CN111176185B - 一种用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统，属于海底观测网控制系统技术领域。包括第一与第二开关、微处理器、输入电压传感器、输出电压传感器、输出电流传感器、第一与第二电容、场效晶体管、脉宽调变发生器、第一与第二二极管、电感、电阻。本发明用于主接驳盒内部给次接驳盒的输出控制，能够动态适应单个次接驳盒动态负载变化，提供稳定供电，对于多个次接驳盒，能够合理分配输出电流，做到相互独立。考虑到次接驳盒上电时的影响，设置独有的启动逻辑，也保证了次接驳盒能够平稳上电，不会影响到主接驳盒的正常工作。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统，属于海底观测网控制系统技术领域。
背景技术
美国1997年建设的HUGO海底观测网首次采用恒流供电方式，利用DC/DC开关电源的负阻特性，将电能系统调整为恒功率输出模式，多余能量通过热耗散消耗，导致系统的效率低下、浪费能源。同济大学在2016年，发表了《海底中压直流配电装置》，但是该装置配电部分以中压转低压为主，低压不适合在主次接驳盒之间进行长距离海缆传输。其余描述只是阐述了结构上的可靠性，并没有给出配电的可靠方案。海底观测网主接驳盒内部都会有中压输出控制模块，用于给次接驳盒提供可靠稳定工作的电源。但是当前主流的主接驳盒内，对中压输出只是进行了输入输出功率检查，环境参数的监控等。一旦次接驳盒出现输出欠压，过压，过流等情况，则执行的是保护性切断操作，很少有调整性操作。这样往往不能够在线恢复，或者期待负载正常后，进行重启尝试。这样就不能保证次接驳盒能够连续正常工作了。并且当主接驳盒接多个次接驳盒的时候，由于单个接驳盒放置的位置，长度存在差异，次接驳盒所接的设备种类各异，因此次接驳盒的负载也是各不相同，当主接驳盒驱动多个次接驳盒的时候，所面临的负载配置问题也需要纳入考虑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于主接驳盒内部给次接驳盒的输出控制，能够动态适应单个次接驳盒动态负载变化，提供稳定供电，对于多个次接驳盒，能够合理分配输出电流，能够将多个次接驳盒的供电进行隔离，避免各次接驳盒之间相互影响的用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术解决方案：
一种用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统，包括第一与第二开关、微处理器、输入电压传感器、输出电压传感器、输出电流传感器、第一与第二电容、场效晶体管、脉宽调变发生器、第一与第二二极管、电感、电阻；所述第一开关的控制端与微处理器连接；所述第一开关的输出端分别与输入电压传感器的输入端、第二电容的正极及场效晶体管的漏级相连接；所述输入电压传感器的输出端与微处理器连接；所述场效晶体管的栅极分别与电阻的一端、第二二极管的负极、脉宽调变发生器的一端连接；所述场效晶体管的源极分别与电阻的另一端、第二二极管的正极、脉宽调变发生器的另一端、第一二极管的负极、输出电流传感器的输入端、电感的一端连接；所述脉宽调变发生器的两端分别与微处理器连接；所述输出电流传感器的输出端与微处理器连接；所述电感的另一端分别与第一电容的正极、输出电压传感器的输入端、第二开关输入端连接；所述输出电压传感器的输出端与微处理器连接；所述第二电容的负极分别与第一二极管的正极、第一电容的负极连接；所述微处理器，用于控制第一与第二开关的通断；控制输入电压传感器检测出输入端电压数值；控制脉宽调变发生器输出PWM进行驱动场效晶体管；控制输出电流传感器检测出输出电流数值；控制输出电压传感器检测出输出电压数值。
进一步作为本发明的优选技术方案，所述第一与第二二极管均采用稳压二极管。
进一步作为本发明的优选技术方案，所述第二电容为滤波电容，用于滤除输入电压波动，使得输入平稳。
进一步作为本发明的优选技术方案，所述场效晶体管为绝缘栅增强型场效应管。
进一步作为本发明的优选技术方案，所述第一二极管、电感、第一电容相连接的电路组成输出电压电流调节回路。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明用于主接驳盒内部给次接驳盒的输出控制，能够动态适应单个次接驳盒动态负载变化，提供稳定供电，对于多个次接驳盒，能够合理分配输出电流，做到相互独立。考虑到次接驳盒上电时的影响，设置独有的启动逻辑，也保证了次接驳盒能够平稳上电，不会影响到主接驳盒的正常工作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的外部连接工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统，包括第一与第二开关、微处理器、输入电压传感器、输出电压传感器、输出电流传感器、第一与第二电容、场效晶体管、脉宽调变发生器、第一与第二二极管、电感、电阻；第一开关的控制端与微处理器连接；第一开关的输出端分别与输入电压传感器的输入端、第二电容的正极及场效晶体管的漏级相连接；输入电压传感器的输出端与微处理器连接；场效晶体管的栅极分别与电阻的一端、第二二极管的负极、脉宽调变发生器的一端连接；场效晶体管的源极分别与电阻的另一端、第二二极管的正极、脉宽调变发生器的另一端、第一二极管的负极、输出电流传感器的输入端、电感的一端连接；脉宽调变发生器的两端分别与微处理器连接；输出电流传感器的输出端与微处理器连接；电感的另一端分别与第一电容的正极、输出电压传感器的输入端、第二开关输入端连接；输出电压传感器的输出端与微处理器连接；第二电容的负极分别与第一二极管的正极、第一电容的负极连接；微处理器，用于控制第一与第二开关的通断；控制输入电压传感器检测出输入端电压数值；控制脉宽调变发生器输出PWM进行驱动场效晶体管；控制输出电流传感器检测出输出电流数值；控制输出电压传感器检测出输出电压数值。
