CN115800748A - 一种恒流输出电源及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒流输出电源及控制方法，包括变换器，所述变换器的输出端并联一电阻，所述电阻的阻抗远小于所述变换器的等效输出阻抗。本发明的恒流输出电源在相互串联连接时能够自动实现均压，且无需均压线连接，适用于远距离串联***，方便可靠。

Description

一种恒流输出电源及控制方法

技术领域

本发明涉及电能变换技术领域，且特别是有关于远距离多节点的恒流供电***中的供电电源。

背景技术

海底光缆网络的供电类型分为恒压型和恒流型。恒压供电网络为并联网络，具有扩展性能强、转换效率高等特点，但对于渔业破坏风险高或地质复杂的海域，一旦海缆的绝缘层破损或海底主基站短路故障将引发整个***供电崩溃。恒流供电网络为串联网络，具有抗短路故障能力强、故障定位简单、可靠性高、鲁棒性好等特点。

针对恒流串联***，多个模块输出串联使用，存在多个模块间的均压问题，从而达到高压输出，并提高***可靠性。

专利文献《恒流模块串联输出均压控制电路及参数确定方法》公开号CN109936286A，公开了一种最大电压实现方式，参考其图3，每个模块具有电压环和电流环，同时每个模块采样输出电压并构成均压环，均压母线为所有模块中的输出电压最大值，均压环的输出调节电流环的给定。通过使每个模块跟踪最大输出电压，来达到均压的目的。

现有技术一的缺点：

1)不适用于远距离供电***，两端设备相距太远时，均压母线没法互连。

2)模块间需要均压母线来进行通信，降低了可靠性。

发明内容

本发明正是思及于此，提供恒流输出电源，通过软件编程来控制恒流输出电源的输出电阻，并实现多个恒流输出电源串联时自动均压，提高***可靠性。

一种恒流输出电源，包括变换器，所述变换器的输出端并联一电阻，所述电阻的阻抗小于所述变换器的等效输出阻抗。

上述一种恒流输出电源，还包括调节器，所述调节器采样所述变换器的输出电压和输出电流，与输出电流参考值相减后经过调节后产生所述变换器中开关器件的驱动信号。

上述电阻的生成方式为，所述输出电压乘以一系数后再与所述输出电流参考值相减，所述系数为所述电阻的阻抗的倒数。

上述调节器调节所述输出电流参考值，所述输出电压变化时，调节所述电流参考值。

本发明还提供一种恒流输出电源控制方法，包括如下步骤，步骤S1在电源的输出端并联一电阻，所述电阻的阻抗小于所述电源的等效内阻；步骤S2调节所述电源输出电流参考值，进一步调节所述电源的输出电压。

上述步骤S1包括，检测所述电源输出端的输出电压和输出电流，输出电流参考值与所述输出电压和一系数的乘积后以及输出电流相减，得到误差信号，调节所述误差信号生成所述电源中开关器件的驱动信号。

本发明还提供海底光缆高压直流供电网络，包括多个上述的恒流输出电源，所述恒流输出电源的输出端串联，所述恒流输出电源的输入端分别接受输入电。

本发明还提供一种恒流输出***，包括多个上述的恒流输出电源，所述恒流输出电源的输出端串联，所述恒流输出电源的输入端并联。

本发明还提供海底光缆高压直流供电网络，包括多个上述的恒流输出***，所述恒流输出***的输出端串联，所述恒流输出***的输入端分别接受输入电。

本发明的技术方案实现远距离供电传输时的电源之间串联均压控制，无需通信线，自动均压。

为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为海底光缆高压直流供电网络框图。

图2为本发明岸基电源的等效电路图。

图3为本发明岸基电源的拓扑结构第一实施例框图。

图4为本发明岸基电源的拓扑结构第二实施例框图。

图5为两个岸基电源串联连接***第一实施例框图。

图6为两个岸基电源串联连接***第二实施例框图。

图7为图6中电源模块的拓扑结构框图。

图8为本发明变换器的一具体实施例。

图9为本发明电源控制方法的流程图。

图10为图9中步骤S1的具体实现方式。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，海底光缆高压直流供电网络包括恒流输出***1、海缆3、海底电源2、负载4，恒流输出***1经过海缆3向为海底电源2供电，海底电源2根据负载4的需求提供电力驱动。海底光缆高压直流供电网络包括多个恒流输出***1，例如设置在两个远距离海岛上的恒流输出***1A和恒流输出***1B，所述恒流输出***1A、海底电源2以及恒流输出***1B串联连接。恒流输出***1A与恒流输出***1B之间物理距离很远，但是因为是串联连接，仍然需要实现均压控制。

如图2所示为本发明恒流输出***1的等效电路图，恒流输出***1包括一个恒流输出电源，Ro为恒流输出***1的内阻，恒流输出电源的输出电流为Io，输出电流参考值为Iref。请再参考图3，为本发明设计的恒流输出电源的框图，所述恒流输出电源包括变换器101和调节器102，所述调节器102采样所述变换器的输出电压Vo和输出电流Io，并与输出电流参考值为Iref作差后得到控制误差Ierror，所述调节器102根据控制误差Ierror产生调节所述变换器101中开关器件的驱动信号的占空比或者频率。

请再参考图2，如图3所示的调节器102，所述输出电压Vo乘以系数K＝1/Rv后再与输出电流参考值Iref作差，由此产生了如图2所示的等效电阻Rv，等效电阻Rv的阻值远小于所述岸基电源1的等效内阻Ro，故所述岸基电源1输出阻抗即约等于等效电阻Rv。

