CN110535382B - 同步整流发电机及其能量分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同步整流发电机及其能量分配方法。同步整流发电机包括交流发电机、同步整流电路及控制器。交流发电机用以将机械能转换为交流电能。同步整流电路用以将交流电能转换为直流电能以对负载供电。控制器用以检测直流电能的电压电平。当控制器检测到直流电能的电压电平大于或等于第一临界电压值时，控制器控制同步整流电路中的多个第一晶体管及多个第二晶体管的启闭，致使同步整流电路中的至少一稳压二极管、交流发电机的定子部及负载至少其中之一消耗交流发电机的能量。

Description

同步整流发电机及其能量分配方法

技术领域

本发明涉及一种发电机，尤其涉及一种同步整流发电机以及其在抛载现象发生时的能量分配方法。

背景技术

现有的车用交流发电机是由转子(rotor)线圈与定子(stator)线圈所构成。当激磁电流通过转子线圈时，转子线圈可以提供磁场给定子线圈。当汽车之内燃引擎带动转子线圈转动时，此转子线圈即会产生旋转磁场，使得定子线圈产生交流电能。而整流器则接受来自交流发电机的交流电能，并经整流后产生直流电能。此直流电能可以对蓄电池充电及对其他负载供电，而蓄电池则可以提供激磁电流给转子线圈。

然而，当交流发电机的负载发生剧烈变动或瞬间被卸除时，定子线圈中的能量无法立即被宣泄，故而会发生抛载(load dump)现象。在抛载现象发生时，发电机所提供的直流电压会产生较大幅度的电压振幅摆动的情况，而过大的电压振幅变化可能对交流发电机的元件或其他负载造成损坏。因此，如何在抛载现象发生时快速地且安全地将定子线圈中的能量予以宣泄或消耗，并限制发电机所输出的直流电压，乃是本领域技术人员所面临的重大课题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种同步整流发电机及其能量分配方法，可在抛载现象发生时快速地且安全地将其交流发电机(包括转子部及定子线圈)中的能量予以宣泄或消耗，并限制整流电路所输出的直流电压，以保护同步整流发电机的元件或负载。

本发明的同步整流发电机用以提供直流电能至负载。同步整流发电机包括交流发电机、同步整流电路以及控制器。交流发电机具有转子部及定子部，用以将机械能转换为交流电能，其中定子部具有多个定子线圈。同步整流电路电性连接至定子部，用以将交流电能转换为直流电能。同步整流电路包括多个第一晶体管、多个第二晶体管以及至少一稳压二极管。此些第一晶体管的每一者耦接在此些定子线圈的其中一者与负载的第一端之间。此些第二晶体管的每一者耦接在此些定子线圈的其中一者与负载的第二端之间。各稳压二极管耦接在此些第一晶体管及此些第二晶体管的其中一者的两端，以限制直流电能的电压电平。控制器耦接同步整流电路以检测直流电能的电压电平。在控制器检测到直流电能的电压电平大于或等于第一临界电压值时，控制器控制此些第一晶体管及此些第二晶体管的启闭，致使至少部分稳压二极管、定子部及负载至少其中之一消耗交流发电机的能量。

本发明的同步整流发电机的能量分配方法包括以下步骤。通过控制器检测同步整流电路整流后的直流电压电平。通过控制器判断直流电压电平是否大于或等于第一临界电压值以得到判断结果。若上述判断结果为是，通过控制器控制同步整流电路的多个第一晶体管及多个第二晶体管的启闭，致使同步整流电路的至少一稳压二极管、定子部及同步整流发电机的负载至少其中之一消耗交流发电机的能量。

基于上述，本发明的同步整流发电机及其能量分配方法，可在同步整流发电机发生抛载现象时，通过稳压二极管、定子部及负载至少其中之一来共同宣泄或消耗交流发电机的能量，并限制整流电路所输出的直流电压，以在抛载现象发生时保护同步整流发电机的元件或负载。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，示出了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起说明本发明的原理。

图1是依照本发明一实施例所示出的同步整流发电机的电路方块示意图。

图2A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机发生抛载现象时的能量分配示意图。

图2B是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机发生抛载现象时的能量分配示意图。

图3A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在降温模式下的能量分配示意图。

图3B是依照本发明另一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在降温模式下的能量分配示意图。

图4A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在第一能量分配模式的能量分配示意图。

图4B是依照本发明另一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在第一能量分配模式的能量分配示意图。

图5是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在第二能量分配模式的能量分配示意图。

图6A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在第三能量分配模式的能量分配示意图。

图6B是依照本发明另一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在第三能量分配模式的能量分配示意图。

