專利名稱：帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及汽車發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)裝置，特別是一種帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的汽車發(fā)電機三線內(nèi)搭鐵內(nèi)裝式電壓調(diào)節(jié)器，在實際中發(fā)現(xiàn)不夠理想的有如下四個問題1、電壓調(diào)節(jié)器只有防止輸出負載端直接短路的自我保護功能，缺欠理想的防止輸出負載端過電流自我保護功能，即使有過流保護功能，是采用在大功率開關(guān)管的輸入端串接一個大功率電流取樣電阻，和接在大功率開關(guān)管控制端的小三極管構(gòu)成，不足的是，電流取樣電阻的阻值不能太小，應調(diào)整在電路正常、負載端不出現(xiàn)過電流時，電流取樣電阻兩端應保持有使小三極管接近導通的基極電壓，此電壓約為500毫伏左右，電路才能起到有效的過流保護作用，這樣電流取樣電阻的功耗太大，電壓調(diào)節(jié)器長期處于加熱狀態(tài)，極大影響到電壓調(diào)節(jié)器的使用壽命。在實際使用中，是會出現(xiàn)因過電流而損壞電壓調(diào)節(jié)器的情況，例如，由于產(chǎn)品銷售到市場上，電壓調(diào)節(jié)器的額定輸出電流同其它發(fā)電機的最大勵磁電流不匹配，維修人員如果把產(chǎn)品配用在勵磁電流比較大的發(fā)電機上使用，電壓調(diào)節(jié)器會因長期處于過載運行而損壞；另外還有一種可能，由于發(fā)電機長時間工作，會因勵磁線圈老化及震動出現(xiàn)逐漸性的匝間短路，到一定的程度時，最終都會使大功率開關(guān)管因超過其額定使用電流而損壞。另外，如果結(jié)合九管或十一管發(fā)電機工作時，有時還會殃及發(fā)電機的三個勵磁二極管的損壞。
2、在發(fā)電機處于最高額定轉(zhuǎn)速及最大輸出電流的狀態(tài)下，進行立即拋負載(包括蓄電池)轉(zhuǎn)入空載，每拋負載一次發(fā)電機就會發(fā)出一個高于額定電壓好幾倍的瞬時間過高電壓脈沖(時間極短)去沖擊一次電壓調(diào)節(jié)器，有些電壓調(diào)節(jié)器一遇拋負載即刻就燒毀；有些電壓調(diào)節(jié)器只能承受低頻慢速地拋負載；如果頻繁快速地拋負載，多數(shù)電壓調(diào)節(jié)器還是承受不了連續(xù)快速的高電壓脈沖的沖擊而燒毀。在實際使用中，是會出現(xiàn)頻繁快速地拋負載情況發(fā)生的，例如，發(fā)電機腳架固定螺絲的松動、汽車發(fā)動機至汽車底盤大梁之間的搭鐵線固定螺絲的松動、汽車底盤大梁至蓄電池負極搭鐵線固定螺絲的松動、蓄電池端頭的松動、蓄電池使用時間長差不多達到最終壽命時會出現(xiàn)極板與端頭的松動脫落等，有這些故障的汽車在道路上行駛，在發(fā)電機處于高轉(zhuǎn)速及大輸出電流時突然遇到道路不平發(fā)生顛動時，都會出現(xiàn)發(fā)電機輸出回路接觸不良發(fā)生拋負載，電壓調(diào)節(jié)器就會因承受不了連續(xù)快速的高電壓脈沖的沖擊而燒毀。燒毀的原因有三方面一是選用開關(guān)管或電容的耐壓不夠高；二是有些關(guān)鍵部位選用的電阻功率太?。蝗怯行╆P(guān)鍵部位沒有采取穩(wěn)壓措施或穩(wěn)壓措施不夠完善所造成。
3、電壓調(diào)節(jié)器，其中的大功率開關(guān)管多數(shù)是采用達林頓管，也有采用場效應管。達林頓管因為本身飽和壓降大，所以采用達林頓管的電壓調(diào)節(jié)器發(fā)熱高功耗大，有影響產(chǎn)品的使用壽命，當工作時間長時有可能因過熱而燒壞。而場效應管承受電流大、飽和壓降小、在應用中不會過于發(fā)熱。但是，如果直接采用場效應管來代替達林頓管時，因為場效應管的柵極開啟電壓比達林頓管高，應用于由充電指示燈提供他激勵磁電流的、九管或十一管發(fā)電機所配用的三線電壓調(diào)節(jié)器時，結(jié)果會出現(xiàn)明顯嚴重地影響發(fā)電機啟始發(fā)電轉(zhuǎn)速(即零電流轉(zhuǎn)速)的指標，超出國家行業(yè)標準規(guī)定的一倍以上。
