浅谈摩托车整流器与开关电源

浅谈摩托车整流器与开关电源
在发动机运转时,如果电瓶电路突然断开,没了电瓶对发电机峰值电压的吸收,某些用电部件便会即刻烧毁。而且随着时间的推移,电瓶稳压性能会逐渐失去,电压会逐渐升高,很容易烧毁某些用电部件。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,以免电瓶过充提前损坏(也不能用密封电瓶,否则极易充坏);晚上行车,低车速时大灯昏暗,而且灯光随着发动机转速变化,照明效果不理想,电瓶也不能充足。
随着电子科技的发展,出现了电子整流稳压器。早期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接地,发电机输出电压不再升高;当负载用电导致输出电压下降,低于15V时,可控硅截止,输入电流全部供给负载,如此反复,使电压基本上保持在15V左右。
这种短路稳压方式在当时使永磁交流发电机的稳压性能得到提高,使得摩托车性能有了很大进步,可以随意加大发动机转速而不必顾忌输出的电压;不论是电瓶寿命,还是灯光亮度,都得到了一定控制,表面上的这种效果比较令人满意。
这种电子整流稳压器又可分为全波和半波稳压两种。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,能量比较充足,故可像汽车那样实施直流照明(如FXD125、QJ125、铃木王等)。
半波整流稳压器是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
灯光亮度随转速而变化的交流照明方式(如豪迈125、嘉陵70、AX100),但电瓶略微耐用些。
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)。有些车的发电量较大,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。
这里要强调一下全波稳压整流器上检测线的作用: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。这从设计角度来看考虑很周全,但实际上有些电瓶因线路压降过大,造成检测失误致使充电电压过高而损坏,这是很多人所忽视的问题。
其实并联稳压电路的采用也是迫不得已的,且只能用在小功率永磁发电机上;其根本原因是这种电路
本身就是一种短路故障,故只能用在特定的场合。在摩托车中,这种稳压器多是做成简易交流稳压器的形式,接在大灯电路上;以其瞬间过压放电的特性,可以避免发动机飞车时烧毁大灯.
因为永磁交流发电机的电压和频率变化范围实在太宽,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,那么此转速提高后多发出的电能就是多余的,必须泄放掉才能使电压稳定在15V。这样就造成了电能的白白浪费;尤其是在白天,短路稳压一方面使永磁交流发电机负荷加重,产生反向磁场,阻碍转子的运动,同时消耗发动机动力。
消耗浪费电能的同时,另一方面由于稳压器通过大电流对地短路,整流稳压器和发电机线圈均会严重发热,极易烧毁。这是并联稳压不可避免的弊端。根据某机台架测试,接上整流稳压器和不接时,发动机的输出功率相差达
150~250W,几乎是一辆电瓶车行走的动力。
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
联短路方式的稳压整流器,每百公里多消耗0.16升汽油。
由于并联稳压电路比较浪费电能,人们又发明了串联稳压方式的电路,就
是用可控硅做发电机与摩托车电路之间的电子开关,这如同自来水的水龙头,
需要用多少水,就放出多少水,不用水就关闸,消除了并联稳压电路类似水闸
常开严重浪费电能的现象。
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并连稳压电路;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,不但节电节油,安全性也有所提高。
因稳压整流器的工作电流较大,发动机输出的电压与频率变化范围较宽,
一般的串联电路还不够理想,需要使用比较复杂的开关电源电路才能达到更理
想的状态。早期开关电源的电路比较复杂,令人不太愿意接受;近几年开关元
件大批量生产面世,才使串联型开关电源稳压器有可能走向市场。
开关电源就是用通过振荡电路控制开关管进行高速的导通与截止.将直流电转化为高频率的交流电提供给电感器进行变压,从而产生整车电路所需要的电压。目前对开关电源电路应用最多的是日用电器的220V转变成低压直流,例如使用LED代替钨丝白炽灯的交流直流电源变压电路。
开关型直流稳压电源常用的开关电源多是将220V/50Hz的交流电转换为高频交流电,因为高频
电流在电感变压电路中的效率要比使用50Hz电源高很多;所以开关变压器就可以做的很小,成本较低,而且在工作时也不是很热。如果不将50Hz电源变为高频状态,那开关电源电路就没有实践意义。
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程序是:
1.交流电源输入,经简单的整流滤波成原始直流电源。
2.通过高频PWM(脉冲宽度调制)信号控制开关管,将直流脉冲加到开关变
压器初级上。
3.开关变压器次级感应出高频电压,对电瓶实施充电,或是经整流滤波后
供给负载电路。
4.输出部分通过取样电路反馈给控制电路,控制PWM占空比,以便自控=稳定输出电压。
5.通过电路零件的不同组合连接,开关电源可以有升压或降压的功能,或
是相反的输出极性。
交流电源输入在功率相同时,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。
以上说的是开关电源的大致工作原理;其实目前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。最
后说点开关电源的电路常识:
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。通常在开关管上消耗的功率P等于电流的平方乘以电阻,那么电阻就是越小越好,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,常
规RF系列的管子(MOS),内部电阻都很小,自身发热也就比较小些。打个比方,一个24V/10KW的电源,如果是传统变压器方式,体积类似于电视机,一般女生
搬不动,散热相当于冬天室内的热风机;而开关电源体积较小,其散热有一只
电脑风扇就足以应付。车用开关电源整流器主要特点是输入频率高,而且输入
电压是不固定的,但目前的电子技术不难生产制造。
有些人以大灯亮度来衡量整流器的好坏,这是非常错误的。灯泡的发光效
果受电压影响,电压过高则光亮耀眼。如果某整流器质量较差,稳定性不好,
输出的电压偏高,那么灯泡必然很亮;但车上的电瓶与灯泡等电压规格是预定的,过高电压使用的后果,必然会很快损坏电瓶与灯泡。
目前开关电源在其他行业的应用早已普及,现成的电子零部件也很多,虽
然开关型稳压整流器在摩托车中尚未推广,但摩托车整流稳压器迟早会走开关
电路稳压的路子。但国内多数企业有拼低成本搞压价竞争的习惯,其产品质量
因此会受到严重影响,为此诸位车友在选购相关部件时,还得仔细挑选。
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上述内容系根据某旧帖转改,实际上,对于不同的机车和电瓶,开关电源
电路也有不同的类型:
一、简易定压开关型整流器:
有的电瓶可以使用低频电流简易充电方式,使用带限流定压的开关电路的
整流器即可。通常可以做成桥堆整流单向可控硅输出。取样电路可预先设定在
某一电压值,限流可使用常规电阻;随着电瓶逐步被充足,直流电路中的电压
逐步升高,整流器输出的充电电流逐步减少,直到最后几乎完全截止。
这样的电路比较容易自制,成本较低,而且比靠短路电流来稳定电压的并
连整流稳压器要合理很多;但在发动机转速较低时,发电机输出电压偏低,充
电能力略嫌不足,大灯也不够亮。对于此点不足,通常是将发电机的线匝多绕些,让发动机在低转速时,发电机也有足够点亮大灯和充入电瓶的电力。
二、高频开关智能型整流器:
对于要求较高的车载电瓶,例如电油双动力车之类的48V电瓶组,因其电
压较高,电瓶又是适于高频充电的那类。此时需要采用高频脉冲智能充电方式,

本文发布于:2024-09-21 23:29:40,感谢您对本站的认可!

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