高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，包括：取能單元、繞組切換控制電路、沖擊保護(hù)電路、整流濾波電路、過壓保護(hù)電路和電源管理模塊；取能單元包括可開閉式環(huán)形鐵芯和帶中間抽頭的二次取能線圈，二次取能線圈具有不同的檔位，繞組切換控制電路根據(jù)過壓保護(hù)電路輸出電壓幅值大小和幅值變化量決定接入電路的檔位，電源管理模塊包括穩(wěn)壓電路、電壓取樣電路、充電控制開關(guān)、充電電路、鋰電池和電源通道控制開關(guān)，充電控制開關(guān)根據(jù)電壓取樣電路輸出電壓幅值大小和幅值變化量控制充電電路是否對鋰電池進(jìn)行充電。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠性高，不僅能夠提高電源的能量轉(zhuǎn)化利用率，而且有效降低了最小啟動電流，具有較高的工程應(yīng)用價值。
【專利說明】
高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及高壓感應(yīng)取能電源相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高可靠性輸電線路 感應(yīng)取能電源，主要應(yīng)用于交流輸電線路或高壓開關(guān)柜等在線監(jiān)測裝置的電源供給。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展，在輸電線路或高壓一次設(shè)備上加裝的監(jiān)測設(shè) 備日漸增多，如輸電線路在線監(jiān)測裝置、覆冰監(jiān)測裝置、環(huán)網(wǎng)柜狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備等等，因此，解 決高壓側(cè)監(jiān)測設(shè)備供電問題成為研究的新熱點。常見的供電方式主要有太陽能供電、電池 供電、激光供電及超聲波供電等，由于體積、成本、輸出功率、轉(zhuǎn)化效率、絕緣等問題，上述方 法均未得到有效的利用。高壓感應(yīng)取能是通過在線路上套裝可開啟式的良磁導(dǎo)體，利用電 磁感應(yīng)原理從線路電流在其周圍產(chǎn)生的交變磁場中截獲能量，能夠為安裝在附近的監(jiān)測設(shè) 備提供穩(wěn)定的電源，具備較好的發(fā)展前景。線路中能夠滿足高壓感應(yīng)取能電源正常工作所 需的最小電流為最小啟動電流。由于輸電線路電流波動范圍非常大，取能電源需要解決兩 個問題:一是在線路電流較大導(dǎo)致取能過剩時，必須采取合理的泄能方式，以保證電源保持 平穩(wěn)輸出，否則將燒壞電源;二是在線路電流小于最小啟動電流時，具備備用電源，消除電 源工作死區(qū)。為能夠適應(yīng)較大電流下工作往往需要較低的取能效率，比如減小取能鐵芯體 積或減少取能匝數(shù);為降低最小啟動電流，盡可能地不使用備用電池，往往需要提高取能效 率，比如增大取能鐵芯體積。因此，使高壓感應(yīng)取能電源既能夠具備較低的最小啟動電流， 提高取能效率，消除電源工作死區(qū)；同時在線路電流過大時仍然能夠可靠地工作成為該技 術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是，提出一種高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，通過對電源的有效 管理，顯著提高取能效率，消除電源工作死區(qū)，為在線監(jiān)測設(shè)備提供穩(wěn)定的電源供給。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為： 高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，包括:取能單元、繞組切換控制電路、沖 擊保護(hù)電路、整流濾波電路、過壓保護(hù)電路和電源管理模塊;取能單元包括套裝在輸電導(dǎo)線 上的可開閉式環(huán)形鐵芯，繞置于環(huán)形鐵芯上的帶中間抽頭的二次取能線圈，二次取能線圈 將感應(yīng)獲取的電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出，繞組切換控制電路根據(jù)過壓保護(hù)電路輸出電壓幅值 大小和幅值變化量選擇二次取能線圈接入電路的繞組，整流濾波電路將二次取能線圈輸出 的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，取能單元的輸出端與繞組切換控制電路的輸入端連接，繞組 