用于车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型主要涉及到轨道交通设备领域，特指一种适用于轨道交通设备中车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置。
【背景技术】
[0002]车载辅助电源装置包括SIV和充电机。SIV为车载辅助逆变器，是用来为整车空压机、空调等提供AC380V电源的电源装置。在传统的车载辅助电源装置中，SIV普遍采用工频变压器隔离的电气隔离方式。随着列车技术的发展，旅客对列车舒适度要求越来越高，以及车上辅助负载的变化，辅助电源装置的容量也要求越来越大，而列车本身空间的限制以及对部件重量的严格要求，列车上辅助负载对SIV的体积、容量要求越来越高，这就对SIV的重量要求越来越苛刻。因此，采用工频变压器隔离的SIV在这些要求的冲击下，其缺陷越实用新型显，而且SIV的设计难度也越来越大。
[0003]同时，传统车载SIV由于其输入电压范围广，如地铁输入电压有750V (范围525V-900V)和1500V (范围1000V-1800V )两种，这就要求SIV在设计时，需要充分考虑各种复杂的工况对SIV各种器件的影响，这样非常不利于SIV的模块化与系列化。
【实用新型内容】
[0004]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体积小、重量轻、成本低、电气隔离效果好的用于车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]—种用于车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置，包括:
[0007]高频逆变单元，输入端与预充电电路相连；它包括全桥逆变电路和高频变压器，所述全桥逆变电路采用IGBT作为功率器件，所述高频变压器用来进行能量传递和原次边的隔呙;
[0008]二次整流单元，用来将高频变压器次边的交流方波电压整流为脉动直流；
[0009]输出滤波单元，包括次边谐振电路和次边LC滤波电路，所述次边谐振电路通过谐振电路存储能量的变化，改变原边功率器件滞后臂电流的变化；所述次边LC滤波电路用来将次边脉动直流滤波为平滑的输出直流电压；
[0010]隔离驱动单元，用来将来自控制单元的脉冲驱动信号转换为IGBT开关信号，同时将传感器检测单元检测到的IGBT故障反馈给控制单元。
[0011]作为本实用新型的进一步改进:所述全桥逆变电路采用复合母排的连接方式。
[0012]作为本实用新型的进一步改进:所述控制单元采用微机控制单元，用来实现系统控制和监控功能。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:
[0014]1、本实用新型的大功率高频电气隔离装置，能够解决传统隔离方式的车载辅助电源装置的体积和重量问题，使辅助变流装置的逆变变流器能够便于模块化和系列化。
[0015]2、本实用新型的大功率高频电气隔离装置，采用变压器副边钳位的软开关技术，副边采用串联的方式，保证系统在大功率高电压工况下运行时，能够有效的降低副边辅助谐振回路的电压应力，提高了系统可靠性。
[0016]3、本实用新型的大功率高频电气隔离装置，在大功率运行时(超过40kW)，采用移相控制时，全桥逆变电路采用复合母排来实现电气连接方式，方便高频给装置的模块化。
[0017]4、本实用新型的大功率高频电气隔离装置，通过调节功率管的脉冲宽度，使输出电压恒定或近似恒定，简化后级电路设计。在容量相同的情况下，可以有效缩小车载辅助电源装置的体积，降低其重量；通过调节输出电压，使之为一个恒定值或近似恒定值，方便后级电路设计标准化，系列化；采用复合母排的连接方式，可以使高频隔离装置的模块化程度进一步提升。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的应用原理示意图。
[0019]图2是本实用新型在具体应用实例中的结构原理示意图。
[0020]图3是本实用新型在具体应用实例中的电路原理示意图。
[0021]图4是本实用新型在具体应用实例中控制单元的拓扑结构示意图。
[0022]图例说明:
[0023]1、高频逆变单元；101、全桥逆变电路；102、高频变压器；2、二次整流单元；3、输出滤波单元；301、次边谐振电路；302、次边LC滤波电路；4、传感器检测单元；5、隔离驱动单元；6、控制单元。
【具体实施方式】
[0024]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。
[0025]本实用新型的大功率高频电气隔离装置用来实现地铁辅助电源装置输入与输出的电气隔离，以简化逆变变流装置的输入工况。电气隔离装置的输入端与预充电及滤波装置、输入电源相连，输出端经逆变电源与交流辅助负载相连、经过蓄电池充电机与直流辅助负载相连。如图1、图2和图3所示，本实用新型的用于车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置，包括高频逆变单元1、二次整流单元2、输出滤波单元3、传感器检测单元4、隔离驱动单元5和控制单元6，高频逆变单元I的输入端与预充电电路相连，高频逆变单元I的输出端依次与二次整流单元2、输出滤波单元3相连。其中:
[0026]高频逆变单元1，用来与预充电电路相连，它包括全桥逆变电路101和高频变压器102，全桥逆变电路101采用IGBT作为功率器件，通过软开关技术提高逆变电路的开关频率，降低了功率器件损耗，提升了系统效率。本实例中，全桥逆变电路101采用复合母排的连接方式，以方便系统模块化设计。本实用新型通过高频变压器102 (Tl)实现了能量传递和原次边的隔离，由于采用高频技术，使得变压器体积大大减小，重量大大降低，从而实现了隔离装置的轻量化。
[0027]二次整流单元2，用来将高频变压器102次边的交流方波电压整流为脉动直流，辅变采用串联的方式，使得系统可以输出高电压，提升了系统效率，简化了系统设计。
[0028]输出滤波单元3包括次边谐振电路301和次边LC滤波电路302，次边谐振电路301用来有效实现原边功率器件软开关，通过谐振电路存储能量的变化，改变原边功率器件滞后臂电流的变化，使得原边开关损耗达到最低，实现软开关的目的。次边LC滤波电路302用来将次边脉动直流滤波为更为平滑的输出直流电压，同时参与电路谐振，使高频变压器102原边的功率器件方便实现软开关，达到提高开关频率，减小系统体积的目的。
[0029]隔离驱动单元5，用来将来自控制单元6的脉冲驱动信号转换为IGBT开关信号，同时将传感器检测单元4检测到的IGBT故障反馈给控制单元6。
[0030]本实施例中，控制单元6采用微机控制单元，用来实现系统控制和监控功能。控制单元6用来根据各种反馈量和状态信息完成各种保护、逻辑控制及自诊断功能，并产生IGBT触发脉冲。另外，本实用新型高频隔离装置的启停、接触器的动作等全部由微机控制单元进行控制，这样高频隔离装置可实现软启动功能。同时，还可实现输入输出过欠压、输出过流、短路、散热器过热等保护功能，本实用新型高频隔离装置进一步可以通过以太网与上位机传递信息，可以通过人机接口方便的检测高频隔离装置数据。如图4所示，为在具体应用时控制单元6的拓扑结构原理示意图。通过上述结构使得本实用新型的高频隔离装置具有完善的保护功能，这些保护功能可以使充电机在不加任何外围保护装置的情况下，有序的关闭系统，同时还具有自诊断功能，能够通过控制单元6的LED显示器查询高频隔离装置的运行状态，人及接口界面非常友好，同时通过网络将高频隔离装置的运行状态发送至上位机，同时自身也将对故障进行记录。
[0031]由上可知，本实用新型的上述结构为能够适应宽范围电压输入，且输入为高压的大功率DC/DC高频隔离式装置。采用高频变压器102次边串联的方式，有效降低了系统器件的应力，实现了谐振系统参数方便设计的目的。输出电压为高压恒压或为输出电压近似恒压(波动范围远远小于输入电源波动范围)，以方便后级电路模块化，系列化。整个高频逆变装置采用高频软开关实现方式，开关频率至少大于10k。通过采用微机控制单元，整个系统采用数字化控制技术，可以方便修改系统的输出电压，能够与不同电压等级的逆变变流器直接相连，系统适应性广；微机控制单元有非常完善的在线监测手段以及故障记录功能，能够方便的知道隔离装置各个部件的运行状态，功率至少做到40kW以上。
[0032]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。
【主权项】
1.一种用于车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置，其特征在于，包括: 高频逆变单元(1)，输入端与预充电电路相连；它包括全桥逆变电路(101)和高频变压器(102)，所述全桥逆变电路(101)采用IGBT作为功率器件，所述高频变压器(102)用来进行能量传递和原次边的隔离； 二次整流单元(2)，用来将高频变压器(102)次边的交流方波电压整流为脉动直流；输出滤波单元(3 )，包括次边谐振电路(301)和次边LC滤波电路(302 )，所述次边谐振电路(301)通过谐振电路存储能量的变化，改变原边功率器件滞后臂电流的变化；所述次边LC滤波电路(302)用来将次边脉动直流滤波为平滑的输出直流电压； 隔离驱动单元(5)，用来将来自控制单元(6)的脉冲驱动信号转换为IGBT开关信号，同时将传感器检测单元(4)检测到的IGBT故障反馈给控制单元(6)。2.根据权利要求1所述的用于车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置，其特征在于，所述全桥逆变电路(1I)采用复合母排的连接方式。3.根据权利要求1或2所述的用于车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置，其特征在于，所述控制单元(6)采用微机控制单元，用来实现系统控制和监控功能。
【专利摘要】一种用于车载辅助电源的大功率高频电气隔离装置，包括：高频逆变单元，输入端与预充电电路相连；它的全桥逆变电路采用IGBT作为功率器件，高频变压器用来进行能量传递和原次边的隔离；二次整流单元，用来将高频变压器次边的交流方波电压整流为脉动直流；输出滤波单元，包括次边谐振电路和次边LC滤波电路，次边谐振电路通过谐振电路存储能量的变化，改变原边功率器件滞后臂电流的变化；次边LC滤波电路用来将次边脉动直流滤波为平滑的输出直流电压；隔离驱动单元，用来将来自控制单元的脉冲驱动信号转换为IGBT开关信号，同时将传感器检测单元检测到的IGBT故障反馈给控制单元。本实用新型具有体积小、重量轻、成本低、电气隔离效果好等优点。
【IPC分类】H02M3/335, H02M1/14
【公开号】CN204835926
【申请号】CN201520293567
【发明人】张小勇, 谢伟, 刘长清, 周帅, 张庆, 林文彪, 严志勇, 张宾
【申请人】株洲南车时代电气股份有限公司
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年5月8日