CN201623683U - 摩托车脉宽式整流调压器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种摩托车脉宽式整流调压器，包括：整流桥(3)、功率场效应管(4)、输出电路(5)、电流取样电路(6)、脉宽调制芯片(7)；其中：整流桥(3)输出端与功率场效应管(4)输入端相接，电流取样电路(6)、电压取样电路(8)分别与脉宽调制芯片(7)的电流取样端、电压取样端相连接，脉宽调制芯片(7)的输出端与输出电路(5)相接，输出电路(5)与功率场效应管(4)耦接；功率场效应管(4)的源极经过输出电路(5)与续流电路(9)相接。本实用新型对电流和电压同时进行检测，无论摩托车是在白天、夜间或者在蓄电池电压过低且用电负载增加的情况下，保证了整个照明充电系统的可靠性。
Description
技术领域
本技术属于摩托车领域，具体说来，它涉及一种整流调节器，这种整流调节器不仅能将磁电机产生的交流电转换成稳定的14V直流电，而且具有电流控制的功能。
背景技术
摩托车整流调压器是用于摩托车的电器总成，基本功能是将磁电机产生的交流电转换成直流电提供摩托车行驶所需要的电能。现用于摩托车的电气系统中的整流调压器只具有整流和稳定电压的功能，没有控制电流的功能。
随着摩托车技术的发展，摩托车用电负载的增加，那么必会增加磁电机的发电功率。为了在摩托车在行使过程中，蓄电池能恢复和保持电量，所设计的磁电机功率应等于或大于整车的用电负载。而在12V低压供电的情况下，负载等效电阻变得很小，其值等于R＝U2/W。
为了达到最有效的功率输送，此时设计的磁电机内阻抗将变小。所以，一方面发电机功率大内阻低，另一方面，磁电机转速随发动机变化范围宽，再一方面，摩托车电负载白天和夜晚变化也很大。因此必须对电流进行控制调节，避免损坏电器甚至引发火灾。
摩托车整流调压经历了早期的机械式调节器+二极管整流、切换磁电机绕组抽头+二极管整流，现已淘汰。
现代摩托车主要采用电子(可控硅)调压器，调压模式又分为短路模式和开关模式。
1、短路模式工作原理
根据短路模式的调压器原理，可等效为如图1所示的原理框图。
此时，磁电机可以等效为一个电流源，整流调压器等效为一个可控开关，对整流调压器的输出电压进行控制。
由原理图可以得到下列公式：
IS＝Ik+Ic+IR
IS：磁电机输出总电流，Ik：整流调压器短路电流，Ic：充电电流，IR：负载电流。(箭头方向代表电流正方向)
摩托车在白天行使时，无用电负载，此时IR＝0。随着发动机转速的升高，磁电机输出功率增加，使得磁电机输出电流IS增加，Ic、Ik增加，当电瓶电压升高到稳定的14V时，充电电流Ic＝0，IS＝Ik，此时整流调压器通过测试蓄电池的端电压，控制开关K始终处于闭合状态，磁电机输出的电流全部被整流调压器短路，此种整流调压器的工作模式称为短路模式。
摩托车在夜间行使时，IR增加，会出现以下状态：
①当发动机转速较低时，磁电机的输出功率小于用电负载功率，Ic＜0，Ik＝0，在此运行状态时，蓄电池放电；
②当发动机转速上升时，磁电机输出功率增加，磁电机的输出功率满足用电负载的功率时，Ic，Ik＝0，此时IS＝IR；
③当磁电机的输出功率再增加，Ic＞0，此时整流调压器控制开关K闭合，Id＞0，此时IS＝Ik+Ic+IR。
以上3种工作状态，都是整流调压器的控制电路通过测试蓄电池的端电压，控制开关K的导通与截止。
磁电机发出的交流电通过整流桥对交流电进行整流，然后对电瓶进行充电。当电瓶电压逐渐上升，而磁电机产生的电流不变，整流调压器中的反向二极管被击穿，高电平触发可控硅导通，那么磁电机产生的一部分电流通过可控硅、整流桥流回到磁电机，另一部分电流继续给电瓶充电和用电负载。
