CN101997472A - 电压调节器及电压调节系统 - Google Patents

Abstract

一种电压调节器及电压调节系统，该电压调节器连接一发电机及一蓄电池，电压调节器具有一正接线端、一磁场接线端及一接地接线端，并且电压调节器包括：一激磁驱动单元及一开关控制单元。其中，激磁驱动单元连接正接线端及磁场接线端，并且通过正接线端来接收一供应电压，而通过磁场接线端来连接发电机的一激磁线圈，激磁驱动单元是利用一场效应晶体管来作为一驱动开关，以通过场效应晶体管的启闭来驱动激磁线圈。而开关控制单元是连接正接线端及激磁驱动单元，用以依据供应电压来控制场效应晶体管。借此，本发明可以有效地降低发电机激磁线圈的两端电压的压降，让发电机得以于低转速下建立电压。

Description

电压调节器及电压调节系统

技术领域

本发明涉及一种电压调节器及电压调节系统，特别涉及一种可让发电机在车辆低转速下建立电压的电压调节器及电压调节系统。

背景技术

一般发电机是通过车载引擎运转来产生一电力，用以对车载的蓄电池充电以及供应给相关车用电子装置，进而确保车载能够持续运转。为了使发电机的输出电力不致于过高或过低，一般均设有电压调节器来调节发电机的发电量。电压调节器主要可于发电机的电力输出过高时，降低其发电量，而于电力输出过低时，增加其发电量，即是所谓的反馈控制。因此，电压调节器具有稳定发电机输出电压的作用，以确保车载在供电上的稳定，并防止对车载机件的损害。

我们都知道，电压调节器必须根据车载引擎的不同来搭配设计，通常都是配套使用。其中最基本的单功能电压调节器是设计有三个接线端，分别为正接线端(D+)、磁场接线端(F)及接地接线端(G)。在整个发电机及电压调节器的运行上，当使用者启动开关来启动车载时，发电机必须通过足够的激磁电流来带动进行运转，进而让发电机能够建立电压并顺利进行发电。而当启动一开始在由车载的蓄电池供电的状态下，若激磁电流够大的话，则发电机便能够在较低转速下即建立电压；而若激磁电流不够大时，就须等到发电机的转速较高时才会产生足够的激磁电流。而目前在公知技术上，为了在设计上较为简单，并且拥有较高的电流放大增益效果，因此普遍是采用以电流控制的达灵顿晶体管来搭配使用。

但是，在越来越讲求电压调节器的品质以及整体车载的效能考虑之下，使用达灵顿晶体管来设计的三接线端电压调节器，其在正接线端与磁场接线端之间的电压差无法有效地再降低。因此，要如何改良电压调节器，以能进一步降低正接线端与磁场接线端之间的电压差，让发电机能在更低转速下即获得足够的电流来带动运转而建立电压，便是目前值得加以思考的地方。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，设计利用电压驱动的金属氧化物半导体场效应晶体管来作为电压调节器中的功率晶体管。并且通过车载启动时，其启动指示灯导通后所传递的电压即可打开场效应晶体管，进而让电压调节器所搭配的发电机得以在低转速下顺利进行建立电压。

为了解决上述问题，根据本发明所提出的一方案，提供一种电压调节器，连接一发电机及一蓄电池，电压调节器具有一正接线端、一磁场接线端及一接地接线端，并且电压调节器包括：一激磁驱动单元及一开关控制单元。其中，激磁驱动单元是连接正接线端及磁场接线端，并且通过正接线端来接收一供应电压，而通过磁场接线端来连接发电机的一激磁线圈，激磁驱动单元是利用一场效应晶体管来作为一驱动开关，以通过场效应晶体管的启闭来驱动激磁线圈。而开关控制单元是连接正接线端及激磁驱动单元，用以依据供应电压来控制场效应晶体管。

为了解决上述问题，根据本发明所提出的另一方案，提供一种电压调节系统，包括：一蓄电池、一发电机及一电压调节器。其中，蓄电池用以输出一电池电压，发电机具有一激磁线圈、一第一输出端及一第二输出端，第一输出端连接激磁线圈的一端及蓄电池，第二输出端连接激磁线圈的另一端，并且发电机在建立电压后输出一发电电压。电压调节器连接蓄电池及发电机，并且具有一正接线端、一磁场接线端及一接地接线端，其中的正接线端连接第一输出端，磁场接线端连接第二输出端，而电压调节器进一步包含：一激磁驱动单元及一开关控制单元，激磁驱动单元连接正接线端及磁场接线端，用以接收电池电压或发电电压，并且激磁驱动单元利用一场效应晶体管来作为一驱动开关，以通过场效应晶体管的启闭来驱动激磁线圈，而开关控制单元连接正接线端及激磁驱动单元，用以依据电池电压或发电电压来控制场效应晶体管。

