一種單線恒流轉(zhuǎn)恒壓電能轉(zhuǎn)換電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單線恒流轉(zhuǎn)恒壓電能轉(zhuǎn)換電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的直流供電領(lǐng)域，無(wú)論是恒壓源還是恒流源，都采用兩根導(dǎo)線供電，即一根電源線和一根回線。而在遠(yuǎn)距離光纖通信尤其是海底光纖通信應(yīng)用中，由于單線恒流供電的特點(diǎn)、成本等優(yōu)勢(shì)，大都采用光電復(fù)合纜。光電復(fù)合纜上有一層屏蔽銅管，纜上負(fù)載的供電正是利用這層銅管提供恒定電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，它只有一根導(dǎo)線，其回線是利用海水或大地來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)槔|上只有一根導(dǎo)線且通過(guò)某一恒定的電流值，用傳統(tǒng)的方法來(lái)獲得負(fù)載所需的恒壓源顯得異常困難。
[0003]因此，有必要設(shè)計(jì)一種單線恒流轉(zhuǎn)恒壓電能轉(zhuǎn)換電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種單線恒流轉(zhuǎn)恒壓電能轉(zhuǎn)換電路，該單線恒流轉(zhuǎn)恒壓電能轉(zhuǎn)換電路易于實(shí)施，構(gòu)思巧妙，特別適合應(yīng)用于單線供電場(chǎng)合。
[0005]發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種單線恒流轉(zhuǎn)恒壓電能轉(zhuǎn)換電路，包括電流旁路、CC/CV主電路和MOS管驅(qū)動(dòng)電路；
[0007]CC/CV主電路和電流旁路并聯(lián)后串接在單線恒流輸出通路中；
[0008]電流旁路包括NMOS管Ql和電阻Rl ；NMOS管Ql的D極為電流旁路的輸入端(記為M點(diǎn)，即接單線恒流輸出通路的電流輸出端)，NMOS管Ql的S極與電阻R的一端相接，電阻R的另一端為電流旁路的輸出端【記為N點(diǎn)，即接單線恒流輸出通路的電流回流端】;也可以反過(guò)來(lái)接，即電阻R接在前面，Ql接在后面，圖2中沒(méi)有畫與NMOS管相連的二極管；
[0009]CC/CV主電路包括二極管D1、電容Cl和C2、電阻R2和穩(wěn)壓管D3 ；
[0010]二極管Dl的正極接電流旁路的輸入端(即M點(diǎn));二極管Dl的負(fù)極經(jīng)電容Cl接電流旁路的輸出端(即N點(diǎn))；
[0011]所述的電阻R2、電容C2和穩(wěn)壓管D3構(gòu)成輸出支路；輸出支路與電容Cl并聯(lián)；電阻R2的第一端接二極管Dl的負(fù)極；電阻R2的第一端為直流電壓正輸出端DC+，電阻R2的第二端接穩(wěn)壓管D3的負(fù)極，穩(wěn)壓管D3的負(fù)極為+12V輸出端；穩(wěn)壓管D3的正極接所述的電流旁路的輸出端(即N端)；穩(wěn)壓管D3的正極為直流電壓負(fù)輸出端DC-;
[0012]電容C2與穩(wěn)壓管D3并聯(lián)；
[0013]MOS管驅(qū)動(dòng)電路由輸出支路供電，用于為NMOS管Ql提供觸發(fā)脈沖。
[0014]MOS管驅(qū)動(dòng)電路包括電壓檢測(cè)器U1、三極管Tl和T2以及電阻R31、R32、R33和R34 ;三極管Tl和T2分別為NPN型三極管和PNP三極管；
[0015]電阻R31和電阻R32串聯(lián)后接在DC+和DC-之間；電壓檢測(cè)器Ul的VDD端接電阻R31和R32的連接點(diǎn)；電壓檢測(cè)器Ul的VSS端接DC-；電壓檢測(cè)器Ul的OUT端接三極管Tl和T2的b極；三極管Tl的c極接+12端，三極管Tl的e極和三極管T2的e極短接，三極管T2的c極接DC-端；三極管Tl的e極經(jīng)電阻R34到脈沖輸出端DRIVE ;脈沖輸出端DRIVE與DC-端之間跨接有穩(wěn)壓管D31 ;脈沖輸出端DRIVE為NMOS管Ql的柵極提供觸發(fā)脈沖；
[0016]電壓檢測(cè)器Ul采用S-80850CLUA-B7BT26芯片。
[0017]所述的電阻R32為可變電阻。
