DE102013111646A1

DE102013111646A1 - Drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge, die eine Schutzschaltung zum Unterdrücken einer Load-Dump-Überspannung enthält

Info

Publication number: DE102013111646A1
Application number: DE102013111646.9A
Authority: DE
Inventors: Asaka Kimura; Masaya NAKANISHI; Takatoshi Inokuchi
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2014-04-30
Also published as: JP2014087195A

Abstract

Es wird eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge vorgeschlagen, die eine Schutzsteuereinheit (140, 146, 148, 149) zum Unterdrücken eines Einflusses einer Load-Dump-Überspannung umfasst. Die Schutzsteuereinheit überwacht die Ausgangsspannung der drehenden elektrischen Maschine und steuert den MOS-Transistor in der Schaltung des unteren Zweigs dazu, EIN geschaltet zu sein, wenn die Ausgangsspannung die erste Schwellwertspannung V1 überschreitet, und wobei, wenn die Ausgangsspannung die erste Schwellwertspannung V1 überschreitet und so abnimmt, dass sie niedriger als die zweite Schwellwertspannung V2 ist, steuert sie den MOS-Transistor unter einer Bedingung dazu, AUS geschaltet zu sein, die darin besteht, dass eine Zwischenzeit zwischen einer Zeit, zu der die Drain-Spannung des MOS-Transistor so abnimmt, dass sie niedriger als eine vorbestimmte Spannung ist, und einer Zeit, zu der die Drain-Spannung des MOS-Transistors die vorbestimmte Spannung überschreitet, liegt. Die Bedingung ist dazu geeignet, ein Auftreten der Überspannung zu unterdrücken.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(Technisches Gebiet)
Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge, genauer genommen eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge, die eine Schutzschaltung zum Unterdrücken einer Load-Dump-Überspannung enthält.
(Beschreibung der verwandten Technik)
Üblicherweise wird eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von Gleichrichtermodulen eingesetzt. Insbesondere offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung JP 2012-29346 eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge mit einer Mehrzahl von Gleichrichtermodulen, von denen jedes eine Load-Dump-Schutzbestimmungseinheit aufweist, in der ein MOS(Metalloxidhalbleiter)-Transistor eines unteren Zweigs EIN-geschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung die erste Schwellwertspannung überschreitet, und zu einer Zeit AUS-geschaltet wird, die dazu geeignet ist, ein Auftreten einer Überspannung zu unterdrücken, wenn die Ausgangsspannung niedriger als die zweite Schwellwertspannung wird. Ferner ist die drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge dazu angepasst, den MOS-Transistor nach Ablauf einer vorbestimmten Dauer AUS zu schalten, falls die geeignete Zeit zum Unterdrücken eines Auftretens der Überspannung nicht erfasst wird, wenn die Ausgangsspannung niedriger als die zweite Schwellwertspannung wird.
Gemäß der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge, die durch das oben genannte Patentdokument offenbart ist, fließt, während der untere Zweig des MOS-Transistors, der lediglich einem Phasenausgang unter drei Phasenausgängen der Ankerwicklung entspricht, EIN-geschaltet worden ist, der Phasenstrom nicht, wenn die Spannung zwischen jeweiligen Phasen niedriger als die Ausgangsspannung Vb wird, selbst wenn die Wechselspannung, die an der Source des MOS-Transistors angelegt ist, den niedrigsten Wert einnimmt. Daher wird die parasitäre Diode, die zwischen den Source-Drain-Anschlüssen verbunden ist, in Sperrrichtung betrieben, sodass die Drain-Spannung einen Wert beibehält, der größer als 0 Volt ist. Demzufolge kann die geeignete Zeit zum Unterdrücken eines Auftretens der Überspannung nicht erfasst werden, selbst wenn die Spannung zwischen entsprechenden Phasen nahe der Ausgangsspannung Vb ist, sodass es wahrscheinlich ist, dass, in Abhängigkeit von einer Zeit, zu welcher der MOS-Transistor AUS-geschaltet wird nachdem die vorbestimmte Dauer abgelaufen ist, eine Überspannung auftritt. Es ist zu beachten, dass die konstruierte Schwellwertspannung aufgrund eines Schaltungsfehlers verschoben werden kann, sodass sie unter 0 Volt liegt, selbst wenn die konstruierte Schwellwertspannung, die zum Erfassen der Drain-Spannung verwendet wird, höher als 0 Volt eingestellt ist. Selbst in diesem Fall kann die geeignete Zeit zum Unterdrücken eines Auftretens der Überspannung nicht erfasst werden, falls die oben beschriebene Spannung zwischen jeweiligen Phasen niedriger als die Ausgangsspannung wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der oben beschriebenen Probleme gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge zu schaffen, die ein Auftreten der hohen Spannung unmittelbar beenden kann, wenn eine Load-Dump-Überspannung auftritt.
Die Ausführungsformen einer drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge umfassen: eine Ankerwicklung (2, 3) mit zwei oder mehr Phasenwicklungen, wobei an den Ankerwicklungen eine Wechselspannung induziert wird; eine Schalteinheit (5, 6), die eine Brückenschaltung bildet, um die Wechselspannung gleichzurichten und eine gleichgerichtete Spannung auszugeben, wobei die Brückenschaltung eine Mehrzahl von Schaltungen eines unteren Zweigs umfasst, die durch ein Schaltelement (51) gebildet werden, mit dem eine Diode in Parallelschaltung verbunden ist, und das Schaltelement zwischen der Ankerwicklung und einem Masseanschluss verbunden ist; eine Steuereinheit (100), die das Schaltelement in EIN- oder AUS-Schaltzustände steuert; und eine Schutzsteuereinheit (140, 146, 148, 149), die einen Schutzbetrieb zum Schutz von Bauteilen, die in der drehenden elektrischen Maschine für Fahrzeuge angeordnet sind, vor einer Load-Dump-Überspannung steuert. Insbesondere umfasst die Schutzsteuereinheit: eine Überwachungseinheit (141), welche die gleichgerichtete Spannung überwacht; eine erste Erfassungseinheit (142), die basierend auf einem Ergebnis der Überwachung durch die Überwachungseinheit erfasst, ob die gleichgerichtete Spannung eine erste Schwellwertspannung überschreitet oder nicht, und ob die gleichgerichtete Spannung niedriger als eine zweite Schwellwertspannung ist oder nicht, die niedriger als die erste Schwellwertspannung ist; eine zweite Erfassungseinheit (143, 144, 145, 146, 147), die eine erste Zeit, zu der eine Spannung an einer Ankerwicklungsseite des Schaltelements eine vorbestimmte Spannung überschreitet, eine zweite Zeit, zu der eine Spannung an der Ankerwicklungsseite des Schaltelements so abnimmt, dass sie niedriger als die vorbestimmte Spannung ist, und eine Zwischenzeit erfasst, die als ein zwischenliegender Punkt zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit definiert ist, wobei die Zwischenzeit als eine geeignete Zeit bestimmt wird, die zum Unterdrücken eines Auftretens der Load-Dimp-Überspannung verwendet wird; und eine Befehlseinheit (148, 149), die der Steuereinheit befiehlt, das Schaltelement EIN zu schalten, wenn die erste Erfassungseinheit erfasst, dass die gleichgerichtete Spannung die erste Schwellwertspannung überschreitet, und sie, nachdem erfasst worden ist, dass die gleichgerichtete Spannung die erste Schwellwertspannung überschreitet, der Steuereinheit zu der Zwischenzeit befiehlt, das Schaltelement AUS zu schalten, wenn die erste Erfassungseinheit erfasst, dass die gleichgerichtete Spannung niedriger als die zweite Schwellwertspannung ist, um das Auftreten der Load-Dump-Überspannung zu unterdrücken.
