CN106411198B

CN106411198B - 用于发电机控制的方法和装置

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Publication number: CN106411198B
Application number: CN201610546142.7A
Authority: CN
Inventors: C·S·纳姆杜里; S·戈帕拉克里希南
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2016-07-12
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2036-07-12
Also published as: US20170033716A1; DE102016113592A1; CN106411198A; US9979336B2

Abstract

发电机系统包括包括多个电枢线圈的AC电机和电耦合至电枢线圈的整流器电路。整流器电路包括多个开关。发电机系统另外地包括电耦合至控制电路的传感器装置。传感器装置被配置成确定AC电机的转子位置。控制电路确定AC电机的相电流与感应电压之间的期望相角，并且向整流器电路提供控制信号以打开和关闭开关，以将AC信号转换为DC信号，并且控制AC电机的转子位置以实现期望相角。

Description

用于发电机控制的方法和装置

技术领域

本公开涉及对具有有源桥式整流器的发电机的控制。

背景技术

此章节的陈述仅旨在提供与本公开相关的背景信息。因此，这些陈述不是为了构成对现有技术的认可。

车辆采用发电机来产生电能，其中发电机由耦合至车辆发动机的皮带驱动。汽车发电机通常采用具有三相或多相定子绕组、爪极转子上的DC励磁绕组的AC同步电机、调压器和二极管桥式整流器，以产生DC输出。同步电机的励磁电流由调压器进行控制，以调节发电机的DC输出电压。对于给定发电机，有时候已在爪极装置中采用永磁体，以增加发电机功率输出和效率。

高效发电机通常采用降低铜损的成型导体定子绕组、降低铁损的较薄的定子叠片、低摩擦轴承、叠片转子结构和永磁励磁。

如上所述，已知的发电机组件通常采用二极管电桥来将AC电流转换成DC电流，其中二极管的导通取决于穿过三相线圈或多相线圈的电流的传输方向。

三相二极管桥式整流器将AC电流转换成DC电流，其中二极管的导通取决于穿过三相线圈或多相线圈的电流的传输方向。三相电机通常需要六个二极管，n相电机通常需要许多数量为相数的两倍的二极管。已知发电机系统包括采用低导通电阻开关（诸如，MOSFET开关）的有源桥式整流器，用于将来自于发电机的AC电流转换成DC电流。

在具有有源桥式整流器的已知高效发电机中，相电压与电流之间的相角是固定的，因此，对于给定的发电机速度和输出电压而言，最大输出电流/功率也是固定的。

发明内容

发电机系统包括包括多个电枢线圈的AC电机和电耦合至电枢线圈的整流器电路。整流器电路包括多个开关。发电机系统另外包括电耦合至控制电路的传感器装置。传感器装置被配置成确定AC电机的转子位置。控制电路确定AC电机的相电流与感应电压之间的期望相角，并且向整流器电路提供控制信号以打开和关闭开关，以将AC信号转换为DC信号，并且控制AC电机的转子位置以实现期望相角。

