TWI742410B - 發電機控制電路 - Google Patents

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TWI742410B
TWI742410B TW108126381A TW108126381A TWI742410B TW I742410 B TWI742410 B TW I742410B TW 108126381 A TW108126381 A TW 108126381A TW 108126381 A TW108126381 A TW 108126381A TW I742410 B TWI742410 B TW I742410B
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吳仲智
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矽創電子股份有限公司
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Abstract

本發明係有關一種發電機控制電路，其包含一偵測電路與一控制電路，偵測電路偵測一發電機之一負載狀態，以產生一負載資料，控制電路依據負載資料與一門檻資料產生一控制訊號，而執行一負載響應控制模式控制發電機。

Description

發電機控制電路
本發明係有關一種控制電路，尤其是一種發電機控制電路。
引擎驅動式發電機為應用於各種用途的發電裝置，例如：小型柴油供電裝置、車用供電系統等，而廣泛普及，尤其在節省空間的要求，甚至將引擎驅動式發電機更進一步作為起動引擎用的電動機。而，一般車輛中，電力負載多為瞬間加載，例如冷暖氣機的開啟與關閉，瞬間加載會使發電機的負載增加，因發電機藉由引擎帶動，如此發電機的負載增加即增加負載扭拒，因而減少引擎原本應該輸出到傳動系統的輸出動力，因而車載系統在偵測到電力負載瞬間增加時，遂降低發電機的輸出功率。
然而，有些狀況下，電力負載會緩慢增加，其也會使發電機的負載增加，而影響引擎輸出動力到傳動系統，例如目前新式車輛為了便利民眾駕駛，因而增加了許多駕駛輔助設備，此類如自動停車、自動避障等輔助控制，前述的輔助控制的加載方式並非傳統的瞬間開啟或瞬間關閉，而是以較緩慢的速度增加負載，例如緩慢轉動方向盤，此時傳統車載系統無法偵測出該類系統所產生的緩程加載。
基於上述之問題，本發明提供一種發電機控制電路，其可偵測瞬間加載與緩程加載，以執行負載響應控制模式控制發電機，而能夠在負載增加時減緩發電機產生電源的上升斜率，使引擎的輸出動力優先提供到需要的系統。
本發明之主要目的，提供一種發電機控制電路，其可偵測發電機之不同負載狀態，而執行負載響應控制模式，以減緩發電機產生電源的上升斜率，使引擎的輸出動力優先提供到需要的系統。
本發明之另一目的，提供一種發電機控制電路，其進一步依據引擎之運作狀態，執行負載響應控制模式，用於減緩發電機產生電源的上升斜率。
本發明揭示了一種發電機控制電路，其包含一偵測電路與一控制電路，偵測電路偵測發電機之負載狀態，並產生負載資料，且將負載資料提供至控制電路，藉此依據負載資料與一門檻資料，對應產生控制訊號，而執行負載響應控制模式控制發電機，因而驅使發電機減緩產生電源的上升斜率，藉此讓引擎的輸出動力優先提供至所需要的系統。
10:發電機控制電路
12:偵測電路
122:電壓偵測單元
124:轉速偵測單元
14:控制電路
20:發電機
20A:驅動機構
22:轉子線圈
24:開關單元
30:引擎
B:儲能元件
C1:負載曲線
C2:負載曲線
C3:負載曲線
CTH:門檻曲線
DLOAD:負載資料
DRPM:轉速資料
DVolt:電壓資料
ECU:車載控制單元
L:負載
LOAD:負載狀態
P:電源
RPM:引擎轉速
RPMA:發電機轉速
SCTR:控制訊號
SLTH:斜率門檻
SLUP:上升斜率
TD:偵測時間
T1:時間點
T2:時間點