4、內(nèi)搭鐵式電壓調(diào)節(jié)器的大功率開關(guān)管，采用場效應管的確有其優(yōu)越性，按電流的方向，應采用P溝道型場效應管。但是，目前現(xiàn)階段在電子產(chǎn)品市場上，大電流、高耐壓、大功率N溝道型場效應管比較好采購，相反，同等參數(shù)的P溝道型場效應管一般難于找到，即使能找到價格都比N溝道型高得多。如果把內(nèi)搭鐵式電壓調(diào)節(jié)器所采用的P溝道型場效應管直接改用N溝道型場效應管，在導通時，因負載端(S)源極的電位被墊高的原因，結(jié)果出現(xiàn)(G)柵極至(S)源極之間的開啟電壓不夠，所以該管會因始終達不到完全飽和導通而發(fā)熱燒毀。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是要解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器，包括電源正極端子D+、勵磁線圈端子F、負極地端子E，該電壓調(diào)節(jié)器還包括有續(xù)流二極管、場效應功率開關(guān)管、電流取樣電阻、電壓比較控制電路、雙正輸入電流比較控制電路、基準電流電路、基準電壓電路、電壓取樣電路、方波脈沖震蕩電路、電荷泵升壓電路、串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路，其中控制電路的核心部分采用三個電壓比較器，其中一個電壓比較器用于方波脈沖震蕩電路，其中一個電壓比較器用于電壓比較控制電路，另一個用于雙正輸入電流比較控制電路，最后兩個電壓比較器的二個輸出端OUT并聯(lián)接到控制發(fā)電機勵磁線圈電流的場效應管的柵極；所述的串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路由電阻R18和R19、穩(wěn)壓管W2和W4、三極管T2、電容C5和C6組成，并接于電源正極端子D+與負極地端子E之間，可為方波脈沖震蕩電路和電荷泵升壓電路提供電源，也可以對高電位起到穩(wěn)壓作用；所述的方波脈沖震蕩電路是由一個電壓比較器、電阻R1、R2、R5、R7和R8、電容C1、三極管T1組成，并接于串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路的輸出端與負極地端子E之間；所述的電荷泵升壓電路是由二極管D1和D2、電阻R9、電容C4組成，其中電容C4和電阻R9的連接點同三極管T1的發(fā)射極相連接，所述的電荷泵升壓電路的輸入端與串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路的輸出端相連接，輸出端與電壓比較控制電路和雙正輸入電流比較控制電路的電源端相連后，再連接到串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路的高電位穩(wěn)壓端；所述的方波脈沖震蕩電路結(jié)合電荷泵升壓電路組成一個自舉電壓提升電路，所提升的高電壓經(jīng)串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路穩(wěn)壓，使電壓比較器的VCC電源端電壓及通過電阻R13作用在場效應管柵極電壓比電源正極端子D+的電壓提升一定幅度，使場效應管T3在導通時不受負載電位墊高的影響，從而達到場效應管T3在導通時能夠完全飽和導通的目的；所述的基準電流電路由電阻R11、R14和R16、電容C8、穩(wěn)壓管W3組成，并接于電源正極端子D+和負極地端子E之間，所述的基準電流電路的輸出端與雙正輸入電流比較控制電路內(nèi)部的電阻R10相連接；所述的場效應功率開關(guān)管即是場效應管T3，是N溝道型場效應管，其源極S連接于發(fā)電機勵磁線圈端子F，柵極G與電壓比較控制電路和雙正輸入電流比較控制電路內(nèi)部電壓比較器的兩個輸出端OUT相連，用于控制發(fā)電機勵磁線圈電流的通斷；所述的電流取樣電阻即是電