一种高压电子式电流互感器的组合电源系统的制作方法
【专利摘要】一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，取电CT电源输出端分别连接铁氧磁珠Z3一端、铁氧磁珠Z4一端；激光电源输出端分别连接铁氧磁珠Z1一端、铁氧磁珠Z2一端；铁氧磁珠Z3另一端连接二极管D2阳极，二极管D2阴极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接电阻R2一端，电阻R2另一端连接二极管D1阴极，二极管D1阳极连接铁氧磁珠Z1另一端；铁氧磁珠Z4另一端连接铁氧磁珠Z2另一端；电阻R3两端分别连接二极管D2阴极、铁氧磁珠Z4另一端；电源自动切换系统分别连接电阻R1另一端、铁氧磁珠Z4另一端；电阻R4两端分别连接电阻R2另一端、铁氧磁珠Z2另一端；三极管D3阳极连接铁氧磁珠Z2另一端、三极管D3阴极连接铁氧磁珠Z1另一端。本实用新型解决了取电CT电源高压侧的死区问题，同时可以延长激光电源的使用寿命。
【专利说明】
一种高压电子式电流互感器的组合电源系统
技术领域
[0001]本实用新型一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，用于对电力系统中电子式电流互感器高压侧的工作电路进行供电。
【背景技术】
[0002]对于高电压等级电子式电流互感器来说，高、低压侧之间没有任何电路的直接联系，仅通过光纤传递一次电流信息到低压侧，因此高压侧需要给传感元件和信号处理部分提供稳定的电源。高压侧电源的稳定性是关系到整个系统工作稳定性的关键因素，是各种电子式电流互感器都普遍存在的技术难题，也是高压电子式电流互感器实用化要解决的首要任务。
【发明内容】
[0003]针对目前电子式电流互感器高压侧电子线路的电源问题中存在的问题，包括取电CT电源中存在电流死区；电容分压器取电功率有限、隔离困难、可靠性差;激光电源成本高、提供的功率有限;太阳能供电电源不稳定、转换效率低；蓄电池供电寿命短。本实用新型提供了一种高压电子式电流互感器的组合电源系统。该系统能够克服采用单一供电方式的不足。解决了取电CT电源高压侧的死区问题，同时可以延长激光电源的使用寿命。在组合电源方案中两套电源系统的硬件冗余保证了供电的高可靠性，当其中一套发生问题时，可以立即切换到另一套电源系统上。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是:
[0005]—种高压电子式电流互感器的组合电源系统，包括取电CT电源、激光电源、电源自动切换系统。取电CT电源输出端分别连接铁氧磁珠Z3—端、铁氧磁珠Z4—端;激光电源输出端分别连接铁氧磁珠Zl—端、铁氧磁珠Z2—端;铁氧磁珠Z3另一端连接二极管D2阳极，二极管D2阴极连接电阻Rl—端，电阻Rl另一端连接电阻R2—端，电阻R2另一端连接二极管Dl阴极，一■极管DI阳极连接铁氧磁珠ZI另一端;铁氧磁珠Z4另一端连接铁氧磁珠Z2另一端；电阻R3两端分别连接二极管D2阴极、铁氧磁珠Z4另一端；电源自动切换系统分别连接电阻Rl另一端、铁氧磁珠Z4另一端；电阻R4两端分别连接电阻R2另一端、铁氧磁珠Z2另一端;三极管D3阳极连接铁氧磁珠Z2另一端、三极管D3阴极连接铁氧磁珠Zl另一端。
[0006]所述取电CT电源的铁心材料采用饱和磁感应强度较低的坡莫合金IJ85，匝数在45-50之间。所述取电CT电源包括取电CT、整流桥，取电CT与整流桥之间串联一个50mH的电感L ο所述取电CT电源还包括稳压电容C，稳压电容C依次连接LC滤波模块、DC/DC模块。所述DC/DC模块采用NH05-V2S05型号的DC/DC模块。
[0007]所述激光电源包括光电池、激光器驱动模块，激光器驱动模块为MSP430F169微处理器。所述电源自动切换系统包括一次转化器、储能电容Cl，一次转换器上并联一个电容值为10yF的储能电容Cl。
[0008]本实用新型一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，技术效果如下:
[0009]I)、取电CT电源增加的50mH电感，利用取电CT的饱和特性，限制取电CT在大电流状态下的电压和电流输出，降低了后续电路的耐压要求。同时增加了泄放能量电路，多余能量通过大功率电阻被泄放掉，可以很好的保护DC/DC模板。
[0010]2)、取电CT电源采用二次稳压，在稳压电容C上得到较稳定的直流电压U。，再通过LC滤波和DC/DC模块可以变换成稳定的5V直流电源，实现了将一个大范围内变化的电流转化为一个恒压源。
