JP5966980B2 - Rotating electric machine for vehicles - 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回転電機に関する。   The present invention relates to a vehicular rotating electrical machine mounted on a passenger car, a truck, or the like.

従来から、ダイオード整流期間に合わせてMOSトランジスタ(スイッチング素子)をオンするとともにダイオード整流期間を超えてMOSトランジスタのオン状態を継続しないようにMOSトランジスタをオフした後にダイオード整流期間を確保するようにした車両用回転電機が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この車両用回転電機では、MOSトランジスタについてこのMOSトランジスタをオフした後のダイオード整流期間と目標電気角との差分を算出し、この差分に補正係数を掛けた値を加算するフィードバック制御を行うことにより、着目しているMOSトランジスタのオフタイミングを決定している。   Conventionally, the MOS transistor (switching element) is turned on in accordance with the diode rectification period, and the diode rectification period is secured after the MOS transistor is turned off so as not to continue the ON state of the MOS transistor beyond the diode rectification period. A vehicular rotating electrical machine is known (for example, see Patent Document 1). In this vehicular rotating electrical machine, the difference between the diode rectification period after turning off the MOS transistor and the target electrical angle is calculated for the MOS transistor, and feedback control is performed by adding a value obtained by multiplying the difference by a correction coefficient. The off timing of the focused MOS transistor is determined.

特開2012−70559号公報JP 2012-70559 A

ところで、特許文献1に開示された車両用回転電機等では、ダイオード整流動作中に所定の同期制御開始条件を満たしたときにMOSトランジスタをオンオフして整流する同期整流動作に移行する。しかし、ダイオードとMOSトランジスタのそれぞれの電圧降下が異なるため、ダイオード整流によって固定子巻線から出力を取り出すことができる期間よりも、同期整流によって固定子巻線から出力を取り出すことができる期間の方が長くなる。このため、固定子巻線と磁気回路との間や、磁気回路を共有する他相の固定子巻線との間で、相互インダクタンスによる影響をおよぼし、他相の固定子巻線における起電力減少が発生し、整流可能期間の短縮が生じる。また、影響を受ける他相の固定子巻線が同期整流中の場合には、整流可能期間が短くなると、MOSトランジスタのオフタイミングが整流可能期間の終了時点よりも遅くなる同期外れが発生し、MOSトランジスタを逆流する電流を遮断するという現象が生じる。このため、サージ発生やそれに伴うMOSトランジスタの破損が生じる場合があり、整流機能の喪失につながるおそれがある。   By the way, in the vehicular rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1, when a predetermined synchronous control start condition is satisfied during the diode rectification operation, the operation shifts to a synchronous rectification operation in which the MOS transistor is turned on / off and rectified. However, since the voltage drop between the diode and the MOS transistor is different, the period in which the output can be extracted from the stator winding by synchronous rectification is longer than the period in which the output can be extracted from the stator winding by diode rectification. Becomes longer. For this reason, the influence of mutual inductance is exerted between the stator winding and the magnetic circuit, or between the stator windings of the other phase sharing the magnetic circuit, and the electromotive force in the stator winding of the other phase is reduced. Occurs and the commutation possible period is shortened. In addition, when the affected stator winding of the other phase is in synchronous rectification, if the rectification possible period is shortened, an off-synchronization occurs in which the off timing of the MOS transistor is later than the end of the rectification possible period, A phenomenon occurs in which the current flowing backward through the MOS transistor is cut off. For this reason, the occurrence of surge and the accompanying damage of the MOS transistor may occur, which may lead to loss of the rectification function.

また、MOSトランジスタを通して電流が逆流しない程度の同期外れが発生した場合であっても、MOSトランジスタをオフした後に確保されるダイオード整流期間が極端に短くなると、同期整流を終了させてダイオード整流に移行することになり、効率が低下する。   In addition, even if a loss of synchronization occurs so that current does not reversely flow through the MOS transistor, if the diode rectification period secured after the MOS transistor is turned off becomes extremely short, the synchronous rectification is terminated and a transition is made to diode rectification. Will reduce efficiency.

また、2組の三相巻線を用いた6相の車両用発電機では、2組の固定子巻線が磁気回路を共有している。1組の固定子巻線の各相はほぼ電圧波形が同じであるため、ダイオード整流から同期整流に移行する場合は各相がほぼ同時に移行する傾向があり、上述した相互インダクタンスの影響はさらに顕著になり、同期外れは発生しやすい。   Further, in a six-phase vehicle generator using two sets of three-phase windings, two sets of stator windings share a magnetic circuit. Since each phase of a pair of stator windings has almost the same voltage waveform, when shifting from diode rectification to synchronous rectification, each phase tends to shift almost simultaneously, and the above-described influence of mutual inductance is even more pronounced. Therefore, loss of synchronization is likely to occur.

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、ダイオード整流から同期整流に移行する際の同期外れを防止し、同期外れに伴うサージ電圧の発生やスイッチング素子の破損を防止するとともに高効率の整流動作を維持することができる車両用回転電機を提供することにある。   The present invention has been created in view of the above points, and its purpose is to prevent loss of synchronization when shifting from diode rectification to synchronous rectification, generation of a surge voltage associated with loss of synchronization, and the switching element. An object of the present invention is to provide a vehicular rotating electrical machine capable of preventing breakage and maintaining a highly efficient rectifying operation.

上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、電機子巻線とスイッチング部と制御回路とを備える。電機子巻線は、2相以上の相巻線を有する。スイッチング部は、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ブリッジ回路の複数の上アームおよび下アームが構成され、電機子巻線の誘起電圧を整流する。制御回路は、スイッチング素子をオフしてダイオードによる整流を行うダイオード整流動作と、スイッチング素子を所定期間オンした後にダイオードを介して通電する同期整流動作とともに、ダイオード整流動作から同期整流動作への移行時にスイッチング素子をオンする所定期間を徐々に増加させる遷移整流動作を、スイッチング素子をオンオフ制御して行う制御回路とを備える。
また、回転数を検出する回転数検出部をさらに備え、制御回路は、回転数検出部によって検出された回転数が所定値以下の低回転時に遷移整流動作を行っている。あるいは、出力電流を検出する出力電流検出部をさらに備え、制御回路は、出力電流検出部によって検出された電流値が所定値以下の低出力時に遷移整流動作を行っている。あるいは、回転数を検出する回転数検出部と、出力電流を検出する出力電流検出部とをさらに備え、制御回路は、回転数検出部によって検出された回転数が所定値以下の低回転時、かつ、出力電流検出部によって検出された電流値が所定値以下の低出力時に遷移整流動作を行っている。
In order to solve the above-described problems, a rotating electrical machine for a vehicle according to the present invention includes an armature winding, a switching unit, and a control circuit. The armature winding has two or more phase windings. In the switching unit, a plurality of upper arms and lower arms of the bridge circuit are configured by switching elements having diodes connected in parallel, and rectify the induced voltage of the armature winding. The control circuit includes a diode rectification operation in which the switching element is turned off to perform rectification by the diode, and a synchronous rectification operation in which the switching element is turned on for a predetermined period and then energized through the diode. And a control circuit that performs a transition rectification operation for gradually increasing a predetermined period during which the switching element is turned on by performing on / off control of the switching element.
The control circuit further includes a rotation speed detection unit that detects the rotation speed, and the control circuit performs a transition rectification operation at a low rotation time when the rotation speed detected by the rotation speed detection unit is a predetermined value or less. Alternatively, the control circuit further includes an output current detection unit that detects the output current, and the control circuit performs the transition rectification operation when the current value detected by the output current detection unit is low or lower than a predetermined value. Alternatively, the control circuit further includes a rotation speed detection unit that detects the rotation speed and an output current detection unit that detects the output current, and the control circuit has a low rotation speed detected by the rotation speed detection unit of a predetermined value or less. In addition, the transition rectification operation is performed at the time of low output when the current value detected by the output current detector is a predetermined value or less.

ダイオード整流から同期整流に移行する際に、スイッチング素子をオンする期間を徐々に長くする遷移整流を行っているため、ダイオードとスイッチング素子のそれぞれの電圧降下に起因する整流可能期間の変化が緩やかになり、遷移整流終了後に同期整流を開始した際の同期外れを防止することができる。また、同期外れがなくなるため、同期外れに伴うサージ電圧の発生やスイッチング素子の破損を防止することができるとともに、同期外れが発生してダイオード整流に移行する頻度を減らすことにより高効率の整流動作を維持することが可能となる。   When transitioning from diode rectification to synchronous rectification, transition rectification is performed to gradually increase the period during which the switching element is turned on. Therefore, the change in the rectifiable period due to the voltage drop between the diode and the switching element is moderate. Therefore, loss of synchronization when synchronous rectification is started after transition rectification is completed can be prevented. In addition, since there is no loss of synchronization, it is possible to prevent the occurrence of surge voltage and damage to the switching element due to loss of synchronization, and the highly efficient rectification operation by reducing the frequency of occurrence of loss of synchronization and shifting to diode rectification Can be maintained.

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the generator for vehicles of one Embodiment. 整流器モジュールの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a rectifier module. 制御回路の詳細構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of a control circuit. 上MOS VDS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the voltage comparison by an upper MOS VDS detection part. 下MOS VDS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the voltage comparison by a lower MOS VDS detection part. 温度検出部による温度検出結果の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the temperature detection result by a temperature detection part. 制御部の詳細構成を示す図である。It is a figure which shows the detailed structure of a control part. 制御部によって行う同期整流制御(同期制御)の動作タイミング図である。It is an operation | movement timing diagram of the synchronous rectification control (synchronous control) performed by a control part. 車両が急加速する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the fluctuation | variation of the electrical angle supposing the case where a vehicle accelerates rapidly. エンジン回転が変動する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the fluctuation | variation of the electrical angle supposing the case where engine rotation fluctuates. 電気負荷が急激に変動する場合を想定した電気角の変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a fluctuation | variation of the electrical angle supposing the case where an electric load fluctuates rapidly. ドライバにおけるターンオフ遅れを想定した電気角の変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of a fluctuation | variation of the electrical angle supposing the turn-off delay in a driver. 各種の要因の組合せを想定した電気角の変動の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the fluctuation | variation of the electrical angle supposing the combination of various factors. 同期制御開始判定を行うために必要な構成を示す図である。It is a figure which shows a structure required in order to perform synchronous control start determination. ロードダンプが発生していない通常時における相電圧を示す図である。It is a figure which shows the phase voltage in the normal time when the load dump does not generate | occur | produce. ロードダンプが発生した後のロードダンプ保護動作時の相電圧を示す図である。It is a figure which shows the phase voltage at the time of the load dump protection operation | movement after load dump generate | occur | produces. ロードダンプ保護動作時のローサイド側のMOSトランジスタのドレイン・ソース間電圧を増幅した後の電圧波形を示す図である。It is a figure which shows the voltage waveform after amplifying the drain-source voltage of the MOS transistor of the low side at the time of load dump protection operation. 同期制御開始判定の動作タイミングを示す図である。It is a figure which shows the operation timing of synchronous control start determination. 下MOSオフタイミング演算部によって設定されたオフタイミングが遅れた場合の相電圧波形の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of a phase voltage waveform when the off timing set by the lower MOS off timing calculating part is overdue. 出力電圧変動と上アーム・オン期間および下アーム・オン期間の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an output voltage fluctuation | variation, an upper arm ON period, and a lower arm ON period. 同期制御停止判定を行うために必要な構成を示す図である。It is a figure which shows a structure required in order to perform synchronous control stop determination. 遷移整流動作を含む整流動作全体の状態遷移図である。It is a state transition diagram of the whole rectification operation including a transition rectification operation. 遷移整流の説明図である。It is explanatory drawing of transition rectification. 整流器モジュールの変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a rectifier module. 制御回路の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of a control circuit.

以下、本発明の車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。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 vehicular generator according to an embodiment to which a vehicular rotating electrical machine of the present invention is applied will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the vehicle generator 1 of this embodiment includes two stator windings (armature windings) 2, 3, a field winding 4, two rectifier module groups 5, 6, and power generation. A control device 7 is included. Two rectifier module groups 5 and 6 correspond to a switching unit.

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 stator windings 2 and 3 and the stator core.

界磁巻線4は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極(図示せず)に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線2、3が交流電圧を発生する。   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. The field pole is magnetized by passing an exciting current. The stator windings 2 and 3 generate an alternating voltage by a rotating magnetic field generated when the field pole is magnetized.

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 rectifier module group 5 is connected to one stator winding 2 to form a three-phase full-wave rectifier circuit (bridge circuit) as a whole, and the alternating current induced in the stator winding 2 is converted into direct current. Convert to current. The rectifier module group 5 includes rectifier modules 5X, 5Y, and 5Z corresponding to the number of phases of the stator winding 2 (three in the case of a three-phase winding). The rectifier module 5 </ b> X is connected to the X-phase winding included in the stator winding 2. The rectifier module 5 </ b> Y is connected to a Y-phase winding included in the stator winding 2. The rectifier module 5Z is connected to the Z-phase winding included in the stator winding 2.

他方の整流器モジュール群6は、他方の固定子巻線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 the other 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 rectifier modules 6U, 6V, and 6W corresponding to the number of phases of the stator winding 3 (three in the case of a three-phase winding). The rectifier module 6U is connected to a U-phase winding included in the stator winding 3. The rectifier module 6V is connected to a V-phase winding included in the stator winding 3. The rectifier module 6 </ b> W is connected to the W-phase winding included in the stator winding 3.

発電制御装置7は、F端子を介して接続された界磁巻線4に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を調整することにより車両用発電機1の出力電圧(各整流器モジュールの出力電圧)VB 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VB 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VB 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VB が調整電圧Vreg になるように制御する。また、発電制御装置7は、通信端子Lおよび通信線を介してECU8(外部制御装置)と接続されており、ECU8との間で双方向のシリアル通信(例えば、LIN(Local Interconnect Network)プロトコルを用いたLIN通信)を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。 The power generation control device 7 is an excitation control circuit that controls the excitation current that flows in the field winding 4 connected via the F terminal, and adjusts the excitation current to adjust the output voltage of the vehicle generator 1 (each output voltage) V B of the rectifier module is controlled to be a regulated voltage Vreg. For example, the power generation controller 7 stops the supply of the exciting current to the field winding 4 when the output voltage V B is higher than the regulated voltage Vreg, it is lower than the regulated voltage Vreg output voltage V B When the exciting current is supplied to the field winding 4 at this time, the output voltage V B is controlled to become the adjustment voltage Vreg. The power generation control device 7 is connected to an ECU 8 (external control device) via a communication terminal L and a communication line, and performs bidirectional serial communication (for example, a LIN (Local Interconnect Network) protocol) with the ECU 8. LIN communication used) and a communication message is transmitted or received.

