一种用于舰船的消磁电源装置及消磁信号生成方法与流程

本发明涉及消磁电源技术领域，尤其涉及一种用于舰船的消磁电源装置及消磁信号生成方法。

背景技术：

无论是新造的，还是使用了一定时间的舰船，其本身都具有一定磁性，为了防御水中磁性武器，例如磁性感应水雷的攻击，或者避免被磁探测仪发现，以保障舰船的航行安全，需要对舰船进行消磁处理，以减弱舰船的磁场强度并改善分布特性。要减小舰船的磁场，就需要另外加一个与舰船磁场反向的磁场，用此反向磁场补偿抵消舰船磁场。

反向磁场可由消磁电源产生，目前常用的消磁电源主要为两级结构。由前一级进行高频隔离，通过二极管整流桥输出直流电压，并通过调节直流电压大小来调节输出电流，由后一级的换向单元提供极性变化的低频正弦电流。但是，由于整流桥二极管及换向单元自身都有固定的管压降，因此现有的消磁电源存在输出零电压附近的电压时，波形不够准确，误差较大的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于舰船的消磁电源装置及消磁信号生成方法。

一方面，本发明提供一种用于舰船的消磁电源装置，该装置包括llc变换模块、h4逆变模块、lcl滤波模块和共模抑制模块，所述llc变换模块、所述h4逆变模块、所述lcl滤波模块和所述共模抑制模块依次电连接，所述llc变换模块的输入端接入直流电压，所述共模抑制模块的输出端输出消磁正弦波。

本发明提供的用于舰船的消磁电源装置的有益效果是，通过llc变换模块隔离输出固定的直流电压，通过调节h4逆变模块两个桥臂之间的电压差使其输出单相低频正弦波，lcl滤波模块可有效滤除纹波，共模抑制模块可有效抑制电源装置输出信号中的高频干扰信号，同时实现降压和换向两项功能，不仅可获得波形系数更好、精度更高的消磁正弦波，还可有效减小对舰船上声呐等敏感设备的影响。

另一方面，本发明提供一种用于舰船的消磁信号生成方法，采用如上所述的用于舰船的消磁电源装置，该方法包括如下步骤：

根据实时输出的消磁正弦波反馈调节h4逆变模块的第一输出端和第二输出端的电压差。

通过lcl滤波模块将h4逆变模块输出信号中的纹波滤除。

通过共模抑制模块抑制lcl滤波模块输出信号中的高频干扰信号，获得消磁信号。

本发明提供的用于舰船的消磁信号生成方法的有益效果是，基于实时输出的消磁正弦波，对h4逆变模块第一输出端和第二输出端之间，即两个桥臂之间的电压差进行动态反馈调节，可使在各种电压范围内，h4逆变模块均可输出波形系数良好的低频正弦波，通过lcl滤波模块和共模抑制模块对纹波和高频分量进行滤除后，可获得波形精度更高的消磁正弦波，从而为舰船进行准确消磁，并降低对舰船上其他设备的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的用于舰船的消磁电源装置的结构示意图；

图2为本发明实施例的用于舰船的消磁信号生成方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明实施例提供的一种用于舰船的消磁电源装置包括llc变换模块、h4逆变模块、lcl滤波模块和共模抑制模块，所述llc变换模块、所述h4逆变模块、所述lcl滤波模块和所述共模抑制模块依次电连接，所述llc变换模块的输入端接入直流电压，所述共模抑制模块的输出端输出消磁正弦波。

在本实施例中，通过llc(谐振电路)变换模块隔离输出固定的直流电压，通过调节h4逆变模块两个桥臂之间的电压差使其输出单相低频正弦波，lcl滤波模块可有效滤除纹波，共模抑制模块可有效抑制电源装置输出信号中的高频干扰信号，同时实现降压和换向两项功能，不仅可获得波形系数更好、精度更高的消磁正弦波，还可有效减小对舰船上声呐等敏感设备的影响。

优选地，所述h4逆变模块包括四个功率单元，第一功率单元与第三功率单元的连接处为所述h4逆变模块的第一输入端，第二功率单元与第四功率单元的连接处为所述h4逆变模块的第二输入端，第一功率单元与第二功率单元的连接处为所述h4逆变模块的第一输出端，第三功率单元与第四功率单元的连接处为所述h4逆变模块的第二输出端，所述h4逆变模块的第一输入端和第二输入端分别与所述llc变换模块的两个输出端电连接，所述h4逆变模块的第一输出端和第二输出端分别与所述lcl滤波模块的两个输入端电连接。

具体地，h4逆变模块的第一功率单元即为图1中的q1，第二功率单元为q2，第三功率单元为q3，第四功率单元为q4，其可以为igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)或mosfet(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)。

h4逆变模块由于包括4个功率单元，并且呈“h”型设置，每两个功率单元分别位于两个桥臂上，故称为h4逆变模块。a点可视为其第一输出端，b点可视为其第二输出端，c点可视为其第一输入端，d点可视为其第二输入端。a点与b点之间的压差可被调节。

