CN102484390B

CN102484390B - 装有电子故障管理部件的机动车辆的同步整流交流发电机

Info

Publication number: CN102484390B
Application number: CN201080039289.8A
Authority: CN
Inventors: M.滕齐尼; O.格拉蒙特; G.达西勒厄; V.多斯桑托斯
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2030-07-22
Also published as: EP2476183B1; FR2949914B1; CN102484390A; EP2476183A1; US20120286744A1; US9337686B2; FR2949914A1; WO2011027056A1

Abstract

根据本发明的交流发电机包括定子(S)、转子(R)、用于将定子提供的AC电压(j1，j2，j3)整流为DC电压(B+)的同步整流部件(20、21)、以及用于控制DC电压的电压控制部件(3)。根据本发明，该交流发电机还包括故障检测部件(211、22)，用于检测同步整流部件(2)中的故障(DEF)，并且用于向电压控制部件(3)提供故障检测信息(DEF)。根据另一特征，提供用于存储关于检测的故障的信息(DEF)和/或发送这些信息到机动车辆的电子控制单元(4)的部件(211)。

Description

装有电子故障管理部件的机动车辆的同步整流交流发电机

技术领域

本发明一般而言涉及尤其用于机动车辆的旋转电机的领域。更具体地，本发明涉及装备有电子故障管理部件的具有同步整流的交流发电机。

背景技术

在减少CO₂排放和开发高效交流发电机的背景下，应用于机动车辆的交流发电机的同步整流技术具有一定的重要性。

同步整流使用具有一般为MOSFET类型的功率晶体管的电桥整流器。还提供控制电子器件用于修整合适的用于功率晶体管的控制信号。

与具有二极管电桥整流器的传统交流发电机技术比较，同步整流机器中电子器件的比例显著增加。

就成本而言，在同步整流机器中电子器件的比例可以为机器的总成本的30％与50％之间。作为比较，二极管电桥整流机器中电子设备的成本的比例为大约25％。需要替换故障部件的电子器件的故障会因此引起售后服务工作中可观的成本影响。

电子设备的可靠性对机器的总可靠性很关键并且对设计者引起新的约束。这些约束是更加严格的，因为机动车制造商的当前趋势是延长车辆的保证期。

因此期望提出这样的解决方案，其在同步整流交流发电机的整个可靠性上，且更具体地，在这样的交流发电机的电子器件的可靠性上提供改进。

发明内容

根据第一方面，本发明涉及一种用于机动车辆的同步整流交流发电机，包括定子、转子、用于将所述定子提供的交流电压整流为DC电压的同步整流部件、以及用于调节所述DC电压的电压调节部件。

依据本发明，该交流发电机还包括故障检测部件，用于检测所述同步整流部件中的故障并且提供故障检测信息到所述电压调节部件。

根据特定特征，该故障信息在也接收代表所述定子提供的所述交流电压的相信号的故障输入处被提供给所述电压调节部件。

根据另一特定特征，至少一项故障信息在所述电压调节部件中被用于致使向所述转子的激励线圈提供电流的激励电路的断开，以使得在所述电压调节部件中产生与所述至少一项故障信息对应的故障指示。优选地，通过包括在所述激励电路中的快速去磁晶体管的合适命令致使该激励电路断开。

根据另一特定特征，所述故障检测部件包括用于检测所述同步整流部件的晶体管整流电桥的臂中发生的故障的部件，使用所述臂的中间点处的相信号、施加到所述晶体管的控制电极的控制信号和交流发电机的正和负电压端子上呈现的电压来执行所述检测。

根据另一特定特征，所述故障检测部件包括用于检测同步整流部件的晶体管整流电桥的臂中发生的过热故障的部件。

根据特定实施例，所述故障检测部件包括用于检测所述机动车辆的电池到电源网络的任何故障连接的部件，当交流发电机安装在所述机动车辆时交流发电机也连接到所述电源网络，使用交流发电机的正和负电压端子之间显现的电压的测量来执行所述检测。此外，该实施例中，当在交流发电机的正和负电压端子之间测量出-1伏特与-2伏特之间的负电压时，检测到电池的故障连接。

