CN1036823C - 车辆交流发电机的功率控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及把励磁电流逐渐供给车辆交流发电机的励磁线圈的一种装置。在该装置中，一最大占空比限制电路(19)产生一脉冲电压，其脉冲宽度取决于第一和第二计数器(15)和(16)的输出信号之间的相位差。当交流发电机的输出电压大于一基准电压时，第二计数器的满刻度计数时间相对于第一计数器的满刻度计数时间缩短，而当该输出电压小于该基准电压时，上述时间延长，从而增大相位差。一开关晶体管(12)根据上述脉冲电压控制供给交流发电机励磁线圈的励磁电流。

Description

车辆交流发电机的功率控制装置
本发明涉及车辆交流发电机的功率控制装置，它在有电负载接到该交流发电机上时控制励磁电流，从而防止交流发电机转矩猛然增大。
作为现有交流发电机功率控制装置之一，待审查的日本专利公告昭62-64299公开了这类装置。
但是，上述公告所公开的装置包括一增减计数器(可向上计数和向下计数的两进位计数器)和一个PWM电路(脉冲宽度调制电路)，该增减计数器根据交流发电机输出电压与基准电压的比较结果加以控制，而该PWM电路包括一递减计数器并产生其脉冲宽度随该增减计数器的计数而变的脉冲信号，从而把励磁电流供给交流发电机的励磁线圈。因此需要有许多数字电路，从而数字电路变得很复杂。
本发明的目的是提供一种逐渐改变励磁电流的简单数字电路。
本发明的另一个目的是提供控制励磁电流开关装置的装置，从而毫无困难地获得励磁电流在增大或减小时的不同导通时间。
本发明的又一个目的是提供控制励磁电流开关装置的装置，使交流发电机输出电压与基准电压的比较结果的输出的定时与励磁电流开关装置的开关定时同步，从而即使输出电压发生急剧变化，该开关装置也能平稳合上或打开。
本发明车辆交流发电机功率控制装置包括：一个受引擎驱动而把电流供给车辆电负载的交流发电机；一个比较交流发电机输出电压与基准电压的比较器；一对振荡器，包括第一和第二振荡器，用来产生具有相位差的两振荡信号，该相位差根据该比较器的输出信号而变化；开关装置，当一电信号加于其上时它响应于相位差来控制加到交流发电机励磁线圈上的励磁电流；以及一个相位差控制电路，当交流发电机输出电压大于基准电压时它相对于第一振荡器的振荡周期缩短第二振荡器的振荡周期，从而减小第一和第二振荡器的信号间的相位差，而当交流发电机输出电压小于基准电压时它相对第一振荡器的振荡周期延长第二振荡器的振荡周期，从而增大第一和第二振荡器的信号间的相位差。
按照上述结构，当交流发电机输出电压大于基准电压时，两振荡器振荡信号之间的相位差受控而减小。另一方面，当交流发电机输出电压小于基准电压时，一脉冲宽度与该相位差对应的电信号使该开关装置导通。因而可防止产生的转矩猛增。此后，两振荡信号之间的相位差逐渐增大且开关装置的导通率增加。
按照上述本发明，该电信号的脉冲宽度可由两振荡信号间的相位差控制，从而可不需用增减计数器而简化电路。
本发明装置的特征在于，该电信号与第一振荡器或第二振荡器的信号同步地加到开关装置上，而且在该电信号加到开关装置的多次中，至少振荡周期或是缩短或是延长地变动一次，从而逐渐供应励磁电路。
本发明装置的特征在于，当交流发电机输出电压大于基准电压时，开关装置断开而立即中断励磁电流。
本发明装置根据比较器的输出信号生成第一脉冲信号并对第一脉冲信号与其脉冲宽度与相位差对应的第二脉冲信号进行逻辑乘(AND)而按照AND信号控制开关装置，从而无延迟地中断励磁电流。
本发明装置包括：一个受引擎驱动而向车辆电负载供应电流的交流发电机；一个对交流发电机输出电压和基准电压进行比较的比较器；第一和第二时钟计数计数器；一个生成一脉冲信号的最大占空比限制电路，该脉冲信号的脉冲宽度与两计数器输出的计数的定时之间的差对应，一根据最大占空比限制电路的脉冲信号导通或断开励磁电流的开关装置；以及一相位差变动电路，当发电机输出电压大于基准电压时它相对于第一计数器满刻度计数时间缩短第二计数器的满刻度计数时间，从而减小该相位差，而当交流发电机输出电压小于基准电压时，它相对于第一计数器满刻度计数时间延长第二计数器的满刻度计数时间，从而增大该相位差。
