本發(fā)明主要涉及到軌道交通領(lǐng)域，特指一種用于軌道車輛緊急牽引的雙向升降壓變流器。

背景技術(shù)：

以地鐵為例，地鐵緊急牽引變流器主要作用是在接觸網(wǎng)(或者第三軌)失電的情況下，將車載蓄電池的電變換成合適的電壓供給主牽引變流器使用，實(shí)現(xiàn)地鐵車輛的緊急牽引功能，使地鐵車輛能駛離特殊位置(如過江隧道等)或者到達(dá)下一站，以實(shí)現(xiàn)地鐵車輛的轉(zhuǎn)運(yùn)功能，最大限度保證乘客安全。

目前，地鐵上使用的緊急牽引變流器的實(shí)現(xiàn)方案是將蓄電池(車上原裝控制蓄電池或者加裝的蓄電池)的電升壓成所需的直流電壓供給主牽引變流器使用，以實(shí)現(xiàn)地鐵的緊急牽引功能。此種實(shí)現(xiàn)方式最大的缺點(diǎn)是緊急牽引變流器能量不能雙向流動，不能完成給蓄電池充電的功能。如果是采用車上原裝控制蓄電池提供能量，車上本來就裝有控制蓄電池充電機(jī)，相當(dāng)于蓄電池充電配備了一個充電機(jī)，蓄電池放電又配備了一個緊急牽引變流器；如果采用的是加裝的蓄電池提供能量，除了蓄電池放電用的緊急牽引變流器，還需配置一個專門的蓄電池充電機(jī)。無論是哪種情況，蓄電池都需要配備充放電設(shè)備各一個，很大程度占用了地鐵車輛空間、增加了地鐵車輛的重量以及成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)、適用范圍廣的用于軌道車輛緊急牽引的雙向升降壓變流器。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于軌道車輛緊急牽引的雙向升降壓變流器，包括依次相連的前級電路、雙向升降壓DC/DC模塊及后級電路，所述前級電路與接觸網(wǎng)或第三軌相連，所述后級電路與蓄電池相連，所述前級電路包括網(wǎng)側(cè)浪涌吸收電路、預(yù)充電電路和保護(hù)電路，所述后級電路包括預(yù)充電電路和保護(hù)電路，所述雙向升降壓DC/DC模塊用來完成升降壓作業(yè)以完成能量的雙向流動。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述雙向升降壓DC/DC模塊包括第一單元、第二單元及主電感L1，所述第一單元和第二單元的電路結(jié)構(gòu)相同，均采用雙向斬波器電路；所述第一單元的一端連接于A端口，所述第一單元的另一端通過主電感L1與第二單元的一端連接，所述第二單元的另一端連接于B端口；所述雙向斬波器電路為由電容、開關(guān)管組及與開關(guān)管組配合的二極管組成的驅(qū)動電路。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述第一單元的驅(qū)動電路包括第一電容C1、第一開關(guān)管Q1、第三開關(guān)管Q3、第一二極管D1、第三二極管D3，每個開關(guān)管均與一個二極管配合；所述第二單元的驅(qū)動電路包括第二電容C2、第二開關(guān)管Q2、第四開關(guān)管Q4、第二二極管D2、第四二極管D4，每個開關(guān)管均與一個二極管配合；所述主電感L1的一端連接至第一開關(guān)管Q1與第三開關(guān)管Q3之間的F點(diǎn)，主電感L1的另一端連接至第二開關(guān)管Q2與第四開關(guān)管Q4之間的I點(diǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述雙向升降壓DC/DC模塊包括第一單元、第二單元及主電感L1，所述第一單元和第二單元的電路結(jié)構(gòu)相同，均采用雙向交錯斬波器電路，所述第一單元的一端連接于A端口，所述第一單元的另一端通過主電感L1與第二單元的一端連接，所述第二單元的另一端連接于B端口；所述雙向交錯斬波器電路為由電容、開關(guān)管組、換流電感及與開關(guān)管組配合的二極管組成的H橋驅(qū)動電路。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述第一單元的H橋驅(qū)動電路包括第一電容C1、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一換流電感L2、第二換流電感L3；所述第一開關(guān)管Q1～第四開關(guān)管Q4構(gòu)成H橋，每個開關(guān)管均與一個二極管配合，所述第一換流電感L2的一端連接至第一開關(guān)管Q1與第二開關(guān)管Q2之間的F點(diǎn)，所述第一換流電感L2的另一端與主電感L1的一端連接于I點(diǎn)，所述第二換流電感L3的一端連接至第三開關(guān)管Q3與第四開關(guān)管Q4之間的H點(diǎn)，所述第二換流電感L3的另一端與主電感L1的一端連接于I點(diǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述第二單元的H橋驅(qū)動電路包括第二電容C2、第