JP6259975B2 - 負荷遮断時のアクティブな整流器のための過電圧保護手段 - Google Patents

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Description

本発明は、負荷遮断時に過電圧に対して保護するための手段を備えたアクティブなブリッジ整流器のための整流器モジュール、相応の整流器モジュールを備えたアクティブなブリッジ整流器、このような形式のブリッジ整流器を備えた発電装置、相応の自動車車載電源、所属の運転方法、およびこの運転方法を実行するための手段に関する。
三相交流システムから直流電流システムに給電するために、様々な構造形式の整流器を使用することができる。自動車車載電源には、ここに一般的に取り付けられる３相の三相交流発電機に対応して、しばしば６パルス仕様のブリッジ整流器が使用される。しかしながら、本発明は、ブリッジ整流器と同じような形式で、別の相数、例えば４相または５相の発電機のために適している。
ブリッジ整流器における危険な運転ケースは、負荷遮断（英語：Ｌｏａｄ Ｄｕｍｐ）である。負荷遮断は、発電機が高励起され、相応に高い電流が放出されたときに、発電機若しくは、この発電機に接続されたブリッジ整流器における負荷が（例えば消費器の遮断によって）急激に低下し、これが、直流電圧網（例えば自動車車載電源のバッテリ）内の容量性素子によって受け止められ得ないときに、発生する。この場合、発電機内の導出されないエネルギに基づいて、極端なケースでは約３００〜５００ｍｓまでの継続時間に亘って、発電機に接続されたブリッジ整流器を介して高い電圧が自動車車載電源に供給され得る。従ってこのような高い電圧は、自動車車載電源内の電気的素子を過電圧損傷から保護するために、一般的にブリッジ整流器内で受け止めることができなければならない。これは、パッシブなブリッジ整流器においては、このブリッジ整流器に組み込まれた整流器ツェナーダイオードによって行われ、この整流器ツェナーダイオード内に過電圧がクランプされ、余剰のエネルギが熱に変換され得る。
しかしながら、例えば特許文献１に記載されているように、自動車においてはアクティブなブリッジ整流器を使用することが望ましい。何故ならば、とりわけ、アクティブなブリッジ整流器は、パッシブな若しくは制御されないブリッジ整流器と比較して出力損失が少ないからである。このようなアクティブなブリッジ整流器、例えばＭＯＳＦＥＴのための、現在入手可能な、制御可能若しくはアクティブなスイッチ素子は、十分な頑丈さを有する一体的なクランプ機能を有しておらず、過電圧を受け止めることができない。従って、アクティブなブリッジ整流器に追加的な保護戦略が必要とされる。
例えば特許文献２にも開示されていて、前記特許文献１で検討されているように、上側または下側の整流器分岐部のすべてのスイッチ素子が一時的に導電接続されることによって、負荷遮断時に例えば発電機相を短絡させることができる。これは特に、アクティブなブリッジ整流器の直流電圧接続部に印加された出力電圧の評価に基づいて行われる。この出力電圧が所定の上側の閾値を越えると、相応の短絡が開始され、出力電圧が低下する。従って、出力電圧が所定の下側の閾値を下回ると、短絡が解消され、出力電圧が新たに上昇する。従って、これは典型的なヒステリシス特性に関するものである。従って、出力電圧は、負荷遮断時に概ね上側の閾値と下側の閾値との間で変動する。
この場合、個別のハーフブリッジが、それぞれ個別に出力電圧を検出するそれぞれ独自の制御回路を有している、いわゆる分散的に構成されたアクティブなブリッジ整流器において問題が発生し得る。独自の制御回路を備えた、このようなハーフブリッジは、この出願の枠内で、整流器モジュールまたは位相モジュールとも称呼される。この制御回路内において所定の公差は避けられないので、以下に説明するように、個別のハーフブリッジ内に様々なスイッチ特性が生じ得る。これは特に、特定用途向け集積回路（英語：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ，ＡＳＩＣ）によって実現されている制御回路である。様々なスイッチ特性によって、個別のスイッチ素子はアクティブなブリッジ整流器内で著しく過剰に負荷され、これは相応のスイッチ素子の熱破壊および故障を引き起こし得る。
そこで、負荷遮断時における、アクティブなブリッジ整流器のための改善された保護戦略が必要となる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００９０４６９５５号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８３５３１６号明細書
このような背景から、本発明は、独立請求項に記載した特徴を有する、負荷遮断時において過電圧に対して保護するための手段を備えたアクティブなブリッジ整流器のための整流器モジュール、相応の整流器モジュールを備えたアクティブなブリッジ整流器、このような形式のブリッジ整流器を備えた発電装置、相応の自動車車載電源、所属の運転方法、およびこの運転方法を実行するための手段を提案する。
本発明は、前述のように、負荷遮断時における、アクティブなブリッジ整流器を備えた発電装置の運転に関する。前述のように、このような形式の運転は、アクティブなブリッジ整流器の発電機相、若しくはこの発電機相に相当する交流電圧接続部を、同時に制御する（およびひいては同時に接続する）ことによって、整流器分岐部のすべての下側またはすべての上側の制御可能若しくはアクティブなスイッチ素子を互いに導電接続（短絡）し、相応の短絡を再び同時に解消することを含んでいてよい。つまり、相短絡が生ぜしめられるか若しくは解消される。
個別のハーフブリッジが、アクティブなブリッジ整流器の直流電圧接続部に印加された出力電圧をそれぞれ個別に検出する、それぞれ独自の制御回路を有している、前述の分散的に構成されたアクティブなブリッジ整流器においても、このような形式の運転が望まれているが、従来技術においては、電圧検出時におけるおよび／または制御回路の後置された素子における冒頭に述べたような公差に基づいて、このような形式の運転は常に得られるものではない。これに対して、本発明による手段はこのような形式の運転を可能にする。
前記公差に基づいて、１つのハーフブリッジの制御回路は、他のすべてのハーフブリッジにおけるよりも高い出力電圧の電圧値においてはじめて、導電状態に切り換わるようになり得る。従って、すべてのハーフブリッジ内の設定値が同じであるにも拘わらず、この制御回路内に、実質的により高い上側の閾値が得られる。
同じことは、下側の閾値のためにも当てはまる。つまり、１つのハーフブリッジの制御回路は、他のすべてのハーフブリッジよりも出力電圧の電圧値が低いときにはじめて、通常運転を再び開始し、従ってすべてのハーフブリッジ内の設定値が同じであるにも拘わらず、実質的により低い下側の閾値を有している。
最後に述べた事例が特に危険であることが分かった。その他のすべてのハーフブリッジの制御回路は、実質的により低い閾値を有する制御回路よりも先に通常運転を再び開始するので、出力電圧が再び上昇する。従って、実質的に最も低い閾値を有する制御回路は、この実質的に最も低い閾値を下回る出力電圧を検出することは決してできない。従って、相応に制御されたスイッチ素子は持続的に導電接続された状態を維持する。
つまり、場合によっては、個々の相は通常の整流を再び開始し、これに対してその他は持続的に導電状態を維持する。場合によっては、その他が持続的な導電状態になることは決してない。このような特性によって、以下に図２を用いて説明されているように、得られた相電流の非対称性が生ぜしめられる。これに基づいて、個別のスイッチ素子は整流器内で明らかに過負荷を受け、これによって、該当するスイッチ素子の熱破壊を引き起こすことがある。従って、アクティブなブリッジ整流器の早期の故障、または負荷遮断によって生ぜしめられた過負荷の不十分な制限が発生し得る。
一般的に公知であるように、アクティブなブリッジ整流器はハーフブリッジを有しており、このハーフブリッジはそのそれぞれのスイッチ素子で以って、上側および下側の若しくは高電位側および低電位側の整流器分岐部を規定する。上側若しくは高電位側の整流器分岐部内に配置されたスイッチ素子によって、それぞれ１つまたは複数の交流電圧接続部と正の直流電圧接続部との接続が形成され、また、下側の若しくは低電位側の整流器分岐部内に配置されたスイッチ素子によって、１つまたは複数の交流電圧接続部と負の直流電圧接続部との接続が形成され得る。つまり、各ハーフブリッジは、２つの直流電圧接続部間で直列接続された制御可能な２つのスイッチ素子を有しており、これら２つのスイッチ素子間に、交流電圧接続部のそれぞれ１つが接続されている。
