用于平滑发电机的输出电压的系统的制作方法

专利名称：用于平滑发电机的输出电压的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于平滑发电机的输出电压的发电机控制系统。
背景技术：
在可安装在车辆中的交流发电机中，当交流发电机的转子旋转时，缠绕 在转子的芯上的场绕组在被供给场电流时产生磁通量，并且所产生的磁通量 磁化所述芯以提供场磁极。场磁极的旋转产生磁通量，并且所产生的磁通量在缠绕在面对转子芯的 定子芯上的三相定子绕组内感应出三相交流电压.将三相交流电压整流，使 得产生直流电压作为交流发电机的输出电压。在这种交流发电机中， 一个相电压在相上与另外的相电压不同，并且因 此在三相绕组中所感应出的三相交流电压的整流可能引起紋波电压出现在 输出电压上.因此，紋波电压的周期根据交;;ML电机(转子)的转数而改变。在控制交;;UL电机的输出电压中，消除出现在交;^电机的输出电压上 的紋波电压是重要的。这种用于从交流发电机的输出电压中消除紋波电压的装置的实例公开在日本未经审查的专利公开No. H02-51398中。公开在该日本未经审查的专利出版物中的紋波电压消除装置提供有控 制电路，该控制电5^制要提供给同步发电机的场绕组的场电流，从而将同 步发电机的负反馈输出电压调节到一常数值。具体地,控制电路包括滤波器。该滤波器包括差分放大器、连接在该差 分放大器的负输入端子和输出端子之间的电阻器、多个电容器和开关。
各个电容器中的每个电容器的一个电极与同步发电机的输出电压被输 入到的负输入端子电连接，并且开关与差分放大器的输出端子电连接，该开 关工作以选择各个电容器的其他电极中的任何一个与差分放大器的输出端 子电连接。利用控制电路的配置，电容器与差分放大器的输出端子电连接的改变允 许调整反馈回路中的滞后相和超前相，因此有效地从同步发电机的输出电压 滤除掉紋波电压。这使得改进控制电路的电压调节特性成为可能。在控制电路的结构中，开关仅与任何一个电容器的另一个电极连接。控制电路通常被设计为IC。在控制IC中，开关通常包括半导体开关元件，如晶体管。当作为车辆的一部分在高温环境下使用控制IC时，流过电流不应该流过的半导体开关元件的区域的漏电流不能被忽略。这引起控制电路的电压调 节特性恶化，例如，在带有其差分放大器包括一对电流镜像晶体管的滤波器的控制IC中，可能出现漏电流从与电容器之一相连接的开关流到控制ic的半导体衬 底。漏电流的出现可能引起流过电流镜像晶体管中的一个的电流与流过电流镜晶体管中的另一个的电流失配。这可能引起控制IC的紋波电压滤波特性 恶化，因此在没有漏电流出现在控制IC中的情况下应该被消除的其中一些紋波电压保留在输出电压中。这可能引起控制电路的电压调节特性变差。发明内容鉴于所述背景，本发明至少一个方面的目的^L提供用于平滑发电机的输出电压的发电控制系统；这些系统适于与在该系统的至少部分中漏电流的出 现无关地，在平滑输出电压时改进滤除出现在输出电压上的紋波电压的特 性。根据本发明的一个方面，提供了 一种用于平滑发电机的输出电压的系 统。输出电压包括频率分量。该系统包括输出电压被输入到其中的滤波电路。 滤波电路包括具有相反的第 一和第二电极的第 一电容器、具有相反的笫三和 第四电极的第二电容器、与第二电容器的第三电极串联电连接的第一开关以 及与第二电容器的第四电极串联电连接的第二开关。串联连接的第一开关、 第二电容器和笫二开关组成串联电路。该串联电路与第一电容器并联电连 接。该系统包括控制电路，该控制电M电连接到滤波电路的第一和笫二开
关并且被配置成控制第 一和第二开关基本上同时地导通和关断，从而？I起滤 波电路从输出电压滤除频率分量。


本发明的其他目的和方面将参考附图从下面对实施例的描述中变得清楚，其中图1是示意性地图示根据本发明实施例的包括交i復电机和发电控制单 元的发电控制系统的结构的实例的电路图；图2是示意性地图示在图1中所示的平滑电路的结构的实例的电路图；图3是示意性地图示在图2中所示的平滑电路的变型的特定结构的实例 以便清楚示出其上漏电流的影响的电路图；图4是示意性地图示在图2中所示的使用第一和第二P沟道MOS FET作 为第一和第二开关的平滑电路结构的特定实例的电路图；图5是示意性地图示使用第一和第二 CMOS开关作为第一和第二开关的 平滑电路结构的另一特定实例的电路示意图；以及图6是示意性地图示包括在公共半导体衬底上所形成的第一和第二CMOS 开关的平滑IC配置的实例的视图。
具体实施方式
在下文中将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，同样的参考字符 被用于表示同样的相应部件。参考图1，这里提供了根据本发明的实施例的发电系统PS;这个发电系 统PS被预先安装在车辆中。发电系统PS包括作为发电机的实例的交流发电机1，和用以将交流发电 机1的输出电压调节到例如14V的目标电压的发电控制单元2;该交流发电 机l被预先安絲车辆中。交流发电机1具有端子B，其中电池3的正端子和其他电负栽(未示出) 与交流发电机l的端子B连接。交流发电机l的端子B作为其输出端子。具 体地，发电控制单元2用以控制交流发电机1的输出端子上的电压以将其设 置为目标电压.