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。各整流器モジュール5Xは、他の整流器モジュール5Y、5Z、6U、6V、6Wと同じ構成を有している。   The vehicle generator 1 of the present embodiment has such a configuration, and details of the rectifier module 5X and the like will be described next. Each rectifier module 5X has the same configuration as the other rectifier modules 5Y, 5Z, 6U, 6V, 6W.

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を介して電気負荷10やバッテリ9の正極端子に接続された上アーム(ハイサイド側)のスイッチング素子である。MOSトランジスタ51は、ドレインがX相巻線に接続され、ソースがバッテリ9の負極端子(アース)に接続された下アーム(ローサイド側)のスイッチング素子である。これら2つのMOSトランジスタ50、51からなる直列回路がバッテリ9の正極端子と負極端子の間に配置され、これら2つのMOSトランジスタ50、51の接続点(P端子)にX相巻線が接続されている。また、MOSトランジスタ50、51のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはMOSトランジスタ50、51の寄生ダイオード(ボディダイオード)によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、MOSトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。   As shown in FIG. 2, the rectifier module 5X includes two MOS transistors 50 and 51 and a control circuit 54. The MOS transistor 50 has a source connected to the X-phase winding of the stator winding 2 and a drain connected to the electrical load 10 and the positive terminal of the battery 9 via the charging line 12. It is a switching element. The MOS transistor 51 is a switching element on the lower arm (low side) whose drain is connected to the X-phase winding and whose source is connected to the negative terminal (earth) of the battery 9. A series circuit composed of these two MOS transistors 50 and 51 is arranged between the positive terminal and the negative terminal of the battery 9, and the X-phase winding is connected to the connection point (P terminal) of these two MOS transistors 50 and 51. ing. A diode is connected in parallel between the source and drain of each of the MOS transistors 50 and 51. This diode is realized by a parasitic diode (body diode) of the MOS transistors 50 and 51, but a diode as another component may be further connected in parallel. Note that at least one of the upper arm and the lower arm may be configured using a switching element other than a MOS transistor.

図3に示すように、制御回路54は、制御部100、出力電圧検出部110、上MOS VDS検出部120、下MOS VDS検出部130、上MOS短絡故障確認部140、下MOS VDS増幅部142、通電方向判定部144、温度検出部150、電源160、ドライバ170、172を備えている。 As shown in FIG. 3, the control circuit 54 includes a control unit 100, an output voltage detection unit 110, an upper MOS V DS detection unit 120, a lower MOS V DS detection unit 130, an upper MOS short-circuit fault confirmation unit 140, and a lower MOS V DS. The amplifying unit 142, the energization direction determining unit 144, the temperature detecting unit 150, the power source 160, and the drivers 170 and 172 are provided.

電源160は、発電制御装置7から界磁巻線4に励磁電流が供給されるタイミングで動作を開始し、制御回路54に含まれる各素子に動作電圧を供給するとともに、励磁電流の供給が停止されたときに動作電圧の供給を停止する。この電源160の起動、停止は、制御部100からの指示に応じて行われる。   The power supply 160 starts operating at the timing when the excitation current is supplied from the power generation control device 7 to the field winding 4, supplies the operating voltage to each element included in the control circuit 54, and stops supplying the excitation current. When it is done, supply of operating voltage is stopped. The power supply 160 is started and stopped in response to an instruction from the control unit 100.

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 driver 170 has an output terminal (G1) connected to the gate of the high-side MOS transistor 50, and generates a drive signal for turning on and off the MOS transistor 50. Similarly, the driver 172 has an output terminal (G2) connected to the gate of the low-side MOS transistor 51, and generates a drive signal for turning the MOS transistor 51 on and off.

出力電圧検出部110は、例えば差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器によって構成されており、車両用発電機1(あるいは整流器モジュール5X)の出力端子(B端子)の電圧VB に対応するデータを出力する。なお、アナログ−デジタル変換器は、制御部100側に設けるようにしてもよい。 The output voltage detection unit 110 includes, for example, a differential amplifier and an analog-digital converter that converts the output into digital data. The output voltage detection unit 110 includes an output terminal (B terminal) of the vehicle generator 1 (or the rectifier module 5X). Data corresponding to the voltage V B is output. The analog-digital converter may be provided on the control unit 100 side.

上MOS VDS検出部120は、B端子とP端子に接続されており、ハイサイド側のMOSトランジスタ50のドレイン・ソース間電圧VDSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧VDSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。図4において、横軸はドレイン側の出力電圧VB を基準としたドレイン・ソース間電圧VDSを示している。また、縦軸は上MOS VDS検出部120から出力される信号の電圧レベルを示している。図4に示すように、相電圧VP が高くなって出力電圧VB よりも0.3V以上高くなるとVDSが0.3V以上になるため、上MOS VDS検出部120の出力信号がローレベル(0V)からハイレベル(5V)に変化する。その後、相電圧VP が出力電圧VB よりも1.0V以上低くなるとVDSが−1.0V以下になるため、上MOS VDS検出部120の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。 Upper MOS V DS detector 120 is connected to the B terminal and the P terminal, to detect the drain-source voltage V DS of the MOS transistor 50 of the high-side, predetermined the detected drain-source voltage V DS Compared with the threshold value, a signal corresponding to the magnitude is output. In FIG. 4, the horizontal axis represents the drain-source voltage V DS with reference to the drain-side output voltage V B. The vertical axis indicates the voltage level of the signal output from the upper MOS V DS detector 120. As shown in FIG. 4, when the phase voltage V P becomes higher and becomes higher than the output voltage V B by 0.3 V or more, V DS becomes 0.3 V or more, so that the output signal of the upper MOS V DS detection unit 120 is low. It changes from level (0V) to high level (5V). Thereafter, when the phase voltage V P becomes 1.0 V or more lower than the output voltage V B , V DS becomes −1.0 V or less, so that the output signal of the upper MOS V DS detection unit 120 changes from the high level to the low level. .

上述した出力電圧VB よりも0.3V高い値が図8のしきい値V10に対応している。このしきい値V10は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するためのものであり、出力電圧VB にオン時のMOSトランジスタ50のドレイン・ソース間電圧VDSを加算した値よりも高く、出力電圧VB にMOSトランジスタ50と並列接続されたダイオードの順方向電圧VFを加算した値よりも低い値に設定されている。また、上述した出力電圧VB よりも1.0V低い値が図8のしきい値V20に対応している。このしきい値V20は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するためのものであり、出力電圧VB よりも低い値に設定されている。相電圧VP がしきい値V10に達した後にしきい値V20に達するまでを上アームの「オン期間」としている。なお、このオン期間は、MOSトランジスタ50がオフ状態のときに実際にダイオードに通電される「ダイオード通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期制御はこのオン期間に基づいて行われる。 A value higher by 0.3V than the output voltage V B described above corresponds to the threshold value V10 in FIG. This threshold value V10 is for reliably detecting the start point of the diode energization period, and is higher than the value obtained by adding the drain-source voltage V DS of the MOS transistor 50 at the ON time to the output voltage V B. The output voltage V B is set to a value lower than the value obtained by adding the forward voltage VF of the diode connected in parallel with the MOS transistor 50. A value 1.0V lower than the output voltage V B described above corresponds to the threshold value V20 in FIG. The threshold V20 is used to reliably detect the end of diode conduction period is set to a value lower than the output voltage V B. The period from when the phase voltage V P reaches the threshold value V10 to when the phase voltage V P reaches the threshold value V20 is defined as the “on period” of the upper arm. The ON period is different from the “diode energization period” in which the diode is actually energized when the MOS transistor 50 is in the OFF state. It is done based on the period.

下MOS VDS検出部130は、P端子とグランド端子(E端子)に接続されており、ローサイド側のMOSトランジスタ51のドレイン・ソース間電圧VDSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧VDSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。図5において、横軸はドレイン側のバッテリ負極端子電圧であるグランド端子電圧VGND を基準としたドレイン・ソース間電圧VDSを示している。また、縦軸は下MOS VDS検出部130から出力される信号の電圧レベルを示している。図5に示すように、相電圧VP が低くなってグランド電圧VGND よりも0.3V以上低くなるとVDSが−0.3V以下になるため、下MOS VDS検出部130の出力信号がローレベル(0V)からハイレベル(5V)に変化する。その後、相電圧VP がグランド電圧VGND よりも1.0V以上高くなるとVDSが1.0V以上になるため、下MOS VDS検出部130の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。 The lower MOS V DS detector 130 is connected to the P terminal and the ground terminal (E terminal), detects the drain-source voltage V DS of the low-side MOS transistor 51, and detects the detected drain-source voltage V. DS is compared with a predetermined threshold value and a signal corresponding to the magnitude is output. In FIG. 5, the horizontal axis represents the drain-source voltage V DS with respect to the ground terminal voltage V GND that is the battery negative terminal voltage on the drain side. The vertical axis indicates the voltage level of the signal output from the lower MOS V DS detection unit 130. As shown in FIG. 5, when the phase voltage V P becomes low and becomes lower than the ground voltage V GND by 0.3 V or more, V DS becomes −0.3 V or less. Therefore, the output signal of the lower MOS V DS detection unit 130 is It changes from a low level (0V) to a high level (5V). Thereafter, when the phase voltage V P becomes 1.0 V or more higher than the ground voltage V GND , V DS becomes 1.0 V or more, so that the output signal of the lower MOS V DS detection unit 130 changes from high level to low level.

上述したグランド電圧VGND よりも0.3V低い値が図8のしきい値V11に対応している。このしきい値V11は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するためのものであり、グランド電圧VGND からオン時のMOSトランジスタ51のドレイン・ソース間電圧VDSを減算した値よりも低く、グランド電圧VGND からMOSトランジスタ51と並列接続されたダイオードの順方向電圧VFを減算した値よりも高い値に設定されている。また、上述した出力電圧VGND よりも1.0V高い値が図8のしきい値V21に対応している。このしきい値V21は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するためのものであり、グランド電圧VGND よりも高い値に設定されている。相電圧VP がしきい値V11に達した後にしきい値V21に達するまでを下アームの「オン期間」としている。なお、このオン期間は、MOSトランジスタ51がオフ状態のときに実際にダイオードに通電される「ダイオード通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期整流はこのオン期間に基づいて行われる。 A value 0.3V lower than the ground voltage V GND described above corresponds to the threshold value V11 in FIG. The threshold V11 is used to reliably detect the beginning of the diode conduction period, less than the value obtained by subtracting the drain-source voltage V DS of the MOS transistor 51 when on the ground voltage V GND The value is set higher than the value obtained by subtracting the forward voltage VF of the diode connected in parallel with the MOS transistor 51 from the ground voltage V GND . Further, a value 1.0V higher than the output voltage V GND described above corresponds to the threshold value V21 in FIG. This threshold value V21 is for reliably detecting the end point of the diode energization period, and is set to a value higher than the ground voltage VGND . The period from when the phase voltage V P reaches the threshold value V11 until it reaches the threshold value V21 is referred to as the “on period” of the lower arm. Note that this on period is different from the “diode energization period” in which the diode is actually energized when the MOS transistor 51 is in the off state. It is done based on the period.

温度検出部150は、例えばMOSトランジスタ50、51に隣接配置された感温ダイオードの順方向電圧に基づいてMOSトランジスタ50、51の温度を検出し、温度が高いときにハイレベル、低いときにローレベルの信号を出力する。この温度検出部150は、制御部100に含ませるようにしてもよい。図6において、横軸は温度(°C)を示している。また、縦軸は温度検出部150から出力される信号の電圧レベルを示している。図6に示すように、温度が上昇していって200°C以上になると、温度検出部150の出力信号がローレベル(0V)からハイレベル(5V)に変化する。その後、温度が低下していって170°Cよりも低くなると、温度検出部150の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。   The temperature detector 150 detects the temperature of the MOS transistors 50 and 51 based on, for example, the forward voltage of a temperature-sensitive diode disposed adjacent to the MOS transistors 50 and 51, and is high when the temperature is high and low when the temperature is low. A level signal is output. The temperature detection unit 150 may be included in the control unit 100. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the temperature (° C.). The vertical axis indicates the voltage level of the signal output from the temperature detection unit 150. As shown in FIG. 6, when the temperature rises to 200 ° C. or higher, the output signal of the temperature detection unit 150 changes from the low level (0 V) to the high level (5 V). Thereafter, when the temperature decreases and becomes lower than 170 ° C., the output signal of the temperature detection unit 150 changes from the high level to the low level.

上MOS短絡故障確認部140は、ハイサイド側のMOSトランジスタ50のドレイン・ソース間の短絡故障が生じていないことを確認する。この短絡故障には、MOSトランジスタ50自身が故障した場合の他に、このMOSトランジスタ50を駆動するドライバ170が故障してMOSトランジスタ50が常時オンされる場合も含まれる。MOSトランジスタ50やドライバ170に故障が生じていない場合には、相電圧VP は、出力電圧VB とグランド電圧VGND の間で周期的に変化する。一方、MOSトランジスタ50のドレイン・ソース間が常時短絡された状態になると、相電圧VP は、出力電圧VB 近傍で固定される。上MOS短絡故障確認部140は、相電圧VP が周期的に変化していることを検出することにより、MOSトランジスタ50のドレイン・ソース間の短絡故障が生じていないことを確認し、出力をローレベルとする。反対に、MOSトランジスタ50のドレイン・ソース間の短絡故障が生じている場合には、上MOS短絡故障確認部140は、出力をハイレベルにする。 The upper MOS short-circuit fault confirmation unit 140 confirms that a short-circuit fault between the drain and source of the high-side MOS transistor 50 has not occurred. This short circuit failure includes not only the case where the MOS transistor 50 itself fails, but also the case where the driver 170 that drives the MOS transistor 50 fails and the MOS transistor 50 is always turned on. When no failure occurs in the MOS transistor 50 or the driver 170, the phase voltage V P periodically changes between the output voltage V B and the ground voltage V GND . On the other hand, when the drain and source of the MOS transistor 50 are always short-circuited, the phase voltage V P is fixed in the vicinity of the output voltage V B. The upper MOS short-circuit fault confirmation unit 140 detects that the short-circuit fault between the drain and source of the MOS transistor 50 has not occurred by detecting that the phase voltage V P is periodically changing, and outputs the output. Set to low level. On the other hand, when a short circuit failure between the drain and source of the MOS transistor 50 has occurred, the upper MOS short circuit failure confirmation unit 140 sets the output to a high level.

