[发明专利]基于双管并联的充电机功率单元

说明书

技术领域

本发明涉及机车充电技术领域，具体是一种基于双管并联的充电机功率单元。 

背景技术

机车辅助电源系统提供DC720V供电制式给充电机功率单元，开关频率比较高的情况下，使用1200V等级IGBT或者两个IGBT串联，这样的缺点是：1）由于IGBT在导通和关断的过程中因为漏感的存在，引起电压尖峰，1200V电压等级的IGBT容易损坏；2）IGBT串联，功率密度比较大，功率损耗大。 

充电机功率单元主电路对外连接使用铜排或者电缆，这样的缺点是：主电路对外电连接使用电缆或铜排时，不但在走线布局、端子连接上占据大量的空间，而且在功率模块维护更换时工作量大，耗时长，可能会影响机车正常运营。 

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种基于双管并联的充电机功率单元。 

本发明是通过如下技术方案实现的： 

一种基于双管并联的充电机功率单元，包括散热器，以及设置在散热器上的斩波部和整流部；所述的散热器上设置有框架，所述的斩波部包括IGBT、IGBT端吸收电容、IGBT驱动板、两个放电电阻和两个支撑电容；所述的整流部包括吸收电路和整流二极管，其中所述的吸收电路包括串联的吸收电阻和吸收电容；斩波部中IGBT的个数为两个，在散热器上还设有用于电气连接放电电阻、支撑电容、IGBT端吸收电容和IGBT的复合母排；两个IGBT、两个放电电阻和整流二极管贴附设置在散热器上，复合母排贴附设置在两个IGBT上， IGBT 驱动板设置在散热器的框架上；散热器的端部设置有若干个电气连接端子，复合母排、整流二极管、吸收电阻和吸收电容的对外连接端子与若干个电气连接端子电连接。

本发明充电机功率单元的电路结构及原理见图1所示： 

整个电路由斩波部A和整流部B组成，其中斩波部A和变压器C连接，变压器C又和整流部B连接：

1）斩波部分

V1和V2为两个IGBT，组成双管并联单相逆变电路，通过IGBT的开关控制，将直流电压逆变为交流方波电源。C1和C2为主电路的直流端的两个支撑电容，用来支撑直流回路电压，保证直流回路电压的波动在要求的范围内，两个支撑电容的联结点称为直流电源的中点。C3为IGBT端吸收电容，即IGBT过电压吸收电容，用来吸收IGBT关断时，在IGBT端产生的过电压，IGBT端吸收电容起滤波功能。。R1为两个放电电阻，即直流回路的放电电阻，两个放电电阻是被集成在一个单元上的，其保证主电路断电后，直流回路电容上的残余电压在要求的时间内降低到安全电压50V以下，两个支撑电容和放电电阻起均压功能。两个串联后的整体又与C3并联。“+”、“-”为斩波部分的直流输入。M和ALT 为斩波部分的单相交流输出，连接到高频变压器输入侧。 

2）整流部分 

B3和B2为整流部分的交流输入，B1为直流输出。

3）控制部分 

DRV1是IGBT的驱动电路，每块驱动电路板提供两路驱动信号，驱动逆变桥臂的两个IGBT单元工作，同时将IGBT开关状态信号反馈给控制单元。

b1为温度检测开关，当功率变换单元的温度高于设定值时，开关状态发生变换，并将此开关信号传送给控制单元。 

4）层叠式模块化设计 

为了减小空间占用，利于装卸。本发明功率单元采用了层叠式模块化设计，最下面为散热器，各个功率器件安装在散热器的表面，功率器件表面通过复合母排的铺设，将主电路的所有部件连接在一起。复合母排的设计应用，一方面，充分利用了空间，另一方面，减小了主电路的杂散电感，降低IGBT关断时的过电压。

进一步地，所述的复合母排为“T”形结构，复合母排的横板上设置有四个用于电连接两个支撑电容的第一电气连接孔；复合母排上位于横板一侧的端部设置有三个用于电连接两个放电电阻的第一接线端子；复合母排的竖板上设置有四个用于电连接两个IGBT的第二电气连接孔；复合母排竖板的两侧紧邻竖板端部的位置向上延设有一对用于连接IGBT端吸收电容的第二接线端子；复合母排竖板的端部设置有三个对外连接端子，复合母排通过对外连接端子与设置在散热器上的电气连接端子电连接；复合母排由多层铜板叠压而成，且各铜板之间设置有绝缘材料，复合母排的外表面设置有聚酯薄膜；斩波部中的各器件分别与复合母排中不同层的铜排电连接。 

所述的散热器上还设置有用于检测所述功率单元温度的温度继电器。