CN103746577A - 低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器。它由执行整流电路、检测整流电路、驱动电路和电源输入端组成，执行整流电路、检测整流电路和驱动电路逐级连接；执行整流电路有配对连接的三对场效应管；检测整流电路和驱动电路共用三对光耦，光耦的发光二极管组成三相整流桥，并与限流电阻R1和二极管D1组成检测整流电路，光耦的光敏三极管与驱动电阻R组成驱动电路，或者光耦的光敏三极管与驱动电阻R和极间电容C组成驱动电路。它利用光耦的发光二极管组成三相全桥整流电路，为场效应管提供驱动电路。它能够有效地降低整流损耗和提高电机效率，可靠地简化电路结构和实现同步整流，具有结构简单、检测可靠、检控隔离和成本低廉的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车电器，特别是一种低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器。
背景技术
现有技术中，汽车交流发电用三相整流器主要采用二极管整流方式，其缺陷是：整流损耗高、电机效率低、电机温升高和结构体积大。新型的场效应管整流电路，虽然有利于实现同步整流，但是一方面没有在汽车发电机上应用，另一方面其制造成本较高、外围电路庞杂。
发明内容
本发明的目的是要提供一种低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器。它能够有效地降低整流损耗和提高电机效率，可靠地简化电路结构和实现同步整流。
本发明的技术方案是：
设计一种低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器，它由执行整流电路、检测整流电路 驱动电路和电源输入端组成，执行整流电路、检测整流电路和驱动电路逐级连接；执行整流电路设置有配对连接的三对场效应管；检测整流电路和驱动电路共用三对光耦，三对光耦的发光二极管组成三相整流桥，三相整流桥与限流电阻R1和二极管D1组成检测整流电路，三对光耦的光敏三极管与驱动电阻R组成驱动电路，或者三对光耦的光敏三极管与驱动电阻R和极间电容C组成驱动电路。
执行整流电路设置有P沟道场效应管Q1、P沟道场效应管Q2、P沟道场效应管Q3、N沟道场效应管Q4、N沟道场效应管Q5和N沟道场效应管Q6；P沟道场效应管Q1、P沟道场效应管Q2、P沟道场效应管Q3共源极，并且连接输出正极POS，N沟道场效应管Q4、N沟道场效应管Q5、N沟道场效应管Q6共源极，并且连接输出负极GND；P沟道场效应管Q1、P沟道场效应管Q2、P沟道场效应管Q3的漏极分别对应连接N沟道场效应管Q4、N沟道场效应管Q5、N沟道场效应管Q6的漏极，形成电源输入端Pa、电源输入端Pb、电源输入端Pc；P沟道场效应管Q1、P沟道场效应管Q2、P沟道场效应管Q3、N沟道场效应管Q4、N沟道场效应管Q5和N沟道场效应管Q6的门极和源极之间分别连接有驱动电阻R，或者分别连接有驱动电阻R和极间电容C。
检测整流电路设置有光耦U1、光耦U2、光耦U3、光耦U4、光耦U5和光耦U6； 光耦U1、光耦U2和光耦U3的发光二极管分别与光耦U4、光耦U5和光耦U6的发光二极管配对组成三相整流桥，三相整流桥并联连接有串接的限流电阻R1和二极管，三相整流桥三个输入端分别为光耦输入Oa、光耦输入Ob和光耦输入Oc，光耦输入Oa、光耦输入Ob和光耦输入Oc分别对应连接电源输入端Pa、电源输入端Pb和电源输入端Pc。
驱动电路设置有光耦U1、光耦U2、光耦U3、光耦U4、光耦U5和光耦U6；光耦U1、光耦U2和光耦U3的光敏三极管共集电极连接，并且连接输出正极POS，光耦U4、光耦U5和光耦U6的光敏三极管共发射极连接，并且连接输出负极GND；光耦U1、光耦U2和光耦U3的光敏三极管发射极分别连接N沟道场效应管Q4、N沟道场效应管Q5和N沟道场效应管Q6的门极，光耦U4、光耦U5和光耦U6的光敏三极管集电极分别连接P沟道场效应管Q1、P沟道场效应管Q2、P沟道场效应管Q3的门极。
