专利名称：带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽车发电机的电压调节装置，特别是一种带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器。
背景技术：
现有技术的汽车发电机六线外搭铁内装式电压调节器，在实际中发现不够理想的有如下三个问题1、电压调节器只有防止输出负载端直接短路的自我保护功能，缺欠理想的防止输出负载端过电流自我保护功能，即使有过流保护功能，是采用在大功率开关管的输出端串接一个大功率电流取样电阻，和接在大功率开关管控制端的小三极管构成。不足的是，电流取样电阻的阻值不能太小，应调整在电路正常，负载端不出现过电流时，电流取样电阻两端应保持有使小三极管接近导通的基极电压(此电压约为500毫伏左右)，电路才能起到有效的过流保护作用。这样电流取样电阻的功耗太大，电压调节器长期处于加热状态，极大影响到电压调节器的使用寿命。在实际使用中，常会出现因过电流而损坏电压调节器的情况，例如，由于产品销售到市场上，电压调节器的额定输出电流同其它发电机的最大励磁电流不匹配，维修人员如果把产品配用在励磁电流比较大的发电机上使用，电压调节器会因长期处于过载运行而损坏；另外还有一种可能，由于发电机长时间工作，会因励磁线圈老化及震动出现逐渐性的匝间短路，到一定的程度时，最终都会使大功率开关管因超过其额定使用电流而损坏，有时还会殃及发电机的三个励磁二极管的损坏。
2、在发电机处于最高额定转速及最大输出电流的状态下，进行立即抛负载(包括蓄电池)转入空载，每抛负载一次发电机就会发出一个高于额定电压好几倍的瞬时间过高电压脉冲(时间极短)去冲击一次电压调节器。有些电压调节器一遇抛负载即刻就烧毁，有些电压调节器只能承受低频慢速地抛负载，如果频繁快速地抛负载，多数电压调节器还是承受不了连续快速的高电压脉冲的冲击而烧毁。在实际使用中，是会出现频繁快速地抛负载情况发生的，例如，发电机脚架固定螺丝的松动、汽车发动机至汽车底盘大梁之间的搭铁线固定螺丝的松动、汽车底盘大梁至蓄电池负极搭铁线固定螺丝的松动、蓄电池端头的松动、蓄电池使用时间长差不多达到最终寿命时会出现极板与端头的松动脱落等。有这些故障的汽车在道路上行驶，在发电机处于高转速及大输出电流时突然遇到道路不平发生颠动时，都会出现发电机输出回路接触不良发生抛负载，电压调节器就会因承受不了连续快速的高电压脉冲的冲击而烧毁。烧毁的原因有三方面一是选用开关管或电容的耐压不够高；二是有些关键部位选用的电阻功率太小；三是有些关键部位没有采取稳压措施或稳压措施不够完善所造成。
3、此种电压调节器里面，在(R)端子至(L)端子之间，串接有一个限制发电机他激励磁电流的大功率限流电阻，它的作用是当电门锁置于(IG)位置及汽车发动机处于静止状态时，蓄电池的电经电门锁(IG)→电压调节器(R)端→大功率限流电阻→电压调节器(L)端→发电机励磁线圈→电压调节器(F)端子→大功率开关管→地(E)负极，形成回路进行倒放电。此时发电机处于他激励磁状态，大功率限流电阻在电路中起到限制蓄电池不至于耗电过大的作用，也即是使电压调节器具有防倒流功能，并能防止司机忘记关电门锁。长时间处于此状态下，可延长蓄电池的放电时间，另外对发电机也有好处，不至于使励磁线圈长时间处于大电流、强励磁、无散热风冷却的状态下因发热而烧坏。但是，在发电机不转动处于他激励磁状态时，该大功率限流电阻所损耗的功耗大约为5瓦左右，这样，耗电还是太大，不能再延长蓄电池的放电时间。最紧要的是，该大功率限流电阻在电压调节器里头所产生的温度太高，如果真的出现该种状态时间过长时，电压调节器长期处于加热状态，就有可能因过热而损坏。
发明内容
本实用新型的目的是要解决现有此种汽车发电机电压调节器所存在的不足，提供一种带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器。
