CN110784138A - 发电机控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关一种发电机控制电路，其包含一侦测电路与一控制电路，侦测电路侦测一发电机的一负载状态，以产生一负载数据，控制电路依据负载数据与一门槛数据产生一控制讯号，而执行一负载响应控制模式控制发电机。

Description

发电机控制电路
技术领域
本发明是有关一种控制电路，尤其是一种发电机控制电路。
背景技术
引擎驱动式发电机为应用于各种用途的发电装置，例如:小型柴油供电装置、车用供电系统等，而广泛普及，尤其在节省空间的要求，甚至将引擎驱动式发电机更进一步作为起动引擎用的电动机。而，一般车辆中，电力负载多为瞬间加载，例如冷暖气机的开启与关闭，瞬间加载会使发电机的负载增加，，因发电机藉由引擎带动，如此发电机的负载增加即增加负载扭拒，因而减少引擎原本应该输出到传动系统的输出动力，因而车载系统在侦测到电力负载瞬间增加时，遂降低发电机的输出功率。
然而，有些状况下，电力负载会缓慢增加，其也会使发电机的负载增加，而影响引擎输出动力到传动系统，例如目前新式车辆为了便利民众驾驶，因而增加了许多驾驶辅助设备，此类如自动停车、自动避障等辅助控制，前述的辅助控制的加载方式并非传统的瞬间开启或瞬间关闭，而是以较缓慢的速度增加负载，例如缓慢转动方向盘，此时传统车载系统无法侦测出该类系统所产生的缓程加载。
基于上述的问题，本发明提供一种发电机控制电路，其可侦测瞬间加载与缓程加载，以执行负载响应控制模式控制发电机，而能够在负载增加时减缓发电机产生电源的上升斜率，使引擎的输出动力优先提供到需要的系统。
发明内容
本发明的主要目的，提供一种发电机控制电路，其可侦测发电机的不同负载状态，而执行负载响应控制模式，以减缓发电机产生电源的上升斜率，使引擎的输出动力优先提供到需要的系统。
本发明的另一目的，提供一种发电机控制电路，其进一步依据引擎的运作状态，执行负载响应控制模式，用于减缓发电机产生电源的上升斜率。
本发明揭示了一种发电机控制电路，其包含一侦测电路与一控制电路，侦测电路侦测发电机的负载状态，并产生负载数据，且将负载数据提供至控制电路，藉此依据负载数据与一门槛数据，对应产生控制讯号，而执行负载响应控制模式控制发电机，因而驱使发电机减缓产生电源的上升斜率，藉此让引擎的输出动力优先提供至所需要的系统。
附图说明
图1：其为本发明的发电机系统的一实施例的方块图；
图2：其为本发明的发电机控制电路的一实施例的方块图；
图3：其为本发明的一实施例的瞬间加载的曲线图；
图4：其为本发明的一实施例的储能元件的电压准位的曲线图；
图5：其为本发明的一实施例的缓程加载的曲线图；
图6：其为本发明的一实施例的追踪抛载的曲线图；以及
图7：其为本发明的发电机控制电路控制发电机的一实施例的流程图。
【图号对照说明】
10 发电机控制电路
12 侦测电路
122 电压侦测单元
124 转速侦测单元
14 控制电路
20 发电机
20A 驱动机构
22 转子线圈
24 开关单元
30 引擎
B 储能元件
C1 负载曲线
C2 负载曲线
C3 负载曲线
CTH 门槛曲线
DLOAD 负载数据
DRPM 转速数据
DVolt 电压数据
ECU 车载控制单元
L 负载
LOAD 负载状态
P 电源
RPM 引擎转速
RPMA 发电机转速
SCTR 控制讯号
SLTH 斜率门槛
SLUP 上升斜率
TD 侦测时间
T1 时间点
T2 时间点
T3 时间点
T4 时间点
VBAT 电压准位
VTH 临界门槛
S10-S45 步骤
具体实施方式
为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：
在说明书及请求项当中使用了某些词汇指称特定的元件，然，所属本发明技术领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词称呼同一个元件，而且，本说明书及请求项并不以名称的差异作为区分元件的方式，而是以元件在整体技术上的差异作为区分的准则。在通篇说明书及请求项当中所提及的「包含」为一开放式用语，故应解释成「包含但不限定于」。再者，「耦接」一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接一第二装置，则代表第一装置可直接连接第二装置，或可透过其他装置或其他连接手段间接地连接至第二装置。
