一种用于通用发动机的辅助电源电路的制作方法

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种用于通用发动机的辅助电源电路。

背景技术：

发动机的点火器、风门控制器以及电喷系统等电气设备在工作过程中需要低压直流供电。目前一般采用低压电瓶和低压绕组供电，发动机运行起来后通过自身的发电机给电瓶充电，从而形成一个完整的系统。然而发动机作为应急设备，有可能在需要启动时电瓶没有电了，这时只能用手拉启动。手拉时发动机转速很低只有300～400rpm，为了能够启动发动机，其自带发电机的设计必需保证这个转速下提供的电能满足点火器、风门控制器或电喷系统正常工作。然而，本发明的发明人经过研究发现，发动机启动后转速迅速升高，正常工作时转速范围在3000～6000rpm，甚至会更高。这时候发电机发出的电压很高，峰值电压可能达到1000v以上，这个电压不能直接给点火器、风门控制器、电喷系统等电气设备供电，因而如何来保证发动机启动转速升高后输出给这些电气设备的电压也是稳定的和安全的，成为目前亟待解决的问题。

技术实现要素：

针对现有发动机启动后转速迅速升高，此时发电机发出的电压很高，不能直接给点火器、风门控制器、电喷系统等电气设备供电的技术问题，本发明提供一种用于通用发动机的辅助电源电路。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于通用发动机的辅助电源电路，包括整流滤波模块、启动电源模块、斩波电路模块和隔离电源模块；其中，所述整流滤波模块将发电机输出的交流电压进行整流滤波变换成平滑的直流电压；所述启动电源模块对整流滤波模块输出的直流电压进行稳压调节以提供初始启动电源；所述斩波电路模块包括第一pwm控制器、稳压电路和第一电压采样放大隔离单元，所述第一pwm控制器接受启动电源模块提供的初始启动电源开始工作，并产生占空比可调的pwm信号以驱动稳压电路中的功率开关管，所述稳压电路对整流滤波模块输出的直流电压进行斩波后再经滤波变成直流电压，所述第一电压采样放大隔离单元将所述稳压电路输出的直流电压与目标电压值相减获得偏差信号，该偏差信号经放大并作电气隔离后产生第一控制信号，且将该第一控制信号反馈到所述第一pwm控制器中以控制其输出的pwm信号的占空比大小，使稳压电路输出的直流电压幅值稳定；所述隔离电源模块包括隔离多路低压直流开关电源单元、第二电压采样放大隔离单元和第二pwm控制器，所述隔离多路低压直流开关电源单元对稳压电路输出的直流电压进行隔离变压和整流滤波后输出多路低压直流电源，其中一路低压直流电源与所述第一pwm控制器连接作为其工作电源，且该路低压直流电源的电压幅值高于启动电源模块提供的初始启动电源的电压幅值，所述第二电压采样放大隔离单元通过检测多路低压直流电源的输出电压获得电压偏差信号，并将该电压偏差信号放大并作电气隔离后产生第二控制信号，且将该第二控制信号反馈到所述第二pwm控制器中以控制其输出的pwm信号的占空比大小，从而控制所述隔离多路低压直流开关电源单元输出的多路低压直流电源电压稳定。

与现有技术相比，本发明提供的用于通用发动机的辅助电源电路，通过整流滤波模块将发电机输出的交流电压进行整流滤波变换成平滑的直流电压，通过启动电源模块对直流电压进行稳压调节以提供初始启动电源给第一pwm控制器让其工作起来，第一pwm控制器产生占空比可调的pwm信号驱动稳压电路中的功率开关管，对整流滤波模块输出的直流电压进行斩波后再经滤波变成直流电压，通过第一电压采样放大隔离单元对稳压电路输出的直流电压与目标电压值相减获得偏差信号，该偏差信号经放大并作电气隔离后产生第一控制信号反馈到第一pwm控制器中以控制其输出的pwm信号的占空比大小，达到使稳压电路输出的直流电压幅值稳定，从而完成第一阶段的稳压工作；之后，通过隔离多路低压直流开关电源单元对稳压电路输出的直流电压进行隔离变压和整流滤波后输出多路低压直流电源，通过第二电压采样放大隔离单元检测多路低压直流电源的输出电压获得电压偏差信号并放大作电气隔离后，产生第二控制信号反馈到第二pwm控制器中以控制其输出的pwm信号的占空比大小，达到使隔离多路低压直流开关电源单元输出的多路低压直流电源电压幅值稳定，从而完成第二阶段的稳压工作；稳压后的多路低压直流电源可直接给相应的电气设备如点火器、风门控制器、电喷系统等提供供电，从而保证了发动机启动转速升高后本电源电路输出给这些电气设备的电压是稳定的和安全的。

