CN219351555U - 一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，包括：供电电源、升压电源、水密脐带电缆及降压电源；所述升压电源的输入端与供电电源电连接，升压电源的输出端通过水密脐带电缆与降压电源的输入端电连接，降压电源的输出端与水下无人航行器的用电部件电连接；所述升压电源用于将供电电源提供的AC380V电压转换为DC4000V电压，并通过水密脐带电缆传输给降压电源，降压电源用于将DC4000V电压降压后，供给水下无人航行器的用电部件；本实用新型采用高压直流馈电方案，高频隔离变压器体积、质量和损耗远小于中频变压器；高压直流在传输电缆上只有电阻压降和损耗，无交流压降和无功损耗，脐带电缆上的发热更小，供电系统的效率更高。

Description

一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置

技术领域

本实用新型属于缆控式水下无人航行器技术领域，具体涉及一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置。

背景技术

缆控式水下无人航行器因需实时观察水下环境并遥控操作，在水下航行器尾端需有一根脐带电缆连接到母船上的水上设备，通过水密脐带电缆进行电力及通讯传输。因要求水下无人航行器作业距离远，故脐带电缆长度较长，传输电压过低会导致脐带电缆上发热过大，因此需要通过升高电压的方式来进行水下无人航行器的电力传输。

传统的缆控式水下无人航行器高压供电装置采用的是交流电传输供电方式，频率为400Hz。在母船上的升压电源和水下无人航行器内降压电源处均需设置中频变压器进行隔离和升降压，中频变压器体积大，重量重，损耗高，严重降低了水下无人航行器的负荷能力。另一方面，交流电在中间长距离脐带电缆上产生较大交流压降和无功损耗，供电系统效率低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，采用高压直流馈电方案，工作频率高达数百kHz，高频隔离变压器体积、质量和损耗远小于中频变压器；高压直流在传输电缆上只有电阻压降和损耗，无交流压降和无功损耗，脐带电缆上的发热更小，供电系统的效率更高。

本实用新型是通过下述技术方案实现的：

一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，包括：供电电源、升压电源、水密脐带电缆及降压电源；

所述升压电源的输入端与供电电源电连接，升压电源的输出端通过水密脐带电缆与降压电源的输入端电连接，降压电源的输出端与水下无人航行器的用电部件电连接；所述升压电源用于将供电电源提供的AC380V电压转换为DC4000V电压，并通过水密脐带电缆传输给降压电源，降压电源用于将DC4000V电压降压后，供给水下无人航行器的用电部件；

其中，所述供电电源和升压电源均安装固定在母船上，降压电源固定安装在水下无人航行器内。

进一步的，所述升压电源的输入端还与母船上的通讯部件电连接；水下无人航行器上设有水密插座，水密插座与水下无人航行器内的降压电源及通讯部件电连接；

所述水密脐带电缆包含两根电力线和一根光纤，水密脐带电缆的一端与升压电源连接，另一端通过水密接插件与水下无人航行器的水密插座连接，升压电源通过水密脐带电缆将母船的供电电源的电力及母船的通讯部件的通讯信号传输给水下无人航行器，进而将电力传输给降压电源，将通讯信号传输给水下无人航行器内的通讯部件。

进一步的，所述升压电源包括若干整流模块和若干DC/DC模块A；

所述整流模块用于将供电电源输入的AC380V电压整流为DC670V电压，若干整流模块并联连接，且每个整流模块均采用维也纳整流电路拓扑；

所述DC/DC模块A用于将整流后的DC670V电压升压至DC4000V并稳压，若干DC/DC模块A通过变压器原边并联，副边串联的方式连接；且每个DC/DC模块A的变压器匝比为1：1，且每个DC/DC模块A均选用全桥LLC谐振电路拓扑。

进一步的，所述降压电源包括若干DC/DC模块B、一个动力电压模块和一个仪器电压模块；

所述DC/DC模块B用于将水密脐带电缆传输过来的DC4000V电压降为DC320V；若干DC/DC模块B通过变压器原边串联、副边并联的方式连接；且每个DC/DC模块B的变压器匝比为25：12，且每个DC/DC模块B同样采用全桥LLC谐振电路拓扑；

