JP5243611B2 - 同期整流器の駆動制御 - Google Patents
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Description
整流器は交流電圧を直流電圧に変換するためのものである。公知の整流器はたいてい、整流素子として複数のダイオードを有するブリッジ回路で構成されている。慣用されている構成は、いわゆるハーフブリッジ整流器やフルブリッジ整流器である。自動車用多相ジェネレータも通常は、車載電源網に直流電圧を供給するためにブリッジ整流器を有する。この整流器の損失電力は、ダイオードの抵抗と出力電流とによって決定され、たとえば相ごとに複数のダイオードを並列接続する等の回路技術的な手段では、この損失電力を実質的に低減することはできない。それゆえ、整流器スイッチをたとえばMOSFETトランジスタ等の能動スイッチに置き換えることが公知である。このことにより、損失電力を格段に低減することができる。しかし、能動スイッチを使用する際には、能動スイッチを相周波数に同期して駆動制御しなければならない。その際には、能動スイッチのスイッチオン時点およびスイッチオフ時点が特に重要である。このような公知の整流器では、能動スイッチを制御装置によって駆動制御するのは比較的複雑かつ不正確である。
それゆえ本発明の課題は、簡単かつロバストな評価電子回路を備え半導体スイッチを含む整流ブリッジ回路と、特に簡単かつ正確に動作し可変の動作状態でも機能できる整流ブリッジ回路のスイッチの駆動制御方法とを提供することである。
図1aに、自動車用の交流電流モータジェネレータ100の断面図が示されている。これはとりわけ、2つの部分から成るケーシング113を有し、これは第1のベアリングシールド113.1および第2のベアリングシールド113.2から成る。ベアリングシールド113.1およびベアリングシールド113.2はステータ116を収容する。このステータ116は円環形の薄板積層体117を有し、この薄板積層体117のスロット119は内側に向かって開放されて軸方向に延在し、このスロットにステータ巻線118が嵌め込まれている。環状のステータ116は、半径方向に内側を向く表面で、電磁的に励磁されるロータ120を包囲し、該ロータ120はクローポール可動子として形成されている。ロータ120はとりわけ2つのクローポールプレート122および123から成り、これらのクローポールプレート22および23の外周にはそれぞれ軸方向に延在するクローポールフィンガ124および125が配置されている。2つのクローポールプレート122および123はロータ120に次のように配置されている。すなわち2つのクローポールプレートの、軸方向に伸長するクローポールフィンガ124,125が、ロータ120の周面においてN極およびS極として形成され、N極とS極とが交互に入れ替わるように配置されている。
Y相LL_電圧は、無負荷電圧のときの理論的な特性を示し、U_Y_ダイオードは、従来のダイオード整流器を使用した場合の電圧特性を示し、U_Y_MOSFETは、理想的なスイッチを使用した場合の電圧特性を示す。
Y相LL_電圧。B+は、ブリッジ整流器の端子における整流後の電圧の特性を示す。駆動制御Yは、スイッチを駆動制御するための信号を示す。
時点T_0において、コンパレータの識別に基づいて駆動制御決定が下される。スイッチの電圧が降下し、コンパレータ信号は「オフ」になる。時点T_1において、駆動制御論理回路は、学習したデューティ比に基づいてスイッチを遮断する。システムはダイオード動作モードに移行し、相の電圧はコンパレータ閾値を超え、コンパレータ信号は「オン」まで上昇する。システムが自然に転流(abkommutieren)を行うと直ちに、T_2に達する。測定された時間差T_2−T_1に基づいて、時間差T_2−T_1を制御するための制御器を構築することができ、この制御器は、T_0とT_1との間のアクティブ領域ひいては効率を最大化する。T_2−T_1の目標値設定として、回転数nに依存する特性マップが使用される。というのも、低回転数領域において遵守しなければならないシステムのダイナミクス性が高くなるからである。さらに、アクティブ窓の長さは機器の励磁電流に依存する。このことは、窓幅T_2−T_1を調整することによって実現される。そのためには、T_2−T_1はゼロであってはならない。
