LLC软开关电源的研究样本.docx

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LLC软开关电源的研究样本

分类号密级无

机车雨刮器LLC软开关电源研究

研究生姓名：

皮松涛

指引教师姓名、职称：

文定都专家

学科专业：

电力电子与电力传动

研究方向：

当代电力电子技术及系统

湖南工业大学

3月14日

分类号密级无

机车雨刮器LLC软开关电源研究

ReachOnTheLLCSoftSwitchingPowerSupplyForLocomotiveWiper

研究生姓名：

皮松涛

指引教师姓名、职称：

文定都专家

学科专业：

电力电子与电力传动

研究方向：

当代电力电子技术及系统

论文答辩日期答辩委员会主席

湖南工业大学

3月14日

湖南工业大学学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交学位论文，是本人在导师指引下，独立进行研究工作所获得成果。

除文中已经注明引用内容外，本论文不含任何其她个人或集体已经刊登或撰写过作品成果。

对本文研究做出重要贡献个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明法律成果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

湖南工业大学论文版权使用授权书

本人理解湖南工业大学关于保存、使用学位论文规定，即：

学校有权保存学位论文，容许学位论文被查阅和借阅；学校可以发布学位论文所有或某些内容，可以采用复印、缩印或其她手段保存学位论文；学校可依照国家或湖南省关于部门规定送交学位论文。

作者签名：

导师签名：

日期：

年月

摘要

随着当代运送业发展以及铁路电气化大量普及，电力机车应用越来越广泛。

机车雨刮器是电力机车一种重要构成部件，直接影响司机前方视野，当前雨刮器普遍存在故障率高、不稳定问题，将给机车运营导致安全隐患。

本文所研究设计DC110/DC24V软开关电源应用于采用24V普通直流电机机车雨刮器。

老式机车雨刮器采用电机是两台100W110V非原则直流电机，因此雨刮器电机成本比较高。

本文设计了一种24V/200WLLC软开关电源，合用于采用两台24V普通电机雨刮器，这样极大减少了雨刮器电机成本，具备极高研究价值及意义。

电源采用了LLC谐振软开关构造提高电源效率，输出级采用了同步整流技术，较之老式肖特基二极管（SBD）或快恢复二极管（FRD）整流，采用同步整流技术开关电源开关损耗极低，大大提高了整机效率。

同步，机车雨刮器维护也是机车维护重点，本文所设计电源体积小易于实现模块化，电源具备自我保护功能、安全系数高、安装更换以便等长处。

文章对设计雨刮器电源拓扑构造原理进行了详细分析，特别对LLC谐振变换器主电路某些和驱动电路某些进行了优化设计，对重要参数，如变压器、谐振腔、采样电路等参数进行了详细计算，从而使样机各项参数达到最优，应用AltiumDesignerWinter09进行样机原理图和PCB设计,然后调试样机，最后对样机进行波形测试，从测试波形和数据可知，样机开关损耗低，效率高，性能指标达到预期效果。

结合以上工作，本文设计基于TEA1716DC110/DC24V200W软开关电源，具备明显优越性，有着良好市场应用前景。

核心词：

机车雨刮器，软开关，LLC，同步整流，TEA1716

Abstract

Withthedevelopmentofmoderntransportationindustryandthepopularizationofrailwayelectrication，theapplicationofelectriclocomotiveismoreandmoreextensive.Locomotivewiperisanimportantcomponentofelectriclocomotive，itimpactonthefrontofthedriver,svision.Thecurrentwipergenerallyhavehighfailturerate、instability、lowefficiency.

ThePowerSupplyisdesigninthisthesis，whichadapttothelocomotivewiper，whichusetheDC24Vmotor.Ithashighvalueandsignificance.ThetraditionalrainwiperinlocomotiveusetwoDC110Vmotor，sothecostisveryhigh.WedesignakindofPowerSupplyinordertoadapttothelocomotivewiper，whichusetwoDC24Vmotor，soitgreatlyreducethecostofrainwiper.ThePowerSupplyinthisthesisusetheLLCSoftSwitchandSynchronousRectifiertechnology，sotheefficiencyofthePowerSupplyinthisthesisisveryhigh.Atthesametime，themaintenanceofthelocomotiveisalsoakeypointoflocomotivemaintenance.ThePowerSupplyinthisthesisusetwoordinaryDC24Vmotor，ithasself-protectfunction，soithastheadvantageofsimplethemaintenanceoftherainwiper.

Inthisthesis，WeanalyzedtheprincipleofthePowerSupplywhichwedesigned，especiallythestructureoftheLLC，WeusetheAD09designingthePCB，debuggingtheprototype，especiallydebuggingtheparameteroftheLLC.Finallywetestthewaveformoftheprototype.

