專利名稱：整流器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于機(jī)動(dòng)車的發(fā)電機(jī)的整流器的設(shè)計(jì)。在尤其是機(jī)動(dòng)車中的三相發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)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硅制成的6個(gè)pn半導(dǎo)體二極管。圖1示出這種裝置的一個(gè)示例。
背景技術(shù)：
有時(shí)也使用包含多于6個(gè)二極管的交流電橋。例如，在非常大的電流下使用具有并聯(lián)的二極管的電橋。在圖2中作為電路圖示出了一種可能的布置。在此，半導(dǎo)體二極管通常設(shè)計(jì)為Z 二極管。所述情形體現(xiàn)為兩種電路圖。完整的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)除三相發(fā)電機(jī)和交流電橋以外還包含電壓調(diào)節(jié)器，所述電壓調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)經(jīng)整流的電壓具有確定的值——例如14. 3V。在此，電壓調(diào)節(jié)器控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。如果發(fā)電機(jī)電壓超過(guò)所期望的值，則調(diào)節(jié)器中斷勵(lì)磁電流。勵(lì)磁減弱，并且發(fā)電機(jī)電壓下降。如果發(fā)電機(jī)電壓低于一個(gè)下給定值，則調(diào)節(jié)器又接通勵(lì)磁電流。勵(lì)磁電流通過(guò)滑環(huán)輸送給發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組。具有多功能調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)直接從正端子B+獲取勵(lì)磁電流。電壓調(diào)節(jié)器的元件通常單片地集成在硅中。在起動(dòng)情形中，調(diào)節(jié)器接通由電池饋給的預(yù)勵(lì)磁電流。一旦發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，則調(diào)節(jié)器在相連接端子上檢測(cè)電壓信號(hào)Up。根據(jù)其頻率，調(diào)節(jié)器可以導(dǎo)出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。在達(dá)到所調(diào)節(jié)的接通轉(zhuǎn)速時(shí)，調(diào)節(jié)器接通完全的勵(lì)磁電流，使得發(fā)電機(jī)開(kāi)始輸送電流。為了電壓調(diào)節(jié)器識(shí)別轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，相信號(hào)的交流分量Up_AC必須具有一定的最小電壓。此外，相信號(hào)的直流分量Up_DC通常不允許超過(guò)一個(gè)確定的閾值，因?yàn)檎{(diào)節(jié)器的分析處理電路往往僅僅在直到一個(gè)確定的電壓值時(shí)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(cè)量)，并且最大出現(xiàn)的直流分量Up_DC為8伏特。在預(yù)激勵(lì)周期期間，在發(fā)電機(jī)尚沒(méi)有將電流輸送到車載電網(wǎng)中時(shí)或者在尚未進(jìn)行整流時(shí)，相電壓的直流電壓值和交流電壓值受整流器二極管的截止電流影響。在所述運(yùn)行狀態(tài)中，在端子B+上存在電池電壓UB。如果同樣的截止電流流經(jīng)這些二極管(串聯(lián)電路)， 則相電壓為Up_DC = UB/2。在此假設(shè)調(diào)節(jié)器在相抽頭與地之間的內(nèi)阻無(wú)限大。通常不是這樣的情形，而是調(diào)節(jié)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(jù)圖1的示例中與二極管D3并聯(lián)。但對(duì)于進(jìn)一步考慮，出于清楚的原因應(yīng)忽略其影響。由硅構(gòu)成的pn 二極管的截止電流頂?shù)淖兓€與溫度極為相關(guān)并且隨著截止電壓升高而增大。詳細(xì)內(nèi)容可參考施敏(S. M. Sze)的《半導(dǎo)體器件物理學(xué)》(Physics of Semiconductor Devices)(約翰威立出版社，紐約，1981年，第91頁(yè))。這也在圖3中示出。因?yàn)檎O管和負(fù)二極管是分別串聯(lián)的，所以相電壓Up_DC在正二極管和負(fù)二極管處于不同溫度的位置時(shí)發(fā)生變化。在正二極管的截止電流較高時(shí)，在極端情況下相電壓的直流分量Up_DC可以具有超過(guò)最大允許閾值的值。這導(dǎo)致調(diào)節(jié)器未識(shí)別起動(dòng)轉(zhuǎn)速或者識(shí)別起動(dòng)轉(zhuǎn)速過(guò)晚，并且發(fā)電機(jī)未接通或者在更高的轉(zhuǎn)速時(shí)接通。
