一種汽車尾氣電子凈化裝置的設(shè)計(jì)

　　帶電氣體或帶電廢氣微粒從煙塵收集板中經(jīng)過(guò)的時(shí)候，由于在煙塵收集板的陽(yáng)極極板與陰極極板之間存在很強(qiáng)的電場(chǎng)，使帶正電的氣體或帶正電的廢氣微粒很容易被陰極極板吸引，帶負(fù)電的氣體或帶負(fù)電的廢氣微粒將也很容易被陽(yáng)極極板吸引，從而使煙塵收集板的陽(yáng)極極板和陰極極板都被涂上一層由汽車尾氣排放物生成的一種粘性物質(zhì)。

　　當(dāng)這種被收集的粘性物質(zhì)在煙塵收集板上積累到一定厚度的時(shí)候，陽(yáng)極極板和陰極極板之間就會(huì)發(fā)生打火放電，強(qiáng)大的瞬間電流會(huì)把收集在陽(yáng)極極板上和陰極極板上的物體起火膨脹脫落，并發(fā)出啪啪的放電聲。因?yàn)?，?yáng)極極板和陰極極板之間存在一個(gè)數(shù)千P 的分布電容，充滿電的電容在放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的電流，電流會(huì)使放電氣體產(chǎn)生爆炸，并發(fā)出啪啪聲。

四、汽車尾氣電子凈化裝置高壓電源工作原理

　　圖3 是直流開(kāi)關(guān)高壓電源的工作原理圖，其輸入電壓為12V（也可以為24 伏），因?yàn)槠囈话愣际遣捎?2V 儲(chǔ)電池供電。直流開(kāi)關(guān)高壓電源是一個(gè)推挽式開(kāi)關(guān)電源，因?yàn)樵诘蛪洪_(kāi)關(guān)電源中，推挽式開(kāi)關(guān)電源的工作效率最高。

　　另外，圖3 中的推挽式開(kāi)關(guān)電源與一般的推挽式開(kāi)關(guān)電源還有一些區(qū)別，就是這里的兩個(gè)推挽管在交替工作的時(shí)候，交替時(shí)間不等于零，而是要延時(shí)（或錯(cuò)開(kāi)）一定的時(shí)間（兩個(gè)推挽管工作時(shí)的占空比大約只有48%）。目的是為了防止兩個(gè)推挽管在交替工作的瞬間，在前一個(gè)管還沒(méi)有完全關(guān)斷的時(shí)候，后一個(gè)管就開(kāi)始導(dǎo)通，使兩個(gè)管的導(dǎo)通和關(guān)閉時(shí)間互相重疊，增大開(kāi)關(guān)管的損耗，降低直流高壓開(kāi)關(guān)電源的工作效率。

　　圖3 中選用IR2155 作為驅(qū)動(dòng)電路。IR2155 普遍用于節(jié)能燈中作為半橋式開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)電路，半橋式驅(qū)動(dòng)與推挽式驅(qū)動(dòng)在電路結(jié)構(gòu)上區(qū)別比較大，所以圖3 中把IR2155 原來(lái)用于半橋式開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)的電路做了較大的改動(dòng)，把6 腳直接接地（原來(lái)接半橋輸出），把8 腳直接接到電源（原來(lái)接自舉電容）。

　　另外，IR2155 的正常工作電壓為15.6V，但圖3 中的輸入電壓僅為12V，顯然這個(gè)電壓不能使IR2155 的正常。為了提高IR2155 的工作電壓，圖3 中采用整流二極管D2、D4 對(duì)開(kāi)關(guān)變壓器T1 初級(jí)線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行整流后，與12V電源疊加（變?yōu)?4V）再通過(guò)電阻R1 對(duì)U1（IR2155）供電，以保證IR2155 的工作電壓為15.6V。

　　在正常工作的情況下，圖3 中的直流開(kāi)關(guān)高壓電源輸出功率并不大（小于20W），但在煙塵收集板處于打火的情況下，其輸出功率很大，可達(dá)100W 以上，由于兩個(gè)推挽管Q5、Q6 的工作電壓比較低，故工作電流比較大，因此Q5、Q6 必須選用漏極電流比較大的場(chǎng)效應(yīng)管，或集電極電流比較大的IBGT 管。

