用於平滑發電機的輸出電壓的系統的製作方法

2023-12-10 22:13:42 2

專利名稱：用於平滑發電機的輸出電壓的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於平滑發電機的輸出電壓的發電機控制系統。
背景技術：
在可安裝在車輛中的交流發電機中，當交流發電機的轉子旋轉時，纏繞 在轉子的芯上的場繞組在被供給場電流時產生磁通量，並且所產生的磁通量 磁化所述芯以提供場磁極。場磁極的旋轉產生磁通量，並且所產生的磁通量在纏繞在面對轉子芯的 定子芯上的三相定子繞組內感應出三相交流電壓.將三相交流電壓整流，使 得產生直流電壓作為交流發電機的輸出電壓。在這種交流發電機中， 一個相電壓在相上與另外的相電壓不同，並且因 此在三相繞組中所感應出的三相交流電壓的整流可能引起紋波電壓出現在 輸出電壓上.因此，紋波電壓的周期根據交;;ML電機(轉子)的轉數而改變。在控制交;;UL電機的輸出電壓中，消除出現在交;^電機的輸出電壓上 的紋波電壓是重要的。這種用於從交流發電機的輸出電壓中消除紋波電壓的裝置的實例公開在日本未經審查的專利公開No. H02-51398中。公開在該日本未經審查的專利出版物中的紋波電壓消除裝置提供有控 制電路，該控制電5^制要提供給同步發電機的場繞組的場電流，從而將同 步發電機的負反饋輸出電壓調節到一常數值。具體地,控制電路包括濾波器。該濾波器包括差分放大器、連接在該差 分放大器的負輸入端子和輸出端子之間的電阻器、多個電容器和開關。
各個電容器中的每個電容器的一個電極與同步發電機的輸出電壓被輸 入到的負輸入端子電連接，並且開關與差分放大器的輸出端子電連接，該開 關工作以選擇各個電容器的其他電極中的任何一個與差分放大器的輸出端 子電連接。利用控制電路的配置，電容器與差分放大器的輸出端子電連接的改變允 許調整反饋迴路中的滯後相和超前相，因此有效地從同步發電機的輸出電壓 濾除掉紋波電壓。這使得改進控制電路的電壓調節特性成為可能。在控制電路的結構中，開關僅與任何一個電容器的另一個電極連接。控制電路通常被設計為IC。在控制IC中，開關通常包括半導體開關元件，如電晶體。當作為車輛的一部分在高溫環境下使用控制IC時，流過電流不應該流過的半導體開關元件的區域的漏電流不能被忽略。這引起控制電路的電壓調 節特性惡化，例如，在帶有其差分放大器包括一對電流鏡像電晶體的濾波器的控制IC中，可能出現漏電流從與電容器之一相連接的開關流到控制ic的半導體襯 底。漏電流的出現可能引起流過電流鏡像電晶體中的一個的電流與流過電流鏡電晶體中的另一個的電流失配。這可能引起控制IC的紋波電壓濾波特性 惡化，因此在沒有漏電流出現在控制IC中的情況下應該被消除的其中一些紋波電壓保留在輸出電壓中。這可能引起控制電路的電壓調節特性變差。發明內容鑑於所述背景，本發明至少一個方面的目的^L提供用於平滑發電機的輸出電壓的發電控制系統；這些系統適於與在該系統的至少部分中漏電流的出 現無關地，在平滑輸出電壓時改進濾除出現在輸出電壓上的紋波電壓的特 性。根據本發明的一個方面，提供了 一種用於平滑發電機的輸出電壓的系 統。輸出電壓包括頻率分量。該系統包括輸出電壓被輸入到其中的濾波電路。 濾波電路包括具有相反的第 一和第二電極的第 一電容器、具有相反的笫三和 第四電極的第二電容器、與第二電容器的第三電極串聯電連接的第一開關以 及與第二電容器的第四電極串聯電連接的第二開關。串聯連接的第一開關、 第二電容器和笫二開關組成串聯電路。該串聯電路與第一電容器並聯電連 接。該系統包括控制電路，該控制電M電連接到濾波電路的第一和笫二開
關並且被配置成控制第 一和第二開關基本上同時地導通和關斷，從而？I起濾 波電路從輸出電壓濾除頻率分量。


本發明的其他目的和方面將參考附圖從下面對實施例的描述中變得清楚，其中圖1是示意性地圖示根據本發明實施例的包括交i復電機和發電控制單 元的發電控制系統的結構的實例的電路圖；圖2是示意性地圖示在圖1中所示的平滑電路的結構的實例的電路圖；圖3是示意性地圖示在圖2中所示的平滑電路的變型的特定結構的實例 以便清楚示出其上漏電流的影響的電路圖；圖4是示意性地圖示在圖2中所示的使用第一和第二P溝道MOS FET作 為第一和第二開關的平滑電路結構的特定實例的電路圖；圖5是示意性地圖示使用第一和第二 CMOS開關作為第一和第二開關的 平滑電路結構的另一特定實例的電路示意圖；以及圖6是示意性地圖示包括在公共半導體襯底上所形成的第一和第二CMOS 開關的平滑IC配置的實例的視圖。
具體實施方式
在下文中將參考附圖描述本發明的實施例。在附圖中，同樣的參考字符 被用於表示同樣的相應部件。參考圖1，這裡提供了根據本發明的實施例的發電系統PS;這個發電系 統PS被預先安裝在車輛中。發電系統PS包括作為發電機的實例的交流發電機1，和用以將交流發電 機1的輸出電壓調節到例如14V的目標電壓的發電控制單元2;該交流發電 機l被預先安絲車輛中。交流發電機1具有端子B，其中電池3的正端子和其他電負栽(未示出) 與交流發電機l的端子B連接。交流發電機l的端子B作為其輸出端子。具 體地，發電控制單元2用以控制交流發電機1的輸出端子上的電壓以將其設 置為目標電壓.