不利的是，由于例如由不同的二極管溫度引起的pn 二極管的不同截止電流，相電壓的直流分量Up_DC可能升高超過(guò)最大允許值并且由此不再保證發(fā)電機(jī)的起動(dòng)特性。在us-7，084，610 B2中描述了一種用于車輛的發(fā)電機(jī)裝置，其中，作為整流器電橋使用由肖特基二極管構(gòu)成的B6電橋。為了限制電壓，使用在截止方向上連接的Z 二極管。 因此，所述Z二極管相對(duì)于來(lái)自發(fā)電機(jī)的干擾和相對(duì)于干擾脈沖限制運(yùn)行電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)消除了以上所述的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。在此，借助根據(jù)本發(fā)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整流器二極管使用其截止電流在電池電壓UB以下的電壓范圍中實(shí)際上沒(méi)有顯示出與截止電壓的相關(guān)性的整流元件，則通過(guò)整流器的合適設(shè)計(jì)可以保證在調(diào)節(jié)器的預(yù)激勵(lì)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管適于作為合適的整流元件在所述新型肖特基二極管中，截止電流的與電壓相關(guān)的分量可以在很大程度上被抑制。截止飽和電流是恒定的。示例是溝槽MOS勢(shì)壘結(jié)二極管(Trench-MOS Barrier-Junction Dioden) (TMBS 二極管)或者溝槽結(jié)勢(shì)壘肖特基二極管 TJBS。


附圖分別示出圖1 :B6電橋整流器裝置的電路圖，圖2 具有并聯(lián)的二極管的B6電橋整流器裝置的電路圖，圖3 :pn 二極管的典型截止特征曲線。在此，二極管D3+處于比二極管D3-更高的溫度上，并且由結(jié)構(gòu)或制造決定地具有更高的截止電流，圖4 根據(jù)本發(fā)明的具有與電壓無(wú)關(guān)的截止飽和電流的整流器元件的典型截止特征曲線。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(wú)關(guān)的元件串聯(lián)在具有電池電壓UB的電池與地之間時(shí)可忽略小的相電壓Up_DC，以及圖5 在pn 二極管與根據(jù)本發(fā)明的具有與電壓無(wú)關(guān)的截止電流的整流器元件組合時(shí)整流器中的典型截止特征曲線。在此，元件D3-在從OV至UB的整個(gè)電壓范圍內(nèi)具有比 pn 二極管D3+更高的截止電流。同樣繪出了在與電壓無(wú)關(guān)的元件串聯(lián)在具有電池電壓UB 的電池與地之間時(shí)可忽略小的相電壓Up_DC。
具體實(shí)施例方式具有可能的替代方案的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)描述在圖4中繪出根據(jù)本發(fā)明的、與截止電壓無(wú)關(guān)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(gè)這樣的元件串聯(lián)時(shí)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?yàn)榇笾孪嗤碾娏?3流經(jīng)兩個(gè)二極管。在第一實(shí)施例中，在根據(jù)圖1或圖2的整流器裝置中使用TMBS 二極管，其中，至少正二極管D3+、但優(yōu)選所有正二極管Dl+至D6+具有比負(fù)二極管D3-或者所有負(fù)二極管 Dl-至D6-低得多的截止飽和電流。由于正二極管的更低的截止電流，在根據(jù)圖1或圖2的正二極管和負(fù)二極管串聯(lián)時(shí)在負(fù)二極管中不會(huì)達(dá)到二極管截止飽和電流。負(fù)二極管上的電壓降保持較低。由此，相信號(hào)的直流分量Up-DC非常小。在另一實(shí)施例中，在整流器裝置中又使用具有與電壓無(wú)關(guān)的截止飽和截止電流的整流元件——例如TMBS 二極管，然而如此實(shí)施整流器的熱學(xué)設(shè)計(jì)，使得負(fù)二極管優(yōu)選安置在整流器的熱區(qū)域上。因?yàn)榻刂癸柡碗娏麟S溫度增大，所以負(fù)二極管的截止飽和電流進(jìn)一步提高并且由此相電壓Up_DC可靠地保持小的值。