本实用新型是通过如下技术方案解决的，带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，包括检测发电机输出电压端子B、检测蓄电池电压端子S、电门锁控制端子R、充电指示端子L、发电机励磁线圈端子F、负极地端子E，其中电压调节器由续流二极管、场效应功率开关管、电流取样电阻、电压比较控制电路、双负输入电流比较控制电路、基准电流电路、稳压及基准电压电路、双输入带开关控制电压取样电路、单向导电隔离二极管、开关型脉冲电流震荡电路组成，采用双电压比较器为核心控制电路，其中一个电压比较器用于电压比较控制电路，另外一个电压比较器用于双负输入电流比较控制电路，两个电压比较器的输出端OUT与场效应管的G栅极相连接；所述的基准电流电路由电阻R8和R9组成，它接在基准电压电路的低电位输出端与负极地端子E之间，其中R8和R9之间的连接点即是它的输出端，其输出端连接于双负输入电流比较控制电路里电压比较器的IN+端；所述的电流取样电阻RX，接在场效应管的输出端源极S至负极地端子E之间，用于检测流经场效应功率开关管的电流；所述的开关型脉冲电流震荡电路，由电阻R7、R10、R11和RJ、二极管D3和D5、三极管T3、场效应管T2、电容C2组成，连接在电门锁控制端子R和充电指示端子L之间。
上述的带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，所述的稳压及基准电压电路，由稳压管W1和W2、电阻R6组成，该电路接在电门锁控制端子R与负极地端子E之间，有两个输出端，其中电阻R6与稳压管W1的连接点是高电位输出端，它为电压比较控制电路和双负输入电流比较控制电路提供电源，及为双输入带开关控制电压取样电路提供控制电压，其中稳压管W1与W2的连接点就是低电位输出端，它为电压比较控制电路提供基准电压。
上述的带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，所述的场效应功率开关管T4是N沟道型场效应管，其漏极D与发电机励磁线圈端子F相连接，栅极G与双电压比较器的两个输出端OUT相连接，用于控制发电机励磁线圈电流的通断。
上述的带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，所述的双负输入电流比较控制电路，由一个电压比较器、二极管D2和D4、电阻R13和R14、电容C3组成，有两个负输入端，其中一端通过电容C3与励磁线圈端子F相连接，另外一端通过R14与场效应管的源极S相连接。
上述的带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，所述的电压比较控制电路，由一个电压比较器、电阻R12组成，其中电压比较器的IN-端同电压取样电路的输出端相连接，电阻R12连接在两个电压比较器的电源端VCC与输出端OUT之间，用于触发场效应管T4的导通。
本实用新型具有基本电压调节、过电流保护、过电压保护、防倒流、充电指示灯控制、双输入带开关控制电压取样功能。同时具有结构简单、体积小、成本低、输出功率大、工作时不发热、性能稳定、温度系数极小、灵敏度及可靠性高等优点。
以下结合附图对本实用新型加以说明
图1为本实用新型的电路方框图；图2为本实用新型的电路原理图(图中虚线框内编号及元器件与图1相对应)；图3为本实用新型的应用电路原理图。
具体实施方式
如图1至图3所示包括检测发电机输出电压端子B、检测蓄电池电压端子S、电门锁控制端子R、充电指示端子L、发电机磁场线圈端子F、负极地端子E；还包括由续流二极管1、场效应功率开关管2、电流取样电阻3、电压比较控制电路4、双负输入电流比较控制电路5、基准电流电路6、稳压及基准电压电路7、双输入带开关控制电压取样电路8、单向导电隔离二极管9、开关型脉冲电流震荡电路10，按电路组成的电压调节器。
