專利名稱：用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的相控電壓調(diào)節(jié)器及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種串聯(lián)類(lèi)型的相控電壓調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器通常能用來(lái)把交流(A.C.)和/或直流(D.C.)供給到可連接到用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)的電壓永磁發(fā)電機(jī)的電氣負(fù)載、或用于其他可能用途。
按附圖的

圖1的通常可用的交流(A.C.)和/或直流(D.C.)電壓調(diào)節(jié)器包括，一個(gè)裝有電子控制開(kāi)關(guān)的D.C.部分，例如串聯(lián)連接在一個(gè)永磁發(fā)電機(jī)的繞組W1與W2之間的SCR1、和例如包括電池BA的一個(gè)D.C.負(fù)載；當(dāng)電池BA的電壓VB下降到由與一個(gè)直接偏置二極管D1串聯(lián)連接的齊納二極管DZ的電壓降確定的值以下時(shí)，由發(fā)電機(jī)的輸入電壓接通控制開(kāi)關(guān)SCR1。
通常為給一個(gè)A.C.負(fù)載L供電而提供的電壓調(diào)節(jié)器的A.C.部分以分路調(diào)節(jié)器的方式相反地操作，因?yàn)楫?dāng)包括一個(gè)或多個(gè)燈的A.C.電氣負(fù)載L上的有效電壓超過(guò)通常等于13.5伏特的公稱值時(shí)，由一個(gè)電壓控制電路VL控制的電子開(kāi)關(guān)SCR2就短路由繞組W2供給的負(fù)電壓半波。
這種類(lèi)型的電壓調(diào)節(jié)器有幾個(gè)缺點(diǎn)和缺陷特別是A.C.負(fù)載L上的電壓在一定程度上取決于電池BA的充電條件，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)繞組的一部分W2對(duì)于要供電的A.C.和D.C.負(fù)載的兩種類(lèi)型是公用的；對(duì)于發(fā)電機(jī)需要一個(gè)中間輸出端，以便當(dāng)A.C.負(fù)載L由SCR2短路時(shí)，把過(guò)多的能量耗散到繞組W2上。而且，在這種類(lèi)型的系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)裝有一個(gè)用來(lái)把電力供給到常規(guī)電子點(diǎn)火系統(tǒng)CDI的分離繞組W3，如圖1中示意地所示；幾個(gè)或分離繞組的使用需要來(lái)自電壓發(fā)生器的耗時(shí)布線連接和附加的成本。
作為特別參考用的US-A-5,630,404的圖3中描述和表明的供電裝置，已經(jīng)部分解決了這些問(wèn)題。
由上述美國(guó)專利公開(kāi)的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)還包括一個(gè)與A.C.和D.C.電氣負(fù)載并聯(lián)連接的電子控制開(kāi)關(guān)，當(dāng)供給A.C.和D.C.電氣負(fù)載的電壓都達(dá)到正確的電壓值時(shí)，該電子開(kāi)關(guān)把發(fā)電機(jī)繞組短路到地。
這種已知的系統(tǒng)因此涉及在電壓發(fā)生器的繞組中和在電壓調(diào)節(jié)器中的大量電流流動(dòng)，并且當(dāng)不給電氣負(fù)載供電時(shí)，也涉及高能量耗散。
這導(dǎo)致兩種不利影響第一種是從車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)抽取較多的功率，結(jié)果有較大的燃料消耗和大氣污染，而第二種影響是耗散的電功率導(dǎo)致發(fā)電機(jī)和相同電壓調(diào)節(jié)器的溫度升高，不利地影響其可靠性。
因此這里對(duì)這樣一種解決方法的需要是存在的把使兩個(gè)端子之一接地、以便供電機(jī)動(dòng)車(chē)輛的A.C.和D.C.電氣負(fù)載的一個(gè)單繞組發(fā)電機(jī)，和發(fā)動(dòng)機(jī)的電子點(diǎn)火的優(yōu)點(diǎn)，與具有至A.C.和D.C.電氣負(fù)載的選擇性供電，從而伴有低的能量損失的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起。
因此本發(fā)明的一般目的在于，提供一種用于永磁發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)的方法，該方法特別適用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)等，借助于該方法有可能以選擇和相控方式供電給交流(A.C.)和/或直流(D.C.)電氣負(fù)載、及機(jī)動(dòng)車(chē)輛的點(diǎn)火電路；以這樣一種方式，使由電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)造成的能量損失保持到最小，并因此大大地減小了永磁發(fā)電機(jī)和相同電壓調(diào)節(jié)器過(guò)熱的原因，同時(shí)保持電氣負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電路連接到相同永磁發(fā)電機(jī)的單個(gè)定子繞組上。
而本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種電壓調(diào)節(jié)器，如以上限定的那樣，該電壓調(diào)節(jié)器不僅使能量損失和發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗減小，而且也可滿足機(jī)動(dòng)車(chē)輛制造的一些要求；事實(shí)上，要求由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率應(yīng)該愈來(lái)愈主要地用于牽引目的，發(fā)動(dòng)機(jī)功率的一最小部分用于電能的產(chǎn)生，其量足夠用于供電電氣負(fù)載和機(jī)動(dòng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)等。
這些和其他目的可以通過(guò)一種用于永磁發(fā)電機(jī)輸出電壓調(diào)節(jié)的方法實(shí)現(xiàn)，該發(fā)電機(jī)根據(jù)權(quán)利要求1供電到A.C.和/或D.C.電氣負(fù)載及機(jī)動(dòng)車(chē)輛的點(diǎn)火系統(tǒng)，而根據(jù)獨(dú)立的權(quán)利要求6和7供電到一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器裝置。
