CN101662253B - 一种汽车用双电压输出交流发电机控制器 - Google Patents

一种汽车用双电压输出交流发电机控制器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能同时提供高压42V和低压14V电源的汽车交流发电机控制器，包括整流电路(1)、高压42V分压电路(2)、高压42V比较电路(3)、励磁电路(4)、低压14V分压电路(5)、低压14V比较电路(6)和低压14V触发电路(7)，其特征在于：高压42V比较电路(3)用高压42V分压电路(2)中第二电阻(R2)分得的电压与基准电压比较，控制励磁电路(4)通断，即控制励磁电流的大小来保证输出稳定的42V直流电；低压14V比较电路(6)通过比较低压14V分压电路(5)第七电阻(R7)分得的电压和基准电压，利用低压14V触发电路(7)来控制低压14V电压输出端的通断，使输出的平均电压稳定在14V；发电机低压14V输出端从励磁绕组中性点O引出，中性点电压低，输出的14V电压脉动系数小。本发明能同时输出高压42V和低压14V电源，电压稳定，成本低。

Description

一种汽车用双电压输出交流发电机控制器
技术领域
本发明涉及一种能同时提供高压42V和低压14V电压的发电机及其控制电路，属于汽车电机电器技术领域。
背景技术
随着汽车用电设备对车用发电机发电量需求的提高，汽车设计者提出了提高汽车电源电压以增大汽车供电量的构想，这得到了汽车研究者、汽车制造商的一致认同，并制定了汽车电源42V电压的相关标准。但单一电压的42V电源系统涉及到的产品技术改造的范围太广，势必增加了汽车配件供应商的产品改造成本。因此，作为过渡阶段的42V/14V双电压系统的方案，正被越来越多的人所关注。本发明提供一种能同时提供42V和14V电源的汽车交流发电机。
在已有技术中，DC-DC直流变换器被大量应用于42V/14V双电压系统，如美国专利No.6,151,222，提供了一种汽车用42V和14V之间进行电压转换的谐振式DC-DC直流变换器。美国专利No.7,436,080提供了一种基于起动发电机结构的汽车用的双电压系统及其安全相关部件，该发明通过AC-DC整流器把起动发电机发出的交流电整流后给42V电器设备和36V蓄电池供电，再通过双向DC-DC变换器把42V直流电变压后给汽车14V电器设备和12V蓄电池供电。公告的中国发明专利：一种汽车用双电压DC/DC转换方法，申请号：200810089268.1，也提供了一种汽车用42V/14V直流变换器。以上发明都是通过DC/DC变换电路实现42V/14V双电压输出，而本发明是通过整流电路直接输出42V电压，没有耗电的DC/DC变换电路，14V电压是通过控制电路从电枢绕组中性点输出。
发明内容
本发明的目的是提供一种能同时提供高压42V和低压14V电源的汽车交流发电机控制器。该控制器输出电压稳定，结构紧凑，占据空间小，安全可靠。具体是：
包括整流电路(1)、高压42V分压电路(2)、高压42V比较电路(3)、励磁电路(4)、低压14V分压电路(5)、低压14V比较电路(6)和低压14V触发电路(7)，其特征在于：整流电路(1)由第一整流管(D1)、第二整流管(D2)、第三整流管(D3)、第四整流管(D4)、第五整流管(D5)和第六整流管(D6)组成的三相整流桥组成，第一整流管(D1)、第二整流管(D2)和第三整流管(D3)的负极接在一体，作为高压42V电源的正极，可供高压42V负载供电和给36V蓄电池充电；第四整流管(D4)、第五整流管(D5)和第六整流管(D6)的正极搭铁，作为发电机的负极；第一整流管(D1)的正极和第四整流管(D4)的负极接三相交流发电机第一绕组(JF1)的输出端(A)，第二整流管(D2)的正极和第五整流管(D5)的负极接三相交流发电机第二绕组(JF2)的输出端(B)，第三整流管(D3)的正极和第六整流管(D6)的负极接三相交流发电机第三绕组(JF3)的输出端(C)，第一绕组(JF1)、第二绕组(JF2)和第三绕组(JF3)的另一端共接于O点，三相星形绕组可产生大小相等、相位差为120度电位角的对称电动势；
