一种基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统技术方案

一种基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统，其特征在于，包括：恒流电源；负载；控制所述恒流电源的DC/DC转换器；并联于所述DC/DC转换器输出端的多路功率平衡器；以及，与所述功率平衡器相连，用于控制所述多路功率平衡器处于放大状态的采样控制器。该系统将线性功率平衡器并联于传统的恒流供电系统中，通过控制功率平衡器，使负载切变时，恒流供电系统依然能够稳定工作，为负载提供需要的恒压。

A constant current power supply system for seabed observation network based on linear power equalizer

A constant current power supply system of submarine observation network based on linear power balancer, which is characterized in that: constant current power supply; load control; the constant current source DC/DC converter; multi-channel parallel to the power balancer DC/DC converter output; and connected with the power plug, which is used to control the a power balancer in a sampling amplifying state controller. This system will connect the linear power balancer to the traditional constant current power supply system. By controlling the power balancer, the constant current power supply system can still work stably when the load is cut, providing the constant pressure needed for the load.

【技术实现步骤摘要】
一种基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统
本专利技术属于海洋探测领域，具体涉及一种基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统。
技术介绍
海底观测网直流供电可以分成恒压供电和恒流供电两种方式。直流恒压供电方式具有供电能力强、能量利用率高、节点扩展方便等优点，在缆系海底观测网的供电系统中得到最广泛的应用。但是，直流恒压供电方式存在着明显的缺点：(1)恒压供电系统抵抗供电缆短路故障能力差，当供电缆出现短路故障，会导致整个观测系统因供电系统崩溃而无法正常工作。(2)供电缆遭遇短路故障后，直流恒压供电系统海缆故障点通常需采用脉冲电流法或声测法，并利用智能脉冲反射仪、海缆探测发信及接收仪等设备在岸基站和维修船相互配合检测定位，定位方法复杂且不可靠，这大大提升了恒压供电系统的维修成本。直流恒流供电方式虽然在扩展性能、电能输送能力以及电能转换效率上不如直流恒压供电方式。然而，直流恒流供电方式却由于其自身的特点而具有直流恒压供电方式所不具备的优点：(1)具有较高的可靠性和更好的鲁棒性。(2)由于传输主干缆与海水是隔离的，当传输缆出现短路故障后，很容易定位故障点，便于海底观测网的后期故障维护。(3)水下中继器里的电力电路结构简单，且容易与海水地进行隔离。因此，在对电能输送能力要求不高同时对网络的可靠性和鲁棒性要求很高的海底观测网应用中，采用直流恒流供电是更合理的选择。
技术实现思路
为解决传统恒流供电系统输电方式不稳定问题，本专利技术提出了一种基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统，该系统能够将电缆上的直流恒流电变换为恒压电输出，为海底的用电器提供稳定的电压。本专利技术的技术方案为：一种基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统，包括：恒流电源；负载；控制所述恒流电源的DC/DC转换器；并联于所述DC/DC转换器输出端的多路功率平衡器；以及，与所述功率平衡器相连，用于控制所述多路功率平衡器处于放大状态的采样控制器。所述DC/DC转换器是一种开环的开关电源，主副线圈匝数比N1：N2，实现对恒流电源的控制。所述采样控制器将采集到的输出电压与基准电压进行比较，产生一定大小的驱动电压，该驱动电压使所述功率平衡器工作于放大状态，且驱动电压控制电流，进而调节所述功率平衡器消耗功率的大小，实现不同负载接入或切出恒流供电系统时，整个海底观测网恒流供电系统输出电压维持在一个固定值。所述功率平衡器是具有放大特性的半导体器件，作为优选，所述功率平衡器为功率开关管。作为优选，所述功率开关管为场效应管，其中，所述场效应管的源极与地相连，栅极与所述采样控制器相连，漏极与所述DC/DC转换器输出端相连。应用时，采样控制器产生的驱动电压控制场效应管处于放大区域，且驱动电压控制电流，进而调节所述功率平衡器消耗功率的大小。