(57)【要約】複数の整流器エレメントを有している３相オールタネータ用の整流器装置、例えば整流器ブリッジにおいて、予め定めることができる整流器エレメントは少なくとも１つの特性においてその他の整流器エレメントとは相異なっている。整流器エレメントは例えば、特性スイッチング時間、もしくはリバースリカバリースイッチング時間（ｔｒｒ）および／または電流密度および／またはチップ面積および／またはチップ厚さおよび／または降伏電圧（ＺＵ）および／または内部抵抗（ＲＩ）および／またはバルク抵抗および／またはリップル特性を低減するのに適している別の特性において相異しているダイオードである。
2006526972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の整流器エレメントを有している３相オールタネータ用の整流器装置、例えば整流器ブリッジにおいて、
予め定めることができる整流器エレメントは少なくとも１つの特性においてその他の整流器エレメントとは相異なっている
ことを特徴とする整流器装置。
【請求項２】
整流器エレメントの特性は、整流器装置の出力側において取り出し可能な電圧または取り出し可能な電流のリップル特性は最小であるまたは少なくとも低減されるように選択される
請求項１記載の整流器装置。
【請求項３】
整流器エレメントが少なくとも相異している特性はスイッチング時間、もしくはリバースリカバリースイッチング時間（ｔｒｒ）および／または電流密度および／またはチップ面積および／またはチップ厚さおよび／または降伏電圧（ＺＵ）および／または内部抵抗（ＲＩ）および／またはバルク抵抗および／またはリップル特性を低減するのに適している別の特性である
請求項１または２記載の整流器装置。
【請求項４】
整流器エレメントはダイオード、例えばツェナーダイオードである
請求項１から３までのいずれか１項記載の整流器装置。
【請求項５】
予め定めることができる整流器エレメントは異なっている特性を有する２つのダイオードの並列接続である
請求項１から４までのいずれか１項記載の整流器装置。
【請求項６】
２つのダイオードは異なっているスイッチング時間もしくは異なっているリバースリカバリースイッチング時間（ｔｒｒ）を有している
請求項５記載の整流器装置。
【請求項７】
異なっているリバースリカバリー特性は異なっている降伏電圧を有するダイオードの使用によって実現される
請求項１から６までのいずれか１項記載の整流器装置。
【請求項８】
２つのダイオードの一方は１８Ｖないし５０Ｖのツェナー電圧領域にありかつ他方は１００Ｖないし８００Ｖのツェナー電圧領域にある
請求項７記載の整流器装置。
【請求項９】
整流器エレメントの異なっている電流密度は異なっているチップ面積および／またはチップ厚さおよび／または降伏電圧および／またはバルク抵抗によって実現される
請求項１から８までのいずれか１項記載の整流器装置。
【請求項１０】
整流器エレメントとしての整流器ブリッジにおいて１２個のダイオードが使用され、その際それぞれ異なっている特性を有する２つのダイオードの並列回路が並列接続されている
請求項１から９までのいずれか１項記載の整流器装置。
【請求項１１】
１２個のダイオードを有する整流器ブリッジにおいてプラスダイオードまたはマイナスダイオードのいずれかだけが異なっている特性を有する２つのダイオードの並列接続を有している
請求項１から１０までのいずれか１項記載の整流器装置。
【請求項１２】
１２個のダイオードを有する整流器ブリッジにおいて第１の特性を有する４つのダイオードおよび第２の特性を有する８つのダイオードが使用される
請求項１から１１までのいずれか１項記載の整流器装置。
【請求項１３】
整流器ブリッジは９つのダイオードを有している
請求項１記載の整流器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来の技術
自動車のオールタネータの整流器は通例、ブリッジとして接続形成されている６つのシリコンダイオードを備えている。この整流器コンフィギュレーションすべてに対して特徴的なのは、それが普通は高阻止型ダイオード、すなわち電圧制限機能のないダイオードかまたはツェナーダイオード、すなわち電圧制限機能のついたダイオードだけを備えていることである。従ってその場合にはそれぞれ、同形式の半導体ダイオードだけが使用される。例外は、ダイオードの付加的な対がオールタネータ固定子巻線のスター点に接続されている整流器である。スター点ダイオードはこの場合コストの理由からしばしば、高阻止型ダイオードとして実現されているが、相ダイオードはツェナーダイオードとして実現されている。
【０００２】
