基于DSP的铁路客车辅助电源系统

　　引言

　　随着国民经济的发展，铁路客车在确保安全的前提下，如何利于环保，提高客车服务质量也越来越引起人们的关注。旅客列车的主要辅助设备有空调系统、影视系统及车内照明等，这些装置的配备能改善乘车环境，使旅途更加舒适。

　　目前，我国电气化铁路旅客列车辅助电源系统大都采用DC 600V供电制式，即机车通过受电弓从高架线上输入25 kV交流电，经过变压器降压后再整流为DC600V，采用母线方式提供给各节车厢。本文介绍的辅助电源系统就适用于DC 600V供电制式的空调客车以及具有相应供电制式的动车组。其主电路采用高频变压器使输出与输入600V母线隔离，其控制芯片采用了先进的DSP控制器。系统中的DC/DC变换器采用两级转换，前级采用Boost变换器控制系统的输出，后级采用谐振开关，提高了整个系统的效率。该系统具有实时控制、自保护、自诊断、自恢复、CAN、RS485/232通讯等功能。系统对短路、过压、欠压、过流、过热、接地等故障具有功能强大的诊断系统，从而提高了系统的安全性和可靠性，同时也增强了系统的可维护性。

　　1 基于DSP的机车辅助电源系统软硬件设计

　　1.1 主电路

　　主电路由一个DC/DC变换器和一个三相逆变器构成。DC/DC变换器采用了带高频变压器的充电技术，一路输出直接给蓄电池充电，另一路输出600 V供给三相逆变器。三相逆变器采用的是空间矢量逆变技术。系统主电路如图1所示。

　　1.2控制电路结构

　　控制电源由DC llOV电源供电，通过系统内部的电源模块将DC llOV分别变换为DC 24 V，DC±15V，DC 5 V，为控制芯片提供5V电源，为测量系统提供±15V电源，为驱动电路提供24V电源。系统工作时DSP，根据采集到的输入电压、电流、输出电压、电流、散热器温度以及频率设定自动选择工作模式进行工作，控制系统的电路结构如图2所示。

　　1.3 系统工作原理及软件说明

　　l.3.1 DC/DC模块的工作原理

　　如图3所示，DC/DC模块由3部分组成，分别为升压电路，谐振电路和整流电路。在系统启动阶段，S1、S2的占空比保持在50%，系统根据检测到的蓄电池充电电流和电池电压逐步调整S3、S4的占空比，使输出到蓄电池上的电压稳定在设定值(一般为DC 120 V)。启动结束后，系统将固定 S3、S4的占空比，并根据蓄电池充电电流和蓄电池电压、600 V输入电压、蓄电池温度补偿特性等动态地调整S1、S2的占空比，使蓄电池的电压严格符合充电特性曲线。充电特性曲线由蓄电池厂家提供，不同厂家要求的充电特性曲线不尽相同。DC/DC模块程序流程简图如图4所示。