Demzufolge kann die geeignete Zeit, die zum Unterdrücken eines Auftretens einer Überspannung verwendet wird, selbst dann erfasst werden, wenn die Genauigkeit der Erfassungsvorrichtung derart herabgesetzt ist, dass die Erfassungsvorrichtung während der Strom durch die Statorwicklung fließt nicht erfassen kann, dass die Spannung an der Statorwicklungsseite niedriger als 0 Volt ist. Es ist zu beachten, dass die Erfassungsvorrichtung erfasst, dass die elektromotorische Kraft zwischen Phasen niedriger als die Ausgangsspannung wird, oder die Spannung auf der Statorwicklungsseite des Schaltelements 0 Volt oder weniger ist. Daher kann ein Auftreten einer hohen Spannung aufgrund einer Load-Dump-Überspannung unmittelbar beendet werden, weil ein Auftreten einer großen Überspannung verhindert werden kann, wenn der Load-Dump-Schutzbetrieb freigegeben ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen zeigen:
1 ein Blockdiagramm, das einen Leistungsgenerator für Fahrzeuge gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ein Blockdiagramm, das einen ausführlichen Aufbau der Feldsteuereinheit zeigt;
3 ein Blockdiagramm, das einen Aufbau des Gleichrichtermoduls zeigt;
4 ein Blockdiagramm, das einen ausführlichen Aufbau der Steuerschaltung zeigt;
5 ein Diagramm, das einen Zustandsübergang zeigt, bei dem sich ein Betriebszustand zum Schutzbetrieb ändert, wenn eine Load-Dump-Überspannung auftritt, und der Betrieb den normalen Gleichrichtungsbetrieb wieder aufnimmt;
6A und 6B Diagramme, die eine Phasenspannung des Leistungsgenerators für Fahrzeuge zeigen;
7 ein Diagramm, das einen Aufbau der Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit zeigt;
8 ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung Vb und dem Beurteilungsergebnis der Schwellwertspannungsbestimmungseinheit zeigt;
9 ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen der Source-Drain-Spannung Vds und der Referenzspannung Vref zeigt;
10 ein Diagramm, das eine Gesamterfassung der Zwischenzeit zeigt;
11 ein Diagramm, das einen Neustartbetrieb der Gleichrichtung unter Verwendung der Zwischenzeit zeigt; und
12 ein Diagramm, das eine Modifikation der Erfassung der Zwischenzeit zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnungen, wird nachstehend ein Leistungsgenerator für Fahrzeuge gemäß der Ausführungsform beschrieben, wobei eine drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge der vorliegenden Offenbarung hieran angepasst ist. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst der Leistungsgenerator für Fahrzeuge 1 zwei Statorwicklungen (Ankerwicklungen) 2 und 3, die Feldwicklung 4, zwei Gleichrichtermoduleinheiten 5 und 6, eine Feldsteuereinheit 7, eine Zenerdiode 20, und eine Diode 22. Die zwei Gleichrichtermoduleinheiten 5 und 6 entsprechen der Umschalteinheit.
Dabei ist die Statorwicklung 2 eine mehrphasige Wicklung (z. B. dreiphasige Wicklungen einschließlich einer X-Phasenwicklung, Y-Phasenwicklung und Z-Phasenwicklung), die um einen Statorkern (nicht dargestellt) gewickelt ist. In ähnlicher Weise ist die andere Statorwicklung 3 eine mehrphasige Wicklung (z. B. dreiphasige Wicklung einschließlich einer U-Phasenwicklung, einer V-Phasenwicklung und einer W-Phasenwicklung), die um den oben beschriebenen Statorkern gewickelt ist, und von der Statorwicklung 2 um 30° im elektrischen Winkel versetzt ist. Gemäß der Ausführungsform bilden die zwei Statorwicklungen 2 und 3 und der Statorkern den Stator.
Die Feldwicklung 4 ist um die Feldpole gewickelt, die sich gegenüberliegend an einer inneren Umfangsseite des Statorkerns angeordnet sind, sodass sie den Rotor bilden. Der Feldpol wird durch einen Erregerstrom, der durch diesen fließt, magnetisiert. Die Statorwicklungen 2 und 3 erzeugen einen Wechselstrom (AC) bzw. Wechselspannung durch das drehende Feld, das erzeugt wird, wenn der Feldpol magnetisiert wird.
Die Gleichrichtermoduleinheit 5 ist mit der Statorwicklung 2 (Mehrzahl von Phasenwicklungen) verbunden, sodass sie eine dreiphasige Vollweggleichrichterschaltung (Brückenschaltung) bilden, wobei der Wechselstrom, der an der Statorwicklung 2 induziert wird, in einen Gleichstrom (DC) umgewandelt wird. Diese Gleichrichtermoduleinheit 5 umfasst eine Mehrzahl von Gleichrichtermodulen 5X, 5Y und 5Z. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Gleichrichtermodule der Anzahl der Phasen der Statorwicklung 2 entspricht (drei Module, wenn drei Phasenwicklungen eingesetzt werden). Das Gleichrichtermodul 5X ist mit der X-Phasenwicklung verbunden, die in der Statorwicklung 2 umfasst ist. Das Gleichrichtermodul 5Y ist mit der Y-Phasenwicklung verbunden, die in der Statorwicklung 2 umfasst ist. Das Gleichrichtermodul 5Z ist mit der Z-Phasenwicklung verbunden, die in der Statorwicklung 2 umfasst ist.
Die andere Gleichrichtermoduleinheit 6 ist mit der Statorwicklung 3 verbunden, sodass sie eine dreiphasige Vollweggleichrichterschaltung (Brückenschaltung) bilden, wobei der Wechselstrom, der an der Statorwicklung 3 induziert wird, in einen Gleichstrom (DC) umgewandelt wird. Diese Gleichrichtermoduleinheit 6 umfasst eine Mehrzahl von Gleichrichtermodulen 6U, 6V und 6W. Es ist zu beachten, dass die Anzahl der Gleichrichtermodule der Anzahl der Phasen der Statorwicklung 3 entspricht (drei Module, wenn drei Phasenwicklungen eingesetzt werden). Das Gleichrichtermodul 6U ist mit der U-Phasenwicklung verbunden, die in der Statorwicklung 3 umfasst ist. Das Gleichrichtermodul 6V ist mit der V-Phasenwicklung verbunden, die in der Statorwicklung 3 umfasst ist. Das Gleichrichtermodul 6W ist mit der W-Phasenwicklung verbunden, die in der Statorwicklung 3 umfasst ist.
Die Feldsteuereinheit 7 steuert den Feldstrom, der durch die Feldwicklung 4 fließt, die über den F-Anschluss mit dieser verbunden ist, in Reaktion auf die Ausgangsspannung der Gleichrichtermoduleinheiten 5 und 6, wodurch die Ausgangsspannung des Leistungsgenerators für Fahrzeuge 1 (Ausgangsspannung der jeweiligen Gleichrichtermodule) so gesteuert wird, dass sie eine Regelungsspannung Vreg einnimmt. Beispielsweise stoppt die Feldsteuereinheit 7 ein Zuführen der Feldspannung an der Feldwicklung 4, wenn die Ausgangsspannung Vb die Regelungsspannung Vreg überschreitet, und sie beginnt ein Zuführen des Feldstroms zu der Feldwicklung 4, wenn die Ausgangsspannung Vb niedriger als die Regelungsspannung Vreg wird. Die Feldsteuereinheit 7 erfasst eine Drehzahl des Rotors basierend auf einer Phasenspannung, die an dem P-Anschluss (z. B. X-Phase) anliegt, die einer der Phasenwicklungen entspricht, und verringert den Feldstrom, der an der Feldwicklung 4 zugeführt wird, wenn die Feldsteuereinheit einen Drehungsstopp erfasst. Insbesondere stellt die Feldsteuereinheit 7 einem Betrag des Feldstroms so ein, dass er einen Wert einnimmt, der dem anfänglichen Erregungszustand entspricht (z. B. um 2A). Des Weiteren ist die Feldsteuereinheit 7 über den Kommunikationsanschluss L und Kommunikationsleitungen mit der ECU (elektronische Steuereinheit) 8, d. h. einer externen Steuereinheit, verbunden und sie führt mit der ECU 8 eine bidirektionale serielle Kommunikation aus (z. B. LIN(Local Interconnect Network)Kommunikation unter Verwendung des LIN-Protokolls), um eine Kommunikationsnachricht zu übertragen oder zu empfangen.
Die Zenerdiode 20 ist in Parallelschaltung mit den Ausgängen der Gleichrichtermoduleinheiten 5 und 6 verbunden. Insbesondere ist die Zenerdiode 20 derart angeordnet, dass der Kathodenanschluss mit der Ausgangsanschlussseite des Leistungsgenerators für Fahrzeuge 1 verbunden ist und der Anodenanschluss mit der Erdungsseite des Leistungsgenerators für Fahrzeuge 1 verbunden ist. Die Diode 22 ist mit der Zenerdiode 20 in Serienschaltung verbunden. Die Diode 22 dient als eine Strombegrenzungsvorrichtung, die verhindert, dass Strom fließt, wenn die Batterie 9 mit der Ausgangsseite des Leistungsgenerators für Fahrzeuge 1 rückwärtig verbunden ist. Es ist zu beachten, dass die Richtung, in welcher ein Fließen des Stroms verhindert wird, als eine Richtung bestimmt wird, bei welcher der Anodenanschluss der Diode 22 mit dem Ausgangsanschluss des Leistungsgenerators für Fahrzeuge 1 verbunden ist. In 1 ist die Diode 22 an der Ausgangsanschlussseite des Leistungsgenerators 1 für Fahrzeuge angeordnet, allerdings kann die Zenerdiode 20 an der Ausgangsanschlussseite des Leistungsgenerators 1 für Fahrzeuge angeordnet sein. Die oben beschriebene Zenerdiode 20 weist eine Zehnerspannung auf, die niedriger als die Abbruchspannung des Umschaltelements oder die Abbruchspannung der Feldsteuereinheit 7 ist.