下MOS VDS増幅部142は、オン時のローサイド側のMOSトランジスタ51のドレイン・ソース間電圧VDSを、例えば5倍(−0.5V〜+0.5V)に増幅する(図15C)。通電方向判定部144は、下MOS VDS増幅部142によって増幅された後のドレイン・ソース間電圧VDSに基づいて、MOSトランジスタ51に流れる電流の向きを判定する。具体的には、通電方向判定部144は、例えば+0.35Vに設定されたしきい値電圧と、増幅後のドレイン・ソース間電圧VDSとを比較し、しきい値電圧の方が高いとき(図15Cの範囲W)にハイレベルの信号を出力し、それ以外のときにローレベルの信号を出力する。 The lower MOS V DS amplification unit 142 amplifies the drain-source voltage V DS of the low-side MOS transistor 51 when turned on, for example, by a factor of 5 (−0.5 V to +0.5 V) (FIG. 15C). The energization direction determination unit 144 determines the direction of the current flowing through the MOS transistor 51 based on the drain-source voltage V DS after being amplified by the lower MOS V DS amplification unit 142. Specifically, the energization direction determination unit 144 compares, for example, the threshold voltage set to +0.35 V and the drain-source voltage V DS after amplification, and the threshold voltage is higher. A high level signal is output (range W in FIG. 15C), and a low level signal is output at other times.

制御部100は、同期整流動作を開始および終了するタイミングの判定、同期整流を実施するためのMOSトランジスタ50、51のオン/オフタイミングの設定、このオン/オフタイミングの設定に対応したドライバ170、172の駆動、ロードダンプ保護動作移行タイミングの判定および保護動作の実施などを行う。   The control unit 100 determines the timing to start and end the synchronous rectification operation, sets the on / off timing of the MOS transistors 50 and 51 for performing the synchronous rectification, and the driver 170 corresponding to the setting of the on / off timing. 172 driving, determination of transition timing of load dump protection operation, execution of protection operation, and the like are performed.

図7に示すように、制御部100は、回転数演算部101、同期制御開始処理部102、上MOSオンタイミング判定部103、下MOSオンタイミング判定部104、目標電気角設定部105、上MOS・TFB時間演算部106、上MOSオフタイミング演算部107、下MOS・TFB時間演算部108、下MOSオフタイミング演算部109、ロードダンプ保護判定部111、電源起動・停止判定部112、オフタイミング異常判定部121、同期制御停止判定部122、過熱保護部123を備えている。これらの各構成は、例えばメモリ等に記憶された所定の動作プログラムをCPUで実行することにより実現されるが、各構成をハードウエアを用いて実現するようにしてもよい。また、各構成の具体的な動作内容については後述する。 As shown in FIG. 7, the control unit 100 includes a rotation speed calculation unit 101, a synchronization control start processing unit 102, an upper MOS on timing determination unit 103, a lower MOS on timing determination unit 104, a target electrical angle setting unit 105, and an upper MOS. TFB time calculation unit 106, upper MOS off timing calculation unit 107, lower MOS · TFB time calculation unit 108, lower MOS off timing calculation unit 109, load dump protection determination unit 111, power supply start / stop determination unit 112, off A timing abnormality determination unit 121, a synchronous control stop determination unit 122, and an overheat protection unit 123 are provided. Each of these components is realized by, for example, a predetermined operation program stored in a memory or the like being executed by the CPU, but each component may be realized by using hardware. Specific operation contents of each component will be described later.

本実施形態の整流器モジュール5X等はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。   The rectifier module 5X and the like of this embodiment have such a configuration, and the operation will be described next.

(1)電源起動・停止判定
電源起動・停止判定部112は、P端子に接続されており、整流器モジュール5Xが接続された固定子巻線2のX相の相電圧(ピーク電圧)が所定値(例えば5V)を超えたことを検出したときに、電源160に起動を指示する。また、電源起動・停止判定部112は、この相電圧が所定値(5V)以下になった状態が所定時間(例えば1秒)継続したときに電源160に停止を指示する。このようにして車両用発電機1の発電時のみ整流器モジュール5X等を動作させており、発電せずに停止している場合に、必要最小限の回路しか動作させないため、暗電流を低減し、バッテリ上がりを防止することができる。
(1) Power supply start / stop determination The power supply start / stop determination unit 112 is connected to the P terminal, and the phase voltage (peak voltage) of the X phase of the stator winding 2 to which the rectifier module 5X is connected is a predetermined value. When it is detected that the voltage exceeds (for example, 5 V), the power supply 160 is instructed to start. The power supply start / stop determination unit 112 instructs the power supply 160 to stop when the state where the phase voltage has become equal to or lower than a predetermined value (5 V) continues for a predetermined time (for example, 1 second). In this way, the rectifier module 5X or the like is operated only during power generation of the vehicle generator 1, and when it is stopped without generating power, only a necessary minimum circuit is operated, so that dark current is reduced, The battery can be prevented from running out.

(2)同期制御動作
同期整流制御(同期制御)の動作タイミングを示す図8において、「上アーム・オン期間」は上MOS VDS検出部120の出力信号を、「上MOSオン期間」はハイサイド側のMOSトランジスタ50のオン/オフタイミングを、「下アーム・オン期間」は下MOS VDS検出部130の出力信号を、「下MOSオン期間」はローサイド側のMOSトランジスタ51のオン/オフタイミングをそれぞれ示している。また、TFB1 、TFB2 、目標電気角、ΔTについては後述する。
(2) Synchronous Control Operation In FIG. 8 showing the operation timing of synchronous rectification control (synchronous control), the “upper arm on period” is the output signal of the upper MOS V DS detector 120, and the “upper MOS on period” is high. The ON / OFF timing of the side-side MOS transistor 50, the output signal of the lower MOS VDS detector 130 in the “lower arm ON period”, and the ON / OFF state of the low-side MOS transistor 51 in the “lower MOS on period” Each timing is shown. T FB1 , T FB2 , target electrical angle, and ΔT will be described later.

上MOSオンタイミング判定部103は、上MOS VDS検出部120の出力信号(上アーム・オン期間)を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをハイサイド側のMOSトランジスタ50のオンタイミングとして判定し、ドライバ170に指示を送る。ドライバ170は、この指示に応じてMOSトランジスタ50をオンする。 The upper MOS on-timing determination unit 103 monitors the output signal (upper arm ON period) of the upper MOS V DS detection unit 120, and the rise of the output signal from the low level to the high level is detected on the high side MOS. It is determined that the transistor 50 is on, and an instruction is sent to the driver 170. The driver 170 turns on the MOS transistor 50 in response to this instruction.

上MOSオフタイミング演算部107は、MOSトランジスタ50がオンされてから所定時間経過後をMOSトランジスタ50のオフタイミングとして判定し、ドライバ170に指示を送る。ドライバ170は、この指示に応じてMOSトランジスタ50をオフする。   The upper MOS off timing calculation unit 107 determines that the predetermined time has elapsed after the MOS transistor 50 is turned on as the off timing of the MOS transistor 50 and sends an instruction to the driver 170. The driver 170 turns off the MOS transistor 50 in response to this instruction.

このオフタイミングを決定する所定時間は、上アーム・オン期間の終了時点(上MOS VDS検出部120の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点)よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。 The predetermined time for determining the OFF timing is earlier than the end point of the upper arm ON period (the time point when the output signal of the upper MOS VDS detection unit 120 falls from the high level to the low level) by “target electrical angle”. As described above, the variable setting is made each time.

この目標電気角は、MOSトランジスタ50を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもMOSトランジスタ50のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部105によって設定される。目標電気角設定部105は、回転数演算部101によって演算された回転数に基づいて目標電気角を設定する。この目標電気角は、回転数に関係なく一定でもよいが、より望ましくは、低回転領域および高回転領域において目標電気角を大きく、その中間領域において目標電気角を小さく設定するようにしてもよい。目標電気角の設定方法の具体例については後述する。   This target electrical angle is set so that the OFF timing of the MOS transistor 50 is not delayed from the end of the energization period in this diode rectification when considering the case where the MOS transistor 50 is always turned off and rectified through a diode. And is set by the target electrical angle setting unit 105. The target electrical angle setting unit 105 sets the target electrical angle based on the rotation speed calculated by the rotation speed calculation unit 101. The target electrical angle may be constant regardless of the rotational speed, but more desirably, the target electrical angle may be set large in the low rotation region and the high rotation region, and the target electrical angle may be set small in the intermediate region. . A specific example of the method for setting the target electrical angle will be described later.

回転数演算部101は、下MOS VDS検出部130の出力信号の立ち上がり周期あるいは立ち下がり周期に基づいて回転数を演算している。下MOS VDS検出部130の出力信号を用いることにより、車両用発電機1の出力電圧VB の変動に関係なく、安定した回転数検出が可能になる。 The rotation speed calculation unit 101 calculates the rotation speed based on the rising cycle or the falling cycle of the output signal of the lower MOS V DS detection unit 130. By using the output signal of the lower MOS V DS detection unit 130, stable rotation speed detection can be performed regardless of fluctuations in the output voltage V B of the vehicular generator 1.

同様に、下MOSオンタイミング判定部104は、下MOS VDS検出部130の出力信号(下アーム・オン期間)を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをローサイド側のMOSトランジスタ51のオンタイミングとして判定し、ドライバ172に指示を送る。ドライバ172は、この指示に応じてMOSトランジスタ51をオンする。 Similarly, the lower MOS ON timing determination unit 104 monitors the output signal (lower arm ON period) of the lower MOS V DS detection unit 130, and the rising of the output signal from the low level to the high level is detected on the low side. Is determined as the ON timing of the MOS transistor 51, and an instruction is sent to the driver 172. The driver 172 turns on the MOS transistor 51 in response to this instruction.

下MOSオフタイミング演算部109は、MOSトランジスタ51がオンされてから所定時間経過後をMOSトランジスタ51のオフタイミングとして判定し、ドライバ172に指示を送る。ドライバ172は、この指示に応じてMOSトランジスタ51をオフする。   The lower MOS off timing calculation unit 109 determines that a predetermined time has elapsed after the MOS transistor 51 is turned on as the off timing of the MOS transistor 51 and sends an instruction to the driver 172. The driver 172 turns off the MOS transistor 51 in response to this instruction.

このオフタイミングを決定する所定時間は、下アーム・オン期間の終了時点(下MOS VDS検出部130の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点)よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。 The predetermined time for determining the OFF timing is earlier than the end point of the lower arm ON period (the time point when the output signal of the lower MOS VDS detection unit 130 falls from the high level to the low level) by “target electrical angle”. As described above, the variable setting is made each time.

この目標電気角は、MOSトランジスタ51を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもMOSトランジスタ51のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部105によって設定される。   The target electrical angle is set so that the off timing of the MOS transistor 51 is not delayed from the end of the energization period in the diode rectification when considering the case where the MOS transistor 51 is always turned off and rectification is performed through the diode. And is set by the target electrical angle setting unit 105.

ところで、実際には、上アーム・オン期間や下アーム・オン期間の終了時点は、MOSトランジスタ50、51をオフする時点ではわかっていないため、上MOSオフタイミング演算部107や下MOSオフタイミング演算部109は、半周期前の情報をフィードバックすることにより、MOSトランジスタ50やMOSトランジスタ51のオフタイミングの設定精度を上げている。   Actually, the end time of the upper arm on period and the lower arm on period is not known at the time when the MOS transistors 50 and 51 are turned off. Therefore, the upper MOS off timing calculation unit 107 and the lower MOS off timing calculation are performed. The unit 109 raises the setting accuracy of the off timing of the MOS transistor 50 and the MOS transistor 51 by feeding back the information before the half cycle.

例えば、ハイサイド側のMOSトランジスタ50のオフタイミングは以下のようにして設定される。下MOS・TFB時間演算部108は、半周期前のローサイド側のMOSトランジスタ51をオフしてから下アーム・オン期間の終了時点までの時間(電気角)TFB2 (図8)を演算し、上MOSオフタイミング演算部107は、このTFB2 から目標電気角を差し引いたΔTを求める。回転等が安定していればTFB2 と目標電気角とが等しくなってΔT=0となるはずであるが、(1)車両の加減速に伴う回転変動、(2)エンジン回転の脈動、(3)電気負荷の変動、(4)所定のプログラムを実行して制御部100を実現する場合の動作クロック周期の変動、(5)ドライバ170、182にMOSトランジスタ50、51をオフする指示を出してから実際にオフされるまでのターンオフ遅れ、などに伴ってΔTが0にならないことが多い。 For example, the off timing of the high-side MOS transistor 50 is set as follows. The lower MOS · T FB time calculation unit 108 calculates the time (electrical angle) T FB2 (FIG. 8) from turning off the low-side MOS transistor 51 half a cycle ago to the end of the lower arm ON period. The upper MOS off timing calculation unit 107 obtains ΔT obtained by subtracting the target electrical angle from TFB2 . If the rotation or the like is stable, T FB2 and the target electrical angle should be equal and ΔT = 0, but (1) rotational fluctuation accompanying acceleration / deceleration of the vehicle, (2) pulsation of engine rotation, ( 3) Variation in electrical load, (4) Variation in operation clock cycle when realizing the control unit 100 by executing a predetermined program, (5) Instructing the drivers 170 and 182 to turn off the MOS transistors 50 and 51 In many cases, ΔT does not become zero with a delay in turn-off until the actual turn-off.