在該實施例中，當電池3被完全充電時，電池3的正端子電壓是12V,交流發電機1配置有場繞組(勵磁繞組)201，其纏繞在轉子的芯上， 以便在被通電時產生交替排列的場磁極(北極和南極)。該轉子通過可隨其 轉動的帶耦合到引擎的曲軸，交流發電機1提供有三相定子繞組202和整流器203，其中三相定子繞 組202例如以星形配置連接，並且纏繞在圍繞轉子的定子芯上，並且整流器 203包括例如三對以橋的形式連接的正(高側)和負(低側)二fel管。具體 地，每對中的正和負二極體在連接點處串聯連接，並且三對二極體的連接點 分別與三相定子繞組202的引線相連接。高側J^fel管的陰極共同與交^JL電機l的輸出端子B相連接，並且低側 二極體的陽極共同與交流發電機l的地端子相連接，其中交流發電機l的地 端子例如作為其公共信號(信號地)。勵磁繞組201的一端與高側二極體的陰 似目連接。在交;^1電機1中，當場繞組201在轉子旋轉的同時被通電時，旋轉的 場繞組201產生磁通量。所產生的磁通量使定子芯磁化，以提供場磁極。場磁極的旋轉產生磁通量，並且所產生的磁通量在三相定子繞組202中 感應出三相交流電壓。整流器203將在定子繞組202中所感應出的感應三相 交流電壓全波整流成直流(DC)電壓。全波整流的DC電壓通過輸出端子B 被輸出，使得所輸出的DC電壓被提供給電池3和電負栽。流的量。發電控制單元2提供有作為驅動開關元件實例的驅動電晶體100、續流 二極體(flywheel diode) 101、第一電阻器102、第二電阻器103、平滑電路 104、基準電壓產生器105、笫一電壓比較器106、笫二電壓比較器108、電 壓控制器107、轉數檢測器109和標準電壓產生器110。驅動電晶體100、續 流二極體IOI、第一和第二電阻器102和103、平滑電路104、第一電壓比較 器106和電壓控制器107作為電壓調節器VR。NPN電晶體被用作驅動電晶體100。驅動電晶體100的基極與電壓控制器107的輸出端子電連接，並且其集 電極通過續流二極體101與交流發電機1的輸出端子B相連接。驅動電晶體 100的發射極與交流發電機1的地端子相連接。驅動電晶體100的集電極還 與場繞組201的另一端相連接。
續流二極體101在其陰極連接到交^UL電機1的輸出端子B,並且在其 陽極連接到驅動電晶體100的集電極，以與場繞組201並聯。具體地，當驅動電晶體100變為導通時，基於交;;IL^電機1的輸出端子 B處的電壓，場電流流過場繞組201。相反，當驅動電晶體IOO變為關斷時， 場電流繼續流過續流二極體101。笫一電阻器102的一端與交流發電機1的輸出端子B電連接。第一電阻 器102的另一端在抽頭Tl處與第二電阻器103的一端電連接，並且第二電 阻器103的另一端與交流發電機1的地端子電連接。具體地，第一和第二電阻器102和103作為分壓器，其用以棉^據第一和 第二電阻器102和103的比來分配交流發電機1的輸出端子處的電壓，從而 在抽頭Tl處產生用於監控交流發電機1的輸出端子B處的電壓的監控電壓 Vm。例如，當第一和第二電阻器102和103分別具有電阻R1和R2時，監控 電壓Vm由下面的方程式表示其中VB代表交流發電機1的輸出端子B處的電壓。抽頭T1與平滑電路104的輸入端子IN電連接(見圖2)。平滑電路104 的輸出端子與第一電壓比較器106的負輸入端子(-)電連接。該電結構允許在抽頭Tl處的監控電壓被輸入到平滑電路104的輸入端 子IN。平滑電路104用以平滑輸入到其輸入端子IN的監控電壓Vm，以輸出經 平滑的監控電壓Vm給第一電壓比較器106的負輸入端子。第一電壓比較器106的正輸入端子(+ )與基準電壓產生器105電連接。基準電壓產生器105用以產生基本上等於目標電壓的基準電壓Vr。具體 地，基準電壓產生器105用以通過將目標電壓乘以相應的第一和笫二電阻器 102和103的電阻R1和R2的比"R2/(R1+R2)"來基於例如恆定電壓產生基 準電壓Vr。恆定電壓可以由電源電路產生。電源電路可以被安裝於發電系統 PS中，並且用以基於交流發電機l的輸出端子B處的電壓而產生恆定電壓。 作為電源電路，被安裝在車輛中的電池3或者其它電池可以被用來將恆定電 壓提供給基準電壓產生器105。基準電壓產生器105用以將所產生的基準電壓Vr輸出到第一電壓比較 器106的正端子。第一電壓比較器106的輸出端子與電壓控制器107的輸入端子電連接。當基於比較結果而確定了經平滑的監控電壓Vm高於基準電壓Vr時，笫 一電壓產生器106用以輸出具有低電平的控制信號。相反，當基於比較結果而確定了經平滑的監控電壓Vm低於基準電壓Vr 時，第一電壓產生器106用以輸出具有高電平的控制信號。