淺談多功能電壓調(diào)節(jié)器的原理及應(yīng)用

文曉明

(汽車士官學(xué)校裝備保障系，安徽蚌埠 233011)

淺談多功能電壓調(diào)節(jié)器的原理及應(yīng)用

文曉明

(汽車士官學(xué)校裝備保障系，安徽蚌埠 233011)

多功能電壓調(diào)節(jié)器具有更高的可靠性及穩(wěn)定性，提升了車輛駕駛的安全性與舒適性。介紹多功能電壓調(diào)節(jié)器的應(yīng)用現(xiàn)狀，詳細闡述了集成電路式電壓調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)及基本工作原理，深入分析了多功能電壓調(diào)節(jié)器附加功能的原理與作用，表明其在故障診斷與保護、穩(wěn)定發(fā)動機運轉(zhuǎn)、節(jié)約油耗等方面的突出優(yōu)勢。

電壓調(diào)節(jié)器；交流發(fā)電機；汽車電路

0 引言

現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)的作用凸顯，這種趨勢要求供電系統(tǒng)不但要能提供更大的供電量，并且具備更高的供電可靠性和供電質(zhì)量。這就要求汽車發(fā)電系統(tǒng)除了擁有高性能的發(fā)電機及可靠的整流裝置外，還必須配備高品質(zhì)的電壓調(diào)節(jié)器。多功能集成電路電壓調(diào)節(jié)器滿足這一要求，應(yīng)用前景廣泛。

1 多功能電壓調(diào)節(jié)器的應(yīng)用現(xiàn)狀

汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器是汽車電源系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，它通過調(diào)節(jié)交流發(fā)電機的勵磁電流從而達到在不同轉(zhuǎn)速、不同負載條件下穩(wěn)定交流發(fā)電機輸出電壓的目的，使得車內(nèi)用電器件能夠正常工作，防止電瓶損傷，延長其使用壽命。隨著科學(xué)技術(shù)與工藝的發(fā)展，電壓調(diào)節(jié)器由機械觸點式、晶體管式發(fā)展為集成電路式、微機控制式，其功能也越加多樣，如充電指示、故障診斷及過壓保護等功能。目前，國內(nèi)主流仍使用單功能電壓調(diào)節(jié)器，部分中高端車型采用多功能電壓調(diào)節(jié)器，如寶馬全系、奇瑞A3等，而歐美汽車發(fā)電機多采用多功能電子調(diào)節(jié)器。隨著車載用電器件數(shù)量和種類的增多，功能單一的電壓調(diào)節(jié)器已不適應(yīng)車載電器設(shè)備的用電需求，逐漸被多功能電壓調(diào)節(jié)器所取代。多功能電壓調(diào)節(jié)器的功能也在不斷豐富，由簡單的指示、保護、診斷等功能發(fā)展到能夠與車載電腦通信、調(diào)整整車用電策略、根據(jù)用電情況智能調(diào)節(jié)怠速轉(zhuǎn)速等。

2 電壓調(diào)節(jié)器工作原理

2.1 基本工作原理

普通的電壓調(diào)節(jié)器功能較為單一，不具備檢測、保護功能，電路異常造成的瞬間高電壓可能會造成調(diào)節(jié)器和用電器件的損壞。而多功能電壓調(diào)節(jié)器在普通調(diào)節(jié)器功能的基礎(chǔ)上，增加了報警、保護、檢測等功能，使得汽車電氣系統(tǒng)運行更加可靠、穩(wěn)定。多功能調(diào)節(jié)器的發(fā)電機電路原理如圖1所示。

如圖1所示，SW為點火開關(guān)，IG在“他勵”時為調(diào)節(jié)器供電，L連接充電指示燈，S直接檢測蓄電池端電壓，用以調(diào)節(jié)充電電壓使其更加精確，B端在正常發(fā)電后為調(diào)節(jié)器供電，F(xiàn)連接發(fā)電機勵磁電路，N為中性點電壓檢測端，F(xiàn)R為通信端口，可發(fā)送勵磁電流的PWM等信息至ECU。該調(diào)節(jié)器的基本工作原理：

