CN112583273A - 一种磁浮车用双路输出功率电源及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双路输出的功率电源及其控制方法、一种功率电源***，以及一种计算机可读存储介质。该功率电源包括：第一降压斩波模块，适于从直流供电网取电以输出直流中间电压；隔离变换模块，适于对所述中间电压进行隔离变换以输出两路直流供电电压，其中，第一供电电压适于作为第一路输出电压为磁浮列车的悬浮控制器和/或悬浮电池供电；以及第二降压斩波模块，适于对第二供电电压进行斩波调压，输出第二路输出电压为所述磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。本发明能够同时解决悬浮动力供电和其他直流辅助负载供电的问题，提高***的集成度，并优化功率电源***的体积、重量和成本。

Description

一种磁浮车用双路输出功率电源及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子变换器***的技术领域，具体涉及一种磁浮车用双路输出功率电源、一种磁浮车用双路输出功率电源的控制方法，以及磁浮列车的一种适用于高压直流输入、双路直流隔离输出的功率电源***。
背景技术
磁浮列车是一种现代高科技轨道交通工具，通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向，再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行，可以减少列车与轨道之间的摩擦力，因此具备很高的运力。然而，现有磁浮列车的功率电源***普遍存在电路结构复杂、体积大、重量大、成本高等缺陷。
请参考图1A及图1B，图1A示出了一种现有磁浮列车的悬浮电源供电***的架构示意图。图1B示出了一种现有磁浮列车的充电机供电***的架构示意图。
如图1A及图1B所示，现有中低速磁浮列车的每节车厢下需要配置一台悬浮电源，用于提供车箱悬浮动力。整列磁浮列车还需要配置两台充电机来为列车的其他辅助直流负载供电。也就是说，现有的三节编组的中低速磁浮列车需要配置三台悬浮电源和两台充电机等至少五套电源产品，使车辆总体重量、体积增加，并减少了列车的运力。
从电源产品的设计上来看，悬浮电源从直流供电网取电，电压等级较高且容量较大。现有方案一半采用桥式DC/DC隔离变换电路的串并联形式来实现，电路复杂且工作频率较低，体积、重量、成本都不具优势。充电机从列车的三相交流母线取电，需要额外进行电气隔离设计，电路结构相对复杂，体积、重量、成本也不具优势。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种电力电子技术，用于同时解决悬浮动力供电和其他直流辅助负载供电的问题，提高***的集成度，并优化功率电源***的体积、重量和成本。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种磁浮车用双路输出功率电源、一种磁浮车用双路输出功率电源的控制方法、一种磁浮列车的功率电源***，以及一种计算机可读存储介质，用于同时解决悬浮动力供电和其他直流辅助负载供电的问题，提高***的集成度，并优化功率电源***的体积、重量和成本。
本发明提供的上述磁浮车用双路输出功率电源包括：第一降压斩波模块，适于从直流供电网取电以输出直流中间电压；隔离变换模块，适于对所述中间电压进行隔离变换以输出两路直流供电电压，其中，第一供电电压适于作为第一路输出电压为磁浮列车的悬浮控制器和/或悬浮电池供电；以及第二降压斩波模块，适于对第二供电电压进行斩波调压，输出第二路输出电压为所述磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述功率电源还可以包括处理器。所述处理器通信连接所述第一降压斩波模块、所述隔离变换模块及所述第二降压斩波模块，并配置为：响应于所述功率电源的开启，控制所述第一降压斩波模块将其输出的中间电压从最低电压平滑地提升至目标电压，以保障所述第一路输出电压的平稳；响应于所述中间电压的输出，控制所述隔离变换模块将所述中间电压隔离变换为所述第一供电电压及所述第二供电电压；以及响应于所述第二供电电压的输出，控制所述第二降压斩波模块对所述第二供电电压进行斩波调压以输出所述第二路输出电压。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器还可以配置为：对所述第一降压斩波模块进行闭环控制，调节其输出电压的幅值以实现对所述第一路输出电压的稳压；以及对所述第二降压斩波模块进行闭环控制，调节其输出电压的幅值以实现对所述第二路输出电压的稳压。