專利名稱：直流充電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及充電技術(shù)，尤其涉及一種機(jī)車車輛用直流充電機(jī)。
背景技術(shù)：
直流IlOV充電機(jī)是電力機(jī)車和動(dòng)車組車輛的重要組成部分，用于將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為機(jī)車車輛和動(dòng)車組車輛的控制系統(tǒng)提供控制電源、車廂照明電源，同時(shí)還可為旅客提供安全的低壓服務(wù)電源，并可為備用電源充電。目前，電力機(jī)車或動(dòng)車組上的充電機(jī)的直流輸入電壓主要包括兩種一種為來(lái)自于機(jī)車上的四象限整流器輸出的直流電壓；一種為三相交流電壓經(jīng)過(guò)整流后得到的直流脈動(dòng)電壓?，F(xiàn)有充電機(jī)技術(shù)中，以直流脈動(dòng)電壓作為輸入電壓的充電機(jī)中，通常在輸入側(cè)設(shè)置 大容量的直流支撐電容，通過(guò)直流支撐電容來(lái)平滑直流輸入電壓，確保輸出電壓的穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生較大的紋波電壓，其中，直流支撐電容為鋁電解電容或膜電容?，F(xiàn)有充電機(jī)中，充電機(jī)前端設(shè)置的支撐電容會(huì)占用較大的體積，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)充電機(jī)體積龐大，不利于減少充電機(jī)的體積和提高功率密度；同時(shí)，電容功耗大，容易發(fā)熱，導(dǎo)致充電機(jī)工作的可靠性較差。綜上，現(xiàn)有采用直流脈動(dòng)電壓作為輸入電壓的充電機(jī)中，充電機(jī)輸入端設(shè)置的支撐電容會(huì)造成充電機(jī)體積過(guò)大，且采用電容會(huì)導(dǎo)致功耗大，充電機(jī)工作的可靠性較低，而去掉支撐電容后，直流脈動(dòng)電壓會(huì)給輸出造成很大的電壓紋波，導(dǎo)致充電機(jī)輸出電壓中具有較大紋波電壓，輸出電壓不穩(wěn)定，影響用電設(shè)備工作，甚至造成用電設(shè)備損壞。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種直流充電機(jī)，可有效克服現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)在充電機(jī)前端設(shè)置支撐電容，來(lái)避免輸出電壓產(chǎn)生較大紋波電壓帶來(lái)的問(wèn)題。本實(shí)用新型提供一種直流充電機(jī)，包括將作為輸入電壓的直流脈動(dòng)電壓逆變成高頻方波電壓的逆變器，所述逆變器是由開(kāi)關(guān)管和電容組成的橋式逆變器；對(duì)所述高頻方波電壓進(jìn)行降壓的高頻變壓器，所述高頻變壓器的輸入端與所述逆變器的輸出端連接；對(duì)經(jīng)過(guò)所述高頻變壓器降壓后的方波電壓進(jìn)行整流和濾波處理，輸出直流電壓的整流濾波器，所述整流濾波器的輸入端與所述高頻變壓器的輸出端連接；采集輸入電壓的第一電壓傳感器，所述第一電壓傳感器并聯(lián)連接在所述逆變器的輸入端；采集輸出電壓的第二電壓傳感器，所述第二電壓傳感器并聯(lián)連接在所述整流濾波器的輸出端；根據(jù)所述輸入電壓和輸出電壓，控制所述逆變器中開(kāi)關(guān)管的占空比以維持輸出電壓在給定電壓范圍的控制電路，所述控制電路與第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和橋式逆變器中的開(kāi)關(guān)管連接。[0013]上述的直流充電機(jī)中，所述控制電路包括檢測(cè)所述輸入電壓和輸出電壓，并根據(jù)所述輸入電壓和輸出電壓輸出控制信號(hào)的控制器，所述控制器與所述第一電壓傳感器和第二電壓傳感器連接；在所述控制信號(hào)控制下控制所述逆變器中的開(kāi)關(guān)管通斷的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路與所述控制器和逆變器中的開(kāi)關(guān)管連接。上述的直流充電機(jī)中，所述逆變器的輸入端還連接有輸入電路；所述輸入電路包括串聯(lián)連接的快速熔斷器、接觸器、輸入電抗和防反向二極管。上述的直流充電機(jī)中，所述橋式逆變器包括4個(gè)開(kāi)關(guān)管，各開(kāi)關(guān)管分別并聯(lián)有諧 振電容。上述的直流充電機(jī)中，所述整流濾波器包括由二極管組成的橋式整流電路；輸出電感和濾波電容組成的濾波電路，所述濾波電路與所述橋式整流電路連接。