(1)點火開關(guān)接通，發(fā)動機停機時

蓄電池通過IG向調(diào)節(jié)器供電，調(diào)節(jié)器檢測到N端電壓為0，S端電壓為12 V，控制開關(guān)點亮充電指示燈，并且間斷導(dǎo)通勵磁電路，使勵磁電路通過電流小，防止磁場繞組過熱。

(2)輸出電壓低于調(diào)節(jié)電壓時

發(fā)動機啟動后，調(diào)節(jié)器開始正常工作。當(dāng)N端電壓為調(diào)節(jié)電壓的一半時，控制開關(guān)熄滅充電指示燈，表示發(fā)電機開始發(fā)電。

(3)輸出電壓高于調(diào)節(jié)電壓時

當(dāng)S端電壓等于調(diào)節(jié)電壓上限時，調(diào)節(jié)器控制關(guān)斷勵磁電路，發(fā)電機輸出電壓減小；當(dāng)S端電壓等于調(diào)節(jié)電壓下限時，調(diào)節(jié)器控制勵磁電路導(dǎo)通，發(fā)電機輸出電壓增大。通過控制開關(guān)管的閉合與斷開，使得發(fā)電機輸出電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

2.2 多功能電壓調(diào)節(jié)器的附加功能

多功能集成電路電壓調(diào)節(jié)器可完成電路檢測、告警及保護的功能，也可與汽車ECU之間通信，ECU進行綜合分析運算，管理用電器的使用策略，或者調(diào)整發(fā)動機轉(zhuǎn)速以適應(yīng)整車用電需求。下面介紹幾種多功能電壓調(diào)節(jié)器的附加功能。

(1)過壓欠壓保護功能

當(dāng)發(fā)電機輸出電壓過高或過低時，點亮過壓或欠壓指示燈，提醒駕駛員發(fā)電機工作異常，以便及時排除故障。可用比較器、基準(zhǔn)電壓源和分壓電路方便實現(xiàn)該功能。

(2)過熱保護功能

當(dāng)發(fā)電機溫度升高導(dǎo)致調(diào)節(jié)器溫度過高時，調(diào)節(jié)器會關(guān)斷勵磁電路，使發(fā)電量減小或不發(fā)電，避免調(diào)節(jié)器和發(fā)電機因高溫而損壞。當(dāng)溫度降低后，調(diào)節(jié)器又會控制恢復(fù)發(fā)電。

(3)發(fā)電機延時切入功能

發(fā)動機啟動時，發(fā)電機勵磁方式為“他勵”，一方面消耗了蓄電池的能量，另一方面產(chǎn)生的電磁阻力矩不利于發(fā)動機的啟動。因此，在發(fā)動機啟動過程中，關(guān)斷勵磁電路，發(fā)電機不工作，電磁力矩損耗為零，使發(fā)動機啟動更輕松，更平順。當(dāng)發(fā)動機成功啟動后，發(fā)電機進入正常工作狀態(tài)。

(4)負載信號輸出功能

利用調(diào)節(jié)器的PWM負載信號輸出，ECU可智能調(diào)節(jié)發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速。其工作原理是PWM信號與預(yù)設(shè)值比較判斷當(dāng)前用電負荷情況，ECU根據(jù)用電情況相應(yīng)地增加或減小發(fā)動機怠速轉(zhuǎn)速，以便達到在輕負載情況下盡量降低怠速轉(zhuǎn)速、減小怠速噪聲及節(jié)約油耗，而在重負載情況下提高怠速轉(zhuǎn)速，以避免整車虧電及熄火等風(fēng)險。

(5)軟加載功能

當(dāng)負載突然增大，輸出功率的突然增大導(dǎo)致機械扭矩突變，在低速時，會對發(fā)動機造成較大影響，怠速時可能產(chǎn)生熄火現(xiàn)象。軟加載就是指負載突變時，調(diào)節(jié)器勵磁占空比逐漸增加，發(fā)電機的輸出功率不立即增大，而是在一定時間內(nèi)逐漸增大的，避免導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)速較大波動及熄火的風(fēng)險。同時，由負載信號輸出功能得出的PWM負載信號，結(jié)合發(fā)動機轉(zhuǎn)速，可獲得發(fā)電機阻力扭矩補償量對發(fā)動機進行扭矩補償，消除轉(zhuǎn)速波動。

