車載高壓壓配電箱隔離變壓器設計

周文壇

摘要：本文針對一種車載高壓配電箱，詳細介紹了其中關鍵部件隔離變壓器的設計步驟及參數的計算方法，對隔離變壓器磁芯材料、磁芯結構、磁芯參數、線圈參數的選擇作了詳盡的論述，對其他隔離性功率變換裝置設計有一定的指導意義。

關鍵詞：裝甲車輛；高壓配電箱；隔離變壓器

0引言

本文設計的車載高壓配電箱能夠完成高壓直流電在不同電壓等級之間的轉換，根據要求可以實現高壓到低壓以及低壓到高壓之間雙向傳遞，從而滿足裝甲車輛工作電壓需求，提高裝甲車輛電力系統工作的安全性和穩定性。傳統裝甲車輛的高壓配電箱體積通常較大，工作噪聲和功率損耗突出較大，為克服這種不足，可以考慮通過采用高頻開關電力電子器件和軟開關等，減低車載高壓配電箱的體積和重量，減少熱損耗過程，這種思路正成為當前研究的熱門方向。作為車載高壓配電箱的核心部件，隔離變壓器的工作好壞成為了制約高壓配電箱工作性能的重要因素。因此，本文將對隔離變壓器設計中的若干重要技術進行較為深入的研究，優化裝置設計過程，以期提升車載高壓配電箱的工作效率和穩定性。

1功率變換裝置

車載高壓配電箱中的功率變換裝置通常采用推挽變換電路，如圖1所示。相比其他結構類型的結構，推挽變換電路能夠采用較少的功率開關器件、較低的壓降完成功率輸入：采用全橋整流的方式，減少了單個二極管的承載電壓，降低了輸出端的成本。

對于圖1所示的推挽變換電路，通常采用電壓外環、電流內環的雙閉環方式進行控制，兩個控制環均采用PID控制方式，保證控制過程的快速性和準確性。同時，為保證電路工作的安全性，需要考慮在推挽變換電路中加入過壓和過流保護裝置，進一步提升控制效果。

2隔離變壓器設計

作為高壓配電箱中的關鍵組成部分，隔離變壓器的設計歷來是其中設計的難點。本節主要從磁芯材料、磁芯結構、線圈參數和繞制結構四個方面出發，對隔離變壓器進行設計。

2.1磁芯材料

對于高壓配電箱中隔離變換器的軟磁材料，通常有非晶合金、磁粉芯和鐵氧體可供選擇，它們均具有較高的磁感應強度，但是非晶合金的價格較高，磁粉芯的高頻損耗較大，而鐵氧體的各項指標均較為優良，且價格和損耗不高，因此，隔離變壓器的磁芯材料最終選用鐵氧體材料。

2.2磁芯結構

隔離變壓器的磁芯結構一般有有環形和EE形兩種。通常前者在繞制過程中原邊和副邊的耦合程度不夠高，存在較大的漏感現象：后者的截面積通常較大，繞制時能夠保證原邊和副邊較高的耦合程度，具有方便、高效等優點，實驗表明，采用EF型磁芯結構的隔離變壓器能夠有效降低電壓毛刺。

2.3線圈參數

隔離變壓器的一個重要措施就是線圈的匝比。根據工程經驗，副邊整流二極管、線圈電阻及開關管等在工作中通常存在壓降，因此在設計過程中，應當合理確定原邊輸入和副邊輸出的峰值電壓：由于裝置在輸入電壓達到谷值時同樣需要滿足最高輸出電壓的要求，因此，應當合理確定線圈參數，滿足各項指標要求。

2.4繞制結構

為盡量降低隔離變壓器的漏感，應當通過合理設置繞制結構，保證隔離變壓器最大效率輸出。在繞制過程中，應當盡量減小原邊和副邊線圈間隙，減低漏感發生的物理條件。實驗結果表明，經過改進的繞制結構，能夠有效降低隔離變壓器的漏感情況，滿足預期設計要求。

3結論

通過對車載高壓配電箱隔離變壓器的設計，能夠較好地滿足車輛電氣負載對電力系統的各項指標要求，且上述四個設計步驟可以推廣到其他類型的變壓器設計過程中，具有較為廣泛的應用價值。但是，在設計過程中，部分設計步驟依賴于一定的工程經驗，優化程度不高。為此，在后期研究中應進一步規范設計過程的量化指標，提升車載高壓配電箱的設計水平。endprint