專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于高壓電力線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于能量采集技術(shù)，特別是ー種能量采集穩(wěn)壓電源電路。
背景技術(shù)：
在電カ設(shè)備監(jiān)控領(lǐng)域，尤其是對(duì)高壓電纜的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，如何給高壓電纜附屬設(shè)備提供電源一直是ー項(xiàng)棘手的問(wèn)題。目前一種較好的方法是直接利用電纜上流過(guò)的電流，通過(guò)互感器獲取電能，用以供給外部設(shè)備。但是，CT (電流互感器)取電方法本身存在供電死區(qū)，即當(dāng)電纜上流過(guò)的電流較小時(shí)，取電線圈獲取的電能小，不足以給電纜附屬設(shè)備供電。解決此問(wèn)題一直是ー個(gè)技術(shù)難題
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，為高壓電纜附屬設(shè)備提供電源，有效的壓縮了供電死區(qū)，使其在高壓電纜中電流小至IA的情況下也能為附屬設(shè)備提供電能。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，包括取電線圈、電壓泵模塊、儲(chǔ)能模塊、電壓采樣模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、遲滯比較模塊、電子開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓器模塊，高壓電纜上套有取電線圈，該取電線圈的輸出端連接電壓泵模塊，該電壓泵模塊連接儲(chǔ)能模塊的輸入端，該儲(chǔ)能模塊的輸出端分別連接電壓采樣模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、遲滯比較模塊、電子開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器后接負(fù)載，高壓電纜作為取電線圈一次側(cè)輸入端，當(dāng)高壓電纜中電流變化時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，取電線圈的輸出端作為ニ次側(cè)獲取感應(yīng)電能，取電線圈二次側(cè)感應(yīng)輸出電壓、電流，流入電壓泵模塊中，經(jīng)電壓泵模塊電能轉(zhuǎn)移和倍壓作用下，經(jīng)儲(chǔ)能模塊收集和存儲(chǔ)起來(lái)，根據(jù)負(fù)載需求通過(guò)遲滯比較模塊設(shè)置工作電壓區(qū)間UH、隊(duì)，基準(zhǔn)電壓模塊給遲滯比較模塊提供ー個(gè)基準(zhǔn)電壓信號(hào)，電壓采樣模塊采樣當(dāng)前儲(chǔ)能模塊的電壓作為遲滯比較模塊的輸入信號(hào)，當(dāng)儲(chǔ)能模塊電壓到達(dá)Uh吋，這時(shí)米樣電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，遲滯比較模塊控制電子開(kāi)關(guān)閉合，向穩(wěn)壓器和負(fù)載供電，然后儲(chǔ)能模塊電壓下降，當(dāng)下降到隊(duì)時(shí)，這時(shí)采樣電壓小于基準(zhǔn)電壓，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，儲(chǔ)能模塊重新存儲(chǔ)電能，周而復(fù)始。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明為解決給高壓附屬設(shè)備供電問(wèn)題提供新的技術(shù)手段，其裝置結(jié)構(gòu)和方法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，體積小，輕便，滿(mǎn)足高壓線安全規(guī)范。(2)本發(fā)明利用高壓線周?chē)嬖诘碾姶艌?chǎng)，通過(guò)電流互感器獲取感應(yīng)能量，對(duì)于高壓附屬設(shè)備來(lái)說(shuō)，就地取能，相比電池來(lái)講，壽命延長(zhǎng)，不用經(jīng)常更換，其屏蔽性好，在高壓電場(chǎng)中可以安全穩(wěn)定的工作，相比太陽(yáng)能取電方式，不受天氣以及場(chǎng)所的影響。(3)可以在高壓線中電流低至IA的情況下，給附屬設(shè)備供電，較目前的CT取電方法，有效的壓縮供電死區(qū)。
