CN101577445A - 可调式电压调节电路及其运作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调式电压调节电路及其运作方法，其中该可调式电压调节电路为反馈电路，用以调节车载的交流发电机所输出的输出电压，其包括：分压电路、电压调变元件、微处理器及电压调节器。其中，分压电路接收输出电压所形成的反馈电压，并经由分压计算以产生检测电压，而电压调变元件连接分压电路。微处理器连接电压调变元件，用以接收外部设定信号来控制电压调变元件的运作，以进一步调整该检测电压。电压调节器则是连接分压电路，用以依据该检测电压来进行调节输出电压达到目标电压值。因此，本发明可以达到可即时地进行调整交流发电机的输出电压的目的。

Description

可调式电压调节电路及其运作方法

技术领域

本发明涉及一种电压调节电路，特别涉及一种应用于车载的交流发电机的可调式电压调节电路及其运作方法。

背景技术

近几年来，由于车用电子的快速发展，使得各项车载周边产品也不断增加，而相对的在车载电源的设计就显得格外重要，要如何兼具稳定性、安全性及适用性等各方面的考虑而进行开发设计便是重要的一环。

一般车载在电源部分的设计可如图1所示，为现有技术车载电源供应电路的电路图。如图所示，电源供应电路9包括：交流发电机91、整流桥92、电压调节电路93及车载电池94。其中，交流发电机91包含三相定子线圈911及励磁线圈912，当车载引擎(图未示)启动而带动励磁线圈912转动时，励磁线圈912会产生旋转磁场，而使三相定子线圈911输出三相交流电。

而整流桥92则例如为三相整流器，用以接收交流发电机91所产生的三相交流电，并且进行交流转直流的整流后，产生输出直流电，以对车载电池94进行充电，并且提供给车载中的负载(图未示)运作的所需。此外，电压调节电路93包含电压调节器930，电压调节器930通过检测信号接脚(Sense)来连接至整流桥92的输出端，以检测交流发电机91的输出电压，并且进而得以依据所检测到的电压来控制励磁线圈912的占空比(Duty Cycle)以进一步调节交流发电机91的输出电压。

再者，如图所示，为目前常见的在电压调节器930的检测信号接脚(Sense)会进一步搭配电阻R1及R2的设计，以利用电阻分压的原理来检测交流发电机91经整流桥92所输出的输出电压。于是，电压调节器930便会将检测到的检测电压V_S与内部的参考电压(图未示)进行比较而做电压调整控制，也就是当该检测到的检测电压V_S比该参考电压低时，电压调节器930就会控制把该励磁线圈912的占空比增加；反之则把该励磁线圈912的占空比减少。以达到调整电压及稳定电压的目的。

换句话说，改变电阻R1及R2所产生的分压值便可以变更电压调节器930所接收的检测电压V_S，进而控制变更交流发电机91经整流桥92所输出的输出电压。于是，通过改变检测电压V_S的值而使电压调节器930可以根据交流发电机91的输出电压的不同需求，例如不同的车载规格，就会有不同的电压需求。但是，由于电阻R1及R2的改变是仅能在电压调节电路93前端生产时进行改变，而另一设计则是采用可变电阻来代替原本的电阻R1及R2。然而对后端使用而言，上述的设计方式所设计出的电压调节电路93都是属于固定式电压调节电路或半固定式电压调节电路(调整后不再变更)。如此一来，现有所用的电压调节电路93便无法随着根据不同车况(如：轻载、重载、高温、低温、怠速、超车等状况)而轻易且即时地进行输出电压的调整。

于是，目前市场上进一步开发出另一电压调节电路的设计方式，就是利用特定功能集成电路(ASIC)来取代原本的电压调节器，或者是电压调节器使用单一微处理器的方式来设计。而其方法就是可以进一步通过通信协议(Communication Protocol)来接收外部的控制以改变内部的参考电压，而来达到调整输出电压的目的。但是，如果使用ASIC的设计，其需要花费很大的成本和时间来开发；而如果以单一微处理器的方式来设计的话，则微处理器一方面须控制电压调节器的稳定，另一方面要随时检测及判断外部传送过来的参考电压设定信号，于是会造成整体的稳定性会较差。

