辅助电源系统功率模块技术方案

本发明专利技术公布了一种辅助电源系统功率模块，包括用于安装电气元件的框架组件，在框架组件内可拆卸安装有用于冷却散热的水冷板组件、辅助逆变器功率单元器件及充电机功率单元器件；所述水冷板组件包括水冷基板，所述辅助逆变器功率单元器件包括辅助逆变器功率单元，所述充电机功率单元器件包括充电机功率单元；其中，所述在所述辅助逆变器功率单元及所述充电机功率单元安装于所述水冷基板的两侧，以便所述水冷基板将所述辅助逆变器功率单元和充电机功率单元产生的热量及时带走。其散热能力强，且可较好地实现辅助电源系统轻量化设计。

Power Module of Auxiliary Power Supply System

The invention discloses a power module of an auxiliary power supply system, which includes a frame component for installing electrical components. Within the frame component, a water-cooled plate component for cooling and cooling, an auxiliary inverter power unit device and a charger power unit device can be disassembled and installed. The water-cooled plate component includes a water-cooled substrate, and the auxiliary inverter power unit device includes an auxiliary inverter. The power unit includes a charger power unit, in which the auxiliary inverter power unit and the charger power unit are installed on both sides of the water-cooled substrate so that the heat generated by the auxiliary inverter power unit and the charger power unit can be taken away in time by the water-cooled substrate. Its heat dissipation ability is strong, and it can realize the lightweight design of auxiliary power supply system.

