发布于 04-18 16:51:04
（1）丰田轿车充电系统的构成
如图4-22所示为丰田车单片式集成电路电压调节器的外形，集成电路电压调节器装于交流发电机内部，构成整体式交流发电机。集成电路电压调节器共有7个接线柱，其中“B”“F”“P”“E”4个接线柱用螺钉直接与交流发电机相连，接线插座内的“IG”“L”“S”3个接线柱用插接器引出，其功能与夏利轿车多功能集成电路电压调节器基本相同。如图4-23所示为丰田车装用多功能M型IC电压调节器的整体式交流发电机的电路图，称为MIC的混合集成电路，大多数丰田汽车都使用这种集成电路电压调节器。
图4-22 丰田汽车交流发电机用电压调节器的外形
图4-23 丰田轿车充电系统电路图
（2）丰田轿车充电系统的工作原理
当点火开关闭合时，蓄电池通过连接在开关和端子“IG”之间的导线为电压调节器提供电压。当交流发电机充电时，端子“B”和蓄电池之间的导线有电流流过。同时，集成电路电压调节器通过端子“S”监测蓄电池电压。这样，电压调节器根据需要增大或减少转子磁场能量。指示灯电路通过端子“L”连接起来，其工作过程如下。
①点火开关接通，发动机停机时，蓄电池电压加在接线柱IG上，集成电路电压调节器检测到这一电压，使VT1处于交替截止-导通状态，蓄电池经端子B为励磁线圈提供励磁电流。使励磁电流为0.2A，励磁线圈电路为：蓄电池正极→交流发电机接线柱B→励磁线圈→电压调节器F端→VT1（c→e）→电压调节器E端→搭铁→蓄电池负极。
由于交流发电机尚未发电，因此P点电压为零，集成电路检测到这一情况，使VT3导通，VT2截止，充电指示灯亮。充电指示灯电路为：蓄电池正极→点火开关K→充电指示灯→电压调节器L端→VT3（c→e）→电压调节器E端→搭铁→蓄电池负极。此时充电指示灯点亮，指示蓄电池放电。
②交流发电机发电，但电压低于调节电压时，P端电压上升，集成电路使VT1由交替截止-导通状态转变为持续导通，蓄电池为励磁线圈提供充足的励磁电流，交流发电机电压很快上升。同时，由于P端电压上升，集成电路使VT3截止，VT2导通，此时充电指示灯的两端没有电位差，因此充电指示灯熄灭。
③当交流发电机发电时，VT1保持接通；端子S的电压达到调节电压，集成电路检测到电压调节器S端电压达到标准电压时，使VT1截止，励磁线圈电路被切断，交流发电机电压下降；电压调节器S端电压降低至低于标准电压时，集成电路又检测到这一变化，使VT1导通。如此交替，控制电压调节器S端电压处于标准电压值。
同时，由于P点电压高，集成电路仍使VT3截止，VT2导通，因此充电指示灯保持熄灭。
④当交流发电机转动而电压信号输入端子S电路断开时，如集成电路检测到“端子S无输入”，则使VT1交替处于导通-截止状态，以保持输出端B的电压为13.3～16.3V。这样，可防止输出电压过高，从而保护交流发电机、集成电路电压调节器和其他电子元件。
同时，当集成电路检测到“S端子无输入”时，使VT3导通，VT2截止，于是充电指示灯亮。
⑤如果交流发电机B端子电路断开时，蓄电池将无法充电，当S端子电压尚未降到最低点（13V）时，集成电路又检测到电压调节器P端电压，使VT1交替处于导通-截止状态，将B端子电压保持在20V，防止输出电压不正常升高，保护交流发电机和电压调节器。
当S端子电压降到最低点（13V）时，集成电路检测到这一情况，使VT3导通，VT2截止，充电指示灯亮。
⑥励磁线圈断路时，交流发电机会停止发电，P点电压变为零。当停止发电，且P点电压为零时，集成电路检测到这一状态，使VT3导通，VT2截止，充电指示灯亮。
（3）丰田轿车集成电路电压调节器的检测方法
