(57)【要約】【目的】  ＭＯＳ整流のオン・オフの制御の精度を高めることで、低損失で整流動作し、かつ小型で低コストなＭＯＳ整流装置及びそれを用いた高効率オルタネータならびに燃料消費量の少ない自動車を提供することにある。【構成】  非線形増幅回路２は、主トランジスタ１の１対の主端子間の第一の電圧を入力とするとともに、増幅率が、第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる。判定手段３は、非線形増幅手段２の出力電圧レベルによりトランジスタ１のオン・オフ切り替えを判定する。出力段４は、判定手段３の判定結果によりトランジスタ１を制御する。【選択図】  図１
2005198380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された時にトランジスタをオンすることで整流動作するＭＯＳ整流装置であって、
前記トランジスタのオン・オフを制御する駆動回路は、
前記トランジスタの１対の主端子間の第一の電圧を入力とする非線形増幅回路であって、この非線形増幅回路の増幅率が、前記第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、前記増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる非線形増幅回路と、
前記非線形増幅手段の出力電圧レベルにより前記トランジスタのオン・オフ切り替えを判定する判定手段と、
この判定手段の判定結果により前記トランジスタを制御する出力段を備えることを特徴とするＭＯＳ整流装置。
【請求項２】
請求項１記載のＭＯＳ整流装置において、
前記非線形増幅回路は、
入力する電圧信号の最大値を制限する最大値制限手段と、
この最大値制限手段が出力する電圧信号を差動増幅する第１の増幅手段と、
この第１の増幅手段が増幅した電圧信号を信号をレベル変換するレベル変換手段と、
このレベル変換手段の出力を、ダイオード型の半波整流増幅回路による整流増幅する第２の増幅手段から構成されることを特徴とするＭＯＳ整流装置。
【請求項３】
請求項１記載のＭＯＳ整流装置において、
前記判定手段は、前記トランジスタをオンさせるときの第１の判定レベルと、前記トランジスタをオフさせるときの第２の判定レベルを備え、前記第１の判定レベルは前記第２の判定レベルよりも高いことを特徴とするＭＯＳ整流装置。
【請求項４】
請求項１記載のＭＯＳ整流装置において、
前記非線形増幅手段の前記増幅率を、前記トランジスタのオン・オフ制御に同期して変化する手段を有することを特徴とするＭＯＳ整流装置。
【請求項５】
ＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された時にトランジスタをオンすることで整流動作するＭＯＳ整流装置であって、
前記トランジスタのオン・オフを制御する駆動回路は、
前記トランジスタの１対の主端子間の第一の電圧を入力とする非線形増幅回路であって、この非線形増幅回路の増幅率が、前記第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、前記増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる非線形増幅回路と、
前記非線形増幅手段の出力電圧レベルにより前記トランジスタのオン・オフ切り替えを判定する判定手段と、
この判定手段の判定結果により前記トランジスタを制御する出力段を備えるＭＯＳ整流装置をブリッジ状に接続し、
外部バッテリー電源電圧より高い電圧を出力する電圧昇圧手段と、電源切り替え手段を有し、
前記電源切り替え手段により前記ブリッジのハイサイド側のＭＯＳ整流装置の駆動回路の電源を、ＭＯＳ整流装置の動作状態に応じて前記外部バッテリー電源と前記電圧昇圧手段の出力とを切り替えて供給することを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
ＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された時にトランジスタをオンすることで整流動作するＭＯＳ整流装置であって、
前記トランジスタのオン・オフを制御する駆動回路は、
前記トランジスタの１対の主端子間の第一の電圧を入力とする非線形増幅回路であって、この非線形増幅回路の増幅率が、前記第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、前記増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる非線形増幅回路と、
