CN104079224A - 一种带软启动多功能电压调节器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带软启动多功能电压调节器，包括IG致能电路、调压模块、输出驱动电路、P端信号处理、控制模块、软启动电路和指示电路。其特征在于：IG致能电路是控制蓄电池与发电机输出端间连接或断开的电路，调压模块的输出连接到输出驱动电路，输出驱动电路接受来自调压模块和软启动电路的控制信号，以调节发动机的转子的励磁；P端信号处理与发电机定子相信号输出相连，P端信号处理处理发电机定子相信号输出后连接到控制模块，控制模块的输出分别连接到指示电路和软启动电路，软启动电路的输出再连接到输出驱动电路。其优点是：该调节器结构简单，易于实现，可靠性好，极大的降低了使用成本。

Description

一种带软启动多功能电压调节器

技术领域

本发明涉及一种电压调节器，属于电机调节技术领域，尤其是一种带软启动多功能电压调节器。

背景技术

发电机是汽车上最重要的供电设备，而调节器则是控制电机供电电压和负载输出的核心。现在多功能调节器的应用主要使用功能芯片，但此类芯片价格高，增加了整体成本。随着汽车的中低端发展，成本越低，能够极大的提高竞争力。一款既能满足功能需求，可靠性需求的调节器，无疑是制胜的武器。

多功能调节器比单功能调节器具有一些特殊功能，如软启动、缺相警示、过压低压警示和短路保护功能，若用单功能调节器实现多功能调节器的功能，其中最难的就是在单功能调节器上加入软启动功能。例如一些多功能简装版调节器无软启动，当汽车点火钥匙处于ON的状态时，电机在预励磁状态会处于100%完全打开状态，转子中会流过5A左右电流，这样会增加电瓶消耗的功率，造成不必要的浪费。

软启动能够实现，在电机转速低于900RPM时，调节器处于预励磁20%状态，转子中流过1A电流，当电机转速高于900RPM时，软启动消失，电机处于全励磁工作状态，这样能够有效降低电瓶消耗的功率。

缺相警示功能，是指当三相信号不足时，电瓶指示灯亮报警，当三相信号达到设定要求时，指示灯熄灭。

因此如何做到即满足功能需求，又有效降低成本，目前还没有很好的解决办法。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足，提供一种带软启动多功能电压调节器，该调节器使用分离元器件实现多功能芯片所具有的软启动和缺相警示功能，达到极低成本控制。

本发明是通过以下技术方案实现：一种带软启动多功能电压调节器，包括IG致能电路、调压模块、输出驱动电路、P端信号处理、控制模块、软启动电路和指示电路。其特征在于：IG致能电路是控制蓄电池与发电机输出端间连接或断开的电路，调压模块的输出连接到输出驱动电路，输出驱动电路接受来自调压模块和软启动电路的控制信号，以调节发动机的转子的励磁；P端信号处理与发电机定子相信号输出相连，P端信号处理处理发电机定子相信号输出后连接到控制模块，控制模块的输出分别连接到指示电路和软启动电路，软启动电路的输出再连接到输出驱动电路。

IG致能电路上电时，B+端电压提供给调压模块作采集信号，同时也给调压模块、输出驱动电路、P端信号处理、控制模块、软启动电路和指示电路提供源。

软启动电路中，Q2使用ST的运放TS321做比较器，上电时1脚为高电位VCC，3脚电位最高为2/3VCC，由R10和R12并联后与R11串联得到，4脚为低电位，4脚电位比3脚低， 则C5电容开始充电，4脚电位增大；当4脚电位大于3脚电压2/3VCC时，1脚输出低电位，则电容C5开始放电，4脚电位减小，当4脚电位小于3脚电压1/3VCC时，由R11和R12并联后与R10串联得到，1脚输出高电位，如此重复，1脚产生软启动方波SS_out。

电容C5的充电电阻为R14，放电电阻为R14和R13，D1的作用是使C5的充电路径和放电路径不同，放电速度比充电速度快。C5为0.1uF，R14为100K，R13为21K时，软启动方波的频率为200Hz，占空比为20%。改变R14和R13的阻值能改变方波的频率和占空比。

P端信号处理，采用二阶RC低通滤波器，二阶低通滤波器比一阶低通滤波器效果更好，二阶低通滤波器滤除高频成分，通过运放对低频信号进行放大，在电机转速为900RPM时，电压有效值为3.5V，当电机转速高于900RPM时，低频信号达到软启动截止和指示灯熄灭点。

当电机转速低于900RPM时，三相中的一相断开或电压有效值低于3.5V时，指示灯亮报警。

本发明的有益效果是：采用分立器件，达到多功能芯片所具有的软启动和缺相警示功能，结构简单，易于实现，可靠性好，能极大的降低了使用成本。适用于14V和28V多功能调节器。

 

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的电路原理图。

图2是SS_out和SS_C波形对比图。

图3是电机600RPM时P端信号图。

图4 P端P_IN/P_OUT波特图。

图中：1.IG致能电路，2.调压模块，3.输出驱动电路，4.P端信号处理，5.控制模块，6.软启动电路，7.指示电路。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括IG致能电路1、调压模块2、输出驱动电路3、P端信号处理4、控制模块5、软启动电路6和指示电路7。IG致能电路1是控制蓄电池与发电机输出端间连接或断开的电路，IG致能电路1的输出为模块2、输出驱动电路3、P端信号处理4、控制模块5、软启动电路6和指示电路7提供电源，调压模块2的输出连接到输出驱动电路3，输出驱动电路3接受来自调压模块和软启动电路的控制信号，以调节发动机的转子的励磁；P端信号处理4与发电机定子相信号输出相连， P端信号处理4处理发电机定子相信号输出后连接到控制模块5，控制模块5的输出分别连接到指示电路7和软启动电路6，软启动电路6的输出再连接到输出驱动电路3。

