TW201546469A - 於頻域中多相整流器之短路偵測電路及短路偵測方法 - Google Patents

於頻域中多相整流器之短路偵測電路及短路偵測方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種於多相整流器之短路偵測電路及短路偵測方法，其用以於頻域中偵測由多相整流器所輸出的一全波整流訊號之頻譜的狀況。接著，判斷指示交流訊號之頻率之振幅的一偵測訊號是否大於或等於參考訊號，以決定多相整流器是否具有一短路狀況。因此，本發明之短路偵測電路及短路偵測方法沒有在多相整流器的每一電流路徑上設置短路偵測元件的需要，使能量損失與成本可有效降低。

Description

於頻域中多相整流器之短路偵測電路及短路偵測方法
本發明提供一種短路偵測電路及短路偵測方法，特別是關於一種應用於交流發電機(alternator)或整合式起動發電機(integrated starter generator,ISG)中的多相整流器之短路偵測電路及短路偵測方法。
交流發電機或ISG之多相整流器係由多個成對的整流元件所組成(例如二極體(diodes)、金氧半電晶體(MOSFETs)、絕緣柵雙極電晶體(IGBTs)等)，以將交流電力(AC)轉換為直流電力(DC)，接著直流電力再對與多相整流器連接的電池充電。當多相整流器短路時，其將會產生大量的熱能散失而造成安全問題(如，毀損整個發電機)。多相整流器之短路偵測有存在的必要，以提高警報此種不正常的狀況。為了偵測多相整流器的短路情況，在多相整流器的每個電流路徑上皆會配置一短路偵測元件，以偵測多相整流器是否短路。
一般來說，用以偵測多相整流器是否短路的短路偵測方法不是利用感測電阻就是使用霍爾效應感測器(hall-effect sensor)。為了清楚起見，以下將整流元件視為二極體。以一個二極體設置於一電流路徑中的二極體來說，如圖1A所示，感測電阻R1與二 極體D1串接設置，使得電流I1會流經二極體D1及感測電阻R1。接著，運算放大器(op-amp)OP1放大感測電阻R1的跨壓，以產生偵測訊號Sd1。再來，比較器CP1接收偵測訊號Sd1，並比較偵測訊號Sd1與參考訊號Vref1(即，短路臨界電壓)，以輸出一結果訊號OUT1，以便判斷二極體D1是否為短路。然而，由於此種短路偵測方法需增加一個配置在電流路經中的額外的感測電阻R1，造成此電流路徑中有(I12＊R1)的能量損失。再者，感測電阻R1需為低電阻且一般在高電流下運作，且通常是較昂貴的。對於實現短路偵測，每個多相整流器需分別具有上述的結構配置，如此會造成更多的能量損失與成本。
而對於另一種方法，如圖1B所示，其係在二極體D2的電流路徑附近加上配置霍爾效應感測器HF，以利用磁場量測的方式偵測電流路徑上的電流I2，且然後產生偵測訊號Sd2。再來，比較器CP2接收偵測訊號Sd2，並比較偵測訊號Sd2與參考訊號Vref2(即，短路臨界電壓)，以輸出一結果訊號OUT2來指表示二極體D2是否為短路。比較利用霍爾效應感測器的短路偵測方法與利用感測電阻的短路偵測方法，雖然利用霍爾效應感測器的短路偵測方法有較少的能量損失，但霍爾效應感測器HF也是昂貴的。
因此，若在執行短路偵測方法時能有效地減少能量損失與成本，將可大幅提升多相整流器的效能。
本發明提供了一種三相(或大於三相)整流器之短路偵測方法/電路，且應用於交流發電機或ISG之中。以交流發電機之三相整流器來說，三相整流器具有彼此並聯的三個橋臂。每一橋臂具有串聯的兩個整流元件。每一對應橋臂的兩個整流元件之間的接點我們稱之為相位訊號點(Phase Signal Point，以下簡稱 PSP)。每個PSP係設置在對應橋臂的二個整流元件之間。其中一個整流元件連接在PSP與地之間。另一個整流元件則連接在PSP與交流發電機之輸出端之間，而上述輸出端亦為交流發電機之全波整流輸出端。
