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1、.分 类 号 无 机车雨刮器LLC软开关电源的研究研 究 生 姓 名：皮松涛指导教师、职称 ：文定都教授学 科 专 业 ：电力电子与电力传动研 究 方 向 ：现代电力电子技术及系统湖 南 工 业 大 学2017年3月14日分 类 号 无 机车雨刮器LLC软开关电源的研究Reach On The LLC Soft Switching Power Supply For Lootive Wiper研 究 生 姓 名：皮松涛指导教师、职称：文定都教授学 科 专 业：电力电子与电力传动研 究 方 向：现代电力电子技术及系统论文辩论日期 辩论委员会主席湖 南 工 业 大 学2017年3月14日工业大学学位
2、论文原创性声明本人重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进展研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期： 年 月 日工业大学论文使用授权书本人了解工业大学有关保存、使用学位论文的规定，即：学校有权保存学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或局部容，可以采用复印、缩印或其他手段保存学位论文；学校可根据国家或省有关部门规定送交学位论文。作者签名： 导师签名：日期： 年 月 1.摘要
3、随着现代运输业的开展以及铁路电气化的大量普及，电力机车的应用越来越广泛。机车雨刮器是电力机车一个重要组成部件，直接影响司机前方的视野，目前雨刮器普遍存在故障率高、不稳定的问题，将给机车运行造成平安隐患。本文所研究设计的DC110/DC24V软开关电源应用于采用24V普通直流电机的机车雨刮器。传统的机车雨刮器采用的电机是两台100W的110V非标准直流电机，所以雨刮器电机的本钱比较高。本文设计了一种24V/200W的LLC软开关电源，适用于采用两台24V的普通电机的雨刮器，这样极大的降低了雨刮器电机的本钱，具有极高的研究价值及意义。电源采用了LLC谐振软开关的构造提高电源效率，输出级采用了同步整
4、流技术，较之传统的肖特基二极管SBD或快恢复二极管FRD整流，采用同步整流技术的开关电源的开关损耗极低，大大提高了整机的效率。同时，机车雨刮器的维护也是机车维护的重点，本文所设计的电源体积小易于实现模块化，电源具有自我保护功能、平安系数高、安装更换方便等优点。文章对设计的雨刮器电源拓扑构造的原理进展了详细分析，尤其对LLC谐振变换器主电路局部和驱动电路局部进展了优化设计，对主要参数，如变压器、谐振腔、采样电路等参数进展了详细的计算，从而使样机各项参数到达最优，应用Altium Designer Winter 09进展样机原理图和PCB的设计,然后调试样机，最后对样机进展波形测试，从测试波形和数
5、据可知，样机开关损耗低，效率高，性能指标到达预期效果。结合以上的工作，本文设计的基于TEA1716的DC110/DC24V的200W软开关电源，具有明显的优越性，有着良好的市场应用前景。关键词：机车雨刮器，软开关，LLC，同步整流，TEA1716AbstractWith the development of modern transportation industry and the popularization of railway electrication, the application of electric lootive is more and more e*tensive. L
6、ootive wiper is an important ponent of electric lootive,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 lootive wiper,which use the DC24V motor.It has high value
7、and significance. The traditional rain wiper in lootive use two DC110V motor, so the cost is very high.We design a kind of Power Supply in order to adapt to the lootive wiper,which use two DC24V motor, so it greatly reduce the cost of rain wiper. The Power Supply in this thesis use the LLC Soft Swit
8、ch 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 lootive is also a key point of lootive maintenance. The Power Supply in this thesis use two ordinary DC24V motor ,it has self-protect function, so it h
9、as 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 LLC. Finally we test
10、 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, pared with the traditio
11、nal 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 e*pected effect and has a good market pr
12、ospect.Keyword: Soft Switching, LLC,Synchronous Rectification1.目录摘要IAbstractII目录IV第一章 绪论11.1课题研究的背景及意义11.2 机车雨刮器研究的现状及开展趋势21.3 软开关电源开展现状和趋势21.3.1开关电源概述21.3.2 软开关和硬开关的概念41.3.3 软开关开展的趋势51.4 同步整流技术71.5本文的主要工作9第二章 系统总体方案与原理112.1 系统总体方案112.2 BOOST升压模块拓扑构造和原理分析122.3软开关变换器模块拓扑构造和原理分析132.3.1 DC/DC软开关变换器的几种常
13、用构造132.3.2 LLC谐振变换器162.4 SR同步整流原理分析182.4.1 SR同步整流降低整流损耗的原理182.4.2 全波SR同步整流原理192.5 本章小结20第三章 LLC电源系统分析与设计213.1前级BOOST电路设计213.2功率级LLC变换器分析设计223.2.1 串联LLC的电路构造223.2.2 串联LLC谐振腔等效模型的增益分析233.2.3串联LLC软开关的频率特性分析253.2.4 串联LLC谐振腔参数设计的相关因素323.3 LLC磁元件设计333.3.1 串联LLC变压器设计333.3.2 谐振电感器Lr和谐振电容Cr参数设计353.3.3 前级BOOS
14、T电感设计363.3.4 磁元件绕制工艺和损耗分析373.4 LLC谐振腔参数仿真分析393.5 LLC输出级的同步整流电路设计413.5.1 LLC两种自驱型同步整流的缺点分析413.5.2 基于TEA1995的它驱型同步整流器的设计423.6 电源电路总体构造方案433.7 本章小结43第四章 系统硬件设计与样机测试444.1 辅助电源设计444.2 样机整机原理图设计和介绍454.3 样机PCB和实物介绍474.4 样机测试波形分析494.4.1 BOOST电路测试波形分析494.4.2 LLC变换器波形分析504.4.3 同步整流电路波形分析554.4.4 样机效率测试564.5 本章
15、小结57第五章 总结与展望585.1 总结585.2 展望58参考文献59附图1 电源整机原理图63附图2 电源PCB图64附图3 样机实物图65攻读学位期间主要的研究成果66致671.第一章 绪论1.1课题研究的背景及意义我国人口众多铁路运输是最主要的出行方式，由于我国特殊国情，外出务工人员流动性大，物资周转频繁，铁路运输已成为我国交通运输体系的重要组成局部，在国民经济中占有重要地位1-3。我国最早的铁路始于清朝末期，牵引机车4的制造则是在新中国成立之后，最开场牵引机车是仿制国外引进的蒸汽机车，但由于蒸汽机车存在牵引动力缺乏的缺点，后来逐渐被燃机车取代，直到1958年我国第一台燃机车问世，由机车厂仿制前联的T3型燃机车成功，这就是我国的“巨龙号机车。燃机车经过不断改进，以后又出现了“红型、“型以及时速达120公里/小时的“东风4型燃机车。由于燃机运行需要消耗燃料，会产生大量的废气，给环境造成严重的空气污染，不仅给本来燃油缺乏的国家带来巨大的经济压力，而且也给
