專利名稱：集成化分勵式發(fā)電機電子調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于一種分勵式發(fā)電機電壓控制調(diào)節(jié)裝置，適用于各種汽車、拖拉機、工程車輛、內(nèi)燃機車的輔助發(fā)電機、柴油、汽油發(fā)電機組等各種采用分勵式發(fā)電機的場合?，F(xiàn)以該調(diào)節(jié)器在汽車與內(nèi)燃機車上的應用為例論述之。
以往的晶體管汽車發(fā)電機電子調(diào)節(jié)器的電壓檢測裝置由于其結(jié)構(gòu)本身的限制，不得不采用穩(wěn)壓管與晶體管BE結(jié)串聯(lián)作為基準電壓;國內(nèi)比較先進的集成化電子調(diào)節(jié)器同樣采用穩(wěn)壓管作為基準電壓。由于汽車發(fā)電機調(diào)節(jié)器工作環(huán)境溫度范圍寬(機標為-40～65℃，進口車可達-45～145℃)，為了在整個溫度范圍內(nèi)使調(diào)節(jié)器輸出電壓保持穩(wěn)定，必需對穩(wěn)壓管與晶體管BE結(jié)串聯(lián)所構(gòu)成的基準電壓或穩(wěn)壓管及運算放大器輸入失調(diào)電壓及電流作溫度補償。但由于不同器件的非線性及同類器件各參數(shù)的離散性等原因，使補償措施往往難以收到予期的效果，導致調(diào)節(jié)器溫度特性變差。
近年來，發(fā)電機與調(diào)節(jié)器的一體化導致了調(diào)節(jié)器向微型化發(fā)展，形成了內(nèi)裝式調(diào)節(jié)器。內(nèi)裝式調(diào)節(jié)器的提出不僅使傳統(tǒng)的機械式調(diào)節(jié)器無法勝任，而且使以往的許多電子調(diào)節(jié)器同樣無能為力。
本發(fā)明在汽車上應用的目的就是要提供一類結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、生產(chǎn)工藝性優(yōu)良、性能穩(wěn)定可靠、能在極寬溫度范圍內(nèi)工作、適用于惡劣工況的微型、內(nèi)裝式、集成化電子調(diào)節(jié)器。
目前國內(nèi)內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器有下述缺點1、電路設計過于復雜;2、造價高;3、體積大，可靠性不夠，在一個控制箱中無法安裝兩套電壓調(diào)節(jié)器。本發(fā)明在內(nèi)燃機車上應用的目的就是要提供一類結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、造價低廉、工作可靠的集成化電子調(diào)節(jié)器。
本發(fā)明的任務是以下述方法完成的采用集成穩(wěn)壓/比較器將基準電壓與發(fā)電機輸出端電壓進行比較后，驅(qū)動大功率開關(guān)器件控制發(fā)電機勵磁電流，以實現(xiàn)電壓調(diào)整功能。
與以往的電子調(diào)節(jié)器相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于1、由于采用了新型的、集高精度電壓基準與高速電壓比較器于一體的集成電路，使本發(fā)明具有下述優(yōu)點①溫度穩(wěn)定性好、穩(wěn)壓精度高。
由于TL431內(nèi)部電壓基準的溫度系數(shù)小于50ppm，因此可使調(diào)節(jié)器能在很寬的溫度范圍內(nèi)工作，并且使發(fā)電機輸出電壓保持穩(wěn)定。
②生產(chǎn)工藝簡單。
由于采用TL431內(nèi)部電壓基準，在電路設計及印制板布局時，既無需考慮由于使用穩(wěn)壓二極管等器件后，不得不采用的溫度補償措施，又不用考慮調(diào)節(jié)器的溫度場分布不均勻，避免了因元件布局不當以及器件參數(shù)不穩(wěn)定等原因?qū)е碌恼{(diào)節(jié)器溫度特性變差，大大簡化了生產(chǎn)工藝。
③由于TL431是高速電壓比較器，使調(diào)節(jié)器在工作過程中進一步降低功率開關(guān)晶體管的開關(guān)損耗，提高了調(diào)節(jié)器的可靠性。
2、驅(qū)動部分采用可調(diào)單結(jié)晶體管PUT。
PUT是具有強烈正反饋的高速開關(guān)元件，其輸出只能穩(wěn)定在高、低電位兩個狀態(tài)，且上升與下降時間降僅數(shù)十nS。從而保證了功率開關(guān)管能迅速通過放大區(qū)，進入截止或飽和區(qū);使功率開關(guān)管始終工作在開關(guān)狀態(tài)。大大提高了調(diào)節(jié)器的可靠性。
3、采用VMOS場效應管作開關(guān)功率管。
