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

2 系統(tǒng)組成
該25T型空調(diào)客車(chē)DC600V／DCI110V 8 kW充電系統(tǒng)是由單機(jī)和機(jī)柜兩大部分組成，其中，單機(jī)部分主要有主電路和控制電路；機(jī)柜部分包括對(duì)外進(jìn)線(xiàn)端子、輸入輸出回路熔斷器和控制用的空氣開(kāi)關(guān)等。
2．1 PWM高頻橋式逆變主電路分析及實(shí)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(yīng)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(gè)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(fù)載和蓄電池。圖2為由V1-V4構(gòu)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(dǎo)通，變壓器原邊電壓為正相電壓；t3～t4區(qū)間內(nèi)，V2和V3導(dǎo)通，變壓器原邊電壓為反相電壓。

圖3為25T型空調(diào)客車(chē)DC600V／DC110V充電系統(tǒng)主電路。分析圖2、圖3可知，開(kāi)關(guān)元件IGBT功率模塊(V1、V2)高頻變壓器的初級(jí)經(jīng)隔離直流電容C8和電感L2接電橋的對(duì)角線(xiàn)。變壓器次級(jí)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(bǔ)且滯后、時(shí)間可調(diào)的IGBT柵極觸發(fā)信號(hào)。進(jìn)一步分析可知，系統(tǒng)在t2～t3區(qū)間內(nèi)所有IGBT都不導(dǎo)通，這段時(shí)間稱(chēng)為“死區(qū)”，以防止上下橋臂的兩只IGBT同時(shí)導(dǎo)通而造成橋臂“貫通”短路。

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮充電器用的IGBT一般采用雙單元，即在一個(gè)模塊集成上下橋臂兩個(gè)IGBT，電路結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但由于IGBT作頻率很高，一般均在20 kHz左右，因此其開(kāi)關(guān)損耗大，散熱困難。為解決高頻的開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題，系統(tǒng)采用移相技術(shù)實(shí)現(xiàn)IGBT的準(zhǔn)軟開(kāi)關(guān)控制。移相軟開(kāi)關(guān)電路具有工作頻率不變、控制簡(jiǎn)單、效率高、干擾小等優(yōu)點(diǎn)。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(chǔ)能向電容C釋放過(guò)程中，使電容C的電壓逐步下降到0，二極管VD導(dǎo)通，創(chuàng)造0電壓開(kāi)關(guān)(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(kāi)關(guān)而設(shè)置的。電橋左右兩個(gè)橋臂的上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管(V1和V2，V3和V4)施以180°互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，上下兩管180°互補(bǔ)導(dǎo)通。除上下兩管導(dǎo)通的死區(qū)外，電路中總有兩個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，共有4種導(dǎo)通組合，即V1和V4，V4和V2，V2和V3，V3和V1，并按此順序周而復(fù)始。其中V1和V4，V2和V3組合導(dǎo)通(即對(duì)角線(xiàn)導(dǎo)通)時(shí)，全橋電路給出能量，而V3和V1，V4合V2組合導(dǎo)通(即上橋臂兩管或下橋臂兩管同時(shí)導(dǎo)通)時(shí)，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(shí)間比例，即移相角，變壓器得到一個(gè)交變的PWM電壓，從而調(diào)整輸出電壓、電流。