[發明專利]一種多功能的高效功率單元及其功率電路

有效

• 申請號: 201911216801.0
• 申請日: 2019-12-03
• 公開（公告）號: CN110943599B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 陳宏;高永軍;張丹;陳彥肖;苑偉華;王亮亮
• 申請（專利權）人: 西安中車永電電氣有限公司
• 主分類號: H02M1/00
• 分類號: H02M1/00;H02M3/155;H02M7/00;H02M7/06;H05K7/20
• 代理公司: 西安新動力知識產權代理事務所(普通合伙) 61245
• 代理人: 安文龍

一種多功能的高效功率單元，高效功率單元包括三相整流單元和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元；雙向DC/DC斬波變換單元既可以實現降壓斬波功能，又可以實現升壓斬波功能，從而實現能量的雙向流動；三相整流單元和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元通過絕緣裝置固定連接；三相整流單元和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元頂部安裝有支撐電容；整個多功能功率單元采用H型風道設計，風道與功率單元左右結構裝配，三相整流單元與三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元相互獨立,兩個單元通過絕緣裝置進行緊固連接，保證兩個模塊單元的熱管散熱器表面在同一個平面上，整體模塊內部相互獨立，外部自成一體；支撐電容安裝在功率單元上方，結構緊湊，拆裝靈活。

技術領域

本發明屬于內燃機車牽引供電變流電路設備領域，尤其涉及一種多功能的高效功率單元及其功率電路。

背景技術

在國家大力提倡節能減排的大環境下，軌道交通和城市軌道領域對節能指標的要求越來越高，因此在牽引動力源由蓄電池提供的比例越來越多，蓄電池的容量要求越大，這也是未來牽引動力發展的必然趨勢，因此節能環保是機車調車一個重要的性能指標，這就需要設計一種多功能集成的功率單元，既能將主發電機發出的三相交流電不空整流為直流電，直流電一部分供給牽引逆變裝置供電，又能將直流通過大功率的雙向DC/DC斬波電路為大容量的動力蓄電池充放電，為牽引逆變供電，以實現節能環保的目標。

現有的機車功率單元一般只適用于溫度+55℃下運行，不能適用于高溫+80℃環境溫度。

現有功率電路采用的大功率器件為低結溫的IGBT或二極管，不能滿足高溫環境適用。

采用的支撐電容在高溫+80℃環境溫度下壽命劇減，維修成本高。

現有的功率單元散熱主要采用普通的鋁制翅片風冷散熱器、重力熱管散熱器以及水冷散熱器。

采用普通的翅片散熱器，散熱功率小，不能滿足高密度功率單元，采用重力熱管散熱器，受安裝方式和空間限制，不能滿足機車功率模塊需要，采用水冷散熱器，需要提供一套水冷熱交換系統，目前內燃機調車多采用風冷系統，無法提供，同時設計成本高。

現有的功率單元一般實現獨立的功能，即整流功能、DC/DC斬波功能或逆變功能，沒有將各個功能單元高度集中到一個功率單元中。

采用單獨功能的功率單元，占據空間大，高功率密度小，對外電氣連接復雜，系統的可靠性差。

現有的DC/DC斬波功能一般采用兩電平方式來實現直流電壓變換，采用的功率器件電壓等級高，設計成本高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多功能的高效功率單元及其功率電路，其解決了整流和雙向DC/DC斬波功能的集中于同一個功率單元的問題。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種多功能的高效功率單元，其特征在于，所述高效功率單元包括三相整流單元和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元；

所述三相整流單元和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元通過絕緣裝置固定連接在風道組件上；

所述三相整流單元和三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元頂部安裝有支撐電容；

所述的三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元，其既可以實現降壓斬波功能，又可以實現升壓斬波功能，從而實現能量的雙向流動。

進一步：所述三相整流單元包括整流散熱器，所述三電平結構的雙向DC/DC斬波變換單元包括斬波散熱器；

所述整流散熱器和斬波散熱器之間通過一種絕緣裝置進行隔離；

所述整流散熱器和斬波散熱器基板表面保持在同一個平面上。