在该实施例中，当电池3被完全充电时，电池3的正端子电压是12V,交流发电机1配置有场绕组(励磁绕组)201，其缠绕在转子的芯上， 以便在被通电时产生交替排列的场磁极(北极和南极)。该转子通过可随其 转动的带耦合到引擎的曲轴，交流发电机1提供有三相定子绕组202和整流器203，其中三相定子绕 组202例如以星形配置连接，并且缠绕在围绕转子的定子芯上，并且整流器 203包括例如三对以桥的形式连接的正(高侧)和负(低侧)二fel管。具体 地，每对中的正和负二极管在连接点处串联连接，并且三对二极管的连接点 分别与三相定子绕組202的引线相连接。高侧J^fel管的阴极共同与交^JL电机l的输出端子B相连接，并且低侧 二极管的阳极共同与交流发电机l的地端子相连接，其中交流发电机l的地 端子例如作为其公共信号(信号地)。励磁绕组201的一端与高侧二极管的阴 似目连接。在交;^1电机1中，当场绕组201在转子旋转的同时被通电时，旋转的 场绕组201产生磁通量。所产生的磁通量使定子芯磁化，以提供场磁极。场磁极的旋转产生磁通量，并且所产生的磁通量在三相定子绕组202中 感应出三相交流电压。整流器203将在定子绕组202中所感应出的感应三相 交流电压全波整流成直流(DC)电压。全波整流的DC电压通过输出端子B 被输出，使得所输出的DC电压被提供给电池3和电负栽。流的量。发电控制单元2提供有作为驱动开关元件实例的驱动晶体管100、续流 二极管(flywheel diode) 101、第一电阻器102、第二电阻器103、平滑电路 104、基准电压产生器105、笫一电压比较器106、笫二电压比较器108、电 压控制器107、转数检测器109和标准电压产生器110。驱动晶体管100、续 流二极管IOI、第一和第二电阻器102和103、平滑电路104、第一电压比较 器106和电压控制器107作为电压调节器VR。NPN晶体管被用作驱动晶体管100。驱动晶体管100的基极与电压控制器107的输出端子电连接，并且其集 电极通过续流二极管101与交流发电机1的输出端子B相连接。驱动晶体管 100的发射极与交流发电机1的地端子相连接。驱动晶体管100的集电极还 与场绕组201的另一端相连接。
续流二极管101在其阴极连接到交^UL电机1的输出端子B,并且在其 阳极连接到驱动晶体管100的集电极，以与场绕组201并联。具体地，当驱动晶体管100变为导通时，基于交;;IL^电机1的输出端子 B处的电压，场电流流过场绕组201。相反，当驱动晶体管IOO变为关断时， 场电流继续流过续流二极管101。笫一电阻器102的一端与交流发电机1的输出端子B电连接。第一电阻 器102的另一端在抽头Tl处与第二电阻器103的一端电连接，并且第二电 阻器103的另一端与交流发电机1的地端子电连接。具体地，第一和第二电阻器102和103作为分压器，其用以棉^据第一和 第二电阻器102和103的比来分配交流发电机1的输出端子处的电压，从而 在抽头Tl处产生用于监控交流发电机1的输出端子B处的电压的监控电压 Vm。例如，当第一和第二电阻器102和103分别具有电阻R1和R2时，监控 电压Vm由下面的方程式表示其中VB代表交流发电机1的输出端子B处的电压。抽头T1与平滑电路104的输入端子IN电连接(见图2)。平滑电路104 的输出端子与第一电压比较器106的负输入端子(-)电连接。该电结构允许在抽头Tl处的监控电压被输入到平滑电路104的输入端 子IN。平滑电路104用以平滑输入到其输入端子IN的监控电压Vm，以输出经 平滑的监控电压Vm给第一电压比较器106的负输入端子。第一电压比较器106的正输入端子(+ )与基准电压产生器105电连接。基准电压产生器105用以产生基本上等于目标电压的基准电压Vr。具体 地，基准电压产生器105用以通过将目标电压乘以相应的第一和笫二电阻器 102和103的电阻R1和R2的比"R2/(R1+R2)"来基于例如恒定电压产生基 准电压Vr。恒定电压可以由电源电路产生。电源电路可以被安装于发电系统 PS中，并且用以基于交流发电机l的输出端子B处的电压而产生恒定电压。 作为电源电路，被安装在车辆中的电池3或者其它电池可以被用来将恒定电 压提供给基准电压产生器105。基准电压产生器105用以将所产生的基准电压Vr输出到第一电压比较 器106的正端子。第一电压比较器106的输出端子与电压控制器107的输入端子电连接。当基于比较结果而确定了经平滑的监控电压Vm高于基准电压Vr时，笫 一电压产生器106用以输出具有低电平的控制信号。相反，当基于比较结果而确定了经平滑的监控电压Vm低于基准电压Vr 时，第一电压产生器106用以输出具有高电平的控制信号。电压控制器107用以基于由控制信号的电平所确定的占空比(占空因 数)，将驱动信号提供给驱动晶体管IOO的基极以导通和关断它。