汽車用交流發電機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）

汽車發電機屬于發動機動力系統中的關鍵部件，由發動機拖動發電機運轉發電，通過整流橋將交流電轉化為直流電給全車電器設備和蓄電池供電［1］，一旦整流橋功能出現異常，會直接影響發電機發電量及發電效率，導致全車的電量不足，使車上用電設備無法正常工作及蓄電池饋電。

現有的車用交流發電機整流橋包括正極散熱片、負極散熱片 （發電機端蓋）、正負極二極管、電路板、螺栓、絕緣墊、螺釘。其存在如下問題：①通常正負極散熱板上各設有3只二極管，只能對低功率的發電機提供穩定的持續輸出，但對于高功率的發電機來說，會發生輸出不穩定的現象，導致發電機異常；②采用3對二極管時，每只二極管都需承擔全部的輸出功率及滿負載，因此工作過程中產生高熱量，縮短了使用壽命。

1 發電機整流橋功能介紹

圖1為整流橋工作原理圖。交流發電機三相交流電經6只整流二極管組成的全波橋式整流電路整流，再經濾波電容濾波后為直流電輸出。

1）整流原理：當3只正二極管負極端連接在一起時，正極端電位最高者導通；當3只負二極管正極端連接在一起時，負極端電位最低者導通。

2）整流過程：同時導通的二極管總是2個，正負管子各1個。三相橋式整流電路中的二極管依次循環導通，使得負載RL兩端得到一個比較平穩的脈動直流電壓。

圖1 整流橋工作原理圖

2 汽車用交流發電機72槽整流橋的設計

2.1 72槽整流橋電氣原理圖

車用交流發電機72槽整流橋相比于傳統36槽整流橋，整流二極管由3對變為6對，分為2組，可以提升發電機輸出功率，原理見圖2和圖3。

圖2 72槽整流橋電氣原理圖

2.2 72槽整流橋結構概述

圖3 72槽發電機電氣原理圖

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

圖4 72槽整流橋結構總圖

定子線圈切割磁感線產生的電流通過二極管時，二極管發熱，當二極管溫度升高時，二極管阻斷電壓增加，漏電流增大，雪崩能力下降，同時二極管通過電流能力下降，影響發電機的整體輸出，嚴重時導致二極管燒蝕，發電機失效［2］。針對以上問題，72槽整流橋散熱片進行了改進，在正負極板（端蓋）相對應的位置增加了通風槽，增加空氣流動，同時在二極管周圍增加散熱筋，使二極管產生的熱量及時快速地導出，使二極管保持最佳工作狀態，從而提升發電機的效率。正負極板結構圖及72槽整流橋熱成像示意圖如圖5、圖6、圖7所示。

圖5 正極板總成結構圖

圖6 負極板總成結構圖

圖7 72槽整流橋熱成像示意圖

電路板預埋片的折彎對應正負極二極管引腳的位置分別設有一字形凸起，可以提升易焊性，增加點焊強度；為避免預埋片端子過長導致振動時斷裂，預埋片處增加折彎，提高耐震性，電路板結構如圖8所示。

圖8 電路板結構圖

傳統整流二極管采用PN結實現單向導通的特性，PN結面位障約0.6～0.7V，加上串聯阻值，VF約為1.1V，電流損失較大。為了減少Voltage Drop產生的電流損失，采用一種高效的二極管，運用MOS結構中Gate開關，快速打開通道，降低VF，VF約0.56V，可以提升發電機效率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 結語

本文給出了一款新型72槽整流橋，其結構簡單，使用可靠，采用高效率二極管，提升了發電機輸出功率及提升效率，可以降低發動機油耗，提高蓄電池壽命，提升發動機運轉穩定性和可靠性，避免抖動和熄火的異常可能性，進而讓整車的性能更加舒適、可靠、安全。