專利名稱：一種新型控制電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力機(jī)車控制電源，特別是一種產(chǎn)生DC110V的新型控制電源。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來，直流傳動(dòng)電力機(jī)車上均采用全波半控橋整流的線性控制電源，如中國(guó)鐵道出版社1998年出版的《韶山8型電力機(jī)車》第四章第一節(jié)所介紹。這種控制電源雖能基本滿足機(jī)車直流110V供電的需要，但具有體積大、輸出電壓特性差、效率低、電磁兼容性差和可靠性低的缺點(diǎn)，越來越不能滿足機(jī)車高效、可靠、節(jié)能的要求。為此，迫切需要設(shè)計(jì)一種新型DC110V控制電源來解決以上問題，與蓄電池并聯(lián)為機(jī)車提供穩(wěn)定的110V控制電源，在降弓或控制電源故障情況下由蓄電池維持機(jī)車的控制電源。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是為了適應(yīng)鐵路各型機(jī)車發(fā)展的需要，提高機(jī)車控制電源的可靠性、效率和電磁兼容性能，提供一種設(shè)計(jì)新穎、結(jié)構(gòu)精湛、工藝先進(jìn)的新型控制電源。
本實(shí)用新型的解決方案是，一種新型DC110V控制電源。該控制電源以IGBT等為核心部件，采用先進(jìn)的開關(guān)電源技術(shù)，使輸出電壓精度高，穩(wěn)定性高。同時(shí)通過采用功率因數(shù)校正、電磁兼容技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)，保證了機(jī)車控制電源的高可靠性。
它包括主電路1、控制電路2和輔助電源電路3，其特征在于所述主電路1包括
一個(gè)與外部輸入單相交流電相連的輸入濾波器EMI1；由接觸器KM2和電阻器串聯(lián)構(gòu)成并與該輸入濾波器EMI1相連的軟啟動(dòng)電路；一個(gè)與所述輸入濾波器EMI1的一個(gè)輸出端及軟啟動(dòng)電路相連的整流橋B1；一個(gè)與所述整流橋B1的負(fù)輸出端相連的電流檢測(cè)電阻器R2，該電流檢測(cè)電阻器R2的另一端成為第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4；一個(gè)與所述整流橋B1的正輸出端相連的由電感器L1、電容C2和IGBT器件U1構(gòu)成的升壓電路，該電感器L1的另一端成為第二輸出電壓信號(hào)端口PORT12；一個(gè)由電阻器R3、可調(diào)電位器W1和電阻器R4串聯(lián)構(gòu)成并連接在第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4與第二輸出電壓信號(hào)端口PORT12之間的第一電壓取樣支路；一個(gè)由電阻器R5、可調(diào)電位器W2和電阻器R6構(gòu)成并連接在第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4與第二輸出電壓信號(hào)端口PORT12之間的第二電壓取樣支路；一個(gè)由IGBT器件U3和U4構(gòu)成并串聯(lián)在第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4與第二輸電壓信號(hào)端口PORT12之間的半橋逆變電路；該半橋逆變電路的中間連接端及串聯(lián)在第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4與第二輸出電壓信號(hào)端口PORT12之間的電阻器R7、R8的中間連接端分別與變壓器T1的一個(gè)原邊相連，該變壓器T1的副邊與第二整流橋B2相連，第二整流橋B2的輸出端與一個(gè)由電感器L2、電容器C3和電解電容器E3構(gòu)成的濾波電路相連，該濾波電路的正輸出端通過電流互感器與防反接二極管U5的正極相連；該U5的負(fù)極與一個(gè)輸出濾波器EMI3相連，該輸出濾波器EMI3的輸出端輸出一個(gè)穩(wěn)定的110伏直流電源；
