CN2909694Y

CN2909694Y - 具有微处理控制器的汽车发电机电压调节器

Info

Publication number: CN2909694Y
Application number: CNU2006200029513U
Authority: CN
Inventors: 陈佳宁
Original assignee: United States Strong Electronics Co Ltd
Current assignee: Zhejiang union Electronics Co., Ltd.
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2016-02-17

Abstract

一种具有微处理控制器的汽车发电机电压调节器，包括一微处理器、一传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口、一电压稳压源以及一功率输出单元，其中传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口分别与微处理器的输入端口相连接，电压稳压源与该微处理器的电源端口相连接，功率输出单元与该微处理器的PWM输出端口相连接。该汽车发电机电压调节器能和汽车发动机控制器双向瞬时通讯使汽车充电系统优化。该汽车发电机电压调节器性能参数可由编程软件程序控制，改变方便灵活，通用性强，开发时间短，成本低，能适应新车型不断变化的需要。另外，本实用新型应用金属基板技术，可有效散热从而提高汽车发电机电压调节器寿命和可靠性。

Description

具有微处理控制器的汽车发电机电压调节器

技术领域

本实用新型涉及电压调节器，具体地说，是一种用于汽车发电机、并带有微处理控制的电压调节器。

背景技术

在汽车交流发电机系统中，电压调节器是最复杂的部件。现有集成化多功能电压调节器在不同发动机转速以及不同电气负载的情况下，调节整个汽车充电系统的电压，同时，对于不同的发电机环境温度，它能够补偿调节电压，并具有保护汽车发电机以及整个汽车充电系统等多种功能，例如，电压调节器能够提供电流短路保护、过电压保护、软启动、负载反应控制、速度调压控制、负载调压控制、过高或过低电压报警、温度补偿、过流报警以及皮带故障报警等多种功能。

作为交流发电机最重要的部件，电压调节器紧靠发动机，环境温度高达125摄氏度，因此，电压调节器是交流发电机系统中最容易损坏的部件之一。而其他诸如高低温循环、高度震荡等恶劣环境也是造成该部件容易损坏的重要原因。任何电压调节器的故障，都会造成交流发电机不能正常给蓄电池充电以及供电给汽车整车的各种用电装置，例如空调装置、各种车灯等，严重时会造成发动机熄火。

现有的模拟电压调节器技术多使用线性集成电路，一般一个集成电路只能用于特定的车型，并且，它不能和发动机控制模块(ECM)进行瞬时双向通信而优化汽车发动机和发电机的性能。另外，现有的集成电路电压调节器开发时间长，成本高，不能很快适应新车型发电机各种新功能不断变化的需求。

电路板设计方面，传统的电压调节器使用陶瓷基板的厚膜电路技术，它具有耐高温的特点，但是散热效果较差，由此给汽车发动机带来的高温，也是造成电压调节器故障多发的重要原因之一。

发明内容

本实用新型的目的，在于克服上述传统的汽车发动机电压调节器存在的缺陷和不足，从而提供了一种数字式具有微处理器控制、并使用金属基板电路板技术的交流发电机电压调节器。

该发电机电压调节器包括包括一电压调节电路以及一电路板，所述电路包括一微处理器、一传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口、一电压稳压源以及一功率输出单元，其中传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口分别与微处理器的输入端口相连接，电压稳压源与该微处理器的电源端口相连接，功率输出单元与该微处理器的PWM输出端口相连接；所述电路板包括金属极板、电路印刷版以及位于两者之间的绝缘材料，所述基板采用铜或者铝作为材料，所述电路印刷版采用铜作为材料，所述绝缘材料为聚酰亚胺或聚合物。

本实用新型还提供了一种电压调节器电路，所述电路包括一微处理器、一传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口、一电压稳压源以及一功率输出单元，其中传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口分别与微处理器的输入端口相连接，电压稳压源与该微处理器的电源端口相连接，功率输出单元与该微处理器的PWM输出端口相连接。

本实用新型可提供多种现有技术不能实现的功能，其微处理控制技术可与发动机通过数字信息实现双向瞬时通信，调节器可提供当前交流发电机充电系统负载量信息，发动机控制器可根据蓄电池温度、发动机转速、负载、扭矩、温度等多种情况作出判断，发动机控制器(ECM)将信息传输给调节器，以控制最佳发电机镇定电压，这个循环在汽车点火开关信号采样瞬时不断地进行，从而使汽车充电系统电压达到最佳状态。

本实用新型的发电机电压调节器，可以使整个汽车充电系统优化，并且，调节器由于采用了微控制器，可以用软件改变其功能，因此可减少硬件改动，降低生产成本，缩短研发周期，通用性强。另外，由于采用了新型的金属基板电路，本实用新型可以提高调节器的寿命和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的电压调节器的电路框图；

