CN102841253A - 交流发电机的相位检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种交流发电机的相位检测装置，此相位检测装置包含：波形检测器、门限电压产生器与比较器。波形检测器用于检测相位信号的波峰，并据此产生波形检测信号。门限电压产生器用于依据波形检测信号产生参考信号。比较器比较相位信号以及参考信号，并据此输出比较信号。因此，此相位检测装置可使车辆的电瓶的漏电流保持在较低的值。

Description

交流发电机的相位检测装置及其方法

技术领域

本发明有关于一种车用发电机，特别是有关于交流发电机的相位检测装置及其方法。

背景技术

车辆已成为现代人经常使用的交通工具之一，而车辆内通常会配置发电机与电池(或电瓶)。发电机用来提供车辆内的电子装置的电力，电池(或电瓶)用以储存启动车辆所需的电力及/或备用电力。例如，将使用石化燃料的引擎的动能通过皮带转换为发电机的交流信号，而此交流信号可再通过整流电路储存于电池(或电瓶)。

发电机通常是三相的交流发电机，且对应于每一个相位搭配一个相位检测装置，用以检测发电机运转所产生的交流信号的相位与频率。当发电机在低转速或怠速时，发电机的电枢(armature)所输出的相位信号是由小振幅弦波载在一个不固定的电压值的直流信号上。换句话说，发电机的电枢所输出的相位信号为直流信号与交流信号之和，其中此直流信号的电压值会随不同整流组件的漏电流而有所差异。由于此直流信号的电压值不是一个固定值，所以必须撷取出交流信号，以判断发电机所产生的交流信号的频率与相位。

传统的作法是将相位信号通过一个接地的电阻，以使直流信号的电压值下降至接近零伏特，然后，再以一个比较器撷取出交流信号。

请参照图1A，图1A是用于发电机的传统相位检测装置的电路图。传统相位检测装置1包括整流单元10、电阻13、比较器15与低通滤波器14。相位信号端点phase_end用以接收发电机其中一个电枢所产生的相位信号。相位信号端点phase_end电性耦接至整流组件10，且通过电阻13电性耦接至接地端GND。比较器15的正输入端电性耦接至相位信号端点phase_end，而比较器15的负输入端则接收参考电压Vref。比较器15的输出端则通过低通滤波器14电性耦接至传统相位检测装置1的输出端OUT。

整流单元10包括整流组件11与12，其中整流组件11与12可以使用二极管来实现。整流组件11的输入端与整流组件12的输出端电性耦接相位信号端点phase_end，而整流组件11的输出端与整流组件12的输入端则分别电性耦接至电源的正端V+与负端V-。

比较器15会比较相位信号与参考电压Vref的大小，并据此输出比较信号。传统相位检测装置1的输出端OUT还可以电性耦接至一个运算单元(未在图1A中示出)，而且运算单元可以根据比较信号的位准变化获得发电机所产生的交流信号的相位与频率。

低通滤波器14用以滤除比较信号的高频噪声，以避免高频噪声造成检测的错误。另外，低通滤波器14亦可以被移除，或者移至相位信号端点phase_end与比较器15的正输入端之间。

请参照图1B，图1B为带有小振幅弦波的相位信号与比较器所输出的比较信号的波形图。图1B上半部的波形代表相位信号端点phase_end的相位信号，此相位信号带有小振幅弦波(即交流信号)。因为，直流信号的电压值会随不同整流组件的漏电流而有所差异，因此，相位信号所对应的波形曲线实质上会在图1B上半部的两条虚线中垂直平移。

图1B下半部波形代表比较器15在直流信号的电压值为定值时，所输出的比较信号，此时，可以依据比较信号的位准变化获得交流信号的相位与频率。然而，如同前面所述，直流信号的电压值并非固定，而相位信号的波形曲线实质上会在图1B上半部的两条虚线中垂直平移，故上述参考电压Vref需随着直流信号的电压值变动，否则相位信号检测装置1将无法准确地获得交流信号的相位与频率。

另外，上述作法还会造成电瓶待机的漏电电流增加。尤其是在高温的环境，整流组件的漏电流会大幅上升，将导致车辆中的电池(或电瓶)的待机时间可能会减少，且可能会有车辆无法顺利发动的问题。

发明内容

本发明实施例提出一种交流发电机的相位检测装置，此相位检测装置包括波形检测器、门限电压产生器与比较器。波形检测器用以检测相位信号的波峰，并产生波形检测信号。门限电压产生器用以依据波形检测信号产生参考信号。比较器比较相位信号以及参考信号，并据此输出比较信号。

