CN107005190A - 控制用于调节机动车辆交流发电机的装置的方法，相应的调节装置及交流发电机 - Google Patents

控制用于调节机动车辆交流发电机的装置的方法，相应的调节装置及交流发电机 Download PDF

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Abstract

根据本发明的控制方法通过控制在包括交流发电机的转子的励磁绕组(6)的励磁电路(3，6)中流动的励磁电流(ID)来将由交流发电机产生的直流电压(B+A)从属控制到预定的设定点值。励磁电流(ID)借助于由具有预定周期的控制信号(VGS)控制的半导体开关(3)进行控制。该方法是包括检测励磁电路故障的那种类型的。根据本发明，励磁绕组的至少一个短路被检测(Th_HEXCCD)。根据该方法的另一个特征，控制信号是基于由展示代表设定点值的占空比的预定周期的脉冲形成的设定点信号(EXC)和表示短路的检测信号(Th_HEXCCD)的组合(EXC_DR)得以生成的。

Description

控制用于调节机动车辆交流发电机的装置的方法，相应的调 节装置及交流发电机
技术领域
本发明涉及一种控制用于调节机动车辆交流发电机的装置的方法。本发明还涉及该调节装置以及包含该调节装置的交流发电机。
背景技术
为了安全起见，机动车辆的重要设备项配备有用于检测和指示任何操作异常的装置。
通常由具有整流相电压的交流发电机组成的车载发电机是这些重要的设备项之一，每个司机都熟悉他车上仪表板上标有“充电”的红灯。
通常作为机电组件的替代品，车载电子设备的广泛应用使得能够甚至更好地检测到操作故障和故障情况，以便诊断，设备的通信或保护。
例如，在VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR公司的专利申请FR2642580中描述的电子电压调节器包含故障检测设备，其分析各种可访问参数之间的对应关系，特别是以下之间的对应关系：
-交流发电机输出端处的电压和磁场绕组端子处的电压；
-交流发电机输出端处的电压和相输入端的端子处的电压。
第二种情况允许间接检测以下故障：
-交流发电机(风扇带损坏)没有旋转；
-断路励磁电路(断路的磁场绕组，壳体中的电刷堵塞等)。
VALEO EQUIPEMENTS ELECTRIQUES MOTEUR公司的专利申请FR2910639描述了一种类似的方法，用于寻找如果交流发电机的磁路包括永磁体或显示出强的剩余磁性的情况下继续施加励磁电路的解决方案。
现代交流发电机调节器集成了功率开关，通常称为“高侧”的晶体管，其控制在交流发电机的转子的励磁绕组中流动的励磁电流。
转子产生一个磁场，其值由励磁电流调节，以便在整流相电压之后，将由交流发电机产生的直流电压保持在所需值。
然而，该功率开关的输出可能短路，这是在上述指出的已知方法中未检测到并且因此需要改进的励磁电路的故障类型。
发明内容
因此，本发明目的在于减轻缺乏检测这种类型故障的缺点，以便处理短路电流并且保证调节器的部件的完整性。
根据第一方面，本发明涉及一种控制用于调节机动车辆交流发电机的装置并将由该交流发电机产生的直流电压从属控制到预定设定值的方法。
通过借助于由具有预定周期的控制信号来控制在包括交流发电机的转子的励磁绕组的励磁电路中流动的电流，来从属控制所述直流电压。
本发明目的的控制用于调节机动车辆交流发电机的装置的方法是通常已知的包括检测励磁电路的故障的那种类型的。
在本发明的方法中，检测到励磁绕组的至少一个短路。
根据本发明，控制信号是基于由展示代表设定值的占空比的预定周期的脉冲形成的设定点信号和表示短路的检测信号的组合生成的。
