基于Buck—Boost結構的永磁發電機穩壓電路設計
王勇1，林林2，孫立功1
(1河南科技大學，河南洛陽471003；2．洛陽LYc軸承有限公司，河南洛陽471039)
摘要：根據PwM控制原理，采用Buck-Boost拓撲結構，設計了一種應用于水磁發電機的新型穩壓電路。相對于目前永磁發電機普遍采用的并聯式和串聯式穩壓電路，該電路輸出為平滑直流電、功耗更低且能夠實現升降雙向穩壓，穩壓效果突出。
關鍵詞：穩壓電路；永磁發電機；Buck—B00st；PwM
中圖分類號：TM351 文獻標識碼：A 文章編號：1004—7018(2008)01—0028—03
0引 言
永磁發電機具有結構簡單、效率高、比功率大、無需外加勵磁電源等特點[1,2]，在農用運輸車上應用十分普遍。但是，因其輸出為交流電，不能直接為暖風機、刮雨器等直流用電器供電；并且輸出電壓隨轉速及負載的變化而波動較大，存在著“低速燈不亮，高速燒燈泡”的現象。因此，設計一種直流輸出的永磁發電機穩壓電路十分必要。目前，普遍采用的穩壓方式有兩種：并聯式和串聯式。前者輸出為交流電，后者輸出為脈動成分較大的直流，更重要的是：兩者功耗較大，且只能在高速時使輸出的高電壓降至穩定值，而不能在低速時使輸出的低電壓升高，即只能解決“高速燒燈泡的問題，而不能解決“低速燈不亮”的問題。為提高低速輸出電壓，往往需要采用高磁性的永磁材料，并對發電機結構、電機繞組進行改造[3]，這種方法不但成本高，而且費時費力。而根據PwM控制原理，采用Buck—Boost拓撲結構設計的新型穩壓電路，能夠克服上述兩種電路的不足。
1并聯式穩壓電路
并聯式穩壓電路[4]如圖1所示。發電機空載即電路中無電流通過時，微型電流互感器M的次級線圈無信號輸出，可控硅scRl不導通，scR2也不導通。在白天工作時，由于不使用照明燈，電路中無電流通過，盡管皮帶輪轉動但發電機空載無功率輸出，穩壓電路不工作。
當發電機有負載時，即電路中有電流通過，微型電流互感器M的次級線圈有信號輸出，可控硅scRl導通。隨著發電機轉速的升高，輸出電壓隨之升高，三極管T的發射極電壓也隨之升高，當電壓達到一定值后，穩壓管Dw被擊穿，使T導通，從而可控硅sCR2被觸發而導通，這時發電機瞬時短路，將電壓波形削去一部分，以降低輸出電壓：另外，由于scR2導通，產生短路性質的感性電流，進而產生去磁作用和直流磁化作用，也將輸出電壓幅值降低，從而達到穩壓的目的。
此電路雖然保證了高速時輸出電壓的穩定性，但并不能使低速時的輸出電壓達到額定值，并且發電機高速旋轉時，由于scR2導通，導致發電機瞬時短路，致使發電機溫度升高，浪費能源。同時，并聯式穩壓電路輸出交流電，不能直接為需要直流電源的電器供電。
2串聯式穩壓電路
串聯式穩壓電路[5]如圖2所示。JFl、JF2為交流發電機完全相同的兩個繞組，JFl的首端為a，JFl的尾端與J融的首端為同一端b，b亦即為電子穩壓器的正極輸出端，JF2的尾端為c。當發電機開始轉動時，由于轉速低，輸出電壓U。也低,小于目標穩壓值，三極管Q1的發射極與A點的電壓小于穩壓管D2的擊穿電壓，二極管Ql處于截止狀態。而三極
管Q2的發射極與基極之間的電壓大于0．7V，因此，三極管Q2導通，集電極電流通過電阻R8、二極管D5、D6分別向可控硅scRl、scR2提供觸發信號，使可控硅導通，發電機輸出的交流電經過scRl、scR2雙半波整流輸出直流電。
當發電機轉速進一步升高，輸出電壓u。升高，三極管Q1發射極與A點的電壓也升高。當輸出電壓u。大于目標穩壓值時，三極管Q1發射極與4點的電壓大于穩壓管D2的擊穿電壓，三極管Q1由截止狀態變為導通狀態，其發射極與集電極之間的電壓為0．2～0 3 V，小于三極管Q2發射極與基極之的開啟電壓O．7 V，三極管Q2由導通變為截止：不再向可控硅scRl、scR2提供觸發電流，可控硅延時到無正向電壓時截止，發電機輸出電壓u．．迅速下降,三極管Ql發射極與A點的電壓也下降。當輸出電壓u。低于目標穩壓值時，三極管Q1截止，Q2導通，可控硅再次導通．輸出直流電。當輸出電壓u |
