一种取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器制造技术

一种取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，属配电领域。其至少包括一个反激变压器、两个主控开关管以及两个辅助开关管；其利用反激变压器的次级绕组和与之串联的开关电容，提高变流器的输出功率等级；利用一次侧辅助开关管与箝位电容组成的串联电路和次级侧辅助开关管与箝位电容组成的串联电路，无损吸收和转移反激变压器的绝大部分漏感能量，并实现两个主控开关管的零电流导通；利用两个主控开关管自身存在的寄生并联电容，实现第一、第二主控开关管的零电压关断，利用第一、第二主开关管和主、次级辅助开关管的合理匹配，实现两个辅助开关管的零电压开通和零电压关断。其降低了开关管电压和电流应力，转换效率高，可增大变流器输出。

【技术实现步骤摘要】
一种取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器
本专利技术属于配电领域，尤其涉及一种船舶阴极保护隔离型开关电源变流器。
技术介绍
停靠码头的船舶需要岸电补给能源，船体如果不采取有效的防腐蚀措施就会导致及其严重的电化腐蚀。阴极保护是当前广泛应用在海水环境下金属防腐的有效措施，外加电流阴极保护系统的优点是采用自动控制，输出电流的大小可通过自动调整而使被保护的结构物表面处于保护电位范围内，外加电流阴极保护系统具有很高的可靠性；阴极保护系统输出电流可根据工作条件自适应变化，使船舶金属材料处于较好的保护状态下。采用取自岸电的开关式恒电位仪作为外加电流阴极保护电源是一种很有发展前景的新技术，主要由于开关电源是利用现代电力电子技术，通过控制开关管开通与关断的时间比率，维持输出电压稳定的一种电源。具有体积小、重量轻、功耗小以及高效率等优点，已经逐步取代了传统的线性电源。目前已开始广泛使用的反激变换器电源在开关管导通的过程中储存能量，当开关管关断时向负载释放能量，既作为电感储存了能量，也作为变压器实现了电压转换和电气隔离，有着电感和变压器的双重作用。但是，反激变换器虽然减少了电路磁性元件的数量，但是开关器件的电压和电流应力增大。而且开关管关断时，由于开关管、变压器等寄生电容的震荡，反激变换器开关管的漏感及电压尖峰很大，占空比低，关断损耗大，且电磁干扰严重，不能用于高电压输入和高性能的工况。因此，如何使得阴极保护隔离型开关电源能实现所有开关管电流开通的同时保持较低的电流应力、损耗小的开关管，大于50％占空比、转换效率高、输出电流稳定，是实际工作中急待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器。其针对目前反激式变换器开关损耗严重、开关管电压和电流应力高、转换效率低、开关管损耗严重等缺点，提供了一种控制方式合理、开关管电流应力低、能够实现开关管零电流导通、同时输出电流稳定的阴极保护隔离型开关电源。本专利技术的技术方案是：提供一种取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，其特征是：所述的开关电源变流器包括一个反激变压器T，反激变压器一次绕组Lp的两端，与输入直流电压VIn的正、负端分别对应连接；反激变压器二次绕组LS的两端，与输出直流电压VOUT的正、负端分别对应连接；在一次绕组Lp与输入直流电压VIn之间，分别设置第一主开关管S1和第二主开关管S2，所述的第一、第二主开关管S1和S2分别对应串接在一次绕组Lp的两端；在第一主开关管S1与一次绕组Lp之间，串接有一个漏感线圈L1K；在一次绕组Lp的两端，分别对应并接有第一、第二钳位二极管D1和D2；在二次绕组LS与输出直流电压VOUT的正端之间，串接有二次总泄漏电感Ll和整流二极管D3；在一次绕组Lp中，设置有一个一次侧辅助单元；在二次绕组LS的输出端，并接有谐振电容Ca和二次侧辅助单元；所述的反激变压器T将功率从一次绕组侧向二次绕组侧传输；第一、第二钳位二极管Dl和D2将存储在漏感Llk和二次总泄漏电感Ll中的能量传递到输入端；所述的一次侧辅助单元用以实现零电流转换ZCT之条件；所述的二次侧辅助单元负责零电流转换ZCT的运行；所述的第一、第二主开关管S1与S2同时开启和关闭；在第一、第二主开关管关断时，漏感通过一次侧辅助单元进行能量的二次交换，使漏感电流在主开关管开通前反向，然后作用于开关管的寄生电容，以达到在主开关管驱动信号来临之前漏源电压下降为零的目的，从而实现软开关功能。