機(jī)車110V開關(guān)電源控制方法與應(yīng)用研究

郝亞楠

【摘 要】在機(jī)車運(yùn)行過程中，110V直流電源會與蓄電池組并聯(lián)在一起，然后為機(jī)車提供110V電源。如果電源柜出現(xiàn)了問題不能工作，蓄電池也可以作為控制電源，這樣一來，機(jī)車就不會因?yàn)槟骋粋€故障而不能運(yùn)行?；诖?，論文主要分析了機(jī)車110V開關(guān)電源控制方法與應(yīng)用，以供參考。

【Abstract】In the operation process of locomotive， the 110V DC power supply will be connected in parallel with the battery pack， and then provide the 110V power for the locomotive. If there is a problem with the power box， the battery can be used as a control power， so that the locomotive will not stop because of a fault. Based on this， this paper mainly analyzes the control method and application of locomotive 110V switching power supply， for reference.

【關(guān)鍵詞】機(jī)車；110V開關(guān)電源；控制方法；應(yīng)用

【Keywords】locomotive；110V switching power supply； control method； application

【中圖分類號】TM863 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）06-0152-02

1 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，通訊電源技術(shù)已經(jīng)得到了很大的進(jìn)步，傳統(tǒng)的相控整流電源已經(jīng)被淘汰，目前應(yīng)用最多的是開關(guān)電源。同時，交流變壓器弧焊機(jī)應(yīng)用的也越來越少，二極管整流焊機(jī)也不再流行，取而代之的是焊接電源。另外，人們對技能的強(qiáng)烈需求也促使開關(guān)電源越來越朝著節(jié)能、高效的方向完善。

2 機(jī)車110V電路特點(diǎn)

機(jī)車110V控制電源的電路結(jié)構(gòu)在輸入端可以設(shè)置高電壓，而輸出的電壓和電流不會很高，這樣就能夠減小每個變換器開關(guān)管的額定電壓值。

機(jī)車110V控制電源可以根據(jù)變換器的變化來配置不同的電路類型，每種類型的電路功能存在很大的差異。而功能的選配是由電路的實(shí)際情況（運(yùn)行效率等）決定的。

3 開關(guān)電源控制方法與應(yīng)用

3.1 組合電路控制方式

一般情況下，每個電路本身都具有均流的功能，所以連接方式如果是并聯(lián)，就沒必要再利用其他均流設(shè)備。很多電路在設(shè)計(jì)的時候會讓兩個子電路使用相同的相位以及占空比，這種情況下，子電路的輸出電流都是從總電路中流出來的，那么二個子電路的電壓是平均分配的，均占到了總電壓的二分之一。當(dāng)兩個子電路采用相同的相位順序和占空，且總變換器是由兩個子電路組成的，故其頻率也會是其中某一個變換器運(yùn)行頻率的2倍，這樣一來，就能夠降低濾波電感和電容的體積。一般情況下，將其中的一個子電路作為備用，兩個子電路同時運(yùn)行，如若其中一個子電路出現(xiàn)問題，則另一個電路會單獨(dú)運(yùn)行，這樣依舊能夠滿足滿負(fù)載電流的要求，不影響整個機(jī)車的運(yùn)行[1]。

3.2 全橋變換器的基本控制方式

如果開關(guān)電源運(yùn)用的是全橋式變換器，那么可以有多種不同的方法對交流方波電壓進(jìn)行控制。一些常用的控制方法有：雙極性控制、不對稱控制、移相控制等。通常情況下，此種變換器都是利用脈寬調(diào)制的開關(guān)管來進(jìn)行工作，這就是大家通常說的占空比控制方法。這樣的開關(guān)管一般在固定的頻率下工作，所以，通過對主開關(guān)管的導(dǎo)通時間寬度進(jìn)行調(diào)整，然后再通過取樣、比較放大的占空比，就能夠把其中的直流高壓轉(zhuǎn)化為高頻交變開關(guān)脈沖，此脈沖能夠傳輸?shù)礁边叄?jīng)過二次整流濾波，最后會根據(jù)用戶的需求輸出相應(yīng)合理的直流電壓和電流。

3.3 控制方式中軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)

3.3.1 采用方式

在軟開關(guān)的應(yīng)用上，很多全橋變換電路拓?fù)渚捎昧艘葡啵╖VS-PWM）控制方式，具有很好的效果。移相（ZVS-PWM）控制使用開關(guān)管的結(jié)電容和高頻變壓器的漏電感作為諧振元件，是諧振變換技術(shù)

