專利名稱：數(shù)字式汽車發(fā)電機(jī)電子電壓調(diào)節(jié)器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車電器專用電路。
日本國專利昭和62-107643，公開的是一種組裝式結(jié)構(gòu)電路，所用功率開關(guān)為雙極功率晶體管，在功能方面設(shè)計(jì)了汽車運(yùn)行速度，裝置負(fù)荷強(qiáng)度等信息的控制作用，這種調(diào)節(jié)器電路存在兩個(gè)制約因素，一是功率開關(guān)器件的雙極晶體管和晶閘管在高壓大電流時(shí)容易出現(xiàn)二次擊穿或誤動(dòng)作的現(xiàn)象，工作可靠性問題仍未解決，二是組裝電路愈來愈復(fù)雜，于可靠性更為不利。
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種既無二次沖擊現(xiàn)象又無誤觸發(fā)現(xiàn)象的MOS型功率器件作為控制開關(guān)，功能邏輯由數(shù)字式MOS電路完成的數(shù)字式汽車發(fā)電機(jī)電子電壓調(diào)節(jié)器電路。
本發(fā)明通過以下技術(shù)措施實(shí)施，它由圖1所示的采樣及開關(guān)電路、MOS功率開關(guān)T以及故障判斷電路、保護(hù)電路閉環(huán)連接而成，所述采樣及開關(guān)控制電路SS輸入信號(hào)為發(fā)電機(jī)輸出經(jīng)整流后提供給用電系統(tǒng)的直流電壓(VD)，其輸入控制信號(hào)(C)來自保護(hù)電路PT的輸出端(C)，輸出信號(hào)(F)連接到MOS開關(guān)管的柵極，所述故障判斷電路JD的輸入信號(hào)(F)和(N)分別來自開關(guān)管的輸入端及輸出端采樣電阻R1和R2的中間抽頭，其輸出信號(hào)(D)連接到保護(hù)電路PT的輸入端，所述保護(hù)電路PT的輸入端與故障判斷電路JD輸出(D)端相連，輸出端(C)連接到采樣及開關(guān)控制電路SS。如上述采樣及開關(guān)控制電路SS如圖2所示，其中采樣信號(hào)(A)和(B)由MOS分壓器構(gòu)成，整形及控制由I1、I2、I3、G1、G2門電路及G3、G4構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成，觸發(fā)器輸出的邏輯信號(hào)(F)直接驅(qū)動(dòng)MOS功率開關(guān)T，并送至故障判斷電路JD。如上所述的故障判斷電路JD如圖3所示。它是一個(gè)MOS異或門結(jié)構(gòu)，其輸入信號(hào)為(F)和(N)，輸出信號(hào)為(D)，當(dāng)(F)≠(N)時(shí)，(D)＝“1”，(F)＝(N)時(shí)，(D)＝“0”。如上所述保護(hù)電路PT如圖4所示，它由自激振蕩器產(chǎn)生連續(xù)檢測時(shí)鐘脈沖，利用時(shí)鐘脈沖的上升沿將(D)信號(hào)傳遞到觸發(fā)器T1的輸入端，利用時(shí)鐘脈沖的下降沿將(D)信號(hào)傳送到觸發(fā)器T2的輸出端，兩觸發(fā)器輸出的非變量經(jīng)與非門組合成為(C)信號(hào)，兩D觸發(fā)器傳輸?shù)臅r(shí)間差大于MOS功率開關(guān)管的上升和下降時(shí)間，該電路檢測用的連續(xù)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)兩級(jí)門控制后作為兩觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)(C)＝“0”時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)被阻斷，只要檢測到一次(D)＝“0”，則(C)信號(hào)一直保持為“0”，只有在(D)變?yōu)椤?”，在(S)端輸入一個(gè)負(fù)脈沖后(C)才能恢復(fù)為“1”。當(dāng)(C)出現(xiàn)“0”時(shí)，報(bào)警提示ALa輸出“1”信號(hào)。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)采用既無擊穿現(xiàn)象，又無誤觸發(fā)現(xiàn)象的MOS型功率器件作為控制開關(guān)，工作可靠性大大提高，(2)功能邏輯由數(shù)字式MOS電路完成，這樣，邏輯電路和功率器件在設(shè)計(jì)和工藝制作上具有完全兼容性，可以同時(shí)由一塊功率集成芯片來完成全部電路功能，而且由于MOS電路的高密度集成特點(diǎn)，可以形成強(qiáng)功能或智能化電路。


