一种驱动装置

技术领域

本申请涉及轨道交通车辆技术领域，特别是涉及一种驱动装置。

背景技术

列车即轨道交通车辆的电气(控制)屏柜产品是车辆关键系统之一，是各铁路装备企业争夺焦点之一，电气屏柜主要用于实现车辆电气系统逻辑控制、配电控制和线路保护功能，大功率驱动装置是电气屏柜中驱动负载的重要装置。

目前，电气屏柜中的驱动器件一般采用自动开关、断路器、接触器等机械性触点器件，机械性触点器件的作用就是驱动负载，并无器件的健康状态监测、故障分析和预警的功能，无法及时获得器件运行中的异常状态，使得驱动器件出现故障时，需要等车辆停止运行之后，再逐一排查各部件的异常情况，导致驱动器件故障检测的延时性较大，效率较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请的目的为提供一种驱动装置，应用于列车的电气屏柜；本申请提供的驱动装置，通过健康监测板获取各个半导体开关板的健康状态数据，基于主控板的控制指令，根据预设故障诊断算法对状态健康数据进行分析，确定异常数据并输出故障报警信号，可以及时得获得各个半导体开关板的异常状态，提高故障检测的效率。

本申请提供的技术方案如下：

一种驱动装置，应用于列车的电气屏柜，包括：通信板、主控板、N个半导体开关板、健康监测板，其中N为大于或等于2的正整数；

所述通信板和所述主控板连接，所述通信板用于将接收到的列车网络指令转化为局域网络指令，并将所述局域网络指令发送至所述主控板；

所述主控板分别和N个所述半导体开关板连接，所述主控板用于根据所述局域网络指令，给对应的所述半导体开关板发送第一信号；

所述主控板还用于给所述健康监测板发送控制指令；

所述半导体开关板，用于接收所述第一信号，基于所述第一信号导通并输出驱动信号；

各个所述半导体开关板，用于输出健康状态数据；

所述健康监测板分别与N个所述半导体开关板和所述主控板连接，所述健康监测板用于接收所述控制指令，基于所述控制指令根据预设故障诊断算法对所述健康状态数据进行分析，确定异常数据并输出故障报警信号。

