JP4906890B2 - ブリッジ整流回路 - Google Patents
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Description
この発明は、主に車両に搭載され、内燃機関の始動時には始動用電動機として動作するとともに、始動後は発電機としても動作する電機子巻線および界磁巻線を有する同期発電機または同期発電電動機におけるブリッジ整流回路に関するものである。
内燃機関の始動時には始動用電動機として動作するとともに、始動後は発電機としても動作する電機子巻線および界磁巻線を有する同期発電機または同期発電電動機において、
ブリッジ整流回路の整流素子にＭＯＳ型ＦＥＴを採用し、発電充電時の電気的損失を低減する従来技術として、例えば特許第２９５９６４０号公報（以下、特許文献１と称す。）に示されるものがある。この特許文献１に示されるものは、ＦＥＴのドレイン・ソース間にドレイン電圧よりも高いソース電圧が印加された場合（逆方向電圧印加時）に、ゲート・ソース間に電圧を印加して、該ＦＥＴをオンさせて電力損失を低減させるというものである。
ブリッジ整流回路の整流素子にＭＯＳ型ＦＥＴを採用し、発電充電時の電気的損失を低減する従来技術として、例えば特許第２９５９６４０号公報（以下、特許文献１と称す。）に示されるものがある。この特許文献１に示されるものは、ＦＥＴのドレイン・ソース間にドレイン電圧よりも高いソース電圧が印加された場合（逆方向電圧印加時）に、ゲート・ソース間に電圧を印加して、該ＦＥＴをオンさせて電力損失を低減させるというものである。
しかしながら、このような特許文献１に示される従来技術では、電機子巻線からの発電電圧をブリッジ整流回路を経由してバッテリー方向に充電または電流出力する場合、ＦＥＴのドレイン電圧よりもソース電圧が高い場合（逆方向電圧印加時）の判定は、該ＦＥＴの２端子間の電圧差で判定する方法であるため、その電圧差の判定はＦＥＴのドレイン−ソース間の逆方向構成される寄生ダイオードの電圧降下値（１〜１．５Ｖ程度）以内で、かつＦＥＴでのドレイン−ソース間電圧降下値が温度により変化する温度依存性をも考慮し、ＦＥＴが誤ってオンされないように逆方向電圧の判定閾値を決める必要がある。
このために、判定電圧範囲を狭くせざるを得ず、検出性が悪化するため、ＦＥＴをオン制御することによりブリッジ整流回路での損失を低減する運転領域を制限せざるを得ないという課題がある。
また、ブリッジ整流回路内の上下のＦＥＴの短絡故障による異常な大電流故障時や、始動時の電動機としての動作時での異常電流時からの保護等も制限されるという課題がある。
このために、判定電圧範囲を狭くせざるを得ず、検出性が悪化するため、ＦＥＴをオン制御することによりブリッジ整流回路での損失を低減する運転領域を制限せざるを得ないという課題がある。
また、ブリッジ整流回路内の上下のＦＥＴの短絡故障による異常な大電流故障時や、始動時の電動機としての動作時での異常電流時からの保護等も制限されるという課題がある。
また、ＦＥＴのドレイン電圧よりもソース電圧が高い場合（逆方向電圧印加時）に、ゲート・ソース間に電圧を印加して、該ＦＥＴをオンさせて電力損失を低減させる方法の場合、出力端子へバッテリー電圧が印加される天絡故障や、その他の異常や故障により、ＦＥＴのドレイン端子よりもソース端子電圧が高くなる故障状態が発生した場合、電機子巻線からの発電電圧の有無に関わらず、ＦＥＴをオン制御することとなり、故障検出が出来ずにブリッジ整流回路の過電流要因での焼損破損等の重大な故障状態に至る恐れがある。
この発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、内燃機関を動力とする車両において、発電充電時の電気的損失を低減し、かつ異常大電流からの保護を可能としたブリッジ整流回路を提供することを目的とする。
この発明に係るブリッジ整流回路は、電機子巻線と界磁巻線を有する発電電動機とバッテリとの間に電気的に接続され、前記電機子巻線とバッテリに流れる電流を制御するブリッジ整流回路であって、ブリッジ回路の整流素子をＭＯＳ型ＦＥＴで構成すると共に、該ＦＥＴのドレイン端子とソース端子間に流れる電流の大きさと方向とを検出する相電流検出手段、および、前記ＦＥＴのゲート・ソース間に制御電圧を印加し該ＦＥＴをオン・オフ制御する制御手段を備え、前記相電流検出手段が前記ＦＥＴに第一の所定値を超える逆方向電流が流れたことを検出した時は、前記制御手段が該ＦＥＴのゲート・ソース間に制御電圧を印加し、該ＦＥＴをオンさせるようにしたものである。