交流發電機具有三個定子繞組(stator winding)，以於運作期間產生三個交流(alternating current,AC)訊號至對應的PSP。每個定子繞組之一端相互連接，且每個定子繞組之另一端(即，交流發電機定子線圈之輸出端)連接到對應的PSP。由於每個AC訊號之頻率可根據相同的方程式計算而得，每個AC訊號的頻率將保持在相同的特定轉動週期。其方程式如下所示：ω=RPMalt*#pole pairs/60，其中ω為每個AC訊號之頻率，RPMalt為交流發電機之運轉速率，以及#pole pairs為交流發電機之極對(pole pairs)的數量。因此每個AC訊號的頻率將相同。
三相整流器接收三個AC訊號並整流所述三個AC訊號，以輸出一全波整流(full-wave rectified,FWR)訊號。上述FWR訊號包含作為交流直流(AC-to-DC)轉換結果之一漣波頻率(ripple frequency)。而本發明之短路偵測方法/電路係於FWR訊號的頻譜中，偵測AC訊號(即，所述三個AC訊號中的任一個)之頻率的振幅。而此偵測方法將FWR訊號由時域(time domain)轉為頻域(frequency domain)，以產生FWR訊號之頻譜，進而觀察所述AC訊號之頻率的目前振幅。
在正常的運作下，AC訊號之頻率的振幅在FWR訊號之頻譜的量測點中可以被忽略。然而，若有任何整流元件發生短路(即，在不正常的運作下)，AC訊號之頻率的振幅將大幅增加。 一旦此振幅高於一預定基準值(如根據不同的交流發電機而產生的經驗數據)，將可據此斷定短路狀況存在於整個橋臂組中的某一個整流元件。
本發明實施例提供了一種短路偵測電路，其用於一多相整流 器。如上所述，多相整流器整流複數個AC訊號以輸出一FWR訊號，且每個AC訊號具有相同頻率。短路偵測電路包含一頻譜分析單元與一判斷單元。分析單元接收FWR訊號，且於頻域中根據所述AC訊號之相同頻率來分析FWR訊號之頻譜，以產生指示AC訊號之相同頻率之振幅的一偵測訊號。判斷單元係電性連接分析單元，且比較偵測訊號及一參考訊號，以判斷多相整流器是否具有一短路狀況。
更進一步來說，判斷單元接收偵測訊號及參考訊號，以判斷偵測訊號是否大於或等於參考訊號。當判斷單元判斷偵測訊號大於或等於參考訊號，判斷單元將輸出一結果訊號，其表示短路狀況存在於多相整流器中的橋臂內的某一個整流元件。
本發明提供了一種短路偵測方法，其用於一多相整流器。如上所述，多相整流器整流其所接收的複數個AC訊號，且每個AC訊號具有相同頻率，以據此輸出一FWR訊號。短路偵測方法包括如下步驟：接收FWR訊號，且於頻域中根據所述AC訊號之相同頻率分析FWR訊號之頻譜，以產生表示AC訊號之相同頻率的振幅的一偵測訊號；以及接收偵測訊號及一參考訊號，以判斷偵測訊號是否大於或等於參考訊號。當偵測訊號大於或等於參考訊號，將輸出一結果訊號，且上述結果訊號表示短路狀況存在於多相整流器中的多個橋臂內的某一個整流元件。
綜合以上所述，本發明所提供的多相整流器之短路偵測電路及短路偵測方法，係用來於頻域中偵測多相整流器所輸出的FWR訊號之頻譜狀況，以判斷表示AC訊號之頻率的振幅的偵測訊號是否大於或等於參考訊號，以便偵測出短路狀況是否存在於多相整流器中的整個橋臂內的某一個整流元件之中。因此，本發明實施例所提供的多相整流器之短路偵測電路及短路偵測方法無需於每一電流路徑上加裝短路偵測元件(如，感測電阻或霍爾效應感測器)，使得能量損失及成本可有效的降低。
為更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本創作，而非對本創作的權利範圍作任何的限制。
