限制超时励磁的电压调节方法和电压调节器技术

一种限制超时励磁的电压调节方法，包括用延迟小于1微秒的采样单元对发电机输出电压进行采样，将采样信号和基准阈值电压比较，欠压时定频触发信号通过触发单元开启励磁电流，过压时通过触发单元切断励磁电流，使调节器的异步延迟量即超时励磁时间小于12微秒；采用所述方法的电压调节器包括振荡单元连接触发单元，采样单元和阈值单元连接比较单元，比较单元连接触发单元，触发单元连接开关单元第一端，开关单元第二端为励磁控制端且连接续流单元，开关单元第三端接地，当欠压时触发单元在振荡单元的定频触发信号触发下通过开关单元开启励磁电流并锁止，当过压时在12微秒内切断励磁电流并锁止，从而限制超时励磁，使电压调节更为精准安全可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于发电机控制
，涉及限制超时励磁的电压调节方法和电压调节器。
技术介绍
汽车发电机电压调节器的调节过程，一般是通过电压采样端动态的采集发电机输出电压获取采样信号，与所设定的基准阈值电压进行比较，当采样信号电压小于基准阈值电压时接通励磁电流，当采样信号电压大于等于基准阈值电压时切断励磁电流；这一动态的调节过程是基于下述关系实现的：采样信号电压与发电机输出电压的比值等于基准阈值电压与发电机输出电压设定值的比值。通常采用若干个串联的采样电阻构成采样电路输出采样信号，再通过后级电路及功率管控制励磁电流；然而作为汽车电源的发电机输出电压经常会混有多种频率的干扰杂波，这些干扰杂波也会夹杂在采样信号中，为了防止干扰杂波导致励磁频率过高和改善功率管的励磁电流波形，采样电阻上常常需要接有滤波电容对采样信号中的干扰杂波进行滤波；在滤波的同时也导致采样节点上的信号变化滞后于发电机输出电压的实时工况，这是由于滤波电容与采样电阻构成RC积分电路，在发电机输出电压实时值上升到大于等于设定值的过压时刻，而此刻受滤波电容影响的采样信号的电压还低于基准阈值电压，使发电机励磁电流任然接通，等到滤波电容的充电电压升高到大于等于基准阈值电压的时刻，才通过后级电路切断励磁电流，这样使得发电机输出电压超过设定值的时间点和励磁电流切断的时间点之间存在一个延时，即励磁电流切断存在异步延迟量，以致发电机被超时励磁，在这一个延迟时间内调节器、励磁线圈和发电机一直工作在励磁状态。通过对现有发电机电压调节器实测，得出的数据显示其异步延迟量多在0.1～2mS；特别是在发电机高速时，超时励磁占据了更大的电角度，产生更大的感生电动势、以及产生过度调节、抛负载感应电压升高、整流桥与调节器功率管及其他车载电器等承受更大的电流冲击和潜在的威胁，致使电压调节器容易出现过早损坏，而且一般现有的电压调节器输出的励磁波形的边沿不陡峭、杂波多，导致器件损耗大温升高、易损坏，降低使用寿命。而在原有的开关放大电路中采用调控反馈系数的方式，虽然在一定程度上折中考虑延迟时间和励磁频率问题，但其延迟时间还是往往达到0.1mS或以上，且功率管开闭时励磁波形仍会出现斜坡及抖动，延迟量问题和功率管开关损耗问题没有从根本上得到解决。下表显示了普通12极交流发电机励磁切断延迟时间和对应不同转速下延迟的电角度：因此，尽可能地减小发电机电压调节器励磁切断的异步延迟量对于调节器的安全性、灵敏度、调节精度较为重要，特别是对调节器的安全性尤为重要。但先前技术中，如果去掉采样信号的滤波电容将会引起励磁频率过高以及功率管驱动波形的畸变，使功率管工作于较高频率、驱动不足、在放大区滞留时间过长导致开关损耗过大、发热过多、易损坏问题；解决的办法之一是采用触发器电路来控制功率管的开启与关闭，这虽然解决了开关频率和开关损耗问题，但现有技术的触发器电路结构过于繁琐复杂、成本高、难于实现。