电力机车新型高频电源研究

图2 电流型控制方式开环不稳定性示意图

4 系统主回路设计

主回路由输入整流滤波电路，单相逆变桥，高频变压器，输出整流滤波电路组成。如图3。

4.1 输入整流滤波电路

输入整流电路将输入交流396v电压进行整流、滤波，为单相逆变桥提供一个平滑的直流电压。

4.2 单相逆变桥

单相逆变桥由q1～q4四个智能功率模块(ipm)组成。为高频变压器提供脉宽可调的高频交流方波电压。

4.3 高频变压器

高频变压器t1起到隔离和降压的作用，它由一个原边绕组、两个副边绕组组成;

4.4 输出整流滤波电路

输出整流采用由快恢复二极管fd1、fd2组成的全波整流方式，整流后的高频直流电压通过输出滤波电感l1及电容c13输出稳定的直流110v。

4.5 智能功率模块ipm

智能功率模块ipm是先进的混合集成功率元件，由高速、低耗的igbt芯片和优化的门极驱动和保护构成，具备了igbt和集成电路的双重优点。但与普通igbt相比，在系统性能和可靠性上有进一步提高。所有的ipm均采用同样的标准化与逻辑电平控制电路相连的栅控接口，在产品系列扩充时不需另行设计驱动电路。ipm还具有很好的自我保护能力：控制电源欠压锁定;过热保护;过流保护;短路保护。

缓冲电路用以控制关断浪涌电压以及续流二极管恢复浪涌电压。在某些应用中，缓冲电路通过提供附加的电流路径，使功率器件开关时的电压电流相互错开，以减少开关损耗。

一般情况下，开关管关断电压起始尖峰由缓冲回路寄生电感造成。在一个典型的igbt功率回路中，最差情况的di/dt将接近0.02a/ns*ic。因为δv=ls*di/dt(ls为缓冲回路的寄生电感)，如果δv已被限定，那么可以推算出缓冲电路允许的最大电感量。

一般ipm的缓冲电路有三种结构：如图4所示。(a)由一个低感电容组成，在小功率设计时，这种缓冲电路用作对瞬变电压有效而低成本的控制。(b)使用快恢复二极管解决了这个问题，该二极管可箝住瞬变电压，从而抑制谐振的发生。(c)由于直接连到每个igbt的集电极和发射极，具有较小的回路电感。

图3 主电路原理图

图4 缓冲电路结构

图5 控制原理图

5 控制回路设计

控制电路是由以uc3846为核心的模拟电路构成，其原理如图5所示。

5.1 uc3846的性能及主要特点

能够完成电流型方式控制的芯片包括uc3842和uc3846，uc3842为单路输出结构，uc3846有两路互补的驱动信号，适合于桥式电路，所以本设计采用了uc3846。uc3846具有一个恒定频率的电流方式控制的所有功能，而且使外部电路得到了相当程度的简化。与电压型控制芯片比较，3846多了一个3倍增益的电感电流放大器(ca)，所以它能够组成一个双环反馈系统。它既保留了电压型控制的输出电压反馈控制部分，又增加了一个电流反馈环节，把电感电流放大器的输出信号ui跟误差放大器(ea)输出加到pwm比较器反向端的电压uu进行比较，然后去控制锁存器。

它具有如下特点：

(1)自动前馈补偿;