JP3331754B2 - Charging device - Google Patents
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- JP3331754B2 JP3331754B2 JP16020594A JP16020594A JP3331754B2 JP 3331754 B2 JP3331754 B2 JP 3331754B2 JP 16020594 A JP16020594 A JP 16020594A JP 16020594 A JP16020594 A JP 16020594A JP 3331754 B2 JP3331754 B2 JP 3331754B2
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- Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles
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- Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
- Rectifiers (AREA)
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、MOSトランジスタを
用いた整流器を備える充電装置に関する。本発明の充電
装置は、例えば自動車用オルタネータ(交流発電機)の
交流発電電圧を整流してバッテリを充電する充電装置に
適用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charging device provided with a rectifier using a MOS transistor. The charging device of the present invention is applied to, for example, a charging device that rectifies an AC power generation voltage of an automotive alternator (AC generator) to charge a battery.
【0002】[0002]
【従来の技術】特開平4ー138030号公報は、図7
に示すようにMOSパワートランジスタを用いた三相全
波整流器を提案している。この三相全波整流器3は、M
OSトランジスタからなるハイサイドスイッチ31〜3
3及びローサイドスイッチ34〜36を個別に直列接続
してなる3組の相インバータ回路37〜39を並列接続
してなり、一対の直流電力端がバッテリ7の高位端及び
低位端に個別に接続され、各相インバータ回路37〜3
9の両スイッチの接続点41〜43すなわち交流入力端
が交流発電機1の電機子巻線11〜13の各相出力端に
個別に接続される構成となっている。2はフィールドコ
イル、4はフィールド電流制御トランジスタ、5はフラ
イホイルダイオード、6はコントローラである。2. Description of the Related Art Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 4-138030 discloses FIG.
Has proposed a three-phase full-wave rectifier using a MOS power transistor. This three-phase full-wave rectifier 3 has M
High-side switches 31 to 3 composed of OS transistors
3 and three sets of low-side switches 34 to 36 are connected in series, and three sets of phase inverter circuits 37 to 39 are connected in parallel, and a pair of DC power terminals are individually connected to the high and low ends of the battery 7. , Each phase inverter circuit 37-3
The connection points 41 to 43 of the two switches 9, that is, the AC input terminals are individually connected to the respective phase output terminals of the armature windings 11 to 13 of the AC generator 1. 2 is a field coil, 4 is a field current control transistor, 5 is a flywheel diode, and 6 is a controller.
【0003】また、この従来技術の実施例では、NMO
Sトランジスタからなるローサイドスイッチ34〜36
のバッテリ低位端子側の主電極(Sとして図示)をチャ
ンネル直下のP型領域(基板領域という)に接続してこ
の基板領域に電位付与し、同様に、NMOSトランジス
タからなるハイサイドスイッチ31〜33のステータコ
イル側の主電極(Sとして図示)をチャンネル直下のP
型領域(基板領域という)に接続してこの基板領域に電
位付与している。In this prior art embodiment, the NMO
Low-side switches 34 to 36 composed of S transistors
The main electrode (shown as S) on the battery lower terminal side is connected to a P-type region (referred to as a substrate region) immediately below a channel to apply a potential to this substrate region, and similarly, the high-side switches 31 to 33 composed of NMOS transistors The main electrode (illustrated as S) on the stator coil side of P
It is connected to a mold region (substrate region) to apply a potential to this substrate region.
【0004】[0004]
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来のダイオード整流
型の三相全波整流器又は上記MOSトランジスタ型の三
相全波整流器3において、バッテリ7の充電線8が外れ
たり、車両負荷9の過電流保護用のヒューズ10が溶断
したりして、三相全波整流器の出力電流が急減する場
合、トランジスタ4はそれに応答してフィールド電流を
削減するべくオフするが、フィールドコイル2にはフラ
イホイルダイオード5にて所定時間還流し続けるため、
及び、電機子巻線11〜13が鎖交する磁気回路に蓄積
された磁気エネルギが電機子巻線11〜13に誘導電圧
として発生するために、大きなパルス電圧(以下、Gパ
ルス電圧という)がMOSトランジスタ31〜36のチ
ャンネル又は寄生ダイオードを通じて車両負荷9に印加
されてしまう。In the conventional diode-rectified three-phase full-wave rectifier or the MOS transistor-type three-phase full-wave rectifier 3, the charging line 8 of the battery 7 is disconnected or the overload of the vehicle load 9 is exceeded. If the output current of the three-phase full-wave rectifier suddenly decreases due to blowing of the protective fuse 10 or the like, the transistor 4 is turned off in response to the reduction of the field current. To continue refluxing for a predetermined time at 5,
In addition, a large pulse voltage (hereinafter, referred to as a G pulse voltage) is generated because the magnetic energy accumulated in the magnetic circuit in which the armature windings 11 to 13 link is generated as an induced voltage in the armature windings 11 to 13. The voltage is applied to the vehicle load 9 through the channels of the MOS transistors 31 to 36 or the parasitic diode.
【0006】このため、従来では、重要な車両負荷には
それぞれサージ対策すなわちGパルス電圧阻止対策を施
さねばならないという問題があった 本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、発電電
流急減時に発電機側で発生するGパルス電圧がバッテリ
側へ送出されるのを阻止可能な整流器を備えた充電装置
を提供することを、その目的としている。For this reason, conventionally, there has been a problem that an important vehicle load must be provided with a surge countermeasure, that is, a G pulse voltage blocking countermeasure. The present invention has been made in view of the above circumstances, and the generated current has been rapidly reduced. It is an object of the present invention to provide a charging device including a rectifier capable of preventing a G pulse voltage generated at the generator from being transmitted to a battery.
【0007】[0007]
【0008】[0008]
【0009】[0009]
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の充電装置の第1
の構成は、NチャンネルMOSトランジスタからなるハ
イサイドスイッチ及びローサイドスイッチを直列接続し
てなる相インバータ回路を必要数並列接続してなり、一
対の直流出力端がバッテリ及び負荷の両端に個別に接続
され、前記両スイッチの接続点が交流発電機の電機子巻
線の各相出力端に個別に接続される整流器と、前記各ス
イッチのゲート電位を制御して前記各スイッチを断続す
る制御部とを備える充電装置において、前記ハイサイド
スイッチのゲート電極直下のP型領域からなる基板領域
は前記バッテリの低位端に接続されることを特徴として
いる。The first aspect of the charging device of the present invention is described below.
Is composed of a required number of phase inverter circuits connected in series with a high-side switch and a low-side switch composed of N-channel MOS transistors, and a pair of DC output terminals are individually connected to both ends of a battery and a load. A rectifier in which the connection point of the two switches is individually connected to each phase output terminal of the armature winding of the AC generator, and a control unit that controls the gate potential of each switch to turn the switches on and off. In the charging device provided, a substrate region composed of a P-type region immediately below a gate electrode of the high-side switch is connected to a lower end of the battery.
【0011】本発明の第2の構成は、上記第1の構成に
おいて更に、前記制御部が、前記交流発電機の各相出力
端の相電圧を検出するとともに、前記各相電圧のいずれ
かが所定電圧値を超える場合に少なくとも前記ハイサイ
ドスイッチ群を遮断するサージ電圧遮断モードを備える
ものであることを特徴としている。本発明の第3の構成
は、上記第2の構成において更に、前記制御部が、前記
サージ電圧遮断モードを所定時間持続するものであるこ
とを特徴としている。According to a second configuration of the present invention, in the first configuration, the control unit detects a phase voltage at each phase output terminal of the AC generator, and any one of the phase voltages is detected. A surge voltage cutoff mode is provided in which at least the high side switch group is cut off when the voltage exceeds a predetermined voltage value. The third configuration of the present invention is characterized in that, in the second configuration, the control unit keeps the surge voltage cutoff mode for a predetermined time.
