CN201142664Y

CN201142664Y - 一种多功能车用发电机电压调节器

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Publication number: CN201142664Y
Application number: CNU2008200689033U
Authority: CN
Inventors: 徐俊亚
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2008-01-14
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2018-01-14

Abstract

本实用新型多功能车用发电机电压调节器，含有以比较器IC1为核心组成的电压调节信号取样与放大电路，以及以功率管Q1为核心组成的励磁电流控制电路，在调节器连接发电机的励磁输出端与调节器的电源正、负极之间连接有低电压工作电路，晶体管Q4的集电极和发射极分别连接在调节器的励磁输出端与调节器电源负极，晶体管Q5、Q6的发射极连接调节器的电源正极，电阻R14、R15连接在调节器的电源正、负极之间提供晶体管Q6的基极偏置电压，晶体管Q6的集电极通过电阻R13连接调节器电源负极，晶体管Q6的集电极同时连接晶体管Q5的基极，晶体管Q5的集电极通过电阻R12连接晶体管Q4的基极。提高了调节器的低压工作性能，保证了低电压情况下调节器正常工作。

Description

一种多功能车用发电机电压调节器

一、技术领域：

本实用新型涉及一种车用交流发电机电压调压器。

二、背景技术：

车用交流发电机是汽车、农用车等交通、运输工具工作电源的主要能源。随着车载电子设备的增多和越来越精密，其对车用交流发电机的功率需求必然越来越大，对电源质量的要求也必然越来越高；而在发电机中控制发电功率和发电质量的主要部件是电压调节器。因此实际上电压调节器的性能决定了车用电源的质量高低。同一台发电机，若换用大功率高性能的调节器，就可以使发电机的发电功率和发电质量得到明显提升。

为了适应大功率高质量的发电要求，人们开始以金属氧化物功率场效应半导体器件(MOS功率管)代替以往广泛使用的普通双极性功率晶体管，以获得更大的控制能力。随着MOS功率管调节器的逐步推广，此类调节器在使用中暴露出下列不足：1、由于调节器的功率管处于大功率大电流工作状态下，极易因电路故障引发的过流及负载短路而损坏。在本申请人的相关专利《车用交流发电机电压调节器》(专利号CN200620032115.X)中有关功率管的保护功能有效地解决了调节器功率管保护这一问题，但其存在的不足之处是没有保护的自动解除功能，当汽车相关电路出现故障后虽然能实施有效保护，但对于非故障性瞬间过流或负载短路所造成的保护当故障消失后却不能自动解除，给使用造成一定的不便。2、目前很多的调节器在工作时都是由电瓶通过充电指示灯给调节器提供初始工作电压和预励磁电流，充电指示灯的接入，造成电源加在调节器上的电压过低，一般的也只有1.5V左右，而目前的调节器特别是采用场效应功率管的调节器其工作电压都在3V以上，这就造成调节器不能启动工作，为此很多调节器都专门增加了启动升压电路。目前调节器采用的启动升压电路在不同程度上都存在元件过多、成本偏高，而且升压性能欠佳的弊端。

三、实用新型内容：

本实用新型针对目前车用发电机电压调节器的低电压工作性能较差和不能有效对功率管进行保护及保护不能自动恢复的情况，提出一种多功能车用发电机电压调节器，提高了调节器低电压工作性能，增加了调节器功能，成本低，容易推广，使用效果好。

本实用新型采用的技术方案：

一种多功能车用发电机电压调节器，含有以比较器IC1为核心组成的电压调节信号取样与放大电路，以及以功率管Q1为核心组成的励磁电流控制电路，并联在调节器电源正、负极之间的电阻R1、R2组成的分压电路获得发电电压信号输入比较器IC1的正相输入端，电阻R3、稳压管DW1组成串联稳压电路提供的基准电压输入比较器IC1的负相输入端，比较器IC1的输出端连接晶体管Q2的基极，比较器IC1的输出端同时通过电阻R5连接一稳压源，晶体管Q2和电阻R5组成反相器电路，以匹配控制信号的极性，晶体管Q2的集电极通过电阻R7连接功率管Q1的控制极，同时电阻R6、R7与稳压管DW3组成的稳压源输出端也接入功率管Q1的控制极，功率管Q1的源极串接二极管D3后连接到调节器的电源正极，功率管Q1的漏极连接调节器电源负极，功率管Q1与二极管D3的节点即调节器即励磁输出端与比较器IC1的正向输入端连接有反馈电阻R8，在调节器的励磁端、电源正、负极之间连接有由晶体管Q4、Q5、Q6和电阻R12、R13、R14、R15组成的调节器低电压工作电路，晶体管Q4的集电极和发射极分别连接在调节器的励磁端与调节器的电源负极，晶体管Q5、Q6的发射极连接调节器的电源正极，电阻R14、R15连接在调节器的电源正、负极之间给晶体管Q6提供基极控制电压，晶体管Q6的集电极通过电阻R13连接调节器电源负极，晶体管Q6的集电极同时连接晶体管Q5的基极，晶体管Q5的集电极通过电阻R12连接晶体管Q4的基极。

