TWI765385B

TWI765385B - 發電機控制系統及其控制方法

Info

Publication number: TWI765385B
Application number: TW109137090A
Authority: TW
Inventors: 陳錦豪; 李正中; 江紘興; 陳建宇
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2022-05-21
Also published as: TW202218316A

Abstract

一種發電機控制系統耦接馬達發電機及接收直流電壓的端口，且發電機控制系統包括：電源輸出路徑、直流母線、第一電源轉換電路、第二電源轉換電路、第一開關單元及第二開關單元。第一電源轉換電路包括第一側與第二側，第一側耦接直流母線，第二側耦接電源輸出路徑。第二電源轉換電路包括第一側與第二側，第一側耦接直流母線，第二側耦接馬達發電機。第一開關單元串聯連接電源輸出路徑，且第二開關單元一端耦接電源輸出路徑，另一端耦接端口。

Description

發電機控制系統及其控制方法

本發明係有關一種發電機控制系統及其控制方法，尤指一種發電機啟動與供電的控制系統及其控制方法。

傳統可攜式發電機系統通常以手拉閥來啟動引擎，近年來以按鍵啟動的可攜式發電機逐漸成為市場主流，而市場上通常使用直流有刷馬達作為動力的啟動系統。但由於直流有刷馬達有噪音大、易損壞與佔空間等缺點，因此可攜式發電機系統廠商多朝向使用一體式啟動發電機(Integrated Starter Generator；ISG)系統，亦即將發電機在啟動時當作電動馬達來啟動引擎，以取代傳統直流馬達之啟動系統，但如何有效實現ISG與整合現行發電機之電氣系統，成為各家廠商技術競逐的方向。

圖1為第一種現有技術的一體式啟動發電機控制系統，其係使用獨立三相全橋開關透過三個相對於一般馬達發電機架構較高壓高電流(如300Vac,45A)的繼電器裝置R接在馬達發電機200前來完成啟動馬達發電機200的功能，其控制雖較單純，但有以下之缺點：

1、蓄電池300電壓需是高壓電池，由於此架構中蓄電池300直接並接於三相全橋線路500來供電啟動馬達發電機200，若需符合常規馬達的點火轉速需求且在不修正發電機規格下則通常必須要使用48伏特的電池，若使用低壓電池(例如12伏特)來啟動馬達上恐有電壓不足問題。

2、須加裝三顆相對高壓/高電流之繼電器裝置R，由於引擎啟動後發電機實際工作時所產生之交流電壓將會超過三相全橋線路500元件耐受規格，且三相交流電源會經過三相全橋線路之接面二極體，對蓄電池300充電恐有安全疑慮，因此需加裝三顆相對高壓/高電流之繼電器裝置R以滿足引擎啟動後蓄電池300、三相全橋線路500元件與馬達發電機200之間的隔離需求。

3、馬達發電機200規格彈性較低，因發電電壓、引擎啟動與電池電壓三者規格之設計需相互搭配，而此架構是將蓄電池300直接並接於三相全橋線路500，而蓄電池300為固定電壓單元，因此在馬達發電機200的設計上較沒有彈性。

4、高成本，此架構除了要增加一組三相全橋線路500外亦需增加三顆相對高壓/高電流繼電器裝置R，以及一顆連接蓄電池300與控制單元(圖未示)的瞬時啟動開關(圖未示)，使得開關數量甚多且裝置體積較大，且若使用高壓電池，其蓄電池300成本將會上升，對於實現成本恐有不利影響。

為此，如何設計出一種發電機控制系統及其控制方法，來降低電路成本以及電路體積，並且能夠順利地實現啟動與供電之操作，乃為本案發明人所研究的重要課題。

本發明之目的在於提供一種發電機控制系統，解決現有技術之問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的發電機控制系統耦接馬達發電機及接收直流電壓的端口，發電機控制系統包括：電源輸出路徑、直流母線、第一電源轉換電路、第二電源轉換電路、第一開關單元及第二開關單元。第一電源轉換電路包括第一側與第二側，第一側耦接直流母線，第二側耦接電源輸出路徑。第二電源轉換電路包括第一側與第二側，第一側耦接直流母線，第二側耦接馬達發電機。第一開關單元串聯連接電源輸出路徑，且第二開關單元一端耦接電源輸出路徑，另一端耦接端口。

