CN103201132A - 车辆用辅助电源装置 - Google Patents

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Abstract

获得不使装置大规模化，在电池的输出电压降低时也能够起动的车辆用辅助电源装置。通过开关电路(200)、直流降压电路(300)、转换器(26)构成代替电池而供应电力的应急电源起动装置(100)，该开关电路(200)在电池的输出电压降低时从架线(1)供应电力，该直流降压电路(300)将经由开关电路(200)输入的架线电压分压并输出，该转换器(26)被输入直流降压电路(300)的输出电压，并输出与电池的正常时的输出电压同等的直流电压，通过开关元件(18)、连接于开关电路(200)和开关元件(18)的集电极之间的串联电阻(13)、连接于开关元件(18)的发射极的平滑电容器(19)构成直流降压电路(300)，根据直流降压电路(300)的输出电压值，进行流入串联电阻(13)的电流的导通比控制，将直流降压电路(300)的输出电压保持为恒定值。

Description

车辆用辅助电源装置
技术领域
本发明涉及车辆用辅助电源装置。
背景技术
车辆用辅助电源装置将经由集电弓(pantograph)从架线供应的电力通过静止型逆变器从直流转换为交流，经由漏磁变压器(leakage transformer)对车辆内的空调系统、照明设备等车辆用设备进行电力供应。静止型逆变器由多个功率半导体元件构成，驱动控制这些功率半导体元件的控制电路由从电池供应的直流电力驱动。此外，该电池在车辆的运转中由从静止型逆变器供应的电力而充电。
另一方面，由某些原因导致车辆起动时电池的输出电压降低时，得不到控制电路的起动所需的电力，不能够起动静止型逆变器。在日本国内，还能够供应商用电源以进行起动，而在日本国外，还存在不能够供应商用电源的情况，有时难以进行救济。作为解决此种问题的技术，公开有如下技术(例如专利文献1)：在作为第一电力转换装置的静止型逆变器之外，具备仅依靠从架线供应的直流电压而动作的第二电力转换装置，在电池的电压比既定值小时，从该第二电力转换装置对控制电路供应电力。
专利文献
专利文献1：日本特开昭62－217802号公报。
发明内容
然而，在上述现有技术中，为了从由架线供应的直流电压(例如1500V等)获得控制电路的驱动所需的低电压，需要多级IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)。另外，由于需要与从架线供应的直流电压对应地将IGBT进一步多级化，故存在装置大规模化的问题。
本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供不使装置大规模化，在电池的输出电压降低时也能够起动的车辆用辅助电源装置。
为了解决上述问题，达到目的，本发明所涉及的车辆用辅助电源装置，由控制电路驱动，该控制电路利用从电池供应的直流电力进行动作，所述车辆用辅助电源装置具备逆变器，该逆变器将来自架线的直流电力转换为交流电力，对车辆内包括空调系统、照明设备在内的车辆用设备供应所述交流电力，所述车辆用辅助电源装置的特征在于，具备应急电源起动装置，该应急电源起动装置在所述电池的输出电压降低，不能够从所述电池对所述控制电路供应电力时，代替所述电池对所述控制电路供应电力，所述应急电源起动装置具备：开关电路，在所述电池的输出电压降低至既定值以下时从所述架线供应电力；直流降压电路，将经由所述开关电路输入的架线电压分压并输出；斩波控制电路，以将所述直流降压电路的输出电压保持为恒定值的方式进行控制；以及转换器，被输入所述直流降压电路的输出电压，输出与所述电池的正常时的输出电压同等的直流电压，所述直流降压电路具备：一个元件的开关元件；串联电阻，连接于所述开关电路与所述开关元件的第一端子之间；以及平滑电容器，连接于所述开关元件的第二端子，使去往所述转换器的输出电压平滑。
根据本发明，获得不使装置大规模化，在电池的输出电压降低时也能够起动的效果。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的车辆用辅助电源装置的一个结构例的图；