交流電圧接続部によって、アクティブなブリッジ整流器は相応の数の発電機相に接続されていて、直流電圧接続部は直流電圧車載電源に給電する。正の直流電圧接続部は符号Ｂ＋で示されている。負の直流電圧接続部は符号Ｂ−で示されていて、特にアースに接続され得る。直流電圧接続部に、アクティブなブリッジ整流器の整流運転時に、接続された車載電源の車載電源電圧に相当し得る出力電圧が印加される。相応のアクティブなブリッジ整流器は、例えばハイブリッド自動車において反転整流運転もされ得ることは、明らかである。このような形式の作動モードについて、ここでは考察されない。しかしながら、この出願の枠内で発電機が問題となっている場合、発電機式にもモータ式にも運転可能な電気機械に関するものであってもよいことは、明らかである。同じことは、相応の作動モードにおいて反転整流運転可能であってもよい、アクティブな整流器にも当てはまる。
この場合、本発明は、前述のように、各ハーフブリッジがそれぞれ１つの制御回路を有している、いわゆる分散したブリッジ整流器に関する。これによって、アクティブなブリッジ整流器のためのそれぞれ１つの整流器モジュールが形成され、この整流器モジュールは、２つの終端接続部間に直列接続された２つのスイッチ素子を有していて、これら２つのスイッチ素子間に中間タップが形成されている。２つの終端接続部は、整流器モジュールが組み込まれた状態において、アクティブなブリッジ整流器の直流電圧接続部に相当し、中間タップは、交流電圧接続部の１つに相当する。この場合、以下の説明は、例えば相応の整流器モジュールより構成されたアクティブなブリッジ整流器に関係するものであるので、交流電圧接続部に関する構成は整流器モジュールの終端接続部にも該当し、交流電圧接続部に関する構成は整流器モジュールの中間タップにも該当するものであってよい。本発明によれば、制御回路は、監視ユニットと同期化ユニットと制御ユニットとを有していて、負荷遮断時に車載電源を保護するための保護回路として構成されている。
本発明によれば、監視ユニットは、測定電圧を算出し、該測定電圧が上側の閾値を越えると、要求信号をアウトプットするように設計されている。この場合、要求信号は、以下に詳細に説明されているように、別の条件が存在するまで、または所定の継続時間だけアウトプットされる。つまり、要求信号は、上側の閾値を越えることによってスイッチオンされ、その後再びスイッチオフされるが、引き続いて上側の閾値を下回ることによって既に再びスイッチオフされることはない。
同期化ユニットは、整流器モジュールが相応のアクティブなブリッジ整流器内に使用されている場合、このような同期化配線に接続された、同期化配線に接続可能な同期化接続部に、前述の監視ユニットが要求信号をアウトプットしている間、同期化信号をアウトプットし、そうでなければ、同期化接続部において同期化信号を監視するように設計されており、この同期化信号は、整流器モジュールがアクティブなブリッジ整流器内に使用されている場合、場合によっては同期化配線に印加される。何故ならば、この同期化信号は別の同期化ユニットによってアウトプットされるからである。
要求信号は、本発明の様々な実施例において、測定電圧が下側の閾値を下回り、かつ／または最短時間が経過し、かつ／または整流器モジュール若しくは個別のハーフブリッジの相応の制御回路に供給するためのエネルギ源が、以下に説明されているように、もはや再充電されなくなるまでの間、アウトプットされ得る。測定電圧は、整流器モジュールが相応のアクティブなブリッジ整流器に使用されている場合、２つの直流電圧接続部間に印加された出力電圧によって形成され、正の直流電圧接続部において測定される。
制御ユニットは、監視ユニットが要求信号をアウトプットし、かつ／または監視ユニットによって同期化接続部の監視に基づいて同期化信号が検出され、これがオプション的に妥当であると検知されると、制御継続時間中に２つのスイッチ素子のうちの一方を少なくとも一時的に導電接続するように設計されている。制御継続時間は、監視ユニットが要求信号をアウトプットする間、かつ／または監視ユニットによって同期化接続部の監視に基づいて同期化信号が検出され、場合によっては妥当であると認められる間の全時間に相当し得る。しかしながら、制御継続時間は、好適な形式で、例えば５００ｍｓである所定の最短時間よりも大きく選定され得る最大継続時間によって制限されているか若しくはこの最大継続時間に制限されている。
要求信号によって生ぜしめられる相短絡が、例えば５００ｍｓまたはそれ以上の最短時間だけ維持されると、直流電圧接続部間に印加された（例えば正の直流電圧接続部Ｂ＋において測定された）出力電圧は（概ね）０Ｖの値に降下する。従って、ハーフブリッジの制御回路の制御論理（例えばＡＳＩＣ）および遮断器（例えばＭＯＳＦＥＴ）は、別のエネルギ源から供給され、一般的にはコンデンサより供給されなければならない。このようなコンデンサは、例えばいわゆるブートストラップコンデンサとして、一般的に相応の整流器回路内または相応の整流器モジュール内に内蔵されている。
これによって、例えば５００ｍｓまたはそれ以上の最短時間が相短絡のために要求されると、相短絡中の相応に低い電圧において制御論理および遮断器への供給を保証するために、コンデンサを相応に寸法設計する必要がある。しかしながら、一般的な形式で取り付けられたコンデンサは、特殊なケースとして負荷遮断のために設計されるのではなく、通常の整流器運転のために設計される。しかしながら、通常の整流器運転中に、相応のコンデンサは、制御論理および遮断器に半波の間だけ供給することができなければならない。従って、別の手段なしで、相応のコンデンサは、１０ｍｓよりも短い間だけエネルギ供給を保証し得るが、これは負荷遮断のためには不十分である。
整流器運転のためだけに構成された、比較的小さい寸法のコンデンサでも、本発明による方法を実現できるようにするために、コンデンサは負荷遮断中に再充電するようになっていてよい。
このために、各制御ユニットおよびひいては各整流器モジュールは、各コンデンサに印加された電圧を監視するようになっていてよい。この電圧が、所定の値、例えば８Ｖ以下に降下すると、この整流器モジュールの制御ユニットは、この制御ユニットのスイッチ素子だけの相短絡を作動停止させる。同期化信号はこれに影響を受けない状態を維持する。このような形式で、この整流器モジュールは、再び通常の整流器運転に移行し、直流電圧接続部間の電圧値を再び上昇させる。
すべての制御ユニットのコンデンサは、直流電圧接続部（若しくは正の直流電圧接続部Ｂ＋）を介して供給されるようになっていてよい。従って、１つだけの整流器モジュール（この整流器モジュールのコンデンサにおける低すぎる電圧を検知した場合）の相短絡を作動停止させることによっても、別のモジュールのコンデンサも再充電することができる。
コンデンサにおける電圧が、上側の限界、例えば１２Ｖに達すると、（個別に解消された）相短絡が再び開始され得る。追加的に、直流電圧接続部間に印加された電圧も監視され、この電圧に依存して遮断が行われ得る。このような形式で、例えば接続された発電機の励磁場への供給をもたらすことのない短時間の電圧上昇だけが得られる。従って、励磁場はさらに減少される。比較的低い電圧における早期の遮断によって、車載電源内に高い電圧が発生することがないことも保証される。
つまり、コンデンサが直流電圧接続部からだけ供給される場合、整流器モジュールのコンデンサを再充電するために、整流器モジュールは互いに独立して、相短絡を繰り返し短時間で解消しなければならない。
電圧が、コンデンサを再充電するために全体的にもはや不十分である場合、短絡はすべて再び解消され得る。つまり、前述の最短時間経過前に既に、コンデンサの電圧がもはやそれぞれの閾値、例えば８Ｖを越えないように維持され得る程度に、励磁場が減衰されていれば、すべての整流器モジュールは、そのコンデンサにおける電圧低下を次第に検知し、個別に、これらの整流器モジュールのそれぞれのスイッチ素子の相短絡を作動停止させる。これによって、次第に多くの相若しくは相モジュールがアクティブな整流器運転に移行する。これがコンデンサを充電するために不十分であっても、これは、負荷遮断結果の終了として評価され得る。つまり、発電機の励磁場は、対抗措置が講じられなくても、危険な電圧がもはや発生しない程度に減衰されている。従って、これは、場合によっては、所定の継続時間経過前でも、同期化信号の取り消しをもたらす。何故ならば、回路素子にもはや電圧は供給されないからである。従ってこのような特性により、回路をその他の高価なサポート手段によって不必要に管理する必要はない、ということが可能になる。