[0018]電容Cl的電容值由下式確定:
[0019]C = 2ΡΤ/[(ν2~2-νΓ2)*η*Κ];其中 ~ 表示冪，Vl~2 表示 Vl 的平方；V2~2 表示 V2的平方；
[0020]P------電源模塊總輸出功率；
[0021]T------時(shí)間，50mS
[0022]η------電源模塊轉(zhuǎn)換效率，n ^ 0.85 ；
[0023]V2------輸入電源正常供電電壓；
[0024]Vl------電源模塊工作電壓下限值；
[0025]K為降額系數(shù)，降額系數(shù)取0.5?0.6。
[0026]CC/CV主電路還包括與電容Cl并聯(lián)的TVS 二極管D2【用來(lái)吸收恒壓源電路的瞬變電壓】。
[0027]輸出支路與電容Cl之間串接有共模電感LI?！竟材ｋ姼蠰I中的一個(gè)電感接在二極管Dl的負(fù)極與DC+之間，另一個(gè)電感接在電流旁路的輸出端(即N點(diǎn))與DC-之間】
[0028]所述的單線恒流轉(zhuǎn)恒壓電能轉(zhuǎn)換電路還包括恒壓源使能輸出電路；恒壓源使能輸出電路包括電壓檢測(cè)器U2、穩(wěn)壓管D41、電阻R41和R42 ；
[0029]電阻R41和電阻R42串聯(lián)后接在DC+和Dc-之間；電壓檢測(cè)器U2的VDD端接電阻R41和R42的連接點(diǎn)；電壓檢測(cè)器U2的VSS端接DC-；電壓檢測(cè)器U2的OUT端為使能輸出端EN ;使能輸出端EN與DC-端之間跨接有穩(wěn)壓管D41 ；
[0030]電壓檢測(cè)器U2采用S-80850CLUA-B7BT2G芯片。使能端為后級(jí)必要的DC/DC轉(zhuǎn)換電路提供使能信號(hào)。
[0031]所述的電阻R42為可變電阻。
[0032]包括多個(gè)串聯(lián)在單線恒流輸出通路中的恒流/恒壓變流模塊；多個(gè)恒流/恒壓變流模塊的電路結(jié)構(gòu)相同，每一個(gè)恒流/恒壓變流模塊包括所述的電流旁路、CC/CV主電路和MOS管驅(qū)動(dòng)電路。即多個(gè)恒流/恒壓變流模塊可以級(jí)聯(lián)輸出。
[0033]恒壓源的實(shí)現(xiàn)是從單線恒流源通過(guò)控制電容的充電電壓值而取得，其輸出功率由通過(guò)單根導(dǎo)線的恒流值及控制電容的充電電壓值確定，通過(guò)監(jiān)測(cè)電容的電壓值實(shí)現(xiàn)恒壓源的過(guò)壓保護(hù)及后級(jí)DC/DC模塊軟啟動(dòng)和使能輸出功能。
[0034]該發(fā)明的恒壓源具有不間斷供電功能，在供電站或岸站因故障切換電源時(shí)，可能會(huì)有50mS以內(nèi)的短暫掉電，光電復(fù)合纜的上的恒壓源因具有50mS不間斷供電功能而不會(huì)影響負(fù)載的供電。50mS不間斷供電的原理說(shuō)明:通過(guò)圖2中電容Cl儲(chǔ)存能量，當(dāng)岸站遠(yuǎn)供電源斷電時(shí)，負(fù)載所需的能量由電容Cl提供，須確保在50mS內(nèi)電容Cl的電壓值不下降到后級(jí)DC/DC電路的欠壓保護(hù)值。
[0035]地球磁場(chǎng)及太陽(yáng)風(fēng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小與光電復(fù)合纜圈圍的面積等成正比，方向可能與光電復(fù)合纜上的電流同向，也可能反向，本裝置能旁路的感應(yīng)電流值為±200A(雙向)。圖2中NMOS管Q1，型號(hào)為VS-FC220SA20，電流值為220A，反向耐壓值200V。
[0036]恒壓源的輸入對(duì)地耐壓值可達(dá)6KVrms。圖2中C3、C4、C5、C6形成Y電容，單個(gè)電容的參數(shù)為4700PF/500VAC。
[0037]直流電壓負(fù)輸出端DC-與地之間接有由電容C3和C4串接而成的第一濾波支路；
[0038]直流電壓正輸出端DC+與地之間接有由電容C5和C6串接而成的第二濾波支路。
[0039]有益效果:
[0040]本發(fā)明的單線恒流轉(zhuǎn)恒壓電能轉(zhuǎn)換電路，集成了 CC/CV轉(zhuǎn)換模塊，50mS不間斷供電模塊【圖2中電容Cl即可實(shí)現(xiàn)恒流源向恒壓源轉(zhuǎn)換，同時(shí)作為儲(chǔ)能電容以實(shí)現(xiàn)50mS的不間斷供電功能】，過(guò)壓保護(hù)模塊，軟啟動(dòng)及使能模塊，地球磁場(chǎng)及太陽(yáng)風(fēng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流旁路模塊。使用電容充電實(shí)現(xiàn)恒流源到恒壓源的轉(zhuǎn)換，并通過(guò)控制其充電的電壓值實(shí)現(xiàn)50mS不間斷供電功能，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電容的電壓實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)和后級(jí)DC/DC模塊的軟啟動(dòng)和使能輸出，使用帶二極管的MOSFET與功率電阻串聯(lián)后再與CC/CV模塊并聯(lián)來(lái)旁路地球磁場(chǎng)及太陽(yáng)風(fēng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流。本電路實(shí)現(xiàn)的恒壓源輸出功率可以方便調(diào)節(jié)，具備電磁兼容(EMC)功能，其輸入對(duì)地耐壓達(dá)6KVrms，由于恒流源傳輸只有一根導(dǎo)線輸電，因而特別適應(yīng)于陸上和海底光電復(fù)合纜上光放大器和光信號(hào)處理器的供電。
[0041]本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
[0042]1.能實(shí)現(xiàn)單線恒流到雙線恒壓的轉(zhuǎn)換；
[0043]2.通過(guò)電容Cl實(shí)現(xiàn)50mS的不間斷供電功能；
[0044]3.通過(guò)對(duì)電容的電壓監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)恒壓源的過(guò)壓保護(hù)及使能輸出；
[0045]4.通過(guò)并聯(lián)的大功率MOSFET和功率電阻，旁路地磁場(chǎng)及太陽(yáng)風(fēng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流；
[0046]5.通過(guò)Y電容【Y電容由圖2中C3、C4、C5、C6連接而成】的串接，來(lái)增強(qiáng)恒壓源輸入端對(duì)地的抗電強(qiáng)度，使其耐壓達(dá)到6KVrms【rms是有效值的意思】或更高。
【附圖說(shuō)明】
[0047]圖1為單線恒流源轉(zhuǎn)恒壓源電能轉(zhuǎn)換電路的總體框圖；
[0048]圖2為電流旁路和CC/CV主電路原理圖；
[0049]圖3為MOS管驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0050]圖4為恒壓源使能輸出電路原理圖；
[0051]圖5為兩端供電站供電示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0053]實(shí)施例1:
[0054]本發(fā)明在一塊PCB板上集成了 CC/CV轉(zhuǎn)換模塊，50mS不間斷供電模塊，過(guò)壓保護(hù)模塊，軟啟動(dòng)及使能模塊，地球磁場(chǎng)及太陽(yáng)風(fēng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流旁路模塊。且恒壓源輸出功率可以方便調(diào)節(jié)和升級(jí)，具備電磁兼容(EMC)功能，抗電強(qiáng)度即輸入對(duì)地耐壓達(dá)6KVrms。
[0055]如圖2所示恒壓源的實(shí)現(xiàn)是從單線恒流源通過(guò)控制電容的充電電壓值而取得，其輸出功率由通過(guò)單根導(dǎo)線的恒流值及控制電容的充電電壓值確定，通過(guò)監(jiān)測(cè)電容的電壓值實(shí)現(xiàn)恒壓源的過(guò)壓保護(hù)及后級(jí)DC/DC模塊軟啟動(dòng)和使能輸出功能(如圖4所示)。電壓監(jiān)測(cè)芯片Ul采用SEIKO的S-80850CLUA-B7BT2G【超小型高精度電壓檢測(cè)器】，該芯片具有釋放電壓和滯后電壓，使電路能有效避免在設(shè)置電壓點(diǎn)抖動(dòng)而產(chǎn)生誤動(dòng)作。
[0056]本恒壓源具有不間斷供電功能，在供電站或岸站因故障切換電源時(shí)，可能會(huì)有50mS以內(nèi)的短暫掉電，光