同步整流发电机及其保护方法与流程

本发明是有关于一种发电机电路，且特别是有关于一种同步整流发电机及整流器电路的保护方法。

背景技术：

现有车用交流发电机是由转子(rotor)线圈与定子(stator)线圈所构成。当激磁电流通过转子线圈时，转子线圈可以提供磁场给定子线圈。当汽车的内燃引擎带动转子线圈转动时，此转子线圈即会产生旋转磁场，使得定子线圈产生交流电能。整流器接受来自交流发电机的交流电能，予以整流后产生直流电能。此直流电能可以对蓄电池充电。此蓄电池可以提供激磁电流给转子线圈。

一般而言，流经整流器的大量电流会增加整流器的温度。当整流器的操作温度太高时，整流器会因为高温而损坏。

技术实现要素：

本发明提供一种同步整流发电机及其保护方法，其可以在整流器电路发生异常事件时，即时保护整流器电路，以预防整流器电路因异常事件的发生而损坏。

本发明的实施例提供一种同步整流发电机。同步整流发电机包括交流发电机、整流器电路、调节器电路与控制器电路。交流发电机具有场线圈与发电线圈部，用以将机械能转换为交流电能。整流器电路电连接至发电线圈部。整流器电路用以将交流电能转换为直流电能。调节器电路电连接至整流器电路，以检测直流电能。调节器电路电连接至场线圈，以调整场线圈的电流。控制器电路电连接至整流器电路与调节器电路，用以控制整流器电路的整流操作以及检测整流器电路是否发生异常事件。当整流器电路发生异常事件时，控制器电路使调节器电路减少或停止供应电流给该场线圈。

本发明的实施例提供一种同步整流发电机的保护方法。同步整流发电机包括整流器电路、调节器电路、控制器电路与场线圈。所述保护方法包括：检测整流器电路是否发生异常事件；以及当整流器电路发生异常事件时，控制器电路使调节器电路减少或停止供应电流给场线圈。

基于上述，本发明实施例提供了一种同步整流发电机及整流器电路的保护方法。在整流器电路发生异常事件时，调节器电路可对应调整提供给场线圈的电流(例如减少场线圈的电流，或是停止提供电流给场线圈)。由于场线圈的电流被调小(甚至是没有电流)，使得发电线圈部的交流电能也被调小(甚至为零)，因而可使交流发电机停止发电。因此在整流器电路发生异常事件时，本发明实施例所提供的电路可以即时保护整流器电路。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例所示出一种同步整流发电机的电路方块示意图；

图2是依照本发明一实施例所示出一种同步整流发电机的保护方法的流程示意图；

图3是依照本发明另一实施例所示出一种同步整流发电机的保护方法的流程示意图；

图4是依照本发明又一实施例所示出一种同步整流发电机的保护方法的流程示意图；

图5是依照本发明一实施例说明图1所示同步整流发电机的范例电路示意图。

附图标号说明：

10：电子控制单元(ecu)；

20：蓄电池；

100：同步整流发电机；

110：整流器电路；

111u：u相交流端；

111v：v相交流端；

111w：w相交流端；

112uu：u相上开关；

112lu：u相下开关；

112uv：v相上开关；

112lv：v相下开关；

112uw：w相上开关；

112lw：w相下开关；

120：交流发电机；

121：场线圈；

122：发电线圈部；

122u：u相线圈；

122v：v相线圈；

122w：w相线圈；

123：第一共同节点；

130：调节器电路；

131：开关；

132：二极管；

133：调节器控制电路；

140：控制器电路；

b+：功率端；

gnd：接地端；

lin：控制端；

ps：相位信号；

s230～s250、s450、s510～s560：步骤。

具体实施方式

在本案说明书全文(包括权利要求书)中所使用的“耦接(或连接)”一词可指任何直接或间接的连接手段。举例而言，若文中描述第一装置耦接(或连接)于第二装置，则应该被解释成该第一装置可以直接连接于该第二装置，或者该第一装置可以透过其他装置或某种连接手段而间接地连接至该第二装置。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。不同实施例中使用相同标号或使用相同用语的元件/构件/步骤可以相互参照相关说明。