(4)本發(fā)明裝置的應(yīng)用范圍廣闊、通用性好，可以為單片機(jī)、無(wú)線模塊等供電。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。


圖I為基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路示意圖。圖2本發(fā)明供電電源電路中的五級(jí)電壓泵模塊。圖3本發(fā)明供電電源電路中的七級(jí)電壓泵模塊。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖1，本發(fā)明在高壓母線電流不足的情況下，取電線圈提供能量不足以使附屬用電設(shè)備連續(xù)供電時(shí)，將所采集的能量?jī)?chǔ)存，當(dāng)能量積累到一定的數(shù)值時(shí)，(儲(chǔ)能模塊的儲(chǔ)能電容的電壓達(dá)到時(shí))給負(fù)載供電。原來(lái)的供電方式為連續(xù)供電，當(dāng)高壓電纜中電流大于8A時(shí)負(fù)載才能正常工作，現(xiàn)在的工作方式為斷續(xù)供電，是將小電流的能量?jī)?chǔ)存累積后給負(fù)載供電，故能夠做到増大供電的輸入范圍，減小供電死區(qū)。本發(fā)明基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，包括取電線圈Tl、電壓泵模塊、儲(chǔ)能模塊、電壓采樣模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、遲滯比較模塊、電子開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓器模塊，高壓電纜上套有取電線圈Tl，該取電線圈Tl的輸出端連接電壓泵模塊，該電壓泵模塊連接儲(chǔ)能模塊的輸入端，該儲(chǔ)能模塊的輸出端·分別連接電壓采樣模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、遲滯比較模塊、電子開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器后接負(fù)載，高壓電纜作為取電線圈一次側(cè)輸入端，當(dāng)高壓電纜中電流I變化時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，取電線圈的輸出端作為二次側(cè)獲取感應(yīng)電能，取電線圈Tl 二次側(cè)感應(yīng)輸出電壓、電流，流入電壓泵模塊中，經(jīng)電壓泵模塊電能轉(zhuǎn)移和倍壓作用下，經(jīng)儲(chǔ)能模塊收集和存儲(chǔ)起來(lái)(儲(chǔ)能模塊可為超級(jí)電容或者小的電池組)，根據(jù)負(fù)載需求通過(guò)遲滯比較模塊設(shè)置工作電壓區(qū)
間、隊(duì)，基準(zhǔn)電壓模塊給遲滯比較模塊提供ー個(gè)基準(zhǔn)電壓信號(hào)，電壓采樣模塊采樣當(dāng)前儲(chǔ)能模塊的電壓作為遲滯比較模塊的輸入信號(hào)，當(dāng)儲(chǔ)能模塊電壓到達(dá)吋，這時(shí)采樣電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，遲滯比較模塊控制電子開(kāi)關(guān)閉合，向穩(wěn)壓器和負(fù)載供電，然后儲(chǔ)能模塊電壓下降，當(dāng)下降到時(shí)，這時(shí)采樣電壓小于基準(zhǔn)電壓，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，儲(chǔ)能模塊重新存儲(chǔ)電
