专利名称：用于机动车辆的相控电压调节器及其方法
技术领域：
本发明涉及一种串联类型的相控电压调节器，该调节器通常能用来把交流(A.C.)和/或直流(D.C.)供给到可连接到用于机动车辆内燃机的点火系统的电压永磁发电机的电气负载、或用于其他可能用途。
按附图的
图1的通常可用的交流(A.C.)和/或直流(D.C.)电压调节器包括，一个装有电子控制开关的D.C.部分，例如串联连接在一个永磁发电机的绕组W1与W2之间的SCR1、和例如包括电池BA的一个D.C.负载；当电池BA的电压VB下降到由与一个直接偏置二极管D1串联连接的齐纳二极管DZ的电压降确定的值以下时，由发电机的输入电压接通控制开关SCR1。
通常为给一个A.C.负载L供电而提供的电压调节器的A.C.部分以分路调节器的方式相反地操作，因为当包括一个或多个灯的A.C.电气负载L上的有效电压超过通常等于13.5伏特的公称值时，由一个电压控制电路VL控制的电子开关SCR2就短路由绕组W2供给的负电压半波。
这种类型的电压调节器有几个缺点和缺陷特别是A.C.负载L上的电压在一定程度上取决于电池BA的充电条件，因为发电机绕组的一部分W2对于要供电的A.C.和D.C.负载的两种类型是公用的；对于发电机需要一个中间输出端，以便当A.C.负载L由SCR2短路时，把过多的能量耗散到绕组W2上。而且，在这种类型的系统中，发电机装有一个用来把电力供给到常规电子点火系统CDI的分离绕组W3，如图1中示意地所示；几个或分离绕组的使用需要来自电压发生器的耗时布线连接和附加的成本。
作为特别参考用的US-A-5,630,404的图3中描述和表明的供电装置，已经部分解决了这些问题。
由上述美国专利公开的电压调节系统还包括一个与A.C.和D.C.电气负载并联连接的电子控制开关，当供给A.C.和D.C.电气负载的电压都达到正确的电压值时，该电子开关把发电机绕组短路到地。
这种已知的系统因此涉及在电压发生器的绕组中和在电压调节器中的大量电流流动，并且当不给电气负载供电时，也涉及高能量耗散。
这导致两种不利影响第一种是从车辆发动机抽取较多的功率，结果有较大的燃料消耗和大气污染，而第二种影响是耗散的电功率导致发电机和相同电压调节器的温度升高，不利地影响其可靠性。
因此这里对这样一种解决方法的需要是存在的把使两个端子之一接地、以便供电机动车辆的A.C.和D.C.电气负载的一个单绕组发电机，和发动机的电子点火的优点，与具有至A.C.和D.C.电气负载的选择性供电，从而伴有低的能量损失的优点结合在一起。
因此本发明的一般目的在于，提供一种用于永磁发电机的电压调节的方法，该方法特别适用于机动车辆的内燃机点火系统等，借助于该方法有可能以选择和相控方式供电给交流(A.C.)和/或直流(D.C.)电气负载、及机动车辆的点火电路；以这样一种方式，使由电压调节系统造成的能量损失保持到最小，并因此大大地减小了永磁发电机和相同电压调节器过热的原因，同时保持电气负载和发动机点火电路连接到相同永磁发电机的单个定子绕组上。
而本发明的另一个目的在于提供一种电压调节器，如以上限定的那样，该电压调节器不仅使能量损失和发动机的燃料消耗减小，而且也可满足机动车辆制造的一些要求；事实上，要求由发动机产生的功率应该愈来愈主要地用于牵引目的，发动机功率的一最小部分用于电能的产生，其量足够用于供电电气负载和机动车辆的发动机点火系统等。
这些和其他目的可以通过一种用于永磁发电机输出电压调节的方法实现，该发电机根据权利要求1供电到A.C.和/或D.C.电气负载及机动车辆的点火系统，而根据独立的权利要求6和7供电到一个电压调节器装置。
更准确地说，根据本发明的一个一般实施例，提供了一种用来调节供电到连接到一个单绕组永磁发电机(W4)上的A.C.和/或D.C.电气负载(L、BA)、及到用于机动车辆内燃机的点火电路的电压(VL、VB)方法，其中电气负载(L、BA)供有具有第一极性的永磁发电机的输出电压(VG)的半波，该方法包括步骤-通过一个用来在每个供电相位期间控制在电气负载(L、BA)中供给的电压(VL、VB)的电子控制开关(T1、T2)，把电气负载(L、BA)连接到永磁发电机的单个绕组(W4)上；-检测在电气负载(L、BA)上存在的电压(VL、VB)；-在具有所述第一极性的永磁发电机的输出电压半波的每个周期期间，相对于在电气负载(L、BA)上检测的电压(VL、VB)，通过控制控制开关(T1、T2)的导通状态的开始和时间长度，调节供给到电气负载(L、BA)上的电压(VL、VB)；及-在每个电压半波的一个初始时间段(α1)期间，保持永磁发电机的无负载工作状态，其中所述控制开关(T1、T2)处于非导通状态。
