(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相発電機（１０）の出力電圧の制御のための装置であって、
固定子巻線（Ｕ，Ｖ，Ｗ）と励磁巻線（Ｅ）と電圧レギュレータ（１１）を有しており、
前記電圧レギュレータ（１１）は、第１の集積された制御回路（ＩＳ１）を備えた制御段と、制御トランジスタ（２９）を備えた出力段とを含んでおり、
前記制御段は励磁巻線（Ｅ）を流れる電流の制御のために制御トランジスタ（２９）を、出力電圧が所定の値に維持されるように制御され、
第１の集積回路（ＩＳ１）が半導体スイッチを介して三相発電機（１０）の端子（Ｂ＋）に接続可能であり、
前記半導体スイッチは、スマートパワーハイサイドスイッチ（３１）を制御する集積回路（ＩＳ２）を含んでいる形式の装置において、
前記スマートパワーハイサイドスイッチを制御する集積回路（ＩＳ２）が固定子巻線の端子（Ｖ）に接続されており、この接続を介して前記集積回路（ＩＳ２）に電圧（ＵＶ）が供給され、この電圧（ＵＶ）が閾値と比較され、当該電圧（ＵＶ）が集積回路（ＩＳ２）において設定される所定の基準電圧閾値を上回ると前記集積回路（ＩＳ２）によりスマートパワーハイサイドスイッチ（３１）が遮断されることを特徴とする、三相発電機の出力電圧の制御装置。
【請求項２】
励磁ダイオードを備えていない三相発電機が使用される、請求項１記載の三相発電機の出力電圧の制御装置。
【請求項３】
前記集積回路（ＩＳ１）はモノリシックＩＣを有している、請求項１又は２記載の三相発電機の出力電圧の制御装置。
【請求項４】
前記スマートパワーハイサイドスイッチ（３１）が電界効果トランジスタとして構成されており、該トランジスタはスイッチとして回路接続可能なＭＯＳトランジスタである、請求項１〜３いずれか１項記載の三相発電機の出力電圧の制御装置。
【請求項５】
前記集積回路（ＩＳ１）及び/又は集積回路（ＩＳ２）が情報供給のために発電機の端子Ｂ＋Ｓ、Ｌ、ＤＦ、Ｖ、Ｂ−に接続されている、請求項１〜４いずれか１項記載の三相発電機の出力電圧の制御装置。
【発明の詳細な説明】
従来の技術
本発明は請求項１の上位概念による、三相発電機の出力電圧の制御のための装置に関する。
自動車における今日の慣用の電圧供給システムでは、三相発電機が用いられている。この発電機の励磁電流が電圧レギュレータを用いて次のように制御される。すなわち発電機の出力電圧が所定の値に維持されるように制御される。第１の切換形式では励磁電流が励磁ダイオードを用いて生成される。その際励磁電流が励磁巻線と制御トランジスタを通って流れる。この制御トランジスタは、電圧レギュレータの制御部から制御される。このような自動車における電圧供給システムは、Ｄ＋システムとも称され、例えばドイツ連邦共和国特許出願DE-OS 34 02 288明細書からも公知である。
自動車における他の電圧供給システムでは、励磁巻線が発電機出力側Ｂ＋に接続されている。そこからは発電機によって生成された出力電圧が出力される。この励磁電流の制御はこのようなＢ＋システムのもとでも電圧レギュレータを用いて行われる。この電圧レギュレータはいわゆるマルチ機能形レギュレータとして構成されており、パワートランジスタを含み、このパワートランジスタは電圧レギュレータの制御部から、供給された情報に依存して次のように制御される。すなわち発電機のＢ＋端子から出力される出力電圧が常に所望の値となるように制御される。このような発電機/電圧レギュレータシステムでは、励磁電流は必要とされない。この種のマルチ機能形レギュレータを有し励磁電流を持たない発電機/電圧レギュレータシステムは、例えばドイツ連邦共和国特許出願DE-P 19 532 297.5明細書から公知である。
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載された本発明による、三相発電機の出力電圧の制御装置は次のような利点を有している。すなわちＤ＋レギュレータの使用のもとでも励磁ダイオードを省くことができる利点を有している。それにより、従来のＤ＋レギュレータから出発して既に既存のＢ＋電圧レギュレータに対しても互換性のある発電機/電圧レギュレータシステムを構築することが可能となる。有利には、達成可能な静止電流消費が非常に小さくなる。
