专利名称：用于电力机车的直流110v高频开关电源装置的制作方法
技术领域：
本发明应用于电力机车直流110V控制电源。
背景技术：
电力机车用直流110V电源是机车的控制电源，是机车控制的核心部分。此电源将电力机车变压器副边绕组输出的396V交流电经过变换得到机车控制用的直流110V，最大输出电流为50A。
现在的电力机车上用的直流110V供电电源都为相控整流电源。其电路采用半控桥式晶闸管整流电路。它与机车蓄电池并联，一方面为蓄电池充电；另一方面为机车控制电路提供110V稳定直流电压。由于110V直流输出与396V交流输入必须在电位上隔离，所以396V交流电压须先经过12kVA的工频整流变压器变压，再通过半控整流桥及工频滤波电抗器滤波输出直流电压。由于工频整流变压器及直流滤波电抗器的体积及重量较大，使得整个安装电源的电源柜的体积和质量都很大，同时，这种系统也存在着响应慢，稳压精度低，效率低的缺点。
发明内容
本实用新型的发明目的是提供一种高频开关电源来替代传统的相控整流电源。它一方面为电力机车提供控制电源，另一方面为机车蓄电池充电。高频开关电源与相控整流电源相比有以下优点
由于高频开关电源体积小、重量轻、精度高、可靠性好，非常适合于电力机车应用场合。
本实用新型的技术解决方案是一种用于电力机车的直流110V高频开关电源装置由开关元件及线路板组成，装置前面板上布置有电流电压表头及主令开关，其特征在于电路结构包括整流输入电路、DC/DC变换器电路、输出滤波器电路、控制电路及MVB网卡，其中的整流输入电路的输入端为电力机车主变压器的次边辅助绕组，其输出端接DC/DC变换器的输入端，DC/DC变换器的输出端接输出滤波电路，输出直流110V电压；DC/DC变换器受控制电路的控制，形成电流型双闭环反馈系统。
所述的整流输入电路包括EMI1输入滤波器和BR1单相整流桥，输入滤波电容C1～C4，高频电容C5～C6，以及由KM2及R1构成的软启动电路，其中的EMI1输入滤波器通过KM1主控接触器控制主电路的通断，通端接BR1单相整流桥，经过软启动电路与电容C1～C2及高频电容C5～C6的两端跨接。所述的DC/DC变换器则由四个智能功率模块(IPM)Q1～Q4，高频变压器T1，及D1～D4、C7～C10、R5～R8、C15、R12等组成。其中高频变压器T1起隔离和降压作用；Q1～Q4为高频变压器T1提供脉宽可调的高频交流方波电压；D1～D4、C7～C10、R5～R8组成IPM的吸收电路；C15和R12则构成了变压器的吸收电路。
所述的输出滤波电路包括由快恢复二极管FD1、FD2组成的全波整流电路及EMI2输出滤波器。全波整流电路整流后的高频直流电压通过输出滤波电感L1及电容C13输出稳定的直流110V；而EMI2输出滤波器则用来减小系统与外电路之间的相互干扰。
所述的控制电路乃是以IC为核心的双闭环电流型控制电路，它通过电流传感器TA1、电压传感器TV1和TV2采集前述DC/DC变换器正输入端的电流信号及输出滤波器的输出电压信号，对系统实现恒压，限流的控制。
为了完成本实用新型的控制功能，在双闭环控制电路中还有一个电流反馈环，将DC/DC变换器的输出信号与电压反馈环的输出信号相比较，来控制输出脉冲的占空比，实现输出的电感峰值电流随误差电压的变化而变化。
本实用新型提供了三幅附图，其中图1为110V直流高频开关电源装置的系统框图。
图2为主电路原理图。
图3为控制原理框图。
图2主电路原理图作为本实用新型的说明书附图，其中1、整流输入电路 2、DC/DC变换器 3、输出滤波电路4、控制电路 5、MVB网卡具体实施方式
如图所示。用于电力机车的直流110V高频开关电源装置，包括整流输入电路1，将输入交流396V电压进行整流、滤波，为DC/DC变换器2提供一个平滑的直流电压。其中，EMI1为输入滤波器，它能减小电源内部对电网的干扰，同时又能抑制电网对电源的干扰；KM1为主控接触器，负责主电路的通断；BR1是单相整流桥；输入滤波电容C1～C4用来平滑电压，使其脉动减小；C5、C6为高频电容，用来吸收直流母线上的高频电压尖峰；KM2及R1构成输入软启动电路，防止开机时出现大的浪涌电流，从而减小对中间电容的冲击。开机时，整流桥通过R1为中间电容充电，当电压达到一定值时，闭合KM2，将R1切除；R2为放电电阻，当系统关闭，KM1关断时，KM1的常闭联锁触点闭合，中间电容上的电荷通过R2放掉；TV1为电压传感器，用于检测中间电压；TA1为电流传感器，用于检测正母线上的电流。
DC/DC变换器2包括四个智能功率模块(IPM)Q1～Q4、高频变压器T1及D1～D4、C7～C10、R5～R8、C15、R12。Q1～Q4为高频变压器T1提供脉宽可调的高频交流方波电压。D1～D4、C7～C10、R5～R8组成IPM吸收电路。高频变压器T1起到隔离和降压的作用，它由一个原边绕组、两个副边绕组组成；C15和R12构成变压器的吸收电路。
