基于非对称RC网络的定频LRC功能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，涉及基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器。

背景技术：

现行汽车发电机在车辆运行当中，会遇到频繁变换电气负载的工况，如空调的开启、水箱冷却风扇的开启、大灯的开启、以及其他电负载开启等，由于发电机从小电流负荷突升为较大电流负荷，发电机电磁阻力转矩骤增，在发动机低速阶段(怠速转速～2800rpm)会诱发发动机抖动、喘振、甚至熄火，还引起发动机燃烧变差、排放增加，危害大气环境。因此需要在发动机低速时期，电气负荷骤增时，应该使发电机励磁电流缓慢增加，也就是对发电机的电磁阻力矩柔性增加，称之为“负载延迟响应控制”或“软加载”，即lrc功能，loadresponsecontrol。这样的电压调节器会使发电机工作在柔性阻力矩范围，稳定性增强，发动机的性能因此优化。

但现有的具有lrc功能的电压调节器多为复杂的处理芯片、成本较高。

因此需要设计出电路较为简单、成本较低的具有lrc功能的电压调节器，以适应汽车对发电机控制技术的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述技术问题，提供具有软加载lrc功能的发电机电压调节器。

依据本发明第一方面，提供了一种基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器，其特殊之处在于包括采样单元1000、第一比较单元1001、第二比较单元1002、三角波或锯齿波发生单元1003、非对称rc网络1004和功率单元1005，其中：

所述采样单元1000与电压调节器的正负极连接，其输出端与所述第一比较单元1001的第二输入端连接，所述第一比较单元1001的第一输入端连接一基准电压源vref1，所述第一比较单元1001的输出端与所述非对称rc网络1004的输入端连接，所述非对称rc网络1004的输出端连接所述第二比较单元1002的第二输入端，所述第二比较单元1002的第一输入端与所述三角波或锯齿波发生单元1003的输出端连接，所述三角波或锯齿波发生单元的输出信号为定频等幅三角波或定频等幅锯齿波，所述第二比较单元1002的输出端与所述功率单元1005的输入端连接，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。

进一步地，还提供了一种基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器，其特殊之处在于，所述非对称rc网络1004包括电阻r1、电容c1和二极管d0，所述电阻r1的一端作为所述非对称rc网络1004的输入端，所述电阻r1的另一端作为所述非对称rc网络1004的输出端与电容c1的一端及二极管d0正极同时连接，所述电容c1的另一端连接电源负极或电源正极，所述二极管d0的负极与所述非对称rc网络1004的输入端连接。

依据本发明第二方面，提供了一种基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器，其特殊之处在于包括采样单元1000、第一比较单元1001、第二比较单元1002、三角波或锯齿波发生单元1003、非对称rc网络2004和功率单元1005，其中：

所述采样单元1000与电压调节器的正负极连接，所述采样单元输出端与所述第一比较单元1001的第二输入端连接，所述第一比较单元1001的第一输入端连接一基准电压源vref1，所述第一比较单元1001的输出端与所述非对称rc网络2004的输入端连接，所述非对称rc网络2004的第一输出端连接所述第二比较单元1002的第二输入端，所述第二比较单元1002的第一输入端与所述三角波或锯齿波发生单元1003的输出端连接，所述三角波或锯齿波发生单元的输出信号为定频等幅三角波或定频等幅锯齿波，所述第二比较单元1002的输出端与所述功率单元1005的输入端连接，所述功率单元1005的输入端还连接所述非对称rc网络2004的第二输出端，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。

进一步地，还提供了一种基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器，其特殊之处在于，所述非对称rc网络2004包括电阻r1、电容c1和二极管d1，所述电阻r1的一端作为所述非对称rc网络2004的输入端，所述电阻r1的另一端作为所述非对称rc网络2004的第一输出端与电容c1的一端连接，所述电容c1的另一端连接电源负极或电源正极，所述二极管d1的负极与所述非对称rc网络2004的输入端连接，所述二极管d1的正极作为所述非对称rc网络2004的第二输端与所述功率单元1005的输入端连接。

本发明的有益效果是：采用非对称rc充放电网络，使电压调节器实现占空比递增功能，在发电机转速低时，发电机输出电压对较大电气负荷的电压降弥补速度降低，发电机输出电压处于“欠压期”时间长、采用非对称rc充放电网络使励磁占空比增速减慢，实现负载延迟响应功能，在发电机转速高时，发电机输出电压对大电气负荷的电压降弥补速度加快，发电机输出电压处于“欠压期”时间短、采用非对称rc充放电网络使励磁占空比增速变快，负载延迟响应功能减弱，因为高速时发动机储备能量较多，可以不需要lrc功能，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基于非对称rc网络的定频lrc功能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基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器电路结构示意图；

