浅析电压调节器工作原理及故障分析

孙宜忠

（徐州技师学院，江苏徐州221151）

汽车上交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，一般发动机和交流发电机的速度比为1.7～3， 这样一来交流发电机的转子的转速变化范围非常大，根据发电机的空载特性可知，发电机的输出电压是随着发电机转速的升高而增高的，因此发电机发出的电压变化范围也很大，而汽车上的用电设备则需要恒定的电压，为了满足用电设备恒定电压的要求，发电机必须配用电压调节器才能正常工作。 否则用电设备会在发电机不稳定的电压范围内很快损坏。影响汽车的安全运行。

1 电压调节器的分类及功用

电压调节器按其工作原理分为触点式电压调节器、电子式（无触点）调节器，电子式调节器包括晶体管调节器、集成电路调节器、电脑控制调节器；按所匹配的发电机搭铁形式分为内搭铁式调节器、外搭铁式调节器；按安装方式分为内装式调节器和外装式调节器；按功能分为单功能调节器和多功能调节器。 随着科学电子技术的发展，目前交流发电机几乎全部采用电子式调节器， 其优点是电压调节器精度高，可达±0.3v，而且不产生火花，还具有质量轻，体积小，寿命长（能达16 万km 以上），可靠性高，电磁干扰小，能通过较大的励磁电流（可达6A 以上），耐高温（130℃正常工作）、耐振等特点

电压调节器的功用是把发电机的输出电压控制在规定的范围内，在发电机转速和发电机上的负载发生变化时自动控制发电机输出电压，使其输出电压保持恒定。

2 集成电路（IC）电压调节器的工作原理

2.1 电路介绍

下图是集成电路电压调节器电路， 它是内装式四接头电压调节器，电路图左边为发电机的定子、转子线圈和桥式整流电路，中间为IC 电压调节器电路， 右边为蓄电池及用电设备、 开关和充电警告灯等。 在此电路中，端子B 为发电机输出电压端子；端子P 为定子线圈某一相线，用于控制三极管T2 的导通和截止，使充电警告灯点亮和熄灭；F 为转子磁场线圈端子，调节器由此端子控制磁场绕组的通断；端子S 为检测蓄电池电压的端子，IG 表示通过线束连接至点火开关的端子，用于检测蓄电池和发电机电压，给电压调节器提供工作电压，从而控制三极管T1 的导通和截止（即控制转子磁场的通断）；L 为充电警告灯的连接端子；E 为发电机和调节器的搭铁端子； D1 为续流二极管，用于吸收励磁绕组中产生的自感电动势。

2.2 工作原理

a）当发动机没有起动时，点火开关（SW1）在闭合档（ON），蓄电池电压通过SW1 由IG 端子接入M-IC 触发三极管T1 使其导通， 构成转子线圈电流回路， 但由于此时没有发电，P 端子电压0v, 因此M-IC又将T1 截止，尽可能减少蓄电池的放电，同时将这一信号传送给T2，使其导通，构成充电警告灯的点灯电路，电流路径为：蓄电池（+）→SW1→充电警告灯→L 端子→T2 管压降Uce→搭铁→蓄电池（-） 点亮充电警告灯。

b）当发动机起动后，发电机发电，输出电压且低于规定电压时，发电机转速增加，M-IC 触发T1 使其导通，但发电机由他励变为自励，构成发电机转子励磁电流路径，即发电机输出电压B（+)→转子线圈→F端子→T1 管压降Uce→搭铁→发电机（-），以允许足够的励磁电流流过，使发电机电压升高，B 端子电压高于蓄电池电压，给蓄电池充电，并给其它用电设备供电， 此时P 端子电压也增加，M-IC 确定正在发电，并送出关闭信号使T2 截止，切断了充电警告灯的点灯电路，从而使充电警告灯熄灭。

c）当发电机发电且高于规定电压时，如T1 继续导通，B 接线柱电压升高，当S 端子电压超过规定电压时，M-IC 将使T1 截止，切断了转子的励磁电流，励磁电流经吸收二极管D1 而衰减，使其B 处电压降低， 当S 处电压降到低于要求电压时，M-IC 再将T1 导通从而使转子线圈电流增加，B 处电压也增加， 调节器通过以上重复的操作将S 处的电压调节为恒定电压。

多功能内装式电压调节器与交流发电机组成的整车电路原理图

该集成电路电压调节器还具有以下功能，即出现下列情况充电警告灯会发出警告，点亮充电警告灯，提示驾驶员电源系统出现故障。

1）发电机转子线圈开路→发电机不发电→P 处电压0v→M-IC 使T2 导通→充电警告灯亮灯；

2）发电机转子线圈短路→F 处产生大电流→MIC 使T1 截止、T2导通→充电警告灯亮灯；

3）S 端子开路→S 无电压→M-IC 使T2 导通→充电警告灯亮灯；

4）B 端子开路→S 处电压下降→MIC 使T2 导通→充电警告灯亮灯；

5）F 和E 之间短路→T1 不调节电流→S 处电压增大→S 处电压增大→M-IC 使T2 导通→充电警告灯亮灯。

3 电压调节器故障分析

集成电路电压调节器的故障模式分为两种：一种，是产品在制造过程中形成的隐患导致调节器无法正常使用而出现的故障； 另一种，是由于其他外部原因导致调节器损坏而出现的故障。第一种故障的表现形式有所选的半导体器件如二极管、三极管、集成电路等温度特性不好所致，高温下漏电流大，工作点漂移，参数改变，电容器容量变小，象电容C1 漏电会使发电机输出电压大幅降低； 还有是制作和生产工艺不细，导致元器件的引线、引脚焊接不好，造成虚焊、假焊；塑封不严等造成触点、引线、电路板氧化。第二种故障的表现形式有调节器与发电机参数不匹配造成的故障，再就是发电机上的有关器件损坏后导致调节器故障，如整流器中某二极管短路，会使调节器中的内部功率管T1 的Uce 断路损坏，从而使发电机没有励磁电流导致不发电，若二极管开路， 则发电机发电量不稳定， 使充电警告灯时闪时灭； 三极管T2Uce 因某种原因击穿短路或断路，会使充电警告灯常亮或有故障也都不亮了。 发电机在长期使用中，会使轴承磨损、松动导致转子扫镗，转子线圈短路， 电刷架松动或滑环间有异物造成滑环之间的短路等，都是造成调节器损坏的原因，还有在行车中也会出现的故障，如汽车高速行驶时，遇到道路坎坷不平采取急刹车，此时发电机为高速运转，负载突然断开，这时发电机产生的标称电压约为正常电压时的6 倍的瞬间脉冲高压（约为90v），会出现烧车灯和烧坏仪表等现象，整车线路中接插件、保险丝、开关的接头接触不良、松动、氧化和腐蚀等现象，在颠簸振动下会产生虚接打火现象，也是造成调节器损坏的原因，所以要经常定期对发电机进行保养与维护，发现不良部件及时进行更换，对整车的供电线路的保险丝、接插件、开关也要定期检查维护，只有这样才能保证发电机调节器使用持久性；从而使汽车安全的行驶。

4 结束语

通过以上对电压调节器的分类、功能、电路工作原理、故障分析等，使我们更加了解电压调节器，目前轿车上已大量采用集成电路调节器，所以掌握以上知识对维修汽车电源系统、判断故障点，特别是调节器内部电路器件的损坏时都会有很大的帮助。

［1］周建平.汽车电气设备构造与维修[M].北京:人民交通出版社,2010.

［2］陈林山.汽车电气系统维修[M].北京：国防工业出版社，2011.

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