TW201325068A

TW201325068A - 發電機之穩壓補償方法

Info

Publication number: TW201325068A
Application number: TW100144339A
Authority: TW
Inventors: ming-yi Yan
Original assignee: Infinno Technology Corp
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2013-06-16
Also published as: TWI492517B

Abstract

本發明係關於一種發電機之穩壓補償方法，其依據一設定參數產生一驅動訊號，該驅動訊號具有一工作週期而用於驅動一發電機，以產生一輸出電壓，本發明之穩壓補償方法更進一步依據該發電機之一負載狀態，而調整該驅動訊號之該工作週期，以穩定該輸出電壓。本發明之穩壓補償方法在該發電機之負載狀態變化下，仍可穩定該輸出電壓，以避免該輸出電壓隨著該發電機之負載的變化而變化過大，讓該輸出電壓維持在預設的電壓範圍。

Description

發電機之穩壓補償方法

本發明係有關於一種穩壓補償方法，特別是有關於一種發電機之穩壓補償方法，其在發電機之負載狀態的變化下，避免輸出電壓變化過大，而提供穩定之輸出電壓。

    電力對於人類而言是一個非常重要的能源。於人類生活上，時時刻刻都需要使用電子裝置，所以人類隨時皆需要電力。一般而言，電力來源大都為發電廠，其運用火力、水力、風力、太陽能或者核能等方式產生電力，而提供給使用民眾。然而，在某些狀態下係無法使用發電廠所提供之電力，而必須藉由發電機產生電力，以供電子設備使用。例如，交通工具、救難狀況或者偏遠地區。發電機也普遍作為備用電源，以在發生停電下即時提供電力，而維持電子裝置的運作。
    發電機產生之輸出電壓的穩定性，係會影響電子裝置的效能。舉例來說，汽車的發電機是用於對充電電池充電，且提供電力至汽車之電子裝置。汽車啟動時，係必須透過火星塞產生火花而對引擎點火，火星塞係藉由充電電池的電池電壓產生火花，所以充電電池之電池電壓會影響活星塞產生火花的品質與大小，進而也會影響引擎的啟動穩定性。因此，汽車之發電機必須提供穩定的輸出電壓，以穩定充電電池的電池電壓，讓汽車的點火系統可以得到充足的電流與穩定的電壓，而滿足點火之時間點的準確性與點火之大小，如此汽油之燃燒較完全，而提高汽油的燃燒效率，進而達到省油的作用。然而，由於汽車之電子裝置是並聯，所以啟動不同電子裝置，就會改變發電機的負載狀態，而影響發電機之輸出電壓。例如，使用雨刷之瞬間大約會造成輸出電壓下降0.25伏特、使用冷氣之瞬間大約會造成輸出電壓下降0.55伏特、使用電動窗之瞬間大約會造成輸出電壓下降0.35~0.85伏特，在加上常見的空氣濾清機、行車電腦、行動電話、衛星導航等電子裝置都會造成輸出電壓波動。
    基於上述，發電機產生之輸出電壓的穩定性會影響電子裝置的效能，所以現今部分發電機設置有穩壓控制器，以控制發電機產生穩定的輸出電壓，避免輸出電壓不穩定而影響電子裝置的運作。然而，現今發電機之穩壓控制器僅利用一設定參數決定發電機之工作週期，並未考慮發電機之實際負載的變化，所以穩壓控制器並無法確實控制發電機產生穩定的輸出電壓，如此即會影響電子裝置之效能。
    因此，本發明針對上述問題而提出一種發電機之穩壓補償方法，其會依據發電機之負載狀態，而調整發電機之工作週期，以讓輸出電壓不會隨著負載狀態之變化而變化過大，而控制輸出電壓在預設的電壓範圍內，以解決上述習用缺點。

