客车充电电源ZVZCS变换器的数字移相控制研究.pdfVIP

第34卷 ，第 1期 中 国 铁 道 科 学 Vo1．34 No．I 20l3年 1月 CHINA RAILWAY SCIENCE January，2013 文章编号i1001—4632 (2013)01—0101—07 客车充电电源 ZVZCS变换器的数字移相控制研究 杨 宁 ，康 熊 (1．中国铁道科学研究院 机车车辆研究所，北京 100081； 2．中国铁道科学研究院，北京 100081) 摘 要：通过对全桥直流变换器的几种软开关拓扑结构进行对 比分析，研究适合铁路客车DCIIOV充电电 源的变换器主电路拓扑结构及其数字控制方式。针对传统移相控制芯片电路复杂、可控性较差的问题，设计出 基于零电压零电流开关 (ZVZCS)变换器的数字移相控制电路设计方案，给出闭环控制的原理，并对调节器进 行离散的抑制饱和设计 。采用模拟及混合信号仿真软件 Saber对设计方案进行仿真 ，然后将按照设计方案研制的 数字信号处理器控制板安装在客车DCIIOV充电电源样机上进行试验，结果验证了设计方案的有效性和可行性， 也可在高速动车组上推广运用。 关键词：客车电源；充电电源；直流变换器；ZVZCS；数字控制；移相控制 中图分类号：U270．381 文献标识码iA doi：10．3969／j．issn．i001—4632．2013．01．15 随着铁路客货运输 的不断发展，特别是 自 离，使用变压器隔离的变换器既有利于扩大变换器 2004年4月铁路第 5次大面积提速调图以来，25T 的应用范围，又便于实现多路不同电压或相同电压 和25G型空调客车成为铁路客运车辆的主流l】]。 的输 出。隔离式直流变换器按有源功率器件数量， 2O世纪90年代，25T和25G型空调客车取消了发 分为单管正激式和反激式，双管正激式、反激式、 电车，采用全列车贯通DC600V直流电源的供 电 推挽式和半桥式，以及四管全桥式_l7]。当功率器件 方式，其控制系统和部分用电设备采用 DCIlOV 电压和电流的额定参数相等时，使用的开关数量越 供 电[2。]，DCIIOV供 电电源 由充电电源和镉镍碱 多，变换器的输出功率越大，因此四管全桥直流变 性蓄电池组成。充电电源肩负着列车上 DCIIOV 换器的输出功率最大。 电压等级设备的供 电，是列车上的关键设备，因此 直流变换器的控制方式按开关管的开关条件 ， 对它的可靠性要求较高；同时充电电源为电池负 分为硬开关和软开关。软开关采取的是在功率器件 载，为了能够提高电池的利用率，延长电池的使用 电压为零或者电流为零时，开通或关断功率器件的 寿命，对充电电源的主电路拓扑与控制方式提出了 方式，这种方式降低了损耗，并大幅度地提高开关 较高的要求。 频率，减小了电源和散热的体积。 在实际应用中，充电电源的主电路拓扑种类繁 由于客车充电电源不同于通讯电源或者不问断 多[4_5]，控制方式多采用模拟 的移相控制集成 电 电源 (UPS)，属于车下设备，工作环境恶劣，特 路[6]，但传统移相控制芯片电路复杂，可控性较 别是对车载蓄电池的充电控制要求较高，机组经常 差。为此，本文对 DCIIOV充 电电源变换器的主 工作在蓄电池限流充电和其他负载满负荷工作工 电路拓扑结构及其数字控制方式进行研究。 况；同时，车下设备对机组的体积、重量以及安全 可靠性有严格的要求，因此 DCI10V充电电源的 1 主电路拓扑结构