轻轨车应急通风电源前级DC／DC变换器研制

摘要：介绍了轻轨车应急通风电源前级DC／DC变换器的结构和工作原理。针对变压器次级出现的整流桥寄生振荡问题，分析了振荡产生的原因。为了抑制该振荡，详细分析并对比了3种RCD吸收电路的工作过程及优缺点，并介绍了不同工况下吸收电路结构及参数的选取方法。最后，给出了主电路及吸收电路参数的设计公式，并搭建样机，对设计方案和吸收电路的效果进行了验证。
关键词：变换器；电源；轻轨；寄生振荡

1 引言
当轻轨车出现供电故障时，为保证车内正常通风与乘客安全，前级DC／DC变换器中，主电路要将电压从24 V升至600 V，升压倍数很大。文献对几种高增益DC／DC变换器作了简单介绍。由于应急通风电源的运行时间取决于蓄电池，设计标准为45 min，因此在短时间运行情况下，若能保证脉冲的对称性，可以不考虑全桥变换器的变压器偏磁问题。
结合应急通风电源的具体工况，采用全桥变换器作为主电路。由于全桥变换器存在整流桥寄生振荡，随着变压器匝比的提高，全桥变换器次级由漏感和输出二极管结电容引起的振荡愈加严重，因此必须采用吸收电路对振荡进行抑制。这里介绍了轻轨应急通风电源前级DC／DC变换器的结构和参数，并结合实际工况，对3种RCD吸收电路进行比较和分析，给出了具体的参数设计。

2 系统介绍和吸收电路的选择
2．1 系统主电路结构和原理
图1为系统主电路结构。

其工作原理为：24V直流电通过方波逆变为交流，经过一个高变比的变压器升压后通过二极管整流桥进行不控整流，整流后通过LC滤波变为所需的600 V直流电。通过控制开关管的占空比可控制输出电压的大小。由于实际应用要求变压器体积很小，所以开关频率设为50 kHz。C1和C2分别为电源侧和输出侧的支撑电容。
对于全桥变换器拓扑，其次级整流二极管两端电压会有较大振荡，主要是由高频变压器的漏感和整流二极管的结电容(或者是绕组分布电容)之间的寄生振荡引起的。该设计中由于升压倍数很高，初级开关过程带来的振荡通过变压器传递到次级，也会造成很大的影响。实验表明，振荡峰值接近1．2 kV，因此需在初、次级均添加吸收电路，抑制整流二极管两端的尖峰。
2．2 几种RCD拓扑比较
图2a．b为2种RCD吸收拓扑。拓扑I为传统的RCD吸收电路，其工作波形如图2c所示。