CN113098299B - 一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置。整流装置包括：整流变换模块、降压模块、主控制器和推挽换能模块。整流变换模块的输入端为整流装置的输入端，接入交流电压；整流变换模块用于将交流电压变换为直流，输出整流电压；降压模块的输入端与整流变换模块的输出端连接；降压模块用于将整流电压进行降压处理；主控制器的电源端与降压模块的输出端连接；主控制器用于输出推挽换能控制信号；推挽换能模块的电源端与整流变换模块的输出端连接，输入端与主控制器的输出端连接，输出端为整流装置的输出端；推挽换能模块用于根据推挽换能控制信号输出直流电压。本发明实施例可以保证整流装置输出电压的稳定性。

Description

一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置
技术领域
本发明实施例涉及电力电子变换技术领域，尤其涉及一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置。
背景技术
随着社会的进步，世界各国对天然气和石油等能源的需求越来越大，石油和天然气的整个开采过程是在油、气田上建设完整的油气收集、分离、处理、计量和储存、输送的工艺技术。随着电子计算机和现代科学技术广泛用于油、气田开发，开发技术迅速发展。油气开采信号处理与控制***中的通讯设备和开采设备众多，其中有相当多的设备需要直流供电，即需要整流装置提供直流电压。由于各设备的运转时间等不同，***中负载的变化可能引起整流装置输出电压的波动。为了保证***的稳定运行，需要整流装置稳定输出直流供电电压。然而现有技术中，海洋平台油气开采的信号处理与控制***中的整流装置难以保证输出电压的稳定性。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，以减小负载的变化对整流装置输出电压的影响，保证整流装置输出电压的稳定性，从而保证海洋平台油气开采的信号处理与控制***运行的稳定性。
本发明实施例提供了一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，包括：
整流变换模块，所述整流变换模块包括输入端和输出端；所述整流变换模块的输入端为所述整流装置的输入端，接入交流电压；所述整流变换模块用于将所述交流电压变换为直流，输出整流电压；
降压模块，所述降压模块包括输入端和输出端；所述降压模块的输入端与所述整流变换模块的输出端连接；所述降压模块用于将所述整流电压进行降压处理；
主控制器，所述主控制器包括电源端和输出端；所述主控制器的电源端与所述降压模块的输出端连接；所述主控制器用于输出推挽换能控制信号；
推挽换能模块，所述推挽换能模块包括电源端，输入端和输出端；所述推挽换能模块的电源端与所述整流变换模块的输出端连接，所述推挽换能模块的输入端与所述主控制器的输出端连接，所述推挽换能模块的输出端为所述整流装置的输出端；所述推挽换能模块用于根据所述推挽换能控制信号输出直流电压。
可选地，所述整流装置还包括：
采样模块，所述采样模块包括电源端、输入端和输出端；所述采样模块的电源端与所述降压模块的输出端连接，所述采样模块的输入端与所述推挽换能模块的输出端连接；所述采样模块用于采集所述推挽换能模块输出的直流电压，并根据所述直流电压产生采样信号；
所述主控制器还包括输入端；所述主控制器的输入端与所述采样模块的输出端连接；所述主控制器还用于根据所述采样信号调整所述推挽换能控制信号。
可选地，所述采样模块包括：跟随单元，所述跟随单元包括输入端和输出端；所述跟随单元的输入端为所述采样模块的输入端，所述跟随单元的输出端为所述采样模块的输出端。
可选地，所述跟随单元包括运算放大器；所述运算放大器的第一输入端为所述跟随单元的输入端；所述运算放大器的输出端与所述运算放大器的第二输入端连接，并作为所述跟随单元的输出端。
可选地，所述采样模块还包括：隔离单元，所述隔离单元包括输入端和输出端；所述隔离单元的输入端与所述跟随单元的输出端连接，所述隔离单元的输出端为所述采样模块的输出端。
可选地，所述整流变换模块包括：整流桥，所述整流桥包括输入端和输出端；所述整流桥的输入端为所述整流变换模块的输入端，所述整流桥的输出端为所述整流变换模块的输出端。
