CN102122895A

CN102122895A - 汽车交流发电机整流桥电路

Info

Publication number: CN102122895A
Application number: CN2011100847902A
Authority: CN
Inventors: 程英伟
Original assignee: JINZHOU HIVRON AUTO ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: JINZHOU HIVRON AUTO ELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-07-13

Abstract

一种汽车交流发电机新型整流桥电路，这个电路包含对相电压的正弦波即高端电路和负弦波即低端电路分别处理的电路，高端电路包括相位检测、金属氧化层半导体场效晶体管驱动电路、充电泵、金属氧化层半导体场效晶体管及其保护电路；低端电路包括相位检测、金属氧化层半导体场效晶体管驱动电路、金属氧化层半导体场效晶体管及其保护电路。优点是，利用MOSFET的低压降特性,使原使用二极管时电压降造成的电力损耗大幅减少；通过提高效率实现低速增输出及节能省耗,从而达到环境改善的效果。

Description

汽车交流发电机整流桥电路

技术领域

本发明为一种汽车交流发电机新型整流桥电路，属于汽车发电机交流电转直流电整流电路。

背景技术

汽车交流发电机都需要安装一个电压调节器和一个整流桥，电压调节器主要用来控制发电机的输出电压电流，使其为汽车提供恒定电压，汽车整流桥是将发电机产生的交流信号转变为直流信号。现有的汽车发电机整流桥都是采用二极管将交流电源转换为直流电源，二极管具有高压降特性，所以使功率损耗较多，且二极管的体积较大。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有所存在的问题，提供一种高效率实现低速增输出及节能省耗的汽车交流发电机整流桥电路。

本发明是这样实现的：一个电压调节器和一个整流桥，这个电路包含对相电压的正弦波即高端电路和负弦波即低端电路分别处理的电路，高端电路包括相位检测、金属氧化层半导体场效晶体管（简称MOSFET）驱动电路、充电泵、金属氧化层半导体场效晶体管（简称MOSFET）及其保护电路；低端电路包括相位检测、金属氧化层半导体场效晶体管（简称MOSFET）驱动电路、金属氧化层半导体场效晶体管（简称MOSFET）及其保护电路。

1、高端电路：

本发明B+端与第四二极管D4负极、第五二极管D5正极、第四稳压管ZD4正极以及第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的漏极相连接。

第四二极管D4正极与第十七电阻R17相连，第十七电阻R17另一端与第二电容C2、第十电阻R10、第十一电阻R11以及第四三极管Q4的基极相连，第十电阻R10另一端与第十六电阻R16、第十二电阻R12以及第三电容C3与第五二极管D5的负极相连；第四三极管Q4的集电极与第三二极管D3、第十六电阻R16另一端以及第三三极管Q3的基极相连，第三三极管Q3的集电极与第十二电阻R12另一端相连接，其发射极接第三二极管D3的正极和第十三电阻R13的一端。第十三电阻R13的另一端分别与第十五电阻R15、第十四电阻R14相接，第十五电阻R15另一侧接第四电容C4、第十八电阻R18、第七二极管D7负极、第三稳压管ZD3以及第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的栅极。第七二极管D7正极与第四稳压管ZD4负极相连。第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的源极、第三稳压管ZD3的负极、第十八电阻R18另一端、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4另一端以及第十四电阻R14、第十一电阻R11另一端、第四三极管Q4的发射极与相位端PHASE相连接。

2、低端电路

本发明B+端接第六电容C6、第二稳压管ZD2负极、第三电阻R3、第七电阻R7以及第一电阻R1；第六电容C6为B+端滤波电容；第六电容C6的另一端与第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的源极、第一稳压管ZD1负极、第九电阻R9、第五电容C5、第五电阻R5、第二三极管Q2的发射极、第二电阻R2以及第一电容C1相连。

第二二极管D2正极接第八电阻R8，第八电阻R8另一端与第一电容C1另一端、第一电阻R1另一端、第二电阻R2另一端以及第二三极管Q2的基极相连，第二三极管Q2的集电极接第一二极管D1负极、第七电阻R7另一侧以及第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的集电极接第三电阻R3另一侧，第一三极管Q1发射极接第一二极管D1正极与第四电阻R4，第四电阻R4另一侧与第五电阻R5、第六电阻R6相连，第六电阻R6另一侧接第五电容C5、第九电阻R9、第一稳压管ZD1的负极、第六二极管D6的负极以及第二金属氧化层半导体场效晶体管M2的栅极。第二二极管D2负极与第二金属氧化层半导体场效晶体管M2的漏极接相位端PHASE。

M1与M1’、 M2与M2’、 M3与M3’、 M4与M4’、 M5与M5’、 M6与M6’并联在电路中，见图2。

本发明的优点是，使用MOSFET的整流桥，采用MOSFET来替代二极管将交流电源转换为直流电源，利用 MOSFET的低压降特性,使原使用二极管时电压降造成的电力损耗大幅减少；通过提高效率实现低速增输出及节能省耗,从而达到环境改善的效果。