根据另一特定特征，该交流发电机包括用于在所述故障检测部件检测到电池的故障连接时保护交流发电机的部件。所述保护部件例如可以包括电荷泵电路和/或光伏隔离器。

根据另一特定特征，所述故障检测部件还包括用于存储关于检测的故障的信息和/或将这些信息发送到机动车辆的电子控制单元的部件。

附图说明

通过阅读参考附图实现并以非限制示例提供的特定实施例的以下具体描述，本发明的其它方面、目的和优点将显得更加清楚，其中：

图1是根据本发明的交流发电机的实施例的总的框图；

图2是图1的交流发电机中包括的晶体管电桥整流器的简化图；

图3示出图1的交流发电机中包括的电桥整流器控制电路和故障保护和传输电路的框图；以及

图4示出图1的交流发电机中包括的保护电路的特定实施例，该保护电路提供用于保护交流发电机免受车辆电池连接反转损害。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的交流发电机包括旋转电机1、电压整流电路2、和电压调节器3。

该实施例中，电机1是Lundell类型的三相电机并且按传统方式包括定子S以及包括激励线圈的爪形转子R。借助将转子R连接到车辆的热机5的机轴的传送带来旋转转子R。

电压整流电路2为同步整流类型，并且包括电压整流电桥20、电桥控制电路21、以及故障保护和传输电路22。

如图2所示，电压整流电桥20是MOSFET晶体管电桥。第一、第二、和第三电桥201、202、203各自分别由两个MOSFET晶体管201H和201L、202H和202L、以及203H和203L形成。相同的臂中的晶体管以第一功率电极(漏极，源极)在臂中点处一起连接，并以第二功率电极(漏极，源极)分别连接到交流发电机的电压端子B+和B-。B+端子常规上提供车辆供电网络的+12V电压。B-端子连接到该同一电压供电网络的地。

由电机1提供的三相电压分别被施加到电桥2的电桥臂201、202、和203的三个中点并且对这些臂供电。

晶体管201H和201L、202H和202L、以及203H和203L的控制电极(栅极)分别接收栅极控制信号CG1H和CG1L、CG2H和CG2L、以及CG3H和CG3L。这些信号CG1、CG2和CG3控制各晶体管以使得它们作为同步整流器工作。

电桥控制电路21在图3中详细示出。该电路21包括用于修整栅极控制信号的电路210以及故障检测电路211。

用于修整栅极控制信号的电路210执行信号CG1、CG2和CG3的适当修整，以获得电桥20的MOSFET晶体管的同步整流功能。MOSFET晶体管的这种类型的同步整流功能为本领域技术人员所熟知，这里将不进行描述。

故障检测电路211的功能主要是检测电压整流电桥20中的故障。然而，在本发明的某些实施例中，定子S的定子绕组中的某些故障也可以由该电路211检测，因为包含在各信号中的信息被提供给电路211。

在该实施例中，故障检测电路211接收栅极控制信号CG1、CG2和CG3、相电压和端子B+和B-的电压以及例如由温度传感器(未显示)提供的温度信息Temp作为输入。根据与阈值比较的这些各种信号的值和相关的逻辑处理，故障检测电路211能够检测车辆电池端子的连接反转(在英语术语中称为“reverse battery(反转电池)”)、电桥20的过热以及MOSFET晶体管的任何故障。

检测的故障在由电路211发送到故障保护和传输电路22之前在故障检测电路211中进行编码。例如，提供两比特二进制故障字DEF用于表示各种类型的故障。因此可以在故障字DEF中以两比特编码四种不同的故障DEF1、DEF2、DEF3、和DEF4。

该实施例中，故障DEF1是电池连接反转故障，而故障DEF2、DEF3、和DEF4分别是电压整流电桥20的过热、电桥20的臂中的短路故障(晶体管短路)、和电桥20中的断路故障。

以下情况下发生电池连接反转故障，其中因为某种原因，交流发电机的B+和B-端子分别没有连接到电池的+12V和0V端子，而是连接到0V和+12V端子。这通常发生在操作员将车辆的必须连接到电池的两根电缆反转时。

本发明实体发现，在电池连接反转故障DEF1的情况下，在端子B+和B-之间显现介于-1V和-2V之间的负电压TIB。该电压TIB的存在由故障检测电路211检测到，其继而从中推断出电池连接反转故障DEF1。

按照该实施例，当检测到电池连接反转故障DEF1时，将该故障的发生存储在故障检测电路211的内部存储器MEMdef中。这样的对电池连接反转故障的存储使得交流发电机的制造商能够在某些售后服务的情况下否认电池连接反转操作对交流发电机或对车辆造成损害的事件中的责任。在其他实施例中，所有出现的故障都按照例如故障历史的形式存储在内部存储器MEMdef中。

