一种24V永磁同步发电机电压调节器的制作方法

本发明涉及一种电压调节器，具体是一种24v永磁同步发电机电压调节器。

背景技术：
在直流发电机中，用直流电流来产生旋转磁场的励磁方式，称为电流励磁。若用永久磁体取代电流励磁，以产生旋转磁场，则此种发电机称为永磁发电机。永磁转子结构的采用，使得发电机内部结构设计排列得很紧凑，体积、重量大为减少。永磁转子结构的简化，还使得转子转动惯量减少，实用转速增加，比功率（即功率、体积之比例）达到一个很高的值。中、低速发电性能好，功率等级相同的情况下，怠速时永磁式发电机要比励磁式发电机的输出功率高一倍。

永磁发电机具有体积小,损耗低,效率高等优点,在节约能源和环境保护日益受到重视的今天,对其研究就显得非常必要。在许多情况下可以实现无刷化，因此其多为小型和微型发电机所采用。

永磁发电机制成后不需外界能量即可维持其磁场，但也造成从外部调节、控制其磁场极为困难。这些使永磁发电机的应用范围受到了限制。但是，随着mosfet、igbtt等电力电子器件的控制技术迅猛发展，永磁发电机在应用中无需磁场控制而只进行电机输出控制成为可能。永磁材料性能的不断提高和完善，电力电子器件和微机控制三项新技术结合起来，使永磁发电机在在各个领域内有了新的应用契机和发展。

现有的永磁发电机电压调节技术采用直接开关控制整流桥，为粗调节控制，主要适用与大功率发电机，对于500w以下的小微型发电机有电压波动大等问题，无法实现电压的精确调节和控制。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种24v永磁同步发电机电压调节器，采用定频pwm占空比控制，电压稳定，纹波小，效率高。电压控制能随着实际负载变化和发电机转速变化进行快速响应，提高了发电机的负载特性和速度特性等性能，能有效起到保护电瓶和其他用电设备的作用，防止电压过高对电瓶过充或充电不足。

为了实现上述目的，本24v永磁同步发电机电压调节器，包括mcu主控模块；为mcu主控模块供3.3v电压的电源转换模块；用于接收主控单元信号的pwm输入接口模块；用于控制主控单元供电指示灯的指示灯驱动模块；用于频率及电压处理的相信号采集模块；对b+端电源电压进行采集处理的电压采集模块；用于控制整流桥开关的pwm输出控制模块；用于三相整流的整流桥模块；用于吸收高压脉冲的滤波模块。

进一步，所述mcu主控模块使用pic12f615单片机，共8只引脚，pin1脚为vdd端，使用3.3v供电，3.3v供电可以使mcu工作在低功耗状态，降低对电池电量的损耗；pin8脚接公共地；pin4脚为复位脚，接滤波电容c27到地；pin2脚作ad输入端，为检测电源b+端电压的输入端；pin3脚作输入端，为pwm频率和占空比输入检测端；pin5脚作输出端，驱动主控单元指示灯；pin6脚作输入端，检测phase信号w端的频率和电压输入端；pin7脚作输出端，以定频pwm方式控制整流桥的开关。

进一步，所述电源转换模块中，ic2模块使用titps7a6633电源芯片，为mcu提供3.3v电压，电源b+端接电容c22和电容c23后到ic2模块的pin1脚和pin2脚，电容c22为电解电容，电容c23为陶瓷电容，有效滤除电源端干扰杂波，ic2模块的pin4脚接电容c24到地，pin5脚接地，pin6脚接上拉电阻r21到pin8脚，pin8脚为电源芯片输出脚，接电容c25和电容c26到地，电容c26为钽电容，辅助输出提供稳定的3.3v电压。

进一步，所述pwm输入接口模块中，pwm端接实车的主控单元，由主控单元提供方波占空比信号，一般的频率范围为10～400hz，占空比0～100%可调，pwm端接电容c14到地，经电阻r17、电阻r19和电容c13分压滤波后到三极管q6的基极，三极管q6集电极接mcu主控模块的pin3脚，pin3脚内部设置上拉电阻，pin3脚接c12到地，pin3脚设置为电平中断检测pwm频率和占空比值。pwm占空比可以改变此调节器的调节电压，占空比越大调节电压越高，占空比越小调节电压越低。实车控制单元根据实车用电和电池充电状态，实时的改变pwm占空比，动态的调整发电机的供电电压，提高整车用电效率。

进一步，所述指示灯驱动模块中，l端接实车的主控单元，mcu主控模块的pin5脚输出高低电平信号经电阻r20驱动达林顿管q7的基极，达林顿管q7集电极接二极管d8到l端，l端接电容c18到地，达林顿管q7能驱动500ma以内的电流。

