專利名稱：硅整流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種硅整流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整電路(以下簡稱為調(diào)節(jié)器電路)，實施該調(diào)節(jié)器電路即可制得調(diào)節(jié)器，它作為內(nèi)燃機(jī)的電氣配件，廣泛用于車、船等交通工具上。這些交通工具的照明、電器、儀表、傳感器和蓄電池充電都要用發(fā)電機(jī)供電，其中硅整流發(fā)電機(jī)用得很普遍。發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定靠調(diào)節(jié)器實現(xiàn)。通常內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速為其怠速的若干倍，它帶動的發(fā)電機(jī)輸出電壓與其轉(zhuǎn)速成正比。這一輸出的直流電壓將在大范圍內(nèi)變化，不能直接供給用電器具使用。目前發(fā)達(dá)國家調(diào)節(jié)器生產(chǎn)已經(jīng)集成化，相嵌在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，和發(fā)電機(jī)成為一個整體，稱為內(nèi)裝式整體發(fā)電機(jī)。而在我國，即使是外裝式電子調(diào)節(jié)器還存在技術(shù)問題，至今未能大量采用，仍然以觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器為主，與國外先進(jìn)水平比較差距很大。由于調(diào)節(jié)器技術(shù)落后，也拖了發(fā)電機(jī)技術(shù)進(jìn)步的后腿。
根據(jù)我國洛陽拖拉機(jī)研究所制定的《內(nèi)燃機(jī)電機(jī)電器行業(yè)“八五”規(guī)劃》，交流發(fā)電機(jī)將以外裝式電子調(diào)節(jié)器的硅整流發(fā)電機(jī)為主導(dǎo)產(chǎn)品，品，淘汰觸點(diǎn)式調(diào)節(jié)器，達(dá)到國外八十年代初期水平，“八五”后期研制內(nèi)裝式整體發(fā)電機(jī)，逐步形成批量，達(dá)到國外八十年代末期水平。
本發(fā)明的目的在于提供這樣的調(diào)節(jié)器電路;既可以實施作成外裝式電子調(diào)節(jié)器，也可以包括功率元件在內(nèi)全部集成起來作成“全集成化調(diào)節(jié)器”，還可以除功率元件之外集成起來作成“部分集成化調(diào)節(jié)器”。該調(diào)節(jié)器電路有如下優(yōu)點(diǎn)1、電路十分簡單，帶來了高可靠性和低成本的積極效果;2、電壓調(diào)整精度高，制成的調(diào)節(jié)器和硅整流發(fā)電機(jī)配套使用，使得硅整流發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓僅在其額定輸出電壓±0.1伏的范圍內(nèi)變化;3、在發(fā)電機(jī)不帶任何負(fù)載即所謂“拋負(fù)載”的情況下，使得受控的硅整流發(fā)電機(jī)輸出的峰值電壓低，甚至優(yōu)于某些進(jìn)口的同類產(chǎn)品。這樣就降低了整流元件的反向耐壓要求和調(diào)節(jié)器內(nèi)各元件的耐壓要求，也降低了調(diào)節(jié)器集成化制造的工藝難度?？梢岳脟鴥?nèi)現(xiàn)有小規(guī)模集成電路的生產(chǎn)設(shè)備批量生產(chǎn)。因為制作耐壓高于50伏的集成電路的工藝難度大，成本也高。
以下結(jié)合附圖來敘述調(diào)節(jié)器電路的工作原理。


圖1是硅整流發(fā)電機(jī)和調(diào)節(jié)器及其負(fù)載連接的示意圖。其中L1、L2、L3是硅整流發(fā)電機(jī)的三相線圈，L4是勵磁線圈，Z1～Z6是整流元件，Z7是續(xù)流二極管，E是蓄電池，R1是用電器負(fù)載。方框(1)是調(diào)節(jié)器的檢測電路，方框(2)是調(diào)節(jié)器的放大電路，方框(3)是調(diào)節(jié)器功率元件，方框(1)、(2)和(3)共同組成調(diào)節(jié)器電路。Z7和L4并聯(lián)再和功率元件(3)相串聯(lián)后，并聯(lián)接在發(fā)電機(jī)的輸出端(4)和(5)之間，其中(4)端為正極，(5)端為負(fù)極。檢測電路(1)和放大電路(2)也并聯(lián)連接在(4)和(5)兩端，由發(fā)電機(jī)的輸出端供電。調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)勵磁線圈L4中勵磁電流的大小來穩(wěn)定(4)、(5)兩端之間輸出的直流電壓。