图3是本发明实施例的电路中的定频三角波、rc网络输出端、功率单元输入端波形对照示意图。

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，设计出具有lrc功能的发电机电压调节器。

第一方面，本发明实施方式提供了一种基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器。

实施例1

如图1所示，为一种基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器，其结构包括采样单元1000、第一比较单元1001、第二比较单元1002、三角波或锯齿波发生单元1003、非对称rc网络1004和功率单元1005，其中：

采样单元1000与电压调节器的正负极连接，用于对发电机输出电压进行采样，采样单元电路的输出端与第一比较单元1001的第二输入端连接，第一比较单元1001的第一输入端连接一基准电压源vref1，第一比较单元1001的输出端与非对称rc网络1004的输入端连接，非对称rc网络1004的输出端连接第二比较单元1002的第二输入端，第二比较单元1002的第一输入端与三角波或锯齿波发生单元1003的输出端连接，第二比较单元1002的输出端与功率单元1005的输入端连接，功率单元1005的输出端用于连接励磁绕组并控制励磁电流。

当发电机输出电压低于设定值时，采样单元的输出电压和基准电压源vref1在第一比较单元1001的两个输入端进行比较，在其输出端输出第一电压，该第一电压经过非对称rc网络1004，该非对称rc网络内部的结构是阻容积分电路构成的充放电网络，但其中特殊之处是充电速度和放电速度不等，即：非对称的充放电结构，在发电机输出电压低于设定值即欠压时，从非对称rc网络1004输入端输入的第一电压经非对称rc网络1004内的电阻给电容缓慢充电，使非对称rc网络1004输出端电位逐渐升高；随着发电机输出电压的升高，当升高至高于设定值时，采样单元的输出电压和基准电压源vref1在第一比较单元1001的两个输入端进行比较，在其输出端输出第二电压，该第二电压经过非对称rc网络1004，使非对称rc网络1004内的电容快速放电，这就是rc网络的充放电过程不对称，可以是“缓充快放”也可以是“缓放快冲”，究竟采取何种“非对称形式”，取决于整体电路设计时的比较器极性选择，均可以使lrc功能得以实现。

如采取“缓充快放”的rc充放电模式，当发电机输出电压低于设定值，比较器1001输出高电平，为非对称rc网络1004的电容缓慢充电，一般根据lrc功能要求，充电时间在0.5s～15s之间选择，调整rc时间常数即可，第二比较单元1002(亦是一只比较器)的第二输入端电压缓慢升高，而第二比较单元的第一输入端得到的是来自三角波或锯齿波发生单元1003的输出信号，该信号为幅值和频率稳定的三角波或锯齿波信号，可以理解为以三角波或锯齿波信号相形式提供给比较器1002的“基准电压”，这和“基准电压”和非对称rc网络1004输出的“缓升电压”进行比较，使比较器1002输出渐增的占空比信号，在通过功率单元1005放大驱动发电机励磁绕组以渐增的电流进行励磁，使发电机输出电压逐渐升高。这样，在发电机电力负载骤增导致发电机电压降低较多时，发电机励磁占空比逐渐增大、输出电压逐渐上升，发电机阻力转矩逐渐增大，减缓了对发动机的阻力波动，使发动机在小负荷的功率富余度低时的运转更为平稳、平抑转速波动、改善燃烧过程、减少尾气排放、提升发电机和发动机整体综合的优化控制功能。

附图1的下图示出了一种非对称rc网络1004的内部电路原理结构，可以看出：非对称rc网络1004包括电阻r1、电容c1和二极管d0，电阻r1的一端作为非对称rc网络1004的输入端，电阻r1的另一端作为非对称rc网络1004的输出端与电容c1的一端及二极管d0正极同时连接，电容c1的另一端连接电源负极或电源正极，二极管d0的负极与非对称rc网络1004的输入端连接，使充电过程经历r1c1，放电过程经历r1→d0，放电速度远快于充电速度。

由上述可以得出：采用非对称rc充放电网络，使电压调节器实现占空比递增功能，在发电机转速低时，发电机输出电压对较大电气负荷的电压降弥补速度降低，发电机输出电压处于“欠压期”时间长、采用非对称rc充放电网络使励磁占空比增速减慢，实现负载延迟响应功能，在发电机转速高时，发电机输出电压对大电气负荷的电压降弥补速度加快，发电机输出电压处于“欠压期”时间短、采用非对称rc充放电网络使励磁占空比增速变快，负载延迟响应功能减弱，因为高速时发动机储备能量较多，可以不需要lrc功能，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

