專利名稱：Dc/dc變換器輸出電壓紋波調節裝置的制作方法
技術領域：
本發明所述的DC/DC變換器輸出電壓紋波調節裝置，涉及電氣自動控制整流 電源。
技術背景目前電力機車車輛用直流24V充電機系統是電力機車和動車組車輛的重要組 成部分，它為機車車輛和動車組車輛的控制系統提供控制電源，為旅客提供安 全的低壓服務電源，同時為備用電源一蓄電池充電。電力機車或動車組上的充電機系統其直流輸入電源分為兩種情況 一種為來自于機車四象限整流器輸出的直流電壓， 一種為三相交流電壓經過整流后得到 的直流脈動電壓。以第二種直流脈動電壓為輸入的充電機一般在輸入側都加有 大容量的直流支撐電容，以平滑直流輸入電壓，獲得穩定的輸出電壓。用普通的鋁電解電容做支撐電容，只能使用于低于400V電壓的場合，如果要用到更高 的電壓等級，就要將多個電容串聯使用，以提高電壓等級。而且鋁電解電容容 易發熱，功率損耗大，可靠性也差。較先進的膜電容電壓等級比較高，功率損 耗也較小，但價格較高。而且，無論是鋁電解電容還是膜電容，其體積都很龐 大，這對于減小充電機的體積和提高功率密度來說，都是一個困難。所以，取 消充電機直流輸入側的支撐電容有著很大的實際意義。對于前端有著可靠輸入 的機車或車輛充電機來說，取消直流支撐電容的一個弊端就在于直流脈動的電 壓會給輸出造成很大的電壓紋波。針對上述現有技術中所存在的問題，研究設 計一種新型的DC/DC變換器輸出電壓紋波調節裝置，從而克服現有技術中所存在 的問題是十分必要的。 發明內容鑒于上述現有技術中所存在的問題，本發明的目的是研究設計一種新型的 DC/DC變換器輸出電壓紋波調節裝置，從而解決整流電路取消濾波大電容， DC/DC變換后輸出電壓紋波較大的問題。本發明所述的DC/DC變換器輸出電壓 紋波調節裝置，是應用在電力機車或動車組車輛上的直流24V充電機系統中，充電機系統是由輸入電路部分、逆變器、高頻變壓器、整流濾波器、輸出電路 部分、和控制電路系統所組成。該系統取消了濾波大電容，在控制電路系統中 增加了輸入電壓傳感器和輸出電壓傳感器組成的傳感器系統，和由輸入電壓調 節、輸出電壓調節以及調整移相脈沖角度組成的紋波補償環節。 本發明所述的輸出電壓的紋波調節步驟如下a、 首先對輸出電壓的紋波信號和輸入電壓的脈動信號進行精確采樣；b、 采樣到的信號輸送到信號處理板上的信號調理電路之中；c、 調理后的信號進入控制電路系統CPU后，由AD模塊轉換成相應的數字 量。在控制程序高速的定時中斷中，CPU不斷將采樣到的紋波電壓值與給定輸 出電壓作比較，給出一個輸出電壓調節值；d、 將采樣到的輸入電壓脈動值與經過軟件濾波后相對穩定的輸入電壓值做 比較，給出一個輸入電壓調節值；e、 CPU再綜合輸入和輸出電壓調節值，實時地調整驅動脈沖移相角度的大小，也就調整了輸出電壓的大小。本發明目的是提供一種新型的可供電力機車和動車組車輛使用的直流24 V充電機系統，取消了傳統充電機前端的大容量直流支撐電容，而在控制電路和控制方法上做了改進，根據對輸入和輸出電壓的采樣，依靠高速的DSP芯片實時調整輸出電壓的大小，達到減小輸出紋波電壓的目的。本發明的具體工作原理為經過整流的三相交流電變成脈動的直流電壓后，進入逆變器逆變成交流的方 波電壓，交流方波電壓再經過高頻變壓器降壓后，送到倍流整流電路中，整流 成直流電壓。逆變器、高頻變壓器和整流濾波器共同組成移相全橋零電壓開關 DC/DC變換器，完成零電壓開關過程的諧振電感主要由高頻變壓器的漏感提供。 這樣輸出的直流電壓會因為輸入電壓的周期性脈動，而出現很大的紋波電壓， 無法滿足系統的輸出要求。本發明增加了紋波補償環節的控制電路系統，可以 對輸出電壓的紋波進行很好的抑制。控制電路系統通過其自身的傳感器系統(包 括一系列的電壓和電流傳感器)對輸出電壓的紋波和輸入電壓的脈動進行精確 采樣。采樣到的模擬信號輸送到信號處理板上的信號調理電路之中，調理之后 的信號去除了干擾，而且幅值調整到合適的電平。控制系統的CPU為TI公司的TMS320F2812，為數字信號處理芯片，它采用數字化的方式處理采樣信號和進行 驅動控制。調理后的信號進入CPU后，由AD模塊轉換成相應的數字量。在控制程 序高速的定時中斷中，CPU不斷將采樣到的紋波電壓值與給定輸出電壓作比較， 給出一個輸出電壓調節值；同時將采樣到的輸入電壓脈動值與經過軟件濾波后 相對穩定的輸入電壓值做比較，給出一個輸入電壓調節值。CPU再綜合輸入和輸 出電壓調節值，實時地調整驅動脈沖移相角度的大小，也就調整了輸出電壓的 大小。也就是說，當輸入脈動電壓處在正弦波形波峰處時，就減小輸出電壓的 大小，當輸出電壓反饋值較大時，也減小輸出電壓的大小。而當輸入脈動電壓 處于波谷時或輸出電壓反饋值較小時，就提高輸出電壓的大小。這樣就可以通 過軟件控制將輸出電壓紋波限制在一個很小的允許范圍之內。本發明具有結構新穎、體積小，重量輕，效率高，發熱量小，運行可靠等 優點，其大批量投入市場必將產生積極的社會效益和顯著的經濟效益。
