CN107547021A - 多功能a电路电压调节器 - Google Patents

Abstract

一种多功能A电路电压调节器，包括：采样单元1通过阈值单元2连接开关控制单元3；开关控制单元3输出端连接开关单元4输入端、公共端连接复位单元10第二端；开关单元4接地端接地、输出端为励磁端F；续流单元5连接励磁端和正极；反馈单元6连接励磁端和开关控制单元3输入端，输入端通过阻性模块8连接励磁端、输出端连接定时单元9输入端；定时单元9输出端连接复位单元10第一端、定时单元9第三端和复位单元10第三端接地；容性模块11连接复位单元10第一端和状态识别单元7输入端；受相位端子控制的预激磁电流调制单元13连接于开关控制单元3的输出端和输入端之间，充电指示灯控制单元14与地、相位端子P、IG输入端连接。

Description

多功能A电路电压调节器

技术领域

本发明属于汽车电子控制技术领域，尤其涉及多功能A电路电压调节器。

背景技术

现有电压调节器按照所组成的元件类别分为：

1、分立器件电压调节器：一般是传统基本线路，大多数这类产品其功率管栅极驱动波形不良、栅极被野蛮驱动、很多机会工作于放大区域，使功率管开关损耗加大、励磁波形毛刺多、抖动较大、拐点圆滑、温升高、易损坏；往往依赖于对元器件的高度苛刻筛选才能对波形有所改善, 其励磁频率的调整依赖于采样电路和滤波电容组成的单级或多级RC阻容网络，使励磁频率随负载及蓄电池滤波系数变化不稳，还容易造成励磁延迟导致过压励磁；个别品种分立器件调节器具有过流保护也是在干路上串联大电流小阻值的取样电阻，导致保护动作滞后、发热较多、体积较大以及电路复杂，故障率仍较高。

2、集成芯片附加外围电路的电压调节器：外围电路仍较繁琐、集成电路耐压较低，一般耐压在40～70V，而且多数集成电路的最低启动电压一般不低于7V，部分集成电路的励磁频率仍然不能限制范围、另有部分集成电路没有对功率管的过流保护功能(如CS3351、TEI003等)，而且一般集成电路成本较高，有些集成电路过于细密、焊接工艺要求甚高、焊锡过于薄细、受到发电机变温环境易于开焊、可靠性降低。

3、单芯片电压调节器：这种为功率芯片，其优点是体积小、易于焊接、可靠性强，但这类芯片多为世界级汽车电子厂商专供，未予商业化提供，另外也有少数商业化产品芯片。这些芯片的耐压均较低，在40～60V，对于非雪崩桥的发电机来说，上机不久即损坏，有些还危及整流桥，而且这些芯片价格较高。

4、单片机类电压调节器：其外围电路仍较繁琐、集成电路耐压较低，一般耐压在40～70V，而且多数集成电路的最低启动电压一般不低于4.5V，部分集成电路的励磁频率仍然不能限制范围、另有部分调节器没有对功率管的过流保护功能，而且一般集成电路成本较高，有些单片机集成电路抗干扰性不良、或者耐温性能不佳、可靠性降低。

发明内容

本发明是将励磁频率制约、功率管过流保护(转子短路保护)、分立器件耐温特性好、分立器件耐反压较高、元件数目较少、体积小、成本较低、励磁波形规则及高可靠性集于一身，以期制造成本较低、性能优异的高可靠性的发电机电压调节器，本发明的技术方案是：

提供了一种多功能A电路电压调节器，其特殊之处在于包括，采样单元1、阈值单元2、开关控制单元3、开关单元4、续流单元5、反馈单元6、状态识别单元7、阻性模块8、定时单元9、复位单元10、容性模块11和IG激活模块12，其中：

所述采样单元1具有正极端、负极端和输出端，

所述阈值单元2具有输入端和输出端，

所述开关控制单元3包括输入端、输出端、公共端和正极端，

所述开关单元4具有输入端、输出端和接地端，

所述续流单元5为续流二极管，

所述反馈单元6包括输入端和输出端，

所述状态识别单元7具有正极端、输入端和输出端，

所述阻性模块8为具有限流电阻特性的阻性电路，

所述定时单元9具有输入端、输出端和第三端，

所述复位单元10具有第一端、第二端和第三端，

所述容性模块11为具有充放电特性的容性电路，

所述IG激活模块12具有接地端、控制端和IG输入端，

所述采样单元1的正极端连接所述发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、负极端接地(即电源负极E)、所述采样单元的输出端连接所述阈值单元2的输入端；

所述阈值单元2的输出端连接所述开关控制单元3的输入端，

所述开关控制单元3的输出端连接所述开关单元4的输入端，所述开关控制单元3的公共端连接所述复位单元10的第二端，所述开关控制单元3的正极端连接所述发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

所述开关单元4的接地端接地、所述开关单元4的输出端作为所述发电机电压调节器的励磁控制端F，用于控制A电路发电机励磁绕组的冷端，

所述续流二极管的正极连接所述开关单元4的输出端、所述续流二极管的负极连接所述发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

所述反馈单元6的输入端连接所述开关单元4的输出端、所述反馈单元6的输出端连接所述开关控制单元3的输入端，

所述状态识别单元7的正极端连接所述发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、所述状态识别单元7的输入端通过所述阻性模块8连接所述开关单元4的输出端、所述状态识别单元7的输出端连接所述定时单元9的输入端，

所述定时单元9的输出端连接所述复位单元10的第一端、所述定时单元9的第三端接地或接电源正极，

所述复位单元10的第三端接地，

所述容性模块11的一端连接所述复位单元10的第一端、所述容性模块11的另一端连接所述状态识别单元7的输入端或连接所述开关单元4的输出端，

所述IG激活模块12的接地端接地、控制端连接所述开关控制单元3的输出端，所述IG输入端连接电压调节器的IG输入端子，

当所述IG输入端输入正极性控制电压时，所述电压调节器功能被激活使开关单元4导通接通励磁电流。

进一步优选的，本发明还提供了一种多功能A电路电压调节器，其特殊之处在于：

所述采样单元1包括电阻R1、R2和电容C1，所述电阻R1和R2串联连接，电阻R2和电容 C1并联，电阻R1的另一端为所述采样单元的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、电阻R2的另一端为负极端接地(即电源负极E)、电阻R1和R2串联连接节点为所述采样单元的输出端连接所述阈值单元2的输入端；

