阅读说明：本技术 一种数字式发电机调压控制电路 (Digital generator voltage regulation control circuit ) 是由 王美靖 张学铭 孙铭礁 张宏超 李晓多 闫智洲 于 2020-12-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于重型车辆电子控制单元中的发电机控制技术领域,涉及一种数字式发电机调压控制电路。该调压控制电路包括电容C-1、MOS管Q1、MOS管Q2、续流二极管D1、续流二极管D2、开关导通电阻R2、开关导通电阻R3、滤波上拉电阻R1、励磁绕组。本发明通过设计数字式发电机调压控制电路,解决以往单纯依靠模拟器件搭建的模拟调压电路不能实现发电机准确调压及器件工作可靠性低等问题,从而将发电控制器向数字化、可视化等技术方向引领,从而达到产品更新换代；依据GJB298等相关标准规定,为满足后端低压负载设备可靠工作,低压28V三相整流发电机输出电压就必须满足在28±0.7V范围内。(The invention belongs to the technical field of generator control in an electronic control unit of a heavy vehicle, and relates to a digital generator voltage regulation control circuit. The voltage regulation control circuit comprises a capacitor C 1 The power supply comprises a MOS transistor Q1, a MOS transistor Q2, a freewheeling diode D1, a freewheeling diode D2, a switch on-resistance R2, a switch on-resistance R3, a filter pull-up resistance R1 and an excitation winding. According to the invention, by designing the digital generator voltage regulation control circuit, the problems that the accurate voltage regulation of the generator cannot be realized by the traditional analog voltage regulation circuit which is built by only depending on an analog device, the working reliability of the device is low and the like are solved, so that the power generation controller is led to the technical directions of digitization, visualization and the like, and the product is updated and updated; according to the relevant standards such as GJB298 and the like, in order to meet the requirement of reliable operation of rear-end low-voltage load equipment, the output voltage of a low-voltage 28V three-phase rectification generator is required to be within the range of 28 +/-0.7V.)

一种数字式发电机调压控制电路

技术领域

本发明属于重型车辆电子控制单元中的发电机控制技术领域，涉及一种数字式发电机调压控制电路。

背景技术

随着车辆信息化、数字化程度的逐渐提升，车辆负载功率不断增加。车载辅机电源是为满足大功率用电设备及上装武器系统而设立的独立控制电源，传统的车载电源一般由发动机、发电机以及发电控制器组成。其组成图如图1所示。

低压三相整流发电机以其价格低廉、工作可靠、技术成熟以及功率密度高等技术优势，目前实车项目中已大规模装备以低压三相整流发电机外加模拟式发电控制器车载电源产品。但随着车辆信息化、数字化程度不断提升，其中模拟电路组成的发电控制器已不能满足需求，缺少一些必要的采集、通信及过载保护功能。其中很重要的一点体现在模拟器件工作稳定性差，调压范围过宽且不容易控制，这就可能导致后端负载工作异常现象发生。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种数字式发电机调压控制电路，结合单片机数字化控制能很好的解决模拟器件调压范围过宽、不容易控制等弊端。

本发明的技术方案如下：

本发明搭建了一种数字式发电机调压控制电路，结合单片机数字化控制能很好的解决模拟器件调压范围过宽、不容易控制等弊端。该控制电路思路简洁，实用性、通用化较强，实现了发电数字化控制，一定程度上提高了发电控制器调压功能精确性、安全性、可靠性及数字化设计。

本发明提供了一种数字式发电机调压控制电路，包括电容C₁、MOS管Q1、 MOS管Q2、续流二极管D1、续流二极管D2、开关导通电阻R2、开关导通电阻R3、滤波上拉电阻R1、励磁绕组；

电容C₁的第一端与滤波上拉电阻R1第一端连接并共同接地，其第二端与滤波上拉电阻R1第二端和续流二极管D2的第二端连接，同时与蓄电池正极和励磁机正极连接，电容C₁的第二端同时连接MOS管Q1的漏极，所述MOS管 Q1的源极连接励磁绕组的第一端，同时与开关导通电阻R2第二端以及续流二极管D1的第二端连接，MOS管Q1的门极与单片机的PWM管脚连接，所述 MOS管Q2的漏极连接励磁绕组的第二端，同时与续流二极管D2的第一端相连。MOS管的Q2的门极与单片机的PWM管脚连接，MOS管Q2的源极与开关导通电阻R3第二端以及续流二极管D1的第一端连接，共同连接到地。同时，开关导通电阻R2第一端与单片机的PWM管脚连接，开关导通电阻R3第一端与单片机的PWM管脚连接。

进一步地，所述MOS管Q1通过单片机IO口控制，当反馈电压超过上限电压设定值后，单片机IO口控制MOS管Q1关断；当反馈电压低于上限电压设定值后，单片机IO口控制MOS管Q1开通。

