一種新型多功能啟動電源設計

陳 誠，王炳奇，黃大山，劉海亮，葛開顏

（中國人民解放軍32272 部隊41 分隊，四川德陽 618408）

0 引言

當前車輛種類多、型號復雜，在突發故障、年檢、道路搶救等維修過程中，通常需要針對不同車輛設計多種外接電源，對車輛進行發動檢測試驗。維修人員在自行設計連接外接電源進行裝備啟動時，一方面電源電路接線存在安全風險和隱患；另一方面，同時進行多型車輛維修時要頻繁更換連接外接電源，影響維修效率。因此，為滿足各類車輛在工間、基地維修的需要，十分有必要研究將各型電源集成于一體的多功能啟動電源。

1 電源電路總體設計

多功能啟動電源主要包括兩部分電路的設計：主電路和輔助電路，電源電路總體設計框圖如圖1 所示。

圖1 多功能啟動電源電路總體設計框圖

主電路主要含有整流濾波、逆變、高頻升壓、高頻整流、濾波輸出等功能。主電路有兩路輸出，一路是大功率的48 V/2500 A 或24 V/2500 A 輸出，另一路是相對小功率的24 V/1500 A 輸出。兩路輸出相互獨立，可單獨工作，也可同時工作。

輔助電路主要含有檢測、保護、控制等電路，主要有過流檢測、過壓/欠壓保護、缺相保護等功能。

2 主電路設計

將車輛維修過程中所常用的多種電源綜合集成設計，一個電源同時具有多種不同輸出，能夠滿足不同車輛的維修需要，有效提高維修機構車輛修理的工作效率。

（1）三相橋式全控整流[1-2]。整流濾波設計采用三相橋式全控整流技術，選擇高可靠元器件，根據其屬性優勢，通過精密快速的控制，使其輸出電流盡可能靠近理想波形，輸出紋波小。

整流及濾波電路前端，設有大功率濾波器，從源頭盡可能消除諧波。電流濾波后經三相橋式全控整流電路，輸出效率高，電源利用率高，輸出電流脈動較小、直流品質較好，與半波相比能提供給負載較大更穩定的電流。電路原理圖2 所示。

圖2 電路原理

（2）脈寬PWM 法調制輸出[3-4]。隨著電子技術的發展，出現多種PWM 技術，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM 法、隨 機 PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，本多功能直流電源設計采用脈寬PWM 法。它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM 波形，通過改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協調變化，并且可以通過調整PWM 的周期、PWM 的占空比而達到控制電流的目的。

整流濾波后，經逆變電路，采用PWM 軟件法與硬件法相結合的方式進行控制，把直流電變成高頻正弦交流電。高頻隔離變壓器[5]使高頻正弦交流電降壓，其不僅可以得到目標電壓輸出，還可以達到設備小型化的目的。PWM 軟件法利用單片機實現不改變PWM 方波周期的前提下，通過軟件的方法調整單片的PWM 控制寄存器來調整PWM 的占空比，從而控制充電電流。此過程中，ADC 的位數盡量高，單片機工作速度盡量快，在反饋回路非常快速讀取充電電流大小，在最短的時間通過輸出反饋計算出輸入控制量，并快速調整。同時采用外部高速PWM 的方法控制電流，以達到更高精度的電流，以及更高的充電效率。

3 輔助電路設計

輔助電路主要設計有檢測、保護和控制電路功能。

檢測電路包括過流檢測、過壓檢測、欠壓檢測、缺相檢測和溫度檢測等功能。保護控制電路包括過流保護、過壓及欠壓保護、缺相保護、溫度保護等起保護電路的作用。控制電路采用PWM 控制技術，主要實現穩壓控制、限壓控制、穩流控制、限流控制和隔離驅動等功能。控制電路程序開發設計有PWM 軟件法控制和外部電路PWM 硬件法控制2 種控制方法，以期達到采樣精準、運算迅速、控制及時穩定。

4 結束語

通過對各型電源進行研究，采用三相全控整流技術和PWM 技術，研究設計多功能啟動電源。通過運行多功能啟動電源，一是可有效提高各類車輛在工間、基地維修時車輛發動檢測試驗維修的效率；二是可以在配備相應車輛的單位廣泛應用；三是可作為應急啟動電源提高各類車輛現場使用效率。