电流互感器的高压侧母线取电电路的制作方法

本发明涉及电流互感器技术领域，特别是涉及一种电流互感器的高压侧母线取电电路。

背景技术：

电子式互感器是智能数字化变电站中的重要装置，其可靠性关系到电网的安全稳定运行。其中有源型电子式电流互感器采用高压侧采样的方法，采集器在高压侧就地采集信号，而为了保证绝缘性能，有源电子式电流互感器高低压侧无电气连接，因此必须为高压侧采集器提供稳定可靠的电源，以保证电子式互感器安全稳定运行。

目前，高压侧供电方式主要为激光电源供电和CT取电电源相结合，互为补充。其中激光电源供电电压稳定，受外界环境影响小，但是成本高，寿命短，光纤传输易折损，可靠性不高。而CT取电电源成本低，寿命长，但是当母线电流较小时存在工作死区，当母线出现短路故障时，需要承受几十倍于额定电流的短路电流，对电源的保护措施要求很高。

对于CT取电电源，其通常采用的方式为一个取能线圈，接入一个整流电路，应用PWM控制器控制MOS管进行开关操作，对储能电容进行充放电，以此实现直流电源输出。但是此方式对于电力系统复杂应用环境考虑不足，当母线出现短路大电流时，取能线圈二次侧电流异常增大，电源缺少泄流回路，导致电源烧毁；缺少对短路故障、开关操作或雷击产生的过电压保护；应的保护措施，线当电源出现故障时，可能导致取能线圈二次开路，电源缺少相圈二次侧会出现高压，导致故障范围扩大；而且电力系统电磁环境复杂，PWM控制器产生的PWM波易受干扰，不能准确控制MOS管开断，会导致MOS管异常发热，影响电源稳定性和可靠性；电源输出质量不高，影响电子式互感器采集器信号采集精度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种电流互感器的高压侧母线取电电路，该电流互感器的高压侧母线取电电路通过优化取能线圈后续电路，增加过流保护，可保证电网出现短路故障时，电源能稳定工作；增加过压保护，可有效防止短路故障时取能线圈感应出的过电压，以及开关操作或雷击产生的高电压损伤电源，保护电源稳定工作；增加取能线圈开路保护，防止线圈开路；对PWM控制模块输出进行稳压和滤波，提高PWM波的稳定性、抗干扰性，使MOS管可以稳定工作，避免异常发热，提高了电源可靠性；增加DC-DC稳压模块，提高电源输出质量，保证电子式互感器采集器工作精度。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种电流互感器的高压侧母线取电电路，至少包括：

CT取电线圈(1)；所述CT取电线圈(1)包括一次线圈和二次线圈；

整流保护模块(2)；所述整流保护模块(2)包括双向TVS管、整流桥(B001)、第一三极管(Q001)；所述二次线圈分别与双向TVS管、整流桥(B001)的输入端子电连接；所述整流桥(B001)的输出端子与保护电阻(R001)电连接；所述整流桥(B001)的负极输出端子通过第三稳压管(D003)与整流桥(B001)的正极输出端子电连接；所述整流桥(B001)的负极输出端子通过第二稳压管(D002)与第一三极管(Q001)的发射极电连接；所述整流桥(B001)的正极输出端子与第一三极管(Q001)的集电极电连接；所述第一三极管(Q001)的基极通过第一稳压管(D001)与整流桥(B001)的正极输出端子电连接；

开关模块(3)；所述开关模块(3)包括第二MOS管(Q002)，所述整流桥(B001)的正极输出端子与第二MOS管(Q002)的漏极电连接；所述整流桥(B001)的负极输出端子与第二MOS管(Q002)的源极电连接；所述第二MOS管(Q002)的源极接地；所述整流桥(B001)的正极输出端子通过第四二极管(D004)与电源端子电连接；所述整流桥(B001)的负极输出端子通过第五二极管(D005)与电源端子电连接；所述电源端子通过第一电容(C001)接地；所述第二MOS管(Q002)的栅极依次通过第二电阻(R002)、第三电阻(R003)与电源端子电连接；所述第二MOS管(Q002)的栅极依次通过第二电阻(R002)、第二电容(C002)与电源端子电连接；所述第二MOS管(Q002)的栅极依次通过第二电阻(R002)、第四电阻(R004)接地；