切換控制電路的輸出端與沖擊保護(hù)電路的輸入端連接，沖擊保護(hù)電路的輸出端與整流濾波 電路的輸入端連接，整流濾波電路的輸出端過壓保護(hù)電路的輸入端連接，過壓保護(hù)電路的 輸出端分別與繞組切換控制電路用于檢測電壓的輸入端和電源管理模塊的輸入端連接;電 源管理模塊包括穩(wěn)壓電路、電壓取樣電路、充電控制開關(guān)、充電電路、鋰電池和電源通道控 制開關(guān)，穩(wěn)壓電路的輸入端與電壓取樣電路的輸入端連接，穩(wěn)壓電路的輸出端分別與充電 控制開關(guān)的輸入端和電源通道控制開關(guān)的第一輸入端連接，充電控制開關(guān)的輸入端與電壓 取樣電路的輸出端連接，充電控制開關(guān)的輸出端與充電電路的輸入端連接，充電電路的輸 出端分別與鋰電池的正極端和電源通道控制開關(guān)的第二輸入端連接，電源通道控制開關(guān)的 輸出端與負(fù)載的輸入端連接，充電控制開關(guān)根據(jù)電壓取樣電路輸出電壓幅值大小和幅值變 化量控制充電開關(guān)的通斷，電源通道控制開關(guān)自動選擇穩(wěn)壓電路輸出電壓和鋰電池正極端 電壓高的一端為負(fù)載供電。
[0005] 下面是對本發(fā)明技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)： 上述繞組切換控制電路包括繼電器、保護(hù)電阻、第一上拉電阻、光耦器件、第一下拉電 阻、三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源、第一穩(wěn)壓電容、第一限流電阻、第一 NPN三極管、第一分壓電阻、電 阻值可調(diào)節(jié)的第二分壓電阻;保護(hù)電阻的一端與繼電器連接，保護(hù)電阻的另一端與光耦器 件內(nèi)部發(fā)光二極體的正極端連接，第一上拉電阻的一端與電源通道控制開關(guān)的輸出端連 接，第一上拉電阻的另一端與光耦器件內(nèi)部光敏三極管的集電極連接，光耦器件內(nèi)部光敏 三極管的發(fā)射極接隔離側(cè)地，光耦器件內(nèi)部發(fā)光二極體的負(fù)極端分別與第一下拉電阻的一 端、第一限流電阻的一端和三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的基極連接，第一下拉電阻的另一端接地， 第一限流電阻的另一端與第一 NPN三極管的基極連接，第一 NPN三極管的集電極分別與三端 可調(diào)分流基準(zhǔn)源的集電極、第一穩(wěn)壓電容的正極端、第一分壓電阻的一端和第二分壓電阻 的一端連接，第一分壓電阻的另一端與過壓保護(hù)電路的輸出端連接，第一 NPN三極管的發(fā) 射極與第二分壓電阻的電阻調(diào)節(jié)端連接，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的發(fā)射極分別與第一穩(wěn)壓電 容的負(fù)極端和第二分壓電阻的另一端連接并接地。
[0006] 上述電壓取樣電路包括第三分壓電阻和第四分壓電阻，第三分壓電阻的一端為電 壓取樣電路的輸入端，第三分壓電阻的另一端與第四分壓電阻的一端連接并作為電壓取樣 電路的輸出端，第四分壓電阻的另一端接地。
[0007] 上述充電控制開關(guān)包括第二穩(wěn)壓電容、第五分壓電阻、電阻可調(diào)的第六分壓電阻、 第二NPN三極管、電壓比較器、第二上拉電阻、第二下拉電阻、第一二極管、第二限流電阻、第 三上拉電阻和PNP三極管，第二穩(wěn)壓電容的正極端與電壓比較器的反相輸入端連接，第二穩(wěn) 壓電容的負(fù)極端接地，第五分壓電阻的一端與第二NPN三極管的集電極連接并作為充電控 制開關(guān)的輸入端，第五分壓電阻的另一端分別與第二NPN三極管的發(fā)射極和第六分壓電阻 的一端連接，第六分壓電阻的另一端接地，第六分壓電阻的電阻調(diào)節(jié)端與電壓比較器的同 相輸入端連接，第二上拉電阻的一端分別與第二NPN三極管的集電極和第三上拉電阻的一 端連接，第二上拉電阻的另一端分別與第二NPN三極管的基極、第一二極管的負(fù)極端和第二 下拉電阻的一端連接，第二下拉電阻的另一端與電壓比較器輸入電源負(fù)極端連接并接地， 第一二極管的正極端與第二限流電阻的一端連接，第二限流電阻的另一端分別與第三上拉 電阻的另一端、PNP三極管的基極連接，PNP三極管的集電極為充電控制開關(guān)的輸出端。
