专利名称：稳定发电机的输出电压的方法及发电机的电压调节装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种稳定发电机的输出电压的方法及电压调节装置，特别是
指一种在负载变动超出预定值时对常用脉宽调制(PWM)方式做补偿的稳定
发电机的输出电压的方法及发电机的电压调节装置。
背景技术：
发电机用于发电，所产生的电以输出电压形式输出到电瓶等电存储装置 中储存，为负载所使用。发电机包含一定子、 一转子、 一整流电路及一电压 调节电路，其中定子用于发电，转子控制发电量的大小，整流电路则将所发 成的电整流为直流电，电压调节电路则通过控制转子的开关来调整输出电压， 并使其尽可能维持在一个预设电压值，其中，发电量的大小通过控制转子的
工作周期的方式来实现；当工作周期愈大时，转子所产生的励磁电流越大， 所发出的电量就越大。
一般来说，发电机的输出电压会随负载大小的不同而改变，为此常常会 有输出效率低、负载损毁以及电瓶充电不足等问题出现，所以必须加以改善。
随着电子电路技术的发展，最早期的发电机中稳压电路上设有电子开关， 采用该电子开关控制转子的工作周期及所产生的励磁电流，来达到稳定输出 电压的目的。然而，该电子开关是在较低的频率下工作，所以在切换时会产 生低频噪音。
因此，稳定发电机的输出电压的技术已经改为脉冲宽度调制(PWM)的 方式进行，且转子及定子外的电路被制作成集成电路，以下将对该技术进行 说明。
参见图1所示，为一种常用车用发电机的电路框图。
如图1所示，该车用发电机100包含一电压调节电路102、 一电瓶104、 一转子106、 一定子(为三相发电机)108及一整流电路(未显示)。其中， 电压调节电路102包含一脉宽调制电路110、 一M0S晶体管112 (如NMOS晶体管)及一二极管114。在实际操作过程中，电压调节电路102监测电瓶
104的实时电压，并在处理过被监测的实时电压后发出一控制信号，并用该 控制信号控制转子106的动作，即通过MOS晶体管112的栅极G控制MOS 晶体管112的漏极D的场电压，控制转子开或关来产生所需要的励磁电流及 磁场，从而输出稳定的输出电压至电瓶104中储存。事实上，图1为A类汽 车发电机的电路示意图，B类汽车发电机的电路与其相类似，但B类汽车发 电机电路的场电压的输出相位与A类的输出相位反相，这是熟悉该项技术的 技术人员都知道的，所以在此不再赘述。
在上述技术中，电压调节电路102对电瓶104的实时电压的监测是由脉 宽调制电路110把实时电压与一参考信号(通常为一斜波信号)做比较来实 现的。当该实时电压比该斜波信号的最高电压大时，电瓶104的电压比一预 设电压高，因此M0S晶体管112不导通，转子的励磁电流降低，输出电流也 随之降低，从而达到稳压的目的。当该实时电压介于该斜波信号的高低电压 之间时，转子106时而打开时关闭来发出特定的励磁电流，即用来达到所需 调整成的输出电压。当该实时电压比该斜波信号的最低电压小时，电瓶104 的电压比该预设电压低，此时，脉宽调制电路110使MOS晶体管112导通， 让转子106完全导通(完全输出定子108所发的电)，从而达到拉升电瓶104 电压的目的。
在上述技术中，当负载(未显示)大而且要全载输出时，电瓶104的实 时电压一定要完全小于该斜波信号的最低电压，此时转子106才能被控制为 全开，也就是说，全载输出时的输出电压一定会低于平时的稳定电压。反之， 在小负载时，若要发电机IOO将励磁电流关闭(即使MOS晶体管112导通)， 则电瓶104的实时电压一定要完全高于该斜波信号，即无载输出时的电压一 定会高于平时的稳定电压。因此，此类电压调节电路本身就会造成发电机100 的输出电压不能被稳定为预设电压，其输出电压的大小仍然随着负载的变化 而有高或低的变化，当该输出电压变化较大时，上述输出效率低、负载损毁 及电瓶充电不足等问题就需要被重视。
因此，确实有必要提出一种能够稳定发电机的输出电压的电压调节电路 及其方法，特别是稳定车用发电机，以促进产业的进步。
发明内容
鉴于上述现有技术所遇到的困难与问题，本发明目的在于提出一种稳定 发电机的输出电压的方法及发电机的电压调节装置，从而使发电机的输出电 压的波动限定在一个预定范围内。