具体地，当控制信号的电平为低时，基于054或预先确定的接近于此的百 分比的占空因数，电压控制器107提供驱动信号给驱动晶体管100的基极， 以导通和关断它.相反，当控制信号的电平为高时，基于100%或预先确定的接近于此的百 分比的占空因数，电压控制器107提供驱动信号给驱动晶体管100的基极， 以导通和关断它。驱动晶体管100的占空因数表示驱动晶体管100的导通持续时间与每个开关(导通和关断)周期的比。例如，驱动晶体管100的100%的占空因lt^示驱动晶体管100的导通持 续时间与每个开关(导通和关断)周期的比被设置为100%。相反，驱动晶体 管IOO的0%的占空因数表示驱动晶体管IOO的导通持续时间与每个开关(导通和关断)周期的比祐:i殳置为0%。具体地，在该实施例中，当预设的基准电压Vr大于监控电压Vm时，基 于100%或在此附近的占空因数，电压控制器107将驱动信号提供给驱动晶体 管100的基极以导通和关断它。这允许流过场绕组201的场电流的持续时间 增加，使得增加定子芯中的磁化力成为可能。这允许在三相定子绕组202中 所感应的三相电压的幅值增加。在三相定子绕组202中所感应的三相电压的增加允许在输出端子B处的 交i议电机1的输出电压增加，使得依赖于交^iC电机1的输出端子B处的 电压的监控电压增加。结果，当监控电压Vm近似地达到预设的基准电压Vr时，电压控制器107 基于0%或者在此附近的占空因数将驱动信号提供给驱动晶体管100的M以 导通和关断它，从而减小要提供给场绕组201的场电流。
场电流的降低减小了交流发电机l的输出电压，使#^1赖于交流发电机1的输出电压的监控电压Vm降低。这导致驱动信号基于100%或者在此附近 的占空因数被提供给驱动晶体管100的l^l以导通和关断它，从而增加要提 供给场绕组201的场电流。随着依赖于交流发电机1的输出电压的监控电压Vm的增加，场电流的 增加提高了交流发电机l的输出电压处的电压。这些基于驱动晶体管100的占空因数的控制的场电流控制操作允许交流 发电机1的输出电压被调节到预设的目标电压。在交^L^L电机1的输出端子 B处的经调节电压被提供给电池3和其他电负载。另一方面，笫二电压比较器108具有负输入端子(-)、正输入端子(+ ) 和输出端子。标准电压产生器110的输出端子电连接到该负输入端子(-)。第二电压比较器108的输出端子与转数检测器109的输入端子电连接，标准电压产生器110用以基于例如从电源电i^供的电压，产生用于确 定交流发电机1的转数的标准电压。三相定子绕组202的一个相绕组与第二电压比较器108的正端子电连 接。这允许三相定子绕组202的一个相电压被输入到第二电压比较器108的 正端子。笫二电压比较器108用以将所述一个相电压与标准电压进行比较。当基于比较结果而确定了所述一个相电压等于或者大于标准电压时，第 二电压比较器108用以将具有低电平的转数检测信号输出给转数检测器109 的输入端子。相反，当基于比较结果而确定了所述一个相电压低于标准电压时，第二 电压比较器108用以将具有高电平的转数检测信号输出给转数检测器109的 输入端子。转数检测器109用以基于转数检测信号的电平，检测交流发电机1的转 数，例如RPM。具体地，当交流发电机1的RPM等于或高于预定的RPM时，所述一个相 电压等于或大于标准电压，使得第二电压比较器108用以将具有低电平的转 数检测信号输出到转数检测器109。这允许转数检测器109将具有低电平的开关信号输出到平滑电路104。 相反，当交流发电机l的RPM低于预定的RPM时，所述一个相电压低于 标准电压，使得笫二电压比较器108用以将具有高电平的转数检测信号输出 给转数检测器109。这允许转数检测器109将具有高电平的开关信号输出给平滑电路104。换句话说，要从转数检测器109输出给平滑电路104的开关信号的电平 根据交流发电机的RPM是否等于或高于预定的RPM而改变.图2示意性地图示了平滑电路104的电路结构的实例。参考图2，平滑电路104提供有差分放大器10、第三电阻器12、第四电 阻器(反馈电阻器)14、第一电容器(反馈电容器)16、第二电容器(^Jt 电容器)18、第一开关20和第二开关22.至少平滑电路104被设计为IC，并且至少第一和第二开关20和22中的 每个由诸如双极晶体管或MOS晶体管的至少一个半导体开关元件构成。第一 和第二开关20和22 ^L，没计成在其被关断期间引^本上相同量的漏电流流 动.差分放大器10具有负输入端子(-)、正输入端子(+ )和输出端子。第 三电阻器12的一端与平滑电路104的输入端子IN电连接，并且其另一端与 差分放大器10的负输入端子电连接。这允许在抽头Tl处的监控电压Vm被 输入到差分放大器10的负输入端子。