前記非線形増幅手段の出力電圧レベルにより前記トランジスタのオン・オフ切り替えを判定する判定手段と、
この判定手段の判定結果により前記トランジスタを制御する出力段を備えるＭＯＳ整流装置をブリッジ状に接続し、
外部バッテリー電源電圧より高い電圧を出力する電圧昇圧手段と、電源切り替え手段を有し、
前記電源切り替え手段により前記ブリッジのハイサイド側のＭＯＳ整流装置の駆動回路の電源を、ＭＯＳ整流装置の動作状態に応じて前記外部バッテリー電源と前記電圧昇圧手段の出力とを切り替えて供給する電力変換装置を整流装置として用いたことを特徴とするオルタネータ。
【請求項７】
ＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された時にトランジスタをオンすることで整流動作するＭＯＳ整流装置であって、
前記トランジスタのオン・オフを制御する駆動回路は、
前記トランジスタの１対の主端子間の第一の電圧を入力とする非線形増幅回路であって、この非線形増幅回路の増幅率が、前記第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、前記増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる非線形増幅回路と、
前記非線形増幅手段の出力電圧レベルにより前記トランジスタのオン・オフ切り替えを判定する判定手段と、
この判定手段の判定結果により前記トランジスタを制御する出力段を備えるＭＯＳ整流装置をブリッジ状に接続し、
外部バッテリー電源電圧より高い電圧を出力する電圧昇圧手段と、電源切り替え手段を有し、
前記電源切り替え手段により前記ブリッジのハイサイド側のＭＯＳ整流装置の駆動回路の電源を、ＭＯＳ整流装置の動作状態に応じて前記外部バッテリー電源と前記電圧昇圧手段の出力とを切り替えて供給する電力変換装置を整流装置として用いたオルタネータと、
前記オルタネータのモーターを回転制御する信号を供給する手段を備え、
前記モーターを発電・力行制御することを特徴とする自動車。
【請求項８】
請求項７記載の自動車において、
前記直流電源の負の電位の配線として金属製の車体を用い、
前記直流電源の正の電位の配線を絶縁材料をはさんで前記車体に密着して設けたことを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、整流装置，これを用いた電力変換装置，オルタネータならびに自動車に係り、特に、ＭＯＳトランジスタを用いた整流装置，これを用いた電力変換装置，オルタネータならびに自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＭＯＳ整流装置としては、例えば、特開２００３−７０２５６号公報に記載されているように、整流装置の入力電圧が出力電圧を越えてからしきい電圧を超えない所定の電圧を越えたタイミングでＭＯＳ型整流装置をオンし、入力電圧がピークに到達した後、出力電圧と同じ電圧まで降下したタイミングでオフするものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−７０２５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の方式では、入力端子と出力端子間の電圧が低くなるため、オフのタイミングの検出が困難になり、オフタイミングの遅れによるＭＯＳ整流特有の双方導通性により素子の短絡電流が発生したり、早すぎるタイミングでのオフ制御による損失の増加や寄生ダイオードのリカバリ動作によるノイズ発生の増加等の問題があることが判明した。また、電流が少ない領域や、オン抵抗の低いトランジスタ使用して一層の損失低減を図った場合のオフのタイミング検出はさらに困難であり、上述の問題がさらに顕著になる。
【０００５】
ここで、ＭＯＳ整流装置のトランジスタのオン・オフ制御のタイミング検知精度を向上するには、主端子間の電圧を増幅する手段を設ければよいが、実際の主端子間の電圧は順阻止方向が１０Ｖ程度から数１００Ｖの電圧であるのに対し、逆方向側の電圧は内蔵ダイオードの動作により最大でも数Ｖとなる。このため、抵抗分圧等により増幅器への入力電圧を下げなければならず、結果的に大きな改善が期待できないものである。また、タイミング検知精度を上げるため増幅率を高くすると、増幅回路の飽和により動作速度が低下するなどの新たな問題が生じる。
【０００６】