所述輔助電源電路3由模塊電源組成，通過輸入濾波器EMI2與110伏蓄電池相連，該輔助電源電路3為所述控制電路2提供+5伏、+15伏和+24伏直流供電電源；所述控制電路2包括功率因素控制電路4，欠過壓保護(hù)電路5、系統(tǒng)過熱保護(hù)電路6和過流保護(hù)電路7；其中所述功率因素控制電路4包括型號(hào)為控制器U30及其外圍電阻器、電容器，所述整流橋B1的正輸出端通過電阻器R208與其交流電流輸入端第6腳相連，整流橋B1的負(fù)輸出端通過電阻器R211與控制器U30的乘法器輸出端第5腳相連，還通過電阻器R212與控制器U30的峰值電流限制端第2腳相連；所述主電路1的第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4通過電阻器R214與其電流放大輸出端第3腳相連；所述主電路1的第一電壓取樣支路的W1的動(dòng)端與該控制器U30的7.5伏電壓基準(zhǔn)輸出端第9腳相連；該控制器U30的柵極驅(qū)動(dòng)端第16腳通過由三極管M1、M2構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)放大電路、電阻器R232與所述主電路1的IGBT器件U1的柵極相連；所述欠過壓保護(hù)電路5由比較器U31及其外圍電路構(gòu)成，所述主電路1的第二電壓取樣支路的W2的動(dòng)端與電源地之間連接有由電阻器R224、R221構(gòu)成的第一串聯(lián)分壓電路和由電阻器R225、R223構(gòu)成的第二串聯(lián)分壓電路，且二個(gè)串聯(lián)分壓電路的中間點(diǎn)電壓信號(hào)送入比較器U31的兩個(gè)輸入端，比較器U31的欠壓或過壓輸出端分別通過電阻器與三極管Q11的基極相連，該三極管Q11的集電極與所述功率因素控制電路4中控制器U30的使能控制端第10腳相連，在欠壓或過壓時(shí)關(guān)斷控制器U30的第16腳輸出；所述系統(tǒng)過熱保護(hù)電路6包括一個(gè)安裝在散熱器上的溫度傳感器U21、控制芯片U12、三個(gè)運(yùn)算放大器U10B、U20A、U20B、邏輯控制芯片U7和達(dá)林頓管U9及其它們的外圍電路構(gòu)成，其中
所述溫度傳感器U21的電壓信號(hào)輸出端分別與三個(gè)設(shè)定參考值不同的運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端相連，其中運(yùn)算放大器U10B的輸出端與控制芯片U12的比較端第9腳相連；所述控制芯片U12的第11腳和第12腳分別與所述主電路1的IGBT器件U3、U4的控制極相連；所述運(yùn)算放大器U20A的過熱顯示輸出端與邏輯控制芯片U7的過熱顯示輸入端相連，該邏輯控制芯片U7通過達(dá)林頓管U9與過熱顯示二極管L3相連；所述運(yùn)算放大器U20B的過熱關(guān)機(jī)輸出端與控制芯片U12的關(guān)機(jī)信號(hào)輸入端第10腳相連；所述過流保護(hù)電路7由驅(qū)動(dòng)器U16、定時(shí)器U15、計(jì)數(shù)器U14A和計(jì)數(shù)器U14B及其外圍電路構(gòu)成，所述主電路1的IGBT器件U3、U4的三個(gè)管腳分別與該驅(qū)動(dòng)器U16的對(duì)應(yīng)輸入/輸出端口相連，且驅(qū)動(dòng)器U16的第3腳、第10腳通過電阻器R94與三極管Q2的基極相連，三極管Q2的集電極與+5V電源相連，發(fā)射極通過電阻器R93與電源地相連；發(fā)射極還分別與所述電源觸發(fā)控制電路6中的邏輯控制芯片U7的第三腳和計(jì)數(shù)器U14A的復(fù)位端相連；所述定時(shí)器U15的計(jì)數(shù)脈沖輸出端與計(jì)數(shù)器U14A的時(shí)鐘輸入端相連，計(jì)數(shù)器U14A的第6腳與計(jì)數(shù)器U14B的使能端相連，并通過電阻器R97與三極管Q3的基極相連，該三極管Q3的集電極與U16的復(fù)位端相連；所述計(jì)數(shù)器U14B的第13腳信號(hào)輸出端與系統(tǒng)過熱保護(hù)電路6中的邏輯控制芯片U7的第4腳相連。


圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；圖2為本實(shí)用新型的原理圖；圖3為本實(shí)用新型的功率因素控制電路和輸入欠過壓保護(hù)電路；
圖4為本實(shí)用新型的過系統(tǒng)過熱保護(hù)電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型的過流保護(hù)電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1-5所示主電路1的電源輸入單相396V交流電(通過低壓柜的庫(kù)用轉(zhuǎn)換開關(guān)接到牽引變壓器輔助繞組得到，隨網(wǎng)壓變化)，經(jīng)輸入濾波器EMI1后送到全波整流橋，經(jīng)V1～V4整流和功率因數(shù)校正(PFC)，大電容C1濾波，和由升壓電感L1、功率器件U1、單向二極管U2、電容C2構(gòu)成的boost電路升壓，并經(jīng)電容濾波后得到較平穩(wěn)的直流700V；直流電壓由U3、U4半橋逆變、主變壓器T1變壓和V5～V8全橋整流后，再經(jīng)濾波電感L2、電容C3濾波，在電源的輸出端得到穩(wěn)定的DC110V，輸出精度為±1％，輸出功率8kW。由電壓傳感器SV1取樣輸出電壓信號(hào)、電流傳感器SC1取樣輸出電流信號(hào)、電流傳感器SC2取樣充電電流信號(hào)分別送到主控制板，通過SG2525調(diào)節(jié)PWM波形的占空比分別實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、限流和充電限流功能。主電路中的功率器件均選用進(jìn)口元件，主變壓器T1采用環(huán)形磁芯繞制而成，開關(guān)頻率約17kHz；升壓電感L1、濾波電感L2也采用環(huán)形磁芯繞制，為便于安裝，電感通過導(dǎo)熱的環(huán)氧樹脂灌注在電感盒中；在電源的輸入輸出端均裝有抑制電磁干擾的濾波器；輸入端XT1的兩端分別設(shè)有軟啟動(dòng)電阻R1和快速熔斷器FUSE1，輸出端正線XT2-P設(shè)有防反接二極管U5，有力的保證了在故障情況下主電路迅速切除，不致器件損壞。
所述控制電路主要分功率因數(shù)校正電路和電源觸發(fā)控制電路兩部分。功率因數(shù)校正電路以UC2854為控制核心，UC2854可以控制AC-DC Boost PWM變換器的輸入端功率因數(shù)接近于1，限制輸入電流的總諧波失真系數(shù)THD小于3％；功率因數(shù)校正電路的輸入輸出電壓、電流信號(hào)通過port1～port5實(shí)現(xiàn)，其中port1采集B1整流橋輸出負(fù)電壓信號(hào)，port2采集B1整流橋輸出的電流信號(hào)，port3為U1管提供驅(qū)動(dòng)電流，port4采集電流檢測(cè)電阻R2的輸出電壓信號(hào)，port5采集升壓電路輸出端的反饋電壓。電源觸發(fā)控制電路以SG2525為控制核心，同時(shí)用一片可編程邏輯器件GAL22V10B作為故障處理中心，分析輸入過欠壓、輸出過欠壓、充電限流、輸出限流、IGBT過流和系統(tǒng)過熱等故障，做出故障保護(hù)；各種故障保護(hù)的信號(hào)采集通過port6～port11實(shí)現(xiàn)，其中port6采集升壓電路輸出端的電壓信號(hào)通過電壓比較器MB3761實(shí)現(xiàn)輸入過欠壓保護(hù)，port7、port8為IGBT管提供驅(qū)動(dòng)電流，并檢測(cè)該電流，當(dāng)電流大于設(shè)定值時(shí)實(shí)現(xiàn)IGBT過流保護(hù)，port9為電流傳感器SC1信號(hào)輸出端，通過它采集輸出電流的信號(hào)，采集后送到主控制板，通過運(yùn)算放大器、SG2525等實(shí)現(xiàn)輸出過流保護(hù)，port10為電壓傳感器SV1信號(hào)輸出端，通過它采集輸出電壓的信號(hào)，采集后送到主控制板，通過運(yùn)算放大器、SG2525、電壓比較器MB3761實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)壓功能及輸出過欠壓保護(hù)，port11為電流傳感器SC2信號(hào)輸出端，通過它采集充電電流的信號(hào)，采集后送到主控制板，通過運(yùn)算放大器、SG2525等實(shí)現(xiàn)輸出充電限流保護(hù)。
