CN111478584A - 一种新型的水下电源系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型的水下电源系统，包括设于岸上的恒流源DY1、设于水下且用于供外部水下用电设备取电的若干恒流转恒压电源P1‑Pn，所述若干恒流转恒压电源P1‑Pn首尾依序串联，所述恒流源DY1的输出端子连接至恒流转恒压电源P1的电流输入端，所述恒流转恒压电源Pn的电流输出端回连至恒流源DY1的COM端从而形成串联供电回路。本发明通过采用岸上恒流源供电+水下恒流转恒压的方式，避免水下用电设备的输入电压受绝缘导线距离影响，确保其波动稳定。
Description
技术领域
本发明涉及电子领域，尤其涉及一种新型的水下电源系统。
背景技术
电源分为恒流源和恒压源，恒流源是在负载变化的情况下，能相应调整自己的输出电压，使得输出电流保持不变，而恒压源就是我们常说的稳压电源，能在负载(输出电流)变动的情况下，保持输出电压不变。
目前常见的开关电源，基本全部都是恒压源，如蓄电池、干电池是直流恒压电源，电路板、电子电路、芯片等都是恒压源负载。
水下用电设备也是恒压源负载，需要有稳定地工作电压才能正常工作。
传统水下电源方案如图1所示，岸上恒压源DY1输出稳定电压，经线路送到水下各个用电设备P1-Pn。水下各用电设备P1-Pn以并联的方式连接在两根电源线上，直接以岸上恒压源DY1的输出电压作为自身的工作电源。若水下用电设备P1-Pn工作电源电压为DC24V，则岸上恒压源DY1就需要是一个能输出DC24V的恒压源电源。
传统水下电源方案简单方便、实现成本低，但由于恒压源DY1设于岸上供电，与水下用电设备P1-Pn有相当长的距离，距离越远，线路电阻越大。在水下用电设备P1-Pn工作时，线上会有一定的电流I。根据欧姆定律，线路压降U等于线路电流I乘以线路电阻R，记为：U＝I×R，所以，水下用电设备P1-Pn得到的电压实际上要比岸上恒压源DY1的输出电压要小，且距离越远，水下用电设备P1-Pn得到的电压越小，甚至不能正常工作。此处作一举例说明，假如水下用电设备P1-Pn与岸上恒压源DY1的距离为1000米，用1平方毫米的铜线连接，则它本身的电阻为17.5Ω，又假如线上电流为1A，岸上恒压源输出DC24V，则线上压降U＝1A×17.5Ω＝17.5V，水下用电设备实际得到的输入电压U＝24-17.5＝6.5V，无法正常工作(正常工作电压一般是DC24V±20％)。当水下用电设备P1-Pn较多，且都工作时，线路电流I会增大，进而造成线路压降U增大，最后使水下用电设备P1-Pn的输入电压更小，更加不能正常工作。
另外，水下用电设备出现短路或开路等故障时，线路电流I增大或减小，都会引起其它水下用电设备的输入电压剧烈变化，也会导致其它水下用电设备不能正常工作。
作为水下用电设备，由于维护比岸上设备麻烦，需要更加稳定可靠的工作，输入电压的稳定就成为关键，所以，水下电源系统不能采用恒压传输的方式。
发明内容
本发明为改善或部分改善现有技术的不足之处，而提供一种新型的水下电源系统，旨在确保水下用电设备的输入电压稳定。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
提供一种新型的水下电源系统，包括设于岸上的恒流源DY1、设于水下且用于供外部水下用电设备取电的若干恒流转恒压电源P1-Pn，所述若干恒流转恒压电源P1-Pn首尾依序串联，所述恒流源DY1的输出端子连接至恒流转恒压电源P1的电流输入端，所述恒流转恒压电源Pn的电流输出端回连至恒流源DY1的COM端从而形成串联供电回路。
进一步地，所述恒流转恒压电源设有恒流转恒压电路及开关电源GP1，所述恒流转恒压电路的Iin+端及Iin-端串联入所述串联供电回路中，恒流转恒压电路的输出端经开关电源GP1为所述水下用电设备供电。