所述阈值单元2包括稳压二极管D1，稳压二极管D1的负极即为阈值单元2的输入端，所述稳压二极管D1的正极为输出端连接所述开关控制单元3的输入端，

所述开关控制单元3包括三极管Q1和电阻R3，所述三极管Q1的基极作为开关控制单元3 的输入端，所述三极管Q1的集电极和所述电阻R3连接，所述三极管Q1的集电极还作为开关控制单元3的输出端连接开关单元4的输入端，所述三极管Q1的发射极为公共端连接复位单元10 的第二端，所述电阻R3的另一端作为所述开关控制单元3的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

所述开关单元4包括功率场效应管Q2，所述功率场效应管Q2的源极作为所述开关单元4的接地端、所述功率场效应管Q2的漏极作为开关单元4的输出端即发电机电压调节器的励磁控制端F，用于控制A电路发电机励磁绕组的冷端，

所述续流单元5为续流二极管D2，所述续流二极管D2正极连接所述开关单元4的输出端、所述续流二极管D2的负极连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

所述反馈单元6包括反馈电阻R4，所述电阻R4的一端为反馈单元6的输入端连接开关单元 4的输出端、所述电阻R4的另一端为所述反馈单元6的输出端连接所述开关控制单元3的输入端，

所述状态识别单元7包括三极管Q3，所述三极管Q3发射极为状态识别单元7的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、所述三极管Q3基极为状态识别单元7的输入端通过阻性模块8连接所述开关单元4的输出端、所述三极管Q3集电极为状态识别单元7的输出端连接定时单元9的输入端，

所述定时单元9包括电容C2和电阻R6，所述电容C2的一端与所述电阻R6连接，所述电容C2与所述电阻R6的连接节点作为所述定时单元9的输入端，所述电阻R6的另一端作为所述定时单元9的输出端连接复位单元10的第一端、所述电容C2的另一端作为所述定时单元9的第三端接地或接电源正极，

复位单元10包括三极管Q4，所述三极管Q4的基极作为所述复位单元10的第一端，所述三极管Q4的集电极作为所述复位单元10的第二端，所述三极管Q4的发射极作为所述复位单元10 的第三端接地，

容性模块11包括电容C3，所述电容C3一端连接复位单元10的第一端、所述电容C3另一端连接状态识别单元7的输入端或连接所述开关单元4的输出端，

IG激活模块12包括三极管Q5、二极管D5和电阻R7、R8，所述三极管Q5的集电极和所述电阻R7一端连接作为接地端接地、所述三极管Q5的发射极作为控制端连接所述开关控制单元3 的输出端，所述电阻R7的另一端通过所述电阻R8连接所述三极管Q5的基极，所述电阻R7、R8的连接节点还连接所述二极管D5的负极，所述二极管D5的正极作为IG输入端连接电压调节器的IG输入端子。

进一步的，本发明还提供了一种多功能A电路电压调节器，其特殊之处在于还包括：

预激磁电流调制单元13，所述预激磁电流调制单元13具有接地端、第一端、第二端和相位端子 P输入端，所述接地端接地、所述第一端与所述开关控制单元3的输出端连接、所述第二端与所述开关控制单元3的输入端连接、所述相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号，

当所述电压调节器经IG输入端激活并励磁时，在所述相位端子P输入端未接收到发电机的相位信号时，所述预激磁电流调制单元13将所述开关控制单元3的输出端电压信号反馈至开关控制单元3的输入端，使所述电压调节器产生振荡波，从而使所述开关单元4的功率管工作于占空比控制的开关状态以减小发电机未旋转时的励磁电流，用于减少能源损耗和降低功率管及励磁绕组温升；在所述相位端子P输入端接收到发电机的相位信号时，所述预激磁电流调制单元13 将所述开关控制单元3的输出端至开关控制单元3的输入端之间的反馈回路切断，使所述电压调节器的开关单元4的功率管切入到正常调节状态、以使发电机在欠压时可以满励磁及过压时可以正常调节励磁。

进一步优选的，本发明还提供了一种多功能A电路电压调节器，其特殊之处在于：

所述预激磁电流调制单元13包括三极管Q6、二极管D6与D7、电阻R9、R10及R11，所述三极管Q6的发射极作为预激磁电流调制单元13的第一端与三极管Q1集电极连接，所述三极管 Q6的集电极连接所述电阻R9，所述电阻R9的另一端作为所述预激磁电流调制单元13的第二端与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q6的基极通过所述电阻R10与二极管D6的正极连接，所述二极管D6的负极与二极管D7的负极和电阻R11的一端同时连接，所述电阻R11的另一端作为所述预激磁电流调制单元13的接地端接地，所述二极管D7的正极作为所述预激磁电流调制单元13的相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号。

进一步的，还提供了一种多功能A电路电压调节器，其特征在于还包括：

充电指示灯控制单元14，所述充电指示灯控制单元14具有接地端、相位端子P输入端、IG输入端和充电指示灯控制端L，所述接地端接地、所述相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号，所述IG输入端连接调节器的IG端子，所述充电指示灯控制端用于控制发电机充电指示灯；

当所述电压调节器经IG输入端激活时，在所述相位端子P输入端未接收到发电机的相位信号时，所述充电指示灯控制端L对地导通使发电机充电指示灯点亮；在所述相位端子P输入端接收到发电机的相位信号时，所述充电指示灯控制端L对地截止使发电机充电指示灯熄灭；