本发明实施例提出一种交流发电机的相位检测方法。此交流发电机的相位检测方法用于交流发电机的相位检测装置内，且包括以下步骤。首先，获得相位信号的峰值，并产生波峰检测信号。然后，获得相位信号的谷值，并产生波谷检测信号。接着，依据波峰检测信号以及波谷检测信号产生参考信号。最后，比较相位信号以及参考信号，以获得比较信号。

换句话说，本发明为一种交流发电机的相位检测装置，其中，包含：

一波形检测器，用以检测一相位信号的波峰，并据此产生一波形检测信号；

一门限电压产生器，用以依据所述波形检测信号产生一参考信号；以及

一比较器，比较所述相位信号以及所述参考信号，并据此输出一比较信号。

本发明所述的交流发电机的相位检测装置，其中，所述波形检测器还检测所述相位信号的波谷，所述波形检测信号包含一波峰检测信号以及一波谷检测信号，所述波峰检测信号与所述波谷检测信号分别根据所述相位信号的波峰与波谷而产生，且所述门限电压产生器依据所述波峰检测信号以及所述波谷检测信号产生所述参考信号。

本发明所述的交流发电机的相位检测装置，其中，所述参考信号的电压值小于所述波形检测信号的电压值减去一预定值。

本发明所述的交流发电机的相位检测装置，其中，所述参考信号的电压值小于所述波峰检测信号的电压值减去一预定值，且所述参考信号的电压值大于所述波谷检测信号的电压值。

本发明所述的交流发电机的相位检测装置，其中，所述预定值为所述相位信号在波峰附近的涟波的电压值。

本发明所述的交流发电机的相位检测装置，其中，还包含：

一低通滤波器，电性耦接于所述波形检测器，其中，所述低通滤波器为模拟滤波器或数字滤波器；

本发明所述的交流发电机的相位检测装置，其中，还包含：

一噪声消除器，电性耦接于所述比较器的一输出端，其中所述噪声消除器为模拟滤波器或数字滤波器。

一种交流发电机的相位检测方法，用于交流发电机的相位检测装置内，其中，所述交流发电机的相位检测方法包含：

获得一相位信号的峰值，并据此产生一波峰检测信号；

获得一相位信号的谷值，并据此产生一波谷检测信号；

依据所述波峰检测信号以及所述波谷检测信号产生一参考信号；以及

比较所述相位信号以及所述参考信号，以获得一比较信号。

本发明所述的交流发电机的相位检测方法，其中，所述参考信号的电压值小于所述波峰检测信号的电压值减去一预定值，且所述参考信号的电压值大于所述波谷检测信号的电压值。

本发明所述的交流发电机的相位检测方法，其中，所述相位检测方法还包含：

将所述相位信号的高频噪声滤除；以及

将所述比较信号的噪声滤除。

综上所述，本发明实施例所提出的相位信号检测装置及其方法，检测相位信号的波峰(或者同时检测相位信号的波峰与波谷)，以产生参考信号，而且此相位信号检测装置及其方法使用比较器对相位信号与参考信号进行比较，来获得相位信号的变化。据此，可以使车辆的电瓶的漏电流保持在较低的值，并使车辆的电瓶的待机时间增加。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参照以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅是为了提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1A为用于发电机的传统相位检测装置的电路图。

图1B为带有小振幅弦波的相位信号与比较器所输出的比较信号的波形图。

图2为本发明实施例的交流发电机的相位检测装置的方块图。

图3为本发明实施例的交流发电机的相位检测装置的经低通滤波后的相位信号、波形检测信号与比较信号的波形图。

图4为本发明另一实施例的交流发电机的相位检测装置的方块图。

图5为本发明另一实施例的交流发电机的相位检测装置的经低通滤波后的相位信号、波形检测信号与比较信号的波形图。

图6为本发明实施例的交流发电机的相位检测方法的流程图。

附图标记的说明

1：传统的相位检测装置

2、4：交流发电机的相位检测装置

10：整流单元

11、12：整流组件

13、R：电阻

GND：接地端

14、24、44：低通滤波器

15、23、43：比较器

21、41：波形检测器

22、42：门限电压产生器

25、45：噪声消除器

411：波峰检测器

412：波谷检测器

S61～S64：步骤流程

具体实施方式

〔交流发电机的相位检测装置的实施例〕

请参照图2，图2为本发明实施例的交流发电机的相位检测装置的方块图。交流发电机的相位检测装置2包括波形检测器21、门限电压产生器22、比较器23、低通滤波器24、噪声消除器25与电阻R。

