高速動(dòng)車充電機(jī)主電路應(yīng)用研究畢業(yè)論文

1、高速動(dòng)車充電機(jī)主電路應(yīng)用研究學(xué) 生 姓 名： 郭 望 學(xué) 號(hào)： 0950209 專 業(yè) 班 級(jí)： 鐵道機(jī)車車輛 指 導(dǎo) 教 師： 王 博 摘 要為了滿足列車中、大功率充電機(jī)小型化、輕量化的需要，電力電子裝置發(fā)展正朝高頻化發(fā)展。軟開關(guān)技術(shù)的諧振變換器應(yīng)運(yùn)而生，它可以降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪音，進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。本文研究的高速動(dòng)車(electric multiple unit，emu)充電機(jī)主電路采用倍流整流電路移相全橋零電壓pwm變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)是充分利用副邊濾波電感能量，能在較寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓開關(guān)工作。此設(shè)計(jì)方案通過降低變壓器原邊漏感，克服了占空比丟失。同時(shí)利用整流二極管可

2、以在零電壓條件下實(shí)現(xiàn)換流，減小反向恢復(fù)電壓尖峰。本文詳細(xì)分析了該變換器的工作原理，通過嚴(yán)格推理計(jì)算，優(yōu)化設(shè)計(jì)了選擇主電路關(guān)鍵器件參數(shù)值，保證功率器件實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)關(guān)斷，給出了參數(shù)選擇的方法。本文深入探討了倍流整流的全橋移相變換器，給出了12個(gè)運(yùn)行模態(tài)的等效電路和電壓電流公式。研究發(fā)現(xiàn)：該變換器可以在輕載到滿負(fù)載的寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)切換，因次級(jí)整流二極管的自然換流，消除了副邊占空比丟失和次級(jí)二極管的振蕩。論文設(shè)計(jì)了高頻變壓器和濾波電感。為了驗(yàn)證分析變換器的工作原理，對(duì)輸出29v560a動(dòng)車充電機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試，對(duì)采集波形和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過主電路關(guān)鍵器件優(yōu)化選擇，保證選擇器件滿足預(yù)定技術(shù)條件，最

3、后給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：本文設(shè)計(jì)的高速動(dòng)車充電機(jī)主電路能在實(shí)際工程中使用，具有一定的工程應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：零電壓開關(guān)；全橋變換器；倍流整流目錄第一章緒論.11.1研究背景及意義.112 dcdc變換器的發(fā)展和現(xiàn)狀.213論文主要內(nèi)容.4第2章cdr zvs pwm移相全橋變換器.521電路組成和工作原理.622前后橋臂的零電壓實(shí)現(xiàn).162.2.1零電壓前后橋臂的差異.162.2.2功率模塊并聯(lián)電容的選擇.172.3主電路器件參數(shù)計(jì)算.182.3.1輸出濾波電感的選擇.182.4輸出濾波電容選擇.192.4.1輸出紋波電壓的危害.192.4.2紋波電壓的抑制措施.192.5小結(jié)21

4、第三章主電路磁性元件設(shè)計(jì).213.1高頻變壓器的設(shè)計(jì).213.2濾波電感的設(shè)計(jì).233.3小結(jié).25第四章充電機(jī)總體設(shè)計(jì).264.1充電機(jī)技術(shù)指標(biāo)要求.264.2充電機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理.264.3控制電路結(jié)構(gòu)及工作原理.274.3.1數(shù)字控制器設(shè)計(jì).284.3.2移相控制波形的生成.294.4蓄電池的充電策略.304.5數(shù)字采樣及濾波.314.6充電機(jī)模塊內(nèi)部保護(hù)功能.314.6.1硬件保護(hù).314.6.2軟件保護(hù)機(jī)制.314.7對(duì)外電氣接口.324.7.1出負(fù)載接口.324.7.2壓控制信號(hào)接口.324.7.3 can總線接口.324.8實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.324.9小結(jié).37結(jié)論.38致謝.

5、39參考文獻(xiàn).40第1章緒論11研究背景及意義隨著我國鐵路電氣化區(qū)域的擴(kuò)大和高速鐵路網(wǎng)的快速發(fā)展，電力電子技術(shù)的不斷突破。在新型客車上，dc600v母線供電系統(tǒng)將逐步取代原有的發(fā)電車供電系統(tǒng)，從而使得客車充電機(jī)的裝車數(shù)量不斷增加?，F(xiàn)代電力電子朝著小型化、輕量化方向發(fā)展，對(duì)效率和電磁兼容也有了更高的要求。隨著電力電子裝置的高頻化的發(fā)展趨勢。本文對(duì)高速動(dòng)車充電機(jī)主電路的研究主要是dcdc變換器分析和改進(jìn)，dcdc變換器作為開關(guān)電源中的重要組成部分，它將整流后的直流電，經(jīng)過脈沖控制高頻功率管逆變后，再次經(jīng)整流與濾波處理，最后獲取一定幅值直流電壓。列車對(duì)它可靠性能、單位重量及效率等要求越來越苛刻，現(xiàn)在

6、大容量化、高功率密度已成為發(fā)展主流方向【i】。國內(nèi)鐵路旅客列車主要經(jīng)歷了22型客車、25型全列空調(diào)客車、動(dòng)車組的變化。作為旅客列車的供電方式也發(fā)生根本性的轉(zhuǎn)變【71。主要經(jīng)歷四種供電方式的發(fā)展。第一種，依靠車軸傳動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的dc48v直流供電方式。該供電方式，由于供電能力有限，同時(shí)受列車停靠的影響較大，無法保證空調(diào)等設(shè)施負(fù)載電力需求，很難滿足列車舒適性要求。第二種，在列車編組上編掛專用發(fā)電車進(jìn)行ac380220供電的交流供電方式。該供電方式雖然能滿足列車空調(diào)負(fù)載的供電需求，大大提高了旅客列車舒適性的要求，但由于該供電方式，必須旅客列車增加發(fā)電機(jī)，降低了旅客列車運(yùn)輸效率。第三種，通過列車直接向

7、全列旅客列車提供dc600v直流供電方式。通過車輛上的逆變器、充電機(jī)將dc600v轉(zhuǎn)變?yōu)閍c380v和dcll0v向車上的空調(diào)、照明等用電設(shè)備進(jìn)行供電。但因供電設(shè)施集中，滿足不了現(xiàn)動(dòng)車組動(dòng)力分散需求。第四種，為適應(yīng)現(xiàn)動(dòng)車組列車發(fā)展，充電機(jī)將整流電路與dcdc變換器集成在一起，通過各單元輔助變流器提供輸ac380v交流電。并且直流負(fù)載發(fā)生改變，主要集中：照明裝置；門控制組：自動(dòng)保護(hù)列車設(shè)備；牽引和輔助調(diào)壓器；音頻和視頻傳播；受電弓和高壓開關(guān)傳動(dòng)； 網(wǎng)關(guān)、列車邏輯和監(jiān)視器；空調(diào)控制； 中低電壓陳列柜和電纜損失。新型動(dòng)車組充電機(jī)供能具有分散性、互補(bǔ)性、高效性優(yōu)點(diǎn)。12 dcdc變換器的發(fā)展和現(xiàn)狀世紀(jì)