附图说明

现将参考附图以示例的方式对一个或多个实施例进行描述，其中：

图1是根据本发明的实施例包括采用MOSFET开关和转子位置反馈的有源整流器电桥的发电机系统的示意图；

图2（a）是示出了根据本发明的实施例用于选择性地打开和关闭图1的发电机系统中的MOSFET开关的过程的流程图；

图2（b）是示出了根据本发明的实施例的用于选择性地打开和关闭图1的发电机系统中的MOSFET开关的过程的流程图；

图3-1以图示的方式示出了在12伏特电压下的发电机系统在0度、15度和30度的相角中的每一个角度中的输出功率以及具有二极管桥式整流器的发电机系统的输出功率；

图3-2以图示的方式示出了在13伏特电压下的发电机系统在0度、15度和30度的相角中的每一个角度中的输出功率以及具有二极管桥式整流器的发电机系统的输出功率；

图3-3以图示的方式示出了在14伏特电压下的发电机系统在0度、15度和30度的相角中的每一个角度中的输出功率以及具有二极管桥式整流器的发电机系统的输出功率；

图3-4以图示的方式示出了在15伏特电压下的发电机系统在0度、15度和30度的相角中的每一个角度中的输出功率以及具有二极管桥式整流器的发电机系统的输出功率；

图4-1以图示的方式示出了具有15度相角控制的发电机系统相较于不具有相角控制的带有有源桥式整流器的发电机系统在一定电压范围下的输出功率的增加；

图4-2以图示的方式示出了具有30度相角控制的发电机系统相较于不具有相角控制的带有有源桥式整流器的发电机系统在一定电压范围下的输出功率的增加；

图5-1以图示的方式示出了以1800 RPM运行的发电机系统中的具有和不具有相位超前的电压控制；及

图5-2以图示的方式示出了以3000 RPM运行的发电机系统中的具有和不具有相位超前的电压控制。

具体实施方式

下文中关于本发明（其涉及一种控制采用有源整流器电桥的发电机系统的装置和方法）的实施例的讨论本质上仅仅是示例性的，其决不意在限制本发明或其应用或用途。

现参照附图，其中附图仅仅旨在示出某些示例性实施例，而无意限制某些示例性实施例。图1示意性地示出了根据本发明的实施例的发电机系统10。系统10包括三相绕线转子同步电机12，诸如爪极电机，其在电机12的转子56中具有场线圈58，且在电机12的定子54中具有三相AC同步电枢线圈。在另一示例性实施例中，系统10可包括多相绕线转子同步电机。在本非限制性实施例中，电机12为伦德尔（Lundell）式电机。永磁体可在爪极之间并入电机12的转子56中，以将附加通量提供给场线圈58产生的通量，其中总通量负责在电枢线圈中产生电压。

系统10还包括调节DC电压V_dc15的调压器14，该DC电压Vdc15通过整流所产生的AC电压而在系统10的正轨16与负轨18之间产生。DC电压用于驱动车辆中的DC载荷20，并为车辆电池22充电，其中电阻Rbat为电池22的内电阻。调压器14为电机12内的场线圈58提供脉宽调制（PWM）控制。特别地，调压器14将信号提供给MOSFET开关24，其允许将所控制电流送至场线圈58。

系统10包括具有多个二极管28、30、32、34、36和38的反相器/整流器电路26，该多个二极管28、30、32、34、36和38传递并阻止电流以将来自电枢线圈的AC电流整流成DC电流，以操作载荷20，并为车辆电池22充电。反相器/整流器电路26还包括多个MOSFET开关40、42、44、46、48和50，该多个MOSFET开关40、42、44、46、48和50跨接耦合二极管28、30、32、34、36和38上，并在二极管导通时（即在电流沿着正向偏置方向流过二极管时），在二极管周围提供低电阻电流通路。开关控制电路52结合二极管28、30、32、34、36或38是否导通的情况来控制开关40、42、44、46、48和50的打开或关闭。二极管28、30、32、34、36和38在相应的MOSFET开关40、42、44、46、48和50内可为一体化本体-漏极二极管。另外，二极管28、30、32、34、36和38在遭遇超过反向击穿电压的反向过电压时可为具有钳压能力的稳压二极管。

由电路26中的节点A51、B53和C55标识的定子端子和电池接地或负轨18之间的相对地电压V_A41、V_B43和V_C45被输入到控制电路52中，以确定打开/关闭MOSFET开关40、42、44、46、48和50的控制信号。可采用分压器电路来将节点A51、B53和C55与接地轨18之间的相电压分至适用于控制电路52的电平。该信息允许控制电路52得知要关闭开关40、42、44、46、48和50中的哪一个来提供电流整流。特别地，在适当的二极管28、30、32、34、36和38导通以提供整流时，与该二极管28、30、32、34、36和38相关联的开关40、42、44、46、48和50被关闭来提供绕过二极管28、30、32、34、36和38的低电流通路。来自于控制电路52的输出线路被应用至MOSFET开关40、42、44、46、48和50的栅极端子上，以提供关闭开关的信号。

