整流器裝置的製作方法

2023-08-09 21:32:31

專利名稱：整流器裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於機動車的發電機的整流器的設計。在尤其是機動車中的三相發電機或發電機中為了整流通常使用B6交流電橋作為整流器。在此，作為整流元件通常使用由矽製成的6個pn半導體二極體。圖1示出這種裝置的一個示例。
背景技術：
有時也使用包含多於6個二極體的交流電橋。例如，在非常大的電流下使用具有並聯的二極體的電橋。在圖2中作為電路圖示出了一種可能的布置。在此，半導體二極體通常設計為Z 二極體。所述情形體現為兩種電路圖。完整的發電機系統除三相發電機和交流電橋以外還包含電壓調節器，所述電壓調節器負責經整流的電壓具有確定的值——例如14. 3V。在此，電壓調節器控制發電機的勵磁電流。如果發電機電壓超過所期望的值，則調節器中斷勵磁電流。勵磁減弱，並且發電機電壓下降。如果發電機電壓低於一個下給定值，則調節器又接通勵磁電流。勵磁電流通過滑環輸送給發電機的勵磁繞組。具有多功能調節器的發電機直接從正端子B+獲取勵磁電流。電壓調節器的元件通常單片地集成在矽中。在起動情形中，調節器接通由電池饋給的預勵磁電流。一旦發電機的轉子轉動，則調節器在相連接端子上檢測電壓信號Up。根據其頻率，調節器可以導出發電機轉速。在達到所調節的接通轉速時，調節器接通完全的勵磁電流，使得發電機開始輸送電流。為了電壓調節器識別轉子的轉速，相信號的交流分量Up_AC必須具有一定的最小電壓。此外，相信號的直流分量Up_DC通常不允許超過一個確定的閾值，因為調節器的分析處理電路往往僅僅在直到一個確定的電壓值時才工作。這樣，最小所需的相交流電壓Up_AC 例如可以為3伏特(從峰值到峰值地測量)，並且最大出現的直流分量Up_DC為8伏特。在預激勵周期期間，在發電機尚沒有將電流輸送到車載電網中時或者在尚未進行整流時，相電壓的直流電壓值和交流電壓值受整流器二極體的截止電流影響。在所述運行狀態中，在端子B+上存在電池電壓UB。如果同樣的截止電流流經這些二極體(串聯電路)， 則相電壓為Up_DC = UB/2。在此假設調節器在相抽頭與地之間的內阻無限大。通常不是這樣的情形，而是調節器在相抽頭與地之間具有例如I-IOOkQ的電阻。所述電阻例如在根據圖1的示例中與二極體D3並聯。但對於進一步考慮，出於清楚的原因應忽略其影響。由矽構成的pn 二極體的截止電流頂的變化曲線與溫度極為相關並且隨著截止電壓升高而增大。詳細內容可參考施敏(S. M. Sze)的《半導體器件物理學》(Physics of Semiconductor Devices)(約翰威立出版社，紐約，1981年，第91頁)。這也在圖3中示出。因為正二極體和負二極體是分別串聯的，所以相電壓Up_DC在正二極體和負二極體處於不同溫度的位置時發生變化。在正二極體的截止電流較高時，在極端情況下相電壓的直流分量Up_DC可以具有超過最大允許閾值的值。這導致調節器未識別起動轉速或者識別起動轉速過晚，並且發電機未接通或者在更高的轉速時接通。
不利的是，由於例如由不同的二極體溫度引起的pn 二極體的不同截止電流，相電壓的直流分量Up_DC可能升高超過最大允許值並且由此不再保證發電機的起動特性。在us-7，084，610 B2中描述了一種用於車輛的發電機裝置，其中，作為整流器電橋使用由肖特基二極體構成的B6電橋。為了限制電壓，使用在截止方向上連接的Z 二極體。 因此，所述Z二極體相對於來自發電機的幹擾和相對於幹擾脈衝限制運行電壓。

發明內容
本發明具有如下優點消除了以上所述的現有技術的缺點。在此，藉助根據本發明的解決方案可以保證相電壓Up_DC的直流分量可靠地保持在小的電壓值上。如果替代pn整流器二極體使用其截止電流在電池電壓UB以下的電壓範圍中實際上沒有顯示出與截止電壓的相關性的整流元件，則通過整流器的合適設計可以保證在調節器的預激勵周期期間，直流相電壓可靠地保持在一定的閾值以下。尤其是如下新型肖特基二極體適於作為合適的整流元件在所述新型肖特基二極體中，截止電流的與電壓相關的分量可以在很大程度上被抑制。截止飽和電流是恆定的。示例是溝槽MOS勢壘結二極體(Trench-MOS Barrier-Junction Dioden) (TMBS 二極體)或者溝槽結勢壘肖特基二極體 TJBS。


