基于电流互感器的超级电容储能不间断电源及其供电方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，包括电流互感器、整流电路、反向放电保护二极管D1、正向放电二极管D2、直流电压转换电路、双向开关和超级电容；整流电路的输出端还接有旁路开关；正向放电二极管D2的阴极还接有过压保护采样电路、充电电压采样电路和基准电压电路，过压保护采样电路的输出端接有过压控制与驱动电路，充电电压采样电路的输出端接有充放电控制与驱动电路，旁路开关与过压控制与驱动电路的输出端连接，双向开关与充放电控制与驱动电路的输出端连接；本发明还公开了一种基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的供电方法。本发明能够大大提高能源利用率，不间断供电方法的步骤简单，便于推广使用。
【专利说明】
基于电流互感器的超级电容储能不间断电源及其供电方法
技术领域
[0001]本发明属于电源技术领域，具体涉及一种基于电流互感器的超级电容储能不间断电源及其供电方法。
【背景技术】
[0002]目前国家对电网输送电能的电能质量提出较高要求，要求电网运行有较高的可靠性和安全性，当线路出现故障时能及时检测，并将故障信息发送至监测中心，通知电力检修人员及时排除线路故障，恢复电力运行。电网故障检测装置作为电网安全运行的必要设施，在各电网公司均有应用。而故障检测装置正常工作需要有可靠稳定的直流电源，当前用于电网故障检测装置供电的直流电源有以下几中方式:(I)用太阳能电池板和蓄电池配合供电，白天光照充足的时候，太阳能电池板工作，通过充电电路给蓄电池充电储能，电池板不工作的情况下蓄电池通过放电电路给装置供电；(2)电网架空线路中用来通信和避雷的架空绝缘地线，会在强磁场中产生感应电势，通过一定技术，形成闭合回路，线路中会有感应电流产生，通过充电电路给蓄电池充电储能，断电后蓄电池放电实现不间断供电；(3)在同时具有风能和光能的地区，可使用风光互补供电；风光互补供电系统有风力发电机和太阳能电池阵列两种发电设备共同发电，通过控制器控制，将发出的电能存储到蓄电池中，当装置需要电时，蓄电池放电，实现不间断供电；(4)通过PT(电压互感器)取电，保证用电系统正常工作的情况下蓄电池储能，断电后，控制电路自动切换至蓄电池作为直流电源实现不间断供电；(5)通过CT(电流互感器)从一次线路上取电，蓄电池储能，断电后电路自动切换模式，蓄电池放电，实现装置的不间断供电。
[0003]方式(I)采用太阳能电池板和蓄电池，无外置电源的情况下可以满足长时间的工作，环保节能，但是太阳能电池板和蓄电池使得线路故障检测装置的尺寸大大增加，且太阳能电池板转换效率受天气、气候、地理等因素影响较大，而蓄电池本身存在使用寿命短，充放电电流小，需要加过充和过放切断保护电路，充放电性能受温度影响等问题;方式(2)取电方案适用110KV及以上高压交流输电线路，且接地方式采用分段绝缘、一点接地的运行方式，对于新建线路和旧的技改线路有重要应用价值;方式(3)要求使用地域具有丰富的太阳能和风能资源，在青海、西藏等地有很大的应用潜力;方式(4)用PT取电，电压互感器体积较大，PT取电方式在体积较小的空间中难以实现，而且户外安装的PT容易受到外力的损坏，运行的安全型受到影响。而且蓄电池充、放电电流较小，需要加充放电电流控制电路。PT配合蓄电池的供电方式存在电源整体体积较大，蓄电池使用寿命较短，存在使用一定年限后需要重新更换等问题;方式(5)用CT取电，蓄电池由于自身特性充、放电电流小，需要加充、放电电流控制电路避免因为电流过大而损坏蓄电池，而且蓄电池工作电压较窄，必须加蓄电池充电和放电电压保护电路确保蓄电池工作于允许范围之内。CT配合蓄电池的供电方式存在保护电路较为复杂，装置体积较大安装不便等缺点。
[0004]综上所述，方式(I)?(5)的供电方式均有一定的局限性，不能很好地满足实际使用需求。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种电路结构简单、设计合理，能够大大提高能源利用率的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:包括用于从电网线路上取电的电流互感器和与电流互感器的输出端连接的整流电路，以及反向放电保护二极管D1、正向放电二极管D2、直流电压转换电路、双向开关和超级电容;所述整流电路的输出端还接有旁路开关，所述反向放电保护二极管Dl的阳极与整流电路的输出端和旁路开关连接，所述正向放电二极管D2的阳极和双向开关均与反向放电保护二极管Dl的阴极连接，所述超级电