CN114499283A - 发电机控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发电机控制系统及其控制方法。该发电机控制系统耦接马达发电机及接收直流电压的端口，且发电机控制系统包括：电源输出路径、直流母线、第一电源转换电路、第二电源转换电路、第一开关单元及第二开关单元。第一电源转换电路包括第一侧与第二侧，第一侧耦接直流母线，第二侧耦接电源输出路径。第二电源转换电路包括第一侧与第二侧，第一侧耦接直流母线，第二侧耦接马达发电机。第一开关单元串联连接电源输出路径，且第二开关单元一端耦接电源输出路径，另一端耦接端口。

Description

发电机控制系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种发电机控制系统及其控制方法，特别涉及一种发电机启动与供电的控制系统及其控制方法。
背景技术
传统便携式发电机系统通常以手拉阀来启动引擎，近年来以按键启动的便携式发电机逐渐成为市场主流，而市场上通常使用直流有刷马达作为动力的启动系统。但由于直流有刷马达有噪音大、易损坏与占空间等缺点，因此便携式发电机系统厂商多朝向使用一体式启动发电机(Integrated Starter Generator；ISG)系统，亦即将发电机在启动时当作电动马达来启动引擎，以取代传统直流马达的启动系统，但如何有效实现ISG与整合现行发电机的电气系统，成为各家厂商技术竞逐的方向。
图1为第一种现有技术的一体式启动发电机控制系统，其是使用独立三相全桥开关通过三个相对于一般马达发电机架构较高压高电流(如300Vac,45A)的继电器装置R接在马达发电机200前来完成启动马达发电机200的功能，其控制虽较单纯，但有以下的缺点：
1、蓄电池300电压需是高压电池，由于此架构中蓄电池300直接并接于三相全桥线路500来供电启动马达发电机200，若需符合常规马达的点火转速需求且在不修正发电机规格下则通常必须要使用48伏特的电池，若使用低压电池(例如12伏特)来启动马达上恐有电压不足问题。
2、须加装三颗相对高压/高电流的继电器装置R，由于引擎启动后发电机实际工作时所产生的交流电压将会超过三相全桥线路500元件耐受规格，且三相交流电源会经过三相全桥线路的接面二极管，对蓄电池300充电恐有安全疑虑，因此需加装三颗相对高压/高电流的继电器装置R以满足引擎启动后蓄电池300、三相全桥线路500元件与马达发电机200之间的隔离需求。
3、马达发电机200规格弹性较低，因发电电压、引擎启动与电池电压三者规格的设计需相互搭配，而此架构是将蓄电池300直接并接于三相全桥线路500，而蓄电池300为固定电压单元，因此在马达发电机200的设计上较没有弹性。
4、高成本，此架构除了要增加一组三相全桥线路500外亦需增加三颗相对高压/高电流继电器装置R，以及一颗连接蓄电池300与控制单元(图未示)的瞬时启动开关(图未示)，使得开关数量甚多且装置体积较大，且若使用高压电池，其蓄电池300成本将会上升，对于实现成本恐有不利影响。
为此，如何设计出一种发电机控制系统及其控制方法，来降低电路成本以及电路体积，并且能够顺利地实现启动与供电的操作，乃为本公开发明人所研究的重要课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发电机控制系统，解决现有技术的问题。
为实现前述的目的，本发明所提出的发电机控制系统耦接马达发电机及接收直流电压的端口，发电机控制系统包括：电源输出路径、直流母线、第一电源转换电路、第二电源转换电路、第一开关单元及第二开关单元。第一电源转换电路包括第一侧与第二侧，第一侧耦接直流母线，第二侧耦接电源输出路径。第二电源转换电路包括第一侧与第二侧，第一侧耦接直流母线，第二侧耦接马达发电机。第一开关单元串联连接电源输出路径，且第二开关单元一端耦接电源输出路径，另一端耦接端口。
