单片集成电路多功能调节器技术资料_081016最后版

单片集成电路多功能调节器技术资料_081016最后版单片集成电路多功能调节器技术资料法国EOLANE公司为原摩托罗拉法国工厂）20089EOLANE多功能单片调节器EOLANE多功能单片调节器总目录第一章CPLEDF基本原理_4第二章制造工艺_521制造模板_522芯片的描述_623调节器的制造_724调节器的连线定义_7第三章原理框图中的专业术语_931调节器与交流发动机的连接_932调节器功能图_1033调节器功能模块定义_10第四章功能描述_1341钥匙开关在ON的时候的占空比（预励磁）_1342发动机的启动和切入转速频率_1343软加载功能_14431CP模式的软加载模式_16432LRC模式的软加载_1644相位再调整_1745最小占空比（MDC）_1846故障检测_1847自启动_1948DF功能_2049抛负载_21410低电压的保护_22411热保护功能_23412WOT功能_23第五章正常工作过程_24第六章典型的电压值_27第七章输出与温度典型曲线_28第八章技术参数指标_29第九章调节器产品族_30EOLANE多功能单片调节器第一章CPLEDF基本原理基本概念钥匙开关打开当通过指示灯检测到钥匙开关在ON的位置的时候，调节器会给发电机转子一个预励磁电流。近端取样（BA）调节发电机的输出电压。温度补偿单曲线故障检测和多功能调节器一样，具有以下功能过电压保护低电压保护缺相保护（发电机没有转动，励磁断路和短路）BA到电瓶的线断（在下一次启动的时候发现）预励磁钥匙开关打到ON，调节器产出一个固定占空比的预励磁，确保在发动机启动的时候发电机可以正常工作。对辅助负载提供驱动在指示灯回路上，引出一个线来驱动辅助负载发电机的切入转速当相电压的频率发电机转速超过规定值（切入转速）时，调节器退出预励磁。该功能的目的在发动机启动的过程中减少发电机对发动机的影响。软加载退出预励磁状态后，当负载加上后，调节器逐渐增加占空比。自启动当指示灯烧了的时候。温度限制为保护IC为保护指示灯DF功能提供一个发电机工作状态的信息给发动机管理系统ECU。相位再调节当负载减少的时候例如不在充电，负载突然变小，为了维持转子的电压振幅。整流桥的整体保护通过雪崩二极管保护调节器。单片多功能调节器不再需要辅助整流二极管。输出短路保护励磁转换的占空比（DF）指示灯辅助负载保护产品设计满足ISO76371标准和最新的EMC和ESD标准EOLANE多功能单片调节器第二章制造工艺21制造模板这个半导体芯片是由摩托罗拉设计，由摩托罗拉半导体（土鲁斯）生产。由法国EOLANE公司（安热）厂原摩托罗公司法国工厂集成在JTO3的基板上的。摩托罗拉半导体部生产模板，并成批送到安热，每批还有很多不同型号的模板。每个模板包含几百个芯片。在模板的最后一个生产工艺是检测和根据客户需要调节参数。每个模板上的芯片都100的电气测试，每个模板上的芯片上的参数都是相同的。上面的图就表明了一个完整的模板包含的CPLEDF的芯片。检测检测电气参数客户需要调节的参数（调节电压值，CP/LRC,切入转速等）在运到安热厂之前，所有坏的芯片都被用标记。EOLANE多功能单片调节器22芯片的描述所有的芯片都被逐个检测，和设定客户需要的参数。融化对应的在芯片上的金属丝就可以得到相应的功能，并且可以设定客户需要的参数。下面这个芯片的原理图所表现的就是芯片的电源部分，焊线板和金属丝。调整这些金属丝就可以得到下面的参数调节电压值（14V到15V可选）温度补偿系数（01；3515272102122MV/C）软加载方式CP或者LRC是否具有辅助负载是否具有自启动功能单相位还是双相位CP和LRC的持续时间EOLANE多功能单片调节器切入频率120HZ至225HZ可选择23调节器的制造生产调节器有三个步骤芯片的放置和焊接在基板上用铝线将芯片的各个管脚和基板的管脚连接，并封盖。