由电路211向故障保护和传输电路22发送故障字DEF (DEF1、DEF2、DEF3和DEF4)。

如图3所示，故障保护和传输电路22包括故障传输电路220和用于在电池连接反转的事件中进行保护的电路221。

故障传输电路220具体包括解码电路2200和具有两个晶体管的开关电路2201。解码电路2200接收故障检测电路211发送的字DEF，并根据对接收的字DEF进行的解码来激活输出S1、S2、S3和/或S4。

当电池连接反转故障DEF1发生时激活输出S1。当激活输出S1时要求激活保护电路221。

保护电路221包括电压源2210和六个输出SG1H、SG1L、SG2H、SG2L、SG3H、SG3L，当电路被输出S1激活时，每个输出传递电压源提供的电压VG。

六个输出SG1H、SG1L、SG2H、SG2L和SG3H，SG3L通过二极管D1到D6分别连接到晶体管201H、201L、202H、202L和203H、203L的栅极。当电路221激活时，电压VG(该实施例中大约为6伏特)被施加到晶体管201H、201L、202H、202L和203H、203L的栅极以迫使它们进入导通状态。

该配置实现MOSFET晶体管耗散的功率的减少，使得用户在电压整流电桥20损坏之前有更多的时间以便意识到他反转电池电缆的错误并且消除该故障。

这是因为，在电池连接反转故障DEF1的情况下，电桥20受到负电压且MOSFET晶体管的反向并联二极管然后导电。因而经过晶体管的电流极高，大约300A，而且，如果不采取措施，通过每个晶体管耗散的功率是大约300A×0.8V-2400W，0.8V的电压是对于300A的电流出现在反向并联二极管的端子处的直流电压。晶体管的硅芯片仅能承受这些状况零点几秒。

根据本发明，由于在晶体管的栅极上施加电压VG，该晶体管进入导通状态，使得每个晶体管耗散的功率是大约(300A)²×0.002Ω＝180W，0.002Ω的欧姆值对应于处于其导通状态的晶体管的等效电阻值。MOSFET功率晶体管能承受这些状况达几秒钟，这给用户留出时间来意识到他反转电池电缆的错误并消除此故障。

可以借助诸如根据注册商标MAXIM出售的MAX 865电路的电荷泵电路来实现使得可以获得电压VG的保护电路221的电源。

在不同的实施例中，也可以使用PVI5050N或PVI5080N类型(注册商标)的光伏隔离器，如图4的引用数字6所示。这样的隔离器6使得可以检测电池连接反转并施加电压VG到MOSFET晶体管的栅极。隔离器6的发光二极管DE连接在端子B+和B-之间，使得其在负电压TIB(如前所述介于+1V和-2V之间)由于电池连接反转而出现在这些电极之间时变为导通。

发光二极管DE中直流电流的通过导致电压出现在隔离器6的光伏元件PV的端子处。电压VG从光伏元件PV提供的电压获得。

故障信息DEF1、DEF2、DEF3和DEF4由故障传输电路220发送到电压调节器3。电压调节器3因此可以触发故障运行模式，为车辆的用户激活故障信号(指示灯)，和/或向调节器3与之通信的车辆的电子控制单元(诸如发动机控制单元4(图1中所示))指示故障的发生。电路2200的输出S2、S3和S4用于将故障信息DEF1、DEF2、DEF3和DEF4发送到电压调节器3。

该实施例中，使用的调节器3包括相故障检测输入ed1和ed2，对其施加了相信号和该类型的调节器中，这些故障输入ed1、ed2通常提供用于检测交流发电机1中的相故障。因此可以利用这些部件检测短路和断路的相。本发明的该实施例中利用这些输入ed1和ed2的可用性以便向调节器3指示由故障检测电路211检测的故障DEF。

根据将要向调节器3指示的故障，将输入ed1和ed2置于可以由调节器3识别的合适的电压电平，以便指示故障。根据将要指示的故障，信号S2和S3借助开关电路2201(参照图3)来强制输入ed1和ed2的状态。

调节器3中包括的故障管理电路30和转子激励电路31如图1所示。故障管理电路30是合并如上指示的故障输入ed1和ed2以及另一个故障输入ed3的电路。

故障输入ed3指示交流发电机转子R的激励电路31中的断路故障。转子激励电路31包括用于检测和指示断路状态的已知部件。这样的部件检测例如又有在大于特定的预定门限时间段的至少一个时间段期间零激励电流的存在引起的断路。