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述处理器可以进一步配置为：采集所述悬浮电池的温度作为补偿反馈值，以进行所述第一降压斩波模块的输出给定控制；以及采集所述辅助电池的温度作为补偿反馈值，以进行所述第二降压斩波模块的输出给定控制。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一降压斩波模块适于输出幅值可调的中间电压。所述隔离变换模块包括但不限于LLC谐振电路。所述LLC谐振电路适于利用其变压器的激磁电感、漏感及电容之间的谐振特性，以实现所述变压器的原边电路及副边电路的软开关。所述LLC谐振电路适于配合所述第一降压斩波模块，以实现对所述第一路输出电压的稳压。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述LLC谐振电路包括但不限于三相LLC谐振电路。所述三相LLC谐振电路可以包括高频变压器，所述高频变压器的一个原边绕组及两个副边绕组采用三角形接法。所述三相LLC谐振电路适于利用其三条LLC谐振支路来分担能量以降低各所述谐振支路的电流应力，并适于提高所述隔离变换模块的输出频率以减小所述第一供电电压及所述第二供电电压的纹波。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一降压斩波模块可以包括三电平降压斩波电路。所述三电平降压斩波电路适于降低其功率管的电压应力，适于降低其滤波电感的电流脉动，并降低对其滤波电容的容量要求。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第二降压斩波模块包括但不限于多重斩波电路。所述多重斩波电路可以包括多个错相控制的斩波单元，适于错相斩波提高所述第二降压斩波模块的输出频率，以减少所述第二路输出电压的纹波、降低每路斩波管的电流应力、并降低所述第二降压斩波模块中滤波器的容量需求。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述功率电源还可以包括：第一防反电路，设于所述第一路输出电压的输出端，适于防止电路能量从所述悬浮控制器反向流回所述功率电源；和/或第二防反电路，设于所述第二路输出电压的输出端，适于防止电路能量从所述直流辅助负载反向流回所述功率电源。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种磁浮车用双路输出功率电源的控制方法。
本发明提供的上述控制方法包括：控制第一降压斩波模块从直流供电网取电以输出直流中间电压；控制隔离变换模块对所述中间电压进行隔离变换以输出两路直流供电电压，其中，第一供电电压适于作为第一路输出电压为磁浮列车的悬浮控制器和/或悬浮电池供电；以及控制第二降压斩波模块对第二供电电压进行斩波调压，输出第二路输出电压为所述磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。
优选地，在本发明的一些实施例中，输出所述中间电压的步骤可以包括：响应于所述功率电源的开启，控制所述第一降压斩波模块将其输出的中间电压从最低电压平滑地提升至目标电压，以保障所述第一路输出电压的平稳。输出两路所述供电电压的步骤可以包括：响应于所述中间电压的输出，控制所述隔离变换模块将所述中间电压隔离变换为所述第一供电电压及所述第二供电电压。输出所述第二路输出电压的步骤可以包括：响应于所述第二供电电压的输出，控制所述第二降压斩波模块对所述第二供电电压进行斩波调压，以输出所述第二路输出电压。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述控制方法还可以包括：对所述第一降压斩波模块进行闭环控制，调节其输出电压的幅值以实现对所述第一路输出电压的稳压；以及对所述第二降压斩波模块进行闭环控制，调节其输出电压的幅值以实现对所述第二路输出电压的稳压。
