本發(fā)明涉及一種控制用于調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)車輛交流發(fā)電機(jī)的裝置的方法。本發(fā)明還涉及該調(diào)節(jié)裝置以及包含該調(diào)節(jié)裝置的交流發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：

為了安全起見(jiàn)，機(jī)動(dòng)車輛的重要設(shè)備項(xiàng)配備有用于檢測(cè)和指示任何操作異常的裝置。

通常由具有整流相電壓的交流發(fā)電機(jī)組成的車載發(fā)電機(jī)是這些重要的設(shè)備項(xiàng)之一，每個(gè)司機(jī)都熟悉他車上儀表板上標(biāo)有“充電”的紅燈。

通常作為機(jī)電組件的替代品，車載電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用使得能夠甚至更好地檢測(cè)到操作故障和故障情況，以便診斷，設(shè)備的通信或保護(hù)。

例如，在valeoequipementselectriquesmoteur公司的專利申請(qǐng)fr2642580中描述的電子電壓調(diào)節(jié)器包含故障檢測(cè)設(shè)備，其分析各種可訪問(wèn)參數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是以下之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

-交流發(fā)電機(jī)輸出端處的電壓和磁場(chǎng)繞組端子處的電壓；

-交流發(fā)電機(jī)輸出端處的電壓和相輸入端的端子處的電壓。

第二種情況允許間接檢測(cè)以下故障：

-交流發(fā)電機(jī)(風(fēng)扇帶損壞)沒(méi)有旋轉(zhuǎn)；

-斷路勵(lì)磁電路(斷路的磁場(chǎng)繞組，殼體中的電刷堵塞等)。

valeoequipementselectriquesmoteur公司的專利申請(qǐng)fr2910639描述了一種類似的方法，用于尋找如果交流發(fā)電機(jī)的磁路包括永磁體或顯示出強(qiáng)的剩余磁性的情況下繼續(xù)施加勵(lì)磁電路的解決方案。

現(xiàn)代交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器集成了功率開(kāi)關(guān)，通常稱為“高側(cè)”的晶體管，其控制在交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組中流動(dòng)的勵(lì)磁電流。

轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，其值由勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)，以便在整流相電壓之后，將由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的直流電壓保持在所需值。

然而，該功率開(kāi)關(guān)的輸出可能短路，這是在上述指出的已知方法中未檢測(cè)到并且因此需要改進(jìn)的勵(lì)磁電路的故障類型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明目的在于減輕缺乏檢測(cè)這種類型故障的缺點(diǎn)，以便處理短路電流并且保證調(diào)節(jié)器的部件的完整性。

根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種控制用于調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)車輛交流發(fā)電機(jī)的裝置并將由該交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的直流電壓從屬控制到預(yù)定設(shè)定值的方法。

通過(guò)借助于由具有預(yù)定周期的控制信號(hào)來(lái)控制在包括交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電路中流動(dòng)的電流，來(lái)從屬控制所述直流電壓。

本發(fā)明目的的控制用于調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)車輛交流發(fā)電機(jī)的裝置的方法是通常已知的包括檢測(cè)勵(lì)磁電路的故障的那種類型的。

在本發(fā)明的方法中，檢測(cè)到勵(lì)磁繞組的至少一個(gè)短路。

根據(jù)本發(fā)明，控制信號(hào)是基于由展示代表設(shè)定值的占空比的預(yù)定周期的脈沖形成的設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和表示短路的檢測(cè)信號(hào)的組合生成的。

再次，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將勵(lì)磁電流的強(qiáng)度限制到預(yù)定極限值，在該預(yù)定周期的至少第一部分具有至少一個(gè)預(yù)定電流斜率期間，作為跨導(dǎo)體的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)由所述控制信號(hào)進(jìn)行控制。

同時(shí)或以其他方式，根據(jù)本發(fā)明，在預(yù)定周期的至少第二部分期間，通過(guò)將該勵(lì)磁電流的強(qiáng)度限制到該預(yù)定極限值，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)通過(guò)控制信號(hào)被改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。

在本發(fā)明的方法中，

-一旦勵(lì)磁電流的強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定的高閾值，則在第一預(yù)定時(shí)間延遲期間開(kāi)始第一計(jì)數(shù)器；

-在該第一時(shí)間延遲期間，基于勵(lì)磁電流的強(qiáng)度來(lái)計(jì)算短路狀態(tài)的估計(jì)值；

-在第一時(shí)間延遲之后，如果短路狀態(tài)的估計(jì)值高于預(yù)定的低閾值，則檢測(cè)信號(hào)被激活；

-如果短路狀態(tài)的估計(jì)值低于低閾值，則第一計(jì)數(shù)器被重新初始化；

-在激活檢測(cè)信號(hào)之后，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)由具有預(yù)定電流斜率的控制信號(hào)控制，以過(guò)渡到開(kāi)路狀態(tài)；