阻RX，其接在電源正極端子D+與場效應管的漏極D之間，用于檢測流經(jīng)場效應功率開關(guān)管的電流；所述的雙正輸入電流比較控制電路，是由一個電壓比較器、電容C3和C7、電阻R10、R12、R13、R15和R17、二極管D3組成，其有兩個正輸入端，其中一端通過電容C7與勵磁線圈端子F相連接，另外一端通過電阻R17與場效應管的漏極D相連接，其中電阻R13用于觸發(fā)場效應管導通；上述的帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器，所述的基準電壓電路由電阻R6、穩(wěn)壓管W1組成，它的輸出端與電壓比較控制電路內(nèi)部的電壓比較器IN+端相連接；上述的帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器，所述的電壓調(diào)節(jié)器可通用于六管或八管內(nèi)搭鐵式發(fā)電機車型電路所配用的，外裝式三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器。
本實用新型有益效果是具有基本調(diào)節(jié)電壓、過電流保護、過電壓保護、充電指示燈控制、防倒流共有5種功能(最后兩個功能是由九管或十一管發(fā)電機實現(xiàn)的)。同時采用N溝道型場效應管，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、輸出功率大、工作時不發(fā)熱、性能穩(wěn)定、溫度系數(shù)極小、靈敏度及可靠性高等優(yōu)點。


圖1為本實用新型的電路方框圖；圖2為本實用新型的電路原理圖(其中圖中的虛線框內(nèi)編號及元器件與圖1相對應)；圖3為本實用新型的應用原理圖<內(nèi)裝式>(配九管或十一管發(fā)電機工作)；圖4為本實用新型的應用原理圖<外裝式>(配六管或八管發(fā)電機工作)。
具體實施方式
如圖1至4圖所示，本實用新型包括電源正極端子D+、勵磁線圈端子F、負極地端子E，該電壓調(diào)節(jié)器還包括有續(xù)流二極管1、場效應功率開關(guān)管2、電流取樣電阻3、電壓比較控制電路4、雙正輸入電流比較控制電路5、基準電流電路6、基準電壓電路7、電壓取樣電路8、方波脈沖震蕩電路9、電荷泵升壓電路10、串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11，其中控制電路的核心部分采用三個電壓比較器，其中一個電壓比較器用于方波脈沖震蕩電路9，其中一個電壓比較器用于電壓比較控制電路4，另一個用于雙正輸入電流比較控制電路5，最后兩個電壓比較器的二個輸出端OUT并聯(lián)接到控制發(fā)電機勵磁線圈電流的場效應管的柵極；所述的串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11由電阻R18和R19、穩(wěn)壓管W2和W4、三極管T2、電容C5和C6組成，并接于電源正極端子D+與負極地端子E之間，可為方波脈沖震蕩電路9和電荷泵升壓電路10提供電源，也可以對高電位起到穩(wěn)壓作用；所述的方波脈沖震蕩電路9是由一個電壓比較器、電阻R1、R2、R5、R7和R8、電容C1、三極管T1組成，并接于串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11的輸出端與負極地端子E之間；所述的電荷泵升壓電路10是由二極管D1和D2、電阻R9、電容C4組成，其中電容C4和電阻R9的連接點同三極管T1的發(fā)射極相連接，所述的電荷泵升壓電路10的輸入端與串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11的輸出端相連接，輸出端與電壓比較控制電路4和雙正輸入電流比較控制電路5的電源端相連后，再連接到串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11的高電位穩(wěn)壓端；所述的方波脈沖震蕩電路9結(jié)合電荷泵升壓電路10組成一個自舉電壓提升電路，所提升的高電壓經(jīng)串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11穩(wěn)壓，使電壓比較器的VCC電源端電壓及通過電阻R 