如图1中可见，转子激励电路31包括两个晶体管T_PWM和T_DEMAG。晶体管T_PWM是控制为转子R的激励线圈供电的激励电流的脉宽调制的功率晶体管。晶体管T_DEMAG是在有必要快速去磁交流发电机时断开激励电路的功率晶体管。两个晶体管T_PWM和T_DEMAG在这里均是MOSFET类型的晶体管。

按照本发明，这里使用晶体管T_DEMAG的存在作为迫使转子激励电路31断开的手段，以使得通过故障输入ed1的激活致使将错误反馈到故障管理电路30。当必须向调节器3指示与电路2200的输出S4的激活对应的故障DEF时，晶体管T_DEMAG的栅极由输出S4控制，以致使该晶体管被关断，因此迫使电流电路断开。

故障管理电路30处理经过输入ed1、ed2和ed3到达其的各项故障信息以便，根据应用，向发动机控制单元4指示这些故障和/或可选地建立适当的故障工作模式。此外，故障管理电路30还可以控制指示器LAMP的激活以向车辆的用户指示某些故障。

按照本发明，如从上面的描述显然可知，能够由各种部件实现将故障检测电路22的故障信息发送到电压调节电路3的故障管理电路30，并且可以使用各种类型的编码来发送该信息。除了选择激活来发送该信息的输入ed1、ed2和ed3的激活外，也可使用其他编码的参数，例如，可以被使用故障输入ed1、ed2和ed3的激活的不同的预定时期，以便发送故障信息的不同项目。

此外，应当注意，根据本发明的各种实施例已经描述的各种电子控制电路，即，电路21、22和3，可以以一个或多个ASIC的形式实现。

当然，本发明不限于刚刚已经描述的特定实施例。根据本领域的技术人员设计的应用的其他实施例也是可能的并仍处于所附权利要求书的范围中。

Claims

1.一种用于机动车辆的同步整流交流发电机，包括定子(S)、转子(R)、用于将所述定子(S)提供的交流电压整流为DC电压(B+)的同步整流部件(2)、以及用于调节所述DC电压的电压调节部件(3)，其特征在于，其还包括故障检测部件(211、22)，用于检测所述同步整流部件(2)中的故障(DEF)，并且向所述电压调节部件(3)提供故障检测信息(DEF,S2,S3,S4)，

其中，所述故障检测部件包括用于检测同步整流部件的晶体管整流电桥的臂中发生的过热故障的部件(211，Temp)，

其中，所述故障检测部件包括用于检测所述机动车辆的电池到电源网络的任何故障连接的部件(211，6)，当交流发电机安装在所述机动车辆中时交流发电机也连接到所述电源网络，使用交流发电机的正和负电压端子(B+，B–)之间显现的电压(TIB)的测量来执行所述机动车辆的电池到电源网络的任何故障连接的检测，

其中，所述的交流发电机还包括用于在所述故障检测部件检测到电池的故障连接时保护交流发电机的部件(S1,221,SG1H,SG1L,SG2H,SG2L,SG3H,SG3L)，

其中，所述故障检测信息的至少一项被用于在所述电压调节部件(3)中致使向所述转子(R)的激励线圈提供电流的激励电路(31)的断开(T_DEMAG)，以使得在所述电压调节部件(3)中产生与所述故障检测信息的该至少一项对应的故障指示(ed3)。

2.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述故障检测信息的至少一项在也接收代表所述定子(S)提供的所述交流电压的相信号的故障输入(ed1，ed2)处被提供给所述电压调节部件(3)。

3.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，借助对所述激励电路(31)中包括的快速去磁晶体管(T_DEMAG)的合适命令致使该激励电路断开。

4.根据前面权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述故障检测部件包括用于检测所述同步整流部件(2)的晶体管整流电桥的臂(201,202,203)中发生的故障的部件(211)，使用所述臂(201,202,203)的中间点处的相信号施加到所述晶体管(201L,201H,202L,202H,203L,203H)的控制电极的控制信号(CG1L,CG1H,CG2L,CG2H,CG3L,CG3H)和交流发电机的正和负电压端子(B+，B–)上呈现的电压来执行所述同步整流部件(2)的晶体管整流电桥的臂(201,202,203)中发生的故障的检测。

5.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述保护部件包括电荷泵电路和/或光伏隔离器(6)。

6.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述故障检测部件包括用于存储关于检测的故障的信息和/或将关于检测的故障的信息发送到机动车辆的电子控制单元(4)的部件(MEMdef)。