差分放大器10的正输入端子与交^UL电机1的地端子电连接。第四电阻器14被电连接在差分放大器10的负输入端子和输出端子之 间。第一电容器16具有相反的电极，其中之一与差分放大器10的负输入端 子电连接，并且其中的另一个与差分放大器10的输出端子电连接。具体地，第四电阻器14和第一电容器16组成电连接在差分放大器10 的负输入端子和输出端子之间的第一并^i^馈电路17。第一开关20、第二电容器18和第二开关22按此顺序相互串联电连接， 以组成串联电路。串联电g电连接在差分放大器10的负输入端子和输出 端子之间而与并联电路17并联。因此，该串联电路在以下将被称为"第二 并M馈电路23"。第一和第二开关20和22分别具有控制端子CT1和CT2。第一和笫二开 关20和22的控制端子CT1和CT2与转数检测器109的输出端子电连接。第一和第二开关20和22中的每一个被配置为在具有高电平的开关信号
被输入到控制端子CT1和CT2中的对应一个时被关断。第一和第二开关20和22中的每个的关断状态允许第一并联反馈电路17 仅被连接在差分放大器10的负输入端子和输出端子之间。假定第一电容器16的电^R^示为Cl，并且第三和第四电阻器14和 16的电阻分别^l4示为R3和R4，在第一和第二开关20和22被关断时，平 滑电路104的第一时间常数T 1由下面的方程式给出i: 1=R3C1 [1〗另外，在第一和第二开关20和22被关断时，平滑电路104的增益Al 由下面的方禾呈式给出^一/ 31_ [2] 其中"f"代表在抽头Tl处的监控输出电压Vm的频率。相反，第一和第二开关20和22中的每个被配置为在具有低电平的开关 信号被输入到控制端子CT1和CT2中的对应一个时被导通。第 一和第二开关20和22中的每个的导通状态允许第 一和第二并M馈 电路17和23被连接在差分放大器10的负输入端子和输出端子之间。假定第二电容器18的电^ML^示为C2，在第一和第二开关20和22被 导通时，平滑电路104的第二时间常数T2由下面的方程式给出t 2-R4 (Cl+C2) [3]另外，在第一和第二开关被导通时，平滑电路104的增益A2由下面的 方程式给出爿2 = -i 3-^- [4]i 4 + 2; r(Cl + C2)如方程式[2]和[4]所示，监控电压Vm的频率越高，增益Al和A2越低。 这使得消除包含在监控电压Vm中的高频分量成为可能；这些高频分量高于相应的截止频率2 7TfCl或2 7Tf (Cl+C2)。具体地，当在第一和第二开关20和22被关断的情况下监控电压Vm被 输入到差分放大器10的负输入端子时，监控电压Vm基于笫一时间常数Tl 由平滑电路104平滑，使得频率高于截止频率2TTfCl的紋波电压可被有效 地从监控电压Vm中消除。相反，当在第一和第二开关20和22被导通的情况下监控电压Vm被输 入到差分放大器10的负输入端子时，监控电压Vm基于第二时间常数T2由
平滑电路104平滑，使得高于截止频率27Tf (Cl+C2)的紋波电压可被有效 地从监控电压Vm中消除。
如上所述，在该实施例中，即使紋波电压的频率(周期)随着交流发电 机1的RPM的改变而改变，也可能有效地从交流发电机1的输出电压(监控 电压Vm)消除紋波电压。从差别的观点，在第一和第二开关20和22被导通时由平滑电路104平 滑的监控电压Vm的ilvl慢于在第一和第二开关20和22被关断时由平滑电 路104平滑的监控电压Vm的速度.如上所述，在根据该实施例的平滑电路104中，与第二电容器18的两 个相反的电极电连接的第一和第二开关20和22的同时导通和关断控制允许 选择第一和第二时间常数t 1和t 2中的任何一个。
因此，当第一和第二开关20和22中的每个由设置在平滑IC 104上的 至少一个半导体开关元件例如双极晶体管或者MOS晶体管构成时，在第一和 第二开关20和22的每个中出现漏电流的情况下，有可能使流过第一开关20 的漏电流与漏过第二开关22的漏电流基本上匹配。这可以防止平滑电路104 的紋波电路消除特性恶化。图3示意性地图示了变形的平滑电路104的特定结构的实例，以清楚地 示出在其上漏电流的影响。
在变形的平滑电路104中，差分输出级10a与图2所示的差分放大器10 分离，使得差分输出级10a和差分放大器10的放大级10b被单独地示出在 图3中。
具体地，差分输出级10a包括每个都具有相同特性的一对电流镜像NPN 晶体管30和32、恒定电流源36和NPN晶体管34，该差分输出级作为其输 出緩冲器。
NPN晶体管30和32的基极被电连接在一起，并且其发射极也被电连接 在一起。NPN晶体管30和32的公共基极与例如第一晶体管30的集电极电连 接。
