CN112104241B - 一种发动机驱动型发电机 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种发动机驱动型发电机,具有由发动机及其驱动的三相交流发电机组成的发电单元和将发电单元输出的三相交流电转换为目标直流电的AC‑DC转换单元,AC‑DC单元具有:由三组上、下侧元件组成的半控整流电路,每组上侧元件至少包括两个高频率开关管,每组下侧元件至少包括肖特基二极管,以及控制半控整流电路以使AC‑DC单元输出目标直流电的控制部。显然,由于肖特基二极管的压降比可控硅整流器的压降低60%左右,同时肖特基二极管再搭配高频率开关管来对交流电进行同步整流,这样就可以极大的降低整流电路在对交流电进行整流过程中所需要的功耗量,由此就可以显著提高发动机驱动型发电机的转换效率和输出电压精度。

Description

一种发动机驱动型发电机
技术领域
本发明涉及发电机技术领域,特别涉及一种发动机驱动型发电机。
背景技术
发动机驱动型发电机,尤其是由通用发动机驱动的发电机,因其能够将机械能转换为电能,所输出电能在10KW左右或10KW以下,比较适用于市电停供情况下的临时供电或野外小功率供电,所以,在实际生活中得到了较为广泛的应用。在现有技术中,发动机驱动型发电机所具有的可控整流部分一般是使用二极管进行搭建,并采用可控硅整流器对可控整流部分进行整流控制,但是,此种设置方式存在发电机的转换效率较低、输出电压精度不高的缺点。目前,针对这些技术问题,还没有较为有效的解决办法。
由此可见,如何提高发动机驱动型发电机的转换效率和输出电压精度,是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种发动机驱动型发电机,以提高发动机驱动型发电机的转换效率和输出电压精度。其具体方案如下:
一种发动机驱动型发电机,具有由发动机及其驱动的三相交流发电机组成的发电单元和将所述发电单元输出的三相交流电转换为目标直流电的AC-DC转换单元,其特征在于,所述AC-DC单元具有:由三组上、下侧元件组成的半控整流电路,每组上侧元件至少包括两个高频率开关管,每组下侧元件至少包括肖特基二极管,以及控制所述半控整流电路以使所述AC-DC单元输出目标直流电的控制部。
优选的,所述控制部具有:
相位检测电路,其用于检测所述三相交流发电机运转时在三相绕组中产生连续电感电流的半波形态并将检测到的信号进行发送;
驱动器,其用于驱动所述半控整流电路的上、下侧元件的导通与关闭;
控制器,其根据所接收到的所述相位检测电路所发送的信号向所述驱动器发送执行指令,以使所述驱动器根据所述执行指令使所述半控整流电路的上、下侧元件导通或关闭;
其中,当所述相位检测电路检测到电感电流处于正半波或负半波到来时,所述相位检测电路向所述控制器发送相应的控制信号,所述控制器在接收到所述控制信号时,向所述驱动器发送相应的所述执行指令;所述驱动器根据所接收到的所述执行指令驱使所述半控整流电路的上、下侧元件导通或关闭。
优选的,所述半控整流电路的所述上侧元件包括第一至第三PMOS管、以及第一至第三NMOS管,所述下侧元件包括第一至第三肖特基二极管;
其中,所述第一至第三PMOS管的源极分别与所述第一至第三NMOS管的漏极相连,所述第一至第三NMOS管的源极分别与所述第一至第三肖特基二极管的负极相连,并且,所述第一至第三NMOS管的源极还分别与所述三相交流发电机的三相绕组相连;
相应的,所述第一至第三PMOS管的栅极、所述第一至第三NMOS管的栅极均与所述驱动器相连,所述第一至第三PMOS管的漏极共同构成所述AC-DC转换单元的第一输出端,所述第一至第三肖特基二极管的正极共同构成所述AC-DC转换单元的第二输出端。
优选的,所述发动机驱动型发电机还具有:
DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元以及设置于所述DC-DC转换单元和/或所述DC-AC逆变单元的工作输出端;
所述DC-DC转换单元用于将来自所述AC-DC转换单元所输出的所述目标直流电转换为第一预设值的输出直流电;所述DC-AC逆变单元用于将来自所述AC-DC转换单元所输出的所述目标直流电转换为第二预设值的输出交流电。
优选的,所述发动机为通用发动机。