具体的实施方案是利用电压比较器IN+与IN-两输入端之间电压差10mV左右输出端OUT就翻转的特点。采用两个电压比较器为核心控制电路，把两个电压比较器的二个输出端OUT并联再连接到场效应管的(G)栅极，其中一个单元电压比较器用于电压调节作用使发电机的输出电压保持稳定，另一个单元电压比较器用于保护场效应管，在场效应管T4的源极(S)与负极地端子E之间，串接一个低功耗电流取样电阻RX，并采用双负输入电流比较控制电路5、基准电流电路6、稳压及基准电压电路7。在电路正常状态下，由于稳压及基准电压电路中W2的稳压作用，及基准电流电路中R8和R9的分压作用，在双负输入电流比较控制电路中，A2的IN+端上已建立有10mV左右的基准电流电压，流经场效应管T4及电流取样电阻RX的电流不会超过额定值，在电流取样电阻RX两端产生的压降小于10mV不能起动电压比较器A2，所以场效应管T4继续导通。当电路不正常，在发电机励磁线圈出现逐渐性的匝间短路时，流经场效应管及RX的电流会不断逐渐增大，电流增大至场效应管即将承受不起时，RX两端电压上升至大于10mV，通过R14使电压比较器A2的IN-端取样电流电压高于IN+端电流基准电压里面的NPN三极管即刻导通，输出端OUT使T4的(G)栅极电压为零，场效应管T4即刻截止，从而达到过流保护功能目的。如果此时电路仍然处于过电流状态，由于电容C3的充放电作用，场效应管T4就处于饱和导通时间极短，截止时间长的开关震荡状态，长时间里电压调节器不发热、不烧毁，当过电流故障排除后，又能自动地恢复到正常工作状态。
利用稳压及基准电压电路7，在发电机高转速及大输出电流状态下抛负载电路产生瞬时间高电压时，由于W1及W2的稳压作用，使作用在两个电压比较器电源VCC端电压，及触发场效应管(G)栅极的电阻R12和触发三极管T1的电阻R4的电流始终保持稳定不变，所以整个电路不会因产生瞬时高电压而损坏。
采用开关型脉冲电流震荡电路10代替传统产品的他激励磁电流限流电阻。在电路接通发电机未转动，充电继电器不动作，充电指示灯亮，电路处于防倒流工作状态时，开关型脉冲电流震荡电路10的场效应开关管T2处于导通时间短，截止时间长的开关震荡状态，电路耗电少发热量低。在发电机开始转动转速不大于1000r/min情况下，发电机即刻转为完全发电状态，充电继电器动作充电指示灯灭。本实用新型的工作原理是先说明电路图中双电压比较器各个单元作用A1单元用于电压比较控制电路；A2单元用于电流比较控制电路。
1.关电门锁时工作原理由于此调节器的电压取样电路，是双路综合长期带电输入的，在司机把电门锁置于OFF及ACC位置时，双输入带开关控制电压取样电路的开关管T1，由于基极没有偏置电压处于截止状态，所以调节器不会损耗蓄电池的电。
2.防倒流工作原理当司机把电门锁置于IG位置时，蓄电池的电压→经电门锁IG→保险丝→调节器R端，至此分二路，一路由R端→R6→经W1和W2稳压，此时，在两个电压比较器的电源VCC端已有稳定电压，通过R12使场效应管T4的(G)栅极得到开启电压，场效应管T4完全饱和导通。另一路由R端→R7→场效应管T2的(G)栅极得到开启电压，场效应管T2导通→RJ→D5→调节器L→发电机励磁线圈→调节器F→场效应管T4的(D)漏极→(S)源极→RX→接地负极。当达到一定的电流强度时，RJ两端的压降增大，通过R11使T3基极得到偏置电压，T3饱和导通，T3的导通拉低了场效应管T2(D)栅极电压，使T2由导通转为截止，由于T2的截止，有一电流向C2充电→R10→T3基极，使T3延时导通，也就使T2延时截止。到C2电容完全充完电后，因R10没有电流经过，T3基极无偏置电压，T3转为截止，由于T3截止，在R7的作用下使T2又转为导通，此时，已充在C2上的电，经场效应管T2的(D)漏极→(S)源极→RJ→D3，形成回路进行放电，C2放电完T2继续导通。当又达到一定的电流强度时，RJ两端的压降又增大，通过R11又使T3导通，T3导通又使T2截止，如此反反复复重复以上过程。如果司机把电门锁长期置于IG位置，场效应管T2就处于导通时间短，截止时间长的开关震荡状态，发电机的励磁线圈也就有断续的他激励磁电流流过，在转子磁爪上已产生有较弱的磁场，电路处于防倒流功能状态。在此过程中，调节器L端上始终产生震荡的低电压，因为达不到充电继电器始吸电压的电位，所以充电指示继电器不动作，充电指示灯始终处于亮的状态。