进一步，所述整流滤波模块包括二极管d1～d6及滤波电容c4，所述二极管d1的正极和二极管d4的负极连接，所述二极管d2的正极和二极管d5的负极连接，所述二极管d3的正极和二极管d6的负极连接，所述二极管d1和二极管d4的连接节点、二极管d2和二极管d5的连接节点以及二极管d3和二极管d6的连接节点分别与发电机输出的一相交流电压连接，所述二极管d1、d2和d3的负极及滤波电容c4的正极连接后与启动电源模块的第一输入端连接，所述二极管d4、d5和d6的正极及滤波电容c4的负极连接后与启动电源模块的第二输入端连接。

进一步，所述启动电源模块包括电阻r16、nmos管m1、稳压二极管dw1和dw2，所述电阻r16的一端和nmos管m1的漏极与整流滤波模块及稳压电路的第一输入端连接，所述电阻r16的另一端与nmos管m1的栅极、稳压二极管dw1和dw2的负极连接，所述nmos管m1的源极和稳压二极管dw1的正极与第一pwm控制器的电源正极输入端连接，所述稳压二极管dw2的正极与整流滤波模块、第一pwm控制器的电源负极输入端和稳压电路的第二输入端连接。

进一步，所述稳压电路包括电阻r1、nmos管m2、储能电感l1、滤波电容c5和续流二极管d7，所述电阻r1的一端与第一pwm控制器的输出端连接，另一端与nmos管m2的栅极连接，所述nmos管m2的漏极与储能电感l1的一端和续流二极管d7的正极连接，所述续流二极管d7的负极和滤波电容c5的正极与启动电源模块、隔离电源模块和第一电压采样放大隔离单元的第一输入端连接，所述储能电感l1的另一端和滤波电容c5的负极连接后与隔离电源模块和第一电压采样放大隔离单元的第二输入端连接，所述第一电压采样放大隔离单元的信号输出端与第一pwm控制器的反馈输入端连接，所述第一电压采样放大隔离单元的接地端与第一pwm控制器的电源负极输入端和nmos管m2的源极连接。

进一步，所述隔离多路低压直流开关电源单元包括电阻r2、nmos管m3、变压器b1和多路输出整流单元，所述电阻r2的一端与第二pwm控制器的输出端连接，另一端与nmos管m3的栅极连接，所述nmos管m3的漏极与变压器b1初级线圈的一端连接，所述变压器b1初级线圈的另一端与稳压电路的正极输出端连接，每一路所述输出整流单元的输入端与变压器b1的一组次级线圈连接，其中一路所述输出整流单元的正负输出端分别与第一pwm控制器的电源正负极输入端以及分别与第二电压采样放大隔离单元的第一和第二输入端连接，所述第二电压采样放大隔离单元的信号输出端与第二pwm控制器的反馈输入端连接，所述第二电压采样放大隔离单元的接地端与第二pwm控制器的电源负极输入端、nmos管m3的源极和稳压电路的负极输出端连接。

