开关模块电路和开关模块的制作方法

本发明实施例涉及轨道车辆控制开关模块技术，尤其涉及一种开关模块电路和开关模块。

背景技术：

随着经济的发展，各种电子变流设备在工业、农业、军事及运输行业所起的作用越来越重要。特别是在轨道车辆领域，近些年轨道车辆逐步向高速、大功率、高可靠性的方向发展，对车辆变流器的要求也越来越高。轨道车辆的变流器内部的主回路的开关、预充电及放电控制是其必不可少的关键环节，其性能将直接影响到整个变流器乃至车辆的性能。

大功率变流设备中，直流母线上一般会安装有容值较大的支撑电容，用于滤波及维持母线电压的稳定。变流器在启动时会先对支撑电容进行充电，由于充电时电容的容抗很小，所以必须要在充电时串联一个电阻，来限制充电电流，防止充电电流过大对回路中器件造成破坏；而当变流器停止工作时，由于电容带电，当进行设备人工的维护时容易出现危险，所以需要放电回路把电容中的电放掉，保证人员操作的安全性。同时一般变流设备主回路中都应具备输入电压及电流检测功能以及过流及短路保护等功能。

在目前变流器内部，均是通过导线连接分散的电子器件实现上述全部功能，分散式的电流回路主要存在以下缺点：1)整体结构装配复杂，布置分散，占用的安装空间较大；2)各电子器件安装分散，后期维护较困难，灵活性和通用性较低。

技术实现要素：

本发明提供一种开关模块电路和开关模块，不仅能控制主回路通断，同时具备预充电、放电、输入电压检测、输出电压检测、过流及短路保护的功能，电路集成化程度高，占用空间体积小，便于后期故障排查和维修，灵活性和通用性较高。

本发明提供一种开关模块电路和开关模块，其中，开关模块电路，应用于开关模块中，包括正接入点、负接入点、充电负载、放电负载、第一接触器、第二接触器、第三接触器、正输出接线点与负输出接线点；正接入点和负接入点分别与电源的正极和负极连接，正输出接线点和负输出接线点作为开关模块电路的输出端；

第一接触器连接在正接入点和第一正输出接线点之间，以在第一接触器闭合时形成主工作回路；

第二接触器和充电负载串联连接在正接入点和第一正输出接线点之间，以在第二接触器闭合时形成充电电路；

第三接触器和放电负载连接在第一接触器与负接入点之间，以在第一接触器和第三接触器同时闭合时形成放电电路。

进一步地，还包括第一中间接线点和第二中间接线点，第一接触器与充电负载均与第一中间接线点连接，第二中间接线点连接在第一中间接线点与正输出接线点之间。

进一步地，正输出接线点包括第一正输出接线点和第二正输出接线点，第一正输出接线点和第一接触器之间连接有第一电流传感器，第二正输出接线点和第一接触器之间连接有第二电流传感器，第二正输出接线点和第一正输出接线点等电位；第一接触器和第一电流传感器之间设置有第一熔断器，第一接触器和第二电流传感器之间设置有第二熔断器。

进一步地，正接入点和负接入点之间设置有电压传感器。

进一步地，充电负载包括至少两个并联连接的充电电阻。

进一步地，放电负载包括第一放电电阻和第二放电电阻；

第一放电电阻的一端连接在第一熔断器和第一电流传感器之间，第一放电电阻的另一端与第三接触器连接；

第二放电电阻的一端连接在第二熔断器和第二电流传感器之间，第二放电电阻的另一端与第三接触器连接。

进一步地，第一中间接线点和第二中间接线点之间设置有滤波电路。

进一步地，滤波电路包括串联连接的电感和二极管。

进一步地，第三接触器的两端分别连接有第一放电接线点和第二放电接线点，第一放电接线点和第二放电接线点之间可手动接通。

本发明还提供一种开关模块，包括该开关模块电路。

本发明提供的开关模块电路和开关模块通过设置充电电路、放电电路和主工作回路，实现了控制主工作回路的通断，并且同时具备预充电和放电的功能。进一步地，通过在其中设置电压传感器、电流传感器和熔断器，检测电路的输入电压和输出电流，而且具备过流及短路的保护功能。该开关模块电路和开关模块集成度高，装配简单，占用空间较小，并且便于后期检修维护，灵活性和通用性较高。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的开关模块电路的线路图；