3.调节电压及充电指示灯控制原理由于在电门锁IG接通时，通过R4已使T1的基极有偏置电压，所以T1导通，调节器的B端及S端电压已进入电压取样电路。当司机把电门锁置于ST起动位置时，发动机及发电机转动，转子磁爪上的弱磁场切割定子三相线圈开始发电，三个小励磁二极管开始有电压输出，使调节器L端电压上升。由于L端电压上升及场效应管T4处于完全饱和导通状态，此时，发电机转为自激加强励磁，输出电压继续上升，当L端电压上升达到充电继电器线圈的始吸电压时，充电继电器动作，充电指示随之熄灭。由于W2的稳压作用，在电压比较器A1的IN+端已建立了基准电压，当发电机输出端(B)及蓄电池正极端(S)的电压达到额定最高电压值时，双输入带开关控制电压取样电路的T1发射极同R3的分压，使电压比较器A1的IN-端取样电压高于IN+端基准电压，里面的NPN三极管对地导通，输出端OUT使T4的(G)栅极电压为零，场效应管T4由原来饱和导通转为截止，发电机输出电压开始下降。在场效应管T4截止时，受发电机励磁线圈的上拉作用，调节器的F端电压突然升高，由于C3的充电作用，通过R13使电压比较器A2的IN-端电压高于IN+端电压，里面的NPN三极管对地导通，输出端OUT使T4的(G)栅极电压延时为零，所以场效应管T4延时截止。随着电压的下降，电压比较器A1的输出端OUT先翻转，到C3充完电后R13没有电流经过，此时电压刚好下降到下限值，电压比较器A2即刻翻转，此时，在R12的作用下场效应管T4由截止又转为饱和导通，已充在C3上的电经T4的(D)漏极→(S)源极→RX→D4形成回路进行放电。由于场效应管T4的导通，发电机的输出电压又重新上升，如此反反复复，调节器始终使发电机的输出电压保持稳定。
4.过电流保护工作原理在电路正常状态下，由于W2的稳压作用及R8和R9的分压作用，在比较器A2的IN+端上已建立10mV左右的基准电流电压，流经场效应管T4及电流取样电阻RX的电流不会超过额定值，在RX两端产生的压降小于10mV，所以RX不能起动电压比较器A2。在电压比较器A1起到调节电压作用翻转，使场效应管T4截止时，由于C3的充电作用，通过R13才使A2翻转一下极短时间，这样不会影响电路的正常工作。当电路不正常，在发电机励磁线圈出现逐渐性的匝间短路时，流经场效应管T4及RX的电流会不断逐渐增大，电流增大至场效应管T4即将承受不起时，RX两端电压上升至大于10mV，通过R14，使电压比较器A2的IN-端取样电流电压高于IN+端电流基准电压，里面的NPN三极管即刻导通，输出端OUT使T4的(G)栅极电压即刻为零，场效应管T4即刻截止。由于C3的充电作用→经R13→被D2钳位使A2的IN-端电压延时高于IN+端电压，使场效应管T4延时截止，当C3充完电后R13没有电流经过，电压比较器A2的IN-端电压转为低于IN+端电压，里面NPN三极管由导通转为截止，输出端OUT在R12的作用下，使场效应管T4由截止又转为饱和导通。已充在C3上的电经T4的(D)漏极→(S)源极→RX→D4形成回路进行放电，此时，电路如果仍然处于过电流状态，重复以上的过程。在此期间，场效应管是处于导通时间特短，截止时间比较长的开关震荡工作状态，长时间里电压调节器不发热、不烧毁。当过电流故障排除后，又能自动地恢复到正常工作状态。
5.过电压保护工作原理在发电机高转速大输出电流状态下抛负载，电路产生瞬时间高电压时，由于W1及W2的稳压作用，所以集成电路两个电压比较器及场效应管T4(G)栅极不会因电路产生高电压而损坏。