调节器电气性能的全面测试、打印产品型号和生产日期。9RC71XX法国EOLANE公司安热工厂的产品型号YYYYYYY客户的产品编号，（如果需要的话）A0B20生产日期A生产的班次（A,B,C）0表示2000年B表示2月份20表示20日24调节器的连线定义只有一个芯片在JTO3的基板上。芯片被焊接在基板上。外壳是镀镍的。基板是镀镍的钢。外壳和基板被用电流压力焊密封在一起。焊接的时候里面是一个正压。EOLANE多功能单片调节器芯片通过7根直径8MILE的铝线与直径2MM管脚相连。管脚的定义GND连接发电机的地EXC连接发电机的转子绕组DF连接发动机管理系统1连接发电机定子绕组的一相2连接发电机定子绕组的另一相（有可能还会接到转速表上）BA连接发电机的BA输出LAMP连接指示灯（可能连接辅助负载）EOLANE多功能单片调节器第三章原理框图中的专业术语31调节器与交流发动机的连接当调节器连接到电瓶的时候，给各个功能提供必要的电流，同时使系统初始化。它们的电路连接图如下EOLANE多功能单片调节器32调节器功能图33调节器功能模块定义参考电压稳定的电压源，通过熔断不同的金属线可以改变温度补偿系数BA电压分配器输出通过熔断金属丝，可以改变调节电压值将反馈的电压值降到一个稳定的可以进行信号处理的范围滤波器提供一个干净的信号系统时钟持续的给计数器提供一个数字方波信号。融化不同的金属丝可以改变时钟频率，从而改变切入转速。如果系统选择的是LRC功能而不是CP功能那么就有一个时钟信号提供给LRC回路。计数器提供5位的数字信号从1FH到00。这个计数器由时钟来驱动。每一步就是一个调节器的占空比周期。D/A转换将数字信号转换成相应的电压值。D/A的输出电压是锯齿波。加法器将D/A的输出电压和参考电压进行叠加。它的输出还是一个锯齿波，它的偏移就是参考电压。比较器将参考电压和经过滤波器后的输出电压进去比较。然后通过触发器去驱动励磁的晶体管。触发器保持励磁晶体管的状态在每个占空比周期开始的时候，产生一个脉冲信号将励磁晶体管状态置为ON当VREG来的时候，比较器将励磁晶体管的信号置为OFF当在CP/LRC的功能时，或者在抛负载和热保护的时候，需要将励磁晶体管的关断时间提EOLANE多功能单片调节器前一些。在钥匙开关打开而车没有发动，或在相位再调整、或最小占空比为5、或低电压的时候，逻辑电路将维持或强迫该晶体管打开。脉冲发生器在每一个计数器的占空比的周期里，产生一个信号让励磁晶体管在每一个周期的开始设置在ON。这个触发的频率是切入频率的一半。励磁晶体管的驱动根据触发器的信号驱动励磁晶体管的门电路作为一种保护，在励磁电流高于12A的时候让励磁晶体管的高端设置在OFF（仅仅产生一个励磁ON的脉冲在每个占空比周期开始的时候去确认过电流是否存在。）DF功能驱动器根据触发器的信号去驱动DF晶体管的低端。触发器输出的信号和实际的占空比信号正好相反。限制DF的电流在100MA短路保护相位处理器根据相电压的输入，提供两个数字信号给处理器低电位相电压1V，它用来发电机的速度测量CP功能的时钟高电压相电压8V，它用于发电机是否转动的检测相位再调节软启动允许发电机的输出逐渐增加在CP功能时决定于转子的频率（各种不同的发电机转速）在LRC功能的时候决定于调节器内部的时钟信号（产生一个固定的斜率）频率测量当低相位电压时，频率促使逻辑电路当达到切入转速的时候，调节器退出预励磁状态。在大于2倍的切入转速后，限制/控制低相位电压的出现。错误检测在一下情况下指示灯会亮过电压BA107VREG。并且励磁晶体管是在ON的状态。低电压BA08VREG并且相频率大于2倍的切入转速，而且系统不在软加载的状态。