当电瓶电压达到稳定的14V时而无用电负载，整流调压器中的反向二极管处于反向击穿状态，可控硅一直处于触发状态，当磁电机正半波加在可控硅两端，可控硅导通，电流被短路消耗。
采用短路模式的整流调压器，同种状态的磁电机输出电流IS只由发动机转速决定。当发动机转速较高时，此时的用电负载较小或无用电负载时，短路电流Ik较大，磁电机输出电流被调压器短路消耗。
2、开关模式工作原理
根据开关模式的调压器原理，可等效为如图2所示的原理框图。
根据图2所示的开关模式原理框图可得出：
IS＝Ic+IR
IS为照明充电回路中的总电流，Ic为充电电流，IR为用电负载电流。
摩托车在白天行使时，无用电负载，此时IR＝0，IS＝Ic。随着发动机转速的上升，磁电机的线电压增加，但由于开关式调压器的控制电路对可控硅进行控制，使得磁电机中的电流与电瓶充电电流相等。当电瓶电压达到稳定的14V时，Ic＝0，IS＝0，，此种整流调压器的工作模式称为开路模式。
摩托车在夜间行使时，IR增加，会出现以下状态：
①当发动机转速较低时，磁电机的输出功率小于用电负载功率，Ic＜0，IR＝IS+Ic，在此运行状态时，蓄电池放电；
②当发动机转速上升时，磁电机输出功率增加，磁电机的输出功率满足用电负载的功率时，Ic＝0，此时IS＝IR；
③当磁电机的输出功率再增加，Ic＞0，此时整流调压器控制K闭合，使电路中的电流满足IS＝Ic+IR。
开关模式整流桥的上桥全部采用可控硅，通过外部控制电路，对可控硅实现控制。当电瓶电压低于14V时，上桥的可控硅处于触发状态，当磁电机的正半波加在可控硅两端时，可控硅导通。此时，磁电机的交流电通过可控硅整流后对电瓶充电。
当电瓶的端电压达到14V时，整流调压器中的反向二极管处于反向击穿状态，上桥的可控硅门极始终处于低电位，无触发信号，可控硅处于截止状态。
现有整流调压器的模式是利用控制电路对蓄电池电压的检测，对开关K进行通断控制，使输出电压稳定在14V，实质上没有对电流进行监测与控制，存在一定的缺陷：
如磁电机功率大内阻低，采用短路模式的整流调压器，摩托车在白天行使时，照明充电回路中的总电流大，短路电流大，整流调压器功耗较大，磁电机定子线圈温度升高，由于线圈内阻比较小，容易损坏磁电机的定子线圈。
如果采用开关模式的整流调压器，摩托车无用电负载时，理论上照明充电回路中的总电流很小，但由于三相磁电机的输出波形无过零点，开关K不能及时有效的断开与闭合，导致输出电流过大。
而整车选用的保险是由整车的用电负载决定的，虽然整流调压器起到了稳压作用，由于短路模式和开关模式的整流调压器未对电流进行控制，在蓄电池端电压很低时，同时用电负载增加时，会导致整车的保险熔断。对此，现有的整流调压器具有严重缺陷。
而根据脉宽调压器原理，可等效为如图3所示的原理框图。
根据图3所示的开关模式原理框图可得出：
IS＝Ic+IR
IS为照明充电回路中的总电流，Ic为充电电流，IR为用电负载电流。
开关K为受控开关。脉宽调制芯片检测总电流IS和电瓶的端电压，控制开关K的导通与截止。
当开关截止时，电感L中存放的能量不能瞬间释放，电感L、电瓶、二极管组成回路，对电流进行续流。
由此可见脉宽式调压器可以对电流的调节，控制电流的大小。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种具有电流控制功能的摩托车脉宽式整流调压器，不仅能将磁电机产生的交流电转换成稳定的直流电，而且具有电流控制的功能。
为了实现上述目的，采用以下的技术方案：
一种摩托车脉宽式整流调压器，所述调压器包括：整流桥、功率场效应管、输出电路、电流取样电路、脉宽调制芯片、电压取样电路、续流电路；