本发明的有益效果是：由于检测整流电路设置有输入端呈桥式连接的三对光耦，各个光耦内部的发光二极管组成三相全桥整流电路，通过与串联连接的限流电阻R1和二极管并联连接形成独立回路，光耦内部的发光二极管在整流的同时，将其通断信息以发光形式传递给光耦内部的的光敏三极管，最终通过驱动电阻为场效应管提供驱动信号，进而实现场效应管和场效应管内部的体二极管的同步整流。 同时由于执行整流电路设置的三对场效应管，其通态漏源电阻只有毫欧级，这对于汽车发电机系统来说，意味着其通态压降只有0.3V左右，因此可以降低整流损耗、提高输出功率、减少电机体积。另外由于检测整流电路设置有输入端呈桥式连接的三对光耦，因而对整个汽车发电机整流系统来说，提高了抗干扰能力、实现了无触点导通。本发明还具有结构简单、检测可靠、检控隔离和成本低廉的优点。
附图说明
图1是电路原理图。
图2是检测整流电路原理图。
图3是驱动电路原理图。
图4是带极间电容C的驱动电路原理图。
图中，1. 执行整流电路，2. 检测整流电路，3. 驱动电路，4.电源输入端,5. P沟道场效应管Q1,6.P沟道场效应管Q2, 7. P沟道场效应管Q3, 8. N沟道场效应管Q4, 9. N沟道场效应管Q5, 10. N沟道场效应管Q6,11.光耦U1, 12.光耦U2,13.光耦U3, 14.光耦U4,15.光耦U5,16.光耦U6, 17.驱动电阻R,18.极间电容C，19. 限流电阻R1, 20.二极管D1,21.光耦输入Oa,22.光耦输入Ob, 23.光耦输入Oc,24.电源输入Pa,25.电源输入Pb,26.电源输入Pc,27.输出正极POS,28.输出负极GND。
具体实施方式
下面结合附图提供的实施例分二个部分对本发明进一步说明。
第一部分，电路结构。
本发明所述实施例包括：执行整流电路(1)，检测整流电路(2)，驱动电路(3)，电源输入端(4)。
执行整流电路(1)包括: P沟道场效应管Q1(5),P沟道场效应管Q2(6),P沟道场效应管Q3(7), N沟道场效应管Q4(8), N沟道场效应管Q5(9),N沟道场效应管Q6(10)。
检测整流电路(2)包括: 光耦U1(11), 光耦U2(12),光耦U3(13),光耦U4(14),光耦U5(15),光耦U6(16),限流电阻R1(19),二极管D1(20)。
驱动电路(3)包括:光耦U1(11),光耦U2(12),光耦U3(13),光耦U4(14),光耦U5(15),光耦U6(16),驱动电阻R(17),极间电容C(18)。
电源输入端(4)包括: 光耦输入Oa(21),光耦输入Ob(22), 光耦输入Oc(23),电源输入Pa(24),电源输入Pb(25),电源输入Pc(26),输出正极POS(27),输出负极GND(28)。
第二部分，电路原理。
一、光耦通路的形成。
三相交流电分别接入光耦输入Oa(21)、光耦输入Ob(22)、光耦输入Oc(23),根据三相交流电的瞬时电压的相对大小，光耦U1(11)、光耦U2(12)、光耦U3(13)、光耦U4(14)、光耦U5(15)、光耦U6(16)中自动有二个光耦内部的二极管进入导通状态。假若某一时刻：光耦输入Oa(21)电压最高，光耦输入Ob(22)电压最低，光耦U2(12)和光耦U4(14)的内部的二极管同时导通。电流经过光耦输入Oa(21)、光耦U4(14)、二极管D1(20)、限流电阻R1(19)、光耦U2(12)、光耦输入Ob(22)构成回路。光耦U2(12)、光耦U4(14)的内部发光二极管发光，余下光耦U1(11)、光耦U3(13)、光耦U5(15)、光耦U6(16)的发光二极管熄灭，光耦U2(12)、光耦U4(14)的内部的光敏三极管导通，余下光耦U1(11)、光耦U3(13)、光耦U5(15)、光耦U6(16)内部的光敏三极管截止。
二、执行整流电路(1)的运行。
