引言

在當(dāng)前汽車電子化程度已成為國際上衡量汽車先進水平的重要標(biāo)準(zhǔn)的前提下，各國都竟相發(fā)展這一行業(yè),，不斷應(yīng)用高新技術(shù),，提高汽車電氣化性能，以求獲得更大的市場,。正是在這樣的環(huán)境下刺激和推動了汽車電子這一行業(yè)不斷向前發(fā)展,。

眾所周知，穩(wěn)定性差和壽命短是目前汽車電壓調(diào)節(jié)器的通病,，調(diào)節(jié)器的不穩(wěn)定會導(dǎo)致發(fā)電機輸出電壓的不穩(wěn)定,，從而使整車用電設(shè)備的電源電壓存在很大的波動，這對整車電路的正常工作是不利的,，同時也會降低用電沒備的壽命,。調(diào)節(jié)器的壽命短不僅會帶來經(jīng)濟負擔(dān)，對發(fā)電機輸出電壓的穩(wěn)定也是不利的,。

將電壓調(diào)節(jié)器設(shè)計成單片CMOS集成電路,，從而減小了調(diào)節(jié)器的體積，使其可以和交流發(fā)電機制作在一起,。這樣既提升了調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性,，提高了整車供電質(zhì)量，有效延長了汽車電子設(shè)備的使用壽命,，又適應(yīng)了當(dāng)前汽車交流發(fā)電機體積小而輸出功率大的發(fā)展趨勢,。同時該設(shè)計還適應(yīng)了當(dāng)前調(diào)節(jié)器“高性能、多功能,、大功率,、長壽命”的追求目標(biāo)。

1電路原理與結(jié)構(gòu)

汽車電子調(diào)節(jié)器的原理框圖如圖1所示,。

當(dāng)汽車啟動加入輸入電壓后,，基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓提供給內(nèi)部電路使用；誤差放大器接收輸出電壓信號,；過流保護電路取樣功率管的輸出電流,；熱保護電路檢查電路的溫度；誤差放大,、過流安全區(qū)保護和過熱保護電路共同送入功率管,，當(dāng)其中只要有一種異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，調(diào)整管將關(guān)斷,，起到調(diào)整電壓和保護作用,。

2電路設(shè)計

2．1前端基準(zhǔn)源

該設(shè)計的芯片電路中的前端基準(zhǔn)電壓源是為了提供一個對電源電壓和溫度而言都很穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓給后續(xù)的差分比較電路，再由差分比較電路將其與取樣自發(fā)電機輸出的電壓進行比較來控制發(fā)電機的輸出,，其電路如圖2所示,。圖2中M1，M2,，M5組成鏡像電流源,，使流過三管的電流相等，均為I,；M3,，M4組成電壓鉗制電路，使A,，B兩點的電壓保持一致,。鏡像電流源和電壓鉗制電路一起組成一個PTAT源，用它的正溫度系數(shù)去補償P-N結(jié)的負溫度系數(shù),，從而得到基本上不隨溫度變化的基準(zhǔn)電壓,。

2．2差分比較電路

差分比較級電路的功能是將來自前端基準(zhǔn)電壓源的基準(zhǔn)電壓和發(fā)電機的取樣電壓進行比較。當(dāng)發(fā)電機輸出電壓低于14V時,，勵磁電流調(diào)整管正常工作,，流過發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的勵磁電流迅速上升,，發(fā)電機輸出電壓也迅速升高,。當(dāng)發(fā)電機輸出電壓達到14V時，使差分輸出電壓足以驅(qū)動后續(xù)控制電路控制勵磁電流調(diào)整管柵極接地,，將其柵極電流分走,，降低了發(fā)電機動子繞組的勵磁電流，從而降低了發(fā)電機輸出電壓,，達到電壓調(diào)節(jié)功能,。其電路如圖3所示。

2．3發(fā)電機輸出電壓取樣電路

汽車調(diào)節(jié)器的功能是調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出電壓,，將其控制在某一值附近,。既然要控制發(fā)電機的輸出電壓，就需要取樣發(fā)電機的輸出,。電子調(diào)節(jié)器的電壓取樣方式有兩種,，即取樣發(fā)電機的輸出電壓和取樣蓄電池的電壓。在分離器件調(diào)節(jié)器中大多采用雙取樣法,，在本設(shè)計中前端基準(zhǔn)電壓源已提供了一個精確的比較電壓,，所以取樣交流發(fā)電機輸出電壓即可,。取樣電路如圖4所示。圖4中電阻R5,，R6和M13組成節(jié)能電路,，當(dāng)汽車停止工作時，這部分電路切斷調(diào)節(jié)器電路與蓄電池的連接,，避免了蓄電池電量的流失,。

2．4溫度保護電路

功率器件處理的是高壓和大電流，高壓和大電流會引起器件溫度的升高,，當(dāng)溫度高到一定程度時器件會因過熱而損壞,，所以在含有功率器件的集成電路中要設(shè)計過熱保護電路對其進行溫度保護。功率管的溫度保護電路如圖5所示,。由于MOS器件的溫度特性較好,，其參數(shù)(主要是閾值電壓)隨溫度的變化都很小，所以這部分電路采用PNP管實現(xiàn),。電路中將Q5管的B,，C極相連構(gòu)成一個P-N結(jié)，對功率管的溫度進行檢測,，當(dāng)功率管的溫度達到極限溫度(此處取150℃)時通過該P-N結(jié)電壓控制NMOS管M15(此管也是作開關(guān)管使用)導(dǎo)通,，分走功率管柵極的輸入電流，使流過功率管的電流降低,，從而降低功率管的溫度,，達到對功率管的過熱保護作用。

2．5過流,、過壓保護

調(diào)節(jié)器中功率管的過流,、過壓保護電路如圖6所示。圖6中M17管為勵磁電流調(diào)整管(即大功率管),，電阻R9和M16組成過流保護電路,，電阻R14穩(wěn)壓管DZ2和M16管組成對功率管的過壓保護電路，其中M16和M14管一樣也是作開關(guān)管使用,。

3整體電路及仿真

3．1電路整合

根據(jù)以上對該調(diào)節(jié)器芯片各部分的設(shè)計,，將它們組合在一起就是要設(shè)計的調(diào)節(jié)器整體電路，如圖7所示,。

3．2功能驗證

模擬驗證波形如圖8所示,，其中橫坐標(biāo)是發(fā)電機輸出電壓，縱坐標(biāo)是勵磁調(diào)節(jié)管基極電壓的變化,。圖8(a)為固定溫度下驗證波形,，圖8(b)為全溫度下驗證波形。

由圖8可見,，當(dāng)發(fā)電機輸出端電壓未達到調(diào)節(jié)電壓時,，調(diào)節(jié)器基極電位接近零電位,，此時調(diào)整管截止。由圖8(b)可得,，調(diào)節(jié)器在不同的工作溫度下,，調(diào)節(jié)器仍能獲得良好的調(diào)節(jié)性能。

4結(jié)語

提出一種單片式CMOS汽車電子調(diào)節(jié)器,，該芯片主要是通過控制調(diào)整管的導(dǎo)通與截止來調(diào)整發(fā)電機勵磁線圈中電流的大小,，進而穩(wěn)定輸出端電壓。用該芯片構(gòu)成的汽車發(fā)電系統(tǒng)具有可靠性高,，外圍元件數(shù)目少,，成本低，使用方便等特點,，對于打破國外對汽車電子核心技術(shù)的壟斷具有重要意義,。