图7A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在第四能量分配模式的能量分配示意图。

图7B是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在第四能量分配模式的能量分配示意图。

图7C是依照本发明又一实施例所示出的图1的同步整流发电机于控制器操作在第四能量分配模式的能量分配示意图。

图7D是依照本发明又一实施例所示出的图1的同步整流发电机100于控制器160操作在第四能量分配模式的能量分配示意图。

图8是依照本发明一实施例所示出的同步整流发电机的能量分配方法的步骤流程示意图。

附图标记说明

100：同步整流发电机

120：交流发电机

122：转子部

124：定子部

124U、124V、124W：定子线圈

140：同步整流电路

160：控制器

900：负载

CO：输出(寄生)电容或蓄电池

D1～D3：稳压二极管

DU1：寄生二极管

GND：接地电压端

IREF：参考电流值

L1～L3：第一晶体管

S800、S810、S820：步骤

U1～U3：第二晶体管

VDC：电压电平

VTH1：第一临界电压值

VTH2：第二临界电压值

具体实施方式

为了使本发明的内容可以被更容易明了，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件，代表相同或类似部件。

以下请参照图1，图1是依照本发明一实施例所示出的同步整流发电机的电路方块示意图。同步整流发电机100用以提供直流电能至负载900，其中负载900可例如是电器装置，但本发明不限于此。同步整流发电机100可包括交流发电机120、同步整流电路140以及控制器160，但本发明不限于此。在本发明的一实施例中，同步整流发电机100的输出端还可耦接输出(寄生)电容或蓄电池CO以稳定输出电压。交流发电机120具有转子部122及定子部124。转子部122及定子部124可协同运作以将机械能转换为交流电能。交流发电机120可为多相交流发电机，本发明并不对交流发电机120的相数加以限制。然而为了便于说明，以下各实施例将以交流发电机120为三相交流发电机为范例进行说明，而交流发电机120的相数为二或相数大于三的实施方式则可依据以下说明依此类推。基此，交流发电机120的定子部124具有三个定子线圈124U、124V及124W，其中定子线圈124U的第一端、定子线圈124V的第一端以及定子线圈124W的第一端彼此耦接而形成如图1所示的倒Y字形的线圈结构，但本发明不限于此。在本发明的其他实施例中，交流发电机120的定子部的定子线圈也可为三角形的线圈结构。

同步整流电路140电性连接至定子部124，用以将交流电能转换为直流电能。基于交流发电机120为三相交流发电机，故而同步整流电路140可包括三个第一晶体管L1～L3以及三个第二晶体管U1～U3，其中第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3中的每一者的两端可具有寄生二极管(未示出)。第一晶体管L1耦接在定子线圈124U的第二端与负载900的第一端之间。第一晶体管L2耦接在定子线圈124V的第二端与负载900的第一端之间。第一晶体管L3 耦接在定子线圈124W的第二端与负载900的第一端之间。第二晶体管U1耦接在定子线圈 124U的第二端与负载900的第二端之间。第二晶体管U2耦接在定子线圈124V的第二端与负载900的第二端之间。第二晶体管U3耦接在定子线圈124W的第二端与负载900的第二端之间。在本发明图1的实施例中，是以负载900的第一端为接地电压端GND，且负载900的第二端接收同步整流发电机100所提供的直流电能(其电压电平为VDC)为范例进行说明，因此第一晶体管L1～L3可视为下臂开关而第二晶体管U1～U3可视为上臂开关，但本发明并不以此为限。在正常运作之下，通过控制第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3的启闭，可将交流发电机120的交流电能整流为直流电能。在本发明的一实施例中，第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3可采用金氧半场效晶体管来实现，但本发明并不以此为限。

除此之外，同步整流电路140还可包括至少一稳压二极管。然而为了便于说明，以下各实施例将以同步整流电路140具有三个稳压二极管D1～D3为范例进行说明，而同步整流电路 140具有其他数量的稳压二极管的实施方式则可依据以下说明依此类推。另外，在本发明图1 的实施例中，是以稳压二极管D1～D3分别耦接在第一晶体管L1～L3的两端为范例进行说明，但本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，稳压二极管D1～D3也可分别耦接在第二晶体管U1～U3的两端。

稳压二极管D1～D3可用以限制同步整流发电机100所提供的直流电能的电压电平VDC。举例来说，当抛载现象发生时，定子线圈124U的第二端(即稳压二极管D1的阴极端)的电压会上升，导致同步整流电路140所提供的直流电能的电压电平VDC上升。当稳压二极管D1 的阴极端上升至大于或等于稳压二极管D1的崩溃电压(breakdown voltage)时，稳压二极管D1 会发生崩溃而将直流电能的电压电平VDC限制在一特定电压值，以避免直流电能的电压电平 VDC过高而对同步整流发电机100的元件或负载900造成损坏。在本发明的一实施例中，稳压二极管D1～D3可例如是齐纳二极管，但本发明并不以此为限。

控制器160耦接同步整流电路140以检测直流电能的电压电平VDC。当控制器160检测到直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1时，控制器160可判断同步整流发电机100已遭遇抛载事件而发生抛载现象，故控制器160可控制第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3的启闭，致使稳压二极管D1～D3中的至少部分稳压二极管、定子部124及负载900至少其中一者来消耗交流发电机120的能量(包括转子部122的能量及定子部124的能量)。