【0012】本発明の第4の構成は、上記第2の構成に
おいて更に、前記制御部が、前記各相電圧のいずれかが
所定電圧値を超える間、前記サージ電圧遮断モードを持
続するものであることを特徴としている。本発明の第5
の構成は、上記第2の構成において更に、前記制御部
が、前記各ハイサイドスイッチの内、接続点側の主電極
をなすN型電機子巻線側領域に印加される前記相電圧が
前記バッテリの電圧より高い前記ハイサイドスイッチを
オンするものであることを特徴としている。According to a fourth configuration of the present invention, in the above-mentioned second configuration, the control unit maintains the surge voltage cutoff mode while any one of the phase voltages exceeds a predetermined voltage value. It is characterized by having. The fifth of the present invention
In the second configuration, the control unit may further include, among the high-side switches, the phase voltage applied to an N-type armature winding side region forming a main electrode on a connection point side. The high side switch which is higher than the voltage of the battery is turned on.
【0013】本発明の第6の構成は、上記第2の構成に
おいて更に、前記制御部が、前記各ローサイドスイッチ
の内、接続点側の主電極をなすN型電機子巻線側領域に
印加される前記相電圧が前記バッテリの電圧より低い前
記ローサイドスイッチをオンするものであることを特徴
としている。本発明の第7の構成は、上記第2の構成に
おいて更に、前記ハイサイドスイッチの前記バッテリ側
の主電極をなすN型バッテリ側領域と前記基板領域との
間の第1寄生ダイオードが、前記バッテリの最大定格電
圧値を超える耐圧を有することを特徴としている。According to a sixth aspect of the present invention, in the above-mentioned second aspect, the control section further applies the voltage to an N-type armature winding-side region forming a main electrode on the connection point side among the low-side switches. And turning on the low-side switch in which the phase voltage is lower than the voltage of the battery. According to a seventh configuration of the present invention, in the second configuration, a first parasitic diode between an N-type battery-side region forming the main electrode on the battery side of the high-side switch and the substrate region is further provided. It has a withstand voltage exceeding the maximum rated voltage value of the battery.
【0014】本発明の第8の構成は、上記第2の構成に
おいて更に、前記ハイサイドスイッチの接続点側の主電
極をなすN型電機子巻線側領域と前記基板領域との間の
第2寄生ダイオードは、最大発電電圧を超える所定のG
パルス電圧値を超える耐圧を有することを特徴としてい
る。本発明の第9の構成は、上記第2の構成において更
に、前記ローサイドスイッチの接続点側の主電極をなす
N型電機子巻線側領域と前記基板領域との間の第3寄生
ダイオードは、最大発電電圧を超える所定のGパルス電
圧値を超える耐圧を有することを特徴としている。In an eighth aspect of the present invention, in the above-mentioned second aspect, further, an N-type armature winding-side region forming a main electrode on the connection point side of the high-side switch and the substrate region are provided. 2 The parasitic diode has a predetermined G exceeding the maximum generated voltage.
It is characterized by having a withstand voltage exceeding the pulse voltage value. According to a ninth configuration of the present invention, in the second configuration, the third parasitic diode between the N-type armature winding side region forming the main electrode on the connection point side of the low side switch and the substrate region is further provided. And has a withstand voltage exceeding a predetermined G pulse voltage value exceeding the maximum power generation voltage.
【0015】本発明の第10の構成は、上記第7の構成
において更に、前記ハイサイドスイッチをなす前記MO
Sトランジスタの主電極をなす両N型領域の内の一方が
N-型耐圧層を有し、前記N- 型耐圧層は前記第1寄生
ダイオード側に形成されることを特徴としている。本発
明の第11の構成は、上記第8の構成において更に、前
記ハイサイドスイッチをなす前記MOSトランジスタの
主電極をなす両N型領域の内の一方がN-型耐圧層を有
し、前記N- 型耐圧層は前記第2寄生ダイオード側に形
成されることを特徴としている。[0015] A tenth configuration of the present invention is the above-mentioned seventh configuration, further comprising: the MO as the high-side switch.
One of the two N-type regions forming the main electrode of the S transistor has an N − -type breakdown voltage layer, and the N − -type breakdown voltage layer is formed on the first parasitic diode side. According to an eleventh configuration of the present invention, in the eighth configuration, one of the two N-type regions forming the main electrode of the MOS transistor forming the high-side switch has an N − -type breakdown voltage layer, The N − -type breakdown voltage layer is formed on the side of the second parasitic diode.
【0016】本発明の第12の構成は、上記第9の構成
において更に、前記ローサイドスイッチをなす前記MO
Sトランジスタの主電極をなす両N型領域の内の一方が
N-型耐圧層を有し、前記N- 型耐圧層は前記第3寄生
ダイオード側に形成されることを特徴としている。本発
明の第13の構成は、上記第2の構成において更に、同
一相の前記相インバータ回路をなす前記ハイサイドスイ
ッチ及びローサイドスイッチはN型領域を基板とする同
一チップに集積され、このN型基板領域は前記交流発電
機の相出力端に接続されることを特徴としている。A twelfth configuration of the present invention is the ninth configuration, further comprising the low-side switch.
One of the two N-type regions forming the main electrode of the S transistor has an N − -type breakdown voltage layer, and the N − -type breakdown voltage layer is formed on the third parasitic diode side. According to a thirteenth configuration of the present invention, in the second configuration, the high-side switch and the low-side switch forming the phase inverter circuit of the same phase are integrated on the same chip having an N-type region as a substrate. The substrate region is connected to a phase output terminal of the alternator.
【0017】本発明の第14の構成は、上記第2の構成
において更に、前記制御部が、前記サージ電圧遮断モー
ド実施時に、前記全ハイサイドスイッチをオフするとと
もに、前記ローサイドスイッチをオンするものであるこ
とを特徴としている。 According to a fourteenth configuration of the present invention, in the second configuration, the control unit turns off all the high-side switches and turns on the low-side switches when the surge voltage cutoff mode is performed. It is characterized by being .
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】[0020]
【0021】[0021]
【作用及び発明の効果】本発明の第1の構成によれば、
ハイサイドスイッチのゲート電極直下のP型領域からな
る基板領域がバッテリの低位端に接続されるので、ハイ
サイドスイッチの接続点側の主電極をなすN型電機子巻
線側領域と基板領域(ゲート電極直下の半導体領域)と
の間のPN接合により形成される第2寄生ダイオード
が、電機子巻線で発生したGパルス電圧が後述する第1
寄生ダイオードを通じて負荷に印加されるのを阻止する
ので、Gパルス電圧から各負荷を保護する対策を取る必
要が無い。なお、上記第1寄生ダイオードは、ハイサイ
ドスイッチのバッテリ側の主電極をなすN型バッテリ側
領域と基板領域(ゲート電極直下の半導体領域)との間
のPN接合により形成される寄生ダイオードをいう。According to the first structure of the present invention,
Since the substrate region consisting of the P-type region immediately below the gate electrode of the high-side switch is connected to the lower end of the battery, the N-type armature winding-side region and the substrate region (the main electrode on the connection point side of the high-side switch) A second parasitic diode formed by a PN junction with the semiconductor region immediately below the gate electrode) causes a G pulse voltage generated in the armature winding to be equal to a first pulse to be described later.
