电子调压器的设计

课程设计范例参考一、设计课题：电子调压器的设计二、摘要(略)三、汽车发电机调压器的发展趋势、本课题设计的意义、调压器的作用1、电子调压器的设计概述汽车发电机是为车辆提供电能的电器设备，由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，其转速随发动机转速的变化而变化，而且发动机和交流发电机的速比为1.7～3，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大。

而发电机电动势的高低与发电机的转速及磁极的磁通成正比，因此发电机的电压必然随着转速的变化而变化，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，由于在一定条件下发电机的输出功率是定值(P功率＝I电流×U电压)，当车辆电器负载较小时，发电机电压会升高，而车辆电器负载较大时，发电机电压会降低。

而车用电器设备及蓄电池充电均要求发电机必须在某一恒定电压下工作，如12V 系统的工作电压一般为14±0.25V，24V系统的工作电压为28±0.3V。

为了满足用电设备恒定电压的要求，使交流发电机的输出电压在发动机的所有工况下基本保持恒定，交流发电机必须配用电压调节器才能工作，这就产生了调节和控制电压的装置――电压调节器。

2、调压器的作用电压调节器是把发电机输出电压控制在规定范围内的装置，其功用是在发电机转速变化时，自动控制发电机电压保持恒定，使其不因发电机转速高时电压过高烧坏用电器和导致蓄电池过充电；也不会因发电机转速低而电压不足导致用电器工作失常。

电压调节器主要是利用改变流过转子的激磁电流通断，进而调节转子磁场的大小进行工作的。

当发电机产生的电压低于调节电压，调节器不起作用。

当发电机输出电压超过调节电压预设值时，励磁电流被调节器断开。

这时发电机电压下降，当降到下限电压额定值时，调节器重新接通励磁电流，电压再次逐渐升高，调节器开始新一轮调节循环。

3、汽车发电机调压器的发展趋势汽车发电机电压调节器随着汽车交流发电机的广泛使用，在发电机中起输出电压调节作用的调节器也得到不断发展，它是发电机的一个关键部件，也是技术含量较高和技术更新换代较快的零部件。

自上世纪50年代交流发电机问世以来，随着技术的进步发展和车辆使用要求的提高，调节器大致经历了以下4个发展阶段。

第一阶段：电磁式电压调节器，即机械式调节器。

这种调节器有触点、铁心、支架、弹簧等机械部分，利用触点的不断振动，通过触点的开闭时间，来控制发电机的激磁电流，使发电机的输出电压得到稳定。

但其结构复杂、体积大、质量重、故障多、可靠性差、寿命短；电压调节精度低，其控制范围一般在1V左右，甚至还要更大。

而且其触点振动时会产生火花，造成触点烧蚀，无线电干扰大，现在基本已被淘汰。

第二阶段：分立元件调节器。

20世纪60年代以来，随着半导体技术的发展，开始采用分立元件的晶体管电压调节器。

该类调节器利用串联在发电机激磁电路中的大功率三极管的导通与截止来控制激磁电路的通和断，调节激磁电流的大小，使发电机的输出电压稳定在规定值范围之内。

分立元件调节器将全部的电子元件焊接在印制的电路板上，并固定在调节器壳体内，然后用硅胶灌封。

相对电磁式调节器而言，其电压调节精度高，一般控制在0.3～0.5V之间；结构简单，体积小，没有无线电干扰，成本更低。

因此，分立元件调节器在当时被广泛应用，目前国内仍有发电机厂家在采用。

但是受专业焊接、电器件筛选设备的水平、电器件本身稳定性的限制，分立元件调节器一致性差、抗反向电压能力差、抗振性差、调节器容易失控，只适合当时车用电器较少且要求不高的状况。