MostofthetraditionalDC/DCPowerSupplyusethedioderectifier，soitneedalargeradiatortodissipationtheheat，thePowerSupplyinthisthesisnotusetheLLCSoftSwitchtechnology，butalsousetheSynchronousRectificationtechnology，ComparedwiththetraditionalPowerSupplyusedioderectifier，thePowerSupplyinthisthesishaslowerswitchlossandhasgreatlyefficiency.

Basedontheabovework，akindof200WPowerSupplywhichbasedonthechipofTEA1716hasdesigned.Throughtestandanalysisitachievedtheexpectedeffectandhasagoodmarketprospect.

Keyword：

SoftSwitching，LLC，SynchronousRectification

第一章绪论

1.1课题研究背景及意义

国内人口众多铁路运送是最重要出行方式，由于国内特殊国情，外出务工人员流动性大，物资周转频繁，铁路运送已成为国内交通运送体系重要构成某些，在国民经济中占有重要地位[1-3]。

国内最早铁路始于清朝末期，牵引机车[4]制造则是在新中华人民共和国成立之后，最开始牵引机车是仿制国外引进蒸汽机车，但由于蒸汽机车存在牵引动力局限性缺陷，日后逐渐被内燃机车取代，直到1958年国内第一台内燃机车问世，由大连机车厂仿制前苏联T3型内燃机车成功，这就是国内“巨龙”号机车。

内燃机车通过不断改进，后来又浮现了“东方红”型、“北京”型以及时速达120公里/小时“东风”4型内燃机车。

由于内燃机运营需要消耗燃料，会产生大量废气，给环境导致严重空气污染，不但给本来燃油缺少国家带来巨大经济压力，并且也给环境导致极大破坏，不符合国内可持续发展国情，于是电力机车在国内得到蓬勃发展。

电力机车所需电能由电气化铁路系统提供，是一种非自带能源机车。

电力机车与内燃机车相比具备功率大、过载能力强、牵引力大、速度快和维修量少长处。

电力机车是铁路运送动力之源，依托电能使其运营机车，国内电气化铁道采用单相25kV供电系统，电力机车通过车顶受电弓从接触网获得电能。

1958年国内成功研制了第一辆“韶山”型电力机车，通过近60年发展，当前电机机车具备安全可靠，快捷以便，运量大，环保低碳等诸多长处，最具代表性诸如“和谐”号电力机车已经在国内铁路得到普遍应用。

电机机车与老式内燃机相比具备明显优势，但也有它自身局限性，重要体当前电力机车对电力能源依赖性，如果铁路上电力电网受到人为破坏，电力机车就不能运营。

同步机载电气设备是电力机车重要构成某些，电力机车需要将电网电能整流、逆变后供机车上各个电气设备工作，由于电力机车上电气设备诸多，各个设备安全性能直接或间接影响到机车安全运营[5-6]，因此对机车电气设备可靠性和安全性研究越来越多。

机车雨刮器是电力机车一种重要构成某些，雨刮器好坏直接影响到列车驾驶员视野，如果遇到恶劣天气，例如大雨、风沙等，如果雨刮器不能正常工作将给机车运营导致极大安全隐患。

另一方面雨刮器维修直接影响到机车调度，老式雨刮器存在故障率高缺陷，因而研究一款可靠性高、易于维护雨刮器设备也是铁路系统一种研究方向。

1.2机车雨刮器研究现状及发展趋势

机车雨刮器分为气动式和电动式两种，气动式雨刮器是用气压推动雨刮器气缸活塞往复运动，由于活塞和气缸存在机械摩擦因而故障率极高。

机车用电动式雨刮器与汽车雨刮器构造相似，都是用电源驱动雨刮器电机进行工作，但与汽车雨刮器工作电压条件不同。

汽车上用于驱动雨刮器电机是24V或48V蓄电池电源，所用电机是24V或48V直流电机；而机车由于需要长时间运营，如果遇到恶劣天气，雨刮器需要始终工作，因此需要雨刮器功率更大、可靠性更高，采用是两台特制110V非原则直流电机，因此成本高。

这种雨刮器电源有两种：

一种是采用MOS管控制110V直流电机，这种构造雨刮器MOS管易烧毁，由于雨刮器电机直接连接机车110V直流电源，一旦浮现故障例如雨刮器被异物堵住，电机停转等很容易烧坏其他电路，导致极大安全隐患；另一种是通过继电器控制雨刮器连接到机车110V电源使其工作，但继电器自身触点容易烧坏，特别在开机瞬间浮现大电流，很容易导致触点连接在一起无法弹开恢复，因而这种构造雨刮器安全系数也不高。

如果机车雨刮器采用和汽车雨刮器构造同样，电机采用普通24V直流电机，雨刮器工作电源不直接用机车110V直流电源，而是单