预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器的制作方法

本发明属于汽车发电机控制技术领域，涉及预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器。

背景技术：

现行汽车发电机在车辆运行当中，会根据发电机输出电压自动调节励磁占空比，发电机电压调节器的励磁调节方式可以分为：

①完全非定频励磁：电压调节器根据输出电压有效当量与设定值进行比较，以此比较结果确定是接通励磁还是切断励磁，因此励磁状态仅仅由输出电压决定，励磁频率由输出电压有效当量的计算方式、电路响应时间等确定，发电机负载变化、蓄电池连接关系等均可影响励磁频率，有些励磁频率变化范围较大，如在仅连接蓄电池空载情况下励磁频率为20hz、而在抛电瓶带40a负载时励磁频率升至1.8khz，较高的频率使调节器功率管损耗增大、发热增加，也使发电机的铁损增大，励磁频率的不稳定使发电机电磁阻力变化较大、对于发电机皮带产生较大应力损耗。

②定频触发的非定频励磁：电压调节器内有振荡电路以固定频率来触发接通励磁，发电机输出电压超过设定值时调节器切断励磁，虽然是以固定频率来触发接通励磁但励磁控制端表现为非定频励磁，但每次开启励磁的时间差均为同一基数的整数倍，这种励磁控制测不出定频触发脉冲，励磁控制端f点的励磁波形和非定频十分类似，其定频触发脉冲在发电机过压期间完全被“消隐”。

③定频励磁：以固定的励磁频率励磁，励磁频率稳定使发电机电磁阻力变化均匀、也使发动机运行稳定性提高。

现有的定频励磁电压调节器的控制方式包括：三角波比较式，即将发电机输出电压采样后的输出信号和一定频等幅三角波进行比较，得到占空比调制信号，以此控制励磁，这种方式较为普遍，但三角波形成电路较为复杂、而且对三角波等幅要求较高，因为其幅值已经是作为与采样信号进行比较的“基准”，多由较为复杂的数模混合集成芯片完成，电路结构复杂成本较高。

斩波式，即利用固定频率的触发脉冲触发励磁，过压时切断励磁，多由较为复杂的数模混合集成芯片完成，电路结构复杂成本较高。

上述两种方式也可以由单片机来完成，但是通用单片机在发电机的高温变、高电磁干扰、高浪涌冲击的供电环境中往往容易出故障，如出现各种程序问题、耐温性能不良等；而耐高温、耐高压、发电机专用的单片机较为昂贵。

因此，需要研究出较为电路结构简单的定频励磁电压调节器。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题的定频励磁，本发明创造性地采用“微分调制”的方式来实现定频励磁。

依据本发明的的一方面，提供了一种预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器，其特殊之处在于包括采样单元1000、基准单元1001、比较单元1002、窄脉冲发生单元1003、耦合电容c0、功率单元1004和续流单元1005，其中：

所述采样单元1000与电压调节器的正负极连接，所述基准单元1001输出一基准电压值，所述比较单元为具有两个输入端的电压比较器，所述采样单元1000输出端与所述比较单元1002的第二输入端连接，所述窄脉冲发生单元1003通过耦合电容c0连接所述比较单元1002的第二输入端，所述比较单元1002的第一输入端连接基准单元1001，所述比较单元1002的输出端连接功率单元1004的输入端，所述续流单元1005连接于所述功率单元1004输出端和电源正极之间，所述功率单元1005的负极接地，所述功率单元1005的输出端用于连接励磁绕组并控制励磁电流。

依据本发明的的二方面，提供了一种预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器，其特殊之处在于包括采样单元1000、基准单元1001、放大单元1002、窄脉冲发生单元1003、耦合电容c0、功率单元1004和续流单元1005，其中：

所述采样单元1000与电压调节器的正负极连接，所述基准单元1001为稳压二极管，所述放大单元1002为单端输入单端输出的放大电路，所述采样单元1000输出端通过所述基准单元1001与所述放大单元1002的输入端连接，所述窄脉冲发生单元1003通过耦合电容c0连接所述放大单元1002的输入端，所述放大单元1002的输出端连接所述功率单元1004的输入端，所述续流单元1005连接于所述功率单元1004输出端和电源正极之间，所述功率单元1005的负极接地，所述功率单元1005的输出端用于连接励磁绕组并控制励磁电流。

本发明的有益效果是：采用预置双向窄脉冲的微分调制方式，使电压调节器实现定频励磁功能，触发准确、使发电机输出电压调节精准、稳定性强，本发明电路结构简单、易于实现、性能可靠、成本较低、易于推广。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的一种预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器电路结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的另一种预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器电路结构示意图。