在已知的使用包括MOSFET开关40、42、44、46、48和50的有源桥式整流器的发电机系统中，每个MOSFET开关40、42、44、46、48和50的打开点和关闭点都可被控制以在来自电机12的输出波形的正半周期和负半周期期间通过将相间电压与预定的上阈值电平和下阈值电平进行比较来提供整流。用于MOSFET开关40、42、44、46、48和50的控制电路52还使用相对地电压V_A41、V_B43和V_C45中的一个或多个的频率来检测发电机速度（RPM）。对于低于预定阈值的发电机速度，MOSFET开关40、42、44、46、48和50的切换被禁用，以防止电池22通过发电机绕组发生不期望的放电。

在图1的示例性实施例中，发电机系统10的绕线转子同步电机12进一步将转子位置反馈11提供至控制电路52。因此，MOSFET开关40、42、44、46、48和50可作为同步整流器被控制，而且能够使用转子位置反馈11对其进行控制以产生增加的输出功率。转子位置反馈11可通过直接或间接转子位置感测能力进行提供。在图1的示例性实施例中，转子位置传感器13可包括在发电机系统10中，以提供转子位置反馈11。示例性转子位置感测能力（诸如，转子位置传感器13）可包括数字或模拟霍尔效应传感器。霍尔效应传感器可具有预定的分辨率，例如，15°的电分辨率。控制电路52可通过使用转子位置反馈11来控制用作同步整流器的有源桥式整流器的MOSFET开关40、42、44、46、48和50，以产生增加的高效发电机系统10的输出功率。通过调整电机12的相电流与端子或感应电压之间的相角，能够在优选的运行速度范围内实现更大的输出DC电流以及更大的输出功率。

通过使用转子位置反馈11来控制用作同步整流器的有源桥式整流器的MOSFET开关40、42、44、46、48和50的该方法提供了许多优于已知的具有有源桥式整流器的高效发电机的优势。在这些已知的不具有相角控制的使用有源桥式整流器的发电机中，相电压与电流之间的相角是固定的，因此，对于给定的发电机速度和输出电压而言，最大输出电流/功率也是固定的。通过使用转子位置反馈11来控制用作同步整流器的有源桥式整流器的MOSFET开关40、42、44、46、48和50，使得能够实现优选的速度范围内更大的最大电流和功率输出、更高水平的能量回收以及快速的扭矩和电压响应。另外，该方法可允许发电机系统10的潜在小型化来降低成本，并通过更好的电荷平衡来改善充电系统的可靠性，而且还可降低电池保修成本。

MOSFET控制电路52接收来自于电机12上的转子位置传感器13的转子位置反馈11。转子位置反馈11可提供电机12的相电流与端子或感应电压之间的实际相关系（相角）。相角可通过控制MOSFET开关40、42、44、46、48和50的切换瞬间相对于相电压进行控制。在图1的示例性实施例中，MOSFET控制电路52可利用查找表来确定用于电机12的转子位置的最佳控制角，并且基于转子位置反馈11来控制MOSFET开关40、42、44、46、48和50以实现用于电机12的转子位置的最佳控制角。查找表可用来确定最佳控制角，例如，相角，其中对于任何给定的发电机速度和电压，发电机系统10在该相角处具有最大的输出功率。在示例性实施例中，在较低发电机速度下，较大的相角可产生较大的输出功率，而在较高发电机速度下，则会失去较大的相角所带来的益处。在另一实施例中，可基于实现增长的效率而非输出功率，使用查找表来确定相角。具有相角控制的同步整流器在发电机系统10中的使用可另外地用来实现更快的动态响应，例如，对传递至电机12的电压指令或扭矩指令的改变做出响应。可基于实现期望目标，确定电机的相电流与端子或感应电压之间的期望相角，期望目标包括在优选的运行速度范围内增加输出DC电流和功率、实现比在不具有相角控制的情况下所实现的扭矩响应更快的扭矩响应以及实现比在不具有相角控制的情况下所实现的电压响应更快的电压响应。