由于P沟道场效应管Q1(5)、N沟道场效应管Q5(9) 源极和门极之间分别连接有驱动电阻R(17)，或者是分别连接有并联的驱动电阻R(17)和极间电容C(18)，在没有光耦信号时，P沟道场效应管Q1(5)和N沟道场效应管Q5(9)处于关断状态。当光耦U4(14)和光耦U2(12)的内部的光敏三极管导通后，P沟道场效应管Q1(5)由于门极电压被拉至低电平，N沟道场效应管Q5(9)的门极电压被拉至高电平，因而P沟道场效应管Q1(5)和N沟道场效应管Q5(9)导通。
在下一时刻，假设光耦输入Oa(21)的电压仍维持在最高，而光耦输入Oc(23)的电压变为最低，光耦U2(12)的内部的发光二极管自动关断，从而使光耦U2(12)内部的光敏三极管关断，进而使N沟道场效应管Q5(9)关断；同时光耦U3(13)的内部的发光二极管自动导通，从而使光耦U3(13)内部的光敏三极管导通，进而使N沟道场效应管Q6(10)导通，完成N沟道场效应管Q5(9)到N沟道场效应管Q6(10)的换相过程，随着三相交流电的动态变化，会有没有导通的光耦和场效应管交替进入导通和关断状态，从而完成所有场效应管的换相过程，进而形成执行整流电路(1)。
三、执行整流电路(1)与检测整流电路(2)的运行。
由于在检测整流电路(2)中设置有二极管D1(20)和限流电阻R1(19)，检测整流电路(2)既是独立的回路，同时也与执行整流电路(1)连通。二极管D1(20)的作用是增加整流回路反向耐压的能力；限流电阻R1(19)的作用是限制光耦回路电流；驱动电阻R(17)的作用是确保了场效应管在没有光耦控制信号时也能够可靠地关断，当光耦内部的光敏三极管导通时，驱动电阻R(17)还可以限制检测整流电路(3)的回路电流，避免损坏光耦输出端的光敏三极管。为了改善场效应管的响应能力，可以在驱动电阻R(17)的两端并联上极间电容C(18)。
四、驱动电路(3)的运行。
电源输入端(4)中， 光耦输入Oa(21)、光耦输入Ob(22)、光耦输入Oc(23)与电源输入Pa(24)、电源输入Pb(25)、电源输入Pc(26)对应连接，电路启动之初，构成执行整流电路(1)的P沟道场效应管Q1(5)、N沟道场效应管Q5(9)内部的体二极管也会相应导通， 从而为驱动电路(3)提供工作电压，电路工作之后，P沟道场效应管Q2(6)、P沟道场效应管Q3(7)、N沟道场效应管Q4(8)、N沟道场效应管Q6(10)导通，为驱动电路(3)和载提供工作电压。
五、同步整流的形成过程。
假设某一时刻：光耦输入Oa(21)电压最高，光耦输入Ob(22)电压最低，也即电源输入电源输入Pa(24)电压最高,电源输入Pb(25) 电压最低，此时如果没有检测整流电路(2)和驱动电路(3)的光耦U4(14)和光耦U2(12)的作用，则执行整流电路(1)中的P沟道场效应管Q1(5)和N沟道场效应管Q5(9)和剩余场效应管一样处于关断状态，此时只有P沟道场效应管Q1(5)和N沟道场效应管Q5(9)的内部的体二极管进入导通状态，此时执行整流电路(1)仅仅是一个普通三相桥式整流电路，其每个桥臂的正向通态压降仍为0.75V左右，因此不能起到降低系统损耗作用。如果此时有P沟道场效应管Q2(6)、Q3(7)和N沟道场效应管Q4(8)、Q6(10)等其它场效应管导通，则会烧毁这些场效应管。但如果此时通过U4(14)和光耦U2(12)使P沟道场效应管Q1(5)和N沟道场效应管Q5(9)同时导通，而其它场效应管关断。则可保证执行整流电路(1)正确工作并壳保证每个桥臂的正向通态压降减少为0.3V左右，由于每个场效应管的导通和关断时刻和普通二极管三相整流桥上的相同位置的二极管的导通和关断时刻同步，因此形成同步整流。
Claims (4)
1.一种低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器, 它由执行整流电路(1)、检测整流电路(2)、驱动电路(3)和电源输入端(4)组成，其特征在于: 执行整流电路(1)、检测整流电路(2)和驱动电路(3)逐级连接；执行整流电路(1)设置有配对连接的三对场效应管；检测整流电路(2)和驱动电路(3)共用三对光耦，三对光耦的发光二极管组成三相整流桥，三相整流桥与限流电阻R1(19)和二极管D1(20)组成检测整流电路(2)，三对光耦的光敏三极管与驱动电阻R(17)组成驱动电路(3)，或者三对光耦的光敏三极管与驱动电阻R(17)和极间电容C(18)组成驱动电路(3)。