在本发明的一实施例中，当控制器160检测到直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1，且控制器160预估或检测到稳压二极管D1～D3未过热时，通过控制第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3的启闭，可让稳压二极管D1～D3中的至少部分稳压二极管发生崩溃以消耗交流发电机120的能量。如此一来，不仅可通过崩溃的稳压二极管来限制直流电能的电压电平VDC，还可至少通过崩溃的稳压二极管、定子部124及负载900来共同宣泄或消耗交流发电机120的能量，以保护同步整流发电机100的元件或负载900。由于抛载现象发生时，交流发电机120的能量可由至少部分的稳压二极管、定子部124以及负载900来共同宣泄或消耗，故可避免仅由稳压二极管D1～D3来消耗大部分交流发电机120的能量而导致稳压二极管D1～D3温度过高(即过热)的问题，也可避免仅由定子部124来消耗交流发电机120的能量而导致定子部124温度过高及能量消耗时间过久(导因于定子部124的低阻值) 的问题。

在本发明的上述实施例中，通过稳压二极管D1～D3中的至少部分稳压二极管、定子部124 及负载900至少其中之一来消耗交流发电机120的能量，可让直流电能的电压电平VDC降低。当控制器160检测到直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2时，通过控制第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3的启闭，致使稳压二极管D1～D3停止消耗交流发电机120 的能量，其中第一临界电压值VTH1大于或等于第二临界电压值VTH2。

在本发明的一实施例中，控制器160更可耦接定子部124以检测定子部124的电流值及电流流向，并据以判断第一晶体管L1～L3中的每一者及第二晶体管中U1～U3中的每一者的偏压状态。

在本发明的一实施例中，控制器160可以是硬体、韧体或是储存在存储器而由微处理器或是微控制器所载入执行的软体或机器可执行程序码。若是采用硬体来实现，则控制器160 可以是由单一整合电路芯片所达成，也可以由多个电路芯片所完成，但本发明并不以此为限制。上述多个电路芯片或单一整合电路芯片可采用特殊功能集成电路(ASIC)或可程序化逻辑门阵列(FPGA)来实现。而上述存储器可以是例如随机存取存储器、唯读存储器或是快闪存储器等等。

以下将针对同步整流发电机100遭遇抛载事件之后的运作详细说明。但为了便于说明，以下各实施例是以同步整流发电机100遭遇抛载事件时，其定子部124中的电流正由定子线圈124V流向定子线圈124U，且第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3皆为关断状态为范例进行说明，但本发明并不以此为限。

请参照图2A，图2A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机100发生抛载现象时的能量分配示意图，其中同步整流发电机100的控制器160尚未检测出同步整流发电机100已发生抛载现象，且图2A中的箭号表示电流的流向，另外，为了简洁起见，图2A省略示出控制器160与第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3之间的耦接路径。详细来说，当同步整流发电机100发生抛载现象时，定子线圈124U的第二端(即稳压二极管D1的阴极端)的电压会上升，且同步整流发电机100所输出的直流电能的电压电平VDC会基于第二晶体管U1两端的寄生二极管DU1为顺偏状态而上升。当稳压二极管D1的阴极端的电压大于或等于崩溃电压而发生崩溃时，直流电能的电压电平VDC可被限制在一特定电压。在忽略寄生二极管DU1的顺向偏压的情况下，直流电能的电压电平VDC将被限制在稳压二极管D1的崩溃电压。此时，交流发电机120的能量将通过崩溃状态的稳压二极管D1、顺偏状态的稳压二极管D2、定子部124(即定子线圈124V、124U)以及负载900来进行消耗。更进一步来说，定子线圈124U所输出的一部分电流将通过第二晶体管U1两端的寄生二极管(为顺偏状态)而流至输出(寄生)电容CO及负载900，以消耗交流发电机120的部分能量。而定子线圈124U所输出的另一部分电流将通过崩溃状态的稳压二极管D1、顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的另一部分能量。

另外，若稳压二极管D1的阴极端的电压小于寄生二极管DU1的顺向偏压与直流电能的电压电平VDC之和，则寄生二极管DU1将无法导通，致使定子线圈124U所输出的电流无法通过寄生二极管DU1(为截止状态)而流至输出(寄生)电容CO及负载900，如图2B所示。此时负载900所需的电力可例如是由输出电容CO来提供，而定子线圈124U所输出的电流将通过崩溃状态的稳压二极管D1、顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的能量。

