppressing the generation of the surge voltage. On the contrary, the fact that the exciting current before entering the protection operation is small means that the energy generated during load dumping is so small that it is difficult to detect the timing suitable for suppressing the generation of the surge voltage. Considering these, by setting the length of the predetermined time according to the excitation current, it is possible to set a short time in consideration of the excitation current, and the protection operation can be terminated early.
また、上述したサージ電圧の発生を抑制するタイミングは、下アームを構成するスイッチング素子がオンされたときに、このスイッチング素子に接続された相巻線からこのスイッチング素子に電流が流れるタイミング以外のタイミングであることが望ましい。特に、上述したサージ電圧の発生を抑制するタイミングは、下アームを構成するスイッチング素子がオンされたときに、このスイッチング素子からこのスイッチング素子に接続された相巻線に電流が流れるタイミングであることが望ましい。これにより、オンオフ状態が切り替わるスイッチング素子に接続された相巻線に流れる電流の遮断や急変を防止することができ、相巻線に高いサージ電圧が発生することを抑制することができる。 The timing for suppressing the generation of the surge voltage described above is a timing other than the timing at which current flows from the phase winding connected to the switching element to the switching element when the switching element constituting the lower arm is turned on. It is desirable that In particular, the timing for suppressing the generation of the surge voltage described above is the timing at which current flows from the switching element to the phase winding connected to the switching element when the switching element constituting the lower arm is turned on. Is desirable. Thereby, interruption | blocking of the electric current which flows into the phase winding connected to the switching element in which an on-off state switches, and sudden change can be prevented, and it can suppress that a high surge voltage generate | occur | produces in a phase winding.
また、上述したスイッチング素子はMOSトランジスタであり、ロードダンプ保護判定部は、MOSトランジスタのソース・ドレイン間電圧を検出するMOS電圧検出部と、この検出したソース・ドレイン間電圧に基づいて、このMOSトランジスタをオンしたときにこのMOSトランジスタを介して流れる電流の向きを検出する通電方向検出部と、通電方向検出部による検出結果に基づいてサージ電圧の発生を抑制するタイミングを判定するタイミング判定部と、所定時間を計測して所定時間経過をタイミング判定部に通知するタイマとを備えることが望ましい。MOSトランジスタはオン時においても所定のソース・ドレイン間電圧を有するため、この電圧を検出して電流の向きを検出することが可能となり、サージ電圧の発生を抑制するタイミングを確実に判定することができる。また、タイマを用いることにより、所定時間の経過を確実に判定することができる。 Further, the switching element described above is a MOS transistor, and the load dump protection determination unit includes a MOS voltage detection unit that detects the source-drain voltage of the MOS transistor, and the MOS based on the detected source-drain voltage. An energization direction detection unit that detects the direction of current flowing through the MOS transistor when the transistor is turned on, and a timing determination unit that determines a timing for suppressing generation of a surge voltage based on a detection result by the energization direction detection unit; It is desirable to provide a timer that measures a predetermined time and notifies the timing determination unit of the passage of the predetermined time. Since the MOS transistor has a predetermined source-drain voltage even when it is turned on, it is possible to detect the direction of the current by detecting this voltage, and to reliably determine the timing for suppressing the generation of the surge voltage. it can. Further, by using the timer, it is possible to reliably determine the elapse of the predetermined time.
また、上述したサージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を検出できなかったときとは、MOSトランジスタに流れる電流が少なくて、タイミング判定部によるタイミングの判定ができなかったときであることが望ましい。このような場合であっても、確実に保護動作を終わらせることができる。 In addition, when the arrival of the timing suitable for suppressing the generation of the surge voltage described above cannot be detected, the current flowing through the MOS transistor is small and the timing determination unit cannot determine the timing. desirable. Even in such a case, the protection operation can be surely ended.
また、上述したサージ電圧の発生を抑制するタイミングは、ソース側を基準としたMOSトランジスタのソース・ドレイン間電圧が0V以下になるタイミングであることが望ましい。これにより、MOSトランジスタを通して流れる電流の向きを確実かつ容易に判定することができる。また、MOSトランジスタと直列に電流検出用のシャント抵抗を追加する必要がなくなるため、シャント抵抗による損失がなく、その分通常発電時の発電効率を上げることができる。 The timing for suppressing the occurrence of the surge voltage is preferably the timing when the source-drain voltage of the MOS transistor with respect to the source side becomes 0 V or less. This makes it possible to reliably and easily determine the direction of the current flowing through the MOS transistor. Further, since it is not necessary to add a shunt resistor for current detection in series with the MOS transistor, there is no loss due to the shunt resistor, and the power generation efficiency during normal power generation can be increased accordingly.
また、上述したサージ電圧の発生を抑制するタイミングは、ソース側を基準としたMOSトランジスタのソース・ドレイン間電圧が0V以下になってから所定期間遅らせたタイミングであることが望ましい。特に、所定期間は、相巻線の誘起電圧の周期の1/4に対応する期間であることが望ましい。回路のLC成分により、検出している電圧と電流の間には位相のずれが生じることがある。具体的には、ソース・ドレイン間電圧が0Vでも電流は0A以上である場合がある。このような場合であっても、確実にソースからドレインに電流が流れるタイミングで保護動作の解除を行うことが可能となる。 The timing for suppressing the generation of the surge voltage is preferably a timing delayed for a predetermined period after the source-drain voltage of the MOS transistor with respect to the source side becomes 0 V or less. In particular, the predetermined period is desirably a period corresponding to ¼ of the period of the induced voltage of the phase winding. Due to the LC component of the circuit, there may be a phase shift between the detected voltage and current. Specifically, even when the source-drain voltage is 0 V, the current may be 0 A or more. Even in such a case, it is possible to reliably release the protection operation at the timing when the current flows from the source to the drain.
