CN206023581U - 一种2kv供电的高中压dc‑dc变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种2KV供电的高中压DC‑DC变换器，包括相互连接的组合模块A和组合模块B，组合模块A和组合模块B每个均包括多个单模块；每个单模块包括输入端，电阻R，电感L1，电容C1，开关S1，开关S2，二极管D1，二极管D2，变压器T，开关S3，开关S4，电感L2，电容C2和输出端。本实用新型采用极高的开关频率大大降低了变压器的尺寸，从而降低了变换器的整体尺寸；采用高频变压器，提高了转换效率，降低了损耗；采用双管正激式拓扑结构，降低了单个功率器件所承受的电压，提高了器件可靠性和使用寿命。

Description

一种2KV供电的高中压DC-DC变换器

技术领域

本实用新型属于一种应用在远距离低功率的海底观测网中的，直流高压3kV转直流中压400V的开关电源变换器，主要用于将直流高压通过高频开关电源技术转换为直流中压，以备水下设备使用。

背景技术

海洋科学研究的发展依赖于海洋探测技术的进步。海底观测网络即采用光电复合缆将岸基供电单元的输出电能传输至水下接驳盒，由于距离远、功率大，且从经济方面考虑，一般采用直流高压传输，以降低传输损耗，提高能源利用率。针对传输距离远而功率需求不高的系统而言，传输电压采用3kV即可，从而降低对光电复合缆的耐压要求、控制成本、提高系统可靠性。水下观测设备无法直接使用岸基供电单元传输来的直流高压，因此需要将直流高压在水下接驳盒中进行电能变换，将其转换为直流中压或低压。该高中压变换器需密封在水下接驳盒中的密封腔内，因此，体积受限，散热条件差，需要高中压变换器具有体积小、效率高、功率密度大、稳定性高等特点。

现有的应用在海底观测网络中的高中压直流转直流电能变换器，一般为10kV级别的电能变换器，其输入电压范围一般为6kV~12kV，无法应用在3kV的海底观测网络中进行电能变换。而传统的电能变换器一般采用低频线性电源的方式，首先，将直流高压进行滤波处理，后进入逆变电路，将其变换为交流电压，然后进入大型变压器，进行降压处理，降压之后再进行整流滤波处理，得到直流中压。该种方式采用的是低频功率器件驱动电路和低频变压器，其体积大，功耗高，效率低，功率密度低，不适用于海底观测网系统中。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种2KV供电的高中压DC-DC变换器，通过采用极高的开关频率大大降低了变压器的尺寸，从而降低了变换器的整体尺寸；采用高频变压器，提高了转换效率，降低了损耗；采用双管正激式拓扑结构，降低了单个功率器件所承受的电压，提高了器件可靠性和使用寿命。

技术方案：本实用新型所述的一种2KV供电的高中压DC-DC变换器，包括相互连接的组合模块A和组合模块B，所述组合模块A和组合模块B每个均包括多个单模块；每个单模块包括输入端，电阻R，电感L1，电容C1，开关S1，开关S2，二极管D1，二极管D2，变压器T，开关S3，开关S4，电感L2，电容C2和输出端，输入端的正端分别连接至电阻R和电感L1的正端，输入端的负端连接至电阻R的负端；电感L1的负端分别连接至电容C1的正端、开关S1的正端和二极管D2的负端；电容C1的负端连接至输入端的负端；开关S1的负端分别连接至二极管D1的负端和变压器T的输入正端；变压器T的输入负端分别连接至二极管D2的正端和开关S2的正端；开关S2的负端分别连接至二极管D1的正端和输入端的负端；变压器T的输出正端连接至开关S3的负端；开关S3的负端分别连接至开关S4的正端和电感L2的正端；电感L2的负端分别连接至电容C2的正端和输出端的正端；输出端的负端分别连接至变压器T的输出负端、开关S4的负端和电感L2的负端。

进一步的，所述组合模块A和组合模块B每个均包括八个单模块。

进一步的，所述组合模块A和组合模块B的输入端串联连接，所述组合模块A和组合模块B的输出端先串联后进行并联连接。

进一步的，各个单模块的输入端和输出端均串联连接。

进一步的，该变换器是将直流高压3kV转为直流中压400V。

有益效果：本实用新型的有益效果如下：

1）结构简单，体积小，稳定性高；

2）变换器损耗低，转换效率高；

3）多模块堆叠的方式，降低了单个模块所承受电压，提高了可靠性和使用寿命；

4）单个功率器件所承受的电压低，提高了可靠性和使用寿命；

5）多模块串并联的组合方式，使得单一模块的损坏不会导致整个变换器的崩溃，提高了系统的冗余性和稳定性；

6）开关电源的高变换比，使得本实用新型的技术方案，支持较宽的输入电压范围。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的单个组合模块结构示意图；

图3为本实用新型的单个单模块电路原理结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种2KV供电的高中压DC-DC变换器，包括相互连接的组合模块A和组合模块B，组合模块A和组合模块B的输入端串联连接，所述组合模块A和组合模块B的输出端先串联后进行并联连接，具体的：

将总输入端的正端连接至组合模块A的输入正端，负端连接至组合模块B的输入负端；组合模块A的输入负端连接至组合模块B的输入正端；组合模块A的输出正端连接至总输出端的正端，输出负端连接至总输出端的负端；组合模块B的输出正端连接至总输出端的正端，输出负端连接至总输出端的负端。

