(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、
前記界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての電機子巻線を有する固定子と、
ダイオードが並列接続されたスイッチング素子によって構成された複数の下アームを有するブリッジ回路を構成し、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部と、
前記スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部と、
前記界磁巻線に流れる励磁電流を制御することにより前記スイッチング部の出力電圧を制御するとともに、前記電機子巻線の相電圧に基づいて前記回転子の回転数を検出し、前記回転子の回転停止を検出したときに前記界磁巻線への励磁電流の供給を停止あるいは低減する発電制御装置と、
前記スイッチング部の出力電圧を監視し、前記出力電圧が第１の判定電圧を超えたときに、下アームを構成する前記スイッチング素子をオンする指示を前記スイッチング制御部に対して行い、前記第１の判定電圧を超えた後に前記出力電圧が前記第１の判定電圧よりも低い第２の判定電圧よりも低くなったときに、下アームを構成する前記スイッチング素子をオフする指示を前記スイッチング制御部に対して行うロードダンプ判定部と、
を備え、前記ロードダンプ判定部は、前記出力電圧が前記第２の判定電圧よりも低くなったことを検出した後、前記スイッチング素子をオフしたときにこのオフ動作によるサージ電圧の発生を抑制するタイミングを判定し、このタイミングで前記スイッチング素子をオフする指示を前記スイッチング制御部に対して行うとともに、前記出力電圧が前記第２の判定電圧よりも高い場合であっても、前記発電制御装置による回転検出が可能になるように定期的に前記スイッチング素子をオフする指示を前記スイッチング制御部に対して行うことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記ロードダンプ判定部は、前記発電制御装置による回転検出が可能になるように、回転停止検出に必要な時間Ｔ２に達する前に回転検出に必要な最少時間Ｔ１だけ前記スイッチング素子をオフする指示を定期的に行うことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記ロードダンプ判定部は、前記出力電圧が前記第１の判定電圧を超えたことを検出した後に、前記スイッチング素子をオンしたときにこのオン動作によるサージ電圧の発生を抑制するタイミングを判定し、このタイミングで前記スイッチング素子をオンする指示を前記スイッチング制御部に対して行うことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記発電制御装置は、前記相電圧と基準電圧の大小関係が周期的に変化することにより回転検出を行っており、
前記ロードダンプ判定部による保護動作中に下アームを構成する前記スイッチング素子がオンされたときに、前記相電圧と前記基準電圧の大小関係が固定され、前記スイッチング素子がオフされたときに、前記相電圧と前記基準電圧の大小関係が前記回転子の回転に連動して周期的に変化することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
下アームを構成する前記スイッチング素子をオンしてロードダンプ保護動作を開始する前に、上アームの素子の短絡故障の有無を確認する短絡故障確認部をさらに備え、
前記ロードダンプ判定部は、前記短絡故障確認部によって短絡故障が生じていないことを確認した後にロードダンプ保護動作を開始することを特徴とする車両用回転電機。
【請求項６】
請求項１において、
前記サージ電圧の発生を抑制するタイミングは、オフする前に、前記スイッチング素子を介して流れる電流の向きと、オフした後に、前記スイッチング素子に並列接続されたダイオードを介して流れる電流の向きが同じとなるタイミングであることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項７】
請求項３において、
前記サージ電圧の発生を抑制するタイミングは、オンしたときに、前記スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向と同じ方向に前記スイッチング素子を介して電流が流れるタイミングであることを特徴とする車両用回転電機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、
前記ロードダンプ判定部による前記下アームを構成する前記スイッチング素子をオフするタイミングの適否判定は、前記電機子巻線を構成する２相以上の相巻線のそれぞれ毎に行うことを特徴とする車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用発電機は、出力端子に接続された充電線を介してバッテリや各種の電気負荷に充電電力や動作電力を供給している。この車両用発電機の発電動作時に出力端子やバッテリ端子が外れると、ロードダンプと称される過渡的な高電圧が発生する。このとき発生する電圧は、出力電流等にもよるが場合によっては１００Ｖ以上に達することがある。このようにして発生する高電圧は、電気負荷や車両用発電機内の各種素子の破損の原因になるため、何らかの対策が必要になる。このような対策を行う従来技術としては、例えば車両用発電機のブリッジ回路のローサイド素子をＭＯＳトランジスタで構成し、ロードダンプ発生時に車両用発電機の出力電圧が基準電圧を超えたときにこれらのＭＯＳトランジスタをオンすることにより、高電圧の発生を抑制する保護動作を行うようにした車両用発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用発電機では、ブリッジ回路のローサイド素子としての各ＭＯＳトランジスタをオンすることで出力電圧が再び基準電圧以下になると、各ＭＯＳトランジスタは再びオフされ、ブリッジ回路による通常の整流動作が再開されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１９９３８号公報（第５−９頁、図１−１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に開示された車両用発電機では、相電圧が基準電圧を超えたときにローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタがオンされるためこの相電圧が一時的に低下し、この相電圧が別の基準電圧以下になるとＭＯＳトランジスタが再びオンされる。このＭＯＳトランジスタのオン／オフは、Ｇパルス電圧のエネルギーが十分消耗するまで繰り返されることになる。このように、ＭＯＳトランジスタのオン／オフを繰り返すということは、このＭＯＳトランジスタに接続されたステータコイルに流れている電流を遮断することになるため、このステータコイルに高電圧が発生し、この高電圧が基準電圧を超える原因にもなるため、高電圧の発生を迅速に終わらせることができないという問題があった。
【０００５】
また、特許文献１に開示された車両用発電機では、相電圧が基準電圧を超えたときにローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタが整流動作の周期に比べて高速にオン／オフされるため、Ｇパルス電圧のエネルギーが十分消耗するまでに時間がかかるという問題があり、この点でも高電圧の発生を迅速に終わらせることができなかった。高電圧の発生を短時間に終わらせるためには、相電圧が基準電圧を超えたときにローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタを継続的にオンすればよいと考えられる。しかし、車両用発電制御装置（レギュレータ）の中には、相電圧が所定のしきい値電圧を超える周波数に基づいて発電開始を検出して制御動作を開始したり、この検出ができなかったときに異常を通知する警報動作等を行うものがあり、ローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタをオフする時間が長くなると、実際には車両用発電機が回転しているにもかかわらず相電圧が所定のしきい値電圧よりも低い状態が継続されるため、発電停止状態に至ったものとして誤検出するおそれがある。この場合に、発電開始に備えて初期励磁電流を界磁巻線に供給するように車両用発電制御装置が制御動作を行うと、無駄に励磁電流を流すとともに、ローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタを通して流れる相電流が増加することになるため、発電効率や発熱の観点から望ましくない。また、発電停止状態を誤検出して車両用発電制御装置が誤った警報動作を行うと、運転者が混乱したり、この警報動作に伴って外部制御装置等に誤った信号が出力されることになるため、やはり好ましくはない。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせるとともに、発電停止状態の誤検出による車両用発電制御装置の誤動作を防止することができる車両用回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用回転電機は、回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての電機子巻線を有する固定子と、ダイオードが並列接続されたスイッチング素子によって構成された複数の下アームを有するブリッジ回路を構成し、電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部と、スイッチング素子のオンオフを制御するスイッチング制御部と、界磁巻線に流れる励磁電流を制御することによりスイッチング部の出力電圧を制御するとともに、電機子巻線の相電圧に基づいて回転子の回転数を検出し、回転子の回転停止を検出したときに界磁巻線への励磁電流の供給を停止あるいは低減する発電制御装置と、スイッチング部の出力電圧を監視し、出力電圧が第１の判定電圧を超えたときに、下アームを構成するスイッチング素子をオンする指示をスイッチング制御部に対して行い、第１の判定電圧を超えた後に出力電圧が第１の判定電圧よりも低い第２の判定電圧よりも低くなったときに、下アームを構成するスイッチング素子をオフする指示をスイッチング制御部に対して行うロードダンプ判定部とを備えている。ロードダンプ判定部は、出力電圧が第２の判定電圧よりも低くなったことを検出した後、スイッチング素子をオフしたときにこのオフ動作によるサージ電圧の発生を抑制するタイミングを判定し、このタイミングでスイッチング素子をオフする指示をスイッチング制御部に対して行うとともに、出力電圧が第２の判定電圧よりも高い場合であっても、発電制御装置による回転検出が可能になるように定期的にスイッチング素子をオフする指示をスイッチング制御部に対して行っている。