8、60年代脈寬調(diào)制dcdc功率變換技術(shù)的使用開始發(fā)展及應(yīng)用才開始真正意義的直流變換器設(shè)計(jì)，挑戰(zhàn)了當(dāng)時(shí)在用的調(diào)節(jié)可控電阻方式來控制線性電源。隨著功率半導(dǎo)體元器件開關(guān)頻率工作性能越來越高，特別在上世紀(jì)70年代，從60年代初幾khz工作頻率提高到20khz， 于是被命為20khz革命。但是，隨著開關(guān)頻率上升又產(chǎn)生新的問題，dcdc pwm變換器工作在硬開關(guān)狀態(tài)，一方面，是開關(guān)損耗與開關(guān)管工作頻率成比例的增長，嚴(yán)重的影響變換器工作效率；另一方面，變換器工作時(shí)產(chǎn)生電磁干擾(emi)噪聲。開關(guān)器件提高工作頻率，必須解決以下三方面問題：1)降低開通與關(guān)斷損耗：功率器件開通和關(guān)斷時(shí)，必須要求同一時(shí)間段內(nèi)減小或避

9、免開關(guān)器件電流和電壓交疊面積，減小器件開通和關(guān)斷損耗。2)處理好感性關(guān)斷和容性開通：一方面，電路中存在布線電感、變壓器漏感等一些感性元件，在開關(guān)關(guān)斷時(shí)，因在感性元件中引起aat和旃出變化很大，所以感性元件采用降低電感電流后關(guān)斷，避免產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾和開關(guān)器件電壓擊穿。另一方面， 開關(guān)器件并聯(lián)電容或寄生電容，在開關(guān)管開通時(shí)，因儲(chǔ)藏容性器件中的能量瞬間消耗在該開關(guān)器件上，所以容性元件采用降低電容端電壓后開通，避免開關(guān)器件過熱損壞。3)克服二極管反向恢復(fù)時(shí)間：使用二極管時(shí)必須考慮存在著反向恢復(fù)時(shí)間。設(shè)計(jì)理想化很可能造成電源瞬間短路，產(chǎn)生沖擊電流，瞬間造成二極管上損耗加大，嚴(yán)重將致其損壞。為了改善以

10、上開關(guān)工作狀態(tài)的諸多問題，軟開關(guān)技術(shù)在變換器中的使用得到快速發(fā)展，移相全橋軟開關(guān)變換器開辟了新開關(guān)研究技術(shù)。80年代初由美國弗吉尼亞電力電子中心李澤元教授首次提出軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于dcdc變換器中。采用新技術(shù)很好地減少開關(guān)損耗、降低電磁干擾，并迅速發(fā)展，很快就廣泛地引人各類電力電子變換器中，并很快推向市場應(yīng)用。軟開關(guān)技術(shù)作用主要有：減低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲；進(jìn)一步提高開關(guān)頻率。軟開關(guān)是使功率變換器高頻化的重要技術(shù)之一，它采用主要采用諧振原理。軟開關(guān)技術(shù)的使用對(duì)電力電子裝置高頻化使用具有劃時(shí)代的意義。其突出優(yōu)點(diǎn)是：變壓器、濾波器體積和重量減小，電力電子裝置實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化。軟開關(guān)電路的分類：第一類

11、，準(zhǔn)諧振電路，主要有零電壓開關(guān)準(zhǔn)諧振、零電流開關(guān)準(zhǔn)諧振、零電壓開關(guān)多諧振電路。其特點(diǎn)有：諧振電壓峰值很高，要求器件耐壓必須提高；諧振電路存在大量無功功率的交換，導(dǎo)通損耗大：只能采用脈沖頻率方式調(diào)制對(duì)電路實(shí)行控制。第二類，零開關(guān)pwm電路，主要有：零電壓開關(guān)pwm電路、零電流開關(guān)pwm電路。其主要特點(diǎn)有：開關(guān)管承受電壓明顯降低：采用開關(guān)頻率一定pwm控制方式。第三類，零轉(zhuǎn)換pwm電路；主要有：零電壓轉(zhuǎn)換pwm電路、零電流轉(zhuǎn)換pwm電路。其特點(diǎn)有：可以很寬負(fù)載范圍實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)工作；可以消減無功功率，提高轉(zhuǎn)換效率。變換器已經(jīng)廣泛應(yīng)用了諧振軟開關(guān)技術(shù)，準(zhǔn)諧振電路很多應(yīng)用于小功率dcdc變換器中；中大功率

12、變換器最普遍采用的是移相(phaseshift ps)控制全橋變換技術(shù)。全橋變換拓?fù)潆娐纺壳笆菄鴥?nèi)外dcdc變換電路常用的拓?fù)潆娐分?。主要由于它具有同樣功率條件下要求開關(guān)器件電壓電流技術(shù)參數(shù)較小，較高功率變壓器的利用率，能夠?qū)崿F(xiàn)pwm控制等優(yōu)點(diǎn)。全橋變換器實(shí)現(xiàn)脈沖控制方式可分兩大類：一類是瞬間同時(shí)關(guān)斷斜對(duì)角的兩只開關(guān)管，它不可能實(shí)現(xiàn)電路軟開關(guān)；另一類是錯(cuò)開關(guān)斷斜對(duì)角的兩只開關(guān)管，它在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)電路軟開關(guān)。結(jié)合理論分析需要，定義斜對(duì)角兩只開關(guān)管中先關(guān)斷的開關(guān)管組成橋臂為超前橋臂(1eading leg)，后關(guān)斷的開關(guān)管組成的橋臂為滯后橋臂(1agging leg)。根據(jù)超前橋臂和滯后橋

13、臂實(shí)現(xiàn)開關(guān)條件差異，有可以將軟開關(guān)pwm全橋變換器分為兩大類：一類是zvs pwm全橋變換器，其超前橋臂和滯后橋臂都實(shí)現(xiàn)zvs：另一類是零電壓零電流開關(guān)zvzcs pwm全橋變換器，其超前橋臂實(shí)現(xiàn)zvs，滯后橋臂實(shí)現(xiàn)zcs。它們均都采用移相pwm控制。國內(nèi)機(jī)車上的控制電源(充電機(jī))主要還是采用相控整流模式，只有ss7d、ss7e機(jī)車和新造傳動(dòng)機(jī)車上采用了半橋電路拓?fù)涞挠查_關(guān)高頻變換模式。而新造的高檔客車如25g、25t或動(dòng)車組、地鐵城軌車輛上的控制電源采用了軟開關(guān)高頻變換模式。當(dāng)前我國電氣化鐵路旅客列車輔助電源系統(tǒng)主要采用dc600v供電制式，充電機(jī)將輸入的dc600v轉(zhuǎn)化為dcll0v，主要

