專利名稱：用于交流發(fā)電機(jī)的同步整流器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于交流發(fā)電機(jī)的同步整流器裝置。
很明顯，為遵守在今后的幾年中將要生效的新法規(guī)，尤其是與污染有關(guān)的法規(guī)，今后汽車需要越來越多的電能以便工作在最佳狀態(tài)。
本發(fā)明提出一種整流器裝置，它有助于這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，特別是通過降低整流器的損耗和定子和轉(zhuǎn)子的鐵損耗，使交流發(fā)電機(jī)的效率和輸出能力得以提高。本發(fā)明提出的裝置還可以利用防止低電平電流下的非線性開關(guān)來減少交流發(fā)電機(jī)的磁噪聲。
用格里茨全波整流橋?qū)ζ嚩嘞嘟涣靼l(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行整流是標(biāo)準(zhǔn)作法，該格里茨全波整流橋含有利用電樞的各相電壓同步控制的開關(guān)電路。
與此相關(guān)的參考資料有專利申請(qǐng)EP-665.637和EP-762.596。
所用開關(guān)通常是濃縮的(enriched)N溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(通常叫作MOSFET)。與使用二極管的格里茨橋相比，使用開關(guān)的橋具有減少接線端上的直流電壓降的優(yōu)點(diǎn)。
但是，用于汽車的上述類型的整流橋工作在經(jīng)受極高度干擾的電氣環(huán)境中，這可能導(dǎo)致在開關(guān)控制方面的混亂。
本發(fā)明的目的是提供一個(gè)可以減輕上述缺陷的整流器裝置。
本發(fā)明提出的裝置還具有成本非常低和能夠耐高溫的優(yōu)點(diǎn)。
按照本發(fā)明，提供一種用于對(duì)多相交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行整流的裝置，包括適于連接到交流發(fā)電機(jī)的不同相線上的受控開關(guān)格里茨橋，和用于控制所述開關(guān)以產(chǎn)生整流電壓的控制單元，其中所述控制單元包括二極管型元件的格里茨橋，此橋產(chǎn)生用于控制受控格里茨橋的開關(guān)的信號(hào)。
二極管型元件優(yōu)選雙極晶體管的基-射結(jié)。
例如，所述雙極晶體管的發(fā)射極接到交流發(fā)電機(jī)的相線上，它們的集電極接到用于對(duì)集電極電壓或電流進(jìn)行整形的電路中，該集電極電壓或電流用于控制開關(guān)橋的開關(guān)。
在第一實(shí)施例中，其發(fā)射極接在相同相線上的兩個(gè)晶體管的基極接在地與受控開關(guān)橋的整流輸出之間。
在另一實(shí)施例中，該裝置包括電壓調(diào)整電路，其接線端上接有兩個(gè)晶體管的基極，這兩個(gè)晶體管的發(fā)射極接在相同相線上。
例如，電壓調(diào)整電路最好包括可變阻抗單元，尤其是可變電阻單元。
該裝置最好包括用于保護(hù)雙極晶體管基-射結(jié)的二極管。
受控開關(guān)優(yōu)選MOSFET類型。
例如，用于對(duì)集電極電壓或電流進(jìn)行整形的單元包括電壓補(bǔ)償單元，該集電極電壓或電流控制格里茨橋正開關(guān)的柵極。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將從下面的說明性和非限制性的描述和附圖中進(jìn)一步顯現(xiàn)出來。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的整流器裝置的一個(gè)實(shí)施例的方框圖。
圖2是圖1中Q框的方框圖。
圖3是圖1所示裝置的一種實(shí)現(xiàn)方式的電路圖。
圖1表示用在汽車上的三相交流發(fā)電機(jī)的三個(gè)繞組的三個(gè)輸出相Ph1、Ph2和Ph3。
圖1所示的整流器裝置跨接在地和整流輸出之間，該整流輸出上產(chǎn)生一個(gè)電壓B+alt，它例如用于給汽車電瓶充電。
