CN101702613B - 场效应管电压调节器低压启动电路 - Google Patents

Abstract

一种场效应管电压调节器低压启动电路，包括取样控制电路和场效应管开关电路，接在调节器正极、负极和取样控制电路的输出端、场效应管开关电路的输入端之间的快速储能电路，其特殊之处是：调节器正极通过供电三极管的基极-集电极、供电加限流充电电阻与快速储能电路中储能电容连接，快速储能电路中接在场效应管开关电路输入端的稳压管通过防漏电三极管的集电极和发射极接地，防漏电三极管的基极受快速储能电路中的分压电路控制。优点是：可延长储能器供电维持时间，实现了用场效应管做成三线单功能电压调节器在低压供电(0.5-1.0V)、低转速(发电机转速小于1000转/分)、小启动电流(150-300毫安)等条件下使汽车发电机在启动时都能正常进入发电状态。

Description

场效应管电压调节器低压启动电路

技术领域

本发明涉及场效应管式汽车发电机电压调节器低压启动电路，尤其涉及一种可满足汽车发电机在各种条件下的低压启动效果、保证汽车发电机在任何情况下都能进入最佳工作状态的场效应管电压调节器低压启动电路。

背景技术

在汽车领域中，使用最多的发电机为九管整流或十一管整流发电机，这种发电机的特点是磁场电流由三个小整流管单独提供，车上的充电指示灯采用的是等电位灭灯，在启动中，当充电指示灯点亮后，此时发电机电压调节器的正极D⁺不足1V(称低电压启动)的低电位，此类发电机配用的调节器多为三线制单功能调节器。

由于发电机在启动时供给调节器正极D⁺的电压不足1V，以达林顿管为功率开关的电压调节器，完全可以满足这种低电压下启动的需要。但由于达林顿管的内阻比较大(0.2-0.3欧姆)，承载电流不大(8-15A)，又没有足够的散热面积，故在使用中会产生很高的压降，发热比较厉害，表现出可靠性不高；再加上近几年汽车的电器配置越来越高，对发电机的功率要求越来越大，采用达林顿管的发电机电压调节器已不能够满足当前发电机功率增大和高可靠性的要求。场效应管做调节器功率开关管在一些六管机、八管机的多线制调节器上已有应用的历史，但在三线制单功能调节器上的应用是最近几年才开始的，其技术源于中国大陆，这几年发展很快，并大有取代达林顿管调节器之势，特别是三线单功能调节器，用场效应管做功率开关管现在已经变成可能。

在三线单功能调节器上应用场效应管做功率开关管必须能解决一个关键问题，那就是要千方百计地提高调节器场效应管栅极的工作电压，因为场效应管的各项技术参数都是在栅极上加上10V电压的条件下制定并实现的，场效应管的栅极工作是靠电压开启的，它的开启电压一般在1.6-6V之间，不同的场效应管有不同的开启电压，开启电压只能是个导通电压，但不是彻底导通，只有栅极电压达到10V以上，场效应管的漏极和源极才能彻底导通，内阻小、承载电流大的优势才得以发挥。三线单功能调节器在发电机工作中正极D⁺的电压不足1V，在这种情况下任何一种场效应管都无法进入正常工作状态，即使使用了低电压启动型场效应管，它的栅极启动电压也会大于1.5V，由于瞬间的触发可以使其导通，但也不是彻底导通，内阻达不到最小，电流达不到最大，不是发电转速高就是不发电，不能使发电机进入最佳的发电状态。