14、為控制電路、照明、單向逆變器以及列車蓄電池供電，所以充電機(jī)被稱為列車供電系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。國際上包括龐巴迪、西門子等生產(chǎn)的機(jī)車車輛的控制電源(充電機(jī))已基本完成由相控整流或不控整流向高頻變換的更替。其主要形式為全橋或半橋式硬開關(guān)高頻變換，頻率大概在15khz-20khz，其體積、重量、噪聲等指標(biāo)較相控整流或不控整流的控制電源(充電機(jī))有了很大提高，但進(jìn)一步提高的空間有限。因此，開始轉(zhuǎn)而采用軟開關(guān)模式的高頻變換。阿爾斯通生產(chǎn)動(dòng)車組充電機(jī)已經(jīng)成功實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)模式的高頻變換，但穩(wěn)定性有待進(jìn)一步提高。下面選用代表國內(nèi)外領(lǐng)先水平青藏線客車裝配的新一代充電機(jī)電路原理進(jìn)行分析，圖1-1為25t型客車充電機(jī)原理圖

15、。圖11 25t型客車充電機(jī)原理圖圖11中vtlvt4和da、db、c1、c2構(gòu)成dcdc全橋變換器的基本電路，vtl和vt2分別在vt3和vt4之前關(guān)斷，則vtl和vt2組成的橋臂為超前橋臂，而后關(guān)斷的vt3和vt4組成的橋臂為后橋臂，特別值得關(guān)注是滯后橋臂開關(guān)管的兩端不能連接并聯(lián)電容，否則當(dāng)開關(guān)管在開通時(shí)，其連接并聯(lián)電容上電壓不能降為零，并聯(lián)電容上的能量將會(huì)全部消耗到開關(guān)管中，還會(huì)產(chǎn)生很大的電流尖峰，造成開關(guān)損壞。本電路超前橋臂為零電壓開關(guān)，而滯后橋臂為零電流開關(guān)，采用的是zvzcs pwm全橋變換器控制方式。zvzcs pwm全橋變換器不需要外加諧振電感，它可以在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超前管的zv

16、s和滯后管的zcs電路結(jié)構(gòu)簡潔。但對(duì)變壓器的一次側(cè)漏感要求苛刻，生產(chǎn)繞制非常困難，雖然電路后橋臂串聯(lián)反向截止二極管實(shí)現(xiàn)了原邊開關(guān)管零電流開關(guān)，但是串聯(lián)二極管正向?qū)〞r(shí)損耗依然較大，效率降低h1。所以本文選用zvs pwm全橋變換對(duì)動(dòng)車充電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在優(yōu)化改進(jìn)后采用倍流整流零電壓(curret doublerrectifier，zerovoltage-switching，cdr zvs)pwm全橋變換器，能夠保證前后橋臂開關(guān)管在較寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)zvs，同時(shí)實(shí)現(xiàn)副邊整流二極管自然換流降低損耗，提高充電機(jī)工作效率，延長二極管使用壽命。13論文主要內(nèi)容本文主要分析了cdr zvs pwm全橋變換器

17、的工作原理，倍流整流電路工作原理；完成了輸出紋波電壓的估算，輸出電壓的計(jì)算，高頻變壓器和濾波電感的設(shè)計(jì)。簡述充電機(jī)總體控制結(jié)構(gòu)及原理，重點(diǎn)設(shè)計(jì)主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制策略，計(jì)算主電路設(shè)計(jì)參數(shù)。最后對(duì)改進(jìn)后充電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。解決了基本zvs pwm變換器實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)遇到的三方面問題：1)實(shí)現(xiàn)滯后橋臂zvs，必須保證滯后橋臂功率開關(guān)管開通前，要有足夠能量將其并聯(lián)電容電壓降至零電壓。2)降低變壓器的原邊漏感并且防止附加另外諧振電感造成占空比丟失。3)克服二極管反向恢復(fù)時(shí)間：使用二極管時(shí)必須考慮存在著反向恢復(fù)時(shí)間。設(shè)計(jì)理想化很可能造成電源瞬間短路，產(chǎn)生沖擊電流，瞬間造成二極管上損耗加

18、大，嚴(yán)重將致其損壞。第2章cdr zvs pwm移相全橋變換器全橋變換電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因?yàn)橥瑫r(shí)具有開關(guān)管電壓和電流應(yīng)力小優(yōu)勢，功率變壓器利用率高等優(yōu)點(diǎn)，所以成為中大功率變換器首選拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖21所示電壓型全變換電路在pwm方式下的基本工作原理圖。圖21電壓型全橋變換電路圖21輸入直流電壓吃，vtl4四只igbt管構(gòu)成前后兩個(gè)橋臂，通過qaqd四只控制開關(guān)管驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，變換器開關(guān)周期為c，變壓器t的變比為n，輸出電壓為電壓值為=等，其中d_磊稱為占空比。通過調(diào)節(jié)占空比就可以方 n l。|便的調(diào)節(jié)輸出電壓。但這種控制方式下，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗較大，限制了開關(guān)頻率的提高和變換器的效率。

19、21電路組成和工作原理倍流零電壓cdr zvs pwm移相全橋變化器是從普通全橋變換器發(fā)展改進(jìn)而來，是一種新型軟開關(guān)變換器【21。它利用功率開關(guān)的寄生電容(或外接電容)和變壓器的漏感(或一次側(cè)串聯(lián)電感)作為諧振組件，而使四個(gè)開關(guān)管實(shí)現(xiàn)零電壓開通和零電壓關(guān)斷其電路如圖22所示。圖22主電路結(jié)構(gòu)圖圖22中，1-vt4是四個(gè)主功率開關(guān)管；qa-qd分別是vtl-,vt4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；dadd分別是vtlvt4反并聯(lián)二極管；c1c4分別是vtl-vt4并聯(lián)電容；lt變壓器原邊的漏感；c6是阻斷電容；vdl、vd2是二次側(cè)整流二極管；l1、l2和cr分別輸出濾波電感和濾波電容。其中，為前后兩個(gè)橋臂之間的電