電壓控制器107用以基於由控制信號的電平所確定的佔空比(佔空因 數)，將驅動信號提供給驅動電晶體IOO的基極以導通和關斷它。具體地，當控制信號的電平為低時，基於054或預先確定的接近於此的百 分比的佔空因數，電壓控制器107提供驅動信號給驅動電晶體100的基極， 以導通和關斷它.相反，當控制信號的電平為高時，基於100%或預先確定的接近於此的百 分比的佔空因數，電壓控制器107提供驅動信號給驅動電晶體100的基極， 以導通和關斷它。驅動電晶體100的佔空因數表示驅動電晶體100的導通持續時間與每個開關(導通和關斷)周期的比。例如，驅動電晶體100的100%的佔空因lt^示驅動電晶體100的導通持 續時間與每個開關(導通和關斷)周期的比被設置為100%。相反，驅動晶體 管IOO的0%的佔空因數表示驅動電晶體IOO的導通持續時間與每個開關(導通和關斷)周期的比祐:i殳置為0%。具體地，在該實施例中，當預設的基準電壓Vr大於監控電壓Vm時，基 於100%或在此附近的佔空因數，電壓控制器107將驅動信號提供給驅動晶體 管100的基極以導通和關斷它。這允許流過場繞組201的場電流的持續時間 增加，使得增加定子芯中的磁化力成為可能。這允許在三相定子繞組202中 所感應的三相電壓的幅值增加。在三相定子繞組202中所感應的三相電壓的增加允許在輸出端子B處的 交i議電機1的輸出電壓增加，使得依賴於交^iC電機1的輸出端子B處的 電壓的監控電壓增加。結果，當監控電壓Vm近似地達到預設的基準電壓Vr時，電壓控制器107 基於0%或者在此附近的佔空因數將驅動信號提供給驅動電晶體100的M以 導通和關斷它，從而減小要提供給場繞組201的場電流。
場電流的降低減小了交流發電機l的輸出電壓，使#^1賴於交流發電機1的輸出電壓的監控電壓Vm降低。這導致驅動信號基於100%或者在此附近 的佔空因數被提供給驅動電晶體100的l^l以導通和關斷它，從而增加要提 供給場繞組201的場電流。隨著依賴於交流發電機1的輸出電壓的監控電壓Vm的增加，場電流的 增加提高了交流發電機l的輸出電壓處的電壓。這些基於驅動電晶體100的佔空因數的控制的場電流控制操作允許交流 發電機1的輸出電壓被調節到預設的目標電壓。在交^L^L電機1的輸出端子 B處的經調節電壓被提供給電池3和其他電負載。另一方面，笫二電壓比較器108具有負輸入端子(-)、正輸入端子(+ ) 和輸出端子。標準電壓產生器110的輸出端子電連接到該負輸入端子(-)。第二電壓比較器108的輸出端子與轉數檢測器109的輸入端子電連接，標準電壓產生器110用以基於例如從電源電i^供的電壓，產生用於確 定交流發電機1的轉數的標準電壓。三相定子繞組202的一個相繞組與第二電壓比較器108的正端子電連 接。這允許三相定子繞組202的一個相電壓被輸入到第二電壓比較器108的 正端子。笫二電壓比較器108用以將所述一個相電壓與標準電壓進行比較。當基於比較結果而確定了所述一個相電壓等於或者大於標準電壓時，第 二電壓比較器108用以將具有低電平的轉數檢測信號輸出給轉數檢測器109 的輸入端子。相反，當基於比較結果而確定了所述一個相電壓低於標準電壓時，第二 電壓比較器108用以將具有高電平的轉數檢測信號輸出給轉數檢測器109的 輸入端子。轉數檢測器109用以基於轉數檢測信號的電平，檢測交流發電機1的轉 數，例如RPM。具體地，當交流發電機1的RPM等於或高於預定的RPM時，所述一個相 電壓等於或大於標準電壓，使得第二電壓比較器108用以將具有低電平的轉 數檢測信號輸出到轉數檢測器109。這允許轉數檢測器109將具有低電平的開關信號輸出到平滑電路104。 相反，當交流發電機l的RPM低於預定的RPM時，所述一個相電壓低於 標準電壓，使得笫二電壓比較器108用以將具有高電平的轉數檢測信號輸出 給轉數檢測器109。這允許轉數檢測器109將具有高電平的開關信號輸出給平滑電路104。換句話說，要從轉數檢測器109輸出給平滑電路104的開關信號的電平 根據交流發電機的RPM是否等於或高於預定的RPM而改變.圖2示意性地圖示了平滑電路104的電路結構的實例。參考圖2，平滑電路104提供有差分放大器10、第三電阻器12、第四電 阻器(反饋電阻器)14、第一電容器(反饋電容器)16、第二電容器(^Jt 電容器)18、第一開關20和第二開關22.至少平滑電路104被設計為IC，並且至少第一和第二開關20和22中的 每個由諸如雙極電晶體或MOS電晶體的至少一個半導體開關元件構成。第一 和第二開關20和22 ^L，沒計成在其被關斷期間引^本上相同量的漏電流流 動.差分放大器10具有負輸入端子(-)、正輸入端子(+ )和輸出端子。第 三電阻器12的一端與平滑電路104的輸入端子IN電連接，並且其另一端與 差分放大器10的負輸入端子電連接。