專利名稱：工礦電機車用高壓差大功率dc-dc開關電源的制作方法
技術領域：
本發明涉及開關電源應用技術，是一種工礦電機車用高壓差大功率DC-DC開關電 源。
背景技術：
工礦電機車上所用的開關電源主要為車上照明系統、空氣壓縮機、控制系統、電磁 閥等提供DC24V電源，由于礦山電源電壓為直流550V，且礦山電源電壓波動已大大超出了 一般電源所允許的范圍(士30% )，此外，工礦電機車工作在隧道、煤礦井下灰塵濃度高、相 對濕度大(大于95% )、電磁干擾強和劇烈震動等惡劣環境中，這給礦用電機車直流穩壓電 源的設計、制造和應用帶來很大困難。目前現場在用的這種產品，其使用壽命都不超過3個 月，給企業帶來了極大的浪費，增加了企業的經濟負擔。
發明內容
本發明的目的是設計一種適合于煤礦運輸、礦山運輸、隧道施工等工程環境的工 礦電機車用高壓差大功率DC-DC開關電源。本發明設計的開關電源其主電路主拓撲結構采用半橋式結構，DC/DC變換器的變 壓器副邊帶中間抽頭，它由傳統半橋結構演變而來。采用兩個互補控制的MOSFET作為主 電路開關器件，因為它是電壓驅動全控型器件，具有驅動電路簡單、驅動功率小、開關速度 快及頻率響應特性良好等優點。在許多方面可替代雙極型晶體管，其工作頻率可提高到 200KHz 以上。開關管的控制方式采用脈沖寬度調制(PWM)方式，PWM控制電路采用KA3525A控 制芯片。礦山架線電網電源550V 士 30%的直流電壓，加到半橋功率變換器上，用脈寬調制 電路產生的雙列脈沖信號去驅動功率MOSFET管，通過功率變壓器的耦合和隔離作用在次 級得到準方波電壓，然后經半橋全波整流和濾波輸出電壓，該電壓再經電壓反饋電路，校正 PWM占空比，即可得到穩定的直流輸出電壓。本發明與現有的技術相比具有以下有益效果1)開關電源功率開關器件采用MOSFET 2SK1271，提高了開關頻率，增加了電源的
工作效率。2)控制驅動電路采用KA3525A芯片，電路中設置了欠電壓鎖定和限流關斷電路。3)實現了高壓差(700V-24V)、大電流(12A)下的直流穩壓輸出(DC 24V士0. 5V)。4)實現了在強電磁干擾和劇烈震動環境下的可靠工作。5)解決了高直流輸入電壓(額定550VDC)和大電壓波動范圍(350V-700V)下穩定
可靠工作的問題。6)解決了礦用電機車電源在灰塵濃度高、相對濕度大(大于95% )環境下長期穩 定工作的問題，達到了 IP65的高防護等級。7)解決了頻繁跳弓斷電可靠運行的問題。電源的輸入電壓通過機車受電弓來自架
3空輸電線路，在機車運行過程中頻繁出現跳弓斷電現象，造成電源輸入時斷時續。在這種工 況下本開關電源可以保證電源的短時穩定輸出，并適應頻繁再啟動。
附圖是工礦電機車用高壓差大功率DC-DC開關電源系統結構示意圖。
具體實施例方式工礦電機車用高壓差大功率DC-DC開關電源系統具有輸入濾波1、主電路2、開關 變壓器3、輸出整流4、輸出濾波5、輔助電源6、驅動電路7、電流保護8、PWM控制電路9、過 壓保護10、電壓反饋11、軟啟動電路12。該電源系統的輸入信號一路先后經過輸入濾波1、 主電路2、開關變壓器3、輸出整流4和輸出濾波5至負載供電；另一路進入輔助電源6為驅 動電路7和PWM控制電路9提供工作電源。電流保護8從開關變壓器3取電流信號，過壓 保護10和電壓反饋11從輸出整流4之后取電壓信號，共同送入PWM控制電路9 ；PWM控制 電路9根據反饋回來的電壓和電流產生脈寬調制波形控制驅動回路7 ；驅動回路7向主電 路2送出PWM信號，控制各橋臂電力電子器件的通斷；軟啟動電路12控制PWM控制電路9 的軟啟動實現。設備適用范圍本發明適用于工礦用架線式電力機車，主要用于車上照明系統、空氣壓縮機控制 和電磁閥控制等。
權利要求
一種工礦電機車用高壓差大功率DC DC開關電源，它具有輸入濾波1、主電路2、開關變壓器3、輸出整流4、輸出濾波5、輔助電源6、驅動電路7、電流保護8、PWM控制電路9、過壓保護10、電壓反饋11、軟啟動電路12。該電源系統的輸入信號一路先后經過輸入濾波1、主電路2、開關變壓器3、輸出整流4和輸出濾波5至負載供電；另一路進入輔助電源6為驅動電路7和PWM控制電路9提供工作電源。電流保護8從開關變壓器3取電流信號，過壓保護10和電壓反饋11從輸出整流4之后取電壓信號，共同送入PWM控制電路9；PWM控制電路9根據反饋回來的電壓和電流產生脈寬調制波形控制驅動回路7；驅動回路7向主電路2送出PWM信號，控制各橋臂電力電子器件的通斷；軟啟動電路12控制PWM控制電路9的軟啟動實現。
2.根據權利要求1所述的工礦電機車用高壓差大功率DC-DC開關電源，其特征在于 PWM控制電路9采用KA3525A控制芯片。
3.根據權利要求1所述的工礦電機車用高壓差大功率DC-DC開關電源，其特征在于 驅動電路7采用MOSFET集成驅動315J模塊。
4.根據權利要求1所述的工礦電機車用高壓差大功率DC-DC開關電源，其特征在于 主電路2主拓撲結構采用半橋式結構，DC/DC變換器的變壓器副邊帶中間抽頭，它由傳統半 橋結構演變而來。采用兩個互補控制的MOSFET作為主電路開關器件，因為它是電壓驅動全 控型器件，具有驅動電路簡單、驅動功率小、開關速度快及頻率響應特性良好等優點。
全文摘要
本發明公開了一種工礦電機車用高壓差大功率DC-DC開關電源，涉及開關電源應用技術。該電源的輸入信號一路經過輸入濾波1、主電路2、開關變壓器3、輸出整流4和輸出濾波5至負載供電；另一路進入輔助電源6為驅動電路7和PWM控制電路9提供工作電源。電流保護8從開關變壓器3取電流信號，過壓保護10和電壓反饋11從輸出整流4之后取電壓信號，共同送入PWM控制電路9；PWM控制電路9根據反饋的電壓和電流產生脈寬調制波形控制驅動回路7；驅動回路7向主電路2送出PWM信號；軟啟動電路12控制PWM控制電路9的軟啟動實現。本發明考慮了礦用電機車用DC-DC開關電源工作特點，解決了其在電壓波動大、灰塵濃度高、相對濕度大、電磁干擾強和劇烈震動等環境下長期穩定工作的問題。
文檔編號H02M3/335GK101964588SQ201010005519
公開日2011年2月2日 申請日期2010年1月16日 優先權日2010年1月16日
發明者盧永杰, 安永祥, 寸立崗, 張寶霞, 張海明, 柳彥虎, 陳東海, 陳國宏 申請人:蘭州交通大學;蘭州立盛達鐵路新技術有限責任公司