图2是示出应急电源起动装置的一个结构例的图；
图3是示出流入串联电阻的电流波形的一例的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式所涉及的车辆用辅助电源装置。此外，本发明不被以下所示的实施方式所限定。
实施方式
图1是示出实施方式所涉及的车辆用辅助电源装置的一个结构例的图。如图1所示，实施方式所涉及的车辆用辅助电源装置具备输入电路4、静止型逆变器5、漏磁变压器6、平滑电容器9、程序控制电路10、电池8、充电电路7、以及应急电源起动装置100。
静止型逆变器5将从架线1经由集电弓2、断路开关3以及输入电路4而供应的直流电力转换为交流电力并输出。该静止型逆变器5由程序控制电路10控制。
漏磁变压器6将从静止型逆变器5输出的交流电力转换为既定的交流电压并对车辆内的空调系统、照明设备等车辆用设备11输出。平滑电容器9使漏磁变压器6的输出平滑。
电池8经由防反向电压二极管17a对程序控制电路10供应电力。充电电路7在车辆的运转中通过漏磁变压器6的输出对电池8充电。
应急电源起动装置100在车辆起动时电池8的输出电压低的情况下，经由防反向电压二极管17b对程序控制电路10供应电力。
图2是示出应急电源起动装置的一个结构例的图。如图2所示，应急电源起动装置100具备开关电路200、直流降压电路300、恒压电路400、斩波控制电路500、以及转换器26。
开关电路200具备b接点开关12、分压电阻16、以及开关控制器15。b接点开关12切换从架线1经由集电弓2以及断路开关3而输入的电力的供应(导通)以及停止(断开)。开关电路200中，在从电池8输出的电压值足够时，b接点开关12变为断开，在从电池8输出的电压值降低至既定值以下时，b接点开关12变为导通。即，该开关电路200具有在电池8的输出电压降低至既定值以下时，从架线1将电力供应至直流降压电路300的功能。
直流降压电路300具备开关元件18、串联电阻13、以及平滑电容器19。串联电阻13连接于b接点开关12与作为开关元件18的第一端子的集电极之间。平滑电容器19连接于作为开关元件18的第二端子的发射极，使去往转换器26的输出电压平滑。驱动脉冲信号从斩波控制电路500输入作为开关元件18的控制端子的基极。即，该直流降压电路300具有将经由开关电路200输入的架线电压分压并输出至转换器26的功能。此外，作为开关元件18，能够使用例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)等。另外，开关元件18在图2所示的结构中设为一个元件，但是还能够作为将多个开关元件设为多级结构的开关电路而构成。
恒压电路400具备分压电阻20以及齐纳二极管(Zener diode)21，将经由开关电路200而输入的架线电压分压，生成分配至斩波控制电路500的各部分的电源电压。
斩波控制电路500具备电压传感器23、电压控制器24、以及比较器25。电压传感器23检测直流降压电路300的输出电压。电压控制器24输出与电压传感器23所检测出的电压值对应的电压。比较器25将电压控制器24的输出电压与既定的开关频率(例如30Hz)的三角波脉冲比较并生成控制开关元件18的驱动脉冲信号。即，该斩波控制电路500具有通过对作为开关元件18的控制端子的基极分配驱动脉冲信号从而驱动控制直流降压电路300的功能。
转换器26输入直流降压电路300的输出电压，输出与电池8的正常时的输出电压同等的直流电压。该转换器26例如由反向(flyback)型或正向(forward)型等绝缘性DC-DC转换器构成。
在此，说明应急电源起动装置100的结构概念。作为铁路的直流电化中的架线1的电压值，一般为500V～3000V的大范围，作为当前世界范围内较多使用的电压值，有600V、750V、1500V、3000V这四种。
