一种用于电控空气制动系统的电源变换器及磁通平衡调节方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于电控空气制动系统的电源变换器及磁通平衡调节方法，该电源变换器包括第一主功率板、第二主功率板、驱动电路、控制电路以及切换电路；所述第一主功率板、第二主功率板的输入端和输出端分别通过机车供电总线和PCB布线与机车110V供电源和切换电路相连；其中，第一主功率板的主拓扑使用了推挽正激的拓扑，通过增设磁通平衡调节器，使得传统推挽电路中的磁通平衡问题得到解决；该电源变换器适用于各种环境的工作，为ECP制动系统提供电源供电，解决了推挽电路磁通不平衡、复杂环境下的正常工作等问题，具有良好的应用前景。

Power converter for electronic controlled air brake system and magnetic flux balance regulating method

The invention discloses a method for adjusting the power converter and the flux balance braking system, the power converter includes a first main power board, second main power board, driver circuit, control circuit and switching circuit; the input end and the output end of the first main power board, second main power board respectively. The locomotive power supply bus and PCB wiring and locomotive 110V power supply and a switch circuit is connected; the main topology of a first main power board uses the topology of push-pull forward, by adding the flux balance regulator, the flux balance problem in the traditional push-pull circuit is solved; the power converter is suitable for all kinds of environmental work. Provide power supply for ECP braking system, solved the push-pull circuit flux imbalance, the normal work of complex issues such as the environment, has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种用于电控空气制动系统的电源变换器及磁通平衡调节方法
本专利技术属于铁路机车制动领域，涉及一种用于电控空气制动系统的电源变换器及磁通平衡调节方法。
技术介绍
随着铁路机车的日开数逐步增加，保障机车安全运行是重中之重的任务之一。虽然传统电源变换器可以实现基本的电源变换功能，但其设计过程中并没有考虑到实际机车电源变换器工作过程中的高温度环境，也不能保证电源变换器在机车这种强电磁干扰环境下依然能够正常工作。同时无法满足机车运行过程中对电源变换器的小体积要求。传统的电源变换器也有部分保护措施，但其设计过程中并没有考虑到机车电源变换器的保护要求，无法保证电源变换器在各类突发情况(例如短路、过载)下及时保护电源变换器与外部电路，也没有针对机车电源变换器的各类特殊保护要求和指标(例如快速响应指标)采取相应的措施。这对机车安全留下了隐患。传统推挽拓扑变换器工作过程中，无法避免磁通不平衡的问题。由于机车电控空气制动系统在机车运行时需实时保证电源变换器各部分工作稳定可靠，磁通不平衡的问题也对行车安全留下了隐患。为增强对机车电控空气制动系统的电源质量控制，提高系统安全稳定性，需要研制电控空气制动系统的电源变换器，为系统的供电提供一个良好的平台。
技术实现思路