优选地，在本发明的一些实施例中，对所述第一降压斩波模块进行闭环控制的步骤可以进一步包括：采集所述悬浮电池的温度作为补偿反馈值，以进行所述第一降压斩波模块的输出给定控制。对所述第二降压斩波模块进行闭环控制的步骤可以进一步包括：采集所述辅助电池的温度作为补偿反馈值，以进行所述第二降压斩波模块的输出给定控制。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一降压斩波模块适于输出幅值可调的中间电压。所述隔离变换模块包括但不限于LLC谐振电路。控制所述隔离变换模块对所述中间电压进行隔离变换的步骤可以包括：利用所述LLC谐振电路的变压器的激磁电感、漏感及电容之间的谐振特性，实现所述变压器的原边电路及副边电路的软开关。对所述第一降压斩波模块进行闭环控制的步骤可以包括：利用所述第一降压斩波模块调节所述中间电压的幅值，以配合所述LLC谐振电路实现对所述第一路输出电压的稳压。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述LLC谐振电路包括但不限于三相LLC谐振电路。所述三相LLC谐振电路可以包括高频变压器。所述高频变压器的一个原边绕组及两个副边绕组采用三角形接法。控制所述隔离变换模块对所述中间电压进行隔离变换的步骤还可以包括：利用所述三相LLC谐振电路的三条LLC谐振支路来分担能量，以降低各所述谐振支路的电流应力；以及利用所述三条LLC谐振支路来提高所述隔离变换模块的输出频率，以减小所述第一供电电压及所述第二供电电压的纹波。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第一降压斩波模块包括但不限于三电平降压斩波电路。输出所述中间电压的步骤可以包括：对所述直流供电网输入的直流电压进行三电平降压斩波，以降低所述三电平降压斩波电路的功率管的电压应力，降低所述三电平降压斩波电路的滤波电感的电流脉动，并降低对所述三电平降压斩波电路的滤波电容的容量要求。
可选地，在本发明的一些实施例中，所述第二降压斩波模块包括但不限于多重斩波电路。所述多重斩波电路可以包括多个错相控制的斩波单元。输出所述第二路输出电压的步骤可以包括：对所述第二供电电压进行错相斩波，提高所述第二降压斩波模块的输出频率以减少所述第二路输出电压的纹波、降低每路斩波管的电流应力、并降低所述第二降压斩波模块中滤波器的容量需求。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种磁浮列车的功率电源***。
本发明提供的上述功率电源***包括多个功率电源。所述功率电源可以是上述任意一个实施例所提供的功率电源。各所述功率电源的第一路输出电压适于为所述磁浮列车的悬浮控制器和/或悬浮电池供电，各所述功率电源的第二路输出电压适于为所述磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。
优选地，在本发明的一些实施例中，所述功率电源***还可以包括：第一输出母线，所述第一输出母线的高压线分别连接各所述悬浮控制器的高压输入端，所述第一输出母线的低压线分别连接各所述功率电源的第一路输出电压的低压输出端；以及第二输出母线，所述第二输出母线的高压线分别连接各所述直流辅助负载的高压输入端，所述第二输出母线的低压线分别连接各所述功率电源的第二路输出电压的低压输出端。所述第一输出母线、所述第二输出母线与所述磁浮列车的直流供电网之间可以相互电气隔离。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。
本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。所述计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的控制方法，从而同时解决悬浮动力供电和其他直流辅助负载供电的问题。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1A示出了一种现有磁浮列车的悬浮电源供电***的架构示意图。
图1B示出了一种现有磁浮列车的充电机供电***的架构示意图。
图2示出了根据本发明的一些实施例提供的双路输出功率电源的架构示意图。
图3示出了根据本发明的一些实施例提供的磁浮车用双路输出功率电源的控制方法的流程示意图。
图4示出了根据本发明的一些实施例提供的磁浮列车的功率电源***的架构示意图。
附图标记
1 第一降压斩波模块；
2 隔离变换模块；
3 第二降压斩波模块；
4 第一防反电路；
5 第二防反电路；
301～303 双路输出功率电源的控制方法的步骤。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段以及相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
如上所述，现有的三节编组的中低速磁浮列车需要配置三台悬浮电源和两台充电机等至少五套电源产品，普遍存在电路结构复杂、体积大、重量大、成本高等缺陷。
为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种磁浮车用双路输出功率电源、一种磁浮车用双路输出功率电源的控制方法、一种磁浮列车的功率电源***，以及一种计算机可读存储介质，用于同时解决悬浮动力供电和其他直流辅助负载供电的问题，提高***的集成度，并优化功率电源***的体积、重量和成本。