根据本发明的一个第一最佳实施例，提供了一种用来经一个电子控制开关(T1)调节供给到可连接到一个单绕组永磁发电机(W4)上的A.C.电气负载的电压(VL)的方法，该方法包括步骤；-检测在A.C.电气负载(L)上的电压(VL)；-相对于在A.C.电气负载(L)上的检测电压(VL)提供一个第一控制电压(V2)；-相对于具有第一极性的永磁发电机(W4)的电压半波(VG)的每一个和在其期间，产生一个电压斜坡(VC)，而在具有与前一个半波相反的第二极性的每个电压半波期间，调零所述电压斜坡(VC)；及-为了使所述第一极性的每个半波的角度(α2)具有足以保持在A.C.电气负载(L)上的要求公称电压(VL)的长度通过向控制开关(T1)的控制门，施加一个由所述电压斜坡(VC)与所述第一控制电压(V2)的比较提供的一个第二的控制电压(VF)，把控制开关(T1)触发到导通状态，以供电给A.C.电气负载(L)。
根据本发明的一个第二最佳实施例，提供了一种用来经各电子控制开关(T1、T2)调节供给到选择性地可连接到一个单绕组永磁发电机(W4)上的A.C.和D.C.电气负载(L、BA)的电压(VL、VB)的方法，该方法包括步骤-检测在电气负载(L、BA)上的电压(VL、VB)；-相对于在电气负载(L、BA)上的检测电压(VL、VB)提供第一和第二控制电压(V2、V3)；-提供一个指示D.C.电气负载(BA)的公称电压的第一基准电压(VR4)；-相对于具有第一极性的永磁发电机(W4)的电压半波(VG)的每一个和在其期间，产生一个电压斜坡(VC)，而在具有与前一个半波相反的第二极性的每个电压半波期间，调零所述电压斜坡(VC)；-提供一个阈值电压(VR3)；及-为了使所述第一极性的每个半波的角度(α2、α3)具有一个足以保持在电气负载(L、BA)上的要求公称电压(VL、VB)的长度，通过向控制开关(T1、T2)的控制门，施加一个通过分别比较所述第一控制电压(V2)与所述阈值电压(VR3)、和所述第二控制电压(V3)与所述电压斜坡(VC)提供的一个第二电压(VN、VF’)，把所述控制开关(T1、T2)触发到导通状态，以选择性地分别供电给A.C.和D.C.电气负载(L、BA)。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于A.C.电气负载(L)的串联型相控电压调节器，其中在第一极性的每个半波期间，通过相对于在负载本身上检测的一个电压(VL)控制的一个电子开关(T1)，把A.C.电气负载(L)可串联连接到一个永磁发电机的一个单绕组(W4)上，该调节器的特征在于包括-一个A.C.负载电压检测单元(B)，以提供与在A.C.电气负载(L)上检测的电压(VL)的平方值成比例的一个第一控制电压(VO)；
-一个倒相积分器单元(C)，带有连接到所述A.C.电压检测单元(B)的输出端(VO)上的一个输入端(-)，以相对于供给到A.C.电气负载(L)的电压(VL)、和相对于指示A.C.负载(L)的有效电压(VL)的第一基准电压(VR1)，提供一个第二控制电压(V1)；-一个电压倒相单元(D)，带有连接到所述倒相积分器单元(C)的输出端上的一个输入端(-)，以相对于一个第二基准电压(VR2)倒相所述第二控制电压(V1)，提供一个涉及用于A.C.电气负载(L)的有效电压(VL)的第三控制电压(V2)；-一个电压斜坡产生单元(E)，相对于永磁发电机的输出电压(VG)的第一极性的每个半波，提供一个电压斜坡(VC)，在每个半波具有与前一个半波相反的第二极性期间调零电压斜坡(VC)；及-一个电压比较器(F’)，把所述电压斜坡(VC)与所述第三控制电压(V2)相比较，以在第一极性的每个半波期间，向电子开关(T1)的控制门施加一个控制电压(VF)，从而把A.C.电气负载(L)连接到永磁发电机的单绕组(W4)上。
根据本发明的又一个方面，提供了一种具体用于A.C.和D.C.电气负载(L、BA)的串联型相控电压调节器，其中在输出电压(VG)的每个半波具有相同极性期间，A.C.和D.C.电气负载(L、BA)可选择地连接到一个永磁发电机的一个单绕组(W4)上，该调节器的特征在于包括-一个第一A.C.负载电压检测单元(B)，以提供与在A.C.电气负载(L)上检测的电压(VL)的平方值成比例的一个第一控制电压(VO)；-一个倒相积分器单元(C)，带有连接到所述A.C.电压检测单元(B)的输出端(VO)上的一个输入端(-)，以相对于供给到A.C.电气负载(L)的电压(VL)、和相对于指示A.C.负载(L)的有效电压(VL)的第一基准电压(VR1)，提供一个第二控制电压(V1)；-一个电压倒相单元(D)，带有连接到所述倒相积分器(C)的输出端上的一个输入端(-)，以相对于一个第二基准电压(VR2)倒相所述第二控制电压(V1)，相对于用于A.C.电气负载(L)的有效电压(VL)提供一个第三控制电压(V2)；-一个电压斜坡产生单元(E)，相对于永磁发电机的输出电压(VG)的第一极性的每个半波，提供一个电压斜坡(VC)，在每个半波具有与前一个半波相反的第二极性期间调零电压斜坡(VC)；其特征还在于它包括一个第一电压比较器(CP2)，用于把所述第三控制电压(V2)与一个阈值电压(VR3)相比较，以在永磁发电机的电压(VG)的每个正半波期间，产生一个用于D.C.负载控制开关(T2)的门控制电压(VF’)；-一个D.C.电压检测单元(I)，以相对于指示用于D.C.电气负载(BA)的公称电压的一个基准电压(VR4)，提供一个指示D.C.电气负载(BA)的电压的第四控制电压(V3)；其特征还在于提供了一个第二电压比较器(CP1)，以把所述斜坡电压(VC)与所述第四控制电压(V3)相比较，所述第二电压比较器(CP1)的电压输出(VN)连接到交流负载控制开关(T1)的控制门上，以在永磁发电机(W4)的每个电压半波具有所述第一极性期间，顺序和分别控制所述A.C.和D.C.控制开关的非导通状态和导通状态。
