专利名称：工矿电机车辅助电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属电力电子技术在开关电源上的应用。
现有的用于工矿电机车辅助电源的各种开关电源，以其工作方式和电路结构来看，都存在着一些问题。如1、由晶闸管斩波器构成的直流变压器，存在着斩波频率低，对载波电话影响大，斩波器工作状态不合理等问题。2、由GTR自激振荡器、中频变压器、整流器构成的开关电源，有单管和双管自激振荡器两种电路，由于自激振荡器GTR承受反压为电源电压的两倍，对GTR电压参数要求较高，使其产品不易满足要求。此外，电源电压变化范围大、电流峰值大，使GTR易破坏。3、由GTR半桥式逆变器、中频变压器、整流器构成的开关电源，这种开关电源的起初工作是采用电池，GTR需要较大的推动功率，GTR采用双管并联结构，控制电路复杂。此外，电源电压变化大，通过GTR的峰值电流大，容易因二次击穿而损坏，并且GTR的频率不易过高，上述三类产品均存在使用寿命短这一主要缺点。
本实用新型的目的就是提供一种新型的，用于工矿电机车辅助电源的开关电源装置，它可成功地解决上述各类现有产品所存在的问题。
本实用新型是由 阻波器、自起动电路、三端稳压器、脉宽调制器、功率推动级、逆变器、输出回路、过流保护回路等构成。牵引电网电压375～750V经阻波器后，输入到本装置的输入端，阻波器的设置是用于防止电机车运行中瞬间脱弓，在本装置输入端出现的浪涌电压，防止发生一次击穿。当电机车的弓子接通电压后，自起动电路马上工作，给三端稳压器提供一输入电压，经三端稳压器稳压，得到＋15V的整机工作电压。整机工作正常后，输出回路输出稳定的＋24V直流电压，并将此电压作为三端稳压器的输入电压，同时使自起动电路停止工作。采用集成芯片SG3524及辅助电路构成的脉宽调制器，是本装置的主要控制器件，其输出的二路脉宽调制信号经功率推动级，产生与之相对应的触发脉冲，此脉冲分别触发逆变器中的两个MOS管，两个MOS管分别工作，将直流电压在高频变压器上产生一个交变的高频脉冲电压，高频变压器的副边输出经快速二极管的双半波整流后，再经输出回路的滤波，得到＋24V稳定的直流电压，此电压可供电机车的前后大灯照明及音响使用。将该电压再滤波，可得到纹波更小的＋24V直流电压输出，供电机车上载波电话等电子设备使用。为防止整机出现过流现象，使MOS管损坏，本装置还设置了过流保护回路，它是在高频变压器原边回路中串入一电流互感器，并取出电压信号经整流、滤波后，与一给定值进行比较，其输出封锁功率推动级的触发脉冲，从而保护两个MOS管。
本实用新型采用新型电力电子器件VDMOS构成PWM逆变器，其频率为16～20KHZ，变压器体积小，变流效率高，调压精度高。VDMOS器件具有过载能力高，工作可靠性高、驱动功率小等特点。采用上电自起动电路，无需附加蓄电池作为起动电源。采用脉宽调制实现调压，起稳压作用。采用交流互感器作为电流检测传感器，过流保护性能好。此外，整机电路参数设计合理，可靠性高，在牵引电网电压375V～750V范围内变化时，可输出＋24V稳定电压，供照明、音响和通讯设备的稳压电源使用。
附图
为本实用新型的电气工作原理结构图。
本实用新型的实施例根据附图作进一步说明。
工矿电机车辅助电源装置是由阻波器、自起动电路、三端稳压器、脉宽调制器、功率推动级、逆变器、输出回路、过流保护回路等构成。牵引电网电压(375～750V)经阻波器中的R1、XL1、D1后分别送至a点和b点。
由电阻R2～R11、电容C6、二极管D2～D6、三极管T1～T3、场效应管MOS3、稳压管W1、W2、运放IC1(LM324)构成的自起动电路，将a点分别经R3接MOS3的源极，经R2接MOS3的栅极，经R5接T3的集电极，MOS3的栅极接T2的集电极，T3的集电极分别经电容C6接地，经D5、D6接T2的基极，T3的基极经电阻R7后分别接IC1的14端，经R6、D4接T2的基极，T2、T3的发射极接地。MOS3的漏极接T1的集电极，T1的集电极分别经W1接T2的集电极，经C2接T1的发射极(接地)，经W2接T1的基极，经D2后接D1的负极。D1正极接V1(＋24V)，和经R1后接三端稳压器IC2的1端。V1经电阻R10后分别接IC1的12端，经R11接地。＋15V经R8后分别接IC1的13端、和经R9接地。