本發明之另一目的在於提供一種發電機控制系統之控制方法，解決現有技術之問題。

為達成前揭目的，本發明所提出的發電機控制系統之控制方法，發電機控制系統包括接收直流電壓的端口、電源輸出路徑、第一開關單元、第二開關單元、第一電源轉換電路、直流母線、第二電源轉換電路及馬達發電機，控制方法包括下列步驟：(a)、當直流母線上的母線電壓小於或者等於第一閾值時，控制第一開關單元不導通，且控制第二開關單元導通。(b)、控制第一電源轉換電路的第一橋臂運作而將直流電壓轉換為母線電壓，或者控制並聯於第一橋臂的第二橋臂的運作而將直流電壓轉換為母線電壓。及(c)、控制第二電源轉換電路將母線電壓轉換為第二交流電壓而驅動馬達發電機。

本發明之主要目的及功效在於，發電機控制系統係利用具有雙向轉換功能的第一電源轉換電路將蓄電池所提供的直流電壓升壓，使蓄電池不再需要使用高壓電池及相對高耐壓耐流規格之繼電器。藉此，可以大幅度地縮小發電機控制系統的體積(包括蓄電池的體積縮小，以及繼電器改為雙向電晶體開關的體積也縮小)。

為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

10:發電機控制系統

10-1:直流端口

10-2:轉換器

R:繼電器裝置

SW:開關

12:電源輸出路徑

14:直流母線

C:儲能電容

16:第一電源轉換電路

162:第一側

164:第二側

166:第一橋臂

168:第二橋臂

170:濾波單元

L1:第一電感

L2:第二電感

Co:輸出電容

18:第二電源轉換電路

182:第一側

184:第二側

190:第三橋臂

192:第四橋臂

194:第五橋臂

20:第一開關單元

22:第二開關單元

30:控制單元

32:輔助繞組

200:馬達發電機

202:引擎

300:蓄電池

400:交流輸出埠

402:負載

500:三相全橋線路

Vac1:第一交流電壓

Vac2:第二交流電壓

Vbus:母線電壓

Vdc:直流電壓

Sc1~Sc4:控制訊號

Sc1:第一控制訊號

Sc2:第二控制訊號

Sc3:第三控制訊號

Sc4:第四控制訊號

Q1~Q10:開關

Q1:第一開關

Q2:第二開關

Q3:第三開關

Q4:第四開關

Q5:第五開關

Q6:第六開關

Q7:第七開關

Q8:第八開關

Q9:第九開關

Q10:第十開關

BEMF:反電動勢

Iu、Iv、Iw:發電機電流

Il:電感電流

Ss1、Ss2、Sg1、Sg2:步驟

圖1為第一種現有技術的發電機控制系統。

圖2為本發明發電機控制系統的電路方塊圖。

圖3A為本發明發電機控制系統啟動模式的第一步驟動作圖。

圖3B為本發明發電機控制系統啟動模式的第二步驟動作圖。

圖4A為本發明發電機控制系統發電模式的第一步驟動作圖。

圖4B為本發明發電機控制系統發電模式的第二步驟動作圖。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下。

請參見圖2為本發明發電機控制系統的電路方塊圖。發電機控制系統10的一端耦接一體式啟動發電機200(Intergrated Starter Generator；ISG，之後簡稱馬達發電機)，一端耦接蓄電池300，且一端耦接交流輸出埠400。馬達發電機200耦接引擎202，且馬達發電機200以馬達驅動的形式啟動引擎202，在引擎202爆發啟動後，再以發電機發電的形式，由引擎202的帶動產生電力。