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6、第七開關(guān)管Q7、第八開關(guān)管Q8、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、第八二極管D8、第三換流電感L4、第四換流電感L5；所述第五開關(guān)管Q5～第八開關(guān)管Q8構(gòu)成H橋，每個開關(guān)管均與一個二極管配合，所述第三換流電感L4的一端連接至第七二極管D7與第八二極管D8之間的M點(diǎn)，所述第三換流電感L4的另一端與主電感L1的一端連接于J點(diǎn)，所述第四換流電感L5的一端連接至第五開關(guān)管Q5與第六開關(guān)管Q6之間的K點(diǎn)，所述第四換流電感L5的另一端與主電感L1的一端連接于J點(diǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述雙向升降壓DC/DC模塊包括第一單元、第二單元及主電感L1，所述第一單元采用雙向交錯斬波器電路，所述第一單元的一端連接于A端口，所述第一單元的另一端通過主電感L1與第二單元的一端連接，所述第二單元的另一端連接于B端口；所述雙向交錯斬波器電路為由電容、開關(guān)管組、換流電感及與開關(guān)管組配合的二極管組成的H橋驅(qū)動電路；所述第二單元包括第二電容C2、第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6及第五二極管D5、第六二極管D6，所述第五開關(guān)管Q5與第五二極管D5配合，所述第六開關(guān)管Q6與第六二極管D6配合，所述主電感L1的一端與第一單元相連，另一端連接于所述第五開關(guān)管Q5與第六開關(guān)管Q6之間的M點(diǎn)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述雙向升降壓DC/DC模塊包括第一單元、第二單元及主電感L1，所述第二單元采用雙向交錯斬波器電路，所述第一單元的一端連接于A端口，所述第一單元的另一端通過主電感L1與第二單元的一端連接，所述第二單元的另一端連接于B端口；所述雙向交錯斬波器電路為由電容、開關(guān)管組、換流電感及與開關(guān)管組配合的二極管組成的H橋驅(qū)動電路；所述第一單元包括第一電容C1、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2及第一二極管D1、第二二極管D2，所述第一開關(guān)管Q1與第一二極管D1配合，所述第二開關(guān)管Q2與第二二極管D2配合，所述主電感L1的一端連接于第一開關(guān)管Q1與第二開關(guān)管Q2之間的F點(diǎn)，另一端與第二單元相連。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述第一單元和/或第二單元中開關(guān)管為IGBT或MOSFET半導(dǎo)體功率器件。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)：所述第一單元和/或第二單元中二極管為在開關(guān)管內(nèi)封裝反并的二極管。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明的用于軌道車輛緊急牽引的雙向升降壓變流器，結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)、適用范圍廣，其采用的是一個能量可以雙向流動的升降壓電路。在地鐵接觸網(wǎng)(或者第三軌)供電正常時，變流器將來自接觸網(wǎng)(或第三軌)的電壓變換成合適的電壓給蓄電池充電；在接觸網(wǎng)(或者第三軌)失電的情況下，變流器將蓄電池的電變換成合適的電壓供給主牽引變流器，以實(shí)現(xiàn)地鐵車輛的緊急牽引功能。本發(fā)明可以將原來的蓄電池充電機(jī)與緊急牽引變流器合二為一，降低了地鐵車輛的成本、重量，節(jié)約了空間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2是本發(fā)明雙向升降壓DC/DC模塊在具體實(shí)施例1中的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖3是本發(fā)明雙向升降壓DC/DC模塊在具體實(shí)施例2中的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖4是本發(fā)明雙向升降壓DC/DC模塊在具體實(shí)施例3中的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖5是本發(fā)明雙向升降壓DC/DC模塊在具體實(shí)施例4中的電路結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖例說明：