そこで、上MOSオフタイミング演算部107は、半周期前に下MOSオフタイミング演算部109で用いられた下MOSオン期間をΔTに基づいて補正して上MOSオン期間を設定し、MOSトランジスタ50のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、上MOSオン期間は、以下の式で設定される。   Therefore, the upper MOS off timing calculation unit 107 sets the upper MOS on period by correcting the lower MOS on period used by the lower MOS off timing calculation unit 109 half a cycle before based on ΔT. The off timing is determined. Specifically, when the correction coefficient is α, the upper MOS on period is set by the following equation.

(上MOSオン期間)=(半周期前の下MOSオン期間)+ΔT×α
同様に、ローサイド側のMOSトランジスタ51のオフタイミングは以下のようにして設定される。上MOS・TFB時間演算部106は、半周期前のハイサイド側のMOSトランジスタ50をオフしてから上アーム・オン期間の終了時点までの時間(電気角)TFB1 (図8)を演算し、下MOSオフタイミング演算部109は、このTFB1 から目標電気角を差し引いたΔTを求める。下MOSオフタイミング演算部109は、半周期前に上MOSオフタイミング演算部107で用いられた上MOSオン期間をΔTに基づいて補正して下MOSオン期間を設定し、MOSトランジスタ51のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、下MOSオン期間は、以下の式で設定される。
(Upper MOS on period) = (Lower MOS on period before half cycle) + ΔT × α
Similarly, the off timing of the low-side MOS transistor 51 is set as follows. The upper MOS · T FB time calculation unit 106 calculates the time (electrical angle) T FB1 (FIG. 8) from turning off the high-side MOS transistor 50 half a cycle before the end of the upper arm ON period. Then, the lower MOS off timing calculation unit 109 obtains ΔT obtained by subtracting the target electrical angle from TFB1 . The lower MOS off timing calculation unit 109 sets the lower MOS on period by correcting the upper MOS on period used by the upper MOS off timing calculation unit 107 half a cycle before based on ΔT, and the off timing of the MOS transistor 51 Is determined. Specifically, when the correction coefficient is α, the lower MOS on period is set by the following equation.

(下MOSオン期間)=(半周期前の上MOSオン期間)+ΔT×α
このようにして、ダイオード整流を行う場合と同じ周期で、ハイサイド側のMOSトランジスタ50とローサイド側のMOSトランジスタ51が交互にオンされ、MOSトランジスタ50、51を用いた低損失の同期整流動作が行われる。
(Lower MOS on period) = (Upper MOS on period before half cycle) + ΔT × α
In this way, the high-side MOS transistor 50 and the low-side MOS transistor 51 are alternately turned on in the same cycle as when diode rectification is performed, and a low-loss synchronous rectification operation using the MOS transistors 50 and 51 is performed. Done.

(3)目標電気角の設定手法
次に、目標電気角の設定手法について説明する。目標電気角は、回転数に応じた値が設定される。それは、MOSトランジスタ50、51をオフするタイミングが上アーム・オン期間や下アーム・オン期間の終了時点よりも遅くならないように同期制御を行うために必要な目標電気角の値(最小値)が回転数に依存するからである。具体的には、上述した上MOSオフタイミング演算部107や下MOSオフタイミング演算部109におけるオフタイミングの設定動作について説明したように、(A)車両の加減速に伴う回転変動、(B)エンジン回転の脈動、(C)電気負荷の変動、(D)所定のプログラムをCPUで実行して制御部100を実現する場合の動作クロック周期の変動、(E)ドライバ170、172にMOSトランジスタ50、51をオフする指示を出してから実際にオフされるまでのターンオフ遅れ、などに伴ってΔTが0にならないのと同じ理由で、必要な目標電気角の値を回転数に応じて変化させている。
(3) Target Electric Angle Setting Method Next, a target electric angle setting method will be described. The target electrical angle is set to a value corresponding to the rotational speed. This is because the value (minimum value) of the target electrical angle necessary for performing synchronous control so that the timing for turning off the MOS transistors 50 and 51 does not become later than the end point of the upper arm on period or the lower arm on period. This is because it depends on the rotational speed. Specifically, as described for the off-timing setting operation in the upper MOS off-timing computing unit 107 and the lower MOS off-timing computing unit 109 described above, (A) rotational fluctuation accompanying acceleration / deceleration of the vehicle, (B) engine Pulsation of rotation, (C) fluctuation of electrical load, (D) fluctuation of operation clock cycle when the control unit 100 is realized by executing a predetermined program by the CPU, (E) MOS transistor 50 in the drivers 170 and 172, For the same reason that ΔT does not become 0 due to a turn-off delay from when an instruction to turn off 51 is issued until it is actually turned off, the required target electrical angle value is changed according to the rotational speed. Yes.

上記のAのケースに対応する図9において、横軸は車両用発電機1の回転数を、縦軸は車両用発電機1の回転数が1秒間で2000rpmから16000rpmまで上昇する回転変動が生じたときに上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さがどの程度変動したかを表す電気角をそれぞれ示している。なお、図9において実線で示す特性は回転子が8極の場合に、点線で示す特性は回転子が6極の場合に対応している。   In FIG. 9 corresponding to the above case A, the horizontal axis represents the rotational speed of the vehicle generator 1, and the vertical axis represents the rotational fluctuation in which the rotational speed of the vehicle generator 1 increases from 2000 rpm to 16000 rpm in 1 second. The electrical angles representing how much the lengths of the upper arm on period and the lower arm on period fluctuated at the same time are shown. In FIG. 9, the characteristic indicated by the solid line corresponds to the case where the rotor has 8 poles, and the characteristic indicated by the dotted line corresponds to the case where the rotor has 6 poles.

図9に示すように、回転数が低いほど電気角で表したオン期間変動の程度が大きくなり、回転数が高いほど電気角で表したオン期間変動の程度が小さくなる。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定する必要があるといえる。   As shown in FIG. 9, the lower the number of rotations, the greater the degree of on-period variation expressed in electrical angle, and the higher the number of rotations, the smaller the degree of on-period variation expressed in electrical angle. If this characteristic is reflected, it can be said that the target electrical angle needs to be set to a larger value as the speed becomes lower, and the target electrical angle needs to be set to a smaller value as the speed becomes higher.

上記のBのケースに対応する図10において、横軸は車両用発電機1の回転数を、縦軸はプーリ比を2.5として上述したエンジン回転の変動が生じたときに上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さがどの程度変動したかを表す電気角をそれぞれ示している。なお、図10において実線で示す特性は回転子が8極の場合に、点線で示す特性は回転子が6極の場合に対応している。   In FIG. 10 corresponding to the case B above, the horizontal axis is the rotational speed of the vehicle generator 1 and the vertical axis is the pulley ratio is 2.5. The electrical angle representing how much the length of the period and the lower arm on period fluctuated is shown. In FIG. 10, the characteristic indicated by the solid line corresponds to the case where the rotor has 8 poles, and the characteristic indicated by the dotted line corresponds to the case where the rotor has 6 poles.

図10に示すように、回転数が低いほど電気角で表したオン期間変動の程度が大きくなり、回転数が高いほど電気角で表したオン期間変動の程度が小さくなる。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定する必要があるといえる。   As shown in FIG. 10, the lower the number of rotations, the greater the degree of on-period variation expressed in electrical angle, and the higher the number of rotations, the smaller the degree of on-period variation expressed in electrical angle. If this characteristic is reflected, it can be said that the target electrical angle needs to be set to a larger value as the speed becomes lower, and the target electrical angle needs to be set to a smaller value as the speed becomes higher.

上記のCのケースに対応する図11において、横軸は車両用発電機1の回転数を、縦軸は50Aの電気負荷10が切断されて出力電圧VB が13.5V〜14.0Vに変更したときに上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さがどの程度変動したかを表す電気角をそれぞれ示している。なお、図11において実線で示す特性は回転子が8極の場合に、点線で示す特性は回転子が6極の場合に対応している。 In FIG. 11 corresponding to the above case C, the horizontal axis represents the rotational speed of the vehicular generator 1, and the vertical axis represents the output voltage V B of 13.5V to 14.0V with the 50A electric load 10 cut off. Electric angles representing how much the lengths of the upper arm on period and the lower arm on period fluctuate when changed are shown. In FIG. 11, the characteristic indicated by the solid line corresponds to the case where the rotor has eight poles, and the characteristic indicated by the dotted line corresponds to the case where the rotor has six poles.

図11に示すように、回転数が低いほど電気角で表したオン期間変動の程度が大きくなり、回転数が高いほど電気角で表したオン期間変動の程度が小さくなる。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定する必要があるといえる。   As shown in FIG. 11, the lower the number of rotations, the greater the degree of on-period variation expressed in electrical angle, and the higher the number of rotations, the smaller the degree of on-period variation expressed in electrical angle. If this characteristic is reflected, it can be said that the target electrical angle needs to be set to a larger value as the speed becomes lower, and the target electrical angle needs to be set to a smaller value as the speed becomes higher.

上記のEのケースに対応する図12において、横軸は車両用発電機1の回転数を、縦軸はドライバ170、172のそれぞれにオフする指示を行ってから実際にオフされるまでのターンオフ遅れを15μ秒としたときに上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さがどの程度変動したかを表す電気角をそれぞれ示している。なお、図12において実線で示す特性は回転子が8極の場合に、点線で示す特性は回転子が6極の場合に対応している。   In FIG. 12 corresponding to the above case E, the horizontal axis represents the rotational speed of the vehicle generator 1, and the vertical axis represents the turn-off from when the drivers 170 and 172 are instructed to turn off to when they are actually turned off. Electric angles representing how much the lengths of the upper arm on period and the lower arm on period fluctuate when the delay is 15 μs are shown. In FIG. 12, the characteristic indicated by the solid line corresponds to the case where the rotor has 8 poles, and the characteristic indicated by the dotted line corresponds to the case where the rotor has 6 poles.

図12に示すように、回転数が低いほど電気角で表したオン期間変動の程度が小さくなり、回転数が高いほど電気角で表したオン期間変動の程度が大きくなる。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定する必要があるといえる。   As shown in FIG. 12, the lower the rotational speed, the smaller the degree of on-period variation expressed in electrical angle, and the higher the rotational speed, the greater the degree of on-period variation expressed in electrical angle. If this characteristic is reflected, it can be said that the target electrical angle needs to be set to a smaller value as the rotation speed becomes lower, and the target electrical angle needs to be set to a larger value as the rotation speed becomes higher.

また、上記以外では、クロック周期の変動を考慮する必要がある(上記のDのケースに対応する)。例えば、2MHzのシステムクロックを使用する場合にその精度が±β%、すなわちβ%の変動があるものとすると、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の長さの変動は、高回転域ほど大きくなり、低回転域ほど小さくなる。これは、クロックの精度は回転数に関係なく一定であるが、相電圧VP の電気角1周期分の時間は高回転域になるほど短くなるため、オン期間に占めるクロック変動分の相対的な割合が大きくなるからである。この特性を反映させると、低回転域になるほど目標電気角を小さな値に設定し、高回転域になるほど目標電気角を大きな値に設定する必要があるといえる。 In addition to the above, it is necessary to consider the fluctuation of the clock cycle (corresponding to the above case D). For example, if a 2 MHz system clock is used and its accuracy is ± β%, that is, β% varies, the variation in the length of the upper arm on period and the lower arm on period is The smaller the rotation speed, the smaller the rotation speed. This is because the accuracy of the clock is constant regardless of the number of rotations, but the time for one electrical angle period of the phase voltage V P becomes shorter as the rotation speed becomes higher. This is because the ratio increases. If this characteristic is reflected, it can be said that the target electrical angle needs to be set to a smaller value as the rotation speed becomes lower, and the target electrical angle needs to be set to a larger value as the rotation speed becomes higher.

上述したAからEのケースに対応する各種の要因の組合せを想定した電気角の変動の様子を示す図13において、横軸は車両用発電機1の回転数を、縦軸は各種の要因に対応した電気角変動の累積値をそれぞれ示している。なお、図13に示す特性Sは回転子が8極の場合の電気角変動の累積値である。   In FIG. 13 showing the state of fluctuation of the electrical angle assuming the combination of various factors corresponding to the cases A to E described above, the horizontal axis represents the rotation speed of the vehicle generator 1 and the vertical axis represents the various factors. The corresponding accumulated values of electrical angle fluctuation are shown. The characteristic S shown in FIG. 13 is a cumulative value of the electrical angle fluctuation when the rotor has 8 poles.

図13に示すように、AからEのケースに対応する各種の要因を組み合わせると、低速回転域と高速回転域において電気角変動の程度が大きくなり、中速回転域において電気角変動の程度が小さくなることがわかる。目標電気角設定部105は、この特性を反映させて、すなわち、低速回転域と高速回転域において目標電気角の値を大きく、中速回転域において目標電気角の値を小さく設定する。図13においてP、Qで示された2種類の特性は、このようにして設定された目標電気角を示している。一方のPで示された目標電気角は、回転数に応じて値が連続的に変化するようにしたものである。この場合には、回転数に応じて目標電気角の最小値を設定することが可能となる。また、他方のQで示された目標電気角は、回転数に応じて値が階段状に変化するようにしてものである。この場合には、例えば回転数に応じて変化する複数の値をテーブルの形式で記憶しておけばよいため、目標電気角の可変設定に必要な構成を簡略化することができる。   As shown in FIG. 13, when various factors corresponding to the cases A to E are combined, the degree of electrical angle fluctuation becomes large in the low speed rotation range and the high speed rotation range, and the degree of electrical angle fluctuation in the medium speed rotation range. It turns out that it becomes small. The target electrical angle setting unit 105 reflects this characteristic, that is, sets the target electrical angle value large in the low speed rotation range and the high speed rotation range, and sets the target electrical angle value small in the medium speed rotation range. The two types of characteristics indicated by P and Q in FIG. 13 indicate the target electrical angle set in this way. One of the target electrical angles indicated by P is such that the value changes continuously according to the rotational speed. In this case, the minimum value of the target electrical angle can be set according to the rotation speed. The target electrical angle indicated by Q on the other side has a value that changes stepwise according to the rotational speed. In this case, for example, a plurality of values that change according to the number of rotations may be stored in the form of a table, so that the configuration necessary for variably setting the target electrical angle can be simplified.

