本發(fā)明屬于一種應(yīng)用在遠(yuǎn)距離低功率的海底觀測網(wǎng)中的，直流高壓3kV轉(zhuǎn)直流中壓400V的開關(guān)電源變換器，主要用于將直流高壓通過高頻開關(guān)電源技術(shù)轉(zhuǎn)換為直流中壓，以備水下設(shè)備使用。

背景技術(shù)：

海洋科學(xué)研究的發(fā)展依賴于海洋探測技術(shù)的進(jìn)步。海底觀測網(wǎng)絡(luò)即采用光電復(fù)合纜將岸基供電單元的輸出電能傳輸至水下接駁盒，由于距離遠(yuǎn)、功率大，且從經(jīng)濟(jì)方面考慮，一般采用直流高壓傳輸，以降低傳輸損耗，提高能源利用率。針對(duì)傳輸距離遠(yuǎn)而功率需求不高的系統(tǒng)而言，傳輸電壓采用3kV即可，從而降低對(duì)光電復(fù)合纜的耐壓要求、控制成本、提高系統(tǒng)可靠性。水下觀測設(shè)備無法直接使用岸基供電單元傳輸來的直流高壓，因此需要將直流高壓在水下接駁盒中進(jìn)行電能變換，將其轉(zhuǎn)換為直流中壓或低壓。該高中壓變換器需密封在水下接駁盒中的密封腔內(nèi)，因此，體積受限，散熱條件差，需要高中壓變換器具有體積小、效率高、功率密度大、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。

現(xiàn)有的應(yīng)用在海底觀測網(wǎng)絡(luò)中的高中壓直流轉(zhuǎn)直流電能變換器，一般為10kV級(jí)別的電能變換器，其輸入電壓范圍一般為6kV~12kV，無法應(yīng)用在3kV的海底觀測網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行電能變換。而傳統(tǒng)的電能變換器一般采用低頻線性電源的方式，首先，將直流高壓進(jìn)行濾波處理，后進(jìn)入逆變電路，將其變換為交流電壓，然后進(jìn)入大型變壓器，進(jìn)行降壓處理，降壓之后再進(jìn)行整流濾波處理，得到直流中壓。該種方式采用的是低頻功率器件驅(qū)動(dòng)電路和低頻變壓器，其體積大，功耗高，效率低，功率密度低，不適用于海底觀測網(wǎng)系統(tǒng)中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種2KV供電的高中壓DC-DC變換器，通過采用極高的開關(guān)頻率大大降低了變壓器的尺寸，從而降低了變換器的整體尺寸；采用高頻變壓器，提高了轉(zhuǎn)換效率，降低了損耗；采用雙管正激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低了單個(gè)功率器件所承受的電壓，提高了器件可靠性和使用壽命。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種2KV供電的高中壓DC-DC變換器，包括相互連接的組合模塊A和組合模塊B，所述組合模塊A和組合模塊B每個(gè)均包括多個(gè)單模塊；每個(gè)單模塊包括輸入端，電阻R，電感L1，電容C1，開關(guān)S1，開關(guān)S2，二極管D1，二極管D2，變壓器T，開關(guān)S3，開關(guān)S4，電感L2，電容C2和輸出端，輸入端的正端分別連接至電阻R和電感L1的正端，輸入端的負(fù)端連接至電阻R的負(fù)端；電感L1的負(fù)端分別連接至電容C1的正端、開關(guān)S1的正端和二極管D2的負(fù)端；電容C1的負(fù)端連接至輸入端的負(fù)端；開關(guān)S1的負(fù)端分別連接至二極管D1的負(fù)端和變壓器T的輸入正端；變壓器T的輸入負(fù)端分別連接至二極管D2的正端和開關(guān)S2的正端；開關(guān)S2的負(fù)端分別連接至二極管D1的正端和輸入端的負(fù)端；變壓器T的輸出正端連接至開關(guān)S3的負(fù)端；開關(guān)S3的負(fù)端分別連接至開關(guān)S4的正端和電感L2的正端；電感L2的負(fù)端分別連接至電容C2的正端和輸出端的正端；輸出端的負(fù)端分別連接至變壓器T的輸出負(fù)端、開關(guān)S4的負(fù)端和電感L2的負(fù)端。

進(jìn)一步的，所述組合模塊A和組合模塊B每個(gè)均包括八個(gè)單模塊。

進(jìn)一步的，所述組合模塊A和組合模塊B的輸入端串聯(lián)連接，所述組合模塊A和組合模塊B的輸出端先串聯(lián)后進(jìn)行并聯(lián)連接。

進(jìn)一步的，各個(gè)單模塊的輸入端和輸出端均串聯(lián)連接。

進(jìn)一步的，該變換器是將直流高壓3kV轉(zhuǎn)為直流中壓400V。

有益效果：本發(fā)明的有益效果如下：

1）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，穩(wěn)定性高；

2）變換器損耗低，轉(zhuǎn)換效率高；

3）多模塊堆疊的方式，降低了單個(gè)模塊所承受電壓，提高了可靠性和使用壽命；

4）單個(gè)功率器件所承受的電壓低，提高了可靠性和使用壽命；

5）多模塊串并聯(lián)的組合方式，使得單一模塊的損壞不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)變換器的崩潰，提高了系統(tǒng)的冗余性和穩(wěn)定性；

6）開關(guān)電源的高變換比，使得本發(fā)明的技術(shù)方案，支持較寬的輸入電壓范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的單個(gè)組合模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的單個(gè)單模塊電路原理結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示的一種2KV供電的高中壓DC-DC變換器，包括相互連接的組合模塊A和組合模塊B，組合模塊A和組合模塊B的輸入端串聯(lián)連接，所述組合模塊A和組合模塊B的輸出端先串聯(lián)后進(jìn)行并聯(lián)連接，具體的：