本发明所述的稳定发电机的输出电压的方法包含下列步骤
(a) 产生一第一参考信号；
(b) 根据一预设电压产生一第一输出电压； (C)提供该第一输出电压给一负载；
(d) 接收该第一输出电压，并判断该第一输出电压与该预设电压的绝对 差是否大于一预定值；
(e) 如果该第一输出电压与该预设电压的绝对差大于或等于该预定值， 则根据该第一输出电压调整该第一参考电压信号，并将调整后的第一参考电 压信号作为一第二参考电压信号，如果该第一输出电压与该预设电压的绝对 差小于该预定值，则维持该第一参考电压信号不变，并将维持不变的该第一 参考电压信号作为一第二参考电压信号，并重复步骤(e);
(f) 处理该第二参考电压信号及该第一输出电压以输出一控制信号；
(g) 根据该控制信号产生一励磁电流；
(h) 根据该励磁电流将该第一输出电压调整为该第二输出电压；及 (0将该第二输出电压当作该第一输出电压而反复执行上述步骤(d)
至(h),并输出该第二输出电压，以使该第二输出电压实质上等于该预设电 压。
本发明所揭示的发电机的电压调节装置用来调节该发电机的输出电压， 其包含一第一调节单元、 一第二调节单元和一开关电路， 一种发电机的电压 调节电路，该发电机包含-一发电装置和一发电控制装置，且该发电机输出一 输出电压，该电压调节电路调节该输出电压、并包含一第一调节单元、 一第 二调节单元及一开关电路，其中该第一调节单元用于接收第一输出电压，并 在该第一输出电压与预设电压的绝对差大于或等于预定值时，调整第一参考 电压信号以产生第二参考电压信号，并在该第一输出电压与该预设电压的绝 对差小于该预定值时，保持该第一参考电压信号以作为该第二参考信号；该
第二调节单元用于接收该第二参考电压信号，并根据该第一输出电压及该第
二参考电压信号产生该控制信号；该开关电路由该控制信号控制而提供开路 或短路给该发电控制装置，其中该发电控制装置根据该开路及短路时间比得 到一特定工作周期，该发电控制装置根据该特定工作周期将该第一输出电压 调整为该第二输出电压，且该第二输出电压被当作该输出电压提供给该电储
在一较佳实施例中，该预定值为0.1V至0.3V之间。 在一较佳实施例中，该发电机为车用发电机。
本发明上述的其它目的、特性、形态式样及优点将在以下结合附图进行
详细说后变得更加明显，其中，附图构成本说明书的一部份，用于说明本发
明的具体实施例，并配合说明内容说明本发明的原理。
图1为一种常用发电机电路示意图2为本发明中发电机的一个较佳实施例的电路框图3A、 3B及3C图为说明本发明的较佳实施例的稳定发电机的输出电压
的方法的流程图。
图中， 100、 200 车用发电机104、 204 电存储装置208 112、 212 216 220
定子
MOS晶体管
差值决定单元 比较器
102、 202
106、 206
110、 210
114、 224 218
电压调节电路 转子
脉宽调制电路
二极管
时钟产生器
具体实施例方式
本发明所述一种稳定发电机的输出电压的方法及--种发电机的电压调节 装置，其特别适用于车用发电机上，具体参照附图进行说明。
图2为本发明中发电机的一实施例的电路框图。如图2所示，该车用发 电机200包含一调节电路202、 一电储存装置204、 一转子206、 一定子(图 式中为一三相发电机)208及一整流电路(未显示)。
如前文所述，定子208用于发电，可以是三相发电机或多相发电机等。 转子206可被开启和关闭，用于对该发电量加以开关.，若其开启时间越长， 则该发电量更多的被转换为发电机200的输出电压OUT。
整流电路用于将定子208及转子206所产生的交流电压转变成直流电压， 从而使电能被输入导电储装置中储存，或在必要时供一负载(未显示)使用。
电储存装置204通常为一电瓶，其内部储存有一电瓶电压。
调节电路202与电储存装置204耦合连接，其包含一脉宽调制(PWM) 电路210、 一MOS晶体管212及一二极管224，其中脉宽调制电路210包括 一差值决定单元216、 一时钟产生器218、 一比较器220。
差值决定单元216耦合连接至电储存装置204并接收一预设电压Vpre， 用于判定该电储存装置204的实时电压与该预设电压V^的绝对差是否大于 一预定值，并输出一判定结果Adj，该设计可为熟习电子电路设计者轻易实 现，故在此不再赘述。