Since it is prevented from being applied to the load through the parasitic diode, it is not necessary to take measures to protect each load from the G pulse voltage. The first parasitic diode is a parasitic diode formed by a PN junction between an N-type battery-side region serving as a battery-side main electrode of the high-side switch and a substrate region (a semiconductor region immediately below a gate electrode). .
【0022】本発明の第2の構成によれば、上記第1の
構成において更に、交流発電機の各相出力端の相電圧の
いずれかが所定電圧値を超える場合に少なくともハイサ
イドスイッチ群を遮断するので、上記Gパルス電圧がオ
ン動作中のハイサイドスイッチに形成されたチャンネル
領域を通じて負荷に印加されるのを阻止するので、Gパ
ルス電圧から各負荷を保護する対策を取る必要が無い。According to the second configuration of the present invention, in the first configuration, when any of the phase voltages at the output terminals of each phase of the AC generator exceeds a predetermined voltage value, at least the high-side switch group is switched. Since the cutoff prevents the G pulse voltage from being applied to the load through the channel region formed in the high-side switch during the ON operation, it is not necessary to take measures to protect each load from the G pulse voltage.
【0023】本発明の第3の構成によれば、上記第2の
構成において更に、ハイサイドスイッチ群はサージ電圧
検出時点からサージ電圧が減少するのに充分な所定時
間、遮断されるので、ハイサイドスイッチのオン再開時
に残留するサージ電圧が負荷に印加されることがない。
本発明の第4の構成によれば、上記第2の構成において
更に、交流発電機の各相出力端の各相電圧のいずれかが
所定電圧値を超える間、ハイサイドスイッチ群をオフす
るので、Gパルス電圧持続時間にかかわらず確実にGパ
ルス電圧を阻止することができる。According to the third configuration of the present invention, in the above-mentioned second configuration, the high-side switch group is cut off for a predetermined time sufficient for the surge voltage to decrease from the time of detecting the surge voltage. When the side switch is turned on again, the remaining surge voltage is not applied to the load.
According to the fourth configuration of the present invention, the high-side switch group is turned off while any one of the phase voltages at the phase output terminals of the AC generator exceeds a predetermined voltage value in the second configuration. , G pulse voltage can be reliably blocked regardless of the G pulse voltage duration.
【0024】本発明の第5構成によれば、上記第2の構
成において更に、N型電機子巻線側領域に印加される相
電圧がバッテリ電圧より高い状態のハイサイドスイッチ
をオンし、そうでない場合にオフするので、バッテリか
ら電機子巻線への電流逆流が生じない。本発明の第6の
構成は、上記第2の構成において更に、N型電機子巻線
側領域に印加される相電圧がバッテリ電圧より低いロー
サイドスイッチをオンし、そうでない場合にオフするの
で、バッテリから電機子巻線への電流逆流が生じない。According to the fifth configuration of the present invention, the high-side switch in a state where the phase voltage applied to the N-type armature winding side region is higher than the battery voltage is further turned on in the second configuration. Otherwise, the battery turns off, so that no reverse current flows from the battery to the armature winding. According to the sixth configuration of the present invention, the low-side switch in which the phase voltage applied to the N-type armature winding side region is lower than the battery voltage is turned on in the second configuration, and is turned off otherwise, There is no current backflow from the battery to the armature winding.
【0025】本発明の第7の構成は、上記第2の構成に
おいて更に、ハイサイドスイッチのN型バッテリ側領域
と基板領域との間の第1寄生ダイオードが、バッテリの
最大定格電圧値を超える耐圧を有することを特徴として
いるので、発電電圧が0Vの場合でも、バッテリ電圧に
よりこの第1寄生ダイオードが降伏することがない。本
発明の第8の構成によれば、上記第2の構成において更
に、ハイサイドスイッチのN型電機子巻線側領域と基板
領域との間の第2寄生ダイオードが、所定のGパルス電
圧値を超える耐圧を有するので、このGパルス電圧値ま
でのサージ電圧が負荷に印加されるのを阻止することが
できる。According to a seventh configuration of the present invention, in the second configuration, the first parasitic diode between the N-type battery-side region of the high-side switch and the substrate region exceeds the maximum rated voltage value of the battery. Since it has a withstand voltage, the first parasitic diode does not break down due to the battery voltage even when the generated voltage is 0V. According to the eighth configuration of the present invention, in the second configuration, the second parasitic diode between the N-type armature winding side region of the high-side switch and the substrate region further includes a predetermined G pulse voltage value. , The surge voltage up to the G pulse voltage value can be prevented from being applied to the load.
【0026】本発明の第9の構成によれば、上記第2の
構成において更に、ローサイドスイッチのN型電機子巻
線側領域と基板領域との間の第3寄生ダイオードが、所
定のGパルス電圧値を超える耐圧を有するので、このG
パルス電圧値までのサージ電圧が負荷に印加されるのを
阻止することができる。本発明の第10の構成によれ
ば、上記第7の構成において更に、ハイサイドスイッチ
のN- 型耐圧層が第1寄生ダイオード側に形成されるの
で、第1寄生ダイオードの耐圧力を増強することができ
る。According to a ninth configuration of the present invention, in the second configuration, the third parasitic diode between the N-type armature winding side region of the low-side switch and the substrate region further includes a predetermined G pulse. Since it has a withstand voltage exceeding the voltage value,
It is possible to prevent a surge voltage up to the pulse voltage value from being applied to the load. According to the tenth configuration of the present invention, since the N − -type breakdown voltage layer of the high-side switch is formed on the first parasitic diode side in the seventh configuration, the withstand pressure of the first parasitic diode is increased. be able to.
【0027】本発明の第11の構成によれば、上記第8
の構成において更に、ハイサイドスイッチのN- 型耐圧
層が第2寄生ダイオード側に形成されるので、Gパルス
電圧に耐えねばならない第2寄生ダイオードの耐圧を増
強することができる。本発明の第12の構成によれば、
上記第9の構成において更に、ローサイドスイッチのN
- 型耐圧層が第3寄生ダイオード側に形成されるので、
Gパルス電圧に耐えねばならない第3寄生ダイオードの
耐圧力を増強することができる。According to the eleventh configuration of the present invention, the eighth aspect
Further, since the N − -type breakdown voltage layer of the high-side switch is formed on the second parasitic diode side, the breakdown voltage of the second parasitic diode that must withstand the G pulse voltage can be increased. According to the twelfth configuration of the present invention,
In the ninth configuration, the low-side switch N
- Since -type withstand voltage layer is formed in the third parasitic diode side,
The pressure resistance of the third parasitic diode, which must withstand the G pulse voltage, can be increased.
【0028】本発明の第13の構成によれば、上記第2
の構成において更に、同一相の相インバータ回路をなす
一対のハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチが同
一チップに集積されるので、構造及び配線が簡単とな
り、小型化を実現することができる。本発明の第14の
構成によれば、上記第2の構成において更に、サージ電
圧遮断モード実施時に全ハイサイドスイッチをオフし、
ローサイドスイッチをオンする。このようにすれば、各
相の電機子巻線が各ローサイドスイッチのオン抵抗を通
じて短絡されることになり、バッテリのB電圧を昇圧す
ることなくサージ電力を消費することができ、Gパルス
電圧の増加を防止することができる。According to the thirteenth structure of the present invention, the second structure
In addition, in the configuration described above, a pair of high-side switch and low-side switch forming a phase inverter circuit of the same phase are integrated on the same chip, so that the structure and wiring are simplified, and downsizing can be realized. According to the fourteenth configuration of the present invention, in the second configuration, all the high-side switches are turned off when the surge voltage cutoff mode is performed.
Turn on the low side switch. By doing so, the armature windings of each phase are short-circuited through the on-resistance of each low-side switch, so that surge power can be consumed without increasing the B voltage of the battery, and the G pulse voltage can be reduced. An increase can be prevented.