按照上述结构，该电信号的脉冲宽度可根据两计数器的相位差加以控制，从而省略增减计数器而简化电路。
而且，本发明装置的特征在于，把与最大占空比限制电路的输出脉冲信号同步的一信号分频若干次后获得一定时信号，用该信号使第一计数器的满刻度计数时间缩短而增大相位差，从而可逐渐增大励磁电流。
而且，本发明装置的特征在于，第二计数器的满刻度计数时间用一与第二计数器的计数同步地定时信号缩短，从而相位差的减小比其增大更加地频繁，从而方便地区分脉冲宽度增大与减小之间的变动速度。
此外，本发明装置包括一复位确定电路，使第一计数器与该定时信号同步地复位而缩短第一计数器的满刻度计数时间并增大相位差，从而逐渐增大励磁电流。
此外，本发明装置包括一复位确定电路，使第二计数器与该定时信号同步地复位而缩短第二计数器的满刻度计数时间而减小相位差，从而减小最大占空比。
此外，本发明的特征在于，加于第二计数器的时钟信号根据第一计数器的输出信号分频若干次后得到的定时信号与第一计数器的输出信号的逻辑乘加以控制，从而相对于第一计数器满刻度计数时间增大第二计数器的满刻度计数时间，从而增大相位差而使励磁电流逐渐增大。
此外，在本发明装置中，最大占空比限制电路包括一个双稳态电路，它在第一计数器计得给定数时置位而在第二计数器计得给定数时复位，从而提供了一种简单电路。
此外，本发明装置包括一个稳频电路和一个复位确定电路，该稳频电路与最大占空比限制电路的输出脉冲信号同步地产生第二脉冲信号，其脉冲宽度根据比较器的输出而变化，该复位确定电路当第二计数器计得给定数时响应于第一和第二脉冲信号的状态来确定相位差的减小，从而即使输出电压发生急剧变动也能确保平稳的开关操作。
此外，本发明装置包括一个稳频电路，用来设定一个与最大占空比限制电路的输出脉冲信号同步的基准电平并产生一输出，该输出为把该基准电平与该比较器输出的一平滑或平均电平进行比较得出的结果，从而用该稳频电路的输出信号来控制开关装置而确保该开关装置的可靠控制。
而且，本发明装置包括一个AND电路，它对最大占空比限制电路的输出信号与比较器的输出信号进行逻辑乘，从而控制开关装置，以确保快速进行励磁电流的开关操作。
而且，在本发明装置中，开关装置在所述交流发电机的输出电压大于所述基准电压时断开，从而确保快速进行励磁电流的开关操作。
此外，本发明装置包括一个受引擎驱动而向车辆电负载供电的交流发电机、一个对交流发电机输出电压与基准电压进行比较的比较器、第一和第二时钟计数计数器、一个产生其脉冲宽度与两计数器输出信号之间的时间差对应的脉冲信号的最大占空比限制电路、一个响应于该最大占空比限制电路的脉冲信号来接通或断开励磁电流的开关装置以及一个根据交流发电机输出电压与基准电压的比较来确定第一和第二计数器的输出信号之间的时间差的时间差确定电路。
因此，该电信号的脉冲宽度可根据两计数器的两信号之间的相位差加以确定，从而省略增减计数器而简化电路。
附图说明：
图1为本发明一实施例的装置的线路图。
图2为上述实施例主要部分的线路图。
图3为表示上述实施例工作情况的时序图。
图4也为表示上述实施例工作情况的时序图。
图5为本发明第二实施例的线路图。
图6为表示第二实施例工作情况的时序图。
下面结合附图详细本发明。
图1和图2示出一实施例。标号1为一稳压器，它检测由一交流发电机2充电的蓄电池3的充电电压。在稳压器1中，比较器11在检测到的充电电压大于基准电压Vr时断开晶体管(Tr)12，该晶体管构成控制交流发电机2的励磁线圈21中的励磁电流的开关装置。稳压器1的电源10用一按键开关5接至蓄电池3。
标号15表示第一个二进制计数器。该计数器为n级计数器，它从2°开始计数直到2n，然后返回2°，产生周期为TK2＝TK1×2n的、与时钟信号CK1(周期为TK1)同步的时钟信号。
标号16表示第二n级二进制计数器，它与第一个二进制计数器15一样，与时钟信号CK1同步地计数。