进一步地，所述开关电源GP1为隔离型DC/DC模块电源。
进一步地，所述恒流转恒压电路包含Iin+端、电容C1、控制电路板K1、开关管Q1、Iin-端，Iin+端连接至开关电源GP1的Vin+端，开关电源GP1的Vin-端与Iin-端相接，电容C1并联于开关电源GP1的Vin+端及Vin-端之间，控制电路板K1采集电容C1两端的电压差并经其PWM引脚连接至开关管Q1的基极，开关管Q1的集电极与恒流转恒压电路的Iin+端相接，其发射极与恒流转恒压电路的Iin-端相接。
进一步地，所述控制电路板K1从电容C1上取电从而驱动自身运行。
进一步地，所述恒流转恒压电路还包含二极管D1，所述Iin+端经二极管D1连接至开关电源GP1的Vin+端，且二极管D1的导通方向指向开关电源GP1的Vin+端。
进一步地，所述控制电路板K1为带ADC通道的控制器，所述控制器的两个ADC通道分别连接电容C1两端，所述控制器的PWM引脚连接至开关管Q1的基极；或
所述控制电路板K1包含差分放大电路和控制器，所述差分放大电路的两个输入端分别连接电容C1两端，差分放大电路的输出端连接至控制器，所述控制器的PWM引脚连接至开关管Q1的基极。
进一步地，还包括计算机存储介质，其存储有计算机程序，该程序被控制电路板K1执行时实现以下方法：
若检测到电容C1两端的电压差小于设定电压v2则控制开关管Q1截止；且
若检测到电容C1两端的电压差大于设定电压v3则控制开关管Q1导通，其中设定电压v2小于设定电压v3。
有益效果：
本发明实施例通过采用岸上恒流源供电+水下恒流转恒压的方式，避免水下用电设备的输入电压受绝缘导线距离影响，确保其波动稳定。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了传统水下电源系统的拓扑图；
图2示出了本发明实施例中的水下电源系统的拓扑图；
图3示出了本发明实施例中的恒流转恒压电源的拓扑图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
参见图2，本实施例的水下电源系统由岸上恒流源DY1、若干水下恒流转恒压电源P1-Pn及绝缘导线组成。
水下用电设备与水下恒流转恒压电源一一配对设置，且两者就近摆设，水下用电设备从水下恒流转恒压电源上取电工作。
岸上恒流源DY1采用常规恒流源，其在负载变化的情况下，能相应调整自己的输出电压，使得输出电流保持不变。
设置水下电源系统时，如图2所示，控制岸上恒流源DY1经其输出端子输出1A的恒定电流，通过绝缘导线连接到水下恒流转恒压电源P1的电流输入端，再从P1的电流输出端输出接到P2的电流输入端，再从P2的电流输出端输出接到P3的电流输入端，以此类推，首尾相接，最后从Pn的电流输出端输出，回到岸上恒流源DY1的COM端从而形成串联供电回路。
由于采用岸上恒流源供电+水下恒流转恒压的方式，水下用电设备的输入电压不再受绝缘导线距离影响，确保其波动稳定。
见图3，本实施例为适配水下电源系统，对水下恒流转恒压电源做出专门设计，具体地，水下恒流转恒压电源由恒流转恒压电路、开关电源GP1组成。
恒流转恒压电路包含Iin+端、二极管D1、电容C1、控制电路板K1、开关管Q1、Iin-端等部件，其连接结构具体为：