笫一并联电路17和第二并联电路23在NPN晶体管30和32的集电极之 间相互并联电连接。应该注意，在图3中第三和第四电阻器12和14的图示 为了筒化而被省略。NPN晶体管30和32的发射极和NPN晶体管34的发射极与例如交流发电
机1的地端子电连接。NPN晶体管34的基敗在抽头T2处与NPN晶体管32的 集电极电连接。NPN晶体管34的集电极与恒定电流源36的输出电连接。NPN 晶体管34的集电极被引出作为变形平滑电路104的输出端子OUT.变形平滑电路104的输出端子OUT与变形平滑电路104的正输入端子电 连接，并且其正输入端子与NPN晶体管30的集电极电连接。变形平滑电路 104的负输入端子与NPN晶体管32的集电极电连接。恒定电流源36用以将工作电流提供给NPN晶体管34的集电极，以便将 其偏置。NPN晶体管34用以将在抽头T2处的电压放大以输出经放大的电压 作为其集电极电压。具体地，在变形平滑电路104的配置中，输入到负输入端子的监控电压 Vm与输入到变形平滑电路104的正输入端子的输出电压之间的差分电压由放 大级10b利用增益Al或A2放大(平滑)。经放大的差分电压出现在抽头T2处。在抽头T2处的经放大的差分电压 被施加到NPN晶体管34的栅极，使得经放大的差分电压从NPN晶体管(发 射极接地的放大器)34被引出作为其集电极电压。集电极电压从变形平滑电 路104的输出端子OUT被输出作为经平滑的监控电压Vm。在变形平滑电路104的配置中，假定第一开关20从平滑电路104的结 构中被去除，那么第二电容器18的一个电极直接与NPN晶体管30的集电极 连接，并且第二电容器18的另一电极通过第二开关22与NPN晶体管32的 集电极电连接。如上所述，至少平滑电路104被设计为IC，使得第二开关22由双极晶 体管或MOS晶体管构成。因此，处于关断状态的第二开关22允许漏电流经过其流到平滑IC 104 的半导体衬底。NPN晶体管30和32的电流镜像配置通常允许流过NPN晶体管30的集电 极电流II与流过NPN晶体管32的集电极电流12相同。然而，与集电极电流Il的量相比，漏电流流过第二开关22可能引起集 电极电流I2的量减小。集电极电流II和集电极电流12之间的失衡可能引起平滑电樹平滑IC) 104的紋波电压滤波特性恶化。相反，在根据该实施例的平滑电路104的配置中，如图2和图3所示，
提供了笫一和第二开关20和22，其与第二电容器18的相应电极电连接。在根据该实施例的平滑电路104的配置中，如果在笫一和第二开关20 和22处于关断状态期间漏电流流过第一和第二开关20和22到半导体衬底， 那么漏电流流it^目应的第一和第二开关20和22可能引起集电极电流II和 12的量被相等地减少。这可以基本上保持集电极电流II的量和集电极电流12的量平衡，使得 防止平滑电路(平滑IC) 104的紋波电压滤波特性恶化成为可能。在该实施例中，需要将第一和笫二开关20和22中的每个设计成4吏得在 其关断期间允许基本上相同量的漏电流流过。图4示意性图示了使用第一和第二P沟道M0SFET 20M和22M作为第一 和第二开关的平滑电路104的结构的特定实例。在根据平滑电路104的特定实例的平滑电路104A中，提供了第一P沟 道MOSFET 20M，其在其源极和漏极之一处与第二电容器18的电极之一电连 接。另外，第一P沟道MOSFET 20M的源极和漏极中的另一个与差分放大器 IO的负输入端子电连接。类似地，提供了第二P沟道MOSFET22M，其在其源极和漏极之一处与第 二电容器18的电极中的另一个电连接。另外，第二P沟道MOSFET 22M的源 极和漏极中的另一个与差分放大器10的输出端子电连接。第一和第二 p沟道MOSFET 20M和22M中的每个的栅极与转数检测器109 的输出端子电连接。如下文中所详细描述的那样，第一和第二 P沟道MOSFET 20M和22M共 同形成在平滑IC 104A的半导体衬底中的同一岛(同一阱)内；该同一岛由 沟槽隔离所围绕。这允许在第一和第二P沟道MOSFET 20M和22M中的每个 被关断期间基本上相同量的漏电流流过第一和第二P沟道MOSFET 20M和22M 中的每个。图5示意性地图示了使用第一和第二CM0S开关20C和22C作为第一和 第二开关的平滑电路104的结构的另一特定实例。在根据平滑电路104的另一特定实例的平滑电路104B中，提供了第一 和第二CM0SFET(CMOS开关)20C和22C，其与第二电容器18的相应电极电连 接。第一CMOS开关20C包括P沟道MOSFET 20a和N沟道MOSFET 20b， N沟
道M0SFET 20b的源极和漏极与P沟道M0SFET 20a的源极和漏极公共电连接。 类似地，第二CMOS开关22C包括P沟道MOSFET 22a和N沟道MOSFET 22b, N沟道MOSFET 22b的源极和漏极与P沟道MOSFET 22a的源极和漏相/〉共电 连接。