    本發明之主要目的，在於提供一種發電機之穩壓補償方法，其會產生一驅動訊號而驅動發電機，且依據發電機之負載狀態，而調整驅動訊號之一工作週期，以調整發電機之工作週期，如此即可達到穩定輸出電壓之目的。
    本發明之另一目的，在於提供一種發電機之穩壓補償方法，其會依據發電機之轉速，而調整驅動訊號之工作週期，以調整發電機之工作週期，如此即可達到穩定輸出電壓之目的。
    本發明之又一目的，在於提供一種發電機之穩壓補償方法，其不需要增加感測輸入端即可依據發電機之負載狀態，而調整驅動訊號之工作週期，進而調整發電機之工作週期。
    本發明發電機之穩壓補償方法，其係依據一設定參數產生一驅動訊號，該驅動訊號具有一工作週期而用於驅動該發電機，以產生一輸出電壓，且更依據該發電機之一負載狀態，而調整該驅動訊號之該工作週期，以穩定該輸出電壓。由於本發明之穩壓補償方法會依據該發電機之該負載狀態而調整該驅動訊號之該工作週期，所以避免該輸出電壓隨著該負載狀態之變化而變動過大，以穩定該輸出電壓。
    此外，本發明之穩壓補償方法更進一步依據該發電機之一轉速，而調整該驅動訊號之該工作週期，即本發明之穩壓補償方法可以進一步考量該發電機之該轉速而調整該驅動訊號之該工作週期，以穩定該輸出電壓。另外，本發明之穩壓補償方法係在該驅動訊號之一遮罩週期依據該發電機之該負載狀態與該轉速而調整該驅動訊號之該工作週期。