因此，要如何设计出可调整交流发电机的输出电压，并且又能兼具成本低、稳定性以及可适用于不同车况或不同通信协议的车载的电压调节电路，便是目前值得加以进行研究设计的地方。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于在车载的交流发电机系统中，利用微处理器及电压调变元件的搭配设计，让微处理器可以相容于各种通信协议以用来接收外部的电压设定信号，进而改变电压调节器所需的检测电压，以达到可调整交流发电机的输出电压的目的。于是，使电压调节电路可适用于不同车况或不同通信协议的车载。

为了达到上述目的，根据本发明所提出的方案，提供一种可调式电压调节电路，其为反馈电路，用以调节车载的交流发电机所输出的输出电压，该可调式电压调节电路包括：分压电路、电压调变元件、微处理器及电压调节器。其中，分压电路接收该输出电压所形成的反馈电压，并经由分压计算以产生检测电压，而电压调变元件连接该分压电路。再者，微处理器连接该电压调变元件，用以接收外部设定信号来控制该电压调变元件的运作，以进一步调整该检测电压。最后，电压调节器则是连接该分压电路，用以依据该检测电压来进行调节该输出电压以达到目标电压值。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述交流发电机进一步包含：定子线圈，用以输出该输出电压；及励磁线圈，连接该电压调节器，用以接收该电压调节器的控制而调节该输出电压。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述电压调节器控制改变该励磁线圈的占空比以调节该输出电压。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述励磁线圈采用高侧励磁线圈或低侧励磁线圈的设计。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述电压调变元件采用数字变阻器或数字分压计的设计。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述车载进一步包含：电源系统控制单元，用以产生该外部设定信号。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述微处理器依据通信协议的规范来连接该电源系统控制单元。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述微处理器进一步包含：核心单元，用以控制该电压调变元件的运作；及周边通信接口，符合该通信协议的规范，用以接收该外部设定信号。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述微处理器进一步用以接收该电压调节器所取得的该车载的负载的状态，以通过该通信协议的规范来回传给该电源系统控制单元。

如上所述的可调式电压调节电路，其中所述通信协议为动力控制模块、远端电压控制、位同步单线协议或区域互联网的通信协议。

为了达到上述目的，根据本发明所提出的另一方案，提供一种可调式电压调节电路的运作方法，用以调节车载的交流发电机所输出的输出电压，该运作方法的步骤包括：首先，针对该输出电压进行分压计算以形成检测电压，接着依据通信协议的规范来接收外部设定信号，并且再通过该外部设定信号来控制该可调式电压调节电路的电压调变元件进行运作，以进一步调整该检测电压。最后，依据该检测电压来调节该输出电压以达到目标电压值。由此，以达到可即时进行调整交流发电机的输出电压的目的。

如上所述的可调式电压调节电路的运作方法，其中进一步包含：分析该外部设定信号，以依据该分析的结果来确认是否需要调节该输出电压。

如上所述的可调式电压调节电路的运作方法，其中如果该确认的结果为是，则控制该电压调变元件进行运作，而如果该确认的结果为否，则关闭该电压调节器。

如上所述的可调式电压调节电路的运作方法，其中所述外部设定信号由该车载的电源系统控制单元依据该车载的车况所产生。

如上所述的可调式电压调节电路的运作方法，其中所述电压调变元件采用数字变阻器或数字分压计的设计。

如上所述的可调式电压调节电路的运作方法，其中调节该输出电压通过控制改变该交流发电机的励磁线圈的占空比来调节。

如上所述的可调式电压调节电路的运作方法，其中所述通信协议为动力控制模块、远端电压控制、位同步单线协议或区域互联网的通信协议。

因此，本发明可即时地进行调整交流发电机的输出电压，并且具有较高的稳定性。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达到预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。