PWM控制模块(4)；所述PWM控制模块(4)包括PWM脉宽调制芯片(U101)，所述PWM脉宽调制芯片(U101)的型号为UC2524,所述电源端子依次通过第十三电阻(R103)、第十四电阻(R104)与PWM脉宽调制芯片(U101)的正极电源端子电连接；所述PWM控制模块(4)的基准电压输出端子(VREF)依次通过第十一电阻(R101)、第十二电阻(R102)与PWM脉宽调制芯片(U101)的负极电源端子电连接；所述PWM脉宽调制芯片(U101)的第十二管脚和第十三管脚短接后通过第二电阻(R002)与第二MOS管(Q002)的栅极电连接；

DC-DC稳压模块(5)；所述DC-DC稳压模块(5)包括DC-DC稳压芯片(U201)，所述DC-DC稳压芯片(U201)的型号为LM2575；所述PWM脉宽调制芯片(U101)的第十五引脚与DC-DC稳压芯片(U201)的输入端子电连接；所述DC-DC稳压芯片(U201)的FB引脚通过第二十四电阻(R204)与电源输出端子(CT V+)电连接；所述DC-DC稳压芯片(U201)的FB引脚通过第二十五电阻(R205)接地；所述电源输出端子(CT V+)依次通过第二十四电阻(R204)、第二十五电阻(R205)接地；所述DC-DC稳压芯片(U201)的输出端子通过电感(L201)与电源输出端子(CT V+)电连接；所述DC-DC稳压芯片(U201)的输出端子依次通过电感(L201)、第二十一电容(CE201)接地。

进一步：所述CT取电线圈(1)由微晶小铁心制成。

本发明具有的优点和积极效果是：

通过采用上述技术方案，与传统技术相比较，本发明通过优化取能线圈后续电路，增加过流保护，可保证电网出现短路故障时，电源能稳定工作；增加过压保护，可有效防止短路故障时取能线圈感应出的过电压，以及开关操作或雷击产生的高电压损伤电源，保护电源稳定工作；增加取能线圈开路保护，防止线圈开路；对PWM控制模块输出进行稳压和滤波，提高PWM波的稳定性、抗干扰性，使MOS管可以稳定工作，避免异常发热，提高了电源可靠性；增加DC-DC稳压模块，提高电源输出质量，保证电子式互感器采集器工作精度。。

附图说明

图1是本发明优选实施例的电路框图；

图2是本发明优选实施例的局部电路图，主要用于显示CT取电线圈、整流保护模块、开关模块三者之间的电路连接关系；

图3是本发明优选实施例的局部电路图，主要用于显示PWM控制模块的电路结构；

图4是本发明优选实施例的局部电路图，主要用于显示DC-DC稳压模块的电路结构。

其中：1、CT取电线圈；2、整流保护模块；3、开关模块；4、PWM控制模块；5、DC-DC稳压模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图4，一种电流互感器的高压侧母线取电电路，包括：

CT取电线圈1；所述CT取电线圈1包括一次线圈和二次线圈；

整流保护模块2；所述整流保护模块2包括双向TVS管、整流桥B001、第一三极管Q001；所述二次线圈分别与双向TVS管、整流桥B001的输入端子电连接；所述整流桥B001的输出端子与保护电阻R001电连接；所述整流桥B001的负极输出端子通过第三稳压管D003与整流桥B001的正极输出端子电连接；所述整流桥B001的负极输出端子通过第二稳压管D002与第一三极管Q001的发射极电连接；所述整流桥B001的正极输出端子与第一三极管Q001的集电极电连接；所述第一三极管Q001的基极通过第一稳压管D001与整流桥B001的正极输出端子电连接；

开关模块3；所述开关模块3包括第二MOS管Q002，所述整流桥B001的正极输出端子与第二MOS管Q002的漏极电连接；所述整流桥B001的负极输出端子与第二MOS管Q002的源极电连接；所述第二MOS管Q002的源极接地；所述整流桥B001的正极输出端子通过第四二极管D004与电源端子电连接；所述整流桥B001的负极输出端子通过第五二极管D005与电源端子电连接；所述电源端子通过第一电容C001接地；所述第二MOS管Q002的栅极依次通过第二电阻R002、第三电阻R003与电源端子电连接；所述第二MOS管Q002的栅极依次通过第二电阻R002、第二电容C002与电源端子电连接；所述第二MOS管Q002的栅极依次通过第二电阻R002、第四电阻R004接地；