所述的多功能车用发电机电压调节器，含有功率管Q1的过流和短路保护电路，所述过流和短路保护电路包括晶体管Q3及其基极偏置电路和开关二极管D1、D2，电阻R9、R10、R11连接在调节器电源正、负极之间，电阻R10、R11的节点连接晶体管Q3的基极，晶体管Q3的集电极与晶体管Q1的控制极连接，电阻R9并通过二极管D1连接晶体管Q2的集电极与电阻R7，电阻R9同时通过二极管D2连接调节器的励磁端，二极管D1阳极与电阻R9连接，阴极与晶体管Q2的集电极及电阻R7连接，二极管D1阳极与电阻R9连接，阴极与接调节器的励磁端连接。

所述的多功能车用发电机电压调节器，含有自动恢复电路，所述自动恢复电路包括比较器IC2及其取样信号电路、基准信号电路；比较器IC2的正相输入端输入基准电压信号，其反相输入端连接由电阻R9、R16、R17及电容C2、C3组成的取样信号电路，比较器IC2的输出端连接电压调节信号取样与放大电路中比较器IC1的负相输入端；其中比较器IC2或者用场效应管Q8代替，场效应管Q8的源极接比较器IC1的负相输入端，漏极接调节器输出负极，其栅极连接晶体管Q7的集电极，晶体管Q7的基极接R16与C3的接点，由此获得保护信号启动自动恢复电路投入工作。

所述的多功能车用发电机电压调节器，含有快速充电电路，所述快速充电电路包括比较器IC及外围元件，比较器IC的正相输入端输入电源电压变化的取样信号，比较器IC的负相输入端输入基准电压信号，比较器IC的输出端连接电压调节信号取样与放大电路中比较器IC1的负相输入端，实现车辆每次启动时发电机都能向蓄电池快速充电，以快速补充由于频繁启动消耗的电能，防止电瓶亏电。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型发电机电压调节器改变了现有技术通过对电压进行提升达到调节器能够在低电压下工作的思路，采用一种性能优越的低电压工作电路，进一步提高了调节器的低压工作性能，保证了低电压情况下调节器正常工作。

2、本实用新型发电机电压调节器含有快充电路，尤其适用于在工作中需要经常停机和频繁启动的车辆在启动后快速把电瓶充满，保证车辆正常工作情况下对蓄电池的使用要求，可以有效延长车载蓄电池使用寿命，电路简洁、实用。

3、本实用新型发电机电压调节器含有功率管保护及自动恢复电路，能够对调节器功率管在因过流、短路造成损坏时有效的保护功率管，并对误动作、瞬时故障进行保护后自动解除，提高了调节器的工作可靠性和可操作性。

四、附图说明：

图1：车用发电机电压调节器基本电路原理图

图2：本实用新型多功能车用发电机电压调节器电路原理图之一

图3：本实用新型多功能车用发电机电压调节器电路原理图之二

五、具体实施方式：

实施例一：参见图1、图2。图1为车用发电机电压调节器基本电路原理图：以比较器IC1为核心组成调节电压信号的取样与放大电路，由大功率管Q1及外围元件组成励磁电流控制电路。由电阻R4及稳压管DW2组成稳压电路以提高前端相关电路的工作稳定性。R1、R2分压电路获得控制信号输入比较器IC1的正相输入端，R2、DW1组成串联稳压电路以稳定IC1负相输入端的基准电压。在比较器IC1的输出端与功率管Q1的控制极之间连接有由晶体管Q2和电阻R5组成的反相器电路，以匹配控制信号的极性。调节器工作过程是：当电源电压(即发电电压)低于调节值电压时，R1、R2的分压低于DW1的稳压值，比较器IC1的正相输入端的电压信号低于负相输入端的电压，IC1输出低电位，与IC1输出端相连的Q2截止，Q2输出高电位，于是Q1栅极被加上高电压，Q1饱和导通，励磁线圈中有电流通过，发电机发电。当电源电压(即发电电压)高于调节值电压时，R1、R2的分压高于DW1的稳压值，比较器IC1的正相输入端的电压信号高于负相输入端的电压，IC1输出高电位，与IC1输出端相连的Q2饱和，Q2输出低电位，于是Q1栅极通过Q1接地，Q1被迫截止，励磁线圈中没有电流通过，发电机失磁停止发电。如此周而复始，是汽车电源的电压保持在要求的范围内。DW3是Q1栅极箝位元件，以防栅极电压过高损坏Q1。R8是反馈元件，起加快比较器反转的作用。

