铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块制造技术

阅读:4 留言:0更新日期:2018-04-22 14:27
本发明专利技术提供了一种铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,所述的电源模块的电路板分为主板和同步整流板,所述的同步整流板上包括同步整流电路和同步整流控制电路,其余上述电路、变压器和散热器均布置在主板上;所述的电源模块的散热器分为位于变压器初级侧的散热器Ⅰ和位于变压器次级侧的散热器Ⅱ;所述的PWM控制电路中的功率MOSFET管采用全塑封结构,安装于散热器Ⅰ上,所述的同步整流板安装于散热器Ⅱ上;所述的主板采用双面器件布局,所述主板的顶层,安装高度较高器件,所述主板的底层,安装低高度表贴器件。输入功率MOSFET和输出同步整流板分别使用单独散热器,二者之间绝缘距离大,减少了输入与输出之间的共模干扰。

【技术实现步骤摘要】
铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块
本专利技术涉及一种铁路机车车载电子设备使用的一次隔离电源模块,尤其涉及一种需要宽输入电压范围、宽工作温度范围和良好电磁兼容性(EMC)性能、高可靠应用的铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块。
技术介绍
铁路机车电气环境中的DC110V直流电源,干扰多,电压变化大;而铁路机车环境温度、湿度范围变化大,海拔变化大,对铁路机车车载电子设备稳定运行有很大影响。要求直接面向铁路机车DC110V直流电源的一次隔离电源必须可靠、稳定,减少机车电子设备故障发生率。而当前铁路机车车载电子设备使用的一次隔离电源模块,在宽DC110V输入电压范围、宽工作温度范围、高绝缘性能和良好的电磁兼容性(EMC)或高效率、可靠性等方面,不能全面兼顾。本专利技术涉及的一种铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,可提高铁路机车车载电子设备运行的稳定性,进而保障铁路行车安全和提高行车效率,具有较高的社会效益和经济效益。
技术实现思路
为解决上述问题,提供一种铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,兼顾和满足了这些方面的需求,可进一步提高铁路机车车载电子设备运行的稳定性,进而保障铁路行车安全和提高行车效率。本专利技术的目的是以下述方式实现的:一种铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,所述的电源模块采用准谐振反激同步整流技术架构,包括散热器、变压器、以及位于变压器初级侧依次串联的输入滤波电路、PWM功率变换电路、和位于变压器次级侧依次串联的同步整流电路、输出滤波电路,所述的PWM功率变换电路还通过辅助供电电路连接一PWM控制电路,所述的输出滤波电路的输出端还连接同步整流控制电路的输入端,同步整流控制电路的输出端连接至同步整流电路;所述变压器次级侧的输出滤波电路的输出端还连接一反馈电路,所述反馈电路的输出端连接至PWM控制电路,所述的电源模块的电路板分为主板和同步整流板,所述的同步整流板上包括同步整流电路和同步整流控制电路,其余上述电路、变压器和散热器均布置在主板上;所述的电源模块的散热器分为位于变压器初级侧的散热器Ⅰ和位于变压器次级侧的散热器Ⅱ;所述的PWM控制电路中的功率MOSFET管采用全塑封结构,安装于散热器Ⅰ上,所述的同步整流板安装于散热器Ⅱ上;所述的主板采用双面器件布局,所述主板的顶层,安装高度较高器件,所述主板的底层,安装低高度表贴器件。所述的高度较高器件包括功率MOSFET、同步整流板、散热器、滤波电容和变压器。所述低高度表贴器件包括PWM控制器、电阻、电容,器件高度不超过2.54mm。所述变压器选用具有较大Ae值和Aw值的PQ系列磁芯。所述同步整流板,采用的双面环氧玻璃布板,背面覆铜;所述同步整流板与主板通过三个引脚相连接,分别连接主板输出电压地、主板上变压器输出绕组11、12引脚、主板上变压器输出绕组7、8引脚。所述位于变压器初级侧的散热器Ⅰ与电源模块DC110V输入地直接连接,位于变压器次级侧的散热器Ⅱ电源模块输出负直接连接,散热器起到电磁屏蔽作用,EMI小。