请参照图3A，图3A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机100于控制器160操作在降温模式下的能量分配示意图，其中图3A中的箭号表示电流的流向，另外，为了简洁起见，图3A省略示出控制器160与第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3之间的耦接路径。详细来说，当控制器160检测到直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1时，控制器160可判断同步整流发电机100已发生抛载现象。然而，在控制器160 判断出同步整流发电机100发生抛载现象之前，稳压二极管D1可能已经崩溃并消耗交流发电机120的能量达一特定时间长度(基于控制器160的处理延迟所致)，从而导致二极管D1的温度升高，例如上述图2A或图2B的情况所示，因此必须让稳压二极管D1降温以避免稳压二极管D1的温度过高而损坏。基此，当控制器160检测到直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1，且控制器160预估或检测到稳压二极管过热时，控制器160将进入降温模式，以将第一晶体管L1～L3导通并将第二晶体管U1～U3关断(或是将逆偏状态的第一晶体管L1及顺偏状态的第一晶体管L2导通并将第一晶体管L3及第二晶体管U1～U3关断)，致使稳压二极管D1无电流流通而降温，此时是由定子部124及负载900来消耗交流发电机 120的能量。详细来说，定子线圈124U所输出的一部分电流将通过第二晶体管U1的寄生二极管DU1(为顺偏状态)而流至输出(寄生)电容CO及负载900，以消耗交流发电机120的部分能量。而定子线圈124U所输出的另一部分电流将通过导通状态的第一晶体管L1、导通状态的第一晶体管L2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的另一部分能量。由于稳压二极管D1无电流流通而不产生功耗，故可让稳压二极管D1降温。

类似地，若稳压二极管D1的阴极端的电压小于寄生二极管DU1的顺向偏压与直流电能的电压电平VDC之和，则寄生二极管DU1将无法导通，致使定子线圈124U所输出的电流无法通过第二晶体管U1两端的寄生二极管(为截止状态)而流至输出(寄生)电容CO及负载900，如图3B所示。此时负载900所需的电力可例如是由输出(寄生)电容CO来提供，而定子线圈 124U所输出的电流将通过导通状态的第一晶体管L1、导通状态的第一晶体管L2而流至定子线圈124V，致使定子部124消耗交流发电机120的能量。

请参照图4A，图4A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机100于控制器160操作在第一能量分配模式的能量分配示意图，其中图4A中的箭号表示电流的流向，另外，为了简洁起见，图4A省略示出控制器160与第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3之间的耦接路径。在控制器160进入降温模式且稳压二极管D1降温达第一时间长度之后，或当控制器160在降温模式下预估或检测到稳压二极管D1未过热时，若直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1达第二时间长度(也即直流电能的电压电平VDC仍大于或等于第一临界电压值VTH1)，且定子部124的电流值大于或等于参考电流值IREF，则控制器160将进入第一能量分配模式，例如图4A所示。此时，控制器160可将偏压状态为逆偏状态的第二晶体管U2关断，将其余第二晶体管U1及U3导通，且将第一晶体管L1～L3关断，致使稳压二极管D1～D3中的至少部分稳压二极管、定子部124及负载900消耗交流发电机120 的能量。

详细来说，在图4A所示的第一能量分配模式下，交流发电机120的能量将通过崩溃状态的稳压二极管D1、崩溃状态的稳压二极管D3、顺偏状态的稳压二极管D2、定子部124(即定子线圈124V、124U)以及负载900来进行消耗。更进一步来说，若稳压二极管D1的阴极端的电压大于直流电能的电压电平VDC，则定子线圈124U所输出的一部分电流将通过导通状态的第二晶体管U1而流至输出(寄生)电容CO、负载900以及导通状态的第二晶体管U3与崩溃状态的稳压二极管D3，再通过顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的部分能量。而定子线圈124U所输出的另一部分电流将通过崩溃状态的稳压二极管D1、顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的另一部分能量。

在本发明的一实施例中，也可将图4A的顺偏状态的第一晶体管L2导通，以让导通的第一晶体管L2取代顺偏的稳压二极管D2来进行能量消耗工作。在本发明的另一实施例中，也可将图4A的顺偏状态的第二晶体管U1关断，以让第二晶体管U1中的寄生二极管DU1取代第二晶体管U1来进行能量消耗工作。

在本发明的一实施例中，当控制器160操作在第一能量分配模式时，若直流电能的电压电平VDC大于稳压二极管D1的阴极端的电压，则输出(寄生)电容CO不仅可提供负载900所需的电力，输出(寄生)电容CO还可通过导通状态的第二晶体管U3与崩溃状态的稳压二极管D3进行放电，如图4B所示。

请参照图5，图5是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机100在控制器 160操作在第二能量分配模式的能量分配示意图，其中图5中的箭号表示电流的流向，另外，为了简洁起见，图5省略示出控制器160与第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3之间的耦接路径。在控制器160进入降温模式且稳压二极管D1降温达第一时间长度之后，或当控制器 160在降温模式下预估或检测到稳压二极管D1未过热时，若直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1达第二时间长度(也即直流电能的电压电平VDC仍大于或等于第一临界电压值VTH1)，且定子部124的电流值小于参考电流值IREF，则控制器160将进入第二能量分配模式，例如图5所示。此时，控制器160可将第二晶体管U1～U3导通，且将第一晶体管L1～L3关断，致使稳压二极管D1～D3中的至少部分稳压二极管、定子部124及负载900消耗交流发电机120的能量。

