CN117559853B - 一种发电机励磁控制电路 - Google Patents

一种发电机励磁控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发电机励磁控制电路，包括ALT+端、ALT‑端、励磁线圈L1、二极管D1、MOS管M1、MOS管M2、MCU处理器U1和与逻辑电路；励磁线圈L1的第一端和二极管D1的负极连接ALT+端，励磁线圈L1的第二端通过MOS管M2连接二极管D1的正极和MOS管M1的漏极，MOS管M1的源极连接ALT‑端，MOS管M1和MOS管M2的栅极以及与逻辑电路的第一输入端连接MCU处理器U1，与逻辑电路的第二输入端和MCU处理器U1的一个输入端连接过压检测电路，与逻辑电路的输出端通过电子开关电路和能量吸收电路连接励磁线圈L1的第二端。本发明能快速进行退磁而避免直流发电机输出侧过压。

Description

一种发电机励磁控制电路
技术领域
本发明涉及发电机领域，特别是指一种发电机励磁控制电路。
背景技术
直流发电机作为其他形式的能源转换成电能的机械设备，在汽车系统上被广泛使用。
配合图1所示，现有的直流发电机的励磁控制电路包括励磁线圈L1’、二极管D1’和MOS管M1’；该现有的直流发电机的励磁控制电路存在一个问题，那就是：
当在直流发电机的输出负载突卸时（即抛负载），此时MOS管M1’会及时关断，而由于励磁线圈L1’受到二极管D1’的钳位，若是励磁线圈L1’的等效阻抗为10Ω，则此时励磁线圈L1’的退磁电流为：0.7V/10Ω=0.07A，这样会造成励磁线圈L1’退磁太慢，导致ALT+端的输出电压（即直流发电机的输出电压）会有很大的过压冲击，这样与直流发电机输出侧连接的负载设备极易因过压而损坏。
有鉴于上述问题的存在，有必要研究一种发电机励磁控制电路，其能快速进行退磁而避免直流发电机输出侧过压。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发电机励磁控制电路，其能快速进行退磁而避免直流发电机输出侧过压。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种发电机励磁控制电路，其包括ALT+端、ALT-端、励磁线圈L1、二极管D1、MOS管M1、MOS管M2、MCU处理器U1、与逻辑电路、电子开关电路、能量吸收电路和过压检测电路；励磁线圈L1的第一端和二极管D1的负极连接ALT+端，励磁线圈L1的第二端连接MOS管M2的漏极，MOS管M2的源极和二极管D1的正极连接MOS管M1的漏极，MOS管M1的源极连接ALT-端，MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极分别连接MCU处理器U1，MCU处理器U1的一个输入端连接过压检测电路，过压检测电路连接ALT+端并用于检测ALT+端的电压是否超过设定阈值；与逻辑电路的第一输入端连接MCU处理器U1，与逻辑电路的第二输入端连接过压检测电路，与逻辑电路的输出端连接电子开关电路的控制端，电子开关电路的输入端连能量吸收电路的输出端，电子开关电路的输出端连接ALT-端，能量吸收电路的输入端连接励磁线圈L1的第二端。
所述与逻辑电路包括与门IC1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三极管Q1；与门IC1的第一输入端和电阻R1的第一端连接与逻辑电路的第一输入端，与门IC1的第二输入端连接电阻R2的第一端、电阻R4的第一端和三极管Q1的发射极，电阻R1的第二端、电阻R2的第二端和三极管Q1的集电极接地，三极管Q1的基极、电阻R4的第二端和电阻R3的第一端连接与逻辑电路的第二输入端，电阻R3的第二端连接控制电源VCC。
所述与逻辑电路还包括电容C1；电容C1的第一端连接与门IC1的第二输入端，电容C1的第二端接地。
所述电子开关电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R11、三极管Q2和MOS管M3；电阻R6的第一端连接电子开关电路的控制端，电阻R6的第二端连接电阻R7的第一端和三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R8的第一端和电阻R10的第一端，电阻R8的第二端连接控制电源VCC，电源R10的第二端连接电阻R11的第一端和MOS管M3的栅极，MOS管M3的源极、电阻R11的第二端和三极管Q2的发射极连接电子开关电路的输出端，MOS管M3的漏极连接电子开关电路的输入端。
所述电子开关电路还包括电容C2和电容C3；电容C2的第一端连接三极管Q2的基极，电容C2的第二端连接电子开关电路的输出端；电容C3的第一端连接MOS管M3的栅极，电容C3的第二端连接电子开关电路的输出端。
