电流感应取电装置及方法_2

文档序号:9790216阅读:来源:国知局
法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0049]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例,都属于本发明保护的范围。
[0050]图1示出了本发明一实施例提供的电流感应取电装置,如图1所述,本实施例的电流感应取电装置,包括:依次相连的电流感应单元11、功率泄放控制单元12、功率控制单元13及储能单元14。
[0051 ]电流感应单元11,用于从高压电缆中取电;
[0052]功率泄放控制单元12,用于在所述电流感应单元11二次侧的输出电压大于预设电压时,对所述输出电压进行调节,以使调节后的输出电压小于或等于所述预设电压;
[0053]功率控制单元13,用于在所述电流感应单元11二次侧的输出功率小于理论最大输出功率时,对所述电流感应单元11 二次侧的输出电压进行调节,以使调节后输出功率等于所述理论最大输出功率。
[0054]优选地,上述的电流感应取电装置还包括图2所示的整流单元15,所述整流单元15连接于所述功率泄放控制单元12与所述功率控制单元13之间。
[0055]上述整流单元15,用于将所述电流感应单元11二次侧交流电整合成直流电。
[0056]优选地,上述的电流感应取电装置还包括图2所示的输出调整单元16,所述输出调整单元16与所述储能单元14连接;
[0057]上述输出调整单元16,用于对所述功率控制单元11输出的电能进行稳压及直流变换处理,以使处理后的电能电压适用于负载。
[0058]在实际应用中,上述的电流感应单元11利用电磁耦合从高压电缆中取电,可采用电流互感器从高压电缆中取电,具体应用时就选择参数适合的电流互感器作为电流感应单元11,电流互感器的参数包括:截面积、磁路平均长度、磁芯材料和二次侧匝数。例如,可选取磁芯材料为硅钢片,磁芯面积为12cm2,磁芯长度为30cm,线圈匝数为400的电流互感器作为上述的电流感应单元11。
[0059 ]优选地,可采用桥式整流电路作为上述的整流单元15,桥式整流电路中的二级管可采用正向压降较低的肖特基二极管。
[0060]如图2所示,上述的功率泄放控制单元12包括:交流开关器件121及第一控制器122;所述第一控制器122分别与所述交流开关器件121的控制端及所述电流感应单元11的输出端连接。
[0061]第一控制器122,用于周期性获取所述电流感应单元11二次侧的输出电压,并在所述输出电压大于预设电压时,通过控制所述交流开关器件121对所述输出电压进行调节,以使调节后的输出电压小于或等于所述预设电压。
[0062]可理解的是,高压电缆的电流,即电流互感器的一侧次电流存在着不确定性,通常会出现较大波动,使得二次侧的输出电压也会出现较大范围的变化。若一次侧电路中的电流过大时,二次侧的输出电压过高会将元件损坏。因此,需要根据实际应用来设置输出负载电路的最大电压,即上述的预设电压,在二次侧的输出电压大于预设电压时,对电流互感器的电能进行功率泄放,从而使得二次侧的输出电压保持在负载正常工作范围内。由此,较好的提尚电路的稳定性。
[0063]在实际应用中,上述的交流开关器件121可采用双向晶闸管,第一控制器122可采用单片机。
[0064]进一步的,上述的功率控制单元13包括:降压电路131及第二控制器132。所述第二控制器分132别与所述降压电路131的控制端及所述电流感应单元11的输出端连接;
[0065]第二控制器132,用于周期性获取所述电流感应单元11二次侧的输出电压和输出电流,并根据所述输出电压和输出电流计算输出功率;在所述输出功率小于理论最大输出功率时,通过控制所述降压电路131,对所述电流感应单元二次侧的输出电压进行调节,以使调节后输出功率等于所述理论最大输出功率。