详细来说，在图5所示的第二能量分配模式下，交流发电机120的能量将通过崩溃状态的稳压二极管D1～D3、定子部124(即定子线圈124V、124U)以及负载900来进行消耗。更进一步来说，定子线圈124U所输出的一部分电流将通过导通状态的第二晶体管U1、U2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的部分能量。而定子线圈124U所输出的另一部分电流将通过崩溃状态的稳压二极管D1流至接地电压端GND，以消耗交流发电机120的另一部分能量。另外，输出(寄生)电容CO不仅可提供负载900所需的电力，且输出(寄生)电容CO 还可通过导导通状态的第二晶体管U2与崩溃状态的稳压二极管D2以及通状态的第二晶体管 U3与崩溃状态的稳压二极管D3进行放电。

请参照图6A，图6A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机100在控制器160操作在第三能量分配模式的能量分配示意图，其中图6A中的箭号表示电流的流向，另外，为了简洁起见，图6A省略示出控制器160与第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3之间的耦接路径。在控制器160进入降温模式且稳压二极管D1降温达第一时间长度之后，或当控制器160在降温模式下预估或检测到稳压二极管D1未过热时，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值大于或等于参考电流值IREF，则控制器160将进入第三能量分配模式，例如图6A所示。此时，控制器160可将逆偏状态的第二晶体管U2关断，将第二晶体管U1、U3导通，且将第一晶体管L1～L3关断，致使稳压二极管D1～D3 中的至少部分稳压二极管、定子部124及负载900消耗交流发电机120的能量。

详细来说，在图6A所示的第三能量分配模式下，交流发电机120的能量将通过顺偏状态的稳压二极管D2、定子部124(即定子线圈124V、124U)以及负载900来进行消耗。更进一步来说，定子线圈124U所输出的电流将通过导通状态的第二晶体管U1而流至输出(寄生)电容 CO及负载900，再通过顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机 120的能量。在本发明的一实施例中，也可将图6A的顺偏状态的第一晶体管L2导通，以让导通的第一晶体管L2取代顺偏的稳压二极管D2来进行能量消耗工作，也即让稳压二极管D2停止消耗交流发电机120的能量。

在本发明的一实施例中，当控制器160操作在第三能量分配模式时，若直流电能的电压电平VDC突然大于或等于第一临界电压值VTH1，则将导致稳压二极管D1及D3发生崩溃，例如图6B所示。此时，定子线圈124U所输出的一部分电流将通过导通状态的第二晶体管U1而流至输出(寄生)电容CO、负载900以及导通状态的第二晶体管U3与崩溃状态的稳压二极管D3，再通过顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的部分能量。而定子线圈124U所输出的另一部分电流将通过崩溃状态的稳压二极管D1、顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的另一部分能量。

另外，图6A及图6B所示的输出(寄生)电容CO为充电状态，但本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，输出(寄生)电容CO也可为放电状态而对负载900供电。

请参照图7A，图7A是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机100在控制器160操作在第四能量分配模式的能量分配示意图，其中图7A中的箭号表示电流的流向，另外，为了简洁起见，图7A省略示出控制器160与第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3之间的耦接路径。在控制器160进入降温模式且稳压二极管D1降温达第一时间长度之后，或当控制器160在降温模式下预估或检测到稳压二极管D1未过热时，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值小于参考电流值IREF，则控制器160将进入第四能量分配模式，例如图7A所示。此时，控制器160可将第二晶体管U1～U3关断，且将第一晶体管L1～L3关断，致使稳压二极管D1～D3中的至少部分稳压二极管、定子部124 及负载900消耗交流发电机120的能量。

详细来说，在图7A所示的第四能量分配模式下，交流发电机120的能量将通过顺偏状态的稳压二极管D2、定子部124(即定子线圈124V、124U)以及负载900来进行消耗。更进一步来说，定子线圈124U所输出的电流将通过第二晶体管U1中的寄生二极管DU1(为顺偏状态) 而流至输出(寄生)电容CO及负载900，再通过顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈 124V，以消耗交流发电机120的能量。在本发明的一实施例中，也可将图7A的顺偏状态的第一晶体管L2导通，以让导通的第一晶体管L2取代顺偏的稳压二极管D2来进行能量消耗工作，也即稳压二极管D2停止消耗交流发电机120的能量。

在本发明的一实施例中，当控制器160操作在图7A的第四能量分配模式时，若直流电能的电压电平VDC突然大于或等于第一临界电压值VTH1，则将导致稳压二极管D1发生崩溃，例如图7B所示。此时，定子线圈124U所输出的一部分电流将通过第二晶体管U1的寄生二极管DU1(为顺偏状态)而流至输出(寄生)电容CO及负载900，再通过顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的部分能量。而定子线圈124U所输出的另一部分电流将通过崩溃状态的稳压二极管D1、顺偏状态的稳压二极管D2而流至定子线圈124V，以消耗交流发电机120的另一部分能量。