标号19表示一保持电路。该电路构成根据第一和第二计数器之间的相位差产生一脉冲信号的最大占空比限制电路。保持电路19包括一置位复位触发电路，在第一计数器15计得第一给定数时置位而产生Hi信号，而在第二计数器16计得第二给定数时复位而产生Lo信号。在保持电路19在第一计数器15出现2n时置位并然后在第二计数器16出现2°时复位的情况下，则在周期TK2上的置位时间为(k+1)×TK1，其中，k为与第一和第二计数器之间的相位差对应的一计数。随后，晶体管12被AND电路13的输出导通，该AND电路13的两输入端分别接至保持电路19的输出端Q和电压检测比较器11的输出端。因此，最大占空比被限制为(k+1)×TK1/TK2＝(k+1)/2n。
标号17为一复位确定电路，它在检测到的蓄电池3的充电电压小于基准电压Vr时缩短第一计数器15的满刻度计数时间，从而增大第一和第二计数器15和16之间的相位差。
标号18为一分频电路，它控制复位确定电路17而限制增大第一和第二计数器15和16之间相位差的定时。该分频电路18包括m级二进制计数器，而把增大相位差的频率减小到1/2m(如图3所示)。
下面说明上述实施例的工作情况。
当蓄电池3的充电电压小于基准电压Vr时，比较器11的输出信号Ss变为Hi。因此，晶体管12的导通由保持电路19的Q端的输出信号控制。保持电路19在第一计数器15的计数变成2n(CK2)时置位从而Q端的输出信号变成Hi。然后，它由第二计数器16的信号2°复位从而Q端的输出信号变为Lo。当第一计数器15的计数相位超前第二计数器16的相位为数k时，保持电路19的Q端的输出信号保持Hi，直到它计数到(k+1)。
当第一计数器15的计数变成2n时，保持电路19的输出信号变成Hi并从而AND电路13的输出信号变成Hi。在此时刻，AND电路172产生输出信号Hi(图2所示)，同时信号CK3为Hi，从而使计数器15复位到数2°(如图4所示)。也就是说，第一计数器15的计数超前一次且计数器15计得的数字的相位超前，从而第一计数器15与第二计数器16之间的相位差增大。
因此，保持电路19的输出信号(最大占空比信号SA)在相当于(k+2)的一时间段中变为Hi，从而晶体管12的占空比从(k+1)/2n增大到(k+2)/2n。当晶体管12的占空比以每CK3周期1/2n的速度增大时，励磁电流逐渐增大从而交流发电机2所生成的转矩和输出电流逐渐增大。
当蓄电池3的充电电压大于基准电压Vr时，比较器11的输出信号Ss变成Lo，AND电路13输出Lo信号，晶体管12切断，从而交流发电机的输出电流减小。在这一阶段，当第二计数器计数为2n时，Hi信号加到AND电路171的非倒相输入端而Lo信号从AND电路13加到其倒相端，从而把第二计数器16复位成2°。因此第二计数器16的计数超前一次，计数器16的相位超前，从而减小第一和第二计数器之间的相位差。从而，保持电路19的输出信号(最大占空信号SA)的占空比减小。
若进一步控制相差使第一和第二计数器之间的相差变成最小，占空比就会从最小变为最大。另一方面，若进一步控制相差使第一和第二计数器之间的相差变成最大，占空比就会从最大变为最小。为了防止上述不利情况，可设置限制相差范围的装置。
现在参照图5和图6描述另一实施例。为了增大相位差，上述实施例中第一计数器15的计数超前，而本实施例中第二计数器16的计数停止一次。
相位差可增大，而不考虑所检测到的蓄电池3的电压，但是其增大速度慢，因为每一CK3周期中的计数增量为1。另一方面，  由于在周期CK2中的相位差减小一次计数，因此减小速度为增加速度的(2m-1)倍快。因而，若分频电路18为一级型，增大速度就等于减小速度；若分频电路18大于2级，增大速度变成比减小速度小。
该实施例有一平均值电路(电阻111和电容112)，它平均所检测到的蓄电池3的电压与基准电压Vr之间的差并生成一平均电压。该平均电压与一和信号CK2同步的锯齿形电压波比较而形成一与信号CK2同步的稳频信号Ss。当晶体管115导通时该信号Ss变成与信号CK2的升高同步的Hi。若信号Ss在第二计数器16变为2°前变成Lo，第二计数器16的计数就超前一次，从而该相位超前。由于计数器16的相位在信号CK3的每个周期中失去一次计数，因此计数器16的相位受控从而信号Ss保持Hi的时间变为计数器15的输出信号CK2的上升期，并且第二计数器16的计数变为2°。保持电路19的Q端的输出信号在信号CK2上升时置位(最大占空比信号SA)而在第二计数器16出现22时复位，从而该保持电路Q端的输出信号(最大占空比信号SA)的占空比(DA)变成大于信号Ss的占空比(DS)(即，DA＝Ds+22/2n)。其结果是，交流发电机正常运行时不受最大占空比信号的限制。即使连接到交流发电机上的电负载在一定程度上变动时，晶体管12的导电期也会立刻在比率22/2n范围内变动(因为不受最大占空比信号的限制)，从而电压不会由于交流发电机输出电流不足而下降(例如汽车前灯变暗)。
