，DC/DC电压调节模块的设计可以采用隔离方式或非隔离方式，本发明采用了非隔离的调节方式，当微机LCS辅发电压信号处理模块计算好辅发电机励磁绕组需要的励磁电压值，然后提供一个固定的PWM占空比给第一开关管Tl，使输出电压维持恒定，如果励磁电压范围不合适，调节脉冲占空比即可，不需要另外增加设备。在本实施例中，第一开关管Tl为三极管。
[0031]在本实施例中，如图5所示，PWM驱动电路包括第一运算放大器N1、光耦合器Gl、控制芯片N4、第二开关管T2和续流二极管V2 ;第一运算放大器NI的输入端与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接；光親合器Gl的输入端与第一运算放大器NI的输出端连接，用于降低PWM脉冲信号的噪声；控制芯片N4的输入端与光耦合器的输出端连接，输出端与第二开关管T2连接；第二开关管T2的栅极与控制芯片的输出端连接，第二开关管T2的漏极分为两路，一路作为输出端的低端与辅发电机励磁绕组的低端连接，一路与续流二极管V2正向串联后作为输出端的高端与辅发电机励磁绕组的高端连接，第二开关管T2的源极接地。
[0032]在本实施例中，控制芯片N4采用施密特触发芯片，第二开关管T2和第三开关管T3为MOS管(金属-氧化物-半导体场效应管)，通过采用两个MOS管并联，可以减少导通电阻，降低电路的发热量。辅发电压信号处理模块的PWM脉冲通过第一运算放大器NI实现波形反向驱动，经光耦合器Gl隔离，降低PWM脉冲信号的噪声，输出信号经分压电阻R3后分两路分别连接到施密特触发芯片N4的两个输入端，施密特触发芯片N4的输出端1UT与电阻R5串联后与第二开关管T2的栅极连接，输出端20UT与电阻R6串联后与第三开关管T3的栅极连接，第二开关管T2漏极与第三开关管T3的漏极连接后分为两路，一路作为输出端的低端与辅发电机励磁绕组的低端连接，一路与第二二极管V2正向串联后作为输出端的高端与辅发电机励磁绕组的高端连接，第二开关管T2和第三开关管T3的源极接地。当PWM的脉宽从O?90 %之间变化时，MOS管的一个周期内导通时间也从O?90 %变化，输出的励磁电流则满足O?90%的变化范围，本实施例实际的励磁电流与占空比关系如图6所示。
[0033]在本实施例中，PWM驱动电路还包括接口防护电路；接口防护电路包括稳压二极管V4、第二二极管V5、电阻R8和第二电容器C5 ;稳压二极管V4的正极与第二开关管T2的源极连接，负极与第二开关管T2的漏极连接；电阻R8与第二电容器C5串联后与稳压二极管并联；第二二极管V5与电阻R8并联。通过接口防护电路，可抑制电路中的电压振荡和电流噪声，进一步保证辅发电机励磁电流的精准稳定。
[0034]在本实施例中，如图7所示，PWM驱动电路通过接触器KMl与辅发电机励磁绕组连接，还包括一个输出端与接触器KMl连接的硬件过压保护电路，硬件过压保护电路通过比较电压采集模块采集的反馈电压与辅发电压信号处理模块计算得出的基准电压的差值，在反馈电压超出预设的保护电压时，驱动接触器KMl断路。硬件过压保护电路包括第二运算放大器N2和第三运算放大器N3和继电器G2 ;反馈电压与基准电压分别作为第二运算放大器N2的输入，第二放大器的输出端分为两路，一路与所述继电器G2的输入端连接，一路与第三运算放大器N3的输入端连接；所述第三运算放大器N3的输出端与第三二极管V3正向串联后与第二运算放大器N2连接反馈电压的输入端连接；继电器的输出端为硬件过压保护电路的输出端与所述接触器KMl连接。第二运算放大器的输出端还串联一个发光二极管V9，以实现在反馈电压超出预设的保护电压时，驱动发光二极管发光，发出过压保护信号。
[0035]在本实施例中，反馈电压经分压电阻R9分压，进入第二运算放大器N2，基准电压经分压电阻R12分压，进入第二运算放大器，当分压后的输入电压超过分压后的基准电压时，第二运算放大器N2输出高电平，驱动发光二极管发光，同时驱动继电器G2闭合，使得OVP+与OVP-短接，从而驱动接触器KMl断开，实现保护目的。同时，第二运算放大器N2的输出经第三运算放大器N3跟随，使第三二极管V3输出高电平，从而实现过压保护锁定，需要断电重启才能解锁。本实施例通过硬件过压保护电路，实现了对内燃机车辅发电机励磁系统的双重保护，在软件保护失效时，通过硬件断开接触器KM1，使得对电路的过压保护更加可靠。