所述輔助電源電路由模塊電源組成，通過+5VDC端口、+15VDC端口、+24VDC端口為主、控電路和散熱風(fēng)機(jī)提供DC5V、DC15V、DC24V工作電源。
以UC2854為核心的功率電路及控制電路為本電源提供輸出功率8kW的有源功率因數(shù)校正(PFC)，它還按正弦的電網(wǎng)電壓來牽制非正弦的電流變化，該器件能最佳地利用供電電流使電網(wǎng)電流失真減到最小，執(zhí)行所有的控制功能。本電路具有兩個(gè)反饋控制環(huán)輸入電流環(huán)使DC/DC變換器的輸入電流與全波整流電壓波形相同；輸出電壓環(huán)使DC/DC變換器輸出端成為一個(gè)直流電壓源。
Port2采集整流橋的輸出電流信號(hào)IAC到芯片UC2854的6腳，該電流正比于輸入全波整流電壓，經(jīng)芯片內(nèi)部的輸入電流檢測(cè)后加到芯片內(nèi)部的乘法器輸入端；port2采集整流橋的輸出電壓信號(hào)到芯片UC2854的8腳，經(jīng)芯片內(nèi)部的輸入電壓檢測(cè)后加到芯片內(nèi)部的乘法器輸入端；port5采集輸出電壓信號(hào)到芯片的11腳，該電壓與芯片內(nèi)的7.5V基準(zhǔn)電壓比較后輸出誤差信號(hào)也加到乘法器輸入端。三個(gè)管腳的信號(hào)在乘法器中相乘，乘法器輸出端產(chǎn)生基準(zhǔn)電流信號(hào)IMO，IMO輸出到5腳，它和4腳的電流信號(hào)一起作為電流誤差放大器的輸入，這一結(jié)果的實(shí)現(xiàn)靠UC2854來完成，電流誤差放大器的輸出與芯片內(nèi)的一個(gè)三角波電壓在PWM比較器中比較后產(chǎn)生一個(gè)PWM觸發(fā)脈沖，去驅(qū)動(dòng)IGBT。這樣就能快速的調(diào)節(jié)控制IGBT的導(dǎo)通時(shí)間，使它及時(shí)跟隨電網(wǎng)輸入電壓的變化，從而讓DC/DC變換器的負(fù)載對(duì)于交流電網(wǎng)呈電阻性，最終使流過升壓電感L1中感性電流的峰值包絡(luò)線總是緊密跟蹤正弦的交流輸入電壓而變化，于是就可以得到一個(gè)與輸入電壓幾乎完全同頻同相的平滑正弦波電流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高功率因數(shù)。
本電路考慮到輸入輸出端的電壓高，輸出功率大的特點(diǎn)，通過重點(diǎn)考慮元器件的選擇和配置實(shí)現(xiàn)了8kW大功率輸出情況下的功率因數(shù)校正。功率電路采用boost變換器，升壓電感L1選用高μ優(yōu)質(zhì)鐵粉芯環(huán)型磁芯繞制而成，體積小、電感量大(約900μH)、額定電流大(35A)；升壓功率器件選用西門康1700VIGBT；電流取樣電阻R2選用0.01Ω的陶瓷電阻，可通過電流大。
系統(tǒng)過熱保護(hù)主要包括三個(gè)部分過熱限流、過熱顯示和過熱關(guān)機(jī)。設(shè)計(jì)原理是應(yīng)用熱敏電阻U21采集系統(tǒng)的溫度變化信號(hào)，將該電壓信號(hào)一路送給雙運(yùn)算放大器U10B并通過控制芯片UC2525實(shí)現(xiàn)過熱限流；另兩路分別送給雙路比較器U20A、U20B，比較器的輸出送給邏輯控制芯片GAL22V10從而實(shí)現(xiàn)過熱顯示和過熱關(guān)機(jī)。各控制芯片的供電電壓+5V和+15V由輔助電源電路提供。