Wie in 2 gezeigt ist, umfasst die Feldsteuereinheit 7 einen MOS(Metalloxidhalbleiter)-Transistor 71, eine Rückflussdiode 72, Widerstände 73 und 74, einen Spannungskomparator 75, eine Feldstromsteuerschaltung 76, eine Drehungserfassungsschaltung 77, eine Kommunikationsschaltung 78, eine Leistungszufuhrschaltung 79 und einen Kondensator 80. Die Kommunikationsschaltung 78 führt eine serielle Kommunikation mit der ECU 8 aus, wodurch Daten empfangen werden, wie z. B. die Regelungsspannung Vreg, die von der ECU 8 übertragen wird.
Die Widerstände 73 und 74 bilden einen Spannungsteiler, der die Erzeugungsspannung (Ausgangsspannung) des Leistungsgenerators für Fahrzeuge 1 teilt und die geteilte Spannung ausgibt, die durch den Spannungskomparator 75 empfangen wird. Der Spannungskomparator 75 vergleicht die geteilte Spannung mit einer Referenzspannung, die der Regelungsspannung Vreg entspricht, die von der Kommunikationsschaltung 78 empfangen wird. Beispielsweise gibt der Spannungskomparator 75 ein Signal mit hohem Pegel aus, wenn als Ergebnis des Vergleichs die Referenzspannung höher als die Erzeugungsspannung ist, und er gibt ein Signal mit niedrigem Pegel aus, wenn die Erzeugungsspannung höher als die Referenzspannung ist.
Die Feldstromsteuerspannung 76 steuert den MOS-Transistor 71, sodass dieser EIN oder AUS ist, indem das PWM(Pulsweitenmodulations)-Signal verwendet wird, das eine Ansteuerabtastung aufweist, die auf dem Ausgang (Spannungsvergleichsergebnis) des Spannungskomparators 75 basiert. Um eine schnelle Änderung des Ausgangsstroms zu verringern, kann die Feldstromsteuereinheit 76 eine graduelle Erregung durchführen, bei welcher der Feldstrom graduell geändert wird.
Die X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 ist über den P-Anschluss mit der Drehungserfassungsschaltung 77 verbunden. Die Drehungserfassungsschaltung 77 erfasst eine Drehung basierend auf der Phasenspannung Vp, die an dem Endabschnitt der X-Phasenwicklung auftritt, d. h. durch Erfassen eines Verhältnisses zwischen der Phasenspannung und der Referenzspannung, die sich periodisch verändert. Mit anderen Worten weist die Phasenspannung innerhalb des normalen Betriebs, indem kein Kurzschluss aufgetreten ist, an dem Gleichrichtermodul 5X oder der Statorwicklung 2 eine vorbestimmte Amplitude an dem P-Anschluss auf während die Leistung erzeugt wird, wobei die Drehung basierend auf der Phasenspannung Vp erfasst werden kann.
Die Feldstromsteuerschaltung 76 empfängt ein Erfassungsergebnis der Drehung, die durch die Drehungserfassungsschaltung 77 erfasst wird. Während eine Drehung erfasst wird, gibt die Feldstromsteuerschaltung 76 das PWM-Signal aus, das zum Zuführen des Feldstroms verwendet wird, der zur Leistungserzeugung an der Feldwicklung 4 erforderlich ist. Ferner gibt die Feldstromsteuerschaltung 76 das PWM-Signal aus, das zum Einstellen eines Betrags des Feldstroms erforderlich ist, sodass dieser einen Wert einnimmt, der dem anfänglichen Erregungszustand entspricht, während keine Drehung erfasst worden ist.
Die Leistungszufuhrschaltung 79 führt den Betriebsstrom an den jeweiligen Schaltungsblöcken einschließlich der Feldsteuereinheit 7 zu. Der Kondensator 80 wird verwendet, um Störungen zu beseitigen, die von den Ausgangsanschlüssen der Gleichrichtermoduleinheiten 5 und 6 kommen. Der kapazitive Wert des Kondensators 80 ist beispielsweise 1 μF.
Der Leistungsgenerator für Fahrzeuge 1 gemäß der Ausführungsform weist den oben beschriebenen Aufbau auf. Nachstehend wird der genaue Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X wie folgt beschrieben. Der Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X und die Aufbauten der anderen Gleichrichtermodule 5Y, 5Z, 6U, 6V und 6W sind dieselben. Demnach wird lediglich der Aufbau des Gleichrichtermoduls 5X wie folgt beschrieben. Wie in 3 gezeigt ist, umfasst das Gleichrichtermodul 5X zwei MOS-Transistoren 50 und 51 und eine Steuerschaltung 54. Der MOS-Transistor 50 dient als ein Schaltelement an einem oberen Zweig (high-side), in dem der Source-Anschluss des MOS-Transistors 50 mit der X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 verbunden ist, und der Drain-Anschluss ist über die Ladeleitung 12 mit der elektrischen Last 10 und dem positiven Anschluss der Batterie 9 verbunden. Hinsichtlich der MOS-Transistoren 50 und 51 ist eine Diode zwischen dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss der MOS-Transistoren 50 und 51 in Parallelschaltung verbunden. Diese Diode ist als eine parasitäre Diode (Bodydiode) in den entsprechenden MOS-Transistoren 50 und 51 ausgebildet, allerdings kann die Diode ferner als externes Bauteil zu den MOS-Transistoren 50 und 51 in Parallelschaltung verbunden sein. Des Weiteren kann für das wenigstens eine von der Schaltung des oberen Zweigs oder der Schaltung des unteren Zweigs ein anderes Schaltelement als ein MOS-Transistor verwendet werden.
Wie in 4 gezeigt ist, umfasst die Steuerschaltung 54 eine Steuereinheit 100, eine Leistungsquelle 102, eine Batteriespannungserfassungseinheit 110, Betriebserfassungseinheiten 120 und 130, eine Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140, eine Temperaturerfassung 150, Ansteuerungen 170 und 172 und eine Kommunikationsschaltung 180.
Die Leistungsquelle 102 beginnt den Betrieb, wenn eine vorbestimmte Phasenspannung an der X-Phasenwicklung der Statorwicklung 2 in Reaktion auf den Maschinenstart auftritt, und sie führt die Betriebsspannung an den jeweiligen Bauteilen zu, die in der Steuerschaltung 54 umfasst sind. Dieser Betrieb ist als herkömmliche Technik eingesetzt worden und kann unter Verwendung der herkömmlichen Technik durch die Feldsteuereinheit 7 betrieben werden.
Hinsichtlich der Ansteuerung 170, ist der Ausgangs-Anschluss (G1) der Ansteuerung 170 mit dem Gate-Anschluss der high-side des MOS-Transistors 50 verbunden, und die Ansteuerung 170 erzeugt ein Ansteuerungssignal, das den MOS-Transistor 50 EIN und AUS-schaltet. Hinsichtlich der Ansteuerung 172 ist in ähnlicher Weise der Ausgangs-Anschluss (G2) der Ansteuerung 172 mit dem Gate-Anschluss der low-side des MOS-Transistors 51 verbunden, und die Ansteuerung 172 erzeugt ein Ansteuerungssignal, das den MOS-Transistor 51 EIN und AUS-schaltet.
Die Batteriespannungserfassungseinheit 110 wird aus einem Differenzialverstärker und einem Analog-Zu-Digitalwandler (ADC) gebildet, der den Ausgang des Differenzialverstärkers in digitale Daten umwandelt. Die Batteriespannungserfassungseinheit 110 gibt Daten aus, die der Spannung des positiven Anschlusses der Batterie 9 entsprechen, die über die Ladeleitung 12 mit dem Leistungsgenerator für Fahrzeuge 1 verbunden ist.
Die Betriebserfassungseinheit 120 setzt sich aus einem Differenzialverstärker und einem ADC zusammen, der den Ausgang des Differenzialverstärkers in digitale Daten umwandelt. Die Betriebserfassungseinheit 120 gibt Daten aus, die der Source-Drain-Spannung (B-C-Anschlussspannung, wie in den 3 und 4 gezeigt ist) des high-side MOS-Transistors 50 entspricht. Die Steuereinheit 100 überwacht basierend auf den Daten, die von der Betriebserfassungseinheit 120 ausgegeben werden, den Betriebszustand des MOS-Transistors 50, der dem Ansteuerzustand der Ansteuerung 170 entspricht, und steuert den MOS-Transistor 50 entsprechend und erfasst eine Fehlfunktion des selben.