另外，图7A及图7B所示的输出(寄生)电容CO为充电状态，但本发明并不以此为限。在本发明的其他实施例中，输出(寄生)电容CO也可为放电状态而对负载900供电。

请参照图7C，图7C是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机100于控制器160操作在第四能量分配模式的能量分配示意图，其中图7C中的箭号表示电流的流向，另外，为了简洁起见，图7C省略示出控制器160与第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3之间的耦接路径。在控制器160进入降温模式且稳压二极管D1降温达第一时间长度之后，或当控制器160在降温模式下预估或检测到稳压二极管D1未过热时，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值小于参考电流值IREF，则控制器160将进入第四能量分配模式，例如图7C所示。此时，控制器160可将第二晶体管U1～U3关断，且将第一晶体管L1～L3导通，致使定子部124及第一晶体管L1～L3中的部分第一晶体管消耗交流发电机120的能量。

详细来说，在图7C所示的第四能量分配模式下，交流发电机120的能量将通过导通状态的第一晶体管L1及L2及定子部124(即定子线圈124V、124U)来进行消耗，而输出(寄生)电容CO为放电状态以对负载900供电。此时，不会通过稳压二极管D1～D3来消耗交流发电机120的能量。

请参照图7D，图7D是依照本发明一实施例所示出的图1的同步整流发电机100在控制器160操作在第四能量分配模式的能量分配示意图，其中图7D中的箭号表示电流的流向，另外，为了简洁起见，图7D省略示出控制器160与第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3之间的耦接路径。在控制器160进入降温模式且稳压二极管D1降温达第一时间长度之后，或当控制器160在降温模式下预估或检测到稳压二极管D1未过热时，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值小于参考电流值IREF，则控制器160将进入第四能量分配模式，例如图7D所示。此时，控制器160可将第二晶体管U1～U3导通，且将第一晶体管L1～L3关断，致使定子部124及第二晶体管U1～U3中的部分第二晶体管消耗交流发电机120的能量。

详细来说，在图7D所示的第四能量分配模式下，交流发电机120的能量将通过导通状态的第二晶体管U1及U2及定子部124(即定子线圈124V、124U)来进行消耗，而输出(寄生)电容CO为放电状态以对负载900供电。此时，不会通过稳压二极管D1～D3来消耗交流发电机120的能量。

以下将针对上述降温模式、第一能量分配模式、第二能量分配模式、第三能量分配模式及第四能量分配模式之间的变换作更进一步的说明。

在本发明的一实施例中，在上述图4A或图4B所示的第一能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1，且定子部124的电流值小于参考电流值 IREF，则控制器160将进入第二能量分配模式，以将第二晶体管U1～U3导通，并将第一晶体管L1～L3关断，以将交流发电机120的能量通过崩溃状态的稳压二极管D1～D3、定子部124(即定子线圈124V、124U)以及负载900来进行消耗，其中同步整流发电机100内部的电流的方向可例如图5所示。关于第二能量分配模式的详细运作可参照上述图5的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图4A或图4B所示的第一能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1达第二时间长度，表示稳压二极管D1及 D3已崩溃并消耗交流发电机120的能量达第二时间长度，因此必须让稳压二极管D1及D3降温，以避免稳压二极管D1及D3的温度过高而损坏。此时，控制器160将进入降温模式，以将第一晶体管L1～L3导通并将第二晶体管U1～U3关断(或是将逆偏状态的第一晶体管L1及顺偏状态的第一晶体管L2导通并将第一晶体管L3及第二晶体管U1～U3关断)，致使稳压二极管D1～D3无电流流通而降温，此时是由定子部124及负载900来消耗交流发电机120的能量，其中同步整流发电机100内部的电流的方向可例如图3A或图3B所示。关于降温模式的详细运作可参照上述图3A或图3B的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图4A或图4B所示的第一能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值大于或等于参考电流值 IREF，则控制器160将进入第三能量分配模式，以将逆偏状态的第二晶体管U2关断，将第二晶体管U1、U3导通，且将第一晶体管L1～L3关断，致使稳压二极管D1～D3中的至少部分稳压二极管、定子部124及负载900消耗交流发电机120的能量。关于第三能量分配模式的详细运作可参照上述图6A及图6B的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图4A或图4B所示的第一能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值小于参考电流值IREF，则控制器160将进入第四能量分配模式。关于第四能量分配模式的详细运作可参照上述图7A～图7D的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图5所示的第二能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1，且定子部124的电流值大于或等于参考电流值IREF，则控制器160将进入第一能量分配模式，以将偏压状态为逆偏状态的第二晶体管U2关断，将其余第二晶体管U1及U3导通，且将第一晶体管L1～L3关断，致使交流发电机120 的能量通过崩溃状态的稳压二极管D1、崩溃状态的稳压二极管D3、顺偏状态的稳压二极管D2、定子部124(即定子线圈124V、124U)以及负载900来进行消耗。关于第一能量分配模式的详细运作可参照上述图4A及图4B的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图5所示的第二能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1达第二时间长度，表示稳压二极管D1～D3已崩溃并消耗交流发电机120的能量达第二时间长度，因此必须让稳压二极管D1～D3降温，以避免稳压二极管D1～D3的温度过高而损坏。此时，控制器160将进入降温模式。关于降温模式的详细运作可参照上述图3A及图3B的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图5所示的第二能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值大于或等于参考电流值IREF，则控制器160将进入第三能量分配模式。关于第三能量分配模式的详细运作可参照上述图6A及图6B的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图5所示的第二能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值小于参考电流值IREF，则控制器 160将进入第四能量分配模式。关于第四能量分配模式的详细运作可参照上述图7A～图7D的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图6A或图6B所示的第三能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1达第二时间长度，表示稳压二极管D1～D3 中的部分稳压二极管已消耗交流发电机120的能量达第二时间长度，因此必须让稳压二极管 D1～D3降温，以避免稳压二极管D1～D3的温度过高而损坏。此时，控制器160将进入降温模式。关于降温模式的详细运作可参照上述图3A及图3B的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图6A或图6B所示的第三能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值小于参考电流值IREF，则控制器160将进入第四能量分配模式。关于第四能量分配模式的详细运作可参照上述图7A～图7D的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图7A～图7D中任一者所示的第四能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC大于或等于第一临界电压值VTH1达第二时间长度，则控制器160将进入降温模式以让稳压二极管D1～D3降温，以避免稳压二极管D1～D3的温度过高而损坏。关于降温模式的详细运作可参照上述图3A及图3B的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图7A～图7D中任一者所示的第四能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值大于或等于参考电流值IREF，则控制器160将进入第三能量分配模式。关于第三能量分配模式的详细运作可参照上述图6A及图6B的相关说明，在此不再赘述。