再次，根据本发明，通过将励磁电流的强度限制到预定极限值，在该预定周期的至少第一部分具有至少一个预定电流斜率期间，作为跨导体的半导体开关由所述控制信号进行控制。
同时或以其他方式，根据本发明，在预定周期的至少第二部分期间，通过将该励磁电流的强度限制到该预定极限值，半导体开关通过控制信号被改变为导通状态。
在本发明的方法中，
-一旦励磁电流的强度达到预定的高阈值，则在第一预定时间延迟期间开始第一计数器；
-在该第一时间延迟期间，基于励磁电流的强度来计算短路状态的估计值；
-在第一时间延迟之后，如果短路状态的估计值高于预定的低阈值，则检测信号被激活；
-如果短路状态的估计值低于低阈值，则第一计数器被重新初始化；
-在激活检测信号之后，半导体开关由具有预定电流斜率的控制信号控制，以过渡到开路状态；
-借助于第二计数器产生的第二预定时间延迟，并且半导体开关在第二时间延迟期间保持在开路状态。
根据本发明的方法的特定实施例，短路状态的估计值是励磁电流强度的中间值。
根据本发明的另一特征，限定值和第一时间延迟被限定为使得要耗散的功率小于由半导体开关的散热器允许的最大功率。
本发明还涉及一种用于调节机动车辆的装置，其被设计为实施上述方法。
该装置包括借助于由预定周期的控制信号控制的半导体开关来控制在包括交流发电机的转子的励磁绕组的励磁电路中流动的电流以便将由交流发电机产生的DC电压从属控制到预定设定值的设备。
所述调节装置是还包括检测励磁电路的故障的设备的这样的类型的调节装置。
在根据本发明的调节装置中，这些检测设备检测励磁绕组的至少一个短路。
根据本发明，从属控制设备包括调节回路，该调节回路产生由展示设定值的占空比的预定周期的脉冲形成的设定点信号，并且检测设备包括产生指示短路的检测信号的检测模块。
根据本发明的调节装置还包括结合设定点信号和检测信号以产生生成控制信号的控制电路的输入信号。
在根据本发明的调节装置中，检测模块包括：
-表示存储预定的高阈值和预定的低阈值的设备；
-获得励磁电流的强度的设备；
-将该强度与预定的高阈值和预定的低阈值进行比较的第一设备；
-借助于比较触发的限定第一预定时间延迟的第一计数器；
-基于在第一时间延迟期间的励磁电流计算出短路的估计值的设备；
-将该短路的估计值与预定的低阈值进行比较的第二设备；
-借助于第二比较触发的限定第二预定时间延迟的第二计算器。
本发明的目的还在于如前所述的包括调节装置的机动车辆交流发电机。
这些较少的实质性说明书将使得由本发明提供的优点对于本领域技术人员来说与背景技术相比是显而易见的。
附图说明
本发明的详细说明书中在下面与附图结合的描述中给出。应当注意到，这些附图并不是示出描述的文本的目的并且不以任何方式构成本发明的范围的限制。
图1示出根据本发明的在没有调节装置的交流发电机的转子的励磁绕组断路的情况下励磁电流的过载；
图2示出根据本发明的调节装置中使用的MOSFET型的功率晶体管的特征；
图3示出根据本发明的调节装置和功率晶体管的跨导模式模型，其特征示出在图2上；
图4a表示示出当功率晶体管处于开路状态时如果发生短路的根据本发明的用于控制调节装置的方法的时间图；
图4b表示示出当所述功率晶体管处于导通状态时如果发生短路的根据本发明的用于控制调节装置的方法的时间图；
图5表示示出当功率晶体管出于导通状态时如果发生短路的根据本发明的用于控制调节装置的替代方法的时间图；以及
图6是检测根据本发明的调节装置中的短路的总图。
具体实施方式
交流发电机调节器通常将防止短路电流的功能集成在一起。这些功能是当电流超过预设值Icc_Th时电源开关开路的基本设计，如图1所示的。
当Tr晶体管处于导通状态ON时，如果电源开关发生短路，则励磁绕组中的电流强度I随着上升斜率1非常快速地增加，这仅取决于励磁电路中存在的阻抗。
