专利名称：用于交流发电机的同步整流器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于交流发电机的同步整流器装置。
很明显，为遵守在今后的几年中将要生效的新法规，尤其是与污染有关的法规，今后汽车需要越来越多的电能以便工作在最佳状态。
本发明提出一种整流器装置，它有助于这一目标的实现，特别是通过降低整流器的损耗和定子和转子的铁损耗，使交流发电机的效率和输出能力得以提高。本发明提出的装置还可以利用防止低电平电流下的非线性开关来减少交流发电机的磁噪声。
用格里茨全波整流桥对汽车多相交流发电机的输出电压进行整流是标准作法，该格里茨全波整流桥含有利用电枢的各相电压同步控制的开关电路。
与此相关的参考资料有专利申请EP-665.637和EP-762.596。
所用开关通常是浓缩的(enriched)N沟道绝缘栅场效应管(通常叫作MOSFET)。与使用二极管的格里茨桥相比，使用开关的桥具有减少接线端上的直流电压降的优点。
但是，用于汽车的上述类型的整流桥工作在经受极高度干扰的电气环境中，这可能导致在开关控制方面的混乱。
本发明的目的是提供一个可以减轻上述缺陷的整流器装置。
本发明提出的装置还具有成本非常低和能够耐高温的优点。
按照本发明，提供一种用于对多相交流发电机的输出电压进行整流的装置，包括适于连接到交流发电机的不同相线上的受控开关格里茨桥，和用于控制所述开关以产生整流电压的控制单元，其中所述控制单元包括二极管型元件的格里茨桥，此桥产生用于控制受控格里茨桥的开关的信号。
二极管型元件优选双极晶体管的基-射结。
例如，所述双极晶体管的发射极接到交流发电机的相线上，它们的集电极接到用于对集电极电压或电流进行整形的电路中，该集电极电压或电流用于控制开关桥的开关。
在第一实施例中，其发射极接在相同相线上的两个晶体管的基极接在地与受控开关桥的整流输出之间。
在另一实施例中，该装置包括电压调整电路，其接线端上接有两个晶体管的基极，这两个晶体管的发射极接在相同相线上。
例如，电压调整电路最好包括可变阻抗单元，尤其是可变电阻单元。
该装置最好包括用于保护双极晶体管基-射结的二极管。
受控开关优选MOSFET类型。
例如，用于对集电极电压或电流进行整形的单元包括电压补偿单元，该集电极电压或电流控制格里茨桥正开关的栅极。
本发明的其它特征和优点将从下面的说明性和非限制性的描述和附图中进一步显现出来。
图1是根据本发明的整流器装置的一个实施例的方框图。
图2是图1中Q框的方框图。
图3是图1所示装置的一种实现方式的电路图。
图1表示用在汽车上的三相交流发电机的三个绕组的三个输出相Ph1、Ph2和Ph3。
图1所示的整流器装置跨接在地和整流输出之间，该整流输出上产生一个电压B+alt，它例如用于给汽车电瓶充电。
该装置包括一个受控开关格里茨桥形式的功率桥(power bridge)(从属桥)M，用于对相线Ph1、Ph2和Ph3上的电压进行整流。
该装置中还包括一个下面称为镜像桥(image bridge)的低功率电路Q(即电路所通电流小于100mA)。镜像桥Q是一个带有二极管或等效元件的格里茨桥，其中各个半桥的中间点接在各相线Ph1、Ph2和Ph3上，而这些半桥末端的电位控制桥M的开关。
上述类型的结构综合了格里茨二极管桥和格里茨开关桥的优点具有开关二极管固有的开关的优点，而没有任何输出电压下降，因为格里茨开关桥的特点是有非常低的电压降，特别是当开关为MOSFET类型时。由于镜像桥Q，使开关被用非常可靠的方法控制镜像桥Q以基本上与标准二极管桥同样的方式起作用，并将控制信息即刻传送给从属桥M的开关。这样，开关被用一种特别可靠的方式控制，因此能够开环工作而不需要电反馈。
桥Q的臂中的二极管最好是用双极晶体管的基-射结。