1、1A‧‧‧多相交流發電機
10、10A‧‧‧多相整流器
11a‧‧‧第一橋臂
11b‧‧‧第二橋臂
11c‧‧‧第三橋臂
20、20A‧‧‧感應線圈
21a‧‧‧第一繞組
21b‧‧‧第二繞組
21c‧‧‧第三繞組
30、30A‧‧‧儲能裝置
100、100A、200、300‧‧‧短路偵測電路
110、210、310‧‧‧頻譜分析單元
120、220、320‧‧‧判斷單元
112、212‧‧‧類比數位轉換器
312‧‧‧類比濾波器
114‧‧‧頻譜計算器
214‧‧‧數位濾波器
116、216、316‧‧‧頻率選擇器
CP1、CP2‧‧‧比較器
D1、D2、Dd1、Dd2‧‧‧二極體
FO‧‧‧全波整流輸出端
HF‧‧‧霍爾效應感測器
I1、I2‧‧‧電流
OP1‧‧‧運算放大器
OUT1、OUT2‧‧‧結果訊號
R1‧‧‧感測電阻
Sd1、Sd2‧‧‧偵測訊號
Si1、Si2、Si3‧‧‧交流訊號
SI1、SI2、SI3‧‧‧正弦波訊號
Sr1、Sr1A、Sr2、Sr3‧‧‧全波整流訊號
SO1、SO2、SO3‧‧‧結果訊號
T‧‧‧週期
Tb1、Tb2、Tb3‧‧‧相位訊號點(PSP)
Vd1、Vd2、Vd3‧‧‧偵測訊號
Vf1、Vf2、Vf3、Vref1、Vref2‧‧‧參考訊號
Vi2、Vi3‧‧‧選擇訊號
S210、S220、S230、S240、S250‧‧‧步驟
圖1A是習知在一整流元件的電流路徑上之短路偵測電路示意圖。
圖1B是另一習知在一整流元件的電流路徑上之短路偵測電路示意圖。
圖2A是本發明一實施例之三相交流發電機示意圖。
圖2B是本發明一實施例之三相交流發電機波形圖。
圖2C是本發明一實施例之短路偵測電路示意圖。
圖2D是本發明一實施例之短路偵測方法流程圖。
圖3是本發明另一實施例之多相交流發電機示意圖。
圖4是本發明另一實施例之短路偵測電路示意圖。
圖5是本發明另一實施例之短路偵測電路示意圖。
在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種例示實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，在圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。
請參考圖2A，圖2A是本發明一實施例之三相交流發電機示意圖。如圖2A所示，三相交流發電機1具有一三相整流器10、一感應線圈20、一儲能裝置30(或一負載)、以及一短路偵測電路100。三相整流器10具有三個彼此並聯的橋臂，其分別為第一橋臂11a、第二橋臂11b、與第三橋臂11c。第一橋臂11a之一端、第二橋臂11b之一端、以及第三橋臂11c之一端為接地。而 第一橋臂11a之另一端、第二橋臂11b之另一端、以及第三橋臂11c之另一端則連接到全波整流輸出端FO。全波整流輸出端FO連接到儲能裝置30。
更進一步來說，每一個橋臂11a、11b、與11c具有二個彼此串聯的二極體Dd1與Dd2。對於橋臂11a、11b、與11c來說，二極體Dd1之陽極為接地，二極體Dd1之陰極連接到二極體Dd2之陽極，且二極體Dd2之陰極連接到全波整流輸出端FO。PSP Tb1位於橋臂11a之兩個二極體Dd1與Dd2之間。PSP Tb2位於橋臂11b之兩個二極體Dd1與Dd2之間。以及PSP Tb3位於橋臂11c之兩個二極體Dd1與Dd2之間。要說明的是，兩個二極體Dd1與Dd2僅用以說明整流元件的一種結構與實施方式，整流元件也可以是金氧半電晶體或絕緣柵雙極電晶體等其他整流元件，本發明並不以此作限定。
