專利名稱：Dc/dc變換器輸出電壓紋波調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所述的DC/DC變換器輸出電壓紋波調(diào)節(jié)裝置，涉及電氣自動控制整流 電源。
技術(shù)背景目前電力機(jī)車車輛用直流24V充電機(jī)系統(tǒng)是電力機(jī)車和動車組車輛的重要組 成部分，它為機(jī)車車輛和動車組車輛的控制系統(tǒng)提供控制電源，為旅客提供安 全的低壓服務(wù)電源，同時為備用電源一蓄電池充電。電力機(jī)車或動車組上的充電機(jī)系統(tǒng)其直流輸入電源分為兩種情況 一種為來自于機(jī)車四象限整流器輸出的直流電壓， 一種為三相交流電壓經(jīng)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(jī)一般在輸入側(cè)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(wěn)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(lián)使用，以提高電壓等級。而且鋁電解電容容 易發(fā)熱，功率損耗大，可靠性也差。較先進(jìn)的膜電容電壓等級比較高，功率損 耗也較小，但價(jià)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(jī)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(jī)直流輸入側(cè)的支撐電容有著很大的實(shí)際意義。對于前端有著可靠輸入 的機(jī)車或車輛充電機(jī)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(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，研究設(shè) 計(jì)一種新型的DC/DC變換器輸出電壓紋波調(diào)節(jié)裝置，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在 的問題是十分必要的。 發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本發(fā)明的目的是研究設(shè)計(jì)一種新型的 DC/DC變換器輸出電壓紋波調(diào)節(jié)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(fā)明所述的DC/DC變換器輸出電壓 紋波調(diào)節(jié)裝置，是應(yīng)用在電力機(jī)車或動車組車輛上的直流24V充電機(jī)系統(tǒng)中，充電機(jī)系統(tǒng)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(tǒng)所組成。該系統(tǒng)取消了濾波大電容，在控制電路系統(tǒng)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(tǒng)，和由輸入電壓調(diào) 節(jié)、輸出電壓調(diào)節(jié)以及調(diào)整移相脈沖角度組成的紋波補(bǔ)償環(huán)節(jié)。 本發(fā)明所述的輸出電壓的紋波調(diào)節(jié)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(jìn)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(diào)理電路之中；c、 調(diào)理后的信號進(jìn)入控制電路系統(tǒng)CPU后，由AD模塊轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)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(diào)節(jié)值；d、 將采樣到的輸入電壓脈動值與經(jīng)過軟件濾波后相對穩(wěn)定的輸入電壓值做 比較，給出一個輸入電壓調(diào)節(jié)值；e、 CPU再綜合輸入和輸出電壓調(diào)節(jié)值，實(shí)時地調(diào)整驅(qū)動脈沖移相角度的大小，也就調(diào)整了輸出電壓的大小。本發(fā)明目的是提供一種新型的可供電力機(jī)車和動車組車輛使用的直流24 V充電機(jī)系統(tǒng)，取消了傳統(tǒng)充電機(jī)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(jìn)，根據(jù)對輸入和輸出電壓的采樣，依靠高速的DSP芯片實(shí)時調(diào)整輸出電壓的大小，達(dá)到減小輸出紋波電壓的目的。本發(fā)明的具體工作原理為經(jīng)過整流的三相交流電變成脈動的直流電壓后，進(jìn)入逆變器逆變成交流的方 波電壓，交流方波電壓再經(jīng)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(guān) DC/DC變換器，完成零電壓開關(guān)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?yàn)檩斎腚妷旱闹芷谛悦}動，而出現(xiàn)很大的紋波電壓， 無法滿足系統(tǒng)的輸出要求。本發(fā)明增加了紋波補(bǔ)償環(huán)節(jié)的控制電路系統(tǒng)，可以 對輸出電壓的紋波進(jìn)行很好的抑制。控制電路系統(tǒng)通過其自身的傳感器系統(tǒng)(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(jìn)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(diào)理電路之中，調(diào)理之后 的信號去除了干擾，而且幅值調(diào)整到合適的電平?？刂葡到y(tǒng)的CPU為TI公司的TMS320F2812，為數(shù)字信號處理芯片，它采用數(shù)字化的方式處理采樣信號和進(jìn)行 驅(qū)動控制。調(diào)理后的信號進(jìn)入CPU后，由AD模塊轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)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(diào)節(jié)值；同時將采樣到的輸入電壓脈動值與經(jīng)過軟件濾波后 相對穩(wěn)定的輸入電壓值做比較，給出一個輸入電壓調(diào)節(jié)值。CPU再綜合輸入和輸 出電壓調(diào)節(jié)值，實(shí)時地調(diào)整驅(qū)動脈沖移相角度的大小，也就調(diào)整了輸出電壓的 大小。也就是說，當(dāng)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(dāng)輸出電壓反饋值較大時，也減小輸出電壓的大小。而當(dāng)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(nèi)。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小，重量輕，效率高，發(fā)熱量小，運(yùn)行可靠等 優(yōu)點(diǎn)，其大批量投入市場必將產(chǎn)生積極的社會效益和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。


