TWI509941B - 電壓調節器、其運作方法以及電壓調節系統 - Google Patents

Description

電壓調節器、其運作方法以及電壓調節系統

本發明有關於一種電壓調節器，且特別是一種具有自啟動功能的電壓調節器、其運作方法以及電壓調節系統。

習知汽車用的發電機只要引擎運轉就能發電，發電後提供電能供電瓶充電與汽車上其他電器設備使用。通常汽車會藉由設置電壓調節器來控制發電機的運作，使發電機運作產生的輸出電壓維持於一工作電壓範圍。

簡單來說，一般電壓調節器是透過車用的警示燈與啟動開關連接至發電機的輸出端。電壓調節器可於汽車啟動時，接收由警示燈提供的電流，並藉由控制一功率開關的導通與截止運作來調整流經發電機的轉子的電流大小，據以調整發電機的發電量。當發電機輸出的輸出電壓過高時，電壓調節器即會截止功率開關，以降低轉子的電流，而當發電機輸出的輸出電壓過低時，電壓調節器會導通功率開關，並控制流經轉子的電流大小，以調整發電機的發電量。因此，電壓調節器可用以穩定發電機的輸出電壓，確保汽車內部供電能維持在相當之電量，以使汽車內的電器設備可正常運作。

傳統的電壓調節器需藉由電瓶透過3瓦特警示燈提供激磁電流給轉子激磁，以於汽車啟動時啟動發電機發電。此外，目前汽車用的警示燈的額定功率已由3瓦特(W)的燈泡(lamp)改為2瓦特 的燈泡或高亮度的發光二極體(light-emitting diode，LED)。然而，上述利用低額定功率的警示燈，或是不外接警示燈而僅使用內部產生的自激電流來啟動發電機發電的方式會降低輸出至轉子的激磁電流，而使得發電機於低轉速下無足夠的激磁電流而無法運轉，導致發電機須於高轉速下才能產生足夠激磁電流以建立電壓並進行供電。

有鑑於此，本發明實施例提供一種電壓調節器、其運作方法以及電壓調節系統，且此電壓調節器可透過內建一自啟動輔助單元於發電機啟動時，產生額外的激磁電流驅動發電機的轉子運作，使發電機得以在低轉速下建立電壓。

本發明實施例提供一種電壓調節器，此電壓調節器是耦接於發電機與電瓶。所述電壓調節器包括電壓偵測單元以及自啟動輔助單元。電壓偵測單元耦接發電機與電瓶。電壓偵測單元用以偵測發電機的輸出電壓，以產生致能信號。自啟動輔助單元耦接電壓偵測單元、發電機的轉子以及電瓶。自啟動輔助單元接收電瓶的供電電壓，並根據致能信號產生第一激磁電流驅動轉子激磁。當電壓偵測單元偵測到輸出電壓大於預設電壓門檻值時，電壓偵測單元輸出致能信號致能自啟動輔助單元以產生第一激磁電流至發電機的轉子，使發電機得以在低轉速下建立電壓。

在本發明其中一個實施例中，上述電壓偵測單元是耦接於發電機的整流單元中多個勵磁二極體之一，以接收所述輸出電壓。

在本發明其中一個實施例中，上述電壓偵測單元是耦接於發電機的轉子，以接收所述輸出電壓。

本發明實施例另提供一種電壓調節系統，此電壓調節系統包括發電機、電瓶、啟動單元以及上述的電壓調節器。所述發電機包括一轉子，且用以產生輸出電壓。電瓶耦接發電機，並用以輸出供電電壓。啟動單元耦接電瓶。電壓調節器耦接發電機與電瓶。 當所述電壓偵測單元偵測到發電機的輸出電壓大於預設電壓門檻值時，該電壓偵測單元輸出致能信號致能自啟動輔助單元以產生第一激磁電流至發電機的轉子，使發電機得以在低轉述下建立電壓。

本發明實施例另提供一種電壓調節器的運作方法，此方法包括下列步驟。首先，偵測發電機的輸出電壓。而後，判斷發電機的輸出電壓是否大於預設電壓門檻值。當輸出電壓大於預設電壓門檻值時，啟動自啟動輔助單元以產生第一激磁電流至發電機的轉子。

