具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种高频辅助变流器，包括：

三电平BUCK电路：连接至电网输入端；

LLC谐振电路：包括LLC全桥电路、高频变压器、LLC整流电路，其中，全桥电路的输入端连接至三电平BUCK电路的输出端，LLC全桥电路的输出端与高频变压器原边连接，LLC整流电路输入端与高频变压器副边连接；

逆变电路：输入端与LLC整流电路的输出端连接，输出端连接至负载；

箱体；

LLC整流电路与逆变电路集成为功率模块一，三电平BUCK电路、LLC全桥电路集成为功率模块二，功率模块一和功率模块二均安装在箱体内，位于高频变压器的左右两侧。两个模块位于高频变压器出线端左右两侧，既保证变压器原边、副边接线距离最小，又保证两个模块设计上结构尺寸接近、重量接近，避免一个模块过大、另一个模块过小，安装和维护困难。

本发明中功率模块一和功率模块二的组合设计，充分考虑了大功率高频辅助变流器功率器件众多，如果设计成一种功率模块，则体积庞大、重量大，维护和拆装非常困难的现状，并且一旦某个器件故障，导致需要更换整个模块，运营维护成本高的问题。

基于上述原则，本发明对三电平BUCK电路、LLC谐振电路和辅助逆变电路的功率器件进行合理分配，将三电平BUCK电路和LLC全桥电路设计成功率模块一(定义为DCDC模块)，将高频变压器输出二极管整流电路和辅助逆变电路设计为功率模块二(定义为INV逆变模块)，即将LLC谐振电路的功率器件均衡分配到DCDC模块和INV逆变模块上。充电机单独设计成功率模块。如此设计，三种功率模块均可做到体积小、重量轻，同时故障影响低，比如BUCK电路故障，只需更换DCDC模块，不影响其余模块。本发明DCDC模块尺寸为450x380x400(mm)，重量60kg；INV逆变模块尺寸为420x380x380(mm)，重量50kg；充电机模块尺寸为360x380x400(mm)，重量45kg。

本发明一些实施例中，进一步包括充电机模块，充电机模块的输入端连接至三电平BUCK电路的输出端，充电机模块的输出端连接至蓄电池。与现有技术不同，本发明充电机模块的输入电压来自于三电平BUCK输出的直流电压，经过半桥逆变电路输出交流方波，通过充电机模块中高频变压器隔离变压后经整流和滤波电路输出稳定的直流电压给车上低压负载供电和蓄电池充电。充电机模块也集成安装在箱体内，与功率模块二并行排列设置，方便充电机模块与三电平BUCK电路之间的走线连接。相比由LLC谐振输出供电或者辅助逆变器输出供电，本发明提供的充电机供电方法降低了LLC谐振电路高频变压器的额定容量，体积、重量减小，从而降低大功率高频变压器的设计、生产难度；相比充电机直接由网侧高压供电，本发明降低了开关管的电压应力，从而可降低开关管成本。

本发明一些实施例中，进一步提供一种双辅助变流器结构，包括两组三电平BUCK电路、LLC谐振电路、逆变电路和充电机模块；每组辅助变流器均构成为功率模块一、功率模块二和充电机模块；两组逆变电路的输出端并联连接至负载，两组充电机模块的输出端并联连接至蓄电池。当一路辅助电源故障，另一路辅助电源仍可以为车上中压和低压负载供电。

发明大功率高频辅助变流器的电气原理图如下图1所示，结构布局图如图2所示。每一路辅助电源的输入直流电压经三电平BUCK电路输出稳定的电压给LLC谐振电路；LLC谐振电路输出电压经高频变压器隔离变压后经二极管整流输出稳定的电压给辅助逆变器；辅助逆变器输出交流电压经三相LC滤波电路得到高质量的3AC380V交流电压供给车上中压负载。充电机输入电压来自于三电平BUCK输出的直流电压，经过半桥逆变电路输出交流方波，通过充电机高频变压器隔离变压后经整流和滤波电路输出稳定的直流电压给车上低压负载供电和蓄电池充电。

本发明大功率高频辅助变流器额定交流输出容量为2*120kVA,额定直流输出容量为2*15kW，因此一路辅助电源只需一路LLC谐振变换器，具有器件少、体积小、总故障率低等优点，这也是当前轨道交通领域大功率高频辅助变流器首次应用。当前轨道交通领域，大功率高频辅助变流器设计重要难点在于大功率高频变压器。功率等级越高，高频变压器的磁芯规格更高，漏感、励磁电感的约束更高，温升和噪音的控制难度更高。