VMOS場效應管與雙極型大功率晶體管相比具有無二次擊穿現(xiàn)象;開關(guān)速度快，上升與下降時間僅數(shù)十nS;電壓驅(qū)動，驅(qū)動功率小;導通內(nèi)阻小;功率增益高;溫穩(wěn)度穩(wěn)定性好等優(yōu)點。采用VMOS場效應功率管可大大增加靠性、簡化電路、減小體積，提高其性能價格比。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。


圖1是集成化分勵式發(fā)電機電子調(diào)節(jié)器實施例一電氣原理圖。
圖2是本發(fā)明實施例二的電氣原理圖。
圖3是本發(fā)明實施例三的電氣原理圖。
圖4是本發(fā)明實施例四的電氣原理圖。
圖5是本發(fā)明實施例五的電氣原理圖。
圖6是本發(fā)明實施例六的電氣原理圖。
參看圖1，本實施例應用在外搭鐵式硅整流發(fā)電機上。電路圖中發(fā)電機硅整流二極管的輸出端接汽車蓄電池B正極和調(diào)節(jié)器取樣電路R1的一端及點火開關(guān)K，R1與R2串聯(lián)，其聯(lián)結(jié)點接高速電壓比較器IC的控制端R點及反饋電阻RF的一端，R2的另一端接地，電容器C1與R2并聯(lián)，C1用來防止電路自激振蕩。IC陽極接地，陰極接R3和DW1負極，DW1正極接VMOS場效應功率晶體管T1的柵極、DW2負極，DW2正極接地，R4與DW2并聯(lián)。DW1用來抵消TL431飽和時輸出的2V電壓，DW2起防止T1柵極擊穿的作用。T1的源極接地，漏極接續(xù)流二極管D0和RF的另一端，續(xù)流二極管D0用于防止T1關(guān)斷時勵磁繞組產(chǎn)生的高壓擊穿T1。D0負極接點火開關(guān)K及R3的另一端，發(fā)電機勵磁繞組L并聯(lián)在DO兩端。調(diào)節(jié)器的地線接發(fā)電機負極和蓄電池負極。其工作原理是關(guān)閉汽車點火開關(guān)K，當發(fā)電機尚未轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)速較低時，發(fā)電機輸出電壓經(jīng)R1、R2分壓于R點，此時，R點電壓VR低于IC內(nèi)部基準電壓(約2.5V)，IC截止，K點電位約等于蓄電池電壓。T1柵極G為高電平，T1飽和導通，勵磁電流流過勵磁繞組，此時VMOS管漏極D接地，RF與R2并聯(lián)。隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速上升，其輸出電壓V0隨之而升高，當VR≈V0· (R2∥RF)/(R1+R2∥RF)大于IC內(nèi)部基電壓時，IC飽和，輸出電壓2V。通過穩(wěn)壓管DW1后T1柵壓為零，T1截止，切斷發(fā)電機勵磁電流，發(fā)電機輸出電壓下降。此時，RF與勵磁繞組L串聯(lián)后再與R1并聯(lián)。當發(fā)電機輸出電壓進一步下降，使VR≈V0· (R2)/(R1∥(RF+RL)+R2)(RL勵磁繞組直流電阻)小于IC內(nèi)部基準電壓時，IC截止，T1再次接勵磁回路，如此循環(huán)以保持發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定。
當其它因素如負荷變化導致發(fā)電機輸出電壓變化時，調(diào)節(jié)器重復上述過程。
CA141發(fā)電機安裝采用該電路研制的調(diào)節(jié)器后，當溫度由-40～130℃變化時，輸出電壓變化不大于±0.05V;當負載由10%～80%(輸出電流5A～40A)變化時，輸出電壓變化為±0.001～±0.05V;當轉(zhuǎn)速由1000～9000rpm.變化時，輸出電壓變化不大于0.01V。
圖2是在圖1的基礎上，去掉DW2，將T1換成雙極型達林頓管。與圖1相比，具有價格低、性能指標基本不變的特點。但由于采用雙極型晶體管，可靠性、功耗等指標略有下降。
圖3是在圖2的基礎上，將T1換成小功率管，T1的集電極接R5，R5的另一端接T2的基極，T2的發(fā)射極接R3及電火開關(guān)，極電極接D0負極，D0正極接地，R6與T2的基極及發(fā)射極并聯(lián)，勵磁繞組并聯(lián)在D0兩端。該電路與圖2的區(qū)別在于當IC飽和時R點電壓VR為VR≈V0· (R2)/(R1∥(RF+R5)+R2)工作原理基本相同。該電路采用CA-141發(fā)電機試驗時，其指標與圖2電路指標基本相同。該電路用于各種“內(nèi)搭鐵”(勵磁繞組接負極)的硅整流發(fā)電機。
圖4是在圖3的基礎上，IC的R點接D1負極和R7，D1正極接R1和R2的聯(lián)接點，R7另一端接地;T1的發(fā)射極接R1與蓄電池正極，R3的一端接IC陰極K，另一端接電火開關(guān)K，電火開關(guān)另一端接汽車電路內(nèi)部電阻。其它不變。D1和R7用來滿足調(diào)節(jié)器所需要的溫度特性，使發(fā)電機輸出電壓隨環(huán)境溫度上升而降低。
