目前车用交流发电机电压调节器有电磁振荡式、晶体管式和集成电路式三种，下面分别介绍其电压调节原理。

6.3.2.1 机械式电压调节器

机械式调节器，即电磁式电压调节器。这种调节器有触点、铁心、支架、弹簧等机械部分，利用触点的不断振动，通过触点的开闭时间，来控制发电机的励磁电流，使发电机的输出电压得到稳定。触点振荡式电压调节器简称为触点式电压调节器，是一种机械式电压调节器，它包括单级触点式电压调节器（图6-16）、双级触点式电压调节器（图6-17）和具有充电继电器的触点式电压调节器（图6-18）等多种形式。其基本原理都是以发电机的转速为基础，通过改变触点的开闭时间，改变励磁电流，维持发电机电压的恒定。

图6-16 单级触点式电压调节器结构原理图

图6-17 双极触点式电压调节器

图6-18 具有充电继电器的触点式电压调节器

图6-16所示为单级触点振荡式电压调节器，简称触点式电压调节器，是一种典型的机械式电压调节器。其中Q₁、Q₂分别是磁化线圈和扼流线圈；R₁、R₂和R₃分别是加速电阻、调节电阻和补偿电阻。

但机械式电压调节器结构复杂、体积大、质量重、故障多、可靠性差、寿命短；电压调节精度低，其控制范围一般在1V左右，甚至还要更大。而且其触点振动时会产生火花，造成触点烧蚀，无线电干扰大，现在基本已被淘汰。

6.3.2.2 分立元件电压调节器

传统的电磁振动式电压调节器不但存在着触点火花放电形成的电磁辐射，同时由于机械惯性和电磁惯性使触点动作迟缓，调节电压波动较大，严重时，由于触点未及时断开切断励磁电流，可能引起发电机输出过电压。随着现代汽车高速大功率的要求，触点振动式（功率不能大于300VA）难以实现对励磁电流的瞬时调节，因而电磁振动式电压调节器逐渐被晶体管电压调节器所取代。20世纪60年代以来，随着半导体技术的发展，开始采用分立元件的晶体管电压调节器。该类调节器利用串联在发电机励磁电路中的大功率晶体管的导通与截止来控制励磁电路的通和断，调节励磁电流的大小，使发电机的输出电压稳定在规定值范围之内。晶体管电压调节器以开关管代替触点，不但开关频率高，且不会产生触点火花；晶体管电压调节器还具有体积小、质量轻、故障少、寿命长、电压调节特性稳定等优点。

国产晶体管电压调节器已有多种系列实用产品，与国产各系列汽车发电机配套使用。现以JFT201型晶体管电压调节器为例介绍其工作原理，它适用于14V/500W以下各种汽车交流发电机，其原理电路如图6-19所示。

图6-19 JFT201型晶体管电压调节器

①当发电机输出电压低于调节电压时，分压U_AG<U_W（忽略V₁发射结正向偏压），稳压管VS截止；于是V₁截止、V₂导通，激磁绕组L_f接通电源，增加励磁电流I_f，发电机输出电压随转速上升而提高。

②当发电机输出电压高于调节电压时，分压U_AG>U_W，稳压管VS导通；于是V₁导通、V₂截止，励磁绕组L_f断开电源，经二极管VD放电，维持极小的剩磁电流，迅速降低励磁电流I_f，发电机输出电压迅速下降。

当发电机输出电压下降到低于调节电压时，又重复上述过程，其结果使发电机输出电压被调节在一定值范围之内。

图6-19所示电路中，R₁为负载电流取样电阻，用来改善发电机的负载特性。即当发电机负载增加时发电机端电压下降；R₁接入产生的附加压降使分压U_AG相应减小，于是V₁截止、V₂导通时间适当延长，使调节电压相应提高。从而补偿因负载增加，电枢反应及线路损耗增加导致输出电压下降。

电容C₁用来防止瞬变过电压对调节器的影响。因为当瞬变过电压出现在发电机输出端时，由于电容上的电压不能突变，因而阻止了过电压直接加到调节器上，对调节器中晶体管造成不良影响。

电容C₂用来减小V₁开关的转换时间。由于C₂两端电压不能突变，充放电都需要一定时间，这就相应地推迟稳压管DW的导通和截止时间，缩短V₁开关的转换时间，减小管子的功耗。

C₃和R₈组成正反馈电路，以加快V₂的转换过程。当V₂趋向截止时，其集电极电位下降，通过C₃和R₈正反馈使G点电位下降，V₁基极电流增大而加速导通，V₂可靠截止。相反，当V₂趋向导通时，其集电极电位上升，通过C₃和R₈正反馈使G点电位上升，V₁基极电流减小而加速截止，V₂加速导通。故该正反馈电路具有加速V₂转换的功能，使调节器灵敏度提高，调节电压更加稳定，同时减小V₂的过渡损耗，降低大功率开关管V₂的工作温升。