1、第一單元；2、第二單元；100、前級電路；200、雙向升降壓DC/DC模塊；300、后級電路。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明的用于軌道車輛緊急牽引的雙向升降壓變流器，包括依次相連的前級電路100、雙向升降壓DC/DC模塊200及后級電路300，前級電路100與接觸網(wǎng)或第三軌相連，后級電路300與蓄電池相連，所述前級電路100包括網(wǎng)側(cè)浪涌吸收電路、預(yù)充電電路和保護(hù)電路，所述后級電路300包括預(yù)充電電路和保護(hù)電路，所述雙向升降壓DC/DC模塊200用來完成升降壓作業(yè)以完成能量的雙向流動。

當(dāng)?shù)罔F接觸網(wǎng)(或第三軌)供電正常時，變流器將接觸網(wǎng)(或第三軌)的直流電經(jīng)過降壓或者升壓成合適的電壓提供給蓄電池，完成蓄電池充電功能。當(dāng)蓄電池電壓高于接觸網(wǎng)(或第三軌)時，變流器工作在降壓模式；當(dāng)蓄電池電壓低于接觸網(wǎng)(或第三軌)時，變流器工作在升壓模式。

當(dāng)?shù)罔F接觸網(wǎng)(或第三軌)供電中斷時，變流器將蓄電池的直流電經(jīng)過降壓或者升壓成合適的電壓供給主牽引變流器，完成地鐵車輛緊急牽引功能。當(dāng)主牽引變流器需要的電壓高于蓄電池電壓，變流器工作在升壓模式；當(dāng)主牽引變流器需要的電壓低于蓄電池電壓，變流器工作在降壓模式。

雙向升降壓DC/DC模塊2可以根據(jù)實(shí)際需要來選用具體的電路結(jié)構(gòu)。

在具體應(yīng)用實(shí)例1中，如圖2所示，雙向升降壓DC/DC模塊200包括第一單元1、第二單元2及主電感L1，第一單元1和第二單元2的電路結(jié)構(gòu)相同，均采用雙向斬波器電路，第一單元1的一端連接于A端口，第一單元1的另一端通過主電感L1與第二單元2的一端連接，第二單元2的另一端連接于B端口。該雙向斬波器電路為由電容、開關(guān)管組及與開關(guān)管組配合的二極管組成的驅(qū)動電路。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，開關(guān)管可以根據(jù)實(shí)際需要采用IGBT或MOSFET等半導(dǎo)體功率器件。二極管可以為在開關(guān)管內(nèi)封裝反并的二極管。

在本實(shí)施例中，第一單元1的驅(qū)動電路包括第一電容C1、第一開關(guān)管Q1、第三開關(guān)管Q3、第一二極管D1、第三二極管D3，每個開關(guān)管均與一個二極管配合。第二單元2的驅(qū)動電路包括第二電容C2、第二開關(guān)管Q2、第四開關(guān)管Q4、第二二極管D2、第四二極管D4，每個開關(guān)管均與一個二極管配合。主電感L1的一端連接至第一開關(guān)管Q1與第三開關(guān)管Q3之間的F點(diǎn)，主電感L1的另一端連接至第二開關(guān)管Q2與第四開關(guān)管Q4之間的I點(diǎn)。

下表為變流器各種工作模式下開關(guān)管的狀態(tài)：

在具體應(yīng)用實(shí)例2中，如圖3所示，雙向升降壓DC/DC模塊20包括第一單元1、第二單元2及主電感L1，第一單元1和第二單元2的電路結(jié)構(gòu)相同，均采用雙向交錯斬波器電路，第一單元1的一端連接于A端口，第一單元1的另一端通過主電感L1與第二單元2的一端連接，第二單元2的另一端連接于B端口。該雙向交錯斬波器電路為由電容、開關(guān)管組、換流電感及與開關(guān)管組配合的二極管組成的H橋驅(qū)動電路。

在具體應(yīng)用實(shí)例中，開關(guān)管可以根據(jù)實(shí)際需要采用IGBT或MOSFET等半導(dǎo)體功率器件。二極管可以為在開關(guān)管內(nèi)封裝反并的二極管。

在本實(shí)施例中，第一單元1的H橋驅(qū)動電路包括第一電容C1、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2、第三開關(guān)管Q3、第四開關(guān)管Q4、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第一換流電感L2、第二換流電感L3。第一開關(guān)管Q1～第四開關(guān)管Q4構(gòu)成H橋，每個開關(guān)管均與一個二極管配合，第一換流電感L2的一端連接至第一開關(guān)管Q1與第二開關(guān)管Q2之間的F點(diǎn)，第一換流電感L2的另一端與主電感L1的一端連接于I點(diǎn)，第二換流電感L3的一端連接至第三開關(guān)管Q3與第四開關(guān)管Q4之間的H點(diǎn)，第二換流電感L3的另一端與主電感L1的一端連接于I點(diǎn)。

