配网设备温升监测装置的电源电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种配网设备温升监测装置的电源电路，包括输入电路和输出电路；所述输入电路包括过流保护电路和滤波储能电路；所述过流保护电路与插接头J2相连接，并通过插接头J2连接外部电源；所述输出电路包括降压电路、稳压滤波电路和反馈电阻R4～R6、储能电感L2；所述反馈电阻R4～R6、储能电感L2连接在所述降压电路、稳压滤波电路之间。本实用新型的配网设备温升监测装置的电源电路，具有电源可靠性高、低功耗、抗干扰能力强等优点。
【专利说明】配网设备温升监测装置的电源电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种配网设备温升监测装置的电源电路。
【背景技术】
[0002]电力系统的配电设备一般由断路器、环网柜、电缆、母线、开关柜等电器设备组成。其相互之间由母线、引线、电缆等连接，由于电流流过产生热量，所以几乎所有的电气故障都会导致故障点温度的变化。温度的监测对实现对高温、快速升温等电力设备异常的实时告警，可以及时发现和处理设备过温现象，避免烧蚀造成严重的设备事故，有助于快速定位设备隐患，防止事故发生，做到防患于未然。同时为实现设备状态检修提供了重要的评价依据，减轻了一线生产人员采集设备状态的工作压力，在实现效率和智能分析水平上都有极大的优势，将配网设备检修从定期检修向状态检修转变。
[0003]配网设备温升监测装置一般采用太阳能板蓄电池组或者取能CT进行取电，根据不同的应用现场选择合适的供电方式，在室外、或者野外阳光充足的配网设备一般采用太阳能板蓄电池组的方式。当在城市主干网节点或者负荷电流较大处使用CT取能较为方便。两种方式一般均为电压DC12V、电流500-1500mA输出，输出功率较小，由于温升监测装置长时间不间断工作，为了保障系统的可靠性，配网设备温升监测装置电源电路的转换效率及低功耗显得尤为重要。
[0004]配网设备温升监测装置的供电设备，其供能特点为涓流持续供电，提供大功率能力大都较差。所以要求温升监测装置内电源设计效率越高越好，并具有过流保护和短路保护的能力，并减少烧坏器件的概率。所述电源电路的输入与供电设备的输出连接。
[0005]图2为现有技术实现的配网设备温升监测装置的电源电路。Jl为电源插座，自恢复保险丝PTCl与TVS-D2协同可以防过流、防脉冲电压，Cl与C3为滤波电容，Ul为电压转换器将DC12V转换成DC5V，为后面负载提供电源，C2与C4为低压滤波电容，C5为储能电容，实现后级负载或者发送信号模块的瞬时功率消耗。
[0006]现有技术存在的主要问题:该电路设计电能转换效率低下，非低功耗，特别是在取能困难的情况下，浪费了较多能量。例如:当电路负载为500mA时候，该电路输入电压12V，电流500mA，输出电压5V，电流500mA，那么功耗为3.5W，转换效率仅为41.67%。并且在后级需要瞬时大功率的时候，电源转换器Ul无法提供仅由电容C5储能提供有限的功率。所以图1电路具有高功耗和可靠性差等问题。
实用新型内容
[0007]本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种配网设备温升监测装置的电源电路，以降低功耗、提高电源可靠性和抗干扰能力。
[0008]本实用新型为解决技术问题采用以下技术方案。
[0009]配网设备温升监测装置的电源电路，其结构特点是，包括输入电路和输出电路；所述输入电路包括过流保护电路和滤波储能电路；所述过流保护电路与插接头J2相连接，并通过插接头J2连接外部电源；所述输出电路包括降压电路、稳压滤波电路和反馈电阻R4?R6、储能电感L2 ;所述反馈电阻R4?R6、储能电感L2连接在所述降压电路、稳压滤波电路之间。
[0010]本实用新型的配网设备温升监测装置的电源电路的结构特点也在于:
[0011 ] 所述过流保护电路包括自恢复保险丝PTC2和TVS管D3 ;所述自恢复保险丝PTC2的一端与所述插接头J2的一个端子相连接，所述自恢复保险丝PTC2的另一端与所述TVS管D3的负极相连接，所述TVS管D3的正极与所述插接头J2的另一个端子相连接。
[0012]所述滤波储能电路包括铝电解电容C7?C8、电感L1、无极性瓷片电容C9?ClO ；所述铝电解电容C7的正极与电感LI的一端相连接，铝电解电容C7的另一端与所述TVS管D3的正极相连接并接地；所述铝电解电容CS、无极性瓷片电容C9、C10之间两两并联连接后的一端与所述电感LI的另一端相连接，同时还与所述输出电路的降压电路相连接；所述铝电解电容CS、无极性瓷片电容C9、ClO之间两两并联连接后的另一端接地。
[0013]所述降压电路包括电源变换器U2、自举电容C6和肖特基二极管D4 ;所述电源变换器U2与所述所述输入电路的滤波储能电路相连接；所述肖特基二极管D4通过所述自举电容C6与所述电源变换器U2相连接；
[0014]所述稳压滤波电路包括铝电解电容CU、C12及无极性瓷片电容C13 ;所述铝电解电容CU、C12及无极性瓷片电容C13之间两两并联后的一端通过储能电感L2与所述电源变换器U2相连接，所述铝电解电容C11、C12及无极性瓷片电容C13之间两两并联后的另一端与反馈电阻R4的一端相连接，所述反馈电阻R4的另一端依次通过反馈电阻R6和反馈电阻R5与所述电源变换器U2相连接。
[0015]与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在:
[0016]本实用新型的配网设备温升监测装置的电源电路，其输入电路包括自恢复保险丝PTC2、稳压管D3、储能电容C7、C8、滤波电感LI，滤波电容C9、ClO等元器件，其输出电路包括电感L2，电容C6、C11、C12、C13，电阻R4、R5、R6、DC/DC电源变换器U2，肖特基二极管D4
等元器件。
[0017]在本实用新型的电源电路的输入级设计中，采用了保护措施，能有效防止电路输入的短路、过流等问题，并且根据供电设备的特性，在电源变换器U2前采用储能电容，保障U2的瞬时功率供应的平稳，输出级采用滤波电容有效保障了电源纹波的质量，并且采用肖特基二极管配合电源变换器U2，使其转换效率有效提升。这样的电源电路设计使之功耗更低，瞬时功率更加可靠，有效解决了现有技术的不足。
[0018]本实用新型的配网设备温升监测装置的电源电路，尤其适合需要无线传输的分布式配网设备温升监测装置，以低功耗高效率的电源电路实现配网设备温升监测装置的电源设计；增加安全保护电路，实现温升监测装置的安全性能，具有电源可靠性高、低功耗、抗干扰能力强等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的配网设备温升监测装置的电源电路的原理图。
[0020]图2为现有技术的配网设备温升监测装置的电源电路的原理图。
[0021]以下通过【具体实施方式】，并结合附图对本实用新型作进一步说明。
【具体实施方式】
[0022]参见图1，配网设备温升监测装置的电源电路，其包括输入电路和输出电路；所述输入电路包括过流保护电路和滤波储能电路；所述过流保护电路与插接头J2相连接，并通过插接头J2连接外部电源；所述输出电路包括降压电路、稳压滤波电路和反馈电阻R4?R6、储能电感L2 ;所述反馈电阻R4?R6、储能电感L2连接在所述降压电路、稳压滤波电路之间。
[0023]所述过流保护电路包括自恢复保险丝PTC2和TVS管D3 ;所述自恢复保险丝PTC2的一端与所述插接头J2的一个端子相连接，所述自恢复保险丝PTC2的另一端与所述TVS管D3的负极相连接，所述TVS管D3的正极与所述插接头J2的另一个端子相连接。