所述动力电压模块和仪器电压模块均用于对DC320V进行稳压后，对应输出给水下无人航行器的动力用电和仪器用电。

进一步的，所述动力电压模块内包含一个以上Buck模块，Buck模块用于对DC320V电压稳压，当Buck模块个数为两个以上时，两个以上Buck模块并联连接。

有益效果：

(1)本实用新型采用高压直流馈电方案，即采用4000V直流电压进行长距离传输，工作频率高达数百kHz，高频隔离变压器体积、质量和损耗远小于中频变压器；高压直流在传输的水密脐带电缆上只有电阻压降和损耗，无交流压降和无功损耗，水密脐带电缆上的发热更小，供电系统的效率更高；减小了缆控式水下无人航行器的供电系统的体积，降低了水密脐带电缆的尺寸及重量，减小了水密脐带电缆上的发热损耗，增强了缆控式水下无人航行器的移动性，提高了供电系统的效率，使用稳定可靠；本实用新型已在某型缆控式水下无人航行器研发过程中成功应用，并通过多年验证。

(2)本实用新型的水密脐带电缆包含两根电力线和一根光纤，可同时实现母船与水下无人航行器之间的电力传输和通信传输。

(3)本实用新型的升压电源的整流模块采用维也纳整流电路拓扑，维也纳整流电路是一种三电平升压型中性点箝位整流电路，其具有功率因数高、开关器件少、开关应力低等特点；且升压电源的DC/DC模块A和降压电源的DC/DC模块B均选用全桥LLC谐振电路拓扑，其具有高频谐振电路的软开关特点，在电力电子器件的开关损耗、开关应力以及EMI特性方面具有突出的优势。

(4)本实用新型的动力电压模块内的Buck模块个数为两个以上时，可根据航行器动力电源需求，通过多个Buck模块并联的方法可满足航行器动力功率需要。

附图说明

附图1为本实用新型的结构组成示意图；

附图2为本实用新型的升压电源电气原理图；

附图3为本实用新型的降压电源电气原理图；

其中，1-升压电源，2-水密脐带电缆，3-降压电源。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实施例提供了一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，参见附图1，包括：供电电源、升压电源1、水密脐带电缆2及降压电源3；

所述升压电源1的输入端与供电电源电连接，升压电源1的输出端通过水密脐带电缆2与降压电源3的输入端电连接，降压电源3的输出端与水下无人航行器的用电部件电连接；所述供电电源用于提供AC380V电压；升压电源1用于将AC380V电压转换为DC4000V电压，并通过水密脐带电缆2传输给降压电源3，降压电源3用于将DC4000V电压降压，即将DC4000V电压转换为水下无人航行器需要的动力用电电压及仪器用电电压后，供给水下无人航行器的用电部件使用；因海底复杂的使用环境，使得水密脐带电缆2长度会有所变化，在升压电源1稳压输出DC4000V的情况下，降压电源3可自适应因水密脐带电缆2长度不同导致的输入电压变化，使装置使用更加稳定可靠；

其中，所述供电电源和升压电源1均安装固定在母船上，升压电源1的输入端还与母船上的通讯部件电连接，降压电源3固定安装在水下无人航行器内，且水下无人航行器上设有水密插座，水密插座与水下无人航行器内的降压电源3及通讯部件电连接；所述水密脐带电缆2包含两根电力线和一根光纤，水密脐带电缆2的一端与升压电源1连接，另一端通过专用水密接插件与水下无人航行器的水密插座连接，升压电源1通过水密脐带电缆2将母船的电力(即供电电源)及通讯信号(即母船的通讯部件)传输给水下无人航行器，进而将电力传输给降压电源3，将通讯信号传输给水下无人航行器内的通讯部件；

如附图2所示，所述升压电源1包括若干整流模块和若干DC/DC模块A；升压电源1的升压采用两级式结构，第一级由整流模块组成，根据需要，可由若干整流模块并联的方式实现水下无人航行器功率需求，第二级由若干DC/DC模块A组成，若干DC/DC模块A通过输入并联，输出串联的方式实现升压，具体为：

所述整流模块用于将供电电源输入的AC380V电压整流为DC670V电压，且根据水下无人航行器需要，若干整流模块通过并联连接的方式来实现无人航行器的功率使用要求；本实施例采用三个整流模块，每个整流模块均采用维也纳整流电路拓扑，维也纳整流电路是一种三电平升压型中性点箝位整流电路，其具有功率因数高、开关器件少、开关应力低等特点；

