专利名称：开关型直流电源变换器的制作方法
技术领域：
本实用新型公开了一种开关型直流电源变换装置，涉及电能转换与传输技术领域。
矿山有轨电机车或城市有(无)轨电车，需要一种用于照明，信号及其它辅助装置的电源装置。该类装置运行的电气环境比较差，突出表现在1)电网电压波动范围大，波动幅度超过±20％；2)输入电源无规律地频繁通断。这对于装置的可靠性、安全性和寿命无疑是严峻的考验。尤其是后者——电源频繁通断，对装置的安全性危害极大。首先，由于装置中电感和电容的存在，频繁的通断电源，将导致频繁的过电压，其最大过电压峰值可能达到电网电压的两倍，对开关电路的元件具有严重危害。其次频繁的电源通断势必引起内部操作电源的频繁变化，当内部电源电压较低时，装置投入工作，产生的电子开关触发脉冲不够强，电子开关开启(导通)不充分，进入放大区工作将烧毁开关元件。此外频繁地通断电源将导致开关电路中的变压器产生频繁的浪涌电流。频繁的通断电源对装置的自动化也提出了很高的技术要求。大幅度的电网电压波动则要求装置有足够的电压调整率等等。如此一系列特殊问题构成了该类产品的研制难度。这是迄今为止同类产品可靠性差，寿命短，难以实用的主要原因。
本实用新型正是针对上述特殊条件，提供一种适应电气环境较差的场合使用的高质量直流电源变换器。
本实用新型的构成包括输入保护电路；开关型直流——交流转换电路(下称开关电路)；内部操作电源；保护电路；控制调节和脉冲发生分配电路；输出电路。结构原理如图1。其特征在于所述输入保护电路是由一个电感与一个二极管反并联构成，如图2所示。开关电路用电子开关作为主元件，根据开关元件的耐压和电网电压等级采用半桥式逆变电路或多级串联半桥式逆变电路，如图3，后者的各级开关变压器二次侧采取加极性串联输出；内部操作电源通过电容分压起动建立，输出电源回馈维持，原理如图4；保护电路有三种功能A)欠电压封锁(停机)保护，当内部操作电源电压低于设定值时，封锁电子开关触发脉冲使装置处于等待或停机；B)限电流保护，当开关电路电流大于设定值时，斩断电子开关的触发脉冲限流；C)过流保护，当开关电路电流超过设定值时，封锁电子开关触发脉冲停机；输出电路的特点是用于照明和灯光信号的输出支路均为交流直接输出。
以下结合
本实用新型的工作原理。由于装置中有很多电容，接入电源瞬间将产生巨大的冲击电流，结果将损伤电容影响装置寿命以至于烧毁装置。因此，加入输入保护限制冲击电流是必须的。以往的输入保护主要有两种，一种是串入电感扼流。电感虽能起扼流的作用，但它同时又与电容形成振荡，产生过电压，过电压幅值接近2倍，产生了新的危害，得不偿失。第二种是串入电阻，电阻克服了电感的负作用，而它的扼流作用与能耗增加几乎是同步的。也是利弊同存。本实用新型采取如图2所示的电感与二极管反并联的方法，有效地克服了串电感产生过压的负作用，发挥了其无功扼流的优点，使图1中(1)右侧E′成为一个幅值接近于E而波纹却优于E的相对平稳的直流电压。为装置内部提供了一个较好的电源环境。内部操作电源(3)如图4所示。当装置接入电网时电容分压电路从E′汲取能量，存储于C42并向稳压器W供电产生＋V。当＋V上升超过保护电路(5)中设置的欠电压保护阈值，脉冲封锁解除，开关电路工作，产生输出电源，这时回馈的输出电源与C42共同以至完全取代C42向W供电，维持装置正常工作。当电源中断时存储于C43上的电能将维持开关电路继续工作一会儿，以便通过V42将C41上的电能放完，为电源再次接通启动做好准备。工作过程中控制调节及脉冲发生分配电路(4)实时检测输出电压(或电流)，调节开关电路(2)的通断状态，实现对输出的调节控制。保护电路(5)实时地检测开关电流I和内部操作电源＋V，及时地启动限流，过流和欠电压保护，对(4)发出控制信号执行相应的保护操作。图5示出了保护电路的一种实施例。
本实用新型因采用了上述技术措施，能经得起矿山恶劣的电气环境考验，可靠性和寿命大大提高。安全运行周期长。节能，电能传输效率超过百分之八十五以上。尤其是其输出电路一改各厂家均将装置的主输出——照明及灯光信号电源支路也整流后输出的方式。节省了大功率高频整流元件，降低了开关变压器成本，并大大缩小了装置的体积。较之以往同类产品，本实用新型具有较高的技术经济指标，对提高矿山机车的装备水平具有重要意义。
图1是本实用新型的结构原理图。其中，E是直流电网的输入电压，E′约等于E，V0是开关电路输出的交流电压支路之一，P是电子开关触发控制脉冲，I是开关电路逆变电流，C是保护操作信号，AC为交流输出支路，DC1～DCn是直流输出支路。(1)是输入保护电路；(2)是开关电路；(3)是内部操作电源；(4)是调节控制及脉冲发生，分配电路，(5)是保护电路。
图2是输入保护电路示意图L是电感，V是二极管。
图3是开关电路原理示意图，其中(a)是半桥式逆变电路结构图，(b)是多级串联半桥式逆变电路结构图。其中T和Tn为开关电路变压器，TA为电流互感器，虚线园框内为必要时串入的平衡电容。
图4是内部操作电源原理图，其中W是集成稳压器。其它符号均是电子元件标准符号不予赘述。
图5是保护电路的一种实施方案原理图。
图6是本实用新型的一个实施例中开关电路(2)的原理结构图。
本实用新型的实施例之一，其结构图如图1，其中(1) 如图2所示，(2)如图6所示，(3)如图4所示，调节控制及脉冲发生分配电路(4)是以运算放大器、时基电路和门电路构成的。其工作制度是定宽调频制。(5)如图5所示。工作原理如前所述。
权利要求1.一种开关型直流电源变换器，其构成包括输入保护电路、开关型直流-交流转换电路、内部操作电源、保护电路、控制调节和脉冲发生分配电路、输出电路；其特征在于所述输入保护电路是由一个电感与二极管反并联构成；开关型直流-交流转换电路是以电子开关为主元件，用于低电压电网的装置采用半桥式逆变电路，用于高电压电网的装置采用多级串联半桥式逆变电路，多级串联逆变电路中的各级开关变压器二次侧采取加极性串联输出；内部操作电源通过电容分压起动建立，输出电源回馈维持；输出电路用于照明和灯光信号的输出支路，从开关变压器二次直接引出。
专利摘要本实用新型公开了一种开关型直流电源变换装置，涉及电能转换传输技术领域。主要用于矿山有轨电车及城市有(无)轨电车内用作照明及辅助信号装置的电源。其构成包括输入保护电路；开关型直流—交流电能转换电路；内部操作电源；保护电路；调节控制及脉冲发生分配电路；输出电路。自动化程度高，可靠，安全，节能，是一种理想的车内辅助电源装置。
文档编号H02M3/24GK2159082SQ93206129
公开日1994年3月16日 申请日期1993年3月5日 优先权日1993年3月5日
发明者邵学飞, 李威强 申请人:哈尔滨市三尖变流技术研究所