Die Betriebserfassungseinheit 120 setzt sich aus einem Differenzialverstärker und einem ADC zusammen, der den Ausgang des Differenzialverstärkers in digitale Daten umwandelt. Die Betriebserfassungseinheit 120 gibt Daten aus, die der Source-Drain-Spannung (B-C-Anschlussspannung, die in den 3 und 4 gezeigt ist) des Low-side-MOS-Transistors 51 entsprechen. Die Steuereinheit 100 überwacht basierend auf den Daten, die von der Betriebserfassungseinheit 120 ausgegeben werden, den Betriebszustand des MOS-Transistors 51, der dem Ansteuerzustand der Ansteuerung 172 entspricht, und steuert den MOS-Transistor 51 in geeigneter Weise und erfasst eine Fehlfunktion desselben.
Die Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 ist dazu angepasst, die Ausgangsspannung (B-Anschlussspannung) des Leistungsgenerators für Fahrzeuge 1 (Gleichrichtermoduleinheiten 5 und 6) zu überwachen, und sie gibt einen Befehl aus, der einen Start des Schutzbetriebs anzeigt, wenn die Spannung an dem B-Anschluss die erste Schwellwertspannung V1 überschreitet (z. B. 20 Volt), die verwendet wird, um ein Auftreten einer Load-Dump-Überspannung zu erfassen, d. h. ein Schutzstartbefehl. Wenn anschließend die Spannung an dem B-Anschluss aufgrund des Schutzbetriebs unter die zweite Schwellwertspannung V2 (z. B. 16,5 Volt) abnimmt, die niedriger als die erste Schwellwertspannung V1 ist, gibt die Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 einen Befehl aus, der ein Beenden des Schutzbetriebs anzeigt, d. h. Schutzbeendungsbefehl. Die Steuereinheit 100 führt einen Schutzbetrieb in Reaktion auf den Schutzstartbefehl oder den Schutzbeendungsbefehl aus und einen Gleichrichterbetrieb nachdem der Schutzbetrieb freigegeben ist. Der genaue Aufbau der Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 und der genaue Betrieb zum Schutzbetrieb werden später beschrieben. Die Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 entspricht der Schutzsteuereinheit, Überwachungseinheit, Erfassungseinheit und Befehlseinheit.
Die Temperaturerfassung 150 setzt sich aus einer Gleichstromquelle, einer Diode, einem Differenzialverstärker und einem ADC zusammen, der den Ausgang des Differenzialverstärkers in digitale Daten umwandelt. Die Temperaturerfassung 150 gibt Daten aus, die dem Abfall der Durchlassspannung der Diode entsprechen, der in Abhängigkeit von der Temperatur variiert. Die Steuereinheit 100 erfasst die Temperatur des Gleichrichters 5X basierend auf den Daten, die von der Temperaturerfassung 150 ausgegeben werden.
Die Kommunikationsschaltung 180 dient als ein Kommunikationsmittel, das der Kommunikationsschaltung 78 der Feldsteuereinheit 7 ähnlich ist. Die Kommunikationsschaltung 180 ist gemeinsam mit der Kommunikationsleitung verbunden, welche die Feldsteuereinheit 7 und die ECU 8 verbindet, und sie führt mit der ECU 8 eine bidirektionale serielle Kommunikation (z. B. LIN-Kommunikation unter Verwendung des LIN-Protokolls) aus, um Kommunikationsnachrichten zu übertragen/empfangen.
Das Gleichrichtermodul 5X oder dergleichen weist den oben beschriebenen Aufbau auf. Nachstehend wird ein Betrieb genauer beschrieben, der einen Schutzbetrieb umfasst, wenn eine Load-Dump-Überspannung auftritt, und einen Betrieb, bei dem der normale Leistungserzeugungsbetrieb (Gleichrichtung) von dem Schutzbetrieb wieder aufgenommen wird.
In dem Zustandsübergangsdiagramm, das in 5 gezeigt ist, stellt die Gleichrichtung einen Gleichrichtungsbetrieb in dem normalen Betrieb dar, bei dem eine Load-Dump-Überspannung auftritt, und der Schutz stellt einen Schutzbetrieb dar, der durchgeführt wird, wenn die Load-Dump-Überspannung auftritt. In 6A wird die Phasenspannung gezeigt, wenn der normale Betrieb durchgeführt wird. Ebenso wird in 6B die Phasenspannung gezeigt, wenn die Load-Dump-Überspannung auftritt.
Wie in 6A gezeigt ist, wird unter der Annahme, dass die Anschlussspannung der Batterie 9 Vbatt ist, und die Source-Drain-Spannung der MOS-Transistoren 50 und 51a ist, eine Synchrongleichrichtung durchgeführt, bei welcher der high-side MOS-Transistor EIN-schaltet, wenn eine Phasenspannung, z. B. X-Phasenspannung Vx Vbatt + a überschreitet, und der low-side MOS-Transistor schaltet AUS, wenn die Phasenspannung Vx unter –α absinkt, wenn der normale Betrieb herrscht, bei dem keine Load-Dump-Überspannung auftritt.
Unter einem solchen Betriebszustand, der in 6B gezeigt ist, tritt eine Load-Dump-Überspannung auf, bei der die entsprechende Phasenspannung der Statorwicklungen 2 und 3 des Leistungsgenerators 1 für Fahrzeuge zeitweise höher wird, wenn die Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss und dem Leistungsgenerator für Fahrzeuge 1 und der Ladeleitung 12, oder die Verbindung zwischen dem positiven Anschluss der Batterie 9 und der Ladeleitung 12 getrennt ist. Da die Phasenspannung V1d höher wird als die Anschlussspannung Vbatt, welche die Anschlussspannung der Batterie 9 ist (z. B. größer als 100 Volt), wenn die Load-Dump-Überspannung auftritt, wird der Schutzbetrieb nach einem Vorschutzbetrieb (d. h. einem Vorbereitungsprozess) durchgeführt, sodass verschiedene Bauteile in dem Leistungsgenerator für Fahrzeuge 1, z. B. Gleichrichtermodul 5X, Feldsteuereinheit 7 oder verschiedene elektrische Lasten 10 geschützt werden (wie in 5 gezeigt ist).
Insbesondere wenn die Phasenspannung die erste Schwellwertspannung V1 überschreitet, geht der Betrieb in den Vorschutzbetrieb über. Dieser Vorschutzbetrieb ist ein Betrieb zum Bestimmen einer geeigneten Zeit zum Ausführen des Schutzbetriebs, und es wird der Schutzstartbefehl zu einer Zeit ausgeführt, zu der eine Überspannung auftritt während ein Starten des Schutzbetriebs unterdrückt werden kann. Darüber hinaus wird die erste Schwellwertspannung auf beispielsweise 20 Volt eingestellt, wenn angenommen wird, dass als geschätzte Spannung für die Batterie 9 eine Blei-Säure-Batterie mit 12 Volt eingesetzt wird. Der Wert der ersten Schwellwertspannung V1 wird eingestellt, um ein Auftreten oder eine Fehlfunktion einer elektrischen Last 10 zu vermeiden, sodass der normale Betrieb der elektrischen Last 10 aufrecht erhalten werden kann, selbst wenn die Ausgangsspannung zeitweise auf die erste Schwellwertspannung ansteigt.
Gemäß der Ausführungsform wird, wenn die Phasenspannung 20 Volt überschreitet während die Load-Dump-Überspannung auftritt, der Schutzbetrieb ausgeführt, bei dem der Low-Side-MOS-Transistor 51 EIN-geschaltet wird und gleichzeitig der High-Side-MOS-Transistor 50 AUS-geschaltet wird. Nachfolgend werden die EIN/AUS-Zustände der Transistoren 50 und 51 aufrechterhalten bis die hohe Spannung aufgrund eines Auftretens der Load-Dump-Überspannung verschwindet. Wie in 6B gezeigt ist, variiert die Phasenspannung Vp innerhalb eines Bereichs –α bis +α (–0,1 Volt bis +0,1 Volt).
Wie in den 6A und 6B gezeigt ist, ist es in dem Bereich, der durch A angezeigt ist, wahrscheinlich, dass von den Phasenwicklungen eine große Überspannung erzeugt wird, falls beide MOS-Transistoren 50 und 51 zur selben Zeit schnell EIN- oder AUS-geschaltet werden, da der High-Side-MOS-Transistor 50 EIN-schaltet und der MOS-Transistor 51 AUS-schaltet bevor der Schutzbetrieb gestartet wird,. Praktisch gesehen variiert eine EIN/AUS-Schaltzeit für die MOS-Transistoren 50 und 51 in Abhängigkeit von jedem Element. Falls also der High-Side-MOS-Transistor 50, der EIN-geschaltet worden ist, ein wenig schneller AUS-geschaltet wird als die übliche Zeit, wird der Strom, der durch die Phasenwicklung fließt, abgeschaltet, wodurch eine große Menge der Überspannung erzeugt wird.