本実施形態の車両用発電機1では、目標電気角の値を回転数に応じて可変設定することにより、MOSトランジスタ50、51がオフされてからダイオードに電流が流れる期間を確保するとともにこの期間を短くすることができるため、ダイオード整流によって生じる損失を低減し、発電効率の向上を図ることが可能となる。特に、低速回転域および高速回転域では目標電気角の値を大きく、中速回転域では目標回転角の値を小さく設定することにより、目標電気角の適切な値を回転数毎に設定することができ、損失低減および発電効率の向上を各回転域で実現することができる。   In the vehicle generator 1 of the present embodiment, by setting the target electrical angle value variably in accordance with the rotational speed, a period during which current flows through the diode after the MOS transistors 50 and 51 are turned off is secured and this period is set. Therefore, it is possible to reduce loss caused by diode rectification and improve power generation efficiency. In particular, by setting a large target electrical angle value in the low-speed rotation range and high-speed rotation range, and setting a small target rotation angle value in the medium-speed rotation range, set an appropriate value for the target electrical angle for each rotation speed. Therefore, loss reduction and improvement in power generation efficiency can be realized in each rotation region.

また、目標電気角を連続的に変化させることにより、回転数等に応じて目標電気角の最小値を設定することが可能となり、損失を最小限に抑えて発電効率を最大とすることができる。また、目標電気角を階段状に可変することにより、目標電気角の可変設定に必要な構成を簡略化することができる。   In addition, by continuously changing the target electrical angle, it is possible to set the minimum value of the target electrical angle according to the rotational speed and the like, and the power generation efficiency can be maximized while minimizing loss. . Further, by changing the target electrical angle in a step shape, the configuration necessary for variably setting the target electrical angle can be simplified.

ところで、上述した実施形態では、目標電気角の値を回転数に応じて可変設定したが、さらに温度や出力電流を回転数と組み合わせて目標電気角の値を設定するようにしてもよい。   In the embodiment described above, the value of the target electrical angle is variably set according to the rotational speed. However, the target electrical angle value may be set by further combining the temperature and the output current with the rotational speed.

例えば、一般に、クロック発生器が発生するクロックの周期は温度が高くなるほど変動が大きくなる。このクロック発生器が整流器モジュール5X等に内蔵されている場合を考えると、温度検出部150によって検出される温度はこのクロック発生器の温度と一致すると考えることができる。目標電気角設定部105は、温度検出部150によって検出された温度が高く、かつ、回転数に対して目標電気角が増加しているときに目標電気角を大きな値に設定し、温度が低いほど目標電気角を小さな値に設定する。温度による影響を加味することにより、さらに目標電気角の適切な値を設定することができ、さらなる損失低減および発電効率向上が可能となる。   For example, in general, the period of the clock generated by the clock generator varies more as the temperature increases. Considering the case where this clock generator is built in the rectifier module 5X or the like, it can be considered that the temperature detected by the temperature detector 150 matches the temperature of this clock generator. The target electrical angle setting unit 105 sets the target electrical angle to a large value when the temperature detected by the temperature detection unit 150 is high and the target electrical angle is increasing with respect to the rotation speed, and the temperature is low. The target electrical angle is set to a smaller value. By taking into account the influence of temperature, it is possible to further set an appropriate value of the target electrical angle, and to further reduce loss and improve power generation efficiency.

また、一般に、出力電流が多いほど相電圧VP の上昇および下降が急峻になり、反対に出力電流が少ないほど相電圧VP の上昇および下降がなだらかになる。上述したように、上アーム・オン期間が終了する時点と実際にMOSトランジスタ50と並列なダイオードに流れる電流が停止するタイミングとはずれており、このずれの程度は、相電圧VP の変化がなだらかになる小出力時の方が顕著になる。目標電気角設定部105は、出力電流が少ないほど目標電気角を大きな値に設定し、出力電流が多いほど目標電気角を小さな値に設定する。出力電流変化による影響を加味することにより、さらに目標電気角の適切な値を設定することができ、さらなる損失低減および発電効率向上が可能となる。なお、出力電流の大小は、発電制御装置7のF端子から界磁巻線4に供給されるPWM信号のオンデューティを監視することにより判定することができる。あるいは、出力電流の大小は、例えば図2に示すMOSトランジスタ51のソースとバッテリ9の負極端子(アース)との間に電流検出用抵抗を挿入し、この電流検出用抵抗の両端電圧に基づいて判定するようにしてもよい。 In general, the increase and decrease of the phase voltage V P becomes steeper as the output current increases, and conversely, the increase and decrease of the phase voltage V P becomes gentler as the output current decreases. As stated above, there are deviated from the timing of current flowing in the actual MOS transistor 50 parallel with the diode and the time the upper arm on period ends stops, the degree of this deviation, gradual change of the phase voltage V P It becomes more noticeable at small output. The target electrical angle setting unit 105 sets the target electrical angle to a larger value as the output current decreases, and sets the target electrical angle to a smaller value as the output current increases. By taking into account the effect of the change in output current, it is possible to set an appropriate value for the target electrical angle, and to further reduce loss and improve power generation efficiency. Note that the magnitude of the output current can be determined by monitoring the on-duty of the PWM signal supplied from the F terminal of the power generation control device 7 to the field winding 4. Alternatively, the magnitude of the output current is determined based on, for example, a current detection resistor inserted between the source of the MOS transistor 51 shown in FIG. 2 and the negative terminal (ground) of the battery 9, and the voltage across the current detection resistor. You may make it determine.

(4)同期制御の開始判定
次に、上述した同期制御に移行するか否かの判定動作について説明する。整流器モジュール5X等が起動された直後や、何らかの異常が発生して同期制御を一旦停止した後は、所定の同期制御開始条件を満たす場合に同期制御に移行する。なお、本実施形態では、直ちに同期整流に移行するのではなく、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間(図8)を徐々に長くする遷移整流動作を経て同期整流に移行している。遷移整流動作については後述する。
(4) Determination of start of synchronous control Next, an operation for determining whether or not to shift to the above-described synchronous control will be described. Immediately after the rectifier module 5X or the like is activated, or after a certain abnormality occurs and the synchronous control is temporarily stopped, the process shifts to the synchronous control when a predetermined synchronous control start condition is satisfied. In the present embodiment, instead of immediately shifting to synchronous rectification, the transition is made to synchronous rectification through a transition rectification operation that gradually lengthens the upper arm on period and the lower arm on period (FIG. 8). The transition rectification operation will be described later.

同期制御開始処理部102は、同期制御開始条件を満たすか否かの判定を行い、満たすと判断した場合には、遷移整流動作の制御を行った後に、同期制御開始条件を満たす旨の通知が上MOSオンタイミング判定部103と下MOSオンタイミング判定部104に送られる。以後、上述した同期制御が実施されて、MOSトランジスタ50、51が交互にオンされる。   The synchronous control start processing unit 102 determines whether or not the synchronous control start condition is satisfied, and if it is determined that the synchronous control start condition is satisfied, a notification that the synchronous control start condition is satisfied is performed after controlling the transition rectification operation. It is sent to the upper MOS on timing determination unit 103 and the lower MOS on timing determination unit 104. Thereafter, the above-described synchronization control is performed, and the MOS transistors 50 and 51 are alternately turned on.

同期制御開始条件としては、以下の(A)〜(F)が用いられる。
(A)上アーム・オン期間と下アーム・オン期間(図8)が上下連続して32回発生する。なお、32回は、8極の回転子を想定し、機械角2回転分に相当する値である。この値は、1回転に相当する値である16や、3回転以上に相当する値、あるいは機械角1回転の整数倍に相当する値以外に変更してもよい。
(B)出力電圧VB が正常範囲である7Vより高く18Vよりも低い範囲に含まれる。なお、12V系の車両システムを想定して正常範囲の下限値を7V、上限値を18Vとしたが、これらの下限値および上限値は適宜変更するようにしてもよい。また、24V系等の車両システムでは、発電電圧に合わせて下限値および上限値を変更する必要がある。
(C)MOSトランジスタ50、51について過熱状態の判定がなされていない。
(D)ロードダンプ保護動作中でない。
(E)出力電圧VB の変動が0.5V/200μ秒よりも小さい。なお、同期制御を開始したときにこの変動がどの程度許容されるかは、使用する素子やプログラムによって変化するため、この変動の許容値は、使用する素子等に応じて適宜変更するようにしてもよい。
(F)TFB1、TFB2がともに15μ秒より長い。なお、これらの期間がどの程度以下になると異常といえるかは、異常の発生原因等によって変化するため、この許容値(15μ秒)は、異常発生原因等に応じて適宜変更するようにしてもよい。また、TFB1、TFB2は、上MOS・TFB時間演算部106、下MOS・TFB時間演算部108によって同期制御動作中に演算されるものとして説明したが、同期制御開始前であってもこれらの演算は行われており、同期制御の開始判定に用いられる。
The following (A) to (F) are used as the synchronous control start conditions.
(A) The upper arm on period and the lower arm on period (FIG. 8) occur 32 times in succession. Note that 32 times is a value corresponding to two mechanical angles, assuming an 8-pole rotor. This value may be changed to a value other than 16 corresponding to one rotation, a value corresponding to three or more rotations, or a value corresponding to an integral multiple of one mechanical angle rotation.
(B) The output voltage V B is included in a range that is higher than the normal range of 7V and lower than 18V. Although the lower limit value of the normal range is 7V and the upper limit value is 18V assuming a 12V system, the lower limit value and the upper limit value may be changed as appropriate. Further, in a vehicle system such as a 24V system, it is necessary to change the lower limit value and the upper limit value according to the generated voltage.
(C) The overheat state of the MOS transistors 50 and 51 is not determined.
(D) The load dump protection operation is not in progress.
(E) The fluctuation of the output voltage V B is smaller than 0.5 V / 200 μsec. It should be noted that the degree to which this variation is allowed when synchronous control is started varies depending on the elements and programs used, so the allowable value of this variation should be changed as appropriate according to the elements used. Also good.
(F) Both T FB1 and T FB2 are longer than 15 μs. It should be noted that the extent to which these periods fall below what is considered abnormal depends on the cause of the abnormality, etc., so this allowable value (15 μs) may be changed as appropriate according to the cause of the abnormality. Good. Also, T FB1 and T FB2 have been described as being calculated during the synchronous control operation by the upper MOS · T FB time calculation unit 106 and the lower MOS · T FB time calculation unit 108, but before the start of the synchronous control, These calculations are also performed and are used to determine the start of synchronous control.

図14において、ロードダンプ保護判定部111は、出力電圧VB が20Vを超えたときに、車両用発電機1の出力端子やバッテリ端子が外れてサージ電圧が発生するロードダンプを検出し、ドライバ170、182に指示を送ってハイサイド側のMOSトランジスタ50をオフするとともに、ローサイド側のMOSトランジスタ51をオンするロードダンプ保護動作を開始する。また、ロードダンプ保護判定部111は、一旦20Vよりも高くなった出力電圧VB が低下して17Vより低くなったときに、所定期間のオフの後再度ローサイド側のMOSトランジスタ51をオンする。ロードダンプ保護判定部111は、ロードダンプ保護動作中はハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を同期制御開始処理部102に向けて出力する。 In FIG. 14, when the output voltage V B exceeds 20 V, the load dump protection determination unit 111 detects a load dump in which the output terminal and the battery terminal of the vehicle generator 1 are disconnected and a surge voltage is generated, and the driver 170 and 182 are sent to turn off the high-side MOS transistor 50 and start the load dump protection operation to turn on the low-side MOS transistor 51. The load dump protection determination unit 111 turns on the low-side MOS transistor 51 again after a predetermined period of turn-off when the output voltage V B once higher than 20 V drops and drops below 17 V. The load dump protection determination unit 111 outputs a signal that is at a high level during the load dump protection operation and at a low level at other times to the synchronization control start processing unit 102.

なお、ロードダンプ保護動作の開始あるいは終了時にMOSトランジスタ50、51のオン/オフによって新たなサージ電圧が発生することを避けるため、ロードダンプ保護判定部111は、図8に示す下アーム・オン期間の間にロードダンプ保護動作の開始あるいは終了を行うようにしている。   In order to avoid the occurrence of a new surge voltage due to turning on / off of the MOS transistors 50 and 51 at the start or end of the load dump protection operation, the load dump protection determination unit 111 performs the lower arm on-period shown in FIG. During this period, the load dump protection operation is started or ended.

同期制御が行われる通常時には、図15Aに示すように、相電圧VP は、出力電圧VB (バッテリ9の正極端子電圧)近傍の下限値とグランド端子電圧VGND 近傍の上限値との間で周期的に変化している。一方、ロードダンプ発生時には、ハイサイド側のMOSトランジスタ50がオフされ、ローサイド側のMOSトランジスタ51がオンされ、この状態が維持される。したがって、図15Bに示すように、相電圧VP は、グランド端子電圧VGND を中心に、MOSトランジスタ51のオン時のドレイン・ソース間電圧VDSの範囲で周期的に変化するようになる。なお、図15Bに示す例では、MOSトランジスタ51のオン時のドレイン・ソース間電圧VDSが、例えば0.1Vとして図示されている。但し、このドレイン・ソース間電圧VDSは、使用するMOSトランジスタ51の仕様やゲート電圧等に応じて異なる。 At the normal time when the synchronization control is performed, as shown in FIG. 15A, the phase voltage V P is between the lower limit value near the output voltage V B (the positive terminal voltage of the battery 9) and the upper limit value near the ground terminal voltage V GND. It changes periodically. On the other hand, when a load dump occurs, the high-side MOS transistor 50 is turned off and the low-side MOS transistor 51 is turned on, and this state is maintained. Therefore, as shown in FIG. 15B, the phase voltage V P periodically changes around the ground terminal voltage V GND in the range of the drain-source voltage V DS when the MOS transistor 51 is on. In the example shown in FIG. 15B, the drain-source voltage V DS when the MOS transistor 51 is on is shown as 0.1 V, for example. However, the drain-source voltage V DS differs depending on the specifications of the MOS transistor 51 used, the gate voltage, and the like.