短路周期ΔT，即保护功能指示切换到开路状态之前Tr晶体管保持导通状态ON期间的时间段，取决于电子设备的反应时间，并被控制到最小。
因此，当晶体管Tr切换到开路状态时，在强度I沿下降斜率2减小之前，每当MOSFET类型的功率晶体管Tr的电阻RDS(ON)保持非常低时，励磁电路中流动的强度I就可以达到非常高的Imax值。
根据本发明的用于控制机动车辆交流发电机的调节装置的方法的原理是要使用MOSFET功率晶体管的漏极电流ID取决于图2所示的栅极-源极电压VGS以控制图3所示的调节装置4的“高侧”开关3以便在励磁绕组6短路时限制电源开关5中的电流ID。
在“共源极”拓扑中，在开路模式OFF/导通模式ON之外，MOSFET晶体管3可以临时地起到跨导模式(在欧姆区域“Res”外的饱和区域“Sat”中，对于足够高的漏极-源极电压VDS)的作用，即作为具有无限阻抗的电流的电压控制发生器7，如图3的等效模型所示的。
对于低的栅极-源极电压VGS1(但高于阈值电压VTH)，漏极ID1的强度是低的，对于平均栅极-源极电压VGS2，漏极ID2的相应强度为中等的，并且对于高栅极-源极电压VGS3，漏极ID3的强度是强的，如图2清楚地示出的。
在本发明的方法中，开关3因此以栅极-源极电压VGS进行极化，使得在开关3中流动的电流不能超过预定值ILIM，如将结合图4a，4b和5所解释的。
例如，对于低的栅极-源极电压VGS1，励磁电流ID的强度将被限制到图2的阴影区域8。
将注意到，开关3，作为电流发生器7，也将有利地用于控制在该开关3和续流二极管9之间换向的电流。
电源开关5的操作持续一段固定时间T或更少具有可变的频率；在这两种情况下，占空比r可变，以将交流发电机的输出电压B+A设定为设定值。
在图3中，将注意到，功率开关5由设定点信号EXC(由调节算法11计算的占空比r的脉冲宽度调制)和形成在检测模块12中的短路检测信号Th_HEXCCD的组合10EXC_DR进行控制。
组合EXC_DR被施加到控制电路13的输入端，控制电路用电压VGS控制电源开关3的栅极G。
当发生短路SC时，两种典型的情况发生：
-当开关3处于开路状态OFF或在电流阻抗过渡期间出现断路SC；
-当开关3处于导通状态ON时出现短路SC。
在图4a所示的第一种情况下，当开关3以跨导模式工作时，励磁电流的强度IROT沿着预定的电流斜率增加。
当强度IROT达到预定的高阈值TH_SC_HIGH时，认为励磁绕组6已经短路。
然后，在第一预定时间延迟T1期间，将电流的强度IROT限制到预定的极限值ILIM，然后沿着预定的电流斜率再次减小。
第一时间延迟T1和极限值ILIM被限定为使得耗散能力小于开关3的热沉能够排出的最大功率。
在图4b所示的第二种情况下，在第一预定时间延迟T1期间，短路电流的强度IROT被限制到极限值ILIM，然后沿着预定的电流斜率再次减小。第一个解决方案是要使用开关3来限制电流。这导致施加的栅极-源极电压VGS小于最大值；因此RDS(ON)不是最小值，这有助于额外的加热。
当开关3在短路SC的情况下处于导通状态ON时，该解决方案的替代方案是要将开关3改变为导通状态，即具有最小的漏极-源极电阻RDS(ON)。
每当通过阈值Icc_Th(图5)的交叉检测到短路SC时，开关3立即从导通/开路模式改变为跨导模式，并且在第一预定时间延迟T1期间，励磁电流的强度IROT被限制到极限值ILIM。
注意到，在从导通状态ON过渡到跨导模式期间，用于建立VGS电压的时间不是立即的。如果考虑没有寄生部件的励磁电路，则最坏情况下的短路电流的强度IROT为B+A/RDS(ON)。然后，它减少到达值ILIM，如图5清楚地所示的。由于电路中存在电容器和残留扼流圈，电流可能会具有振荡。