电阻R的一端电性连接至相位信号P，电阻R的另一端电性连接至接地端GND。低通滤波器24的输入端接收相位信号P，且低通滤波器24的输入端通过电阻R电性连接至接地端GND。低通滤波器24的输出端电性连接至波形检测器21的输入端与比较器23的正输入端。波形检测器21的输出端电性连接至门限电压产生器22的输入端。门限电压产生器22的输出端电性连接至比较器23的负输入端。比较器23的输出端电性连接至噪声消除器25的输入端。噪声消除器25的输出端电性连接至交流发电机的相位检测装置2的输出端OUT。

波形检测器21用以检测经低通滤波后的相位信号P的波峰，并产生波形检测信号VW。波形检测器21产生的波形检测信号VW代表经低通滤波后的相位信号P的峰值。门限电压产生器22用以依据波形检测信号VW产生参考信号Vref。门限电压产生器22所产生的参考信号Vref可用以判断经低通滤波后的相位信号P的电压值是否在波峰附近。比较器23比较经低通滤波后的相位信号P以及参考信号Vref，并据此输出比较信号。比较器23输出的比较信号可以表明经低通滤波后的相位信号P的电压值是否在波峰附近。

本实施例中的比较器23可以是差动电压比较器，比较器23可以比较正输入端以及负输入端的电压差异。本实施例的比较器23的负输入端接收参考信号Vref，而比较器23的正输入端接收经低通滤波后的相位信号P。然而，本发明并不仅限于此。比较器23的正输入端以及负输入端可以互换，且比较器23的输入端互换后，比较器23仅输出相反的信号。本技术领域具有通常知识的人员应可推知其实施方式，在此不再赘述。

低通滤波器24可将相位信号P的高频噪声滤除，以避免高频噪声所造成的检测错误。噪声消除器25可将比较器23输出的比较信号的噪声滤除。然而，本发明并不仅限于此。实际上应用时，若高频噪声在可以接受的范围内，则低通滤波器24与噪声消除器25的至少其中之一可以被移除。若低通滤波器24与噪声消除器25同时被移除，则波形检测器21的输入端会直接接收相位信号P。同时，比较器23的输出端则可直接电性连接至交流发电机的相位检测装置2的输出端OUT。此外，低通滤波器24与噪声消除器25可以是数字滤波器或者模拟滤波器，本发明并不限定低通滤波器24与噪声消除器25的种类。

电阻R用以降低相位信号P的电压至波形检测器21能够接收的电压范围，但本发明并不仅限于此。电阻R仅是为了电路设计的方便。实际应用时，通过适当的电路设计电阻R也可以被移除。

请同时参照图2与图3，图3为本发明实施例的交流发电机的相位检测装置的经低通滤波后的相位信号、波形检测信号与比较信号的波形图。经低通滤波后的相位信号P通常可能还是带有交流发电机运转时所产生的其它频率的信号或噪声，使得经低通滤波后的相位信号P在其波峰附近的波形有明显的涟波(ripple)。以图3所示的相位信号P为例，图3所示的经低通滤波后的相位信号P的波峰的电压值为2伏特，经低通滤波后的相位信号P的波谷的电压值约在零伏特附近，波峰附近的涟波的电压值约为0.5伏特。当判断经低通滤波后的相位信号P是否于波峰附近时，经低通滤波后的相位信号P的涟波可能会影响判断结果。换句话说，若经低通滤波后的相位信号P在其波峰附近，因为经低通滤波后的相位信号P的涟波而使经低通滤波后的相位信号P小于参考信号Vref，则无法依据参考信号Vref正确判断经低通滤波后的相位信号P是否处于波峰附近。

为了正确判断经低通滤波后的相位信号P是否处于波峰附近相位信号P的波峰附近，参考信号Vref被设计为低于经低通滤波后的相位信号P的峰值减去涟波的电压值。换句话说，参考信号Vref可以小于波形检测信号VW减去一个预定值，此预定值是经低通滤波后的相位信号P的波峰附近的涟波的电压值。如图3所示，涟波的电压值为0.5伏特时，则将此预定值为0.5伏特，且参考信号Vref的电压值约为1.2伏特。因此，只要经低通滤波后的相位信号P在其波峰附近，参考信号Vref的电压值会小于相位信号P，就可避免错误的判断。

