汽车发电机电子电压调节器设计(附件)
电子电压调节器连接在蓄电池和发电机之间，是蓄电池和发电机能协同工作的重要保证。电子式电压调节器通过控制发电机励磁电路，实现汽车电压的自动调节，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定，起着调节电压和保护电路的作用。一辆汽车拥有一个优质而稳定的电压调节器，是其能可靠运行并保证它的安全的重要前提。本文分析了电压调节器国内外发展的现状和各类电压调节器的原理，说明了他们各自的优越点。文中共提出了三个集成电路电压调节器的方案，并细地解释分析了这些电压调节器的工作原理和电路结构，设计了三种集成电路式电压调节器。最后选出一个方案做出实物，通过实验的方式确定了该调节器的实用性，能在一定的电压范围内基本实现自动调节的功能。
关键词：汽车，发电机，调节器，集成电路，设计
目 录
1 绪论 6
1.1 电子电压调节器设计的背景 6
1.2 电压调节器的发展概述 6
1.3 国外发展现状 7
1.3.1 国外发展现状 7
1.3.2 国内发展现状 8
2 汽车电源系统介绍 8
2.1 蓄电池 9
2.2 发电机 9
2.3 电压调节器 9
2.3.1 电磁式电压调节器 10
2.3.2 晶体管式电压调节器 11
2.3.3 集成电路电压调节器 12
2.3.4 单片机式电压调节器 12
2.4 汽车电源系统工作原理 13
3 方案一的设计 13
3.1 方案一的原理 13
3.2 元件的选择 14
3.2.1 集成电路M5232L 14
3.2.2 集成电路BTS43 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
2D 16
3.2.3 9015三极管 18
3.2.4 发光二极管 19
3.2.5 可调电阻 19
3.3 参数的选择 20
4 方案二的设计 20
4.1 方案二的工作原理 20
4.2 元件的选择 21
4.2.1 集成电路BTS412A 21
4.2.2 集成电路NE555 22
4.2.3 发光二极管 23
4.3 参数的选择 24
5 方案三的设计 24
5.1 方案三的工作原理 24
5.2 元件的选择 26
5.2.1 集成电路THW8778 26
5.2.2 集成电路NE555 27
5.2.3 整流二极管 29
5.3 参数的选择 29
6 安装调试 30
总结 32
致谢 33
参考文献 34
1 绪论
1.1 电子电压调节器设计的背景
汽车工业是一种具有高度综合性的产业。在现代汽车产业的发展新格局下，电子系统在汽车总成中的作用显得越来越显著。近些年来，车用的新兴电子设备例如电子点火、数字监测、电子显示、电子音响、电子转向、电磁操纵、空调、电子钟等日渐受到消费者的欢迎，已经成为保证汽车品质的不可缺少的部件，在各种档次、种类的车上得到很广泛的运用。
当前形势下，面对新型电子产品的剧增的情况，各个车厂对汽车发电机电压的精确性和稳定性的要求逐步提高，发电机的电压恒定的重要性日益突出。具体地说，现在车辆的用电系统不仅需要拥有更高的供电能力，而且还需要拥有更佳的供电稳定性。汽车的发电系统如果想要满足这些要求，除了需要更具效率的整流器和更高性能的发电机，一个高品质的电压调节器也十分重要。为此，国内外对各种方案的新型电子电压调节器研究从未停止过。特别是对于集成式电压调节器的研究，这些年成果频出。
众所周知，汽车电源系统的工作环境十分恶劣。所以，电压调节器作为其非常关键的一个部件，它的质量和工艺要求更加的严格苛刻。除了必须的良好的电压调节性能之外，还有许多必不可少的特殊要求，比如抗化学腐蚀性、耐震性、抗高温能力等。而且当前的汽车由于电子设备日益增多，如果车辆发电系统里出险一些故障导致电压过高或者发电停止的现象，则会危及用电设备，甚至会对车中人员的人身安全和财产安全造成不可预估的损失，因此要求电压调节器能对发电系统工况拥有一定的检测能力，本次研究所阐述的集成式电子电压调节器便是在这种需求下所设计出来的[14]。
1.2 电压调节器的发展概述
自从20世纪50年代交流发电机发明以来，随着人们的需求和科学的进步，电压调节器大致经历了电磁式电压调节器、分立元件调节器、集成电路电压调节器、单片式电压调节器四个阶段。