【0029】[0029]
【0030】[0030]
【0031】[0031]
【0032】[0032]
【0033】[0033]
【0034】なお、本発明の上記した第1〜第14の構
成によれば、界磁電流をスイッチングトランジスタで通
常制御する場合において、この界磁電流制御用のスイッ
チングトランジスタ又はその励磁電流制御回路系に異常
が生じて界磁電流制御が不調となった場合でも、三相全
波整流器のMOSトランジスタを制御することにより良
好にバッテリ電圧を制御することができ、バッテリの過
充電を阻止することができる。[0034] Note that according to the first to the first 4 configuration described above of the present invention, in the case of normal control the field current in the switching transistor, the switching transistor or the exciting current control circuit for the field current control Even if the system becomes abnormal and the field current control malfunctions, the battery voltage can be controlled well by controlling the MOS transistor of the three-phase full-wave rectifier, preventing overcharging of the battery. Can be.
【0035】[0035]
(実施例1)以下、車両用交流発電機に用いた本発明の
充電装置の一実施例を図1を参照して説明する。1は車
両用三相交流発電機であって、その電機子巻線11〜1
3の出力端(各相出力端)は三相全波整流器3の各交流
入力端(後述する接続点)41〜43に接続され、三相
全波整流器3の一対の直流出力端はバッテリ7の両端に
接続されている。また、バッテリ7の両端にはフューズ
10を介して負荷9が接続されている。(Embodiment 1) An embodiment of the charging device of the present invention used in a vehicle alternator will be described below with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes a three-phase AC generator for a vehicle, and armature windings 11 to 1 thereof are provided.
3 are connected to AC input terminals (connection points to be described later) 41 to 43 of the three-phase full-wave rectifier 3, and a pair of DC output terminals of the three-phase full-wave rectifier 3 are connected to a battery 7. Connected to both ends. A load 9 is connected to both ends of the battery 7 via a fuse 10.
【0036】2は一端がバッテリ7の高位端に接続され
るフィールドコイルで、その他端はエミッタ接地のフィ
ールド電流制御トランジスタのコレクタに接続されてい
る。5はフライホイルダイオード、6はコントローラで
あり、コントローラ6はバッテリ7の高位端子電圧(B
電圧)の高低に応じてトランジスタ4を断続制御してフ
ィールド電流を制御し、それにより電機子巻線11〜1
3の発電電圧を制御している。また、コントローラ6
は、三相全波整流器3の各トランジスタ31〜36を断
続制御して、発電電圧を全波整流する。Reference numeral 2 denotes a field coil having one end connected to the high-order end of the battery 7, and the other end connected to the collector of the field current control transistor whose emitter is grounded. 5 is a flywheel diode, 6 is a controller, and the controller 6 is a high terminal voltage (B
Voltage) to control the field current by intermittently controlling the transistor 4, thereby controlling the armature windings 11-1.
3 is controlled. The controller 6
Controls the transistors 31 to 36 of the three-phase full-wave rectifier 3 intermittently to perform full-wave rectification of the generated voltage.
【0037】次に、三相全波整流器3について説明す
る。この三相全波整流器3は、SiもしくはSiに比べ
高耐圧なSiCを用いた電力用のNMOSトランジスタ
からなるハイサイドスイッチ31〜33及びローサイド
スイッチ34〜36を個別に直列接続してなる3組の相
インバータ回路37〜39を並列接続してなり、一対の
直流出力端がバッテリ7の高位端及び低位端に個別に接
続され、各相インバータ回路37〜39の各スイッチ3
1〜36の各接続点すなわち交流入力端41〜43が交
流発電機1の電機子巻線11〜13の各相出力端に個別
に接続される構成となっている。Next, the three-phase full-wave rectifier 3 will be described. This three-phase full-wave rectifier 3 is composed of three sets of high-side switches 31 to 33 and low-side switches 34 to 36 each composed of a power NMOS transistor using Si or SiC having a higher withstand voltage than Si and individually connected in series. Are connected in parallel, and a pair of DC output terminals are individually connected to a high-order terminal and a low-order terminal of the battery 7, respectively, and each switch 3 of each phase inverter circuit 37-39 is connected.
The connection points 1 to 36, that is, the AC input terminals 41 to 43 are configured to be individually connected to the respective phase output terminals of the armature windings 11 to 13 of the AC generator 1.
【0038】また、ローサイドスイッチ34〜36のバ
ッテリ低位端子E側の主電極(ドレイン電極Dとして表
示)をゲート電極直下のP型基板領域(P型基板でもP
型ウエル領域でもよい)に接続してこの基板領域に電位
付与し、更に、ハイサイドスイッチ31〜33のゲート
電極直下のP型基板領域をバッテリ低位端子Eに接続し
て電位付与している。The main electrode (shown as a drain electrode D) of the low-side switches 34 to 36 on the battery lower terminal E side is connected to a P-type substrate region immediately below the gate electrode (P-type substrate is also used).
(May be a mold well region) to apply a potential to this substrate region, and further connect a P-type substrate region immediately below the gate electrodes of the high side switches 31 to 33 to the battery low terminal E to apply a potential.
【0039】したがって、この実施例では、ハイサイド
スイッチ31〜33のバッテリ7側の主電極(ソース電
極Sとして表示)と上記P型基板領域との間の接合から
なる第1寄生ダイオードD1、ハイサイドスイッチ31
〜33のステータコイル11〜13側の主電極(ドレイ
ン電極Dとして表示)と上記P型基板領域との間の接合
からなる第1寄生ダイオードD2、及び、ローサイドス
イッチ34〜36のステータコイル11〜13側の主電
極(ソース電極Sとして表示)と上記P型基板領域との
間の接合からなる第3寄生ダイオードD3が、寄生的に
形成されることになる。Therefore, in this embodiment, the first parasitic diode D1, which is a junction between the main electrode (shown as the source electrode S) of the high-side switches 31 to 33 on the battery 7 side and the P-type substrate region, Side switch 31
33, a first parasitic diode D2 composed of a junction between a main electrode (indicated as a drain electrode D) on the side of the stator coils 11 to 13 and the P-type substrate region, and stator coils 11 to 31 of the low-side switches 34 to 36. A third parasitic diode D3 consisting of a junction between the main electrode on the 13th side (indicated as a source electrode S) and the P-type substrate region is formed in a parasitic manner.
【0040】ここで、第1寄生ダイオードD1は、バッ
テリの最大定格電圧値を超える耐圧を有し、たとえ、接
続点41の電位が0V(接地電位)又はそれよりPN接
合の順方向電圧降下分低い電位であっても降伏しないよ
うになっている。また、第2寄生ダイオードD2及び第
3寄生ダイオードD3は、最大発電電圧を超える所定の
Gパルス電圧値を超える耐圧を有する。この所定のGパ
ルス電圧値とは、所定の励磁電流(フィールド電流)通
電時かつ所定回転時において整流器3の出力電流が所定
電流値から所定の時間において0になる場合に接続点4
1〜43に誘導されるサージ電圧値であって、例えばこ
こでは300V、バッテリ7の最大電圧を14Vとして
いる。Here, the first parasitic diode D1 has a withstand voltage exceeding the maximum rated voltage value of the battery. For example, when the potential of the connection point 41 is 0 V (ground potential) or the forward voltage drop of the PN junction by more than 0 V (ground potential). No breakdown occurs even at low potentials. Further, the second parasitic diode D2 and the third parasitic diode D3 have a withstand voltage exceeding a predetermined G pulse voltage value exceeding the maximum generated voltage. The predetermined G pulse voltage value is defined as a connection point 4 when the output current of the rectifier 3 becomes 0 at a predetermined time from a predetermined current value when a predetermined exciting current (field current) is supplied and during a predetermined rotation.
