車用交流發電機充電指示電路的改進設計

　隨著現代車輛舒適度、智能化水平的提高，各種智能電控系統越來越多，整車用電負荷也在逐步增大，因而保證車輛發電機的正常工作狀態就顯得更為重要。特別是使用電控系統的車輛，一旦電源系統失效，幾乎就只能停車。以下分析目前廣泛使用的車用交流發電機充電指示線路的潛在隱患及改進措施。

　　國內車用交流發電機的電路結構基本相同，都是由發電繞組（定子）、勵磁繞組（轉子，有的機型使用永磁轉子）、整流管、穩壓器（可以調節勵磁電流穩壓，也可以通過開關元件直接調節輸出電壓。穩壓器可以集成到發電機內部，也可以外置）組成。在殼體上一般有充電輸出（+b）端子、指示燈（d+）端子、中性點（n）端子、搭鐵（e）端子，其中中性點端子不是必需的。發電機的充電指示燈電路結構都類似：依靠額外附加的3個二極管輸出直流電壓以控制充電指示燈。但是這種應用極為廣泛的充電指示電路存在有缺陷，即當發電機內部故障不能充電時，其充電指示電路卻可以是完好的，因而指示燈也正常熄滅，表示正在充電。其實卻是蓄電池在供應整車用電，直到蓄電池耗盡不能起動車輛為止。下面以東風eq1021h15q型汽油皮卡車充電電路（發電機件號：31qm- 01010 /14v80a）進行分析，并找出改進辦法。

　　一、工作過程分析

　　如圖1所示，二極管d1～d6是大功率主整流管，組成3相星形整流電路，供應整車用電及充電。中功率二極管d7～d9是穩壓器和充電指示電路專用整流管，輸出的14v直流電壓（d+）與主輸出（+b）隔離。當發電機運轉時，+b與d+端都輸出14v直流電壓。由圖1可以看出，當主整流管d1～d3由于故障斷路、其他整流管正常時，充電指示回路仍然可以正常工作。即當d+端輸出14v直流電壓時，主輸出端（+b）卻不一定有輸出。這樣，一旦蓄電池耗盡就會造成車輛不能起動（筆者公司就有數臺皮卡車因蓄電池耗盡拋錨在野外，只好由救援車輛送去新蓄電池救急）。

　　二、改進措施

　　由以上分析可以看出，判斷發電機是否發電的直接可靠的方法就是檢測主輸出（+b）端的輸出充電電流。而檢測d+端電壓只是一種間接方法，雖然多數情況下 d+和+b的輸出是同步的（比如定子繞組、整流管d4～d6損壞造成不發電時，d+和+b將同時沒有輸出電壓），但以上分析的情況卻并沒有同步，一旦蓄電池耗盡有可能造成嚴重后果。以下列舉幾個可以采用的改進方法。

　　1．開發使用新型充電指示（干簧）繼電器。此（干簧）繼電器的作用同樣是指示發電機的充電輸出情況，但是初級線圈串聯在+b端輸出回路里，直接檢測充電電流（可以稱之為電流型干簧繼電器。普通常用的都是電壓型的），見圖2。這種繼電器有2個關鍵參數：初級線圈額定電壓降、初級線圈額定動作電流。電阻r為發電機提供初始勵磁電流（調節器獨立供電的發電機不用電阻r）。這種線路較為簡單。

　　2．開發使用專用充電指示模塊。此種模塊通過內部取樣電阻線檢測發電機充電電流（也可以使用霍爾元件檢測取樣電阻線產生的磁場），經過放大、比較后驅動指示燈，原理框圖見圖3。此模塊也可以集成到調節器內部，從而簡化安裝、提高可靠性。

　　3．使用充電指示電流表。電流表可以指示蓄電池的充、放電電流，具有直觀、準確的優點，但布置困難、線路損耗加大、成本增加，現代車輛很少使用。

　　4．使用電壓表。電壓表可以隨時監測蓄電池電壓，也可以直觀地反映蓄電池的充、放電情況。根據實測，可以順利起動車輛的已充電蓄電池空載電壓為 12.5v～13v，而發動機運轉后蓄電池端電壓可以上升至14v （14v電壓由發電機調節器限壓，與發動機轉速無關。同時，打開前照燈、空調時不會造成14v電壓跌落）。如果發電機不能發電，那么發動機起動后蓄電池端電壓會在空載電壓基礎上逐漸下降（整車供電都取自蓄電池），不會有任何上升。所以發電機運轉前后蓄電池端電壓的變化就直接反映了發電機是否發電（若電壓雖然上升但不能達到14v，說明發電機發電能力下降，存在故障）。電壓表可以接在任何合適的電源端點，布置靈活，也不會增大線路損耗。同時，電壓表內部還可以設置一個報警蜂鳴器，當電壓低于12v時發出報警聲。

　　由發電機的內部結構可以看出，發電機運轉時不得斷開充電回路。否則突降的大電流（數十安培）會在定子繞組兩端產生異常高電壓，擊穿整流管和調節器。

　三、實際應用

　　綜合制作難度、開發周期、實用效果等諸因素，同時采用了改進措施的1、4方案，制成了一個附加的指示燈模塊，其電路如圖4所示。干簧繼電器額定觸點動作電流定為4a （此電流選得過大將使充電指示燈在發動機低轉速時不能熄滅），可以靈敏地指示發電機的充電電流。但是這種使用干簧繼電器的線路有2個缺點： ①當發電機發電能力下降時（某個整流管故障造成只能輸出10a以下的小電流時。非完全不能充電），此線路依然指示正常充電（整車用電負荷很大時仍然會造成蓄電池虧電）；②當蓄電池充滿電壓接近14v時，充電電流會下降到小于4a，此時充電指示燈點亮表示沒有充電電流，會使人誤解為發電機不能充電。為此在組合儀表上增加了電壓表，和充電指示燈一起組成完善的充電指示線路。工作過程分析如下。

　　1．充電指示燈點亮、電壓表顯示電壓低于13.8v，說明發電機不能充電（發電機損壞）。

　　2．充電指示燈熄滅、電壓表顯示電壓低于13.8v，說明發電機正常充電。

　　3．充電指示燈點亮、電壓表顯示電壓高于13.8v，說明蓄電池充滿，發電機沒有輸出過大的充電電流（發電機正常）。

　　4．充電指示燈熄滅、電壓表顯示電壓高于13.8v，說明發電機調節器損壞不能限制充電電壓，蓄電池將過充電造成損壞（發電機損壞）。

　　此線路小批量裝車后反應良好，杜絕了事故隱患。