复参照图3，如图3所示的输出端OUT的电压值，在经低通滤波后的相位信号P大于参考信号Vref时，比较器23可输出高电压位准的比较信号，以表明经低通滤波后的相位信号P在波峰附近。在经低通滤波后的相位信号P小于参考信号Vref时，比较器23可输出低电压位准的比较信号，以表明经低通滤波后的相位信号P不在波峰附近。由于经低通滤波后的相位信号P大于参考信号Vref的时间与经低通滤波后的相位信号P小于参考信号Vref的时间之和必为一个周期，使得比较信号在高电压位准与低电压位准的时间之和是一个周期的时间，换句话说，依据输出端OUT的电压变化可知经低通滤波后的相位信号P的频率。

之后，比较器23输出的比较信号经过噪声消除器25输出至交流发电机的相位检测装置2的输出端OUT。交流发电机的相位检测装置2的输出端OUT可以电性连接至运算单元(未在图2中标示)，且运算单元可以依据交流发电机的相位检测装置2的输出端OUT的信号的位准变化而得知经低通滤波后的相位信号P的相位与频率。

〔交流发电机的相位检测装置的另一实施例〕

请参照图4，图4为本发明另一实施例的交流发电机的相位检测装置的方块图。交流发电机的相位检测装置4包括波形检测器41、门限电压产生器42、比较器43、低通滤波器44、噪声消除器45。与图2的交流发电机的相位检测装置2相比，交流发电机的相位检测装置4的波形检测器41包括波峰检测器411与波谷检测器412。

低通滤波器44接收相位信号P，且低通滤波器24的输出端电性连接至波峰检测器411与波谷检测器412的输入端与比较器43的正输入端。波峰检测器411与波谷检测器412的输出端电性连接至门限电压产生器42的输入端。门限电压产生器42的输出端电性连接至比较器43的负输入端。比较器43的输出端电性连接至噪声消除器45的输入端。噪声消除器45的输出端电性连接至交流发电机的相位检测装置4的输出端OUT。

波形检测器41用以检测经低通滤波后的相位信号P的波峰与波谷，并产生包括波峰检测信号VH与波谷检测信号VL的波形检测信号。波形检测器41的波峰检测器411产生波峰检测信号VH。波形检测器41的波谷检测器412产生波谷检测信号VL。门限电压产生器42用以依据波峰检测信号VH与波谷检测信号VL产生参考信号Vref，参考信号Vref用以判断经低通滤波相位信号P的电压是在波峰或在波谷附近。比较器43比较相位信号P以及参考信号Vref。比较器43输出的比较信号可以表明经低通滤波后的相位信号P是在波峰附近或在波谷附近。

本实施例中的比较器43、低通滤波器44与噪声消除器45可以与前一实施例的比较器23、低通滤波器24与噪声消除器25相同，在此不再赘述。

请同时参照图4与图5，图5为本发明另一实施例的交流发电机的相位检测装置的经低通滤波后的相位信号、波形检测信号与比较信号的波形图。为了正确判断经低通滤波后的相位信号P是否处于波峰附近，参考信号Vref被设计为低于经低通滤波后的相位信号P的峰值减去涟波的电压值。此外，在本实施例中，经低通滤波后的相位信号P的波谷并非接近零伏特，换句话说，经低通滤波后的相位信号P的谷值并不可被忽略。所以，参考信号Vref的电压值小于波峰检测信号VH的电压值减去涟波的电压值，且参考信号Vref的电压值大于波谷检测信号VL的电压值。

参考信号Vref小于波峰检测信号VH减去一个预定值。如图5所示，若经低通滤波后的相位信号P的峰值为2伏特，在经低通滤波后的相位信号P的波峰附近的涟波的电压值为0.5伏特，且经低通滤波后的相位信号P的谷值约为1伏特，则参考信号Vref在1伏特与1.5伏特(2伏特减0.5伏特)之间。

请参照图5，如图5所示的输出端OUT的电压值，在经低通滤波后的相位信号P大于参考信号Vref时，比较器43可输出高电压位准的比较信号，以表明经低通滤波后的相位信号P在波峰附近。在经低通滤波后的相位信号P小于参考信号Vref时，比较器43可输出低电压位准的比较信号，以表明经低通滤波后的相位信号P在波谷附近。由于经低通滤波后的相位信号P大于参考信号Vref的时间与经低通滤波后的相位信号P小于参考信号Vref的时间之和必为一个周期，使得比较信号在高电压位准与低电压位准的时间之和是一个周期的时间，换句话说，依据输出端OUT的电压变化可知经低通滤波后的相位信号P的频率。