时钟产生器218接收差值决定单元216的判定结果Adj，以根据该判定 结果Adj调整一参考信号(由发电机内部提供，并未在图中显示)的基础电 压，以输出一经调整位准(Level)的参考信号，因此该判定结果Adj对时钟 产生器218来说类似一调节信号，用于控制时钟产生器218决定如何调整该 参考信号，其中时钟产生器218所输出的参考信号可为三角波或斜波(mmp) 信号Rampa.dj，也可为其它信号，其中如何调整该斜波信号的基础电压的将在 下文中详细说明。
比较器220具有二输入端及一输出端，该二输入端分别与电储存装置204 及时钟产生器218的输出端耦合连接，来对电储存装置204的实时电压及该 经调整的斜波信号做比较，并在输出端处输出一控制信号Ctrl。
MOS晶体管212具有栅极G、漏极D及源极S，其中栅极G与比较器 220的输出端耦合连接，源极S接地，因此MOS晶体管212是否导通由控制 信号Ctrl所决定。
当差值决定单元216判断得知输出电压OUT与该预设电压Vpre的绝对差 大于或等于该预定值时，输出该调节信号Adj，用于将该参考信号调整为一 经调整信号，从而通过该时钟产生器218控制最后的输出电压OUT。
当输出电压OUT被判定为大于该预设电压Vpre时，该调节信号Adj被调 整为一调降基础位准的信号。当接收到该调降信号Adj时，时钟产生器218 调降该斜波信号的基础电压。此时，图2中控制信号Ctrl将关闭MOS晶体 管212，而MOS晶体管212的漏极D处的场电压为逻辑高电平。因此，转子 206的励磁电流被关闭，而定子208不动作，从而使输出电压OUT下降至该 预设电压。
当输出电压OUT被判定为小于该预设电压Vpre时，该调节信号Adj被调 整为一调升基础位准的信号。当接收到该调升信号Adj时，时钟产生器218 调升该斜波信号的基础电压，并输出一经调升基础电压的斜波信号Rampadj。 此时，图2中MOS晶体管212控制信号Ctrl (逻辑高电平)导通，而MOS 晶体管212漏极D处的场电压为逻辑低电平。因此，转子206保持为被开启 状态，定子108被全载发电，故能将输出电压OUT增加到该预设电压。
当差值决定单元216判断得知输出电压OUT与该预设电压Vpre的绝对差 小于该预定值时，该调节信号Adj被输出为一保持基础位准的信号。当接收 到该保持信号Adj时，时钟产生器218保持该斜波信号的基础电压，并输出 一经保持基础电压的斜波信号Rampadj。此时，图2中的控制信号Ctrl使转子 206的开关时间比例相等，从而能保持原来的输出电压OUT。
请再参阅图2，当发电机200的输出电压与该预设电压的绝对差大于--预定值时，转子206可为电压调节电路202加以脉宽调制而使输出电压OUT 被调整至该预设电压Vpre;而当该绝对差小于该预定值时，因输出电压与预 设电压的差距小，故仍具稳定输出电压的效果。在本发明中，该默认值为0.1V 至0.3V之间，其设定视实际应用而定；当实际应用对输出电压的变化(输出 电压与预设电压的绝对差)敏感(对应负载对输出电压的稳定性有较高要求) 时，则该默认值以近于0.1V为较佳；当实际应用对输出电压的变化不敏感(对 应负载对输出电压的稳定性要求较低)时，则该默认值可自由设定于0.1V至 0.3V之间。
在本发明的发电机的电压调节电路中，由于是在输出电压大于预设电压 的 一个调整周期内采用反馈方式对斜波信号的基础电压位准及电瓶电压进行 调整，因此该电压调节电路也可称为一个同时具有双负反馈功能的电压调节电路；又因为对斜波信号的基础电压位准的调整能对脉宽调制技术加以补偿， 所以该电压调节电路又可称为一个具有参考信号补偿功能的电压调节电路。
本发明稳定发电机的输出电压的方法将结合图3A、 3B、 3C进行如下说明。
