汽車專用交流發(fā)電機穩(wěn)壓器MC33092

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

關鍵詞：穩(wěn)壓器 發(fā)電機 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)變化的影響而導致汽車速度不穩(wěn)定，影響汽車的運行質(zhì)量，嚴重時還會產(chǎn)生不良后果。為此應在汽車供電線路中安裝交流發(fā)電機穩(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)電機穩(wěn)壓器，它能給交流發(fā)電機充電系統(tǒng)提供良好的電壓調(diào)整和負載響應控制功能，從而排除突然增加的電氣負載所引起的發(fā)動機速度的不穩(wěn)定和振動，特別在低速運行時，因為低速時，這種現(xiàn)象更為嚴重（突加的轉(zhuǎn)矩負載）。

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置進行比較，然后對其一個N溝道MOSFET進行脈寬調(diào)制，以控制交流發(fā)電機平均勵磁電流，從而實現(xiàn)電壓控制，達到穩(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）；

●在低速運行時，具有重負載漸增的強制響應控制功能；

●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)電機的輸出和轉(zhuǎn)速變化小；

●外部負載電流最小值為1.0A；

●具有欠壓、過壓和相位故障（皮帶斷開）檢測功能；

●具有燈、負載和勵磁控制器件斷開保護功能；

●具有點空比極限保護功能；

●室溫下（25℃）的電池輸出待機電流小于2.0mA；

●在工作溫度范圍內(nèi)，電池輸出待機電流小于3.0mA；

●當f=280kHz時，能選擇2.5s和10s兩種負載響應控制（LRC）；

●MOSFET和回掃二極管具有極小的射頻干擾（RFI）恢復特性；

●能給高邊MOSFET提供一個以地為基準的勵磁繞組；

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。現(xiàn)對主要電路進行說明。

3.1 負載響應控制

負載響應控制（Load Response Control～LRC）是MC33092穩(wěn)壓器的獨特功能，可產(chǎn)生調(diào)整電壓用的數(shù)字控制信號。當定子輸出交流信號（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，負載響應控制電路能夠控制基本的模擬電路（預定標器、分頻器和可逆計數(shù)器等）。當負載電流突然增加時，它能減慢交流發(fā)電機對它的影響，為而防止交流發(fā)電機將一個突然發(fā)生的高轉(zhuǎn)矩負載加到汽車發(fā)動機上。當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，并可輸出與負載電流無關的穩(wěn)定電壓。

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

LRC和模擬控制電路利用脈寬調(diào)制器（PWM）使交流發(fā)電機勵磁電流接通和斷開，從而對系統(tǒng)電壓進行控制。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。當負載增加使占空比達到100%時，可逆計數(shù)器是遞增的（正數(shù)）；當負載減小使占空比達到最小值（29%）時，可逆計數(shù)器是遞減的（負數(shù)）。另外，當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行比較。當兩個電壓相等時，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（關斷狀態(tài)）。在下一個輸出頻率時鐘周期的開始點上，DAC輸出下降型鋸齒波，并使MOSFET導通，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、負載斷開、轉(zhuǎn)速導常等故障進行快速檢測，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)電機轉(zhuǎn)速低所產(chǎn)生的。

在欠壓時，為了使系統(tǒng)的電壓達到穩(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，但卻能各負其責，正確預報自己檢測的故障。

如果超過負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。

3.4 電源上電復位電路

上電復位電路能為MC33092片內(nèi)的所有計數(shù)器提供復位或置位信號。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，從而進一步提高芯片的可靠性。

3.5 電池和交流發(fā)電機輸出電壓的檢測

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)電機的輸出電壓是很重要的，為了能使汽車正常運行，必須對這兩個電壓實行連續(xù)檢測。MC33092穩(wěn)壓器通過遠程引腳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，遠程引腳上的電壓能確定電池電壓調(diào)節(jié)值，在不使用遠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 典型應用電路

由MC33092組成的交流發(fā)電機穩(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，以滿足電荷泵和預定標器時鐘信號的要求。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)控電池電壓設置門限值。為了檢測遠程電壓，應在引腳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能為檢測遠程電壓設置門限值。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林頓晶體管（Q2）才能可靠地驅(qū)動故障燈。