在本优选实施例中，在所有电压范围内，均可调节a点与b点之间的压差，从而可以最终输出波形系数良好的正弦波电压。

优选地，所述lcl滤波模块包括依次电连接的第一电感、电容和第二电感，所述第一电感的一端作为所述lcl滤波模块的第一输入端与所述h4逆变模块的第一输出端电连接，所述第一电感的另一端与所述电容的一端的连接处为所述lcl滤波模块的第一输出端，所述电容的另一端与所述第二电感的一端的连接处为所述lcl滤波模块的第二输出端，所述第二电感的另一端作为所述lcl滤波模块的第二输入端与所述h4逆变模块的第二输出端电连接，所述lcl滤波模块的第一输出端和第二输出端，即电容两端分别与所述共模抑制模块电连接。

具体地，lcl滤波模块中的第一电感即为图1中的l1，电容为c1，第二电感为l2，三者构成的低通lcl滤波模块可以将h4逆变模块输出端，也就是a点和b点输出的调制波中的纹波有效滤除，特别是输出低电压时的纹波可被有效滤除，保证信号的精确性。

优选地，所述共模抑制模块为共模电感，所述共模电感的输入端分别与所述lcl滤波模块的第一输出端和第二输出端电连接，所述共模电感的输出端输出所述消磁正弦波。

具体地，共模电感即为图1中的l3，其可以有效抑制经lcl滤波模块的信号中的高频干扰信号，并输出低频消磁正弦波u0。

在本优选实施例中，通过共模电感的作用，可以减小电源输出信号中的共模电压，减小输出的消磁正弦波对舰船用声纳、通信设备或其他敏感设备的影响。

优选地，该装置还包括整流器，所述整流器的输入端接入交流电压，所述整流器的输出端与所述llc变换模块的输入端电连接。

具体地，接入llc变换模块，即图1中的u1的信号源可以直接为直流电压，也可以为经整流器将交流电压转换得到的直流电压，也就是说，如果为交流电源输入，则通过整流器对其进行转换。从而使消磁电源装置的设置更为灵活，满足更多实际应用场景。

优选地，所述llc变换模块为llc高频变换器。

具体地，llc高频变换器体积相对较小，可以进一步缩小消磁电源装置的体积，使其更易携带。另外，由于llc高频变换器只起隔离作用，可以设计为工作在非常高效率的工作点上，设计效率理论值可达98％以上，可有效隔离输出固定的直流电压。

本发明实施例提供的一种用于舰船的消磁信号生成方法，采用如上所述的用于舰船的消磁电源装置，如图2所示，该方法包括如下步骤：

根据实时输出的消磁正弦波反馈调节h4逆变模块的第一输出端和第二输出端的电压差。

通过lcl滤波模块将h4逆变模块输出信号中的纹波滤除。

通过共模抑制模块抑制lcl滤波模块输出信号中的高频干扰信号，获得消磁信号。

在本实施例中，基于实时输出的消磁正弦波，对h4逆变模块第一输出端和第二输出端之间，即两个桥臂之间的电压差进行动态反馈调节，可使在各种电压范围内，h4逆变模块均可输出波形系数良好的低频正弦波，通过lcl滤波模块和共模抑制模块对纹波和高频分量进行滤除后，可获得波形精度更高的消磁正弦波，从而为舰船进行准确消磁，并降低对舰船上其他设备的影响。

优选地，所述调节h4逆变模块的第一输出端和第二输出端的电压差的具体实现包括：

将h4逆变模块的第一功率单元和第二功率单元的互补工作占空比设置为0.5+k1，将h4逆变模块的第三功率单元和第四功率单元的互补工作占空比设置为0.5-k1。

具体地，0≤k1≤0.5，令周期为ts，k1取0.1为例，在一个周期内，(0-0.6)ts阶段控制第一功率单元工作，此时第二功率单元不工作，(0.6-1)ts阶段控制第二功率单元工作，此时第一功率单元不工作，(0-0.4)ts阶段控制第三功率单元工作，此时第四功率单元不工作，(0.4-1)ts阶段控制第四功率单元工作，此时第三功率单元不工作。

在本优选实施例中，以实时输出的消磁正弦波作为反馈信号，调节h4逆变模块各功率单元的互补工作占空比，对于需要输出任何范围内的电压时，特别是零电压附近的电压时，均可获得精度和线性度非常好的低频正弦输出。

优选地，根据所述实时输出的消磁正弦波，通过pi调节器控制k1的大小。

具体地，通过pi控制器的比例环节和积分环节实现基于实时输出消磁正弦波对h4逆变模块功率单元占空比参数的反馈控制，不仅高效，而且准确。

经测试，采用本申请技术方案生成的消磁信号，系统整体效率比传统方法提高2％-3％，其输出的作为消磁信号的低频正弦波系数较好，有效克服了现有技术中消磁电源输出零电压附近的电压时，波形不够准确，误差较大的问题。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。