這允許在抽頭Tl處的監控電壓Vm被 輸入到差分放大器10的負輸入端子。差分放大器10的正輸入端子與交^UL電機1的地端子電連接。第四電阻器14被電連接在差分放大器10的負輸入端子和輸出端子之 間。第一電容器16具有相反的電極，其中之一與差分放大器10的負輸入端 子電連接，並且其中的另一個與差分放大器10的輸出端子電連接。具體地，第四電阻器14和第一電容器16組成電連接在差分放大器10 的負輸入端子和輸出端子之間的第一併^i^饋電路17。第一開關20、第二電容器18和第二開關22按此順序相互串聯電連接， 以組成串聯電路。串聯電g電連接在差分放大器10的負輸入端子和輸出 端子之間而與並聯電路17並聯。因此，該串聯電路在以下將被稱為"第二 並M饋電路23"。第一和第二開關20和22分別具有控制端子CT1和CT2。第一和笫二開 關20和22的控制端子CT1和CT2與轉數檢測器109的輸出端子電連接。第一和第二開關20和22中的每一個被配置為在具有高電平的開關信號
被輸入到控制端子CT1和CT2中的對應一個時被關斷。第一和第二開關20和22中的每個的關斷狀態允許第一併聯反饋電路17 僅被連接在差分放大器10的負輸入端子和輸出端子之間。假定第一電容器16的電^R^示為Cl，並且第三和第四電阻器14和 16的電阻分別^l4示為R3和R4，在第一和第二開關20和22被關斷時，平 滑電路104的第一時間常數T 1由下面的方程式給出i: 1=R3C1 [1〗另外，在第一和第二開關20和22被關斷時，平滑電路104的增益Al 由下面的方禾呈式給出^一/ 31_ [2] 其中"f"代表在抽頭Tl處的監控輸出電壓Vm的頻率。相反，第一和第二開關20和22中的每個被配置為在具有低電平的開關 信號被輸入到控制端子CT1和CT2中的對應一個時被導通。第 一和第二開關20和22中的每個的導通狀態允許第 一和第二並M饋 電路17和23被連接在差分放大器10的負輸入端子和輸出端子之間。假定第二電容器18的電^ML^示為C2，在第一和第二開關20和22被 導通時，平滑電路104的第二時間常數T2由下面的方程式給出t 2-R4 (Cl+C2) [3]另外，在第一和第二開關被導通時，平滑電路104的增益A2由下面的 方程式給出爿2 = -i 3-^- [4]i 4 + 2; r(Cl + C2)如方程式[2]和[4]所示，監控電壓Vm的頻率越高，增益Al和A2越低。 這使得消除包含在監控電壓Vm中的高頻分量成為可能；這些高頻分量高於相應的截止頻率2 7TfCl或2 7Tf (Cl+C2)。具體地，當在第一和第二開關20和22被關斷的情況下監控電壓Vm被 輸入到差分放大器10的負輸入端子時，監控電壓Vm基於笫一時間常數Tl 由平滑電路104平滑，使得頻率高於截止頻率2TTfCl的紋波電壓可被有效 地從監控電壓Vm中消除。相反，當在第一和第二開關20和22被導通的情況下監控電壓Vm被輸 入到差分放大器10的負輸入端子時，監控電壓Vm基於第二時間常數T2由
平滑電路104平滑，使得高於截止頻率27Tf (Cl+C2)的紋波電壓可被有效 地從監控電壓Vm中消除。
如上所述，在該實施例中，即使紋波電壓的頻率(周期)隨著交流發電 機1的RPM的改變而改變，也可能有效地從交流發電機1的輸出電壓(監控 電壓Vm)消除紋波電壓。從差別的觀點，在第一和第二開關20和22被導通時由平滑電路104平 滑的監控電壓Vm的ilvl慢於在第一和第二開關20和22被關斷時由平滑電 路104平滑的監控電壓Vm的速度.如上所述，在根據該實施例的平滑電路104中，與第二電容器18的兩 個相反的電極電連接的第一和第二開關20和22的同時導通和關斷控制允許 選擇第一和第二時間常數t 1和t 2中的任何一個。
因此，當第一和第二開關20和22中的每個由設置在平滑IC 104上的 至少一個半導體開關元件例如雙極電晶體或者MOS電晶體構成時，在第一和 第二開關20和22的每個中出現漏電流的情況下，有可能使流過第一開關20 的漏電流與漏過第二開關22的漏電流基本上匹配。這可以防止平滑電路104 的紋波電路消除特性惡化。圖3示意性地圖示了變形的平滑電路104的特定結構的實例，以清楚地 示出在其上漏電流的影響。
在變形的平滑電路104中，差分輸出級10a與圖2所示的差分放大器10 分離，使得差分輸出級10a和差分放大器10的放大級10b被單獨地示出在 圖3中。
具體地，差分輸出級10a包括每個都具有相同特性的一對電流鏡像NPN 電晶體30和32、恆定電流源36和NPN電晶體34，該差分輸出級作為其輸 出緩衝器。
NPN電晶體30和32的基極被電連接在一起，並且其發射極也被電連接 在一起。NPN電晶體30和32的公共基極與例如第一電晶體30的集電極電連 接。
