TW200539560A - Power supply apparatus - Google Patents

Description

200539560 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種電源裝置，尤其是可自發電機之 輸出電力取得穩定電壓之電力者。 【先前技術】 既知之用於驅動各種工作機械之通用引擎等之控制 裝置用電源，有利用引擎驅動之發電機輸出者。於此種 電源裝置，在引擎旋轉數低而發電機之輸入電壓低時， 亦需確保足夠之電力。但是，欲設定在低旋轉數域確保 足夠之電力，則當旋轉數高而發電機之輸入電壓高時， 會有加大電力損耗之問題。 對此問題，例如日本特開2002-51591號公報之專 利，提議將發電機之輸出經過變壓器作為控制裝置之電 源供給系統。依據此系統，可由變壓器壓制電壓之上昇 而得所需之電力。 專利資料1 :日本特開2002-51591號公報 【發明内容】 引擎發電機之引擎旋轉數變動常大，如使用上述專 利之系統之變壓器時，變壓器之輸入電壓預計將自數V 伏特（V)至500V之廣大範圍變動。因此需要為高電壓 而加大變壓器之絶緣耐壓，與在變壓器輸出側所設降壓 變換器等之開關電路需為高耐壓者。又，發電機之輸出 經過變壓器供給至降壓變換器，因此在旋轉數低之低電 壓時難於確保穩定之電源。

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200539560 本發明之目的在於提供—種電源裝置，在發電 輸出變動幅度大時亦能確保穩定輸出電壓之電力者 為達成上述目的，本發明之電源裝置，係具備··敕 電路，整流交流發電機之輸出；降壓裝置，降低該ς 電路輪出之直流，其中，上述降壓裝置為非絶緣ς DC-DC變換器，在上述非絶緣型DC_DC變換器之輪 側連接:次側，在二次側更具備作為電源輸出侧之^ 振蕩型變換器，是為第1特徵。 / 又，本發明之電源裝置更具備：開關裝置，為功能 控制(Duty Control)上述非絶緣型dc-DC變換器；及開 關裝置驅動電路，當上述交流發電機之交流輸出電壓在 超，預定値之前，上述開關裝置繼續在接通狀態，當上 述交流輸出電壓超過預定値時，上述開關裝置開始功 控制，是為第2特徵。 又，本發明之上述自激振蕩型變換器，係構成為， 上述交流輸出電力由上述DCMX：變換器開始功能控制 之到上述預疋値為止開始動作，是為第3特徵。 依據第1特徵，發電機之輸出首先在非絶緣型 DC-DC變換器電路降壓。於是，此經降壓之輸出再作為 輸入値於自激振蕩型變換器形成穩定之輸出，因此，雖 發電機之輸出變動幅度大時，亦可提供穩定輸出之電 裝置。 、 又’在自激振蕩型變換器前段裝設無變壓器之非絶 緣型DC-DC變換器電路，因此，不致有如在具有變壓 200539560 器時之電壓上昇延遲與變壓器之損耗等。如是，可在低 旋轉時之發電輸出有效輸入變換器。 一 再者，自激振蕩型變換恭係輸入經降壓者而動作， 無需提高設定自激振蕩型變換器之變壓器耐壓，可減低 電源裝置整體之成本。 依據第2特徵，在低旋轉時非絶緣型DC-DC變換 器電路維持在接通狀態而可將發電機全輸出活用為電力 源。另一方，發電機輸出上昇到規定値以上時開始功能 控制而限制自激振蕩型變換器之輸入電壓。因此，在低 旋轉時可有效利用而不浪費發電電力，在旋轉上昇後亦 依據受控制之輸入電壓可得穩定輸出。 依據第3特徵，自激振蕩型變換器係由非絶緣型 DC-DC變換器之輸出動作者，但是在非絶緣型DC-DC 變換器輸出所設定之最大電壓之前，即，可自低旋轉數 域迅速上昇形成穩定電源。 【實施方式】 以下參照圖式詳細說明本發明之一實施方式。圖1 為本發明之一實施方式有關之含電源裝置之引擎發電機 構成之方塊圖。通常之引擎發電機，例如不備電池，或 備有電池但電池因過量放電等時，備有可用手啓動之反 衝啓動器較適當。此引擎發電裝置係具備：發電機1 ; 整流電路2 ;降壓型DC-DC變換器電路3 ;自教振蕩型 變換器（RCC)4 ;及ECU 5。發電機由引擎驅動，例如在 額定運轉狀態下輸出交流320V之3相交流。此3相交