T3:時間點
T4:時間點
VBAT:電壓準位
VTH:臨界門檻
S10-S45:步驟
第一圖：其為本發明之發電機系統之一實施例之方塊圖；第二圖：其為本發明之發電機控制電路之一實施例之方塊圖；第三圖：其為本發明之一實施例之瞬間加載之曲線圖； 第四圖：其為本發明之一實施例之儲能元件的電壓準位之曲線圖；第五圖：其為本發明之一實施例之緩程加載之曲線圖；第六圖：其為本發明之一實施例之追蹤拋載之曲線圖；以及第七圖：其為本發明之發電機控制電路控制發電機之一實施例之流程圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合說明，說明如後： 在說明書及請求項當中使用了某些詞彙指稱特定的元件，然，所屬本發明技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞稱呼同一個元件，而且，本說明書及請求項並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在整體技術上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及請求項當中所提及的「包含」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。再者，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接一第二裝置，則代表第一裝置可直接連接第二裝置，或可透過其他裝置或其他連接手段間接地連接至第二裝置。
交流發電機包含轉子(rotor)線圈與定子(stator)線圈。在正常的運作下，當激磁電流供應至轉子線圈時，轉子線圈即產生磁場。當汽車之引擎帶動激磁後之轉子線圈轉動時，激磁後之轉子線圈即會產生旋轉磁場，旋轉磁場使得定子線圈產生交流電能。交流發電機所產生之交流電能經整流器整流後，即產生直流電能，以可對儲能元件充電或是直接供電給負載。
有鑑於習知發電機控制系統無法確實偵測瞬間加載與緩程加載，而控制發電機減緩產生電源，據此，本發明遂提出一種發電機控制電路，以解決習知技術所造成之控制問題。
以下，將進一步說明本發明揭示一種發電機控制電路所包含之特性、所搭配之架構： 首先，請參閱第一圖與第二圖，其為本發明之發電機系統之一實施例之方塊圖以及本發明之發電機控制電路之一實施例之方塊圖。如圖所示，本發明之發電機控制電路10，其包含一偵測電路12與一控制電路14，偵測電路12耦接控制電路14，偵測電路12更耦接一發電機20，控制電路14亦是耦接於發電機20，同時本實施例為發電機控制電路10內建於發電機20中，於一實施例中，發電機控制電路10可為一控制晶片，但本發明不限於此，更可將發電機控制電路10設置於發電機20外並耦接至發電機20。其中，發電機20耦接至一儲能元件B與至少一負載L。進一步地，偵測電路12亦是耦接至儲能元件B與負載L，因此，偵測電路12可偵測來自於儲能元件B與負載L的負載狀態LOAD，即偵測發電機20之負載狀態LOAD。本實施例中，儲能元件B可為電池或蓄電池或超級電容或儲能電芯，負載L可為車載系統(例如：車用輔助系統、車用儀表系統)、或者為電氣設備(例如：冷氣、燈源、音響)等。
偵測電路12偵測儲能元件B與負載L的電壓準位，由於儲能元件B、負載L與發電機20並聯連接，因此儲能元件B與發電機20之連接處的電壓準位即為儲能元件B之電壓準位VBAT，藉此，偵測電路12進一步地藉由偵測電壓準位VBAT，而對應產生一電壓資料DVolt，以獲得儲能元件B與負載L的負載狀態LOAD。如此偵測電路12依據所偵測到的負載狀態LOAD，即依據電壓準位VBAT，也可產生對應之負載資料DLOAD至控制電路14，以讓控制電路14依據負載資料DLOAD得知發電機20之負載狀態LOAD而產生對應之控制訊號SCTR至發電機20，而控制發電機20之運作。