下文参照附图的例子，将更充分地描述本发明的一般特征和一些最佳实施例，在附图中-图1是一个常规A.C.、D.C.电压调节器和一个电容性放电点火系统(CDI)的总图；-图2是根据本发明第一实施例的、适用于A.C.负载的电压调节器的总图；-图3表示图2的电压调节器在两种不同旋转速度条件下永磁发电机的输出电压的曲线；-图4是曲线图，表明与A.C.负载电压的有效值有关的控制电压V2、和与永磁发电机的电压VG有关的电压斜坡，该永磁发电机在图3两种不同的条件下控制电气负载供电相位；-图5是在电压的正半波期间、在图3两种不同的条件下供给A.C.负载的电压曲线-图6表示用来供电A.C.和D.C.电气负载的串联型相控电压调节器的一个第二实施例；-图7表示用于根据图6的电压调节器的永磁发电机的输出电压的曲线；-图8再次表示与根据图7的发电机的电压有关的电压斜坡的曲线；-图9表示与A.C.电气负载电压的有效值有关的控制电压V2的曲线；-图10表示用于图6调节器的A.C.负载的供给电压的曲线；-图11表示在D.C.负载中流动的电流的曲线；-图12表示用于A.C.电气负载控制的能在导通和非导通状态下操作的一个功率晶体管的图。
如上述的那样，根据图1的例子涉及一种连接到永磁发电机MG的两个绕组W1和W2上的常规电压调节器，该永磁发电机MG用来供电一个交流(A.C.)电气负载L、和一个包括一个电池BA的直流(D.C.)电气负载；发电机MG的一个第三绕组W3供电一种示意表示的常规类型的电容性放电电子点火系统CDI。
附图的图2表示本发明的一个第一最佳实施例，该实施例使用一个单功率绕组永磁发电机W4，该发电机W4借助于一个串联型相控电压调节器，用来供电一个没有表示的、例如US-A-5,630,404中描述的类型的电容性放电电子点火，并且用来供电一个交流(A.C.)电气负载L。
本发明基本上不同于以上专利US-A-5,630,404的解决方法，简短地参照后者的电容性放电点火图，因为它允许A.C.和/或D.C.电气负载的相控供电，所以它在发电机和在所述电压调节器中实现电能的较小耗散，及更有效的利用用于牵引目的的发动机功率。
本发明的一般原理包括选择性地供电A.C.和/或D.C.电气负载、和在发电机电压的各个半波的一部分具有相同极性期间控制负载的供电相位，该极性在每个半波的电角度上延伸，与永磁发电机W4的工作状态和负载要求的变化有关地变化，但以这样一种方式变化，以致由串联型相控电压调节器供给到电气负载的电压的有效值，在这样一种电角度期间，基本上对应于负载本身允许的电压的有效值。
在其中需要供电A.C.和D.C.电气负载的情况下，在每个半波期间用来供电A.C.负载的电角度部分，对于发电机的相同工作状态是这样的，以致可保持在A.C.负载上的正确有效电压值，同时可使供电D.C.负载的电角度部分与构成或形成D.C.负载部分的蓄电池的充电条件有关地相应变化。
在所示的例子中，如下面参照图2至5进一步描述的那样，下文也称作永磁发电机的永磁电压发生器的正半波，用来供电A.C.电气负载，同时永磁发电机的负半波用于发动机的电子点火的供电(未表示)；然而，负和正电压半波的功能在这种情况下也能颠倒，因为没有通常要求永磁发电机的负极接地的直流负载。
根据本发明的A.C.单相串联型电压调节器是一种相控调节器，其一个最佳实施例因此表示在图2中。
如能从该图中看到的那样，该电压调节器基本上包括由字母A、B、C、D、E和F’指示的、且将分别描述的六个功能块。
更准确地说，图2表示一种具有一个带有接地端子的单绕组W4的用来产生电功率的永磁发电机，以供电到由一个灯L示意表示的A.C.电气负载、和到一个用于内燃机的常规电子点火电路(未表示)。
在图2中，AL还指示一个用来产生供电电压调节器各个功能单元的电压VS的块；块AL包括例如与一个电容器CS串联的一个二极管DS和一个电阻器RS，电容器CS的充电电压由一个与电容器CS并联的齐纳二极管DZS稳定。
转到组成电压调节器的各个功能单元的描述，单元A包括一个电子控制开关T1，例如一个能连接到串联到A.C.负载L上的永磁发电机的绕组W4上的SCR，以便在角度α1之后从来自永磁发电机W4的输出电压VG的每个正半波的一个预定点开始、至没有电流流过它时的电角度α2(图5)期间，供电A.C.负载L。
如上所述，本发明的创新方面包括通过具有相同极性的每个半波供电电气负载；仅在每个半波的一段或一个时间段，即非导通角度α1随后的电角度α2段，实现电子控制开关T1的导通状态的控制。在非导通角度α1期间，永磁发电机W4施加到电气负载L上的输出电压的有效值对应于A.C.负载本身允许的电压的有效值。
