(57)【要約】車両用交流発電機（１)の出力を全波整流する整流装置（２）において、整流装置（２）を構成する整流用半導体素子（２０１）、（２０２）に、順方向電流に対する順方向電圧降下が小さく、且つ逆方向漏れ電流が小さい特性を有するショットキーバリアダイオードを用いた。
2013046289.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用交流発電機の出力を全波整流する整流装置において、該整流装置を構成する整流用半導体素子に、ＰＮ接合ダイオードに比し順方向電流に対する順方向電圧降下が小さく、且つ逆方向漏れ電流がＰＮ接合ダイオードと同等レベルの小さい特性を有するダイオードを用いたことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
【請求項２】
前記ダイオードとして、ジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードを用いて、逆方向漏れ電流を抑制するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の整流装置。
【請求項３】
前記ジャンクションバリアショットキーの構造は、ショットキー電極の下に複数個のＰ型半導体領域を形成し、ショットキーバリアダイオードの内部にＰＮ接合部を設けて形成したことを特徴とする請求項２に記載の車両用交流発電機の整流装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両搭載用の交流発電機における整流装置に関し、特に、整流装置を構成する半導体素子としてショットキーバリアダイオードを用いるようにした車両用交流発電機の整流装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は従来の車両用交流発電機の整流装置の一例を示す回路構成図である。
従来の車両用交流発電機の整流装置は、図示しない車両用エンジン(機関)によって駆動されて回転磁界を発生する界磁コイル１０２、及び発生した回転磁界により交流電圧を発生して出力する電機子巻線１０１から構成される交流発電機１、この交流発電機１の発電電圧を整流して主端子よりバッテリ４あるいは電気負荷６に供給する整流器２、バッテリ４の端子電圧あるいは電気負荷６に応じて界磁コイル１０２の励磁電流を制御し、交流発電機１の発電電圧を調整する電圧調整器３、交流発電機１の発電電圧を電気負荷６に接続する負荷スイッチ7、機関の始動時に電圧調整器３を通してバッテリ４より界磁コイル１０２に励磁電流を流すキースイッチ５より構成されている。【０００３】
図４は、このような従来装置において、整流器２に用いられる半導体整流素子２０１、２０２としてのシリコンダイオードであるＰＮ接合ダイオードの構造を示す。
図４に示すように、ＰＮ接合ダイオードは、シリコンからなるＰ型半導体とＮ型半導体とを接合し、Ｐ型半導体に電極Ｅ１を設けてアノード端子Ａとし、Ｎ型半導体に電極Ｅ２を設けてカソード端子Ｋとしている。【０００４】
このようなＰＮ接合ダイオードでは、順方向電流に対する順方向電圧降下が大きく、出力電圧が上がらず出力電流に限界があった。
また、ＰＮ接合ダイオードの順方向電圧降下が大きく、電力損失による発熱が大きいことにより、交流発電機の電機子巻線１０１の温度が高くなって出力電流が抑えられるという問題もあった。【０００５】
そこで、このようなＰＮ接合ダイオードに代えて、他の従来装置として、整流用半導体素子としてシリコンカーバイドを素材とするショットキーバリアダイオードを使用することにより、車両用交流発電機の電力損失を低減すると共に、発熱量も減少するようにしたものが提案されている。（例えば、特許文献１参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ９９／３６９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来装置においては、ＰＮ接合ダイオードに比し順方向電流に対する電圧降下は小さくなり、電力損失による発熱が抑制できるものの、ＰＮ接合ダイオードに比べて逆方向漏れ電流が大きいため、従来のショットキーバリアダイオードを車両用交流発電機の整流器に適用しようとした場合、高温下でのダイオードの発熱による熱暴走や、電圧調整器の誤動作、エンジン(機関)停止時のバッテリ上がりの恐れがあるという問題点があった。【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＰＮ接合ダイオードに比べて電力損失を低減して、出力電流をアップすることができると共に、逆方向漏れ電流をＰＮ接合ダイオードと同等レベルまで抑制することにより、高温下でのダイオードの発熱による熱暴走、電圧調整器の誤動作、エンジン(機関)停止時のバッテリ上がり等の恐れを解消できるようにした車両用交流発電機の整流装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る車両用交流発電機の整流装置は、車両用交流発電機の出力を全波整流する整流装置において、該整流装置を構成する整流用半導体素子に、順方向電流に対する順方向電圧降下が小さく、且つ逆方向漏れ電流が小さい特性を有するダイオードを用いたものである。
