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电子整流器工作原理详细分析

2010年02月27日 10:43 www.elecfans.co 作者:佚名 用户评论(0

电子整流器工作原理详细分析

电子镇流器工作原理 - soyonhyde - 淡泊宁静,宁静志远;奋发厚积,厚积薄发.

日光灯电子镇流器典型电路如图1所示、D1~D4和电容C2、C3等构成整流滤波电路,向镇流器提供直流用电; 开关功率三极管BG1、BG2和双向触发二级管ST、变压器T等构成高频开关波(方波)电路,其中R1、C4和ST组成锯齿波发生器,用于启动振荡电路;方波振荡电路将直流电变为高频交流电,用于点燃日光灯,由于BG1、BG2工作在开关状态,故可获得很高效率。电感L2和C8、C9等构成串联谐振电路,其作用是起辉日光灯管和限制灯管工作电流。

接通电源,220V交流电经整流滤波后,输出约300V直流电压,该直流电压经R1对C4进行充电。当C4两端充电电压超过ST的转折电压(约32V)时,ST导通,给BG2管基极提供一个窄电流脉冲使BG2首先导通。此时直流电源通过日光灯管灯丝、 L2和T的绕组n1等形成回路,给C8、C9充电,由于脉冲变压器T的线圈n1对n2和反向线圈n3的感应耦合作用,n2产生的感应电压将使BG1导通,而n3上的感应电压将使BG2截至。故C8、C9又通过L2、n1和BG1形成放电回路。如此反复循环,BG1、BG2轮流导通,很快形成频率约25kHz的自动激振荡。

电路起振后,C4经D8和GB1不停地放电,使ST不再产生触发电压,即锯齿发生 器停止工作。同时,高频振荡信号很快使C8、C9和L2等构成的串联电路发生谐振,由于C8容量远大于C9容量,因此在C9两端产生足够高(约500-600V)的谐振电压,使灯管一次性启动点亮。

灯一旦被点亮,LC串联电路则失谐,灯管两端电压将为100V左右,L2只起限流作用,C8则起隔直作用,C9通过的极小电流对灯丝起辅助加热作用。

另外,当BG2由导通变为截至时,L2的自感电压与电源整流后的电压叠加在一起,会使BG2承受上千伏的高频电压,容易使三极管击穿,C7则可有效降低这个电压

在供电正常时,J2得电吸合,其动触点与“N/O(常开点)”接通,后备蓄电池正端与IC1的反相端相联。IC1(LM308)和D5、D6组成电压比较器,参考电压由D5、D6决定。这里用一个硅二极管(D5)和一个6.2V的稳压二极管(D6)组成6.9V的参考电压,对充电压电压进行监控。当IC1的2脚输入电压(既蓄电池电压)低于6.9V时,IC1的6脚输出高电平,T1导通,J1得电,其动触点与“N/O(常开点)”接通,电源电压通过R2对蓄电池充电,同时LED2点亮为充电指示。改变R2阻值可调整充电电流。随着充电时间增加,IC1的2脚电压逐渐增加,当电压大于参考电压6.9V时,IC1的6脚输出低电平,T1截止,J1失电,断开充电回路,实现自动充电保护功能。

当停电时,J2失去电源,其动触点与“N/C(常闭点)”接通,蓄电池通过S1对应急灯电路供电,实现停电时自动切换功能。S1在这里用来手动切断应急灯电路部分。

由IC2(NE555)、T2、T3、T4、X2等组成应急灯电路。IC2组成50Hz信号发生器,由IC2的3脚输出50Hz信号,经T2反相、放大分别驱动由T3、T4、X2组成的推挽电路,在X2的高压侧感应出220V的交流电,使日光灯管点亮。这里的X2可以直接使用次级为4.5伏、初级为220V的成品电源变压器,功率试日光灯管的功率而定。使用时,注意T3、T4应加散热器。

制作时,X1选用次级为6V/200mA的电源变压器。J1、J2选用线圈电压为6V的继电器。其他器件选择可参考图示,无特殊要求。电路调试很简单,接通主电源电时,J2应该动作,LED1为电源指示。然后测量IC1的3脚电压是否为6.9V左右,之后可用一个外接电源接入IC2脚来调整充电保护电路。当输入电压大于6.9V时,J1应该动作断开。短开S1,用外接电源接入应急灯电路,测量IC2的输出是否50Hz,然后可测量X2输出部分电压是否为220V左右既可。LED3为停电/应急灯工作指示。

电子整流器工作原理详细分析

气体放电灯的负阻特性
由于气体放电灯(如荧光灯、霓虹灯、金卤灯等)是一种具有如图1所示V-I特性的负阻性电光源,即为负值,从图1可以看出,当灯电流上升时,灯管的工作电压下降,但是供电电压不会下降,多出的这点电压加到灯管后会使灯电流进一步上升,如此循环,最终烧坏灯管或灯管熄灭,所以要使灯管正常工作,应配以如图2所示的镇流元件,用以限制和稳定灯电流。这个限流装置叫做镇流器。目前气体放电灯常用的镇流器有两种:电感式镇流器和高频交流电子镇流器。由于电感式镇流器工作在工频市电频率,体积大、笨重,还需消耗大量铜和硅钢等金属材料,散热困难、工作效率低、灯发光有频闪,所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法,而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。镇流原理如图3所示,镇流电路的工作特性曲线如图4所示。
 
 
在图2所示的电路中,灯管上的工作电压加上镇流元件上的电压等于电源供电电压,最终可以使气体放电灯稳定工作。在图2所示的电路中,灯功率可以按下式计算:
P=IVα                    (1)
式中的α表示灯发光系数,它和灯管的工作电压和工作电流有关,对电感镇流器,α可以取0.8,对高频电子镇流器,α可以取0.99。
在灯电路稳定工作期间,灯管上的电压是稳定的,所以灯功率主要取决于灯电流的大小,而灯电流的大小和镇流元件的阻抗和电源供电电压的高低有关,并且供电频率对荧光灯的工作也有影响,如图5和图6所示。例如对电感镇流,镇流电感的阻抗ZL=2πfL,电感镇流器的电感量和它的绕组匝数和铁心的尺寸有关,所以当电源供电频率较高时,镇流电感的体积也会小些。这就是采用高频交流电子镇流电路后,镇流电感的体积和尺寸会很小的原因。
 