さらに有利には、システムエラーの際の連鎖的な損傷からの保護が得られる。これにより例えば制御不能に陥ったフル励磁の際のバッテリの過熱が回避される。さらに有利には、制御不能なフル励磁の際に介入してそれを終了させる緊急制御が実施可能である。さらにロードダンプの際にも高い絶縁耐力が保証される。有利には電界短絡の際、すなわち例えば励磁巻線の誤ったアース接続などが生じた場合にも保護がなされる。
これらの利点は請求項１の特徴部分に記載された本発明による三相発電機の出力電圧の制御装置によって得られる。そのような装置では、従来のＤ＋レギュレータ（これは通常モノリシックレギュレータＩＣを含んでいる）が、いわゆるスマートパワーハイサイドスイッチを介して発電機のＢ＋端子に接続される。このスイッチは有利には集積化された周辺回路を伴ったＭＯＳトランジスタとして構成され、第２の集積回路を表している。励磁電流はこのスイッチと、励磁巻線と制御トランジスタを介してアースされる。この励磁巻線を流れる電流の制御は、２つの集積回路を用いて相互に依存することなく実施が可能であり、供給された情報に依存して行われる。
本発明の別の有利な構成例は従属請求項に記載される。
図面
本発明の実施例は図１に示されており、引き続き以下の明細書で詳細に説明する。図１は、レギュレータのブロック回路図である。
実施例の説明
図１に示されている三相発電機１０は、自動車での適用のために構成されており、レギュレータ１１と共に動作する。この三相発電機１０の出力電圧はＵＢ＋で示し、これは端子Ｂ＋からピックアップされ、搭載電源網１２の給電に用いられる。
三相発電機１０は通常のように３つの固定子巻線Ｕ，Ｖ，Ｗを含んでいる。これらは共通のセンタＭｐで接続されており、さらにこれらの巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、整流ブリッジ１３に接続されて射る。この整流ブリッジは６つのツェナーダイオード１４，１５，１６，１７を含んでおりアースと端子Ｂ＋の間に設けられている。三相発電機１０のさらなる構成要素として励磁巻線Ｅが示されている。これはレギュレータ１１に接続されている。車両の搭載電源網１２は少なくとも１つのバッテリ２０を含んでおり、これのプラス端子は三相発電機のＢ＋端子に接続されており、マイナス端子はアースに接続されている。このバッテリ２０はスイッチ２１，２２，２３を介して搭載電源網の負荷に接続可能であり、ここではそのうちの１つの負荷２４とスタータ２５のみが示されている。またその他にも充電監視ランプ２６並びにリレー２７が示されており、この場合充電監視ランプ２６はスイッチ２１と２２に接続され、リレー２７はレギュレータ１１の端子Ｌに接続されている。
レギュレータ１１（これはブラシホルダ２８を介しさらに４つの端子Ｂ＋，Ｌ，ＤＦ，Ｖを介して三相発電機１０と接続されている）は、２つの集積回路ＩＳ１，ＩＳ２並びにパワートランジスタ２９，ダイオード３０、電界効果トランジスタ３１を含んでいる。この場合この電界効果トランジスタ３１は、スイッチとして接続されている。これはブラシホルダ２８の端子Ｂ＋と端子Ｌ（これは三相発電機の励磁巻線に接続されている）の間に設けられている。この電界効果トランジスタ３１の制御は、集積回路ＩＳ２によって行われる。制御トランジスタ２９のコレクタは、通常のように端子ＤＦを介して三相発電機１０の励磁巻線Ｅに接続される。このトランジスタ２９のエミッタは端子Ｂ−を介してアースに接続されている。制御トランジスタ２９の制御は、集積回路ＩＳ１によって行われる。それに対しては集積回路ＩＳ１に制御に係わるパラメータ、例えば端子ＤＦを介して励磁電流に関する情報、ブラシホルダ２８の端子Ｂ＋Ｓを介して三相発電機の出力電圧に関する情報、あるいは端子Ｌを介して充電監視ランプの状態に関するさらなる情報などが供給される。ダイオード３０は端子ＬとＤＦの間に設けられる。このダイオードは、電界効果トランジスタ３１から制御トランジスタ２９への電流直結を回避するためのものである。図１に示されている実施例では、レギュレータ１１が現在の実施形態であるＤ＋−レギュレータ有利にはモノリシックレギュレータＩＣで構成されており、これは符号ＩＳ１で示されている。この集積回路ＩＳ１は、スマートパワーハイサイドスイッチ、有利には集積化された周辺回路（ＰＰＳ）を備えたＭＯＳトランジスタを介して発電機の端子Ｂ＋に接続されている。この電界効果トランジスタ３１のための集積化された周辺回路は、集積回路ＩＳ２として図示されている。