該裝置包括一個(gè)受控開關(guān)格里茨橋形式的功率橋(power bridge)(從屬橋)M，用于對(duì)相線Ph1、Ph2和Ph3上的電壓進(jìn)行整流。
該裝置中還包括一個(gè)下面稱為鏡像橋(image bridge)的低功率電路Q(即電路所通電流小于100mA)。鏡像橋Q是一個(gè)帶有二極管或等效元件的格里茨橋，其中各個(gè)半橋的中間點(diǎn)接在各相線Ph1、Ph2和Ph3上，而這些半橋末端的電位控制橋M的開關(guān)。
上述類型的結(jié)構(gòu)綜合了格里茨二極管橋和格里茨開關(guān)橋的優(yōu)點(diǎn)具有開關(guān)二極管固有的開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，而沒有任何輸出電壓下降，因?yàn)楦窭锎拈_關(guān)橋的特點(diǎn)是有非常低的電壓降，特別是當(dāng)開關(guān)為MOSFET類型時(shí)。由于鏡像橋Q，使開關(guān)被用非?？煽康姆椒刂歧R像橋Q以基本上與標(biāo)準(zhǔn)二極管橋同樣的方式起作用，并將控制信息即刻傳送給從屬橋M的開關(guān)。這樣，開關(guān)被用一種特別可靠的方式控制，因此能夠開環(huán)工作而不需要電反饋。
橋Q的臂中的二極管最好是用雙極晶體管的基-射結(jié)。
例如，如圖2所示，被接在相同相線Ph上的格里茨橋的兩個(gè)二極管是兩個(gè)雙極晶體管1和2的基-射結(jié)，晶體管1和2分別為PNP型和NPN型，它們的發(fā)射極接在所述相線Ph上，它們的基極或者跨接在地和橋M的整流輸出之間，或者連接到電壓參考電路3的接線端上，電壓參考電路3接收功率橋M的整流輸出。
上述類型的電路3把晶體管1和2的基-射結(jié)導(dǎo)通門限電壓作為受控電位而不是作為電位B+alt和地電位。
晶體管1和2的集電極產(chǎn)生控制信號(hào)。它們分別接到電路4和5中，該電路4和5控制連接到同一相線上的橋M中的兩個(gè)開關(guān)上，電路4控制正開關(guān)MP(即接到整流電壓線B+alt上的開關(guān))，電路5控制負(fù)開關(guān)MN(即接到地上的開關(guān))。
標(biāo)準(zhǔn)基-射結(jié)不能耐12伏以上的電壓。為了防止晶體管1和2的雪崩擊穿，最好加上保護(hù)二極管D4和D5，例如，首先在晶體管1的基極和電壓參考電路3之間加上在從所述基極到所述電路3的方向上導(dǎo)通的保護(hù)二極管，第二在晶體管2的發(fā)射極和相線Ph之間加上在從所述發(fā)射極到所述相線的方向上導(dǎo)通的保護(hù)二極管。
或者選擇晶體管1和2，使它們的基-射結(jié)能夠承受30V以上的電壓，在這種情況下串聯(lián)二極管就不再需要，尤其是如果相電壓在11伏的數(shù)量級(jí)時(shí)。
為控制MOSFET開關(guān)MP和MN的柵極，電路4和5對(duì)與雙極型晶體管1和2的集電極電壓相應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行整形。
用于控制負(fù)開關(guān)MN的柵極的電路4例如是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)整形裝置。
用于控制正開關(guān)MP的柵極的電路5包括一個(gè)用于將電位升高到在交流發(fā)電機(jī)輸出電壓B+alt之上的電壓補(bǔ)償裝置。
圖3是構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的整流電路的完整的電路圖。
在圖3中正開關(guān)M1P、M2P、M3P和負(fù)開關(guān)M1N、M2N和M3N分別接到與圖1中的M橋相對(duì)應(yīng)的受控開關(guān)格里茨橋的相線Ph1、Ph2和Ph3上。注意，功率開關(guān)可以由一個(gè)或更多的MOSFET管并聯(lián)組成。
分別接到三相中每一相上的構(gòu)成Q橋的二極管的晶體管在與圖2中的晶體管1相對(duì)應(yīng)的情況下用Q11、Q21和Q31表示，在與晶體管2相對(duì)應(yīng)的情況下用Q12、Q22、Q32表示。