具体的，所述的一次侧辅助单包括一次侧辅助开关管S3和两个二极管D31和D32；其辅助开关管S3的一端与第二主开关管S2的一个同名端连接，另一端经二极管D31和D32与第二主开关管S2的另一同名端连接；所述的二次侧辅助单元包括二次侧辅助开关管Sa，二次侧辅助开关管Sa的一端与整流二极管D3的正端对应连接；二次侧辅助开关管Sa的另一端经谐振电容Ca与输出直流电压VOUT的负端连接，所述的二次侧辅助开关管经过谐振电容Ca并联接入所述二次绕组LS；所述的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，利用二次侧辅助开关管S3与第一主开关管S1互补导通，第一、第二钳位二极管D1和D2将第一主开关管S1和第二主开关管S2之间电压控制在输入电压VIn；箝位二极管Dl和D2将存储在漏感Llk和二次总泄漏电感Ll中的能量传递到输入端；利用一次侧辅助开关管S3的双向导电特性，为谐振电流反向导通提供路径。进一步的，所述的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，利用一次侧辅助开关管与箝位电容组成的串联电路以及二次侧辅助开关管与箝位电容组成的串联电路，无损地吸收和转移反激变压器的绝大部分漏感能量，并实现两个主开关管的零电流导通；同时，利用第一、第二主开关管S1和S2自身存在的寄生并联电容，实现第一、第二主开关管的零电压关断，利用第一、第二主开关管和主、辅助开关管的合理匹配，实现两个二次侧辅助开关管S3和Sa的零电压开通和零电压关断。具体的，所述的第一、第二主开关管S1、S2，一次侧辅助开关管S3和二次侧辅助开关管Sa各带一个寄生电容；在反激变压器T的一次侧串联有隔直电容Cr和谐振电感Lr；在反激变压器T的二次绕组侧，设置有电感Ll、二极管D3、负载电阻RL和滤波电容CO；其中，电感Ll、二极管D3和电阻RL依次串联，且滤波电容CO与负载电阻RL并联。进一步的，所述的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，采用减小开关电压应力的软开关反激变流器拓扑结构，来实现零电流跃迁，能有效地降低开关过电压，消除输出电流的波动性。进一步的，所述的取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，在开关过程前后引入谐振，使开关开通前电压先降到零，关断前电流先降到零，消除了开关过程中电压、电流的重叠，从而大大减小甚至消除开关损耗，同时，谐振过程限制了开关过程中电压和电流的变化率，使得开关噪声也显著减小。进一步的，所述的第一、第二主开关管S1和S2的通断由外部驱动单元控制，同时打开或关闭；所述第一、第二主开关管的开关周期Ts由1/fs给出，其中fs是开关频率；所述第一、第二主开关管的占空比D为该主开关管的通电时间相对于总时间周期Ts所占的比例。本专利技术技术方案所述的取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，无需额外的电感元件，从而提高了电流稳定性，降低开关管电压和电流应力，转换效率高，损耗减少，可增大变流器的输出。与现有技术比较，本专利技术的优点是：1.本专利技术的技术方案，利用一个反激变压器的二次绕组和与之串联的开关电容，提高了变流器的输出功率等级；2.本专利技术的技术方案，利用一次侧辅助开关管与箝位电容组成的串联电路以及二次侧辅助开关管与箝位电容组成的串联电路无损地吸收和转移了反激变压器的绝大部分漏感能量，并实现了两个功率开关管的零电流导通；3.本专利技术的技术方案，利用S1和S2两个功率开关管自身存在的寄生并联电容实现了第一、第二功率开关管的零电压关断，利用第一、第二功率开关管和主次级辅助开关管的合理匹配，实现了S3和Sa两个辅助开关管的零电压开通和零电压关断；4.本专利技术的技术方案，无需额外的电感元件，从而提高了电流稳定性，降低开关管电压和电流应力，转换效率高，损耗减少，可增大变流器的输出。5.