丢相发电机没有旋转励磁短路或断路BA线断只有这个错误持续时间超过300MS的时候，错误指示灯才会亮。这样是为了避免由于瞬间的高电压造成灯的闪烁。逻辑电路根据输入驱动指示灯和辅助负载的晶体管在某些情况下变化调节器的调整循环周期指示灯的驱动检测钥匙开关是否闭合驱动指示灯的门电路使指示灯开或关。当指示灯亮的时候，指示灯驱动晶体管两端的电压被维持在小于15V，这样调节器可以始终检测到钥匙开关是否在ON的位置上。EOLANE多功能单片调节器限制灯的最大电流使12A（短路保护）当指示灯过热的时候，指示灯驱动晶体管关闭。在指示灯和地之间加一个3K的电阻，去防止当发生一些电气泄漏电流的时候会产生一个不知的电压，造成调节器被触发。辅助负载驱动当指示灯OFF的时候，将辅助负载晶体管的高端置为ON。作为保护，当电流超过4A的时候，晶体管被关闭。（在每个励磁的周期开始产生一个辅助负载ON的脉冲去检测是否有过电流）。续流二极管当励磁晶体管关闭的时候，给线圈里的电流有一个释放回路。热保护当基板上的IC电路的温度175度的时候，调节器把励磁和指示灯都关闭。EOLANE多功能单片调节器第四章功能描述41钥匙开关在ON的时候的占空比（预励磁）钥匙开关打到ON的位置的时候，就是汽车给了调节器一个基本信号。这个信号就是指示灯，这个指示灯一般是灯泡、LED或LCD。电流通过指示灯和指示灯的晶体管到地。它的饱和电压是小于15V这个电压不受电流的影响，去维持“钥匙开关打开”的检测。检测电路对这个电压的检测，可以让调节器的指示灯晶体管保持ON。发电机没有旋转，所以调节器检测到没有相位信号，作为一个错误，指示灯亮，并且强迫让占空比在一个预励磁的状态。当调节器是CP功能的，预励磁是17。当调节器是LRC功能的，预励磁是29当没有相位信号的时候，占空比是当钥匙开关在ON的位置但发动机没有转的时候，维持一个最小的电流提供给励磁。举例12V的蓄电池，3欧姆的转子，蓄电池提供给励磁的电流是在CP功能的时候4A1717115MA在LRC功能的时候4A2929336MA当发电机在低速的时候，一旦达到切入转速，调节器提供足够的励磁电流。（调节器的切入转速由客户自己定义。根据相位的频率，调节器判断是否到了切入转速。如果钥匙开关在ON的位置，而发动机没有发动，指示灯就一直亮着。这个电流通过指示灯晶体管的时候就会发热，晶体管的温度就会升高。为防止晶体管被高温烧毁，指示灯有一个热保护功能。当晶体管的温度超过175度的时候，调节器会关闭指示灯。如果指示灯短路，晶体管限制指示灯的电流是175A指示灯短路会造成调节器的晶体管过热，热保护功能也会起作用。当温度超过175度的时候，晶体管也同样可以关闭指示灯。42发动机的启动和切入转速频率只要相位信号没有达到切入转速的时候，调节器为了汽车的容易启动，总是维持一个预励磁状态。CP17的占空比。LRC29的占空比。在预励磁状态下，发电机不发电或很少，它是为了发动机容易启动。在发动机启动的时候只要相位信号没有超过切入转速，调节器就在预励磁状态。一旦相位信号超过切入转速，调节器就退出预励磁状态。提供给发电机必要的励磁电流，这时相位的频率就不再影响励磁电流了。在芯片上有一个金属丝，可以根据客户的需要选择不同的内部时钟频率。切入转速决定内部时钟的频率，有三个参数可以选择励磁频率是一半的切入频率。在相位频率2倍的切入转速频率后，低电压调节电压指示（可使指示灯亮）。EOLANE多功能单片调节器如果采用LRC形式的软加载，当相位频率2倍的切入频率的时候，LRC功能也不起作用。在发动机启动的时候，在以下情况指示灯关闭达到了切入频率并且相位电压超过8V。这种情况下，辅助负载可以使用。CPLEDF调节器可以在每次发动机启动的时候，使启动更容易。