目前,世界上一些著名的大专院校、科研院所、公司都投入了较大的力量进行高频交流电子镇流器的科研开发、生产。如美国弗吉尼亚大学功率电子研究中心(VPEC)李泽元教授领导的科研中心每年都有相关论文和实验报告在IEEE功率电子学学刊刊出,并提出了如高频能量反馈、采用电荷泵功率因数校正的电子镇流器等概念,美国加州理工大学(UCT)的S.CUK教授关于单级高功率因数电子镇流器,一种用于紧凑型荧光灯的E类电子镇流器,西班牙、巴西、我国台湾和香港地区的一些著名高等院校、科研院所、公司都投入了一些高水平的科研人员、实验室进行科研开发。同时,国内一些著名科研院所、大学等都投入了较大力量进行科研开发。这一点可从国内相关科技文献看出。但是勿容置疑的是我国是世界上电子镇流器的一个生产大国,有较多的公司、企业从事这种“绿色电光源"产品的生产。特别是自20世纪80年代末、90年代初,IEC928(1990)、GB15143(1994)《管形荧光灯用交流电子镇流器一般要求和安全要求》及IEC929(1990)、GB/T15144《管形荧光灯用交流电子镇流器的性能要求》等技术标准相继颁布与实施,使交流电子镇流器的研究、开发、生产有了统一技术规范。
 
由于高频交流电子镇流器要求体积小、造价低,并且对电磁辐射干扰、输入功率因数、波峰因数、可靠性等技术指标要求严格,所以要做出一个满足高性能、低价格、体积小、低电磁辐射干扰、使用安全可靠等要求的高频交流电子镇流器并非易事,所以往往让人感到,看似简单的一个电子产品,但是技术含量很高,是一个涉及电路拓扑、高频电子变换、谐振开关(ZVS、ZCS)、LC串、并联谐振、功率因数校正(PFC)、电磁干扰抑制(EMC、EMI)、信号传感、采集和控制、电子元器件、电光源器件等电力电子技术方方面面的电子产品。同时,如何测量高频交流电子镇流器的技术参数,如功率、高频谐波成分、效率、电磁辐射干扰(EMI),也是高频交流电子镇流器的研究热点。
实践证明,要做出一只高性能的高频交流电子镇流器,还需对它的灯负载技术特性、灯负载对电源的技术要求有所了解,否则要做出一只高性能的高频交流电子镇流器也是件不现实的事。
2、  荧光灯50Hz交流市电供电时的发光闪烁和发光条纹现象
由于交流市电供电的过零会使荧光灯在工作过程中出现发光“闪烁"效应,相对于50Hz的交流市电供电,“闪烁"效应的频率为100Hz,当然“闪频"效果和荧光灯所使用的荧光粉的“余辉"时间大小有关,“余辉"时间大的荧光粉“闪频"效应会弱些。同样如果供电频率增加,“闪频"效应会弱些,所以采用高频电子镇流对改善荧光灯的发光“闪频"效应会有帮助。荧光灯在50Hz交流市电供电时的“闪频"效应如图5所示。
3、  荧光灯的供电频率与灯发光效率之间的关系
气体放电灯在交流供电情况下工作时,气体或金属蒸气放电的特性取决于交流电的频率和镇流元件的类型。气体放电灯在交流50Hz/60Hz供电时,灯的阻抗在整个交流供电周期内一直不停地变化,从而导致了灯的非正弦的电压和电流波形,产生了谐波成分。当气体放电灯的工作频率大约为1kHz时,灯内的电离状态不再随着灯的工作电流而迅速变化,从而在整个工作周内形成几乎恒定的等离子体密度和灯阻抗,这时灯的V-I特性趋于线性,灯电流波形失真随之降低,灯的工作频率与50Hz供电时的灯发光效率对比曲线如图6所示。图6可以看出,当气体放电灯的交流供电频率大于20kHz时,荧光灯的发光效率比50Hz交流供电时荧光灯的发光效率η值高,据统计可以提高10%~20%,同时荧光灯工作在高频交流供电状态时,可以有效地克服荧光灯的发光闪烁现象。这也是高频交流电子镇流器相对于电感镇流器的优点之一。
 
由于高频交流电子镇流器采用高频开关电子变换电路的方法实现镇流,具有无频闪、效率高、体积小、质量轻、可调光、不使用大量铜材和硅钢材料等一系列优点,所以自20世纪70年代以来,高频交流电子镇流器一经问世,就受到了广大用户的欢迎。
4、  电子镇流器的主要功能
荧光灯的工作性能在很大程度上与相配套工作的电子镇流器性能有关,在使用中应使荧光灯的工作性能和电子镇流器的工作性能相匹配(如灯阻抗和灯的工作特性),以使荧光灯能工作在最佳状态,使用中电子镇流器应满足以下功能要求:
①     能够限制和稳定荧光灯的工作电流。
②     在交流市电过零时,也能正常工作。
③     应能为灯的点火提供所需的点火电压。
④     在灯点火工作期间,应能控制灯点火能量,使灯电极被适当预热,并确保灯丝电极保持正常工作温度。
当然电子镇流电路的体积小、工作寿命长和低功耗也是很重要的技术要求。
同时电子镇流器也应具备以下控制功能:
①     有高的功率因数。
②     能限制交流输入市电的总谐波失真(THD)。能限制灯电路的短路工作电流或避免由于灯电极电流过大而热过载。
 
