CN106647908A - 一种单极供电恒流恒压转换电源及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种单极供电恒流恒压转换电源，所述单极供电恒流恒压转换电源串接在供电线路之间，单极供电恒流恒压转换电源包括依次连接的功率限制单元、恒流恒压转换单元、DC‑DC单元、隔离二极管D，所述隔离二极管D的正极与DC‑DC单元的输出正极连接；隔离二极管D的负极、DC‑DC单元的输出负极分别与海底中继器连接，为海底中继器供电；其中功率限制单元接入供电线路，用于限制供电线路输入的压降及电流；恒流恒压转换单元用于将单极的恒流电源变为双极的电压源；DC‑DC单元将恒流恒压转换单元输出的直流电压转化为海底中继器所需的直流电压。本发明的转换电源及方法，无电极且单极供电，不需要与海水地接触形成电气回路。

Description

一种单极供电恒流恒压转换电源及方法

技术领域

本发明涉及开关电源领域，特别涉及一种单极供电恒流恒压转换电源及方法。

背景技术

随着电子技术的不断发展，在长距离的光缆传输中，由于分布电容的存在，超远距离光缆传输使用的都是高压电流源。由于铺设距离较远，通常需要中继器进行信号放大或者其他监控设备对光缆的工作环境或者状态进行监控。

海缆传输系统通常主要由岸端电源、海底光电复合电缆、海底中继器等海底设备构成。通常海缆传输系统单根铺设，通过岸基的电能馈电设备(PFE)注入恒定电流，其中海底中继器及其他海底设备由取电模块及其他相关模块构成，海底取电模块为海底需供电提供电力，海底取电电源模块需要岸上远程供电。

传统通信领域中的海底中继器采用双端供电，海水为地的方式，如图1所示，岸上给电装置位于海缆传输系统两端的岸上，两端的电压大小相等，极性相反。正常供电的工作状态时，海底电缆中的导线是单极的，海水为地极，作为工作电流的返回通道。双端供电时一端给电装置故障则另一端正常工作的装置可以提升电压维持系统正常工作。

海底中继器具备双向光放大功能，它可以延伸光信号的传输距离，但是海底中继器只能单极供电，在这种情况下因为没有另外一个岸端可以作为接地回路，系统的末端必须与海水地接触形成电气回路。传统的取电装置为电能分支模块，把输入的总电流分成为支路电流，通常电能分支模块都有一个接触海水的电极，电极长期置于海水中会腐蚀，降低设备的使用寿命；其次分支单元末端电极接海水后与海缆的破损状态相同，会影响海缆的状态检测。

因此设计一种无电极的、单极供电的恒流恒压装换电源是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种单极供电恒流恒压转换电源。

本发明的另一目的在于提供一种单极供电恒流恒压转换方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

一种单极供电恒流恒压转换电源，所述单极供电恒流恒压转换电源串接在供电线路之间，所述单极供电恒流恒压转换电源包括依次连接的功率限制单元、恒流恒压转换单元、DC-DC单元、隔离二极管D，所述隔离二极管D的正极与DC-DC单元的输出正极连接；隔离二极管D的负极、DC-DC单元的输出负极分别与海底中继器连接，为海底中继器供电；其中功率限制单元接入供电线路，用于限制供电线路输入的压降及电流，起保护设备的作用；恒流恒压转换单元用于将单极的恒流电源变为双极的电压源；DC-DC单元将恒流恒压转换单元输出的直流电压转化为海底中继器所需的直流电压。

所述恒流恒压转换单元包括反馈调理电路、控制电路、恒阻电路、滤波阵列，其中反馈调理电路串接在电流回路，并将反馈电压输出给控制电路，控制电路的输出端连接恒阻电路的输入端，滤波矩阵接在恒流恒压转换单元的输出两端。

所述恒阻电路包括多个并列连接的恒阻单元，所述恒阻单元包括MOS管、第一电阻、第二电阻，其中MOS管的源极与第一电阻连接后接地，MOS管的栅极通过第二电阻与MOS管的源极连接，MOS管的漏极连接功率限制单元的输出端，同时MOS管的栅极与控制电路的输出端连接。