附圖分別示出圖1 :B6電橋整流器裝置的電路圖，圖2 具有並聯的二極體的B6電橋整流器裝置的電路圖，圖3 :pn 二極體的典型截止特徵曲線。在此，二極體D3+處於比二極體D3-更高的溫度上，並且由結構或製造決定地具有更高的截止電流，圖4 根據本發明的具有與電壓無關的截止飽和電流的整流器元件的典型截止特徵曲線。在此，元件D3-具有比D3+更高的截止電流。同樣繪出了在與電壓無關的元件串聯在具有電池電壓UB的電池與地之間時可忽略小的相電壓Up_DC，以及圖5 在pn 二極體與根據本發明的具有與電壓無關的截止電流的整流器元件組合時整流器中的典型截止特徵曲線。在此，元件D3-在從OV至UB的整個電壓範圍內具有比 pn 二極體D3+更高的截止電流。同樣繪出了在與電壓無關的元件串聯在具有電池電壓UB 的電池與地之間時可忽略小的相電壓Up_DC。
具體實施例方式具有可能的替代方案的本發明的結構和功能的詳細描述在圖4中繪出根據本發明的、與截止電壓無關的整流器元件的與圖3類似的電流電壓特性。在此清楚的是，在兩個這樣的元件串聯時電池電壓UB幾乎完全在具有較低的截止電流的元件上下降，因為大致相同的電流13流經兩個二極體。在第一實施例中，在根據圖1或圖2的整流器裝置中使用TMBS 二極體，其中，至少正二極體D3+、但優選所有正二極體Dl+至D6+具有比負二極體D3-或者所有負二極體 Dl-至D6-低得多的截止飽和電流。由於正二極體的更低的截止電流，在根據圖1或圖2的正二極體和負二極體串聯時在負二極體中不會達到二極體截止飽和電流。負二極體上的電壓降保持較低。由此，相信號的直流分量Up-DC非常小。在另一實施例中，在整流器裝置中又使用具有與電壓無關的截止飽和截止電流的整流元件——例如TMBS 二極體，然而如此實施整流器的熱學設計，使得負二極體優選安置在整流器的熱區域上。因為截止飽和電流隨溫度增大，所以負二極體的截止飽和電流進一步提高並且由此相電壓Up_DC可靠地保持小的值。在第三實施例中，pn 二極體與具有與電壓無關的截止電流的整流元件——例如 TMBS 二極體組合。在此，根據圖1或圖2的整流器的負二極體配備TMBS 二極體而正二極體配備傳統的pn 二極體。如此選擇TMBS 二極體和pn 二極體的截止電流，使得在OV至UB 的範圍內對於所有出現的二極體溫度TMBS 二極體的截止飽和電流高於pn 二極體的截止電流。這在圖5中闡明。在第四實施例中，在根據圖2的、包含並聯的TMBS 二極體的整流器中，並聯的二極體對中的至少一個由pn 二極體和TMBS 二極體的並聯電路替代。在此，又如此選擇TMBS 二極體和Pn 二極體的並聯元件的截止電流，使得在OV至UB的範圍內對於所有出現的二極體溫度TMBS 二極體的截止飽和電流高於pn 二極體的截止電流。如此設計整流器，使得對於具有並聯的Pn 二極體和TMBS 二極體的二極體對選擇負二極體並且相應的正二極體具有更低的截止電流。
權利要求
1.整流器裝置，尤其是用於發電機的整流器裝置，所述整流器裝置具有電橋裝置，所述電橋裝置具有可預給定數量的整流器元件，其特徵在於，至少一個整流器元件(D1+-D6-) 是具有至少在一可預給定的區域中與截止電壓無關的特徵曲線的整流器元件。
2.根據權利要求1所述的整流器裝置，其特徵在於，所述整流器元件(D1+-D6-)是正二極體和負二極體。
3.根據權利要求2所述的整流器，其特徵在於，所述負二極體中的至少一個具有比相應的正二極體更高的截止飽和電流。
4.根據以上權利要求中任一項所述的整流器裝置，其特徵在於，所述負二極體中的至少一個被置於所述整流器中的溫度升高的位置上。
5.根據以上權利要求中任一項所述的整流器裝置，其特徵在於，至少一個整流器元件 (D1+-D6-)由傳統的整流器元件替代。
6.根據以上權利要求中任一項所述的整流器裝置，其特徵在於，至少一個正二極體由傳統的pn 二極體替代。
7.根據以上權利要求中任一項所述的整流器裝置，其特徵在於，至少一個整流器元件 (D1+-D6-)包含兩個整流器元件的並聯電路，其中，並聯的整流器元件中的至少一個由pn 二極體與具有與截止電壓無關的特徵曲線的整流器元件的組合構成。
8.根據以上權利要求中任一項所述的整流器裝置，其特徵在於，TMBS二極體用作具有與截止電壓無關的特徵曲線的整流器元件(D1+-D6-)。
9.根據以上權利要求中任一項所述的整流器裝置，其特徵在於，TJBS二極體用作具有與截止電壓無關的特徵曲線的整流器元件(D1+-D6-)。
10.根據以上權利要求中任一項所述的整流器裝置，其特徵在於，具有與截止電壓無關的特徵曲線的整流器元件(D1+-D6-)是通過電子電路實現的。
全文摘要
整流器裝置，尤其是用於發電機的整流器裝置，所述整流器裝置具有電橋裝置，所述電橋裝置具有可預給定數量的整流器元件，其中，至少一個整流器元件是具有至少在一可預給定的區域中與截止電壓無關的特徵曲線的整流器元件，並且例如負二極體中的至少一個被置於所述整流器中的溫度升高的位置上。
文檔編號H01L29/872GK102598496SQ201080034432
公開日2012年7月18日 申請日期2010年6月9日 優先權日2009年8月5日
發明者A·格拉赫, M·沃爾法思 申請人:羅伯特·博世有限公司