所述能量吸收电路包括电阻R12、电容C4和二极管D2；二极管D2的正极连接能量吸收电路的输入端，二极管D2的负极连接电容C4的第一端和电阻R12的第一端，电容C4的第二端接地，电阻R12的第二端连接能量吸收电路的输出端。
所述能量吸收电路还包括双向稳压管ZD1；双向稳压管ZD1与电阻R12并联。
所述能量吸收电路还包括与电阻R12并联的电阻R13，以及与电容C4并联的电容C5、电容C6和电容C7。
所述过压检测电路包括电压取样电路、阈值电压电路和电压比较电路，电压取样电路的输入端连接ALT+端，电压取样电路的输出端连接电压比较电路的反相输入端，阈值电压电路连接电压比较电路的同相输入端，电压比较电路的输出端与MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端分别连接。
所述过压检测电路还包括双输出电路，电压比较电路的输出端通过双输出电路与MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端分别连接；双输出电路的输入端连接电压比较电路的输出端，双输出电路的第一输出端和第二输出端分别连接MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端；双输出电路包括电阻R21、电阻R22、电阻R23、电容C10、电容C11和双通道肖特基二极管D3，电阻R21的第一端和电阻R22的第一端连接控制电源VCC，电阻R21的第二端、电容C10的第一端和双通道肖特基二极管D3的阴极连接双输出电路的输入端，双通道肖特基二极管D3的第一阳极、电阻R22的第二端、电阻R23的第一端和电容C11的第一端连接双输出电路的第一输出端，双通道肖特基二极管D3的第二阳极连接双输出电路的第二输出端，电容C10的第二端、电容C11的第二端和电阻R23的第二端接地。
采用上述方案后，本发明的工作原理为：
当直流发电机工作正常时，MCU处理器U1通过过压检测电路检测到ALT+端的电压没有超过设定阈值，此时MCU处理器U1控制MOS管M2导通且MCU处理器U1给与逻辑电路的第一输入端输入高电平信号，与此同时，过压检测电路给与逻辑电路的第二输入端输入高电平信号，这样与逻辑电路则输出高电平信号给电子开关电路的控制端而控制电子开关电路关断，这时能量吸收电路不工作；也就是说，在直流发电机正常工作时，本发明还是通过二极管D1进行退磁；
当直流发电机出现输出负载突卸时ALT+端的电压会超过设定阈值，此时MCU处理器U1通过过压检测电路检测到ALT+端的电压超过设定阈值，则MCU处理器U1控制MOS管M2关断而断开二极管D1与励磁线圈L1的导通；与此同时，过压检测电路给与逻辑电路的第二输入端输入低电平信号，这样与逻辑电路则输出低电平信号给电子开关电路的控制端而控制电子开关电路导通，这时能量吸收电路工作而吸收励磁线圈L1的电流，从而实现快速退磁，进而避免直流发电机输出侧过压（即使得ALT+端的电压降低至低于设定阈值）。
由上可知，本发明能快速进行退磁而避免直流发电机输出侧过压。
附图说明
图1为现有的直流发电机的励磁控制电路的电路原理图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
如图2所示，本发明揭示了一种发电机励磁控制电路，其包括ALT+端、ALT-端、励磁线圈L1、二极管D1、MOS管M1、MOS管M2、MCU处理器U1、与逻辑电路、电子开关电路、能量吸收电路以及过压检测电路；其中，励磁线圈L1的第一端和二极管D1的负极连接ALT+端，励磁线圈L1的第二端连接MOS管M2的漏极，MOS管M2的源极和二极管D1的正极连接MOS管M1的漏极，MOS管M1的源极连接ALT-端，MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极分别连接MCU处理器U1，MCU处理器U1的一个输入端连接过压检测电路，过压检测电路连接ALT+端并用于检测ALT+端的电压是否过压；与逻辑电路的第一输入端连接MCU处理器U1，与逻辑电路的第二输入端连接过压检测电路，与逻辑电路的输出端连接电子开关电路的控制端，电子开关电路的输入端连能量吸收电路的输出端，电子开关电路的输出端连接ALT-端，能量吸收电路的输入端连接励磁线圈L1的第二端。
本发明的工作原理为：
当直流发电机工作正常时，MCU处理器U1通过过压检测电路检测到ALT+端的电压没有超过设定阈值，此时MCU处理器U1控制MOS管M2导通且MCU处理器U1给与逻辑电路的第一输入端输入高电平信号，与此同时，过压检测电路给与逻辑电路的第二输入端输入高电平信号，这样与逻辑电路则输出高电平信号给电子开关电路的控制端而控制电子开关电路关断，这时能量吸收电路不工作；也就是说，在直流发电机正常工作时，本发明还是通过二极管D1进行退磁；