每個PSP Tb1、Tb2、與Tb3接收具有相同頻率的AC訊號，且三相整流器10整流AC訊號，以產生一FWR訊號Sr1至儲能裝置30。詳細地來說，如圖2B所示，AC訊號包含三個正弦波(sine wave)訊號SI1、SI2、與SI3。三個正弦波訊號SI1、SI2、與SI3具有相同的頻率，且其之間相位差為120度。三相整流器10對正弦波訊號SI1、SI2、與SI3整流，以在一個週期T內產生6個半波漣波，即FWR訊號Sr1，俾使FWR訊號Sr1可對儲能裝置30充電。而所屬技術領域具通常知識者應知三相整流器10產生FWR訊號Sr1的實施方式，故不再贅述。
值得注意的是，三個正弦波訊號SI1、SI2、與SI3之頻率可透過一頻率偵測器或其他方式計算而得。舉例來說，已知交流發電機之運轉速率與交流發電機之極對(pole pairs)的數量(如，18個極數的交流發電機具有9個極對)，每個AC訊號之頻率將可根據以下的方程式計算而得。其方程式如下：ω=RPMalt*#pole pairs/60 其中ω為每個AC訊號之頻率，RPMalt為交流發電機之運轉速率，以及#pole pairs為交流發電機之極對的數量。本發明對此不作限制。而同樣地，在其他的應用中，若已知AC訊號之頻率與交流發電機之極對的數量(如，14個極數的交流發電機具有7個極對)，交流發電機之運轉速率也可以根據上述的方程式計算而得。
在本實施例中，AC訊號係透過感應線圈20以電磁感應的方式而產生。感應線圈20具有三個定子繞組且彼此相差120度，其分別為第一繞組21a、第二繞組21b、與第三繞組21c，且彼此組設以形成Y型接線。第一繞組21a之一端、第二繞組21b之一端、與第三繞組21c之一端彼此連接。第一繞組21a之另一端連接到橋臂11a之PSP Tb1。第二繞組21b之另一端連接到橋臂11b之PSP Tb2、以及第三繞組21c之另一端連接到橋臂11c之PSP Tb3。而感應線圈20亦可以其他的接線法組設而成，如三角形接線、星型接線、或其他種類的接線法，本發明對此不作限制。
而為了確認三相整流器10中是否有短路狀況存在於橋臂的某一個整流元件中，三相交流發電機1包含一短路偵測電路100，其電性連接在三相整流器10與儲能裝置30之間。本實施例的短路偵測電路100接收FWR訊號Sr1與AC訊號Si1以判斷三相整流器10是否有短路狀況存在於橋臂中的某一個整流元件。
如圖2C所示，短路偵測電路100包含一頻譜分析單元110與一判斷單元120。頻譜分析單元110接收FWR訊號Sr1，且於頻域中根據AC訊號Si1之頻率分析FWR訊號Sr1之頻譜，以據此產生偵測訊號Vd1。而偵測訊號Vd1指示AC訊號Si1之頻率的振幅。判斷單元120電性連接至頻譜分析單元110，且接收偵測訊號Vd1與一參考訊號Vf1，以判斷偵測訊號Vd1是否大 於或等於參考訊號Vf1。
當判斷單元120判斷偵測訊號Vd1大於或等於參考訊號Vf1，判斷單元120將輸出一結果訊號SO1，以表示有短路狀況存在於橋臂中的某個整流元件，例如橋臂11b之二極體D1短路。意即，若三相整流器10在橋臂11a~11c中具有至少一個二極體短路時，短路偵測電路100將會在FWR訊號Sr1之頻譜內，於頻域中偵測到AC訊號Si1之頻率的振幅大幅增加。
而當判斷單元120判斷偵測訊號Vd1小於參考訊號Vf1，判斷訊號120將不輸出任何訊號，以表示目前沒有短路狀況存在於橋臂中的某個整流元件。意即，若三相整流器10在橋臂11a~11c中沒有任何一個二極體短路時，由於此時在FWR訊號Sr1之頻譜中，AC訊號Si1之頻率的振幅相似於雜訊，故短路偵測電路100將會偵測到AC訊號Si1之頻率的振幅太小而可忽略。
如圖2C所示，在本實施例中，頻譜分析單元110包含一類比數位(analog-to-digital,AD)轉換器112、一頻譜計算器114、與一頻率選擇器116。AD轉換器112電性連接至頻譜計算器114。頻譜計算器114電性連接頻率選擇器116。AD轉換器112接收FWR訊號Sr1且數位化FWR訊號Sr1以產生數位FWR訊號Sr1。