进一步地，MOS管Q1关断延迟时间不大于1个PWM开关周期。

进一步地，MOS管Q2通过单片机捕获比较单元控制。

本发明是以车载辅机电源中低压28V三相整流发电机输出电压调节控制为背景，通过设计数字式发电机调压控制电路，解决以往单纯依靠模拟器件搭建的模拟调压电路不能实现发电机准确调压及器件工作可靠性低等问题，从而将发电控制器向数字化、可视化等技术方向引领，从而达到产品更新换代。依据 GJB298等相关标准规定，为满足后端低压负载设备可靠工作，低压28V三相整流发电机输出电压就必须满足在28±0.7V范围内。

附图说明

图1为发动机、发电机以及发电控制器功能关系图；

图2为励磁功率电路,(a)单二极管续流状态，(b)双二极管续流状态。

图3为开关管驱动算法框图，(a)Q1管的PWM控制流程，(b)Q2管的PWM 控制流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

所述数字式发电机调压控制电路集成在发电控制器的主功率板上，主要用于实现直流电压检测、负载电流检测、励磁电流检测以及开关管PWM驱动输出。开关管PWM控制是发电机调压控制电路的最主要功能，方案设计两路PWM输出，分别控制励磁电路的两个开关管，功率电路如图2所示。

数字式发电机调压控制电路包括：电容C1、MOS管Q1、MOS管Q2、续流二极管D1、续流二极管D2、开关导通电阻R3、滤波上拉电阻R1、励磁绕组。其中电容C1及滤波上拉电阻R1对励磁电源进行滤波，MOS管Q1、MOS管Q2起开关调节功能，保证发电机输出电压在28±0.7V范围内，二极管D1、二极管D2 起到续流保护作用，同时加快电压调节过程。

连接关系：电容C1的第一端与滤波上拉电阻R1第一端连接并共同接地，其第二端与滤波上拉电阻R1第二端和续流二极管D2的第二端连接，同时与蓄电池正极和励磁机正极连接。电容C1的第二端同时连接MOS管Q1的漏极，所述 MOS管Q1的源极连接励磁绕组的第一端，同时与开关导通电阻R2第二端以及续流二极管D1的第二端连接，MOS管Q1的门极与单片机的PWM管脚连接。所述 MOS管Q2的漏极连接励磁绕组的第二端，同时与续流二极管D2的第一端相连。 MOS管的Q2的门极与单片机的PWM管脚连接，MOS管Q2的源级与开关导通电阻 R3第二端以及续流二极管D1的第一端连接，共同连接到地。同时，开关导通电阻R2第一端与单片机的PWM管脚连接，开关导通电阻R3第一端与单片机的PWM 管脚连接。

当调压器正常工作时，MOS管Q1导通，电流经MOS管Q1斩波控制，当MOS 管Q2导通时，励磁机整流后的直流电压加载励磁绕组上，励磁电流上升，电流走向：蓄电池或励磁机-MOS管Q1-励磁绕组-MOS管Q2-地；MOS管Q2关断时，励磁电流二极管D2续流，电流走向：蓄电池或励磁机-MOS管Q1-励磁绕组-续流二极管D2-蓄电池或励磁机如图2(a)所示，由于励磁绕组来那个短的电压为零，在励磁绕组内阻和励磁绕组自感的作用，励磁电流减小。

当输出电压超调量超过上限时，要求迅速减小励磁电流来减小系统输出电压的超调量。此时仅靠关闭MOS管Q2减小励磁电流的方法可能不能满足要求，若 MOS管Q1和MOS管Q2都关断，励磁电流经二极管D1\D2续流，如图2(b)所示，此时励磁绕组所加电压为下正上负，在反向电压的作用下励磁电流迅速减小，直到电压降到设定值之后，Q1重新导通，Q2管进入PWM状态。电流走向：地-MOS管Q1-励磁绕组-励磁电流经二极管D2-蓄电池或励磁机。

根据上述功能需求，设计两个开关管的驱动逻辑如图3所示。

MOS管Q1通过单片机IO口控制，仅在电压超过上限设定值之后关断，关断延迟时间不大于1个PWM开关周期。MOS管Q1的控制通过上限电压值与反馈电压进行比较，在大于设定值后关断，小于设定值后开通，控制框图如图3(a) 所示。MOS管Q2通过单片机捕获比较单元控制，在每个PWM周期更新占空比， Q2管占空比的计算如图3(b)所示。给定电压与反馈电压做差得到误差电压，误差电压经过PI调节器输出，并与负载电流反馈值的比例或微分结果相加，得到励磁电流给定值；励磁电流给定值与反馈值相减后，进行PI调节，该PI调节器输出即为定时器比较值，与Q1管占空比相对应。之后等待定时器达到该值后相应的PWM口输出电平变化。通过每个控制周期更新定时器比较值，实现脉宽调制。

发明效果

该电路设计经过了严格的环境及电磁兼容试验，控制算法已在台架调试过程中得到充分测试，满足当前三相整流发电机调压控制要求，很好实现了车载电源数字化设计及过载过压保护控制，降低了电路设计的复杂性，节省了CPU 硬件资源和生产成本，实现了设计的系列化、通用化、模块化。