專利名稱：電氣化鐵路用單相的充電電源的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種充電電源，特別是一種電氣化鐵路用單相的充電電源。
此外，對于高頻開關電源，有如下理論公式NpNs=VpVs]]>(公式1)Np=(Vp)1044f*Bmax*Ae]]>(公式2)Vs=0.25L*Iouttoff]]>(公式3)其中Np變壓器的原邊匝數Ns變壓器的次邊匝數Vp原邊輸入電壓Vs次邊輸出電壓f開關電源頻率Bmax變壓器最大磁通密度Ae變壓器有效截面積Iout輸出電流toff主開關管最大死區時間由公式中可以得知在輸出濾波電感、工作頻率等參數不變的情況下，高頻開關電源的輸出和主變壓器變比、系統的輸入電壓、開關管的最大死區時間有關系，由于鐵路電源的特殊性，其輸入電壓變化范圍經整流濾波后在216～300VDC(在帶載條件下)的范圍內，而要求輸出的充電電壓范圍則是180～300VDC的范圍，從以上的比較可以看出，為了滿足上述范圍變壓器的變比Np/Ns不可能很大，所以為保證電源系統的源效應和負載效應包括對干擾的處理只有通過PWM即脈寬調制來處理，而對于全橋開關電路的50％以下的占空比調節范圍在保證最大死區時間的條件下來保證源效應和負載效應就顯的力不從心了，這也正是目前的鐵路開關電源輸入范圍窄、易損壞主開關管、輸出電流小的主要原因。

發明內容
本實用新型的目的是提供一種電路結構改進的充電電源，解決高頻開關電源在鐵路系統應用上的諸多問題，增加鐵路系統運行的可靠性，提高我國鐵路電氣化的技術水平。
本實用新型包括主開關管、輔助開關管、變壓器、輸出電路，其中，主開關管構成全橋開關電路，連接在變壓器原級輸入端，輔助開關管并聯在全橋開關電路上，其結點與變壓器原級中心抽頭連接。
本實用新型包括主開關管(V1，V2，V3，V4)，輔助開關管(V5，V6)，主變壓器T，輸出整流管(D1，D2)，濾波電路LC。其中，V1、V2，V3、V4，V5、V6分別串聯后并接在輸入電壓兩端。主開關管(V1、V2)上的一結點與變壓器T原級的一個輸入端連接，主開關管(V3、V4)上的一結點跟變壓器T原級的另外一個輸入端連接，輔助開關管(V5、V6)連線的結點與變壓器T原級的中心抽頭相連接。其中輸出電路由輸出整流管、LC電路連接構成。
本實用新型解決了鐵路牽引電網要求單相輸入，變化范圍寬但輸入、輸出變比接近等問題，適用于鐵路牽引電網的特殊狀況，具有很強的實用性。線路簡潔，控制可靠，成本低，并基于原有成熟的可靠性較高的全橋電路模式上，工作穩定。增大模塊單元的輸出功率較易實現(1.5KW以上)。具備高頻開關電源的所有相關優點。模塊單元可并聯擴容，增大了輸出功率，又有N+1冗余，提高了可靠性，并易實現上位計算機的智能控制。
本實用新型沒有使用常規的在控制回路中加PFM即頻率調制的方法來解決PWM即脈寬調制的占空比調節范圍不足的問題，原因在于PFM和PWM在閉環控制模式上的響應不同，極易造成互相干擾，特別是在輸出輕載和重載的條件下，會影響電源的整體性能，并且勢比提高了控制回路的復雜程度，降低了可靠性。
本實用新型利用輔助開關管(V5～V6)，和主開關管(V1～V2)相配合，而主開關管(V1～V4)構成典型的全橋開關電路，根據輸入電壓的高低和輸出功率的大小決定其工作狀態。例如當輸入電壓處于216～260VDC時，輔助電路(V5～V6)導通，主開關電路(V1～V2)關閉，變壓器T處于升壓變比狀態；當輸入電壓處于260～300VDC時，主開關電路(V1～V2)導通，輔助電路(V5～V6)關閉，變壓器T處于降壓變比狀態，即相當于通過改變變壓器T的Np/Ns的值來彌補PWM即脈寬調制的占空比調節范圍不足的問題，由于系統的控制特性、最大死區時間、頻率、開關管承擔的di/dt和dv/dt等工作參數都沒有改變，故而在保證電源各項性能的前提下，單臺單相輸出功率可達1.5KW以上，并且能夠承受鐵路電網的復雜電磁環境。主開關管的特征在于V1～V4構成典型的全橋開關電路，V5～V6為輔助開關管，其性能參數與V1～V4一致，根據輸入電壓的高低和輸出功率的大小決定是V5～V6和V3～V4導通還是V1～V2和V3～V4導通。主變壓器T的特征在于原邊中心有抽頭，其變比設計應滿足216～260VDC和260～300VDC的兩段變化范圍以及最大輸出功率的要求。輸出濾波電感L的特征在于中心磁柱的氣隙應在2.5mm以上，一般在2.8mm～3.0mm，以適應輸入輸出的大范圍變化而不至于磁芯飽和，影響工作穩定性。主開關管可以是晶閘管、晶體管、MOSFET管、IGBT管等，主變壓器T和濾波電感L的磁芯可以采用鐵氧體、非晶態等材料。相應的，該技術也可以應用在要求系統變化范圍寬但輸入、輸出變比接近的開關電源設計中。
權利要求1.一種電氣化鐵路用的充電電源，包括主開關管、輔助開關管、變壓器、輸出電路，其特征在于主開關管構成全橋開關電路，連接在變壓器原級輸入端，輔助開關管并聯在全橋開關電路上，其結點與變壓器原級中心抽頭連接。
2.根據權利要求1所述的電氣壓鐵路用的充電電源，其特征在于輸出濾波電感L的特征在于中心磁柱的氣隙應在2.5mm以上，一般在2.8mm～3.0mm，以適應輸入輸出的大范圍變化而不至于磁芯飽和，影響工作穩定性。
3.根據權利要求1所述的電氣壓鐵路用的充電電源，其特征在于主開關管可以是晶閘管、晶體管、MOSFET管、IGBT管等，主變壓器T和濾波電感L的磁芯可以采用鐵氧體、非晶態等材料。
專利摘要一種電氣化鐵路用的充電電源，包括主開關管、輔助開關管、變壓器、輸出電路，其特征在于主開關管構成全橋開關電路，連接在變壓器原級輸入端，輔助開關管并聯在全橋開關電路上，其結點與變壓器原級中心抽頭連接。解決了鐵路牽引電網要求單相輸入，變化范圍寬但輸入、輸出變比接近等問題，適用于鐵路牽引電網的特殊狀況，具有很強的實用性。
文檔編號H02J7/00GK2560145SQ0227132
公開日2003年7月9日 申請日期2002年6月21日 優先權日2002年6月21日
發明者張楊 申請人:張楊