淺談多功能電壓調(diào)節(jié)器的原理及應(yīng)用

文曉明

(汽車(chē)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(chē)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(chē)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(xì)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(hù)、穩(wěn)定發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、節(jié)約油耗等方面的突出優(yōu)勢(shì)。

電壓調(diào)節(jié)器；交流發(fā)電機(jī)；汽車(chē)電路

0 引言

現(xiàn)代汽車(chē)電子系統(tǒng)的作用凸顯，這種趨勢(shì)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(chē)發(fā)電系統(tǒng)除了擁有高性能的發(fā)電機(jī)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(mǎn)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(chē)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器是汽車(chē)電源系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵部件，它通過(guò)調(diào)節(jié)交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流從而達(dá)到在不同轉(zhuǎn)速、不同負(fù)載條件下穩(wěn)定交流發(fā)電機(jī)輸出電壓的目的，使得車(chē)內(nèi)用電器件能夠正常工作，防止電瓶損傷，延長(zhǎng)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(jī)械觸點(diǎn)式、晶體管式發(fā)展為集成電路式、微機(jī)控制式，其功能也越加多樣，如充電指示、故障診斷及過(guò)壓保護(hù)等功能。目前，國(guó)內(nèi)主流仍使用單功能電壓調(diào)節(jié)器，部分中高端車(chē)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(chē)發(fā)電機(jī)多采用多功能電子調(diào)節(jié)器。隨著車(chē)載用電器件數(shù)量和種類(lèi)的增多，功能單一的電壓調(diào)節(jié)器已不適應(yīng)車(chē)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(jiǎn)單的指示、保護(hù)、診斷等功能發(fā)展到能夠與車(chē)載電腦通信、調(diào)整整車(chē)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(cè)、保護(hù)功能，電路異常造成的瞬間高電壓可能會(huì)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(bào)警、保護(hù)、檢測(cè)等功能，使得汽車(chē)電氣系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠、穩(wěn)定。多功能調(diào)節(jié)器的發(fā)電機(jī)電路原理如圖1所示。

如圖1所示，SW為點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，IG在“他勵(lì)”時(shí)為調(diào)節(jié)器供電，L連接充電指示燈，S直接檢測(cè)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(jī)勵(lì)磁電路，N為中性點(diǎn)電壓檢測(cè)端，F(xiàn)R為通信端口，可發(fā)送勵(lì)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(diǎn)火開(kāi)關(guān)接通，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)時(shí)

蓄電池通過(guò)IG向調(diào)節(jié)器供電，調(diào)節(jié)器檢測(cè)到N端電壓為0，S端電壓為12 V，控制開(kāi)關(guān)點(diǎn)亮充電指示燈，并且間斷導(dǎo)通勵(lì)磁電路，使勵(lì)磁電路通過(guò)電流小，防止磁場(chǎng)繞組過(guò)熱。

(2)輸出電壓低于調(diào)節(jié)電壓時(shí)

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，調(diào)節(jié)器開(kāi)始正常工作。當(dāng)N端電壓為調(diào)節(jié)電壓的一半時(shí)，控制開(kāi)關(guān)熄滅充電指示燈，表示發(fā)電機(jī)開(kāi)始發(fā)電。

(3)輸出電壓高于調(diào)節(jié)電壓時(shí)

當(dāng)S端電壓等于調(diào)節(jié)電壓上限時(shí)，調(diào)節(jié)器控制關(guān)斷勵(lì)磁電路，發(fā)電機(jī)輸出電壓減?。划?dāng)S端電壓等于調(diào)節(jié)電壓下限時(shí)，調(diào)節(jié)器控制勵(lì)磁電路導(dǎo)通，發(fā)電機(jī)輸出電壓增大。通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管的閉合與斷開(kāi)，使得發(fā)電機(jī)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(cè)、告警及保護(hù)的功能，也可與汽車(chē)ECU之間通信，ECU進(jìn)行綜合分析運(yùn)算，管理用電器的使用策略，或者調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以適應(yīng)整車(chē)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(guò)壓欠壓保護(hù)功能

當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓過(guò)高或過(guò)低時(shí)，點(diǎn)亮過(guò)壓或欠壓指示燈，提醒駕駛員發(fā)電機(jī)工作異常，以便及時(shí)排除故障?？捎帽容^器、基準(zhǔn)電壓源和分壓電路方便實(shí)現(xiàn)該功能。

(2)過(guò)熱保護(hù)功能

當(dāng)發(fā)電機(jī)溫度升高導(dǎo)致調(diào)節(jié)器溫度過(guò)高時(shí)，調(diào)節(jié)器會(huì)關(guān)斷勵(lì)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(jī)因高溫而損壞。當(dāng)溫度降低后，調(diào)節(jié)器又會(huì)控制恢復(fù)發(fā)電。