图2是本实用新型的电压调节器与发电机系统配合使用时的原理图；

图3是本实用新型的电压调节器的一个实施例电路图；

图4是本实用新型的电压调节器的另一个实施例的电路图；

图5是本实用新型的电压调节器的金属基板电路板结构示意图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的电压调节器的电路方框图，如图所示，该电压调节器主要包括一微处理器110以及分别与该微处理器相连接的传感器120、采样电路130、ECM瞬时控制接口140、一电压稳压源150以及一功率输出单元160，其具体电路将在下文中作详细介绍。

如图2所示，是该电压调节器的更为详细的原理图，并且该图还显示了其与发电机系统配合使用的较为具体的工作电路，其中包括电压调节器100、发电机系统电路200以及汽车发动机室电路300。结合图1，采样电路130包括发电机转速采样131、发电机电压采样132以及蓄电池电压采样133；传感器120为一温度探测器集成电路，它也可以是分立的温度传感器电路，微处理器110为8位或16位控制器，具有两个以上脉冲宽度调节(PWM)及时钟(Timer)输出、输入接口，该微处理器110还包括多个模拟数字转换输出、输入接口，它通过ECM瞬时控制接口140接收来自汽车发动机控制器的脉冲宽度调节数字信号。5V的电压稳压源150与微处理器110相连接，一发电机荷载状况电路170用以反馈信息给发动机控制系统，功率输出单元160包括一电压充电泵161以及一场效应管162，电压充电泵161与微处理器的PWM输出相连接，场效应管162的三端分别与电压充电泵161相连接。另外，还有一二极管163一端与发电机荷载状况电路170以及场效应管162相连接，另一端接地。

发电机转速采样131用于对发电机系统电路200中发电机定子的转速进行采样，发电机电压采样132用于检测发电机输出的电压，蓄电池电压采样133用于检测汽车发动机室电路200中蓄电池电压。

该调节器还包括与微处理器110相连接的点火开关信号170以及故障指示灯控制输出180。点火开关信号170与汽车点火开关相连接，当汽车点火开关打开后，点火开关信号启动电压调节器；故障指示灯控制输出180与汽车发动机室内的仪表盘指示灯相连接，用于进行故障指示。功率输出电路中的场效应管与发电机转子相连接，用于功率输出以及提供转子激磁电流。

该调节器可通过通讯线与汽车发动机控制系统实现瞬时双向通信，从而形成局域互通网络，该通信可以通过软件实现，算法语言可以是C等高级程序语言或其他机器语言。

发电机输出电压镇定电压和调节器温度及负载响应控制(LRC)率由微处理算法程序决定，调节器控制的发电机输出电压和负温度补偿的关系利用可编软件程序控制，发电机输出电压镇定电压由ECM直接控制，发电机输出电压与微处理机输出脉冲宽度周期的关系通过程序实现，算法语言为C语言或Assembly机器语言。

如图3所示为本实用新型的一个实施例的电路图。如图所示，U1为微处理器，它可采用飞斯卡尔公司生产的MC908QB系列型微控制器或其它合适类型的微处理器，U2为5V的电压稳压源，U3为温度传感器集成电路，U4为电压充电泵，其中U2与微处理器U1相连接，用于为U1提供5V电源，限流电阻R10一端与U2相连接，另一端连接到发电机输出端B+，滤波电容C1、C2分别与U2相连接，并且令它们的共同端接地；温度传感器U3分别与U1以及U2相连接，并且其一端接地；充电泵U4可以为集成电路，也可以是分立元件，它与U1的PWM输出以及发电机输出B+相连接，充电泵延时电路电阻R11与延时电路电容C3分别与U4相连接，并且另一端接地，与U4相连接的还有一场效应管Q1，该场效应管Q1的饱和压降为0.2-0.4伏，短路保护电阻R12、R13分别跨接于U4和Q1的一端。充电泵U4可使微处理器U1的输出电压上升至20-25V，这样可使场效应管Q1的漏极以及源极之间有足够的门电压。

发动机控制器接口PCM(或ECM)、蓄电池电压采样接口SENSE、汽车点火开关接口IGNITION、汽车仪表盘指示灯接口LAMP、发电机定子接头PHASE分别与U1的输入端口相连接，其中与SENSE相连接的有两采样电阻R3、R4，而采样电阻R14、R15分别与IGNITION相连接，指示灯接头LAMP通过限流电阻R7与三极管Q2与U1的输出接口相连接，两发电机定子采样电阻R8与PHASE相连接后，接入U1的输入端，R8的另一端还连接有另一采样电阻R9。

电阻R1、R2为从B+输出的电压采样后，连接于U1的一个输入端，而电阻R5与电压稳压源U2相连接，另一端连接另一采样电阻R6，并与U1的一个输入端相连接。

在如图3所示的电路图右侧，FR为发电机负载情况输出，它通过一电阻R6以及一二极管D2连接到场效应管Q1的S极；F+为发电子转子的线圈接头，它也与Q1的S极相连接，另外，Q1的S极与一二极管D1连接后接地GND。

