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车用交流发电机充电指示电路的改进设计
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随着现代车辆舒适度、智能化水平的提高，各种智能电控系统越来越多，整车用电负荷也在逐步增大，因而保证车辆发电机的正常工作状态就显得更为重要。特别是使用电控系统的车辆，一旦电源系统失效，几乎就只能停车。以下分析目前广泛使用的车用交流发电机充电指示线路的潜在隐患及改进措施。
国内车用交流发电机的电路结构基本相同，都是由发电绕组（定子）、励磁绕组（转子，有的机型使用永磁转子）、整流管、稳压器（可以调节励磁电流稳压，也可以通过开关元件直接调节输出电压。稳压器可以集成到发电机内部，也可以外置）组成。在壳体上一般有充电输出（+b）端子、指示灯（d+）端子、中性点（n）端子、搭铁（e）端子，其中中性点端子不是必需的。发电机的充电指示灯电路结构都类似：依靠额外附加的3个二极管输出直流电压以控制充电指示灯。但是这种应用极为广泛的充电指示电路存在有缺陷，即当发电机内部故障不能充电时，其充电指示电路却可以是完好的，因而指示灯也正常熄灭，表示正在充电。其实却是蓄电池在供应整车用电，直到蓄电池耗尽不能起动车辆为止。下面以东风eq1021h15q型汽油皮卡车充电电路（发电机件号：31qm- 01010 /14v80a）进行分析，并找出改进办法。
一、工作过程分析
如图1所示，二极管d1～d6是大功率主整流管，组成3相星形整流电路，供应整车用电及充电。中功率二极管d7～d9是稳压器和充电指示电路专用整流管，输出的14v直流电压（d+）与主输出（+b）隔离。当发电机运转时，+b与d+端都输出14v直流电压。由图1可以看出，当主整流管d1～d3由于故障断路、其他整流管正常时，充电指示回路仍然可以正常工作。即当d+端输出14v直流电压时，主输出端（+b）却不一定有输出。这样，一旦蓄电池耗尽就会造成车辆不能起动（笔者公司就有数台皮卡车因蓄电池耗尽抛锚在野外，只好由救援车辆送去新蓄电池救急）。
二、改进措施
由以上分析可以看出，判断发电机是否发电的直接可靠的方法就是检测主输出（+b）端的输出充电电流。而检测d+端电压只是一种间接方法，虽然多数情况下 d+和+b的输出是同步的（比如定子绕组、整流管d4～d6损坏造成不发电时，d+和+b将同时没有输出电压），但以上分析的情况却并没有同步，一旦蓄电池耗尽有可能造成严重后果。以下列举几个可以采用的改进方法。
1．开发使用新型充电指示（干簧）继电器。此（干簧）继电器的作用同样是指示发电机的充电输出情况，但是初级线圈串联在+b端输出回路里，直接检测充电电流（可以称之为电流型干簧继电器。普通常用的都是电压型的），见图2。这种继电器有2个关键参数：初级线圈额定电压降、初级线圈额定动作电流。电阻r为发电机提供初始励磁电流（调节器独立供电的发电机不用电阻r）。这种线路较为简单。
2．开发使用专用充电指示模块。此种模块通过内部取样电阻线检测发电机充电电流（也可以使用霍尔元件检测取样电阻线产生的磁场），经过放大、比较后驱动指示灯，原理框图见图3。此模块也可以集成到调节器内部，从而简化安装、提高可靠性。
3．使用充电指示电流表。电流表可以指示蓄电池的充、放电电流，具有直观、准确的优点，但布置困难、线路损耗加大、成本增加，现代车辆很少使用。