以下、本発明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。図1は、一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。
Hereinafter, a generator for vehicles of one embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a vehicle generator according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the
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。
One stator winding 2 is a multiphase winding (for example, a three-phase winding composed of an X-phase winding, a Y-phase winding, and a Z-phase winding), and is wound around a stator core (not shown). It is disguised. Similarly, the other stator winding 3 is a multi-phase winding (for example, a three-phase winding composed of a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding). The stator winding 2 is wound at a position shifted by 30 degrees in terms of electrical angle. In the present embodiment, a stator is constituted by these two
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。界磁巻線4に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。
The field winding 4 is wound around a field pole (not shown) disposed opposite to the inner peripheral side of the stator core to constitute a rotor. By passing an exciting current through the field winding 4, the field pole is magnetized. The
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。
One
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。
The other rectifier module group 6 is connected to one stator winding 3 to form a three-phase full-wave rectifier circuit (bridge circuit) as a whole, and the alternating current induced in the stator winding 3 is converted into direct current. Convert to current. The rectifier module group 6 includes a number of
発電制御装置7は、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)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。 The power generation control device 7 is an excitation control circuit that controls the excitation current that flows through the field winding 4, and the output voltage of the vehicle generator 1 (the output voltage of each rectifier module) is adjusted by adjusting the excitation current. The voltage is controlled to be Vreg. For example, the power generation control device 7 stops supplying the excitation current to the field winding 4 when the output voltage becomes higher than the adjustment voltage Vreg, and the field when the output voltage becomes lower than the adjustment voltage Vreg. By supplying an exciting current to the magnetic winding 4, the output voltage is controlled to become the adjustment voltage Vreg. The power generation control device 7 is connected to the ECU 8 (external control device) via a communication terminal and a communication line, and uses bidirectional serial communication (for example, a LIN (Local Interconnect Network) protocol) with the ECU 8. LIN communication) and transmit or receive a communication message.
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。
The
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。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。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the
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102、バッテリ電圧検出部110、動作検出部120、130、ロードダンプ保護判定部140、温度検出部150、ドライバ170、172、通信回路180を備えている。
FIG. 3 is a diagram showing a detailed configuration of the
電源102は、エンジン始動に伴って固定子巻線2のX相巻線に所定の相電圧が発生したときに動作を開始し、制御回路54に含まれる各素子に動作電圧を供給する。この動作自体は、発電制御装置7において従来から行われている動作と同じであり、同じ技術を用いて実現することができる。
The
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。
The
バッテリ電圧検出部110(バッテリ電圧検出手段)は、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(AD)によって構成されており、車両用発電機1の出力端子と充電線12を介して接続されたバッテリ9の正極端子の電圧に対応するデータを出力する。
The battery voltage detection unit 110 (battery voltage detection means) includes a differential amplifier and an analog-digital converter (AD) that converts the output into digital data. The output terminal of the
動作検出部120は、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(AD)によって構成されており、ハイサイド側のMOSトランジスタ50のソース・ドレイン間電圧(図2、図3のB−C端子間電圧)に対応するデータを出力する。制御部100は、このデータに基づいて、ドライバ170の駆動状態に対応するMOSトランジスタ50の動作状態を監視し、適宜MOSトランジスタ50の制御や故障検知を行う。
The
動作検出部130は、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(AD)によって構成されており、ローサイド側のMOSトランジスタ51のソース・ドレイン間電圧(図2、図3のC−D端子間電圧)に対応するデータを出力する。制御部100は、このデータに基づいて、ドライバ172の駆動状態に対応するMOSトランジスタ51の動作状態を監視し、適宜MOSトランジスタ51の制御や故障検知を行う。
The
ロードダンプ保護判定部140は、車両用発電機1(整流器モジュール群5、6)の出力電圧(B端子電圧)を監視し、B端子電圧がロードダンプ発生を判定する第1のしきい値電圧V1(例えば20V)を超えた後に保護動作を開始する指示(保護開始指示)を行い、その後、B端子電圧がこの保護動作によって低下して第1のしきい値電圧V1よりも低い第2のしきい値電圧V2(例えば16.5V)を下回った後に保護動作を停止して通常の整流動作を再開する指示(整流再開指示)を行う。例えば、このロードダンプ保護判定部140は、迅速な処理を行う必要から、各種の能動素子や受動素子を組み合わせたアナログ回路によって構成することが望ましい。制御部100は、ロードダンプ保護判定部140による保護開始/整流再開指示に応じて保護動作や保護動作解除後の整流動作を実行する。ロードダンプ保護判定部140の詳細構成および保護動作の詳細については後述する。
The load dump
温度検出部150は、定電流源、ダイオード、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(AD)によって構成されており、温度によって変化するダイオードの順方向電圧降下に対応するデータを出力する。制御部100は、このデータに基づいて整流器モジュール5Xの温度を検出する。
The
通信回路180は、発電制御装置7と同様の通信手段であって、発電制御装置7とECU8の間を接続する通信端子および通信線に共通に接続されており、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。
The
例えば、通信頻度として、1通信あたり20ms程度でECU8との間で通信メッセージを送受信しているような場合を考えると、1秒間に50回の通信を行うことができる。したがって、本実施形態において6個の通信モジュール5X等を追加してそのための通信メッセージの送受信が増加しても、発電制御装置7とECU8との間で発電状態を含む通信メッセージやダイアグ情報等の通信メッセージの送受信を行う発電制御に支障はないといえる。
For example, considering a case where a communication message is transmitted / received to / from the ECU 8 at a communication frequency of about 20 ms per communication, communication can be performed 50 times per second. Therefore, even if six
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、ロードダンプ発生時の保護動作と、保護動作から通常の発電(整流)状態に復帰する動作の詳細について説明する。
The
図4は、ロードダンプ発生時に保護動作に移行し、その後、再度通常の整流動作に復帰する遷移状態を示す図である。図4において、「整流」はロードダンプが発生していない通常時において行われる整流動作を示しており、「保護」はロードダンプ発生時に行われる保護動作を示している。また、図5は、車両用発電機1の相電圧を示す図であり、図5(A)には通常時における相電圧が、図5(B)にはロードダンプ発生時の相電圧がそれぞれ示されている。