借此，本发明利用场效应晶体管来作为电压调节器中的功率晶体管的设计，得以让发电机在低转速下建立电压。

本发明设计利用电压驱动的场效应晶体管来作为电压调节器中的功率晶体管，让采用三接线端的电压调节器也可以有效地降低发电机激磁线圈的两端电压的压降，借以产生较大的电流来带起发电机运转，而达到让发电机在低转速下建立电压的目的。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其他目的及优点，将在后续的说明及附图中加以阐述。

附图说明

图1为本发明电压调节系统的第一实施例电路示意图；及

图2为本发明电压调节系统的第二实施例电路示意图。

上述附图中的附图标记说明如下：

1，1a电压调节系统

10，10a电压调节器

101激磁驱动单元

102，102a开关控制单元

1021分压电路

103防漏电流单元

11发电机

111交流发电机

112整流器

113激磁线圈

12蓄电池

13启动单元

131启动开关

132启动指示灯

D1飞轮二极管                D2稳压二极管

D+正接线端

F磁场接线端

GND接地接线端

Q场效应晶体管

Q1第一晶体管        Q2第二晶体管

T1第一输出端        T2第二输出端

具体实施方式

本发明是设计利用电压驱动的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，以下称场效应晶体管，来作为电压调节器中的功率晶体管。当本发明应用于车载时，即可以通过车载启动时，启动指示灯导通后的瞬间电压来充电导通场效应晶体管，进而让电压调节器所搭配的发电机得以顺利进行建立电压。其中因为场效应晶体管的特性，让车载启动时，发电机激磁线圈的两端电压的压降可以较低，因而产生较大的电流来带起发电机运转，借以让发电机在低转速下建立电压。

请参考图1，为本发明电压调节系统的第一实施例电路示意图。如图所示，本实施例所提供的一电压调节系统1应用于一车载(图未示)，其包括：一电压调节器10、一发电机11、一蓄电池12及一启动单元13。本实施例中的电压调节器10采用三接线端(3pins)的电压调节器10，其分别为一正接线端D+、一磁场接线端F及一接地接线端GND。而发电机11具有一第一输出端T1、一第二输出端T2及一接地端，并且发电机11又进一步包含有一交流发电机111、一整流器112及一激磁线圈113。其中，交流发电机111及整流器112为电性连接，并且在运行上为本领域普通技术人员所能了解的技术，在此就不加以赘述。

在架构上，发电机11的部分，第一输出端T1连接于激磁线圈113的一端以及连接蓄电池12的一正极(+)，而第二输出端T2连接于激磁线圈113的另一端。而电压调节器10的部分，电压调节器10的正接线端D+连接于发电机11的第一输出端T1，电压调节器10的磁场接线端F连接于发电机11的第二输出端T2，而电压调节器10的接地接线端GND与发电机11的接地端及蓄电池12的一负极(-)一并接地。

电压调节器10进一步包含：一激磁驱动单元101、一开关控制单元102及一防漏电流单元103。其中，激磁驱动单元101连接正接线端D+及磁场接线端F，并且通过正接线端D+来接收一供应电压，而此处所述的供应电压可以为发电机11所提供的一发电电压或蓄电池12所提供的一电池电压，完全依据发电机的状态而定，对此在稍后的工作原理的描述中会加以说明。激磁驱动单元101另外再通过磁场接线端F来连接发电机11的第二输出端T2，以进一步连接激磁线圈113。

再者，激磁驱动单元101设计利用一场效应晶体管Q来作为一驱动开关，其中场效应晶体管Q的一栅极端连接正接线端D+以及开关控制单元102，场效应晶体管Q的一漏极端连接磁场接线端F，而场效应晶体管Q的一源极端则连接于接地接线端GND。于是，激磁驱动单元101即是通过场效应晶体管Q的启闭来驱动激磁线圈113。

