JPH02133070A

JPH02133070A - 多相全波整流回路

Info

Publication number: JPH02133070A
Application number: JP63286089A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Nakayama; 博文中山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-12
Filing date: 1988-11-12
Publication date: 1990-05-22
Also published as: US4982316A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、中性点をもつ多相交流系統と直流系統間に使
用される多相余波整流回路に係わり、特に、交流側や直
流側で発生するサージの吸収機能を備え、例えば自動車
用三相交流発電機とレギュレー夕間の整流回路などへの
適用に好適な多相全波整流回路に関する。

（従来の技術）自動車用の交流発電機（Ｙ結線形三相同期発電機）とレ
ギュレー夕間に設けられる三相全波整流回路の従来の諸
回路例を第２図Ａ−Ｄに示す。

第２図Ａに示すものは最も基本的なブリッジ形の三相全
波整流回路で、６本の各アームの整流素子には一般的な
ダイオードＤ１〜Ｄ６が用いられている。尚、このよう
に１つの整流回路内に６個の整流素子を備えた構造は一
般に６イン１タイプと呼ばれている。さらに破線のよう
にダイオードＤ７，Ｄ８より成る２つのアームを追加し
、その相互接続点を交流系統の中性点に接続するように
した構成も知られている。このような中性点用の整流素
子を備えた構成は８イン１タイプと一般に呼ばれている
。尚、この８イン１タイプは、６イン１タイプより出力
が１０パーセント向上するという利点を有する。

この基本回路の欠点は、発電機内外で生じるサージを吸
収できないことである。サージには、発電機内部から負
荷の接続断時等に発生するロードダンブサージ（これを
内部サージとも呼ぶ）と、発電機外部から発生するイグ
ニションサージ等のサージ（これを外部サージと呼ぶ）
がある。しかし、第２図Ａの回路はそのいずれも吸収す
ることができず、サージによって整流素子及びその他の
電子制御回路が容易に破壊されてしまう。

サージ吸収機能を持たせた従来の第１の回路構成を第２
図Ｂに示す。全素子がツェナーダイオードＺＤＩ〜ＺＤ
６　（及びＺＤ７，ＺＤ８）となっており、内部サージ
、外部サージ共に吸収可能である。しかし、この回路の
欠点は、ツェナー素子が多いため高価となる点である。

サージ吸収可能な従来の第２の回路構成を第２図Ｃに示
す。正出力端子Ｔ（＋）側は全て一般的なダイオードＤ
Ｉ，　Ｄ３．　Ｄ５　（及びＤ７）であり、負出力端子
Ｔ（−）側のみがツエナーダイオードＺＤ２．ＺＤ４，
ＺＤ６　（及びＺＤ８）である。従って、ツェナー素子
数は半減するが、その代償として外部サージが吸収でき
ないという欠点を生じる。

そこで、ツエナー素子数を減らしかつ外部サージも吸収
可能とした構成が、第２図Ｄに示すものである。つまり
、負出力端子Ｔ　（−）側の全ダイオード　ＺＤ２，Ｚ
Ｄ４，ＺＤ６　（及びＺＤ３）と正出力端子Ｔ（＋）側
の１個のダイオードＺＤ１とがツエナータイブである。

したがって、内部サージ、外部サージ共に吸収可能であ
る。しかし、ツェナー素子の数は依然としてかなり多い
。

（発明が解決しようとする課題）このように、内部サージ、外部サージ共に吸収可能にし
た従来の多相全波整流回路は、多くのツェナー素子を必
要とするという問題がある。

また、（出力端子間で測った）サージのクランブ電圧が
、内部サージの場合と外部サージの場合とで同一値にな
らないという問題もある。即ち、第２図Ｂ又はＤを参照
して、内部サージは相毎に１個のツエナーダイオードＺ
Ｄ２，ＺＤ４又はＺＤ６によってクランブされるのに対
し、外部サージは直列接続された２個のツエナーダイオ
ードＺＤＩ及びＺＤ２によってクランブされる。従って
、クランブ電圧は内部サージの場合はツェナー電圧と同
じ値になり、一方外部サージの場合はツエナー電圧の２
倍になり、このクランブ電圧の相違がこの従来回路を非
常に使いずらいものとしている。

さらに、８イン１タイプでは、組立上の理由から、通常
、中性点用の整流素子も他の整流素子と同一容量のもの
が使用されている。しかし、実際上この中性点用の素子
に流れる電流は他素子の１／１０程度であるから、この
中性点用の素子は有効利用されていないと言える。

