专利名称：铁道客车车载电源变换装置通用控制系统的制作方法
技术领域：
铁道客车车载电源变换装置通用控制系统技术领域：
本实用新型涉及铁道客车车载电源变换装置，特别涉及一种铁道客车车载电源变换装置的通用控制系统。
背景技木铁道客车DC600V车载电源变换装置中包含三相逆变电源、充电机和单相逆变器等三种电カ变换器。传统车载电源变换装置中的三相逆变电源、充电机和単相逆变器等三种电カ变换器采用三套不同的控制硬件及控制软件。比如三相逆变器控制部分包括控制电源、逆变器控制板、功率模块驱动板、传感器等，其中逆变器控制板一般采用全数字化控制。充电机控制部分包括控制电源、充电机控制板、功率模块驱动板和传感器等，其中充电机控制板一般采用模拟控制或者模数混合控制等。単相逆变器控制部分包括控制电源、斩波升压控制板、単相逆变控制板、功率模块驱动板和传感器等。上述各种控制板、驱动板、电源板都是根据实际系统需求単独设计，控制板的硬件差别较大，同时控制软件也各不相同。三种不同的控制硬件将导致大量的设计工作量，同时也必然会导致物料种类多，生产制造エ序流程多，售后服务备品备件种类多、检修维护不方便等问题。
实用新型内容有鉴于此，为实现对三相逆变电源、充电机和単相逆变器进行统ー化控制，本实用新型提供ー种铁道客车车载电源变换装置通用控制系统。一种可对三相逆变电源、充电机及単相逆变器实现统ー控制的鉄道客车车载电源变换装置的通用控制系统，包括主控板、输入回路、输入侧传感器、功率开关器件、功率模块驱动板、输出回路、输出侧传感器以及控制电源板。输入电源由所述输入回路进入并依次经过所述输入回路、功率开关器件及输出回路后输出电源，所述主控板分别与所述输入回路、输入侧传感器、功率模块驱动板、输出回路及输出侧传感器连接，控制电源板分别为所述输入侧传感器、输出侧传感器、主控板及功率模块驱动板提供电源，所述主控板设有分别对应三相逆变电源、充电机及単相逆变器的三种不同的板码。优选地，所述主控板具有32位高性能控制器，所述主控板包括控制芯片、模拟量处理电路、数字量输入电路、MOSFET型数字量输出电路、继电器型数字量输出电路、脉冲差分输出电路和短路保护信号差分输入电路、板码接ロ、调试维护接ロ及通用串行通信总线，所述模拟量处理电路、数字量输入电路、MOSFET型数字量输出电路、继电器型数字量输出电路、脉冲差分输出电路和短路保护信号差分输入电路、板码接ロ、调试维护接ロ及通用串行通信总线均与所述控制芯片连接。优选地，所述功率开关器件采用IGBT模块。优选地，所述输入侧传感器、输出侧传感器的输出信号为电流信号。优选地，所述控制电源板分别为所述输入侧传感器、输出侧传感器、主控板、功率模块驱动板提供5V、±15V、24V和IlOV的电源。本实用新型的鉄道客车车载电源变换装置的通用控制系统通过分析三相逆变电源、充电机和単相逆变器的控制部分将其进行统ー和整合，通过对主控板设置三种不同的板码来实现对三种电カ变换器的通用控制，可以有效減少采购物料种类，便于生产制造，便于售后服务，可以加快鉄路系统客车检修效率，提高客车利用率，具有较大的社会效益和经济效益。
图I为本实用新型的优选实施例通用控制系统的结构示意图。图2为图I中的主控板的结构示意图。
具体实施方式为了更好地理解本实用新型，以下将结合附图对实用新型的实施例进行详细的说明。通过分析三相逆变电源、充电机和単相逆变器发现，这三种变换器均有输入回路、功率开关器件、输出回路，并且传感器也检测输入回路的电量、输出回路的电量，功率开关器件也有对应的驱动板，均有控制电源板等。本实用新型将三相逆变电源、充电机和単相逆变器进行统ー设计，采用相同的控制电路板，设计统一化的嵌入式软件，通过电路板外部的编码来选择控制方式，达到统ー控制目的。 请參阅图1，本实用新型的优选实施例鉄道客车车载电源变换装置通用控制系统包括主控板10、输入回路20、输入侧传感器30、功率开关器件40、功率模块驱动板50、输出回路60、输出侧传感器70以及控制电源板80。输入电源由输入回路20进入通用控制系统，依次经过输入回路20、功率开关器件40、输出回路60，由输出回路60输出电源。主控板10分别与输入回路20、输入侧传感器30、功率模块驱动板50、输出回路60及输出侧传感器70连接。控制电源板80分别为输入侧传感器30、输出侧传感器70、主控板10、功率模块驱动板50提供电源。主控板10是通用控制系统的核心，包含了统ー的控制电路板硬件设计和统ー的嵌入式控制软件设计。输入侧传感器30、输出侧传感器70分别检测输入回路20、输出回路60的电量，并将输出信号输入到主控板10的模拟电路进行采样判断。输入回路20将输入、充电和放点接触器控制信号发送给主控板10，主控板10将反馈信号返回给输入回路20。输出回路60输出接触器控制信号给主控板10，主控板10将反馈信号返回给输出回路60。主控板10将PWM脉冲信号发送给功率模块驱动板50，功率模块驱动板50再将驱动信号发送给功率开关器件40。功率开关器件40发生短路时将短路信号发给功率模块驱动板50，功率模块驱动板50再将短路信号发送给主控板10。在对通用控制系统进行设计时必须对主回路进行简化和统一，特别是功率开关器件40必须使用同一类器件，输入侧传感器20、输出侧传感器70的输出信号类型必须相同。在本发明中，功率开关器件40均使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)模块，输入侧传感器20、输出侧传感器70的输出信号均为电流信号。