交流发电机包含转子(rotor)线圈与定子(stator)线圈。在正常的运作下，当激磁电流供应至转子线圈时，转子线圈即产生磁场。当汽车的引擎带动激磁后的转子线圈转动时，激磁后的转子线圈即会产生旋转磁场，旋转磁场使得定子线圈产生交流电能。交流发电机所产生的交流电能经整流器整流后，即产生直流电能，以可对储能元件充电或是直接供电给负载。
有鉴于习知发电机控制系统无法确实侦测瞬间加载与缓程加载，而控制发电机减缓产生电源，据此，本发明遂提出一种发电机控制电路，以解决习知技术所造成的控制问题。
以下，将进一步说明本发明揭示一种发电机控制电路所包含的特性、所搭配的架构：
首先，请参阅图1与图2，其为本发明的发电机系统的一实施例的方块图以及本发明的发电机控制电路的一实施例的方块图。如图所示，本发明的发电机控制电路10，其包含一侦测电路12与一控制电路14，侦测电路12耦接控制电路14，侦测电路12更耦接一发电机20，控制电路14亦是耦接于发电机20，同时本实施例为发电机控制电路10内建于发电机20中，于一实施例中，发电机控制电路10可为一控制芯片，但本发明不限于此，更可将控制电路10设置于发电机20外并耦接至发电机20。其中，发电机20耦接至一储能元件B与至少一负载L。进一步地，侦测电路12亦是耦接至储能元件B与负载L，因此，侦测电路12可侦测来自于储能元件B与负载L的负载状态LOAD，即侦测发电机20的负载状态。本实施例中，储能元件B可为电池或蓄电池或超级电容或储能电芯，负载L可为车载系统(例如:车用辅助系统、车用仪表系统)、或者为电气设备(例如:冷气、灯源、音响)等。
侦测电路12侦测储能元件B与负载L的电压准位，由于储能元件B、负载L与发电机20并联连接，因此储能元件B与发电机20的连接处的电压准位即为储能元件B的电压准位VBAT，藉此，侦测电路12进一步地藉由侦测电压准位VBAT，而对应产生一电压数据DVolt，以获得储能元件B与负载L的负载状态LOAD。如此侦测电路12依据所侦测到的负载状态LOAD，即依据电压准位VBAT，也可产生对应的负载数据DLOAD至控制电路14，以让控制电路14依据负载数据DLOAD得知发电机20的负载状态而产生对应的控制讯号SCTR至发电机20，而控制发电机20的运作。本发明的控制电路14可依据负载数据DLOAD得知发电机20的负载状态LOAD是否为瞬间加载或者缓程加载，控制电路14是依据负载数据DLOAD的负载变量比对一门槛数据，而侦测出发电机20的负载状态LOAD是否为瞬间加载或者缓程加载，如此控制电路14即可判断是否执行负载响应控制(Load response control，LRC)模式而产生对应的控制讯号SCTR，因而基于负载响应控制模式产生控制讯号SCTR可控制发电机20减缓产生电源的速度，即减缓产生电源的上升斜率，以避免影响引擎30输出动力至所需要的系统。因此，本发明的发电机控制电路10可基于瞬间加载与缓程加载都能够执行负载响应控制模式控制发电机20。以下进一步详细说明本实施例的作动。
本实施例中，进一步地，侦测电路12包含一电压侦测单元122与一转速侦测单元124。电压侦测单元122耦接至储能元件B与负载L，以侦测储能元件B与负载L的电压准位，也就是侦测电压准位VBAT，且进一步地，电压侦测单元122依据所侦测到的电压准位VBAT产生电压数据DVolt，因为电压准位VBAT会随负载变动而变化，例如随着负载增加而下降，所以电压准位VBAT可表示负载状态，所以电压数据DVolt可作为负载数据DLOAD，也就是可依据负载数据DLOAD侦测负载变量以侦测出瞬间加载与缓程加载。于本发明的一实施例中，控制电路14接收负载数据DLOAD，并经一转换参数对负载数据DLOAD进行运算，而产生一负载曲线，进而依据负载曲线即可得知负载变量。转速侦测单元124耦接至一车载控制单元ECU而直接获取车载控制单元ECU所侦测得知的引擎转速RPM，或者是耦接至发电机20，而侦测发电机20的发电机转速RPMA，亦即转子线圈22的转速。由于发电机转速RPMA对应于引擎转速RPM，因此侦测发电机转速RPMA亦即相当于侦测引擎转速RPM。