[0008] 上述電源通道控制開關(guān)包括第二二極管和第三二極管，第二二極管的正極端為電 源通道控制開關(guān)的第一輸入端，第二二極管的負(fù)極端與第三二極管的負(fù)極端連接并作為電 源通道控制開關(guān)的輸出端，第三二極管的正極端分別與充電電路的輸出端和鋰電池的正極 端連接并作為電源通道控制開關(guān)的第二輸入端。
[0009] 上述電源通道控制開關(guān)包括雙通道理想二極管LTC4413,電源通道控制開關(guān)的輸 入端與第四上拉電阻的一端連接，第四上拉電阻的另一端與雙通道理想二極管LTC4413的 通道狀態(tài)指示管腳連接，雙通道理想二極管LTC4413的通道狀態(tài)指示管腳與負(fù)載微處理器 的I/O端口連接，用于指示當(dāng)前供電通道為穩(wěn)壓電路或鋰電池。
[0010]上述二次取能線圈的總繞組為使當(dāng)前規(guī)格鐵芯輸出功率最大時的繞組，中間抽頭 位于總繞組的中部形成分線圈，繞組切換控制電路使二次取能線圈切換前，總繞組接入電 路，繞組切換控制電路使二次取能線圈切換后，分繞組接入電路。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明高壓感應(yīng)取能電源結(jié)構(gòu)框圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明電源管理模塊結(jié)構(gòu)框圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明繞組切換控制電路圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明電壓取樣電路圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明充電控制開關(guān)電路圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明實施例一電源管理模塊電路圖。
[0017] 圖7是本發(fā)明高壓感應(yīng)取能電源電路圖。
[0018] 圖8是本發(fā)明實施例二電源管理模塊電路圖。
[0019] 圖9是本發(fā)明繞組切換控制電路實驗測試圖。
[0020] 圖10是本發(fā)明高壓感應(yīng)取能電源實驗測試圖。
[0021] 附圖中的編碼分別為：1為取能單元，2為繞組切換控制電路，3為沖擊保護(hù)電路，4 為整流濾波電路，5為過壓保護(hù)電路，6為電源管理模塊，601為穩(wěn)壓電路，602為電壓取樣電 路，603為充電控制開關(guān)，604為充電電路，605為電源通道控制開關(guān)，BAT為鋰電池，7為負(fù)載， Vin為過壓保護(hù)電路輸出電壓，VCC為電源通道控制開關(guān)輸出端，U1為繼電器，R1為保護(hù)電 阻，R2為第一上拉電阻，U2為光耦器件，GND為隔離側(cè)地，JGND為地，R3為第一下拉電阻，Q1為 三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源，C1為第一穩(wěn)壓電容，R4為第一限流電阻，Q2為第一 NPN三極管，R5為第 一分壓電阻，R6為第二分壓電阻，R7為第三分壓電阻，R8為第四分壓電阻，C2為第二穩(wěn)壓電 容，R9為第五分壓電阻，Q3為第二NPN三極管，R10為第六分壓電阻，R11為第二上拉電阻，R12 為第二下拉電阻，U3為電壓比較器，D1為第一二極管，R13為第二限流電阻，D2為第二二極 管，D3為第三二極管，Q4為PNP三極管，VI為電壓取樣電路輸出端，V2為穩(wěn)壓電路輸出端，V3 為充電控制開關(guān)輸出端，C3為濾波電容，R15為第三上拉電阻。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0023] 實施例一 如圖1所示為高壓感應(yīng)取能電源結(jié)構(gòu)框圖。高壓感應(yīng)取能電源包括取能單元1、繞組切 換控制電路2、沖擊保護(hù)電路3、整流濾波電路4、過壓保護(hù)電路5和電源管理模塊6。