【０００８】
ロードダンプ発生時に下アームのスイッチング素子をオンすることでロードダンプ時の高電圧の発生を防止する保護動作を行う場合であって、高電圧の発生が抑制された後に保護動作を解除する際に、大きなサージ電圧が発生するタイミングを避けて通常の整流動作を継続することができ、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。また、このような下アームのスイッチング素子をオンするロードダンプ保護動作中であっても、定期的にスイッチング素子をオフすることにより、回転検出不能による発電停止状態の誤検出に伴う発電制御装置の誤動作を防止することができる。
【０００９】
また、上述したロードダンプ判定部は、発電制御装置による回転検出が可能になるように、回転停止検出に必要な時間Ｔ２に達する前に回転検出に必要な最少時間Ｔ１だけスイッチング素子をオフする指示を定期的に行うことが望ましい。これにより、ロードダンプ保護動作中にスイッチング素子をオフする時間を最少にして発電制御装置による回転検出を継続的に行うことが可能となる。
【００１０】
また、上述したロードダンプ判定部は、出力電圧が第１の判定電圧を超えたことを検出した後に、スイッチング素子をオンしたときにこのオン動作によるサージ電圧の発生を抑制するタイミングを判定し、このタイミングでスイッチング素子をオンする指示をスイッチング制御部に対して行うことが望ましい。これにより、ロードダンプ保護動作移行時についてもサージ電圧の発生を確実に抑えることができる。
【００１１】
また、上述した発電制御装置は、相電圧と基準電圧の大小関係が周期的に変化することにより回転検出を行っており、ロードダンプ判定部による保護動作中に下アームを構成するスイッチング素子がオンされたときに、相電圧と基準電圧の大小関係が固定され、スイッチング素子がオフされたときに、相電圧と基準電圧の大小関係が回転子の回転に連動して周期的に変化することが望ましい。これにより、車両用発電制御装置による回転検出動作を継続して行うことが可能となる。
【００１２】
また、上述した下アームを構成するスイッチング素子をオンしてロードダンプ保護動作を開始する前に、上アームの素子の短絡故障の有無を確認する短絡故障確認部をさらに備え、ロードダンプ判定部は、短絡故障確認部によって短絡故障が生じていないことを確認した後にロードダンプ保護動作を開始することが望ましい。これにより、ロードダンプ保護動作を開始することにより上アームおよび下アームの両方の素子を介してバッテリの端子間が誤って短絡されることを防止することができる。
【００１３】
また、上述したサージ電圧の発生を抑制するタイミングは、オフする前に、スイッチング素子を介して流れる電流の向きと、オフした後に、スイッチング素子に並列接続されたダイオードを介して流れる電流の向きが同じとなるタイミングであることが望ましい。あるいは、上述したサージ電圧の発生を抑制するタイミングは、オンしたときに、スイッチング素子に並列接続されたダイオードの順方向と同じ方向にスイッチング素子を介して電流が流れるタイミングであることが望ましい。これにより、ロードダンプ保護動作を終了する際あるいは開始する際にサージ電圧が発生することを防止することができる。
【００１４】
また、上述したロードダンプ判定部による下アームを構成するスイッチング素子をオフするタイミングの適否判定は、電機子巻線を構成する２相以上の相巻線のそれぞれ毎に行うことが望ましい。これにより、相巻線毎に適切なタイミングで保護動作を解除することができ、各相巻線によるサージ電圧の発生を確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。
【図２】発電制御装置の詳細構成を示す図である。
【図３】整流器モジュールの構成を示す図である。
【図４】制御回路の詳細構成を示す図である。
【図５】上ＭＯＳ  ＶDS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。
【図６】下ＭＯＳ  ＶDS検出部による電圧比較の具体例を示す図である。
【図７】温度検出部による温度検出結果の具体例を示す図である。
【図８】制御部の詳細構成を示す図である。
【図９】制御部によって行う同期制御の動作タイミング図である。
【図１０】同期制御開始判定を行うために必要な構成を示す図である。
【図１１】同期制御開始判定の動作タイミングを示す図である。
【図１２】下ＭＯＳオフタイミング演算部によって設定されたオフタイミングが遅れた場合の出力電圧波形の具体例を示す図である。
【図１３】出力電圧変動と上アーム・オン期間および下アーム・オン期間の関係を示す図である。
【図１４】同期制御停止判定を行うために必要な構成を示す図である。
【図１５】ロードダンプ発生前と発生後の相電圧を示す図である。
【図１６】ロードダンプ保護動作を行うために必要なロードダンプ判定部の詳細構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の車両用回転電機を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線（電機子巻線）２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７を含んで構成されている。２つの整流器モジュール群５、６がスイッチング部に対応する。
【００１７】
一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子が構成されている。
【００１８】
界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。
【００１９】
一方の整流器モジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。
【００２０】
他方の整流器モジュール群６は、一方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路（ブリッジ回路）が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。
【００２１】
発電制御装置７は、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、励磁電流を調整することにより車両用発電機１の出力電圧（各整流器モジュールの出力電圧）ＶB が調整電圧Ｖreg になるように制御する。例えば、発電制御装置７は、出力電圧ＶB が調整電圧Ｖreg よりも高くなったときに界磁巻線４への励磁電流の供給を停止し、出力電圧ＶB が調整電圧Ｖreg よりも低くなったときに界磁巻線４に励磁電流の供給を行うことにより、出力電圧ＶB が調整電圧Ｖreg になるように制御する。また、発電制御装置７は、固定子巻線のいずれかの相電圧（例えばＸ相）に基づいて回転子の回転数を検出し、回転停止を検出したときに界磁巻線４へ供給する励磁電流を低減する。具体的には、初期励磁状態に対応した値（例えば２Ａ前後の値）に設定される。さらに、発電制御装置７は、通信端子Ｌおよび通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。
【００２２】
図２は、発電制御装置７の詳細構成を示す図である。図２に示すように、発電制御装置７は、ＭＯＳトランジスタ７１、還流ダイオード７２、抵抗７３、７４、電圧比較回路７５、励磁電流制御回路７６、回転検出回路７７、通信回路７８を有している。
【００２３】
通信回路７８は、ＥＣＵ８との間でシリアル通信を行う。これにより、ＥＣＵ８から送られてくる調整電圧Ｖreg 等のデータを受信することができる。
【００２４】
抵抗７３、７４は、分圧回路を構成し、車両用発電機１の発電電圧（出力電圧）を分圧した電圧を電圧比較回路７５に入力する。電圧比較回路７５は、抵抗７３、７４で分圧された発電電圧と、通信回路７８によって受信した調整電圧Ｖreg に対応する基準電圧とを比較する。例えば、比較結果として、基準電圧の方が発電電圧よりも高い場合にはハイレベルの信号が出力され、反対に発電電圧の方が基準電圧よりも高い場合にはローレベルの信号が出力される。
【００２５】
励磁電流制御回路７６は、電圧比較回路７５の出力（電圧比較結果）に基づいて決定した駆動デューティを有するＰＷＭ信号でＭＯＳトランジスタ７１をオンオフ制御する。なお、出力電流の急激な変動を抑えるために、励磁電流を徐々に変化させる徐励制御等を励磁電流制御回路７６によって行うようにしてもよい。
【００２６】