本发明的另一目的在于提供一种发电机控制系统的控制方法，解决现有技术的问题。
为实现前述的目的，本发明所提出的发电机控制系统的控制方法，发电机控制系统包括接收直流电压的端口、电源输出路径、第一开关单元、第二开关单元、第一电源转换电路、直流母线、第二电源转换电路及马达发电机，控制方法包括下列步骤：(a)当直流母线上的母线电压小于或者等于第一阈值时，控制第一开关单元不导通，且控制第二开关单元导通。(b)控制第一电源转换电路的第一桥臂运行而将直流电压转换为母线电压，或者控制并联于第一桥臂的第二桥臂的运行而将直流电压转换为母线电压。及(c)控制第二电源转换电路将母线电压转换为第二交流电压而驱动马达发电机。
本发明的主要目的及技术效果在于，发电机控制系统是利用具有双向转换功能的第一电源转换电路将蓄电池所提供的直流电压升压，使蓄电池不再需要使用高压电池及相对高耐压耐流规格的继电器。借此，可以大幅度地缩小发电机控制系统的体积(包括蓄电池的体积缩小，以及继电器改为双向晶体管开关的体积也缩小)。
为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1为第一种现有技术的发电机控制系统。
图2为本发明发电机控制系统的电路方框图。
图3A为本发明发电机控制系统启动模式的第一步骤动作图。
图3B为本发明发电机控制系统启动模式的第二步骤动作图。
图4A为本发明发电机控制系统发电模式的第一步骤动作图。
图4B为本发明发电机控制系统发电模式的第二步骤动作图。
其中，附图标记说明如下：
10：发电机控制系统
10-1：直流端口
10-2：转换器
R：继电器装置
SW：开关
12：电源输出路径
14：直流母线
C：储能电容
16：第一电源转换电路
162：第一侧
164：第二侧
166：第一桥臂
168：第二桥臂
170：滤波单元
L1：第一电感
L2：第二电感
Co：输出电容
18：第二电源转换电路
182：第一侧
184：第二侧
190：第三桥臂
192：第四桥臂
194：第五桥臂
20：第一开关单元
22：第二开关单元
30：控制单元
32：辅助绕组
200：马达发电机
202：引擎
300：蓄电池
400：交流输出端
402：负载
500：三相全桥线路
Vac1：第一交流电压
Vac2：第二交流电压
Vbus：母线电压
Vdc：直流电压
Sc1～Sc4：控制信号
Sc1：第一控制信号
Sc2：第二控制信号
Sc3：第三控制信号
Sc4：第四控制信号
Q1～Q10：开关
Q1：第一开关
Q2：第二开关
Q3：第三开关
Q4：第四开关
Q5：第五开关
Q6：第六开关
Q7：第七开关
Q8：第八开关
Q9：第九开关
Q10：第十开关
BEMF：反电动势
Iu、Iv、Iw：发电机电流
Il：电感电流
Ss1、Ss2、Sg1、Sg2：步骤
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下。
请参见图2为本发明发电机控制系统的电路方框图。发电机控制系统10的一端耦接一体式启动发电机200(Intergrated Starter Generator；ISG，之后简称马达发电机)，一端耦接蓄电池300，且一端耦接交流输出端400。马达发电机200耦接引擎202，且马达发电机200以马达驱动的形式启动引擎202，在引擎202爆发启动后，再以发电机发电的形式，由引擎202的带动产生电力。
发电机控制系统10在启动引擎202的启动模式时，由蓄电池300供电而驱动马达发电机200，使马达发电机200可启动引擎202。发电机控制系统10在引擎202启动后的发电模式时，引擎202带动马达发电机200而使马达发电机200提供第二交流电压Vac2至发电机控制系统10。发电机控制系统10将第二交流电压Vac2转换为第一交流电压Vac1，且提供第一交流电压Vac1至交流输出端400，用以对耦接交流输出端400的负载402供电。