综上所述，现有电压调节器存在四个方面的问题：(1)减小超时励磁与控制励磁频率难以兼顾；(2)功率管驱动波形不良导致开关损耗增大；(3)安全可靠性不高、经常发生过早损坏；(4)现有技术的触发器电路结构复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是：解决上述问题中的至少一个技术问题，尤其是针对电压调节器异步延迟量过大的问题，同时兼顾调节器的频率特性，主要在于通过对超时励磁的限制以达到发电机输出电压大于等于设定值时尽快切断励磁，使电压调节更为精准安全可靠。为此，一种设计思想是：设法减小采样电阻和滤波电容构成的RC时间常数，以使励磁切断的延迟时间尽量缩短，再将采样信号与基准阈值电压比较，通过触发器的状态保持和翻转来控制励磁电流；基于这样的思想，如采样电路延迟小于1微秒、调节器的比较电路及后级的触发器的延迟时间小于10微秒、功率管的延迟时间小于1微秒，这样调节器总的延迟时间限定在12微秒以内，按照一般12极发电机12000R/M高速时的延迟量计算，12微秒期间延迟电角度仅为5.184°，采样电路既使存在电容器，当其RC延迟时间做到1微秒以下，其延迟时间几乎不会使发电机产生危害性的超时励磁；当然，一种极致的方法是去掉电容器，仅仅采用电阻、晶体管构成的采样电路的延迟时间几乎为0，而现有一般普通电子器件的延迟时间：比较器在纳秒级至微秒级，MOS功率管延迟时间在纳秒至数十纳秒，门电路的延迟时间一般在纳秒至数十纳秒，双极型晶体管延迟时间则更短，所以一般普通比较器、触发器、功率管构成的电路总的延迟时间在纳秒级至微秒级，调节器延迟时间更短；但仅仅用原有开关放大电路结构无法兼顾励磁频率及彻底改善励磁波形，所以选用具有两种稳态的触发器来控制励磁电流，即用一触发信号来使触发器自锁于第一稳态用于开启励磁电流，过压时刻到来时用过压信号关断励磁电流，这样实现既缩短励磁延迟时间同时又兼顾了励磁频率，同时触发器的两个稳态使得励磁波形从本质上得到改善。为了实现上述目的，依据本专利技术的第一方面，提供了第一种限制超时励磁的电压调节方法，其特殊之处是，包括步骤：SA1：对发电机输出电压不间断地进行实时同步采样，获取相对于实时变化的发电机输出电压延迟时间小于1微秒的采样信号；SA2：将所述采样信号和通过阈值单元预设的基准阈值电压经一延迟时间小于10微秒的电路进行比较，用于确定发电机输出电压是否达大于等于设定值，如否则进行步骤SA3，如是则所述延迟时间小于10微秒的电路输出第一电压，进行步骤SA4；SA3：通过一触发单元接收定频触发信号或接收延时触发信号，使所述触发单元在所述定频触发信号或延时触发信号作用下自锁于第一稳态，并通过功率器件开启发电机励磁电流；所述定频触发信号为固定频率的信号，所述延时触发信号包括：对应于每一次励磁电流切断时刻的控制信号经延时得到的脉冲，及对电压调节器进行激活的上电信号或所述上电信号经延时得到的脉冲；SA4：通过所述第一电压对所述触发单元进行触发，使所述触发单元在所述第一电压作用下迅速翻转并自锁于第二稳态并通过功率器件切断励磁电流，且所述触发单元的翻转时间及所述功率器件关断时间小于1微秒；使发电机输出电压在每一次开始大于等于设定值时刻，到励磁电流被切断时刻的延迟时间被限定为小于12微秒。