專利名稱：大容量蓄電池充電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于直流電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大容量蓄電池充電 裝置。
背景技術(shù)：
大容量蓄電池充電裝置過(guò)去大多釆用相控整流技術(shù)，功率器件釆
用可控硅SCR和小容量的GTO、 GTR功率器件，不僅效率低、能耗 大、功率因數(shù)低、輸出精度差，存在嚴(yán)重的過(guò)充電和析氣等現(xiàn)象，影 響電源的品質(zhì)和蓄電池的使用壽命，而且由于控制回路與輔助回路需
要釆用工頻變壓器隔離，電源的體積和重量都很大。隨著開關(guān)電源技 術(shù)和大功率電子開關(guān)器件迅速發(fā)展，直流電源裝置主要釆用H橋逆
變、高頻變壓器隔離技術(shù)，而在鐵路機(jī)車上這種直流電源的輸入一般 為輔助變流器輸出的三相交流電壓或輔助變流器中間直流電壓，其電 壓值一般都很高，且變化范圍大，三相交流電整流成的直流電壓及輔 助變流器中間直流電壓 一般都在530V ~ 900V之間。因此在開關(guān)功率 器件上， 一是釆用高耐壓等級(jí)，中、大容量的IGBT，單相H橋逆變、 隔離、整流輸出；二是釆用較低耐壓等級(jí)、小容量的IBGT或場(chǎng)效應(yīng) 管，多路H橋逆變、隔離、整流并聯(lián)輸出；這兩種方式都具有高效 率、低能耗、高功率因數(shù)，高輸出精度的特點(diǎn)。但是，由于第一種方式的開關(guān)頻率很難達(dá)到15K以上的頻率， 一般在10K以下，因此隔
離變壓器和輸出電抗器會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲，噪聲隨著輸出電流的增大而
增強(qiáng)。如果增大開關(guān)頻率到15K以上，IGBT熱損耗急劇增加、換流 惡化，產(chǎn)品的可靠性及壽命都會(huì)受到極大影響。第二種方式開關(guān)頻率 雖然可以到達(dá)20K以上，但小容量IBGT或場(chǎng)效應(yīng)管的耐壓等級(jí)低， 因此當(dāng)中間回路電壓較高時(shí)還必須釆用雙管串聯(lián)，另外還需對(duì)多路電 源的輸出電流進(jìn)行均流控制，系統(tǒng)選用的元件數(shù)量多，控制復(fù)雜，可 靠性也會(huì)受到影響。
在開關(guān)電源的主電路中經(jīng)常會(huì)應(yīng)用到單相半橋逆變電路，它的優(yōu) 點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，使用器件少。但是，輸出交流電壓幅值為Udc/2，直 流側(cè)需兩電容器串聯(lián)。另外，單相半橋逆變電路與單相H橋逆變電 路相比，輸出電壓是單相H橋逆變電路的1/2，在相同輸出功率的情 況下，變壓器的原邊電流是單相H橋逆變電路的2倍，在開關(guān)頻率 小于10KHz的情況下，變壓器和電抗器的噪聲會(huì)更大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種在輸入電 壓值高、變化范圍大的條件下，能夠采用較低耐壓等級(jí)且大容量的 IBGT，消除隔離變壓器及輸出電抗器高頻噪聲且控制簡(jiǎn)單的大容量 蓄電池充電裝置。
本發(fā)明的目的是這樣現(xiàn)的 一種大容量蓄電池充電裝置，主要由 IGBT開關(guān)管及其PWM脈寬調(diào)制控制電路、隔離變壓器、整流二極 管和輸出電抗器構(gòu)成，其特征于IGBT管(SU1 SU4、 SV1 SV4、SW1 SW4)、 二極管(FR1 FR6)和電容(Cl、 C2 )構(gòu)成三相三電 平逆變輸入電路，整流二極管(D1 D6)、電抗器(Ll)和電容(C3) 構(gòu)成三相整流輸出電路，三相隔離變壓器(T1)將輸入電路和輸出電路 耦合起來(lái)。
本發(fā)明的目的也可以這樣實(shí)現(xiàn) 一種大容量蓄電池充電裝置，主 要由IGBT開關(guān)管及其PWM脈寬調(diào)制控制電路、隔離變壓器、整流 二極管和輸出電抗器構(gòu)成，其特征在于IGBT管(SU1 SU4、 SV1 SV4)、 二極管(FR1 FR4)和電容(Cl、 C2 )構(gòu)成單相三電平 逆變輸入電路，整流二極管(D1 D4)、電抗器(Ll)和電容(C3)構(gòu) 成單相整流輸出電路，單相隔離變壓器(T1)將輸入電路和輸出電路耦 合起來(lái)。
