用于車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型主要涉及到軌道交通設(shè)備領(lǐng)域，特指一種適用于軌道交通設(shè)備中車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]車載輔助電源裝置包括SIV和充電機。SIV為車載輔助逆變器，是用來為整車空壓機、空調(diào)等提供AC380V電源的電源裝置。在傳統(tǒng)的車載輔助電源裝置中，SIV普遍采用工頻變壓器隔離的電氣隔離方式。隨著列車技術(shù)的發(fā)展，旅客對列車舒適度要求越來越高，以及車上輔助負(fù)載的變化，輔助電源裝置的容量也要求越來越大，而列車本身空間的限制以及對部件重量的嚴(yán)格要求，列車上輔助負(fù)載對SIV的體積、容量要求越來越高，這就對SIV的重量要求越來越苛刻。因此，采用工頻變壓器隔離的SIV在這些要求的沖擊下，其缺陷越實用新型顯，而且SIV的設(shè)計難度也越來越大。
[0003]同時，傳統(tǒng)車載SIV由于其輸入電壓范圍廣，如地鐵輸入電壓有750V (范圍525V-900V)和1500V (范圍1000V-1800V )兩種，這就要求SIV在設(shè)計時，需要充分考慮各種復(fù)雜的工況對SIV各種器件的影響，這樣非常不利于SIV的模塊化與系列化。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型要解決的技術(shù)問題就在于:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本實用新型提供一種體積小、重量輕、成本低、電氣隔離效果好的用于車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種用于車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置，包括:
[0007]高頻逆變單元，輸入端與預(yù)充電電路相連；它包括全橋逆變電路和高頻變壓器，所述全橋逆變電路采用IGBT作為功率器件，所述高頻變壓器用來進(jìn)行能量傳遞和原次邊的隔咼;
[0008]二次整流單元，用來將高頻變壓器次邊的交流方波電壓整流為脈動直流；
[0009]輸出濾波單元，包括次邊諧振電路和次邊LC濾波電路，所述次邊諧振電路通過諧振電路存儲能量的變化，改變原邊功率器件滯后臂電流的變化；所述次邊LC濾波電路用來將次邊脈動直流濾波為平滑的輸出直流電壓；
[0010]隔離驅(qū)動單元，用來將來自控制單元的脈沖驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為IGBT開關(guān)信號，同時將傳感器檢測單元檢測到的IGBT故障反饋給控制單元。
[0011]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn):所述全橋逆變電路采用復(fù)合母排的連接方式。
[0012]作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn):所述控制單元采用微機控制單元，用來實現(xiàn)系統(tǒng)控制和監(jiān)控功能。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于:
[0014]1、本實用新型的大功率高頻電氣隔離裝置，能夠解決傳統(tǒng)隔離方式的車載輔助電源裝置的體積和重量問題，使輔助變流裝置的逆變變流器能夠便于模塊化和系列化。
[0015]2、本實用新型的大功率高頻電氣隔離裝置，采用變壓器副邊鉗位的軟開關(guān)技術(shù)，副邊采用串聯(lián)的方式，保證系統(tǒng)在大功率高電壓工況下運行時，能夠有效的降低副邊輔助諧振回路的電壓應(yīng)力，提高了系統(tǒng)可靠性。
[0016]3、本實用新型的大功率高頻電氣隔離裝置，在大功率運行時(超過40kW)，采用移相控制時，全橋逆變電路采用復(fù)合母排來實現(xiàn)電氣連接方式，方便高頻給裝置的模塊化。
[0017]4、本實用新型的大功率高頻電氣隔離裝置，通過調(diào)節(jié)功率管的脈沖寬度，使輸出電壓恒定或近似恒定，簡化后級電路設(shè)計。在容量相同的情況下，可以有效縮小車載輔助電源裝置的體積，降低其重量；通過調(diào)節(jié)輸出電壓，使之為一個恒定值或近似恒定值，方便后級電路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，系列化；采用復(fù)合母排的連接方式，可以使高頻隔離裝置的模塊化程度進(jìn)一步提升。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的應(yīng)用原理示意圖。