4．使用电压表。电压表可以随时监测蓄电池电压，也可以直观地反映蓄电池的充、放电情况。根据实测，可以顺利起动车辆的已充电蓄电池空载电压为 12.5v～13v，而发动机运转后蓄电池端电压可以上升至14v （14v电压由发电机调节器限压，与发动机转速无关。同时，打开前照灯、空调时不会造成14v电压跌落）。如果发电机不能发电，那么发动机起动后蓄电池端电压会在空载电压基础上逐渐下降（整车供电都取自蓄电池），不会有任何上升。所以发电机运转前后蓄电池端电压的变化就直接反映了发电机是否发电（若电压虽然上升但不能达到14v，说明发电机发电能力下降，存在故障）。电压表可以接在任何合适的电源端点，布置灵活，也不会增大线路损耗。同时，电压表内部还可以设置一个报警蜂鸣器，当电压低于12v时发出报警声。
由发电机的内部结构可以看出，发电机运转时不得断开充电回路。否则突降的大电流（数十安培）会在定子绕组两端产生异常高电压，击穿整流管和调节器。
三、实际应用
综合制作难度、开发周期、实用效果等诸因素，同时采用了改进措施的1、4方案，制成了一个附加的指示灯模块，其电路如图4所示。干簧继电器额定触点动作电流定为4a （此电流选得过大将使充电指示灯在发动机低转速时不能熄灭），可以灵敏地指示发电机的充电电流。但是这种使用干簧继电器的线路有2个缺点： ①当发电机发电能力下降时（某个整流管故障造成只能输出10a以下的小电流时。非完全不能充电），此线路依然指示正常充电（整车用电负荷很大时仍然会造成蓄电池亏电）；②当蓄电池充满电压接近14v时，充电电流会下降到小于4a，此时充电指示灯点亮表示没有充电电流，会使人误解为发电机不能充电。为此在组合仪表上增加了电压表，和充电指示灯一起组成完善的充电指示线路。工作过程分析如下。
1．充电指示灯点亮、电压表显示电压低于13.8v，说明发电机不能充电（发电机损坏）。
2．充电指示灯熄灭、电压表显示电压低于13.8v，说明发电机正常充电。
3．充电指示灯点亮、电压表显示电压高于13.8v，说明蓄电池充满，发电机没有输出过大的充电电流（发电机正常）。
4．充电指示灯熄灭、电压表显示电压高于13.8v，说明发电机调节器损坏不能限制充电电压，蓄电池将过充电造成损坏（发电机损坏）。
此线路小批量装车后反应良好，杜绝了事故隐患。
国内车用交流发电机的电路结构基本相同，都是由发电绕组（定子）、励磁绕组（转子，有的机型使用永磁转子）、整流管、稳压器（可以调节励磁电流稳压，也可以通过开关元件直接调节输出电压。稳压器可以集成到发电机内部，也可以外置）组成。在壳体上一般有充电输出（+b）端子、指示灯（d+）端子、中性点（n）端子、搭铁（e）端子，其中中性点端子不是必需的。发电机的充电指示灯电路结构都类似：依靠额外附加的3个二极管输出直流电压以控制充电指示灯。但是这种应用极为广泛的充电指示电路存在有缺陷，即当发电机内部故障不能充电时，其充电指示电路却可以是完好的，因而指示灯也正常熄灭，表示正在充电。其实却是蓄电池在供应整车用电，直到蓄电池耗尽不能起动车辆为止。下面以东风eq1021h15q型汽油皮卡车充电电路（发电机件号：31qm- 01010 /14v80a）进行分析，并找出改进办法。
一、工作过程分析
如图1所示，二极管d1～d6是大功率主整流管，组成3相星形整流电路，供应整车用电及充电。中功率二极管d7～d9是稳压器和充电指示电路专用整流管，输出的14v直流电压（d+）与主输出（+b）隔离。当发电机运转时，+b与d+端都输出14v直流电压。由图1可以看出，当主整流管d1～d3由于故障断路、其他整流管正常时，充电指示回路仍然可以正常工作。即当d+端输出14v直流电压时，主输出端（+b）却不一定有输出。这样，一旦蓄电池耗尽就会造成车辆不能起动（笔者公司就有数台皮卡车因蓄电池耗尽抛锚在野外，只好由救援车辆送去新蓄电池救急）。