所述控制电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、运算放大器、功率驱动放大器，其中第四电阻与第一电容串联后与第二电容并联，且运算放大器的负输入端分别与第四电阻、第二电容的一端连接，第二电容的另一端与运算放大器的输出端连接；参考电压通过第三电阻与运算放大器的负输入端连接；反馈调理电路通过第六电阻与运算放大器的正输入端连接；第七电阻的一端连接第六电阻、运算放大器的正输入端之间的连接点，第七电阻的另一端接地；运算放大器的输出端与功率驱动放大器的正输入端连接，功率驱动放大器的负输入端与功率驱动放大器的输出端相接，功率驱动放大器的输出端通过第五电阻与反馈调理电路连接。

所述滤波阵列包括多个并联的薄膜电容。

所述功率限制单元包括限压电路和限流电路。

所述限压电路包括稳压二极管D1～D7、电阻R1～R5、MOS管V1，其中稳压二极管D2～D7串联后与电阻R1、R2串联，得到的串联阵列与稳压二极管D1并联；电阻R2一端接地，另一端接电阻R3的一端；电阻R3的另一端接MOS管V1的栅极，MOS管V1的源极接地，MOS管V1的漏极串接限流电阻R4、R5后接到供电线路的输入端；稳压二极管D7并联在电阻R2两端。

所述限流电路包括稳压二极管D8、电阻R6～R11、MOS管V2、PNP型晶体管V3，其中电阻R6串接在电流输入回路，电阻R6的一端连接PNP型晶体管V3的发射极，另一端与电阻R7的一端连接；PNP型晶体管V3的基极与电阻R7的另一端连接；PNP型晶体管V3的集电极依次串接电阻R8、R9；电阻R9的一端接地，另一端接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接MOS管V2的栅极，MOS管V2的源极接地，MOS管V2的漏极通过串接电阻R11与电阻R6连接；稳压二极管D8并联在电阻R9两端。

本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：

一种单极供电恒流恒压转换方法，包含以下步骤：

S1、将单极供电恒流恒压转换电源串接在供电线路之间，所述单极供电恒流恒压转换电源包括依次连接的功率限制单元、恒流恒压转换单元、DC-DC单元、隔离二极管D；

S2、供电线路接入功率限制单元后，功率限制单元限制电路中的压降及电流，并将电流传输给恒流恒压转换单元；

S3、恒流恒压转换单元将单极的恒流电源变为双极的电压源；

S4、DC-DC单元将恒流恒压转换单元输出的直流电压转化为海底中继器所需的直流电压；

S5、DC-DC单元将转换后的直流电压传输给海底继电器，为海底继电器供电。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

本发明提供了一种无电极的、单极供电的恒流恒压装换电源，不仅满足了海底中继器只能单极供电的需求，而且系统的末端不需要与海水地接触形成电气回路。因为不需要设置接触海水的电极，所以不存在电极长期置于海水中会腐蚀、降低设备的使用寿命的技术问题；也不会因为分支单元末端电极接海水后与海缆的破损状态相同，进而影响海缆的状态检测；有效地解决有中继海缆传输系统单极缆单端供电的问题。

附图说明

图1为现有单极海缆传输示意图。

图2为本发明所述一种单极供电恒流恒压转换电源的结构示意图。

图3为图2所述单极供电恒流恒压转换电源的功率限制单元的电路图。

图4为图3所述功率限制单元的限压单元的电路图。

图5为图3所述功率限制单元的限流单元的电路图。

图6为图2所述单极供电恒流恒压转换电源的恒流恒源转换单元的电路图。

图7为图6所述恒流恒源转换单元的恒阻单元的电路图。

图8为图6所述恒流恒源转换单元的控制电路的电路图。

图9为图6所述恒流恒源转换单元的滤波阵列的电路图。

图10为为图2所述单极供电恒流恒压转换电源的DC/DC单元的电路拓扑。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图2，一种单极供电恒流恒压转换电源，包括功率限制模块、恒流恒压转换模块、DC-DC模块、隔离二极管D。

功率限制单元如图3所示，包括图4所示限压保护单元和图5所示限流保护单元。

图4所示限压保护单元的电路图，在图4所示的限压电源电路中其中D2～D6为稳压二极管，5个稳压二极管构成限压阵列。当线上电压超过限值时，稳压二极管D2～D6起到限制电压的作用，当电阻R2的上的压降到达一定程度时，MOS管V1导通，从而使整个回路的电流流经电阻R4、R5和MOS管V1，以维持线上电压稳定。