13作用在場效應管柵極電壓比電源正極端子D+的電壓提升一定幅度，使場效應管T3在導通時不受負載電位墊高的影響，從而達到場效應管T3在導通時能夠完全飽和導通的目的；所述的基準電流電路6由電阻R11、R14和R16、電容C8、穩(wěn)壓管W3組成，并接于電源正極端子D+和負極地端子E之間，所述的基準電流電路6的輸出端與雙正輸入電流比較控制電路5內(nèi)部的電阻R10相連接；所述的場效應功率開關(guān)管2即是場效應管T3，是N溝道型場效應管，其源極S連接于發(fā)電機勵磁線圈端子F，柵極G與電壓比較控制電路4和雙正輸入電流比較控制電路5內(nèi)部電壓比較器的兩個輸出端OUT相連，用于控制發(fā)電機勵磁線圈電流的通斷；所述的電流取樣電阻3即是電阻RX，其接在電源正極端子D+與場效應管的漏極D之間，用于檢測流經(jīng)場效應功率開關(guān)管2的電流；所述的雙正輸入電流比較控制電路5，是由一個電壓比較器、電容C3和C7、電阻R10、R12、R13、R15和R17、二極管D3組成，其有兩個正輸入端，其中一端通過電容C7與勵磁線圈端子F相連接，另外一端通過電阻R17與場效應管的漏極D相連接，其中電阻R13用于觸發(fā)場效應管導通。所述的基準電壓電路7由電阻R6、穩(wěn)壓管W1組成，它的輸出端與電壓比較控制電路4內(nèi)部的電壓比較器IN+端相連接；所述的電壓調(diào)節(jié)器可通用于六管或八管內(nèi)搭鐵式發(fā)電機車型電路所配用的，外裝式三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器。
本實用新型整體的實施方案利用電壓比較器IN+與IN-兩輸入端之間電壓差10mV左右輸出端OUT就翻轉(zhuǎn)的特點。在場效應管T3的D漏極與電源端子D+之間，串接一個低功耗電流取樣電阻3、并采用雙正輸入電流比較控制電路5、基準電流電路6。在電路正常狀態(tài)下，由于基準電流電路6中穩(wěn)壓管W3的穩(wěn)壓作用，及電阻R16和電阻R14的分壓作用，通過電阻R10，在雙正輸入電流比較控制電路5中，A2的IN-端上已建立有負10mV左右的基準電流電壓，流經(jīng)場效應管T3及電流取樣電阻RX的電流不會超過額定值，在電流取樣電阻RX兩端產(chǎn)生的壓降小于10mV不能起動電壓比較器A2，所以場效應管T3繼續(xù)導通。當電路不正常，在發(fā)電機勵磁線圈出現(xiàn)逐漸性的匝間短路時，流經(jīng)場效應管及電阻RX的電流會不斷逐漸增大，電流增大至場效應管即將承受不起時，電阻RX兩端電壓上升至大于10mV，通過電阻R17及R12，使電壓比較器A2的IN+端取樣電流電壓低于IN-端電流基準電壓，里面的NPN三極管即刻導通，輸出端OUT使場效應管T3的(G)柵極電壓為零，場效應管T3即刻截止，從而達到過流保護功能目的。如果此時電路仍然處于過電流狀態(tài)，由于電容C7的充放電作用，場效應管T3就處于飽和導通時間極短，截止時間長的開關(guān)震蕩狀態(tài)，長時間里電壓調(diào)節(jié)器不發(fā)熱、不燒毀，當過電流故障排除后，又能自動地恢復到正常工作狀態(tài)。
采用串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11，在發(fā)電機高轉(zhuǎn)速及大輸出電流狀態(tài)下拋負載電路產(chǎn)生瞬時間高電壓時，由于穩(wěn)壓管W2的穩(wěn)壓作用，使T2發(fā)射極的輸出電壓穩(wěn)定不變，從而保證了方波脈沖震蕩電路9，及電荷泵升壓電路10的輸入電壓的穩(wěn)定，由電荷泵升壓電路10所提升的略高電壓，再由穩(wěn)壓管W4及W2的層疊穩(wěn)壓作用，使電壓比較器電源VCC端電壓，及觸發(fā)場效應管T3的(G)柵極的電阻R13的電流保持穩(wěn)定不變；雖然電壓比較器A2的IN+及IN-兩輸入端都經(jīng)電阻R12、R17及R10、R16接在D+端，但因為電阻R12及R10的阻值比較大在電路中起衰減作用，所以整個電路不會因產(chǎn)生瞬時高電壓而損壞。