第一 CMOS开关20C的公共连接的源极和漏极之一与笫二电容器18的电 极之一电连接，并且第一 CMOS开关20C的公共连接的源极和漏极中的另一 个与差分放大器IO的负输入端子电连接。
类似地，第二 CMOS开关22C的公共连接的源极和漏极之一与第二电容 器18的电极中的另一个电连接，并且第二 CMOS开关22C的公共连接的源极 和漏极中的另一个与差分放大器10的输出端子电连接。
对应于第一和第二 CMOS开关20C和22C之一的P沟道MOSFET 20a和22a 中的每个的栅极与转数检测器109的输出端子电连接，另外，第一 CMOS开关20C的N沟道MOSFET 20b的栅极与反相器24a的 输出端子电连接。第二 CMOS开关22C的N沟道MOSFET 22b的桶卜极与^^相器 24b的输出端子电连接。反相器24a和24b中的每个的输入端子与转数检测 器109的输出端子电连接。
在平滑电路104B的配置中，当具有高电平的开关信号被输入到P沟道 M0SFET 20a和22a中的每个的栅极时，P沟道MOSFET 20a和22a被关断。 此时，具有^^相的低电平的开关信号被输入到N沟道MOSFET 20b和22b中 的每个的栅极，N沟道M0SFET 20b和22b也被关断。
第一和笫二 CMOS开关20C和22C中的每个的关断状态允许第一和第二并联反馈电路17仅连接在差分放大器10的负输入端子和输出端子之间。
相反，当具有低电平的开关信号被输入到P沟道MOSFET 20a和22a中 的每个的栅极时，P沟道MOSFET20a和22a被导通。此时，具有相反的高电 平的开关信号被输入到N沟道MOSFET 20b和22b中的每个的栅极，N沟道 MOSFET 20b和22b也被导通。
第一和笫二 CMOS开关20C和22C中的每个的导通状态允许第一和笫二 并M馈电路17和23连接在差分放大器10的负输入端子和输出端子之间。
如上所述，当P沟道MOSFET或者N沟道MOSFET被用作第一和第二开关 20M和22M中的每个时(见图4 )，等于或大于P沟道MOSFET或者N沟道MOSFET 的阈值电压VT的电压必定被施加到其栅极。这可能引起要被输入到第一开关20M的源极或漏极的监控电压Vm的范围的最大 绝对值被限制到足够小于栅极电压的绝对值；并且要被输入到第二开关22M的源极或漏极的差分放大器10的输出的范 围的最大绝对值被限制到足够小于栅极电压的绝对值。相反，包括用作第一和第二开关20和22的P沟道M0SFET和N沟道 M0SFET的CMOS开关20C和22C中的每个允许其导通电阻稳定而与其栅极和/ 或漏极电压无关。因此，要被输入到第一 CMOS开关20C的公共源极或公共 漏极的监控电压Vm的范围可以被扩展。类似地，要被输入到第二CMOS开关 22C的公共源极或公共漏极的差分放大器10的输出的范围可以被扩展。图6示意性图示了包括形成在公共半导体村底250上的笫一和第二 CMOS 开关20C和22C的平滑IC 104B的配置的实例。应该注意，在图6中，第三 和第四电阻器12和14以及第一电容器16的图示为了简化而被省略。另夕卜， 形成在公共半导体衬底250上的反相器24a和24b以及电容器18的特定结 构的图示也为了简化而被省略。参考图6，岛301A以预定的深度从>^共半导体衬底250的一个表面形成 在公共半导体衬底250中，使得其被多个沟槽隔离(沟槽隔离层)302所围 绕。N阱304以预定的深度从衬底250的一个表面形成在岛301A中。P沟道MOSFBT 20a的P型半导体区域20al和20a2和P沟道MOSFET 22a 的P型半导体区域22al和22a2共同形成在半导体衬底250的N阱304中， 使得P型半导体区域20al和20a2以预定的间隔被隔开，以在其间提供沟 道；并且P型半导体区域22al和22a2以预定的间隔被隔开，以在其间提供沟道。N型半导体区域形成在N阱304中，电源电压被配置成被施加到N阱304。栅极电极Gl形成在P型半导体区域20al和20a2之间的沟道上方，并 且栅极电极G2形成在P型半导体区域22al和22a2之间的沟道上方。像P沟道MOSFET 20a和22a —样，岛301B以预定的深度从公共半导体 衬底250的一个表面形成在公共半导体衬底250中，使得其被多个沟槽隔离 (沟槽隔离层)302所围绕。P阱306以预定的深度从衬底250的一个表面 形成在岛301B中。N沟道M0SFET 20b的N型半导体区域20M和20b2和N沟道MOSFET 22b 的N型半导体区域22bl和22b2共同形成在半导体衬底250的P阱306中， 使得N型半导体区域20bl和20b2以预定的间隔被隔开，以在其间提供沟 道；并且N型半导体区域22bl和22b2以预定的间隔被隔开，以在其间提供沟道。