高频辅助变流器及控制方法技术

本发明专利技术提供一种高频辅助变流器及控制方法。辅助变流器LLC谐振电路的全桥电路的输入端连接至三电平BUCK电路的输出端，全桥电路的输出端与高频变压器原边连接，高频变压器副边与LLC谐振电路的整流电路输入端连接；逆变电路：输入端与LLC谐振电路的整流电路输出端连接，输出端连接至负载；整流电路与逆变电路集成为功率模块一，三电平BUCK电路、全桥电路集成为功率模块二，安装在箱体内，并行排列在高频变压器两侧。高频辅助变流器控制方法，辅助变流器启动后，三电平BUCK电路先启动工作，LLC全桥电路跟随三电平BUCK电路启动，然后逆变电路和充电机并行启动。该高频辅助变流器具备体积小、重量轻，故障影响低等优点。故障影响低等优点。故障影响低等优点。

【技术实现步骤摘要】
高频辅助变流器及控制方法


[0001]本专利技术涉及电气控制
，尤其涉及一种高频辅助变流器及控制方法。

技术介绍

[0002]辅助电源系统是车辆正常工作的可靠保障，辅助电源系统是将高压直流电转变为定频交流电(AC380V)和低压控制直流电(DC110V)，充电机按照蓄电池特性曲线及环境温度计算充电电流和充电电压，为蓄电池进行充电。
[0003]高频辅助变流器，网侧直流电压输入，经过DC/DC稳压电路后进入LLC高频谐振变换器，通过高频变压器隔离变压后经过不控整流电路输出直流电压给三相逆变器，再经输出滤波电路得到高品质的三相交流电。LLC谐振电路的软开关特性减小功率器件损耗，提高了功率器件工作频率，使用高频变压器取代工频变压器，减小磁性元件的体积和重量，提高了辅助系统的功率密度，同时高频化降低了系统噪音，符合轨道列车小型轻量化、高功率密度和低噪音的发展趋势，节能环保，具有显著优势。
[0004]现有技术中高频辅助变流器系统存在如下技术缺陷：
[0005](1)大功率高频辅助变流器功率器件众多，如果设计成一种功率模块，则体积庞大、重量大，维护和拆装非常困难，并且一旦某个器件故障，导致需要更换整个模块，运营维护成本太高。如果根据三级电路拓扑的不同，设计成两种功率模块，将三电平BUCK电路和LLC谐振电路设计成一种DCDC模块，将辅助逆变电路设计成INV逆变模块，则两种模块功率器件分配不均，DCDC模块器件多、体积大，出线点太多导致生产和维护困难，而INV逆变模块器件少、体积小，出线点少，维护方便。两种模块体积差别太大、重量差别太大，总体生产和维护仍比较麻烦，没有实现维护和安装方便的效果。
[0006](2)对于集成式辅助电源系统电路拓扑，充电机多采用从辅助逆变单元输出取电或网侧高压取电。如果充电机从LLC谐振电路二极管整流输出侧取电或者由辅助逆变器输出AC380V侧取电，则高频变压器的额定容量应包含充电机的额定容量，应设计为135kW。如果充电机从网侧高压输入端取电，则需选择高耐压等级的开关管，且模块设计需考虑更高的绝缘耐压，提高成本，经济性差。如专利CN 102638155B公开的系统。这种拓扑结构可实现充电机取电的便利性，但是充电机的取电性能受辅助逆变单元输出的制约。也有的辅助变流器系统的充电机采用网侧高压取电。例如专利CN 101249801A设计了一种辅助变流器，直流变换部分和交流变换部分输入电压都来自于网侧高压，充电机开关器件耐受电压等级高。又如专利CN111439126A专利技术涉及的辅助供电系统，充电机从DC600V电源装置取电，该拓扑，充电机额定功率增大了DC600V装置中的高频变压器额定容量，增加高频变压器设计难度、体积、重量和成本。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决前述技术问题之一，提供一种体积小、重量轻、方便安装和维护方便的高频辅助变流器系统。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0009]一种高频辅助变流器，集成双辅助、双充电机，包括：
[0010]三电平BUCK电路：连接至电网输入端；
[0011]LLC谐振电路：包括LLC全桥电路、高频变压器、LLC整流电路，其中，LLC全桥电路的输入端连接至三电平BUCK电路的输出端，全桥电路的输出端与高频变压器原边连接，LLC整流电路输入端与高频变压器副边连接；
[0012]逆变电路：输入端与LLC整流电路输出端连接，输出端连接至负载；
[0013]箱体；
[0014]所述LLC整流电路与逆变电路集成为功率模块一，三电平BUCK电路、LLC全桥电路集成为功率模块二，功率模块一和功率模块二安装在箱体内，位于高频变压器的两侧。将两个模块位于高频变压器出线端左右两侧，既保证变压器原边、副边接线距离最小，又保证两个模块设计上结构尺寸接近、重量接近，避免一个模块过大、另一个模块过小，安装和维护困难。这种结构布局和模块设计，克服了高频变压器电缆布线路径、线长、电缆折弯对高频变压器电气参数的影响，提高了谐振电路的稳定性。