發電機控制系統10在啟動引擎202的啟動模式時，由蓄電池300供電而驅動馬達發電機200，使馬達發電機200可啟動引擎202。發電機控制系統10在引擎202啟動後的發電模式時，引擎202帶動馬達發電機200而使馬達發電機200提供第二交流電壓Vac2至發電機控制系統10。發電機控制系統10 將第二交流電壓Vac2轉換為第一交流電壓Vac1，且提供第一交流電壓Vac1至交流輸出埠400，用以對耦接交流輸出埠400的負載402供電。

發電機控制系統10包括電源輸出路徑12、直流母線14、第一電源轉換電路16、第二電源轉換電路18、第一開關單元20、第二開關單元22及控制單元30，且電源輸出路徑12耦接交流輸出埠400。第一電源轉換電路16包括第一側162與第二側164，第一側162耦接直流母線14，且第二側164耦接電源輸出路徑12。第二電源轉換電路18包括第一側182與第二側184，第一側182耦接直流母線14，且第二側184耦接馬達發電機200。

直流母線14包括用以儲存母線電壓Vbus的儲能電容C，且母線電壓Vbus根據發電機控制系統10所操作的模式，選擇性地被供應至第一電源轉換電路16或第二電源轉換電路18。第一開關單元20串聯連接電源輸出路徑12，用以導通或切斷第一電源轉換電路16與交流輸出埠400的連接關係。第二開關單元22的一端耦接電源輸出路徑12，且另一端通過直流端口10-1耦接蓄電池300，用以接收由蓄電池300所提供的直流電壓Vdc。第二開關單元22用以導通或切斷第一電源轉換電路16與蓄電池300的連接關係，且在發電機控制系統10啟動或運作的過程中，同一時段僅會有一組開關導通(即第一開關單元20或第二開關單元22僅會有一者導通)，以避免蓄電池300的直流電與交流輸出埠400的交流電性質不同而相互衝突。

控制單元30耦接第一電源轉換電路16、第二電源轉換電路18、第一開關單元20及第二開關單元22，且分別提供控制第一電源轉換電路16的第一控制訊號Sc1、控制第二電源轉換電路18的第二控制訊號Sc2、控制第一開關單元20的第三控制訊號Sc3及控制第二開關單元22的第四控制訊號Sc4。上述的控制訊號Sc1~Sc4僅為控制某個電路的訊號統稱，例如控制第一電源轉換電路16內部的開關Q1~Q4會包括4組控制訊號，其4組控制訊號統稱為第一控制訊號Sc1，依此類推。發電機控制系統10更包括輔助繞組32。輔助繞組32耦接控制單元30，且感應馬達發電機200的反電動勢BEMF，以利用反電動勢BEMF對發電機控制系統10進行控制。

在啟動模式時，第一控制訊號Sc1用以控制第一電源轉換電路16將直流電壓Vdc升壓轉換為母線電壓Vbus，且將母線電壓Vbus儲存於儲能電容C。而且，第二控制訊號Sc2用以控制第二電源轉換電路18將母線電壓Vbus轉換為第二交流電壓Vac2，以利用第二交流電壓Vac2驅動馬達發電機200。在發電模式時，第二控制訊號Sc2用以控制第二電源轉換電路18將第二交流電壓Vac2轉換為母線電壓Vbus，且將母線電壓Vbus儲存於儲能電容C。而且，第一控制訊號Sc1用以控制第一電源轉換電路16將母線電壓Vbus轉換為第一交流電壓Vac1，以通過電源輸出路徑12提供第一交流電壓Vac1至交流輸出埠400。