本發明之控制電路14可依據負載資料DLOAD得知發電機20之負載狀態LOAD是否為瞬間加載或者緩程加載，控制電路14是依據負載資料DLOAD之負載變量比對一門檻資料，而偵測出發電機20之負載狀態LOAD是否為瞬間加載或者緩程加載，如此控制電路14即可判斷是否執行負載響應控制(Load response control，LRC)模式而產生對應之控制訊號SCTR，因而基於負載響應控制模式產生控制訊號SCTR可控制發電機20減緩產生電源的速度，即減緩產生電源的上升斜率，以避免影響引擎30輸出動力至所需要的系統。因此，本發明之發電 機控制電路10可基於瞬間加載與緩程加載都能夠執行負載響應控制模式控制發電機20。以下進一步詳細說明本實施例之作動。
本實施例中，進一步地，偵測電路12包含一電壓偵測單元122與一轉速偵測單元124。電壓偵測單元122耦接至儲能元件B與負載L，以偵測儲能元件B與負載L之電壓準位，也就是偵測電壓準位VBAT，且進一步地，電壓偵測單元122依據所偵測到的電壓準位VBAT產生電壓資料DVolt，因為電壓準位VBAT會隨負載變動而變化，例如隨著負載增加而下降，所以電壓準位VBAT可表示負載狀態LOAD，所以電壓資料DVolt可作為負載資料DLOAD，也就是可依據負載資料DLOAD偵測負載變量以偵測出瞬間加載與緩程加載。於本發明之一實施例中，控制電路14接收負載資料DLOAD，並經一轉換參數對負載資料DLOAD進行運算，而產生一負載曲線，進而依據負載曲線即可得知負載變量。轉速偵測單元124耦接至一車載控制單元ECU而直接獲取車載控制單元ECU所偵測得知的引擎轉速RPM，或者是耦接至發電機20，而偵測發電機20之發電機轉速RPMA，亦即轉子線圈22的轉速。由於發電機轉速RPMA對應於引擎轉速RPM，因此偵測發電機轉速RPMA亦即相當於偵測引擎轉速RPM。
此外，如第一圖與第二圖所示，發電機20藉由一驅動機構20A連接至一引擎30，引擎30透過驅動機構20A驅動發電機20，因此轉速偵測單元124偵測發電機20之發電機轉速RPMA相當於偵測引擎30之引擎轉速RPM，轉速偵測單元124即針對發電機轉速RPMA或引擎轉速RPM，而產生對應之轉速資料DRPM，以提供控制電路14判斷引擎轉速RPM的狀態。發電機控制電路10透過控制電路14耦接發電機20的開關單元24並輸出控制訊號SCTR至發電機20的開關單元24，開關單元24耦接於儲能元件B與轉子線圈22間，藉由控制訊號SCTR控制開關單元24之切換，也就是控制儲能元件B提供激磁電流給轉子線圈22，進而控制發電機20產生電源P，即控制發電機20的輸出功率，由於電源P對應於控制訊號SCTR，所以藉由調整控制訊號SCTR，例如脈波寬度之占空比(duty)就可以調整發電機20的產生電源的多寡，也就是減緩控制訊號SCTR之脈波寬度之占空比 (duty)的上升斜率SLUP(如第三圖所示)即為減緩發電機20產生電源P的上升斜率。
如第三圖所示，本發明之發電機控制電路10於偵測瞬間加載的情況下，其中負載資料DLOAD所對應之負載曲線C1產生瞬間變量，即在同一時間點上負載突然增加很多，以電流量舉例，例如從10安培(A)上升至20安培(A)，其中負載曲線C1為控制電路14經轉換參數(例如：負載L之等效電路參數，例如阻抗值)運算，而轉換電壓資料DVolt為電流負載量，因此負載曲線C1對應於負載變化量。因電壓準位VBAT下降表示負載增加，因此控制電路14依據轉換參數得到的負載曲線會相反於電壓準位VBAT的曲線。本實施例中，控制訊號SCTR可為脈寬調變(PWM)訊號，而控制電路14即控制脈寬調變(PWM)訊號之占空比(duty)，以調變發電機20之電源P，其表示增加脈寬調變(PWM)訊號之占空比(duty)即增加產生電源P。瞬間加載的情況下，本實施例於時間點T1上，依據負載曲線C1可知，負載電流從10安培(A)急遽上升至20安培(A)，因於時間點T1，負載曲線C1之變量斜率即大於一門檻曲線CTH之一斜率門檻SLTH，門檻資料為斜率門檻SLTH，因此控制電路14可隨即判斷負載變化大，而執行負載響應(Load response control，LRC)模式，而調變控制訊號SCTR之占空比，以控制發電機20減緩產生電源P，如此可讓引擎30的輸出動力優先提供至所需要的系統，例如傳動系統或者車輛輔助系統。
