一种新型阴极防腐特种电源

　　近几年来，为了减缓油气集输管网所遭受的地下腐蚀，延长管线的使用寿命，各油田配置了多种用于金属阴极防腐保护的特种电源，从现场使用情况来看，存在着体积大、成本高、容量不足、保护电位稳定性差和可靠性不高等缺陷。随着电力电子技术的广泛应用，采用现代大功率DC/DC变换技术，研制新一代阴极保护特种电源，己成为阴极保护领域的一个重要的发展趋向。

　　本文提出了一种电荷转移式零电流开关（CT -ZCS）DC/DC变换器，并依此结合所示的阴极保护原理，构成了一种新型阴极保护特种电源，对其工作原理做了详细新颖的脉冲频率反馈控制方法，分析了CT1CS恒电位仪的性能特点，并分别给出了有关。设S1，S2为理想功率开关，二者轮流通断，两电容的取值满足在一个开关周期T内，CT-ZCS变换器可分为4个等效子拓扑，相应的电压电流稳态波形见。其中T2零电流谐振开关，为电容C谐振充电，电容电压初值U.（0）= -U2，在谐振半周时刻达到*大值'S1开关零电流关断。此状态一直保持到t2时刻，转入下一个拓扑。

　　期间：S1己处于截止，在t2时刻S2开始导2与G，构成谐振回路。由于C0C，故C0可以恒压源等效。t4时刻u. =0，二极管D开始导通。在此期间，C上的电荷量己全部转移至C.及负载。

　　期间：D与S2均导通，由于t时刻i2>0，此收稿曰期：2005-08-30时的电感L2储能使电容电压在谐振至t5时刻达到负压峰测试封装材料薛胜东：一种新型阴极防腐特种电源0期间：S2已关断，D仍处于导通。电感中电流在U作用下线性减小。当一个周期结束，即t6时刻4的线性减小可能尚在继续与下一周期的L谐振充电并行。

　　由以上分析可见，在整个过程中，功率开关SI，S2及二极管D均为零电流导通和零电流关断；电容C起着双重作用，一则作为零电流开关的谐振元件，保证功率器件在导通与关断时具有较低的di/dt，二则作为能量（电荷）传输从电源Us到U转移的核心部件；要改变输出电压或电流的大小，需要调节功率开关的通断频率，即采用脉冲频率控制方式。

　　2CT-ZCS变换器的控制-ZCS变换器工作原理，经分析可知，在理想情况下，忽略变换器本身的损耗，则每个稳态周期转移至输出负载上的能量为：则输出平均功率：P +Us）f其中，f为电荷转移频率；U2的大小近似与L3成比例，通常为了降低器件的应力要求，选择L3L2，特别是当L3=0时，U2=0，但此时二极管D的di/dt将明显增大。由上式可见，对变换器输出功率的调节，就是通过对电荷转移频率来实现的。

　　根据中参比电位的控制要求而设计的CT换器控制原理图如所示2，3.采用此控制方案简单可并赋予本电源装置一大优点，即输出端不怕短路，因为当输出电压过低甚至为零时，通过求和环节，使压控振荡器的输出脉冲频率限定于某一*低值，从而限定了输出电流的大小。此外，若反馈信号取自输出电流，可以实现稳流输出。

　　（a）所示为样机实验波形。在参比电位保持1. 22V情况下，实测输出外特性曲线见（b），*大纹波系数为2.5%.本文讨论了一种适用于阴极保护特种电源的CT -ZCS新型功率变换器拓扑，对其工作原理进行了详细分析，结合恒电位仪的研制，提出了一种简单实用的脉冲频率控制方案，阐述了该装置的性能特点，并给出了有关实验波形和输出外特性的实测曲线。分析与实验结果表明，CT -ZCS变换器具有如下优点：零电流功率开关有利于降低开关损耗和提高变换器的容量和效率；通过限定电荷转移频率可实现自动可靠的输出短路保护；既可以实现恒压输出也可以实现恒流输出；既可采用GTR，IGBT等可关断器件，更宜于采用快速晶闸管或高频晶闸管，以获得大容量输出。

(完)