熱敏電阻U21安裝在本電源的散熱器上熱力較集中的部分，用于采集系統(tǒng)溫度變化的信號(hào)，型號(hào)為airpax 5024-01079它是一種負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，即隨溫度升高其阻值變小。實(shí)測(cè)的阻值記錄為常溫(25℃)時(shí)阻值為10kΩ，77℃時(shí)為300Ω，80℃時(shí)為183Ω，85℃時(shí)為47Ω。該電壓信號(hào)送到雙路運(yùn)算放大器芯片U10B的6腳，5腳為電壓基準(zhǔn)端，根據(jù)限流設(shè)定溫度其設(shè)定值為3.23V。根據(jù)R236、U21、R25、R26構(gòu)成的15V回路，當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)到設(shè)定限流溫度時(shí)，運(yùn)算放大器的輸出電平翻轉(zhuǎn)，其輸出端使控制芯片UC2525的補(bǔ)償端9腳電位拉低，該腳調(diào)節(jié)port7、port8端口輸出脈沖寬度使輸出降壓限流，以達(dá)到降低系統(tǒng)溫度的目的；同時(shí)，通過顯示電路在電源正面板上顯示。降壓限流的目的是降低電源輸出功率，從而降低系統(tǒng)溫度。系統(tǒng)過熱的顯示原理為Tref電壓信號(hào)送到雙路比較器U20A的3腳，與設(shè)定基準(zhǔn)3.23V比較，當(dāng)系統(tǒng)溫度達(dá)到設(shè)定限流溫度時(shí)，U20的1腳輸出高電平，該高電平送入U(xiǎn)7高性能E2CMOS PLD芯片GAL22V10進(jìn)行邏輯運(yùn)算處理，并送入U(xiǎn)9達(dá)林頓晶體管組ULN2003AN的一個(gè)輸入端，同時(shí)，其輸出端連接到本電源正面板上的顯示電路進(jìn)行顯示。過熱限流和過熱顯示功能將一直維持，直到檢測(cè)到Tref的電壓值低于3.23V即系統(tǒng)溫度低于設(shè)定限流溫度為止。
當(dāng)散熱器的溫度繼續(xù)上升，達(dá)到設(shè)定的關(guān)機(jī)溫度時(shí)，U20B比較電路的7腳輸出一個(gè)高電平送入U(xiǎn)C2525控制芯片的10腳進(jìn)行脈沖封鎖，port7、port8無驅(qū)動(dòng)電流輸出；10腳的close信號(hào)通過GAL22V10的27腳給出關(guān)閉接觸器KM1、KM2的信號(hào)，從而使本電源關(guān)機(jī)，保證裝置內(nèi)的元件不致高溫?fù)p壞。
通過LM555、74HC4520定時(shí)封鎖脈沖和計(jì)算過流故障次數(shù)實(shí)現(xiàn)本電源在輸出過流故障頻繁且故障不能自行解除的情況下使電源停止工作，以保護(hù)本電源裝置中的功率器件。各控制芯片的供電電壓+5V和+15V由輔助電源電路提供。
當(dāng)本電源裝置的U3或U4發(fā)生過流現(xiàn)象時(shí)，其驅(qū)動(dòng)器U16(2SD106AL)的3腳或10腳的電平由常態(tài)下的高電平變?yōu)楣收蠣顟B(tài)下的低電平，使三極管Q2的射極電平變低。該低電平一路送到GAL22V10芯片的3腳進(jìn)行邏輯運(yùn)算，通過從27腳輸出一個(gè)高電平控制UC2525的10腳封鎖脈沖，直到一段時(shí)間后驅(qū)動(dòng)器的故障信號(hào)復(fù)位為止；并通過在電源裝置正面板上顯示(顯示原理與過熱顯示相同)。另一路送到計(jì)數(shù)器U14A的第一路復(fù)位端7腳。U14A為雙路4位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74HC4520，其計(jì)數(shù)功能表如附表1所示。U14A的1腳為時(shí)鐘脈沖輸入端，2腳為使能端，本實(shí)施例中將2腳接+5V高電平，當(dāng)7腳電平為低時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)到第8個(gè)脈沖(Q3Q2Q1Q0＝1000)時(shí)，6腳輸出高電平，一路接三極管基極使Q3導(dǎo)通，其集電極接驅(qū)動(dòng)器U16的4腳實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器的故障復(fù)位，當(dāng)3腳和10腳的電平變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)計(jì)數(shù)器U14A的7腳變?yōu)楦唠娖剑?jì)數(shù)器清零；另一路接U14B的10腳，并使第二路計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)加1。