3 結(jié)束語

供電系統(tǒng)是汽車電路系統(tǒng)的心臟，影響著整車電器的運行。汽車電器與電路的發(fā)展壯大給汽車供電系統(tǒng)帶來挑戰(zhàn)。大規(guī)模集成電路的發(fā)展運用，給發(fā)電機調(diào)節(jié)器創(chuàng)造了更大空間去實現(xiàn)各種功能，保證汽車的穩(wěn)定運行。多功能電壓調(diào)節(jié)器不僅在穩(wěn)定發(fā)電機輸出電壓方面更加可靠，還可與ECU協(xié)同工作，調(diào)整整車用電策略，也可調(diào)節(jié)發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)，使得汽車更加平穩(wěn)運行及達到最佳能源使用效率。未來汽車電路系統(tǒng)中，多功能電壓調(diào)節(jié)器必將被廣泛應(yīng)用，其功能也會進一步完善，帶來更加穩(wěn)定、舒適的駕駛體驗。

【1】 李春明.汽車電器與電路[M].北京:高等教育出版社,2010.

【2】 黃會平,王寶良.內(nèi)裝式電壓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理及常見故障分析[J].汽車電器,2012(7):58-59.

【3】 安明華.M型電壓調(diào)節(jié)器的原理分析與檢測[J].汽車電器,2012(3):48-50.

通用醞釀CVT無級變速箱 擬取代日本產(chǎn)品

據(jù)美國《沃德汽車》(Ward's Auto)日前報道，通用汽車自行開發(fā)的CVT無級變速箱項目已經(jīng)進入后期階段。該項目初見成效，通用汽車在位于龐蒂亞克的全球動力總成研發(fā)總部召集零部件供應(yīng)商，為新款CVT展開零部件投標(biāo)。

盡管相關(guān)細節(jié)信息極其有限，但消息來源指出，通用自主的CVT預(yù)計將在2019年用于數(shù)款“大批量生產(chǎn)”的車型，將匹配今年問世的新一代小排量三缸和四缸發(fā)動機。

隨著美國乃至全球油耗和CO2排放法規(guī)收緊，各大車企都在尋求多種途徑提升車型產(chǎn)品的環(huán)保特性。美國在2012年推出了2025年美國汽車企業(yè)平均燃油經(jīng)濟性標(biāo)準(zhǔn)，要求到2025年美國新車平均燃油經(jīng)濟性達到54.5英里/美制加侖，較2012年幾乎提升一倍，約合百公里油耗4.3 L。

而以油耗低聞名的CVT則是多家車企在傳動系統(tǒng)方面的未來發(fā)展方向之一。關(guān)于上述報道，通用汽車方面并未證實，但也沒有否認。通用汽車動力總成業(yè)務(wù)部發(fā)言人Tom Read告訴媒體：“我們不能確認是否在推進CVT項目，但顯然我們擁有這個能力。”

(來源：蓋世汽車網(wǎng))

Discussion on Principle and Application of Multifunctional Voltage Regulator

WEN Xiaoming

(Bengbu Automobile Non-Commissioner School,Bengbu Anhui 233011,China)

The performance about security and comfort of automobile is promoted by using multifunctional voltage regulator,which has high reliability and stability.The application status of multifunctional voltage regulator was introduced,the structure and principle of voltage regulator was elaborated detailly,the additional functions were analyzed deeply.The conclusion show that it has outstanding advantage in the aspects of fault diagnosis and protection,stable operation of the engine and oil consumption.

Voltage regulator;Alternator;Automobile circuit

2014-11-19

文曉明(1987—)，男，碩士，助教，主要從事汽車維修方面的教學(xué)研究工作。E-mail：wxmsx1987@163.com。