さらに、従来のＭＯＳ整流装置を自動車のオルタネータの整流ダイオードとして使用した場合、オフタイミング検出が困難なために発電効率の改善が難しく、自動車の燃料消費量の改善が困難であるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、ＭＯＳ整流のオン・オフの制御の精度を高めることで、低損失で整流動作し、かつ小型で低コストなＭＯＳ整流装置及びそれを用いた高効率電力変換装置，オルタネータならびに燃料消費量の少ない自動車を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、ＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された時にトランジスタをオンすることで整流動作するＭＯＳ整流装置であって、前記トランジスタのオン・オフを制御する駆動回路は、前記トランジスタの１対の主端子間の第一の電圧を入力とする非線形増幅回路であって、この非線形増幅回路の増幅率が、前記第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、前記増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる非線形増幅回路と、前記非線形増幅手段の出力電圧レベルにより前記トランジスタのオン・オフ切り替えを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果により前記トランジスタを制御する出力段を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、ＭＯＳ整流のオン・オフの制御の精度を高めることで、低損失で整流動作し、かつ小型で低コストにし得るものとなる。
【０００９】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記非線形増幅回路は、入力する電圧信号の最大値を制限する最大値制限手段と、この最大値制限手段が出力する電圧信号を差動増幅する第１の増幅手段と、この第１の増幅手段が増幅した電圧信号を信号をレベル変換するレベル変換手段と、このレベル変換手段の出力を、ダイオード型の半波整流増幅回路による整流増幅する第２の増幅手段から構成したものである。
【００１０】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記判定手段は、前記トランジスタをオンさせるときの第１の判定レベルと、前記トランジスタをオフさせるときの第２の判定レベルを備え、前記第１の判定レベルは前記第２の判定レベルよりも高くしたものである。
【００１１】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記非線形増幅手段の前記増幅率が、前記トランジスタのオン・オフ制御に同期して変化する手段を有するものである。
【００１２】
（５）また、上記目的を達成するために、本発明は、ＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された時にトランジスタをオンすることで整流動作するＭＯＳ整流装置であって、前記トランジスタのオン・オフを制御する駆動回路は、前記トランジスタの１対の主端子間の第一の電圧を入力とする非線形増幅回路であって、この非線形増幅回路の増幅率が、前記第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、前記増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる非線形増幅回路と、前記非線形増幅手段の出力電圧レベルにより前記トランジスタのオン・オフ切り替えを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果により前記トランジスタを制御する出力段を備えるＭＯＳ整流装置をブリッジ状に接続し、外部バッテリー電源電圧より高い電圧を出力する電圧昇圧手段と、電源切り替え手段を有し、前記電源切り替え手段により前記ブリッジのハイサイド側のＭＯＳ整流装置の駆動回路の電源を、ＭＯＳ整流装置の動作状態に応じて前記外部バッテリー電源と前記電圧昇圧手段の出力とを切り替えて供給するようにしたものである。  かかる構成により、電力変換を高効率に行えるものとなる。
【００１３】
