充电机模块及电路制造技术

本发明专利技术涉及一种充电机模块及电路，主电路包括预充电电路、输入滤波电路、一级调压电路、LLC谐振回路、不控整流输出滤波电路，输入高压直流电经过预充电、输入滤波后，通过一级调压电路降压、LLC谐振回路转换为交流方波电压，最后整流滤波输出为可调直流电压。充电机模块包括自冷散热器组件、预充电组件、一级调压组件、LLC谐振组件、不控整流组件、EMI组件、控制器组件以及主体框架；一级调压组件、LLC谐振组件、不控整流组件分区布置于自冷散热器组件上，预充电组件、EMI组件与控制器组件安装于主体框架上。充电机模块采用集成化设计，分为自冷散热器组件、主体框架、预充电组件、EMI组件、控制器组件五个独立的部分，结构简单，安装维修方面。

Charger module and circuit

The invention relates to a charger module and circuit. The main circuit includes a precharge circuit, an input filter circuit, a primary voltage regulating circuit, a LLC resonant circuit, and an uncontrolled rectifier output filter circuit. After the input high-voltage DC is precharged and filtered, it is reduced by a primary voltage regulating circuit, and the LLC resonant circuit is converted into an AC square wave voltage. Finally, the rectifier filter output is adjustable DC Voltage. The charger module includes self cooling radiator module, pre charging module, primary voltage regulating module, LLC resonant module, uncontrolled rectifier module, EMI module, controller module and main frame; the primary voltage regulating module, LLC resonant module and uncontrolled rectifier module are arranged on the self cooling radiator module in sections, and the pre charging module, EMI module and controller module are installed on the main frame. The charger module adopts integrated design, which is divided into five independent parts: self cooling radiator component, main frame, precharge component, EMI component and controller component. It has simple structure, installation and maintenance.