本發(fā)明共有四張附圖，其中附圖1、機(jī)車車輛用的直流24V充電機(jī)系統(tǒng)的原理框圖 附圖2、機(jī)車車輛用的直流24V充電機(jī)系統(tǒng)的主電路圖附圖3、控制電路系統(tǒng)6的原理框圖附圖4、控制電路系統(tǒng)6的紋波調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)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(tǒng)具體實(shí)施方式
本發(fā)明的具體實(shí)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(tǒng)6所組成。 取消了濾波大電容，在控制電路系統(tǒng)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(tǒng)，和由輸入電壓調(diào)節(jié)、輸出電壓調(diào)節(jié)以及調(diào)整移相脈沖 角度組成的紋波補(bǔ)償環(huán)節(jié)。本發(fā)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(guān)管 (IGBT) VTA VTD，及和四個開關(guān)管并聯(lián)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(fù)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?？?制電路系統(tǒng)6由CPU板，信號處理板，驅(qū)動板，電源板和傳感器系統(tǒng)組成?？刂?系統(tǒng)的CPU板采用TI公司的TMS320F2812作為信號處理芯片，主頻可達(dá)到150MHz， 芯片的高速處理能力保證了紋波調(diào)節(jié)的可靠性。同時芯片帶有CAN通信模塊，可 通過CAN網(wǎng)絡(luò)與機(jī)車或車輛的控制系統(tǒng)通信。試驗(yàn)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(shè)計(jì)的樣品符合鐵路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，被鐵路裝備制造 企業(yè)所接受。本發(fā)明所涉及的直流24V充電機(jī)系統(tǒng)具有體積小，重量輕，效率高，發(fā)熱量 小，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，可以很好的適應(yīng)我國新型鐵路機(jī)車及動車組車輛應(yīng)用。
權(quán)利要求
1、一種DC/DC變換器輸出電壓紋波調(diào)節(jié)裝置，是應(yīng)用在電力機(jī)車或動車組車輛上的直流24V充電機(jī)系統(tǒng)中，充電機(jī)系統(tǒng)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(tǒng)(6)所組成；其特征在于該系統(tǒng)取消了濾波大電容，在控制電路系統(tǒng)(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(tǒng)，和由輸入電壓調(diào)節(jié)、輸出電壓調(diào)節(jié)以及調(diào)整移相脈沖角度組成的紋波補(bǔ)償環(huán)節(jié)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的DC/DC變換器輸出電壓紋波調(diào)節(jié)裝置，其特征 在于輸出電壓的紋波調(diào)節(jié)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(jìn)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(diào)理電路之中；c、 調(diào)理后的信號進(jìn)入控制電路系統(tǒng)(6) CPU后，由AD模塊轉(zhuǎn)換成相應(yīng) 的數(shù)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(diào)節(jié)值；d、 將采樣到的輸入電壓脈動值與經(jīng)過軟件濾波后相對穩(wěn)定的輸入電壓值做 比較，給出一個輸入電壓調(diào)節(jié)值；e、 CPU再綜合輸入和輸出電壓調(diào)節(jié)值，實(shí)時地調(diào)整驅(qū)動脈沖移相角度的大 小，也就調(diào)整了輸出電壓的大小。
全文摘要
本發(fā)明所述的DC/DC變換器輸出電壓紋波調(diào)節(jié)裝置，是應(yīng)用在電力機(jī)車或動車組車輛上的直流24V充電機(jī)系統(tǒng)中輸出電壓紋波調(diào)節(jié)裝置。涉及對目前國產(chǎn)電力機(jī)車或動車組車輛傳統(tǒng)的充電機(jī)的改進(jìn)。該充電機(jī)系統(tǒng)采用副邊倍流整流的移相全橋零電壓開關(guān)的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)在于去掉了傳統(tǒng)充電機(jī)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(tǒng)，和由輸入電壓調(diào)節(jié)、輸出電壓調(diào)節(jié)以及調(diào)整移相脈沖角度組成的紋波補(bǔ)償環(huán)節(jié)獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)新穎、體積小，重量輕，效率高，發(fā)熱量小，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，故屬于一種集經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性為一體的新型DC/DC變換器輸出電壓紋波調(diào)節(jié)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(yōu)先權(quán)日2007年11月26日
發(fā)明者強(qiáng) 付, 磊 姜, 戴碧君, 王文舉 申請人:謝步明