一种实用的多输出机车直流变换器的研制

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1、一种实用的多输出机车直流变换器的研制

2、第1图1总体电路结构变换器工作原理如下：组成控制电路的脉宽调制器能产生频率固定而脉冲宽度可以调节的驱动信号，控制两个功率管S1及S2（如图3所示）以180°的相位差交替通断来调节输出电压的高低，利用误差放大器和电压测定比较器通过光耦形成电压闭环，输出电压经过精密电阻分压后再与基准电压比较，从而调节驱动信号的占空比使输出电压跟随误差电压变化而变化，假如由于某种原因（如输入变化，负载变化等）使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度即占空比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。对输入上升情况，其稳压过程如图2所示。500)thi

3、s.style.ouseg(this)">图2输出稳压示意图下面从直流变换器的主电路以及保护电路来阐明该变换器的设计思想以及对调试中各种易出现的问题进行探讨。3直流变换器主电路设计在主电路中采用的是他激推挽电路，如图3所示。500)this.style.ouseg(this)">图3主电路图图3中Vi是经过滤波以后的输入电压。V1和V2是从脉宽调制器出来的两路相位相差180°的驱动信号。P1及P3用来设计保护电路，P2用来设计反馈检测电路。P4及P5用来设计切换电路。图中功率管最大承受2倍的输入电压即最大270V，电流最大不超过4A，所以功率管可选用IRF460。变压器第三路输出N3是为控制电

4、路提供电源电压特意设计的。上电初，N3输出为0，控制电路电源电压由输入电压分压、稳压（由R1，C1，D3组成）提供，当电路正常工作时，D4截止，控制电路和保护电路等的电源电压将由N3输出通过7815稳压器供电。变压器是开关电源最主要的部分。常规设计采用一大堆繁杂的公式进行推导，由于运算量较大，难免造成结果错误。鉴于此，本文采用图表的方法对原、副边进行设计，并考虑管子导通压降等实际情况进行适当微调。由于变换器原边和副边电流都较大，所以采用多股导线。双端型正激电路的具体设计如下。n1dp2=500)this.style.ouseg(this)">；n2ds2=500)this.style.ouse

5、g(this)">；式中：n1，n2为一、二次绕组的股数；dp，ds为一、二次绕组的线径；SoKo为磁芯窗口使用面积；Np，Ns为一、二次绕组匝数。其中：Np=500)this.style.ouseg(this)">；Ns=500)this.style.ouseg(this)">Ui为输入直流电压；U1T为每匝电压值；UV为整流管压降；D为占空比，对于双端型电路D取0.6。变压器工作频率选100kHz，所以线径可以选0.5mm。变压器磁芯选用EI型铁氧体EI-50，查EI-50的属性对照图表可知窗口使用面积为48.97mm2，每匝电压值为8.044V/匝。由此可求得：原边匝、股数分别为12匝，

6、8股；副边匝、股数分别为11匝，5股/6匝，5股。在实际调试中，变换器工作时间一长，磁芯温度便微有升高的趋势，并且输出电压比例也有些失调，经多次微调最终将原、副边匝数定在12匝，10匝/5匝，在这种情况下，变压器温度不升高，输出电压也和预期值一致。采用推挽电路特别要注意的是磁通饱和问题。这是由于两个功率管长期导通、关断时间的不平衡性，时间一长，将会造成偏磁。另外，在一个管子关断，另一管子导通瞬间将会有尖峰脉冲出现。解决的方法可以在主电路加吸收电路，如图3的R4及C2和R5及C3。如果输出是复合滤波（电容电感滤波），则可以考虑在输出端电容上串一阻值较小的电阻，便可很好地消去尖峰脉冲。对于主电路中

7、两个功率管，由于交替导通，当一个管子在栅极正向脉冲驱动下导通时，另一个管子已失去了栅极正向驱动信号，但是由于存贮时间的作用，第二个管子并不是立即截止，而仍处于继续导通状态，从而产生了两个功率管同时导通的“直通”现象，虽然时间很短，却对电路危害很大。这种现象可用缩短关断功率管的存贮时间来消除，避免功率管进入深度饱和，防止对管子进行过量的激励。设计时可以利用一个钳位二极管来使晶体管避免进入深度饱和。其电路如图3中的D1及D2所示。当功率管一旦进入饱和区后，钳位二极管就把栅极的激励电流向漏极分流而使栅极电流不再增加，这样就防止了功率管进入深饱和，从而减小了存贮时间。在输出滤波设计中，为保证几路输出电

8、压同比例变化，尽量使电感与电容比例大一些，当然也可以设计平衡电路解决这个问题。4直流变换器的保护电路的设计机车直流变换器关系到机车用电安全问题，为提高用电的质量，有效地保护直流变换器，设计良好的保护电路尤为重要。由于本文设计的变换器输入电压有一个范围，所以必须考虑过压、欠压保护。对于电路出现故障导致电流上升，还必须考虑过流保护。直流变换器的控制芯片选用了TL494，这是由美国德州仪器公司生产的一种