第二方面，本发明实施方式还提供了一种基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器。

实施例2

如图2所示，为一种基于非对称rc网络的定频lrc功能电压调节器，其结构包括采样单元1000、第一比较单元1001、第二比较单元1002、三角波或锯齿波发生单元1003、非对称rc网络2004和功率单元1005，其中：

采样单元1000与电压调节器的正负极连接，输出端与第一比较单元1001的第二输入端连接，第一比较单元1001的第一输入端连接一基准电压源vref1，第一比较单元1001的输出端与非对称rc网络2004的输入端连接，非对称rc网络2004的第一输出端连接第二比较单元1002的第二输入端，第二比较单元1002的第一输入端与三角波或锯齿波发生单元1003的输出端连接，第二比较单元1002的输出端与功率单元1005的输入端连接，功率单元1005的输入端还连接非对称rc网络2004的第二输出端，功率单元1005的输出端用于连接励磁绕组并控制励磁电流。

附图2的下图示出了一种非对称rc网络2004的内部电路原理结构，可以看出：非对称rc网络2004包括电阻r1、电容c1和二极管d1，电阻r1的一端作为非对称rc网络2004的输入端，电阻r1的另一端作为非对称rc网络2004的第一输出端与电容c1的一端连接，电容c1的另一端连接电源负极或电源正极，二极管d1的负极与非对称rc网络2004的输入端连接，二极管d1的正极作为非对称rc网络2004的第二输出端与功率单元1005的输入端连接。

附图2和附图1的实施例区别在于：附图2的二极管d1的正极改接到功率单元1005的输入端，这样在每个有效励磁电平(即励磁电流被接通的控制电平)到来时，功率单元1005的输入端得到有效驱动电平，在有效截止电平(即励磁电流被切断的控制电平)到来时，功率单元1005的输入端驱动电平被斩波，从整体电路来看：有效励磁电平是非对称rc网络1004第一输出端渐变电压和基准锯齿波或基准三角波比较得到的占空比递增的，在发电机转速低时，发电机输出电压对较大电气负荷的电压降弥补速度降低，发电机输出电压处于“欠压期”时间长使励磁占空比增速减慢，实现了负载延迟响应功能，在发电机转速高时，发电机输出电压对大电气负荷的电压降弥补速度加快，发电机输出电压处于“欠压期”时间短使励磁占空比增速变快，负载延迟响应功能减弱，发电机输出电压高于设定值则通过二极管d1直接对功率单元输入端有效电平进行斩波，虽然单从rc积分电路上是充放电对称结构，但从整体电路性能和直接斩波效果测试，也是属于大环路的“非对称rc结构”，实际测试电容c1的电位波形来看，仍旧是在lrc期间表现为电压“缓升陡降”，因此整体效果仍旧是归于rc网络的“效果非对称”，故本发明将本实施例及其所附权利要求也列入基于“非对称网络”的本发明总体技术方案中，属于同一发明构思的两种形式的发明。

附图3是本发明上述两个实施例的电路中的定频三角波、rc网络输出端、功率单元输入端波形对照示意图。

图中定频三角波9001为幅值恒定、频率恒定的“基准波形”，波形9002为rc网络的输出波形，上升阶段表明电容被充电的过程，下降阶段表示电容放电过程，波形9002和9001在比较器中进行比较放大，当表征发电机输出量的9002电压超过恒幅三角波9001时，比较器1002输出高电平，为有效励磁电平，当表征发电机输出量的9002电压低于恒幅三角波9001幅值时，比较器1002输出低电平，为灭磁电平，可以看出，在发电机低速阶段遇到较大电负载时，由于电容c1每次充电缓慢进行而且储能逐渐累积，在定频等幅三角波9001的调制下，功率单元输入端接收到的是有效励磁电平由ton1→ton2→ton3→ton4→ton5……逐渐增加的过程，但其周期均为t，实现占空比递增。

需要说明的是，上述实施例中的二极管d0及d1的方向可以根据所接的电容接法而变化，如c1的接地端改接到电源正极、又如改变比较器两个输入端极性变换等均可根据电路实际适配更改二极管方向，目标是使发电机欠压时励磁占空比递增、过压时励磁立即截止，即实现了lrc功能、又确保发电机输出电压达到目标值时刻立即切断励磁，而不会出现像采用某些单片机做lrc电压调节器导致的占空比“缓升缓降”带来发电机“过压励磁”的危险工作状态，这些“过压励磁”的危险工作状态使发明人团队结合实际对国内外电压调节器综合检测得出的测试实际。由于采用了非对称结构的rc网络，使得本发明技术方案的lrc电压调节器只允许励磁占空比“缓升陡降”确保安全高性能的励磁控制。

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。