容与双向开关连接;所述直流电压转换电路的输入端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述正向放电二极管D2的阴极还接有过压保护采样电路、充电电压采样电路和基准电压电路，所述直流电压转换电路的输出端为基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的正极输出端Vo+，所述超级电容的负极为基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的负极输出端Vo-，所述过压保护采样电路的输出端接有过压控制与驱动电路，所述充电电压采样电路的输出端接有充放电控制与驱动电路，所述过压控制与驱动电路和充放电控制与驱动电路均与基准电压电路的输出端连接，所述旁路开关与过压控制与驱动电路的输出端连接，所述双向开关与充放电控制与驱动电路的输出端连接。
[0007]上述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述整流电路为由二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成的全桥整流电路，所述二极管D3的阴极与二极管D4的阳极连接且为整流电路的第一交流信号输入端ACl，所述二极管D6的阴极与二极管D5的阳极连接且为整流电路的第二交流信号输入端AC2，所述二极管D4的阴极与二极管D5的阴极连接且为整流电路的正极直流电压输出端V+，所述二极管D3的阳极与二极管D6的阳极连接且为整流电路的负极直流电压输出端V-;所述整流电路的第一交流信号输入端ACl与电流互感器的二次侧的一端连接，所述整流电路的第二交流信号输入端AC2与电流互感器的二次侧的另一端连接。
[0008]上述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述直流电压转换电路包括电压转换芯片U4和极性电容Cl，所述电压转换芯片U4的输入端引脚VIN为直流电压转换电路的输入端且与极性电容Cl的正极连接，所述电压转换芯片U4的输出端引脚OUT为直流电压转换电路的输出端，所述电压转换芯片U4的接地端引脚GND和极性电容Cl的负极均接地。
[0009]上述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述基准电压电路包括三端稳压芯片TL431、非极性电容C3和电阻R17，所述三端稳压芯片TL431的正极接线端和非极性电容C3的一端均接地，所述电阻R17的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述三端稳压芯片TL431的电压参考端和负极接线端均与非极性电容C3的另一端和电阻R17的另一端连接且为基准电压电路的输出端。
[0010]上述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述充电电压采样电路包括串联的电阻R2和电阻R3，所述电阻R2和电阻R3串联后的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述电阻R2和电阻R3串联后的另一端接地，所述电阻R2和电阻R3的连接端为充电电压米样电路的输出端。
[0011]上述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述充放电控制与驱动电路包括比较器U2和三极管VTl，所述双向开关为增强型PMOS管Ql;所述比较器U2的同相输入端通过电阻R14与充电电压采样电路的输出端连接，所述比较器U2的反相输入端通过电阻R13与基准电压电路的输出端连接，所述三极管VTl的基极与所述比较器U2的输出端连接，且通过电阻R15与所述比较器U2的同相输入端连接，所述三极管VTl的发射极接地，所述三极管VTl的集电极接有串联的电阻R7和电阻R6，所述增强型PMOS管Ql的栅极与电阻R7和电阻R6的连接端连接，所述增强型PMOS管Ql的源极与电阻R6的一端和反向放电保护二极管Dl的阴极连接，所述增强型PMOS管Ql的漏极与超级电容的正极连接。
[0012]上述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述过压保护采样电路包括串联的电阻R4和电阻R5，所述电阻R4和电阻R5串联后的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述电阻R4和电阻R5串联后的另一端接地，所述电阻R4和电阻R5的连接端为过压保护采样电路的输出端。
