車用大功率發電機電壓調節器系統的製作方法
2023-04-25 02:42:56
本發明涉及一種車用大功率發電機電壓調節器系統，屬於汽車電子領域。
背景技術：
現有的隨著汽車工業的不斷發展，汽車的電氣化和自動化程度不斷提高，車載用電設備的用電需求不斷增多，對汽車發電機電壓調節器在功率、效率、可靠性等方面的要求不斷提高。隨著對汽車的節能性和環保性的追求，要求汽車發電機調節器能夠跟汽車的行車電腦進行通信了解汽車的工作狀態從而智能地調節發電機的發電狀態。
目前，發電機電壓調節器技術主要由特定的發電機生產企業自行研發或委託第三方開發，其成本較高且通用性差。
目前，汽車發電機電壓調節器根據其功能分為，單功能型，多功能型。從其構成結構上分為分立式、厚膜混合集成式、單晶片集成式。分立式由於功能單一，離散性大，可靠性低等原因已經很少採用。目前採用的最多的是厚膜混合集成式，通過將多種元器件混合集成在一個基板上構成多種功能的發電機電壓調節器，優點是可以靈活採用現有的通用或者專用晶片，方便的構成所需要的電壓調節器。缺點是電路複雜分立元件較多，電路體積大，一致性和可靠性不高。單晶片式由於涉及功率集成電路和大規模集成電路設計技術，造價昂貴。所以，目前在調節器市場上應用很少。
技術實現要素：
為了克服上述現有技術的不足之處，本發明提供一種車用大功率發電機電壓調節器系統，針對發電機電壓調節器模擬信號部分需要耐高壓輸出功率高而智能邏輯部分需要更多的邏輯控制和多種可配置功能的特點，採用大功率模擬信號界面單元（AMU）和智能處理單元(IPU)組合晶片實現。避免了對集成電路加工工藝的複雜要求，提高了系統抗衝擊能力，降低了生產成本。
通過對智能邏輯單元進行選項配置，便可以適應多種汽車發電機電壓調節器的需求，使本發明的電壓調節器系統具有更加廣泛的適用性。
本發明是通過如下技術方案實現的：一種車用大功率發電機電壓調節器系統，其特徵在於：包括發電機、專用大功率模擬信號界面單元（AMU）、智能處理單元(IPU)和功率開關電路組成；所述的模擬信號界面單元與發電機相連將發電機的模擬信號轉換成相應的數位訊號、與功率開關電路相連驅動功率開關；所述智能處理單元與專用大功率模擬信號界面單元相連、通過專用大功率模擬信號界面單元判斷發電機狀態產生控制邏輯並由專用大功率模擬信號界面單元執行。
所述的專用大功率模擬信號界面單元包括模數轉換器（A/D轉換）、數模轉換器（D/A轉換）、電壓基準、電壓檢測、轉速檢測、保護電路、數字接口和輸出驅動；所述的專用大功率模擬信號界面單元適應高側驅動和低側驅動的勵磁繞組的發電機。
所述的智能處理單元包括核心控制邏輯、可編程設置參數接口和行車電腦接口；所述的核心控制邏輯包括產生智能調壓、脈寬調製輸出，故障判斷，報警。
所述的專用大功率模擬信號界面單元包括本地電壓和遠端電池電壓兩個電壓輸入信號，在電池端子鬆動時產生報警和不使發電機產生過高電輸出；所述的專用大功率模擬信號界面單元連接溫度傳感器來測量電池溫度調整輸出電壓適應電池的充電特性。
所述的電壓檢測為雙相信號檢測，可以檢測發動機轉速、發電機相電壓和發電機繞組的短路或開路；能夠更準確判斷發電機和發動機的工作狀態，提供更智能的電壓調節功能。
所述的智能處理單元是專用邏輯電路或可編程的微控制器電路；所述的行車電腦接口支持多種協議，包括LIN總線、CAN總線、SPI總線汽車總線協議。