因此随着性能更加优异的集成电路的出现，其正逐渐退出历史舞台。

第三阶段：半导体集成电路调节器。

20世纪70年代以来，随着半导体技术的进一步发展，半导体集成电路调节器得到了广泛的应用和发展。

该类调节器也是利用晶体管组成开关电路，以控制激磁电流通断时间来调节发电机的输出电压。

但是，所有晶体管都不再用外壳，而是把二极管、三极管的管芯集成在一块硅基片上。

这就实现了调节器的小型化，可以将其装在发电机内部，减少了外接线，缩小了整个充电系统的体积。

另外其调节精度高，在转速和负载变化时，电压波动范围一般不大于0.3V；成本较低，抗振性好。

但是随着车辆用电器的增加，客户希望进一步提高调节器的可靠性，并能实现更多的功能，如：报警、自保护等，因此出现了混合集成电路调节器(有人称之为第四阶段)。

第四阶段：混合集成电路调节器。

这种调节器是把专用的集成电路芯片与相关的电阻、电容、配线等元件做在绝缘膜上，在其外部采用统一的封装形式，做成一个模块化的单元，然后再将此模块与三极管、二极管等集成在基片上。

根据绝缘膜的厚度，可分为薄膜混合集成电路和厚膜混合集成电路。

混合集成电路调节器调节精度更高、绝缘性能好，减少了外部温度、湿度对其的影响、寿命更长，更能适应外部环境的变化。

国内目前市场上主导产品为第三代和第四代调节器，但因车型不同仍有所差别。

国内轿车已全部采用引进技术的发电机――即全部采用第四代调节器；低档卡车和农用车为降低成本，大部分采用第二代调节器；中高档卡车使用的调节器参差不齐，第二代、第三代和第四代调节器均有使用；客车由于用电器较多，其大功率发电机基本上采用稳定性更高的第四代调节器。

而真正的第四代集成电路调节器制造工艺非常严格并且达到规模化生产才能降低成本，只有具备相当专业技术水平、设备水平和规模化的专业厂家才能生产。

但基本原理不变,与分立元件调节器相同。

四、调研的资料介绍本人为更好地设计电子调压器,查找了巳有的电子调压器如下图1、2、3、5所示。

并了解其原理如下：图1五十铃汽车晶体管调节器(1)五十铃汽车工作原理如下：l)当接通点火开关S时，蓄电池电流经R4，进入调节器，由于R6、Rv、R7组成的分压器在R6与部分Rv上的分压不足以使V W击穿，故V2截止，V1导通，发电机获得激磁电流，其回路为:蓄电池正极→点火开关S→R4→V1发射极→V1集电极→激磁绕组→搭铁→蓄电池负极此时回路申串人了R4其激磁电流约为0.4A。

由于发电机末工作其中性点N 无电压。

继电器K保持常态,电源经R4、R5加到V3的be结。

使V3导通，充电指示灯亮。

2)当发电机电压低于充电电压时。

中性点N的电压不足以使继电器K动作，调节器的工作状态与上述相同。

3)当发电机电压高于充电电压。

但低于调节电压时。

发电机中性点N的电压大于9V。

磁场及充电指示继电器动作(常开触点闭合、常闭触点打开)。

其激磁电路为：蓄电池正极→点火开关S→V1发射极→V1集电极→激磁绕组→搭铁→蓄电池负极被短路。

发电机进入证常激磁状态。

其激磁电流在2A左右。

由于K 此时R4的常闭触点打开，V3因无基流而截止，充电指示灯灭。

4）当发电机因其转速升高或负荷减少使输出电压高于调节电压(28v，时，Vw被击穿，V2获基流而导通，将V1的基极与发射极短接，使V2截止，激磁电流被切断，发电机电压迅速下降。

当发电机电压降到一定值时，Vw又截止，V2随之截止，V1又导通，发电机重新获得激磁电流，输出电压再次升高。

如此往复，保持发电机输出电压恒定。

图2工作原理如下所示为PI一2型晶体管调节器原理图，该调节器电压调节部分主要由V1、V2、V3、V4和Vw组成。

该调节器具有充电指示灯H电路外，还有如下特点:采用了两只NPN型三极管与稳压管Vw串联有二极管V6，用以对Vw进行温度补偿;装有正反馈电阻R9，以加速晶体管工作状况的转换过程；电容器C1用以降低开关的频率，提高晶体管工作的稳定性。

