一種實用的多輸出機車直流變換器的研制

摘要：針對目前機車大功率直流變換器結構復雜，容易發(fā)生故障等現(xiàn)象，設計了一種相對簡單、可靠的中、大功率直流變換器。介紹了該多輸出機車直流變換器的工作原理，闡述了主電路和保護電路新的設計方法，對調試中容易出現(xiàn)的問題進行了分析，并給出了解決方案。實際應用表明，該直流變換器運行可靠，效率高，具有良好的實用價值和推廣意義。

關鍵詞：實用；多輸出；直流變換器；保護電路

1 引言

隨著科技的進步，對早期內燃機車上應用的電子設備進行更新?lián)Q代已成必然趨勢。內燃機車上的供電一般都由其所帶發(fā)電機提供，為把發(fā)電機的輸出電壓轉換為機車照明、無線調度等用電電壓，必須經(jīng)過一個轉換裝置——直流變換器。目前機車上常用的多輸出直流變換器采用的是自激推挽、多級變換電路，結構十分復雜，而且極易出現(xiàn)功率管“直通”等現(xiàn)象，使用中稍有疏忽，便可能使變換器失效，給機車運行帶來不必要的麻煩甚至安全隱患。為此，本文將探討以他激推挽電路設計多輸出直流變換器，設計中沒有采用以往常規(guī)的設計方法，而是一切從簡練、實用出發(fā)，并對保護電路進行了非?？煽康脑O計——從原邊多點加以設計。實際應用表明，該變換器結構簡單、運行可靠、效率高，實用性非常強。

2多輸出機車直流變換器的總體介紹

該直流變換器輸入電壓范圍為70～135V（額定值為110V），輸出為24V、50V等。輸出額定電流均為4A。由此可知輸出功率約為：P=(24＋50)4=296W，屬于中大功率型變換器，直接用正激或反激電路難以提供如此大的電流，考慮到采用半橋和全橋電路的相對復雜性，采用了他激推挽電路。其主要電路包括輸入濾波電路、輸出濾波電路、輔助電源電路、控制電路、驅動電路，反饋檢測電路，功率變換電路，保護電路等，其電路結構圖如圖1所示。

圖1 總體電路結構

變換器工作原理如下：組成控制電路的脈寬調制器能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可以調節(jié)的驅動信號，控制兩個功率管S₁及S₂（如圖3所示）以180°的相位差交替通斷來調節(jié)輸出電壓的高低，利用誤差放大器和電壓測定比較器通過光耦形成電壓閉環(huán)，輸出電壓經(jīng)過精密電阻分壓后再與基準電壓比較，從而調節(jié)驅動信號的占空比使輸出電壓跟隨誤差電壓變化而變化，假如由于某種原因（如輸入變化，負載變化等）使輸出電壓升高時，脈寬調制器就會改變驅動信號的脈沖寬度即占空比D，使斬波后的平均值電壓下降，從而達到穩(wěn)壓目的，反之亦然。對輸入上升情況，其穩(wěn)壓過程如圖2所示。

圖2 輸出穩(wěn)壓示意圖

下面從直流變換器的主電路以及保護電路來闡明該變換器的設計思想以及對調試中各種易出現(xiàn)的問題進行探討。

3 直流變換器主電路設計

在主電路中采用的是他激推挽電路，如圖3所示。

圖3 主電路圖