[0066]应该说明的是,在一次侧电流一定时,电流互感器的输出功率与输出电压的关系呈类抛物线的关系,参见图3。也就是说,在某一输出电压值上的输出功率达到最大,即上述的理论最大功率,在该电压值的取电效率也最高。在本实施例中,通过第二控制器132控制降压电路131,对二次侧的输出电压进行调节,从而使调节后的输出功率无限接近理论最大功率,由此提高了电流互感器的取电效率,减小了所需的一次启动电流,同时通过改变功率管导通占空比的大小,使其对于任何负载都能够取得理论最大功率,增加了对不同负载的适用性。
[0067]在实际应用中,上述的降压电路131可采用buck电路,上述的第二控制器132可采用单片机。
[0068]优选地,上述的第一控制器122与第二控制器132可采用同一单片机分别对双向晶闸管与buck电路进行控制。
[0069]本实施例的电流感应取电装置,通过功率泄放控制单元对电流感应单元二次侧的输出电压进行调节,以使调节后的输出电压小于或等于所述预设电压;通过功率控制单元对所电流感应单元二次侧的输出功率输出电压进行调节,以使调节后输出功率等于所述理论最大输出功率。由此,有效地提高了取电效率及电路的稳定性,提高了对不同种类负载的适用性。
[0070]在一种可实施的方式中,本发明的电流感应取电装置可采用图4所示的电路图,其具体取电控制过程如下所述。
[0071]电流互感器Tl作为电流感应单元从高压电缆中取电,双向晶闸管TRl和单片机组成功率泄放控制单元,单片机与双向晶闸管的控制极连接。桥式整流电路作为整流单元,buck电路和上述单片机组成功率控制单元,储能电容C2作为储能单元。最后连接如图4所示的调整电路作为输出调整单元来进行稳压后为负载供电。
[0072]具体来说,本发明所述的电流感应单元的二次侧输出电压,指图4所示的稳压电容Cl两端的电压,本实施例以Uo表示上述的输出电压,山表示后续电路可保证正常工作的最小电压,1]2表示后续电路可保证正常工作的最大电压。山和1]2均在实际操作中测量或计算所得。以下分别以三种工作模式说明本实施例功率泄放单元的工作过程:
[0073]I)在0〈Uo〈Udt,电流感应取电装置处于休眠模式,单片机输出的控制信号为占空比为100%的高电平信号,使得双向晶闸管处于导通状态,电流互感器二次侧短路。由于此时一次侧电流较小,为了保护后级电路,不采用电流感应取电装置作为供电设备,改用其他供电方式,如锂电池或太阳能电池为后级负载供电。
[0074]2)在UKUoOJ2时,电流感应取电装置处于正常工作模式,此时功率泄放控制单元不参与控制,单片机输出的控制信号为低电平信号,双向晶闸管处于开路状态,电流感应取电装置处于最大取电功率模式下工作。
[0075]3)在1]()>1]2时,电流感应取电装置处于功率泄放模式,单片机根据仏与他的比较值,向双向晶闸管输出控制信号,从而减小Uo到正常工作范围内。在调整输出电压Uo的同时,若调整后的输出电压Uo在5s内,都保持在Uo〈U2的状态,电流感应取电装置退出功率泄放模式,返回到正常工作模式下运行。
[0076]进一步地,上述的buck电路包括稳压电容Cl、M0SFET管Ql、二极管D5及储能电感LI。上述的单片机与MOSFET管Ql的控制极连接,用于控制输出功率等于理论最大功率,以提高装置的取电效率。
[0077]具体来说,单片机以1MHz的频率采集稳压电容Cl的电压值和电流值,并根据该电压值和电流值计算输出功率,通过比较前后两次的输出功率值对稳压电容Cl的电压进行控制。
[0078]举例来说,单片机可采用自适应变步长爬山法对Cl的电压,即输出电压进行控制。由于输出功率与输出电压呈类抛物线的关系,因此,越靠近关系曲线最大值处的曲线斜率越小。将输出功率对输出电压的微分dp/du作为变步长爬山法的选择变量,则MOSFET管Ql的占空比可为Dn = Dn-1土k(dp/du)。当距离最大功率点较远时,选取较大步长,保证了其快速性,当距离最大功率点较近时,选取较小的步长,保证其稳定性,抑制波形震荡。
[0079]单片机输出占空比控制信号的过程如图5所示。首先进行程序的初始化,分别采用Cl的电压值U(n)和电流值I(n),由此计算当前输出功率PU)。与前一次的输出功率P(n-l)作比较,在?(11)>
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