（６）さらに、上記目的を達成するために、本発明は、ＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された時にトランジスタをオンすることで整流動作するＭＯＳ整流装置であって、前記トランジスタのオン・オフを制御する駆動回路は、前記トランジスタの１対の主端子間の第一の電圧を入力とする非線形増幅回路であって、この非線形増幅回路の増幅率が、前記第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、前記増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる非線形増幅回路と、前記非線形増幅手段の出力電圧レベルにより前記トランジスタのオン・オフ切り替えを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果により前記トランジスタを制御する出力段を備えるＭＯＳ整流装置をブリッジ状に接続し、外部バッテリー電源電圧より高い電圧を出力する電圧昇圧手段と、電源切り替え手段を有し、前記電源切り替え手段により前記ブリッジのハイサイド側のＭＯＳ整流装置の駆動回路の電源を、ＭＯＳ整流装置の動作状態に応じて前記外部バッテリー電源と前記電圧昇圧手段の出力とを切り替えて供給する電力変換装置を整流装置として用いたものである。  
かかる構成により、オルタネータの効率を向上し得るものとなる。
【００１４】
（７）また、上記目的を達成するために、本発明は、ＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された時にトランジスタをオンすることで整流動作するＭＯＳ整流装置であって、前記トランジスタのオン・オフを制御する駆動回路は、前記トランジスタの１対の主端子間の第一の電圧を入力とする非線形増幅回路であって、この非線形増幅回路の増幅率が、前記第一の電圧が与えられた基準電圧の前後で、前記増幅率の絶対値が増加もしくは減少するように切り替わる非線形増幅回路と、前記非線形増幅手段の出力電圧レベルにより前記トランジスタのオン・オフ切り替えを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果により前記トランジスタを制御する出力段を備えるＭＯＳ整流装置をブリッジ状に接続し、外部バッテリー電源電圧より高い電圧を出力する電圧昇圧手段と、電源切り替え手段を有し、前記電源切り替え手段により前記ブリッジのハイサイド側のＭＯＳ整流装置の駆動回路の電源を、ＭＯＳ整流装置の動作状態に応じて前記外部バッテリー電源と前記電圧昇圧手段の出力とを切り替えて供給する電力変換装置を整流装置として用いたオルタネータと、前記オルタネータのモーターを回転制御する信号を供給する手段を備え、前記モーターを発電・力行制御するようにしたものである。  
かかる構成により、自動車の燃料消費量を低減し得るものとなる。
【００１５】
（８）上記（７）において、好ましくは、前記直流電源の負の電位の配線として金属製の車体を用い、前記直流電源の正の電位の配線を絶縁材料をはさんで前記車体に密着して設けるようにしたものである。  
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＭＯＳ整流のオン・オフの制御の精度を高めることで、ＭＯＳ整流装置を低損失で整流動作し、かつ小型で低コストにできる。また、それを用いたオルタネータの効率を向上できる。さらに、自動車の燃料消費量を少なくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１〜図７を用いて、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置の構成について説明する。  
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態によるＭＯＳ整流装置の基本構成及び動作について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置の基本構成を示すブロック図である。図２は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置の動作を示す電圧波形図である。
【００１８】
図１において、ＭＯＳ整流装置の主スイッチ１のトランジスタＴｒ１をオンオフ駆動するトランジスタ制御回路は、非線形増幅手段２と、判定回路３と、ゲート駆動出力段４とから構成されている。これらの詳細構成については、図３を用いて後述する。トランジスタＴｒ１は、ＭＯＳＦＥＴである。主スイッチ１のトランジスタＴｒ１は、正の電圧を印加したときにＴｒ１が順阻止方向となるドレイン端子５と、正の電圧を印加したときにＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加されるソース端子６を備えている。
【００１９】