取能單元 1的輸出端與繞組切換控制電路2的輸入端連接，繞組切換控制電路2的輸出端與沖擊保護(hù) 電路3的輸入端連接，沖擊保護(hù)電路3的輸出端與整流濾波電路4的輸入端連接，整流濾波電 路4的輸出端過壓保護(hù)電路5的輸入端連接，過壓保護(hù)電路5的輸出端分別與繞組切換控制 電路2用于檢測電壓的輸入端和電源管理模塊6的輸入端連接;取能單元1的可開閉式環(huán)形 鐵芯套裝在輸電導(dǎo)線上的，帶中間抽頭的二次取能線圈繞置于環(huán)形鐵芯上，繞組A-C為總繞 組，繞組B-C為分繞組，繞組切換控制電路2的電壓檢測輸入端實時監(jiān)測過壓保護(hù)電路輸出 端電壓，當(dāng)輸出電壓賦值變化量達(dá)到設(shè)定值時使取能單元1的二次取能線圈由總繞組A-C切 換為分繞組B-C;當(dāng)繞組切換控制電路2輸出功率過大時，沖擊保護(hù)電路3將兩極的高阻抗變 為低阻抗，吸收浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，防止受到過大的瞬時電壓破 壞或干擾擊穿，保護(hù)后續(xù)電路;整流濾波電路4將沖擊保護(hù)電路3輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換為直 流電壓，過壓保護(hù)電路包括遲滯比較器和MOSFET場效應(yīng)管，當(dāng)整流濾波電路4輸出直流電壓 小于過壓保護(hù)電路5門檻電壓時，遲滯比較器輸出開路，MOSFET場效應(yīng)管導(dǎo)通，當(dāng)整流濾波 電路4輸出直流電壓大于過壓保護(hù)電路5門檻電壓時，遲滯比較器翻轉(zhuǎn)，MOSFET場效應(yīng)管斷 開，進(jìn)一步斷開與電源管理模塊6的連接，保護(hù)后續(xù)電路；電源管理模塊6將過壓保護(hù)電路5 輸出的直流電壓轉(zhuǎn)換成負(fù)載7所需的直流電壓，并對作為儲能裝置的鋰電池進(jìn)行充放電控 制。
[0024]如圖2所示是電源管理模塊結(jié)構(gòu)框圖。電源管理模塊6包括穩(wěn)壓電路601、電壓取樣 電路602、充電控制開關(guān)603、充電電路604、電源通道控制開關(guān)605、鋰電池 BAT。穩(wěn)壓電路601 的輸入端與電壓取樣電路60 2的輸入端連接，穩(wěn)壓電路60 2的輸出端分別與充電控制開關(guān) 603的輸入端和電源通道控制開關(guān)605的第一輸入端連接，充電控制開關(guān)603的輸入端與電 壓取樣電路的輸出端Vi η連接，充電控制開關(guān)603的輸出端與充電電路604的輸入端連接，充 電電路604的輸出端分別與鋰電池 ΒΑΤ的正極端和電源通道控制開關(guān)605的第二輸入端連 接，電源通道控制開關(guān)605的輸出端與負(fù)載的輸入端連接。穩(wěn)壓電路601將過壓保護(hù)電路輸 出電壓Vin轉(zhuǎn)換為負(fù)載7所需電壓;充電控制開關(guān)603根據(jù)電壓取樣電路輸出電壓Vin幅值大 小和幅值變化量控制充電開關(guān)的通斷，當(dāng)電壓取樣電路輸出電壓Vin幅值大于充電控制開 關(guān)603電壓設(shè)定值時，充電開關(guān)導(dǎo)通，充電電路604為鋰電池 BAT進(jìn)行充電，當(dāng)電壓取樣電路 輸出電壓Vin幅值小于充電控制開關(guān)603電壓設(shè)定值且滿足幅值變化量時，充電開關(guān)斷開， 充電電路604停止為鋰電池 BAT進(jìn)行充電；電源通道控制開關(guān)605根據(jù)穩(wěn)壓電路601輸出電壓 和鋰電池 BAT正極端電壓高低情況，自動選擇電壓高的一端為負(fù)載7供電。
[0025]如圖3所示是繞組切換控制電路圖。繞組切換控制電路2包括繼電器U1、保護(hù)電阻 R1、第一上拉電阻R2、光耦器件U2、第一下拉電阻R3、三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Q1、第一穩(wěn)壓電容 C1、第一限流電阻R4、第一 NPN三極管Q2、第一分壓電阻R5、電阻值可調(diào)節(jié)的第二分壓電阻 R6;保護(hù)電阻R1的一端與繼電器U1連接，保護(hù)電阻R1的另一端與光耦器件U2內(nèi)部發(fā)光二極 體的正極端連接，第一上拉電阻R2的一端與電源通道控制開關(guān)的輸出端VCC連接，第一上拉 電阻R2的另一端與光耦器件U2內(nèi)部光敏三極管的集電極連接，光耦器件U2內(nèi)部光敏三極管 的發(fā)射極接隔離側(cè)地GND，光耦器件U2內(nèi)部發(fā)光二極體的負(fù)極端分別與第一下拉電阻R3的 一端、第一限流電阻R4的一端和三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Q1的基極連接，第一下拉電阻R3的另 一端接地JGND，第一限流電阻R4的另一端與第一 NPN三極管Q2的基極連接，第一 NPN三極管 Q2的集電極分別與三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Q1的集電極、第一穩(wěn)壓電容C1的正極端、第一分壓 電阻R5的一端和第二分壓電阻R6的一端連接，第一分壓電阻R5的另一端與過壓保護(hù)電路的 輸出端Vin連接，第一 NPN三極管Q2的發(fā)射極與第二分壓電阻R6的電阻調(diào)節(jié)端連接，三端可 調(diào)分流基準(zhǔn)源Q1的發(fā)射極分別與第一穩(wěn)壓電容C1的負(fù)極端和第二分壓電阻R6的另一端連 接并接地JGND。