优选地，还包括电源板和背板；

所述背板分别与所述通信板、所述主控板、N个所述半导体开关板、所述健康监测板、所述电源板连接；

所述电源板用于为所述通信板、所述主控板、N个所述半导体开关板和所述健康监测板供电。

优选地，还包括熔断器；

在所述背板分别与所述通信板、所述主控板、N个所述半导体开关板、所述电源板、所述健康监测板之间均设置有所述熔断器。

优选地，所述半导体开关板包括：第一开关电路、分压电路和稳压电路；

所述第一开关电路的输入端和所述主控板连接，所述第一开关电路用于接收所述第一信号，基于所述第一信号导通并输出第二信号；

所述分压电路的输入端和所述第一开关电路的输出端连接，所述分压电路用于接收所述第二信号，对所述第二信号进行分压并输出分压后的信号；

所述稳压电路的输入端和所述分压电路的输出端连接，所述稳压电路用于接收所述分压后的信号，对所述分压后的信号进行稳压并输出稳压后的所述驱动信号。

优选地，所述第一开关电路包括：第一双向可控硅和第二双向可控硅，其中：

所述第一双向可控硅的第一端与所述主控板连接；

所述第一双向可控硅的第二端与所述第二双向可控硅的第一端连接；

所述第二双向可控硅的第二端接地；

所述第一双向可控硅的第三端与所述分压电路的第一输入端连接；

所述第一双向可控硅的第四端分别与所述第二双向可控硅的第三端和所述分压电路的第二输入端连接；

所述第二双向可控硅的第四端与所述分压电路的第三输入端连接。

优选地，所述分压电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第一二极管，其中：

所述第一电阻的第一端分别与所述第一双向可控硅的第三端、所述第一二极管的正极、所述第五电阻的第一端连接；

所述第五电阻的第二端与所述稳压电路的第一输入端连接；

所述第一电阻的第二端与所述第二电阻的第一端连接；

所述第二电阻的第二端分别与所述第三电阻的第一端、所述第一双向可控硅的第四端、所述第二双向可控硅的第三端连接；

所述第三电阻的第二端与所述第四电阻的第一端连接；

所述第四电阻的第二端与所述第二双向可控硅的第四端、所述第一二极管的负极、所述稳压电路的第二输入端连接。

优选地，所述稳压电路包括：第六电阻、第一电容、第一可控硅、第七电阻、第八电阻和第二电容，其中：

所述第六电阻的第一端分别与所述第一二极管的负极、所述第二电容的第一端、所述第一可控硅的控制极连接；

所述第六电阻的第二端与所述第二电容的第二端、所述第一可控硅的阴极连接；

所述第一可控硅的阳极与所述第五电阻的第二端、所述第七电阻的第一端、所述第八电阻的第一端连接；

所述第八电阻的第二端与所述第二电容的第一端连接；

所述第二电容的第二端分别与所述第七电阻的第二端、所述第一可控硅的阴极连接。

优选地，所述半导体开关板包括：驱动电路、数模转换器、第二开关电路，其中：

所述驱动电路的输入端和所述主控板连接，所述驱动电路用于接收所述第一信号，基于所述第一信号启动并输出第三信号；

所述数模转换器的输入端和所述驱动电路的输出端连接，所述数模转换器用于将所述第三信号转换成第三模拟信号输出；

所述第二开关电路的输入端和所述数模转换器的输出端连接，所述第二开关电路用于接收所述第三模拟信号，基于所述第三模拟信号导通并输出所述驱动信号。

优选地，所述健康监测板包括：

处理器、以太网通信芯片、编码电路和机箱编码接口；

所述处理器的第一信号端与所述背板连接；

所述处理器的第二信号端通过所述以太网通信芯片与各个所述半导体开关板连接；

所述处理器的一端设置有槽位编码识别模块和机箱编码识别模块；

所述机箱编码识别模块分别与所述编码电路和所述机箱编码接口连接。

本申请还提供一种列车，包括上述任一项所述的驱动装置。

与现有技术相比较，本申请提供的一种驱动装置，应用于列车的电气屏柜，驱动装置包括：通信板、主控板、N个半导体开关板、健康监测板，通过健康监测板获取各个半导体开关板的健康状态数据，基于主控板的控制指令，根据预设故障诊断算法对状态健康数据进行分析，确定异常数据并输出故障报警信号，可以及时得获得各个半导体开关板的异常状态，进而提高故障检测的效率，且本申请的驱动装置未采用传统的机械性触点器件，是采用半导体开关板中的半导体开关器件进行驱动控制，能够提高装置的可靠性和稳定性，进而能够降低装置的故障率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中提供的一种驱动装置的一种结构框图；

图2为本申请实施例中提供的一种驱动装置的另一种结构框图；

图3为本申请实施例中提供的一种驱动装置的再一种结构框图；

图4为本申请实施例中提供的半导体开关板的一种结构框图；

图5为本申请实施例中提供的半导体开关板的一种电路图；

图6为本申请实施例中提供的半导体开关板的另一种电路图；

图7为本申请实施例中提供的健康监测板的结构框图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。

如图1所示，本申请实施例提供了一种驱动装置，应用于列车的电气屏柜，包括：通信板100、主控板200、N个半导体开关板300、健康监测板400，其中N为大于或等于2的正整数；通信板100和主控板200连接，通信板100用于将接收到的列车网络指令转化为局域网络指令，并将局域网络指令发送至主控板200；主控板200分别和N个半导体开关板300连接，主控板200用于根据局域网络指令，给对应的半导体开关板300发送第一信号；主控板200还用于给健康监测板400发送控制指令；半导体开关板300，用于接收第一信号，基于第一信号导通并输出驱动信号；各个半导体开关板300，用于输出健康状态数据；健康监测板400分别与N个半导体开关板300和主控板200连接，健康监测板400用于接收控制指令，基于控制指令根据预设故障诊断算法对健康状态数据进行分析，确定异常数据并输出故障报警信号。

本实施例中，通信板100中设置了多功能车辆总线(MVB)接口与列车实时数据通信(TRDP)接口便于与列车通信，驱动装置的内部各板卡间采用控制器局域网络(CAN)接口相互进行通信，本实施例中，通信板100用于将接收到的列车网络指令转化为CAN网络指令，并将CAN网络指令发送至主控板200。

本实施例中，驱动装置包括直流驱动装置与交流驱动装置，直流驱动装置的每个板卡单元为一路通道，能够有效地进行相关过载保护并驱动负载工作，交流驱动装置根据相数需配置各硬件单元的相位，功能除了直流驱动装置板卡的相关功能外，还配备了相序诊断等功能；本实施例中，N个半导体开关板300采用18个半导体开关板300，即每个直流驱动装置或者交流驱动装置中均设置有18个半导体开关板300。

与现有技术相比较，本申请提供的一种驱动装置，包括：通信板100、主控板200、N个半导体开关板300、健康监测板400，通过健康监测板400获取各个半导体开关板300的健康状态数据，基于主控板200的控制指令，根据预设故障诊断算法对状态健康数据进行分析，确定异常数据并输出故障报警信号，可以及时得获得各个半导体开关板300的异常状态，进而提高故障检测的效率，且本申请的驱动装置未采用传统的机械性触点器件，是采用半导体开关板300中的半导体开关器件进行驱动控制，能够提高装置的可靠性和稳定性，进而能够降低装置的故障率。

