CN218387058U - 一种调节器碳刷短路保护线路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种调节器碳刷短路保护线路，包括电压钳位线路、电压过阈值执行线路、功率管保护执行线路和短路状态循环检测线路，电压钳位线路连接电压过阈值执行线路，电压过阈值执行线路连接功率管保护执行线路，短路状态循环检测线路分别连接电压过阈值执行线路和功率管保护执行线路;具有碳刷短路保护功能,可有效保护调节器的功率管不因碳刷短路而失效，当碳刷短路状态解除时可以自动使调节器恢复正常工作状态，既能保证整车的供电质量，又提高了调节器的使用寿命，节省了维修费用。

Description

一种调节器碳刷短路保护线路

技术领域

本实用新型涉及碳刷短路保护领域，具体是涉及一种调节器碳刷短路保护线路。

背景技术

汽车发电机调节器是汽车交流发电机的重要组成部分，调节器的质量关乎整车电源系统的供电质量，调节器碳刷之间连接发电机的转子，调节器通过功率管控制转子中的电流来控制发电机的输出，车辆在运行或维修过程中，调节器碳刷之间时有发生不同程度的短路现象，碳刷短路时调节器中功率管瞬间通过的大电流会造成功率管烧坏（断路或短路），功率管断路失效时会导致发电机不发电，影响整车供电，功率管短路失效时会导致发电机电压失控上升可能烧坏电瓶和车载设备，甚至危及乘车者人身安全。

目前现状及缺陷：

1.现有调节器多数不带碳刷短路保护功能，常因车辆在运行或维修过程中，因碳刷短路而失效，降低了调节器使用寿命，影响了发电机供电质量，增加了维修费用。

2.现有带短路保护功能的调节器多是采用专用芯片来实现短路保护功能，生产成本高。

3.采用专用芯片的短路保护方案，一方面在全球缺芯的大环境下，进口芯片供货困难，影响产品生产；另一方面，由于所用的芯片本身的耐压值不高，无法承受发电机抛负载时产生的高压脉冲，基本只能应用于整流管为雪崩管的发电机，无法应用于整流桥为普通管的发电机，极大地限制了其应用范围。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种调节器碳刷短路保护线路，以解决上述背景技术中的问题，具有线路结构简洁，调试方便，可靠性高，可有效保护调节器功率管不会因调节器碳刷短路而烧坏，保证了整车的供电质量。

为实现上述目的，本实用新型的一种调节器碳刷短路保护线路的具体技术方案如下：

一种调节器碳刷短路保护线路，包括用于钳位电压的电压钳位线路、用于检测输入电压值的电压过阈值执行线路、用于具体执行短路保护功能的功率管保护执行线路和用于检测短路状态的短路状态循环检测线路，所述电压钳位线路连接电压过阈值执行线路，所述电压过阈值执行线路连接功率管保护执行线路，所述短路状态循环检测线路分别连接电压过阈值执行线路和功率管保护执行线路。

进一步，所述电压钳位线路采用二极管D2钳位电压值。

进一步，所述电压过阈值执行线路包括齐纳管ZD1，电阻R1、R2、R7，三极管Q2,所述齐纳管ZD1的负极连接二极管D2的正极和电阻R7的一端，所述二极管D2负极连接F端，所述电阻R7的另一端连接Gate端，所述齐纳管ZD1的正极连接电阻R1的一端、电阻R2的一端，所述电阻R1的另一端接地，所述电阻R2的另一端连接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地。

进一步，所述三极管Q2的基极与集电极之间连接有电容C2。

进一步，所述功率管保护执行线路包括三极管Q3、Q4，电阻R3、R4、R5、R6，电容C1，所述三极管Q2的集电极连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接三极管Q3的基极，电阻R3和电容C1并联接在三极管Q3的发射极和基极之间，三极管Q3的发射极连接B+端，所述三极管Q3的集电极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端与三极管Q4的基极、电阻R6的一端相连，所述电阻R6的另一端接地，所述三极管Q4的发射极接地，集电极连接Gate端。

进一步，短路状态循环检测线路包括电容C3和二极管D3，所述电容C3连接在三极管Q4基极和三极管Q2的集电极之间，所述二极管D3的正极接地，负极连接电容C3。

本实用新型的有益效果：

1.具有碳刷短路保护功能,可有效保护调节器的功率管不因碳刷短路而失效，当碳刷短路状态解除时可以自动使调节器恢复正常工作状态，既能保证整车的供电质量，又提高了调节器的使用寿命，节省了维修费用。