④     能有效地抑制电磁辐射干扰,避免它干扰相邻电子设备的正常工作。
⑤     当灯电路不能正常点火时能自动关断灯电路,这对电子镇流器电路是比较重要的。
⑥     在交流市电供电电压变化时,能稳定灯的工作电压、电流和功率。
以上几项基本要求,在电子镇流器产品标准GB15143(IEC928)和GB/T15144(IEC929)中都有明确的规定。它们对荧光灯交流电子镇流器的性能和安全要求是设计和生产电子镇流器的指南,是电子镇流器必须具有和达到的基本技术条件。
5、  照明装置的分类与安全性
(1)       照明装置的分类
根据照明装置所涉及到的有关设计和结构,照明装置可以分为以下三大类(它们在电子镇流器电路的设计过程中需引起注意)。
①     照明装置提供的抗电击安全保护特性。
②     抗外界物体进入照明装置的特性(例如防灰尘、防潮特性)。
③     照明装置的安装表在抗燃特性。
(2)       照明装置的安全性
IEC对照明装置的安全性分为四类,分别如下: google_language = ''zh-CN'';
这类照明装置是电绝缘的,没有接地,装置的外壳可以由绝缘材料制成,从而部分或整体形成照明装置的绝缘功能,这类照明装置的外壳也可以由金属材料做成,但是其中的电路带电部件需和外壳绝缘,对0类照明装置可以对其中的带电部件实行强制性绝缘或双绝缘的考虑。
1类--表示符号为。
对1类照明装置,除了被电绝缘的元件外,同时也提供了接地(用符号(  )表示),并且这个接地部分对照明装置的外露金属部件进行了连接,以确保外露金属部件在带电的情况下能实现保护功能。
对照明的供电接线端子也应同时提供接地端子。
2类--表示符号为。
对2类照明装置的外露金属部件应确保不带电,这既可以通过双重绝缘也可以通过接地的方法实现。
3类--表示符号为。
这类照明装置对极低电压供电应用时也应能确保安全工作,不会对周围环境造成危害,最常用的应用情况就是低交流市电供电的应用场合(如42V),对这类照明装置可以不用提供接地保护。
为了确保电子产品的安全性,在欧洲国家范围有一种叫CE的认证,CE是“Conformité  Europeenné"的缩写,表示在欧洲国家范围内流通产品一致性的最基本的要求,以确保市场监控部门有效地监控有关产品的性能指标。电光源产品要受到电磁兼容(EMC)和低电压电子产品监控部门的监控,CE主要针对与电子产品的安全性有关的内容。
电光源产品在投入市场应满足有关安全性、EMC和电性能的有关技术标准要求,并应通过有关技术认证部门的技术认证。
根据IEC的要求,照明装置的供电电压应在额定供电电压的-8%~+6%范围内变化。如果电源供电电压范围变化过大,则会产生以下几种结果:
①     如果照明装置的供电电压过低,则会
·降低电光源的光输出;
·色漂移;
·在极端情况下产生照明装置的点火困难。
②     如果照明装置的供电电压过高,则会·降低电光源的使用寿命; 

整流器的工作原理(网上载录)
在引擎室里的蓄电池(铅酸电池)乃是汽车的唯一的电力供应来源,举凡从灯、冷气、音响…到电子点火装置都是由蓄电池提供电力,这些车上所使用的电器是并接在电池的正负极端。
车内所使用的这些电器如家中电器一般是是「并联」使用,但每一种电器之负载特性不一样,这些以蓄电池为电源的电器在开动后,就会因彼此负载特性不同,而产生不同的电压稳定结果。

  以电子点火装置而言,若汽车的引擎转速为3600RPM,换算可得60RPS,也就是说在3600RPM的转速下,电池每秒必须提供30次的的电子点火电流,在四缸引擎中,电池每秒必须提供120次的电子点火电流,在此同时,其它电器如音响也需要电源,就会造成音响的实际电压不稳。