在本发明的一实施例中，在上述图7A～图7D中任一者所示的第四能量分配模式下，若直流电能的电压电平VDC小于第二临界电压值VTH2，且定子部124的电流值小于参考电流值 IREF，则表示交流发电机120的能量已消耗完毕，因此控制器160可进入正常运作模式。于正常运作模式下，控制器160可根据负载900的需求而控制第一晶体管L1～L3及第二晶体管 U1～U3的启闭，以将交流发电机120的交流电能整流为直流电能。

以下请合并参照图1及图8，图8是依照本发明一实施例所示出的同步整流发电机的能量分配方法的步骤流程示意图，可用于图1的同步整流发电机100，但不限于此。首先，在步骤 S800中，可通过控制器160来检测同步整流电路140整流后的直流电压电平VDC。接着，在步骤S810中，可通过控制器160判断直流电压电平VDC是否大于或等于第一临界电压值 VTH1以得到判断结果。若步骤S810的判断结果为否，则回到步骤S800。相对地，若步骤S810的判断结果为是，则通过控制器160来控制第一晶体管L1～L3及第二晶体管U1～U3的启闭，致使稳压二极管D1～D3中的至少一者、定子部124及同步整流发电机100的负载900至少其中之一消耗交流发电机120的能量，如步骤S820所示。

另外，本发明的实施例的同步整流发电机的能量分配方法的实施细节，可由图1至图7D 实施例的叙述中获致足够的教示、建议与实施说明，故不再赘述。

综上所述，本发明实施例的同步整流发电机及其能量分配方法，可在同步整流发电机发生抛载现象时，通过稳压二极管、定子部及负载至少其中之一来共同宣泄或消耗交流发电机的能量，以避免仅由崩溃的稳压二极管来消耗交流发电机的能量而导致稳压二极管温度过高而损坏的问题，以及避免仅由定子部来消耗交流发电机的能量而导致定子部温度过高及能量消耗时间过久的问题。因此，本发明实施例的同步整流发电机及其能量分配方法可快速地且安全地将交流发电机中的能量予以宣泄或消耗，并限制整流电路所输出的直流电压，以在抛载现象发生时保护同步整流发电机的元件或负载。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种同步整流发电机，其特征在于，用以提供直流电能至负载，所述同步整流发电机包括：

交流发电机，具有转子部及定子部，用以将机械能转换为交流电能，其中所述定子部具有多个定子线圈；

同步整流电路，电性连接至所述定子部，用以将所述交流电能转换为所述直流电能，所述同步整流电路包括：

多个第一晶体管，所述多个第一晶体管的每一者耦接在所述多个定子线圈的其中一者与所述负载的第一端之间；

多个第二晶体管，所述多个第二晶体管的每一者耦接在所述多个定子线圈的其中一者与所述负载的第二端之间；以及

至少一稳压二极管，所述至少一稳压二极管的每一者耦接在所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的其中一者的两端，以限制所述直流电能的电压电平，以及