回転検出回路７７は、Ｐ端子を介して一方の固定子巻線２のＸ相巻線が接続されており、Ｘ相巻線の端部に現れる相電圧ＶP に基づいて、具体的には、相電圧と回転検出用の基準電圧の大小関係が周期的に変化することを検出して回転検出を行っている。整流器モジュール５Ｘや固定子巻線２などに短絡故障が発生していない正常時には、発電時にＰ端子には所定の振幅を有する相電圧ＶP が現れるため、この相電圧ＶP に基づく回転検出が可能となる。本実施形態では、この回転検出に必要な最少時間（あるいは周期）をＴ１とする。
【００２７】
励磁電流制御回路７６は、回転検出回路７７による回転検出結果が入力されており、回転検出中は発電動作に必要な励磁電流を界磁巻線４に供給するために必要なＰＷＭ信号を出力するが、所定時間（あるいは周期）Ｔ２以上回転停止（回転検出不能）状態が継続すると、励磁電流を初期励磁状態に対応した値にするために必要なＰＷＭ信号を出力する。
【００２８】
本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。
【００２９】
図３は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図３に示すように、整流器モジュール５Ｘは、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインが充電線１２を介して電気負荷１０やバッテリ９の正極端子に接続された上アーム（ハイサイド側）のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＸ相巻線に接続され、ソースがバッテリ９の負極端子（アース）に接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１からなる直列回路がバッテリ９の正極端子と負極端子の間に配置され、これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１の接続点にＸ相巻線が接続されている。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ５０、５１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。
【００３０】
図４は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図４に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１６０、出力電圧検出部１１０、上ＭＯＳ ＶDS検出部１２０、下ＭＯＳ ＶDS検出部１３０、上ＭＯＳ短絡故障確認部１４０、下ＭＯＳ ＶDS増幅部１４２、通電方向判定部１４４、温度検出部１５０、ドライバ１７０、１７２を備えている。
【００３１】
電源１６０は、発電制御装置７から界磁巻線４に励磁電流が供給されるタイミングで動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給するとともに、励磁電流の供給が停止されたときなどに動作電圧の供給を停止する。この電源１６０の起動、停止は、制御部１００からの指示に応じて行われる。
【００３２】
ドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。
【００３３】
出力電圧検出部１１０は、例えば差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器によって構成されており、車両用発電機１（あるいは整流器モジュール５Ｘ）の出力端子（Ｂ端子）の電圧ＶB に対応するデータを出力する。なお、アナログ−デジタル変換器は、制御部１００側に設けるようにしてもよい。
【００３４】
上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間電圧ＶDSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧ＶDSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。
【００３５】
図５は、上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０による電圧比較の具体例を示す図である。図５において、横軸はドレイン側の出力電圧ＶB を基準としたドレイン・ソース間電圧ＶDSを示している。また、縦軸は上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０から出力される信号の電圧レベルを示している。図５に示すように、相電圧ＶP が高くなって出力電圧ＶB よりも０．３Ｖ以上高くなるとＶDSが０．３Ｖ以上になるため、上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、相電圧ＶP が出力電圧ＶB よりも１．０Ｖ以上低くなるとＶDSが−１．０Ｖ以下になるため、上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
【００３６】
上述した出力電圧ＶB よりも０．３Ｖ高い値Ｖ１０（図９）が第１のしきい値に対応している。この第１のしきい値は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するためのものであり、出力電圧ＶB にオン時のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間電圧ＶDSを加算した値よりも高く、出力電圧ＶB にＭＯＳトランジスタ５０と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦを加算した値よりも低い値に設定されている。また、上述した出力電圧ＶB よりも１．０Ｖ低い値Ｖ２０（図９）が第２のしきい値に対応している。この第２のしきい値は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するためのものであり、出力電圧ＶB よりも低い値に設定されている。相電圧ＶP が第１のしきい値に達した後に第２のしきい値に達するまでを上アームの「オン期間」としている。なお、このオン期間は、ＭＯＳトランジスタ５０がオフ状態のときに実際にダイオードに通電される「ダイオード通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期制御はこのオン期間に基づいて行われる。
【００３７】
下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０は、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧ＶDSを検出し、検出したドレイン・ソース間電圧ＶDSを所定のしきい値と比較してその大小に応じた信号を出力する。
【００３８】
図６は、下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０による電圧比較の具体例を示す図である。図６において、横軸はドレイン側のバッテリ負極端子電圧であるグランド端子電圧ＶGND を基準としたドレイン・ソース間電圧ＶDSを示している。また、縦軸は下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０から出力される信号の電圧レベルを示している。図６に示すように、相電圧ＶP が低くなってグランド電圧ＶGND よりも０．３Ｖ以上低くなるとＶDSが−０．３Ｖ以下になるため、下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、相電圧ＶP がグランド電圧ＶGND よりも１．０Ｖ以上高くなるとＶDSが１．０Ｖ以上になるため、下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
【００３９】
上述したグランド電圧ＶGND よりも０．３Ｖ低い値Ｖ１１（図９）が、第１のしきい値に対応している。この第１のしきい値は、ダイオード通電期間の開始時点を確実に検出するためのものであり、グランド電圧ＶGND からオン時のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧ＶDSを減算した値よりも低く、グランド電圧ＶGND からＭＯＳトランジスタ５１と並列接続されたダイオードの順方向電圧ＶＦを減算した値よりも高い値に設定されている。また、上述した出力電圧ＶB よりも１．０Ｖ高い値Ｖ２１（図９）が第２のしきい値に対応している。この第２のしきい値は、ダイオード通電期間の終了時点を確実に検出するためのものであり、グランド電圧ＶGND よりも高い値に設定されている。相電圧ＶP が第１のしきい値に達した後に第２のしきい値に達するまでを下アームの「オン期間」としている。なお、このオン期間は、ＭＯＳトランジスタ５１がオフ状態のときに実際にダイオードに通電される「ダイオード通電期間」とは開始時点と終了時点がずれているが、本実施形態の同期整流はこのオン期間に基づいて行われる。
【００４０】
温度検出部１５０は、例えばＭＯＳトランジスタ５０、５１の近傍に配置されたダイオードの順方向電圧に基づいてＭＯＳトランジスタ５０、５１の温度を検出し、温度が高いときにハイレベル、低いときにローレベルの信号を出力する。この温度検出部１５０は、制御部１００に含ませるようにしてもよい。
【００４１】
図７は、温度検出部１５０による温度検出結果の具体例を示す図である。図７において、横軸は温度（°Ｃ）を示している。また、縦軸は温度検出部１５０から出力される信号の電圧レベルを示している。図７に示すように、温度が上昇していって２００°Ｃ以上になると、温度検出部１５０の出力信号がローレベル（０Ｖ）からハイレベル（５Ｖ）に変化する。その後、温度が低下していって１７０°Ｃよりも低くなると、温度検出部１５０の出力信号がハイレベルからローレベルに変化する。