能，周而復(fù)始，為高壓線附屬設(shè)備間歇供電。其中，、UL的確定 的選取Ul彡穩(wěn)壓器的最低輸入電壓，再根據(jù)C (Uh-Ul)彡I0*」t選取UH，C為儲(chǔ)能電容，Itj為輸出電流，」t為負(fù)載斷續(xù)工作時(shí)間。舉例說(shuō)明負(fù)載電源要求3. 3V，通過(guò)遲滯比較模塊設(shè)置工作電壓區(qū)間UH、UL, Uh為6V時(shí)工作，Ul為4V時(shí)關(guān)閉。本發(fā)明基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路的電壓泵模塊可以為三級(jí)、五級(jí)、七級(jí)、九級(jí)等。這里選擇幾級(jí)電壓泵模塊的標(biāo)準(zhǔn)取決于設(shè)定的高壓線纜最低工作電流值及取電線圈的輸出特征。(取電線圈匝數(shù)受到結(jié)構(gòu)因數(shù)的影響，匝數(shù)會(huì)不同，當(dāng)設(shè)定的高壓線纜最低工作電流值小、匝數(shù)多吋，電壓泵模塊的級(jí)數(shù)取多級(jí))下面以三級(jí)、五級(jí)、七級(jí)對(duì)電壓泵模塊進(jìn)行說(shuō)明。結(jié)合圖1，本發(fā)明基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路的三級(jí)電壓泵模塊由第一、ニ、三ニ極管D1、D2、D3和第一、ニ、三電容C1、C2、C3組成，取電線圈的輸出端為兩個(gè)，其中取電線圈的ー個(gè)輸出端依次連接第一、ニ、三ニ極管D1、D2、D3，第三ニ極管D3的負(fù)極連接儲(chǔ)能模塊，第一ニ極管Dl的正極連接第一電容Cl的負(fù)端，第一電容Cl的正端連接第二、三ニ極管D2、D3之間，第三電容C3的正端連接第三ニ極管D3的負(fù)極，第二電容C2的正端連接在第一、ニニ極管Dl、D2之間，第二電容C2的正端連接第三電容C3的負(fù)端，第ニ電容C2的負(fù)端分別連接取電線圈的另ー個(gè)輸出端(作為地線)、儲(chǔ)能模塊。針對(duì)取電線圈二次側(cè)感應(yīng)輸出交流電流，當(dāng)輸入信號(hào)為正半周期時(shí)，其輸出交流電流經(jīng)第一ニ極管Dl流入第二電容C2存儲(chǔ)為二次側(cè)輸出電壓即電壓泵模塊輸入電壓；當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周期時(shí)，其輸出交流電流經(jīng)第二電容C2、第二ニ極管D2流入第一電容Cl存儲(chǔ)為二次側(cè)輸出電壓即電壓泵模塊輸入電壓；當(dāng)輸入信號(hào)再為正半周期時(shí)經(jīng)第一電容Cl向第三電容C3、儲(chǔ)能模塊充電，這時(shí)儲(chǔ)能模塊兩端的電壓為，穩(wěn)定在3u，(這樣就將取電線圈二次側(cè)感應(yīng)輸出交流電流的電能轉(zhuǎn)移并儲(chǔ)存到儲(chǔ)能模塊，實(shí)現(xiàn)了電能轉(zhuǎn)移和倍壓作用)，同理五級(jí)、七級(jí)、九級(jí)等電壓泵模塊的工作過(guò)程都是一致。
結(jié)合圖2，本發(fā)明基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路的五級(jí)電壓泵模塊由第ー、ニ、三、四、五ニ極管01、02、03、04、05和第一、ニ、三、四、五電容Cl、C2、C3、C4、C5組成，取電線圈的輸出端為兩個(gè)，其中取電線圈的ー個(gè)輸出端依次連接第一、ニ、三、四、五ニ極管01、02、03、04、05，第五ニ極管D5的負(fù)極連接儲(chǔ)能模塊C8，第一ニ極管Dl的正極連接第一電容Cl的負(fù)端，第一電容Cl的正端連接第二、三ニ極管D2、D3之間，第三電容C3的負(fù)端連接在第一電容Cl的正端，第三電容C3的正端連接在第四、五ニ極管D4、D5之間，第二電容C2的正端連接第四電容C4的負(fù)端，第四電容C4的正端連接在第三、四ニ極管D3、D4之間，第五電容C5的正端連接在第五ニ極管D5的負(fù)極，第五電容C5的負(fù)端連接在第四電容C4的正端，第二電容C2的負(fù)端分別連接取電線圈的另ー個(gè)輸出端(作為地線)、儲(chǔ)能模塊C8。結(jié)合圖3，本發(fā)明基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路的七級(jí)電壓泵模塊由第一、ニ、三、四、五、六、七ニ極管Dl、D2、D3、D4、D5、D6、D7和第一、ニ、三、四、五、六、七電容Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7組成，取電線圈的輸出端為兩個(gè)，其中取電線圈的ー個(gè)輸出端依次連接第一、ニ、三、四、五、六、七ニ極管D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7，第七ニ極管D7的負(fù)極連接儲(chǔ)能模塊C8，第一ニ極管Dl的正極連接第一電容Cl的負(fù)端，第一電容Cl的正端連接第二、三ニ極管D2、D3之間，第三電容C3的負(fù)端連接在第一電容Cl的正端，第三電容C3的正端連接在第四、五ニ極管D4、D5之間，第二電容C2的正端連接第四電容C4的負(fù)端，第四電容C4的正端連接在第三、四ニ極管D3、D4之間，第五電容C5的負(fù)端連接在第三電容C3的正端，第五電容C5的正端連接在第六、七ニ極管D6、D7之間，第六電容C6的負(fù)端連接在第四電容C4的正端，第六電容C6的正端連接在第五、六ニ極管D5、D6之間，第七電容C7的負(fù)端連接在第六電容C6的正端，第七電容C7的正端連接在第七ニ極管D7的負(fù)極，第二電容C2的負(fù)端分別連接取電線圈的另ー個(gè)輸出端(作為地線)、儲(chǔ)能模塊CS。