　　IR2155 的輸出功率很小，不能用它直接驅(qū)動(dòng)推挽管Q5、Q6 工作，特別是Q5、Q6 工作于低電壓、大電流的情況下，必須對(duì)IR2155 的輸出信號(hào)進(jìn)行放大，圖3 中采用兩組推拉式跟隨放大電路（Q1、Q2 和Q3、Q4）分別對(duì)IR2155 的兩組輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以保證給兩個(gè)推挽管Q5、Q6 在開(kāi)通和關(guān)斷瞬間提供足夠的驅(qū)動(dòng)電流，以減少Q(mào)5、Q6 導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗。C5、R5 和C6、R6 是微分電路，對(duì)加速Q(mào)5、Q6 的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間有一定的作用。

　　C1 是儲(chǔ)能濾波電容，但其主要作用是用于對(duì)開(kāi)關(guān)變壓器的磁芯進(jìn)行退磁，在電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的瞬間，由于C1 存儲(chǔ)的電荷可維持開(kāi)關(guān)電源繼續(xù)工作一段時(shí)間，使開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的工作電壓慢慢下降，最后為零。這個(gè)過(guò)程，使每次關(guān)機(jī)都可保證，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁化曲線能夠回到坐標(biāo)的原點(diǎn)，即鐵芯完全退磁，防止開(kāi)關(guān)電源再次工作時(shí)，由于變壓器鐵芯帶磁而出現(xiàn)磁飽和。如果沒(méi)有C1 的作用，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁化曲線將被停止在某一非零值的點(diǎn)上，下次開(kāi)機(jī)時(shí)很容易出現(xiàn)變壓器飽和，使兩個(gè)推挽管過(guò)流燒壞。

　　D21、D22、D23、D24 和C21、C22、C23、C24 組成倍壓整流電路，HV1的輸出電壓一般高于1 萬(wàn)伏，而HV2 的輸出電壓高于5 千伏。

　　U2 為電壓比較器（TL431），其內(nèi)部已經(jīng)設(shè)定了一個(gè)基準(zhǔn)比較電壓（大約為2.5V），另一個(gè)輸入比較電壓由R24 與R9 分壓取得，R9 為取樣電阻。正常工作時(shí)，由于R9 的取樣輸出電壓比較高，即U2 的輸入電壓比較高，所以U2 處于導(dǎo)通狀態(tài)，即U2 的輸出電壓為2.5V。U2 的作用主要是用來(lái)控制另外一個(gè)電壓比較器Q7 的導(dǎo)通或關(guān)斷，正常工作時(shí)，由于加到穩(wěn)壓二極管DZ3 的電壓（2.5V）低于擊穿電壓，Q7 處于關(guān)斷狀態(tài)。

　　U2 的輸出電壓或Q7 的輸入電壓由二極管D5 輸入，而D5 的輸入信號(hào)則通過(guò)取樣電阻R10 取得。由于R10 的一端與煙塵收集板的陰極極板連接，因此流過(guò)陰極極板的電流也將全部流過(guò)R10，由此在R10 上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓降，這個(gè)電壓就是取樣電阻R10 的取樣電壓，或稱取樣輸出電壓。正常工作時(shí)R10 的取樣電壓是很小的，再加上U2 導(dǎo)通，R10 的取樣電壓經(jīng)過(guò)D5 后被U2 旁路（被嵌位于2.5V 上），因此，R10 的取樣電壓無(wú)法使穩(wěn)壓二極管DZ3 導(dǎo)通，此時(shí)，Q7 是截止的。