在电压调节器功率管电流过大时，由所述反馈单元6反馈功率管饱和压降信号、通过所述开关控制单元3和所述复位单元10关闭所述开关单元输入端的控制电压，使所述开关单元的功率管在过流时截止受到保护，同时由于发电机停止发电使相位信号缺失，充电指示灯控制单元14 点亮充电指示灯用于转子短路报警，当短路解除时，调节器恢复正常工作。

进一步优选的，本发明还提供了一种多功能A电路电压调节器，其特殊之处在于：

所述充电指示灯控制单元14包括三极管Q7、场效应管Q8、二极管D8、稳压管D9、电容 C7、电阻R12和R13，其中：所述电容C7的一端、所述三极管Q7的发射极、所述场效应管Q8的源极和所述稳压管D9的正极同时连接作为接地端接地，所述电容C7的另一端与所述二极管 D8的负极连接并通过所述电阻R12与所述三极管Q7基极连接，所述三极管Q7集电极和所述场效应管Q8的栅极连接还与所述电阻R13一端连接，所述电阻R13另一端作为所述充电指示灯控制单元14的IG输入端，所述二极管D8的正极作为所述充电指示灯控制单元14的相位端子P 输入端。

本发明的有益效果是：由于采用多个晶体管的分时交互反馈模式的特殊电路，使得由这样简单电路所构成的发电机电压调节器具有：励磁频率制约功能即励磁频率范围可以设定且变化范围较小、灵敏的功率管过流保护(转子短路保护)功能、采用分立器件使耐温与耐压特性优于集成电路、所采用的元件数目较少、电路体积小、制造成本较低、功率管励磁波形规则，可以作为性能优异的高可靠性的发电机电压调节器的优选电路。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的具有IG激活功能的多功能A电路发电机电压调节器；

图2是本发明实施方式提供的具有IG激活和停机预激磁占空比控制功能的多功能A电路发电机电压调节器；

图3是本发明实施方式提供的具有IG激活、停机预激磁占空比控制功能和相位P端子控制充电指示灯的多功能A电路发电机电压调节器。

具体实施方式

本发明是将励磁频率制约、功率管过流保护(转子短路保护)、分立器件耐温特性好、分立器件耐反压较高、元件数目较少、体积小、成本较低、励磁波形规则及高可靠性集于一身，以期制造成本较低、性能优异的高可靠性的发电机电压调节器。

实施例1

本发明实施方式提供了一种多功能A电路电压调节器，参见图1所示，图中的虚线方框表示了各个单元结构之间的连接关系，其基本结构包括，

采样单元1、阈值单元2、开关控制单元3、开关单元4、续流单元5、反馈单元6、状态识别单元7、阻性模块8、定时单元9、复位单元10、容性模块11和IG激活模块12，其中：

采样单元1具有正极端、负极端和输出端，

阈值单元2具有输入端和输出端，

开关控制单元3包括输入端、输出端、公共端和正极端，

开关单元4具有输入端、输出端和接地端，

续流单元5为续流二极管，

反馈单元6包括输入端和输出端，

状态识别单元7具有正极端、输入端和输出端，

阻性模块8为具有限流电阻特性的阻性电路，

定时单元9具有输入端、输出端和第三端，

复位单元10具有第一端、第二端和第三端，

容性模块11为具有充放电特性的容性电路，

IG激活模块12具有接地端、控制端和IG输入端，

采样单元1的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、负极端接地(即电源负极E)、采样单元的输出端连接阈值单元2的输入端；

阈值单元2的输出端连接开关控制单元3的输入端，

开关控制单元3的输出端连接开关单元4的输入端，开关控制单元3的公共端连接复位单元 10的第二端，开关控制单元3的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

开关单元4的接地端接地、开关单元4的输出端作为发电机电压调节器的励磁控制端F，用于控制A电路发电机励磁绕组的冷端，

续流二极管的正极连接开关单元4的输出端、续流二极管的负极连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

反馈单元6的输入端连接开关单元4的输出端、反馈单元6的输出端连接开关控制单元3的输入端，

状态识别单元7的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、状态识别单元7的输入端通过阻性模块8连接开关单元4的输出端、状态识别单元7输出端连接定时单元9的输入端，

定时单元9的输出端连接复位单元10的第一端、定时单元9的第三端接地或接电源正极，

复位单元10的第三端接地，

容性模块11的一端连接复位单元10的第一端、容性模块11的另一端连接状态识别单元7 的输入端或连接开关单元4的输出端，

IG激活模块12的接地端接地、控制端连接开关控制单元3的输出端，IG输入端连接电压调节器的IG输入端子，

当IG输入端输入正极性控制电压时，电压调节器功能被激活使开关单元4接通励磁电流。

下面结合附图1中的元件阐述连接关系和工作原理：

1、电路结构包括：采样单元1包括电阻R1、R2和电容C1，电阻R1和R2串联连接，R2和电容C1并联，电阻R1的另一端为采样单元的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、电阻R2的另一端为负极端接地(即电源负极E)、电阻R1和R2串联连接节点为采样单元的输出端连接阈值单元2的输入端；

阈值单元2包括稳压二极管D1，其负极即为阈值单元2的输入端，其正极为输出端连接开关控制单元3的输入端，

开关控制单元3包括三极管Q1和电阻R3，三极管Q1的基极作为开关控制单元3的输入端，三极管Q1的集电极和电阻R3连接，集电极还作为开关控制单元3的输出端连接开关单元4的输入端，三极管Q1的发射极为公共端连接复位单元10的第二端，电阻R3的另一端作为开关控制单元3的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

开关单元4包括功率场效应管Q2，其源极作为开关单元4的接地端、漏极作为开关单元4 的输出端即发电机电压调节器的励磁控制端F，用于控制A电路发电机励磁绕组的冷端，

续流单元5为续流二极管D2，其正极连接开关单元4的输出端、负极连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