該電路的工作原理為：當(dāng)三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Q1集電極輸入電壓小于擊穿 電壓時，內(nèi)部三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出高電平，第一 NPN三極管導(dǎo)通，光耦器件U2截止，繼 電器U1不動作，二次取能線圈總繞組A-C接入電路；當(dāng)三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Q1集電極輸入電 壓大于擊穿電壓時，內(nèi)部三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出低電平，第一下拉電阻R3使三端可調(diào)分 流基準(zhǔn)源Q1基極電壓拉低至地電位，第一 NPN三極管關(guān)斷，第一分壓電阻R5和第二分壓電阻 R6的電阻分壓比增大，進(jìn)一步確保三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Q1處于擊穿狀態(tài)，光耦器件U2導(dǎo)通， 驅(qū)動繼電器U1動作，二次取能線圈總繞組B-C接入電路，保護(hù)電阻R1用于防止流入繼電器U1 電流過大使其燒毀。通過控制第一 NPN三極管的通斷進(jìn)一步調(diào)整第一分壓電阻R5和第二分 壓電阻R6的電阻分壓比，使三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源Q1集電極輸入電壓大于擊穿電壓時繼電器 動作，而必須滿足其值小于擊穿電壓且存在一定變化量時繼電器恢復(fù)初始狀態(tài)，大大提高 了繞組切換控制電路2的抗干擾性。
[0026]如圖4所示是電壓取樣電路圖。電壓取樣電路602包括第三分壓電阻R7和第四分壓 電阻R8,第三分壓電阻R7的一端為電壓取樣電路602的輸入端，與過壓保護(hù)電路的輸出端 Vin連接，用于檢測其輸出電壓的幅值大小和幅值變化量，第三分壓電阻R7的另一端與第四 分壓電阻R8的一端連接并作為電壓取樣電路的輸出端VI，第四分壓電阻R8的另一端接地。 [0027]如圖5所示是充電控制開關(guān)電路圖。充電控制開關(guān)603包括第二穩(wěn)壓電容C2、第五 分壓電阻R9、電阻可調(diào)的第六分壓電阻R10、第二NPN三極管Q3、電壓比較器U3、第二上拉電 阻R11、第二下拉電阻R12、第一二極管D1、第二限流電阻R13、第三上拉電阻R14和PNP三極管 Q4,第二穩(wěn)壓電容C2的正極端與電壓比較器U3的反相輸入端連接，第二穩(wěn)壓電容C2的負(fù)極 端接地，第五分壓電阻R9的一端分別與穩(wěn)壓電源的輸出端V2和第二NPN三極管Q3的集電極 連接并作為充電控制開關(guān)的輸入端，第五分壓電阻R9的另一端分別與第二NPN三極管Q3的 發(fā)射極和第六分壓電阻R10的一端連接，第六分壓電阻R10的另一端接地，第六分壓電阻R10 的電阻調(diào)節(jié)端與電壓比較器U3的同相輸入端連接，第二上拉電阻R11的一端分別與第二NPN 三極管Q3的集電極和第三上拉電阻R14的一端連接，第二上拉電阻R11的另一端分別與第二 NPN三極管Q3的基極、第一二極管D1的負(fù)極端和第二下拉電阻R12的一端連接，第二下拉電 阻R12的另一端與電壓比較器U3輸入電源負(fù)極端連接并接地，第一二極管D1的正極端與第 二限流電阻R13的一端連接，第二限流電阻R13的另一端分別與第三上拉電阻R14的另一端、 PNP三極管Q4的基極連接，PNP三極管Q4的集電極為充電控制開關(guān)的輸出端V3。該電路的工 作原理為:第二穩(wěn)壓電容C2用于濾除VI高頻毛刺使電壓保持穩(wěn)定，當(dāng)VI小于電壓比較器U3 同相輸入端電壓時，電壓比較器U3輸出開路，第二上拉電阻R11使第二NPN三極管Q3基極電 壓拉至高電平，電壓值由第二上拉電阻R11和第二下拉電阻R12的電阻分壓比決定，第二NPN 三極管Q3導(dǎo)通，第五分壓電阻R9被短路，電壓比較器U3同相輸入端電壓由電阻可調(diào)的第六 分壓電阻R10決定，PNP三極管Q4關(guān)斷，充電電路604停止對鋰電池 BAT充電；當(dāng)VI大于電壓比 較器U3同相輸入端電壓時，電壓比較器U3翻轉(zhuǎn)，第二下拉電阻R11使第二NPN三極管Q3基極 電壓拉至地電位，第二NPN三極管Q3關(guān)斷，第五分壓電阻R9接入電路，電壓比較器U3同相輸 入端電壓降低，使電壓比較器U3保持翻轉(zhuǎn)狀態(tài)更加穩(wěn)定，PNP三極管Q4飽和導(dǎo)通，充電電路 604開始對鋰電池 BAT充電，利用第一二極管D1的單向?qū)щ娦詫NP三極管Q4進(jìn)行保護(hù)，第二 限流電阻R13防止PNP三極管Q4基極電流過大而燒毀，第三上拉電阻R14將PNP三極管Q4基極 拉至高電平，提高電路抗干擾性。