图2为本实用新型多功能车用发电机电压调节器，由晶体管Q4、Q5、Q6和电阻R12、R13、R14、R15组成低电压工作电路。保证电路电压过低时调节器的正常工作。其中晶体管Q4与调节器的功率管Q1并联，当调节器所加的电压D+较低时，调节器无法工作，而此时在该低压工作电路中，由于R14上的分压小于0.6V，Q6处于截止状态，Q5由于R13提供基极电路而饱和导通，Q4的基极通过R12、Q5获得基极电流也饱和导通，其饱和导通电流通过励磁线圈形成回路，励磁线圈中有预励磁电流通过，发电机运转时即可产生电压和电流并同时加在调节器的D+端，调节器获得较高电压投入工作，此时，由于D+电压的升高，电阻R14上的压降达到0.7V，Q6饱和导通，Q5截止，Q4的基极电流被截断，Q4截止，整个低电压工作电路工作停止。只有发电机完全停止发电充电指示灯重新点亮时低压工作电路才会重新工作。

本实施例多功能车用发电机电压调节器还含有功率管过流和短路保护及自动恢复电路：电路由集成电路比较器IC2，晶体管Q1，开关二极管D1、D2，电阻R9、R10、R11、R16、R17、R18、R19、R20，电容C2、C3组成。

保护过程：当功率管Q1工作在导通状态时，由于其导通电阻较小，源漏极之间压降小，漏极电位偏低，虽然其栅极为高电位造成二极管D1的阴极也为高电位；但由于二极管D2的箝位作用，D2的阳极电压只比阴极高0.7V左右，合理选择电阻R10、R11的分压比，使此时Q3处于截止状态，Q3不影响Q1的正常工作。而电路出现故障或出现瞬时过流时，Q1中的电流增大，由于导通电阻的存在造成Q1的工作电压升高，同时造成二极管D2两端的电压随着上升，当过流到一定程度使Q1的工作压降升高到一定值时，D2阳极电压的升高会导致R11上的分压上升，于是Q3由截止进入放大导通状态，这个变化势必造成Q1栅极电压的下降、导通电阻的增大，由此又造成Q1工作压降的进一步上升，而D2阳极的电位也随着上升，这又导致R10、R11的分压上升；这是一个环路正反馈过程，其结果导致在极短的时间内Q3饱和导通，Q1由于Q3的饱和导通其栅极被迫接地而截止，因而Q1停止工作受到保护。

自动恢复过程：在电路正常工作时，由于R9、R10、D1、D2、C2、R16接点上的电压较低，经R16、R17分压后加在比较器IC2负输入端的电压低于其正相输入端的电位，IC2输出高电位，其不影响比较器IC1负相输入端的电位，调节器电路正常工作。当功率管处于被保护状态时，其接点处的电压升高，IC2负相输入端的电位随着C3被充电也逐渐升高，当电位升高到高于正相输入端的电位时，IC2的输出状态反转，由高电位变成低电位，于是IC1的负相输入端电位由DW1的稳压值变为0V而低于正相输入端，IC1输出反转，由低电位变为高电位，于是Q3饱和导通，其集电极电位为0V。此时虽然由于D1阴极电位下降其阳极电位也随着下降使Q2由饱和变为截止，保护电路的自锁状态解除，但由于功率管Q1栅极电位为0，其仍然处于截止状态；在功率管截止、调节器停止工作的时间内，电容C3开始通过R16、R17放电，其端电压逐渐下降，只有其下降到低于其正相输入端的电位时，IC2才发生翻转，其输出由导通变为截止，IC1的负相输入端由低电位变为高电位，于是，电路各部分的状态跟着发生相应翻转，调节器开始工作。

如果此时调节器的故障仍然存在，随着功率管栅极电位的上升其漏极的电位并不降低，二极管D1、D2都会处于高电位上，则电阻R11上的分压会使晶体管Q3饱和导通，从而使功率管Q1的栅极电位被下拉为0V，功率管仍保持截止状态，于是保护和自动恢复电路就重复前述的工作过程。在电路中，电阻R20为正反馈电阻，它既起加快电路状态翻转的作用，又使比较器IC2的正相输入端高低电位的差距加大，起到延长翻转时间间隔的作用。