檢測電路(1)的作用是檢測出硅整流發(fā)電機(jī)的輸出端(4)、(5)之間的電壓變化。它由一個或一個以上的電阻與一個或一個以上的穩(wěn)壓管串聯(lián)組成，然后并聯(lián)接在發(fā)電機(jī)的輸出端(4)、(5)之間。串聯(lián)的方式不限，檢測電路(1)中的電阻和穩(wěn)壓管可以單個相間地交錯串聯(lián)，也可以將若干電阻串連成一組，將若干穩(wěn)壓管串聯(lián)成一組，然后再將各組串聯(lián)起來。當(dāng)放大電路(2)的第一級是NPN型晶體管或集成運(yùn)放的時候，檢測電路(1)中必須有一個電阻R2和發(fā)電機(jī)的輸出負(fù)端(5)直接相連;當(dāng)調(diào)節(jié)器放大電路(2)的第一級是PNP型晶體管的時候，檢測電路(1)中必須有一個電阻R2和發(fā)電機(jī)的輸出正端(4)直接相連。
圖2是采用PNP型晶體管作放大電路的第一級時的檢測電路的示意圖;圖3是采用NPN型晶體管作放大電路的第一級或集成運(yùn)放作放大器時的檢測電路的示意圖。在其(4)端或(5)端直接連接了電阻R2，和R2相連接的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)(6)可以作為放大電路(2)的輸入端，其它的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)只要合適也可以作為放大電路(2)的輸入端，還可以在某個合適的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上引入溫度補(bǔ)償信號及過電流保護(hù)信號。
放大電路(2)的作用是放大檢測電路(1)檢測到的發(fā)電機(jī)輸出端(4)、(5)之間微小的變化電壓，它是一個多級開關(guān)式放大電路，其輸出端輸出一個合適的電平控制功率元件(3)的導(dǎo)通或截止。例如，當(dāng)檢測電路(1)檢測到發(fā)電機(jī)的輸出端(4)、(5)之間的電壓升高，放大器(2)將該升高的電壓信號放大、整形并輸出一個適當(dāng)?shù)碾娖绞构β试?3)截止，流過勵磁線圈L4中的電流近于零，使發(fā)電機(jī)的輸出電壓下降;當(dāng)檢測電路(1)檢測到(4)、(5)兩端之間的輸出電壓降低，放大器(2)的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出一個相反的電平驅(qū)動功率元件(3)飽和導(dǎo)通，流過勵磁線圈L4的勵磁電流增大，使發(fā)電機(jī)輸出端(4)、(5)之間的電壓上升。如此周而復(fù)始，對發(fā)電機(jī)的輸出端(4)、(5)之間的電壓進(jìn)行開關(guān)式調(diào)節(jié)，令發(fā)電機(jī)輸出的直流電壓得到穩(wěn)定。
通常由分立元件組成的單級放大電路的放大倍數(shù)不夠大，難以滿足將微小的變化電壓放大成為開關(guān)電平，造成調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)精度不高。本發(fā)明人曾解剖過多種進(jìn)口調(diào)節(jié)器，查閱過多種國內(nèi)外調(diào)節(jié)器資料，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有技術(shù)中調(diào)節(jié)器中的放大器都是分立元件組成的單級放大電路，有的適當(dāng)加了正反饋而已。本發(fā)明的實質(zhì)在于將單級放大改進(jìn)為多級放大，當(dāng)然采用集成運(yùn)放也是可以的，但集成運(yùn)放的本身就是多級放大。
放大電路(2)的具體電路很多，將結(jié)合實施例評述。要求放大電路至少應(yīng)是由分立元件組成的兩級放大器，也可以是一級分立元件加一級集成運(yùn)放或一級集成比較器，還可以是一級集成運(yùn)放加一級集成比較器。不管由怎樣的具體電路組成放大電路(2)，它的輸入端總是連接調(diào)節(jié)器檢測電路(1)的某個串聯(lián)節(jié)點(diǎn)，它的輸出端連接功率元件(3)的輸入端，而且應(yīng)具有必要的驅(qū)動功率。功率元件(3)的類型很多，有雙極型功率晶體管，功率達(dá)林頓管，分為NPN型和PNP型兩種，有VMOS功率場效應(yīng)管，又有N溝道、P溝道之分，還有IGBT等，它們均可作為調(diào)節(jié)器中的功率元件。根據(jù)采用的功率元件類型，對放大器的驅(qū)動電平有相應(yīng)的要求。在這里統(tǒng)一以發(fā)電機(jī)的輸出負(fù)端(5)作為參考零電位。另外還定義當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出端(4)、(5)之間的電壓上升時，放大電路(2)的輸出為高電平的為同相放大器，反之則定義為反相放大器。