　　當(dāng)煙塵收集板之間出現(xiàn)打火的時(shí)后，由于輸出電流突然變大，首先是HV2 高壓輸出電壓要降低，因?yàn)镽23 產(chǎn)生的電壓降會(huì)增大，從而使HV2 高壓輸出電壓降低，由此取樣電阻R9 輸出的取樣電壓也要降低，R9 輸出的取樣電壓經(jīng)C7 積分延時(shí)之后，會(huì)使U2 由導(dǎo)通變?yōu)榻刂梗漭敵鲭妷捍笥?.5V。此時(shí)，R10 的取樣電壓經(jīng)過(guò)D5，再經(jīng)過(guò)積分電路C8、R7、C9 進(jìn)行積分，使取樣信號(hào)的相位被延時(shí)，延時(shí)后的取樣信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓二極管DZ3，最后被加到Q7 的輸入端，使Q7 導(dǎo)通。

　　Q7 導(dǎo)通后，通過(guò)R8 使U1 的鋸齒波振蕩器輸出信號(hào)被旁路，U1 停止工作，無(wú)驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出，使兩個(gè)推挽管Q5、Q6 也停止工作，致使開(kāi)關(guān)電源無(wú)高電壓輸出。待積分電路中的C8、C9 完全放完電以后，Q7 又會(huì)回復(fù)到之前的截止?fàn)顟B(tài)，此后，直流開(kāi)關(guān)電源又開(kāi)始正常工作。因此，煙塵收集板之間出現(xiàn)打火是間歇性的，每打火一次，直流開(kāi)關(guān)電源就要被關(guān)斷一次，以此保護(hù)直流開(kāi)關(guān)電源工作的安全。

　　另外，打火保護(hù)的門限也是可以改變的，改變?nèi)与娮鑂9 和R10 的大小就可以改變打火保護(hù)的門限。有些小的打火，只要其損耗功率不會(huì)超過(guò)直流高壓開(kāi)關(guān)電源的最大輸出功率，直流高壓開(kāi)關(guān)電源就不需要保護(hù)，這樣反而可以提高汽車尾氣電子凈化裝置的工作效率。因此，打火保護(hù)的門限和連續(xù)打火時(shí)間的長(zhǎng)短，可根據(jù)使用效果來(lái)決定。

　　打火時(shí)間的長(zhǎng)短主要由積分電路中的C7 和C8、R7、C9 的時(shí)間常數(shù)以及C10的時(shí)間常數(shù)來(lái)確定，時(shí)間常數(shù)越大打火的時(shí)間就越長(zhǎng)，同時(shí)間歇的時(shí)間也越長(zhǎng)。同原來(lái)上來(lái)說(shuō)，U2 和Q7 都屬于取樣放大電路，U2 屬于電源輸出電壓取樣，Q7 屬于電源輸出電流取樣，但兩個(gè)取樣放大電路的輸入信號(hào)的相位都要被延時(shí)，在延時(shí)作用上相當(dāng)于兩個(gè)延時(shí)時(shí)間串聯(lián)，但積分電路放電的時(shí)候，在時(shí)間上并不是串聯(lián)，這樣，就可以分別調(diào)整積分電路的充、放電時(shí)間，使打火持續(xù)時(shí)間盡量長(zhǎng)一些，而恢復(fù)時(shí)間盡量短一些，以提高工作效率。

　　DZ1 為取樣電阻R9 輸出電壓的限幅二極管，當(dāng)取樣輸出電壓超過(guò)某一電壓值時(shí)，限幅二極管DZ1 就導(dǎo)通，避免U2 因輸入電壓過(guò)高而損壞。DZ2 也是限幅二極管，當(dāng)R10 的取樣輸出電壓超過(guò)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值時(shí)，DZ2 就導(dǎo)通，避免U2 因工作電壓過(guò)高而損壞。

　　圖3 電路也可以采用24V 直流電源供電，但電路需要有些改動(dòng)：把二極管D1換成一個(gè)電阻，電阻R1 和二極管D2、D4 去掉，二極管D3 短路，并且開(kāi)關(guān)變壓器初級(jí)線圈的匝數(shù)也要增加。

　　本發(fā)明的汽車尾氣電子凈化裝置，估計(jì)成本在100 元～200 元之間。我相信這種汽車尾氣電子凈化裝置將來(lái)會(huì)擁有非常廣闊的市場(chǎng)。