国外晶体管电压调节器始用于20世纪60年代，现在已经普遍采用晶体管电压调节器或集成电路调节器，各类晶体管电压调节器的工作原理基本相同，仅在结构和功能上有些差别，下面以PP350型晶体管调节器为例介绍。

PP350型晶体管电压调节器用于前苏联伏尔加等多种12V电系的汽车中。该调节器采用PNP型晶体管，其工作原理与一般晶体管电压调节器基本相同，在这里还增加了一个扼流线圈L和一个热敏电阻R_t。其原理电路图如图6-20所示。

图6-20 PP350型晶体管电压调节器

其工作原理在此就不再作介绍了，现简要介绍一下元器件的作用。电路中热敏电阻R_t起过温度补偿作用；电阻R₄和电容C组成正反馈电路，加速V₂转换过程。扼流线圈L的作用是与反馈电容C组成无损耗的缓冲电路，吸收正反馈电路传递过来的浪涌能量，以减小发电机输出的电压脉冲对电压调节器的影响。

6.3.2.3 半导体集成电路调节器

20世纪70年代以来，随着半导体技术的进一步发展，半导体集成电路调节器得到了广泛的应用和发展。该类调节器也是利用晶体管组成开关电路，以控制励磁电流通断时间来调节发电机的输出电压。但是，所有晶体管都不再用外壳，而是把二极管、晶体管的管芯集成在一块硅基片上。因此集成电路调节器具有以下特点：

1）体积小、质量轻，可以组装到发电机内部，简化了接线，减少了线路损失，从而可以使发电机的实际功率提高；

2）电压调节精度高，无线电干扰小，工作可靠；

3）寿命长，维修方便，不需要对调节器进行调整和检修；

4）一般采用树脂封装，能防潮、防油。

作为分离元件型晶体管电压调节器的更新换代产品，集成电路电压调节器具有许多优点：

1）把电路元件集成到一块基片上，用树脂封装起来，不但体积小、防水和污染，而且耐高温、抗振动和冲击，使用寿命比晶体管电压调节器长很多。

2）在发电机转速变化范围内，晶体管电压调节器的电压变化一般达±0.5V，集成电路电压调节器的电压变化一般不超过0.1V，使汽车电系的工作电压更加稳定。

3）采用集成电路，易于实现调节器的多种辅助功能的设计，如过电压、过电流及故障自诊断等，而且具有较高的性价比。

因此，集成电路电压调节器自20世纪70年代装车使用后，一直受到人们的重视，显示出广阔的应用前途，在很多汽车上已经取代了晶体管电压调节器，下面以BS3325和MOTOROLA公司生产的MC33099集成电路电压调节器为例简单介绍一下。

BS3325集成电路是由中国兵器工业总公司214所开发的产品，与MOTOROLA公司生产的汽车交流发电机调节器专用集成电路MC3325的性能指标完全相同，是我国第一代调节器专用集成电路，配以外围电路，可以构成14V、50A交流发电机集成电路电压调节器，如图6-21所示。

图6-21 BS3325集成电路调节器典型电路

1—搭铁 2—输出驱动调节 3—过电压输入 4—蓄电池欠电压检测 5～7—蓄电池电压输入 8—IC调节 9—反馈 10—输出 11～14—暂空

BS3325的5、6、7等引脚均可用来做电压检测端，引脚10位输出控制端，当发电机输出电压低于调节电压时，10脚端输出高电平使功率管V导通，激磁绕组L_f有电流通过，发电机输出电压随转速升高而迅速增大。当发电机输出电压高于调节电压时，10脚端输出低电平使功率管V截止，切断励磁电流，发电机输出电压迅速下降。如此反复，将发电机输出电压调节在一定值范围内。引脚7外接电阻R₃用于电压调节的，调节时令发电机加载到额定负载50%，调节R₃使发电机输出电压控制在14.2V时为止，选定R₃阻值。

采用BS3325专用集成电路接成的调节器，通常可实现如下的辅助功能：

1）过电压保护：当供电系发生故障而产生过电压时，调节器能自动将发电机的输出电压控制在13～15V。

2）蓄电池断电保护：当调节器与蓄电池连线断开时，调节器能自动使其输出端10为低电平，切断励磁电流，中止发电机向外输出。

3）温度自补偿：根据调节器工作环境，可设置不同的温度补偿，补偿温度系数一般为-9～-13mV/℃之间。

MOTOROLA公司生产的MC33099型集成电路，是汽车用交流发电机电压调节器专用集成电路，配以外围电路，可以构成14V50A三相同步交流发电机集成电路电压调节器。

