一种用于轨道车辆紧急牵引的双向升降压变流器的制作方法

本实用新型主要涉及到轨道交通领域，特指一种用于轨道车辆紧急牵引的双向升降压变流器。

背景技术：

以地铁为例，地铁紧急牵引变流器主要作用是在接触网(或者第三轨)失电的情况下，将车载蓄电池的电变换成合适的电压供给主牵引变流器使用，实现地铁车辆的紧急牵引功能，使地铁车辆能驶离特殊位置(如过江隧道等)或者到达下一站，以实现地铁车辆的转运功能，最大限度保证乘客安全。

目前，地铁上使用的紧急牵引变流器的实现方案是将蓄电池(车上原装控制蓄电池或者加装的蓄电池)的电升压成所需的直流电压供给主牵引变流器使用，以实现地铁的紧急牵引功能。此种实现方式最大的缺点是紧急牵引变流器能量不能双向流动，不能完成给蓄电池充电的功能。如果是采用车上原装控制蓄电池提供能量，车上本来就装有控制蓄电池充电机，相当于蓄电池充电配备了一个充电机，蓄电池放电又配备了一个紧急牵引变流器；如果采用的是加装的蓄电池提供能量，除了蓄电池放电用的紧急牵引变流器，还需配置一个专门的蓄电池充电机。无论是哪种情况，蓄电池都需要配备充放电设备各一个，很大程度占用了地铁车辆空间、增加了地铁车辆的重量以及成本。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、易实现、适用范围广的用于轨道车辆紧急牵引的双向升降压变流器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于轨道车辆紧急牵引的双向升降压变流器，包括依次相连的前级电路、双向升降压DC/DC模块及后级电路，所述前级电路与接触网或第三轨相连，所述后级电路与蓄电池相连，所述前级电路包括网侧浪涌吸收电路、预充电电路和保护电路，所述后级电路包括预充电电路和保护电路，所述双向升降压DC/DC模块用来完成升降压作业以完成能量的双向流动。

作为本实用新型的进一步改进：所述双向升降压DC/DC模块包括第一单元、第二单元及主电感L1，所述第一单元和第二单元的电路结构相同，均采用双向斩波器电路；所述第一单元的一端连接于A端口，所述第一单元的另一端通过主电感L1与第二单元的一端连接，所述第二单元的另一端连接于B端口；所述双向斩波器电路为由电容、开关管组及与开关管组配合的二极管组成的驱动电路。

作为本实用新型的进一步改进：所述第一单元的驱动电路包括第一电容C1、第一开关管Q1、第三开关管Q3、第一二极管D1、第三二极管D3，每个开关管均与一个二极管配合；所述第二单元的驱动电路包括第二电容C2、第二开关管Q2、第四开关管Q4、第二二极管D2、第四二极管D4，每个开关管均与一个二极管配合；所述主电感L1的一端连接至第一开关管Q1与第三开关管Q3之间的F点，主电感L1的另一端连接至第二开关管Q2与第四开关管Q4之间的I点。

作为本实用新型的进一步改进：所述双向升降压DC/DC模块包括第一单元、第二单元及主电感L1，所述第一单元和第二单元的电路结构相同，均采用双向交错斩波器电路，所述第一单元的一端连接于A端口，所述第一单元的另一端通过主电感L1与第二单元的一端连接，所述第二单元的另一端连接于B端口；所述双向交错斩波器电路为由电容、开关管组、换流电感及与开关管组配合的二极管组成的H桥驱动电路。

作为本实用新型的进一步改进：所述第一单元的H桥驱动电路包括第一电容C1、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一换流电感L2、第二换流电感L3；所述第一开关管Q1～第四开关管Q4构成H桥，每个开关管均与一个二极管配合，所述第一换流电感L2的一端连接至第一开关管Q1与第二开关管Q2之间的F点，所述第一换流电感L2的另一端与主电感L1的一端连接于I点，所述第二换流电感L3的一端连接至第三开关管Q3与第四开关管Q4之间的H点，所述第二换流电感L3的另一端与主电感L1的一端连接于I点。

作为本实用新型的进一步改进：所述第二单元的H桥驱动电路包括第二电容C2、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第三换流电感L4、第四换流电感L5；所述第五开关管Q5～第八开关管Q8构成H桥，每个开关管均与一个二极管配合，所述第三换流电感L4的一端连接至第七二极管D7与第八二极管D8之间的M点，所述第三换流电感L4的另一端与主电感L1的一端连接于J点，所述第四换流电感L5的一端连接至第五开关管Q5与第六开关管Q6之间的K点，所述第四换流电感L5的另一端与主电感L1的一端连接于J点。

作为本实用新型的进一步改进：所述双向升降压DC/DC模块包括第一单元、第二单元及主电感L1，所述第一单元采用双向交错斩波器电路，所述第一单元的一端连接于A端口，所述第一单元的另一端通过主电感L1与第二单元的一端连接，所述第二单元的另一端连接于B端口；所述双向交错斩波器电路为由电容、开关管组、换流电感及与开关管组配合的二极管组成的H桥驱动电路；所述第二单元包括第二电容C2、第五开关管Q5、第六开关管Q6及第五二极管D5、第六二极管D6，所述第五开关管Q5与第五二极管D5配合，所述第六开关管Q6与第六二极管D6配合，所述主电感L1的一端与第一单元相连，另一端连接于所述第五开关管Q5与第六开关管Q6之间的M点。

