JP6918244B2 - 整流装置及びそれを備えた車両用交流発電装置 - Google Patents
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Description
正極側の出力端子に接続される正極側の半導体素子と、負極側の出力端子に接続される負極側の半導体素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する交流電源に接続される直列回路を、nセット設け(nは2以上の自然数)、
前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子は、負極側から正極側に電流を流す整流機能を少なくとも有し、
前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子の一方は、前記nセットの全てについて、MOSFETであり、
前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子の他方は、前記nセットの少なくとも1つについて、特定ダイオードであり、
前記特定ダイオードは、ショットキーバリアダイオードであり、
前記ショットキーバリアダイオードの降伏電圧は、前記MOSFETのクランプ電圧よりも低いものである。
実施の形態1に係る整流装置1、及び整流装置1を備えた車両用発電装置10について図面を参照して説明する。図1は、整流装置1及び車両用発電装置10の回路図である。
車両用発電装置10は、ハウジング34に固定された固定子39と、当該固定子39の径方向内側に配置され、ハウジング34に対して回転可能に支持された回転子38と、を備えている(図6参照)。固定子39には3相の巻線9U、9V、9Wが設けられ、回転子38には界磁巻線14が設けられている。3相の巻線9U、9V、9Wは、スター結線されている。なお、3相の巻線9U、9V、9Wは、Δ結線又は千鳥結線されてもよい。車両用発電装置10は、エンジンの回転駆動力により発電する。回転子38の回転軸36は、プーリ及びベルト機構等の連結機構を介してエンジンのクランク軸に連結される。
整流装置1は、正極側のMOSFETのそれぞれをオンオフ駆動する制御回路8を備えている。本実施の形態では、正極側のMOSFETのそれぞれに、MOSFETをオンオフ駆動する制御回路8としてのIC(Integrated Circuit)が備えられている。制御回路8は、MOSFETのドレイン端子Dとソース端子Sに接続されており、ドレイン端子Dとソース端子Sの電圧を検出する。そして、制御回路8は、MOSFETのゲート端子Gに接続されており、ソース端子Sの電圧が、ドレイン端子Dの電圧を上回る場合に、ゲート端子Gにオン信号を出力して、MOSFETをオンにする。一方、制御回路8は、ソース端子Sの電圧が、ドレイン端子Dの電圧を下回る場合に、ゲート端子Gにオフ信号を出力して、MOSFETをオフにする。例えば、制御回路8は、ソース端子Sの電圧からドレイン端子Dの電圧を減算した差電圧が、予め設定されたオン判定閾値を上回った時点を基準にMOSFETのオン時点を設定し、差電圧が予め設定されたオフ判定閾値を下回った時点を基準にMOSFETのオフ時点を設定する。
上述したように、SBDは、逆方向の電圧を印加した場合に、カソード端子Kからアノード端子Aに流れる漏れ電流が、PN接合のダイオードに比べて大きくなる。また、SBDは、素子温度が高くなるに従って、漏れ電流が大きくなる。
車両用発電装置10が発電している時に、例えば正極側の出力端子5が外れることによって、急激に電気負荷102及び蓄電装置101が遮断された場合、界磁巻線14に流れる電流は直ちにゼロにならず、界磁巻線14の時定数で減衰していくため、3相の巻線9U、9V、9Wには高電圧サージが発生する。
次に、車両用発電装置10の構造について説明する。図6は、回転軸36の軸心を通る平面で切断した車両用発電装置10の断面図である。車両用発電装置10は、ハウジング34に固定された固定子39と、固定子39の径方向内側に配置され、ハウジング34に対して回転可能に支持された回転子38と、を備えている。回転子38及び固定子39がハウジング34内に収容されている。回転軸36は、回転子38の中心部を貫通しており、回転子38と一体回転する。回転軸36は、固定子39の軸方向の両側で、それぞれベアリング35を介して、ハウジング34に対して回転可能に支持されている。
上述したように、負極側のSBDは、正極側のMOSFETよりも整流損失が大きく、発熱量が大きくなる。図7に示すように、負極側のSBDは、正極側のMOSFETよりも冷却風の下流側に配置されている。本実施の形態では、負極側のSBDは、正極側のMOSFETよりもフロント側に配置されている。本実施の形態とは逆に、発熱量が大きいSBDを上流側に配置すると、SBDの冷却を向上できるものの、上流側で冷却風が温められ、下流側のMOSFETの冷却が悪化する。本実施の形態では、発熱量が小さいMOSFETを上流側に配置しているので、上流側のMOSFETを良好に冷却することができると共に、上流側における冷却風の温度上昇を抑制し、下流側のSBDの冷却が悪化することを抑制できる。すなわち、本実施の形態の配置では、SBD及びMOSFETの全体の冷却効率を向上させることができる。