三端稳压器IC2的2端接地，3端输出＋15V，在2端和3端之间接电容C5，在2端和1端之间接电容C4。
自起动电路工作方式是当电机车的弓子接通高压后，稳压管W1稳压，为场效应管MOS3提供栅极电压，使MOS3饱和导通。高压经R3、MOS3，并由稳压管W2和T1稳压、电阻R4限流后输入7815。三端稳压器稳压输出，为整机提供＋15V电源。当整机正常工作后，＋24V(V1)直流输出电压经二极管D3为7815提供输入电压，同时，＋24V(V1)直流输出电压经R10、R11分压后，使IC1(LM324)的12端电平高于13端，14端输出高电位，经R6和D4使T2饱和导通，MOS3的栅极为低电位，MOS3截止，自起动电路停止工作。
由集成芯片(SG3524脉宽调制器)IC3、电阻R12～R17、电容C7～C9、C11组成的脉宽调制器，是将V1经Rx、R15后接IC3的1端。IC3的4、5端接地，1端经并接的R16、C7接地，2端经并接的R13、C8接地，经R12接其16端，15端接＋15V，3端、10端悬空，12、13端接＋15V，11端接功率开关管IC4(8751)的1端，14端接功率开关管(8751)IC5的1端，IC3的6端经R14接地，7端经C9接地，9端接软启动电路，和经并接的R17、C11接地。
由稳压管W3、二极管D7、D8、电阻R18、电容C10、C11组成的软启动电路，是将＋15V经W3后分别经R18接地，经D8后再分别经C10接地，经D7接IC3的9端。此电路的作用是为防止电源开机瞬间，高频变压器B因瞬间大电流而使功率开关器件MOS1、MOS2损坏。
脉宽调制器及辅助电路是本机的主要控制器件部分，IC3的内部包括5V稳压器、反相误差运算放大器、电流限制运算放大器、振荡器、触发器、电压比较器、两个输出推动三极管等电路。5V稳压器输出端16端经R12、R13分压后，为正相误差运放IN＋(2端)提供给定信号，＋24V(V1)经Rx、R15、R16分压后反馈到反相误差运放IN－(1端)，R17和C11为该运放的负载。通过该运放的调节，使输出电压稳定在＋24V，R14、C9为振荡器外接元件，其数值决定了脉宽调制器的工作频率以及死区时间。误差运放的输出决定负载所需的脉冲宽度。
由功率开关管(8751)IC4、IC5、准推挽脉冲变压器PT1、PT2、电阻R19～R26、二极管D9～D12构成的功率推动级，是将＋15V经R21接IC4的3端，＋15V经R22接IC5的3端，IC3的11端输出接IC4的1端，R20接地；IC3的14端输出接IC5的1端，和经R19接地。IC4、IC5的各自2端均经电阻R41接IC7(运放)的1端。IC4的4端输出接PT1的原边，IC5的4端输出接PT2的原边。＋15V加至PT1、PT2原边，PT1的副边输出经R23、R24的分压接场效应管MOS1的栅极，D11并接在R24旁。PT2的副边输出经R25、R26的分压接场效应管MOS2的栅极，D12并接在R26旁，PT1的原边一端经D9接地，PT2的原边一端经D10接地。
由IC3的11、14两端输出的二路脉宽调制信号，经功率开关管(8751)IC4、IC5后产生与之相对应的触发脉冲，并通过二个准推挽脉冲变压器PT1，PT2，输出脉冲分别触发MOS1、MOS2。