【００４２】
上ＭＯＳ短絡故障確認部１４０は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間の短絡故障が生じていないことを確認する。この短絡故障には、ＭＯＳトランジスタ５０自身が故障した場合の他に、このＭＯＳトランジスタ５０を駆動するドライバ１７０が故障してＭＯＳトランジスタ５０が常時オンされる場合も含まれる。ＭＯＳトランジスタ５０やドライバ１７０に故障が生じていない場合には、相電圧ＶP は、出力電圧ＶB とグランド電圧ＶGND の間で周期的に変化する。一方、ＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間が常時短絡された状態になると、相電圧ＶP は、出力電圧ＶB 近傍で固定される。上ＭＯＳ短絡故障確認部１４０は、相電圧ＶP が周期的に変化していることを検出することにより、ＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間の短絡故障が生じていないことを確認し、出力をローレベルとする。反対に、ＭＯＳトランジスタ５０のドレイン・ソース間の短絡故障が生じている場合には、上ＭＯＳ短絡故障確認部１４０は、出力をハイレベルにする。
【００４３】
下ＭＯＳ ＶDS増幅部１４２は、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧ＶDSを増幅する。通電方向判定部１４４は、下ＭＯＳ ＶDS増幅部１４２によって増幅された後のドレイン・ソース間電圧ＶDSに基づいて、具体的には増幅後のドレイン・ソース間電圧ＶDSと所定のしきい値とを比較することにより、ＭＯＳトランジスタ５１に流れる電流の向きを判定する。
【００４４】
制御部１００は、同期整流動作を開始および終了するタイミングの判定、同期整流を実施するためのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングの設定、このオン／オフタイミングの設定に対応したドライバ１７０、１７２の駆動、ロードダンプ保護動作移行や過熱保護動作移行のタイミング判定および保護動作の実施などを行う。
【００４５】
図８は、制御部１００の詳細構成を示す図である。図８に示すように、制御部１００は、回転数演算部１０１、同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、目標電気角設定部１０５、上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０６、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０８、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９、ロードダンプ判定部１１１、電源起動・停止判定部１１２、オフタイミング異常判定部１２１、同期制御停止判定部１２２、過熱保護部１２３を備えている。これらの各構成は、例えばメモリ等に記憶された所定の動作プログラムをＣＰＵで実行することにより実現されるが、各構成をハードウエアを用いて実現するようにしてもよい。また、各構成の具体的な動作内容については後述する。
【００４６】
上述した制御回路５４がスイッチング制御部に、上ＭＯＳ短絡故障確認部１４０が短絡故障確認部にそれぞれ対応する。
【００４７】
本実施形態の整流器モジュール５Ｘ等はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。
【００４８】
（１）電源起動・停止判定
電源起動・停止判定部１１２は、発電制御装置７のＦ端子から界磁巻線４に供給されるＰＷＭ信号（励磁電流）の有無を監視し、ＰＷＭ信号の出力が３０μ秒継続したときに電源１６０に起動を指示する。また、電源起動・停止判定部１１２は、ＰＷＭ信号の出力が１秒中断したときに電源１６０に停止を指示する。あるいは、電源起動・停止判定部１１２は、出力電圧ＶB が低電圧異常を示す基準電圧（例えば５Ｖ）よりも低くなったときに電源１６０に停止を指示する。このようにして、界磁巻線４に励磁電流の供給が開始されたときに整流器モジュール５Ｘ等が動作を開始し、励磁電流の供給が停止したときに動作を停止するため、車両用発電機１の発電時のみ整流器モジュール５Ｘ等を動作させることで無駄な電力消費を抑えることができる。
【００４９】
（２）同期制御動作
図９は、制御部１００によって行う同期整流制御（同期制御）の動作タイミング図である。図９において、「上アーム・オン期間」は上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０の出力信号を、「上ＭＯＳオン期間」はハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオン／オフタイミングを、「下アーム・オン期間」は下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力信号を、「下ＭＯＳオン期間」はローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオン／オフタイミングをそれぞれ示している。また、ＴFB1 、ＴFB2 、目標電気角、ΔＴについては後述する。
【００５０】
上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３は、上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０の出力信号（上アーム・オン期間）を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングとして判定し、ドライバ１７０に指示を送る。ドライバ１７０は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５０をオンする。
【００５１】
上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、ＭＯＳトランジスタ５０がオンされてから所定時間経過後をＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングとして判定し、ドライバ１７０に指示を送る。ドライバ１７０は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５０をオフする。
【００５２】
このオフタイミングを決定する所定時間は、上アーム・オン期間の終了時点（上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点）よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。
【００５３】
この目標電気角は、ＭＯＳトランジスタ５０を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部１０５によって設定される。目標電気角設定部１０５は、回転数演算部１０１によって演算された回転数に基づいて目標電気角を設定する。この目標電気角は、回転数に関係なく一定でもよいが、より望ましくは、低回転領域および高回転領域において目標電気角を大きく、その中間領域において目標電気角を小さく設定するようにしてもよい。
【００５４】
なお、回転数演算部１０１は、下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力信号の立ち上がり周期あるいは立ち下がり周期に基づいて回転数を演算している。下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力信号を用いることにより、車両用発電機１の出力電圧ＶB の変動に関係なく、安定した回転数検出が可能になる。
【００５５】
同様に、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４は、下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力信号（下アーム・オン期間）を監視しており、この出力信号のローレベルからハイレベルへの立ち上がりをローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングとして判定し、ドライバ１７２に指示を送る。ドライバ１７２は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５１をオンする。
【００５６】
下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、ＭＯＳトランジスタ５１がオンされてから所定時間経過後をＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングとして判定し、ドライバ１７２に指示を送る。ドライバ１７２は、この指示に応じてＭＯＳトランジスタ５１をオフする。
【００５７】
このオフタイミングを決定する所定時間は、下アーム・オン期間の終了時点（下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力信号がハイレベルからローレベルに立ち下がる時点）よりも「目標電気角」だけ早くなるように、その都度可変設定される。
【００５８】
この目標電気角は、ＭＯＳトランジスタ５１を常時オフしてダイオードを通して整流を行う場合を考えたときに、このダイオード整流における通電期間の終了時点よりもＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングが遅くならないようにするためのマージンであり、目標電気角設定部１０５によって設定される。
【００５９】
