[发明专利]一种智能全桥软开关恒电位仪

说明书

技术领域：

本发明属于腐蚀与防护技术领域，涉及一种外加电流阴极保护装置，特别是一种智能全桥软开关恒电位仪。

背景技术：

目前应用于船舶、港工设施、海洋工程及埋地管线等外加电流阴极保护系统的恒电位仪设备一般是以可控硅和磁饱和变流电源为主。在中小功率范围内，现有的恒电位仪设备存在技术原理落后、体积和重量大、效率低、成本高等缺点；已有少数厂商正在推出自己设计研制的开关式恒电位仪设备或产品，该类产品普遍采用传统开关电源拓扑结构及控制方式，开关器件的功率损耗较大。由于近年来开关电源控制理论、技术及功率器件迅速发展，一些电子器件厂商又新推出了新一代功率开关器件及高度集成的控制芯片，这些器件更适于一些较理想的控制理论和方法的实现，提高了开关电源整体性能；这些技术及器件在开关电源领域已经或正在逐渐推广，但恒电位仪装置采用上述技术和器件的广泛应用进程比较滞后，其应用效果明显或应用成功的装置还未见有公开报道。特别是采用该类控制器件及功率器件，实现功率器件的软开关过程，减小开关损耗，达到预定控制精度及效果的恒电位仪装置未见有市售产品。

发明内容：

本发明的目的在于克服传统恒电位仪存在的不足与缺点，本发明采用开关电源领域的领先技术，设计制做一种适用于外加电流阴极保护领域的智能开关恒电位仪产品，以实现降低产品生产成本、提高效率、降低能耗、减小产品体积和重量的效果。

为了实现上述目的，本发明功率回路采用全桥软开关结构，控制方法为脉冲移相全桥控制，功率器件选用绝缘栅双极晶体管(IGBT)，控制芯片采用大规模集成控制器，有效实现开关电源最新技术在外加电流阴极保护领域扩展应用问题，既具备开关电源最新技术的优点，又兼顾外加电流阴极保护对恒电位仪参数的控制要求，有效的提高了保护电位控制精度及保护电位的稳定性。

本发明的主体电路由交流电源整流滤波电路、全桥变换器、软开关电路、高频变压器、高频输出整流滤波电路、脉冲移相控制驱动电路电连通组合构成；其交流整流电路输入端连接交流输入电源，输出端与交流滤波电路连通，交流滤波电路输出端、软开关电路、脉冲相移控制驱动电路和高频变压器的输入端口分别与全桥变换器原理性电连通，高频变压器输出端与高频整流滤波电路输入端电对接，高频整流滤波电路输出端输出直流电源；脉冲移相控制驱动电路由参比电极隔离放大电路、移相控制器、开关管驱动电路、信号比较控制电路、液晶显示及按键电路和单片机系统电连通构成；单片机系统包含数据显示、通信、模/数转换、数/模转换、报警、参数给定和控制功能，实现模/数、数/模转换，并对阴极保护参数进行监测、报警、保护，其串行接口，与上位机进行通讯，上位机通过上位机软件，对恒电位仪进行远程控制和监测。

本发明的全桥变换器为脉冲移相全桥控制，移相角大小由反馈信号与给定信号比较得到；软开关电路参数根据主电路相关参数计算得到，并根据具体实验结果进行调整，通过波形测试，实现软开关功效，有效降低开关损耗；液晶显示及按键电路在液晶显示屏上，显示外加电流阴极保护各项参数，通过按键调整各项参数；

本发明工作时：工频交流市电经整流滤波电路后产生直流电流；直流电流进入全桥变换器产生高频方波信号；同时，由全桥变换器并联电容、串连电感构成的软开关电路，控制全桥变换器的软开关过程；全桥变换器的驱动信号由IGBT脉冲移相控制驱动电路产生；全桥变换器产生的高频方波信号经高频变压器变换为合适的低压高频信号，该信号经高频输出整流滤波电路，产生需要的直流电流。IGBT脉冲移相控制驱动电路是按照以下过程产生全桥变换器驱动信号的：参比电极信号经过参比电极隔离放大电路后，经模/数转换后进入计算机系统，并与设定的阴极保护电位比较，按照比较结果，IGBT脉冲移相控制驱动电路产生相应驱动信号，从而调整直流输出电流大小，设定的阴极保护电位通过液晶显示及按键操作电路调整并产生。

本发明在开机时自动测量被保护体的原始电位，根据原始电位自动调整初始给定，自动适应不同类型的参比电极，不需要人工选择，避免了不适当的初始给定引起的电流冲击；对参比电极信号进行有效隔离放大，抑制了共模信号的干扰；同时对参比电极信号进行可靠滤波放大，提高恒电位仪电位信号控制的稳定性；

本发明的主要参数如下：给定电位范围为-2V～+3V连续可调；电位控制误差≤±10mV；电流控制误差≤1％；电源效率≥90％；半载纹波系数≤10％。