发电机控制系统10包括电源输出路径12、直流母线14、第一电源转换电路16、第二电源转换电路18、第一开关单元20、第二开关单元22及控制单元30，且电源输出路径12耦接交流输出端400。第一电源转换电路16包括第一侧162与第二侧164，第一侧162耦接直流母线14，且第二侧164耦接电源输出路径12。第二电源转换电路18包括第一侧182与第二侧184，第一侧182耦接直流母线14，且第二侧184耦接马达发电机200。
直流母线14包括用以存储母线电压Vbus的储能电容C，且母线电压Vbus根据发电机控制系统10所操作的模式，选择性地被供应至第一电源转换电路16或第二电源转换电路18。第一开关单元20串联连接电源输出路径12，用以导通或切断第一电源转换电路16与交流输出端400的连接关系。第二开关单元22的一端耦接电源输出路径12，且另一端通过直流端口10-1耦接蓄电池300，用以接收由蓄电池300所提供的直流电压Vdc。第二开关单元22用以导通或切断第一电源转换电路16与蓄电池300的连接关系，且在发电机控制系统10启动或运行的过程中，同一时段仅会有一组开关导通(即第一开关单元20或第二开关单元22仅会有一者导通)，以避免蓄电池300的直流电与交流输出端400的交流电性质不同而相互冲突。
控制单元30耦接第一电源转换电路16、第二电源转换电路18、第一开关单元20及第二开关单元22，且分别提供控制第一电源转换电路16的第一控制信号Sc1、控制第二电源转换电路18的第二控制信号Sc2、控制第一开关单元20的第三控制信号Sc3及控制第二开关单元22的第四控制信号Sc4。上述的控制信号Sc1～Sc4仅为控制某个电路的信号统称，例如控制第一电源转换电路16内部的开关Q1～Q4会包括4组控制信号，其4组控制信号统称为第一控制信号Sc1，依此类推。发电机控制系统10还包括辅助绕组32。辅助绕组32耦接控制单元30，且感应马达发电机200的反电动势BEMF，以利用反电动势BEMF对发电机控制系统10进行控制。
在启动模式时，第一控制信号Sc1用以控制第一电源转换电路16将直流电压Vdc升压转换为母线电压Vbus，且将母线电压Vbus存储于储能电容C。而且，第二控制信号Sc2用以控制第二电源转换电路18将母线电压Vbus转换为第二交流电压Vac2，以利用第二交流电压Vac2驱动马达发电机200。在发电模式时，第二控制信号Sc2用以控制第二电源转换电路18将第二交流电压Vac2转换为母线电压Vbus，且将母线电压Vbus存储于储能电容C。而且，第一控制信号Sc1用以控制第一电源转换电路16将母线电压Vbus转换为第一交流电压Vac1，以通过电源输出路径12提供第一交流电压Vac1至交流输出端400。
第三控制信号Sc3用以控制第一开关单元20的导通与不导通，且第四控制信号Sc4用以控制第二开关单元22的导通与不导通。在启动模式时，蓄电池300须提供马达发电机200启动所需的电力，且此时由于引擎202尚未启动完成，并无法供应稳定可靠的第一交流电压Vac1。因此，在启动模式时，第三控制信号Sc3控制第一开关单元20不导通，且第四控制信号Sc4控制第二开关单元22导通，使蓄电池300提供的直流电压Vdc通过第一电源转换电路16及第二电源转换电路18转换为第二交流电压Vac2以驱动马达发电机200。值得一提，控制单元30进一步地可检测直流母线14上的电流，对第一开关单元20和第二开关单元22进行控制。当控制单元30检测到具有第一方向的母线电流时，其中第一方向为从第一电源转换电路16流向第二电源转换电路18，为了避免从蓄电池300流出的电流流向交流输出端400的负载402，造成对负载402的损害，或当多台马达发电机200并联使用时，其中一台马达发电机200的输出可能通过并联的交流输出端400流向其他马达发电机200的蓄电池300，而造成蓄电池300的损坏，因此控制单元30控制第一开关单元20不导通，以确保从蓄电池300流出的电流只经由第一电源转换电路16流向第二电源转换电路18，以及确保无外部电流通过交流输出端400流向蓄电池300。再者，当控制单元30检测到具有第二方向的母线电流，其中第二方向为从第二电源转换电路18流向第一电源转换电路16(意即，第二方向与第一方向相反)，为了避免从马达发电机200输出的电流流向蓄电池300，造成对蓄电池300的损害，因此控制单元30控制第二开关单元22不导通。