控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、控制电路、处理器和类似术语指的是专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元（优选地为微处理器）以及相关联的存储器和储存器（只读存储器、可编程只读存储器、随机存取存储器、硬盘驱动器等等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路和其它提供所述功能的部件中的一个或多个的任一个或各种组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语指的是任何包括校准和查找表的指令组。控制模块具有执行以提供期望功能的控制例程组。例程由，诸如，中央处理单元执行，且可操作用来监测来自于感测装置和其它联网控制模块的输入，并执行控制与诊断例程来控制致动器的运行。例程可以有规律的时间间隔来执行，例如，在不间断的发动机和车辆运行期间，间隔为每100微秒、3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。可选地，例程可响应于事件的发生来执行。

图2（a）至图2（b）是示出了根据本发明的实施例用于切换MOSFET开关40、42、44、46、48和50来提供电流整流的操作的流程图60。在方框62处，例程初始化校准参数，并禁用（打开）MOSFET开关40、42、44、46、48和50。校准参数可包括下文讨论的由控制电路52使用的电压阈值和最小RPM，以及发电机系统10的运行所需的其它系统参数。

然后在方框64处，例程测量各相与电池接地之间的电压，以获得用于输入至控制电路52的相对地电压V_A41、V_B43和V_C45。相对地电压V_A41、V_B43和V_C45可能需要衰减或缩小到适用于控制电路52中的数字电路的电平。然后在方框66处，例程通过相对地电压V_A41、V_B43和V_C45将相间电压V_AB、V_BA、V_BC、V_CB、V_CA和V_AC分别计算为V_A-V_B、V_B-V_A、V_B-V_C、V_C-V_B、V_C-V_A和V_A-V_C。由于V_BA=-V_AB，V_CB=-V_BC且V_AC=-V_CA，还可直接通过V_AB、V_BC和V_CA来计算V_BA、V_CB和V_AC。还可直接使用差分放大器或其它合适的装置来测量相间电压。

在方框66处，例程还使用，例如，相对地电压V_A41、V_B43和V_C45中的一个或多个的频率或相间电压V_AB、V_BC和V_CA中的一个或多个的频率来确定电机12的速度。然后，在判定菱形68处，例程确定电机12的RPM是否大于预定阈值RPMTH，如果电机12的RPM不大于预定阈值RPMTH，则返回至用于初始化校准参数的方框62处。如果电机12的速度低于预定RPM，则例程防止打开MOSFET开关40、42、44、46、48和50，以防止电池22通过电机绕组发生不期望的放电。

在判定菱形68处，如果电机12的速度大于阈值RPMTH，则在方框70处例程将用于每个MOSFET开关40、42、44、46、48和50的相间电压与预定阈值电压V_TH1+和V_TH1-进行比较。如果特定的相间电压高于阈值电压V_TH1+，则例程将关闭与该相间电压相关联的开关40、42、44、46、48和50。如果用于MOSFET开关40、42、44、46、48和50的特定相间电压低于阈值V_TH1-，则控制电路52将使得该开关被打开。一旦特定MOSFET开关40、42、44、46、48和50被打开或关闭，其将停留在该位置中，直至阈值被超过来改变其状态。阈值电压V_TH1+和V_TH1-被选取，使得特定MOSFET开关40、42、44、46、48和50将被打开或关闭以跟随相关联二极管的导通。在一个实施例中，阈值电压V_TH1+在Vdc±1V的范围内，或在V_dc至V_dc+0.25V的范围内，其中V_dc为正轨16与负轨18之间的电压。在一个实施例中，阈值电压V_TH1-在±1V的范围内，或在-10mV至+10mV的范围内。