附图说明

图1为现有技术车载电源供应电路的电路图；

图2为本发明可调式电压调节电路的应用实施例电路方块示意图；

图3A至图3F为电压调变元件的各式连接示意图；及

图4为本发明可调式电压调节电路的运作方法实施例流程图。

其中，附图标记说明如下：

现有技术

9   电源供应电路

91  交流发电机

911 三相定子线圈

912 励磁线圈

92  整流桥

93  电压调节电路

930 电压调节器

94  车载电池

V_S  检测电压

R1，R2电阻

本发明

1   可调式电压调节电路

11  分压电路

12  电压调变元件

13  微处理器

131 核心单元

132 周边通信接口

14  电压调节器

2   交流发电机

21  定子线圈

22  励磁线圈

3   整流器

4   电源系统控制单元

5   车载电池

6   负载

I_out输出电流

R1，R2电阻

V_FB 反馈电压

V_S  检测电压

具体实施方式

本发明主要是针对固定式电压调节电路来进行设计改进，使其可成为可调式电压调节电路，并且能够适用于各种通信协议的运作，以接收来自车载的电源系统控制单元依据车况所产生的外部设定信号，而进行调整所需的输出电压的电压值。

请参考图2，为本发明可调式电压调节电路的应用实施例电路方块示意图。如图2所示，本实施例的可调式电压调节电路1为反馈电路，用以调节车载(图未示)的交流发电机2所输出的输出电压，使得在车载的引擎发动后得以稳定输出该输出电压，以对车载电池5进行充电，并且提供给车载中的负载6运作的所需。

而本领域技术人员应可了解交流发电机2中是包含有定子线圈21及励磁线圈22。其中，在车载引擎发动后，励磁线圈22会产生旋转磁场来使定子线圈21产生交流输出电流及形成该输出电压，并且再通过车载中所包含整流器3来将该交流输出电流整流成为直流的输出电流I_out。而其余关于交流发电机2的相关运作在此也就不再加以赘述。

而本实施例的可调式电压调节电路1包含：分压电路11、电压调变元件12、微处理器13及电压调节器14。其中，分压电路11是接收该输出电压所形成的反馈电压V_FB，并且经由分压计算来产生检测电压V_S，并且在本实施例中，分压电路11是例如以电阻R1及R2的设计来达成。而电压调变元件12是连接分压电路11，用以与分压电路11产生电路特性，使分压电路11得以产生可变动的电压。

微处理器13是连接电压调变元件12，用以接收外部设定信号来控制电压调变元件12的运作，以达到进一步调整检测电压V_S的目的。接着，电压调节器14是连接于分压电路11，用以接收该检测电压V_S来调节该输出电压，以能稳定地达到目标电压值。其中，电压调节器14除了一端是连接分压电路11之外，另一端是用以连接交流发电机2的励磁线圈22，使得励磁线圈22得以接收电压调节器14的控制而调节该输出电压。补充说明的是，上述的目标电压值即是电压调节器14所谓的电压设定点(Voltage Setting Point)，也就是如图2中的A端的目标电压值。

而在实际运作上，电压调变元件12中可以例如是有2⁶＝64阶的调整范围，也就是可以将所搭配的电阻(如10kΩ)做64段的调整，进而再与该分压电路11产生分压计算而用以进一步调整该检测电压V_S。而电压调节器14则是依据该检测电压V_S，且通过图2中所示的F控制信号线来控制改变励磁线圈22的占空比(Duty Cycle)以调节该输出电压。也就是说，在电压调节器14中，是通过比较该检测电压V_S与预设的参考电压来决定出控制该励磁线圈22的占空比的增减，以在该检测电压V_S高于该参考电压时，就减少励磁线圈22的占空比；而当该检测电压V_S低于该参考电压时则增加励磁线圈22的占空比，以产生调节该输出电压的效果。

附带一提的是，在上述电路的应用设计上，其中定子线圈21可例如为三相、四相、Y型或△型的定子线圈的设计。励磁线圈22是可例如采用高侧(High Side)励磁线圈或低侧(Low Side)励磁线圈的设计。而电压调变元件12则可是采用数字变阻器(Digital Rheostat)或数字分压计(DigitalPotentiometer)的设计。

