如何選擇軌道交通大功率蓄電池充電機(jī)用的三相不可控整流橋

大功率蓄電池充電機(jī)是機(jī)車運(yùn)行必不可少的功率設(shè)備，廣泛用于軌道交通車輛中。一般大功率充電機(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由三相交流電經(jīng)過(guò)三相不可控整流為直流母線電壓，然后經(jīng)過(guò)PFC功率因數(shù)矯正BOOST電路升壓，再經(jīng)過(guò)全橋DCDC變換器隔離輸出電壓濾波后為蓄電池充電。筆者此前負(fù)責(zé)的大功率蓄電池充電機(jī)項(xiàng)目中，為了實(shí)現(xiàn)三相電的整流，采用KYOCERA的三相不可控整流橋，積累了一定的選型和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，借此分享給大家，希望對(duì)在一般選型應(yīng)用中提供一些幫助。

圖1大功率蓄電池充電機(jī)電路原理圖

在大功率蓄電池充電機(jī)項(xiàng)目中，額定功率為30KW，電壓輸出為50Hz的三相380V交流電，三相不可控整流橋需要把交流電整定為直流母線電壓，直流母線電壓UN最大波動(dòng)范圍為：400VDC~600VDC。

結(jié)合項(xiàng)目，選用大功率蓄電池充電機(jī)用的三相不可控整流橋的基本條件為：

1?額定功率滿足30KW要求；

2?額定電壓大于直流母線電壓的1.5~2倍UN，大于1200VDC；

3?溫度范圍廣，滿足-25℃~85℃環(huán)境工作溫度范圍；

4?絕緣耐壓滿足鐵路標(biāo)準(zhǔn)，必須滿足2500V交流AC耐壓試驗(yàn)。

圖2三相不可控整流電路原理圖

根據(jù)大功率蓄電池充電機(jī)項(xiàng)目中對(duì)三相不可控整流橋的選型設(shè)計(jì)要求，根據(jù)三相不可控整流橋的參數(shù)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，三相不可控整流橋的關(guān)鍵參數(shù)主要有以下幾點(diǎn)：

1）VRRM額定電壓選擇

VRRM額定電壓三相不可控整流橋的最大耐壓值，由于大功率蓄電池充電機(jī)項(xiàng)目中三相380V交流電，最大波動(dòng)到440VAC，直流母線電壓為600VDC，選用三相不可控整流橋額定電壓大于直流母線電壓的1.5~2倍UN，三相不可控整流橋最好大于1200V。

2）IFAV額定電流選擇

IFAV額定電流代表了三相不可控整流橋的最大通流能力，反映了功率器件的功率大小。大功率蓄電池充電機(jī)項(xiàng)目中的額定功率為30KW，母線電壓最小為400V，因此功率器件的額定工作電流應(yīng)大于75A。

圖4三相不可控整流模塊PT150MYN16電流溫升曲線

3）工作溫度范圍選擇

三相不可控整流模塊的工作溫度越寬，代表器件越能承受熱損壞，工作性能越好。由于充電機(jī)的環(huán)境條件比較惡劣，要求環(huán)境溫度在-25℃~85℃環(huán)境工作溫度下仍能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

4）絕緣耐壓參數(shù)選擇

按照絕緣耐壓鐵路標(biāo)準(zhǔn)，大功率蓄電池充電機(jī)必須滿足2500V交流AC耐壓試驗(yàn)，才可以選型為大功率蓄電池充電機(jī)的三相不可控整流模塊使用。

針對(duì)功率蓄電池充電機(jī)項(xiàng)目中對(duì)三相不可控整流橋的選型設(shè)計(jì)的上述要求，本文選擇兩家整流橋廠家KYOCERA和Littelfuse的子公司IXYS的產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，以便選擇出合適項(xiàng)目用的三相不可控整流模塊。

圖4三相不可控整流模塊參數(shù)對(duì)比

通過(guò)KYOCERA公司的PD380MYN16與IXYS公司的VUO 160-16NO7的參數(shù)對(duì)比可以得出：

1、三相不可控整流橋PD380MYN16和VUO 160-16NO7的反向耐壓和工作溫度，都能滿足項(xiàng)目中額定電壓大于1200V和環(huán)境溫度大于85℃的設(shè)計(jì)要求，并且留有裕量，可以避免電壓波動(dòng)帶來(lái)的尖峰擊穿危害。

2、三相不可控整流橋PD380MYN16和VUO 160-16NO7的絕緣耐壓和工作電流，都能滿足項(xiàng)目中絕緣耐壓大于2500V和額定電流大于75A的設(shè)計(jì)要求；但三相不可控整流橋PD380MYN16的電壓電流裕量更大，在環(huán)境溫度25℃下的額定工作電流為150A，溫升到125℃環(huán)境溫度下，仍可達(dá)到100A的工作電流，在實(shí)際應(yīng)用中方可以更好地應(yīng)對(duì)惡劣環(huán)境帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

3、三相不可控整流橋PD380MYN16相對(duì)的VUO 160-16NO7的最大優(yōu)勢(shì)是內(nèi)阻特別小，小的內(nèi)阻導(dǎo)通壓降低和功率損耗小，這樣會(huì)使得充電機(jī)的效率更高，運(yùn)行更加穩(wěn)定。

綜上通過(guò)兩款產(chǎn)品參數(shù)對(duì)比分析，可見(jiàn)KYOCERA公司的大功率整流二極管PD380MYN16性能優(yōu)越，在大功率蓄電池充電機(jī)可靠有效的使用。

圖5三相不可控整流波形

在大功率蓄電池充電機(jī)項(xiàng)目中，三相不可控整流模塊PT150MYN16的電氣參數(shù)和環(huán)境參數(shù)都符合項(xiàng)目要求，而且富有裕量，抗電流沖擊能力強(qiáng)熱阻低，能夠降低由于系統(tǒng)發(fā)熱帶來(lái)的故障風(fēng)險(xiǎn)，大大提高了系統(tǒng)的工作效率。