-借助于第二計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的第二預(yù)定時(shí)間延遲，并且半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在第二時(shí)間延遲期間保持在開(kāi)路狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的方法的特定實(shí)施例，短路狀態(tài)的估計(jì)值是勵(lì)磁電流強(qiáng)度的中間值。

根據(jù)本發(fā)明的另一特征，限定值和第一時(shí)間延遲被限定為使得要耗散的功率小于由半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的散熱器允許的最大功率。

本發(fā)明還涉及一種用于調(diào)節(jié)機(jī)動(dòng)車輛的裝置，其被設(shè)計(jì)為實(shí)施上述方法。

該裝置包括借助于由預(yù)定周期的控制信號(hào)控制的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)來(lái)控制在包括交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電路中流動(dòng)的電流以便將由交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的dc電壓從屬控制到預(yù)定設(shè)定值的設(shè)備。

所述調(diào)節(jié)裝置是還包括檢測(cè)勵(lì)磁電路的故障的設(shè)備的這樣的類型的調(diào)節(jié)裝置。

在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置中，這些檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)勵(lì)磁繞組的至少一個(gè)短路。

根據(jù)本發(fā)明，從屬控制設(shè)備包括調(diào)節(jié)回路，該調(diào)節(jié)回路產(chǎn)生由展示設(shè)定值的占空比的預(yù)定周期的脈沖形成的設(shè)定點(diǎn)信號(hào)，并且檢測(cè)設(shè)備包括產(chǎn)生指示短路的檢測(cè)信號(hào)的檢測(cè)模塊。

根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置還包括結(jié)合設(shè)定點(diǎn)信號(hào)和檢測(cè)信號(hào)以產(chǎn)生生成控制信號(hào)的控制電路的輸入信號(hào)。

在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置中，檢測(cè)模塊包括：

-表示存儲(chǔ)預(yù)定的高閾值和預(yù)定的低閾值的設(shè)備；

-獲得勵(lì)磁電流的強(qiáng)度的設(shè)備；

-將該強(qiáng)度與預(yù)定的高閾值和預(yù)定的低閾值進(jìn)行比較的第一設(shè)備；

-借助于比較觸發(fā)的限定第一預(yù)定時(shí)間延遲的第一計(jì)數(shù)器；

-基于在第一時(shí)間延遲期間的勵(lì)磁電流計(jì)算出短路的估計(jì)值的設(shè)備；

-將該短路的估計(jì)值與預(yù)定的低閾值進(jìn)行比較的第二設(shè)備；

-借助于第二比較觸發(fā)的限定第二預(yù)定時(shí)間延遲的第二計(jì)算器。

本發(fā)明的目的還在于如前所述的包括調(diào)節(jié)裝置的機(jī)動(dòng)車輛交流發(fā)電機(jī)。

這些較少的實(shí)質(zhì)性說(shuō)明書(shū)將使得由本發(fā)明提供的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)與背景技術(shù)相比是顯而易見(jiàn)的。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明書(shū)中在下面與附圖結(jié)合的描述中給出。應(yīng)當(dāng)注意到，這些附圖并不是示出描述的文本的目的并且不以任何方式構(gòu)成本發(fā)明的范圍的限制。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的在沒(méi)有調(diào)節(jié)裝置的交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁繞組斷路的情況下勵(lì)磁電流的過(guò)載；

圖2示出根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置中使用的mosfet型的功率晶體管的特征；

圖3示出根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置和功率晶體管的跨導(dǎo)模式模型，其特征示出在圖2上；

圖4a表示示出當(dāng)功率晶體管處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)如果發(fā)生短路的根據(jù)本發(fā)明的用于控制調(diào)節(jié)裝置的方法的時(shí)間圖；

圖4b表示示出當(dāng)所述功率晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)如果發(fā)生短路的根據(jù)本發(fā)明的用于控制調(diào)節(jié)裝置的方法的時(shí)間圖；

圖5表示示出當(dāng)功率晶體管出于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)如果發(fā)生短路的根據(jù)本發(fā)明的用于控制調(diào)節(jié)裝置的替代方法的時(shí)間圖；以及

圖6是檢測(cè)根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置中的短路的總圖。

具體實(shí)施方式

交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器通常將防止短路電流的功能集成在一起。這些功能是當(dāng)電流超過(guò)預(yù)設(shè)值icc_th時(shí)電源開(kāi)關(guān)開(kāi)路的基本設(shè)計(jì)，如圖1所示的。