之后，比较器43输出的比较信号经过噪声消除器45输出至交流发电机的相位检测装置4的输出端OUT。交流发电机的相位检测装置4的输出端OUT可以电性连接至运算单元(未在图4中示出)，且运算单元可以依据交流发电机的相位检测装置4的输出端OUT的信号的位准变化得知经低通滤波后的相位信号P的相位与频率。

〔交流发电机的相位检测方法的实施例〕

请参照图6，图6为本发明实施例的交流发电机的相位检测方法的流程图。交流发电机的相位检测方法用于交流发电机的相位检测装置内，且包括以下步骤。首先，在步骤S61中，获得相位信号的峰值，并产生波峰检测信号。然后，在步骤S62中，获得相位信号的谷值，并产生波谷检测信号。接着，在步骤S63中，依据波峰检测信号以及波谷检测信号产生参考信号。最后，在步骤S64中，比较相位信号以及参考信号，以获得比较信号。

本实施例的交流发电机的相位检测方法可以用图4的交流发电机的相位检测装置4来实现。在步骤S63中，参考信号若以电压的形式实施，参考信号的电压值小于波峰检测信号的电压值减去一预定值。此预定值是相位信号在波峰附近的涟波的电压值。参考信号的电压值也大于波谷检测信号的电压值。

此外，在步骤S61中，交流发电机的相位检测方法还可以包括将相位信号的高频噪声滤除。在步骤S64中，交流发电机的相位检测方法还可以包括将比较信号的噪声滤除。

〔实施例的可能功效〕

根据本发明实施例，上述的相位信号检测装置及其方法检测相位信号的波峰(或者同时检测相位信号的波峰与波谷)，以产生参考信号，而且此相位信号检测装置及其方法使用比较器对相位信号与参考信号进行比较，来获得相位信号的变化。据此，可以使车辆的电瓶的漏电流保持在较低的值，并使车辆的电瓶的待机时间增加。

虽然本发明公开的实施例如上所述，这些实施例仅为例示说明之用，而不应被解释为对本发明实施的限制。在不脱离本发明的实质范围内，其他的改动或者变化，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种交流发电机的相位检测装置，其特征在于，包含：

一波形检测器，用以检测一相位信号的波峰，并据此产生一波形检测信号；

一门限电压产生器，用以依据所述波形检测信号产生一参考信号；以及

一比较器，比较所述相位信号以及所述参考信号，并据此输出一比较信号。

2.根据权利要求1所述的交流发电机的相位检测装置，其特征在于，所述波形检测器还检测所述相位信号的波谷，所述波形检测信号包含一波峰检测信号以及一波谷检测信号，所述波峰检测信号与所述波谷检测信号分别根据所述相位信号的波峰与波谷而产生，且所述门限电压产生器依据所述波峰检测信号以及所述波谷检测信号产生所述参考信号。

3.根据权利要求1所述的交流发电机的相位检测装置，其特征在于，所述参考信号的电压值小于所述波形检测信号的电压值减去一预定值。

4.根据权利要求2所述的交流发电机的相位检测装置，其特征在于，所述参考信号的电压值小于所述波峰检测信号的电压值减去一预定值，且所述参考信号的电压值大于所述波谷检测信号的电压值。

5.根据权利要求3所述的交流发电机的相位检测装置，其特征在于，所述预定值为所述相位信号在波峰附近的涟波的电压值。

6.根据权利要求1所述的交流发电机的相位检测装置，其特征在于，还包含：

一低通滤波器，电性耦接于所述波形检测器，其中所述低通滤波器为模拟滤波器或数字滤波器。

7.根据权利要求1所述的交流发电机的相位检测装置，其特征在于，还包含：

一噪声消除器，电性耦接于所述比较器的一输出端，其中所述噪声消除器为模拟滤波器或数字滤波器。

8.一种交流发电机的相位检测方法，用于交流发电机的相位检测装置内，其特征在于，所述交流发电机的相位检测方法包含：

获得一相位信号的峰值，并据此产生一波峰检测信号； 

获得一相位信号的谷值，并据此产生一波谷检测信号；

依据所述波峰检测信号以及所述波谷检测信号产生一参考信号；以及

比较所述相位信号以及所述参考信号，以获得一比较信号。

9.根据权利要求8所述的交流发电机的相位检测方法，其特征在于，所述参考信号的电压值小于所述波峰检测信号的电压值减去一预定值，且所述参考信号的电压值大于所述波谷检测信号的电压值。

10.根据权利要求8所述的交流发电机的相位检测方法，其特征在于，所述相位检测方法还包含：

将所述相位信号的高频噪声滤除；以及

将所述比较信号的噪声滤除。 

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