【技术实现步骤摘要】
充电机模块及电路
本专利技术属于充电机
，尤其涉及一种充电机模块及电路。
技术介绍
充电机是轨道交通车辆辅助系统必不可少的关键部件，为列车低压直流负载提供稳定的直流电源，同时按蓄电池特性对蓄电池进行充电。现有轨道交通用充电机模块多采用强迫风冷、走行风冷的冷却方式，而强迫风冷的冷却方式风机故障率较高，走行风冷的冷却方式易受外界环境影响而导致系统稳定性差；少部分采用水冷方式，但水冷方式需配套水冷系统，水冷系统难维护及维护成本高。同时，现有的充电机模块往往集成度较低，各部分结构分开安装设计，导致充电机模块体积大，重量大，生产周期长，后期现场维护不方便等问题。且各元件使用铜排或电缆连接，布线复杂，杂散电容等参数难控制，导致故障率高，性能不稳定；电路优化不到位导致电气性能低，损耗较大，转化效率比较低等。因此，如何设计一个独立的、高集成化的充电机模块成为充电机设计的重点和难点。
技术实现思路
本专利技术针对现有充电机存在的不足进行改进，提供了一种充电机模块及电路，主电路包括输入滤波、预充电、调压、LLC谐振以及输出整流滤波等部分，功率模块采用集成化、系统化设计，相应划分为自冷散热器组件、主体框架、预充电组件、EMI组件、控制器组件等多个独立的部分，结构设计简单，便于安装操作与维修。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种充电机电路，由输入端至输出端包括依次连接的预充电电路、输入滤波电路、一级调压电路、LLC谐振回路以及不控整流输出滤波电路；输入初级高压直流电经过预充电电路与输入滤波电路预充电、滤波，然后通过一级调压电路初次降压，再经过LLC谐振回路变换为交流方波电压，通过不控整流输出滤波电路将交流方波电压整流滤波输出为可调直流电压；所述一级调压电路包括半桥均压电路与双BUCK三电平斩波电路，所述半桥均压电路输入端、输出端分别连接输入滤波电路输出端与双BUCK三电平斩波电路输入端，所述双BUCK三电平斩波电路包括两个并联的BUCK斩波电路；所述LLC谐振回路包括H桥逆变电路与变压器，所述H桥逆变电路输入端、输出端分别连接双BUCK三电平斩波电路输出端与变压器原边侧；所述不控整流输出滤波电路包括半桥整流电路、RC缓冲电路以及EMI单元；所述半桥整流电路输入端、输出端分别连接变压器副边侧与RC缓冲电路输入端；所述RC缓冲电路输出端连接至EMI单元输入端。优选的，预充电电阻R1、预充电接触器KM2以及主接触器KM1组成预充电电路，预充电电阻R1与预充电接触器KM2串联后，与主接触器KM1并联；滤波电抗器L1、放电电阻R2以及支撑电容FC1组成输入滤波电路，实现输入滤波；滤波电抗器L1与主接触器KM1连接后串接入直流输入端“+”极端，放电电阻R2与支撑电容FC1并联至直流输入端“+”“-”极端。优选的，均压电阻R3、R4及均压电容C1、C2组成半桥均压电路，均压电阻R3、R4串联后的中点连接均压电容C1、C2串联后的中点，半桥均压电路并联于输入滤波电路输出侧，实现输入均压；晶体管Q1、续流二极管D1、以及续流电抗器L2组成第一BUCK斩波电路，晶体管Q1的集电极连接均压电容C1正极端，发射极连接续流二极管D1阴极与续流电抗器L2；晶体管Q2、续流二极管D2、以及续流电抗器L2组成第二BUCK斩波电路，晶体管Q2的发射极连接均压电容C2负极端，集电极连接续流二极管D2阳极；均压电容C1、C2串联后的中点连接续流二极管D1、D2串联后的中点；所述第一BUCK斩波电路与所述第二BUCK斩波电路并联后组成双BUCK三电平斩波电路，将恒定的输入初级高压直流电降压为可调次级高压直流电。优选的，支撑电容FC2、电阻R5、H桥逆变电路、隔直电容Cr、谐振电感Lr与Lm，以及变压器TM组成LLC谐振回路；支撑电容FC2、电阻R5、H桥逆变电路并联至双BUCK三电平斩波电路输出侧；支撑电容FC2、电阻R5并联至H桥逆变电路直流输入端，支撑电容FC2正极端连接至续流电抗器L2输出端，支撑电容FC2、电阻R5与续流电抗器L2组成滤波电路，对BUCK输出电压进行滤波整流；H桥逆变电路超前臂Q3的中性点与滞后臂Q4的中性点之间串联有隔直电容Cr、谐振电感Lr以及谐振电感Lm，谐振电感Lm两端分别连接变压器TM原边绕组两个输入端。优选的，整流二极管D3、D4组成半桥整流电路，整流二极管D3阳极与整流二极管D4阳极分别连接至变压器TM副边绕组的相对端；电容C3、C4、C5、C6以及电阻R6、R7、R8、R9并联组成RC缓冲电路，连接至EMI单元输入侧；整流二极管D3阴极分别与整流二极管D4阴极以及电容C3正极端连接，电容C3负极端连接至变压器TM副边绕组的中心抽头；LLC谐振回路输出的交流方波电压经过半桥整流电路与RC缓冲电路整流滤波为直流电压，经过EMI单元滤波稳压后输出可调直流电压。本专利技术还提供了一种充电机模块，主电路采用所述的充电机电路，所述充电机模块包括自冷散热器组件、预充电组件、一级调压组件、LLC谐振组件、不控整流组件、EMI组件、控制器组件以及主体框架；所述一级调压组件、LLC谐振组件、不控整流组件分别根据一级调压电路、LLC谐振回路，以及半桥整流电路与RC缓冲电路依次分区布置于所述自冷散热器组件上；所述预充电组件根据预充电电路与输入滤波电路安装于主体框架上；所述自冷散热器组件、所述EMI组件、以及所述控制器组件平行设置于所述主体框架上，与所述预充电组件形成箱体结构。优选的，所述主体框架包括底部框架、平行设置且均与所述底部框架连接的前端框架与后端框架、以及连接所述前端框架与后端框架的顶部横梁；所述顶部横梁与所述前端框架、后端框架的两安装端点分别位于远离前端框架上横梁的两端点与后端框架上横梁的两端点的位置处；所述预充电组件安装于所述底部框架上，所述自冷散热器组件安装于所述前端框架与后端框架的同侧纵梁上；所述EMI组件安装于所述顶部横梁与所述底部框架上；所述控制器组件安装于所述前端框架与后端框架的另外一侧纵梁上。优选的，所述支撑电容FC2通过复合母排与H桥逆变电路的超前臂Q3以及滞后臂Q4连接；所述隔直电容Cr包括铜排、多个小容量电容、绝缘安装板以及绝缘底板；所述铜排包括并联对称设置的两个铜排，多个小容量电容安装于两个铜排之间，通过所述铜排并联连接；所述绝缘安装板安装于所述绝缘底板上，所述铜排安装于所述绝缘安装板上。优选的，所述不控整流组件包括RC缓冲模块；所述RC缓冲模块还包括电容安装板、电容安装底板、并联铜排；电容C3、C4、C5、C6与电阻R6、R7、R8、R9通过并联铜排连接，各电阻安装在所述并联铜排上；各电容底部安装于所述电容安装底板上，两侧安装于所述电容安装板上。优选的，整流二极管D3、D4，以及所述RC缓冲模块通过三层复合母排与变压器TM副边侧连接；所述三层复合母排为L型复合母排，包括第一层接线端子X1、X8，第二层接线端子X2、X3、X5、X6、X7，以及第三层接线端子X4、X9；其中，X1与X8短接，X2、X3以及X5短接，X4与X9短接；X1、X2分别连接所述RC缓冲模块的正负极，X3、X4分别连接整流二极管D3的正负极，X5、X6分别连接整流二极管D4的正负极，X7、X8、X9分别连接变压器TM的副边侧。与现有技术相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种充电机电路，其特征在于，由输入端至输出端包括依次连接的预充电电路、输入滤波电路、一级调压电路、LLC谐振回路以及不控整流输出滤波电路；输入初级高压直流电经过预充电电路与输入滤波电路预充电、滤波，然后通过一级调压电路初次降压，再经过LLC谐振回路变换为交流方波电压，通过不控整流输出滤波电路将交流方波电压整流滤波输出为可调直流电压；所述一级调压电路包括半桥均压电路与双BUCK三电平斩波电路，所述半桥均压电路输入端、输出端分别连接输入滤波电路输出端与双BUCK三电平斩波电路输入端，所述双BUCK三电平斩波电路包括两个并联的BUCK斩波电路；所述LLC谐振回路包括H桥逆变电路与变压器，所述H桥逆变电路输入端、输出端分别连接双BUCK三电平斩波电路输出端与变压器原边侧；所述不控整流输出滤波电路包括半桥整流电路、RC缓冲电路以及EMI单元；所述半桥整流电路输入端、输出端分别连接变压器副边侧与RC缓冲电路输入端；所述RC缓冲电路输出端连接至EMI单元输入端。