制御継続時間中に制御ユニットによって少なくとも一時的に導電接続されたスイッチ素子は、相応の相短絡を開始若しくは解消するために設けられたスイッチ素子である。これに対して、それぞれ別のスイッチ素子は、負荷遮断時に導電接続されない。本発明は、以下に、もっぱら下側若しくは低電位側の整流器分岐部内でのスイッチ素子の相応の制御を参照しながら説明されているが、本発明は、同じ形式で、上側若しくは高電位側の整流器分岐部内の相応のスイッチ素子の制御のために使用することができる。
通常の、ここでは、相応の整流器モジュールの別個とみなされていない作動モードにおいて、つまり、負荷遮断が存在していないときに、すべてのスイッチ素子は整流運転され、つまり、一般的な形式で、通常の整流器運転中に相応のブリッジ整流器を制御するために使用されるような、例えばクロック制御信号によって制御される。この制御信号は、上位の制御ユニットによっても提供され、各制御回路は、場合によっては、制御ユニットによって提供された制御信号がスイッチ素子に転送されるように設計されている。
本発明によれば、前述した、およびさらに後述されている手段によって、個別のハーフブリッジの制御回路の同期化が得られ、これによって、アクティブなブリッジ整流器のすべてのハーフブリッジ内で同時にまたはほぼ同時に（つまり例えば数マイクロ秒の時間間隔で）、相短絡に関与しているすべてのスイッチ素子の導電接続が生ぜしめられ、またこの導電接続をやはり同時にまたはほぼ同時に解消させることができる。これによって、相短絡を、相応の短い時間で開始させ、かつ解消させることができる。これによって、特に、制御回路が相短絡を決して検知しないかまたは相短絡を決して解消しないという、前述した状況は確実に阻止される。
このような同期化は、本発明によれば、個別のハーフブリッジの制御回路内に同期化ユニットを設けることによって、および場合によってはアクティブな整流器内で同期化ユニットを接続する共通の同期化配線によって得られる。このような同期化ユニットおよび同期化配線を介して、原則的に、同期化ユニット間のあらゆる形式の電気情報を交換することができる。
この場合、同期化と通信とは基本的に異なっている。同期化配線は、まず第一に同期化のために用いられる。同期化戦略は本発明の中心的な概念である。追加的な概念として、診断を可能にし、制御方法の安全ギャップを埋めるために、同期化配線を同時に通信配線（例えばＬＩＮ）として利用することが挙げられる。このために、整流器モジュール内に追加的な通信制御ユニットだけが必要である。この場合、個別の整流器モジュール内の故障診断、および上位のシステム若しくは車両システムへの伝達が可能であるという利点が得られる。しかしながら負荷遮断時には、同期化配線は特にもっぱら同期化のためだけに使用される。通信、例えばＬＩＮ機能は、例えば直流電圧接続部間の電圧レベルが下側の閾値を下回るときにだけ、作動可能である。
本発明に従って設けられた手段によって、不都合な若しくは意図しない相短絡は、同期化ユニット若しくは同期化配線内に欠陥または故障が存在する場合でも、確実に阻止される。個別のハーフブリッジの制御回路の機能が、追加的な同期化ユニットおよびその機能によって不都合な影響を受けることはない。つまり特に、制御回路は少なくとも緊急動作時には本発明による手段なしでも使用することができ、この場合でも従来の制御回路に対する欠点が現れることはない、ということである。
同期化配線は、特に電線接続の形で実現することができ、同期化ユニットはそれぞれの制御回路内で、同期化配線を介して伝達しようとする同期化信号をアウトプットするように、および、別の同期化ユニットから同期化配線にアウトプットされる同期化信号を受信するように、設計されている。
この場合、同期化ユニットは、例えば出力電圧の前記閾値比較に基づいてアウトプットされ、かつ従来の制御回路にも設けられている要求信号を所属の制御回路の監視ユニットから受信するようにも設計されている。この場合、要求信号は、このために設けられたスイッチ素子を導電状態に移行させるように命令し、この導電状態が維持されるべき間、つまり出力電圧が前記下側の閾値を下回るまでの間、および／または最大要求継続時間にまだ達しない間、アウトプットされる。使用されたスイッチ素子の本来の制御は、制御回路の制御信号によって行われ、この制御信号自体は最短時間を制限する。誤機能を取り除くために、最大要求継続時間は制限され得る。しかしながらこの最大要求継続時間は、最短継続時間よりも大きくなければならない。
所属の制御回路の監視ユニットからの相応の要求信号が受信され、同期化信号が同期化配線を介してまだ受信されていない場合、それぞれの同期化ユニットは相応の同期化信号を同期化配線にアウトプットする。この場合、同期化信号は、例えば同期化配線に印加される論理的な１である。同期化信号は、監視ユニットが要求信号を解消しない間、アウトプットされる。同時に、制御回路を介して、若しくは制御ユニットによって、このために設けられたそれぞれのスイッチ素子は導電状態に移行される。
原則として、まだ固有の要求信号を受信していない、別のハーフブリッジ若しくはその同期化ユニットの制御回路は、同期化配線を介して伝達された同期化信号を受信して、この同期化信号を評価する。この評価が、例えばオプション的な妥当性試験の枠内で、相短絡が開始されるべきであるとの結果をもたらすと、別のハーフブリッジの制御回路が、それぞれこのために設けられたスイッチ素子を、場合によっては制御ユニットによって導電状態に移行させる。それに応じて、同期化信号によって相短絡の開始が同期化される。この際に経過した時間は、単に同期化信号の伝達の継続時間、および場合によっては前記妥当性試験のために必要な時間に従って決定される。
しかも、別のハーフブリッジ若しくはその、同期化ユニットの制御回路によっても、相応の同期化信号、例えば前記論理的な１が、つまり別のハーフブリッジのそれぞれの制御回路が要求信号をアウトプットする間だけアウトプットされる。
従って、同期化信号の交換直後、若しくは相短絡開始の直後に、すべての制御回路若しくはその同期化ユニットが、相応の同期化信号を同期化配線にアウトプットする。例えばすべての制御回路の同期化ユニットと同期化配線との通信接続部に、それぞれ論理的な１が印加される。
最も簡単な場合、同期化信号は、最大の要求継続時間が経過するまでアウトプットされるか、またはコンデンサの供給電圧がもはや十分でないことが検知されるまで（上記参照）、アウトプットされる。しかしながら、本発明は、直流電圧接続部に印加された電圧の下側の閾値を使用することも想定している。
この出力電圧が相短絡によって再び低下すると、本発明の特に好適な実施例によれば、実質的に極めて低い下側の閾値を有する制御回路若しくは相応の監視ユニットがこれを検出する。従って、所属の同期化ユニットへの前述の要求信号のアウトプットは終了せしめられる。それに基づいて、この同期化ユニットは、同期化配線への同期化信号のアウトプットも終了する。しかしながら、ここでは（実質的により低い）下側の閾値がまだ下回られていないために、別の制御回路はさらに、相応の同期化信号を同期化配線にアウトプットするので、すべてのハーフブリッジの第１のスイッチ素子は導電状態を維持する。言い換えれば、すべてのハーフブリッジの導電接続されたスイッチ素子は、制御ユニットの少なくとも１つがまだ同期化信号をアウトプットしている間、導電状態を維持する。
最後の監視ユニット、つまり実質的に最も低い下側の閾値を有する監視ユニットが、出力電圧が下側の閾値を下回ったことを検出してからはじめて、同期化信号はもはや同期化配線に印加されなくなる。次いではじめて、導電接続されたスイッチ素子が再び通常の整流器運転で運転される（つまり、第１の制御信号によって制御される）。これはやはり、監視ユニットのうちの１つが上側の閾値を越えたことを検出し、次いで第１の制御信号をアウトプットする等々までの間だけ行われる。
本発明により提案された手段の特別な利点を以下に簡単に説明する。
相短絡の同期化された開始は、本発明によれば、通信マスタおよび相応のスレーブを予め規定することなしに実現される。従って、すべての制御回路若しくはその同期化ユニット、およびひいてはすべての整流器モジュールは、同一に構成されていてよい。それぞれの公差に依存して、所属の監視ユニットが最も低い上側の閾値を有している制御回路若しくは同期化ユニットが、相短絡を作動させるための通信マスタとして働き、若しくは同期化を開始する。これによって、相短絡が個別の制御回路若しくは個別の監視ユニットの公差に基づいて、場合によっては遅すぎて作動することはなく、ひいては過電圧が所定の限界を下回らない状態に維持され得ることが保証されている。