    茲為使　貴審查委員對本發明之技術特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：

    請參閱第一圖，其係本發明之一實施例的電路圖。第一圖是發電機運用於汽車的電路圖，此實施例是用於說明本發明之發電機的穩壓補償方法，但並未限制本發明之穩壓補償方法僅能用於汽車之發電機。
    如圖所示，此實施例包含有發電機，發電機具有一定子線圈10與一轉子線圈12，轉子線圈12為磁場線圈。此實施例之發電機為一交流發電機。轉子線圈12之一端連接於接地端。定子線圈10耦接一整流電路，此實施例之整流電路為一三相整流電路，其包含複數蕭特基二極體21、22、23、24、25、26，而用於整流定子線圈10所產生的交流電為直流電，而為輸出電壓。蕭特基二極體21與22相互串聯、蕭特基二極體23與24相互串聯、蕭特基二極體25與26相互串聯。蕭特基二極體21、23、25之陰極耦接一充電電池27之正極，以對充電電池27充電，而蕭特基二極體22、24、26之陽極耦接於接地端。充電電池27之負極耦接於接地端，充電電池27可為鉛酸電池。定子線圈10之三個端點係分別耦接於蕭特基二極體21與22之連接點、蕭特基二極體23與24之連接點、蕭特基二極體25與26之連接點。發電機為一般技術，所以於此不再詳述。
    復參閱第一圖，充電電池27之正極更耦接一點火開關30之一端，點火開關30之另一端耦接一指示燈32，指示燈32則耦接至少一負載34。於此實施例中，負載34為汽車之電子裝置。由圖示可知，此實施例之發電機用於產生輸出電壓而對充電電池27充電，且提供輸出電壓至負載34。
    此外，此實施例更包含一穩壓控制器40，其用於控制發電機。穩壓控制器40具有一驅動端FIELD、一相位端PHASE、一電源端B+、一接地端GND與一偵測端SENSE。驅動端FIELD耦接一開關45，開關45耦接充電電池27之正極與轉子線圈12之一端，以用於控制轉子線圈12。於此實施例中，開關12為一功率電晶體。穩壓控制器40產生一驅動訊號，並透過驅動端FIELD輸出至開關45，以控制開關45而控制轉子線圈12，如此即可控制發電機。驅動訊號具有一工作週期（Duty Cycle），此工作週期為驅動訊號之致能時間且對應發電機之工作週期。穩壓控制器40之相位端PHASE耦接於定子線圈10之一端。穩壓控制器40之接地端GND與電源端B+分別耦接於接地端與充電電池27之正極，以接收運作所需之電源。穩壓控制器40之偵測端SENSE耦接於充電電池27之正極，以用於偵測充電電池27之電池電壓。
    穩壓控制器40具有一設定參數，其會依據設定參數產生驅動訊號，此設定參數會決定驅動訊號之工作週期，即決定發電機的工作週期。於此實施例中，設定參數為一設定電壓，穩壓控制器40會比較設定電壓與偵測端SENSE所偵測得到之電池電壓，而決定驅動訊號之工作週期，即決定發電機的工作週期。此外，本發明之穩壓控制器40會更進一步依據負載34之狀態變化，而調整驅動訊號之工作週期，進而調整發電機的工作週期，以確實穩定輸出電壓，如此可讓輸出電壓不會隨著負載34之狀態變化而變化過大，而控制輸出電壓在預設的理想範圍內。另外，本發明之穩壓控制器40更可進一步依據發電機的轉速調整驅動訊號之工作週期。穩壓控制器40之控制方式的詳細描述將會於下進行說明。
    請參閱第二圖，其為本發明之穩壓控制器之穩壓補償方法的流程圖。如第二圖之步驟S1所示，穩壓控制器40會設有設定參數以產生驅動訊號，於此實施例中設定參數為設定電壓，其對應於一預設工作週期。如步驟S0所示，當使用者啟動汽車時，即會導通點火開關30，之後穩壓控制器40即會依據設定電壓產生驅動訊號（步驟S1），而控制開關45以控制發電機之運作。接著，如步驟S3所示，穩壓控制器40會比對充電電池27之電池電壓與設定電壓是否相等，以決定驅動訊號之工作週期。設定電壓會高於充電電池27之初始電池電壓。若穩壓控制器40偵測到之電池電壓小於設定電壓，即執行步驟S5，增加驅動訊號之工作週期，直到電池電壓等於設定電壓；之後，若穩壓控制器40偵測到之電池電壓大於設定電壓，即執行步驟S7，減少驅動訊號之工作週期，直到電池電壓等於設定電壓；若電池電壓等於設定電壓，則不調整驅動訊號之工作週期，而回復執行步驟S3。由於輸出電壓關聯於充電電池27之電池電壓，換言之，穩壓控制器40係依據設定電壓與輸出電壓決定驅動訊號的工作週期。