另一方面，直流降压电路300的输出电压对架线电压而言的分压比由串联电阻13的电阻值、直流降压电路300的发射极以后结构的阻抗值而确定。为了使实施方式所涉及的应急电源起动装置100与架线电压不同的系统对应，改变该分压比使直流降压电路300的输出电压值在既定范围内即可。在此，若改变串联电阻13的电阻值从而改变分压比，则能够不变更直流降压电路300的发射极以后的结构，对应架线电压不同的系统。从而，如图2所示，能够将构成应急电源起动装置100的各结构要素中除开关电路200以及串联电阻13以外的结构要素例如作为模块600而一体化。
另外，斩波控制电路500具有根据直流降压电路300的输出电压值，调整控制开关元件18的驱动脉冲信号的占空比(duty ratio)(导通比)的功能。图3是示出流入串联电阻的电流波形的一例的图。在图3所示的例子中，示出驱动脉冲信号的开关频率为约30Hz，占空比(导通比)为0.472时的电流波形。
当直流降压电路300的输出电压值变大时，斩波控制电路500减少驱动脉冲信号的占空比，当直流降压电路300的输出电压值变小时，斩波控制电路500增加驱动脉冲信号的占空比。由此，如图3所示，流入串联电阻13的电流的导通比得到控制(以下称为“导通比控制”)，通过该导通比控制，即使在架线电压变化时，直流降压电路300的输出电压也被保持在恒定值。
接下来，参照图1以及图2说明起动实施方式所涉及的车辆用辅助电源装置时的一系列动作。
在车辆起动时，由未图示的外部的控制电路来导通控制断路开关3，经由集电弓2、断路开关3、以及输入电路4从架线1对静止型逆变器5供应直流电力。
在此，在电池8的输出电压为正常值时，从电池8经由防反向电压二极管17a对程序控制电路10供应电力，程序控制电路10起动并控制静止型逆变器5，经由漏磁变压器6对车辆用设备11供应交流电力。此时，b接点开关12为断开的状态，应急电源起动装置100停止对程序控制电路10的电力供应。此外，此时，防反向电压二极管17b防止经由防反向电压二极管17b对程序控制电路10供应的电压施加于应急电源起动装置100。
另一方面，若由于某些原因电池8的输出电压降低并成为既定值以下，则变得不能够从电池8对程序控制电路10供应电力，并且b接点开关12变为导通，经由b接点开关12，从架线1对直流降压电路300以及恒压电路400供应直流电力。
当从架线1对恒压电路400供应直流电力时，恒压电路400生成电压传感器23、电压控制器24、以及比较器25的电源电压。斩波控制电路500在从恒压电路400供应电源电压时起动，输出对开关元件18的驱动脉冲信号。通过该驱动脉冲信号驱动开关元件18，从而进行流入串联电阻13的电流的导通比控制，直流降压电路300的输出电压被保持为恒定值。
比较器26将直流降压电路300的输出电压转换为与电池8的正常时的输出电压同等的直流电压，经由防反向电压二极管17b输出至程序控制电路10。此外，此时，防反向电压二极管17a防止经由防反向电压二极管17b对程序控制电路10供应的电压施加于电池8。
而且，程序控制电路10起动并驱动静止型逆变器5，经由漏磁变压器6对车辆用设备11供应交流电力，并且充电电路7通过漏磁变压器6的输出对电池8充电。当电池8充分充电时，从电池8经由防反向电压二极管17a对程序控制电路10供应电力，并且电池8的输出电压上升，b接点开关12变为断开。由此，从架线1对直流降压电路300以及恒压电路400的直流电力的供应停止，应急电源起动装置100停止对程序控制电路10的电力供应。
如以上所说明的，根据实施方式的车辆用辅助电源装置，具备在由某些原因导致电池的输出电压降低，不能够从电池对程序控制电路供应电力时，代替电池而对程序控制电路供应电力的应急电源起动装置，通过开关电路、直流降压电路、转换器构成该应急电源起动装置，该开关电路在电池的输出电压降低至既定值以下时从架线供应电力，该直流降压电路将经由开关电路输入的架线电压分压并输出，该转换器被输入直流降压电路的输出电压，输出与电池的正常时的输出电压同等的直流电压，通过一个元件的开关元件、连接于开关电路和开关元件的第一端子之间的串联电阻、连接于开关元件的第二端子并使去往转换器的输出电压平滑的平滑电容器构成直流降压电路，因而能够构成开关元件的多级化不招致装置的大规模化、在电池的输出电压降低时也能够起动的车辆用辅助电源装置。