目前解决场效应管在三线单功能调节器中应用的技术有二种，一种是放大器，另一种是储能器，以储能技术的应用为最佳。因为储能器技术以最简单的方法，最低的成本，可达到最佳的效果。如CN201063576的“场效应管电压调节器低压启动电路”中包括由取样控制电路和场效应管开关电路，其特征是：在调节器正极、取样控制电路的输出端和场效应管开关电路的输入端之间接有快速充电储能电路，所述的快速充电电路是由串接在调节器正极和取样控制电路的输出端之间的单向供电二极管及供电电阻、接在取样控制电路的输出端和场效应管开关电路的输入端之间的保护电阻、接在二极管负极和系统地线之间的储能电容构成。在充电指示灯点亮后，调节器正极的电压虽然不足，但在场效应管的栅极上却可以得到一个稳定的大于10V的直流电压。此时，单向供电二极管的输出端的电压是11V(大于10V)，其负极与正极存在大于10V的反电压，又有放电回路，必然会有反向漏电的存在，由于单向供电二极管是普通二极管，此时的反向漏电大约在0.01-0.03微安左右，同样保护用稳压二极管也有正向的微弱漏电，而储能电容受体积限制存储能量有限，封闭回路内的微弱漏电行为都会造成存储能量的流失，只能使储能器供电维持5分钟至20分钟，对于汽车启动状态的时间要求不是很充分的，偶尔有意外情况时储能器将不能满足使用，也就会造成汽车发电机在启动中不能正常进入发电状态。

发明内容

本发明的目的就是要解决储能器能量存储时间短的问题，提供一种可延长储能器供电维持时间，使汽车发电机在任何条件下启动都能正常进入发电状态的场效应管电压调节器低压启动电路。

本发明涉及的场效应管电压调节器低压启动电路，包括取样控制电路1和场效应管开关电路3，接在调节器正极D⁺、调节器负极E和取样控制电路1的输出端、场效应管开关电路3的输入端之间的快速储能电路2，其特殊之处是：所述的调节器正极D⁺通过供电三极管T3的基极-集电极、供电加限流充电电阻R10与快速储能电路2中储能电容C4连接，快速储能电路2中接在场效应管开关电路3输入端的稳压管D4通过防漏电三极管T4的集电极和发射极接地，所述的防漏电三极管T4的基极受快速储能电路2中的分压电路控制，所述的分压电路接在调节器正极D⁺和调节器负极E之间。

上述的场效应管电压调节器低压启动电路，在供电加限流充电电阻R10与储能电容C4结点和取样控制电路1的输出端之间接有供电电阻R4。

上述的场效应管电压调节器低压启动电路，快速储能电路2中接在取样控制电路1输出端和场效应管开关电路3输入端之间的保护电阻是由彼此串联的第一保护电阻R5和第二保护电阻R7构成，所述的第一保护电阻R5和第二保护电阻R7的结点与稳压管D4负极相连接。

上述的场效应管电压调节器低压启动电路，所述的储能电容C4接在第一保护电阻R5和第二保护电阻R7的结点和调节器负极E之间。

本发明的优点是：电路简单、体积小、成本低、性能先进可靠。用一只合适功率的三极管的PN结(基极和集电极)替代了原来的供电二极管，因为三极管的PN结不但有与供电二极管相同的单向供电作用，还存在有比供电二极管大得多的反向相电阻，反向几乎不漏电；对原保护电路中接在场效应管开关电路的输入端和系统地线之间的稳压管改成串接在防漏电三极管的集电极上，此防漏电三极管受分压电阻的控制来达到导通和截止，还在接在取样控制电路输出端和场效应管开关电路的输入端保护电阻之后增加了延时保护电阻和在供电电阻之前增加了供电加限流充电电阻。

将供电二极管改成了三极管的PN结，形成了反向不漏电的单向电流流动是组成封闭式快速储能电路的第一个条件。启动状态下取样控制电路中三极管的集电极和发射极处在截止状态这是第二个条件。开关接通充电指示灯点亮，串接在保护稳压管下方的防漏电三极管的集电极和发射极处于截止状态，这是第三个条件。场效应管开关电路中的场效应管的栅极是绝缘栅型不漏电这是第四个条件。有了这四个条件的同时存在，才能使场效应管式电压调节器中的快速储能器用普通的电子器件就能实现，工作稳定可靠，能满足汽车启动状态存在各种异常情况的需要。

