一種實(shí)用的多輸出機(jī)車直流變換器的研制

摘要：針對(duì)目前機(jī)車大功率直流變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易發(fā)生故障等現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一種相對(duì)簡(jiǎn)單、可靠的中、大功率直流變換器。介紹了該多輸出機(jī)車直流變換器的工作原理，闡述了主電路和保護(hù)電路新的設(shè)計(jì)方法，對(duì)調(diào)試中容易出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析，并給出了解決方案。實(shí)際應(yīng)用表明，該直流變換器運(yùn)行可靠，效率高，具有良好的實(shí)用價(jià)值和推廣意義。

關(guān)鍵詞：實(shí)用；多輸出；直流變換器；保護(hù)電路

1 引言

隨著科技的進(jìn)步，對(duì)早期內(nèi)燃機(jī)車上應(yīng)用的電子設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代已成必然趨勢(shì)。內(nèi)燃機(jī)車上的供電一般都由其所帶發(fā)電機(jī)提供，為把發(fā)電機(jī)的輸出電壓轉(zhuǎn)換為機(jī)車照明、無線調(diào)度等用電電壓，必須經(jīng)過一個(gè)轉(zhuǎn)換裝置——直流變換器。目前機(jī)車上常用的多輸出直流變換器采用的是自激推挽、多級(jí)變換電路，結(jié)構(gòu)十分復(fù)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(jī)車運(yùn)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(shè)計(jì)多輸出直流變換器，設(shè)計(jì)中沒有采用以往常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，而是一切從簡(jiǎn)練、實(shí)用出發(fā)，并對(duì)保護(hù)電路進(jìn)行了非常可靠的設(shè)計(jì)——從原邊多點(diǎn)加以設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用表明，該變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高，實(shí)用性非常強(qiáng)。

2多輸出機(jī)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(duì)復(fù)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(qū)動(dòng)電路，反饋檢測(cè)電路，功率變換電路，保護(hù)電路等，其電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 總體電路結(jié)構(gòu)

變換器工作原理如下：組成控制電路的脈寬調(diào)制器能產(chǎn)生頻率固定而脈沖寬度可以調(diào)節(jié)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制兩個(gè)功率管S₁及S₂（如圖3所示）以180°的相位差交替通斷來調(diào)節(jié)輸出電壓的高低，利用誤差放大器和電壓測(cè)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(zhǔn)電壓比較，從而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(fù)載變化等）使輸出電壓升高時(shí)，脈寬調(diào)制器就會(huì)改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(dá)到穩(wěn)壓目的，反之亦然。對(duì)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(hù)電路來闡明該變換器的設(shè)計(jì)思想以及對(duì)調(diào)試中各種易出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討。

3 直流變換器主電路設(shè)計(jì)

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