  铅酸电池的蓄电能力非常强,但其等效串联电阻(Effective Series Resistor, ESR)(或称内阻)较大(约为并联电容之百倍),因此当车用电器瞬间有大电流的需求时,等效串联电阻会限制电池放电的能力,影响电器的效能。
  撮车产生的根本原因是发动机和传动系统(包括离合器和变速器)不匹配。汽车行进松油门时,发动机和变速器的工况是完全不同的。给油时,发动机对变速器做功,松油后变速器对发动机做功。在此过程中,能量传递发生逆转。这个过程如果变化不均匀(即速度变化的加速度不是一个恒定值),我们就会感觉到撮车。这是最基本的撮车原理。
影响撮车的因素可能很多,我认为重要的因素有(按重要性排列):
A 变速箱齿轮的啮合精度和齿轮的制造精度
B 发动机的升功率特性、降功率特性和制造加工精度
C 汽车的惯性
D 发动机点火时机和准确性,该部分包换火花塞,电池,发动机等设备参与
  A点大家比较容易理解,啮合不好的齿轮从接受做工到给发动机做工转换中,齿轮缝隙必然会有撞击产生,这样肯定会影响汽车运行的平顺的
  B点中的升功率是大家都能理解的,对1.5车厂方提供的是两段直线方式的,直线转接点在2800ppm附近,所以1.5车转速在2800,挂5挡时,车速在90km/h,这是一个经济车速。降功率特性是指在不同转速截断油门后发动机做工的数值。这个数值肯定为负值。同时在不同转速下这个值是不同的,越大的转速,数值的绝对值越大。理想的降功率曲线也应该是直线,但实际情况却不是直线,曲线越弯曲,表示发动机机械性能不理想,平顺性差。一个加工精度差的发动机该曲线是较弯的。
  A点+B点构成了我们常说的发动机和变速箱的匹配能力。一个好的系统,他拥有齿轮啮合程度高,发动机降功率为直线的特点,这样可以保证系统在前进,拖行以及刹车过程中系统速度变化的均匀(即加速度值为恒定值),这样的系统我们认为不撮车
  C点是指当汽车质量越大,A,B两点因素所起的作用越小。你看同样条件下的1.5发动机,周末风撮车感觉应该比Palio要小。这个不详述了
  D点比较特别,从严格意义上他是影响B点的一些更具体因素。他其实是影响发动机降功率的一种方式,这是大家不容易理解的地方。也是汽车电子整流器起作用的根本原因。详细描述如下:
  d1 火花塞是靠高压点火的,电池电压的变化会影响点火的精度和点火起跳时间。当电池突然电压变低,高压形成时间拖后,火花塞点火时间会延迟。
  d2 发动机在加油过程中,发电机发电,发电电压高于电池,并给电池充电,同时该电压是火花塞的工作电源电压。
  d3 发动机在松油门时,发电机依然发电,但是在低档位状态时由于发动机转速下降较快,发电电压也迅速下降,但还是略高于电池电压,但电压下降曲线还是比较倾斜,这种快速下降的电压必然会导致火花塞打火延迟,影响火花塞打火的准确性,进一步影响了发动机降功率曲线的直线程度。扩大了B点发动机因素起作用。对D点分析是大家一定要搞明白的,不明白继续和我交流!
  改进撮车的最根本方法是提高发动机和变速箱的制造工艺和精度,发动机有好的升功率降功率特性,齿轮啮合严实,齿轮轴无横向径向的间隙,这样可得一个完美的匹配的机械运行系统。你看看好的车,这些机械部分工艺好的往往其结构清晰简单,运行却十分平顺,让人舒心。
  电容式整流器本质是个电荷集中营地,说玄点:在时域上他平滑了变化曲线的斜率,在频域上他对高频信号直接导通,对低频信号起阻断作用。电容值影响了高频信号的阀值。
  在油门松油过程中的D点因素中,他使得变化的提供火花塞的电源电压能比过去更加平稳一些,这样火花塞能保持较高的点火时间精度和准确性,从而使B点中发动机降功率曲线能更直线一些,从某种程度上使汽车运行速度的变化更均匀一些(即加速度接近恒定值),从而使人感觉撮车现象减轻了或是消失了。
安装整流器,也确实起到减少撮车作用,这是事实,上面D点分析也提供了该设备起作用的一个理论思路
  汽车上所有的电气设备,都是由电瓶和发电机供电工作的。那么大家要问,电瓶输出的已经是直流电了,那么还要整流器滤什么波呢?别着急,咱们首先要从发电机说起。汽车引擎带动发电机藉由三组Y型接线的静子线圈,产生三组相位不同的交流电压,然后再经过发电机所内建的六颗正负二极整流晶体(整流粒),全波整流过后转变成直流电压,以供应车内的电气设备如冷气压缩机、音响、ECU、点火线圈、燃油泵浦以及头大灯等等使用。换句话说,车上所有用电都是由发电机来负责供应,而电瓶则纯粹只是将电能转换为化学能的储电单位罢了!其除了可供应启动引擎所需用电之外,并且还具有因应重负载耗电较大的状况,随时可以进行放电的补偿功能,所以电瓶本身也是具有一定的稳压整流效果,而经过发电机整流过后的直流电波型,仍然具有些许的不规则波动(即所谓的连波电压),在都市里停停走走的行车状况下,电压不稳定的程度也就会变得日益明显,若再加上较高车齡电路系统氧化,阻阬变高的影响,更容易会有加速力道降低、怠速不稳以及冷气压缩机效率低下等等情形的发生,而且不够稳定的电压对电器用品本身而言,更是导致寿命减少的原因之一。
  由此可见,光是依靠电瓶本身的稳压作用,效果其实非常有限,因为电瓶内部是由许多正负极铅片搭配电解液所组合而成,其与电解液的接触面积不大,充放电效能自然有限,然而搞一个直流稳压器,成本又太高(汽车总用电最大电流是非常大的),所以采用电容滤波来提升稳压整流的效能(并不具有长时间储存电能的作用)的方法就是比较简便和低成本的了。
  电容的内部构造是由两层以上金属箔与介电质组合而成,具有快速充放电,弥补传统电瓶效能不足的效果,但引擎熄火,发电机不再发电之后,电容内“暂存”的电量也会逐渐释放,所以电容在汽车负载量猛增时(开空调、大力踩油门等等),可迅速补足其所需电量。
  检验一个整流器质量的优劣,要看其耐用度以及实际所能改善油门的反应是否明显来辨别。如内部电路系统以及导线的隔热和抗氧化设计(采用灌注环氧树脂隔绝电路板、矽膠包复导线、高耐久/导电性镀锡铜线等等),才是影响效能是否持久最大的因素。而导线的粗细、线材以及接头的采用,则是导电效能优劣与否的决定因素,尤其是在汽车低电压高电流的用电环境之下,导线必须具有细而多芯加上够大截面积,才能将稳压效果完全发挥,所以建议车友门在安装整流器的同时加装地线,效果会更好。