在发电模式时，引擎202已爆发启动完成，可以带动马达发电机200产生第二交流电压Vac2，且无须再使用直流电压Vdc。因此，发电模式时，第三控制信号Sc3控制第一开关单元20导通，且第四控制信号Sc4控制第二开关单元22不导通，使第二交流电压Vac2转换为第一交流电压Vac1供应至交流输出端400。
进一步而言，如图1所示，现有的发电机控制系统10通常需要提供较大的电力使马达发电机200可以稳定转速，以将引擎202顺利点火爆发运转至高转速，因此蓄电池300必须要是高压电池(例如但不限于48伏特)，且通常必须要耦接储能电容C，以直接补充母线电压Vbus的消耗。由于蓄电池300必须为高压电池，因此将蓄电池300耦接至发电机控制系统10或与其断开的开关必须要是相对高耐压规格的继电器。但是，由于本发明的发电机控制系统10是利用第一电源转换电路16将蓄电池300所提供的直流电压Vdc升压，因此不再需要如图1所示的现有技术使用高压电池，而可以使用一般市面上普及且体积较小的低压电池(通常为12伏特的电池)。也因为本发明的蓄电池300为低压电池，因此将蓄电池300耦接至发电机控制系统10或与其断开的第二开关单元22可以为低耐压规格的开关(例如但不限于双向晶体管开关)。借此，可以大幅度地缩小发电机控制系统10的体积(包括蓄电池300的体积缩小，以及继电器改为双向晶体管开关的体积也缩小)。值得一提，由于第一电源转换电路16所提供的第一交流电压Vac1仍属相对高压电力，因此第一开关单元20仍然需要使用相对高耐压规格的继电器。
如图2所示，发电机控制系统10还包括转换器10-2。转换器10-2耦接蓄电池300、发电机控制系统10及控制单元30，且用以将蓄电池300所提供的直流电压Vdc转换为控制单元30运行时所需的电压。具体而言，由于在启动模式时，发电机控制系统10在启动前并无可稳定供应控制单元30的电力，因此控制单元30需要外部电源提供其运行所需的电力，方能控制发电机控制系统10。控制单元30运行所需的电力可通过转换器10-2转换直流电压Vdc而得，或是由外部电力供应装置所供应。在发电机控制系统10启动完成后，发电机控制系统10已具有可稳定供应控制单元30的电力而不再需要蓄电池300供电，因此转换器10-2可转换母线电压Vbus或辅助绕组32上的电压供应给控制单元30。值得一提，于本发明的一实施例中，蓄电池300可以替换为外部电力供应装置，只要可稳定的供应直流电压Vdc的装置，皆应包含在本实施例的范围当中。
再参阅图2，第一电源转换电路16可以为全桥逆变器，且包括第一桥臂166、第二桥臂168及滤波单元170。第一桥臂166并联直流母线14，且包括串联的第一开关Q1与第二开关Q2。第二桥臂168并联第一桥臂166，且包括串联的第三开关Q3与第四开关Q4。滤波单元170耦接第一桥臂166、第二桥臂168及电源输出路径12，且滤波单元170包括第一电感L1、第二电感L2及输出电容Co。具体而言，第一电感L1的一端耦接第一开关Q1与第二开关Q2之间的节点，且第二电感L2的一端耦接第三开关Q3与第四开关Q4之间的节点。第一电感L1与第二电感L2构成耦合电感，使得流过第一桥臂166的电流与流过第二桥臂168的电流可以均流。输出电容Co的一端耦接第一电感L1的另一端与电源输出路径12的第一端(如火线端)，且输出电容Co的另一端耦接第二电感L2的另一端与电源输出路径12的第二端(如中性线端)。