以下是若干調(diào)節(jié)器電路的實施例在圖4～圖7中，放大電路(2)均是由一級晶體管T1放大加一級集成比較器N2所組成，檢測電路(1)由兩個電阻R2，R3和一個穩(wěn)壓管DW串聯(lián)組成T2是功率元件(3)。在用晶體管作第一級放大的情況下，檢測電路(1)至少要用兩個電阻，視晶體管是PNP型或是NPN型，則要在發(fā)電機(jī)輸出的正端(4)或是負(fù)端(5)直接連接一個電阻R2，以R2的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)(6)連接晶體管T1的基極作為放大器的輸入端。電阻R2和R3可以互相串聯(lián)后再和穩(wěn)壓管DW串聯(lián)，如圖5、圖6那樣，也可以將穩(wěn)壓管DW夾在電阻R2和R3的當(dāng)中互相串聯(lián)起來，如圖4、圖7那樣，也就是說在檢測電路(1)中，電阻和穩(wěn)壓管的串聯(lián)方式靈活。
在圖4和圖7中，功率元件(3)即T2分別采用NPN型晶體管和N溝道場效應(yīng)管，它們的基極或柵極連接比較器N2的輸出端，當(dāng)(4)、(5)之間的電壓上升時，比較器N2的輸出為零電平，使T2截止。不難分析放大電路(2)是“反相放大器”。在圖5和圖6中，功率元件(3)分別采用PNP型晶體管和P溝道場效應(yīng)管，不難分析，放大電路(2)應(yīng)是同相放大器”，即當(dāng)(4)、(5)之間的電壓上升時，比較器N2應(yīng)輸出高電平使T2截止。
圖8是采用一級集成運(yùn)放N1和一級集成比較器N2作為放大電路(2)，N溝道場效應(yīng)管T2作功率元件(3)，只要一個電阻R2和一個穩(wěn)壓管DW串聯(lián)就可組成檢測電路(1)的調(diào)節(jié)器電路，集成運(yùn)放N1和集成比較器N2都是典型接法。當(dāng)(4)、(5)兩端之間的電壓上升時，集成運(yùn)放N1是同相輸入，故N1輸出高電平，N2接成反相輸入，此時N2輸出零電平，使N溝道場效應(yīng)管T2截止。這個放大電路是“反相放大器”。
圖9-圖12是全分立元件組成的調(diào)節(jié)器電路。其檢測電路(1)依然是電阻R2、R3和穩(wěn)壓管DW互相串聯(lián)組成，與圖4和圖7類似，在圖9中，放大電路采用三級NPN型晶體管V1、V2和V3作放大器，功率元件(3)即T2也是NPN晶體管，很容易分析出V1、V2、V3組成的放大電路是反相放大器。在圖10中，放大電路采用兩級NPN型晶體管V1和V2作放大器，功率元件T2是PNP型晶體管，也很容易分析出V1和V2組成的放大電路(2)是同相放大器。圖11和圖12所示的實施例分別是圖9和圖10的“對稱電路”，只不過在圖9和圖10中采用NPN型晶體管的地方，在圖11和圖12中改用PNP型晶體管，而圖9和圖10中采用PNP型晶體管的地方，在圖11和圖12中改用NPN型晶體管。但是在圖11中，由PNP型晶體管V1、V2和V3組成的三級放大電路卻是同相放大器，這是和圖9不相同的。造成不同的原因是因為統(tǒng)一以發(fā)電機(jī)輸出的負(fù)端(5)作為零電位的參考點(diǎn)，在NPN型晶體管飽和導(dǎo)通的時候，其集電極的輸出電平視為零，但PNP型晶體管飽和導(dǎo)通的時候，其集電極的輸出電平視為“1”的緣故。同理可解釋圖12中由PNP型晶體管V1和V2組成的兩級放大器是反相放大器而不是同相放大器了。
綜上所述，本發(fā)明的特點(diǎn)在于針對調(diào)節(jié)器現(xiàn)有技術(shù)中僅采用單級放大器的缺點(diǎn)，改進(jìn)為采用至少是兩級放大的多級放大器，使調(diào)節(jié)器的性能指標(biāo)有很大的提高，同時又保持了電路簡單可靠的優(yōu)越性，便于全集成化或部分集成化生產(chǎn)。在電阻和穩(wěn)壓管串聯(lián)組成檢測電路上，引入了在合適的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上加進(jìn)溫度補(bǔ)償，過電流保護(hù)信號的概念。
