李凤军
航天长峰朝阳电源有限公司 技术中心 辽宁 朝阳 122000
摘要：联锁电源研发是当前电源产品研发的重要方向之一，该研发项目专门围绕铁路信号联锁系统设备供电展开，联锁电源在结构形式、防雷击、浪涌、电磁兼容等方面进行了专项设计，主电路选用高可靠性精确隔离对应电路，是一种精度高、效率高、可靠性高、防雷性能好、电磁兼容性好、保护功能完善的新式电源。研发结果表明，联锁电源性能良好、实用性强，完全满足铁路信号联锁系统设备供电需求，市场效应很好。
关键词：联锁电源；专项设计；满足需求
1电源功能及工作原理
1.1功率变换模块部分
功率变换模块采用了“高可靠性精确隔离对应电路”技术，该技术于2014年5月获得国家实用新型专利证书。功率变换部分功能为：将滤波后的不稳定的直流电压隔离变换为稳定直流输出,是整个电源的核心部分，是电源中承担功率变换功能任务的重要单元。功率变换部分主要工作原理为：由电阻构成采样电路，为运算放大器的同相端提供输入信号，通过光耦的导通程度改变前级运算放大器和后级运算放大器的输出，从而决定信号的线性对应程度。
1.2雷电防护模块部分
雷电防护模块采用了“自主研发的尖峰抑制器技术”，该技术于2014年4月获得国家实用新型专利证书。雷电防护模块的主要功能是：抑制雷击浪涌干扰和电快速瞬变脉冲群干扰，同时具有滤波功能。其作用是将电源或设备入口遭受的尖峰干扰抑制在一定水平，减少对电网的扰动，同时也降低回路的尖峰电压应力，可避免点火电压高，残压较高，反应时间慢，动作电压精度低，会慢性漏气、光敏效应、离散性大等问题，有效抑制尖峰电压对后继设备的危害。
该电路的主要工作原理：通过压敏电阻吸收雷击浪涌干扰，当压敏电阻上的电压超过一定幅度时，电阻的阻值大幅度降低，从而将浪涌能量泄放掉；通过共模电感及差模电感组成的电路对电快速瞬变脉冲群干扰成分进行有效抑制；电感与安规电容组成的滤波电路，进一步对干扰与设备之间进行有效隔离。
2主要元器件选用及分析
2.1功率变换模块
模块采用高集成度、高性能及高可靠性的进口PWM控制器为核心，该控制器已将基准电压产生电路、振荡电路、间歇期调整电路、两个误差放大器、脉宽调制比较器以及输出电路等部分整合在一起，该控制器是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能。功率变换模块电路属单端正激双管式电路拓扑结构设计，可以满足高铁机车控制系统通用输入标准要求。
2.2输入雷电防护模块
1）电涌保护器选择
电源输入电压为AC220V, 输入端口纵向施加4/300uS、10KV电压波形试验，依据试验条件及模块工作原理，雷电防护模块中电涌保护器选择LAC20-220型，具体参数见表1。
2）压敏电阻选择
依据电源输入电压要求和输入端口雷电电磁脉冲试验条件，输入模块压敏电阻选择MYG14-561型压敏电阻，具体参数见表1。
表1 电源主要防雷器件参数一览表
2.3输入滤波器的选择
电源最大输出功率为720W，效率以85%计,计算出最大输入功率为847W；输入最低电压176V，计算出最大输入电流为4.8A；输入的相电压为AC220V,因此选用型号为 CD02-5A的滤波器，其电压等级为AC220V,额定电流5A。
2.4输入整流桥的选择
计算方法同2.3，计算出最大输入电流为4.8A；因电源输入瞬间会产生15A～17A的浪涌冲击电流,降额标准按二极管的Ⅰ级降额为0.5，所以选用的整流桥的额定电流为34A。输入最高电压为交流264V，整流系数为1.414，计算出最高峰值电压为374V，电压降额标准按二极管的Ⅰ级降额为0.6，计算出整流桥耐压为623V，因此，选择KBPC3510型整流桥，电流35A，耐压1000V。
2.5输入滤波电容的计算
计算方法同2.3，计算出最大输入电流为4.8A；电容容量按照200μμF/A计算,计算出电容容量为960μF ；交流最高输入电压为264V，整流滤波系数为1.25,计算出最高直流电压为330V，耐压降额以0.75计,电容器的最低耐压值为440V 。因此选择两支450V、470μF电容器并联使用。
3电源技术要求
1）输入电压/频率/相制：AC220V±20%；50Hz；单相。
2）输出特性
a) 电压、电流：DC+24V 30A
b) 电压可调范围：24.2V～27.7V
低端电压允许范围：24.2V～24.6V
高端电压允许范围：27.3V～27.7V
c）电流调整率：≤4%
d）电压调整率：≤1%
e）纹波电压：Vp-p≤240mV。
3）绝缘电阻
输入对外壳、输入对输出：DC1000V≥200MΩ；输出对外壳：DC250V≥200MΩ。
4）故障报警功能
通过继电器干接点告警：正常时1、2断开2、3闭合，故障时1、2闭合2、3断开。
5）电源防雷特性和电磁兼容性应符合铁路系统相关标准要求。
4 检验结果及分析
电源检验和试验结果见表3。
表3 电源检验、试验结果一览表
由检验数据可知，联锁源设计完全满足铁路信号供电系统要求。
联锁电源结构与铁路信号设备完全匹配，精度和可靠性满足系统要求，能有效防止雷击和电磁干扰，维修方便。但电源生产过程中的工艺控制存在一定的难点，因电源功率大，电磁兼容需满足铁路相关标准要求，在生产过程中应加强电磁兼容防护措施的落实，确保各分单元间有效隔离屏蔽，加强工艺检验，保证产品的工艺技术满足设计要求。
参考文献
[1]易应萍，杨间，姚为正.DC/DC开关电源模块并联供电系统均流控制研究.电子技术应用编辑部.2012年第9期
[2]刘云清 佟首峰 孟庆东. 智能铁路信号电源系统设计. 中国铁道科学. 2006年 第27期.
作者简介：李凤军，女，1970年生，本科，主要研究方向：新型集成一体化电源
论文作者:李凤军
论文发表刊物:《探索科学》2016年4期
论文发表时间:2016/8/30
标签：电压论文; 电源论文; 联锁论文; 电路论文; 浪涌论文; 模块论文; 功率论文; 《探索科学》2016年4期论文;