一种实用的多输出机车直流变换器的研制

　　1 引言

　　随着科技的进步，对早期内燃机车上应用的电子设备进行更新换代已成必然趋势。内燃机车上的供电一般都由其所带发电机提供，为把发电机的输出电压转换为机车照明、无线调度等用电电压，必须经过一个转换装置——直流变换器。目前机车上常用的多输出直流变换器采用的是自激推挽、多级变换电路，结构十分复杂，而且极易出现功率管“直通”等现象，使用中稍有疏忽，便可能使变换器失效，给机车运行带来不必要的麻烦甚至安全隐患。为此，本文将探讨以他激推挽电路设计多输出直流变换器，设计中没有采用以往常规的设计方法，而是一切从简练、实用出发，并对保护电路进行了非常可靠的设计——从原边多点加以设计。实际应用表明，该变换器结构简单、运行可靠、效率高，实用性非常强。

　　2多输出机车直流变换器的总体介绍

　　该直流变换器输入电压范围为70～135V(额定值为110V)，输出为24V、50V等。输出额定电流均为4A。由此可知输出功率约为：P=(24+50)4=296W，属于中大功率型变换器，直接用正激或反激电路难以提供如此大的电流，考虑到采用半桥和全桥电路的相对复杂性，采用了他激推挽电路。其主要电路包括输入滤波电路、输出滤波电路、辅助电源电路、控制电路、驱动电路，反馈检测电路，功率变换电路，保护电路等，其电路结构图如图1所示。

图1 总体电路结构

　　变换器工作原理如下：组成控制电路的脉宽调制器能产生频率固定而脉冲宽度可以调节的驱动信号，控制两个功率管S1及S2(如图3所示)以180°的相位差交替通断来调节输出电压的高低，利用误差放大器和电压测定比较器通过光耦形成电压闭环，输出电压经过精密电阻分压后再与基准电压比较，从而调节驱动信号的占空比使输出电压跟随误差电压变化而变化，假如由于某种原因(如输入变化，负载变化等)使输出电压升高时，脉宽调制器就会改变驱动信号的脉冲宽度即占空比D，使斩波后的平均值电压下降，从而达到稳压目的，反之亦然。对输入上升情况，其稳压过程如图2所示。

图2 输出稳压示意图

　　下面从直流变换器的主电路以及保护电路来阐明该变换器的设计思想以及对调试中各种易出现的问题进行探讨。

　　3 直流变换器主电路设计

　　在主电路中采用的是他激推挽电路，如图3所示。

图3 主电路图

　　图3中Vi是经过滤波以后的输入电压。V1和V2是从脉宽调制器出来的两路相位相差180°的驱动信号。P1及P3用来设计保护电路，P2用来设计反馈检测电路。P4及P5用来设计切换电路。图中功率管最大承受2倍的输入电压即最大270V，电流最大不超过4A，所以功率管可选用IRF460。变压器第三路输出N3是为控制电路提供电源电压特意设计的。上电初，N3输出为0，控制电路电源电压由输入电压分压、稳压(由R1，C1，D3组成)提供，当电路正常工作时，D4截止，控制电路和保护电路等的电源电压将由N3输出通过7815稳压器供电。