当直流发电机出现输出负载突卸时ALT+端的电压会超过设定阈值，此时MCU处理器U1通过过压检测电路检测到ALT+端的电压超过设定阈值，则MCU处理器U1控制MOS管M2关断而断开二极管D1与励磁线圈L1的导通；与此同时，过压检测电路给与逻辑电路的第二输入端输入低电平信号，这样与逻辑电路则输出低电平信号给电子开关电路的控制端而控制电子开关电路导通，这时能量吸收电路工作而吸收励磁线圈L1的电流，从而实现快速退磁，进而避免直流发电机输出侧过压（即使得ALT+端的电压降低至低于设定阈值）。
在本发明的实施例中，所述与逻辑电路包括与门IC1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三极管Q1；其中，与门IC1的第一输入端和电阻R1的第一端连接与逻辑电路的第一输入端，与门IC1的第二输入端连接电阻R2的第一端、电阻R4的第一端和三极管Q1的发射极，电阻R1的第二端、电阻R2的第二端和三极管Q1的集电极接地，三极管Q1的基极、电阻R4的第二端和电阻R3的第一端连接与逻辑电路的第二输入端，电阻R3的第二端连接控制电源VCC。当MCU处理器U1给与逻辑电路的第一输入端输入高电平信号且过压检测电路给与逻辑电路的第二输入端输入高电平信号时，此时三极管Q1关断而使得与门IC1的第一输入端和第二输入端均为高电平，这时与门IC1的输出端输出高电平信号，即与逻辑电路输出高电平信号。而当过压检测电路给与逻辑电路的第二输入端输入低电平信号时，此时三极管Q1导通而使得与门IC1的第二输入端为低电平，这时与门IC1的输出端输出低电平信号，即与逻辑电路输出低电平信号。
在本发明的实施例中，所述与逻辑电路还包括电容C1，电容C1的第一端连接与门IC1的第二输入端，电容C1的第二端接地，电容C1具有稳定与门IC1的第二输入端电压的作用。
在本发明的实施例中，所述电子开关电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R11、三极管Q2和MOS管M3；其中，电阻R6的第一端连接电子开关电路的控制端，电阻R6的第二端连接电阻R7的第一端和三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R8的第一端和电阻R10的第一端，电阻R8的第二端连接控制电源VCC，电源R10的第二端连接电阻R11的第一端和MOS管M3的栅极，MOS管M3的源极、电阻R11的第二端和三极管Q2的发射极连接电子开关电路的输出端，MOS管M3的漏极连接电子开关电路的输入端。当与逻辑电路输出高电平信号给电子开关电路的控制端时，此时三极管Q2导通而拉低MOS管M3的栅极电压，进而使得MOS管M3断开，这时电子开关电路断开；当与逻辑电路输出低电平信号给电子开关电路的控制端时，此时三极管Q2断开而使得MOS管M3导通，这时电子开关电路导通。
在本发明的实施例中，所述电子开关电路还包括电容C2，电容C2的第一端连接三极管Q2的基极，电容C2的第二端连接电子开关电路的输出端，电容C2具有稳定三极管Q2的基极电压的作用。
在本发明的实施例中，所述电子开关电路还包括电容C3，电容C3的第一端连接MOS管M3的栅极，电容C3的第二端连接电子开关电路的输出端，电容C3具有稳定MOS管M3的栅极电压的作用。
在本发明的实施例中，所述电子开关电路还包括电阻R5，电阻R6的第一端通过电阻R5连接电子开关电路的控制端，电阻R5具有限流作用。
在本发明的实施例中，所述电子开关电路还包括与电阻R8并联的电阻R9，电阻R9具有分流作用。
在本发明的实施例中，所述能量吸收电路包括电阻R12、电容C4和二极管D2；二极管D2的正极连接能量吸收电路的输入端，二极管D2的负极连接电容C4的第一端和电阻R12的第一端，电容C4的第二端接地，电阻R12的第二端连接能量吸收电路的输出端；电阻R12、电容C4和二极管D2组成一个RCD吸收电路而在MOS管M2断开时快速吸收励磁线圈L1的电流。
在本发明的实施例中，所述能量吸收电路还包括双向稳压管ZD1，双向稳压管ZD1与电阻R12并联，双向稳压管ZD1可以稳定电容C4的电压而避免电容C4出现过压问题。
在本发明的实施例中，所述能量吸收电路还包括与电阻R12并联的电阻R13，电阻R13具有分流作用。
在本发明的实施例中，所述能量吸收电路还包括与电容C4并联的电容C5、电容C6和电容C7，这样可以使得能量吸收电路能在MOS管M2断开时可以更快的吸收励磁线圈L1的电流。