可选地，所述整流变换模块还包括：变压器；所述变压器的输入端为所述整流变换模块的输入端，所述变压器的输出端与所述整流桥的输入端连接。
可选地，所述变压器为隔离变压器。
可选地，所述降压模块为低压差线性稳压器。
可选地，所述推挽换能模块包括：第一晶体管与第二晶体管；其中，所述第一晶体管与所述第二晶体管的极性不同；
所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极连接，并作为所述推挽换能模块的输入端；所述第一晶体管的第一极和所述第二晶体管的第一极共同构成所述推挽换能模块的电源端；所述第一晶体管的第二极与所述第二晶体管的第二极连接，并作为所述推挽换能模块的输出端。
本发明实施例提供的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，设置有整流变换模块、降压模块、主控制器和推挽换能模块，能够实现以下工作过程：整流变换模块将交流电压变换为直流，以向推挽换能模块供电；降压模块将整流电压进行降压，以向主控制器供电；主控制器根据***需求输出推挽换能控制信号；推挽换能模块根据推挽换能控制信号输出直流电压。也就是说，在该整流装置中，整流变换模块输出的整流电压仅作为其他模块的供电电压，实际上输出的直流电压是通过推挽换能模块对推挽换能控制信号进行放大得到的。相比于直接使用整流电路输出直流电压的结构，推挽输出可以提高电路的负载能力，减小***中负载的变化对输出电压的影响，提高整流装置输出的稳定性。并且，主控制器改变推挽换能控制信号的大小就可以改变整流装置输出电压的大小，可以提高整流装置的调节灵活性。因此，与现有技术相比，本发明实施例可以保证输出电压的稳定性，从而保证海洋平台油气开采的信号处理与控制***运行的稳定性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的又一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明实施例提供了一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置。图1是本发明实施例提供的一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置的结构示意图。参见图1，该整流装置包括：整流变换模块110、降压模块120、主控制器130和推挽换能模块140。
其中，整流变换模块110包括输入端和输出端；整流变换模块110的输入端为整流装置的输入端，接入交流电压AC；整流变换模块110用于将交流电压AC变换为直流，输出整流电压。降压模块120包括输入端和输出端；降压模块120的输入端与整流变换模块110的输出端连接；降压模块120用于将整流电压进行降压处理。主控制器130包括电源端和输出端；主控制器130的电源端与降压模块120的输出端连接；主控制器130用于输出推挽换能控制信号。推挽换能模块140包括电源端，输入端和输出端；推挽换能模块140的电源端与整流变换模块110的输出端连接，推挽换能模块140的输入端与主控制器130的输出端连接，推挽换能模块140的输出端为整流装置的输出端；推挽换能模块140用于根据推挽换能控制信号输出直流电压DC。
示例性地，该整流装置的工作过程包括：
整流变换模块110将交流电压AC转换成直流形式的整流电压，并向推挽换能模块140供电；降压模块120对整流电压进行降压处理后向主控制器130供电；主控制器130根据海洋平台油气信号处理与控制***的用电需求输出推挽换能控制信号；推挽换能模块140对接收到的推挽换能控制信号进行放大处理，输出直流电压DC。
可选地，整流变换模块110可以由二极管等电力电子器件构成。示例性地，交流电压AC可以是常用的交流50Hz 220V的供电电压；交流电压AC经整流变换模块110的整流变换后，整流电压可以是较高的直流24V供电电压。
可选地，主控制器130可以是现有技术中常用的控制芯片；通常，由于控制芯片所需的工作电压较低(比如DC 3.3V)，因此整流电压需要经过降压模块120的降压处理后再提供给主控制器130，以防止主控制器130因串入高电压而被损坏。可选地，降压模块120可以由电力电子器件或专用芯片构成。