由场效应管MOS1、MOS2、高频变压器B、二极管D13、D14、电容C1、C2、C12～C14、电阻R27～R29、快速二极管D16、D17构成的逆变器，是将b点信号分别经D13、C点、D14接地，经C1、C2接地，和直接加至MOS1的源极，MOS1的漏极接C点，C点接MOS2的源极，和接高频变压器B的原边。MOS2的漏极接地。在B的原边上并接R27、C14，在B的副边分别经R28、C13接L2，经D16接L2，经D17接L2，经R29、C12接L2。电容C1、C2的中间连接点接至B的原边回路上。
MOS1、MOS2分别工作，并将直流电压在高频变压器上产生一个交变的高频脉冲电压，由高频变压器B的副边输出，经快速二极管D16、D17双半波整流，送至输出回路的L2上。
由电感L2、L3、电容C15～C18、指示灯L1、电阻R30组成的输出回路，是将L2分别经C16接地，经C15接地，经R30接地，经L1接地、直接接L3、和作为＋24V的直流电压输出V1。L3的另一端分别经C17、C18接地，和直接作为稳定的＋24直流电压输出V2。
双半波整流信号经电感L2、电容C15、C16续流滤波后，输出＋24V直流电压V1，此电压供电机车的前后大灯等照明使用。＋24V电压V1再经L3、C17、C18滤波产生纹波较小的＋24V直流电压V2，供电机车上载波电话等电子设备使用。R27、C14、R28、C13、R29、C12为吸收回路。
由电流互感器CT、桥式整流器D15、运放IC6、IC7、电阻R31～R41、电容C19、C20构成的过流保护回路，是将电流互感器CT串接在高频变压器B的原边，并取其并接电阻R31上的电压信号送至桥式整流器D15，D15的输出一端接地，另一端分别经C19接地，经R34接地，经R33接IC6的6端。＋15V经电阻R35后分别经C20接地，经R36接地，经R32接IC6的5端。IC6的7端经电阻R37接其5端，IC6的7端再经R38接IC7的2端，＋R36接地，经R32接IC6的5端。IC6的7的2端。＋15V经R46后接IC7的3端，和经R39接地。IC7的1端输出经R41分别接IC4、IC5的2端。IC1、IC6、IC7为一片运放集成电路LM324，LM324的11端接地，4端接＋15V。
取自并接在电流互感器CT上R31的电压信号，经D15桥式整流、C19滤波，输入到IC6的负端，IC6的正端由＋15V经R35、R36分压给出一个给定值。当整机电路发生短路后，电流互感器在R31上的电压较大，IC6的6端高于5端，7端输出高电平，IC7的1端输出低电平，送至(8751)IC4、IC5的2端，封锁触发脉冲，从而保护MOS1、MOS2管。
权利要求1.一种新型的工矿电机车辅助电源，是由阻波器、自起动电路、三端稳压器、脉宽调制器、功率推动级、逆变器、输出回路、过流保护回路等构成，其特征在于a.牵引电网电压375～750V经阻波器中的R1、XL1、D1后分别送至a点和b点；b.由电阻R2～R11电容C6、二极管D2～D6、三极管T1～T3、场效应管MOS3、稳压管W1、W2、运救IC1、构成的自起动电路，是将a点分别经R3接MOS3的源极，经R2接MOS3的栅极，经R5接T3的集电极，MOS3的栅极接T2的集电极，T3的集电极分别经电容C6接地，经D5、D6接T2的基极，T3的基极经电阻R7后分别接IC1的14端；经R6、D4接T2的基极，T2、T3的发射极接地；MOS3的漏极接T1的集电极，T1的集电极分别经W1接T2的集电极，经C2接T1的发射极(接地)，经W2接T1的基极，经D2后接D1的负极；D1的正极接V1(+24V)，和经R1后接三端稳压器IC2的1端；V1经电阻R10后分别接IC1的12端，经R11接地；+15V经R8后分别接IC1的13端，和经R9接地；c.三端稳压器IC2的2端接地，3端输出+15V，在2端和3端之间接电容C5，在2端和1端之间接电容C4；d.