因此在电子控制开关T1的下游的A.C.电气负载上的电压VL由一个电压检测单元B检测，电压检测单元B在其输出处，提供一个与输入电压VL的平方成比例的电压VO，即由下式定义VO＝KVL2其中K是预定值的常数，从而以后积分的电压VO与负载L上的电压VL的“有效值”成比例，该有效值根据熟知的公式，包括用于考虑的参数VL的值的平方的均方根。
通过采用跨导模拟或对数-反对数乘法器的经典原理以及以其他方式可以得到以上值。更准确地说，在所示的情况下，把单元B的输出VO供给到一个包括电路R1-C1和一个运算放大器A1的倒相积分器的输入端，运算放大器A1的非倒相端子涉及确定用于要供给的A.C.负载L的允许电压的有效值的第一基准电压VR1；特别是，有可能表示等于下式的这个有效值VL(rms)=(VR1K)]]>因此来自倒相积分器单元C的输出电压V1，依据电压VO的平均值是小于还是大于基准电压VR1而升高或降低。
包括一个倒相积分器的单元C的输出V1，构成用来控制在A.C.负载L上的电压VL的第一控制电压，该第一控制电压发送到包括一个信号倒相放大器(A2、R2、R3)的一个第三单元D的输入端，信号倒相放大器根据一个第二基准电压VR2倒相V1，并且其放大率A由下式定义A=R3R2]]>其中在典型的倒相放大器配置中，R2和R3是连接到一个运算放大器A2上的电阻器。
在放大器A2的输出端处，有一个类似于V1、与在以上定义的A.C.负载L上存在的电压VL的有效值有关的第二控制电压V2。当VO相对于基准电压VR1变化时，如根据图4的曲线中所示，控制电压V2因此变化，当在角度α1期间T1反向偏置或处于断开和失电状态时，V2取决于由绕组W4示意表示的永磁发电机是否正在无负载条件下工作(下降段)，或者当在角度α2期间T1闭合或处于导通状态时，V2取决于在A.C.负载L中正在流动的电流(上升段)。
控制电压V2又施加到一个电压倒相单元F’的倒相端子上；该单元F’基本上包括一个在其非倒相输入端处供给一个电压VC的电压比较器CP1，电压VC本质上由通过积分永磁发电机W4的输出电压VG的每个正半波得到的电压斜坡组成，电压VC由一个电压斜坡产生单元E提供，电压斜坡产生单元E包括二极管DC、电阻器RC、电容器C2组，并且在每个负半波处调零所述电压VG，以便得到用于电子开关T1的导通相位的开始点控制；以这种方式，有可能在电压VL为零期间的角度α1之后、永磁发电机电压VG的每个正半波的电角度α2期间，一直供给负载L一个电压VL。在电压VG的每个周期T期间，供给到A.C.负载上的、与负载本身允许有效值相对应的有效电压VL的值，由下式定义VL(rms)=(VR1K)]]>更准确地说，用来产生用于T1导通和非导通相控的电压斜坡VC的单元E，包括一个只用于永磁发电机电压VG的正半波的积分器电路RC-C2，因为打算供给发动机电子点火电路的负半波由二极管DC阻塞。
单元E还包括一个用于短路电容器C2的第一晶体管TR1，晶体管TR1的基极通常经电阻器R4由用来供电电路的各功能单元而提供的电压VS偏置，并且其中TR1的基极又连接到一个用来阻塞第一晶体管TR1的第二晶体管TR2的集电极-发射极上，晶体管TR2的的基极借助于电阻器RG由永磁发电机的正电压VG偏置，而反向偏置的二极管D2在负半波期间具有保护TR2的功能。
来自单元E的电压VC因此表示永磁发电机的电压VG的积分，或更一般地说表示与永磁发电机的电压VG有关的电压斜坡，每当永磁发电机的电压VG变成负时，把电压VC置零；以这种方式，单元E总是准备在每个半波处操作，或更一般地说在永磁发电机的具有相同极性的所有半波期间操作。
在各个单元A、B、C、D、E和F’的代替方面，有可能使用一种由一个单数字单元组成的综合解决方案，该单数字单元由一个适当编程以完成各种功能的微控制器操纵，并且该单数字单元借助于两个装有模数转换器的输入能够获得两个信号VL和VG，并完成上述各种操作单元的所有功能。
现在依次参照图3至5，将简短地描述根据图2的电路的操作。在左和右侧的这些图表示永磁发电机的两种不同操作状态，为控制和为负载L的供电而产生的电压的两种不同状态对应于这两种不同的操作状态。
更准确地说，图3、4和5的左侧部分表示，当永磁发电机正在用于发动机的低转数的第一转动速度下运转时，电压调节器的第一操作状态；而右侧部分表示当永磁发电机正在大于前一种的转动速度下运转时的第二状态。在两种情况下，表示的电压都是针对等于360°电角度的一个单周期T或T’。
如上所述，单元B在其输出处提供一个电压VO，电压VO与任何时间在A.C.负载L上存在的电压VL的平方成比例，并且电压VO由积分器单元C积分且由倒相单元D倒相，以便提供一个与VL的有效值有关的控制电压V2；V2然后与由单元E产生的电压斜坡VC相比较，以便在输出处从CP1得到一个用来控制电子开关T1的导通状态的控制电压VF，电子开关T1在适于在相同负载L上提供供给电压的希望有效值的电角度α2期间，将保持负载L连接到永磁发电机绕组W4上。
永磁发电机的电压VG的曲线，在上述第一状态下，表示在图3的左侧；而除斜坡电压VC之外，与负载L上的电压VL的有效值有关的控制电压V2的曲线同样表示图4的左侧。
另一方面，图5的左侧表示在T1导通相位的控制期间在负载L上存在的电压VL。