在本實(shí)施例中，第二單元2的H橋驅(qū)動電路包括第二電容C2、第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6、第七開關(guān)管Q7、第八開關(guān)管Q8、第五二極管D5、第六二極管D6、第七二極管D7、第八二極管D8、第三換流電感L4、第四換流電感L5。第五開關(guān)管Q5～第八開關(guān)管Q8構(gòu)成H橋，每個開關(guān)管均與一個二極管配合，第三換流電感L4的一端連接至第七二極管D7與第八二極管D8之間的M點(diǎn)，第三換流電感L4的另一端與主電感L1的一端連接于J點(diǎn)，第四換流電感L5的一端連接至第五開關(guān)管Q5與第六開關(guān)管Q6之間的K點(diǎn)，第四換流電感L5的另一端與主電感L1的一端連接于J點(diǎn)。

基于本發(fā)明的上述電路，其工作狀態(tài)分析如下：

1.當(dāng)能量由A端口流向B端口時：

1.1升壓工作模式分析；

開關(guān)管Q1、Q3保持導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管Q2、Q4、Q5、Q7保持關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)管Q6、Q8工作在開關(guān)狀態(tài)，此時電路等效于一個交錯斬波升壓電路。開關(guān)管Q6、Q8交替開關(guān)，二極管D5、D6交替續(xù)流，換流電感L4、L5交替工作。

1.2降壓工作模式分析

開關(guān)管Q1、Q3工作在開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)管Q5、Q7保持導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管Q2、Q4、Q6、Q8保持關(guān)斷狀態(tài)，此時電路等效于一個交錯斬波降壓電路。開關(guān)管Q1、Q3交替開關(guān)，二極管D2、D4交替續(xù)流，換流電感L2、L3交替工作。

2.當(dāng)能量由B端口流向A端口時：

2.1升壓工作模式分析；

開關(guān)管Q1、Q3、Q6、Q8保持關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)管Q5、Q7保持導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)管Q2、Q4工作在開關(guān)狀態(tài)，此時電路等效于一個交錯斬波升壓電路。開關(guān)管Q2、Q4交替開關(guān)，二極管D1、D3交替續(xù)流，換流電感L2、L3交替工作。

2.2降壓工作模式分析

開關(guān)管Q1、Q3保持開通狀態(tài)，開關(guān)管Q5、Q7工作在開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)管Q2、Q4、Q6、Q8保持關(guān)斷狀態(tài)，此時電路等效于一個斬波降壓電路。開關(guān)管Q5、Q7交替開關(guān)，二極管D6、D8交替續(xù)流，換流電感L4、L5交替工作。

在具體應(yīng)用實(shí)例3中，如圖4所示，雙向升降壓DC/DC模塊200包括第一單元1、第二單元2及主電感L1，第一單元1和第二單元2的電路結(jié)構(gòu)不相同，第一單元1采用雙向交錯斬波器電路，第一單元1的一端連接于A端口，第一單元1的另一端通過主電感L1與第二單元2的一端連接，第二單元2的另一端連接于B端口。該雙向交錯斬波器電路為由電容、開關(guān)管組、換流電感及與開關(guān)管組配合的二極管組成的H橋驅(qū)動電路。第二單元2包括第二電容C2、第五開關(guān)管Q5、第六開關(guān)管Q6及第五二極管D5、第六二極管D6，第五開關(guān)管Q5與第五二極管D5配合，第六開關(guān)管Q6與第六二極管D6配合，主電感L1的一端與第一單元1相連，另一端連接于第五開關(guān)管Q5與第六開關(guān)管Q6之間的M點(diǎn)。第一單元1的雙向交錯斬波器電路與實(shí)施例2的一致，本發(fā)明的工作原理與上述實(shí)施例2基本類似，在此就不再贅述。

在具體應(yīng)用實(shí)例4中，如圖5所示，雙向升降壓DC/DC模塊200包括第一單元1、第二單元2及主電感L1，第一單元1和第二單元2的電路結(jié)構(gòu)不相同，第二單元2采用雙向交錯斬波器電路，第一單元1的一端連接于A端口，第一單元1的另一端通過主電感L1與第二單元2的一端連接，第二單元2的另一端連接于B端口。該雙向交錯斬波器電路為由電容、開關(guān)管組、換流電感及與開關(guān)管組配合的二極管組成的H橋驅(qū)動電路。第一單元1包括第一電容C1、第一開關(guān)管Q1、第二開關(guān)管Q2及第一二極管D1、第二二極管D2，第一開關(guān)管Q1與第一二極管D1配合，第二開關(guān)管Q2與第二二極管D2配合，主電感L1的一端連接于第一開關(guān)管Q1與第二開關(guān)管Q2之間的F點(diǎn)，另一端與第二單元2相連。第二單元2的雙向交錯斬波器電路與實(shí)施例2的一致，本發(fā)明的工作原理與上述實(shí)施例2基本類似，在此就不再贅述。

以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。