將總輸入端的正端連接至組合模塊A的輸入正端，負(fù)端連接至組合模塊B的輸入負(fù)端；組合模塊A的輸入負(fù)端連接至組合模塊B的輸入正端；組合模塊A的輸出正端連接至總輸出端的正端，輸出負(fù)端連接至總輸出端的負(fù)端；組合模塊B的輸出正端連接至總輸出端的正端，輸出負(fù)端連接至總輸出端的負(fù)端。

如圖2所示，組合模塊A和組合模塊B每個(gè)均包括多個(gè)單模塊，各個(gè)單模塊的輸入端和輸出端均串聯(lián)連接。具體的：

輸入端的正端連接至單模塊A的輸入正端，負(fù)端連接至單模塊H的輸入負(fù)端；單模塊A的輸入負(fù)端連接至單模塊B的輸入正端；單模塊B的輸入負(fù)端連接至單模塊C的輸入正端；單模塊C的輸入負(fù)端連接至單模塊D的輸入正端；單模塊D的輸入負(fù)端連接至單模塊E的輸入正端；單模塊E的輸入負(fù)端連接至單模塊F的輸入正端；單模塊F的輸入負(fù)端連接至單模塊G的輸入正端；單模塊G的輸入負(fù)端連接至單模塊H的輸入正端；單模塊A的輸出正端連接至輸出端的正端，輸出負(fù)端連接至單模塊B的輸出正端；單模塊B的輸出負(fù)端連接至單模塊C的輸出正端；單模塊C的輸出負(fù)端連接至單模塊D的輸出正端；單模塊D的輸出負(fù)端連接至單模塊E的輸出正端；單模塊E的輸出負(fù)端連接至單模塊F的輸出正端；單模塊F的輸出負(fù)端連接至單模塊G的輸出正端；單模塊G的輸出負(fù)端連接至單模塊H的輸出正端；單模塊H的輸出負(fù)端連接至輸出端的負(fù)端。

如圖3所示，每個(gè)單模塊包括輸入端1，電阻R 2，電感L1 3，電容C1 4，開關(guān)S1 5，開關(guān)S2 6，二極管D1 7，二極管D2 8，變壓器T 9，開關(guān)S3 10，開關(guān)S4 11，電感L2 12，電容C2 13和輸出端14，輸入端1的正端分別連接至電阻R 2和電感L1 3的正端，輸入端1的負(fù)端連接至電阻R 2的負(fù)端；電感L1 3的負(fù)端分別連接至電容C1 4的正端、開關(guān)S1 5的正端和二極管D2 8的負(fù)端；電容C1 4的負(fù)端連接至輸入端1的負(fù)端；開關(guān)S1 5的負(fù)端分別連接至二極管D1 7的負(fù)端和變壓器T 9的輸入正端；變壓器T 9的輸入負(fù)端分別連接至二極管D2 8的正端和開關(guān)S2 6的正端；開關(guān)S2 6的負(fù)端分別連接至二極管D1 7的正端和輸入端1的負(fù)端；變壓器T 9的輸出正端連接至開關(guān)S3 10的負(fù)端；開關(guān)S3 10的負(fù)端分別連接至開關(guān)S4 11的正端和電感L2 12的正端；電感L2 12的負(fù)端分別連接至電容C2 13的正端和輸出端14的正端；輸出端14的負(fù)端分別連接至變壓器T 9的輸出負(fù)端、開關(guān)S4 11的負(fù)端和電感L2 12的負(fù)端。

本發(fā)明采用高頻開關(guān)電源技術(shù)，以堆疊模塊組合的方式，進(jìn)行高中壓變換，采用16個(gè)完全一致的單模塊進(jìn)行串并聯(lián)組合，對(duì)輸入高壓進(jìn)行分壓處理，每個(gè)模塊承受電壓約為187.5V，承擔(dān)187.5V轉(zhuǎn)50V的工作。16個(gè)單模塊采用輸入串聯(lián)，輸出先串聯(lián)后并聯(lián)的組合方式，每8個(gè)單模塊采用輸入串聯(lián)輸出串聯(lián)的方式組成一個(gè)組合模塊，承擔(dān)1500V轉(zhuǎn)400V的工作；2個(gè)組合模塊采用輸入串聯(lián)輸出并聯(lián)的方式組成高中壓電能變換器，承擔(dān)3kV轉(zhuǎn)400V的工作。每個(gè)單模塊采用雙管正激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行前級(jí)電壓處理，后級(jí)采用同步整流方式進(jìn)行整流濾波，開關(guān)頻率可達(dá)50kHz。

極高的開關(guān)頻率大大降低了變壓器的尺寸，從而降低了變換器的整體尺寸；采用高頻變壓器，提高了轉(zhuǎn)換效率，降低了損耗；采用雙管正激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低了單個(gè)功率器件所承受的電壓，提高了器件可靠性和使用壽命；采用同步整流拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行整流濾波，降低了損耗；采用多個(gè)模塊堆疊的方式，降低了單個(gè)模塊所承受電壓，提高了可靠性和使用壽命；多模塊串并聯(lián)的組合方式，使得單一模塊的損壞不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)變換器的崩潰，提高了系統(tǒng)的冗余性和穩(wěn)定性；采用高頻開關(guān)電源技術(shù)，降低了變換器的損耗，提高了功率密度；開關(guān)電源的高變換比，使得本發(fā)明的技術(shù)方案，支持較寬的輸入電壓范圍，支持的輸入電壓范圍為2kV~4kV，輸出電壓不變，每個(gè)模塊的輸入電壓為總輸入電壓除以16。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。