The surge voltage value is induced to 1 to 43, for example, 300V here, and the maximum voltage of the battery 7 is 14V.
【0041】更に、接続点41にGパルス電圧が印加さ
れた場合の接続点41〜43側のN型領域とゲート電極
との間のトランジスタ31〜36のゲート絶縁膜の耐圧
も確保され、ハイサイドスイッチ31〜33のバッテリ
側のN型領域とゲート電極との間のトランジスタ31〜
36のゲート絶縁膜の耐圧も確保されている。これらの
各部耐圧確保は、周知のようにトランジスタ31〜36
の各部不純物濃度やゲート酸化膜厚を選定することによ
り実現される。Furthermore, when the G pulse voltage is applied to the connection point 41, the withstand voltage of the gate insulating films of the transistors 31 to 36 between the N-type regions on the connection points 41 to 43 side and the gate electrode is also ensured. Transistors 31 between the N-type regions on the battery side of side switches 31 to 33 and the gate electrode
The withstand voltage of the 36 gate insulating films is also ensured. As is well known, the withstand voltage of each part is ensured by transistors 31 to 36.
It is realized by selecting the impurity concentration of each part and the gate oxide film thickness.
【0042】特にこの実施例では、第2寄生ダイオード
D2及び第3寄生ダイオードD3の耐圧向上のために、
トランジスタ31〜36をDMOS構造(図5参照)又
は縦型パワーMOS構造(図6参照)とし、それらのN
- 型型耐圧層をこれら第2寄生ダイオードD2及び第3
寄生ダイオードD3に配して、Gパルス電圧に対する第
2寄生ダイオードD2及び第3寄生ダイオードD3の耐
圧及び接続点41〜43側のN型領域とゲート電極との
間の耐圧確保を容易化している。この場合、同一相のイ
ンバータ回路をなすハイサイドスイッチ及びローサイド
スイッチは基板が同一電位となるので、ワンチップ構成
を採用することができ、合計3個のチップで整流器を構
成することができる。Particularly, in this embodiment, in order to improve the breakdown voltage of the second parasitic diode D2 and the third parasitic diode D3,
The transistors 31 to 36 have a DMOS structure (see FIG. 5) or a vertical power MOS structure (see FIG. 6), and their N
- type type withstand voltage layer these second parasitic diode D2 and the third
Arranged in the parasitic diode D3, the withstand voltage of the second parasitic diode D2 and the third parasitic diode D3 against the G pulse voltage and the withstand voltage between the N-type region on the connection points 41 to 43 side and the gate electrode are easily ensured. . In this case, since the high-side switch and the low-side switch forming the same-phase inverter circuit have the same potential on the substrate, a one-chip configuration can be adopted, and a rectifier can be formed by a total of three chips.
【0043】コントローラ(本発明でいう制御部)6
は、マイコンを内蔵しており、B電圧が所定レベルとな
るように励磁電流を制御するとともに、三相全波整流の
ために各相出力端の発電電圧に位相及び大きさに基づい
て各スイッチ31〜36を断続制御する。以下、この実
施例における各スイッチ31〜36の断続制御方式を実
行するコントローラ6の制御動作を更に具体的に説明す
る。Controller (control section in the present invention) 6
Has a built-in microcomputer, controls the excitation current so that the B voltage becomes a predetermined level, and switches each switch based on the phase and magnitude to the generated voltage at each phase output terminal for three-phase full-wave rectification. Intermittent control of 31 to 36 is performed. Hereinafter, the control operation of the controller 6 that executes the intermittent control method of the switches 31 to 36 in this embodiment will be described more specifically.
【0044】まず、接続点(各相出力端)41〜43の
電位(各相電圧)V1〜V3が検出され、各相電圧V1
〜V3がバッテリ電圧及び接地電位と比較されてバッテ
リ電圧(B電圧)より高い相電圧が印加させるハイサイ
ドスイッチと、他の相インバータ回路のローサイドスイ
ッチがオンされる。このようにすれば三相全波整流が実
施できる。First, the potentials (phase voltages) V1 to V3 of the connection points (phase output terminals) 41 to 43 are detected, and the phase voltages V1 to V3 are detected.
V3 is compared with the battery voltage and the ground potential, and the high-side switch that applies a phase voltage higher than the battery voltage (voltage B) and the low-side switch of another phase inverter circuit are turned on. In this way, three-phase full-wave rectification can be performed.
【0045】もしくは、各相電圧V1〜V3がバッテリ
電圧及び接地電位と比較されて、各相電圧V1〜V3が
バッテリ電圧及び接地バッテリ電圧(B電圧)より高
く、かつ、最も高い相電圧が印加されるハイサイドスイ
ッチと、接地電位Eより低い相電圧が印加されるローサ
イドスイッチがオンされる。このようにすれば、異なる
ハイサイドスイッチが同時にオンして短絡電流が流れた
り、異なるローサイドスイッチが同時にオンして短絡電
流が流れたりすることがない。Alternatively, each phase voltage V1 to V3 is compared with the battery voltage and the ground potential, and each phase voltage V1 to V3 is higher than the battery voltage and the ground battery voltage (voltage B), and the highest phase voltage is applied. The low side switch to which a phase voltage lower than the ground potential E is applied is turned on. In this way, different high-side switches do not turn on at the same time and short-circuit current flows, and different low-side switches do not turn on at the same time and short-circuit current does not flow.
【0046】また、本実施例では、各相電圧V1〜V3
のいずれかが所定のGパルス電圧値を超える場合にハイ
サイドスイッチ31〜33を遮断するので、負荷7への
電流の急減(例えばフューズ10のオフ)やバッテリ接
続端子Bが外れたりして整流器3の出力電流が急減した
場合に発生するサージ電圧はハイサイドスイッチ31〜
33のチャンネル消滅及び第2寄生ダイオードD2によ
って完全に阻止されるので、負荷9にGパルス電圧が印
加されることがない。なお、このサージ電圧遮断モード
は所定時間持続したり、あるいは、各相電圧のいずれか
が所定電圧値を超える間、持続したりすることができ
る。In this embodiment, the phase voltages V1 to V3
Are cut off when any one of them exceeds a predetermined G pulse voltage value, the rectifier is turned off because the current to the load 7 suddenly decreases (for example, the fuse 10 is turned off) or the battery connection terminal B is disconnected. The surge voltage generated when the output current of the switch 3 suddenly decreases is equal to the high-side switches 31-31.
Since the channel disappears at 33 and is completely blocked by the second parasitic diode D2, no G pulse voltage is applied to the load 9. The surge voltage cutoff mode can be maintained for a predetermined time, or can be maintained while any one of the phase voltages exceeds a predetermined voltage value.
【0047】更に、全ハイサイドスイッチ31〜33を
オフする上記サージ電圧遮断モード実施時に、全ローサ
イドスイッチ34〜36をオンすることができる。この
ようにすれば、各相の電機子巻線11〜13は各ローサ
イドスイッチ34〜36のオン抵抗を通じて短絡される
ことになり、バッテリのB電圧を昇圧することなくサー
ジ電力を消費することができ、Gパルス電圧の増加を防
止することができる。Further, all the low-side switches 34 to 36 can be turned on during the above-mentioned surge voltage cutoff mode in which all the high-side switches 31 to 33 are turned off. In this case, the armature windings 11 to 13 of each phase are short-circuited through the on-resistance of each of the low-side switches 34 to 36, and the surge power can be consumed without increasing the B voltage of the battery. As a result, an increase in the G pulse voltage can be prevented.