ところで、実際には、上アーム・オン期間や下アーム・オン期間の終了時点は、ＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする時点ではわかっていないため、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７や下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、半周期前の情報をフィードバックすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０やＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングの設定精度を上げている。
【００６０】
例えば、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングは以下のようにして設定される。下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０８は、半周期前のローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから下アーム・オン期間の終了時点までの時間（電気角）ＴFB2 （図９）を演算し、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、このＴFB2 から目標電気角を差し引いたΔＴを求める。回転等が安定していればＴFB2 と目標電気角とが等しくなってΔＴ＝０となるはずであるが、（１）車両の加減速に伴う回転変動、（２）エンジン回転の脈動、（３）電気負荷の変動、（４）所定のプログラムを実行して制御部１００を実現する場合の動作クロック周期の変動、（５）ドライバ１７０、１７２にＭＯＳトランジスタ５０、５１をオフする指示を出してから実際にオフされるまでのターンオフ遅れ、などに伴ってΔＴが０にならないことが多い。
【００６１】
そこで、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７は、半周期前に下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９で用いられた下ＭＯＳオン期間をΔＴに基づいて補正して上ＭＯＳオン期間を設定し、ＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、上ＭＯＳオン期間は、以下の式で設定される。
【００６２】
（上ＭＯＳオン期間）＝（半周期前の下ＭＯＳオン期間）＋ΔＴ×α
同様に、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングは以下のようにして設定される。上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０６は、半周期前のハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから上アーム・オン期間の終了時点までの時間（電気角）ＴFB1 （図９）を演算し、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、このＴFB1 から目標電気角を差し引いたΔＴを求める。下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９は、半周期前に上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７で用いられた上ＭＯＳオン期間をΔＴに基づいて補正して下ＭＯＳオン期間を設定し、ＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングを決定している。具体的には、補正係数をαとしたときに、下ＭＯＳオン期間は、以下の式で設定される。
【００６３】
（下ＭＯＳオン期間）＝（半周期前の上ＭＯＳオン期間）＋ΔＴ×α
このようにして、ダイオード整流を行う場合と同じ周期で、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１が交互にオンされ、ＭＯＳトランジスタ５０、５１を用いた低損失の同期整流動作が行われる。
【００６４】
（３）同期制御の開始判定
次に、上述した同期制御に移行するか否かの判定動作について説明する。整流器モジュール５Ｘ等が起動された直後や、何らかの異常が発生して同期制御を一旦停止した後は、所定の同期制御開始条件を満たす場合に同期制御に移行する。同期制御開始判定部１０２は、同期制御開始条件を満たすか否かの判定を行い、満たすと判断した場合にその旨の通知が上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３と下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４に送られる。以後、上述した同期制御が実施されて、ＭＯＳトランジスタ５０、５１が交互にオンされる。
【００６５】
同期制御開始条件としては、以下の（１）〜（６）が用いられる。
（１）上アーム・オン期間と下アーム・オン期間（図９）が上下連続して３２回発生する。なお、３２回は、８極の回転子を想定し、機械角２回転分に相当する値である。この値は、１回転に相当する値である１６や、３回転以上に相当する値、あるいは機械角１回転の整数倍に相当する値以外に変更してもよい。
（２）出力電圧ＶB が正常範囲である７Ｖより高く１８Ｖよりも低い範囲に含まれる。なお、１２Ｖ系の車両システムを想定して正常範囲の下限値を７Ｖ、上限値を１８Ｖとしたが、これらの下限値および上限値は適宜変更するようにしてもよい。また、２４Ｖ系等の車両システムでは、発電電圧に合わせて下限値および上限値を変更する必要がある。
（３）ＭＯＳトランジスタ５０、５１が過熱状態でない。
（４）ロードダンプ保護動作中でない。
（５）出力電圧ＶB の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも小さい。なお、同期制御を開始したときにこの変動がどの程度許容されるかは、使用する素子やプログラムによって変化するため、この変動の許容値は、使用する素子等に応じて適宜変更するようにしてもよい。
（６）ＴFB1、ＴFB2がともに１５μ秒より長い。なお、これらの期間がどの程度以下になると異常といえるかは、異常の発生原因等によって変化するため、この許容値（１５μ秒）は、異常発生原因等に応じて適宜変更するようにしてもよい。また、ＴFB1、ＴFB2は、上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０６、下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０８によって同期制御動作中に演算されるものとして説明したが、同期制御開始前であってもこれらの演算は行われており、同期制御の開始判定に用いられる。
【００６６】
図１０は、上記の同期制御開始判定を行うために必要な構成を示す図である。ロードダンプ判定部１１１は、出力電圧ＶB が第１の判定電圧である２０Ｖを超えたときに、車両用発電機１の出力端子やバッテリ端子が外れてサージ電圧が発生するロードダンプを検出し、ドライバ１７０、１７２に指示を送ってハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオフするとともに、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンするロードダンプ保護動作を開始する。また、ロードダンプ判定部１１１は、一旦２０Ｖよりも高くなった出力電圧ＶB が低下して第２の判定電圧である１７Ｖより低くなったときに、ロードダンプ保護動作を終了する。なお、ロードダンプ保護動作の開始あるいは終了時にＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフによって新たなサージ電圧が発生することを避けるため、ロードダンプ判定部１１１は、図９に示す下アーム・オン期間の間にロードダンプ保護動作の開始あるいは終了を行うようにしている。ロードダンプ判定部１１１は、ロードダンプ保護動作中はハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号（ＬＤフラグ）を同期制御開始判定部１０２に向けて出力する。また、第１および第２の判定電圧は、２０Ｖや１７Ｖ以外の値に設定するようにしてもよい。ロードダンプ判定部１１１によるロードダンプ保護動作の詳細については後述する。
【００６７】
ＶB 範囲判定部１１３は、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧ＶB が７〜１８Ｖの範囲に含まれているか否かを判定し、含まれている場合にはローレベル、含まれていない場合（７Ｖ以下か１８Ｖ以上の場合）にはハイレベルの信号を出力する。ＶB 変動判定部１１４は、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧ＶB の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも小さいか否かを判定し、小さい場合にはローレベル、大きい場合にはハイレベルの信号を出力する。ＴFB時間判定部１１５は、上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０６によって検出されたＴFB1 と、下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部１０８によって検出されたＴFB2 のそれぞれが１５μ秒よりも長いか否かを判定し、長い場合にはローレベル、以下の場合にハイレベルの信号を出力する。
【００６８】