[0015]本专利技术一些实施例中，进一步包括充电机模块，充电机模块的输入端连接至三电平BUCK电路的输出端，充电机模块的输出端连接至蓄电池。这种设计，降低了大功率高频变压器的额定设计容量，减小高频变压器的体积、重量和成本，同时可选用电压等级低的开关管，降低成本，经济性高。
[0016]本专利技术一些实施例中，所述充电机模块安装在箱体内，与功率模块二并行排列设置。
[0017]本专利技术一些实施例中，高频变压器的原边、副边均采用铜排，原边铜排连接至LLC全桥电路，副边铜排连接至LLC谐振电路的二极管整流电路。
[0018]本专利技术一些实施例中，所述辅助变流器为双辅助、双充电机集成设计，包括两组三电平BUCK电路、LLC谐振电路、逆变电路和充电机电路；每组均构成为功率模块一、功率模块二和充电机模块；两组逆变电路的输出端并联连接至负载，两组充电机模块的输出端并联连接至蓄电池。
[0019]本专利技术一些实施例中，所述箱体包括：
[0020]位于左边侧的第一腔体、第二腔体和第三腔体，三个腔体排成一列；
[0021]位于右边侧的第四腔体、第五腔体和第六腔体，三个腔体排成一列；
[0022]位于左边侧和右边侧的中部腔体，包括第七腔体、第八腔体和第九腔体；
[0023]第四腔体与第一腔体对称设置，两个功率模块一分别安装在第一腔体和第四腔体内；第二腔体和第五腔体对称设置，两个功率模块二分别安装在第二腔体和第五腔体内；第三腔体和第六腔体对称设置，两个充电机模块分别安装在第三腔体和第六腔体内；
[0024]第七腔体内安装有两个大功率高频变压器，第八腔体内安装有风机，第九腔体内安装有电抗器。
[0025]本专利技术一些实施例中，靠近功率模块二一侧的箱体侧壁上安装有谐振电容，连接高频变压器原边和功率模块二。谐振电容采用多个电容并联结构，可以根据谐振效果调整并联电容的数量，相比谐振电容单体结构，分体结构参数调整灵活。
[0026]本专利技术一些实施例中，进一步提供一种高频辅助变流器控制方法，包括以下步骤：
[0027]辅助变流器启动后，三电平BUCK电路自检，若故障，则辅助变流器停机，否正常，启动预充电，预充电完成后，三电平BUCK电路软启动；
[0028]三电平BUCK电路启动后，执行下述步骤：
[0029]进行LLC全桥电路和逆变电路故障诊断，若故障，则LLC电路和逆变电路停机，若正常，则LLC全桥电路软启动，完成LLC全桥电路建压，辅助逆变器软启动；
[0030]同步进行充电机故障诊断，若故障，则充电机停机，若正常，则充电机启动，执行蓄电池充电策略。
[0031]本专利技术在技术方案较现有技术，其有益效果在于：
[0032](1)本专利技术对三电平BUCK电路、LLC谐振电路和辅助逆变电路的功率器件进行合理分配，重新整合了功率模块的器件分配。将三电平BUCK电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高频辅助变流器，其特征在于，包括：三电平BUCK电路：连接至电网输入端；LLC谐振电路：包括LLC全桥电路、高频变压器、LLC整流电路，其中，全桥电路的输入端连接至三电平BUCK电路的输出端，全桥电路的输出端与高频变压器原边连接，整流电路输入端与高频变压器副边连接；逆变电路：输入端与LLC整流电路输出端连接，输出端连接至负载；箱体；所述LLC整流电路与逆变电路集成为功率模块一，三电平BUCK电路、LLC全桥电路集成为功率模块二，功率模块一和功率模块二均设置在箱体内，位于高频变压器出线端的两侧。2.如权利要求1所述的高频辅助变流器，其特征在于，进一步包括充电机模块，充电机模块的输入端连接至三电平BUCK电路的输出端，充电机模块的输出端连接至蓄电池。3.如权利要求2所述的高频辅助变流器，其特征在于，所述充电机模块安装在箱体内，与功率模块二并行排列设置。4.如权利要求1所述的高频辅助变流器，其特征在于，高频变压电路包括高频变压器，高频变压器的原边、副边均采用铜排，原边铜排连接至LLC全桥电路，副边铜排连接至LLC谐振电路的二极管整流电路。5.如权利要求2所述的高频辅助变流器，其特征在于，所述辅助变流器为双辅助、双充电机集成设计，包括两组三电平BUCK电路、LLC谐振电路、逆变电路和充电机电路；每组均构成为功率模块一、功率模块二和充电机模块；两组逆变电路的输出端并联连接至负载，两组充电机模块的输出端并联连接至蓄电池。6.如权利要求5所述的高频辅助变流器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志浩，毕京斌，何俊鹏，王小旭，吴强，李骄松，
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：