在頻域中多相整流器的短路檢測(cè)電路及短路檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種短路檢測(cè)電路及短路檢測(cè)方法，特別是關(guān)于一種應(yīng)用于交流發(fā)電機(jī)(alternator)或整合式起動(dòng)發(fā)電機(jī)(integrated starter generator, I SG)中的多相整流器的短路檢測(cè)電路及短路檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]交流發(fā)電機(jī)或ISG的多相整流器是由多個(gè)成對(duì)的整流元件所組成(例如二極管(d1des)、金氧半場(chǎng)效晶體管(MOSFETs)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBTs)等)，以將交流電力(AC)轉(zhuǎn)換為直流電力(DC)，接著直流電力再向與多相整流器連接的電池充電。當(dāng)多相整流器短路時(shí)，其將會(huì)產(chǎn)生大量的熱能散失而造成安全問題(如，毀損整個(gè)發(fā)電機(jī))。多相整流器的短路檢測(cè)有存在的必要，以提高警報(bào)此種不正常的狀況。為了檢測(cè)多相整流器的短路情況，在多相整流器的每個(gè)電流路徑上均會(huì)配置一短路檢測(cè)元件，以檢測(cè)多相整流器是否短路。
[0003]一般來說，用以檢測(cè)多相整流器是否短路的短路檢測(cè)方法不是利用感測(cè)電阻就是使用霍爾效應(yīng)感測(cè)器(hall-effect sensor)。為了清楚起見，以下將整流元件視為二極管。以一個(gè)二極管設(shè)置于一電流路徑中的二極管來說，如圖1A所示，感測(cè)電阻Rl與二極管Dl串接設(shè)置，使得電流Il會(huì)流經(jīng)二極管Dl及感測(cè)電阻R1。接著，運(yùn)算放大器(op-amp)OPl放大感測(cè)電阻Rl的跨壓，以產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)Sdl。再來，比較器CPl接收檢測(cè)信號(hào)Sdl，并比較檢測(cè)信號(hào)Sdl與參考信號(hào)Vrefl (即，短路臨界電壓)，以輸出一結(jié)果信號(hào)OUTl，以便判斷二極管Dl是否為短路。然而，由于此種短路檢測(cè)方法需增加一個(gè)配置在電流路經(jīng)中的額外的感測(cè)電阻R1，造成此電流路徑中有(I12*R1)的能量損失。再次，感測(cè)電阻Rl需為低電阻且一般在高電流下運(yùn)作，且通常是較昂貴的。對(duì)于實(shí)現(xiàn)短路檢測(cè)，每個(gè)多相整流器需分別具有上述的結(jié)構(gòu)配置，如此會(huì)造成更多的能量損失與成本。
[0004]而對(duì)于另一種方法，如圖1B所示，其是在二極管D2的電流路徑附近加上配置霍爾效應(yīng)感測(cè)器HF，以利用磁場(chǎng)量測(cè)的方式檢測(cè)電流路徑上的電流12，且然后產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)Sd2。再來，比較器CP2接收檢測(cè)信號(hào)Sd2，并比較檢測(cè)信號(hào)Sd2與參考信號(hào)Vref2 (即，短路臨界電壓)，以輸出一結(jié)果信號(hào)0UT2來表示二極管D2是否為短路。比較利用霍爾效應(yīng)感測(cè)器的短路檢測(cè)方法與利用感測(cè)電阻的短路檢測(cè)方法，雖然利用霍爾效應(yīng)感測(cè)器的短路檢測(cè)方法有較少的能量損失，但霍爾效應(yīng)感測(cè)器HF也是昂貴的。
[0005]因此，若在執(zhí)行短路檢測(cè)方法時(shí)能有效地減少能量損失與成本，將可大幅提升多相整流器的效能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種三相(或大于三相)整流器的短路檢測(cè)方法/電路，且應(yīng)用于交流發(fā)電機(jī)或ISG之中。以交流發(fā)電機(jī)的三相整流器來說，三相整流器具有彼此并聯(lián)的三個(gè)橋臂。每一橋臂具有串聯(lián)的兩個(gè)整流元件。每一對(duì)應(yīng)橋臂的兩個(gè)整流元件之間的接點(diǎn)我們稱之為相位信號(hào)點(diǎn)(Phase Signal Point，以下簡(jiǎn)稱PSP)。每個(gè)PSP是設(shè)置在對(duì)應(yīng)橋臂的兩個(gè)整流元件之間。其中一個(gè)整流元件連接在PSP與地之間。另一個(gè)整流元件則連接在PSP與交流發(fā)電機(jī)的輸出端之間，而上述輸出端亦為交流發(fā)電機(jī)的全波整流輸出端。
[0007]交流發(fā)電機(jī)具有三個(gè)定子繞組(stator winding),以于運(yùn)作期間產(chǎn)生三個(gè)交流(alternating current, AC)信號(hào)至對(duì)應(yīng)的PSP。每個(gè)定子繞組的一端相互連接,且每個(gè)定子繞組的另一端(即，交流發(fā)電機(jī)定子線圈的輸出端)連接到對(duì)應(yīng)的PSP。由于每個(gè)AC信號(hào)的頻率可根據(jù)相同的方程式計(jì)算而得，每個(gè)AC信號(hào)的頻率將保持在相同的特定轉(zhuǎn)動(dòng)周期。其方程式如下所示:ω =RPMalt*#pol印airs/60，其中ω為每個(gè)AC信號(hào)的頻率，RPMalt為交流發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率，以及#pole pairs為交流發(fā)電機(jī)的極對(duì)(pole pairs)的數(shù)量。因此每個(gè)AC信號(hào)的頻率將相同。