此外，如图1与图2所示，发电机20藉由一驱动机构20A连接至一引擎30，引擎30透过驱动机构20A驱动发电机20，因此转速侦测单元124侦测发电机20的发电机转速RPMA相当于侦测引擎30的引擎转速RPM，转速侦测单元124即针对发电机转速RPMA或引擎转速RPM，而产生对应的转速数据DRPM，以提供控制电路14判断引擎转速RPM的状态。发电机控制电路10透过控制电路14耦接发电机20的开关单元24并输出控制讯号SCTR至发电机20的开关单元24，开关单元24耦接于储能元件B与转子线圈22间，藉由控制讯号SCTR控制开关单元24的切换，也就是控制储能元件B提供激磁电流给转子线圈22，进而控制发电机20产生电源P，即控制发电机20的输出功率，由于电源P对应于控制讯号SCTR，所以藉由调整控制讯号SCTR，例如脉波宽度的占空比(duty)就可以调整发电机20的产生电源的多寡，也就是减缓控制讯号SCTR的脉波宽度的占空比(duty)的上升斜率SLUP(如图3所示)即为减缓发电机20产生电源P的上升斜率。
如图3所示，本发明的发电机控制电路10于侦测瞬间加载的情况下，其中负载数据DLOAD所对应的负载曲线C1产生瞬间变量，即在同一时间点上负载突然增加很多，以电流量举例，例如从10安培(A)上升至20安培(A)，其中负载曲线C1为控制电路14经转换参数(例如:负载L的等效电路参数，例如阻抗值)运算，而转换电压数据DVolt为电流负载量，因此负载曲线C1对应于负载变化量。因电压准位VBAT下降表示负载增加，因此控制电路14依据转换参数得到的负载曲线会相反于电压准位VBAT的曲线。本实施例中，控制讯号SCTR可为脉宽调变(PWM)讯号，而控制电路14即控制脉宽调变(PWM)讯号的占空比(duty)，以调变发电机20的电源P，其表示增加脉宽调变(PWM)讯号的占空比(duty)即增加产生电源P。瞬间加载的情况下，本实施例于时间点T1上，依据负载曲线C1可知，负载电流从10安培(A)急遽上升至20安培(A)，因于时间点T1，负载曲线C1的变量斜率即大于一门槛曲线CTH的一斜率门槛SLTH，门槛数据为斜率门槛SLTH，因此控制电路14可随即判断负载变化大，而执行负载响应(Loadresponse control，LRC)模式，而调变控制讯号SCTR的的占空比，以控制发电机20减缓产生电源P，如此可让引擎30的输出动力优先提供至所需要的系统，例如传动系统或者车辆辅助系统。
接续上述，特别是控制电路14可再进一步依据其他条件决定是否执行负载响应控制模式。例如，控制电路14进一步依据侦测电路12所提供的转速数据DRPM判断引擎转速RPM是否低于一转速门槛(例如:引擎30的截止转速)，以及可如图4所示，控制电路14进一步判断发电机20所耦接的储能元件B的电压准位VBAT是否大于一临界门槛VTH(例如:10.5V)。控制电路14侦测到负载变化大，且引擎30处于较低转速状态下，即可执行负载响应控制模式，其因为引擎30处于较低转速状态，即表示不能再让发电机20增加引擎30的负担，所以控制电路14即执行负载响应控制模式，若引擎30处于较高转速状态，则可不执行负载响应控制模式，转速门槛可以依据需要而设定。另外，控制电路14侦测到负载变化大，且储能元件B的电压准位VBAT大于临界门槛VTH，其表示储能元件B仍有足够电源储备可供整体系统运作下，控制电路14即可执行负载响应控制模式而控制发电机20，所以如图3所示，透过减缓增加控制讯号SCTR的占空比而驱使发电机30推迟产生电源P的上升斜率。若储能元件B的电压准位VBAT小于临界门槛VTH，其表示储能元件B可能不够电源提供整体系统运作，如此控制电路14可暂缓执行负载响应控制模式，以让发电机20产生电源而对储能元件B充电。
如图5所示，本发明的发电机控制电路10于侦测缓程加载的情况下，其中负载数据DLOAD所对应的负载曲线C2产生缓程变量，即负载缓慢增加，例如:缓程加载的情况下，本实施例于时间点T1至时间点T2，依据负载曲线C2可知，负载电流从10安培(A)缓慢上升至20安培(A)，因此负载曲线C2的变量斜率仍大于门槛门槛曲线CTH的斜率门槛SLTH，因此控制电路14仍判断负载变化大而执行负载响应模式，而调变控制讯号SCTR的的占空比，以控制发电机20减缓产生电源P，因此如图5所示，透过减缓增加控制讯号SCTR的占空比而驱使发电机30推迟产生电源P的上升斜率。如前述实施例说明，控制电路14可进一步依据其他条件决定是否执行负载响应控制模式，于此不再详述。