例如，如图2所示，被接在相同相线Ph上的格里茨桥的两个二极管是两个双极晶体管1和2的基-射结，晶体管1和2分别为PNP型和NPN型，它们的发射极接在所述相线Ph上，它们的基极或者跨接在地和桥M的整流输出之间，或者连接到电压参考电路3的接线端上，电压参考电路3接收功率桥M的整流输出。
上述类型的电路3把晶体管1和2的基-射结导通门限电压作为受控电位而不是作为电位B+alt和地电位。
晶体管1和2的集电极产生控制信号。它们分别接到电路4和5中，该电路4和5控制连接到同一相线上的桥M中的两个开关上，电路4控制正开关MP(即接到整流电压线B+alt上的开关)，电路5控制负开关MN(即接到地上的开关)。
标准基-射结不能耐12伏以上的电压。为了防止晶体管1和2的雪崩击穿，最好加上保护二极管D4和D5，例如，首先在晶体管1的基极和电压参考电路3之间加上在从所述基极到所述电路3的方向上导通的保护二极管，第二在晶体管2的发射极和相线Ph之间加上在从所述发射极到所述相线的方向上导通的保护二极管。
或者选择晶体管1和2，使它们的基-射结能够承受30V以上的电压，在这种情况下串联二极管就不再需要，尤其是如果相电压在11伏的数量级时。
为控制MOSFET开关MP和MN的栅极，电路4和5对与双极型晶体管1和2的集电极电压相应的信号进行整形。
用于控制负开关MN的栅极的电路4例如是一个标准信号整形装置。
用于控制正开关MP的栅极的电路5包括一个用于将电位升高到在交流发电机输出电压B+alt之上的电压补偿装置。
图3是构成本发明的一个实施例的整流电路的完整的电路图。
在图3中正开关M1P、M2P、M3P和负开关M1N、M2N和M3N分别接到与图1中的M桥相对应的受控开关格里茨桥的相线Ph1、Ph2和Ph3上。注意，功率开关可以由一个或更多的MOSFET管并联组成。
分别接到三相中每一相上的构成Q桥的二极管的晶体管在与图2中的晶体管1相对应的情况下用Q11、Q21和Q31表示，在与晶体管2相对应的情况下用Q12、Q22、Q32表示。
稳压电路3包括电容C1，它并接在固定电阻R2和最好是可变电阻的电阻POT上。这个支路的一端通过一个电阻R1和一个在从所述整流输出到所述支路的方向上导通的二极管D1接在交流发电机的整流输出电压(电压B+alt上)，这个支路的另一端通过电阻R3和在从所述支路到地的方向上导通的二极管D2连接到地端。
晶体管Q11、Q21、Q31的基极通过与相应电阻R11、R21、R31串联连接的各二极管D11、D21、D31，接到支路D1、R1和支路C1、POT、R2之间的公共点上。
晶体管Q12、Q22、Q32的基极通过与相应的电阻R12、R22、R32串联连接的各二极管D15、D25、D35接在支路D2、D3和支路C1、POT、R2之间的公共点。
选择并调节上述电阻的值，特别是当其为可变电阻器时的电阻POT的值，以便达到对开关M1P、M2P、M3P、M1N、M2N、M3N的开关时间的精细调节，并优化它们的导通时间。这可以使机器的效率优化，并且防止由于从属桥的一个臂上的两个开关同时导通造成的瞬间短路，这种短路可能使交流发电机的两相短路。
用于对晶体管Q12、Q22、Q32集电极电流进行整形的电路5包括电阻R19、R29、R39，它们接在PNP晶体管Q14、Q24、Q34的基极上，晶体管Q14、Q24、Q34的发射极接在整流电压线上。
晶体管Q14、Q24、Q34的集电极经由电阻R121、R221、R321接地。同时还接到NPN晶体管Q16、Q26、Q36的基极上，晶体管Q16、Q26、Q36的集电极接到整流电压线上，发射极控制各MOFET开关M1N、M2N、M3N的栅极。