[0008]三相整流器接收三個(gè)AC信號(hào)并整流所述三個(gè)AC信號(hào)，以輸出一全波整流(full-wave rectified, FffR)信號(hào)。上述FWR信號(hào)包含作為交流直流(AC-to-DC)轉(zhuǎn)換結(jié)果的一鏈波頻率(ripple frequency)。而本發(fā)明的短路檢測(cè)方法/電路是于FWR信號(hào)的頻譜中，檢測(cè)AC信號(hào)(即，所述三個(gè)AC信號(hào)中的任一個(gè))的頻率的振幅。而此檢測(cè)方法將FWR信號(hào)由時(shí)域(time domain)轉(zhuǎn)為頻域(frequency domain),以產(chǎn)生FWR信號(hào)的頻譜,進(jìn)而觀察所述AC信號(hào)的頻率的目前振幅。
[0009]在正常的運(yùn)作下，AC信號(hào)的頻率的振幅在FWR信號(hào)的頻譜的量測(cè)點(diǎn)中可以被忽略。然而，若有任何整流元件發(fā)生短路(即，在不正常的運(yùn)作下)，AC信號(hào)的頻率的振幅將大幅增加。一旦此振幅高于一預(yù)定基準(zhǔn)值(如根據(jù)不同的交流發(fā)電機(jī)而產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù))，將可據(jù)此斷定短路狀況存在于整個(gè)橋臂組中的某一個(gè)整流元件。
[0010]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種短路檢測(cè)電路，其用于一多相整流器。如上所述，多相整流器整流復(fù)數(shù)個(gè)AC信號(hào)以輸出一 FWR信號(hào)，且每個(gè)AC信號(hào)具有相同頻率。短路檢測(cè)電路包含一頻譜分析單元與一判斷單元。分析單元接收FWR信號(hào)，且于頻域中根據(jù)所述AC信號(hào)的相同頻率來分析FWR信號(hào)的頻譜，以產(chǎn)生指示AC信號(hào)的相同頻率的振幅的一檢測(cè)信號(hào)。判斷單元是電性連接分析單元，且比較檢測(cè)信號(hào)及一參考信號(hào)，以判斷多相整流器是否具有一短路狀況。
[0011]更進(jìn)一步來說，判斷單元接收檢測(cè)信號(hào)及參考信號(hào)，以判斷檢測(cè)信號(hào)是否大于或等于參考信號(hào)。當(dāng)判斷單元判斷檢測(cè)信號(hào)大于或等于參考信號(hào)，判斷單元將輸出一結(jié)果信號(hào)，其表示短路狀況存在于多相整流器中的橋臂內(nèi)的某一個(gè)整流元件。
[0012]本發(fā)明提供了一種短路檢測(cè)方法，其用于一多相整流器。如上所述，多相整流器整流其所接收的復(fù)數(shù)個(gè)AC信號(hào)，且每個(gè)AC信號(hào)具有相同頻率，以據(jù)此輸出一 FWR信號(hào)。短路檢測(cè)方法包括如下步驟:接收FWR信號(hào)，且于頻域中根據(jù)所述AC信號(hào)的相同頻率分析FWR信號(hào)的頻譜，以產(chǎn)生表示AC信號(hào)的相同頻率的振幅的一檢測(cè)信號(hào)；以及接收檢測(cè)信號(hào)及一參考信號(hào)，以判斷檢測(cè)信號(hào)是否大于或等于參考信號(hào)。當(dāng)檢測(cè)信號(hào)大于或等于參考信號(hào)，將輸出一結(jié)果信號(hào)，且上述結(jié)果信號(hào)表不短路狀況存在于多相整流器中的多個(gè)橋臂內(nèi)的某一個(gè)整流元件。
[0013]綜合以上所述，本發(fā)明所提供的多相整流器的短路檢測(cè)電路及短路檢測(cè)方法，是用來在頻域中檢測(cè)多相整流器所輸出的FWR信號(hào)的頻譜狀況，以判斷表示AC信號(hào)的頻率的振幅的檢測(cè)信號(hào)是否大于或等于參考信號(hào)，以便檢測(cè)出短路狀況是否存在于多相整流器中的整個(gè)橋臂內(nèi)的某一個(gè)整流元件之中。因此，本發(fā)明實(shí)施例所提供的多相整流器的短路檢測(cè)電路及短路檢測(cè)方法無需于每一電流路徑上加裝短路檢測(cè)元件(如，感測(cè)電阻或霍爾效應(yīng)感測(cè)器)，使得能量損失及成本可有效的降低。
[0014]為更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅是用來說明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的權(quán)利范圍作任何的限制。
【附圖說明】
[0015]圖1A是熟知在一整流元件的電流路徑上的短路檢測(cè)電路示意圖。
[0016]圖1B是另一熟知在一整流元件的電流路徑上的短路檢測(cè)電路示意圖。
[0017]圖2A是本發(fā)明一實(shí)施例的三相交流發(fā)電機(jī)示意圖。
[0018]圖2B是本發(fā)明一實(shí)施例的三相交流發(fā)電機(jī)波形圖。
[0019]圖2C是本發(fā)明一實(shí)施例的短路檢測(cè)電路示意圖。
[0020]圖2D是本發(fā)明一實(shí)施例的短路檢測(cè)方法流程圖。
[0021]圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的多相交流發(fā)電機(jī)示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例的短路檢測(cè)電路示意圖。
[0023]圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的短路