进一步而言，第一开关Q1、第二开关Q2及第一电感L1构成第一转换单元，且第三开关Q3、第四开关Q4及第二电感L2构成第二转换单元。在启动模式中，控制单元30可提供第一控制信号Sc1控制第一开关Q1与第二开关Q2的切换而将直流电压Vdc通过第一转换单元转换为母线电压Vbus。或者，控制单元30也可提供第一控制信号Sc1控制第三开关Q3与第四开关Q4的切换而将直流电压Vdc通过第二转换单元转换为母线电压Vbus。在发电模式中，控制单元30提供第一控制信号Sc1控制第一桥臂166与第二桥臂168的运行而将母线电压Vbus转换为第一交流电压Vac1。值得一提，于本发明的一实施例中，滤波单元170可以为仅包括单一电感的全桥逆变器。当滤波单元170仅有单一电感时，则直流电压Vdc则必须仅能通过单一电感升压电路进行升压转换为母线电压Vbus。
再参阅图2，第二电源转换电路18可以为三相逆变器，且包括第三桥臂190、第四桥臂192及第五桥臂194。第三桥臂190并联直流母线14，且包括串联的第五开关Q5与第六开关Q6。第四桥臂192并联第三桥臂190，且包括串联的第七开关Q7与第八开关Q8。第五桥臂194并联第四桥臂192，且包括串联的第九开关Q9与第十开关Q10。每个开关Q5～Q10之间的节点分别耦接马达发电机200的各个相位，以提供三相的第二交流电压Vac2。在启动模式时，控制单元30控制第三桥臂190、第四桥臂192及第五桥臂194内部的开关Q5～Q10切换而将母线电压Vbus转换为第二交流电压Vac2。在发电模式时，控制单元30控制第三桥臂190、第四桥臂192及第五桥臂194内部的开关Q5～Q10切换而将第二交流电压Vac2转换为母线电压Vbus。
值得一提，于本发明的一实施例中，发电机控制系统10可以是无位置感测器或有位置感测器(例如霍尔感测器Hall sensor)的控制系统。在无位置感测器的控制架构下，马达发电机200的位子、角度、速度可通过检测马达发电机200的反电动势BEMF、第二交流电压Vac2和/或相应的发电机电流Iu、Iv、Iw经无位置感测器演算法计算后而获得。借此可省去霍尔感测器的电路成本、感测器控制机制设计，及缩小发电机控制系统10的电路体积的技术效果。
请参阅图3A为本发明发电机控制系统启动模式的第一步骤动作图、图3B为本发明发电机控制系统启动模式的第二步骤动作图，复配合参阅图2，且反再参阅图3A～图3B。在发电机控制系统10成功将引擎202顺利点火启动前，控制单元30控制第一开关单元20不导通，且第二开关单元22导通。在第二开关单元22导通时，控制单元30强制控制第一开关单元20不导通，以避免第一开关单元20与第二开关单元22发生同时导通的风险。因此，在启动引擎202的启动模式时，发电机控制系统10的启动路径为直流端口10-1、第二开关单元22、第一电源转换电路16、直流母线14、第二电源转换电路18至马达发电机200。
在图3A中(第一步骤Ss1)，控制单元30首先检测母线电压Vbus，但由于在启动前母线电压Vbus尚未建立，因此母线电压Vbus小于或者等于预定阈值(例如但不限于48伏特)。在控制单元30检测到母线电压Vbus小于或者等于预定阈值时，控制单元30提供第三控制信号Sc3控制第一开关单元20不导通，且提供第四控制信号Sc4控制第二开关单元22导通。此时，蓄电池300所存储的直流电压Vdc通过第二开关单元22提供至第一电源转换电路16。然后，控制单元30提供第一控制信号Sc1控制第一开关Q1与第二开关Q2的切换而将直流电压Vdc通过第一转换单元(由第一开关Q1、第二开关Q2及第一电感L1构成)转换为母线电压Vbus。或者，控制单元30提供第一控制信号Sc1控制第三开关Q3与第四开关Q4的切换而将直流电压Vdc通过第二转换单元(由第三开关Q3、第四开关Q4及第二电感L2构成)转换为母线电压Vbus。在第一电源转换电路16将直流电压Vdc转换为母线电压Vbus的过程中，控制单元30至少持续地检测母线电压Vbus与滤波单元170上所流过的电感电流Il，据以调整第一控制信号Sc1的占空比而调整并稳定母线电压Vbus的电压值。