Wie in den 6A und 6B gezeigt ist, tritt ferner in dem Bereich, der durch B angezeigt ist, unmittelbar eine große Menge eines Phasenstroms auf, wenn der MOS-Transistor 51 EIN-schaltet, selbst wenn kein Strom durch die Phasenwicklung fließt, da die Spannungsdifferenz zwischen der Source und dem Drain des Low-Side-MOS-Transistors 51 groß ist. Daher tritt eine große Menge einer Überspannung auf, die der Änderung des Phasenstroms entspricht.
Wie in den 6A und 6B gezeigt ist, ist es daher wahrscheinlich, dass eine große Menge einer Überspannung auftritt, falls der Schutzbetrieb innerhalb des Bereichs begonnen wird, der durch A und B angezeigt ist. Daher wird der Schutzbetrieb gemäß der Ausführungsform begonnen nachdem sichergestellt ist, dass die Spannung in dem Bereich C liegt. Bei dem Vorschutzbetrieb wird die geeignete Zeit zum Beginnen des Schutzbetriebs bestimmt, wenn die Phasenspannung innerhalb des Bereichs liegt, der durch C angezeigt ist.
Wenn der Betrieb zwischenzeitlich vom Schutzbetrieb zum normalen Gleichrichterbetrieb zurück gekehrt ist und die hohe Spannung verschwunden ist, die in Reaktion auf die Load-Dump-Überspannung erzeugt wird, wird ebenso ein Vorgang zur Vorbereitung eines Wiederaufnahmebetriebs (z. B. ein Vorwiederaufnahmebetrieb) durchgeführt. Insbesondere wird der Betrieb auf den Vorwiederaufnahmebetrieb übertragen, wenn die Phasenspannung, die aufgrund einer Load-Dump-Überspannung eine hohe Spannung ist, abnimmt, so dass sie niedriger als die zweite Schwellwertspannung ist. Dieser Vorwiederaufnahmebetrieb ist ein Betrieb, bei dem eine geeignete Zeit zum Wiederaufnehmen des normalen Gleichrichterbetriebs bestimmt wird, und ein Gleichrichtungswiederaufnahmebefehl wird zu einer Zeit ausgeführt, zu der eine Überspannung auftritt, wenn der Start des Gleichrichterbetriebs unterdrückt werden kann. Sobald der Gleichrichtungswiederaufnahmebefehl ausgeführt ist, schaltet die Steuereinheit 100 den Low-Side-MOS-Transistor 51 AUS und führt danach den normalen Gleichrichterbetrieb (Steuerbetrieb der synchronen Gleichrichtung) durch.
Der MOS-Transistor schaltet während dem Schutzbetrieb immer EIN und die Phasenspannung Vp wird erzeugt wie es in 6B gezeigt ist. Unter dieser Bedingung wird eine große Menge eines Stroms, der durch den MOS-Transistor 51 fließt, innerhalb des Bereichs, der durch aus A und B angezeigt ist, abgeschaltet, wenn der Low-Side-MOS-Transistor zum AUS-schalten gesteuert wird, wodurch eine große Menge einer Überspannung auftritt. Gemäß der Ausführungsform wird demzufolge ähnlich wie bei dem Vorgang des Vorschutzbetriebs die normale Gleichrichtung wieder aufgenommen nachdem ein Eintritt in den Bereich C sichergestellt ist, wie in den 6A und 6B gezeigt ist. Bei dem Vorwiederaufnahmebetrieb wird die geeignete Zeit zur Wiederaufnahme des Gleichrichterbetriebs bestimmt, wenn die Phasenspannung innerhalb des Bereichs liegt, der durch C angezeigt ist.
Je weniger Phasenstrom während des Schutzbetriebs fließt (wenn der Erregerstrom unmittelbar vor einem Starten des Schutzbetriebs niedrig ist oder die Drehzahl niedrig ist), desto unwahrscheinlicher ist es, dass eine Spannung Vp auftritt, wie sie in 6B gezeigt ist, sodass es schwierig ist, eine Wiederaufnahmezeit durch Erfassen der Phasenspannung Vp zu erfassen. Gemäß der Ausführungsform wird der Schutzbetrieb in diesem Fall zwangsweise freigegeben. Der genaue Vorgang zum zwangsweisen Freigeben des Schutzbetriebs wird später beschrieben.
Nachstehend wird der genaue Aufbau der Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140, die den Vorschutzbetrieb und den Vorwiederaufnahmebetrieb ausführt, wie folgt beschrieben. Wie in 7 gezeigt ist, umfasst die Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 eine B-Spannungserfassungseinheit 141, eine Schwellwertspannungsbeurteilungseinheit 142, eine MOS-Spannungserfassungseinheit 143, eine Leitungsrichtungserfassungseinheit 144, eine Erfassungseinheit 145 für die MOS-Spannung Va, eine Zwischenzeiterfassungseinheit 146, eine ODER-Schaltung 147 und Zeitbeurteilungseinheiten 148 und 149.
Die B-Spannungserfassungseinheit 141 erfasst die Ausgangsspannung (B-Anschlussspannung) des Leistungsgenerators für Fahrzeuge 1 (Gleichrichtermoduleinheiten 5 und 6). Die Schwellwertspannungsbeurteilungseinheit 142 beurteilt, ob die Ausgangsspannung Vb höher als die Schwellwertspannung V1 wird oder nicht und sie beurteilt, ob die Ausgangsspannung Vb, die einmal die Schwellwertspannung V1 überschritten hat, niedriger als die zweite Schwellwertspannung V2 wird oder nicht.
In 8 stellt die horizontale Achse die Ausgangsspannung Vb dar und die vertikale Achse stellt das Beurteilungsergebnis der Schwellwertspannungsbeurteilungseinheit 142 dar. Wie in 8 gezeigt ist, schaltet die Schwellwertbeurteilungseinheit 142 den Ausgang von einem niedrigen Pegel (L) auf einen hohen Pegel (H), wenn die Ausgangsspannung Vb so ansteigt, dass sie die erste Schwellwertspannung 1 überschreitet (z. B. 20 Volt). In ähnlicher Weise schaltete die Schwellwertspannungsbeurteilungseinheit 142 den Ausgang von einem hohen Pegel (H) auf einen niedrigen Pegel (L), wenn die Ausgangsspannung Vb, die einmal die Spannung V1 überschritten hat, so abnimmt, dass sie niedriger als die zweite Schwellwertspannung V2 ist (z. B. 16,5 Volt).
Die MOS-Spannungserfassungseinheit 143 erfasst die Source-Drain-Spannung Vds des Low-Side-MOS-Transistors 5 (C-D Anschlussspannung, wie in den 3 und 4 gezeigt ist). Die Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 erfasst basierend auf der Source-Drain-Spannung Vds des MOS-Transistors 51, die durch die MOS-Spannungserfassungseinheit 141 erfasst wird, die Richtung des Stroms, der durch die Source-Drain-Anschlüsse des MOS-Transistors 51 fließt, wenn der MOS-Transistor 51 eingeschaltet ist.
In einem Zustand, bei dem eine Load-Dump-Überspannung auftritt, jedoch der Schutzbetrieb nicht begonnen wurde (bevor der Low-Side-MOS-Transistor 51 EIN-schaltet), wird die Phasenspannung V1d, die dem Bereich entspricht, der durch A oder B in den 6A und 6B gezeigt ist, 0 Volt oder mehr. Um zu erkennen, ob die Phasenspannung V1d innerhalb des Bereichs C liegt oder nicht (d. h. ob ein Strom in einer Richtung entgegengesetzt zu der Durchlassrichtung der Diode fließt, die in Parallelschaltung mit dem MOS-Transistor 50 verbunden ist), kann daher erfasst werden, ob die Phasenspannung V1d, d. h. die Source-Drain-Spannung Vds des MOS-Transistors 51 soweit abnimmt oder nicht, dass sie unter die Referenzspannung Vref liegt, die niedriger als 0 Volt ist. Wenn die Source-Drain-Spannung Vds niedriger als die Referenzspannung Vref ist, liegt die die Phasenspannung V1d innerhalb eines Bereichs C, wie in den 6A und 6B gezeigt. In diesem Fall nimmt der Ausgang der Leitungsrichtungserfassungsarbeitseinheit 144 einen hohen Pegel ein.