接續上述，特別是控制電路14可再進一步依據其他條件決定是否執行負載響應控制模式。例如，控制電路14進一步依據偵測電路12所提供之轉速資料DRPM判斷引擎轉速RPM是否低於一轉速門檻(例如：引擎30之截止轉速)，以及可如第四圖所示，控制電路14進一步判斷發電機20所耦接之儲能元件B的電壓準位VBAT是否大於一臨界門檻VTH(例如：10.5V)。控制電路14偵測到負載變化大，且引擎30處於較低轉速狀態下，即可執行負載響應控制模式，其因為引擎30處於較低轉速狀態，即表示不能再讓發電機20增加引擎30的負擔，所以控制電路14即執行負載響應控制模式，若引擎30處於較高轉速狀態，則可不執行負載響應控制模式，轉速門檻可以依據需要而設定。另外，控制電路14偵測到負載變化 大，且儲能元件B的電壓準位VBAT大於臨界門檻VTH，其表示儲能元件B仍有足夠電源儲備可供整體系統運作下，控制電路14即可執行負載響應控制模式而控制發電機20，所以如第三圖所示，透過減緩增加控制訊號SCTR之占空比而驅使發電機20延緩產生電源P的上升斜率。若儲能元件B的電壓準位VBAT小於臨界門檻VTH，其表示儲能元件B可能不夠電源提供整體系統運作，如此控制電路14可暫緩執行負載響應控制模式，以讓發電機20產生電源而對儲能元件B充電。
如第五圖所示，本發明之發電機控制電路10於偵測緩程加載的情況下，其中負載資料DLOAD所對應之負載曲線C2產生緩程變量，即負載緩慢增加，例如：緩程加載的情況下，本實施例於時間點T1至時間點T2，依據負載曲線C2可知，負載電流從10安培(A)緩慢上升至20安培(A)，因此負載曲線C2的變量斜率仍大於門檻曲線CTH的斜率門檻SLTH，因此控制電路14仍判斷負載變化大而執行負載響應模式，而調變控制訊號SCTR之占空比，以控制發電機20減緩產生電源P，因此如第五圖所示，透過減緩增加控制訊號SCTR之占空比而驅使發電機20延緩產生電源P的上升斜率。如前述實施例說明，控制電路14可進一步依據其他條件決定是否執行負載響應控制模式，於此不再詳述。
請參閱第六圖，其為本發明之一實施例之追蹤拋載之曲線圖。發生拋載狀況時，儲能元件B的電壓準位VBAT會短暫上升後下降再上升至應有準位，例如：關閉冷暖機，如此負載曲線C3表現的情形會是先短暫下降後上升再下降。於負載曲線C3上升時，其變量斜率會大於斜率門檻，所以控制電路14會判斷負載變化大而執行負載響應模式，如此即會發生誤判情形。基於此原因，本發明之控制電路14可偵測負載曲線C3之變量斜率之方向在變量斜率大於斜率門檻前與後是否相同。從第六圖可以知道，如果是拋載狀態，負載曲線C3之變量斜率之方向會相反，也就是變量斜率的數值會正負相反。因此，控制電路14偵測到變量斜率大於斜率門檻時，進一步往前追蹤一偵測時間TD，偵測變量斜率在大於斜率門檻前的狀態，若偵測負載曲線C3之變量斜率之方向在變量斜率大於斜率門檻前與後不相同時，即表示此負載變化是拋載狀態的短暫變化，而不需要執行負載響應模式。若偵測負載曲線C3之變量斜率之方向在變量斜率大於斜率門檻前 與後相同時，即表示此負載變化並非拋載狀態的短暫變化，而確實負載變化大，控制電路14則執行負載響應控制模式。
由上述可知，控制電路14於瞬間加載或緩程加載的狀態下，即執行負載響應控制模式而控制發電機20，又或者在偵測到負載狀態LOAD為瞬間加載或緩程加載的狀態下，再進一步藉由轉速資料DRPM判斷引擎轉速RPM未超出轉速門檻、儲能電位VBAT大於臨界門檻VTH或者往前偵測時間TD並未有拋載狀態存在時，控制電路14才執行負載響應模式，因而控制發電機20延緩產生電源P的上升斜率。此外，控制電路14執行負載響應控制模式後，若引擎轉速RPM大於轉速門檻，即引擎30可輸出大動力無須限制發電機20之輸出功率，或儲能元件B的電壓準位VBAT等於或低於臨界門檻VTH時，即儲能元件B可能不夠電源提供整體系統運作，如此控制電路14停止執行負載響應控制模式，讓發電機20致力於對整體系統供電並對儲能元件B充電。此外，由於控制電路14執行負載響應控制模式時，發電機20產生之電源P仍可用對儲能元件B充電，當儲能元件B的電壓準位VBAT等於或高於一準位門檻時，控制電路14可以停止執行負載響應控制模式。
