图3 主电路原理图

图4 缓冲电路结构

图5 控制原理图

5 控制回路设计

控制电路是由以uc3846为核心的模拟电路构成，其原理如图5所示。

5.1 uc3846的性能及主要特点

能够完成电流型方式控制的芯片包括uc3842和uc3846，uc3842为单路输出结构，uc3846有两路互补的驱动信号，适合于桥式电路，所以本设计采用了uc3846。uc3846具有一个恒定频率的电流方式控制的所有功能，而且使外部电路得到了相当程度的简化。与电压型控制芯片比较，3846多了一个3倍增益的电感电流放大器(ca)，所以它能够组成一个双环反馈系统。它既保留了电压型控制的输出电压反馈控制部分，又增加了一个电流反馈环节，把电感电流放大器的输出信号ui跟误差放大器(ea)输出加到pwm比较器反向端的电压uu进行比较，然后去控制锁存器。

它具有如下特点：

(1)自动前馈补偿;

(2)可编程箝位误差放大器输出，实现逐个脉冲电流限制;

(3)提供一个精度为±1%的5伏基准电压源，输出能力40毫安，可用作内部标准电源和外部电压参考;

(4)具有欠压锁定功能;

(5)内置一个350毫伏门限，能够从外部提供关断信号;

(6)具有200毫安的双推挽输出，峰值电流可达到400毫安;

(7)具有双重脉冲抑制功能;

(8)能够提供软启动功能。

5.2 控制电路设计

控制电路电源是由机车蓄电池供电的。电压范围在77v～130v之间变动。主电路电压、电流信号的采集都是由lem来完成的。因此需要两组电源完成dc110v/dc±15v变换。另外，ipm的四个开关单元需要四路隔离的+15v供电。整个系统需要6路隔离电源。

图6 与斜波补偿有关的三个电量波形

图7 电压端斜波补偿

5.2.1斜坡补偿电路的实现

uc3846内部带有一增益为3的电流放大器，放大器的反向输入端被内部电路箝位在3.5伏，所以其输入信号的幅值不应大于1.2伏。

斜率补偿的锯齿波信号一般从振荡器ct上取得，所以斜率补偿与三个电流波形有关，除ct上电压u1外，还有电流采样点母线电流i1，以及流过输出电感的电流i2。这三个电量的波形如图6所示，电流i2下降部分为原边所有开关管关断时，输出电感续流的电流波形。

可以得到i2下降斜率m 2为：

m 2=vout/l

输出电压vout为110v，输出电感l为50μh，则m 2=2.2×106。

因为变压器变比为2.1，又电流lem变比为1/1000，采样电阻为30欧，所以m2折算到uc3846电流放大器前端之时，m2为：

| m2|= 30m 2/(2.1×1000)=3.1×104

当m>-0.5m2时系统将变得稳定，所以取m=15500。

经测量锯齿波ct上电压斜率为64000，所以需要取ct波电压的15500/64000。

对于3846，我们使用如图7所示的斜率补偿方式将ct波直接引至电流放大器的输入端。

5.2.2 充电模式转换

蓄电池的常规充电一般分两个阶段，在电池端电压达到饱和之前，采取的是控制充电电流的策略，始终以一个恒定的电流充电。当电池充满电时，采取浮充方式，即维持电池组端电压不变。另外，限制总的输出电流，保证系统可靠运行。可见，系统需要有三个控制变量，即输出电压、总输出电流和蓄电池充电电流。

5.2.3 过欠压保护

系统是通过检测中间直流母线电压来判断过、欠压的。过压值设定为700v，欠压值为230v。欠压保护只断开充电保护接触器km2，同时封锁脉冲。而过压信号将封锁脉冲，同时断开主接触器km1，系统停止工作。

中间电压检测是通过型号为nv100-1000v的霍尔传感器来完成的。中间电压信号通过两个滞环比较器输出过压信号uexcess和欠压信号ulack。如图8所示。

图8 过欠压检测电路

欠压信号ulack分成三路，一路通过uc3846的shutdown引脚封锁脉冲，一路控制充电保护接触器km2的通断，另外一路去欠压显示回路。

过压信号uexcess通过一个d触发器将信号锁定，其后分别通过shutdown封锁脉冲、使主交流接触器km1断开、点亮过压指示灯。

5.2.4 fo信号保护

ipm自身检测到信号后将输出fo信号此信号通过光耦引致控制板上，其后通过d触发器锁定，然后分别通过shutdown封锁脉冲、使主交流接触器km1断开、点亮fo故障指示灯。当确认故障消失后，通过复位按钮可使系统重新开始工作。

当系统正常工作时，r=s=0，q=0，d触发器处于准备状态。当有fo信号时，fo由高变低，使q=d=1。闭合复位按钮s1，则r=1，使输出q=0。系统开始正常工作。

ipm控制电源上电的初始阶段，将输出一短暂的fo信号，如果将此fo信号锁存，将导致系统无法开始工作。因此，与s1并联一较大电容，上电初期，通过电容充电延时，以避开上电初期的fo信号。

图9 fo信号保护

5.2.5 输出过压保护

图中，vfbd取自输出电压反馈信号，通过与给定信号比较，输出故障信号kvexc。kvexc经过锁存后分别去shutdown电路、切除 km1电路及显示电路。为防止系统在刚刚启动时，由于输出电压的超调引起误动作，故c38取值较大，通过加大rc时间常数达到避免误动作的目的。

5.2.6 控制电源欠压保护

由于某种原因控制电源掉电或欠压时，如不及时封锁触发脉冲，有可能导致系统发生更大故障，因此增加控制电源的欠压保护。

当由于控制电源故障+15v变低，低于设定值时，输出故障信号vdis。vdis通过shutdown封锁触发脉冲。

5.3 触发电路设计

ipm的触发电路为一块单独的触发板，安装在ipm上。为了防止干扰信号及控制失误所引起的上、下桥臂同时导通，采用如图12所示的电路结构。