通过计算确定确认时间，使得短路SC产生的热量可以由电源开关3的散热器消散。为此目的，因为与设定点信号EXC的脉冲相比的任何时间发生短路，因此在开关3变为导通状态之前，大于最小时间T_retry_min的第二时间延迟T2被固定。
图6示出了确认和控制最小时间T_retry_min的时间的示例性实施例。
在根据本发明的调节装置4的处理器14中实施的通用算法如下：
-一旦第一比较器15确定通过本身已知的获取和滤波16获得的励磁电流的强度IROT的测量值已经达到预定的高阈值TH_SC_HIGH，第一计数器17TIMER_EN就开始产生第一时间延迟T1(例如为10μs)。在该第一时间延迟T1期间，通过计算结果18(AV_EN)计算为励磁电流的强度IROT的中值IROT_AV形式的短路的估计值。
-在计数TO的结束并且如果第二比较器19确定计算的中值IROT_AV大于预定的低阈值TH_SC_LOW，则检测到短路SC(SCD)，并激活检测信号Th_HEXCCD。如果中值IROT_AV低于低阈值TH_SC_LOW，则第一计数器17被重新初始化。
-一旦短路检测信号Th_HEXCCD是有源的，电源开关3就用电流斜率指令切断。
-在第二时间延迟T2大于散热所需要的最小时间T_retry_min期间，所述开关3维持在开路状态。第二可编程计数器20使得能够根据应用来适配该第二时间延迟T2(例如4ms)并产生确认信号ThHEXCCD_latch。
不言而喻，本发明不限于上述唯一的优选实施例。
特别地，作为示例仅给出以上示出的第一和第二时间延迟T1，T2的具体值。
同样适用于模拟电路15，19或数字电路17，20的分立部件3，9的特定类型：它们可以替代地由履行相同功能的其它模拟或数字电子部件代替。
因此，本发明包括将包括会保持在由以下权利要求限定的框架内的所有可能的替代实施例。

Claims (11)

1.一种用于控制机动车辆交流发电机的调节装置(4)的方法，所述调节装置借助于由具有预定周期(T)的控制信号(VGS)控制的半导体开关(3)、通过控制在包括所述交流发电机的转子的励磁绕组(6)的励磁电路(3，6)中流动的励磁电流(ID)来将由所述交流发电机产生的直流电压(B+A)从属控制到预定的设定点值，所述方法是包括所述励磁电路(3，6)的故障的检测的那种类型的，其特征在于，所述励磁绕组(6)的至少一个短路(SC)被检测(Th_HEXCCD)。
2.根据以上权利要求1所述的用于控制机动车辆交流发电机的调节装置(4)的方法，其特征在于，所述控制信号(VGS)是基于由展示代表所述设定点值的占空比(r)的所述预定周期(T)的脉冲形成的设定点信号(EXC)和指示所述短路(SC)的检测信号(Th_HEXCCD)的组合(EXC_DR)生成的。
3.根据以上权利要求2所述的用于控制机动车辆交流发电机的调节装置(4)的方法，其特征在于，在所述预定周期(T)的至少第一部分具有至少一个预定电流斜率期间，通过将所述励磁电流(ID)的强度(IROT)限制到预定的极限值(ILIM)，通过所述控制信号(VGS)控制作为跨导体的所述半导体开关(3)。
4.根据以上权利要求3所述的用于控制机动车辆交流发电机的调节装置(4)的方法，其特征在于，在所述预定周期(T)的至少第二部分期间，通过将所述励磁电流(ID)的强度(IROT)限制到所述预定的极限值(ILIM)，所述半导体开关(3)通过所述控制信号(VGS)被改变为导通状态(ON)。
5.根据以上权利要求3或4所述的用于控制机动车辆交流发电机的调节装置(4)的方法，其特征在于：
-一旦所述强度(IROT)已经达到预定的高阈值(TH_SC_HIGH)就在第一预定时间延迟(T1)期间开始第一计数器(17)(TIMER_EN)；