[0013]上述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述过压控制与驱动电路包括比较器Ul，所述旁路开关为增强型NMOS管Q2;所述比较器Ul的同相输入端通过电阻RlO与过压保护采样电路的输出端连接，所述比较器Ul的反相输入端通过电阻R9与基准电压电路的输出端连接，所述增强型NMOS管Q2的栅极与所述比较器Ul的输出端连接，且通过电阻Rll与所述比较器Ul的同相输入端连接，所述增强型NMOS管Q2的漏极与整流电路的输出端和反向放电保护二极管Dl的阳极连接，所述增强型NMOS管Q2的源极接地。
[0014]本发明还公开了一种方法步骤简单、实现方便、实用性强的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的供电方法，其特征在于，该方法的具体过程为:
[0015]将电流互感器的一次侧接到电网线路上，并将用电设备与直流电压转换电路的输出端连接；
[0016]当电流互感器一次侧有电流流过时，耦合到电流互感器二次侧的交流电流通过整流电路变换为直流电流，该直流电流首先经过反向放电保护二极管Dl和正向放电二极管D2对直流电压转换电路中的电容Cl充电，当电容Cl充电到直流电压转换电路中电压转换芯片U4所需要的工作电压时，经过直流电压转换电路进行电压转换和稳压，为用电设备提供稳定的直流电压Vo;同时，过压保护采样电路对经过正向放电二极管D2后的电压进行采样并将采样得到的电压输出给过压控制与驱动电路，充电电压采样电路对经过正向放电二极管D2后的电压进行采样并将采样得到的电压输出给充放电控制与驱动电路，基准电压电路将经过正向放电二极管D2后的电压变换为基准电压，提供给过压控制与驱动电路和充放电控制与驱动电路;充放电控制与驱动电路对充电电压采样电路采样得到的电压和基准电压进行比较，当充电电压采样电路采样得到的电压高于基准电压时，此时充电电压采样电路采样得到的电压达到了充电设定电压，充放电控制与驱动电路控制双向开关导通，整流电路输出的电压经过反向放电保护二极管Dl后给超级电容充电储能;过压控制与驱动电路对过压保护采样电路采样得到的电压和基准电压进行比较，当过压保护采样电路采样得到的电压高于基准电压时，此时超级电容充电储能达到了储能极限设定电压，过压保护采样电路采样得到的电压达到了过压保护设定电压，过压控制与驱动电路控制旁路开关导通，整流电路输出的直流电流经过旁路开关形成流通回路；
[0017]当电网线路出现故障且电网线路中的故障保护断路器跳闸后，电流互感器一次侧电流消失，超级电容作为后备电源，输出的电压经过双向开关和正向放电二极管D2后，经过直流电压转换电路进行电压转换和稳压，继续为用电设备提供稳定的直流电压Vo。
[0018]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0019]1、本发明的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的电路结构简单，设计合理，实现方便。
[0020]2、本发明采用电流互感器从一次线路上取电，并辅以超级电容储能实现供电不间断，这种方式和传统方式相比，兼顾故障检测装置的尺寸与使用寿命，是传统方法无法比拟的，由于电流互感器较电压互感器价格便宜，且可方便地安装在配电开关箱体内部或制成开口形式直接挂在配电线路上，所以对于架空线路的电力监测与指示设备，电流互感器取电法是一种极具应用前景的供电方式。
[0021]3、本发明不间断电源只要一次线路有一定电流，即可通过电流互感器取电供能，电源具有通用性。
[0022]4、电网因故障引起线路电闸跳闸后，后备超级电容放电，直流电压转换电路继续向外提供稳定工作电压，实现供电不间断。充电控制通过预稳压电路的电压与基准电压比较实现，达到充电电压值后，立即触发双向开关控制电路，使双向开关导通，给超级电容充电储能。当超级电容的充电电压快要达到设定电压时，采样网络分压电压与基准电压比较，过压保护控制电路输出高电平，使旁路开关导通，保护超级电容。保护开关的动作通过纯模拟方法实现，电路的复杂程度明显降低。
[0023]5、在直流电压转换电路的前端巧妙的串联一个二极管，可防止双向开关导通对超级电容充电时，直流电压转换电路输入电压跌落对外供电不正常。电路在超级电容充电回路里串接一个二极管，防止当旁路开关导通时，超级电容通过旁路开关放电。
[0024]6、基于电流互感器取电超级电容储能的电源系统具有成本低、功耗低、隔离性能好、绿色环保的优势，在线路故障指示器或配电自动化终端中具有极大的推广和应用价值。