可见,在本发明所提供的发动机驱动型发电机中,包括利用三组上、下侧元件组成的半控整流电路以及控制半控整流电路以使其输出目标直流电的控制部,其中,每组上侧元件至少包括两个高频率开关管,每组下侧元件至少包括肖特基二极管。显然,相比于现有技术而言,由于半控整流电路中肖特基二极管的压降比可控硅整流器的压降低60%左右,同时肖特基二极管再搭配高频率开关管来对交流电进行同步整流,这样就可以极大的降低整流电路在对交流电进行整流过程中所需要的功耗量,由此就可以显著提高发动机驱动型发电机的转换效率和输出电压精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种发动机驱动型发电机的结构示意图;
图2为经图1实施例的发动机驱动型发电机中AC-DC转化单元处理后所得的波形示意图。
图1中,100为发动机驱动型发电机,10为发动机,20为三相交流发电机,30为半控整流电路,40为控制器,50为驱动器,60为相位检测电路,70为滤波电路,80为DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元,3为工作输出端子,90为负载,1为第一输出端,2为第二输出端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参见图1,图1为本发明实施例所提供的一种发动机驱动型发电机的结构示意图。该发动机驱动型发电机,具有由发动机10及其驱动的三相交流发电机20组成的发电单元和将发电单元输出的三相交流电转换为目标直流电的AC-DC转换单元,AC-DC单元具有:由三组上、下侧元件组成的半控整流电路30,每组上侧元件至少包括两个高频率开关管,每组下侧元件至少包括肖特基二极管,以及控制半控整流电路30以使AC-DC单元输出目标直流电的控制部。
需要说明的是,在本实施例中,高频率开关管包括但不限于PMOS管、NMOS管、MOSFET或者是IGBT等等。在本实施例所提供的发动机驱动型发电机中,因为高频率开关管的通态电阻极低,开关频率较高,所以,当利用高频率开关管所构建的半控整流电路30来取代由二极管所构建的整流电路时,就可以显著降低整流电路所需要的电能损耗。同时,因为肖特基二极管的压降比可控整流器的压降低60%左右,这样在利用肖特基二极管对由高频率开关管所搭建的半控整流电路30进行控制时,就可以极大的降低在对整流电路进行控制过程中所需要的能耗量,由此就可以显著提高发动机驱动型发电机的转换效率与输出电压精度。请参见图2,图2为经图1实施例的发动机驱动型发电机中AC-DC转化单元处理后所得的波形示意图。
此外,由于肖特基二极管的压降比可控整流器的压降低60%左右,这样还可以极大的降低半控整流电路30在运行过程中所产生的热量,由此就能够降低发动机驱动型发电机所需要的散热成本。并且,经过实际运行结果表明,该发动机驱动型发电机的转换效率可以达到98%,比现有技术中直流发电机的转换效率高出将近4%。同时,本实施例所提供的发动机驱动型发电机的电流输出精度能够达到±0.1V,电流输出纹波小于200mV,所以,通过这样的设置方式也可以相对提高发电机所输出的电能质量。
可见,在本实施例所提供的发动机驱动型发电机中,包括利用三组上、下侧元件组成的半控整流电路以及控制半控整流电路以使其输出目标直流电的控制部,其中,每组上侧元件至少包括两个高频率开关管,每组下侧元件至少包括肖特基二极管。显然,相比于现有技术而言,由于半控整流电路中肖特基二极管的压降比可控硅整流器的压降低60%左右,同时肖特基二极管再搭配高频率开关管来对交流电进行同步整流,这样就可以极大的降低整流电路在对交流电进行整流过程中所需要的功耗量,由此就可以显著提高发动机驱动型发电机的转换效率和输出电压精度。
其中,控制部具有:
相位检测电路60,其用于检测三相交流发电机20运转时在三相绕组中产生连续电感电流的半波形态并将检测到的信号进行发送;
驱动器50,其用于驱动半控整流电路30的上、下侧元件的导通与关闭;
控制器40,其根据所接收到的相位检测电路60所发送的信号向驱动器50发送执行指令,以使驱动器50根据执行指令使半控整流电路30的上、下侧元件导通或关闭;
其中,当相位检测电路60检测到电感电流处于正半波或负半波到来时,相位检测电路60向控制器40发送相应的控制信号,控制器40在接收到控制信号时,向驱动器50发送相应的执行指令;驱动器50根据所接收到的执行指令驱使半控整流电路30的上、下侧元件导通或关闭。