所述DC/DC模块A用于将整流后的DC670V电压升压至DC4000V并稳压，本实施例采用六个DC/DC模块A，六个DC/DC模块A通过变压器原边并联，副边串联的方式连接；且每个DC/DC模块A的变压器匝比为1：1，且每个DC/DC模块A均选用全桥LLC谐振电路拓扑，其具有高频谐振电路的软开关特点，在电力电子器件的开关损耗、开关应力以及EMI特性方面具有突出的优势；

如附图3所示，所述降压电源3包括若干DC/DC模块B、一个动力电压模块和一个仪器电压模块；降压电源3的降压分两路输出，两路输出降压均采用两级式结构，第一级降压由若干DC/DC模块B组成，若干DC/DC模块B通过输入串联，输出并联的方式实现降压，降压后作为动力电压模块和仪器电压模块输入，动力电压模块降压输出水下无人航行器需要的动力电压，仪器电压模块降压输出水下无人航行器需要的仪器电压，具体为：

所述DC/DC模块B用于将水密脐带电缆2传输过来的DC4000V电压降为DC320V；本实施例采用六个DC/DC模块B，六个DC/DC模块B通过变压器原边串联、副边并联的方式连接；且每个DC/DC模块B的变压器匝比为25：12，且每个DC/DC模块B同样采用全桥LLC谐振电路拓扑；

所述动力电压模块和仪器电压模块均用于对DC320V进行稳压输出；

DC320V作为动力电压模块的输入,所述动力电压模块内包含Buck模块，Buck模块将DC320V电压稳压后，输出给水下无人航行器的动力用电，动力电压模块同样可根据航行器动力电源需求，通过多个Buck模块并联的方法可满足航行器动力功率需要；

DC320V同样作为仪器电压模块的输入，仪器电压模块将DC320V电压稳压后，输出给水下无人航行器的仪器用电。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，其特征在于，包括：供电电源、升压电源、水密脐带电缆及降压电源；

所述升压电源的输入端与供电电源电连接，升压电源的输出端通过水密脐带电缆与降压电源的输入端电连接，降压电源的输出端与水下无人航行器的用电部件电连接；所述升压电源用于将供电电源提供的AC380V电压转换为DC4000V电压，并通过水密脐带电缆传输给降压电源，降压电源用于将DC4000V电压降压后，供给水下无人航行器的用电部件；

其中，所述供电电源和升压电源均安装固定在母船上，降压电源固定安装在水下无人航行器内。

2.如权利要求1所述的一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，其特征在于，所述升压电源的输入端还与母船上的通讯部件电连接；水下无人航行器上设有水密插座，水密插座与水下无人航行器内的降压电源及通讯部件电连接；

所述水密脐带电缆包含两根电力线和一根光纤，水密脐带电缆的一端与升压电源连接，另一端通过水密接插件与水下无人航行器的水密插座连接，升压电源通过水密脐带电缆将母船的供电电源的电力及母船的通讯部件的通讯信号传输给水下无人航行器，进而将电力传输给降压电源，将通讯信号传输给水下无人航行器内的通讯部件。

3.如权利要求1或2所述的一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，其特征在于，所述升压电源包括若干整流模块和若干DC/DC模块A；

所述整流模块用于将供电电源输入的AC380V电压整流为DC670V电压，若干整流模块并联连接，且每个整流模块均采用维也纳整流电路拓扑；

所述DC/DC模块A用于将整流后的DC670V电压升压至DC4000V并稳压，若干DC/DC模块A通过变压器原边并联，副边串联的方式连接；且每个DC/DC模块A的变压器匝比为1：1，且每个DC/DC模块A均选用全桥LLC谐振电路拓扑。

4.如权利要求1或2所述的一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，其特征在于，所述降压电源包括若干DC/DC模块B、一个动力电压模块和一个仪器电压模块；

所述DC/DC模块B用于将水密脐带电缆传输过来的DC4000V电压降为DC320V；若干DC/DC模块B通过变压器原边串联、副边并联的方式连接；且每个DC/DC模块B的变压器匝比为25：12，且每个DC/DC模块B同样采用全桥LLC谐振电路拓扑；

所述动力电压模块和仪器电压模块均用于对DC320V进行稳压后，对应输出给水下无人航行器的动力用电和仪器用电。

5.如权利要求4所述的一种适用于缆控式水下无人航行器的高压直流供电装置，其特征在于，所述动力电压模块内包含一个以上Buck模块，Buck模块用于对DC320V电压稳压，当Buck模块个数为两个以上时，两个以上Buck模块并联连接。

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