當(dāng)U14B計(jì)數(shù)到第4個(gè)脈沖(Q3Q2Q1Q0＝0100)時(shí)，13腳為高電平，將該管腳接GAL22V10進(jìn)行邏輯處理，送出關(guān)機(jī)信號(hào)，電源自行切除并停止工作。只有人為復(fù)位后，電源才能重新工作，以保護(hù)本電源裝置中的功率器件不因頻繁故障而損壞。U14B的15腳通過1μF的電容C42接+5V，該電容實(shí)現(xiàn)電源重新起動(dòng)后第二路計(jì)數(shù)器的上電清零，即使(Q3Q2Q1Q0＝0000)。
UC2854管腳配置說明及芯片內(nèi)部電路1管腳(GND)作為所有電壓測(cè)量的參考基準(zhǔn)地電平GND。
2管腳(Pklmt)為峰值電流限制腳；port1的電壓通過R212輸入到2腳；電阻R213由2腳接到9腳Vref上，以補(bǔ)償負(fù)極性電流檢測(cè)信號(hào)，使之升到地電平(GND)。
3腳(CAO)為電流放大輸出腳；該腳是寬頻帶工作放大器的輸出端，用來檢測(cè)電網(wǎng)電流，并控制脈寬調(diào)制器PWM來校正電流波形。
4腳(Isense)為電流檢測(cè)負(fù)號(hào)端；通過R214接到port4。
5腳(MuO)為乘法器輸出端和電流監(jiān)測(cè)器正輸入端；模擬乘法器的輸出端和電流放大器的非反相輸入端連接在一起作為Mult out腳；其輸出為電流信號(hào)，所以可由R211、R212、C205構(gòu)成差分放大器以抑制地線噪聲。
6腳(IAC)為交流電流輸入端，由port1采集電流信號(hào)；該腳的電流輸入到5腳，用于檢測(cè)電網(wǎng)電壓；6腳通過R208接到整流橋的正端，通過R210接到9腳Vref上，兩電阻的阻值分別為1.5M、440K，其比值近似為4∶1，這樣使6腳的6V失調(diào)電壓消去，電網(wǎng)電流將具有最小的交越失真。
7腳(VAO)為電壓放大器輸出；輸出電壓在芯片內(nèi)限制在5.8V左右，外接R216、C208組成的負(fù)載到11腳(Vf)電壓放大器反相輸入端，并通過port5分壓器網(wǎng)絡(luò)到地。
8腳(Vrms)為電網(wǎng)電壓有效值；為了保證Vrms輸入能補(bǔ)償電網(wǎng)電壓的變化，必須使IC的電壓與電網(wǎng)電壓有效值成正比，并使Vrms的輸入電壓控制在1.5～3.5V間，故R206、R207阻值取1.5M，R209取值18k，同時(shí)為了電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)用C201、C202和C203三個(gè)對(duì)地電容，容值分別為0.82μF、0.82μF、0.47μF。
9腳(Vref)為精準(zhǔn)的7.5V電壓基準(zhǔn)輸出；為了有良好的穩(wěn)定性，通過0.1μF的C204對(duì)地旁路。
10腳(ENA)為使能控制端，通過R218拉高其電位。
11腳(Vsense)為電壓放大器的反相輸入端；該腳用于接到反饋網(wǎng)絡(luò)，通過R228接到port5。
12腳(Rset)是振蕩器充電電流和乘法器限制設(shè)置端；該腳與地電平間通過R229來調(diào)節(jié)振蕩器的充電電流，并使5腳的輸出最大。
13腳(SS)為軟啟動(dòng)端；通過一個(gè)1μF的大電容C210接到地(GND)，使電壓調(diào)節(jié)放大器的基準(zhǔn)電壓緩慢升高，并緩慢地減少PWM的占空比，同時(shí)保證萬一發(fā)出禁止指令或電源跌落，13腳將快速放電到地并使PWM無效。
14腳(CT)接振蕩定時(shí)電容器；該腳與地之間的C211用于設(shè)置振蕩器的頻率，計(jì)算公式為取振蕩頻率15kHz，對(duì)應(yīng)的Rset取18k，CT取4700pF。
15腳(Vcc)接正極性電源電壓DC15V；為了吸收對(duì)外部MOSFET柵極電容充電時(shí)產(chǎn)生的電源電流尖峰，Vcc通過一個(gè)0.1μF的旁路電容C212接地(GND)。