[0011]3)、在组合电源系统中两套电源系统的硬件冗余保证了供电的高可靠性，当其中一套发生问题时，可以立即切换到另一套电源系统上。因此，组合电源方案更加实用、具有更广泛的应用价值。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型的电源的启动电流与二次匝数的关系图。
[0013]图2为本实用新型的取电CT电源工作原理图。
[0014]图3为本实用新型的电源自动切换系统原理图。
[0015]图4为本实用新型的CT供能与激光供能结合的供能方式原理图。
[0016]图5为本实用新型的组合电源切换过程的输出图。
【具体实施方式】
[0017]一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，包括取电CT电源、激光电源、电源自动切换系统。取电CT电源输出端分别连接铁氧磁珠Z3—端、铁氧磁珠Z4—端;激光电源输出端分别连接铁氧磁珠Zl—端、铁氧磁珠Z2—端;铁氧磁珠Z3另一端连接二极管D2阳极，二极管D2阴极连接电阻Rl—端，电阻Rl另一端连接电阻R2—端，电阻R2另一端连接二极管Dl阴极，一■极管DI阳极连接铁氧磁珠ZI另一端;铁氧磁珠Z4另一端连接铁氧磁珠Z2另一端；电阻R3两端分别连接二极管D2阴极、铁氧磁珠Z4另一端；电源自动切换系统分别连接电阻Rl另一端、铁氧磁珠Z4另一端；电阻R4两端分别连接电阻R2另一端、铁氧磁珠Z2另一端;三极管D3阳极连接铁氧磁珠Z2另一端、三极管D3阴极连接铁氧磁珠Zl另一端。
[0018]铁氧体磁珠Z1-Z4，它们的阻塞作用对于缓解电流电脉冲的快速上升时间特别有效，这些高频瞬时能量被铁氧体磁珠瞬时吸收后不再传送或反射给其它器件，能够有效地保护电源器件，并提高电源输出质量。
[0019]所述取电CT电源的铁心材料采用饱和磁感应强度较低的坡莫合金IJ85，匝数在45-50之间。铁心可以在尽可能小的电流下达到饱和，进而抑制取电CT的功率输出，可以充分满足高压侧部分电路的功耗需求。
[0020]所述取电CT电源包括取电CT、整流桥，取电CT与整流桥之间串联一个50mH的电感L。该电感可降低施加在整流桥上的感应电压并限制了取电CT的输出电流，起到了稳定电压和保护后续电路的作用，大大地提高了电源稳定工作的上限电流。
[0021]所述取电CT电源还包括稳压电容C，稳压电容C依次连接LC滤波模块、DC/DC模块。取电CT电源中采用了两次稳压，在电容值为2200yF的稳压电容C上得到较稳定的直流电压，再通过LC滤波和DC/DC模块可以变换成稳定的5V直流电源。
[0022]所述DC/DC模块采用NH05-V2S05型号的DC/DC模块。其最大输出电流可达1A，能够承受高达80V的输入电压，采用脉宽调制(PWM)的转换方式，内部包括低导通电阻、N沟道MOSFET，既简化了电源设计又可获得较高的转换效率(90%以上)。
[0023]所述激光电源包括P P C - 6 E型光电池、激光器驱动模块，激光器驱动模块为MSP430F169微处理器。以TI公司MSP430系列单片机为核心，主控制MSP430F169微处理器，该微处理器内部集成了 A/D转换器、D/A转换器、硬件比较器、硬件乘法器、LCD驱动等功能模块，提高了自身的功能密度，简化了外围电路，同时提高激光器驱动系统的控制精度，并对系统的各项参数进行实时监控。
[0024]PPC-6E型光电池，其输入光波长在790-850nm时转换效率最高。PPC-6E功率输出可达500mW/5V，光电完全隔离，电磁兼容性好，抗干扰能力强，可用于远距离的探测器、转换器和通信设备的供能。
[0025]所述电源自动切换系统包括一次转化器、储能电容Cl，一次转换器上并联一个电容值为10yF的Cl ο以保证电源自动切换过程中供电的连续性，并能减少电源自动切换过程中的波纹。
[0026]整个电源系统的切换，由位于低压侧的激光器驱动模块完成。激光器驱动模块根据得到的电源工作状态信息，调整激光器的工作电流，其判断的首要依据为母线电流。同时根据设定取电CT和激光电源的启动阈值，这样可以在切换过程中保证两个电源系统同时有效，为电源切换留足时间裕量。通过设定电流回差，能够避免母线电流在阈值附近波动时引起两个电源间的频繁切换。
[0027]电源的启动:组合电源可以由取电CT电源或激光电源分别启动。当母线电流大于1st，取电CT电源部分能够输出稳定的5V电压，若此时激光电源没有启动，则光电池输出电压为零，二极管D2导通，取电CT电源为一次转换器供电；当母线电流小于Ist，驱动低压侧的激光器可以使高压侧的光电池输出约5 V-6V的电压，二极管Dl导通，这时由激光电源部分为一次转换器供电。当两个条件同时满足时，激光电源具有较高的优先级，光电池的输出电压高于5V，使二极管D2关断、Dl导通，一次转换器由激光电源单独供电。
