【摘要】：在如今的大工業(yè)時代,信息處理技術變得異常重要,通信電源在信息處理技術系統(tǒng)中扮演著重要的角色。穩(wěn)定可靠的通信電源,是保證通信系統(tǒng)安全可靠運行的關鍵。由于通信電源直接與供電網(wǎng)相連,因而其性能優(yōu)劣還會對電網(wǎng)產生重要的影響。鐵路通信電源是指應用在鐵路通信系統(tǒng)中的高頻開關通信電源,主要應用于鐵路通信段、鐵路的中間站通信機械室等通信系統(tǒng)中。由于鐵路系統(tǒng)的社會屬性,穩(wěn)定安全是鐵路通信電源設計的前提;此外,根據(jù)通信網(wǎng)絡等級及位置的差異,實現(xiàn)鐵路通信系統(tǒng)集中監(jiān)控管理,實現(xiàn)少人維護甚至無人值守,最終實現(xiàn)監(jiān)視系統(tǒng)智能化。本文對鐵路通信電源模塊設計中的各個環(huán)節(jié)進行了研究,優(yōu)化設計電源模塊結構,提高電源的性能;設置數(shù)字化控制電路為集中監(jiān)控系統(tǒng)提供各鐵路通信電源模塊的狀態(tài)信息,使鐵路通信系統(tǒng)更加智能化;設置軟開關電路,減小電源模塊的開關應力,保護電路器件并提高電源的效率。本文對鐵路通信電源的各種拓撲和結構進行了研究和比較,初步確定了電源的各個主體環(huán)節(jié):即由輸入濾波電路、功率因數(shù)校正電路、DC/DC變換電路、控制電路、采樣電路、驅動和保護電路等組成。首先展開對功率因數(shù)電路的研究,由于整流之后出現(xiàn)大量諧波,造成了輸入電壓、電流相位不同,選擇有源功率因數(shù)校正(APFC)對整流后電壓進行校正,并對其進行了建模仿真;針對APFC電路主開關管高頻開關導致能量損耗的現(xiàn)象,本設計方案中提出一種新的無源無損網(wǎng)絡,使電路開關管實現(xiàn)零電壓零電流開關(ZVZCS);并對緩沖網(wǎng)絡進行了詳細的分析;隨后本文根據(jù)所設計的電源功率等級較大這個特點,采用移相全橋倍流整流電路的設計方式進行DC/DC變換,對所設計電路的原理進行了詳細的分析;最后完成控制電路的選擇,使控制系統(tǒng)不僅可以對功率電路進行控制,還可以為集中監(jiān)控系統(tǒng)提供各個電源模塊的狀態(tài)信息,便于集中監(jiān)控系統(tǒng)的智能化管理;另外本文還對其他電路如驅動電路、采樣電路和輸入濾波電路進行了設計。在完成鐵路通信電路拓撲選型的基礎上,本文分別對上述模型進行了電氣參數(shù)計算,并對電路中各個主要元器件進行選型,為后續(xù)電路搭建奠定基礎。為了驗證電路結構的正確性,本設計在MATLAB SIMULINK仿真平臺上分別對各個電路模塊進行仿真驗證,并對結果進行了分析;由于MATLABSIMULINK平臺仿真波形過于理想化,本文中為了模擬實際工作中開關管開關過程的波形變化,在SABER中搭建了軟開關部分的仿真模型,驗證了所設計電路的可行性。
【圖文】：

ｐ為正弦電壓與正弦電流之間的相位角度差。逡逑鐵路通信電源的設計中，輸入電壓為交流市電，電壓波形為正弦形式，通過逡逑二極管整流，大電容濾波的組合方式生成直流電，電路結構見圖２－１。這種電壓變逡逑換方式的整流電路采用一系列非線性器件，輸入電流將會發(fā)生相位變化，波形發(fā)逡逑生嚴重畸變，呈窄脈沖狀，，波形見圖２＿２，因此常規(guī)的整流一電容濾波電路使電源逡逑電路的輸入功率因數(shù)下降。這些諧波電流還會從通信電源模塊倒流進入交流電網(wǎng)，逡逑對電網(wǎng)造成嚴重的污染，甚至可能損壞電網(wǎng)及相關的配電設備。逡逑２ｉ邋２ｉ逡逑ｉ逡逑邐？N逡逑Ｏ邐邐Ｉ逡逑Ｕ邐Ｉ逡逑ｏ邐邐邐邋■■邐ｉ邋ｔ逡逑２ｉ邋７ｉ逡逑圖２－１整流－濾波電路逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ－ｆｉｌｔｅｒ邋ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑１３逡逑

式中：一一輸入電流基波有效值逡逑／Ｒ——輸入電流高次諧波有效值逡逑圖２－３基波電流與電壓的相位差逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｐｈａｓｅ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｖｏｌｔａｇｅ逡逑設基波電流／，滯后于輸入電壓的相位為ｐ，則電網(wǎng)為電源提供的有功功率逡逑為：逡逑Ｐ邋－邋ＵＪ｝邋ｃｏｓ邋ｃｐ邐（２－４）逡逑電網(wǎng)側輸入電路的視在功率＾為：逡逑Ｓ邋＝邋Ｕ１邐（２－５）逡逑此時：逡逑Ｕ邋？邋Ｌ邋ｃｏｓ邋ｃｐ邋Ｌ邋ｃｏｓ邋ｃｐ邋Ｌ邐，，邐、逡逑ＰＦ＝－＾＝＾＝ｆｃ0ｓ（ｐ＝Ｋ－Ｋ邐＾逡逑１４逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM46;U285

【參考文獻】

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本文編號：2697759