其引脚的功能说明如表6-1所示。

表6-1 MC33099引脚说明

(www.daowen.com)

根据上述MC33099型集成电路的引脚功能介绍，就可以大概了解MC33099型集成电路电压调节器的工作原理，在此就不多作赘述。值得一提的是，此电压调节器采用的大功率驱动管为场效应晶体管，可通断的电流较晶体管要大。

采用MC33099专用集成电路接成的电压调节器，通常可实现如下的辅助功能：

1）过电压保护：当供电系发生故障而产生过电压时，调节器能自动将发电机的输出电压控制在13～15V。

2）蓄电池断电保护：当调节器与蓄电池连线断开时，调节器能自动切断激磁电流，中止发电机向外输出。

3）温度自补偿：根据调节器工作环境，可设置不同的温度补偿，补偿温度系数一般为-9～-13mV/℃之间。

此电压调节器采用了集成电路MC33099，器件自身功耗较小，通过大电流时发热也较小，另外，此电压调节器采用的大功率驱动管为场效应晶体管，可通断的电流较晶体管要大。所以，此电压调节器可以适用于功率为500～1200W的大功率的汽车用交流发电机，主要应用于12V供电系统的车辆上。

MC33099型集成电路电压调节器的电路原理图如图6-22所示。

图6-22 MC33099型集成电路电压调节器电路图

基于以上特点，集成电路电压调节器在现代汽车上应用十分广泛。

由于集成电路调节器体积小巧、外部结构十分简单，它可以安装在发电机的内部或安装在发电机的壳体上，与发电机组成一个完整的充电系统，简化了充电系统的结构。安装在发电机内部的调节器，称为内装式调节器。具有内装式调节器的发电机和调节器安装在发电机壳体上的发电机都称为整体式交流发电机，如图6-23所示，从而减少了外接线，缩小了整个充电系统的体积。

工作过程如下：

接通点火开关，蓄电池通过点火开关、熔断器、充电指示灯、二极管给发电机提供激励电流和为调节器检测控制部分提供电压。由于蓄电池电压低于调节器的调节电压上限值，调节器使励磁电路接通，同时充电指示灯亮。激励电路和充电指示灯电路为

蓄电池正极→点火开关7→熔断器6→充电指示灯5→二极管4→励磁绕组→调节器→搭铁→蓄电池负极。

随着发动机转速升高，当发电机端电压超过蓄电池的端电压时，发电机开始自激并给负载供电，给蓄电池充电，并为调节器检测控制部分提供电压。充电指示灯因两端的电压几乎为零而熄灭，指示发电机正常工作。如果发电机端电压还未升高到调节器的调节电压上限值，则调节器使励磁电路接通。发电机自励电路为：发电机定子绕组→励磁二极管→励磁绕组→调节器→搭铁→负极管→发电机定子绕组。当发电机端电压高于调节器的调节电压上限值时，调节器使励磁电路断开，发电机磁通减弱，端电压降低；当发电机端电压低于调节器的调节电压下限值时，调节器又使励磁电路接通，发电机电压上升。如此循环，调节器不断控制励磁电路通断，维持发电机端电压不超过调节器调节电压。

图6-23 整体式交流发电机电路原理图

1—交流发电机 2—内装式调节器 3—调节器的检测控制部分 4—二极管 5—充电指示灯 6—熔断器 7—点火开关

与充电指示灯串联的二极管的作用是：在发电机端电压高于蓄电池端电压时，保证发电机不通过励磁二极管和充电指示灯对外供电，以免充电指示灯亮给驾驶人造成错觉，以及励磁二极管过载损坏。

集成电路电压调节器不仅体积小巧，而且调节精度高，在转速和负载变化时，电压波动范围一般不大于0.3V；成本较低，抗振性好。但是随着车辆用电器的增加，客户希望进一步提高调节器的可靠性，并能实现更多的功能，如报警、自保护等，因此出现了混合集成电路调节器（有人称之为第四阶段）。

6.3.2.4 混合集成电路调节器

混合集成电路调节器是把专用的集成电路芯片与相关的电阻、电容、配线等元件做在绝缘膜上，在其外部采用统一的封装形式，做成一个模块化的单元，然后再将此模块与晶体管、二极管等集成在基片上。根据绝缘膜的厚度，可分为薄膜混合集成电路和厚膜混合集成电路。混合集成电路调节器调节精度更高、绝缘性能好，减少了外部温度、湿度对其的影响、寿命更长，更能适应外部环境的变化。目前，使用最广泛的是厚膜混合集成电路调节器。