进一步，所述相信号采集模块接永磁发电机三相定子中的任意一相作为相信号频率和电压采样，相信号w经电阻r12、电阻r14分压，稳压管zd2稳压，电容c11滤波后送入mcu主控模块的pin6脚，pin6脚做ad采样。

进一步，所述电压采集模块中，电源b+端经电阻r11和电阻r13进行分压，经电容c10进行滤波，经稳压管zd1进行稳压后接mcu主控模块的pin2脚，pin2脚使用ad采样，实时检测b+端输入电压。

进一步，所述pwm输出控制模块中，通过mcu主控模块的pin7脚输出pwm占空比信号，频率为定频200hz，占空比0～100%可调，mcu主控模块的pin7脚输出信号经电容c1、电阻r2和电阻r4后接pwm输出控制模块中的三极管q2的基极，三极管q2集电极接二极管d4，二极管d4接电阻r1，电阻r1接达林顿管q1的基极，达林顿管q1的基极和发射极间接电阻r3和电容c2，达林顿管q1发射极接二极管d5、二极管d6和二极管d7的公共负极，二极管d5、二极管d6和二极管d7的正极分别经电阻r15、电阻r16和电阻r18后接发电机的三相u、v和w，达林顿管q1的集电极接二极管d1、二极管d2和二极管d3的公共正极，二极管d1、二极管d2和二极管d3的负极分别接晶闸管q3、晶闸管q4和晶闸管q5的控制端。mcu主控模块的pin7脚输出pwm输出占空比信号，通过达林顿管q1和三极管q2控制整流器正管的开关，占空比大小随电源b+电压而改变，b+电压增高输出占空比减小，b+电压降低输出占空比增大，以此实现b+电压的稳定，

进一步，所述整流桥模块中，通过永磁发电机三相定子中的每一相上设置的一对上管和下管实现三相整流；正管使用晶闸管q3、晶闸管q4和晶闸管q5，每个晶闸管的正负极间接串联的电阻和电容，吸收在开关瞬间产生的尖峰脉冲，负管使用二极管d9、二极管d10和二极管d11，每个二极管的正负极间接串联的2个电容，吸收在开关瞬间产生的尖峰脉冲。

进一步，所述滤波模块中，在电源b+和整流桥正极端接2个大容量的电解电容c4和c5，吸收整流的纹波和尖峰脉冲，接2个串联的陶瓷电容c3和c6，滤除高频干扰。

与现有技术相比，本24v永磁同步发电机电压调节器，采用定频pwm占空比控制，电压稳定，纹波小，效率高。电压控制能随着实际负载变化和发电机转速变化进行快速响应，提高了发电机的负载特性和速度特性等性能，能有效起到保护电瓶和其他用电设备的作用，防止电压过高对电瓶过充或充电不足。适用于小型和微型永磁发电机，在一些运行速度低，体积小型的车型上可以有良好的性能，如电动助力自行车、驾驶式自动割草机等。

附图说明

图1为本发明的电路控制原理图；

图2为本发明的外围电路连接示意图；

图中：1、mcu主控模块，2、电源转换模块，3、pwm输入接口模块，4、指示灯驱动模块，5、相信号采集模块，6、电压采集模块，7、pwm输出控制模块，8、整流桥模块，9、滤波模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本24v永磁同步发电机电压调节器，包括mcu主控模块1；为mcu主控模块1供3.3v电压的电源转换模块2；用于接收主控单元信号的pwm输入接口模块3；用于控制主控单元供电指示灯的指示灯驱动模块4；用于频率及电压处理的相信号采集模块5；对b+端电源电压进行采集处理的电压采集模块6；用于控制整流桥开关的pwm输出控制模块7；用于三相整流的整流桥模块8；用于吸收高压脉冲的滤波模块9。

进一步，所述mcu主控模块1使用pic12f615单片机，共8只引脚，pin1脚为vdd端，使用3.3v供电，3.3v供电可以使mcu工作在低功耗状态，降低对电池电量的损耗；pin8脚接公共地；pin4脚为复位脚，接滤波电容c27到地；pin2脚作ad输入端，为检测电源b+端电压的输入端；pin3脚作输入端，为pwm频率和占空比输入检测端；pin5脚作输出端，驱动主控单元指示灯；pin6脚作输入端，检测phase信号w端的频率和电压输入端；pin7脚作输出端，以定频pwm方式控制整流桥的开关。

进一步，所述电源转换模块2中，ic2模块使用titps7a6633电源芯片，为mcu提供3.3v电压，电源b+端接电容c22和电容c23后到ic2模块的pin1脚和pin2脚，电容c22为电解电容，电容c23为陶瓷电容，有效滤除电源端干扰杂波，ic2模块的pin4脚接电容c24到地，pin5脚接地，pin6脚接上拉电阻r21到pin8脚，pin8脚为电源芯片输出脚，接电容c25和电容c26到地，电容c26为钽电容，辅助输出提供稳定的3.3v电压。