In der Praxis kann die MOS-Spannungserfassungseinheit 143 Spannungsbereiche nahe 0, z. B. –0,1 Volt bis +0,1 Volt, nicht genau erfassen und ebenso kann die Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 Spannungen unter Verwendung der Referenzspannung, die um 0 Volt liegt, nicht genau vergleichen. Demzufolge verstärkt die MOS-Spannungserfassungseinheit 143 die erfasste Source-Drain-Spannung Vds mit einer vorbestimmten Verstärkung, sodass der Spannungspegel umgewandelt wird und gibt die Spannung Vds' aus. Danach vergleicht die Leitungserfassungsrichtungseinheit 144 die Spannungen unter Verwendung der Spannung Vds'.
In 9 zeigt die vertikale Achse die Spannung Vds' an (nachdem der Spannungspegel umgewandelt ist) und die horizontale Achse zeigt die Drain-Source-Spannung Vds an (bevor der Spannungspegel umgewandelt ist). Insbesondere wird der Spannungsbereich verstärkt, z. B. mit 20 multipliziert, da die Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 einen Spannungsvergleich mit der Source-Drain-Spannung Vds durchführt, die innerhalb eines Spannungsbereichs von –0,1 Volt bis +0,1 Volt liegt. In einem Beispiel, das in 9 gezeigt ist, entspricht –0,1 Volt und +0,1 Volt jeweils 0 Volt und +5 Volt, und die Spannung Vds innerhalb des Bereichs von –0,1 Volt bis +0,1 Volt entspricht linear der Spannung Vds', die sich zwischen 0 Volt und 5 Volt bewegt. Ferner ist die Ausgangsspannung der MOS-Spannungserfassungseinheit 143 entweder auf 0 Volt oder auf +5 Volt festgelegt, wenn die Source-Drain-Spannung Vds so absinkt, dass sie niedriger als –0,1 Volt ist, oder so zunimmt, dass sie höher als +0,1 Volt ist. Wenn beispielsweise die Source-Drain-Spannung Vds 0 Volt ist (Vds = 0 V), ist die Ausgangsspannung der MOS-Spannungserfassungseinheit 143 auf 2,5 Volt festgelegt (Vref = 2,5 Volt).
Die Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 vergleicht die Ausgangsspannung Vds' der MOS-Spannungserfassungseinheit 143 und die Referenzspannung Vref und gibt ein Signal mit hohem Pegel aus, wenn die Spannung Vds' niedriger oder gleich Vref ist (Source-Drain-Spannung Vds ist niedriger oder gleich 0 Volt), und sie gibt ein Signal mit niedrigem Pegel aus, wenn Vds' höher als Vref ist. Es ist zu beachten, dass die Leitungsrichtungserfassungseinhiet 144 so ausgestaltet sein kann, dass sie eine Ausgangszeit aufweist (Übergangszeit, um den Ausgangspegel hoch zu setzen), die um eine vorbestimmte Dauer verzögert ist. Aufgrund des LC-Bauteils (Induktanz L und Kapazität C) der Schaltung, wie einem Gleichrichtermodul 5X, ist es im Allgemeinen wahrscheinlich, dass zwischen der Phase der erfassten Source-Drain-Spannung Vds und der Phase des Stroms, der durch die Source- und Drain-Anschlüsse fließt, eine Phasendifferenz auftritt. Selbst wenn die Source-Drain-Spannung 0 Volt ist, überschreitet der Strom beispielsweise 0 Ampere. Demzufolge kann die Übergangszeit des Ausgangssignals, das auf dem hohen Pegel geändert wird, um eine vorbestimmte Dauer verzögert sein. Als eine vorbestimmte Dauer wird beispielsweise eine Dauer eingesetzt, die einer 1/4 Dauer der induzierten Spannung (Phasenspannung) an der Phasenwicklung entspricht.
Die Zeitbeurteilungseinheit 148 gibt ein Signal mit hohem Pegel aus, wenn der Ausgang der Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 auf einen hohen Pegel schaltet, nachdem der Ausgang der Schwellwertspannungsbeurteilungseinheit 142 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel schaltet. Mit anderen Worten gibt die Zeitbeurteilungseinheit 148 ein Signal mit hohem Pegel aus, wenn die Ausgangsspannung Vb die Schwellwertspannung V1 in Reaktion auf ein Auftreten der Load-Dump-Überspannung auftritt und die Phasenspannung innerhalb des Bereichs C liegt, wie in den 6A und 6B gezeigt ist. Der Ausgang eines hohen Pegels der Zeitbeurteilungseinheit 148 entspricht dem Schutzstartbefehl. Wenn der Schutzstartbefehl ausgegeben wird, steuert die Steuereinheit 100 die Ansteuerung 170 dazu an, den High-Side-MOS-Transistor 50 AUS zuschalten, und er steuert die Ansteuerung 172 dazu an, den Low-Side-MOS-Transistor 51 EIN zuschalten, wodurch der Schutzbetrieb gestartet wird, wenn die Load-Dump-Überspannung auftritt.
Die Zeitbeurteilungseinheit 149 gibt ein Signal mit hohem Pegel aus, wenn die Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 einen hohen Pegel einnimmt, nachdem der Ausgang der Schwellwertspannungsbeurteilungseinheit 142 von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel schaltet. Mit anderen Worten gibt die Zeitbeurteilungseinheit 149 ein Signal mit hohem Pegel aus, wenn die Ausgangsspannung Vb, die zuvor die erste Schwellwertspannung V1 in Reaktion auf ein Auftreten einer Load-Dump-Überspannung überschritten hat, so absinkt, dass sie niedriger als die zweite Schwellwertspannung V2 ist, und die Phasenspannung innerhalb des Bereichs C liegt, wie in den 6A und 6B gezeigt ist. Der Ausgang auf hohem Pegel von der Zeitbeurteilungseinheit 149 entspricht dem Gleichrichtungswiederaufnahmebefehl. Wenn der Gleichrichtungswiederaufnahmebefehl ausgegeben ist, steuert die Steuereinheit 100 die Ansteuerung 172 an, um den Low-Side-MOS-Transistor 51 AUS zuschalten. Danach nimmt die Steuereinheit 100 den Steuerbetrieb der synchronen Gleichrichtung wieder auf.
Der Zustand, bei der die Übergangszeit zum Schalten des Ausgangssignals der Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 auf einen hohen Pegel (Übergang zum hohen Pegel) um eine vorbestimmte Dauer verzögert ist, wird unter Berücksichtigung derjenigen Zeit eingestellt, die auf eine geeignete Zeit in einer Mitte des Bereichs C versetzt ist, wie in den 6A und 6B gezeigt ist. In dieser Hinsicht ist die oben beschriebene Bedingung sowohl für die Zeitbeurteilungseinheit 148 als auch für die Zeitbeurteilungseinheit 149 angepasst. Die Funktion zur Verzögerung der Zeit des Übergangs eines hohen Pegels um eine vorbestimmte Zeit kann durch wenigstens eine von der Zeitbeurteilungseinheit 148 oder der Zeitbeurteilungseinheit 149 ausgeführt werden, sodass sich die Übergangszeit verändert.
Hinsichtlich der Beispiele, die in den 6C oder 9 gezeigt sind, variiert die Source-Drain-Spannung Vds innerhalb eines Bereichs von –0,1 V bis +0,1 V, wenn der MOS-Transistor 51 EIN-schaltet. Allerdings wird die Source-Drain-Spannung Vds niedriger, wenn der Phasenstrom (Strom, der zwischen dem Source-Anschluss und dem Drain-Anschluss fließt) niedriger ist, sodass die Source-Drain-Spannung Vds' keine Spannung einnehmen kann, die niedriger als die Referenzspannung Vref ist. Dann schaltet der Ausgang der Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 nicht auf den hohen Pegel und der Ausgang der Zeitbeurteilungseinheit 149 wird auf einem niedrigen Pegel belassen, wodurch der Gleichrichtungswiederaufnahmebefehl nicht ausgegeben werden kann. Diesbezüglich sind gemäß der Ausführungsform die Erfassungseinheit 145 der MOS-Spannung Va, die Zwischenzeiterfassungseinheit 146 und die ODER-Schaltung 147 in der Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 bereitgestellt.
Die Erfassungseinheit 145 der MOS-Spannung Va ist dazu ausgestaltet, die Drain-Spannung Vd zu überwachen, die eine Spannung an der Ankerwicklungsseite des Low-Side-MOS-Transistors 51 ist, während der Load-Dump-Schutz betrieben wird, und eine erste Zeit zu erfassen, zu der die Drain-Spannung Vd eine vorbestimmte Spannung Va überschreitet, sowie eine zweite Zeit, zu der die Drain-Spannung Vd so abnimmt, dass sie niedriger als die vorbestimmte Spannung Va ist. Es ist zu beachten, dass die vorbestimmte Spannung Va so eingestellt wird, dass sie größer als 0 V ist. Die Zwischenzeiterfassungseinheit 146 berechnet eine Dauer Ta, die von der zweiten Zeit zu einer nächsten ersten Zeit bestimmt wird, die sich darauffolgend nach der zweiten Zeit ereignet, und sie erfasst eine Zwischenzeit, die sich ereignet, wenn eine Dauer, die Ta/2 entspricht, ab der zweiten Zeit abläuft, und sie schaltet den Ausgang von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel, wenn die zweite Zeit erfasst wird.