非線形増幅手段２は、入力された電圧がある基準電圧の前後で増幅率が変わる増幅手段である。判定回路３は、増幅手段２により増幅された信号をある判定しきい電圧と比較し、ＭＯＳＦＥＴへの印加電圧が順阻止方向もしくは逆阻止方向であるかを判定する。判定回路３は、ゲート駆動出力段４に、ＭＯＳＦＥＴへの印加電圧がＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向であるときにＭＯＳＦＥＴをオンする制御信号を出力する。
【００２０】
ここで、図２を用いて、本実施形態による整流装置の各部の電圧波形について説明する。図２は、図１に示した整流装置に、正負の電圧Ｖａを主端子５，６間に印加したときの各部の対ＧＮＤの電圧波形の例を示す。図２（Ａ）は、図１の（ａ）点，すなわち、非線形増幅手段２に入力する電圧波形を示している。図２（Ｂ）は、図１の（ｂ）点，すなわち、非線形増幅手段２の出力の電圧波形を示している。
【００２１】
ここで、電圧Ｖａが負のときトランジスタＴｒ１はＭＯＳトランジスタの内蔵ダイオードに順方向電圧が印加された状態であり、反転型の非線形増幅手段２の増幅率の切り替え判定レベルを０Ｖとし、電圧Ｖａが負のときに非線形増幅手段２の増幅率の絶対値｜α｜＞１（α＜−１）であり、電圧Ｖａが正のとき｜α｜が＜１（０＜α＜１）としている。また、オン判定しきい値Ｖｃｏｍ１，オフ判定しきい値Ｖｃｏｍ２は、それぞれＭＯＳ整流でトランジスタＴｒ１をオン，オフする判定レベルである。図中、破線で示した電圧は、ＭＯＳ整流動作させないときの電圧波形であり、非線形増幅手段２の働きを示すために記入したものである。電圧Ｖａの最大値Ｖａ-maxは、例えば、１０〜数１００Ｖであり、電圧Ｖａの最小値Ｖａ-minは、例えば、数Ｖである。
【００２２】
本実施形態では、非線形増幅手段２を設けて、電圧Ｖａが負のときの増幅率を高めているため、ＭＯＳ整流動作でトランジスタＴｒ１がオンして電圧Ｖａの絶対値が大幅に低減しても、オン，オフ判定に必要な（ｂ）点の電圧の絶対値は増幅されている。一方、電圧Ｖａが正の場合は増幅率が低くなるため、増幅回路の出力振幅が低く飽和しないので高速に動作できる。このため、図１の（ａ）点の電圧でトランジスタのオン・オフを判定する従来方法に比べ、判定の精度を大幅に高めることが可能であり、オフタイミングの遅れがなく、本来ならば阻止されるべき順方向阻止方向の電流防止や短絡電流が発生しないものである。また、早すぎるタイミングでのオフ制御も生じないため、ＭＯＳ整流期間の減少による損失の増加がないため非常に効率が高いものである。さらに、トランジスタＴｒ１の内蔵ダイオードへ流れる電流も、ダイオードの順方向電圧が低くなるため、逆方向バイアスでのリカバリ電流が大幅に減少し、リカバリノイズの発生が抑制される。また、非常に低オン抵抗のトランジスタを用いても高精度にオン・オフ制御が可能となるため、きわめて低損失な整流回路が実現できる。
【００２３】
次に、図３〜図７を用いて、本実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる非線形増幅手段２の具体的構成及び動作について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる非線形増幅手段の具体的な構成を示すブロック図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。図４は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる非線形増幅手段の動作を示す電圧波形図である。図５は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる非線形増幅手段の増幅特性の説明図である。図６は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる判定回路の具体的な構成を示すブロック図である。図７は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる判定回路の動作説明図である。
【００２４】
図１に示した非線形増幅手段２は、サージ電圧低減手段１９と、差動増幅レベル変換回路２０と、半波整流型増幅手段４３とから構成される。また、非線形増幅手段２と、判定回路・ゲート駆動出力段３，４と、制御ロジック２２とにより、ＭＯＳ整流装置のトランジスタ制御回路１５が構成される。
【００２５】
サージ電圧低減手段１９は、抵抗３７，３８と、定電圧ダイオード２４，２５から構成される。ＭＯＳ整流の主トランジスタ１の１対の主端子５，６の電圧が、サージ電圧低減手段１９に入力する。  差動増幅レベル変換回路２０は、抵抗２６，２７，２８，３０と、差動アンプ４０と、基準電源Ｖｒｅｆとから構成される。差動増幅レベル変換回路２０には、サージ電圧低減手段１９の出力が入力する。
