在频域中多相整流器的短路检测电路及短路检测方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种短路检测电路及短路检测方法，特别是关于一种应用于交流发电机(alternator)或整合式起动发电机(integrated starter generator, I SG)中的多相整流器的短路检测电路及短路检测方法。
【背景技术】
[0002]交流发电机或ISG的多相整流器是由多个成对的整流元件所组成(例如二极管(d1des)、金氧半场效晶体管(MOSFETs)、绝缘栅双极型晶体管(IGBTs)等)，以将交流电力(AC)转换为直流电力(DC)，接着直流电力再向与多相整流器连接的电池充电。当多相整流器短路时，其将会产生大量的热能散失而造成安全问题(如，毁损整个发电机)。多相整流器的短路检测有存在的必要，以提高警报此种不正常的状况。为了检测多相整流器的短路情况，在多相整流器的每个电流路径上均会配置一短路检测元件，以检测多相整流器是否短路。
[0003]一般来说，用以检测多相整流器是否短路的短路检测方法不是利用感测电阻就是使用霍尔效应感测器(hall-effect sensor)。为了清楚起见，以下将整流元件视为二极管。以一个二极管设置于一电流路径中的二极管来说，如图1A所示，感测电阻Rl与二极管Dl串接设置，使得电流Il会流经二极管Dl及感测电阻R1。接着，运算放大器(op-amp)OPl放大感测电阻Rl的跨压，以产生检测信号Sdl。再来，比较器CPl接收检测信号Sdl，并比较检测信号Sdl与参考信号Vrefl (即，短路临界电压)，以输出一结果信号OUTl，以便判断二极管Dl是否为短路。然而，由于此种短路检测方法需增加一个配置在电流路经中的额外的感测电阻R1，造成此电流路径中有(I12*R1)的能量损失。再次，感测电阻Rl需为低电阻且一般在高电流下运作，且通常是较昂贵的。对于实现短路检测，每个多相整流器需分别具有上述的结构配置，如此会造成更多的能量损失与成本。
[0004]而对于另一种方法，如图1B所示，其是在二极管D2的电流路径附近加上配置霍尔效应感测器HF，以利用磁场量测的方式检测电流路径上的电流12，且然后产生检测信号Sd2。再来，比较器CP2接收检测信号Sd2，并比较检测信号Sd2与参考信号Vref2 (即，短路临界电压)，以输出一结果信号0UT2来表示二极管D2是否为短路。比较利用霍尔效应感测器的短路检测方法与利用感测电阻的短路检测方法，虽然利用霍尔效应感测器的短路检测方法有较少的能量损失，但霍尔效应感测器HF也是昂贵的。
[0005]因此，若在执行短路检测方法时能有效地减少能量损失与成本，将可大幅提升多相整流器的效能。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种三相(或大于三相)整流器的短路检测方法/电路，且应用于交流发电机或ISG之中。以交流发电机的三相整流器来说，三相整流器具有彼此并联的三个桥臂。每一桥臂具有串联的两个整流元件。每一对应桥臂的两个整流元件之间的接点我们称之为相位信号点(Phase Signal Point，以下简称PSP)。每个PSP是设置在对应桥臂的两个整流元件之间。其中一个整流元件连接在PSP与地之间。另一个整流元件则连接在PSP与交流发电机的输出端之间，而上述输出端亦为交流发电机的全波整流输出端。
[0007]交流发电机具有三个定子绕组(stator winding),以于运作期间产生三个交流(alternating current, AC)信号至对应的PSP。每个定子绕组的一端相互连接,且每个定子绕组的另一端(即，交流发电机定子线圈的输出端)连接到对应的PSP。由于每个AC信号的频率可根据相同的方程式计算而得，每个AC信号的频率将保持在相同的特定转动周期。其方程式如下所示:ω =RPMalt*#pol印airs/60，其中ω为每个AC信号的频率，RPMalt为交流发电机的运转速率，以及#pole pairs为交流发电机的极对(pole pairs)的数量。因此每个AC信号的频率将相同。
[0008]三相整流器接收三个AC信号并整流所述三个AC信号，以输出一全波整流(full-wave rectified, FffR)信号。上述FWR信号包含作为交流直流(AC-to-DC)转换结果的一链波频率(ripple frequency)。而本发明的短路检测方法/电路是于FWR信号的频谱中，检测AC信号(即，所述三个AC信号中的任一个)的频率的振幅。而此检测方法将FWR信号由时域(time domain)转为频域(frequency domain),以产生FWR信号的频谱,进而观察所述AC信号的频率的目前振幅。
[0009]在正常的运作下，AC信号的频率的振幅在FWR信号的频谱的量测点中可以被忽略。然而，若有任何整流元件发生短路(即，在不正常的运作下)，AC信号的频率的振幅将大幅增加。一旦此振幅高于一预定基准值(如根据不同的交流发电机而产生的经验数据)，将可据此断定短路状况存在于整个桥臂组中的某一个整流元件。
[0010]本发明实施例提供了一种短路检测电路，其用于一多相整流器。如上所述，多相整流器整流复数个AC信号以输出一 FWR信号，且每个AC信号具有相同频率。短路检测电路包含一频谱分析单元与一判断单元。分析单元接收FWR信号，且于频域中根据所述AC信号的相同频率来分析FWR信号的频谱，以产生指示AC信号的相同频率的振幅的一检测信号。判断单元是电性连接分析单元，且比较检测信号及一参考信号，以判断多相整流器是否具有一短路状况。
[0011]更进一步来说，判断单元接收检测信号及参考信号，以判断检测信号是否大于或等于参考信号。当判断单元判断检测信号大于或等于参考信号，判断单元将输出一结果信号，其表示短路状况存在于多相整流器中的桥臂内的某一个整流元件。
[0012]本发明提供了一种短路检测方法，其用于一多相整流器。如上所述，多相整流器整流其所接收的复数个AC信号，且每个AC信号具有相同频率，以据此输出一 FWR信号。短路检测方法包括如下步骤:接收FWR信号，且于频域中根据所述AC信号的相同频率分析FWR信号的频谱，以产生表示AC信号的相同频率的振幅的一检测信号；以及接收检测信号及一参考信号，以判断检测信号是否大于或等于参考信号。当检测信号大于或等于参考信号，将输出一结果信号，且上述结果信号表不短路状况存在于多相整流器中的多个桥臂内的某一个整流元件。
[0013]综合以上所述，本发明所提供的多相整流器的短路检测电路及短路检测方法，是用来在频域中检测多相整流器所输出的FWR信号的频谱状况，以判断表示AC信号的频率的振幅的检测信号是否大于或等于参考信号，以便检测出短路状况是否存在于多相整流器中的整个桥臂内的某一个整流元件之中。因此，本发明实施例所提供的多相整流器的短路检测电路及短路检测方法无需于每一电流路径上加装短路检测元件(如，感测电阻或霍尔效应感测器)，使得能量损失及成本可有效的降低。
[0014]为更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。
【附图说明】
[0015]图1A是熟知在一整流元件的电流路径上的短路检测电路示意图。
[0016]图1B是另一熟知在一整流元件的电流路径上的短路检测电路示意图。
[0017]图2A是本发明一实施例的三相交流发电机示意图。
[0018]图2B是本发明一实施例的三相交流发电机波形图。
[0019]图2C是本发明一实施例的短路检测电路示意图。
[0020]图2D是本发明一实施例的短路检测方法流程图。
[0021]图3是本发明另一实施例的多相交流发电机示意图。
[0022]图4是本发明另一实施例的短路检测电路示意图。
[0023]图5是本发明另一实施例的短路