第三控制訊號Sc3用以控制第一開關單元20的導通與不導通，且第四控制訊號Sc4用以控制第二開關單元22的導通與不導通。在啟動模式時，蓄電池300須提供馬達發電機200啟動所需的電力，且此時由於引擎202尚未啟動完成，並無法供應穩定可靠的第一交流電壓Vac1。因此，在啟動模式時，第三控制訊號Sc3控制第一開關單元20不導通，且第四控制訊號Sc4控制第二開關單元22導通，使蓄電池300提供的直流電壓Vdc透過第一電源轉換電路16及第二電源轉換電路18轉換為第二交流電壓Vac2以驅動馬達發電機200。值得一提，控制單元30進一步地可偵測直流母線14上的電流，對第一開關單元20和第二開關單元22進行控制。當控制單元30偵測到具有第一方向的母線電流時，其中第一方向為從第一電源轉換電路16流向第二電源轉換電路18，為了避免從蓄電池300流出的電流流向交流輸出埠400的負載402，造成對負載402的損害，或當複數台馬達發電機200並聯使用時，其中一台馬達發電機200的輸出可能透過並聯的交流輸出埠400流向其他馬達發電機200的蓄電池300，而造成蓄電池 300的損壞，因此控制單元30控制第一開關單元20不導通，以確保從蓄電池300流出的電流只經由第一電源轉換電路16流向第二電源轉換電路18，以及確保無外部電流透過交流輸出埠400流向蓄電池300。再者，當控制單元30偵測到具有第二方向的母線電流，其中第二方向為從第二電源轉換電路18流向第一電源轉換電路16(意即，第二方向與第一方向相反)，為了避免從馬達發電機200輸出的電流流向蓄電池300，造成對蓄電池300的損害，因此控制單元30控制第二開關單元22不導通。

在發電模式時，引擎202已爆發啟動完成，可以帶動馬達發電機200產生第二交流電壓Vac2，且無須再使用直流電壓Vdc。因此，發電模式時，第三控制訊號Sc3控制第一開關單元20導通，且第四控制訊號Sc4控制第二開關單元22不導通，使第二交流電壓Vac2轉換為第一交流電壓Vac1供應至交流輸出埠400。

進一步而言，如圖1所示，習知的發電機控制系統10通常需要提供較大的電力使馬達發電機200可以穩定轉速，以將引擎202順利點火爆發運轉至高轉速，因此蓄電池300必須要是高壓電池(例如但不限於48伏特)，且通常必須要耦接儲能電容C，以直接補充母線電壓Vbus的消耗。由於蓄電池300必須為高壓電池，因此將蓄電池300耦接至發電機控制系統10或與其斷開的開關必須要是相對高耐壓規格的繼電器。但是，由於本發明之發電機控制系統10係利用第一電源轉換電路16將蓄電池300所提供的直流電壓Vdc升壓，因此不再需要如圖1所示的習知技術使用高壓電池，而可以使用一般市面上普及且體積較小的低壓電池(通常為12伏特的電池)。也因為本發明的蓄電池300為低壓電池，因此將蓄電池300耦接至發電機控制系統10或與其斷開的第二開關單元22可以為低耐壓規格的開關(例如但不限於雙向電晶體開關)。藉此，可以大幅度地縮小發電機控制系統10的體積(包括蓄電池300的體積縮小，以及繼電器改為雙向電晶體開關的體積也縮小)。值得一提，由於第一電源轉換電路16所提供的第一交流電壓Vac1仍屬相對高壓電力，因此第一開關單元20仍然需要使用相對高耐壓規格的繼電器。

如圖2所示，發電機控制系統10更包括轉換器10-2。轉換器10-2耦接蓄電池300、發電機控制系統10及控制單元30，且用以將蓄電池300所提供的直流電壓Vdc轉換為控制單元30運作時所需的電壓。具體而言，由於在啟動模式時，發電機控制系統10在啟動前並無可穩定供應控制單元30的電力，因此控制單元30需要外部電源提供其運作所需的電力，方能控制發電機控制系統10。控制單元30運作所需的電力可通過轉換器10-2轉換直流電壓Vdc而得，或是由外部電力供應裝置所供應。在發電機控制系統10啟動完成後，發電機控制系統10已具有可穩定供應控制單元30的電力而不再需要蓄電池300供電，因此轉換器10-2可轉換母線電壓Vbus或輔助繞組32上的電壓供應給控制單元30。值得一提，於本發明之一實施例中，蓄電池300可以替換為外部電力供應裝置，只要可穩定的供應直流電壓Vdc的裝置，皆應包含在本實施例之範疇當中。