FIG. 4 is a diagram showing a transition state in which the operation shifts to the protection operation when a load dump occurs and then returns to the normal rectification operation. In FIG. 4, “rectification” indicates a rectification operation performed in a normal time when no load dump occurs, and “protection” indicates a protection operation performed when a load dump occurs. FIG. 5 is a diagram showing the phase voltage of the
バッテリ9の端子電圧をVbatt、MOSトランジスタ50、51のオン時のソース・ドレイン間電圧をαとすると、ロードダンプが発生していない通常時には、例えばX相巻線の相電圧VxがVbatt+αを超えたときにハイサイド側のMOSトランジスタ50がオンされ、相電圧Vxが−αよりも低下したときにローサイド側のMOSトランジスタ51がオンされる同期整流が行われる(図5(A))。
When the terminal voltage of the battery 9 is Vbatt and the source-drain voltage when the
このような状態において、車両用発電機1の出力端子と充電線12との接続、あるいは、バッテリ9の正極端子と充電線12との接続が外れると、車両用発電機1の固定子巻線2、3の各相電圧が一時的に高くなるロードダンプが発生する(図5(B))。このときの相電圧VLDは、バッテリ9の端子電圧Vbattに比べて高くなるため(例えば100V以上)、車両用発電機1内の整流器モジュール5X等や発電制御装置7あるいは各種の電気負荷10を保護するために、「保護準備」の手順を経た後に保護動作に移行する(図4)。
In such a state, when the connection between the output terminal of the
具体的には、相電圧が第1のしきい値電圧V1を超えたときに「保護準備」の手順に移行する。この保護準備とは、保護動作に入る最適なタイミングを判定する動作であり、保護動作に入る際のサージ電圧の発生を抑えることができるタイミングに合わせて保護開始指示が行われる。また、定格電圧12Vの鉛蓄電池をバッテリ9として用いる場合を想定すると、第1のしきい値電圧が例えば20Vに設定されている。この第1のしきい値電圧V1は、電気負荷10が故障等の異常を生じない値に設定されており、一時的に出力電圧が第1のしきい値電圧まで上昇しても、電気負荷10は正常動作を維持することができる。
Specifically, the process proceeds to the “protection preparation” procedure when the phase voltage exceeds the first threshold voltage V1. This protection preparation is an operation for determining an optimum timing for entering the protection operation, and a protection start instruction is issued in accordance with a timing at which generation of a surge voltage when entering the protection operation can be suppressed. Further, assuming that a lead storage battery having a rated voltage of 12V is used as the battery 9, the first threshold voltage is set to 20V, for example. The first threshold voltage V1 is set to a value at which the
本実施形態では、ロードダンプ発生時に相電圧が20Vを超えると、ローサイド側のMOSトランジスタ51がオンされ、同時に、ハイサイド側のMOSトランジスタ50がオフされて保護動作が実施される。その後、ロードダンプ発生に伴う高電圧が解消するまで、これらのMOSトランジスタ50、51のオン/オフ状態が継続される。この保護動作中は、相電圧は、図5(B)にVpで示すように、−αから+α(−0.1Vから+0.1V)の範囲を推移するようになる。
In the present embodiment, when the phase voltage exceeds 20 V when load dump occurs, the low-
ところで、図5においてAで示される範囲では、保護動作移行前はハイサイド側のMOSトランジスタ50がオン、ローサイド側のMOSトランジスタ51がオフされていたため、これら2つのMOSトランジスタ50、51のオン/オフを瞬時に入れ替えると、相巻線に大きなサージ電圧が発生するおそれがある。例えば、実際にはMOSトランジスタ50、51のオン/オフ切り替えタイミングは素子毎にばらつきがあり、オンされていたハイサイド側のMOSトランジスタ50をオフするタイミングのみがわずかに早くなると、相巻線に流れていた電流が瞬断されるため、大きなサージ電圧が発生する。
In the range indicated by A in FIG. 5, the high-
また、図5においてBで示される範囲では、相巻線に電流は流れていないが、ローサイド側のMOSトランジスタ51ではソースとドレインの電位差が大きく、このMOSトランジスタ51をオンした際に、瞬間的に大きな相電流が発生するため、この相電流の変化に対抗する大きなサージ電圧が発生する。
In the range indicated by B in FIG. 5, no current flows through the phase winding, but the potential difference between the source and drain is large in the low-
このように、図5においてA、Bで示される範囲にあるときに保護動作に入ると大きなサージ電圧の発生を伴うおそれがあるため、本実施形態では、図5においてCで示される範囲に含まれることを確認した後に保護動作に入るようにしている。「保護準備」では、Cで示される範囲にあるときに、保護動作に入る最適なタイミングであると判定している。 As described above, since there is a possibility that a large surge voltage is generated when the protection operation is started when the protection operation is in the ranges indicated by A and B in FIG. 5, in the present embodiment, it is included in the range indicated by C in FIG. 5. After confirming that this is done, the protection operation is started. In “protection preparation”, when it is within the range indicated by C, it is determined that it is the optimum timing to enter the protection operation.
一方、ロードダンプ時に発生した高電圧が解消して保護動作から通常の整流動作に復帰する場合も、同様に間に「復帰準備」の手順を経ている。具体的には、ロードダンプ発生時に高電圧となった相電圧が再び低下して第2のしきい値電圧を下回ったときに「復帰準備」の手順に移行する。この復帰準備とは、通常の整流動作に入る最適なタイミングを判定する動作であり、整流動作に入る際のサージ電圧の発生を抑えることができるタイミングに合わせて整流再開指示が行われる。整流再開指示が出されると、制御部100によってローサイド側のMOSトランジスタ51がオフされ、その後、制御部100による通常の整流動作(同期整流の制御動作)が行われる。
On the other hand, when the high voltage generated at the time of load dump is eliminated and the normal operation is restored from the protection operation, the procedure of “recovery preparation” is similarly performed. Specifically, when the phase voltage that has become high at the time of load dumping falls again and falls below the second threshold voltage, the procedure proceeds to the “recovery preparation” procedure. This recovery preparation is an operation for determining an optimum timing for entering a normal rectification operation, and a rectification restart instruction is issued in accordance with a timing at which generation of a surge voltage upon entering the rectification operation can be suppressed. When the commutation restart instruction is issued, the
ところで、保護動作中はローサイド側のMOSトランジスタ51が常時オンされており、図5(B)のVpで示される相電圧が発生している。この状態で、ローサイド側のMOSトランジスタをオフするということは、AとBで示された範囲においてはそれまでMOSトランジスタ51を通して流れていた大きな相電流を瞬断することになるため、大きなサージ電圧が発生する。したがって、本実施形態では、上述した「保護準備」の手順と同様に、図5においてCで示される範囲に含まれることを確認した後に通常の整流動作に入るようにしている。「復帰準備」では、Cで示される範囲にあるときに、整流動作に入る最適なタイミングであると判定している。
Incidentally, during the protection operation, the low-
また、保護動作中に流れる相電流が少ない場合(保護動作に入る直前の励磁電流が少ない場合や回転数が低い場合)には、図5(B)に示したような相電圧Vpが現れにくくなり、相電圧Vpによる復帰タイミングの判定を行うことが難しくなる。本実施形態では、このような場合には強制的に保護動作を解除するようにしている。強制的な保護動作解除の詳細については後述する。 Further, when the phase current flowing during the protection operation is small (when the excitation current just before entering the protection operation is small or when the rotation speed is low), the phase voltage Vp as shown in FIG. Thus, it is difficult to determine the return timing based on the phase voltage Vp. In this embodiment, the protection operation is forcibly released in such a case. Details of the forced protection operation cancellation will be described later.