[0036]上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种内燃机车辅发电机励磁系统，包括辅发电压信号处理模块和电压采集模块，其特征在于:还包括DC/DC电压调节模块和PWM驱动电路，所述DC/DC电压调节模块的输入端与直流电源连接，输出端正极与辅发电机励磁绕组的高端连接，输出端负极接地，PWM脉冲输入端与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接；所述PWM驱动电路的PWM脉冲输入端与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接，所述PWM驱动电路输出端的高端与辅发电机励磁绕组的高端连接，所述PWM驱动电路输出端的低端与辅发电机励磁绕组的低端连接。2.根据权利要求1所述的内燃机车辅发电机励磁系统，其特征在于:所述DC/DC电压调节模块包括电感器L、第一二极管V1、第一电容器Cl和第一开关管Tl ;所述电感器L的一端与电源正极连接，另一端与第一二极管Vl的正极连接，第一二极管Vl的负极作为DC/DC电压调节模块的输出端的正极；所述第一开关管Tl的集电极与所述第一二极管Vl的正极连接，基极为PWM脉冲输入端，与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接，发射极与电源的负极连接，发射极作为DC/DC电压调节模块的输出端负极；所述第一电容器Cl连接在输出端的正极与负极之间。3.根据权利要求1所述的内燃机车辅发电机励磁系统，其特征在于，所述PWM驱动电路包括第一运算放大器N1、光耦合器G1、控制芯片N4、第二开关管T2和续流二极管V2 ； 所述第一运算放大器NI的输入端与所述辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接; 所述光親合器Gl的输入端与第一运算放大器NI的输出端连接，降低PWM脉冲信号的噪声； 所述控制芯片N4的输入端与光耦合器的输出端连接，输出端与第二开关管T2连接； 所述第二开关管T2的栅极与控制芯片的输出端连接，第二开关管T2的漏极分为两路，一路作为输出端的低端与辅发电机励磁绕组的低端连接，一路与续流二极管V2正向串联后作为输出端的高端与辅发电机励磁绕组的高端连接，第二开关管T2的源极接地。4.根据权利要求3所述的内燃机车辅发电机励磁系统，其特征在于:所述PWM驱动电路还包括接口防护电路；所述接口防护电路包括稳压二极管V4、第二二极管V5、电阻R8和第二电容器C5，所述稳压二极管V4的正极与所述第二开关管T2的源极连接，负极与第二开关管T2的漏极连接；所述电阻R8与第二电容器C5串联后与稳压二极管并联；所述第二二极管V5与所述电阻R8并联。5.根据权利要求1至4中任一项所述的内燃机车辅发电机励磁系统，其特征在于:所述PWM驱动电路通过接触器KMl与辅发电机励磁绕组连接，还包括一个输出端与接触器KMl连接的硬件过压保护电路，硬件过压保护电路通过比较电压采集模块采集的反馈电压与辅发电压信号处理模块计算得出的基准电压的差值，在反馈电压超出预设的保护电压时，驱动接触器KMl断路。6.根据权利要求5所述的内燃机车辅发电机励磁系统，其特征在于:所述硬件过压保护电路包括第二运算放大器N2、第三运算放大器N3、第三二极管V3和继电器G2 ;所述反馈电压与基准电压分别作为第二运算放大器N2的输入，第二放大器的输出端分为两路，一路与第三运算放大器N3的输入端连接，一路与所述继电器G2的输入端连接；所述第三运算放大器N3的输出端与第三二极管V3正向串联后与第二运算放大器N2连接反馈电压的输入端连接；所述继电器的输出端作为硬件过压保护电路的输出端，与所述接触器KMl连接。
【专利摘要】本发明公开了一种内燃机车辅发电机励磁系统，包括辅发电压信号处理模块和电压采集模块、DC/DC电压调节模块和PWM驱动电路，所述DC/DC电压调节模块的输入端与直流电源连接，输出端正极与辅发电机励磁绕组高端连接，输出端负极接地，PWM脉冲输入端与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接；所述PWM驱动电路的输入端与辅发电压信号处理模块的PWM脉冲输出端连接，PWM驱动电路输出高端与辅发电机励磁绕组高端连接，PWM驱动电路输出低端与辅发电机励磁绕组低端连接。本发明具有励磁电压调节范围广、励磁电压稳定性高、励磁电流精度高、发热量小、结构紧凑、系统可靠性高等优点，适应范围广泛。
【IPC分类】H02P9/30, H02P101/25, H02P101/40
【公开号】CN104980072
【申请号】CN201510353409
【发明人】刘松柏, 冯炳, 李小平, 班立权, 姚晓阳, 何良, 赵军伟, 贺云香, 何学雄, 罗国永
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年6月24日