汽車發電機電壓調節器多功能電子測試儀的研究與開發

摘 要： 利用電子模擬發電機代替汽車發電機組，開發了汽車電壓調節器靜態測試系統，該系統以計算機為應用平臺，結合最新的集成器件和電子應用技術。試用表明，該測試系統適用于多種產品的多項參數的檢測，具有測試準確、穩定可靠、操作簡單、智能化程度高的特點。測試精度可以達到動態測試的0.1%，具有很強的推廣性。

關鍵詞： 汽車發電機； 電壓調節器； 數據采集； 靜態測試

中圖分類號： TN710?34； TM31 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）15?0099?03

Multifunction static testing instrument for voltage regulator of automotive alternator

LI Zhi?hong1， ZHANG Xiao?qin1， BAO Chang?chun1， WANG Lian?chuan2， WANG Bao?liang2

（1. Hebei Normal University of Science and Technology， Qinhuangdao 066600， China； 2. Qinhuangdao Nachuan Electronic Co.， Ltd.， Qinhuangdao 066600， China）

Abstract： The static testing system for voltage regulator of automotive alternator was developed， for which the electronic simulation alternator was adopted instead of vehicle generator. The system takes a computer as its application platform， and combines the novel integrated components and electronic applied technology. The testing result shows that the system is applied to the multi?paramer test of several products， and has the characteristics of high testing accuracy， stable performance， simple operation and high intelligence. Its testing accuracy is up to 0.1% as dynamic testing system.

Keywords： automotive alternator； voltage regulator； data acquisition； static testing

0 引 言

汽車發電機電壓調節器，是汽車供電系統的一個關鍵部件，其用途是穩定汽車發電機的輸出電壓，使其不受發電機轉速變化和負載變化的影響。該產品的質量狀況的好壞，直接影響到車輛的正常行駛。

多年來，對汽車發電機電壓調節器的電氣性能測試，一直沿用在發電機測試臺上進行測試的傳統方法。由于整個測試系統設備龐大、價格昂貴、耗電量大、操作復雜[1?3]。所以只有調節器生產廠具備該測試系統，一般的使用單位和汽車電器維修單位都不具備使用該測試系統的條件。所以對汽車發電機電壓調節器的電氣性能測試，一直是困擾各電機廠及維修市場的難題。

汽車發電機電壓調節器多功能電子測試儀器，是多年來汽車行業不論是電機廠還是維修市場，都急需的電氣性能測試儀器。多功能測試儀以計算機為應用平臺，結合最新的集成器件和電子應用技術，具有測試準確、穩定可靠、操作簡單、智能化程度高的特點，它將替代現有龐大的汽車發電機電壓調節器測試系統，是一項填補國內空白的研究課題。

汽車發電機電壓調節器多功能電子測試儀器在相關領域推廣應用后，將取得較高的社會效益和經濟效益。已開發的BL?2型單一功能電壓調節器靜態測試儀已成為國內多家電壓調節器生產廠及發電機生產廠的檢測儀器，但其只適用于中小批量、單一功能電壓調節器的測試，不能滿足市場的功能需求。為此又開發了BL?4型多功能電壓調節器綜合參數靜態測試儀，適用于三引腳單功能、多引腳單功能、多引腳多功能等不同產品的多項參數的檢測。

1 測試信號采集與轉換電路的設計

汽車電壓調節器的主要參數有調節電壓值、轉速特性、負載特性、溫度補償系數和飽和壓降，其中轉速特性與負載特性是與發電機匹配有關聯的參數，不適合做靜態測試，須在發電機測試臺上進行動態測試。

1.1 多引腳多功能電壓調節器的靜態測試

該調節器的特點適合裝配無激磁整流管的發電機，調節器具有雙重功能，即調節器功能和指示燈功能，其中的典型產品是夏利發電機用的7引腳調節器，其外電路的連接如圖1所示。由于調節器功能和充電指示燈控制功能相互獨立，可對兩個功能分別進行靜態測試。

圖1 7引腳調節器外接電路

調節器功能：可將B+、IG、S、W并在一起接測試儀+極，F、E分別接測試儀的相應接線端子（如圖1所示），L串接指示燈后接正極，電壓表指示的數值即為調節電壓值。將W端從正極上斷開，指示燈亮；接上則指示燈滅，說明指示燈功能正常，否則為不正常。

1.2 三引腳單功能調節器的測試

1.2.1 調節電壓值的測試

測試電路如圖2所示。測試原理：將電源輸入電子模擬發電機，不接調節器時，發電機+、-極輸出電瓶電壓，測量14 V調節器時約8～10 V，測量28 V調節器時約16～20 V，將調節器的引腳按極性分別接到電子模擬發電機上時，電壓表顯示的數值即為調節器的調節電壓值。用此方法測量調節電壓值，不須手動調節，數據準確，效率高。測量精度取決于電子模擬發電機。

圖2 三引腳單功能調節器調節電壓值測試

1.2.2 輸出端導通壓降的測量

輸出端導通壓降（即功率管導通壓降）的測試電路如圖3所示。調節電阻[R]至電流規定值，此時電壓表讀數即為調節器導通壓降。該壓降越低，調節器的自身消耗也越小。

1.3 多引腳單功能調節器的靜態測試

多引腳單功能調節器也可以用靜態方法進行測試，因為任何一個電壓調節器，只有三個電極是必備的和不可缺少的，這就是E、B+、F，其他引腳均起輔助功能，只要將輔助引腳進行技術處理，都可以用靜態方法進行測試。