[0019]圖2是本實用新型在具體應(yīng)用實例中的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0020]圖3是本實用新型在具體應(yīng)用實例中的電路原理示意圖。
[0021]圖4是本實用新型在具體應(yīng)用實例中控制單元的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖例說明:
[0023]1、高頻逆變單元；101、全橋逆變電路；102、高頻變壓器；2、二次整流單元；3、輸出濾波單元；301、次邊諧振電路；302、次邊LC濾波電路；4、傳感器檢測單元；5、隔離驅(qū)動單元；6、控制單元。
【具體實施方式】
[0024]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實施例對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]本實用新型的大功率高頻電氣隔離裝置用來實現(xiàn)地鐵輔助電源裝置輸入與輸出的電氣隔離，以簡化逆變變流裝置的輸入工況。電氣隔離裝置的輸入端與預(yù)充電及濾波裝置、輸入電源相連，輸出端經(jīng)逆變電源與交流輔助負(fù)載相連、經(jīng)過蓄電池充電機與直流輔助負(fù)載相連。如圖1、圖2和圖3所示，本實用新型的用于車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置，包括高頻逆變單元1、二次整流單元2、輸出濾波單元3、傳感器檢測單元4、隔離驅(qū)動單元5和控制單元6，高頻逆變單元I的輸入端與預(yù)充電電路相連，高頻逆變單元I的輸出端依次與二次整流單元2、輸出濾波單元3相連。其中:
[0026]高頻逆變單元1，用來與預(yù)充電電路相連，它包括全橋逆變電路101和高頻變壓器102，全橋逆變電路101采用IGBT作為功率器件，通過軟開關(guān)技術(shù)提高逆變電路的開關(guān)頻率，降低了功率器件損耗，提升了系統(tǒng)效率。本實例中，全橋逆變電路101采用復(fù)合母排的連接方式，以方便系統(tǒng)模塊化設(shè)計。本實用新型通過高頻變壓器102 (Tl)實現(xiàn)了能量傳遞和原次邊的隔離，由于采用高頻技術(shù)，使得變壓器體積大大減小，重量大大降低，從而實現(xiàn)了隔離裝置的輕量化。
[0027]二次整流單元2，用來將高頻變壓器102次邊的交流方波電壓整流為脈動直流，輔變采用串聯(lián)的方式，使得系統(tǒng)可以輸出高電壓，提升了系統(tǒng)效率，簡化了系統(tǒng)設(shè)計。
[0028]輸出濾波單元3包括次邊諧振電路301和次邊LC濾波電路302，次邊諧振電路301用來有效實現(xiàn)原邊功率器件軟開關(guān)，通過諧振電路存儲能量的變化，改變原邊功率器件滯后臂電流的變化，使得原邊開關(guān)損耗達(dá)到最低，實現(xiàn)軟開關(guān)的目的。次邊LC濾波電路302用來將次邊脈動直流濾波為更為平滑的輸出直流電壓，同時參與電路諧振，使高頻變壓器102原邊的功率器件方便實現(xiàn)軟開關(guān)，達(dá)到提高開關(guān)頻率，減小系統(tǒng)體積的目的。
[0029]隔離驅(qū)動單元5，用來將來自控制單元6的脈沖驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為IGBT開關(guān)信號，同時將傳感器檢測單元4檢測到的IGBT故障反饋給控制單元6。
[0030]本實施例中，控制單元6采用微機控制單元，用來實現(xiàn)系統(tǒng)控制和監(jiān)控功能?？刂茊卧?用來根據(jù)各種反饋量和狀態(tài)信息完成各種保護、邏輯控制及自診斷功能，并產(chǎn)生IGBT觸發(fā)脈沖。另外，本實用新型高頻隔離裝置的啟停、接觸器的動作等全部由微機控制單元進(jìn)行控制，這樣高頻隔離裝置可實現(xiàn)軟啟動功能。同時，還可實現(xiàn)輸入輸出過欠壓、輸出過流、短路、散熱器過熱等保護功能，本實用新型高頻隔離裝置進(jìn)一步可以通過以太網(wǎng)與上位機傳遞信息，可以通過人機接口方便的檢測高頻隔離裝置數(shù)據(jù)。如圖4所示，為在具體應(yīng)用時控制單元6的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)原理示意圖。通過上述結(jié)構(gòu)使得本實用新型的高頻隔離裝置具有完善的保護功能，這些保護功能可以使充電機在不加任何外圍保護裝置的情況下，有序的關(guān)閉系統(tǒng)，同時還具有自診斷功能，能夠通過控制單元6的LED顯示器查詢高頻隔離裝置的運行狀態(tài)，人及接口界面非常友好，同時通過網(wǎng)絡(luò)將高頻隔離裝置的運行狀態(tài)發(fā)送至上位機，同時自身也將對故障進(jìn)行記錄。