Wie in 10 gezeigt ist, variiert die Drain-Spannung Vd des Low-Side-MOS-Transistors 51 um 0 V als Mittelwert. Die Zwischenzeiterfassungseinheit 146 berechnet die Dauer Ta, die von der zweiten Zeit t1 zu der nächsten ersten Zeit t2 bestimmt wird, die sich darauffolgend nach der zweiten Zeit ereignet, und sie erfasst die Zwischenzeit tm, die sich ereignet, wenn eine Dauer, die Ta/2 entspricht, ab der zweiten Zeit abläuft. In diesem Beispiel wird die Dauer Ta, die eine vorgezogene Dauer ist, dazu verwendet, die Zwischenzeit tm zu erfassen, allerdings kann die Dauer Ta verwendet werden, die zwei oder mehr Dauern vorgezogen ist.
Die ODER-Schaltung 147 umfasst zwei Eingangsanschlüsse und gibt ein Signal mit hohem Pegel aus, wenn wenigstens ein Eingang zwischen zwei Eingangsanschlüssen ein Signal mit hohem Pegel aufweist. An dem Eingangsanschluss der einen Seite ist der Ausgang der Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 mit diesem verbunden und an dem anderen Eingangsanschluss ist der Ausgang der Zwischenzeiterfassungseinheit 146 mit diesem verbunden. Daher schaltet der Ausgang der ODER-Schaltung 147 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel, wenn der Ausgang der Leitungsrichtungserfassungseinheit 144 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel schaltet nachdem die Phasenspannung V1d in den Bereich eintritt, der durch C angezeigt ist, wie in den 6A und 6B gezeigt ist, oder wenn der Ausgang der Zwischenzeiterfassungseinheit 146 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel schaltet, nachdem die Zwischenzeit tm erfasst wird. Der Ausgang der ODER-Schaltung 147 ist mit den Zeitbeurteilungseinheiten 148 und 149 als deren Eingänge verbunden.
Insbesondere gibt die Zeitbeurteilungseinheit 149, die den Ausgang der ODER-Schaltung 147 empfängt, den Gleichrichtungswiederaufnahmebefehl aus, wenn der Ausgang der Zwischenzeiterfassungseinheit 146 einen hohen Pegel einnimmt nachdem die Zwischenzeit tm erfasst wird, selbst wenn der Ausgang der Gleichrichtungserfassungseinheit 144 nicht auf den hohen Pegel schaltet nachdem der Ausgang der Schwellwertspannungsbeurteilungseinheit 142 von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel schaltet.
Wenn der Gleichrichtungswideraufnahmebefehl ausgegeben wird, steuert die Steuereinheit 100 die Ansteuerung 172 an und schaltet den Low-Side-MOS-Transistor 51 AUS (11). Darauffolgend nimmt die Steuereinheit 100 den Steuerbetrieb der synchronen Gleichrichtung wieder auf.
Gemäß dem Leistungsgenerator für Fahrzeuge 1 sind somit während einem Betreiben des Load-Dump-Schutzes, wenn die Ausgangsspannung Vb so absinkt, dass sie niedriger als die zweite Schwellwertspannung V2 ist, die niedriger als die erste Schwellwertspannung v1 ist, die folgende erste, zweite und Zwischenzeit definiert.
Die erste Zeit ist so definiert, dass die Spannung auf der Startorwicklungsseite (Drain-Spannung Vd) des Schaltelements (MOS-Transistor 51), der in dem unteren Zweig der Schaltung aufgenommen ist, die vorbestimmte Spannung Va überschreitet. Die zweite Zeit ist so definiert, dass die Drain-Spannung Vd so absinkt, dass sie niedriger als die vorbestimmte Spannung Va ist, und die Zwischenzeit ist als Zwischenpunkt der ersten Zeit und der zweiten zeit definiert. Die Zwischenzeit ist als eine geeignete Zeit bestimmt, die zum Unterdrücken eines Auftretens einer Überspannung verwendet wird. Auf ein Erfassen der Zwischenzeit wird ein Befehl zu der Steuereinheit 100 übertragen, der einem AUS-Schalten des Schaltelements entspricht, das in dem unteren Zweig der Schaltung umfasst ist. Demzufolge kann die geeignete Zeit erfasst werden, die zum Unterdrücken eines Auftretens einer Überspannung verwendet wird, selbst wenn die Genauigkeit des Erfassungsmittels (Erfassungseinheit 143 der MOS-Spannung) herabgesetzt ist, sodass das Erfassungsmittel nicht erfassen kann, ob die Spannung an der Startorwicklungsseite zu einer Zeit, wenn der Strom durch die Statorwicklung fließt, niedriger als 0 V ist. Es ist zu beachten, dass das Erfassungsmittel die elektromotorische Kraft zwischen Phasen erfasst, die niedriger als die Ausgangsspannung oder die Spannung der Statorwicklungsseite des Schaltelements werden, die 0 V oder weniger beträgt. Da ein Auftreten einer großen Überspannung verhindert werden kann, wenn der Load-Dump-Schutzbetrieb freigegeben ist, kann daher ein Auftreten einer hohen Spannung aufgrund der Load-Dump-Überspannung unmittelbar beendet werden.
Die Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 befielt der Steuereinheit 100 das Schaltelement zu einer Zeit AUS-zuschalten, zu der eine Hälfte der Dauer Ta abgelaufen ist nachdem die Spannung der Statorwicklungsseite so absinkt, dass sie niedriger als die vorbestimmte Spannung Va ist. Somit kann der Überspannungsschutz zu einer Zeit beendet werden, zu der ein Auftreten der Überspannung minimiert werden kann, wenn das Schaltelement AUS-geschaltet ist.
Die Zeitbeurteilungseinheit 149 der Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 stellt eine geeignete Zeit ein, die zum Unterdrücken eines Auftretens einer Überspannung verwendet wird. Die geeignete Zeit ist als eine Zeit definiert, zu der die Spannung an der Statorwicklungsseite (Source-Drain-Spannung Vds des MOS-Transistors 51) 0 V oder weniger wird. Während genug elektromotorische Kraft erzeugt wird, oder die Zeitbeurteilungseinheit 149 in der Lage ist, die Spannung an der Statorwicklungsseite, die 0 V oder weniger beträgt, genau zu erfassen, kann das Schaltelement dazu gesteuert werden, zu der geeigneten Zeit, die zum Unterdrücken eines Auftretens einer Überspannung verwendet wird, AUS-geschaltet zu werden.
Die Zeitbeurteilungseinheit 148 der Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 verfasst die Ausgangsspannung Vb, welche die erste Schwellwertspannung V1 überschreitet und befielt der Steuereinheit 100 das Schaltelement, das in dem unteren Zweig einer Schaltung umfasst ist, EIN zuschalten, wobei die Überspannung unterdrückt werden kann, selbst wenn der Load-Dump-Schutzbetrieb gestartet wird.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, allerdings können verschiedene Modifikationen vorgenommen werden ohne von dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise sind gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen zwei Statorwicklungen 2 und 3 und zwei Gleichrichtermoduleinheiten 5 und 6 in dem Leistungsgenerator für Fahrzeuge bereitgestellt. Allerdings kann ein Leistungsgenerator für Fahrzeuge, der lediglich mit der Statorwicklung 2 und der Gleichrichtermoduleinheit 5 ausgestattet ist, an die vorliegende Offenbarung angepasst werden.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ferner eine Gleichrichtung (Leitungserzeugung) unter Verwendung der jeweiligen Gleichrichtermodule (z. B. Gleichrichtermodul 5X) beschrieben. Allerdings kann der Leistungsgenerator für Fahrzeuge 1 an einen Motorbetrieb angepasst sein, bei dem die EIN/AUS-Zeit des MOS-Transistors 50 und 51 so modifiziert sind, dass der Gleichstrom, der durch die Batterie 9 angelegt wird, in den Wechselstrom umgewandelt wird, der den Statorwicklungen 2 und 3 zugeführt wird.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform umfasst jedes der Gleichrichtermodule 5 und 6 drei Gleichrichtermodule. Allerdings ist die Anzahl der Gleichrichtermodule nicht auf drei beschränkt.