[0025]7、本发明基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的供电方法，步骤简单，实现方便。
[0026]8、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0027]综上所述，本发明的电路结构简单，设计合理，能够大大提高能源利用率，不间断供电方法的步骤简单，实现方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
[0028]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0029]图1为本发明基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的电路原理框图。
[0030]图2为本发明基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的电路原理图。
[0031]附图标记说明:
[0032]I—整流电路；2 一旁路开关；3—直流电压转换电路；
[0033]4 一双向开关；5—超级电容；6—充放电控制与驱动电路；
[0034]7—基准电压电路； 8—过压控制与驱动电路；9一过压保护采样电路；
[0035]10—充电电压采样电路；11一电流互感器。
【具体实施方式】
[0036]如图1和图2所示，本发明的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，包括用于从电网线路上取电的电流互感器11和与电流互感器11的输出端连接的整流电路I，以及反向放电保护二极管D1、正向放电二极管D2、直流电压转换电路3、双向开关4和超级电容5;所述整流电路I的输出端还接有旁路开关2，所述反向放电保护二极管Dl的阳极与整流电路I的输出端和旁路开关2连接，所述正向放电二极管D2的阳极和双向开关4均与反向放电保护二极管Dl的阴极连接，所述超级电容5与双向开关4连接;所述直流电压转换电路3的输入端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述正向放电二极管D2的阴极还接有过压保护采样电路9、充电电压采样电路10和基准电压电路7，所述直流电压转换电路3的输出端为基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的正极输出端Vo+，所述超级电容5的负极为基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的负极输出端Vo-，所述过压保护采样电路9的输出端接有过压控制与驱动电路8，所述充电电压采样电路1的输出端接有充放电控制与驱动电路6，所述过压控制与驱动电路8和充放电控制与驱动电路6均与基准电压电路7的输出端连接，所述旁路开关2与过压控制与驱动电路8的输出端连接，所述双向开关4与充放电控制与驱动电路6的输出端连接。
[0037]如图2所示，本实施例中，所述整流电路I为由二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成的全桥整流电路，所述二极管D3的阴极与二极管D4的阳极连接且为整流电路I的第一交流信号输入端AC1，所述二极管D6的阴极与二极管D5的阳极连接且为整流电路I的第二交流信号输入端AC2，所述二极管D4的阴极与二极管D5的阴极连接且为整流电路I的正极直流电压输出端V+，所述二极管D3的阳极与二极管D6的阳极连接且为整流电路I的负极直流电压输出端V-;所述整流电路I的第一交流信号输入端ACl与电流互感器11的二次侧的一端连接，所述整流电路I的第二交流信号输入端AC2与电流互感器11的二次侧的另一端连接。
[0038]如图2所示，本实施例中，所述直流电压转换电路3包括电压转换芯片U4和极性电容Cl，所述电压转换芯片U4的输入端引脚VIN为直流电压转换电路3的输入端且与极性电容Cl的正极连接，所述电压转换芯片U4的输出端引脚OUT为直流电压转换电路3的输出端，所述电压转换芯片U4的接地端弓I脚GND和极性电容Cl的负极均接地。
[0039]如图2所示，本实施例中，所述基准电压电路7包括三端稳压芯片TL431、非极性电容C3和电阻Rl 7，所述三端稳压芯片TL431的正极接线端和非极性电容C3的一端均接地，所述电阻R17的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述三端稳压芯片TL431的电压参考端和负极接线端均与非极性电容C3的另一端和电阻R17的另一端连接且为基准电压电路7的输出端。