图5所示限流保护单元的电路图，在图5所示的限流单元电路中，当电流达到一定限值时，电阻R6的电压也到达一定值使得PNP型晶体管V3开通，继而电阻R9上的压降足够致使MOS管V2开通，大电流通过MOS管V2流过，从而保证整个线路上的在大电流上的通路，防止大电流的冲击导致后端取电部分的损坏。

恒流恒压转换单元包括恒阻电路、控制电路、反馈调理电路，滤波阵列。

图6为恒流恒压转换单元的电路图。

如图6所示的恒流恒压转换单元的功能是将恒流源输入转换成恒压输出，具有自动功率调整功能，维持输出电压在恒定不变。恒流恒压转换单元的基本设计思想是输入电流的自动分流，根据图10所示DC-DC单元的功率不同，调整DC-DC单元的输入电流与恒流恒压模块的输入电流的比值，使其两端的压降维持在一定值。

具体的恒流恒压转换单元中的反馈调理电路反馈输出端的电压值与控制电路的参考电压比较，如图8，控制电路内的运算放大器U101放大反馈得到的电压与参考电压的差值，通过控制电路内的功率驱动放大器U102驱动恒阻电路，从而改变接入电路内的恒阻电路的阻值，改变恒阻电路支路分流的比值，从而稳定恒流恒压转换单元的输出电压。

所述恒阻电路包括多个并列连接的恒阻单元，所述恒阻单元包括MOS管、第一电阻、第二电阻，其中MOS管的源极与第一电阻连接后接地，MOS管的栅极通过第二电阻与MOS管的源极连接，MOS管的漏极连接功率限制单元的输出端，同时MOS管的栅极与控制电路的输出端连接。

所述恒阻单元由工作在阻性区域功率器件及外围电路组成。图7所示为恒阻单元，MOS管V101的源极串接第一电阻R105到地，栅极通过第二电阻R104与源极相连，漏极接所述限流单元的输出端；其中第一电阻R105为均流电阻。

优选的工作在阻性区域的功率器件为MOS管。

优选的恒阻单元MOS管的源极接有均流电阻。

如图8，所述控制电路包括第三电阻R101、第四电阻R102、第五电阻R103、第六电阻R104、第七电阻R105、第一电容C101、第二电容C102、运算放大器U101、功率驱动放大器U102，其中第四电阻R102与第一电容C101串联后与第二电容C102并联，且运算放大器U101的负输入端分别与第四电阻R102、第二电容C102的一端连接，第二电容C102的另一端与运算放大器U101的输出端连接；参考电压通过第三电阻R101与运算放大器U101的负输入端连接；反馈调理电路通过第六电阻R104与运算放大器U101的正输入端连接；第七电阻R105的一端连接第六电阻R104、运算放大器U101的正输入端之间的连接点，第七电阻R105的另一端接地；运算放大器U101的输出端与功率驱动放大器U102的正输入端连接，功率驱动放大器U102的负输入端与功率驱动放大器U102的输出端相接，功率驱动放大器U102的输出端通过第五电阻R103与反馈调理电路连接。

图9所示为滤波阵列，由多个电容并联组成。

优选的滤波阵列电容为薄膜电容。

如图10，DC-DC单元的主要功能是把恒流恒压转换电路得到的直流电压转换成不同等级的直流电输出，供后端设备用电使用。如图10，DC-DC单元包括电感L1、电容C1组成的LC滤波器(用于平滑输入电压)，还包括MOS管V4、驱动变压器T2、隔离变压器T1。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种单极供电恒流恒压转换电源，其特征在于：所述单极供电恒流恒压转换电源串接在供电线路之间，所述单极供电恒流恒压转换电源包括依次连接的功率限制单元、恒流恒压转换单元、DC-DC单元、隔离二极管D，所述隔离二极管D的正极与DC-DC单元的输出正极连接；隔离二极管D的负极、DC-DC单元的输出负极分别与海底中继器连接，为海底中继器供电；其中功率限制单元接入供电线路，用于限制供电线路输入的压降及电流；恒流恒压转换单元用于将单极的恒流电源变为双极的电压源；DC-DC单元将恒流恒压转换单元输出的直流电压转化为海底中继器所需的直流电压。