    請參閱第三圖至第五圖。若穩壓控制器40預設之設定電壓所對應之工作週期為50％，當汽車啟動時，穩壓控制器40依據設定電壓Vset1與正常狀態下之電池電壓Vbat會產生具有工作週期為50％的驅動訊號Sd（如第三圖所示）。但是，若起初之電池電壓Vbat較低，之後穩壓控制器40偵測到之電池電壓Vbat會低於設定電壓Vset1，穩壓控制器40會執行步驟S5，增加驅動訊號Sd之工作週期，直到電池電壓Vbat等於設定電壓Vset1。如實施例之第四圖所示，穩壓控制器40會調整驅動訊號Sd之工作週期為75％。若起初之電池電壓Vbat較高，之後穩壓控制器40偵測到之電池電壓Vbat會高於設定電壓Vset1，穩壓控制器40會執行步驟S7，減少驅動訊號Sd之工作週期，直到電池電壓Vbat等於設定電壓Vset1。如實施例之第五圖所示，穩壓控制器40會調整驅動訊號Sd之工作週期為25％。
    穩壓控制器40初始之設定電壓Vset1是依據一般正常狀態下之負載狀態所預設，若發電機之負載狀態並無太大變化而為一般正常狀態下，穩壓控制器40依據初始之設定電壓Vset1所產生之驅動訊號Sd則可控制發電機產生充足且符合預先設計的輸出電壓，以提供至負載34與充電電池27。也就是說，穩壓控制器40依據初始之設定電壓Vset1所產生之驅動訊號Sd的工作週期是恰當的。但是，當發電機之負載狀態變化時，若仍以初始之設定電壓Vset1產生驅動訊號而控制發電機，將會無法穩定輸出電壓在預設電壓範圍，而導致輸出電壓變化過大且不符合預先設計的電壓範圍，如此即會影響負載34，以此實施例來說即會影響充電電池27之電池電壓Vbat與汽車之電子裝置的運作。
    舉例來說，若發電機之負載狀態變為重載，即表示負載34會抽取更多輸出電壓，雖然穩壓控制器40依據初始之設定電壓Vset1與電池電壓Vbat增加驅動訊號Sd之工作週期，但是因為負載34會抽取較多輸出電壓，所以導致輸出電壓仍會有所下降，而無法維持在預設的電壓範圍。基於上述原因，本發明之穩壓補償方法更會依據發電機之負載狀態而調整驅動訊號Sd之工作週期，以確實穩定輸出電壓在預設的電壓範圍。
    復參閱第二圖，本發明之穩壓控制器40依據設定電壓與電池電壓調整驅動訊號之工作週期後，穩壓控制器40執行步驟S9，偵測發電機之負載狀態。於本發明之一實施例中，穩壓控制器40會在驅動訊號之一遮罩週期（Mask Duty）偵測發電機之負載狀態。如第三圖所示，遮罩週期位於驅動訊號之致能時間的後段與禁能時間的前段之間。遮罩週期之時間長短係依據使用需求而定。於遮罩週期內，穩壓控制器40不會變動驅動訊號之工作週期。此外，本發明之穩壓控制器40並不一定需要在遮罩週期內才能偵測發電機之負載狀態。
    穩壓控制器40於偵測發電機之負載狀態後，係依據發電機之負載狀態調整設定參數，以調整驅動訊號之工作週期。於此實施例中，即調整設定電壓。於本發明之一實施例中，穩壓控制器40係在遮罩週期調整設定參數，但並非限制本發明僅能於遮罩週期調整設定參數。本發明依據發電機之負載狀態調整設定參數，主要是依據發電機之負載狀態為重載或者為輕載而調整設定參數。於此實施例中，穩壓控制器40係先執行步驟S11，比對發電機之當前負載狀態是否相等於先前負載狀態。若發電機之當前負載狀態大於先前負載狀態，則表示發電機之負載狀態為重載，如此則執行步驟S13，調高設定電壓，並接續進行步驟S3而判斷設定電壓是否等於電池電壓。由於已調高設定電壓，所以電池電壓應會低於電池電壓，進而執行步驟S5，而增加驅動訊號之工作週期。
    反之，若發電機之當前負載狀態小於先前負載狀態，則表示發電機之負載狀態為輕載，如此則執行步驟S15，調低設定電壓，並接續進行步驟S3而判斷設定電壓是否等於電池電壓。由於已調低設定電壓，所以電池電壓應會高於電池電壓，進而執行步驟S7，以減少驅動訊號之工作週期。藉由上述方式，穩壓控制器40依據發電機之負載狀態調整驅動訊號之工作週期，即可控制發電機產生之輸出電壓維持在預設的電壓範圍，而不會隨著負載狀態之變化而變化過大。