頻譜計算器114計算數位FWR訊號Sr1之頻譜，以取得每一週期的FWR訊號Sr1之頻譜。而頻率選擇器116則在FWR訊號Sr1之頻譜中選擇AC訊號Si1之頻率(即在FWR訊號Sr1之頻譜中根據AC訊號Si1選擇特定的頻帶(frequency band))，以輸出偵測訊號Vd1。其中，偵測訊號Vd1指示AC訊號Si1之頻率的振幅。
本實施例的判斷單元120為具有端點A與端點B之數位比較器。其中，端點A接收偵測訊號Vd1，且端點B接收參考訊號Vf1。而數位比較器將根據偵測訊號Vd1與參考訊號Vf1輸出結果訊號SO1。
因此，若判斷單元120輸出高準位的結果訊號SO1，其表示偵測訊號Vd1大於或等於參考訊號Vf1，如5V，此意即三相整流器10具有短路狀況存在於橋臂中的某一個整流元件。而當判斷單元120不輸出任何訊號(如，輸出低準位的結果訊號SO1，其表示偵測訊號Vd1小於參考訊號Vf1，如0V)，此意即三相整流器10沒有短路狀況存在於橋臂中任何一個整流元件。在本實施例中，判斷單元120較佳為數位比較器，但亦可以為其他可以產生結果訊號SO1之元件，本發明並不因此限定。
由上述的實施例，本發明可以歸納出一種短路偵測的方法，適用於上述實施例所述之短路偵測電路。請參考圖2D並同時參圖2A~2C。圖2D顯示本發明一實施例之短路偵測方法流程圖。首先，頻譜分析單元110接收FWR訊號Sr1，且於頻域中根據AC訊號Si1之頻率來分析FWR訊號Sr1之頻譜，以據此產生偵測訊號Vd1，其指示AC訊號Si1之頻率的振幅(步驟S210)。接著，判斷單元120將接收偵測訊號Vd1與參考訊號Vf1，以判斷偵測訊號Vd1是否大於或等於參考訊號Vf1，以進一步分析目前橋臂內的整流元件是否有短路狀況(步驟S220與步驟S230)。
當判斷單元120判斷偵測訊號Vd1大於或等於參考訊號Vf1，三相整流器10處於不正常運作。此時，判斷單元120輸出表示短路狀況存在於橋臂內的某一個整流元件之結果訊號SO1。意即本實施例的三相整流器10中的橋臂11a~11c內具有至少一個二極體短路(步驟S240)。
而當判斷單元120判斷偵測訊號Vd1小於參考訊號Vf1時，三相整流器10處於正常運作。此時，判斷單元120將不會輸出任何訊號，表示沒有短路狀況存在於橋臂內的任何一個整流元件。意即本實施例的三相整流器10中的橋臂11a~11c內沒有二極體短路(步驟S250)。
值得注意的是，在實際應用中，短路偵測電路100不但可以 適用在三相交流發電機，亦可適用於多相交流發電機，本發明對此不作限制。據此，如圖3所示，多相交流發電機1A具有一多相整流器10A、一感應線圈20A、一儲能裝置30A、與一短路偵測電路100A。短路偵測電路10A具有N個彼此並聯的橋臂。其中，N為大於或等於2的整數(如圖2A所示的三個橋臂11a~11c)。每一橋臂具有兩個彼此串聯的整流元件，且PSP係位在對應橋臂的兩個整流元件之間(如圖2A所示的三個橋臂11a~11c之二極體Dd1與Dd2)。每一個PSP(如圖2A所示的PSP Tb1~Tb3)接收具有相同頻率的AC訊號。而多相整流器10A將據此輸出FWR訊號Sr1A至短路偵測電路100A與儲能裝置30A(或負載)。在本實施例中，整流元件可以是二極體、金氧半電晶體、或絕緣柵雙極電晶體等其他整流元件，本發明並不以此作限定。
而有關多相整流器10A、感應線圈20A、儲能裝置30A、與短路偵測電路100A之相關結構與運作方式基本上與前一實施例所述的多相整流器10、感應線圈20、儲能裝置30、與短路偵測電路100相同，故在此不再贅述。
