本實用新型總體涉及軌道車輛，尤其涉及軌道車輛中的車載供電單元。

背景技術(shù)：

電氣軌道車輛中的車載供電單元例如可以包括牽引變流器和輔助供電單元。牽引變流器用于為例如軌道車輛中的牽引電機提供電能，而輔助供電單元用于為例如車上的暖通空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)或照明系統(tǒng)提供電能。

大型輔助供電單元廣泛用于為電氣軌道車輛，特別是高速列車提供輔助電力。輔助供電單元可以直接連接到牽引變流器中的中間電路，以將高壓直流電轉(zhuǎn)換為中壓的交流電。輔助供電單元的輸出可以用來連接HVAC等車上的電氣負載設(shè)備。

對于這種大型輔助供電單元，模塊化設(shè)計是非常有意義的。通過模塊化設(shè)計可以簡化工程接口，還可以提供易于安裝和維護的可更換單元。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的一個目的在于提供一種基于脈寬調(diào)制的車載電源變流器，其結(jié)構(gòu)緊湊且易于更換。本實用新型的另一個目的在于提供一種基于脈寬調(diào)制的車載電源變流器，其接口簡單且成本低，便于生產(chǎn)、維修。

根據(jù)本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種用于電氣軌道車輛的基于脈寬調(diào)制的車載電源變流器，其特征在于，包括：一個散熱器；至少一個功率半導體器件，其靠近所述散熱器設(shè)置；一低電感母排，所述功率半導體器件連接到所述低電感母排，所述低電感母排連接有至少一個輸入端和至少一個輸出端，其中，所述輸入端能夠接收直流輸入，所述輸出端能夠連接到一個電氣負載；一個儲能電容，其連接到所述低電感母排，用于存儲從所述輸入端接收的電能且輸出電能給所述功率半導體器件；至少一個驅(qū)動板，用于按照脈寬調(diào)制方式驅(qū)動所述功率半導體器件。

優(yōu)選地，所述車載電源變流器為集成3相的三相車載電源變流器。

更為優(yōu)選地，所述驅(qū)動板為數(shù)字化可編程的驅(qū)動板。

尤為優(yōu)選地，所述車載電源變流器還包括輸入二極管，其連接在所述輸入端和儲能電容之間。

可選地，所述散熱器包括氣流通道。優(yōu)選地，所述散熱器連接到一個強風冷回路或一個自然風冷回路中。

采用本實用新型提供的上述基于脈寬調(diào)制的車載電源變流器，其結(jié)構(gòu)緊湊、接口簡單。由于該車載電源變流器其將功率半導體器件的驅(qū)動和散熱設(shè)備集成到一個單一單元，因而減輕了重量、降低了生產(chǎn)成本，以及簡化了技術(shù)接口的復雜性。如果發(fā)生故障，故障所造成的影響局限于受影響的功率模塊本身，而這一功率模塊是易于更換的。此外，由于功率半導體器件的驅(qū)動板采用數(shù)字可編程驅(qū)動板，因而驅(qū)動板可以根據(jù)所選用的功率半導體器件的不同型號來更新其程序，而無需設(shè)計全新的驅(qū)動板。這也簡化了設(shè)計，有利于生產(chǎn)、維修和更換。

下文將以明確易懂的方式，結(jié)合附圖說明優(yōu)選實施例，對切換裝置的上述特性、技術(shù)特征、優(yōu)點及其實現(xiàn)方式予以進一步說明。

附圖說明

以下附圖僅對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。

圖1示例性地示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的基于PWM的車載電源變流器的電路原理圖。

圖2示意性地示出了根據(jù)本實用新型另一個實施例的基于PWM的車載電源變流器的布局示意圖。

圖3示意性地示出了根據(jù)本實用新型又一個實施例的基于PWM的車載電源變流器的立體圖。

具體實施方式

為了對實用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照附圖說明本實用新型的具體實施方式，在各圖中相同的標號表示結(jié)構(gòu)相同或結(jié)構(gòu)相似但功能相同的部件。