權(quán)利要求
1.一種基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，其特征在于包括取電線圈(Tl)、電壓泵模塊、儲(chǔ)能模塊、電壓采樣模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、遲滯比較模塊、電子開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓器模塊，高壓電纜上套有取電線圈(Tl)，該取電線圈(Tl)的輸出端連接電壓泵模塊，該電壓泵模塊連接儲(chǔ)能模塊的輸入端，該儲(chǔ)能模塊的輸出端分別連接電壓采樣模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、遲滯比較模塊、電子開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器后接負(fù)載，高壓電纜作為取電線圈ー次側(cè)輸入端，當(dāng)高壓電纜中電流(I)變化時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，取電線圈的輸出端作為ニ次側(cè)獲取感應(yīng)電能，取電線圈(Tl) 二次側(cè)感應(yīng)輸出電壓、電流，流入電壓泵模塊中，經(jīng)電壓泵模塊電能轉(zhuǎn)移和倍壓作用下，經(jīng)儲(chǔ)能模塊收集和存儲(chǔ)起來(lái)，根據(jù)負(fù)載需求通過(guò)遲滯比較模塊設(shè)置工作電壓區(qū)間UH、隊(duì)，基準(zhǔn)電壓模塊給遲滯比較模塊提供ー個(gè)基準(zhǔn)電壓信號(hào)，電壓采樣模塊采樣當(dāng)前儲(chǔ)能模塊的電壓作為遲滯比較模塊的輸入信號(hào)，當(dāng)儲(chǔ)能模塊電壓到達(dá)(Uh)時(shí),這時(shí)米樣電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí),遲滯比較模塊控制電子開(kāi)關(guān)閉合，向穩(wěn)壓器和負(fù)載供電，然后儲(chǔ)能模塊電壓下降，當(dāng)下降到( )時(shí)，這時(shí)采樣電壓小于基準(zhǔn)電壓，電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，儲(chǔ)能模塊重新存儲(chǔ)電能，周而復(fù)始。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，其特征在于電壓泵模塊為三級(jí)、五級(jí)、七級(jí)的電壓泵模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，其特征在于三級(jí)電壓泵模塊由第一、ニ、三ニ極管(D1、D2、D3)和第一、ニ、三電容(C1、C2、C3)組成，取電線圈的輸出端為兩個(gè)，其中取電線圈的ー個(gè)輸出端依次連接第一、ニ、三ニ極管(D1、D2、D3)，第三ニ極管(D3)的負(fù)極連接儲(chǔ)能模塊，第一ニ極管(Dl)的正極連接第一電容(Cl)的負(fù)端，第一電容(Cl)的正端連接第二、三ニ極管(D2、D3)之間，第三電容(C3)的正端連接第三ニ極管(D3)的負(fù)極，第二電容(C2)的正端連接在第一、ニニ極管(D1、D2)之間，第二電容(C2)的正端連接第三電容(C3)的負(fù)端，第二電容(C2)的負(fù)端分別連接取電線圈的另ー個(gè)輸出端、儲(chǔ)能模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，其特征在于五級(jí)電壓泵模塊由第一、ニ、三、四、五ニ極管(D1、D2、D3、D4、D5)和第一、ニ、三、四、五電容(Cl、C2、C3、C4、C5)組成，取電線圈的輸出端為兩個(gè)，其中取電