相短絡の同期化された解消は、前述の実施例においては、まず、監視ユニットが最も低い下側の閾値を有している制御回路によって開始される。これに関連して、所属の同期化ユニットが、解消のための同期化マスタになる。この場合、スレーブを表す別の制御回路は、それぞれの監視ユニットの下側の閾値を下回っているときでも、導電接続されたスイッチ素子の持続的な導電状態を自動的に解消してはならない。
同期化配線を介して印加された同期化信号を評価することによって、この同期化信号は、前述のように妥当化され得る。例えば、相応の同期化信号は、出力電圧が所属の監視ユニット内の下側の閾値を越えない限りは承認されないように、予め設定されていてよい。これによって、誤った同期化信号はフェードアウトされ得る。
同期化配線を介して印加された同期化信号の評価は、例えば同期化配線をアース（若しくは負の直流電圧接続部）に短絡させることによって生ぜしめられたエラーを検知し、これに適切に反応することができるという形でも行われ得る。例えば、同期化信号が、所定の継続時間、例えば１００ｍｓ以上に亘って、出力電圧の通常の電圧範囲内で印加されると、この同期化信号は、これをそれぞれ検知する制御回路内で若しくはその同期化ユニット内で、少なくとも瞬間的な走行サイクルのためにもはや容認されないように、予め設定されていてよい。これによって、意図しない相短絡は阻止され得る。次いで負荷遮断が行われると、従来技術におけるように、各制御回路は依然として個別に相短絡を作動若しくは作動停止させることができる。従って、本発明により提案された制御回路は、故障時の場合でも、公知の制御回路と比べて欠点を有していない。
その他の故障の場合、例えばアクティブなブリッジ整流器の正の直流電圧接続部に対する同期化配線の短絡、または同期化配線の中断の場合、同様に、それぞれ個別の制御回路が負荷遮断時において個別に反応し、相短絡を開始することができる。従って、本発明により提案された制御回路は、このような形式の故障の場合においても、公知の制御回路と比べて欠点を有していない。
同期化配線の短絡時における、アクティブなブリッジ整流器の正の直流電圧接続部に対する過熱保護が、やはり、以下に説明されているように設けられていてよい。
本発明に従って構成された制御回路、若しくはこのような形式の制御回路を備えた構造群は、同期化配線が物理的に設けられていない場合でも、取り付けられ使用されることができる。
同期化ユニット、監視ユニットおよび制御ユニットを備えた、詳しく前述されている制御回路は、スイッチ素子と共に、ここでは整流器モジュールと称呼された１つの構造群に統合されてよい。前述のように、この整流器モジュールは、２つの終端接続部間に互いに直列接続された２つのスイッチ素子および、これらのスイッチ素子間に配置された中間タップを有している。この場合、多数の（３つ、４つ、５つ、６つ等の発電機相の数に相当する数の）整流器モジュールの終端接続部は、互いに直列接続されていて、このような形式で、これらの整流器モジュールより構成されたアクティブなブリッジ整流器に共通して対応する直流電圧接続部を形成することができる。これに対応して、中間タップがそれぞれの交流電圧接続部を形成する。
さらに、例えば前記整流器モジュールより構成された、相応のブリッジ整流器を備えた発電装置は、発電機制御装置を備えた発電機を有している。この発電機制御装置は、励磁電流を例えばパルス幅変調によって発電機目標電圧に応じて調節することによって、変化する回転数および車載電源負荷時に発電機電圧を一定に保つという課題を有している。実際値として、所属のアクティブなブリッジ整流器の直流電圧接続部間の、何回も前述した出力電圧が用いられる。この場合、発電機目標電圧は、吸気温度の関数であるか、またはインターフェースを介して予め設定されてよい。発電機目標電圧の温度に依存した設定値のためのベースは、バッテリの化学的性質にある。発電機目標電圧の可変な設定値によって、低い温度においてバッテリ充電が改善され得ると同時に、高い温度においてバッテリの過充電が避けられ得る。
前述のように負荷遮断時に相短絡が生ぜしめられると、相短絡のための作動停止閾値の選択に応じて、発電機制御装置が、発電機目標電圧よりも低い出力電圧を検出するようになる。これは、発電機制御装置において電圧低下として検知される。この電圧低下に対抗するために、発電機制御装置によって励磁場が高められ、これによって、何回も前述したように下側の閾値に達しなくなるので、相短絡は解消されなくなる。したがって、発電機は通常の発電機運転に戻らない。何故ならば、発電機制御装置の機能に対する前述の負荷遮断保護機能が働くからである。これによって、発電機は損傷を蒙ることがある。
それゆえ、本発明の好適な実施態様によれば、発電機制御装置も前述の同期化に関与するようになっている。従って、発電機制御装置の場合、アクティブなブリッジ整流器の個別のハーフブリッジの制御回路の、前述した共通の同期化配線を備えた同期化インターフェースが設けられていてよい。
発電機制御装置の同期化インターフェースを介して、同期化配線に印加された同期化信号が検出され、これが場合によっては前述したように妥当化され得ると、例えば発電機の励磁場の電圧供給が所定の継続時間だけ遮断され得るので、励磁電流が減衰する。発電機自体も遮断され得る。この場合、所定の継続時間だけ遮断しようとする励磁場のための電圧供給は、相応の発電機制御装置の遮断、制御装置の完全な供給電圧の遮断、減少された発電機目標電圧に基づく励磁電流の制御、および／または所定の値への励磁電流の調整を含んでいてよい。
この場合、励磁電流が減少される所定の継続時間は、同期化信号が同期化配線に印加される継続時間に相当するか、または予め固定的に設定され、負荷遮断を補正するために必要とされる典型的な継続時間に依存していてよい。
負荷遮断時に、相短絡が例えば５００ｍｓの所定の最短時間だけ維持されるか、若しくは供給コンデンサの再充電がもはや不可能になるまで（上記参照）維持されると、励磁場は同様にもはやエネルギ供給されなくなり、これによって、必然的に、制御装置が電圧低下を検知して相応の磁界出力段をスイッチオンしても、励磁場は減衰し、発電機は最終的に停止する。
この出願の枠内で説明された特徴、およびそれによって得られる利点は、本発明によるアクティブなブリッジ整流器、本発明による発電装置、本発明による自動車車載電源、本発明による運転方法、およびこの運転方法を実行するように設計された本発明による手段に関するものである。本発明による演算装置、例えば自動車の制御器または整流器制御部は、特にプログラム技術的に、本発明による方法を実施するように設計されている。
前記方法をソフトウエアの形で実行することも好適である。何故ならば、特に、実行を行う制御器がさらに別の課題のために利用され、従っていずれにしても存在しているものであれば、特に費用が安価になるからである。コンピュータプログラムを提供するために適したデータ媒体は、特にディスケット、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤその他である。プログラムをコンピュータネットワーク（インターネット、イントラネットその他）を介してダウンロードすることも可能である。
本発明のその他の利点および実施態様は、明細書および添付の図面に記載されている。
前述のおよび、以下に記載する特徴は、本発明の枠を逸脱することなく、それぞれ挙げられた組み合わせだけではなく、別の組み合わせでもまたは単独でも使用可能である。
アクティブなブリッジ整流器を備えた発電装置およびその機能の概略図である。 アクティブなブリッジ整流器を備えた発電装置およびその機能の概略図である。 アクティブなブリッジ整流器を備えた発電装置およびその機能の概略図である。 従来技術によるアクティブなブリッジ整流器内における非対称効果を示す図である。 従来技術および本発明の１実施例による制御ユニットの概略図である。 従来技術および本発明の１実施例による制御ユニットの概略図である。 本発明の１実施例による妥当性判定回路の概略図である。
図面に概略的に示されている本発明の１実施例を、以下に図面を参照して詳しく説明する。図面中、同じまたは互いに対応する構成要素には同じ符号が付けられている。繰り返しの説明は省略される。
