汽車專用交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器MC33092

摘要：MC33092是motorola公司生產(chǎn)的汽車專用交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器，它能在汽車行駛過程中對汽車的交流發(fā)電機(jī)充電系統(tǒng)實施良好的電壓調(diào)整和負(fù)載控制。并具有欠壓、過壓、相位故障和負(fù)載斷開保護(hù)功能。文中介紹了MC33092的主要性能和工作原理，并給出了具體的應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓器 發(fā)電機(jī) 汽車專用 MC33092

1 概述

在汽車使用過程中，經(jīng)常由于外界因素和內(nèi)部參數(shù)變化的影響而導(dǎo)致汽車速度不穩(wěn)定，影響汽車的運(yùn)行質(zhì)量，嚴(yán)重時還會產(chǎn)生不良后果。為此應(yīng)在汽車供電線路中安裝交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器，以改善和消除上述現(xiàn)象。MC33092是一種專用的汽車交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器，它能給交流發(fā)電機(jī)充電系統(tǒng)提供良好的電壓調(diào)整和負(fù)載響應(yīng)控制功能，從而排除突然增加的電氣負(fù)載所引起的發(fā)動機(jī)速度的不穩(wěn)定和振動，特別在低速運(yùn)行時，因為低速時，這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重（突加的轉(zhuǎn)矩負(fù)載）。

在對充電系統(tǒng)穩(wěn)壓過程中，MC33092能夠監(jiān)測系統(tǒng)電池電壓，并把它與外部編程的設(shè)置進(jìn)行比較，然后對其一個N溝道MOSFET進(jìn)行脈寬調(diào)制，以控制交流發(fā)電機(jī)平均勵磁電流，從而實現(xiàn)電壓控制，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

2 芯片簡介

MC33092的主要性能如下：

●穩(wěn)壓輸出電壓為14.85V；

●穩(wěn)壓精度為±0.1V（在25℃時）；

●在低速運(yùn)行時，具有重負(fù)載漸增的強(qiáng)制響應(yīng)控制功能；

●用一個外接電阻即可實現(xiàn)工作頻率的選擇；

●輸出電壓隨發(fā)電機(jī)的輸出和轉(zhuǎn)速變化??；

●外部負(fù)載電流最小值為1.0A；

●具有欠壓、過壓和相位故障（皮帶斷開）檢測功能；

●具有燈、負(fù)載和勵磁控制器件斷開保護(hù)功能；

●具有點(diǎn)空比極限保護(hù)功能；

●室溫下（25℃）的電池輸出待機(jī)電流小于2.0mA；

●在工作溫度范圍內(nèi)，電池輸出待機(jī)電流小于3.0mA；

●當(dāng)f=280kHz時，能選擇2.5s和10s兩種負(fù)載響應(yīng)控制（LRC）；

●MOSFET和回掃二極管具有極小的射頻干擾（RFI）恢復(fù)特性；

●能給高邊MOSFET提供一個以地為基準(zhǔn)的勵磁繞組；

MC33092為20引腳封裝，引腳圖如圖1所示。引腳功能如表1所列。

3 工作原理

MC33092內(nèi)部功能框圖如圖2所示?，F(xiàn)對主要電路進(jìn)行說明。

3.1 負(fù)載響應(yīng)控制

負(fù)載響應(yīng)控制（Load Response Control～LRC）是MC33092穩(wěn)壓器的獨(dú)特功能，可產(chǎn)生調(diào)整電壓用的數(shù)字控制信號。當(dāng)定子輸出交流信號（引腳器）的頻率比低/高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換頻率低時，該電路動作。此時，負(fù)載響應(yīng)控制電路能夠控制基本的模擬電路（預(yù)定標(biāo)器、分頻器和可逆計數(shù)器等）。當(dāng)負(fù)載電流突然增加時，它能減慢交流發(fā)電機(jī)對它的影響，為而防止交流發(fā)電機(jī)將一個突然發(fā)生的高轉(zhuǎn)矩負(fù)載加到汽車發(fā)動機(jī)上。當(dāng)定子輸出交流信號的頻率比低/高速轉(zhuǎn)換頻率高時，LRC電路不動作，此時，基本模擬電路仍然控制交流發(fā)電機(jī)，并可輸出與負(fù)載電流無關(guān)的穩(wěn)定電壓。