用于控制和整形晶体管Q11、Q21、Q31的集电极上的输出信号的电路4包括NPN晶体管Q13、Q23、Q33，它们的基极通过R13、R23、R33与所述集电极相接。该晶体管的发射极接地。它的集电极经由电阻R14、R24、R34与晶体管Q15、Q25、Q35的基极相接。晶体管Q15、Q25、Q35基极还经由一个电路接到整流电压线上，该电路包括串联的电阻R12、R22、R32，二极管D13、D23、D33和电阻R10、R20、R30，所述二极管从所述整流电压线到所述基极的方向导通。
晶体管Q15、Q25和Q35的集电极经由电阻R15、R25和R35控制晶体管M1P、M2P、M3P的栅极。这一集电极经由电阻R16、R26和R36又接到相线Ph1、Ph2和Ph3上。这些晶体管的发射极经由电容C12、C22和C32与所述相线相接，并且与电阻R12、R22、R32和二极管D13、D23和D33之间的公共点相接。
为了实现控制正开关的目的，上述类型的电路4通过补偿电压电平对来自镜像桥Q的信号进行整形。
图3所示的电路类型具有减少桥的二极管中的传导损失和机器定子中感生的电动势的优点。根据工作条件，总的效率提高可在10％以上。
因为开关被有效地控制，与交流发电机的速度和输出无关，因此根据本发明的整流器装置具有能够使交流发电机有一个较低的初始速度并且在低速下具有较高输出的优点。
还能减少发电机的音频噪声和铁损耗。
注意，前面描述的装置还有一个优点是它适合于集成到ASIC中。
根据本发明的装置的另一个优点是，其开关控制电路具有产生汽车交流发电机型同步机器的波形的能力，即使那些波形远不同于传统的三相AC线电压的波形，特别是因为它们包括有许多谐波，各绕组的阻抗经常不平衡，并且一台交流发电机与另一台发电机的频率、输出、波形等可能非常不同。
上述所有特征提高了交流发电机的总性能，在产生同等电功率的情况下降低了燃料消耗。
权利要求
1．一种用于对多相交流发电机的输出电压进行整流的装置，包括适于连接到交流发电机的不同相线(Ph1,Ph2,Ph3)上的受控开关格里茨桥(M)，和用于控制所述开关以产生整流电压的控制单元(Q)，其中所述控制单元(Q)包括二极管型元件的格里茨桥，该桥产生用于控制受控格里茨桥(M)的开关的信号。
2．如权利要求1的装置，其特征在于，所述二极管型元件为双极晶体管(1,2)的基-射结。
3．如权利要求2的装置，其特征在于，所述双极晶体管(1,2)的发射极接到交流发电机的相线上，而它们的集电极接到用于对集电极电压或电流进行整形的电路中，该集电极电压或电流用于控制开关桥的开关。
4．如权利要求2的装置，其特征在于，其发射极接在相同相线上的两个晶体管(1,2)的基极接在地与受控开关桥的整流输出之间。
5．如权利要求2的装置，其特征在于，包括电压调整电路(3)，具有接在两个晶体管(1,2)的基极上的接线端，该两个晶体管的发射极接在相同相线上。
6．如权利要求5的装置，其特征在于，电压调整电路(3)包括可变阻抗单元。
7．如权利要求6的装置，其特征在于，所述电路(3)包括可变电阻单元。
8．如权利要求2的装置，其特征在于，包括用于保护双极晶体管的基-射结的二极管。
9．如权利要求1的装置，其特征在于，受控开关为MOSFET类型。
10．如权利要求2的装置，其特征在于，受控开关为MOSFET类型，而用于对集电极电压或电流进行整形的单元包括电压补偿单元，该集电极电压或电流控制格里茨桥正开关的栅极。
全文摘要
一种用于对多相交流发电机的输出电压进行整流的装置,包括适于连接到交流发电机的不同相线上的受控开关格里茨桥(M),和用于控制所述开关以产生整流电压的控制单元(Q),其中控制单元(Q)包括二极管型元件的格里茨桥,该桥产生用于控制受控格里茨桥(M)的开关的信号。
文档编号H02J7/14GK1223499SQ9812468
公开日1999年7月21日 申请日期1998年10月15日 优先权日1997年10月15日
发明者多米尼克·塞比耶 申请人:瓦莱奥电机设备公司