反馈单元6包括反馈电阻R4，其一端为反馈单元6的输入端连接开关单元4的输出端、另一端为反馈单元6的输出端连接开关控制单元3的输入端，

状态识别单元7包括三极管Q3，其发射极为状态识别单元7的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、基极为状态识别单元7的输入端通过阻性模块8连接开关单元4的输出端、集电极为状态识别单元7的输出端连接定时单元9的输入端，

定时单元9包括电容C2和电阻R6，电容C2的一端与电阻R6连接，连接节点作为定时单元9的输入端，电阻R6的另一端作为定时单元9的输出端连接复位单元10的第一端、电容C2 的另一端作为定时单元9的第三端接地或接电源正极(为便与说明避免混乱，图中仅示出定时单元9低第三端接地，以下同)，

复位单元10包括三极管Q4，其基极作为复位单元10的第一端，集电极作为复位单元10的第二端，发射极作为复位单元10的第三端接地，

容性模块11包括电容C3，其一端连接复位单元10的第一端、另一端连接状态识别单元7 的输入端或连接开关单元4的输出端，

IG激活模块12包括三极管Q5、二极管D5和电阻R7、R8，三极管Q5的集电极和电阻R7一端连接作为接地端接地、三极管Q5的发射极作为控制端连接开关控制单元3的输出端，电阻 R7的另一端通过电阻R8连接三极管Q5的基极，电阻R7、R8的连接节点还连接二极管D5的负极，二极管D5的正极作为IG输入端连接电压调节器的IG输入端子。

2、该调节器工作过程是：

①IG未激活状态：IG端子无正电压，二极管D5无电流，若电源正极D+/B+端子有电压，则电阻R7、R8为三极管Q5提供基极偏流使其导通，将功率管Q2栅极电位对地拉低，功率管Q2 截止,一般建议电阻R3阻值在10KΩ以上,因此此时在D+/B+端接上12V电源时，漏电流在1.2mA 左右，根据实践经验，一般30A功率场效应管的栅极上偏置电阻可在20KΩ左右，因此其漏电电流在0.6mA左右，完全在合理范围。

②IG激活状态下的欠压励磁：

当IG端子连接正电源时，二极管D5负极为高电位，三极管Q5截止。

当发电机输出电压(即端子D+/B+)低于设定值时，电阻R1和R2连接节点的采样信号电压低于稳压管D1触发阈值电压(当然还应该包括三极管Q1的发射结导通阈值和三极管Q4的饱和压降，由于这两者之和很低，为叙述方便，暂且忽略)，三极管Q1截止使开关控制单元3输出高电位，于是功率场效应管Q2饱和导通接通发电机励磁绕组的励磁电流，同时输出低电位。与此同时，Q2输出的低电位通过电阻R5使三极管Q3导通，一方面通过反馈单元的电阻R4拉低开关控制单元输入端电位使开关控制单元输出高电位，使得该状态为稳态，第二方面为定时单元9 内的储能电容C2充电、第三方面通过定时单元9内的限流电阻R6为三极管Q4基极提供直流信号，使三极管Q4导通，即复位单元10的第二端对第三端(即地)导通，为过压时或者过流时 Q1对地导通做好准备。

③过压后“定时长”截止：随着发电机运转，当发电机输出电压高于设定值时，采样单元1 所获取的采样信号电压高于阈值单元2触发阈值电压，开关控制单元3输出低电位，使开关单元 4截止，切断发电机励磁绕组的励磁电流，这期间由于电阻R4的正反馈作用，使功率管迅速截止，不会在放大区滞留，关断损耗很小，功率管温升低，栅极驱动波形没有毛刺。

同时，开关单元4输出高电位，通过阻性模块8使状态识别单元7截止，一方面使定时单元 9内的储能电容C2停止充电、另方面该储能电容C2通过电阻R6继续为三极管Q4提供基级电流，使其仍然导通，其导通时长为储能电容C2通过电阻R6放电结束的时间为其定时长，此状态为暂稳态，在每一次功率管截止后都要经历一次这个由电容C2通过电阻R6和三极管Q4发射结放电时间常数决定的“定时长”，这也是该电路在发电机正常调节电压时的励磁频率范围相对稳定的根本原因，也是本电路设计的诀窍所在。

④自复位导通：当储能电容C2放电结束，三极管Q4恢复截止、三极管Q1对地断开，使开关控制单元3输出高电平，开关单元4随之导通输出低电平，励磁电流被重新接通，同时再次通过阻性模块8使状态识别单元7导通，再次为储能电容充电、也恢复为复位单元10提供直流信号，使复位单元10导通，但此时开关单元4已通过反馈单元6拉低开关控制单元3的输入端电位使开关控制单元3输出高电位，使得该状态已为稳态，这样再次为过压时或者过流时开关控制单元对地导通做好准备，这期间也是由于电阻R4的正反馈作用，使功率管Q2的栅极驱动波形电压达到开启点后急剧上升，使功率管迅速进入饱和导通，不会在放大区滞留，开启损耗很小，功率管温升低，栅极驱动波形没有毛刺。

在发电机电压调节器正常调节过程中，上述过程循环往复。

⑤过流保护：在正常励磁时，如一般车辆发电机在14V条件下的励磁电流为3.8～4.5安培，当由于励磁绕组短路、碰线、碳刷磨料粉末在转子铜环间并联漏电等原因导致开关单元4的励磁功率管过流时，该功率管的饱和压降将会升高，如果不进行限制，很快将会使功率管过热、进而烧毁、击穿功率管，击穿后的功率管呈现永久导通状态，可以导致励磁绕组在恒定大电流下一直励磁，使发电机输出电压过高，可达20～30V以上，会烧坏汽车电脑板、仪表板、点火模块、车上其他控制模块、汽车线束、保险丝、蓄电池、发电机整流桥、发电机定子绕组等，甚至引发火灾，会带来财产损失乃至危及行车安全。