作为本实用新型的进一步改进：所述双向升降压DC/DC模块包括第一单元、第二单元及主电感L1，所述第二单元采用双向交错斩波器电路，所述第一单元的一端连接于A端口，所述第一单元的另一端通过主电感L1与第二单元的一端连接，所述第二单元的另一端连接于B端口；所述双向交错斩波器电路为由电容、开关管组、换流电感及与开关管组配合的二极管组成的H桥驱动电路；所述第一单元包括第一电容C1、第一开关管Q1、第二开关管Q2及第一二极管D1、第二二极管D2，所述第一开关管Q1与第一二极管D1配合，所述第二开关管Q2与第二二极管D2配合，所述主电感L1的一端连接于第一开关管Q1与第二开关管Q2之间的F点，另一端与第二单元相连。

作为本实用新型的进一步改进：所述第一单元和/或第二单元中开关管为IGBT或MOSFET半导体功率器件。

作为本实用新型的进一步改进：所述第一单元和/或第二单元中二极管为在开关管内封装反并的二极管。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的用于轨道车辆紧急牵引的双向升降压变流器，结构简单、易实现、适用范围广，其采用的是一个能量可以双向流动的升降压电路。在地铁接触网(或者第三轨)供电正常时，变流器将来自接触网(或第三轨)的电压变换成合适的电压给蓄电池充电；在接触网(或者第三轨)失电的情况下，变流器将蓄电池的电变换成合适的电压供给主牵引变流器，以实现地铁车辆的紧急牵引功能。本实用新型可以将原来的蓄电池充电机与紧急牵引变流器合二为一，降低了地铁车辆的成本、重量，节约了空间。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构原理示意图。

图2是本实用新型双向升降压DC/DC模块在具体实施例1中的电路结构原理示意图。

图3是本实用新型双向升降压DC/DC模块在具体实施例2中的电路结构原理示意图。

图4是本实用新型双向升降压DC/DC模块在具体实施例3中的电路结构原理示意图。

图5是本实用新型双向升降压DC/DC模块在具体实施例4中的电路结构原理示意图。

图例说明：

1、第一单元；2、第二单元；100、前级电路；200、双向升降压DC/DC模块；300、后级电路。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的用于轨道车辆紧急牵引的双向升降压变流器，包括依次相连的前级电路100、双向升降压DC/DC模块200及后级电路300，前级电路100与接触网或第三轨相连，后级电路300与蓄电池相连，所述前级电路100包括网侧浪涌吸收电路、预充电电路和保护电路，所述后级电路300包括预充电电路和保护电路，所述双向升降压DC/DC模块200用来完成升降压作业以完成能量的双向流动。

当地铁接触网(或第三轨)供电正常时，变流器将接触网(或第三轨)的直流电经过降压或者升压成合适的电压提供给蓄电池，完成蓄电池充电功能。当蓄电池电压高于接触网(或第三轨)时，变流器工作在降压模式；当蓄电池电压低于接触网(或第三轨)时，变流器工作在升压模式。

当地铁接触网(或第三轨)供电中断时，变流器将蓄电池的直流电经过降压或者升压成合适的电压供给主牵引变流器，完成地铁车辆紧急牵引功能。当主牵引变流器需要的电压高于蓄电池电压，变流器工作在升压模式；当主牵引变流器需要的电压低于蓄电池电压，变流器工作在降压模式。

双向升降压DC/DC模块2可以根据实际需要来选用具体的电路结构。

在具体应用实例1中，如图2所示，双向升降压DC/DC模块200包括第一单元1、第二单元2及主电感L1，第一单元1和第二单元2的电路结构相同，均采用双向斩波器电路，第一单元1的一端连接于A端口，第一单元1的另一端通过主电感L1与第二单元2的一端连接，第二单元2的另一端连接于B端口。该双向斩波器电路为由电容、开关管组及与开关管组配合的二极管组成的驱动电路。

在具体应用实例中，开关管可以根据实际需要采用IGBT或MOSFET等半导体功率器件。二极管可以为在开关管内封装反并的二极管。

在本实施例中，第一单元1的驱动电路包括第一电容C1、第一开关管Q1、第三开关管Q3、第一二极管D1、第三二极管D3，每个开关管均与一个二极管配合。第二单元2的驱动电路包括第二电容C2、第二开关管Q2、第四开关管Q4、第二二极管D2、第四二极管D4，每个开关管均与一个二极管配合。主电感L1的一端连接至第一开关管Q1与第三开关管Q3之间的F点，主电感L1的另一端连接至第二开关管Q2与第四开关管Q4之间的I点。