所述电源模块电路板的主板采用采用至少4层环氧玻璃布板,器件双面布局,内电层为输入DC110V地和输出地,高压线、大电流线在内电层上下走线。所述电源模块采用开放式结构,电源模块产生的热量直接向周围环境散热。所述电源模块就近外置一个5面体屏蔽壳,所述5面体屏蔽壳可以开小于等于0.5mm通孔,电源模块产生的热量通过这些通风孔散出到周围环境空气中。所述PWM控制电路上还连接有遥控功能电路和保护电路;所述的反馈电路上还连接有输出电压调节电路。本专利技术的有益效果为:1)绝缘性能方面,输入功率MOSFET和输出同步整流板分别使用单独散热器,二者之间绝缘距离大。输出反馈和输出电压保护直接采用贴片光耦与输入隔离,实现输入输出完全的电气隔离;2)电磁兼容方面,采用NCP1337反激准谐振技术,实现在MOSFET管的漏源电压最低点开关MOSFET管,减少MOSFET管开关时的电流尖峰,相应的减少电磁干扰;输入功率MOSFET管和同步整流板分别使用独立散热器,减少了输入与输出之间的共模干扰;变压器绕组非电压摆动绕组绕制在变压器外层,相当于一层屏蔽层,减少变压器电磁干扰向外辐射;输入功率MOSFET管的电压稳定端与散热器直连,输出同步整流管的电压稳定端与另一散热器直连,消除功率器件传导到散热器上的共模干扰;3)散热方面,功率器件的电压稳定端与散热器直连,取消了散热器与功率器件之间的绝缘导热片,提高热传导能力,增大散热能力。附图说明图1为反激准谐振同步整流架构图。图2为准谐振工作原理图。图3为NCP1337实现准谐振基本电路图。图4为同步整流控制电路图。图5为一种同步整流控制板图。图6为另一种同步整流控制板图。图7为超宽DC110V机车电源电压输入检测温度补偿电路图。图8为第一种电源模块顶层图。图9为第二种电源模块顶层图。图10为第一种电源模块底层图。图11为第二种电源模块底层图。图12为本专利技术电源模块电气原理图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。一种铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,铁路机车DC110V电源通过模块输入接口,在模块内部电路进行稳压隔离变换后,通过输出接口进行输出,实现铁路机车DC110VDC电源宽输入电压范围、超宽工作温度范围、高效率稳压和低电磁干扰(EMI)隔离变换。准谐振变换的原理是降低拓扑中开关管的开关损耗。采用NCP1337控制芯片,实现在待机和工作模式下都能有高效表现。在待机,空载或者轻载时,NCP1337采用跳转周期技术控制峰值电流并去除一些开关脉冲,从而控制开关损耗,实现高能效。在工作模式下,通过无线圈去磁检测,准确的检测出电压谷底,实现准谐振的开关,减少损耗,提高效率。具体的基本电路如附图3所示。在电源模块变压器初级侧的控制芯片NCP1337的输入电压采样电路中,串接稳压二级管,进行温度补偿,使电源模块在-25℃~+85℃内准确采样30VDC~240VDC变化范围内的铁路机车DC110V电源电压。同步整流控制电路采用控制芯片NCP4305,其不但可以有效的检测电流过零点,为同步整流MOSFET提供时序恰当的驱动信号。还可以设置最小导通和最小关断时间,进而屏蔽由于同步整流管导通和关断瞬间导致的噪声。由于寄生效应,同步MOSFET管导通瞬间会产生电压噪声。最小的导通时间设置将避免比较器错误地关断同步MOSFET管。同步MOSFET管关断瞬间会产生电压噪声,且在DCM的退磁阶段产生振荡。最小关断时间能够屏蔽噪声并防止同步MOSFET管错误地开通。具体的同步整流控制电路如附图4所示。如图1所示,一种铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,所述的电源模块采用准谐振反激同步整流技术架构,包括散热器、变压器、以及位于变压器初级侧依次串联的输入滤波电路、PWM功率变换电路、和位于变压器次级侧依次串联的同步整流电路、输出滤波电路,所述的PWM功率变换电路还通过辅助供电电路连接一PWM控制电路,所述的输出滤波电路的输出端还连接同步整流控制电路的输入端,同步整流控制电路的输出端连接至同步整流电路;所述变压器次级侧的输出滤波电路的输出端还连接一反馈电路,所述反馈电路的输出端连接至PWM控制电路,所述的电源模块的电路板分为主板和本文档来自技高网...
铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块