如果检测到缺相的信号，调节器就重新设置启动功能，只有当相位频率超过切入频率的时候，调节器才退出预励磁。43软加载功能这个功能的作用当负载发生变化的时候，减少发动机速度的变化。在软加载功能起作用时，负载变化的时候占空比逐渐增加，发电机的皮带不过分绷紧。几乎没有发动机转速的变化由蓄电池提供另外的电流如果调节器没有软加载的功能，当负载增加的时候励磁占空比立即增加发动机的转速对负载的变化非常敏感。皮带紧张。蓄电池不提供很多的电流只要占空比退出预励磁状态，软加载的功能就要起作用。根据调节器的设定，BA电压就逐渐接近VREG当负载增加的时候，软加载功能就可以避免占空比突然增加。如果占空比突然增加就会造成机械扭矩的突然增加造成发动机熄火。对于小功率的发动机在怠速的时候尤其明显。在软加载功能起作用的时候，发电机不能提供全部的电流，蓄电池要提供那一部分。CPLEDF功能的调节器由两种软加载的方式CP模式LRC模式EOLANE多功能单片调节器EOLANE多功能单片调节器431CP模式的软加载模式CP功能的特点CP的持续时间是变化的，这个变化的时间由发电机的转速来决定。只要发电机超过了切入转速，CP功能就会一直起作用。预励磁17。CP的持续时间是这样定义的在180HZ相位频率的时候，从0的占空比到100的占空比的时间。（CP的时钟信号是相位信号）。CP功能启动只要有一次发电机的转速超过切入转速，即使发电机后来的转速低于切入转速的时候它依然起作用。CP功能允许占空比一步一步的增加。从0到100是32步来完成的。所以每步是100/323125CP的时钟是相位信号，所以真正的CP持续时间是在180HZ情况下相位的周期是1/180555MSCP25S1步增加16个相位周期。所以真正的CP持续时间从0占空比到100的占空比的时间是3216555284SCP5S1步增加32个相位周期。所以真正的CP持续时间从0占空比到100的占空比的时间是32325555684SCP10S1步增加64个相位周期。所以真正的CP持续时间从0占空比到100的占空比的时间是32645551137S可见，占空比的持续时间从X到Y由X和Y的值相位频率注意CP的持续时间是特指在180HZ情况下，不要把CP参数和发电机的型号联系起来。大多数的发电机是6对磁极，在发电机旋转一圈，6个转子有6次改变。所以一转是6HZ。那么180/630RPS就是1800RPM。如果有些发电机是8对磁极，发电机旋转一圈，8个转子有8次变化，所以一转就是8HZ，那么180/8225RPS,就是1350RPM。当负载电流减少的时候，占空比会马上达到相应的值而没有延迟。432LRC模式的软加载LRC功能有以下来决定LRC的持续时间是一个常量。（和发电机的转速无关）EOLANE多功能单片调节器在高速的时候LRC功能不起作用。（当相频率超过2倍的切入转速的时候）预励磁是29。LRC功能允许占空比一步一步的增加。从0到100是32步，所以每步是3125。LRC的时钟频率和励磁的时钟频率是一样的。这个频率是由客户挑选的切入频率来决定的。举例客户选择的切入频率是1400RPM对于6对磁极的发电机是140HZ切入频率140HZ励磁频率70HZ励磁周期1428MS真正的LRC持续周期LRC25S1步增加6个励磁周期。所以真正的LRC持续时间从0占空比到100的占空比的时间是3261428274SLRC5S1步增加12个励磁周期。所以真正的LRC持续时间从0占空比到100的占空比的时间是32121428548SLRC10S1步增加24个励磁周期。所以真正的LRC持续时间从0占空比到100的占空比的时间是322414281097S在以下情况下，LRC功能是有效的。当第一次发电机的转速超过1400RPM而且发电机的转速低于2800RPM可见，当负载发生变化的时候，占空比由X到Y的时间只是和X与Y的值有关。