    請參閱第三圖至第八圖。第六圖至第八圖分別對應於第三圖至第五圖。若穩壓控制器40判斷發電機之當前負載狀態小於先前負載狀態而為重載時，即如第六圖至第八圖所示，提高初始設定電壓Vset1而調整為Vset2，以增加驅動訊號Sd的工作週期。相較於第三圖至第五圖，第六圖至第八圖之驅動訊號Sd的工作週期係分別由原本的50％、75％、25％增加一適當值，所以大於第三圖至第五圖之驅動訊號Sd的工作週期。請參閱第九圖至第十一圖。第九圖至第十一圖分別對應於第三圖至第五圖。若穩壓控制器40判斷發電機之當前負載狀態大於先前負載狀態而為輕載時，即如第九圖至第十一圖所示，降低初始設定電壓Vset1而調整為Vset2，以減少驅動訊號Sd的工作週期。相較於第三圖至第五圖可知，第九圖至第十一圖之驅動訊號Sd的工作週期係分別由原本的50％、75％、25％減少一適當值，所以小於第三圖至第五圖之驅動訊號Sd的工作週期。
    上述調高設定電壓與調低設定電壓之幅度，係依據使用需求而定。本發明之一實施方式，係可每次固定調整一固定值，或者可依據發電機之負載狀態的變化程度而決定調整設定電壓的幅度。此外，上述穩壓控制器40偵測發電機之負載狀態的方式，可在調整驅動訊號的工作週期後，記錄工作週期。如此，即會記錄每個工作週期，以進行比較而得知負載狀態之變化。舉例來說，穩壓控制器40會記錄驅動訊號之第一工作週期與第二工作週期，並比較第一工作週期與第二工作週期，以依據第一工作週期與第二工作週期之差異，而得知發電機的負載狀態。若第二工作週期大於第一工作週期則表示發電機的負載狀態為重載；反之，若第二工作週期小於第一工作週期則表示發電機的負載狀態為輕載。除了上述比對發電機之當前負載狀態與先前負載狀態的方式之外，亦可直接比對發電機之當前負載狀態與一參考狀態，而判斷發電機的負載狀態為重載或為輕載。例如，參考狀態為50％之一參考工作週期，若當前之驅動訊號的工作週期大於此參考工作週期，即判定發電機之負載狀態為重載；反之，若當前之驅動訊號的工作週期小於此參考工作週期，即判定發電機之負載狀態為輕載。
    由上述說明可知，本發明之穩壓控制器40可不需要增加感測輸入端即可得知發電機之負載狀態，以依據發電機之負載狀態而調整驅動訊號的工作週期，進而調整發電機之工作週期，如此即可達到穩定輸出電壓之目的。此外，本發明之穩壓控制器40亦可透過偵測負載端之電流，以得知負載狀態。上述偵測發電機之負載狀態的方式僅為本發明之實施例，並不限定本發明僅能利用上述方式偵測發電機之負載狀態。
    此外，本發明之穩壓補償方法更可進一步考量發電機的轉速，而依據發電機的轉速調整驅動訊號的工作週期，以更穩定輸出電壓。復參閱第二圖，穩壓控制器40於步驟S9更可偵測發電機的轉速，且比對發電機之當前轉速與先前轉速。若發電機之當前轉速小於先前轉速，則執行步驟S13，調高設定電壓，並接續進行步驟S3而判斷設定電壓是否等於電池電壓。由於已調高設定電壓，所以電池電壓應會低於電池電壓，進而執行步驟S5，以增加驅動訊號之工作週期。反之，若發電機之當前轉速大於先前轉速，則執行步驟S15，調低設定電壓，並接續進行步驟S3而判斷設定電壓是否等於電池電壓。由於已調低設定電壓，所以電池電壓應會高於電池電壓，進而執行步驟S7，以減少驅動訊號之工作週期。
   本發明之穩壓控制器40依據發電機的轉速調整設定電壓之步驟，係可在穩壓控制器40依據發電機的負載狀態調整設定電壓後再接續進行，之後再進行步驟S3與後續步驟，而調整驅動訊號之工作週期。此外，本發明之穩壓控制器40亦可在依據發電機的負載狀態調整設定電壓時，同時考量發電機的轉速而決定設定電壓之大小。舉例來說，穩壓控制器40判斷發電機的負載狀態為重載而調高設定電壓時，再進一依據發電機的轉速稍微調高或者調降設定電壓。本發明之穩壓控制器40可在遮罩週期偵測發電機之轉速，但並非限制僅能於遮罩週期偵測發電機之轉速。另外，偵測發電機之轉速方式甚多，例如使用感測器直接量測發電機之轉速並回授至穩壓控制器40，或者透過穩壓控制器40之相位端PHASE量測定子線圈10（參閱第一圖）的電壓而得知發電機的轉速，上述皆為常用技術所以於此不再詳述。
    綜上所述，本發明發電機之穩壓補償方法會依據發電機之負載狀態，而調整驅動訊號之工作週期，以提供穩定之輸出電壓。如此，本發明之穩壓補償方法可避免輸出電壓隨著發電機之負載的變化而變化過大，讓輸出電壓維持在預設的電壓範圍。所以，利用本發明之穩壓補償方法係可提高輸出電壓之穩定度。此外，本發明之穩壓補償方法更可依據發電機之轉速而調整驅動訊號之工作週期，以進一步考量發電機之轉速而穩定輸出電壓。
    故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。　
    惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10．．．定子線圈