由集成芯片(SG3524)IC3、电阻R12～R17、电容C7～C9、C11组成的脉宽调制器，是将V1经Rx、R5后接IC3的1端，IC3的4、5端接地，1端经并接的R16、C7接地，2端经并接的R13、C8接地，经R12接其16端，15端接+15V，3端、10端悬空，12、13端接+15V，11端接功率开关管IC4的1端，14端接功率开关管IC5的1端，IC3的6端经R14接地，7端经C9接，9端接软启动电路和经并接的R17、C11接地；e.由功率开关管IC4、IC5、准推挽脉冲变压器PT1、PT2、电阻R19～R26、三极管D9～D12构成的功率推动级，是将+15V经R21接IC4的3端，+15V经R22接IC5的3端，IC3的11端输出接IC4的1端，和经R20接地，IC3的14端输出接IC5的1端，和经R19接地；IC4、IC5的各自2端均经电阻R41接IC7(运放)的1端；IC4的4端输出接PT1的原边，IC5的4端输出接PT2的原边，+15V加至PT1、PT2的原边，PT1的副边输出经R23、R24的分压接场效应管MOS1的栅极，D11并接在R24旁，PT2的副边输出经R25、R26的分压接场效应管MOS2的栅极，D12并接在R26旁；PT1的原边一端经D9接地，PT2的原边一端经D10接地；f.由场效应管MOS1、MOS2、高频变压器B、二极管D13、D14、电容C1、C2、C12～C14、电阻R27～R29、快速二极管D16、D17构成的逆变器，是将b点信号分别经D13、C点、D14接地，经C1、C2接地，和直接加至MOS1的源极，MOS1的漏极接点c点，c点接MOS2的源极，和接高频变压器B的原边；MOS2的漏极接地；在B的原边上并接R27、C14，在B的副边输出分别经R28、C13接L2，经D16接L2，经D17接L2，经R29、C14接L2；电容C1、C2的中间连接点接至B的原边回路上；g.由电感L2、L3、电容C15～C18、指示灯L1、电阻R30组成的输出回路，是将L2分别经C16接地，经C15接地，经R30接地，经L1接地，和直接接L3，以及作为+24V的直流电压输出V1；L3的另一端分别经C17、C18接地，和直接作为稳定的+24V直流电压输出V2。
2.根据权利要求1所述的辅助电源，其特征在于由电流互感器CT、桥式整流器D15、运放IC6、IC7、电阻R31～R41、电容C19、C20构成的过流保护回路，是将电流互感器CT串接在高频变压器B的原边，并取其并接电阻R31上的电压信号送至桥式整流器D15，D15的输出一端接地，另一端分别经C19接地，经R34接地，经R33接IC6的6端。＋15V经电阻R35后分别经C20接地，经R36接地，经R32接IC6的5端；IC6的7端输出经电阻R37接其5端，和经R38接IC7的2端，＋15V经R46后接IC7的3端，和经R39接地；IC7的1端输出经R41分别接IC4、IC5的2端。
3.根据权利要求1或2所述的辅助电源，其特征在于由稳压管W3、二极管D7、D8、电阻R18、电容C10、C11组成的软启动电路，是将＋15V经W3后分别经R18接地，经D8后再分别经C10接地，经D7接IC3的9端。
4.根据权利要求1或2所述的辅助电源，其特征在于IC1、IC6、IC7为一片四运放集成电路LM324，其11端接地，4端接＋15V；功率开关管IC4、IC5为两片集成电路8751。
专利摘要一种用于工矿电机车辅助电源的开关电源。是由阻波器、自起动电路、三端稳压器、脉宽调制器、功率推动级、逆变器、输出回路、过流保护回路等构成，它在牵引电网电压于375～750V范围内变化时，输出+24V稳定直流电压，供电机车照明、载波电话、电子设备等使用。该装置采用新型电力电子器件VDMOS构成的PWM逆变器，具有频率高、调压精度高、可靠性高等优点；采用上电自起动电路，无需附加蓄电池作为起动电源。
文档编号B60L11/00GK2103477SQ9122029
公开日1992年5月6日 申请日期1991年9月3日 优先权日1991年9月3日
发明者孙树朴, 李明, 胡平, 伍小杰 申请人:中国矿业大学