由于这些特点，使PH一2的性能大大改进。

图2 PI一2型晶体管调节器原理图当发电机电压低于调节电压时，Vw不被击穿，V1无基极电流而截止，V2基极处于高电位，V2导通，从而使V3导通，发电机的激磁回路被接通。

同时、由于V3导通，其集电极电压很高，该电压通过R10加到V5的基极，使V5导通。

V4也通过R13导通，接通指示灯电路，充电指示灯亮。

当发电机电压高于调节电压时，Vw被击穿，V1有基流而导通，使V2的基极为低电位而截止，V3也截止。

V3截止后其集电极为负电位，从而V5无基流而截止，V4也截止，充电指示灯的电路被切断，指示灯熄灭。

当调节器进入正常调节状态时，V3的截止与导通不断转换，其基极上是幅值约为l4V的矩形交变电压，该电压经R11、、C4加到由二极管V9、V1组成的整流器上，使正半波通过V9负半波流过V10并使电容器C5充电。

来自C5的负电压经V11、V12限制在1·5~1·6V左右，加到V5基极，使V5截止，故V4也截止，充电指示灯灭。

因此当发电机电压高于调节电压后，充电指示灯灭，指示发电机已在充电。

(2)图3工作原理如下所示为日本电装公司有过电压保护电路的调节器原理图。

图中Vw，、R和V2组成过电压保护电路，这种保护电路很容易与调节器作成一体，使结构简化、不需要单独接线。

当电系工作正常时，过电压检测稳庇管Vw，与过电压保护三极管V2均不起作用，故无功耗。

当电系产生不过电压时。

Vw，被击穿导通，从而使V2也导通，使V1、V1截止，激磁电流被切断，发电机输出电压迅速下降。

过电压消失后，Vw，截止，V2也截止，调节器恢复五常工作。

图3 日本电装公司有过电压保护电路的调节器原理图(3)五十铃车用集成电路调节器工作原理如下该调节器的工作原理如图4所示。

图4五十铃车用集成电路调节器当接通点火开关时。

调节器激磁回路中串入了R，激磁电流小;L端的电压是限流电阻R与磁场绕组电阻RL的分压；充电继电器不动作，充电指示灯亮。

发电机发电后。

当L端的电压大于充电器的工作电压时。

继电器动作，充电指示灯电路被切断而熄灭，表示发电饥已向或可向蓄电池充电，同时激磁电流增大。

当发电机输出电压高于调节电压时，调节器切断激磁电流，使输出电压降低。

在这一调节过程中，功率管V1总是工作在开关状态。

该调节器的B端是充电系统故障报警端。

l2V电系的安全充电电压一般不超过17V，若充电系统发生故障，发电机的电压可能超过安全电压。

当B端检测到一一个高于l7V的故障电压后。

能迅速切断激磁回路，使发电机输出电压降低；同时充电继电器的报警系统发出报警信号，以便及时发现故障进行维修。

调节器的S端是调节电压自检端。

S端直接与蓄电池正端相连，以检测蓄电池端的发电机输出电压。

当调节器L端出现故障时，S端具有与B端一样的功能。

利用S端检测调节器是否有故障的功能。

(5)匈牙利却贝尔D一750型卡车晶体管调节器工作原理如下如图5所示。

该调节器采用了两只PNP型管和两只NPN型管，开关电路由复合管V1、V2组成。

C1是滤波电容器，可使调节器的电压变得比较平滑。

Vs 为续流二极管，用于消除发电机自感电势对晶体管的冲击，以保护V3、V4。

调节器的D接线柱并不直接搭铁，而是同时与发电机的激磁二极管V6、V7、V8和充电指示灯相连。