二、改进措施
由以上分析可以看出，判断发电机是否发电的直接可靠的方法就是检测主输出（+b）端的输出充电电流。而检测d+端电压只是一种间接方法，虽然多数情况下 d+和+b的输出是同步的（比如定子绕组、整流管d4～d6损坏造成不发电时，d+和+b将同时没有输出电压），但以上分析的情况却并没有同步，一旦蓄电池耗尽有可能造成严重后果。以下列举几个可以采用的改进方法。
1．开发使用新型充电指示（干簧）继电器。此（干簧）继电器的作用同样是指示发电机的充电输出情况，但是初级线圈串联在+b端输出回路里，直接检测充电电流（可以称之为电流型干簧继电器。普通常用的都是电压型的），见图2。这种继电器有2个关键参数：初级线圈额定电压降、初级线圈额定动作电流。电阻r为发电机提供初始励磁电流（调节器独立供电的发电机不用电阻r）。这种线路较为简单。
2．开发使用专用充电指示模块。此种模块通过内部取样电阻线检测发电机充电电流（也可以使用霍尔元件检测取样电阻线产生的磁场），经过放大、比较后驱动指示灯，原理框图见图3。此模块也可以集成到调节器内部，从而简化安装、提高可靠性。
3．使用充电指示电流表。电流表可以指示蓄电池的充、放电电流，具有直观、准确的优点，但布置困难、线路损耗加大、成本增加，现代车辆很少使用。
4．使用电压表。电压表可以随时监测蓄电池电压，也可以直观地反映蓄电池的充、放电情况。根据实测，可以顺利起动车辆的已充电蓄电池空载电压为 12.5v～13v，而发动机运转后蓄电池端电压可以上升至14v （14v电压由发电机调节器限压，与发动机转速无关。同时，打开前照灯、空调时不会造成14v电压跌落）。如果发电机不能发电，那么发动机起动后蓄电池端电压会在空载电压基础上逐渐下降（整车供电都取自蓄电池），不会有任何上升。所以发电机运转前后蓄电池端电压的变化就直接反映了发电机是否发电（若电压虽然上升但不能达到14v，说明发电机发电能力下降，存在故障）。电压表可以接在任何合适的电源端点，布置灵活，也不会增大线路损耗。同时，电压表内部还可以设置一个报警蜂鸣器，当电压低于12v时发出报警声。
由发电机的内部结构可以看出，发电机运转时不得断开充电回路。否则突降的大电流（数十安培）会在定子绕组两端产生异常高电压，击穿整流管和调节器。
三、实际应用
综合制作难度、开发周期、实用效果等诸因素，同时采用了改进措施的1、4方案，制成了一个附加的指示灯模块，其电路如图4所示。干簧继电器额定触点动作电流定为4a （此电流选得过大将使充电指示灯在发动机低转速时不能熄灭），可以灵敏地指示发电机的充电电流。但是这种使用干簧继电器的线路有2个缺点： ①当发电机发电能力下降时（某个整流管故障造成只能输出10a以下的小电流时。非完全不能充电），此线路依然指示正常充电（整车用电负荷很大时仍然会造成蓄电池亏电）；②当蓄电池充满电压接近14v时，充电电流会下降到小于4a，此时充电指示灯点亮表示没有充电电流，会使人误解为发电机不能充电。为此在组合仪表上增加了电压表，和充电指示灯一起组成完善的充电指示线路。工作过程分析如下。
1．充电指示灯点亮、电压表显示电压低于13.8v，说明发电机不能充电（发电机损坏）。
2．充电指示灯熄灭、电压表显示电压低于13.8v，说明发电机正常充电。
3．充电指示灯点亮、电压表显示电压高于13.8v，说明蓄电池充满，发电机没有输出过大的充电电流（发电机正常）。
4．充电指示灯熄灭、电压表显示电压高于13.8v，说明发电机调节器损坏不能限制充电电压，蓄电池将过充电造成损坏（发电机损坏）。
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