復參閱圖2，第一電源轉換電路16可以為全橋逆變器，且包括第一橋臂166、第二橋臂168及濾波單元170。第一橋臂166並聯直流母線14，且包括串聯的第一開關Q1與第二開關Q2。第二橋臂168並聯第一橋臂166，且包括串聯的第三開關Q3與第四開關Q4。濾波單元170耦接第一橋臂166、第二橋臂168及電源輸出路徑12，且濾波單元170包括第一電感L1、第二電感L2及輸出電容Co。具體而言，第一電感L1的一端耦接第一開關Q1與第二開關Q2之間的節點，且第二電感L2的一端耦接第三開關Q3與第四開關Q4之間的節點。第一電感L1與第二電感L2構成耦合電感，使得流過第一橋臂166的電流與流過第二橋臂168的電流可以均流。輸出電容Co的一端耦接第一電感L1的另一端與電源輸出路徑12的第一端(如火線端)，且輸出電容Co的另一端耦接第二電感L2的另一端與電源輸出路徑12的第二端(如中性線端)。

進一步而言，第一開關Q1、第二開關Q2及第一電感L1構成第一轉換單元，且第三開關Q3、第四開關Q4及第二電感L2構成第二轉換單元。在啟動模式中，控制單元30可提供第一控制訊號Sc1控制第一開關Q1與第二開關Q2的切換而將直流電壓Vdc通過第一轉換單元轉換為母線電壓Vbus。或者，控制單元30也可提供第一控制訊號Sc1控制第三開關Q3與第四開關Q4的切換而將直流電壓Vdc通過第二轉換單元轉換為母線電壓Vbus。在發電模式中，控制單元30提供第一控制訊號Sc1控制第一橋臂166與第二橋臂168的運作而將母線電壓Vbus轉換為第一交流電壓Vac1。值得一提，於本發明之一實施例中，濾波單元170可以為僅包括單一電感的全橋逆變器。當濾波單元170僅有單一電感時，則直流電壓Vdc則必須僅能通過單一電感升壓電路進行升壓轉換為母線電壓Vbus。

復參閱圖2，第二電源轉換電路18可以為三相逆變器，且包括第三橋臂190、第四橋臂192及第五橋臂194。第三橋臂190並聯直流母線14，且包括串聯的第五開關Q5與第六開關Q6。第四橋臂192並聯第三橋臂190，且包括串聯的第七開關Q7與第八開關Q8。第五橋臂194並聯第四橋臂192，且包括串聯的第九開關Q9與第十開關Q10。每個開關Q5~Q10之間的節點分別耦接馬達發電機200的各個相位，以提供三相的第二交流電壓Vac2。在啟動模式時，控制單元30控制第三橋臂190、第四橋臂192及第五橋臂194內部的開關Q5~Q10切換而將母線電壓Vbus轉換為第二交流電壓Vac2。在發電模式時，控制單元30控制第三橋臂190、第四橋臂192及第五橋臂194內部的開關Q5~Q10切換而將第二交流電壓Vac2轉換為母線電壓Vbus。

值得一提，於本發明之一實施例中，發電機控制系統10可以是無位置感測器或有位置感測器(例如霍爾感測器Hall sensor)的控制系統。在無位置感測器的控制架構下，馬達發電機200的位子、角度、速度可藉由偵測馬達發電機200的反電動勢BEMF、第二交流電壓Vac2和/或相應的發電機電流Iu、Iv、Iw經無位置感測器演算法計算後而獲得。藉此可省去霍爾感測器的電路成本、感測器控制機制設計，及縮小發電機控制系統10的電路體積之功效。

請參閱圖3A為本發明發電機控制系統啟動模式的第一步驟動作圖、圖3B為本發明發電機控制系統啟動模式的第二步驟動作圖，復配合參閱圖2，且反覆參閱圖3A~3B。在發電機控制系統10成功將引擎202順利點火啟動前，控制單元30控制第一開關單元20不導通，且第二開關單元22導通。在第二開關單元22導通時，控制單元30強制控制第一開關單元20不導通，以避免第一開關單元20與第二開關單元22發生同時導通的風險。因此，在啟動引擎202的啟動模式時，發電機控制系統10的啟動路徑為直流端口10-1、第二開關單元22、第一電源轉換電路16、直流母線14、第二電源轉換電路18至馬達發電機200。