上述的直流充電機(jī)中，所述整流濾波器的輸出端還連接有輸出電路；所述輸出電路包括串聯(lián)連接的快速熔斷器和防反向二極管。本實(shí)用新型提供的直流充電機(jī)，通過(guò)設(shè)置電壓傳感器和控制電路，可實(shí)時(shí)采集輸入電壓和輸出電壓，并可根據(jù)輸入電壓和輸出電壓來(lái)調(diào)整逆變器中開(kāi)關(guān)管的占空比，從而可調(diào)整輸出電壓的大小，確保輸出電壓維持在給定的電壓范圍，可有效提高輸出電壓的穩(wěn)定性；本實(shí)用新型提供的充電機(jī)，相對(duì)于現(xiàn)有充電機(jī)而言，去掉了支撐電容，可有效減少充電機(jī)的體積，提高充電機(jī)的功率密度，且輸出電壓穩(wěn)定，充電機(jī)工作穩(wěn)定、可靠。

圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的直流充電機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)施例提供的直流充電機(jī)中不包括控制電路的具體實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中控制器根據(jù)輸入電壓和輸出電壓生成控制信號(hào)的電路實(shí)現(xiàn)原理示意圖。
具體實(shí)施方式
圖I為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的直流充電機(jī)的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)施例提供的直流充電機(jī)中不包括控制電路的具體實(shí)現(xiàn)電路結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例直流充電機(jī)可作為機(jī)車車輛用直流IlOV充電機(jī)，可對(duì)輸入的直流脈動(dòng)電壓進(jìn)行處理，輸出穩(wěn)定可靠的直流電，具體地，如圖I和圖2所示，本實(shí)施例直流充電機(jī)可包括逆變器I、高頻變壓器2、整流濾波器3和控制電路4，其中，逆變器I是由開(kāi)關(guān)管和電容組成的橋式逆變器，用于將作為輸入電壓的直流脈動(dòng)電壓逆變成高頻方波電壓；高頻變壓器2與逆變器I的輸出端連接，用于對(duì)逆變器I輸出的高頻方波電壓進(jìn)行降壓處理；整流濾波器3與高頻變壓器2的輸出端連接，用于對(duì)經(jīng)過(guò)高頻變壓器2降壓后的方波電壓進(jìn)行整流和濾波處理，以輸出直流電壓；逆變器I的輸入端并聯(lián)連接有第一電壓傳感器71，用于采集輸入電壓，整流濾波器3的輸出端并聯(lián)連接有第二電壓傳感器72，用于采集輸出電壓；控制電路4與第一電壓傳感器71、第二電壓傳感器72和逆變器I中的開(kāi)關(guān)管連接，用于接收電壓傳感器采集的輸入電壓和輸出電壓，并可根據(jù)輸入電壓和輸出電壓控制逆變器I中開(kāi)關(guān)管的通斷，即控制開(kāi)關(guān)管的占空比，來(lái)調(diào)整輸出電壓的大小，使得輸出電壓可保持在給定電壓范圍，使得輸出電壓穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生較大的紋波電壓。本實(shí)施例中，相對(duì)傳統(tǒng)充電機(jī)需要在輸入端設(shè)置支撐電容來(lái)確保輸出電壓的穩(wěn)定性而言，本實(shí)施例通過(guò)設(shè)置電壓傳感器和控制電路，可有效對(duì)橋式逆變器中的開(kāi)關(guān)管通斷進(jìn)行控制，以調(diào)整開(kāi)關(guān)管的占空比，確保輸出電壓的穩(wěn)定，可有效克服傳統(tǒng)充電機(jī)因設(shè)置支撐電容造成的體積大，功耗大，充電機(jī)工作可靠性低的問(wèn)題。本實(shí)施例中，控制電路4與第一電壓傳感器71、第二電壓傳感器72和逆變器I中
的開(kāi)關(guān)管連接時(shí)，可通過(guò)電氣隔離連接，以確保電路的電氣性能。本實(shí)施例中，如圖I和圖2所示，逆變器I的輸入端還連接有輸入電路5，該輸入電路5可包括串聯(lián)連接快速熔斷器51和接觸器52，以及輸入電抗和防反向二極管(圖中未示出)，可避免因輸入的直流脈動(dòng)電壓過(guò)大而損壞充電機(jī)，提高充電機(jī)工作的穩(wěn)定性和可靠性。此外，如圖I和圖2所示，整流濾波器3的輸出端還連接有輸出電路6，該輸出電路6可包括串聯(lián)連接的快速熔斷器61和防反向二極管62，可確保連接用電負(fù)載時(shí)電路的安全性和可靠性。本實(shí)施例中，如圖2所示，逆變器I具體可由4個(gè)開(kāi)關(guān)管VTA.