LRC電路還可提供延遲時間和控制交流發(fā)電機(jī)給系統(tǒng)增加的負(fù)載響應(yīng)時間。響應(yīng)時間可以通過引腳11的兩種速率進(jìn)行編程，從而將分頻器變?yōu)?2分頻或48分頻。當(dāng)引腳11接地時，饋入可逆計數(shù)器的信號被12分頻，其響應(yīng)時間為基本模擬時間的12倍；當(dāng)引腳11懸空，則送到可逆計數(shù)器的信號被48分頻，響應(yīng)時間為48倍。

LRC和模擬控制電路利用脈寬調(diào)制器（PWM）使交流發(fā)電機(jī)勵磁電流接通和斷開，從而對系統(tǒng)電壓進(jìn)行控制。PWM能控制占空比的大小、可逆計數(shù)器的狀態(tài)和平均勵磁電流。當(dāng)負(fù)載增加使占空比達(dá)到100%時，可逆計數(shù)器是遞增的（正數(shù)）；當(dāng)負(fù)載減小使占空比達(dá)到最小值（29%）時，可逆計數(shù)器是遞減的（負(fù)數(shù)）。另外，當(dāng)LRC電路動作時（燈集電極引腳電壓超過上電門限值），集成電路（IC）上電。

3.2 低通濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和調(diào)整比較器

當(dāng)檢測電壓到檢測引腳2時，該電壓與另一路信號一起饋入合成器，經(jīng)合成器的輸出信號進(jìn)入低通濾波器（LPF），從而濾掉高頻系統(tǒng)的噪聲。LPF的輸出信號經(jīng)緩沖器后分三路輸出，其中一個輸出加到調(diào)整比較器，并與片內(nèi)DAC產(chǎn)生的下降型鋸齒波進(jìn)行比較。當(dāng)兩個電壓相等時，調(diào)整比較器的輸出狀態(tài)發(fā)生改變，利用控制邏輯可使MOSFET的柵極為低電平（關(guān)斷狀態(tài)）。在下一個輸出頻率時鐘周期的開始點(diǎn)上，DAC輸出下降型鋸齒波，并使MOSFET導(dǎo)通，直到調(diào)整器的輸出再次改變狀態(tài)為止。這種連續(xù)不斷的周期性循環(huán)以PWM形式控制系統(tǒng)的電壓。

3.3 故障檢測電路

故障檢測電路是MC33092穩(wěn)壓器的另一個重要電路，它能對欠壓、過壓、負(fù)載斷開、轉(zhuǎn)速導(dǎo)常等故障進(jìn)行快速檢測，并由故障燈顯示。

低通濾波器的輸出信號通過外接分壓器分壓后進(jìn)入欠壓比較器，利用分壓器中的可調(diào)電位器可實現(xiàn)欠壓比較器檢測電平的調(diào)節(jié)。在欠壓期間 ，故障燈不亮，只有當(dāng)相位緩沖器輸入信號的頻率比低/高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換頻率高時，故障燈才點(diǎn)亮，從而保證故障真正是欠壓產(chǎn)生的，而不是由于交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低所產(chǎn)生的。

在欠壓時，為了使系統(tǒng)的電壓達(dá)到穩(wěn)定，輸出波形占空比將自動增加到100%。這樣，即使欠壓時故障燈點(diǎn)亮，MC33092仍然繼續(xù)工作，但此時的性能要差一些。