如果結(jié)合九管或十一管發(fā)電機工作，在充電指示燈亮電路處于防倒流工作狀態(tài)時，利用串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11及基準電流電路6，配合雙正輸入電流比較控制電路5，使場效應管T3處于飽和導通時間長，截止時間極短的開關(guān)震蕩狀態(tài)，當發(fā)電機開始轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速不大于1000r/min情況下，場效應管T3就轉(zhuǎn)為完全飽和導通狀態(tài)，從而達到發(fā)電機較低轉(zhuǎn)速就能開始發(fā)電的目的。
采用N溝道型場效應管代替?zhèn)鹘y(tǒng)產(chǎn)品的P溝道型場效應管，解決P溝道型場效應管市場短缺價格高問題；利用其中一單元的電壓比較器A1組成一個方波脈沖震蕩電路9，結(jié)合電荷泵升壓電路10，構(gòu)成一個自舉電壓提升電路，使電壓比較器的VCC電源端電壓，及通過電阻R13作用在場效應管T3的(G)柵極電壓，比電源端子D+的電壓墊高一定的幅度，使場效應管T3在導通時不受負載電位墊高的影響，從而達到場效應管T3在導通時能夠完全飽和導通的目的。
本實用新型的工作原理是先說明電路圖中的三個單元電壓比較器各個單元作用A1單元用于方波脈沖震蕩電路；
A2單元用于雙正輸入電流比較控制電路；A3單元用于電壓比較控制電路。
1、防倒流工作原理(注配用于圖3應用電路才有防倒流功能)當司機把電門鎖置于IG位置時，蓄電池的電壓→經(jīng)電門鎖IG→保險絲→充電指示燈→調(diào)節(jié)器D+，此時，由于電容C8的兩端電壓不能突變，通過R10，作用到電壓比較器A2的IN-端的電壓，幾乎同D+端電壓相等，因電容C7的充電及R15的下拉作用，通過R12使A2的IN+端電壓比IN-端電壓低，里面的NPN型三極管對地導通，輸出端OUT使場效應管T3(G)柵極還沒有開啟電壓，所以此時場效應管T3截止。
此時調(diào)節(jié)器的D+電壓經(jīng)→R19(經(jīng)W2及T2穩(wěn)壓)，此時T2穩(wěn)壓導通，向電容C6迅速充電，電壓比較器A1結(jié)合R1、R2、R5、R7、R8、C1，得電開始震蕩，震蕩過程中，在A1內(nèi)部的NPN型三極管對地導通時，輸出端OUT提供負的偏置電壓給T1的基極，T1對地導通，此時，有一電流經(jīng)D1→C4→T1的發(fā)射極→集電器對地導通，此時電容C4已經(jīng)得到充電；在A1內(nèi)部的NPN型三極管截止時，由于R8的上拉作用提供正的偏置電壓給T1的基極，迫使T1即時截止，由于R9的上拉作用，把已充在電容C4上的電經(jīng)D2向上釋放山來，如此反反復復的震蕩，就有比D+端更高的電壓經(jīng)D2釋放出來向電容C5充電，從而在電壓比較器VCC的電源端上產(chǎn)生較高的電壓，此時，電容C8已充完電，因電阻R11及R14的下拉作用A2的IN-端電壓已降低；電容C7也已完全充完電，電阻R15無電通過，此時，電壓比較器A2的IN+端電壓高于IN-端的電壓，所以A2輸出端OUT翻轉(zhuǎn)，由于VCC端已有較高電壓，通過電阻R13向場效應管T3(G)柵極提供開啟電壓，場效應管T3進入完全飽和導通狀態(tài)。
由于場效應管T3的導通，充電指示燈的電流經(jīng)調(diào)節(jié)器D+→RX→場效應管T3的(D)漏極→(S)源極→調(diào)節(jié)器F→發(fā)電機勵磁線圈→E負極對地導通，此時充電指示燈亮；隨即，調(diào)節(jié)器D+電位迅速下降，自舉升壓電路所提升的電壓也開始下降，由于D2單向?qū)щ姷母綦x及C4、C5、C6的儲電作用，剛才已儲起的電能足以維持效應管T3保持完全飽和導通一定時間，由于場效應管T3的導通已充在電容C7上的電經(jīng)→D3→RX→場效應管T3(D)漏極→(S)源極形成回路進行效電，當電容C5、電容C6兩個電容疊加起來的電壓降低到定幅度時，因電壓比較器VCC電源端的電壓下降；也因電容C7進行放電；又因D+端處