淺析電壓調節器工作原理及故障分析

孫宜忠

（徐州技師學院，江蘇徐州221151）

汽車上交流發電機的轉子是由發動機通過皮帶驅動旋轉的，一般發動機和交流發電機的速度比為1.7～3， 這樣一來交流發電機的轉子的轉速變化范圍非常大，根據發電機的空載特性可知，發電機的輸出電壓是隨著發電機轉速的升高而增高的，因此發電機發出的電壓變化范圍也很大，而汽車上的用電設備則需要恒定的電壓，為了滿足用電設備恒定電壓的要求，發電機必須配用電壓調節器才能正常工作。 否則用電設備會在發電機不穩定的電壓范圍內很快損壞。影響汽車的安全運行。

1 電壓調節器的分類及功用

電壓調節器按其工作原理分為觸點式電壓調節器、電子式（無觸點）調節器，電子式調節器包括晶體管調節器、集成電路調節器、電腦控制調節器；按所匹配的發電機搭鐵形式分為內搭鐵式調節器、外搭鐵式調節器；按安裝方式分為內裝式調節器和外裝式調節器；按功能分為單功能調節器和多功能調節器。 隨著科學電子技術的發展，目前交流發電機幾乎全部采用電子式調節器， 其優點是電壓調節器精度高，可達±0.3v，而且不產生火花，還具有質量輕，體積小，壽命長（能達16 萬km 以上），可靠性高，電磁干擾小，能通過較大的勵磁電流（可達6A 以上），耐高溫（130℃正常工作）、耐振等特點

電壓調節器的功用是把發電機的輸出電壓控制在規定的范圍內，在發電機轉速和發電機上的負載發生變化時自動控制發電機輸出電壓，使其輸出電壓保持恒定。

2 集成電路（IC）電壓調節器的工作原理

2.1 電路介紹

下圖是集成電路電壓調節器電路， 它是內裝式四接頭電壓調節器，電路圖左邊為發電機的定子、轉子線圈和橋式整流電路，中間為IC 電壓調節器電路， 右邊為蓄電池及用電設備、 開關和充電警告燈等。 在此電路中，端子B 為發電機輸出電壓端子；端子P 為定子線圈某一相線，用于控制三極管T2 的導通和截止，使充電警告燈點亮和熄滅；F 為轉子磁場線圈端子，調節器由此端子控制磁場繞組的通斷；端子S 為檢測蓄電池電壓的端子，IG 表示通過線束連接至點火開關的端子，用于檢測蓄電池和發電機電壓，給電壓調節器提供工作電壓，從而控制三極管T1 的導通和截止（即控制轉子磁場的通斷）；L 為充電警告燈的連接端子；E 為發電機和調節器的搭鐵端子； D1 為續流二極管，用于吸收勵磁繞組中產生的自感電動勢。

2.2 工作原理

a）當發動機沒有起動時，點火開關（SW1）在閉合檔（ON），蓄電池電壓通過SW1 由IG 端子接入M-IC 觸發三極管T1 使其導通， 構成轉子線圈電流回路， 但由于此時沒有發電，P 端子電壓0v, 因此M-IC又將T1 截止，盡可能減少蓄電池的放電，同時將這一信號傳送給T2，使其導通，構成充電警告燈的點燈電路，電流路徑為：蓄電池（+）→SW1→充電警告燈→L 端子→T2 管壓降Uce→搭鐵→蓄電池（-） 點亮充電警告燈。

b）當發動機起動后，發電機發電，輸出電壓且低于規定電壓時，發電機轉速增加，M-IC 觸發T1 使其導通，但發電機由他勵變為自勵，構成發電機轉子勵磁電流路徑，即發電機輸出電壓B（+)→轉子線圈→F端子→T1 管壓降Uce→搭鐵→發電機（-），以允許足夠的勵磁電流流過，使發電機電壓升高，B 端子電壓高于蓄電池電壓，給蓄電池充電，并給其它用電設備供電， 此時P 端子電壓也增加，M-IC 確定正在發電，并送出關閉信號使T2 截止，切斷了充電警告燈的點燈電路，從而使充電警告燈熄滅。

c）當發電機發電且高于規定電壓時，如T1 繼續導通，B 接線柱電壓升高，當S 端子電壓超過規定電壓時，M-IC 將使T1 截止，切斷了轉子的勵磁電流，勵磁電流經吸收二極管D1 而衰減，使其B 處電壓降低， 當S 處電壓降到低于要求電壓時，M-IC 再將T1 導通從而使轉子線圈電流增加，B 處電壓也增加， 調節器通過以上重復的操作將S 處的電壓調節為恒定電壓。