[0040]如图2所示，本实施例中，所述充电电压采样电路10包括串联的电阻R2和电阻R3，所述电阻R2和电阻R3串联后的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述电阻R2和电阻R3串联后的另一端接地，所述电阻R2和电阻R3的连接端为充电电压采样电路10的输出端。
[0041]如图2所示，本实施例中，所述充放电控制与驱动电路6包括比较器U2和三极管VT1，所述双向开关4为增强型PMOS管Ql;所述比较器U2的同相输入端通过电阻R14与充电电压采样电路10的输出端连接，所述比较器U2的反相输入端通过电阻R13与基准电压电路7的输出端连接，所述三极管VTl的基极与所述比较器U2的输出端连接，且通过电阻R15与所述比较器U2的同相输入端连接，所述三极管VTI的发射极接地，所述三极管VTI的集电极接有串联的电阻R7和电阻R6，所述增强型PMOS管Ql的栅极与电阻R7和电阻R6的连接端连接，所述增强型PMOS管Ql的源极与电阻R6的一端和反向放电保护二极管Dl的阴极连接，所述增强型PMOS管Ql的漏极与超级电容5的正极连接。具体实施时，所述比较器U2的电源端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述比较器U2的接地端接地，所述三极管VTl的基极通过电阻R16与正向放电二极管D2的阴极连接。
[0042]如图2所示，本实施例中，所述过压保护采样电路9包括串联的电阻R4和电阻R5，所述电阻R4和电阻R5串联后的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述电阻R4和电阻R5串联后的另一端接地，所述电阻R4和电阻R5的连接端为过压保护采样电路9的输出端。
[0043]如图2所示，本实施例中，所述过压控制与驱动电路8包括比较器Ul，所述旁路开关2为增强型NMOS管Q2;所述比较器Ul的同相输入端通过电阻RlO与过压保护采样电路9的输出端连接，所述比较器Ul的反相输入端通过电阻R9与基准电压电路7的输出端连接，所述增强型NMOS管Q2的栅极与所述比较器Ul的输出端连接，且通过电阻Rll与所述比较器Ul的同相输入端连接，所述增强型NMOS管Q2的漏极与整流电路I的输出端和反向放电保护二极管Dl的阳极连接，所述增强型匪OS管Q2的源极接地。具体实施时，所述比较器Ul的电源端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述比较器Ul的接地端接地，所述增强型NMOS管Q2的栅极通过电阻R12与正向放电二极管D2的阴极连接，且通过电阻Rl接地。
[0044]本发明的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的供电方法，具体过程为:
[0045]将电流互感器11的一次侧接到电网线路上，并将用电设备与直流电压转换电路3的输出端连接；
[0046]当电流互感器11一次侧有电流流过时，耦合到电流互感器11二次侧的交流电流通过整流电路I变换为直流电流，该直流电流首先经过反向放电保护二极管Dl和正向放电二极管D2对直流电压转换电路3中的电容Cl充电，当电容Cl充电到直流电压转换电路3中电压转换芯片U4所需要的工作电压时，经过直流电压转换电路3进行电压转换和稳压，为用电设备提供稳定的直流电压Vo;同时，过压保护采样电路9对经过正向放电二极管D2后的电压进行采样并将采样得到的电压输出给过压控制与驱动电路8，充电电压采样电路10对经过正向放电二极管D2后的电压进行采样并将采样得到的电压输出给充放电控制与驱动电路6，基准电压电路7将经过正向放电二极管D2后的电压变换为基准电压，提供给过压控制与驱动电路8和充放电控制与驱动电路6;充放电控制与驱动电路6对充电电压采样电路1采样得到的电压和基准电压进行比较，当充电电压采样电路10采样得到的电压高于基准电压时，此时充电电压采样电路1采样得到的电压达到了充电设定电压，充放电控制与驱动电路6控制双向开关4导通，整流电路I输出的电压经过反向放电保护二极管Dl后给超级电容5充电储能;过压控制与驱动电路8对过压保护采样电路9采样得到的电压和基准电压进行比较，当过压保护采样电路9采样得到的电压高于基准电压时，此时超级电容5充电储能达到了储能极限设定电压，过压保护采样电路9采样得到的电压达到了过压保护设定电压，过压控制与驱动电路8控制旁路开关2导通，整流电路I输出的直流电流经过旁路开关2形成流通回路；