图3是本发明实施方式提供的预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器电路波形示意图；

图4是本发明实施方式提供的预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器电路波形示意图。

具体实施方式

根据本发明的设计思路，采用数目较少的元件，设计预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器。

第一方面，本发明实施方式提供了一种预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器。

实施例1

如图1所示，为一种预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器，其包括采样单元1000、基准单元1001、比较单元1002、窄脉冲发生单元1003、耦合电容c0、功率单元1004和续流单元1005，其中：

采样单元1000与电压调节器的正负极连接，要有对发电机输出电压进行采样，基准单元1001为稳压电路，为比较单元1002提供基准电压值，比较单元为具有两个输入端的电压比较器，采样单元1000输出端与比较单元1002的第二输入端连接，窄脉冲发生单元1003通过耦合电容c0连接比较单元1002的第二输入端，比较单元1002的第一输入端连接基准单元1001，比较单元1002的输出端连接功率单元1004的输入端，续流单元1005连接于功率单元1004输出端和电源正极之间，功率单元1005的负极接地，功率单元1005的输出端用于连接励磁绕组并控制励磁电流。

电路的工作过程是：

窄脉冲发生单元1003不断地输出窄脉冲，参见图3中的a曲线，窄脉冲宽度可以根据需要在设计窄脉冲发生单元1003时进行设定，一般建议在0.5％～2％之间。该窄脉冲通过耦合电容c0耦合至比较单元1002的第一输入端。由于窄脉冲对电容c0进行充放电，使得在比较单元1002的第一输入端得到“双向窄脉冲”，即：窄脉冲上升沿对c0充电和窄脉冲下降沿对c0放电并反充电，该“双向窄脉冲”的波形如图3中的b曲线，显然，电容c0和采样单元的有效电阻形成了rc微分电路，所得到的“双向窄脉冲”是对窄脉冲发生单元1003输出的窄脉冲进行微分得到的：在t1时刻，a曲线的窄脉冲上升沿到来，对c0充电，获得b曲线上上升的窄脉冲式的充电波形，在t2时刻，a曲线的窄脉冲下升沿到来，对c0放电及反充电，获得b曲线上下降的窄脉冲式的波形。

假设耦合电容c0断开：当发电机输出电压低于设定值时，采样单元1000的输出信号电压低于基准单元1002的输出电压，比较器1002输出第一电平，该第一电平控制功率单元1004输出端对地导通接通励磁电流；当发电机输出电压高于于设定值时，采样单元1000的输出信号电压高于基准单元1002的输出电压，比较器1002输出第二电平，该第一电平控制功率单元1004输出端对地截至切断励磁电流。这就是普通电压调节器的工作原理。

现在接通c0，在比较器1002的输入端附加了高低双电平的窄脉冲，该双电平的窄脉冲对采样单元输出信号进行调制，在t2时刻：无论发电机输出电压是否低于设定值，低电平的窄脉冲调制后的信号电压在窄脉冲期间低于基准单元1002的输出电压，使励磁电流被接通；在t3时刻：无论发电机输出电压是否高于设定值，高电平的窄脉冲调制后的信号电压在窄脉冲期间高于基准单元1002的输出电压，使励磁电流被切断，在功率单元1004的输入端得到如图3中的d曲线波形电压。

这样可以通过合理设定窄脉冲频率，如在120～350hz范围内选择以固定频率，通过实践证明，可以使发电机以窄脉冲频率励磁，就相当于一个机械装置受到一个外来固有频率的振动而“受迫振动”的原理一样。

当发电机由于低速或过载等原因导致持续欠压时，由于存在窄脉冲的“高电平”(如t1或t3开始的窄脉冲)，会在励磁回路中出现功率管截止窄脉冲，如图3中的e曲线。由于窄脉冲占空比极低(一般0.5～2％)，故对满励磁的制约影响极小，一般可以忽略不计。

当发电机持续过压时，由于存在窄脉冲的“低电平”(如t2或t4开始的窄脉冲)，会在励磁回路中出现功率管导通窄脉冲，如图3中的f曲线。由于窄脉冲占空比极低(一般0.5～2％)，故对已经过压时的发电机励磁的没有影响，国外大多数定频励磁电压调节器在过压时的仍然固定导通的窄脉冲一般在2～8％(有称之为“残余脉冲”)，这时的“残余脉冲”占空比低，使发电机因为这“残余脉冲”输出的电压仍旧低于设定值。而本发明技术方案的残余脉冲则其占空比更低。

由于无论是在连续欠压还是连续过压时期，励磁回路均出现高电平的截止窄脉冲或低电平的导通窄脉冲，故称之为“预置双向窄脉冲”。

附图3中的c曲线为整个图3的坐标横轴，表示时间参量。

续流单元1005为续流二极管，其为公知技术，这里不再赘述。

本实施例效果是：采用预置双向窄脉冲的微分调制方式，使电压调节器实现定频励磁功能，触发准确、使发电机输出电压调节精准、稳定性强，特别是在发电机输出电压高于设定值时，采样输出信号受到定频窄脉冲的及时调制，励磁电流会及时切断，有效避免其次延迟问题，这一点使本发明技术方案的电压调节器的可靠性明显提高，c0还兼做采样信号滤波电容。

