汽车尾气余热发电装置的电路设计

中图分类号:TM910.2　　文献标识码:B　　文章编号:1009-2552(2005)09-0055-03　　

信息技术

汽车尾气余热发电装置的电路设计

赵　刚,赵春彦,朱建良

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(1.哈尔滨理工大学电气与电子工程学院,哈尔滨150040;

2.哈尔滨市市郊农电局,哈尔滨150076)

摘　要:采用MAX669变换芯片、UC3906控制芯片、CD4047驱动芯片实现低压直流电能的DC-DC升压、储能和DC-AC逆变。电路的转换效率达到了90%以上,为汽车尾气余热发电装置提供了一种结构简单、易于实现、性能可靠的实现电路。关键词:汽车尾气发电;电路设计;转换效率Thecircuitdesignofgeneratorusingtailgaswasteheatofthecar

ZHAOGang,ZHAOChun2yan,ZHUJian2liang

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(1.Electrical&ElectronicEngineeringCollege,HarbinUniv.Sci.Tech.,Harbin150040,China;

2.HarbinAgriculturalElectricityBureauofCitySuburb,Harbin150076,China)

Abstract:UsinginvertingchipMAX669,controllingchipUC3906,drivingchipCD4047,thistextrealizesincreasingvoltagefromDCtoDC,collectingelectricityandinvertingfromDCtoACoflowvoltageDCelec2tricity.Theefficiencyofthecircuitcanreachupto90%.Itgivesanimplementationcircuitwithsimplestruc2ture,easyrealizationandreliableperformanceforgeneratorusingtailgaswasteheatofthecar.Keywords:tailgasofthecargeneration;circuitdesign;invertingefficiency

0　引言

随着全球经济的高速发展,汽车越来越普及。

但是汽车燃油热量仅三分之一为有效能量(作为动力),其余三分之二则是通过冷却水或排气方式排入大气,如何将这些能量加以利用,是人们普遍关注的问题。利用汽车尾气余热发电作为车载电源是充分

利用燃料能源,提高效率,有利环保的一种方式。

1　汽车尾气发电的特点

汽车尾气余热发电装置所发出的电能一般都为低电压、小电流的小功率电能,不能直接应用,需要经过DC-DC升压、储能、DC-AC逆变处理后才能正常利用。其过程如图1所示。

图1　电路设计流程图

2　DC-DC直流升压部分

DC-DC直流升压部分采用μMAX封装的升压

Ω和输出电压由电阻R2和R3确定,首先在10K1MΩ之间选定R3,则

R2=R3[(VOUTΠVREF)-1]

型MAX669控制芯片

[1]

,电路及其元件参数如图2

(1)

所示。MAX669是以固定频率工作于电流模式的

PWM控制器,输出功率达20W且可调,效率可达90%,具有宽范围的输入电压(1.8～28V)。

[2]

外围电路参数设计如下:①输出电压的设置

式中:VREF为1.25V。

收稿日期:2005-04-19

作者简介:赵刚(1981-),男,哈尔滨理工大学电气与电子工程学

院,硕士研究生。

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图2　升压型DC-DC变换器

　　②确定电感值

根据芯片内部设置的动态补偿得到电感量的优化值为

(4×IOUT×fOSC)LID=VOUTΠ

(2)

环中增加1个左半平面零点,影响稳定性,因此在

FB和GND之间需要连接一个补偿电容CFB,CFB与

反馈等效电阻作用形成一个极点,从而抵消Req引起的零点。因此补偿电容值为

CFB=COUT×Req③二极管的选择

高频率特性要求选择快速二极管,建议选用肖特基二极管,因为其具有快恢复时间和低的正向压降。二极管的平均电流额定值需满足下式计算值

ID=IOUT+ILPΠIOUT

(R2×R3)Π(R2+R3)

(6)

式中:R2和R3为反馈电阻。

3　储能部分

(3)

储能部分采用了UC3906密封铅酸蓄电池充电专用芯片。它具有密封铅酸蓄电池最佳充电所需的全部控制和检测功能。而且它能使充电器各种转换电压随电池电压的温度系数的变化而变化,从而使密封铅酸蓄电池在很宽的温度范围内都能达到最佳充电状态。电路如图3所示。

该充电电路的主要参数如图4所示。①输入电源电压VIN=9～13V;②工作温度范围0～70℃;③起动涓流充电电流IT=10mA(VIN=10V);④起动充电电压VT=5.1V;⑤最大充电电流

IMAX=500mA;⑥过充电转换电压V12=7.125V;⑦过

[3]

二极管的反向击穿电压必须高于VOUT。④输出滤波电容最小的输出滤波电容为

(2πRCS×VIN(min)×fOSC)COUT(min)=(7.5×LΠLID)Π

(4)

式中:VIN(min)为最小期望的输入电压。

⑤输出纹波

输出纹波主要由电容等效串联电阻Req决定,一般取2～3倍的COUT(min)。此时输出纹波电压为

VRI=ILP×Req

(5)

⑥补偿电容

由于输出波电容的等效串联电阻Req将在控制—56

—

充电电压VOC=7.5V;⑧过充电终止电流IOCT=50mA;⑨浮充电压VF=7V;⑩浮充转换电压V31=6.3V。

图3　双电平浮充充电电路和两只MOSFET管IRF540。芯片CD4047用来驱动

MOSFET的,通过控制两只IRF540管T1,T2的开启、关断,在变压器的低压绕组会产生一个低电压、大电流、频率为50Hz的交变信号,从而会在变压器的高压侧感应出高压交流电压,完成DC-AC转换。

图4　6V,2.5Ah铅酸蓄电池充电曲线

4　DC-AC逆变部分

4.1　逆变器的数学模型

在低温余热发电系统中对逆变器的效率(尤其

[4]

是轻载时的效率)有特殊的要求,要求逆变器有很高的变换效率。逆变器的输入电流要满足交流负载的需求,用公式表示如下:

(Udc・η(7)Imv=IACUacΠmv)式中:Imv为逆变器的输入电流

IAC为交流负载的电流Uac为交流端电压Udc为直流端电压

图5　6VDC-220VAC逆变电路

5　结束语

本文所设计的电路结构简单,体积小,成本低,

而且转换效率达到了90%以上。本电路不仅适用

[5]

于汽车尾气余热发电,也可适用于其它小型发电装置,如太阳能发电、风力发电、潮汐发电、波浪发电、低温余热发电等。参考文献:

[1]　MAXIM.Integratedproducts[S].1999.

[2]　刘陵顺,鲁芳,梁玉军1基于MAX668ΠMAX669的升压型DCΠDC

ηmv为逆变器转换效率同时:

ηPin・mv=Pout

式中:Pin为逆变器的输入功率

Pout为逆变器的输出功率

变换器的设计[J].PSTA电源杂志电子版,2002,(6).

(8)

[3]　刘荣.自然能供电技术[M].北京:科学出版社,2000,9.[4]　Seeling-hochmuthGC.ACombinedOptimizationConceptForThe

DesignAndOperationStrategyOfHybrid-PVEnergySystems[J].SolarEnergy1997,61(2):77-87.

[5]　凌贺飞,舒水明1液氮驱动系统的新循环及热力特性研究[J].

4.2　实用溺变电路

设计制造,2002,(5).

责任编辑:张荣香

逆变电路如图5所示。电路中采用了CD4047

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