CN110212772A - 一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路 - Google Patents
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Abstract
一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，包括：第一MOS管组、第二MOS管组、变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、电容C1、电容C2、电感L1。第一MOS管组和所述第二MOS管组均由n个MOS管串联而成，每各MOS管的栅极用于接收外部输入的开断使能信号。利用本发明能够将外部直流高压电源降压处理后，为接驳盒供电，提高了产品可靠性，能够直接实现了从10kv直流高压电变换到375伏直流输出的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，属于电力电子变换器技术领域。
背景技术
工业用电经过变压整流后，通过光缆送到海底后不能直接与观测设备相接，需要接驳盒的转换装置，接驳盒将高压电能进行降压后再向其他电子设备进行电压分配。因此如何实现直流高压向直流低压的高效稳定转换是一个重要的研究方向。目前关于高压转低压的直流-直流变换技术，大多不涉及到特高压(如10kv)方面的研究，且相关的特高压电力转换技术还存在有输出功率小、可靠性低等缺陷，这对接驳盒及与其连接的观测设备的正常运行带去了很大的安全隐患
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，具有可靠性高、输出功率大、线路结构简单等优点。
本发明的技术方案是：
一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，包括：第一MOS管组、第二 MOS管组、变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、电容C1、电容C2、电感L1；
所述第一MOS管组的一端连接外部输入电源的正极，所述第一MOS管组的另一端连接第一二极管D1的正极，所述第一二极管D1的负极连接外部输入电源的负极；
所述第二二极管D2的正极连接外部输入电源的正极，所述第二二极管D2 的负极连接所述第二MOS管组的一端，所述第二MOS管组的另一端连接外部输入电源的负极；
所述变压器T1初级绕组的一端连接所述第一二极管D1的正极，所述变压器T1初级绕组的另一端连接所述第二二极管D2的负极；所述变压器T1次级绕组的一端连接所述第三二极管D3的负极，所述变压器T1次级绕组的另一端连接所述第四二极管D4的负极；所述第三二极管D3的正极连接电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接接驳盒的低压输出的正极，所述第四二极管D4 的正极连接所述第三二极管D3的正极；所述电容C2直接并联接在输入正极和输入负极之间；所述电容C1的一端连接所述接驳盒的低压输出的正极，所述电容C1的另一端连接所述接驳盒的低压输出的负极和所述第四二极管D4的负极；
所述第一MOS管组和所述第二MOS管组均由n个MOS管串联而成，每各MOS管的栅极用于接收外部输入的开断使能信号；所述第一MOS管组中的 n个MOS管根据所述开断使能信号同时断开或闭合；所述第二MOS管组中的 n个MOS管根据所述开断使能信号同时断开或闭合。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1)本发明能够实现由10KV直流高压转变为375V直流低压的电压转换的功能；
2)本发明线路结构简单、安全性高、输出功率大。
附图说明
图1为本发明的电路示意图；
图2为MOS管闭合时的电路流向示意图；
图3为MOS管断开时的电路流向示意图。
具体实施方式
本发明发明主要应用于高压直流输电降压网络。主要是利用高压直流电在远距离传输时，损耗最低。有效降低传输线上的损耗，提高传输效率。基于目前半导体开关的现状。因为半导体开关常规那样只有20v到1500v。通过本发明的电路方法可以将多只1500伏耐压的管子串联使用。从而提高的耐压等级。简化电路设计。提高产品可靠性。直接实现了从10kv直流高压电变换到375 伏直流输出的功能。主回路由多只相同规格的功率开关管，可以是MOS管，也可以是IGBT，也可以是三极管，原理示意见图1，多只功率开关管分为两组，两组功率开关管的数量相等。在关断磁复位续流的时候。每只功率开关管上所承受的电压就是输入的高电压。所以说功率开关管的耐压必须大于电源供电电压。每组功率开关管是14个，每个功率开关管的耐压是1500伏。所以每一组功率开关管的总的耐压值是Ub＝1500*14＝21000v，留有足够高的电压余量，保证不会出现电压击穿现象，每一组的多个功率开关管均属于串联关系，即第一只功率开关管的输出与下一只功率开关管的输入连接。