綜上所述，本發明實施例所提供的電壓調節器、其運作方法以及電壓調節系統，可藉由於電壓調節器內建自啟動輔助電路，以自啟動方式主動在發電機開始運作時提供足夠預激磁電流給發電機，使發電機得以在低轉速下快速建立電壓並順利運作，進而提高發電機的運作效率。

為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。

10、20‧‧‧電壓調節系統

11、21、31‧‧‧電壓調節器

111‧‧‧電壓偵測單元

113‧‧‧自啟動輔助單元

1131‧‧‧電流放大單元

Q2‧‧‧達靈頓電晶體

D2‧‧‧第一二極體

R1、R2‧‧‧電阻

115、315‧‧‧電壓調節驅動單元

Q1‧‧‧功率開關

D1‧‧‧飛輪二極體

R3、R3A、R4~R10‧‧‧電阻

C1、C2、C3‧‧‧電容

ZD1、ZD2‧‧‧稽納二極體

Tr1、Tr2‧‧‧電晶體

13‧‧‧發電機

131‧‧‧轉子

133‧‧‧三相定子線圈

135‧‧‧整流單元

T1‧‧‧第一輸出端

T2‧‧‧第二輸出端

T3‧‧‧第三輸出端

15‧‧‧電瓶

17‧‧‧啟動單元

171‧‧‧啟動開關

173‧‧‧警示燈

P‧‧‧電壓偵測端

B+‧‧‧電源端

D+‧‧‧正接線端

F‧‧‧磁場接線端

G、GND‧‧‧接地端

I1~I4‧‧‧電流

S100~S140‧‧‧步驟

圖1是本發明實施例提供的電壓調節系統的電路架構示意圖。

圖2是本發明實施例提供的五線式電壓調節器的細部電路示意圖。

圖3是本發明實施例提供的五線式電壓調節器的電路運作示意圖。

圖4是本發明另一實施例提供的電壓調節系統的系統架構示意圖。

圖5是本發明另一實施例提供的五線式電壓調節器的電路運作示意圖。

圖6是本發明實施例提供的電壓調節器的運作方的流程示意圖。

本發明主要精神在提供一種具有自啟動功能的電壓調節器，且此電壓調節器可協助與其連接的發電機實現在低轉速下建立電壓。而發電機的架構並非本發明所著重的部分，且所屬技術領域具有通常知識者應熟知發電機的架構以及運作原理，故不在此贅述，而僅簡述與本發明相關部份。

請參照圖1，圖1繪示本發明實施例提供的電壓調節系統的電路架構示意圖。所述電壓調節系統10可應用於一移動載具(未繪示)，例如汽車、機車等。電壓調節系統10包括電壓調節器11、發電機13、電瓶15以及啟動單元17。其中，電壓調節系統10的電源供電架構可根據電瓶15的實際規格來決定，電瓶15於實務上可由蓄電池(rechargeable battery)，例如12伏特(V)或24伏特之蓄電池來實現。

於本實施例中，電壓調節器11為本發明具有自啟動功能的五線式電壓調節器(5-pin regulator)。電壓調節器11具有電源端B+、正接線端D+、磁場接線端F、電壓偵測端P以及接地端G。發電機13具有第一輸出端T1、第二輸出端T2、第三輸出端T3以及接地端GND。發電機13進一步包括轉子(rotor coil)131、三相定子線圈(3-phase stator coil)133以及整流單元135。啟動單元17進一步包括啟動開關171以及警示燈173。所述警示燈173可以是由一個或多個發光二極體串並聯或是2瓦特的燈泡來實現。於其他實施方式中，電壓調節器11與發電機13亦可不連接警示燈173，而僅透過啟動開關171連接電瓶15。

如圖1所示，發電機13的三相定子線圈133電性連接整流單元135。發電機13的整流單元135分別電性連接第一輸出端T1、 第二輸出端T2以及接地端GND。發電機13的整流單元135包括整流器(rectifier)與三個勵磁二極體(exciting diode)。三相式整流器是由三對兩個相互串聯之整流二極體電路所組成，且三相式整流器用以對三相定子線圈133產生的三相交流電整流。每對整流二極體串聯電路另串聯耦接於第二輸出端T2與接地端GND之間。三個勵磁二極體分別耦接於三相定子線圈133與第一輸出端T1之間。具體地說，每一個勵磁二極體的陽極耦接於三相定子線圈133的其中一相定子線圈，而每一個勵磁二極體的陰極耦接第一輸出端T1。

