專利名稱：汽車電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車配件，具體地，本發(fā)明公開了一種汽車電壓調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
汽車的供電電源一般由發(fā)電機、整流器、調(diào)節(jié)器和蓄電池四部分組成。汽車發(fā)電機在汽車運行過程中由汽車發(fā)動機帶動發(fā)出直流電或交流電，提供汽車所需的電能。現(xiàn)代汽車的發(fā)電機都是交流發(fā)電機，它發(fā)出的交流電需經(jīng)整流器轉(zhuǎn)變成單向脈動電流。發(fā)電機輸出的交流電壓隨發(fā)動機的轉(zhuǎn)速大小而變化，因而整流后的單向脈動電壓也隨發(fā)動機的轉(zhuǎn)速大小而變化，這對汽車上的各類用電電器十分有害。我們知道，汽車電器的額定電壓一般為直流14V或28V兩大類。汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器的作用就是在汽車發(fā)動機不同轉(zhuǎn)速下，控制汽車發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定于14V或者28V，滿足車上各種電器的需要。
早期的汽車電壓調(diào)節(jié)器是電磁振動式的，調(diào)節(jié)器中的電磁鐵隨發(fā)電機整流器輸出電壓的高低吸合或釋放，控制對蓄電池的充電時間，從而保持汽車供電系統(tǒng)的穩(wěn)定。調(diào)節(jié)器與發(fā)電機是兩個獨立的部件，通過電纜連接，體積大、誤差大、壽命短、可靠性低。大功率晶體管的出現(xiàn)，發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器采用大功率晶體管作為電流開關(guān)替代了電磁鐵，產(chǎn)生了一代晶體管汽車電壓調(diào)節(jié)器。這種電壓調(diào)節(jié)器消除了電流觸點，延長了惡劣環(huán)境下調(diào)節(jié)器的工作壽命，改善了輸出電壓的平穩(wěn)性。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，集成電路汽車電壓調(diào)節(jié)器取代了晶體管汽車電壓調(diào)節(jié)器，體積進一步縮小，仍以PCB組裝形式為主。由于PCB的熱傳導性較差，因此PCB式的集成電路汽車電子調(diào)節(jié)器的應(yīng)用受到很大限制。重要的是，現(xiàn)有汽車電壓調(diào)節(jié)器沒有考慮到負載功率與發(fā)電機轉(zhuǎn)速之間的優(yōu)化設(shè)計，導致發(fā)電機功率損失，利用率低。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明公開了一種汽車電壓調(diào)節(jié)器，不僅具有較高精度的調(diào)壓性能，還可以優(yōu)化發(fā)電機功率的利用率。汽車使用的電源有蓄電池和發(fā)電機兩種?，F(xiàn)代汽車采用交流發(fā)電機作為主要電源，蓄電池作為輔助電源。在汽車行駛過程中，由發(fā)電機向用電設(shè)備提供電源，并向蓄電池充電。蓄電池在汽車起動時提供起動電流，當發(fā)電機發(fā)出電量不足時，可以協(xié)同發(fā)電機供電。汽車在行駛過程中，由于發(fā)動機的轉(zhuǎn)速隨時都在變化，交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速也之變化，因此發(fā)電機輸出電壓必然隨轉(zhuǎn)速變化而變化。交流發(fā)電機電子調(diào)節(jié)器把交流發(fā)電機的電壓控制在一定的規(guī)定范圍內(nèi)，當發(fā)電機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，自動調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出電壓并使電壓保持恒定，防止輸出電壓過高而損壞用電設(shè)備和避免蓄電池過量充電本項目產(chǎn)品性能穩(wěn)定、工作可靠、一致性好、體積小，適應(yīng)于各種車型。