自動車の電気システムの進歩は、珍しいレベルの展示会を提供する発電機に関心を寄せています。将来のオルタネーターの重要な品質には、より高い出力と制御の厚さ、より高い温度動作、およびより優れた過渡応答が組み込まれています。パワーエレクトロニクスの自動車発電への応用は、大幅なアップグレードの非効率性に加えて、従来のランデルオルタネーターからのピークおよび平均電力出力の劇的な増加を達成するためのシンプルなスイッチモード整流器を提示する新しい負荷マッチング技術です。車両のパワーエレクトロニクスコンポーネントは、全体的な電力管理および制御システムと相まって、電気システム設計に新たな一連の課題をもたらします。これらのパワーエレクトロニクスコンポーネントには、エネルギー貯蔵デバイス、DC / DCコンバーター、 インバーター 、およびドライブ。自動車 パワーエレクトロニクスは多くのアプリケーションで発見されました それらのいくつかを以下に示します。
- 燃料噴射ソレノイドドライバー回路
- IGBTイグニッションコイルドライバー回路
- 電動パワーステアリングシステム
- 42Vパワーネット
- 電気/ハイブリッドドライブトレイン
ランデルオルタネーター：
ランデルはクラポールオルタネーターとも呼ばれ、ローターが円筒形の界磁巻線の周りに固定された一対の刻印されたポールピースで構成される巻線型同期機です。ランデルオルタネーターは、自動車で使用される最も一般的な発電装置です。これは、最も使用されている商用自動車用オルタネーターです。さらに、このオルタネーターに含まれている内蔵ブリッジ整流器と電圧レギュレーターの制御機能。これは、内部三相ダイオード整流器と電圧レギュレーターを含む巻線型三相同期発電機です。回転子は、円筒形の界磁巻線の周りに固定された、一対の刻印されたポールピースで構成されています。ただし、Lundellオルタネーターの効率と出力は制限されています。これは、電力の増加を必要とする現代の車両での使用の大きな欠点です。界磁巻線は、スリップリングとカーボンブラシを介して電圧レギュレータによって駆動されます。界磁電流は、オルタネーターの出力電流よりはるかに小さいです。低電流で比較的滑らかなスリップリングは、整流子と高電流がブラシを通過するDC発電機よりも高い信頼性と長寿命を保証します。固定子は3相構成であり、オルタネーターマシンからの3相電圧発生器を整流するために、従来はフルブリッジダイオード整流器がマシン出力で使用されていました。
上に示した図は、単純なLundellオルタネーター（スイッチモード整流器）モデルです。機械の界磁電流は、を適用するレギュレータの界磁電流によって決定されます。 パルス幅 界磁巻線の両端の変調電圧。平均界磁電流は、界磁巻線抵抗とレギュレータによって印加される平均電圧によって決定されます。界磁電流の変化は、通常は次数のL / R界磁巻線時定数で発生します。この長い時定数は、オルタネーターの過渡性能を支配します。アーマチュアは、Vsa、Vsb、Vsc、漏れインダクタンスLsなどの正弦波3相逆起電力電圧のセットで設計されています。電気周波数ωは、機械速度ωmと機械の極数に比例します。逆起電力電圧の大きさは、周波数と界磁電流の両方に比例します。
V =キー
ランデルオルタネーターは、固定子の漏れリアクタンスが大きくなっています。高いオルタネーター電流での無効降下を克服するには、比較的大きな機械逆起電力の大きさが必要です。オルタネーターの負荷が突然減少すると、無効電圧降下が減少し、界磁電流を減少させる前に、オルタネーターの出力に現れる逆電圧の大部分が発生します。結果として生じるトランジェントが発生します。この過渡抑制は、スイッチモード整流器を適切に制御することにより、新しいオルタネーターシステムで簡単に実現できます。
ダイオードブリッジは、ACマシンの出力を、バッテリおよび関連する負荷を表す定電圧源Voに整流します。このシンプルなモデルは、体系的に扱いやすいまま、ランデルオルタネーターの重要な側面の多くをキャプチャします。再設計されたアーマチュアを備えたスイッチモードパワーエレクトロニクスのアプリケーションは、電力と効率にさまざまな改善をもたらすことができます。これらのダイオードをMOSFETに置き換えて、パフォーマンスを向上させることができます。さらに、MOSFETにはゲートドライバが必要であり、ゲートドライバにはレベルシフト電源を含む電源が必要です。したがって、ダイオードブリッジの代わりにフルアクティブブリッジを使用するコストはかなりのものです。
このシステムでは、制御スイッチとしてMOSFETの後にダイオードブリッジが続くブーストスイッチを追加することもできます。このスイッチは、パルス幅変調の高周波でオン/オフされます。平均的な意味で、ブーストスイッチセットは、PWMデューティ比によって制御される巻数比を持つDCトランスとして機能します。整流器を流れる電流がPWMサイクル全体で比較的一定であると仮定すると、デューティ比dを制御することにより、ブリッジの出力の平均電圧をオルタネーターシステムの出力電圧よりも低い任意の値に変えることができます。
ダイオード整流器の代わりにPWM制御整流器を使用すると、低速で出力電力を増やすためのブースト操作や、出力電力を最大化するための機械の力率補正など、次の主な利点が得られます。
オルタネーターから引き出される電流が増えるために電気負荷が増加すると、出力電圧が低下し、レギュレーターによって検出されてデューティサイクルが増加し、界磁電流が増加するため、出力電圧が増加します。同様に、電気的負荷が減少すると、デューティサイクルが減少し、出力電圧が低下します。 PWMフルブリッジ整流器（PFBR）を使用して、正弦波PWM制御で出力電力を最大化できます。 PFBRは非常に高価で複雑なソリューションです。これはいくつかのアクティブスイッチをカウントし、ローター位置検出または複雑な無意味なアルゴリズムを必要とします。
ただし、同期整流器と同様に、双方向の電力潮流制御を提供します。双方向の電力潮流が必要ない場合は、3つの単相BSBR構造のような他のPWM整流器を使用できます。アクティブなスイッチが2倍少なく、すべてが地面を基準にしています。 Boost Switched-ModeRectifier（BSMR）を使用すると、アクティブスイッチを1つに減らすことができます。このトポロジでは、ローター位置センサーを使用する必要はありませんが、出力角度を制御することはできません。