穩(wěn)壓電路3包括電容C1，它并接在固定電阻R2和最好是可變電阻的電阻POT上。這個(gè)支路的一端通過一個(gè)電阻R1和一個(gè)在從所述整流輸出到所述支路的方向上導(dǎo)通的二極管D1接在交流發(fā)電機(jī)的整流輸出電壓(電壓B+alt上)，這個(gè)支路的另一端通過電阻R3和在從所述支路到地的方向上導(dǎo)通的二極管D2連接到地端。
晶體管Q11、Q21、Q31的基極通過與相應(yīng)電阻R11、R21、R31串聯(lián)連接的各二極管D11、D21、D31，接到支路D1、R1和支路C1、POT、R2之間的公共點(diǎn)上。
晶體管Q12、Q22、Q32的基極通過與相應(yīng)的電阻R12、R22、R32串聯(lián)連接的各二極管D15、D25、D35接在支路D2、D3和支路C1、POT、R2之間的公共點(diǎn)。
選擇并調(diào)節(jié)上述電阻的值，特別是當(dāng)其為可變電阻器時(shí)的電阻POT的值，以便達(dá)到對(duì)開關(guān)M1P、M2P、M3P、M1N、M2N、M3N的開關(guān)時(shí)間的精細(xì)調(diào)節(jié)，并優(yōu)化它們的導(dǎo)通時(shí)間。這可以使機(jī)器的效率優(yōu)化，并且防止由于從屬橋的一個(gè)臂上的兩個(gè)開關(guān)同時(shí)導(dǎo)通造成的瞬間短路，這種短路可能使交流發(fā)電機(jī)的兩相短路。
用于對(duì)晶體管Q12、Q22、Q32集電極電流進(jìn)行整形的電路5包括電阻R19、R29、R39，它們接在PNP晶體管Q14、Q24、Q34的基極上，晶體管Q14、Q24、Q34的發(fā)射極接在整流電壓線上。
晶體管Q14、Q24、Q34的集電極經(jīng)由電阻R121、R221、R321接地。同時(shí)還接到NPN晶體管Q16、Q26、Q36的基極上，晶體管Q16、Q26、Q36的集電極接到整流電壓線上，發(fā)射極控制各MOFET開關(guān)M1N、M2N、M3N的柵極。
用于控制和整形晶體管Q11、Q21、Q31的集電極上的輸出信號(hào)的電路4包括NPN晶體管Q13、Q23、Q33，它們的基極通過R13、R23、R33與所述集電極相接。該晶體管的發(fā)射極接地。它的集電極經(jīng)由電阻R14、R24、R34與晶體管Q15、Q25、Q35的基極相接。晶體管Q15、Q25、Q35基極還經(jīng)由一個(gè)電路接到整流電壓線上，該電路包括串聯(lián)的電阻R12、R22、R32，二極管D13、D23、D33和電阻R10、R20、R30，所述二極管從所述整流電壓線到所述基極的方向?qū)ā?br> 晶體管Q15、Q25和Q35的集電極經(jīng)由電阻R15、R25和R35控制晶體管M1P、M2P、M3P的柵極。這一集電極經(jīng)由電阻R16、R26和R36又接到相線Ph1、Ph2和Ph3上。這些晶體管的發(fā)射極經(jīng)由電容C12、C22和C32與所述相線相接，并且與電阻R12、R22、R32和二極管D13、D23和D33之間的公共點(diǎn)相接。
為了實(shí)現(xiàn)控制正開關(guān)的目的，上述類型的電路4通過補(bǔ)償電壓電平對(duì)來自鏡像橋Q的信號(hào)進(jìn)行整形。
圖3所示的電路類型具有減少橋的二極管中的傳導(dǎo)損失和機(jī)器定子中感生的電動(dòng)勢(shì)的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)工作條件，總的效率提高可在10％以上。
因?yàn)殚_關(guān)被有效地控制，與交流發(fā)電機(jī)的速度和輸出無關(guān)，因此根據(jù)本發(fā)明的整流器裝置具有能夠使交流發(fā)電機(jī)有一個(gè)較低的初始速度并且在低速下具有較高輸出的優(yōu)點(diǎn)。
還能減少發(fā)電機(jī)的音頻噪聲和鐵損耗。