更準(zhǔn)確地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)一般實(shí)施例，提供了一種用來(lái)調(diào)節(jié)供電到連接到一個(gè)單繞組永磁發(fā)電機(jī)(W4)上的A.C.和/或D.C.電氣負(fù)載(L、BA)、及到用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火電路的電壓(VL、VB)方法，其中電氣負(fù)載(L、BA)供有具有第一極性的永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓(VG)的半波，該方法包括步驟-通過(guò)一個(gè)用來(lái)在每個(gè)供電相位期間控制在電氣負(fù)載(L、BA)中供給的電壓(VL、VB)的電子控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)，把電氣負(fù)載(L、BA)連接到永磁發(fā)電機(jī)的單個(gè)繞組(W4)上；-檢測(cè)在電氣負(fù)載(L、BA)上存在的電壓(VL、VB)；-在具有所述第一極性的永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓半波的每個(gè)周期期間，相對(duì)于在電氣負(fù)載(L、BA)上檢測(cè)的電壓(VL、VB)，通過(guò)控制控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)的導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)始和時(shí)間長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)供給到電氣負(fù)載(L、BA)上的電壓(VL、VB)；及-在每個(gè)電壓半波的一個(gè)初始時(shí)間段(α1)期間，保持永磁發(fā)電機(jī)的無(wú)負(fù)載工作狀態(tài)，其中所述控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第一最佳實(shí)施例，提供了一種用來(lái)經(jīng)一個(gè)電子控制開(kāi)關(guān)(T1)調(diào)節(jié)供給到可連接到一個(gè)單繞組永磁發(fā)電機(jī)(W4)上的A.C.電氣負(fù)載的電壓(VL)的方法，該方法包括步驟；-檢測(cè)在A.C.電氣負(fù)載(L)上的電壓(VL)；-相對(duì)于在A.C.電氣負(fù)載(L)上的檢測(cè)電壓(VL)提供一個(gè)第一控制電壓(V2)；-相對(duì)于具有第一極性的永磁發(fā)電機(jī)(W4)的電壓半波(VG)的每一個(gè)和在其期間，產(chǎn)生一個(gè)電壓斜坡(VC)，而在具有與前一個(gè)半波相反的第二極性的每個(gè)電壓半波期間，調(diào)零所述電壓斜坡(VC)；及-為了使所述第一極性的每個(gè)半波的角度(α2)具有足以保持在A.C.電氣負(fù)載(L)上的要求公稱電壓(VL)的長(zhǎng)度通過(guò)向控制開(kāi)關(guān)(T1)的控制門(mén)，施加一個(gè)由所述電壓斜坡(VC)與所述第一控制電壓(V2)的比較提供的一個(gè)第二的控制電壓(VF)，把控制開(kāi)關(guān)(T1)觸發(fā)到導(dǎo)通狀態(tài)，以供電給A.C.電氣負(fù)載(L)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)第二最佳實(shí)施例，提供了一種用來(lái)經(jīng)各電子控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)調(diào)節(jié)供給到選擇性地可連接到一個(gè)單繞組永磁發(fā)電機(jī)(W4)上的A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)的電壓(VL、VB)的方法，該方法包括步驟-檢測(cè)在電氣負(fù)載(L、BA)上的電壓(VL、VB)；-相對(duì)于在電氣負(fù)載(L、BA)上的檢測(cè)電壓(VL、VB)提供第一和第二控制電壓(V2、V3)；-提供一個(gè)指示D.C.電氣負(fù)載(BA)的公稱電壓的第一基準(zhǔn)電壓(VR4)；-相對(duì)于具有第一極性的永磁發(fā)電機(jī)(W4)的電壓半波(VG)的每一個(gè)和在其期間，產(chǎn)生一個(gè)電壓斜坡(VC)，而在具有與前一個(gè)半波相反的第二極性的每個(gè)電壓半波期間，調(diào)零所述電壓斜坡(VC)；-提供一個(gè)閾值電壓(VR3)；及-為了使所述第一極性的每個(gè)半波的角度(α2、α3)具有一個(gè)足以保持在電氣負(fù)載(L、BA)上的要求公稱電壓(VL、VB)的長(zhǎng)度，通過(guò)向控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)的控制門(mén)，施加一個(gè)通過(guò)分別比較所述第一控制電壓(V2)與所述閾值電壓(VR3)、和所述第二控制電壓(V3)與所述電壓斜坡(VC)提供的一個(gè)第二電壓(VN、VF’)，把所述控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)觸發(fā)到導(dǎo)通狀態(tài)，以選擇性地分別供電給A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，提供了一種用于A.C.電氣負(fù)載(L)的串聯(lián)型相控電壓調(diào)節(jié)器，其中在第一極性的每個(gè)半波期間，通過(guò)相對(duì)于在負(fù)載本身上檢測(cè)的一個(gè)電壓(VL)控制的一個(gè)電子開(kāi)關(guān)(T1)，把A.C.電氣負(fù)載(L)可串聯(lián)連接到一個(gè)永磁發(fā)電機(jī)的一個(gè)單繞組(W4)上，該調(diào)節(jié)器的特征在于包括-一個(gè)A.C.負(fù)載電壓檢測(cè)單元(B)，以提供與在A.C.電氣負(fù)載(L)上檢測(cè)的電壓(VL)的平方值成比例的一個(gè)第一控制電壓(VO)；
-一個(gè)倒相積分器單元(C)，帶有連接到所述A.C.電壓檢測(cè)單元(B)的輸出端(VO)上的一個(gè)輸入端(-)，以相對(duì)于供給到A.C.電氣負(fù)載(L)的電壓(VL)、和相對(duì)于指示A.C.負(fù)載(L)的有效電壓(VL)的第一基準(zhǔn)電壓(VR1)，提供一個(gè)第二控制電壓(V1)；-一個(gè)電壓倒相單元(D)，帶有連接到所述倒相積分器單元(C)的輸出端上的一個(gè)輸入端(-)，以相對(duì)于一個(gè)第二基準(zhǔn)電壓(VR2)倒相所述第二控制電壓(V1)，提供一個(gè)涉及用于A.C.電氣負(fù)載(L)的有效電壓(VL)的第三控制電壓(V2)；-一個(gè)電壓斜坡產(chǎn)生單元(E)，相對(duì)于永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓(VG)的第一極性的每個(gè)半波，提供一個(gè)電壓斜坡(VC)，在每個(gè)半波具有與前一個(gè)半波相反的第二極性期間調(diào)零電壓斜坡(VC)；及-一個(gè)電壓比較器(F’)，把所述電壓斜坡(VC)與所述第三控制電壓(V2)相比較，以在第一極性的每個(gè)半波期間，向電子開(kāi)關(guān)(T1)的控制門(mén)施加一個(gè)控制電壓(VF)，從而把A.C.電氣負(fù)載(L)連接到永磁發(fā)電機(jī)的單繞組(W4)上。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種具體用于A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)的串聯(lián)型相控電壓調(diào)節(jié)器，其中在輸出電壓(VG)的每個(gè)半波具有相同極性期間，A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)可選擇地連接到一個(gè)永磁發(fā)電機(jī)的一個(gè)單繞組(W4)上，該調(diào)節(jié)器的特征在于包括-一個(gè)第一A.C.負(fù)載電壓檢測(cè)單元(B)，以提供與在A.C.電氣負(fù)載(L)上檢測(cè)的電壓(VL)的平方值成比例的一個(gè)第一控制電壓(VO)；-一個(gè)倒相積分器單元(C)，帶有連接到所述A.C.電壓檢測(cè)單元(B)的輸出端(VO)上的一個(gè)輸入端(-)，以相對(duì)于供給到A.C.電氣負(fù)載(L)的電壓(VL)、和相對(duì)于指示A.C.負(fù)載(L)的有效電壓(VL)的第一基準(zhǔn)電壓(VR1)，提供一個(gè)第二控制電壓(V1)；-一個(gè)電壓倒相單元(D)，帶有連接到所述倒相積分器(C)的輸出端上的一個(gè)輸入端(-)，以相對(duì)于一個(gè)第二基準(zhǔn)電壓(VR2)倒相所述第二控制電壓(V1)，相對(duì)于用于A.C.