【0048】上記したコントローラ6の制御動作は内蔵
マイコンにて入力電圧V1〜V3及びB電圧相互あるい
は所定しきい値に対する大小を判定し、この判定結果に
基づいて行えばよく、通常のソフトウェア制御法により
実施できる。図2にそのフローチャートの一例を示す。
すなわち、ステップ100にて入力相電圧V1〜V3及
びバッテリ電圧VBを入力し、次に入力相電圧V1〜V
3のどれかが所定のGパルス電圧値Vgより大きいかど
うかを判定し(102)、以下であればステップ104
において通常のスイッチ34〜36の順次開閉制御によ
る三相全波整流を実施し、超過していればステップ10
6にてハイサイドスイッチ31〜33をオフし、ローサ
イドスイッチ34〜36をオンしてサージ電圧を低減す
るとともに、サージ電圧が負荷9に印加されるのを阻止
する。 (変形態様) 上記実施例では、Gパルス電圧が発生したことを相電圧
V1〜V3を所定のGパルス電圧値と比較して判定した
が、バッテリ電圧VBを所定のGパルス電圧値と比較し
て判定してもよいことは当然であり、この場合には、バ
ッテリ電圧VBを介して相電圧V1〜V3と所定のGパ
ルス電圧値と比較するものであり、本発明の請求項2以
降に包含されることは当然である。 (変形態様) 次に、上記したステップ102、106の動作をハード
ウェアで構成した回路例を図3を参照して説明する。た
だし、図3は電機子巻線11の相電圧(X相)のみを示
す。The control operation of the controller 6 described above may be performed based on the determination result of the input voltages V1 to V3 and the B voltage or a predetermined threshold value by a built-in microcomputer and based on the determination result. Can be implemented. FIG. 2 shows an example of the flowchart.
That is, in step 100, the input phase voltages V1 to V3 and the battery voltage VB are input, and then the input phase voltages V1 to V3 are input.
It is determined whether any one of the three is greater than a predetermined G pulse voltage value Vg (102).
In step 3, three-phase full-wave rectification is performed by sequential opening / closing control of the normal switches 34 to 36.
At 6, the high-side switches 31 to 33 are turned off, and the low-side switches 34 to 36 are turned on to reduce the surge voltage and prevent the surge voltage from being applied to the load 9 . (Modification) In the above embodiment, the occurrence of the G pulse voltage is determined by comparing the phase voltages V1 to V3 with the predetermined G pulse voltage value. However, the battery voltage VB is compared with the predetermined G pulse voltage value. In this case, the phase voltages V1 to V3 are compared with a predetermined G pulse voltage value via the battery voltage VB. Of course it is included. (Modification) Next, an example of a circuit in which the operations of steps 102 and 106 described above are configured by hardware will be described with reference to FIG. However, FIG. 3 shows only the phase voltage (X phase) of the armature winding 11.
【0049】相電圧V1は分圧回路58で分圧されてコ
ンパレータ51の+入力端及びコンパレータ52の−入
力端に入力され、バッテリ電圧VBは分圧回路58で分
圧されてコンパレータ51の−入力端に入力され、コン
パレータ52の+入力端は接地される。この結果、コン
パレータ51は相電圧V1がバッテリ電圧VBより大き
い場合にアンド回路54にハイレベルを出力し、コンパ
レータ52は相電圧V1が0V未満の場合にローサイド
スイッチ34をオンする。The phase voltage V1 is divided by the voltage dividing circuit 58 and inputted to the + input terminal of the comparator 51 and the-input terminal of the comparator 52. The battery voltage VB is divided by the voltage dividing circuit 58 and The input is input to the input terminal, and the + input terminal of the comparator 52 is grounded. As a result, the comparator 51 outputs a high level to the AND circuit 54 when the phase voltage V1 is higher than the battery voltage VB, and the comparator 52 turns on the low-side switch 34 when the phase voltage V1 is lower than 0V.
【0050】一方、バッテリ電圧VBは分圧回路58で
分圧されたコンパレータ53の+入力端に入力され、そ
の−入力端には所定のしきい値電圧(上記所定のGパル
ス電圧値に対応)Vthが入力される。この結果、コン
パレータ53はバッテリ電圧VBの分圧が所定のGパル
ス電圧値Vthより大きい場合に(サージ電圧が発生し
た場合に)、ハイレベル電位をエミッタ接地トランジス
タ56に出力し、トランジスタ56はオンしてコンデン
サCを放電する。On the other hand, the battery voltage VB is inputted to the + input terminal of the comparator 53 divided by the voltage dividing circuit 58, and the minus input terminal thereof has a predetermined threshold voltage (corresponding to the predetermined G pulse voltage value). ) Vth is input. As a result, when the divided voltage of the battery voltage VB is larger than the predetermined G pulse voltage value Vth (when a surge voltage occurs), the comparator 53 outputs a high level potential to the common emitter transistor 56, and the transistor 56 is turned on. To discharge the capacitor C.
【0051】トランジスタ56のコレクタ電圧はアンド
回路54に入力され、このため、アンド回路54は、上
記サージ電圧の発生中は、ローレベル電位を昇圧回路5
5に出力する。昇圧回路55は例えばスイッチングキャ
パシタ回路などからなり、バッテリ電圧をハイサイドス
イッチ31をオンできるレベルまでブーストアップする
回路であるが、アンド回路54からローレベル電位が入
力するとローレベルをハイサイドスイッチ31に出力
し、これによりハイサイドスイッチ31はオフする。The collector voltage of the transistor 56 is input to the AND circuit 54. Therefore, the AND circuit 54 raises the low level potential during the generation of the surge voltage.
5 is output. The booster circuit 55 is composed of, for example, a switching capacitor circuit and boosts the battery voltage to a level at which the high side switch 31 can be turned on. When a low level potential is input from the AND circuit 54, the low level is output to the high side switch 31. As a result, the high-side switch 31 is turned off.
【0052】サージ電圧の消滅により、コンパレータ5
3がローレベルを出力すると、トランジスタ56がオフ
し、コンデンサCの充電が開始され、そのCR時定数で
決まる所定時間後、アンド回路54はコンパレータ51
により開閉可能となる。このようにすれば、交流電圧で
ある各相電圧の瞬時値が所定電圧値Vth以下となる位
相期間になっても所定時間(少なくとも1周期)はハイ
サイドスイッチ31の遮断が継続されるので、他のハイ
サイドスイッチ32又は33に印加される相電圧が所定
電圧値Vthを超える場合に、ハイサイドスイッチ31
を遮断することができる。 (変形態様)次に、上記したステップ102、106の
動作をハードウエアで構成した他の回路例を図4を参照
して説明する。The disappearance of the surge voltage causes the comparator 5
3 outputs a low level, the transistor 56 is turned off, and charging of the capacitor C is started. After a predetermined time determined by the CR time constant, the AND circuit 54 outputs
Can be opened and closed. With this configuration, even if the instantaneous value of each phase voltage, which is an AC voltage, becomes a phase period in which the instantaneous value becomes equal to or less than the predetermined voltage value Vth, the high-side switch 31 is kept off for a predetermined time (at least one cycle). When the phase voltage applied to the other high-side switch 32 or 33 exceeds the predetermined voltage value Vth, the high-side switch 31
Can be shut off. (Modification) Next, another example of a circuit in which the operations of steps 102 and 106 are configured by hardware will be described with reference to FIG.
