一种汽车尾气电子净化装置的设计

　　带电气体或带电废气微粒从烟尘收集板中经过的时候，由于在烟尘收集板的阳极极板与阴极极板之间存在很强的电场，使带正电的气体或带正电的废气微粒很容易被阴极极板吸引，带负电的气体或带负电的废气微粒将也很容易被阳极极板吸引，从而使烟尘收集板的阳极极板和阴极极板都被涂上一层由汽车尾气排放物生成的一种粘性物质。

　　当这种被收集的粘性物质在烟尘收集板上积累到一定厚度的时候，阳极极板和阴极极板之间就会发生打火放电，强大的瞬间电流会把收集在阳极极板上和阴极极板上的物体起火膨胀脱落，并发出啪啪的放电声。因为，阳极极板和阴极极板之间存在一个数千P 的分布电容，充满电的电容在放电时会产生很大的电流，电流会使放电气体产生爆炸，并发出啪啪声。

四、汽车尾气电子净化装置高压电源工作原理

　　图3 是直流开关高压电源的工作原理图，其输入电压为12V（也可以为24 伏），因为汽车一般都是采用12V 储电池供电。直流开关高压电源是一个推挽式开关电源，因为在低压开关电源中，推挽式开关电源的工作效率最高。

　　另外，图3 中的推挽式开关电源与一般的推挽式开关电源还有一些区别，就是这里的两个推挽管在交替工作的时候，交替时间不等于零，而是要延时（或错开）一定的时间（两个推挽管工作时的占空比大约只有48%）。目的是为了防止两个推挽管在交替工作的瞬间，在前一个管还没有完全关断的时候，后一个管就开始导通，使两个管的导通和关闭时间互相重叠，增大开关管的损耗，降低直流高压开关电源的工作效率。

　　图3 中选用IR2155 作为驱动电路。IR2155 普遍用于节能灯中作为半桥式开关管驱动电路，半桥式驱动与推挽式驱动在电路结构上区别比较大，所以图3 中把IR2155 原来用于半桥式开关驱动的电路做了较大的改动，把6 脚直接接地（原来接半桥输出），把8 脚直接接到电源（原来接自举电容）。

　　另外，IR2155 的正常工作电压为15.6V，但图3 中的输入电压仅为12V，显然这个电压不能使IR2155 的正常。为了提高IR2155 的工作电压，图3 中采用整流二极管D2、D4 对开关变压器T1 初级线圈产生的反电动势进行整流后，与12V电源叠加（变为24V）再通过电阻R1 对U1（IR2155）供电，以保证IR2155 的工作电压为15.6V。

　　在正常工作的情况下，图3 中的直流开关高压电源输出功率并不大（小于20W），但在烟尘收集板处于打火的情况下，其输出功率很大，可达100W 以上，由于两个推挽管Q5、Q6 的工作电压比较低，故工作电流比较大，因此Q5、Q6 必须选用漏极电流比较大的场效应管，或集电极电流比较大的IBGT 管。

　　IR2155 的输出功率很小，不能用它直接驱动推挽管Q5、Q6 工作，特别是Q5、Q6 工作于低电压、大电流的情况下，必须对IR2155 的输出信号进行放大，图3 中采用两组推拉式跟随放大电路（Q1、Q2 和Q3、Q4）分别对IR2155 的两组输出信号进行放大，以保证给两个推挽管Q5、Q6 在开通和关断瞬间提供足够的驱动电流，以减少Q5、Q6 导通和关断时产生的开关损耗。C5、R5 和C6、R6 是微分电路，对加速Q5、Q6 的导通和关断时间有一定的作用。

　　C1 是储能滤波电容，但其主要作用是用于对开关变压器的磁芯进行退磁，在电源开关断开的瞬间，由于C1 存储的电荷可维持开关电源继续工作一段时间，使开关变压器初级线圈的工作电压慢慢下降，最后为零。这个过程，使每次关机都可保证，开关变压器铁芯的磁化曲线能够回到坐标的原点，即铁芯完全退磁，防止开关电源再次工作时，由于变压器铁芯带磁而出现磁饱和。如果没有C1 的作用，当电源开关断开时，开关变压器铁芯的磁化曲线将被停止在某一非零值的点上，下次开机时很容易出现变压器饱和，使两个推挽管过流烧坏。