图1是依照本发明一实施例所示出一种同步整流发电机100的电路方块示意图。同步整流发电机100可以依据电子控制单元(electroniccontrolunit,ecu)10的控制而产生直流电能。此直流电能可以被储存于蓄电池20。依照设计需求，同步整流发电机100所产生的直流电能还可以供电给一或多个负载电路(未示出)。在图1所示实施例中，同步整流发电机100包括整流器电路110、交流发电机120、调节器电路130与控制器电路140。控制器电路140电连接至整流器电路110与调节器电路130。控制器电路140可以控制整流器电路110的整流操作。在一些应用情境中，调节器电路130与控制器电路140分别可以被称为转子控制器(rotorcontroller)以及定子控制器(statorcontroller)。

图2是依照本发明一实施例所示出一种同步整流发电机的保护方法的流程示意图。请参照图1与图2，交流发电机120将机械能转换为交流电能。交流发电机120具有场线圈121与发电线圈部122。当电流通过场线圈121时，场线圈121可以提供磁场给发电线圈部122。场线圈121与发电线圈部122其中一者为转子线圈，而场线圈121与发电线圈部122其中的另一者为定子线圈。举例来说(但不限于此)，场线圈121可以为转子线圈，而发电线圈部122可以为定子线圈。当机械能带动了场线圈121与发电线圈部122其中一者转动时，发电线圈部122可以产生交流电能给整流器电路110。因此，交流发电机120可以将机械能转换为交流电能。整流器电路110电连接至发电线圈部122。整流器电路110将来自发电线圈部122的交流电能转换为直流电能，并将直流电能提供给蓄电池20。

调节器电路130电连接至发电线圈部122，以检测交流发电机120运转所产生的相位信号ps。调节器电路130电连接至整流器电路110，以检测直流电能。调节器电路130电连接至场线圈121。在步骤s230中，调节器电路130可以使用蓄电池20的直流电能来提供电流给场线圈121。依据相位信号ps与整流器电路110所输出的直流电能，调节器电路130在步骤s230中可以对应调整场线圈121的电流。场线圈121的电流可以影响发电线圈部122所产生的交流电能。

在本发明的实施例中，整流器电路110将被检测是否发生异常事件(步骤s240)，异常事件例如可包括过温(over-temperature)事件、过电流(over-current)事件或过电压(over-voltage)事件)。在步骤s250中，当整流器电路110发生异常事件时，调节器电路130对应调整场线圈121的电流，例如减少场线圈121的电流，或是停止提供电流给场线圈121。由于场线圈121的电流被调小甚至是没有电流，将可使交流发电机120停止发电，进而预防整流器电路110在异常事件发生后仍持续运作而造成的损坏。

图3是依照本发明另一实施例所示出一种同步整流发电机的保护方法的流程示意图。图3所示步骤s230与s240可以参照图2所示步骤s230与s240的相关说明而类推，故不再赘述。请参照图1与图3，控制器电路140可以检测整流器电路110是否发生异常事件(步骤s240)。当整流器电路110发生异常事件时，控制器电路140即时地通知/控制调节器电路130，使调节器电路130减少或停止供应电流给场线圈121。在图1所示实施例中，整流器电路110发生异常事件的检测和通知例如可由控制器电路140来执行，但并不限于此。在其他实施例中，所述异常事件的检测和通知功能实际上也可实施于同步整流发电机100的任一电路架构中。例如，将所述异常事件的检测和通知功能配置在电连接整流器电路110和调节器电路130的任何电路单元，以在检测到整流器电路110发生异常事件时，通知该调节器电路130减少或停止供应电流给该场线圈121。

该调节器电路130停止供应场线圈电流的执行方式例如可包括：通过关断该调节器电路130与该场线圈121间的一开关(未示出)而停止供应电流给场线圈121。此外，本发明另提出以控制器电路140干涉交流发电机120运转所产生的相位信号ps的方式，来使调节器电路130减少或停止供应电流给该场线圈121的技术方案，详细说明如下。

请参照图1与图3，控制器电路140可以依据整流器电路110是否发生异常事件，而对应决定是否干涉相位信号ps。当步骤s240判断整流器电路110发生异常事件时，控制器电路140即时地进行步骤s450。在步骤s450中，控制器电路140可以即时地干涉相位信号ps，以使调节器电路130减少或停止供应电流给场线圈121。举例来说(但不限于此)，控制器电路140可以将相位信号ps下拉至某一预设范围，以使调节器电路130减少或停止供应电流给场线圈121。