具體來說，本發(fā)明提供一種電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于所述調(diào)節(jié)器包括電路部分，其分別與晶體管和中央控制器相連接，所述中央控制器與保護電路相連，所述保護電路與所述晶體管連接，所述中央控制器還與激勵電流控制器相連；所述電路部分包括增幅電路、電壓測量電路和電流測量電路，所述增幅電路的一個輸入端口與發(fā)電機相連接，輸入發(fā)電機的電壓信號，所述增幅電路的輸出端與熱量校正電路輸入端相連接，所述增幅電路的另一個輸入端與電路部分中的電壓設(shè)定部交互連接；所述熱量校正電路與三角波振蕩電路連接，所述熱量校正電路的輸出端與所述晶體管連接；所述電壓測量電路的輸入端與所述發(fā)電機連接，輸入發(fā)電機的電壓信號，所述電壓測量電路的輸出端分別與延遲電路和所述中央控制器的輸入端相連接；所述延遲電路的輸出端與故障檢測電路的輸入端相接；所述電流測量電路的輸入端與發(fā)電機蓄電池總線相接，所述電流測量電路的輸入端分別與所述中央控制器和所述故障檢測電路的輸入端相接；所述保護電路和所述故障檢測電路均與故障指示燈連接；所述電壓設(shè)定部根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速Vm和負載消耗的功率，確定參考電壓設(shè)定值Uref;所述中央控制器根據(jù)電壓設(shè)定部所設(shè)定的參考電壓設(shè)定值，控制激勵電流控制器；激勵電流控制器根據(jù)中央控制器的控制信號，控制發(fā)電機的激勵電流，從而使發(fā)電機的輸出電壓保持不變； 所述中央控制器的被控傳遞函數(shù)為Gue(s)=kup+kui/s。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(I)具有較高精度的調(diào)壓性能，即使發(fā)電機轉(zhuǎn)速或負載在較大的范圍內(nèi)變化，仍可以保證發(fā)電機輸出電壓在0. IV范圍內(nèi)變化；(2)優(yōu)化了負載功率與發(fā)電機轉(zhuǎn)速之間的協(xié)同控制，提高了發(fā)電機功率利用率，將發(fā)電機功率損失降低50%以上，從而降低了汽車油耗，起到了節(jié)能減排的作用；(3)優(yōu)化了控制器的控制傳遞函數(shù)，實現(xiàn)了汽車發(fā)電系統(tǒng)低諧波和高性能的穩(wěn)壓控制；(4)靈活運用器件的曲線特性，精確控制器件溫度系數(shù)，并能按需要適當選定，解決了同類產(chǎn)品溫度系數(shù)高居不下的狀況，滿足了各機型的需求；(5)電路具有瞬時短路保護功能，過熱、過流、過電保護功能，解決了同類產(chǎn)品的弱占.(6)體積小，易于裝配，適合當今汽車工業(yè)發(fā)展的要求。


圖I為根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的電路部分的示意框圖；實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施做進一步說明。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，發(fā)電機的感應(yīng)電動勢為=E4i=CeIiO,式中CeS發(fā)電機結(jié)構(gòu)常數(shù)；n為發(fā)電機轉(zhuǎn)速；O為每極磁通。由于Ce是電機結(jié)構(gòu)常數(shù)，保持不變，因此當交流發(fā)電機的轉(zhuǎn)速升高時，調(diào)節(jié)器通過減小發(fā)電機的激磁電流，使發(fā)電機的輸出電壓保持不變；反之如果發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降時，即可增大激磁電流，使發(fā)電機的輸出電壓保持不變。汽車交流發(fā)電機發(fā)出的交流電通過整流電路后變?yōu)橹绷麟姴⑴c蓄電池的電池電壓進行比較，若輸出電壓高于電池電壓，則對電池進行充電，直至兩者相等；若低于電池電壓，兩者的合成反饋電壓經(jīng)過調(diào)整比較器后變?yōu)榉答佇盘栠M人控制器，控制器通過調(diào)整勵磁電路提高勵磁電流從而使交流發(fā)電機的輸出電壓升高，直至與電池電壓相平衡。因此，在該系統(tǒng)中，如何實現(xiàn)對激磁電流的調(diào)節(jié)是達到電壓穩(wěn)定的關(guān)鍵。