因此，當短路偵測電路100A之判斷單元判斷偵測訊號大於或等於參考訊號時，短路偵測電路100A之判斷單元將輸出表示橋臂內的某個整流元件存在有短路狀況之結果訊號。
而同樣地，當短路偵測電路100A之判斷單元判斷偵測訊號小於參考訊號，短路偵測電路100A之判斷單元將輸出表示橋臂內的任何整流元件不存在有短路狀況之結果訊號。
據此，短路偵測電路100A為用來於頻域中偵測多相整流器10A所輸出的FWR訊號Sr1A之頻譜狀況，以判斷指示AC訊號之頻率的振幅的偵測訊號是否大於或等於參考訊號，以便偵測短路狀況是否存在於橋臂內的某個整流元件。
接下來，請參考圖4，在本發明的另一個實施例中，短路偵 測電路200接收來自多相整流器所傳送的FWR訊號Sr2，以判斷多相整流器是否具有短路的整流元件。短路偵測電路200具有一頻譜分析單元210與一判斷單元220，且判斷單元220電性連接頻譜分析單元210。頻譜分析單元210包含一AD轉換器212、一數位濾波器214、與一頻率選擇器216。數位濾波器214電連接至頻率選擇器216與AD轉換器212。頻率選擇器216根據AC訊號Si2之頻率產生選擇訊號Vi2。舉例來說，頻率選擇器216產生指示AC訊號Si2之頻率的選擇訊號Vi2。AD轉換器212接收FWR訊號Sr2，且數位化FWR訊號Sr2，以產生一數位FWR訊號Sr2。而數位濾波器214則根據選擇訊號Vi2來濾波數位FWR訊號Sr2，以輸出指示AC訊號Si2之頻率之振幅的偵測訊號Vd2。本實施例的判斷單元220係為具有端點A與端點B之數位比較器。其中，端點A接收偵測訊號Vd2，且端點B接收參考訊號Vf2。而數位比較器將根據偵測訊號Vd2與參考訊號Vf2輸出結果訊號SO2。
因此，當判斷單元220輸出高準位的結果訊號SO2，其表示偵測訊號Vd2大於或等於參考訊號Vf2，如5V，此意即多相整流器具有短路狀況存在於橋臂中的某一個整流元件。而當判斷單元120不輸出任何訊號(或輸出低準位的結果訊號SO2，其表示偵測訊號Vd2小於參考訊號Vf2，如0V)，此意即多相整流器沒有短路狀況存在於橋臂中任何一個整流元件。
在本實施例中，短路偵測電路200亦可分析數位FWR訊號Sr2的功率或其他資料與AC訊號Si2之頻率，以判斷是否有短路狀況存在於橋臂內的某個整流元件，本發明對此不作限制。在本實施例中，判斷單元220較佳為數位比較器，亦可以為其他可以產生結果訊號SO2之元件，本發明並不因此限定。
如圖5所示，在本發明的另一個實施例中，短路偵測電路300接收來自多相整流器所傳送的FWR訊號Sr3，以判斷多相整 流器是否具有短路的整流元件。短路偵測電路300具有一頻譜分析單元310與一判斷單元320，且判斷單元320電連接頻譜分析單元310。頻譜分析單元310包含一類比濾波器312與一頻率選擇器316，且頻率選擇器316電連接類比濾波器312。頻率選擇器316根據AC訊號Si3之頻率產生選擇訊號Vi3。舉例來說，頻率選擇器316產生指示AC訊號Si3之頻率的選擇訊號Vi3。類比濾波器312接收FWR訊號Sr3與選擇訊號Vi3，以根據選擇訊號Vi3濾波FWR訊號Sr3，並據此輸出指示AC訊號Si3之頻率之振幅的偵測訊號Vd3至判斷單元320。
在本實施例中，判斷單元320可以為運算放大器(op-amp)。運算放大器具有一非反相端、一反相端、與一輸出端。其中，非反相端接收偵測訊號Vd3，反相端接收參考訊號Vf3，且輸出端根據偵測訊號Vd3與參考訊號Vf3輸出結果訊號SO3。而本實施例的參考訊號Vf3定義為AC訊號Si3之頻率的振幅。