20、壓，iv為變壓器一次電流，vcb為隔直電容兩端的電壓，f。為次級(jí)電流。在一個(gè)開關(guān)周期中，cdr zvs pwm dcdc全橋變換器工作過程通?？煞譃?2種工作時(shí)段，圖23所示為電路主要波形，首先為了方便分析，先假設(shè)如下：1)所有逆變功率管、整流二極管、濾波電感、電容和變壓器均為理想元件21c1=c2=cagc3=c4=clead31 li=l2=i,f4)輸出電容cf足夠大，輸出電壓為恒壓源；5)變壓器勵(lì)磁乇0；圖23 cdr zvs pwm dcdc變換器主要工作波形圖2-4圖28給出了變換器不同工作階段的等效電路圖，各階段的工作情況描述如下。1) 第一階段(t0t1)：t0時(shí)刻對(duì)應(yīng)的等效電

21、路如圖2_4所示圖2-4 to時(shí)段等效電路圖t0時(shí)刻，vtl和vt4工作在開通狀態(tài)，隔離變壓器初級(jí)電流j通過vtl、流經(jīng)阻斷電容c6和變壓器初級(jí)繞組、最終通過4，此時(shí)整流管vdl導(dǎo)通，vd2截止，高頻變壓器完成能量傳遞，給負(fù)載供電。這時(shí)各路電流滿足以下方程：式中，刀一表示高頻變壓器變比；ilo、120一表示i。1、is2在to時(shí)刻的電流值。第二階段(t1-t2)：t1時(shí)刻對(duì)應(yīng)的等效電路如圖25所示圖25 t1時(shí)刻等效電路圖當(dāng)關(guān)斷vt4，一次電流從vt4d?轉(zhuǎn)移到c3和c4支路中，次級(jí)電流f，=t2，儲(chǔ)存在lk和l2中的能量給c4充電，c3放電，因電容電壓不能突變，vt4實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。一次側(cè)電

22、流流通回路為vin(+廠，vtl一cb_lk_c4_v衄)，其大小等于濾波電感電流折算到一次側(cè)的值。此時(shí)段內(nèi)一次側(cè)等效電感l(wèi)e等于諧振電感l(wèi)k和輸出濾波電感的一次側(cè)折算值，z2lr之和，即三。=l+，z2三r，在這一時(shí)段，c3、c4的電壓、電流為將式(2-4)代入式(25)可得：由基爾霍夫電流定律得，圖23中a點(diǎn)電流滿足將式(26)和式(27)代入式(28)整理得：同時(shí)，一次電流和隔直電容電壓滿足： 由式(210)式(212)f以看出，此時(shí)段電路諧振過程比較復(fù)雜。實(shí)際上，考慮到輸出濾波電感蹦艮大，可認(rèn)為在此時(shí)段內(nèi)一次電路基本不變，ip，p；，表示變壓器一次邊最大電流。因此可近似認(rèn)為電壓，在，p

23、作用下線性下降，電壓1，o線性上升，有下式：其中，k一表示隔直電容t1時(shí)刻電壓值。在t2時(shí)刻，電容c3的電壓下降到零，vt3的反并聯(lián)二極管dc自然導(dǎo)通，第一階段結(jié)束，此時(shí)，=0，變壓器一次電壓為零。由式(213)可得該時(shí)段的持續(xù)時(shí)間為：設(shè)t2時(shí)刻vcb上升到吃，將式(215)代入式(213)可得：從上述分析可知，vt3和vt4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間應(yīng)滿足)f。2，即3）第三階段(t2-t3)：t2時(shí)刻對(duì)應(yīng)的等效電路如圖26所示。圖2-6 t2時(shí)刻等效電路圖t2時(shí)刻，dc自然導(dǎo)通，此后開通3即可實(shí)現(xiàn)零電壓開通，又能實(shí)現(xiàn)零電流開通。因開關(guān)管為igbt，其為單向開關(guān)管，vt3導(dǎo)通，電流仍主要流過vd3，

24、此時(shí)一次電流通回路為lcb_lk_vd3_vtl，一次電流進(jìn)入環(huán)流階段。1，肚=0阻斷電容cb上電壓加在變壓器初級(jí)繞組和漏感上，vd2也導(dǎo)通，因此，vdl和vd2同時(shí)導(dǎo)通，這樣將次級(jí)繞組電壓鉗在零位，初級(jí)電壓也為零，icb全部加在lk上，開始諧振此時(shí)一電流等于輸出濾波電感電流折算至一次側(cè)的電流值，即在t3時(shí)刻，此時(shí)設(shè)計(jì)要求，則，變壓器二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢下正上負(fù)，整流二極管vd2-導(dǎo)通，vdl關(guān)斷vdl自然關(guān)斷，次級(jí)二極管實(shí)現(xiàn)自然換流。結(jié)果，次級(jí)電流被反射到初級(jí)，于是進(jìn)入下時(shí)階段。4)第四階段(t3t4)：t3時(shí)刻對(duì)應(yīng)的等效電路如圖27所示：圖27 t3時(shí)刻等效電路t3時(shí)刻關(guān)斷vtl，因電容電

25、壓不能突變，vtl實(shí)現(xiàn)零電壓關(guān)斷。儲(chǔ)存在漏感和電感l(wèi)】中的能量給cl充電，c2tt電，因ll能量較低所以要求。由于c2的存在，vt2是零電壓關(guān)斷，此時(shí)段過程為滯后橋臂諧振換流過程，持續(xù)時(shí)間較短，因電感電流不能突變，次級(jí)電流，可認(rèn)為此時(shí)段內(nèi)一次電流ip近似不變，既有：在t4時(shí)刻，ci的電壓上升到vin，vd2自然導(dǎo)通，這時(shí)vt2是零電壓開通該工作時(shí)段結(jié)束。此工作時(shí)段持續(xù)的時(shí)間為：由式(225)可知，滯后橋臂的死區(qū)時(shí)間，即：5)第五階段(t4t5)：t4時(shí)刻對(duì)應(yīng)的等效電路如圖28所示圖28 t4時(shí)刻等效電路在t4時(shí)刻，db導(dǎo)通后，vt2兩端的電壓被鉗位在零，此后開通vt2即可實(shí)現(xiàn)零電壓導(dǎo)通開通vt

26、2。1和vt2驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間的死區(qū)時(shí)間。一次電流通路為。此時(shí)段內(nèi)，il2降，ill增加，初級(jí)給負(fù)載供電。到t5時(shí)刻，vt3關(guān)斷，變換器開始進(jìn)入另半個(gè)周期(t5t8)，其工作情況類似于前半個(gè)周期(t1t5)。2.2零電壓前后橋臂的差異2.2.1前后橋臂的零電壓實(shí)現(xiàn)零電壓前后橋臂的差異由2.1節(jié)分析可以知道：超前橋臂的zvs是利用副邊輸出濾波電感在電流最大時(shí)提供的能量實(shí)現(xiàn)的。如圖23中flcjtl、t5時(shí)刻。滯后橋臂的zvs是利用副邊輸出濾波電感在電流最小時(shí)(i值)時(shí)提供能量實(shí)現(xiàn)的。如圖23中的t3、t7時(shí)刻?？梢姳咀儞Q器的開關(guān)管是利用副邊波電感中的能量來實(shí)現(xiàn)zvs的，因此可在寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)開關(guān)管