[0031]由上可知，本實用新型的上述結(jié)構(gòu)為能夠適應(yīng)寬范圍電壓輸入，且輸入為高壓的大功率DC/DC高頻隔離式裝置。采用高頻變壓器102次邊串聯(lián)的方式，有效降低了系統(tǒng)器件的應(yīng)力，實現(xiàn)了諧振系統(tǒng)參數(shù)方便設(shè)計的目的。輸出電壓為高壓恒壓或為輸出電壓近似恒壓(波動范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入電源波動范圍)，以方便后級電路模塊化，系列化。整個高頻逆變裝置采用高頻軟開關(guān)實現(xiàn)方式，開關(guān)頻率至少大于10k。通過采用微機控制單元，整個系統(tǒng)采用數(shù)字化控制技術(shù)，可以方便修改系統(tǒng)的輸出電壓，能夠與不同電壓等級的逆變變流器直接相連，系統(tǒng)適應(yīng)性廣；微機控制單元有非常完善的在線監(jiān)測手段以及故障記錄功能，能夠方便的知道隔離裝置各個部件的運行狀態(tài)，功率至少做到40kW以上。
[0032]以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實用新型的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置，其特征在于，包括: 高頻逆變單元(1)，輸入端與預(yù)充電電路相連；它包括全橋逆變電路(101)和高頻變壓器(102)，所述全橋逆變電路(101)采用IGBT作為功率器件，所述高頻變壓器(102)用來進(jìn)行能量傳遞和原次邊的隔離； 二次整流單元(2)，用來將高頻變壓器(102)次邊的交流方波電壓整流為脈動直流；輸出濾波單元(3 )，包括次邊諧振電路(301)和次邊LC濾波電路(302 )，所述次邊諧振電路(301)通過諧振電路存儲能量的變化，改變原邊功率器件滯后臂電流的變化；所述次邊LC濾波電路(302)用來將次邊脈動直流濾波為平滑的輸出直流電壓； 隔離驅(qū)動單元(5)，用來將來自控制單元(6)的脈沖驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為IGBT開關(guān)信號，同時將傳感器檢測單元(4)檢測到的IGBT故障反饋給控制單元(6)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置，其特征在于，所述全橋逆變電路(1I)采用復(fù)合母排的連接方式。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置，其特征在于，所述控制單元(6)采用微機控制單元，用來實現(xiàn)系統(tǒng)控制和監(jiān)控功能。
【專利摘要】一種用于車載輔助電源的大功率高頻電氣隔離裝置，包括：高頻逆變單元，輸入端與預(yù)充電電路相連；它的全橋逆變電路采用IGBT作為功率器件，高頻變壓器用來進(jìn)行能量傳遞和原次邊的隔離；二次整流單元，用來將高頻變壓器次邊的交流方波電壓整流為脈動直流；輸出濾波單元，包括次邊諧振電路和次邊LC濾波電路，次邊諧振電路通過諧振電路存儲能量的變化，改變原邊功率器件滯后臂電流的變化；次邊LC濾波電路用來將次邊脈動直流濾波為平滑的輸出直流電壓；隔離驅(qū)動單元，用來將來自控制單元的脈沖驅(qū)動信號轉(zhuǎn)換為IGBT開關(guān)信號，同時將傳感器檢測單元檢測到的IGBT故障反饋給控制單元。本實用新型具有體積小、重量輕、成本低、電氣隔離效果好等優(yōu)點。
【IPC分類】H02M3/335, H02M1/14
【公開號】CN204835926
【申請?zhí)枴緾N201520293567
【發(fā)明人】張小勇, 謝偉, 劉長清, 周帥, 張慶, 林文彪, 嚴(yán)志勇, 張賓
【申請人】株洲南車時代電氣股份有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年5月8日