圖3 輸出端導通壓降測試

2 數據采集系統的設計

2.1 硬件設計

數據采集系統由信號調理電路、多路切換電路、采樣保持電路、A/D轉換電路、信號處理電路組成。其硬件結構框圖如圖4所示。A/D轉換模塊采用ADC0809芯片，其為CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，具有8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關型D/A轉換器和逐次逼近寄存器，滿足本系統要求。信號處理模塊采用AT89C51單片機，其為一種低功耗、高性能的8位單片機，片內帶有一個4 KB的FLASH可編程、可擦除只讀存儲器（PEROM），采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲器（NURAM）技術，而且其輸出引腳和指令系統都與MCS?51兼容，是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，適合本系統使用。通信接口采用RS 232異步串行通信標準接口，并利用MAX232芯片進行RS 232與TTL電平之間的轉換。

圖4 數據采集系統硬件結構框圖

2.2 數據采集系統軟件設計

系統的支持軟件分為匯編服務程序和人機界面高級語言處理程序兩類， 兩者的有機結合達到了高速控制、操作界面簡便、交互友好、功能齊全的目的。

匯編服務程序主要包括主程序、A/D轉換程序及其中斷服務程序、ASCII碼轉換程序、串口通信程序[4?5]。程序設計中采用模塊化設計方法，各功能模塊相對獨立，由主控模塊調用。模塊層次分明、思路清晰，可讀性強，極大地方便了軟件調試和移植工作。這里給出主程序和ASCII碼轉換子程序。主程序主要完成調用各子程序以及中斷服務程序的準備工作，其程序流程如圖5所示。ASCII碼轉換子程序采集卡采集到的數據在輸出到計算機之前，必須先轉換成ASCII碼，才能在屏幕上顯示。程序流程如圖6所示。

圖5 匯編服務主程序流程 圖6 ASCII碼轉換流程

3 可視界面的軟件設計

為給用戶提供方便的圖形界面和全面的數據信息，采用Visual Basic 語言進行人機界面設計，包括參數設定、數據顯示、數據輸出三個主要功能，操作流程如圖7所示。圖8為電壓值采集界面。軟件在第一次使用運行時，需要對屏幕右下角功能配置區進行相應設置。全局設定包括采集頻率、取值周期、是否自動保存和自動保存取值次數等內容的設定。電壓值校準是為了保證軟件顯示數據和測試儀面板顯示數據一致，進行電壓值校準設置時，必須先開啟測試儀電源，并保證采集卡已經正確連接到電腦上。產品維護是配置所測試產品數據的合格范圍，在此范圍外的測試數據為不合格記錄，必須正確配置。

4 測試結果分析

BL?4多功能電壓調節器靜態測試儀如圖9所示，由測試部分和數據采集部分組成。測試部分用來測試汽車電壓調節器的電氣性能參數，并可以顯示輸出數據，其原理結構如圖10所示，包括電源、電子模擬發電機、控制、輸出、操作及可調負載6個模塊。電源部分設置3組開關，用于測試不同系列產品的不同參數。數據采集系統的作用是將電壓調節器測試系統的測試結果傳輸到計算機中，并通過人機界面記錄、保存數據，以便進行成批分析、處理數據。

測試室溫為23 ℃，發電機轉速為6 000轉/分，14 V調節器負載電流為9 A，28 V調節負載電流為5 A時，動態測試與靜態測試的調節電壓值見表1。說明靜態測試結果接近于動態測試結果，相對誤差小于0.14%，滿足調節器標準要求[6]。

圖7 操作界面流程

圖8 電壓值采集界面

圖9 BL?4型電壓調節器測試儀

圖10 測試儀原理結構

表1 靜態測試與動態測試結果

[調節器＼調節電壓＼相對

誤差 /V＼型號＼電壓系列 ＼發電機

類型＼動態

測試 /V＼靜態

測試 /V＼T152E＼12 V＼JFZ182＼14.45＼14.46＼0.01＼T1425＼12 V＼JFZ1925＼14.62＼14.64＼0.02＼T1676＼12 V＼JFZ1921＼14.44＼14.42＼-0.02＼T231E＼24 V＼JFZ271＼28.50＼28.48＼-0.02＼T2674＼24 V＼JFZ2821A＼28.52＼28.55＼0.03＼T2665＼24 V＼JFZ2821B＼28.48＼28.50＼0.02＼]

5 結 論

經過一年多的試用，BL?4多功能電壓調節器綜合參數測試儀，同時操作方便，成本低，既適用于中小批量、單一功能電壓調節器的測試，也適用于大批量生產、多功能電壓調節器的測試，并可以進一步統計、分析和預測大批量產品的性能和可靠性，測試精度可以達到動態測試的0.1%，高于市場上同類產品，具有很強的推廣性。

參考文獻

[1] 樊久銘，程東明，徐斌，等.電壓調節器綜合參數測試臺的研制[J].汽車技術，1997（3）：20?22.

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[5] 閆玉德，俞紅.MCS?51單片機原理與應用[M].北京：機械工業出版社，2003.

[6] 全國汽車標準化技術委員會.QCT 774?2006汽車交流發電機用電子電壓調節器技術條件[S].北京：中國計劃出版社，2007.