LLC软开关电源的研究样本.docx

1、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Reach On The LLC Soft Switching Power Supply For Locomotive Wiper 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

2、 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

3、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，

4、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Altium Designer Winter 09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

5、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，TEA1716Abstract With the development of modern transportation industry and the popularization of railway electrication，the application of electric locomotive is more and more extensive. Lo

6、comotive wiper is an important component of electric locomotive，it impact on the front of the driver,s vision. The current wiper generally have high failture rate、instability、low efficiency.The Power Supply is design in this thesis，which adapt to the locomotive wiper，which use the DC24V motor. It ha

7、s high value and significance. The traditional rain wiper in locomotive use two DC110V motor，so the cost is very high. We design a kind of Power Supply in order to adapt to the locomotive wiper，which use two DC24V motor，so it greatly reduce the cost of rain wiper. The Power Supply in this thesis use

8、 the LLC Soft Switch and Synchronous Rectifier technology，so the efficiency of the Power Supply in this thesis is very high. At the same time，the maintenance of the locomotive is also a key point of locomotive maintenance. The Power Supply in this thesis use two ordinary DC24V motor ，it has self-pro

9、tect function，so it has the advantage of simple the maintenance of the rain wiper. In this thesis，We analyzed the principle of the Power Supply which we designed，especially the structure of the LLC，We use the AD 09 designing the PCB，debugging the prototype，especially debugging the parameter of the L

10、LC. Finally we test the waveform of the prototype.Most of the traditional DC/DC Power Supply use the diode rectifier，so it need a large radiator to dissipation the heat，the Power Supply in this thesis not use the LLC Soft Switch technology，but also use the Synchronous Rectification technology，Compar

11、ed with the traditional Power Supply use diode rectifier，the Power Supply in this thesis has lower switch loss and has greatly efficiency.Based on the above work，a kind of 200W Power Supply which based on the chip of TEA1716 has designed. Through test and analysis it achieved the expected effect and

12、 has a good market prospect.Keyword：Soft Switching，LLC，Synchronous Rectification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

13、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

14、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

15、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

16、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