、VTB、VTC和VTD組成，具體地，開(kāi)關(guān)管為絕緣柵雙極型晶體管(Insulated GateBipolar Transistor, IGBT),且各開(kāi)關(guān)管分別并聯(lián)有諧振電容Ca、Cb、Cc、Cd ;此外，在逆變器I的輸入端還可并聯(lián)有多個(gè)吸收電容Cl、C2、C3，同時(shí)，還可在逆變器I的輸出端串聯(lián)隔直電容C4。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，橋式逆變器是由開(kāi)關(guān)管相互連接形成的橋式電路，具體電路結(jié)構(gòu)和電子元件的連接方式與現(xiàn)有橋式逆變器電路相同或類似，在此不再贅述。本實(shí)施例中，如圖2所示，整流濾波器3可包括橋式整流電路和濾波電路，其中，橋式整流電路由整流二極管VD2、VD3、VD4和VD5組成；濾波電路由輸出電感L2和輸出濾波電容C6、C7組成，與橋式整流電路連接。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，整流二極管VD2、VD3、VD4和VD5可相互連接形成橋式整流電路，并通過(guò)L2和C6、C7進(jìn)行濾波，從而可滿足整流濾波需要，其具體電路實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有整流濾波電路相同或類似。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例控制電路4可接收第一電壓傳感器71采集的輸入電壓，以及第二電壓傳感器72采集的輸出電壓，并可根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的大小，來(lái)調(diào)整逆變器I中開(kāi)關(guān)管的通斷，以調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的占空比，確保輸出電壓穩(wěn)定在預(yù)設(shè)電壓范圍，減少紋波電壓的產(chǎn)生，可有效確保輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性。具體地，如圖3所示，本實(shí)施例控制電路4具體可包括控制器41和驅(qū)動(dòng)電路42，其中，控制器41與如圖2所示的第一電壓傳感器71和第二電壓傳感器72連接，可檢測(cè)電壓傳感器米集的輸入電壓和輸出電壓，同時(shí)，可根據(jù)米集的輸入電壓和輸出電壓輸出控制信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)電路42可根據(jù)該控制信號(hào)，控制逆變器I中的開(kāi)關(guān)管的通斷，調(diào)整開(kāi)關(guān)管的占空t匕，以確保輸出電壓可維持在設(shè)定的電壓范圍，確保輸出電壓的穩(wěn)定性和可靠性。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，為確保采集的輸入電壓和輸出電壓的準(zhǔn)確性，控制器41與各電壓傳感器之間，還可設(shè)置有相應(yīng)的信號(hào)處理電路，以對(duì)輸入電壓和輸出電壓進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換成控制器41所接受的信號(hào)；此外，控制器41與驅(qū)動(dòng)電路42之間也可設(shè)置有相應(yīng)的信號(hào)處理電路，以將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電路42可接受的信號(hào)，其中，信號(hào)處理電路的具體實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)信號(hào)處理電路相同或類似，在此不再贅述。本實(shí)施例中，上述的控制電路4具體可采用TI公司的TMS320F2812芯片，其主頻為150MHz，處理速度高，可有效確保輸出電壓的穩(wěn)定性，確保紋波電壓調(diào)整的可靠性。下面對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中控制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)逆變器中的開(kāi)關(guān)管進(jìn)行控制的具體過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。