【００２６】
半波整流型増幅手段４３は、抵抗３１，３２，３３と、ダイオード３４，３５と、差動アンプ４１とから構成される。半波整流型増幅手段４３には、差動増幅レベル変換回路２０の出力が入力し、この出力が非線形増幅手段２の出力となる。非線形増幅手段２の出力は、判定回路及びゲート駆動出力段３，４に入力し、主トランジスタ１のＭＯＳ整流のオン・オフが判定される。
【００２７】
ここで、制御ロジック２２の出力は、ＭＯＳ整流のモード以外の駆動の指令信号を出力し、ＭＯＳ整流の停止や、主トランジスタのスイッチング動作可能にするものである。
【００２８】
次に、図４を用いて、図３に示した非線形増幅手段２の動作について説明する。図４（Ａ）は、図１の（ａ）点，すなわち、非線形増幅手段２に入力する電圧波形を示している。図４（Ｂ）は、図３の（ｄ）点，すなわち、サージ電圧低減手段１９の出力の電圧波形を示している。図４（Ｃ）は、図３の（ｅ）点，すなわち、差動増幅レベル変換回路２０の出力の電圧波形を示している。図４（Ｄ）は、図３の（ｆ）点，すなわち、半波整流型増幅手段４３の出力の電圧波形を示している。
【００２９】
図４（Ａ）に示す正負の電圧Ｖａを主端子５，６間に印加される場合、電圧制限値以上の電圧が入力されると、サージ電圧低減手段１９のツェナーダイオード２４，２５が降伏し、抵抗が下がるため、図４（Ｂ）に示すように、差動増幅レベル変換回路２０への入力信号である（ｄ）点の電位Ｖｄが低減される。図４（Ａ）の電圧ＶL1，ＶL2が、サージ電圧低減手段１９における電圧値制限レベルである。この働きにより、ＭＯＳ整流動作以外の主トランジスタのスイッチングによりサージ電圧が発生しても、次段の入力電圧が制限されるため、次段の差動増幅レベル変換回路２０の入力が同相入力範囲を超えないようにできる。また次段以降をより低い耐圧の回路で構成可能となる。
【００３０】
また、差動増幅レベル変換回路２０の働きで、配線の寄生インダクタンス等により発生する端子５と共通ＧＮＤの電位差が発生しても、正確に主端子５，６間の電圧が増幅されるため、高い精度の主トランジスタのオン・オフの判定が可能になる。また、図４（Ｃ）に示すように、増幅時に電圧Ｖrefだけ電圧シフトすることにより、正の単電源で増幅が可能となり回路が簡略化できる。電圧Ｖrefは、レベル変化のためのレベルであるとともに、増幅率アルファの切替の際のしきい値レベルである。
【００３１】
差動増幅ならびにレベル変換した回路２０の出力は、Ｖrefをリファレンス電圧とする反転半波整流増幅手段４３に入力され、図４（Ｄ）に示すように、電圧Ｖａが負の電圧方向の場合高い増幅率で反転増幅され、電圧Ｖａが正の場合は増幅率が極めて低く、ほぼＶrefが出力されるため、電圧Ｖａの振幅が大きいにもかかわらず増幅器の飽和は生じないものである。図４（Ｃ），（Ｄ）において、点線は、ＭＯＳ整流をしない場合の電圧波形を示している。
【００３２】
すなわち、非線形増幅手段２は、（ａ）点電圧の入力に対して、（ｆ）点電圧の出力が、図５に実線で示すような特性を有している。なお、波線の特性については後述する。入力電圧が電圧Ｖrefよりも大きい場合と、小さい場合とで、その増幅率が異なっている。入力電圧が電圧Ｖrefよりも大きい場合の増幅率は、例えば、１０倍である。入力電圧が電圧Ｖrefよりも小さい場合の増幅率は、例えば、０倍に近い低倍率である。
【００３３】
ここで、判定回路３で適当なオン、オフの判定レベルＶcom1，Ｖcom2を設定すれば非常に高い精度で、電圧Ｖａの正負を判定でき、主トランジスタ１のＭＯＳ整流のオン・オフを極めて高精度に制御し、整流装置の低損失化ができる。
【００３４】
判定回路３の構成について、図６を用いて説明する。判定回路３は、電圧Ｖcom1を比較電圧とするとする比較器ＣＰ１と、電圧Ｖcom2を比較電圧とするとする比較器ＣＰ２と、論理回路ＬＧとから構成されている。図７は、判定回路３の動作を示している。図７（Ａ）は、正弦波状の入力電圧と、電圧Ｖcom1，電圧Ｖcom2との関係を示している。図７（Ｂ）は、論理回路ＬＧの真理値表を示している。図７（Ｂ）に示すように、比較器ＣＰ１の入力電圧が電圧Ｖcom1より高いとき、比較器ＣＰ１の出力はＨレベルとなり、そうでないときＬレベルとなる。また、比較器ＣＰ２の入力電圧が電圧Ｖcom2より高いとき、比較器ＣＰ２の出力はＨレベルとなり、そうでないときＬレベルとなる。論理回路ＬＧは、比較器ＣＰ１と比較器ＣＰ２の出力が共にＨレベルのとき、Ｈレベルとなり、比較器ＣＰ１と比較器ＣＰ２の出力が共にＬレベルのとき、Ｌレベルとなる。そうでないときは、前のレベルを保持している。
