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温漂系数双向连续可调的控制电路和电压调节器专利

专利号:201711409903.5

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专利名称:温漂系数双向连续可调的控制电路和电压调节器

技术领域:电动机/变压器/电抗器

IPC主分类号:H02P9/30

申请号:CN201711409903.5

公开日:2018-05-29

说明书

一种温漂系数双向连续可调的控制电路和电压调节器

技术领域

[0001] 本发明属于汽车发电机电子控制技术领域,具体涉及一种温漂系数双向连续可调的控制电路和电压调节器。

背景技术

[0002] 电气设备的电子控制电路在实现其目标值的控制过程中,外围会因为电子控制电路所处的环境温度使系统输出端实际值与目标值有些偏差,在工作环境所涉猎的温区内,实际值与目标值的往往呈现非线性的曲线关系。因此,许多电路为了矫正这一曲线关系、或者为了克服温漂等均需要调整温漂系数,所述的温漂系数即为实际值与目标值之间的比例关系,即:λ=(Va-Vt)/Vt,其中Va为实际值,Vt为目标值,λ为温漂系数或称温度系数。但由于Vt与温度的关系曲线较为复杂,为了实现理想的温漂系数,使得矫正温漂系数较为困难,要想获得较好的矫正效果,有些采取软件修正的方法,使电路结构复杂化、成本上升,而且处理器芯片对环境温度和抗干扰性要求较高。
[0003] 现有的温漂系数调控电路存在以下问题:
[0004] 一是上述所述的调整电路复杂、成本高,二是采用简单的温漂系数调整电路往往依赖于对元器件的温漂特性进行严格筛选,对于采用不同型号、不同批次的元件需要进行重新标定筛选,增加了设计复杂性、也使电路一致性、可靠性受到影响。
[0005] 特别是对于汽车发电机电压调节器来说,其工作环境温度变化范围较大,而且对发电机输出电压还有这特殊的温度系数要求,因此对于电压调节器更应该严格控制其温漂系数,然而,现有技术的发电机电压调节器的温漂系数多是依赖于二极管的温度系数特性,包括一些稳压值4.7V及以上的稳压二极管的稳压值呈现正温度系数、3V及以下的稳压值温负温度系数,普通PN结正向导通阈值呈正温度系数,需要将它们严格筛选合理组合、经过多次试验确定才能选出适合要求的温漂系数的元件来,给企业生产带来很大的技术浪费。
[0006] 因此需要设计出电路较为简单、成本较低的易于调整温漂系数的控制电路及易于调整温漂系数的发电机电压调节器,以适应工业控制电路、民用电器以及汽车对发电机控制技术的要求。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于,针对上述技术问题,提供一种电路结构较为简单、成本较低的易于调整温漂系数的控制电路及易于调整温漂系数的发电机电压调节器。
[0008] 依据本发明第一方面,提供了一种温漂系数双向连续可调的控制电路,其特殊之处在于包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第七电阻,其中:
[0009] 所述第二晶体管的基极用于接收前级外部电路的输入信号,所述第二晶体管的发射极通过所述第一电阻接地,所述第二晶体管的集电极和所述第一晶体管的发射极连接,所述第一晶体管的集电极和电源正极连接,所述第一晶体管的基极通过所述第二电阻和电源正极连接;
[0010] 所述第四晶体管的基极通过所述第三电阻连接所述第二晶体管的集电极,所述第四晶体管的发射极和所述第六晶体管的发射极连接且通过所述第六电阻接地,所述第四晶体管的集电极和所述第三晶体管的发射极连接,所述第三晶体管的集电极和电源正极连接,所述第三晶体管的基极通过所述第四电阻和电源正极连接;
[0011] 所述第六晶体管的基极通过所述第七电阻连接所述第四晶体管的集电极,所述第六晶体管的集电极和所述第五晶体管的发射极连接,所述第五晶体管的集电极和电源正极连接,所述第五晶体管的基极通过所述第五电阻和电源正极连接;
[0012] 所述第七晶体管的栅极和所述第六晶体管的集电极连接,所述第七晶体管的源极接地,所述第七晶体管的漏极作为所述温漂系数双向连续可调的控制电路的输出端,用于控制外部负载的电源负极;
[0013] 通过调整所述第一电阻的阻值可以实现对所述温漂系数双向连续可调的控制电路的温漂系数的双向调节。
[0014] 依据本发明第二方面,提供了一种温漂系数双向连续可调的电压调节器,其特殊之处在于包括本发明第一方面所述的温漂系数双向连续可调的控制电路。
[0015] 优选地,本发明还提供了一种温漂系数双向连续可调的电压调节器,其特殊之处在于还包括第八电阻、第九电阻、第一电容、续流二极管、第十电阻和三角波发生电路,所述第八电阻和第九电阻连接,所述第八电阻的另一端连接电源正极,所述第九电阻的另一端接地,所述第一电容和所述第九电阻并联,所述第八电阻和第九电阻的连接节点作为对发电机输出电压采样输出端,所述发电机输出电压采样输出端和所述第二晶体管基极连接,所述三角波发生电路的输出端通过所述第十电阻连接所述第四晶体管的基极,所述续流二极管连接于所述第七晶体管漏极和电源正极之间;通过调整所述第一电阻的阻值实现对发电机电压调节器温漂系数的双向连续可调。
[0016] 本发明的有益效果是:通过对所述第二晶体管发射极回路串联的第一电阻进行阻值调整可以较为容易的实现对控制电路的温漂系数的连续可调,既可以实现正温度系数、负温度系数,还可以实现0温漂。