图3A、 3B、 3C所示为本发明的稳定发电机的输出电压的方法流程图， 该流程可采用软件或硬件方式来实现，并可采用微控制单元(MCU; Micro controller Unit)及更高阶数字信号处理器(DSP; Digital Signal Processor) 来实现。在该方法中，首先产生一第一参考信号(S602)。然后，根据一预设 电压产生一第一输出电压(S604)，并将该第一输出电压提供给一负载(S606)。 然后，接收该第一输出电压，并判断该第一输出电压与该预设电压的绝对差 是否大于一预定值(S60S)。如果该第一输出电压与该预设电压的绝对差大于 该预定值，则根据该第一输出电压调整该第一参考电压信号为一第二参考电 压信号(S610);否则，保持该第一参考电压信号，并作为该第二参考电压信 号(S6U)。然后，处理该第二参考电压信号及该第一输出电压以输出一控制 信号(S612)。然后，根据该控制信号产生一励磁电流(S614)。然后，根据 该励磁电流将该第一输出电压调整为一第二输出电压，使该第二输出电压实 质上等于该预设电压(S616)。然后，将该第二输出电压当作该第一输出电压 而反复执行上述步骤S608至S616，从而使该第二输出电压实质上等于该预 设电压(S618)。
上述步骤S610的执行过程如下所述当该第一输出电压大于该预设电压 至少该预定值时，调低该第一参考电压信号得到该第二参考信号(S610-1); 当该第一输出电压小于该预设电压至少该预定值时，则调高该第一参考电压 信号作为该第二参考信号(S610-2)。
在上述步骤S612中，当该第一输出电压大于该第二参考电压信号时，输 出该控制信号为一减小励磁电流信号(S612-l)，用于减小该励磁电流；当该 第一输出电压等于该第二参考电压信号时，输出该控制信号为一维持励磁电 流信号(S612-2),用于维持该励磁电流；当该第一输出电压小于该第二参考 电压信号时，则输出该控制信号为一增加励磁电流信号(S612-3)，用于增加 该励磁电流信号。在本发明的较佳实施例中，所述补偿动作可以通过渐进式、 一次补足或 过补偿等方式实现。
综上所述，本发明的发电机的电压调节电路及稳定发电机的输出电压的 方法特别适为车用，并具有下列优点(1)发电机在大负载时的输出电压不 会明显下降，故可增加发电机的输出效率。(2)发电机的输出电压不会大幅 变动，故可以降低车上电器的毁损机率。(3)发电机所用的电瓶不会有大负
载长期存在时因电压过低而产生充电不足的现象。(4)发电机提供的电压不 大幅变动，可提高行车的安全，甚至是燃油的效率。
权利要求
1. 一种稳定发电机的输出电压的方法，其特征在于，包含下列步骤(a)产生一第一参考信号；(b)根据一预设电压产生一第一输出电压；(c)提供该第一输出电压给一负载；(d)接收该第一输出电压，并判断该第一输出电压与该预设电压的绝对差是否大于一预定值；(e)如果该第一输出电压与该预设电压的绝对差大于或等于该预定值，则根据该第一输出电压调整该第一参考电压信号，并将调整后的第一参考电压信号作为一第二参考电压信号，如果该第一输出电压与该预设电压的绝对差小于该预定值，则维持该第一参考电压信号不变，并将维持不变的该第一参考电压信号作为一第二参考电压信号，并重复步骤(e)；(f)处理该第二参考电压信号及该第一输出电压以输出一控制信号；(g)根据该控制信号产生一励磁电流；(h)根据该励磁电流将该第一输出电压调整为该第二输出电压；及(i)将该第二输出电压当作该第一输出电压而反复执行上述步骤(d)至(h)，并输出该第二输出电压，以使该第二输出电压实质上等于该预设电压。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(e)进一步包含 下列步骤当该第一输出电压大于该预设电压至少该预定值时，调降该第一参考电 压信号；当该第一输出电压小于该预设电压至少该预定值时，则调升该第一 参考电压信号；当该第一输出电压与该预设电压的绝对差小于该预定值时， 维持该第一参考电压信号不变，并将经过调降、调升及维持不变的第一参考 电压信号作为该第二参考电压信号；且其中该步骤(f)包含下列步骤当该第一输出电压大于该第二参考电压信号时，输出该控制信号为一减 小励磁电流信号，用于减小该励磁电流；当该第一输出电压等于该第二参考 电压信号时，输出该控制信号为一维持励磁电流信号，用于维持该励磁电流; 当该第一输出电压小于该第二参考电压信号时，则输出该控制信号为一增加 励磁电流信号，用于增加该励磁电流信号。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调降、调升及维持该 第一参考电压信号的步骤分别包含调降、调升及维持该第一参考电压信号的 一基础电压的步骤。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述该第一参考电压信号 为一斜波信号。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述该第一及第二输出电 压被输出到一电储存装置中储存，该第一电压的接收通过感测该电储存装置 中的电压的方式进行，且该电储存装置为一电瓶；该预定值为O.]V至0.3V 之间；该发电机为一车用发电机。
