新型直线电机运输系统的开关电源设计
来源： 作者： 发布时间：2015-05-14 07:52:03 浏览量：
上式中，D为最终IGBT控制脉冲占空比；PLout为PI调节模块计算结果；Uref为前馈补偿计算给定值，这里取各级电压闭环的额定输出电压；Uin为前馈补偿计算输入值，这里取各级电压闭环的输入电压。因此，Uref／Uin即为前馈补偿计算结果。
2．4 保护策略
如前文所述，内蒙新型直线电机运输系统试验线存在弓网关系差的问题，在某些区段频繁出现短时掉电-再上电的现象，进而在前级BUCK电路的电感、电容上产生冲击电流、冲击电压。其中，尤以冲击电流对系统的损害作用最大。经仿真，采用前文所选电路器件参数和闭环控制策略，10 ms脱弓情况下，电流冲击一般会达到90A。除此之外，系统还可能出现各种过压、过流故障。因此，采取有效的保护策略，抑制冲击电流过大，保证系统稳定是十分必要的。具体保护逻辑如下：
1)输入过压——封锁全部控制脉冲，过一段时间后(10 s)进行检测，若此时并无过压情况，则重新启动脉冲。DC／DC变换电路直接恢复至保护前占空比，BUCK电路进入软启动模式，以当前UD顺络电感C600V／UDC1500V为占空比起始点，依时序逐渐增大占空比，直到DC600 V达到额定值为止。输入过压保护值取1800V。
2)输入欠压——这种故障中主要出现于网侧短时掉电情况下。输入欠压保护后，仅封锁BUCK电路控制脉冲，在控制系统每一时序周期对网压进行监测，一旦恢复正常，BUCK电路进入软启动模式，方式同I。输入欠压保护值取1 000 塑封电感V。
3)DC600V过压——封锁全部控制脉冲，中间电压经由压仓电阻缓慢泄放，当低于550 V时，系统重新启动脉冲。方式同I。DC600 V过压保护值取700V。
4)输出过压、欠压——封锁全部控制脉冲，5 s后系统重新启动。如果在1分钟内重启次数超过3次，则系统停机，不再重启，人工进行故障修复。输出过压保护值取30 V，欠压保护值取20 V。
5)输出过流——当Ifh<Iout<Idl时，即输出发生过负荷，但尚未发生短路故障时，通过降低输出电压的方式抑制过负荷电流；当Iout> Idl时，即输出发生短路时，封锁全部控制脉冲，系统停机，人工进行故障修复。
3 系统仿真
利用MATLAB软件实现系统仿真，搭建模型如图5所示。
图6所示为系统仿真电压波形图。1通道为DC600 V波形；2通道为DC24 V波形；3通道为变压器原边波形；4通道为二极管整流后波形。
4 实验
根据文中开关电源设计方案，搭建出试验样机。BUCK电路开关管使用IXYS公司3 300 V，30 A等级IGBT；DC／DC电路开关管使用三菱公司PS系列1 200 V，25 A等级IPM；IGBT驱动选择瑞典CONCEPT公司驱动模块；变压器、BUCK电路电容、电感值，均按照前文设计方案选取。系统额定电压半载时，考核波形如图7、图8所示。
图7中，上数第一通道为BUCK电路IGBT两端电压波形，上数第三通道为输出电压波形，中间通道为BUCK电路电感电流波形，因为使用电流钳的缘故，故示波器该通道上显示为电压波形。图中电感电流值为实际值的8倍，且因半载工况下电感电流断续，IGBT两端电压在相应区间出现轻微上浮。此外，由于没有安装吸收电路，因此IGBT在开通、关断瞬间会产生电压尖峰，电感上同样存在电流尖峰。在后续研究中，可以尝试在BUCK电路IGBT两端加装吸收电路，以达到去除干扰的效果。图8中，上数第一通道为变压器原边电压波形，上数第三通道为二极管整流后电压波形，中间通道为DC600V波形，由于在样机实验中，RC吸收电路参数均经过反复验证，插件电感器最后选择最优方案使用，因此DC／DC变换电路实际波形较好。
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