圖5是本發(fā)明在內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機中的應用電路之一。圖5與圖1的區(qū)別在于IC的陰極K接T1的陽極A，C2并聯(lián)在IC1的A、K兩端。R6、C3、DW2并聯(lián)(DW2正極接地)，其一端接地，另一端與R5串聯(lián)，聯(lián)結(jié)點接T1控制極G;DW1與R4并聯(lián)后一端接地(DW1正極接地)，另一端接接PUTT1的陰極A、功率開關(guān)管的柵極G;功率開關(guān)管的源極S接地，漏極D接續(xù)流二極管D0的正極，D0負極接R3、R5的另一端，輔助發(fā)電機勵磁繞組與D0并聯(lián)。壓敏電阻R7與T2的S、D并聯(lián)，C2，C3用來防止電路自激振蕩，DW2防止T1擊穿，壓敏電阻R7防止T2擊穿。
內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機電子調(diào)節(jié)器的工作原理與圖1不同點在于當IC截止，T1陽極電壓VA大與T1控制極電壓VG時，T1產(chǎn)生強烈正反饋，在數(shù)十nS內(nèi)迅速導通，使VMOS開關(guān)管以極快的速度接通勵磁電流;當IC飽和時，T1同樣在強烈正反饋作用下在數(shù)十nS內(nèi)截止，使T2迅速關(guān)閉。
圖6是本發(fā)明在內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機中的應用電路之二。與圖3相比，DW2并聯(lián)在T1的基極與發(fā)射極兩端，DW3并聯(lián)在T2的基極與發(fā)射極兩端，DW2與DW3均正極接地，用來保護IC、T1和T2，提高電路的可靠性;R5的一端接T1的集電極和T2的基極，另一端與R3、R6、K及D0的負極連接在一起，T2的發(fā)射極接地，集電極接R6的另一端、DW4的負極和T3柵極，DW4正極接地，T3的其余連接關(guān)系同圖5中的T2。工作過程與原理圖1基本相同。實用效果與圖5相當。
在東風4上使用采用上述電路的調(diào)節(jié)器時，當柴油機轉(zhuǎn)速由最低轉(zhuǎn)速上升到最高轉(zhuǎn)速(430rpm～1100rpm)，輸出電壓變化小于0.4V。采用上述6個電路(及本說明中尚未列舉的十余種電路)安裝的電壓調(diào)節(jié)器均可用于汽車、拖拉機、工程車輛、內(nèi)燃機車、柴、汽油發(fā)電機組。并且各種指標均遠高于目前國內(nèi)的各種電壓調(diào)節(jié)器;價格大大低于目前國內(nèi)的各種電壓調(diào)節(jié)器。
權(quán)利要求
1.一種為控制分勵式發(fā)電機勵磁電流的控制調(diào)節(jié)裝置，電路由發(fā)電機硅整流二極管的輸出端接蓄電池正極，調(diào)節(jié)器取樣電路R1接電火開關(guān)K，R1與R2串聯(lián)后接地，它們的聯(lián)結(jié)點接集成電路1C的控制端R及負反饋電阻RF的一端，電容C1與R2并聯(lián)，集成電路1C陽極接地，陰極接R3及穩(wěn)壓管DW1負極，DW1正極接VMOS場效應管T1的柵極和DW2的負極，DW2的正極接地，R4與DW2并聯(lián)，T1的源極接地，漏極接續(xù)流二極管D0正極及反饋電阻RF的另一端，D0負極接電火開關(guān)K及R3的另一端，發(fā)電機勵磁繞組L并聯(lián)在D0兩端，調(diào)節(jié)器的地線接發(fā)電機負極及蓄電池負極。其特征在于發(fā)電機輸出電壓的檢測與比較電路采用集成穩(wěn)壓/比較器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)節(jié)裝置，其特征在于電壓檢測與控制集于一體，由集成電路TL430/TL431/μA431系列集成穩(wěn)壓/比較器和電阻R1、R2、R3及C1構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)節(jié)裝置，其特征在于電路的開關(guān)裝置由VMOS功率場效應晶體管來開關(guān)勵磁電流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制調(diào)節(jié)裝置，其特征在于電路的驅(qū)動部分采用可調(diào)單結(jié)晶體管PUT，保證開關(guān)管功率管只能工作在截止或飽和導通狀態(tài)。
全文摘要
一種與發(fā)電機安裝在一起的為控制發(fā)電機勵磁電流的控制裝置。特點①采用集高精度電壓基準與高速比較器于一體的集成電路；②采用VMOS管開關(guān)勵磁電流；③采用PUT作為驅(qū)動器件。可用于各種汽車、拖拉機、工程車輛、內(nèi)燃機車輔助發(fā)電機、柴油、汽油發(fā)電機組等各種采用分勵式發(fā)電機的場合。
文檔編號F02B3/06GK1049254SQ9010468
公開日1991年2月13日 申請日期1990年7月13日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月13日
發(fā)明者李文輝 申請人:李文輝