[0028]如圖6所示是電源管理模塊電路圖。在本實施例中，電源通道控制開關(guān)605包括第 二二極管D2和第三二極管D3,第二二極管D2的正極端與穩(wěn)壓電路的輸出端連接并作為電源 通道控制開關(guān)605的第一輸入端，第二二極管D2的負(fù)極端與第三二極管D3的負(fù)極端連接并 作為電源通道控制開關(guān)的輸出端VCC，第三二極管D3的正極端分別與充電電路604的輸出端 和鋰電池 BAT的正極端連接并作為電源通道控制開關(guān)的第二輸入端，該電路利用二極管的 單向?qū)щ娦宰詣舆x擇穩(wěn)壓電路輸出端和鋰電池的正極端電壓較高的一端為負(fù)載7供電，在 電路設(shè)計時穩(wěn)壓電路輸出電壓為5V，鋰電池電壓為4.2V，第二二極管D2和第三二極管D3選 用導(dǎo)通電壓降較低的鍺二極管，導(dǎo)通時電壓降約為0.3V。
[0029]本實施例高壓感應(yīng)取能電源電路圖如圖7所示。
[0030] 實施例二 如圖8所示是電源管理模塊電路圖。本實施例與實施例一的區(qū)別在于電源通道控制開 關(guān)605包括雙通道理想二極管LTC4413和第四上拉電阻R15,電源通道控制開關(guān)605的輸入端 與第四上拉電阻R15的一端連接，第四上拉電阻R15的另一端與雙通道理想二極管LTC4413 的通道狀態(tài)指示管腳連接，雙通道理想二極管LTC4413的通道狀態(tài)指示管腳與負(fù)載7中微處 理器的I/O端口連接，用于指示當(dāng)前供電通道為穩(wěn)壓電路供電還是鋰電池供電。
[0031] 實施例三 具體地，根據(jù)以下實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步地說明其優(yōu)點和工程應(yīng)用價值。將實施 例二所公開的技術(shù)方案應(yīng)用于輸電線路覆冰在線監(jiān)測中，在線監(jiān)測設(shè)備負(fù)載功耗為1.8W， 為便于輸電導(dǎo)線的安裝、拆卸及繞線方便，環(huán)形鐵芯切割采用半圓對稱線切割的方式，二次 取能線圈的總繞組匝數(shù)為60匝，分繞組匝數(shù)為20匝，二次取能線圈均采用直徑為0.3mm的銅 漆包線。繞組切換控制電路實驗測試結(jié)果如表1和圖9所示。
[0032]表1.過壓保護(hù)電路輸出電壓及二次取能線圈取能繞組與試驗電流關(guān)系表
當(dāng)試驗電流上升至98A時鐵芯磁化曲線已經(jīng)進(jìn)入飽和區(qū)域，此時二次取能線圈A-C接入 電路，當(dāng)試驗電流上升至110A時繞組切換控制電路繼電器動作，二次取能線圈切換至B-C接 入電路；當(dāng)試驗電流上升至122A時開始降低試驗電流，當(dāng)試驗電流下降至110A和108A時繞 組切換控制電路繼電器未動作，當(dāng)試驗電流下降至82A時，繞組切換控制電路繼電器動作， 二次取能線圈B-C切換至A-C接入電路。該電路有效解決了輸電導(dǎo)線電流波動導(dǎo)致繼電器誤 切換的問題，提高了電路的抗干擾性。
[0033] 如圖10所示是高壓感應(yīng)取能電源實驗測試圖。在本試驗中，過壓保護(hù)電路輸出電 壓及充電控制開關(guān)與試驗電流關(guān)系如表2所示。
[0034] 表2.過壓保護(hù)電路輸出電壓及充電
控制開關(guān)與試驗電流關(guān)系表 ' 當(dāng)試驗電流為12A時充電控制開關(guān)斷開，此時電源管理模塊輸出電壓為5V，而在試驗過_ 程中若將充電控制開關(guān)短路，則由于為鋰電池充電，增重了負(fù)載，此時電源管理模塊輸出電 壓約2.8V，無法為負(fù)載供電，有效地說明了該電源管理模塊能有效降低最小啟動電流，提高 電源供電可靠性；當(dāng)試驗電流上升至32A時，充電控制開關(guān)導(dǎo)通，充電電路開始為鋰電池充 電；當(dāng)試驗電流上升至1500A時，雖然二次取能線圈分繞組B-C接入電路，但感應(yīng)輸出的電能 仍然過多，因此此時過壓保護(hù)電路中MOSFET場效應(yīng)管關(guān)閉，由鋰電池為負(fù)載供電；而實際工 程應(yīng)用中輸電導(dǎo)線電流一般不會達(dá)到1500A，因此該高壓感應(yīng)取能電源能夠滿足工程需求。
