CN85106149B

CN85106149B - 发电机用电压调整器及其控制方法

Info

Publication number: CN85106149B
Application number: CN85106149A
Authority: CN
Inventors: 直井启吾
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-08-15
Filing date: 1985-08-15
Publication date: 1987-07-29
Also published as: CN85106149A

Abstract

在本发电机电压调整器中，为了不超过整流装置的结温极限值采用按发电机输出电压和电压调整器周围温度来控制该与发电机磁场线圈相串联的整流装置。

Description

发电机用电压调整器及其控制方法

本发明涉及到一个发电机用的电压调整器，特别涉及到为汽车蓄电池充电用的交流发电机的电压调整器。

为使蓄电池足量充电，要求发电机的电压在低温下比较高，而在高温下比较低。众所周知，在技术上，对于汽车蓄电池充电用交流发电机的电压调整器。希望能按周围温度变化来进行控制以保持电压平稳。

例如，美国专利U.S.PNo.3718849说明书中所介绍的一个方法，提出了按在电压调整器处所测温度来改变电压调整器的调整电压。

在上述先有技术中为了改变调整器电压而测出调整器处周围的温度。然而在这种情况下，只有当检测的环境温度比较高时，方使调整电压降低。这是因为以上方法之目的在于满足蓄电池充电特性和电气负荷（电动机、调速控制器等等）特性的要求。但是自激发电机的磁场电流在100%负载比时由下式给出：

IF＝V_S-V_F/R_F

式中IF代表磁场电流（安），V_S代表调整电压（伏），V_F代表功率晶体管的压降和R_F代表磁场线圈的电阻（欧）。因此，由于调整电压V_S的改变而引起磁场电流I_F的变化比较小。例如：在-10℃到+90℃温度范围内磁场电流变化大约为10%。

除上述以外，近来看到一个明显的趋势就是发动机（引擎）安装在汽车内很小的空间，于是发电机周围的温度可能上升很高，这就造成一种危险，即由于电压调整器产生的热量使各半导体元件的温度可能超过允许的结温。

本发明的一个目的是提供一个适用于蓄电池充电发电机的电压调整器，其中，即使电压调整器周围温度上升到不正常高度，也能避免组成电压调整器的各半导体元件遭受热击穿。

本发明的特点在于按电压调整器处的温度来控制调整器中功率晶体管的最大导通比，即使在蓄电池充电发电机用的电压调整器周围温度上升到不正常的高度时，也能保护各半导体元件免于遭到热击穿。

图1是按本发明实施方案带有发电机的电压调整器电路;

图2是图1的负载控制或导通比控制电路详图;

图3示出取自图2电路的各输出电压波形，

图4示出图2控制电路的各温度特性;

图5是图1实施方案中磁场电流与环境温度的关系曲线;

图6示出图1实施方案中调整器环境温度与各结温之间的关系特性曲线。

本发明的一个实施方案示于图1。图中，星形连接的发电机枢线圈3通过一个三相全波整流器5连接到蓄电池7。蓄电池7的（+）极通过电键开关8连至充电指示灯9的一端。充电指示灯9的另一端连至L端子上。被连至L端子上的还有磁场线圈4的一端，续流二极管11的阴极，第一变阻器16的一端，分压器的组成部分-第三变阻器18的一端，导通比控制电路19的一端和变阻器20的一端。磁场线圈4的另一端接地。续流二极管11的阳极接至功率晶体管10的集电极，后者的射极接地，其基极则连至第一晶体管10的集电极，后者的射极接地，其基极则连至第一晶体管13的射极。功率晶体管10的射极也连至蓄电池7的（-）极。

第一电阻器16的另一端连至第二晶体管12的集电极，后者的射极连至第一晶体管13的基极。第二晶体管12的基极连至导通比控制电路19。第二电阻器20的另一端和第三晶体管14的集电极与第一晶体管13的集电极相连接，第三晶体管14的射极接地，其基极连至稳压二极管15的阳极上。稳压二极管15的阴极连至分压器的组成部分-第三电阻器18的另一端以及第四电阻器17的一端。而后者的另一端接地。