开关控制单元102连接正接线端D+及激磁驱动单元101，并且依据该供应电压来控制激磁驱动单元101。其中，开关控制单元102进一步包括：一分压电路1021、一稳压二极管D2及一第一晶体管Q1。分压电路1021的两端分别连接正接线端D+及接地接线端GND，以并联连接于发电机11。稳压二极管D2可例如是采用齐纳二极管的设计，稳压二极管D2的一负端是连接分压电路1021的分压点。而第一晶体管Q1在此实施例中采用NPN晶体管的设计，第一晶体管Q1的一基极端连接稳压二极管D2的一正端，第一晶体管Q1的一集电极端连接于正接线端D+以及场效应晶体管Q的栅极端，而第一晶体管Q1的一发射极端是连接于接地接线端GND。

承上所述，在开关控制单元102中，通过分压电路1201及稳压二极管D2的搭配设计，以在分压电路1201的分压点上设计形成一设定点电压(一般车载是设计约为13.5～14.5±0.3伏特)，并以其中正负误差来作为电压调节器10进行调节运行与否的上限点及下限点。

防漏电流单元103连接正接线端D+、第一晶体管Q1的集电极端以及场效应晶体管Q的栅极端，用以防止激磁驱动单元101及开关控制单元102产生漏电流而回流至正接线端D+。而如图所示，本实施例中的防漏电流单元103是直接采用二极管的设计，让二极管的正端连接正接线端D+，而让二极管的负端连接第一晶体管Q1的集电极端以及场效应晶体管Q的栅极端，以达到防止漏电流的功效。当然，本领域普通技术人员应可了解，防漏电流单元103的设计更可为其他电路的组成方式，在此并非为本发明所限制。

再者，电压调节器10可进一步包含一飞轮二极管D1，飞轮二极管D1的一正端连接场效应晶体管Q的漏极端，而飞轮二极管D1的一负端连接正接线端D+，以形成并联连接于激磁线圈113。借此，当电压调节系统1启动时，飞轮二极管D1可以防止瞬间的高压损坏场效应晶体管Q。此外，当激磁驱动单元101中的场效应晶体管Q为截止的状态下，飞轮二极管D1得以形成发电机11所提供的发电电压的放电路径。

最后，电压调节系统1中的启动单元13串联连接于正接线端D+及第一输出端T1之间，以作为使用者进行启动车载的开关。启动单元13进一步包括有一启动开关131及一启动指示灯132，启动开关131连接第一输出端T1，而启动指示灯132连接启动开关131及正接线端D+，并且启动指示灯132可例如为灯泡或发光二极管的设计。

上述的说明即可建置本发明的电压调节系统及电压调节器的第一实施例电路架构。而附带一提的是，图1实施例的电压调节系统1，由于发电机儿的激磁线圈113在连接第二输出端T2的一端连接电压调节器10的磁场接线端F，以通过电压调节器10之后才接地，因此电压调节器10在设计上属于所谓的外搭铁型电压调节器，以适合于外搭铁型发电机。其中，在此设计下，电压调节器10中作为功率晶体管的场效应晶体管Q使用N沟道的场效应晶体管。当然，电压调节器10在设计上也可设计为内搭铁型电压调节器，并且改为搭配P沟道场效应晶体管来作为功率晶体管，借以用来与内搭铁型发电机配套使用。

而基于上述图1的电路架构，接下来是进一步说明其中的工作原理：

首先，当使用者开启启动单元13时，也就是启动开关131刚导通时，启动指示灯132因启动开关131导通而亮起。此时，发电机11尚不会运转，并且也不会产生发电电压，而是由蓄电池12的电池电压来供应于分压电路1021。而由于此时分压电路1021的分压点的电压会低于稳压二极管D2的逆击穿电压，因而无法使稳压二极管D2导通，于是第一晶体管Q1会截止。而第一晶体管Q1截止使得场效应晶体管Q因栅极端具有高电压电平而形成导通，于是形成一激磁电流路径。其中，激磁电流路径依序为：蓄电池12的正极(+)、激磁线圈113、磁场接线端F、场效应晶体管Q、接地接线端GND至蓄电池12的负极(-)，借以让激磁线圈113进行激磁作用，以产生足够的激磁电流来带动发电机11进行启动运转，并建立电压。