LRC的持续周期与励磁频率和切入频率有关。当相位频率2倍切入转速的时候，当负载增加的时候，占空比马上增加没有延迟。当负载减少的时候，LRC功能不起作用。44相位再调整当发电机的相位信号被用作转速信号的时候，相位信号通常被减少到一个可以维持转速表可以工作的最低值。相位再调整的原理就是在每个周期都不把励磁关断直到相位电压出现8V的情况。EOLANE调节器是固定频率的。在每个励磁调节周期，励磁晶体管都是被打开，然后BA开始增加。在这个周期，BA电压已经达到正确的值，励磁关断。至到下一个周期到来。如果在这个周期没有检测到8V的相电压，励磁将始终是在ON。在所有的调节器工作的模式下，相位再调节都是起作用的。当相位信号真的消失的时候EOLANE多功能单片调节器因为发电机停止了旋转因为励磁消失（电刷断了或者其他）由于相位再调节的功能，在开始的时候，调节器的占空比被设为100。如果此时还不能出现8V的相电压，调节器就认为出现了故障，错误指示灯亮，然后占空比被设为最大17（CP调节器）最大29（LRC调节器）注意占空比在缺少相位信号的时候不能大于17或者29，如果BA的输入高于VREG,占空比就要减少。45最小占空比（MDC）如果一个负载突然没有，很可能会造成输出一个高电压。这种情况下，励磁不是一下子完全关断。它会保持一个最小的占空比5。这个固定频率的方式使EOLANE调节器有一个很好的可测试性，同其他调节器相比，EOLANE的调节器对外界条件的变化不是很敏感。例如发电机的特性和导线的类型。46故障检测调节器对以下错误的状态超过300MS时，故障指示灯将亮。过电压如果是因为负载突然的消失而造成的短暂过压，那么指示灯是不亮的。如果过压产出了，调节器首先会检测是不是在最小占空比的情况下。如果不是这种情况，例如就是励磁短路了。如果调节器不是在最小占空比的情况下出现了高电压，指示灯就亮。另外，如果BA是过压（107VREG）,并且在励磁ON的时候的励磁电压大于2V（即使考虑到是在最小占空比的情况下），指示灯也亮。同时，也对激磁电路的电流的泄流进行检测。低电压某些情况可能会出现低电压太多的负载一起出现，发电机的输出电流不能立即满足需要。一个重负载出现，调节器在软加载的过程中。发电机的故障（例如整流桥出现问题）下面的情况下指示灯就会亮BA的电压低于08倍的VREG并且调节器不是在软加载的过程中并且相频率大于2倍的切入频率如果发电机在一个低转速的情况下，负载太大超过发电机的输出，那么这是正常的低电压。如果在高转速就是2倍的切入转速，可以认为发电机可以承担所加的一切负载，如果这时再出现低电压就是不正常。所以低电压保护要确认转速。EOLANE多功能单片调节器缺相相信号输入丢失发电机停止了旋转（皮带断了或者其他）励磁消失（刷架断了或者其他）在缺相情况下，调节器首先增加DC到100，如果还是检测不到相位信号，则调节器强迫DC17或29，并点亮指示灯。BA到蓄电池的线断了如果发电机开始工作，而连接BA的导线到蓄电池部分断了，就没有电流提供给励磁。指示灯亮。如果BA到蓄电池的线断了，但是在发电机已经正常工作的时候，只有在下一次启动的时候才会发现，指示灯才会亮。如果是调节器BA的管脚接触不好（特别是没有负载在BA的端子上，调节器在最小的占空比的时候，调节器只产生一个很小的电流仅仅是给炭刷架上的电容供电。）47自启动当点火钥匙打开的时候，电流流过指示灯的晶体管，调节器探测到钥匙开关在ON的位置上，调节器就从休眠的状态下被唤醒。自启动的目的如果仅仅是指示灯的线路出现问题，例如指示灯烧了，或者连线断了，这时允许发电机正常发电。只要调节器在一个不是很高的转速（4000RPM）,发电机线圈里的剩磁可以产生一个微弱的磁场，即使在没有励磁电流的情况下。