[发明专利]工矿电机车用高压差大功率DC-DC开关电源

说明书

技术领域

本发明涉及开关电源应用技术，是一种工矿电机车用高压差大功率DC-DC开关电源。

背景技术

工矿电机车上所用的开关电源主要为车上照明系统、空气压缩机、控制系统、电磁阀等提供DC24V电源，由于矿山电源电压为直流550V，且矿山电源电压波动已大大超出了一般电源所允许的范围(±30％)，此外，工矿电机车工作在隧道、煤矿井下灰尘浓度高、相对湿度大(大于95％)、电磁干扰强和剧烈震动等恶劣环境中，这给矿用电机车直流稳压电源的设计、制造和应用带来很大困难。目前现场在用的这种产品，其使用寿命都不超过3个月，给企业带来了极大的浪费，增加了企业的经济负担。

发明内容

本发明的目的是设计一种适合于煤矿运输、矿山运输、隧道施工等工程环境的工矿电机车用高压差大功率DC-DC开关电源。

本发明设计的开关电源其主电路主拓扑结构采用半桥式结构，DC/DC变换器的变压器副边带中间抽头，它由传统半桥结构演变而来。采用两个互补控制的MOSFET作为主电路开关器件，因为它是电压驱动全控型器件，具有驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快及频率响应特性良好等优点。在许多方面可替代双极型晶体管，其工作频率可提高到200KHz以上。

开关管的控制方式采用脉冲宽度调制(PWM)方式，PWM控制电路采用KA3525A控制芯片。矿山架线电网电源550V±30％的直流电压，加到半桥功率变换器上，用脉宽调制电路产生的双列脉冲信号去驱动功率MOSFET管，通过功率变压器的耦合和隔离作用在次级得到准方波电压，然后经半桥全波整流和滤波输出电压，该电压再经电压反馈电路，校正PWM占空比，即可得到稳定的直流输出电压。

本发明与现有的技术相比具有以下有益效果：

1)开关电源功率开关器件采用MOSFET 2SK1271，提高了开关频率，增加了电源的工作效率。

2)控制驱动电路采用KA3525A芯片，电路中设置了欠电压锁定和限流关断电路。

3)实现了高压差(700V-24V)、大电流(12A)下的直流稳压输出(DC 24V±0.5V)。

4)实现了在强电磁干扰和剧烈震动环境下的可靠工作。

5)解决了高直流输入电压(额定550VDC)和大电压波动范围(350V-700V)下稳定可靠工作的问题。

6)解决了矿用电机车电源在灰尘浓度高、相对湿度大(大于95％)环境下长期稳定工作的问题，达到了IP65的高防护等级。

7)解决了频繁跳弓断电可靠运行的问题。电源的输入电压通过机车受电弓来自架空输电线路，在机车运行过程中频繁出现跳弓断电现象，造成电源输入时断时续。在这种工况下本开关电源可以保证电源的短时稳定输出，并适应频繁再启动。

附图说明

附图是工矿电机车用高压差大功率DC-DC开关电源系统结构示意图。

具体实施方式

工矿电机车用高压差大功率DC-DC开关电源系统具有输入滤波1、主电路2、开关变压器3、输出整流4、输出滤波5、辅助电源6、驱动电路7、电流保护8、PWM控制电路9、过压保护10、电压反馈11、软启动电路12。该电源系统的输入信号一路先后经过输入滤波1、主电路2、开关变压器3、输出整流4和输出滤波5至负载供电；另一路进入辅助电源6为驱动电路7和PWM控制电路9提供工作电源。电流保护8从开关变压器3取电流信号，过压保护10和电压反馈11从输出整流4之后取电压信号，共同送入PWM控制电路9；PWM控制电路9根据反馈回来的电压和电流产生脉宽调制波形控制驱动回路7；驱动回路7向主电路2送出PWM信号，控制各桥臂电力电子器件的通断；软启动电路12控制PWM控制电路9的软启动实现。

设备适用范围

本发明适用于工矿用架线式电力机车，主要用于车上照明系统、空气压缩机控制和电磁阀控制等。