一种适应宽动态范围母线电流工作的耦合取能电源的制作方法

文档序号:9813556阅读:523来源:国知局
一种适应宽动态范围母线电流工作的耦合取能电源的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及禪合取能电源相关技术领域,特别是一种适应宽动态范围母线电流工 作的禪合取能电源,主要应用于交流母线上监测装置的电源供给。
【背景技术】
[0002] 禪合取能电源是通过在电力母线上套装可开启式的良磁导体,利用电磁感应原理 从母线电流在其周围产生的交变磁场中截获能量,再经整流、滤波、电压变换得到负载所需 电源。禪合取能电源的优点是电源结构简单、成本低廉,面临的困难是适应母线电流变化的 动态范围不足,特别是电源的热耗随母线电流增大而增大,难W适应母线电流大的情况。
[0003] 为提高禪合取能电源工作电流的上限值,主要有两种:一是通过稳压式,反馈控制 式和斩波控制式控制电路等通过电子器件泄能的方式来降低电源的热耗,由于不能改变取 能线圈应数,使电源输入能量不变,热耗始终随母线电流增大而增大,无法兼顾电流动态范 围的下限和上限,导致电流互感取能电源工作电流范围较窄;二是通过控制取能线圈变比 降低电源热耗的方法,采用传感线圈检测次级电流,并通过控制继电器的开合实现取能线 圈变比的切换,使次级电流始终保持在预先设定的范围内,但该方式不仅增加控制铁忍、传 感线圈和较复杂的控制电路,功耗较大,降低了取能效率,无法降低启动电流下限,而且对 取能线圈的切换控制的可靠性要求较高,设计不当容易导致继电器频繁动作。