供电电路采用了双供电电阻和双保护电阻串接供电，人为的将供电回路从时间和需要上分段，然后把储能电容接入到供电限流电阻的下方，既能在第一时间内快速捕捉到充电指示灯点亮前存在于电路中的电瓶(12V、24V)电压，又能得到增设的供电加限流充电电阻的限流保护，捕捉到的电瓶电压存储在储能电容器中并在充电指示灯点亮后实现调节器正极D⁺端不足1V的情况下对场效应管的栅极提供10V以上的正向直流电压，使场效应管实现彻底导通。应用了该技术的场效应管式汽车发电机电压调节器可以使配用的发电机进入最佳的怠速发电状态，其优良的性能是达林顿管的电压调节器无法比拟的。

与达林顿管的电压调节器相比有五大提高，第一个是配用的发电机功率提高了。第二是使用寿命和可靠性提高了。第三是发电机的怠速发电和低速发电的性能得到提高。第四是与达林顿调节器在同一台发电机做比较，可提高发电机的输出功率2％-8％。第五是发电机的热态性能得到了提高。

改进设计后的快速储能电路不但保留了场效应管调节器的各项先进技术性能，在储能器能量(电瓶电压)存储时间上最少的可达三小时，最多的可达十小时，提高了储能时间50倍以上，实用性非常强。实现了用场效应管做成三线单功能电压调节器，在低压供电(0.5-1.0V)、低转速(发电机转速小于1000转/分)、小启动电流(150-300毫安)条件下，通过快速储能电路的作用实现了汽车发电机在启动中正常进入发电状态。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明的电路接线图。

具体实施方式

如图所示，在调节器正极D⁺和调节器负极E之间分别接有取样控制电路1和场效应管开关电路3，所述的取样控制电路1是由电阻R1、R2、R3、电容C1及C2、二极管D1、稳压管D2和三极管T1构成。所述的场效应管开关电路3是由场效应管T2、续流二极管D5构成。在三极管T1基极和场效应管T2漏极之间通过电容C3接有反馈电阻R6，在调节器正极D⁺、取样控制电路1的输出端4、场效应管开关电路3的输入端5和调节器负极E之间接有快速储能电路2。所述的快速储能电路2是由串接在调节器正极D⁺和取样控制电路1的输出端4(三极管T1的集电极)之间的单向供电三极管T3的基极和集电极及供电加限流充电电阻R10、供电电阻R4(也可取消供电电阻R4)，接在取样控制电路1的输出端4和场效应管开关电路3的输入端5之间的第一保护电阻R5、第二保护电阻R7、保护稳压管D4以及接在保护稳压管D4正极和调节器负极E之间的三极管T4、接在调节器正极D⁺和调节器负极E之间控制三极管T4工作的分压电路、接在三极管T4基极和调节器负极E之间的电容C5、接在供电加限流充电电阻R10输出端和调节器负极E之间的储能电容C4构成；所述的分压电路是由分压电阻R8和R9组成。(快速储能电路2中的第一保护电阻R5、第二保护电阻R7也可合并为一个保护电阻。所述的储能电容C4也可接在第一保护电阻R5和第二保护电容R7的结点与调节器负极E之间。)