電氣負(fù)載(L)的有效電壓(VL)提供一個(gè)第三控制電壓(V2)；-一個(gè)電壓斜坡產(chǎn)生單元(E)，相對(duì)于永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓(VG)的第一極性的每個(gè)半波，提供一個(gè)電壓斜坡(VC)，在每個(gè)半波具有與前一個(gè)半波相反的第二極性期間調(diào)零電壓斜坡(VC)；其特征還在于它包括一個(gè)第一電壓比較器(CP2)，用于把所述第三控制電壓(V2)與一個(gè)閾值電壓(VR3)相比較，以在永磁發(fā)電機(jī)的電壓(VG)的每個(gè)正半波期間，產(chǎn)生一個(gè)用于D.C.負(fù)載控制開(kāi)關(guān)(T2)的門(mén)控制電壓(VF’)；-一個(gè)D.C.電壓檢測(cè)單元(I)，以相對(duì)于指示用于D.C.電氣負(fù)載(BA)的公稱電壓的一個(gè)基準(zhǔn)電壓(VR4)，提供一個(gè)指示D.C.電氣負(fù)載(BA)的電壓的第四控制電壓(V3)；其特征還在于提供了一個(gè)第二電壓比較器(CP1)，以把所述斜坡電壓(VC)與所述第四控制電壓(V3)相比較，所述第二電壓比較器(CP1)的電壓輸出(VN)連接到交流負(fù)載控制開(kāi)關(guān)(T1)的控制門(mén)上，以在永磁發(fā)電機(jī)(W4)的每個(gè)電壓半波具有所述第一極性期間，順序和分別控制所述A.C.和D.C.控制開(kāi)關(guān)的非導(dǎo)通狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)。
下文參照附圖的例子，將更充分地描述本發(fā)明的一般特征和一些最佳實(shí)施例，在附圖中-圖1是一個(gè)常規(guī)A.C.、D.C.電壓調(diào)節(jié)器和一個(gè)電容性放電點(diǎn)火系統(tǒng)(CDI)的總圖；-圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的、適用于A.C.負(fù)載的電壓調(diào)節(jié)器的總圖；-圖3表示圖2的電壓調(diào)節(jié)器在兩種不同旋轉(zhuǎn)速度條件下永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓的曲線；-圖4是曲線圖，表明與A.C.負(fù)載電壓的有效值有關(guān)的控制電壓V2、和與永磁發(fā)電機(jī)的電壓VG有關(guān)的電壓斜坡，該永磁發(fā)電機(jī)在圖3兩種不同的條件下控制電氣負(fù)載供電相位；-圖5是在電壓的正半波期間、在圖3兩種不同的條件下供給A.C.負(fù)載的電壓曲線-圖6表示用來(lái)供電A.C.和D.C.電氣負(fù)載的串聯(lián)型相控電壓調(diào)節(jié)器的一個(gè)第二實(shí)施例；-圖7表示用于根據(jù)圖6的電壓調(diào)節(jié)器的永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓的曲線；-圖8再次表示與根據(jù)圖7的發(fā)電機(jī)的電壓有關(guān)的電壓斜坡的曲線；-圖9表示與A.C.電氣負(fù)載電壓的有效值有關(guān)的控制電壓V2的曲線；-圖10表示用于圖6調(diào)節(jié)器的A.C.負(fù)載的供給電壓的曲線；-圖11表示在D.C.負(fù)載中流動(dòng)的電流的曲線；-圖12表示用于A.C.電氣負(fù)載控制的能在導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀態(tài)下操作的一個(gè)功率晶體管的圖。
如上述的那樣，根據(jù)圖1的例子涉及一種連接到永磁發(fā)電機(jī)MG的兩個(gè)繞組W1和W2上的常規(guī)電壓調(diào)節(jié)器，該永磁發(fā)電機(jī)MG用來(lái)供電一個(gè)交流(A.C.)電氣負(fù)載L、和一個(gè)包括一個(gè)電池BA的直流(D.C.)電氣負(fù)載；發(fā)電機(jī)MG的一個(gè)第三繞組W3供電一種示意表示的常規(guī)類(lèi)型的電容性放電電子點(diǎn)火系統(tǒng)CDI。
附圖的圖2表示本發(fā)明的一個(gè)第一最佳實(shí)施例，該實(shí)施例使用一個(gè)單功率繞組永磁發(fā)電機(jī)W4，該發(fā)電機(jī)W4借助于一個(gè)串聯(lián)型相控電壓調(diào)節(jié)器，用來(lái)供電一個(gè)沒(méi)有表示的、例如US-A-5,630,404中描述的類(lèi)型的電容性放電電子點(diǎn)火，并且用來(lái)供電一個(gè)交流(A.C.)電氣負(fù)載L。
本發(fā)明基本上不同于以上專利US-A-5,630,404的解決方法，簡(jiǎn)短地參照后者的電容性放電點(diǎn)火圖，因?yàn)樗试SA.C.和/或D.C.電氣負(fù)載的相控供電，所以它在發(fā)電機(jī)和在所述電壓調(diào)節(jié)器中實(shí)現(xiàn)電能的較小耗散，及更有效的利用用于牽引目的的發(fā)動(dòng)機(jī)功率。
本發(fā)明的一般原理包括選擇性地供電A.C.和/或D.C.電氣負(fù)載、和在發(fā)電機(jī)電壓的各個(gè)半波的一部分具有相同極性期間控制負(fù)載的供電相位，該極性在每個(gè)半波的電角度上延伸，與永磁發(fā)電機(jī)W4的工作狀態(tài)和負(fù)載要求的變化有關(guān)地變化，但以這樣一種方式變化，以致由串聯(lián)型相控電壓調(diào)節(jié)器供給到電氣負(fù)載的電壓的有效值，在這樣一種電角度期間，基本上對(duì)應(yīng)于負(fù)載本身允許的電壓的有效值。
在其中需要供電A.C.和D.C.電氣負(fù)載的情況下，在每個(gè)半波期間用來(lái)供電A.C.負(fù)載的電角度部分，對(duì)于發(fā)電機(jī)的相同工作狀態(tài)是這樣的，以致可保持在A.C.負(fù)載上的正確有效電壓值，同時(shí)可使供電D.C.負(fù)載的電角度部分與構(gòu)成或形成D.C.負(fù)載部分的蓄電池的充電條件有關(guān)地相應(yīng)變化。
在所示的例子中，如下面參照?qǐng)D2至5進(jìn)一步描述的那樣，下文也稱作永磁發(fā)電機(jī)的永磁電壓發(fā)生器的正半波，用來(lái)供電A.C.電氣負(fù)載，同時(shí)永磁發(fā)電機(jī)的負(fù)半波用于發(fā)動(dòng)機(jī)的電子點(diǎn)火的供電(未表示)；然而，負(fù)和正電壓半波的功能在這種情況下也能顛倒，因?yàn)闆](méi)有通常要求永磁發(fā)電機(jī)的負(fù)極接地的直流負(fù)載。
根據(jù)本發(fā)明的A.C.單相串聯(lián)型電壓調(diào)節(jié)器是一種相控調(diào)節(jié)器，其一個(gè)最佳實(shí)施例因此表示在圖2中。
如能從該圖中看到的那樣，該電壓調(diào)節(jié)器基本上包括由字母A、B、C、D、E和F’指示的、且將分別描述的六個(gè)功能塊。
更準(zhǔn)確地說(shuō)，圖2表示一種具有一個(gè)帶有接地端子的單繞組W4的用來(lái)產(chǎn)生電功率的永磁發(fā)電機(jī)，以供電到由一個(gè)燈L示意表示的A.C.電氣負(fù)載、和到一個(gè)用于內(nèi)燃機(jī)的常規(guī)電子點(diǎn)火電路(未表示)。
在圖2中，AL還指示一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生供電電壓調(diào)節(jié)器各個(gè)功能單元的電壓VS的塊；塊AL包括例如與一個(gè)電容器CS串聯(lián)的一個(gè)二極管DS和一個(gè)電阻器RS，電容器CS的充電電壓由一個(gè)與電容器CS并聯(lián)的齊納二極管DZS穩(wěn)定。