进一步地，所述场效应管为金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)。所述MOSFET的栅极端阻抗为无限大(等效于开路)，在理论上不会有电流从MOSFET的栅极端流向电路里的接地点，而是完全由电压控制栅极的形式，这使得MOSFET更省电，更易于驱动。作为优选，所述功率开关管为三极管，其中，所述三极管的发射极与地相连，基极与所述采样控制器相连，集电极与所述DC/DC转换器输出端相连。作为优选，本专利技术基于线性功率平衡器的的海底观测网恒流供电系统，包括：恒流电源、负载、与恒流电源连接的DC/DC转换器、并联于所述DC/DC转换器输出端的多路MOSFET、以及与所述MOSFET相连，用于控制所述MOSFET处于放大区的采样控制器。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：本专利技术将线性功率平衡器并联于传统的恒流供电系统中，通过控制功率平衡器，使负载切变时，恒流供电系统依然能够稳定工作，为负载提供需要的恒压。附图说明图1是本专利技术实施例所提供的海底观测网恒流供电系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例所提供的功率平衡器的结构示意图。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。图1为本专利技术实施例所提供的海底观测网恒流供电系统的结构示意图。参见图1，海底观测网恒流供电系统包括：恒流电源1、与所述恒流电源1连接的DC/DC转换器2、并联于所述DC/DC转换器输出端的n路功率平衡器4、控制功率平衡器4处于放大状态的采样控制器3以及负载5。图2是本专利技术实施例所提供的功率平衡器的结构示意图，参见图2，所述n路功率平衡器均为功率开关管，每个功率开关管的连接方式都是一样的。这里仅以功率开关管Q1为例说明其连接方式，具体为：所述MOSFET1的源极与地相连，栅极与所述采样控制器3相连，漏极与所述DC/DC转换器2输出端相连。为了使输出电压Vout维持在一个固定的值，需要将Vout采样并与基准电压Vref比较，从而产生一定大小的驱动电压Vgs，使功率开关管工作在放大区，且驱动电压Vgs控制所述功率开关管的工作电流Ids，从而调节功率开关管消耗的功率大小。能够实现不同的负载接入或切出时，使Vout都稳定在一个固定的值。输入功率：Pin＝I·Vin(1)输出功率：理想情况下：Pin＝Pout(3)即：其中，Vin为输入电压，I为输入电流，n为功率开关管的路数，RL为负载电阻，从公式(4)可以得到：在不同大小负载接入时，控制驱动电压Vgs，则可以使输出电压Vout稳定为一固定值。在海底观测网恒流供电系统中，采用传统输出调制的DC/DC变换器在节点负载发生波动时，会引起恒流供电系统输入电压急剧下降，并导致输电系统崩溃。海底观测网节点接驳盒正常工作情况下，会经常需要接入或者切出所接科学仪器。为了使恒流供电系统抵抗恒流供电方式带来的稳定性问题，使负载切变时恒流供电系统依然能够稳定工作，并为传感器负载提供所需的恒压输出，需设计功耗可调的功率平衡器。由于实际负载功率PL随着传感器的接入和切出以及本身工作波动而不断变化，因此，为了使恒流供电系统总输出功率PN不变，则必须使功率平衡器功耗PB随着PL的变化而变化。又因为恒流供电系统的输出端电压本身需要稳定不变，为了使PB能够可控变化，即需要使功率平衡器负载阻值可控。要使功率平衡器的负载阻值可控变化，主要考虑利用功率开关管的放大特性。将n路功率开关管并联接入到DC/DC转换器输出端，通过控制功率开关管的栅极电压Vgs(也就是驱动电压Vgs)，使功率开关管工作在放大区，且工作电流Ids受Vgs控制。则有，功率平衡器功耗为：PB＝n·Ids·Vout＝n·K·Vgs·Vout(5)由公式(5)可得，功率平衡器的功耗与功率开关管的驱动电压Vgs成正比。因此，通过以上海底观测网恒流供电系统能够实现将电缆上的直流恒流电变换为恒压电输出，为海底的用电器提供稳定的电压。以上所述的具体实施方式对本专利技术的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本专利技术的最优选实施例，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统，其特征在于，包括：恒流电源；负载；控制所述恒流电源的DC/DC转换器；并联于所述DC/DC转换器输出端的多路功率平衡器；以及，与所述功率平衡器相连，用于控制所述多路功率平衡器处于放大状态的采样控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统，其特征在于，包括：恒流电源；负载；控制所述恒流电源的DC/DC转换器；并联于所述DC/DC转换器输出端的多路功率平衡器；以及，与所述功率平衡器相连，用于控制所述多路功率平衡器处于放大状态的采样控制器。2.如权利要求1所述的基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统，其特征在于，所述功率平衡器为功率开关管。3.如权利要求2所述的基于线性功率平衡器的海底观测网恒流供电系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李德骏，施斌政，杨灿军，金波，陈燕虎，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33