[发明专利]一种车载电源双向DC-DC变换器及其控制方法

说明书

本发明提出一种车载电源双向DC‑DC变换器及其控制方法，本发明属于电力电子功率变换器领域，包括：直流接触网电压输入、滤波保护电路、双半桥串联逆变器及整流电路、高频变压器、全桥逆变器及二极管整流电路、滤波电路、低压储能装置、高压侧电压恒值检测电路、低压侧电压恒值检测电路、低压侧电流尖峰检测电路、控制模块、驱动模块、PWM发生器、辅助电源；采用本发明电路拓扑结构，降低了高压侧IGBT管的耐压值，降低了成本，缩小了车载电源体积，增强了车载电源稳定性，同时因为采用双向DC‑DC变换器，实现了能量的双向流动，提高了能量的使用效率。

技术领域

本发明属于电力电子功率变换器领域，具体涉及一种车载电源双向DC-DC变换器及其控制方法。

背景技术

对于现有的矿用电力机车车载电源DC-DC变换器，一般为双半桥串联型单向DC-DC变换器。其优点是结构简单，降低了IGBT的耐压值，缺点是没有考虑车载储能和能量反馈问题，能量利用率较低。而对于新型矿用电力机车车载电源双向DC-DC变换器来说，它实现了能量的双向流动，提高了能量的使用效率，当电力机车处于起步、加速、爬坡时，需求功率较大，此时车载电源接收来自接触网的1500V直流电压，给负载、低压控制电路及照明系统供电，同时给复合储能系统充电；当电力机车处于制动或减速时，复合储能系统可以将储存的能量回馈给电网。因此发明一种新型双向的车载电源DC-DC变换器具有非常大的价值。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明提出了一种车载电源双向DC-DC变换器及其控制方法，包括：

直流接触网电压输入、滤波保护电路、双半桥串联逆变器及整流电路、高频变压器、全桥逆变器及二极管整流电路、滤波电路、低压储能装置、高压侧电压恒值检测电路、低压侧电压恒值检测电路、低压侧电流尖峰检测电路、控制模块、驱动模块、PWM发生器、辅助电源；

直流接触网电压输入与滤波保护电路相连接，滤波保护电路与双半桥串联逆变器及整流电路相连接，双半桥串联逆变器及整流电路分别与PWM发生器和高频变压器相连接，高频变压器与全桥逆变器及二极管整流电路相连接，全桥逆变器及二极管整流电路与滤波电路相连接，滤波电路与低压储能装置相连接，低压储能装置分别与低压侧电压恒值检测电路和低压侧电流尖峰检测电路相连接，PWM发生器与驱动模块相连接，驱动模块与控制模块相连接，控制模块分别与低压侧电压恒值检测电路、高压侧电压恒值检测电路与低压侧电流尖峰检测电路相连接；辅助电源与控制模块相连接；

直流接触网电压输入提供1500V高压直流电压输入；

滤波保护电路包括滤波电路与阻容保护电路，滤波电路采用直流电抗器L1，用来吸收输入电源纹波电流，该器件用于改善电容滤波造成的输入电流畸变、改善功率因数，减少和防止冲击电流造成整流桥损坏和电容过热等问题；阻容保护电路，包括C1、C2、C3、C4与R1、R2、R3、R4；阻容保护电路保证了电容的分压均匀，C1～C4是四个型号相同的直流母线电解电容，避免某些电容承受电压过大，给逆变器带来危险，采用串联以提供足够的耐压值，直流母线电容的主要作用是吸收纹波电流，使系统输出更加稳定。R1～R4是并联在这四个电容两端的均压电阻，保证了电容的分压均匀，避免某些电容承受电压过大，给逆变器带来危险；并且，当系统停机时，该电阻还可起到让滤波电容上的电能完全释放的作用。阻容保护只能保护过高的电压上升率，如抑制电网中的尖峰电压波。当尖峰波来时，因电容上的电压不能突变，尖峰波的电压会直接加在与电容串联的电阻上，而与电容串联的电阻值较小(只有几十欧姆)，尖峰波的能量被消耗在电阻上，从而立即降低尖峰波的电压幅度。当正常运行时，电容的容抗远大于电阻(相差几百倍)，阻容之路上的电流很小，故而电阻上的功率消耗很小。