本發(fā)明的目的也可以這樣實(shí)現(xiàn) 一種大容量蓄電池充電裝置，由 IGBT開關(guān)管及其PWM脈寬調(diào)制控制電路、隔離變壓器、整流二極 管和輸出電抗器構(gòu)成，其特征在于IGBT管(SU1 SU4 )、 二極管(FR1、 FR2)和電容(C1、 C2)構(gòu)成單相半橋式三電平逆變輸入電路，整流 二極管(D1 D4)、電抗器(Ll)和電容(C3)構(gòu)成單相整流輸出電路， 單相隔離變壓器(T1)將輸入電路和輸出電路耦合起來(lái)。
釆用本發(fā)明的三相三電平逆變輸入電路方案，由多個(gè)電平臺(tái)階合 成的輸出電壓波形，改善了輸出電壓、電流波形，大大降低了輸出電 壓、輸出電流的諧波含量；開關(guān)管的電壓額定值只為直流母線上電壓 的一半，在直流母線電壓較高的情況下，仍然可以使用較低耐壓等級(jí)， 中大容量的IGBT開關(guān)元件，且正常工作開關(guān)頻率可以達(dá)到20KHz,實(shí)現(xiàn)靜音設(shè)計(jì)；在輸入直流電壓及輸出功率相同的情況下，變壓器原
副邊的電流大大降低；因而在使用相同容量IGBT的情況下，輸出功 率可以更大。三相變壓器的漏磁比單相變壓器的漏磁低；整流輸出的 脈沖電壓的頻率為開關(guān)頻率的三倍，超出了音頻范圍，消除了電抗器 產(chǎn)生的高頻噪聲，由于開關(guān)頻率的增加，使得三相變壓器及輸出電抗 器的體積大大減小。
釆用本發(fā)明的單相三電平或單相半橋式三電平逆變輸入電路方 案，開關(guān)管的電壓額定值只為直流母線上電壓的一半，在直流母線電 壓較高的情況下，仍然可以使用低耐壓等級(jí)、中大容量的IGBT開關(guān) 元件，且正常工作開關(guān)頻率可以達(dá)到20KHz，實(shí)現(xiàn)靜音設(shè)計(jì)；由于開 關(guān)頻率的增加，使得變壓器及輸出電抗器的體積大大減小。


附圖1為本發(fā)明實(shí)施例釆用三相三電平逆變輸入電路的大容量 蓄電池充電裝置的主電路示意圖。
附圖2為本發(fā)明實(shí)施例釆用單相三電平逆變輸入電路的大容量 蓄電池充電裝置的主電路示意圖。
附圖3為本發(fā)明實(shí)施例釆用單相半橋式三電平逆變輸入電路的 大容量蓄電池充電裝置的主電路示意圖。
附圖4為本發(fā)明實(shí)施例開關(guān)管開關(guān)狀態(tài)表。
具體實(shí)施方式
參看附圖l,該實(shí)施例的大容量蓄電池充電裝置，其輸入電路是
由IGBT管(SU1 SU4、 SV1 SV4、 SW1 SW4)、 二極管(FR1 FR6) 和電容(C1、 C2)構(gòu)成三相三電平逆變電路，輸出電路是由整流二 極管(D1 D6)、電抗器(Ll)和電容(C3)構(gòu)成的三相整流電路，三 相隔離變壓器(T1)將輸入電路和輸出電路耦合起來(lái)。用PWM脈寬調(diào) 制控制電路(圖中未示出)控制三相三電平逆變輸入電路中IGBT管的 開通寬度。開關(guān)狀態(tài)如圖4中的表所示，SX1 SX4為某一相的IGBT 開關(guān)元件，當(dāng)SX1、 SX2開通，SX3、 SX4關(guān)斷時(shí)，該相所輸出的相 電壓為Udc/2,當(dāng)SX2、 SX3開通，SX1、 SX4關(guān)斷時(shí)，該相所輸出 的相電壓為O,當(dāng)SX1、 SX2關(guān)斷，SX3、 SX4開通時(shí)，該相所輸出 的相電壓為-Udc/2,因此所輸出的相電壓為正、負(fù)占空比可調(diào)的三電 平階梯波，輸出的線電壓為多電平的階梯波。SU、 SV、 SW三組IGBT 的開關(guān)順序在相位上相差120° 。
傳統(tǒng)的三相三電平逆變電路主要應(yīng)用在電機(jī)驅(qū)動(dòng)及其他三相交 流電源中，由多個(gè)電平臺(tái)階合成的輸出電壓正弦波形，在相同開關(guān)頻 率條件下，與傳統(tǒng)二電平逆變器相比，諧波含量大大減少，改善了輸 出電壓波形，另外開關(guān)管的電壓額定值只為直流母線上電壓的 一半， 使低壓開關(guān)器件可以應(yīng)用于高壓變換器中。缺點(diǎn)是出現(xiàn)中點(diǎn)電壓不平