【发明内容】

[0004] 本发明的目的是,针对现有技术中禪合取能电源存在的工作电流范围较窄、取能 效率较低、取能线圈应数切换时继电器频繁往复跳动等问题,提出一种适应宽动态范围母 线电流工作的禪合取能电源,其结构合理而紧凑,取能效率较高,能够根据母线电流动态调 整取能线圈接入电路的应数W适应较宽动态范围的母线电流。
[0005] 本发明的技术方案为:一种适应宽动态范围母线电流工作的禪合取能电源,包括: 禪合取能单元、取能线圈切换控制单元和电压调整单元;禪合取能单元包括能够套装在电 力母线上的铁忍和均匀绕置在其上且带有中间抽头的取能线圈,中间抽头位于取能线圈的 总线圈的中部并形成分线圈;禪合取能单元与取能线圈切换控制单元连接,取能线圈切换 控制单元与电压调整单元连接;取能线圈切换控制单元包括保护电阻、第一分压电阻、电阻 值可调节的第二分压电阻、限流电阻、NPN立极管、稳压电容、S端可调分流基准源、继电器、 光禪器件、上拉电阻和续流二极管;保护电阻的一端分别与输入电源连接和第一分压电阻 连接,保护电阻的另一端分别与继电器和续流二极管的负极端连接,第一分压电阻的另一 端与第二分压电阻连接,第二分压电阻与稳压电容并联,稳压电容的负极端接模拟地,=端 可调分流基准源的集电极和发射极与稳压电容的两端并联,=端可调分流基准源的基极与 限流电阻的一端连接,限流电阻的另一端与NPNS极管的基极连接,NPNS极管的集电极与 稳压电容的正极连接,NPNS极管的发射极与第二分压电阻的电阻调节端连接,光禪器件的 输入端负极端与=端可调分流基准源的基极连接,光禪器件的输入端正极端与续流二极管 的正极端和继电器连接并接数字地,光禪器件的输出端的正极端与上拉电阻的一端连接, 上拉电阻的另一端与外部电源连接。
[0006] 下面是对本发明技术方案的进一步优化或/和改进: 上述取能线圈的总线圈应数为使禪合取能电源输出功率最大时的应数,分线圈应数为 总线圈应数的0.2~0.5倍。
[0007] 上述取能线圈切换控制单元可实时监测电压调整单元输出电压,母线电流较小 时,电压调整单元的输出电压小于取能线圈切换控制单元电压设定值,取能线圈的总线圈 接入电路,母线电流较大时,电压调整单元的输出电压大于取能线圈切换控制单元电压设 定值,继电器动作,取能线圈的分线圈接入电路。
[0008] 上述电压调整单元包括冲击保护电路、整流滤波电路、过压保护电路和DC/DC模 块,整流滤波电路的输入端与冲击保护电路的输出端连接,整流滤波电路的输出端与过压 保护电路的输入端连接,过压保护电路的输出端与DC/D对莫块的输入端连接。
[0009] 上述冲击保护电路为双向瞬态抑制二极管,双向瞬态抑制二极管的一端与取能线 圈总线圈和分线圈的公共端连接,双向瞬态抑制二极管的另一端与总线圈的另一端连接。
[0010] 上述DC/DC模块包括能够使输出电压稳定在5伏的降压开关型集成稳压器忍片 LT3431。
[0011] 上述过压保护电路的口槛电压设定值高于取能线圈切换控制单元使继电器动作 的电压设定值,当DC/DC模块输出电压超过过压保护电路的口槛电压设定值时,过压保护电 路将后续电路与DC/D对莫块断开。
[0012] 上述S端可调分流基准源为化431,光禪器件为TLP521。
[0013] 上述取能线圈切换控制单元还包括保护二极管,S端可调分流基准源化431的基 极分别与保护二极管的负极端和限流电阻的一端连接,保护二极管的正极端与光禪器件的 负极端连接。
[0014] 本发明的优点如下: (1)采用带中间抽头的取能线圈,当输电线路电流较小时采用总绕组取能,当输电线路 电流较大时采用分绕组取能,总分绕组应数相差可W很大,且能够平稳切换,因此通过改变 应数能够适应较宽的动态电流范围。
[0015] (2)采用检测取能线圈经过整流滤波后的直流电压的电压检测法进行绕组的切 换,与采用传感线圈检测次级电流实现绕组变比切换相比,电压检测法较电流检测法更加 灵敏,且省去了控制铁忍和传感线圈环节,有效降低了电压转换时的功耗,提高了取能效 率,进一步地降低了电流互感取能电源的最小启动电流。
[0016] (3)取能线圈切换控制单元采用NPNS极管和S端可调分流基准源,通过控制S极 管的通断改变分压电阻比,构成正反馈,解决了现有技术中分压电阻比为固定值时继电器 在口槛电压设定值附近频繁切换使电压调整单元输出电压极不稳定的技术难题。
【附图说明】
[0017] 图1是禪合取能电源的结构框图。
[0018] 图2是取能线圈切换控制单元电路图。
[0019] 图3是过压保护电路图。
[0020] 图4是DC/DC模块电路图。
[0021] 图5是实施例二取能线圈切换控制单元电路图。
[0022] 附图中的编码分别为:1为禪合取能单元,2为取能线圈切换控制单元,201为继电 器控制电路,202为继电器,3为电压调整单元,RO为限流电阻,QO为NPNS极管,Rl为保护电 阻,R2为第一分压电阻,R3为第二分压电阻,Cl为稳压电容,TL431为S端可调分流基准源, 化P521为光禪器件,R4为上拉电阻,Dl为续流二极管,Vin为第一输入电源,VCC为外部电源, Ql为开关管,Vinl为第二输入电源,D2为二极管,C2为输入稳压电容,R5为限流电阻,D3为 齐纳二极管,C3为储能电容,R6为第S分压电阻,R7为第四分压电阻,C4为输出稳压电容, JGND为模拟地,GND为数字地,MAX6495为过压保护忍片,LT3431为降压开关型集成稳压器忍 片,D4保护二极管。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。
[0024] 实施例一 如图1所示为禪合取能电源的结构框图。禪合取能电源包括禪合取能单元1,取能线圈 切换控制单元2和电压调整单元3,其中,电压调整单元3包括冲击保护电路、整流滤波电路、 过压保护电路和DC/DC模块。禪合取能单元1的铁忍套装在电力母线上,带中间抽头的取能 线圈均匀地绕置于铁忍上,根据电磁感应原理,取能线圈感应出交流电动势,当交流电动势 出现过电压时冲击保护电路的双向瞬态抑制二极管将两极的高阻抗变为低阻抗,吸收浪涌 功率,使两极间的电压巧位于一个预定值,防止受到过大的瞬时电压破坏或干扰击穿,保护 后续电路;整流滤波电路将禪合取能单元1感应输出的交流电动势转换为直流电压,进一步 地调整为在线监测设备所需的直流电压。取能线圈切换控制单元2可W根据禪合取能单元1 输出能量的大小调整取能线圈应数,当母线电流较小时,电压调整单元的输出电压小于取 能线圈切换控制单元的电压设定值,取能线圈的总线圈接入电路;当母线电流较大时,电压 调整单元的输出电压大于取能线圈切换控制单元的电压设定值,继电器动作,取能线圈的 分线圈接入电路。
[0025] 进一步地,整流滤波电路采用桥式整流滤波电路,将取能线圈感应的交流电压整 流成直流电压,当过压保护电路检测到其输入电压大于设定值时,断开后续电路,用于保护 后续电路免受瞬间过电压的破坏,DC/DC模块采用降压型电压转换器件,将直流电压调整为 在线监测设备所需的直流电压。
[0026] 如图2所示是取能线圈绕组切换控制单元电路图。取能线圈切换控制单元2由继电 器控制电路201和继电器202两部分组成,继电器控制电路201的输入端与过压保护电路的 输出端连接,其输出端与继电器202的输入端连接用于控制继电器202的开断;继电器202的 输入端还与取能线圈连接,用于自动调整其绕组的应数,其输出端与冲击保护电路连接。在 本实施例中,继电器控制电路201包括限流电阻RO、NPNS极管QO、保护电阻Rl、第一分压电 阻R2、第二分压电阻R3、稳压电容Cl、S端可调分流基准源化431、光禪器件化P521、上拉电 阻R4和续流二极管D1。保护电阻Rl的一端分别与输入电源Vin连接和第一分压电阻R2连接, 保护电阻Rl的另一端分别与继电器202和续流二极管Dl的负极端连接,第一分压电阻R2的 另一端与第二分压电阻R3连接,第二分压电阻R3与稳压电容Cl并联,稳压电容Cl的负极端 接模拟地JGND,S端可调分流基准源化431的集电极和发射极与稳压电容Cl的两端电并联, S端可调分流基准源化431的基
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