实施例二：参见图3，本实施例与实施例二的区别在于：含有以比较器的IC2与周围元件R18、R19、R20等组成的快速充电电路，以便工作在经常停机而频繁启动的车辆在启动后快速把电瓶充满。其工作原理是：设置R18、R19的分压比，使其高于R1、R2的分压比一定数值，在车辆启动后由于IC2的正相输入端电位低于反相输入端，其输出为低电位，IC1的取样电路便失去作用，使调节器处于导通状态，发电机发电；只有当发电电压上升到高于IC2的翻转电压时，其输出才由导通变为截止，调节器的主电路才恢复正常调节状态。R20的作用是在IC2的翻转过程中通过正反馈造成反转差，只是该电路在车辆启动后有效。本实施例的功率保护自动恢复电路，用场效应管Q8代替了比较器IC2，同样能达到自动解除保护的效果，其工作原理相同。

本实用新型的各功能组成单元也可以用于采用普通双极性晶体管的调节器电路中。通过改变调节器控制电路的导电极性，可以用于内搭铁发电机。

Claims

1、一种多功能车用发电机电压调节器，含有以比较器IC1为核心组成的电压调节信号取样与放大电路，以及以功率管Q1为核心组成的励磁电流控制电路，连接在调节器电源正、负极之间的电阻R1、R2组成的分压电路获得电源电压变化信号输入比较器IC1的正相输入端，电阻R3、稳压管DW1组成串联稳压电路提供的基准电压输入比较器IC1的负相输入端，比较器IC1的输出端连接晶体管Q2的基极，比较器IC1的输出端同时通过电阻R5连接一稳压源，晶体管Q2和电阻R5组成反相器电路，以匹配控制信号的极性，晶体管Q2的集电极通过电阻R7连接功率管Q1的控制极，同时电阻R6、R7与稳压管DW3组成的稳压源输出端也接入功率管Q1的控制极，功率管Q1的源极串接二极管D3连接调节器输出正极，功率管Q1的漏极连接调节器输出负极，功率管Q1与二极管D3的节点即调节器的励磁输出端与比较器IC1的正向输入端连接有反馈电阻R8，其特征是：在调节器连接发电机的励磁输出端与调节器的电源正、负极之间连接有由晶体管Q4、Q5、Q6和电阻R12、R13、R14、R15组成的低电压工作电路，晶体管Q4的集电极和发射极分别连接在调节器的励磁输出端与调节器电源负极，晶体管Q5、Q6的发射极连接调节器的电源正极，电阻R14、R15连接在调节器的电源正、负极之间提供晶体管Q6的基极偏置电压，晶体管Q6的集电极通过电阻R13连接调节器电源负极，晶体管Q6的集电极同时连接晶体管Q5的基极，晶体管Q5的集电极通过电阻R12连接晶体管Q4的基极。

2、根据权利要求1所述的多功能车用发电机电压调节器，其特征是：含有功率管Q1的过流和短路保护电路，所述过流和短路保护电路包括晶体管Q3及其基极控制电路和开关二极管D1、D2，电阻R9、R10、R11连接在调节器电源正、负极之间，电阻R10、R11的节点连接晶体管Q3的基极，晶体管Q3的集电极与晶体管Q1的控制极连接，二极管D1阳极与电阻R9连接，阴极与晶体管Q2的集电极及电阻R7连接，二极管D1阳极与电阻R9连接，阴极与接调节器的励磁端连接。

3、根据权利要求2所述的多功能车用发电机电压调节器，其特征是：含有保护自动恢复电路，所述保护自动恢复电路包括比较器IC2及其取样信号电路、基准信号电路，比较器IC2的正相输入端输入基准电压信号，其反相输入端连接由电阻R16、R17及电容C2、C3组成的取样信号电路，比较器IC2的输出端连接电压调节信号取样与放大电路中比较器IC1的负相输入端；其中比较器IC2或者用场效应管Q8代替，场效应管Q8的源极接比较器IC1的负相输入端，漏极接调节器输出负极，其栅极连接晶体管Q7的集电极，晶体管Q7的基极输入随保护电路的信号电压变化。

4、根据权利要求1或2或3所述的多功能车用发电机电压调节器，其特征是：含有快速充电电路，所述快速充电电路包括比较器IC2及外围元件，比较器IC2的正相输入端输入电源电压高低的取样信号，比较器IC2的负相输入端输入基准电压信号，比较器IC2的输出端连接电压调节信号取样与放大电路中比较器IC1的负相输入端，实现车辆每次启动时发电机向蓄电池快速充电。