IG致能电路1为上电开关电路，当IG上电时，将B+端电压提供给调压模块作采集信号，同时也给调压模块2、输出驱动电路3、P端信号处理电路4、控制模块5、软启动电路6和指示电路7提供电源。

软启动电路6中，Q2使用ST的运放TS321做比较器，上电时1脚为高电位VCC，3脚电位最高为2/3VCC，由R10和R12并联后与R11串联得到，4脚为低电位，4脚电位比3脚低，所以C5电容开始充电，4脚电位增大，当4脚电位大于3脚电压2/3VCC时，1脚输出低电位，则电容C5开始放电，4脚电位减小，当4脚电位小于3脚电压1/3VCC时，由R11和R12并联后与R10串联得到，1脚输出高电位，如此重复，1脚产生软启动方波SS_out，如图2所示。电容C5的充电电阻为R14，放电电阻为R14和R13，D1的作用是使C5的充电路径和放电路径不同，放电速度比充电速度快。C5为0.1uF，R14为100K，R13为21K时，软启动方波的频率为200Hz，占空比为20%。改变R14和R13的阻值能改变方波的频率和占空比。

图3为发电机未发电前，电机三相Phase即 P端信号在600RPM时的波形图，其成分复杂，含有直流量和高频成分，P端有益信号为直流量，有害成分为高频信号，因为高频干扰大，会造成软启动信号不正常的产生和截止，所以需要将其滤除。

图1中 P端信号处理4采用二阶RC低通滤波器，二阶低通滤波器比一阶低通滤波器效果更好，低通将高频成分滤除，其截止频率f=0.37/(2πRC)=12.5Hz。

图4为P端输入输出信号的波特图，由此可以看出高于12Hz的信号将被滤除。

P端信号随着转速升高而增大，900RPM时P端信号直流有效值为3.5V，经P端信号处理后，P_OUT输出值为5.25V，达到图1中控制模块5稳压管开启电压。当电机转速低于900RPM时，稳压管ZD1不导通，则：

1)  控制模块5中Q3不工作，软启动电路SS_out输出200Hz、占空比20%的方波，经过Q6输出，控制输出驱动电路3中功率管Q7的栅极，使F端输出200Hz、占空比20%的方波，即调节器处于软启动状态,；

2)  指示电路7中Q4不工作，Q5处于饱和导通状态，指示灯亮，电机处于未发电无对外输出状态；

当电机转速高于900RPM时，稳压管ZD1导通，则：

1) Q3处于饱和状态，软启动电路SS_out输出低电平，Q6不工作，软启动截止，调节器处于全励磁状态；

2) Q4处于饱和状态，Q5处于截止状态，指示灯灭，电机处于发电可输出状态。

其带软启动调节器的工作原理为：

当车上点火开关处于断开时，IG端无电压，调节器不工作，指示灯处于熄灭状态，电机不发电，发电机电压B+端电压等于电瓶电压，此时只有电瓶能对外供电。

当点火开关接通后，IG上电，指示灯亮，调节器动作，功率管Q7打开，蓄电池通过B+端提供励磁电流到磁场绕组（转子），P端有信号产生，P端电压信号和频率随发电机转速增大而增大，当电机转速小于900RPM时，F端处于软启动状态，输出200Hz、占空比20%的方波；当电机转速大于900RPM时，指示灯熄灭，F端处于全励磁状态，B+端电压随转速增大而增大，当发电机B+端电压大于电瓶电压时，发电机开始对外供电，当B+端电压升高到等于调节上限电压时，Q7截止，转子磁场电路被切断，发电机输出电压迅速下降。当B+端电压下降到等于调节下限时，功率管Q7重新导通，转子磁场电路重新接通，发电机电压上升，周而复始，发电机输出电压被控制为一个稳定的值。

线路图上的R21、R22和ZD2决定调节器的调节电压，选择不同的阻值和稳压值，可以将此调节器设计为14V或28V调节器。

Claims (5)

1.一种带软启动多功能电压调节器，包括IG致能电路、调压模块、输出驱动电路、P端信号处理、控制模块、软启动电路和指示电路；其特征在于：IG致能电路是控制蓄电池与发电机输出端间连接或断开的电路，调压模块的输出连接到输出驱动电路，输出驱动电路接受来自调压模块和软启动电路的控制信号，以调节发动机的转子的励磁；P端信号处理与发电机定子相信号输出相连，P端信号处理处理发电机定子相信号输出后连接到控制模块，控制模块的输出分别连接到指示电路和软启动电路，软启动电路的输出再连接到输出驱动电路。

2.根据权利要求1所述一种带软启动多功能电压调节器，其特征在于：IG致能电路上电时，B+端电压提供给调压模块作采集信号，B+端电压给调压模块、输出驱动电路、P端信号处理、控制模块、软启动电路和指示电路提供电源。

3.根据权利要求1所述一种带软启动多功能电压调节器，其特征在于：在软启动电路中使用比较器产生软启动方波，其频率为200HZ、占空比为20%。

4.根据权利要求1所述的一种带软启动多功能电压调节器，其特征在于：P端信号处理采用二阶低通滤波器，二阶低通滤波器滤除高频成分，通过运放对低频信号进行放大，在电机转速高于900RPM时，低频信号达到软启动截止和指示灯熄灭点。

5.根据权利要求4所述的一种带软启动多功能电压调节器，其特征在于：在电机转速低于900RPM时，三相中的一相断开或电压有效值低于3.5V时，指示灯亮报警。