引言
　　
隨著國民經濟的發展，鐵路客車在確保安全的前提下，如何利于環保，提高客車服務質量也越來越引起人們的關注。旅客列車的主要輔助設備有空調系統、影視系統及車內照明等，這些裝置的配備能改善乘車環境，使旅途更加舒適。
　　
目前，我國電氣化鐵路旅客列車輔助電源系統大都采用DC 600V供電制式，即機車通過受電弓從高架線上輸入25 kV交流電，經過變壓器降壓后再整流為DC600V，采用母線方式提供給各節車廂。本文介紹的輔助電源系統就適用于DC 600V供電制式的空調客車以及具有相應供電制式的動車組。其主電路采用高頻變壓器使輸出與輸入600V母線隔離，其控制芯片采用了先進的DSP控制器。系統中的DC／DC變換器采用兩級轉換，前級采用Boost變換器控制系統的輸出，后級采用諧振開關，提高了整個系統的效率。該系統具有實時控制、自保護、自診斷、自恢復、CAN、RS485／232通訊等功能。系統對短路、過壓、欠壓、過流、過熱、接地等故障具有功能強大的診斷系統，從而提高了系統的安全性和可靠性，同時也增強了系統的可維護性。
　　
l 基于DSP的機車輔助電源系統軟硬件設計
　　
1.l 主電路
　　
主電路由一個DC／DC變換器和一個三相逆變器構成。DC／DC變換器采用了帶高頻變壓器的充電技術，一路輸出直接給蓄電池充電，另一路輸出600 V供給三相逆變器。三相逆變器采用的是空間矢量逆變技術。系統主電路如圖l所示。
　　
l.2控制電路結構
　　
控制電源由DC llOV電源供電，通過系統內部的電源模塊將DC llOV分別變換為DC 24 V，DC±15V，DC 5 V，為控制芯片提供5V電源，為測量系統提供±15V電源，為驅動電路提供24V電源。系統工作時DSP，根據采集到的輸入電壓、電流、輸出電壓、電流、散熱器溫度以及頻率設定自動選擇工作模式進行工作，控制系統的電路結構如圖2所示。
　　
1.3 系統工作原理及軟件說明
　　
l.3.1 DC／DC模塊的工作原理
　　
DC／DC模塊由3部分組成，分別為升壓電路，諧振電路和整流電路。在系統啟動階段，S1、S2的占空比保持在50％，系統根據檢測到的蓄電池充電電流和電池電壓逐步調整S3、S4的占空比，使輸出到蓄電池上的電壓穩定在設定值(一般為DC 120 V)。啟動結束后，系統將固定S3、S4的占空比，并根據蓄電池充電電流和蓄電池電壓、600 V輸入電壓、蓄電池溫度補償特性等動態地調整S1、S2的占空比，使蓄電池的電壓嚴格符合充電特性曲線。充電特性曲線由蓄電池廠家提供，不同廠家要求的充電特性曲線不盡相同。DC／DC模塊程序流程簡圖如圖4所示。
　　
1.3.2 三相逆變器的工作原理
　　
三相逆變器電路圖如圖l所示。其輸入600V由DC／DC模塊提供，由于DC／DC變換器緩慢啟動，其輸出電壓也是緩慢上升，所以逆變器輸入電壓(變壓器輸出整流后)也緩慢上升，因此該三相逆變器節省了傳統逆變器前級預充電電路。在系統工作時，逆變器檢測到DC 600 V輸入大于等于600V時，三相逆變器根據系統輸出模式要求(模式決定電壓和頻率)啟動三相逆變器，輸出三相380 V供給客車空調。三相逆變器根據DC／DC直流電壓輸入值，采用空間矢量的方式對600V直流進行逆變?？臻g矢量逆變方式的電壓利用率最高。三相逆變器的簡明程序流程如圖5所示。
　　
2 試驗與改進
　　
在進行實際裝車試驗時，發現系統與機車DC600V整流電源不相匹配，從而在設備啟動時引起600 V干線電壓和電流的波動，影響了輔助電源系統的正常運行。試驗波形如圖6所示。
　　
圖6中，縱坐標200V／diV，橫坐標50ms／div。上面的曲線為輔助電源啟動時，DC600V母線電壓的波形，波動幅度超過了200V，波動頻率約在6Hz。下面的曲線為DC 600V母線電流的波形，波動幅度將近40A。并且電壓、電流波形的相位差接近90°，即輔助電源系統表現出的功率因數很低。這樣的波動使母線電壓瞬間超過了輔助電源系統的過壓值和欠壓值，設備進行保護從而無法正常工作。分析原因，一方面機車DC600V整流電源冗余量不夠，各節車廂設備同時啟動時的電流較大，造成DC600V電壓波動，另一方面，輔助電源的功率因數較低，也影響了DC 600V電源的利用率。
　　
針對這種情況，對機車DC600V整流電源進行了改造，并對輔助電源系統的控制部分也進行了改造，在軟件中加入了PFC(功率因數校正)控制，使系統呈現出阻性負載的特征，即運行中DC600V電壓和電流幾乎同相位，波動控制在允許的范圍之內，系統的啟動和運行有了根本的好轉。改進后的輸入電壓、電流波形如圖7所示。
　　
3 結語
　　
本系統為我公司與德國SMA公司聯合開發研制的新型DC600V客車輔助電源系統，已在鄭州鐵路局武昌車輛段，武昌-西安、漢口-深圳的客運列車上使用，目前運行狀況良好。