于低電位；電容C8上殘留有極低電壓的原因，電壓比較器A2出現(xiàn)IN-端的電壓高于IN+端的電壓，內(nèi)部NPN型三極管對地導通，輸出端OUT使場效應管T3的(G)柵極電壓即刻為零，場效應管T3又轉(zhuǎn)為截止，由于場效應管T3的截止，調(diào)節(jié)器F端受發(fā)電機勵磁線圈的下拉作用；同時調(diào)節(jié)器D+端受充電指示燈的上拉作用電壓突然升高，有一電流經(jīng)電阻RX→R17→R15→又向電容C7進行充電，此時由于電阻R15的下拉作用，電壓比較器A2的IN-端電壓還是高于IN+端電壓，所以場效應管T3延時截止。到電容C7充完電后，重復以上的過程。如果司機把電門鎖長期置于IG位置，場效應管就處于完全飽和導通時間比較長、截止時間相當短的震蕩開關(guān)狀態(tài)，發(fā)電機的勵磁線圈也就有斷續(xù)的他激勵磁電流流過，在轉(zhuǎn)子磁爪上已產(chǎn)生有較弱的磁場，電路處于防倒流功能狀態(tài)。
2、調(diào)節(jié)電壓及充電指示燈控制原理(注配用于圖3應用電路才有充電指示燈控制功能)當司機把電門鎖置于ST起動位置時，發(fā)電機轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子磁爪上的弱磁場切割定子三相線圈開始發(fā)電，三個小勵磁二極管開始有電壓輸出，使調(diào)節(jié)器D+電壓上升，由于D+電壓不斷上升，自舉電壓提升電路進入完全升壓狀態(tài)，場效應管T3的(G)柵極電壓也迅速上升，使場效應管T3由震蕩導通轉(zhuǎn)為完全飽和導通。
此時，發(fā)電機轉(zhuǎn)為自激加強勵磁，輸出電壓繼續(xù)上升，當發(fā)電機D+電壓與B+電壓持平時，充電指示燈的燈絲自然無電流流過，由原來亮轉(zhuǎn)為滅，由于調(diào)節(jié)器D+電壓上升，通過電阻R6及穩(wěn)壓管W1的穩(wěn)壓作用，在電壓比較器A3的IN+端已建立了基準電壓，在發(fā)電機的輸出電壓繼續(xù)上升，達到額定最高電壓值時，電壓取樣電路8的電阻R3與R4之間的分壓，使電壓比較器A3的IN-端電壓高于IN+端的電壓，里面的NPN三極管對地導通，A3輸出端OUT使場效應管T3的(G)柵極電壓為零，場效應管T3由原來飽和導通轉(zhuǎn)為截止。
由于場效應管T3的截止，發(fā)電機輸出電壓開始下降，調(diào)節(jié)的F端受發(fā)電機勵磁線圈的下拉作用電壓突然降低，此時，有一電流經(jīng)RX→R17→R15向電容C7充電，由于電阻R15的下拉作用通過電阻R12，使電壓比較器A2的IN+端電壓低于IN-端的電壓，它里面的NPN三極管對地導通，A2輸出端OUT使場效應管T3的(G)柵極電壓為零，場效應管T3延時截止，隨著發(fā)電機電壓的下降，電壓比較器A3的OUT輸出端已翻轉(zhuǎn)，到電容C7充完電后電阻R15沒有電流經(jīng)過，此時D+電壓已降到下限值，電壓比較器A2的輸出端OUT即刻翻轉(zhuǎn)，在電阻R13的作用下使場效應管T3的(G)柵極又有偏置電壓，場效應管場效應管T3由截止又轉(zhuǎn)為飽和導通，已充在電容C7上的電經(jīng)→D3→RX→場效應管的(D)漏極→(S)源極，形成回路進行放電，由于場效應管導通發(fā)電機的輸出電壓又重新上升，如此反反復復，調(diào)節(jié)器始終使發(fā)電機的輸出電壓保持穩(wěn)定。
3、過電流保護工作原理在電路正常狀態(tài)下，由于電阻R11和穩(wěn)壓管W3的穩(wěn)壓作用，再經(jīng)電阻R14和R16的分壓及電容C8的作用，通過電阻R10在電壓比較器A2的IN-端上已建立低于D+電源電壓10mV左右的基準電流電壓，流經(jīng)場效應管及電流取樣電阻RX的電流不會超過額定值，在電阻RX兩端產(chǎn)生的壓降小于10mV，所以電阻RX不能起動電壓比較器A2。在電壓比較器A3起到調(diào)節(jié)電壓作用翻轉(zhuǎn)，使場效應管T3在截止時，由于電容C7的充電及電阻R15的下拉作用，通過電阻R12才使電壓比較器A2翻轉(zhuǎn)一下極短時間，這樣不會影響電路的正常工作。