參看附圖2，該實(shí)施例的大容量蓄電池充電裝置，其輸入電路是 由IGBT管(SU1 SU4、 SV1 SV4 )、 二極管(FR1 FR4 )和電容(Cl 、 C2)構(gòu)成單相三電平逆變電路，輸出電路是由整流二極管(D1 D4)、電抗器(Ll)和電容(C3)構(gòu)成的單相整流電路，單相隔離變壓器(T1) 將輸入電路和輸出電路耦合起來(lái)。用PWM脈寬調(diào)制控制電路(圖中 未示出)控制單相三電平橋式逆變輸入電路中IGBT管的開通寬度。 開關(guān)狀態(tài)如圖4中的表所示，SX1 SX4為某一相的IGBT開關(guān)元件， 當(dāng)SX1、 SX2開通，SX3、 SX4關(guān)斷時(shí)，該相所輸出的相電壓為Udc/2, 當(dāng)SX2、 SX3開通，SX1、 SX4關(guān)斷時(shí)，該相所輸出的相電壓為O, 當(dāng)SX1 、 SX1.2關(guān)斷，SX3、 SX4開通時(shí)，該相所輸出的相電壓為-Udc/2， 因此所輸出的相電壓為正、負(fù)占空比可調(diào)的三電平階梯波，SU、 SV 兩組IGBT的開關(guān)順序在相位上相差90?；?80° 。
參看附圖3，該實(shí)施例的大容量蓄電池充電裝置，其輸入電路是 由IGBT管(SU1 SU4)、 二極管(FR1、 FR2)和電容(Cl、 C2) 構(gòu)成單相半橋式三電平逆變電路，輸出電路是由整流二極管 (D1 D4)、電抗器(Ll)和電容(C3)構(gòu)成的單相整流電路，單相隔 離變壓器(T1)將輸入電路和輸出電路耦合起來(lái)。用PWM脈寬調(diào)制控 制電路(圖中未示出)控制單相半橋式三電平逆變輸入電路中IGBT管 的開通寬度。開關(guān)狀態(tài)如圖4中的表所示，SX1 SX4為SU橋臂的 IGBT開關(guān)元件，當(dāng)SX1、 SX2開通，SX3、 SX4關(guān)斷時(shí)，U相所輸 出的相電壓為Udc/2,當(dāng)SX2、 SX3開通，SX1、 SX4關(guān)斷時(shí)，U相 所輸出的相電壓為O,當(dāng)SX1、 SX2關(guān)斷，SX3、 SX4開通時(shí)，U相 所輸出的相電壓為-Udc/2,因此所輸出的相電壓為正、負(fù)占空比可調(diào) 的三電平階梯波。
權(quán)利要求
1、一種大容量蓄電池充電裝置，主要由IGBT開關(guān)管及其PWM脈寬調(diào)制控制電路、隔離變壓器、整流二極管和輸出電抗器構(gòu)成，其特征于IGBT管(SU1～SU4、SV1～SV4、SW1～SW4)、二極管(FR1～FR6)和電容(C1、C2)構(gòu)成三相三電平逆變輸入電路，整流二極管(D1～D6)、電抗器(L1)和電容(C3)構(gòu)成三相整流輸出電路，三相隔離變壓器(T1)將輸入電路和輸出電路耦合起來(lái)。
2、 一種大容量蓄電池充電裝置，主要由IGBT開關(guān)管及其PWM 脈寬調(diào)制控制電路、隔離變壓器、整流二極管和輸出電抗器構(gòu)成，其 特征在于IGBT管(SU1 SU4、 SV1 SV4)、 二極管(FR1 FR4)和 電容(Cl 、 C2 )構(gòu)成單相三電平逆變輸入電路，整流二極管(D1 D4 )、 電抗器(L1)和電容(C3)構(gòu)成單相整流輸出電路，單相隔離變壓器(T1) 將輸入電路和輸出電路耦合起來(lái)。
3、 一種大容量蓄電池充電裝置，由IGBT開關(guān)管及其PWM脈 寬調(diào)制控制電路、隔離變壓器、整流二極管和輸出電抗器構(gòu)成，其特 征在于IGBT管(SU1 SU4)、 二極管(FR1、 FR2 )和電容(Cl、 C2)構(gòu)成單相半橋式三電平逆變輸入電路，整流二極管(D1 D4)、 電抗器(L1)和電容(C3)構(gòu)成單相整流輸出電路，單相隔離變壓器(T1) 將輸入電路和輸出電路耦合起來(lái)。
全文摘要
本發(fā)明的大容量蓄電池充電裝置，其輸入電路采用由IGBT管、二極管及電容構(gòu)成的三相三電平、單相三電平或單相三電平半橋逆變電路，輸出電路采用由整流二極管、輸出電抗器和電容構(gòu)成的整流輸出電路，通過(guò)隔離變壓器將輸入電路和輸出電路耦合起來(lái)?？梢圆捎媚蛪狠^低的IGBT管，以高于音頻的開關(guān)頻率工作，實(shí)現(xiàn)隔離變壓器和輸出電抗器靜音。
文檔編號(hào)H02J7/02GK101621210SQ20081001207
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者蔡志偉 申請(qǐng)人:中國(guó)北車集團(tuán)大連機(jī)車車輛有限公司