轉(zhuǎn)到組成電壓調(diào)節(jié)器的各個(gè)功能單元的描述，單元A包括一個(gè)電子控制開(kāi)關(guān)T1，例如一個(gè)能連接到串聯(lián)到A.C.負(fù)載L上的永磁發(fā)電機(jī)的繞組W4上的SCR，以便在角度α1之后從來(lái)自永磁發(fā)電機(jī)W4的輸出電壓VG的每個(gè)正半波的一個(gè)預(yù)定點(diǎn)開(kāi)始、至沒(méi)有電流流過(guò)它時(shí)的電角度α2(圖5)期間，供電A.C.負(fù)載L。
如上所述，本發(fā)明的創(chuàng)新方面包括通過(guò)具有相同極性的每個(gè)半波供電電氣負(fù)載；僅在每個(gè)半波的一段或一個(gè)時(shí)間段，即非導(dǎo)通角度α1隨后的電角度α2段，實(shí)現(xiàn)電子控制開(kāi)關(guān)T1的導(dǎo)通狀態(tài)的控制。在非導(dǎo)通角度α1期間，永磁發(fā)電機(jī)W4施加到電氣負(fù)載L上的輸出電壓的有效值對(duì)應(yīng)于A.C.負(fù)載本身允許的電壓的有效值。
因此在電子控制開(kāi)關(guān)T1的下游的A.C.電氣負(fù)載上的電壓VL由一個(gè)電壓檢測(cè)單元B檢測(cè)，電壓檢測(cè)單元B在其輸出處，提供一個(gè)與輸入電壓VL的平方成比例的電壓VO，即由下式定義VO＝KVL2其中K是預(yù)定值的常數(shù)，從而以后積分的電壓VO與負(fù)載L上的電壓VL的“有效值”成比例，該有效值根據(jù)熟知的公式，包括用于考慮的參數(shù)VL的值的平方的均方根。
通過(guò)采用跨導(dǎo)模擬或?qū)?shù)-反對(duì)數(shù)乘法器的經(jīng)典原理以及以其他方式可以得到以上值。更準(zhǔn)確地說(shuō)，在所示的情況下，把單元B的輸出VO供給到一個(gè)包括電路R1-C1和一個(gè)運(yùn)算放大器A1的倒相積分器的輸入端，運(yùn)算放大器A1的非倒相端子涉及確定用于要供給的A.C.負(fù)載L的允許電壓的有效值的第一基準(zhǔn)電壓VR1；特別是，有可能表示等于下式的這個(gè)有效值VL(rms)=(VR1K)]]>因此來(lái)自倒相積分器單元C的輸出電壓V1，依據(jù)電壓VO的平均值是小于還是大于基準(zhǔn)電壓VR1而升高或降低。
包括一個(gè)倒相積分器的單元C的輸出V1，構(gòu)成用來(lái)控制在A.C.負(fù)載L上的電壓VL的第一控制電壓，該第一控制電壓發(fā)送到包括一個(gè)信號(hào)倒相放大器(A2、R2、R3)的一個(gè)第三單元D的輸入端，信號(hào)倒相放大器根據(jù)一個(gè)第二基準(zhǔn)電壓VR2倒相V1，并且其放大率A由下式定義A=R3R2]]>其中在典型的倒相放大器配置中，R2和R3是連接到一個(gè)運(yùn)算放大器A2上的電阻器。
在放大器A2的輸出端處，有一個(gè)類(lèi)似于V1、與在以上定義的A.C.負(fù)載L上存在的電壓VL的有效值有關(guān)的第二控制電壓V2。當(dāng)VO相對(duì)于基準(zhǔn)電壓VR1變化時(shí)，如根據(jù)圖4的曲線中所示，控制電壓V2因此變化，當(dāng)在角度α1期間T1反向偏置或處于斷開(kāi)和失電狀態(tài)時(shí)，V2取決于由繞組W4示意表示的永磁發(fā)電機(jī)是否正在無(wú)負(fù)載條件下工作(下降段)，或者當(dāng)在角度α2期間T1閉合或處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，V2取決于在A.C.負(fù)載L中正在流動(dòng)的電流(上升段)。
控制電壓V2又施加到一個(gè)電壓倒相單元F’的倒相端子上；該單元F’基本上包括一個(gè)在其非倒相輸入端處供給一個(gè)電壓VC的電壓比較器CP1，電壓VC本質(zhì)上由通過(guò)積分永磁發(fā)電機(jī)W4的輸出電壓VG的每個(gè)正半波得到的電壓斜坡組成，電壓VC由一個(gè)電壓斜坡產(chǎn)生單元E提供，電壓斜坡產(chǎn)生單元E包括二極管DC、電阻器RC、電容器C2組，并且在每個(gè)負(fù)半波處調(diào)零所述電壓VG，以便得到用于電子開(kāi)關(guān)T1的導(dǎo)通相位的開(kāi)始點(diǎn)控制；以這種方式，有可能在電壓VL為零期間的角度α1之后、永磁發(fā)電機(jī)電壓VG的每個(gè)正半波的電角度α2期間，一直供給負(fù)載L一個(gè)電壓VL。在電壓VG的每個(gè)周期T期間，供給到A.C.負(fù)載上的、與負(fù)載本身允許有效值相對(duì)應(yīng)的有效電壓VL的值，由下式定義VL(rms)=(VR1K)]]>更準(zhǔn)確地說(shuō)，用來(lái)產(chǎn)生用于T1導(dǎo)通和非導(dǎo)通相控的電壓斜坡VC的單元E，包括一個(gè)只用于永磁發(fā)電機(jī)電壓VG的正半波的積分器電路RC-C2，因?yàn)榇蛩愎┙o發(fā)動(dòng)機(jī)電子點(diǎn)火電路的負(fù)半波由二極管DC阻塞。
單元E還包括一個(gè)用于短路電容器C2的第一晶體管TR1，晶體管TR1的基極通常經(jīng)電阻器R4由用來(lái)供電電路的各功能單元而提供的電壓VS偏置，并且其中TR1的基極又連接到一個(gè)用來(lái)阻塞第一晶體管TR1的第二晶體管TR2的集電極-發(fā)射極上，晶體管TR2的的基極借助于電阻器RG由永磁發(fā)電機(jī)的正電壓VG偏置，而反向偏置的二極管D2在負(fù)半波期間具有保護(hù)TR2的功能。
來(lái)自單元E的電壓VC因此表示永磁發(fā)電機(jī)的電壓VG的積分，或更一般地說(shuō)表示與永磁發(fā)電機(jī)的電壓VG有關(guān)的電壓斜坡，每當(dāng)永磁發(fā)電機(jī)的電壓VG變成負(fù)時(shí)，把電壓VC置零；以這種方式，單元E總是準(zhǔn)備在每個(gè)半波處操作，或更一般地說(shuō)在永磁發(fā)電機(jī)的具有相同極性的所有半波期間操作。
在各個(gè)單元A、B、C、D、E和F’的代替方面，有可能使用一種由一個(gè)單數(shù)字單元組成的綜合解決方案，該單數(shù)字單元由一個(gè)適當(dāng)編程以完成各種功能的微控制器操縱，并且該單數(shù)字單元借助于兩個(gè)裝有模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入能夠獲得兩個(gè)信號(hào)VL和VG，并完成上述各種操作單元的所有功能。
現(xiàn)在依次參照?qǐng)D3至5，將簡(jiǎn)短地描述根據(jù)圖2的電路的操作。在左和右側(cè)的這些圖表示永磁發(fā)電機(jī)的兩種不同操作狀態(tài)，為控制和為負(fù)載L的供電而產(chǎn)生的電壓的兩種不同狀態(tài)對(duì)應(yīng)于這兩種不同的操作狀態(tài)。
更準(zhǔn)確地說(shuō)，圖3、4和5的左側(cè)部分表示，當(dāng)永磁發(fā)電機(jī)正在用于發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)數(shù)的第一轉(zhuǎn)動(dòng)速度下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器的第一操作狀態(tài)；而右側(cè)部分表示當(dāng)永磁發(fā)電機(jī)正在大于前一種的轉(zhuǎn)動(dòng)速度下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的第二狀態(tài)。在兩種情況下，表示的電壓都是針對(duì)等于360°電角度的一個(gè)單周期T或T’。
如上所述，單元B在其輸出處提供一個(gè)電壓VO，電壓VO與任何時(shí)間在A.C.負(fù)載L上存在的電壓VL的平方成比例，并且電壓VO由積分器單元C積分且由倒相單元D倒相，以便提供一個(gè)與VL的有效值有關(guān)的控制電壓V2；V2然后與由單元E產(chǎn)生的電壓斜坡VC相比較，以便在輸出處從CP1得到一個(gè)用來(lái)控制電子開(kāi)關(guān)T1的導(dǎo)通狀態(tài)的控制電壓VF，電子開(kāi)關(guān)T1在適于在相同負(fù)載L上提供供給電壓的希望有效值的電角度α2期間，將保持負(fù)載L連接到永磁發(fā)電機(jī)繞組W4上。
