內裝式汽車發電機電壓調節器應用及研發現狀

陳立東，王寶良，張小芹

（河北科技師范學院機電工程學院，河北 秦皇島 066600）

1 內裝式汽車發電機電壓調節器的應用現狀

汽車發電機內裝式電壓調節器的主要功能是通過調整發電機激磁電流的大小，使發電機的輸出電壓不受發電機的轉速和負載變化的影響，保障發電機在汽車行駛過程中輸出電壓穩定。其附加功能是通過調節器控制一個充電指示燈，當汽車點火開關接通，發動機未起動時，充電指示燈點亮；當發動機起動后，發電機正常發電時，指示燈熄滅，說明整車供電系統工作正常［1］。

現在市場上所說的多功能電壓調節器，是在保證上述基本功能的前提下，又增加了如下一些附加功能。

1）過流保護功能 當轉子線圈出現局部短路或全部短路時，調節器處于保護功能狀態，不造成損壞。當短路故障消除后能自動恢復工作 （該項技術源于博世產品）。

2）過熱保護功能 當發電機的溫度過高而導致調節器的溫度過高時 （一般設計為160℃），調節器會自動關斷，使發電機發電量減小或不發電，從而形成對調節器和發電機的保護功能；當溫度降低后，又自動恢復發電 （該項技術源于摩托羅拉產品）。

3）發電機轉子斷線指示功能 當發電機轉子斷線時，指示燈暗亮。

4）電壓調節值外控功能 調節器的調節電壓值可由外電路微調。

5）欠壓或過壓報警功能 當發電機電壓低于13V或高于15V時，指示燈點亮，說明發電機出現故障。

6）軟啟動功能 當發電機的負載瞬間加大時（如開前照燈），發電機的輸出功率不立即加大，而是在3～5s內逐漸加大。

7）定頻功能 調節器的工作頻率不受發電機轉速和負載變化的影響，由電壓調節器內部的時鐘電路控制，一般設定在50～70Hz。

目前國產汽車發電機內裝式電壓調節器，其基本功能一般做得都比較好。附加功能部分，前4項有些生產廠的產品已部分具備，后3項附加功能，因電路過于復雜，按目前國內調節器生產企業的工藝水平，還難以做到。

發電機調節器的發展過程大致經歷了4個階段，即第1代電磁式調節器，第2代分立元件調節器，第3代半導體集成電路調節器和第4代混合集成電路調節器。市場上主導產品為第3代和第4代調節器，但因車型不同仍有所差別。國內轎車已全部采用引進技術的發電機，即全部采用第4代調節器；低檔載貨汽車和農用車為降低成本，大部分采用第2代調節器；中高檔載貨汽車使用的調節器參差不齊，第2代、第3代和第4代調節器均有使用；客車由于用電器較多，其大功率發電機基本上采用穩定性更高的第4代調節器。

產品來源由4方面構成:①摩托羅拉和意法公司產品，如CS-M511；②日本和韓國產品；③臺資企業產品；④國內企業產品。其中摩托羅拉、意法公司產品約占50%，日韓產品約占15%，臺資企業約占15%，國內企業約占20%。其價格水平也相差較大，如歐系進口通用調節器需50～70元／只，國產的僅需15～20元／只，而對于大功率 （3kW以上）調節器，進口件則要在600元以上，國產的僅需50～60元。

經過近20年來對發電機內裝式調節器的研發，國內相關產品無論從理論上、實踐上還是可靠性方面，都取得了很大進步，與國外的差距主要體現在高端產品上，尤其是在高可靠性調節器研發方面。目前，國內交流發電機電壓調節器能夠保證基本的電壓調節功能，同時增加了一些附加功能，如過流保護功能、過熱保護功能、發電機轉子斷路指示功能及電壓調節器外控功能等，但一些特殊功能如軟啟動功能、定頻功能等由于電路過于復雜，國內企業還難以實現。但給中低檔車配套的產品、載重車配套的28V的產品，國內一些講信譽、有研發能力的生產廠家，其產品品質是有保障的。