16腳(GT Drv)為柵極驅(qū)動(dòng)腳；PWM的輸出是一個(gè)圖騰柱式MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，該輸出被UC2854內(nèi)部箝位在15V；為了防止柵極阻抗和GT Drv柵極驅(qū)動(dòng)器輸出之間的相互影響引起的GT Drv輸出過沖，采用了5Ω的柵極串聯(lián)電阻R232，由port3端口驅(qū)動(dòng)升壓功率器件U1。
權(quán)利要求1.一種新型控制電源，它包括主電路(1)、控制電路(2)和輔助電源電路(3)，其特征在于所述主電路(1)包括一個(gè)與外部輸入單相交流電相連的輸入濾波器EMI1；由接觸器KM2和電阻器串聯(lián)構(gòu)成并與該輸入濾波器EMI1相連的軟啟動(dòng)電路；一個(gè)與所述輸入濾波器EMI1的一個(gè)輸出端及軟啟動(dòng)電路相連的整流橋B1；一個(gè)與所述整流橋B1的負(fù)輸出端相連的電流檢測(cè)電阻器R2，該電流檢測(cè)電阻器R2的另一端成為第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4；一個(gè)與所述整流橋B1的正輸出端相連的由電感器L1、電容C2和IGBT器件U1構(gòu)成的升壓電路，該電感器L1的另一端成為第二輸出電壓信號(hào)端口PORT12；一個(gè)由電阻器R3、可調(diào)電位器W1和電阻器R4串聯(lián)構(gòu)成并連接在第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4與第二輸出電壓信號(hào)端口PORT12之間的第一電壓取樣支路；一個(gè)由電阻器R5、可調(diào)電位器W2和電阻器R6構(gòu)成并連接在第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4與第二輸出電壓信號(hào)端口PORT12之間的第二電壓取樣支路；一個(gè)由IGBT器件U3和U4構(gòu)成并串聯(lián)在第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4與第二輸電壓信號(hào)端口PORT12之間的半橋逆變電路；該半橋逆變電路的中間連接端及串聯(lián)在第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4與第二輸出電壓信號(hào)端口PORT12之間的電阻器R7、R8的中間連接端分別與變壓器T1的一個(gè)原邊相連，該變壓器T1的副邊與第二整流橋B2相連，第二整流橋B2的輸出端與一個(gè)由電感器L2、電容器C3和電解電容器E3構(gòu)成的濾波電路相連，該濾波電路的正輸出端通過電流互感器與防反接二極管U5的正極相連；該U5的負(fù)極與一個(gè)輸出濾波器EMI3相連，該輸出濾波器EMI3的輸出端輸出一個(gè)穩(wěn)定的110伏直流電源；所述輔助電源電路(3)由模塊電源組成，通過輸入濾波器EMI2與110伏蓄電池相連，該輔助電源電路(3)為所述控制電路(2)提供+5伏、+15伏和+24伏直流供電電源；所述控制電路(2)包括功率因素控制電路(4)，欠過壓保護(hù)電路(5)、系統(tǒng)過熱保護(hù)電路(6)和過流保護(hù)電路(7)；其中所述功率因素控制電路(4)包括型號(hào)為控制器U30及其外圍電阻器、電容器，所述整流橋B1的正輸出端通過電阻器R208與其交流電流輸入端第6腳相連，整流橋B1的負(fù)輸出端通過電阻器R211與控制器U30的乘法器輸出端第5腳相連，還通過電阻器R212與控制器U30的峰值電流限制端第2腳相連；所述主電路(1)的第一輸出電壓信號(hào)端口PORT4通過電阻器R214與其電流放大輸出端第3腳相連；所述主電路(1)的第一電壓取樣支路的W1的動(dòng)端與該控制器U30的7.5伏電壓基準(zhǔn)輸出端第9腳相連；該控制器U30的柵極驅(qū)動(dòng)端第16腳通過由三極管M1、M2構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