如何選擇軌道交通大功率蓄電池充電機用的三相不可控整流橋

大功率蓄電池充電機是機車運行必不可少的功率設備，廣泛用于軌道交通車輛中。一般大功率充電機拓撲結構由三相交流電經過三相不可控整流為直流母線電壓，然后經過PFC功率因數矯正BOOST電路升壓，再經過全橋DCDC變換器隔離輸出電壓濾波后為蓄電池充電。筆者此前負責的大功率蓄電池充電機項目中，為了實現三相電的整流，采用KYOCERA的三相不可控整流橋，積累了一定的選型和應用經驗，借此分享給大家，希望對在一般選型應用中提供一些幫助。

圖1大功率蓄電池充電機電路原理圖

在大功率蓄電池充電機項目中，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最大波動范圍為：400VDC~600VDC。

結合項目，選用大功率蓄電池充電機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℃環境工作溫度范圍；

4?絕緣耐壓滿足鐵路標準，必須滿足2500V交流AC耐壓試驗。

圖2三相不可控整流電路原理圖

根據大功率蓄電池充電機項目中對三相不可控整流橋的選型設計要求，根據三相不可控整流橋的參數進行選型設計，三相不可控整流橋的關鍵參數主要有以下幾點：

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項目中三相380V交流電，最大波動到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項目中的額定功率為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。由于充電機的環境條件比較惡劣，要求環境溫度在-25℃~85℃環境工作溫度下仍能長期穩定運行。

4）絕緣耐壓參數選擇

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

針對功率蓄電池充電機項目中對三相不可控整流橋的選型設計的上述要求，本文選擇兩家整流橋廠家KYOCERA和Littelfuse的子公司IXYS的產品參數進行對比，以便選擇出合適項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對比

通過KYOCERA公司的PD380MYN16與IXYS公司的VUO 160-16NO7的參數對比可以得出：

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

2、三相不可控整流橋PD380MYN16和VUO 160-16NO7的絕緣耐壓和工作電流，都能滿足項目中絕緣耐壓大于2500V和額定電流大于75A的設計要求；但三相不可控整流橋PD380MYN16的電壓電流裕量更大，在環境溫度25℃下的額定工作電流為150A，溫升到125℃環境溫度下，仍可達到100A的工作電流，在實際應用中方可以更好地應對惡劣環境帶來的風險。

3、三相不可控整流橋PD380MYN16相對的VUO 160-16NO7的最大優勢是內阻特別小，小的內阻導通壓降低和功率損耗小，這樣會使得充電機的效率更高，運行更加穩定。

綜上通過兩款產品參數對比分析，可見KYOCERA公司的大功率整流二極管PD380MYN16性能優越，在大功率蓄電池充電機可靠有效的使用。

圖5三相不可控整流波形

在大功率蓄電池充電機項目中，三相不可控整流模塊PT150MYN16的電氣參數和環境參數都符合項目要求，而且富有裕量，抗電流沖擊能力強熱阻低，能夠降低由于系統發熱帶來的故障風險，大大提高了系統的工作效率。