电磁式电压调节器又称机械式调节器，它通过触电的开闭来控发电机的励磁电流，从而保证发电机输出电压的稳定性。但这种调节器的缺点也十分明显：结构复杂体积大、精度低误差大、使用寿命断、容易产生无限干扰，现在已经基本被淘汰；
20世纪60年代过后，半导体技术日益发展，利用分立元件制作而成的晶体管电压调节器也随之发展起来，该类调节器将大功率三极管串联在发电机的励磁回路中，通过三极管的导通与截止来控制励磁电路的通和断，从而调节发电机的电压。这种调节器的优点是体积小、结构简单、成本更低，而且没有无线干扰，所以被很广泛的利用，但分立元件调节器抗反向电压能力差、抗振性差、容易失去控制，在汽车用电设备日益增多的情况下，已经很难满足厂家的需求。因此伴随着更加优秀的半导体集成电路电解器的出现，晶体管式电压调节器逐渐退出历史舞台。
20世纪70年代以后，半导体技术有了进一步发展，半导体集成电路调节器得到了广泛的应用和发展。该类调节器将二极管、三极管都集成在一块硅基片上。这种方式能大大地减少电压调节器的体积，将其装在发电机内部的想法得以实现，使整个发电系统的体积缩小。但是随着车辆用电器进一步的增加，客户希望进一步提高调节器的可靠性，混合集成电路调节器逐渐将之替代。混合集成电路调节器调节器是将各类原件，例如集成电路芯片、电阻、电容等做成一个模块化的单元，并与三极管、二极管相连。这类电压调节器拥有更高的精度和绝缘性，减少了外界环境对其的影响，具有更长的使用寿命。
如今，高性能的单片汽车电压调节器也日益发展起来，单片汽车电压调节器通过单片机通过单片机的功能在普通的调节器基础上增加了过流保护、过压保护、过热保护等功能，在一个硅片上高度集中了控制电路、保护电路以及大功率调整管，具有稳定性更好、体积更小、功能更多等特点，实现了一定的产业规模[4]。
1.3 国外发展现状
车载交流发电按搭铁方式分类可分为内搭铁式和外搭铁式。内搭铁交流发电机的磁场绕组的负极是直接接地的，而外搭铁的交流发电机磁场绕组的负极接在电压调节器上，再从电压调节器接地。
本文设计的电压调节器适用于内搭铁式交流发电机。
车载交流发电的的励磁方式分为他磁和自磁。他磁指的在发动机启动期间，通过蓄电池将电流传给发电机磁场绕组，使其发电的励磁方式。而交流发电机的自磁是指当其的转速提高到一定程度，它拥有足够的电动势对外部的用电设备进行供电，可自身独立发电的励磁方式。
当点火开关刚闭合的时候，由于刚启动蓄电池提供的电压没有达到起控电压，此时，调节器在弹簧的作用下触点与下面闭合，蓄电池产生的电压通过点火开关加载到磁场线圈上，将磁场线圈接入该电路，励磁线圈产生励磁回路，发电机开始工作，使电压逐步升高，从而保证了发电机拥有稳定的输出电压。
1 绪论 6
1.1 电子电压调节器设计的背景 6
1.2 电压调节器的发展概述 6
1.3 国外发展现状 7
1.3.1 国外发展现状 7
1.3.2 国内发展现状 8
2 汽车电源系统介绍 8
2.1 蓄电池 9
2.2 发电机 9
2.3 电压调节器 9
2.3.1 电磁式电压调节器 10
2.3.2 晶体管式电压调节器 11
2.3.3 集成电路电压调节器 12
2.3.4 单片机式电压调节器 12
2.4 汽车电源系统工作原理 13
3 方案一的设计 13
3.1 方案一的原理 13
3.2 元件的选择 14
3.2.1 集成电路M5232L 14
3.2.2 集成电路BTS43 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
2D 16
3.2.3 9015三极管 18
3.2.4 发光二极管 19
3.2.5 可调电阻 19
3.3 参数的选择 20
4 方案二的设计 20
4.1 方案二的工作原理 20
4.2 元件的选择 21
4.2.1 集成电路BTS412A 21
4.2.2 集成电路NE555 22
4.2.3 发光二极管 23
4.3 参数的选择 24
5 方案三的设计 24
5.1 方案三的工作原理 24
5.2 元件的选择 26
5.2.1 集成电路THW8778 26
5.2.2 集成电路NE555 27
5.2.3 整流二极管 29
5.3 参数的选择 29
6 安装调试 30
总结 32
致谢 33
参考文献 34
1 绪论
1.1 电子电压调节器设计的背景