MOSFET开关40、42、44、46、48和50中每个开关的每个相间电压比较分别显示在单独的通道72、82、92、102、112和122上。在判定菱形74处，例程确定特定MOSFET开关40、42、44、46、48和50的相间电压是否大于预定阈值电压V_TH1+。在相应判定菱形74、84、94、104、114和124处，如果相间电压大于阈值电压V_TH1+，那么在相应方框76、86、96、106、116和126处，例程关闭该特定MOSFET开关40、42、44、46、48和50。否则，例程将MOSFET开关40、42、44、46、48和50保持在其先前状态下。然后，在判定菱形78、88、98、108、118和128处，例程确定相间电压是否小于阈值电压V_TH1-，如果相间电压小于阈值电压V_TH1-，那么在方框80、90、100、110、120和130处打开MOSFET开关40、42、44、46、48和50。否则，MOSFET开关40、42、44、46、48和50保持在其先前状态下。然后在方框132处，所有输出信号被发送至MOSFET开关40、42、44、46、48和50，并且过程在点134处返回至方框64。

可以设想的是，调压功能和MOSFET控制功能可各自由单独的电子控制电路来提供或者两种功能可被集成到单一电子控制电路中。可使用离散和/集成电路、微控制器、数字信号处理器或专用集成电路（ASIC）的组合来实施电子控制电路。

通过使用以上所讨论的MOSFET开关及控制方法，发电机系统10具有许多优于那些采用仅二极管整流器电桥的发电机系统的优点。具体地是，发电机系统10具有显著降低的发电机整流损耗、显著降低的散热器运行温度，可通过由于热负荷的降低而减少风扇空气流来降低风扇损失及噪音，提高了发电机系统10的整体效率、并且提高了车辆燃料经济性。

图3-1以图示的方式示出了在12伏特的电压下发电机系统的输出功率305的曲线图301。水平轴306以RPM为单位示出发电机速度。垂直轴305以瓦特为单位示出输出功率。线段307示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的0度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段308示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的15度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段309示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的30度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段310示出了具有二极管桥式整流器的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。在低发电机速度306下，输出功率305在30度相角309下被示出为最高。随着发电机速度306接近5000 RPM，以15度相角308运行的发电机系统被示出为产生更高的输出功率305。随着发电机速度306超过10000 RPM，以0度相角307运行的发电机系统被示出为产生最高输出功率305。

图3-2以图示的方式示出了在13伏特的电压下发电机系统的输出功率305的曲线图301。水平轴306以RPM为单位示出发电机速度。垂直轴305以瓦特为单位示出输出功率。线段311示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的0度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段312示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的15度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段313示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的30度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段314示出了具有二极管桥式整流器的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。在低发电机速度306下，输出功率305在30度相角313下被示出为最高。随着发电机速度306接近5000 RPM，以15度相角312运行的发电机系统被示出为产生更高的输出功率305。随着发电机速度306超过10000 RPM，以0度相角311运行的发电机系统被示出为产生最高输出功率305。

图3-3以图示的方式示出了在14伏特的电压下发电机系统的输出功率305的曲线图301。水平轴306以RPM为单位示出发电机速度。垂直轴305以瓦特为单位示出输出功率。线段315示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的0度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段316示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的15度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段317示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的30度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段318示出了具有二极管桥式整流器的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。在低发电机速度306下，输出功率305在30度相角317下被示出为最高。随着发电机速度306接近5000 RPM，以15度相角316运行的发电机系统被示出为产生更高的输出功率305。随着发电机速度306超过10000 RPM，以0度相角315运行的发电机系统被示出为产生最高输出功率305。

图3-4以图示的方式示出了在15伏特的电压下发电机系统的输出功率305的曲线图304。水平轴306以RPM为单位示出发电机速度。垂直轴305以瓦特为单位示出输出功率。线段319示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的0度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段320示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的15度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段321示出了具有同步整流器和绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的30度相角的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。线段322示出了具有二极管桥式整流器的发电机系统中发电机速度306下的输出功率305。在低发电机速度306下，输出功率305在30度相角321下被示出为最高。随着发电机速度306接近5000 RPM，以15度相角320运行的发电机系统被示出为产生更高的输出功率305。随着发电机速度306超过10000 RPM，以0度相角319运行的发电机系统被示出为产生最高输出功率305。