因此，當運算放大器320之輸出端輸出高準位的結果訊號SO3，其表示偵測訊號Vd3大於或等於參考訊號Vf3，如5V，此意即多相整流器具有短路狀況存在於橋臂中的某一個整流元件。而當判斷單元320不輸出任何訊號(或輸出低準位的結果訊號SO3，其表示偵測訊號Vd3小於參考訊號Vf3，如0V)，此意即多相整流器沒有短路狀況存在於橋臂中任何一個整流元件。
在本實施例中，短路偵測電路300亦可分析FWR訊號Sr3的功率或其他資料與AC訊號Si3之頻率，以判斷是否有短路狀況存在於橋臂內的某個整流元件，本發明對此不作限制。而在本實施例中，判斷單元320較佳為運算放大器，亦可以為其他可以產生結果訊號SO3之元件，本發明並不因此限定。
綜上所述，本發明實施例所提供的短路偵測電路與短路偵測方法係用來於頻譜中偵測多相整流器所輸出的FWR訊號之頻譜狀況，以判斷指示AC訊號之頻率之振幅的偵測訊號是否大於或 等於參考訊號，以據此判定短路狀況是否存在於多相整流器中的整個橋臂內的某一個整流元件之中。因此，本發明實施例所提供的短路偵測電路與短路偵測方法不需要如傳統的短路偵測方法，其在每一電流路徑上加裝短路偵測元件(如，感測電阻或霍爾效應感測器)，使得能量損失及成本可有效的降低。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
100‧‧‧短路偵測電路
110‧‧‧頻譜分析單元
120‧‧‧判斷單元
112‧‧‧類比數位轉換器
114‧‧‧頻譜計算器
116‧‧‧頻率選擇器
Si1‧‧‧交流訊號
Sr1‧‧‧全波整流訊號
SO1‧‧‧結果訊號
Vd1‧‧‧偵測訊號
Vf1‧‧‧參考訊號

Claims (15)

  1. 一種短路偵測電路，用於一多相整流器，該多相整流器具有複數個彼此並聯的橋臂，每一該橋臂具有二個彼此串聯的整流元件，且一相位訊號點(PSP)設置在該二個整流元件之間，每一該相位訊號點接收一交流(AC)訊號且每一該交流訊號具有一相同頻率，該多相整流器整流該交流訊號以輸出一全波整流(FWR)訊號，且該短路偵測電路包括：一頻譜分析單元，接收該全波整流訊號，且於頻域中基於該些交流訊號之該相同頻率分析該全波整流訊號之頻譜，以產生一偵測訊號，該偵測訊號指示該些交流訊號之該相同頻率之振幅；以及一判斷單元，電性連接該頻譜分析單元，且接收該偵測訊號及一參考訊號，以判斷該偵測訊號是否大於或等於該參考訊號；其中，當該判斷單元判斷該偵測訊號大於或等於該參考訊號，該判斷單元輸出一結果訊號，且該結果訊號指示一短路狀況存在於該些橋臂之該些整流元件其中之一。
  2. 如請求項第1項之短路偵測電路，其中，當該判斷單元判斷該偵測訊號小於該參考訊號，該判斷單元不輸出任何訊號。
  3. 如請求項第1項之短路偵測電路，其中，該頻譜分析單元包括：一類比數位(AD)轉換器，接收該全波整流訊號，且數位化該全波整流訊號以產生一數位全波整流訊號；一頻譜計算器，電性連接該類比數位轉換器，且於頻域中計算該數位全波整流訊號之頻譜；以及一頻率選擇器，電性連接該頻譜計算器，且於該全波整流訊號之頻譜中選擇該些交流訊號之該相同頻率，以輸出該偵測訊號。
  4. 如請求項第3項之短路偵測電路，其中，該頻率選擇器係根據該些交流訊號其中之一，於該全波整流訊號之頻譜中選擇該些交流訊號之該相同頻率。
  5. 如請求項第1項之短路偵測電路，其中，該頻譜分析單元包括：一頻率選擇器，根據該些交流訊號其中之一產生一選擇訊號，該選擇訊號指示該些交流訊號之該相同頻率；一類比數位轉換器，接收該全波整流訊號，且數位化該全波整流訊號，以產生一數位全波整流訊號；以及一數位濾波器，電性連接該頻率選擇器與該類比數位轉換器，且基於該選擇訊號濾波該數位全波整流訊號，以輸出該偵測訊號。
  6. 如請求項第1項之短路偵測電路，其中，該頻譜分析單元包括：一頻率選擇器，根據該些交流訊號其中之一產生一選擇訊號，該選擇訊號指示該些交流訊號之該相同頻率；以及一類比濾波器，電性連接該頻率選擇器，接收該全波整流訊號與該選擇訊號，且基於該選擇訊號濾波該全波整流訊號，以輸出該偵測訊號。