如能从上述图中看到的那样，当角度α1之后的电压斜坡VC超过与负载L的有效电压有关的电压V2时，其输入端供有VC和V2的电压比较器CP1的输出VF切换为高，并且通过二极管D1施加到电子开关T1的控制门上，以便使它导通。A.C.负载L因此将具有与电压VG的该部分相对应的电压VL，在角度α2期间电压VG在永磁发电机的输出端处存在，角度α2包括电压VC和V2具有相同值时的时刻，发电机正半波的相继时间段，直到把电压VG置零的时刻。
在更一般的方面，确定开关T1的导通时间并因此确定A.C.负载L的供电相位的角度α2，在发电机电压的每个正半波期间的α2将是这样的，从而该半波相应部分的有效值将等于能归因于负载L的电压的有效值，这是一个借助于在运算放大器A1的非倒相输入处的基准电压VR1能预置的值。
因此由以上很明白，电压调节器工作以便选择性地把A.C.负载L供给永磁发电机的输出电压VG的每个半波的一个计算部分；因此，在与相同半波的前部分有关的角度α1期间，电压调节器和永磁发电机都没有任何电流流过他们，永磁发电机实际上工作在一种无负载模式中。以这种方式，实现能耗的大量减小并因此节能，有利于发动机功率的利用，该发动机连接有发电机、用于有关机动车辆的牵引。
如上所述，在不供电负载L期间和在电流不流动期间，永磁发电机实际上正工作在无负载状态下；因此，唯一的损耗由功率在铁心中的较小耗散组成，该损耗远小于当永磁发电机由诸如通常使用的并联型调节器短路时在永磁发电机铜绕组中的损耗。
纯粹通过例子可以指出，对于其中要求永磁发电机发动机有约2KW(千瓦)功率的50cc容量的小型发动机，在带有充电的电池和一个50W照明灯的情况下使用当前已知的调节系统，在约8000转下的永磁发电机使用约250W(瓦)的功率，相当于发动机产生功率的12.5％；在这250W中，约180W通常由于电流在发电机绕组中和在电压发生器中的流动而发热耗散掉；剩余的20W用于点火目的。
由于能量消耗仍然造成环境污染，并且由于与环境污染有关的问题变得越来越关键，所以显然，根据本发明，由于大大地限制在电压调节器中和在相同永磁发电机中的能量耗散的可能性，和由于当不必向电气负载供电时使永磁发电机实际上在无负载状态下工作，所有这些都有助于减少造成的燃料消耗，并因此减少大气污染问题，以及允许独立于永磁发电机工作状态，把用于电气负载供电的功率消耗限制到为得到供给电压的正确有效值所必需的功率消耗。
通过把图3、4和5左侧的曲线与右侧的曲线相比较，能证实以上描述，右侧的曲线表明电压调节器在转数高于前者情形下的工作，并且其中使用了添加有撇号的相同标号。
在该第二种情形中，发电机的电压VG’具有较大的幅值和较小的电周期T’。由于控制电压V2’在发电机的电压VG’的有效值已经增大时有增大的趋势，所以电压调节器仍然以这样一种方式起作用，从而控制开关T1被致动，并因此在比前者情况中小的电角度α2’期间导通，但仍然如此在A.C.负载L上提供一个电压VL’，使其有效值总是对应于用于供电负载的要求值。
显然，在该第二种情形中，对于整个角度α1’，永磁发电机G也将处于无负载状态下，并因此没有电流流动，结果与其中电压由通常的分路型A.C.调节器调节的永磁发电机相比改进了性能。显然通过对发电机的定子叠片，选择由具有低损耗系数的硅铁制成的适当叠片，可以进一步限制铁心中的损耗，因为永磁发电机在无负载下工作。
剩余的图6至11表示一个本发明的、适于一种用于交流(A.C.)和直流(D.C.)电气负载的相控电压调节器的第二实施例。
在根据图6的例子中，对于等效于前面的单元的相同单元A、B、C和E使用了与图2中相同的标号，并因此将简短地提及，而对于添加的或改进的单元使用了不同标号；根据图6的电压调节器基本上不同于根据图2的调节器，这是由于能够选择性地供电A.C.电气负载L和例如由蓄电池BA代表的D.C.电气负载的事实，并且还由于单元F’的改进、新功能单元N、H和I的添加，为允许负载L和BA的相控和选择性供电，这些新功能单元是必需的，仍然与供给所述A.C.负载的电压VL的有效值有关。
现在的标准作法是，机动自行车或小型摩托车装有供电启动器电机或车辆控制板上的一些灯所必需的电池；为此，根据图6中所示的例子，电压调节器必须在其输出端处提供两个电压VL和VB，电压VL是交流电压、典型为13-14伏特、用来供给A.C.负载L，而另一个电压VB是直流电压、典型为14-15伏特、用来供给机动车辆的电池BA或其他D.C.负载。因此图6中所示的相控电压调节器仍然带有在功能上能与以上例子的相应单元类似的功能单元A、B、C、D和E，以及包括一个改进单元F’、和由于下述原因添加的三个新单元N、H和I。
单元A仍然包括一个与A.C.负载L串联连接的电子控制开关T1，一般是一个SCR，A.C.负载L仍从操作控制开关T1时的时刻起、直到不再有电流流过它时的时刻被供电。
按照上述的那样，单元B仍在其输出端处提供一个与输入电压VL的平方成比例的电压VO。
在这种情况下的单元C和D还包括一个积分器，相对于基准电压VR1用于电压VO；和一个信号倒相电路，用来仍在其输出端处提供与A.C.负载L上存在的有效电压VL的值相对应的一个电压V2。