【技术保护点】
一种铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,所述的电源模块采用准谐振反激同步整流技术架构,包括散热器、变压器、以及位于变压器初级侧依次串联的输入滤波电路、PWM功率变换电路、和位于变压器次级侧依次串联的同步整流电路、输出滤波电路,所述的PWM功率变换电路还通过辅助供电电路连接一PWM控制电路,所述的输出滤波电路的输出端还连接同步整流控制电路的输入端,同步整流控制电路的输出端连接至同步整流电路;所述变压器次级侧的输出滤波电路的输出端还连接一反馈电路,所述反馈电路的输出端连接至PWM控制电路,其特征在于:所述的电源模块的电路板分为主板和同步整流板,所述的同步整流板上包括同步整流电路和同步整流控制电路,其余上述电路、变压器和散热器均布置在主板上;所述的电源模块的散热器分为位于变压器初级侧的散热器Ⅰ和位于变压器次级侧的散热器Ⅱ;所述的 PWM控制电路中的功率MOSFET管采用全塑封结构,安装于散热器Ⅰ上,所述的同步整流板安装于散热器Ⅱ上;所述的主板采用双面器件布局,所述主板的顶层,安装高度较高器件,所述主板的底层,安装低高度表贴器件。

【技术特征摘要】
1.一种铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,所述的电源模块采用准谐振反激同步整流技术架构,包括散热器、变压器、以及位于变压器初级侧依次串联的输入滤波电路、PWM功率变换电路、和位于变压器次级侧依次串联的同步整流电路、输出滤波电路,所述的PWM功率变换电路还通过辅助供电电路连接一PWM控制电路,所述的输出滤波电路的输出端还连接同步整流控制电路的输入端,同步整流控制电路的输出端连接至同步整流电路;所述变压器次级侧的输出滤波电路的输出端还连接一反馈电路,所述反馈电路的输出端连接至PWM控制电路,其特征在于:所述的电源模块的电路板分为主板和同步整流板,所述的同步整流板上包括同步整流电路和同步整流控制电路,其余上述电路、变压器和散热器均布置在主板上;所述的电源模块的散热器分为位于变压器初级侧的散热器Ⅰ和位于变压器次级侧的散热器Ⅱ;所述的PWM控制电路中的功率MOSFET管采用全塑封结构,安装于散热器Ⅰ上,所述的同步整流板安装于散热器Ⅱ上;所述的主板采用双面器件布局,所述主板的顶层,安装高度较高器件,所述主板的底层,安装低高度表贴器件。2.如权利要求1所述的铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,其特征在于:所述的高度较高器件包括功率MOSFET、同步整流板、散热器、滤波电容和变压器。3.如权利要求1所述的铁路机车车载电子设备一次隔离电源模块,其特征在于:所述低高度表贴器件包括PWM控制器、电阻、电容,器件高度不超过2.54mm。4.如权利要求1所述的铁路机车车载电子设备一...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈勇陈伟康刘国立
申请(专利权)人:河南思维轨道交通技术研究院有限公司
类型:发明
编号:201711370179
国别省市:河南,41

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