　　D21、D22、D23、D24 和C21、C22、C23、C24 组成倍压整流电路，HV1的输出电压一般高于1 万伏，而HV2 的输出电压高于5 千伏。

　　U2 为电压比较器（TL431），其内部已经设定了一个基准比较电压（大约为2.5V），另一个输入比较电压由R24 与R9 分压取得，R9 为取样电阻。正常工作时，由于R9 的取样输出电压比较高，即U2 的输入电压比较高，所以U2 处于导通状态，即U2 的输出电压为2.5V。U2 的作用主要是用来控制另外一个电压比较器Q7 的导通或关断，正常工作时，由于加到稳压二极管DZ3 的电压（2.5V）低于击穿电压，Q7 处于关断状态。

　　U2 的输出电压或Q7 的输入电压由二极管D5 输入，而D5 的输入信号则通过取样电阻R10 取得。由于R10 的一端与烟尘收集板的阴极极板连接，因此流过阴极极板的电流也将全部流过R10，由此在R10 上会产生一个电压降，这个电压就是取样电阻R10 的取样电压，或称取样输出电压。正常工作时R10 的取样电压是很小的，再加上U2 导通，R10 的取样电压经过D5 后被U2 旁路（被嵌位于2.5V 上），因此，R10 的取样电压无法使稳压二极管DZ3 导通，此时，Q7 是截止的。

　　当烟尘收集板之间出现打火的时后，由于输出电流突然变大，首先是HV2 高压输出电压要降低，因为R23 产生的电压降会增大，从而使HV2 高压输出电压降低，由此取样电阻R9 输出的取样电压也要降低，R9 输出的取样电压经C7 积分延时之后，会使U2 由导通变为截止，其输出电压大于2.5V。此时，R10 的取样电压经过D5，再经过积分电路C8、R7、C9 进行积分，使取样信号的相位被延时，延时后的取样信号经稳压二极管DZ3，最后被加到Q7 的输入端，使Q7 导通。

　　Q7 导通后，通过R8 使U1 的锯齿波振荡器输出信号被旁路，U1 停止工作，无驱动信号输出，使两个推挽管Q5、Q6 也停止工作，致使开关电源无高电压输出。待积分电路中的C8、C9 完全放完电以后，Q7 又会回复到之前的截止状态，此后，直流开关电源又开始正常工作。因此，烟尘收集板之间出现打火是间歇性的，每打火一次，直流开关电源就要被关断一次，以此保护直流开关电源工作的安全。

　　另外，打火保护的门限也是可以改变的，改变取样电阻R9 和R10 的大小就可以改变打火保护的门限。有些小的打火，只要其损耗功率不会超过直流高压开关电源的最大输出功率，直流高压开关电源就不需要保护，这样反而可以提高汽车尾气电子净化装置的工作效率。因此，打火保护的门限和连续打火时间的长短，可根据使用效果来决定。

　　打火时间的长短主要由积分电路中的C7 和C8、R7、C9 的时间常数以及C10的时间常数来确定，时间常数越大打火的时间就越长，同时间歇的时间也越长。同原来上来说，U2 和Q7 都属于取样放大电路，U2 属于电源输出电压取样，Q7 属于电源输出电流取样，但两个取样放大电路的输入信号的相位都要被延时，在延时作用上相当于两个延时时间串联，但积分电路放电的时候，在时间上并不是串联，这样，就可以分别调整积分电路的充、放电时间，使打火持续时间尽量长一些，而恢复时间尽量短一些，以提高工作效率。

　　DZ1 为取样电阻R9 输出电压的限幅二极管，当取样输出电压超过某一电压值时，限幅二极管DZ1 就导通，避免U2 因输入电压过高而损坏。DZ2 也是限幅二极管，当R10 的取样输出电压超过稳压二极管的稳压值时，DZ2 就导通，避免U2 因工作电压过高而损坏。

　　图3 电路也可以采用24V 直流电源供电，但电路需要有些改动：把二极管D1换成一个电阻，电阻R1 和二极管D2、D4 去掉，二极管D3 短路，并且开关变压器初级线圈的匝数也要增加。

　　本发明的汽车尾气电子净化装置，估计成本在100 元～200 元之间。我相信这种汽车尾气电子净化装置将来会拥有非常广阔的市场。