如下附圖1電路框圖附圖2故障判斷電路附圖3采樣及調(diào)節(jié)控制電路附圖4保護(hù)電路附圖5電壓調(diào)節(jié)波形下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明如下本電路可用于12V，24V電壓的汽車電氣系統(tǒng)。其功能設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)器負(fù)載開路保護(hù)、短路保護(hù)、過流保護(hù)、開關(guān)器件失效提示等項(xiàng)功能，電路框圖如圖1所示。圖中L為發(fā)電機(jī)激磁繞組線圈，T為MOS型功率開關(guān)器件，C為時(shí)鐘信號(hào)振蕩電容，其他部分為MOS邏輯電路。邏輯控制電路中采樣及調(diào)節(jié)控制電路為主控制電路，用來穩(wěn)定發(fā)電機(jī)輸出電壓，其電路圖如圖3所示。圖中T1、T2、T3為三個(gè)由MOS器件構(gòu)成的有源電阻，構(gòu)成采樣電路。在正常工作狀態(tài)下，C＝“1”，A’＝A，B’＝B。當(dāng)VD較低時(shí)，A、B均為高電平，A’＝“0”，B’＝“0”，B＝“0”，B＝“1”，F(xiàn)＝“1”，功率MOS開關(guān)器件T導(dǎo)通，給激磁繞組L提供電流，發(fā)電機(jī)輸出電壓升高，VD上升。當(dāng)VD上升到一個(gè)較大的數(shù)值時(shí)，首先是A點(diǎn)電位上升到I1閾電壓之上，B→“0”，A’→“1”，此時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)不變，當(dāng)VD進(jìn)一步上升，B點(diǎn)電位超過I2的閾電壓，B→“0”，B’→“1”，B’→“0”，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，F(xiàn)→“0”，激磁電流切斷，VD不再上升，接著VD因能量消耗而下降。VD在不斷地下降過程中，首先是B點(diǎn)電壓降到I2閾電壓以下，B→“1”，B’→“0”，B→“1”，這時(shí)觸發(fā)器狀態(tài)不變，隨著VD進(jìn)一步下降，A點(diǎn)電位也降到I1閾電壓以下，A→“1”，A’→“0”，F(xiàn)→“1”，開關(guān)晶體管導(dǎo)通，提供激磁電流，發(fā)電機(jī)輸出電壓升高，VD上升，如此反復(fù)循環(huán)以達(dá)到電壓調(diào)節(jié)的目的。該電路的控制端C用于保護(hù)信號(hào)輸入，當(dāng)工作狀態(tài)發(fā)生異常時(shí)，C→“0”，F(xiàn)→“0”，切斷激磁電流，避免發(fā)電、供電系統(tǒng)事故的產(chǎn)生。圖5為電壓調(diào)節(jié)波形圖，圖中VH和VL分別為VD變化過程中的設(shè)計(jì)最大值和最小值，其差值為VD的波動(dòng)量，該量可根據(jù)恢復(fù)比的要求來設(shè)計(jì)。電路中由取樣MOS電阻的圖形及閾電壓的設(shè)計(jì)來保證。故障判斷電路用來判斷電路是否處于正常工作狀態(tài)，在正常工作狀態(tài)下，功率開關(guān)器件的輸入端和輸出端之間存在著明確的相位關(guān)系和明確的電平數(shù)值，但在下面幾種情況下，輸入輸出關(guān)系會(huì)出現(xiàn)異常，當(dāng)激磁線圈短路或開關(guān)管漏極同VD正極短接時(shí)，會(huì)出現(xiàn)很大的短路電流，此時(shí)，有F＝“1”，N＝“1”狀態(tài)出現(xiàn);當(dāng)激磁線圈局部短路或開關(guān)管輸出端與線圈接觸不良時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)壓降過大，也會(huì)導(dǎo)致F＝“1”，N＝“1”的狀態(tài)。當(dāng)MOS開關(guān)管柵極擊穿，通常會(huì)出現(xiàn)MOS管三個(gè)電極短路，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)F＝“0”，N＝“0”，另一種可能是VD處于低電壓狀態(tài)，F(xiàn)＝“1”，N＝“0”。在上述各種故障中，除了第四種類型的第二種狀態(tài)外，其余各種狀態(tài)均會(huì)造成對(duì)發(fā)電系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的嚴(yán)重危害。