具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预期目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的高频DC-DC变流器模块和辅助变流器系统的具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及功效，详细说明如后。

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚的呈现。通过具体实施方式的说明，当可对本发明为达成预期目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

图1为本发明一实施例的电路原理图。如图1所示，本发明一实施例的高频DC-DC(直流/直流变换)变流器模块的电路包括TLBuck(三电平降压斩波变换)电路及高频LLC(全桥谐振变换电路)电路。TLBuck电路包含两个TLBuck侧IGBT元件2(即V1和V2)及两个二极管(即D1和D2)，高频LLC电路包括两个串联的H桥及在变流器模块外置的谐振回路、整流回路，第一路H桥电路包含4个LLC侧IGBT(绝缘栅双极型晶体管)元件5(即V3、V4、V5和V6)，第二路H桥电路包含4个LLC侧IGBT元件5(即V7、V8、V9和V10)，TLBuck电路前后端均设置均压电阻，支撑电容器。图1所示虚线框内的电容器、电感、谐振回路和整流回路位于变流器模块外面。其工作方式是：变流器模块输入高压(例如DC3600V)，通过TLBuck电路降压后，再通过高频LLC电路实现二次降压，得到输出电压(例如DC700V)。其中，TLBuck侧IGBT元件2和LLC侧IGBT元件5都为低压IGBT元件，低压IGBT元件是指绝缘电压低于系统要求电压的IGBT元件。

本实施例的高频DC-DC变流器模块的电路包括TLBuck电路及高频LLC电路，且通过高频LLC电路中的两路H桥电路中的低压IGBT元件可以提高器件开关频率，从而减小高频DC/DC回路磁性元器件的尺寸，使用本实施例的变流器模块的辅助变流器系统，相较于传统的工频辅助变流器系统，整个辅助变流器系统的体积重量可降低40％左右。

图2为本发明一实施例分解视图1，图3为本发明一实施例分解视图2。以下结合图2和图3具体说明本实施例的高频DC-DC变流器模块的结构和实施方式。

本实施例的高频DC-DC变流器模块包括包括：框架组件、增强绝缘型水冷散热器1、TLBuck侧IGBT元件2、TLBuck侧低感复合母排3、TLBuck侧驱动组件4、LLC侧IGBT元件5、LLC侧低感复合母排6、LLC侧驱动组件7、LLC侧支撑电容组件8、脉冲控制组件9、控制电源组件和水电一体连接器10，增强绝缘型水冷散热器1的一侧依次设有TLBuck侧IGBT元件2、TLBuck侧低感复合母排3和TLBuck侧驱动组件4，增强绝缘型水冷散热器1的相对另一侧依次设有LLC侧IGBT元件5、LLC侧低感复合母排6和LLC侧驱动组件7，LLC侧支撑电容组件8位于增强绝缘型水冷散热器1前端，且通过LLC侧低感复合母排6与LLC侧IGBT元件5连接，脉冲控制组件9和控制电源组件安装在LLC侧支撑电容组件8上，水电一体连接器10位于增强绝缘型水冷散热器1后端，连接增强绝缘型水冷散热器1的进出水口及主电路输入输出；其中，TLBuck侧IGBT元件2和LLC侧IGBT元件5都为低压IGBT元件。

具体地，增强绝缘型水冷散热器1位于变流器模块的中部，增强绝缘型水冷散热器1的一侧依次设有TLBuck侧IGBT元件2、TLBuck侧低感复合母排3和TLBuck侧驱动组件4，增强绝缘型水冷散热器1的相对另一侧依次设有LLC侧IGBT元件5、LLC侧低感复合母排6和LLC侧驱动组件7，则增强绝缘型水冷散热器1双侧分别布置TLBuck侧IGBT元件2、LLC侧IGBT元件5，可以增强IGBT元件对地的绝缘电压水平，而通过增强绝缘型水冷散热器1双面布置IGBT器件进行散热，可以减小增强绝缘型水冷散热器1的尺寸，进一步缩小变流器模块体积，提高变流器模块功率密度，同时还可以通过增强绝缘型水冷散热器1的流道设计实现高效散热。

在一实施方式，增强绝缘型水冷散热器1内嵌绝缘导热材料，并在增强绝缘型水冷散热器1表面安装绝缘导热垫片11，将TLBuck侧IGBT元件2、LLC侧IGBT元件5和散热器隔离，以此来增强IGBT元件对地的绝缘电压水平，使得低压封装的TLBuck侧IGBT元件2、LLC侧IGBT元件5可以应用到更高电压系统中，该实施方式也可以适用于三电平、级联型等多种元件对地电压不够的问题。