若电负载显著增加，则最大占空比信号限制晶体管12的占空比的增大。
晶体管12可由图2所示最大占空比限制电路(保持电路19)控制。
如上所述，本发明的车辆交流发电机功率控制装置最适合于用数字电路控制车辆交流发电机励磁线圈中的励磁电流的装置。

Claims (16)

1、一种车辆交流发电机功率控制装置，包括：
一个受引擎驱动而向车辆电负载供电的交流发电机；
对交流发电机输出电压与基准电压进行比较的比较器，它与所述发电机相连；
一个开关装置，与所述发电机相连；其特征在于，所述控制装置还包括：
一对振荡器，包括第一和第二振荡器，用来产生振荡信号，两信号间的相位差根据所述比较器的输出信号而变化；
一个相位差控制电路，与所述振荡器相连，它在所述交流发电机输出电压大于所述基准电压时相对于所述第一振荡器的振荡周期减小所述第二振荡器的振荡周期，从而减小所述两振荡信号间的相位差；而在所述交流发电机输出电压小于所述基准装电压时相对于所述第一振荡器的振荡周期增大所述第二振荡器的振荡周期，从而增大所述的相位差；
所述开关装置，它与所述相位差控制电路相连，根据其脉冲宽度响应所述相位差而变化的一信号来控制励磁电流。
2、按权利要求1所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位差控制电路与所述的开关装置相连，而且所述相位差控制电路把一电信号与所述第一振荡器或所述第二振荡器的所述信号同步地加到所述开关装置，而且在所述电信号加到所述开关装置上的多次中，振荡周期至少一次增加或是减小。
3、按权利要求1或2所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位差控制电路与所述的开关装置相连，而且所述相位差控制电路在所述交流发电机输出电压大于所述基准电压时打开所述开关装置而中断励磁电流。
4、按权利要求1或2所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位差控制电路与所述的开关装置相连，而且所述相位差控制电路按照所述比较器的所述输出信号产生第一脉冲信号并获得所述第一脉冲信号与其脉冲宽度响应该相位差而变化的所述第二脉冲信号的逻辑乘(AND)输出信号，从而按照所述逻辑乘(AND)输出信号来控制该开关装置，由此实现对所述开关装置的控制。
5、一种车辆交流发电机功率控制装置，包括：
一个受引擎驱动而向车辆电负载供电的交流发电机；
一个对交流发电机输出电压与基准电压进行比较的比较器，它与所述发电机相连；
一个开关装置，与所述发电机相连；其特征在于，所述控制装置还包括：
第一和第二时钟计数计数器；
一个最大占空比限制电路，与所述计数器相连，并且产生一脉冲信号，其脉冲宽度取决于所述两计数器的输出信号之间的相位差；
一个相位差变动电路，与所述计数器相连，它在交流发电机输出电压大于基准电压时相对于所述第一计数器的满刻度计数时间缩短所述第二计数器的满刻度计数时间，从而减小该相位差；而在所述交流发电机输出电压小于所述基准电压时，相对于所述第一计数器的所述满刻度计数时间延长所述第二计数器的所述满刻度计数时间，从而增大所述相位差；
所述开关装置，它与所述最大占空比限制电路相连并且响应于所述最大占空比限制电路的所述脉冲信号来接通或切断励磁电流。
6、按权利要求5所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位变动电路与所述第一计数器相连，而且所述相位差变动电路响应于在一个与所述最大占空比限制电路的输出脉冲信号同步的信号分频若干次后得到的定时信号，来缩短所述第一计数器的所述满刻度计数时间，从而增大所述相位差。