27、的zvs。參考圖23，計(jì)算濾波電感電流的最大值為每個(gè)電感中的電流的平均值輸出電流。在t1一t7時(shí)間段由以上兩式求的：上式中值要求都為正值。滿足以上要求需達(dá)到以下兩個(gè)條件，即倍流整流器正常工作條件為：1)無效整流純電感回路的工作抑制條件：l1w2 c(l為l1或l2；為開關(guān)頻率f的2p倍，即=2f)2)要保證ll及l(fā) 2中的電流始終為正值，要有足夠大的電感值以保證電感紋波電流起伏波動(dòng)值不大；要保證兩個(gè)濾波電感中的電流均等變化。根據(jù)上述分析超前橋臂較滯后橋臂容易實(shí)現(xiàn)zvs，并且都是重載時(shí)較輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)。所以考慮在前橋臂和后橋臂使用不同功率管并聯(lián)電容即。2.2.2功率模塊并聯(lián)電容的選擇1）廚研霄切翠官

28、開躍電谷選伴根據(jù)公式計(jì)算知滯所以選擇-令ie一表示輸出額定電流2）前橋臂功率管電容并聯(lián)選擇公式（2.17）根據(jù)公式（2.28）知 23主電路器件參數(shù)計(jì)算從工作原理分析，可知變換器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是：濾波電感、阻斷電容以及功率管并聯(lián)電容。為了在寬輸入電壓、寬負(fù)載范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)所需的性能，需要對(duì)濾波電感、阻斷電容進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。231輸出濾波電感的選擇首先保證軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)計(jì)算濾波電感值。輸出濾波電感，除了濾波作用外，還需要為主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)zvs提供足夠的能量。因此濾波電感選擇原則是：在一定負(fù)載范圍內(nèi)，保證主開關(guān)管實(shí)現(xiàn)zvs的條件下，h值越大越好。從t3t4工作時(shí)段分析可知，滯后橋臂的開關(guān)管實(shí)現(xiàn)zvs所需的時(shí)間為：

29、式中為正值，m為常數(shù)(m值越大，開關(guān)管的關(guān)斷損耗越小)，tf開關(guān)管下降時(shí)間。由式(230)、(231)可以得出：根據(jù)前面分析，滯后橋臂輕載時(shí)實(shí)現(xiàn)zvs最困難將代入上式，計(jì)算出濾波電感的感值，并選擇合適電感。據(jù)上式可計(jì)算0=36uh2.4輸出濾波電容的選擇根據(jù)輸出紋波電壓要求計(jì)算濾波電容值。2.4.1輸出紋波電壓危害紋波害處主要有：1)容易在設(shè)備中生成不期望的諧波，電源中許多危害產(chǎn)生都由諧波所致；2)降低電源品質(zhì)，減小效率；3)較強(qiáng)的紋波會(huì)產(chǎn)生浪涌電壓或電流，嚴(yán)重導(dǎo)致設(shè)備燒毀。4)干擾數(shù)字電路改變邏輯關(guān)系，導(dǎo)致控制誤動(dòng)作；5)噪音干擾別的電氣，影響電路設(shè)備導(dǎo)致工作異常。2.4.2紋波電壓抑制措施

30、本電路克服紋波電壓采用以下幾種手段：1)采用合適配置倍流整流濾波電路；2)采用lc濾波電路，適當(dāng)加大濾波電容和濾波電感；3)合理布置電路走線。根據(jù)濾波電容選擇要求： （2.31）式中im一表示最大輸出電流u0一表示輸出直流電壓r表示紋波系數(shù)即輸出紋波電壓的有效值urmu,與輸出直流電壓u0之比最小輸出電壓 30v，開關(guān)頻率f=25khz，變換器的輸出功率p0=5kva，效率=0.92，紋波電壓v=3v。 計(jì)算由（2.32）得濾波電容器，為限制整流濾波輸出電壓紋波，正確選擇電容量是非常重要的。開關(guān)電源要求輸出整流濾波電容器“短路”逆變器輸出電流的所有交流電流成分，因此將流過非常高的有效值電流，要

31、求電容器具有能夠承受這個(gè)電流的能力；不僅如此，為了盡可能將所有的交流電流分量“短路”要求輸出濾波電容器均由盡可能低的esr，此輸出整流濾波電容器將需要極低esr的“高頻低阻”鋁電解電容器。選擇一般的低阻鋁電解電容器實(shí)則需要更多數(shù)量的才能滿性能要求。相對(duì)于電容量則不再是選擇依據(jù)。由于四端電容具有良好的高頻特性，為減小電壓的脈動(dòng)分量以及抑制開關(guān)尖峰噪聲提供了極為有利的手段。高頻鋁電解電容器還有多芯的形式，即將鋁箔分成較短的若干段，用多引出片并聯(lián)連接以減小容抗中的阻抗成份。并且采用低電阻率的材料作為引出端子，提高了電容器承受大電流的能力。鋁電解電容交流紋波電流是否大于上式計(jì)算值。溫度是影響電解電容壽

32、命的主要因素，最高溫度降低10，壽命增加1倍。有效值電流在esr損耗導(dǎo)致電解電容溫升，如果電容上限溫度為105，壽命2000小時(shí)，環(huán)境溫度40c，設(shè)計(jì)壽命5年，在最高平均溫度要降低45才能達(dá)到這個(gè)要求，即允許最高平均溫度60c，電解電容的允許溫升為60-40=20。c，如果選定電容，外表面面積和esr就已知，由允許溫升和熱導(dǎo)就可以求得允許的電容電流。電解電容允許高頻電流比低頻大，如果不考慮高頻效應(yīng)，計(jì)算是保守的。其次，隨著溫度升高，鋁電解電容esr隨溫度升高而降低，即高溫允許更大的電流有效值，但應(yīng)注意實(shí)際允許溫升和溫度應(yīng)與esr(電流有效值)相對(duì)應(yīng)。如果設(shè)計(jì)保證壽命最高允許溫度為60，而使用的