此外，上面所述的外部设定信号是通过车载中的电源系统控制单元4根据车载的车况来产生，其中电源系统控制单元4在设计上可例如为动力总成控制模块(Powertrain Control Module，PCM)、车身控制模块(Body ControlModule，BCM)及车用电子控制单元(Electronic Control Unit，ECU)等任一的设计。而所述的车况则可以是指车载在轻载、重载、高温、低温、怠速及超车等状况。再者，微处理器13是依据通信协议的规范来连接电源系统控制单元4。其中微处理器13进一步包含：核心单元131及周边通信接口132，该核心单元131是用来控制电压调变元件12的运作，而周边通信接口132是符合该通信协议的规范，以通过该通信协议来接收外部设定信号，并且周边通信接口132可以简单通过其中程序的修改或元件的替换(如增加收发器等)即可支援各种不同的通信协议。于是如此一来，微处理器13便是可以接收电源系统控制单元4所传送的外部设定信号来决定所要调整的电压值。

而上述提到的各种通信协议可例如是动力控制模块(Powertrain ControlModule，PCM)、远端电压控制(Remote Voltage Control，RVC)、位同步单线协议(Bit Synchronous Single-Wire，BSS)或区域互联网(Local InterconnectNetwork，LIN)的通信协议。此外，通过通信协议的沟通，使得微处理器13得以进一步接收电压调节器14通过调节输出电压给负载6使用时所取得的负载的状态(例如负载状况、过电压警示状况等)，而通过通信协议的传递来回传给电源系统控制单元4。

接着，请再参考图3A图至图3F，为电压调变元件的各式连接示意图。而这些连接示意图是用以说明电压调变元件12与电压调节器14之间除了如图2中所示的连接形式之外，其它还可以用以实现调整电压的连接态样，而在这之中也同时是将分压电路11加以进行整合，以达到可调整检测电压V_S的目的。然而，本领域技术人员可了解电压调变元件12与电压调节器14之间的连接关系并非仅限于本实施例中所公开的方式。

为了进一步说明本发明的实际运作过程，请再参考图4，为本发明可调式电压调节电路的运作方法实施例流程图。如图所示，本实施例提供一种可调式电压调节电路1的运作方法，该运作方法的步骤包括：首先依据车载的交流发电机2所输出的输出电压来产生检测电压V_S(S401)，也就是在车载引擎启动之后，针对该输出电压所形成的反馈电压来进行分压计算以产生该检测电压V_S。其中，该输出电压是用以提供给车载的负载6使用。

接着，由可调式电压调节电路1中的微处理器13来接收车载的电源系统控制单元4依据车载的车况所产生的外部设定信号，并加以进行分析(S403)。进而，微处理器13依据该分析的结果来确认是否需要进行调节该输出电压(S405)。

如果步骤(S405)的确认结果为是时，则表示目前的输出电压无法适用于目前车载的车况而需进行调整，于是微处理器13通过所分析的该外部设定信号来控制可调式电压调节电路1中的电压调变元件12进行运作(S407)，以进一步进行调整该检测电压V_S(S409)。进而，电压调节器14便可依据该检测电压V_S来调节该输出电压的大小(S411)。

而另一方面，如果步骤(S405)的确认结果为否的话，则表示目前的输出电压是符合此车载的规格或车况而不需进行调节输出电压。因此，可直接进行关闭电压调节器14(S415)。最后，在步骤(S411)或(S415)执行之后，可调式电压调节电路1则是再重复执行步骤(S403)及其后的步骤，以完成本实施例所述的运作方法。

此外，本实施例中除了可以依据目前车况来即时调节输出电压之外，在调节输出电压给车载的负载6使用的同时，电压调节器14还可进一步取得目前车载的负载6的状态，而将负载6的状态输出给微处理器13，以再由微处理器13回传给电源系统控制单元14。