Claims (12)
- ジェネレータによって生成された相電圧を整流するための整流ブリッジ回路であって、
当該整流ブリッジ回路は、制御可能なスイッチを含む複数の整流素子を有する正のハーフブリッジと、制御可能なスイッチを含む複数の整流素子を有する負のハーフブリッジとを有し、
前記制御可能なスイッチには、ダイオードが並列接続されており、
前記制御可能なスイッチをスイッチオン/スイッチオフするための駆動制御回路が設けられており、
前記制御可能なスイッチのスイッチオン時間tschalter ein soll および/またはスイッチオフ時間tschalter aus soll は、特性マップまたは数学的関数によって計算され、
前記特性マップまたは数学的関数の入力パラメータは、前記ジェネレータの回転数ngであるか、または前記ジェネレータの回転数ngおよび励磁電流IEであるか、または前記ジェネレータの回転数ngおよび前記励磁電流IEおよび前記ジェネレータの電圧UGであるか、または前記ジェネレータの回転数ngおよび前記励磁電流IEおよびロータの回転角φであるか、または前記ジェネレータの回転数ng、および、駆動制御時間と理論的な最大スイッチオフ時間(転流時間)との比である
ことを特徴とする、整流ブリッジ回路。 - 前記特性マップまたは数学的関数はさらに入力パラメータとして、前記ジェネレータの回転数ngの変化を有するか、または前記ジェネレータの回転数ngの変化および前記励磁電流IEの変化を有するか、または前記ジェネレータの回転数ngの変化および前記励磁電流IEの変化および前記ジェネレータの電圧UGの変化を有するか、または前記ジェネレータの回転数ngの変化および前記励磁電流IEの変化および前記ロータの回転角φの変化を有する、請求項1記載の整流ブリッジ回路。
- 前記特性マップまたは数学的関数から計算された前記制御可能なスイッチのスイッチオン時間の目標値tschalter ein soll を、該スイッチオン時間の制御で使用する、請求項1または2記載の整流ブリッジ回路。
- 前記制御可能なスイッチのスイッチオフ時間tschalter aus を、前記特性マップまたは数学的関数から計算された前記制御可能なスイッチのスイッチオフ時間の目標値tschalter aus soll と、前記スイッチオフ時間の実際値tschalter aus ist とに基づいて制御する制御器が設けられている、請求項1または2記載の整流ブリッジ回路。
- 回転数が低い場合および/または励磁電流が小さい場合、前記制御器の制御は迅速化される、請求項1から4までのいずれか1項記載の整流ブリッジ回路。
- 前記制御可能なスイッチのスイッチオン時間が転流時間を超えた場合、前記制御器に基づくスイッチオン時間はゼロにセットされる、請求項1から5までのいずれか1項記載の整流ブリッジ回路。
- 励磁電流および/または回転数が低くなると、前記特性マップまたは数学的関数における微分挙動は大きくなる、請求項1から6までのいずれか1項記載の整流ブリッジ回路。
- 1つの制御可能なスイッチのスイッチオン時点がコンパレータによって求められる、請求項1から7までのいずれか1項記載の整流ブリッジ回路。
- 前記コンパレータに入力される入力パラメータとして前記ダイオードの順方向電圧が使用され、
前記ダイオードの順方向電圧が0.7Vである場合に前記制御可能なスイッチは導通制御される、請求項8記載の整流ブリッジ回路。 - 前記コンパレータに入力される入力パラメータとして前記ダイオードの順方向電圧が使用され、
前記ダイオードの順方向電圧が0.35Vである場合に前記制御可能なスイッチは導通制御される、請求項8記載の整流ブリッジ回路。 - スイッチオフ時間tschalter aus を値tschalter aus min に低減する制御が行われる、請求項1から3までのいずれか1項記載の整流ブリッジ回路。
- 前記制御可能なスイッチのスイッチオン時間が転流時間を超えた場合、前記制御器に基づくスイッチオン時間は前記特性マップまたは数学的関数からの値tschalter ein soll に設定され、
微分動作は、t schalter aus soll と全転流時間との比のパーセンテージを定義する、請求項11記載の整流ブリッジ回路。
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