示例性地，主控制器130生成推挽换能控制信号的方式可以是：主控制器130内本身存储有与整流装置外接的设备的供电需求相关的程序，并根据程序设定自动生成并输出推挽换能控制信号；或者，主控制器130与海洋平台油气信号处理与控制***中的通讯模块连接，以接收与***中的作业设备的作业状态等相关的信号，根据上述状态信号分析整流装置应输出的电压大小，并据此产生推挽换能控制信号；再或者，主控制器130与海洋平台油气信号处理与控制***中的上位机连接，直接根据上位机的指示产生并输出推挽换能控制信号。
可选地，推挽换能控制模块140可以是由三极管或MOS管等晶体管构成的功率放大电路，以实现对推挽换能控制信号的放大，并实现直流电压DC的稳定输出。
本发明实施例提供的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，设置有整流变换模块110、降压模块120、主控制器130和推挽换能模块140，能够实现以下工作过程：整流变换模块110将交流电压AC变换为直流，以向推挽换能模块140供电；降压模块120将整流电压进行降压，以向主控制器130供电；主控制器130根据***需求输出推挽换能控制信号；推挽换能模块140根据推挽换能控制信号输出直流电压DC。也就是说，在该整流装置中，整流变换模块110输出的整流电压仅作为其他模块的供电电压，实际上输出的直流电压是通过推挽换能模块140对推挽换能控制信号进行放大得到的。相比于直接使用整流电路输出直流电压的结构，推挽输出可以提高电路的负载能力，减小***中负载的变化对输出电压的影响，提高整流装置输出的稳定性。并且，主控制器130改变推挽换能控制信号的大小就可以改变整流装置输出电压的大小，可以提高整流装置的调节灵活性。因此，本发明实施例可以保证输出电压的稳定性，从而保证海洋平台油气开采的信号处理与控制***运行的稳定性。
图2是本发明实施例提供的另一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置的结构示意图。由于如图1所示的整流装置，虽然相比于直接将整流变换模块110输出的整流电压作为整流装置的输出电压的情形，可以减小***中负载的波动对输出的直流电压DC的影响；但该整流装置并不能根据负载的波动对输出的直流电压DC进行实时的精细调节。因此，在上述各实施方式的基础上，本发明实施例对整流装置进行了进一步改进。参见图2，可选地，整流装置中还包括：采样模块150，以实现对整流装置输出电压的反馈调节。
其中，采样模块150包括电源端、输入端和输出端；采样模块150的电源端与降压模块120的输出端连接，采样模块150的输入端与推挽换能模块140的输出端连接；采样模块150用于采集推挽换能模块140输出的直流电压DC，并根据直流电压DC产生采样信号。主控制器130还包括输入端；主控制器130的输入端与采样模块140的输出端连接；主控制器130还用于根据采样信号调整推挽换能控制信号。
示例性地，在图1所示的整流装置的工作过程的基础上，本发明实施例中整流装置的工作过程还包括：采样模块150对直流电压DC进行实时采集，并转化为采样信号传输给主控制器130，主控制器130根据采样信号对推挽换能控制信号进行调整。这样，该整流装置可以对负载波动进行及时的反应，对输出电压进行及时的调整。比如，在用电负荷较高时，适当增大推挽换能控制信号，以提高输出的直流电压DC；在用电负荷较小时，适当减小推挽换能控制信号，以减小输出的直流电压DC。
本发明实施例中，主控制器130根据采样模块150传输的采样信号实时调整输出，实现直流电压DC的动态平衡，使直流电压DC始终稳定在需要的供电电压值附近，进一步减小负载对电源的影响，提高整流装置的输出稳定性。
上述各实施例示例性地给出了整流装置可能的模块结构。下面，就整流装置中各模块可能具有的具体结构进行说明，但不作为对本发明的限定。
图3是本发明实施例提供的又一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置的结构示意图。参见图3，在上述各实施方式的基础上，可选地，整流变换模块110包括：整流桥111，整流桥111包括输入端和输出端；整流桥111的输入端为整流变换模块110的输入端，整流桥111的输出端为整流变换模块110的输出端。