如图4所示，所述恒流输出***1包括至少两个恒流输出电源，恒流输出电源11和恒流输出电源12串联，所述恒流输出电源11和所述恒流输出电源12分别采用如图3所示的拓扑结构框图，以恒流输出电源11为例，调节器102采样恒流输出电源11的输出电压Vo1，以及恒流输出电源11的输出电流Io，与输出电流参考值Iref1比较后进行调节，所述的调节方法有比例积分调节等，经过调节生成PWM信号，再转换为驱动变换器101中开关器件的驱动信号。

所述输出电压Vo1乘以系数K＝1/Rv后再与输出电流参考值Iref作差，即在所述恒流输出电源的输出端并联如图3所示的等效电阻Rv，等效电阻Rv的阻值远小于所述恒流输出电源11的等效内阻Ro，故所述恒流输出电源11输出阻抗即约等于等效电阻Rv。多个所述恒流输出电源的输出阻抗相等，在其输出端串联的情形下实现均压。

如图5所示，为两个地理距离很远的恒流输出***1A和恒流输出***1B，所述恒流输出***1A和恒流输出***1B分别采用如图3所示的拓扑框图。恒流输出***1A的输出阻抗近似为RvA，恒流输出***1B的输出阻抗近似为RvB，使RvA＝RvB，从而使得输出电压Vo1和Vo2近似相等，达到均压得目的。实现远距离传输时的均压控制，且无需通信，自动均压。

如图6所示，所述恒流输出***1A包括多个恒流输出电源，所述恒流输出***1B也包括多个恒流输出电源，每个恒流输出电源分别为如图7所示的拓扑结构，分别采样输出电压Vo和输出电流Io与输出电流参考值Iref比较后进行调节控制，并输出变换器101中开关器件的开关驱动信号。所述输出电压Vo1乘以系数K＝1/Rv后再与输出电流参考值Iref作差，即在所述恒流输出电源的输出端并联等效电阻Rv，等效电阻Rv的阻值远小于所述恒流输出电源的等效内阻Ro，因而使得每个恒流输出***内的恒流输出电源实现串联后均压，另外恒流输出***1A和恒流输出***1B的输出阻抗相等，所述恒流输出***1A和恒流输出***1B的输出阻抗例如RvA＝N*Rv和RvB＝N*Rv，实现恒流输出***1A和恒流输出***1B串联后的均压。

图8为本发明变换器101的一具体实施例，包括，开关S1-S4组成的全桥逆变单元以及多个变压器T1-Tn组成的隔离传输单元，变压器T1-Tn的原边分别与所述全桥逆变单元的输出端并联，变压器T1-Tn的副边分别并联整流单元后串联输出电压Vo。

调节器102采样变换器101输出端的电流Io和电压Vo，与输出电流参考值Iref比较后经过调节输出控制开关S1-S4的驱动信号，调节开关S1-S4的占空比，从而调节输出电流Io。

如图9所示，本发明恒流输出电源控制方法，包括如下步骤，步骤S1在电源的输出端并联一电阻，所述电阻的阻抗远小于所述电源的等效内阻，使得所述电源的输出阻抗等于所述电阻和所述等效内阻的并联后的阻抗，并近似与所述电阻的阻抗。

步骤S2调节所述电源输出电流参考值，进一步调节所述电源的输出电压。

所述步骤S1包括，检测所述电源输出端的输出电压和输出电流，输出电流参考值与所述输出电压和一系数k的乘积后以及输出电流相减，得到误差信号，调节所述误差信号生成所述电源中开关器件的驱动信号。

所述系数k即为所述电阻的阻抗的倒数，也是因为此产生了电源输出端并联的电阻。

结合图3，输出电压、输出电流和输出电流参考值之间满足如下关系：

因而，

Vo＝(Iref-Io)*Rv

据此关系，在电源输出电压发生变化时，可以进一步调节输出电流参考值Iref，使得输出电压保持稳定，达到精准均压的目的。

本发明的控制方法能够实现远距离串联的岸基电源之间的均压，简单易控制，且无需均压线。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种恒流输出电源，其特征在于，包括变换器，所述变换器的输出端并联一电阻，所述电阻的阻抗小于所述变换器的等效内阻。

2.如权利要求1所述一种恒流输出电源，其特征在于，还包括调节器，所述调节器采样所述变换器的输出电压和输出电流，与输出电流参考值相减后经过调节后产生所述变换器中开关器件的驱动信号。

3.如权利要求2所述一种恒流输出电源，其特征在于，所述电阻的生成方式为，所述输出电压乘以一系数后再与所述输出电流参考值相减，所述系数为所述电阻的阻抗的倒数。

4.如权利要求3所述一种恒流输出电源，其特征在于，所述调节器调节所述输出电流参考值，所述输出电压变化时，调节所述电流参考值。

5.一种恒流输出电源控制方法，其特征在于，包括如下步骤，步骤S1在电源的输出端并联一电阻，所述电阻的阻抗小于所述电源的等效内阻；步骤S2调节所述电源输出电流参考值，进一步调节所述电源的输出电压。

6.如权利要求5所述一种恒流输出电源控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括，检测所述电源输出端的输出电压和输出电流，输出电流参考值与所述输出电压和一系数的乘积后以及输出电流相减，得到误差信号，调节所述误差信号生成所述电源中开关器件的驱动信号。

7.海底光缆高压直流供电网络，包括多个如权利要求1-4所述的恒流输出电源，所述恒流输出电源的输出端串联，所述恒流输出电源的输入端分别接受输入电。

8.一种恒流输出***，包括多个如权利要求1-4所述的恒流输出电源，所述恒流输出电源的输出端串联，所述恒流输出电源的输入端并联。

9.海底光缆高压直流供电网络，包括多个如权利要求8所述的恒流输出***，所述恒流输出***的输出端串联，所述恒流输出***的输入端分别接受输入电。

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