次に、保護準備動作と復帰準備動作を行うロードダンプ保護判定部140の詳細について説明する。図6は、ロードダンプ保護判定部140の構成を示す図である。図6に示すように、ロードダンプ保護判定部140は、B電圧検出部141、しきい値電圧判定部142、MOS電圧検出部143、通電方向検出部144、タイミング判定部145、146、タイマ147を備えている。
Next, details of the load dump
B電圧検出部141は、車両用発電機1(整流器モジュール群5、6)の出力電圧(B端子電圧)VBを検出する。しきい値電圧判定部142は、出力電圧VBが第1のしきい値電圧V1よりも高くなったか否か、一旦第1のしきい値電圧V1より高くなった出力電圧VBが第2のしきい値電圧よりも低くなったか否かを判定する。
The
図7は、出力電圧VBとしきい値電圧判定部142による判定結果との関係を示す図である。図7において、横軸は出力電圧VBを、縦軸はしきい値電圧判定部142の判定結果をそれぞれ示している。図7に示すように、しきい値電圧判定部142は、出力電圧VBが高くなって第1のしきい値電圧V1(例えば20V)を超えたときに、出力をローレベル(L)からハイレベル(H)に切り替える。また、一旦V1を超えた出力電圧VBが低くなって第2のしきい値電圧V2(例えば16.5V)よりも低くなったときに、出力をハイレベルからローレベルに切り替える。
FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the output voltage VB and the determination result by the threshold
MOS電圧検出部143は、ローサイド側のMOSトランジスタ51のソース・ドレイン間電圧Vds(図2、図3のC−D端子間電圧)を検出する。通電方向検出部144は、MOS電圧検出部143によって検出されたMOSトランジスタ51のソース・ドレイン間電圧Vdsに基づいて、MOSトランジスタ51をオンしたときにソース・ドレイン間に流れる電流の向きを判定する。
The
ロードダンプ発生時であって保護動作に入る前(ローサイド側のMOSトランジスタ51をオンする前)の状態においては、図5においてAあるいはBで示す範囲に対応する相電圧VLDは、0V以上となる。したがって、Cで示す範囲にあるか否か(MOSトランジスタ51をオンしたときに、このMOSトランジスタ51に並列接続されたダイオードの順方向と反対方向に電流が流れるか否か)を知りたければ、相電圧VLD、すなわちMOSトランジスタ51のソース・ドレイン間電圧Vdsが0Vよりも低い所定の基準電圧Vref を下回ったか否かを調べればよい。ソース・ドレイン間電圧Vdsが基準電圧Vref よりも低いということは、相電圧VLDが図5においてCに示す範囲にあることを示しており、この場合には、通電方向検出部144の出力がハイレベルになる。
In a state when a load dump occurs and before the protection operation is started (before the low-
実際には、MOS電圧検出部143において−0.1〜+0.1Vの範囲の電圧を精度よく検出し、通電方向検出部144において0V近傍の参照電圧Vref を用いて精度よく電圧比較を行うことは難しい。このため、MOS電圧検出部143では、検出したソース・ドレイン間電圧Vdsを所定の利得で増幅して電圧レベルを変換した後の電圧Vds’を出力し、通電方向検出部144はこの電圧Vds’を用いて電圧比較を行っている。
Actually, the
図8は、ソース・ドレイン間電圧Vds’と参照電圧Vref’との関係を示す図である。図8において、縦軸は変換後の電圧Vds’を、横軸は変換前のソース・ドレイン間電圧Vdsをそれぞれ示している。通電方向検出部144において電圧比較を行う範囲は−0.1〜+0.1Vの範囲に含まれるソース・ドレイン間電圧Vdsであるため、この範囲が例えば20倍に増幅されている。図8に示す例では、−0.1Vが0Vに、+0.1Vが+5Vにそれぞれ対応し、その間の電圧が線形的に1対1に対応している。また、ソース・ドレイン間電圧Vdsが−0.1Vよりも低くなった場合、あるいは、+0.1Vよりも高くなった場合には、MOS電圧検出部143の出力電圧が0Vあるいは+5Vにクリップ(固定)されるようになっている。例えば、参照電圧Vref’=2.5V(Vds=0V)に設定されている。なお、図5においてCで示される範囲に含まれるタイミングを正確に判定するためには、参照電圧Vref’は+5Vに近い値に設定する必要がある。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the source-drain voltage Vds 'and the reference voltage Vref'. In FIG. 8, the vertical axis indicates the converted voltage Vds', and the horizontal axis indicates the source-drain voltage Vds before conversion. Since the voltage comparison range in the energization
通電方向検出部144は、MOS電圧検出部143の出力電圧Vds’と参照電圧Vref’ とを比較し、Vds’がVref’ よりも低い場合に出力をハイレベルにし、高い場合に出力をローレベルにする。なお、通電方向検出部144は、出力をハイレベルにするタイミングを所定期間遅らせるようにしてもよい。一般に、整流器モジュール5X等の回路のLC成分により、検出したソース・ドレイン間電圧Vdsと実際にソース・ドレイン間に流れる電流との間には位相のずれが生じることがある。具体的には、ソース・ドレイン間電圧が0Vでも電流は0A以上である場合がある。このような場合を考慮して、ハイレベルに変化するタイミングを所定期間遅らせるようにしてもよい。所定期間としては、例えば相巻線の誘起電圧(相電圧)の周期の1/4に対応する期間が用いられる。
The energization
一方のタイミング判定部145は、しきい値電圧判定部142の出力がローレベルからハイレベルに変化した後、通電方向検出部144の出力がハイレベルになったとき、すなわち、ロードダンプ発生に伴って出力電圧VBが第1のしきい値電圧V1よりも高くなり、かつ、図5(B)においてCで示す範囲にあると判定されたときに、出力をハイレベルにする。このタイミング判定部145のハイレベルの出力が「保護開始指示」に対応しており、この保護開始指示が出力されると、制御部100は、ドライバ170を駆動してハイサイド側のMOSトランジスタ50をオフするとともに、ドライバ172を駆動してローサイド側のMOSトランジスタ51をオンすることにより、ロードダンプ発生時の保護動作を開始する。
One
他方のタイミング判定部146は、しきい値電圧判定部142の出力がハイレベルからローレベルに変化した後、通電方向検出部144の出力がハイレベルになったとき、すなわち、ロードダンプ発生に伴って一旦第1のしきい値電圧V1を超えた出力電圧VBが再び第2のしきい値電圧V2よりも低くなり、かつ、図5においてCで示す範囲にあると判定されたときに、出力をハイレベルにする。このタイミング判定部146のハイレベルの出力が「整流再開指示」に対応しており、この整流再開指示が出力されると、制御部100は、ドライバ172を駆動してローサイド側のMOSトランジスタ51をオフする。以後、制御部100は、同期整流の制御動作を再開する。
