一种适用于海底观测网络恒压中继器或分支器的供电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种适用于海底观测网络恒压中继器或分支器的供电装置，所述装置包括输入滤波电路、启动电源电路、CV‑CV串联开关主电路和负载滤波电路；直流高压接于所述输入滤波电路的两端，所述启动电源电路和CV‑CV串联开关主电路并联在输入滤波电路的输出端；所述CV‑CV串联开关主电路的输入端连接输入滤波电路两端，输出端连接负载滤波电路；高压经过输入滤波电路滤波后送到启动电源电路，启动电源电路产生一个启动电压来触发CV‑CV串联开关主电路，所述CV‑CV串联开关主电路将高压变换为低压，经过负载滤波电路输送到负载。本发明专利技术的装置支持较宽的电压输入范围，转换效率高达90％，有效降低功率损耗；而且该装置结构简单，冗余度高且体积小，可靠性高。

A Power Supply Device for Constant Voltage Relay or Branch of Seabed Observation Network

【技术实现步骤摘要】
一种适用于海底观测网络恒压中继器或分支器的供电装置
本专利技术涉及电子
，具体涉及一种适用于海底观测网络的恒压中继放大器的电能供给装置。
技术介绍
海底观测网由岸基站、海底光电缆、水下主基站、海底传感观测设备等组成，由岸基站远供电源通过海底光电缆为水下主基站供电，水下主基站将高压电转换为低压电为海底传感设备供电，观测设备将数据通过主基站汇聚转换为光信号再经由光电缆传输到岸基站，实现实时、连续、全天候、原位、长期序列海底观测。随着海缆长度增加光信号传输衰减增大，因此须采用有源中继放大器对光信号进行中继放大。中继放大器由激光泵浦和电能供给电路组成，中继放大的激光泵浦所需的电能功率通常在数十瓦范围，但可靠性需要极高。远程供电系统根据供配电方式分为恒压和恒流两种制式。恒流供电主要应用于国际跨洋海底通信网络，即其有源中继放大器的电能供给电路为恒流转换电路。而对于海底观测网络而言，由于海底传感观测设备所需功率大、扩展性要求高，采用恒压供电制式较多，如美国的RSN、加拿大的NEPTUNE海底观测网络。在恒压供电系统中，适用于中继放大器的恒压电能转换电路限于尺寸、可靠性的要求以及国外的技术封锁，尚无公开资料可借鉴。传统的恒压转换电路，如输入稳压管与电阻串联等线性电源方案(如图1和图2所示)，多模块串并联的方式实现分压与变换，虽冗余度高，但转换效率低且设备复杂、体积较大而难以应用。针对海底观测网络中恒压中继器所需的低功率、高压转低压电路，现有高压转低压变换器存在效率低、可靠性差、体积大等诸多亟待解决的问题，有必要设计一种高可靠性、高效率、小体积的高压转低压变换装置。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前海底观测网络中恒压中继器的供电装置存在的上述缺陷，提供了一种海底观测网络的恒压中继器或分支器的供电装置，该装置具有体积小、可靠性高的优点。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种海底观测网络的恒压中继器或分支器的供电装置，所述供电装置包括输入滤波电路、启动电源电路、CV-CV串联开关主电路直流高压接于所述输入滤波电路的两端，所述启动电源电路和CV-CV串联开关主电路并联在输入滤波电路的输出端；所述CV-CV串联开关主电路的输入端连接输入滤波电路两端，输出端连接负载滤波电路；高压经过输入滤波电路滤波后送到启动电源电路，启动电源电路产生一个启动电压来触发CV-CV串联开关主电路，所述CV-CV串联开关主电路将高压变换为低压，经过负载滤波电路输送到负载。作为上述装置的一种改进，所述装置还包括：输入过压欠压保护电路，用于实现对变换器的输入电压保护；所述输入过压欠压保护电路并联在启动电源电路和CV-CV串联开关主电路之间；所述输入过压欠压保护电路包括：采样电阻、参考基准电源和控制器。