本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)器包括電路部分I，其分別與晶體管2和中央控制器4相連接，所述中央控制器4與保護電路相連，所述保護電路3與所述晶體管2連接，所述中央控制器4還與激勵電流控制器5相連；所述電路部分I包括增幅電路101、電壓測量電路102和電流測量103電路，所述增幅電路101的一個輸入端口與發(fā)電機相連接，輸入發(fā)電機的電壓信號，所述增幅電路101的輸出端與熱量校正電路104輸入端相連接，所述增幅電路101的另一個輸入端與電路部分101中的電壓設(shè)定部105交互連接；所述熱量校正電路104與三角波振蕩電路106連接，所述熱量校正電路104的輸出端與所述晶體管2連接；所述電壓測量電路102的輸入端與所述發(fā)電機連接，輸入發(fā)電機的電壓信號，所述電壓測量電路102的輸出端分別與延遲電路107和所述中央控制器4的輸入端相連接；所述延遲電路107的輸出端與故障檢測電路 108的輸入端相接；所述電流測量電路103的輸入端與發(fā)電機蓄電池總線109相接，所述電流測量電路103的輸入端分別與所述中央控制器4和所述故障檢測電路108的輸入端相接；所述保護電路3和所述故障檢測電路108均與故障指示燈110連接；所述電壓設(shè)定部105的輸入端分別與發(fā)電機和負載相連，發(fā)電機通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速傳感器將轉(zhuǎn)速Vm發(fā)送至所述電壓設(shè)定部105，負載通過功率傳感器，將負載的功率1\發(fā)送至所述電壓設(shè)定部105。所述電壓設(shè)定部105根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速Vm和負載消耗的功率1\，確定參考電壓設(shè)定值UMf，公式如下
b = blxVm + b2a = Ql(VmIa2)
Uref = (Mb)HPiIa)其中，^a2Apb2為常量，常量的設(shè)定可以是非零的任意值。例如，這些常量是在發(fā)電機功率轉(zhuǎn)化效率為最大值的情況下測得的，也可以通過設(shè)計者的經(jīng)驗、多次試驗的數(shù)據(jù)等樣本數(shù)據(jù)庫等，確定這些常量。所述中央控制器4根據(jù)電壓設(shè)定部105所設(shè)定的參考電壓設(shè)定值，控制激勵電流控制器。當交流發(fā)電機的輸出電壓大于參考電壓設(shè)定值Uref時，中央控制器4通過激勵電流控制器降低激勵電流，從而降低交流發(fā)電機的輸出電壓；當交流發(fā)電機的輸出電壓小于參考電壓設(shè)定值Uref時，中央控制器4通過激勵電流控制器增加激勵電流，從而提高交流發(fā)電機的輸出電壓，從而使發(fā)電機的輸出電壓保持不變。所述中央控制器4的被控傳遞函數(shù)Gu。(s)的確定過程為假設(shè)電機三相繞組對稱，電機氣隙磁場在空間呈正弦分布，忽略鐵耗及磁飽和。按發(fā)電機慣例和轉(zhuǎn)子磁場定向控制方法，得到發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子電壓d_q方程為Cl p, t + RJsd =(1- (T)I^pinii +/；, - UsdC I ) 丨 + RJ、q =(1-CJ)L/oJnil. — CTLsCOnilId -Usq(2 )
權(quán)利要求
1.一種電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于 所述調(diào)節(jié)器包括電路部分，其分別與晶體管和中央控制器相連接，所述中央控制器與保護電路相連，所述保護電路與所述晶體管連接，所述中央控制器還與激勵電流控制器相連； 所述電路部分包括增幅電路、電壓測量電路和電流測量電路，所述增幅電路的一個輸入端口與發(fā)電機相連接，輸入發(fā)電機的電壓信號，所述增幅電路的輸出端與熱量校正電路輸入端相連接，所述增幅電路的另一個輸入端與電路部分中的電壓設(shè)定部交互連接；所述熱量校正電路與三角波振蕩電路連接，所述熱量校正電路的輸出端與所述晶體管連接；所述電壓測量電路的輸入端與所述發(fā)電機連接，輸入發(fā)電機的電壓信號，所述電壓測量電路的輸出端分別與延遲電路和所述中央控制器的輸入端相連接；所述延遲電路的輸出端與故障檢測電路的輸入端相接；所述電流測量電路的輸入端與發(fā)電機蓄電池總線相接，所述電流測量電路的輸入端分別與所述中央控制器和所述故障檢測電路的輸入端相接；所述保護電路和所述故障檢測電路均與故障指示燈連接； 