そして、前記ダイオードとして、ジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードを用いて、逆方向漏れ電流を抑制するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の車両用交流発電機の整流装置によれば、整流装置を構成する整流用半導体素子として、ＰＮ接合ダイオードの替わりにショットキーバリアダイオードを用いることにより、順方向電圧降下を小さくして電力損失を低減し、出力電流をアップすることができると共に、電力損失による発熱が小さくなることにより、交流発電機の電機子巻線の温度が低くなって出力電流を増加することができる。
また、ショットキーバリアダイオードには、ジャンクションバリアショットキーの構造を適用して、逆方向漏れ電流をＰＮ接合ダイオードと同等レベルまで抑制することにより、高温下でのダイオードの発熱による熱暴走、電圧調整器の誤動作、エンジン(機関)停止時のバッテリ上がりの恐れを解消することができる効果がある。【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の整流装置の回路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における整流装置に用いられるショットキーバリアダイオードの構造を示す断面図である。
【図３】従来の車両用交流発電機の整流装置の一例を示す回路構成図である。
【図４】従来の整流装置に用いるＰＮ接合ダイオードの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の整流装置を示す回路構成図である。この実施の形態１と上述した図３の従来装置の構成上の相違は、整流器２の半導体素子として、ＰＮ接合ダイオード２０１、２０２の替わりに、ＰＮ接合ダイオードに比べて順方向電流に対する順方向電圧降下が小さく、且つ逆方向漏れ電流がＰＮ接合ダイオードと同等レベルの特性を有するダイオード２０１Ｓ、２０２Ｓを用いたことであり、他の構成については図３と同様である。
【００１４】
即ち、図１において、車両用交流発電機の整流装置は、図示しない車両用エンジン(機関)によって駆動されて回転磁界を発生する界磁コイル１０２、及び発生した回転磁界により交流電圧を発生して出力する電機子巻線１０１から構成される交流発電機１、この交流発電機１の発電電圧を整流して主端子よりバッテリ４あるいは電気負荷６に供給する整流用半導体素子２０１Ｓ、２０２Ｓからなる整流器２、バッテリ４の端子電圧あるいは電気負荷６に応じて界磁コイル１０２の励磁電流を制御し、交流発電機１の発電電圧を調整する電圧調整器３、交流発電機１の発電電圧を電気負荷６に接続する負荷スイッチ７、機関の始動時に電圧調整器３を通してバッテリ４より界磁コイル１０２に励磁電流を流すキースイッチ５より構成されている。
【００１５】
図２は、この実施の形態１における整流器２を構成するための整流用半導体素子としてのショットキーバリアダイオード２０１Ｓ、２０２Ｓの構造を示す断面図である。
図２において、ショットキーバリアダイオードは、バリア金属ＢＭとＮ型半導体Ｎが接合されて構成されている。そして、バリア金属ＢＭに電極Ｅ１を介してアノード端子Ａを設け、Ｎ型半導体に電極Ｅ２を通してカソード端子Ｋを設けてある。
【００１６】
一般に、ショットキーバリアダイオードは、多数キャリアによる動作のためＰＮ接合ダイオードに比べると順方向の電圧降下が小さいという特性を持つ反面、ショットキー電極と半導体との界面において、電極材料となる金属と半導体との仕事関数差が小さいため、ＰＮ接合ダイオードと比べて逆方向電圧印加時の漏れ電流が大きくなるという特性を有している。
【００１７】
そこで、この発明の実施の形態１にあっては、ショットキーバリアダイオードの逆方向漏れ電流を抑制するために、ショットキーバリアダイオードを構成するショットキー電極ＢＭの下に複数個のＰ形半導体領域を形成して、ショットキーバリアダイオードの内部にＰＮ接合部を設けたジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードを、整流器２を構成するためのダイオードとして用いたものである。
このように構成されたジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードは、逆バイアス時にはＰＮ接合領域から空乏層が伸び、ショットキー接合領域の電界を緩和して逆方向漏れ電流を低減できるものである。
【００１８】
以上のように、この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の整流装置は、整流装置を構成する整流用半導体素子として、ジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードを用いたものである。
そして、この発明の実施の形態１の車両用交流発電機の整流装置によれば、ショットキーバリアダイオードはＰＮ接合ダイオードに比べて順方向電流に対する順方向電圧降下が小さいため、出力電圧が上がり、出力電流をアップすることができる。