發電機13的第一輸出端T1電性連接轉子131的第一端與電壓調節器11的正接線端D+，並用以在發電機13正常發電下提供激磁電流給轉子131。發電機13的第一輸出端T1另經啟動單元17的啟動開關171與警示燈173電性連接電瓶15的正極端。發電機13的第二輸出端T2電性連接電瓶15的正極端，以在發電機13正常發電下對電瓶15充電與維持移動載具上其他電器設備的運作。發電機13中三相定子線圈133與整流單元135的實際架構與運作方式為本技術領域具通常知識者所熟知之技術，故在此不加以贅述。

電壓調節器11的電源端B+電性連接電瓶15的正極端。電壓調節器11的正接線端D+與啟動開關171、警示燈173串聯連接於電瓶15的正極端，並且電性連接發電機13的第一輸出端T1。磁場接線端F電性連接轉子131的第二端，並經由轉子131電性連接發電機13的第一輸出端T1。發電機13的轉子131電性連接於電壓調節器11的正接線端D+與磁場接線端F之間。電壓偵測端P電性連接發電機13的第三輸出端T3。此外，發電機13的接地端GND、電壓調節器11的接地端G與電瓶15的負極皆接地。

進一步地說，電壓調節器11包括電壓偵測單元111、自啟動輔助單元113以及電壓調節驅動單元115。電壓偵測單元111耦接 自啟動輔助單元113，而自啟動輔助單元113耦接電壓調節驅動單元115。

電壓偵測單元111經電壓偵測端P耦接發電機13的第三輸出端T3，以偵測發電機13的第三輸出端T3輸出的相信號(phase signal)的電壓位準。電壓偵測單元111並與電壓調節驅動單元115以及自啟動輔助單元113經電源端B+耦接電瓶15，以接收電瓶15輸出的供電電壓。自啟動輔助單元113與電壓調節驅動單元115之間的接點(即正接線端D+)耦接轉子131的第一端。電壓調節驅動單元115經磁場接線端F耦接轉子131的第二端。電壓偵測單元111與電壓調節驅動單元115經接地端G接地。

電壓偵測單元111於發電機13的第三輸出端T3輸出的相信號的電壓位準大於預設電壓門檻值時，輸出致能信號以驅動自啟動輔助單元113運作。所述預設電壓門檻值可依發電機13的實際架構與運作方式來設置，本發明並不限制此值。於本實施例中，預設電壓門檻值可以是介於0.1伏特(V)至0.5伏特(V)之間。換言之，電壓偵測單元111可藉由偵測第三輸出端T3的輸出電壓判斷發電機13是否開始運作。

自啟動輔助單元113根據致能信號與電瓶15的供電產生第一激磁電流，並將第一激磁電流經正接線端D+輸出至轉子131，產生磁場。其中，自啟動輔助單元113可根據電壓調節器11的實際市場應用需求調整設定第一激磁電流的大小。

此外，當自啟動輔助單元113無法輸出第一激磁電流時，例如，當自啟動輔助單元113經正接線端D+感測到發電機13於第一輸出端T1的輸出電壓上升至自啟動輔助單元113的一截止電壓時，自啟動輔助單元113會自動截止運作，並停止輸出第一激磁電流。

電壓調節驅動單元115用以在發電機13完成建立電壓後，根據電源端B+的電壓(即發電機13的第二輸出端T2的輸出電壓)調 整控制一功率開關Q1的導通與截止時間，以產生第二激磁電流驅動轉子131激磁，調整發電機13於第二輸出端T2的輸出電壓。

本發明所述工作電壓上限值及工作電壓下限值可依據發電機13與電瓶15的實際架構與運作需求來設置。另，電壓調節驅動單元115為發電機13的電壓調節電路，其實際架構與調節發電機13的運作方式為本技術領域具通常知識者應能了解之技術，故在此不加以贅述。