高压42V分压电路(2)由第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第一电容(C1)组成，第二电阻(R2)的一端和第一电容(C1)的正极接高压42V电源的正极，第二电阻(R2)的另一端、第一电容(C1)的负极、第三电阻(R3)的一端和第一稳压管(Dw1)的正极接在一体，作为高压42V比较电路(3)的输入端；高压42V比较电路(3)由第一稳压管(Dw1)、第二三极管(T2)、第一电阻(R1)和第四电阻(R4)组成，第一稳压管(Dw1)的负极接第二三极管(T2)的基极和第四电阻(R4)的一端；励磁电路(4)由第一三极管(T1)、第七二极管(D7)和励磁绕组(F)组成，第四电阻(R4)的另一端、第一三极管(T1)的发射极和第二三极管(T2)的发射极接高压42V电源的正极，第一三极管(T1)的基极和第二三极管(T2)的集电极通过第一电阻(R1)接地，第一三极管(T1)的集电极通过励磁绕组(F)接地，第七二极管(D7)与励磁绕组(F)并联；
低压14V分压电路(5)由第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第二电容(C2)组成，第六电阻(R6)的一端、第二电容(C2)的正极和功率管(S1)的负极接在一体，作为发电机低压14V电压输出端，给汽车14V电气设备供电并给12V蓄电池充电，第六电阻(R6)的另一端接第二稳压管(Dw2)的负极并通过第七电阻(R7)搭铁；低压14V比较电路(6)由第二稳压管(Dw2)、第五电阻(R5)、第九电阻(R9)和第三三极管(T3)组成，第三三极管(T3)的基极通过第九电阻(R9)和第二稳压管(Dw2)的正极相连，第三三极管(T3)的发射极搭铁；低压14V触发电路(7)由第八电阻(R8)、第四三极管(T4)和功率管(S1)组成，功率管(S1)的正极和第四三极管(T4)的集电极和第五电阻(R5)的一端接发电机三相绕组的中性点O，功率管(S1)的触发极接第四三极管(T4)的发射极并通过第八电阻(R8)接地，第五电阻(R5)的另一端接第四三极管(T4)的基极和第三三极管(T3)的集电极；
发电机低压14V输出端从电枢绕组中性点O引出，即低压14V电压输出端为功率管(S1)的负极，功率管(S1)的正极与发电机三相绕组的中性点O连接。功率管S1可以是可关断晶闸管、电力晶体管、场效应管或者是绝缘栅双极晶体管。
其工作原理为：当发电机高压42V电压输出端输出电压低于目标电压42V时，分压电路上的第二电阻R2分得的电压低于第一稳压管Dw1的击穿电压，第一稳压管Dw1截止，第二三极管T2截止。第一电阻R1使第一三极管T1获得正向偏压而导通，第一三极管T1为放大倍数很大的达林顿管或者导通电流很大的场效应管，导通后给磁场绕组F通以较大的励磁电流，发电机高压42V输出端的输出电压电压上升。
当发电机高压42V输出端的输出电压达到42V时，第二电阻R2的分压加在第一稳压管Dw1上，使第一稳压管Dw1击穿导通，第二三极管T2随之导通，第一三极管T1的基极电压上升，使第一三极管T1失去正向偏压而截止，磁场电流为零，发电机电压迅速下降。当发电机高压42V输出端的输出电压稍低于42V时，第一稳压管Dw1截止，第二三极管T2截止，第一三极管T1获正向偏压而导通，磁场绕组F中又有电流通过，输出电压又上升。第一三极管T1、第二三极管T2管交替导通、截止，从而使发电机电压限定在调节电压范围内。
当发电机低压14V输出端的输出电压低于目标电压14V时，第五电阻R5给第四三极管T4提供基极电流，T4导通，触发功率管S1导通，对外输出高电压。
当发电机低压14V输出端输出的平均电压高于14V时，分压电路上的第七电阻R7分得的电压高于第二稳压管Dw2的击穿电压，第二稳压管Dw2导通，第三三极管T3导通，第二三极管T2的基极电压下降到不足以使第四三极管T4导通，第四三极管T4关闭，功率管S1关闭，发电机低压14V输出端输出电压下降。当一个时期内输出端的平均电压低于14V，功率管S1再导通。这样，通过控制功率管S1周期性的导通、关闭，使发电机低压14V输出端输出的平均电压维持的调节电压范围内。
第一电容C1与第二电容C2起降低开关频率的作用。
本发明的发电机低压14V输出端从发电机中性点O引出，发电机高压42V输出端稳压后，其中性点电压在21V左右，变换为14V电压输出后，功率管导通角在66％左右，脉动系数较小。
附图说明
图1是本发明实施例的基本原理图；
图2是增加或更换了一些附属元件的原理图。
具体实施方式
实施例中：R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7和R8为电阻；D1、D2、D3、D4、D5和D6为大功率整流管；D7为小功率二极管；T1为达林顿管或者场效应管，T2、T3和T4为三极管；C1和C2为电解电容；S1为功率管，可以是可关断晶闸管、电力晶体管、场效应管或者是绝缘栅双极晶体管；Dw1和Dw2为稳压二极管；F为励磁绕组；JF1、JF2和JF3为交流发电机的三相电枢绕组。