[0035]以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的【具體實施方式】，但并不能因此而理解為對本發(fā) 明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思 的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利 的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，包括:取能單元、繞組切換控制 電路、沖擊保護(hù)電路、整流濾波電路、過壓保護(hù)電路和電源管理模塊;取能單元包括套裝在 輸電導(dǎo)線上的可開閉式環(huán)形鐵芯，繞置于環(huán)形鐵芯上的帶中間抽頭的二次取能線圈，二次 取能線圈將感應(yīng)獲取的電能轉(zhuǎn)換為交流電輸出，繞組切換控制電路根據(jù)過壓保護(hù)電路輸出 電壓幅值大小和幅值變化量選擇二次取能線圈接入電路的繞組，整流濾波電路將二次取能 線圈輸出的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，取能單元的輸出端與繞組切換控制電路的輸入端連 接，繞組切換控制電路的輸出端與沖擊保護(hù)電路的輸入端連接，沖擊保護(hù)電路的輸出端與 整流濾波電路的輸入端連接，整流濾波電路的輸出端過壓保護(hù)電路的輸入端連接，過壓保 護(hù)電路的輸出端分別與繞組切換控制電路用于檢測電壓的輸入端和電源管理模塊的輸入 端連接;電源管理模塊包括穩(wěn)壓電路、電壓取樣電路、充電控制開關(guān)、充電電路、鋰電池和電 源通道控制開關(guān)，穩(wěn)壓電路的輸入端與電壓取樣電路的輸入端連接，穩(wěn)壓電路的輸出端分 別與充電控制開關(guān)的輸入端和電源通道控制開關(guān)的第一輸入端連接，充電控制開關(guān)的輸入 端與電壓取樣電路的輸出端連接，充電控制開關(guān)的輸出端與充電電路的輸入端連接，充電 電路的輸出端分別與鋰電池的正極端和電源通道控制開關(guān)的第二輸入端連接，電源通道控 制開關(guān)的輸出端與負(fù)載的輸入端連接，充電控制開關(guān)根據(jù)電壓取樣電路輸出電壓幅值大小 和幅值變化量控制充電開關(guān)的通斷，電源通道控制開關(guān)自動選擇穩(wěn)壓電路輸出電壓和鋰電 池正極端電壓高的一端為負(fù)載供電。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，繞組切換控制 電路包括保繼電器、保護(hù)電阻、第一上拉電阻、光耦器件、第一下拉電阻、三端可調(diào)分流基準(zhǔn) 源、第一穩(wěn)壓電容、第一限流電阻、第一 NPN三極管、第一分壓電阻、電阻值可調(diào)節(jié)的第二分 壓電阻;保護(hù)電阻的一端與繼電器連接，保護(hù)電阻的另一端與光耦器件內(nèi)部發(fā)光二極體的 正極端連接，第一上拉電阻的一端與電源通道控制開關(guān)的輸出端連接，第一上拉電阻的另 一端與光親器件內(nèi)部光敏三極管的集電極連接，光親器件內(nèi)部光敏三極管的發(fā)射極接隔離 側(cè)地，光親器件內(nèi)部發(fā)光二極體的負(fù)極端分別與第一下拉電阻的一端、第一限流電阻的一 端和三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的基極連接，第一下拉電阻的另一端接地，第一限流電阻的另一 端與第一 NPN三極管的基極連接，第一 NPN三極管的集電極分別與三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的集 電極、第一穩(wěn)壓電容的正極端、第一分壓電阻的一端和第二分壓電阻的一端連接，第一分壓 電阻的另一端與過壓保護(hù)電路的輸出端連接，第一 NPN三極管的發(fā)射極與第二分壓電阻的 電阻調(diào)節(jié)端連接，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源的發(fā)射極分別與第一穩(wěn)壓電容的負(fù)極端和第二分壓 電阻的另一端連接并接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，電壓取樣 電路包括第三分壓電阻和第四分壓電阻，第三分壓電阻的一端為電壓取樣電路的輸入端， 第三分壓電阻的另一端與第四分壓電阻的一端連接并作為電壓取樣電路的輸出端，第四分 壓電阻的另一端接地。