为了解决机车电控空气制动系统供电的技术问题，本专利技术提供一种用于电控空气制动系统的电源变换器及磁通平衡调节方法。一种用于电控空气制动系统的电源变换器，包括第一主功率板、第二主功率板、驱动电路、控制电路以及切换电路；所述第一主功率板、第二主功率板的输入端和输出端分别通过机车供电总线和PCB布线与机车110V供电源和切换电路相连；机车110V供电源、第一主功率板和驱动电路分别通过PCB布线、控制电路总线及PWM输出总线与所述控制电路相连；所述驱动电路的输出端与第一主功率板相连；所述切换电路通过电源输出总线与外部电源负载连接；所述第一主功率板包括依次连接的第一输入滤波模块、变压器推挽正激拓扑模块、全桥整流电路、尖峰吸收网络模块以及第一输出滤波模块；控制电路中的PWM调制电路通过驱动电路与变压器推挽正激拓扑模块相连；所述第二主功率板包括依次连接的第二输入滤波模块、反激拓扑模块、第二输出滤波模块以及输出保护模块，且反激拓扑模块的输入端和输出保护模块的输出端之间设置有控制模块。进一步地，所述控制电路包括控制电源、电流采样模块、PWM调制电路、磁通平衡调节器、输出保护模块、电压采样模块以及主电路误差调节器；所述控制电源与机车供电电源相连，并为控制电路供电；所述电流采样模块采集变压器推挽正激拓扑模块上的两个绕组电流；所述电压采样模块采集第一主功率板的输出端上的电压；所述电流采样模块、磁通平衡调节器及PWM调制电路依次相连；所述电压采样模块、主电路误差调节器及PWM调制电路依次相连；所述第一主功率板的输出端通过输出保护模块与PWM调制电路相连；所述控制电路与切换电路相连。进一步地，所述磁通平衡调节器包括差分模块、二型误差调节模块、反相模块以及电阻分压网络模块；所述差分模块与控制电路中的电流采样模块相连；所述差分模块、二型误差调节模块、反相模块以及电阻分压网络模块依次相连；所述反相器的输出端以及主电路误差调节器的输出端均与电阻分压网络模块的输入端相连；所述电阻分压网络的输出端与PWM调制电路相连。进一步地，所述驱动电路包括光耦隔离模块和推挽输出模块，所述光耦隔离模块连接控制电路，推挽输出连接第一主功率板。一种用于电控空气制动系统的电源变换器的平衡调节方法，首先，利用两块主功率板分别通过机车供电总线和PCB布线与机车110V供电源和切换电路相连；其次，将机车110V供电源、第一主功率板和驱动电路分别通过PCB布线、控制电路总线及PWM输出总线与所述控制电路相连，并且将驱动电路的输出端与第一主功率板相连；所述切换电路通过电源输出总线与外部电源负载连接；在控制电路中设置磁通平衡调节器，利用磁通平衡调节器对第一主功率板中的变压器上的两个绕组电流进行差分处理，并对差分处理后的信号数据输入至二型误差调节器获得电流误差调节值；接着，利用反相器对误差调节器的电压进行反相处理；最后，利用电阻分压网络将进行反相处理后的信号、电流误差调节值与主电路电压误差调节器的输出信号进行互联，从而降低或升高脉宽，实现电源变换器的平衡调节。当磁通偏向上管时，上管电流会增大，采样经过差分比较后，将信号给予分压电阻，升高下管主电路误差调节器电压，同时降低上管主电路误差调节器电压，降低上管脉宽，提高下管脉宽；同样的原理，当磁通偏向下管时，下管电流增大，将信号给予分压电阻，升高上管主电路误差调节器电压，同时降低下管主电路误差调节器电压，提高上管脉宽，降低下管脉宽。进一步地，所述第一主功率板包括依次连接的第一输入滤波模块、变压器推挽正激拓扑模块、全桥整流电路、尖峰吸收网络模块以及第一输出滤波模块；控制电路中的PWM调制电路通过驱动电路与变压器推挽正激拓扑模块相连；所述第二主功率板包括依次连接的第二输入滤波模块、反激拓扑模块、第二输出滤波模块以及输出保护模块，且反激拓扑模块的输入端和输出保护模块的输出端之间设置有控制模块。有益效果本专利技术提供了一种用于电控空气制动系统的电源变换器及磁通平衡调节方法，该电源变换器包括第一主功率板、第二主功率板、驱动电路、控制电路以及切换电路；所述第一主功率板、第二主功率板的输入端和输出端分别通过机车供电总线和PCB布线与机车110V供电源和切换电路相连；其中，第一主功率板的主拓扑使用了推挽正激的拓扑，通过增设磁通平衡调节器，使得传统推挽电路中的磁通平衡问题得到解决；该电源变换器适用于各种环境的工作，为ECP制动系统提供电源供电，解决了推挽电路磁通不平衡、复杂环境下的正常工作等问题，具有良好的应用前景。附图说明图1为本专利技术所述的电源变换器的结构示意图；图2为磁通平衡调节器工作示意图；图3为本专利技术所述的电源变换器的输出性能测试工作示意图；图4为应用本专利技术进行双电源并联测试工作示意图。