而上述第四種類型的第二種狀態(tài)，只會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)中止發(fā)電，不會(huì)造成惡劣后果，因此，只有檢出F＝N的狀態(tài)，就可以排除常見的主要有害故障。故障判斷電路由異或非門構(gòu)成，異或非門輸入信號(hào)為F和N，輸出為D，當(dāng)F和N在出現(xiàn)相同狀態(tài)時(shí)，即F＝N，輸出D＝0。D信號(hào)再經(jīng)過保護(hù)電路處理，形成控制信號(hào)C，切斷激磁電流。保護(hù)電路如圖4所示，圖中I1、I2、I3及R、C構(gòu)成時(shí)鐘產(chǎn)生電路，T1、T2為兩個(gè)記憶用D觸發(fā)器。輸入信號(hào)來自故障判斷電路。輸出C信號(hào)的作用前面已作了說明。實(shí)際上這個(gè)電路也是一個(gè)判斷電路，它是用來判斷D＝“0”的真?zhèn)涡浴?shí)際電路中，功率開關(guān)器件輸出與輸入之間存在明顯的相位移，并不是絕對(duì)的倒相關(guān)系，在狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中也會(huì)存在F＝N的過渡狀態(tài)，這個(gè)過渡狀態(tài)判斷電路也會(huì)檢出，即D＝“0”狀態(tài)中存在著偽信號(hào)。保護(hù)電路中的時(shí)鐘產(chǎn)生電路和兩個(gè)D觸發(fā)器就是為了檢出真實(shí)的D＝“0”狀態(tài)而設(shè)計(jì)的。兩個(gè)觸發(fā)器設(shè)計(jì)為異步操作，分別在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿采得D信號(hào)，只要所設(shè)計(jì)的時(shí)鐘周期大于開關(guān)器件的上升時(shí)間和下降時(shí)間，T1和T2就不可能同時(shí)采得D＝“0”中的偽信號(hào)，而在異常情況下，D＝“0”的持續(xù)期總會(huì)超過檢測時(shí)鐘的周期，也就是說兩觸發(fā)器會(huì)同時(shí)檢測到D＝“0”的狀態(tài)。C點(diǎn)狀態(tài)只有在T1和T2都檢到“0”信號(hào)后才會(huì)產(chǎn)生“0”控制信號(hào)。圖4中G1和G2為兩個(gè)控制門，其中G1由保護(hù)輸出信號(hào)C控制。當(dāng)檢查到故障，C點(diǎn)信號(hào)跳變?yōu)椤?”后，強(qiáng)制開關(guān)管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，這時(shí)判斷電路輸出狀態(tài)也會(huì)翻轉(zhuǎn)，即不能保持原來的檢出的故障信號(hào)，從而造成整個(gè)電路的振蕩，使保護(hù)作用失靈。將C引入G的控制端后，一旦C點(diǎn)輸出故障信號(hào)“0”電平，立即封鎖檢測時(shí)鐘信號(hào)，T1和T2觸發(fā)器維持不變狀態(tài)，使電路維持保護(hù)狀態(tài)。G2的設(shè)計(jì)用于調(diào)節(jié)器起動(dòng)，汽車啟動(dòng)時(shí)，兩觸發(fā)器存在Q端同時(shí)為“1”的可能性，在這種情況下，C點(diǎn)將被箝制在“0”電平上，調(diào)節(jié)器不能工作。為避免出現(xiàn)這種現(xiàn)象，在汽車起動(dòng)時(shí)，發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖，通過S端使G2輸出為“1”，這時(shí)D信號(hào)被送入T1、T2的Q端，而正常情況下，D為高電平，即Q被置于“1”，Q被置于“0”電平上，C＝“1”，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。另外，由于調(diào)節(jié)器電路為電感負(fù)載，開關(guān)管截止時(shí)，其輸出端會(huì)出現(xiàn)200V以上的反向高壓，這個(gè)電壓信號(hào)是不能與故障判斷電路直接連接的。圖1中外接電阻R1、R2及穩(wěn)壓管DW是為了實(shí)現(xiàn)這種接口而設(shè)計(jì)的。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值應(yīng)高于MOS電路的閾值電壓，低于MOS電路輸入端的擊穿電壓。在故障判斷電路異或非門的輸入端也設(shè)計(jì)有保護(hù)電路，這樣就保證了L上的感應(yīng)高壓不會(huì)影響電路的正常工作。本發(fā)明電路主要性能參數(shù)如下工作電壓12V，24V，開關(guān)電流3A-5A，電壓恢復(fù)比0.99內(nèi)可調(diào)節(jié)，允許反壓峰值450V。