請參閱第七圖，其為本發明之發電機控制電路控制發電機之一實施例之流程圖。如第七圖所示，並一併參閱第一圖與第二圖，本發明之發電機控制電路10的控制流程如下：步驟S10：開啟系統；步驟S20：判斷負載狀態是否超過門檻；步驟S30：判斷是否符合啟動條件；步驟S35：執行負載響應控制模式；步驟S40：判斷是否符合停止條件；以及步驟S45：停止執行負載響應控制模式。
於步驟S10中，包含發電機控制電路10之整個系統被啟動。於步驟S20中，發電機控制電路10之控制電路14依據負載狀態LOAD判斷負載變化是否超過門檻，如上述實施例，可藉由判斷負載曲線之變量斜率是否大於斜率門檻，同時於步驟S20中，控制電路14可進一步依據偵測電路12所偵測到的轉速資料 DRPM與電壓資料DVolt接續執行步驟S30，控制電路14判斷是否執行負載響應控制模式。
於步驟S30中，控制電路14若偵測引擎30處於較低轉速狀態下且儲能元件B仍有足夠電源儲備可供整體系統運作，以及控制電路14於負載狀態LOAD發生負載變量時向前偵測時間TD確認無拋載狀態，因而接續執行步驟S35，以控制電路14執行負載響應控制模式，其用意在於減緩發電機20輸出電源P之上升斜率，反之則回到步驟S20，依據負載狀態LOAD重新偵測。當控制電路14執行負載響應模式，且於步驟S20判斷負載狀態LOAD之負載變量小於門檻時，則接續進行步驟S40，判斷是否符合停止執行負載響應模式，控制電路14偵測引擎30處於較高轉速狀態下，或者控制電路14判斷儲能元件B無足夠電源儲備可供整體系統運作，又或者儲能元件B的電壓準位VBAT等於或高於準位門檻，即儲能元件B具有非常足夠電源儲備可供整體系統運作，因此任一條件成立，即接續執行步驟S45，控制電路14停止執行負載響應控制模式，而回歸一般執行狀態；反之，則回到步驟S20。此外，本發明之發電機控制電路並非僅能用於控制車輛之發電機，其可用於任何種類之發電機。
綜上所述，本發明之發電機控制電路，其可偵測發電機之負載狀態於瞬間加載或緩程加載的情況，而執行負載響應控制模式以控制發電機，而減緩發電機產生電源的上升斜率，因而減緩發電機對引擎的負載，以讓引擎的輸出動力優先提供至所需的系統，例如發電機應用於車輛時，即可讓引擎的輸出動力優先提供至傳動系統或輔助駕駛系統。反之，在判斷並未發生瞬間加載或緩程加載的情況下，可停止控制電路執行負載響應控制模式，讓發電機致力於對整體系統供電並對儲能元件充電。
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，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，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‧‧‧發電機控制電路
12‧‧‧偵測電路
122‧‧‧電壓偵測單元
124‧‧‧轉速偵測單元
14‧‧‧控制電路
DLOAD‧‧‧負載資料
DRPM‧‧‧轉速資料
DVolt‧‧‧電壓資料
ECU‧‧‧車載控制單元
RPM‧‧‧引擎轉速
RPMA‧‧‧發電機轉速
SCTR‧‧‧控制訊號
VBAT‧‧‧電壓準位

Claims (14)