集積回路ＩＳ１は、制御電圧に関して次のように適合化されている。すなわち発電機の端子Ｂ＋と制御動作中の実際値検出部との間で、電圧が集積回路ＩＳ２を介して降下するように適合化されている。この電圧は、十分に小さい通流抵抗の選択によって低く抑えられる。例えばその一例として、切換え状態が“オン”RDSONの時の抵抗が４０ｍΩのオーダーで行われてもよい。それにより電圧降下ＵＤＳは、５．５Ａの電流のもとで２２０ｍＶよりも小さくなる。
集積回路ＩＳ２は、主に電圧ＵＶに関する制御を行い、さらに過電圧と電圧不足を識別するために電圧ＵＢ＋の評価を行う。さらに電流ＩＤＳは短絡識別のために評価され、場合によってはさらに電圧ＵＬがイグニッションスイッチ２１のオン・オフ識別のために評価される。充電監視ランプ２６が比較的小さなランプ出力のもの、例えばＬＥＤで構成されている場合には、付加的に予備励磁電流が引き上げられる。過熱に関する情報が供給される場合には、過熱時遮断機能がトリガされ得る。
イグニッションスイッチが開かれている場合には、電圧ＵＶはほぼゼロである。集積回路ＩＳ２は遮断される。消費される静止電流は１００μＡ以下である。三相発電機１０の整流ブリッジ１３のメイン電流ダイオード１４〜１９の場合によって生じる遮断電流の補償のためにアースへの接続が行われる。
イグニッションスイッチが閉じられエンジンは静止している場合には、予備励磁が、つまり充電監視ランプ２６を介した励磁巻線への励磁電流の供給が行われる。集積回路ＩＳ２は遮断され、この特性は従来のＤ＋−レギュレータシステムに応じたものとなる。所定の予備励磁電流を設定するために、付加的に集積回路ＩＳ２の能動的な部分的スイッチオンも可能である。
モータが始動されるべき場合には、集積回路ＩＳ２がスイッチオンされ直ちに電圧ＵＶが内部的に設定された閾値を上回る。この評価は例えばピーク値整流手段を用いて行われてもよい。選択的に又は付加的に回転数ないしは周波数の評価を行い、それに伴った集積回路ＩＳ２のスイッチオンも可能である。エンジンを遮断すべき場合には、集積回路ＩＳ２も遮断される。
イグニッションスイッチのオン・オフの識別は、端子ＫＬ．１５への付加的な接続を介して行ってもよい。それによれば集積回路ＩＳ２の即座の遮断が点火スイッチの遮断と同時に行うことができる。
集積回路ＩＳ１の適切な構成のもとではバッテリパラメータが求められ、例えばバッテリ温度、バッテリ電圧、又はバッテリ充電状態などの情報の提供が可能となる。その他にもさらなる負荷機能を実現することが可能である。通常の制御動作中は集積回路ＩＳ２が集積回路ＩＳ１の他にリレー２７やスイッチ２３を端子Ｂ＋に対して切換え、それによって他の負荷もスイッチオン可能となる。
図１に示された電圧制御装置を用いることにより、一連のエラーケースが識別可能となり、エラーが発生した場合には相応の保護手段が講じられる。詳細には以下に述べるようなエラーの際の影響が回避される。
1.バッテリ２０の極性誤り
バッテリ２０の極性誤り、つまりバッテリ端子＋及び−への接続が入れ違った場合には、発電機と電圧レギュレータがメイン電流ダイオードないしはツェナーダイオードによって保護される。電流制限はリレーの抵抗によって行われる。
2.負荷遮断
端子Ｂ＋及び/又は端子Ｖにおける電圧が集積回路ＩＳ２において設定された基準電圧閾値を上回った場合には、集積回路ＩＳ２が電界効果トランジスタ３１を遮断し、レギュレータを保護する。端子Ｌにおける電圧は、電圧ＵＢ＋と、充電監視ランプ２６の抵抗と、リレー２７の抵抗と、レギュレータ１１の内部抵抗Ｒｉによって定まる。電圧ＵＬの検出に関しては、図２に示した回路を用いて説明する。この回路では電圧ＵＢ＋が電圧源として示されている。さらに監視ランプ２６の抵抗はＲ２６で示されておりレギュレータの内部抵抗はＲｉで示されている。抵抗ＲＬは負荷抵抗である。
レギュレータＩＳ１の内部抵抗Ｒｉが６０Ωで４ワットの充電監視ランプの内部抵抗が３６Ωで、リレー抵抗が存在しないならば、電圧ＵＢ＋が３４Ｖである限り電圧ＵＬは２１Ｖである。このことは、レギュレータ１１の投入が２８Ｖの搭載電源網においても可能であることを意味し、さらにＩＳ１の内部抵抗の相応のマッチングのもとではＵＢ＋（ｍａｘ）＝８０Ｖまでの搭載電源網においても可能であることを意味する。ここではいずれにせよ、監視ランプを介した電圧降下が過度に大きくならないように配慮する必要がある。なぜなら充電監視ランプの破壊につながるからである。