200539560 流在整流電路2經整流，例如成為直流4爾電 至降壓型DC-DC變換器電路（以 3 降壓變換器3將輸入之交流由半導體間關之;= 功能控制γ降壓至規定直流電壓，例如為4〇v。 降壓變換器3之輸出侧連接於此^之一次侧， RCC 4之一次側連接於驅動發電機丨之引擎控制裝 即ECU 5。如是，發電機！所發生之3相交流，經^涂， 在降壓&換$ 3降壓為例如術，再於rcc4變為例如 15V之穩定電壓，對腳5供應為控制電源用。 。圖2為降壓、;^換$ 3之基本電路構成圖。此降壓變 換為3為無變壓裔之非絶緣型。圖中，在上述整流電路 it輸出側（電壓Vin)之正側及負側之間，裝設輸入用電 容器6、飛輪二極管7、輸出用電容器8、及輸出電壓檢 測用電阻9、10。 在直流電源之負侧與輸出用電容器8之負侧之間， 串聯連接N通道型MOS-FET11與降壓用扼流圈（電 抗）12。為對FET11之閘極外加電壓而設驅動電路13。 驅動電路13為使FET11導通·非導通(接通斷開）而輸 出驅動訊號。為決定驅動電路13輸出之驅動訊號之功能 (接通時間比）裝設為形成PWM訊號(脈衝訊號)之pwM 電路14。PWM電路14具有振蕩電路(詳細參照圖3)23， 為決定PWM訊號之功能而發生基準電壓（三角 波)Vref。為比較此基準電壓Vref與因電阻9、1〇分壓之 電壓，裝設比較器15。

200539560 分壓之電壓較基準電壓Vref小時， PWM _ 14為維持FETU在接通 能輸出顺訊號。另一方，因電阻9二 較基準^Vref大時，PWM電路14由基準電壓= 與因電阻9、1G而分壓之電壓所決定之未滿1G0%之功 能輸出PWM訊號。 依PWM笔路14輸出之pwm訊號驅動電路13對 FET11之閘極供應驅動訊號，輸出用電容器8應FEm 之接通時間比之電壓而被充電。於輸出用電容器8被平 滑之平均充電電壓即為輸出電壓v〇ut。輸出電壓v〇ut 連接於RCC 4之一次側。 圖3為整流電路2及降壓變換器3之電路圖，圖4 為RCC 4之具體電路圖，與圖！、圖2同符号部分為相 同或同等部分。於圖3之整流電路2由二極管電橋電路 所成。輸入用電容器6在整流電路2經整流，將發電機 1之輸出充電、平滑而形成輸入直流電壓。驅動電路13 包含光耦合器（Photo Coupler)16、反相緩衝器（Inverter Buffer)17、形成反相緩衝器之電源電壓之齊納二極管 (ZenerDiode)18、及電容器19。對反相緩衝器17供應電 源電壓時，反相緩衝器17之輸出供應於FET11之閘極 而FET11成接通。僅在FET11為接通期間中充電輸出用 電容器8。 光耦合器16具備發光二極管20及光電晶體21，發 光二極管20之陽極與PWM電路14之比較器15之輸出

200539560 側連結。因此，自PWM電路14之PWM訊號在接通期 間’發光一極管20受驅動，光電晶體道通，而反相緩衝 器Π之輸入反轉。於是FET11成斷開。 光耦合器16之發光二極管20由PWM電路14之 PWM訊號而助勢，依據此Pwm訊號之功能決定光電晶 體21之接通時間比，即決定FET11之功能。 PWM電路14，在代表輸出電壓Vout之電壓（由電 阻9、10之分壓），超過振蕩電路23所形成之基準電壓 Vref時，以未滿}〇〇%之功能輸出PWM訊號。由電阻9、 1〇之刀壓5又疋為輸出電壓Vout超過規定値（例如4〇V) 時可輸出100%功能之PWM訊號，效能比決定為輪屮 電壓經常限制在40V。 ^ 於圖4，RCC4具有由一次側線圈24、25與二次側 線圈26、27所成之變壓器28。一次側線圈24、25連接 於包含FET29、電晶體30、及光電晶體31之自激振蕩 電路。光電晶體31連同二次側之齊納二極管32及發光 二極管33構成使二次側控制為定電壓之反饋電路。 連接於RCC4 —次側之降壓變換器3之輸出用電容 器8之充電電壓，即輸出電壓v〇ut由電阻34a、34b& 34c所分壓而外加於FET29之閘極。FET29在接通時， =流通過線圈24而在線圈25發生相當於線圈比之電 壓。因線圈25所發生之電壓而電容器35之電壓上昇， 電晶體30成接通。因電晶體30之接通，FET29成斷開。 FET29為斷開時，在二次側之線圈26、27分別發生 10