在一实施方式，TLBuck侧驱动组件4包括TLBuck侧元件驱动板及驱动电源。

在一实施方式，TLBuck侧驱动组件4、TLBuck侧电源模块20安装在TLBuck侧IGBT元件2上方，通过安装铝板和多个(例如4个)支撑柱固定在增强绝缘型水冷散热器1上，TLBuck侧IGBT元件2上的门极线束通过支撑柱绑扎后到TLBuck侧驱动组件4，保证驱动线束以最短路径从IGBT元件到TLBuck侧元件TLBuck侧元件驱动板。TLBuck侧电源模块20主要为TLBuck侧驱动组件4供电，安装在铝板上面，安装铝板既用于TLBuck侧电源模块20安装，也用于TLBuck侧电源模块20散热。

在一实施方式，LLC侧驱动组件7是直接焊接在LLC侧IGBT器件上面。

在一实施方式，TLBuck侧电源模块20安装在TLBuck侧IGBT元件2上方。

在一实施方式，脉冲控制组件9可以包括控制屏蔽铝盒、脉冲控制电路板、控制转接插头及主电路转接支撑座。脉冲控制电路板可以安装在控制屏蔽铝盒内，控制转接插头及主电路转接支撑座均安装在控制屏蔽铝盒前侧面，控制屏蔽铝盒前侧面开孔，用于脉冲控制电路板、控制转接插头及主电路转接支撑座与外部线路连接。控制屏蔽铝盒后侧面开孔，用于与LLC侧驱动组件7、TLBuck侧驱动组件4、TLBuck侧电源模块20的线路连接。

在一实施方式，通过TLBuck侧输出铜排组件21将TLBuck侧IGBT元件2的交流输出端子接到水电一体连接器10，还通过TLBuck侧输出铜排组件21将TLBuck侧IGBT元件2的交流输出端子接到LLC侧低感复合母排6负端。

在一实施方式，通过LLC侧输出铜排组件22将LLC侧IGBT元件5的交流输出端子接到水电一体连接器10，为防止LLC侧高频电流的“趋肤效应”，LLC侧输出铜排可以采用3层薄铜板叠层。其中，趋肤效应是指当导体中有交流电或者交变电磁场时，导体内部的电流分布不均匀，电流集中在导体的“皮肤”部分，也就是说电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导体内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使损耗功率也增加。

在一实施方式，框架组件可以包括设置在增强绝缘型水冷散热器1上下两侧的上框架组件12和下框架组件13，LLC侧支撑电容组件8安装在上框架组件12、下框架组件13前端，LLC侧支撑电容组件8包括LLC侧支撑电容器及LLC侧支撑电容器两侧的钣金折弯零件，则LLC侧支撑电容器可以通过位于其两侧的钣金折弯零件安装在变流器模块的框架组件内侧。

在一实施方式，变流器模块包括安装在框架组件上的模块安装固定组件，模块安装固定组件包括位于变流器模块上下两侧的长螺杆组件14和位于变流器模块后端的导销15。变流器模块安装在柜体内时，可以通过位于变流器模块后端的导销15来进行导向定位，再通过位于变流器模块上下两侧的长螺杆组件14来安装固定。

在一实施方式，水电一体连接器10包括两个水接头16和八个电连接接头，两个水接头16分别与增强绝缘型水冷散热器1的进出水口上的进出水嘴分别连接，八个电连接接头与增强绝缘型水冷散热器1的主电路输出连接，则变流器模块通过水电一体连接器10与外部接口快速插拔连接。

在一实施方式，设置在增强绝缘型水冷散热器1两侧上的TLBuck侧IGBT元件2和LLC侧IGBT元件5可以交错布置，通过增强绝缘型水冷散热器1的双侧交错布置损耗大的IGBT元件和合理布置散热器流道，可以实现增强绝缘型水冷散热器1表面温度的合理分布，避免局部温度过高，造成变流器模块故障。

