由 BearClub 转贴缘起:
大概是去年开始吧,有网友从日本的网站上发现标题为『逆电流制御』的「新发明」,不到一年的时间,市面上有相当数量类似的产品发售,连许多业余的朋友也代工制作『逆电流』,赚点小外快,真是商机无限!
老实说,乍见这个诡异的新名词还真是心慌,从基本电学、电子学、电路学、电磁学.......一路走来,虽然都念的不怎么样,但也不至于对这种专有名词一点儿印象都没有吧?难道............
探讨:
没错,又是日文惹的祸,在国人有边读边没边念中间的惯例下,连日文中的汉字都可以直接当国字念,后面的懒人更是自行省略后半段,直接变成『逆电流』这吓死半调子、笑死内行人的新名词。
根据原始的电路看来,『逆电流制御』的结构很单纯,是单个电容器或多个电容器组合,并联在车辆直流电源的基本应用;这样的电路在各种家用电子产品里几乎都见的到,作用是降低电源涟波、抑制高频杂讯,目的是希望得到更接近纯直流的干净、稳定电源。当然若是以玩音响的技术角度来看,这只不过是最 BASIC 的电源滤波线路,要稳、要干净,至少来个串联式稳压才及格吧?
或许又有人问,以等效电容的观点来看,车上的电瓶已经是个超级大水塘了,为啥还需要这些像鼻屎般渺小的电容器?这的确是个好问题!一般车辆的发电设备都是很简单的,不像电力公司送到家里来的电力干净、稳定(乱遭遭的工业区例外),车上的整流器也不甚讲究,整出来的「直流12V」用电表量是还OK啦,顶多电压高一点、低一点或者是乎高乎低而已,若闲的发慌送上示波器量一量,那肯定精彩,怠速、各种转速情况下都会混杂着不同程度杂讯的锯齿涟波,再加上车上用电的零件,像CDI、火星塞,用起电来也很没公德心, 这些都会为整个电力系统带来不少杂讯和浮动负载影响。
当然,我们并非想在车用电源上架构一套 Hi-End 音响系统,无须过于计较电源纯净问题,但是基于一个不变的原则:任何电器用品电源越稳定,工作效果也一定越理想,越接近设计的目的;就像人写字,在家里四平八稳的书桌上一定比在不停晃动的公车上写字来的漂亮。如果车上的电源稳定性能增加,或许收音机会比较没有杂音、大灯平均亮度会比较亮、喇叭声音会比较宏亮、点火会比较顺畅、拉转也会比较顺畅、燃料也会比较省..........
以上就理论而言都是可行的,那实际上呢?就看增加电源稳定性、纯净度的方法和成效如何啰!
设计理念:
假设承袭玩音响那套方法,在车上装个稳压电路如何??我想是有些麻烦的,因为稳压的原理之一就是 Input 和 Output 必须要有一段电压差,而发电机、整流器的输出是固定的,全部修改工程很浩大,且车用电系是属于低电压、高电流的设计,要弄个高电流的稳压器,成本会有点吓人;当然您功力够高也可以尝试弄个 Switching Power Supply ,不过规划一件事情总要有个 Trade-off,在这个改善电系的实验方案里,无须玩弄 Hi-End 那套戏法。
一个比较简单可行的方案就是直接在机车电路上最适合的位置接上最适合的电容,适当的对电压产生涟波过滤、高频杂讯抑制之功效。
先讲为什么要装对地方,前面提到车用电路是低电压、高电流,您想想光是一颗 60W 的大灯,假设使用 DC 12V 的电压,消耗电流即高达 5A,若供电源头和耗电的中间插入 0.2Ω 的电阻,那么 5A 的电流就会产生 1V 的压降,如果喇叭按一下的瞬间消耗 10A,那 0.2Ω 的电阻就会产生 2V 的压降,如果方向灯.........如果 CDI........如果........... 总之,这些粗略的估算只是为了描述直流电经过老旧电线、电缆接头、氧化开关............之后,浮动负载对电源稳定造成的不稳定性,我们要设法把电容器安装在距离目标零件最近的地方;就像把水塔盖在单一水龙头旁边,水量的稳定性一定很棒,如果全家的水龙头都共用管线、且离水塔都很远,那水龙头们就会彼此产生影响。你的目标零件是什么?是大灯、喇叭、还是跟性能相关的点火系统?