多功能內裝式電壓調節器與交流發電機組成的整車電路原理圖

該集成電路電壓調節器還具有以下功能，即出現下列情況充電警告燈會發出警告，點亮充電警告燈，提示駕駛員電源系統出現故障。

1）發電機轉子線圈開路→發電機不發電→P 處電壓0v→M-IC 使T2 導通→充電警告燈亮燈；

2）發電機轉子線圈短路→F 處產生大電流→MIC 使T1 截止、T2導通→充電警告燈亮燈；

3）S 端子開路→S 無電壓→M-IC 使T2 導通→充電警告燈亮燈；

4）B 端子開路→S 處電壓下降→MIC 使T2 導通→充電警告燈亮燈；

5）F 和E 之間短路→T1 不調節電流→S 處電壓增大→S 處電壓增大→M-IC 使T2 導通→充電警告燈亮燈。

3 電壓調節器故障分析

集成電路電壓調節器的故障模式分為兩種：一種，是產品在制造過程中形成的隱患導致調節器無法正常使用而出現的故障； 另一種，是由于其他外部原因導致調節器損壞而出現的故障。第一種故障的表現形式有所選的半導體器件如二極管、三極管、集成電路等溫度特性不好所致，高溫下漏電流大，工作點漂移，參數改變，電容器容量變小，象電容C1 漏電會使發電機輸出電壓大幅降低； 還有是制作和生產工藝不細，導致元器件的引線、引腳焊接不好，造成虛焊、假焊；塑封不嚴等造成觸點、引線、電路板氧化。第二種故障的表現形式有調節器與發電機參數不匹配造成的故障，再就是發電機上的有關器件損壞后導致調節器故障，如整流器中某二極管短路，會使調節器中的內部功率管T1 的Uce 斷路損壞，從而使發電機沒有勵磁電流導致不發電，若二極管開路， 則發電機發電量不穩定， 使充電警告燈時閃時滅； 三極管T2Uce 因某種原因擊穿短路或斷路，會使充電警告燈常亮或有故障也都不亮了。 發電機在長期使用中，會使軸承磨損、松動導致轉子掃鏜，轉子線圈短路， 電刷架松動或滑環間有異物造成滑環之間的短路等，都是造成調節器損壞的原因，還有在行車中也會出現的故障，如汽車高速行駛時，遇到道路坎坷不平采取急剎車，此時發電機為高速運轉，負載突然斷開，這時發電機產生的標稱電壓約為正常電壓時的6 倍的瞬間脈沖高壓（約為90v），會出現燒車燈和燒壞儀表等現象，整車線路中接插件、保險絲、開關的接頭接觸不良、松動、氧化和腐蝕等現象，在顛簸振動下會產生虛接打火現象，也是造成調節器損壞的原因，所以要經常定期對發電機進行保養與維護，發現不良部件及時進行更換，對整車的供電線路的保險絲、接插件、開關也要定期檢查維護，只有這樣才能保證發電機調節器使用持久性；從而使汽車安全的行駛。

4 結束語

通過以上對電壓調節器的分類、功能、電路工作原理、故障分析等，使我們更加了解電壓調節器，目前轎車上已大量采用集成電路調節器，所以掌握以上知識對維修汽車電源系統、判斷故障點，特別是調節器內部電路器件的損壞時都會有很大的幫助。

［1］周建平.汽車電氣設備構造與維修[M].北京:人民交通出版社,2010.

［2］陳林山.汽車電氣系統維修[M].北京：國防工業出版社，2011.

［3］趙鳳杰.汽車電氣設備構造與維修[M].北京：人民交通出版社，2005.