请参阅图6，其为本发明的一实施例的追踪抛载的曲线图。发生抛载状况时，储能元件B的电压准位VBAT会短暂上升后下降再上升至应有准位，例如:关闭冷暖机，如此负载曲线C3表现的情形会是先短暂下降后上升再下降。于负载曲线C3上升时，其变量斜率会大于斜率门槛，所以控制电路14会判断负载变化大而执行负载响应模式，如此即会发生误判情形。基于此原因，本发明的控制电路14可侦测负载曲线C3的变量斜率的方向在变量斜率大于斜率门槛前与后是否相同。从图6可以知道，如果是抛载状态，负载曲线C3的变量斜率的方向会相反，也就是变量斜率的数值会正负相反。因此，控制电路14侦测到变量斜率大于斜率门槛时，进一步往前追踪一侦测时间TD，侦测变量斜率在大于斜率门槛前的状态，若侦测负载曲线C3的变量斜率的方向在变量斜率大于斜率门槛前与后不相同时，即表示此负载变化是抛载状态的短暂变化，而不需要执行负载响应模式。若侦测负载曲线C3的变量斜率的方向在变量斜率大于斜率门槛前与后相同时，即表示此负载变化并非抛载状态的短暂变化，而确实负载变化大，控制电路14则执行负载响应控制模式。
由上述可知，控制电路14于瞬间加载或缓程加载的状态下，即执行负载响应控制模式而控制发电机20，又或者在侦测到负载状态为瞬间加载或缓程加载的状态下，再进一步藉由转速数据DRPM判断引擎转速RPM未超出转速门槛、储能电位VBAT大于临界门槛VTH或者往前侦测时间TD并未有抛载状态存在时，控制电路14才执行负载响应模式，因而控制发电机30推迟产生电源P的上升斜率。此外，控制电路14执行负载响应控制模式后，若引擎转速RPM大于转速门槛，即引擎30可输出大动力无须限制发电机20的输出功率，或储能元件B的电压准位VBAT等于或低于临界门槛VTH时，即储能元件B可能不够电源提供整体系统运作，如此控制电路14停止执行负载响应控制模式，让发电机20致力于对整体系统供电并对储能元件B充电。此外，由于控制电路14执行负载响应控制模式时，发电机20产生的电源P仍可用对储能元件B充电，当储能元件B的电压准位VBAT等于或高于一准位门槛时，控制电路14可以停止执行负载响应控制模式。
请参阅图7，其为本发明的发电机控制电路控制发电机的一实施例的流程图。如图7所示，并一并参阅图1与图2，本发明的发电机控制电路10的控制流程如下:
步骤S10:开启系统；
步骤S20:判断负载状态是否超过门槛；
步骤S30:判断是否符合启动条件；
步骤S35:执行负载响应控制模式；
步骤S40:判断是否符合停止条件；以及
步骤S45:停止执行负载响应控制模式。
于步骤S10中，包含发电机控制电路10的整个系统被启动。于步骤S20中，发电机控制电路10的控制电路14依据负载状态LOAD判断负载变化是否超过门槛，如上述实施例，可藉由判断负载曲线的变量斜率是否大于斜率门槛，同时于步骤S20中，控制电路14可进一步依据侦测电路12所侦测到的转速数据DRPM与电压数据DVolt接续执行步骤S30，控制电路14判断是否执行负载响应控制模式。
于步骤S30中，控制电路14若侦测引擎30处于较低转速状态下且储能元件B仍有足够电源储备可供整体系统运作，以及控制电路14于负载状态LOAD发生负载变量时向前侦测时间TD确认无抛载状态，因而接续执行步骤S35，以控制电路14执行负载响应控制模式，其用意在于减缓发电机20输出电源P的上升斜率，反之则回到步骤S20，依据负载状态LOAD重新侦测。当控制电路14执行负载响应模式，且于步骤S20判断负载状态LOAD的负载变量小于门槛时，则接续进行步骤S40，判断是否符合停止执行负载响应模式，控制电路14侦测引擎30处于较高转速状态下，或者控制电路14判断储能元件B无足够电源储备可供整体系统运作，又或者储能元件B的电压准位VBAT等于或高于准位门槛，即储能元件B具有非常足够电源储备可供整体系统运作，因此任一条件成立，即接续执行步骤S45，控制电路14停止执行负载响应控制模式，而回归一般执行状态；反之，则回到步骤S20。此外，本发明的发电机控制电路并非仅能用于控制车辆的发电机，其可用于任何种类的发电机。
综上所述，本发明的发电机控制电路，其可侦测发电机的负载状态于瞬间加载或缓程加载的情况，而执行负载响应控制模式以控制发电机，而减缓发电机产生电源的上升斜率，因而减缓发电机对引擎的负载，以让引擎的输出动力优先提供至所需的系统，例如发电机应用于车辆时，即可让引擎的输出动力优先提供至传动系统或辅助驾驶系统。反之，在判断并未发生瞬间加载或缓程加载的情况下，可停止控制电路执行负载响应控制模式，让发电机致力于对整体系统供电并对储能元件充电。
