車用交流發(fā)電機(jī)充電指示電路的改進(jìn)設(shè)計(jì)

　隨著現(xiàn)代車輛舒適度、智能化水平的提高，各種智能電控系統(tǒng)越來越多，整車用電負(fù)荷也在逐步增大，因而保證車輛發(fā)電機(jī)的正常工作狀態(tài)就顯得更為重要。特別是使用電控系統(tǒng)的車輛，一旦電源系統(tǒng)失效，幾乎就只能停車。以下分析目前廣泛使用的車用交流發(fā)電機(jī)充電指示線路的潛在隱患及改進(jìn)措施。

　　國內(nèi)車用交流發(fā)電機(jī)的電路結(jié)構(gòu)基本相同，都是由發(fā)電繞組（定子）、勵(lì)磁繞組（轉(zhuǎn)子，有的機(jī)型使用永磁轉(zhuǎn)子）、整流管、穩(wěn)壓器（可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流穩(wěn)壓，也可以通過開關(guān)元件直接調(diào)節(jié)輸出電壓。穩(wěn)壓器可以集成到發(fā)電機(jī)內(nèi)部，也可以外置）組成。在殼體上一般有充電輸出（+b）端子、指示燈（d+）端子、中性點(diǎn)（n）端子、搭鐵（e）端子，其中中性點(diǎn)端子不是必需的。發(fā)電機(jī)的充電指示燈電路結(jié)構(gòu)都類似：依靠額外附加的3個(gè)二極管輸出直流電壓以控制充電指示燈。但是這種應(yīng)用極為廣泛的充電指示電路存在有缺陷，即當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障不能充電時(shí)，其充電指示電路卻可以是完好的，因而指示燈也正常熄滅，表示正在充電。其實(shí)卻是蓄電池在供應(yīng)整車用電，直到蓄電池耗盡不能起動(dòng)車輛為止。下面以東風(fēng)eq1021h15q型汽油皮卡車充電電路（發(fā)電機(jī)件號(hào)：31qm- 01010 /14v80a）進(jìn)行分析，并找出改進(jìn)辦法。

　　一、工作過程分析

　　如圖1所示，二極管d1～d6是大功率主整流管，組成3相星形整流電路，供應(yīng)整車用電及充電。中功率二極管d7～d9是穩(wěn)壓器和充電指示電路專用整流管，輸出的14v直流電壓（d+）與主輸出（+b）隔離。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，+b與d+端都輸出14v直流電壓。由圖1可以看出，當(dāng)主整流管d1～d3由于故障斷路、其他整流管正常時(shí)，充電指示回路仍然可以正常工作。即當(dāng)d+端輸出14v直流電壓時(shí)，主輸出端（+b）卻不一定有輸出。這樣，一旦蓄電池耗盡就會(huì)造成車輛不能起動(dòng)（筆者公司就有數(shù)臺(tái)皮卡車因蓄電池耗盡拋錨在野外，只好由救援車輛送去新蓄電池救急）。

　　二、改進(jìn)措施

　　由以上分析可以看出，判斷發(fā)電機(jī)是否發(fā)電的直接可靠的方法就是檢測(cè)主輸出（+b）端的輸出充電電流。而檢測(cè)d+端電壓只是一種間接方法，雖然多數(shù)情況下 d+和+b的輸出是同步的（比如定子繞組、整流管d4～d6損壞造成不發(fā)電時(shí)，d+和+b將同時(shí)沒有輸出電壓），但以上分析的情況卻并沒有同步，一旦蓄電池耗盡有可能造成嚴(yán)重后果。以下列舉幾個(gè)可以采用的改進(jìn)方法。

　　1．開發(fā)使用新型充電指示（干簧）繼電器。此（干簧）繼電器的作用同樣是指示發(fā)電機(jī)的充電輸出情況，但是初級(jí)線圈串聯(lián)在+b端輸出回路里，直接檢測(cè)充電電流（可以稱之為電流型干簧繼電器。普通常用的都是電壓型的），見圖2。這種繼電器有2個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：初級(jí)線圈額定電壓降、初級(jí)線圈額定動(dòng)作電流。電阻r為發(fā)電機(jī)提供初始勵(lì)磁電流（調(diào)節(jié)器獨(dú)立供電的發(fā)電機(jī)不用電阻r）。這種線路較為簡單。