请参考图2，图2示出了根据本发明的一些实施例提供的双路输出功率电源的架构示意图。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，磁浮车用双路输出功率电源可以包括第一降压斩波模块1、隔离变换模块2及第二降压斩波模块3。
上述第一降压斩波模块1适于从磁浮列车的直流供电网取电，对直流供电网提供的高压直流电压进行降压斩波处理，并将斩波处理后获得的直流中间电压输出到隔离变换模块2。在一些实施例中，第一降压斩波模块1可以选用三电平降压斩波电路。
通过选用三电平降压斩波电路，第一降压斩波模块1的开关管和续流二极管上的电压应力仅为输入电压的一半。也就是说，与普通降压斩波电路相比，三电平降压斩波电路的开关管和续流二极管上的电压应力均减小了一半。因此，在相同输入电压的应用场景中，本发明可以选择耐压能力更低的开关管来达到降压斩波的效果，从而降低第一降压斩波模块1的生产成本。其二，在相同滤波电感、相同开关频率且输入变化输出恒定的工况下，三电平降压斩波电路的电感电流脉动小于普通降压斩波电路变换器。尤其在占空比D＝0.5时，三电平降压斩波电路的电感电流脉动可以达到最小值零。其三，三电平降压斩波电路输出滤波电容的纹波电流频率为开关频率的2倍，而普通降压斩波电路滤波电容纹波电流频率等于开关频率。因此，在相同输出电压脉动情况下，本发明可以选择容量更小的滤波电容来作为输出滤波器，从而降低第一降压斩波模块1的生产成本、缩小第一降压斩波模块1的体积，并降低第一降压斩波模块1的重量。
如图2所示，上述隔离变换模块2适于对第一降压斩波模块1提供的中间电压进行隔离变换，并分别输出两路相互隔离的直流供电电压。第一供电电压适于作为功率电源的第一路输出电压，通过功率电源的第一路输出接口为磁浮列车的悬浮控制器和/或悬浮电池供电。第二供电电压适于被输出到后端的第二降压斩波模块3，以进行后续的降压斩波处理。第一供电电压与第二供电电压相互电气隔离，并且均与直流供电网电气隔离。
在一些实施例中，隔离变换模块2可以选用直流/直流(DC/DC)隔离变换模块，适于将输入的直流中间电压隔离变换为输出的直流供电电压。具体来说，隔离变换模块2可以选用LLC谐振式软开关电路，利用高频变压器来进行第一供电电压、第二供电电压及直流供电网的电气隔离。通过采用LLC谐振电路来进行上述隔离变换，本发明可以利用LLC谐振电路中变压器激磁电感、漏感、电容之间的谐振特性，实现变压器的原边和副边的软开关，从而在开关时刻使开关管的电压或电流为零，以降低开关管的开通损耗和关断损耗。
在一些实施例中，上述LLC谐振电路2可以优选为三相LLC谐振电路。该三相LLC谐振电路2可以包括高频变压器。该高频变压器的一个原边绕组可以连接第一降压斩波模块1的输出端，用于获取第一降压斩波模块1提供的中间电压。该高频变压器的两个副边绕组可以分别连接功率电源的第一路输出接口和第二降压斩波模块3的输入端，适于分别输出两路相互电气隔离的输出电压。该两路输出电压可以经隔离变换模块2的整流滤波后转换为直流的供电电压，再分别输出到功率电源的第一路输出接口和第二降压斩波模块3的输入端。该高频变压器的一个原边绕组及两个副边绕组可以采用三角形接法。
通过采用三相LLC谐振电路来进行上述隔离变压，本发明可以利用三相LLC谐振电路的三条LLC谐振支路来分担能量，从而将各谐振支路上的电流应力降低到单相LLC谐振电路的三分之一。同时，三相LLC谐振电路的三相可以按120°的相位差来轮流输出，从而提高隔离变换模块2的输出频率，以减小第一供电电压及第二供电电压的纹波。因此，三相LLC谐振电路更适于实现高频、大容量的DC/DC隔离变换。
如图2所示，上述第二降压斩波模块3适于对第二供电电压进行斩波调压，以获得直流的第二路输出电压。该第二路输出电压可以通过功率电源的第二路输出端口为磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。
在一些实施例中，上述第二降压斩波模块3可以选用多重斩波电路。该多重斩波电路可以包括多个错相控制的斩波单元，适于对第二供电电压进行错相斩波，以提高第二降压斩波模块的输出频率。在一些双重错相斩波的实施例中，每路斩波的开关相位差可以为180°。在一些三重错相斩波的实施例中，每路斩波的开关相位差可以为120°。在一些六重错相斩波的实施例中，每路斩波的开关的相位差可以为60°。通过采用上述多重斩波电路，本发明可以显著地提高整体电路的输出频率，从而减少第二路输出电压的纹波、降低每路斩波管的电流应力、并降低对第二降压斩波模块3中滤波电容的容量需求，以缩小第二降压斩波模块3的体积并降低其重量。
