浅谈整流器与开关电源.doc

浅谈整流器与开关电源（转贴） 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 150250W ；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