図3に示した下MOS VDS増幅部142は、オン時のMOSトランジスタ51のドレイン・ソース間電圧VDSを、例えば5倍(−0.5V〜+0.5V)に増幅する(図15C)。また、通電方向判定部144は、例えば+0.35Vに設定されたしきい値電圧と、増幅後のドレイン・ソース間電圧VDSとを比較し、しきい値電圧の方が高いとき(範囲W)にハイレベルの信号を出力し、それ以外のときにローレベルの信号を出力する。 The lower MOS V DS amplifier 142 shown in FIG. 3 amplifies the drain-source voltage V DS of the MOS transistor 51 when turned on, for example, by a factor of 5 (−0.5 V to +0.5 V) (FIG. 15C). . The energization direction determination unit 144 compares, for example, the threshold voltage set to +0.35 V with the drain-source voltage V DS after amplification, and the threshold voltage is higher (range W ) Outputs a high level signal, and outputs a low level signal at other times.

図15Cにおいて、Wで示された範囲は、通常時にローサイド側のMOSトランジスタ51がオンされるタイミングにほぼ対応している。本実施形態では、このWの範囲を、ロードダンプ保護動作を開始あるいは終了させるタイミングとしている。すなわち、このWの範囲に含まれていれば、ロードダンプ保護動作を開始するためにローサイド側の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同じ方向にMOSトランジスタ51を介して電流が流れることになるため、サージ電圧の発生を抑制することができる。また、このWの範囲に含まれていれば、ロードダンプ保護動作を終了するためにローサイド側のMOSトランジスタ51をオフする前に、このMOSトランジスタ51を介して流れる電流の向きと、オフした後に、このMOSトランジスタ51に並列接続されたダイオードを介して流れる電流の向きが同じになるため、サージ電圧の発生を抑制することができる。   In FIG. 15C, the range indicated by W substantially corresponds to the timing when the low-side MOS transistor 51 is turned on during normal operation. In this embodiment, the range of W is set as a timing for starting or ending the load dump protection operation. That is, if included in the range of W, when the low-side MOS transistor 51 is turned on to start the load dump protection operation, the same direction as the forward direction of the diode connected in parallel to the MOS transistor 51 Since current flows through the MOS transistor 51, generation of surge voltage can be suppressed. In addition, if included in the range of W, before turning off the low-side MOS transistor 51 in order to end the load dump protection operation, the direction of the current flowing through the MOS transistor 51 and after turning off the MOS transistor 51 are turned off. Since the direction of the current flowing through the diode connected in parallel to the MOS transistor 51 is the same, the generation of a surge voltage can be suppressed.

なお、上述したしきい値電圧にはヒステリシス特性を持たせるようにしてもよい。例えば、ドレイン・ソース間電圧VDSの方が低い場合のしきい値電圧を+0.35Vとし、ドレイン・ソース間電圧VDSの方が高くなった後のしきい値電圧を+0.3Vとする場合が考えられる。これにより、ドレイン・ソース間電圧VDSがしきい値電圧付近で変更した場合に、通電方向判定部144の出力信号のレベルが頻繁に切り替わることを防止することができる。 Note that the threshold voltage described above may have hysteresis characteristics. For example, the threshold voltage when the drain-source voltage V DS is lower is +0.35 V, and the threshold voltage after the drain-source voltage V DS is higher is +0.3 V. There are cases. Thereby, when the drain-source voltage V DS is changed in the vicinity of the threshold voltage, it is possible to prevent the level of the output signal of the energization direction determination unit 144 from being frequently switched.

B 範囲判定部113は、出力電圧検出部110によって検出された出力電圧VB が7〜18Vの範囲に含まれているか否かを判定し、含まれている場合にはローレベル、含まれていない場合(7V以下か18V以上の場合)にはハイレベルの信号を出力する。VB 変動判定部114は、出力電圧検出部110によって検出された出力電圧VB の変動が0.5V/200μ秒よりも小さいか否かを判定し、小さい場合にはローレベル、大きい場合にはハイレベルの信号を出力する。TFB時間判定部115は、上MOS・TFB時間演算部106によって検出されたTFB1 と、下MOS・TFB時間演算部108によって検出されたTFB2 のそれぞれが15μ秒よりも長いか否かを判定し、長い場合にはローレベル、以下の場合にハイレベルの信号を出力する。 The V B range determination unit 113 determines whether or not the output voltage V B detected by the output voltage detection unit 110 is included in the range of 7 to 18 V. If included, the low level is included. If not (higher than 7V or higher than 18V), a high level signal is output. The V B fluctuation determination unit 114 determines whether or not the fluctuation of the output voltage V B detected by the output voltage detection unit 110 is smaller than 0.5 V / 200 μsec. Outputs a high level signal. The T FB time determination unit 115 determines whether T FB1 detected by the upper MOS · T FB time calculation unit 106 and T FB2 detected by the lower MOS · T FB time calculation unit 108 are longer than 15 μs. A low level signal is output if it is long, and a high level signal is output in the following cases.

過熱保護部123は、温度検出部150の出力信号に基づいて過熱状態発生の有無を判定するとともに、過熱状態発生時には過熱保護動作を行う。過熱状態になると、過熱保護部123は、その旨を示す過熱フラグをセットし、この過熱フラグに対応する出力信号をハイレベルにする。   The overheat protection unit 123 determines whether or not an overheat state has occurred based on the output signal of the temperature detection unit 150, and performs an overheat protection operation when an overheat state occurs. When the overheat state is reached, the overheat protection unit 123 sets an overheat flag indicating that and sets the output signal corresponding to the overheat flag to a high level.

なお、図14では、VB 範囲判定部113、VB 変動判定部114、TFB時間判定部115を同期制御開始処理部102の外部に設けたが、同期制御開始処理部102に内蔵するようにしてもよい。また、上述した例では、(A)〜(F)の全ての条件を満たす場合に同期制御を開始する場合を想定したが、(B)〜(F)の少なくとも一つと(A)とを組み合わせて同期制御開始条件としてもよい。 In FIG. 14, the V B range determination unit 113, the V B variation determination unit 114, and the T FB time determination unit 115 are provided outside the synchronization control start processing unit 102, but are included in the synchronization control start processing unit 102. It may be. In the above-described example, it is assumed that synchronous control is started when all the conditions (A) to (F) are satisfied, but at least one of (B) to (F) and (A) are combined. Thus, the synchronous control start condition may be used.

図16において、「カウント値」は上アーム・オン期間と下アーム・オン期間のそれぞれの立ち上がり(開始タイミング)に同期したカウント値を、「TFB時間フラグ」はTFB時間判定部115の出力を、「電圧範囲フラグ」はVB 範囲判定部113の出力を、「LDフラグ」はロードダンプ保護判定部111の出力を、「過熱フラグ」は過熱保護部123の出力を、「電圧変動フラグ」はVB 変動判定部114の出力をそれぞれ示している。 In FIG. 16, “count value” is a count value synchronized with the rising (start timing) of each of the upper arm on period and the lower arm on period, and “T FB time flag” is an output of the T FB time determination unit 115. “Voltage range flag” indicates the output of the V B range determination unit 113, “LD flag” indicates the output of the load dump protection determination unit 111, “Overheat flag” indicates the output of the overheat protection unit 123, and “Voltage variation flag” "Indicates the output of the V B fluctuation determination unit 114, respectively.

同期制御開始処理部102は、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間のそれぞれの立ち上がりに同期したカウント動作を行い、このカウント動作のカウント値が「32」に達したときに同期制御開始を示す信号(ローレベルが同期制御開始を示し、ハイレベルが同期制御停止を示している)を上MOSオンタイミング判定部103および下MOSオンタイミング判定部104に入力する。上MOSオンタイミング判定部103および下MOSオンタイミング判定部104では、同期制御開始を示す信号が入力されると、MOSトランジスタ50、51を交互にオンする同期制御を開始する。   The synchronization control start processing unit 102 performs a count operation synchronized with the rising of each of the upper arm on period and the lower arm on period, and starts the synchronization control when the count value of the count operation reaches “32”. A signal (low level indicates start of synchronous control and high level indicates stop of synchronous control) is input to the upper MOS on timing determination unit 103 and the lower MOS on timing determination unit 104. When the upper MOS on timing determination unit 103 and the lower MOS on timing determination unit 104 receive a signal indicating the start of synchronous control, the synchronous control for alternately turning on the MOS transistors 50 and 51 is started.

ところで、同期制御開始処理部102は、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の立ち上がりの間隔が電気角で1周期以下であること、TFB時間判定部115、VB 範囲判定部113、ロードダンプ保護判定部111、過熱保護部123、VB 変動判定部114の各出力(TFB時間フラグ、電圧範囲フラグ、LDフラグ、過熱フラグ、電圧変動フラグ)が全てローレベルであること、を条件に上述したカウント動作を継続する。反対に、同期制御開始処理部102は、カウント値が32に達するまでに、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の立ち上がりの間隔が電気角で1周期を超えたり、TFB時間判定部115、VB 範囲判定部113、ロードダンプ保護判定部111、過熱保護部123、VB 変動判定部114のいずれかの出力がハイレベルになった場合には、カウント値を0にリセットし、カウント動作継続の条件を満たすようになってからカウント動作を再開する。 By the way, the synchronization control start processing unit 102 determines that the rising interval between the upper arm on period and the lower arm on period is one cycle or less in electrical angle, a T FB time determination unit 115, a V B range determination unit 113, load dump protection determination unit 111, the output of the overheat protection unit 123, V B variation determining section 114 (T FB time flag, voltage range flag, LD flag, overheating flag, voltage fluctuation flag) that are all at the low level, the The count operation described above is continued under the condition. On the contrary, the synchronization control start processing unit 102 has a rising interval between the upper arm on period and the lower arm on period exceeding one cycle in electrical angle until the count value reaches 32, or the TFB time determination unit 115, when the output of any one of the V B range determination unit 113, the load dump protection determination unit 111, the overheat protection unit 123, and the V B fluctuation determination unit 114 becomes high level, the count value is reset to 0, The count operation is restarted after the condition for continuing the count operation is satisfied.

(5)同期制御の停止判定
次に、上述した同期制御中に同期制御を停止するか否かの判定動作について説明する。同期制御停止判定部122は、同期制御中に所定の同期制御停止条件を満たすか否かの判定を行い、満たすと判断した場合にその旨の通知が同期制御開始処理部102、上MOSオンタイミング判定部103、下MOSオンタイミング判定部104、上MOSオフタイミング演算部107、下MOSオフタイミング演算部109に送られる。以後、同期制御開始処理部102によって同期制御が開始されるまで同期制御が停止される。
(5) Determination of stop of synchronous control Next, an operation of determining whether to stop synchronous control during the above-described synchronous control will be described. The synchronization control stop determination unit 122 determines whether or not a predetermined synchronization control stop condition is satisfied during the synchronization control. When it is determined that the condition is satisfied, a notification to that effect is sent to the synchronization control start processing unit 102, the upper MOS on timing. The data is sent to the determination unit 103, the lower MOS on timing determination unit 104, the upper MOS off timing calculation unit 107, and the lower MOS off timing calculation unit 109. Thereafter, the synchronization control is stopped until the synchronization control start processing unit 102 starts the synchronization control.

同期制御停止条件としては、以下の(a)〜(e)が用いられる。
(a)下MOSオフタイミング演算部109によって設定されたMOSトランジスタ51のオフタイミングから、相電圧VP が上昇していって次にMOSトランジスタ50のオンタイミングを判定するために用いられたしきい値V10に達するまでの時間が所定時間よりも短い。
The following (a) to (e) are used as the synchronous control stop condition.
(A) Threshold used to determine the on-timing of the MOS transistor 50 after the phase voltage V P has risen from the off-timing of the MOS transistor 51 set by the lower MOS off-timing calculator 109. The time until the value V10 is reached is shorter than the predetermined time.

この所定時間は、下MOSオフタイミング演算部109によってオフタイミングを指示してから実際にドライバ172によってMOSトランジスタ51がオフされるまでの時間、具体的には、ドライバ172によってMOSトランジスタ51をオフする際のMOSトランジスタ51の駆動能力に応じて設定される。オフタイミング異常判定部121は、この条件を満たす場合(所定時間よりも短い場合)にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。   This predetermined time is the time from when the lower timing is instructed by the lower MOS off timing calculation unit 109 until the MOS transistor 51 is actually turned off by the driver 172. Specifically, the MOS transistor 51 is turned off by the driver 172. It is set according to the driving capability of the MOS transistor 51 at that time. The off-timing abnormality determination unit 121 outputs a signal that is at a high level when this condition is satisfied (when it is shorter than a predetermined time) and at a low level otherwise.

図17に示すように、MOSトランジスタ51をオフするタイミングが下アーム・オン期間の終了タイミングよりも遅くなると、その時点でMOSトランジスタ51を通して流れていた電流を遮断することになるため、サージ電圧が発生する。図17では、サージ電圧がSで示されている。このサージ電圧は、MOSトランジスタ51をオフした直後に発生するものである。実際に下MOSオフタイミング演算部109によってオフタイミングが指示されてからMOSトランジスタ51がオフされるまでに要する時間をt0(図17)とすると、オフタイミング遅れに伴うサージ電圧の発生を検出するために、上述した所定時間は、下MOSオフタイミング演算部109によってオフタイミングを指示してから時間t0よりもβだけ長く設定されている。このβは、時間t0経過後に発生するサージ電圧が含まれる値であって、正常に同期制御を行っているとき(オフタイミング異常が発生していないとき)に、相電圧VP が上昇していってしきい値V10に達するまでの時間よりも短い必要がある。
(b)上MOSオフタイミング演算部107によって設定されたMOSトランジスタ50のオフタイミングから、相電圧VP が低下していって次にMOSトランジスタ51のオンタイミングを判定するために用いられたしきい値V11に達するまでの時間が所定時間よりも短い。
As shown in FIG. 17, when the timing at which the MOS transistor 51 is turned off becomes later than the timing at which the lower arm on period ends, the current flowing through the MOS transistor 51 at that time is cut off. Occur. In FIG. 17, the surge voltage is indicated by S. This surge voltage is generated immediately after the MOS transistor 51 is turned off. If the time required from when the lower MOS off-timing calculation unit 109 is actually instructed to turn off the MOS transistor 51 is t0 (FIG. 17), the occurrence of a surge voltage due to the off-timing delay is detected. In addition, the predetermined time described above is set longer by β than the time t0 after the lower MOS off timing calculation unit 109 instructs the off timing. This β is a value including a surge voltage generated after the elapse of time t0, and the phase voltage V P is increased when the synchronization control is normally performed (when no off-timing abnormality occurs). Therefore, it is necessary to be shorter than the time until the threshold value V10 is reached.
(B) The threshold used to determine the on-timing of the MOS transistor 51 after the phase voltage V P has dropped from the off-timing of the MOS transistor 50 set by the upper MOS off-timing computing unit 107. The time until the value V11 is reached is shorter than the predetermined time.