大功率高频变压器是本发明辅助变流器的关键电器件，其电气参数尤其是励磁电感和漏感要求在各个条件下尽量保持稳定。如果高频变压器采用利兹线出线，在生产组装过程，利兹线的走线路径、线长、折弯弧度的不同都会引起励磁电感的变化，影响谐振参数，引起谐振异常。

为了解决前述技术问题，本发明一些实施例中，高频变压电路中高频变压器的原边、副边均采用铜排，原边铜排15连接至LLC全桥电路，副边铜排14连接至LLC整流电路。为了将连接方式引起的参数影响降至最低，设计功率模块距离大功率高频变压器的原边和副边接线点尽可能短，设计将高频变压器安装在DCDC模块和INV逆变模块中间，并且采用铜排连接，如图4所示。

以下，结合附图陈述本发明辅助变流器模块在箱体内的布局结构。

本发明一些实施例中，箱体1包括左边侧腔体11、右边侧腔体12和位于左边侧箱体11和右边侧箱体12之间的中间腔体13。

位于左边侧的第一腔体、第二腔体和第三腔体，三个腔体排成一列；

位于右边侧的第四腔体、第五腔体和第六腔体，三个腔体排成一列；

位于左边侧和右边侧的中部腔体，包括第七腔体、第八腔体和第九腔体；

第四腔体与第一腔体对称设置，两个功率模块一2(INV逆变模块)分别安装在第一腔体和第四腔体内；第二腔体和第五腔体对称设置，两个功率模块二3(DCDC模块)分别安装在第二腔体和第五腔体内；第三腔体和第六腔体对称设置，两个充电机模块4分别安装在第三腔体和第六腔体内；

第七腔体内安装有两个逆变器的高频变压电路9部分，第八腔体内安装有风机8，第九腔体内安装有集成三相电抗器L1 7。同时还包括三相电抗器L2 10，安装在第七腔体的边侧。

以图3所示的方向为例，腔体13的最右边安装有三相交流输出接触器KM3 6，辅助逆变器产生的交流电压通过三相交流输出接触器输出给车上中压负载。

大功率高频变压器是系统主要发热器件，并且磁芯性能受高温制约，因此优先保证其散热，本发明设计将主风机安装在大功率高频变压器旁边，直接对高频变压器吹风散热，保证其散热效果优良。

本发明一些实施例中，靠近功率模块二一侧的箱体侧壁上安装有谐振电容，连接高频变压器原边和功率模块二。谐振电容采用多个电容并联结构，可以根据谐振效果调整并联电容的数量，相比谐振电容单体结构，分体结构参数调整灵活。

本发明一些实施例中，进一步提供一种高频辅助变流器控制方法，参考图5，包括以下步骤：

辅助变流器启动：投入控制电，辅助变流器进行初始化、上电自检。自检通过，没有系统故障，辅助变流器检测到输入高压，此时辅助变流器给出“准备就绪”信号。列车网络系统综合各个辅助变流器发送的“准备就绪”信号，按时序启动辅助变流器，给辅助变流器发送“启动指令”。

三电平BUCK电路自检：若辅助变流器收到“启动指令”后开始启动，判断是否存在“三电平BUCK故障”，若故障，则辅助变流器停机，若正常，启动预充电，预充电完成后，三电平BUCK电路软启动；预充电完成后，三电平BUCK软启动建立电压，同时LLC也随之软启动，缩短交流转换部分的启动时间。

三电平BUCK电路启动后，执行下述步骤：

LLC全桥电路自检：三电平BUCK输出电压建立完成后，此时LLC全桥电路输出电压也随之建立完成，进行LLC全桥电路和逆变电路故障诊断，若故障，则LLC全桥电路和逆变电路停机，若正常，则LLC全桥电路软启动，完成LLC全桥电路建压，辅助逆变器软启动；辅助逆变器软启动，同时执行并网策略，满足条件后闭合输出接触器，给车上交流负载供电。

充电机自检：同步进行充电机故障诊断，若故障，则充电机停机，若正常，则充电机启动，执行蓄电池充电策略，实现共同给车上直流负载供电。

充电机和辅助逆变器独立启动工作，两条控制支路并列执行。

本发明提供的辅助变流器的控制方法：三级电路采用分级控制，相互独立电路采用独立控制，并列运行，可以将故障对系统的影响降至最低，提高系统的冗余能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。