综上所述，本发明在车载的交流发电机系统中，利用微处理器及电压调变元件的搭配设计，让微处理器可以相容于各种通信协议而用来接收外部设定信号，以进行改变电压调节器所需的检测电压，进而达到可调整交流发电机的输出电压的目的，于是，让电压调节电路可适用于不同车况或不同通信协议的车载。此外，由于本发明中所使用的微处理器、电压调变元件及电压调节器都属于现成的芯片及元件，因此可以大幅地节省产品的成本。再者，由于本发明主要是针对反馈电压来进行调整，因而不会中断或影响电压调节器的运作时序，于是能具有较高的稳定性。

以上所述仅为本发明的具体实施例的详细说明及附图而已，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求书为准，本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本发明所界定的专利范围内。

Claims (17)

1、一种可调式电压调节电路，其特征在于，该可调式电压调节电路为反馈电路，用以调节车载的交流发电机所输出的输出电压，包括：

分压电路，接收该输出电压所形成的反馈电压，并经由分压计算以产生检测电压；

电压调变元件，连接该分压电路；

微处理器，连接该电压调变元件，用以接收外部设定信号来控制该电压调变元件的运作，以进一步调整该检测电压；及

电压调节器，连接该分压电路，用以依据该检测电压来调节该输出电压以达到目标电压值。

2、如权利要求1所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述交流发电机进一步包含：

定子线圈，用以输出该输出电压；及

励磁线圈，连接该电压调节器，用以接收该电压调节器的控制而调节该输出电压。

3、如权利要求2所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述电压调节器控制改变该励磁线圈的占空比以调节该输出电压。

4、如权利要求2所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述励磁线圈采用高侧励磁线圈或低侧励磁线圈的设计。

5、如权利要求1所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述电压调变元件采用数字变阻器或数字分压计的设计。

6、如权利要求1所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述车载进一步包含：

电源系统控制单元，用以产生该外部设定信号。

7、如权利要求6所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述微处理器依据通信协议的规范来连接该电源系统控制单元。

8、如权利要求7所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述微处理器进一步包含：

核心单元，用以控制该电压调变元件的运作；及

周边通信接口，符合该通信协议的规范，用以接收该外部设定信号。

9、如权利要求7所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述微处理器进一步用以接收该电压调节器所取得的该车载的负载的状态，以通过该通信协议的规范来回传给该电源系统控制单元。

10、如权利要求7所述的可调式电压调节电路，其特征在于，所述通信协议为动力控制模块、远端电压控制、位同步单线协议或区域互联网的通信协议。

11、一种可调式电压调节电路的运作方法，其特征在于，用以调节车载的交流发电机所输出的输出电压，该运作方法的步骤包括：

针对该输出电压所形成的反馈电压来进行分压计算以产生检测电压；

依据通信协议的规范来接收外部设定信号；

通过该外部设定信号来控制该可调式电压调节电路的电压调变元件进行运作，以进一步调整该检测电压；及

依据该检测电压来调节该输出电压以达到目标电压值。

12、如权利要求11所述的可调式电压调节电路的运作方法，其特征在于，进一步包含：分析该外部设定信号，以依据该分析的结果来确认是否需要调节该输出电压。

13、如权利要求12所述的可调式电压调节电路的运作方法，其特征在于，如果该确认的结果为是，则控制该电压调变元件进行运作，而如果该确认的结果为否，则关闭该电压调节器。

14、如权利要求12所述的可调式电压调节电路的运作方法，其特征在于，所述外部设定信号由该车载的电源系统控制单元依据该车载的车况所产生。

15、如权利要求11所述的可调式电压调节电路的运作方法，其特征在于，所述电压调变元件采用数字变阻器或数字分压计的设计。

16、如权利要求11所述的可调式电压调节电路的运作方法，其特征在于，调节该输出电压通过控制改变该交流发电机的励磁线圈的占空比来调节。

17、如权利要求11所述的可调式电压调节电路的运作方法，其特征在于，所述通信协议为动力控制模块、远端电压控制、位同步单线协议或区域互联网的通信协议。

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