6. —种发电机的电压调节装置，该发电机包含一发电装置及一发电控制 装置，且该发电机输出一输出电压，该电压调节装置用于调节该输出电压， 其特征在于，包含一第一调节单元，用于接收一第一输出电压，并在该第一输出电压及一 预设电压的绝对差大于或等于一预定值时调整一第一参考电压信号以产生一 第二参考电压信号，并且在该第一输出电压与该预设电压的绝对差小于该预 定值时保持该第一参考电压信号，以作为该第二参考电压信号；一第二调节单元，用于接收该第二参考电压信号，并根据该第一输出电 压及该第二参考电压信号产生该控制信号；及一开关电路，由该控制信号控制而提供开路或短路给该发电控制装置；其中，该发电控制装置根据该开路及短路的时间比得到一特定工作周期， 该发电控制装置根据该特定工作周期将该第一输出电压调整为该第二输出电 压，且该第二输出电压被作为该输出电压提供至该电储存装置。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一调节单元包含 一差值决定单元，用于判定该第一输出电压与预设电压之差，以得到一判定结果；及一时钟产生器，用于根据该判定结果产生该第二参考电压信号；且其中 该第二调节单元包含 一比较器，用于比较该第一输出电压和该第二参考电压信号，来得到一比较结果；及一开关控制单元，用于根据该比较结果产生一控制信号，并根据该控制 信号控制该定子产生该第二输出电压。
8. 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述时钟产生器在该第一输出电压大于该预设电压至少该预定值时，调降该第一参考电压信号；在该第一输出电压小于该预设电压至少该预定值时，调升该第一参考电压信号；并在该第一输出电压与该预设电压之差小于该预定值时，维持该第一参考电压信号，并将经调降、维持及调升的第一参考电压信号作为该第二参考电压信号。
9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述时钟产生器的调降、 维持及调升该第一参考电压信号的步骤分别包括调降、维持及调升该第一参 考电压信号的一基础电压的步骤；当该第一输出电压大于该第二参考电压信号时，该控制信号为一增大励 磁电流信号，用于增大该励磁电流；当该第一输出电压小于该第二参考电压 信号时，该控制信号为一减小励磁电流信号，用于减小该励磁电流信号；且 其中该第一参考电压信号为一斜波信号。
10. 根据权利要求IO所述的装置，其特征在于，该第一及第二输出电压 被输出到一 电储存装置中储存，该第一 电压的接收通过感测该电储存装置中 的电压方式进行，且该电储存装置为一电瓶，该发电装置为一定子，该发电 控制装置为一转子，该发电机为一车用发电机；且该预定值为0.1V至0.3V 之间。
全文摘要
一种稳定发电机的输出电压的方法及发电机的电压调节装置，其在一第一输出电压与一预设电压的绝对差大于或等于一预定值时，根据该第一输出电压调整一第一参考电压信号，作为一第二参考电压信号；在该第一输出电压与该预设电压的绝对差小于该预定值时，维持该第一参考电压信号作为一第二参考电压信号。然后，对该第二参考电压信号及该第一输出电压进行处理输出一控制信号，并根据该控制信号将该第一输出电压调整为该第二输出电压，并然后将该第二输出电压作为该第一输出电压并反复执行上述步骤，输出该第二输出电压，从而使该第二输出电压实质上等于该预设电压。
文档编号H02P9/14GK101207361SQ20061016870
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月19日 优先权日2006年12月19日
发明者余振邦, 郑锡钦 申请人:朋程科技股份有限公司