The other
なお、通電方向検出部144の出力がハイレベルに変化するタイミングを所定期間遅らせる場合とは、図5においてCで示す範囲の中央近傍に対応するタイミングをねらう意図である。この点については、2つのタイミング判定部145、146の両方に当てはまるものである、ハイレベルに変化するタイミングを所定期間遅らせる機能をタイミング判定部145、146の少なくとも一方にもたせ、これらにおいてこのタイミングの変更を行うようにしてもよい。
Note that the case where the timing at which the output of the energization
ところで、図5(B)や図8に示す例では、MOSトランジスタ51がオンされている場合のソース・ドレイン間電圧Vdsが−0.1V〜+0.1Vの範囲で変化するものとしたが、相電流(ソース・ドレイン間電流)が少ない場合にはソース・ドレイン間電圧Vdsが小さくなって、復帰準備時にソース・ドレイン間電圧Vds’が参照電圧Vref’より低くならないことがある。すると、通電方向検出部144の出力がハイレベルに変化せず、タイミング判定部146の出力もローレベルを維持することになり、整流再開指示が出されなくなる。このような場合を想定して、本実施形態では、タイマ147が設けられている。
Incidentally, in the examples shown in FIG. 5B and FIG. 8, the source-drain voltage Vds when the
タイマ147は、しきい値電圧判定部142の出力がハイレベルからローレベルに変化したときに計測を開始し、所定時間経過したときにタイムアップ信号を出力する(例えば出力をローレベルからハイレベルに変化させる)。タイミング判定部146は、しきい値電圧判定部142の出力がハイレベルからローレベルに変化した後、通電方向検出部144の出力がハイレベルになったときに整流再開指示を出力することが基本であるが、通電方向検出部144の出力がハイレベルにならなくてもタイマ147からタイムアップ信号が出力された場合には整流再開指示を出力する。
The
タイマ147によって計測される所定時間として例えば固定値が用いられる。図5に示した電圧波形から明らかなように、しきい値電圧判定部142の出力がハイレベルからローレベルに変化した後、相電圧の1周期T以内に必ずCあるいはDの期間が到来するはずである。したがって、最も周期が長い場合を想定した1周期T(例えばアイドリング回転に対応する相電圧の1周期)以上の値が、上記所定時間として設定されている。このように、所定時間として固定値を用いることにより、所定時間経過のタイミング判定が容易となる。
For example, a fixed value is used as the predetermined time measured by the
なお、上述した説明では、所定時間として固定値を用いたが、保護動作を速やかに解除するためにはこの所定時間は短いほど望ましく、どの程度短くすることができるかは保護動作時の状況(回転数や直前の励磁電流値等)によって異なると考えられるため、所定時間の値を可変設定するようにしてもよい。 In the above description, a fixed value is used as the predetermined time. However, in order to quickly release the protection operation, it is desirable that the predetermined time is as short as possible. The value of the predetermined time may be variably set.
図9は、ロードダンプ保護判定部の変形例を示す図である。図9に示す変形例のロードダンプ保護判定部140Aは、図6に示したロードダンプ保護判定部140に対してタイマ時間設定部148を追加した点が異なっている。タイマ時間設定部148は、タイマ147においてタイムアップ信号を出力する時間(所定時間)を可変設定する。具体的には、タイマ時間設定部148は、保護動作中の通電方向検出部144から出力される信号の周期(例えば、ハイレベルからローレベルに変化する周期)を取り込んでタイマ147の時間(所定時間)設定を行う。この周期は、相電圧の周期であって、相電圧に基づいて車両用発電機1の回転数を検出していることになる。タイマ時間設定部148は、低回転時(周期が長い場合)には所定時間を長く、反対に高回転時(周期が短い場合)には所定時間を短く設定する。この所定時間の可変設定は、回転数(周期)に応じて連続的に滑らかに変化させてもよいし、階段状に不連続に変化させてもよい。
FIG. 9 is a diagram illustrating a modification of the load dump protection determination unit. The load dump
サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングは回転数に対応した周期で到来するため、回転数に応じて所定時間の長短を設定することにより、回転数を考慮した短い時間設定が可能となり、早期に保護動作を終了させることができる。特に、回転数の高低を相電圧に基づいて検出することにより、回転数検出のために部品を追加したり、励磁電流を制御する発電制御装置7等との間で信号の入出力を行う必要がなくなるため、構成や配線の簡略化や小型化が可能となる。 The timing suitable for suppressing the occurrence of surge voltage arrives at a cycle corresponding to the rotation speed, so by setting the length of the predetermined time according to the rotation speed, it is possible to set a short time considering the rotation speed, and early The protection operation can be terminated. In particular, it is necessary to add components for detecting the number of revolutions by detecting the level of the number of revolutions based on the phase voltage, and to input / output signals to / from the power generation control device 7 that controls the excitation current. Therefore, the configuration and wiring can be simplified and downsized.