  1. 一種發電機控制電路，其包含：一偵測電路，偵測一發電機之一負載狀態，以產生一負載資料；以及一控制電路，依據該負載資料與一門檻資料產生一控制訊號，而執行一負載響應控制模式控制該發電機；其中，該門檻資料為一斜率門檻，該控制電路依據該負載資料判斷一變量斜率是否大於該斜率門檻，以產生該控制訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該偵測電路進一步偵測一引擎之一引擎轉速，以產生一轉速資料，該控制電路進一步依據該轉速資料產生該控制訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發電機控制電路，其中該引擎轉速低於一轉速門檻，該控制電路執行該負載響應控制模式。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之發電機控制電路，其中該偵測電路依據該發電機之一發電機轉速偵測該引擎轉速或接收一車載控制單元所偵測的該引擎轉速。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該偵測電路偵測該發電機所耦接之一儲能元件的一電壓準位，並產生一電壓資料作為該負載資料。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該控制電路依據一轉換參數對該負載資料進行運算，以產生一負載曲線，該負載曲線之該變量斜率大於該斜率門檻時，該控制電路執行該負載響應控制模式。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之發電機控制電路，其中該負載曲線之該變量斜率大於該斜率門檻時，該控制電路進一步偵測該變量斜率在大於該斜率門檻前的狀態，當該變量斜率之方向在該變量斜率大於該斜率門檻前與後相同時，該控制電路執行該負載響應控制模式。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該控制訊號為一脈寬調變訊號，而控制該發電機之運作，該控制電路調變該脈寬調變訊號之一占空比，以減緩該發電機產生一電源的上升斜率。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該控制電路進一步耦接一開關單元，該開關單元耦接於一儲能元件與該發電機之一轉子線圈間，該控制電路傳送該控制訊號至該開關單元，以控制該開關單元切換。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該偵測電路偵測該發電機所耦接之一儲能元件的一電壓準位，並產生該負載資料，該控制電路依據該負載資料控制該發電機，該儲能元件之該電壓準位高於一臨界門檻時，該控制電路執行該負載響應控制模式。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該偵測電路偵測該發電機所耦接之一儲能元件的一電壓準位，並產生該負載資料，該控制電路依據該負載資料控制該發電機，該儲能元件之該電壓準位等於或高於一準位門檻時，該控制電路停止執行該負載響應控制模式。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該偵測電路偵測該發電機所耦接之一儲能元件的一電壓準位，並產生該負載資料，該控制電路依據該負載資料控制該發電機，該儲能元件之該電壓準位等於或低於一臨界門檻時，該控制電路停止執行該負載響應控制模式。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該偵測電路進一步偵測一引擎之一引擎轉速，以產生一轉速資料，該控制電路進一步依據該轉速資料控制該發電機，該引擎轉速高於一轉速門檻時，該控制電路停止執行該負載響應控制模式。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發電機控制電路，其中該控制電路執行該負載響應控制模式，而控制該發電機減緩該發電機產生一電源的上升斜率。
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