图4是依照本发明又一实施例所示出一种同步整流发电机的保护方法的流程示意图。请参照图1与图4，控制器电路140电连接至整流器电路110与调节器电路130。在步骤s510中，控制器电路140可以控制整流器电路110的整流操作。在步骤s520，控制器电路140可以检测整流器电路110是否发生异常事件。依照设计需求，所述异常事件例如可以包括过温(over-temperature)事件、过电流(over-current)事件或过电压(over-voltage)事件。依据该整流器电路110是否发生异常事件，控制器电路140在步骤s520中可以对应决定是否干涉相位信号ps。

当整流器电路110发生了异常事件时，控制器电路140会即时地干涉相位信号ps(步骤s530)。因为相位信号ps被干涉(例如将相位信号ps拉低)，调节器电路130便对应地减少或停止供应电流给场线圈121(步骤s540)。举例来说，当整流器电路110发生异常事件时，控制器电路140可以对应地将相位信号ps的电压准位下拉至预设范围，以使调节器电路130停止(或减少)供应电流给场线圈121。所述预设范围可以依照设计需求来决定。例如，所述预设范围可以是“小于1伏特”或是“接地电压准位”。场线圈121电流可以影响发电线圈部122所产生的交流电能。因此通过干涉相位信号ps，发电线圈部122传送给整流器电路110的交流电能可以即时地被调小(甚至是调为零)。

控制器电路140在步骤s550中可以再一次检查整流器电路110是否发生异常事件。当异常事件尚未解除时，控制器电路140会再一次步骤s530、步骤s540与步骤s550。当整流器电路110没有发生异常事件时(例如温度下降至额定范围内)，控制器电路140不干涉相位信号ps(步骤s560)。因此，当整流器电路110发生异常事件时，控制器电路140可以即时地防止整流器电路110的损坏。

图5是依照本发明一实施例说明图1所示同步整流发电机100的范例电路示意图。图5所示实施例可以作为车用交流发电机及其调节电路。如图5所示，交流发电机120包含了转子线圈(例如场线圈121)与定子线圈(例如发电线圈部122)。在图5所示实施例中，发电线圈部122包含u相线圈122u、v相线圈122v与w相线圈122w。u相线圈122u的第一端与第二端分别电连接至第一共同节点123与整流器电路110的u相交流端111u。v相线圈122v的第一端与第二端分别电连接至第一共同节点123与整流器电路110的v相交流端111v。w相线圈122w的第一端与第二端分别电连接至第一共同节点123与整流器电路110的w相交流端111w。当电流通过场线圈121时，且当汽车的内燃引擎(未示出)带动场线圈121转动时，此场线圈121即会产生旋转磁场。u相线圈122u、v相线圈122v与w相线圈122w将会切割此旋转磁场的磁力线，进而产生三相交流电能给整流器电路110的u相交流端111u、v相交流端111v与w相交流端111w。

整流器电路110接受来自交流发电机120的三相交流电能。整流器电路110将来自发电线圈部122的三相交流电能转换为直流电能，并将直流电能经由第一直流电压输出端(例如接地端gnd)与第二直流电压输出端(例如功率端b+)提供给蓄电池20。值得注意的是，此蓄电池20也可以经由功率端b+与接地端gnd提供直流电能给调节器电路130。

在图5所示实施例中，整流器电路110包括u相上开关112uu、u相下开关112lu、v相上开关112uv、v相下开关112lv、w相上开关112uw以及w相下开关112lw。u相上开关112uu、v相上开关112uv与w相上开关112uw的第一端共同电连接至同步整流发电机100的第二直流电压输出端(例如功率端b+)。u相下开关112lu、v相下开关112lv与w相下开关112lw的第一端共同电连接至同步整流发电机100的第一直流电压输出端(例如接地端gnd)。u相上开关112uu与u相下开关112lu的第二端共同电连接至整流器电路110的u相交流端111u。v相上开关112uv与v相下开关112lv的第二端共同电连接至整流器电路110的v相交流端111v。w相上开关112uw与w相下开关112lw的第二端共同电连接至整流器电路110的w相交流端111w。控制器电路140可以控制u相上开关112uu、u相下开关112lu、v相上开关112uv、v相下开关112lv、w相上开关112uw以及w相下开关112lw，以便控制整流器电路110的整流操作。