再来是电容的容量,需要 1μF? 100μF? 1000μF? 还是 10000μF?,这要分两个方向探讨;一个方向是刚刚水塔的观念,如果水塔太小、水龙头口径太大,0.001秒就足以把水塔放光,那这个水塔就太小了,容量显然不足,所以我们必须考虑电容量是否足以应付目标零件的消耗及合理配合电源充电的周期(电源不是纯直流、是有涟波的,要 设法利用电容尽量弭平);另外一个方向就是车辆电系(含发电和用电两部分)产生的杂讯和涟波是固定频率、固定大小吗?我想不是这样的,光 CDI 点火的频率就是随引擎转速一起浮动的,所以我们必须准备容量大小不等的电容器,对不同频率的涟波、杂讯做最佳化吸收,吸收这两个字实际一点说应该是电容的充、放电速率,太大的电容对高频的杂讯莫可奈何、太小的电容对低频的杂讯也无能为力,好在电容的特性是可以多颗并联使用, 且等效容量是相加总的,例如 100颗 100μF 并联在一起等效容量为 10000μF,这种作法可有效提高 Q 值,改善对高频杂讯的反应能力,当然选购低 ESR 规格的电容也是一种办法,但通常所费不贷、且目前还不知道所谓「高频杂讯」有多高?有多严重?对车辆性能影响是否为关键点?这样花大把银子买音响级超低 ESR 电容(Equivalent Series Resistance)并非明智之举;或许您要接着问:怎么知道杂讯分布频域和能量大小?我得老实告诉你:要求真知就乖乖拿示波器、甚至频谱分析仪来量吧,每台车设计不一样的!
妥协办法:
丑话说尽后该是现丑的时刻,此回制作的想法很简单,使用三级不同大小,约为十倍容量关系的电容器,期望能对不同频域杂讯分别产生比较有效的抑制作用,总容量约在 20000μF 左右,至于这些数据是如何产生?一半用猜的、一半参考别人的实验结果,若是有兴趣当然可以尝试其他的组合。
呈前文所述,安装位置是很关键的,有人设计安装在电瓶上(如试作一),有的安装在锁头之后的某关键节点上或许会比较有效,但是必须考虑大容量电容在开启电门的瞬间充电电流,对锁头接点可能产生电弧伤害,所以又画蛇添足加了一组「柔性启动电路」(如试作二、三),先以较小的电流慢慢将电容群充饱,约八秒钟后再以Relay旁路充电电阻。
准备工具:
烙铁:因为要焊接 #14 电线,60W 的会比一般常用的 30W 适合。
焊锡:建议买锡铅比例63/37的实用品即可,这种场合不需要用到 WB T含银焊锡。
电钻:小只的即可,用来钻洞洞板和外壳。
热熔胶枪:小只的即可,别忘了买子弹 - 热熔胶。
美工刀:切割洞洞板用,也可以剥电线皮、刮除零件接脚表面氧化物。
斜口钳:剪电线、剪零件接脚、剥电线皮,建议买稍微好一点的。
吹风机:吹热缩套管(懒人也可用打火机烤)或替热熔胶收边用途。
十字螺丝起子:拆装外壳。
准备材料:
电容:要用国产进口随便、容量也随便、耐压要25V还是更高也随便,总之您高兴就好
100μF / 25V x 20
1000μF / 25V x 10
4700μF / 25V x 2
2200μF / 16V x 1
0.0068μF / 400V x 1(金属皮膜电容)
保险丝及保险丝座:我是用3A慢熔型,座有很多种形式,可以选择焊在板子上的、锁在外壳上的、连在电线上的、汽车专用的薄片型..........随你高兴。
电路版:我是用洞洞板直接焊,一方面是懒得洗版子、一方面以粗电线搭接理论上电阻比较低。
电线:#14,要用更粗的也无妨(电线规格参考)。
外壳:当然要装的下全部组件,外壳以绝缘材质为佳。
电阻:
100Ω / 2W
10Ω / 2W
22KΩ / 0.25W
100KΩ / 0.25W
继电器:线圈 DC12V、接点 12A。
电晶体:2N3055,也是 从零件盒里面随便乱抓的,凡是NPN晶体、功率撑的住控制继电器线圈电流的摧残即可。
二极体:IN4002。
热缩套管:可准备红色、黑色,绝缘又能标示极性,粗细自己看情形拿捏。
电路图:
C1~Cn:1000μF / 25V x 20,100μF / 25V x 2,10μF / 25V x 2
Fuse:3A 慢熔
C1:2200μF / 16V
C2~Cn:4700μF / 25V x 2,1000μF / 25V x 10,100μF / 25V x 20,0.0068μF / 400V x 1
Q1:2N3055
D1:1N4002
R1:100KΩ / 0.25W,R2:22KΩ / 0.25W,R3:10Ω / 2W,R4:100Ω / 2W
Fuse:3A 慢熔
参考照片:
零件直接焊在粗线上电阻最低
电容随你排列,极性不能错置
缝隙灌胶防止电容震动 延长寿命
试作品二,增加软性启动电路,适合接续在电门之后的位置
金属面一律灌胶,减缓氧化
涂胶密封后记得标示要清楚
其他:
长篇废话讲完后,这个电源滤波器到底要装在哪里?我想既然是DIY实验性质,随你高兴吧,得离 CDI 近一点可能对点火比较有帮助,只是每台车设计不一样,有些机车的 CDI 是直接引用发电机的另一组专用供电,这小装置的效益就不是很直接啰!
另外关于「LED工作指示灯」、「测试开关」这些东西有没有必要装?我想也是随人喜好;『多只香炉多只鬼』,只要不增加太多开关接点、隐藏日后电阻上升祸根的装置都无所谓啦,祝福大家从DIY中获得乐趣