また、前記相電流検出手段がＦＥＴに第二の所定値を超える順方向電流が流れたことを検出した時は、前記制御手段が該ＦＥＴのゲート・ソース間の電圧印加を遮断し、該ＦＥＴをオフさせて回路を保護するようにしたものである。
この発明のブリッジ整流回路によれば、電機子巻線からの発電電圧がブリッジ整流回路経由バッテリー方向に電流を供給している時には、整流時の電力損失を低減して、発電制御時の効率改善を行なうことができる。
また、ＦＥＴのドレインからソース方向の順方向に異常過電流が流れた場合には、該ＦＥＴをオフさせて過電流を遮断し、ブリッジ整流回路の過電流要因での焼損破壊を防止することができる。
上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の充電回路の全体構成図である。
図1において、１は発電電動機を構成する電機子巻線、２は同じく界磁巻線であり、３は車載用バッテリーである。４は界磁巻線１の通電を制御する界磁巻線通電スイッチ、５ａ〜５ｆは、発電電動機とバッテリ３との間に接続され電機子巻線１の通電を制御する整流回路を構成するＭＯＳ型ＦＦＴであり、図中Ｄはドレイン端子、Ｓはソース端子、Ｇはゲート端子である。また、Ｉｓは、例えば一般的にセンシングＦＥＴ等と呼ばれるドレイン−ソース間に流れる電流の一部を分流出力する端子であり、相電流検出端子である。
６ａ〜６ｆは、ＦＥＴ５ａ〜５ｆに流れる電流とその方向を検出する相電流検出手段、７は、ＦＥＴ５ａ〜５ｆのゲートと、界磁巻線通電スイッチ４とを制御する制御手段であるプリドライバ回路である。
尚、相電流検出端子Ｉｓは相電流検出手段６ａ〜６ｆに接続され、電流とその方向とが相電流検出手段６ａ〜６ｆにより各々判定される。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の充電回路の全体構成図である。
図1において、１は発電電動機を構成する電機子巻線、２は同じく界磁巻線であり、３は車載用バッテリーである。４は界磁巻線１の通電を制御する界磁巻線通電スイッチ、５ａ〜５ｆは、発電電動機とバッテリ３との間に接続され電機子巻線１の通電を制御する整流回路を構成するＭＯＳ型ＦＦＴであり、図中Ｄはドレイン端子、Ｓはソース端子、Ｇはゲート端子である。また、Ｉｓは、例えば一般的にセンシングＦＥＴ等と呼ばれるドレイン−ソース間に流れる電流の一部を分流出力する端子であり、相電流検出端子である。
６ａ〜６ｆは、ＦＥＴ５ａ〜５ｆに流れる電流とその方向を検出する相電流検出手段、７は、ＦＥＴ５ａ〜５ｆのゲートと、界磁巻線通電スイッチ４とを制御する制御手段であるプリドライバ回路である。
尚、相電流検出端子Ｉｓは相電流検出手段６ａ〜６ｆに接続され、電流とその方向とが相電流検出手段６ａ〜６ｆにより各々判定される。
図２は、ＦＥＴ５ａ〜５ｆの一つのＦＥＴを例に説明した図であり、図中でＩＤ、および、−ＩＤは該ＦＥＴに流れる電流の方向を示し、ＩＤはドレイン端子Ｄからソース端子Ｓ方向の順方向にながれる電流を示し実線矢印でその方向を示す。−ＩＤはソース端子Ｓからドレイン端子Ｄ方向の逆方向に流れる電流を示し破線矢印でその方向を示す。
第３図は、ＦＥＴ５ａ〜５ｆに流れる電流ＩＤの方向と、その一部電流を出力する相電流検出端子Ｉｓの出力との関係を示すＩＤ−Ｉｓ特性図である。
ＦＥＴでドレイン端子Ｄからソース端子Ｓ方向の順方向であるＩＤ方向に電流が流れると、相電流検出端子Ｉｓの出力は正方向に出力される。ＦＥＴでソース端子Ｓからドレイン端子Ｄ方向の逆方向である−ＩＤ方向に電流が流れると、相電流検出端子Ｉｓの出力は−Ｉｓの負方向に出力される。
ＦＥＴでドレイン端子Ｄからソース端子Ｓ方向の順方向であるＩＤ方向に電流が流れると、相電流検出端子Ｉｓの出力は正方向に出力される。ＦＥＴでソース端子Ｓからドレイン端子Ｄ方向の逆方向である−ＩＤ方向に電流が流れると、相電流検出端子Ｉｓの出力は−Ｉｓの負方向に出力される。
次に、動作について説明する。
第３図の、−ＩＤ方向（逆方向）の第一の所定値ID1より大きな電流の領域（図中のＡ領域）を、相電流検出端子Ｉｓの出力から相電流検出手段６でIs１として検出することによって、電機子巻線１からの発電状態と判断し、プリドライバ回路７より該ＦＥＴのゲート端子Ｇにオン信号を印加し、該ＦＥＴをオンさせる。これにより該ＦＥＴ内ではソース端子Ｓからドレイン端子Ｄ間の寄生ダイオードのみによる整流動作から、ＦＥＴのオン状態での低い導通抵抗での整流動作に切り替わり、電力損失が低減される。