図10は、ロードダンプ保護判定部の他の変形例を示す図である。図10に示す変形例のロードダンプ保護判定部140A’は、図9に示したロードダンプ保護判定部140A内のタイマ時間設定部148をタイマ時間設定部148’に置き換えたものである。制御部100は、保護動作に入る前は動作検出部120、130の出力データに基づいて同期整流の制御動作を行っているため、この制御動作に必要な回転数検出を行っている。タイマ時間設定部148’は、制御部100によって検出された回転数Nを取り込んでタイマ147の時間(所定時間)設定を行う。具体的には、図9に示したタイマ時間設定部148と同様に、低回転時には所定時間が長く、反対に高回転時には所定時間が短く設定される。また、この所定時間の可変設定は、回転数に応じて連続的に滑らかに変化させてもよいし、階段状に不連続に変化させてもよい。
FIG. 10 is a diagram illustrating another modification of the load dump protection determination unit. The load dump
図11は、ロードダンプ保護判定部の他の変形例を示す図である。図11に示す変形例のロードダンプ保護判定部140Bは、図6に示したロードダンプ保護判定部140に対してタイマ時間設定部149を追加した点が異なっている。タイマ時間設定部149は、タイマ147においてタイムアップ信号を出力する時間(所定時間)を可変設定する。具体的には、タイマ時間設定部149は、保護動作直前の励磁電流Ifを制御部100および通信回路180経由で発電制御装置7から取り込んでタイマ147の時間(所定時間)設定を行う。タイマ時間設定部149は、励磁電流Ifが少ない場合には所定時間を長く、反対に励磁電流Ifが多い場合には所定時間を短く設定する。この所定時間の可変設定は、励磁電流Ifに応じて連続的に滑らかに変化させてもよいし、階段状に不連続に変化させてもよい。
FIG. 11 is a diagram illustrating another modification of the load dump protection determination unit. The load dump
保護動作に入る前の励磁電流が多いということはそれだけロードダンプ時に発生するエネルギーも大きい。したがって、相巻線に流れる電流も多くなり、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングを検出しやすくなると考えられる。反対に、保護動作に入る前の励磁電流が少ないということはそれだけロードダンプ時に発生するエネルギーが少なく、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングを検出しにくくなる。これらを考慮し、励磁電流に応じて所定時間の長短を設定することにより、励磁電流を考慮した短い時間設定が可能となり、早期に保護動作を終了させることができる。 The fact that there is a lot of excitation current before entering the protection operation means that much energy is generated during load dump. Therefore, it is considered that the current flowing through the phase winding increases, and it becomes easier to detect the timing suitable for suppressing the generation of the surge voltage. On the contrary, the fact that the exciting current before entering the protection operation is small means that the energy generated during load dumping is so small that it is difficult to detect the timing suitable for suppressing the generation of the surge voltage. Considering these, by setting the length of the predetermined time according to the excitation current, it is possible to set a short time in consideration of the excitation current, and the protection operation can be terminated early.
このように、本実施形態の車両用発電機1では、ロードダンプ発生時にローサイド側のMOSトランジスタ51をオンすることでロードダンプ時の高電圧の発生を防止する保護動作を行う場合であって、高電圧の発生が抑制された後に保護動作を解除する動作を、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を待って行うことにより、サージ電圧が発生するタイミングを避けて通常の整流動作を再開することができ、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。また、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を検出できなかった場合には、強制的にMOSトランジスタ51がオフされて保護動作が解除されるが、このような場合には、どのタイミングでMOSトランジスタ51をオフしても遮断する電流が少ないため、大きなサージ電圧が発生することはなく、結果的にサージ電圧の発生を抑制してロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。さらに、強制的にMOSトランジスタ51をオフすることにより、早期に保護動作を終了させて発電動作(整流動作)を再開することができるため、発電効率の向上にもつながる。
As described above, the
また、強制的に指示を行うタイミングを、第1のしきい値電圧を超えた後に出力電圧が第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧よりも低くなってから所定時間経過したときとすることにより、確実に保護動作を終わらせて通常の整流動作に移行することができる。 Further, the timing for forcibly giving the instruction is a predetermined time after the output voltage becomes lower than the second threshold voltage lower than the first threshold voltage after exceeding the first threshold voltage. When the time has elapsed, the protection operation can be surely terminated and a normal rectification operation can be performed.
また、保護動作解除時だけでなく、保護動作に移行する際についても、サージ電圧が発生するタイミングを避けて保護動作を行うことが可能となる。 Further, not only when the protection operation is released, but also when the protection operation is performed, the protection operation can be performed while avoiding the timing at which the surge voltage is generated.