在此簡單說明電壓調節系統10的運作原理，當使用者開啟啟動單元17的啟動開關171時(亦即當啟動開關171剛開始導通時)，警示燈173會因啟動開關171導通與電瓶15連接而開啟，並產生一微量電流經由啟動開關171流入轉子131。此時，汽車上的電器設備此時是由電瓶15電壓來供電，而警示燈173所產生電流僅可以使發電機13的三相定子線圈133開始運轉產生微小電壓，同時間，電壓偵測單元111會透過電壓偵測端P接收並偵測發電機13在第三輸出端T3輸出的相信號的電壓位準。

當電壓偵測單元111偵測到第三輸出端T3的電壓大於預設電壓門檻值(例如0.2伏特)時，自啟動輔助單元113隨即會產生足夠的第一激磁電流使轉子131激磁產生磁場帶動發電機13進行運作，並建立電壓。而發電機13的三相定子線圈133所產生的三相交流電壓隨後會經整流單元135整流後分別經第一輸出端T1與第二輸出端T2輸出至電壓調節器11的正接線端D+與電瓶15，以維持發電機13與電瓶15及移動載具的其他電器設備運作。

隨著發電機13的啟動，發電機13的轉速會逐漸升高，而輸出電壓亦會隨著轉速升高而上升。當正接線端D+(即第一輸出端T1)的電壓上升至自啟動輔助單元113的截止電壓時，自啟動輔助單元113會即時截止運作以停止輸出第一激磁電流。此時，電壓調節驅動單元115會藉由調節功率開關的導通與截止運作，調整第二激磁電流的大小，進而控制發電機13的發電量。而第二激磁 電流路徑是由第一輸出端T1、正接線端D+、轉子131、磁場接線端F至接地端G。發電機13於第二輸出端T2的輸出電壓則如前述是用以供電瓶15充電與移動載具上其他電器設備使用。

另外，於其他實施方式中，電壓調節器11的電壓偵測端P亦可電性連接發電機13的整流單元135中的任一條連接勵磁二極體的輸出線，偵測三相交流信號中的任何一相信號電壓位準，只要可偵測到發電機13的輸出電壓即可。

簡言之，本發明可透過內建自啟動輔助單元113於電壓調節器11，改善目前警示燈173無法於汽車啟動時提供足夠激磁電流給轉子131，以帶動發電機13的運作的問題。

本實施例進一步提供一種五線式電壓調節器的具體電路架構，並針對其中的自啟動輔助單元113做進一步地說明。請同時參照圖1、圖2與圖3。圖2是本發明實施例提供的五線式電壓調節器的細部電路示意圖。圖3是本發明實施例提供的五線式電壓調節器的電路運作示意圖。

自啟動輔助單元113包括電流放大單元、第一電阻性元件、第二電阻性元件以及電流流向限制元件。電流放大單元耦接第一電阻性元件、第二電阻性元件以及電流流向限制元件。電流放大單元具有輸入端、輸出端以及控制端。電流放大單元用以根據致能信號的電壓大小調整第一激磁電流I3的大小。

於本實施例中，電流放大單元包括N型達靈頓電晶體Q2；第一電阻性元件包括電阻R1；第二電阻性元件包括電阻R2；電流流向限制元件包括二極體D2。

電阻R1的一端電性連接電源端B+，另一端電性連接N型達靈頓電晶體Q2的集極(collector)。換言之，N型達靈頓電晶體Q2的集極經電阻R1、電源端B+接收電瓶15的供電電壓。電阻R2的一端電性連接電源端B+，而另一端電性連接電壓偵測單元111。N型達靈頓電晶體Q2的基極(base)電性連接電壓偵測單元 111，以接收致能信號。N型達靈頓電晶體Q2的射極(emitter)電性連接二極體D2的陽極(anode)。二極體D2的陰極(cathode)電性連接正接線端D+。所述二極體D2是用以避免正接線端D+的高電壓損壞N型達靈頓電晶體Q2。

另外，電壓調節驅動單元115的電路如圖2所示用以根據正接線端D+的電壓控制功率開關Q1的導通或截止時間(亦即功率開關Q1的責任週期)，以對應產生第二激磁電流I4調整轉子131因激磁產生的磁場強度，據以調整發電機13的輸出電壓。