由于集成電路具有低的靜態功耗、寬的電源電壓范圍、寬的電源輸出擺幅、強的抗干擾能力，模擬與數字電路工藝兼容，使用比較廣泛。CMOS集成電路是一種較理想的控制電路，具有開關特性好、功耗小、壽命長、性能穩定等優點［2］，因此采用CMOS集成電路不僅可以減小調節器的體積，使其可以和交流發電機制作在一起，同時又提升了調節器的穩定性及整車供電品質，有效延長了汽車電子設備的使用壽命，適應了當前汽車交流發電機體積小而輸出功率大的發展趨勢。而真正的第4代集成電路調節器制造工藝非常嚴格，并且達到規模化生產才能降低成本，只有具備相當專業技術水平、設備水平和規模化的專業廠家才能生產。

2 內裝式發電機調節器的研究現狀

我國汽車產量近幾年增長迅速，零部件的產量和品質都明顯增加和提高，進口車型零部件的國產化率也顯著提高。而汽車發電機內裝式電壓調節器產品卻進展不快，主機配套80%的市場還被國外產品和外資企業產品占領，國內企業份額只有20%。形成這樣的格局，主要有以下幾方面的原因。

1）國外開發汽車電子產品是在20世紀60年代中期，而我國引進或仿造國外的電子式電壓調節器產品是在20世紀80年代中期，研發時間上差了20年，無論是理論研究，還是實踐經驗都不足。

2）20世紀80年代中期，國內很多科研機構、電子工廠 （包括部分軍工廠）都投入到汽車電子產品的研發，其中包括內裝式電壓調節器產品，但絕大多數都中途停止，未能堅持下來。其原因有二:一是參與研發的都是微電子工程師，他們對汽車電器的技術要求了解不多，對汽車在行駛中可能出現的異常現象估計不足，設計出的產品在實驗室能通過，但裝到汽車上就損壞；二是當時國產元器件的品質不過關，不適應在汽車發電機這樣惡劣的環境中使用。連續失敗和產品小、價值低等原因，使這些國營大廠和科研機構逐步退出了這個市場。

3）目前國內生產電壓調節器的企業，大多是新建或轉型過來的，企業技術力量薄弱是一個普遍現象，加之企業的決策者不注重對技術力量的培養和科研投入，便形成了只會仿造，不會創造的局面。目前國內大多數生產電壓調節器的企業，其產品還是仿造國外20世紀80年代初期的水平。為跟上市場潮流，在廠房建設、設備改造、實驗設備更新以及企業管理、認證等方面，都投入很大，產品品質也有明顯提高。但因產品的技術落后，仍滿足不了現在整車配套要求，企業技術力量不足、水平不高和決策者對該產品的技術含量認識不足，是該產品品質上不去的主要原因。

4）除上述調節器生產廠自身因素外，個別權利部門的偏見，也影響了該產品的國產化進程。如原秦皇島市昌黎儀器廠 （一個校辦工廠），自1993年給一汽配套外接式電壓調節器，到2001年止，總量約為40萬只，售后服務退貨不足百只，被當時一汽配套處主管技術的處長稱之為具有國際水平的產品，定為出口車、軍車必裝產品。但當汽車轉型，把調節器改成發電機內裝式產品后，有關部門明確規定只能用進口的，不能用國產的，致使這一好的產品退出了一汽載重車配套市場。

5）價格的不合理，也是該產品國產化進程的一大障礙。前面已經提到，功能一樣的同類產品，進口的價格在50～70元，而國產的僅為15～20元，不但品質要求不能降低，而且還必須承擔售后服務的費用以及大量拖欠貨款等，這就嚴重地制約了注重產品品質、誠實守信的調節器生產企業的發展。

汽車發電機內裝式電壓調節器，因國內生產廠家眾多，魚目混雜，真偽難辨，未形成公認品牌，各主機廠為選擇一個好的產品也付出了很大的代價。因此，行業內對該產品具有一種談虎色變的感覺。在目前，消除人們對該產品的心理障礙，比提高產品品質更難。

［1］麻友良.汽車電器與電子控制系統［M］.機械工業出版社，2002.

［2］王基石，寧江華，丁召.一種單片式CMOS汽車電子調節器［J］. 現代電子技術， 2010， 320 （9）:164-166.