p型半导体区域形成在P阱306中，地端子电连接到P阱306。栅极电极G3形成在N型半导体区域20bl和20b2之间的沟道上方，并 且栅极电极G4形成在N型半导体区域22bl和22b2之间的沟道上方。反相器24a的输出端子与栅极电极G3电连接，并且反相器24a的输入 端子和栅极电极G2与转数检测器109的输出端子公共电连接。类似地，反相器24b的输出端子与栅极电极G4电连接，并且反相器24b 的输入端子和栅极电极G1与转数检测器109的输出端子公共电连接。N型半导体区域22bl和P型半导体区域20al作为公共漏极或源极与差 分放大器10的负输入端子公共电连接(见图5和图6中的抽头a)。类似地， N型半导体区域20b2和P型半导体区域22a2作为公共漏极或源极与差分放 大器10的输出端子公共电连接(见图5和图6中的抽头b)。在平滑IC 104B的配置中，各个第一和第二 CMOS开关20C和22C的P 沟道M0SFET 20a和22a形成在由沟槽隔离302围绕的公共岛301A中，并且 更加具体地，形成在公共P阱304中。这允许流过第一 CMOS开关20C的P沟道MOSFET 20a的漏电流的量基本 上与流过第二 CMOS开关22C的P沟道MOSFET 22a的漏电流的量相等。类似地，各个第一和第二 CMOS开关20C和22C的N沟道MOSFET 20b和 22b形成在由沟槽隔离302围绕的公共岛301B中，并且更加具体地，形成在 公共N阱306中。这允许流过第一 CMOS开关20C的N沟道MOSFET 20b的漏电流的量基本 上与流过第二 CMOS开关22C的P沟道MOSFET 22b的漏电流的量相等。如上所述，賴^据该实施例，如果漏电流流过分别与第二电容器18的两 侧连接的第一和第二开关20和22，那么有可能实现第二电容器18的一个电 极侧的电流和其另 一个电极侧的电流之间的平衡。 即4吏在第一和第二开关20和22处于关断状态期间漏电流流过第一和第 二开关20和22到半导体衬底，这也可以防止平滑电路104的紋波电压滤波 特性恶化。这4吏得改迎良电系统PS的电压调节特性成为可能。特别地，当第一和笫二开关20和22中的每个由至少一个半导体开关元 件构成时，即使在第一和第二开关(20M， 20C)和(22M， 22C)处于关断状 态期间漏电流流过第 一和第二开关到半导体衬底，也有可能实现第二电容器 18的一个电极侧的电流和其另 一个电极侧的电流之间的平衡。另夕卜，在该实施例的特定实例中，诸如P沟道或N沟道MOSFET 20M和 22M的电压驱动MOSFE可以用作第一和第二开关20和22。在这个配置中，要被施加于电压驱动M0SFET 20和22中的每个的初h极 的选捧信号的电压电平的改变可以防止电流流过MOSFET 20和22,从而^f吏得 改迎良电系统PS的电压调节特性成为可能。利用根据该实施例的另一特定实例的用作第一和第二开关20和22的第 一和第二 CMOS开关20C和22C，要被输入到第一 CMOS开关20C的公共源极 或者公共漏极的监控电压Vm的范围可被扩展，并且要被输入到第二 CMOS开 关22C的公共源极或者公共漏极的差分放大器10的输出的范围可被扩展。在该实施例的另一特定实例中，各个第一和第二 CMOS开关20C和22C 的P沟道MOSFET 20a和20b形成在由沟槽隔离302围绕的>^共岛301A中。 这可以将与出现在P沟道MOSFET 2 0a中的漏电流的量相关的P沟道MOSFET 20a的物理特性和与出现在P沟道MOSFET 22a中的漏电流的量相关的P沟道 MOSFET 22a的物理特性基本上相匹配，所述物理特性例如为电势和温度。这允许流过第一 CMOS开关20C的P沟道MOSFET 20a的漏电流的量与流 过第二 CMOS开关22C的P沟道MOSFET 22a的漏电流的量基本上相同。类似地，各个第一和第二CMOS开关20C和22C的N沟道MOSFET 20b 和22b形成在由沟槽隔离302所围绕的公共岛301B中。这可以将与出现在N 沟道MOSFET 20b中的漏电流的量相关的N沟道MOSFET 20b的物理特性和与 出现在N沟道MOSFET 22b中的漏电流的量相关的N沟道MOSFET 22b的物理 特性基本上相匹配，所述物理特性例如为电势和温度。这允许流过第一 CMOS开关20C的N沟道MOSFET 20b的漏电流的量与流 过第二 CMOS开关22C的N沟道MOSFET 22b的漏电流的量基本上相同。如上所述，与出现在第一 CMOS开关20C中的漏电流的量相关的第一 CMOS 开关20C的物理特性基本上相同于与出现在第二 CMOS开关22C中的漏电流
