汽车用交流发电机72槽整流桥

2020-04-07孔繁秋

汽车电器 2020年3期

刘军，孔繁秋

（锦州东佑精工有限公司，辽宁锦州 121007）

汽车发电机属于发动机动力系统中的关键部件，由发动机拖动发电机运转发电，通过整流桥将交流电转化为直流电给全车电器设备和蓄电池供电［1］，一旦整流桥功能出现异常，会直接影响发电机发电量及发电效率，导致全车的电量不足，使车上用电设备无法正常工作及蓄电池馈电。

现有的车用交流发电机整流桥包括正极散热片、负极散热片（发电机端盖）、正负极二极管、电路板、螺栓、绝缘垫、螺钉。其存在如下问题：①通常正负极散热板上各设有3只二极管，只能对低功率的发电机提供稳定的持续输出，但对于高功率的发电机来说，会发生输出不稳定的现象，导致发电机异常；②采用3对二极管时，每只二极管都需承担全部的输出功率及满负载，因此工作过程中产生高热量，缩短了使用寿命。

1 发电机整流桥功能介绍

图1为整流桥工作原理图。交流发电机三相交流电经6只整流二极管组成的全波桥式整流电路整流，再经滤波电容滤波后为直流电输出。

1）整流原理：当3只正二极管负极端连接在一起时，正极端电位最高者导通；当3只负二极管正极端连接在一起时，负极端电位最低者导通。

2）整流过程：同时导通的二极管总是2个，正负管子各1个。三相桥式整流电路中的二极管依次循环导通，使得负载RL两端得到一个比较平稳的脉动直流电压。

图1 整流桥工作原理图

2 汽车用交流发电机72槽整流桥的设计

2.1 72槽整流桥电气原理图

车用交流发电机72槽整流桥相比于传统36槽整流桥，整流二极管由3对变为6对，分为2组，可以提升发电机输出功率，原理见图2和图3。

图2 72槽整流桥电气原理图

2.2 72槽整流桥结构概述

图3 72槽发电机电气原理图

车用交流发电机72槽整流桥，包含正负极散热片、安装在正负极散热片二极管压入孔中的正负极二极管、与正负极二极管引脚连接的电路板。正极散热片和电路板分别呈扇形，负极散热片为发电机后端盖，正极散热片的中心线与负极散热片的轴心线重合，电路板位于正负极散热片之间，正负极散热片、电路板通过绝缘垫和螺钉紧固连接在一起。其特征在于正负极散热片的二极管压入孔为6个，分别压入二极管，二极管沿所在散热片径向排布，正负极二极管交错排布，正负极二极管的引脚露出二极管压入孔的部分垂直于水平面，电路板的预埋片对应正负极二极管引脚的位置分别设有与水平面垂直的折弯，折弯处与正负极二极管引脚点焊连接，如图4所示。

图4 72槽整流桥结构总图

定子线圈切割磁感线产生的电流通过二极管时，二极管发热，当二极管温度升高时，二极管阻断电压增加，漏电流增大，雪崩能力下降，同时二极管通过电流能力下降，影响发电机的整体输出，严重时导致二极管烧蚀，发电机失效［2］。针对以上问题，72槽整流桥散热片进行了改进，在正负极板（端盖）相对应的位置增加了通风槽，增加空气流动，同时在二极管周围增加散热筋，使二极管产生的热量及时快速地导出，使二极管保持最佳工作状态，从而提升发电机的效率。正负极板结构图及72槽整流桥热成像示意图如图5、图6、图7所示。

图5 正极板总成结构图

图6 负极板总成结构图

图7 72槽整流桥热成像示意图

电路板预埋片的折弯对应正负极二极管引脚的位置分别设有一字形凸起，可以提升易焊性，增加点焊强度；为避免预埋片端子过长导致振动时断裂，预埋片处增加折弯，提高耐震性，电路板结构如图8所示。

图8 电路板结构图

传统整流二极管采用PN结实现单向导通的特性，PN结面位障约0.6～0.7V，加上串联阻值，VF约为1.1V，电流损失较大。为了减少Voltage Drop产生的电流损失，采用一种高效的二极管，运用MOS结构中Gate开关，快速打开通道，降低VF，VF约0.56V，可以提升发电机效率7%，降低能源消耗。芯片原理图见图9和图10。