随着发电机11的启动，其转速逐渐升高，发电电压随转速升高而上升，此时的发电机11仍是属于他励状态。当发电电压已升高到大于电池电压，但仍未到达电压调节器10的调节上限点时，第一晶体管Q1仍为截止状态，而场效应晶体管Q也就仍为导通状态，于是发电机11会自励发电并开始对蓄电池12充电，并且此时的电流是由发电机11来供给，其激磁电流路径依序为：交流发电机111的正极、激磁线圈113、磁场接线端F、场效应晶体管Q、接地接线端GND至交流发电机111的负极。同时，发电电压也会继续随转速升高迅速上升。

接着，当发电电压上升到等于电压调节器10的调节上限点时，电压调节器11开始启动调节运行。此时分压电路1021的分压点的电压得以使稳压二极管D1反向击穿而形成导通，于是第一晶体管Q1导通。而第一晶体管Q1导通使得场效应晶体管Q因栅极端具有低电压电平而形成截止。于是，激磁电流路径便会被切断，而由于磁场被断路，磁通下降，使得发电机的发电电压会经由飞轮二极管D1进行放电而开始下降。

当发电机电压下降到等于电压调节器10的调节下限点时，稳压二极管D2即又形成截止，于是第一晶体管Q1也就截止，而场效应晶体管Q重新导通，于是激磁电流路径即恢复导通，进而再让发电机11的发电电压上升。以此原理不断地重复执行，即可让发电机11的发电电压控制在一定范围内。

而在上述工作原理中值得一提的是，本发明所设计的电压调节器10即能在发电机11启动运转前及启动运转中控制场效应晶体管Q为导通状态。而通过场效应晶体管Q的特性，以及能在发电机启动运转前导通，让电压调节器10在正接线端D+与磁场接线端F之间的压降得以降低，进而产生较大的激磁电流来带动发电机11运转，以建立电压，借以避免因激磁电流较小而让发电机11需于高转速下才能建立电压。

请再参考图2，为本发明电压调节系统的第二实施例电路示意图。本实施例中的元件与第一实施例相同的采用一致的标记标示。并且本实施例的电压调节系统1a及其中的电压调节器10a在动作原理及达成的功效上是与第一实施例相同。而本实施例与第一实施例主要的差异点即在于开关控制单元102a的设计。本实施例的开关控制单元102a进一步包含一第二晶体管Q2，用以连接于分压电路1021及稳压二极管D2之间，第二晶体管Q2的一基极端连接分压电路1021的分压点，第二晶体管Q2的一集电极端连接正接线端D+，而第二晶体管Q2的一发射极端连接稳压二极管D2的负端。

于是，通过本实施例的设计，可以让开关控制单元102a的反应时间更快，以更确切地依据供应电压来控制稳压二极管D2及第一晶体管Q1的导通或截止的状态。

综上所述，本发明设计利用电压驱动的场效应晶体管来作为电压调节器中的功率晶体管，让采用三接线端的电压调节器也可以有效地降低发电机激磁线圈的两端电压的压降，借以产生较大的电流来带起发电机运转，而达到让发电机在低转速下建立电压的目的。

以上所述，仅为本发明的具体实施例的详细说明及附图而已，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，任何本领域的普通技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在所附本发明所界定的权利要求。

Claims (18)

1.一种电压调节器，其特征在于，连接一发电机及一蓄电池，该电压调节器系具有一正接线端、一磁场接线端及一接地接线端，该电压调节器包括：

一激磁驱动单元，连接该正接线端及该磁场接线端，并且通过该正接线端来接收一供应电压，而通过该磁场接线端来连接该发电机的一激磁线圈，该激磁驱动单元利用一场效应晶体管来作为一驱动开关，以通过该场效应晶体管的启闭来驱动该激磁线圈；及

一开关控制单元，连接该正接线端及该激磁驱动单元，用以依据该供应电压来控制该场效应晶体管；

借此，通过该场效应晶体管的设计，让该发电机得以于低转速下建立电压。

2.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述的场效应晶体管的一栅极端连接该正接线端及该开关控制单元，该场效应晶体管的一漏极端连接该激磁线圈，而该场效应晶体管的一源极端连接于该接地接线端。

3.如权利要求2所述的电压调节器，其特征在于，所述的开关控制单元进一步包含：

一分压电路，通过该正接线端及该接地接线端来并联连接该发电机；

一稳压二极管，该稳压二极管的一负端连接该分压电路的分压点；及

一第一晶体管，该第一晶体管的一基极端连接该稳压二级的一正端，该第一晶体管的一集电极端连接该场效应晶体管的栅极端及该正接线端，而该第一晶体管的一发射极端连接该接地接线端。