従って、本発明の第１の目的は、少ない個数（具体的に
は２個）のツェナー素子を用いて、内部、外部サージ共
に吸収可能な多相全波整流回路を実現することにある。

また、第２の目的は、内部サージも外部サージも同一電
圧にクランブできるようにすることにある。

第３の目的は、中性点に接続された素子を有効利用する
ことにある。

さらに、第４の目的は、サージ吸収時の１ツェナー素子
当りの吸収ピーク電力を従来より小さくして、同一容量
のツェナー素子を用いて従来より大きいサージ耐量を実
現することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、直流出力端子間に互いに並列接続された、夫
々２個の整流素子の直列体からなる複数の整流素子対を
有し、これら整流素子対のうちの一対はその相互接続点
に多相交流系統の中性点を接続するためのものであり、
他の対は夫々の相互続点に多相交流系統の各相出力を接
続するためのものであり、前記中性点接続用の一対はツ
ェナータイプの整流素子より構成され、他の対は一般的
な整流素子より構成される多相全波整流回路を提供する
。

（作　用）上記構成によれば、内部サージ、外部サージ共に、中性
点接続用の２個のツェナー素子の直列体を通って吸収さ
れる。従って、内部サージの場合も外部サージの場合も
共に、クランブ電圧はツェナー電圧の２倍のレベルとな
り一定である。

サージ発生時、２個のツエナー素子には夫々サージ電圧
の１７２のレベルの電圧が加わる。従って、ツェナー素
子１個に加わるピーク電圧のレベルはサージのピーク電
圧の１／２である。また、ツエナー電圧は上記のように
クランプ電圧の１／２のレベルである。これに対し、従
来回路では、ツェナー素子１個に加わるピーク電圧はサ
ージのピーク電圧と同レベルであり、ツェナー電圧はク
ランブ電圧と同レベルである。このような相違により、
本発明の回路では従来回路よりツェナー素子１個当りの
吸収ピーク電力が約半減し、サージ耐量が増大する。

（実施例）以下、実施例により説明する。

第１図は、本発明に係る多相全波整流回路の一実施例の
回路図を示す。

この実施例は自動車用のバッテリ充電回路の整流回路に
本発明を適用したものである。発電機ＳＧは三和同期発
電機で、Ｙ接続されたステータコイルＭＵ，ＭＶ，ＭＷ
を有し、それらが出力端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷに接続され
ている。

整流回路は、６個の一般的なダイオードＤ１〜Ｄ６から
成るブリッジ形の３相全波整流回路と、これに並列接続
された中性点接続用の２個のツェナーダイオードＺＤ７
，ＺＤ８の直列体とを有している。すなわち、ダイオー
ドＤ１とＤ２の直列体の相互接続点に発電機ＳＧのＵ相
出力端子ＴＵが、ダイオードＤ３とＤ４の直列体の相互
接続点に発電機ＳＧのＶ相出力端子ＴＶが、またダイオ
−ドＤ５とＤ６の直列体の相互接続点に発電機ＳＧのＷ
相出力端子ＴＷが夫々接続されている。

さらに、ツエナーダイオードＺＤ７とＺＤ８の直列体の
相互接続点に発電機ＳＧの中性点ＴＮが接続されている
。これらの直列体は互いに並列接続され、そのカソード
はこの整流回路の正出力端子Ｔ（＋）に、またアノード
はこの整流回路の負出力端子Ｔ（−）に夫々接続されて
いる。直流出力端子Ｔ　Ｃ＋’）　、Ｔ　（−）間には
、図示してないが、レギュレータを介してバッテリーや
各種の直流負荷が接続されている。

ここで、この整流回路の直流出力端子Ｔ（＋）、Ｔ（−
）間の電圧は１２Ｖにレギュレートされるようになって
いる。また、ツエナーダイオードＺＤ７，ＺＤ８のツエ
ナー電圧は、上記レギュレート電圧より少し高い値、例
えばこの実施例では１５Ｖに設定されている。

このような構成において、サージは次のようにして吸収
される。発電機内部に発生するロードダンプサージの場
合、例えばステータコイルＭＵで発生するＵ相のサージ
に着目すると、サージ電流は極性に応じて、端子ＴＵか
らダイオードＤ１、ツェナダイオードＺＤ７を経て中性
点ＴＮに入る経路を電流Ｉ１のように流れるか、または
中性点ＴＮからツェナダイオードＺＤ８、ダイオードＤ
２を経て端子ＴＵに入る経路を電流ｌ２のように流れる
。■相、Ｗ相のサージ電流も同様に電流ｌ１またはＩ２
のように流れるが、Ｕ相の電流から１２０度、２４０度
の位相ずれがある。これら３相のサージ電流をベクトル
合成した内部サージ電流は、３相が平衡しているとする
と、大きさの等しい電流工１と１２に２分して夫々ツエ
ナダイオードＺＤ７とＺＤ８に流れることになる。従っ
て、ツエナダイオードＺＤ７とＺＤ８が内部サージのエ
ネルギーを２分して吸収することになる。

