基于理想二極管橋應(yīng)用于汽車三相發(fā)電整流器的設(shè)計

摘 要：本文提出了利用MOSFET管導(dǎo)通壓降低，把MOSFET管組成整流橋，并且采用凌力爾特公司提供的LT4320理想二極管橋控制器，實現(xiàn)三相汽車發(fā)電機整流，詳述了基于LT4320芯片實現(xiàn)理想二極管三相整流橋的電路組成，最后進行了對照實驗，對驗證電路的測試結(jié)果表明，本文所提供的電路設(shè)計性能完全滿足設(shè)計要求，值得推廣。

關(guān)鍵詞：整流器；二極管橋；理想；LT4320

一、引言

當(dāng)前汽車行業(yè)當(dāng)中普遍采用三相交流發(fā)電機進行發(fā)電，為了得到直流電，多采用二極管整流橋進行交直流轉(zhuǎn)換。然而二極管的正向?qū)▔航当容^高，器件損耗問題尤為突出，相比之下，場效應(yīng)管（MOSFET）的導(dǎo)通壓降極低，可大大降低了器件損耗。本文針對汽車三相交流電機整流器的電路結(jié)構(gòu)和原理，采用MOSFET管組成三相整流橋，并運用凌力爾特公司出品的芯片LT4320進行控制，設(shè)計了一種理想二極管三相整流器，不但能夠克服現(xiàn)有的汽車用發(fā)電機采用二極管整流發(fā)電機器件損耗高的缺陷，而且能夠提高其使用壽命。

二、理想二極管三相整流橋

如圖1所示，理想二極管三相整流橋由6個N溝道MOSFET管組成，首先每兩個MOSFET管為一組，把其中的一個源極與另一個漏極相串聯(lián)后組成一個橋臂，其中間連接端口用于接三相交流電源的一相，再把每個組成的橋臂空置沒有接線的漏極連接在一起組成三相整流的直流輸出正端Vout+，把空置沒有接線漏極連接在一起組成三相整流的直流輸出負(fù)端Vout-。由于MOSFET的導(dǎo)通內(nèi)阻可以達到幾mΩ，大大降低了壓降損耗。在大功率應(yīng)用中，不僅實現(xiàn)了效率更高的解決方案，而且由于無需散熱器，所以節(jié)省了大量的電路板面積，也減少了設(shè)備的散熱源。

三、單個橋臂的TL4320控制電路

如圖2所示，為單個橋臂的TL4320控制電路。由三相輸入端口、2個MOSFET管、芯片TL4320電路和一些外圍電路以及輸出端口。三相輸入端口為，PHASE1、PHASE2、PHASE3，輸出端口為直流正端和負(fù)端。MOSFET管MTG2與MOSFET管MBG1分別連接芯片TL4320的TG1與BG2腳組成三相橋臂中的一個橋臂。

四、總體設(shè)計

如圖3所示，三相理想二極管整流橋由三個電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同的橋臂組成，每個橋臂又包含3個交流輸入端和2個直流輸出端，其中的3個交流輸入端分別為1個主輸入端和2個參考輸入端，2個直流輸出端分別為直流正端和負(fù)端。

每個橋臂的主輸入端接對應(yīng)的三相交流母線其中的一相，其余參考輸入端分別接對應(yīng)的三相交流母線的另外兩相；直流輸出端的正端相連并匯集于Vout+，直流輸出端的負(fù)端相連并匯集于Vout-，在輸出端Vout+與Vout-之間并聯(lián)穩(wěn)壓二極管D1與濾波電容C1。

圖3.三相理想二極管整流橋總體結(jié)構(gòu)

五、實物測試

為了做對比試驗，根據(jù)上述負(fù)載和輸入和輸出條件分別采用傳統(tǒng)二極管的整流橋，理想二極管三相整流橋制作了兩塊PCB板。測試條件在環(huán)境溫度25℃，輸入三相交流電壓24V，帶5A的負(fù)載電流。使用紅外熱像儀進行了圖像采集和數(shù)據(jù)對比，采用傳統(tǒng)二極管的整流橋測得的結(jié)果有48℃溫升，理想二極管三相整流橋測得的結(jié)果僅有10℃溫升。

六、結(jié)語

采用傳統(tǒng)二極管整流方式的汽車發(fā)電機輸出電壓低，雖然結(jié)構(gòu)簡單成本低廉，但是二極管的正向?qū)▔航当容^高，器件損耗問題尤為突出。相比之下，場效應(yīng)管（MOSFET）的導(dǎo)通壓降極低，可大大降低了器件損耗。凌力爾特公司為業(yè)界提供的LT4320理想二極管橋控制器，其原理是利用MOSFET管導(dǎo)通壓降低，把MOSFET管組成整流橋，近似地實現(xiàn)理想二極管橋功能[4][5]。經(jīng)過本設(shè)計的對比測試后，發(fā)現(xiàn)理想二極管三相整流橋整流電壓輸出特性與傳統(tǒng)的二極管三相整流橋區(qū)別不大，但是功耗可以大大的降低，不但能夠克服現(xiàn)有的汽車用發(fā)電機采用二極管整流發(fā)電機器件損耗高的缺陷，而且能夠提高其使用壽命，值得大力推廣。

參考文獻：

[1]孔偉偉，楊殿閣，李兵等.傳統(tǒng)汽車發(fā)電機的智能化控制及改造[J].清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)報），2014，54（6）：738-743.

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[3]陳天殷.美日汽車發(fā)電機性能指標(biāo)解析[J].汽車電器，2008，（10）：1-4.

[4]魏克銀，劉德志，歐陽斌等.三相四線制二極管整流橋的動態(tài)平均值模型[J].電工技術(shù)學(xué)報，2009，24（11）：102-107.

[5]劉志剛，葉斌，梁輝.電力電子學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009：72-75.

作者簡介：

劉遠廷（1993—），男，湖南邵陽人，湖南工業(yè)大學(xué)，學(xué)生，研究方向：電氣工程及其自動化。

（作者單位：湖南工業(yè)大學(xué)）