如图2所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，还包括电源板500和背板600；背板600分别与通信板100、主控板200、N个半导体开关板300、健康监测板400、电源板500连接；电源板500用于为通信板100、主控板200、N个半导体开关板300和健康监测板400供电。本实施例中，电源板500通过背板600给各个板卡进行供电，各个板卡之间通过背板600进行网络通信。

如图3所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，还包括熔断器700；在背板600分别与通信板100、主控板200、N个半导体开关板300、电源板500、健康监测板400之间均设置有熔断器700。

本申请实施例中，每个板卡设有三级保护措施，包括软件保护、硬件电路保护和熔断器700保护，通过主控板200中的微控制单元完成软件保护的功能，通过软件可以对过压保护、二级过流保护、过温保护、通断控制以及日志记录的参数进行配置，并且提供实时预警功能，它过流设置范围在0-30A，用于设置过载、过压、过温保护的参数，模拟自动开关的ABC类保护曲线；每个单元带有独立的硬件保护电路，通过配置相关参数的驱动保护电路，实现板卡的过压保护、二级过流等硬件电路保护。熔断器700保护，在各个板卡与机箱的背板600接口处设有熔断器700保护，这是最后一道保护，让各个板卡之间不受影响，当其中一个板卡出现异常时，通过该板卡和背板之间的熔断器可以使得该异常板卡和背板断开连接，充分保障了正常板卡能够安全可靠的运行。

如图4所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，半导体开关板300包括：第一开关电路311、分压电路312和稳压电路313；第一开关电路311的输入端和主控板200连接，第一开关电路311用于接收第一信号，基于第一信号导通并输出第二信号；分压电路312的输入端和第一开关电路311的输出端连接，分压电路312用于接收第二信号，对第二信号进行分压并输出分压后的信号；稳压电路313的输入端和分压电路312的输出端连接，稳压电路313用于接收分压后的信号，对分压后的信号进行稳压并输出稳压后的驱动信号。本实施例中，通过第一开关电路311控制开通和闭合，实现开启和闭合可控，由于第一开关电路311输入和输出的信号均为大功率的高压信号，需要通过分压电路312进行降压，通过设置稳压电路313可以稳定电路中的电压，给后端的负载提供稳定的电压。

如图5所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，第一开关电路311包括：第一双向可控硅U1和第二双向可控硅U2，其中：第一双向可控硅U1的第一端与主控板连接；第一双向可控硅U1的第二端与第二双向可控硅U2的第一端连接；第二双向可控硅U2的第二端接地；第一双向可控硅U1的第三端与分压电路312的第一输入端连接；第一双向可控硅U1的第四端分别与第二双向可控硅U2的第三端和分压电路312的第二输入端连接；第二双向可控硅U2的第四端与分压电路312的第三输入端连接。本实施例中，采用双向可控硅的方式，开通可控，抗冲击能力强，能够有效地抗击10倍左右的额定冲击值，功耗上导通时有固定0.8V的压降。本附图中主控板未显示出来，第一双向可控硅U1的第一端和信号输入端口IN1连接，IN1用于和主控板的输出端连接。

如图5所示，本申请实施例中，半导体开关板还包括：滤波电路314；滤波电路314的输入端和主控板的输出端连接，滤波电路314的输出端和第一开关电路311的输入端连接，滤波电路314用于对主控板输出的第一信号进行滤波。本实施例中，通过设置滤波电路314，可以对主控板输入的第一信号中的干扰信号进行有效地滤除后再输入至第一开关电路311中，其中，滤波电路314包括第三电容C3和第九电阻R9，第三电容C3的第一端分别与主控板的输出端和第一双向可控硅U1的第一端连接，第三电容C3的第二端与第九电阻R9的第一端连接后接地，第九电阻R9的第二端与第二双向可控硅U2的第二端连接。本附图中主控板未显示出来，第三电容C3的第一端和第一信号输入端口IN1连接，IN1用于和主控板的输出端连接。

如图5所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，分压电路312包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第一二极管D1，其中：第一电阻R1的第一端分别与第一双向可控硅U1的第三端、第一二极管D1的正极、第五电阻R5的第一端连接；第五电阻R5的第二端与稳压电路313的第一输入端连接；第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接；第二电阻R2的第二端分别与第三电阻R3的第一端、第一双向可控硅U1的第四端、第二双向可控硅U2的第三端连接；第三电阻R3的第二端与第四电阻R4的第一端连接；第四电阻R4的第二端与第二双向可控硅U2的第四端、第一二极管D1的负极、稳压电路313的第二输入端连接。