33、esr是85的值，而允許的電流有效值剛滿足要求，但60時(shí)的esr t985時(shí)大，實(shí)際溫度將超過60，壽命就能達(dá)不到預(yù)期要求。2.5小結(jié)本章主要從主電路采用全橋整流、dcdc移相全橋軟開關(guān)變換器、副邊整流電路采用倍流整流電路等從基本原理進(jìn)行分析。主要解決移相全橋零電壓開關(guān)轉(zhuǎn)換器存在著滯后橋臂開關(guān)難以零電壓開通的問題。分析該問題的根本原因，研究了解決這一問題的諸多方法。重點(diǎn)研究一種新的電路采用倍流整流的拓?fù)渚€路。該變換器的優(yōu)點(diǎn)有效實(shí)現(xiàn)滯后橋臂開關(guān)管零電壓開通和關(guān)斷，并能夠保證負(fù)載在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全橋開關(guān)管零電壓開斷，2、通過隔離電容反壓來實(shí)現(xiàn)倍流整流二極管在滯后橋臂關(guān)開之前完成換流，有效解決占空

34、比丟失，并能很好的消除電壓、電流尖峰。文中還詳細(xì)討論了電路的參數(shù)設(shè)計(jì)、占空比的丟失等問題。3、根據(jù)igbt功率自均流特性，采用三組并聯(lián)變換器提高充電器模塊輸出功率。第3章主電路磁性元器件設(shè)計(jì)電力電子技術(shù)高頻化的發(fā)展，電力電子設(shè)備步入小型化、輕型化時(shí)代。磁性元件電源中作為重要的功能元件，用來實(shí)現(xiàn)濾波功能和轉(zhuǎn)換能量，其體積、重量、能量損耗在電器件占有的比例呈現(xiàn)尤為突出。另根據(jù)統(tǒng)計(jì)，變換器總重的3040一般是磁性元件的重量，體積占總體積的20 o6030，尤其是高頻工作的電源，改進(jìn)磁性能，已經(jīng)成為電源模塊小型、輕型化發(fā)展主要制約因素。所以為了提高電源的功率密度、效率和性能品質(zhì)，不能僅局限于拓?fù)浜蛙涢_

35、關(guān)技術(shù)方面等研究，還需要加大對(duì)磁件相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究與探索，以滿足新型電源發(fā)展的需要。其中，磁集成技術(shù)研究已經(jīng)有效減小磁件的體積、重量、損耗以及電源輸出紋波【31。31高頻變壓器的設(shè)計(jì)高頻變壓器因工作頻率高，因?qū)崿F(xiàn)初級(jí)側(cè)與次級(jí)側(cè)的電氣隔離，并完成初級(jí)側(cè)到次級(jí)側(cè)的電壓電流轉(zhuǎn)換換。因高頻條件下完成轉(zhuǎn)換，磁滯損耗加大也就是鐵損增加，同時(shí)線圈電阻引起渦流損耗增加也就是銅損加大，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)必然造成變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，甚至燒毀變壓器。cdr zvs pwm全橋變換器工作在電流連續(xù)方式，其輸入輸關(guān)系為：vo=dvin2n，這是該變換器的一個(gè)特性。與全橋整流變換器相比，要求輸出電壓相同情況下該變換器中的隔離變壓器

36、變比設(shè)計(jì)將減小一半。計(jì)算副邊電壓幅值為：其中v0是直流輸出電壓，v0是輸出整流二極管的通態(tài)壓降。1)選擇變比充分考慮高頻變壓器利用率，盡量減小開關(guān)管的電流，降低整流二極管反向電壓，所以選擇原邊與副邊變比適當(dāng)大一點(diǎn)。取最大變壓器副邊占空比為0.85，則可以計(jì)算得出副邊電壓vsec min為原副邊變比n為為交流輸入整流后的最小直流電壓。實(shí)際k=5。2）開關(guān)頻率變換器工作頻率很大影響最終體積和特性。隔離變壓器、輸出濾波電感和濾波電容的小型化必然要求提高變換器工作頻率，隨著變換器快速響應(yīng)必然導(dǎo)致功率器件開關(guān)的損耗加大。在設(shè)計(jì)電路中采用零電壓開關(guān)軟開關(guān)技術(shù)，為開關(guān)頻率大幅度提高創(chuàng)造條件。但開關(guān)管關(guān)斷損耗

37、在實(shí)際使用中不可避免，所以不存在絕對(duì)零損耗開關(guān)。為了控制變壓器鐵損和銅損，保證變壓器很高使用效率，因次，本電路取fs=25khz3)選擇磁芯根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)磁芯查詢確定選用ee55b型，技術(shù)參數(shù)主要有磁芯有效面積ae=328mm，磁芯窗口面積aw=433mm。磁芯工作磁密最高取bm=0.12t。4)確定變壓器原副邊的匝數(shù)根據(jù)變壓器傳遞的雙向矩形脈沖，按以下的公式計(jì)算得：式中，ns為變壓器副邊匝數(shù)。由式(31)(34)，可得：將v0，vd, fs, ac, bm代入上式，得：取ns=27取變壓器變比n=5，計(jì)算變壓器原邊匝數(shù)得：np=135 5)確定實(shí)際繞組線徑考慮高頻時(shí)集膚效應(yīng)，按下式計(jì)算導(dǎo)線穿透深度

38、：依次代入導(dǎo)線電導(dǎo)率y=58 x1000000m，導(dǎo)線磁導(dǎo)率u=uo=58 x106hm，實(shí)際工作頻率fz=25khz代入上式，得：=0.418mm繞組經(jīng)計(jì)算后選用線徑2=0.936mm的銅導(dǎo)線。變壓器原邊有效電流值最大為，式中，p0mx為最大輸出功率；n為變壓器效率，設(shè)計(jì)為094。最后選取導(dǎo)線的電流密度j=3.5amm，則計(jì)算原邊導(dǎo)線截面積?。哼吘€圈實(shí)際可選用寬度50mm，厚度0.1mm的銅皮進(jìn)行一股繞制。變壓器副邊計(jì)算電流有效值取最大值為：副邊實(shí)際使用寬50mm，厚度為0.1mm的銅皮三股繞制。3.2濾波電感的設(shè)計(jì)由3.1.1節(jié)設(shè)計(jì)，做成一只變壓器。測得變壓器在25khz時(shí)的漏感為0.46

39、uh功率開關(guān)管初步選用ir公司的irfp450(c,=300pf，tf=44ns)。輸出濾波電感可按式(233)計(jì)算。考慮到m選取越大，開關(guān)管的關(guān)斷實(shí)際損耗減少越小，所以輸出電流工作在滿載時(shí)，最好常數(shù)取5-7為宜。實(shí)現(xiàn)zvs時(shí)最困難的條件根據(jù)滯后開關(guān)管狀態(tài)取通過前面計(jì)算電感值為36 ah，考慮損耗實(shí)際選取lf=43uh。由式，并取得時(shí)，斷續(xù)時(shí)，也可實(shí)現(xiàn)滯后開關(guān)管的zvs所需的條件，超前管就一定能實(shí)現(xiàn)zvs。這樣負(fù)載在037a10a范圍內(nèi)，所有開關(guān)管均能實(shí)現(xiàn)。濾波電感()的設(shè)計(jì)步驟如下：1)選磁芯大小選e133型磁芯，查表得有效面積為ac=1232mm，知窗口面積為aw=127.65mm。2)氣