但采用传统线路的现有技术，未能及时有效低做出过流保护，使发电机调节器功率管因过流击穿导致的损坏率较高，发电机厂家因此受到索赔时有发生，即使有过流保护，一般也是在干路中串联大电流电阻或者覆铜铜箔，取样大电流电阻或铜箔电压再经过比较放大二进行过流保护，这样的过流保护电路线路复杂、动作滞后、占用面积大、发热多、而且串联的大电流电阻或铜箔电压在批量产品中的离散性较大、批量产品的一致性不好，再有就是因其复杂成本较高。另有一些过流保护电路虽然取样使功率管的饱和压降，但保护后电路不能复位、需要重现上电才能人工复位，这样的控制电路显然不适宜电压调节器自动调节，如果复位，需要复杂的振荡电路或专门的复位电路，也使电路过于复杂，对于面积极为有限的调节器芯片来说，也不适应。对于采用CPU或者MCU的方法，这些智能芯片用作电压调节器时，要么温度特性不符合、要么抗干扰性不良(因为车上各种电磁干扰信号较多)、要么启动电压较高、要么成本较高。

A、而本发明的该实施例，在发生功率管过流时，功率管输出端的信号电压高于开关控制单元3的输入端触发阈值电压，通过反馈单元在开关控制单元3的输入端输入高电压信号，使开关控制单元3输出低电位，开关单元4输出高电位，这一过程为信号电压的正反馈过程，电路翻转极为迅速，使开关单元4迅速截止，切断发电机励磁绕组的励磁电流，同时，开关单元4输出高电位，通过阻性模块8使状态识别单元7截止，一方面使定时单元9内的储能电容停止充电、另方面该储能电容通过定时单元9内的限流元件继续为复位单元10提供直流信号，使复位单元10 仍然导通，其导通时长为储能电容放电结束的时间为其定时长，此状态为暂稳态。

B、在上述暂稳态后，电路进入自复位导通状态。

C、若短路解除，电路进入前述③的状态。

D、若持续短路，在电路刚进入自复位导通状态时，再次为储能电容充电、也使复位单元10 导通，由于仍然过流，同样经历上述正反馈过程使功率管迅速截止，需再次经历定时时间后才可以恢复，由于使持续短路，每一次定时截止结束后，仅仅经过极其短暂的“试探性”导通，就在功率管输出端获取过高的饱和压降电压触发过流保护动作，脉宽极窄的“试探性”脉冲间隔为定时单元内电容放电时间，因此在连续过流保护时的“试探性”脉冲频率是固定的。在功率管长期过流过程中，上述过程循环往复。当短路解除，电路自动恢复导通。

⑤限频功能：根据前述的过流保护时的“试探性”脉冲频率是固定的，因此，电路在调节器正常调节使的励磁周期的截止过程是定时长的，这一点与现有技术的滤波电容决定励磁频率是完全不同的，由于其功率管导通时长由发电机实时工况的负载率决定，故截止时间与励磁时间共为输出电压的函数因子，因此改变截止时间即会改变励磁时间，因此励磁频率便可以由定时单元内的电容放电时间决定，这样可以限制励磁频率不至于过高、也不至于过低。

对一设定点为14.50V的本发明电路方案的电压调节器实际生产实践的产品测试表明，电容和放电电阻在某一RC时间常数下的励磁频率测试结果如下：

电路中的容性模块11的一端连接于复位单元10的输入端、当另一端连接于状态识别单元7 的输入端时：当接通电源时，电源正极将通过三极管Q3、Q4的发射结为电容C3充电，这一充电电流使Q3、Q4导通，Q3为电容C2迅速充电，并通过电阻R6维持Q4导通，这些都为三极管Q1和Q2及正反馈电阻R4所构成的双稳态的“功率触发器”做好准备。在“功率触发器”处于稳态即Q2导通态时，Q3、Q4导通为触发器翻转为暂稳态做好准备，当“功率触发器”处于暂稳态时，Q3截止、Q4延时导通为触发器翻转为稳态做好准备，容性模块11的电容C3有利于使电路状态确定、加速翻转。当容性模块11另一端连接于功率管Q2输出端时，所起作用与上述基本相同。两种接法均可以起到加速电路响应、稳定电路工作状态、确保功率管以饱和状态可靠导通、提高电路抗干扰性的作用，电容C3容量减小可以减小负载短路过流保护时功率管“导通窄脉冲”宽度，一般建议在百分之一以下(不限于此值)；在下述实施例中的容性模块11与之相同，后文不再重复阐述。

需要说明的是，本领域技术人员较容易理解，上述的定时单元9的电容C2的接地端可以改接为与电源正极连接，同样保证电路功能的实现：

这样即转化为电容C2与三极管Q3并联连连接，当三极管Q3截止时，原来靠电容器C2经过电阻R6放电为三极管Q4提供基极延时接续电流，放电结束则延时结束使三极管Q4截止、功率管Q2开始恢复导通，进而使三极管Q3导通又为电容C2充电；现在的情况是，当三极管Q3截止时，电源正极对电容器C2的充电电流流经电阻R6为三极管Q4提供基极延时接续电流，充电结束则延时结束使三极管Q4截止、功率管Q2开始恢复导通，进而使三极管Q3导通使电容C2放电；两种接法不同，电容C2充放电相位恰恰相反，但对电路工作结果是一样的。附图2中仅以电容器C2一端接地为例，为简便起见，对于C2一端接电源正极的附图从略(以下的实施例同)。

还需要说明的是，图2所示的电路仅仅是为了便于说明本发明的技术方案，实际应用中，为了使电路工作更加稳定可靠，可以在各晶体管的PN结间并接电阻或小容量电容、以及可以在电容模块中串联电阻以降低对相关PN结的电流冲击。在场效应管栅极和源极之间可并接稳压二极管，以限制栅源电压幅值用于保护功率管，或者还可以采取在栅极供电回路增加阻容保护电路。反馈单元内还可以串联稳压管以提高反馈触发阈值，如功率管采用达林顿时，由于达林顿的饱和压降高于普通晶体管发射结导通阈值，可在反馈单元串联稳压管；或采取反馈电阻串连普通二极管，该普通二极管的负极连接功率管输出端，反馈电阻的另一端经串联的稳压管连接开关控制单元输入端，稳压二极管的负极经另一只电阻连接电源正极，这样可以降低有效反馈信号的触发灵敏度、使电路稳定性提高；这也适应于场效应功率管。另外，电阻可以用晶体管恒流源代替、定时单元也可以采用非电容储能的定时电路，而这些均为电子电路的常规技术。