在本发明的实施例中，所述过压检测电路包括电压取样电路、阈值电压电路和电压比较电路，电压取样电路的输入端连接ALT+端，电压取样电路的输出端连接电压比较电路的反相输入端，阈值电压电路连接电压比较电路的同相输入端，电压比较电路的输出端与MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端分别连接；当ALT+端的电压没有超过设定阈值时，此时电压取样电路给电压比较电路的反相输入端输入的电压小于阈值电压电路给电压比较电路的同相输入端输入的电压，此时电压比较电路的输出端输出高电平信号给MCU处理器和与逻辑电路的第二输入端；当ALT+端的电压超过设定阈值时，此时电压取样电路给电压比较电路的反相输入端输入的电压大于阈值电压电路给电压比较电路的同相输入端输入的电压，此时电压比较电路的输出端输出低电平信号给MCU处理器和与逻辑电路的第二输入端。
在本发明的实施例中，所述电压取样电路可包括电阻R15、电阻R16和电阻R17，电阻R15的第一端连接电压取样电路的输入端，电阻R15的第二端和电阻R16的第一端连接电阻R17的第一端，电阻R16的第二端接地，电阻R17的第二端连接电压取样电路的输出端。另外，电压取样电路还可包括电阻R14和电容C8，电阻R15的第一端通过电阻R14连接电压取样电路的输入端，电阻R17的第二端通过电容C8接地，其中，电阻R14具有限流作用，电容C8具有稳压作用。
在本发明的实施例中，所述阈值电压电路包括电阻R18和电阻R19，电阻R18的第一端连接控制电源VCC，电阻R18的第二端和电阻R19的第一端连接阈值电压电路的输出端，电阻R19的第二端接地。另外，阈值电压电路还可包括电容C9，电容C9的第一端连接阈值电压电路的输出端，电容C9的第二端接地，电容C9具有稳压作用。
在本发明的实施例中，所述电压比较电路包括电压比较器IC2和电阻R20，电压比较器IC2的同相输入端和电阻R20的第一端连接电压比较电路的同相输入端，电压比较器IC2的反相输入端连接电压比较电路的反相输入端，电压比较器IC2的输出端和电阻R20的第二端连接电压比较电路的输出端。
在本发明的实施例中，所述过压检测电路还包括双输出电路，电压比较电路的输出端通过双输出电路与MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端分别连接；双输出电路包括电阻R21、电阻R22、电阻R23、电容C10、电容C11和双通道肖特基二极管D3，电阻R21的第一端和电阻R22的第一端连接控制电源VCC，电阻R21的第二端、电容C10的第一端和双通道肖特基二极管D3的阴极连接双输出电路的输入端，双通道肖特基二极管D3的第一阳极、电阻R22的第二端、电阻R23的第一端和电容C11的第一端连接双输出电路的第一输出端，双通道肖特基二极管D3的第二阳极连接双输出电路的第二输出端，电容C10的第二端、电容C11的第二端和电阻R23的第二端接地；双输出电路的输入端连接电压比较电路的输出端，双输出电路的第一输出端和第二输出端分别连接MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端。
上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种发电机励磁控制电路，其特征在于：包括ALT+端、ALT-端、励磁线圈L1、二极管D1、MOS管M1、MOS管M2、MCU处理器U1、与逻辑电路、电子开关电路、能量吸收电路和过压检测电路；
励磁线圈L1的第一端和二极管D1的负极连接ALT+端，励磁线圈L1的第二端连接MOS管M2的漏极，MOS管M2的源极和二极管D1的正极连接MOS管M1的漏极，MOS管M1的源极连接ALT-端，MOS管M1的栅极和MOS管M2的栅极分别连接MCU处理器U1，MCU处理器U1的一个输入端连接过压检测电路的一个输出端，过压检测电路的输入端连接ALT+端并用于检测ALT+端的电压是否超过设定阈值；
与逻辑电路的第一输入端连接MCU处理器U1，与逻辑电路的第二输入端连接过压检测电路的另一个输出端，与逻辑电路的输出端连接电子开关电路的控制端，电子开关电路的输入端连能量吸收电路的输出端，电子开关电路的输出端连接ALT-端，能量吸收电路的输入端连接励磁线圈L1的第二端；
当MCU处理器U1检测到ALT+端的电压没有超过设定阈值时，MCU处理器U1控制MOS管M2导通，MCU处理器U1给与逻辑电路的第一输入端输入高电平信号，过压检测电路给与逻辑电路的第二输入端输入高电平信号，与逻辑电路输出高电平信号而控制电子开关电路关断；
当MCU处理器U1检测到ALT+端的电压超过设定阈值时，MCU处理器U1控制MOS管M2关断，过压检测电路给与逻辑电路的第二输入端输入低电平信号，与逻辑电路输出低电平信号而控制电子开关电路导通。
