基于Buck—Boost結(jié)構(gòu)的永磁發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓電路設(shè)計(jì)

    王勇¹，林林²，孫立功¹

(1河南科技大學(xué)，河南洛陽471003；2．洛陽LYc軸承有限公司，河南洛陽471039)

    摘要：根據(jù)PwM控制原理，采用Buck-Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于水磁發(fā)電機(jī)的新型穩(wěn)壓電路。相對于目前永磁發(fā)電機(jī)普遍采用的并聯(lián)式和串聯(lián)式穩(wěn)壓電路，該電路輸出為平滑直流電、功耗更低且能夠?qū)崿F(xiàn)升降雙向穩(wěn)壓，穩(wěn)壓效果突出。

    關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓電路；永磁發(fā)電機(jī)；Buck—B00st；PwM

    中圖分類號：TM351    文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A    文章編號：1004—7018(2008)01—0028—03

0引  言

    永磁發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、效率高、比功率大、無需外加勵(lì)磁電源等特點(diǎn)^[1,2]，在農(nóng)用運(yùn)輸車上應(yīng)用十分普遍。但是，因其輸出為交流電，不能直接為暖風(fēng)機(jī)、刮雨器等直流用電器供電；并且輸出電壓隨轉(zhuǎn)速及負(fù)載的變化而波動(dòng)較大，存在著“低速燈不亮，高速燒燈泡”的現(xiàn)象。因此，設(shè)計(jì)一種直流輸出的永磁發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓電路十分必要。目前，普遍采用的穩(wěn)壓方式有兩種：并聯(lián)式和串聯(lián)式。前者輸出為交流電，后者輸出為脈動(dòng)成分較大的直流，更重要的是：兩者功耗較大，且只能在高速時(shí)使輸出的高電壓降至穩(wěn)定值，而不能在低速時(shí)使輸出的低電壓升高，即只能解決“高速燒燈泡的問題，而不能解決“低速燈不亮”的問題。為提高低速輸出電壓，往往需要采用高磁性的永磁材料，并對發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、電機(jī)繞組進(jìn)行改造^[3]，這種方法不但成本高，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而根據(jù)PwM控制原理，采用Buck—Boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的新型穩(wěn)壓電路，能夠克服上述兩種電路的不足。

1并聯(lián)式穩(wěn)壓電路

    并聯(lián)式穩(wěn)壓電路^[4]如圖1所示。發(fā)電機(jī)空載即電路中無電流通過時(shí)，微型電流互感器M的次級線圈無信號輸出，可控硅scRl不導(dǎo)通，scR2也不導(dǎo)通。在白天工作時(shí)，由于不使用照明燈，電路中無電流通過，盡管皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)但發(fā)電機(jī)空載無功率輸出，穩(wěn)壓電路不工作。

    當(dāng)發(fā)電機(jī)有負(fù)載時(shí)，即電路中有電流通過，微型電流互感器M的次級線圈有信號輸出，可控硅scRl導(dǎo)通。隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，輸出電壓隨之升高，三極管T的發(fā)射極電壓也隨之升高，當(dāng)電壓達(dá)到一定值后，穩(wěn)壓管Dw被擊穿，使T導(dǎo)通，從而可控硅sCR2被觸發(fā)而導(dǎo)通，這時(shí)發(fā)電機(jī)瞬時(shí)短路，將電壓波形削去一部分，以降低輸出電壓：另外，由于scR2導(dǎo)通，產(chǎn)生短路性質(zhì)的感性電流，進(jìn)而產(chǎn)生去磁作用和直流磁化作用，也將輸出電壓幅值降低，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

    此電路雖然保證了高速時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定性，但并不能使低速時(shí)的輸出電壓達(dá)到額定值，并且發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于scR2導(dǎo)通，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)瞬時(shí)短路，致使發(fā)電機(jī)溫度升高，浪費(fèi)能源。同時(shí)，并聯(lián)式穩(wěn)壓電路輸出交流電，不能直接為需要直流電源的電器供電。

2串聯(lián)式穩(wěn)壓電路

    串聯(lián)式穩(wěn)壓電路^[5]如圖2所示。JFl、JF2為交流發(fā)電機(jī)完全相同的兩個(gè)繞組，JFl的首端為a，JFl的尾端與J融的首端為同一端b，b亦即為電子穩(wěn)壓器的正極輸出端，JF2的尾端為c。當(dāng)發(fā)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速低，輸出電壓U。也低,小于目標(biāo)穩(wěn)壓值，三極管Q1的發(fā)射極與A點(diǎn)的電壓小于穩(wěn)壓管D2的擊穿電壓，二極管Ql處于截止?fàn)顟B(tài)。而三極

管Q2的發(fā)射極與基極之間的電壓大于0．7V，因此，三極管Q2導(dǎo)通，集電極電流通過電阻R8、二極管D5、D6分別向可控硅scRl、scR2提供觸發(fā)信號，使可控硅導(dǎo)通，發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)過scRl、scR2雙半波整流輸出直流電。

    當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，輸出電壓u。升高，三極管Q1發(fā)射極與A點(diǎn)的電壓也升高。當(dāng)輸出電壓u。大于目標(biāo)穩(wěn)壓值時(shí)，三極管Q1發(fā)射極與4點(diǎn)的電壓大于穩(wěn)壓管D2的擊穿電壓，三極管Q1由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，其發(fā)射極與集電極之間的電壓為0．2～0 3 V，小于三極管Q2發(fā)射極與基極之的開啟電壓O．7 V，三極管Q2由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗翰辉傧蚩煽毓鑣cRl、scR2提供觸發(fā)電流，可控硅延時(shí)到無正向電壓時(shí)截止，發(fā)電機(jī)輸出電壓u．．迅速下降,三極管Ql發(fā)射極與A點(diǎn)的電壓也下降。當(dāng)輸出電壓u。低于目標(biāo)穩(wěn)壓值時(shí)，三極管Q1截止，Q2導(dǎo)通，可控硅再次導(dǎo)通．輸出直流電。當(dāng)輸出電壓u