权利要求1.一种带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，包括检测发电机输出电压端子B、检测蓄电池电压端子S、电门锁控制端子R、充电指示端子L、发电机励磁线圈端子F、负极地端子E，其特征在于电压调节器由续流二极管(1)、场效应功率开关管(2)、电流取样电阻(3)、电压比较控制电路(4)、双负输入电流比较控制电路(5)、基准电流电路(6)、稳压及基准电压电路(7)、双输入带开关控制电压取样电路(8)、单向导电隔离二极管(9)、开关型脉冲电流震荡电路(10)组成，采用两个电压比较器为核心控制电路，其中一个电压比较器用于电压比较控制电路(4)，另外一个电压比较器用于双负输入电流比较控制电路(5)，两个电压比较器的输出端OUT与场效应管的G栅极相连接；所述的基准电流电路(6)由电阻R8和R9组成，它接在基准电压电路(7)的低电位输出端与负极地端子E之间，其中R8和R9之间的连接点即是它的输出端，其输出端连接于双负输入电流比较控制电路(5)里电压比较器的IN+端；所述的电流取样电阻(3)即是RX，接在场效应管的输出端源极S至负极地端子E之间，用于检测流经场效应功率开关管的电流；所述的开关型脉冲电流震荡电路(10)，由电阻R7、R10、R11和RJ、二极管D3和D5、三极管T3、场效应管T2、电容C2组成，连接在电门锁控制端子R和充电指示端子L之间。
2.根据权利要求1所述的带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，其特征在于所述的稳压及基准电压电路(7)，由稳压管W1和W2、电阻R6组成，该电路接在电门锁控制端子R与负极地端子E之间，有两个输出端，其中电阻R6与稳压管W1的连接点是高电位输出端，它为电压比较控制电路(4)和双负输入电流比较控制电路(5)提供电源，及为双输入带开关控制电压取样电路(8)提供控制电压，其中稳压管W1与W2的连接点就是低电位输出端，它为电压比较控制电路(4)提供基准电压。
3.根据权利要求1所述的带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，其特征在于所述的场效应功率开关管(2)即是T4，是N沟道型场效应管，其漏极D与发电机励磁线圈端子F相连接，栅极G与双电压比较器的两个输出端OUT相连接，用于控制发电机励磁线圈电流的通断。
4.根据权利要求1所述的带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，其特征在于所述的双负输入电流比较控制电路(5)，由一个电压比较器、二极管D2和D4、电阻R13和R14、电容C3组成，有两个负输入端，其中一端通过电容C3与励磁线圈端子F相连接，另外一端通过R14与场效应管的源极S相连接。
5.根据权利要求1所述的带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，其特征在于所述的电压比较控制电路(4)，由一个电压比较器、电阻R12组成，其中电压比较器的IN-端同电压取样电路(8)的输出端相连接，电阻R12连接在两个电压比较器的电源端VCC与输出端OUT之间，用于触发场效应管T4的导通。
专利摘要本实用新型提供了一种带过流过压保护低功耗六线外搭铁电压调节器，包括有六个接线端子及十个单元电路，采用双电压比较器为核心控制电路，在场效应管的源极与负极间串接一个低功耗电流取样电阻，使流经场效应管的电流超过额定值时即刻转为截止，从而达到过流保护；同时利用稳压及基准电压电路，避免因瞬时高电压而损坏；采用开关型脉冲电流震荡电路，使发电机处于他激励磁状态时，电路内部开关管处于导通时间短截止时间长的震荡状态，从而使电压调节器达到耗电少、发热量低的目的。具有基本电压调节、过电流保护、过电压保护、防倒流、充电指示灯控制、双输入带开关控制电压取样功能。具有结构简单、体积小、成本低、输出功率大、工作时不发热、性能稳定、温度系数极小、灵敏度及可靠性高等优点。
文档编号H02H7/20GK2826826SQ200520065240
公开日2006年10月11日 申请日期2005年9月29日 优先权日2005年9月29日
发明者李自祥 申请人:李自祥