汽車(chē)專(zhuān)用交流發(fā)電機穩壓器MC33092
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摘要：MC33092是motorola公司生產(chǎn)的汽車(chē)專(zhuān)用交流發(fā)電機穩壓器，它能在汽車(chē)行駛過(guò)程中對汽車(chē)的交流發(fā)電機充電系統實(shí)施良好的電壓調整和負載控制。并具有欠壓、過(guò)壓、相位故障和負載斷開(kāi)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。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/233436.htm關(guān)鍵詞：穩壓器 發(fā)電機 汽車(chē)專(zhuān)用 MC33092
1 概述
在汽車(chē)使用過(guò)程中，經(jīng)常由于外界因素和內部參數變化的影響而導致汽車(chē)速度不穩定，影響汽車(chē)的運行質(zhì)量，嚴重時(shí)還會(huì )產(chǎn)生不良后果。為此應在汽車(chē)供電線(xiàn)路中安裝交流發(fā)電機穩壓器，以改善和消除上述現象。MC33092是一種專(zhuān)用的汽車(chē)交流發(fā)電機穩壓器，它能給交流發(fā)電機充電系統提供良好的電壓調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(dòng)機速度的不穩定和振動(dòng)，特別在低速運行時(shí)，因為低速時(shí)，這種現象更為嚴重（突加的轉矩負載）。
在對充電系統穩壓過(guò)程中，MC33092能夠監測系統電池電壓，并把它與外部編程的設置進(jìn)行比較，然后對其一個(gè)N溝道MOSFET進(jìn)行脈寬調制，以控制交流發(fā)電機平均勵磁電流，從而實(shí)現電壓控制，達到穩壓的目的。
2 芯片簡(jiǎn)介
MC33092的主要性能如下：
●穩壓輸出電壓為14.85V；
●穩壓精度為±0.1V（在25℃時(shí)）；
●在低速運行時(shí)，具有重負載漸增的強制響應控制功能；
●用一個(gè)外接電阻即可實(shí)現工作頻率的選擇；
●輸出電壓隨發(fā)電機的輸出和轉速變化??；
●外部負載電流最小值為1.0A；
●具有欠壓、過(guò)壓和相位故障（皮帶斷開(kāi)）檢測功能；
●具有燈、負載和勵磁控制器件斷開(kāi)保護功能；
●具有點(diǎn)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，電池輸出待機電流小于3.0mA；
●當f=280kHz時(shí)，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(gè)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內部功能框圖如圖2所示?，F對主要電路進(jìn)行說(shuō)明。
3.1 負載響應控制
負載響應控制（Load Response Control～LRC）是MC33092穩壓器的獨特功能，可產(chǎn)生調整電壓用的數字控制信號。當定子輸出交流信號（引腳器）的頻率比低/高轉速轉換頻率低時(shí)，該電路動(dòng)作。此時(shí)，負載響應控制電路能夠控制基本的模擬電路（預定標器、分頻器和可逆計數器等）。當負載電流突然增加時(shí)，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(gè)突然發(fā)生的高轉矩負載加到汽車(chē)發(fā)動(dòng)機上。當定子輸出交流信號的頻率比低/高速轉換頻率高時(shí)，LRC電路不動(dòng)作，此時(shí)，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(wú)關(guān)的穩定電壓。
LRC電路還可提供延遲時(shí)間和控制交流發(fā)電機給系統增加的負載響應時(shí)間。響應時(shí)間可以通過(guò)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。當引腳11接地時(shí)，饋入可逆計數器的信號被12分頻，其響應時(shí)間為基本模擬時(shí)間的12倍；當引腳11懸空，則送到可逆計數器的信號被48分頻，響應時(shí)間為48倍。
LRC和模擬控制電路利用脈寬調制器（PWM）使交流發(fā)電機勵磁電流接通和斷開(kāi)，從而對系統電壓進(jìn)行控制。PWM能控制占空比的大小、可逆計數器的狀態(tài)和平均勵磁電流。當負載增加使占空比達到100%時(shí)，可逆計數器是遞增的（正數）；當負載減小使占空比達到最小值（29%）時(shí)，可逆計數器是遞減的（負數）。另外，當LRC電路動(dòng)作時(shí)（燈集電極引腳電壓超過(guò)上電門(mén)限值），集成電路（IC）上電。
3.2 低通濾波器、數模轉換器和調整比較器
當檢測電壓到檢測引腳2時(shí)，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），從而濾掉高頻系統的噪聲。LPF的輸出信號經(jīng)緩沖器后分三路輸出，其中一個(gè)輸出加到調整比較器，并與片內DAC產(chǎn)生的下降型鋸齒波進(jìn)行比較。當兩個(gè)電壓相等時(shí)，調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(gè)輸出頻率時(shí)鐘周期的開(kāi)始點(diǎn)上，DAC輸出下降型鋸齒波，并使MOSFET導通，直到調整器的輸出再次改變狀態(tài)為止。這種連續不斷的周期性循環(huán)以PWM形式控制系統的電壓。
3.3 故障檢測電路
故障檢測電路是MC33092穩壓器的另一個(gè)重要電路，它能對欠壓、過(guò)壓、負載斷開(kāi)、轉速導常等故障進(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(guò)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電位器可實(shí)現欠壓比較器檢測電平的調節。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/高轉速轉換頻率高時(shí)，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)電機轉速低所產(chǎn)生的。