电压调整器2由作用如开关装置的功率晶体管10、续流二极管11、晶体管12、13、14、稳压二极管15、电阻器16、17、18、20和导通比控制电路19所组成。

辅助整流器6连接到三相全波整流器5上，发电机1由电枢线圈3、磁场线圈4、三相全波整流器5和辅助整流器6所组成，电压调整器2整体安装并固定到发电机1的底盘上，图中符号B代表蓄电池端子。

由上述组成的电路，在接通电键开关8时，初始励磁电流经由充电指示灯9通过磁场线圈4。当电键开关8接通时，第一和第二晶体管13和12被导通，而第三晶体管14不导通。以后当发动机（引擎）开始旋转使已励磁线圈4的转子起动，产生电能。结果发电机端电压上升而充电指示灯息火，致使电流通过辅助二极管6馈电给磁场线圈4。

当发电机的转速升致使端点L的电压达预定值时，稳压二极管导通，第三晶体管14也导通。由于第三晶体管14导通，第一晶体管13的集电极变为低电平，因此使功率晶体管10关断，在此瞬间通过磁场线圈4的磁场电流经由续流二极管11返回，以耗散电能。当磁场电流减少和L端电压低于预定值以下时不再有电流流过稳压二极管15，因此使第二晶体管14关断。由于晶体管14关断至使第一晶体管13关断及功率晶体管10导通。而由于功率晶体管10导通，通过磁场线圈4的电流将再次增加。如上所述，为了控制L端的电压具有预定值，实际对功率晶体管10进行导通和关断的控制使其作用为开关装置。在此控制过程中导通比控制电路19起作用，以保持第二和第一晶体管12和13处于导通态。

下面参照图2到图4，对电压或导通比控制电路19详细说明。

在图2中恒压电路是由一个稳压二极管50、二极管51和电阻器52所组成。稳压二极管50阴极上的电压恒定，设为阴极电位（V₀）。稳压二极管50和二极管51的温度特性具有使两个二极管的温度变化效应相互抵消的性质，以致不论此时之温度如何都能获得恒压（在本实施方案中为7伏）。数字标号53代表一个电阻器，54a、54b和54c代表二极管。各二极管都具有负温度系数，从而当温度上升时阳极电位（V₁）将降低。

由电阻器55和56、比较器57、电阻器58、59和电容器60所组成的电路是一个振荡电路。其中当比较器57的输出电压获得高电平时电容器充电，以后当跨过电容器60到达预定值（2伏）时比较器57的输出翻转为低电平，因此（V₄）降到1伏。此后电容器60放电。当跨过电容器60的电压达预定值（1伏）时，比较器57的输出将再翻转。由于重复这样的作用，跨过电容器60的电压变为如图3中所描述的（V₂）电压波形。象这样，另一个带有变阻器62的比较器61，由于比较在（V₁）和（V₂）处所得到的电压，其输出是一个矩形波。

假设电压（V₁）高于2伏，因为电压（V₂）永远低于2伏，所以比较器61在10%负载比下的输出永远处于高电平。另一方面，假设电压（V₁）低于1伏，因为电压（V₂）永远高于1伏，所以比较器61在0%负载比下的输出永远处于低电平。假如电压（V₁）在1伏到2伏之间，那么，如图3中所描述的电压（V₃）那样输出为一个矩形波。

电压（V₁）随温度而变化，其温度特性示于图4中。通常，在室温下，二极管的正向电压是0.67伏，温度每上升1℃此电压降低2毫伏。所以，假如控制电路的温度不大于T₀，而电压（V₁）超过2伏。则比较器输出负载比为100%。另一方面，假如温度上升高于T₀，而电压（V₁）下降至低于2伏，则比较器输出负载比将小于100%。