線圈的ー個(gè)輸出端依次連接第一、ニ、三、四、五ニ極管(Dl、D2、D3、D4、D5)，第五ニ極管(D5)的負(fù)極連接儲(chǔ)能模塊，第一二極管(Dl)的正極連接第一電容(Cl)的負(fù)端，第一電容(Cl)的正端連接第二、三ニ極管(D2、D3)之間，第三電容(C3)的負(fù)端連接在第一電容(Cl)的正端，第三電容(C3)的正端連接在第四、五ニ極管(D4、D5)之間，第二電容(C2)的正端連接第四電容(C4)的負(fù)端，第四電容(C4)的正端連接在第三、四ニ極管(D3、D4)之間，第五電容(C5)的正端連接在第五ニ極管(D5)的負(fù)極，第五電容(C5)的負(fù)端連接在第四電容(C4)的正端，第二電容(C2)的負(fù)端分別連接取電線圈的另ー個(gè)輸出端、儲(chǔ)能模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，其特征在于七級(jí)電壓泵模塊由第一、ニ、三、四、五、六、七ニ極管(D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7)和第一、ニ、三、四、五、六、七電容((1、02、03、(4、05、06、07)組成，取電線圈的輸出端為兩個(gè)，其中取電線圈的ー個(gè)輸出端依次連接第一、ニ、三、四、五、六、七ニ極管(D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7)，第七ニ極管(D7)的負(fù)極連接儲(chǔ)能模塊，第一ニ極管(Dl)的正極連接第一電容(Cl)的負(fù)端，第ー電容(Cl)的正端連接第二、三ニ極管(D2、D3)之間，第三電容(C3)的負(fù)端連接在第一電容(Cl)的正端，第三電容(C3)的正端連接在第四、五ニ極管(D4、D5)之間，第二電容(C2)的正端連接第四電容(C4)的負(fù)端，第四電容(C4)的正端連接在第三、四ニ極管(D3、D4)之間，第五電容(C5)的負(fù)端連接在第三電容(C3)的正端，第五電容(C5)的正端連接在第六、七ニ極管(D6、D7)之間，第六電容(C6)的負(fù)端連接在第四電容(C4)的正端，第六電容(C6)的正端連接在第五、六ニ極管(D5、D6)之間，第七電容(C7)的負(fù)端連接在第六電容(C6)的正端，第七電容(C7)的正端連接在第七ニ極管(D7)的負(fù)極，第二電容(C2)的負(fù)端分別連接取電線圈的另ー個(gè)輸出端、儲(chǔ)能模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于高壓電カ線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，其特征在于UH、Ul的確定:UL的選取Ul彡穩(wěn)壓器的最低輸入電壓，再根據(jù)C (Uh-Ul)彡I。*」t選取UH, C為儲(chǔ)能電容，I0為輸出電流，」t為負(fù)載斷續(xù)工作時(shí)間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于高壓電力線取電的能量采集穩(wěn)壓電源電路，包括取電線圈、電壓泵模塊、儲(chǔ)能模塊、電壓采樣模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、遲滯比較模塊、電子開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓器模塊，高壓電纜上套有取電線圈，該取電線圈的輸出端連接電壓泵模塊，該電壓泵模塊連接儲(chǔ)能模塊的輸入端，該儲(chǔ)能模塊的輸出端分別連接電壓采樣模塊、基準(zhǔn)電壓模塊、遲滯比較模塊、電子開(kāi)關(guān)及穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器后接負(fù)載。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)和方法實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，體積小，輕便，滿(mǎn)足高壓線安全規(guī)范。
文檔編號(hào)H02J17/00GK102684322SQ20121017414
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者葉永強(qiáng), 陳寶林, 高旭東 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)