具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。这里将详细地对示例性实例进行说明。

如图1所示，本发明提供了一种双凸极直流发电机控制系统，包括无磁钢双凸极直流发电机和发电机控制器GCU，直流发电机和控制器GCU为一体结构。

所述双凸极直流发电机包括直流发电机和整流电路。所述发电机为无磁钢双凸极发电机，所述整流电路为三相半波整流电路或三相全桥整流电路。

其中，电励磁双凸极直流发电机不带磁钢，所述发电机控制器GCU包括MCU、励磁主电路、逻辑保护驱动电路、发电电流检测电路、发电电压检测电路、励磁电流检测电路、发电机转速检测电路、发电机温度检测电路、发电电流比较电路、电压比较电路和励磁电流比较电路；

发电电压VP，发电电流IP，励磁电流IF，一方面送入MCU进行软件控制，另一方面送入故障保护电路进行逻辑比较后和MCU输出的PWM信号送入励磁开关控制励磁电流，进行发电功率控制。

所述发电电流检测电路、发电电压检测电路和励磁电流检测电路分别输出的发电电流信号IP、发电电压信号VP和励磁电流信号IF一路均与所述MCU连接，另一路分别与发电电流比较电路、电压比较电路和励磁电流比较电路连接；

所述发电机转速检测电路和发电机温度检测电路均与所述MCU连接；

具体地，所述发电电流检测电路将发电机输出电流采用分流器电阻或霍尔电流传感器，通过信号调理电路进行放大滤波处理后，一方面送入MCU用作算法控制处理，另一方面送入电流比较电路用作逻辑保护处理；

其中，所述发电电压检测电路将发电机输出端电压VDC+通过电阻分压，隔离光耦后再经过信号调理电路进行放大滤波处理，一方面送入MCU用作算法控制处理，另一方面送入电压比较电路用作逻辑保护处理；

所述励磁电流检测电路将发电机励磁绕组输出电流IF采用分流器电阻或霍尔电流传感器，通过信号调理电路进行放大滤波处理后，一方面送入MCU用作算法控制处理，另一方面送入励磁比较电路用作逻辑保护处理；

所述发电机转速检测电路使用转速传感器，安装在发电机轴端，实时检测发电机转速。转速传感器输出信号通过滤波处理后，送入MCU用作控制处理；

所述发电机温度检测电路使用温度传感器PT100，安装在发电机绕组内部，实时检测发电机温度，温度传感器输出信号通过信号调理电路放大滤波处理后，送入MCU用作控制处理；

所述逻辑保护驱动电路与所述MCU连接，所述逻辑保护驱动电路的输出端与所述励磁开关连接；

如图2所示，本发明提供的所述逻辑保护驱动电路可以是逻辑可编程器件，也可以,分离数字器件，具体包括与门Ⅰ1、触发器2、与门Ⅱ3和反相器4；所述门Ⅰ1输出4脚与触发器的R脚连接，触发器2的Q脚和MCU输出PWM分别与反相器4的2脚和1脚连接，与门Ⅱ3的3脚与反相器4的1脚连接，反相器4的2脚与励磁开关连接。

所述发电电流检测电路、发电电压检测电路和励磁电流检测电路分别输出的发电电流信号IP，发电电压信号VP，励磁电流信号IF分别将发电电流比较电路、电压比较电路和励磁电流比较电路比较输出的信号IP-OV，VP-OV，IF-OV，同时送入与门Ⅰ，当出现故障信号后，与门Ⅰ输出出低电平，触发器输出低电平并封锁输出信号，经过与门Ⅱ，反相器后输出高电平，关闭励磁开关；当故障信号MCU_RST恢复后，MCU复位触发器，输出励磁开关驱动信号。

本发明提供的硬件保护电路可以确保发电系统在任何时候，出现发电电压，发电电流，励磁电流，发电机温度，发电机转速等超过设计范围限值，发电机控制器立即响应，保护发电系统可靠工作。

通过可控灭磁电路精确控制灭磁。正常情况下，通过二极管D1和开关Q2续流，当电压检测电路检测到发电机输出过压时，逻辑保护驱动电路，立即封锁驱动信号输出，然后断开开关Q2，闭合开关Q3，迅速释放励磁绕组上的能量，保护发电系统不受损坏。整流主电路和励磁主电路耐压元器件工作电压余量大幅降低，器件选型难度降低。