當電路不正常，在發(fā)電機勵磁線圈出現(xiàn)逐漸性的匝間短路時，流經(jīng)場效應管及電阻RX的電流會不斷逐漸增大，電流增大至場效應管即將承受不起時，電阻RX兩端電壓達到大于10mV，通過電阻R17及R12，使電壓比較器A2的IN+取樣電流電壓低于IN-電流基準電壓，里面的NPN三極管即刻導通，輸出端OUT使場效應管T3(G)柵極的電壓即刻為零，所以場效應管T3原來導通轉(zhuǎn)為截止，由于電容C7的充電及電阻R15的下拉作用，經(jīng)電阻R12使IN+的電壓延時低于IN-的電壓，使場效應管T3延時截止，當電容C7充完電后，電阻R15沒有電流通過，A2的IN+電壓轉(zhuǎn)為高于IN-的電壓，里面NPN三極管由導通轉(zhuǎn)為截止，此時，在電阻R13的作用下，使場效應管T3又轉(zhuǎn)為導通，已充在電容C7上的電經(jīng)→D7→RX→場效應管T3(D)漏極→(S)源極，形成回路進行放電，此時，電路如果仍然處于過電流狀態(tài)，重復以上的過程，在此期間，場效應管T3是處于導通時間特短，截止時間比較長的震蕩工作狀態(tài)，長時間里電壓調(diào)節(jié)器不發(fā)熱、不燒毀，當過電流故障排除后，又能自動地恢復到正常工作狀態(tài)。
4、過電壓保護工作原理由于采用串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路11，在發(fā)電機高轉(zhuǎn)速及大輸出電流狀態(tài)下拋負載電路產(chǎn)生瞬時間高電壓時，由于穩(wěn)壓管W2的穩(wěn)壓作用，使T2發(fā)射極的輸出電壓穩(wěn)定不變，從而保證了方波脈沖震蕩電路9，及電荷泵升壓電路10的輸入電壓的穩(wěn)定，由電荷泵升壓電路10所升壓輸出的略高電壓，再由穩(wěn)壓管W4及W2的層疊穩(wěn)壓作用，使電壓比較器電源VCC端電壓，及觸發(fā)場效應管(G)柵極的電阻R13的電流保持穩(wěn)定不變，雖然電壓比較器A2的IN+及IN-兩輸入端都經(jīng)電阻R12、R17及R10、R16接在D+端，但因為電阻R12及R10的阻值比較大在電路中起衰減作用，所以整個電路不會因產(chǎn)生高電壓而損。
權(quán)利要求1.一種帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器，包括電源正極端子D+、勵磁線圈端子F、負極地端子E，其特征在于該電壓調(diào)節(jié)器還包括有續(xù)流二極管(1)、場效應功率開關(guān)管(2)、電流取樣電阻(3)、電壓比較控制電路(4)、雙正輸入電流比較控制電路(5)、基準電流電路(6)、基準電壓電路(7)、電壓取樣電路(8)、方波脈沖震蕩電路(9)、電荷泵升壓電路(10)、串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路(11)，其中控制電路的核心部分采用三個電壓比較器，其中一個電壓比較器用于方波脈沖震蕩電路(9)，其中一個電壓比較器用于電壓比較控制電路(4)，另一個用于雙正輸入電流比較控制電路(5)，最后兩個電壓比較器的二個輸出端OUT并聯(lián)接到控制發(fā)電機勵磁線圈電流的場效應管的柵極；所述的串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路(11)由電阻R18和R19、穩(wěn)壓管W2和W4、三極管T2、電容C5和C6組成，并接于電源正極端子D+與負極地端子E之間，可為方波脈沖震蕩電路(9)和電荷泵升壓電路(10)提供電源，也可以對高電位起到穩(wěn)壓作用；所述的方波脈沖震蕩電路(9)是由一個電壓比較器、電阻R1、R2、R5、R7和R8、電容C1、三極管T1組成，并接于串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路(11)的輸出端與負極地端子E之間；所述的電荷泵升壓電路(10)是由二極管D1和D2、電阻R9、電容C4組成，其中電容C4和電阻R9的連接點同三極管T1的發(fā)射極相連接，所述的電荷泵升壓電路(10)的輸入端與串