過熱保護部１２３は、温度検出部１５０の出力信号に基づいて過熱状態発生の有無を判定するとともに、過熱状態発生時には過熱保護動作を行う。過熱状態になると、過熱保護部１２３は、その旨を示す過熱フラグをセットし、この過熱フラグに対応する出力信号をハイレベルにする。
【００６９】
なお、図１０では、ＶB 範囲判定部１１３、ＶB 変動判定部１１４、ＴFB時間判定部１１５を同期制御開始判定部１０２の外部に設けたが、同期制御開始判定部１０２に内蔵するようにしてもよい。また、上述した例では、（１）〜（６）の全ての条件を満たす場合に同期制御を開始する場合を想定したが、（２）〜（６）の少なくとも一つと（１）とを組み合わせて同期制御開始条件としてもよい。
【００７０】
図１１は、同期制御開始判定の動作タイミングを示す図である。図１１において、「カウント値」は上アーム・オン期間と下アーム・オン期間のそれぞれの立ち上がり（開始タイミング）に同期したカウント値を、「ＴFB時間フラグ」はＴFB時間判定部１１５の出力を、「電圧範囲フラグ」はＶB 範囲判定部１１３の出力を、「ＬＤフラグ」はロードダンプ判定部１１１の出力を、「過熱フラグ」は過熱保護部１２３の出力を、「電圧変動フラグ」はＶB 変動判定部１１４の出力をそれぞれ示している。
【００７１】
同期制御開始判定部１０２は、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間のそれぞれの立ち上がりに同期したカウント動作を行い、このカウント動作のカウント値が「３２」に達したときに同期制御開始を示す信号（ローレベルが同期制御開始を示し、ハイレベルが同期制御停止を示している）を上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３および下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４に入力する。上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３および下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４では、同期制御開始を示す信号が入力されると、ＭＯＳトランジスタ５０、５１を交互にオンする同期制御を開始する。
【００７２】
ところで、同期制御開始判定部１０２は、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の立ち上がりの間隔が電気角で１周期以下であること、ＴFB時間判定部１１５、ＶB 範囲判定部１１３、ロードダンプ判定部１１１、過熱保護部１２３、ＶB 変動判定部１１４の各出力（ＴFB時間フラグ、電圧範囲フラグ、ＬＤフラグ、過熱フラグ、電圧変動フラグ）が全てローレベルであること、を条件に上述したカウント動作を継続する。反対に、同期制御開始判定部１０２は、カウント値が３２に達するまでに、上アーム・オン期間と下アーム・オン期間の立ち上がりの間隔が電気角で１周期を超えたり、ＴFB時間判定部１１５、ＶB 範囲判定部１１３、ロードダンプ判定部１１１、過熱保護部１２３、ＶB 変動判定部１１４のいずれかの出力がハイレベルになった場合には、カウント値を０にリセットし、カウント動作継続の条件を満たすようになってからカウント動作を再開する。
【００７３】
（４）同期制御の停止判定
次に、上述した同期制御中に同期制御を停止するか否かの判定動作について説明する。同期制御停止判定部１２２は、同期制御中に所定の同期制御停止条件を満たすか否かの判定を行い、満たすと判断した場合にその旨の通知が同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９に送られる。以後、同期制御開始判定部１０２によって同期制御が開始されるまで同期制御が停止される。
【００７４】
同期制御停止条件としては、以下の（１）〜（５）が用いられる。
（１）下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によって設定されたＭＯＳトランジスタ５１のオフタイミングから、相電圧ＶP が上昇していって次にＭＯＳトランジスタ５０のオンタイミングを判定するために用いられた第１のしきい値に達するまでの時間が所定時間よりも短い。
【００７５】
この所定時間は、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によってオフタイミングを指示してから実際にドライバ１７２によってＭＯＳトランジスタ５１がオフされるまでの時間、具体的には、ドライバ１７２によってＭＯＳトランジスタ５１をオフする際のＭＯＳトランジスタ５１の駆動能力に応じて設定される。オフタイミング異常判定部１２１は、この条件を満たす場合（所定時間よりも短い場合）にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。
【００７６】
図１２は、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によって設定されたオフタイミングが遅れた場合の相電圧波形の具体例を示す図である。ＭＯＳトランジスタ５１をオフするタイミングが下アーム・オン期間の終了タイミングよりも遅くなると、その時点でＭＯＳトランジスタ５１を通して流れていた電流を遮断することになるため、サージ電圧が発生する。図１２では、サージ電圧がＳで示されている。このサージ電圧は、ＭＯＳトランジスタ５１をオフした直後に発生するものである。実際に下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によってオフタイミングが指示されてから実際にＭＯＳトランジスタ５１がオフされるまでに要する時間をｔ０（図１２）とすると、オフタイミング遅れに伴うサージ電圧の発生を検出するためには、上述した所定時間は、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９によってオフタイミングを指示してから時間ｔ０よりもβだけ長く設定されている。このβは、時間ｔ０経過後に発生するサージ電圧が含まれる値であって、正常に同期制御を行っているとき（オフタイミング異常が発生していないとき）に、相電圧ＶP が上昇していって第１のしきい値に達するまでの時間よりも短い必要がある。
（２）上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７によって設定されたＭＯＳトランジスタ５０のオフタイミングから、相電圧ＶP が低下していって次にＭＯＳトランジスタ５１のオンタイミングを判定するために用いられた第２のしきい値に達するまでの時間が所定時間よりも短い。
【００７７】
この所定時間は、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７によってオフタイミングを指示してから実際にドライバ１７０によってＭＯＳトランジスタ５０がオフされるまでの時間、具体的には、ドライバ１７０によってＭＯＳトランジスタ５０をオフする際のＭＯＳトランジスタ５０の駆動能力に応じて設定される。オフタイミング異常判定部１２１は、この条件を満たす場合（所定時間よりも短い場合）にハイレベル、それ以外のときにローレベルとなる信号を出力する。
【００７８】
なお、上述した（１）、（２）で示された所定時間は、同じ値であってもよいが、異なる値を用いるようにしてもよい。また、これらの所定時間は、主にドライバ１７０、１７２の駆動能力に応じて設定するものであるため、回転数に関係なく一定値を用いることが望ましい。
（３）出力電圧ＶB の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも大きくなった。
【００７９】
なお、同期制御を継続する場合にこの変動がどの程度許容されるかは、使用する素子やプログラムによって変化するため、この同期制御の停止判定に用いられる許容値は、使用する素子等に応じて適宜変更するようにしてもよい。
【００８０】
図１３は、出力電圧変動と上アーム・オン期間および下アーム・オン期間の関係を示す図である。例えば、出力電流が１５０Ａから１５Ａに急に減少すると、図１３に示すように、出力電圧ＶB が上昇する。この出力電圧の上昇に伴って、上アーム・オン期間は、出力変動がない場合の値Ｔ１０からＴ１１、Ｔ１２（＜Ｔ１０）に変化する。下アーム・オン期間についても同様である。このように、上アーム・オン期間あるいは下アーム・オン期間自体が短くなると、それまでと同じ手順でオフタイミングを設定しても、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオフタイミングが上アーム・オン期間あるいは下アーム・オン期間よりも遅くなる事態が生じるため、これを回避するために上述した許容値が用いられる。同期制御開始判定でも、同様の趣旨により同じ許容値が用いられているが、この許容値は、同期制御開始判定と同期制御停止判定で異なる値を用いるようにしてもよい。
（４）ロードダンプ保護動作に移行した。
（５）ＭＯＳトランジスタ５０、５１が過熱状態に移行した。
【００８１】
図１４は、上記の同期制御停止判定を行うために必要な構成を示す図である。図１４に示す構成は、図８に示した構成の中から同期制御停止判定に必要な構成を抜き出したものである。また、ＶB 変動判定部１１４については、図１０に示された同期制御開始判定用のＶB 変動判定部１１４がそのまま同期制御停止判定においても用いられている。
【００８２】
図１４に示すように、同期制御停止判定部１２２には、オフタイミング異常判定部１２１、ＶB 変動判定部１１４、ロードダンプ判定部１１１、過熱保護部１２３の各出力が入力されている。
【００８３】