[0024]所述滤波储能电路包括铝电解电容C7?C8、电感L1、无极性瓷片电容C9?ClO ；所述铝电解电容C7的正极与电感LI的一端相连接，铝电解电容C7的另一端与所述TVS管D3的正极相连接并接地；所述铝电解电容CS、无极性瓷片电容C9、C10之间两两并联连接后的一端与所述电感LI的另一端相连接，同时还与所述输出电路的降压电路相连接；所述铝电解电容CS、无极性瓷片电容C9、ClO之间两两并联连接后的另一端接地。
[0025]所述降压电路包括电源变换器U2、自举电容C6和肖特基二极管D4 ;所述电源变换器U2与所述所述输入电路的滤波储能电路相连接；所述肖特基二极管D4通过所述自举电容C6与所述电源变换器U2相连接；
[0026]所述稳压滤波电路包括铝电解电容CU、C12及无极性瓷片电容C13 ;所述铝电解电容CU、C12及无极性瓷片电容C13之间两两并联后的一端通过储能电感L2与所述电源变换器U2相连接，所述铝电解电容C11、C12及无极性瓷片电容C13之间两两并联后的另一端与反馈电阻R4的一端相连接，所述反馈电阻R4的另一端依次通过反馈电阻R6和反馈电阻R5与所述电源变换器U2相连接。
[0027]参见图1，本实用新型的配网设备温升监测装置的电源电路由输入电路和输出电路组成。输入电路包括过流保护电路和滤波储能电路；输出电路包括DC/DC电源变换器U2、反馈电阻以及滤波稳压电路。
[0028]所述过流保护电路由自恢复保险丝PTC2和TVS管D3-SMCJ40A组成；D3的反向端与PTC2的一端相连，PTC2能有效防止电流过大，允许通过的过流较大，但是PTC2的反应时间为ms级，响应时间稍长。TVS (Transient Voltage Suppressor,瞬态电压抑制器)管D3具有过压过流保护功能，响应时间仅为ns级，但是允许通过的电流不及PTC2，两者能够无缝组合，能可靠地防止电路的过载和短路等故障。
[0029]滤波储能电路由铝电解电容C7，电感LI，铝电解电容C8，无极性瓷片电容C9、ClO组成。由于供电设备的特性，在电源变换器前采用大容量铝电解电容C7和CS为储能电容，可以大大提高电源变换器的稳定性。由于供电设备输入级通过线路较长，输入电压的纹波也较大，所以必须采用无极性瓷片电容C9、C10进行滤波设计。C9为10nf可滤低频纹波，ClO为1nf可滤高频纹波。
[0030]参见图1，所述输入电路包括保护电路和滤波储能电路等部分。所述电源接口J2-2(J2上的端子2)输入DC12V接PTC2—端，PTC2另一端连接D3的反向端同时接电容C7正极，J2-1 (J2上的端子I)、D3正向端与C7负极与供电设备电源GND连接，LI连接DC-12V, LI另一端连接储能电容C8的正极，C8负极与滤波电容C9、C10的一端连接GND。其另一端连接电源变换器U2的VIN管脚,使输入电源可靠的稳定在12V输入。
[0031]输出电路由降压电路和稳压滤波电路组成。电源变换器U2具有优良的线性与负载调节特性。通过使用一个低导通电阻的N沟道MOSFET (金属氧化物半导体场效应管)获得较高的效率。应用使用肖特基回流二极管，对于U2在高输入电压和低输出电压场合的应用，肖特基二极管D4近乎理想的反向恢复特性和低前向压降是尤为重要的二极管特性。其反向恢复特性决定了每个周期中当N沟道MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)导通时电流浪涌的持续时间。当使用D4时，相应的开关损耗会大大降低。
[0032]降压电路中U2的BOOT和SW引脚之间的自举电容C6提供导通U2内部N沟道MOSFET的栅极电流。该电容的应为为10nF，而且应该选择高质量、低ESR的陶瓷电容。可以为自举电容器串联一个小电阻来延长内部N沟道MOSFET的导通过渡时间。可使用10至50 Ω的电阻延长过渡时间。这有助于降低交换式供电电路的电磁干扰。
[0033]稳压滤波电路由铝电解电容C11、C12以及无极性的C13组成。470uf的Cll和C12可有效滤除电源的开关噪声和低频纹波。无极性的C13为10nf，可有效滤除高频纹波，三者并列效果更好。
