机车110V开关电源控制方法与应用研究

郝亚楠

【摘 要】在机车运行过程中，110V直流电源会与蓄电池组并联在一起，然后为机车提供110V电源。如果电源柜出现了问题不能工作，蓄电池也可以作为控制电源，这样一来，机车就不会因为某一个故障而不能运行。基于此，论文主要分析了机车110V开关电源控制方法与应用，以供参考。

【Abstract】In the operation process of locomotive， the 110V DC power supply will be connected in parallel with the battery pack， and then provide the 110V power for the locomotive. If there is a problem with the power box， the battery can be used as a control power， so that the locomotive will not stop because of a fault. Based on this， this paper mainly analyzes the control method and application of locomotive 110V switching power supply， for reference.

【关键词】机车；110V开关电源；控制方法；应用

【Keywords】locomotive；110V switching power supply； control method； application

【中图分类号】TM863 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）06-0152-02

1 引言

随着科学技术的快速发展，通讯电源技术已经得到了很大的进步，传统的相控整流电源已经被淘汰，目前应用最多的是开关电源。同时，交流變压器弧焊机应用的也越来越少，二极管整流焊机也不再流行，取而代之的是焊接电源。另外，人们对技能的强烈需求也促使开关电源越来越朝着节能、高效的方向完善。

2 机车110V电路特点

机车110V控制电源的电路结构在输入端可以设置高电压，而输出的电压和电流不会很高，这样就能够减小每个变换器开关管的额定电压值。

机车110V控制电源可以根据变换器的变化来配置不同的电路类型，每种类型的电路功能存在很大的差异。而功能的选配是由电路的实际情况（运行效率等）决定的。

3 开关电源控制方法与应用

3.1 组合电路控制方式

一般情况下，每个电路本身都具有均流的功能，所以连接方式如果是并联，就没必要再利用其他均流设备。很多电路在设计的时候会让两个子电路使用相同的相位以及占空比，这种情况下，子电路的输出电流都是从总电路中流出来的，那么二个子电路的电压是平均分配的，均占到了总电压的二分之一。当两个子电路采用相同的相位顺序和占空，且总变换器是由两个子电路组成的，故其频率也会是其中某一个变换器运行频率的2倍，这样一来，就能够降低滤波电感和电容的体积。一般情况下，将其中的一个子电路作为备用，两个子电路同时运行，如若其中一个子电路出现问题，则另一个电路会单独运行，这样依旧能够满足满负载电流的要求，不影响整个机车的运行[1]。

3.2 全桥变换器的基本控制方式

如果开关电源运用的是全桥式变换器，那么可以有多种不同的方法对交流方波电压进行控制。一些常用的控制方法有：双极性控制、不对称控制、移相控制等。通常情况下，此种变换器都是利用脉宽调制的开关管来进行工作，这就是大家通常说的占空比控制方法。这样的开关管一般在固定的频率下工作，所以，通过对主开关管的导通时间宽度进行调整，然后再通过取样、比较放大的占空比，就能够把其中的直流高压转化为高频交变开关脉冲，此脉冲能够传输到副边，经过二次整流滤波，最后会根据用户的需求输出相应合理的直流电压和电流。

3.3 控制方式中软开关的实现

3.3.1 采用方式

在软开关的应用上，很多全桥变换电路拓扑均采用了移相（ZVS-PWM）控制方式，具有很好的效果。移相（ZVS-PWM）控制使用开关管的结电容和高频变压器的漏电感作为谐振元件，是谐振变换技术

和常规PWM变换技术的有机融合，如图1。

在机车电源控制中，应用软开关控制方式，不仅能够降低开关时产生的噪音，还能够减少电能的损耗，为降低尺寸及重量，提高电源运行效率创造了合适的条件。同时，软开关控制方式的应用还存在很多优点，例如，拓扑结构复杂程度低、元器件的电压和电流应力小等等。

3.3.2 移相控制ZVS-FB-PWM变换器的简单分析

ZVS-PWM软开关DC-DC全桥变换器的一个开关周期共有十二个不同的工作过程。

其工作原理如图2：超前臂开关管Q1和Q2的驱动电压U1和U2互为反相，两者之间的死区时间为△t1；滞后臂开关管Q3和Q4的驱动电压U3和U4，也互为反相，两者之间死区时间为△t2；全桥四只管的对角线开关管电压U1超前U4一个相位（移相角a），U2超前U3一个相位，它们的相位关系都是由源头IC控制决定的。此种变换器产生的谐振是通过漏感和功率管输出端结电容与原、副边之间的寄生电容产生的，可以实现电源打开时电压保持在0的状态，这样能够减少开关电源运行时的能源消耗。

3.3.3 移相控制ZVZCS-FB-PWM变换器的分析

移相全桥ZVS-PWM变换器运用于机车电源的控制，总体来说具有很多优点，例如其能在高频、大功率的条件中运行。虽然其优点突出，但在其实现过程中不可避免地存在一些弊端，例如：当变压器副边发生电压占空比丢失时，原边额定电流很容易逐渐增加，进而导致副边整流二极管的电压应力逐渐加大；占空比的丢失，会使环流增大，导致周边出现电能损失的情况，造成了一定的能源浪费；同时，移相全桥ZVS-PWM变换器在一定程度上对0电压开关的负载范围有所限制，在负载较小的情况下，滞后桥臂难实现零电压开关。

利用IGBT作为全桥ZVS-PWM变换器的开关管，能够在很大程度上提高电路的输出功率，与功率MOS管相比，IGBT的耐压能力更强，能量损耗更小，成本相更低，非常适合应用于高压大功率场合中。但是IGBT也存在弊端，例如，在开关关断后可能会产生很大的尾电流，造成能量的大量损失。因此，如果在开关关断前就让一些载流子复合完毕，那么能量损耗就会大大减少。

而利用移相式全桥混合ZVZCS-FB-PWM变换器，能够很好地解决上述问题。移相式全桥混合ZVZCS-FB-PWM变换器具有以下特点：滞后桥臂的开关管Q3、Q4采用IGBT，这样能够使得电源关闭时电流为0，这种变换器并没有采用并联电容，目的就是保证在电源打开时不会有电容的释放，这样可以节省能量；在这种变换器中，若领先桥臂没有变化，依然可以使用MOS管，也可以并联电容。

4 结语

综上所述，两组变换器的并联形式能够产生很大的功率，而且也很少发生故障，变换器并联能够增大电源运行频率，减小电磁射频干扰。以此为基础，对机车110V开关电源进行合理的设计，能够达到机车110V开关电源小体积、轻重量、高效率的要求。

【参考文献】

【1】石琪.单相交流电源制式转换技术的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.