當(dāng)tr晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)on時(shí)，如果電源開(kāi)關(guān)發(fā)生短路，則勵(lì)磁繞組中的電流強(qiáng)度i隨著上升斜率1非常快速地增加，這僅取決于勵(lì)磁電路中存在的阻抗。

短路周期δt，即保護(hù)功能指示切換到開(kāi)路狀態(tài)之前tr晶體管保持導(dǎo)通狀態(tài)on期間的時(shí)間段，取決于電子設(shè)備的反應(yīng)時(shí)間，并被控制到最小。

因此，當(dāng)晶體管tr切換到開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，在強(qiáng)度i沿下降斜率2減小之前，每當(dāng)mosfet類型的功率晶體管tr的電阻rds(on)保持非常低時(shí)，勵(lì)磁電路中流動(dòng)的強(qiáng)度i就可以達(dá)到非常高的imax值。

根據(jù)本發(fā)明的用于控制機(jī)動(dòng)車輛交流發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)裝置的方法的原理是要使用mosfet功率晶體管的漏極電流id取決于圖2所示的柵極-源極電壓vgs以控制圖3所示的調(diào)節(jié)裝置4的“高側(cè)”開(kāi)關(guān)3以便在勵(lì)磁繞組6短路時(shí)限制電源開(kāi)關(guān)5中的電流id。

在“共源極”拓?fù)渲?，在開(kāi)路模式off/導(dǎo)通模式on之外，mosfet晶體管3可以臨時(shí)地起到跨導(dǎo)模式(在歐姆區(qū)域“res”外的飽和區(qū)域“sat”中，對(duì)于足夠高的漏極-源極電壓vds)的作用，即作為具有無(wú)限阻抗的電流的電壓控制發(fā)生器7，如圖3的等效模型所示的。

對(duì)于低的柵極-源極電壓vgs1(但高于閾值電壓vth)，漏極id1的強(qiáng)度是低的，對(duì)于平均柵極-源極電壓vgs2，漏極id2的相應(yīng)強(qiáng)度為中等的，并且對(duì)于高柵極-源極電壓vgs3，漏極id3的強(qiáng)度是強(qiáng)的，如圖2清楚地示出的。

在本發(fā)明的方法中，開(kāi)關(guān)3因此以柵極-源極電壓vgs進(jìn)行極化，使得在開(kāi)關(guān)3中流動(dòng)的電流不能超過(guò)預(yù)定值ilim，如將結(jié)合圖4a，4b和5所解釋的。

例如，對(duì)于低的柵極-源極電壓vgs1，勵(lì)磁電流id的強(qiáng)度將被限制到圖2的陰影區(qū)域8。

將注意到，開(kāi)關(guān)3，作為電流發(fā)生器7，也將有利地用于控制在該開(kāi)關(guān)3和續(xù)流二極管9之間換向的電流。

電源開(kāi)關(guān)5的操作持續(xù)一段固定時(shí)間t或更少具有可變的頻率；在這兩種情況下，占空比r可變，以將交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓b+a設(shè)定為設(shè)定值。

在圖3中，將注意到，功率開(kāi)關(guān)5由設(shè)定點(diǎn)信號(hào)exc(由調(diào)節(jié)算法11計(jì)算的占空比r的脈沖寬度調(diào)制)和形成在檢測(cè)模塊12中的短路檢測(cè)信號(hào)th_hexccd的組合10exc_dr進(jìn)行控制。

組合exc_dr被施加到控制電路13的輸入端，控制電路用電壓vgs控制電源開(kāi)關(guān)3的柵極g。

當(dāng)發(fā)生短路sc時(shí)，兩種典型的情況發(fā)生：

-當(dāng)開(kāi)關(guān)3處于開(kāi)路狀態(tài)off或在電流阻抗過(guò)渡期間出現(xiàn)斷路sc；

-當(dāng)開(kāi)關(guān)3處于導(dǎo)通狀態(tài)on時(shí)出現(xiàn)短路sc。

在圖4a所示的第一種情況下，當(dāng)開(kāi)關(guān)3以跨導(dǎo)模式工作時(shí)，勵(lì)磁電流的強(qiáng)度irot沿著預(yù)定的電流斜率增加。

當(dāng)強(qiáng)度irot達(dá)到預(yù)定的高閾值th_sc_high時(shí)，認(rèn)為勵(lì)磁繞組6已經(jīng)短路。

然后，在第一預(yù)定時(shí)間延遲t1期間，將電流的強(qiáng)度irot限制到預(yù)定的極限值ilim，然后沿著預(yù)定的電流斜率再次減小。