オフタイミング異常判定部１２１からは、上述した同期制御停止条件（１）あるいは（２）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、ＶB 変動判定部１１４からは、出力電圧検出部１１０によって検出された出力電圧ＶB の変動が０．５Ｖ／２００μ秒よりも大きく、上述した同期制御停止条件（３）を満たしているときにハイレベルの信号が出力される。また、ロードダンプ判定部１１１からは、ロードダンプ動作中であって、上述した同期制御停止条件（４）を満たしていてＬＤフラグがセットされたときにハイレベルの信号が出力される。また、過熱保護部１２３からは、上述した同期制御停止条件（５）を満たしているとき、具体的には、過熱状態が発生して過熱フラグがセットされたときにハイレベルの信号が出力される。
【００８４】
同期制御停止判定部１２２は、オフタイミング異常判定部１２１、ＶB 変動判定部１１４、ロードダンプ判定部１１１、過熱保護部１２３の各出力信号の中で一つでもハイレベルのものが含まれている場合には、同期制御停止条件を満たしていると判断し、同期制御を停止する旨の指示が同期制御開始判定部１０２、上ＭＯＳオンタイミング判定部１０３、下ＭＯＳオンタイミング判定部１０４、上ＭＯＳオフタイミング演算部１０７、下ＭＯＳオフタイミング演算部１０９に送られる。
【００８５】
（５）ロードダンプ保護動作
次に、ロードダンプ判定部１１１によって行われるロードダンプ保護動作について説明する。本実施形態では、出力電圧検出部１１０から出力される車両用発電機１の出力電圧ＶB が高くなって２０Ｖを超えてから再び低下して１７Ｖに達するまでのロードダンプ状態発生時に、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオフし、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンすることにより、ロードダンプ保護動作が行われる。
【００８６】
図１５は、ロードダンプ発生前と発生後の相電圧を示す図である。図１５（Ａ）にはロードダンプ状態に至っていない通常時における相電圧が、図１５（Ｂ）にはロードダンプ状態に至った後のロードダンプ保護動作時の相電圧が、図１５（Ｃ）にはローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧を増幅した後の電圧波形がそれぞれ示されている。
【００８７】
同期制御が行われる通常時には、図１５（Ａ）に示すように、相電圧ＶP は、出力電圧ＶB （バッテリ９の正極端子電圧）近傍の下限値とグランド端子電圧ＶGND 近傍の上限値との間で周期的に変化している。一方、ロードダンプ発生時には、図１５（Ｂ）に示すように、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０がオフされ、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオンされ、この状態が維持されるため、相電圧ＶP は、グランド端子電圧ＶGND を中心に、ＭＯＳトランジスタ５１のオン時のドレイン・ソース間電圧ＶDSの範囲で周期的に変化するようになる。なお、図１５（Ｂ）に示す例では、ＭＯＳトランジスタ５１のオン時のドレイン・ソース間電圧ＶDSが、例えば０．１Ｖとして図示されている。但し、このドレイン・ソース間電圧ＶDSは、使用するＭＯＳトランジスタ５１の仕様やゲート電圧等に応じて異なる。
【００８８】
図４に示した下ＭＯＳ ＶDS増幅部１４２は、オン時のＭＯＳトランジスタ５１のドレイン・ソース間電圧ＶDSを、例えば５倍（−０．５Ｖ〜＋０．５Ｖ）に増幅する（図１５（Ｃ））。また、通電方向判定部１４４は、例えば＋０．３５Ｖに設定されたしきい値電圧と、増幅後のドレイン・ソース間電圧ＶDSとを比較し、しきい値電圧の方が高いとき（範囲Ｗ）にハイレベルの信号を出力し、それ以外のときにローレベルの信号を出力する。
【００８９】
図１５（Ｃ）において、Ｗで示された範囲は、通常時にローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオンされるタイミングにほぼ対応している。本実施形態では、このＷの範囲を、ロードダンプ保護動作を開始あるいは終了させるタイミングとしている。すなわち、このＷの範囲に含まれていれば、ロードダンプ保護動作を開始するためにローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンしたときに、このＭＯＳトランジスタ５１に並列接続されたダイオードの順方向と同じ方向にＭＯＳトランジスタ５１を介して電流が流れることになるため、サージ電圧の発生を抑制することができる。また、このＷの範囲に含まれていれば、ロードダンプ保護動作を終了するためにローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフする前に、このＭＯＳトランジスタ５１を介して流れる電流の向きと、オフした後に、このＭＯＳトランジスタ５１に並列接続されたダイオードを介して流れる電流の向きが同じになるため、サージ電圧の発生を抑制することができる。
【００９０】
なお、上述したしきい値電圧にはヒステリシス特性を持たせるようにしてもよい。例えば、ドレイン・ソース間電圧ＶDSの方が低い場合のしきい値電圧を＋０．３５Ｖとし、ドレイン・ソース間電圧ＶDSの方が高くなった後のしきい値電圧を＋０．３Ｖとする場合が考えられる。これにより、ドレイン・ソース間電圧ＶDSがしきい値電圧付近で変更した場合に、通電方向判定部１４４の出力信号のレベルが頻繁に切り替わることを防止することができる。
【００９１】
発電制御装置７によって回転数検出を行うための所定の基準電圧をＶref とすると、この基準電圧Ｖref は、上述したドレイン・ソース間電圧ＶDSよりも高い値に設定されている。したがって、ロードダンプ保護動作時にＭＯＳトランジスタ５０がオフされ、ＭＯＳトランジスタ５１がオンされると、発電制御装置７は、相電圧ＶP に基づいて回転数検出を行うことができなくなり、回転が停止したものとして誤検出を行うおそれがある。そのため、本実施形態では、回転停止検出に必要な時間Ｔ２に達する前に、一時的に（回転検出に必要な最少時間Ｔ１あるいはこれよりわずかに長い時間）ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフして相電圧ＶP が、回転数検出を行う基準電圧Ｖref よりも高くなるようにすることで、回転停止の誤検出がないようにしている。これにより、ロードダンプ発生時に、発電制御装置７内の励磁電流制御回路７６による励磁電流の供給停止状態を維持することが可能となる。
【００９２】
図１６は、ロードダンプ保護動作を行うために必要なロードダンプ判定部１１１の詳細構成を示す図である。図１６に示すように、ロードダンプ判定部１１１は、ロードダンプ検出部１８１、ロードダンプ状態遷移判定部１８２、ロードダンプ保護開始判定部１８３、周期タイマ１８４、復帰判定部１８５、リミットタイマ１８６、下ＭＯＳ強制オフ判定部１８７を備えている。
【００９３】
ロードダンプ検出部１８１は、出力電圧検出部１１０によって検出した車両用発電機１の出力電圧ＶB が２０Ｖを超えたときにローレベルからハイレベルに変化し、その後１７Ｖまで低下したときにハイレベルからローレベルに変化する信号を出力する。この信号のハイレベルの期間がロードダンプ発生状態に対応している。
【００９４】
ロードダンプ状態遷移判定部１８２は、ロードダンプ検出部１８１の出力がローレベルからハイレベルに変化したとき（出力電圧ＶB が２０Ｖを超えたとき）に、ＬＤフラグをセットしてハイレベルの信号を出力する。また、ロードダンプ状態遷移判定部１８２は、一旦ロードダンプ状態になった後にロードダンプ保護動作を行うことにより出力電圧ＶB が低下してロードダンプ検出部１８１の出力がハイレベルからローレベルに変化し（出力電圧ＶB が１７Ｖよりも低くなったとき）、かつ、復帰判定部１８５による復帰判定（ロードダンプ保護動作の終了タイミング判定）がなされたときに、ＬＤフラグをリセットしてローレベルの信号を出力する。
【００９５】
ロードダンプ保護開始判定部１８３は、ロードダンプ検出部１８１の出力がローレベルからハイレベルに変化したときに、上ＭＯＳ短絡故障確認部１４０の出力がローレベルであること（短絡故障が発生していないこと）を確認した後、通電方向判定部１４４の出力がハイレベルであるとき（図１５（Ｃ）の範囲Ｗに含まれるタイミング）に、ドライバ１７０、１７２に指示を送って、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオフするとともに、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンする。
【００９６】
復帰判定部１８５は、ロードダンプ保護動作の終了タイミングを判定する。具体的には、復帰判定部１８５は、周期タイマ１８４からタイムアップ信号が出力されるタイミング、あるいは、リミットタイマ１８６からタイムアップ信号が出力されるタイミングをロードダンプ保護動作の終了タイミングとして判定し、その旨をロードダンプ状態遷移判定部１８２に通知するとともに、ドライバ１７０、１７２に指示を送って、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をともにオフする。
【００９７】
周期タイマ１８４は、通電方向判定部１４４の出力がローレベルからハイレベルに変化した時点でカウントを開始し、相電圧ＶP の１／４周期が経過した時点でタイムアップ信号を出力する。図１５（Ｃ）の範囲Ｗの左端に対応するタイミングから１／４周期経過した時点をロードダンプ保護動作の終了タイミングとすることにより、確実にダイオード通電期間の途中でＭＯＳトランジスタ５１をオフしてサージ電圧が発生しないようにすることができる。なお、この１／４周期は変更してもよい。
【００９８】
