一种机车用双控制电源变流器装置

技术领域

本发明涉及一种电力技术，尤其涉及一种机车用双控制电源变流器装置。

背景技术

机车用变流器多种多样，功率等级也各不相同，其工作用的控制电源，要么取自机车单独的DC110V或DC74V控制电源，要么单独取自各自的主电路电源；再配以MVB或CAN等对外通信实现由上位机车微机控制操作变流器工作。单独的控制电源一旦发生故障，机车用的变流器将无法正常工作，其可靠性无法得到保障，故障率较高。

因此，如何设计一个新的变流器装置，以解决上述的问题，乃为此一业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明内容的一目的是在于提供一种机车用双控制电源变流器装置，将机车给定的控制电源和变流器主电路的中间直流母线电压作为控制电源供变流器使用，利用切换板实现双控制电源无级切换功能，以提高变流器的可靠性，降低故障率。

为达上述目的，本发明提供一种机车用双控制电源变流器装置，该装置主要包括：

电源板、切换板和变流器主电路；所述电源板输入端连接机车控制电源，输出端与所述切换板一端连接，切换板另一端与所述变流器主电路输出端连接。

进一步的，所述切换板包含母线电路、单片机和采样比较电路；母线电路包括第一MOS开关管D1、储能电路、第一转换电源、对外通信接口、第二MOS开关管M1和第三MOS开关管M2；电源板输出控制电源经过第一MOS开关管D1后接入母线电路，母线电路另一端经过第二MOS开关管M1和第三MOS开关管M2后与变流器主电路输出控制电源相连；储能电路一端连接第一MOS开关管D1，另一端连接单片机；单片机第二端连接采样比较电路，第三端连接第二MOS开关管M1；第一转换电源一端接入母线电路，另一端连接对外通信接口，对外通信接口其它两端分别连接机车网络通信端及变流器主电路控制板。

进一步的，所述单片机和采样比较电路包括：第一电阻R5、第二电阻R6、第三电阻R13、第四电阻R14、第一电容C10、第二电容C11、第五电阻R20、第六电阻R21、第七电阻R25、第八电阻R40、第三电容C16、第九电阻R41、第十电阻R44、第四电容C17、运算放大器、第十一电阻R61、单片机；单片机AIN4接口第一端连接运算放大器输出端6，第二端连接第十一电阻R61，第三端通过运算放大器外接调零电位器OP1与第八电阻R40连接；运算放大器电源端4一端接地，另一端连接第十一电阻R61；运算放大器反向输入端2第一端连接第九电阻R41，第九电阻R41分别与第三电容C16和第八电阻R40并联；反向输入端2第二端连接第五电阻R20；第三端连接第七电阻R25；运算放大器同向输入端3连接第四电容C17，第四电容C17与第十电阻R44并联；第十电阻R44一端连接第七电阻R25，另一端连接第六电阻R21；第六电阻R21一端连接第二电容C11，另一端连接第四电阻R14；第二电容C11第二端连接第一电容C10，第三端接地；第一电容C10一端接地，另一端同时连接第三电阻R13和第五电阻R20；第二电阻R6与第一电阻R5并联，且两端分别连接第三电阻R13和第四电阻R14。

进一步的，所述储能电路包括：二极管、熔断器、第五电容C101、第十二电阻R24、第六电容C102、第十三电阻R25、第七电容C103、第十四电阻R26；二极管正极连接储能电路输入端，负极连接熔断器；熔断器另一端连接第七电容C103；第七电容C103与第十四电阻R26并联，并连接储能电路输出端；第六电容C102与第十三电阻R25并联，并与第七电容C103连接；第五电容C101与第十二电阻R24并联，与第六电容C102连接，同时连接接地端

进一步的，所述变流器主电路包括：第二转换电源、控制板、驱动板、IGBT模块；第二转换电源第一端与中间直流母线电压相连，第二端经过切换板中的第二MOS开关管M1和第三MOS开关管M2与母线电路连接，第三端与采样比较电路连接；控制板一端与母线电路连接，另一端连接驱动板及IGBT模块；IGBT模块另外两端分别与中间直流母线和机车辅助负载连接。

本发明的优点在于：

本双控制电源变流器利用机车给定机车控制电源和机车主电路启动后构建的控制电源共同作为变流器的控制电源，并利用切换板用于正常工作过程中突发供电故障时实现双控制电源无级切换功能，这样延长电源使用寿命，提高了变流器的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的双控制电源变流器装置对应的结构示意图；