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，充電控制 開關(guān)包括第二穩(wěn)壓電容、第五分壓電阻、電阻可調(diào)的第六分壓電阻、第二NPN三極管、電壓比 較器、第二上拉電阻、第二下拉電阻、第一二極管、第二限流電阻、第三上拉電阻和PNP三極 管，第二穩(wěn)壓電容的正極端與電壓比較器的反相輸入端連接，第二穩(wěn)壓電容的負(fù)極端接地， 第五分壓電阻的一端與第二NPN三極管的集電極連接并作為充電控制開關(guān)的輸入端，第五 分壓電阻的另一端分別與第二NPN三極管的發(fā)射極和第六分壓電阻的一端連接，第六分壓 電阻的另一端接地，第六分壓電阻的電阻調(diào)節(jié)端與電壓比較器的同相輸入端連接，第二上 拉電阻的一端分別與第二NPN三極管的集電極和第三上拉電阻的一端連接，第二上拉電阻 的另一端分別與第二NPN三極管的基極、第一二極管的負(fù)極端和第二下拉電阻的一端連接， 第二下拉電阻的另一端與電壓比較器輸入電源負(fù)極端連接并接地，第一二極管的正極端與 第二限流電阻的一端連接，第二限流電阻的另一端分別與第三上拉電阻的另一端、PNP三極 管的基極連接，PNP三極管的集電極為充電控制開關(guān)的輸出端。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，充電控制開關(guān) 包括第二穩(wěn)壓電容、第五分壓電阻、電阻可調(diào)的第六分壓電阻、第二NPN三極管、電壓比較 器、第二上拉電阻、第二下拉電阻、第一二極管、第二限流電阻、第三上拉電阻和PNP三極管， 第二穩(wěn)壓電容的正極端與電壓比較器的反相輸入端連接，第二穩(wěn)壓電容的負(fù)極端接地，第 五分壓電阻的一端與第二NPN三極管的集電極連接并作為充電控制開關(guān)的輸入端，第五分 壓電阻的另一端分別與第二NPN三極管的發(fā)射極和第六分壓電阻的一端連接，第六分壓電 阻的另一端接地，第六分壓電阻的電阻調(diào)節(jié)端與電壓比較器的同相輸入端連接，第二上拉 電阻的一端分別與第二NPN三極管的集電極和第三上拉電阻的一端連接，第二上拉電阻的 另一端分別與第二NPN三極管的基極、第一二極管的負(fù)極端和第二下拉電阻的一端連接，第 二下拉電阻的另一端與電壓比較器輸入電源負(fù)極端連接并接地，第一二極管的正極端與第 二限流電阻的一端連接，第二限流電阻的另一端分別與第三上拉電阻的另一端、PNP三極管 的基極連接，PNP三極管的集電極為充電控制開關(guān)的輸出端。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，電源通道 控制開關(guān)包括第二二極管和第三二極管，第二二極管的正極端為電源通道控制開關(guān)的第一 輸入端，第二二極管的負(fù)極端與第三二極管的負(fù)極端連接并作為電源通道控制開關(guān)的輸出 端，第三二極管的正極端分別與充電電路的輸出端和鋰電池的正極端連接并作為電源通道 控制開關(guān)的第二輸入端。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，電源通道 控制開關(guān)包括雙通道理想二極管LTC4413,電源通道控制開關(guān)的輸入端與第四上拉電阻的 一端連接，第四上拉電阻的另一端與雙通道理想二極管LTC4413的通道狀態(tài)指示管腳連接， 雙通道理想二極管LTC4413的通道狀態(tài)指示管腳與負(fù)載微處理器的I/O端口連接，用于指示 當(dāng)前供電通道為穩(wěn)壓電路或鋰電池。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性輸電線路感應(yīng)取能電源，其特征在于，二次取能線圈 的總繞組為使當(dāng)前規(guī)格鐵芯輸出功率最大時的繞組，中間抽頭位于總繞組的中部形成分線 圈，繞組切換控制電路使二次取能線圈切換前，總繞組接入電路，繞組切換控制電路使二次 取能線圈切換后，分繞組接入電路。
【文檔編號】H02J7/00GK105896622SQ201610305634
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月10日
【發(fā)明人】李昌陵, 趙欣, 門艷, 邵海, 楊書英
【申請人】國網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 國家電網(wǎng)公司