また、サージ電圧の発生を抑制するタイミングとして、MOSトランジスタ51がオンされたときに、このMOSトランジスタ51に接続された相巻線からこのMOSトランジスタ51に電流が流れるタイミング(図5においてAおよびBで示した範囲)以外のタイミングを設定している。これにより、オンオフ状態が切り替わるMOSトランジスタ51に接続された相巻線に流れる電流の遮断や急変を防止することができ、相巻線に高いサージ電圧が発生することを抑制することができる。
Further, as a timing for suppressing the generation of the surge voltage, when the
また、MOSトランジスタ51はオン時においても所定のソース・ドレイン間電圧を有するため、この電圧を検出して電流の向きを検出することが可能となり、サージ電圧の発生を抑制するタイミングを確実に判定することができる。また、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を検出できなかったときとは、MOSトランジスタ51に流れる電流が少なくて、通電方向検出部144の出力に基づくタイミング判定部146によるタイミング判定ができなかったときを想定しており、このような場合であっても、確実に保護動作を終わらせることができる。
Further, since the
ところで、本実施形態では、保護動作への移行タイミングが各整流器モジュール毎に判定されるため、ロードダンプ発生の原因となる不良箇所(例えば、車両用発電機1の出力端子外れか、バッテリ9の正極端子外れか)やそのときの相電流の大きさ等によっては、1相の相巻線に対応する1つの整流器モジュールのみが保護動作に移行する場合もある。例えば、一方の固定子巻線2について考えた場合に、整流器モジュール5Xのみが保護動作に移行し、他の整流器モジュール5Y、5Zについては保護動作に移行しない場合がある。このような場合の保護動作中は、整流器モジュール5Xのローサイド側のMOSトランジスタ51のみがオンされ、他の整流器モジュール5Y、5Zのローサイド側のMOSトランジスタ51はオフ状態を継続することになる。このため、オフ状態にある整流器モジュール5Y、5Zの下アーム(ローサイド側)については、MOSトランジスタ51と並列に接続されたダイオードを介してのみ電流が流れることになり、オン状態にある整流器モジュール5XのMOSトランジスタ51については、ソースからドレインに向かう向き(MOSトランジスタ51からX相巻線に向けて電流が流れ込む向き)には電流が流れなくなる現象が確認されている。このような場合には、オンされているMOSトランジスタ51のソース・ドレイン間電圧Vdsが0V以下になる。
By the way, in this embodiment, since the transition timing to the protection operation is determined for each rectifier module, a defective portion that causes the occurrence of load dump (for example, the output terminal of the
図12は、1つの整流器モジュールのみが保護動作に移行した場合のMOS電圧検出部143の出力の具体例を示す図である。図12に示すように、t0 においてB端子電圧が第1のしきい値電圧V1を超えて1つの整流器モジュールのみが保護動作に移行すると、MOS電圧検出部143の出力電圧Vds’が常に2.5V(Vdsでは0V)以上を維持することになる。このような場合を想定して、通電方向検出部144で用いる参照電圧Vref’を2.5Vよりも高い参照電圧Vref''に置き換えるようにしてもよい。これにより、1つの整流器モジュールのみが保護動作に移行することによって、第1のしきい値電圧V1を超えたB端子電圧が第2のしきい値電圧V2以下になった場合であっても、タイマ147を用いた強制的な復帰動作を行うことなく通常の整流動作に復帰することが可能となる。
FIG. 12 is a diagram illustrating a specific example of the output of the MOS
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、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。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation implementation is possible within the range of the summary of this invention. For example, in the above-described embodiment, the two
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に供給することにより、車両用発電機1に電動動作を行わせるようにしてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the rectifying operation (power generation operation) is performed using each
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。
In the above-described embodiment, each of the two
また、上述した実施形態では、MOSトランジスタ51のソース・ドレイン間電圧Vdsを検出してその検出値に基づいて保護動作に移行するタイミングあるいは保護動作を解除して通常の整流動作に移行するタイミングを決定したが、MOSトランジスタ51を通して流れる電流の向きや値を直接検出して同様のタイミング判定を行うようにしてもよい。例えば、MOSトランジスタ51のソース側あるいはドレイン側に電流検出用素子(抵抗等)を挿入し、この素子の両端電圧に基づいて同様の判定を行うようにしてもよい。この場合には、MOSトランジスタ51あるいはこれと並列接続されたダイオードを通して相巻線に電流が流れ込むタイミング(図5においてDで示した範囲)を確実に検出して保護動作への移行あるいは保護動作の解除を行うことができる。これにより、相巻線に流れる電流の瞬断や急変を防止することができ、相巻線に高いサージ電圧が発生することを抑制することができる。
Further, in the above-described embodiment, the timing at which the source-drain voltage Vds of the
また、上述した実施形態では、各整流器モジュール毎に図6に示したロードダンプ保護判定部140を設けたが、その中で、B電圧検出部141およびしきい値電圧判定部142については、各整流器モジュール毎に設けるのではなく、全体で1つあるいは整流器モジュール群5、6毎に1つずつ設けるようにしてもよい。また、各相巻線に対応させた整流器モジュールを備えて各整流器モジュール毎に同期整流の制御を行う場合の他、共通の制御装置を用いて同期整流の制御を行う構成についても本発明を適用することができる。但し、この場合であっても、図6に示したMOS電圧検出部143、通電方向検出部144、タイミング判定部145、146は、下アーム(ローサイド側)のMOSトランジスタ毎に設ける必要がある。
In the above-described embodiment, the load dump
また、上述した実施形態では、上アームと下アームの両方にMOSトランジスタを用いたが、下アームのみをMOSトランジスタとし、上アームをダイオードで構成するようにしてもよい。 In the embodiment described above, MOS transistors are used for both the upper arm and the lower arm. However, only the lower arm may be a MOS transistor, and the upper arm may be formed of a diode.
上述したように、本発明によれば、ロードダンプ発生時にローサイド側のMOSトランジスタ51をオンすることでロードダンプ時の高電圧の発生を防止する保護動作を行う場合であって、高電圧の発生が抑制された後に保護動作を解除する動作を、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を待って行うことにより、サージ電圧が発生するタイミングを避けて通常の整流動作を再開することができ、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。また、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を検出できなかった場合には、強制的にMOSトランジスタ51がオフされて保護動作が解除されるが、このような場合には、どのタイミングでMOSトランジスタ51をオフしても遮断する電流が少ないため、大きなサージ電圧が発生することはなく、結果的にサージ電圧の発生を抑制してロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。
As described above, according to the present invention, when the low-
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
140 ロードダンプ保護判定部
141 B電圧検出部
142 しきい値電圧判定部
143 MOS電圧検出部
144 通電方向検出部
145、146 タイミング判定部
147 タイマ
148、149 タイマ時間設定部
170、172 ドライバ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9
Claims (14)
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た複数の下アームを含むブリッジ回路を有し、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オフを制御する制御部と、
前記スイッチング部の出力電圧を監視し、前記出力電圧が第1のしきい値電圧を超えたことを検出した後、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を待って、前記下アームを構成する前記スイッチング素子をオンする指示を前記制御部に対して行い、前記第1のしきい値電圧を超えた後に前記出力電圧が前記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧よりも低くなったときに、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を待って、前記下アームを構成する前記スイッチング素子をオフする指示を前記制御部に対して行うロードダンプ保護判定部と、
を備え、前記ロードダンプ保護判定部は、サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を検出できなかったときに、強制的に前記下アームを構成する前記スイッチング素子をオフする指示を前記制御部に対して行うことを特徴とする車両用発電機。 An armature winding having two or more phase windings;
A switching circuit having a bridge circuit including a plurality of lower arms configured by switching elements having diodes connected in parallel, and rectifying an induced voltage of the armature winding;
A control unit for controlling on / off of the switching element;
After monitoring the output voltage of the switching unit and detecting that the output voltage has exceeded the first threshold voltage, the lower arm is moved to wait for the arrival of a timing suitable for suppressing the occurrence of a surge voltage. The control unit is instructed to turn on the switching element to be configured, and after the first threshold voltage is exceeded, the output voltage is lower than the first threshold voltage. Load dump protection for instructing the control unit to turn off the switching element constituting the lower arm after waiting for the arrival of a timing suitable for suppressing the occurrence of surge voltage when the voltage becomes lower than the value voltage A determination unit;
The load dump protection determination unit controls the instruction to forcibly turn off the switching element constituting the lower arm when the arrival of a timing suitable for suppressing the occurrence of surge voltage cannot be detected. The generator for vehicles characterized by performing with respect to a part.