汽车工业是一种具有高度综合性的产业。在现代汽车产业的发展新格局下，电子系统在汽车总成中的作用显得越来越显著。近些年来，车用的新兴电子设备例如电子点火、数字监测、电子显示、电子音响、电子转向、电磁操纵、空调、电子钟等日渐受到消费者的欢迎，已经成为保证汽车品质的不可缺少的部件，在各种档次、种类的车上得到很广泛的运用。
当前形势下，面对新型电子产品的剧增的情况，各个车厂对汽车发电机电压的精确性和稳定性的要求逐步提高，发电机的电压恒定的重要性日益突出。具体地说，现在车辆的用电系统不仅需要拥有更高的供电能力，而且还需要拥有更佳的供电稳定性。汽车的发电系统如果想要满足这些要求，除了需要更具效率的整流器和更高性能的发电机，一个高品质的电压调节器也十分重要。为此，国内外对各种方案的新型电子电压调节器研究从未停止过。特别是对于集成式电压调节器的研究，这些年成果频出。
众所周知，汽车电源系统的工作环境十分恶劣。所以，电压调节器作为其非常关键的一个部件，它的质量和工艺要求更加的严格苛刻。除了必须的良好的电压调节性能之外，还有许多必不可少的特殊要求，比如抗化学腐蚀性、耐震性、抗高温能力等。而且当前的汽车由于电子设备日益增多，如果车辆发电系统里出险一些故障导致电压过高或者发电停止的现象，则会危及用电设备，甚至会对车中人员的人身安全和财产安全造成不可预估的损失，因此要求电压调节器能对发电系统工况拥有一定的检测能力，本次研究所阐述的集成式电子电压调节器便是在这种需求下所设计出来的[14]。
1.2 电压调节器的发展概述
自从20世纪50年代交流发电机发明以来，随着人们的需求和科学的进步，电压调节器大致经历了电磁式电压调节器、分立元件调节器、集成电路电压调节器、单片式电压调节器四个阶段。
电磁式电压调节器又称机械式调节器，它通过触电的开闭来控发电机的励磁电流，从而保证发电机输出电压的稳定性。但这种调节器的缺点也十分明显：结构复杂体积大、精度低误差大、使用寿命断、容易产生无限干扰，现在已经基本被淘汰；
20世纪60年代过后，半导体技术日益发展，利用分立元件制作而成的晶体管电压调节器也随之发展起来，该类调节器将大功率三极管串联在发电机的励磁回路中，通过三极管的导通与截止来控制励磁电路的通和断，从而调节发电机的电压。这种调节器的优点是体积小、结构简单、成本更低，而且没有无线干扰，所以被很广泛的利用，但分立元件调节器抗反向电压能力差、抗振性差、容易失去控制，在汽车用电设备日益增多的情况下，已经很难满足厂家的需求。因此伴随着更加优秀的半导体集成电路电解器的出现，晶体管式电压调节器逐渐退出历史舞台。
20世纪70年代以后，半导体技术有了进一步发展，半导体集成电路调节器得到了广泛的应用和发展。该类调节器将二极管、三极管都集成在一块硅基片上。这种方式能大大地减少电压调节器的体积，将其装在发电机内部的想法得以实现，使整个发电系统的体积缩小。但是随着车辆用电器进一步的增加，客户希望进一步提高调节器的可靠性，混合集成电路调节器逐渐将之替代。混合集成电路调节器调节器是将各类原件，例如集成电路芯片、电阻、电容等做成一个模块化的单元，并与三极管、二极管相连。这类电压调节器拥有更高的精度和绝缘性，减少了外界环境对其的影响，具有更长的使用寿命。
如今，高性能的单片汽车电压调节器也日益发展起来，单片汽车电压调节器通过单片机通过单片机的功能在普通的调节器基础上增加了过流保护、过压保护、过热保护等功能，在一个硅片上高度集中了控制电路、保护电路以及大功率调整管，具有稳定性更好、体积更小、功能更多等特点，实现了一定的产业规模[4]。
1.3 国外发展现状
车载交流发电按搭铁方式分类可分为内搭铁式和外搭铁式。内搭铁交流发电机的磁场绕组的负极是直接接地的，而外搭铁的交流发电机磁场绕组的负极接在电压调节器上，再从电压调节器接地。
本文设计的电压调节器适用于内搭铁式交流发电机。
车载交流发电的的励磁方式分为他磁和自磁。他磁指的在发动机启动期间，通过蓄电池将电流传给发电机磁场绕组，使其发电的励磁方式。而交流发电机的自磁是指当其的转速提高到一定程度，它拥有足够的电动势对外部的用电设备进行供电，可自身独立发电的励磁方式。
当点火开关刚闭合的时候，由于刚启动蓄电池提供的电压没有达到起控电压，此时，调节器在弹簧的作用下触点与下面闭合，蓄电池产生的电压通过点火开关加载到磁场线圈上，将磁场线圈接入该电路，励磁线圈产生励磁回路，发电机开始工作，使电压逐步升高，从而保证了发电机拥有稳定的输出电压。
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