4.如权利要求3所述的电压调节器，其特征在于，进一步包含：

一防漏电流单元，连接该正接线端、该第一晶体管的集电极端及该场效应晶体管的栅极端。

5.如权利要求4所述的电压调节器，其特征在于，所述的开关控制单元进一步包含：

一第二晶体管，连接于该分压电路及该稳压二极管之间，该第二晶体管的一基极端连接该分压电路的分压点，该第二晶体管的一集电极端连接该正接线端，该第二晶体管的一发射极端连接该稳压二极管的一负端。

6.如权利要求2所述的电压调节器，其特征在于，进一步包含：

一飞轮二极管，连接于该场效应晶体管的漏极端及该正接线端之间，以并联连接于该激磁线圈。

7.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述的供应电压为该发电机所提供的一发电电压或该蓄电池所提供的一电池电压。

8.如权利要求1所述的电压调节器，其特征在于，所述的发电机进一步由一交流发电机及一整流器电性连接组成。

9.一种电压调节系统，其特征在于，包括：

一蓄电池，用以输出一电池电压；

一发电机，具有一激磁线圈、一第一输出端及一第二输出端，该第一输出端连接该激磁线圈的一端及该蓄电池，该第二输出端连接该激磁线圈的另一端，并且该发电机在建立电压后输出一发电电压；

一电压调节器，连接该蓄电池及该发电机，并且具有一正接线端、一磁场接线端及一接地接线端，该正接线端连接该第一输出端，该磁场接线端连接该第二输出端，而该电压调节器进一步包含：

一激磁驱动单元，连接该正接线端及该磁场接线端，用以接收该电

池电压或该发电电压，该激磁驱动单元利用一场效应晶体管来作为一驱

动开关，以通过该场效应晶体管的启闭来驱动该激磁线圈；及

一开关控制单元，连接该正接线端及该激磁驱动单元，用以依据该

电池电压或该发电电压来控制该场效应晶体管；

借此，通过该场效应晶体管的设计，让该发电机得以于低转速下建立电压。

10.如权利要求9所述的电压调节系统，其特征在于，所述的场效应晶体管的一栅极端连接该正接线端及该开关控制单元，该场效应晶体管的一漏极端连接该磁场接线端，而该场效应晶体管的一源极端连接于该接地接线端。

11.如权利要求10所述的电压调节系统，其特征在于，所述的开关控制单元进一步包含：

一分压电路，通过该正接线端及该接地接线端来并联连接该发电机；

一稳压二极管，该稳压二极管的一负端连接该分压电路的分压点；及

一第一晶体管，该第一晶体管的一基极端连接该稳压二级管的一正端，该第一晶体管的一集电极端连接该场效应晶体管的栅极端及该正接线端，而该第一晶体管的一发射极端连接该接地接线端。

12.如权利要求11所述的电压调节系统，其特征在于，所述的电压调节器进一步包含：

一防漏电流单元，连接该正接线端、该第一晶体管的集电极端及该场效应晶体管的栅极端。

13.如权利要求12所述的电压调节系统，其特征在于，所述的开关控制单元进一步包含：

一第二晶体管，连接于该分压电路及该稳压二极管之间，该第二晶体管的一基极端连接该分压电路的分压点，该第二晶体管的一集电极端连接该正接线端，该第二晶体管的一发射极端连接该稳压二极管的一负端。

14.如权利要求10所述的电压调节系统，其特征在于，所述的电压转换器进一步包含：

一飞轮二极管，连接于该场效应晶体管的漏极端及该正接线端之间，以并联连接于该激磁线圈。

15.如权利要求9所述的电压调节系统，其特征在于，进一步包含：

一启动单元，连接于该第一输出端及该正接线端之间。

16.如权利要求15所述的电压调节系统，其特征在于，所述的启动单元进一步包含：

一启动开关，连接该第一输出端；及

一启动指示灯，连接该启动开关及该正接线端。

17.如权利要求16所述的电压调节系统，其特征在于，所述的启动指示灯为灯泡或发光二极管。

18.如权利要求9所述的电压调节系统，其特征在于，所述的发电机进一步由一交流发电机及一整流器电性连接组成。

Images