以下針對電壓調節器11的主要運作原理做具體說明。

當汽車啟動時，電壓偵測單元111會經電壓偵測端P偵測到發電機13的輸出電壓，例如圖1中第三輸出端T3輸出的相信號的電壓位準大於預設電壓門檻值時(例如0.2伏特)，電壓偵測單元111並對應輸出致能信號使自啟動輔助單元113的N型達靈頓電晶體Q2因基射極之間的跨壓大於N型達靈頓電晶體Q2的導通電壓(例如1.4伏特)而導通。

此時，N型達靈頓電晶體Q2會於導通後並形成第一激磁電流路徑，並提供第一激磁電流I3至轉子131，以協助發電機13在低轉速下建立電壓。所述第一激磁電流路徑如圖3所示是由電源端B+、N型達靈頓電晶體Q2、二極體D2、正接線端D+、轉子131、磁場接線端F至接地端G。電壓偵測單元111會依據由電瓶15流經電阻R2輸入的電流I1調整致能信號的電壓位準，以驅動N型達靈頓電晶體Q2對應產生第一激磁電流I3。所述第一激磁電流I3的大小主要是透過電阻R1的電阻值來調整，可根據電壓調節器11的實際應用來設定。發電機13進而可因第一激磁電流I3激磁轉子131而使發電機13得以於低轉速下快速建立電壓。

而後，當正接線端D+的電壓因發電機13運轉上升至自啟動輔助單元113的截止電壓時，此時N型達靈頓電晶體Q2會因基極電壓(即電壓偵測單元111輸出致能信號的電壓位準)與射極電 壓(即正接線端D+的電壓)之間的壓差小於N型達靈頓電晶體Q2的導通電壓(例如1.4伏特)而截止，使得自啟動輔助單元113截止運作。

本發明自啟動輔助單元的截止電壓可根據自啟動輔助單元113的電路架構與發電機13運作來設定，本實施例並不限制。自啟動輔助單元11的截止電壓可例如為電瓶15輸出的供電電壓的二分之一。以24伏特的電源供電架構為例，當自啟動輔助單元113感測到發電機13於第一輸出端T1的輸出電壓大於或等於12伏特，或趨近於12伏特時，自啟動輔助單元113即會自動截止運作。

接著，當電壓調節驅動單元115透過電源端B+偵測發電機13的第二輸出端T2的輸出電壓上升超過發電機13的工作電壓上限值時，電壓調節驅動單元115會藉由縮短功率開關Q1在一工作週期的導通時間，降低第二激磁電流I4，以減少轉子131的電量，據以降低發電機13的輸出電壓。當電壓調節驅動單元115透過電源端B+偵測發電機13的第二輸出端T2的輸出電壓低於發電機13的工作電壓下限值時，會藉由增加功率開關Q1在一工作週期的導通時間，增加第二激磁電流I4，提高發電機13的輸出電壓，如第二輸出端T2的輸出電壓。

據此，本實施例的電壓調節器11可主動於偵測發電機13開始運作時，透過內建的自啟動電路提供足夠的激磁電流，帶動發電機13的運作，使發電機13得以在低轉速下快速順利的建立電壓。此外，電壓調節器11並可於電機13建立電壓後，自動關閉內建的自啟動電路，降低電壓調節器11的功率消耗。

本發明中電阻性元件，例如電阻R1~R10可以是由導體油墨製成，功率開關Q1可為N型功率金氧半場效電晶體，也可以是金氧半場效電晶體(MOSFET)、P型功率金氧半場效電晶體、達靈頓管(Darlington)或絕緣閘極雙極性電晶體(IGBT)，但本發明並不以此為限。

請參照圖4並同時參照圖1，圖4繪示本發明另一實施例提供電壓調節系統的系統架構示意圖。

圖4與圖1的差異處在於，圖4中電壓調節系統20的電壓調節器21為四線式電壓調節器，且電壓調節器21具有電源端B+、正接線端D+、磁場接線端F以及接地端G。電壓偵測單元111是電性連接正接線端D+，以偵測發電機13的第一輸出端T1的輸出電壓。也就是，電壓偵測單元111會根據正接線端D+電壓(即發電機13的第一輸出端T1的輸出電壓)來啟動自啟動輔助單元113的運作。當電壓偵測單元111偵測第一輸出端T1的輸出電壓大於預設電壓門檻值時，電壓偵測單元111會輸出致能信號致能自啟動輔助單元113，以產生第一激磁電流至轉子131，帶動發電機13的運作。