1) 原有整流器连接的二极管功率方程式为：

P_C,D = 2 * V_D *I_B

P_C,D— 二极管的耗散功率；V_D— 二极管压降；I_B— 通过二极管电流。

2) 替换二极管后，使用 MOSFET时的功率方程式为：

P_C,FET= 2 * R_DSON * I_B ²

P_C,FET— MOSFET的耗散功率；R_DSON— MOSFET导通电阻；I_B— 通过MOSFET电流。

因 R_DSON值越低,电力损失越小,所以采用 R_DSON低的MOSFET，或将 MOSFET并联（如图3），M1与M1’、 M2与M2’、 M3与M3’、 M4与M4’、 M5与M5’、 M6与M6’并联，并联后R_DSON变为 1/2，能够使电力损失大幅减少并提高效果。

驱动电路的工作原理：当相检测电路检测到相位的上升电压，就会通过驱动电路增强信号，直到探测器检测到相的下降电压为止。作为对下降电压的反馈， M1的栅极信号会被驱动器关闭直到达到最低电压。此后，电路进入死区，死区会防止直通。在进入死区通道后，低端探测器提供给驱动器一个信号，这样栅极电压可以提供给 M2的栅极，使M2导通。

其中一相电路：

1、高端电路中：

（1）相位检测电路3：由第四二极管D4，第十七电阻R17、第十电阻R10、第十一电阻R11及第二电容C2构成，在高端时,相位检测电路检测发电机的相电压,相电压比蓄电池电压高则将第一金属氧化层半导体场效晶体管M1 开启, 低则关闭；

（2）MOSFET驱动电路4：由第三三极管Q3、第四三极管Q4，第三二极管D3，第十六电阻R16、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15及第四电容C4构成，用于放大电压信号，使得第一金属氧化层半导体场效晶体管M1能够开启；

（3）充电泵电路5包括第五二极管D5及第三电容C3，为了达到高端所需电压，需增加充电泵5来增加电压，使高端能正常工作；

（4） MOSFET及其保护电路6包括：第一金属氧化层半导体场效晶体管M1，第三稳压管ZD3、第四稳压管ZD4，第十六电阻R16以及第七二极管D7 ，其主要为了保护第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的栅极，提高其耐压能力。

2、低端电路中：

（1）相位检测电路7包括：由第二二极管D2、第八电阻R8、第一电阻R1、第二电阻R2及第一电容C1构成，在低端时,相位检测电路检测发电机的相电压,相电压比低电压低时，第二金属氧化层半导体场效晶体管M2 开启, 高则关闭。

（2）MOSFET驱动电路8包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2，第一二极管D1，第七电阻R7、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7及第五电容C5，用于放大电压信号，使得第二金属氧化层半导体场效晶体管M2能够开启；

（3）MOSFET及其保护电路9包括：第二金属氧化层半导体场效晶体管M2，第二稳压管ZD2、第一稳压管ZD1，第九电阻R9以及第六二极管D6，其主要为了保护第二金属氧化层半导体场效晶体管M2的栅极，提高其耐压能力。

使用第六二极管 D6、第七二极管D7, 第一稳压管ZD1、第二稳压管ZD2、第三稳压管ZD3、第四稳压管ZD4是为了保护第M1与M2的栅极，提高其耐压能力。监测电路为了防止“直通”设计了安全极限，每个开关有自己的驱动和监测电路。为了驱动整流桥，每相电压都会有一个监测电路用来监测定子相电压的零交叉，零交叉产生一个信号，这个信号被一个驱动电路放大并提供给MOSFET的栅极。这个信号会引起软开关变化，以免产生瞬间现象。这个信号同样要足够快，以便使开关的损耗可以忽略不计。

附图说明

图1是本发明的发电机原理图；

图2是MOSFET 并联电路原理图；

图3是本发明的其中一相电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明：如图所示，一个电压调节器2和一个整流桥1；

高端电路：

本发明B+端与高端相位检测电路3中的第四二极管D4负极、充电泵电路5中第二极管D5正极、MOSFET及保护电路中6的第四稳压管ZD4正极以及第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的漏极相连接。

相位检测电路3中的第四二极管D4正极与第十七电阻R17相连，第十七R17另一端与第二电容C2、第十电阻R10、第十一电阻R11以及MOSFET驱动电路4中的第四三极管Q4的基极相连，第十电阻R10另一端与MOSFET驱动电路4中的第十六电阻R16、第十二电阻R12以及充电泵电路5中的第三电容C3与第五二极管D5的负极相连。第四三极管Q4的集电极与第三二极管D3、第十六电阻R16另一端以及第三三极管Q3的基极相连，第三三极管Q3的集电极与第十二电阻R12另一端相连接，其发射极接第三二极管D3的正极和第十三电阻R13的一端。第十三电阻R13的另一端分别与第十五电阻R15、第十四电阻R14相接，第十五电阻R15另一侧接第四电容C4、MOSFET及保护电路6中的第十八电阻R18、第七二极管D7负极、第三稳压管ZD3以及第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的栅极。第七二极管D7正极与第四稳压管ZD4负极相连。第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的源极、第三稳压管ZD3的负极、第十八电阻R18另一端、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4另一端以及第十四电阻R14、第十一电阻R11另一端、MOSFET驱动电路5中的第四三极管Q4的发射极与相位端PHASE相连接。