如图5所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，稳压电路313包括：第六电阻R6、第一电容C1、第一可控硅Q1、第七电阻R7、第八电阻R8和第二电容C2，其中：第六电阻R6的第一端分别与第一二极管D1的负极、第二电容C2的第一端、第一可控硅Q1的控制极连接；第六电阻R6的第二端与第二电容C2的第二端、第一可控硅Q1的阴极连接；第一可控硅Q1的阳极与第五电阻R5的第二端、第七电阻R7的第一端、第八电阻R8的第一端连接；第八电阻R8的第二端与第二电容C2的第一端连接；第二电容C2的第二端分别与第七电阻R7的第二端、第一可控硅Q1的阴极连接。本实施例中，第七电阻R7为阻值可以调整的可变电阻；第八电阻R8的第一端连接第一信号输出接口OUT1，第二电容C2的第二端连接第二信号输出接口OUT2，OUT1和OUT2用于连接外部负载。

如图6所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，半导体开关板包括：驱动电路321、数模转换器322、第二开关电路323，其中：：驱动电路321的输入端和主控板连接，驱动电路321用于接收第一信号，基于第一信号启动并输出第三信号；数模转换器322的输入端和驱动电路321的输出端连接，数模转换器322用于将第三信号转换成第三模拟信号输出；第二开关电路323的输入端和数模转换器322的输出端连接，第二开关电路323用于接收第三模拟信号，基于第三模拟信号导通并输出驱动信号。

本实施例中，本实施例中，第二开关电路323包括第一绝缘栅型场效应管M1和第二绝缘栅型场效应管M2，第一绝缘栅型场效应管M1和第二绝缘栅型场效应管M2均采用NMOS管，驱动电路321中包括驱动器U3，驱动器U3采用型号BM6112FV-C驱动芯片，数模转换器322可以采用DAC5573IPW芯片、DAC8571IDGK芯片等数模转换芯片，其中，驱动器的18引脚和19引脚分别连接第二信号输入端口IN2和第三信号输入端口IN3，IN3和IN4用于和主控板的输出端连接，驱动器的4引脚连接数模转换器322的2引脚，驱动器的7引脚、驱动器的8引脚分别与驱动器的2引脚、驱动器的13引脚、第一绝缘栅型场效应管M1的栅极、第二绝缘栅型场效应管M2的栅极连接，驱动器的10引脚、驱动器的11引脚与第一绝缘栅型场效应管M1的漏极连接后连接第三信号输出端口OUT3，第一绝缘栅型场效应管M1的源极与第二绝缘栅型场效应管M2的源极连接后连接第四信号输出端口OUT4，第二绝缘栅型场效应管M2的漏极连接第五信号输出端口OUT5，OUT3、OUT4、OUT5用于和外部的负载连接。本实施例中，通过专用的驱动芯片，控制两个反向串联的NMOS管软启动，可抗击4-5倍的额定冲击值，功耗上导通时呈阻性，约为50mΩ。

如图7所示，作为一种实施方式，本申请实施例中，健康监测板包括：处理器410、以太网通信芯片420、编码电路430和机箱编码接口440；处理器410的第一信号端与背板600连接；处理器410的第二信号端通过以太网通信芯片420与各个半导体开关板连接；处理器410的一端设置有槽位编码识别模块450和机箱编码识别模块460；机箱编码识别模块460分别与编码电路430和机箱编码接口440连接。本实施例的附图中，各个半导体开关板未显示出来。本实施例中，还设置有电源转换电路470，电源转换电路470用于对背板600输入的电源进行转换后输出至以太网通信芯片420和处理器410。

本实施例中，健康监测板还设置有和处理器410连接的安全数据存储电路481(即SD存储电路)、静态随机存取存储器482(即SRAM)、快闪存储器483(即FLASH)，处理器410将采集的各个半导体开关板的健康状态数据存储至各个存储单元，健康状态数据包括开关时间、触点电流、电压、相序、各个半导体开关板的状态等，健康监测板400通过内部CAN网络接口与主控板进行通信，接收主控板定时发送的控制指令，控制指令即需要进行开始进行故障预测及健康管理的指令，收到控制指令后，对各数据的正常区间值进行设置，根据预设故障诊断算法对各个健康状态数据进行分析，对偏差太大的异常数据进行故障等级的评估，并给出对应的故障报警信息，通过对系统数据一段时间的监测，通过对比可得出相关预警的信息给出系统检修及维修的建议，同时通过将故障部件当前的设备数据以及历史设备数据进行综合考虑，降低了故障模式误判的概率，处理器410预设程序中可以根据相关部件的历史数据，进行数据统计或数据挖掘。在系统运行时间较长后，系统会将故障模块当前的部件参数与目标故障发展曲线进行匹配，确定出模块故障部件的剩余寿命，以便于当模块剩余寿命较短时及时更换部件，保证系统的正常运行。

本申请还提供一种列车，包括上述任一项的驱动装置。

本说明书中各实施例采用递进方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例不同之处，各个实施例之间相同或相似部分相互参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。