由於正接線端D+的電壓(即發電機13的第一輸出端T1)與前述電壓偵測端P的電壓(即發電機13的第一輸出端T3)之間相差一勵磁二極體的壓降，因此正接線端D+的電壓偵測敏感度較前述電壓偵測端P的電壓偵測敏感度低。從而本實施例所述的預設電壓門檻值會較前述實施例低，例如為0.1伏特，以強化偵測的敏感度。

但此實施例中可直接將電壓偵測單元111與正接線端D+相連，從而無需於電壓調節器21另置一端子，據此可降低電壓調節器21運作上的風險與製作成本。習知，當汽車用的電壓調節器21具有越多端子，其所承受的風險越大，如增加短路發生的機率。

電壓調節系統20的電壓調節器21的其他電路架構類似於圖1中電壓調節系統10的電壓調節器11，且本發明技術領域具有通常知識者應可上述說明推知電壓調節器21的運作方式，故在此不再贅述。此外，本發明技術領域具有通常知識者應可依據應用於汽車的發電機13實體架構與運作需求選擇四線式或五線式的電壓調節器來驅動控制發電機13的運作。

前述具內建自啟動輔助電路的電壓調節器於發電機完成建立 電壓之後是透過偵測發電機於第二輸出端的電壓來調節發電機的發電量。但電壓調節器亦可依據實際產品應用，可透過偵測發電機於第一輸出端的電壓來調節發電機的發電量。請參照圖5並同時參照圖1。

圖5繪示本發明另一實施例提供的五線式電壓調節器(5-pin regulator)。電壓調節器31具有電源端B+、正接線端D+、磁場接線端F、電壓偵測端P以及接地端G。發電機13具有第一輸出端T1、第二輸出端T2、第三輸出端T3以及接地端GND。

圖5與圖1的差異處在於，圖5中電壓調節器31的電壓調節驅動單元315是經正接線端D+耦接發電機13的第一輸出端T1。電壓調節驅動單元315另經磁場接線端F耦接轉子(未繪示於圖5)。據此，電壓調節器31的電壓調節驅動單元315於發電機13完成建立電壓後，會透過正接線端D+偵測發電機13於第一輸出端T1的輸出電壓。電壓調節器31並會根據正接線端D+偵測到的電壓來調節控制功率開關Q1於一工作週期內導通與截止時間的比例，以對應產生第二激磁電流I4驅動轉子131，調整發電機13的發電量。

圖6繪示本發明實施例提供的電壓調節器的運作流程示意圖，請參照圖6並同時參照圖1及圖2。

首先，於步驟S100中，驅動電壓調節器11的電壓偵測單元111偵測發電機13的輸出電壓。所述輸出電壓於本實施例中可為發電機13的第一輸出端T1的輸出電壓或發電機13的第三輸出端T3的輸出電壓。

其次，於步驟S110中，電壓調節器11的電壓偵測單元111判斷發電機13的輸出電壓是否大於預設電壓門檻值。當電壓偵測單元111判斷發電機13的輸出電壓大於預設電壓門檻值時，執行步驟S120。反之，當電壓偵測單元111判斷發電機13的輸出電壓小於預設電壓門檻值時，回到步驟S100。所述預設電壓門檻值於 本實施例中可例如是介於0.1伏特至0.5伏特之間。

其後，於步驟S120中，電壓偵測單元111輸出致能信號致能自啟動輔助單元113，以產生第一激磁電流驅動發電機13的轉子131激磁，進而帶動發電機13的運作。

隨後，於步驟S130中，自啟動輔助單元113透過正接線端D+判斷發電機13的第一輸出端T1的輸出電壓是否大於或等於自啟動輔助單元113的截止電壓。若自啟動輔助單元113判斷發電機13的第一輸出端T1的輸出電壓約大於或等於自啟動輔助單元113的截止電壓時，執行步驟S140。反之，當第一輸出端T1的輸出電壓小於自啟動輔助單元113的截止電壓時，回到步驟S130，自啟動輔助單元113繼續產生第一激磁電流並偵測發電機13的輸出電壓。