本发明一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，包括：第一MOS管组、第二MOS管组、变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管 D3、第四二极管D4、电容C1、电容C2、电感L1；标号Q1到Q14为第一 MOS管组，标号Q15到Q28为第二MOS管组。
所述第一MOS管组的一端连接外部输入电源的正极，所述第一MOS管组的另一端连接第一二极管D1的正极，所述第一二极管D1的负极连接外部输入电源的负极；
所述第二二极管D2的正极连接外部输入电源的正极，所述第二二极管D2 的负极连接所述第二MOS管组的一端，所述第二MOS管组的另一端连接外部输入电源的负极；
所述变压器T1初级绕组的一端连接所述第一二极管D1的正极，所述变压器T1初级绕组的另一端连接所述第二二极管D2的负极；所述变压器T1次级绕组的一端连接所述第三二极管D3的负极，所述变压器T1次级绕组的另一端连接所述第四二极管D4的负极；所述第三二极管D3的正极连接电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接接驳盒的低压输出的正极，所述第四二极管D4 的正极连接所述第三二极管D3的正极；所述电容C2直接并联接在输入正极和输入负极之间；所述电容C1的一端连接所述接驳盒的低压输出的正极，所述电容C1的另一端连接所述接驳盒的低压输出的负极和所述第四二极管D4的负极；
所述第一MOS管组和所述第二MOS管组均由n个MOS管串联而成，每各MOS管的栅极用于接收外部输入的开断使能信号；
所述第一MOS管组中的n个MOS管根据所述开断使能信号同时断开或闭合；所述第二MOS管组中的n个MOS管根据所述开断使能信号同时断开或闭合。
当高频驱动时能脉冲信号打开时，所述第一MOS管组和第二MOS管组的 2n个MOS管同步打开，外部输入电源向变换器电源变压器供电，变压器刺激绕组通过电感L1向接驳盒输出电能，同时也会将一部分能量存储在电感L1中；
当高频驱动使能脉冲信号关闭时，所述第一MOS管组和第二MOS管组的 2n个MOS管同步关断，使所述变压器T1的磁芯去磁复位；在这个过程中电感L1由于在MOS管开通的时候存储了一部分能量，所以在MOS管关断的时候电感初始能量不为0的原因，电感L1将其存储的能量继续释放给接驳盒输出；所述高频驱动使能脉冲信号由它激式脉宽控制路产生。
位于所述第一MOS管组中间的MOS管通过漏极连接上一个MOS管的源级，位于所述第一MOS管组中间的MOS管通过源级连连接下一个MOS管的漏极；
所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4的耐压值均大于实际工作时耐受电压的2倍以上；所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4的额定电流均要大于实际工作时输出额定电流的3倍以上。
所述MOS管的耐压值为1500V，额定电流为4A；所述第一二极管D1、第二二极管D2的耐压值均为15KV，额定电流均为4A；所述第三二极管D3、第四二极管D4的耐压值均为1200V，额定电流均为30A；所述电感L1的电感量为470uH，额定电流为15A；电容C1电容量为1000uF，额定耐压为450V。
实施例
每组MOS管是14个，每个MOS管的耐压是1500伏。所以每一组MOS 管的总的耐压值是Ub＝1500*14＝21000v，留有足够高的电压余量，保证不会出现电压击穿现象，每一组的多个功率开关管均属于串联关系，即第一只MOS 管的输出与下一只MOS管的输入连接，即位于两只MOS管中间的MOS管通过漏极连接上一个MOS管的源级，位于两只MOS管中间的MOS管通过源级连连接下一个MOS管的漏极。标号Q1到Q14为第一MOS管组，标号Q15 到Q28为第二MOS管组。
外部输入电源为电源10KV的直流电，本发明直流高压变换电路输出电压为375V的直流电，输出功率为10KW。
MOS管的耐压值选取原则是按下式计算，最终选取的耐压值要大于或等于该计算值：
其中，Ub为单个MOS管的击穿电压，Ui为总的输入供电电压。