本實(shí)施例中，控制器41可實(shí)時(shí)從第一電壓傳感器71得到采集的輸入電壓，從第二電壓傳感器72得到采集的輸出電壓，其中，輸入電壓可體現(xiàn)出直流脈動(dòng)電壓的電壓脈動(dòng)值的大小，而輸出電壓則體現(xiàn)出紋波電壓值的大小；控制器41可將采集的輸出電壓與設(shè)定的輸出電壓的比較結(jié)果，作為輸出電壓調(diào)節(jié)值，同時(shí)，將采集的輸入電壓與設(shè)定的輸入電壓的比較結(jié)果，作為輸入電壓調(diào)節(jié)值；綜合輸入電壓調(diào)節(jié)值和輸出電壓調(diào)節(jié)值，就可生成相應(yīng)的控制信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路42來(lái)控制開(kāi)關(guān)管的通斷，調(diào)整開(kāi)關(guān)管的占空比，進(jìn)而可確保輸出電壓穩(wěn)定在一定的電壓范圍。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中控制器根據(jù)輸入電壓和輸出電壓生成控制信號(hào)的電路實(shí)現(xiàn)原理示意圖。如圖4所示，控制器41接收到輸入電壓后，就可以與設(shè)定的輸入電壓進(jìn)行比較，得到輸入電壓調(diào)節(jié)值；同樣地，控制器41接收到輸出電壓后，就可以與設(shè)定的輸出電壓進(jìn)行比較，得到輸出電壓調(diào)節(jié)值；調(diào)節(jié)計(jì)算單元可根據(jù)該兩個(gè)調(diào)節(jié)值的大小，就可以生成相應(yīng)的控制信號(hào)，使得驅(qū)動(dòng)電路可在該控制信號(hào)作用下調(diào)整逆變器中開(kāi)關(guān)管的占空比，可確保輸出電壓維持在設(shè)定的電壓范圍。其中，所述的調(diào)節(jié)計(jì)算單元具體可以是通過(guò)邏輯計(jì)算電路實(shí)現(xiàn)，以輸出控制信號(hào)，具體地，該控制信號(hào)可以是驅(qū)動(dòng)脈沖的移相角度，使得驅(qū)動(dòng)電路可在該驅(qū)動(dòng)脈沖下控制逆變器中開(kāi)關(guān)管的通斷，使得逆變器中的開(kāi)關(guān)管達(dá)到一定的占空比。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，由于輸出電壓與經(jīng)過(guò)逆變器I處理后輸出的電壓大小有關(guān)，因此，通過(guò)根據(jù)輸出電壓和輸入電壓的大小，來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)整逆變器I中的開(kāi)關(guān)管，以使得通過(guò)逆變器I處理后的輸出電壓可保持穩(wěn)定，就可以得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓輸出。也就是說(shuō)，當(dāng)輸入的脈動(dòng)電壓處于正弦波形的波峰處即脈動(dòng)電壓值最大，或者，輸出電壓值較大時(shí)，此時(shí)就可通過(guò)減小逆變器I中開(kāi)關(guān)管的占空比，就可減少輸出電壓的大小，使得輸出電壓可維持在一個(gè)穩(wěn)定的電壓范圍，確保輸出電壓的穩(wěn)定性；相反的，當(dāng)輸入的脈動(dòng)電壓處于正弦波形的波谷或者輸出電壓較小時(shí)，就可增大逆變器I中開(kāi)關(guān)管的占空比，提高輸出電壓的大小?？梢钥闯?，根據(jù)采集的輸出電壓和輸入電壓，通過(guò)實(shí)施例調(diào)整橋式逆變器中開(kāi)關(guān)管的通斷，也就是調(diào)整開(kāi)關(guān)管的占空比，就可以調(diào)整充電機(jī)的輸出電壓，使得輸出電壓可維持在一定電壓范圍，即輸出電壓紋波限制在一個(gè)很小的范圍，可有效保證充電機(jī)輸出電壓的穩(wěn)定性，使得連接該充電機(jī)的用電設(shè)備使用的安全性和可靠性。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，如圖3所示，上述的控制電路4還可包括控制電源43，用于為控制器41和驅(qū)動(dòng)電路42提供工作所需的電壓，確?？刂破?1和驅(qū)動(dòng)電路42穩(wěn)定工作。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的充電機(jī)，可作為于機(jī)車車輛上的IlOV充電機(jī)，對(duì)輸入的直流脈動(dòng)電壓進(jìn)行處理，輸出穩(wěn)定可靠的直流電壓，可為機(jī)車上的用電設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠的直流電源。