1 矿用直流电源变换器工况和产品现状
矿用直流电源变换器近30年来一直困扰着我国煤炭工业架线电机车制造厂和煤矿电机车运输管理和使用人员，其主要原因是矿用架线电机车工况相当恶劣，装在架线电机车上的矿用直流电源变换器时时刻刻在机械上受到冲击、碰撞、震动，在电气上受到浪涌电流的冲击、尖峰电压的冲击、大范围的电压波动和集电弓与架空接触线不良接触取流状态的影响；在使用环境方面还受到潮湿、煤尘、温差(从硐里到硐外)、高温(夏天烈日暴晒下电机车驾驶室内钢板温度可达60℃以上)的考验。另一个原因就是目前产品质量仍存在电气性能不稳定、电气指标落后和使用寿命过短的问题，更不能满足发展中的机车通信、控制仪表、信号装置等车载设备对电源的技术要求。
我国矿用直流电源变换器产品现状不容乐观，表现在目前矿山使用的大量产品仍为可控硅直流电源变换器，这是70年代初设计的；还有部份是80年代设计的晶体管直流变换器。存在的主要问题是使用寿命短、性能指标落后，噪声大。额定输出电压24 V的产品在输入电源上下限之间输出电压偏移就达6 V之多，电源效率十分低下；有的产品现场使用几个月就丢弃；产品噪声也严重损害使用人员的健康。
不管是可控硅直流电源变换器还是晶体管直流电源变换器在电子技术飞速发展尤其是大规模集成电路广泛应用的今天，都面临着被淘汰的局面，都要被采用场效应管和IGBT管作功率控制器件的开关电源所取代，这是不以人们的主观愿望为转移的。为发展我国的矿用直流电源变换器事业，我们必须顺应历史潮流，开发研制采用新型功率控制器件的矿用直流电源变换器产品。
KDB3型矿用架线电机车照明和警铃用电源(以下简称电源变换器)就是在这一背景下于1995年起开始研制开发的。 2 用 途
电源变换器适用于矿用架线电机车机车头的照明和电气警铃以及其它车载设备。电源变换器及配套件解决了三个主要问题，一是解决了产品使用可靠性问题；二是解决了供电电压不稳定的问题；三是解决了普通灯炮不耐震的问题。电源变换器配套设计的前后照明大灯采用耐震动的钨卤素灯；前后红色信号采用高亮度长寿命LED发光管作为发光元件，彻底解决了信号灯泡断丝的问题；电源机芯采用环氧树脂整体浇铸。完全符合《煤矿安全规程》第324条和第326条的规定。 3 工作原理
3.1 电源变换器的工作原理
电源变换器采用场效应管作为功率控制器件高频直流开关的电源稳压工作原理(图1)，采用固定频率脉冲宽度(PWM)调制，当输入电源电压忽高忽低变化时，自动控制调节的结果使输出到负载(灯泡和警铃)的直流电压保持稳定，使灯泡的发光亮度保持不变。 
图1 KDB3型开关电源原理接线图
脉冲宽度调制(PWM)变换器就是重复通/断开关，把直流电压(电流)变换为高频方波电压(电流)，再经整流滤波平滑变为直流电压输出。
对于PWM变换器，加在开关S两端电压Us与通过开关S的电流is的波形近似为方波，占空比D的定义为
式中 Ts——开关工作周期；
tON——开关导通时间；
tOFF——开关断开时间。
很显然，对于PWM变换器，只要控制占空比D就可以控制输出电压。而控制占空比的方法有两种，我们是采用保持开关工作周期Ts不变，控制开关导通时间的脉冲宽度调制方式。
PWM变换器的输出电压通过集成电路IC进行反馈控制，控制tON时间，使输出电压稳定，从而获得高稳定度输出电压的电源。输出电压上升时tON变窄，从而使输出电压下降；输出电压下降时tON变宽，从而使输出电压上升；这样不断调节控制的结果使输出电压保持不变。 3.2 电源变换器主回路
电源变换器的主回路采用半桥式变换器电路。在半桥式变换器电路中，变压器的初级在整个周期中都流过电流，磁芯利用得更加充分，半桥式变换器电路克服了推挽式电路的缺点，它在电路中所使用的功率开关管的耐压要求较低，决不会超过线路峰值电压，其次功率开关管的饱和压降也减少到最小，不再是重要影响因素。再者，对其输入滤波电容使用电压要求也较低。但在半桥式变换器电路中，高频变压器上施加的电压只有输入电源电压的一半，与推挽式变压器电路相比，要输出相同的功率，则开关功率管必须流过两倍的电流，因此，半桥式电路是利用降压扩流的方法实现相同的功率输出的。
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