检测丰田轿车集成电路电压调节器时可按图4-24所示方法进行线路连接。
图4-24 丰田汽车集成电路电压调节器检测接线图
①检查时，在电压调节器B、S与E端间各接一只0～16V的可调直流电源，B与F端间接一只12V，4W的仪表灯泡（代替充电指示灯），并在IG与B端间接1只开关K1。开关K1闭合时，试灯1、2应点亮。
②P与E端之间接一只6V蓄电池和一只开关K2，当开关K2闭合时试灯2应熄灭，当开关K2断开时试灯2应点亮。
③调节可调直流电源1，当电压升高到15.5V以上时试灯2应熄灭，当电压下降到13.5V以下时试灯2应点亮。
④调节可调直流电源2，当电压下降到13.5V以下时试灯1应点亮。
若检测结果不符合上述要求，表明电压调节器已损坏。
丰田汽车充电系统的核心控制部件为集成电路电压调节器，集成电路电压调节器检测的前提是清楚电压调节器的工作过程。
近几年来，随着车载网络技术的应用，IC调节器发生了本质变化，发电机输出电压控制集成在了车辆本地互联网络中（LIN），通过发动机ECU的控制，为发电机提供增强型智能控制功能。如图4-25所示为丰田新一代卡罗拉充电系统图，IC调节器内部结构示意如图4-26所示。
图4-25 卡罗拉充电系统
图4-26 IC调节器内部结构示意
IC调节器的B+A端子提供控制电路的反馈电压；PH端子采集发电机的相电压，并与预存在数字核心内的比较电压对比，当两电压差有效时，在相处理器内部产生脉冲信号，反映发电机的当前相频率；IC调节器通过电力场效应管（MOSFET）的高侧EXC端子提供电流给发电机励磁线圈；IC调节器内部续流二极管，能防止励磁电流断开时电压过高，仍能让电流连续；IC调节器通过LIN协议接口UBS端子，使发动机ECU可以控制发电机目标电压（目标电压值根据车型而定，一般为10.6～16V）、LRC（负载响应控制）控制时间、LRC禁止频率和励磁限流。发动机ECU还能通过LIN诊断到发电机温度、励磁电流占空比、故障等信息，ECU根据这些信息，管理用电器的使用策略或者调整发动机的转速以适应整车电负荷的要求。当发动机处于低转速范围时，车辆突发电气负荷增加，传统的发电机调节器会迅速增加发电机励磁电流而导致发动机突发扭矩变化，引起发动机速率振荡和振动。智能IC调节器具有LRC功能，其作用就是在负载响应控制区间内，逐步增加发电机励磁电流占空比控制时间，使电负荷电流由发电机和蓄电池共同提供，从而减小发动机的扭矩，节省燃油消耗。一旦实现了LRC禁用频率（>切入频率的2倍），IC调节器退出LRC控制，发电机将提供更加快速的输出响应，LRC作用如图4-27所示。
图4-27 LRC作用
卡罗拉新型IC调节器发生了本质变化，发电机输出电压控制集成在了车辆本地互联网络中（LIN），通过发动机ECU的控制，为发电机提供增强型智能控制功能。
丰田卡罗拉新型交流发电机电子调节器LIN模式的标准工作状态如图4-28所示。
图4-28 LIN模式的标准工作状态
①当点火开关处于“ON”位置时，发动机ECU通过LIN总线发送控制信号，唤醒IC调节器进入LIN模式。IC调节器诊断到发动机ECU命令有效时（发电机目标电压≠10.6V，且系统无错误信息），进入预励磁状态，此时若B+A的电压低于目标电压，IC调节器输出一定占空比的励磁电流（预励磁占空比由发电机制造商根据发电机参数设定，如新一代卡罗拉的预励磁占空比为16.4％）。预励磁的目的一方面是在发电机开始他励时减少蓄电池的能量消耗，满足发动机能够平顺、轻松地启动，另一方面又能保证提供给发电机最小的他励电流，使发动机在启动后迅速发电提供所需的励磁能量。