附图说明

[0017] 图1是本发明实施方式提供的一种温漂系数双向连续可调的控制电路的电路结构示意图;
[0018] 图2是本发明实施方式提供的一种温漂系数双向连续可调的电压调节器电路结构示意图。

具体实施方式

[0019] 第一方面,本发明实施方式提供了一种温漂系数双向连续可调的控制电路。
[0020] 实施例1
[0021] 如图1所示,为一种温漂系数双向连续可调的控制电路,包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第三晶体管Q3、第四晶体管Q4、第五晶体管Q5、第六晶体管Q6、第七晶体管Q7、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7,其中:
[0022] 第二晶体管的基极用于接收前级外部电路的输入信号,第二晶体管的发射极通过第一电阻接地GND,第二晶体管的集电极和第一晶体管的发射极连接,第一晶体管的集电极和电源正极连接B+,第一晶体管的基极通过第二电阻和电源正极连接;
[0023] 第四晶体管的基极通过第三电阻连接第二晶体管的集电极,第四晶体管的发射极和第六晶体管的发射极连接且通过第六电阻接地,第四晶体管的集电极和第三晶体管的发射极连接,第三晶体管的集电极和电源正极连接,第三晶体管的基极通过第四电阻和电源正极连接;
[0024] 第六晶体管的基极通过第七电阻连接第四晶体管的集电极,第六晶体管的集电极和第五晶体管的发射极连接,第五晶体管的集电极和电源正极连接,第五晶体管的基极通过第五电阻和电源正极连接;
[0025] 第七晶体管的栅极和第六晶体管的集电极连接,第七晶体管的源极接地,第七晶体管的漏极作为温漂系数双向连续可调的控制电路的输出端F,用于控制外部负载的电源负极;
[0026] 第四晶体管基极引出的Vr端可以接入参考信号,用于与Q2输出的信号进行混合;
[0027] 通过调整第一电阻R1的阻值可以实现对温漂系数双向连续可调的控制电路的温漂系数的双向调节。
[0028] 电路中各部分的作用过程如下:
[0029] 第二电阻R2构成晶体管Q1的基极偏流电阻,由电阻R2制约晶体管Q1的集电极电流,晶体管Q1的集电极和发射极之间的导通阻值等效为第二晶体管Q2的一个集电极负载电阻,同时晶体管Q1的集电极和发射极之间的导通阻值具有负温度系数特性,这是因为三极管Q1的导通电流随着温度升高而增加;同理三极管Q2的导通电流也是随着温度升高而增加,但三极管Q1的温度特性是只要元件选定其温漂系数也就确定,而三极管Q2的发射极回路串联了可调电阻R1,故三极管Q2的温度特性是随其负反馈电阻R1变化而变化,当电阻R1阻值增大时,对三极管Q2的负反馈作用增强,三极管Q2的发射极的导通阈值的正温度系数特性表现力减弱,在同等输入信号条件下三极管Q2集电极电压升高,反之,当电阻R1阻值减小时,对三极管Q2的负反馈作用减弱,三极管Q2的发射极的导通阈值的正温度系数特性表现力增强,在同等输入信号条件下三极管Q2集电极电压降低,因此可以通过调整电阻R1来改变三极管Q2的温度特性,而三极管Q2和三极管Q1又是串联于电源正负极之间,两者有一定程度的“中和关系”:
[0030] 当三极管Q2的温度特性与三极管Q1的温度特性相当时,三极管Q2集电极输出0温漂特性的电压信号;
[0031] 当三极管三极管Q2的正温度特性大于三极管Q1的正温的特性时(即三极管Q2的发射极导通阈值温度敏感性大于三极管Q1,此时电阻R1阻值较小、R1对三极管Q2负反馈程度较浅),三极管Q2集电极输出负温度系数的温漂特性的电压信号;
[0032] 当三极管Q2的正温度特性小于三极管Q1的正温的特性时(即三极管Q2的发射极导通阈值温度敏感性小于三极管Q1,此时电阻R1阻值较大、R1对三极管Q2负反馈程度较深),三极管Q2集电极输出正温度系数的温漂特性的电压信号。
[0033] 同样三极管Q3和三极管Q4是构成温度系数互抵的温漂校正放大电路、三极管Q5和三极管Q6也是构成温度系数互抵的温漂校正放大电路,再加上它们公用的发射极电阻R6使三极管Q4和三极管Q6两级放大器具有一定施密特触发效应,在三极管Q4基极混合输入三角波时,有利于在三极管Q6的集电极获得边沿陡峭的脉冲信号,再经功率场效应管Q7进行功率驱动,功率管Q7的漏极用于控制外部负载的电源负极(即冷端受控)。
[0034] 综上,三极管Q5和三极管Q6的温度特性的相抵、三极管Q3和三极管Q4的温度特性的相抵、三极管Q1和三极管Q2的温度特性的相抵程度可调,从而使整体电路成为具有温漂系数连续可调的控制电路。
[0035] 电路结构简单,且由分立元件构成,其耐温特性和抗高反压等方面的可靠性明显优于集成电路,特别适合于环境温升范围较大、且需要对温漂特性严格控制的电气设备中,如某些工业生产设备等。
[0036] 尤其是,汽车发电机电压调节器,不仅仅其工作于汽车发电机内部,而且其温度变化范围较大,达-40℃到+160℃,超过一般集成电路承受标准,因此现有的很多发电机电压调节器均采用分立元件来制造,目的就是因为提高电压调节器的耐温特性及耐受浪涌冲击的能力。但目前还没有兼具耐高反压、温漂系数连续可调的分立元件的电压调节器,使发电机电压调节特性不能达到温度需求,一些进口芯片成本较高。
[0037] 第二方面,本发明实施方式还提供了一种温漂系数双向连续可调的电压调节器。
[0038] 实施例2
[0039] 如图2所示,为一种温漂系数双向连续可调的电压调节器,其结构包括本发明第一方面的温漂系数双向连续可调的控制电路,还包括第八电阻R8、第九电阻R9、第一电容C1、续流二极管D1、第十电阻R10和三角波发生电路,第八电阻和第九电阻连接,第八电阻的另一端连接电源正极B+,第九电阻的另一端接地GND,第一电容和第九电阻并联,第八电阻和第九电阻的连接节点作为对发电机输出电压采样输出端,发电机输出电压采样输出端和第二晶体管基极连接,三角波发生电路的输出端通过第十电阻连接第四晶体管的基极,续流二极管连接于第七晶体管漏极和电源正极之间;通过调整第一电阻的阻值实现对发电机电压调节器温漂系数的双向连续可调。
[0040] 电路中各部分的作用过程如下:
[0041] 三极管Q1和Q2组成具有一定温漂特性的直流放大电路,由电阻R8和R9构成的采样电路对发电机输出电压采样(电容C1用于度采样信号进行滤波),输出端采样信号经这个直流放大电路放大,放大后的直流信号包含有发电机输出电压直流成分,还包含有温度系数成分,包含这两种信号成分的综合信号经电阻R3和三角波进行混合(三角波发生电路输出三角波经电阻R10)形成混合信号,混合后的信号输入给后级四只晶体管构成的抑制温漂的直藕放大器,经三极管Q4发射极导通阈值对前述的混合信号的进行“检波”:
[0042] 在发电机电压持续低于设定值时:三极管Q2输出的载有三角波的混合信号为较高电压,其最低值仍高于三极管Q4基极导通阈值,使三极管Q4持续饱和。
[0043] 在发电机电压持续高于设定值时:三极管Q2输出的载有三角波的混合信号为较低电压,其最高值仍低于三极管Q4基极导通阈值,使三极管Q4持续截止。
[0044] 在发电机电压与设定值比较来回往复高低变化时:三极管Q4的导通阈值介于载有三角波的混合信号最高值和最低值之间,使三极管Q4输出脉冲占空比波形。
[0045] 当三极管Q4饱和导通时,三极管Q6截止,三极管Q7导通励磁。
[0046] 当三极管Q4截止时,三极管Q6导通,Q7截止。
[0047] 在发电机正常调节过程中,功率场效应管Q7输出占空比励磁电压。续流二极管D1在功率管Q7截止时刻,接续励磁绕组自感电动势导致的电流。
[0048] 之所以需要这样的设计,是因为对于汽车发电机电压调节器,不仅仅其工作于汽车发电机内部,而且其温度变化范围较大,达-40℃到+160℃,超过一般集成电路承受标准,因此现有的很多发电机电压调节器均采用分立元件来制造,目的就是因为提高电压调节器的耐温特性及耐受浪涌冲击的能力。还有,随着汽车发动机舱温度的提高,蓄电池的充电特性也在变化,低温时充电电流较小,为了提高充电效率,需要适当提高发电机输出电压,高温时蓄电池充电电流增大,为了防止蓄电池过充电损坏蓄电池,应该适宜降低发电机输出电压,这样需要发电机电压调节器具有负温度系数特性,根据蓄电池特性,汽车发电机(以14V系统为例)一般在-20℃时的输出电压应该在15.20V左右、在+20℃时的输出电压应该在
14.60V左右、在120℃时的输出电压应该在13.90V左右,但涉及到具体车型,由温度系数决定的具体的输出电压变化范围还涉及发电机到蓄电池电缆长度、常用行车地区区间所在纬度范围等确定,故此个各车系、车型、各个国家和地区的汽车对发电机电压调节器的温漂系数要求不一,一般电压调节器温漂系数在-10mV/℃~0mV/℃之间。因此需要设计出精准控制温漂系数的电压调节器,而本发明第一方面所阐述的具有温漂系数连续可调的控制电路,其特性正适合发电机电压调节器。本发明的电压调节器具这样的有益效果,通过对第二晶体管发射极回路串联的第一电阻进行阻值调整可以较为容易的实现对控制电路的温漂系数的连续可调,既可以实现正温度系数、负温度系数,还可以实现0温漂,电路结构简单、元器件较少、调整方便、耐温特性较好(优于集成电路)、成本低、易于产业化。
[0049] 本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案,不是对本发明的限制,通过等同代换及非创造性劳动所得到的其他实施例或其他组合所得到的实施例均落入本发明保护范围,本发明的保护范围由权利要求书限定。

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