図１Ａ〜図１Ｃは、アクティブなブリッジ整流器を備えた発電装置およびその機能の概略図を示す。発電装置は、それぞれ全体が符号１０で示されている。発電装置１０は、それぞれ、ここでは例えば５つのハーフブリッジＵ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙを備えたそれぞれ１つのアクティブなブリッジ整流器１を有している。５つのハーフブリッジＵ〜Ｙは、ここでは見易さのために図１Ａ（ハーフブリッジＹ）に示した整流器モジュール４０に関連してのみ示されているように、それぞれ相応の整流器モジュールとして構成されていてよい。発電装置１０はさらに、ここでは例えば５相の発電機２を有している。
５つのハーフブリッジＵ〜Ｙは、アクティブなブリッジ整流器１のそれぞれ２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−間に接続されており、それぞれのハーフブリッジＵ〜Ｙは、２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−の間に直列接続された、制御可能な２つのスイッチ素子を有しており、これらのスイッチ素子は、ここでは符号Ｓ１〜Ｓ１０で示されている。スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ１０は、並列接続されたダイオードを備えたスイッチとして示されているが、実際には例えばＭＯＳＦＥＴとして構成されている。このダイオードは、いわゆるボディダイオードを分かりやすく示したものである。ＭＯＳＦＥＴが制御されないと、このＭＯＳＦＥＴは逆方向においてダイオードのように振る舞う。スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ１０の間で各ハーフブリッジ内にそれぞれ１つの交流電圧接続部ｕ〜ｙが接続されており、各交流電圧接続部ｕ〜ｙはそれぞれ、発電機２の１つの発電機相に相当する。アクティブなブリッジ整流器１の２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−は、例えば正および負のバッテリ接続部若しくは車載電源接続部に相当し、負のバッテリ接続部若しくは車載電源接続部は、アースに位置していてもよい。スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ１０は、各ハーフブリッジＵ〜Ｙのそれぞれ上側の分岐部Ｈ（高電位側）および下側の分岐部Ｌ（低電位側）に接続されている。
交流電圧接続部ｕ〜ｙは、それぞれスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ１０の相応の配線に従って２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−の一方と接続されてよいが、この場合、２つの直流電圧接続部Ｂ＋とＢ−との間のいわゆる熱い回路を阻止するために、制御運転においてハーフブリッジＵ〜Ｙのそれぞれ２つのスイッチ素子を同時に制御することは避けなければならない。
発電機２は、全体が符号２１で示された固定子装置を有しており、この固定子装置は、ここでは星形回路に構成されているが、別の配置形式で設けられていてよい。固定子装置２１の５つの巻線（符号なし）は、交流電圧接続部ｕ〜ｙに接続されている。
発電機２はさらに発電機制御装置２２を有している。発電機制御装置２２は、前述のように、励磁コイル２３による励磁電流を調整するように構成されている。発電機制御装置２２は、配線２２１および２２２によって２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−に接続されていてよく、これらの直流電圧接続部を介して給電され得る。これらの配線２２１および２２２および／または別個の測定配線を介して、発電機制御装置２２は、２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−の間に印加された電圧も検出することができる。スイッチ素子Ｓ２２が設けられていてよい。このスイッチ素子Ｓ２２によって、発電機制御装置２２は、２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−（若しくは正の直流電圧接続部２２のみ）から分離され得る。
スイッチＳ２２は、図面では制御配線を備えていない。ここで使用された電圧値が適していれば、例えば、このスイッチＳ２２を、場合によっては別の論理を介して、またはタイムコントローラを使用した場合、場合によっては同期化配線（以下参照）から直接制御することができる。
アクティブなブリッジ整流器１を制御するために、制御ユニット３が設けられていてよい。しかしながら、ここに図示された分散したアクティブなブリッジ整流器１内では、ここでは符号４Ｕ〜４Ｙで示されている個別の制御回路が、それぞれのハーフブリッジＵ〜Ｙの必要な切換機能の少なくとも一部を引き受ける。この場合、スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ１０は、それぞれ点線で示された配線ｇを介して個別の制御回路４Ｕ〜４Ｙによって制御信号により制御され得る。この場合、制御信号は、例えば負荷遮断時における制御信号であってよく、この制御信号は、それぞれのハーフブリッジＵ〜Ｙの、上側の分岐部Ｈ（高電位側）内のすべてのスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ５、または下側の分岐部Ｌ（低電位側）内のすべてのスイッチ素子Ｓ６〜Ｓ１０を持続的に導電接続する。別の制御信号は、通常の整流器運転のために、例えば制御ユニット３によって予め設定された制御パターンを有していてよい。
この場合、各ハーフブリッジＵ〜Ｙのスイッチ素子（つまりＳ１／Ｓ６，Ｓ２／Ｓ７，Ｓ３／Ｓ８，Ｓ４／Ｓ９およびＳ５／Ｓ１０）は、通常の整流器運転中に、次のような形式で、つまり、交流電圧接続部ｕ〜ｙの１つに印加された、発電機２の固定子装置２１の５つの巻線のそれぞれ１つの電流が交互に、２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−の一方または他方に従って制御される形式で、制御される。これは、正の半波が交流電圧接続部ｕ〜ｙに印加されているときに、それぞれの電流がＢ＋に従って制御され、これに対して負の半波が印加されているときに、電流はＢ−に従って制御される形式で、規則通りに行われる。Ｂ＋における出力電圧の調整は、相応のクロッキングによっても行われ得る。
負荷遮断は、図１Ａに示した装置では、Ｂ＋に印加された電圧に基づいて検出され得る。このために、図示の実施例では、以下に図３Ａおよび図３Ｂを参照して示されてもいるように、個別の制御回路４Ｕ〜４Ｗが設けられている。この場合、個別の制御回路４Ｕ〜４Ｙは、図示していない配線を介して、アクティブなブリッジ整流器１の２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−の少なくとも一方に接続されている。アクティブなブリッジ整流器１の２つの直流電圧接続部Ｂ＋およびＢ−間に印加された出力電圧の規定された上側の閾値が越えられると、負荷遮断が検知され得る。
負荷遮断が検知された場合の、アクティブなブリッジ整流器１の制御は、それぞれ交流電圧接続部ｕ〜ｙの１つを介してアクティブなブリッジ整流器１のハーフブリッジＵ〜Ｙに接続された発電機２の相巻線が、時間的に限定されて短絡される形式で行われ得る。その結果、車載電源に供給された電流はゼロに降下し、車載電源の電圧は固有の消費に基づいて降下する。相応の短絡は、同時に行われる制御によって、およびひいては、一方ではスイッチ素子Ｓ１〜Ｓ５の導電接続によって、若しくは他方ではそれぞれ１つの整流器分岐部Ｈ若しくはＬのスイッチ素子Ｓ６〜Ｓ１０によって形成され得る。短絡が解消されると、電圧は再び上昇する。このプロセスは、出力電圧の制御のためにおよび／または発電機の過電圧の減少のために使用され得る。前述のように、これは、図１Ａに示されているように、従来技術に従って個別の評価回路４Ｕ〜４Ｙを使用する際に行われるが、確実ではない。これについて、図２を参照しながら以下に説明する。本発明の実施例による１つの解決策が、以下の図１Ｂおよび図１Ｃに記載され、図３Ａと図３Ｂを参照して説明される。
図１Ｂおよび図１Ｃでは、それぞれ５相の発電機２およびアクティブなブリッジ整流器１を備えた各配置構成が、図１Ａに示されたような５つのハーフブリッジ、および相応の符号を備えている。