笫一併聯電路17和第二並聯電路23在NPN電晶體30和32的集電極之 間相互並聯電連接。應該注意，在圖3中第三和第四電阻器12和14的圖示 為了筒化而被省略。NPN電晶體30和32的發射極和NPN電晶體34的發射極與例如交流發電
機1的地端子電連接。NPN電晶體34的基敗在抽頭T2處與NPN電晶體32的 集電極電連接。NPN電晶體34的集電極與恆定電流源36的輸出電連接。NPN 電晶體34的集電極被引出作為變形平滑電路104的輸出端子OUT.變形平滑電路104的輸出端子OUT與變形平滑電路104的正輸入端子電 連接，並且其正輸入端子與NPN電晶體30的集電極電連接。變形平滑電路 104的負輸入端子與NPN電晶體32的集電極電連接。恆定電流源36用以將工作電流提供給NPN電晶體34的集電極，以便將 其偏置。NPN電晶體34用以將在抽頭T2處的電壓放大以輸出經放大的電壓 作為其集電極電壓。具體地，在變形平滑電路104的配置中，輸入到負輸入端子的監控電壓 Vm與輸入到變形平滑電路104的正輸入端子的輸出電壓之間的差分電壓由放 大級10b利用增益Al或A2放大(平滑)。經放大的差分電壓出現在抽頭T2處。在抽頭T2處的經放大的差分電壓 被施加到NPN電晶體34的柵極，使得經放大的差分電壓從NPN電晶體(發 射極接地的放大器)34被引出作為其集電極電壓。集電極電壓從變形平滑電 路104的輸出端子OUT被輸出作為經平滑的監控電壓Vm。在變形平滑電路104的配置中，假定第一開關20從平滑電路104的結 構中被去除，那麼第二電容器18的一個電極直接與NPN電晶體30的集電極 連接，並且第二電容器18的另一電極通過第二開關22與NPN電晶體32的 集電極電連接。如上所述，至少平滑電路104被設計為IC，使得第二開關22由雙極晶 體管或MOS電晶體構成。因此，處於關斷狀態的第二開關22允許漏電流經過其流到平滑IC 104 的半導體襯底。NPN電晶體30和32的電流鏡像配置通常允許流過NPN電晶體30的集電 極電流II與流過NPN電晶體32的集電極電流12相同。然而，與集電極電流Il的量相比，漏電流流過第二開關22可能引起集 電極電流I2的量減小。集電極電流II和集電極電流12之間的失衡可能引起平滑電樹平滑IC) 104的紋波電壓濾波特性惡化。相反，在根據該實施例的平滑電路104的配置中，如圖2和圖3所示，
提供了笫一和第二開關20和22，其與第二電容器18的相應電極電連接。在根據該實施例的平滑電路104的配置中，如果在笫一和第二開關20 和22處於關斷狀態期間漏電流流過第一和第二開關20和22到半導體襯底， 那麼漏電流流it^目應的第一和第二開關20和22可能引起集電極電流II和 12的量被相等地減少。這可以基本上保持集電極電流II的量和集電極電流12的量平衡，使得 防止平滑電路(平滑IC) 104的紋波電壓濾波特性惡化成為可能。在該實施例中，需要將第一和笫二開關20和22中的每個設計成4吏得在 其關斷期間允許基本上相同量的漏電流流過。圖4示意性圖示了使用第一和第二P溝道M0SFET 20M和22M作為第一 和第二開關的平滑電路104的結構的特定實例。在根據平滑電路104的特定實例的平滑電路104A中，提供了第一P溝 道MOSFET 20M，其在其源極和漏極之一處與第二電容器18的電極之一電連 接。另外，第一P溝道MOSFET 20M的源極和漏極中的另一個與差分放大器 IO的負輸入端子電連接。類似地，提供了第二P溝道MOSFET22M，其在其源極和漏極之一處與第 二電容器18的電極中的另一個電連接。另外，第二P溝道MOSFET 22M的源 極和漏極中的另一個與差分放大器10的輸出端子電連接。第一和第二 p溝道MOSFET 20M和22M中的每個的柵極與轉數檢測器109 的輸出端子電連接。如下文中所詳細描述的那樣，第一和第二 P溝道MOSFET 20M和22M共 同形成在平滑IC 104A的半導體襯底中的同一島(同一阱)內；該同一島由 溝槽隔離所圍繞。這允許在第一和第二P溝道MOSFET 20M和22M中的每個 被關斷期間基本上相同量的漏電流流過第一和第二P溝道MOSFET 20M和22M 中的每個。圖5示意性地圖示了使用第一和第二CM0S開關20C和22C作為第一和 第二開關的平滑電路104的結構的另一特定實例。在根據平滑電路104的另一特定實例的平滑電路104B中，提供了第一 和第二CM0SFET(CMOS開關)20C和22C，其與第二電容器18的相應電極電連 接。第一CMOS開關20C包括P溝道MOSFET 20a和N溝道MOSFET 20b， N溝