其中：整流桥输出端与功率场效应管输入端相接，电流取样电路、电压取样电路分别与脉宽调制芯片的电流取样端、电压取样端相连接，脉宽调制芯片的输出端与输出电路相接，输出电路与功率场效应管耦接，用于驱动功率场效应管的门极；功率场效应管的源极经过输出电路与续流电路相接。
磁电机发出的交流电通过整流桥对交流电进行整流，脉宽调制芯片的电压取样端通过电压取样电路对电瓶电压进行取样，控制功率场效应管的导通与截止。同时，脉宽调制芯片的电流取样端通过电流取样电路对输出电流进行取样，然后与设定值进行比较。通过对电压、电流与设定值的比较，脉宽调制芯片的输出端精确的输出PWM脉冲宽度调制信号，控制功率场效应管的导通与截止，从而控制输出电流，稳定电压。
本实用新型的有益效果为：采用本实用新型对电流和电压同时进行检测，无论摩托车是在白天、夜间或者在蓄电池电压过低且用电负载增加的情况下，保证了整个照明充电系统的可靠性。随着三轮摩托车用电负载的增加，磁电机功率的增大，开关式和短路式整流调压器不能保证照明充电系统的可靠性。因为脉宽整流调压器可以控制充电电流，合理的充电电流才能够延长蓄电池的寿命。
附图说明
图1为短路模式工作原理框图；
图2为开关模式工作原理框图；
图3为脉宽整流调压器工作原理框图；
图4为本实用新型具体实施例的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的描述：
如图4所示，摩托车的充电照明系统由磁电机1、脉宽式整流调压器2、蓄电池10、摩托车用电负载11组成。其中：磁电机1上的照明线圈输出端与脉宽式整流调压器2相连接，脉宽式整流调压器2的输出端与蓄电池10与摩托车用电负载11相接。
脉宽式整流调压器2包括：整流桥3、功率场效应管4、输出电路5、电流取样电路6、脉宽调制芯片7、电压取样电路8、续流电路9；
其中：整流桥3输出端与功率场效应管4输入端相接，脉宽调制芯片7的输出端与输出电路5相接，输出电路5与功率场效应管4耦接，用于驱动功率场效应管4的门极；电流取样电路6、电压取样电路8分别与脉宽调制芯片7的电流取样端、电压取样端相连接，功率场效应管4的源极经过输出电路5与续流电路9相接。
输出电路5包括：电容C51、变压器T1、电阻R51；
其中脉宽调制芯片7的输出端通过电容C51与变压器T1的次级线圈相接，电阻R51并联在变压器T1初级线圈的两端。
电流取样电路6包括：变压器T2、二极管D61、电阻R61、电阻R62、电阻R63、电阻R64、电容C61；
其中电阻R61并联在变压器T2次级线圈两端，电阻R61依次串接二极管D61、电阻R64后接入脉宽调制芯片7的电流取样端；电阻R62和电阻R63一端连接在二极管D61、电阻R64之间，另一端接地；电容C61一端接在电阻R64与脉宽调制芯片7的电流取样端之间，另一端接地。
电压取样电路8包括：电阻R81、电阻R82、电阻R83、电阻R84、电阻R85、电容C81；
其中电阻R81与电阻R82并联后与一端接地的电阻R83串联组成分压电路，电阻R84与电阻R81串联后接至脉宽调制芯片7的电压取样端；电阻R85的一端接脉宽调制芯片7的电压取样端，另一端接脉宽调制芯片7的电压比较端；电容C81并联在电阻R85的两端。
续流电路9包括：二极管D1、二极管D2、电感线圈L1；
其中两个二极管D1、D2的阳极接地，阴极与电感线圈L1相接，阴极上还连接有变压器T2的初级线圈。
具体的工作过程如下：