図１Ｂに示した例では、制御回路４Ｕ〜４Ｙがそれぞれ１つの同期化ユニット４１を有しており、これらの同期化ユニット４１は、同期化接続部ｃを介して共通の同期化配線４２に接続されている。前述したように、および図３Ａと図３Ｂを参照しながら説明したように、制御回路４Ｕ〜４Ｙは、例えば論理的な１に相当する信号を同期化配線４２に印加することによって、若しくは相応の信号を取り消すことによって、交換され得る。図示していない別の接続部を介して、同期化ユニット４１は、例えば直列バスシステムを介して、故障診断ユニットに接続されていてもよい。これは、特に図３Ｂに示されている。
図１Ｃに示した例では、発電機制御装置２２も通信インターフェース２２３を有している。前述のように、発電機制御装置２２の通信インターフェース２２３を介して、同期化配線４２に印加された同期化信号が検出され、この同期化信号が場合によっては前述のように妥当化され得ると、発電機制御装置は所定の最短時間だけ励磁場のための電圧供給部を遮断するようになっていてよいので、励磁場は減衰する（例えばフリーホイールダイオードを介して）。選択的に、制御装置は、同様に同期化配線を監視する追加的な論理によって、スイッチ素子Ｓ２２を介して完全に電圧供給部から分離されてよいので、励磁場は減衰し、制御装置は補正制御もできない。
図２には、従来技術によるアクティブなブリッジ整流器内における非対称効果が示されており、図１Ａを参照して説明されているように、ブリッジ整流器のハーフブリッジは、本発明による解決策なしで個別の制御回路を有している。分かり易くするために、図２は、３相のアクティブなブリッジ整流器に関するものであるが、この説明は、同様の形式で、図１Ａ〜図１Ｃに示されているような５相のアクティブなブリッジ整流器にも、または別の相数を有するアクティブなブリッジ整流器にも当てはまる。
図２では、３０Ｕ〜３０Ｗを有する相応の整流器のハーフブリッジＵ〜Ｗの個別の制御回路のそれぞれ上側の（有効な）閾値と、３１Ｕ〜３１Ｗを有する下側の（有効な）閾値とが示されている。ハーフブリッジＷ，３０Ｗ，３１Ｗの制御回路の上側および下側の閾値が、ハーフブリッジＶ，３０Ｖ，３１Ｖの制御回路の閾値の上に位置しており、他方、ハーフブリッジＶ，３０Ｖ，３１Ｖの制御回路の閾値は、ハーフブリッジＵ，３０Ｕ，３１Ｕの制御回路の閾値の上に位置していることが分かる。
線図３００において、例えばこのような形式のアクティブなブリッジ整流器の直流電圧接続部、例えば直流電圧接続部Ｂ＋に印加されている電圧変化３０１が、電圧値Ｕとして縦座標にＶで示され、これに対して時間ｔが横座標にｓで示されている。
この場合、時点ｔ０とｔＬＤとの間で規則的な運転が行われ、電圧変化３０１の電圧値は整流時において通常の範囲内にあって、例えば車載電源のための目標電圧、例えば１２Ｖに相当する。従って、対応するアクティブなブリッジ整流器は、規則的な整流器運転中にある。時点ｔＬＤにおいて負荷遮断が、例えば車載電源内の消費器の遮断によって行われる。電圧変化３０１の電圧値は急激に上昇する。
ポイント３１１において、電圧変化３０１の電圧値はハーフブリッジＵの制御回路の上側の閾値３０Ｕに達する。従って、このために設けられたこのハーフブリッジＵのスイッチ素子、例えば低電位側のスイッチ素子が導電接続される。これによって電圧上昇のレベルは低下するが、さらにポイント３１２において、ハーフブリッジＶの制御回路の上側の閾値３０Ｖに達する。これによって、このために設けられたこのハーフブリッジＶのスイッチ素子も、導電接続される。それに基づいて、電圧変化３０１の電圧値は低下する。これによって、ハーフブリッジＷ，３０Ｗの制御回路の上側の閾値３０Ｗに達することはもはやないので、このハーフブリッジＷの対応するスイッチ素子は、規則的な制御、例えば時点ｔ０とｔＬＤとの間でも行われるクロック制御を維持する。
ポイント３１３において、電圧変化３０１の電圧値は、ハーフブリッジＷの制御回路の下側の閾値３１Ｗに達する。しかしながらこのハーフブリッジは、対応するスイッチ素子の導電状態を前もって生ぜしめていないので、ここで変化は生じない。
しかしながら、ポイント３１４において、電圧変化３０１の電圧値はハーフブリッジＶの制御回路の下側の閾値３１Ｖに達する。ハーフブリッジＶの制御回路４Ｕは、対応するスイッチ素子の持続的な導電状態を解消し、規則的な制御、例えば時点ｔ０とｔＬＤとの間でも行われるクロック制御に戻るので、ハーフブリッジＵの制御回路によって制御されたスイッチ素子だけが持続的な導電状態にとどまる。
しかしながら、この１つのスイッチ素子だけが持続的に導電接続されているので、電圧変化３０１の電圧値は再び上昇する。従って、ハーフブリッジＵの制御回路によって制御されたスイッチ素子は、もはや規則的な制御を行うことはできない。何故ならば下側の閾値３１Ｕに達することはもはやないからである。これによって、ハーフブリッジＵの制御回路によって制御されたスイッチ素子は、過剰に強く負荷される。
図３Ａおよび図３Ｂには、この問題を解決するために提案された整流器モジュール４０が部分的に示されており、この整流器モジュール４０は、例えば図１Ａ〜図１Ｃに示された対応するアクティブな整流器１のすべてのハーフブリッジＵ〜Ｙのために使用することができる。対応する整流器モジュールのすべての構成部材が示されているのではなく、例えばスイッチ素子Ｓ６だけが示されている。この場合、同期化ユニット４１はそれぞれ破線で囲って示されている。同期化ユニット４１は、前述のように、同期化接続部ｃを介して同期化配線４２に接続されている。
それぞれ設けられた監視ユニットは符号４３で示されている。この監視ユニットは、図示の実施例では３つの入力部４３１を介して接続されており、ここで中央に示された入力部は、アクティブなブリッジ整流器１の正の直流電圧接続部Ｂ＋に接続されていて、ここで上側および下側に示された接続部は、それぞれ上側および下側の閾値、例えば３０Ｕおよび３１Ｕをプリセットするように設計されている（図２参照）。アクティブなブリッジ整流器１の正の直流電圧接続部Ｂ＋に、上側の閾値３０Ｕを越える信号が印加されると、監視ユニット４３の出力部４３２を介して要求信号、例えば論理的な１が同期化ユニット４１のＯＤＥＲゲート４１３にアウトプットされる。
監視ユニット４３内またはその出力部に、スイッチオフ遅延装置が組み込まれてよく、つまり、例えば監視ユニット４３の論理的な１を直ちに接続するブロックが、論理的なゼロへの戻し切換えを時間的に遅延して行う。
それに基づいて、同期化ユニット４１のＯＤＥＲゲート４１３は、出力部４４１を介して相応の信号、例えば同様に論理的な１を制御モジュール４４にアウトプットし、この制御モジュール４４は、同期化ユニット４１のＯＤＥＲゲート４１３の出力部４４１を介して相応の信号がアウトプットされる限り、それぞれこのために設けられたスイッチ素子、例えばスイッチ素子Ｓ６をハーフブリッジＵ内で持続的に制御するように設計されている。別の信号、例えば制御ユニット３によって通常の整流器運転中に提供されるクロック信号も、相応のハーフブリッジ内の相応のスイッチ素子Ｓ６およびそれぞれ別のスイッチ素子に、ここではハーフブリッジＵ内のスイッチ素子Ｓ１にアウトプットされ得ることは自明である。
アクティブなブリッジ整流器の正の直流電圧接続部Ｂ＋に、前記上側の閾値３０Ｕを越える信号が印加されると、監視ユニット４３の出力部４３２を介して要求信号、例えば論理的な１が同時に同期化ユニット４１のドライバ回路４１４にアウトプットされる。同期化ユニット４１のドライバ回路４１４は、スイッチ素子Ｓ４１を閉鎖するように作用し、それによって、適切な抵抗Ｒ１を介して印加された電圧、例えばアクティブなブリッジ整流器の正の直流電圧接続部Ｂ＋の電圧がアースに引き込まれ、それによって相応の同期化信号が同期化配線４２にアウトプットされる。
アクティブなブリッジ整流器の正の直流電圧接続部Ｂ＋に、前記上側の閾値３０Ｕをもはや越えない信号が印加され、この際に、この信号が前記上側の閾値３０Ｕを前もって越えていた場合、監視ユニット４３の出力部４３２を介して要求信号、例えば論理的な１が、アクティブなブリッジ整流器の正の直流電圧接続部Ｂ＋における前記信号が下側の閾値３１Ｕを下回るまで、さらにアウトプットされる。これが得られると直ちに、監視ユニット４３の出力部４３２を介して要求信号、例えば論理的な１が、場合によっては時間的に遅延され、もはやアウトプットされない。次いで、監視ユニット４３の出力部４３２に、例えば論理的なゼロが印加される。従って、ドライブ回路４１４によって、スイッチ素子Ｓ４１が開放される。