７，８，１２，１４またはそれ以上の数のダイオードを有する整流器も使用されている。その際例えば、特別高度な温度または電流要求が充足されるべきであれば、ダイオードの数は６から１２に２倍化される。その場合ダイオードの接続形成は、２つのダイオードが並列接続されるようにである。
【０００３】
整流された信号、すなわちオールタネータ電流またはオールタネータ電圧の高さは、種々様々な作用ファクターに依存している特徴的な変化を示している。この変化はオールタネータリップル特性と称される。オールタネータリップル特性の主な原因となるのはダイオードのいわゆるリバース・リカバリー時間ｔｒｒである。その際リバース・リカバリー時間ｔｒｒは一種のスイッチング時間である。
【０００４】
従来のオールタネータが高い回転数および大きな電流において作動されると、電圧もしくは電流リップル特性は著しく上昇する。その理由はスイッチングすべき電流側縁もしくは勾配ｄＩＦ／ｄｔが増加するからである。
【０００５】
発明の利点
本発明の整流器装置は、回転数が高くかつ電流が大きい場合にも、電圧もしくは電流リップル特性が僅かに抑えられるので、ダイオードを用いた本発明の整流器を高い電力を有するオールタネータにも使用することができるという利点を有している。
【０００６】
この利点は、請求項１に記載の特徴の組み合わせ、すなわち複数の整流器エレメントを有している整流器装置、例えば整流器ブリッジが、予め定めることができる整流器エレメントが少なくとも１つの特性においてその他の整流器エレメントとは相異なっているように実現されているという構成によって実現される。整流器エレメントは有利にはダイオードである。
【０００７】
別の有利な実施形態は従属請求項に記載されている構成によって実現される。
【０００８】
その際殊に特別有利なのは、非常に高い電流において機能可能な状態を維持できるようにしたい整流器装置において使用されるダイオードの数の２倍化およびそれぞれ２つのダイオードの並列接続により、しかも並列接続されたダイオードとしてそれぞれ異なっている特性を有するダイオードを使用することによって、電圧もしくは電流リップル特性を同様に著しく低減することができる。
【０００９】
使用される整流器エレメントもしくはダイオードが相異している特性は有利には、スイッチング時間、もしくはリバースリカバリースイッチング時間（ｔｒｒ）および／または電流密度および／またはチップ面積および／またはチップ厚さおよび／または降伏電圧（ＺＵ）および／または内部抵抗（ＲＩ）および／またはバルク抵抗および／またはリップル特性を低減するのに適している別の特性である。その際有利な特性を有するダイオードの組み合わせは要求に応じて選択可能である。６個のダイオードを有する整流器に対しても１２個のダイオードを有する整流器に対しても、少なくとも１つの特性において相異しているダイオードの別の組み合わせも考えられる。
【００１０】
図面
本発明の実施例は図面に示されておりかつ以下の説明において詳細に説明する。
【００１１】
詳細には図１は種々異なっている整流器エレメントを有する整流器ブリッジの本発明の実施例を示し、図２は遮断過程の期間の基本的なダイオード電流経過を時間に関して示している。
【００１２】
説明
図１には整流器装置に対する実施例が示されている。この整流器装置は６つのプラスダイオードＰＤおよび６つのマイナスダイオードＭＤを有する、つまり全部で１２個のダイオードを有する整流器ブリッジを有しており、その際ダイオードＤ１１ないしＤ１６（Ｄ１）は少なくとも１つの特性においてＤ２１ないしＤ２６（Ｄ２）とは相異している。ダイオードは実施例によればツェナーダイオードであるが、一般に適当な整流器エレメントを使用することができる。異なっている特性を有する２つのダイオード、例えばダイオードＤ１およびダイオードＤ１１はそれぞれ、並列に接続されている。
【００１３】
整流器ブリッジは接続端子Ａ１，Ａ２，Ａ３を介してオールタネータＧに接続可能であり、その際これらの接続端子を介して基本的には整流された信号、つまり電圧または電流を供給することができる。接続端子Ａ４およびＡ５には整流された信号が生じる。接続端子Ａ５は通例、アースに接続されている。
【００１４】
予め定めることができるダイオードの並列接続により、図１に図示の整流器装置は、非常に高い電流を有するオールタネータに使用されるのに適しておりかつ大きな回転数においてもオールタネータから送出される高い電力を更に処理しもしくはオールタネータ電圧またはオールタネータ電流を整流することができる。
【００１５】
ダイオードＤ１およびＤ２もしくはＤ１１ないしＤ１６およびＤ２１ないしＤ２６は少なくとも１つの特性において、場合によっては特性の組み合わせにおいても相互に異なっており、その際これら単数または複数の特性はスイッチング時間、もしくはリバースリカバリースイッチング時間（ｔｒｒ）および／または電流密度および／またはチップ面積および／またはチップ厚さおよび／または降伏電圧（ＵＺ）および／または内部抵抗（Ｒ１）および／またはバルク抵抗でありまたはリップル特性を低減するのに適している別の特性である。