如图4所示为本实用新型另一实施例的电路图，此时发电机转子直接连接正电位，而场效应管Q1直接和地GND相连接，该电路中，无需用到图1实施例中的充电泵U4。这种情况下，二极管D3、D4以及电阻R17组成一个与门电路对发电机转子的短路情况进行采样，发电机转子的线圈接头F+以及发电机负载情况输出FR均与场效应管Q1的D极相连接，而二极管D1位于场效应管的D极与B+之间，电路的其余部分与图2所示的实施例相同。当发电机转子短路时，大电流通过场效应管Q1，微处理器PWM输出以及F+同时为高电位，与D4连接的微处理器采样短路信号为高电位，微处理器U1利用中断使PWM输出降到小于1％，从而使发电机转子电流降到零，达到保护调节器的作用。同时，微处理器U1即时监控短路情况，当短路故障消除后，重新使调节器恢复正常状态。连接于PWM输出以及Q1栅极之间的电阻R16用于控制场效应管开关速度。

结合图3、图4所示，当调节器通过PCM输入接口与发动机控制器连接时，PCM输入接口输入脉冲信号，以控制发电机转子的磁场电流，从而调节发电机输出电压。当PCM输入信号因故障断开时，微处理器根据预先设定的程序使调节器镇定电压维持在约13.6V，以保证发电机仍然充电。

发电机定子交流信号PHASE通过电阻R8、R9将发电机转速采样输入给微处理器U1，当转速低于预定值时，负载响应控制启动。

通过采样电阻R3、R4，SENSE接口对蓄电池电压进行采样，并将采样信号输入微处理器，当微处理器U1采样的充电系统电压过高或过低时，或者出现皮带断裂打滑、转子转速过低等情况时，LAMP接口输出通过R7和三极管Q2打开汽车仪表盘上的故障指示灯。

汽车点火开关接口IGNITION通过电阻R14、R15打开或关闭微处理器。

如图5所示，本实用新型的电路板采用绝缘金属基片技术，包括铜印刷板电路51、聚酰亚胺(或聚合物)52以及铜或者铝基片53。本实施例中，铜印刷板电路51厚度约为60-80微米，聚酰亚胺52厚度约为10-30微米，铜或者铝基片53厚度约为0.8-1.2毫米。与传统的陶瓷基片厚膜电路技术相比，本实用新型的电路板散热效果好，可延长电压调节器的寿命，并提高其稳定性。

综上所述，本实用新型的发电机电压调节器，可以使整个汽车充电系统优化，并且，调节器由于采用了微控制器，可以用软件改变其功能，因此可减少硬件改动，降低生产成本，缩短研发周期，通用性强。另外，由于采用了新型的金属基板电路，本实用新型可以提高调节器的寿命和可靠性。

Claims

1、一种汽车发电机电压调节电路，其特征在于，该电路包括一微处理器、一传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口、一电压稳压源以及一功率输出单元，其中传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口分别与微处理器的输入端口相连接，电压稳压源与该微处理器的电源端口相连接，功率输出单元与该微处理器的PWM输出端口相连接。

2、如权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，所述微处理器为8位或16位控制器，其具有两个或两个以上脉冲宽度调节输入输出接口，并具有多个模拟数字转换输入输出接口，它通过脉冲宽度调节输入接口接受汽车发动机控制器的脉冲宽度调节的数字信号。

3、如权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，所述传感器为一温度探测器集成电路或分立的温度传感器。

4、如权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，所述功率输出单元包括一电压充电泵以及一与其相连接的场效应管。

5、如权利要求4所述的电压调节电路，其特征在于，两电阻分别与所述电压充电泵相连接组成短路采样电路。

6、如权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，所述功率输出包括一场效应管以及一与门电路，其中与门电路一输入端与所述微处理器的PWM输出相连接，输出端与场效应管相连接，所述场效应管的饱和压降为0.2-0.4伏。

7、如权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于，所述电压稳压源为5伏，用于为所述微处理器提供电源。

8、一种电压调节器，其特征在于，该调节器包括一电压调节电路以及一电路板，所述电路包括一微处理器、一传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口、一电压稳压源以及一功率输出单元，其中传感器、采样电路、ECM瞬时控制接口分别与微处理器的输入端口相连接，电压稳压源与该微处理器的电源端口相连接，功率输出单元与该微处理器的PWM输出端口相连接；所述电路板包括金属极板、电路印刷版以及位于两者之间的绝缘材料，所述基板采用铜或者铝作为材料，所述电路印刷版采用铜作为材料，所述绝缘材料为聚酰亚胺或聚合物。

9、如权利要求8所述的电压调节器，其特征在于，该电压调节器通过一根通讯线与汽车发动机控制电路保持双向通信，并形成局域互通网络。