如何选择轨道交通大功率蓄电池充电机用的三相不可控整流桥
大功率蓄电池充电机是机车运行必不可少的功率设备，广泛用于轨道交通车辆中。一般大功率充电机拓扑结构由三相交流电经过三相不可控整流为直流母线电压，然后经过PFC功率因数矫正BOOST电路升压，再经过全桥DCDC变换器隔离输出电压滤波后为蓄电池充电。笔者此前负责的大功率蓄电池充电机项目中，为了实现三相电的整流，采用KYOCERA的三相不可控整流桥，积累了一定的选型和应用经验，借此分享给大家，希望对在一般选型应用中提供一些帮助。
图1大功率蓄电池充电机电路原理图
在大功率蓄电池充电机项目中，额定功率为30KW，电压输出为50Hz的三相380V交流电，三相不可控整流桥需要把交流电整定为直流母线电压，直流母线电压UN最大波动范围为：400VDC~600VDC。
结合项目，选用大功率蓄电池充电机用的三相不可控整流桥的基本条件为：
1•额定功率满足30KW要求；
2•额定电压大于直流母线电压的1.5~2倍UN，大于1200VDC；
3•温度范围广，满足-25℃~85℃环境工作温度范围；
4•绝缘耐压满足铁路标准，必须满足2500V交流AC耐压试验。
图2三相不可控整流电路原理图
根据大功率蓄电池充电机项目中对三相不可控整流桥的选型设计要求，根据三相不可控整流桥的参数进行选型设计，三相不可控整流桥的关键参数主要有以下几点：
1）VRRM额定电压选择
VRRM额定电压三相不可控整流桥的最大耐压值，由于大功率蓄电池充电机项目中三相380V交流电，最大波动到440VAC，直流母线电压为600VDC，选用三相不可控整流桥额定电压大于直流母线电压的1.5~2倍UN，三相不可控整流桥最好大于1200V。
2）IFAV额定电流选择
IFAV额定电流代表了三相不可控整流桥的最大通流能力，反映了功率器件的功率大小。大功率蓄电池充电机项目中的额定功率为30KW，母线电压最小为400V，因此功率器件的额定工作电流应大于75A。
图4三相不可控整流模块PT150MYN16电流温升曲线
3）工作温度范围选择
三相不可控整流模块的工作温度越宽，代表器件越能承受热损坏，工作性能越好。由于充电机的环境条件比较恶劣，要求环境温度在-25℃~85℃环境工作温度下仍能长期稳定运行。
4）绝缘耐压参数选择
按照绝缘耐压铁路标准，大功率蓄电池充电机必须满足2500V交流AC耐压试验，才可以选型为大功率蓄电池充电机的三相不可控整流模块使用。
针对功率蓄电池充电机项目中对三相不可控整流桥的选型设计的上述要求，本文选择两家整流桥厂家KYOCERA和Littelfuse的子公司IXYS的产品参数进行对比，以便选择出合适项目用的三相不可控整流模块。
图4三相不可控整流模块参数对比
通过KYOCERA公司的PD380MYN16与IXYS公司的VUO 160-16NO7的参数对比可以得出：
1、三相不可控整流桥PD380MYN16和VUO 160-16NO7的反向耐压和工作温度，都能满足项目中额定电压大于1200V和环境温度大于85℃的设计要求，并且留有裕量，可以避免电压波动带来的尖峰击穿危害。
2、三相不可控整流桥PD380MYN16和VUO 160-16NO7的绝缘耐压和工作电流，都能满足项目中绝缘耐压大于2500V和额定电流大于75A的设计要求；但三相不可控整流桥PD380MYN16的电压电流裕量更大，在环境温度25℃下的额定工作电流为150A，温升到125℃环境温度下，仍可达到100A的工作电流，在实际应用中方可以更好地应对恶劣环境带来的风险。
3、三相不可控整流桥PD380MYN16相对的VUO 160-16NO7的最大优势是内阻特别小，小的内阻导通压降低和功率损耗小，这样会使得充电机的效率更高，运行更加稳定。
综上通过两款产品参数对比分析，可见KYOCERA公司的大功率整流二极管PD380MYN16性能优越，在大功率蓄电池充电机可靠有效的使用。
图5三相不可控整流波形
在大功率蓄电池充电机项目中，三相不可控整流模块PT150MYN16的电气参数和环境参数都符合项目要求，而且富有裕量，抗电流冲击能力强热阻低，能够降低由于系统发热带来的故障风险，大大提高了系统的工作效率。
