汽车交流发电机充电系的过电压保护

       由于交流发电机的激磁电流及转速都比传统的直流发电机高 , 它所产生的瞬变能量较直流发电机要大得多。 半导体元件对瞬变电压非常敏感 , 当瞬变电压值达到一定值时 , 半导体元件就会被击穿而完全损坏。 因此 , 当出现瞬变电压时 , 如何保护半导体元件不受损坏 , 对汽车上进一步发展电子设备关系极大 ,故对于交流发电机充电系采用晶体管调节器必须采取适当的过电压保护装置。

 

1　 过电压的产生

      从过电压的性质来分 , 可分为非瞬变性和瞬变性过电压两种。

1. 1　 非瞬变性过电压

      非瞬变性过电压 , 主要是由于发电机调节器失灵 , 或其它故障引起发电机激磁电流未经过调节器 ,使发电机电压升高到不正常值 , 这种过电压有时可达75～ 130V。

1. 2　 瞬变性过电压

       瞬变性过电压有以下几种情况:

1. 2. 1　 抛负载瞬变

       抛负载瞬变即交流发电机正在向蓄电池充电过程中与蓄电池连接导线突然脱开 , 或者在没有蓄电池的情况下 , 突然断开其它负载。 若交流发电机正在向蓄电池和其它负载供电时 , 交流发电机与蓄电池之间的连接突然中断 , 或者在不带蓄电池的不正常情况 , 突然断开一些负载时 , 由于没有蓄电池 , 交流发电机定子绕组中的电流突然减小 , 交流发电机会产生很高的瞬时过电压。

1. 2. 2　 磁场衰减瞬变

       磁场衰减瞬变即交流发电机的激磁绕组由于点火开关 (或电源开关 )转到断开位置而与蓄电池突然中断时 , 就会产生按指数衰减的负脉冲电压 , 幅值可达 50～ 100 V 。 由于激磁电路时间常数大 , 交流发电机端子上在较长时间内保持危险高电压。

1. 2. 3　 点火系瞬变

       点火线圈的初级电路由初级绕组、 电容器和开关(有触点的或无触点的 )组成 , 并与蓄电池、 交流发电机的整流二极管、 调节器及其它用电设备相连。当触点、 开关接通或断开时 , 在初级绕组中会产生高达数百伏的自感电动势 , 且初级绕组与电容器组成一组振荡电路。 点火系产生的瞬变虽然能量很小 , 但电压很高 , 且重复变化。 在正常情况下 , 点火系产生的振荡的瞬时高压由蓄电池吸收。 如果在蓄电池脱开情况下继续运转 , 则点火系的电源直接由交流发电机供给 ,这个振荡的浪涌电压就作用到晶体管调节器上 , 使调节器容易损坏。

1. 2. 4　 切换电感性负载瞬变

       在汽车运行时 , 不论什么时候切换一个电感性辅助电器 , 如电喇叭、 刮水器、 电风扇、 空调等都会产生自感引起瞬变过电压。

2、过电压的保护

       防止过电压有两种方案。一种是提高电子设备的定额 , 把电子设备中各元件能承受的电压 , 选择得高于电系中可能产生的瞬变高电压 , 并且还要考虑到在高温时电子元件的定额值要下降等因素 , 这种方法虽不增加系统中元件的数量 , 但不经济 ; 另一种是增加过电压保护装置 , 来吸收电系中可能产生的各种瞬变性过电压能量 , 以保护电子设备中各元件的正常工作。这种保护可以针对某些关键电子设备进行局部保护 , 也可在交流发电机输出和搭铁之间或磁场与搭铁之间加上保护装置 , 以对汽车整个电系进行集中保护。下面介绍几种过压保护电路。

2. 1　 稳压管保护电路

       稳压管保护电路是目前应用最广泛的一种 , 其典型线路如图 1所示。 在交流发电机激磁二极管输出端与搭铁之间接上一个稳压二极管 DW 2 , 在正常情况

下 , 这个浪涌保护稳压二极管是不导通的。 当出现瞬时高压时 , DW 2 导通 , 浪涌电压的能量通过 DW 2 到搭铁消耗之后 , DW 2 又恢复到不导通状态。 用稳压管保护过压时 , 注意不能将稳压管极性接反。

       为了防止浪涌电压超过 DW 2 的反向击穿电压将其击穿 , 使 DW 2 变成一个短路的低电阻 , 可用图 2电路进行过电压保护。 图 2采用稳压管与继电器绕组串联 , 继电器绕组的抽头接到一个触点 , 另一触点接到稳压管的 正端。当发生浪涌 电压时 , 由于 DW 的导通 , 产生电流使继电器触点闭合 , 交流发电机的激磁电流就被分流而搭铁 , 交流发电机电压下降; 当交流发电机输出电压降到不足以继电器保持吸合时 , 触点就打开。 在这种过压保护中 , 稳压管由于继电器触点一闭合就被短接 , 所以只在极短时间内通过大电流 ,故 DW可选择得较小。

2. 2　 压敏电阻保护电路

       图 3为压敏电阻浪涌保护电路图。 在交流发电机激磁二级管输出与搭铁之间接上一个压敏电阻 R y , 压敏电阻是一种非线性电阻元件。当电路产生浪涌电压时 , 压敏电阻 R y 电阻迅速减小 , 把瞬变过电压能量消耗在非线性电阻上 , 没有浪涌电压时 , R y 电阻很大 , 对电路没有影响。

2. 3　 可控硅过压保护电路

       图 4为博世公司采用的自动复位可控硅过压保护电路。 它与晶体管调节器组合在一起成为一个整体 ,使用比较方便。 当电压高到足以击穿稳压管 DW 2 时 ,T 3 导通 , 触发可控硅 SCR导通 , 使继电器 J的绕组有电流通过 , 吸动衔铁使触点闭合。 这时一方面短路峰值电流通过继电器 , 另一方面可控硅 SCR 被短路 ,使其不再导通 , 交流发电机的激磁电流迅速减小 , 它的端电压也迅速下降。 当继电器不能维持其触点闭合电压时 , 触点张开 , 电路又恢复原来状态。

  此外还有阻容吸收保护、 硒堆保护等