MOS管的电流值选取原则是是按下式计算，最终选取MOS管的电流值要大于或等于该计算值：
其中，Ip为单个MOS管的额定电流，Po为直流高压变换电路输出给接驳盒的功率，Ui为外部输入电源的供电电压。
本发明的工作原理为：
如图2所示，变压器T1的原边侧的L1支路和L2支路上各放置有14个 MOS管，且上述28个MOS管是同时进行打开和关断的，当L1支路和L2支路上的MOS管同步打开时，电压从电源正极、MOS管、变压器T1流进电源负极，变压器T1进行直流高压降压处理后，为接驳盒供电。
如图3所示，当L1支路和L2支路上的28个MOS管同步关断时，在变压器T1的原边侧，变压器T1初级绕组的电压反向，即变压器的第1端变为负极，第2端变为正极，电流从变压器初级绕组的第2端、二极管D2、电容C2、二极管D1后流进变压器初级绕组的第1端，实现磁心复位，避免发生磁饱和损坏开关管的事故，同时，在变压器T1的副边侧，电感L1的电压反向，即由左正右负变为左负右正，电流从电感L1的右侧正极侧流经电容C1、二极管 D4、接驳盒后流进电感L1的左侧负极，实现了为接驳盒供电。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，其特征在于，包括：第一MOS管组、第二MOS管组、变压器T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、电容C1、电容C2、电感L1；
所述第一MOS管组的一端连接外部输入电源的正极，所述第一MOS管组的另一端连接第一二极管D1的正极，所述第一二极管D1的负极连接外部输入电源的负极；
所述第二二极管D2的正极连接外部输入电源的正极，所述第二二极管D2的负极连接所述第二MOS管组的一端，所述第二MOS管组的另一端连接外部输入电源的负极；
所述变压器T1初级绕组的一端连接所述第一二极管D1的正极，所述变压器T1初级绕组的另一端连接所述第二二极管D2的负极；所述变压器T1次级绕组的一端连接所述第三二极管D3的负极，所述变压器T1次级绕组的另一端连接所述第四二极管D4的负极；所述第三二极管D3的正极连接电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接接驳盒的低压输出的正极，所述第四二极管D4的正极连接所述第三二极管D3的正极；所述电容C2直接并联接在输入正极和输入负极之间；所述电容C1的一端连接所述接驳盒的低压输出的正极，所述电容C1的另一端连接所述接驳盒的低压输出的负极和所述第四二极管D4的负极；
所述第一MOS管组和所述第二MOS管组均由n个MOS管串联而成，每各MOS管的栅极用于接收外部输入的开断使能信号；
所述第一MOS管组中的n个MOS管根据所述开断使能信号同时断开或闭合；
所述第二MOS管组中的n个MOS管根据所述开断使能信号同时断开或闭合。
2.根据权利要求1所述的一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，其特征在于，所述MOS管的耐压值大于或等于MOS管的击穿电压Ub，所述MOS管的击穿电压的确定方法，具体如下：
其中，Ub为单个MOS管的击穿电压，Ui为总的输入供电电压。
所述MOS管的电流值大于或等于MOS管的额定电流Ip，所述MOS管的额定电流的确定方法，具体如下：
其中，Ip为单个MOS管的额定电流，Po为直流高压变换电路输出给接驳盒的功率，Ui为外部输入电源的供电电压。
3.根据权利要求2所述的一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，其特征在于：
所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4的耐压值均大于实际工作时耐受电压的2倍以上；
所述第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4的额定电流均要大于实际工作时输出额定电流的3倍以上。
4.根据权利要求2或3之一所述的一种用于海底接驳盒的直流高压变换电路，其特征在于：
所述MOS管的耐压值为1500V，额定电流为4A；
所述第一二极管D1、第二二极管D2的耐压值均为15KV，额定电流均为4A；
所述第三二极管D3、第四二极管D4的耐压值均为1200V，额定电流均为30A；
所述电感L1的电感量为470uH，额定电流为15A；
所述电容C1电容量为1000uF，额定耐压为450V。
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