图4-1以图示的方式示出了曲线图401，其示出了具有同步整流器并在一系列电压下以15度相角控制运行的发电机系统的输出功率的增加。绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的相角滞后15度。垂直轴405以瓦特为单位示出发电机系统的输出功率的增加。将输出功率405的增加与不具有相角控制的带有有源桥式整流器的发电机系统进行比较。水平轴406以RPM为单位示出发电机速度。输出功率的增加是针对具有同步整流器并在一系列电压中的每一个下运行的发电机系统而示出。曲线图407示出了在12V电压下以滞后15度相角运行的发电机系统的输出功率405的增加。曲线图408示出了在13V电压下以滞后15度相角运行的发电机系统的输出功率405的增加。曲线图409示出了在14V电压下以滞后15度相角运行的发电机系统的输出功率405的增加。曲线图410示出了在15V电压下以滞后15度相角运行的发电机系统的输出功率405的增加。垂直线段403示出了在电压407、408、409和410中的每一个下功率405的增加为零时的发电机速度406。在电压407、408、409和410中的每一个下，在发电机速度403之前的低发电机速度406下，具有同步整流器的发电机的输出功率示出了相对于不具有相角控制的带有有源桥式整流器的发电机的显著增加。在低运行速度下以所提出的使用同步整流器进行相角控制的方法增加输出可用来改进电池的电荷平衡。这另外实现发电机的潜在小型化，从而可降低成本。

图4-2以图示的方式示出了曲线图402，其示出了具有同步整流器并在一系列电压下以30度相角控制运行的发电机系统的输出功率的增加。绕线转子同步电机的相电流与感应电压之间的相角滞后30度。垂直轴405以瓦特为单位示出发电机系统的输出功率的增加。将输出功率405的增加与不具有相角控制的带有有源桥式整流器的发电机系统进行比较。水平轴406以RPM为单位示出发电机速度。输出功率的增加是针对具有同步整流器并在一系列电压中的每一个下运行的发电机系统而示出。曲线图411示出了在12V电压下以滞后30度相角运行的发电机系统的输出功率405的增加。曲线图412示出了在13V电压下以滞后30度相角运行的发电机系统的输出功率405的增加。曲线图413示出了在14V电压下以滞后30度相角运行的发电机系统的输出功率405的增加。曲线图414示出了在15V电压下以滞后30度相角运行的发电机系统的输出功率405的增加。垂直线段404示出了在电压411、412、413和414中的每一个下功率405的增加为零时的发电机速度406。在电压411、412、413和414中的每一个下，在发电机速度404之前的低发电机速度406下，具有同步整流器的发电机的输出功率示出了相对于不具有相角控制的带有有源桥式整流器的发电机的显著增加。在低运行速度下以所提出的使用同步整流器进行相角控制的方法增加输出可用来改进电池的电荷平衡。这另外实现发电机的潜在小型化，从而可降低成本。

图5-1以图示的方式示出了曲线图501，其示出了以1800 RPM运行的发电机系统中具有和不具有相位超前两者的电压控制。水平轴506以秒为单位示出时间。垂直轴505以伏特为单位示出电压。曲线图507示出了具有二极管桥式整流器的发电机系统的随时间506变化的电压505。曲线图508示出了具有同步整流器的发电机系统的随时间506变化的电压505。曲线图509示出了具有相角控制的带有同步整流器的发电机系统的随时间506变化的电压505。在1秒的时间处，电压命令503被设置为13.8V。在2秒的时间处，电压命令503下降至12V。由曲线图509示出的所提出相角控制方法实现了对于在2秒时间点处从13.8V至12V的电压命令503的阶跃变化的显著更快响应。

图5-2以图示的方式示出了曲线图502，其示出了以3000 RPM运行的发电机系统中具有和不具有相位超前两者的电压控制。水平轴506以秒为单位示出时间。垂直轴505以伏特为单位示出电压。曲线图511示出了具有二极管桥式整流器的发电机系统的随时间506变化的电压505。曲线图512示出了具有同步整流器的发电机系统的随时间506变化的电压505。曲线图513示出了具有相角控制的带有同步整流器的发电机系统的随时间506变化的电压505。在1秒的时间处，电压命令503被设置为13.8V。在2秒的时间处，电压命令503下降至12V。由曲线图513示出的所提出相角控制方法实现了对于在2秒时间点处从13.8V至12V的电压命令503的阶跃变化的显著更快响应。