所述的核心控制邏輯包括自啟動功能，軟加載功能，拋負載保護功能，欠壓過壓保護功能；也包括指示燈控制和故障保護功能、勵磁繞組的短路斷路和過流保護功能。
本發明的有益效果是：本發明將功率控制電路和邏輯控制電路分開設計，在對汽車發電機調節器的電氣特性和功能的深入研究的基礎上，設計了大功率模擬信號界面單元（AMU）和智能處理單元(IPU),通過模擬信號界面單元使電壓調節器可以適應不同型號的汽車發電機，對智能邏輯處理單元可以方便的進行配置，適應不同汽車的行車電腦，可以大大降低生產成本，並可增加系統靠性。
附圖說明
下面根據附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是 系統設計原理框圖。
圖2是 AMU功能框圖。
圖3是 AMU與發電機連接的電路原理圖。
圖4是 IPU功能框圖。
圖5是 調節器構成電原理圖。
圖6是 電壓調節邏輯狀態轉換圖。
圖5的外接引腳及功能說明：
B+、發電機電源輸出正極，Vr、遠端電壓，接蓄電池正極，PH1、發電機相電壓信號1，PH2、發電機相電壓信號2，F、勵磁線圈輸出端（低側驅動型），L、接指示燈，DF、接行車電腦。
具體實施方式
如圖1到圖5所示的車用大功率發電機電壓調節器系統，其特徵在於：包括發電機、專用大功率模擬信號界面單元（AMU）、智能處理單元(IPU)和功率開關電路組成；所述的模擬信號界面單元與發電機相連將發電機的模擬信號轉換成相應的數位訊號、與功率開關電路相連驅動功率開關；所述智能處理單元與專用大功率模擬信號界面單元相連、通過專用大功率模擬信號界面單元判斷發電機狀態產生控制邏輯並由專用大功率模擬信號界面單元執行。
所述的專用大功率模擬信號界面單元包括模數轉換器（A/D轉換）、數模轉換器（D/A轉換）、電壓基準、電壓檢測、轉速檢測、保護電路、數字接口和輸出驅動；所述的專用大功率模擬信號界面單元適應高側驅動和低側驅動的勵磁繞組的發電機。
所述的智能處理單元包括核心控制邏輯、可編程設置參數接口和行車電腦接口；所述的核心控制邏輯包括產生智能調壓、脈寬調製輸出，故障判斷，報警。
所述的專用大功率模擬信號界面單元包括本地電壓和遠端電池電壓兩個電壓輸入信號，在電池端子鬆動時產生報警和不使發電機產生過高電輸出；所述的專用大功率模擬信號界面單元連接溫度傳感器來測量電池溫度調整輸出電壓適應電池的充電特性。
所述的電壓檢測為雙相信號檢測，可以檢測發動機轉速、發電機相電壓和發電機繞組的短路或開路；能夠更準確判斷發電機和發動機的工作狀態，提供更智能的電壓調節功能。
所述的智能處理單元是專用邏輯電路或可編程的微控制器電路；所述的行車電腦接口支持多種協議，包括LIN總線、CAN總線、SPI總線汽車總線協議。
所述的核心控制邏輯包括自啟動功能，軟加載功能，拋負載保護功能，欠壓過壓保護功能；也包括指示燈控制和故障保護功能、勵磁繞組的短路斷路和過流保護功能。
如圖6所示的車用大功率發電機電壓調節器系統，在待機狀態下，點火開關ON，系統啟動，狀態檢測正常開啟預勵磁，當轉速>Fq時100%勵磁開，相電壓高時PWM調壓軟加載開，當轉速>Fc時PWM調壓軟加載關，PWM調壓軟加載關後，當轉速<Fc時PWM調壓軟加載開，相電壓低時100%勵磁開，當轉速<Fq時預勵磁，點火開關關閉，系統待機。