整流器的工作原理


摩托车上有一个非常重要的电器部件,它为整车用电设备提供稳定的工作电压,这就是整流稳压器,即我们俗称的“硅整流”。整流就是将交流电压变为直流电压,稳压就是将发电机输出的不稳定电压稳定在规定范围内,实现这两个功能的器件我们就称之为整流稳压器。摩托车整流稳压器从产生到现在已经经历了几个阶段,但直到目前为止,大多数摩托车仍使用技术上存在缺陷的削波短路型整流稳压器。随着科技的发展,新技术和新元器件的出现,改进整流稳压器的性能有了可能,因此新一代的开关型整流稳压器 已研制成功并面世,人们已开始认识并使用它,相信不久它就能全面替代削波短路型整流稳压器了。
       在未发明二极管前,摩托车只能采用复杂的激磁直流发电机,使用机械调压 , 就是用继电器调节激磁电流的大小,是一种简单的开关调压电路。二极管发明后,人们试着采用简单一点的激磁交流发电机,同时用机械调压,后来慢慢用电子调压替代了它。这就是现在汽车上用的调压方式。为什么早期摩托车要用结构复杂的激磁交流发电机而不用结构简单小巧、故障率极低的永磁交流发电机呢?因为永磁交流发电机的磁场与线圈是固定的,输出电压和频率随发动机转速变化而成正比变化,范围极宽,无法象激磁交流发电机一样用调整激磁电流大小的方法从内部调节输出电压的大小,只能发出电压后再予以稳压,以当时的技术条件无法实现。但后来因小功率永磁交流发电机结构简单,故障率少,还是被广泛用到了摩托车上。
       最早的永磁交流发电机用整流稳压器是不带稳压功能的,只有四个二极管,即全波整流,它全靠电瓶稳压(如 XF250 )。发电机发出的交流电经过二极管桥式整流直接给电瓶充电,充电电压就是发电机输出电压,随转速变化很大,电压跟电流都远远超过电瓶正常的充电电压和电流,由于电瓶特有的稳压性能,所以电压能够稳定在合适的范围,但这是以电瓶的寿命为代价的(一般一年就损坏了,而电瓶的设计寿命为三年)。发动机运转当中,如果电瓶突然断开,所有用电设备便会即刻烧毁,而且随着时间的推移,电瓶稳压性能逐渐失去,电压逐渐升高,很容易烧毁用电设备。
因全波充电容易过充,就出现了半波充电,即只有一个二极管的整流器。因半波充电晚上电力不足,所以大灯只能由发电机交流直接供电,如早期的铃木 A100 、本田 CG125 等。半波充电也存在着问题:白天行驶时,电瓶仍然过充,于是就在照明线上接有泄流电阻,将电流通过电阻发热泄放掉,以免电瓶早期损坏(但也不能用密封电瓶,否则极易充坏);晚上,低速时大灯昏暗,而且灯光随着转速变化而变化,照明效果不理想,眼睁睁看着电能浪费,而灯光依然暗淡。
       随着科技的发展,出现了电子整流稳压器。这种整流稳压器采用并联方式稳压,也就是削波短路稳压。如 12V 车型,当输出电压高过 15V 时,可控硅导通,输入电流通过可控硅下地,输出电压不再升高,仍保持 15V ;当负载用电导致输出电压下降,低于 15V 时,可控硅截止,输入电流供给负载,如此反复,使电压保持 15V 。这种方式使永磁交流发电机的稳压有了长足的进步,也使摩托车性能有一个质的提高,不论是电瓶寿命,还是灯光亮度都得到了很好的控制,达到比较满意的效果。电子整流稳压器分为全波和半波稳压。全波整流稳压器同时对正负半波进行削波稳压,将输出的正半波和负半波都利用来给整车及电瓶供电,能量充足,故可使用像汽车一样的直流照明(如 FXD125 、 QJ125 、铃木王等)。半波整流稳压器对负半波进行削波达到稳压的目的,而将输出的正半波用来给电瓶充电,此稳压整流器供电能力较差,不能使用直流照明,只能使用灯光亮度随转速变化而变化的交流照明方式(如豪迈 125 、嘉陵 70 、 AX100 ),但电瓶耐用。我们顺便提一下,摩托车不管是交流供电还是直流供电,使用的发电机功率基本一样,只是接线方式和使用的整流器不同而已。如要将交流供电改为直流供电,只需换个整流器并改一下线路即可(小功率发电机除外)。很多车发电量大,使用改进后的开关稳压半波整流器,怠速灯光也很亮,就没有必要改直流了。
这里还特别要谈一下全波整流稳压器上检测线的作用。大家知道,这根检测线是接到电门锁出线上,用来检测线路上的电压值的。当晚上开灯时,由于线路上有损耗,电瓶电压与线路电压有差别,线路电压低于 15V 时,整流稳压器自动提高稳压数值,使线路电压始终维持 15V 。从设计角度来看考虑很周全,但实际中许多电瓶因线路压降太大造成检测失误致使充电电压过高而损坏。这是很多修理人员所忽视的问题。
       其实并联稳压的采用也是迫不得已的,且只能用在小功率永磁发电机上,根本原因是这种电路本身就是一种故障,只能用在特定的场合。永磁交流发电机的电压和频率变化范围实在太宽了,在起步转速时就要求发电机输出功率能满足整车全部设备用电,那么此转速后的电能就是多余的,必须泄放掉才能使电压稳定在 15V 。这就造成了电能的白白浪费,尤其是白天。短路稳压一方面使永磁交流发电机带重负荷,产生反向磁场,阻碍转子的运动,同时消耗发动机动力,据台架测试,接上整流稳压器和不接时发动机的输出功率相差达 150~250W ;另一方面由于大电流短路,整流稳压器和发电机线圈均严重发热,极易烧毁。这是并联稳压不可避免的弊端。有的车型因怠速时输出电压较高,严重影响怠速,如铃木 GS125 、钱江 125-J 、豪爵钻豹 125 、建设雅马哈 SR150 、大沙 125 及各种采用永磁交流发电机的大排量车,将稳压整流器拔除后怠速自然升高 300-500 转,松油门后发动机惯性加大。经理论计算, 4 冲程发动机上装用 100W 的永磁交流发电机使用并联稳压整流器,每百公里多消耗 0.16 升汽油。
       既然并联稳压有着不可避免的弊病,那么有没有可以替代它的其它方式呢?答案是肯定的。这种方式就是串联稳压。串联稳压如同一个水库闸门,水库里有很多水,需要多少水,就放出多少水,不用就关闸,不存在浪费的现象;而并联稳压则不然,不管流出多少水,都只用一部分,其余的就流进大海里,当然浪费。串联稳压与并联稳压相比有不可比拟的优势,如电压稳定性、转换效率、带负载能力、寿命等方面串联稳压整流器均明显高出一大截,它可在不改变磁电机参数的情况下带动更大功率的灯泡,使之达到汽车的照明水平,安全性大大提高。但因整流稳压器工作电流很大,且电压频率范围如此之宽,一般串联稳压器很难承受,必须用开关的原理才能达到目的。而能适应这种条件的开关元件近来才大批量生产面世,才使串联开关稳压器走向市场成为可能。
       开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的道通与截止.将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压,从而产生所需要的一组或多组电压!当然应用最多的是日用电器的220V转变出低压直流,常用的开关电源将220V/50Hz交流转换为高频交流电的原因是高频交流在变压器变压电路中的效率要比50HZ高很多.所以开关变压器可以做的很小,而且工作时不是很热!!成本很低.如果不将50HZ变为高频那开关电源就没有意义!!开关变压器也不神秘.就是一个普通的变压器!这就是开关电源.

       开关电源大体可以分为隔离和非隔离两种,隔离型的必定有开关变压器,而非隔离的未必一定有.

       简单地说,开关电源的工作原理是:
            1.交流电源输入经整流滤波成直流;
            2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将那个直流加到开关变压器初级上;
            3.开关变压器次级感应出高频电压,经整流滤波供给负载;
            4.输出部分通过一定的电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以达到稳定输出的目的.

       交流电源输入时一般要经过厄流圈一类的东西,过滤掉电网上的干扰,同时也过滤掉电源对电网的干扰;
       在功率相同时,开关频率越高,开关变压器的体积就越小,但对开关管的要求就越高;
       开关变压器的次级可以有多个绕组或一个绕组有多个抽头,以得到需要的输出;
       一般还应该增加一些保护电路,比如空载、短路等保护,否则可能会烧毁开关电源.

       以上说的就是开关电源的大致工作原理.
       其实现在已经有了集成度非常高的专用芯片,可以使外围电路非常简单,甚至做到免调试.
       例如TOP系列的开关电源芯片(或称模块),只要配合一些阻容元件,和一个开关变压器,就可以做成一个基本的开关电源.