恒流转恒压电路的Iin+端经二极管D1连接至开关电源GP1的Vin+端，且二极管D1的导通方向指向开关电源GP1的Vin+端，开关电源GP1的Vin-端与恒流转恒压电路的Iin-端相接，电容C1并联于开关电源GP1的Vin+端及Vin-端之间。控制电路板K1采用常规差分放大电路+控制器的结构，通过差分放大电路的两个输入端作为电源输入引脚，采集电容C1两端的电压差给控制器进行分析处理，由控制器经其PWM引脚输出PWM给开关管Q1的基极从而实现控制。控制电路板K1也可采用为带ADC通道的控制器，采用该种方案时，用两个ADC通道作为电源输入引脚来分别连接电容C1两端从而采电，再由控制器输出PWM给开关管Q1的基极。开关管Q1的集电极与恒流转恒压电路的Iin+端相接，其发射极与恒流转恒压电路的Iin-端相接。控制电路板K1从电容C1上取电从而驱动自身运行。
使用时，随着1A的电流通过二极管D1向电容C1充电，C1上电压逐步升高，当C1上电压达到一定值v1时，控制电路板K1开始工作，并开始自动采集K1上Vin+与Vin之间的电压差。Vin+与Vin-不但是K1的电源输入引脚，更是C1两端电压采样引脚。
接着电容C1继续充电，C1上电压继续升高，升高到更高的电压v2后，开关电源GP1开始工作，输出稳定的直流电压，开始给用电设备K2供电。
此后，随着1A的电流继续向电容C1充电，尽管开关电源GP1工作后会从电容C1上吸收部分能量，但C1上电压会继续上升，只是上升速度放缓而已。当电容C1上的电压上升到v3值时，控制电路板K1控制PWM引脚输出高电平，使开关管Q1导通，此时1A电流不再经过二极管D1，而是经过开关管Q1，从Iout引脚流出，输出到下一个恒流转恒压电路。此时，电容C1不但没有电流充电，相反，开关电源GP1还在大量吸收能量，因而电容C1上电压开始缓慢下降，降到电压v2值时，控制电路板K1控制PWM引脚为低电平，Q1截止，则1A电流又通过二极管D1向电容C1充电，当C1上电压又上升到v3时，Q1导通，当C1上电压降到v2时，Q1又截止。如此循环，控制电路板K1将电容C1两端电压(即开关电源GP1输入电压)控制在稳定的范围内。
上述中，二极管D1起正向导通和反向截止的作用，当在给电容C1充电时是正向导通，当Q1导通时是反向截止，防止电容C1上电荷从Q1流出。
开关电源GP1采用普通隔离型DC/DC模块电源，可整体购买，在该系统中起到稳定输出电压和隔离的作用，其对输入电源的电压范围要求较宽，只要输入电压在要求的范围内波动，开关电源GP1依然能输出稳定的直流电压，保证用电设备K2获得稳定的工作电压。
当用电设备K2短路时，由于开关电源GP1的自动保护功能，开关电源GP1停止输出，此时，电容C1上电压会瞬速上升到v3电压值，控制电路板控制Q1导通，系统安全。又或者，当用电设备K2因其它故障开路时，相当于没有了负载，电容C1上电压也会瞬速上升，最后Q1导通。又或者，当开关电源GP1因其它故障开路时，分析与上相同，最后Q1导通，系统安全。又或者，当开关电源GP1短路时，外部1A电流通过短路点形成回路，从Iin端子进，从Iout出。
在上述情况发生时，由于水下恒流转恒压电源采用串联的方式，首尾相连，所以，当某个水下恒流转恒压电源或其对应设备出现短路或其它故障时，并不影响其它水下电源及设备的正常工作，并且自身损耗要降到最低。
本实施例的水下电源系统，具有如下优势：
1、采用岸上恒流源供电+水下恒流转恒压电源方式，不但水下用电设备电源电压稳定，而且不受距离影响；
2、水下恒流转恒压电源采用恒流转恒压电路+普通开关电源方式，普通开关电源模块整体购买，电路实现简单；
3、恒流转恒压电路的设计，以电压为闭环，直接导通或关闭开关管调整电流方向，稳定了输出电压，损耗方面仅增加了二极管或开关管的开关和导通损耗，由于恒流供电电流一般不大(1A)，因而损耗较小；
4、即使某个水下恒流转恒压电源或其对应设备出现短路或开路等故障，恒流转恒压电路也能将岸上恒流通过开关管送到下一个水下用电设备电源，不影响其它水下电源及设备的工作，且故障电源及设备此时损耗只有开关管的压降损耗。