【0053】この実施例は、図3のコンパレータ53、
トランジスタ56、積分回路59を、オペアンプ53と
ダイオ−ドDiとコンデンサCとからなるピーク値ホー
ルド回路と、このピーク値ホールド回路の出力電圧をし
きい値電圧(所定のGパルス電圧値)と比較するコンパ
レータ60とに置換したものである。この動作を説明す
ると、相電圧V1の分圧はピーク値ホールド回路で保持
しつつコンパレータ60の−入力端に入力される。その
結果、相電圧V1の瞬時最大値(ピーク値)が所定のし
きい値電圧(上記所定のGパルス電圧値に対応)Vth
1を超える場合に(サージ電圧が発生した場合に)、コ
ンパレータ60はアンド回路54をオフし、これにより
ハイサイドスイッチ51が遮断される。In this embodiment, the comparator 53 shown in FIG.
A transistor 56 and an integrating circuit 59 are compared with a peak value holding circuit including an operational amplifier 53, a diode Di and a capacitor C, and an output voltage of the peak value holding circuit is compared with a threshold voltage (a predetermined G pulse voltage value). This is replaced with a comparator 60 that performs the operation. This operation will be described. The divided voltage of the phase voltage V1 is input to the negative input terminal of the comparator 60 while being held by the peak value hold circuit. As a result, the instantaneous maximum value (peak value) of the phase voltage V1 becomes equal to a predetermined threshold voltage (corresponding to the predetermined G pulse voltage value) Vth.
When the value exceeds 1 (when a surge voltage occurs), the comparator 60 turns off the AND circuit 54, thereby turning off the high-side switch 51.
【0054】尚ここで、コンパレータ61とトランジス
タ62とからなるリセット回路は、バッテリ電圧VBが
分圧回路58で分圧されてコンパレータ61の−入力端
に入力され、その+入力端には所定のしきい値電圧(リ
セット発生)Vth2が入力される。この結果、コンパ
レータ61はバッテリ電圧VBの分圧が所定のリセット
電圧Vth2より小さくなる場合に、ハイレベルをエミ
ッタ接地トランジスタ62に出力しトランジスタ62は
オンしてコンデンサCを放電し、ピークホールド回路に
リセット動作を与える。Here, in the reset circuit composed of the comparator 61 and the transistor 62, the battery voltage VB is divided by the voltage dividing circuit 58 and is inputted to the minus input terminal of the comparator 61, and the + input terminal thereof is provided with a predetermined voltage. A threshold voltage (reset occurrence) Vth2 is input. As a result, when the divided voltage of the battery voltage VB becomes smaller than the predetermined reset voltage Vth2, the comparator 61 outputs a high level to the common-emitter transistor 62, and the transistor 62 is turned on to discharge the capacitor C, and to the peak hold circuit. Give a reset operation.
【0055】これにより、図3の回路と同様の効果を奏
することができる。 (変形態様)X相インバータ回路37を構成するハイサ
イドスイッチ31及びローサイドスイッチ34を同一チ
ップに集積したDMOS集積回路の一例を図5に示し、
縦型MOS集積回路の一例を図5に示す。As a result, an effect similar to that of the circuit of FIG. 3 can be obtained. (Modification) FIG. 5 shows an example of a DMOS integrated circuit in which the high-side switch 31 and the low-side switch 34 constituting the X-phase inverter circuit 37 are integrated on the same chip.
FIG. 5 shows an example of a vertical MOS integrated circuit.
【0056】図5において、N+ 型基板106上にN型
耐圧層105がエピタキシャル成長により形成され、N
型耐圧層105の表面部にP型ウエル領域103が形成
され、更にP型ウエル領域103の表面部にN+ 型領域
104が形成されている。そして、ゲ−ト絶縁膜109
が形成され、その上にドープドポリシリコンからなるゲ
−ト電極110を形成されている。In FIG. 5, an N-type breakdown voltage layer 105 is formed on an N + -type substrate 106 by epitaxial growth.
A P-type well region 103 is formed on the surface of the mold breakdown voltage layer 105, and an N + -type region 104 is formed on the surface of the P-type well region 103. Then, the gate insulating film 109
Is formed thereon, and a gate electrode 110 made of doped polysilicon is formed thereon.
【0057】したがってこの実施例では、図5中、左側
に配設されるハイサイドスイッチ31の第1寄生ダイオ
−ドD1はN+ 型領域104とP型ウエル領域103と
の間のPN接合からなり、第2寄生ダイオ−ドD2はN
+ 基板106とP型ウエル領域103との間のPN接合
からなり、図5中、右側に配設されるローサイドスイッ
チ34の第3寄生ダイオ−ドD3はN+ 基板106とP
型ウエル領域103との間のPN接合からなる。Therefore, in this embodiment, the first parasitic diode D1 of the high side switch 31 disposed on the left side in FIG. 5 is connected to the PN junction between the N + type region 104 and the P type well region 103. And the second parasitic diode D2 is N
+ Consists PN junction between the substrate 106 and the P-type well region 103, in FIG. 5, a third parasitic diode of the low-side switch 34 disposed on the right - de D3 is N + substrate 106 and P
It consists of a PN junction with the mold well region 103.
【0058】すなわち、この実施例では、ハイサイドス
イッチ31とローサイドスイッチ34とを同一チップに
集積できる他、大きなサージ耐圧(Gパルス耐圧)が必
要な第2、第3寄生ダイオ−ドD2、D3が低濃度N型
エピタキシャル耐圧層105を有するので、大きなサー
ジ耐圧を確保することができるという優れた特徴があ
る。That is, in this embodiment, the high-side switch 31 and the low-side switch 34 can be integrated on the same chip, and the second and third parasitic diodes D2 and D3 need a large surge withstand voltage (G pulse withstand voltage). Has an excellent feature that a large surge withstand voltage can be ensured since it has a low-concentration N-type epitaxial breakdown voltage layer 105.
【0059】図6は図5のDMOS構造を縦型MOS構
造としたもので、図5と同じ作用効果を奏することがで
きる。更に、図5、図6の構造によれば配線も簡単とな
る。 FIG. 6 shows a vertical MOS structure in place of the DMOS structure of FIG. 5, and can provide the same functions and effects as those of FIG. Further, according to the structures of FIGS. 5 and 6, wiring is also simplified .
【0060】[0060]
【0061】[0061]
【0062】[0062]
【0063】[0063]
【0064】[0064]
【0065】[0065]
【0066】[0066]
【0067】[0067]
【0068】[0068]
【0069】[0069]
【0070】[0070]
【0071】[0071]
【0072】[0072]
【0073】[0073]
【0074】[0074]
【0075】[0075]
【0076】[0076]
【図1】本発明の充電装置の一実施例を示す回路図であ
る。FIG. 1 is a circuit diagram showing one embodiment of a charging device of the present invention.
【図2】図1のコントローラ6の動作を示すフロ−チャ
−トである。FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the controller 6 of FIG.
【図3】図1のコントローラ6をハードウエアで構成し
た一例を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing an example in which the controller 6 of FIG. 1 is configured by hardware.
【図4】図1のコントローラ6をハードウエアで構成し
た一例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing an example in which the controller 6 of FIG. 1 is configured by hardware.
【図5】図1の相インバータ回路37の一例を示す断面
図である。FIG. 5 is a sectional view showing an example of the phase inverter circuit 37 of FIG.
【図6】(a)は図1の相インバータ回路37の一例を
示す断面図であり、(b)はその平面図である。6A is a cross-sectional view illustrating an example of the phase inverter circuit 37 of FIG. 1, and FIG. 6B is a plan view thereof.
【図7】従来のMOSトランジスタ型三相全波整流器及
び本発明の充電装置の他の実施例を示す回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing another embodiment of the conventional MOS transistor type three-phase full-wave rectifier and the charging device of the present invention .