注意，前面描述的裝置還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它適合于集成到ASIC中。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，其開關(guān)控制電路具有產(chǎn)生汽車交流發(fā)電機(jī)型同步機(jī)器的波形的能力，即使那些波形遠(yuǎn)不同于傳統(tǒng)的三相AC線電壓的波形，特別是因?yàn)樗鼈儼ㄓ性S多諧波，各繞組的阻抗經(jīng)常不平衡，并且一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)與另一臺(tái)發(fā)電機(jī)的頻率、輸出、波形等可能非常不同。
上述所有特征提高了交流發(fā)電機(jī)的總性能，在產(chǎn)生同等電功率的情況下降低了燃料消耗。
權(quán)利要求
1．一種用于對(duì)多相交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行整流的裝置，包括適于連接到交流發(fā)電機(jī)的不同相線(Ph1,Ph2,Ph3)上的受控開關(guān)格里茨橋(M)，和用于控制所述開關(guān)以產(chǎn)生整流電壓的控制單元(Q)，其中所述控制單元(Q)包括二極管型元件的格里茨橋，該橋產(chǎn)生用于控制受控格里茨橋(M)的開關(guān)的信號(hào)。
2．如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，所述二極管型元件為雙極晶體管(1,2)的基-射結(jié)。
3．如權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，所述雙極晶體管(1,2)的發(fā)射極接到交流發(fā)電機(jī)的相線上，而它們的集電極接到用于對(duì)集電極電壓或電流進(jìn)行整形的電路中，該集電極電壓或電流用于控制開關(guān)橋的開關(guān)。
4．如權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，其發(fā)射極接在相同相線上的兩個(gè)晶體管(1,2)的基極接在地與受控開關(guān)橋的整流輸出之間。
5．如權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，包括電壓調(diào)整電路(3)，具有接在兩個(gè)晶體管(1,2)的基極上的接線端，該兩個(gè)晶體管的發(fā)射極接在相同相線上。
6．如權(quán)利要求5的裝置，其特征在于，電壓調(diào)整電路(3)包括可變阻抗單元。
7．如權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，所述電路(3)包括可變電阻單元。
8．如權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，包括用于保護(hù)雙極晶體管的基-射結(jié)的二極管。
9．如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，受控開關(guān)為MOSFET類型。
10．如權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，受控開關(guān)為MOSFET類型，而用于對(duì)集電極電壓或電流進(jìn)行整形的單元包括電壓補(bǔ)償單元，該集電極電壓或電流控制格里茨橋正開關(guān)的柵極。
全文摘要
一種用于對(duì)多相交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓進(jìn)行整流的裝置,包括適于連接到交流發(fā)電機(jī)的不同相線上的受控開關(guān)格里茨橋(M),和用于控制所述開關(guān)以產(chǎn)生整流電壓的控制單元(Q),其中控制單元(Q)包括二極管型元件的格里茨橋,該橋產(chǎn)生用于控制受控格里茨橋(M)的開關(guān)的信號(hào)。
文檔編號(hào)H02J7/14GK1223499SQ9812468
公開日1999年7月21日 申請(qǐng)日期1998年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月15日
發(fā)明者多米尼克·塞比耶 申請(qǐng)人:瓦萊奧電機(jī)設(shè)備公司