PWM控制模块4；所述PWM控制模块4包括PWM脉宽调制芯片U101，所述PWM脉宽调制芯片U101的型号为UC2524，所述电源端子依次通过第十三电阻R103、第十四电阻R104与PWM脉宽调制芯片U101的正极电源端子电连接；所述PWM控制模块4的基准电压输出端子VREF依次通过第十一电阻R101、第十二电阻R102与PWM脉宽调制芯片U101的负极电源端子电连接；所述PWM脉宽调制芯片U101的第十二管脚和第十三管脚短接后通过第二电阻R002与第二MOS管Q002的栅极电连接；

DC-DC稳压模块5；所述DC-DC稳压模块5包括DC-DC稳压芯片U201，所述DC-DC稳压芯片U201的型号为LM2575；所述PWM脉宽调制芯片U101的第十五引脚与DC-DC稳压芯片U201的输入端子电连接；所述DC-DC稳压芯片U201的FB引脚通过第二十四电阻R204与电源输出端子CT V+电连接；所述DC-DC稳压芯片U201的FB引脚通过第二十五电阻R205接地；所述电源输出端子CT V+依次通过第二十四电阻R204、第二十五电阻R205接地；所述DC-DC稳压芯片U201的输出端子通过电感L201与电源输出端子CT V+电连接；所述DC-DC稳压芯片U201的输出端子依次通过电感L201、第二十一电容CE201接地。

进一步：所述CT取电线圈1由微晶小铁心制成。

本优选实施例主要由5部分组成，包括：

CT取电线圈1、整流保护模块2、开关模块3、PWM控制模块4、DC-DC稳压模块5。其工作原理如下：

如图2所示为CT取电模块1、整流保护模块2、开关模块电路3：其中CT取电模块的取电线圈采用微晶小铁心，以此降低铁心饱和点，防止线圈二次侧电流过大，并根据额定一次电流和负载功率要求，绕制足够匝数，通常保证额定二次电流有100mA～1A即可。其二次出线首末端S1和S2分别接整流模块2中的全波整流桥B001的交流输入管脚，将CT取电线圈1的交流电整流为直流电；

整流模块中的TVS1选用双向TVS管，用于削减铁心饱和后出现的尖峰脉冲，保护后续电路；R001为保护电阻，当电源后续电路出现故障时，防止CT取电线圈二次侧形成开路，出现高压，提高产品安全性；第一稳压管D001、第一三极管Q001、第二稳压管D002组成保护分流电路，当母线出现短路故障导致CT取电线圈二次侧电流大幅增大时，用来泄放过大的电流，以保护后续电路不致烧毁并能维持足够的工作电压，保证电源正常工作；第三稳压管D003可将整流桥B001后直流输出电压稳定在一安全值，防止出现过压，保护后续电路；

开关模块中，Q002为MOS管，在PWM控制模块4“CTRL”信号的控制下，形成高频的开关动作，对第一电容C001进行充放电。“CTRL”信号为一PWM波，即当第一电容C001两端电压升高时，“CTRL”信号为高电平，稳压管Q002(即第二MOS管)导通，电容停止充电，开始放电，当电容C001电压下降时，“CTRL”信号为低电平，第二MOS管截止，开始对第一电容C001充电，以此循环反复，将电压稳定在某一固定值“VCC”，如6V。D004为二极管，用来限制电容放电时电流流向。稳压二极管D005，当电路出现故障时，可将电容C001两端电压稳定在一安全值，防止电容C001两端出现过压，击穿电容器。电阻R003、电阻R004、电容C002用来稳定PWM控制模块4输出的“CTRL”控制信号，使第二MOS管Q002能准确的进行开关操作。

请参阅图3、其中U101为PWM脉宽调制专用芯片。由开关模块3输出VCC通过第十三电阻R103、第十四电阻R104分压接到PWM脉宽调制芯片U101管脚2，PWM脉宽调制芯片U101芯片管脚16产生基准电压“VREF”，通过第十一电阻R101、第十二电阻R102分压接到PWM脉宽调制芯片U101芯片管脚1。PWM脉宽调制芯片U101芯片的12、13管脚产生PWM波即为“CTRL”控制信号，用来控制开关模块3中第二MOS管Q002执行开关动作。

请参阅图4、为获得品质更好的直流电源，使电压稳定，减小电源纹波，经前述模块得到的“VCC”电源，再接入DC-DC稳压模块5，其中U201为DC-DC芯片，通过调节第二十四电阻R204和第二十五电阻R205的阻值，可在一定范围内调整DC-DC芯片输出电压，以此可提高该电源应用范围，满足后续电路不同的电源电压要求。图中所示CT_V+即为本发明电源输出。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。