道M0SFET 20b的源極和漏極與P溝道M0SFET 20a的源極和漏極公共電連接。 類似地，第二CMOS開關22C包括P溝道MOSFET 22a和N溝道MOSFET 22b, N溝道MOSFET 22b的源極和漏極與P溝道MOSFET 22a的源極和漏相/〉共電 連接。
第一 CMOS開關20C的公共連接的源極和漏極之一與笫二電容器18的電 極之一電連接，並且第一 CMOS開關20C的公共連接的源極和漏極中的另一 個與差分放大器IO的負輸入端子電連接。
類似地，第二 CMOS開關22C的公共連接的源極和漏極之一與第二電容 器18的電極中的另一個電連接，並且第二 CMOS開關22C的公共連接的源極 和漏極中的另一個與差分放大器10的輸出端子電連接。
對應於第一和第二 CMOS開關20C和22C之一的P溝道MOSFET 20a和22a 中的每個的柵極與轉數檢測器109的輸出端子電連接，另外，第一 CMOS開關20C的N溝道MOSFET 20b的柵極與反相器24a的 輸出端子電連接。第二 CMOS開關22C的N溝道MOSFET 22b的桶卜極與^^相器 24b的輸出端子電連接。反相器24a和24b中的每個的輸入端子與轉數檢測 器109的輸出端子電連接。
在平滑電路104B的配置中，當具有高電平的開關信號被輸入到P溝道 M0SFET 20a和22a中的每個的柵極時，P溝道MOSFET 20a和22a被關斷。 此時，具有^^相的低電平的開關信號被輸入到N溝道MOSFET 20b和22b中 的每個的柵極，N溝道M0SFET 20b和22b也被關斷。
第一和笫二 CMOS開關20C和22C中的每個的關斷狀態允許第一和第二並聯反饋電路17僅連接在差分放大器10的負輸入端子和輸出端子之間。
相反，當具有低電平的開關信號被輸入到P溝道MOSFET 20a和22a中 的每個的柵極時，P溝道MOSFET20a和22a被導通。此時，具有相反的高電 平的開關信號被輸入到N溝道MOSFET 20b和22b中的每個的柵極，N溝道 MOSFET 20b和22b也被導通。
第一和笫二 CMOS開關20C和22C中的每個的導通狀態允許第一和笫二 並M饋電路17和23連接在差分放大器10的負輸入端子和輸出端子之間。
如上所述，當P溝道MOSFET或者N溝道MOSFET被用作第一和第二開關 20M和22M中的每個時(見圖4 )，等於或大於P溝道MOSFET或者N溝道MOSFET 的閾值電壓VT的電壓必定被施加到其柵極。這可能引起要被輸入到第一開關20M的源極或漏極的監控電壓Vm的範圍的最大 絕對值被限制到足夠小於柵極電壓的絕對值；並且要被輸入到第二開關22M的源極或漏極的差分放大器10的輸出的範 圍的最大絕對值被限制到足夠小於柵極電壓的絕對值。相反，包括用作第一和第二開關20和22的P溝道M0SFET和N溝道 M0SFET的CMOS開關20C和22C中的每個允許其導通電阻穩定而與其柵極和/ 或漏極電壓無關。因此，要被輸入到第一 CMOS開關20C的公共源極或公共 漏極的監控電壓Vm的範圍可以被擴展。類似地，要被輸入到第二CMOS開關 22C的公共源極或公共漏極的差分放大器10的輸出的範圍可以被擴展。圖6示意性圖示了包括形成在公共半導體村底250上的笫一和第二 CMOS 開關20C和22C的平滑IC 104B的配置的實例。應該注意，在圖6中，第三 和第四電阻器12和14以及第一電容器16的圖示為了簡化而被省略。另夕卜， 形成在公共半導體襯底250上的反相器24a和24b以及電容器18的特定結 構的圖示也為了簡化而被省略。參考圖6，島301A以預定的深度從>^共半導體襯底250的一個表面形成 在公共半導體襯底250中，使得其被多個溝槽隔離(溝槽隔離層)302所圍 繞。N阱304以預定的深度從襯底250的一個表面形成在島301A中。P溝道MOSFBT 20a的P型半導體區域20al和20a2和P溝道MOSFET 22a 的P型半導體區域22al和22a2共同形成在半導體襯底250的N阱304中， 使得P型半導體區域20al和20a2以預定的間隔被隔開，以在其間提供溝 道；並且P型半導體區域22al和22a2以預定的間隔被隔開，以在其間提供溝道。N型半導體區域形成在N阱304中，電源電壓被配置成被施加到N阱304。柵極電極Gl形成在P型半導體區域20al和20a2之間的溝道上方，並 且柵極電極G2形成在P型半導體區域22al和22a2之間的溝道上方。像P溝道MOSFET 20a和22a —樣，島301B以預定的深度從公共半導體 襯底250的一個表面形成在公共半導體襯底250中，使得其被多個溝槽隔離 (溝槽隔離層)302所圍繞。P阱306以預定的深度從襯底250的一個表面 形成在島301B中。