次に、実施の形態2に係る整流装置1及び車両用発電装置10について説明する。上記の実施の形態1と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態では、図13の回路図に示すように、正極側の半導体素子2は、3セットの全てについて、SBDとされ、負極側の半導体素子3は、3セットの全てについて、MOSFETとされている点が、実施の形態1と異なる。
次に、実施の形態3に係る整流装置1及び車両用発電装置10について説明する。上記の実施の形態1又は2と同様の構成部分は説明を省略する。実施の形態1及び2では、SBDの順方向降下電圧が、25℃、100A通電の条件で、0.6V程度であった。本実施の形態では、SBDの順方向降下電圧が、25℃、100A通電の条件で、0.6Vよりも低い電圧、例えば、0.3Vから0.4Vの超低順方向降下電圧のSBDが用いられる。
最後に、本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
Claims (13)
- 正極側の出力端子に接続される正極側の半導体素子と、負極側の出力端子に接続される負極側の半導体素子とが直列接続され、直列接続の接続点が対応する交流電源に接続される直列回路を、nセット設け(nは2以上の自然数)、
前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子は、負極側から正極側に電流を流す整流機能を少なくとも有し、
前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子の一方は、前記nセットの全てについて、MOSFETであり、
前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子の他方は、前記nセットの少なくとも1つについて、特定ダイオードであり、
前記特定ダイオードは、ショットキーバリアダイオードであり、
前記ショットキーバリアダイオードの降伏電圧は、前記MOSFETのクランプ電圧よりも低い整流装置。 - 前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子の他方は、前記nセットの全てについて、前記特定ダイオードである請求項1に記載の整流装置。
- 前記MOSFETをオンオフ駆動する制御回路を更に備え、
前記制御回路は、前記MOSFETのソース端子の電圧が、前記MOSFETのドレイン端子の電圧を上回る場合に、前記MOSFETをオンにする請求項1又は2に記載の整流装置。 - 負極側から正極側への前記ショットキーバリアダイオードの順方向の降下電圧は、25℃、100A通電の条件で、0.3Vから0.65Vの範囲内の電圧である請求項1から3のいずれか一項に記載の整流装置。
- 前記特定ダイオードは、前記MOSFETよりも冷却風の下流側に配置される請求項1から4のいずれか一項に記載の整流装置。
- 前記ショットキーバリアダイオードは、温度が高くなるほど、負極側から正極側への降下電圧が小さくなる特性を有する請求項5に記載の整流装置。
- 全ての前記正極側の半導体素子は、同一平面上に配置され、全ての前記負極側の半導体素子は、同一平面上に配置され、
全ての前記正極側の半導体素子が配置される平面と、全ての前記負極側の半導体素子が配置される平面とは、前記冷却風の流れ方向にずれている請求項5又は6に記載の整流装置。 - 全ての前記正極側の半導体素子が固定される正極側のヒートシンクと、全ての前記負極側の半導体素子が固定される負極側のヒートシンクと、を更に備え、
前記正極側のヒートシンクと前記負極側のヒートシンクとのいずれか前記特定ダイオードが固定されている方は、前記特定ダイオードが固定されていない方よりも、前記冷却風の下流側に配置されている請求項5から7のいずれか一項に記載の整流装置。 - 前記正極側の半導体素子と前記負極側の半導体素子と前記交流電源と前記正極側の出力端子と前記負極側の出力端子とを接続するサーキットボードを更に備え、
前記サーキットボードは、前記冷却風の流れ方向における、前記正極側のヒートシンクと前記負極側のヒートシンクとの間に挟まれている請求項8に記載の整流装置。 - 前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子のパッケージは、円柱状又は直方体状であり、前記正極側のヒートシンク及び前記負極側のヒートシンクに形成された円柱状又は直方体状の貫通孔に嵌め込まれている請求項8又は9に記載の整流装置。
- 前記MOSFET及び前記特定ダイオードに用いられる半田は、鉛フリー半田である請求項1から10のいずれか一項に記載の整流装置。
- 請求項1から11のいずれか一項に記載の整流装置、及び前記交流電源としてのn相の巻線を備えた車両用交流発電装置。
- 前記正極側の半導体素子及び前記負極側の半導体素子が固定されるヒートシンクの外径は、前記n相の巻線を収容するハウジングの外周壁の内径よりも小さい請求項12に記載の車両用交流発電装置。
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