图2为图1中切换板的DC24V母线电路示意图；

图3为图1中切换板的DC24V-1单独供电电路示意图；

图4为图1中切换板的DC24V-2单独供电电路示意图；

图5为图1中切换板上单片机采样电路示意图；

图6为图1中Dy储能电路示意图；

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例中，一种双控制电源变流器，如图1所示，本实施例的双控制电源变流器在结构上分为三部分：电源板、切换板和变流器主电路；所述电源板输入端连接机车控制电源，输出端与所述切换板一端连接，切换板另一端与所述变流器主电路输出端连接；其中，电源板用于将机车控制电转变为隔离电源DC24V，并输出控制电源DC24V-1为通信板供电；切换板主要用于实现双控制电源无级切换功能；变流器主电路内含控制板、第二DC-DC转换电源、驱动板、IGBT模块，其中，控制板用于产生PWM脉冲通过驱动板来控制IGBT模块开通和关断实现变流输出；第二DC-DC转换电源用于将中间直流母线电压转变为隔离电源DC24V，以输出控制电源DC24V-2为控制板板供电。参考图1，本发明所述的双控制电源即变流器正常工作时可同时使用两种控制电源(见图1中的DC24V-1和DC24V-2)，分别为切换板和变流器主电路的控制板等控制电路供电，互不影响；但是如果二者中任何一个控制电源故障，则另一个会为故障控制电源的负载持续供电，即两个控制电源可同时或单独为本变流器内控制系统负载供电。两个控制电源同时供电时可减轻两种控制电源的负担，延长使用寿命；单独供电时亦可维持系统正常工作，提供系统可靠性，降低故障率。

在具体的实施例中，所述切换板包含母线电路、单片机和采样比较电路；所述母线电路包括第一MOS开关管D1、储能电路、第一转换电源、对外通信接口、第二MOS开关管M1和第三MOS开关管M2；所述电源板输出控制电源经过第一MOS开关管D1后接入母线电路，所述母线电路另一端经过第二MOS开关管M1和第三MOS开关管M2后与所述变流器主电路输出控制电源相连；所述储能电路一端连接第一MOS开关管D1，另一端连接单片机；所述单片机第二端连接采样比较电路，第三端连接第二MOS开关管M1；所述第一转换电源一端接入母线电路，另一端连接对外通信接口，所述对外通信接口其它两端分别连接机车网络通信端及变流器主电路控制板。参考图2，电源板输出控制电源DC24V-1经过第一MOS开关管D1后接入DC24V母线；变流器主电路输出控制电源DC24V-2经过第二MOS开关管M1和第三MOS开关管M2后接入DC24V母线。DC24V-1是在机车DC74V控制电源有效给定时建立；DC24V-2是由变流器主电路内部第二DC-DC转换电源在直流母线电压正常输入时建立。DC24V母线电压建立后，为切换板上的Dy储能电路和第一DC-DC电源转换电路供电。Dy电路用于为切换板上的单片机相关电路供电，主要由储能元件构成，存储有能够维持切换板、控制板正常工作一定时长的能量，用于正常工作过程中突发DC24V-1或DC24V-2供电故障时实现双控制电源的无级切换，同时将此时刻监控到的各个故障或状态信息通过对外通信向机车报告。第一DC-DC电源转换电路用于将DC24V电源转换为隔离电源，作为隔离负载的电源，实现对外隔离。

在本实施例中，如图3所示DC24V-1单独供电电路，当仅DC24V-1建立时，即机车刚上机车控制电，机车主电路还未启动，变流器中间直流母线电压未建立或DC24V-2故障时，单片机关断第三MOS开关管M2，则主电路控制板和对外通信接口负载由DC24V-1建立的DC24V母线供电，见图3。这样就确保了控制板的控制逻辑(例如DO输出等)充分发挥功能。此外，可报出DC24V-2故障或读取变流器主电路上的重要数据，例如内部详细故障记录等等。结合图2，当DC24V-1和DC24V-2都有效建立时，即机车主电路启动，变流器中间直流母线电压建立后，变流器主电路控制板仅由DC24V-2供电，减轻DC24V-1电源板的负担，以延长其使用寿命。