可选地，整流桥111可以是由四个二极管(比如型号为ZP20A)组成的全桥整流电路：第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阳极电连接；第二二极管D2的阴极与第三二极管D3的阴极电连接；第三二极管D3的阳极与第四二极管D4的阴极电连接；第四二极管D4的阳极与第一二极管D1的阳极电连接。其中，第一二极管D1的阴极与第四二极管D4的阴极共同构成整流桥111的输入端；第二二极管D2的阴极与第四二极管D4的阳极共同构成整流桥111的输出端；第二二极管D2的阴极为整流桥111的正输出端，第四二极管D4的阳极为整流桥111的负输出端。这样，使得整流桥111的结构简单，易于实现。
进一步地，整流变换模块110还包括：变压器T1；变压器T1的输入端(一次侧)为整流变换模块110的输入端，接入交流电压AC；变压器T1的输出端(二次侧)与整流桥111的输入端连接。变压器T1连接在交流电压AC与整流桥111之间，可以先对交流电压AC进行降压处理，再把降压后的交流电压传输给整流桥111，以防止整流桥111中的器件损坏，且便于整流桥111中的器件的选型。
可选地，变压器T1为隔离变压器。由于隔离变压器的输入绕组和输出绕组之间带有电气隔离，可以提高该整流装置的安全性，以保证相关工作人员的人身安全。
继续参见图3，在上述各实施方式的基础上，可选地，降压模块120为低压差线性稳压器121(比如型号为LM2940)。低压差线性稳压器121的正电源端与整流桥111的正输出端电连接，接地端与整流桥111的负输出端电连接，输出端与主控制器130电连接。降压模块120直接采用低压差线性稳压器121，使得该整流装置的结构简单，易于实现。可选地，主控制器130可以采用型号为STM32F373的控制芯片。
继续参见图3，在上述各实施方式的基础上，可选地，推挽换能模块140包括：第一晶体管M1与第二晶体管M2；其中，第一晶体管M1与第二晶体管M2的极性不同。
其中，第一晶体管M1的栅极和第二晶体管M2的栅极连接，并作为推挽换能模块140的输入端；第一晶体管M1的第一极和第二晶体管M2的第一极共同构成推挽换能模块的电源端；示例性地，第一晶体管M1的第一极与整流桥111的正输出端连接，第二晶体管M2的第一极与整流桥111的负输出端连接；第一晶体管M1的第二极与第二晶体管M2的第二极连接，并作为推挽换能模块140的输出端。
可选地，第一晶体管M1和第二晶体管M2均为MOS管(比如型号为IRF640)，且参数相同。该推挽换能模块140在工作时，两只对称的晶体管每次只有一个导通，所以该推挽换能模块140的导通损耗小，效率高。
需要说明的是，图3中示例性地给出了第一晶体管M1为P型晶体管，第二晶体管M2为N型晶体管的情况，但不作为对本发明的限定，在其他实施方式中，也可以设置第一晶体管M1为N型晶体管，第二晶体管M2为P型晶体管，将连接方式也适应修改即可。
继续参见图3，在上述各实施方式的基础上，可选地，采样模块150包括：跟随单元151，跟随单元151包括输入端和输出端；跟随单元151的输入端为采样模块150的输入端，跟随单元151的输出端为采样模块150的输出端。本发明实施例中，跟随单元151可以快速、实时采集整流装置输出的直流电压DC并向主控制器130传输。
进一步地，跟随单元151包括运算放大器AMP(比如型号为OPA627)；运算放大器AMP的第一输入端为跟随单元151的输入端，与推挽换能模块140的输出端连接；运算放大器AMP的输出端与运算放大器AMP的第二输入端连接，并作为跟随单元151的输出端。运算放大器AMP的工作电源可以由降压模块120提供。
本发明实施例中，运算放大器AMP连接成电压跟随器，具有高输入电阻、低输出电阻的特点，使得前、后级电路之间互不影响，可以将负载对输入端的影响隔离掉，提高采样信号的准确性，从而提高主控制器130调节的准确性。
继续参见图3，在上述各实施方式的基础上，可选地，采样模块150还包括：隔离单元152，隔离单元152包括输入端和输出端；隔离单元152的输入端与跟随单元151的输出端连接，隔离单元152的输出端为采样模块150的输出端。隔离单元152的工作电源可以由降压模块120提供。
本发明实施例中，通过设置隔离单元152，可以实现对主控制器130的保护，防止出现故障时，大电压串入主控制器130，造成主控制器130的损坏。示例性地，隔离单元152可以为诸如型号为HCNR200等的光电耦合器。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，包括：