永磁發(fā)電機(jī)的電壓VG的曲線，在上述第一狀態(tài)下，表示在圖3的左側(cè)；而除斜坡電壓VC之外，與負(fù)載L上的電壓VL的有效值有關(guān)的控制電壓V2的曲線同樣表示圖4的左側(cè)。
另一方面，圖5的左側(cè)表示在T1導(dǎo)通相位的控制期間在負(fù)載L上存在的電壓VL。
如能從上述圖中看到的那樣，當(dāng)角度α1之后的電壓斜坡VC超過(guò)與負(fù)載L的有效電壓有關(guān)的電壓V2時(shí)，其輸入端供有VC和V2的電壓比較器CP1的輸出VF切換為高，并且通過(guò)二極管D1施加到電子開(kāi)關(guān)T1的控制門(mén)上，以便使它導(dǎo)通。A.C.負(fù)載L因此將具有與電壓VG的該部分相對(duì)應(yīng)的電壓VL，在角度α2期間電壓VG在永磁發(fā)電機(jī)的輸出端處存在，角度α2包括電壓VC和V2具有相同值時(shí)的時(shí)刻，發(fā)電機(jī)正半波的相繼時(shí)間段，直到把電壓VG置零的時(shí)刻。
在更一般的方面，確定開(kāi)關(guān)T1的導(dǎo)通時(shí)間并因此確定A.C.負(fù)載L的供電相位的角度α2，在發(fā)電機(jī)電壓的每個(gè)正半波期間的α2將是這樣的，從而該半波相應(yīng)部分的有效值將等于能歸因于負(fù)載L的電壓的有效值，這是一個(gè)借助于在運(yùn)算放大器A1的非倒相輸入處的基準(zhǔn)電壓VR1能預(yù)置的值。
因此由以上很明白，電壓調(diào)節(jié)器工作以便選擇性地把A.C.負(fù)載L供給永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓VG的每個(gè)半波的一個(gè)計(jì)算部分；因此，在與相同半波的前部分有關(guān)的角度α1期間，電壓調(diào)節(jié)器和永磁發(fā)電機(jī)都沒(méi)有任何電流流過(guò)他們，永磁發(fā)電機(jī)實(shí)際上工作在一種無(wú)負(fù)載模式中。以這種方式，實(shí)現(xiàn)能耗的大量減小并因此節(jié)能，有利于發(fā)動(dòng)機(jī)功率的利用，該發(fā)動(dòng)機(jī)連接有發(fā)電機(jī)、用于有關(guān)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的牽引。
如上所述，在不供電負(fù)載L期間和在電流不流動(dòng)期間，永磁發(fā)電機(jī)實(shí)際上正工作在無(wú)負(fù)載狀態(tài)下；因此，唯一的損耗由功率在鐵心中的較小耗散組成，該損耗遠(yuǎn)小于當(dāng)永磁發(fā)電機(jī)由諸如通常使用的并聯(lián)型調(diào)節(jié)器短路時(shí)在永磁發(fā)電機(jī)銅繞組中的損耗。
純粹通過(guò)例子可以指出，對(duì)于其中要求永磁發(fā)電機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)有約2KW(千瓦)功率的50cc容量的小型發(fā)動(dòng)機(jī)，在帶有充電的電池和一個(gè)50W照明燈的情況下使用當(dāng)前已知的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在約8000轉(zhuǎn)下的永磁發(fā)電機(jī)使用約250W(瓦)的功率，相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生功率的12.5％；在這250W中，約180W通常由于電流在發(fā)電機(jī)繞組中和在電壓發(fā)生器中的流動(dòng)而發(fā)熱耗散掉；剩余的20W用于點(diǎn)火目的。
由于能量消耗仍然造成環(huán)境污染，并且由于與環(huán)境污染有關(guān)的問(wèn)題變得越來(lái)越關(guān)鍵，所以顯然，根據(jù)本發(fā)明，由于大大地限制在電壓調(diào)節(jié)器中和在相同永磁發(fā)電機(jī)中的能量耗散的可能性，和由于當(dāng)不必向電氣負(fù)載供電時(shí)使永磁發(fā)電機(jī)實(shí)際上在無(wú)負(fù)載狀態(tài)下工作，所有這些都有助于減少造成的燃料消耗，并因此減少大氣污染問(wèn)題，以及允許獨(dú)立于永磁發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，把用于電氣負(fù)載供電的功率消耗限制到為得到供給電壓的正確有效值所必需的功率消耗。
通過(guò)把圖3、4和5左側(cè)的曲線與右側(cè)的曲線相比較，能證實(shí)以上描述，右側(cè)的曲線表明電壓調(diào)節(jié)器在轉(zhuǎn)數(shù)高于前者情形下的工作，并且其中使用了添加有撇號(hào)的相同標(biāo)號(hào)。
在該第二種情形中，發(fā)電機(jī)的電壓VG’具有較大的幅值和較小的電周期T’。由于控制電壓V2’在發(fā)電機(jī)的電壓VG’的有效值已經(jīng)增大時(shí)有增大的趨勢(shì)，所以電壓調(diào)節(jié)器仍然以這樣一種方式起作用，從而控制開(kāi)關(guān)T1被致動(dòng)，并因此在比前者情況中小的電角度α2’期間導(dǎo)通，但仍然如此在A.C.負(fù)載L上提供一個(gè)電壓VL’，使其有效值總是對(duì)應(yīng)于用于供電負(fù)載的要求值。
顯然，在該第二種情形中，對(duì)于整個(gè)角度α1’，永磁發(fā)電機(jī)G也將處于無(wú)負(fù)載狀態(tài)下，并因此沒(méi)有電流流動(dòng)，結(jié)果與其中電壓由通常的分路型A.C.調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的永磁發(fā)電機(jī)相比改進(jìn)了性能。顯然通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)的定子疊片，選擇由具有低損耗系數(shù)的硅鐵制成的適當(dāng)疊片，可以進(jìn)一步限制鐵心中的損耗，因?yàn)橛来虐l(fā)電機(jī)在無(wú)負(fù)載下工作。
剩余的圖6至11表示一個(gè)本發(fā)明的、適于一種用于交流(A.C.)和直流(D.C.)電氣負(fù)載的相控電壓調(diào)節(jié)器的第二實(shí)施例。
在根據(jù)圖6的例子中，對(duì)于等效于前面的單元的相同單元A、B、C和E使用了與圖2中相同的標(biāo)號(hào)，并因此將簡(jiǎn)短地提及，而對(duì)于添加的或改進(jìn)的單元使用了不同標(biāo)號(hào)；根據(jù)圖6的電壓調(diào)節(jié)器基本上不同于根據(jù)圖2的調(diào)節(jié)器，這是由于能夠選擇性地供電A.C.電氣負(fù)載L和例如由蓄電池BA代表的D.C.電氣負(fù)載的事實(shí)，并且還由于單元F’的改進(jìn)、新功能單元N、H和I的添加，為允許負(fù)載L和BA的相控和選擇性供電，這些新功能單元是必需的，仍然與供給所述A.C.負(fù)載的電壓VL的有效值有關(guān)。
現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)作法是，機(jī)動(dòng)自行車(chē)或小型摩托車(chē)裝有供電啟動(dòng)器電機(jī)或車(chē)輛控制板上的一些燈所必需的電池；為此，根據(jù)圖6中所示的例子，電壓調(diào)節(jié)器必須在其輸出端處提供兩個(gè)電壓VL和VB，電壓VL是交流電壓、典型為13-14伏特、用來(lái)供給A.C.負(fù)載L，而另一個(gè)電壓VB是直流電壓、典型為14-15伏特、用來(lái)供給機(jī)動(dòng)車(chē)輛的電池BA或其他D.C.負(fù)載。因此圖6中所示的相控電壓調(diào)節(jié)器仍然帶有在功能上能與以上例子的相應(yīng)單元類(lèi)似的功能單元A、B、C、D和E，以及包括一個(gè)改進(jìn)單元F’、和由于下述原因添加的三個(gè)新單元N、H和I。