40、隙選擇取氣隙，然后對(duì)繞組匝數(shù)進(jìn)行計(jì)算。電感量計(jì)算如下列公式：4)計(jì)算繞組的線徑和股數(shù)結(jié)合圖21發(fā)現(xiàn)電感中電流有效值可由下式計(jì)算：33小結(jié)作為dcdc變換器核心部件的高頻變壓器和濾波電感，其設(shè)計(jì)好壞將直接關(guān)系影響到變換器運(yùn)行可靠性、工作效率和質(zhì)量等技術(shù)性能指標(biāo)。為動(dòng)車dcdc變換器設(shè)計(jì)的25 kw高頻變壓器經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行考核，目前未出現(xiàn)因?yàn)楦哳l變壓器性能質(zhì)量原因而引起的充電機(jī)故障，其設(shè)計(jì)計(jì)算效率(94)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)效率誤差很小，能夠滿足實(shí)際工作環(huán)境要求。第4章充電機(jī)總體設(shè)計(jì)充電機(jī)是高速動(dòng)車組列車輔助直流供電環(huán)節(jié)的核心部件，采用40mhz主頻的dsp芯片為控制核心，實(shí)現(xiàn)先恒流后恒壓控制策略，采用了

41、軟開關(guān)變換、高頻變壓器隔離等技術(shù)?？刂凭哂型晟频倪^流、過壓、短路保護(hù)功能，同時(shí)具有故障存儲(chǔ)、在線調(diào)試、can總線通信等智能化特點(diǎn)，同時(shí)要求達(dá)到輸出穩(wěn)定、可靠性高的工作性能。第4章充電機(jī)總體設(shè)計(jì)充電機(jī)是高速動(dòng)車組列車輔助直流供電環(huán)節(jié)的核心部件，采用40mhz主頻的dsp芯片為控制核心，實(shí)現(xiàn)先恒流后恒壓控制策略，采用了軟開關(guān)變換、高頻變壓器隔離等技術(shù)?？刂凭哂型晟频倪^流、過壓、短路保護(hù)功能，同時(shí)具有故障存儲(chǔ)、在線調(diào)試、can總線通信等智能化特點(diǎn)，同時(shí)要求達(dá)到輸出穩(wěn)定、可靠性高的工作性能。41充電機(jī)技術(shù)指標(biāo)要求額定輸入三相電壓：ac400v50hz額定輸出電壓：dc24v浮充(充滿維持)電壓：dc2

42、94v最大輸出電流：570a額定輸出功率：15kw輸出最大紋波電壓：30vpp效率：-9042充電機(jī)總體結(jié)構(gòu)及工作原理充電機(jī)的主電路結(jié)構(gòu)原理如圖41所示：tb為三相整流橋，igbt ad組成全橋變換電路，tr為高頻變壓器，l1l2為輸出濾波電感，vdl、vd2為整流二極管，tal2為輸出濾波電感，tvl為電壓傳感器。輸入電源(400v,50hz)的三相交流電由動(dòng)車組的輔助變流器輸出到充電機(jī)(a、b、c)，在充電機(jī)內(nèi)部，經(jīng)過三相濾波器(emi濾波)后送入三相整流橋，通過整流獲得中間直流電，然后經(jīng)過三路并聯(lián)的igbt功率變換單元逆變成高頻交流電，再經(jīng)過高頻變壓器降壓，降壓后的交流電經(jīng)過高頻二極管整

43、流并經(jīng)過濾波后輸出直流24v在高頻變換電路設(shè)計(jì)中，利用igbt功率器件自均流特點(diǎn)，采用了三模塊并聯(lián)的模式，每功率變換單元的功率為5kw，從而減小了每個(gè)單元器件的容量等級(jí)，功率分散，器件散熱好，容布置，也減小充電機(jī)體積。多模塊并聯(lián)電路，最大的問題是均流問題，由于各模塊的部件性能和制造工藝差異，導(dǎo)致模塊之間的負(fù)荷差異較大，且容易變化，從而導(dǎo)致變流設(shè)備性能的不穩(wěn)定，可靠性差，所以要在部件選擇、制造工藝、控制方法等方面加以優(yōu)化，使各模塊之間的負(fù)荷差異在10以內(nèi)。圖41充電機(jī)主電路結(jié)構(gòu)在功率變換電路中，采用了移相式零電壓開關(guān)(zvs)技術(shù)和倍流整流技術(shù)，通過合理的電路參數(shù)設(shè)計(jì)，由igbt并聯(lián)的二極管(d

44、add)、電容(c,-cd)、高頻變壓器(tr)以及濾波電感(l1l2)組成了軟開關(guān)硬件電路，實(shí)現(xiàn)功率器件零電壓開通和關(guān)斷，大大降低了igbt器件的開關(guān)損耗，使功率變換單元能夠在25khz的高頻下高效率工作。在功率變換過程中，采用了先整流，后高頻逆變，再用高頻變壓器降壓、整流的方案，雖然高頻變換電路復(fù)雜、控制難度大，但突出優(yōu)點(diǎn)是整機(jī)體積小、重量輕、效率高，并且其變換頻率為25khz，超出了人耳能感受的范圍，具有噪音小的優(yōu)點(diǎn)，高頻化的電力電子變換方案，是功率變換電路發(fā)展方向。43控制電路結(jié)構(gòu)及工作原理主要包括參數(shù)檢測、igbt驅(qū)動(dòng)控制、通信診斷等。核心芯片采用40m主頻的titms320lf24

45、07apggea dsp控制器，此控制器使用了高性能cmos技術(shù)，使得供電電源電壓降到33v，減小控制器工作功耗，采用高達(dá)40mips的執(zhí)行速度將指周期縮短為25ns，從而提高了實(shí)時(shí)控制能力，采用tms320lf2407dsp控制芯片還能夠滿足大量計(jì)算的需求，dsp還具有精度高、功能齊全、調(diào)試靈活等特點(diǎn)。邏輯控制采用四片altera公司生產(chǎn)cpld邏輯門陣列芯片epm7032，采用軟件編程，便于修改、更新，同時(shí)可節(jié)省電路開發(fā)的費(fèi)用和時(shí)間。功率變換主電路的各種工作過程變量(模擬信號(hào)ai)，如：輸入輸出電壓電流、蓄電池充電電流、控制電路電壓等，經(jīng)過電路變換后輸入dsp處理器，dsp處理器判斷各種過