在本实施例中,是对控制部的工作原理进行了具体说明,显然,通过该控制部可以控制AC-DC单元输出目标直流电。
作为一种优选的实施方式,半控整流电路30的上侧元件包括第一至第三PMOS管、以及第一至第三NMOS管,下侧元件包括第一至第三肖特基二极管;
其中,第一至第三PMOS管的源极分别与第一至第三NMOS管的漏极相连,第一至第三NMOS管的源极分别与第一至第三肖特基二极管的负极相连,并且,第一至第三NMOS管的源极还分别与三相交流发电机20的三相绕组相连;
相应的,第一至第三PMOS管的栅极、第一至第三NMOS管的栅极均与驱动器50相连,第一至第三PMOS管的漏极共同构成AC-DC转换单元的第一输出端1,第一至第三肖特基二极管的正极共同构成AC-DC转换单元的第二输出端2。
在本实施例中,是提供了一种半控整流电路30的具体设置方式,其中,第一至第三PMOS管分别为P1、P2和P3,第一至第三NMOS管分别为N1、N2和N3。可以理解的是,由于MOS管在电路设计中的灵活性较大,栅极电压可正可负,易于和前级电路相匹配,所以,在本实施例中,是将半控整流电路30设置为此种结构形式。
另外,在实际应用中,为了提高MOS管在运行过程中的稳定性,还可以在MOS管的栅极与源极之间连接电阻,以泄放MOS管中所存储的静电电压;并在第一至第三PMOS管的栅极以及第一至第三NMOS管的栅极连接电阻,以对各个MOS管进行限流保护,具体请参见图1,此处不作具体赘述。并且,在本实施例中,采用PMOS管和NMOS管相串联的结构形式,还能够消除MOS管中寄生二极管在导通情况下所导致的交流谐波。
此外,在本实施例中,还设置了用于对AC-DC单元所输出的目标直流电进行滤波的滤波电路70,以进一步提高AC-DC单元输出目标直流电的电能质量。具体的,在本实施例中,是利用电容C1、C2和电阻R10、R20来搭建RC滤波电路,具体请参见图1,此处不作具体赘述。
作为一种优选的实施方式,发动机10驱动型发电机还具有:
DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元80以及设置于DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元80的工作输出端3;
DC-DC转换单元用于将来自AC-DC转换单元所输出的目标直流电转换为第一预设值的输出直流电;DC-AC逆变单元用于将来自AC-DC转换单元所输出的目标直流电转换为第二预设值的输出交流电。
请参见图1,发动机驱动型发电机具有由发动机10以及发动机10驱动的三相交流发电机20组成的发电单元,还具有能够将来自AC-DC转换单元所输出的目标直流电转换为第一预设值的输出直流电的DC-DC转换单元、以及具有能够将来自AC-DC转换单元的目标直流电转换为第二预设值的输出交流电DC-AC逆变单元,并且,在DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元80上还设置有工作输出端子3,工作输出端子3上可连接负载90。
根据本发明所公开的技术方案,发动机驱动型发电机可以是仅提供目标输出直流电的直流发电机,也可以是仅提供目标输出交流电的交流发电机,还可以是既能提供目标输出直流电,又能提供目标输出交流电的交/直流两用发电机。在本实施例中,DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元80仅指DC-DC转换单元,也即,本实施例中的发动机驱动型发电机为直流发电机。
此外,通过在发动机驱动型发电机上设置DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元80,还可以进一步提高该发动机驱动型发电机所输出直流电或交流电的输出精度。
作为一种优选的实施方式,发动机10为通用发动机。