しかしながら、任意の別の同期化ユニット４１（図１Ａ〜図１Ｃに示した同様に構成された制御回路４Ｕ〜４Ｙ参照）が、下側の閾値（図２の対応する閾値３１Ｖおよび３１Ｗ参照）の相応の下限をまだ下回っていない限り、さらに同期化信号が、同期化配線４２若しくは同期化接続部ｃに印加される。これと同じことは、制御回路４Ｕの監視ユニット４３自体が、アクティブなブリッジ整流器の正の直流電圧接続部Ｂ＋に印加された信号の上側の閾値３０Ｕを越えたことをまだ検出していないが、別の制御回路４Ｖ〜４Ｙの相応の監視ユニットはこれを検出している場合にも当てはまる。
同期化配線４２に印加された同期化信号は、例えば受信回路４１１によって受信される。受信回路４１１によってアウトプットされた信号は、妥当性判定回路４１２に供給され、この妥当性判定回路４１２は、前述のように妥当性判定を行う。妥当性判定回路４１２内の妥当性判定が、同期化配線４２に印加された同期化信号の肯定的な妥当性をもたらすと、例えばやはり論理的な１の形の相応の信号がＯＤＥＲゲート４１３にアウトプットされ、それによって制御回路４４も、相応の第１のスイッチ素子、ここではＳ６を導電接続させる。相応の信号が同期化配線４２に、および出力部４３２を介してもはや印加されなくなってからはじめて、第１のスイッチ素子、ここではＳ６の回路が遮断される。
図３Ｂに示した、制御回路４０の実施例は、図３Ａに示した実施例に対して拡大されている。図３Ｂに示した実施例は利点を提供する。何故ならば、これによって構造的に簡単かつ安価な監視が、本発明による同期化のために前もって提供されているハードウエアを利用することによって、行われ得るからである。これによって、個別のハーフブリッジＵ〜Ｙに対応配置された制御回路４Ｕ〜４Ｙ内の故障を検知することができる。これによって、相応の発電装置が診断可能になり、これによって、オンボード診断（ＯＢＤ）に課せられた厳しい要求が満たされ、故障メッセージが上位のシステム、例えば制御ユニット３にアウトプットされることで、ＩＳＯ２６２６２による、より高いシステム安全性が得られる。それにも拘わらず、アクティブなブリッジ整流器のモジュール性若しくは自由度が維持される。例えばウエイクアップおよびスリープ（エネルギ節約機能）等の追加的な機能は、中央制御することができる。
図３Ｂに示された制御回路４Ｕの実施例では、追加的に直列のインターフェース４１７、例えばＬＩＮインターフェースが相応のバスシステムに設けられており、このバスシステムに例えば故障診断ユニット４５が接続されている。さらに、ＵＮＤゲート４１８が設けられている。その他、制御回路４Ｕのハードウエア構造および接続は変更されていない。
この場合、制御回路４Ｕは、適切なバスコントローラ４１５を有している。ＵＮＤゲート４１８は、妥当性判定回路４１２によってアウトプットされた信号がドライバ回路４１４の入力部に印加されたときにのみ、信号をドライバ回路４１４にアウトプットすることができる。この信号は、正の電圧接続部Ｂ＋に印加された電圧が最大値より小さい、例えば１２Ｖ給電網においては１６Ｖよりも小さいことを知らせる。
従って、正の電圧接続部Ｂ＋に印加された電圧がこの最大値、例えば１６Ｖよりも大きい場合、バスコントローラ４１５の相応の信号は無視されるので、制御回路４Ｕ〜４Ｙの同期化は負荷遮断時に妨害されない。同様に、電圧が例えば１６Ｖより大きいときに、別のバス接続ユニットが通信を遮断する。
信号がバスコントローラ４１５にも供給される同期化配線４２は、バスコントローラを介して、発電機制御装置２２の、設けられている同期化配線に接続され、上位のシステム、例えばエンジン制御装置によって制御され得る。
故障診断ユニット４５は、故障メッセージを提供するか若しくは処理し、この故障メッセージを相応のバスを介して、上位のマスタシステムに送信することができるので、発電機制御装置２２は、安全な状態を得るために、場合によっては遮断され得る。
各バスコントローラ４１５は、アドレスコード化のためのプリセットとして、標準的な形式で３つの入力部４１６を有している。それぞれ１つの論理的な１または論理的なゼロが印加され得る３つの入力部の組み合わせによって、個別の接続ユニットを識別するための８つの可能な接続ユニット識別子が得られる。これによって、相応の制御ユニット４Ｕ〜４Ｙは一体的に製造され、しかも遡及可能な故障メッセージをアウトプットすることができる。
標準的な形式で使用される通信プロトコルは故障しにくいので、前述の同期化および対応するバスシステムの組み合わせが可能である。２つの機能の運転領域は、定義毎にオーバーラップすることはない。負荷遮断防止機能による自然発生的な短い妨害が発生した場合でも、この短い妨害がバス通信の故障を引き起こすことはない。選択的に、通信構造は、この通信構造内に、上位のシステムと通信するための中央モジュールが、同時に制御ユニット４Ｕ〜４Ｙのためのマスタとして組み込まれるように、選択されてよい。これによって、別の妨害が除去され得る。
図４は、本発明の実施例による妥当性判定回路、例えば図３Ａおよび図３Ｂの妥当性判定回路４１２の機能を示す。
この場合、信号Ｖ＿ＢＰＦは正の直流電圧接続部Ｂ＋に印加された電圧のフィルタリングされた電圧信号である。ＲＸは、受信回路４１１からの信号を示す。出力信号ＣＯＭ＿ＰＳは、ＯＤＥＲゲート４１３に転送される。
Ｖ＿ＢＰＦが下側の閾値３１Ｕ（ここでは、ＶＬＤ＿ｌｏｗｅｒ＿Ｈｙｓｔで示されている）を上回ると、信号Ｅｎａｂｌｅ＿１がアクティブになる（論理的な１）。この機能は、同期化配線による、相短絡の不法な要求を阻止する。
Ｖ＿ＢＰＦが下側の閾値３１Ｕ（ＶＬＤ＿ｌｏｗｅｒ＿Ｈｙｓｔ）を再び下回ると、信号Ｅｎａｂｌｅ＿２がアクティブになる（論理的な１）が、これは所定の時間（例えば２ｍｓ）よりも長く続かない。この機能に基づいて、この制御回路４Ｕ〜４Ｙ内若しくは所属の監視ユニット４３自体内の下側の閾値が下回られたとしても、スレーブとして機能するこの制御回路４Ｕ〜４Ｙが自動的に相短絡を遮断することはできない。
受信回路４１１の信号ＲＸがアクティブであるが、Ｖ＿ＢＰＦが下側の閾値３１Ｕ（ＶＬＤ＿ｌｏｗｅｒ＿Ｈｙｓｔ）を下回っていて、この状態が所定の時間（例えば１００ｍｓ、ｔＧＮＤ＿ｓｈｏｒｔ）よりも長く継続すると、信号ＤＩＳがアクティブになる（論理的な１）。これによって、同期化配線がアースに短絡したことが検知され、短絡エラーによる不都合な相短絡が禁止される。
信号Ｅｎａｂｌｅ＿１または信号Ｅｎａｂｌｅ＿２がアクティブであり（論理的な１）、信号ＤＩＳがパッシブであれば（論理的な０）、信号ＣＯＭ＿ＰＳは、受信回路４１１からの信号ＲＸと同じ値を得る。
ドライバ回路４１４は、好適な形式でスイッチ素子Ｓ４１を接続するための本来のドライバを有しているだけではなく、保護機能も有している。正の直流電圧接続部Ｂ＋に対して同期化配線４２が持続的に短絡している場合、ドライバ回路４１４は、適切な開閉限界およびタイムカウンタによって故障を監視する。スイッチ素子Ｓ４１をスイッチオンさせるための信号が入力されるとタイムカウンタが始動される。スイッチ素子Ｓ４１のアウトプットにおける電圧が開閉限界を上回っているべきであり、タイムカウンタのために規定された時間が経過すると、それに相当する状態が検知され、スイッチ素子Ｓ４１が再びスイッチオフされる。これによって、スイッチ素子Ｓ４１を介しての持続的な高電流は阻止され、ひいては素子の過熱若しくは故障も避けられる。
本発明のその他の利点は、同期化配線に不具合があっても、個別の制御回路４Ｕ〜４Ｙは少なくとも自主的な負荷遮断防止の動作を、妨げられることなく個別に実施できる、という点にある。例えば２つの制御回路４Ｕ〜４Ｙ間の接続が遮断されても、これによって分割されたグループは個別に同期作動する。
１ ブリッジ整流器
２ 発電機
３ 制御ユニット
４ 自動車車載電源
４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ，４Ｘ，４Ｙ 制御回路
１０ 発電装置
２１ 固定子装置
２２ 発電機制御装置
２３ 励磁コイル
３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ 上側の閾値
３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗ 下側の閾値
４０ 整流器モジュール
４１ 同期化ユニット
４２ 同期化配線
４３ 監視ユニット
４４ 制御ユニット
４５ 故障診断ユニット
２２１，２２２ 配線
２２３ 通信インターフェース
３００ 線図
３０１ 電圧変化
３１１，３１２，３１３，３１４ ポイント
４１１ 受信回路
４１２ 妥当性判定回路
４１３ ＯＤＥＲゲート
４１４ ドライバ回路