实际连接时，将发电机转子线圈6接在调节器D⁺正极和负载控制端F之间，在电瓶9和调节器正极D⁺之间接充电指示灯7和电源开关8。工作时电源开关8接通后，电源经充电指示灯7接在调节器正极D⁺，电压经过单向供电三极管T3的PN结(基极和集电极)、供电加限流充电电阻R10、储能电容C4、供电电阻R4、第一保护电阻R5、第二保护电阻R7至场效应管T2的栅极5。在充电指示灯7没点亮之前，此时供电电路的各处电压都是电瓶电压(12V或24V)。当场效应管T2的栅极5得到大于10V的电压后(这个大于10V的电压只在发电机进入正常发电之前需要，发电机正常发电后调节器正极D⁺将不再是小于1V的电压，而是变成了和发电机正极、电瓶9的正极相同的电压，快速储能电路2已不起作用了)，漏极和源极彻底导通，充电指示灯7的电流经过转子线圈6、场效应管T2的漏极、源极接地而点亮，灯亮后调节器正极D⁺立刻变为低电位，如果场效应管T2是彻底导通的，调节器正极D⁺的电压表现为0.5～1V，如果此时场效应管T2导通的不彻底，调节器正极D⁺的电压将表现为1.7～5.9V。上述两种情况流过发电机转子的电流是不一样的，场效应管T2彻底导通时内阻很小，以FR3412的场效应管为例，此时的内阻只有0.04欧姆。如果不是彻底导通，此时的调节器正极D⁺的电压是3.5V，场效应管T2的内阻可能要在0.4～0.6欧姆。对发电机转子来讲(14V电机转子电阻3欧姆左右)显然是场效应管T2彻底导通时转子线圈6流过的电流较大(4.61A)，场效应管T2不能彻底导通时流过转子线圈6的电流小(4.05A)或更小(1.52A)。

在灯路开始供电中，电流经过单向供电三极管T3的PN结、供电加限流充电电阻R10至储能电容C4，储能电容C4就及时地快速充电，其得到的充电电压接近电瓶电压。

充电指示灯7点亮后，调节器正极D⁺的电压只有0.5～1V，但在场效应管T2的栅极仍有一个大于10V的正向电压存在，这个电压就是储能电容C4捕捉到了电瓶电压并储存，由于单向供电三极管T3的基极和集电极没有反向漏电，以及接在保护稳压管D4正极的三极管T4受分压电阻R8、R9的控制，三极极T4的集电极和发射极是截止状态，在调节器正极D⁺端的电压变成了低电位(0.5～1V)之后，储能器电容C4开始在封闭的供电电路中提供大于10V的工作电压，尽管能量不大，但在封闭的供电电路中表现得很充足，足够保证场效应管T2长时间地处在彻底导通状态下，在汽车启动过程中的各种复杂情况下(即使汽车不马上启动，就是保持这种状态一、二个小时以上(车上几乎没有这种情况)再启动)，发电机还是能够正常进入发电状态。

当发电机进入正常发电后，三极管T4的基极得到一个高压，三极管T4的集电极和发射极进入导通状态，也就是把稳压管D4的输出端接地，稳压管D4进入保护状态，时刻准备吸收来自供电系统的高压，达到保护场效应管T2的目的。

Claims (4)

1.一种场效应管电压调节器低压启动电路，包括取样控制电路(1)和场效应管开关电路(3)，接在调节器正极(D⁺)、调节器负极(E)和取样控制电路(1)的输出端、场效应管开关电路(3)的输入端之间的快速储能电路(2)，其特征是：所述的调节器正极(D⁺)通过供电三极管(T3)的基极-集电极、供电加限流充电电阻(R10)与储能电容(C4)连接，快速储能电路(2)中接在场效应管开关电路(3)输入端的稳压管(D4)通过防漏电三极管(T4)的集电极和发射极接地，所述的防漏电三极管(T4)的基极受快速储能电路(2)中的分压电路控制，所述的分压电路接在调节器正极(D⁺)和调节器负极(E)之间。

2.根据权利要求1所述的场效应管电压调节器低压启动电路，其特征是：在供电加限流充电电阻(R10)与储能电容(C4)结点和取样电路(1)的输出端之间接有供电电阻(R4)。

3.根据权利要求1所述的场效应管电压调节器低压启动电路，其特征是：快速储能电路(2)中接在取样控制电路(1)输出端和场效应管开关电路(3)输入端之间的保护电阻是由相互串联的第一保护电阻(R5)和第二保护电阻(R7)构成，所述的第一保护电阻(R5)和第二保护电阻(R7)的结点与稳压管(D4)负极相连接。

4.根据权利要求3所述的场效应管电压调节器低压启动电路，其特征是：所述的储能电容(C4)接在第一保护电阻(R5)和第二保护电阻(R7)的结点和调节器负极(E)之间。

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