單元A仍然包括一個(gè)與A.C.負(fù)載L串聯(lián)連接的電子控制開(kāi)關(guān)T1，一般是一個(gè)SCR，A.C.負(fù)載L仍從操作控制開(kāi)關(guān)T1時(shí)的時(shí)刻起、直到不再有電流流過(guò)它時(shí)的時(shí)刻被供電。
按照上述的那樣，單元B仍在其輸出端處提供一個(gè)與輸入電壓VL的平方成比例的電壓VO。
在這種情況下的單元C和D還包括一個(gè)積分器，相對(duì)于基準(zhǔn)電壓VR1用于電壓VO；和一個(gè)信號(hào)倒相電路，用來(lái)仍在其輸出端處提供與A.C.負(fù)載L上存在的有效電壓VL的值相對(duì)應(yīng)的一個(gè)電壓V2。
不同于圖2的以上情形，電壓V2現(xiàn)在供給到單元F’的一個(gè)比較器CP2的非倒相輸入端，單元F’的非倒相輸入端已經(jīng)施加一個(gè)提供一個(gè)閾值電壓的基準(zhǔn)電壓VR3，該閾值電壓確定其中由于T2觸發(fā)的結(jié)果供給電池的瞬時(shí)值。
比較器CP2的輸出端經(jīng)二極管D3連接到一個(gè)單元H的控制門(mén)上，單元H包括一個(gè)諸如SCR之類(lèi)的電子控制開(kāi)關(guān)T2，與電池BA串聯(lián)布置在后者與永磁發(fā)電機(jī)的單繞組W4之間。
根據(jù)圖6的調(diào)節(jié)器還包括一個(gè)另外的單元N，單元N包括一個(gè)把由單元E產(chǎn)生的電壓斜坡VC與由一個(gè)單元I提供的一個(gè)電壓V3相比較的第二電壓比較器CP1。單元N是這樣的，當(dāng)電壓VC超過(guò)單元I的電壓V3時(shí)，這個(gè)單元N借助于二極管D1觸發(fā)電子開(kāi)關(guān)T1，使它導(dǎo)通，單元I的電壓V3直接與電池的的電壓VB的值有關(guān)。
由于用來(lái)充電電池BA的電壓VB，對(duì)于具有12伏特公稱電壓的電池，通常固定在約14.5伏特處，所以當(dāng)電子開(kāi)關(guān)T2正在導(dǎo)通時(shí)，在A.C.負(fù)載L上也存在相同的電壓，盡管只受到正半波的限制，但不允許A.C.負(fù)載的電壓VL超過(guò)希望值，例如13伏特，這通常小于電池BA的充電電壓；以這種方式，比較器CP1和CP2都對(duì)A.C.負(fù)載上的有效電壓VL的控制產(chǎn)生影響。
單元I又包括一個(gè)連接到電阻器R5、R6、R7和R8上的運(yùn)算放大器A3，用作一個(gè)差分放大器，它以適當(dāng)增益放大在涉及電池BA的充電狀態(tài)的電壓VB、與指示電池BA的公稱電壓的基準(zhǔn)電壓VR4之間的差值。
更準(zhǔn)確地說(shuō)，發(fā)現(xiàn)V3=R7+R8R5+R6*R6R7*VB-R8R7*VR4]]>從而單元I的輸出電壓V3是-當(dāng)VB小于電池電壓的給定值，例如一個(gè)介于通過(guò)用于直流負(fù)載的電壓調(diào)節(jié)器的一般為輸出電壓所要求的值之間的14.5伏特的值時(shí)，為零；-對(duì)于相對(duì)于以上提及的電池電壓的VB的小量增大，例如0.2伏特，等于VC Max；單元B、C、D、E、F、N可以仍包括在一個(gè)由一個(gè)微控制器操縱的單數(shù)字單元中，該微控制器借助于包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器的三個(gè)輸入端能獲得三個(gè)信號(hào)VL、VB和VN，并且完成所有的所述功能。
最后，在圖6中，CDI示意地表示一個(gè)在專利US-A-5,630,404、或相應(yīng)EP申請(qǐng)中描述的類(lèi)型的可能電容性放電系統(tǒng)，對(duì)該專利通過(guò)本描述的整個(gè)部分進(jìn)行參考。
現(xiàn)在參照上述圖、以及附圖的圖7至11，將簡(jiǎn)短地描述根據(jù)圖6的電壓調(diào)節(jié)器的操作。
讓我們假定，需要把電池BA充電到14.5伏特的電壓VB、和以13.5伏特的電壓VL供給交流負(fù)載L。
運(yùn)算放大器A3因此具有如下的輸出電壓V3-如果VB小于14.5伏特則為零；-如果VB大于14.5伏特，則在0與V3 Max之間。V3 Max，如上所述，對(duì)應(yīng)于由電壓斜坡VC假定的最大值，電壓斜坡VC又表示發(fā)電機(jī)電壓VG的正半波的積分。
一種良好的解決方案是，當(dāng)VB等于14.7伏特時(shí)把V3假定為VC Max的值。
電壓比較器CP1把電壓VC與電壓V3相比較，并且借助于二極管D1驅(qū)動(dòng)電子控制開(kāi)關(guān)T1，在角度α2+α3期間把它保持在導(dǎo)通狀態(tài)，而控制開(kāi)關(guān)T2在角度α2期間不工作而在角度α3期間導(dǎo)通。
象在前一種情況中那樣，在電壓VG的每個(gè)正半波的角度α1期間，永磁發(fā)電機(jī)處于無(wú)負(fù)載狀態(tài)下，因?yàn)閂2低于基準(zhǔn)電壓VR3，并且VC低于電壓V3。因而開(kāi)關(guān)T1和T2沒(méi)有一個(gè)導(dǎo)通。
然而，當(dāng)T1開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)，電壓V2開(kāi)始升高直到它達(dá)到VR3的值(圖9)；在該點(diǎn)處電壓比較器CP2借助于二極管D3觸發(fā)電子控制開(kāi)關(guān)T2，在電壓VG的正半波的剩余角度α3期間把它保持在導(dǎo)通狀態(tài)下，因而使電流流向電池BA。
因此顯然，當(dāng)在電池BA上沒(méi)有負(fù)載時(shí)，供給它的平均電流必須把它保持在希望的電壓，即對(duì)于具有12伏特公稱充電的電池保持在14.5伏特的電壓(維持電流)。
基準(zhǔn)電壓VR3簡(jiǎn)單地確定用于比較器CP2的閾值電壓，比較器CP2在電壓VR3被V2超過(guò)時(shí)，使充電電池的控制開(kāi)關(guān)T2致動(dòng)。必須實(shí)現(xiàn)VR3的選擇，以便在發(fā)電機(jī)的每個(gè)半波期間在V2達(dá)到的最大電壓與最小電壓之間的最大偏差ΔV2，在發(fā)電機(jī)的最小工作頻率下小于VR3。
總之，當(dāng)VG為負(fù)和在角度α1期間時(shí)，將阻塞T1和T2，從而仍沒(méi)有電流在電壓發(fā)電機(jī)的繞組W4中、和電壓調(diào)節(jié)器本身中流動(dòng)；在角度α2期間，只有T1將導(dǎo)通，并因此A.C.負(fù)載L將供有負(fù)載本身允許的電壓的有效值，而在角度α3期間，開(kāi)關(guān)T1和T2將都導(dǎo)通。
如果施加到電池BA上的任何負(fù)載使電壓VB下降，那么電壓V3也下降，結(jié)果T1提前接通(相對(duì)于其中沒(méi)有這些負(fù)載的狀態(tài))；在這種情況下，發(fā)電機(jī)處于無(wú)負(fù)載狀態(tài)下期間的角度α1減小。然而，交流負(fù)載的要求電壓值仍不變，所以T1提前接通將導(dǎo)致T2的提前接通，并因此導(dǎo)致用于電池BA的較大負(fù)載電流的角度α3增大。
另一種可能的解決方案是，使控制交流負(fù)載L的開(kāi)關(guān)T1也在斷開(kāi)狀態(tài)下可操作。
這能通過(guò)用如下裝置代替塊A的SCR1而實(shí)現(xiàn)適當(dāng)功率的一個(gè)二極管DP和一個(gè)晶體管TR(BJT、MOS、IGBT等)裝置，如能在圖12中看到的那樣；或在任何情況下，一個(gè)能夠阻塞永磁發(fā)電機(jī)的反向電壓、且能在導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀態(tài)下操作的裝置。