2.如权利要求1所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述与逻辑电路包括与门IC1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三极管Q1；
与门IC1的第一输入端和电阻R1的第一端连接与逻辑电路的第一输入端，与门IC1的第二输入端连接电阻R2的第一端、电阻R4的第一端和三极管Q1的发射极，电阻R1的第二端、电阻R2的第二端和三极管Q1的集电极接地，三极管Q1的基极、电阻R4的第二端和电阻R3的第一端连接与逻辑电路的第二输入端，电阻R3的第二端连接控制电源VCC。
3.如权利要求2所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述与逻辑电路还包括电容C1；电容C1的第一端连接与门IC1的第二输入端，电容C1的第二端接地。
4.如权利要求1所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述电子开关电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R10、电阻R11、三极管Q2和MOS管M3；
电阻R6的第一端连接电子开关电路的控制端，电阻R6的第二端连接电阻R7的第一端和三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R8的第一端和电阻R10的第一端，电阻R8的第二端连接控制电源VCC，电源R10的第二端连接电阻R11的第一端和MOS管M3的栅极，MOS管M3的源极、电阻R11的第二端和三极管Q2的发射极连接电子开关电路的输出端，MOS管M3的漏极连接电子开关电路的输入端。
5.如权利要求4所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述电子开关电路还包括电容C2和电容C3；电容C2的第一端连接三极管Q2的基极，电容C2的第二端连接电子开关电路的输出端；电容C3的第一端连接MOS管M3的栅极，电容C3的第二端连接电子开关电路的输出端。
6.如权利要求1所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述能量吸收电路包括电阻R12、电容C4和二极管D2；
二极管D2的正极连接能量吸收电路的输入端，二极管D2的负极连接电容C4的第一端和电阻R12的第一端，电容C4的第二端接地，电阻R12的第二端连接能量吸收电路的输出端。
7.如权利要求6所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述能量吸收电路还包括双向稳压管ZD1；双向稳压管ZD1与电阻R12并联。
8.如权利要求6所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述能量吸收电路还包括与电阻R12并联的电阻R13，以及与电容C4并联的电容C5、电容C6和电容C7。
9.如权利要求1所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述过压检测电路包括电压取样电路、阈值电压电路和电压比较电路，电压取样电路的输入端连接ALT+端，电压取样电路的输出端连接电压比较电路的反相输入端，阈值电压电路连接电压比较电路的同相输入端，电压比较电路的输出端与MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端分别连接。
10.如权利要求9所述的一种发电机励磁控制电路，其特征在于：所述过压检测电路还包括双输出电路，电压比较电路的输出端通过双输出电路与MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端分别连接；双输出电路的输入端连接电压比较电路的输出端，双输出电路的第一输出端和第二输出端分别连接MCU处理器U1的一个输入端及与逻辑电路的第二输入端；
双输出电路包括电阻R21、电阻R22、电阻R23、电容C10、电容C11和双通道肖特基二极管D3，电阻R21的第一端和电阻R22的第一端连接控制电源VCC，电阻R21的第二端、电容C10的第一端和双通道肖特基二极管D3的阴极连接双输出电路的输入端，双通道肖特基二极管D3的第一阳极、电阻R22的第二端、电阻R23的第一端和电容C11的第一端连接双输出电路的第一输出端，双通道肖特基二极管D3的第二阳极连接双输出电路的第二输出端，电容C10的第二端、电容C11的第二端和电阻R23的第二端接地。
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