值得一提，控制单元30进一步地可检测直流母线14上的电流，对第一开关单元20和第二开关单元22进行控制。当控制单元30检测到具有第一方向的母线电流时，其中第一方向为从第一电源转换电路16流向第二电源转换电路18，为了避免从蓄电池300流出的电流流向交流输出端400的负载402，造成对负载402的损害，或当多台马达发电机200并联使用时，其中一台马达发电机200的输出可能通过并联的交流输出端400流向其他马达发电机200的蓄电池300，而造成蓄电池300的损坏，因此控制单元30控制第一开关单元20不导通，以确保从蓄电池300流出的电流只经由第一电源转换电路16流向第二电源转换电路18，以及确保无外部电流通过交流输出端400流向蓄电池300。再者，当控制单元30检测到具有第二方向的母线电流，其中第二方向为从第二电源转换电路18流向第一电源转换电路16(意即，第二方向与第一方向相反)，为了避免从马达发电机200输出的电流流向蓄电池300，造成对蓄电池300的损害，因此控制单元30控制第二开关单元22不导通。
在图3B中(第二步骤Ss2)，待控制单元30检测到母线电压Vbus的电压值大致上等于预定阈值时，控制单元30提供第二控制信号Sc2控制开关Q5～Q10的切换而将母线电压Vbus转换为第二交流电压Vac2。在第二电源转换电路18将母线电压Vbus转换为第二交流电压Vac2的过程中，控制单元30至少持续地检测母线电压Vbus与发电机电流Iu、Iv、Iw，据以调整第二控制信号Sc2的占空比而调整并稳定第二交流电压Vac2的电压值与发电机电流Iu、Iv、Iw的电流值。而且，控制单元30通过检测并计算第二交流电压Vac2、发电机电流Iu、Iv、Iw及反电动势BEMF而获得马达发电机200的发电机转速，且通过调整第二控制信号Sc2的占空比而将马达发电机200的发电机转速控制在预定转速(例如但不限于400rpm)，以使引擎202顺利点火启动。在引擎202顺利点火启动后，发电机转速将会开始进一步提升，使发电机转速开始接近代表引擎202已启动完成的第二阈值(例如但不限于1000rpm)，以顺利完成引擎202的启动程序。
请参阅图4A为本发明发电机控制系统发电模式的第一步骤动作图、图4B为本发明发电机控制系统发电模式的第二步骤动作图，复配合参阅图2～3B，且反再参阅图4A～图4B。在发电机控制系统10成功将引擎202顺利点火启动后，控制单元30并未立即控制第一开关单元20导通，且第二开关单元22不导通。其原因在于控制单元30须确定引擎202已能够正常运行，以避免引擎202运行不够稳定而造成发电机控制系统10失效的风险。
在图4A中(继续图3B后的发电模式第一步骤Sg1)，控制单元30持续地检测马达发电机200的发电机转速与母线电压Vbus。在母线电压Vbus大于第一阈值(例如但不限于80伏特)时，或马达发电机200的发电机转速大于第二阈值(例如但不限于1000rpm)时，代表引擎202已顺利点火启动，且通过马达发电机200将能量回灌至发电机控制系统10。其中，由于本发明的发电机控制系统10并无霍尔感测器(Hall sensor)，因此马达发电机200的发电机转速需先通过控制单元30检测发电机电流Iu、Iv、Iw与母线电压Vbus，然后再通过控制单元30所提供的无位置感测器演算法计算后而获得发电机转速。或者，发电机转速也可通过辅助绕组32检测马达发电机200运转时的反电动势BEMF，在经过反电动势BEMF的计算后而获得。
在引擎202已顺利点火启动时，控制单元30通过第一控制信号Sc1控制第一电源转换电路16停止将直流电压Vdc转换为母线电压Vbus的升压转换操作，且提供第三控制信号Sc3控制第一开关单元20导通，且提供第四控制信号Sc4控制第二开关单元22不导通，以开始进行发电模式。然后，控制单元30提供第二控制信号Sc2控制开关Q5～Q10的切换而将第二交流电压Vac2转换为母线电压Vbus。在第二电源转换电路18将第二交流电压Vac2转换为母线电压Vbus的过程中，控制单元30至少持续地检测发电机电流Iu、Iv、Iw与反电动势BEMF(或通过无位置感测器演算法)，据以调整第二控制信号Sc2的占空比而调整并稳定母线电压Vbus的电压值。