-在所述第一时间延迟(T1)期间(AV_EN)，基于所述强度(IROT)计算所述短路的估计值(IROT_AV)；
-在所述第一时间延迟(T1)之后(TO)，如果所述短路的所述估计值(IROT_AV)大于预定的低阈值(TH_SC_LOW)(SCD)，则所述检测信号(Th_HEXCCD)被激活；
-如果所述短路的估计值(IROT_AV)低于所述低阈值(TH_SC_LOW)，则所述第一计数器(17)被重新初始化；
-在所述检测信号(Th_HEXCCD)的激活之后，所述半导体开关(3)由具有所述电流斜率的所述控制信号(VGS)控制以过渡到开路状态(OFF)；
-借助于第二计数器(20)生成第二预定时间延迟(T2)，并且在所述第二时间延迟(T2)期间维持所述半导体开关(3)处于所述开路状态(OFF)。
6.根据以上权利要求5所述的用于控制机动车辆交流发电机的调节装置(4)的方法，其特征在于，所述极限值(ILIM)和所述第一时间延迟(T1)被限定为使得耗散的功率小于由所述半导体开关(3)的热沉允许的最大功率。
7.根据以上权利要求5或6所述的用于控制机动车辆交流发电机的调节装置(4)的方法，其特征在于，基于所述强度(IROT)计算的所述短路的所述估计值为所述强度(IROT)的中间值(IROT_AV)。
8.一种机动车辆交流发电机的调节装置(4)，设计为实施根据以上权利要求1至7中任一项所述的方法，包括从属控制设备(11)，该从属控制设备(11)借助于由预定周期(T)的控制信号(VGS)控制的半导体开关(3)、通过控制在包括所述交流发电机的转子的励磁绕组(6)的励磁电路(3，6)中流动的励磁电流(ID)来将由所述交流发电机产生的直流电压(B+A)从属控制到预定的设定点值，所述调节装置(4)是还包括检测所述励磁电路(3，6)的故障的检测设备(12)的那种类型的，其特征在于，所述检测设备(12)检测所述励磁绕组(6)的至少一个短路(SC)。
9.根据以上权利要求8所述的机动车辆交流发电机的调节装置(4)，其特征在于，所述从属控制设备(11，3)包括调节回路(11)，该调节回路(11)生成由展示代表所述设定点值的占空比(r)的所述预定周期(T)的脉冲形成的设定点信号(EXC)，以及所述检测设备(12)包括生成表示所述短路(SC)的检测信号(Th_HEXCCD)的检测模块(12)，以及它还包括将所述设定点信号(EXC)和所述检测信号(Th_HEXCCD)组合的设备(10)，以产生生成所述控制信号(VGS)的控制电路(13)的输入信号(EXC_DR)。
10.根据以上权利要求9所述的机动车辆交流发电机的调节装置(4)，其特征在于，所述检测模块(12)包括：
-存储预定的高阈值(TH_SC_HIGH)和预定的低阈值(TH_SC_LOW)的设备；
-获得所述励磁电流(ID)的强度(IROT)的设备(16)；
-将所述强度(IROT)与所述预定的高阈值(TH_SC_HIGH)和与所述预定的低阈值(TH_SC_LOW)进行比较的第一设备(15)；
-通过所述比较设备(15)触发(TIMER_EN)的限定第一预定时间延迟(T1)的第一计数器(17)；
-在所述第一时间延迟(T1)期间基于所述强度(IROT)计算所述短路的估计值(IROT_AV)的设备(18)；
-将所述短路的所述估计值(IROT_AV)与所述预定的低阈值(TH_SC_LOW)进行比较的第二设备(19)；
-由第二比较设备(19)触发的限定第二预定时间延迟(T2)的第二计数器(20)。
11.一种机动车辆交流发电机，包括根据以上权利要求8至10中任一项所述的调节装置(4)。
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