この所定時間は、上MOSオフタイミング演算部107によってオフタイミングを指示してから実際にドライバ170によってMOSトランジスタ50がオフされるまでの時間、具体的には、ドライバ170によってMOSトランジスタ50をオフする際のMOSトランジスタ50の駆動能力に応じて設定される。オフタイミング異常判定部121は、この条件を満たす場合(所定時間よりも短い場合)にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。   This predetermined time is the time from when the upper timing is instructed by the upper MOS off timing calculation unit 107 to when the MOS transistor 50 is actually turned off by the driver 170, specifically, the driver 170 turns off the MOS transistor 50. It is set according to the driving capability of the MOS transistor 50 at that time. The off-timing abnormality determination unit 121 outputs a signal that is at a high level when this condition is satisfied (when it is shorter than a predetermined time) and at a low level otherwise.

なお、上述した(a)、(b)で示された所定時間は、同じ値であってもよいが、異なる値を用いるようにしてもよい。また、これらの所定時間は、主にドライバ170、182の駆動能力に応じて設定するものであるため、回転数に関係なく一定値を用いることが望ましい。
(c)出力電圧VB の変動が0.5V/200μ秒よりも大きくなった。
The predetermined times indicated by (a) and (b) described above may be the same value, but different values may be used. In addition, these predetermined times are mainly set according to the driving capabilities of the drivers 170 and 182, and therefore it is desirable to use a constant value regardless of the rotational speed.
(C) The fluctuation of the output voltage V B became larger than 0.5 V / 200 μsec.

なお、同期制御を継続する場合にこの変動がどの程度許容されるかは、使用する素子やプログラムによって変化するため、この同期制御の停止判定に用いられる許容値は、使用する素子等に応じて適宜変更するようにしてもよい。   Note that the degree to which this fluctuation is allowed when synchronization control is continued varies depending on the elements and programs used, so the allowable value used for determining whether to stop synchronization depends on the elements used, etc. You may make it change suitably.

例えば、出力電流が150Aから15Aに急に減少すると、図18に示すように、出力電圧VB が上昇する。この出力電圧の上昇に伴って、上アーム・オン期間は、出力変動がない場合の値T10からT11、T12(<T10)に変化する。下アーム・オン期間についても同様である。このように、上アーム・オン期間あるいは下アーム・オン期間自体が短くなると、それまでと同じ手順でオフタイミングを設定しても、MOSトランジスタ50、51のオフタイミングが上アーム・オン期間あるいは下アーム・オン期間よりも遅くなる事態が生じるため、これを回避するために上述した許容値が用いられる。同期制御開始判定でも、同様の趣旨により同じ許容値が用いられているが、この許容値は、同期制御開始判定と同期制御停止判定で異なる値を用いるようにしてもよい。
(d)ロードダンプ保護動作に移行した。
(e)MOSトランジスタ50、51の過熱状態が発生した。
For example, when the output current suddenly decreases from 150 A to 15 A, the output voltage V B increases as shown in FIG. As the output voltage rises, the upper arm ON period changes from the value T10 when there is no output fluctuation to T11 and T12 (<T10). The same applies to the lower arm on period. Thus, when the upper arm on period or the lower arm on period itself is shortened, the off timing of the MOS transistors 50 and 51 is set to the upper arm on period or the lower arm even if the off timing is set in the same procedure as before. Since the situation occurs later than the arm-on period, the above-described tolerance is used to avoid this. In the synchronous control start determination, the same allowable value is used for the same purpose, but different values may be used for the synchronous control start determination and the synchronous control stop determination.
(D) Shifted to load dump protection operation.
(E) The MOS transistors 50 and 51 are overheated.

図19に示す構成は、図7に示した構成の中から同期制御停止判定に必要な構成を抜き出したものである。また、VB 変動判定部114については、図14に示された同期制御開始判定用のVB 変動判定部114がそのまま同期制御停止判定においても用いられている。 The configuration shown in FIG. 19 is obtained by extracting the configuration necessary for the synchronous control stop determination from the configuration shown in FIG. As for the V B variation determination unit 114, V B change determination unit 114 for control start judgment synchronization shown in FIG 14 is also used as such in the synchronization control stop determination.

図19に示すように、同期制御停止判定部122には、オフタイミング異常判定部121、VB 変動判定部114、ロードダンプ保護判定部111、過熱保護部123の各出力が入力されている。 As shown in FIG. 19, the synchronization control stop determination unit 122, the off timing error determination unit 121, V B variation determining section 114, load dump protection determination unit 111, the output of the overheat protection portion 123 is input.

オフタイミング異常判定部121からは、上述した同期制御停止条件(a)あるいは(b)を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、VB 変動判定部114からは、出力電圧検出部110によって検出された出力電圧VB の変動が0.5V/200μ秒よりも大きく、上述した同期制御停止条件(c)を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、ロードダンプ保護判定部111からは、ロードダンプ動作中であって、上述した同期制御停止条件(d)を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、過熱保護部123からは、上述した同期制御停止条件(e)を満たしているとき、具体的には、過熱状態が発生して過熱フラグがセットされたときにハイレベルの信号が出力される。 The off-timing abnormality determination unit 121 outputs a high level signal when the above-described synchronous control stop condition (a) or (b) is satisfied. Further, from the V B fluctuation determining unit 114, the fluctuation of the output voltage V B detected by the output voltage detecting unit 110 is larger than 0.5 V / 200 μsec, and satisfies the above-described synchronous control stop condition (c). Sometimes a high level signal is output. Further, the load dump protection determination unit 111 outputs a high level signal when the load dump operation is being performed and the synchronous control stop condition (d) described above is satisfied. The overheat protection unit 123 outputs a high level signal when the synchronous control stop condition (e) described above is satisfied, specifically, when an overheat state occurs and the overheat flag is set. The

同期制御停止判定部122は、オフタイミング異常判定部121、VB 変動判定部114、ロードダンプ保護判定部111、過熱保護部123の各出力信号の中で一つでもハイレベルのものが含まれている場合には、同期制御停止条件を満たしていると判断し、同期制御を停止する旨の指示が同期制御開始処理部102、上MOSオンタイミング判定部103、下MOSオンタイミング判定部104、上MOSオフタイミング演算部107、下MOSオフタイミング演算部109に送られる。 Synchronization control stop determination unit 122, the off timing error determination unit 121, V B variation determining section 114, load dump protection determination unit 111, also include the high level in one among the output signals of the overheat protection portion 123 If it is determined that the synchronous control stop condition is satisfied, an instruction to stop the synchronous control is sent to the synchronous control start processing unit 102, the upper MOS on timing determining unit 103, the lower MOS on timing determining unit 104, The data is sent to the upper MOS off timing calculation unit 107 and the lower MOS off timing calculation unit 109.

(6)遷移整流動作
次に、遷移整流動作について説明する。図20に示すように、遷移整流は、ダイオード整流から同期整流に切り替わる際に実施される。具体的には、整流器モジュール5X等が動作を開始した直後は、ダイオード整流が行われる。このダイオード整流と並行して、同期制御開始処理部102によって、同期制御開始条件を満たすか否かが判定される。満たさない場合にはダイオード整流が継続される。また、同期制御開始条件を満たす場合には直ちに同期整流を開始するのではなく、同期制御開始処理部102による遷移整流が行われる。
(6) Transition rectification operation Next, the transition rectification operation will be described. As shown in FIG. 20, transition rectification is performed when switching from diode rectification to synchronous rectification. Specifically, diode rectification is performed immediately after the rectifier module 5X and the like start operation. In parallel with this diode rectification, the synchronous control start processing unit 102 determines whether or not the synchronous control start condition is satisfied. If not, diode rectification continues. Further, when the synchronous control start condition is satisfied, the synchronous rectification is not immediately started, but the transition rectification by the synchronous control start processing unit 102 is performed.

図21に示すように、遷移整流は、上MOSオン期間(下MOSオン期間であってもよい)を所定の初期値Tsに設定することにより行われる。上MOSオン期間および下MOSオン期間は、整流動作の所定周期毎(図21に示す例では半周期毎だが、1周期毎あるいはそれ以上の複数周期毎であってもよい)に所定の増加分ΔTaを増加することにより、徐々に増加させている。この増加は、所定値Teに達するまで繰り返される。なお、この徐々に増加する上MOSオン期間および下MOSオン期間に合わせてMOSトランジスタ50、51をオンオフする必要があるが、オンするタイミングは、同期整流の場合と同様に上MOSオンタイミング判定部103、下MOSオンタイミング判定部104によって判定され、MOSトランジスタ50、51がオンされる。また、オフするタイミングは、同期制御開始処理部102から上MOSオフタイミング演算部107、下MOSオフタイミング演算部109に指示される(あるいは、オフタイミングで同期制御開始処理部103からドライバ170、172に指示を送り、MOSトランジスタ50、51を直接オフするようにしてもよい)。   As shown in FIG. 21, the transition rectification is performed by setting the upper MOS on period (may be the lower MOS on period) to a predetermined initial value Ts. The upper MOS on period and the lower MOS on period are predetermined increments for each predetermined cycle of the rectification operation (every half cycle in the example shown in FIG. 21, but may be every one cycle or more than one cycle). By increasing ΔTa, it is gradually increased. This increase is repeated until a predetermined value Te is reached. It is necessary to turn on and off the MOS transistors 50 and 51 in accordance with the gradually increasing upper MOS on period and lower MOS on period, but the timing for turning on is the same as in the case of synchronous rectification. 103, determined by the lower MOS on timing determination unit 104, and the MOS transistors 50 and 51 are turned on. The timing for turning off is instructed from the synchronization control start processing unit 102 to the upper MOS off timing calculation unit 107 and the lower MOS off timing calculation unit 109 (or from the synchronization control start processing unit 103 to the drivers 170 and 172 at the off timing. To turn off the MOS transistors 50 and 51 directly).

上述した増加分ΔTaは、所定周期毎に増加したが、所定時間毎に増加するようにしてもよい。また、上述した初期値Tsおよび増加分ΔTaの少なくとも一方は、固定値を用いる場合の他に、回転数、発電電流、MOSトランジスタ50、51の温度のいずれか、あるいは、2以上の組み合わせに基づいて可変設定するようにしてもよい。なお、出力電流を検出する構成については、後述する図22や図23に示された構成を用いることができる。   The increase ΔTa described above has increased every predetermined period, but may increase every predetermined time. Further, at least one of the initial value Ts and the increment ΔTa described above is based on any one of the rotational speed, the generated current, the temperature of the MOS transistors 50 and 51, or a combination of two or more, in addition to the case where a fixed value is used. May be variably set. In addition, about the structure which detects output current, the structure shown in FIG.22 and FIG.23 mentioned later can be used.

このような遷移整流と並行して、同期制御停止判定部122によって、同期制御停止条件を満たすか否かが判定される。満たす場合には遷移整流が中止され、直ちにダイオード整流に移行する。また、同期制御停止条件を満たさない場合には、同期制御開始処理部102によって、遷移整流終了条件を満たすか否かが判定される。例えば、「上MOSオン期間あるいは下MOSオン期間が所定値Teに達した」が遷移整流終了条件として用いられる。遷移整流終了条件を満たしていない場合(上MOSオン期間等が所定値Teに達していない場合)には遷移整流が繰り返される。   In parallel with such transition rectification, the synchronous control stop determination unit 122 determines whether or not the synchronous control stop condition is satisfied. When it is satisfied, the transition rectification is stopped, and the diode rectification is immediately started. When the synchronous control stop condition is not satisfied, the synchronous control start processing unit 102 determines whether or not the transition rectification end condition is satisfied. For example, “the upper MOS on period or the lower MOS on period has reached a predetermined value Te” is used as the transition rectification end condition. When the transition rectification termination condition is not satisfied (when the upper MOS ON period or the like does not reach the predetermined value Te), transition rectification is repeated.

また、遷移整流終了条件を満たす場合には同期整流に移行する。その後、同期整流と並行して、同期制御停止判定部122によって、同期制御停止条件を満たすか否かが判定される。満たさない場合には同期整流が繰り返される。また、同期制御停止条件を満たす場合には直ちにダイオード整流に移行する。   If the transition rectification end condition is satisfied, the process proceeds to synchronous rectification. Thereafter, in parallel with the synchronous rectification, the synchronous control stop determination unit 122 determines whether or not the synchronous control stop condition is satisfied. If not satisfied, synchronous rectification is repeated. If the synchronous control stop condition is satisfied, the process immediately shifts to diode rectification.

このように、本実施形態の車両用発電機1では、ダイオード整流から同期整流に移行する際に、MOSトランジスタ50、51をオンする期間を徐々に長くする遷移整流を行っているため、ダイオードとMOSトランジスタ50、51のそれぞれの電圧降下に起因する整流可能期間(整流器モジュール5X等から出力端子を介して充電線12側に電流を供給することが可能な期間)の変化が緩やかになり、遷移整流終了後に同期整流を開始した際の同期外れを防止することができる。また、同期外れがなくなるため、同期外れに伴うサージ電圧の発生やMOSトランジスタ50、51等の破損を防止することができるとともに、同期外れが発生してダイオード整流に移行する頻度を減らすことにより高効率の整流動作を維持することが可能となる。   As described above, in the vehicular generator 1 according to the present embodiment, when the transition from the diode rectification to the synchronous rectification is performed, the transition rectification that gradually increases the period during which the MOS transistors 50 and 51 are turned on is performed. The change in the rectifiable period (period in which current can be supplied from the rectifier module 5X and the like to the charging line 12 side via the output terminal) due to the voltage drop of each of the MOS transistors 50 and 51 becomes gradual, and the transition Loss of synchronization when synchronous rectification is started after completion of rectification can be prevented. In addition, since there is no loss of synchronization, it is possible to prevent the occurrence of surge voltage and damage to the MOS transistors 50, 51, etc. due to loss of synchronization, and to reduce the frequency of occurrence of loss of synchronization and shifting to diode rectification. The efficiency rectification operation can be maintained.