權(quán)利要求
1.一種汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路，由采樣及開關(guān)電路，MOS功率開關(guān)T以及故障判斷電路、保護(hù)電路、閉環(huán)連接而成，其特征為所述采樣及開關(guān)控制電路SS輸入信號(hào)為發(fā)電機(jī)輸出經(jīng)整流后提供給用電系統(tǒng)的直流電壓(VD)，其輸入控制信號(hào)(C)來自保護(hù)電路PT的輸出端(C)，輸出信號(hào)(F)連接到MOS開關(guān)管的柵極，所述故障判斷電路JD的輸入信號(hào)(F)和(N)分別來自開關(guān)管的輸入端和輸出端采樣電阻R1和R2的中間抽頭，其輸出信號(hào)(D)連接到保護(hù)電路PT的輸入端，所述保護(hù)電路PT的輸入端與故障判斷電路JD輸出(D)端相連，輸出端(C)連接到采樣及開關(guān)控制電路SS。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路，其特征為采用及開關(guān)控制電路中采樣信號(hào)(A)和(B)由MOS分壓器構(gòu)成，整形及控制由I1、I2、I3、G1、G2門電路及G3、G4構(gòu)成的觸發(fā)器構(gòu)成，觸發(fā)器輸出的邏輯信號(hào)(F)直接驅(qū)動(dòng)MOS功率開關(guān)管T，并送至故障判斷電路。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路，其特征為故障判斷電路是一個(gè)MOS異或門結(jié)構(gòu)，其輸入信號(hào)為(F)和(N)，輸出信號(hào)為(D)，當(dāng)(F)≠(N)時(shí)，(D)＝“1”，(F)＝(N)葉，(D)＝“0”。
4.如權(quán)利要求1所述的汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)電路，其特征為保護(hù)電路由自激振蕩器產(chǎn)生連續(xù)檢測時(shí)鐘脈沖，利用時(shí)鐘脈沖的上升沿將(D)信號(hào)傳送到觸發(fā)器T1的輸出端，利用時(shí)鐘脈沖的下降沿將(D)信號(hào)傳送到觸發(fā)器T2的輸出端，兩觸發(fā)器輸出的非變量經(jīng)與非門組合成為(C)信號(hào)，兩D觸發(fā)器傳輸?shù)臅r(shí)間差大于MOS功率開關(guān)管的上升和下降時(shí)間，該電路檢測用的連續(xù)時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)兩級(jí)門控制后作為兩觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，當(dāng)(C)＝“0”時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)被阻斷，只要檢測到一次(D)＝“0”，則(C)信號(hào)一直保持為“0”，只有在(D)變?yōu)椤?”，在(S)端輸入一個(gè)負(fù)脈沖后(C)才能恢復(fù)為“1”。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車電器專用電路，適用于汽車發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器。本發(fā)明電路為MOS結(jié)構(gòu)數(shù)字式調(diào)節(jié)電路，和目前功率集成電路的設(shè)計(jì)與制作方法完全兼容，可實(shí)現(xiàn)單純功率集成，該發(fā)明電路可取代目前可關(guān)斷晶閘管開關(guān)式，達(dá)林頓晶體管開關(guān)式調(diào)節(jié)器電路，達(dá)到提高性能與可靠性的目的。
文檔編號(hào)H02P9/30GK1106590SQ9410172
公開日1995年8月9日 申請日期1994年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月3日
發(fā)明者劉三清, 應(yīng)建華, 秦祖新, 曹廣軍 申請人:華中理工大學(xué)