車載高壓壓配電箱隔離變壓器設(shè)計(jì)

周文壇

摘要：本文針對(duì)一種車載高壓配電箱，詳細(xì)介紹了其中關(guān)鍵部件隔離變壓器的設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)隔離變壓器磁芯材料、磁芯結(jié)構(gòu)、磁芯參數(shù)、線圈參數(shù)的選擇作了詳盡的論述，對(duì)其他隔離性功率變換裝置設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：裝甲車輛；高壓配電箱；隔離變壓器

0引言

本文設(shè)計(jì)的車載高壓配電箱能夠完成高壓直流電在不同電壓等級(jí)之間的轉(zhuǎn)換，根據(jù)要求可以實(shí)現(xiàn)高壓到低壓以及低壓到高壓之間雙向傳遞，從而滿足裝甲車輛工作電壓需求，提高裝甲車輛電力系統(tǒng)工作的安全性和穩(wěn)定性。傳統(tǒng)裝甲車輛的高壓配電箱體積通常較大，工作噪聲和功率損耗突出較大，為克服這種不足，可以考慮通過(guò)采用高頻開(kāi)關(guān)電力電子器件和軟開(kāi)關(guān)等，減低車載高壓配電箱的體積和重量，減少熱損耗過(guò)程，這種思路正成為當(dāng)前研究的熱門方向。作為車載高壓配電箱的核心部件，隔離變壓器的工作好壞成為了制約高壓配電箱工作性能的重要因素。因此，本文將對(duì)隔離變壓器設(shè)計(jì)中的若干重要技術(shù)進(jìn)行較為深入的研究，優(yōu)化裝置設(shè)計(jì)過(guò)程，以期提升車載高壓配電箱的工作效率和穩(wěn)定性。

1功率變換裝置

車載高壓配電箱中的功率變換裝置通常采用推挽變換電路，如圖1所示。相比其他結(jié)構(gòu)類型的結(jié)構(gòu)，推挽變換電路能夠采用較少的功率開(kāi)關(guān)器件、較低的壓降完成功率輸入：采用全橋整流的方式，減少了單個(gè)二極管的承載電壓，降低了輸出端的成本。

對(duì)于圖1所示的推挽變換電路，通常采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)方式進(jìn)行控制，兩個(gè)控制環(huán)均采用PID控制方式，保證控制過(guò)程的快速性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，為保證電路工作的安全性，需要考慮在推挽變換電路中加入過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)裝置，進(jìn)一步提升控制效果。

2隔離變壓器設(shè)計(jì)

作為高壓配電箱中的關(guān)鍵組成部分，隔離變壓器的設(shè)計(jì)歷來(lái)是其中設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。本節(jié)主要從磁芯材料、磁芯結(jié)構(gòu)、線圈參數(shù)和繞制結(jié)構(gòu)四個(gè)方面出發(fā)，對(duì)隔離變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1磁芯材料

對(duì)于高壓配電箱中隔離變換器的軟磁材料，通常有非晶合金、磁粉芯和鐵氧體可供選擇，它們均具有較高的磁感應(yīng)強(qiáng)度，但是非晶合金的價(jià)格較高，磁粉芯的高頻損耗較大，而鐵氧體的各項(xiàng)指標(biāo)均較為優(yōu)良，且價(jià)格和損耗不高，因此，隔離變壓器的磁芯材料最終選用鐵氧體材料。

2.2磁芯結(jié)構(gòu)

隔離變壓器的磁芯結(jié)構(gòu)一般有有環(huán)形和EE形兩種。通常前者在繞制過(guò)程中原邊和副邊的耦合程度不夠高，存在較大的漏感現(xiàn)象：后者的截面積通常較大，繞制時(shí)能夠保證原邊和副邊較高的耦合程度，具有方便、高效等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)表明，采用EF型磁芯結(jié)構(gòu)的隔離變壓器能夠有效降低電壓毛刺。

2.3線圈參數(shù)

隔離變壓器的一個(gè)重要措施就是線圈的匝比。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，副邊整流二極管、線圈電阻及開(kāi)關(guān)管等在工作中通常存在壓降，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)合理確定原邊輸入和副邊輸出的峰值電壓：由于裝置在輸入電壓達(dá)到谷值時(shí)同樣需要滿足最高輸出電壓的要求，因此，應(yīng)當(dāng)合理確定線圈參數(shù)，滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求。

2.4繞制結(jié)構(gòu)

為盡量降低隔離變壓器的漏感，應(yīng)當(dāng)通過(guò)合理設(shè)置繞制結(jié)構(gòu)，保證隔離變壓器最大效率輸出。在繞制過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡量減小原邊和副邊線圈間隙，減低漏感發(fā)生的物理?xiàng)l件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的繞制結(jié)構(gòu)，能夠有效降低隔離變壓器的漏感情況，滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)車載高壓配電箱隔離變壓器的設(shè)計(jì)，能夠較好地滿足車輛電氣負(fù)載對(duì)電力系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)要求，且上述四個(gè)設(shè)計(jì)步驟可以推廣到其他類型的變壓器設(shè)計(jì)過(guò)程中，具有較為廣泛的應(yīng)用價(jià)值。但是，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，部分設(shè)計(jì)步驟依賴于一定的工程經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化程度不高。為此，在后期研究中應(yīng)進(jìn)一步規(guī)范設(shè)計(jì)過(guò)程的量化指標(biāo)，提升車載高壓配電箱的設(shè)計(jì)水平。endprint