在圖3A中(第一步驟Ss1)，控制單元30首先偵測母線電壓Vbus，但由於在啟動前母線電壓Vbus尚未建立，因此母線電壓Vbus小於或者等於預定閾值(例如但不限於48伏特)。在控制單元30偵測到母線電壓Vbus小於或者等於預定閾值時，控制單元30提供第三控制訊號Sc3控制第一開關單元20不導通，且提供第四控制訊號Sc4控制第二開關單元22導通。此時，蓄電池300所儲存的直流電壓Vdc通過第二開關單元22提供至第一電源轉換電路16。然後，控制單元30提供第一控制訊號Sc1控制第一開關Q1與第二開關Q2的切換而將直流電壓Vdc通過第一轉換單元(由第一開關Q1、第二開關Q2及第一電感L1構成)轉換為母線電壓Vbus。或者，控制單元30提供第一控制訊號Sc1控制第三開關Q3與第四開關Q4的切換而將直流電壓Vdc通過第二轉換單元(由第三開關Q3、第四開關Q4及第二電感L2構成)轉換為母線電壓Vbus。在第一電源轉換電路16將直流電壓Vdc轉換為母線電壓Vbus的過程中，控制單元30至少持續地偵測母線電壓Vbus與濾波單元170上所流過的電感電流Il，據以調整第一控制訊號Sc1的佔空比而調整並穩定母線電壓Vbus的電壓值。

值得一提，控制單元30進一步地可偵測直流母線14上的電流，對第一開關單元20和第二開關單元22進行控制。當控制單元30偵測到具有第一方向的母線電流時，其中第一方向為從第一電源轉換電路16流向第二電源轉換電路18，為了避免從蓄電池300流出的電流流向交流輸出埠400的負載402，造成對負載402的損害，或當複數台馬達發電機200並聯使用時，其中一台馬達發電機200的輸出可能透過並聯的交流輸出埠400流向其他馬達發電機200的蓄電池300，而造成蓄電池300的損壞，因此控制單元30控制第一開關單元20不導通，以確保從蓄電池300流出的電流只經由第一電源轉換電路16流向第二電源轉換電路18，以及確保無外部電流透過交流輸出埠400流向蓄電池300。再者，當控制單元30偵測到具有第二方向的母線電流，其中第二方向為從第二電源轉換電路18流向第一電源轉換電路16(意即，第二方向與第一方向相反)，為了避免從馬達發電機200輸出的電流流向蓄電池300，造成對蓄電池300的損害，因此控制單元30控制第二開關單元22不導通。

在圖3B中(第二步驟Ss2)，待控制單元30偵測到母線電壓Vbus的電壓值大致上等於預定閾值時，控制單元30提供第二控制訊號Sc2控制開關Q5~Q10的切換而將母線電壓Vbus轉換為第二交流電壓Vac2。在第二電源轉換電路18將母線電壓Vbus轉換為第二交流電壓Vac2的過程中，控制單元30至少持續地偵測母線電壓Vbus與發電機電流Iu、Iv、Iw，據以調整第二控制訊號Sc2的佔空比而調整並穩定第二交流電壓Vac2的電壓值與發電機電流Iu、Iv、 Iw的電流值。而且，控制單元30通過偵測並計算第二交流電壓Vac2、發電機電流Iu、Iv、Iw及反電動勢BEMF而獲得馬達發電機200的發電機轉速，且通過調整第二控制訊號Sc2的佔空比而將馬達發電機200的發電機轉速控制在預定轉速(例如但不限於400rpm)，以使引擎202順利點火啟動。在引擎202順利點火啟動後，發電機轉速將會開始進一步提升，使發電機轉速開始接近代表引擎202已啟動完成的第二閾值(例如但不限於1000rpm)，以順利完成引擎202的啟動程序。