第３図の、−ＩＤ方向（逆方向）の第一の所定値ID1より大きな電流の領域（図中のＡ領域）を、相電流検出端子Ｉｓの出力から相電流検出手段６でIs１として検出することによって、電機子巻線１からの発電状態と判断し、プリドライバ回路７より該ＦＥＴのゲート端子Ｇにオン信号を印加し、該ＦＥＴをオンさせる。これにより該ＦＥＴ内ではソース端子Ｓからドレイン端子Ｄ間の寄生ダイオードのみによる整流動作から、ＦＥＴのオン状態での低い導通抵抗での整流動作に切り替わり、電力損失が低減される。
また、第３図の、ＩＤ方向（順方向）の第二の所定値ID2より大きい電流領域（図中のＢ領域）を、相電流検出端子Ｉｓの出力から相電流検出手段６でIs2として検出すると、故障による過電流状態と判断し、プリドライバ回路７より該ＦＥＴのゲート端子Ｇにオフ信号を印加し、該ＦＥＴをオフさせる。これにより該ＦＥＴの順方向電流を遮断し、該ＦＥＴおよび該ＦＥＴ以外のブリッジを構成する他のＦＥＴや周辺回路を、大電流による焼損破壊から保護することが可能となる。
以上詳述したように、この発明の実施の形態１のブリッジ整流回路は、内燃機関の始動時には始動用電動機として動作するとともに、始動後は発電機としても動作する電機子巻線および界磁巻線を有する同期発電機または同期発電電動機において、ＭＯＳ型ＦＥＴでブリッジ整流回路を構成し、ＦＥＴのドレイン・ソース間に流れる電流とその方向とを検出する相電流検出手段を備え、電流判定によってブリッジ整流回路内部のＦＥＴのオンまたはオフを制御するようにしたものである。したがって、この発明の実施の形態１のブリッジ整流回路によれば、ＦＥＴの逆方向に第一の所定値を超える電流が流れた場合は発電状態と判断し、該ＦＥＴのゲート・ソース間に制御電圧を印加し、ＦＥＴをオンさせて整流時の電力損失を低減するとともに、ＦＥＴの順方向に第二の所定値を超える電流が流れた場合は過電流状態と判断し、該ＦＥＴのゲート・ソース間への電圧印加を中止し、ＦＥＴをオフさせて過電流を遮断し、ブリッジ整流回路の過電流要因での焼損破壊を防止することができる。すなわち、発電制御時の効率改善機能と異常大電流からの保護機能とを備えた小型・軽量で安価なブリッジ整流回路を得ることができるものである。
１：電機子巻線、２：界磁巻線、３：バッテリ、４：界磁巻線通電スイッチ、
５a〜５f：ＦＥＴ、Ｄ：ドレイン端子、Ｓ：ソース端子、Ｇ：ゲート端子、
Ｉｓ：相電流検出端子、６ａ〜６ｆ：相電流検出手段、
７：プリドライバー回路（制御手段）、
ＩＤ：順方向ＦＥＴ電流、−ＩＤ：逆方向ＦＥＴ電流、
Is1：第一の所定値に相当する相電流値、Is2：第二の所定値に相当する相電流値、
Ａ：ＦＥＴをオンする領域、Ｂ：ＦＥＴをオフする領域。
５a〜５f：ＦＥＴ、Ｄ：ドレイン端子、Ｓ：ソース端子、Ｇ：ゲート端子、
Ｉｓ：相電流検出端子、６ａ〜６ｆ：相電流検出手段、
７：プリドライバー回路（制御手段）、
ＩＤ：順方向ＦＥＴ電流、−ＩＤ：逆方向ＦＥＴ電流、
Is1：第一の所定値に相当する相電流値、Is2：第二の所定値に相当する相電流値、
Ａ：ＦＥＴをオンする領域、Ｂ：ＦＥＴをオフする領域。
Claims (1)
- 電機子巻線と界磁巻線を有する発電電動機とバッテリとの間に電気的に接続され、前記電機子巻線とバッテリに流れる電流を制御するブリッジ整流回路であって、ブリッジ回路の整流素子をＭＯＳ型ＦＥＴで構成すると共に、該ＦＥＴのドレイン端子とソース端子間に流れる電流の大きさと方向とを検出する相電流検出手段、および、前記ＦＥＴのゲート・ソース間に制御電圧を印加し該ＦＥＴをオン・オフ制御する制御手段を備え、前記相電流検出手段が前記ＦＥＴに第一の所定値を超える逆方向電流が流れたことを検出した時は、前記制御手段が該ＦＥＴのゲート・ソース間に制御電圧を印加し、該ＦＥＴをオンさせると共に、前記相電流検出手段が前記ＦＥＴに第二の所定値を超える順方向電流が流れたことを検出した時は、前記制御手段が該ＦＥＴのゲート・ソース間の電圧印加を遮断し、該ＦＥＴをオフさせて回路を保護するようにしたことを特徴とするブリッジ整流回路。
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