和常規(guī)PWM變換技術(shù)的有機(jī)融合，如圖1。

在機(jī)車電源控制中，應(yīng)用軟開關(guān)控制方式，不僅能夠降低開關(guān)時產(chǎn)生的噪音，還能夠減少電能的損耗，為降低尺寸及重量，提高電源運(yùn)行效率創(chuàng)造了合適的條件。同時，軟開關(guān)控制方式的應(yīng)用還存在很多優(yōu)點(diǎn)，例如，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜程度低、元器件的電壓和電流應(yīng)力小等等。

3.3.2 移相控制ZVS-FB-PWM變換器的簡單分析

ZVS-PWM軟開關(guān)DC-DC全橋變換器的一個開關(guān)周期共有十二個不同的工作過程。

其工作原理如圖2：超前臂開關(guān)管Q1和Q2的驅(qū)動電壓U1和U2互為反相，兩者之間的死區(qū)時間為△t1；滯后臂開關(guān)管Q3和Q4的驅(qū)動電壓U3和U4，也互為反相，兩者之間死區(qū)時間為△t2；全橋四只管的對角線開關(guān)管電壓U1超前U4一個相位（移相角a），U2超前U3一個相位，它們的相位關(guān)系都是由源頭IC控制決定的。此種變換器產(chǎn)生的諧振是通過漏感和功率管輸出端結(jié)電容與原、副邊之間的寄生電容產(chǎn)生的，可以實(shí)現(xiàn)電源打開時電壓保持在0的狀態(tài)，這樣能夠減少開關(guān)電源運(yùn)行時的能源消耗。

3.3.3 移相控制ZVZCS-FB-PWM變換器的分析

移相全橋ZVS-PWM變換器運(yùn)用于機(jī)車電源的控制，總體來說具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如其能在高頻、大功率的條件中運(yùn)行。雖然其優(yōu)點(diǎn)突出，但在其實(shí)現(xiàn)過程中不可避免地存在一些弊端，例如：當(dāng)變壓器副邊發(fā)生電壓占空比丟失時，原邊額定電流很容易逐漸增加，進(jìn)而導(dǎo)致副邊整流二極管的電壓應(yīng)力逐漸加大；占空比的丟失，會使環(huán)流增大，導(dǎo)致周邊出現(xiàn)電能損失的情況，造成了一定的能源浪費(fèi)；同時，移相全橋ZVS-PWM變換器在一定程度上對0電壓開關(guān)的負(fù)載范圍有所限制，在負(fù)載較小的情況下，滯后橋臂難實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)。

利用IGBT作為全橋ZVS-PWM變換器的開關(guān)管，能夠在很大程度上提高電路的輸出功率，與功率MOS管相比，IGBT的耐壓能力更強(qiáng)，能量損耗更小，成本相更低，非常適合應(yīng)用于高壓大功率場合中。但是IGBT也存在弊端，例如，在開關(guān)關(guān)斷后可能會產(chǎn)生很大的尾電流，造成能量的大量損失。因此，如果在開關(guān)關(guān)斷前就讓一些載流子復(fù)合完畢，那么能量損耗就會大大減少。

而利用移相式全橋混合ZVZCS-FB-PWM變換器，能夠很好地解決上述問題。移相式全橋混合ZVZCS-FB-PWM變換器具有以下特點(diǎn)：滯后橋臂的開關(guān)管Q3、Q4采用IGBT，這樣能夠使得電源關(guān)閉時電流為0，這種變換器并沒有采用并聯(lián)電容，目的就是保證在電源打開時不會有電容的釋放，這樣可以節(jié)省能量；在這種變換器中，若領(lǐng)先橋臂沒有變化，依然可以使用MOS管，也可以并聯(lián)電容。

4 結(jié)語

綜上所述，兩組變換器的并聯(lián)形式能夠產(chǎn)生很大的功率，而且也很少發(fā)生故障，變換器并聯(lián)能夠增大電源運(yùn)行頻率，減小電磁射頻干擾。以此為基礎(chǔ)，對機(jī)車110V開關(guān)電源進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，能夠達(dá)到機(jī)車110V開關(guān)電源小體積、輕重量、高效率的要求。

【參考文獻(xiàn)】

【1】石琪.單相交流電源制式轉(zhuǎn)換技術(shù)的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2016.