基于Buck—Boost结构的永磁发电机稳压电路设计

    王勇¹，林林²，孙立功¹

(1河南科技大学，河南洛阳471003；2．洛阳LYc轴承有限公司，河南洛阳471039)

    摘要：根据PwM控制原理，采用Buck-Boost拓扑结构，设计了一种应用于水磁发电机的新型稳压电路。相对于目前永磁发电机普遍采用的并联式和串联式稳压电路，该电路输出为平滑直流电、功耗更低且能够实现升降双向稳压，稳压效果突出。

    关键词：稳压电路；永磁发电机；Buck—B00st；PwM

    中图分类号：TM351    文献标识码：A    文章编号：1004—7018(2008)01—0028—03

0引  言

    永磁发电机具有结构简单、效率高、比功率大、无需外加励磁电源等特点^[1,2]，在农用运输车上应用十分普遍。但是，因其输出为交流电，不能直接为暖风机、刮雨器等直流用电器供电；并且输出电压随转速及负载的变化而波动较大，存在着“低速灯不亮，高速烧灯泡”的现象。因此，设计一种直流输出的永磁发电机稳压电路十分必要。目前，普遍采用的稳压方式有两种：并联式和串联式。前者输出为交流电，后者输出为脉动成分较大的直流，更重要的是：两者功耗较大，且只能在高速时使输出的高电压降至稳定值，而不能在低速时使输出的低电压升高，即只能解决“高速烧灯泡的问题，而不能解决“低速灯不亮”的问题。为提高低速输出电压，往往需要采用高磁性的永磁材料，并对发电机结构、电机绕组进行改造^[3]，这种方法不但成本高，而且费时费力。而根据PwM控制原理，采用Buck—Boost拓扑结构设计的新型稳压电路，能够克服上述两种电路的不足。

1并联式稳压电路

    并联式稳压电路^[4]如图1所示。发电机空载即电路中无电流通过时，微型电流互感器M的次级线圈无信号输出，可控硅scRl不导通，scR2也不导通。在白天工作时，由于不使用照明灯，电路中无电流通过，尽管皮带轮转动但发电机空载无功率输出，稳压电路不工作。

    当发电机有负载时，即电路中有电流通过，微型电流互感器M的次级线圈有信号输出，可控硅scRl导通。随着发电机转速的升高，输出电压随之升高，三极管T的发射极电压也随之升高，当电压达到一定值后，稳压管Dw被击穿，使T导通，从而可控硅sCR2被触发而导通，这时发电机瞬时短路，将电压波形削去一部分，以降低输出电压：另外，由于scR2导通，产生短路性质的感性电流，进而产生去磁作用和直流磁化作用，也将输出电压幅值降低，从而达到稳压的目的。

    此电路虽然保证了高速时输出电压的稳定性，但并不能使低速时的输出电压达到额定值，并且发电机高速旋转时，由于scR2导通，导致发电机瞬时短路，致使发电机温度升高，浪费能源。同时，并联式稳压电路输出交流电，不能直接为需要直流电源的电器供电。

2串联式稳压电路

    串联式稳压电路^[5]如图2所示。JFl、JF2为交流发电机完全相同的两个绕组，JFl的首端为a，JFl的尾端与J融的首端为同一端b，b亦即为电子稳压器的正极输出端，JF2的尾端为c。当发电机开始转动时，由于转速低，输出电压U。也低,小于目标稳压值，三极管Q1的发射极与A点的电压小于稳压管D2的击穿电压，二极管Ql处于截止状态。而三极

管Q2的发射极与基极之间的电压大于0．7V，因此，三极管Q2导通，集电极电流通过电阻R8、二极管D5、D6分别向可控硅scRl、scR2提供触发信号，使可控硅导通，发电机输出的交流电经过scRl、scR2双半波整流输出直流电。

    当发电机转速进一步升高，输出电压u。升高，三极管Q1发射极与A点的电压也升高。当输出电压u。大于目标稳压值时，三极管Q1发射极与4点的电压大于稳压管D2的击穿电压，三极管Q1由截止状态变为导通状态，其发射极与集电极之间的电压为0．2～0 3 V，小于三极管Q2发射极与基极之的开启电压O．7 V，三极管Q2由导通变为截止：不再向可控硅scRl、scR2提供触发电流，可控硅延时到无正向电压时截止，发电机输出电压u．．迅速下降,三极管Ql发射极与A点的电压也下降。当输出电压u。低于目标稳压值时，三极管Q1截止，Q2导通，可控硅再次导通．输出直流电。当输出电压u