第一時(shí)間延遲t1和極限值ilim被限定為使得耗散能力小于開(kāi)關(guān)3的熱沉能夠排出的最大功率。

在圖4b所示的第二種情況下，在第一預(yù)定時(shí)間延遲t1期間，短路電流的強(qiáng)度irot被限制到極限值ilim，然后沿著預(yù)定的電流斜率再次減小。第一個(gè)解決方案是要使用開(kāi)關(guān)3來(lái)限制電流。這導(dǎo)致施加的柵極-源極電壓vgs小于最大值；因此rds(on)不是最小值，這有助于額外的加熱。

當(dāng)開(kāi)關(guān)3在短路sc的情況下處于導(dǎo)通狀態(tài)on時(shí)，該解決方案的替代方案是要將開(kāi)關(guān)3改變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，即具有最小的漏極-源極電阻rds(on)。

每當(dāng)通過(guò)閾值icc_th(圖5)的交叉檢測(cè)到短路sc時(shí)，開(kāi)關(guān)3立即從導(dǎo)通/開(kāi)路模式改變?yōu)榭鐚?dǎo)模式，并且在第一預(yù)定時(shí)間延遲t1期間，勵(lì)磁電流的強(qiáng)度irot被限制到極限值ilim。

注意到，在從導(dǎo)通狀態(tài)on過(guò)渡到跨導(dǎo)模式期間，用于建立vgs電壓的時(shí)間不是立即的。如果考慮沒(méi)有寄生部件的勵(lì)磁電路，則最壞情況下的短路電流的強(qiáng)度irot為b+a/rds(on)。然后，它減少到達(dá)值ilim，如圖5清楚地所示的。由于電路中存在電容器和殘留扼流圈，電流可能會(huì)具有振蕩。

通過(guò)計(jì)算確定確認(rèn)時(shí)間，使得短路sc產(chǎn)生的熱量可以由電源開(kāi)關(guān)3的散熱器消散。為此目的，因?yàn)榕c設(shè)定點(diǎn)信號(hào)exc的脈沖相比的任何時(shí)間發(fā)生短路，因此在開(kāi)關(guān)3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)之前，大于最小時(shí)間t_retry_min的第二時(shí)間延遲t2被固定。

圖6示出了確認(rèn)和控制最小時(shí)間t_retry_min的時(shí)間的示例性實(shí)施例。

在根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)裝置4的處理器14中實(shí)施的通用算法如下：

-一旦第一比較器15確定通過(guò)本身已知的獲取和濾波16獲得的勵(lì)磁電流的強(qiáng)度irot的測(cè)量值已經(jīng)達(dá)到預(yù)定的高閾值th_sc_high，第一計(jì)數(shù)器17timer_en就開(kāi)始產(chǎn)生第一時(shí)間延遲t1(例如為10μs)。在該第一時(shí)間延遲t1期間，通過(guò)計(jì)算結(jié)果18(av_en)計(jì)算為勵(lì)磁電流的強(qiáng)度irot的中值irot_av形式的短路的估計(jì)值。

-在計(jì)數(shù)to的結(jié)束并且如果第二比較器19確定計(jì)算的中值irot_av大于預(yù)定的低閾值th_sc_low，則檢測(cè)到短路sc(scd)，并激活檢測(cè)信號(hào)th_hexccd。如果中值irot_av低于低閾值th_sc_low，則第一計(jì)數(shù)器17被重新初始化。

-一旦短路檢測(cè)信號(hào)th_hexccd是有源的，電源開(kāi)關(guān)3就用電流斜率指令切斷。

-在第二時(shí)間延遲t2大于散熱所需要的最小時(shí)間t_retry_min期間，所述開(kāi)關(guān)3維持在開(kāi)路狀態(tài)。第二可編程計(jì)數(shù)器20使得能夠根據(jù)應(yīng)用來(lái)適配該第二時(shí)間延遲t2(例如4ms)并產(chǎn)生確認(rèn)信號(hào)thhexccd_latch。

不言而喻，本發(fā)明不限于上述唯一的優(yōu)選實(shí)施例。

特別地，作為示例僅給出以上示出的第一和第二時(shí)間延遲t1，t2的具體值。

同樣適用于模擬電路15，19或數(shù)字電路17，20的分立部件3，9的特定類型：它們可以替代地由履行相同功能的其它模擬或數(shù)字電子部件代替。

因此，本發(fā)明包括將包括會(huì)保持在由以下權(quán)利要求限定的框架內(nèi)的所有可能的替代實(shí)施例。