一种储能式有轨电车充电装置三电平直流功率模块的制作方法

本实用新型涉及一种储能式有轨电车充电装置三电平直流功率模块，属于属于充电技术领域。

背景技术：

近年来，随着世界城市化进程加快，城市人口逐渐上升，以汽车为主导的交通模式使得城市交通车辆急剧增长，导致了交通拥堵、事故频繁发生等一系列问题。机动车辆的快速发展对城市环境也有明显的影响，汽车尾气污染日益加剧，成为市民出行的一个突出问题，同时也制约着城市经济的发展。

有轨电车作为一种中低运量轨道交通系统，其运量和运营速度介于常规公交车、快速公交和轻轨、地铁之间，但整体要求远低于地铁，无需建立特定的车站设备和线路，轨道线路可与汽车共享，道路拆迁量少，环境污染小。现代有轨电车车辆重量轻、速度快；造价约1亿元/公里，路面电车线所需的投资只是一公里地下铁路的1/20~1/3；建设周期短，仅为地铁的1/4~1/2；较之路面公交，又具有运能大、安全环保、美观舒适等优点。现代有轨电车以其多方面的综合优势，正成为一种新型城市交通形式，受到越来越多城市的青睐，对交通发展具有重要的意义。

由于超级电容有轨电车在站内充电时间较短，充电峰值功率偏高，端口电压也远高于常规电池储能汽车充电电压，因此针对无接触网的超级电容储能式有轨电车，除了提高车辆本身的技术水平外，还需要提升中高压、大功率充电装置研制技术。

现有技术中，中大功率充电装置的核心部件为功率模块，也决定着充电装置特性、体积等诸多性能指标。所以在功率模块结构设计时，不仅要考虑通风散热，还要考虑结构紧凑、布局合理等因素。目前，主流的的直流变换器基本都采用两电平变换装置。和两电平变换器相比，三电平变换器可以明显降低开关管电压应力，同时能大大减小电路中滤波电感和滤波电容的设计值，使变换器的动态特性得到改善。与两电平直流变换器相比，在输入输出条件相同的情况下，且滤波电感电流脉动相同，三电平直流变换器的滤波电感设计值可减小到1/4，滤波电容减小到l/2。因此，急需一种可工作在三电平状态的三电平直流功率模块。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种储能式有轨电车充电装置三电平直流功率模块。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种储能式有轨电车充电装置三电平直流功率模块，包括隔直电容、直流母线电容、第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT、第四IGBT、正输入端、负输入端、正输出端和负输出端；

正输入端与第一IGBT的C极连接，第一IGBT的E极与第四IGBT的C极连接，第四IGBT的E极连接分别与第二IGBT的C极和正输出端连接，第二IGBT的E极与第三IGBT的C极连接，第三IGBT的E极分别连接负输入端和负输出端，隔直电容的正极和负极分别与第四IGBT和第三IGBT的C极连接，直流母线电容的正极和负极分别与正输入端和负输入端连接。

还包括散热器和安装底板，第一IGBT和第四IGBT构成一IGBT模块，第二IGBT和第三IGBT构成另一IGBT模块，两个IGBT模块均设置在散热器上，两个IGBT模块上均设置有IGBT驱动板，散热器安装在安装底板上。

散热器连接风机。

所有IGBT模块与散热器之间均设置有一层导热硅脂。

隔直电容设置在安装底板上，隔直电容通过层叠母排与第三IGBT和第四IGBT连接。

所有IGBT均为反向并接二极管的IGBT。

本实用新型所达到的有益效果：本实用新型可工作在三电平状态，能明显降低开关管电压应力，同时大大减小电路中滤波电感和滤波电容的设计值，使变换器的动态特性得到改善，可以降低系统损耗，提高效率；同时IGBT模块和散热器形成一体，与风机一起构成一个直线型风道，结构简单，散热合理、效果良好，同时配合热管设计，根据不同功率需求，通过组合相同封装结构的IGBT模块，可满足不同功率等级要求的设计。

附图说明

图1为本实用新型的电路图；

图2为本实用新型的实物图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种储能式有轨电车充电装置三电平直流功率模块，包括隔直电容C_b、直流母线电容C₁、第一IGBTT1、第二IGBTT2、第三IGBTT3、第四IGBTT4、正输入端、负输入端、正输出端和负输出端。

正输入端与第一IGBTT1的C极连接，第一IGBTT1的E极与第四IGBTT4的C极连接，第四IGBTT4的E极连接分别与第二IGBTT2的C极和正输出端连接，第二IGBTT2的E极与第三IGBTT3的C极连接，第三IGBTT3的E极分别连接负输入端和负输出端，隔直电容C_b的正极和负极分别与第四IGBTT4和第三IGBTT3的C极连接，直流母线电容C₁的正极和负极分别与正输入端和负输入端连接，正输出端和负输出端外接滤波电路。

外接滤波电路包括滤波电容C_f和滤波电感L，正输出端与滤波电感L的一端连接，滤波电感L的另一端与滤波电容C_f的第一端连接，滤波电容C_f的另一端与负输出端连接，滤波电容C_f的两端为滤波电路的输出端。

如图2所示，为具体的实物图，包括散热器2、安装底板1、层叠母排6和两个IGBT模块3，一个IGBT模块3由第二IGBTT2和第三IGBTT3构成，另一个有第一IGBTT1和第四IGBTT4构成，散热器2和隔直电容C_b均设置在安装底板1上，两个IGBT模块3均设置在散热器2上，并且IGBT模块3与散热器2之间设置有一层导热硅脂，两个IGBT模块3上均设置有IGBT驱动板4，散热器2通过风道连接风机5，隔直电容C_b通过层叠母排6与第三IGBTT3和第四IGBTT4连接。直流母线电容C₁为单独的电子元件，不设置在安装底板1上，通过导线连接至层叠母排6上。

上述三电平直流功率模块主回路为共地式三电平DC/DC变换电路，在两套IGBT模块3中间增加隔直电容C_b以避免两侧直流间的共模电压问题，输出端通过滤波电感L来减小电流脉动，通过滤波电容C_f稳定输出电压。

上述三电平直流功率模块可工作在三电平状态，能明显降低开关管电压应力，同时大大减小电路中滤波电感L和滤波电容C_f的设计值，使变换器的动态特性得到改善，可以降低系统损耗，提高效率；同时IGBT模块3和散热器2形成一体，与风机5一起构成一个直线型风道，结构简单，散热合理、效果良好，同时配合热管设计，根据不同功率需求，通过组合相同封装结构的IGBT模块3，可满足不同功率等级要求的设计。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。