低端电路：

本发明B+端接第六电容C6、低端相位检测电路7的MOSFET及保护电路9中的第二稳压管ZD2负极、MOSFET驱动电路7中的第三电阻R3、第七电阻R7以及第一电阻R1。第六电容C6为B+端滤波电容。第六电容C6的另一端与MOSFET及保护电路9中的第一金属氧化层半导体场效晶体管M1的源极、第一稳压管ZD1负极、第九电阻R9、MOSFET驱动电路8中的第五电容C5、第五电阻R5、第二三极管Q2的发射极、相位检测电路7中的第二电阻R2以及第一电容C1相连。

相位检测电路7中的第二二极管D2正极接第八电阻R8，第八电阻R8另一端与第一电容C1另一端、第一电阻R1另端、第二电阻R2另一端以及第二三极管Q2的基极相连，MOSFET驱动电路8中的第二三极管Q2的集电极接第一二极管D1负极、第七电阻R7另一侧以及第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的集电极接第三电阻R3另一侧，第一三极管Q1发射极接第一二极管D1正极与第四电阻R4，第四电阻R4另一侧与第五电阻R5、第六电阻R6相连，第六电阻R6另一侧接第五电容C5、MOSFET及保护电路9中的第九电阻R9、第一稳压管ZD1的负极、第六二极管D6的负极以及第二金属氧化层半导体场效晶体管M2的栅极。第二二极管D2负极与MOSFET及保护电路9中的第二金属氧化层半导体场效晶体管M2的漏极接相位端PHASE。

金属氧化层半导体场效晶体管并联，如M1与M1’、 M2与M2’、 M3与M3’、 M4与M4’、 M5与M5’、 M6与M6’并联在电路中，见图2。

Claims

1.一种汽车交流发电机整流桥电路，一个电压调节器和一个整流桥，其特征在于，这个电路包含对相电压的正弦波即高端电路和负弦波即低端电路分别处理的电路，高端电路包括相位检测、金属氧化层半导体场效晶体管驱动电路、充电泵、金属氧化层半导体场效晶体管及其保护电路；低端电路包括相位检测、金属氧化层半导体场效晶体管驱动电路、金属氧化层半导体场效晶体管及其保护电路；

其中高端电路：

B+端与第四二极管负极、第五二极管正极、第四稳压管正极以及第一金属氧化层半导体场效晶体管的漏极相连接；第四二极管正极与第十七电阻相连，第十七电阻另一端与第二电容、第十电阻、第十一电阻以及第四三极管的基极相连，第十电阻另一端与第十六电阻、第十二电阻以及第三电容与第五二极管的负极相连；第四三极管的集电极与第三二极管、第十六电阻另一端以及第三三极管的基极相连，第三三极管的集电极与第十二电阻另一端相连接，其发射极接第三二极管的正极和第十三电阻的一端；第十三电阻的另一端分别与第十五电阻、第十四电阻相接，第十五电阻另一侧接第四电容、第十八电阻、第七二极管负极、第三稳压管以及第一金属氧化层半导体场效晶体管的栅极；第七二极管正极与第四稳压管负极相连;第一金属氧化层半导体场效晶体管的源极、第三稳压管的负极、第十八电阻另一端、第二电容、第三电容、第四电容另一端以及第十四电阻、第十一电阻另一端、第四三极管的发射极与相位端PHASE相连接；

其中低端电路：

B+端接第六电容、第二稳压管负极、第三电阻、第七电阻以及第一电阻；第六电容为B+端滤波电容；第六电容的另一端与第一金属氧化层半导体场效晶体管的源极、第一稳压管负极、第九电阻、第五电容、第五电阻、第二三极管的发射极、第二电阻以及第一电容相连；第二二极管正极接第八电阻，第八电阻另一端与第一电容另一端、第一电阻另一端、第二电阻另一端以及第二三极管的基极相连，第二三极管的集电极接第一二极管负极、第七电阻另一侧以及第一三极管的基极，第一三极管的集电极接第三电阻另一侧，第一三极管发射极接第一二极管正极与第四电阻，第四电阻另一侧与第五电阻、第六电阻相连，第六电阻另一侧接第五电容、第九电阻、第一稳压管的负极、第六二极管的负极以及第二金属氧化层半导体场效晶体管的栅极；第二二极管负极与第二金属氧化层半导体场效晶体管的漏极接相位端PHASE。

2.根据权利要求1所说的一种汽车交流发电机整流桥电路，其特征在于，金属氧化层半导体场效晶体管并联。