また、上MOSオン期間および下MOSオン期間を初期値Tsから所定値Teまで所定の増加分ΔTaを繰り返し加算して徐々に長くすることにより遷移整流を行っており、簡単な制御によって遷移整流を実現することができる。   Moreover, transition rectification is performed by repeatedly adding a predetermined increment ΔTa from the initial value Ts to the predetermined value Te and gradually increasing the upper MOS on period and the lower MOS on period. Can be realized.

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 stator windings 2 and 3 and the two rectifier module groups 5 and 6 are provided. However, the vehicle including one stator winding 2 and one rectifier module group 5 is provided. The present invention can also be applied to power generators.

また、上述した実施形態では、各整流器モジュール5X等を用いて整流動作(発電動作)を行う場合について説明したが、MOSトランジスタ50、51のオン/オフタイミングを変更することにより、バッテリ9から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線2、3に供給して電動動作を行わせる車両用回転電機に本発明を適用することができる。   Further, in the above-described embodiment, the case where the rectifying operation (power generation operation) is performed using each rectifier module 5X or the like has been described. However, it is applied from the battery 9 by changing the on / off timing of the MOS transistors 50 and 51. The present invention can be applied to a vehicular rotating electrical machine that converts a direct current to be converted into an alternating current and supplies it to the stator windings 2 and 3 to perform an electric operation.

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 rectifier module groups 5 and 6 includes three rectifier modules. However, the number of rectifier modules may be other than three.

また、上述した実施形態では、回転数や出力とは関係なく遷移整流を実施するようにしたが、低回転時や低出力時に遷移整流を行わずにダイオード整流から同期整流に切り替えた際に同期外れが発生しやすいことから、低回転時および低出力時の少なくとも一方において遷移整流を実施するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, transition rectification is performed regardless of the rotational speed and output. However, when switching from diode rectification to synchronous rectification without performing transition rectification at low rotation or low output, synchronization is performed. Since detachment is likely to occur, transition rectification may be performed at least at one of low rotation and low output.

具体的には、同期制御開始処理部102は、回転数演算部101(回転数演算部101以外の回転数検出部を制御部100の外部に設けるようにしてもよい)によって演算された回転数が所定値以下の低回転時のみに遷移制御を行うようにしてもよい。また、同期制御開始処理部102は、出力電流値が所定値以下の低出力時のみ遷移整流を行うようにしてもよい。あるいは、同期制御開始処理部102は、回転数が所定値以下の低回転時で、かつ、出力電流値が所定値以下の低出力時に遷移整流を行うようにしてもよい。   Specifically, the synchronization control start processing unit 102 has a rotation number calculated by the rotation number calculation unit 101 (a rotation number detection unit other than the rotation number calculation unit 101 may be provided outside the control unit 100). The transition control may be performed only at the time of a low rotation of a predetermined value or less. Further, the synchronous control start processing unit 102 may perform transition rectification only when the output current value is a low output that is a predetermined value or less. Alternatively, the synchronization control start processing unit 102 may perform transition rectification at the time of low rotation with the rotation speed being a predetermined value or less and at the time of low output with the output current value being a predetermined value or less.

出力電流値は、発電制御装置7のF端子から界磁巻線4に供給されるPWM信号のオンデューティを監視することにより判定することができる。あるいは、出力電流の大小は、例えば図2に示すMOSトランジスタ51のソースとバッテリ9の負極端子(アース)との間に電流検出用抵抗を挿入し、この電流検出用抵抗の両端電圧に基づいて判定するようにしてもよい。図22に示す構成は、図2に示した整流器モジュール5Xに対して、電流検出用抵抗55を追加したものである。図23に示す構成は、図3に示した制御回路54に対して出力電流検出部152を追加したものである。この出力電流検出部152は、電流検出用抵抗55の両端電圧に基づいて出力電流を検出する。なお、この場合には、整流器モジュール5XのMOSトランジスタ51を流れる電流値に基づいて出力電流の大小を判定することになるが、代わりに、充電線12あるいは出力端子に流れる電流値を電流センサを用いて直接検出して出力電流の大小を判定するようにしてもよい。   The output current value can be determined by monitoring the on-duty of the PWM signal supplied from the F terminal of the power generation control device 7 to the field winding 4. Alternatively, the magnitude of the output current is determined based on, for example, a current detection resistor inserted between the source of the MOS transistor 51 shown in FIG. 2 and the negative terminal (ground) of the battery 9, and the voltage across the current detection resistor. You may make it determine. The configuration shown in FIG. 22 is obtained by adding a current detection resistor 55 to the rectifier module 5X shown in FIG. The configuration shown in FIG. 23 is obtained by adding an output current detection unit 152 to the control circuit 54 shown in FIG. The output current detector 152 detects the output current based on the voltage across the current detection resistor 55. In this case, the magnitude of the output current is determined based on the value of the current flowing through the MOS transistor 51 of the rectifier module 5X. Instead, the value of the current flowing through the charging line 12 or the output terminal is determined by a current sensor. It may be used directly to detect the magnitude of the output current.

上述したように、本発明によれば、ダイオード整流から同期整流に移行する際に、スイッチング素子をオンする期間を徐々に長くする遷移整流を行っているため、ダイオードとスイッチング素子のそれぞれの電圧降下に起因する整流可能期間の変化が緩やかになり、ダイオード整流終了後に同期整流を開始した際の同期外れを防止することができる。   As described above, according to the present invention, when the transition from the diode rectification to the synchronous rectification is performed, the transition rectification is performed to gradually increase the period during which the switching element is turned on. The change in the rectification possible period due to the rectification becomes moderate, and the loss of synchronization when the synchronous rectification is started after the completion of the diode rectification can be prevented.

2、3 固定子巻線
5、6 整流器モジュール群
50、51 MOSトランジスタ
54 制御回路
101 回転数演算部
152 出力電流検出部
2, 3 Stator winding 5, 6 Rectifier module group 50, 51 MOS transistor 54 Control circuit 101 Rotational speed calculation unit 152 Output current detection unit

Claims (10)

2相以上の相巻線を有する電機子巻線(2、3)と、
ダイオードが並列接続されたスイッチング素子(50、51)によってブリッジ回路の複数の上アームおよび下アームが構成され、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部(5、6)と、
前記スイッチング素子をオフして前記ダイオードによる整流を行うダイオード整流動作と、前記スイッチング素子を所定期間オンした後に前記ダイオードを介して通電する同期整流動作とともに、前記ダイオード整流動作から前記同期整流動作への移行時に前記スイッチング素子をオンする前記所定期間を徐々に増加させる遷移整流動作を、前記スイッチング素子をオンオフ制御して行う制御回路(54)と、
回転数を検出する回転数検出部(101)と、
を備え、前記制御回路は、前記回転数検出部によって検出された回転数が所定値以下の低回転時に前記遷移整流動作を行うことを特徴とする車両用回転電機。
An armature winding (2, 3) having two or more phase windings;
A plurality of upper and lower arms of the bridge circuit are configured by switching elements (50, 51) in which diodes are connected in parallel, and switching units (5, 6) for rectifying the induced voltage of the armature winding;
A diode rectification operation in which the switching element is turned off to rectify by the diode, and a synchronous rectification operation in which the switching element is turned on for a predetermined period and then energized through the diode, and from the diode rectification operation to the synchronous rectification operation. A control circuit (54) for performing a transition rectification operation for gradually increasing the predetermined period of turning on the switching element at the time of transition by controlling the switching element on and off;
A rotational speed detection unit (101) for detecting the rotational speed;
And the control circuit performs the transition rectifying operation at a low rotation speed detected by the rotation speed detection unit at a predetermined value or less .
2相以上の相巻線を有する電機子巻線(2、3)と、
ダイオードが並列接続されたスイッチング素子(50、51)によってブリッジ回路の複数の上アームおよび下アームが構成され、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部(5、6)と、
前記スイッチング素子をオフして前記ダイオードによる整流を行うダイオード整流動作と、前記スイッチング素子を所定期間オンした後に前記ダイオードを介して通電する同期整流動作とともに、前記ダイオード整流動作から前記同期整流動作への移行時に前記スイッチング素子をオンする前記所定期間を徐々に増加させる遷移整流動作を、前記スイッチング素子をオンオフ制御して行う制御回路(54)と、
出力電流を検出する出力電流検出部(152)と、
を備え、前記制御回路は、前記出力電流検出部によって検出された電流値が所定値以下の低出力時に前記遷移整流動作を行うことを特徴とする車両用回転電機。
An armature winding (2, 3) having two or more phase windings;
A plurality of upper and lower arms of the bridge circuit are configured by switching elements (50, 51) in which diodes are connected in parallel, and switching units (5, 6) for rectifying the induced voltage of the armature winding;
A diode rectification operation in which the switching element is turned off to rectify by the diode, and a synchronous rectification operation in which the switching element is turned on for a predetermined period and then energized through the diode, and from the diode rectification operation to the synchronous rectification operation. A control circuit (54) for performing a transition rectification operation for gradually increasing the predetermined period of turning on the switching element at the time of transition by controlling the switching element on and off;
An output current detector (152) for detecting an output current;
And the control circuit performs the transition rectification operation when the current value detected by the output current detection unit is a low output of a predetermined value or less .
2相以上の相巻線を有する電機子巻線(2、3)と、
ダイオードが並列接続されたスイッチング素子(50、51)によってブリッジ回路の複数の上アームおよび下アームが構成され、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部(5、6)と、
前記スイッチング素子をオフして前記ダイオードによる整流を行うダイオード整流動作と、前記スイッチング素子を所定期間オンした後に前記ダイオードを介して通電する同期整流動作とともに、前記ダイオード整流動作から前記同期整流動作への移行時に前記スイッチング素子をオンする前記所定期間を徐々に増加させる遷移整流動作を、前記スイッチング素子をオンオフ制御して行う制御回路(54)と、
回転数を検出する回転数検出部(101)と、
出力電流を検出する出力電流検出部(152)と、
を備え、前記制御回路は、前記回転数検出部によって検出された回転数が所定値以下の低回転時、かつ、前記出力電流検出部によって検出された電流値が所定値以下の低出力時に前記遷移整流動作を行うことを特徴とする車両用回転電機。
An armature winding (2, 3) having two or more phase windings;
A plurality of upper and lower arms of the bridge circuit are configured by switching elements (50, 51) in which diodes are connected in parallel, and switching units (5, 6) for rectifying the induced voltage of the armature winding;
A diode rectification operation in which the switching element is turned off to rectify by the diode, and a synchronous rectification operation in which the switching element is turned on for a predetermined period and then energized through the diode, and from the diode rectification operation to the synchronous rectification operation. A control circuit (54) for performing a transition rectification operation for gradually increasing the predetermined period of turning on the switching element at the time of transition by controlling the switching element on and off;
A rotational speed detection unit (101) for detecting the rotational speed;
An output current detector (152) for detecting an output current;
The control circuit includes the rotation speed detected by the rotation speed detection unit at a low rotation speed of a predetermined value or less and the current value detected by the output current detection unit at a low output of a predetermined value or less. A vehicular rotating electrical machine that performs a transition rectification operation .
請求項1〜3のいずれかにおいて、
前記スイッチング素子は、MOSトランジスタであることを特徴とする車両用回転電機。
In any one of Claims 1-3,
The vehicular rotating electrical machine, wherein the switching element is a MOS transistor.
請求項1〜4のいずれかにおいて、
前記制御回路は、前記遷移整流動作開始時に前記所定期間を所定の初期値に設定し、整流動作の所定周期毎に所定の増加分を加えて前記所定期間を徐々に増加させることを特徴とする車両用回転電機。
In any one of Claims 1-4,
The control circuit sets the predetermined period to a predetermined initial value at the start of the transition rectification operation, and gradually increases the predetermined period by adding a predetermined increment for each predetermined period of the rectification operation. Rotating electric machine for vehicles.
請求項1〜4のいずれかにおいて、
前記制御回路は、前記遷移整流動作開始時に前記所定期間を所定の初期値に設定し、所定時間毎に、所定の増加分を加えて前記所定期間を徐々に増加させることを特徴とする車両用回転電機。
In any one of Claims 1-4,
The control circuit sets the predetermined period to a predetermined initial value at the start of the transition rectification operation, and gradually increases the predetermined period by adding a predetermined increment every predetermined time. Rotating electric machine.
請求項5または6において、
前記制御回路は、前記遷移整流動作開始時の前記所定期間の初期値と前記所定の増加分を回転数により変化させることを特徴とする車両用回転電機。
In claim 5 or 6,
The vehicular rotating electrical machine according to claim 1, wherein the control circuit changes an initial value of the predetermined period at the start of the transition rectification operation and the predetermined increment according to a rotation speed.
請求項5または6において、
前記制御回路は、前記遷移整流動作開始時の前記所定期間の初期値と前記所定の増加分を発電電流により変化させることを特徴とする車両用回転電機。
In claim 5 or 6,
The control circuit changes the initial value of the predetermined period at the start of the transition rectification operation and the predetermined increment by a generated current.
請求項5または6において、
前記制御回路は、前記遷移整流動作開始時の前記所定期間の初期値と前記所定の増加分を前記スイッチング素子の温度により変化させることを特徴とする車両用回転電機。
In claim 5 or 6,
The vehicular rotating electrical machine characterized in that the control circuit changes the initial value of the predetermined period and the predetermined increment at the start of the transition rectification operation according to the temperature of the switching element.
請求項1〜9のいずれかにおいて、
前記電機子巻線の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられ、それぞれが前記スイッチング部および前記制御回路を含む複数の整流器モジュールを備えることを特徴とする車両用回転電機。
In any one of Claims 1-9,
A rotating electrical machine for a vehicle comprising a plurality of rectifier modules provided corresponding to each of a plurality of output terminals of the armature winding, each including the switching unit and the control circuit.
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