用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器及方法技术

本发明专利技术涉及一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器及方法，所述恒压恒流输入可切换直流变换器包括高频逆变电路、变压器、整流滤波电路、驱动控制器、输入电压传感器和输出电压传感器，驱动控制器在不同模式下采用不同的控制方式驱动逆变电路，无论主干缆是恒压输电或恒流输电，都能为观测仪器平台提供恒定的输出电压。与现有技术相比，本发明专利技术具有操作简便，节约能耗等优点。

Constant Voltage and Constant Current Input Switchable DC Converter for Seabed Observation Network and Its Method

【技术实现步骤摘要】
用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器及方法
本专利技术涉及海洋观测
，尤其是涉及一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器及方法。
技术介绍
现有海底观测网均采用恒压供电方式或恒流供电方式，分别采用恒压-恒压直流变换器或恒流-恒压直流变换器，这两种方式各有优缺点。恒压供电方式的输电效率高、输电功率大、扩展性强，但抗海缆接地故障能力较差，需通过电切换型分支器切除故障海缆段。恒流供电方式具有较好的抗海缆单点接地故障的能力，但输电效率低、输电功率小、扩展性较差，不适用于综合性大功率系统。若能结合上述两种方式的优点，在海底观测网能发生故障时由恒压供电方式切换为恒流供电方式，维持部分核心海底仪器平台的运行，则能提高整个系统的有效性。为了实现海底观测网能够在恒压供电和恒流供电两种模式下运行，需要实现能够适应恒压或恒流模式切换输入的直流变换器。无论海底观测网是恒压供电或恒流供电方式，该变换器都能为海底仪器平台提供恒定电压。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器及方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器，该直流变换器包括高频逆变电路模块、变压器、整流滤波电路模块、驱动控制器、输入电压传感器、输出电压传感器、驱动启动电路与辅助电源、隔离驱动电路模块和输入端负极切换开关，所述高频逆变电路模块的交流输入正负极经所述变压器后与所述整流滤波电路模块的交流输入正负极对应连接，所述高频逆变电路模块的直流输出正负极与所述输入电压传感器相连接，所述高频逆变电路模块中的所有开关管的栅极均与所述隔离驱动电路模块相连接，所述输入电压传感器和所述隔离驱动电路模块均与所述驱动控制器相连接，所述驱动控制器经所述输出电压传感器与所述整流滤波电路模块的直流输出正负极相连接，所述驱动启动电路与辅助电源连接于所述高频逆变电路模块的直流输出正极与所述驱动控制器之间，所述输入端负极切换开关和所述驱动控制器均与所述高频逆变电路模块的直流输出负极相连接。进一步地，所述的高频逆变电路模块采用全桥拓扑结构，所述全桥拓扑结构各桥臂包括彼此并联连接的所述开关管、谐振电容和续流二极管。进一步地，所述输入端负极切换开关，用于在两动端间切换以使变换器输入端负极连接在地极侧主缆或地极上，其采用单开双控开关，所述单开双控开关的不动端与所述高频逆变电路模块的直流输出负极相连接，其动端分别与地级侧主缆和地级相连接。进一步地，所述驱动启动电路与辅助电源包括第一限流电阻R1、旁路电容C1、辅助绕组T1、整流二极管D1及由稳压管Z1、三极管Q1和第二限流电阻R2组成的线性稳压电路，所述三极管Q1的基极与所述稳压管Z1的负极相连接，所述三极管Q1的发射极与所述驱动控制器相连接，所述第二限流电阻R2连接于所述三极管Q1的基极与集电极之间，所述稳压管Z1的正极分别于所述驱动控制器相连接或直接接地，所述旁路电容C1串联连接于所述三极管Q1的集电极和所述稳压管Z1的正极之间，所述辅助绕组T1与所述整流二极管D1相串联后与所述旁路电容C1并联连接，所述三极管Q1的集电极经所述第一限流电阻R1后与所述高频逆变电路模块的直流输出正极相连接。本专利技术还提供一种采用所述的用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器的驱动控制方法，该驱动控制方法包括恒压-恒压变换模式下的驱动控制方法和恒流-恒压变换模式下的驱动控制方法。进一步地，所述恒压-恒压变换模式下的驱动控制方法，具体包括：所述驱动控制器控制所述输入端负极切换开关切换至输入端负极与地极端连接方式，并向所述高频逆变电路模块中的开关管输出多路驱动信号以控制对应多组所述开关管，驱动控制器向超前臂输出时间互补，中间存在死区的工作信号，向滞后臂输出相位滞后，时间互补，中间存在死区的控制信号，以移相控制方式驱动所述高频逆变电路模块，保持所述超前臂控制信号相位不变，通过调整所述滞后臂移相角的大小调节输出脉冲宽度以调节输出电压值。进一步地，所述恒流-恒压变换模式下的驱动控制方法，具体包括：所述驱动控制器控制所述输入端负极切换开关切换至输入端负极与地极侧主缆端连接方式，所述驱动控制器输出多路占空比50％相位180°互补的信号使得所述高频逆变电路模块中对角桥臂的开关管交替导通，所述输出电压传感器采集输出电压值并与设定值对比，根据对比结果调节驱动信号占空比进而改变控制信号重叠空间以调节输出电压值。进一步地，所述高频逆变电路模块的开关管输出相对于所述驱动信号的占空比不低于50％。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术混合功能变换器通过输入端电压传感器检测输入电压，判断主干缆处于恒压输电或恒流输电模式，驱动控制器在不同模式下切换变换器与主缆的连接方式，并采用不同的控制方式驱动高频逆变电路，在两种输电模式下都能为观测仪器平台提供恒定的输出电压，工作模式灵活多变。