[0047]当电网线路出现故障且电网线路中的故障保护断路器跳闸后，电流互感器11一次侧电流消失，超级电容5作为后备电源，输出的电压经过双向开关4和正向放电二极管D2后，经过直流电压转换电路3进行电压转换和稳压，继续为用电设备提供稳定的直流电压Vo。
[0048]本发明中，通过设置过压保护采样电路9、过压控制与驱动电路8和旁路开关2，能够防止因超级电容5充电电压过高而损坏超级电容5。
[0049]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:包括用于从电网线路上取电的电流互感器(11)和与电流互感器(11)的输出端连接的整流电路(I)，以及反向放电保护二极管Dl、正向放电二极管D2、直流电压转换电路(3)、双向开关(4)和超级电容(5);所述整流电路(I)的输出端还接有旁路开关(2)，所述反向放电保护二极管Dl的阳极与整流电路(I)的输出端和旁路开关(2)连接，所述正向放电二极管D2的阳极和双向开关(4)均与反向放电保护二极管Dl的阴极连接，所述超级电容(5)与双向开关(4)连接;所述直流电压转换电路(3)的输入端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述正向放电二极管D2的阴极还接有过压保护采样电路(9)、充电电压采样电路(10)和基准电压电路(7)，所述直流电压转换电路(3)的输出端为基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的正极输出端Vo+，所述超级电容(5)的负极为基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的负极输出端Vo-，所述过压保护采样电路(9)的输出端接有过压控制与驱动电路(8)，所述充电电压采样电路(1)的输出端接有充放电控制与驱动电路(6)，所述过压控制与驱动电路(8)和充放电控制与驱动电路(6)均与基准电压电路(7)的输出端连接，所述旁路开关(2)与过压控制与驱动电路(8)的输出端连接，所述双向开关(4)与充放电控制与驱动电路(6)的输出端连接。2.按照权利要求1所述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述整流电路(I)为由二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6组成的全桥整流电路，所述二极管D3的阴极与二极管D4的阳极连接且为整流电路(I)的第一交流信号输入端AC1，所述二极管D6的阴极与二极管D5的阳极连接且为整流电路(I)的第二交流信号输入端AC2，所述二极管D4的阴极与二极管D5的阴极连接且为整流电路(I)的正极直流电压输出端V+，所述二极管D3的阳极与二极管D6的阳极连接且为整流电路(I)的负极直流电压输出端V-;所述整流电路(I)的第一交流信号输入端ACl与电流互感器(11)的二次侧的一端连接，所述整流电路(I)的第二交流信号输入端AC2与电流互感器(11)的二次侧的另一端连接。3.按照权利要求1所述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述直流电压转换电路(3)包括电压转换芯片U4和极性电容Cl，所述电压转换芯片U4的输入端引脚VIN为直流电压转换电路(3)的输入端且与极性电容Cl的正极连接，所述电压转换芯片U4的输出端引脚OUT为直流电压转换电路(3)的输出端，所述电压转换芯片U4的接地端引脚GND和极性电容Cl的负极均接地。4.按照权利要求1所述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述基准电压电路(7)包括三端稳压芯片TL431、非极性电容C3和电阻Rl 7，所述三端稳压芯片TL431的正极接线端和非极性电容C3的一端均接地，所述电阻R17的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述三端稳压芯片TL431的电压参考端和负极接线端均与非极性电容C3的另一端和电阻R17的另一端连接且为基准电压电路(7)的输出端。5.按照权利要求1所述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述充电电压采样电路(10)包括串联的电阻R2和电阻R3，所述电阻R2和电阻R3串联后的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述电阻R2和电阻R3串联后的另一端接地，所述电阻R2和电阻R3的连接端为充电电压采样电路(1)的输出端。