(3)發(fā)電機(jī)延時(shí)切入功能

發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式為“他勵(lì)”，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(dòng)機(jī)的啟動(dòng)。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，關(guān)斷勵(lì)磁電路，發(fā)電機(jī)不工作，電磁力矩?fù)p耗為零，使發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)更輕松，更平順。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)成功啟動(dòng)后，發(fā)電機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

(4)負(fù)載信號(hào)輸出功能

利用調(diào)節(jié)器的PWM負(fù)載信號(hào)輸出，ECU可智能調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速。其工作原理是PWM信號(hào)與預(yù)設(shè)值比較判斷當(dāng)前用電負(fù)荷情況，ECU根據(jù)用電情況相應(yīng)地增加或減小發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速，以便達(dá)到在輕負(fù)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(fù)載情況下提高怠速轉(zhuǎn)速，以避免整車(chē)虧電及熄火等風(fēng)險(xiǎn)。

(5)軟加載功能

當(dāng)負(fù)載突然增大，輸出功率的突然增大導(dǎo)致機(jī)械扭矩突變，在低速時(shí)，會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成較大影響，怠速時(shí)可能產(chǎn)生熄火現(xiàn)象。軟加載就是指負(fù)載突變時(shí)，調(diào)節(jié)器勵(lì)磁占空比逐漸增加，發(fā)電機(jī)的輸出功率不立即增大，而是在一定時(shí)間內(nèi)逐漸增大的，避免導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較大波動(dòng)及熄火的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，由負(fù)載信號(hào)輸出功能得出的PWM負(fù)載信號(hào)，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，可獲得發(fā)電機(jī)阻力扭矩補(bǔ)償量對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行扭矩補(bǔ)償，消除轉(zhuǎn)速波動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

供電系統(tǒng)是汽車(chē)電路系統(tǒng)的心臟，影響著整車(chē)電器的運(yùn)行。汽車(chē)電器與電路的發(fā)展壯大給汽車(chē)供電系統(tǒng)帶來(lái)挑戰(zhàn)。大規(guī)模集成電路的發(fā)展運(yùn)用，給發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器創(chuàng)造了更大空間去實(shí)現(xiàn)各種功能，保證汽車(chē)的穩(wěn)定運(yùn)行。多功能電壓調(diào)節(jié)器不僅在穩(wěn)定發(fā)電機(jī)輸出電壓方面更加可靠，還可與ECU協(xié)同工作，調(diào)整整車(chē)用電策略，也可調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，使得汽車(chē)更加平穩(wěn)運(yùn)行及達(dá)到最佳能源使用效率。未來(lái)汽車(chē)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(huì)進(jìn)一步完善，帶來(lái)更加穩(wěn)定、舒適的駕駛體驗(yàn)。

【1】 李春明.汽車(chē)電器與電路[M].北京:高等教育出版社,2010.

【2】 黃會(huì)平,王寶良.內(nèi)裝式電壓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理及常見(jiàn)故障分析[J].汽車(chē)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(cè)[J].汽車(chē)電器,2012(3):48-50.

通用醞釀CVT無(wú)級(jí)變速箱 擬取代日本產(chǎn)品

據(jù)美國(guó)《沃德汽車(chē)》(Ward's Auto)日前報(bào)道，通用汽車(chē)自行開(kāi)發(fā)的CVT無(wú)級(jí)變速箱項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入后期階段。該項(xiàng)目初見(jiàn)成效，通用汽車(chē)在位于龐蒂亞克的全球動(dòng)力總成研發(fā)總部召集零部件供應(yīng)商，為新款CVT展開(kāi)零部件投標(biāo)。

盡管相關(guān)細(xì)節(jié)信息極其有限，但消息來(lái)源指出，通用自主的CVT預(yù)計(jì)將在2019年用于數(shù)款“大批量生產(chǎn)”的車(chē)型，將匹配今年問(wèn)世的新一代小排量三缸和四缸發(fā)動(dòng)機(jī)。

隨著美國(guó)乃至全球油耗和CO2排放法規(guī)收緊，各大車(chē)企都在尋求多種途徑提升車(chē)型產(chǎn)品的環(huán)保特性。美國(guó)在2012年推出了2025年美國(guó)汽車(chē)企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)，要求到2025年美國(guó)新車(chē)平均燃油經(jīng)濟(jì)性達(dá)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(chē)企在傳動(dòng)系統(tǒng)方面的未來(lái)發(fā)展方向之一。關(guān)于上述報(bào)道，通用汽車(chē)方面并未證實(shí)，但也沒(méi)有否認(rèn)。通用汽車(chē)動(dòng)力總成業(yè)務(wù)部發(fā)言人Tom Read告訴媒體：“我們不能確認(rèn)是否在推進(jìn)CVT項(xiàng)目，但顯然我們擁有這個(gè)能力?！?/p>

(來(lái)源：蓋世汽車(chē)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(chē)維修方面的教學(xué)研究工作。E-mail：wxmsx1987@163.com。