200539560 按其線圈比之職，而輸出 器37之電壓超過規定値( :& Γ Γΐ Ϊ ^ t成接通。如是’電晶體30成接通而FET29 墨降J，FET29成斷開。其結果-次線圈24 27之^山側所發生之電壓降低。如此，二次侧線 2m兩f電壓保持在規定値，即15V。自二次側線圈 26可，與線圈27不同之輸出電壓（例如17V)。 :-欠侧線圈26、27之輸出電壓，係利用為啓動. 制引擎發電機之電源。 二 以机私圖說明上述動作。於圖5，步驟S1由發電機 ^開始發電輸入電力。步驟S2設定PWM電路14之功 能為^〇%。惟在此1 〇〇%係指實質上使FET11維持在接 通狀態之功能，例如亦包含功能約略95%。將PWM電 f 功能設定於1〇〇%，即FET11實質上成接通時， 隨發電機1之輸出電壓上昇而輸出電壓Vout增大。至輪 ^包壓達規定値(例如40V)以上為止維持步驟2,輸出電 壓Vout達規定値以上時，步驟3為肯定，移至步驟4。 於步驟4’電路14輸出效能未滿100%之PWM訊 號’驅動電路13依此PWM訊號使FET11進行開關。即 控制開關之功能比使輸出電壓Vout能維持在40V。 圖6為發電機1之旋轉數與電壓之關係。圖中電壓 Vm為發電機1之輸出電壓，電壓Vout為降壓變換器3 之輸出電壓，電壓VRCC為RCC4之二次側線圈27之 輸出電壓。如圖隨發電機1旋轉數之上昇，電壓Vin增 200539560 大’但^ ’電壓VGUt不管發電機1之旋轉數，由功能控 制限制在規定値(例如4GV)’上昇受限制。又，電壓vrcc 因Ht,自激振蕩作用，穩定在規定値(例如岡。

二t 在到達規定値即4〇V簡RCC4開始動 作而:9之間極電壓使電壓VRCC能發生規定値 即15V :如圖6所示’電壓VRCC在電壓μ到達術 之旋轉^下之低旋轉數域發生15V之狀電壓。如此 自激振W變換器因變壓H具升壓機能，由此升壓機能 可在低旋轉數域獲得超過電壓Vin之穩定輸 VRCC 〇 依本貫施方式，如同以反衝啓動器啓動 時，由發電機絲之低電壓之傾轉領域亦 輸出電壓，可確保為使ECU上升之穩定電源。°

2，引擎發動後隨旋轉數上昇，發電機笋生 輸出電f後，亦由N通道FET之高速開關限制：J 壓，而心使用小型自激振蕩型變換器亦能進行高效 運轉。 > 再者，本發明之控制電源，除引擎發電機之 外’尚可作為扼流圈開度控制馬達、點火裝置、^ 電用、引擎啓動用電源等之電源裝置。 电 12

200539560 【圖式簡單說明】 圖1 本發明一實施方式有關之含電源裝置之引擎 發電機之要部構成； 圖2 降壓變換器之基本構成電路圖； 圖3 降壓變換器之具體電路圖； 圖4自激振蕩型變換器（RCC)之具體電路圖； 圖5 表示電源電路動作之流程圖； 圖6 發電機旋轉數與發電機輸出電壓與降壓變換 器之輸出電壓與RCC之輸出電壓之關係圖。 【主要元件符號說明】 1 發電機 2 整流電路 3 降壓變換器（非絶緣型DC-DC變換器） 4 RCC(自激振蕩型變換器） 8 輸出用電容器 11 FET 12 扼流圈 13 驅動電路 14 PWM電路 15 比較器 16 光搞合器 17 反相緩衝器 18 電容器 20 發光二極管 21 光電晶體 23 振蕩電路 24 、25 —次側線圈 26 、27 二次側線 28 變壓器 30 電晶體 37 輸出電容器 13

Claims (1)

1. 200539560 十、^申請專利範園： 電機，係具備：整流電路，整流交流發 其中， &衣置，降低該整流電路輪出之直流， 2降壓裝置為非絶緣型DC-DC變換哭， 在上述非絲給… 又姨裔， 側，在二次DC_DC變換器之輪出側連接一次 -、t電源輸出側之自激振蕩型變換器。 2更m項1之電源裝置，其中， 尺具備·開關驻里 DC-DC變換器；、，為功能控制上述非絶緣型 出電當上述交流發電機之交流輸 狀態，當上述交流輪“J置繼續在接通 開始功能控制。 ％查超過預疋値時上述開關裝置 3·根據請求項2之電 型變換器，係構成為，上述二士 ψ、+二上述自激振蕩 14 1 知控制之到上述駭値為止開始動作。