在本文中，“示意性”表示“充當實例、例子或說明”，不應(yīng)將在本文中被描述為“示意性”的任何圖示、實施方式解釋為一種更優(yōu)選的或更具優(yōu)點的技術(shù)方案。

為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本實用新型相關(guān)的部分，它們并不代表其作為產(chǎn)品的實際結(jié)構(gòu)。另外，為使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結(jié)構(gòu)或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。

在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多于一個”的情形。另外，在本文中，“第一”、“第二”等僅用于彼此的區(qū)分，而非表示它們的重要程度及順序等。

電氣軌道車輛中的輔助供電單元例如包括輸入部分和車載電源變流器。圖1示例性地示出了根據(jù)本實用新型一個實施例的車載電源變流器100的電路原理圖。車載電源變流器 100包括輸入端110、儲能電容130、功率半導體器件140構(gòu)成的受控三相電橋、功率半導體器件的驅(qū)動板150，以及輸出端160。如圖1所示，源自牽引變流器的直流輸入(例如幾千伏特的DC電壓)施加到輸入端110。儲能電容130可以由直流輸入充電。優(yōu)選地，在輸入端110和儲能電容130之間還連接有一個輸入二極管120，其能夠?qū)⑦B接到輸入端的直流回路與后續(xù)電路解耦。功率半導體器件140優(yōu)選為IGBT器件。如圖1所示，6個 IGBT器件140形成一個受控三相電橋，每個IGBT器件140受到驅(qū)動板150的控制。驅(qū)動板150優(yōu)選地具有兩個接口，一個接口可以連接控制線，另一個接口可以連接低壓直流電源(例如24V)。由此，受控三相電橋可以在驅(qū)動板150的控制下實現(xiàn)基于脈寬調(diào)制(PWM) 原理的變流，即，將輸入的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電，且在輸出端160輸出給車載的電氣負載。

圖2示例性地示出了根據(jù)本實用新型另一個實施例的基于PWM的車載電源變流器的布局示意圖。與圖1相同的部件在圖2中采用了相同的附圖標記。如圖2所示，車載電源變流器200包括一個散熱器205、若干功率半導體器件140、低電感母排270、儲能電容 130，以及驅(qū)動板150。圖2示出的2個功率半導體器件140并排置于散熱器205上，其他功率半導體器件也同樣置于散熱器205上但未示出。低電感母排270連接各個功率半導體器件140。輸入端110和輸出端160也分別連接到低電感母排270。低電感母排270經(jīng)由該輸入端110連接到直流回路中，經(jīng)由該輸出端160連接到一個電氣負載。電氣負載例如為 HVAC系統(tǒng)或照明系統(tǒng)等中的設(shè)備。驅(qū)動板150用來驅(qū)動或控制功率半導體器件140。

如圖2所示，功率半導體器件140設(shè)置于散熱器205上或靠近散熱器205設(shè)置。功率半導體器件140例如為具有開關(guān)功能的功率電子器件，其在這里用作脈寬調(diào)制逆變器 (PWMI)電源中的開關(guān)器件。功率半導體器件140例如為IGBT器件，其在工作中會發(fā)熱。散熱器205能夠降低功率半導體器件140的工作溫度，以避免例如IGBT的功率半導體器件因過熱而停止工作。在本實用新型的實施例中，以IGBT為例描述了功率半導體器件140，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，功率半導體器件140還可以是其他具有開關(guān)功能的功率電子器件，例如BJT等。

圖2中的驅(qū)動板150用來驅(qū)動或控制功率半導體器件140。驅(qū)動板150具有一個連接控制線的接口以及一個連接低壓電源的接口。采用這種方式，驅(qū)動板150能夠根據(jù)硬件的實際要求來驅(qū)動IGBT 140。

圖2所示的基于PWM的車載電源200結(jié)構(gòu)緊湊且將IGBT 140、用于控制IGBT的驅(qū)動板150和散熱器205集成到一個單一單元中，從而減輕了重量、降低了生產(chǎn)成本，以及簡化了工程接口的復雜性。