作为上述装置的一种改进，所述输入滤波电路为LC滤波电路。作为上述装置的一种改进，所述启动电源电路包括启动电阻R1、输入电容C2、稳压二极管D1和DC-DC转换器；所述启动电阻R1与输入电容C2串联，所述输入电容C2与稳压二极管D1和DC-DC转换器并联，所述启动电源用于启动阶段给整个变换器进行供电。作为上述装置的一种改进，所述负载滤波电路等效为电容型器件。作为上述装置的一种改进，所述CV-CV串联开关主电路包括：串联开关电路、均压模块、串联开关驱动电路、控制电路、续流开关电路、输出滤波电路和采样电路；所述串联开关电路与输入端连接；所述串联开关电路由若干个低电压开关串联组成；所述续流开关电路与输出滤波电路形成并联电路；所述串联开关电路与该并联电路串联，其中均压模块与串联开关电路的每一个开关分别并联，用于实现均压保护；所述串联开关驱动电路用于均衡电压，其负载侧使用均压电路进行均压，其门极侧采用高效同步驱动电路；所述控制电路通过对串联开关电路进行控制，改变开关通断的时间及频率来实现高压到低压的转换；通过闭环控制来实现电压的稳定；所述续流开关电路是由若干个低电压开关串联组成，当串联开关电路关断时，电感通过续流开关电路给滤波电容和负载供电；所述串联开关驱动电路、控制电路与采样电路依次串联连接，用于对所述CV-CV串联开关主电路进行稳压控制。作为上述装置的一种改进，所述CV-CV串联开关主电路包括：串联开关电路、均压模块、串联开关驱动电路、控制电路、续流开关电路、输出滤波电路和采样电路；所述续流开关电路与输入端连接；所述串联开关电路直接接地；所述串联开关电路是由若干个低电压开关串联组成；所述串联开关电路、续流开关电路与输出滤波电路并联连接；其中均压模块与串联开关电路的每一个开关分别并联；所述串联开关驱动电路用于均衡电压，其负载侧使用均压电路进行均压，其门极侧采用高效同步驱动电路；所述控制电路通过对串联开关电路进行控制，改变开关通断的时间及频率来实现高压到低压的转换；通过闭环控制来实现电压的稳定；所述续流开关电路是由若干个低电压开关串联组成，当串联开关电路关断时，电感通过续流开关电路给滤波电容和负载供电；所述串联开关驱动电路、控制电路与采样电路依次串联连接，用于对所述CV-CV串联开关主电路进行稳压控制。作为上述装置的一种改进，所述串联开关电路的低电压开关为IGBT、MOSFET或可控硅；所述续流开关电路的低电压开关为IGBT、MOSFET、可控硅或二极管。作为上述装置的一种改进，所述采样电路包括：电阻R3、电阻R5、放电管DS2和电阻R4；所述电阻R3与电阻R5串联接在输出电压上，电阻R5另一端接地，所述放电管DS2与电阻R5并联；所述电阻R4一端接放电管DS2，另一端接电容送入运放，同时还接入两个二极管，其中，一个二极管阴极接入，阳极接负电源；另一个二极管阳极接入，阴极接正电源。本专利技术的主要创新点：1、本专利技术的高压转低压变换器使用串联开关方案。设计上主要使用了可承受高电压的单一模块，该模块由一系列低电压电子开关元器件串联组成，从而有效解决多模块串并联分压成本高，设计复杂，体积大的问题；2、通过输入过压和欠压保护电路实现对变换器的保护；通过采用均压模块实现对串联开关器件的均压保护；通过使用高可靠性器件，保证系统的可靠性。3、本专利技术装置能够实现6-15kVDC高压到12-48VDC低压的转换，转换效率可达90％。尤其适用于恒压供电海底观测网络的中继器、分支器所需数十瓦功率的应用场景。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术的装置支持较宽的电压输入范围，最高输入电压可达15kV及以上；转换效率高达90％，有效降低功率损耗；2、本专利技术的装置整体结构简单，冗余度高且体积小；3、本专利技术的装置通过串联分压，降低单个功率器件所承受电压，提高系统可靠性与使用寿命；4、本专利技术的装置采用多模块串并联组合方式，使得单一模块的损坏不会导致整个变换器崩溃，提高了系统的可靠性。