这时只要检测到两个相之间的电压差大于1V的时候，调节器就被唤醒。很明显，在仪表板上没有故障报警，这是因为调节器已经将一个来自指示灯的信号，做为唤醒信号。不过根据辅助负载/灯的分配关系，指示灯会或多或少的有一些闪亮。（假设充电回路有辅助负载）在下面的情况下自启动功能会起作用点火钥匙开关在OPEN的状态，发动机没有旋转，因此没有发电机的旋转。占空比是0指示灯是OFF，车在休息的状态点火钥匙打开因为线断了或者灯泡坏了，没有检测到这个信号。所以占空比还是0，没有励磁。发动机启动发电机开始旋转即使没有励磁，剩磁依然会产生一个小的磁场。剩磁会使发电机产生一个微弱的电压。（和转速成正比）只要这个电压在两个相位之间相差超过1V，调节器就退出休眠状态。这个检测发生在转速小于4000RPM的时候。发动机运转一旦发电机开始供电，它就工作在一个正常的状态，好像不是自启动的模式一样。EOLANE多功能单片调节器VREG进入CP功能。指示灯电路与发电机断开，在汽车驾驶面板上，不会有错误状态指示发动机停止转动点火钥匙关闭发动机停止旋转，发电机也随之停止旋转。相电压差1V消失，调节器停止工作，回到休眠状态。48DF功能DF功能就是提供给ECU一个发电机负载状况的一个信号，它是一个与激励脉冲有关的信号。因此ECU可以决定是否打开或者关闭一些负载。（在重负载的情况下，ECU认为不可以让所有负载都打开，去避免发电机过载）。去调节发动机的状态去适应负载DF功能包含一个MOSFET晶体管，连接到它的开路。实际应用的时候它必须接一个下拉电阻然后进入晶体管。DF晶体管有以下的保护过电压（有一个40V的稳压二极管）短路保护（电流流过4欧姆的电阻会产出一个电压。当这个电压表明电阻上已经流过100MA的电流的时候，保护功能就起作用了。保护功能就是限制这个电流的大小。EOLANE多功能单片调节器位于ECU端的电阻R必须要大于330欧姆。并且连接一个小于调节电压值的正向电压。DF功能的最大电流是50MA49抛负载根据ISO76371的标准，抛负载发生在连接蓄电池的线脱落，而这是发电机还在为其他负载输出电流。抛负载的电压幅值由发电机的转速和发生抛负载那一刻发电机的励磁大小有关。抛负载脉冲持续的时间只是和发电机的励磁参数和脉冲的幅值有关系。在新型的发电机，抛负载的电压峰值被雪崩二极管牵制住。这个电压不会超过37V。第21页EOLANE多功能单片调节器当负载突然没有的时候，虽然调节器也关闭了磁场，可发电机还有励磁，还要发电。这个时间大概要持续400MS根据ISO76371的标准。调节器检测到BA的电压大于15倍的调节电压值的时候，它会彻底关闭励磁，而且让指示灯OFF。如果指示灯是ON的状态就强迫它OFF。但不改变辅助负载的状态。当励磁关闭后，磁场渐渐消失，过电压消失。BA返回到正常的状态。司机不知道蓄电池的线断了。只有在下一次启动的时候，发动机不能启动，司机才知道。410低电压的保护在许多情况下，一般BA都会出现相对来说比较高的电压振动，例如高转速，大负载，高电感性负载，没有蓄电池的情况。当调节器内部处理这些信号的时候，当这些干扰电压的负何反馈到来的时候，调节器会认为BA的连线断了。它会使调节器关闭。所以造成很不好的电压调节效果。为避免这些，调节器内部有一个特殊的电路VCCLB。如果BA的电压低于8V，VCCLB就是强迫励磁打开，这样将强迫BA的电压高于8V。这个功能只有在切入转速达到后才开始，直到发动机停止。这个图就表明一个调节器在没有蓄电池的情况下，调节器的工作。当一个很大的负载突然出现的时候，BA会减少到小于8V，因此触发了VCCLB功能。（如果系统是带蓄电池的，不会出现电压那么低的时候。）EOLANE多功能单片调节器411热保护功能CPLE