进一步，所述pwm输入接口模块3中，pwm端接实车的主控单元，由主控单元提供方波占空比信号，一般的频率范围为10～400hz，占空比0～100%可调，pwm端接电容c14到地，经电阻r17、电阻r19和电容c13分压滤波后到三极管q6的基极，三极管q6集电极接mcu主控模块1的pin3脚，pin3脚内部设置上拉电阻，pin3脚接c12到地，pin3脚设置为电平中断检测pwm频率和占空比值。pwm占空比可以改变此调节器的调节电压，占空比越大调节电压越高，占空比越小调节电压越低。实车控制单元根据实车用电和电池充电状态，实时的改变pwm占空比，动态的调整发电机的供电电压，提高整车用电效率。

进一步，所述指示灯驱动模块4中，l端接实车的主控单元，mcu主控模块1的pin5脚输出高低电平信号经电阻r20驱动达林顿管q7的基极，达林顿管q7集电极接二极管d8到l端，l端接电容c18到地，达林顿管q7能驱动500ma以内的电流。

进一步，所述相信号采集模块5接永磁发电机三相定子中的任意一相作为相信号频率和电压采样，相信号w经电阻r12、电阻r14分压，稳压管zd2稳压，电容c11滤波后送入mcu主控模块1的pin6脚，pin6脚做ad采样。

进一步，所述电压采集模块6中，电源b+端经电阻r11和电阻r13进行分压，经电容c10进行滤波，经稳压管zd1进行稳压后接mcu主控模块1的pin2脚，pin2脚使用ad采样，实时检测b+端输入电压。

进一步，所述pwm输出控制模块7中，通过mcu主控模块1的pin7脚输出pwm占空比信号，频率为定频200hz，占空比0～100%可调，mcu主控模块1的pin7脚输出信号经电容c1、电阻r2和电阻r4后接pwm输出控制模块7中的三极管q2的基极，三极管q2集电极接二极管d4，二极管d4接电阻r1，电阻r1接达林顿管q1的基极，达林顿管q1的基极和发射极间接电阻r3和电容c2，达林顿管q1发射极接二极管d5、二极管d6和二极管d7的公共负极，二极管d5、二极管d6和二极管d7的正极分别经电阻r15、电阻r16和电阻r18后接发电机的三相u、v和w，达林顿管q1的集电极接二极管d1、二极管d2和二极管d3的公共正极，二极管d1、二极管d2和二极管d3的负极分别接晶闸管q3、晶闸管q4和晶闸管q5的控制端。mcu主控模块1的pin7脚输出pwm输出占空比信号，通过达林顿管q1和三极管q2控制整流器正管的开关，占空比大小随电源b+电压而改变，b+电压增高输出占空比减小，b+电压降低输出占空比增大，以此实现b+电压的稳定，

进一步，所述整流桥模块8中，通过永磁发电机三相定子中的每一相上设置的一对上管和下管实现三相整流；正管使用晶闸管q3、晶闸管q4和晶闸管q5，每个晶闸管的正负极间接串联的电阻和电容，吸收在开关瞬间产生的尖峰脉冲，负管使用二极管d9、二极管d10和二极管d11，每个二极管的正负极间接串联的2个电容，吸收在开关瞬间产生的尖峰脉冲。

进一步，所述滤波模块9中，在电源b+和整流桥正极端接2个大容量的电解电容c4和c5，吸收整流的纹波和尖峰脉冲，接2个串联的陶瓷电容c3和c6，滤除高频干扰。

如图2所示，为本发明的外围电路连接图。

产品端子接法：b+端接发电机正极、实车电瓶正极和负载，e端接公共地，u、v和w端分别接发电机三相定子，l和pwm接实车主控单元。

本一种24v永磁同步发电机电压调节器的工作原理如下：

当实车key-off时，l端和pwm处于断开状态，调节器进入休眠状态，处于极低功耗状态，减少电池能量损耗。

当实车key-on时，主控单元通过pwm端送出唤醒和控制信息，调节器被唤醒激活，进入工作状态。指示灯驱动模块4输出信号点亮实车指示灯，pwm输入接口模块3计算输入信号的频率和占空比，根据实车定义计算得到占空比对应的调节电压点，如28.5v，电压采集模块6实时采样b+端的电压，相信号采集模块5实时采集相信号频率和电压，根据采集到的b+电压经过pid计算得到pwm的输出占空比，经pwm输出控制模块7送出，控制整流桥模块8的开关，当b+电压小于28.5v时，pwm输出占空比固定为30%，以帮助实车快速启动，随着发电机的转动，相信号电压和频率不断提升，b+端电压不断提升，当超过28.5v时，pwm输出占空比进入动态调节，整流桥开关进入动态调节器，pwm输出占空比随着发电机转速和负载变化而变化，b+电源电压恒定在调节器电压点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。