如图2所示，在本发明的一些实施例中，磁浮车用双路输出功率电源还可以包括两路防反电路4、5。该两路防反电路4、5可以分别设置于功率电源的两路输出干线，适于利用二极管的单向导通特性，防止负载的电路能量从两路输出接口反向流入功率电源，从而提供防反保护功能。
具体来说，第一防反电路4可以设于第一路输出电压的输出端，适于防止电路能量从悬浮控制器反向流回功率电源。该悬浮控制器可以表示磁浮列车本车厢的悬浮动力装置。从隔离变换模块2输出的第一供电电压可以经第一防反电路4传递到功率电源的第一路输出接口，从而分别为本车厢的悬浮控制器和悬浮电池供电。该悬浮电池可以是悬浮控制器专用的蓄电池，适于存储电能来为悬浮控制器供电。
第二防反电路5可以设于第二路输出电压的输出端，适于防止电路能量从直流辅助负载反向流回功率电源。该直流辅助负载包括但不限于磁浮列车的低压直流负载。从第二降压斩波模块3输出的直流电压可以经第二防反电路5传递到功率电源的第二路输出接口，从而分别为本车厢的直流辅助负载和辅助电池供电。该辅助电池可以是低压直流负载专用的蓄电池，适于存储电能来为直流辅助负载供电。
在本发明的一些实施例中，磁浮车用双路输出功率电源还可以包括处理器。该处理器可以通信连接第一降压斩波模块1、隔离变换模块2及第二降压斩波模块3，用于实施功率电源的控制方法以同时解决悬浮动力供电和其他直流辅助负载供电的问题。在一些实施例中，该处理器可以是磁浮车用双路输出功率电源的专用处理器，设置于磁浮车用双路输出功率电源中。在另一些实施例中，该处理器也可以是磁浮列车的处理器，设置于磁浮列车各车厢的设备舱或磁浮列车的驾驶室。
以下将结合一些功率电源的控制方法来描述上述功率电源的工作原理。该控制方法可以由上述功率电源的处理器来实施。本领域的技术人员可以理解，这些控制方法只是一些非限制性的实施例，旨在清楚地展示本发明的主要构思，并提供一些便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。
请参考图3，图3示出了根据本发明的一些实施例提供的磁浮车用双路输出功率电源的控制方法的流程示意图。
如图3所示，本发明提供的上述控制方法可以包括步骤301：控制第一降压斩波模块从直流供电网取电，以输出直流中间电压。
在本发明的一些实施例中，响应于功率电源的开启，处理器可以控制第一降压斩波模块1将其输出的中间电压从最低电压平滑地提升至目标电压。通过采用该软启动的控制方式，隔离变换模块2输出的第一供电电压将随中间电压而平滑地提升，从而保障第一路输出电压的平稳。
在一些优选的实施例中，第一降压斩波模块1可以选用三电平降压斩波电路。处理器可以控制三电平降压斩波电路1对直流供电网输入的直流电压进行三电平降压斩波，以降低所述三电平降压斩波电路的功率管的电压应力，降低所述三电平降压斩波电路的滤波电感的电流脉动，并降低对所述三电平降压斩波电路的滤波电容的容量要求。
如图3所示，本发明提供的上述控制方法还可以包括步骤302：控制隔离变换模块对中间电压进行隔离变换，以输出两路直流供电电压。
在上述实施例中，响应于第一降压斩波模块1输出的中间电压，处理器可以对隔离变换模块2进行开环控制，将输入的中间电压隔离变换为相互隔离的第一供电电压及第二供电电压。经过隔离变换模块2的整流滤波后，该第一供电电压的幅值适应于悬浮控制器的工作电压，可以经第一防反电路4传递到功率电源的第一路输出接口，从而作为第一路输出电压来分别为磁浮列车的悬浮控制器和悬浮电池供电。该第二供电电压经过隔离变换模块2的整流滤波后，可以被输出到后端的第二降压斩波模块3以进行进一步的斩波调压。
在一些优选的实施例中，隔离变换模块2可以选用LLC谐振电路。处理器可以利用LLC谐振电路2的变压器的激磁电感、漏感及电容之间的谐振特性，实现变压器的原边电路及副边电路的软开关。
在一些更优的实施例中，LLC谐振电路可以优选为三相LLC谐振电路。处理器可以利用三相LLC谐振电路2的三条LLC谐振支路来分担能量，以降低各谐振支路的电流应力。此外，处理器还可以利用三条LLC谐振支路来提高隔离变换模块2的输出频率，以减小第一供电电压及第二供电电压的纹波。
如图3所示，本发明提供的上述控制方法还可以包括步骤303：控制第二降压斩波模块对第二供电电压进行斩波调压，输出第二路输出电压为磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。
在上述实施例中，响应于隔离变换模块2输出的第二供电电压，处理器可以控制第二降压斩波模块3对第二供电电压进行斩波调压，将第二供电电压降压斩波到直流辅助负载的工作电压。第二降压斩波模块3输出的直流电压可以经第二防反电路5传递到功率电源的第二路输出接口，从而作为第二路输出电压来分别为磁浮列车的直流辅助负载和辅助电池供电。
