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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

  3 软开关的控制及实现策略

  如图3所示,由S1、S2、S3、S4和D02、D03、D05、D06构成DC/DC全桥变换器的基本电路。一般清况下有两种控制策略:第一种为斜对角两只开关管同时关断的切换方式,但是这种切换方式无法实现开关管的软开关,只能采用RC或RCD等有损缓冲电路来改善开关管的工作状态;第二种为斜对角两只开关管关断时间错开切换力式。如果将斜对角的两只开关管的关断时间相对错开一个时间,即一只开关管先关断,令一只开关管延迟一段时间才关断,就会改善开关管的开关状态,可以实现软开关。在本设计中采用的就是第二种控制方法,如果S1和S3分别在S2和S4之前关断,则S1和S3组成的桥臂为超前桥臂,后关断的S2和S4组成的桥臂为滞后桥臂。在本设汁中,超前桥臂为零电压开关,而滞后桥臂为零电流开关。因为滞后桥臂的电流远大于超前桥臂的电流,所以在这里主要介绍滞后桥臂的零电流开关的实现方法。

  S1和S4同时开通后,S1先关断,电容C03开始充电,电容C04则放电,变压器原边电流减小,当变压器原边电流为零或接近零时,S4关断;而当S4开通时,由于存在变压器漏感,变压器原边电流不能突然增加,而是以一定的斜率增加,因此认为S4是零电流开通。同理S2和S3工作原理完全类似。在这里需要提醒的是滞后丌关管两端不能并联电容,否则在开关管开通时,其并联电容上的电压不为零,并联电容的能量将全部消耗在开关管中,使开关管发热,而且还会在开关管中产生很大的电流尖峰,造成开关管损坏。同时,变压器原边电流回到零后不能反方向增加。如果变压器原边电流减小到零后反向增加(S1先关断),反向电流将流过D06,当S4关断时,S4是零电流关断;但是当S4开通时,D06立即关断。由于D06存在反向恢复问题,将会出现很大的反向恢复电流,此时S4就会产生很大的开通电流尖峰,容易损坏开关管,因此S4失去了零电流开通的条件。

  4 运行及试验情况

  以上设计的充电机已经通过青岛四方车辆研究所的所有电气试验,满载时效率达到95%,而进口的德国同类产品的效率为90%,已经完全取代德国进口产品。现已通过现场的各种试验,性能可靠,运行稳定。该产品和过去的产品相比,体积更小,功率密度更大,效率更高,运行的故障率更低。2005年8月顺利通过单车青藏线运行试验,2006年3月通过整车青藏线运行试验。车辆已经交付各个车辆段,顺利通过验收。图4、图5为满载时电容C03两端的电压及高频变压器原边电流波形。

满载时电容C03两端的电压及高频变压器原边电流波形

  5 结语

  开关电源的发展趋势是轻、小、薄和高频化,而高频化使传统的PWM开关功耗加大、效率降低、噪声增加。因此,实现零电压导通、零电流关断的软开关技术将成为开关电源产品未来的主流。希望通过以上的设计和试验经验,能够为同行在设计同类产品时提供一点借鉴和参考。


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软开关? 充电机? 铁路?

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