12．．．轉子線圈

21．．．蕭特基二極體

22．．．蕭特基二極體

23．．．蕭特基二極體

24．．．蕭特基二極體

25．．．蕭特基二極體

26．．．蕭特基二極體

27．．．充電電池

30．．．點火開關

32．．．指示燈

34．．．負載

40．．．穩壓控制器

45．．．開關

B+．．．電源端

FIELD．．．驅動端

GND．．．接地端

Mask Duty．．．遮罩週期

PHASE．．．相位端

Sd．．．驅動訊號

SENSE．．．偵測端

Vbat．．．電池電壓

Vset1．．．設定電壓

Vset2．．．設定電壓

第一圖係本發明之一實施例的電路圖；
第二圖係本發明之一實施例的流程圖；以及
第三圖至第十一圖為本發明之電池電壓與驅動訊號於穩壓控制器進行穩壓補償方法下的波形圖。

Claims

一種發電機之穩壓補償方法，其包含有：
依據一設定參數產生一驅動訊號，該驅動訊號具有一工作週期而驅動一發電機，以產生一輸出電壓；以及
依據該發電機之一負載狀態，而調整該驅動訊號之該工作週期，以穩定該輸出電壓。
如申請專利範圍第1項所述之穩壓補償方法，其中該設定參數為一設定電壓，以用於依據該設定電壓與該輸出電壓決定該驅動訊號之該工作週期。
如申請專利範圍第2項所述之穩壓補償方法，其中該輸出電壓關聯於一充電電池之一電池電壓，依據該設定電壓與該輸出電壓決定該驅動訊號之該工作週期的步驟更包含：
比對該電池電壓與該設定電壓，當該電池電壓大於該設定電壓時，減少該驅動訊號之該工作週期，直到該電池電壓等於該設定電壓；當該電池電壓小於該設定電壓時，增加該驅動訊號之該工作週期，直到該電池電壓等於該設定電壓。
如申請專利範圍第1項所述之穩壓補償方法，其中依據該發電機之一負載狀態，而調整該驅動訊號之該工作週期的步驟，係依據該驅動訊號之一第一工作週期與一第二工作週期間之差異，而得知該發電機之該負載狀態。
如申請專利範圍第1項所述之穩壓補償方法，其中依據該發電機之一負載狀態，而調整該驅動訊號之該工作週期的步驟，係依據該發電機之該負載狀態而調整該設定參數，以調整該驅動訊號之該工作週期。
如申請專利範圍第5項所述之穩壓補償方法，其中依據該發電機之該負載狀態而調整該設定參數之步驟，係在該驅動訊號之一遮罩週期依據該發電機之該負載狀態而調整該設定參數，該遮罩週期位於該驅動訊號之致能時間與禁能時間之間。
如申請專利範圍第1項所述之穩壓補償方法，其中該負載狀態為一重載時增加該工作週期；該負載狀態為一輕載時減少該工作週期。
如申請專利範圍第1項所述之穩壓補償方法，更包含：
依據該發電機之一轉速，而調整該驅動訊號之該工作週期，以穩定該輸出電壓。
如申請專利範圍第8項所述之穩壓補償方法，其中該發電機之該轉速降低時增加該工作週期；該發電機之該轉速增加時減少該工作週期。
如申請專利範圍第8項所述之穩壓補償方法，其中依據該發電機之一轉速，而調整該驅動訊號之該工作週期的步驟，係依據該發電機之該轉速而調整該設定參數，以調整該驅動訊號之該工作週期。
如申請專利範圍第10項所述之穩壓補償方法，其中依據該發電機之該轉速而調整該設定參數的步驟，係在該驅動訊號之一遮罩週期依據該發電機之該轉速而調整該設定參數，該遮罩週期位於該驅動訊號之致能時間與禁能時間之間。