在一些优选的实施例中，第二降压斩波模块3可以选用多重斩波电路。多重斩波电路3可以包括多个错相控制的斩波单元。处理器可以根据斩波单元的实际数量对第二供电电压进行错相斩波，提高第二降压斩波模块的输出频率以减少第二路输出电压的纹波、降低每路斩波管的电流应力、并降低第二降压斩波模块中滤波器的容量需求。
在本发明的一些实施例中，在输出两路输出电压来分别为磁浮列车的悬浮动力***和其他直流辅助负载供电后，功率电源的处理器还可以进一步监测各负载提供的反馈参数，并根据监测到的反馈参数来实现对第一输出电压和第二输出电压的稳压闭环控制。
具体来说，处理器可以实时监测悬浮电池的温度，以作为第一路输出的补偿反馈值。之后，处理器可以根据该温度补偿反馈值对第一降压斩波模块1进行输出给定控制，利用第一降压斩波模块1调节中间电压的幅值，配合LLC谐振电路2来实现对第一路输出电压的稳压闭环控制。此外，处理器也可以实时监测辅助电池的温度，以作为第二路输出的补偿反馈值。处理器可以根据该温度补偿反馈值对第二降压斩波模块2进行输出给定控制，调节第二降压斩波模块2输出电压的幅值，以实现对第二路输出电压的稳压闭环控制。通过采用该温度补偿反馈充电的做法，本发明还能够进一步延长悬浮电池和辅助电池的使用寿命。
本领域的技术人员可以理解，上述所有控制都由功率电源的一个处理器集中实施的方案只是一种非限制性的实施例，旨在展示本发明的主要构思，并提供一种便于公众实施的具体方案，而非用于限制本发明的保护范围。可选地，在另一些实施例中，上述各控制步骤也可以由功率电源和/或磁浮列车的多个处理器相互配合来实施。
尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种磁浮列车的功率电源***。该功率电源***可以从磁浮列车的直流供电网取电，以提供两路相互电气隔离的输出，用于同时解决悬浮动力供电和其他直流辅助负载供电的问题，从而提高***的集成度，并优化功率电源***的体积、重量和成本。
请参考图4，图4示出了根据本发明的一些实施例提供的磁浮列车的功率电源***的架构示意图。
如图4所示，在本发明的一些实施例中，一列磁浮列车可以包括三节车厢。相应地，磁浮列车的功率电源***可以包括三台功率电源。该功率电源可以是上述任意一个实施例所提供的双路输出功率电源。各双路输出功率电源可以分别配置在对应的车厢，用于向对应车厢的悬浮动力***和直流辅助***供电。
具体来说，布置在第一车厢的第一功率电源可以提供两路输出电压，其中一路输出电压适于为第一车厢的悬浮控制器和悬浮电池供电，而其中另一路输出电压适于为第一车厢的直流辅助负载和辅助电池供电。布置在第二车厢的第二功率电源可以提供两路输出电压，其中一路输出电压适于为第二车厢的悬浮控制器和悬浮电池供电，而其中另一路输出电压适于为第二车厢的直流辅助负载和辅助电池供电。布置在第三车厢的第三功率电源可以提供两路输出电压，其中一路输出电压适于为第三车厢的悬浮控制器和悬浮电池供电，而其中另一路输出电压适于为第三车厢的直流辅助负载和辅助电池供电。
在一些优选的实施例中，上述磁浮列车的功率电源***可以进一步设有两路输出母线。第一输出母线可以包括第一高压线和第一低压线。该第一高压线适于分别连接各悬浮控制器的高压输入端，以便各功率电源对磁浮列车的各悬浮控制器进行冗余均压输出。当任意一个功率电源发生故障以致无法提供第一输出电压，其余车厢的功率电源可以通过第一高压线来为故障车厢的悬浮动力装置供电，以保障故障车厢的悬浮力。该第一低压线适于分别连接各功率电源的第一路输出电压的低压输出端，以确保各车厢功率电源的第一输出端口、悬浮电池、悬浮控制器共地。
相应地，第二输出母线可以包括第二高压线和第二低压线。该第二高压线适于分别连接各直流辅助负载的高压输入端，以便各功率电源对各车厢的直流辅助负载进行冗余均压输出。当任意一个功率电源发生故障以致无法提供第二输出电压，其余车厢的功率电源可以通过第二高压线来为故障车厢的直流辅助负载供电，以保障故障车厢的直流辅助负载正常运行。该第二低压线适于分别连接各功率电源的第二路输出电压的低压输出端，以确保各车厢功率电源的第二输出端口、辅助电池、直流辅助负载共地。
在一些实施例中，磁浮列车的悬浮动力***和直流辅助***可以具有不同的工作电压。相应地，上述第一输出母线和上述第二输出母线应当相互电气隔离。通过隔离变换模块2的隔离变换，第一输出母线及第二输出母线还可以与磁浮列车的直流供电网相互电气隔离。
根据本发明的另一方面，本文还提供了一种计算机可读存储介质。
本发明提供的上述计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令。该计算机指令被处理器执行时，可以实施上述任意一个实施例所提供的控制方法，从而同时解决悬浮动力供电和其他直流辅助负载供电的问题。