在欠壓時(shí)，為了使系統的電壓達到穩定，輸出波形占空比將自動(dòng)增加到100%。這樣，即使欠壓時(shí)故障燈點(diǎn)亮，MC33092仍然繼續工作，但此時(shí)的性能要差一些。
低通濾波器的輸出信號通過(guò)片內分壓器加到過(guò)壓比較器的輸入端，通過(guò)比較即可監視輸出電壓的過(guò)壓故障。若超過(guò)過(guò)壓電壓的門(mén)限值，則故障燈點(diǎn)亮，此時(shí)MOSFET驅動(dòng)輸出（引腳17）的占空比被限制在4%（最大值）。雖然負載斷開(kāi)比較器和過(guò)壓比較器使用的是同一個(gè)片內分壓器，但由于分壓比值不同，從而使負載斷開(kāi)比較器的檢測電壓門(mén)限高于過(guò)壓比較器的電壓門(mén)限值，這樣，兩個(gè)比較器均在監視同一個(gè)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(guò)負載斷開(kāi)檢測的門(mén)限電壓值，則系統將禁止故障燈和MOSFET的驅動(dòng)輸出，從而使MOSFET故障燈和勵磁線(xiàn)圈得以保護。
3.4 電源上電復位電路
上電復位電路能為MC33092片內的所有計數器提供復位或置位信號。另外，片內的延遲電路能克服不穩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)電機輸出電壓的檢測
表1 引腳功能
| 引腳數 | 符號 | 功能說(shuō)明 |
| 1 | FB | 濾波器緩沖輸入引腳。在檢測輸入時(shí)，該引腳為濾波后的檢測輸入；非檢測輸入時(shí)，該引腳為電源調整輸入。 |
| 2 | Remote Sense | 遠程檢測輸入引腳?？勺鳛檫h程低電流電池電壓參考輸入，也可作為監視過(guò)壓或負載斷開(kāi)的輸入。 |
| 3 | Lamp Collector | 燈集電極輸入引腳。該引腳與晶體管Q2的集電極相連，也可用于檢測閉合點(diǎn)開(kāi)關(guān)，以檢測加在集成電路（IC）的供電電壓。 |
| 4 | Lamp Base | 燈基極輸出引腳。用于向故障燈的驅動(dòng)晶體管Q2提供基極電流。 |
| 5 | Ground | 地線(xiàn)，用于為故障燈控制邏輯電路提供地線(xiàn)回路。 |
| 6 | Ground | 地線(xiàn)。為集成電路地回路。 |
| 7 | Oscillator Adjust | 振蕩器調節輸入引腳。該引腳的接地電阻（外接）用來(lái)調節振蕩頻率。 |
| 8 | Vref | 參考電壓測試引腳。該引腳的參考電壓為1.1V～1.4V，也可作為欠壓和相位檢測時(shí)的參考電壓。 |
| 9 | Oscillator | 測試引腳。用于檢測振蕩器的工作狀態(tài)。 |
| 10 | Phase | 相位輸入引腳。用于檢測交流發(fā)電機內部磁場(chǎng)的旋轉情況。 |
| 11 | Rate | 速率選擇引腳。當引腳懸空時(shí)，負載響應控制為慢速方式；當引腳接地時(shí)，負載響應控制為快速方式。 |
| 12 | Supply Regulation | 電源調節引腳。該引腳的電壓為交漢電機輸出電壓，也可監視過(guò)壓和負載斷開(kāi)發(fā)生。 |
| 13 | Vcc3 | 正電源引腳。為片內電荷泵提供正電源。 |
| 14 | Vcc1 | 正電源引腳。它為集成電路（除電荷泵外）提供正電源。 |
| 15 | Ground | 地線(xiàn)引腳。為集成電路（IC）提供地線(xiàn)回程。 |
| 16 | NC | 空腳。不連。 |
| 17 | Gate | 柵極引腳。于能控制勵磁線(xiàn)圈通電MOSFET管的柵極。 |
| 18 | Sorce | 源極引腳?？刂芃OSFET的源極。 |
| 19 | Undervo-ltoge | 欠壓引腳。當該引腳電壓低于1.0V時(shí)，則能保證故障燈點(diǎn)亮，這時(shí)的集成電路仍能工作，但性能較差。 |
| 20 | Vref | 能隙參考電壓測試引腳。用于輸出具有負溫度系數（-11mV/℃）的參考電壓（1.7～2.3V）。 |
在汽車(chē)使用過(guò)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(chē)正常運行，必須對這兩個(gè)電壓實(shí)行連續檢測。MC33092穩壓器通過(guò)遠程引腳2和本地輸入緩沖器（引腳12）的外接分壓器來(lái)實(shí)現對這兩個(gè)電壓的檢測。而穩定系統的電壓由分壓電阻的值來(lái)確定。
正常供電時(shí)，遠程引腳上的電壓能確定電池電壓調節值，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(lái)確定電池電壓的調節值（無(wú)衰減）。使用遠程引腳時(shí)，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(guò)信號合成器/開(kāi)關(guān)控制電路，能把電池電壓調節值轉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)電機穩壓器實(shí)際線(xiàn)路如圖3所示。片內振蕩器能夠產(chǎn)生頻率為280KHz的波形，以滿(mǎn)足電荷泵和預定標器時(shí)鐘信號的要求。振蕩器的某一頻率由外接可調電位器RT（50kΩ～同100kΩ）調節設置，使用特別方便。為了對電池電壓實(shí)施監控，特在引腳12（本地電壓調整）外接分壓電阻（28kΩ和R2）。其中R2為10kΩ～15kΩ，調節R2，即可為監控電池電壓設置門(mén)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，調節R1能為檢測遠程電壓設置門(mén)限值。汽車(chē)在行駛過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )因內部和外部因素出現故障，特在引腳3和4之間外接一個(gè)故障燈，以指示電路出現的各種故障（如欠壓、過(guò)壓、負載斷開(kāi)、轉速慢或停轉等）。由于腳3和腳4的驅動(dòng)能力較小，所以必須外接一個(gè)達林頓晶體管（Q2）才能可靠地驅動(dòng)故障燈。
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