6.按照权利要求1所述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述充放电控制与驱动电路(6)包括比较器U2和三极管VTl，所述双向开关(4)为增强型PMOS管Ql;所述比较器U2的同相输入端通过电阻R14与充电电压采样电路(10)的输出端连接，所述比较器U2的反相输入端通过电阻R13与基准电压电路(7)的输出端连接，所述三极管VTl的基极与所述比较器U2的输出端连接，且通过电阻R15与所述比较器U2的同相输入端连接，所述三极管VTI的发射极接地，所述三极管VTI的集电极接有串联的电阻R7和电阻R6，所述增强型PMOS管Ql的栅极与电阻R7和电阻R6的连接端连接，所述增强型PMOS管Ql的源极与电阻R6的一端和反向放电保护二极管Dl的阴极连接，所述增强型PMOS管Ql的漏极与超级电容(5)的正极连接。7.按照权利要求1所述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述过压保护采样电路(9)包括串联的电阻R4和电阻R5，所述电阻R4和电阻R5串联后的一端与正向放电二极管D2的阴极连接，所述电阻R4和电阻R5串联后的另一端接地，所述电阻R4和电阻R5的连接端为过压保护采样电路(9)的输出端。8.按照权利要求1所述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源，其特征在于:所述过压控制与驱动电路(8)包括比较器Ul，所述旁路开关(2)为增强型匪OS管Q2;所述比较器Ul的同相输入端通过电阻RlO与过压保护采样电路(9)的输出端连接，所述比较器Ul的反相输入端通过电阻R9与基准电压电路(7)的输出端连接，所述增强型NMOS管Q2的栅极与所述比较器Ul的输出端连接，且通过电阻Rll与所述比较器Ul的同相输入端连接，所述增强型匪OS管Q2的漏极与整流电路(I)的输出端和反向放电保护二极管Dl的阳极连接，所述增强型NMOS管Q2的源极接地。9.一种如权利要求3所述的基于电流互感器的超级电容储能不间断电源的供电方法，其特征在于，该方法的具体过程为: 将电流互感器(11)的一次侧接到电网线路上，并将用电设备与直流电压转换电路(3)的输出端连接； 当电流互感器(11)一次侧有电流流过时，耦合到电流互感器(11)二次侧的交流电流通过整流电路(I)变换为直流电流，该直流电流首先经过反向放电保护二极管Dl和正向放电二极管D2对直流电压转换电路(3)中的电容Cl充电，当电容Cl充电到直流电压转换电路(3)中电压转换芯片U4所需要的工作电压时，经过直流电压转换电路(3)进行电压转换和稳压，为用电设备提供稳定的直流电压Vo;同时，过压保护采样电路(9)对经过正向放电二极管D2后的电压进行采样并将采样得到的电压输出给过压控制与驱动电路(8)，充电电压采样电路(I O)对经过正向放电二极管D2后的电压进行采样并将采样得到的电压输出给充放电控制与驱动电路(6)，基准电压电路(7)将经过正向放电二极管D2后的电压变换为基准电压，提供给过压控制与驱动电路(8)和充放电控制与驱动电路(6);充放电控制与驱动电路(6)对充电电压采样电路(10)采样得到的电压和基准电压进行比较，当充电电压采样电路(10)采样得到的电压高于基准电压时，此时充电电压采样电路(10)采样得到的电压达到了充电设定电压，充放电控制与驱动电路(6)控制双向开关(4)导通，整流电路(I)输出的电压经过反向放电保护二极管Dl后给超级电容(5)充电储能;过压控制与驱动电路(8)对过压保护采样电路(9)采样得到的电压和基准电压进行比较，当过压保护采样电路(9)采样得到的电压高于基准电压时，此时超级电容(5)充电储能达到了储能极限设定电压，过压保护采样电路(9)采样得到的电压达到了过压保护设定电压，过压控制与驱动电路(8)控制旁路开关(2)导通，整流电路(I)输出的直流电流经过旁路开关(2)形成流通回路； 当电网线路出现故障且电网线路中的故障保护断路器跳闸后，电流互感器(11) 一次侧电流消失，超级电容(5)作为后备电源，输出的电压经过双向开关(4)和正向放电二极管D2后，经过直流电压转换电路(3)进行电压转换和稳压，继续为用电设备提供稳定的直流电压Vo0
【文档编号】H02J7/34GK105914868SQ201610330264
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】刘树林, 韩跃云, 张法旺, 周闵阳光, 徐惠三, 邓俊青
【申请人】西安科技大学