汽車發(fā)電機智能電壓控制系統(tǒng)研究

李倩　張航斌

摘 要：本文以微芯公司PIC16F616單片機為核心，檢測發(fā)電機電壓、蓄電池電壓，智能地控制發(fā)電機輸出電壓。整個系統(tǒng)分為單片機控制系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)，具有自動調(diào)節(jié)電壓，溫度補償，脈寬調(diào)制，穩(wěn)定輸出電壓功能，有著良好的市場前景和應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：單片機；智能控制；自動調(diào)節(jié)；穩(wěn)定輸出

在汽車行駛過程中，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化，發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器開關(guān)頻率會隨之變化，輸出電壓不穩(wěn)定，而且會干擾汽車電器系統(tǒng)，為了避免這種情況的發(fā)生，需要一個更智能化的電壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，防止電壓波動和電器系統(tǒng)干擾。目前，汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器一般采用分立元件及運算放大器，性能穩(wěn)定性差，外圍電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沒有溫度補償，電壓調(diào)節(jié)率低，可靠性差，隨著汽車行業(yè)發(fā)展，汽車電器用電量逐漸增大，汽車發(fā)電機功率逐漸加大，這種調(diào)節(jié)器已經(jīng)無法滿足所需，汽車發(fā)電機智能電壓控制系統(tǒng)研制與普及已成為一種新的需求。

國內(nèi)外很多汽車研究大多致力于傳統(tǒng)汽車發(fā)電機的智能化控制，其研究的發(fā)電機智能控制系統(tǒng)的控制理論基本相同，利用上位控制器控制汽車發(fā)電機的輸出電壓，通過LIN總線實現(xiàn)測控系統(tǒng)信息的傳遞。另外，寶馬公司研制的傳統(tǒng)汽車發(fā)電機智能控制的機械傳動中添加了離合器，在汽車蓄電池飽和或者不需要供電的狀態(tài)下，離合器自動斷開，切斷汽車發(fā)電機的能量輸入。通用汽車公司與豐田汽車公司研制的汽車發(fā)電機控制系統(tǒng)的理論體系相似，是汽車電源管理系統(tǒng)的一部分，首先勵磁發(fā)電機輸出電壓可以通過改變磁場的空占比實現(xiàn)變壓，像豐田推出的雷克薩斯LS430轎車，通過對汽車發(fā)電機空占比調(diào)節(jié)在0-100%之間浮動，實現(xiàn)了發(fā)電機輸出電壓在0-14.5V之間的調(diào)節(jié)，進而控制輸出電壓。傳統(tǒng)汽車發(fā)電機智能控制系統(tǒng)的改造和應(yīng)用具有很多局限性，首先是智能控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成需要對傳統(tǒng)汽車進行結(jié)構(gòu)改裝，改變汽車核心的控制單元，生產(chǎn)成本過高，因此不能在經(jīng)濟車型上廣泛應(yīng)用。我國汽車工業(yè)起步較晚，因此在汽車電源管理方面的研究不夠深入，核心技術(shù)都由國外企業(yè)掌握。

本文研究的智能電壓控制系統(tǒng)以微芯公司PIC16F616單片機為核心，檢測發(fā)電機電壓、蓄電池電壓，智能地控制發(fā)電機輸出電壓。整個系統(tǒng)分為單片機控制系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)，具有自動調(diào)節(jié)電壓，溫度補償，脈寬調(diào)制，穩(wěn)定輸出電壓功能。

1 PIC16F616單片機概述

PIC16F616是一款14引腳、8位的CMOS單片機。采用精簡指令集，僅有35條指令，由于采用了數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線結(jié)構(gòu)，使得除少量指令不是單周期之外，大部分的指令都是單周期指令。這樣有利于提高單片機的運行速度和執(zhí)行效率。PIC16F616這款單片機供電電壓可以在2V到5.5V之間，內(nèi)部集成了一個RC振蕩器，頻率可以配置成8MHZ或者4MHZ，也可以用外部晶振提供時鐘。內(nèi)部集成有AD轉(zhuǎn)換、比較器等硬件模塊，還具有上電復(fù)位、欠壓復(fù)位、看門狗、代碼保護等功能。三個定時器、PWM發(fā)生器等可以由用戶編程。

2 單片機主程序

4 結(jié)語

隨著汽車的普及和生活水平不斷的提高，人們對汽車電氣性能的要求也越來越高，利用單片機控制發(fā)電機系統(tǒng)智能調(diào)節(jié)，實現(xiàn)汽車發(fā)電機可靠的電壓輸出。市場前景很好。而且可以普及到轎車、客車等，并可延伸到風(fēng)力發(fā)電機的控制，應(yīng)用范圍比較廣泛。

基金項目：本文是2017年浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動計劃暨新苗人才計劃項目《汽車發(fā)電機智能電壓控制系統(tǒng)研制》（編號：2017R474003）的研究成果。

參考文獻：

[1]徐科軍；單片型汽車電子電壓調(diào)節(jié)器芯片設(shè)計[D]；貴州大學(xué)；2007年.

[2]徐彥忠；多功能汽車電壓調(diào)節(jié)器電路及其芯片設(shè)計[J]；華中理工大學(xué)學(xué)報；1996年10期.

[3]王熙，王新忠；電壓調(diào)節(jié)器保護電路研究及設(shè)計[J]；汽車電器；2000年04期.

[4]張卓然，楊善水，陳志輝；交流發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器負載電流限制電路的研究[J]；南京航空航天大學(xué)學(xué)報；2003年02期.

[5]陳立東，王寶良，張曉芹.內(nèi)裝式汽車發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)器應(yīng)用及研發(fā)現(xiàn)狀[J].汽車維修，2013（4）：2-3.