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路(11)的輸出端相連接，輸出端與電壓比較控制電路(4)和雙正輸入電流比較控制電路(5)的電源端相連后，再連接到串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路(11)的高電位穩(wěn)壓端；所述的方波脈沖震蕩電路(9)結(jié)合電荷泵升壓電路(10)組成一個自舉電壓提升電路，所提升的高電壓經(jīng)串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路(11)穩(wěn)壓，使電壓比較器的VCC電源端電壓及通過電阻R13作用在場效應管柵極電壓比電源正極端子D+的電壓提升一定幅度，使場效應管T3在導通時不受負載電位墊高的影響，從而達到場效應管T3在導通時能夠完全飽和導通的目的；所述的基準電流電路(6)由電阻R11、R14和R16、電容C8、穩(wěn)壓管W3組成，并接于電源正極端子D+和負極地端子E之間，所述的基準電流電路(6)的輸出端與雙正輸入電流比較控制電路(5)內(nèi)部的電阻R10相連接；所述的場效應功率開關(guān)管(2)即是三極管T3，是N溝道型場效應管，其源極S連接于發(fā)電機勵磁線圈端子F，柵極G與電壓比較控制電路(4)和雙正輸入電流比較控制電路(5)內(nèi)部電壓比較器的兩個輸出端OUT相連，用于控制發(fā)電機勵磁線圈電流的通斷；所述的電流取樣電阻(3)即是電阻RX，其接在電源正極端子D+與場效應管的漏極D之間，用于檢測流經(jīng)場效應功率開關(guān)管(2)的電流；所述的雙正輸入電流比較控制電路(5)，是由一個電壓比較器、電容C3和C7、電阻R10、R12、R13、R15和R17、二極管D3組成，其有兩個正輸入端，其中一端通過電容C7與勵磁線圈端子F相連接，另外一端通過電阻R17與場效應管的漏極D相連接，其中電阻R13用于觸發(fā)場效應管導通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于所述的基準電壓電路(7)由電阻R6、穩(wěn)壓管W1組成，它的輸出端與電壓比較控制電路(4)內(nèi)部的電壓比較器IN+端相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器，其特征在于所述的電壓調(diào)節(jié)器可通用于六管或八管內(nèi)搭鐵式發(fā)電機車型電路所配用的，外裝式三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器。
專利摘要本實用新型公開了一種帶過流過壓保護低功耗三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器。本實用新型包括有三個接線端子及十一個單元電路，采用三個電壓比較器為核心控制電路，在場效應管的漏極與正極間串接一個低功耗電流取樣電阻，使流經(jīng)場效應管的電流超過額定值時即刻轉(zhuǎn)為截止，從而達到過流保護；利用串并聯(lián)型雙穩(wěn)壓儲能電路，避免因瞬時高電壓而損壞；利用儲能比較控制電路，使發(fā)電機在較低轉(zhuǎn)速時場效應管就完全飽和導通，發(fā)電機轉(zhuǎn)為完全發(fā)電；采用N溝道代替P溝道場效應管，減少生產(chǎn)成本；利用一個自舉電壓提升電路，使場效應管在導通時不受負載電位墊高的影響。本實用新型提供了一種具有基本電壓調(diào)節(jié)、過電流保護、過電壓保護、防倒流、充電指示燈控制等功能，具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低、輸出功率大、工作時不發(fā)熱、性能穩(wěn)定、溫度系數(shù)極小、靈敏度及可靠性高等優(yōu)點的三線內(nèi)搭鐵電壓調(diào)節(jié)器。
文檔編號H02H7/20GK2826824SQ20052006512
公開日2006年10月11日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者李自祥 申請人:李自祥