具体地说，控制回路19用作控制第二晶体管12的基极电流，这样，当电压调整器装置2的温度T超过预定温度T_C＝T₀时，将使导通比变小。

特别是当功率晶体管10的温度超过功率晶体管结温T_J的极限值T_A时可能产生热击穿。所以，如图6所示，当电压调整器2的周围温度T_C达到某温度T₀时（例如105℃）。通过采用控制功率晶体管10导通的方法来产生电能。

通过减少磁场线圈4的电流T_F（磁场电流）可以做到这一点，具体则示于图5中，明确地说，乃是通过控制功率晶体管10的导通比来降低磁场电流的。在100%导通比，功率晶体管结温T_J达到温度T₀时使功率晶体管10变成工作状态。而从以上温度T₀直到温度T₂（例如130℃）导通比将下降，从而在温度T₀时结温将达到极限值T_A。

如上所述，当周围温度超过预定温度T₀时，通过磁场线圈4的磁场电流I_F突然降低。同时，在温度超过T_C＝T₀时，功率晶体管10的结温上升速度也突然降低。

如上述可知，对图6所示的先有技术中使功率晶体管结温达到极限值T_J＝T_A的周围温度是T_C＝T₁。但根据本实施方案，周围温度可高达T_C＝T₂。亦即，对一般的电压调整器来说，其允许极限温度由T₁变成T₂。这就使它能满足汽车发动机（引擎）空间的高温要求。在这种情况下，在温度范围高于T_C＝T₁时因低磁场电流I_F。其输出电流要比先前的装置小。然而，注意到装置运行在这个范围的时间十分短暂的，从而不必担心蓄电池会将电放光。

由上述可见，即使周围温度升高到不正常的温度，本发明消除了蓄电池充电发电机用电压调整器中各半导体元件可能发生的热击穿。

Claims

1、一种控制汽车电池充电用的汽车充电发电机的输出电压的控制装置，包括：

对充电发电机的励磁线圈提供励磁电流的装置;还包括与上述励磁线圈串联的半导体开关装置，以供有选择地中断上述的励磁电流，借此以控制充电发电机的输出电压;

电压调整装置，用于控制上述的半导体开关装置的导通比，借此而控制送到励磁线圈的励磁电流，以使充电发电机的输出电压基本上保持恒定;

反应上述半导体开关装置周围的温度的装置，当所述的周围温度超过一个预定值时，通过降低其导通比以限制施加于所述励磁绕组的励磁电流;

其特点在于，

反应上述的周围温度的装置包括产生脉冲信号的装置，它的脉冲频率依据周围的温度超过所述的预定值多少而改变;以及按照所述的脉冲信号的脉冲频率来控制所述的半导体开关装置的导通比的装置。

2、按照权利要求1的控制装置，其特点在于，产生上述的脉冲信号的装置，包括一个温度敏感电路，用以产生代表所述的周围温度的第一信号，一个振荡电路，用以产生第二信号，该信号是在预定的高压和低压电平之间振荡以及一个比较器，用以通过比较所述的第一信号与所述的第二信号而产生所述的脉冲信号。

3、一种控制汽车电池充电用的汽车充电发电机的输出电压的控制装置的控制方法，该控制装置包括：对充电发电机的励磁线圈提供励磁电流的装置、与该励磁线圈串联的半导体开关装置、电压调整装置，反应上述半导体开关装置周围温度的装置（该装置包括产生脉冲信号的装置）以及按照所述的脉冲信号的脉冲频率来控制所述的半导体开关装置导通比的装置。

其特征在于所述的控制方法包括：所述的周围温度的预定值是根据防止所述的半导体开关装置超过它所允许的温度上限而选择的，当所述的周围温度低于所述的预定值时，所述的脉冲信号脉冲频率为100%，并且当所述的周围温度超过所述的预定值时，降低所述的脉冲频率，致使所述的半导体开关装置的导通比随之降低，借此控制励磁线圈电流，使充电发电机电压保持恒定。