       开关电源的输出应为直流而不是交流。满足以下三个条件即为开关电源:
             1、开关(电路中的电力电子器件工作在开关状态而不是线性状态)
             2、高频(电路中的电力电子器件工作在高频而不是接近工频的低频)
             3、直流(电源输出是直流而不是交流)


      开关管的等效阻抗上的消耗功率越大,电路输出效率越小,而发热量越大,大家都知道消耗的功率P等于电流的平方乘以电阻 ,那么电阻越小越好,就电阻小则输出效率高,而发热量越小。现在的开关管的阻值越来越小,记得上中学的时候用RF系列的管子(MOS),早已经达到0.001欧姆的能力,买一个管子要好几元,那时一个电子风门几十元,而现在已经是集成电路推动,用等效组织来做参数了。
      打个比方,一个24V/10KW的电源,如果是传统变压器方式,热量大适合冬天增加室内温度,重量一般女孩子搬不动,体积象个洗衣机;而开关电源的散热,一只电脑风扇足以,象一个笔记本大小就OK了~~

      再次强调:许多人以大灯亮度来衡量整流器的好坏,这是错误概念,同一个12V灯泡的发光效果是受电压影响,如果一个垃圾整流器,输出的电压是20V,那么你的灯泡必然很亮,但车上的电瓶、灯泡等配置的很少有20V规格的,高电压使用的后果不说也应该明白了,还是按照要求使用正确的电压吧~~~

      当年常柴的S-195发动机,打败日本、德国、美国赢得泰国数万台的定单,每台近400美圆,后来国内其他厂家也去泰国抢市场,几乎跌到260美圆,由于质量越来越差,泰国规定禁止从中国进口。个人狭隘的想法是:目前开关电源的应用多年前早已普及,现成的片子、管子数不清,车用开关电源整流器主要特点是输入的频率高,而且是是不固定的,因此是不难生产制造的,但目前最好只有一个皓月足以,国内多数企业有比拼低成本竞争的习惯,然后是质量受到严重影响。不过串联开关整流稳压器尚未推广,摩托车整流稳压器一定会走串联稳压的路子。
摩托车稳压整流器问题研究(2)
2 稳压整流器对整车电性能的影响
稳压整流器介于磁电机(充电照明绕组)与用电负载(包括照明负载、蓄电池及其用电负载)之间,在电路中起着“承前启后”的特殊作用。因此其性能和质量的优劣对整车电性能有着十分重要的影响。
2.1稳压整流器对整车照明效果的影响
2.1.1交流调节器调整值偏低
交流调节器调整值偏低,即吸收功率太小,使得照明电压偏高。这时整车照明负载长期处在高于其额定工作电压的情况下工作,其工作寿命缩短。有些车型经常需要更换照明灯泡就是这个原因。如果照明电压偏离正常值较大,就会出现一遇较高车速就烧灯泡的故障。
2.1.2交流调节器工作点过渡不佳
由于交流调节器是通过控制晶闸管的开关来进行削波稳压,其投入工作状态与否应由磁电机输出的照明电压的高低(对应于车速来决定),即应有一个合理的工作点,这个工作点选择不当会导致整车在正常行车速度范围内的某一速度附近出现照明灯光一亮一暗(即不断闪动)的故障。这种现象在不少车型上都或多或少地存在。济南轻骑的“金鸟”TN36L型助力车上,这种现象比较突出。
2.2稳压整流器对蓄电池寿命及整车电起动性能的影响
蓄电池作为一个储能器件对整流器车直流用电负载,尤其是对具有电起动功能的车型上的电起动装置的正常工作起着直接的十分重要的影响。除了蓄电池自身的质量因素外,如何对蓄电池进行合理的充放电也是保证整车性能良好的一个同样的重要的问题。因此稳压整流器的充电性能问接地影响到整车电性能。
2.2.1过电城市和过电流对蓄电池的损伤
稳压整流器的整流调节器所调整的充电电压和充电电流设定太高,蓄电池长期处于过电压、过电流充电状态,对摩托车上普遍使用的铅酸蓄电池(包括免维护铅酸蓄电池)的极板会造成不同程度的损伤。过高的充电电压和过大的充电电流会使极板上的活性物质脱落从而导致蓄电池容量的降低以及自放电的加重,甚至极板间的短路,从而导致蓄电池损坏。
2.2.2充电参数偏低影响蓄电池的使用寿命及直流用电负载的正常工作
稳压整流器的整流调节器所设定的充电参数偏低,蓄电池长期充电不足同,蓄电池经常处于过放电状态,其板因此而硫酸化,即极板硫化。极板硫化后,极板的活性物质减少,电阻变大,从而导致蓄电池容量的减小。这时充电变得更加困难,放电时蓄电池电压则马上下跌。可见,充电参数偏低也会使蓄电池的使用寿命缩短,影响直流用电负载的正常工作。
2.2.3对电起动车型电起动性能的影响
稳压整流器的整流调节器在对蓄电池过电压,过电流充电及达不到蓄电池所需要的充电参数的情况下,均会引起蓄电池的损伤直至完全损坏。在这两种不正常的充电状态下,蓄电池由状态良好到完全损坏,经历了或长或短的一个过程,对于一般的直流用电负载(如嗽叭、转向灯、各种传感器构成的警示装置等)的影响不会立即表现出来。但是对需要瞬间(2~3s)从蓄电池获得大的电流的电起动装置起动性能的影响则表现得十分直接。电起动装置的起动机为高转矩直流电机,如果蓄电池容量不足或者因为承受了过压、过流充电,不能瞬时释放出起动机需要的工作电流,那么起动机必然无法达到设计的足以起动汽油机的标称转速,电起动功能不能发挥其应有的作用。这说明,电起动功能不仅需要蓄电池有充足的电荷,而且特别强调蓄电池能免瞬间释放出足够的能量。因此稳压整流器的充电性能对保证电起动摩托车良好的电起动性能是至关重要的。
2.3稳压整流器短路对整车电路的危害
稳压整流器电路由电阻、电容及半导体器件组成,属于电子电路的范畴。由于任何一个电子元件都有自身的工作条件及极限参数,各元件之间又存在着电的相互联系。所以如果元件选择不好或者元件本身质量欠佳,均可能导致元器件发生短路性击穿故障;此外元器件引脚之间及其与整个电路的电流通路间的任何导电部分发生不应有的碰撞也同样导致短路故障的发生。无论哪一种形式的短路故障的发生。只是最终表现为稳压整流器本身对摩托车电路形成短路时,都会对摩托车电路形成危害并可能导致严重的后果。
2.3.1交流短路
当磁电机充电照明绕组输出的交流电通路经稳压整流器对地(整车所有搭铁部分)短接时即形成交流短路。这时整车电路故障表现为所有照明灯泡不亮,无充电电压。这种故障的存在会危及短路电流所流经的线路及器件(磁电面充电照明绕组)。故障存在的时间越长(指摩托车工作状态)危害越大;同时由于磁电机磁路的联系,还可能影响到整车的点火性能。
2.3.2直流短路
当稳压整流器的整流输出端线路经稳压整流器对知接时即为直流短路。直流短路故障发生时会引起电源熔丝熔断(不装熔丝时蓄电池正极对短路放电引起蓄电池损坏),从而使整车的直流用电负载得不到工作电源;同时直流短路故障,产生交流短路故障对整车电路的危害。