具体实施方式下面将结合附图和实例对本专利技术做进一步的说明。如图1所示，一种用于电控空气制动系统的电源变换器，包括第一主功率板、第二主功率板、驱动电路、控制电路以及切换电路；所述第一主功率板、第二主功率板的输入端和输出端分别通过机车供电总线和PCB布线与机车110V供电源和切换电路相连；机车110V供电源、第一主功率板和驱动电路分别通过PCB布线、控制电路总线及PWM输出总线与所述控制电路相连；所述驱动电路的输出端与第一主功率板相连；所述切换电路通过电源输出总线与外部电源负载连接；所述第一主功率板包括依次连接的第一输入EMI滤波模块、变压器推挽正激拓扑模块、全桥整流电路、尖峰吸收网络模块以及第一输出EMI滤波模块；控制电路中的PWM调制电路通过驱动电路与变压器推挽正激拓扑模块相连；所述第二主功率板包括依次连接的第二输入EMI滤波模块、反激拓扑模块、第二输出EMI滤波模块以及输出保护模块，且反激拓扑模块的输入端和输出保护模块的输出端之间设置有控制模块。所述控制电路包括控制电源、电流采样模块、PWM调制电路、磁通平衡调节器、输出保护模块、电压采样模块以及主电路误差调节器；所述控制电源与机车供电电源相连，并为控制电路供电；所述电流采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电控空气制动系统的电源变换器，其特征在于，包括第一主功率板、第二主功率板、驱动电路、控制电路以及切换电路；所述第一主功率板、第二主功率板的输入端和输出端分别通过机车供电总线和PCB布线与机车110V供电源和切换电路相连；机车110V供电源、第一主功率板和驱动电路分别通过PCB布线、控制电路总线及PWM输出总线与所述控制电路相连；所述驱动电路的输出端与第一主功率板相连；所述切换电路通过电源输出总线与外部电源负载连接；所述第一主功率板包括依次连接的第一输入滤波模块、变压器推挽正激拓扑模块、全桥整流电路、尖峰吸收网络模块以及第一输出滤波模块；控制电路中的PWM调制电路通过驱动电路与变压器推挽正激拓扑模块相连；所述第二主功率板包括依次连接的第二输入滤波模块、反激拓扑模块、第二输出滤波模块以及输出保护模块，且反激拓扑模块的输入端和输出保护模块的输出端之间设置有控制模块。

【技术特征摘要】
1.一种用于电控空气制动系统的电源变换器，其特征在于，包括第一主功率板、第二主功率板、驱动电路、控制电路以及切换电路；所述第一主功率板、第二主功率板的输入端和输出端分别通过机车供电总线和PCB布线与机车110V供电源和切换电路相连；机车110V供电源、第一主功率板和驱动电路分别通过PCB布线、控制电路总线及PWM输出总线与所述控制电路相连；所述驱动电路的输出端与第一主功率板相连；所述切换电路通过电源输出总线与外部电源负载连接；所述第一主功率板包括依次连接的第一输入滤波模块、变压器推挽正激拓扑模块、全桥整流电路、尖峰吸收网络模块以及第一输出滤波模块；控制电路中的PWM调制电路通过驱动电路与变压器推挽正激拓扑模块相连；所述第二主功率板包括依次连接的第二输入滤波模块、反激拓扑模块、第二输出滤波模块以及输出保护模块，且反激拓扑模块的输入端和输出保护模块的输出端之间设置有控制模块。2.根据权利要求1所述的用于电控空气制动系统的电源变换器，其特征在于，所述控制电路包括控制电源、电流采样模块、PWM调制电路、磁通平衡调节器、输出保护模块、电压采样模块以及主电路误差调节器；所述控制电源与机车供电电源相连，并为控制电路供电；所述电流采样模块采集变压器推挽正激拓扑模块上的两个绕组电流；所述电压采样模块采集第一主功率板的输出端上的电压；所述电流采样模块、磁通平衡调节器及PWM调制电路依次相连；所述电压采样模块、主电路误差调节器及PWM调制电路依次相连；所述第一主功率板的输出端通过输出保护模块与PWM调制电路相连；所述控制电路与切换电路相连。3.根据权利要求2所述的用于电控空气制动系统的电源变换器，其特征在于，所述磁通平衡调节器包括差分模块、二型误差调节模块、反相模块以及电阻分压网络模块；所述差分模块与控制电路中的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志武，彭军，张晓勇，周艳辉，蒋富，李恒，刘伟荣，杨迎泽，李烁，周荣，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43