上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (14)

1.一种发电机控制电路，其特征在于，其包含:
一侦测电路，侦测一发电机的一负载状态，以产生一负载数据；以及
一控制电路，依据该负载数据与一门槛数据产生一控制讯号，而执行一负载响应控制模式控制该发电机。
2.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该侦测电路进一步侦测一引擎的一引擎转速，以产生一转速数据，该控制电路进一步依据该转速数据产生该控制讯号。
3.如权利要求2所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该引擎转速低于一转速门槛，该控制电路执行该负载响应控制模式。
4.如权利要求2所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该侦测电路依据该发电机的一发电机转速侦测该引擎转速或接收一车载控制单元所侦测的该引擎转速。
5.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该侦测电路侦测该发电机所耦接的一储能元件的一电压准位，并产生一电压数据作为该负载数据。
6.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该门槛数据为一一斜率门槛，该控制电路依据一转换参数对该负载数据进行运算，以产生一负载曲线，该负载曲线的一变量斜率大于该斜率门槛时，该控制电路执行该负载响应控制模式。
7.如权利要求6所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该负载曲线的该变量斜率大于该斜率门槛时，该控制电路进一步侦测该变量斜率在大于该斜率门槛前的状态，当该变量斜率的方向在该变量斜率大于该斜率门槛前与后相同时，该控制电路执行该负载响应控制模式。
8.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该控制讯号为一脉宽调变讯号，而控制该发电机的运作，该控制电路调变该脉宽调变讯号的一占空比，以减缓该发电机产生一电源的上升斜率。
9.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该控制电路进一步耦接一开关单元，该开关单元耦接于一储能元件与该发电机的一转子线圈间，该控制电路传送该控制讯号至该开关单元，以控制该开关单元切换。
10.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该侦测电路侦测该发电机所耦接的一储能元件的一电压准位，并产生该负载数据，该控制电路依据该负载数据控制该发电机，该储能元件的该电压准位高于一临界门槛时，该控制电路执行该负载响应控制模式。
11.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该侦测电路侦测该发电机所耦接的一储能元件的一电压准位，并产生该负载数据，该控制电路依据该负载数据控制该发电机，该储能元件的该电压准位等于或高于一准位门槛时，该控制电路停止执行该负载响应控制模式。
12.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该侦测电路侦测该发电机所耦接的一储能元件的一电压准位，并产生该负载数据，该控制电路依据该负载数据控制该发电机，该储能元件的该电压准位等于或低于一临界门槛时，该控制电路停止执行该负载响应控制模式。
13.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该侦测电路进一步侦测一引擎的一引擎转速，以产生一转速数据，该控制电路进一步依据该转速数据控制该发电机，该引擎转速高于一转速门槛时，该控制电路停止执行该负载响应控制模式。
14.如权利要求1所述的发电机控制电路，其特征在于，其中该控制电路执行该负载响应控制模式，而控制该发电机减缓该发电机产生一电源的上升斜率。
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