本發明共有四張附圖，其中附圖1、機車車輛用的直流24V充電機系統的原理框圖 附圖2、機車車輛用的直流24V充電機系統的主電路圖附圖3、控制電路系統6的原理框圖附圖4、控制電路系統6的紋波調節環節的示意中1、輸入電路部分2、逆變器3、高頻變壓器4、整流濾波器 5、輸出電路部分6、和控制電路系統具體實施方式
本發明的具體實施例如附圖所示，附圖1所示，是由輸入電路部分l、逆變 器2、高頻變壓器3、整流濾波器4、輸出電路部分5和控制電路系統6所組成。 取消了濾波大電容，在控制電路系統6中增加了輸入電壓傳感器和輸出電壓傳 感器組成的傳感器系統，和由輸入電壓調節、輸出電壓調節以及調整移相脈沖 角度組成的紋波補償環節。本發明所述的輸入電路l包括輸入快熔及接觸器等。逆變器2由四個開關管 (IGBT) VTA VTD，及和四個開關管并聯的諧振電容Ca Cd，隔直電容C4，吸 收電容C1 C3組成。整流濾波器4由濾波電抗L2 L3，快恢復整流二極管VD2 VD3和輸出濾波電容C6 C7組成。輸出電路5包括輸出快熔和防反向二極管。控 制電路系統6由CPU板，信號處理板，驅動板，電源板和傳感器系統組成。控制 系統的CPU板采用TI公司的TMS320F2812作為信號處理芯片，主頻可達到150MHz， 芯片的高速處理能力保證了紋波調節的可靠性。同時芯片帶有CAN通信模塊，可 通過CAN網絡與機車或車輛的控制系統通信。試驗證明，釆用這樣的方式控制輸 出電壓紋波的大小非常有效。設計的樣品符合鐵路相關標準，被鐵路裝備制造 企業所接受。本發明所涉及的直流24V充電機系統具有體積小，重量輕，效率高，發熱量 小，運行可靠等優點，可以很好的適應我國新型鐵路機車及動車組車輛應用。
權利要求
1、一種DC/DC變換器輸出電壓紋波調節裝置，是應用在電力機車或動車組車輛上的直流24V充電機系統中，充電機系統是由輸入電路部分(1)、逆變器(2)、高頻變壓器(3)、整流濾波器(4)、輸出電路部分(5)和控制電路系統(6)所組成；其特征在于該系統取消了濾波大電容，在控制電路系統(6)中增加了輸入電壓傳感器和輸出電壓傳感器組成的傳感器系統，和由輸入電壓調節、輸出電壓調節以及調整移相脈沖角度組成的紋波補償環節。
2、 根據權利要求1所述的DC/DC變換器輸出電壓紋波調節裝置，其特征 在于輸出電壓的紋波調節步驟如下a、 首先對輸出電壓的紋波信號和輸入電壓的脈動信號進行精確采樣；b、 采樣到的信號輸送到信號處理板上的信號調理電路之中；c、 調理后的信號進入控制電路系統(6) CPU后，由AD模塊轉換成相應 的數字量。在控制程序高速的定時中斷中，CPU不斷將采樣到的紋波電壓值與 給定輸出電壓作比較，給出一個輸出電壓調節值；d、 將采樣到的輸入電壓脈動值與經過軟件濾波后相對穩定的輸入電壓值做 比較，給出一個輸入電壓調節值；e、 CPU再綜合輸入和輸出電壓調節值，實時地調整驅動脈沖移相角度的大 小，也就調整了輸出電壓的大小。
全文摘要
本發明所述的DC/DC變換器輸出電壓紋波調節裝置，是應用在電力機車或動車組車輛上的直流24V充電機系統中輸出電壓紋波調節裝置。涉及對目前國產電力機車或動車組車輛傳統的充電機的改進。該充電機系統采用副邊倍流整流的移相全橋零電壓開關的電路拓撲結構，其結構在于去掉了傳統充電機前端的大容量直流支撐電容，依靠增加輸入電壓傳感器和輸出電壓傳感器組成的傳感器系統，和由輸入電壓調節、輸出電壓調節以及調整移相脈沖角度組成的紋波補償環節獲得穩定的直流輸出電壓。本發明具有結構新穎、體積小，重量輕，效率高，發熱量小，運行可靠等特點，故屬于一種集經濟性與實用性為一體的新型DC/DC變換器輸出電壓紋波調節裝置。
文檔編號H02M3/22GK101227149SQ200710158548
公開日2008年7月23日 申請日期2007年11月26日 優先權日2007年11月26日
發明者強 付, 磊 姜, 戴碧君, 王文舉 申請人:謝步明