另外，由于电路采用分立器件的耐压值由晶体管参数决定，而高反压晶体管不仅非常常见、而且价格低廉，耐温性能优于集成电路，所以这样的发电机电压调节器耐压值可以容易地做到超过150V(12V系统)、也可以容易做到超过240V以上(28V系统),还由于电路结构十分简单、元器件总数较少、成本低廉，这些优点是集成电路不易做到的。

这样，以创新的技术设计得到了全新的技术解决方案：分立器件构成的简单电路集成了过流保护、耐温特性、励磁频率、励磁延迟制约、高反压、抗干扰等多方面优异特性，适应的汽车发电机特殊工作环境条件需求，特别是提供满足我国发电机市场需求的高可靠性电压调节器。

实施例2

本发明还提供了一种多功能A电路电压调节器，它是在实施例1的基础上增设了“预激磁电流调制单元13”，如图2所示，该预激磁电流调制单元13具有接地端、第一端、第二端和相位端子P输入端，其接地端接地、第一端与开关控制单元3的输出端连接、第二端与开关控制单元 3的输入端连接、相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号，

当电压调节器经IG输入端激活并励磁时，在相位端子P输入端未接收到发电机的相位信号时，预激磁电流调制单元13将开关控制单元3的输出端电压信号反馈至开关控制单元3的输入端，使电压调节器产生振荡波，从而使开关单元4的功率管工作于占空比控制的开关状态以减小发电机未旋转时的励磁电流---即预激磁电流，用于减少能源损耗和降低功率管及励磁绕组温升；在相位端子P输入端接收到发电机的相位信号时，预激磁电流调制单元13将开关控制单元3的输出端至开关控制单元3的输入端之间的反馈回路切断，使电压调节器的开关单元4的功率管切入到正常调节状态、以使发电机在欠压时可以满励磁及过压时可以正常调节励磁。

图2中，预激磁电流调制单元13包括三极管Q6、二极管D6与D7、电阻R9、R10及R11，三极管Q6的发射极作为预激磁电流调制单元13的第一端与三极管Q1集电极连接，三极管Q6的集电极连接电阻R9，电阻R9的另一端作为预激磁电流调制单元13的第二端与三极管Q1的基极连接，三极管Q6的基极通过电阻R10与二极管D6的正极连接，二极管D6的负极与二极管D7的负极和电阻R11的一端同时连接，电阻R11的另一端作为预激磁电流调制单元13的接地端接地，二极管D7的正极作为预激磁电流调制单元13的相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号。

当电压调节器经IG输入端激活并励磁时，在相位端子P输入端未接收到发电机的相位信号时，二极管D7截止，电阻R10、二极管D6和电阻R11为三极管Q6提供基极偏流，使三极管 Q6导通，来自电阻R3的正电压经过三极管Q6的发射极—集电极和电阻R9为三极管Q1提供基极偏流，使三极管Q1导通，由于三极管Q1、功率管Q2和电阻R4已构成正反馈网络，所以这种趋势得以放大，最终使三极管Q1饱和导通、功率管Q2截止，此时三极管Q6因发射极无供电电压也截止，然后同样经历前述的储能电容C2的“定时长”放电过程，电路又自复位为功率管导通的状态，接着三极管Q6又转为导通，重复上述过程，即：预激磁电流调制单元13将开关控制单元3的输出端电压信号反馈至开关控制单元3的输入端，使电压调节器产生振荡波，从而使开关单元4的功率管工作于占空比控制的开关状态以减小发电机未旋转时的励磁电流---即预激磁电流，用于减少能源损耗和降低功率管及励磁绕组温升；在相位端子P输入端接收到发电机的相位信号时，预激磁电流调制单元13将开关控制单元3的输出端至开关控制单元3的输入端之间的反馈回路切断，使电压调节器的开关单元4的功率管切入到正常调节状态、以使发电机在欠压时可以满励磁及过压时可以正常调节励磁。

实施例3

本发明实施方式还提供了一种多功能A电路电压调节器，它是在实施例2的基础上增设了“充电指示灯控制单元14”，如图3所示，充电指示灯控制单元14，充电指示灯控制单元14具有接地端、相位端子P输入端、IG输入端和充电指示灯控制端L，其接地端接地、相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号，IG输入端连接调节器的IG 输入端子，充电指示灯控制端L用于控制发电机充电指示灯；

当电压调节器经IG输入端激活时，在相位端子P输入端未接收到发电机的相位信号时，充电指示灯控制端L对地导通使发电机充电指示灯点亮；在相位端子P输入端接收到发电机的相位信号时，充电指示灯控制端L对地截止使发电机充电指示灯熄灭；

在电压调节器功率管电流过大时，由反馈单元6反馈功率管饱和压降信号、通过开关控制单元3和复位单元10关闭开关单元输入端的控制电压，使开关单元的功率管在过流时截止受到保护，同时由于发电机停止发电使相位信号缺失，充电指示灯控制单元14点亮充电指示灯用于转子短路报警，当短路解除时，调节器恢复正常工作。

图3中充电指示灯控制单元14的电路结构包括三极管Q7、场效应管Q8、二极管D8、稳压管D9、电容C7、电阻R12和R13，其中：电容C7的一端、三极管Q7的发射极、场效应管Q8 的源极和稳压管D9的正极同时连接作为接地端接地，电容C7的另一端与二极管D8的负极连接并通过电阻R12与三极管Q7基极连接，三极管Q7集电极和场效应管Q8的栅极连接还与电阻R13一端连接，电阻R13另一端作为充电指示灯控制单元14的IG输入端，二极管D8的正极作为充电指示灯控制单元14的相位端子P输入端。