４１５ バスコントローラ
４１６ 入力部
４１７ インターフェース
４１８ ＵＮＤゲート
４３１ 入力部
４３２ 出力部
４４１ 出力部
Ｂ＋，Ｂ− 直流電圧接続部
ｂ，ｃ 同期化接続部
ｇ 配線
Ｈ，Ｌ 分岐部、整流器分岐部
Ｒ１ 抵抗
Ｓ１〜Ｓ１０，Ｓ２２，Ｓ４１ スイッチ素子
ｔ（ｓ） 時間
ｕ，ｖ，ｗ，ｘ，ｙ 交流電圧接続部
Ｕ，Ｖ，Ｗ，Ｘ，Ｙ ハーフブリッジ
Ｖ（Ｕ） 電圧値
Ｖ＿ＢＰＦ 電圧信号
ＲＸ 信号
ＣＯＭ＿ＰＳ 信号
Ｅｎａｂｌｅ＿１，Ｅｎａｂｌｅ＿２ 信号
ＶＬＤ＿ｌｏｗｅｒ＿Ｈｙｓｔ 下側の閾値
ＤＩＳ 信号

Claims (19)

  1. アクティブなブリッジ整流器（１）のための整流器モジュール（４０）であって、該整流器モジュール（４０）は、２つの終端接続部間に直列接続された２つのスイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ５，Ｓ６〜Ｓ１０）、並びに監視ユニット（４３）と同期化ユニット（４１）と制御ユニット（４４）とを備えた制御回路（４Ｕ〜４Ｙ）を有しており、前記２つのスイッチ素子間に中間タップが形成されており、
    前記監視ユニット（４３）は、測定電圧を算出し、該測定電圧が上側の閾値（３０Ｕ〜３０Ｗ）を越えると、要求信号をアウトプットするように設計されており、
    前記同期化ユニット（４１）は、前記監視ユニット（４３）が前記要求信号をアウトプットしている間、同期化接続部（ｃ）に同期化信号をアウトプットし、そうでなければ前記同期化接続部（ｃ）で同期化信号を監視するように設計されており、
    前記制御ユニット（４４）は、前記監視ユニット（４３）が前記要求信号をアウトプットし、かつ／または前記同期化接続部（ｃ）の監視によって前記同期化信号が検出されて、前記同期化信号が妥当であると検知されると、前記２つのスイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ５，Ｓ６〜Ｓ１０）のうちの一方を、制御継続時間中に少なくとも一時的に導電接続するように設計されている、
    アクティブなブリッジ整流器（１）のための整流器モジュール（４０）。
  2. 前記監視ユニット（４３）は、前記要求信号のアウトプットが早くとも最短時間の経過後および／または遅くとも最大の要求継続時間の経過後に終了するように設計されている、請求項１に記載の整流器モジュール（４０）。
  3. 前記整流器モジュール（４０）が、前記制御回路（４Ｕ〜４Ｙ）および／または前記スイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ５，Ｓ６〜１０）に供給するための少なくとも１つのコンデンサを有しており、前記制御ユニット（４４）は、該制御ユニット（４４）によって導電接続された、前記２つのスイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ５，Ｓ６〜１０）の一方を、前記要求継続時間中に少なくとも１つの前記コンデンサに印加された電圧が所定の値を下回ると規定されるときに、少なくとも１つの前記コンデンサに印加された電圧が所定の値を再び上回るまで非導電接続するように設計されている、請求項２に記載の整流器モジュール（４０）。
  4. 前記監視ユニット（４３）は、少なくとも１つの前記コンデンサを充電するために使用された電圧が閾値を下回ると規定されるときに、前記要求継続時間が経過する前に前記要求信号のアウトプットを終了するように設計されている、請求項３に記載の整流器モジュール（４０）。
  5. 前記監視ユニット（４３）は、前記測定電圧が下側の閾値（３１Ｕ〜３１Ｗ）を下回るまで、前記要求信号をアウトプットするように設計されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の整流器モジュール（４０）。
  6. 前記同期化信号は、前記測定電圧が前記下側の閾値（３１Ｕ〜３１Ｗ）を越えるときにのみ、妥当であると検知される、請求項５に記載の整流器モジュール（４０）。
  7. 前記同期化信号は、所定の最大継続時間を越えない限り、妥当であると検知される、請求項１から６のいずれか１項に記載の整流器モジュール（４０）。
  8. 前記制御回路（４Ｕ〜４Ｙ）はさらに、通信インターフェースを備えた故障診断ユニット（４５）を有している、請求項１から７のいずれか１項に記載の整流器モジュール（４０）。
  9. 前記通信インターフェースが、通信バスとの直列的なインターフェースとして構成されており、前記制御回路（４Ｕ〜４Ｙ）が、アドレスコード化手段を備えたバスコントローラ（４１５）を有している、請求項８に記載の整流器モジュール（４０）。
  10. 前記整流器モジュール（４０）は、前記測定電圧が前記上側の閾値（３０Ｕ〜３０Ｗ）を越えると、前記通信インターフェースを遮断するように設計されている、請求項９に記載の整流器モジュール（４０）。
  11. アクティブなブリッジ整流器（１）であって、該アクティブなブリッジ整流器（１）は、複数の交流電圧接続部（ｕ〜ｙ）と、２つの直流電圧接続部（Ｂ＋，Ｂ−）と、前記複数の交流電圧接続部（ｕ〜ｙ）の数に相当する数のハーフブリッジ（Ｕ〜Ｙ）とを有しており、前記ハーフブリッジがそれぞれ、請求項１から１０のいずれか１項に記載の整流器モジュール（４０）によって形成されており、前記整流器モジュール（４０）のスイッチ素子（Ｓ１〜Ｓ１０）がそれぞれその終端接続部で以って、前記直流電圧接続部（Ｂ＋，Ｂ−）間に直列に接続されており、前記スイッチ素子の中間タップが、前記アクティブなブリッジ整流器（１）の前記交流電圧接続部（ｕ〜ｙ）を形成している、アクティブなブリッジ整流器（１）。
  12. 前記整流器モジュール（４０）の前記監視ユニット（４３）は、前記２つの直流電圧接続部（Ｂ＋，Ｂ−）間に印加された電圧を測定電圧として検出するように設計されている、請求項１１に記載のアクティブなブリッジ整流器（１）。
  13. 前記同期化ユニット（４１）の前記同期化接続部（ｃ）が、同期化配線（４２）を介して前記整流器モジュール（４０）内で互いに接続されており、それによって、前記同期化ユニット（４１）の少なくとも１つによって同期化信号がアウトプットされるときに、常に前記同期化接続部（ｃ）に同期化信号を印加する、請求項１１または１２に記載のアクティブなブリッジ整流器（１）。
  14. 発電装置（１０）であって、該発電装置（１０）は、請求項１１から１３までのいずれか１項に記載のアクティブなブリッジ整流器（１）と、発電機制御装置（２２）を備えた発電機（２）とを有しており、前記発電機制御装置（２２）が直流電圧接続部（Ｂ＋，Ｂ−）を介して給電される、発電装置（１０）。
  15. 同期化配線において同期化信号が検出され、前記同期化信号が妥当であると検知され、かつ／または測定電圧が上側の閾値（３０Ｕ〜３０Ｗ）を越えると、前記発電機（２）の励磁場の電圧供給を遮断するか、または前記発電機（２）を少なくとも規定された継続時間だけ遮断するように設計されている手段を有している、請求項１４に記載の発電装置（１０）。
  16. 自動車車載電源において、該自動車車載電源は、請求項１４または１５に記載の少なくとも１つの発電装置（１０）を有している、自動車車載電源。
  17. 請求項１１から１３までのいずれか１項に記載のアクティブなブリッジ整流器（１）、請求項１４または１５に記載の発電装置および／または請求項１６に記載の自動車車載電源（４）を運転するための方法において、該方法は、同期化配線（４２）に同期化信号が印加され、前記同期化信号が妥当であると検知されている間、交流電圧接続部（ｕ〜ｙ）を互いに導電接続することを含む、アクティブなブリッジ整流器（１）、発電装置および／または自動車車載電源（４）を運転するための方法。
  18. 請求項１１から１３までのいずれか１項に記載のアクティブなブリッジ整流器（１）、請求項１４または１５に記載の発電装置、および／または請求項１６に記載の自動車車載電源（４）のための制御ユニット（３）において、前記制御ユニットが、請求項１７に記載の方法を実施するために設計されている、制御ユニット（３）。
  19. コンピュータプログラムにおいて、該コンピュータプログラムは、請求項１７に記載の方法が演算装置において実行されるときに、請求項１８に記載の制御ユニット（３）を促して、請求項１６に記載の方法を実行させる、コンピュータプログラム。
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