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基于DC/DC软开关技术的充电机在铁路辅助电源系统中的应用

来源:电源技术应用/作者:方王甫?? 2008年03月25日 ?? 收藏0

  0 引言

  现代电力电子朝着小型化、轻量化方向发展,对效率和电磁兼容也有了更高的要求。随着电力电子装置的高频化的发展趋势,滤波器、变压器体积和重量减小,电力电子装置小型化、轻量化。但同时导致开关损耗增加,电磁干扰增大。而基于软开关技术的谐振变换器正是适应这样的趋势而发展起来的,它可以降低开关损耗和开关噪声,进一步提高开关频率。

  将谐振变换器与PWM技术结合起来构成软开关PWM的控制方法,集谐振变换器与PWM控制的优点于一体,既能实现功率开关管的软开关,又能实现恒频控制,是当今电力电子技术发展的方向之一。在DC/DC变换器中,则以全桥移相控制软开关PWM变换器的研究十分活跃,它是直流电源实现高频化的理想拓扑之一,尤其是在中、大功率的应用场合。

  l 硬开关和软开关

  1.1 硬开关

  开关过程中电压和电流均不为零,出现了重叠。电压、电流变化很快,波形出现明显的过冲,导致开关噪声。如图1所示。

硬开关和软开关的开通

  l.2 软开关

  在电路中增加了小电感、电容等谐振元件,在开关过程前后引入谐振,消除电压、电流的重叠,降低了开关损耗和开关噪声。

  2 充电机的硬件设计

  目前,我国电气化铁路旅客列车辅助电源系统大都采用DC 600V供电制式,即机车通过受电弓从高架线上输入25kV交流电,经过变压器降压后再整流为DC 600V;或通过发电车直接提供DC 600V,采用母线方式提供给各节车厢。本文介绍的辅助电源系统适用于DC 600V供电制式的空调客车以及相应制式的动车组。充电机把输入的DC 600V转换为DC 110V为整个列车供电,包括各种电器的控制电、照明、单相逆变器,同时给列车蓄电池充电,所以说充电机是整个列车供电系统的神经中枢。图3为青藏线新设计的充电机主电路图。

青藏线新设计的充电机主电路图

点击看原图

  充电机为600V直流输入,L01,L02为输入滤波电感,C01,C02为支撑电容,R01,R02和KMI组成预充电电路。4个IGBT(S1、S2、S3和S4)构成DC/DC全桥变换器,其中S1、S3和L03、L04构成Buck电路,DC 600V经过变换降压为DC 480V,而后经过S2和S4方波逆变,输入高频变压器的原边,高频变压器的原、副边变比为2:1,变压器输出经全波整流后,输出120V左右的直流电。输出电压的闭环控制通过检测输出电压的大小,调节S1和S3的占空比来实现,为整个列车供电。其中110+为列车上的母线正,L+为列车上直流负载正,D+为蓄电池的正。U01、U02为电流传感器,U03为电压传感器。


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软开关? 充电机? 铁路?

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