CN204993063U - 一种车载辅助电源高频隔离装置 - Google Patents

Abstract

一种车载辅助电源高频隔离装置，包括斩波单元、高频隔离单元、传感器检测单元、隔离驱动单元和控制单元，所述斩波单元作为前级稳压装置直接经蓄电池充电机与直流辅助负载相连；所述高频隔离单元作为后级稳压装置，接至前级稳压装置，并经逆变电源后与交流辅助负载相连。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。

Description

一种车载辅助电源高频隔离装置

技术领域

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高频电气隔离装置。

背景技术

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。

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。

采用高频隔离技术可以有效地解决SIV体积、重量和逆变变流装置标准化设计的要求。但是，由于高频隔离技术普遍需要采用谐振技术来实现，在宽输入电压范围和宽负载范围的工况会给谐振电路设计带来非常大的难度。

实用新型内容

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、电气隔离效果好的车载辅助电源高频隔离装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种车载辅助电源高频隔离装置，包括斩波单元、高频隔离单元、传感器检测单元、隔离驱动单元和控制单元，所述斩波单元作为前级稳压装置直接经蓄电池充电机与直流辅助负载相连；所述高频隔离单元作为后级稳压装置，接至前级稳压装置，并经逆变电源后与交流辅助负载相连。

作为本实用新型的进一步改进：所述斩波单元用来将范围很宽的输入电压转换成稳定的直流输出电压，或者输出范围近似恒定的直流输出电压。

作为本实用新型的进一步改进：所述高频隔离单元用来将斩波单元输出电压转换成高频矩形脉冲波。

作为本实用新型的进一步改进：所述高频隔离单元包括高频逆变单元、二次整流单元和输出滤波单元，所述高频逆变单元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作为功率变换元器件，所述高频变压器用来实现输入输出电气隔离。

作为本实用新型的进一步改进：所述全桥逆变电路单元采用复合母排的连接方式。

作为本实用新型的进一步改进：所述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，同时将检测到的IGBT故障反馈给控制单元。

作为本实用新型的进一步改进：所述控制单元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。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的车载辅助电源高频隔离装置，不仅大大简化了谐振电路的设计难度，同时采用前级Buck电路稳压，可以使得谐振电路上器件的电压应力大大降低，***采取双级稳压的方案，有利于提高***的动态性能和相应精度。

2、本实用新型的车载辅助电源高频隔离装置，能够方便车载SIV的逆变变流装置和蓄电池充电机模块化，系列化；在输入工况和输出工况都非常复杂时，降低高频隔离装置的设计难度。

3、本实用新型的车载辅助电源高频隔离装置，电气隔离装置采用高频隔离技术，满足列车辅助电源的装车要求，体现车载电源技术的先进性，其可靠性能满足列车的运用要求。高频隔离装置正常启动时，通过控制软件设置输出电压线性上升，，由于两级都能够软起，因此可以有效减小对逆变变流装置和蓄电池充电机输入电路的冲击。

4、本实用新型的车载辅助电源高频隔离装置，控制单元实现对整个***的数字量、模拟量以及启停逻辑控制，同时具备故障自诊断与保护、故障记录与故障下载等功能，并可通过以太网口与上位机的数据交换，实现实时数据监视、波形记录等功能。高频隔离装置具有完善的保护功能，这些保护功能可以使高频隔离装置在不加任何***保护装置的情况下，有序的关闭***，同时还具有自诊断功能，能够通过控制单元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。

附图说明

图1是本实用新型的应用原理示意图。

图2是本实用新型在具体应用实例中的结构原理示意图。

图3是本实用新型在具体应用实例中的电路原理示意图。

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。

图例说明：

1、斩波单元；2、高频隔离单元；201、高频逆变单元；202、二次整流单元；203、输出滤波单元；3、传感器检测单元；4、隔离驱动单元；5、控制单元。

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。

本实用新型的车载辅助电源高频隔离装置，采用高频隔离技术，以满足列车辅助电源的装车要求，体现车载电源技术的先进性，其可靠性能满足列车的运用要求；其针对谐振电路设计困难的缺陷，提出一种采用Buck电路稳压+软开关谐振电路高频隔离的高频隔离装置。如图1所示，本实用新型的车载辅助电源高频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、经蓄电池充电机与直流辅助负载相连。如图2和图3所示，本实用新型的车载辅助电源高频隔离装置，包括斩波单元1、高频隔离单元2、传感器检测单元3、隔离驱动单元4和控制单元5，即：本实用新型的高频隔离装置为采用两级电路的方案，前级稳压装置采用斩波单元1来进行稳压，简化后级电路的工况，降压斩波稳压后，能够有效降低后级功率管应力，并直接经蓄电池充电机与直流辅助负载相连；后级则采用连接至前级稳压装置的高频隔离单元2来实现辅助电源的电气隔离，并经逆变电源后与交流辅助负载相连；这样，两级稳压装置，可以通过调节两级稳压装置的电压，适应后级电路不同标准的功率模块。其中：