第二方面，本发明实施方式还提供了一种预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器。

实施例2

如图2所示，为一种预置双向窄脉冲的微分调制式定频励磁发电机电压调节器，其包括采样单元1000、基准单元1001、放大单元1002、窄脉冲发生单元1003、耦合电容c0、功率单元1004和续流单元1005，其中：

采样单元1000与电压调节器的正负极连接，基准单元1001为稳压二极管，放大单元1002为单端输入单端输出的放大电路，如为三极管放大电路，采样单元1000输出端连接通过基准单元1001的输入端，基准单元1001的输出端与放大单元1002的输入端连接，窄脉冲发生单元1003通过耦合电容c0连接放大单元1002的输入端，放大单元1002的输出端连接功率单元1004的输入端，续流单元1005连接于功率单元1004输出端和电源正极之间，功率单元1005的负极接地，功率单元1005的输出端用于连接励磁绕组并控制励磁电流。

电路的工作过程是：

窄脉冲发生单元1003不断地输出与前述实施例1同样的窄脉冲。

假设耦合电容c0断开：当发电机输出电压低于设定值时，采样单元1000的输出信号电压低于基准单元1002的导通阈值电压，放大单元1002输出第一电平，该第一电平控制功率单元1004输出端对地导通接通以励磁电流；当发电机输出电压高于于设定值时，采样单元1000的输出信号电压高于基准单元1002的导通阈值电压，使放大单元1002输出第二电平，该第二电平控制功率单元1004输出端对地截至以切断励磁电流。这也是普通电压调节器的工作原理。

现在接通c0，在放大单元1002的输入端附加了高低双电平的窄脉冲，该双电平的窄脉冲对采样单元输出信号进行调制，在t2时刻：无论发电机输出电压是否低于设定值，低电平的窄脉冲调制后的信号电压在窄脉冲期间低于基准单元1002的导通阈值电压，使励磁电流被接通；在t3时刻：无论发电机输出电压是否高于设定值，高电平的窄脉冲调制后的信号电压在窄脉冲期间高于基准单元1002的导通阈值电压，使励磁电流被切断，在功率单元1004的输入端得到如图3中的d曲线波形电压。

这样可以通过合理设定窄脉冲频率，如在120～350hz范围内选择以固定频率，通过实践证明，可以使发电机以窄脉冲频率励磁，就相当于一个机械装置受到一个外来固有频率的振动而“受迫振动”的原理一样。

当发电机由于低速或过载等原因导致持续欠压时，由于存在窄脉冲的“高电平”(如t1或t3开始的窄脉冲)，会在励磁回路中出现功率管截止窄脉冲，如图3中的e曲线。由于窄脉冲占空比极低(一般0.5～2％)，故对满励磁的制约影响极小，一般可以忽略不计。

当发电机持续过压时，由于存在窄脉冲的“低电平”(如t2或t4开始的窄脉冲)，会在励磁回路中出现功率管导通窄脉冲，如图3中的f曲线。由于窄脉冲占空比极低(一般0.5～2％)，故对已经过压时的发电机励磁的没有影响，国外大多数定频励磁电压调节器在过压时的仍然固定导通的窄脉冲一般在2～8％(有称之为“残余脉冲”)，这时的“残余脉冲”占空比低，使发电机因为这“残余脉冲”输出的电压仍旧低于设定值。而本发明技术方案的残余脉冲则其占空比更低。

附图3中的c曲线为整个图3的坐标横轴，表示时间参量。

续流单元1005为续流二极管，其为公知技术，这里不再赘述。

通过上述实施例的阐述，可以得知：在电压调节器的采样信号输出端，进行预置双向窄脉冲的微分调制，能够获得较为良好的定频励磁的技术效果，附图4示出了窄脉冲发生单元输出的定频窄脉冲(图4中的a曲线)和由该定频窄脉冲通过耦合电容c0对采样信号进行微分调制后获得的功率单元1004输出端的励磁控制波形(图4中的g曲线)，可见定【频效果良好，而且在变换负载或者抛电瓶时均得到定频控制。

本发明技术方案的有益效果是：采用预置双向窄脉冲的微分调制方式，使电压调节器实现定频励磁功能，触发准确、使发电机输出电压调节精准、稳定性强，特别是在发电机输出电压高于设定值时，采样输出信号受到定频窄脉冲的及时调制，励磁电流会及时切断，有效避免其次延迟问题，这一点使本发明技术方案的电压调节器的可靠性明显提高，c0还兼做采样信号滤波电容。本发明电路结构简单、易于实现、性能可靠、成本较低、易于推广。

本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，不是对本发明的限制，通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他实施例或其他组合所得到的实施例均落入本发明保护范围，本发明的保护范围由权利要求书限定。