【技术特征摘要】
1.一种充电机电路，其特征在于，由输入端至输出端包括依次连接的预充电电路、输入滤波电路、一级调压电路、LLC谐振回路以及不控整流输出滤波电路；输入初级高压直流电经过预充电电路与输入滤波电路预充电、滤波，然后通过一级调压电路初次降压，再经过LLC谐振回路变换为交流方波电压，通过不控整流输出滤波电路将交流方波电压整流滤波输出为可调直流电压；所述一级调压电路包括半桥均压电路与双BUCK三电平斩波电路，所述半桥均压电路输入端、输出端分别连接输入滤波电路输出端与双BUCK三电平斩波电路输入端，所述双BUCK三电平斩波电路包括两个并联的BUCK斩波电路；所述LLC谐振回路包括H桥逆变电路与变压器，所述H桥逆变电路输入端、输出端分别连接双BUCK三电平斩波电路输出端与变压器原边侧；所述不控整流输出滤波电路包括半桥整流电路、RC缓冲电路以及EMI单元；所述半桥整流电路输入端、输出端分别连接变压器副边侧与RC缓冲电路输入端；所述RC缓冲电路输出端连接至EMI单元输入端。2.根据权利要求1所述的充电机电路，其特征在于：预充电电阻R1、预充电接触器KM2以及主接触器KM1组成预充电电路，预充电电阻R1与预充电接触器KM2串联后，与主接触器KM1并联；滤波电抗器L1、放电电阻R2以及支撑电容FC1组成输入滤波电路，实现输入滤波；滤波电抗器L1与主接触器KM1连接后串接入直流输入端“+”极端，放电电阻R2与支撑电容FC1并联至直流输入端“+”“-”极端。3.根据权利要求2所述的充电机电路，其特征在于：均压电阻R3、R4及均压电容C1、C2组成半桥均压电路，均压电阻R3、R4串联后的中点连接均压电容C1、C2串联后的中点，半桥均压电路并联于输入滤波电路输出侧，实现输入均压；晶体管Q1、续流二极管D1、以及续流电抗器L2组成第一BUCK斩波电路，晶体管Q1的集电极连接均压电容C1正极端，发射极连接续流二极管D1阴极与续流电抗器L2；晶体管Q2、续流二极管D2、以及续流电抗器L2组成第二BUCK斩波电路，晶体管Q2的发射极连接均压电容C2负极端，集电极连接续流二极管D2阳极；均压电容C1、C2串联后的中点连接续流二极管D1、D2串联后的中点；所述第一BUCK斩波电路与所述第二BUCK斩波电路并联后组成双BUCK三电平斩波电路，将恒定的输入初级高压直流电降压为可调次级高压直流电。4.根据权利要求3所述的充电机电路，其特征在于：支撑电容FC2、电阻R5、H桥逆变电路、隔直电容Cr、谐振电感Lr与Lm，以及变压器TM组成LLC谐振回路；支撑电容FC2、电阻R5、H桥逆变电路并联至双BUCK三电平斩波电路输出侧；支撑电容FC2、电阻R5并联至H桥逆变电路直流输入端，支撑电容FC2正极端连接至续流电抗器L2输出端，支撑电容FC2、电阻R5与续流电抗器L2组成滤波电路，对BUCK输出电压进行滤波整流；H桥逆变电路超前臂Q3的中性点与滞后臂Q4的中性点之间串联有隔直电容Cr、谐振电感Lr以及谐振电感Lm，谐振电感Lm两端分别连接变压器TM原边绕组两个输入端。5.根据权利要求4所述的充电机电路，其特征在于：整流二极管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张冬冬，王博，蔡纪卫，杨绍坤，鲍庆臣，宫兆超，韩国风，史建强，
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