【技术实现步骤摘要】
辅助电源系统功率模块
本专利技术属于轨道车辆
，尤其涉及一种轨道车辆的辅助电源系统。
技术介绍
城市轨道车辆的辅助电源系统一般包括辅助逆变器和充电机，目前，城轨地铁用辅助电源系统多为工频辅助逆变器+高频充电机，其应用方式一般也分为两种：一种是辅助电源系统集成在一个箱体内，分为辅助逆变功率模块和充电机功率模块，另一种是辅助电源系统分散布置，分为辅助逆变器箱和充电机箱。这种传统的辅助电源系统由于需要采用工频变压器，造成体积和重量都很大，很难实现小型化、轻量化设计的目的。随着轨道交通节能减排的需求日益增加，车辆对车下设备的轻量化要求也越来越高，辅助电源系统如何实现小型化、轻量化设计也成为了需要解决的重点和难题。传统的辅助电源系统一般为工频逆变器电路拓扑结构，采用强迫风冷或者自然冷却的冷却方式，辅助逆变器和充电机采用分离的形式，导致整个系统体积庞大、散热效果较差，且传统的辅助电源系统已经很难从本质上去减轻重量。目前，影响系统重量和体积的关键环节一般为以下几个方面：1.系统的电路拓扑结构；2.系统的散热方式；3.系统的集成度。因此，如何采取有效的措施将以上三个方面统筹考虑、优化设计，才是从本质上解决系统轻量化设计的关键。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述技术问题，提供一种辅助电源系统功率模块，其散热能力强，且可较好地实现辅助电源系统轻量化设计。本专利技术的技术方案如下：一种辅助电源系统功率模块，包括用于安装电气元件的框架组件，在框架组件内可拆卸安装有用于冷却散热的水冷板组件、辅助逆变器功率单元器件及充电机功率单元器件；所述水冷板组件包括水冷基板，所述辅助逆变器功率单元器件包括辅助逆变器功率单元，所述充电机功率单元器件包括充电机功率单元；其中，所述在所述辅助逆变器功率单元及所述充电机功率单元安装于所述水冷基板的两侧，以便所述水冷基板将所述辅助逆变器功率单元和充电机功率单元产生的热量及时带走。作为优选，所述辅助逆变器功率单元包括依次连接的Boost升压电路、过压吸收电路及逆变电路；所述充电机功率单元包括依次连接的预充电电路、稳压及放电电路、高频功率变换电路及整流滤波电路；其中，所述Boost升压电路，用于对波动电压进行升压和稳压，其输出电压作为所述逆变电路和充电机功率单元的电压输入；所述过压吸收电路，其用于吸收逆变电路产生的过电压；所述逆变电路，用于提供三相脉动交流电压的输出；所述预充电电路，其由所述Boost升压电路直接提供输入电压,并实现所述稳压及放电电路的限流充电；所述高频功率变换电路，其使得直流电压变换输出成方波电压；所述整流滤波回路，其用于将所述方波电压整流滤波成稳定的直流电压输出。作为优选，所述Boost升压电路包括第一电抗器、第一绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第一放电电阻及第一支撑电容，其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第一二极管串联后的电路分别与所述第一放电电阻及所述第一支撑电容并联设置；所述过压吸收电路包括第一绝缘栅双极型晶体管对与第一吸收电阻；所述逆变电路包括第二绝缘栅双极型晶体管对、第三绝缘栅双极型晶体管对及第四绝缘栅双极型晶体管对，其中，所述第二绝缘栅双极型晶体管对、第三绝缘栅双极型晶体管对及第四绝缘栅双极型晶体管对并联设置；所述预充电电路包括主接触器、预充电接触器和预充电电阻，预充电电阻与预充电接触器串联后的电路与主接触器并联设置；所述稳压及放电电路包括第二放电电阻与第二支撑电容，所述第二放电电阻与所述第二支撑电容并联设置；所述高频功率变换电路包括第一吸收电容、第二吸收电容、第五绝缘栅双极型晶体管对、第五绝缘栅双极型晶体管对、第二二极管、第三二极管、隔直电容及高频变压器，所述第一吸收电容与所述第二吸收电容分别与所述第五绝缘栅双极型晶体管对的两个绝缘栅双极型晶体管并联，所述第二二极管及所述第三二极管分别与所述第五绝缘栅双极型晶体管对及所述第六绝缘栅双极型晶体管对连接，所述隔直电容分别与所述第五绝缘栅双极型晶体管对的中间接点及所述高频变压器的原边接点连接；所述整流滤波电路包括整流回路及滤波回路，所述整流回路包括第一RC吸收电路、第二RC吸收电路、第一整流二极管、第二整流二极管；所述滤波回路包括第一滤波电抗器、第二滤波电抗器、滤波电容、输出滤波器、熔断器及防反二极管。作为优选，所述Boost升压电路的第一绝缘栅双极型晶体管与第一放电电阻、所述过压吸收电路包括第一绝缘栅双极型晶体管对与第一吸收电阻以及所述逆变电路的所述第二绝缘栅双极型晶体管对、第三绝缘栅双极型晶体管对与第四绝缘栅双极型晶体管对设置在所述水冷基板的表面上；所述框架组件上还安装有支撑电容安装板，所述第一支撑电容通过所述支撑电容安装板与所述水冷基板靠近设置；作为优选，所述水冷基板安装有所述充电机功率单元的一侧设置有充电机驱动板及充电机顶板，所述充电机驱动板与所述充电机顶板沿背离所述水冷基板的方向安装在所述水冷基板上；其中，所述预充电电路的所述预充电电阻、所述稳压及放电电路的所述第二放电电阻、所述高频功率变换电路的所述第二二极管、所述第三二极管、所述第五绝缘栅双极型晶体管对、所述第六绝缘栅双极型晶体管对与所述高频变压器、所述整流回路的所述第一RC吸收电路、所述第二RC吸收电路、所述第一整流二极管与所述第二整流二极管以及所述滤波回路的所述防反二极管设置在所述水冷基板的表面上；所述稳压及放电电路的所述第二支撑电容、所述高频功率变换电路的所述第一吸收电容、所述第二吸收电容及所述隔直电容集成在所述充电机驱动板上；所述滤波回路的所述滤波电容、所述输出滤波器及所述熔断器集成在所述充电机顶板上。作为优选，所述辅助逆变器功率单元器件还包括辅助逆变器叠层母排，所述辅助逆变器叠层母排共有三层，依次为负极层、正极层及交流层，所述负极层、所述正极层及所述交流层之间相互绝缘；其中，所述负极层及所述正极层均为“L”型，所述过压吸收电路的第一绝缘栅双极型晶体管对、所述逆变电路的第二绝缘栅双极型晶体管对、第三绝缘栅双极型晶体管对及第四绝缘栅双极型晶体管对通过所述辅助逆变器叠层母排的所述负极层及所述正极层与所述Boost升压电路的第一支撑电容连接；所述交流层共有四路输出且所述四路输出之间互相绝缘，所述交流层的四路输出分别连接四根铜排，所述四根铜排分别连接所述第一绝缘栅双极型晶体管对、所述第二绝缘栅双极型晶体管对、所述第三绝缘栅双极型晶体管对及所述第四绝缘栅双极型晶体管对的中间接点。作为优选，所述预充电电路的所述主接触器及所述预充电接触器安装在所述框架组件上。作为优选，所述水冷板组件还包括水冷板进出水口，所述水冷板进出水口安装在所述水冷基板上。作为优选，还包括辅助逆变器驱动组件、充电机驱动组件以及安装在框架组件上的辅助逆变器控制单元组件和充电机控制单元组件，所述辅助逆变器驱动组件以及充电机驱动组件分别安装在所述水冷基板的两侧。作为优选，所述辅助逆变器控制单元组件与所述框架组件的一侧铰接。本专利技术的有益效果：本专利技术所提供的上述技术方案具有以下优点，(1)为解决辅助系统难以实现轻量化设计的难题，本专利技术从三个关键环节综合考虑，从本质上实现了轻量化的目的。首先，拓扑结构上采用高频电路拓扑，代替传统的工频电路拓扑，取消了传统工频辅助系统较重的工频变压器，实现大幅度减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种辅助电源系统功率模块，其特征在于：包括用于安装电气元件的框架组件，在框架组件内可拆卸安装有用于冷却散热的水冷板组件、辅助逆变器功率单元器件及充电机功率单元器件；所述水冷板组件包括水冷基板，所述辅助逆变器功率单元器件包括辅助逆变器功率单元，所述充电机功率单元器件包括充电机功率单元；其中，所述在所述辅助逆变器功率单元及所述充电机功率单元安装于所述水冷基板的两侧，以便所述水冷基板将所述辅助逆变器功率单元和充电机功率单元产生的热量及时带走。