  7. 如請求項第6項之短路偵測電路，其中，該判斷單元為一運算放大器(op-amp)，該運算放大器具有一非反相端、一反相端、與一輸出端，其中該非反相端接收該偵測訊號，該反相端接收該參考訊號，且該輸出端根據該偵測訊號與該參考訊號輸出該結果訊號。
  8. 如請求項第1項之短路偵測電路，其中，該多相整流器包括一三相整流器，該三相整流器具有彼此並聯的三個橋臂，每一該橋臂具有二個彼此串聯的整流元件且該相位訊號點設置在該兩個整流元件之間，每一該相位訊號點接收具有該相同頻率的該交流訊號，以及該三相整流器整流該交流訊號以輸出該全波整流訊號，其中，該些交流訊號係分別藉由一第一定子繞組、一第二定子繞組、與一第三定子繞組產生，其中該第一定子繞組之一端、該第二定子繞組之一端、與該第三定子繞組之一端彼此電性連接，該第一定子繞組之另一端、該第二定子繞組之另一端、與該第三定子繞組之另一端分別連接至對應的該橋臂之該相位訊號點。
  9. 如請求項第1項之短路偵測電路，其中，該短路偵測電路係設 置於一交流發電機與一整合式起動發電機(ISG)其中之一，且該些交流訊號之該相同頻率透過一方程式計算而得，該方程式為：ω=RPMalt*#pole pairs/60其中，ω為該些交流訊號之該相同頻率，RPMalt為該交流發電機或該整合式起動發電機之一運轉速率，以及#pole pairs為該交流發電機或該整合式起動發電機之極對的數量。
  10. 一種短路偵測方法，用於一多相整流器，該多相整流器整流複數個交流訊號以輸出一全波整流(FWR)訊號，該短路偵測方法包括：接收該全波整流訊號，且於頻域中基於該些交流訊號之一相同頻率分析該全波整流訊號之頻譜，以產生一偵測訊號，該偵測訊號指示該些交流訊號之該相同頻率之振幅；以及接收該偵測訊號及一參考訊號，以判斷該偵測訊號是否大於或等於該參考訊號；其中，當該偵測訊號大於或等於該參考訊號時，輸出一結果訊號，該結果訊號指示一短路狀況存在於該多相整流器。
  11. 如請求項第10項之短路偵測方法，其中，於接收該全波整流訊號後，更包含步驟：數位化該全波整流訊號，以產生一數位全波整流訊號；於頻域中計算該數位全波整流訊號之頻譜；以及於該全波整流訊號之頻譜中選擇該些交流訊號之該相同頻率，以輸出該偵測訊號。
  12. 如請求項第10項之短路偵測方法，其中，於接收該全波整流訊號後，更包含步驟：根據該些交流訊號其中之一產生一選擇訊號；數位化該全波整流訊號，以產生一數位全波整流訊號；以及基於該選擇訊號濾波該數位全波整流訊號，以輸出該偵測訊號。
  13. 如請求項第10項之短路偵測方法，其中，於接收該全波整流訊號後，更包含步驟：根據該些交流訊號其中之一產生一選擇訊號；以及基於該選擇訊號濾波該全波整流訊號，以輸出該偵測訊號。
  14. 一種短路偵測電路，用於一多相整流器，該多相整流器整流複數個交流訊號以輸出一全波整流(FWR)訊號，該短路偵測電路包括：一分析單元，接收該全波整流訊號，且於頻域中基於該些交流訊號之一相同頻率分析該全波整流訊號之頻譜，以產生一偵測訊號，該偵測訊號指示該些交流訊號之該相同頻率的振幅；以及一判斷單元，電性連接該分析單元，且比較該偵測訊號與一參考訊號，以判斷該多相整流器是否具有一短路狀況。
  15. 如請求項第14項之短路偵測電路，其中，當該判斷單元判斷該偵測訊號大於或等於該參考訊號，該判斷單元輸出指示該多相整流器具有該短路狀況的一結果訊號，且當該判斷單元判斷該偵測訊號小於該參考訊號，該判斷單元不輸出任何訊號。
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