前記強制的に指示を行うタイミングは、前記第1のしきい値電圧を超えた後に前記出力電圧が前記第1のしきい値電圧よりも低い第2のしきい値電圧よりも低くなってから所定時間経過したときであることを特徴する車両用発電機。 In claim 1,
The timing for forcibly giving the instruction is after the output voltage becomes lower than a second threshold voltage lower than the first threshold voltage after exceeding the first threshold voltage. A vehicular generator characterized in that a predetermined time has elapsed.
前記所定時間は、可変値であることを特徴とする車両用発電機。 In claim 2,
The vehicle generator according to claim 1, wherein the predetermined time is a variable value.
前記所定時間は、固定値であることを特徴とする車両用発電機。 In claim 2,
The vehicle generator according to claim 1, wherein the predetermined time is a fixed value.
前記所定時間は、低回転時に長く、高回転時に短い値に設定されることを特徴とする車両用発電機。 In claim 3,
The vehicle generator is characterized in that the predetermined time is set to a long value at a low rotation and a short value at a high rotation.
前記ロードダンプ保護判定部は、回転数の高低を前記相巻線の電圧に基づいて検出することを特徴とする車両用発電機。 In claim 5,
The load dump protection determination unit detects the level of rotation speed based on the voltage of the phase winding.
前記所定時間は、前記出力電圧が第1のしきい値電圧を超えて前記下アームを構成する前記スイッチング素子をオンする指示が出される前に、回転子の界磁極を磁化する界磁巻線に流れる励磁電流が多いときに短く、少ないときに長い値に設定されることを特徴とする車両用発電機。 In claim 3,
The field winding for magnetizing the field pole of the rotor before the output voltage exceeds a first threshold voltage and an instruction to turn on the switching element constituting the lower arm is issued for the predetermined time. The vehicle generator is characterized in that it is set to a short value when there is a large amount of excitation current flowing through the and to a long value when the excitation current is small.
前記サージ電圧の発生を抑制するタイミングは、前記下アームを構成する前記スイッチング素子がオンされたときに、このスイッチング素子に接続された相巻線からこのスイッチング素子に電流が流れるタイミング以外のタイミングであることを特徴とする車両用発電機。 In any one of Claims 1-7,
The timing for suppressing the generation of the surge voltage is a timing other than the timing at which current flows from the phase winding connected to the switching element to the switching element when the switching element constituting the lower arm is turned on. A vehicular generator characterized by that.
前記サージ電圧の発生を抑制するタイミングは、前記下アームを構成する前記スイッチング素子がオンされたときに、このスイッチング素子からこのスイッチング素子に接続された相巻線に電流が流れるタイミングであることを特徴とする車両用発電機。 In claim 8,
The timing for suppressing the generation of the surge voltage is the timing at which current flows from the switching element to the phase winding connected to the switching element when the switching element constituting the lower arm is turned on. A vehicular generator.
前記スイッチング素子はMOSトランジスタであり、
前記ロードダンプ保護判定部は、前記MOSトランジスタのソース・ドレイン間電圧を検出するMOS電圧検出部と、この検出したソース・ドレイン間電圧に基づいて、このMOSトランジスタをオンしたときにこのMOSトランジスタを介して流れる電流の向きを検出する通電方向検出部と、前記通電方向検出部による検出結果に基づいて前記サージ電圧の発生を抑制するタイミングを判定するタイミング判定部と、前記所定時間を計測して所定時間経過を前記タイミング判定部に通知するタイマとを備えることを特徴とする車両用発電機。 In claim 8 or 9,
The switching element is a MOS transistor;
The load dump protection determination unit is configured to detect a MOS voltage detector that detects a source-drain voltage of the MOS transistor, and to turn on the MOS transistor when the MOS transistor is turned on based on the detected source-drain voltage. An energization direction detection unit that detects a direction of a current flowing through the measurement unit, a timing determination unit that determines a timing for suppressing the generation of the surge voltage based on a detection result by the energization direction detection unit, and the predetermined time is measured. A vehicular generator, comprising: a timer for notifying the timing determination unit of the elapse of a predetermined time.
前記サージ電圧の発生の抑制に適したタイミングの到来を検出できなかったときとは、前記MOSトランジスタに流れる電流が少なくて、前記タイミング判定部によるタイミングの判定ができなかったときであることを特徴とする車両用発電機。 In claim 10,
When the arrival of the timing suitable for suppressing the generation of the surge voltage could not be detected, the current flowing through the MOS transistor is small and the timing determination unit cannot determine the timing. A vehicle generator.
前記サージ電圧の発生を抑制するタイミングは、ソース側を基準とした前記MOSトランジスタのソース・ドレイン間電圧が0V以下になるタイミングであることを特徴とする車両用発電機。 In claim 10,
The vehicular generator is characterized in that the timing of suppressing the generation of the surge voltage is a timing at which the source-drain voltage of the MOS transistor with respect to the source side becomes 0 V or less.
前記サージ電圧の発生を抑制するタイミングは、ソース側を基準とした前記MOSトランジスタのソース・ドレイン間電圧が0V以下になってから所定期間遅らせたタイミングであることを特徴とする車両用発電機。 In claim 10,
The vehicular generator is characterized in that the timing of suppressing the generation of the surge voltage is a timing delayed by a predetermined period after the source-drain voltage of the MOS transistor with respect to the source side becomes 0 V or less.
前記所定期間は、前記相巻線の誘起電圧の周期の1/4に対応する期間であることを特徴とする車両用発電機。 In claim 13,
The vehicle generator according to claim 1, wherein the predetermined period is a period corresponding to a quarter of a period of the induced voltage of the phase winding.
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