汽车专用交流发电机稳压器MC33092

    摘要：MC33092是motorola公司生产的汽车专用交流发电机稳压器，它能在汽车行驶过程中对汽车的交流发电机充电系统实施良好的电压调整和负载控制。并具有欠压、过压、相位故障和负载断开保护功能。文中介绍了MC33092的主要性能和工作原理，并给出了具体的应用电路。

    关键词：稳压器  发电机  汽车专用  MC33092

1 概述

    在汽车使用过程中，经常由于外界因素和内部参数变化的影响而导致汽车速度不稳定，影响汽车的运行质量，严重时还会产生不良后果。为此应在汽车供电线路中安装交流发电机稳压器，以改善和消除上述现象。MC33092是一种专用的汽车交流发电机稳压器，它能给交流发电机充电系统提供良好的电压调整和负载响应控制功能，从而排除突然增加的电气负载所引起的发动机速度的不稳定和振动，特别在低速运行时，因为低速时，这种现象更为严重（突加的转矩负载）。

    在对充电系统稳压过程中，MC33092能够监测系统电池电压，并把它与外部编程的设置进行比较，然后对其一个N沟道MOSFET进行脉宽调制，以控制交流发电机平均励磁电流，从而实现电压控制，达到稳压的目的。

2 芯片简介

    MC33092的主要性能如下：

    ●稳压输出电压为14.85V；

    ●稳压精度为±0.1V（在25℃时）；

    ●在低速运行时，具有重负载渐增的强制响应控制功能；

    ●用一个外接电阻即可实现工作频率的选择；

    ●输出电压随发电机的输出和转速变化小；

    ●外部负载电流最小值为1.0A；

    ●具有欠压、过压和相位故障（皮带断开）检测功能；

    ●具有灯、负载和励磁控制器件断开保护功能；

    ●具有点空比极限保护功能；

    ●室温下（25℃）的电池输出待机电流小于2.0mA；

    ●在工作温度范围内，电池输出待机电流小于3.0mA；

    ●当f=280kHz时，能选择2.5s和10s两种负载响应控制（LRC）；

    ●MOSFET和回扫二极管具有极小的射频干扰（RFI）恢复特性；

    ●能给高边MOSFET提供一个以地为基准的励磁绕组；

    MC33092为20引脚封装，引脚图如图1所示。引脚功能如表1所列。

3 工作原理

    MC33092内部功能框图如图2所示。现对主要电路进行说明。

3.1 负载响应控制

    负载响应控制（Load Response Control～LRC）是MC33092稳压器的独特功能，可产生调整电压用的数字控制信号。当定子输出交流信号（引脚器）的频率比低/高转速转换频率低时，该电路动作。此时，负载响应控制电路能够控制基本的模拟电路（预定标器、分频器和可逆计数器等）。当负载电流突然增加时，它能减慢交流发电机对它的影响，为而防止交流发电机将一个突然发生的高转矩负载加到汽车发动机上。当定子输出交流信号的频率比低/高速转换频率高时，LRC电路不动作，此时，基本模拟电路仍然控制交流发电机，并可输出与负载电流无关的稳定电压。

    LRC电路还可提供延迟时间和控制交流发电机给系统增加的负载响应时间。响应时间可以通过引脚11的两种速率进行编程，从而将分频器变为12分频或48分频。当引脚11接地时，馈入可逆计数器的信号被12分频，其响应时间为基本模拟时间的12倍；当引脚11悬空，则送到可逆计数器的信号被48分频，响应时间为48倍。

    LRC和模拟控制电路利用脉宽调制器（PWM）使交流发电机励磁电流接通和断开，从而对系统电压进行控制。PWM能控制占空比的大小、可逆计数器的状态和平均励磁电流。当负载增加使占空比达到100%时，可逆计数器是递增的（正数）；当负载减小使占空比达到最小值（29%）时，可逆计数器是递减的（负数）。另外，当LRC电路动作时（灯集电极引脚电压超过上电门限值），集成电路（IC）上电。