进一步，每一路所述输出整流单元包括整流单元和滤波电容，所述整流单元的输入端与变压器b1的一组次级线圈连接，所述滤波电容的正负极分别与整流单元输出端的正负极连接。

进一步，所述第一pwm控制器和第二pwm控制器选用uc3842或uc3843控制芯片。

附图说明

图1是本发明提供的用于通用发动机的辅助电源电路结构示意图。

图中，1、整流滤波模块；2、启动电源模块；3、斩波电路模块；31、第一pwm控制器；32、稳压电路；33；第一电压采样放大隔离单元；4、隔离电源模块；41、隔离多路低压直流开关电源单元；42、第二电压采样放大隔离单元；43、第二pwm控制器。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参考图1所示，本发明提供一种用于通用发动机的辅助电源电路，包括整流滤波模块1、启动电源模块2、斩波电路模块3和隔离电源模块4；其中，所述整流滤波模块1将发电机输出的交流电压进行整流滤波变换成平滑的直流电压；所述启动电源模块2对整流滤波模块1输出的直流电压进行稳压调节以提供初始启动电源；所述斩波电路模块3包括第一pwm控制器31、稳压电路32和第一电压采样放大隔离单元33，所述第一pwm控制器31接受启动电源模块2提供的初始启动电源开始工作，并产生占空比可调的pwm信号以驱动稳压电路32中的功率开关管，所述稳压电路32对整流滤波模块1输出的直流电压进行斩波后再经滤波变成直流电压，所述第一电压采样放大隔离单元33将稳压电路32输出的直流电压与目标电压值相减获得偏差信号，该偏差信号经放大并作电气隔离后产生第一控制信号，且将该第一控制信号反馈到所述第一pwm控制器31中以控制其输出的pwm信号的占空比大小，使稳压电路32输出的直流电压幅值稳定；所述隔离电源模块4包括隔离多路低压直流开关电源单元41、第二电压采样放大隔离单元42和第二pwm控制器43，所述隔离多路低压直流开关电源单元41对稳压电路32输出的直流电压进行隔离变压和整流滤波后输出多路低压直流电源，其中一路低压直流电源与所述第一pwm控制器31连接作为其工作电源，且该路低压直流电源的电压幅值高于启动电源模块2提供的初始启动电源的电压幅值，所述第二电压采样放大隔离单元42通过检测多路低压直流电源的输出电压获得电压偏差信号，并将该电压偏差信号放大并作电气隔离后产生第二控制信号，且将该第二控制信号反馈到所述第二pwm控制器43中以控制其输出的pwm信号的占空比大小，从而控制所述隔离多路低压直流开关电源单元41输出的多路低压直流电源电压稳定。

