一種汽車(chē)尾氣電子凈化裝置的設計

　　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，帶負電的氣體或帶負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(chē)尾氣排放物生成的一種粘性物質(zhì)。

　　當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。因為，陽(yáng)極極板和陰極極板之間存在一個(gè)數千P 的分布電容，充滿(mǎn)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(chē)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），因為汽車(chē)一般都是采用12V 儲電池供電。直流開(kāi)關(guān)高壓電源是一個(gè)推挽式開(kāi)關(guān)電源，因為在低壓開(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)始導通，使兩個(gè)管的導通和關(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 作為驅動(dòng)電路。IR2155 普遍用于節能燈中作為半橋式開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)電路，半橋式驅動(dòng)與推挽式驅動(dòng)在電路結構上區別比較大，所以圖3 中把IR2155 原來(lái)用于半橋式開(kāi)關(guān)驅動(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 對開(kāi)關(guān)變壓器T1 初級線(xiàn)圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢進(jìn)行整流后，與12V電源疊加（變?yōu)?4V）再通過(guò)電阻R1 對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IR2155 的輸出信號進(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IR2155 的兩組輸出信號進(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動(dòng)電流，以減少Q5、Q6 導通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗。C5、R5 和C6、R6 是微分電路，對加速Q5、Q6 的導通和關(guān)斷時(shí)間有一定的作用。

　　C1 是儲能濾波電容，但其主要作用是用于對開(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 存儲的電荷可維持開(kāi)關(guān)電源繼續工作一段時(shí)間，使開(kāi)關(guān)變壓器初級線(xiàn)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)機都可保證，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁化曲線(xiàn)能夠回到坐標的原點(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磁飽和。如果沒(méi)有C1 的作用，當電源開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器鐵芯的磁化曲線(xiàn)將被停止在某一非零值的點(diǎn)上，下次開(kāi)機時(shí)很容易出現變壓器飽和，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），其內部已經(jīng)設定了一個(gè)基準比較電壓（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 的導通或關(guān)斷，正常工作時(shí)，由于加到穩壓二極管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(chēng)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)法使穩壓二極管DZ3 導通，此時(shí)，Q7 是截止的。

　　當煙塵收集板之間出現打火的時(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，因為R23 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 由導通變?yōu)榻刂?，其輸出電壓大?.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，使取樣信號的相位被延時(shí)，延時(shí)后的取樣信號經(jīng)穩壓二極管DZ3，最后被加到Q7 的輸入端，使Q7 導通。

　　Q7 導通后，通過(guò)R8 使U1 的鋸齒波振蕩器輸出信號被旁路，U1 停止工作，無(wú)驅動(dòng)信號輸出，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 )回復到之前的截止狀態(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，以此保護直流開(kāi)關(guān)電源工作的安全。

　　另外，打火保護的門(mén)限也是可以改變的，改變取樣電阻R9 和R10 的大小就可以改變打火保護的門(mén)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，這樣反而可以提高汽車(chē)尾氣電子凈化裝置的工作效率。因此，打火保護的門(mén)限和連續打火時(shí)間的長(cháng)短，可根據使用效果來(lái)決定。

　　打火時(shí)間的長(cháng)短主要由積分電路中的C7 和C8、R7、C9 的時(shí)間常數以及C10的時(shí)間常數來(lái)確定，時(shí)間常數越大打火的時(shí)間就越長(cháng)，同時(shí)間歇的時(shí)間也越長(cháng)。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的相位都要被延時(shí)，在延時(shí)作用上相當于兩個(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，就可以分別調整積分電路的充、放電時(shí)間，使打火持續時(shí)間盡量長(cháng)一些，而恢復時(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，當取樣輸出電壓超過(guò)某一電壓值時(shí)，限幅二極管DZ1 就導通，避免U2 因輸入電壓過(guò)高而損壞。DZ2 也是限幅二極管，當R10 的取樣輸出電壓超過(guò)穩壓二極管的穩壓值時(shí)，DZ2 就導通，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)變壓器初級線(xiàn)圈的匝數也要增加。

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