一种多路输出列车控制电源电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种多路输出列车控制电源电路，属于DC—DC变换器的设计领域，该列车控制电源电路包括半桥谐振变换模块、变压器、整流滤波模块、输出电压模块、反馈模块、PFM控制模块、过流检测模块和驱动模块；电路采用半桥LLC谐振变换器拓扑结构，利用变压器的充磁电感，不借助任何辅助网络就能实现全负载范围内一次侧开关管的零电压开通（ZVS）和二次侧整流管的零电流关断（ZCS），降低一次侧环流能量损耗和开关管关断电流应力，具有较高的变换效率；采用高频变压器的堆叠式绕法和所有输出回路闭环调节，减小漏感和体积，提高输出电压稳定性，降低了损耗。降低了损耗。降低了损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种多路输出列车控制电源电路


[0001]本技术涉及一种适用于列车控制电源系统中高效节能的多路输出DC—DC变换器，属于DC—DC变换器的范畴。

技术介绍

[0002]列车电气系统是整个列车安全、可靠运行的关键，而为列车控制系统提供工作电压的列车控制电源也成为列车的关键部件之一，其运行正常与否将直接影响和决定列车的运行安全。然而，列车综合控制柜里电源变换器功率相对较小，并未引起学术界和工业界的重视。目前，列车制电源仍采用反激、正激和半桥等硬开关变换器拓扑，不仅转换效率较低，而且发热严重，可靠性较差，更为重要的是，随着能源短缺问题的日趋严重，这种硬开关式控制电源无法满足未来节能和环保的发展要求。
[0003]列车综合控制柜内控制电源，输入电压为DC110V，输出电压主要有+24V，+12V等。是以半桥硬开关变换器拓扑电路通过多绕组组结产生电压 V01和V02，分别为列车控制系统的PLC和传感器提供电源。在控制方面，只对输出电压V01 进行闭环调节，V02为开环工作。这种结构直接利用了拓扑本身的性能对输出电压进行调节，其主要优点是结构简单，成本低，但其存在如下问题：
①
变换器拓扑为硬开关拓扑，电源效率较低；
②
V02没有闭环调节，输出电压调整率受变压器二次侧漏感大小、二次侧功率元器件参数一致性及电路工作模式影响很大，稳压精度差；
③
低可靠性，低效率，发热严重，热损坏率大，无法适应列车控制系统的复杂工作环境和国家能源战略要求。
[0004]鉴于以上情况，需一种高效、节能、稳定的多路输出列车控制电源。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本技术提供了一种多路输出列车控制电源电路，该电路具有效率高、损耗低、功率密度高、易实现软开关等优点，通过调整参数选择相应的MOSFET管、变压器、谐振电感、谐振电容、反馈电阻等元器件，即可得到不同的输出压和功率，来满足列车内不同控制电源的需求。
[0006]一种多路输出列车控制电源电路，其特征在于，包括：LLC半桥谐振变换模块、变压器、整流滤波模块、输出电压模块、反馈模块、PFM控制模块、过流检测模块及驱动模块；
[0007]其中，LLC半桥谐振变换模块包括MOSFET管Q1、Q2、谐振电感Lr、谐振电容Cr、DC110V+端、DC110V－端、VS端、OB端、LO端、HO端；整流滤波模块包括二极管D1、D2、D3、D4、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、磁珠L1、L2、V10端；输出电压模块包括负载RL1、负载RL2、V01端、V02端；变压器为多绕组高频变压器Tm，多绕组高频变压器Tm设有至少两个用于输出不同电压的输出端和公共抽头端；
[0008]所述PFM控制模块用于实现主电路LLC半桥谐振变换器的脉冲频率调制（PFM）、输出电压控制、软启动、过流保护和死区时间调整等，包括芯片U3、MOSFET管Q3、电阻RT1、RT2、DT1、R11、R12、R13、R14、电容C9、C10、C15、稳压二极管WD1、WD2、二极管D7、输入输出端等；
[0009]所述反馈模块用于实时采集输出电压V01和V02的变化，给PFM控制模块提供可靠地输出电压信息，包括光耦U1、可控精密稳压源U2、以及分压电阻和电容等；
[0010]所述过流检测模块用于检测主电路出现短路或者其它不正常的过流状态，输入端与LLC半桥谐振变换模块的OB端连接，输出端与PFM控制模块的OC端连接；
[0011]所述驱动模块用于将PFM控制模块输出的方波信号转换为LLC半桥谐振变换模块MOSFET管Q1和Q2的驱动信号。