对于主控板10、功率模块驱动板50和控制电源板80则需要进行合理的统ー设计。控制电源板80分别为输入侧传感器30、输出侧传感器70、主控板10、功率模块驱动板50等提供5V、土 15V、24V和IlOV电源等。针对单个功率模块设计ー块功率模块驱动板50，以便适应不同变换器的不同拓扑结构。请參阅图2，本发明中主控板10以32位高性能控制器为核心，配以可编程逻辑器件以增加灵活性，可以实现高性能、高精度控制。主控板10还包括控制芯片110、模拟量处理电路120、数字量输入电路130、MOSFET型数字量输出电路140、继电器型数字量输出电路150、脉冲差分输出电路和短路保护信号差分输入电路160、板码接ロ 170、调试维护接ロ(RS232) 180及通用串行通信总线(CAN、RS485等)190。模拟量处理电路120、数字量输入电路130、M0SFET型数字量输出电路140、继电器型数字量输出电路150、脉冲差分输出电路和短路保护信号差分输入电路160、板码接ロ 170、调试维护接ロ 180及通用串行通信总线190均与控制芯片100连接。 输入侧和输出侧传感器30、70的信号通过模拟量处理电路120输入到控制芯片110。接触器状态反馈通过数字量输入电路130输入到控制芯片。控制芯片110通过MOSFET型数字量输出电路140输出接触器驱动信号。控制芯片110通过继电器型数字量输出电路150输出系统运行状态信号。脉冲差分输出电路和短路保护信号差分输入电路160与功率模块驱动板50连接，输入短路保护信号并输出脉冲信号。通用串行通信总线190与显示屏连接，可显示故障信号。上述通用控制系统可针对三种不同的变换器和不同的应用场合，设置不同的板码。嵌入式控制软件能够实现三相逆变器、充电机、単相逆变器及其不同应用要求的统ー控制，通过识别板码，例如板码为100时为三相逆变，110时为充电机方式,而010则为单相逆变方式，执行不同的程序代码和算法，从而实现主控板的通用。由于三种变换器应用的场合时不一样的，故框图一中三种变换器输入电源的提供和输出电连接的器件是有所区别的，三相逆变电源输入电源是由DC600V电压的列车供电系统产生，输出电连接的器件为如风机等需要三相380V电源的电器件；充电机输入电源是由DC600V电压的列车供电系统产生，输出连接到蓄电池，对蓄电池进行充电；单相逆变器由蓄电池进行供电，输出AC220V电压源，连接到列车上的插座、空调等设备。本实用新型的通用控制系统可以有效减少采购物料种类，便于生产制造，便于售后服务，可以加快鉄路系统客车检修效率，提高客车利用率，具有较大的社会效益和经济效益。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求1.一种可对三相逆变电源、充电机及単相逆变器实现统ー控制的鉄道客车车载电源变换装置的通用控制系统，其特征在干所述通用控制系统包括主控板、输入回路、输入侧传感器、功率开关器件、功率模块驱动板、输出回路、输出侧传感器以及控制电源板，输入电源由所述输入回路进入并依次经过所述输入回路、功率开关器件及输出回路后输出电源，所述主控板分别与所述输入回路、输入侧传感器、功率模块驱动板、输出回路及输出侧传感器连接，控制电源板分别为所述输入侧传感器、输出侧传感器、主控板及功率模块驱动板提供电 源，所述主控板设有分别对应三相逆变电源、充电机及単相逆变器的三种不同的板码。
2.根据权利要求I所述的铁道客车车载电源变换装置的通用控制系统，其特征在于所述主控板具有32位高性能控制器，所述主控板包括控制芯片、模拟量处理电路、数字量输入电路、MOSFET型数字量输出电路、继电器型数字量输出电路、脉冲差分输出电路和短路保护信号差分输入电路、板码接ロ、调试维护接ロ及通用串行通信总线，所述模拟量处理电路、数字量输入电路、MOSFET型数字量输出电路、继电器型数字量输出电路、脉冲差分输出电路和短路保护信号差分输入电路、板码接ロ、调试维护接ロ及通用串行通信总线均与所述控制芯片连接。
3.根据权利要求I所述的铁道客车车载电源变换装置的通用控制系统，其特征在于所述功率开关器件采用IGBT模块。
4.根据权利要求I所述的铁道客车车载电源变换装置的通用控制系统，其特征在于所述输入侧传感器、输出侧传感器的输出信号为电流信号。
5.根据权利要求I所述的铁道客车车载电源变换装置的通用控制系统，其特征在于所述控制电源板分别为所述输入侧传感器、输出侧传感器、主控板、功率模块驱动板提供5V、±15V、24V 和 IlOV 的电源。
专利摘要一种可对三相逆变电源、充电机及单相逆变器实现统一控制的铁道客车车载电源变换装置的通用控制系统，包括主控板、输入回路、输入侧传感器、功率开关器件、功率模块驱动板、输出回路、输出侧传感器以及控制电源板。本实用新型的铁道客车车载电源变换装置的通用控制系统通过分析三相逆变电源、充电机和单相逆变器的控制部分将其进行统一和整合，通过对主控板设置三种不同的板码来实现对三种电力变换器的通用控制，可以有效减少采购物料种类，便于生产制造，便于售后服务，可以加快铁路系统客车检修效率，提高客车利用率，具有较大的社会效益和经济效益。
文档编号H02M7/537GK202488378SQ201220063870
公开日2012年10月10日 申请日期2012年2月24日 优先权日2012年2月24日
发明者王婷, 王旖雯 申请人:武汉正远铁路电气有限公司