下表为变流器各种工作模式下开关管的状态：

在具体应用实例2中，如图3所示，双向升降压DC/DC模块20包括第一单元1、第二单元2及主电感L1，第一单元1和第二单元2的电路结构相同，均采用双向交错斩波器电路，第一单元1的一端连接于A端口，第一单元1的另一端通过主电感L1与第二单元2的一端连接，第二单元2的另一端连接于B端口。该双向交错斩波器电路为由电容、开关管组、换流电感及与开关管组配合的二极管组成的H桥驱动电路。

在具体应用实例中，开关管可以根据实际需要采用IGBT或MOSFET等半导体功率器件。二极管可以为在开关管内封装反并的二极管。

在本实施例中，第一单元1的H桥驱动电路包括第一电容C1、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一换流电感L2、第二换流电感L3。第一开关管Q1～第四开关管Q4构成H桥，每个开关管均与一个二极管配合，第一换流电感L2的一端连接至第一开关管Q1与第二开关管Q2之间的F点，第一换流电感L2的另一端与主电感L1的一端连接于I点，第二换流电感L3的一端连接至第三开关管Q3与第四开关管Q4之间的H点，第二换流电感L3的另一端与主电感L1的一端连接于I点。

在本实施例中，第二单元2的H桥驱动电路包括第二电容C2、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第三换流电感L4、第四换流电感L5。第五开关管Q5～第八开关管Q8构成H桥，每个开关管均与一个二极管配合，第三换流电感L4的一端连接至第七二极管D7与第八二极管D8之间的M点，第三换流电感L4的另一端与主电感L1的一端连接于J点，第四换流电感L5的一端连接至第五开关管Q5与第六开关管Q6之间的K点，第四换流电感L5的另一端与主电感L1的一端连接于J点。

基于本实用新型的上述电路，其工作状态分析如下：

1.当能量由A端口流向B端口时：

1.1升压工作模式分析；

开关管Q1、Q3保持导通状态，开关管Q2、Q4、Q5、Q7保持关断状态，开关管Q6、Q8工作在开关状态，此时电路等效于一个交错斩波升压电路。开关管Q6、Q8交替开关，二极管D5、D6交替续流，换流电感L4、L5交替工作。

1.2降压工作模式分析

开关管Q1、Q3工作在开关状态，开关管Q5、Q7保持导通状态，开关管Q2、Q4、Q6、Q8保持关断状态，此时电路等效于一个交错斩波降压电路。开关管Q1、Q3交替开关，二极管D2、D4交替续流，换流电感L2、L3交替工作。

2.当能量由B端口流向A端口时：

2.1升压工作模式分析；

开关管Q1、Q3、Q6、Q8保持关断状态，开关管Q5、Q7保持导通状态，开关管Q2、Q4工作在开关状态，此时电路等效于一个交错斩波升压电路。开关管Q2、Q4交替开关，二极管D1、D3交替续流，换流电感L2、L3交替工作。

2.2降压工作模式分析

开关管Q1、Q3保持开通状态，开关管Q5、Q7工作在开关状态，开关管Q2、Q4、Q6、Q8保持关断状态，此时电路等效于一个斩波降压电路。开关管Q5、Q7交替开关，二极管D6、D8交替续流，换流电感L4、L5交替工作。

在具体应用实例3中，如图4所示，双向升降压DC/DC模块200包括第一单元1、第二单元2及主电感L1，第一单元1和第二单元2的电路结构不相同，第一单元1采用双向交错斩波器电路，第一单元1的一端连接于A端口，第一单元1的另一端通过主电感L1与第二单元2的一端连接，第二单元2的另一端连接于B端口。该双向交错斩波器电路为由电容、开关管组、换流电感及与开关管组配合的二极管组成的H桥驱动电路。第二单元2包括第二电容C2、第五开关管Q5、第六开关管Q6及第五二极管D5、第六二极管D6，第五开关管Q5与第五二极管D5配合，第六开关管Q6与第六二极管D6配合，主电感L1的一端与第一单元1相连，另一端连接于第五开关管Q5与第六开关管Q6之间的M点。第一单元1的双向交错斩波器电路与实施例2的一致，本实用新型的工作原理与上述实施例2基本类似，在此就不再赘述。

在具体应用实例4中，如图5所示，双向升降压DC/DC模块200包括第一单元1、第二单元2及主电感L1，第一单元1和第二单元2的电路结构不相同，第二单元2采用双向交错斩波器电路，第一单元1的一端连接于A端口，第一单元1的另一端通过主电感L1与第二单元2的一端连接，第二单元2的另一端连接于B端口。该双向交错斩波器电路为由电容、开关管组、换流电感及与开关管组配合的二极管组成的H桥驱动电路。第一单元1包括第一电容C1、第一开关管Q1、第二开关管Q2及第一二极管D1、第二二极管D2，第一开关管Q1与第一二极管D1配合，第二开关管Q2与第二二极管D2配合，主电感L1的一端连接于第一开关管Q1与第二开关管Q2之间的F点，另一端与第二单元2相连。第二单元2的双向交错斩波器电路与实施例2的一致，本实用新型的工作原理与上述实施例2基本类似，在此就不再赘述。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。