与现有技术相比，本发明提供的用于通用发动机的辅助电源电路，通过整流滤波模块将发电机输出的交流电压进行整流滤波变换成平滑的直流电压，通过启动电源模块对直流电压进行稳压调节以提供初始启动电源给第一pwm控制器让其工作起来，第一pwm控制器产生占空比可调的pwm信号驱动稳压电路中的功率开关管，对整流滤波模块输出的直流电压进行斩波后再经滤波变成直流电压，通过第一电压采样放大隔离单元对稳压电路输出的直流电压与目标电压值相减获得偏差信号，该偏差信号经放大并作电气隔离后产生第一控制信号反馈到第一pwm控制器中以控制其输出的pwm信号的占空比大小，达到使稳压电路输出的直流电压幅值稳定，从而完成第一阶段的稳压工作；之后，通过隔离多路低压直流开关电源单元对稳压电路输出的直流电压进行隔离变压和整流滤波后输出多路低压直流电源，通过第二电压采样放大隔离单元检测多路低压直流电源的输出电压获得电压偏差信号并放大作电气隔离后，产生第二控制信号反馈到第二pwm控制器中以控制其输出的pwm信号的占空比大小，达到使隔离多路低压直流开关电源单元输出的多路低压直流电源电压幅值稳定，从而完成第二阶段的稳压工作；稳压后的多路低压直流电源可直接给相应的电气设备如点火器、风门控制器、电喷系统等提供供电，从而保证了发动机启动转速升高后本电源电路输出给这些电气设备的电压是稳定的和安全的。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述整流滤波模块1包括二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6及滤波电容c4，所述二极管d1的正极和二极管d4的负极连接，所述二极管d2的正极和二极管d5的负极连接，所述二极管d3的正极和二极管d6的负极连接，所述二极管d1和二极管d4的连接节点、二极管d2和二极管d5的连接节点以及二极管d3和二极管d6的连接节点分别与发电机输出的一相交流电压连接，所述二极管d1、d2和d3的负极及滤波电容c4的正极连接后与启动电源模块2的第一输入端连接，所述二极管d4、d5和d6的正极及滤波电容c4的负极连接后与启动电源模块2的第二输入端连接。在本实施例中，通过二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6及滤波电容c4组成的整流滤波电路，对发电机输出的三相交流电压进行整流滤波后变换成平滑的直流电压。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述启动电源模块2包括电阻r16、nmos管m1、稳压二极管dw1和dw2，所述电阻r16的一端和nmos管m1的漏极与整流滤波模块1及稳压电路32的第一输入端连接，具体所述电阻r16的一端和nmos管m1的漏极与整流滤波模块1中二极管d1、d2和d3的负极及滤波电容c4的正极连接，所述电阻r16的另一端与nmos管m1的栅极、稳压二极管dw1和dw2的负极连接，所述nmos管m1的源极和稳压二极管dw1的正极与第一pwm控制器31的电源正极输入端连接，所述稳压二极管dw2的正极与整流滤波模块1、第一pwm控制器32的电源负极输入端和稳压电路32的第二输入端连接，具体所述稳压二极管dw2的正极与整流滤波模块1中二极管d4、d5和d6的正极及滤波电容c4的负极连接。在本实施例中，通过电阻r16、nmos管m1、稳压二极管dw1和dw2组成线性稳压器，给第一pwm控制器31提供初始启动电源，让电路工作起来，且该稳压电路提供的电源电压幅值低于后面开关电源提供的电源电压幅值，由此使得在后面开关电源正常稳定工作后能够自动关断nmos管m1。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述稳压电路32包括电阻r1、nmos管m2(即功率开关管)、储能电感l1、滤波电容c5和续流二极管d7，所述电阻r1的一端与第一pwm控制器31的输出端连接，另一端与nmos管m2的栅极连接，所述nmos管m2的漏极与储能电感l1的一端和续流二极管d7的正极连接，所述续流二极管d7的负极和滤波电容c5的正极与启动电源模块2、隔离电源模块4的第一输入端和第一电压采样放大隔离单元33的第一输入端连接，具体所述续流二极管d7的负极和滤波电容c5的正极与启动电源模块2中电阻r16的一端和nmos管m1的漏极连接，所述储能电感l1的另一端和滤波电容c5的负极连接后与隔离电源模块4的第二输入端和第一电压采样放大隔离单元33的第二输入端连接，所述第一电压采样放大隔离单元33的信号输出端与第一pwm控制器31的反馈输入端连接，所述第一电压采样放大隔离单元33的接地端与第一pwm控制器31的电源负极输入端和nmos管m2的源极连接。在本实施例中，通过电阻r1、nmos管m2、储能电感l1、滤波电容c5和续流二极管d7组成一个宽输入电压范围(十几伏至一千多伏)的稳压电路，即在输入电压范围很宽的情况下都能满足输出电压稳定不变并能输出一个稳定低压，具体工作原理为：第一pwm控制器31在提供的初始启动电源下开始工作后，第一pwm控制器31产生占空比可调的矩形波信号(即pwm信号)以驱动nmos管m2，经nmos管m2斩波的脉冲电压经储能电感l1、续流二极管d7和滤波电容c5后变成直流电压，第一电压采样放大隔离单元33将直流电压与目标电压值相减获得偏差信号，该偏差信号经放大并作电气隔离后产生第一控制信号，该第一控制信号输入到第一pwm控制器31，以控制其输出的pwm信号的占空比大小，达到使输出到滤波电容c5两端的电压幅值稳定，从而达到使稳压电路32输出的直流电压幅值稳定，至此第一阶段稳压完成。