图2是本发明实施例二提供的开关模块的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的开关模块的底座组件结构示意图；

图4是本发明实施例二提供的开关模块的顶盖组件结构示意图；

图5是本发明实施例二提供的开关模块的前面板组件结构示意图。

附图标记说明：

1-底座组件； 2-顶盖组件；

3-前面板组件； KM11-第一接触器；

KM12-第二接触器； KM13-第三接触器；

FA-第一放电接线点； FB-第二放电接线点；

TV-电压传感器； 11-充电负载；

IN1-负接入点； IN2-正接入点；

FU1-第一熔断器； FU2-第二熔断器；

21-放电负载； 31-正输出接线点；

TA1-第一电流传感器； TA2-第二电流传感器；

32-控制信号线接口； OUT3-负输出接线点；

M1-第一中间接线点； M2-第二中间接线点；

R1-充电电阻； R2-第一放电电阻；

R3-第二放电电阻； OUT1-第一正输出接线点；

OUT2-第二正输出接线点； L11-电感；

VD11-二极管。

具体实施方式

图1是本发明实施例一提供的开关模块电路的线路图，图2是本发明实施例二提供的开关模块的结构示意图，图3是本发明实施例二提供的开关模块的底座组件1结构示意图，图4是本发明实施例二提供的开关模块的顶盖组件结构示意图，图5是本发明实施例二提供的开关模块的前面板组件结构示意图。如图1-5所示，本发明提供一种开关模块电路，应用于开关模块中，包括正接入点IN2、负接入点IN1、充电负载11、放电负载21、第一接触器KM11、第二接触器KM12、第三接触器KM13、正输出接线点31与负输出接线点OUT3；正接入点IN2和负接入点IN1分别与电源的正极和负极连接，正输出接线点31和负输出接线点OUT3作为开关模块电路的输出端；

第一接触器KM11连接在正接入点IN2和第一正输出接线点OUT1之间，以在第一接触器KM11闭合时形成主工作回路；

第二接触器KM12和充电负载11串联连接在正接入点IN2和第一正输出接线点OUT1之间，以在第二接触器KM12闭合时形成充电电路；

第三接触器KM13和放电负载21连接在第一接触器KM11与负接入点IN1之间，以在第一接触器KM11和第三接触器KM13同时闭合时形成放电电路。

需要说明的是，本发明优选用于轨道车辆的电路中，其中容值较大的支撑电容连接在开关模块电路的输出端，支撑电容和电源同时作为供电设备，为用电设备供电。用电设备和支撑电容共同连接在开关模块的输出端。变流器启动前，首先对支撑电容充电，闭合第二接触器KM12形成充电电路，为支撑电容充电，充电负载11可防止电路充电电流过大，对电路中的器件造成损坏。

充电完成后，断开第二接触器KM12并闭合第一接触器KM11，形成主工作回路。此时，电源和支撑电容共同作为供电设备，为用电设备供电。支撑电容作为辅助供电设备，可以在电源发生意外故障停止工作时，继续维持主工作电路的正常运行。

当主工作电路完成工作后，或是对电路检修维护时，需要将支撑电容的剩余电量消耗，防止其对工作人员造成伤害。此时需要同时闭合第一接触器KM11和第三接触器KM13，放电负载21将支撑电容的剩余电量转化为热能消耗。

具体的，该开关模块电路还包括第一中间接线点M1和第二中间接线点M2，第一接触器KM11与充电负载11均与第一中间接线点M1连接，第二中间接线点M2连接在第一中间接线点M1与正输出接线点31之间。

具体的，正输出接线点31包括第一正输出接线点OUT1和第二正输出接线点OUT2，第一正输出接线点OUT1和第一接触器KM11之间连接有第一电流传感器TA1，第二正输出接线点OUT2和第一接触器KM11之间连接有第二电流传感器TA2，第二正输出接线点OUT2和第一正输出接线点OUT1等电位；第一接触器KM11和第一电流传感器TA1之间设置有第一熔断器FU1，第一接触器KM11和第二电流传感器TA2之间设置有第二熔断器FU2。