所述電壓設(shè)定部根據(jù)發(fā)電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速Vm和負載消耗的功率匕，確定參考電壓設(shè)定值Uref,公式如下b = bx^Vm+ha = a,{Vriila2)IIid =(Mb)Hl 'u) 其中，a^a^b^b；,為常量； 所述中央控制器根據(jù)電壓設(shè)定部所設(shè)定的參考電壓設(shè)定值，控制激勵電流控制器；激勵電流控制器根據(jù)中央控制器的控制信號，控制發(fā)電機的激勵電流，從而使發(fā)電機的輸出電壓保持不變； 所述中央控制器的被控傳遞函數(shù)的確定過程為 發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子電壓d-q方程為,Pi,, + RJsd 二 (I —+ σΙ、ο)Μ,i、u -usd(I)PKcl + KKq = (*-/" -σΙρηηisJ -usq (2)1, P',,,, + Lr = ~Kd(3 )dp/dt^wmr=a+a2=Pam-isq /(TlJmr)(4) 式中p=d/dt為微分算子；usd，usq分別為定子電壓的d，q分量；isd，isq分別為定子電流的d，q分量；i 為轉(zhuǎn)子磁化電流；ω為轉(zhuǎn)子電角速度；為轉(zhuǎn)子機械角速度；ω 為轉(zhuǎn)子磁鏈角頻率；ω2為轉(zhuǎn)差角頻率；P為轉(zhuǎn)子磁鏈矢量電角；σ為電機漏磁系數(shù)；RS，&分別為定子與轉(zhuǎn)子電阻；LS，Lr分別為定子與轉(zhuǎn)子電感；I；=VX為轉(zhuǎn)子回路時間常數(shù)；Ρ為電機極對數(shù)； 采用以下定子相電勢幅值計算式es = esq =O- σ)/Λ/ (Onu ξ (I _ a)LJim ω(8 )其中，eSq為定子相電勢q軸分量； M/om = IdcIidc(9)其中，id。為整流輸出電流，Udc為整流輸出電壓，Me為發(fā)電機電磁轉(zhuǎn)矩；由下式計算 Me=3P(l-a)LJmrisq/2(10)利用關(guān)系式U = 及式(8)- (10)得到 iSq=2KjilC^sq)(11)由式(11)得到= ^sKq-uJdo 。19) 其中，^為負載電流；#與直流電壓滿足.y[〃i(/)-K(O)] = {>(/)d/(20)動態(tài)電壓為 Δ"(/) = 〃ιΛ.(/)-〃+(0)( 21 )設(shè)"Jc(O) = uCtct Il Δ (/) || Udc，可導出 =2 4Δ (ο (22)則由(20)和(22)得到 "1.Δ 〃⑴=士]^/,(/)也(23)式(23)兩邊取Laplace變換，有 ^ =各 (24)Δ/ΚΟ 由于ej L I蘭(，由(8) - (10)得到 ^P = l<Aiq(25)把(25)代入(24)得到 Au(s) ^ &i*q(s) = ki!(; ； s , ki!0=3e^(2ukQ(26)設(shè)中央控制器的被控傳遞函數(shù)為 Guc(S) = Kp+KJs {2 ) 其中，kup和kui分別是中央控制器的比例系數(shù)和積分系數(shù)； 電壓環(huán)閉環(huán)特征多項式為S1 + ku0kups + k人< 28 ) 設(shè)ωΛ是電壓環(huán)帶寬，ζ是阻尼系數(shù)，則 ^up ~ ^Cc0Ub 丨Dm = COub Zku0(29)ο
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中，所述保護電路由過流保護、過電保護和熱保護電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電壓調(diào)節(jié)器，其中，所述電壓調(diào)節(jié)器用于汽車。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電壓調(diào)節(jié)器，包括電路部分，其分別與晶體管和中央控制器相連接，所述中央控制器與保護電路相連，所述保護電路與所述晶體管連接，所述中央控制器還與激勵電流控制器相連；所述電路部分包括電壓設(shè)定部，設(shè)定參考電壓設(shè)定值；所述中央控制器采用優(yōu)化后的被控傳遞函數(shù)。
文檔編號H02P9/48GK102811011SQ201210310168
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者周維杭, 王丙祥 申請人:江蘇祥和電子科技有限公司