N溝道M0SFET 20b的N型半導體區域20M和20b2和N溝道MOSFET 22b 的N型半導體區域22bl和22b2共同形成在半導體襯底250的P阱306中， 使得N型半導體區域20bl和20b2以預定的間隔被隔開，以在其間提供溝 道；並且N型半導體區域22bl和22b2以預定的間隔被隔開，以在其間提供溝道。p型半導體區域形成在P阱306中，地端子電連接到P阱306。柵極電極G3形成在N型半導體區域20bl和20b2之間的溝道上方，並 且柵極電極G4形成在N型半導體區域22bl和22b2之間的溝道上方。反相器24a的輸出端子與柵極電極G3電連接，並且反相器24a的輸入 端子和柵極電極G2與轉數檢測器109的輸出端子公共電連接。類似地，反相器24b的輸出端子與柵極電極G4電連接，並且反相器24b 的輸入端子和柵極電極G1與轉數檢測器109的輸出端子公共電連接。N型半導體區域22bl和P型半導體區域20al作為公共漏極或源極與差 分放大器10的負輸入端子公共電連接(見圖5和圖6中的抽頭a)。類似地， N型半導體區域20b2和P型半導體區域22a2作為公共漏極或源極與差分放 大器10的輸出端子公共電連接(見圖5和圖6中的抽頭b)。在平滑IC 104B的配置中，各個第一和第二 CMOS開關20C和22C的P 溝道M0SFET 20a和22a形成在由溝槽隔離302圍繞的公共島301A中，並且 更加具體地，形成在公共P阱304中。這允許流過第一 CMOS開關20C的P溝道MOSFET 20a的漏電流的量基本 上與流過第二 CMOS開關22C的P溝道MOSFET 22a的漏電流的量相等。類似地，各個第一和第二 CMOS開關20C和22C的N溝道MOSFET 20b和 22b形成在由溝槽隔離302圍繞的公共島301B中，並且更加具體地，形成在 公共N阱306中。這允許流過第一 CMOS開關20C的N溝道MOSFET 20b的漏電流的量基本 上與流過第二 CMOS開關22C的P溝道MOSFET 22b的漏電流的量相等。如上所述，賴^據該實施例，如果漏電流流過分別與第二電容器18的兩 側連接的第一和第二開關20和22，那麼有可能實現第二電容器18的一個電 極側的電流和其另 一個電極側的電流之間的平衡。 即4吏在第一和第二開關20和22處於關斷狀態期間漏電流流過第一和第 二開關20和22到半導體襯底，這也可以防止平滑電路104的紋波電壓濾波 特性惡化。這4吏得改迎良電系統PS的電壓調節特性成為可能。特別地，當第一和笫二開關20和22中的每個由至少一個半導體開關元 件構成時，即使在第一和第二開關(20M， 20C)和(22M， 22C)處於關斷狀 態期間漏電流流過第 一和第二開關到半導體襯底，也有可能實現第二電容器 18的一個電極側的電流和其另 一個電極側的電流之間的平衡。另夕卜，在該實施例的特定實例中，諸如P溝道或N溝道MOSFET 20M和 22M的電壓驅動MOSFE可以用作第一和第二開關20和22。在這個配置中，要被施加於電壓驅動M0SFET 20和22中的每個的初h極 的選捧信號的電壓電平的改變可以防止電流流過MOSFET 20和22,從而^f吏得 改迎良電系統PS的電壓調節特性成為可能。利用根據該實施例的另一特定實例的用作第一和第二開關20和22的第 一和第二 CMOS開關20C和22C，要被輸入到第一 CMOS開關20C的公共源極 或者公共漏極的監控電壓Vm的範圍可被擴展，並且要被輸入到第二 CMOS開 關22C的公共源極或者公共漏極的差分放大器10的輸出的範圍可被擴展。在該實施例的另一特定實例中，各個第一和第二 CMOS開關20C和22C 的P溝道MOSFET 20a和20b形成在由溝槽隔離302圍繞的>^共島301A中。 這可以將與出現在P溝道MOSFET 2 0a中的漏電流的量相關的P溝道MOSFET 20a的物理特性和與出現在P溝道MOSFET 22a中的漏電流的量相關的P溝道 MOSFET 22a的物理特性基本上相匹配，所述物理特性例如為電勢和溫度。這允許流過第一 CMOS開關20C的P溝道MOSFET 20a的漏電流的量與流 過第二 CMOS開關22C的P溝道MOSFET 22a的漏電流的量基本上相同。類似地，各個第一和第二CMOS開關20C和22C的N溝道MOSFET 20b 和22b形成在由溝槽隔離302所圍繞的公共島301B中。這可以將與出現在N 溝道MOSFET 20b中的漏電流的量相關的N溝道MOSFET 20b的物理特性和與 出現在N溝道MOSFET 22b中的漏電流的量相關的N溝道MOSFET 22b的物理 特性基本上相匹配，所述物理特性例如為電勢和溫度。這允許流過第一 CMOS開關20C的N溝道MOSFET 20b的漏電流的量與流 過第二 CMOS開關22C的N溝道MOSFET 22b的漏電流的量基本上相同。如上所述，與出現在第一 CMOS開關20C中的漏電流的量相關的第一 CMOS 開關20C的物理特性基本上相同於與出現在第二 CMOS開關22C中的漏電流