依据本专利技术第二方面，提供了第二种限制超时励磁的电压调节方法，其特殊之处是，包括步骤：SB1：对发电机输出电压不间断地进行实时同步采样，获取相对于实时变化的发电机输出电压延迟时间小于1微秒的采样信号；通过一触发单元接收定频触发信号或接收延时触发信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种限制超时励磁的电压调节方法，其特征在于，包括步骤：SA1：对发电机输出电压不间断地进行实时同步采样，获取相对于实时变化的发电机输出电压延迟时间小于1微秒的采样信号；SA2：将所述采样信号和通过阈值单元预设的基准阈值电压经一延迟时间小于10微秒的电路进行比较，用于确定发电机输出电压是否达大于等于设定值，如否则进行步骤SA3，如是则所述延迟时间小于10微秒的电路输出第一电压，进行步骤SA4；SA3：通过一触发单元接收定频触发信号或接收延时触发信号，使所述触发单元在所述定频触发信号或延时触发信号作用下自锁于第一稳态，并通过功率器件开启发电机励磁电流；所述定频触发信号为固定频率的信号，所述延时触发信号包括：对应于每一次励磁电流切断时刻的控制信号经延时得到的脉冲，及对电压调节器进行激活的上电信号或所述上电信号经延时得到的脉冲；SA4：通过所述第一电压对所述触发单元进行触发，使所述触发单元在所述第一电压作用下迅速翻转并自锁于第二稳态并通过功率器件切断励磁电流，且所述触发单元的翻转时间及所述功率器件关断时间小于1微秒；；使发电机输出电压在每一次开始大于等于设定值时刻，到励磁电流被切断时刻的延迟时间被限定为小于12微秒。...

【技术特征摘要】
2016.01.30 CN 20161006716261.一种限制超时励磁的电压调节方法，其特征在于，包括步骤：
SA1：对发电机输出电压不间断地进行实时同步采样，获取相对于实时变化的发电机输出
电压延迟时间小于1微秒的采样信号；
SA2：将所述采样信号和通过阈值单元预设的基准阈值电压经一延迟时间小于10微秒的
电路进行比较，用于确定发电机输出电压是否达大于等于设定值，如否则进行步骤SA3，如
是则所述延迟时间小于10微秒的电路输出第一电压，进行步骤SA4；
SA3：通过一触发单元接收定频触发信号或接收延时触发信号，使所述触发单元在所述定
频触发信号或延时触发信号作用下自锁于第一稳态，并通过功率器件开启发电机励磁电流；
所述定频触发信号为固定频率的信号，所述延时触发信号包括：对应于每一次励磁电流
切断时刻的控制信号经延时得到的脉冲，及对电压调节器进行激活的上电信号或所述上电信
号经延时得到的脉冲；
SA4：通过所述第一电压对所述触发单元进行触发，使所述触发单元在所述第一电压作用
下迅速翻转并自锁于第二稳态并通过功率器件切断励磁电流，且所述触发单元的翻转时间及
所述功率器件关断时间小于1微秒；；
使发电机输出电压在每一次开始大于等于设定值时刻，到励磁电流被切断时刻的延迟时间
被限定为小于12微秒。
2.一种限制超时励磁的电压调节方法，其特征在于，包括步骤：
SB1：对发电机输出电压不间断地进行实时同步采样，获取相对于实时变化的发电机输出
电压延迟时间小于1微秒的采样信号；
通过一触发单元接收定频触发信号或接收延时触发信号，使所述触发单元在所述定频触
发信号或延时触发信号作用下自锁于第一稳态，并通过功率器件开启发电机励磁电流；
所述定频触发信号为固定频率的信号，所述延时触发信号包括：对应于每一次励磁电流
切断时刻的控制信号经延时得到的脉冲，及对电压调节器进行激活的上电信号或所述上电信
号经延时得到的脉冲；
SB2：将所述采样信号和通过阈值单元预设的基准阈值电压经一延迟时间小于10微秒的
电路进行比较，用于确定发电机输出电压是否达大于等于设定值，如否则进行步骤SB1，如