　　2．開發(fā)使用專用充電指示模塊。此種模塊通過內(nèi)部取樣電阻線檢測(cè)發(fā)電機(jī)充電電流（也可以使用霍爾元件檢測(cè)取樣電阻線產(chǎn)生的磁場(chǎng)），經(jīng)過放大、比較后驅(qū)動(dòng)指示燈，原理框圖見圖3。此模塊也可以集成到調(diào)節(jié)器內(nèi)部，從而簡化安裝、提高可靠性。

　　3．使用充電指示電流表。電流表可以指示蓄電池的充、放電電流，具有直觀、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但布置困難、線路損耗加大、成本增加，現(xiàn)代車輛很少使用。

　　4．使用電壓表。電壓表可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池電壓，也可以直觀地反映蓄電池的充、放電情況。根據(jù)實(shí)測(cè)，可以順利起動(dòng)車輛的已充電蓄電池空載電壓為 12.5v～13v，而發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后蓄電池端電壓可以上升至14v （14v電壓由發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器限壓，與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。同時(shí)，打開前照燈、空調(diào)時(shí)不會(huì)造成14v電壓跌落）。如果發(fā)電機(jī)不能發(fā)電，那么發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后蓄電池端電壓會(huì)在空載電壓基礎(chǔ)上逐漸下降（整車供電都取自蓄電池），不會(huì)有任何上升。所以發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)前后蓄電池端電壓的變化就直接反映了發(fā)電機(jī)是否發(fā)電（若電壓雖然上升但不能達(dá)到14v，說明發(fā)電機(jī)發(fā)電能力下降，存在故障）。電壓表可以接在任何合適的電源端點(diǎn)，布置靈活，也不會(huì)增大線路損耗。同時(shí)，電壓表內(nèi)部還可以設(shè)置一個(gè)報(bào)警蜂鳴器，當(dāng)電壓低于12v時(shí)發(fā)出報(bào)警聲。

　　由發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以看出，發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不得斷開充電回路。否則突降的大電流（數(shù)十安培）會(huì)在定子繞組兩端產(chǎn)生異常高電壓，擊穿整流管和調(diào)節(jié)器。

　三、實(shí)際應(yīng)用

　　綜合制作難度、開發(fā)周期、實(shí)用效果等諸因素，同時(shí)采用了改進(jìn)措施的1、4方案，制成了一個(gè)附加的指示燈模塊，其電路如圖4所示。干簧繼電器額定觸點(diǎn)動(dòng)作電流定為4a （此電流選得過大將使充電指示燈在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)不能熄滅），可以靈敏地指示發(fā)電機(jī)的充電電流。但是這種使用干簧繼電器的線路有2個(gè)缺點(diǎn)： ①當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)電能力下降時(shí)（某個(gè)整流管故障造成只能輸出10a以下的小電流時(shí)。非完全不能充電），此線路依然指示正常充電（整車用電負(fù)荷很大時(shí)仍然會(huì)造成蓄電池虧電）；②當(dāng)蓄電池充滿電壓接近14v時(shí)，充電電流會(huì)下降到小于4a，此時(shí)充電指示燈點(diǎn)亮表示沒有充電電流，會(huì)使人誤解為發(fā)電機(jī)不能充電。為此在組合儀表上增加了電壓表，和充電指示燈一起組成完善的充電指示線路。工作過程分析如下。

　　1．充電指示燈點(diǎn)亮、電壓表顯示電壓低于13.8v，說明發(fā)電機(jī)不能充電（發(fā)電機(jī)損壞）。

　　2．充電指示燈熄滅、電壓表顯示電壓低于13.8v，說明發(fā)電機(jī)正常充電。

　　3．充電指示燈點(diǎn)亮、電壓表顯示電壓高于13.8v，說明蓄電池充滿，發(fā)電機(jī)沒有輸出過大的充電電流（發(fā)電機(jī)正常）。

　　4．充電指示燈熄滅、電壓表顯示電壓高于13.8v，說明發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器損壞不能限制充電電壓，蓄電池將過充電造成損壞（發(fā)電機(jī)損壞）。

　　此線路小批量裝車后反應(yīng)良好，杜絕了事故隱患。