【００３５】
さらに、図５に波線で示すように、増幅率可変手段４２により、抵抗３３の値を可変し、主トランジスタ１をオンするときの増幅率の絶対値を電圧Ｖcom1以上では高くすれば、判定回路３の入力電圧が、図４（Ｄ）の破線で示すように、高くなり、ＭＯＳ整流動作してもオフ判定のための電圧レベルを高くできるため、オン判定と同等もしくはそれ以上に高精度に検知できるようになり、高精度のＭＯＳ整流が実現できる。
【００３６】
また、制御ロジック２２は、外部からの指令によりＭＯＳ整流を停止することができ、そして、ＭＯＳ整流を停止した際に、外部からのデューティ信号で主トランジスタをオンオフ駆動することにより、ＭＯＳ整流装置をたとえばインバータのスイッチング素子として使用して、ダイオードのリカバリーサージ電圧が小さく、低損失で信頼性の電力変換装置として使用することができる。
【００３７】
次に、図８を用いて、本実施形態によるＭＯＳ整流装置を用いた電力変換装置の構成について説明する。ここでは、自動車用のオルタネータを構成した例について説明する。  
図８は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置を用いた電力変換装置の構成を示すブロック図である。なお、図１，図３と同一符号は、同一部分を示している。
【００３８】
ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６が、３相ブリッジに接続されている。ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６の構成は、図１若しくは図３に示した構成を有している。例えば、ＭＯＳ整流装置５１は、ＭＯＳ整流装置のトランジスタ制御回路１５と、主トランジスタ１とから構成されており、トランジスタ制御回路１５の構成は、図３に詳述したものと同じ構成である。ＭＯＳ整流装置５２，５３，５４，５５，５６も、ＭＯＳ整流装置５１と同じ構成である。
【００３９】
３相ブリッジのＰＮ端子は、バッテリー５０に接続されている。さらに、ブリッジの各相の中点は、３相モーター６４に接続されている。ここで、ハイサイドのＭＯＳ整流装置５２，５４，５６は、電源切り替え手段５９，６０，６１を介して、バッテリ５０の電圧より高い電圧に電圧を昇圧する電圧昇圧手段５７とコンデンサ５８に接続されている。ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６と、電源切り替え手段５９，６０，６１と、電圧昇圧手段５７と、コンデンサ５８により、電圧変換回路６５を構成している。さらに、界磁制御回路６２を組み合わせてオルタネータ６３を構成している。
【００４０】
本実施形態では、ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６によりオルタネータの３相の整流回路を構成することで、非常に低損失に整流できるためオルタネータの効率を向上でき、さらにはこのオルタネータを搭載した自動車の燃費を向上することができる。
【００４１】
また、各相の中点電位に応じ、ハイサイドのＭＯＳ整流装置への電源を電源切り替え手段５９，６０，６１により、昇圧電源５７により充電される電源電圧Ｖｂ２とバッテリ電圧Ｖｂ１とで切り替えて供給することができる。これにより、特別な外部電源が不要で簡単で小型、低コストな回路とすることができる。
【００４２】
次に、図６を用いて、本実施形態によるＭＯＳ整流装置を用いた自動車の構成について説明する。  
図９は、本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置を用いた自動車の構成を示すブロック図である。なお、図１，図３，図７と同一符号は、同一部分を示している。
【００４３】
ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６で３相ブリッジを構成し、発電機兼駆動用モーター６４に接続している。例えば、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）のような上位システム７９からの指令は、インターフェース回路７８，制御回路７７を経由して、各ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６に入力され、ＭＯＳ整流動作の有無の選択、ならびに各ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６の主トランジスタ１のオン・オフを指令する。ここで、３相ブリッジからバッテリー８５までの配線は、シャーシ及びボディ８１と、金属配線８２を絶縁材料８３を間に介して密着させた配線により構成されている。エンジン８４の駆動力は、ベルト８６を介してモータ６４に伝達され、モータ６４を発電機として動作さる。発電機の発電力は、ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６によって整流され、バッテリー８５に充電される。