在圖2的例子中，優(yōu)選地，根據(jù)配置需要，車載電源變流器200中的功率半導體器件 140可以替換為不同電壓等級的IGBT器件。例如，IGBT 140可以為支持1.7kV、3.3kV 或6.5kV的IGBT器件中的任一一種?？蛇x地，除了受控三相橋之外，根據(jù)需要，車載電源變流器中的IGBT器件還可以配置成全橋、二極管橋或斬波方式中任一一種。

更為優(yōu)選地，根據(jù)配置需要，車載電源變流器200還可以配置成一個單相的車載電源變流器，或者一個集成有三相的三相車載電源變流器。根據(jù)相的選擇，實際的車載電源變流器會相應(yīng)變化，例如車載電源變流器200內(nèi)輸出端160的數(shù)目，以及驅(qū)動板150的數(shù)目也會不同。

圖3示例性地示出了根據(jù)本實用新型另一個實施例的基于PWM的車載電源變流器 300。車載電源變流器300是根據(jù)實際需求配置好的一款，其配置成采用風冷且具有三相輸出。在圖3的例子中，車載電源變流器300包括一個散熱器305、輸入端310、三個輸出端360、功率半導體器件340、驅(qū)動板350、一個儲能電容330，以及一個支架390。低電感母線排130置于圖3中的支架390內(nèi)，圖中不可見。

在圖3的例子中，散熱器305能夠連接到一個風冷回路中。例如，散熱器305內(nèi)可設(shè)置有氣流通道，該氣流通道可以連接到車載電源變流器300之外的一個風冷回路中。可選地，散熱器305還可以配置成強風冷或自然風冷。在自然風冷情況下，散熱器305中的氣流通道與外界連通。在強風冷情況下，散熱器305的氣流通道連接到利用如外部風扇實現(xiàn)強風冷的強風冷通路中。

圖3的例子中，功率半導體器件340置于散熱器305上或者靠近散熱器305設(shè)置。圖中僅示出了3個功率半導體器件340，與之對稱設(shè)置的另外三個功率半導體器件未示出。輸入二極管320也置于散熱器305附近。在圖3例子中，例如，每個IGBT 340具有一個對應(yīng)的驅(qū)動板350，每個驅(qū)動板350靠近其所驅(qū)動的功率半導體器件340設(shè)置?？蛇x地，驅(qū)動板350也可以配置成集中控制兩個或兩個以上的IGBT 340。優(yōu)選地，驅(qū)動板350可以為數(shù)字化可編程的IGBT驅(qū)動板。這樣，根據(jù)所選用的不同型號的IGBT器件，驅(qū)動板350 可以方便地通過更新其內(nèi)部程序而實現(xiàn)對不同IGBT器件的控制。這將為車載電源變流器的生產(chǎn)、維修和替換提供極大的便利。

圖3的例子中，輸入端310和輸出端360置于支架390的同一側(cè)?？蛇x地，根據(jù)實際硬件配置，還可以將輸入端310和輸出端360分別置于支架390的不同位置或不同側(cè)面。此外，在圖3的例子中，各個驅(qū)動板350置于支架390內(nèi)其所對應(yīng)的IGBT器件140的上方。可選地，驅(qū)動板350還可以集成在一個電路板上，且置于所述支架390內(nèi)的其他位置。

這種車載電源變流器旨為一種結(jié)構(gòu)非常緊湊的電源模塊，其將功率半導體器件的驅(qū)動和散熱器集成到一個單一單元上，從而減輕了重量、降低了生產(chǎn)成本，以及簡化了技術(shù)接口的復雜性。如果發(fā)生故障，故障所造成的影響局限于受影響的功率模塊本身，而這一車載電源變流器是易于更換的。

應(yīng)當理解，雖然本說明書是按照各個實施例描述的，但并非每個實施例僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。

上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本實用新型的可行性實施例的具體說明，它們并非用以限制本實用新型的保護范圍，凡未脫離本實用新型技藝精神所作的等效實施方案或變更，如特征的組合、分割或重復，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。