在一实施方式，TLBuck侧IGBT元件2可以在远离进出水口处采用均匀排列的两个双管IGBT元件组成TLBuck电路，并在靠近进出水口处设置均匀排列的两个TLBuck侧均压电阻17；LLC侧IGBT元件5可以在靠近进出水口处采用均匀排列的四个双管IGBT元件组成两路H桥电路，并在远离进出水口处设置均匀排列的两个LLC侧均压电阻18，则本实施方式可以实现一种合理的散热器流道布置设计。其中，本实施方式并未将IGBT的数量做限制，本领域技术人员可以根据设计需要确定IGBT的相应数量。

在一实施方式中，TLBuck侧低感复合母排3采用两层三极结构，正、负铜板位于位于同一层与中间层铜板叠层，铜板中间及外侧面均用绝缘层隔开，TLBuck侧低感复合母排3一端与TLBuck侧元件连接，另一端延伸至变流器模块前端，并与放置在变流器模块外侧的支撑电容连接。本实施方式通过使用TLBuck侧低感复合母排3可以实现低感设计。

在一实施方式中，LLC侧低感复合母排6采用两层三极结构，正、负铜板位于位于同一层与中间层铜板叠层，铜板中间及外侧面均用绝缘层隔开，LLC侧低感复合母排6一端与LLC侧元件连接，另一端与LLC侧支撑电容连接，LLC侧低感复合母排6用于实现LLC侧元件和LLC侧支撑电容的高频低感连接。本实施方式通过使用LLC侧低感复合母排6可以实现低感设计。

在一实施方式中，变流器模块包括LLC侧吸收电容19，LLC侧吸收电容19通过LLC侧低感复合母排6安装在LLC侧IGBT元件5的直流端子上，LLC侧吸收电容19可以用于吸收直流回路的高频过压尖峰。

本实施例的高频DC-DC变流器模块，可以应用于动车辅助变流器系统的高频辅变模块，主要解决低压器件在高压系统中的应用问题、解决低压器件在高压工况下应用的绝缘耐压问题、解决了模块在高频应用下低感设计问题、解决高频辅变系统复杂主电路对模块出线及高效散热、安装维护等问题，具体有益效果为：

1)本发明可以提高LLC侧IGBT元件5的开关频率，从而减小高频DC/DC回路磁性元器件的尺寸，减少了LLC回路磁性元器件体积重量。相较于传统的工频辅变系统，整个辅变系统的体积重量可降低40％左右。

2)本发明可以通过位于模块后端的导销15及位于模块框架两侧的长螺杆，模块通过导轨推出柜体后，通过位于模块后端的导销15的导向作用，可以实现模块的快速定位，连接器快速安装到位，在通过位于两端的长螺杆紧固，相较于传统的变流器模块，更便于安装维护。

3)本发明创新性提出一种提高IGBT对地(散热器)绝缘耐压的方案，使得低压封装的IGBT元件可以应用到更高电压系统中。该方案可以适用于三电平、级联型等多种元件对地电压不够的问题。

4)本发明针对高开关频率应用，针对LLC侧回路提出一种低感互联和高频吸收的方案，通过器件和电容器采用低感复合母排及高频吸收电容来解决LLC回路的高频低感问题，通过多层薄铜板叠层的方式来改善“高频肌肤”效应问题。

5)本发明提出了一种高效散热的方法，通过双面交错布置损耗大的IGBT元件和合理布置散热器流道，实现散热器表面温度的合理分布，避免局部温度过高，造成模块故障。

本发明实施例还基于同一发明构思，提供一种辅助变流器系统，该辅助变流器系统包括高频辅变模块，高频辅变模块包括上述实施例的高频DC-DC变流器模块。该实施例的具体实施方式可以参考上述高频DC-DC变流器模块的实施方式，此处不再赘述。

本实施例的辅助变流器系统，通过高频DC/DC变流器模块将直流电压变换到一个合理的等级，再提供给逆变器逆变，相对于工频辅变，本发明通过使用高频DC/DC变流器模块，省去了工频变压器，大大节省了变流器的体积和重量。同时，采用低压IGBT器件来提高开关频率，并采用增强绝缘型水冷散热器双面布置低压IGBT器件，解决了低压器件在高压工况下应用的绝缘耐压等问题，通过双面布置IGBT器件减小增强绝缘型水冷散热器尺寸，从而提升变流器模块功率密度，通过提高器件开关频率，减小了辅助变流器系统磁性元件的尺寸、重量，从而实现减小辅助变流器系统的体积、重量的目标。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离发明技术方案内容，依据发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。