於步驟S140中，當自啟動輔助單元113透過正接線端D+判斷發電機13的第一輸出端T1的輸出電壓約大於或等於自啟動輔助單元113的截止電壓(即表示發電機13已順利建立電壓)時，自啟動輔助單元113會自動截止運作，以切斷第一激磁電流的電流路徑。換言之，自啟動輔助單元113可於被啟動後的一預設時間後自動停止運作，以降低電壓調節器11的功率消耗。

而後，在發電機13正常運作發電下，電壓調節驅動單元115會根據發電機13的輸出電壓(如第二輸出端T2的電壓)調節控制功率開關的導通於截止時間，以調整輸出的第二激磁電流大小，進而對應調整發電機13的輸出電壓。

上述方法實施例雖是以五線式電壓調節器來做說明，但本發明技術領域具有通常知識者應可由上說明推知運作方法應用於圖4所示四線式電壓調節器21或圖5所示另一五線式電壓調節器31的方式。而圖6僅用以說明電壓調節器11的一種運作方式，並非用以限定本發明。

上述實施例中元件之間的耦接關係包括直接或間接的電性連 接，只要可以達到所需的電信號傳遞功能即可，本發明並不受限。上述實施例中的技術手段可以合併或單獨使用，其元件可依照其功能與設計需求增加、去除、調整或替換，本發明並不受限。在經由上述實施例之說明後，本技術領域具有通常知識者應可推知其實施方式，在此不加累述。

綜上所述，本發明實施例所提供的電壓調節器、其運作方法以及電壓調節系統，可藉由於電壓調節器內建自啟動輔助電路，以在發電機開始運作時，主動產生預激磁電流以協助發電機於低轉速下快速建立電壓。從而可改善目前警示燈因無法於汽車啟動時提供足夠激磁電流給發電機的轉子，使得發電機需於高轉速下才能完成建立電壓，進而提高發電機的發電效益並降低電瓶於啟動時的電力消耗。

11‧‧‧電壓調節器

111‧‧‧電壓偵測單元

113‧‧‧自啟動輔助單元

1131‧‧‧電流放大單元

Q2‧‧‧達靈頓電晶體

D2‧‧‧第一二極體

R1、R2‧‧‧電阻

115‧‧‧電壓調節驅動單元

Q1‧‧‧功率開關

D1‧‧‧飛輪二極體

R3、R3A、R4~R10‧‧‧電阻

C1、C2、C3‧‧‧電容

ZD1、ZD2‧‧‧稽納二極體

Tr1、Tr2‧‧‧電晶體

131‧‧‧轉子

P‧‧‧電壓偵測端

B+‧‧‧電源端

D+‧‧‧正接線端

F‧‧‧磁場接線端

G、GND‧‧‧接地端

Claims (12)