3.2 低通滤波器、数模转换器和调整比较器

    当检测电压到检测引脚2时，该电压与另一路信号一起馈入合成器，经合成器的输出信号进入低通滤波器（LPF），从而滤掉高频系统的噪声。LPF的输出信号经缓冲器后分三路输出，其中一个输出加到调整比较器，并与片内DAC产生的下降型锯齿波进行比较。当两个电压相等时，调整比较器的输出状态发生改变，利用控制逻辑可使MOSFET的栅极为低电平（关断状态）。在下一个输出频率时钟周期的开始点上，DAC输出下降型锯齿波，并使MOSFET导通，直到调整器的输出再次改变状态为止。这种连续不断的周期性循环以PWM形式控制系统的电压。

3.3 故障检测电路

    故障检测电路是MC33092稳压器的另一个重要电路，它能对欠压、过压、负载断开、转速导常等故障进行快速检测，并由故障灯显示。

    低通滤波器的输出信号通过外接分压器分压后进入欠压比较器，利用分压器中的可调电位器可实现欠压比较器检测电平的调节。在欠压期间 ，故障灯不亮，只有当相位缓冲器输入信号的频率比低/高转速转换频率高时，故障灯才点亮，从而保证故障真正是欠压产生的，而不是由于交流发电机转速低所产生的。

    在欠压时，为了使系统的电压达到稳定，输出波形占空比将自动增加到100%。这样，即使欠压时故障灯点亮，MC33092仍然继续工作，但此时的性能要差一些。

    低通滤波器的输出信号通过片内分压器加到过压比较器的输入端，通过比较即可监视输出电压的过压故障。若超过过压电压的门限值，则故障灯点亮，此时MOSFET驱动输出（引脚17）的占空比被限制在4%（最大值）。虽然负载断开比较器和过压比较器使用的是同一个片内分压器，但由于分压比值不同，从而使负载断开比较器的检测电压门限高于过压比较器的电压门限值，这样，两个比较器均在监视同一个低通滤波器的输出信号，但却能各负其责，正确预报自己检测的故障。

    如果超过负载断开检测的门限电压值，则系统将禁止故障灯和MOSFET的驱动输出，从而使MOSFET故障灯和励磁线圈得以保护。

3.4 电源上电复位电路

    上电复位电路能为MC33092片内的所有计数器提供复位或置位信号。另外，片内的延迟电路能克服不稳定上电信号对电路的影响，从而进一步提高芯片的可靠性。

3.5 电池和交流发电机输出电压的检测

表1 引脚功能

    在汽车使用过程中，电池的供电电压和交流发电机的输出电压是很重要的，为了能使汽车正常运行，必须对这两个电压实行连续检测。MC33092稳压器通过远程引脚2和本地输入缓冲器（引脚12）的外接分压器来实现对这两个电压的检测。而稳定系统的电压由分压电阻的值来确定。

    正常供电时，远程引脚上的电压能确定电池电压调节值，在不使用远程引脚的某些情况下，如V引脚2<0.6V，检测损耗功能也允许本地引脚的电压来确定电池电压的调节值（无衰减）。使用远程引脚时，该引脚上的电压比本地引脚上的电压小25%，但大于0.6V。通过信号合成器/开关控制电路，能把电池电压调节值转换为本地引脚的检测电压值。

4 典型应用电路

    由MC33092组成的交流发电机稳压器实际线路如图3所示。片内振荡器能够产生频率为280KHz的波形，以满足电荷泵和预定标器时钟信号的要求。振荡器的某一频率由外接可调电位器RT（50kΩ～同100kΩ）调节设置，使用特别方便。为了对电池电压实施监控，特在引脚12（本地电压调整）外接分压电阻（28kΩ和R2）。其中R2为10kΩ～15kΩ，调节R2，即可为监控电池电压设置门限值。为了检测远程电压，应在引脚2外接分压电阻（28kΩ和R1），其中R1的取值范围为30kΩ～50kΩ，调节R1能为检测远程电压设置门限值。汽车在行驶过程中，经常会因内部和外部因素出现故障，特在引脚3和4之间外接一个故障灯，以指示电路出现的各种故障（如欠压、过压、负载断开、转速慢或停转等）。由于脚3和脚4的驱动能力较小，所以必须外接一个达林顿晶体管（Q2）才能可靠地驱动故障灯。