低通濾波器的輸出信號通過片內(nèi)分壓器加到過壓比較器的輸入端，通過比較即可監(jiān)視輸出電壓的過壓故障。若超過過壓電壓的門限值，則故障燈點(diǎn)亮，此時MOSFET驅(qū)動輸出（引腳17）的占空比被限制在4%（最大值）。雖然負(fù)載斷開比較器和過壓比較器使用的是同一個片內(nèi)分壓器，但由于分壓比值不同，從而使負(fù)載斷開比較器的檢測電壓門限高于過壓比較器的電壓門限值，這樣，兩個比較器均在監(jiān)視同一個低通濾波器的輸出信號，但卻能各負(fù)其責(zé)，正確預(yù)報自己檢測的故障。

如果超過負(fù)載斷開檢測的門限電壓值，則系統(tǒng)將禁止故障燈和MOSFET的驅(qū)動輸出，從而使MOSFET故障燈和勵磁線圈得以保護(hù)。

3.4 電源上電復(fù)位電路

上電復(fù)位電路能為MC33092片內(nèi)的所有計數(shù)器提供復(fù)位或置位信號。另外，片內(nèi)的延遲電路能克服不穩(wěn)定上電信號對電路的影響，從而進(jìn)一步提高芯片的可靠性。

3.5 電池和交流發(fā)電機(jī)輸出電壓的檢測

表1 引腳功能

在汽車使用過程中，電池的供電電壓和交流發(fā)電機(jī)的輸出電壓是很重要的，為了能使汽車正常運(yùn)行，必須對這兩個電壓實行連續(xù)檢測。MC33092穩(wěn)壓器通過遠(yuǎn)程引腳2和本地輸入緩沖器（引腳12）的外接分壓器來實現(xiàn)對這兩個電壓的檢測。而穩(wěn)定系統(tǒng)的電壓由分壓電阻的值來確定。

正常供電時，遠(yuǎn)程引腳上的電壓能確定電池電壓調(diào)節(jié)值，在不使用遠(yuǎn)程引腳的某些情況下，如V引腳20.6V，檢測損耗功能也允許本地引腳的電壓來確定電池電壓的調(diào)節(jié)值（無衰減）。使用遠(yuǎn)程引腳時，該引腳上的電壓比本地引腳上的電壓小25%，但大于0.6V。通過信號合成器/開關(guān)控制電路，能把電池電壓調(diào)節(jié)值轉(zhuǎn)換為本地引腳的檢測電壓值。

4 典型應(yīng)用電路

由MC33092組成的交流發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓器實際線路如圖3所示。片內(nèi)振蕩器能夠產(chǎn)生頻率為280KHz的波形，以滿足電荷泵和預(yù)定標(biāo)器時鐘信號的要求。振蕩器的某一頻率由外接可調(diào)電位器RT（50kΩ～同100kΩ）調(diào)節(jié)設(shè)置，使用特別方便。為了對電池電壓實施監(jiān)控，特在引腳12（本地電壓調(diào)整）外接分壓電阻（28kΩ和R2）。其中R2為10kΩ～15kΩ，調(diào)節(jié)R2，即可為監(jiān)控電池電壓設(shè)置門限值。為了檢測遠(yuǎn)程電壓，應(yīng)在引腳2外接分壓電阻（28kΩ和R1），其中R1的取值范圍為30kΩ～50kΩ，調(diào)節(jié)R1能為檢測遠(yuǎn)程電壓設(shè)置門限值。汽車在行駛過程中，經(jīng)常會因內(nèi)部和外部因素出現(xiàn)故障，特在引腳3和4之間外接一個故障燈，以指示電路出現(xiàn)的各種故障（如欠壓、過壓、負(fù)載斷開、轉(zhuǎn)速慢或停轉(zhuǎn)等）。由于腳3和腳4的驅(qū)動能力較小，所以必須外接一個達(dá)林頓晶體管（Q2）才能可靠地驅(qū)動故障燈。