的量相关的第二 CMOS开关22C的物理特性。这使得有可能减小第一 CMOS开 关20C的物理特性与第二 CMOS开关22C的物理特性之间的差异对平滑电路 104B的紋波电压滤波特性的影响。在该实施例及其特定实例中，第一和第二电容器16和18相互并联地电 连接在差分放大器10的负输入端子和输出端子之间。本发明不限于该结构。具体地，三个或者更多的电容器可以相互并联地电连接在差分放大器10 的负输入端子和输出端子之间。 一对开关20和22可以与这三个或者更多的 电容器中的每个电容器的两个电极电连接.在变型配置中，即使紋波电压的 频率(周期)随着交流发电机1的RPM的改变而改变，与这三个或者更多的 电容器中的一个的两个电极电连接的至少一对开关20和22的同时导通和关 断开关操作也可以有效地从交流发电机1的输出电压(监控电压Vm)中消除 紋波电压。尽管已经描述了目前所考虑的本发明的实施例和变型，但是应该理解， 可以对其进行未被描述的各种修改，并且在所附权利要求中意欲涵盖落入本 发明的实际精神和范围内的所有这些修改。
权利要求
1. 一种用于平滑发电机的输出电压的系统，所述输出电压包含频率分量，所述系统包括滤波电路，所述输出电压被输入到所述滤波电路，所述滤波电路包括 第一电容器，其具有相反的第一和第二电极； 第二电容器，其具有相反的第三和第四电极；第一开关，其与所述第二电容器的第三电极串联电连接；以及第二开关，其与所述第二电容的第四电极串联电连接，串联连接 的所述第一开关、所述第二电容器和所述第二开关组成串联电路，所述串 联电路与所述第一电容器并联电连接；以及控制电路，其电连接到所述滤波电路的所述第一和第二开关，并且被 配置成控制所述第 一和第二开关基本上同时导通和关断，从而4吏所述滤波 电路从所述输出电压中滤除所述频率分量。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中所述滤波电路包括 差分放大器，其具有负输入端子、正输入端子和输出端子； 第一电阻器，其电连接在所述差分放大器的负输入端子和所述控制电第二电阻器，其电连接在所述差分放大器的负输入端子和输出端子之 间，所述第一电容器和所述串联电路与所述第二电阻器并联地电连接在所 述差分放大器的负输入端子和输出端子之间。
3. 根据权利要求l所述的系统，其中所述滤波电路包括半导体衬底， 并且所述第 一和第二开关中的每个包括形成在所述半导体衬底上的半导 体开关元件。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中所述第一和第二开关中的每个 由MOSFET构成。
5. 根据权利要求3所述的系统，其中所述第一和第二开关分别由第 一和第二 CMOS开关构成，所述第一和第二 CMOS开关中的每个包括N沟道 MOSFET和P沟道M0SFET，所述P沟道M0SFET的源极和漏极公共连接到所 述N沟道MOSFET的源极和漏极。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中所述第一 CMOS开关的N沟道 MOSFET和所述第二 CMOS开关的N沟道MOSFET形成于在半导体衬底中隔 离分割的第一岛中，并且所述第一 CMOS开关的P沟道MOSFET和所述第二 CMOS开关的P沟道MOSFET形成于在半导体衬底中隔离分割的第二岛中。
7. 根据权利要求1所述的系统，其中所述发电机包括转子并且用以 基于所述转子的旋转而产生所述输出电压，所述控制电路包括转数检测器，其被配置成检测所述发电机的转子的转数；以及在工作时连接到所述转数检测器的单元，其被配置成基于所检测的所述发电机的转子的转数，控制所述第一和第二开关基 本上同时导通和关断。
8. 賴4t权利要求7所述的系统，其中所述单元被配置成当所检测的所述发电机的转子的转数等于或高于预定的转数时，将所 述第 一和第二开关从关断转换到导通。
全文摘要
本发明公开了一种用于平滑发电机的输出电压的系统。在该系统内，发电机的输出电压被输入到滤波电路。滤波电路包括具有相反的第一和第二电极的第一电容器、具有相反的第三和第四电极的第二电容器、与第二电容器的第三电极串联电连接的第一开关以及与第二电容器的第四电极串联电连接的第二开关。串联连接的第一开关、第二电容器和第二开关的串联电路与第一电容器并联地电连接。控制电路电连接到滤波电路的第一和第二开关。控制单元被配置成控制第一和第二开关基本上同时导通和关断，从而使得滤波电路从输出电压中滤除频率分量。
文档编号H02P9/14GK101123411SQ20071014385
公开日2008年2月13日 申请日期2007年8月3日 优先权日2006年8月7日
发明者冈原秀登, 浅田忠利 申请人:株式会社电装