附图说明图1是现有技术的恒流系统串联稳压管电路；图2是现有技术的电阻串联稳压管线性高压转低压电路；图3是现有技术的三极管型线性稳压电路；图4是本专利技术的电路总图；图5是本专利技术的启动电源的电路示意图；图6是本专利技术的CV-CV串联开关主电路的采样电路的示意图；图7是本专利技术的CV-CV串联开关主电路的连接方式1的示意图；图8是本专利技术的CV-CV串联开关主电路的连接方式2的示意图；图1中I+是电流流入端，I-是电流流出端。图4中H本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于海底观测网络恒压中继器或放大器的供电装置，其特征在于，所述装置包括输入滤波电路、启动电源电路、CV‑CV串联开关主电路和负载滤波电路；直流高压接于所述输入滤波电路的两端，所述启动电源电路和CV‑CV串联开关主电路并联在输入滤波电路的输出端；所述CV‑CV串联开关主电路的输入端连接输入滤波电路两端，输出端连接负载滤波电路；高压经过输入滤波电路滤波后送到启动电源电路，启动电源电路产生一个启动电压来触发CV‑CV串联开关主电路，所述CV‑CV串联开关主电路将高压变换为低压，经过负载滤波电路输送到负载。

【技术特征摘要】
1.一种适用于海底观测网络恒压中继器或放大器的供电装置，其特征在于，所述装置包括输入滤波电路、启动电源电路、CV-CV串联开关主电路和负载滤波电路；直流高压接于所述输入滤波电路的两端，所述启动电源电路和CV-CV串联开关主电路并联在输入滤波电路的输出端；所述CV-CV串联开关主电路的输入端连接输入滤波电路两端，输出端连接负载滤波电路；高压经过输入滤波电路滤波后送到启动电源电路，启动电源电路产生一个启动电压来触发CV-CV串联开关主电路，所述CV-CV串联开关主电路将高压变换为低压，经过负载滤波电路输送到负载。2.根据权利要求1所述适用于海底观测网络恒压中继器或放大器的供电装置，其特征在于，所述装置还包括：输入过压欠压保护电路，用于实现对变换器的输入电压保护；所述输入过压欠压保护电路并联在启动电源电路和CV-CV串联开关主电路之间；所述输入过压欠压保护电路包括：采样电阻、参考基准电源和控制器。3.根据权利要求1所述适用于海底观测网络恒压中继器或放大器的供电装置，其特征在于，所述输入滤波电路为LC滤波电路。4.根据权利要求1所述适用于海底观测网络恒压中继器或放大器的供电装置，其特征在于，所述启动电源电路包括启动电阻R1、输入电容C2、稳压二极管D1和DC-DC转换器；所述启动电阻R1与输入电容C2串联，所述输入电容C2与稳压二极管D1和DC-DC转换器并联，所述启动电源在用于启动阶段给整个变换器进行供电。5.根据权利要求1所述适用于海底观测网络恒压中继器或放大器的供电装置，其特征在于，所述负载滤波电路等效为电容型器件。6.根据权利要求1所述适用于海底观测网络恒压中继器或放大器的供电装置，其特征在于，所述CV-CV串联开关主电路包括：串联开关电路、均压模块、串联开关驱动电路、控制电路、续流开关电路、输出滤波电路和采样电路；所述串联开关电路与输入端连接；所述串联开关电路由若干个低电压开关串联组成；所述续流开关电路与输出滤波电路形成并联电路；所述串联开关电路与该并联电路串联，其中均压模块与串联开关电路的每一个开关分别并联，用于实现均压保护；所述串联开关驱动电路用于均衡电压，其负载侧使用均压电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永刚，赵志国，张飞，曲赫，谭俊峰，刘宇鑫，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11