输出滤波器3为由快恢复二极管FD1、FD2组成的全波整流电路，整流后的高频直流电压通过输出滤波电感L1及电容C13输出稳定的直流110V。R9、C11及R10、C12分别构成FD1、FD2的吸收电路；R11为假负载，它与KM2的常开触点串联，防止系统不工作时，与输出并联的蓄电池向假负载灌入电流；TV2、TA2分别为电压及电流传感器；UV1、UA1分别为电压、电流表；EMI2为输出滤波器，用来减小系统与外电路之间的相互干扰。
控制电路4是以IC为核心的双闭环电流型控制电路，它采样DC/DC变换器2正输入端的电流信号及输出滤波器的输出电压信号，实现系统的恒压、限流功能。恒压、恒流调节器采用并联结构控制(如图3所示)，充电电流限制调节器限制蓄电池充电电流，保证蓄电池在亏空时，以允许的电流恒流充电至110V，防止大电流冲击损害蓄电池；总电流限制调节器限制电源的总输出电流，防止功率过大损害电源。电压调节控制器保证系统在电流范围内的恒电压输出。
以IC为核心的双闭环反馈系统，在传统电压型控制DC/DC变换器的电压反馈环基础上又增加了一个电流反馈环，就是将电压反馈环的误差放大器的输出信号与采样到的DC/DC变换器2输入端电流峰值信号进行比较，来控制输出脉冲的占空比，使输出的电感峰值电流随误差电压变化。这给系统带来很多优点优良的瞬态响应、逐脉冲控制，使保护机制简化、利于多电源并联运行、解决了全桥DC/DC变换器的偏磁问题等。另外控制电路4包含了过压、欠压、过流、短路、过热等保护功能。
系统通过符合IEC61375标准的MVB网卡5，与电力机车控制系统相联。一方面，电源将自身运行信息传给机车控制系统，另一方面，电源接受机车控制指令，实现整个电力机车的协调控制。
本实用新型具有体积小、重量轻、精度高、可靠性好的特点，非常适合于电力机车应用场合。
权利要求1.一种用于电力机车的直流110V高频开关电源装置，由开关元件及线路板组成，其特征在于该装置的电路结构包括整流输入电路(1)、DC/DC变换器电路(2)、输出滤波电路(3)、控制电路(4)和MVB网卡(5)，其中的整流输入电路的输入端为电力机车主变压器的次边辅助绕组，其输出端接DC/DC变换器的输入端，DC/DC变换器的输出端接输出滤波电路，输出直流110V电压；DC/DC变换器受控制电路的控制，形成电流型双闭环反馈系统。
2.根据权利要求1所述的用于电力机车的直流110V高频开关电源装置，其特征在于所述的整流输入电路(1)，包括EMI1输入滤波器，BR1单相整流桥，输入滤波电容C1～C4，高频电容C5～C6以及由KM2及R1构成的软启动电路，其中的EMI1输入滤波器通过KM1主控接触器控制主电路的通断，通端接BR1单相整流桥，经过软启动电路与滤波电容C1～C4及高频电容C5～C6的两端跨接。
3.根据权利要求1所述的用于电力机车的直流110V高频开关电源装置，其特征在于DC/DC变换器电路(2)，包括四个智能功率模块(IPM)Q1～Q4，高频变压器T1及D1～D4、C7～C10、R5～R8、C15及R12，Q1～Q4为高频变压器T1提供脉宽可调的高频交流方波电压；D1～D4、C7～C10、R5～R8组成IPM吸收电路；C15和R12构成变压器T1的吸收电路。
4.根据权利要求1所述的用于电力机车的直流110V高频开关电源装置，其特征在于输出滤波电路(3)，包括由快恢复二极管FD1、FD2组成的全波整流电路及EMI2输出滤波器，全波整流电路整流后的高频直流电压通过输出滤波电感L1及电容C13输出稳定的直流110V；而EMI2输出滤波器则用来减小系统与外电路之间的相互干扰。
5.根据权利要求1所述的用于电力机车的直流110V高频开关电源装置，其特征在于所述的控制电路(4)乃是以IC为核心的双闭环电流型控制电路，它通过电流传感器TA1，电压传感器TV1和TV2分别采集前述DC/DC变换器在输入端的电流信号及输出滤波器的输出电压信号，对系统实现恒压，限流控制。
6.根据权利要求5所述的用于电力机车的直流110V高频开关电源装置，其特征在于以IC为核心的双闭环反馈系统，含有一个电流反馈环，使电压反馈环的输出信号可与DC/DC变换器的输入信号进行比较，来控制输出脉冲的占空比，从而实现输出的电感峰值电流随误差电压变化而变化。
专利摘要本实用新型公开了一种用于电力机车的直流110V的高频开关电源装置，其特征在于线路系统包括滤波器及整流电路，全桥式DC/DC变换器电路，输出滤波器电路，控制电路以及MVB网卡等五个部分。整流输入电路将输入的交流396V电压整流、滤波，为DC/DC变换器提供一个平滑的直流电压，由DC/DC变换器的输出端输出直流110V电压，既可为电力机车提供控制电源，又能为机车蓄电池充电。控制电路为双闭环反馈电流型控制器，其中还包括了过压、欠压、过流、短路、过热等保护电路；系统通过MVB网卡与电力机车控制系统通讯，参与整个机车的控制。本实用新型具有体积小、精度高、可靠性好的特点，非常适合于电力机车的应用场合。
文档编号B60L1/00GK2719639SQ20042004252
公开日2005年8月24日 申请日期2004年4月6日 优先权日2004年4月6日
发明者吴健, 姜久春, 张维戈, 张永军, 姜悦礼, 谢步明 申请人:谢步明