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1提供一种能同时提供42V和14V电源的汽车交流发电机控制器，其42V电压正极输出端在图右上方，14V电压正极输出端在图左上方，两者的负极皆搭铁。星形连接的三相交流发电机第一相绕组JF1、第二相绕组JF2和第三相绕组JF3共接于O点，绕组的另一端分别与三相整流电路的三个桥臂的中性点连接，整流电路由第一整流管D1、第二整流管D2、第三整流管D3、第四整流管D4、第五整流管D5和第六整流管D6组成。
高压42V分压电路由第二电阻R2、第三电阻R3和第一电容C1组成，第二电阻R2的一端和第一电容C1的正极与第一整流管D1、第二整流管D2和第三整流管D3的输出端接在一体，作为42V电源的正极，可供42V负载供电和给36V蓄电池充电，第二电阻R2的另一端、第一电容C1的负极、第三电阻R3的一端和第一稳压管Dw1的正极接在一体，作为高压42V比较电路的输入端；高压42V比较电路由第一稳压管Dw1、第二三极管T2、第一电阻R1和第四电阻R4组成，第一稳压管Dw1的负极接第二三极管T2的基极和第四电阻R4的一端；励磁电路由第一三极管T1、第七二极管D7和励磁绕组F组成，第四电阻R4的另一端、第一三极管T1的发射极和第二三极管T2的发射极接高压42V电源的正极，第一三极管T1的基极和第二三极管T2的集电极通过第一电阻R1接地，第一三极管T1的集电极通过励磁绕组F接地，第七二极管D7与励磁绕组F并联；
低压14V分压电路由第六电阻R6、第七电阻R7和第二电容C2组成，第六电阻R6的一端、第二电容C2的正极和功率管S1的负极接在一体，作为发电机14V电压输出端，给汽车14V电气设备供电并给12V蓄电池充电，第六电阻R6的另一端接第二稳压管Dw2的负极并通过第七电阻R7搭铁；低压14V比较电路由第二稳压管Dw2、第五电阻R5、第九电阻R9和第三三极管T3组成，第三三极管T3的基极通过第九电阻R9和第二稳压管Dw2的正极相连，第三三极管T3的发射极搭铁；低压14V触发电路由第八电阻R8、第四三极管T4和功率管S1组成，功率管S1的正极、第四三极管T4的集电极和第五电阻R5的一端接发电机三相绕组的中性点O，功率管S1的触发极接第四三极管T4的发射极并通过第八电阻R8接地，第五电阻R5的另一端接第四三极管T4的基极和第三三极管T3的集电极；
当发电机高压42V电压输出端输出电压低于目标电压42V时，分压电路上的第二电阻R2分得的电压低于第一稳压管Dw1的击穿电压，第一稳压管Dw1截止，第二三极管T2截止。第一电阻R1使第一三极管T1获得正向偏压而导通，第一三极管T1为放大倍数很大的达林顿管或者导通电流很大的场效应管，导通后给磁场绕组F通以较大的励磁电流，发电机高压42V输出端的输出电压电压上升。
当发电机高压42V输出端的输出电压达到42V时，第二电阻R2的分压加在第一稳压管Dw1上，使第一稳压管Dw1击穿导通，第二三极管T2随之导通，第一三极管T1的基极电压上升，使第一三极管T1失去正向偏压而截止，磁场电流为零，发电机电压迅速下降。当发电机42V输出端的输出电压稍低于42V时，第一稳压管Dw1截止，第二三极管T2截止，第一三极管T1获正向偏压而导通，磁场绕组F中又有电流通过，输出电压又上升。第一三极管T1和第二三极管T2管交替导通、截止，从而使发电机电压限定在调节电压范围内。
当发电机14V输出端的输出电压低于目标电压14V时，第五电阻R5给第四三极管T4提供基极电流，T4导通，触发功率管S1导通，对外输出高电压。
当发电机14V输出端输出的平均电压高于14V时，分压电路上的第七电阻R7分得的电压高于第二稳压管Dw2的击穿电压，第二稳压管Dw2导通，第三三极管T3导通，第二三极管T2的基极电压下降到不足以使第四三极管T4导通，第四三极管T4关闭，功率管S1关闭，发电机低压14V输出端输出电压下降。当一个时期内输出端的平均电压低于14V，功率管S1再导通。这样，通过控制功率管S1周期性的导通、关闭，使发电机14V输出端输出的平均电压维持的调节电压范围内。
本发明不仅限于上述实施例，还包括增加或更换了部分附属元件的变形电路，如图2所示：
改变三极管T1和T2为NPN型，励磁绕组改为外搭铁。
增加温度补偿二极管Dw3和Dw6，分别与稳压管Dw1和Dw2反向串联，其温度系数为负值，当温度变化时，起温度补偿作用，使调节器性能稳定。
增加三极管T5、电阻R9和R10组成的放大电路，起增大励磁电流的作用。
增加稳压稳压二极管Dw4和Dw5，并联在发电机两个输出端，起过压保护作用。