また、リミットタイマ１８６は、ロードダンプ検出部１８１の出力がハイレベルからローレベルに変化した時点でカウントを開始し、相電圧のＶP の２周期が経過した時点でタイムアップ信号を出力する。このリミットタイマ１８６は、通電方向判定部１４４と周期タイマ１８４を用いたタイミング判定が失敗した場合（例えば、故障等により周期タイマ１８４からタイムアップ信号が出力されない場合）を想定したものであり、このような場合に強制的にロードダンプ保護動作を終了させるためのものである。なお、このタイムアップ信号が出力されるまでの時間（２周期）は変更してもよい。
【００９９】
また、下ＭＯＳ強制オフ判定部１８７は、ロードダンプ保護開始判定部１８３によってロードダンプ開始判定がなされてロードダンプ保護動作が開始された後、回転停止検出に必要な時間Ｔ２に達する前に、ドライバ１７２に指示を送ってローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１を、回転検出に必要な最少時間Ｔ１（あるいはこれよりわずかに長い時間）だけオフし、この時間Ｔ１経過後に再びドライバ１７２に指示を送ってＭＯＳトランジスタ５１をオンする。このローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１の一時的なオン動作は、ロードダンプ状態が解消するまで繰り返される。
【０１００】
また、ＭＯＳトランジスタ５０を周期的にオンするタイミングは、図１５（Ｃ）の範囲Ｗに含まれる範囲に含まれるように（例えば、周期タイマ１８４からタイムアップ信号が出力されるタイミングにあわせて）設定される。例えば、回転停止検出に必要な時間Ｔ２を相電圧ＶP の周期Ｔ０のＮ倍とすると、下ＭＯＳ強制オフ判定部１８７は、ロードダンプ保護が開始された後に周期Ｔ０の（Ｎ−１）倍の時間経過後に周期タイマ１８４からタイムアップ信号が出力されたときに、ドライバ１７２に指示を送ってローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフする。具体的には、上記の周期Ｔ０の（Ｎ−１）倍の時間経過は、通電方向判定部１４４あるいは下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力がローレベルからハイレベルに立ち上がる回数が（Ｎ−１）回に達することをカウントすることにより検出することができる。
【０１０１】
また、ＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから再びオンするまでの時間Ｔ１を相電圧ＶP の周期Ｔ０のＭ倍とすると、下ＭＯＳ強制オフ判定部１８７は、この時間Ｔ１の経過を、通電方向判定部１４４あるいは下ＭＯＳ  ＶDS検出部１３０の出力がローレベルからハイレベルに立ち上がる回数がＭ回に達することをカウントすることにより検出することができる。なお、ＭＯＳトランジスタ５１をオフしてから最初に通電方向判定部１４４等の出力がローレベルからハイレベルに立ち上がるまでの時間は、相電圧ＶP の周期Ｔ０よりも短いため、回転検出に必要な最少時間Ｔ１を確実に確保するためには、ＭＯＳトランジスタ５１をオンするまでのカウント値を（Ｍ＋１）回に変更すればよい。また、相電圧ＶP の周期Ｔ０の（Ｎ−１）倍あるいはＭ倍等の時間経過は、上ＭＯＳ  ＶDS検出部１２０の出力がローレベルからハイレベルに立ち上がる回数を用いて検出するようにしてもよい。
【０１０２】
このように、本実施形態の車両用発電機１では、ロードダンプ発生時にローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンすることでロードダンプ時の高電圧の発生を防止する保護動作を行う場合であって、高電圧の発生が抑制された後に保護動作を解除する際に、大きなサージ電圧が発生するタイミングを避けて通常の整流動作を継続することができ、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。また、このようなローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンするロードダンプ保護動作中であっても、定期的にＭＯＳトランジスタ５１をオフすることにより、回転検出不能による発電停止状態の誤検出に伴う発電制御装置７の誤動作を防止することができる。また、ロードダンプ保護動作開始時についてもサージ電圧の発生を抑制するタイミングを判定することにより、ロードダンプ保護動作移行時のサージ電圧の発生を確実に抑えることができる。
【０１０３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態において、発電制御装置７において回転検出ができなかったときに、所定の警報動作を行うようにしたもよい。例えば、図２に示した発電制御装置７に、回転検出回路７７によって回転検出ができなかったときに通信回路７８を介して警報信号を出力したり、外部のチャージランプを点灯させる警報回路を追加するようにしてもよい。この場合であっても、ロードダンプ保護動作中は、回転検出回路７７によって回転検出ができるようにローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１が一時的かつ周期的にオンされるため、回転停止を誤検出して誤って警報動作を行うことを回避することが可能となる。また、上述した実施形態では、発電制御装置７において回転停止を検出したときに、界磁巻線４に初期励磁状態に対応した励磁電流（初期励磁電流）を流すようにしたが、励磁電流の供給を停止するようにしてもよい。
【０１０４】
また、上述した実施形態では、２つの固定子巻線２、３と２つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。
【０１０５】
また、上述した実施形態では、各整流器モジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給して電動動作を行わせる車両用回転電機に本発明を適用することができる。
【０１０６】
また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。また、上述した実施形態では、上アームと下アームの両方にＭＯＳトランジスタを用いたが、下アームのみをＭＯＳトランジスタとし、上アームを構成する素子をダイオードとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０７】
上述したように、本発明によれば、ロードダンプ発生時にローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンすることでロードダンプ時の高電圧の発生を防止する保護動作を行う場合であって、高電圧の発生が抑制された後に保護動作を解除する際に大きなサージ電圧が発生するタイミングを避けることで、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせることが可能となる。また、ロードダンプ保護動作中であっても、定期的にローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフすることにより、回転検出不能による発電停止状態の誤検出に伴う発電制御装置７の誤動作を防止することができる。
【符号の説明】
【０１０８】
１  車両用発電機
２、３  固定子巻線
４  界磁巻線
５、６  整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ  整流器モジュール
７  発電制御装置
８  ＥＣＵ
９  バッテリ
１０  電気負荷
１２  充電線
５０、５１  ＭＯＳトランジスタ
５４  制御回路
１００  制御部
１０１  回転数演算部
１０２  同期制御開始判定部
１０３  上ＭＯＳオンタイミング判定部
１０４  下ＭＯＳオンタイミング判定部
１０５  目標電気角設定部
１０６  上ＭＯＳ・ＴFB時間演算部
１０７  上ＭＯＳオフタイミング演算部
１０８  下ＭＯＳ・ＴFB時間演算部
１０９  下ＭＯＳオフタイミング演算部
１１０  出力電圧検出部
１１１  ロードダンプ判定部
１２０  上ＭＯＳ  ＶDS検出部
１２１  オフタイミング異常判定部
１２２  同期制御停止判定部
１２３  過熱保護部
１３０  下ＭＯＳ  ＶDS検出部
１４０  上ＭＯＳ短絡故障確認部
１４２  下ＭＯＳ ＶDS増幅部
１４４  通電方向判定部
１５０  温度検出部
１６０  電源
１８１  ロードダンプ検出部
１８２  ロードダンプ状態遷移判定部
１８３  ロードダンプ保護開始判定部
１８４  周期タイマ
１８５  復帰判定部
１８６  リミットタイマ
１８７  下ＭＯＳ強制オフ判定部
【図１】
0005494445.tif 000002
【図２】
0005494445.tif 000003
【図３】
0005494445.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005494445.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005494445.tif 000008
【図８】
0005494445.tif 000009
【図９】
0005494445.tif 000010
【図１０】
0005494445.tif 000011
【図１１】
0005494445.tif 000012
【図１２】
0005494445.tif 000013
【図１３】
0005494445.tif 000014
【図１４】
0005494445.tif 000015
【図１５】
0005494445.tif 000016
【図１６】
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