在本实施例中，如图4所示DC24V-2单独供电电路，当DC24V-1输出波动不稳定或无输出，不能有效建立DC24V母线，而DC24V-2也未建立。这种情况若发生在机车上控制电后、启动机车主电路之前发生，则说明电源板DC24V-1回路故障，无法启动，报出“通信故障”等；若机车主电路启动，变流器中间直流母线电压(DC24V-2)建立，则打开第二MOS开关管M1，从而以DC24V-2建立切换板上的DC24V母线使切换板正常工作，从而使变流器恢复正常工作，并发出电源故障报警。

在具体的实施例中，所述单片机和采样比较电路包括：第一电阻R5、第二电阻R6、第三电阻R13、第四电阻R14、第一电容C10、第二电容C11、第五电阻R20、第六电阻R21、第七电阻R25、第八电阻R40、第三电容C16、第九电阻R41、第十电阻R44、第四电容C17、运算放大器、第十一电阻R61、单片机；所述单片机AIN4接口第一端连接运算放大器输出端6，第二端连接所述第十一电阻R61，第三端通过运算放大器外接调零电位器OP1与所述第八电阻R40连接；所述运算放大器电源端4一端接地，另一端连接第十一电阻R61；所述运算放大器反向输入端2第一端连接第九电阻R41，所述第九电阻R41分别与第三电容C16和第八电阻R40并联；反向输入端2第二端连接第五电阻R20；第三端连接第七电阻R25；运算放大器同向输入端3连接第四电容C17，所述第四电容C17与第十电阻R44并联；所述第十电阻R44一端连接第七电阻R25，另一端连接第六电阻R21；所述第六电阻R21一端连接第二电容C11，另一端连接第四电阻R14；所述第二电容C11第二端连接第一电容C10，第三端接地；所述第一电容C10一端接地，另一端同时连接第三电阻R13和第五电阻R20；所述第二电阻R6与第一电阻R5并联，且两端分别连接第三电阻R13和第四电阻R14。结合图1和图5，机车正常工作时，先给定机车控制电，而中间直流母线电压须在机车主电路启动后才会产生。切换板、控制板可由电源板电源DC24V-1和变流器主电路电源DC24V-2同时或单独供电。切换板上的单片机采样比较电路(见图5)同时对DC24V-1和DC24V-2进行电压电流监控以在某一电源故障时及时切换并通过对外通信发出故障报警。DC24V-1和DC24V-2电源的冗余主要由单片机和MOS开关管M1和M2实现。

在具体的实施例中，所述储能电路包括：二极管、熔断器、第五电容C101、第十二电阻R24、第六电容C102、第十三电阻R25、第七电容C103、第十四电阻R26；所述二极管正极连接储能电路输入端，负极连接所述熔断器；所述熔断器另一端连接第七电容C103；所述第七电容C103与第十四电阻R26并联，并连接储能电路输出端；所述第六电容C102与第十三电阻R25并联，并与第七电容C103连接；所述第五电容C101与第十二电阻R24并联，与第六电容C102连接，同时连接接地端。结合图1和图6，DC24V母线电压为Dy电路和DC-DC电源转换模块供电。Dy电路用于为通信板上的单片机相关电路供电，主要由储能元件构成，存储能够维持通信板和控制板正常工作一定时长的能量，用于正常工作过程中突发DC24V-1或DC24V-2供电故障时实现双控制电源的无级切换，同时将此时刻监控到的各个故障通过对外通信向机车报告。DC-DC电源转换模块用于将DC24V电源转换为隔离电源，作为隔离负载电源。

在具体的实施例中，参照图1，所述变流器主电路包括：第二转换电源、控制板、驱动板、IGBT模块；所述第二转换电源第一端与中间直流母线电压相连，第二端经过所述切换板中的第二MOS开关管M1和第三MOS开关管M2与所述母线电路连接，第三端与采样比较电路连接；所述控制板一端与所述母线电路连接，另一端连接驱动板及IGBT模块；所述IGBT模块另外两端分别与中间直流母线和机车辅助负载连接。

另外，为了适应某型机车变流器同型多个的应用需求，切换板通过在对外连接器上设置短接跳线的方式来识别其工作模式(位置ID)；第二DC-DC转换电源的输入端设有熔断保护以免对中间直流母线产生影响。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。