2.根据权利要求1所述单极供电恒流恒压转换电源，其特征在于：所述恒流恒压转换单元包括反馈调理电路、控制电路、恒阻电路、滤波阵列，其中反馈调理电路串接在电流回路，并将反馈电压输出给控制电路，控制电路的输出端连接恒阻电路的输入端，滤波矩阵接在恒流恒压转换单元的输出两端。

3.根据权利要求2所述单极供电恒流恒压转换电源，其特征在于：所述恒阻电路包括多个并列连接的恒阻单元，所述恒阻单元包括MOS管、第一电阻、第二电阻，其中MOS管的源极与第一电阻连接后接地，MOS管的栅极通过第二电阻与MOS管的源极连接，MOS管的漏极连接功率限制单元的输出端，同时MOS管的栅极与控制电路的输出端连接。

4.根据权利要求2所述单极供电恒流恒压转换电源，其特征在于：所述控制电路包括第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、运算放大器、功率驱动放大器，其中第四电阻与第一电容串联后与第二电容并联，且运算放大器的负输入端分别与第四电阻、第二电容的一端连接，第二电容的另一端与运算放大器的输出端连接；参考电压通过第三电阻与运算放大器的负输入端连接；反馈调理电路通过第六电阻与运算放大器的正输入端连接；第七电阻的一端连接第六电阻、运算放大器的正输入端之间的连接点，第七电阻的另一端接地；运算放大器的输出端与功率驱动放大器的正输入端连接，功率驱动放大器的负输入端与功率驱动放大器的输出端相接，功率驱动放大器的输出端通过第五电阻与反馈调理电路连接。

5.根据权利要求2所述单极供电恒流恒压转换电源，其特征在于：所述滤波阵列包括多个并联的薄膜电容。

6.根据权利要求1所述单极供电恒流恒压转换电源，其特征在于：所述功率限制单元包括限压电路和限流电路。

7.根据权利要求6所述单极供电恒流恒压转换电源，其特征在于：所述限压电路包括稳压二极管D1～D7、电阻R1～R5、MOS管V1，其中稳压二极管D2～D7串联后与电阻R1、R2串联，得到的串联阵列与稳压二极管D1并联；电阻R2一端接地，另一端接电阻R3的一端；电阻R3的另一端接MOS管V1的栅极，MOS管V1的源极接地，MOS管V1的漏极串接限流电阻R4、R5后接到供电线路的输入端；稳压二极管D7并联在电阻R2两端。

8.根据权利要求6所述单极供电恒流恒压转换电源，其特征在于：所述限流电路包括稳压二极管D8、电阻R6～R11、MOS管V2、PNP型晶体管V3，其中电阻R6串接在电流输入回路，电阻R6的一端连接PNP型晶体管V3的发射极，另一端与电阻R7的一端连接；PNP型晶体管V3的基极与电阻R7的另一端连接；PNP型晶体管V3的集电极依次串接电阻R8、R9；电阻R9的一端接地，另一端接电阻R10的一端，电阻R10的另一端接MOS管V2的栅极，MOS管V2的源极接地，MOS管V2的漏极通过串接电阻R11与电阻R6连接；稳压二极管D8并联在电阻R9两端。

9.基于权利要求1至8任一权利要求所述单极供电恒流恒压转换电源的一种单极供电恒流恒压转换方法，包含以下步骤：

S1、将单极供电恒流恒压转换电源串接在供电线路之间，所述单极供电恒流恒压转换电源包括依次连接的功率限制单元、恒流恒压转换单元、DC-DC单元、隔离二极管D；

S2、供电线路接入功率限制单元后，功率限制单元限制电路中的压降及电流，并将电流传输给恒流恒压转换单元；

S3、恒流恒压转换单元将单极的恒流电源变为双极的电压源；

S4、DC-DC单元将恒流恒压转换单元输出的直流电压转化为海底中继器所需的直流电压；

S5、DC-DC单元将转换后的直流电压传输给海底继电器，为海底继电器供电。