【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海下智能装备与电能变换器，具体涉及一种用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法。
技术介绍
1、海洋蕴含着丰富的自然资源，海洋能源的开发和利用尤为重要。作为海洋勘测的重要工具，自主水下航行器(auv，autonomous underwater vehicle)和遥控水下机器人(rov，remotely operated vehicle)得到了广泛应用。然而auv/rov的动力电池能量有限，这限制了其续航能力。与传统插拔连接器的供电方式相比，无线电能传输技术(wpt，wireless power transmission)不存在金属插件的接触及腐蚀，减少了短路的风险，提高了充电的安全性和可靠性，有望解决auv/rov续航能力不足的问题。目前，海下无线供电系统还有许多问题亟待解决。其中，接驳盒电源的设计尤为重要，它关系到无线供电系统中电能质量的好坏。
2、现有的接驳盒电源可以分为主接驳盒和次接驳盒，分别实现375v输出和48v输出，以应对不同电压等级需求。接驳盒电源设计方案一般选用buck拓扑或buck-boost拓扑，这类方案虽然简单可靠，但仍存在较多缺陷。首先，由于非隔离式电路特性，其可能会将直流电网故障引入auv/rov，造成较大经济损失；其次，基于上述方案的接驳盒很难维持较高的效率值，高频功率器件会产生较大的开关损耗；最后，接驳盒电源的稳定性难以忽视，基于上述方案的接驳盒面向电网电压波动时其输出电压难以稳定，会对负载侧造成影响。
技术实现思路
1、本专
2、本专利技术所采用的技术方案是，用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，具体按照以下步骤实施：
3、海底电缆输出1kvdc作为接驳盒的输入，电能进入接驳盒后首先进入缓冲电路，一旦出现过压或者过流的情况，则会在缓冲电路对电能进行阻断，进而防止危害无线供电系统或用电设备，电能经缓冲电路之后，通过功率电路进行能量变化，功率电路分为主功率电路和次功率电路，主功率电路经过控制电路调频后实现1kvdc/375vdc转换，次功率电路经过控制电路调频后实现1kvdc/48vdc转换，辅助电源则分别为缓冲电路、功率电路以及控制电路供电。
4、本专利技术的特点还在于，
5、缓冲电路基于tl431并联稳压器，tl431并联稳压器的阳极和gnd相连，tl431并联稳压器的阴极与三极管q2的基极连接，tl431并联稳压器的参考端则连接到分压电阻r3和分压电阻r5之间，通过调节分压电阻r3、r5的比值使得输入电压超过设定保护值时r5的分压超过tl431阈值电压进而使得tl431开启，进而开启三极管q2，使得晶闸管q1的门极电压上升，晶闸管开启形成短路回路使得保险丝熔断，形成保护，r1、r2、r3都起到限流作用确保器件不会被烧毁。
6、功率电路为多路输出的llc谐振变换电路，对于前级逆变电路输出电压记为vab，对整流电路输入电压记为vcd，可知：
7、
8、
9、其中，vin为直流测输入，vo为负载侧输出；
10、首先，定义reqs为变压器二次侧等效阻抗，fn为归一化频率，ln为谐振电感同励磁电感的比值，q为品质因数；因此有：
11、
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13、
14、
15、其中，n为变压器一二次侧匝数比，fs为开关频率，fr为第一谐振频率，lr为谐振电感，lm为励磁电感，cr为谐振电容，ro为负载电阻；
16、第一谐振频率fr主要由lr和cr引起，因此fr可表示为：
17、
18、理论推导后得到系统传递函数，即fha模型如下：
19、
20、其中，m为系统电压增益；
21、q值和ln值的选取决定最终谐振电感电容及励磁电感的取值，选取原则如下：
22、(1)llc增益曲线一定会穿越(1,1)点，即谐振频率等于开关频率时有谐振电路上的阻抗xlr-xcr＝0，也就是说此时增益与负载无关，都为1；
23、(2)若q值增大，增益随fn的变换缓慢，有利于控制，不会出现频率轻微波动使得增益剧烈变化的问题，同时q增大会导致lr增大，在ln保持不变的情况下需lm增大，这会导致励磁电流减小使变压器损耗降低；然而q值太大会导致系统增益范围降低，不利于高增益场合应用。
24、(3)ln取值原理类似，q不变，ln增大意味着在lm减小，这会导致励磁电流增大使变压器损耗升高；而ln过小同样会使得系统增益范围降低，不利于高增益场合应用；
25、确定好q及ln参数后，根据谐振条件计算谐振电感lr、励磁电感lm以及谐振电容cr的大小：
26、
27、
28、
29、综合以上要求，对功率电路部分进行仿真，设计一个输出1kv输入，375/48v输出电路，其仿真结果如图5所示通过以上设计，可实现1kvdc转375vdc或48vdc。同时，由仿真结果可以看出，电路负载变动时其输出电压能保持稳定不变，因此对海底不同功率负载具有自适应能力。