当电压调节器经IG输入端激活时，在相位端子P输入端未接收到发电机的相位信号时，二极管D8截止，三极管Q7截止，来自IG端子的直流电压经过电阻R13使功率管Q8导通，发电机充电指示灯被点亮；在相位端子P输入端接收到发电机的相位信号时，二极管D8导通，经电容C7滤波使三极管Q7导通，功率管Q8截止，使发电机充电指示灯熄灭。

在电压调节器功率管电流过大时，由电阻R4反馈功率管漏极上过高的压降信号、通过开关控制单元3和复位单元10关闭开关单元输入端的控制电压，使开关单元的功率管在过流时截止受到保护，同时由于发电机停止发电使相位信号P缺失，二极管D8截止，三极管Q7截止，来自IG端子的直流电压经过电阻R13又使功率管Q8导通，充电指示灯点亮，此时点亮充电指示灯用于转子短路或某相位缺失报警，当短路解除或某相位恢复时时，充电指示灯熄灭，调节器恢复正常工作。

该多功能电压调节器保护功能相对完善、分立元件构成时其耐压可以较高、而且励磁频率特性较好，避免了由于励磁频率过低导致的发电机输出电压不稳定、大灯闪烁、波纹系数大等缺陷，也避免了由于励磁频率过高特别是传统线路抛电瓶加负载时的励磁频率过高问题，避免了功率管工作于1KHz及以上的开关损耗大的弊端，直接采样功率管饱和压降的过流保护方法使过流保护极其迅速、保护功能稳定可靠，功率管栅极驱动波形利落、漏极波形整齐无毛刺，大量的产品实践证明连续短路转子励磁绕组功率管不会超温、分立元件耐温性能、耐压性能均优于集成电路，成本较低、电路结构简单、占用面积小，特别适合制造高可靠性小体积的发电机电压调节器厚膜芯片，性价比较高。

本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，不是对本发明的限制，通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他实施例或其他组合所得到的实施例均落入本发明保护范围，本发明的保护范围由权利要求书限定。

Claims (6)

1.一种多功能A电路电压调节器，其特征在于包括，

采样单元1、阈值单元2、开关控制单元3、开关单元4、续流单元5、反馈单元6、状态识别单元7、阻性模块8、定时单元9、复位单元10、容性模块11和IG激活模块12，其中：

所述采样单元1具有正极端、负极端和输出端，

所述阈值单元2具有输入端和输出端，

所述开关控制单元3包括输入端、输出端、公共端和正极端，

所述开关单元4具有输入端、输出端和接地端，

所述续流单元5为续流二极管，

所述反馈单元6包括输入端和输出端，

所述状态识别单元7具有正极端、输入端和输出端，

所述阻性模块8为具有限流电阻特性的阻性电路，

所述定时单元9具有输入端、输出端和第三端，

所述复位单元10具有第一端、第二端和第三端，

所述容性模块11为具有充放电特性的容性电路，

所述IG激活模块12具有接地端、控制端和IG输入端，

所述采样单元1的正极端连接所述发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、负极端接地(即电源负极E)、所述采样单元的输出端连接所述阈值单元2的输入端；

所述阈值单元2的输出端连接所述开关控制单元3的输入端，

所述开关控制单元3的输出端连接所述开关单元4的输入端，所述开关控制单元3的公共端连接所述复位单元10的第二端，所述开关控制单元3的正极端连接所述发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

所述开关单元4的接地端接地、所述开关单元4的输出端作为所述发电机电压调节器的励磁控制端F，用于控制A电路发电机励磁绕组的冷端，

所述续流二极管的正极连接所述开关单元4的输出端、所述续流二极管的负极连接所述发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

所述反馈单元6的输入端连接所述开关单元4的输出端、所述反馈单元6的输出端连接所述开关控制单元3的输入端，

所述状态识别单元7的正极端连接所述发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、所述状态识别单元7的输入端通过所述阻性模块8连接所述开关单元4的输出端、所述状态识别单元7的输出端连接所述定时单元9的输入端，

所述定时单元9的输出端连接所述复位单元10的第一端、所述定时单元9的第三端接地或接电源正极，

所述复位单元10的第三端接地，

所述容性模块11的一端连接所述复位单元10的第一端、所述容性模块11的另一端连接所述状态识别单元7的输入端或连接所述开关单元4的输出端，

所述IG激活模块12的接地端接地、控制端连接所述开关控制单元3的输出端，所述IG输入端连接电压调节器的IG输入端子，

当所述IG输入端输入正极性控制电压时，所述电压调节器功能被激活使开关单元4导通接通励磁电流。

2.如权利要求1所述的多功能A电路电压调节器，其特征在于，

所述采样单元1包括电阻R1、R2和电容C1，所述电阻R1和R2串联连接，电阻R2和电容C1并联，电阻R1的另一端为所述采样单元的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、电阻R2的另一端为负极端接地(即电源负极E)、电阻R1和R2串联连接节点为所述采样单元的输出端连接所述阈值单元2的输入端；

所述阈值单元2包括稳压二极管D1，稳压二极管D1的负极即为阈值单元2的输入端，所述稳压二极管D1的正极为输出端连接所述开关控制单元3的输入端，

所述开关控制单元3包括三极管Q1和电阻R3，所述三极管Q1的基极作为开关控制单元3的输入端，所述三极管Q1的集电极和所述电阻R3连接，所述三极管Q1的集电极还作为开关控制单元3的输出端连接开关单元4的输入端，所述三极管Q1的发射极为公共端连接复位单元10的第二端，所述电阻R3的另一端作为所述开关控制单元3的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

所述开关单元4包括功率场效应管Q2，所述功率场效应管Q2的源极作为所述开关单元4的接地端、所述功率场效应管Q2的漏极作为开关单元4的输出端即发电机电压调节器的励磁控制端F，用于控制A电路发电机励磁绕组的冷端，