[0012]进一步的，所述驱动模块中为MOSFET管Q1提供驱动信号应为高压隔离信号，为了简化电路，减少脉冲变压器，避免功率电路对控制电路的影响，驱动模块中选用FAN7390驱动芯片，该芯片以自举驱动电路为核心，内部集成高压与高速双通道和自举电路，外面电路简单，只要有二极管D7、电容C11、C12就能正常运行。
[0013]进一步的，所述一种多路输出列车控制电源电路采用脉冲频率调制（PFM）模式，工作过程为：反馈模块把采样到的输出电压（V01和V02）与给定电压进行比较算出偏差，反馈模块并把偏差送给PFM控制模块，PFM控制模块根据偏差信息调节相应工作频率，LLC半桥谐振变换模块根据工作频率来稳定输出电压。
[0014]进一步的，当该电路在额定输入电压和额定负载下工作时，PFM控制模块的工作频率刚好在LLC半桥谐振变换器谐振频率附近，电源变换器即可以实现MOSFET管的零电压开通（ZVS）又可以保证二次侧整流管零电流关断（ZCS），从而获得最佳的工作效率；当输入电压下降或负载电流变大时，反馈模块检测到输出电压有变小趋势，把信息传递给PFM控制模块，PFM控制模块自动调节降低工作频率，使LLC半桥谐振变换器的增益增大，输出电压回升，保持输出电压的稳定。反之，当输入电压下降或负载电流变小时，反馈模块检测到输出电压有变大趋势，把信息传递给PFM控制模块，PFM控制模块自动调节升高工作频率，使LLC半桥谐振变换器的增益增减小，使输出电压回落，也保持输出电压的稳定。
[0015]该技术电路采用半桥LLC谐振变换器拓扑结构，利用变压器的充磁电感，不借助任何辅助网络就能实现全负载范围内一次侧开关管的零电压开通（ZVS）和二次侧整流管的零电流关断（ZCS），降低一次侧环流能量损耗和开关管关断电流应力，具有较高的变换效率；并利用高频变压器的堆叠式绕法和所有输出回路闭环调节，减小漏感和体积，提高了每路输出电压的稳定性，进一步降低了损耗。
附图说明
[0016]结合附图并参考以下详细说明，该技术公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。附图用于更好地理解本电路，不构成对本公开的限定在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
[0017]图1为本技术提供的多路输出列车控制电源电路结构示意图；图中：1
‑
LLC半桥谐振变换模块，2
‑
变压器，3
‑
整流滤波模块，4
‑
输出电压模块，5
‑
反馈模块，6
‑
PFM控制模块，7
‑
过流检测模块，8
‑
驱动模块；
[0018]图2为本技术提供的PFM控制模块电路连接示意图；
[0019]图3为本技术提供的反馈模块电路连接示意图；
[0020]图4为本技术提供的过流检测模块电路连接示意图；
[0021]图5为本技术提供的驱动模块的电路连接示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本技术所提供的一种多路输出列车控制电源电路进行详细说明：
[0023]图1所示，本技术一种多路输出列车控制电源电路，由LLC半桥谐振变换模块、变压器、整流滤波模块、输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多路输出列车控制电源电路，其特征在于，包括LLC半桥谐振变换模块（1）、变压器（2）、整流滤波模块（3）、输出电压模块（4）、反馈模块（5）、 PFM控制模块（6）、过流检测模块（7）和驱动模块（8）；所述LLC半桥谐振变换模块（1）包括MOSFET管Q1、MOSFET管Q2、谐振电感Lr、谐振电容Cr、DC110V+端、DC110V－端、VS端、OB端、HO端、LO端；所述整流滤波模块（3）包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、磁珠L1、磁珠L2、V10端；所述输出电压模块（4）包括负载RL1、负载RL2、V01端、V02端；所述变压器（2）为多绕组高频变压器Tm，多绕组高频变压器Tm设有至少两个用于输出不同电压的输出端和公共抽头端；其中，MOSFET管Q1的漏极连接DC110V+端并与列车DC110V电源正极端连接，MOSFET管Q1的源极分别连接MOSFET管Q2的漏极、谐振电感Lr一端和VS端，MOSFET管Q1的栅极连接HO端，MOSFET管Q2的栅极连接LO端，谐振电感Lr另一端连接多绕组高频变压器Tm原边绕组一端，多绕组高频变压器Tm原边绕组另一端连接谐振电容Cr一端和OB端，MOSFET管Q2的源极连接谐振电容Cr另一端和DC110V－端并与列车DC110V电源负极端连接，多绕组高频变压...

【专利技术属性】
技术研发人员：董文厚，阮玉华，王涛，方海斌，庄会华，窦正章，
申请(专利权)人：昆明铁道职业技术学院，
类型：新型
国别省市：