30、控制电路具体结构为：采用dsp28027芯片搭建最小系统，dsp28027芯片分别与a/d转换模块ads1118和d/a转换模块dac8563连接，d/a转换模块与驱动电路连接，驱动电路又与功率电路连接，实现dsp28027对功率电路的控制，a/d转换模块同时与电压采样模块a和电压采样模块b连接，电压采样模块a和电压采样模块b的型号为bk-pt202ea，分别对功率电路的375vdc输出和48vdc进行采样，构成电压闭环控制，辅助电源通过tlv1117-33稳压器与dsp28027芯片的vdda引脚相连，实现对dsp28027芯片的供电，dsp28027芯片的gpio36-38引脚连接到jtag接口，通过此接口实现写入及更改，dsp28027的gpio0-7则为epwm端口，连接到驱动电路的输出端口，实现pwm信号的输出。
31、驱动电路基于acpl-332j-500e驱动芯片及ixdn609si驱动芯片，驱动电路共四部分，每一部分结构均相同，具体为：辅助电源经过mgj2d052005sc电源模块将+5v转换为+20v和-5v，分别连接到acpl-332j-500e芯片的vcc引脚以及vee引脚，acpl-332j-500e芯片的anode引脚和cathode引脚又与pwm输出端口u4相连，经过acpl-332j-500e芯片将dsp28027芯片输出的0～3.3v脉冲信号转为-5v～20v的驱动信号，从vout引脚输出，vout引脚连接到ixdn609si芯片，并从ixdn609si芯片out引脚输出到功率电路上，除此之外，acpl-332j-500e芯片的vclamp引脚、desa本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，所述缓冲电路基于TL431并联稳压器，TL431并联稳压器的阳极和GND相连，TL431并联稳压器的阴极与三极管Q2的基极连接，TL431并联稳压器的参考端则连接到分压电阻R3和分压电阻R5之间，通过调节分压电阻R3、R5的比值使得输入电压超过设定保护值时R5的分压超过TL431阈值电压进而使得TL431开启，进而开启三极管Q2，使得晶闸管Q1的门极电压上升，晶闸管开启形成短路回路使得保险丝熔断，形成保护，R1、R2、R3都起到限流作用确保器件不会被烧毁。
3.根据权利要求2所述的用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，所述功率电路为多路输出的LLC谐振变换电路，对于前级逆变电路输出电压记为Vab，对整流电路输入电压记为Vcd，可知：
4.根据权利要求2所述的用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，所述控制电路具体结构为：采用DSP28027芯片搭建最小系统，
5.根据权利要求4所述的用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，所述驱动电路基于ACPL-332J-500E驱动芯片及IXDN609SI驱动芯片，驱动电路共四部分，每一部分结构均相同，具体为：辅助电源经过MGJ2D052005SC电源模块将+5V转换为+20V和-5V，分别连接到ACPL-332J-500E芯片的VCC引脚以及VEE引脚，ACPL-332J-500E芯片的ANODE引脚和CATHODE引脚又与PWM输出端口U4相连，经过ACPL-332J-500E芯片将DSP28027芯片输出的0～3.3V脉冲信号转为-5V～20V的驱动信号，从VOUT引脚输出，VOUT引脚连接到IXDN609SI芯片，并从IXDN609SI芯片OUT引脚输出到功率电路上，除此之外，ACPL-332J-500E芯片的VCLAMP引脚、DESAT引脚及VLED引脚为米勒钳位引脚、故障复位引脚和故障指示引脚，分别与驱动信号、功率电路以及LED灯连接，当出现故障时，驱动芯片紧急制动同时LED灯亮起。
...【技术特征摘要】
1.用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，所述缓冲电路基于tl431并联稳压器，tl431并联稳压器的阳极和gnd相连，tl431并联稳压器的阴极与三极管q2的基极连接，tl431并联稳压器的参考端则连接到分压电阻r3和分压电阻r5之间，通过调节分压电阻r3、r5的比值使得输入电压超过设定保护值时r5的分压超过tl431阈值电压进而使得tl431开启，进而开启三极管q2，使得晶闸管q1的门极电压上升，晶闸管开启形成短路回路使得保险丝熔断，形成保护，r1、r2、r3都起到限流作用确保器件不会被烧毁。
3.根据权利要求2所述的用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，所述功率电路为多路输出的llc谐振变换电路，对于前级逆变电路输出电压记为vab，对整流电路输入电压记为vcd，可知：
4.根据权利要求2所述的用于海下无线供电系统的接驳盒电源变换方法，其特征在于，所述控制电路具体结构为：采用dsp28027芯片搭建最小系统，dsp28027芯片分别与a/d转换模块ads1118和d/a转换模块dac8563连接，d/a转换模块与驱动电路连接，驱动电路又与功率电路连接，实现dsp28027对功率电路的控制，a/d转换模块同时与电压采样模块a和电压采样模块b连接，电压采样模块a和电压采样模块b的型号为bk-pt202ea，...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵航，张杰，许知博，李鹏，蔡彬，贾静，蒙菊，陈鑫泽，杨磊，
申请(专利权)人：国网陕西省电力有限公司咸阳供电公司，
类型：发明
国别省市：
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