需要说明的是，本实施例所用的方法，可转化为可存储于计算机存储介质中的程序步骤及装置，通过被控制器调用执行的方式进行实施。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种新型的水下电源系统，其特征在于：
包括设于岸上的恒流源DY1、设于水下且用于供外部水下用电设备取电的若干恒流转恒压电源P1-Pn，所述若干恒流转恒压电源P1-Pn首尾依序串联，所述恒流源DY1的输出端子连接至恒流转恒压电源P1的电流输入端，所述恒流转恒压电源Pn的电流输出端回连至恒流源DY1的COM端从而形成串联供电回路。
2.根据权利要求1所述的水下电源系统，其特征在于：所述恒流转恒压电源设有恒流转恒压电路及开关电源GP1，所述恒流转恒压电路的Iin+端及Iin-端串联入所述串联供电回路中，恒流转恒压电路的输出端经开关电源GP1为所述水下用电设备供电。
3.根据权利要求2所述的水下电源系统，其特征在于：所述开关电源GP1为隔离型DC/DC模块电源。
4.根据权利要求2所述的水下电源系统，其特征在于：所述恒流转恒压电路包含Iin+端、电容C1、控制电路板K1、开关管Q1、Iin-端，Iin+端连接至开关电源GP1的Vin+端，开关电源GP1的Vin-端与Iin-端相接，电容C1并联于开关电源GP1的Vin+端及Vin-端之间，控制电路板K1采集电容C1两端的电压差并经其PWM引脚连接至开关管Q1的基极，开关管Q1的集电极与恒流转恒压电路的Iin+端相接，其发射极与恒流转恒压电路的Iin-端相接。
5.根据权利要求4所述的水下电源系统，其特征在于：所述控制电路板K1从电容C1上取电从而驱动自身运行。
6.根据权利要求4所述的水下电源系统，其特征在于：所述恒流转恒压电路还包含二极管D1，所述Iin+端经二极管D1连接至开关电源GP1的Vin+端，且二极管D1的导通方向指向开关电源GP1的Vin+端。
7.根据权利要求4所述的水下电源系统，其特征在于：
所述控制电路板K1为带ADC通道的控制器，所述控制器的两个ADC通道分别连接电容C1两端，所述控制器的PWM引脚连接至开关管Q1的基极；或
所述控制电路板K1包含差分放大电路和控制器，所述差分放大电路的两个输入端分别连接电容C1两端，差分放大电路的输出端连接至控制器，所述控制器的PWM引脚连接至开关管Q1的基极。
8.根据权利要求4-7任一项所述的水下电源系统，其特征在于，还包括计算机存储介质，其存储有计算机程序，该程序被控制电路板K1执行时实现以下方法：
若检测到电容C1两端的电压差小于设定电压v2则控制开关管Q1截止；且
若检测到电容C1两端的电压差大于设定电压v3则控制开关管Q1导通，其中设定电压v2小于设定电压v3。
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|---|---|---|---|---|
| CN113765375A (zh) * | 2021-09-09 | 2021-12-07 | 广东福德电子有限公司 | 一种基于恒压源及直流升压的水下电源系统 |
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2020
- 2020-03-31 CN CN202010244211.5A patent/CN111478584A/zh active Pending
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| CN113765375B (zh) * | 2021-09-09 | 2023-09-22 | 广东福德电子有限公司 | 一种基于恒压源及直流升压的水下电源系统 |
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