[0028]两种电源的切换:组合电源启动后，当母线电流升高到关闭电流Iciff,或稳定在开启电流Icin以上超过2秒钟时间后，可以将激光器的驱动电流减少至很低的水平，只要能够维持上行能量光纤中的数据通信即可。此时，二极管D2导通、Dl截止，取电CT电源为一次转换器供电。当母线电流下降到1_或保持在1ff以下超过2秒钟，需要提高激光器驱动电流到正常供能水平，这时光电池输出高于5V的电压，使二极管D2截止，而二极管Dl导通，一次转换器由激光电源单独供电。另外，如果母线电流的瞬时值达到lend，则可被认为线路上有故障发生，此时取电CT电源随时可能停止工作，所以也需要切换到激光电源单独供电状态。二极管Dl和D2选用正向导通压降较小的肖特基二极管，这有利于减少二极管上的能量消耗，提高整个电源系统的效率;D3为稳压二极管，其稳定电压略高于光电池的最大输出6V，起到保护光电池的作用;储能电容Cl选择大容量的极性电容，以保证切换过程中供电的连续性，并能够减小电源切换过程中的纹波;另外，还在取电CT电源和激光电源的输出端串接了4个铁氧体磁珠Z1-Z4。测试结果表明，组合电源的输出在切换过程中无明显的波动，能够保证连续稳定的运行，如图5所示。
[0029]本实用新型一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，增加平波电抗器，限制取电CT在大电流状态下的电压和电流输出，同时增加了泄放能量电路，多余能量通过大功率电阻被泄放掉。并对取电CT电源进行二次稳压，能稳定的输出5V电压。在组合电源系统中两套电源系统的硬件冗余保证了供电的高可靠性，当其中一套发生问题时，可以立即切换到另一套电源系统上。因此，组合电源方案更加实用、具有更广泛的应用价值。
【主权项】
1.一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，包括取电CT电源、激光电源、电源自动切换系统，其特征在于:取电CT电源输出端分别连接铁氧磁珠Z3—端、铁氧磁珠Z4—端;激光电源输出端分别连接铁氧磁珠Zl—端、铁氧磁珠Z2—端;铁氧磁珠Z3另一端连接二极管D2阳极，二极管D2阴极连接电阻Rl—端，电阻Rl另一端连接电阻R2—端，电阻R2另一端连接二极管DI阴极，二极管DI阳极连接铁氧磁珠ZI另一端;铁氧磁珠Z4另一端连接铁氧磁珠Z2另一端；电阻R3两端分别连接二极管D2阴极、铁氧磁珠Z4另一端；电源自动切换系统分别连接电阻Rl另一端、铁氧磁珠Z4另一端；电阻R4两端分别连接电阻R2另一端、铁氧磁珠Z2另一端;三极管D3阳极连接铁氧磁珠Z2另一端、三极管D3阴极连接铁氧磁珠Zl另一端。2.根据权利要求1所述一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，其特征在于:所述取电CT电源的铁心材料采用饱和磁感应强度较低的坡莫合金IJ85，匝数在45-50之间。3.根据权利要求1所述一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，其特征在于:所述取电CT电源包括取电CT、整流桥，取电CT与整流桥之间串联一个50mH的电感L。4.根据权利要求1或2或3所述一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，其特征在于:所述取电CT电源还包括稳压电容C，稳压电容C依次连接LC滤波模块、DC/DC模块。5.根据权利要求4所述一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，其特征在于:所述DC/DC模块采用NH05-V2S05型号的DC/DC模块。6.根据权利要求1所述一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，其特征在于:所述激光电源包括光电池、激光器驱动模块，激光器驱动模块为MSP430F169微处理器。7.根据权利要求1所述一种高压电子式电流互感器的组合电源系统，其特征在于:所述电源自动切换系统包括一次转化器、储能电容Cl，一次转换器上并联一个电容值为10yF的储能电容Cl。
【文档编号】H02H9/00GK205681179SQ201620598074
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月17日 公开号201620598074.4, CN 201620598074, CN 205681179 U, CN 205681179U, CN-U-205681179, CN201620598074, CN201620598074.4, CN205681179 U, CN205681179U
【发明人】李振华, 田斌
【申请人】三峡大学