)放大電路、電阻器R232與所述主電路1的IGBT器件U1的柵極相連；所述欠過壓保護(hù)電路(5)由比較器U31及其外圍電路構(gòu)成，所述主電路(1)的第二電壓取樣支路的W2的動(dòng)端與電源地之間連接有由電阻器R224、R221構(gòu)成的第一串聯(lián)分壓電路和由電阻器R225、R223構(gòu)成的第二串聯(lián)分壓電路，且二個(gè)串聯(lián)分壓電路的中間點(diǎn)電壓信號(hào)送入比較器U31的兩個(gè)輸入端，比較器U31的欠壓或過壓輸出端分別通過電阻器與三極管Q11的基極相連，該三極管Q11的集電極與所述功率因素控制電路(4)中控制器U30的使能控制端第10腳相連，在欠壓或過壓時(shí)關(guān)斷控制器U30的第16腳輸出；所述系統(tǒng)過熱保護(hù)電路(6)包括一個(gè)安裝在散熱器上的溫度傳感器U21、控制芯片U12、三個(gè)運(yùn)算放大器U10B、U20A、U20B、邏輯控制芯片U7和達(dá)林頓管U9及其它們的外圍電路構(gòu)成，其中所述溫度傳感器U21的電壓信號(hào)輸出端分別與三個(gè)設(shè)定參考值不同的運(yùn)算放大器的一個(gè)輸入端相連，其中運(yùn)算放大器U10B的輸出端與控制芯片U12的比較端第9腳相連；所述控制芯片U12的第11腳和第12腳分別與所述主電路(1)的IGBT器件U3、U4的控制極相連；所述運(yùn)算放大器U20A的過熱顯示輸出端與邏輯控制芯片U7的過熱顯示輸入端相連，該邏輯控制芯片U7通過達(dá)林頓管U9與過熱顯示二極管L3相連；所述運(yùn)算放大器U20B的過熱關(guān)機(jī)輸出端與控制芯片U12的關(guān)機(jī)信號(hào)輸入端第10腳相連；所述過流保護(hù)電路(7)由驅(qū)動(dòng)器U16、定時(shí)器U15、計(jì)數(shù)器U14A和計(jì)數(shù)器U14B及其外圍電路構(gòu)成，所述主電路(1)的IGBT器件U3、U4的三個(gè)管腳分別與該驅(qū)動(dòng)器U16的對(duì)應(yīng)輸入/輸出端口相連，且驅(qū)動(dòng)器U16的第3腳、第10腳通過電阻器R94與三極管Q2的基極相連，三極管Q2的集電極與+5V電源相連，發(fā)射極通過電阻器R93與電源地相連；發(fā)射極還分別與所述電源觸發(fā)控制電路6中的邏輯控制芯片U7的第三腳和計(jì)數(shù)器U14A的復(fù)位端相連；所述定時(shí)器U15的計(jì)數(shù)脈沖輸出端與計(jì)數(shù)器U14A的時(shí)鐘輸入端相連，計(jì)數(shù)器U14A的第6腳與計(jì)數(shù)器U14B的使能端相連，并通過電阻器R97與三極管Q3的基極相連，該三極管Q3的集電極與U16的復(fù)位端相連；所述計(jì)數(shù)器U14B的第13腳信號(hào)輸出端與系統(tǒng)過熱保護(hù)電路(6)中的邏輯控制芯片U7的第4腳相連。
專利摘要一種新型控制電源，它包括主電路、控制電路和輔助電源電路，控制電路包括功率因素控制電路，欠過壓保護(hù)電路、系統(tǒng)過熱保護(hù)電路和過流保護(hù)電路；輔助電源電路由模塊電源組成，為所述控制電路提供+5伏、+15伏和+24伏直流供電電源；它以IGBT等為核心部件，采用先進(jìn)的開關(guān)電源技術(shù)，通過采用功率因數(shù)校正、電磁兼容技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)，使輸出電壓精度高，穩(wěn)定性高，保證了機(jī)車控制電源的高可靠性，提高機(jī)車控制電源的效率和電磁兼容性能，適應(yīng)鐵路各型機(jī)車發(fā)展的需要。
文檔編號(hào)H02M3/24GK2742669SQ20042006853
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2004年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月30日
發(fā)明者譚常清, 張偉先, 魏衍成, 何安清 申請(qǐng)人:株洲九方電器設(shè)備有限公司