一种使用同步整流技术的短路式电压调节器的制作方法

本发明属于大功率燃油摩托车/通用内燃机技术领域，具体涉及一种使用同步整流技术的短路式电压调节器。

背景技术：

电压调节器用于将磁电机的交流电整流并稳压用以供车载直流负载和蓄电池充电。

行业现有技术普遍使用稳压管作为稳压元件，scr（可控硅）或二极管作为整流器件，或者在下半桥使用mos管，但在使用中，存在以下不足之处：

1、稳压管精度低，量产产品输出电压一致性不好，通常需要人工测试并匹配参数以满足精度要求，生产效率低；

2、scr管压降高，发热严重，应用于大功率调压器时，需要较大的外壳用以散热；二极管亦是如此；

3、只在下半桥使用mos管，上半桥使用二极管的调压器，在大负载情况下，电流主要流经二极管，仍存在发热较高的问题；

4、稳压管的模拟量控制方式为自由触发，在轻负载/半负载时不能使磁电机三相均衡输出，功率器件热耗损不均衡，同时磁电机也会产生噪音。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种使用同步整流技术的短路式电压调节器，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种使用同步整流技术的短路式电压调节器，该调节器包括由mos管组成的整流桥、供电回路、电压采样回路、相位检测回路、mcu和mos驱动回路，该调节器的输入端上安装有磁电机；

所述供电回路用于向mcu电路和mos驱动回路提供稳定的电源；

所述电压采样回路用于mcu采样调压器输出端电压；

所述相位检测回路用于识别相电压过零点，以便mcu控制开通和关断时间；

所述mos驱动回路用于将mcu输出的控制信号放大增强，以推动mos管工作。

优选的，所述mcu包含mcu及外围基本配置电路，用于为mcu内核提供稳定的工作条件。

优选的，该调节器的输入端上还安装有蓄电池，所述蓄电池与mos管相连接。

优选的，所述磁电机产生的反电动势经mos管形成的整流桥向蓄电池充电。

优选的，所述mos管内的电流流向从漏极向源极流动。

优选的，所述mcu内还包含精度较高的adc，用于灵活编程以实现丰富的控制逻辑。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、使用了mcu作为电压采样，实现了高精度的电压控制；

2、调压器使用mos管作为功率器件，内阻低，相较于scr，大幅降低了发热量；

3、由于发热量降低，产品散热外壳可以做到更小，节约铝材，降低成本；

4、由于使用mcu，电压一致性非常好，量产时不需要人工匹配参数，降低了生产成本；

5、在相电流输出时开启上桥mos管，从而降低调压器发热，提高能源转换效率，使用单周期完全输出/短路的新型控制方法进行控制，替代了原有的自由触发导通角控制，可减小磁电机转矩脉动，从而减小噪音。

附图说明

图1为本发明的系统原理图；

图2为本发明磁电机相电压与相位信号对应关系的示意图；

图3为本发明整流稳压波形示意图；

图4为本发明过压控制波形示意图；

图5为本发明软件流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图5，本发明提供一种技术方案：一种使用同步整流技术的短路式电压调节器，该调节器包括由mos管组成的整流桥、供电回路、电压采样回路、相位检测回路、mcu和mos驱动回路，该调节器的输入端上安装有磁电机，调压器使用mos管作为功率器件，内阻低，相较于scr，大幅降低了发热量；

供电回路用于向mcu电路和mos驱动回路提供稳定的电源，使用了mcu作为电压采样，实现了高精度的电压控制；

电压采样回路用于mcu采样调压器输出端电压，由于使用mcu，电压一致性非常好，量产时不需要人工匹配参数，降低了生产成本；

相位检测回路用于识别相电压过零点，以便mcu控制开通和关断时间；

mos驱动回路用于将mcu输出的控制信号放大增强，以推动mos管工作。

本实施例中，优选的，mcu包含mcu及外围基本配置电路，用于为mcu内核提供稳定的工作条件。

本实施例中，优选的，该调节器的输入端上还安装有蓄电池，蓄电池与mos管相连接。

本实施例中，优选的，磁电机产生的反电动势经mos管形成的整流桥向蓄电池充电，在相电流输出时开启上桥mos管，从而降低调压器发热，提高能源转换效率，使用单周期完全输出/短路的新型控制方法进行控制，替代了原有的自由触发导通角控制，可减小磁电机转矩脉动，从而减小噪音。

本实施例中，优选的，mos管内的电流流向从漏极向源极流动。

本实施例中，优选的，mcu内海包含精度较高的adc，用于灵活编程以实现丰富的控制逻辑，易于实现精准的控制和三相平衡输出，并实现故障自检功能。

本发明在工作中，附图2所示磁电机相电压与相位信号对应关系，在正半周，相电压高于参考地，即使mos管开启，由于mos管内阻的存在，电流从mos管漏极流向源极，漏极电压略高于参考地；负半周，mos管处于开启状态，电流从源极流向漏极，漏极电压低于参考地；此电压信号经相位采样电路调理成mcui/o口可识别的高低电平信号送入mcu处理；

相电压经整流和控制的波形如附图3所示，若电池电压低于设定值，则在半波1区间输出；具体实现方式为：在相电压由负向正过零时，关闭下管；等待一个开启延迟后开启上管，实现同步整流；由于蓄电池的嵌位作用，使相电压稳定在蓄电池电压+二极管压降电压；由于mcu可提前计算得知半波时间，故可计算上管的关断提前时间，在相线的反电动势接近蓄电池电压时关断上管，防止电流反向灌入磁电机相线，上管开启延迟和关断提前计算是本技术方案的难点之一；在本实施例采用计算的方式实现，开启延迟与关断提前的控制；计算方式为

其中t为当前转速下的电气周期；vbatt为电池电压；e为当前转速下的反电动势；

如附图3所示，在半波2区间，u相电压负半周，v相/w相电流从地经u相mos管流回线圈，此时开启u相mos管，以降低在mos管上的压降，从而降低调压器发热；

在蓄电池电压高于设定值时，则在正半波关闭上管，开启下管；在负半波区间仍然开启下管，以降低发热，如附图4所示；

软件控制流程如附图5所示，在调压器初次上电或看门狗生效时，调用初始化程序，配置mcu各个外设参数和软件参数，包含adc（模数转换器）采样配置，mos管开通信号配置，以及相位过零采样中断配置；

如附图5所示，调压器的控制在主程序循环和相位检测中断中完成；当mcu检测到相位过零时，产生一个中断，进入中断后，读取过零信号判断过零相（是u相过零了，还是v/w相），然后记录新的相位过零值为下次计算速度和导通角做准备，再将导通角写入mos管控制定时器，当导通角时刻到达时，mos管自动开启，从而实现控制；由于每次相位过零信号都可被准确检测，可针对不同输出功率对三相输出进行均衡控制；

如附图5所示，在主循环中，需要定周期执行电压采样和电压均值计算，然后根据在相位过零中断中记录的相位值计算速度，控制使用pi控制（比例积分控制）；在主循环中，还需要进行故障判断和工况判断，如果相位过零顺序不对，可判断相线是否脱落，在必要时可给用户提供报警等信息；工况判断则是根据计算出的转速确定调压器是否要开始工作，如果磁电机转速低于设定值，则说明发动机已经停止工作，此时mcu和外部电路进入低功耗模式，以减少蓄电池电力消耗。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。