一方、Ｔ　（＋）　、Ｔ　（−）間に加わるイグニショ
ンサージ等の外部サージの場合は、サージ電流は電流Ｉ
３のように、端子Ｔ（＋）からツェナダイオードＺＤ７
とＺＤ８を経て端子Ｔ（−）に入る経路を流れる。従っ
て、この場合も、内部サージの場合と同様に、ツエナダ
イオードＺＤ７とＺＤ８が外部サージのエネルギーを２
分して吸収する。

このように、内部サージの場合も外部サージの場合も、
サージ電流は直列接続された２個のツェナダイオードＺ
Ｄ７とＺＤ８を流れる。従って、直流出力端子Ｔ　（＋
）　、Ｔ　（−）間に現れるクランブ電圧は、いずれの
サージの場合も、ツエナー電圧１５Ｖの２倍、つまり３
０Ｖとなり一定値である。

次に、この実施例におけるツェナーダイオード１個当り
の吸収エネルギーを、第２図Ｄの従来例と比較して説明
する。

第３図は、ピーク電圧が１５０ｖの典型的なロードダン
ブサージの（直流出力端子Ｔ　（＋）　，Ｔ（−）間で
観測した）電圧波形を示す。このような内部サージが発
生した時、ツエナダイオード１個当りのサージ電圧は第
４図Ａ，第５図Ａのようになる。すなわち、実施例では
サージ電圧はツエナダイオードＺＤ７とＺＤ８によりレ
ベルが２分されるので、ツェナダイオード１個当りのサ
ージ電圧は第４図Ａに示すようにピーク電圧７５Ｖの波
形となる。これに対し、第２図Ｄの従来例では、サージ
電圧は各相のツエナダイオードＺＤ２，ＺＤ４及びＺＤ
６に相毎に分割されて加わるため、ツエナダイオード１
個当りのサージ電圧は第５図Ａに示すような波形となり
、ピーク電圧は１５０■である。次に、ツェナダイオー
ド１個当りのクランプ電圧は第４図８１第５図Ｂのよう
になる。

つまり、これはツエナー電圧に等しいが、実施例の場合
は上述のようにツエナー電圧は１５Ｖであるから、第４
図Ｂのようになる。一方、従来例の場合は、各相毎にサ
ージ電圧を１個のツエナダイオードでクランプするため
、実施例と同様にクランブ電圧を３０Ｖにしようとする
と、ツエナー電圧は３０Ｖにしなければならない。従っ
て、ツエナダイオード１個当りのクランブ電圧は第５図
Ｂのようになる。次に、ツエナダイオード１個当りに流
れるサージ電流は第４図０１第５図Ｃのようになる。こ
れは、第４図Ａ１第５図Ａの電圧波形から第４図ＢＳ第
５図の電圧波形を差引いた波形と相似の波形になる。

ツエナダイオード１個当りの吸収電力は、第４図Ａ１第
５図Ａの電圧から第４図８１第５図の電圧を差引いた電
圧に第４図Ｃ，第５図Ｃの電流を乗じることにより求め
ることができる。この吸収電力を時間で積分することに
より、ツエナダイオード１個当りの吸収エネルギーが求
まる。その結果は、実施例の場合はサージのトータルエ
ネルギーの１／２であり、従来例の場合はトータルエネ
ルギーの１／３てある。尚、このことは、実施例は２個
のツエナダイオードによりサージを吸収し、従来例は３
個のツエナダイオードによりサージを吸収することから
も容易に推測できる。

ところで、ツエナダイオードの破壊に関与するのは吸収
エネルギーではなく、吸収ピーク電力である。つまり、
サージ電圧がピーク値に達した時の瞬間的な吸収エナル
ギーの大小がツエナーダイオードの破壊を左右するので
ある。そこで、ツエナダイオード１個当りのピーク電力
について、実施例と第２図Ｄの従来例とを比較して説明
する。

ここで、説明の簡単化のために、実施例に対しては第６
図の、従来例に対しては第７図のようなモデルを導入す
る。即ち、実施例に対しては第６図Ａに示す等価回路を
、また従来回路に対しては第７図Ａに示す等価回路を使
用する。ここで、Ｒは発電機ＳＧのステータコイルの１
相当りの抵抗値であり、これは１．５Ωとする。また、
ツェナーダイオードに加わるサージ電圧波形は第６図８
１第７図Ｂのような方形波とし、そのレベルは上述の考
察に基づき、実施例では第６図Ｂのように７５■、従来
例では第７図Ｂのように１５０ｖとする。

このような簡略化されたモデルに基づくと、ツエナーダ
イオード１個当りのピーク電力Ｐｐは、実施例において
は、Ｐｐ　−　（７５Ｖ−ＶｚＬ）　／１．　５ΩｘＶｚｌ
　−　（１）但し、Ｖｚｌ（ツエナー電圧）−１５Ｖに
より、従来例においては、Ｐｐ＝（１５０Ｖ−Ｖｚ２）／３ＱＸＶｚ２　　・（２
）但し、Ｖｚ２（ツエナー電圧）−３０Ｖにより求める
ことができる。その結果、ツエナーダイオード１個当り
のピーク電力は実施例では６００Ｗとなり、従来例では
１２００Ｗとなる。

