汽車用交流發(fā)電機(jī)72槽整流橋

劉 軍，孔繁秋

（錦州東佑精工有限公司，遼寧 錦州 121007）

汽車發(fā)電機(jī)屬于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，由發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，通過整流橋?qū)⒔涣麟娹D(zhuǎn)化為直流電給全車電器設(shè)備和蓄電池供電［1］，一旦整流橋功能出現(xiàn)異常，會(huì)直接影響發(fā)電機(jī)發(fā)電量及發(fā)電效率，導(dǎo)致全車的電量不足，使車上用電設(shè)備無法正常工作及蓄電池饋電。

現(xiàn)有的車用交流發(fā)電機(jī)整流橋包括正極散熱片、負(fù)極散熱片 （發(fā)電機(jī)端蓋）、正負(fù)極二極管、電路板、螺栓、絕緣墊、螺釘。其存在如下問題：①通常正負(fù)極散熱板上各設(shè)有3只二極管，只能對(duì)低功率的發(fā)電機(jī)提供穩(wěn)定的持續(xù)輸出，但對(duì)于高功率的發(fā)電機(jī)來說，會(huì)發(fā)生輸出不穩(wěn)定的現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)異常；②采用3對(duì)二極管時(shí)，每只二極管都需承擔(dān)全部的輸出功率及滿負(fù)載，因此工作過程中產(chǎn)生高熱量，縮短了使用壽命。

1 發(fā)電機(jī)整流橋功能介紹

圖1為整流橋工作原理圖。交流發(fā)電機(jī)三相交流電經(jīng)6只整流二極管組成的全波橋式整流電路整流，再經(jīng)濾波電容濾波后為直流電輸出。

1）整流原理：當(dāng)3只正二極管負(fù)極端連接在一起時(shí)，正極端電位最高者導(dǎo)通；當(dāng)3只負(fù)二極管正極端連接在一起時(shí)，負(fù)極端電位最低者導(dǎo)通。

2）整流過程：同時(shí)導(dǎo)通的二極管總是2個(gè)，正負(fù)管子各1個(gè)。三相橋式整流電路中的二極管依次循環(huán)導(dǎo)通，使得負(fù)載RL兩端得到一個(gè)比較平穩(wěn)的脈動(dòng)直流電壓。

圖1 整流橋工作原理圖

2 汽車用交流發(fā)電機(jī)72槽整流橋的設(shè)計(jì)

2.1 72槽整流橋電氣原理圖

車用交流發(fā)電機(jī)72槽整流橋相比于傳統(tǒng)36槽整流橋，整流二極管由3對(duì)變?yōu)?對(duì)，分為2組，可以提升發(fā)電機(jī)輸出功率，原理見圖2和圖3。

圖2 72槽整流橋電氣原理圖

2.2 72槽整流橋結(jié)構(gòu)概述

圖3 72槽發(fā)電機(jī)電氣原理圖

車用交流發(fā)電機(jī)72槽整流橋，包含正負(fù)極散熱片、安裝在正負(fù)極散熱片二極管壓入孔中的正負(fù)極二極管、與正負(fù)極二極管引腳連接的電路板。正極散熱片和電路板分別呈扇形，負(fù)極散熱片為發(fā)電機(jī)后端蓋，正極散熱片的中心線與負(fù)極散熱片的軸心線重合，電路板位于正負(fù)極散熱片之間，正負(fù)極散熱片、電路板通過絕緣墊和螺釘緊固連接在一起。其特征在于正負(fù)極散熱片的二極管壓入孔為6個(gè)，分別壓入二極管，二極管沿所在散熱片徑向排布，正負(fù)極二極管交錯(cuò)排布，正負(fù)極二極管的引腳露出二極管壓入孔的部分垂直于水平面，電路板的預(yù)埋片對(duì)應(yīng)正負(fù)極二極管引腳的位置分別設(shè)有與水平面垂直的折彎，折彎處與正負(fù)極二極管引腳點(diǎn)焊連接，如圖4所示。

圖4 72槽整流橋結(jié)構(gòu)總圖

定子線圈切割磁感線產(chǎn)生的電流通過二極管時(shí)，二極管發(fā)熱，當(dāng)二極管溫度升高時(shí)，二極管阻斷電壓增加，漏電流增大，雪崩能力下降，同時(shí)二極管通過電流能力下降，影響發(fā)電機(jī)的整體輸出，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致二極管燒蝕，發(fā)電機(jī)失效［2］。針對(duì)以上問題，72槽整流橋散熱片進(jìn)行了改進(jìn)，在正負(fù)極板（端蓋）相對(duì)應(yīng)的位置增加了通風(fēng)槽，增加空氣流動(dòng)，同時(shí)在二極管周圍增加散熱筋，使二極管產(chǎn)生的熱量及時(shí)快速地導(dǎo)出，使二極管保持最佳工作狀態(tài)，從而提升發(fā)電機(jī)的效率。正負(fù)極板結(jié)構(gòu)圖及72槽整流橋熱成像示意圖如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 正極板總成結(jié)構(gòu)圖

圖6 負(fù)極板總成結(jié)構(gòu)圖

圖7 72槽整流橋熱成像示意圖

電路板預(yù)埋片的折彎對(duì)應(yīng)正負(fù)極二極管引腳的位置分別設(shè)有一字形凸起，可以提升易焊性，增加點(diǎn)焊強(qiáng)度；為避免預(yù)埋片端子過長導(dǎo)致振動(dòng)時(shí)斷裂，預(yù)埋片處增加折彎，提高耐震性，電路板結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 電路板結(jié)構(gòu)圖

傳統(tǒng)整流二極管采用PN結(jié)實(shí)現(xiàn)單向?qū)ǖ奶匦裕琍N結(jié)面位障約0.6～0.7V，加上串聯(lián)阻值，VF約為1.1V，電流損失較大。為了減少Voltage Drop產(chǎn)生的電流損失，采用一種高效的二極管，運(yùn)用MOS結(jié)構(gòu)中Gate開關(guān)，快速打開通道，降低VF，VF約0.56V，可以提升發(fā)電機(jī)效率7%，降低能源消耗。芯片原理圖見圖9和圖10。

圖9 普通二極管芯片原理簡圖

圖10 高效二極管芯片原理簡圖

3 結(jié)語

本文給出了一款新型72槽整流橋，其結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，采用高效率二極管，提升了發(fā)電機(jī)輸出功率及提升效率，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)油耗，提高蓄電池壽命，提升發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和可靠性，避免抖動(dòng)和熄火的異常可能性，進(jìn)而讓整車的性能更加舒適、可靠、安全。