不同于图2的以上情形，电压V2现在供给到单元F’的一个比较器CP2的非倒相输入端，单元F’的非倒相输入端已经施加一个提供一个阈值电压的基准电压VR3，该阈值电压确定其中由于T2触发的结果供给电池的瞬时值。
比较器CP2的输出端经二极管D3连接到一个单元H的控制门上，单元H包括一个诸如SCR之类的电子控制开关T2，与电池BA串联布置在后者与永磁发电机的单绕组W4之间。
根据图6的调节器还包括一个另外的单元N，单元N包括一个把由单元E产生的电压斜坡VC与由一个单元I提供的一个电压V3相比较的第二电压比较器CP1。单元N是这样的，当电压VC超过单元I的电压V3时，这个单元N借助于二极管D1触发电子开关T1，使它导通，单元I的电压V3直接与电池的的电压VB的值有关。
由于用来充电电池BA的电压VB，对于具有12伏特公称电压的电池，通常固定在约14.5伏特处，所以当电子开关T2正在导通时，在A.C.负载L上也存在相同的电压，尽管只受到正半波的限制，但不允许A.C.负载的电压VL超过希望值，例如13伏特，这通常小于电池BA的充电电压；以这种方式，比较器CP1和CP2都对A.C.负载上的有效电压VL的控制产生影响。
单元I又包括一个连接到电阻器R5、R6、R7和R8上的运算放大器A3，用作一个差分放大器，它以适当增益放大在涉及电池BA的充电状态的电压VB、与指示电池BA的公称电压的基准电压VR4之间的差值。
更准确地说，发现V3=R7+R8R5+R6*R6R7*VB-R8R7*VR4]]>从而单元I的输出电压V3是-当VB小于电池电压的给定值，例如一个介于通过用于直流负载的电压调节器的一般为输出电压所要求的值之间的14.5伏特的值时，为零；-对于相对于以上提及的电池电压的VB的小量增大，例如0.2伏特，等于VC Max；单元B、C、D、E、F、N可以仍包括在一个由一个微控制器操纵的单数字单元中，该微控制器借助于包括模数转换器的三个输入端能获得三个信号VL、VB和VN，并且完成所有的所述功能。
最后，在图6中，CDI示意地表示一个在专利US-A-5,630,404、或相应EP申请中描述的类型的可能电容性放电系统，对该专利通过本描述的整个部分进行参考。
现在参照上述图、以及附图的图7至11，将简短地描述根据图6的电压调节器的操作。
让我们假定，需要把电池BA充电到14.5伏特的电压VB、和以13.5伏特的电压VL供给交流负载L。
运算放大器A3因此具有如下的输出电压V3-如果VB小于14.5伏特则为零；-如果VB大于14.5伏特，则在0与V3 Max之间。V3 Max，如上所述，对应于由电压斜坡VC假定的最大值，电压斜坡VC又表示发电机电压VG的正半波的积分。
一种良好的解决方案是，当VB等于14.7伏特时把V3假定为VC Max的值。
电压比较器CP1把电压VC与电压V3相比较，并且借助于二极管D1驱动电子控制开关T1，在角度α2+α3期间把它保持在导通状态，而控制开关T2在角度α2期间不工作而在角度α3期间导通。
象在前一种情况中那样，在电压VG的每个正半波的角度α1期间，永磁发电机处于无负载状态下，因为V2低于基准电压VR3，并且VC低于电压V3。因而开关T1和T2没有一个导通。
然而，当T1开始导通时，电压V2开始升高直到它达到VR3的值(图9)；在该点处电压比较器CP2借助于二极管D3触发电子控制开关T2，在电压VG的正半波的剩余角度α3期间把它保持在导通状态下，因而使电流流向电池BA。
因此显然，当在电池BA上没有负载时，供给它的平均电流必须把它保持在希望的电压，即对于具有12伏特公称充电的电池保持在14.5伏特的电压(维持电流)。
基准电压VR3简单地确定用于比较器CP2的阈值电压，比较器CP2在电压VR3被V2超过时，使充电电池的控制开关T2致动。必须实现VR3的选择，以便在发电机的每个半波期间在V2达到的最大电压与最小电压之间的最大偏差ΔV2，在发电机的最小工作频率下小于VR3。
总之，当VG为负和在角度α1期间时，将阻塞T1和T2，从而仍没有电流在电压发电机的绕组W4中、和电压调节器本身中流动；在角度α2期间，只有T1将导通，并因此A.C.负载L将供有负载本身允许的电压的有效值，而在角度α3期间，开关T1和T2将都导通。
如果施加到电池BA上的任何负载使电压VB下降，那么电压V3也下降，结果T1提前接通(相对于其中没有这些负载的状态)；在这种情况下，发电机处于无负载状态下期间的角度α1减小。然而，交流负载的要求电压值仍不变，所以T1提前接通将导致T2的提前接通，并因此导致用于电池BA的较大负载电流的角度α3增大。
另一种可能的解决方案是，使控制交流负载L的开关T1也在断开状态下可操作。
这能通过用如下装置代替块A的SCR1而实现适当功率的一个二极管DP和一个晶体管TR(BJT、MOS、IGBT等)装置，如能在图12中看到的那样；或在任何情况下，一个能够阻塞永磁发电机的反向电压、且能在导通和非导通状态下操作的装置。