控制器，耦接所述同步整流电路以检测所述直流电能的所述电压电平，在所述控制器检测到所述直流电能的所述电压电平大于或等于第一临界电压值时，所述控制器控制所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述定子部的所述多个定子线圈中的一个所输出的至少部分的电流流至所述多个定子线圈中的另一个，以消耗所述交流发电机的能量，

其中，当所述控制器检测到所述直流电能的所述电压电平大于或等于所述第一临界电压值，且所述控制器预估或检测到所述至少一稳压二极管过热时，所述控制器控制所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述定子部消耗所述交流发电机的能量，或是致使所述定子部与所述负载消耗所述交流发电机的能量。

2.根据权利要求1所述的同步整流发电机，当所述控制器检测到所述直流电能的所述电压电平大于或等于所述第一临界电压值，且所述控制器预估或检测到所述至少一稳压二极管未过热时，所述控制器控制所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述至少一稳压二极管消耗所述交流发电机的能量。

3.根据权利要求2所述的同步整流发电机，当所述控制器检测到所述直流电能的所述电压电平小于第二临界电压值时，所述至少一稳压二极管停止消耗所述交流发电机的能量，其中所述第一临界电压值大于或等于所述第二临界电压值。

4.根据权利要求1所述的同步整流发电机，当所述至少一稳压二极管降温达第一时间长度后，且所述控制器检测到所述直流电能的所述电压电平仍大于或等于所述第一临界电压值时，所述控制器控制所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述至少一稳压二极管消耗所述交流发电机的能量。

5.根据权利要求4所述的同步整流发电机，当所述控制器检测到所述直流电能的所述电压电平小于第二临界电压值时，所述至少一稳压二极管停止消耗所述交流发电机的能量，其中所述第一临界电压值大于或等于所述第二临界电压值。

6.一种同步整流发电机的能量分配方法，其特征在于，所述同步整流发电机用以提供直流电能至负载，所述同步整流发电机包括交流发电机、同步整流电路以及控制器，其中所述交流发电机具有转子部及定子部，用以将机械能转换为交流电能，所述同步整流电路包括多个第一晶体管、多个第二晶体管以及至少一稳压二极管，所述多个第一晶体管的每一者耦接在所述定子部的多个定子线圈的其中一者与所述负载的第一端之间，所述多个第二晶体管的每一者耦接在所述多个定子线圈的其中一者与所述负载的第二端之间，并且所述至少一稳压二极管的每一者耦接在所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的其中一者的两端，以限制所述直流电能的电压电平，所述方法包括：

通过所述控制器检测所述同步整流电路整流后的所述直流电能的所述电压电平；

通过所述控制器判断所述直流电能的所述电压电平是否大于或等于第一临界电压值以得到判断结果；

若所述判断结果为是，通过所述控制器控制所述同步整流电路的所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述交流发电机的所述定子部的所述多个定子线圈中的一个所输出的至少部分的电流流至所述多个定子线圈中的另一个，以消耗所述交流发电机的能量，

其中，通过所述控制器控制所述同步整流电路的所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭的步骤包括：

通过所述控制器预估或检测所述至少一稳压二极管是否过热；以及

若所述至少一稳压二极管过热，则通过所述控制器控制所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述定子部消耗所述交流发电机的能量，或是致使所述定子部与所述负载消耗所述交流发电机的能量。

7.根据权利要求6所述的同步整流发电机的能量分配方法，其中通过所述控制器控制所述同步整流电路的所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭的步骤包括：

通过所述控制器预估或检测所述至少一稳压二极管是否过热；以及

若所述至少一稳压二极管未过热，通过所述控制器控制所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述至少一稳压二极管消耗所述交流发电机的能量。

8.根据权利要求7所述的同步整流发电机的能量分配方法，其中通过所述控制器控制所述同步整流电路的所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭的步骤还包括：

通过所述控制器检测所述直流电能的所述电压电平是否小于第二临界电压值；以及

若所述直流电能的所述电压电平小于所述第二临界电压值，通过所述控制器控制所述同步整流电路的所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述至少一稳压二极管停止消耗所述交流发电机的能量，其中所述第一临界电压值大于或等于所述第二临界电压值。

9.根据权利要求6所述的同步整流发电机的能量分配方法，其中通过所述控制器控制所述同步整流电路的所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭的步骤还包括：

在所述至少一稳压二极管降温达第一时间长度后，若所述直流电能的所述电压电平仍大于或等于所述第一临界电压值，则通过所述控制器控制所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述至少一稳压二极管消耗所述交流发电机的能量。

10.根据权利要求9所述的同步整流发电机的能量分配方法，其中通过所述控制器控制所述同步整流电路的所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭的步骤还包括：

通过所述控制器检测所述直流电能的所述电压电平是否小于第二临界电压值；以及

若所述直流电能的所述电压电平小于所述第二临界电压值，则通过所述控制器控制所述同步整流电路的所述多个第一晶体管及所述多个第二晶体管的启闭，致使所述至少一稳压二极管停止消耗所述交流发电机的能量，其中所述第一临界电压值大于或等于所述第二临界电压值。

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