在图4B中(第二步骤Sg2)，控制单元30提供第一控制信号Sc1控制第一桥臂166与第二桥臂168的切换而将母线电压Vbus转换为第一交流电压Vac1，用以提供第一交流电压Vac1至电源输出路径12。在第一电源转换电路16将母线电压Vbus转换为第一交流电压Vac1的过程中，控制单元30至少持续地检测母线电压Vbus与滤波单元170上所流过的电感电流Il，据以调整第一控制信号Sc1的占空比而调整并稳定第一交流电压Vac1的电压值。因此，在引擎202启动后的发电模式时，发电机控制系统10的供电路径为马达发电机200、第二电源转换电路18、直流母线14、第一电源转换电路16、第一开关单元20至电源输出路径12。
综上所述，本发明是具有以下的特征与优点：
1、本公开是通过将蓄电池并接于交流输出侧，如此可以利用现有直流对交流转换电路在启动引擎时进行直流对直流升压转换，提供较为高压且灵活的直流电压给现有原本用做交流转直流的三相全桥开关电路，进行直流转交流逆变转换并供应至马达发电机，如此能够轻易将引擎运转至适当转速，以利点火爆发。
2、最小变动下衔接已量产发电机系统：本公开所提出的系统架构可以弹性地调整三相全桥线路的直流链电压，弹性地搭配现行发电机规格参数，因此现行发电机不需作修改或修改最少。
3、引擎点火转速最稳定：因直流链电压可适当调整至48伏特或64伏特，使得引擎可点火转速最高也最稳定。
4、成本较低：由于本系统的蓄电池可以使用目前泛用的12伏特铅酸电池，且整体不需增加过多额外开关，并可直接利用现有发电机电路架构实现兼具启动引擎与发电的功能，故成本相较的下也较低。
以上所述，仅为本发明优选具体实施例的详细说明与附图，而本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范围中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在以下本公开的权利要求。

Claims (15)

1.一种发电机控制系统，耦接一马达发电机及接收一直流电压的一端口，该发电机控制系统包括：
一电源输出路径；
一直流母线；
一第一电源转换电路，包括一第一侧与一第二侧，该第一侧耦接该直流母线，该第二侧耦接该电源输出路径；
一第二电源转换电路，包括一第一侧与一第二侧，该第一侧耦接该直流母线，该第二侧耦接该马达发电机；
一第一开关单元，串联连接该电源输出路径；及
一第二开关单元，一端耦接该电源输出路径，另一端耦接该端口。
2.如权利要求1所述的发电机控制系统，还包括：
一控制单元，耦接该第一电源转换电路，且提供一第一控制信号控制该第一电源转换电路将该直流电压转换为该直流母线上的一母线电压，或者提供该第一控制信号控制该第一电源转换电路将该母线电压转换为一第一交流电压，以提供该第一交流电压至该电源输出路径。
3.如权利要求2所述的发电机控制系统，其中，该第一电源转换电路包括：
一第一桥臂，并联该直流母线，且包括串联的一第一开关与一第二开关；
一第二桥臂，并联该第一桥臂，且包括串联的一第三开关与一第四开关；及
一滤波单元，耦接该第一桥臂、该第二桥臂及该电源输出路径；
其中，该控制单元控制该第一桥臂或该第二桥臂的运行而将该直流电压转换为该母线电压，且控制该第一桥臂与该第二桥臂的运行而将该母线电压转换为该第一交流电压。
4.如权利要求3所述的发电机控制系统，其中，该滤波单元包括：
一第一电感，一端耦接该第一开关与该第二开关；
一第二电感，一端耦接该第三开关与该第四开关，且耦合该第一电感；及
一输出电容，一端耦接该第一电感的另一端与该电源输出路径，且另一端耦接该第二电感的另一端与该电源输出路径；
其中，该第一开关、该第二开关及该第一电感构成一第一转换单元，且该第三开关、该第四开关及该第二电感构成一第二转换单元；该控制单元控制该第一转换单元或该第二转换单元将该直流电压转换为该母线电压。