的量相關的第二 CMOS開關22C的物理特性。這使得有可能減小第一 CMOS開 關20C的物理特性與第二 CMOS開關22C的物理特性之間的差異對平滑電路 104B的紋波電壓濾波特性的影響。在該實施例及其特定實例中，第一和第二電容器16和18相互並聯地電 連接在差分放大器10的負輸入端子和輸出端子之間。本發明不限於該結構。具體地，三個或者更多的電容器可以相互並聯地電連接在差分放大器10 的負輸入端子和輸出端子之間。 一對開關20和22可以與這三個或者更多的 電容器中的每個電容器的兩個電極電連接.在變型配置中，即使紋波電壓的 頻率(周期)隨著交流發電機1的RPM的改變而改變，與這三個或者更多的 電容器中的一個的兩個電極電連接的至少一對開關20和22的同時導通和關 斷開關操作也可以有效地從交流發電機1的輸出電壓(監控電壓Vm)中消除 紋波電壓。儘管已經描述了目前所考慮的本發明的實施例和變型，但是應該理解， 可以對其進行未被描述的各種修改，並且在所附權利要求中意欲涵蓋落入本 發明的實際精神和範圍內的所有這些修改。
權利要求
1. 一種用於平滑發電機的輸出電壓的系統，所述輸出電壓包含頻率分量，所述系統包括濾波電路，所述輸出電壓被輸入到所述濾波電路，所述濾波電路包括 第一電容器，其具有相反的第一和第二電極； 第二電容器，其具有相反的第三和第四電極；第一開關，其與所述第二電容器的第三電極串聯電連接；以及第二開關，其與所述第二電容的第四電極串聯電連接，串聯連接 的所述第一開關、所述第二電容器和所述第二開關組成串聯電路，所述串 聯電路與所述第一電容器並聯電連接；以及控制電路，其電連接到所述濾波電路的所述第一和第二開關，並且被 配置成控制所述第 一和第二開關基本上同時導通和關斷，從而4吏所述濾波 電路從所述輸出電壓中濾除所述頻率分量。
2. 根據權利要求l所述的系統，其中所述濾波電路包括 差分放大器，其具有負輸入端子、正輸入端子和輸出端子； 第一電阻器，其電連接在所述差分放大器的負輸入端子和所述控制電第二電阻器，其電連接在所述差分放大器的負輸入端子和輸出端子之 間，所述第一電容器和所述串聯電路與所述第二電阻器並聯地電連接在所 述差分放大器的負輸入端子和輸出端子之間。
3. 根據權利要求l所述的系統，其中所述濾波電路包括半導體襯底， 並且所述第 一和第二開關中的每個包括形成在所述半導體襯底上的半導 體開關元件。
4. 根據權利要求3所述的系統，其中所述第一和第二開關中的每個 由MOSFET構成。
5. 根據權利要求3所述的系統，其中所述第一和第二開關分別由第 一和第二 CMOS開關構成，所述第一和第二 CMOS開關中的每個包括N溝道 MOSFET和P溝道M0SFET，所述P溝道M0SFET的源極和漏極公共連接到所 述N溝道MOSFET的源極和漏極。
6. 根據權利要求5所述的系統，其中所述第一 CMOS開關的N溝道 MOSFET和所述第二 CMOS開關的N溝道MOSFET形成於在半導體襯底中隔 離分割的第一島中，並且所述第一 CMOS開關的P溝道MOSFET和所述第二 CMOS開關的P溝道MOSFET形成於在半導體襯底中隔離分割的第二島中。
7. 根據權利要求1所述的系統，其中所述發電機包括轉子並且用以 基於所述轉子的旋轉而產生所述輸出電壓，所述控制電路包括轉數檢測器，其被配置成檢測所述發電機的轉子的轉數；以及在工作時連接到所述轉數檢測器的單元，其被配置成基於所檢測的所述發電機的轉子的轉數，控制所述第一和第二開關基 本上同時導通和關斷。
8. 賴4t權利要求7所述的系統，其中所述單元被配置成當所檢測的所述發電機的轉子的轉數等於或高於預定的轉數時，將所 述第 一和第二開關從關斷轉換到導通。
全文摘要
本發明公開了一種用於平滑發電機的輸出電壓的系統。在該系統內，發電機的輸出電壓被輸入到濾波電路。濾波電路包括具有相反的第一和第二電極的第一電容器、具有相反的第三和第四電極的第二電容器、與第二電容器的第三電極串聯電連接的第一開關以及與第二電容器的第四電極串聯電連接的第二開關。串聯連接的第一開關、第二電容器和第二開關的串聯電路與第一電容器並聯地電連接。控制電路電連接到濾波電路的第一和第二開關。控制單元被配置成控制第一和第二開關基本上同時導通和關斷，從而使得濾波電路從輸出電壓中濾除頻率分量。
文檔編號H02P9/14GK101123411SQ20071014385
公開日2008年2月13日 申請日期2007年8月3日 優先權日2006年8月7日
發明者岡原秀登, 淺田忠利 申請人:株式會社電裝