另外，由于根据直流降压电路的输出电压值，改变对开关元件的控制端子分配的驱动脉冲信号的占空比，进行流入串联电阻的电流的导通比控制，从而将直流降压电路的输出电压保持为恒定值，故即使架线电压变动时，也能够对转换器稳定地供应输出电压。
另外，由于通过变更直流电阻的电阻值，能够变更直流降压电路的输出电压对架线电压而言的分压比，故能够将构成应急电源起动装置的各结构要素中除开关电路和串联电阻以外的结构要素作为一体的模块而构成，能够不变更模块内的结构，对应架线电压不同的系统。
此外，以上的实施方式所示的结构是本发明的结构的一例，当然能够与其他公知技术组合，还能够在不脱离本发明的要旨的范围内对一部分进行省略等变更而构成。
产业上的利用可能性
如上所述，本发明所涉及的车辆用辅助电源装置作为不使装置大规模化，在电池的输出电压降低时也能够起动的发明是有用的。
符号说明
1 架线；2 集电弓；3 断路开关；4 输入电路(电抗器、充电电阻器RC、晶闸管BTH)；5 静止型逆变器；6 漏磁变压器；7 充电电路；8 电池；9 平滑电容器；10 程序控制电路；11 车辆用设备；12 b接点开关；13 串联电阻；15 开关控制器；16 分压电阻；17a、17b 防反向电压二极管；18 开关元件(IGBT)；19 平滑电容器；20 分压电阻；21 齐纳二极管；23 电压传感器；24 电压控制器；25 比较器；26 转换器；100 应急电源起动装置；200 开关电路；300 直流降压电路；400 恒压电路；500 斩波控制电路；600 模块。

Claims (7)

1.一种车辆用辅助电源装置，由控制电路驱动，该控制电路利用从电池供应的直流电力进行动作，所述车辆用辅助电源装置具备逆变器，该逆变器将来自架线的直流电力转换为交流电力，对车辆内包括空调系统、照明设备在内的车辆用设备供应所述交流电力，所述车辆用辅助电源装置的特征在于，
具备应急电源起动装置，该应急电源起动装置在所述电池的输出电压降低，不能够从所述电池对所述控制电路供应电力时，代替所述电池对所述控制电路供应电力，
所述应急电源起动装置具备：
开关电路，在所述电池的输出电压降低至既定值以下时从所述架线供应电力；
直流降压电路，将经由所述开关电路输入的架线电压分压并输出；
斩波控制电路，以将所述直流降压电路的输出电压保持为恒定值的方式进行控制；以及
转换器，被输入所述直流降压电路的输出电压，输出与所述电池的正常时的输出电压同等的直流电压，
所述直流降压电路具备：
开关元件；
串联电阻，连接于所述开关电路与所述开关元件的第一端子之间；以及
平滑电容器，连接于所述开关元件的第二端子，使去往所述转换器的输出电压平滑。
2.根据权利要求1所述的车辆用辅助电源装置，其特征在于，所述开关元件为一个元件结构的开关元件。
3.根据权利要求1所述的车辆用辅助电源装置，其特征在于，所述开关电路具备：
b接点开关，切换来自所述架线电压的电力的供应以及停止；
分压电阻，一端连接于所述电池的正极；以及
开关控制器，连接于所述分压电阻的另一端，根据所述分压电阻的输出电压而使所述b接点开关断开。
4.根据权利要求1所述的车辆用辅助电源装置，其特征在于，所述斩波控制电路根据所述直流降压电路的输出电压，改变给予所述开关元件的控制端子的驱动脉冲信号的占空比，进行流入所述串联电阻的电流的导通比控制。
5.根据权利要求4所述的车辆用辅助电源装置，其特征在于，所述斩波控制电路具备：
电压传感器，检测所述直流降压电路的输出电压；
电压控制器，输出与所述电压传感器所检测出的电压值对应的电压；以及
比较器，将所述电压控制器的输出电压与既定开关频率的三角波脉冲比较并生成控制所述开关元件的驱动脉冲。
6.根据权利要求4所述的车辆用辅助电源装置，其特征在于，通过所述斩波控制电路，流入所述串联电阻的电流被所述导通比控制，所述直流降压电路的输出电压由所述平滑电容器平滑化并保持为恒定值。
7.根据权利要求1所述的车辆用辅助电源装置，其特征在于，所述应急电源起动装置中，所述开关元件、所述平滑电容器、所述斩波控制电路以及所述转换器被一体地模块化。
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