2.根据权利要求1所述的低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器, 其特征是：执行整流电路(1)设置有P沟道场效应管Q1(5)、P沟道场效应管Q2(6)、P沟道场效应管Q3(7)、N沟道场效应管Q4(8)、N沟道场效应管Q5(9)和N沟道场效应管Q6(10)；P沟道场效应管Q1(5)、P沟道场效应管Q2(6)、P沟道场效应管Q3(7)共源极，并且连接输出正极POS(27)，N沟道场效应管Q4(8)、N沟道场效应管Q5(9)、N沟道场效应管Q6(10)共源极，并且连接输出负极GND(28)；P沟道场效应管Q1(5)、P沟道场效应管Q2(6)、P沟道场效应管Q3(7)的漏极分别对应连接N沟道场效应管Q4(8)、N沟道场效应管Q5(9)、N沟道场效应管Q6(10)的漏极，形成电源输入端Pa(24)、电源输入端Pb(25)、电源输入端Pc(26)；P沟道场效应管Q1(5)、P沟道场效应管Q2(6)、P沟道场效应管Q3(7)、N沟道场效应管Q4(8)、N沟道场效应管Q5(9)和N沟道场效应管Q6(10)的门极和源极之间分别连接有驱动电阻R(17)，或者分别连接有驱动电阻R(17)和极间电容C(18)。
3.根据权利要求1所述的低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器, 其特征是：检测整流电路(2)设置有光耦U1(11)、光耦U2(12)、光耦U3(13)、光耦U4(14)、光耦U5(15)和光耦U6(16)； 光耦U1(11)、光耦U2(12)和光耦U3(13)的发光二极管分别与光耦U4(14)、光耦U5(15)和光耦U6(16)的发光二极管配对组成三相整流桥，三相整流桥并联连接有串接的限流电阻R1(19)和二极管(20)，三相整流桥三个输入端分别为光耦输入Oa(21)、光耦输入Ob(22)和光耦输入Oc(23)，光耦输入Oa(21)、光耦输入Ob(22)和光耦输入Oc(23)分别对应连接电源输入端Pa(24)、电源输入端Pb(25)和电源输入端Pc(26)。
4.根据权利要求1所述的低整流损耗型光耦式汽车发电机同步整流器, 其特征是：驱动电路(2)设置有光耦U1(11)、光耦U2(12)、光耦U3(13)、光耦U4(14)、光耦U5(15)和光耦U6(16)；光耦U1(11)、光耦U2(12)和光耦U3(13)的光敏三极管共集电极连接，并且连接输出正极POS(27)，光耦U4(14)、光耦U5(15)和光耦U6(16)的光敏三极管共发射极连接，并且连接输出负极GND(28)；
光耦U1(11)、光耦U2(12)和光耦U3(13)的光敏三极管发射极分别连接N沟道场效应管Q4(8)、N沟道场效应管Q5(9)和N沟道场效应管Q6(10)的门极，光耦U4(14)、光耦U5(15)和光耦U6(16)的光敏三极管集电极分别连接P沟道场效应管Q1(5)、P沟道场效应管Q2(6)、P沟道场效应管Q3(7)的门极。
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Effective date of registration: 20200430 Address after: 441000 Jiangshan South Road Venture Center, Xiangyang High-tech Zone, Hubei Province Patentee after: Dongfeng Power Drive System Co.,Ltd. Address before: 441000 No. 2 West Garden Road, hi tech Zone, Hubei, Xiangfan Patentee before: DONGFENG MOTOR ELECTRIC Co.,Ltd. |
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