5.如权利要求2所述的发电机控制系统，其中，该控制单元更耦接该第二电源转换电路，且提供一第二控制信号控制该第二电源转换电路双向转换该母线电压与驱动该马达发电机的一第二交流电压。
6.如权利要求5所述的发电机控制系统，其中，该第二电源转换电路包括：
一第三桥臂，并联该直流母线，且包括串联的一第五开关与一第六开关；
一第四桥臂，并联该第三桥臂，且包括串联的一第七开关与一第八开关；及
一第五桥臂，并联该第四桥臂，且包括串联的一第九开关与一第十开关；
其中，该第三桥臂、该第四桥臂及该第五桥臂耦接该马达发电机，且该控制单元控制该第三桥臂、该第四桥臂及该第五桥臂的运行而双向转换该母线电压与该第二交流电压。
7.如权利要求2所述的发电机控制系统，其中，该控制单元更耦接该第一开关单元与该第二开关单元，且该控制单元通过检测该母线电压与该马达发电机的一发电机转速控制该第一开关单元与该第二开关单元；当该母线电压小于或者等于一第一阈值时，该控制单元控制该第一开关单元不导通，且该第二开关单元导通；当该母线电压大于该第一阈值或该发电机转速大于一第二阈值时，该控制单元控制该第一开关单元导通，且该第二开关单元不导通。
8.如权利要求2所述的发电机控制系统，其中，该控制单元更耦接该第一开关单元与该第二开关单元；当该控制单元检测到具有一第一方向的一母线电流时，该控制单元控制该第一开关单元不导通；当该控制单元检测到具有一第二方向的该母线电流时，该控制单元控制该第二开关单元不导通，其中该第一方向为从该第一电源转换电路流向该第二电源转换电路，该第二方向与该第一方向相反。
9.如权利要求1所述的发电机控制系统，其中，该第一开关单元为一继电器，且该第二开关单元为一双向晶体管开关。
10.一种发电机控制系统的控制方法，该发电机控制系统包括接收一直流电压的一端口、一电源输出路径、一第一开关单元、一第二开关单元、一第一电源转换电路、一直流母线、一第二电源转换电路及一马达发电机，该控制方法包括下列步骤：
(a)当该直流母线上的一母线电压小于或者等于一第一阈值时，控制该第一开关单元不导通，且控制该第二开关单元导通；
(b)控制该第一电源转换电路的一第一桥臂的运行而将该直流电压转换为该母线电压，或者控制并联于该第一桥臂的一第二桥臂的运行而将该直流电压转换为该母线电压；及
(c)控制该第二电源转换电路将该母线电压转换为一第二交流电压而驱动该马达发电机。
11.如权利要求10所述的控制方法，其中该控制方法还包括下列步骤：
(d)当该母线电压大于该第一阈值或者该马达发电机的一发电机转速大于一第二阈值时，控制该第一开关单元导通，且该第二开关单元不导通；
(e)控制该第二电源转换电路将该第二交流电压转换为该母线电压；及
(f)控制该第一桥臂与该第二桥臂的运行而将该母线电压转换为一第一交流电压，以提供该第一交流电压至该电源输出路径。
12.如权利要求10所述的控制方法，其中，步骤(c)包括：
(c1)控制该第二电源转换电路的一第三桥臂与并联该第三桥臂的一第四桥臂、一第五桥臂的运行而调整该马达发电机的一发电机转速至一预定转速，以使连接该马达发电机的一引擎爆发而提升该发电机转速至大于该第二阈值。
13.如权利要求10所述的控制方法，还包括：
(g1)当检测到具有一第一方向的一母线电流时，控制该第一开关单元不导通，其中该第一方向为从该第一电源转换电路流向该第二电源转换电路；及
(g2)当检测到具有一第二方向的该母线电流时，控制该第二开关单元不导通，其中该第二方向与该第一方向相反。
14.如权利要求11所述的控制方法，其中，该发电机转速是通过一无位置感测器演算法对该第二电源转换电路所提供的一发电机电流与该母线电压计算而获得。
15.如权利要求11所述的控制方法，其中，该发电机转速是通过对该马达发电机的一反电动势计算而获得。
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