其中，如图3所示，本发明提供的所述励磁主电路为不对称半桥结构，根据不同电压等级选择IGBT单管或者MOSFET单管。励磁绕组正端直接接到发电机的输出直流电压VDC+，励磁绕组负端连接励磁开关Q1；具体地，励磁主电路包括励磁绕组、二极管D1、励磁开关Q1和电流传感器；所述二极管D1与所述励磁开关Q1连接，所述电流传感器与所述励磁绕组连接，励磁绕组正端与双凸极直流发电机输出端VDC+连接，励磁绕组负端连接励磁开关Q1，在励磁绕组负端与励磁开关Q1之间安装电流传感器，检测励磁电流。

双凸极直流发电系统在高压端没有高压励磁源时，在原动机转动带动发电机运行时，电励磁双凸极直流发电机在剩磁作用下，在整个设计转速范围内输出的直流电压能够提供给励磁绕组一个初始励磁电流，该初始励磁电流在正反馈循环作用下，最终能够满足发电机发电的励磁需求。

所述发电机控制器GCU还包括灭磁控制电路，所述灭磁控制电路包括灭磁电阻R1和灭磁开关Q3，灭磁开关Q3为可控开关，灭磁电阻R1一端连接励磁开关Q1连接，另一端与灭磁开关Q3连接，灭磁开关Q3与VDC+连接。

其中，本发明提供的比较电路分别为过流比较电路、电压比较电路和励磁比较电路，

具体地，所述过流比较电路包括第一比较器IC和第一电阻；通过发电电流检测电路输出的电流信号与第一比较器IC的反向输入端连接，第一电阻分压组成的比较电压设定阀值与第一比较器IC的同向输入端连接，第一比较器IC输出端与逻辑保护驱动电路输入端连接。

所述过压比较电路包括第二比较器IC和第二电阻；通过发电电压检测电路输出的电压信号与第二比较器IC的反向输入端连接，第二电阻分压组成的比较电压设定阀值与第二比较器IC的同向输入端连接，第二比较器IC输出端与逻辑保护驱动电路输入端连接。

所述励磁比较电路包括第三比较器IC和第三电阻；通过励磁电流检测电路输出的励磁信号与第三比较器IC的反向输入端连接，第三电阻分压组成的比较电压设定阀值与第三比较器IC的同向输入端连接，第三比较器IC输出端与逻辑保护驱动电路输入端连接。

具体地，本发明还还包括信号调理电路，所述发电电流检测电路、发电电压检测电路、励磁电流检测电路、发电机转速检测电路和发电机温度检测电路的输出端均与所述信号调理输入端连接，其中，发电电流检测电路、发电电压检测电路、励磁电流检测电路、发电机转速检测电路和发电机温度检测电路通过传感器分别输出的电流信号、电压信号、励磁信号、转速信号和温度信号通过信号调理放大滤波处理后，送入MCU进行算法控制处理。

如图4-5所示，另一方面，本发明提供了一种双凸极直流发电机控制方法，包括：

控制方法通过在微处理器芯片(MCU)内实现。本发明中采用恒功率发电控制，外环为发电电流增量控制，通过检测到的实际发电功率(电流)，与给定目标发电功率(电流)Iref比较，经过PID调节计算，得到目标励磁电流iLref(K)。

内环为励磁电流增量控制，通过实时检测到的励磁电流，和外环PID计算得到的目标励磁电流ifref(K)比较，同样经过PID调节计算，PID输出为PWM控制占空比，MCU根据占空比输出相应PWM波控制器励磁开关。

具体地，本发明提供的所述控制方法如下步骤：

(1)确定实时发电功率和目标发电功率

根据实时车速和实时耗电大小来确定实时的发电功率，根据当前用电负载确定当前最大发电功率，目标发电功率为发电机允许最大发电功率发电；

发电机设计时已确定最大发电功率，在实际使用时，根据不同的负载将发电功率分为多个功率等级，根据当前用电负载确定当前最大发电功率，在车载发电控制系统中，根据实时车速和实时耗电大小来确定实时的发电功率。高速，爬坡(大负载)时，目标发电功率为发电机允许最大发电功率发电。

(2)目标发电电流的确定

根据步骤(1)确定的目标发电功率及当前的母线电压，实时计算当前目标发电电流；

(3)目标励磁电流的确定

根据步骤(2)确定的目标发电电流及实际发电电流进行PID调节计算，PID输出即为目标励磁电流；

(4)励磁电流PWM控制占空比的确定

根据步骤(3)确定的目标励磁电流以及实际励磁电流进行PID调节计算，PID输出即为PWM控制占空比；

(5)MCU根据PWM占空比值，调整PWM控制寄存器，输出相应PWM波。

上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。