(2)本专利技术恒压恒流输入可切换直流变换器，该直流变换器包括高频逆变电路模块、变压器、整流滤波电路模块、驱动控制器、输入电压传感器、输出电压传感器、驱动启动电路与辅助电源、隔离驱动电路模块和输入端负极切换开关，高频逆变电路模块的交流输入正负极经变压器后与整流滤波电路模块的交流输入正负极对应连接，高频逆变电路模块的直流输出正负极与输入电压传感器相连接，高频逆变电路模块中的所有开关管的栅极均与隔离驱动电路模块相连接，输入电压传感器和隔离驱动电路模块均与驱动控制器相连接，驱动控制器经所述输出电压传感器与整流滤波电路模块的直流输出正负极相连接，驱动启动电路与辅助电源连接于高频逆变电路模块的直流输出正极与驱动控制器之间，输入端负极切换开关和驱动控制器均与高频逆变电路模块的直流输出负极相连接，整体电路结构简单，转换工作模式操作简便。附图说明图1是恒压恒流输入可切换直流变换器结构示意图；图2是恒压恒流输入可切换直流变换器驱动控制器工作框图；图3是恒压恒流输入可切换直流变换器驱动控制器恒压输入模式驱动信号波形图；图中标号：1为高频逆变电路模块，2为变压器，3为整流滤波电路模块，4为输入电压传感器，5为驱动控制器，6为输出电压传感器，7为驱动启动电路与辅助电源，8为隔离驱动电路模块，9为输入端负极切换开关。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术保护的范围。实施例图1是恒压恒流输入可切换直流变换器结构示意图，恒压恒流输入可切换直流变换器包括高频逆变电路模块1、变压器2、整流滤波电路模块3、驱动控制器5、输入电压传感器4、输出电压传感器6、驱动启动电路与辅助电源7、隔离驱动电路模块8和输入端负极切换开关9，高频逆变电路模块1采用全桥拓扑结构，桥臂各有一组开关管、并联谐振电容及反向并联续流二极管，变压器2主侧串联谐振电感，整流滤波电路模块3中由四只二极管组成桥式整流电路，输出端串接电感、并接电容组成滤波电路，输入电压传感器4和输出电压传感器6用于采集变换器输入端与输出端的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器，其特征在于，该直流变换器包括高频逆变电路模块(1)、变压器(2)、整流滤波电路模块(3)、驱动控制器(5)、输入电压传感器(4)、输出电压传感器(6)、驱动启动电路与辅助电源(7)、隔离驱动电路模块(8)和输入端负极切换开关(9)，所述高频逆变电路模块(1)的交流输入正负极经所述变压器(2)后与所述整流滤波电路模块(3)的交流输入正负极对应连接，所述高频逆变电路模块(1)的直流输出正负极与所述输入电压传感器(4)相连接，所述高频逆变电路模块(1)中的所有开关管的栅极均与所述隔离驱动电路模块(8)相连接，所述输入电压传感器(4)和所述隔离驱动电路模块(8)均与所述驱动控制器(5)相连接，所述驱动控制器(5)经所述输出电压传感器(6)与所述整流滤波电路模块(3)的直流输出正负极相连接，所述驱动启动电路与辅助电源(7)连接于所述高频逆变电路模块(1)的直流输出正极与所述驱动控制器(5)之间，所述输入端负极切换开关(9)和所述驱动控制器(5)均与所述高频逆变电路模块(1)的直流输出负极相连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器，其特征在于，该直流变换器包括高频逆变电路模块(1)、变压器(2)、整流滤波电路模块(3)、驱动控制器(5)、输入电压传感器(4)、输出电压传感器(6)、驱动启动电路与辅助电源(7)、隔离驱动电路模块(8)和输入端负极切换开关(9)，所述高频逆变电路模块(1)的交流输入正负极经所述变压器(2)后与所述整流滤波电路模块(3)的交流输入正负极对应连接，所述高频逆变电路模块(1)的直流输出正负极与所述输入电压传感器(4)相连接，所述高频逆变电路模块(1)中的所有开关管的栅极均与所述隔离驱动电路模块(8)相连接，所述输入电压传感器(4)和所述隔离驱动电路模块(8)均与所述驱动控制器(5)相连接，所述驱动控制器(5)经所述输出电压传感器(6)与所述整流滤波电路模块(3)的直流输出正负极相连接，所述驱动启动电路与辅助电源(7)连接于所述高频逆变电路模块(1)的直流输出正极与所述驱动控制器(5)之间，所述输入端负极切换开关(9)和所述驱动控制器(5)均与所述高频逆变电路模块(1)的直流输出负极相连接。2.根据权利要求1所述的一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器，其特征在于，所述的高频逆变电路模块(1)采用全桥拓扑结构，所述全桥拓扑结构各桥臂包括彼此并联连接的所述开关管、谐振电容和续流二极管。3.根据权利要求1所述的一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器，其特征在于，所述输入端负极切换开关(9)，用于在两动端间切换以使变换器输入端负极连接在地极侧主缆或地极上，其采用单开双控开关，所述单开双控开关的不动端与所述高频逆变电路模块(1)的直流输出负极相连接，其动端分别与地级侧主缆和地级相连接。4.根据权利要求1所述的一种用于海底观测网的恒压恒流输入可切换直流变换器，其特征在于，所述驱动启动电路与辅助电源(7)包括第一限流电阻(R1)、旁路电容(C1)、辅助绕组(T1)、整流二极管(D1)及由稳压管(Z1)、三极管(Q1)和第二限流电阻(R2)组成的线性稳压电路，所述三极管(Q1)的基极与所述稳压管(Z1)的负极相连接，所述三极管(Q1)的发射极与所述驱动控制器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕枫，聂惠欣，朱嘉宇，周怀阳，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31