本专利技术的技术方案，可以实现较高电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，其特征是：所述的开关电源变流器包括一个反激变压器T，反激变压器一次绕组Lp的两端，与输入直流电压VIn的正、负端分别对应连接；反激变压器二次绕组LS的两端，与输出直流电压VOUT的正、负端分别对应连接；在一次绕组Lp与输入直流电压VIn之间，分别设置第一主开关管S1和第二主开关管S2，所述的第一、第二主开关管S1和S2分别对应串接在一次绕组Lp的两端；在第一主开关管S1与一次绕组Lp之间，串接有一个漏感线圈L1K；在一次绕组Lp的两端，分别对应并接有第一、第二钳位二极管D1和D2；在二次绕组LS与输出直流电压VOUT的正端之间，串接有二次总泄漏电感Ll和整流二极管D3；在一次绕组Lp中，设置有一个一次侧辅助单元；在二次绕组LS的输出端，并接有谐振电容Ca和二次侧辅助单元；所述的反激变压器T将功率从一次绕组侧向二次绕组侧传输；第一、第二钳位二极管Dl和D2将存储在漏感Llk和二次总泄漏电感Ll中的能量传递到输入端；所述的一次侧辅助单元用以实现零电流转换ZCT之条件；所述的二次侧辅助单元负责零电流转换ZCT的运行；所述的第一、第二主开关管S1与S2同时开启和关闭；在第一、第二主开关管关断时，漏感通过一次侧辅助单元进行能量的二次交换，使漏感电流在主开关管开通前反向，然后作用于开关管的寄生电容，以达到在主开关管驱动信号来临之前漏源电压下降为零的目的，从而实现软开关功能。...

【技术特征摘要】
1.一种取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，其特征是：所述的开关电源变流器包括一个反激变压器T，反激变压器一次绕组Lp的两端，与输入直流电压VIn的正、负端分别对应连接；反激变压器二次绕组LS的两端，与输出直流电压VOUT的正、负端分别对应连接；在一次绕组Lp与输入直流电压VIn之间，分别设置第一主开关管S1和第二主开关管S2，所述的第一、第二主开关管S1和S2分别对应串接在一次绕组Lp的两端；在第一主开关管S1与一次绕组Lp之间，串接有一个漏感线圈L1K；在一次绕组Lp的两端，分别对应并接有第一、第二钳位二极管D1和D2；在二次绕组LS与输出直流电压VOUT的正端之间，串接有二次总泄漏电感Ll和整流二极管D3；在一次绕组Lp中，设置有一个一次侧辅助单元；在二次绕组LS的输出端，并接有谐振电容Ca和二次侧辅助单元；所述的反激变压器T将功率从一次绕组侧向二次绕组侧传输；第一、第二钳位二极管Dl和D2将存储在漏感Llk和二次总泄漏电感Ll中的能量传递到输入端；所述的一次侧辅助单元用以实现零电流转换ZCT之条件；所述的二次侧辅助单元负责零电流转换ZCT的运行；所述的第一、第二主开关管S1与S2同时开启和关闭；在第一、第二主开关管关断时，漏感通过一次侧辅助单元进行能量的二次交换，使漏感电流在主开关管开通前反向，然后作用于开关管的寄生电容，以达到在主开关管驱动信号来临之前漏源电压下降为零的目的，从而实现软开关功能。2.按照权利要求1所述的取自岸电的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，其特征是所述的一次侧辅助单包括一次侧辅助开关管S3和两个二极管D31和D32；其辅助开关管S3的一端与第二主开关管S2的一个同名端连接，另一端经二极管D31和D32与第二主开关管S2的另一同名端连接；所述的二次侧辅助单元包括二次侧辅助开关管Sa，二次侧辅助开关管Sa的一端与整流二极管D3的正端对应连接；二次侧辅助开关管Sa的另一端经谐振电容Ca与输出直流电压VOUT的负端连接，所述的二次侧辅助开关管经过谐振电容Ca并联接入所述二次绕组LS；所述的船舶阴极保护隔离型开关电源变流器，利用二次侧辅助开关管S3与第一主开关管S1互补导通，第一、第二钳位二极管D1和D2将第一主开关管S1和第二主开关管S2之间电压控制在输入电压VIn；箝位二极管Dl和D2将存储在漏感Llk和二次总泄漏电感Ll中的能量传递到输入端；利用一次侧辅助开关管S3的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊逸，唐海峰，陈祺，陈婧，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：上海,31