在本实施例中,是将发动机10设置为通用发动机,通用发动机是一种小型的燃油或燃气内燃机,它所提供的发电功率大致在10KW及以下。需要说明的是,通常这种小型的发动机驱动型发电机被设置在一个机架或机箱内,还包括点火器、燃料箱、空滤器、化油器、消声器、控制面板等等,而AC-DC转换单元、DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元,则以电路板加控制器或者集成有电路板的控制器等形式设置在发动机驱动型发电机上;其中,AC-DC转换单元、DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元可分别单独设置,也可以是将这两个转换单元集成在一起进行设置,每一个转换单元所涉及的MCU控制器(即本发明所称的控制器40)既可以是单独设置的,也可以是集成为一个统一的MCU控制器,MCU控制器不仅可以作为AC-DC转换单元、DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元的控制组成部分,也可以作为发动机相关控制(例如电动阻风门)的组成部分;本发明所涉及的有发动机、交流发电机构成的发电单元、DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元以及发动机的相关控制技术均属于现有技术,在此不再作具体赘述。另外,实际应用中,工作输出端子3可以表现为插座或者其他类似的电源连接装置,它可以集成在控制面板上面,也可以设置在发动机驱动型发电机的其他部件上面,在此不作限定。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。最后,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种发动机驱动型发电机进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种发动机驱动型发电机,具有由发动机及其驱动的三相交流发电机组成的发电单元和将所述发电单元输出的三相交流电转换为目标直流电的AC-DC转换单元,其特征在于,所述AC-DC转换单元具有:由三组上、下侧元件组成的半控整流电路,每组上侧元件至少包括两个高频率开关管,每组下侧元件至少包括肖特基二极管,以及控制所述半控整流电路以使所述AC-DC转换单元输出目标直流电的控制部;
所述控制部具有:
相位检测电路,其用于检测所述三相交流发电机运转时在三相绕组中产生连续电感电流的半波形态并将检测到的信号进行发送;
驱动器,其用于驱动所述半控整流电路的上、下侧元件的导通与关闭;
控制器,其根据所接收到的所述相位检测电路所发送的信号向所述驱动器发送执行指令,以使所述驱动器根据所述执行指令使所述半控整流电路的上、下侧元件导通或关闭;
其中,当所述相位检测电路检测到电感电流处于正半波或负半波到来时,所述相位检测电路向所述控制器发送相应的控制信号,所述控制器在接收到所述控制信号时,向所述驱动器发送相应的所述执行指令;所述驱动器根据所接收到的所述执行指令驱使所述半控整流电路的上、下侧元件导通或关闭;
所述半控整流电路的所述上侧元件包括第一至第三PMOS管、以及第一至第三NMOS管,所述下侧元件包括第一至第三肖特基二极管;
其中,所述第一至第三PMOS管的源极分别与所述第一至第三NMOS管的漏极相连,所述第一至第三NMOS管的源极分别与所述第一至第三肖特基二极管的负极相连,并且,所述第一至第三NMOS管的源极还分别与所述三相交流发电机的三相绕组相连;
相应的,所述第一至第三PMOS管的栅极、所述第一至第三NMOS管的栅极均与所述驱动器相连,所述第一至第三PMOS管的漏极共同构成所述AC-DC转换单元的第一输出端,所述第一至第三肖特基二极管的正极共同构成所述AC-DC转换单元的第二输出端。
2.根据权利要求1所述的发动机驱动型发电机,其特征在于,所述发动机驱动型发电机还具有:
DC-DC转换单元和/或DC-AC逆变单元以及设置于所述DC-DC转换单元和/或所述DC-AC逆变单元的工作输出端;
所述DC-DC转换单元用于将来自所述AC-DC转换单元所输出的所述目标直流电转换为第一预设值的输出直流电;所述DC-AC逆变单元用于将来自所述AC-DC转换单元所输出的所述目标直流电转换为第二预设值的输出交流电。
3.根据权利要求2所述的发动机驱动型发电机,其特征在于,所述发动机为通用发动机。
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