第一与第二二极管均采用稳压二极管。第二电容为滤波电容，用于滤除输入电压波动，使得输入平稳。场效晶体管为绝缘栅增强型场效应管。第一二极管、电感、第一电容相连接的电路组成输出电压电流调节回路。
如图2所示，为本发明的外部连接工作示意图，即外部简要的主接驳盒和次接驳盒的连接图。中压断路器(Intermediate Voltage Breaker,IVB)位于主接驳盒内的高压直流电源输出和次接驳盒的输入中间，起到一个承接的作用。岸站将10KV输入到主接驳盒的高压直流电源模块，高压主流电源模块将10KV高压转换成400V中压。400V中压通过IVB控制输出到各个次接驳盒。
本发明开启方法如下：当本发明需要给次接驳盒供电时，首先，微控制器打开第二开关，再打开第一开关，此时，微控制器通过输入电压传感器获得输入端电压，判断是否有过压或者欠压的情况出现，确认没有之后，开始控制脉宽调变发生器输出PWM来驱动场效晶体管，同时通过输出电压传感器监控输出电压，使得输出电压按一定速率上升到额定输出电压，达到软启动的目的。
本发明在正常供电的时候的工作方式如下：微控制器通过控制输出电压传感器监控输出电压及控制输出电流传感器监控输出电流，通过调节算法，根据负载，通过控制输出电压电流调节回路采用的比例积分微分算法使其平稳，并限制输出电流在限制最大输出范围内。
本发明断开方法如下：首先断开场效晶体管，此时输出电压电流调节回路开始进行放电，微控制器控制输出电流传感器检测出输出电流数值,直到输出电流为0，断开第一开关，控制输出电压传感器检测出输出电压数值，该输出电压数值小于安全值，断开第二开关。
本发明设置三个点位的不同功能的控制开关，提供完善可靠的开启机制，在负载难以预测的情况下，能够可靠的逐步开启，达到软启动的目的，在监控到故障的时候，能够及时断开，避免损坏设备。本发明设置三个点位的不同功能的控制开关，提供完善可靠的关闭机制，能够监控并使得次接驳盒的残余能量，能够安全合理的泄放掉。保护次接驳盒和高压直流电源不受到损伤。本发明在次接驳盒工作的过程中，提供安全可靠的控制回路和控制算法，能够根据次接驳盒前段负载的动态变化，而调整输出，使得次接驳盒能够平稳工作。通过输入输出监控，能够智能判断当前的工作状态，比如工作正常，输出欠压，输出短路等，根据不同的工作状态，调整电源输出，在极端危险的状态下，可以切断输出，避免更大的损失。本发明能够将多个次接驳盒的供电进行隔离，避免各次接驳盒之间相互影响。每个直流中压隔离输出控制系统的电流输出值都可以独立设置，使得直流高压电源额定输出可以得到合理的分配。在实际运行过程中，可以根据各次接驳盒的电流获取状况，进行动态分配，达到节约功耗，提高电源利用率的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统，其特征在于，包括第一与第二开关、微处理器、输入电压传感器、输出电压传感器、输出电流传感器、第一与第二电容、场效晶体管、脉宽调变发生器、第一与第二二极管、电感、电阻；所述第一开关的控制端与微处理器连接；所述第一开关的输出端分别与输入电压传感器的输入端、第二电容的正极及场效晶体管的漏级相连接；所述输入电压传感器的输出端与微处理器连接；所述场效晶体管的栅极分别与电阻的一端、第二二极管的负极、脉宽调变发生器的一端连接；所述场效晶体管的源极分别与电阻的另一端、第二二极管的正极、脉宽调变发生器的另一端、第一二极管的负极、输出电流传感器的输入端、电感的一端连接；所述脉宽调变发生器的两端分别与微处理器连接；所述输出电流传感器的输出端与微处理器连接；所述电感的另一端分别与第一电容的正极、输出电压传感器的输入端、第二开关输入端连接；所述输出电压传感器的输出端与微处理器连接；所述第二电容的负极分别与第一二极管的正极、第一电容的负极连接；所述微处理器，用于控制第一与第二开关的通断；控制输入电压传感器检测出输入端电压数值；控制脉宽调变发生器输出PWM进行驱动场效晶体管；控制输出电流传感器检测出输出电流数值；控制输出电压传感器检测出输出电压数值；
所述第一与第二二极管均采用稳压二极管；
所述第二电容为滤波电容，用于滤除输入电压波动，使得输入平稳。
2.根据权利要求1所述的用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统，其特征在于，所述场效晶体管为绝缘栅增强型场效应管。
3.根据权利要求1所述的用于海底观测网的直流中压隔离输出控制系统，其特征在于，所述第一二极管、电感、第一电容相连接的电路组成输出电压电流调节回路。
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