整流变换模块，所述整流变换模块包括输入端和输出端；所述整流变换模块的输入端为所述整流装置的输入端，接入交流电压；所述整流变换模块用于将所述交流电压变换为直流，输出整流电压；
降压模块，所述降压模块包括输入端和输出端；所述降压模块的输入端与所述整流变换模块的输出端连接；所述降压模块用于将所述整流电压进行降压处理；
主控制器，所述主控制器包括电源端和输出端；所述主控制器的电源端与所述降压模块的输出端连接；所述主控制器用于输出推挽换能控制信号；
推挽换能模块，所述推挽换能模块包括电源端，输入端和输出端；所述推挽换能模块的电源端与所述整流变换模块的输出端连接，所述推挽换能模块的输入端与所述主控制器的输出端连接，所述推挽换能模块的输出端为所述整流装置的输出端；所述推挽换能模块用于根据所述推挽换能控制信号输出直流电压；
所述主控制器内本身存储有与所述整流装置外接的设备的供电需求相关的程序，并根据程序设定自动生成并输出所述推挽换能控制信号；或者，所述主控制器与海洋平台油气信号处理与控制***中的通讯模块连接，以接收与***中的作业设备的作业状态信号，根据所述作业状态信号分析整流装置应输出的电压大小，产生并输出所述推挽换能控制信号；再或者，所述主控制器与海洋平台油气信号处理与控制***中的上位机连接，根据所述上位机的指示产生并输出所述推挽换能控制信号；
其中，所述整流变换模块包括：整流桥，所述整流桥包括输入端和输出端；所述整流桥的输入端为所述整流变换模块的输入端，所述整流桥的输出端为所述整流变换模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，还包括：
采样模块，所述采样模块包括电源端、输入端和输出端；所述采样模块的电源端与所述降压模块的输出端连接，所述采样模块的输入端与所述推挽换能模块的输出端连接；所述采样模块用于采集所述推挽换能模块输出的直流电压，并根据所述直流电压产生采样信号；
所述主控制器还包括输入端；所述主控制器的输入端与所述采样模块的输出端连接；所述主控制器还用于根据所述采样信号调整所述推挽换能控制信号。
3.根据权利要求2所述的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，所述采样模块包括：跟随单元，所述跟随单元包括输入端和输出端；所述跟随单元的输入端为所述采样模块的输入端，所述跟随单元的输出端为所述采样模块的输出端。
4.根据权利要求3所述的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，所述跟随单元包括运算放大器；所述运算放大器的第一输入端为所述跟随单元的输入端；所述运算放大器的输出端与所述运算放大器的第二输入端连接，并作为所述跟随单元的输出端。
5.根据权利要求3或4所述的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，所述采样模块还包括：隔离单元，所述隔离单元包括输入端和输出端；所述隔离单元的输入端与所述跟随单元的输出端连接，所述隔离单元的输出端为所述采样模块的输出端。
6.根据权利要求1所述的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，所述整流变换模块还包括：变压器；所述变压器的输入端为所述整流变换模块的输入端，所述变压器的输出端与所述整流桥的输入端连接。
7.根据权利要求6所述的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，所述变压器为隔离变压器。
8.根据权利要求1所述的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，所述降压模块为低压差线性稳压器。
9.根据权利要求1所述的用于海洋平台油气信号处理与控制***的整流装置，其特征在于，所述推挽换能模块包括：第一晶体管与第二晶体管；其中，所述第一晶体管与所述第二晶体管的极性不同；
所述第一晶体管的栅极和所述第二晶体管的栅极连接，并作为所述推挽换能模块的输入端；所述第一晶体管的第一极和所述第二晶体管的第一极共同构成所述推挽换能模块的电源端；所述第一晶体管的第二极与所述第二晶体管的第二极连接，并作为所述推挽换能模块的输出端。
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