2.设计线路简洁，采用分立元器件，元器件容易获得，成本低，可靠性高，元器件耐压高，可应用于整流桥为普通管的发电机，可承受普通管发电机抛负载时产生的高压脉冲，应用工况更广，系统适用性强，无论调节器功率管类型为达林顿类型还是MOS管类型，在12V发电机系统和24V发电机系统上均可，应用车型更广，适用性更强。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型的电路原理图；

图3是本实用新型的外围接线图。

具体实施方式：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1至图3所示，设计出一种调节器碳刷短路保护线路，本短路保护线路有四个端子：B+、F、Gate、E，包括4个线路为：用于钳位电压的电压钳位线路、用于检测输入电压值的电压过阈值执行线路、用于具体执行短路保护功能的功率管保护执行线路和用于检测短路状态的短路状态循环检测线路，电压钳位线路连接电压过阈值执行线路，电压过阈值执行线路连接功率管保护执行线路，短路状态循环检测线路分别连接电压过阈值执行线路和功率管保护执行线路；（4个线路简称为：电压钳位单元，电压过阈值执行单元，功率管保护执行单元，短路状态循环检测单元）。

其中，电压钳位线路，采用二极管D2钳位电压值，用于在调节器碳刷没有短路时，通过导通二极管D2来钳位电压值，钳位电压值低于后级短路保护触发电压，使后级保护线路不工作。

其中，电压过阈值执行线路，包含齐纳管ZD1，电阻R1、R2、R7，三极管Q2，电容C2；齐纳管ZD1的负极连接二极管D2的正极和电阻R7的一端，二极管D2负极连接F端，电阻R7的另一端连接Gate端，齐纳管ZD1的正极连接电阻R1的一端、电阻R2的一端，电阻R1的另一端接地，电阻R2的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接地；三极管Q2的基极与集电极之间连接有电容C2，能加速三极管Q2的通断；

当调节器碳刷两端短路时，通过齐纳管ZD1和三极管Q2的导通电压阈值来控制后级电路关闭功率管动作的执行，参考点A点的电压大于齐纳管ZD1和三极管Q2的导通电压之和时，后级线路才会执行，保证了线路是在碳刷短路状态下才开始执行的，不短路时不执行后级线路。

其中，功率管保护执行线路，包含三极管Q3、Q4，电阻R3、R4、R5、R6，电容C1；三极管Q2的集电极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接三极管Q3的基极，电阻R3和电容C1并联接在三极管Q3的发射极和基极之间，三极管Q3的发射极连接B+端，三极管Q3的集电极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端与三极管Q4的基极、电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端接地，三极管Q4的发射极接地，集电极连接Gate端；

当调节器碳刷两端短路时，达到短路阈值电压，该线路工作，将调节器功率管的输入电压拉低，通过PNP三极管Q3来导通NPN三极管Q4，通过NPN三极管Q4的饱和低电压来拉低调节器功率管的输入端电压，从而使调节器功率管关闭，保护功率管不被烧坏。

其中，短路状态循环检测线路，包含电容C3和二极管D3， 电容C3连接在三极管Q4基极和三极管Q2的集电极之间，二极管D3的正极接地，负极连接电容C3，二极管D3起钳位负压的作用；

通过电容C3的充放电来周期性地检测电压过阈值执行线路的工作情况，从而判断短路状态是否消除，若短路电压仍超过电压过阈值执行单元的阈值，短路状态未消除时，继续触发执行功率管保护线路；若短路状态解除，则执行二极管电压钳位线路,调节器恢复正常工作。

如图3所示，调节器的碳刷两端（B+端和F端）连接发电机转子，调节器通过打开和关断功率管Q1来调节发电机转子中的电流大小以控制发电机输出。本短路保护线路可在调节器碳刷两端短路时，通过各线路在调节器碳刷短路时拉低调节器功率管的输入电压来关断功率管，从而实现短路保护功能，有效保护调节器的功率管Q1不因碳刷短路而失效，当碳刷短路状态解除时可以自动使调节器恢复正常工作状态，线路简洁，采用分立元器件，元器件容易获得，成本低，可靠性高，元器件耐压高，可应用于整流桥为普通管的发电机，可承受普通管发电机抛负载时产生的高压脉冲，应用工况更广，系统适用性强，无论调节器功率管类型为达林顿类型还是MOS管类型，在12V发电机系统和24V发电机系统上均可，应用车型更广，适用性更强。