集積回路ＩＳ２内の過電圧評価回路は次のように構成される。すなわち搭載電源網における部分的な負荷遮断が充電監視ランプの点滅に結び付かないように構成される。ＩＳ２の端子Ｖ−は高抵抗に保護されている。
3.端子Ｌのアースへの短絡
電流制限ないし電流遮断は、集積回路ＩＳ２内で行われる。充電監視ランプは、イグニッションスイッチがスイッチオンされると同時に点灯し、その作動中は励磁がなされない。
4.端子Ｌの端子Ｂ＋への短絡
この場合比較的低い電圧のもとでの通常の制御が行われる。充電監視ランプはイグニッションスイッチがスイッチオンされている限り点灯しない。
5.集積回路ＩＳ２における反転ダイオードによる端子Ｌにおける過電圧パルスは電圧を端子Ｂ＋における電圧にクランプする。これにより過電圧パルスはさらなるマイナス作用を有さなくなる。
6.端子Ｌにおける負の電圧パルス
この場合はＩＳ１の反転ダイオードによるアースへのクランプが行われる。
7.端子ＤＦとアースの間の短絡
発生した過電圧が検出され、集積回路ＩＳ２は遮断される。この場合は充電監視ランプ２６による接続を介して残留励磁が行われる。これは充電監視ランプを点灯する。ヒステリシス回路を用いることにより集積回路ＩＳ２による緊急制御動作が可能である。このようなエラーは今日では通常の制御のもとで制御不能な電圧上昇を引き起こしバッテリに損傷を与える。
8.端子ＤＦと端子Ｌとの間の短絡
集積回路ＩＳ１はＩＳ２によって実施される電流制限ないし電流遮断によって保護される。励磁解除の後では電圧ＵＶはＩＳ２の遮断閾値よりも小さくなる。この場合は充電監視ランプによる表示が行われる。
9.端子ＤＦの端子Ｂ＋への短絡
このような短絡は電界段の損傷に結び付く。この場合の表示は集積回路ＩＳ１の内部抵抗の変化を介して行われる。短絡に強い電界段の補足によって、そのような損傷は図１に示されている解決手段の改良ケースで回避可能である。
10.端子Ｂ＋のアースへの短絡
端子Ｂ＋とアースとの間の短絡の際には、搭載電源電圧が崩壊する、レギュレータの損傷は生じない。
11.端子Ｖのアースへの短絡
そのような短絡の際には、集積回路ＩＳ２が遮断される。電界効果トランジスタ３１を流れる電流通流は終了しエラー表示が充電監視ランプ２６を用いて行われる。
12.端子Ｖの端子Ｂ＋への短絡
レギュレータはさらに端子ＶないしＢ＋における電圧のレベルに応じて機能する。
13.端子Ｖと端子Ｌの間の短絡
集積回路ＩＳ２は電流制限ないし電流遮断によって保護される。これは集積回路ＩＳ２内で実施される。
14.端子Ｖと端子ＤＦの間の短絡
そのような短絡は電界段、すなわちトランジスタ２８の損傷に結び付く。そのような損傷は集積回路ＩＳ１内の内部抵抗の変化によって表示される。
15.端子Ｂ＋における中断
端子Ｂ＋と搭載電源網との間の接続が中断されるならば、充電監視ランプによる表示が行われれ、さらに発電機の部分励磁が充電監視ランプ２６を介して接続されている回路部分を介して行われる。
16.アース線路の中断
この場合は制御機能が不可能となる。端子Ｖを介した表示が可能である。
17.端子Ｖにおける中断
端子Ｖにおける中断の場合には、充電監視ランプ２６を介した表示が行われ、さらに部分励磁が充電監視ランプを介して接続されている回路部分を介して行われる。
18.発電機の端子Ｌにおける中断
この場合は充電監視ランプ２６を介した表示が集積回路ＩＳ１の内部抵抗Ｒｉに基づいて行われる。
19.端子Ｌにおける外部からの中断
表示は何も行われない。発電機の始動回転数は予備励磁の欠落に続いて高められる。始動回転数に達した後では通常の発電機制御が行われる。
20.端子ＤＦにおける短絡
この場合は発電機の励磁は不可能である。なぜなら励磁巻線Ｅを通って流れる電流がないからである。この表示は集積回路の内部抵抗Ｒｉを介して行われる。この内部抵抗に基づいて充電監視ランプ２６は応答する。通常の制御動作中は、アークが可能であり、レギュレータの損傷は不可能である。
【図１】
0004429387.tif 000002
【図２】
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