摩托车稳压整流器问题研究(3)
On Stabilized Rectifier for Motorcycle
姜国华 (河海大学常州分校)
3 稳压整流器的性能参数选择和质量控制
3.1 稳压整流器的参数选择
稳压整流器在电路中应能调整照明电压、充电电压和充电电流三个参数。由于其调整对象为磁电机分用共源线圈输出的单相交流电,整个器件在电路上的联系必然引起这些参数之间一定的相互关系影响。因此在调整参数时应遵循“满足局部,照顾全局”的原则,即既要照顾到整车电路有较好的照明和充电效果,同时也要考虑照明参数、充电参数之间的相互影响以及这些参数的高低对其他周边器件的影响。(参考图1)
3.1.1 照明参数的选择
照明参数的选择分三步进行。第一步:根据磁电机充电照明线圈的最大功率(或参照磁电机的额定功率)、整车照明负载(交流负载)总功率以及蓄电池在以允许的最大充电电流充电时的吸收功率,估算出交流调节器最大调节(吸收)功率的大致范围:
PA= PM-P1-PC
式中PA—交流调节器的吸收功率
PM—磁电机的额 定功率
P1—整车照明总功率
Pc—蓄电池充电时的吸收功率
再以此为依据计算出标准照明电压(6V或12V)情况下交流调节器的吸收电流
IA=PA/U1
式中 IA—交流调节器的吸收电流
U1—标准照明电压
第二步:在磁电机最高转速状态下调节电阻R1、R2使调节器交流调节部分的吸收电流等于IA;在磁电机怠速状态下调整稳压二极管ZW1的稳压值,使照明电压尽可能接近照明负载额定工作电压(一般情况,怠速状态下磁电机的照明线圈输出的交流照明电压在接上交流照明负载后不会超过负载允许的额定工作电压),同时应把ZW1的击穿点即交流调节器工作点尽可能选在怠速附近。第三步:在接上照明负载不接充电负载的情况下,将磁电机 的转速由怠速逐步提高到工作转速范围内的最高转速,并验证:a.低速时是否有理想照明效果;b.最高转速时的照明电压是不是不超过照明负载正常工作所能承受的最高电压;c.整个工作转速范围内照明电压的变化是否平缓。如果还不是最理想的,可对R1、R2、ZW1做小范围的适当调整。
3.1.2 充电参数的选择
充电参数的调整在交流调节器调压参数确定之后进行。首先断开ZW2,接通稳压整流器电路,将整流调节器的整流输出端接至性能良好、小电流放电至终止电压的蓄电池,调整R4、R5,使整流调节器在怠速状态下即能为蓄电池提供充电电流(该电流应尽可能大,但在磁电机最高转速时不应超过蓄电池允许的最大充电电流);然后将整流输出端改接至性能良好、电荷量饱满的蓄电池,提高磁电机转速至最大转速,选择某一稳压值的稳压二极管接入ZW2位置,此时充电电流应明显下降。当蓄电池的端电压上升至允许的最大 充电电压时,充电电流应减小至接近于零。最后用第一步中所用的电池接入电路,在磁电机怠速、最高速工作状态下看充电参数是否合乎要求,并在中速状态对电池充电数十分钟,观察充电电流的变化情况。必要时可对R4、R5、ZW2做适当的调整。
按以上步骤来选择照明、充电参数,充分考虑了磁电机在工作转速范围内不同状态下对整车照明效果和充电效果的影响;同时也考虑到了磁电机充电照明线圈自身的功率限制,避免交流调节器调整太多而带来的充电照明绕组长期过负荷工作及其对蓄电池提供的充电功率的不足。
表1是国家机械行业磁电机用电压调节器调压性能标准(JB/T 6022.1-92),可作为有关技术人员选定稳压整流器参数的依据或参考。
表1 国家机械行业磁电机用电压调节器调压性能标准
标称电压V 调整电压V
最低调压转速 最高调压转速
照明 充电 测试条件 照明 充电 测试条件
6 ≥6 - 额定负载 ≤8 ≤7.4-8.2 所规定的最小负载
12 ≥12 - ≤15.5 ≤14.8-16.4 应该说明的是,标准是针对某一理想状态而言的。实际工作中选择稳压整流器参数时,应充分考虑整车的工作状况以及相关件质量状况。比如,在照明负载(灯泡)质量普遍欠佳时,应适当降低最高照明电压;在电起动车型上要充分考虑充电性能以确保电起动性能的可靠性等等。
3.2 稳压整流器的质量控制
在生产过程中,对稳压整流器的质量控制主要体现在以下几个环节中:a.元件环节;b.测试环节;c.生产装配(工艺)环节;d.必要的老化(试验)环节。
3.2.1 元件环节的质量控制
任何一个电子器件,其最基本的组成单元为电子元器件,电子元件自身的性能参数是否满足电路要求以及质量是否可靠直接影响到整个电子器件的质量可靠程度。在研究如何在电子器件的质量可靠程度。在研究如何在电子元件环节保证稳压整流器的质量之前,有必要了解一下磁电机输出单相交流电的特殊性。图3是磁电机在某一确定转速下的电压波形图。可以看出,它是一个尖峰值很高的交变信号,而且随着磁电机思转速的提高,其频率和峰值也不断升高(一般来说,这种交变信号的频率在0-200Hz范围内变化,峰值电压可高达几百伏)。因此在选择元件的耐压、频率响应等参数时,不能像一般工频交流电那样,主要依靠交流有效值来作出选择。
对稳压整流器电路所选用的电子元件,应特别注意其耐压、功率等参数,使之满足所承受的电信号在极限状态下可靠工作的要求。所用元件选定后,应对元件进行100%的筛选(看元件的性能参数是不是真的如标称的那样)。因此在元器件环节对稳定整流器的质量控制主要是对元件自身的性能参数的选择和元件质量是不是过硬的问题。只有这两个问题解决好了,稳压整流器才能有可靠的质量。
3.2.2 测试环节的质量控制
有稳压整流器的测试问题上应特殊强调两点:一是测试设备本身应有摩托车用磁电机(最好是稳压整流器所配车型用的磁电机)为稳压整流提供工作电源;应有相当于整车照明负载总和的交流负载(可以是真实的或模拟的);二是除了测试用仪表自身的准确性问题外,应针对摩托车磁电机电源的特殊性对一般工频表测得的交流电压与真实值之间可能的差异有必要的认识。作为测试者,在稳压整流器是否正常工作外,还应该确认稳压整流器是否合适和准确(真实),并且把测试过程中发现的问题及时反映给有关人员加以解决。此处,由于稳压整流器的结构特点及制作上的特殊性,应在电路焊接工序完成后、装壳后和灌封完成后分别进行三次测试,以保证稳压整流器质量的可靠。同一批量的产品,还应抽样对合格品进行低、中、高三种转速状态下性能参数的验证。
3.2.3 生产装配(工艺)环节的质量控制
稳压整流器在生产装配(工艺)环节的质量控制应做到以下几点:
a. 所有焊点要焊接牢靠。
b. 元件引脚间要有一定的距离,避免可能发生的不应有的搭接(短接)。
c. 大电流流经的线路应有足够的导线截面积。稳压整流器线路中(图1),交流调节器通过地磁电机输出的交变电压的负半周进行削波稳压,其稳压吸收电流可高达数安培,甚至10A以上(视充电照明线组有关电参数而定)。因此,在以可控硅SCR1为中心的交流调节器主线路上,电路板应足够的导电截面或者加接导电线以保证稳压整流器的可靠性。
d. 功率元件(指可控硅SCR1、SCR2)应有可靠的散热。
e. 电路板焊接面与壳体间要有可靠的绝缘。
f. 灌封料要有良好的绝缘性能和耐热性能,灌封体内应无气泡,灌封体与壳体之间应结合紧密,以确保稳压整流器的耐水性和耐振性。
3.2.4 稳压整流器的老化(试验)
为了证实稳压整流器的可靠性,应对稳压整流器进行恶劣工作条件下的老化试验,有条件时可对稳压整流器进行100%的老化。稳压整流器老化(试验)电路原理如图4.
关于稳压整流器老化试验原理及老化设备的设计制作不在本文介绍。