Ebenso sind gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen die Gleichrichtermodule entsprechend der jeweiligen Entwicklungen bereitgestellt und die synchrone Gleichrichtung wird entsprechend der jeweiligen Gleichrichtermodule gesteuert. Allerdings kann ein Aufbau bei dem die synchrone Gleichrichtung unter Verwendung einer gemeinsamen Steuereinheit für die jeweiligen Gleichrichtermodule gesteuert wird, an die vorliegende Offenbarung angepasst werden.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform werden die MOS-Transistoren sowohl für die Schaltung des oberen Zweigs als auch für die Schaltung des unteren Zweigs verwendet. Allerdings kann der MOS-Transistor lediglich für die Schaltung des unteren Zweigs verwendet werden und die Schaltung des oberen Zweigs kann durch eine Diode gebildet werden.
Gemäß der oben beschrieben Ausführungsform sind die Zenerdiode 20 und die Diode 22 außerhalb der Feldsteuereinheit 7 angeordnet, allerdings können diese Schaltungen (oder Teile von Schaltungen) in der Feldsteuereinheit 7 angeordnet sein. Da die Zenerdiode 20 oder die Diode 22 als individuelle Bauteile nicht notwendigerweise an dem Leistungsgenerator für Fahrzeuge 1 angebracht sind, kann daher der Aufbau vereinfacht werden. Ferner ist der Kondensator 80 in der Feldsteuereinheit 7 angeordnet, allerdings kann der Kondensator 80 außerhalb der Feldsteuereinheit 7 angeordnet sein.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wird die Zeit tm, zu der eine Dauer von Ta/2 (eine Hälfte der Dauer, die von der zweiten Zeit, zu der die Drain-Spannung Vd so abnimmt, dass sie niedriger als die vorbestimmte Spannung Va, bis zu der nächsten ersten Zeit, zu der die Drain-Spannung Vd die vorbestimmte Spannung Va überschreitet, bestimmt wird) ab der nächsten ersten Zeit abläuft, dazu verwendet, ein Auftreten der Überspannung zu unterdrücken. Allerdings kann die Dauer Ta/2 zu einer Dauer geändert werden, bei der eine vorbestimmte Dauer α von der Dauer Ta/2 subtrahiert wird (d. h. Ta/2 – α). Demzufolge kann der Überspannungsschutz bis zu einer Zeit beendet werden, zu der ein Auftreten der Überspannung unterdrückt wird, wenn der MOS-Transistor 51 als Schaltelement dient.
Hinsichtlich der vorbestimmten Dauer α kann vorzugsweise eine Verzögerungszeit verwendet werden, ab der die Load-Dump-Schutzbeurteilungseinheit 140 der Steuereinheit 100 befielt, den MOS-Transistor 51 AUS zuschalten, bis der MOS-Transistor 51 AUS-schaltet. Daher kann der Überspannungsschutz zu einer Zeit beendet werden, zu der ein Auftreten der Überspannung minimiert werden kann, wenn der MOS-Transistor 51 als Schaltelement verwendet wird.
Wie beschrieben wurde kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die geeignete Zeit erfasst werden, die zum Unterdrücken eines Auftretens einer Überspannung verwendet wird, selbst wenn die Genauigkeit des Erfassungsmittels herabgesetzt ist, sodass das Erfassungsmittel die Spannung an der Statorwicklungsseite, die zu einer Zeit, zu welcher der Strom durch die Statorwicklung fließt, niedriger als 0 V ist, nicht erfassen kann. Es ist zu beachten, dass das Erfassungsmittel die elektromotorische Kraft zwischen Phasen erfasst, die niedriger als die Ausgangsspannung oder die Spannung an der Statorwicklungsseite des Schaltelements werden, die 0 V oder weniger ist. Da in Auftreten einer großen Überspannung verhindert kann, wenn der Load-Dump-Schutzbetrieb freigegeben ist, kann daher ein Auftreten einer hohen Spannung aufgrund einer Load-Dump-Überspannung unmittelbar beendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2012-29346 [0002]

Claims

Drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge, aufweisend: eine Ankerwicklung (2, 3) mit zwei oder mehr Phasenwicklungen, wobei an den Ankerwicklungen eine Wechselspannung induziert wird; eine Schalteinheit (5, 6), die eine Brückenschaltung bildet, um die Wechselspannung gleichzurichten und eine gleichgerichtete Spannung auszugeben, wobei die Brückenschaltung eine Mehrzahl von Schaltungen eines unteren Zweigs umfasst, die durch ein Schaltelement (51) gebildet werden, mit dem eine Diode in Parallelschaltung verbunden ist, wobei das Schaltelement zwischen der Ankerwicklung und einem Masseanschluss verbunden ist; eine Steuereinheit (100), die das Schaltelement in EIN- oder AUS-Schaltzustände steuert; und eine Schutzsteuereinheit (140, 146, 148, 149), die einen Schutzbetrieb zum Schutz von Bauteilen steuert, die in der drehenden elektrischen Maschine der Fahrzeuge angeordnet sind, wobei die Schutzsteuereinheit umfasst: eine Überwachungseinheit (141), welche die gleichgerichtete Spannung überwacht; eine erste Erfassungseinheit (142), die basierend auf einem Ergebnis der Überwachung durch die Überwachungseinheit erfasst, ob die gleichgerichtete Spannung eine erste Schwellwertspannung überschreitet oder nicht, und ob die gleichgerichtete Spannung niedriger als eine zweite Schwellwertspannung ist oder nicht, die niedriger als die erste Schwellwertspannung ist; eine zweite Erfassungseinheit (143, 144, 145, 146, 147), die eine erste Zeit, zu der eine Spannung an der Ankerwicklungsseite des Schaltelements eine vorbestimmte Spannung überschreitet, eine zweite Zeit, zu der eine Spannung an der Ankerwicklungsseite des Schaltelements so abnimmt, dass sie niedriger als die vorbestimmte Spannung ist, und eine Zwischenzeit erfasst, die als ein zwischenliegender Punkt zwischen der ersten Zeit und der zweiten Zeit definiert ist, wobei die Zwischenzeit als eine geeignete Zeit bestimmt wird, die zum Unterdrücken eines Auftretens der Load-Dump-Überspannung verwendet wird; und eine Befehlseinheit (148, 149), die der Steuereinheit befielt, das Schaltelement EIN zu schalten, wenn die erste Erfassungseinheit erfasst, dass die gleichgerichtete Spannung die erste Schwellwertspannung überschreitet, und sie, nachdem erfasst worden ist, dass die gleichgerichtete Spannung die erste Schwellwertspannung überschreitet, der Steuereinheit zu der Zwischenzeit befielt, das Schaltelement AUS zu schalten, wenn die erste Erfassungseinheit erfasst, dass die gleichgerichtete Spannung niedriger als die zweite Schwellwertspannung ist, um das Auftreten der Load-Dump-Überspannung zu unterdrücken.
Drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte Spannung größer als 0 Volt eingestellt wird, und, nachdem die Spannung an der Ankerwicklungsseitenspannung so abnimmt, dass sie niedriger als die vorbestimmte Spannung ist, die Befehlseinheit zu einer Zeit, zu der die Hälfte einer Dauer abläuft, die von der zweiten Zeit bis zu einer nächsten ersten Zeit, die sich nach der zweiten Zeit darauffolgend ereignet, bestimmt wird, der Steuereinheit befielt, das Schaltelement AUS zuschalten.
Drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schaltelement ein MOS-Transistor ist, die zweite Erfassungseinheit die erste Zeit erfasst, zu der eine Drain-Spannung des MOS-Transistors eine vorbestimmte Spannung überschreitet, und eine zweite Zeit erfasst, zu der die Drain-Spannung des MOS-Transistors so abnimmt, dass sie niedriger als die vorbestimmte Spannung ist, und die Befehlseinheit zu einer Zeit, wenn eine vorbestimmte Dauer von der Hälfte der Dauer abgezogen wird, der Steuereinheit befielt, den MOS-Transistor AUS zu schalten.
Drehende elektrische Maschine nach Anspruch 3, wobei die vorbestimmte Dauer als eine Verzögerungszeit definiert ist, die vom Befehlen der Befehlseinheit an die Steuereinheit, den MOS-Transistor AUS zu schalten, bis zum AUS-Schalten des MOS-Transistors reicht.
Drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Erfassungseinheit die Zwischenzeit als die geeignete Zeit bestimmt, die zum Unterdrücken eines Auftretens der Load-Dump-Überspannung verwendet wird, selbst wenn die Spannung an einer Ankerwicklungsseite des Schaltelements kleiner als 0 Volt ist.
Drehende elektrische Maschine für Fahrzeuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, nachdem die erste Erfassungseinheit erfasst, dass die gleichgerichtete Spannung die erste Schwellwertspannung überschreitet, die Befehlseinheit zu der geeigneten Zeit, die zum Unterdrücken eines Auftretens der Load-Dump-Überspannung verwendet wird, der Steuereinheit befielt, das Schaltelement EIN zu schalten.