（1）夏利微型轿车用集成电路调节器

天津汽车工业公司2000年12月生产的夏利2000（JT7136型）轿车采用了整体式交流发电机。交流发电机的型号为JFZ1721，调节器为专用集成电路调节器，如图6-24所示，其型号为1506B。电压调节器设置在交流发电机内部。发电机额定参数：电压14V，电流45A，最高转速15400r/min，最大输出电流47A，调节器电压（14.5±0.6）V。该发电机调节器采用先进的厚膜混合集成电路生产工艺，由芯片制成厚膜混合集成电路，用硅脂密封在调节器外壳中。

图6-24 夏利微型轿车用集成电路调节器电路图

该集成电路调节器由一块单片集成电路和晶体管等元器件组成混合集成电路调节器，单片集成电路内部极为复杂。调节器有6个接线端子：P连接发电机的相抽头，是单片集成电路的输入信号，调节器从P端检测到发电机的电压，从而控制晶体管V₂的导通与截止；IG接点火开关端，也是单片集成电路的信号输入端，IG端经点火开关接至蓄电池，用于检测蓄电池和发电机的电压，从而控制晶体管V₁的导通与截止；F接磁场绕组端，是调节器的主要控制端；B接发电机输出端，是电子开关V₁的续流二极管VD泄放磁场绕组自感电动势的出口；L接充电指示灯端，是V₂的受控端；E为搭铁线端子。

1）电压调节过程及充电指示灯控制过程。当接通点火开关，发电机未运转时，蓄电池电压经点火开关加到发电机的IG端和调节器的IG端，单片集成电路检测出该电压，给T₁的基极一个高电平，使T₁导通，于是磁场电路接通。其电路为：蓄电池正极→发电机B端→磁场绕组→调节器F端→T₁→E端→蓄电池负极。此时发动机未运转，发电机不发电，P端电压为零，单片集成电路检测出该电压，使T₂导通，于是，充电指示灯亮，指示蓄电池放电。电路为：蓄电池正极→点火开关→充电指示灯→调节器L端→T₂→E端→蓄电池负极。

发动机起动后，发电机发电，定子绕组里出现感应电动势。随着发电机转速升高，输出电压超过蓄电池电压时，P端电压信号使单片集成电路将V₂基极的高电平变为低电平，V₂截止，充电指示灯熄灭，指示发电机开始自励发电并向蓄电池充电。

当发电机电压随着转速上升而上升，高于蓄电池电压而低于调节电压时，V₁继续导通，B端电压继续上升。当发电机的输出电压超过调节电压值时，检测点IG检测到发电机电压，单片集成电路使V₁截止，磁场电流迅速减小，发电机的输出电压随之下降；当发电机的输出电压低于调节电压值时，单片集成电路使V₁导通，磁场绕组中有电流流过，磁场电路为：发电机B端→磁场绕组→调节器F端→V₁→E端→发电机负极。磁场绕组得到电流，发电机的输出电压又重新上升。如此，V₁循环导通与截止，磁场电路循环导通与切断，周而复始，将发电机的输出电压控制在调节电压值。

当磁场电流被切断时，磁场电路产生的自感电动势经并联在磁场绕组两端的续流二极管D通过，保护了晶体管V₁。

2）自诊断功能

当磁场绕组断路等因素导致发电机不发电时，P端电压为零，集成电路检测到该点电压信号后，将使V₂一直导通，充电指示灯一直发亮，提醒驾驶员充电系有故障；或发电机发电电压由于某种原因低于蓄电池电压时，P端电压相应变低，集成电路检测到该点电压信号后，也使V₂一直导通，充电指示灯一直发亮，提醒驾驶员充电系有故障；如果发电机B接线柱上的导线断路，集成电路检测点IG检测不到发电机输出电压信号，但有P端信号，集成电路使V₂一直导通，充电指示灯一直发亮，提醒驾驶员充电系有故障。

3）电压保护功能

当输入信号端IG与蓄电池的接线有断路故障，集成电路检测点IG检测不到发电机输出电压信号时，集成电路还可以根据P点的电压信号控制V₁的导通与截止，将发电机的输出电压控制在13.6～16.3V，防止发电机输出电压失去控制。