如能从图12中看到的那样，功率二极管DP具有阻塞负电压半波的功能，而功率晶体管TR，在该情况下是一个功率MOSFET，允许电流流动，只要在其控制门上用控制电压VF偏置它即可。
然而，这种解决方案没有显著改进电压调节器的操作，而是当交流负载具有正确电压值时，简单地允许开关T1断开；这时，开关T2闭合，并且因此在角度α3期间，与前面的情况不同，T1和T2绝对不会同时导通。该事实进一步减小了发电机中的电流，进一步限制其消耗。
因此根据已经进行的描述和在附图中的说明，显然有可能提供允许选择性地控制在用于内燃机的电子点火电路中的交流和/或直流负载的供电相位、以便实现预定目的的一种方法和一种电压调节器。因此，参照附图已经进行的描述和说明纯粹通过申请本发明的非限制例子提供。
权利要求
1.用来调节供给到连接到一个单绕组永磁发电机(W4)上的A.C.和/或D.C.电气负载(L、BA)、及供给到用于机动车辆内燃机的点火电路的电压(VL、VB)的方法，其中电气负载(L、BA)供有具有第一极性的永磁发电机的输出电压(VG)的半波，该方法包括步骤-通过一个用来控制在每个供电相位期间在电气负载(L、BA)中供给的电压(VL、VB)的电子控制开关(T1、T2)，把电气负载(L、BA)连接到永磁发电机的单个绕组(W4)上；-检测在电气负载(L、BA)上存在的电压(VL、VB)；-在具有所述第一极性的永磁发电机的输出电压半波的每个周期期间，相对于在电气负载(L、BA)上检测的电压(VL、VB)，通过控制控制开关(T1、T2)的导通状态的开始和时间长度，调节供给到电气负载(L、BA)上的电压(VL、VB)；及-在每个电压半波的一个初始时间段(α1)期间，保持永磁发电机的无负载工作状态，其中所述控制开关(T1、T2)处于非导通状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其用来经一个电子控制开关(T1)调节供给到可连接到一个单绕组永磁发电机(W4)上的A.C.电气负载的电压(VL)，该方法包括步骤；-检测在A.C.电气负载(L)上的电压(VL)；-相对于在A.C.电气负载(L)上的检测电压(VL)提供一个第一控制电压(V2)；-相对于具有第一极性的永磁发电机(W4)的电压半波(VG)的每一个和在其期间，产生一个电压斜坡(VC)，而在具有与前一个半波相反的第二极性的每个电压半波期间，调零所述电压斜坡(VC)；及-对于一个所述第一极性的每个半波的、具有足以保持在A.C.电气负载(L)上的要求公称电压(VL)的长度的角度(α2)，通过向控制开关(T1)的控制门，施加一个由所述电压斜坡(VC)与所述第一控制电压(V2)的比较提供的一个第二控制电压(VF)，把控制开关(T1)触发到导通状态，以供电给A.C.电气负载(L)。
3.根据权利要求1所述的方法，其用来经各电子电子控制开关(T1、T2)调节供给到选择性地可连接到一个单绕组永磁发电机(W4)上的A.C.和D.C.电气负载(L、BA)的电压(VL、VB)，该方法包括步骤-检测在A.C.和D.C.电气负载(L、BA)上的电压(VL、VB)；-相对于在A.C.和D.C.电气负载(L、BA)上的检测电压(VL、VB)提供第一和第二控制电压(V2、V3)；-提供一个指示D.C.电气负载(BA)的公称电压的第一基准电压(VR4)；-相对于具有第一极性的永磁发电机(W4)的电压半波(VG)的每一个和在其期间，产生一个电压斜坡(VC)，而在具有与前一个半波相反的第二极性的每个电压半波期间，调零所述电压斜坡(VC)；-提供一个阈值电压(VR3)；及-对于所述第一极性的每个半波的、具有一个足以保持在A.C.和D.C.电气负载(L、BA)上的要求公称电压(VL、VB)的长度的角度(α2、α3)，通过向控制开关(T1、T2)的控制门，施加一个通过分别比较所述第一控制电压(V2)与所述阈值电压(VR3)、和所述第二控制电压(V3)与所述电压斜坡(VC)提供的一个控制电压(VN、VF’)，把所述控制开关(T1、T2)触发到导通状态，以选择性地分别供电给A.C.和D.C.电气负载(L、BA)。
4.一种特别用于A.C.电气负载(L)的串联型相控电压调节器，其中在第一极性的每个半波期间，通过相对于在负载本身上检测的一个电压(VL)控制的一个电子开关(T1)，A.C.电气负载(L)可串联连接到一个永磁发电机的一个单绕组(W4)上，该调节器的特征在于包括-一个A.C.负载电压检测单元(B)，以提供与在A.C.电气负载(L)上检测的电压(VL)的平方值成比例的一个第一控制电压(VO)；-一个倒相积分器单元(C)，带有连接到所述A.C.电压检测单元(B)的输出端(VO)上的一个输入端(-)，以相对于供给到A.C.电气负载(L)的电压(VL)、和相对于指示A.C.负载(L)的有效电压(VL)的第一基准电压(VR1)，提供一个第二控制电压(V1)；-一个电压倒相单元(D)，带有连接到所述倒相积分器单元(C)的输出端上的一个输入端(-)，以相对于一个第二基准电压(VR2)倒相所述第二控制电压(V1)，相对于用于A.C.电气负载(L)的有效电压(VL)提供一个第三控制电压(V2)；-一个电压斜坡产生单元(E)，相对于永磁发电机的输出电压(VG)的第一极性的每个半波，产生一个电压斜坡(VC)，在每个半波具有与前一个半波相反的第二极性期间调零电压斜坡(VC)；及-一个电压比较器(F’)，用于把所述电压斜坡(VC)与所述第三控制电压(V2)相比较，以在第一极性的每个半波期间，向电子开关(T1)的控制门施加一个控制电压(VF)，从而把A.C.电气负载(L)连接到永磁发电机的单绕组(W4)上。