1は三相交流電動機、3は整流器、6はコントローラ
(制御器)、7はバッテリ、9は負荷、11〜13は電
機子巻線、31〜33はMOSトランジスタからなるハ
イサイドスイッチ、34〜36はMOSトランジスタか
らなるローサイドスイッチ、37〜39は相インバータ
回路、41〜43は相インバータ回路37〜39の接続
点(整流器3の交流入力端)、103はP型領域(基板
領域)、D1は第1寄生ダイオ−ド、D2は第2寄生ダ
イオ−ド、D3は第3寄生ダイオ−ド、106はハイサ
イドスイッチ31及びローサイドスイッチ34のN型電
機子巻線側領域、105はN- 型耐圧層。1 is a three-phase AC motor, 3 is a rectifier, 6 is a controller (controller), 7 is a battery, 9 is a load, 11 to 13 are armature windings, 31 to 33 are high side switches composed of MOS transistors, 34 to 36 is a low side switch composed of a MOS transistor; 37 to 39 are phase inverter circuits; 41 to 43 are connection points of the phase inverter circuits 37 to 39 (AC input terminals of the rectifier 3); 103 is a P-type region (substrate region); Is a first parasitic diode, D2 is a second parasitic diode, D3 is a third parasitic diode, 106 is an N-type armature winding side region of the high-side switch 31 and the low-side switch 34, and 105 is an N- Mold pressure-resistant layer.
Claims (14)
るハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを直列接
続してなる相インバータ回路を必要数並列接続してな
り、一対の直流出力端がバッテリ及び負荷の両端に接続
され、前記両スイッチの接続点が交流発電機の電機子巻
線の各相出力端に個別に接続される整流器と、前記各ス
イッチのゲート電位を制御して前記各スイッチを断続す
る制御部とを備える充電装置において、 前記ハイサイドスイッチのゲート電極直下のP型領域か
らなる基板領域は前記バッテリの低位端に接続されるこ
とを特徴とする充電装置。1. A required number of phase inverter circuits in which a high side switch and a low side switch each composed of an N-channel MOS transistor are connected in series are connected in parallel, and a pair of DC output terminals are connected to both ends of a battery and a load. A rectifier in which a connection point of the two switches is individually connected to each phase output terminal of the armature winding of the AC generator, and a control unit that controls a gate potential of each of the switches and turns the switches on and off. In the charging device, a substrate region formed of a P-type region immediately below a gate electrode of the high-side switch is connected to a lower end of the battery.
端の相電圧を検出するとともに、前記各相電圧のいずれ
かが所定電圧値を超える場合に少なくとも前記ハイサイ
ドスイッチ群を遮断するサージ電圧遮断モードを備える
ものである請求項1記載の充電装置。2. The control unit detects a phase voltage at each phase output terminal of the AC generator, and shuts off at least the high-side switch group when any of the phase voltages exceeds a predetermined voltage value. 2. The charging device according to claim 1, further comprising a surge voltage cutoff mode.
を所定時間持続するものである請求項2記載の充電装
置。3. The charging device according to claim 2, wherein the control unit keeps the surge voltage cutoff mode for a predetermined time.
所定電圧値を超える間、前記サージ電圧遮断モードを持
続するものである請求項2記載の充電装置。4. The charging device according to claim 2, wherein the control unit maintains the surge voltage cutoff mode while any of the phase voltages exceeds a predetermined voltage value.
の内、接続点側の主電極をなすN型電機子巻線側領域に
印加される前記相電圧が前記バッテリの電圧より高い前
記ハイサイドスイッチをオンするものである請求項2記
載の充電装置。5. The high-side switch, wherein the phase voltage applied to an N-type armature winding side region forming a main electrode on a connection point side of each of the high-side switches is higher than a voltage of the battery. The charging device according to claim 2, wherein the side switch is turned on.
の内、接続点側の主電極をなすN型電機子巻線側領域に
印加される前記相電圧が前記バッテリの電圧より低い前
記ローサイドスイッチをオンするものである請求項2記
載の充電装置。6. The low-side switch, wherein the phase voltage applied to an N-type armature winding-side region forming a main electrode on a connection point side among the low-side switches is lower than a voltage of the battery. 3. The charging device according to claim 2, wherein the charging device is turned on.
の主電極をなすN型バッテリ側領域と前記基板領域との
間の第1寄生ダイオードは、前記バッテリの最大定格電
圧値を超える耐圧を有する請求項2記載の充電装置。7. A first parasitic diode between an N-type battery-side region forming a main electrode on the battery side of the high-side switch and the substrate region has a withstand voltage exceeding a maximum rated voltage value of the battery. Item 3. The charging device according to Item 2.
極をなすN型電機子巻線側領域と前記基板領域との間の
第2寄生ダイオードは、最大発電電圧を超える所定のG
パルス電圧値を超える耐圧を有する請求項2記載の充電
装置。8. A second parasitic diode between an N-type armature winding side region forming a main electrode on a connection point side of the high-side switch and the substrate region has a predetermined G value exceeding a maximum generated voltage.
3. The charging device according to claim 2, which has a withstand voltage exceeding a pulse voltage value.
極をなすN型電機子巻線側領域と前記基板領域との間の
第3寄生ダイオードは、最大発電電圧を超える所定のG
パルス電圧値を超える耐圧を有する請求項2記載の充電
装置。9. A third parasitic diode between an N-type armature winding-side region forming a main electrode on the connection point side of the low-side switch and the substrate region has a predetermined G exceeding a maximum generated voltage.
3. The charging device according to claim 2, which has a withstand voltage exceeding a pulse voltage value.
Sトランジスタの主電極をなす両N型領域の内の一方が
N- 型耐圧層を有し、前記N- 型耐圧層は前記第1寄生
ダイオード側に形成される請求項7記載の充電装置。10. The MO constituting the high-side switch
The charging device according to claim 7, wherein one of the two N-type regions forming the main electrode of the S transistor has an N- type breakdown voltage layer, and the N- type breakdown voltage layer is formed on the first parasitic diode side.
Sトランジスタの主電極をなす両N型領域の内の一方が
N- 型耐圧層を有し、前記N- 型耐圧層は前記第2寄生
ダイオード側に形成される請求項8記載の充電装置。11. The MO constituting the high-side switch
9. The charging device according to claim 8, wherein one of the two N-type regions forming the main electrode of the S transistor has an N- type breakdown voltage layer, and the N- type breakdown voltage layer is formed on the second parasitic diode side.
Sトランジスタの主電極をなす両N型領域の内の一方が
N- 型耐圧層を有し、前記N- 型耐圧層は前記第3ダイ
オード側に形成される請求項9記載の充電装置。12. The MO constituting the low-side switch
10. The charging device according to claim 9, wherein one of the two N-type regions forming the main electrode of the S transistor has an N- type breakdown voltage layer, and the N- type breakdown voltage layer is formed on the third diode side.
記ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチはN型領
域を基板とする同一チップに集積され、このN型基板領
域は前記交流発電機の相出力端に接続される請求項2記
載の充電装置。13. The high-side switch and the low-side switch forming the phase inverter circuit of the same phase are integrated on the same chip having an N-type region as a substrate, and the N-type substrate region is connected to a phase output terminal of the AC generator. The charging device according to claim 2, which is connected.
ド実施時に、前記全ハイサイドスイッチをオフするとと
もに、前記ローサイドスイッチをオンするものである請
求項2記載の充電装置。 14. The charging device according to claim 2, wherein the control unit turns off all the high-side switches and turns on the low-side switches when the surge voltage cutoff mode is performed .
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