1. 一種電壓調節器，耦接於一發電機與一電瓶，該電壓調節器包括：一電壓偵測單元，耦接該發電機與該電瓶，該電壓偵測單元用以偵測該發電機的一輸出電壓，以產生一致能信號；一自啟動輔助單元，耦接該電壓偵測單元、該發電機的一轉子以及該電瓶，該自啟動輔助單元接收該電瓶的一供電電壓，並根據該致能信號產生一第一激磁電流驅動該轉子激磁；以及一電壓調節驅動單元，耦接該發電機的該轉子，用以根據該輸出電壓調節一功率開關的導通或截止時間，以對應產生一第二激磁電流驅動該轉子激磁，並據以調整該發電機的該輸出電壓；其中，當在該發電機未建立起一運作電壓的情況下，該電壓偵測單元偵測到該輸出電壓大於一預設電壓門檻值時，該電壓偵測單元輸出該致能信號致能該自啟動輔助單元以產生該第一激磁電流至該發電機的該轉子，使該發電機得以在低轉速下建立起該運作電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中該自啟動輔助單元包括：一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接該電瓶；一第二電阻，該第二電阻的第一端耦接該電瓶，該第二電阻的第二端耦接該電壓偵測單元；一電流放大單元，具有一輸入端、一輸出端以及一控制端，該輸入端耦接該第一電阻的第二端，該輸出端耦接該發電機的該轉子，該控制端耦接該電壓偵測單元，以接收該致能信號；以及一第一二極體，該第一二極體的陽極耦接該輸出端，該第 一二極體的陰極耦接該發電機的該轉子；其中該電流放大單元是根據該致能信號產生該第一激磁電流。
3. 如申請專利範圍第2項所述的電壓調節器，其中該電流放大單元為一達靈頓電晶體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中當該輸出電壓上升至該自啟動輔助單元的一截止電壓時，該自啟動輔助單元自動截止運作。
5. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中該電壓偵測單元是耦接於該發電機的一整流單元中多個勵磁二極體之一，以接收該輸出電壓。
6. 一種電壓調節系統，包括：一發電機，包括一轉子，用以產生一輸出電壓；一電瓶，耦接該發電機，用以輸出一供電電壓；一啟動開關，耦接該電瓶；以及一電壓調節器，耦接該發電機與該電瓶，該電壓調節器包括：一電壓偵測單元，耦接該發電機，該電壓偵測單元用以偵測該發電機的一輸出電壓並產生一致能信號；一自啟動輔助單元，耦接該電壓偵測單元、該發電機的該轉子以及該電瓶，該自啟動輔助單元接收該電瓶的該供電電壓，並根據該致能信號，產生一第一激磁電流驅動該轉子激磁；以及一電壓調節驅動單元，耦接該發電機的該轉子，用以根據該輸出電壓調節一功率開關的導通或截止時間，以對應產生一第二激磁電流驅動該轉子激磁，並據以調整該發電機的該輸出電壓；其中，當在該發電機未建立起一運作電壓的情況下，該電壓偵測單元偵測到該輸出電壓大於一預設電壓門檻值 時，該電壓偵測單元輸出該致能信號致能該自啟動輔助單元以產生該第一激磁電流至該發電機的該轉子，使該發電機得以在低轉速下建立起該運作電壓。
7. 如申請專利範圍第6項所述的電壓調節系統，其中該自啟動輔助單元包括：一第一電阻，該第一電阻的第一端耦接該電瓶；一第二電阻，該第二電阻的第一端耦接該電瓶，該第二電阻的第二端耦接該電壓偵測單元；一電流放大單元，具有一輸入端、一輸出端以及一控制端，該輸入端耦接該第一電阻的第二端，該輸出端耦接該發電機的該轉子，該控制端耦接該電壓偵測單元，以接收該致能信號；以及一第一二極體，該第一二極體的陽極耦接該輸出端，該第一二極體的陰極耦接該發電機的該轉子；其中該電流放大單元是根據該致能信號產生該第一激磁電流。
8. 如申請專利範圍第7項所述的電壓調節系統，其中該電流放大單元為一達靈頓電晶體。
9. 如申請專利範圍第6項所述的電壓調節系統，其中該電壓偵測單元是耦接於該發電機的一整流單元的多個勵磁二極體之一，以接收該輸出電壓。
10. 如申請專利範圍第6項所述的電壓調節系統，其中當該輸出電壓上升至該自啟動輔助單元的截止電壓時，該自啟動輔助單元自動截止運作。
11. 一種電壓調節器的運作方法，包括：當在該發電機未建立起一運作電壓的情況下，偵測一發電機的一輸出電壓；判斷該發電機的該輸出電壓是否大於一預設電壓門檻值；當該輸出電壓大於該預設電壓門檻值時，啟動一自啟動輔 助單元，以產生一第一激磁電流至該發電機的一轉子，使該發電機得以在低轉速下建立起該運作電壓；以及用以根據該輸出電壓調節一功率開關的導通或截止時間，以對應產生一第二激磁電流驅動該轉子激磁，並據以調整該發電機的該輸出電壓。
12. 如申請專利範圍第11項所述的運作方法，其中於產生該第一激磁電流至該發電機的該轉子的該步驟之後，還包括：當該輸出電壓上升至該自啟動輔助單元的一截止電壓時，該自啟動輔助單元自動截止運作。