在图5所示实施例中，调节器电路130包括开关131、二极管132以及调节器控制电路133。开关131的第一端电连接至同步整流发电机100的该第一直流电压输出端(例如接地端gnd)，而开关131的第二端电连接至场线圈121的第一端。二极管132的阳极连接至场线圈121的第一端与开关131的第二端，而二极管132的阴极电连接至场线圈121的第二端。调节器控制电路133电连接至同步整流发电机100的第一直流电压输出端(例如接地端gnd)与第二直流电压输出端(例如功率端b+)，以检测同步整流发电机100所输出的直流电能的电压准位。调节器控制电路133还电连接至发电线圈部122，以检测相位信号ps。相位信号ps可来自于所述定子线圈u相线圈、v相线圈或w相线圈的其中任一相，本实施例中以来自w相线圈为例。依据相位信号ps，以及依据同步整流发电机100所输出的直流电能的电压准位(例如功率端b+的电压准位)，调节器控制电路133可以对应控制开关131的导通状态。开关131的导通状态可以决定通过场线圈121的电流量，进而调整发电线圈部122所产生的交流电能。此外，调节器控制电路133还可以经由同步整流发电机100的控制端lin接收电子控制单元10的控制命令。调节器控制电路133可以依据电子控制单元10的控制而产生对应的直流电能。调节器控制电路133的实施细节可以依照设计需求来决定。例如在一些实施例中，现有的调节器控制电路或其他控制电路可以被采用来实现调节器控制电路133，故调节器控制电路133的操作细节不再赘述。

除此之外，控制器电路140还可以检测整流器电路110是否发生异常事件。举例来说(但不限于此)，依照设计需求，一个或多个温度感测器(未示出)可以被配置于u相上开关112uu、u相下开关112lu、v相上开关112uv、v相下开关112lv、w相上开关112uw以及w相下开关112lw其中一者或多者的附近。所述一个或多个温度感测器(未示出)的实施细节可以依照设计需求来决定。例如在一些实施例中，现有的温度感测器或其他温度感测器可以被采用来实现所述一个或多个温度感测器(未示出)，故不再赘述。控制器电路140可以经由所述一个或多个温度感测器(未示出)来检测u相上开关112uu、u相下开关112lu、v相上开关112uv、v相下开关112lv、w相上开关112uw以及w相下开关112lw其中一者或多者是否发生过温事件(异常事件)。

在另一些实施例中，一个或多个电流感测器(未示出)可以被配置于u相上开关112uu、u相下开关112lu、v相上开关112uv、v相下开关112lv、w相上开关112uw以及w相下开关112lw其中一者或多者的电流路径中。所述一个或多个电流感测器(未示出)的实施细节可以依照设计需求来决定。例如在一些实施例中，现有的电流感测器或其他电流感测器可以被采用来实现所述一个或多个电流感测器(未示出)，故不再赘述。控制器电路140可以经由所述一个或多个电流感测器(未示出)来检测u相上开关112uu、u相下开关112lu、v相上开关112uv、v相下开关112lv、w相上开关112uw以及w相下开关112lw其中一者或多者是否发生过电流事件(异常事件)。

在一实施例中，控制器电路140电连接至调节器电路130。当整流器电路110没有发生异常事件时，控制器电路140不进行任何异常通知动作。因此，调节器控制电路133得以正常运作。当整流器电路110发生了异常事件时，控制器电路140可通知调节器电路130，使调节器控制电路133控制开关131来减少或停止供应电流给场线圈121，使得发电线圈部122传送给整流器电路110的交流电能可以即时地被调小(甚至是调为零)。