斩波单元1，用来将范围很宽的输入电压转换成稳定的直流输出电压，或者输出范围近似恒定的直流输出电压。本实例中包括Q5，Db，Lb和Cin。

高频隔离单元2，用来将斩波单元1输出电压转换成高频矩形脉冲波。本实例中通过采用软开关技术，提高了开关管频率，以降低隔离变压器的体积和重量，实现输入与输出的电气隔离。它包括高频逆变单元201、二次整流单元202和输出滤波单元203，高频逆变单元201包括全桥逆变电路和高频变压器；本实例中，全桥逆变电路采用IGBT作为功率变换元器件，Q1和Q2采用零电压软开关方式来实现提高开关管开关频率的目的，Q3和Q4采用零电流软开关的方式达到提高开关管开关频率的目的。高频变压器用来实现输入输出电气隔离，其次边D5-D12将交流矩形脉冲整流成直流矩形脉冲，Cc、Dc、Dd以及Cc1、Dc1、Dd1则主要参与原边电路谐振，能够实现原边Q3和Q4零电流软开关。由此可见，整个全桥高频隔离电路的副边采用串联的方式，一方面可以方便输出高压，提高了***效率，另一方面能够降低辅变回路的电应力。输出滤波单元203采用输出LC滤波电路，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，使高频变压器原边的功率器件Q1和Q2方便实现软开关，达到提高开关频率，减小***体积的目的。上述采用变压器副边钳位的软开关技术，副边采用串联的方式，能够保证***在大功率高电压工况下运行时，能够有效降低副边辅助谐振回路的电压应力，提高了***可靠性。

在本实施例中，全桥逆变电路单元采用复合母排的连接方式，以方便***模块化设计，各功能块模块化设计，便于产品系列化。

隔离驱动单元4，用来将来自控制单元5的脉冲驱动信号转换为IGBT开关信号，同时将检测到的IGBT故障反馈给控制单元5。

控制单元5，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。本实例中根据实际需要采用微机控制单元。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，本实用新型的高频隔离装置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，为本实用新型在具体应用实例中微机控制单元的硬件拓扑结构示意图。

由上可知，本实用新型的车载辅助电源高频隔离装置，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。其中，高频变压器次边串联方式，有效降低了***器件的应力，实现谐振***参数方便设计的目的。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。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***采用数字化控制技术，可以方便修改***的输出电压，能够与不同电压等级的逆变变流器直接相连，***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。全桥电路前级稳压，可以有效简化全桥的路的谐振参数设计，以及全桥电路的元器件选型。

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。

Claims (7)

1.一种车载辅助电源高频隔离装置，其特征在于，包括斩波单元（1）、高频隔离单元（2）、传感器检测单元（3）、隔离驱动单元（4）和控制单元（5），所述斩波单元（1）作为前级稳压装置直接经蓄电池充电机与直流辅助负载相连；所述高频隔离单元（2）作为后级稳压装置，接至前级稳压装置，并经逆变电源后与交流辅助负载相连。

2.根据权利要求1所述的车载辅助电源高频隔离装置，其特征在于，所述斩波单元（1）用来将范围很宽的输入电压转换成稳定的直流输出电压，或者输出范围近似恒定的直流输出电压。

3.根据权利要求1或2所述的车载辅助电源高频隔离装置，其特征在于，所述高频隔离单元（2）用来将斩波单元（1）输出电压转换成高频矩形脉冲波。

4.根据权利要求3所述的车载辅助电源高频隔离装置，其特征在于，所述高频隔离单元（2）包括高频逆变单元（201）、二次整流单元（202）和输出滤波单元（203），所述高频逆变单元（201）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作为功率变换元器件，所述高频变压器用来实现输入输出电气隔离。

5.根据权利要求4所述的车载辅助电源高频隔离装置，其特征在于，所述全桥逆变电路单元采用复合母排的连接方式。

6.根据权利要求1或2所述的车载辅助电源高频隔离装置，其特征在于，所述隔离驱动单元（4）用来将来自控制单元（5）的脉冲驱动信号转换为IGBT开关信号，同时将检测到的IGBT故障反馈给控制单元（5）。

7.根据权利要求1或2所述的车载辅助电源高频隔离装置，其特征在于，所述控制单元（5）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。