（2）由运算放大器组成的多功能集成电路调节器

该调节器以一块运算放大器组成的集成电路为核心，是具有电压调节、过电压保护、充电指示灯控制以及蓄电池低电压检测的多功能集成电路。其电路如图6-25所示。

图6-25 由运算放大器组成的多功能集成电路调节器电路图

1）电压调节功能

电路由运算放大器N₂，电阻R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉，稳压管VD₂和晶体管V₁、V₂组成。电阻R₄、R₅构成分压器，分压器C点的电压U_C作为发电机输出电压的检测电压，R₆和稳压管VD₂通过D点给运算放大器N₂提供基准电压，N₂则通过比较C点的电压U_C和D点的电压U_D后输入控制信号，控制V₁、V₂的导通和截止。T₂串联在发电机磁场绕组电路中，用于切断和接通磁场电路。

当检测电压U_C低于基准电压U_D时，N₂输出高电平，V₁、V₂导通，接通了磁场绕组电路，发电机电压随转速升高而升高；当检测电压U_C高于基准电压U_D时，N₂输出低电平，V₁、V₂截止，切断了磁场绕组电路，使发电机输出电压下降。如此反复，使发电机电压稳定在规定值。

2）充电指示灯控制功能

电路由运算放大器N₃，电阻R₁₃、R₁₄、R₁₅、R₁₆，指示灯HL₂和晶体管V₄组成。当E点电压U_E低于基准点G点的电压U_G时，运算放大器N₃输出高电平，V₄导通，指示灯HL₂亮，表示发电机电压低于蓄电池电压或不发电；只有当U_E>U_G时，N₃输出低电平，V₄截止，指示灯熄灭，表示发电机充电正常。

3）蓄电池电压过低时检测功能

电路由运算放大器N₄，电阻R₁₇、R₁₈、R₁₉、R₂₀，稳压管VS₄，指示灯HL₃和晶体管V₅组成。原理同充电指示灯电路，只是基准点H的基准电压U_H设计不同。当闭合点火开关时，若HL₃亮，则表示蓄电池电压已低于规定值，应及时进行补充充电。

4）过电压保护及故障诊断功能

电路由运算放大器N₁，电阻R₁、R₂、R₃、R₁₀、R₁₁、R₁₂，稳压管VS₁，指示灯HL₁和晶体管V₃组成。当晶体管V₁或V₂的集电极和发射极之间被击穿短路时，磁场绕组的电流将达到最大值而无法进行调节，此时，发电机端电压处于失控状态。当发电机端电压上升至规定值时，A点电压U_A将高于B点的基准电压U_B，此时，N₁输出高电平，使V₃导通，这时熔断器FU将会因电流超过额定值而迅速熔断。由于熔断器断开，指示灯HL₁点亮，表示调节器有故障。同时，由于熔断器断开，电阻R₁₀串入磁场电路，使磁场绕组电流减小，因而发电机端电压降低，使U_A<U_B，N₁输出低电平，使T₃截止。由于R₁₀串入磁场回路，使发电机端电压降低，但此时电压仍随转速升高而增大，当电压升到一定值时，U_A>U_B，N₁输出高电平，使V₃再次导通，磁场电流由于V₃再次导通经R₁₁和V₃搭铁而分流，从而使磁场绕组电流减小，发电机端电压降低；当低于一定值时，U_A低于U_B，N₁输出低电平，又使V₃截止，导致了发电机电压又一次上升。通过对元件的选配，可以使发电机在很高的转速时，其端电压也不会超过规定值，从而起到过电压保护的作用。

混合集成电路调节器与普通集成电路调节器一样具有体积小、精度高、寿命长的特点。与普通集成电路调节器不同的是多功能集成电路调节器不但能完成基本的调压作用，还具有充电指示灯控制功能、自诊断功能、过电压保护功能和蓄电池电压检测功能等，使调节器的性能更完善，改善发电机的工作性能，提高发电机和调节器的工作稳定性、可靠性以及自身保护能力。

6.3.2.5 总线电压调节器

更本质的变化发生在近几年，将智能网络（如总线）技术应用于电压调节器中。如IR公司推出了LIN总线电压调节器，该电压调节器采用先进的串行通信技术，简单可靠地实现双向通信，优化智能充电系统中的交流发电机性能，动态控制更灵活，交流发电机的状态反馈也更充分。与传统模拟接口相比，IR的方案提供了集成可编程负载响应控制，电流、温度的可编程励磁以及针对错误状态的调节反馈功能，能够直接寻址总线上其他模块（最多达15个），所有数据传输一次即可完成。LIN总线电压调节器采用厚膜混合电路技术，模块在-40～150℃工作范围内具有可靠的高温运行性能和良好的参数稳定性。又如安森美半导体与Melexis共同开拓汽车电源应用方案的LIN和CAN技术，共同推广汽车网络收发器系统的应用，并已推出第一批样品。