7、按权利要求6所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位变动电路与所述第二计数器相连，而且所述相位差变动电路响应于与所述第二计数器一计数同步的定时信号缩短所述满刻度计数时间，从而所述相位差的减小比其增大更为频繁。
8、按权利要求6所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位差变动电路包括一复位确定电路，它与所述第一计数器相连，并与所述定时信号同步地复位第一计数器而缩短所述第一计数器的所述满刻度计数时间从而增大所述相位差。
9、按权利要求7所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位差变动电路包括一复位确定电路，它与所述第二计数器相连，并与所述定时信号同步地复位第二计数器而缩短所述第二计数器的满刻度计数时间从而减小所述相位差。
10、按权利要求5所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位差变动电路与所述计数器相连，并包括把所述第一计数器的所述输出信号分频若干次而产生一定时信号的装置，并且对所述定时信号与第一计数器的输出信号进行逻辑乘而得到一个加到第二计数器上的时钟信号，从而相对于第一计数器满刻度计数时间增大第二计数器的满刻度计数时间并从而增大相位差。
11、按权利要求5所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述最大占空比限制电路包括一触发电路，它与所述的第一和第二计数器相连，并且在第一计数器出现一给定计数时置位，而在第二计数器出现一给定计数时复位。
12、按权利要求5所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，进一步包括：一稳频电路，它与所述的比较器相连，并且与最大占空比限制电路的输出脉冲信号同步地产生第二脉冲信号，其脉冲宽度响应于比较器的输出而变化；以及一复位确定电路，它与所述计数器相连，并且在所述的第二计数器出现一给定计数时根据第一和第二脉冲信号的状态而确定所述相位差的减小。
13、按权利要求5所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，进一步包括一稳频电路，与所述比较器和所述开关装置相连，并且用来设定一与所述最大占空比限制电路的所述脉冲信号同步的基准电平并对所述比较器的所述输出信号与所述基准电压作比较而产生一比较所得信号以便控制所述开关装置。
14、按权利要求5所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，进一步包括一逻辑乘(AND)电路，它与所述的最大占空比限制电路、所述的比较器和所述开关装置相连，并且对所述最大占空比限制电路的所述输出信号和所述比较器的所述输出信号进行逻辑乘从而控制所述开关装置。
15、按权利要求5所述的车辆交流发电机功率控制装置，其特征在于，所述相位差变动电路与所述的所述开关装置相连，而且所述相位差变动电路在所述交流发电机输出电压大于所述基准电压时断开所述开关装置。
16、一种车辆交流发电机功率控制装置，包括：
一个受引擎驱动而向车辆电负载供电的交流发电机；
一个对交流发电机输出电压与一基准电压作比较的比较器，它与所述发电机相连；
一个开关装置，与所述发电机相连；其特征在于，所述控制装置还包括：
第一和第二时钟计数计数器；
一个最大占空比限制电路，与所述计数器相连，它产生一个脉冲信号，其脉冲变宽取决于所述两计数器的输出信号间的时间差；
一个时间差确定电路，与所述计数器相连，并且根据所述交流发电机输出电压与所述基准电压的比较结果确定所述第一和第二计数器的所述输出信号之间的所述时间差；
所述开关装置，它与所述最大占空比限制电路相连，并且根据所述最大占空比限制电路的所述脉冲信号接通或切断励磁电流。
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