如能從圖12中看到的那樣，功率二極管DP具有阻塞負(fù)電壓半波的功能，而功率晶體管TR，在該情況下是一個(gè)功率MOSFET，允許電流流動(dòng)，只要在其控制門(mén)上用控制電壓VF偏置它即可。
然而，這種解決方案沒(méi)有顯著改進(jìn)電壓調(diào)節(jié)器的操作，而是當(dāng)交流負(fù)載具有正確電壓值時(shí)，簡(jiǎn)單地允許開(kāi)關(guān)T1斷開(kāi)；這時(shí)，開(kāi)關(guān)T2閉合，并且因此在角度α3期間，與前面的情況不同，T1和T2絕對(duì)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。該事實(shí)進(jìn)一步減小了發(fā)電機(jī)中的電流，進(jìn)一步限制其消耗。
因此根據(jù)已經(jīng)進(jìn)行的描述和在附圖中的說(shuō)明，顯然有可能提供允許選擇性地控制在用于內(nèi)燃機(jī)的電子點(diǎn)火電路中的交流和/或直流負(fù)載的供電相位、以便實(shí)現(xiàn)預(yù)定目的的一種方法和一種電壓調(diào)節(jié)器。因此，參照附圖已經(jīng)進(jìn)行的描述和說(shuō)明純粹通過(guò)申請(qǐng)本發(fā)明的非限制例子提供。
權(quán)利要求
1.用來(lái)調(diào)節(jié)供給到連接到一個(gè)單繞組永磁發(fā)電機(jī)(W4)上的A.C.和/或D.C.電氣負(fù)載(L、BA)、及供給到用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火電路的電壓(VL、VB)的方法，其中電氣負(fù)載(L、BA)供有具有第一極性的永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓(VG)的半波，該方法包括步驟-通過(guò)一個(gè)用來(lái)控制在每個(gè)供電相位期間在電氣負(fù)載(L、BA)中供給的電壓(VL、VB)的電子控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)，把電氣負(fù)載(L、BA)連接到永磁發(fā)電機(jī)的單個(gè)繞組(W4)上；-檢測(cè)在電氣負(fù)載(L、BA)上存在的電壓(VL、VB)；-在具有所述第一極性的永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓半波的每個(gè)周期期間，相對(duì)于在電氣負(fù)載(L、BA)上檢測(cè)的電壓(VL、VB)，通過(guò)控制控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)的導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)始和時(shí)間長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)供給到電氣負(fù)載(L、BA)上的電壓(VL、VB)；及-在每個(gè)電壓半波的一個(gè)初始時(shí)間段(α1)期間，保持永磁發(fā)電機(jī)的無(wú)負(fù)載工作狀態(tài)，其中所述控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)處于非導(dǎo)通狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其用來(lái)經(jīng)一個(gè)電子控制開(kāi)關(guān)(T1)調(diào)節(jié)供給到可連接到一個(gè)單繞組永磁發(fā)電機(jī)(W4)上的A.C.電氣負(fù)載的電壓(VL)，該方法包括步驟；-檢測(cè)在A.C.電氣負(fù)載(L)上的電壓(VL)；-相對(duì)于在A.C.電氣負(fù)載(L)上的檢測(cè)電壓(VL)提供一個(gè)第一控制電壓(V2)；-相對(duì)于具有第一極性的永磁發(fā)電機(jī)(W4)的電壓半波(VG)的每一個(gè)和在其期間，產(chǎn)生一個(gè)電壓斜坡(VC)，而在具有與前一個(gè)半波相反的第二極性的每個(gè)電壓半波期間，調(diào)零所述電壓斜坡(VC)；及-對(duì)于一個(gè)所述第一極性的每個(gè)半波的、具有足以保持在A.C.電氣負(fù)載(L)上的要求公稱電壓(VL)的長(zhǎng)度的角度(α2)，通過(guò)向控制開(kāi)關(guān)(T1)的控制門(mén)，施加一個(gè)由所述電壓斜坡(VC)與所述第一控制電壓(V2)的比較提供的一個(gè)第二控制電壓(VF)，把控制開(kāi)關(guān)(T1)觸發(fā)到導(dǎo)通狀態(tài)，以供電給A.C.電氣負(fù)載(L)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其用來(lái)經(jīng)各電子電子控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)調(diào)節(jié)供給到選擇性地可連接到一個(gè)單繞組永磁發(fā)電機(jī)(W4)上的A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)的電壓(VL、VB)，該方法包括步驟-檢測(cè)在A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)上的電壓(VL、VB)；-相對(duì)于在A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)上的檢測(cè)電壓(VL、VB)提供第一和第二控制電壓(V2、V3)；-提供一個(gè)指示D.C.電氣負(fù)載(BA)的公稱電壓的第一基準(zhǔn)電壓(VR4)；-相對(duì)于具有第一極性的永磁發(fā)電機(jī)(W4)的電壓半波(VG)的每一個(gè)和在其期間，產(chǎn)生一個(gè)電壓斜坡(VC)，而在具有與前一個(gè)半波相反的第二極性的每個(gè)電壓半波期間，調(diào)零所述電壓斜坡(VC)；-提供一個(gè)閾值電壓(VR3)；及-對(duì)于所述第一極性的每個(gè)半波的、具有一個(gè)足以保持在A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)上的要求公稱電壓(VL、VB)的長(zhǎng)度的角度(α2、α3)，通過(guò)向控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)的控制門(mén)，施加一個(gè)通過(guò)分別比較所述第一控制電壓(V2)與所述閾值電壓(VR3)、和所述第二控制電壓(V3)與所述電壓斜坡(VC)提供的一個(gè)控制電壓(VN、VF’)，把所述控制開(kāi)關(guān)(T1、T2)觸發(fā)到導(dǎo)通狀態(tài)，以選擇性地分別供電給A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)。