5.一种特别用于A.C.和D.C.电气负载(L、BA)的串联型相控电压调节器，其中在输出电压(VG)的每个半波具有相同极性期间，A.C.和D.C.电气负载(L、BA)可选择地连接到一个永磁发电机的一个单绕组(W4)上，该调节器的特征在于包括-一个第一A.C.负载电压检测单元(B)，以提供与在A.C.电气负载(L)上检测的电压(VL)的平方值成比例的一个第一控制电压(VO)；-一个倒相积分器单元(C)，带有连接到所述A.C.电压检测单元(B)的输出端(VO)上的一个输入端(-)，以相对于供给到A.C.电气负载(L)的电压(VL)、和相对于指示A.C.负载(L)的有效电压(VL)的第一基准电压(VR1)，提供一个第二控制电压(V1)；-一个电压倒相单元(D)，带有连接到所述倒相积分器(C)的输出端上的一个输入端(-)，以相对于一个第二基准电压(VR2)倒相所述第二控制电压(V1)，并且相对于用于A.C.电气负载(L)的有效电压(VL)提供一个第三控制电压(V2)；-一个电压斜坡产生单元(E)，相对于永磁发电机的输出电压(VG)的第一极性的每个半波，产生一个电压斜坡(VC)，在每个半波具有与前一个半波相反的第二极性期间调零电压斜坡(VC)；其特征还在于它包括一个第一电压比较器(CP2)，它把所述第三控制电压(V2)与一个阈值电压(VR3)相比较，以在永磁发电机的电压(VG)的每个正半波期间，产生一个用于D.C.负载控制开关(T2)的门控制电压(VF’)；-一个D.C.电压检测单元(I)，以相对于在D.C.电气负载(BA)上存在的电压与指示用于D.C.电气负载(BA)的公称电压的一个基准电压(VR4)之间的电压差，提供一个第四控制电压(V3)；还提供了一个第二电压比较器(CP1)，以把所述斜坡电压(VC)与所述第四控制电压(V3)相比较，所述第二电压比较器(CP1)的电压输出(VN)被连接到A.C.负载控制开关(T1)的控制门上，以在永磁发电机(W4)的每个电压半波具有所述第一极性期间，顺序和分别控制所述A.C.和D.C.控制开关的非导通状态和导通状态。
6.根据权利要求4或5所述的电压调节器，其特征在于，所述第一电压检测单元(B)包括一个跨导模拟乘法器。
7.根据权利要求4或5所述的电压调节器，其特征在于，所述第一电压检测单元(B)包括一个对数-反对数类型的模拟乘法器。
8.根据权利要求4或5所述的电压调节器，其特征在于，所述倒相积分器单元(C)包括一个运算放大器，该运算放大器的倒相输入端(-)被连接到相对于有效A.C.负载电压提供一个电压(VO)的第一电压检测单元(B)上，而该运算放大器的非倒相输入端(+)被连接到一个指示用于A.C.负载(L)的有效值电压(VL)的基准电压源(VR1)上。
9.根据权利要求4或权利要求5所述的电压调节器，其特征在于，电压斜坡产生单元(E)包括一个用于具有相同极性的发电机电压(VG)的半波的积分器电路。
10.根据权利要求5所述的电压调节器，其特征在于，第二电压比较器(CP1)的非倒相输入端(+)连接到电压斜坡产生单元(E)的输出端(VC)上，并且其特征在于，所述第二电压比较器(CP1)的倒相输入端(-)连接到一个差分放大器(A3)的输出端(V3)上，该差分放大器(A3)把电池电压(VB)和一个基准电压(VR4)相比较，从而当电池(BA)的检测电压(VB)小于相同电池(BA)的充电电压值时，所述运算放大器(A3)的输出电压(V3)是零，或者包括在零与一个最大电压值之间，对于蓄电池(BA)的电压(VB)的预定增大等于由电压斜坡产生单元(E)提供的所述电压斜坡(VC)的最大值。
11.根据以上权利要求4或5所述的电压调节器，其特征在于，所述单元为数字单元的形式。
12.根据权利要求4或5所述的电压调节器，其特征在于，A.C.电子开关(T1)具有既可在导通又可在非导通状态下工作的类型。
全文摘要
一种用来在用于内燃机的电子点火系统中供电A.C.和D.C.电气负载的串联型相控电压调节器。电气负载可经各电子控制开关与单绕组永磁发电机串联相连;电气负载上的电压被连续地检测,在具有相同极性的发电机电压的每个半波期间,相对于电气负载的检测电压,通过控制开始时间和电子控制开关致动的时间长度,被设置成由负载要求的供给电压值;在用于每个半波的初始时间段期间,保持用于永磁发电机的无负载工作状态,禁止电子控制开关的导通。
文档编号F02P1/08GK1240252SQ99108649
公开日2000年1月5日 申请日期1999年6月18日 优先权日1999年6月18日
发明者甘尼·雷格姿, 皮尔路吉·卡尔拉博里, 塞尔吉奥·布兰科 申请人:杜卡提·恩勒基公司