本实施例中列举为两个正输出接线点31，分别对应由第一熔断器FU1、第一电流传感器TA1和第一正输出接线点OUT1组成的一条电流输出线路，以及由第二熔断器FU2、第二电流传感器TA2和第二正输出接线点OUT2组成的另一条电流输出线路。在实际使用中，并不局限于本实施例列举的两条电流输出线路，可根据实际需要，即连接用电设备的具体数量从而增加或减少。

需要说明的是，第一正输出接线点OUT1和第二正输出接线点OUT2为两个等电位点，第一电流传感器TA1和第二电流传感器TA2分别检测两路输出电路的电流值，起到实时检测电路电流的作用，第一熔断器FU1和第二熔断器FU2在各自电路电流过大时，内部产生的热量将导电熔体熔断，切断电路，起到保护电路过流保护的作用。

具体的，正接入点IN2和负接入点IN1之间设置有电压传感器TV。

需要说明的是，电压传感器TV可实时检测电路中的输入电压值。

具体的，充电负载11通常为电阻负载，例如充电负载11可以包括至少两个并联连接的充电电阻R1。

具体的，放电负载21也可以为电子负载，例如可包括第一放电电阻R2和第二放电电阻R3；

第一放电电阻R2的一端连接在第一熔断器FU1和第一电流传感器TA1之间，第一放电电阻R2的另一端与第三接触器KM13连接；

第二放电电阻R3的一端连接在第二熔断器FU2和第二电流传感器TA2之间，第二放电电阻R3的另一端与第三接触器KM13连接。

具体的，第一中间接线点M1和第二中间接线点M2之间设置有滤波电路。

需要说明的是，设置滤波电路可以防止电路中波动较大的电压对用电设备或支撑电容的使用产生影响，保证电路中为平稳地直流电压。

具体的，滤波电路可包括串联连接的电感L11和二极管VD11。

需要说明的是，电感L11具有滤波作用，二极管VD11具有防止电流逆流的作用，两者同时作用，可以保证电路中的电流为稳定的、具有单一方向的直流电。

具体的，第三接触器KM13的两端分别连接有第一放电接线点FA和第二放电接线点FB，第一放电接线点FA和第二放电接线点FB之间可手动接通。

需要说明的是，为防止第三接触器KM13发生故障，从而无法闭合，导致支撑电容中剩余电量无法消耗。此时，通过手动接通第一放电接线点FA和第二放电接线点FB达到闭合放电电路的作用，完成支撑电容剩余电量的消耗。

在该开关模块电路中还包括控制信号线接口32(图1中未示出)，该控制信号线接口32属于多芯连接器，分别于第一接触器KM11、第二接触器KM12、第三接触器KM13、电压传感器TV和电流传感器电连接，通过电压传感器TV和电流传感器实时监测电路中的输入电压值和输出电流值，作为辅助控制手段，从外部控制各接触器的闭合与断开。

本发明实施例一提供一种开关模块电路，通过设置充电电路、放电电路和主工作回路，实现了控制主工作回路的通断，并且同时具备预充电和放电的功能。进一步地，通过在其中设置电压传感器TV、电流传感器和熔断器，检测电路的输入电压和输出电流，而且具备过流及短路的保护功能。该开关模块电路和开关模块集成度高，装配简单，占用空间较小，并且便于后期检修维护，灵活性和通用性较高。

本发明实施例二提供一种开关模块，本实施例在前述实施例一所提供的开关模块电路的基础上，提供了开关模块的具体结构。如图2-5所示，开关模块包括实施例一提供的开关模块电路。

本发明实施例二提供一种开关模块，通过设置充电电路、放电电路和主工作回路，实现了控制主工作回路的通断，并且同时具备预充电和放电的功能。进一步地，通过在其中设置电压传感器TV、电流传感器和熔断器，检测电路的输入电压和输出电流，而且具备过流及短路的保护功能。该开关模块电路和开关模块集成度高，装配简单，占用空间较小，并且便于后期检修维护，灵活性和通用性较高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。