Claims (1)

1.一种能同时提供高压42V和低压14V电源的汽车交流发电机控制器，包括整流电路(1)、高压42V分压电路(2)、高压42V比较电路(3)、励磁电路(4)、低压14V分压电路(5)、低压14V比较电路(6)和低压14V触发电路(7)，其特征在于：整流电路(1)由第一整流管(D1)、第二整流管(D2)、第三整流管(D3)、第四整流管(D4)、第五整流管(D5)和第六整流管(D6)组成的三相整流桥组成，第一整流管(D1)、第二整流管(D2)和第三整流管(D3)的负极接在一体，作为高压42V电源的正极，可供高压42V负载供电和给36V蓄电池充电；第四整流管(D4)、第五整流管(D5)和第六整流管(D6)的正极搭铁，作为发电机的负极；第一整流管(D1)的正极和第四整流管(D4)的负极接三相交流发电机第一绕组(JF1)的输出端(A)，第二整流管(D2)的正极和第五整流管(D5)的负极接三相交流发电机第二绕组(JF2)的输出端(B)，第三整流管(D3)的正极和第六整流管(D6)的负极接三相交流发电机第三绕组(JF3)的输出端(C)，第一绕组(JF1)、第二绕组(JF2)和第三绕组(JF3)的另一端共接于O点，三相星形绕组可产生大小相等、相位差为120度电位角的对称电动势；
高压42V分压电路(2)由第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第一电容(C1)组成，第二电阻(R2)的一端和第一电容(C1)的正极接高压42V电源的正极，第二电阻(R2)的另一端、第一电容(C1)的负极、第三电阻(R3)的一端和第一稳压管(Dw1)的正极接在一体，作为高压42V比较电路(3)的输入端；高压42V比较电路(3)由第一稳压管(Dw1)、第二三极管(T2)、第一电阻(R1)和第四电阻(R4)组成，第一稳压管(Dw1)的负极接第二三极管(T2)的基极和第四电阻(R4)的一端；励磁电路(4)由第一三极管(T1)、第七二极管(D7)和励磁绕组(F)组成，第四电阻(R4)的另一端、第一三极管(T1)的发射极和第二三极管(T2)的发射极接高压42V电源的正极，第一三极管(T1)的基极和第二三极管(T2)的集电极通过第一电阻(R1)接地，第一三极管(T1)的集电极通过励磁绕组(F)接地，第七二极管(D7)与励磁绕组(F)并联；
低压14V分压电路(5)由第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第二电容(C2)组成，第六电阻(R6)的一端、第二电容(C2)的正极和功率管(S1)的负极接在一体，作为发电机低压14V电压输出端，给汽车14V电气设备供电并给12V蓄电池充电，第六电阻(R6)的另一端接第二稳压管(Dw2)的负极并通过第七电阻(R7)搭铁；低压14V比较电路(6)由第二稳压管(Dw2)、第五电阻(R5)、第九电阻(R9)和第三三极管(T3)组成，第三三极管(T3)的基极通过第九电阻(R9)和第二稳压管(Dw2)的正极相连，第三三极管(T3)的发射极搭铁；低压14V触发电路(7)由第八电阻(R8)、第四三极管(T4)和功率管(S1)组成，功率管(S1)的正极、第四三极管(T4)的集电极和第五电阻(R5)的一端接发电机三相绕组的中性点O，功率管(S1)的触发极接第四三极管(T4)的发射极并通过第八电阻(R8)接地，第五电阻(R5)的另一端接第四三极管(T4)的基极和第三三极管(T3)的集电极；
发电机低压14V输出端从电枢绕组中性点O引出，即低压14V电压输出端为功率管(S1)的负极，功率管(S1)的正极与发电机三相绕组的中性点O连接。
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Application publication date: 20100303

Assignee: SHANDONG TANGJUN OULING AUTOMOBILE MANUFACTURE Co.,Ltd.

Assignor: Shi Liwei

Contract record no.: 2013370000243

Denomination of invention: Controller of double-voltage output alternating-current generator for motorcar

Granted publication date: 20120118

License type: Exclusive License

Record date: 20131126

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Granted publication date: 20120118

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