請參閱圖4A為本發明發電機控制系統發電模式的第一步驟動作圖、圖4B為本發明發電機控制系統發電模式的第二步驟動作圖，復配合參閱圖2~3B，且反覆參閱圖4A~4B。在發電機控制系統10成功將引擎202順利點火啟動後，控制單元30並未立即控制第一開關單元20導通，且第二開關單元22不導通。其原因在於控制單元30須確定引擎202已能夠正常運作，以避免引擎202運作不夠穩定而造成發電機控制系統10失效的風險。

在圖4A中(接續圖3B後的發電模式第一步驟Sg1)，控制單元30持續地偵測馬達發電機200的發電機轉速與母線電壓Vbus。在母線電壓Vbus大於第一閾值(例如但不限於80伏特)時，或馬達發電機200的發電機轉速大於第二閾值(例如但不限於1000rpm)時，代表引擎202已順利點火啟動，且通過馬達發電機200將能量回灌至發電機控制系統10。其中，由於本發明之發電機控制系統10並無霍爾感測器(Hall sensor)，因此馬達發電機200的發電機轉速需先通過控制單元30偵測發電機電流Iu、Iv、Iw與母線電壓Vbus，然後再通過控制單元30所提供的無位置感測器演算法計算後而獲得發電機轉速。或者，發電機轉速也可通過輔助繞組32偵測馬達發電機200運轉時的反電動勢BEMF，在經過反電動勢BEMF的計算後而獲得。

在引擎202已順利點火啟動時，控制單元30通過第一控制訊號Sc1控制第一電源轉換電路16停止將直流電壓Vdc轉換為母線電壓Vbus的升壓轉換操作，且提供第三控制訊號Sc3控制第一開關單元20導通，且提供第四控制訊號Sc4控制第二開關單元22不導通，以開始進行發電模式。然後，控制單元30提供第二控制訊號Sc2控制開關Q5~Q10的切換而將第二交流電壓Vac2轉換為母線電壓Vbus。在第二電源轉換電路18將第二交流電壓Vac2轉換為母線電壓Vbus的過程中，控制單元30至少持續地偵測發電機電流Iu、Iv、Iw與反電動勢BEMF(或透過無位置感測器演算法)，據以調整第二控制訊號Sc2的佔空比而調整並穩定母線電壓Vbus的電壓值。

在圖4B中(第二步驟Sg2)，控制單元30提供第一控制訊號Sc1控制第一橋臂166與第二橋臂168的切換而將母線電壓Vbus轉換為第一交流電壓Vac1，用以提供第一交流電壓Vac1至電源輸出路徑12。在第一電源轉換電路16將母線電壓Vbus轉換為第一交流電壓Vac1的過程中，控制單元30至少持續地偵測母線電壓Vbus與濾波單元170上所流過的電感電流Il，據以調整第一控制訊號Sc1的佔空比而調整並穩定第一交流電壓Vac1的電壓值。因此，在引擎202啟動後的發電模式時，發電機控制系統10的供電路徑為馬達發電機200、第二電源轉換電路18、直流母線14、第一電源轉換電路16、第一開關單元20至電源輸出路徑12。

綜上所述，本發明係具有以下之特徵與優點：

1、本案係透過將蓄電池並接於交流輸出側，如此可以利用現有直流對交流轉換電路在啟動引擎時進行直流對直流升壓轉換，提供較為高壓且靈活的直流電壓給現有原本用做交流轉直流的三相全橋開關電路，進行直流轉交流逆變轉換並供應至馬達發電機，如此能夠輕易將引擎運轉至適當轉速，以利點火爆發。

2、最小變動下銜接已量產發電機系統：本案所提的系統架構可以彈性地調整三相全橋線路之直流鏈電壓，彈性地搭配現行發電機規格參數，因此現行發電機不需作修改或修改最少。

3、引擎點火轉速最穩定：因直流鏈電壓可適當調整至48伏特或64伏特，使得引擎可點火轉速最高也最穩定。

4、成本較低：由於本系統的蓄電池可以使用目前泛用的12伏特鉛酸電池，且整體不需增加過多額外開關，並可直接利用現有發電機電路架構達成兼具啟動引擎與發電的功能，故成本相較之下也較低。

以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。