在另一实施例中，控制器电路140例如可在检测到整流器电路110发生异常事件时，即时地干涉相位信号ps。举例来说(但不限于此)，该发电线圈部122可包括输出该相位信号ps的第一端，该调节器电路130包括接收该相位信号ps的第二端，该控制器电路140可电连接至该第一端或该第二端，或电连接至该第一端与该第二端之间的任一节点，以在该整流器电路110发生该异常事件时，干涉该相位信号ps。当整流器电路110发生异常事件时，控制器电路140可以经由设置一电阻(未示出)而将相位信号ps下拉至预设范围。所述预设范围可以依照设计需求来决定。例如，所述预设范围可以是“小于1伏特”或是“接地电压准位”。当相位信号ps的电压准位落入所述预设范围时，调节器控制电路133通过关断(turnoff)开关131而停止供应电流给场线圈121。因为调节器电路130停止供应电流给场线圈121，使得发电线圈部122传送给整流器电路110的交流电能可以即时地被调小(甚至是调为零)。因此，当整流器电路110发生异常事件时，控制器电路140可以即时地防止整流器电路110的损坏。

依照设计需求，控制器电路140从“干涉相位信号ps”回归至“不干涉相位信号ps”的机制可以有数种不同做法。为了方便说明，在此将假设整流器电路110的所述异常事件包括过温事件。其他的异常事件的处理方法可以参照过温事件的相关说明而类推，故不再赘述。

举例来说，在一些实施例中，当整流器电路110的温度介于第一临界温度与第二临界温度之间(例如介于摄氏180度与200度之间)时，控制器电路140对应地将相位信号ps下拉并保持于某一预设范围达一段预设期间(例如将相位信号ps下拉至接地电压准位并保持5秒)，以使调节器电路130于此预设期间中(例如在5秒内)停止供应电流给场线圈121。在此预设期间结束后，控制器电路140可以停止干涉相位信号ps，因此调节器电路130得以恢复正常运作。

在另一些实施例中，当整流器电路110的温度大于所述第一临界温度与所述第二临界温度(例如高于摄氏215度，正负误差30度)时，控制器电路140可以永久性地将相位信号ps保持于所述预设范围(例如保持于接地电压准位)。

在又一些实施例中，当整流器电路110的温度介于所述第一临界温度与所述第二临界温度之间时，控制器电路140对应地将相位信号ps下拉至某一预设范围并保持一段预设期间。在此预设期间结束后，控制器电路140可以停止干涉相位信号ps，因此调节器电路130得以恢复正常运作。在造成异常事件的因素尚未排除的情况下，在调节器电路130恢复正常运作后，整流器电路110的温度很有可能再一次异常升高，进而导致控制器电路140再一次干涉相位信号ps。控制器电路140可以计数“控制器电路140干涉相位信号ps”的干涉次数。当此干涉次数大于某一临界次数时，控制器电路140可以永久性地将相位信号ps保持于预设范围(例如保持于接地电压准位)。所述临界次数可以依照设计需求来决定，例如将所述临界次数设置为10次。

图5所示实施例是以三相交流发电机的运作为说明范例。依照设计需求，本发明也可应用于其他种类的车用交流发电机，例如六相交流发电机或其他三相以上的多相交流发电机。

值得注意的是，在不同的应用情境中，调节器控制电路133和/或控制器电路140的相关功能可以利用一般的硬件描述语言(hardwaredescriptionlanguages，例如veriloghdl或vhdl)或其他合适的编程语言来实现为软件或硬件。可执行所述相关功能的软件可以被布置为任何已知的计算机可存取介质(computer-accessiblemedias)，例如磁带(magnetictapes)、半导体(semiconductors)存储器、磁盘(magneticdisks)或光盘(compactdisks，例如cd-rom或dvd-rom)，或者可通过互联网(internet)、有线通信(wiredcommunication)、无线通信(wirelesscommunication)或其它通信介质传送所述软件。所述软件可以被存放在计算机的可存取介质中。另外，本发明的装置和方法可以通过硬件和软件的组合来实现。

综上所述，本发明诸实施例所提供的同步整流发电机100及其保护方法可以检测整流器电路110是否发生异常事件。在整流器电路110发生异常事件时，控制器电路140可以使调节器电路130对应调整场线圈121的电流(例如减少场线圈121的电流，或是停止提供电流给场线圈121)。由于场线圈121的电流被调小(甚至是没有电流)，使得发电线圈部122的交流电能也被调小(甚至为零)。因此在整流器电路110发生异常事件时，本发明实施例所提供的电路可以即时保护整流器电路110。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。