[0034]参见图1，自举电容C6连接储能电感L2 —端和肖特基二极管D4反相端，D4正向端接GND，L2另一端连接滤波C11、C12以及C13 —端，另一端接GND，反馈电阻R4、R5、R6连接与U2的4脚、8脚并接GND。本电源电路通过直流变换将DC12V高效转化为VCC5，其效率更通过肖特基二极管D4提升至90%左右，使其消耗功率大量减少，实验证明，当如图1负载在同样条件下，输入电压12V,输入电流228.5mA,输出电压为5V,输出电流500mA,消耗功耗
0.25W,效率91.16%，与图1电路比较提升效率为49.49%。并通过前级储能电路，使瞬时功率提供能力加强，显著增加了电路的可靠性。
[0035]虽然本实用新型已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本实用新型的范围只局限于上述的结构，只要被本实用新型权利要求所覆盖的结构均在保护范围之内。本【技术领域】的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本实用新型之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本实用新型保护范围之内。
【权利要求】
1.配网设备温升监测装置的电源电路，其特征是，包括输入电路和输出电路；所述输入电路包括过流保护电路和滤波储能电路；所述过流保护电路与插接头J2相连接，并通过插接头J2连接外部电源；所述输出电路包括降压电路、稳压滤波电路和反馈电阻R4?R6、储能电感L2 ;所述反馈电阻R4?R6、储能电感L2连接在所述降压电路、稳压滤波电路之间。
2.根据权利要求1所述的配网设备温升监测装置的电源电路，其特征是，所述过流保护电路包括自恢复保险丝PTC2和TVS管D3 ;所述自恢复保险丝PTC2的一端与所述插接头J2的一个端子相连接，所述自恢复保险丝PTC2的另一端与所述TVS管D3的负极相连接，所述TVS管D3的正极与所述插接头J2的另一个端子相连接。
3.根据权利要求1所述的配网设备温升监测装置的电源电路，其特征是，所述滤波储能电路包括铝电解电容C7?C8、电感L1、无极性瓷片电容C9?ClO ;所述铝电解电容C7的正极与电感LI的一端相连接，铝电解电容C7的另一端与所述TVS管D3的正极相连接并接地；所述铝电解电容CS、无极性瓷片电容C9、C10之间两两并联连接后的一端与所述电感LI的另一端相连接，同时还与所述输出电路的降压电路相连接；所述铝电解电容CS、无极性瓷片电容C9、ClO之间两两并联连接后的另一端接地。
4.根据权利要求1所述的配网设备温升监测装置的电源电路，其特征是，所述降压电路包括电源变换器U2、自举电容C6和肖特基二极管D4 ;所述电源变换器U2与所述所述输入电路的滤波储能电路相连接；所述肖特基二极管D4通过所述自举电容C6与所述电源变换器U2相连接。
5.根据权利要求1所述的配网设备温升监测装置的电源电路，其特征是，所述稳压滤波电路包括铝电解电容CU、C12及无极性瓷片电容C13 ;所述铝电解电容CU、C12及无极性瓷片电容C13之间两两并联后的一端通过储能电感L2与所述电源变换器U2相连接，所述铝电解电容CU、C12及无极性瓷片电容C13之间两两并联后的另一端与反馈电阻R4的一端相连接，所述反馈电阻R4的另一端依次通过反馈电阻R6和反馈电阻R5与所述电源变换器U2相连接。
【文档编号】H02M1/14GK203840201SQ201420279533
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月28日 优先权日:2014年5月28日
【发明者】王斌, 段朝华, 吴熊飞, 吴琼, 赵亮, 徐昌凤, 康玮 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司宣城供电公司