摩托车稳压整流器问题研究(4)
4.稳压整流器的选用
4.1稳压整流器调压性能的选择
稳压整流器的调压性能应能满足以下要:a.在车辆怠速状态,接正常的充电负载,照明负载要有足够的光明度(即要有足够的照明电压);b .车辆最高速行驶时,断开充电负载,照明电压不应超过照明负载长期正常工作所能承受的最大值;c.车辆正常行驶速度范围内应有稳定、良好的照明效果d.应有良好的低速充电性能;e.充电电流应能明显地随电池电荷量的变化而变化,最高充电电压、充电电流应能得到有效的控制。用户在选用稳压整流器时应按照以上标准,结合整车电路的特殊要求对所用器件进行逐试验,以确保整车电路有良好的照明效果和充电效果。
4.2对稳压整流器质量的选择
稳压整流器的质量问题涉及面较广。稳压整流器电路的结构、元器件的性能参数的变化或者损坏。从用户的角度讲,对批量使用的稳压整流器,使用前应在所装车辆上进行高速状态耐久性试验,并在整车路试时特别关注稳压整流器的性能参数及质量状况。此外,对大排量的摩托车,其磁电机(充电、照明线圈)设计功率较大,用户应向有关生产厂家询问稳压整流器交流调节部分的设计功率,并按本文“照明参数的选择”一节中的方法进行必要的估算,避免“大材小用”而导致稳压整流器的过早损坏。
4.3稳压整流器的接插件型式其与电路的连接方式
目前国内生产的稳压整流器接插件主要有三种形式,这些接插件的形式以及与整车电路的连接方式如图5

图5 稳压整流器的接插件型式及与电路的连接方式
选用哪一种接插件型式的稳压整流器可根据用户的需要而定。只要与电路的连接方式正确,使用效果没有区别。修理行业中,可参考图5选择合适的稳压整流器替换损坏件。
4.4伪劣稳压整流器的鉴别
表2是伪劣稳压整流器的基本型态及鉴别方法,供有关人员参考。
劣质稳压整流器的使用除满足不了整车对良好的照明效果和充电效果的需求外,还会危及磁电机(充电、照明线圈)、蓄电池等器件并因而引发诸多电路故障。虽然部分劣质品也能做到不烧灯泡(即所谓能稳压),也能向蓄电池充电,给了选用者一个“能用”的假象,但是对整车而言,“能用”不等于“用得好”。一些车型到了用户手上电路故障频频发生正是因为制造者以“能用”取代了“用得好”这个原因造成的。这一点应引起有关厂家的充分重视。
由于稳压整流器电路被灌封在壳体内,加上稳压整流器的使用者(尤其是经营者)并不都懂电子知识或者具备最起码的商业道德,所以市场上的伪劣器件泛滥成灾。在配件行业,这种局面几乎一统天下,这种劣质哭器件,虽然其内部“空空如也”,但其外观往往做得较好甚至可以做得十分精致,加上价格又很便宜(一般只有正规器件正常价格的1/2~2/3不等,但其利润却比正规器件高得多),迎合了不少经营者牟取高额利润的心理。伪劣产品严重损害了消费者的利益,扰乱了摩托车行业的市场秩序。随着摩托车向高品质、高档次方向发展,业内人士应自觉地对这股“劣质廉价”风加以抵制。

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