随着磁电机1转速的逐渐升高，磁电机1产生的交流电通过整流桥3整流后输入至功率场效应管4，此时，脉宽调制芯片7根据蓄电池10电压的变化，输出信号给输出电路5，输出电路5控制功率场效应管4的导通与截止，给蓄电池充电。同时电流取样电路6对输出电流进行取样，电压取样电路8对蓄电池10的端电压进行取样，然后输入到脉宽调制芯片7中。脉宽调制芯片7通过对电流取样值与电压取样值与设定值相比较，精确地输出PWM脉冲宽度调制，控制功率场效应管4的导通时间与截止时间，使得脉宽式整流调压器2的输出电压恒定在14V，达到稳定电压的目的，同时控制输出电流值在设定值范围内。功率场效应管4在截止时，电路中的电感储存的电流通过续流电路9中的双二极管D1、D2续流。
当蓄电池电压很低，整流调压器的输出端与蓄电池端电压的电压差值大，此时发动机高速运转时，电瓶的充电电流变大，脉宽式整流调压器通过对电流的控制，始终保证充电电流小于等于设计的最大输出电流值，保证整个照明系统正常工作。
以上结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的描述，但是不构成实用新型的限制，落在权利要求范围内的任何变形与改变，均受到本实用新型的保护。
Claims (5)
1.一种摩托车脉宽式整流调压器，其特征在于：所述调压器包括：整流桥(3)、功率场效应管(4)、输出电路(5)、电流取样电路(6)、脉宽调制芯片(7)、电压取样电路(8)、续流电路(9)；
其中：整流桥(3)输出端与功率场效应管(4)输入端相接，脉宽调制芯片(7)的输出端与输出电路(5)相接，输出电路(5)与功率场效应管(4)耦接，用于驱动功率场效应管(4)的门极；电流取样电路(6)、电压取样电路(8)分别与脉宽调制芯片(7)的电流取样端、电压取样端相连接，功率场效应管(4)的源极经过输出电路(5)与续流电路(9)相接。
2.如权利要求1所述的摩托车脉宽式整流调压器，其特征在于：所述输出电路(5)包括：电容(C51)、变压器(T1)、电阻(R51)；
其中脉宽调制芯片(7)的输出端通过电容(C51)与变压器(T1)的次级线圈相接，电阻(R51)并联在变压器(T1)初级线圈的两端。
3.如权利要求2所述摩托车脉宽式整流调压器，其特征在于：所述电流取样电路(6)包括：变压器(T2)、二极管(D61)、电阻(R61)、电阻(R62)、电阻(R63)、电阻(R64)、电容(C61)；
其中电阻(R61)并联在变压器(T2)次级线圈两端，电阻(R61)依次串接二极管(D61)、电阻(R64)后接入脉宽调制芯片(7)的电流取样端；电阻(R62)和电阻(R63)一端连接在二极管(D61)、电阻(R64)之间，另一端接地；电容(C61)一端接在电阻(R64)与脉宽调制芯片(7)的电流取样端之间，另一端接地。
4.如权利要求3所述的摩托车脉宽式整流调压器，其特征在于：所述电压取样电路(8)包括：电阻(R81)、电阻(R82)、电阻(R83)、电阻(R84)、电阻(R85)、电容(C81)；
其中电阻(R81)与电阻(R82)并联后与一端接地的电阻(R83)串联组成分压电路，电阻(R84)与电阻(R81)串联后接至脉宽调制芯片(7)的电压取样端；电阻(R85)的一端接脉宽调制芯片(7)的电压取样端，另一端接脉宽调制芯片(7)的电压比较端；电容(C81)并联在电阻(R85)的两端。
5.如权利要求1至4任一所述的摩托车脉宽式整流调压器，其特征在于：所述续流电路(9)包括：二极管(D1)、二极管(D2)、电感线圈(L1)；
其中两个二极管(D1、D2)的阳极接地，阴极与电感线圈(L1)相接，阴极上还连接有变压器(T2)的初级线圈。
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