[0043]本實(shí)用新型實(shí)施例提供的直流充電機(jī)，通過(guò)設(shè)置電壓傳感器和控制電路，可實(shí)時(shí)采集輸入電壓和輸出電壓，并可根據(jù)輸入電壓和輸出電壓來(lái)調(diào)整逆變器中開(kāi)關(guān)管的占空t匕，從而可調(diào)整輸出電壓的大小，確保輸出電壓維持在給定的電壓范圍，可有效提高輸出電壓的穩(wěn)定性；本實(shí)用新型提供的充電機(jī)，相對(duì)于現(xiàn)有充電機(jī)而言，去掉了支撐電容，可有效減少充電機(jī)的體積，提高充電機(jī)的功率密度，且輸出電壓穩(wěn)定，充電機(jī)工作穩(wěn)定、可靠。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限 制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求1.ー種直流充電機(jī)，其特征在于，包括 將作為輸入電壓的直流脈動(dòng)電壓逆變成高頻方波電壓的逆變器，所述逆變器是由開(kāi)關(guān)管和電容組成的橋式逆變器； 對(duì)所述高頻方波電壓進(jìn)行降壓的高頻變壓器，所述高頻變壓器的輸入端與所述逆變器的輸出端連接； 對(duì)經(jīng)過(guò)所述高頻變壓器降壓后的方波電壓進(jìn)行整流和濾波處理，輸出直流電壓的整流濾波器，所述整流濾波器的輸入端與所述高頻變壓器的輸出端連接 ； 采集輸入電壓的第一電壓傳感器，所述第一電壓傳感器并聯(lián)連接在所述逆變器的輸入端; 采集輸出電壓的第二電壓傳感器，所述第二電壓傳感器并聯(lián)連接在所述整流濾波器的輸出端； 用于根據(jù)所述輸入電壓和輸出電壓，控制所述逆變器中的開(kāi)關(guān)管的占空比以維持輸出電壓在給定電壓范圍的控制電路，所述控制電路與第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和橋式逆變器中的開(kāi)關(guān)管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流充電機(jī)，其特征在于，所述控制電路包括 檢測(cè)所述輸入電壓和輸出電壓，并根據(jù)所述輸入電壓和輸出電壓輸出控制信號(hào)的控制器，所述控制器與所述第一電壓傳感器和第二電壓傳感器連接； 在所述控制信號(hào)控制下控制所述逆變器中的開(kāi)關(guān)管通斷的驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路與所述控制器和逆變器中的開(kāi)關(guān)管連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流充電機(jī)，其特征在于，所述逆變器的輸入端還連接有輸入電路； 所述輸入電路包括串聯(lián)連接的快速熔斷器、接觸器、輸入電抗和防反向ニ極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流充電機(jī)，其特征在于，所述橋式逆變器包括4個(gè)開(kāi)關(guān)管，各開(kāi)關(guān)管分別并聯(lián)有諧振電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流充電機(jī)，其特征在于，所述整流濾波器包括 由ニ極管組成的橋式整流電路； 輸出電感和濾波電容組成的濾波電路，所述濾波電路與所述橋式整流電路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流充電機(jī)，其特征在于，所述整流濾波器的輸出端還連接有輸出電路； 所述輸出電路包括串聯(lián)連接的快速熔斷器和防反向ニ極管。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種直流充電機(jī)。包括將作為輸入電壓的直流脈動(dòng)電壓逆變成高頻方波電壓的逆變器，逆變器是由開(kāi)關(guān)管和電容組成的橋式逆變器；對(duì)高頻方波電壓進(jìn)行降壓的高頻變壓器，高頻變壓器的輸入端與逆變器的輸出端連接；對(duì)經(jīng)過(guò)高頻變壓器降壓后的方波電壓進(jìn)行整流和濾波處理，輸出直流電壓的整流濾波器，整流濾波器的輸入端與高頻變壓器的輸出端連接；第一電壓傳感器并聯(lián)連接在逆變器的輸入端；第二電壓傳感器并聯(lián)連接在整流濾波器的輸出端；根據(jù)輸入電壓和輸出電壓，控制逆變器中的開(kāi)關(guān)管的占空比以維持輸出電壓在給定電壓范圍的控制電路。本實(shí)用新型提供的直流充電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便，可有效減少紋波電壓的產(chǎn)生。
文檔編號(hào)H02J7/02GK202424280SQ201120487269
公開(kāi)日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者劉金晶 申請(qǐng)人:中國(guó)北車股份有限公司大連電力牽引研發(fā)中心