更に、種々のツエナー電圧に対して吸収ピーク電力を計
算した結果を第８図に示す。ここでは、実線グラフが実
施例、破線グラフが従来例の結果を示す。尚、このグラ
フを見る際に注意する点は、クランブ電圧同一の条件下
で実施例と従来例とを比較する場合、実施例のツェナー
電圧は従来例のそれの１／２の値にすることである。こ
のグラフから、クランブ電圧が同一の場合、実施例のツ
エナーダイオード１個当りのピーク電力は従来例のそれ
より大幅に低いことが分る。換言すれば、同じ容量のツ
ェナダイオードを用いた場合、実施例は従来例より大幅
に高電圧のサージに耐えられることになる。

以上、内部サージの場合を説明した。一方、外部サージ
の場合は、実施例においても第２図Ｄの従来例において
も、直列接続された２個のツェナーダイオードを通じて
サージ吸収がなされるから、第６図に類似した共通のモ
デルを使用することができる。その際に注意すべき点は
、内部サージ（これがサージの主たるものである）に対
するクランブ電圧を同一とした場合、上述のように、実
施例のツェナー電圧は従来例の１／２となるという点で
ある。このようなモデルに基づく計算の結果、外部サー
ジについても内部サージの場合と同様に、実施例におけ
るツェナーダイオード１個当りの吸収ピーク電力は従来
例のそれの約１７２となり、同一容量のツエナダイオー
ドを用いれば、サージ耐量は大幅に増大するという結論
が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、中性点接続用の
直列接続された２個の整流素子をツェナー素子としたた
め、この２個のツエナー素子のみで内部サージも外部サ
ージも共に吸収できるので、ツエナー素子数が減少でき
、また内部サージも外部サージも共に上記２個のツェナ
ー素子を通って吸収されるので、クランブ電圧が同一と
なり使用に便利であると共に、ツエナー電圧がクランブ
電圧の１／２となるため、ツェナー素子１個当りの吸収
ピーク電力が同一クランプ電圧の従来回路に比較して大
幅に減り、よって同一容量のツエナー素子を使用した場
合のサージ耐量が大幅に増大し、さらに中性点に接続さ
れた上記整流素子をサージ吸収用として有効利用できる
という効果が奏せる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る多相全波整流回路の一実施例を示
す回路図、第２図Ａ−Ｄは従来の多相全波整流回路の諸
回路例を示す回路図、第３図は第１図の実施例において
発電機内部で発生するロードダンブサージの典型例を示
す波形図、第４図Ａ〜Ｃは第３図のロードダンブサージ
発生時における実施例のツェナーダイオード１個当りの
サージ電圧、クランブ電圧及びサージ電流を示す波形図
、第５図Ａ−Ｃは第３図のロードダンブサージ発生時に
おける従来例のツエナーダイオード１個当りのサージ電
圧、クランブ電圧及びサージ電流を示す波形図、第６図
Ａ及びＢは実施例のツエナーダイオード１個当りの吸収
ピーク電力を求めるために採用したモデルとしての等価
回路及びサージ波形を示す図、第７図Ａ及びＢは実施例
のツエナーダイオード１個当りの吸収ピーク電力を求め
るために採用したモデルとしての等価回路及びサージ波
形を示す図、第８図は実施例と従来例のツエナーダイオ
ード１個当りの吸収ピーク電力をツェナー電圧に対して
示す特性図である。ＳＧ・・・三和同期発電機、ＴＵ，ＴＶ，ＴＷ・・・三
和同期発電機の出力端子、ＴＮ・・・三和同期発電機の
中性点、Ｄ１〜Ｄ６・・・一般的なダイオード、ＺＤ７
，ＺＤ８・・・ツェナーダイオード、Ｔ　（＋）　，Ｔ
（−）・・・直流出力端子。

Claims

【特許請求の範囲】１、直流出力端子間に互いに並列接続された、夫々２個
の整流素子の直列体からなる複数の整流素子対を有し、
これら整流素子対のうちの一対はその相互接続点に多相
交流系統の中性点を接続するためのものであり、他の対
は夫々の相互続点に前記多相交流系統の各相出力を接続
するためのものであり、前記中性点接続用の一対はツェ
ナータイプの整流素子より構成され、他の対は一般的な
整流素子より構成される多相全波整流回路。２、前記ツェナータイプの整流素子のツェナー電圧は、
前記直流出力端子間のレギュレート電圧よりも高い請求
項１記載の多相全波整流回路。