如图3所示，调节器碳刷短路保护线路动作原理:

状态1：调节器碳刷F端和B+端之间不短路。

F端和B+端之间不短路时，功率管Q1导通时：B+端→电阻R8→电阻R7→二极管D2→功率管Q1→地（GND）这条路径导通，A点的电压为二极管D2的导通压降加上功率管Q1的饱和导通压降，大约为0.7V（以功率管为MOS管为例），未达到齐纳管ZD1的导通阈值，A点后级保护电路不动作。

状态2：调节器碳刷F端和B+端之间短路。

F端和B+端之间短路时，短路瞬间F端电压等于B+端电压，二极管D2正负极两端无正向电压差，D2不能导通。B+端→电阻R8→电阻R7→齐纳管ZD1→电阻R1→地（GND）这条回路导通，电阻R1上的电压通过电阻R2导通三极管Q2，Q2导通引起PNP三极管Q3导通，B+端电压通过三极管Q3，经电阻R4和R6分压后导通三极管Q4，此时B点电压被拉低，功率管Q1关断。

状态3：短路状态循环检测线路周期性检测碳刷状态。

短路之前，电容C3由B+端经电阻R3和R5充电，电容C3的右侧为高电位，左侧为低电位。短路后，由于三极管Q2的导通，电容 C3右侧变为零电位，电容C3通过三极管Q2放电。因电容两端电压不能突变，左侧为负电位，加速三极管Q4的截止关断。在电容C3的放电期间，三极管Q4是关断的，B+端电压经电阻R8和R9可以达到功率管Q1的开启阈值，若在此期间短路状态解除，调节器恢复到状态1，可正常工作。若短路状态没有解除，F端仍然是高电位，则重复状态2的过程。

通过电容C3的充放电来周期性地检测短路阈值电压判断线路的工作情况，从而判断碳刷短路状态是否解除。若碳刷短路状态未解除，状态2和状态3循环转换，若短路状态已解除，进入状态1。

可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种调节器碳刷短路保护线路，包括用于钳位电压的电压钳位线路、用于检测输入电压值的电压过阈值执行线路、用于具体执行短路保护功能的功率管保护执行线路和用于检测短路状态的短路状态循环检测线路，其特征在于，所述电压钳位线路连接电压过阈值执行线路，所述电压过阈值执行线路连接功率管保护执行线路，所述短路状态循环检测线路分别连接电压过阈值执行线路和功率管保护执行线路。

2.根据权利要求1所述的一种调节器碳刷短路保护线路，其特征在于，所述电压钳位线路采用二极管D2钳位电压值。

3.根据权利要求2所述的一种调节器碳刷短路保护线路，其特征在于，所述电压过阈值执行线路包括齐纳管ZD1，电阻R1、R2、R7，三极管Q2,所述齐纳管ZD1的负极连接二极管D2的正极和电阻R7的一端，所述二极管D2负极连接F端，所述电阻R7的另一端连接Gate端，所述齐纳管ZD1的正极连接电阻R1的一端、电阻R2的一端，所述电阻R1的另一端接地，所述电阻R2的另一端连接三极管Q2的基极，所述三极管Q2的发射极接地。

4.根据权利要求3所述的一种调节器碳刷短路保护线路，其特征在于，所述三极管Q2的基极与集电极之间连接有电容C2。

5.根据权利要求4所述的一种调节器碳刷短路保护线路，其特征在于，所述功率管保护执行线路包括三极管Q3、Q4，电阻R3、R4、R5、R6，电容C1，所述三极管Q2的集电极连接电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端连接三极管Q3的基极，电阻R3和电容C1并联接在三极管Q3的发射极和基极之间，三极管Q3的发射极连接B+端，所述三极管Q3的集电极连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端与三极管Q4的基极、电阻R6的一端相连，所述电阻R6的另一端接地，所述三极管Q4的发射极接地，集电极连接Gate端。

6.根据权利要求5所述的一种调节器碳刷短路保护线路，其特征在于，短路状态循环检测线路包括电容C3和二极管D3，所述电容C3连接在三极管Q4基极和三极管Q2的集电极之间，所述二极管D3的正极接地，负极连接电容C3。

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