本公开描述了某些优选实施例和其修改。其他人在阅读并且理解本说明书之后可以想到进一步修改和变更。因此，本公开旨在不限于被公开为预期用于实施本公开的最佳模式的特定实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims

1.一种发电机系统，其包括：

包括多个电枢线圈的AC电机，其产生多相AC输出电压；

电耦合至所述电枢线圈的有源桥式整流器电路，所述有源桥式整流器电路包括多个开关；以及

电耦合至控制电路的传感器装置，所述传感器装置被配置成确定所述AC电机的转子位置；

所述控制电路确定转子速度，基于转子速度和多相AC输出电压确定所述AC电机的相电流与相应AC输出电压之间的期望相角，从多个相电压确定相间电压，将所述相间电压与上电压阈值和下电压阈值进行比较，在低于预定速度的转子速度时，控制关闭所述有源桥式整流器电路的所有开关，并且在高于预定速度的转子速度时，基于期望相角和所述相间电压与所述上电压阈值和下电压阈值的比较控制所述有源桥式整流器电路的开关以将AC输出转换为DC输出，并且实现所述期望相角。

2.根据权利要求1所述的发电机系统，其中被配置成确定所述AC电机的所述转子位置的所述传感器装置包括具有预定分辨率的霍尔效应传感器。

3.一种用于控制包括有源桥式整流器电路的发电机的方法，所述有源桥式整流器电路包括多个开关，所述方法包括：

监测被配置成确定所述发电机的AC电机的转子位置的传感器装置，所述AC电机产生多相AC输出，其包括多个相电压；

基于转子位置确定所述发电机的所述AC电机的相电流与感应电压之间的期望相角；

从多个相电压确定相间电压；

确定转子速度；

将所述相间电压与上电压阈值和下电压阈值进行比较；

在低于预定速度的转子速度时，向所述有源桥式整流器电路生成控制信号以关闭所述有源桥式整流器电路的所有开关；以及

在高于预定速度的转子速度时，向所述有源桥式整流器电路生成控制信号以基于期望相角和所述相间电压与所述上电压阈值和下电压阈值的比较控制开关以将所述多相AC输出转换为DC输出，并且实现所述期望相角。

4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述发电机的所述AC电机的所述相电流与所述感应电压之间的所述期望相角包括：确定所述发电机的所述AC电机的相电流与感应电压之间的期望相角，其实现所述发电机系统的效率增加。

5.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述发电机的所述AC电机的所述相电流与所述感应电压之间的所述期望相角包括：确定所述发电机的所述AC电机的相电流与感应电压之间的期望相角，其实现更快的扭矩响应。

6.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述发电机的所述AC电机的所述相电流与所述感应电压之间的所述期望相角包括：确定所述发电机的所述AC电机的相电流与感应电压之间的期望相角，其实现更快的电压响应。

7.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述发电机的所述AC电机的所述相电流与所述感应电压之间的所述期望相角包括使用查找表。

8.根据权利要求3所述的方法，其中被配置成确定所述发电机的所述AC电机的所述转子位置的所述传感器装置包括具有预定分辨率的霍尔效应传感器。

9.一种高效发电机系统，其包括：

包括多个电枢线圈的AC电机，所述AC电机产生多相AC输出，其包括多个相电压；

传感器装置，其用于感测所述AC电机的转子位置；

控制电路，其包括处理器和存储器，以从传感器装置接收转子位置，基于转子位置确定所述AC电机的相电流与感应电压之间的期望相角，从多个相电压确定相间电压，将所述相间电压与上电压阈值和下电压阈值进行比较，在低于预定速度的转子速度时，控制关闭所述有源桥式整流器电路的所有开关，并且在高于预定速度的转子速度时，基于期望相角和所述相间电压与所述上电压阈值和下电压阈值的比较控制所述有源桥式整流器电路的开关以将所述AC输出转换为DC输出，并且实现所述期望相角。