尽管上述的实施例所述的处理器可以通过软件与硬件的组合来实现。但是可以理解，该处理器也可单独在在软件或硬件中加以实施。对于硬件实施而言，处理器可在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、用于执行上述功能的其它电子装置或上述装置的选择组合来加以实施。对软件实施而言，处理器可通过在通用芯片上运行的诸如程序模块(procedures)和函数模块(functions)等独立的软件模块来加以实施，其中每一个模块可以执行一个或多个本文中描述的功能和操作。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (20)

1.一种磁浮车用双路输出功率电源，其特征在于，包括：
第一降压斩波模块，适于从直流供电网取电以输出直流中间电压；
隔离变换模块，适于对所述中间电压进行隔离变换以输出两路直流供电电压，其中，第一供电电压适于作为第一路输出电压为磁浮列车的悬浮控制器和/或悬浮电池供电；以及
第二降压斩波模块，适于对第二供电电压进行斩波调压，输出第二路输出电压为所述磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。
2.如权利要求1所述的功率电源，其特征在于，还包括处理器，所述处理器通信连接所述第一降压斩波模块、所述隔离变换模块及所述第二降压斩波模块，并配置为：
响应于所述功率电源的开启，控制所述第一降压斩波模块将其输出的中间电压从最低电压平滑地提升至目标电压，以保障所述第一路输出电压的平稳；
响应于所述中间电压的输出，控制所述隔离变换模块将所述中间电压隔离变换为所述第一供电电压及所述第二供电电压；以及
响应于所述第二供电电压的输出，控制所述第二降压斩波模块对所述第二供电电压进行斩波调压以输出所述第二路输出电压。
3.如权利要求2所述的功率电源，其特征在于，所述处理器还配置为：
对所述第一降压斩波模块进行闭环控制，调节其输出电压的幅值以实现对所述第一路输出电压的稳压；以及
对所述第二降压斩波模块进行闭环控制，调节其输出电压的幅值以实现对所述第二路输出电压的稳压。
4.如权利要求3所述的功率电源，其特征在于，所述处理器进一步配置为：
采集所述悬浮电池的温度作为补偿反馈值，以进行所述第一降压斩波模块的输出给定控制；以及
采集所述辅助电池的温度作为补偿反馈值，以进行所述第二降压斩波模块的输出给定控制。
5.如权利要求3所述的功率电源，其特征在于，所述第一降压斩波模块适于输出幅值可调的中间电压，所述隔离变换模块包括LLC谐振电路，其中，
所述LLC谐振电路适于利用其变压器的激磁电感、漏感及电容之间的谐振特性，以实现所述变压器的原边电路及副边电路的软开关，
所述LLC谐振电路适于配合所述第一降压斩波模块，以实现对所述第一路输出电压的稳压。
6.如权利要求5所述的功率电源，其特征在于，所述LLC谐振电路包括三相LLC谐振电路，所述三相LLC谐振电路包括高频变压器，所述高频变压器的一个原边绕组及两个副边绕组采用三角形接法，
所述三相LLC谐振电路适于利用其三条LLC谐振支路来分担能量以降低各所述谐振支路的电流应力，并适于提高所述隔离变换模块的输出频率以减小所述第一供电电压及所述第二供电电压的纹波。
7.如权利要求1所述的功率电源，其特征在于，所述第一降压斩波模块包括三电平降压斩波电路，所述三电平降压斩波电路适于降低其功率管的电压应力，适于降低其滤波电感的电流脉动，并降低对其滤波电容的容量要求。
8.如权利要求1所述的功率电源，其特征在于，所述第二降压斩波模块包括多重斩波电路，所述多重斩波电路包括多个错相控制的斩波单元，适于错相斩波提高所述第二降压斩波模块的输出频率，以减少所述第二路输出电压的纹波、降低每路斩波管的电流应力、并降低所述第二降压斩波模块中滤波器的容量需求。
9.如权利要求1所述的功率电源，其特征在于，还包括：
第一防反电路，设于所述第一路输出电压的输出端，适于防止电路能量从所述悬浮控制器反向流回所述功率电源；和/或
第二防反电路，设于所述第二路输出电压的输出端，适于防止电路能量从所述直流辅助负载反向流回所述功率电源。
10.一种磁浮车用双路输出功率电源的控制方法，其特征在于，包括：
控制第一降压斩波模块从直流供电网取电以输出直流中间电压；
控制隔离变换模块对所述中间电压进行隔离变换以输出两路直流供电电压，其中，第一供电电压适于作为第一路输出电压为磁浮列车的悬浮控制器和/或悬浮电池供电；以及
控制第二降压斩波模块对第二供电电压进行斩波调压，输出第二路输出电压为所述磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。