是则所述延迟时间小于10微秒的电路输出第一电压，进行步骤SB3；
SB3：通过所述第一电压对所述触发单元进行触发，使所述触发单元在所述第一电压信号
作用下迅速翻转并自锁于第二稳态并通过功率器件切断励磁电流，且所述触发单元的翻转时
间及所述功率器件关断时间小于1微秒；
使发电机输出电压在每一次开始大于等于设定值时刻，到励磁电流被切断时刻的延迟时
间被限定为小于12微秒。
3.一种限制超时励磁的电压调节方法，其特征在于，包括步骤：
SC1：对发电机输出电压不间断地进行实时同步采样，获取相对于实时变化的发电机输出
电压延迟时间小于1微秒的采样信号；
通过一触发单元收定频触发信号或接收延时触发信号，使所述触发单元在所述定频触发

\t信号或延时触发信号作用下自锁于第一稳态，并通过功率器件开启发电机励磁电流；
所述定频触发信号为固定频率的信号，所述延时触发信号包括：对应于每一次励磁电流
切断时刻的控制信号经延时得到的脉冲，及对电压调节器进行激活的上电信号或所述上电信
号经延时得到的脉冲；
SC2：将所述采样信号和通过阈值单元预设的基准阈值电压经所述触发单元进行比较，用
于判别发电机输出电压是否达大于等于设定值，若所述采样信号电压小于所述基准阈值电压，
则触发单元状态不变，若所述采样信号电压大于等于所述基准阈值电压，则所述触发单元迅
速翻转并自锁于第二稳态，并通过功率器件切断发电机励磁电流；且所述触发单元的翻转时
间及所述功率器件关断时间小于1微秒；
使发电机输出电压在每一次开始大于等于设定值时刻，到励磁电流被切断时刻的延迟时
间被限定为小于2微秒。
4.一种采用如权利要求1所述电压调节方法的发电机电压调节器，其特征在于包括振荡
单元、采样单元、阈值单元、比较单元、触发单元、开关单元和续流单元；所述振荡单元的
输出端与触发单元的第一输入端连接用于提供定频触发信号，采样单元包括电阻和/或晶体管
用于提供延迟时间小于1微秒的采样信号，所述采样单元与电源正负极分别连接，所述采样
单元输出端与比较单元的第一输入端连接，阈值单元与所述比较单元的第二输入端连接用于
提供基准阈值电压，所述比较单元的输出端与触发单元的第二输入端连接用于当所述采样信
号电压大于等于所述基准阈值电压时提供第一电压，所述触发单元的输出端与开关单元的第
一端连接，所述开关单元的第二端为电压调节器的励磁控制端且与续流单元连接；当所述电
压调节器用于外搭铁发电机时，所述续流单元的另一端连接发电机电压调节器的电源正极，
所述开关单元的第三端接地；当所述电压调节器用于内搭铁发电机时，所述续流单元的另一
端接地即电压调节器的电源负极，所述开关单元的第三端接电压调节器的电源正极；使所述
触发单元还在未接收到所述第一电压时在所述延时触发信号的作用下自锁于第一稳态并通过
所述开关单元接通励磁电流，所述触发单元在所述第一电压作用下自锁于第二稳态并通过所
述开关单元切断励磁电流。
5.一种采用如权利要求1所述电压调节方法的发电机电压调节器，其特征在于包括延时
单元、采样单元、阈值单元、比较单元、触发单元、开关单元和续流单元；所述延时单元的
输出端与触发单元的第一输入端连接用于为所述触发单元提供延时触发信号，采样单元包括
电阻和/或晶体管用于提供延迟时间小于1微秒的采样信号，所述采样单元与电源正负极分别
连接，所述采样单元输出端与比较单元的第一输入端连接，阈值单元与所述比较单元的第二
输入端连接用于提供基准阈值电压，所述比较单元的输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，
申请(专利权)人：杨明，
类型：发明
国别省市：辽宁;21