【技术特征摘要】
1.一种辅助电源系统功率模块，其特征在于：包括用于安装电气元件的框架组件，在框架组件内可拆卸安装有用于冷却散热的水冷板组件、辅助逆变器功率单元器件及充电机功率单元器件；所述水冷板组件包括水冷基板，所述辅助逆变器功率单元器件包括辅助逆变器功率单元，所述充电机功率单元器件包括充电机功率单元；其中，所述在所述辅助逆变器功率单元及所述充电机功率单元安装于所述水冷基板的两侧，以便所述水冷基板将所述辅助逆变器功率单元和充电机功率单元产生的热量及时带走。2.根据权利要求1所述辅助电源系统功率模块，其特征在于：所述辅助逆变器功率单元包括依次连接的Boost升压电路、过压吸收电路及逆变电路；所述充电机功率单元包括依次连接的预充电电路、稳压及放电电路、高频功率变换电路及整流滤波电路；其中，所述Boost升压电路，用于对波动电压进行升压和稳压，其输出电压作为所述逆变电路和充电机功率单元的电压输入；所述过压吸收电路，其用于吸收逆变电路产生的过电压；所述逆变电路，用于提供三相脉动交流电压的输出；所述预充电电路，其由所述Boost升压电路直接提供输入电压,并实现所述稳压及放电电路的限流充电；所述高频功率变换电路，其使得直流电压变换输出成方波电压；所述整流滤波回路，其用于将所述方波电压整流滤波成稳定的直流电压输出。3.根据权利要求2所述辅助电源系统功率模块，其特征在于：所述Boost升压电路包括第一电抗器、第一绝缘栅双极型晶体管、第一二极管、第一放电电阻及第一支撑电容，其中，所述第一绝缘栅双极型晶体管与所述第一二极管串联后的电路分别与所述第一放电电阻及所述第一支撑电容并联设置；所述过压吸收电路包括第一绝缘栅双极型晶体管对与第一吸收电阻；所述逆变电路包括第二绝缘栅双极型晶体管对、第三绝缘栅双极型晶体管对及第四绝缘栅双极型晶体管对，其中，所述第二绝缘栅双极型晶体管对、第三绝缘栅双极型晶体管对及第四绝缘栅双极型晶体管对并联设置；所述预充电电路包括主接触器、预充电接触器和预充电电阻，预充电电阻与预充电接触器串联后的电路与主接触器并联设置；所述稳压及放电电路包括第二放电电阻与第二支撑电容，所述第二放电电阻与所述第二支撑电容并联设置；所述高频功率变换电路包括第一吸收电容、第二吸收电容、第五绝缘栅双极型晶体管对、第五绝缘栅双极型晶体管对、第二二极管、第三二极管、隔直电容及高频变压器，所述第一吸收电容与所述第二吸收电容分别与所述第五绝缘栅双极型晶体管对的两个绝缘栅双极型晶体管并联，所述第二二极管及所述第三二极管分别与所述第五绝缘栅双极型晶体管对及所述第六绝缘栅双极型晶体管对连接，所述隔直电容分别与所述第五绝缘栅双极型晶体管对的中间接点及所述高频变压器的原边接点连接；所述整流滤波电路包括整流回路及滤波回路，所述整流回路包括第一RC吸收电路、第二RC吸收电路、第一整流二极管、第二整流二极管；所述滤波回路包括第一滤波电抗器、第二滤波电抗器、滤波电容、输出滤波器、熔断器及防反二极管。4.根据权利要求3所述辅助电源系统功率模块，其特征在于：所述Boo...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭阳，毕京斌，韩国风，高瀚，刘天宇，邸峰，李国银，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37