4.一種特別用于A.C.電氣負(fù)載(L)的串聯(lián)型相控電壓調(diào)節(jié)器，其中在第一極性的每個(gè)半波期間，通過(guò)相對(duì)于在負(fù)載本身上檢測(cè)的一個(gè)電壓(VL)控制的一個(gè)電子開(kāi)關(guān)(T1)，A.C.電氣負(fù)載(L)可串聯(lián)連接到一個(gè)永磁發(fā)電機(jī)的一個(gè)單繞組(W4)上，該調(diào)節(jié)器的特征在于包括-一個(gè)A.C.負(fù)載電壓檢測(cè)單元(B)，以提供與在A.C.電氣負(fù)載(L)上檢測(cè)的電壓(VL)的平方值成比例的一個(gè)第一控制電壓(VO)；-一個(gè)倒相積分器單元(C)，帶有連接到所述A.C.電壓檢測(cè)單元(B)的輸出端(VO)上的一個(gè)輸入端(-)，以相對(duì)于供給到A.C.電氣負(fù)載(L)的電壓(VL)、和相對(duì)于指示A.C.負(fù)載(L)的有效電壓(VL)的第一基準(zhǔn)電壓(VR1)，提供一個(gè)第二控制電壓(V1)；-一個(gè)電壓倒相單元(D)，帶有連接到所述倒相積分器單元(C)的輸出端上的一個(gè)輸入端(-)，以相對(duì)于一個(gè)第二基準(zhǔn)電壓(VR2)倒相所述第二控制電壓(V1)，相對(duì)于用于A.C.電氣負(fù)載(L)的有效電壓(VL)提供一個(gè)第三控制電壓(V2)；-一個(gè)電壓斜坡產(chǎn)生單元(E)，相對(duì)于永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓(VG)的第一極性的每個(gè)半波，產(chǎn)生一個(gè)電壓斜坡(VC)，在每個(gè)半波具有與前一個(gè)半波相反的第二極性期間調(diào)零電壓斜坡(VC)；及-一個(gè)電壓比較器(F’)，用于把所述電壓斜坡(VC)與所述第三控制電壓(V2)相比較，以在第一極性的每個(gè)半波期間，向電子開(kāi)關(guān)(T1)的控制門(mén)施加一個(gè)控制電壓(VF)，從而把A.C.電氣負(fù)載(L)連接到永磁發(fā)電機(jī)的單繞組(W4)上。
5.一種特別用于A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)的串聯(lián)型相控電壓調(diào)節(jié)器，其中在輸出電壓(VG)的每個(gè)半波具有相同極性期間，A.C.和D.C.電氣負(fù)載(L、BA)可選擇地連接到一個(gè)永磁發(fā)電機(jī)的一個(gè)單繞組(W4)上，該調(diào)節(jié)器的特征在于包括-一個(gè)第一A.C.負(fù)載電壓檢測(cè)單元(B)，以提供與在A.C.電氣負(fù)載(L)上檢測(cè)的電壓(VL)的平方值成比例的一個(gè)第一控制電壓(VO)；-一個(gè)倒相積分器單元(C)，帶有連接到所述A.C.電壓檢測(cè)單元(B)的輸出端(VO)上的一個(gè)輸入端(-)，以相對(duì)于供給到A.C.電氣負(fù)載(L)的電壓(VL)、和相對(duì)于指示A.C.負(fù)載(L)的有效電壓(VL)的第一基準(zhǔn)電壓(VR1)，提供一個(gè)第二控制電壓(V1)；-一個(gè)電壓倒相單元(D)，帶有連接到所述倒相積分器(C)的輸出端上的一個(gè)輸入端(-)，以相對(duì)于一個(gè)第二基準(zhǔn)電壓(VR2)倒相所述第二控制電壓(V1)，并且相對(duì)于用于A.C.電氣負(fù)載(L)的有效電壓(VL)提供一個(gè)第三控制電壓(V2)；-一個(gè)電壓斜坡產(chǎn)生單元(E)，相對(duì)于永磁發(fā)電機(jī)的輸出電壓(VG)的第一極性的每個(gè)半波，產(chǎn)生一個(gè)電壓斜坡(VC)，在每個(gè)半波具有與前一個(gè)半波相反的第二極性期間調(diào)零電壓斜坡(VC)；其特征還在于它包括一個(gè)第一電壓比較器(CP2)，它把所述第三控制電壓(V2)與一個(gè)閾值電壓(VR3)相比較，以在永磁發(fā)電機(jī)的電壓(VG)的每個(gè)正半波期間，產(chǎn)生一個(gè)用于D.C.負(fù)載控制開(kāi)關(guān)(T2)的門(mén)控制電壓(VF’)；-一個(gè)D.C.電壓檢測(cè)單元(I)，以相對(duì)于在D.C.電氣負(fù)載(BA)上存在的電壓與指示用于D.C.電氣負(fù)載(BA)的公稱電壓的一個(gè)基準(zhǔn)電壓(VR4)之間的電壓差，提供一個(gè)第四控制電壓(V3)；還提供了一個(gè)第二電壓比較器(CP1)，以把所述斜坡電壓(VC)與所述第四控制電壓(V3)相比較，所述第二電壓比較器(CP1)的電壓輸出(VN)被連接到A.C.負(fù)載控制開(kāi)關(guān)(T1)的控制門(mén)上，以在永磁發(fā)電機(jī)(W4)的每個(gè)電壓半波具有所述第一極性期間，順序和分別控制所述A.C.和D.C.控制開(kāi)關(guān)的非導(dǎo)通狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述第一電壓檢測(cè)單元(B)包括一個(gè)跨導(dǎo)模擬乘法器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述第一電壓檢測(cè)單元(B)包括一個(gè)對(duì)數(shù)-反對(duì)數(shù)類(lèi)型的模擬乘法器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述倒相積分器單元(C)包括一個(gè)運(yùn)算放大器，該運(yùn)算放大器的倒相輸入端(-)被連接到相對(duì)于有效A.C.負(fù)載電壓提供一個(gè)電壓(VO)的第一電壓檢測(cè)單元(B)上，而該運(yùn)算放大器的非倒相輸入端(+)被連接到一個(gè)指示用于A.C.負(fù)載(L)的有效值電壓(VL)的基準(zhǔn)電壓源(VR1)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，電壓斜坡產(chǎn)生單元(E)包括一個(gè)用于具有相同極性的發(fā)電機(jī)電壓(VG)的半波的積分器電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，第二電壓比較器(CP1)的非倒相輸入端(+)連接到電壓斜坡產(chǎn)生單元(E)的輸出端(VC)上，并且其特征在于，所述第二電壓比較器(CP1)的倒相輸入端(-)連接到一個(gè)差分放大器(A3)的輸出端(V3)上，該差分放大器(A3)把電池電壓(VB)和一個(gè)基準(zhǔn)電壓(VR4)相比較，從而當(dāng)電池(BA)的檢測(cè)電壓(VB)小于相同電池(BA)的充電電壓值時(shí)，所述運(yùn)算放大器(A3)的輸出電壓(V3)是零，或者包括在零與一個(gè)最大電壓值之間，對(duì)于蓄電池(BA)的電壓(VB)的預(yù)定增大等于由電壓斜坡產(chǎn)生單元(E)提供的所述電壓斜坡(VC)的最大值。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求4或5所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述單元為數(shù)字單元的形式。
12.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于，A.C.電子開(kāi)關(guān)(T1)具有既可在導(dǎo)通又可在非導(dǎo)通狀態(tài)下工作的類(lèi)型。
全文摘要
一種用來(lái)在用于內(nèi)燃機(jī)的電子點(diǎn)火系統(tǒng)中供電A.C.和D.C.電氣負(fù)載的串聯(lián)型相控電壓調(diào)節(jié)器。電氣負(fù)載可經(jīng)各電子控制開(kāi)關(guān)與單繞組永磁發(fā)電機(jī)串聯(lián)相連;電氣負(fù)載上的電壓被連續(xù)地檢測(cè),在具有相同極性的發(fā)電機(jī)電壓的每個(gè)半波期間,相對(duì)于電氣負(fù)載的檢測(cè)電壓,通過(guò)控制開(kāi)始時(shí)間和電子控制開(kāi)關(guān)致動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度,被設(shè)置成由負(fù)載要求的供給電壓值;在用于每個(gè)半波的初始時(shí)間段期間,保持用于永磁發(fā)電機(jī)的無(wú)負(fù)載工作狀態(tài),禁止電子控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通。
文檔編號(hào)F02P1/08GK1240252SQ99108649
公開(kāi)日2000年1月5日 申請(qǐng)日期1999年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月18日
發(fā)明者甘尼·雷格姿, 皮爾路吉·卡爾拉博里, 塞爾吉奧·布蘭科 申請(qǐng)人:杜卡提·恩勒基公司