【００４４】
このような構成とすることで、バッテリーから３相ブリッジ（インバータ）までの配線の寄生インダクタンスＬｓを大幅に低減できるため、整流動作時のダイオードリカバリーサージをさらに低減可能であるとともに、サージノイズに起因する、ＭＯＳ整流のオンオフ判定のための信号のノイズが低減しさらに高精度なＭＯＳ整流を行え、自動車の低消費燃料化に有効である。
【００４５】
さらに、寄生インダクタンスＬｓが低減しているため、バッテリーの寄生容量を利用すれば通常インバータに必要とされるサージ吸収用のコンデンサを小型化もしくは省略化が可能となり、システムの低コスト化、長寿命化が図れる。
【００４６】
また、制御回路７７からの制御信号により、図３の制御ロジック２２を駆動制御して、ＭＯＳ整流装置５１，５２，５３，５４，５５，５６の主トランジスタをモーター６４が力行するようスイッチング制御すれば、たとえばアイドリングストップ時のスターターや、走行用の駆動モータを低ノイズに制御可能であり、自動車の信頼性を向上でき、低消費燃料化を図れる。
【００４７】
また、このようなシャーシ及びボディ８１と、金属配線８２を絶縁材料８３を間に介して密着させた配線は、シャーシまたはボディの造形加工時に、シャーシもしくはボディーと絶縁体、金属配線板を重ねてプレスして一体整形すれば容易に製造できる。
【００４８】
また、金属配線板を組み合わせるシャーシもしくはボディーに比べ弾性破断強度を高くすることで、車の事故時に配線が破断してもでアーク放電等がシャーシもしくはボディ側で発生するため、火災等が生じにくく安全性を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置の動作を示す電圧波形図である。
【図３】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる非線形増幅手段の具体的な構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる非線形増幅手段の動作を示す電圧波形図である。
【図５】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる非線形増幅手段の増幅特性の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる判定回路の具体的な構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置に用いる判定回路の動作説明図である。
【図８】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置を用いた電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態によるＭＯＳ整流装置を用いた自動車の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…主スイッチ
２…非線形増幅手段
３…判定回路
４…ゲート駆動出力段
５…主スイッチの順方向阻止側の電極端子（ドレイン）
６…主スイッチの逆方向阻止側の電極端子（ソース）
１５…ＭＯＳ整流装置のトランジスタ制御回路
１９…サージ電圧制限手段
２０…差動増幅型レベル変換回路
２１…判定回路及びゲート出力段
２２…制御ロジック
２４，２５…定電圧ダイオード
２６，２７，２８，３１，３２，３３，３７，３８…抵抗
３４，３５…ダイオード
４０，４１…差動増幅回路
４２…増幅率可変手段
５０…バッテリー
５１，５２，５３，５４，５５，５６…ＭＯＳ整流装置
５７…電圧昇圧手段
５８…コンデンサ
５９，６０，６１…電源切り替え手段
６２…界磁制御回路
６３…オルタネータ
６４…モーター
６５…電力変換装置
７０…インバータ装置
７７…制御回路
７８…インターフェース回路
７９…上位システム
８１…自動車のシャーシまたはボディ
８２…金属配線板
８３…絶縁材料
８４…エンジン
８５…バッテリー
８６…ベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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