如图2所示，组合模块A和组合模块B每个均包括多个单模块，各个单模块的输入端和输出端均串联连接。具体的：

输入端的正端连接至单模块A的输入正端，负端连接至单模块H的输入负端；单模块A的输入负端连接至单模块B的输入正端；单模块B的输入负端连接至单模块C的输入正端；单模块C的输入负端连接至单模块D的输入正端；单模块D的输入负端连接至单模块E的输入正端；单模块E的输入负端连接至单模块F的输入正端；单模块F的输入负端连接至单模块G的输入正端；单模块G的输入负端连接至单模块H的输入正端；单模块A的输出正端连接至输出端的正端，输出负端连接至单模块B的输出正端；单模块B的输出负端连接至单模块C的输出正端；单模块C的输出负端连接至单模块D的输出正端；单模块D的输出负端连接至单模块E的输出正端；单模块E的输出负端连接至单模块F的输出正端；单模块F的输出负端连接至单模块G的输出正端；单模块G的输出负端连接至单模块H的输出正端；单模块H的输出负端连接至输出端的负端。

如图3所示，每个单模块包括输入端1，电阻R 2，电感L1 3，电容C1 4，开关S1 5，开关S2 6，二极管D1 7，二极管D2 8，变压器T 9，开关S3 10，开关S4 11，电感L2 12，电容C213和输出端14，输入端1的正端分别连接至电阻R 2和电感L1 3的正端，输入端1的负端连接至电阻R 2的负端；电感L1 3的负端分别连接至电容C1 4的正端、开关S1 5的正端和二极管D2 8的负端；电容C1 4的负端连接至输入端1的负端；开关S1 5的负端分别连接至二极管D17的负端和变压器T 9的输入正端；变压器T 9的输入负端分别连接至二极管D2 8的正端和开关S2 6的正端；开关S2 6的负端分别连接至二极管D1 7的正端和输入端1的负端；变压器T 9的输出正端连接至开关S3 10的负端；开关S3 10的负端分别连接至开关S4 11的正端和电感L2 12的正端；电感L2 12的负端分别连接至电容C2 13的正端和输出端14的正端；输出端14的负端分别连接至变压器T 9的输出负端、开关S4 11的负端和电感L2 12的负端。

本实用新型采用高频开关电源技术，以堆叠模块组合的方式，进行高中压变换，采用16个完全一致的单模块进行串并联组合，对输入高压进行分压处理，每个模块承受电压约为187.5V，承担187.5V转50V的工作。16个单模块采用输入串联，输出先串联后并联的组合方式，每8个单模块采用输入串联输出串联的方式组成一个组合模块，承担1500V转400V的工作；2个组合模块采用输入串联输出并联的方式组成高中压电能变换器，承担3kV转400V的工作。每个单模块采用双管正激式拓扑结构进行前级电压处理，后级采用同步整流方式进行整流滤波，开关频率可达50kHz。

极高的开关频率大大降低了变压器的尺寸，从而降低了变换器的整体尺寸；采用高频变压器，提高了转换效率，降低了损耗；采用双管正激式拓扑结构，降低了单个功率器件所承受的电压，提高了器件可靠性和使用寿命；采用同步整流拓扑结构进行整流滤波，降低了损耗；采用多个模块堆叠的方式，降低了单个模块所承受电压，提高了可靠性和使用寿命；多模块串并联的组合方式，使得单一模块的损坏不会导致整个变换器的崩溃，提高了系统的冗余性和稳定性；采用高频开关电源技术，降低了变换器的损耗，提高了功率密度；开关电源的高变换比，使得本实用新型的技术方案，支持较宽的输入电压范围，支持的输入电压范围为2kV~4kV，输出电压不变，每个模块的输入电压为总输入电压除以16。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种2KV供电的高中压DC-DC变换器，其特征在于：包括相互连接的组合模块A和组合模块B，所述组合模块A和组合模块B每个均包括多个单模块；每个单模块包括输入端（1），电阻R（2），电感L1（3），电容C1（4），开关S1（5），开关S2（6），二极管D1（7），二极管D2（8），变压器T（9），开关S3（10），开关S4（11），电感L2（12），电容C2（13）和输出端（14），输入端（1）的正端分别连接至电阻R（2）和电感L1（3）的正端，输入端（1）的负端连接至电阻R（2）的负端；电感L1（3）的负端分别连接至电容C1（4）的正端、开关S1（5）的正端和二极管D2（8）的负端；电容C1（4）的负端连接至输入端（1）的负端；开关S1（5）的负端分别连接至二极管D1（7）的负端和变压器T（9）的输入正端；变压器T（9）的输入负端分别连接至二极管D2（8）的正端和开关S2（6）的正端；开关S2（6）的负端分别连接至二极管D1（7）的正端和输入端（1）的负端；变压器T（9）的输出正端连接至开关S3（10）的负端；开关S3（10）的负端分别连接至开关S4（11）的正端和电感L2（12）的正端；电感L2（12）的负端分别连接至电容C2（13）的正端和输出端（14）的正端；输出端（14）的负端分别连接至变压器T（9）的输出负端、开关S4（11）的负端和电感L2（12）的负端。

2.根据权利要求1所述的一种2KV供电的高中压DC-DC变换器，其特征在于：所述组合模块A和组合模块B每个均包括八个单模块。

3.根据权利要求1所述的一种2KV供电的高中压DC-DC变换器，其特征在于：所述组合模块A和组合模块B的输入端串联连接，所述组合模块A和组合模块B的输出端先串联后进行并联连接。

4.根据权利要求1所述的一种2KV供电的高中压DC-DC变换器，其特征在于：各个单模块的输入端和输出端均串联连接。

5.根据权利要求1所述的一种2KV供电的高中压DC-DC变换器，其特征在于：该变换器是将直流高压3kV转为直流中压400V。