在第三實(shí)施例中，pn 二極管與具有與電壓無(wú)關(guān)的截止電流的整流元件——例如 TMBS 二極管組合。在此，根據(jù)圖1或圖2的整流器的負(fù)二極管配備TMBS 二極管而正二極管配備傳統(tǒng)的pn 二極管。如此選擇TMBS 二極管和pn 二極管的截止電流，使得在OV至UB 的范圍內(nèi)對(duì)于所有出現(xiàn)的二極管溫度TMBS 二極管的截止飽和電流高于pn 二極管的截止電流。這在圖5中闡明。在第四實(shí)施例中，在根據(jù)圖2的、包含并聯(lián)的TMBS 二極管的整流器中，并聯(lián)的二極管對(duì)中的至少一個(gè)由pn 二極管和TMBS 二極管的并聯(lián)電路替代。在此，又如此選擇TMBS 二極管和Pn 二極管的并聯(lián)元件的截止電流，使得在OV至UB的范圍內(nèi)對(duì)于所有出現(xiàn)的二極管溫度TMBS 二極管的截止飽和電流高于pn 二極管的截止電流。如此設(shè)計(jì)整流器，使得對(duì)于具有并聯(lián)的Pn 二極管和TMBS 二極管的二極管對(duì)選擇負(fù)二極管并且相應(yīng)的正二極管具有更低的截止電流。
權(quán)利要求
1.整流器裝置，尤其是用于發(fā)電機(jī)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(yù)給定數(shù)量的整流器元件，其特征在于，至少一個(gè)整流器元件(D1+-D6-) 是具有至少在一可預(yù)給定的區(qū)域中與截止電壓無(wú)關(guān)的特征曲線的整流器元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流器裝置，其特征在于，所述整流器元件(D1+-D6-)是正二極管和負(fù)二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整流器，其特征在于，所述負(fù)二極管中的至少一個(gè)具有比相應(yīng)的正二極管更高的截止飽和電流。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的整流器裝置，其特征在于，所述負(fù)二極管中的至少一個(gè)被置于所述整流器中的溫度升高的位置上。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的整流器裝置，其特征在于，至少一個(gè)整流器元件 (D1+-D6-)由傳統(tǒng)的整流器元件替代。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的整流器裝置，其特征在于，至少一個(gè)正二極管由傳統(tǒng)的pn 二極管替代。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的整流器裝置，其特征在于，至少一個(gè)整流器元件 (D1+-D6-)包含兩個(gè)整流器元件的并聯(lián)電路，其中，并聯(lián)的整流器元件中的至少一個(gè)由pn 二極管與具有與截止電壓無(wú)關(guān)的特征曲線的整流器元件的組合構(gòu)成。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的整流器裝置，其特征在于，TMBS二極管用作具有與截止電壓無(wú)關(guān)的特征曲線的整流器元件(D1+-D6-)。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的整流器裝置，其特征在于，TJBS二極管用作具有與截止電壓無(wú)關(guān)的特征曲線的整流器元件(D1+-D6-)。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的整流器裝置，其特征在于，具有與截止電壓無(wú)關(guān)的特征曲線的整流器元件(D1+-D6-)是通過(guò)電子電路實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
整流器裝置，尤其是用于發(fā)電機(jī)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(yù)給定數(shù)量的整流器元件，其中，至少一個(gè)整流器元件是具有至少在一可預(yù)給定的區(qū)域中與截止電壓無(wú)關(guān)的特征曲線的整流器元件，并且例如負(fù)二極管中的至少一個(gè)被置于所述整流器中的溫度升高的位置上。
文檔編號(hào)H01L29/872GK102598496SQ201080034432
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月5日
發(fā)明者A·格拉赫, M·沃爾法思 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司