11.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，输出所述中间电压的步骤包括：响应于所述功率电源的开启，控制所述第一降压斩波模块将其输出的中间电压从最低电压平滑地提升至目标电压，以保障所述第一路输出电压的平稳，
输出两路所述供电电压的步骤包括：响应于所述中间电压的输出，控制所述隔离变换模块将所述中间电压隔离变换为所述第一供电电压及所述第二供电电压，
输出所述第二路输出电压的步骤包括：响应于所述第二供电电压的输出，控制所述第二降压斩波模块对所述第二供电电压进行斩波调压，以输出所述第二路输出电压。
12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，还包括：
对所述第一降压斩波模块进行闭环控制，调节其输出电压的幅值以实现对所述第一路输出电压的稳压；以及
对所述第二降压斩波模块进行闭环控制，调节其输出电压的幅值以实现对所述第二路输出电压的稳压。
13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，对所述第一降压斩波模块进行闭环控制的步骤进一步包括：采集所述悬浮电池的温度作为补偿反馈值，以进行所述第一降压斩波模块的输出给定控制，
对所述第二降压斩波模块进行闭环控制的步骤进一步包括：采集所述辅助电池的温度作为补偿反馈值，以进行所述第二降压斩波模块的输出给定控制。
14.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，所述第一降压斩波模块适于输出幅值可调的中间电压，所述隔离变换模块包括LLC谐振电路，
控制所述隔离变换模块对所述中间电压进行隔离变换的步骤包括：利用所述LLC谐振电路的变压器的激磁电感、漏感及电容之间的谐振特性，实现所述变压器的原边电路及副边电路的软开关，
对所述第一降压斩波模块进行闭环控制的步骤包括：利用所述第一降压斩波模块调节所述中间电压的幅值，以配合所述LLC谐振电路实现对所述第一路输出电压的稳压。
15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，所述LLC谐振电路包括三相LLC谐振电路，所述三相LLC谐振电路包括高频变压器，所述高频变压器的一个原边绕组及两个副边绕组采用三角形接法，
控制所述隔离变换模块对所述中间电压进行隔离变换的步骤还包括：
利用所述三相LLC谐振电路的三条LLC谐振支路来分担能量，以降低各所述谐振支路的电流应力；以及
利用所述三条LLC谐振支路来提高所述隔离变换模块的输出频率，以减小所述第一供电电压及所述第二供电电压的纹波。
16.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述第一降压斩波模块包括三电平降压斩波电路，输出所述中间电压的步骤包括：
对所述直流供电网输入的直流电压进行三电平降压斩波，以降低所述三电平降压斩波电路的功率管的电压应力，降低所述三电平降压斩波电路的滤波电感的电流脉动，并降低对所述三电平降压斩波电路的滤波电容的容量要求。
17.如权利要求10所述的控制方法，其特征在于，所述第二降压斩波模块包括多重斩波电路，所述多重斩波电路包括多个错相控制的斩波单元，输出所述第二路输出电压的步骤包括：
对所述第二供电电压进行错相斩波，提高所述第二降压斩波模块的输出频率以减少所述第二路输出电压的纹波、降低每路斩波管的电流应力、并降低所述第二降压斩波模块中滤波器的容量需求。
18.一种磁浮列车的功率电源***，其特征在于，包括：
多个如权利要求1～9中任一项所述的功率电源，其中，各所述功率电源的第一路输出电压适于为所述磁浮列车的悬浮控制器和/或悬浮电池供电，各所述功率电源的第二路输出电压适于为所述磁浮列车的直流辅助负载和/或辅助电池供电。
19.如权利要求18所述的功率电源***，其特征在于，还包括：
第一输出母线，所述第一输出母线的高压线分别连接各所述悬浮控制器的高压输入端，所述第一输出母线的低压线分别连接各所述功率电源的第一路输出电压的低压输出端；以及
第二输出母线，所述第二输出母线的高压线分别连接各所述直流辅助负载的高压输入端，所述第二输出母线的低压线分别连接各所述功率电源的第二路输出电压的低压输出端，其中，
所述第一输出母线、所述第二输出母线与所述磁浮列车的直流供电网相互电气隔离。
20.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，实施如权利要求10～17中任一项所述的控制方法。
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