放大電路(2)不僅可以是多級分立元件放大器，也可以是現(xiàn)有的集成運(yùn)放、集成比較器和晶體管分立元件三者中的任意搭配組合，但必須遵循這樣的規(guī)律，即當(dāng)末級功率元件(3)采用NPN型晶體管或N溝道場效應(yīng)管的時候，放大電路(2)應(yīng)是反相放大器;當(dāng)末級功率元件(3)采用PNP型晶體管或P溝道場效應(yīng)管時，放大電路(2)應(yīng)是同相放大器，統(tǒng)一以發(fā)電機(jī)的輸出負(fù)端(5)作零電位參考點(diǎn)。另外當(dāng)放大電路(2)的第一級是集成運(yùn)放的時候，檢測電路(1)使用的電阻個數(shù)可以少到只用一個，例如實施例圖8那樣;但放大器(2)的第一級采用晶體管分立元件的時候，檢測電路(1)使用的電阻個數(shù)至少要兩個，說明書中這樣的實施例很多。檢測電路(1)和放大電路(2)均由發(fā)電機(jī)輸出端(4)、(5)供電，功率元件(3)和發(fā)電機(jī)的勵磁線圈L4串聯(lián)后也由(4)、(5)兩端供電，勵磁線圈L4兩端還并聯(lián)有續(xù)流二極管Z7。放大器(2)的輸入端連接著檢測電路(1)的一個串聯(lián)節(jié)點(diǎn)，放大器(2)的輸出端連接功率元件(3)的輸入端。
權(quán)利要求
1.一種硅整流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整電路，它由檢測電路(1)、放大電路(2)和功率元件(3)三部分組成，其中檢測電路(1)是由一個或一個以上的電阻和一個或一個以上的穩(wěn)壓管互相串聯(lián)構(gòu)成，其中一個合適的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)作為放大電路(2)的輸入端，放大電路(2)的輸出端連接功率元件(3)的輸入端，檢測電路(1)和放大電路(2)均由發(fā)電機(jī)的輸出(4)和(5)兩端供電，功率元件(3)和發(fā)電機(jī)的勵磁線圈L4相串聯(lián)后也由(4)和(5)兩端供電，勵磁線圈L4的兩端還并聯(lián)有續(xù)流二極管Z7，其特征在于檢測電路(1)中的電阻和穩(wěn)壓管可以單個相間地交錯串聯(lián)，也可以若干電阻和若干穩(wěn)壓管分別各自串聯(lián)成一組，然后再將各組串聯(lián)起來；放大電路(2)為至少是兩級放大的多級放大器。
2.如權(quán)利要求1所述的硅整流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整電路，其特征在于，檢測電路(1)在當(dāng)放大電路(2)的第一級放大為NPN型晶體管或集成運(yùn)放的時候，發(fā)電機(jī)的輸出負(fù)端(5)應(yīng)直接連接電阻;在當(dāng)放大電路(2)的第一級放大為PNP型晶體管的時候，發(fā)電機(jī)的輸出正端(4)應(yīng)直接連接電阻;在檢測電路合適的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)上還可以引入溫度補(bǔ)償信號和過電流保護(hù)信號。
3.如權(quán)利要求1所述的硅整流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整電路，其特征在于當(dāng)放大電路(2)的第一級放大采用集成運(yùn)放的時候，檢測電路(1)使用的電阻個數(shù)可以少到只用一個;當(dāng)放大電路(2)的第一級采用晶體管分立元件的時候，檢測電路(1)使用的電阻個數(shù)至少要兩個。
4.如權(quán)利要求1所述的硅整流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整電路，其特征在于放大電路(2)可以是多級分立元件放大器，也可以是現(xiàn)有集成運(yùn)放、集成比較器和晶體管分立元件三者中的任意搭配組合;當(dāng)功率元件(3)采用NPN型晶體管或N溝道場效應(yīng)管的時候，放大電路(2)應(yīng)是反相放大器;當(dāng)功率元件(3)采用PNP型晶體管或P溝道場效應(yīng)管的時候，放大電路(2)應(yīng)是同相放大器。
全文摘要
本發(fā)明為一種硅整流發(fā)電機(jī)電壓調(diào)整電路，它由檢測電路、放大電路和功率元件三部分組成。主要技術(shù)特征是該電路中的放大電路可以是現(xiàn)有集成運(yùn)放、集成比較器或晶體管分立元件三者中任意搭配組合實現(xiàn)多級放大，依照該電路即可制得硅整流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器這一產(chǎn)品，能與各種型號硅整流發(fā)電機(jī)配套，整個電路簡單可靠，性能優(yōu)良，調(diào)壓精度可達(dá)±0.1伏，特別是拋負(fù)載輸出電壓低，可降低集成化生產(chǎn)的工藝難度，為集成化生產(chǎn)鋪平了道路。
文檔編號H02P9/30GK1092916SQ9311064
公開日1994年9月28日 申請日期1993年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月24日
發(fā)明者趙黎明 申請人:趙黎明