所述续流单元5为续流二极管D2，所述续流二极管D2正极连接所述开关单元4的输出端、所述续流二极管D2的负极连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)，

所述反馈单元6包括反馈电阻R4，所述电阻R4的一端为反馈单元6的输入端连接开关单元4的输出端、所述电阻R4的另一端为所述反馈单元6的输出端连接所述开关控制单元3的输入端，

所述状态识别单元7包括三极管Q3，所述三极管Q3发射极为状态识别单元7的正极端连接发电机电压调节器的电源正极(D+/B+)、所述三极管Q3基极为状态识别单元7的输入端通过阻性模块8连接所述开关单元4的输出端、所述三极管Q3集电极为状态识别单元7的输出端连接定时单元9的输入端，

所述定时单元9包括电容C2和电阻R6，所述电容C2的一端与所述电阻R6连接，所述电容C2与所述电阻R6的连接节点作为所述定时单元9的输入端，所述电阻R6的另一端作为所述定时单元9的输出端连接复位单元10的第一端、所述电容C2的另一端作为所述定时单元9的第三端接地或接电源正极，

复位单元10包括三极管Q4，所述三极管Q4的基极作为所述复位单元10的第一端，所述三极管Q4的集电极作为所述复位单元10的第二端，所述三极管Q4的发射极作为所述复位单元10的第三端接地，

容性模块11包括电容C3，所述电容C3一端连接复位单元10的第一端、所述电容C3另一端连接状态识别单元7的输入端或连接所述开关单元4的输出端，

所述IG激活模块12包括三极管Q5、二极管D5和电阻R7、R8，所述三极管Q5的集电极和所述电阻R7一端连接作为接地端接地、所述三极管Q5的发射极作为控制端连接所述开关控制单元3的输出端，所述电阻R7的另一端通过所述电阻R8连接所述三极管Q5的基极，所述电阻R7、R8的连接节点还连接所述二极管D5的负极，所述二极管D5的正极作为IG输入端连接电压调节器的IG输入端子。

3.根据权利要求1所述的多功能A电路电压调节器，其特征在于还包括：

预激磁电流调制单元13，所述预激磁电流调制单元13具有接地端、第一端、第二端和相位端子P输入端，所述接地端接地、所述第一端与所述开关控制单元3的输出端连接、所述第二端与所述开关控制单元3的输入端连接、所述相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号，

当所述电压调节器经IG输入端激活并励磁时，在所述相位端子P输入端未接收到发电机的相位信号时，所述预激磁电流调制单元13将所述开关控制单元3的输出端电压信号反馈至开关控制单元3的输入端，使所述电压调节器产生振荡波，从而使所述开关单元4的功率管工作于占空比控制的开关状态以减小发电机未旋转时的励磁电流，用于减少能源损耗和降低功率管及励磁绕组温升；在所述相位端子P输入端接收到发电机的相位信号时，所述预激磁电流调制单元13将所述开关控制单元3的输出端至开关控制单元3的输入端之间的反馈回路切断，使所述电压调节器的开关单元4的功率管切入到正常调节状态、以使发电机在欠压时可以满励磁及过压时可以正常调节励磁。

4.如权利要求3所述的多功能A电路电压调节器，其特征在于，所述预激磁电流调制单元13包括三极管Q6、二极管D6与D7、电阻R9、R10及R11，所述三极管Q6的发射极作为预激磁电流调制单元13的第一端与三极管Q1集电极连接，所述三极管Q6的集电极连接所述电阻R9，所述电阻R9的另一端作为所述预激磁电流调制单元13的第二端与三极管Q1的基极连接，所述三极管Q6的基极通过所述电阻R10与二极管D6的正极连接，所述二极管D6的负极与二极管D7的负极和电阻R11的一端同时连接，所述电阻R11的另一端作为所述预激磁电流调制单元13的接地端接地，所述二极管D7的正极作为所述预激磁电流调制单元13的相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号。

5.根据权利要求3所述的多功能A电路电压调节器，其特征在于还包括：

充电指示灯控制单元14，所述充电指示灯控制单元14具有接地端、相位端子P输入端、IG输入端和充电指示灯控制端L，所述接地端接地、所述相位端子P输入端与电压调节器的相位端子连接用于接收发电机定子绕组的相位信号，所述IG输入端连接调节器的IG端子，所述充电指示灯控制端用于控制发电机充电指示灯；

当所述电压调节器经IG输入端激活时，在所述相位端子P输入端未接收到发电机的相位信号时，所述充电指示灯控制端L对地导通使发电机充电指示灯点亮；在所述相位端子P输入端接收到发电机的相位信号时，所述充电指示灯控制端L对地截止使发电机充电指示灯熄灭；

在电压调节器功率管电流过大时，由所述反馈单元6反馈功率管饱和压降信号、通过所述开关控制单元3和所述复位单元10关闭所述开关单元输入端的控制电压，使所述开关单元的功率管在过流时截止受到保护，同时由于发电机停止发电使相位信号缺失，充电指示灯控制单元14点亮充电指示灯用于转子短路报警，当短路解除时，调节器恢复正常工作。

6.如权利要求5所述的多功能A电路电压调节器，其特征在于，所述充电指示灯控制单元14包括三极管Q7、场效应管Q8、二极管D8、稳压管D9、电容C7、电阻R12和R13，其中：所述电容C7的一端、所述三极管Q7的发射极、所述场效应管Q8的源极和所述稳压管D9的正极同时连接作为接地端接地，所述电容C7的另一端与所述二极管D8的负极连接并通过所述电阻R12与所述三极管Q7基极连接，所述三极管Q7集电极和所述场效应管Q8的栅极连接还与所述电阻R13一端连接，所述电阻R13另一端作为所述充电指示灯控制单元14的IG输入端，所述二极管D8的正极作为所述充电指示灯控制单元14的相位端子P输入端。