また、ＰＮ接合ダイオードより順方向電圧降下が小さく、電力損失による発熱が小さくなることにより、交流発電機の電機子巻線の温度が低くなって出力電流が増加するという効果もある。
【００１９】
また、本実施の形態１における整流装置としてのショットキーバリアダイオードは、ジャンクションバリアショットキーの構造を有し、逆方向漏れ電流をＰＮ接合ダイオードと同等レベルまで抑制するようにしたので、高温下でのダイオードの発熱による熱暴走や、電圧調整器の誤動作、エンジン(機関)停止時のバッテリ上がりという問題点を解消することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
この発明は、車両に搭載される交流発電機の整流装置として好適なものである。
【符号の説明】
【００２１】
１  交流発電機、２  整流器、３  電圧調整器、４  バッテリ、
５  キースイッチ、６  電気負荷、７  負荷スイッチ、
２０１、２０２  整流用半導体素子（ショットキーバリアダイオード）
ＢＭ  バリア金属（ショットキー電極）、Ｎ  Ｎ型半導体、
Ｅ１、Ｅ２  電極、
Ａ  アノード端子、Ｋ  カソード端子。
【図１】
2013046289.tif 000003
【図２】
2013046289.tif 000004
【図３】
2013046289.tif 000005
【図４】
2013046289.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成26年7月14日(2014.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用交流発電機の出力を全波整流する整流装置において、該整流装置を構成する整流用半導体素子に、PN接合ダイオードに比し順方向電流に対する順方向電圧降下が小さく、且つ逆方向漏れ電流がPN接合ダイオードと同等レベルの小さい特性を有するダイオードを用い、前記ダイオードとして、ジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードを用いて、高温下においても逆方向漏れ電流を抑制するようにしたことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
【請求項２】
前記ジャンクションバリアショットキーの構造は、ショットキー電極の下に複数個のＰ型半導体領域を形成し、ショットキーバリアダイオードの内部にＰＮ接合部を設けて形成したことを特徴とする請求項１に記載の車両用交流発電機の整流装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る車両用交流発電機の整流装置は、車両用交流発電機の出力を全波整流する整流装置において、該整流装置を構成する整流用半導体素子に、PN接合ダイオードに比し順方向電流に対する順方向電圧降下が小さく、且つ逆方向漏れ電流がPN接合ダイオードと同等レベルの小さい特性を有するダイオードを用い、前記ダイオードとして、ジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードを用いて、高温下においても逆方向漏れ電流を抑制するようにしたものである。
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月24日(2014.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用交流発電機の出力を全波整流する整流装置において、該整流装置を構成する整流用半導体素子に、PN接合ダイオードに比し順方向電流に対する順方向電圧降下が小さく
、且つ逆方向漏れ電流がPN接合ダイオードと同等レベルの小さい特性を有するダイオードを用い、前記ダイオードは、ショットキー電極の下に複数個のＰ型半導体領域を形成し
、ショットキーバリアダイオードの内部にＰＮ接合部を設けて形成したジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードによって構成され、車両の運転状態における高温下においても逆方向漏れ電流を抑制するようにしたことを特徴とする車両用交流発電機の整流装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る車両用交流発電機の整流装置は、車両用交流発電機の出力を全波整流する整流装置において、該整流装置を構成する整流用半導体素子に、PN接合ダイオードに比し順方向電流に対する順方向電圧降下が小さく、且つ逆方向漏れ電流がPN接合ダイオードと同等レベルの小さい特性を有するダイオードを用い、前記ダイオードは、ショットキー電極の下に複数個のＰ型半導体領域を形成し、ショットキーバリアダイオードの内部にＰＮ接合部を設けて形成したジャンクションバリアショットキーの構造を有するショットキーバリアダイオードによって構成され、車両の運転状態における高温下においても逆方向漏れ電流を抑制するようにしたものである。
【国際調査報告】
2013046289.tif 000007
2013046289.tif 000008
2013046289.tif 000009