至此，本发明的发明人经过分析发现，前述整流滤波模块1、启动电源模块2和斩波电路模块3组成的辅助电源电路由于输入输出没有进行电气隔离，所以在具体使用起来时存在诸多不便；对此，本发明提供的辅助电源电路还包括有隔离电源模块4，具体所述隔离电源模块4包括隔离多路低压直流开关电源单元41、第二电压采样放大隔离单元42和第二pwm控制器43。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述隔离多路低压直流开关电源单元41包括电阻r2、nmos管m3、变压器b1和多路输出整流单元，所述电阻r2的一端与第二pwm控制器43的输出端连接，另一端与nmos管m3的栅极连接，所述nmos管m3的漏极与变压器b1初级线圈的一端连接，所述变压器b1初级线圈的另一端与稳压电路32的正极输出端连接，具体所述变压器b1初级线圈的另一端与稳压电路32中续流二极管d7的负极和滤波电容c5的正极连接，每一路所述输出整流单元的输入端与变压器b1的一组次级线圈连接，其中一路所述输出整流单元的正负输出端分别与第一pwm控制器31的电源正负极输入端以及分别与第二电压采样放大隔离单元42的第一和第二输入端连接，即其中一路所述输出整流单元的正负输出端分别与第一pwm控制器31和第二电压采样放大隔离单元42同时连接，所述第二电压采样放大隔离单元42的信号输出端与第二pwm控制器43的反馈输入端连接，所述第二电压采样放大隔离单元43的接地端与第二pwm控制器43的电源负极输入端、nmos管m3的源极和稳压电路32的负极输出端连接，具体所述第二电压采样放大隔离单元43的接地端与稳压电路32中储能电感l1的另一端和滤波电容c5的负极连接。在本实施例中，将其中一路输出整流单元的正负输出端与第一pwm控制器31连接，即用于提供给第一pwm控制器31作为工作电源使用，该路输出整流单元输出的直流电源电压幅值必需高于nmos管m1提供的初始启动电源的电压幅值，这样在发动机启动且开关电源单元稳定工作以后，会自动关断nmos管m1，因为正常工作时，滤波电容c4两端的电压很高，那么nmos管m1漏源极之间电压也会很高，如果不关断nmos管m1将会严重发热而损坏，因此nmos管m1只是在输入电压较低时导通，只提供初始启动电源。另外，本领域技术人员在本实施例的基础之上，还可以将所述第一pwm控制器31和第二电压采样放大隔离单元42分别与不同路的输出整流单元进行连接，其同样可以达到前述相同的目的，而这样的设计方式都涵盖在本发明的保护范围内。

作为具体实施例，请参考图1所示，每一路所述输出整流单元包括整流单元和滤波电容，具体在图1所示的电路实施例中包含有三路输出整流单元，每一路输出整流单元都包括有整流单元及滤波电容，所述滤波电容分别c1、c2和c3，所述整流单元的输入端与变压器b1的一组次级线圈连接，所述滤波电容的正负极分别与整流单元输出端的正负极连接；其中，所述整流单元完全可以采用现有的全波整流和半波整流来实现，因而在此不再赘述。因此，在本实施例提供的隔离电源模块4中，通过第二pwm控制器43、电阻r2、nmos管m3、变压器b1、滤波电容c1～c3和对应的整流单元以及第二电压采样放大隔离单元42组成一个隔离的多路低压直流开关电源电路，第二电压采样放大隔离单元42通过检测开关电源输出电压获得电压偏差信号，将其放大并作电气隔离后产生控制信号反馈到第二pwm控制器43，控制其输出pwm信号的占空比，从而控制nmos管m3的导通时间，控制能量传递，使多路低压直流电源输出电压稳定，而多路低压直流电源输出的直流电可提供给相应的电气设备如点火器、风门控制器、电喷系统等使用。

作为具体实施例，所述第一pwm控制器31和第二pwm控制器43选用uc3842或uc3843等型号控制芯片来实现，由此可根据电压采样放大隔离单元产生的控制信号控制其输出pwm信号的占空比，从而控制nmos管的导通时间。

作为具体实施例，所述第一电压采样放大隔离单元33和第二电压采样放大隔离单元42选用现有的采样放大芯片tl431+隔离光耦芯片pc817以及电容电阻组成的外围电路来实现，而这样的组合设计对于本领域技术人员来说是很容易实现的，当然也可以采用现有技术来实现，由此组成的设计可实现通过检测电压偏差信号(即输出的直流电压与预置目标电压值相减)，将其放大并作电气隔离后产生控制信号反馈到pwm控制器中，以实现对pwm信号的占空比大小进行控制。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。