46、程變量是否正常，如果變量值在規(guī)定范圍內(nèi)，則根據(jù)充電機(jī)輸出電壓的大小調(diào)整pwm脈沖的移相值后輸出給功率變換電路的igbt(此環(huán)節(jié)為電壓閉環(huán)控制)。如果過程變量超出安全范圍，dsp會(huì)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)脈沖，并將脈沖信號(hào)輸送給指示燈和列車網(wǎng)絡(luò)。主電路電器元件(接觸器、斷路器、溫控開關(guān)等)的部件工作狀態(tài)信號(hào)(數(shù)字開關(guān)信號(hào)dfdo)經(jīng)電路變換后輸入dsp控制器，dsp將狀態(tài)信號(hào)發(fā)送給列車控制系統(tǒng)，并給句情況將部件工作控制信號(hào)發(fā)送給各個(gè)電器元件。通過pc機(jī)外接仿真器，來連接控制板的jtag口，可以完成dsp程序的寫入和調(diào)試，通過rs232聯(lián)接，可以完成充電機(jī)軟件配置表的寫入(配置表記錄了充電機(jī)軟件的運(yùn)行參數(shù)，存儲(chǔ)在

47、dsp擴(kuò)充的eeprom中)，還可以在充電機(jī)工作時(shí)，進(jìn)行過程變量的實(shí)時(shí)讀取顯示，實(shí)現(xiàn)在線路故障診斷。431數(shù)字控制器設(shè)計(jì)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：本文使用數(shù)字控制器，主控制器采用ti公司dsp控制器中的24x系列tms320lf2407a芯片，功能模塊主要包括：(1)dsp與可編程邏輯器件cpld相配合用來實(shí)現(xiàn)全橋移相軟開關(guān)驅(qū)動(dòng)；(2)另外功能，如保護(hù)電路功能、完成數(shù)據(jù)采集及外部控制和信號(hào)接口等?？刂瓶傁到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖42所示【25】。432移相控制波形的生成tms320lf2407a芯片主要包含eva和evb兩個(gè)事件管理器，單個(gè)事件管理器又共包含兩個(gè)通用定時(shí)器，定時(shí)器gptl和gpt2受控于事件管理器

48、evb，定時(shí)器gpt2和gptl受控于事件管理器eva251。pwm波形產(chǎn)生通過通用定時(shí)器完成，任一個(gè)通用定時(shí)器可以單獨(dú)提供一路pwm輸出通道。獲得指定周期指定脈寬的pwm信號(hào)的過程是：首先設(shè)置通用定時(shí)器控制寄存器txcon確定計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)模式和時(shí)鐘源：然后根據(jù)需要的pwm波形周期設(shè)置周期寄存器txpr；接著裝載比較寄存器txcmpr，確定pwm波形的占空比。通過上述相應(yīng)的設(shè)置即可獲得指定周期、指定脈寬的pwm信號(hào)。而輸出移相波形的關(guān)鍵是讓同一事件管理器中的兩個(gè)通用定時(shí)器同步工作，并且在一個(gè)通用定時(shí)器從零開始計(jì)數(shù)的時(shí)刻，賦予另一個(gè)通用定時(shí)器計(jì)數(shù)器不同的初值，初值的大小決定兩個(gè)通用定時(shí)器輸出pw

49、m波形的相位關(guān)系。本文利用事件管理器eva的兩個(gè)通用定時(shí)器gptl和gpt2的同步工作，產(chǎn)生移相波形。帶死區(qū)的移相控制波形產(chǎn)生過程為了避免因開關(guān)器件特別是igbt器件在關(guān)斷時(shí)電流拖尾造成橋臂瞬時(shí)直通所造成的危害，還需要在同側(cè)橋臂的開關(guān)器件控制波形中添加死區(qū)。因?yàn)閜ld具有可在線修改能力，可在pcb電路完成后隨時(shí)修改設(shè)計(jì)，而不必改動(dòng)硬件電路，因此本文采用altera公司的epm7000s系列的cpld芯片，通過編程生成控制波形的死區(qū)。44蓄電池的充電策略充電機(jī)根據(jù)蓄電池的電量百分比確定充電模式，總的充電策略是先恒流再恒壓的模式如圖43所示，在恒流模式下，充電電流限制在92a(02c，c為電池容量

50、)。恒壓模式下充電電壓為294v(20)圖三為充電機(jī)在蓄電池溫度為20時(shí)的vi特性，考慮了做大輸出總輸出電量及蓄電池充電電量。蓄電池溫度的檢測依靠蓄電池中傳感器ptl00完成。充電機(jī)的輸出電壓根據(jù)蓄電池的溫度變化，采取溫度補(bǔ)償措施(如圖44所示)，0。c-50。c溫度范圍內(nèi)補(bǔ)償，蓄電池溫度增加1度，充電電壓就減小60mv，超過050范圍，充電電壓為常數(shù)(276v)。45數(shù)據(jù)采樣及濾波為了確?？刂瓢迮c系統(tǒng)主電路的信號(hào)隔離，數(shù)據(jù)采 樣電路上采用與霍爾電壓傳感器和霍爾電流傳 感器接口，確保采樣 輸入電路的信 號(hào)與采 樣輸出信號(hào)的完全隔離。tms320lf2407a芯 片 內(nèi)部集成了10位精 度的 帶

51、內(nèi)置采樣保持的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(adc)。根據(jù)系統(tǒng)的技術(shù)要求，10位ad c的精度可以滿足電壓的分辨率、電流的分辨率的控制要求，因此本文直接利用控制芯片內(nèi)部集成的adc，就可滿足控制精度。另外，該10位adc是高速adc，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)蟄j500 11$，也滿足控制對(duì)采樣周期要求。為了提高adc數(shù)字采樣的精度，減少軟件濾波的工作量，設(shè)計(jì)了低通濾波器對(duì)電壓和電 流 的 信 號(hào) 進(jìn)行處理， 以消 除高頻 信號(hào) 的干擾以及線路以及空間的干擾。46充電機(jī)模塊內(nèi)部保護(hù)功能充電機(jī)電源實(shí)際運(yùn)行過程中，對(duì)于其發(fā)生的一些不正常狀態(tài)，如全橋電路功率管擊穿導(dǎo)致直流母線短路；輸出負(fù)載故障造成一些短路和過流、散熱器器件出現(xiàn)過熱等現(xiàn)象，都需要增加保護(hù)裝置使以控制。在設(shè)計(jì)過程中，利用ydsp自配保護(hù)功能通過引腳pdpint對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測并按照預(yù)設(shè)置保護(hù)程序進(jìn)行處理，保證整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)可靠安全。保護(hù)系統(tǒng)采用比較電路窗口，可以有分