②发动机启动后在发电机的每个励磁调节周期内（励磁调节周期=发电机频率/2的倒数），IC调节器通过PH端子采集到相电压低于8V，会输出100％占空比的调节励磁电流。如果通过8个周期的反复调节，还不能出现8V相电压，IC调节器会认为系统出现故障，励磁电流回到预励磁时的占空比，减小发电机负载，同时通过LIN总线把故障诊断信息传输给发动机ECU，点亮充电指示灯。
③IC调节器在LRC功能的控制下，使发电机转速进入切入频率（切入频率由发电机制造商根据车载电负荷功率和发电机极对数而确定，在800～2500r/min之间，一般设定在1500r/min左右，如设定发电机转速为1550r/min，6对极发电机频率就是155Hz，8对极发电机频率就是206Hz）。此时，允许IC调节器控制励磁电流占空比从0增加到100％，有3～12.4s不等的逐步加载过程（这个时间由发电机制造商给定，通过IC调节器内部总线写入数字核心内），而当发电机超过切入频率2倍时（LRC禁用频率，2400～4000r/min，一般设定在3000r/min左右），IC调节器立即退出LRC控制，此时随着电负荷增加，励磁电流占空比马上增加，没有延迟，发电机输出稳定的目标电压。如果发电机转速再次进入切入频率，IC调节器会重新回到LRC控制，如果发电机转速低于500r/min，则进入预励磁状态。
伴随着新型车用发电机制造技术的革新与电子技术的运用，作为发电机电量输出管理器件的电子调节器（IC调节器）最主要的功能突出在整个工作温度范围内（一般为-40～90℃），通过交流发电机输出电压的采样，经内部逻辑电路的智能判断结果来控制转子绕组的励磁电流，从而调节励磁磁场强度，来控制发电机的电量输出，保证向蓄电池合理地充电和整车电器的可靠用电。
（1）发电机负载反馈
通过发电机励磁电流占空比的变化，发动机ECU能够诊断到发电机的负载状态，发电机负载反馈（DF功能）波形如图4-29所示。发电机负载反馈的作用是在重负载情况下，发动机ECU决定不让电负荷大的用电器打开，避免发电机过载，同时调节发动机工况（加大节气门开度，增加扭矩），去适应负载变化。
图4-29 发电机负载反馈波形
（2）故障检测反馈
以下错误状态超过300ms时，IC调节器将故障信息传输给发动机ECU，点亮充电指示灯。
①过电压。如果是因为电负荷突然消失而造成车辆电源系统短暂过电压，指示灯不会点亮。如果高电压不是出现在最小励磁占空比控制情况下（最小励磁占空比控制是在负载突然消失，发电机很可能会输出一个高电压时，这种情况下，励磁不会一下子关断，它会保持一个最小5％的占空比），如励磁电路短路，充电指示灯点亮。另外，如果B+A电压超过1.07倍的最大目标电压，且励磁电压大于2V，即使是在最小占空比控制情况下，充电指示灯也点亮。
②低电压。太多的电负荷一起加载，发电机输出的电流不能立即满足需要，重负载出现在LRC功能控制模式下，发电机故障（整流桥出现问题）都可能会出现车辆电源系统低电压。但是，如果B+A电压低于0.8倍的最小目标电压，另外低电压不是出现在LRC功能控制状态下，充电指示灯点亮。
③缺相。发电机停止了运转（皮带断裂，带单向离合器皮带轮损坏等），励磁消失（碳刷断开），都会导致相信号输入丢失。在缺相情况下，IC调节器首先会增加励磁电流占空比到100％，但如果还是检测不到相信号，则IC调节器强迫进入预励磁状态，并且点亮充电指示灯。
④B+A与蓄电池断线。如果发电机开始运转，B+A连接蓄电池的导线断开，就没有励磁电流，充电指示灯点亮。如果B+A到蓄电池断线发生在发电机正常运转中，只有在下一次启动的时候，充电指示灯才会点亮。
新型发电机的故障检测反馈包括：过电压、低电压、缺相、B+A与蓄电池断线等几个方面。