【００１６】
図１に図示の実施例の他に、ダイオードまたは整流器エレメントの別の組み合わせも可能である。例えば「下側の」、すなわちマイナスダイオードは１つの型のダイオードからのみ構成することができる。その場合ダイオードＭＤをすべて同じ形式のものを使用し、一方プラスダイオードＰＤはＤ１およびＤ２において異なっている。逆の解決法も可能である。
【００１７】
別の実施形態によれば、１つまたは２つのストランドにおいてだけ異なっている特性を有する異なっているダイオード形式もしくはダイオードを使用するようにしている。別の実施形態は９つのダイオード、例えば上述の仕方で並列接続されている６つのプラスダイオードおよび３つのマイナスダイオードＭＤを有していることができる。
【００１８】
図２に遮断過程の期間の、ダイオード電流ＩＦの基本的な経過が時間ｔに関して示されている。その際、勾配ｄＩＦ／ｄｔを有する高いダイオード電流ＩＦのスイッチングの際に阻止方向に極性付けられるまでの流れの移行の時点で所定の時間の間、すなわちリバースリカバリー時間ｔｒｒの間電流は逆方向Ｉｒに流れることが読み取れる。というのはまず、ダイオードの少数キャリアが空乏化または滅勢されなければならないからであり、ここでＱＬａｄｕｎｇｓｔｒａｇｅｒ＝ｆ（ＩＧ，ＴＣＨＩＰ）が成り立つ。リバースリカバリー時間ｔｒｒは時間区間ｔ１および時間区間ｔ２に分けることができる。
【００１９】
第２の時間区間における電流消滅は非常に急激であり、すなわち最大の逆方向電流Ｉｒｍａｘにおける電流変化ｄＩｒ／ｄｔ（Ｉｒｍａｘ）は非常に大きい。その際Ｉｒｍａｘは逆方向電流転換点を表している。上に説明した条件の結果として、僅かなソフトファクターだけが得られることになる。ソフトファクターを示すものは関係ｓ＝ｔ２／ｔ１である。
【００２０】
生じる電圧リップル特性はΔＵｇ＝ＬＢＮ＊ｄＩｒ／ｄｔｍａｘによって見積もることができ、ここで次のことが成り立つ：
ｔｍａｘ：最大の電流変化ｄＩｒ／ｄｔの時点は概して、最大の逆方向電流の時点と一致する。
ＬＢＮ：車載電源インダクタンス。
【００２１】
異なっているリバースリカバリー時間を有するダイオードが適当に並列接続されると、電流消滅を比較的ソフトに、すなわち比較的僅かなｄＩｒ／ｄｔｍａｘによって調整設定することができる。このことは整流される電圧、ひいては整流される電流のリップ特性が低減するということで表される。従って本発明によれば所定のダイオードもしくは整流器エレメントの仕様によりリップル特性を低減することができる。
【００２２】
本発明によれば高いソフトファクターｓ１を有するダイオードＤ１およびソフトなソフトファクターｓ２を有するダイオードＤ２が並列接続される。ダイオードＤ２より例えば２０％ないし４０％だけ僅かな電流密度を有するダイオードＤ１が作動されると、ダイオードは異なった時点で逆電流転換点に達する。このことで全体としてソフトなスイッチング、すなわち全体装置の一層大きなソフトファクターが得られることになる。
【００２３】
多数の整流器エレメント、殊にダイオードを有する整流器装置に使用されるとすれば、整流器装置は、予め定めることができる箇所に異なった特性を有するダイオードの並列回路が挿入されるように実現することができる。この場合ダイオードの選択は得ようとする効果を考慮して行われなければならない。有利な適用領域は自動車におけるハイパワーオールタネータにおける整流器ブリッジに対してである。
【００２４】
要約すると本発明により、異なったリバースリカバリー特性および／または異なった電流密度を有するダイオードの並列回路によりオールタネータリップル特性の低減を行うことができる。異なっているリバースリカバリー特性を得るために、異なっている降伏電圧を有するダイオードを使用することができかつ例えば１８Ｖないし５０Ｖのツェナー電圧領域にある半導体ダイオードを１００Ｖないし８００Ｖのツェナー電圧領域にあるダイオードと組み合わせることができる。異なっている電流密度は異なっているチップ面積および／または異なっているチップ厚さおよび／または半導体の異なっているバルク抵抗によって実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】種々異なっている整流器エレメントを有する整流器ブリッジの本発明の実施例
【図２】遮断過程の期間の、時間に関する基本的なダイオード電流経過
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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