25T型空調(diào)客車DC600V／DC110V8kW充電系統(tǒng)應用研究

2 系統(tǒng)組成
該25T型空調(diào)客車DC600V／DCI110V 8 kW充電系統(tǒng)是由單機和機柜兩大部分組成，其中，單機部分主要有主電路和控制電路；機柜部分包括對外進線端子、輸入輸出回路熔斷器和控制用的空氣開關等。
2．1 PWM高頻橋式逆變主電路分析及實現(xiàn)
DC600V／DC110V 8 kW充電系統(tǒng)輸入電壓為DC600 V，功率為8 kW，采用適應高壓變換的橋式整流電路和大功率DC／DC變換電路，圖1為系統(tǒng)PWM高頻橋式DC／DC變換的電路原理圖。整個系統(tǒng)由輸入隔離、濾波和緩沖電路組成。逆變橋由4只IGBT組成，高頻變壓器傳輸功率，變壓器輸出經(jīng)高頻整流和濾波后，供給直流負載和蓄電池。圖2為由V1-V4構成DC／DC變換的主電路的控制邏輯和變壓器原副邊電壓邏輯波形圖：t1-t2區(qū)間內(nèi)，V1和V4導通，變壓器原邊電壓為正相電壓；t3～t4區(qū)間內(nèi)，V2和V3導通，變壓器原邊電壓為反相電壓。

圖3為25T型空調(diào)客車DC600V／DC110V充電系統(tǒng)主電路。分析圖2、圖3可知，開關元件IGBT功率模塊(V1、V2)高頻變壓器的初級經(jīng)隔離直流電容C8和電感L2接電橋的對角線。變壓器次級接全波整流器(V56)和濾波器L3、C9、C10輸出119～123 V直流電。主控制電路使用移相控制集成電路，UC3875(UC2875)為控制器件，輸出兩組(A－B，C－D)180°互補且滯后、時間可調(diào)的IGBT柵極觸發(fā)信號。進一步分析可知，系統(tǒng)在t2～t3區(qū)間內(nèi)所有IGBT都不導通，這段時間稱為“死區(qū)”，以防止上下橋臂的兩只IGBT同時導通而造成橋臂“貫通”短路。

系統(tǒng)在設計時考慮充電器用的IGBT一般采用雙單元，即在一個模塊集成上下橋臂兩個IGBT，電路結(jié)構雖然簡單，但由于IGBT作頻率很高，一般均在20 kHz左右，因此其開關損耗大，散熱困難。為解決高頻的開關損耗問題，系統(tǒng)采用移相技術實現(xiàn)IGBT的準軟開關控制。移相軟開關電路具有工作頻率不變、控制簡單、效率高、干擾小等優(yōu)點。移相控制原理：利用變壓器漏感和IGBT結(jié)間的電容諧振，漏感LK儲能向電容C釋放過程中，使電容C的電壓逐步下降到0，二極管VD導通，創(chuàng)造0電壓開關(ZVS)條件，電路中其他電感、電容元件是為獲得可靠的零電壓開關而設置的。電橋左右兩個橋臂的上下兩個開關管(V1和V2，V3和V4)施以180°互補的驅(qū)動信號，上下兩管180°互補導通。除上下兩管導通的死區(qū)外，電路中總有兩個開關管同時導通，共有4種導通組合，即V1和V4，V4和V2，V2和V3，V3和V1，并按此順序周而復始。其中V1和V4，V2和V3組合導通(即對角線導通)時，全橋電路給出能量，而V3和V1，V4合V2組合導通(即上橋臂兩管或下橋臂兩管同時導通)時，全橋電路處于續(xù)流狀態(tài)不輸出能量。調(diào)節(jié)這兩種組合的時間比例，即移相角，變壓器得到一個交變的PWM電壓，從而調(diào)整輸出電壓、電流。